JP3776763B2 - 廃水処理装置 - Google Patents
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Description
【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】
【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
Claims (7)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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