JP3871272B2 - 下水処理設備および下水処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合流式下水を処理する下水処理設備およびその下水処理設備における下水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水道には、雨水と汚水とを別の管渠で処理設備へ排水するように構成されている「分流式下水道」と、同一の管渠で処理設備へ送水する「合流式下水道」とがある。合流式下水道は管渠が一系統で済み、施工が容易で安価であることから、下水道設備の急速な普及が進んだ明治後期から昭和前期に大都市を中心に自治体に多く採用されている。
【０００３】
合流式下水道では雨天時等に汚水と雨水とが混合した多量の汚濁水が発生して下水処理設備に流入するため、合流式下水道にかかる下水処理設備では、最初沈殿池、曝気槽、最終沈殿池、塩素混和池といった通常の処理経路のほか、この通常の処理経路の設計処理水量を超えた分の下水を最初沈殿池から導いて夾雑物除去処理などの簡易処理を施した後あるいは夾雑物除去を行わずに、塩素投入して殺菌処理を行って処理系外に排出する他の処理経路を設けている。
【０００４】
しかし、超過分下水は短時間で多量に発生するため殺菌も短時間で行わなければならないところ、塩素投入による殺菌処理は滞留時間を必要とするため、必ずしも好適な殺菌処理ではない。また、滞留時間をなるべく短くするために大量の塩素投入を行う必要があり、残留塩素による放流先生態系へ悪影響を与える可能性を否定できないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明者らは、このような超過分下水に対して塩素殺菌を行う問題点を解決すべく、先の出願（特願２００２−３７８４２２）において、前記他の処理経路にかかる処理として渦流式固液分離手段を用いるとともに、その後段に、数秒〜１分以内の高速殺菌が可能な紫外線照射装置を配置して殺菌を行う技術を開示した。
【０００６】
【特許文献】
特開２００１−２１９１９３
特開２０００−１８５２８０
特開平１１−３４７５８３
特開平１１−２１６４９７
特開平９−２７１７７２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、比較的濁度の高い超過分下水に対して十分な殺菌処理を達成するために、高価な高出力の紫外線照射装置を要するにもかかわらず、予測し難い雨天時など通常の処理経路の設計処理水量を超える下水が処理系内に流入したときにしか用いられないため、殺菌という観点からは極めて優れている設備であるにもかかわらず、紫外線照射装置導入にかかるコストにみあうだけの稼働率を達成することが難しいという欠点があった。
【０００８】
他方で、超過分下水が発生しないときには、塩素混和池において次亜塩素酸ナトリウムに代表される塩素によって殺菌を行う方法が確立されているが、近年、塩素の残留性等の問題が指摘されるようになってきており、塩素使用量の削減が求められている。
【０００９】
そこで、本発明の主たる課題は、これまで超過分下水の殺菌にしか用いられていなかった紫外線照射装置を、通常の処理系路でも用いるようにして、紫外線照射装置導入にかかるコスト面での欠点を改善するとともに、晴天時であっても雨天時であってもそれぞれに応じた最適な殺菌処理を施せるようにし、さらに晴天時等の通常の処理における殺菌処理に用いられている塩素の使用量の削減をも図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明およびその作用効果は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
合流式下水が流入する最初沈殿池、曝気処理を行う曝気槽、沈殿処理を行う最終沈殿池を少なくともこの順に備える主処理経路と、
前記主処理経路の設計処理水量を超えた超過分下水が最初沈殿池から供給され、その超過分下水の濁質除去処理を行う副処理経路とを備え、かつ、
前記主処理経路または副処理経路で処理された処理水の殺菌処理を行う、紫外線照射出力の制御が可能な紫外線照射装置と、塩素殺菌を図る塩素混和池と、を備える下水処理設備であって、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときには、
前記主処理経路で処理された処理水が前記紫外線照射装置、塩素混和池の順に供給されて殺菌がなされ、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときには、
前記主処理経路の設計処理水量分については主処理経路で処理された後、前記紫外線照射装置に供給されずに前記塩素混和池に供給されて殺菌処理がなされ、超過分下水については前記副処理経路で処理された後、前記紫外線照射装置に供給されて殺菌がなされる、
ように構成されていることを特徴とする下水処理設備。
【００１１】
＜請求項２記載の発明＞
前記紫外線照射装置の前段に、前記紫外線照射装置に供給される処理水の汚濁度を測定する汚濁度測定手段および前記紫外線照射装置に供給される処理水の流量を測定する流量測定手段の少なくとも一方を備える請求項１記載の下水処理設備。
【００１２】
＜請求項３記載の発明＞
前記汚濁度測定手段の測定値および流量の測定値の少なくとも一方に基づいて、前記紫外線照射装置の紫外線照射出力を自動的に制御する照射出力自動制御手段を備える請求項２記載の下水処理設備。
【００１３】
＜請求項４記載の発明＞
前記副処理経路に、渦流式固液分離装置および繊維濾過装置の少なくとも一方を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の下水処理設備。
【００１４】
＜請求項５記載の発＞
合流式下水が流入する最初沈殿池、曝気処理を行う曝気槽、沈殿処理を行う最終沈殿池を少なくともこの順に備える主処理経路と、
前記主処理経路の設計処理水量を超えた分の下水が最初沈殿池から供給され、その超過分下水の濁質除去処理を行う副処理経路とを備え、かつ、
前記主処理経路または副処理経路で処理された処理水の殺菌処理を行う、紫外線照射出力の制御が可能な紫外線照射装置と、塩素殺菌を図る塩素混和池と、を備える下水処理設備における下水処理方法であって、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときには、
前記主処理経路で処理された処理水を前記紫外線照射装置、塩素混和池の順に供給して殺菌を行い、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときには、
前記主処理経路の設計処理水量分については主処理経路で処理した後、前記紫外線照射装置に供給せずに前記塩素混和池に供給して殺菌処理を行い、超過分下水については前記副処理経路で処理した後、前記紫外線照射装置に供給して殺菌を行う、
ことを特徴とする下水処理方法。
【００１５】
＜請求項６記載の発明＞
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときにおける紫外線照射装置の出力を、流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときにおける紫外線照射装置の出力よりも、低い出力で紫外線照射する請求項５記載の下水処理設備の運転方法。
【００１６】
＜請求項７記載の発明＞
前記紫外線照射装置に供給する処理水の汚濁度および流量の少なくとも一方を測定し、その測定値に基づいて、前記紫外線照射装置の紫外線照射出力を制御する請求項５または６記載の下水処理方法。
【００１７】
＜請求項８記載の発明＞
前記副処理経路において、渦流式固液分離装置および濾過装置の少なくとも一方を用いて濁質除去処理を行う請求項５〜７のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【００１８】
（作用効果）
本発明では、従来、超過分下水にのみ用いられた紫外線照射装置を、晴天時等の超過下水部が発生しない場合における主処理経路で処理された処理水に対しても適用する構成とした。このため紫外線照射装置が非稼動となることがなくなり、コストにみあう運転がなされる。また、常時稼動であり紫外線照射装置のＯＮ／ＯＦＦを繰り返さないので紫外線照射ランプのランプライフの点からも有利な効果がある。
【００１９】
一方、本発明では、超過分下水が発生しない場合に主処理経路で処理された処理水に対して、塩素混和池の前段に紫外線照射装置を配置して、紫外線殺菌、塩素殺菌の順に殺菌を行う。このように構成すると後段の塩素混和池の負荷が減り、使用する塩素量が削減され、塩素使用量の削減により、放流先における生態系の影響も小さいものとなる。また、塩素殺菌と紫外線殺菌との組み合わせにより、塩素耐性の高い例えばクリプトスポリジウム、ジアルジア等についても効果的な殺菌が期待できる。さらに、紫外線照射装置および塩素殺菌による処理とすると殺菌時間の大幅な短縮が図られる。
【００２０】
他方、本発明者らは、紫外線照射装置、塩素混和池をこの順に構成すると、塩素混和池、紫外線照射装置の順に配置するのと比較して、塩素残留性が少なく、濁質に付着した細菌への効果が高く、細菌の光回復が小さいという利点があることを知見しており、本発明ではこのような効果も得られる。
【００２１】
まとめると、超過分下水が発生しない場合には、紫外線殺菌および塩素混和池により殺菌がなされるので、塩素の使用量が削減されるとともに、紫外線殺菌装置が使用されることにより、これまで超過分下水が発生したときにしか使用されず非稼動とされなくなる効果が得られ、超過分下水が発生したときには、従来例と同様に、主処理経路分については塩素による殺菌、超過分下水に対しては紫外線殺菌がなされ、双方に対して殺菌がなされた後に放流され未殺菌の処理水が放流されることがなくなる効果がえられる。
【００２２】
他方、本発明に用いる紫外線照射装置は、紫外線の照射出力を可変とすることができるものとする。これは、主処理経路で処理された処理水は、曝気処理および終沈処理を経るため汚濁度が低い。従って、紫外線透過度が高く低い照射出力で高い殺菌効果が得られる。一方で、主処理経路の設計水量を超える超過分下水は、雨天時等に発生することがおおく、さらに、副処理経路における処理が比較的簡易な処理であることもあって、主処理経路で処理された処理水と比較して汚濁度が高く紫外線透過度が低い。従って、紫外線照射により殺菌するにあたっては主処理経路で処理された処理水よりも高出力での紫外線照射が必要となる。このため紫外線照射出力を可変とすると、各々の処理水に対して効果的なあるいは最低限必要な出力での紫外線照射が可能となり、照射に用いるエネルギーコストを抑えることができる。
【００２３】
他方、前記紫外線照射装置の前段に、前記紫外線照射装置に供給される処理水の汚濁度を測定する汚濁度測定手段および前記紫外線照射装置に供給される処理水の流量を測定する流量測定手段の少なくとも一方を備えると、紫外線照射装置の紫外線照射出力を最適なものとすることができる。なお、本発明でいう汚濁度とは、紫外線透過度に影響を及ぼす汚濁水の汚れ具合の指標となる値であり、少なくとも濁度、ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＴＯＣ、ＴＯＤ、紫外線透過率を含む意味である。
【００２４】
また、副処理経路に、渦流式固液分離装置および濾過装置の少なくとも一方を設けると、紫外線照射するにあたって有効な濁質除去がなされ、紫外線透過度が上昇し、好適な紫外線照射による殺菌が効果的に行える。すなわち、固形分が多く含まれ濁度が高い被処理水であると、紫外線の透過率が低く紫外線照射しても所望の殺菌効果が得られないことがあるが、紫外線照射装置の前段に渦流式固液分離装置や高速濾過装置を設けて、汚濁水中の固形物を分離除去すれば、被処理水の紫外線透過率が高まるので、後段の紫外線照射装置による殺菌処理が効果的に行われる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施の形態を図面を参照しながら以下に詳述する。
図１は、本実施の形態にかかる下水処理設備を示す図である。図中、１は沈砂池、２は最初沈殿池、３は曝気槽、４は最終沈殿池、５は紫外線照射装置、６は塩素混和池、７は渦流式固液分離装置、８は高速繊維濾過装置、Ｖ１〜Ｖ３は流路切替弁、Ｆは流量計、Ｐ１およびＰ２は汚濁度計、をそれぞれ示す。また、図中点線Ａで囲まれた領域は主処理経路、点線Ｂで囲まれた領域は副処理経路をそれぞれ示す。本設備は、前記流路切替弁Ｖ１〜Ｖ３により、Ｌ１〜Ｌ４への流路の切り替えが行われる。
【００２６】
また、用いる紫外線照射装置は、出力が可変のものとし、さらには、前記主処理経路Ａで処理された比較的濁度が低い処理水に対して殺菌が行える程度の出力から、雨天時に副処理経路で処理された濁度の高い処理水に対して殺菌が行える程度の高出力まで、出力可変ができるものとする。
【００２７】
以下に、本下水処理設備の説明も含めつつ、晴天時など下水処理設備内に流入する合流式下水が主処理経路Ａの設計処理水量を超えない場合（以下、単に晴天時と記載する）と、雨天時など主処理経路Ａの設計処理水量を超える合流式下水が下水処理設備内に流入する場合（以下、単に雨天時と記載する）とに分けて、本下水処理設備における下水処理方法を詳述する。
【００２８】
＜晴天時における下水処理＞
本実施の形態にかかる下水処理設備（以下、単に本下水設備と記載する。）では、合流式下水道を通った合流式下水（以下、単に下水と記載する。）は、まず沈砂池１に流入される。沈砂池１では、下水中の比較的大きな夾雑物がスクリーンにより除去される。
【００２９】
沈砂池１で夾雑物が除去された下水は、次いで最初沈殿池２に供給される。最初沈殿池２では、曝気処理の予備処理として下水中の有機成分等を主体とする比重の大きいＳＳを沈殿分離する。この最初沈殿池における沈殿処理は、従来既知の方法に従って処理することができ、沈殿時間なども従来既知の方法に従って適宜選択することができる。
【００３０】
最初沈殿池で処理された下水（清澄分）は、晴天時には、全て曝気槽に供給される。曝気槽では、従来既知の処理方法に従って、曝気処理を行う。曝気処理は、例えば、好気性菌と混合するとともに空気あるいは酸素等を供給して行う生物処理とすることができる。この場合、用いる菌類や曝気時間等は、従来既知の技術に従って適宜選択することができる。曝気処理により浮遊物（フロック）が形成される。
【００３１】
次いで、曝気処理されたフロック等を含む処理水を最終沈殿池に供給して、比重が小さく流れによって浮遊しやすいフロックを沈殿分離する。最終沈殿池における処理についても、従来既知の技術により行うことができる。
【００３２】
最終沈殿池で分離された清澄分についは、本設備では、晴天時においては紫外線照射装置に供給する。すなわち、紫外線照射装置は、後述の超過分下水にも用いるが、晴天時においては超過分下水は発生しない。従って、紫外線照射装置が非稼動となるのを防止すべく、晴天時においては曝気処理までの主処理経路Ａにより処理された処理水（以下、清澄液と記載する）を供給する。
【００３３】
紫外線照射装置においては、前記清澄液は濁度が低く紫外線透過度が高いことに留意して、過度の出力にならないように気をつけながら紫外線照射量および照射時間を決定する。そして、このような点に留意しつつ、紫外線照射装置における照射出力は、前記紫外線照射装置に供給する処理水の汚濁度により決定することができる。ここで汚濁度の測定は、紫外線照射装置に通ずる管渠等あるいは前段に貯留槽を設けその貯留槽に、紫外線透過率計、濁度計、ＣＯＤ計、ＢＯＤ計、ＴＯＣ計、ＴＯＤ計等の測定手段のうち少なくとも一つ測定手段Ｐ１を設けて、前記清澄液の濁度、ＣＯＤ値、ＢＯＤ値，ＴＯＣ値、ＴＯＤ値、紫外線透過率等を測定し、この測定値Ｍ1から清澄液に対して最適な殺菌が行える照射出力値を決定することができる。
【００３４】
ここで、紫外線照射装置としては、図２に示されるように、被処理水を流通させる管５０内に紫外線照射用のランプ５１，５１…が複数配置され、このランプを点灯させた状態で、管内に一方側５０Ａから被処理水Ｗを流通させ他方側５０Ｂから排出させて、紫外線照射を行う紫外線照射装置５を用いるのが好適である。このような構成の紫外線照射装置５は、被処理水Ｗを流しつつ紫外線照射処理できるので、晴天時に清澄液を流通させて処理するのに適するほか、雨天時に不定期に大量に流入する超過分下水を迅速に処理および殺菌するのにも適するからである。通常は清澄液の紫外線（２５４ｎｍ）の透過率は３０〜８０％Ｔであるので、紫外線出力を１〜２ｋＷ程度とすれば、５秒〜１分程度の滞留時間で殺菌が可能である。
【００３５】
紫外線照射装置５で、殺菌がなされた殺菌処理水は、次いで、塩素混和池６に供給される。ここで、清澄液を紫外線照射装置５、塩素混和池６の順に流通させるには、図中の流路切替弁Ｖ１〜Ｖ３を操作して、清澄液が流路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を通るようにするとともに、流路Ｌ４、Ｌ５を通らないようにする。こうすると、清澄液が紫外線照射装置５を通らずに塩素混和池６に供給されることがなく、また、紫外線照射装置５を通った処理水が塩素混和池６に供給されないで流路Ｌ５から処理系外に排出されることがなくなり、最終沈殿池４からの清澄液が紫外線照射装置５に導かれ紫外線照射された後、塩素混和池６に供給されるようになる。塩素混和池６では、前段で紫外線による殺菌が既に行われているため、紫外線による殺菌効果を維持および補助を目的とした、極めて短時間、かつ、少量の塩素投入での処理とすることができる。塩素投入量については、前段の紫外線照射装置５における紫外線照射出力にも左右されるが、従来の１／４〜１／１５程度とすることができる。また、塩素との混和時間についても従来の１／４〜１／１０程度でよい。塩素混和池６におけるその他の操作については従来既知の技術により行うことができる。例えば、塩素殺菌に用いる薬剤としては、次亜塩素酸ナトリウム等の従来既知の薬剤を用いることができる。塩素混和池６で塩素殺菌がなされた処理済水は、処理系外に排出することができる。例えば、河川等に放流することができる。
【００３６】
＜雨天時における処理＞
次いで、雨天時における下水処理を説明する。雨天時においても沈砂池１、最初沈殿池２における処理は晴天時と同様である。雨天時においては、主処理経路Ａの設計処理水量を超える下水が発生するので、この場合には、最初沈殿池２から、その超過分下水を副処理経路Ｂに導く。この副処理経路Ｂに導く方法としては、最初沈殿池１から曝気槽３に向かう管渠の途中に堰を設けて、堰を越えた分の下水が副処理経路に向かうように管渠を構成する。なお、このように堰を越えた分の下水は、越流水と呼ばれることもあるが、本明細書では超過分下水という。
【００３７】
そして、主処理経路Ａの設計水量分として、堰を越えずに曝気槽３に供給された下水は、晴天時と同様に曝気処理が施された後、最終沈殿池４に供給され同様に晴天時と同様に沈殿処理がなされる。すなわち、主処理経路Ａにて晴天時と同様に処理される。
【００３８】
そして雨天時において主処理経路Ａで処理された処理水は、晴天時とは異なり紫外線照射装置５に供給することなく、塩素混和池６に供給する。これは、紫外線照射装置５は、前記超過分下水に対する処理に用いるため、主処理経路Ａで処理された処理水については、紫外線照射装置５を用いないようにするためである。このような主処理経路Ａで処理された処理水を紫外線照射装置５に通さないようにするには、流路切替弁Ｖ１，Ｖ２を操作して、清澄液が流路Ｌ４、Ｌ３を流れるようにするとともに、流路Ｌ１，Ｌ２を通らないようにする。
【００３９】
このようにして、塩素混和池６に供給された清澄液は、塩素との混和により殺菌処理を図る。ここでの塩素殺菌は、前段において紫外線殺菌がなされていないので、従来技術に従った塩素量、混和時間とする。そして、塩素混和池６で殺菌処理された後、処理系外に排出する。例えば、河川に放流する。
【００４０】
一方、副処理経路Ｂに導かれた超過分下水は、副処理経路Ｂで濁質除去処理が行われる。超過分下水は、多量かつ短時間で急激に増加するため、用いる濁質除去処理としては、長時間の沈殿時間を必要とする沈殿処理槽等は不適であり、迅速に処理を行える固液分離装置７を用いる必要がある。固液分離装置として好適なのは、渦流式固液分離装置である。渦流式固液分離装置は、円筒型水槽内に被処理水を前記水槽の接線方向に沿って送入し、前記水槽内で渦流を発生させて固形分を前記水槽の中央下部に集めることで清澄分と固形分と分離し、清澄分を水槽外に送りだすとともに、集めた固形分を水槽下部に設けられた引抜き弁の開閉およびポンプ手段により水槽外に引抜いて固液分離するものであり、具体例としては、図３に示すように、円筒型水槽７０の内部に円筒型スクリーン７１が縦向きに配置され、この円筒型スクリーン７１内に被処理水を前記スクリーン７１の接線方向に沿って送入し、前記スクリーン７１内で渦流を発生させて清澄分を前記スクリーン７１を通して槽外に送り出しつつ前記固形分を水槽７０の中央下部７２に集め、この集めた固形分を水槽７０の外に引抜くように構成されたものが挙げられる。
【００４１】
なお、本下水設備の副処理経路Ｂは、渦流式固液分離装置の後段に凝集剤添加手段を設け、さらに、この凝集剤添加手段の後段にさらに別の渦流式固液分離装置を設けて、第１の渦流式固液分離装置、従来既知の凝集剤添加装置、第２の渦流式固液分離装置をこの順に設置するのが好適である。
【００４２】
また、副処理経路における固液分離装置は、高速繊維濾過を用いることができる。ただし、高濁度の超過分下水を高速繊維濾過装置のみで処理しようとすると、補足した固形分の除去の手間がかかるため、高速繊維濾過装置を用いるときは、前記渦流式固液分離装置、高速繊維濾過装置の順で配置するのがよい。
【００４３】
雨天時には、このように副処理経路Ｂで濁質除去処理を行った濁質除去処理水を上記晴天時の処理の際に用いていた紫外線照射装置５に供給する。従って、上述のとおり雨天時において主処理経路Ａで処理された処理水は、流路切替弁Ｖ１，Ｖ２の操作により流路Ｌ１，Ｌ２を通らないようにして紫外線照射装置５には供給されないようにする。ここで、紫外線照射装置５の出力は雨天時には晴天時と異なり、終沈処理されているわけではないので汚濁度が高い。従って、晴天時のときよりも高出力としなければならない点に留意しながら照射出力を決定する必要がある。紫外線照射装置５における照射出力は、晴天時と同様に、前記紫外線照射装置５に供給する処理水の汚濁度により決定することができる。ここで汚濁度の測定は、晴天時と同様に、紫外線照射装置に通ずる管渠等あるいは前段に貯留槽を設けその貯留槽に、紫外線透過率計、濁度計、ＣＯＤ計、ＢＯＤ計、ＴＯＣ計、ＴＯＤ計等の測定手段のうち少なくとも一つ測定手段Ｐ２を設けて、前記処理水の濁度、ＣＯＤ値、ＢＯＤ値，ＴＯＣ値、ＴＯＤ値、紫外線透過率等を測定し、この測定値Ｍ2から被処理水に対して最適な殺菌が行える照射出力値を決定することができる。
【００４４】
紫外線照射装置５により殺菌がなされた殺菌処理水は、雨天時においては、流路切替弁Ｖ３を操作して流路Ｌ５を通るようにして、塩素混和池６に送ることなく処理系外に排出する。例えば、河川に放流する。塩素混和池６では、主処理経路Ａで処理された処理水の処理を行う必要があるからである。
【００４５】
（その他）
なお、本下水設備における流路切替弁Ｖ１〜Ｖ３の操作は、最初沈殿池２から副処理経路Ｂに向かう管渠の途中に超過分下水の発生を知らせる流量計Ｆを設け、この流量計Ｆの測定値に基づいて、設備管理者等が手動で行ってもよいし、既知のコンピュータ制御手段等により自動制御で切り替えるように構成してもよい。また、汚濁度に基づく紫外線照射装置５の照射出力制御についても、測定値Ｍ1，Ｍ2に基づいて管理者などが手動で行ってもよいし、既知のコンピュータ制御等による自動制御としてもよい。紫外線照射装置５の照射出力を変化させる具体的な操作については、用いる紫外線照射装置５の操作方法による。
【００４６】
上記紫外線照射出力の変更は、濁度に応じて変更する場合を例にすると、汚濁度測定計Ｐ１，Ｐ２で測定された清澄液または濁質除去水の濁度Ｍ1，Ｍ2が所定値Ａ値を超えるまでは紫外線照射出力を出力αにし、濁度が高まり所定値Ａ値を超えたならば、紫外線照射出力を出力αから出力βに上昇させ、さらに濁度が高まり所定値Ｂ値を超えたならば、紫外線照射出力を出力βから出力γに上昇させるように紫外線照射出力を変化させる。反対に、汚濁度測定計Ｐ１，Ｐ２で測定された測定値Ｍ1，Ｍ2が所定値Ｂ未満になったならば、紫外線照射出力を出力γから出力βに低下させ、さらに濁度が低下して所定値Ａ未満となったならば、紫外線照射出力を出力βから出力αに低下させるように紫外線照射出力を変化させることができる。紫外線照射出力を出力α→出力β→出力γあるいは出力γ→出力β→出力αというように段階的に変動させるのではなく、濁度の経時的な連続的変化に応じて、紫外線照射出力も経時的に連続的に変化させることができる。
【００４７】
また、前記例は濁度による制御であるが、上述のとおり、汚濁度測定計Ｐ１，Ｐ２で測定した、紫外線透過率、ＣＯＤ値、ＢＯＤ値、ＴＯＣ値、ＴＯＤ値の測定値に応じて、紫外線照射出力を変化させることもできる。また、照射出力を決定すべき判断値として、紫外線透過率または濁度の測定値とＣＯＤ値との乗算値、紫外線透過率または濁度とＣＯＤ値の和算値、紫外線透過率または濁度の測定値とＢＯＤ値との乗算値、あるいは、紫外線透過率または濁度の測定値とＢＯＤ値とＣＯＤ値との乗算値など適宜決定することができる。
【００４８】
他方で、紫外線照射装置５における殺菌効率は、前記汚濁度のほか、紫外線照射装置に供給する流量にも左右される。すなわち、流量が多い場合には、短時間で紫外線照射装置５を通過するので、高出力での照射が必要となる。そこで、最終沈殿池４から紫外線照射装置５に向かう管渠の途中に清澄液の流量を測定する流量計Ｆ２を設け、副処理経路Ｂから紫外線照射装置５に向かう管渠の途中に流量計Ｆ３を設けて、晴天時においては清澄液、雨天時においては濁質除去水の流量をそれぞれ測定するとともに、これらの流量計で測定された流量を考慮して紫外線照射装置５における紫外線照射出力を決定することができる。変更の具体的態様は、前記濁度に基づく例と同様に行うことができる。
【００４９】
もっとも望ましくは、上述汚濁度と流量との測定値の双方を考慮して紫外線照射出力を決定する。この場合には、例えば、汚濁度×流量で表される演算値を紫外線照射出力決定パラメータとして、当該パラメータに応じて紫外線照射装置５の紫外線照射出力を適宜定めることができる。
【００５０】
＜実験例＞
次いで、本発明の実験例を示す。
（実験１：雨天時想定殺菌実験）
雨天時の超過分下水に対する処理を想定して高濁質（紫外線透過率３０％Ｔ）の擬似排水を用いて、紫外線照射装置により殺菌処理した場合と、塩素殺菌した場合とについて、殺菌時間や菌類の不活化率等を比較検討した。殺菌対照とした菌類は、大腸菌群である。紫外線照射装置は、４ｋＷ出力の中圧水銀ランプを内部に２本配した通水タイプのものを用いた。
【００５１】
紫外線照射装置における紫外線出力は、８ｋＷとした。一方、塩素殺菌における塩素投入量は、１０ｍｇ-ＣＬ／Ｌとした。その他の実験条件および結果は、表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１からわかるように、大腸菌群の不活化率は、塩素殺菌の場合も紫外線殺菌の場合もほぼ同様であることがわかる。ここで、殺菌に要した時間に着目してみると、紫外線殺菌の場合は、殺菌時間が０．２ｍｉｎと極めて短時間であるのに対して、塩素殺菌の場合は殺菌時間が１５ｍｉｎと長時間を要している。このことは、紫外線殺菌は、塩素殺菌と比較して極めて短時間で同様の殺菌効果があることを表している。そうすると、紫外線殺菌は、雨天時において短時間に多量に発生する超過分下水を迅速に処理可能な殺菌方法であるといえる。
【００５４】
（実験２：晴天時想定殺菌実験）
晴天時に主処理経路で処理された処理水に対して殺菌処理を行った場合を想定して下水処理場の二次処理水（紫外線透過率５０％Ｔ）を擬似処理水として用い、紫外線殺菌、塩素殺菌の順に殺菌処理した場合（以下、ＵＶ-ＣＬ処理と記載）と、塩素殺菌のみとした場合とについて、塩素投入量、殺菌時間、菌類の不活化率等を比較検討した。殺菌対照とした菌類は、実験１と同様に大腸菌群であり、用いた紫外線照射装置も実験１で用いたものと同様である。ただし、実験２においては紫外線出力を２．４ｋＷとした。その他の実験条件および結果は、表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２からわかるように、大腸菌群の不活化率は、ＵＶ−ＣＬ処理の場合も塩素の殺菌のみの場合もほぼ同様であることがわかる。ここで、殺菌に要した時間に着目してみると、ＵＶ−ＣＬ処理の場合は、５ｓｅｃの紫外線照射と１ｍｉｎの塩素処理という極めて短時間である。それ対して、塩素殺菌の場合は殺菌時間が１５ｍｉｎと長時間を要している。さらに、ＵＶ−ＣＬ処理の場合には、塩素投入量が１ｍｇ-ＣＬ／Ｌであるの対して、塩素殺菌のみの場合は、４ｍｇ-ＣＬ／Ｌであり、１／４の塩素投入量となっている。このことは、ＵＶ−ＣＬ処理は、塩素殺菌のみと比較して極めて短時間で殺菌でき、かつ塩素投入量を削減できることを示している。そうすると、ＵＶ−ＣＬ処理は、晴天時における主処理経路で処理された処理水を短時間でかつ低塩素投入量で殺菌処理できる処理方法であり、これは残留塩素濃度を低減できる殺菌方法であるともいえる。
【００５７】
なお、本実験１および２により、雨天時および晴天時ともに同じ紫外線殺菌装置を使用して効率的な処理が可能であることも示された。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述のとおり、晴天時では、紫外線殺菌、塩素混和池の順に殺菌を行うことにより、塩素混和池での塩素使用量が削減されるとともに、これまで予測できない雨天時にしか使用されていなかった紫外線照射装置を有効に活用できるようになる効果が得られる。また、雨天時においては、紫外線照射による超過分下水に対して迅速な殺菌が行われるとともに、設計処理水量分に対して塩素混和池における通常の殺菌処理が図られ、未殺菌の処理水が放流等されることがないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる下水処理設備および下水処理方法を説明するためのフロー図である。
【図２】紫外線照射装置の例を示す図である。
【図３】渦流式固液分離装置の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…沈砂池、２…最初沈殿池、３…曝気槽、４…最終沈殿池、５…紫外線照射装置、６…塩素混和池、７…渦流式固液分離装置、８…高速繊維濾過装置、５０…紫外線照射装置外管、５１…紫外線照射ランプ、 ７０…円筒型水槽、７１…円筒型スクリーン、７２…円筒型水槽中央底部、Ｂ…副処理経路、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２…流量計、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…流路（管渠）、Ｐ１，Ｐ２…汚濁度測定手段、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…流路切替弁（可動堰）、Ｗ…被処理水。
【発明の属する技術分野】
本発明は、合流式下水を処理する下水処理設備およびその下水処理設備における下水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水道には、雨水と汚水とを別の管渠で処理設備へ排水するように構成されている「分流式下水道」と、同一の管渠で処理設備へ送水する「合流式下水道」とがある。合流式下水道は管渠が一系統で済み、施工が容易で安価であることから、下水道設備の急速な普及が進んだ明治後期から昭和前期に大都市を中心に自治体に多く採用されている。
【０００３】
合流式下水道では雨天時等に汚水と雨水とが混合した多量の汚濁水が発生して下水処理設備に流入するため、合流式下水道にかかる下水処理設備では、最初沈殿池、曝気槽、最終沈殿池、塩素混和池といった通常の処理経路のほか、この通常の処理経路の設計処理水量を超えた分の下水を最初沈殿池から導いて夾雑物除去処理などの簡易処理を施した後あるいは夾雑物除去を行わずに、塩素投入して殺菌処理を行って処理系外に排出する他の処理経路を設けている。
【０００４】
しかし、超過分下水は短時間で多量に発生するため殺菌も短時間で行わなければならないところ、塩素投入による殺菌処理は滞留時間を必要とするため、必ずしも好適な殺菌処理ではない。また、滞留時間をなるべく短くするために大量の塩素投入を行う必要があり、残留塩素による放流先生態系へ悪影響を与える可能性を否定できないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明者らは、このような超過分下水に対して塩素殺菌を行う問題点を解決すべく、先の出願（特願２００２−３７８４２２）において、前記他の処理経路にかかる処理として渦流式固液分離手段を用いるとともに、その後段に、数秒〜１分以内の高速殺菌が可能な紫外線照射装置を配置して殺菌を行う技術を開示した。
【０００６】
【特許文献】
特開２００１−２１９１９３
特開２０００−１８５２８０
特開平１１−３４７５８３
特開平１１−２１６４９７
特開平９−２７１７７２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、比較的濁度の高い超過分下水に対して十分な殺菌処理を達成するために、高価な高出力の紫外線照射装置を要するにもかかわらず、予測し難い雨天時など通常の処理経路の設計処理水量を超える下水が処理系内に流入したときにしか用いられないため、殺菌という観点からは極めて優れている設備であるにもかかわらず、紫外線照射装置導入にかかるコストにみあうだけの稼働率を達成することが難しいという欠点があった。
【０００８】
他方で、超過分下水が発生しないときには、塩素混和池において次亜塩素酸ナトリウムに代表される塩素によって殺菌を行う方法が確立されているが、近年、塩素の残留性等の問題が指摘されるようになってきており、塩素使用量の削減が求められている。
【０００９】
そこで、本発明の主たる課題は、これまで超過分下水の殺菌にしか用いられていなかった紫外線照射装置を、通常の処理系路でも用いるようにして、紫外線照射装置導入にかかるコスト面での欠点を改善するとともに、晴天時であっても雨天時であってもそれぞれに応じた最適な殺菌処理を施せるようにし、さらに晴天時等の通常の処理における殺菌処理に用いられている塩素の使用量の削減をも図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明およびその作用効果は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
合流式下水が流入する最初沈殿池、曝気処理を行う曝気槽、沈殿処理を行う最終沈殿池を少なくともこの順に備える主処理経路と、
前記主処理経路の設計処理水量を超えた超過分下水が最初沈殿池から供給され、その超過分下水の濁質除去処理を行う副処理経路とを備え、かつ、
前記主処理経路または副処理経路で処理された処理水の殺菌処理を行う、紫外線照射出力の制御が可能な紫外線照射装置と、塩素殺菌を図る塩素混和池と、を備える下水処理設備であって、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときには、
前記主処理経路で処理された処理水が前記紫外線照射装置、塩素混和池の順に供給されて殺菌がなされ、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときには、
前記主処理経路の設計処理水量分については主処理経路で処理された後、前記紫外線照射装置に供給されずに前記塩素混和池に供給されて殺菌処理がなされ、超過分下水については前記副処理経路で処理された後、前記紫外線照射装置に供給されて殺菌がなされる、
ように構成されていることを特徴とする下水処理設備。
【００１１】
＜請求項２記載の発明＞
前記紫外線照射装置の前段に、前記紫外線照射装置に供給される処理水の汚濁度を測定する汚濁度測定手段および前記紫外線照射装置に供給される処理水の流量を測定する流量測定手段の少なくとも一方を備える請求項１記載の下水処理設備。
【００１２】
＜請求項３記載の発明＞
前記汚濁度測定手段の測定値および流量の測定値の少なくとも一方に基づいて、前記紫外線照射装置の紫外線照射出力を自動的に制御する照射出力自動制御手段を備える請求項２記載の下水処理設備。
【００１３】
＜請求項４記載の発明＞
前記副処理経路に、渦流式固液分離装置および繊維濾過装置の少なくとも一方を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の下水処理設備。
【００１４】
＜請求項５記載の発＞
合流式下水が流入する最初沈殿池、曝気処理を行う曝気槽、沈殿処理を行う最終沈殿池を少なくともこの順に備える主処理経路と、
前記主処理経路の設計処理水量を超えた分の下水が最初沈殿池から供給され、その超過分下水の濁質除去処理を行う副処理経路とを備え、かつ、
前記主処理経路または副処理経路で処理された処理水の殺菌処理を行う、紫外線照射出力の制御が可能な紫外線照射装置と、塩素殺菌を図る塩素混和池と、を備える下水処理設備における下水処理方法であって、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときには、
前記主処理経路で処理された処理水を前記紫外線照射装置、塩素混和池の順に供給して殺菌を行い、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときには、
前記主処理経路の設計処理水量分については主処理経路で処理した後、前記紫外線照射装置に供給せずに前記塩素混和池に供給して殺菌処理を行い、超過分下水については前記副処理経路で処理した後、前記紫外線照射装置に供給して殺菌を行う、
ことを特徴とする下水処理方法。
【００１５】
＜請求項６記載の発明＞
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときにおける紫外線照射装置の出力を、流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときにおける紫外線照射装置の出力よりも、低い出力で紫外線照射する請求項５記載の下水処理設備の運転方法。
【００１６】
＜請求項７記載の発明＞
前記紫外線照射装置に供給する処理水の汚濁度および流量の少なくとも一方を測定し、その測定値に基づいて、前記紫外線照射装置の紫外線照射出力を制御する請求項５または６記載の下水処理方法。
【００１７】
＜請求項８記載の発明＞
前記副処理経路において、渦流式固液分離装置および濾過装置の少なくとも一方を用いて濁質除去処理を行う請求項５〜７のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【００１８】
（作用効果）
本発明では、従来、超過分下水にのみ用いられた紫外線照射装置を、晴天時等の超過下水部が発生しない場合における主処理経路で処理された処理水に対しても適用する構成とした。このため紫外線照射装置が非稼動となることがなくなり、コストにみあう運転がなされる。また、常時稼動であり紫外線照射装置のＯＮ／ＯＦＦを繰り返さないので紫外線照射ランプのランプライフの点からも有利な効果がある。
【００１９】
一方、本発明では、超過分下水が発生しない場合に主処理経路で処理された処理水に対して、塩素混和池の前段に紫外線照射装置を配置して、紫外線殺菌、塩素殺菌の順に殺菌を行う。このように構成すると後段の塩素混和池の負荷が減り、使用する塩素量が削減され、塩素使用量の削減により、放流先における生態系の影響も小さいものとなる。また、塩素殺菌と紫外線殺菌との組み合わせにより、塩素耐性の高い例えばクリプトスポリジウム、ジアルジア等についても効果的な殺菌が期待できる。さらに、紫外線照射装置および塩素殺菌による処理とすると殺菌時間の大幅な短縮が図られる。
【００２０】
他方、本発明者らは、紫外線照射装置、塩素混和池をこの順に構成すると、塩素混和池、紫外線照射装置の順に配置するのと比較して、塩素残留性が少なく、濁質に付着した細菌への効果が高く、細菌の光回復が小さいという利点があることを知見しており、本発明ではこのような効果も得られる。
【００２１】
まとめると、超過分下水が発生しない場合には、紫外線殺菌および塩素混和池により殺菌がなされるので、塩素の使用量が削減されるとともに、紫外線殺菌装置が使用されることにより、これまで超過分下水が発生したときにしか使用されず非稼動とされなくなる効果が得られ、超過分下水が発生したときには、従来例と同様に、主処理経路分については塩素による殺菌、超過分下水に対しては紫外線殺菌がなされ、双方に対して殺菌がなされた後に放流され未殺菌の処理水が放流されることがなくなる効果がえられる。
【００２２】
他方、本発明に用いる紫外線照射装置は、紫外線の照射出力を可変とすることができるものとする。これは、主処理経路で処理された処理水は、曝気処理および終沈処理を経るため汚濁度が低い。従って、紫外線透過度が高く低い照射出力で高い殺菌効果が得られる。一方で、主処理経路の設計水量を超える超過分下水は、雨天時等に発生することがおおく、さらに、副処理経路における処理が比較的簡易な処理であることもあって、主処理経路で処理された処理水と比較して汚濁度が高く紫外線透過度が低い。従って、紫外線照射により殺菌するにあたっては主処理経路で処理された処理水よりも高出力での紫外線照射が必要となる。このため紫外線照射出力を可変とすると、各々の処理水に対して効果的なあるいは最低限必要な出力での紫外線照射が可能となり、照射に用いるエネルギーコストを抑えることができる。
【００２３】
他方、前記紫外線照射装置の前段に、前記紫外線照射装置に供給される処理水の汚濁度を測定する汚濁度測定手段および前記紫外線照射装置に供給される処理水の流量を測定する流量測定手段の少なくとも一方を備えると、紫外線照射装置の紫外線照射出力を最適なものとすることができる。なお、本発明でいう汚濁度とは、紫外線透過度に影響を及ぼす汚濁水の汚れ具合の指標となる値であり、少なくとも濁度、ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＴＯＣ、ＴＯＤ、紫外線透過率を含む意味である。
【００２４】
また、副処理経路に、渦流式固液分離装置および濾過装置の少なくとも一方を設けると、紫外線照射するにあたって有効な濁質除去がなされ、紫外線透過度が上昇し、好適な紫外線照射による殺菌が効果的に行える。すなわち、固形分が多く含まれ濁度が高い被処理水であると、紫外線の透過率が低く紫外線照射しても所望の殺菌効果が得られないことがあるが、紫外線照射装置の前段に渦流式固液分離装置や高速濾過装置を設けて、汚濁水中の固形物を分離除去すれば、被処理水の紫外線透過率が高まるので、後段の紫外線照射装置による殺菌処理が効果的に行われる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施の形態を図面を参照しながら以下に詳述する。
図１は、本実施の形態にかかる下水処理設備を示す図である。図中、１は沈砂池、２は最初沈殿池、３は曝気槽、４は最終沈殿池、５は紫外線照射装置、６は塩素混和池、７は渦流式固液分離装置、８は高速繊維濾過装置、Ｖ１〜Ｖ３は流路切替弁、Ｆは流量計、Ｐ１およびＰ２は汚濁度計、をそれぞれ示す。また、図中点線Ａで囲まれた領域は主処理経路、点線Ｂで囲まれた領域は副処理経路をそれぞれ示す。本設備は、前記流路切替弁Ｖ１〜Ｖ３により、Ｌ１〜Ｌ４への流路の切り替えが行われる。
【００２６】
また、用いる紫外線照射装置は、出力が可変のものとし、さらには、前記主処理経路Ａで処理された比較的濁度が低い処理水に対して殺菌が行える程度の出力から、雨天時に副処理経路で処理された濁度の高い処理水に対して殺菌が行える程度の高出力まで、出力可変ができるものとする。
【００２７】
以下に、本下水処理設備の説明も含めつつ、晴天時など下水処理設備内に流入する合流式下水が主処理経路Ａの設計処理水量を超えない場合（以下、単に晴天時と記載する）と、雨天時など主処理経路Ａの設計処理水量を超える合流式下水が下水処理設備内に流入する場合（以下、単に雨天時と記載する）とに分けて、本下水処理設備における下水処理方法を詳述する。
【００２８】
＜晴天時における下水処理＞
本実施の形態にかかる下水処理設備（以下、単に本下水設備と記載する。）では、合流式下水道を通った合流式下水（以下、単に下水と記載する。）は、まず沈砂池１に流入される。沈砂池１では、下水中の比較的大きな夾雑物がスクリーンにより除去される。
【００２９】
沈砂池１で夾雑物が除去された下水は、次いで最初沈殿池２に供給される。最初沈殿池２では、曝気処理の予備処理として下水中の有機成分等を主体とする比重の大きいＳＳを沈殿分離する。この最初沈殿池における沈殿処理は、従来既知の方法に従って処理することができ、沈殿時間なども従来既知の方法に従って適宜選択することができる。
【００３０】
最初沈殿池で処理された下水（清澄分）は、晴天時には、全て曝気槽に供給される。曝気槽では、従来既知の処理方法に従って、曝気処理を行う。曝気処理は、例えば、好気性菌と混合するとともに空気あるいは酸素等を供給して行う生物処理とすることができる。この場合、用いる菌類や曝気時間等は、従来既知の技術に従って適宜選択することができる。曝気処理により浮遊物（フロック）が形成される。
【００３１】
次いで、曝気処理されたフロック等を含む処理水を最終沈殿池に供給して、比重が小さく流れによって浮遊しやすいフロックを沈殿分離する。最終沈殿池における処理についても、従来既知の技術により行うことができる。
【００３２】
最終沈殿池で分離された清澄分についは、本設備では、晴天時においては紫外線照射装置に供給する。すなわち、紫外線照射装置は、後述の超過分下水にも用いるが、晴天時においては超過分下水は発生しない。従って、紫外線照射装置が非稼動となるのを防止すべく、晴天時においては曝気処理までの主処理経路Ａにより処理された処理水（以下、清澄液と記載する）を供給する。
【００３３】
紫外線照射装置においては、前記清澄液は濁度が低く紫外線透過度が高いことに留意して、過度の出力にならないように気をつけながら紫外線照射量および照射時間を決定する。そして、このような点に留意しつつ、紫外線照射装置における照射出力は、前記紫外線照射装置に供給する処理水の汚濁度により決定することができる。ここで汚濁度の測定は、紫外線照射装置に通ずる管渠等あるいは前段に貯留槽を設けその貯留槽に、紫外線透過率計、濁度計、ＣＯＤ計、ＢＯＤ計、ＴＯＣ計、ＴＯＤ計等の測定手段のうち少なくとも一つ測定手段Ｐ１を設けて、前記清澄液の濁度、ＣＯＤ値、ＢＯＤ値，ＴＯＣ値、ＴＯＤ値、紫外線透過率等を測定し、この測定値Ｍ1から清澄液に対して最適な殺菌が行える照射出力値を決定することができる。
【００３４】
ここで、紫外線照射装置としては、図２に示されるように、被処理水を流通させる管５０内に紫外線照射用のランプ５１，５１…が複数配置され、このランプを点灯させた状態で、管内に一方側５０Ａから被処理水Ｗを流通させ他方側５０Ｂから排出させて、紫外線照射を行う紫外線照射装置５を用いるのが好適である。このような構成の紫外線照射装置５は、被処理水Ｗを流しつつ紫外線照射処理できるので、晴天時に清澄液を流通させて処理するのに適するほか、雨天時に不定期に大量に流入する超過分下水を迅速に処理および殺菌するのにも適するからである。通常は清澄液の紫外線（２５４ｎｍ）の透過率は３０〜８０％Ｔであるので、紫外線出力を１〜２ｋＷ程度とすれば、５秒〜１分程度の滞留時間で殺菌が可能である。
【００３５】
紫外線照射装置５で、殺菌がなされた殺菌処理水は、次いで、塩素混和池６に供給される。ここで、清澄液を紫外線照射装置５、塩素混和池６の順に流通させるには、図中の流路切替弁Ｖ１〜Ｖ３を操作して、清澄液が流路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を通るようにするとともに、流路Ｌ４、Ｌ５を通らないようにする。こうすると、清澄液が紫外線照射装置５を通らずに塩素混和池６に供給されることがなく、また、紫外線照射装置５を通った処理水が塩素混和池６に供給されないで流路Ｌ５から処理系外に排出されることがなくなり、最終沈殿池４からの清澄液が紫外線照射装置５に導かれ紫外線照射された後、塩素混和池６に供給されるようになる。塩素混和池６では、前段で紫外線による殺菌が既に行われているため、紫外線による殺菌効果を維持および補助を目的とした、極めて短時間、かつ、少量の塩素投入での処理とすることができる。塩素投入量については、前段の紫外線照射装置５における紫外線照射出力にも左右されるが、従来の１／４〜１／１５程度とすることができる。また、塩素との混和時間についても従来の１／４〜１／１０程度でよい。塩素混和池６におけるその他の操作については従来既知の技術により行うことができる。例えば、塩素殺菌に用いる薬剤としては、次亜塩素酸ナトリウム等の従来既知の薬剤を用いることができる。塩素混和池６で塩素殺菌がなされた処理済水は、処理系外に排出することができる。例えば、河川等に放流することができる。
【００３６】
＜雨天時における処理＞
次いで、雨天時における下水処理を説明する。雨天時においても沈砂池１、最初沈殿池２における処理は晴天時と同様である。雨天時においては、主処理経路Ａの設計処理水量を超える下水が発生するので、この場合には、最初沈殿池２から、その超過分下水を副処理経路Ｂに導く。この副処理経路Ｂに導く方法としては、最初沈殿池１から曝気槽３に向かう管渠の途中に堰を設けて、堰を越えた分の下水が副処理経路に向かうように管渠を構成する。なお、このように堰を越えた分の下水は、越流水と呼ばれることもあるが、本明細書では超過分下水という。
【００３７】
そして、主処理経路Ａの設計水量分として、堰を越えずに曝気槽３に供給された下水は、晴天時と同様に曝気処理が施された後、最終沈殿池４に供給され同様に晴天時と同様に沈殿処理がなされる。すなわち、主処理経路Ａにて晴天時と同様に処理される。
【００３８】
そして雨天時において主処理経路Ａで処理された処理水は、晴天時とは異なり紫外線照射装置５に供給することなく、塩素混和池６に供給する。これは、紫外線照射装置５は、前記超過分下水に対する処理に用いるため、主処理経路Ａで処理された処理水については、紫外線照射装置５を用いないようにするためである。このような主処理経路Ａで処理された処理水を紫外線照射装置５に通さないようにするには、流路切替弁Ｖ１，Ｖ２を操作して、清澄液が流路Ｌ４、Ｌ３を流れるようにするとともに、流路Ｌ１，Ｌ２を通らないようにする。
【００３９】
このようにして、塩素混和池６に供給された清澄液は、塩素との混和により殺菌処理を図る。ここでの塩素殺菌は、前段において紫外線殺菌がなされていないので、従来技術に従った塩素量、混和時間とする。そして、塩素混和池６で殺菌処理された後、処理系外に排出する。例えば、河川に放流する。
【００４０】
一方、副処理経路Ｂに導かれた超過分下水は、副処理経路Ｂで濁質除去処理が行われる。超過分下水は、多量かつ短時間で急激に増加するため、用いる濁質除去処理としては、長時間の沈殿時間を必要とする沈殿処理槽等は不適であり、迅速に処理を行える固液分離装置７を用いる必要がある。固液分離装置として好適なのは、渦流式固液分離装置である。渦流式固液分離装置は、円筒型水槽内に被処理水を前記水槽の接線方向に沿って送入し、前記水槽内で渦流を発生させて固形分を前記水槽の中央下部に集めることで清澄分と固形分と分離し、清澄分を水槽外に送りだすとともに、集めた固形分を水槽下部に設けられた引抜き弁の開閉およびポンプ手段により水槽外に引抜いて固液分離するものであり、具体例としては、図３に示すように、円筒型水槽７０の内部に円筒型スクリーン７１が縦向きに配置され、この円筒型スクリーン７１内に被処理水を前記スクリーン７１の接線方向に沿って送入し、前記スクリーン７１内で渦流を発生させて清澄分を前記スクリーン７１を通して槽外に送り出しつつ前記固形分を水槽７０の中央下部７２に集め、この集めた固形分を水槽７０の外に引抜くように構成されたものが挙げられる。
【００４１】
なお、本下水設備の副処理経路Ｂは、渦流式固液分離装置の後段に凝集剤添加手段を設け、さらに、この凝集剤添加手段の後段にさらに別の渦流式固液分離装置を設けて、第１の渦流式固液分離装置、従来既知の凝集剤添加装置、第２の渦流式固液分離装置をこの順に設置するのが好適である。
【００４２】
また、副処理経路における固液分離装置は、高速繊維濾過を用いることができる。ただし、高濁度の超過分下水を高速繊維濾過装置のみで処理しようとすると、補足した固形分の除去の手間がかかるため、高速繊維濾過装置を用いるときは、前記渦流式固液分離装置、高速繊維濾過装置の順で配置するのがよい。
【００４３】
雨天時には、このように副処理経路Ｂで濁質除去処理を行った濁質除去処理水を上記晴天時の処理の際に用いていた紫外線照射装置５に供給する。従って、上述のとおり雨天時において主処理経路Ａで処理された処理水は、流路切替弁Ｖ１，Ｖ２の操作により流路Ｌ１，Ｌ２を通らないようにして紫外線照射装置５には供給されないようにする。ここで、紫外線照射装置５の出力は雨天時には晴天時と異なり、終沈処理されているわけではないので汚濁度が高い。従って、晴天時のときよりも高出力としなければならない点に留意しながら照射出力を決定する必要がある。紫外線照射装置５における照射出力は、晴天時と同様に、前記紫外線照射装置５に供給する処理水の汚濁度により決定することができる。ここで汚濁度の測定は、晴天時と同様に、紫外線照射装置に通ずる管渠等あるいは前段に貯留槽を設けその貯留槽に、紫外線透過率計、濁度計、ＣＯＤ計、ＢＯＤ計、ＴＯＣ計、ＴＯＤ計等の測定手段のうち少なくとも一つ測定手段Ｐ２を設けて、前記処理水の濁度、ＣＯＤ値、ＢＯＤ値，ＴＯＣ値、ＴＯＤ値、紫外線透過率等を測定し、この測定値Ｍ2から被処理水に対して最適な殺菌が行える照射出力値を決定することができる。
【００４４】
紫外線照射装置５により殺菌がなされた殺菌処理水は、雨天時においては、流路切替弁Ｖ３を操作して流路Ｌ５を通るようにして、塩素混和池６に送ることなく処理系外に排出する。例えば、河川に放流する。塩素混和池６では、主処理経路Ａで処理された処理水の処理を行う必要があるからである。
【００４５】
（その他）
なお、本下水設備における流路切替弁Ｖ１〜Ｖ３の操作は、最初沈殿池２から副処理経路Ｂに向かう管渠の途中に超過分下水の発生を知らせる流量計Ｆを設け、この流量計Ｆの測定値に基づいて、設備管理者等が手動で行ってもよいし、既知のコンピュータ制御手段等により自動制御で切り替えるように構成してもよい。また、汚濁度に基づく紫外線照射装置５の照射出力制御についても、測定値Ｍ1，Ｍ2に基づいて管理者などが手動で行ってもよいし、既知のコンピュータ制御等による自動制御としてもよい。紫外線照射装置５の照射出力を変化させる具体的な操作については、用いる紫外線照射装置５の操作方法による。
【００４６】
上記紫外線照射出力の変更は、濁度に応じて変更する場合を例にすると、汚濁度測定計Ｐ１，Ｐ２で測定された清澄液または濁質除去水の濁度Ｍ1，Ｍ2が所定値Ａ値を超えるまでは紫外線照射出力を出力αにし、濁度が高まり所定値Ａ値を超えたならば、紫外線照射出力を出力αから出力βに上昇させ、さらに濁度が高まり所定値Ｂ値を超えたならば、紫外線照射出力を出力βから出力γに上昇させるように紫外線照射出力を変化させる。反対に、汚濁度測定計Ｐ１，Ｐ２で測定された測定値Ｍ1，Ｍ2が所定値Ｂ未満になったならば、紫外線照射出力を出力γから出力βに低下させ、さらに濁度が低下して所定値Ａ未満となったならば、紫外線照射出力を出力βから出力αに低下させるように紫外線照射出力を変化させることができる。紫外線照射出力を出力α→出力β→出力γあるいは出力γ→出力β→出力αというように段階的に変動させるのではなく、濁度の経時的な連続的変化に応じて、紫外線照射出力も経時的に連続的に変化させることができる。
【００４７】
また、前記例は濁度による制御であるが、上述のとおり、汚濁度測定計Ｐ１，Ｐ２で測定した、紫外線透過率、ＣＯＤ値、ＢＯＤ値、ＴＯＣ値、ＴＯＤ値の測定値に応じて、紫外線照射出力を変化させることもできる。また、照射出力を決定すべき判断値として、紫外線透過率または濁度の測定値とＣＯＤ値との乗算値、紫外線透過率または濁度とＣＯＤ値の和算値、紫外線透過率または濁度の測定値とＢＯＤ値との乗算値、あるいは、紫外線透過率または濁度の測定値とＢＯＤ値とＣＯＤ値との乗算値など適宜決定することができる。
【００４８】
他方で、紫外線照射装置５における殺菌効率は、前記汚濁度のほか、紫外線照射装置に供給する流量にも左右される。すなわち、流量が多い場合には、短時間で紫外線照射装置５を通過するので、高出力での照射が必要となる。そこで、最終沈殿池４から紫外線照射装置５に向かう管渠の途中に清澄液の流量を測定する流量計Ｆ２を設け、副処理経路Ｂから紫外線照射装置５に向かう管渠の途中に流量計Ｆ３を設けて、晴天時においては清澄液、雨天時においては濁質除去水の流量をそれぞれ測定するとともに、これらの流量計で測定された流量を考慮して紫外線照射装置５における紫外線照射出力を決定することができる。変更の具体的態様は、前記濁度に基づく例と同様に行うことができる。
【００４９】
もっとも望ましくは、上述汚濁度と流量との測定値の双方を考慮して紫外線照射出力を決定する。この場合には、例えば、汚濁度×流量で表される演算値を紫外線照射出力決定パラメータとして、当該パラメータに応じて紫外線照射装置５の紫外線照射出力を適宜定めることができる。
【００５０】
＜実験例＞
次いで、本発明の実験例を示す。
（実験１：雨天時想定殺菌実験）
雨天時の超過分下水に対する処理を想定して高濁質（紫外線透過率３０％Ｔ）の擬似排水を用いて、紫外線照射装置により殺菌処理した場合と、塩素殺菌した場合とについて、殺菌時間や菌類の不活化率等を比較検討した。殺菌対照とした菌類は、大腸菌群である。紫外線照射装置は、４ｋＷ出力の中圧水銀ランプを内部に２本配した通水タイプのものを用いた。
【００５１】
紫外線照射装置における紫外線出力は、８ｋＷとした。一方、塩素殺菌における塩素投入量は、１０ｍｇ-ＣＬ／Ｌとした。その他の実験条件および結果は、表１に示す。
【００５２】
【表１】
表１からわかるように、大腸菌群の不活化率は、塩素殺菌の場合も紫外線殺菌の場合もほぼ同様であることがわかる。ここで、殺菌に要した時間に着目してみると、紫外線殺菌の場合は、殺菌時間が０．２ｍｉｎと極めて短時間であるのに対して、塩素殺菌の場合は殺菌時間が１５ｍｉｎと長時間を要している。このことは、紫外線殺菌は、塩素殺菌と比較して極めて短時間で同様の殺菌効果があることを表している。そうすると、紫外線殺菌は、雨天時において短時間に多量に発生する超過分下水を迅速に処理可能な殺菌方法であるといえる。
【００５４】
（実験２：晴天時想定殺菌実験）
晴天時に主処理経路で処理された処理水に対して殺菌処理を行った場合を想定して下水処理場の二次処理水（紫外線透過率５０％Ｔ）を擬似処理水として用い、紫外線殺菌、塩素殺菌の順に殺菌処理した場合（以下、ＵＶ-ＣＬ処理と記載）と、塩素殺菌のみとした場合とについて、塩素投入量、殺菌時間、菌類の不活化率等を比較検討した。殺菌対照とした菌類は、実験１と同様に大腸菌群であり、用いた紫外線照射装置も実験１で用いたものと同様である。ただし、実験２においては紫外線出力を２．４ｋＷとした。その他の実験条件および結果は、表２に示す。
【００５５】
【表２】
表２からわかるように、大腸菌群の不活化率は、ＵＶ−ＣＬ処理の場合も塩素の殺菌のみの場合もほぼ同様であることがわかる。ここで、殺菌に要した時間に着目してみると、ＵＶ−ＣＬ処理の場合は、５ｓｅｃの紫外線照射と１ｍｉｎの塩素処理という極めて短時間である。それ対して、塩素殺菌の場合は殺菌時間が１５ｍｉｎと長時間を要している。さらに、ＵＶ−ＣＬ処理の場合には、塩素投入量が１ｍｇ-ＣＬ／Ｌであるの対して、塩素殺菌のみの場合は、４ｍｇ-ＣＬ／Ｌであり、１／４の塩素投入量となっている。このことは、ＵＶ−ＣＬ処理は、塩素殺菌のみと比較して極めて短時間で殺菌でき、かつ塩素投入量を削減できることを示している。そうすると、ＵＶ−ＣＬ処理は、晴天時における主処理経路で処理された処理水を短時間でかつ低塩素投入量で殺菌処理できる処理方法であり、これは残留塩素濃度を低減できる殺菌方法であるともいえる。
【００５７】
なお、本実験１および２により、雨天時および晴天時ともに同じ紫外線殺菌装置を使用して効率的な処理が可能であることも示された。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述のとおり、晴天時では、紫外線殺菌、塩素混和池の順に殺菌を行うことにより、塩素混和池での塩素使用量が削減されるとともに、これまで予測できない雨天時にしか使用されていなかった紫外線照射装置を有効に活用できるようになる効果が得られる。また、雨天時においては、紫外線照射による超過分下水に対して迅速な殺菌が行われるとともに、設計処理水量分に対して塩素混和池における通常の殺菌処理が図られ、未殺菌の処理水が放流等されることがないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる下水処理設備および下水処理方法を説明するためのフロー図である。
【図２】紫外線照射装置の例を示す図である。
【図３】渦流式固液分離装置の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…沈砂池、２…最初沈殿池、３…曝気槽、４…最終沈殿池、５…紫外線照射装置、６…塩素混和池、７…渦流式固液分離装置、８…高速繊維濾過装置、５０…紫外線照射装置外管、５１…紫外線照射ランプ、 ７０…円筒型水槽、７１…円筒型スクリーン、７２…円筒型水槽中央底部、Ｂ…副処理経路、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２…流量計、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…流路（管渠）、Ｐ１，Ｐ２…汚濁度測定手段、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…流路切替弁（可動堰）、Ｗ…被処理水。
Claims (8)
- 合流式下水が流入する最初沈殿池、曝気処理を行う曝気槽、沈殿処理を行う最終沈殿池を少なくともこの順に備える主処理経路と、
前記主処理経路の設計処理水量を超えた超過分下水が最初沈殿池から供給され、その超過分下水の濁質除去処理を行う副処理経路とを備え、かつ、
前記主処理経路または副処理経路で処理された処理水の殺菌処理を行う、紫外線照射出力の制御が可能な紫外線照射装置と、塩素殺菌を図る塩素混和池と、を備える下水処理設備であって、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときには、
前記主処理経路で処理された処理水が前記紫外線照射装置、塩素混和池の順に供給されて殺菌がなされ、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときには、
前記主処理経路の設計処理水量分については主処理経路で処理された後、前記紫外線照射装置に供給されずに前記塩素混和池に供給されて殺菌処理がなされ、超過分下水については前記副処理経路で処理された後、前記紫外線照射装置に供給されて殺菌がなされる、
ように構成されていることを特徴とする下水処理設備。 - 前記紫外線照射装置の前段に、前記紫外線照射装置に供給される処理水の汚濁度を測定する汚濁度測定手段および前記紫外線照射装置に供給される処理水の流量を測定する流量測定手段の少なくとも一方を備える請求項１記載の下水処理設備。
- 前記汚濁度測定手段の測定値および流量の測定値の少なくとも一方に基づいて、前記紫外線照射装置の紫外線照射出力を自動的に制御する照射出力自動制御手段を備える請求項２記載の下水処理設備。
- 前記副処理経路に、渦流式固液分離装置および繊維濾過装置の少なくとも一方を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の下水処理設備。
- 合流式下水が流入する最初沈殿池、曝気処理を行う曝気槽、沈殿処理を行う最終沈殿池を少なくともこの順に備える主処理経路と、
前記主処理経路の設計処理水量を超えた分の下水が最初沈殿池から供給され、その超過分下水の濁質除去処理を行う副処理経路とを備え、かつ、
前記主処理経路または副処理経路で処理された処理水の殺菌処理を行う、紫外線照射出力の制御が可能な紫外線照射装置と、塩素殺菌を図る塩素混和池と、を備える下水処理設備における下水処理方法であって、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときには、
前記主処理経路で処理された処理水を前記紫外線照射装置、塩素混和池の順に供給して殺菌を行い、
流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときには、
前記主処理経路の設計処理水量分については主処理経路で処理した後、前記紫外線照射装置に供給せずに前記塩素混和池に供給して殺菌処理を行い、超過分下水については前記副処理経路で処理した後、前記紫外線照射装置に供給して殺菌を行う、
ことを特徴とする下水処理方法。 - 流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えないときにおける紫外線照射装置の出力を、流入下水が前記主処理経路の設計処理水量を超えたときにおける紫外線照射装置の出力よりも、低い出力で紫外線照射する請求項５記載の下水処理設備の運転方法。
- 前記紫外線照射装置に供給する処理水の汚濁度および流量の少なくとも一方を測定し、その測定値に基づいて、前記紫外線照射装置の紫外線照射出力を制御する請求項５または６記載の下水処理方法。
- 前記副処理経路において、渦流式固液分離装置および濾過装置の少なくとも一方を用いて濁質除去処理を行う請求項５〜７のいずれか１項に記載の下水処理方法。
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