(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水に含まれる有機物や無機窒素化合物等を好気条件下で生物学的に処理する廃水処理装置において、前記廃水を貯留するための反応槽と、前記反応槽の上部中央部に設置され、前記廃水を下方から吸い込み、水平方向に対して所定の角度で外側に吐出して前記廃水に前記反応槽の壁に沿って旋回下降流を形成する攪拌翼を有した攪拌装置と、前記反応槽の底部中央部近傍に設置され、中空の錐体形状で下方に開放され、上部中央部に開口を有し、前記廃水の前記旋回下降流が前記反応槽の底部で反射して生成した上向流を下方から前記開口に導き、前記開口から前記廃水を上方へ吐出させるための上向流生成促進装置と、前記反応槽の底部に前記廃水を曝気するための散気装置と、を備え、前記散気装置は酸素含有気体を上方に突出する突出口を有し、該突出口は前記廃水の前記旋回下降流領域に設置されていることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
前記反応槽は、生物学的に処理された前記廃水の越流排出口を備えていることを特徴とする請求項１記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記反応槽の前記廃水中に好気性菌を保持した担体が添加され、前記越流排出口に前記担体の外部排出を防止する遮断手段が設けられていることを特徴とする請求項２記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記反応槽の前記廃水中に好気性菌を保持した担体が添加されるとともに、前記反応槽が仕切板により分離された担体分離部を有し、前記担体分離部は前記反応槽の下部において該反応槽と連通していることを特徴とする請求項１記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記攪拌装置からの前記廃水の吐出する前記角度は水平方向を基準に下方に０〜３０°であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記攪拌装置の前記攪拌翼の翼径は、前記反応槽の槽径の三分の一乃至二分の一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃水処理装置。
【請求項７】
前記上向流生成促進装置の前記開口部に上下に開放された中空突起部が接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に廃水に含まれる有機化合物や無機窒素化合物等を好気条件下で生物学的に処理する廃水処理装置に関し、特に微生物の生育に必要な酸素の溶解効率を向上させ、廃水の処理効率を向上させた廃水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
わが国の水環境は、湖沼や内湾の富栄養化や都市河川の汚濁などは広域化・多様化しており、工場等から排出される廃水のＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand)成分、ＣＯＤ(Chemical Oxygen Demand)成分の処理のみならず、富栄養化の原因の一つであるアンモニア等の窒素化合物の高度処理も要求されている。
【０００３】
従来、ＢＯＤ成分やアンモニア性窒素の処理方法として好気条件下における生物学的処理法が最も広く用いられている。これらの方法は反応槽内に生息する微生物の働きにより廃水中の被処理物質を酸化するものである。この時、微生物の生育に必要な溶存酸素を供給するために、空気などの酸素含有気体で槽内を曝気するなどの方法が行われる。曝気により液中に分散した気泡から酸素が溶解して溶存酸素となり、微生物の生育に寄与する。
【０００４】
生物学的廃水処理装置の例が、特開平５―２２８４８６号公報に開示されている。図４は、この装置の構成略図である。反応槽中に貯溜された廃水５３に反応槽５０の底部に設けられた散気装置５１により曝気すると、廃水中に溶解した溶存酸素により細菌・微小動物（好気性微生物）の固形分からなる汚泥５４により廃水中のアンモニアや有機物が分解処理される。なお、図４中符号５２は気泡を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
好気条件下における生物学的処理の反応効率は、酸素をいかに効率良く溶解させるかが要因の一つであるが、図４の従来技術では、気泡の滞留時間が短く、廃水中への酸素溶解効率が小さいために、廃水の処理効率が低い問題があった。
【０００６】
酸素溶解効率を上げる方法として深槽式曝気法や純酸素曝気法が提案されている。しかし深槽式曝気法では、槽高さが要求されるため屋内に設置することが困難であるという問題や、また標準活性汚泥法と比較してブロワーの所要動力が大きくなるという問題があった。また純酸素曝気法は酸素を製造するための特別な装置が必要となることや、なるべく酸素溶解効率を向上させるために反応槽を密閉構造にするなどの特別な構造が要求されること、さらには安全性への配慮が必要であるという問題があった。
【０００７】
従って、本発明は、上記の従来の好気的な生物学的処理装置の問題点を解決し、酸素の溶解効率を高め、処理効率の高い好気的な生物学的廃水処理装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃水に含まれる有機化合物や無機窒素化合物等を好気条件下で生物学的に処理する廃水処理装置であって、廃水を貯留するための反応槽と、この反応槽の上部中央部に設置され、廃水を下方から吸い込み、水平方向に対して所定の角度で外側に吐出して廃水に反応槽の壁に沿って旋回下降流を形成する攪拌翼を有した攪拌装置と、前記反応槽の底部中央部近傍に設置され、中空の錐体形状で下方に開放され、上部中央部に開口を有し、廃水の上記旋回下降流が反応槽の底部で反射して生成した上向流を下方から上記開口に導き、この開口から廃水を上方へ吐出させるための上向流生成促進装置と、前記反応槽の底部に前記廃水を曝気するための散気装置と、を備え、前記散気装置は酸素含有気体を上方に突出する突出口を有し、該突出口は前記廃水の前記旋回下降流領域に設置されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の本発明の廃水処理装置の反応槽には、生物学的に処理された廃水の越流排出口が設けられる。また、反応槽の廃水中には、好気性菌を保持した担体を添加することができる。
【００１０】
上記の本発明の廃水処理装置においては、反応槽に好気性菌を保持した担体を添加し、さらに反応槽を仕切り板で分離して構成される担体分離部を設けることができる。この担体分離部は反応槽の下部において反応槽と連通させている。
【００１１】
上記の本発明の廃水処理装置においては、攪拌装置からの廃水の吐出する好ましい角度は水平方向を基準に下方に０〜３０°である。また、攪拌装置の攪拌翼の好ましい翼径は、反応槽の槽径の三分の一乃至二分の一である。
【００１２】
上記の本発明の廃水処理装置の上向流生成促進装置の開口部に上下に開放された中空突起部を接続することによって有効な上向流パターンを形成することができる。
【００１３】
本発明の廃水処理装置においては、反応槽壁部に旋回下降流を形成し、その水流に散気装置から空気などの酸素含有気体を供給すると、気泡には上昇する力が働く一方、旋回する下降流に流されるため上昇速度が遅くなり、最終的に気泡が液面まで到達する時間を大幅に延長することができる。すなわち気泡の液中滞留時間が長くなることで酸素の溶解効率を向上させることができる。また、槽周辺部の旋回下降流は、槽底部近傍に設けられた上向流生成促進装置と、水平方向に対して０〜３０°の方向に吐出する攪拌翼を有する攪拌装置とを備えることによって形成することができる。この攪拌方式では、槽壁側では旋回して緩やかに下降する回転流が、槽中心部では強力な竜巻状上昇流が得られ、有効な１ループフローパターンを形成させることが出来る。
【００１４】
本反応槽の形状には特に大きい制限はないが、１ループフローパターンを形成しやすいように上から見て正方形のような対称形であることが好ましく、更に好ましくは槽内が乱流になりにくい正六角形、正八角形であり、円形が最適である。
【００１５】
本発明の廃水処置装置は、反応槽の酸素溶解効率を上げる装置構造に関するものであって、微生物の保持方法に制限を受けるものではない。すなわち、沈降槽から活性汚泥を反応槽に返送して反応槽内微生物濃度を高める方法や、反応槽内に担体を添加して担体表面に微生物を増殖させ、高濃度の微生物を反応槽内に保持する方法、さらにそれらを組合せる方法も採用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の廃水処理装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の廃水処理装置の構成略図である。本実施の廃水処理装置は、有機物やアンモニア性窒素等を含む原水４（廃水）を貯留するための反応槽１と、反応槽１上部の中央部に設置され、廃水を下方から吸い込み、水平方向に対して所定の角度で外側に吐出して廃水に反応槽１壁に沿って旋回下降流を形成する攪拌翼を有した攪拌装置７とを備えている。さらに反応槽１の底部中央部近傍には中空の錐体(例えば円錐または三角錐を含む多角錐)形状で下方に開放され、上部中央部に開口を有し、廃水の旋回下降流が反応槽１の底部で反射して生成した上向流を下方から上記開口に導き、この開口から廃水を上方へ吐出させるための上向流生成促進装置８と、反応槽１の底部に設置され、廃水を曝気するための散気装置９と、を備えている。
【００１７】
上向流生成促進装置８はプラスチック材料等から構成されている。上向流生成促進装置８は、廃水によって腐食されにくいチタン等の金属材料で構成することもできる。上向流生成促進装置８の上部中央部の開口には中空突起部８ａを接続することによって有効な上向流パターンを形成することができる。
【００１８】
散気装置９によって空気などの酸素含有気体が連続的または間欠的に反応槽１内の廃水に供給される。散気装置９は、酸素含有気体の吐出口が廃水の旋回下降流領域に位置するように設けられている。散気装置９から分散された気泡１１は槽壁近傍における旋回下降流によって上昇速度が抑えられ、酸素の溶解効率が向上する。
【００１９】
ＢＯＤ源となる有機物は主に炭酸ガスや水に転換され、また一部は微生物の生合成に用いられる。一方アンモニア性窒素は硝化菌の働きによって硝酸イオンへ転換される。
【００２０】
図１のように、本実施の形態の廃水処理装置は、反応槽１で処理された処理水６に高分子凝集剤などの凝集剤５を添加し攪拌装置１０で緩やかに攪拌することで沈降性を有するフロック（汚泥）を形成させる凝集槽２と、凝集槽２で形成された汚泥と処理水６ａに分離するための沈降槽３とを備えている。沈降槽３の汚泥の一部は反応槽１に返送される。図１の符号１２は返送汚泥を示す。
【００２１】
次に本発明の廃水処理装置の第２の実施の形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態の廃水処理装置の構成略図である。本実施の形態は、上記の本発明の第１の実施の形態の廃水処理装置とは微生物固定用の担体１３を用いている点が異なる。反応槽１内に図１と同様に上向流生成促進装置８および攪拌装置７が設置されており、また反応槽１の廃水中には散気装置９が設置されている。原水４は反応槽１に供給され、沈降槽３から返送された返送汚泥１２および担体１３の表面に増殖した微生物の働きによりＢＯＤ源となる有機物またはアンモニア性窒素が処理される。その後、担体１３のみを反応槽１内に保持し、処理水と汚泥の混合液は、金網やプラスチック製網で構成されるスクリーン１４を経て凝集槽２に移送される。凝集槽２では高分子凝集剤などの凝集剤５を添加し、緩やかに攪拌することで汚泥を粗大化し、沈降性を有するフロックを形成させる。次に沈降槽３で汚泥１２と処理水６とに分離する。
【００２２】
この実施形態で用いられる担体１３としては、スクリーン１４で分離できる程度の大きさのものが良く、数ｍｍ〜２０ｍｍ程度が適している。また材質はポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ウレタンスポンジ、セルロース、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの公知のものが使用できる。
【００２３】
次に本発明の廃水処理装置の第３の実施の形態について説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態の廃水処理装置の構成略図である。本実施の形態においては、微生物固定化用担体１３としてスクリーン１４で分離できない程度の微粒子のものを用いる点が上記の本発明の第２の実施の形態とは相違する。反応槽１内に図１と同様に上向流生成促進装置８および攪拌装置７が設置されており、また反応槽１内には担体１３及び散気装置９からの気泡１１が流動している。原水４は反応槽１に供給され、沈降槽３から返送された汚泥１２および担体１３の表面に増殖した微生物の働きによりＢＯＤ源となる有機物またはアンモニア性窒素が処理される。その後反応槽１の下部を経て仕切板１６によって反応槽の本体と分離された担体分離部１５に流入する。担体分離部１５では上向流となるため、担体１３はそれ自身の重量により沈降し、反応槽１内に返還される。一方汚泥と処理水６との混合液は凝集槽２に移送され、高分子凝集剤などの凝集剤５を添加し、攪拌装置１０により緩やかに攪拌することで汚泥を粗大化し、沈降性を有するフロックを形成させる。次に沈降槽３で汚泥と処理水６ａとに分離する。この実施の形態で用いられる担体１３としては、水より比重が大きいことが求められ、珪砂、活性炭、ゼオライト、シリカゲルなどの公知のものが使用できる。大きさは微生物付着面積が多く、すなわち担体表面積が大きく、かつ混合しやすい微粒子のものが適しているが、担体分離部１５での確実な沈降分離が求められるためある程度の粒径は必要であり、特に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の粒径が好ましい。
【００２４】
本発明は、生物学的な反応槽１の酸素溶解効率を上げるための装置構造に関するものであって、反応槽１の前段もしくは後段に設置する機器に制限を受けるものではない。すなわち、前段に予め流入水中のＳＳ(Suspended Solids)分を除去するための沈殿槽を設けることや、後段に硝酸性窒素を窒素ガスに転換するための脱窒処理装置を設置することもできることはいうまでもない。
【００２５】
以下、本発明の廃水処理装置を使用した廃水処理方法の実施例について説明する。
【００２６】
（実施例１）
図１に示す廃水処理装置によるＢＯＤ源含有廃水の処理例を工程順に説明する。
【００２７】
ポリペプトンを主成分とする合成廃水（ＢＯＤ濃度：２０００ｍｇ／Ｌ）を原水４とし、容積５Ｌの円筒型反応槽１に連続的に流入させた。反応槽１内のＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solids)濃度が４０００ｍｇ／Ｌとなるよう返送汚泥１２の流量を制御し、散気装置９からの空気供給量を理論酸素要求量の２０倍とした。攪拌装置７の攪拌翼は反応槽１の槽径の二分の一の大きさのものを使用し、回転数は１５０ｒｐｍとした。また凝集槽２ではカチオン系高分子凝集剤を５ｍｇ／Ｌ添加し、攪拌装置１０は５０ｒｐｍ程度で緩やかに攪拌した。原水４の通水量はＢＯＤ容積負荷０．０５ｋｇ／ｍ3・日で通水を開始し、１０日毎に０．０５ｋｇ／ｍ3・日ずつ負荷を増加させた。処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は１．０５ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００２８】
（実施例２）
実施例１において、散気装置からの空気供給量を理論酸素要求量の１０倍とした。他の条件は全て実施例１と同条件で処理したところ、処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は０．８０ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００２９】
（実施例３）
実施例１において、散気装置からの空気供給量を理論酸素要求量の５倍とした。他の条件は全て実施例１と同条件で処理したところ、処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は０．５５ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００３０】
（比較例１）
実施例１において、攪拌装置７を停止し、他の条件はすべて実施例１と同条件で処理したところ、処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は０．５０ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００３１】
以上のように、実施例１〜３の結果と比較例１の結果を比較すると、攪拌装置７を使用して旋回下降流を形成することで、より少ない空気供給量でも高いＢＯＤ除去能力を得られることが分かる。すなわち酸素溶解効率が向上していると認められる。
【００３２】
（実施例４）
図２に示す廃水処理装置によるＢＯＤ廃水の処理例を工程順に説明する。担体１３としてポリプロピレン製中空円筒担体（４ｍｍφ×４ｍｍＬ）を反応槽１の３０％容量添加し、ポリペプトンを主成分とする合成廃水（ＢＯＤ濃度：２０００ｍｇ／Ｌ）を反応槽１に連続的に流入させた。反応槽１の越流口には目開２ｍｍのウェッジワイヤスクリーンを設置した。槽・攪拌装置・高分子凝集剤添加量及び反応槽１内のＭＬＳＳ濃度は実施例１と同条件とし、散気装置９からの空気供給量を理論酸素要求量の５倍とした。
【００３３】
ポリペプトンを主成分とする原水４の通水量は、まずＢＯＤ容積負荷０．５ｋｇ／ｍ3・日で３０日間通水し、その後は１０日毎に０．２５ｋｇ／ｍ3・日ずつ負荷を増加させた。処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は３．７５ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００３４】
（比較例２）
実施例４において、攪拌装置７を停止し、散気装置９からの空気供給量を理論酸素要求量の２０倍とし、他の条件はすべて実施例４と同条件で処理したところ、処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は３．２５ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００３５】
（実施例５）
図３に示す廃水処理装置によるＢＯＤ廃水の処理例を工程順に説明する。
【００３６】
担体１３として球状活性炭（１．０〜１．５ｍｍφ）を反応槽１の１０％容量添加し、ポリペプトンを主成分とする合成廃水（ＢＯＤ濃度：２０００ｍｇ／Ｌ）を反応槽１に連続的に流入させた。担体分離部１５における上向流速度は５ｍ／ｈｒとした。槽・攪拌装置・高分子凝集剤添加量及び反応槽１内のＭＬＳＳ濃度は実施例１と同条件とし、散気装置９からの空気供給量を理論酸素要求量の５倍とした。
【００３７】
ポリペプトンを主成分とする原水４の通水量は、まずＢＯＤ容積負荷０．５ｋｇ／ｍ3・日で３０日間通水し、その後は１０日毎に０．２５ｋｇ／ｍ3・日ずつ負荷を増加させた。処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は５．０ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００３８】
（比較例３）
実施例５において、攪拌装置７を停止し、散気装置９からの空気供給量を理論酸素要求量の２０倍とし、他の条件はすべて実施例５と同条件で処理したところ、処理水のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＢＯＤ容積負荷は４．７５ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００３９】
（実施例６）
図３に示す廃水処理装置によるアンモニア性窒素廃水の硝化処理例を工程順に説明する。
【００４０】
担体１３としてヤシガラ粒状活性炭（粒径０．２〜０．５ｍｍ）を反応槽１の１０％容量添加し、ＮＨ4Ｃｌを主成分とする合成廃水（ＮＨ4―Ｎ濃度（ＮＨ4中のＮ濃度の意味）：５００ｍｇ／Ｌ）を反応槽１に連続的に流入させた。担体分離部１５における上向流速度は５ｍ／ｈｒとした。槽・攪拌装置・高分子凝集剤添加量及び反応槽１内のＭＬＳＳ濃度は、実施例１と同条件とし、散気装置９からの空気供給量を理論酸素要求量の５倍とした。
【００４１】
ＮＨ4Ｃｌを主成分とする原水４の通水量は、まずＮＨ4―Ｎ容積負荷０．０５ｋｇ／ｍ3・日で２０日間通水し、その後は１０日毎に０．０５ｋｇ／ｍ3・日ずつ負荷を増加させた。処理水のＮＨ4―Ｎが５ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＮＨ4―Ｎ容積負荷は０．３５ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００４２】
（比較例４）
実施例６において、攪拌装置７を停止し、散気装置９からの空気供給量を理論酸素要求量の２０倍とし、他の条件はすべて実施例６と同条件で処理したところ、処理水のＮＨ4―Ｎが５ｍｇ／Ｌを超えた時点でのＮＨ4―Ｎ容積負荷は０．２５ｋｇ／ｍ3・日であった。
【００４３】
以上をまとめると、表１のようになる。
【００４４】
【表１】
0003776763.tif 000002
【００４５】
以上より、反応槽１の壁部近傍に廃水の旋回下降流を形成させることによって曝気する空気からの酸素の溶解効率が向上し、より少ない空気使用量で高度な処理性が得られていると認められる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の好気性微生物を用いた廃水処理装置において、反応槽底部近傍に固定された上向流生成促進装置と、槽上部に水平または斜め下方に吐出する攪拌翼を有する攪拌装置とを組合せることで、従来よりも少ない空気供給量で高度な処理性を得ることができる。その理由は、反応槽壁側に廃水の旋回下降流が形成するため反応槽内における気泡の滞留時間が増大し、酸素溶解効率が向上するためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の廃水処理装置を示す構成略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の廃水処理装置を示す構成略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の廃水処理装置を示す構成略図である。
【図４】従来の生物的廃水処理装置の構成略図である。
【符号の説明】
１，５０    反応槽
２    凝集槽
３    沈降槽
４    原水
５    凝集剤
６，６ａ    処理水
７，１０    攪拌装置
８    上向流生成促進装置
８ａ    中空突起部
９，５１    散気装置
１１，５２    気泡
１２    返送汚泥
１３    担体
１４    スクリーン
１５    担体分離部
１６    仕切板
５３    廃水
５４    汚泥
【図１】
0003776763.tif 000003
【図２】
0003776763.tif 000004
【図３】
0003776763.tif 000005
【図４】
0003776763.tif 000006