JP4490848B2 - 排水処理装置および排水処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、排水処理装置および排水処理方法に関し、一例として、２００４年４月から施行された水質汚濁防止法の一部改正による窒素の総量規制への対応として、主として半導体工場から排水される高濃度窒素排水(例えば高濃度アンモニア排水)を無希釈で微生物処理できるイニシャルコスト、ランニングコストおよびメンテナンスコストに優れた排水処理装置および排水処理方法に関する。

従来、高濃度窒素排水、具体的一例としては、３０００ｐｐｍ程度の高濃度アンモニア排水は、アンモニアの微生物毒性が高いため、一般的には、微生物処理できなかった。

アンモニア排水が微生物処理されているケースでは、アンモニアの流入濃度が数百ｐｐｍと低い濃度での処理が一般的であった。

そのため、３０００ｐｐｍ以上の高濃度アンモニア排水は、物理的方法としての蒸発缶を用いて１/１０程度まで濃縮し、その濃縮液を産業廃棄物として処分していた。

また、別の物理化学的方法として、最近ではアンモニアを気化分離して、その後、触媒分解する方法が開発され、実装置による運転が開始されてきた。

蒸発缶で濃縮して、産業廃棄物として工場より排出する方法は、濃縮物が産業廃棄物に該当する。したがって、事業所からの産業廃棄物の増加を招くと共に、その産業廃棄物としての濃縮液の処分方法が一般的には焼却であることから、重油等の燃料の使用による大気汚染等の課題があった。

一方、アンモニアを気化分離して、その後触媒分解する方法では、排水中におけるアンモニアが、アンモニア単体の場合は、そのアンモニアを処理できる。しかし、アンモニアと亜硝酸や硝酸が混合されると、それら窒素化合物は、上記触媒分解する方法では処理できないという欠点がある。また、気化分離して、その後触媒分解する方法は、排ガス中の窒素酸化物が増加すると言う課題が残されていた。

また、蒸発缶や触媒分解する方法は、エネルギーを多量に消費し、かつ大きなプラント設備となるため、イニシャルコスト、ランニングコストおよびメンテナンスコストが大きいことに課題があった。

また、従来技術としての生物処理法として、特許文献１(特許第３４６７６７１号公報)に記載されたものがある。

この方法は、原水槽内の有機性排水を、送液ポンプにより脱窒槽および硝化槽に順々に送り込むとともに両槽間で循環させることより、有機性排水中に含まれるアンモニア態窒素を生物学的硝化および脱窒反応を用いて窒素ガスに還元して除去し、さらに吸引ポンプを用いて、硝化槽内の排水中に浸漬されたろ過膜ユニットにより汚泥と処理水とを分離する硝化脱窒方法である。

この硝化脱窒方法の特徴として、脱窒槽から硝化槽へ送る導管を途中で分岐させ、分岐部の先端を脱窒槽内に開口させ、脱窒槽から硝化槽へ送り込まれる有機性排水の一部を脱窒槽内の有機性排水中に吹き出させている。

また、今一つの従来技術としての生物処理法として、特許文献２(特許第３０９５６２０号公報)に記載されたものがある。

この生物処理方法は、有機物を含む原水が流入する脱窒槽と、この脱窒槽の脱窒槽混合液が流入する硝化槽と、この硝化槽の硝化液を上記脱窒槽へ循環させる硝化液循環流路と、上記硝化槽内に配置した硝化槽散気装置とを備えた生物学的窒素除去装置による処理方法である。

より詳しくは、上記生物学的窒素除去装置では、脱窒槽に流入する原水中の浮遊物質を捕捉して除去する脱窒菌固定化担体充填ゾーンを脱窒槽内に設けている。また、原水導入流路および硝化液循環流路を脱窒槽の脱窒菌固定化担体充填ゾーンの下方位置に連通させ、脱窒槽の底部に脱窒菌固定化担体充填ゾーンで捕捉し除去した浮遊物質を堆積するための汚泥ホッパー部を設け、汚泥ホッパー部にホッパー散気装置を設けている。

しかし、上述の如く、従来は、３０００ｐｐｍ程度の高濃度アンモニア排水は、生物毒性が高いため、一般的には、微生物処理はされていなかった。すなわち、生物毒性が高いため、微生物処理できない高濃度アンモニア排水は、濃縮法や気化分離法で処理されていた。

このため、濃縮法では、エネルギーの多量消費と濃縮液による産業廃棄物の増加という問題があり、また、気化分離法では、エネルギーの多量消費に加えて、アンモニア以外の亜硝酸や硝酸が処理できない欠点もある。
特許第３４６７６７１号公報 特許第３０９５６２０号公報

そこで、この発明の課題は、高濃度な窒素排水を処理できると共に、省エネルギーと廃棄物の減量を実現できる排水処理装置および排水処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の排水処理装置は、窒素系化合物を含有する窒素排水が導入されると共に、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上が添加され、かつ、水素供与体が添加される第１脱窒槽と、
下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第１脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される硝化槽と、
上記硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第２脱窒槽と、
下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第２脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される再曝気槽とを備え、
上記第１脱窒槽と硝化槽と第２脱窒槽と再曝気槽における処理水の微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上としたことを特徴としている。

この発明の排水処理装置では、第１脱窒槽に窒素系化合物を含有する窒素排水が導入される。この窒素排水は、例えば、３０００ｐｐｍ程度の窒素系化合物を含有する高濃度窒素排水である。また、この窒素系化合物としては、アンモニア、硝酸、フッ化カルシウム等がある。また、この第１脱窒槽にリン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上が添加される。かつ、硝化槽および再曝気槽が下部の半嫌気部と上部の好気部を有する。そして、上記第１脱窒槽と硝化槽と第２脱窒槽と再曝気槽における微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上とする。これにより、この発明では、高濃度の微生物と、この微生物の活性を高める微量要素としてのリン、カリウム、カルシウム、マグネシウムが存在する。加えて、この発明では、嫌気性の部分(第１脱窒槽、第２脱窒槽)と好気性の部分(硝化槽の好気部、再曝気槽の好気部)との間に、半嫌気性の部分(硝化槽の半嫌気部、再曝気槽の半嫌気部)が存在する。したがって、この発明では、システム全体の循環回数が多くなった場合にも、微生物に対する環境の変化を和らげることができ、高濃度アンモニア排水等の高濃度窒素排水を効率よく処理できる。

したがって、この発明によれば、高濃度窒素排水を処理でき、従来の蒸発缶や触媒分解する方法に比べて、省エネルギーで廃棄物も減量できる排水処理装置を実現できる。

また、一実施形態の排水処理方法は、窒素系化合物を含有する窒素排水に、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上と、水素供与体とを添加して、上記窒素排水を脱窒処理する第１脱窒工程と、
上記脱窒処理された処理水を半嫌気部と好気部とで順に処理する硝化工程と、
上記硝化工程後の処理水に水素供与体を添加して脱窒処理する第２脱窒工程と、
上記第２脱窒工程後の処理水を半嫌気部と好気部とで順に処理する再曝気工程とを備え、
上記各工程における処理水の微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上とする。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記再曝気槽は、上記上部の好気部が液中膜を有する。

この実施形態の排水処理装置によれば、上記再曝気層の好気部が有する液中膜によって活性のある微生物の微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上に維持することが容易になる。なお、液中膜を利用するシステムの場合、第１脱窒槽にリンに加えて微量のミネラルとして、カリウム、カルシウム、マグネシウム等微量要素を添加することが、微生物処理を安定化する上で望ましい。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記硝化槽は、上記上部の好気部が塩化ビニリデン充填物を有する。

この実施形態の排水処理装置によれば、上記硝化槽の上部の好気部が塩化ビニリデン充填物を有するから、この硝化槽内の塩化ビニリデン充填物に好気性微生物を安定的に繁殖させることができ、アンモニア性窒素等の窒素系化合物を効率良く硝酸性窒素まで微生物酸化できる効果がある。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記硝化槽は上記上部の好気部が塩化ビニリデン充填物を有し、上記再曝気槽は上記上部の好気部が液中膜を有する。

この実施形態では、上記再曝気層の好気部が有する液中膜によって活性のある微生物の微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上に維持することが容易になると共に、硝化槽内の塩化ビニリデン充填物に好気性微生物を安定的に繁殖させることができ、アンモニア性窒素等の窒素系化合物を効率良く硝酸性窒素まで微生物酸化できる。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記再曝気槽から上記第１脱窒槽１に微生物汚泥を返送する返送部を有する。

この実施形態では、下部に半嫌気部を有する再曝気槽の微生物汚泥を第１脱窒槽１に返送するので、嫌気部分と好気部分との環境の変化を和らげる効果がある。さらに、システム全体の微生物にとって、環境変化の少ない効率的な循環を実現でき、アンモニア性窒素等の窒素系化合物を硝酸性窒素およびその後の窒素ガスまで効率的に還元処理できる。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記返送部は、上記第１脱窒槽に単位時間に流入する上記窒素排水の流量の２倍以上の流量の微生物汚泥を上記再曝気槽から上記第１脱窒槽に返送する。

この実施形態によれば、毒性のある高濃度アンモニア排水等の高濃度窒素排水を希釈して毒性をより低下させることができる。よって、アンモニア性窒素等の窒素系化合物を効率的に硝酸性窒素およびその後の窒素ガスまで還元処理できる。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記硝化槽は、２種類以上の塩化ビニリデン充填物を有する。

この実施形態によれば、上記硝化槽は、上記２種類以上の塩化ビニリデン充填物に、多種の微生物をより多く繁殖，培養でき、その結果、高濃度窒素排水の処理能力を一層向上できる。

また、一実施形態の排水処理装置では、合弁浄化槽の処理水または生活汚泥を、上記第１脱窒槽に導入することで、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上を上記第１脱窒槽に添加する。

この実施形態によれば、合併浄化槽の処理水または生活汚泥に含まれているリン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等を微生物の活性を高める微量要素として有効利用できるので、排水処理装置のランニングコストを低減できる。

また、一実施形態の排水処理装置は、窒素系化合物を含有する窒素排水が導入されると共に水素供与体が添加される第１脱窒槽と、
下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第１脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される硝化槽と、
上記硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第２脱窒槽と、
下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第２脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される再曝気槽と、
上記硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水を循環させる第１のエアーリフトポンプと、
上記再曝気槽から上記第２脱窒槽へ処理水を循環させる第２のエアーリフトポンプとを備えた。

この実施形態の排水処理装置によれば、第１のエアーリフトポンプによって、処理水を上記硝化槽から上記第１脱窒槽へ循環させ、第２のエアーリフトポンプによって、上記再曝気槽から上記第２脱窒槽へ処理水を循環させる。よって、通常のポンプによる循環方式と比較して、循環に要するエネルギーを格段に低減できる。

また、一実施形態の排水処理方法は、窒素系化合物を含有する窒素排水に水素供与体を添加して、上記窒素排水を第１脱窒槽で脱窒処理する第１脱窒工程と、
上記脱窒処理された処理水を硝化槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する硝化工程と、
上記硝化工程後の処理水に水素供与体を添加して第２脱窒槽で脱窒処理する第２脱窒工程と、
上記第２脱窒工程後の処理水を再曝気槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する再曝気工程とを備え、
上記硝化工程を行う硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水をエアーリフトポンプによって循環させ、
上記再曝気槽から上記第２脱窒槽に処理水をエアーリフトポンプによって循環させる。

また、一実施形態の排水処理方法は、上記第１脱窒槽に、生物処理された処理水または生物処理された処理汚泥の少なくとも一方を添加する。

この実施形態の排水処理方法によれば、生物処理された処理水または生物処理された処理汚泥に含まれている微量要素によって、薬品としての微量要素を購入することなく、微生物を活性化できる。したがって、ランニングコストを低減できる。

また、一実施形態の排水処理方法は、上記第１および第２脱窒槽に、水素供与体としてのアミノエタノール廃液を添加する。

この実施形態の排水処理方法によれば、例えば半導体工場から排出されるアミノエタノール廃液を薬品としてのメタノールの代替として水素供与体として利用するので、資源の有効活用となり、ランニングコストを低減できる。

また、一実施形態の排水処理装置は、上記再曝気槽が有する上記上部の好気部が液中膜を有し、
上記液中膜に接続されると共に上記液中膜からの処理水を流出させるポンプ方式の配管と水頭差を利用する重力配管とを備えた。

この実施形態の排水処理装置によれば、上記ポンプ方式の配管と上記重力配管とを選択して使用可能となる。つまり、重力配管は動力を使用しないのでポンプ方式の配管に比べてエネルギーを節約できる。一方、重力配管の詰まりによる流量低下が発生した場合には、ポンプ方式による配管を運転することで、強制的に処理水を確保できる。

また、一実施形態の排水処理装置は、上記第１脱窒槽と上記硝化槽および上記第２脱窒槽に塩化ビニリデン充填物を充填した。

この実施形態の排水処理装置によれば、第１脱窒槽と硝化槽と第２脱窒槽の３つの槽に塩化ビニリデン充填物を充填しているので、微生物濃度を高濃度に維持できるのみならず、微生物による処理の安定化に役立つ。硝化槽においては、塩化ビニリデン充填物の内部の嫌気性微生物と塩化ビニリデン充填物の外部の好気性微生物の両方を高濃度にできる。また、第１脱窒槽と第２脱窒槽においては、嫌気性微生物を高濃度として、効率的に処理水を処理できる。

また、一実施形態の排水処理装置は、上記再曝気槽の下部の半嫌気部の汚泥を上記第１脱窒槽に返送する返送部を備えた。

この実施形態の排水処理装置によれば、返送部が、再曝気槽の下部の半嫌気部の汚泥を第１脱窒槽に返送する。したがって、再曝気槽の好気部の汚泥を第１脱窒槽に返送する場合に比べて、第１脱窒槽の嫌気状態を確実に維持し安定化できる。これにより、脱窒性能を高めることができる。

また、一実施形態の排水処理方法は、上記第１脱窒槽に、上記窒素排水と共に現像廃液を導入する。

この実施形態の排水処理方法によれば、高濃度な窒素排水に加えて、現像廃液を１つの排水処理装置で処理することが可能になるので、建設費を削減できる。

また、一実施形態の排水処理方法は、上記第１脱窒槽に、上記窒素排水と共にジメチルホルムアミド廃液を導入する。

この実施形態の排水処理方法によれば、高濃度な窒素排水に加えて、ジメチルホルムアミド廃液を１つの排水処理装置で処理することが可能になるので、建設費を削減できる。

また、一実施形態の排水処理装置は、窒素系化合物を含有する窒素排水が導入される原水槽と、
上記原水槽からの上記排水が導入されると共に水素供与体が添加される第１脱窒槽と、
下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第１脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される第１硝化槽と、
上記第１硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第２脱窒槽と、
下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第２脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される第２硝化槽と、
上記第２硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第３脱窒槽と、
下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第３脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される再曝気槽と、
上記再曝気槽からの処理水が導入される接触酸化槽と、
上記接触酸化槽からの処理水が導入される沈殿槽と、
上記第１硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水を循環させる第１のエアーリフトポンプと、
上記第２硝化槽から上記第２脱窒槽へ処理水を循環させる第２のエアーリフトポンプと、
上記再曝気槽から上記第３脱窒槽へ処理水を循環させる第３のエアーリフトポンプと、
上記沈殿槽からのカルシウム等のミネラルを含有する汚泥を上記原水槽に返送する返送部とを備えた。

この実施形態の排水処理装置によれば、上記第１〜第３脱窒槽と第１〜第２硝化槽，再曝気槽を備えた。この再曝気槽は硝化槽とみなすことができるので、この実施形態は、脱窒槽と硝化槽との組み合わせを３組有することとなる。したがって、この３組の脱窒槽と硝化槽によって、高濃度窒素排水(アンモニア排水)を低濃度まで効果的に処理できる。また、上記脱窒槽は嫌気槽とみなせ、上記硝化槽は半嫌気部を有するので、この実施形態によれば、３組の嫌気槽と半嫌気部とによって、発生汚泥を実質的に無くすること(発生汚泥のゼロ化)が可能となる。

また、この実施形態では、また、第１〜第３のエアーリフトポンプによる循環方式を採用しているので、通常のポンプによる循環方式と比較して、消費エネルギーを格段に節減できる。また、この実施形態では、沈澱槽からのカルシウム等のミネラルを含有する汚泥を原水槽に返送しているので、各種微生物を活性化して高濃度窒素排水(一例としてアンモニア排水)を効率よく処理できる。

また、一実施形態の排水処理方法は、窒素系化合物を含有する窒素排水を原水槽から水素供与体が添加される第１脱窒槽に導入して脱窒処理する第１脱窒工程と、
上記脱窒処理された処理水を第１硝化槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する第１硝化工程と、
上記第１硝化工程後の処理水に水素供与体を添加して第２脱窒槽で脱窒処理する第２脱窒工程と、
上記第２脱窒工程後の処理水を第２硝化槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する第２硝化工程と、
上記第２硝化工程後の処理水を再曝気槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する再曝気工程と、
上記再曝気工程後の処理水を接触酸化槽で処理する接触酸化工程と、
上記接触酸化工程後の処理水を沈殿槽に導入する沈殿工程とを備え、
上記第１硝化工程を行う第１硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水を第１のエアーリフトポンプによって循環させ、
上記第２硝化槽から第２脱窒槽へ処理水を第２のエアーリフトポンプによって循環させ、
上記再曝気槽から第３脱窒槽へ処理水を第３のエアーリフトポンプによって循環させ、
上記沈殿槽からのカルシウム等のミネラルを含有する汚泥を上記原水槽に返送する。

また、一実施形態の排水処理方法は、上記第１脱窒槽に、生物処理された処理水または生物処理された汚泥の少なくとも一方を添加する。

この実施形態では、生物処理された処理水または生物処理された汚泥にふくまれている微量要素によって、微生物を活性化することができる。また、生物処理された処理水または生物処理された汚泥を利用するので、薬品としての微量要素を購入する必要がなく、ランニングコストを低減できる。

また、一実施形態の排水処理方法は、上記第１脱窒槽と第２脱窒槽および第３脱窒槽にアミノエタノール廃液を添加する。

この実施形態の排水処理方法では、アミノエタノール廃液を薬品としてのメタノールの代替として利用するので、ランニングコストを低減できる。このアミノエタノール廃液は、一例として半導体工場から排出される。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記再曝気槽は、上部の好気部に液中膜を有し、この再曝気槽の好気部の液中膜から上記接触酸化槽へ導入する配管部は、ポンプ方式の配管と重力式の配管とを有する。

この実施形態によれば、ポンプ方式の配管と重力式の配管との２つの方式の配管を有しているので、重力式の配管を選択して運転すれば、省エネルギー効果がある。また、システムにポンプ方式の配管も組み入れているので、システムの安定性を増す効果がある。たとえば、重力式の配管が詰まって処理水を流出させる能力が低下した場合には、ポンプ方式の配管によって強制的に処理水を確保することが可能となる。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記第１乃至第３脱窒槽のうちの少なくとも１つに充填された塩化ビニリデン充填物、または、第１および第２硝化槽のうちの少なくとも１つに充填された塩化ビニリデン充填物のうちの少なくとも一方を有する。

この実施形態によれば、上記塩化ビニリデン充填物によって、微生物濃度を高濃度とすることができると同時に、高濃度であるが故、微生物処理を安定化させ処理水質を向上させることが可能である。たとえば、各硝化槽においては、塩化ビニリデン充填物の内部の嫌気性微生物と塩化ビニリデン充填物の外部の好気性微生物の両方を高濃度にでき、各脱窒槽においては、嫌気性微生物を高濃度にして処理水を効率的に微生物処理できる。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記再曝気槽の下部の半嫌気部から上記第１脱窒槽に汚泥を返送する返送部を有する。

この実施形態によれば、上記返送部によって、再曝気槽の下部の半嫌気部の汚泥を第１脱窒槽に返送する。したがって、好気槽の汚泥を第１脱窒槽に返送する場合と比較して、第１脱窒槽の嫌気状態を安定化できる。そして、この第１脱窒槽の嫌気状態が安定化していることにより、脱窒性能を高めることができる。

また、一実施形態の排水処理方法では、上記窒素排水と現像廃液とを上記原水槽に導入する。

この実施形態では、高濃度な窒素排水と現像廃液との２つの処理対象を１つの排水処理装置で処理することが可能となるので、排水処理装置の建設費を削減でき、また、メンテナンス費用を低減できる。一例として、一般的な半導体工場では、高濃度な窒素排水と現像廃液とが排出されるが、この実施形態では、この２つの処理対象を効率よく処理できる。

また、一実施形態の排水処理方法では、上記窒素排水とジメチルホルムアミド廃液とを上記原水槽に導入する。

この実施形態によれば、高濃度な窒素排水とジメチルホルムアミド廃液との２つの処理対象を１つの排水処理装置で処理できるので、この２つの処理対象を別個に処理する場合に比べて、排水処理装置の建設費を削減できる。

この発明の排水処理装置は、第１脱窒槽に窒素系化合物を含有する窒素排水が導入される。この窒素排水は、例えば、３０００ｐｐｍ程度の窒素系化合物を含有する高濃度窒素排水である。この窒素系化合物としては、アンモニア、硝酸、フッ化カルシウム等がある。また、この第１脱窒槽にリン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上が添加される。かつ、硝化槽および再曝気槽が下部の半嫌気部と上部の好気部を有する。そして、第１脱窒槽と硝化槽と第２脱窒槽と再曝気槽における微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上とする。これにより、この発明では、高濃度の微生物と、この微生物の活性を高める微量要素としてのリン、カリウム、カルシウム、マグネシウムが存在することに加えて、嫌気性の部分(第１脱窒槽、第２脱窒槽)と好気性の部分(硝化槽の好気部、再曝気槽の好気部)との間に、半嫌気性の部分(硝化槽の半嫌気部、再曝気槽の半嫌気部)が存在する。したがって、この発明では、システム全体の循環回数が多くなった場合にも、微生物に対する環境の変化を和らげることができ、高濃度アンモニア排水等の高濃度窒素排水を効率よく処理できる。

したがって、この発明によれば、高濃度窒素排水を処理でき、従来の蒸発缶や触媒分解する方法に比べて、省エネルギーで廃棄物も減量できる排水処理装置を実現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１の実施の形態)
図１は、この発明の排水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。この排水処理装置は、第１脱窒槽１、硝化槽３、第２脱窒槽７、再曝気槽８、およびメタノールタンク１４を備える。図１に示すように、第１脱窒槽１には、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の微量要素のうちの少なくとも１つ以上が添加される。

高濃度窒素系化合物を含有した高濃度窒素排水は、第１脱窒槽１の下部１Ａに導入される。この高濃度窒素排水は、例えば、３０００ｐｐｍ程度の窒素系化合物を含有する窒素排水である。

この高濃度窒素排水が、第１脱窒槽１の下部１Ａに導入される理由は、上部１Ｂよりも下部１Ａの方が、重力により微生物濃度が高濃度となっているからである。下部１Ａでは、微生物濃度が高濃度となっていることから、毒性のある高濃度窒素排水が微生物に与える刺激が少なく、微生物処理に適している。なお、上記高濃度窒素排水としては、例えば、半導体工場から排出される高濃度アンモニア排水が該当する。

上記第１脱窒槽１には、嫌気性微生物と高濃度窒素排水を効率良く混合するための撹拌機２が設置されている。なお、この撹拌機２は、嫌気性微生物と高濃度窒素排水を効率良く混合することが可能ならば、通常の撹拌機に替えて、水中に設置する水中撹拌機でも構わない。また、この第１脱窒槽１には、再曝気槽９からの微生物を含む返送汚泥が返送汚泥ポンプ１０により返送配管Ｌ１から導入される。この返送汚泥ポンプ１０と返送配管Ｌ１とが返送部を構成している。

再曝気槽９は、上部９Ｂの好気部１９に液中膜１１が設置されている。この液中膜１１により、微生物は再曝気槽９に留まる。もしくは、上記微生物は、返送汚泥ポンプ１０と返送配管Ｌ１によって、第１脱窒槽１に返送される。

第１脱窒槽１に返送された微生物汚泥は、次に、硝化槽３、第２脱窒槽、を経由して、再び再曝気槽９に戻る。これにより、上記微生物汚泥は、各第１脱窒槽１、硝化槽３、第２脱窒槽７、再曝気槽９を循環することとなる。このように、各槽１、３、７、９を微生物汚泥が循環することにより、各槽での処理水の微生物濃度がほぼ同様の濃度で維持される。

この微生物濃度としては、ＭＬＳＳ(混合液懸濁物質(Mixed Liquor Suspended Solid))で１００００ｐｐｍ以上を維持する。なお、第１脱窒槽１と第２脱窒槽７には、嫌気性の度合いを測定するため、酸化還元電位計(図示せず)が設置されている。

この第１脱窒槽１内では、返送汚泥ポンプ１０と返送配管Ｌ１によって導入された処理水中の硝酸性窒素が、嫌気性微生物により、水素供与体メタノールの存在下で、窒素ガスまで還元処理される。このメタノールはメタノールタンク１４からメタノールポンプ１５により、適当量だけ第１脱窒槽１内に添加される。また、高濃度窒素排水中の窒素以外の有機物は、嫌気性微生物により、生物学的に分解処理される。

次に、第１脱窒槽１より流出した被処理水は、半嫌気部１６を有する硝化槽３の下部に導入される。

ここで、嫌気部とは、溶存酸素が全く無い状態の部分と定義し、好気部とは溶存酸素が数ｐｐｍに維持されている状態と定義し、半嫌気部とは溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度と定義する。

この硝化槽３は、上部をなす好気部１７と下部をなす半嫌気部１６とを有し、この好気部１７と半嫌気部１６とを分離するための分離壁５が硝化槽３の側面内壁に設置されている。好気部１７には散気管６が配置されている。この散気管６は、ブロワー１３に接続されている。このブロワー１３と散気管６とが曝気部を構成する。

なお、上記分離壁５は、コンクリートで施工しても良いし、鋼鉄製で製作しても良い。すなわち、この分離壁５としては、材質は限定しないが、鋼鉄製の場合、長期間使用する場合、腐蝕を防止するための塗装をしっかりしておく必要がある。

この硝化槽３において、下部に半嫌気部１６を設け、第１脱窒槽１からの被処理水を半嫌気部１６に導入している。これにより、第１脱窒槽１と再曝気槽９との間における返送汚泥ポンプ１０と返送配管Ｌ１による循環システムにおいて、第１脱窒槽１で嫌気性微生物によって処理された処理水と移動してくる嫌気性微生物とを、硝化槽３の半嫌気部１６を経て好気部１７に導入することとなる。これにより、上記嫌気性微生物を第１脱窒槽１から硝化槽３の好気部１７に直接に導入する場合に比べて、好気部１７に移動して来る嫌気性微生物に対するストレスが少なくなり、窒素を処理する際の効率アップとなる。

第１脱窒槽１で嫌気性微生物によって処理された処理水と移動してくる嫌気性微生物とを、直接に好気部１７に導入した場合には、好気部１７に移動してくる嫌気性微生物に対するストレスが大きくなるのである。

また、この硝化槽３の下部の半嫌気部１６、および再曝気槽９の下部の半嫌気部１８では、特有の微生物が繁殖し、嫌気性微生物、好気性微生物のみならず半嫌気部に繁殖する各種微生物によって処理水を処理することができ、総合的な処理効率が向上する。

硝化槽３の上部の好気部１７からの処理水は第２脱窒槽７の下部へ導入される。第２脱窒槽７において、溶存酸素がゆっくりと減少するので、この第２脱窒槽７の下部へ移動してくる被処理水に含まれる好気性微生物に対するストレスは少ない。

上記硝化槽３の半嫌気部１６や後述する再曝気槽９の半嫌気部１８では、曝気設備が設置されていないので曝気されていないものの、上部の好気部１７や好気部１９の水流の影響を受け、半嫌気部の条件である溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度となる。これにより、半嫌気部１６や半嫌気部１８内では、半嫌気性を維持できる。

また、硝化槽３の上部をなす好気部１７には、微生物を効果的に繁殖させるための充填材としての塩化ビニリデン充填物４が配置され、この塩化ビニリデン充填物４の下に散気管６が設置されている。この散気管６はブロワー１３に接続されている。

この排水処理装置は、試運転から時間の経過とともに塩化ビニリデン充填物４に微生物が繁殖する。この塩化ビニリデン充填物４の表面の微生物濃度は３００００ｐｐｍ以上となり、処理効率の向上につながる。この塩化ビニリデン充填物４の材質は、強固で化学物質に侵されない塩化ビニリデンであり、半永久的に使用できる。この塩化ビニリデン充填物４としては、バイオコード、リングレース、バイオマルチリーフ、バイオモジュール等の商品があるが、排水の性状に合わせて選定すれば良い。

この硝化槽３では、高濃度窒素排水中のアンモニア性窒素が好気性微生物により酸化されて硝酸性窒素や亜硝酸性窒素となる。塩化ビニリデン充填物４の下方では、ブロワー１３より発生する空気が、散気管６から吐出する。散気管６から吐出した空気により、好気部１７で上昇水流が発生し、好気部１７が好気性を維持できると同時に空気撹拌される。

上述の如く、硝化槽３からの処理水は、第２脱窒槽７に下部から導入される。この第２脱窒槽７には、撹拌機８が設置されており、処理水と嫌気性微生物とを撹拌し、被処理水中の硝酸性窒素の窒素ガス反応を促進している。また、第２脱窒槽７には、メタノールタンク１４からメタノールポンプ１５によって、水素供与体としてのメタノールが添加される。この第２脱窒槽７では、水素供与体としてのメタノールが添加されることにより、硝酸性窒素が還元されて窒素ガスとなって、空気中に拡散される。一般的に、窒素ガスとして脱窒処理される際、水素供与体としてメタノールが添加される。

次に、第２脱窒槽７より流出した被処理水は、再曝気槽９の下部をなす半嫌気部１８に導入される。この再曝気槽９には、再曝気槽９の上部の好気部１９と下部の半嫌気部１８とを分離するための分離壁５が再曝気槽９の側面内壁に設置されている。この再曝気槽９の好気部１９には、散気管６が設置されており、この散気管６はブロワー１３に接続されている。この散気管６とブロワー１３とが曝気部を構成している。

この再曝気槽９において、下部の半嫌気部１８を設け、この下部の半嫌気部１８に第２脱窒槽７からの被処理水を導入している。これにより、第１脱窒槽１と再曝気槽９との間の返送汚泥ポンプ１０と返送配管Ｌ１とによる循環システムにおいて、第２脱窒槽７で嫌気性微生物によって処理された被処理水と共に移動してくる嫌気性微生物に対するストレスを少なくできる。すなわち、 第２脱窒槽７で嫌気性微生物によって処理された被処理水と移動してくる嫌気性微生物を、直接に好気部１９に導入した場合には、嫌気性微生物に対するストレスが多くなる。

一方、第１脱窒槽１において、溶存酸素がゆっくりと減少することに起因して、再曝気槽９の好気部１９から返送配管Ｌ１を通って第１脱窒槽１へ移動してくる被処理水と好気性微生物に対するストレスは少ない。

また、再曝気槽９の上部をなす好気部１９には、液中膜１１と、この液中膜１１を空気洗浄するための散気管６が液中膜１１の下方に設置されている。この散気管６はブロワー１３に接続されている。上記液中膜としては、平膜タイプと中空糸状膜の２種類が市販されているがどちらを採用しても良い。

そして、再曝気槽９の好気部１９での被処理水は、この液中膜１１に接続された配管に連結している液中膜ポンプ１２を運転することによって、液中膜１１から確保される。なお、液中膜１１の透過水量が低下した場合、すなわち処理水量が低下した場合は、次亜塩素酸ソーダ等で液中膜１１を洗浄すればよい。

(第２の実施の形態)
次に、図２に、この発明の排水処理装置の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、次の(ｉ)の点が前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を説明する。

(ｉ) 返送汚泥ポンプ１０と返送配管Ｌ１に替えて、返送部として返送汚泥ポンプ１０Ａと返送配管Ｌ２とを備え、再曝気槽９の上部から処理水を含む返送汚泥を第１脱窒槽１と硝化槽３の両方に返送できるようにした点。

上記返送配管Ｌ２は、再曝気槽９の上部の好気部１９から返送汚泥ポンプ１０Ａを経由して、第１脱窒槽１の上方まで延在している。この返送配管Ｌ２は、再曝気槽９の上部からの被処理水を含む返送汚泥を、バルブ２０ａを有する配管Ｌ２ａから、第１脱窒槽１に上方から導入する。また、この返送配管Ｌ２は、バルブ２０ｂを有する配管Ｌ２ｂを有し、この配管Ｌ２ｂから、再曝気槽９の上部からの処理水を含む返送汚泥を、硝化槽３に上方から導入する。

この第２実施形態では、返送汚泥ポンプ１０Ａの吐出量(単位時間当たりの吐出量)を、第１の実施形態における返送汚泥ポンプ１０の吐出量の２倍とした。これにより、第１脱窒槽１だけでなく、硝化槽３にも上記再曝気槽９の上部からの被処理水を含む返送汚泥を導入できる。

これにより、この第２実施形態では、第１実施形態に比べて、全ての水槽１、３、７、９における返送汚泥に含まれる被処理水の循環回数を増やすことができ、処理水中の窒素の除去率を向上できる。つまり、高濃度窒素排水における窒素処理効率は、全ての水槽における返送汚泥に含まれる被処理水の循環回数が多いほど、被処理水中の窒素の除去率は向上する。

尚、第１脱窒槽１と硝化槽３のそれぞれに返送する処理水を含む返送汚泥の返送量は、バルブ２０ａ，２０ｂの開閉量の調節により所望の配分に調節することができる。

(第３の実施の形態)
次に、図３に、この発明の排水処理装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、前述の第２実施形態と比べて、次の(ｉ)の点が異なる。よって、この第３実施形態では、第２実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細な説明を省略し、第２実施形態と異なる部分を説明する。

(ｉ) 返送汚泥ポンプ１０Ａと返送配管Ｌ２に替えて、返送部として返送汚泥ポンプ１０Ｂと返送配管Ｌ３とを備え、再曝気槽９の上部から被処理水を含む返送汚泥を第１脱窒槽１と硝化槽３および第２脱窒槽７の３槽に返送できるようにした点。

上記返送配管Ｌ３は、再曝気槽９の上部の好気部１９から返送汚泥ポンプ１０Ｂを経由して、第１脱窒槽１の上方まで延在している。この返送配管Ｌ３は、再曝気槽９の上部からの被処理水を含む返送汚泥を、バルブ２０ａを有する配管Ｌ３ａから、第１脱窒槽１に上方から導入する。また、この返送配管Ｌ３は、バルブ２０ｂを有する配管Ｌ３ｂを有し、この配管Ｌ３ｂから、再曝気槽９の上部からの被処理水を含む返送汚泥を、硝化槽３に上方から導入する。また、この返送配管Ｌ３は、バルブ２０ｃを有する配管Ｌ３ｃを有し、再曝気槽９の上部からの被処理水を含む返送汚泥を、この配管Ｌ３ｃから第２脱窒槽７に上方から導入する。

この第３実施形態では、返送汚泥ポンプ１０Ｂの吐出量(単位時間当たりの吐出量)を、第２実施形態の返送汚泥ポンプ１０Ａの１.５倍(つまり第１実施形態の返送汚泥ポンプ１０の３倍)とした。これにより、第１脱窒槽１と硝化槽３に加えて、第２脱窒槽７にも、再曝気槽９の上部からの被処理水を含む返送汚泥を導入できる。

これにより、この第３実施形態では、第２実施形態に比べて、全ての水槽１、３、７、９における返送汚泥に含まれる被処理水の循環回数を増やすことができ、被処理水中の窒素の除去率を向上できる。つまり、高濃度窒素排水における窒素処理効率は、全ての水槽における返送汚泥に含まれる被処理水の循環回数が多いほど、被処理水中の窒素の除去率は向上するのである。

なお、第１脱窒槽１と硝化槽３および第２脱窒槽７のそれぞれに返送する被処理水を含む返送汚泥の返送量は、バルブ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの開閉量の調節により所望の配分に調節することができる。

(第１実験例)
図１に示す第１実施形態の排水処理装置の構成を有する実験装置を製作した。この実験装置における第１脱窒槽１の容量は１００リットル、硝化槽３の容量は２００リットル、第２脱窒槽７の容量は１００リットル、再曝気槽９の容量は１００リットルである。

この実験装置において、約２ケ月間にわたる微生物の訓養終了後、微生物濃度を１６５００ｐｐｍとして、工場の生産装置から排水される窒素濃度２８６０ｐｐｍの被処理水を採取して、第１脱窒槽１に連続的に導入した。そして、１ケ間が経過し水質が安定するのを待って、処理水の窒素濃度を測定したところ、２２ｐｐｍであった。

尚、図４Ａに、第１脱窒槽１に導入する高濃度窒素排水の窒素濃度が３０００ｐｐｍの場合での上記第１〜第３実施形態における各槽での滞留時間の一例を示すタイムチャートを示す。また、図４Ｂに、第１脱窒槽１に導入する高濃度窒素排水の窒素濃度が６０００ｐｐｍの場合での上記第１〜第３実施形態における各槽での滞留時間の一例を示すタイムチャートを示す。

なお、上記第１〜第３実施形態において、硝化槽３の好気部１７が有する塩化ビニリデン充填物４が２種類以上の塩化ビニリデン充填物を含む場合には、多種の微生物をより多く繁殖，培養でき、その結果、高濃度窒素排水の処理能力を一層向上できる。また、上記第１〜第３実施形態において、合弁浄化槽の処理水または生活汚泥を、上記第１脱窒槽１に導入することで、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上を上記第１脱窒槽１に添加するようにしてもよい。この場合には、合併浄化槽の処理水または生活汚泥に含まれているリン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等を微生物の活性を高める微量要素として有効利用でき、排水処理装置のランニングコストを低減できる。また、上記第１〜第３実施形態において、返送部が上記第１脱窒槽１に単位時間に流入する上記高濃度窒素排水の流量の２倍以上の流量の微生物汚泥を上記再曝気槽９から上記第１脱窒槽１に返送することが望ましい。この場合には、毒性のある高濃度アンモニア排水等の高濃度窒素排水を希釈して毒性をより低下させることができるので、アンモニア性窒素等の窒素系化合物を効率的に硝酸性窒素およびその後の窒素ガスまで還元処理できる。

(第４の実施の形態)
図５は、この発明の排水処理装置の第４実施形態を模式的に示す図である。この第４実施形態は、第１脱窒槽４１、硝化槽４３、第２脱窒槽４７、再曝気槽４９およびアミノエタノールタンク５４を備える。

図５に示すように、高濃度窒素系化合物を含有した高濃度窒素排水は、第１脱窒槽４１の下部に導入される。この高濃度窒素排水が、第１脱窒槽４１の下部に導入される理由は、上部よりも下部の方が、重力により微生物濃度が高濃度となっているからである。この第１脱窒槽４１の下部では、微生物濃度が高濃度となっていることから、毒性のある高濃度窒素排水が微生物に与える刺激が少なく、微生物処理に適している。なお、この高濃度窒素排水は、例えば、３０００ｐｐｍ程度の窒素系化合物を含有する窒素排水である。この高濃度窒素排水としては、一例として半導体工場から排出される高濃度アンモニア排水が該当する。

第１脱窒槽４１には、生物処理された処理水または生物処理の際発生した汚泥が導入される。これにより、この生物処理された処理水または生物処理された汚泥に含まれるリン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の微量要素が、各槽４１、４３、４７、４９の全てにおいて、微生物の活性を促進することになる。

第１脱窒槽４１には、嫌気性微生物と高濃度窒素排水を効率良く混合することが可能な撹拌機４２が設置されている。なお、嫌気性微生物と高濃度窒素排水とを効率良く混合することが可能ならば、通常の撹拌機に替えて、水中に設置する水中撹拌機でも構わない。また、返送汚泥ポンプ５０と返送配管Ｌ４１とで構成する返送部により、再曝気槽４９の上部をなす好気部５９からの微生物を含む返送汚泥が第１脱窒槽４１に導入される。

この再曝気槽４９の好気部５９には、液中膜５１が設置されている。この液中膜５１の存在により、微生物は再曝気槽４９内に留まるか、もしくは、返送汚泥ポンプ５０によって第１脱窒槽４１に返送される。また、この好気部５９には、曝気部をなす散気管４６が配置されている。この散気管４６はブロワー５３に接続されている。

この排水処理装置は第１のエアーリフトポンプ６１を有し、この第１のエアーリフトポンプ６１は、硝化槽４３の下部をなす嫌気部５６から第１脱窒槽４１へ被処理水を含む汚泥を返送する。この第１のエアーリフトポンプ６１による汚泥の移送は、空気を利用した移送方法であり、多量の汚泥を少ない動力で移送できる。一般に、ポンプ方式による移送は揚程は多く確保できるが、エアーリフト方式と比較して多くの動力が必要である。この第１のエアーリフトポンプ６１は、パイプ状のものであり、ブロワー５３からのエアーが導入されて、バブリングを行うことによって、被処理水を移動させることができるものです。また、好気部５７には、曝気部をなす散気管４６が配置され、この散気管４６はブロワー５３に接続されている。

上記再曝気槽４９から第１脱窒槽４１に返送された上記汚泥は微生物を含む微生物汚泥であり、この微生物汚泥は、第１脱窒槽４１から、順に、硝化槽４３、第２脱窒槽４７へ移送され、そして、再び、再曝気槽４９に戻る。つまり、上記微生物汚泥は、各槽４１、４３、４７、４９を循環することとなる。この各槽を上記微生物汚泥が循環することにより、この各槽の微生物濃度がほぼ同様の濃度で維持される。この各槽４１、４３、４７、４９での微生物濃度としては、ＭＬＳＳ(混合液懸濁物質(Ｍixed Ｌiquor Ｓuspended Ｓolid))で１００００ｐｐｍ以上を維持する。なお、第１脱窒槽４１と第２脱窒槽４７には、嫌気性の度合いを測定するため、酸化還元電位計(図示せず)が設置されている。

上記第１脱窒槽４１内には、アミノエタノールタンク５４からのアミノエタノールがアミノエタノールポンプ５５により、適当量だけ添加される。この第１脱窒槽４１内では、返送汚泥ポンプ５０と返送配管Ｌ４１とによって導入された被処理水中の硝酸性窒素が、嫌気性微生物により、水素供与体メタノールの代替品であるアミノエタノールの存在下で、窒素ガスまで還元処理される。

また、第１脱窒槽４１内においては、高濃度窒素排水中の窒素以外の有機物は、嫌気性微生物により、生物学的に分解処理される。

次に、第１脱窒槽４１より流出した被処理水は、半嫌気部５６を有する硝化槽４３の下部に導入される。ここで、嫌気部とは、溶存酸素が全く無い状態であり、好気部とは溶存酸素が数ｐｐｍ維持されている状態であり、半嫌気部とは溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度と定義する。

硝化槽４３には、この硝化槽４３の上部をなす好気部５７と下部をなす半嫌気部５６とを分離するための分離壁４５が側面内壁に設置されている。この分離壁４５は、コンクリートで施工してもよいし、鋼鉄製で製作してもよい。すなわち、この分離壁４５の材質は限定しないが、鋼鉄製とした場合には、長期間使用する場合には、腐食防止の塗装をしっかりしておくことが望まれる。

この分離壁４５は、硝化槽４３の上部をなす好気部５７で散気管４６から吐出する空気により、水流が発生するが、その水流が下部の半嫌気部５６に対して、多少は影響するが、より多くは影響させないことを目的として設置されている。

また、この実施形態では、返送汚泥ポンプ５０と返送配管Ｌ４１とがなす返送部による第１脱窒槽４１と再曝気槽４９との間の循環システムにおいて、硝化槽４３の下部に半嫌気部１６を設けた。これにより、第１脱窒槽４１で嫌気性微生物によって処理された被処理水と嫌気性微生物とを、半嫌気部５６を経て好気部５７導入する。これにより、上記処理水と嫌気性微生物を硝化槽４３の上部の好気部５７に直接に導入する場合に比べて、硝化槽４３に移動して来る嫌気性微生物に対するストレスを少なくでき、硝化槽４３での窒素処理効率を向上できる。

また、硝化槽４３の半嫌気部５６と再曝気槽４９の半嫌気部５８には、特有の微生物が繁殖し、嫌気性微生物、好気性微生物のみならず半嫌気部５６，５８に繁殖する各種微生物によって被処理水を処理することによって、総合的な処理効率を向上できる。

硝化槽４３の好気部５７から第２脱窒槽４７の下部へ被処理水および好気性微生物が導入される。第２脱窒槽４７では、溶存酸素がゆっくりと減少するので、処理水および好気性微生物に対するストレスは少ない。

また、硝化槽４３の半嫌気部５６や後で説明する再曝気槽４９の半嫌気部５８で、半嫌気性を維持できる理由としては、半嫌気部５６や半嫌気部５８内には曝気設備が設置されておらず、曝気されていないことがある。このため、半嫌気部５６、５８は、上部の好気部５７、５９からの多少の水流の影響を受けても、半嫌気部の条件である溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度となる。

また、硝化槽４３の上部をなす好気部５７には、微生物を効果的に繁殖させるための充填材としての塩化ビニリデン充填物４４が設置され、この塩化ビニリデン充填物４４の下方に散気管４６が設置されている。この排水処理装置では、試運転から時間の経過とともに塩化ビニリデン充填物４４に微生物が繁殖する。この塩化ビニリデン充填物４４の表面の微生物濃度は３００００ｐｐｍ以上となり、処理効率の向上につながる。この塩化ビニリデン充填物４４の材質は、強固で化学物質に侵されない塩化ビニリデンであり、半永久的に使用できる。この塩化ビニリデン充填物４４としては、バイオコード、リングレース、バイオマルチリーフ、バイオモジュール等の商品があるが、排水の性状に合わせて選定すれば良い。

この硝化槽４３では、高濃度窒素排水中のアンモニア性窒素が好気性微生物により酸化されて硝酸性窒素や亜硝酸性窒素となる。この硝化槽４３の好気部５７の塩化ビニリデン充填物４４の下方では、ブロワー５３で発生した空気が散気管４６から吐出している。この散気管４６から吐出した空気によって、好気部５７で上昇水流が発生し、好気部５７が好気性を維持できると同時に空気撹拌される。

また、嫌気部５６には、上述の如く、第１のエアーリフトポンプ６１が設置されている。この第１のエアーリフトポンプ６１は、ブロワー５３が吐出する空気が縦に設置された配管６１Ａの内部を上昇する際に返送汚泥も同時に上昇し移送される。このエアーリフトポンプ６１は動力ポンプに比べて少ない揚程しか確保できないが、少ない電力で多量の返送汚泥を第１脱窒槽４１に移送することができる。

次に、硝化槽４３の被処理水は、この硝化槽４３の好気部５７の上部に配設された配管を通って、第２脱窒槽４７の下部に導入される。この第２脱窒槽４７には、撹拌機４８が設置されており、被処理水と嫌気性微生物とを撹拌し、被処理水中の硝酸性窒素の窒素ガス反応を促進している。また、この第２脱窒槽４７には、アミノエタノールタンク５４からアミノエタノールポンプ５５によって、水素供与体としてのアミノエタノールが添加される。この水素供与体としてのアミノエタノールが、第２脱窒槽４７に添加されることにより、硝酸性窒素が還元されて窒素ガスとなって、空気中に拡散される。このように、硝酸性窒素が窒素ガスとして脱窒処理される際には、水素供与体としてメタノールが添加されることは一般的であるが、この実施形態では、アミノエタノールをメタノールの代替品として使用した。なお、上記アミノエタノールをアミノエタノール廃液としてもよい。この場合、例えば半導体工場から排出されるアミノエタノール廃液を薬品としてのメタノールの代替として水素供与体として利用できるので、資源の有効活用となり、ランニングコストを低減できる。

次に、第２脱窒槽４７より流出した処理水は、半嫌気部５８を有する再曝気槽４９の下部に導入される。この再曝気槽４９には、上部(好気部５９)と下部(半嫌気部５８)とを分離するための分離壁４５が側面内壁に設置されている。また、再曝気槽４９における半嫌気部５８の存在により、第２脱窒槽４７で嫌気性微生物によって処理された処理水と嫌気性微生物とを半嫌気部５８を経て好気部５９に導入することとなるので、嫌気性微生物に対するストレスが少なくなる。したがって、第１脱窒槽４１と再曝気槽４９との間の返送汚泥ポンプ５０と返送配管Ｌ４１とによる４つの水槽の循環システムにおいて、嫌気性微生物に対するストレスを少なくして嫌気性微生物による微生物処理を促進できる。これに対し、第２脱窒槽４７で嫌気性微生物によって処理された処理水と嫌気性微生物とを直接に好気部５９に導入する場合は、嫌気性微生物に対するストレスが多くなる。

この再曝気槽４９には、第２のエアーリフトポンプ６２が設置されている。この第２のエアーリフトポンプ６２は、上下に延びる縦配管６２Ａが再曝気槽４９の嫌気部５８内に位置しており、この嫌気部５８から上記第２脱窒槽４７へ処理水を循環させる。第１のエアーリフトポンプ６１と同様、この第２のエアーリフトポンプ６２の縦配管６２Ａには、ブロワー５３から空気が供給される。

また、第１脱窒槽４１において溶存酸素がゆっくりと減少するので、再曝気槽４９の嫌気部５８から第１脱窒槽４１へ移動してくる被処理水と好気性微生物に対するストレスは少ない。また、再曝気槽４９の好気部５９は、液中膜５１と、この液中膜５１の下に配置されて液中膜５１を空気洗浄する散気管４６とを有している。この液中膜５１としては、平膜タイプと中空糸状膜の２種類が市販されているがどちらを採用しても良い。

この再曝気槽４９では、液中膜５１と連結している重力配管６３から、重力の作用によって処理水が自然に流れ出てくる。この重力配管６３とは、再曝気槽４９での水面と重力配管６３の下端との水頭差により、処理水を流出させるものである。この重力配管による流出方法は電力を必要としないので、省エネルギー運転が可能となる。また、液中膜５１が閉塞して、重力配管６３からの吐出量が減少した場合は、液中膜５１と配管で連結している液中膜ポンプ５２を運転することによって処理水を吐出させて確保できる。また、重力配管６３と液中膜ポンプ５２に接続した配管との２種類の配管の両方共を同時に働かせて、各々の配管の長所を生かして、処理水を確保するようにしてもよい。なお、上記液中膜５１の透過水量が低下した場合(すなわち処理水量が低下した場合)は、液中膜５１を次亜塩素酸ソーダ等で洗浄している。

(第５の実施の形態)
次に、図６に、この発明の排水処理装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、第１脱窒槽４１に塩化ビニリデン充填物４４−１が充填されている点だけが、前述の第４実施形態と異なる。よって、前述の第４実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。

図６に示すように、この第５実施形態は、第１脱窒槽４１に充填材として塩化ビニリデン充填物４４−１が充填されていることによって、高濃度窒素排水に対する窒素処理効率を向上できる。この第５実施形態の如く、第１脱窒槽４１にも塩化ビニリデン充填物４４−１を充填することにより、第１脱窒槽４１での微生物濃度がより高濃度となるばかりでなく、塩化ビニリデン充填物４４に微生物が付着繁殖して、充填物が無い状態に比べて、微生物がより安定化し、窒素の処理能力が向上する。槽４１の全体にわたって微生物濃度を高濃度とするには、この塩化ビニリデン充填物４４−１を水槽４１の全体に配置することが好ましい。この第５実施形態のように、塩化ビニリデン充填物４４−１が第１脱窒槽４１内に存在することで、嫌気度(酸化還元電位で測定される)が増加し、脱窒反応を促進できる。

(第６の実施の形態)
次に、図７に、この発明の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、第１脱窒槽４１だけでなく、第２脱窒槽４７にも塩化ビニリデン充填物４４−１を充填した点が、前述の第５実施形態と異なる。よって、この第６実施形態では、前述の第５実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。

図７に示すように、この第６実施形態では、第２脱窒槽４７に充填材として塩化ビニリデン充填物４４−１が充填されているので、高濃度窒素排水に対する窒素処理効率を向上できる。この第６実施形態では、第２脱窒槽４７にも塩化ビニリデン充填物４４−１が充填されているので、第２脱窒槽４７の微生物濃度がより高濃度となるばかりでなく、塩化ビニリデン充填物４４−１に微生物が付着繁殖して、充填物が無い状態に比べて、微生物がより安定化し、窒素の処理能力が向上する。微生物濃度を槽４７全体にわたって高濃度とするには、塩化ビニリデン充填物４４−１を水槽の全体に配置することが好ましい。この第６実施形態では、第２脱窒槽４７に充填材としての塩化ビニリデン充填物４４−１が存在するので、嫌気度(酸化還元電位で測定)が増加し、脱窒反応を促進できる。

(第７の実施の形態)
次に、図８に、この発明の第７実施形態を示す。この第７実施形態は、第１脱窒槽４１の下部に、高濃度窒素排水と現像廃液とを導入する点が、上述の第４実施形態と異なる。よって、この第７実施形態では、上述の第４実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。

この第７実施形態では、第１脱窒槽４１の下部に、高濃度窒素排水だけでなく、現像廃液を導入することによって、有機物を含む廃液である現像廃液を処理できる。この有機物を含む廃液である現像廃液としては、たとえば、半導体工場から排出される現像廃液が挙げられる。尚、この現像廃液の主成分はテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドである。

この第７実施形態では、上述の第４実施形態と同様、排水処理における方式として液中膜５１を利用しており、微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上に上げて嫌気性微生物と好気性微生物の両方で排水処理するので、上記有機物を含む廃液である現像廃液も処理できる。

(第８の実施の形態)
次に、図９に、この発明の第８実施形態を示す。この第８実施形態は、第１脱窒槽４１の下部に、高濃度窒素排水とジメチルホルムアミド廃液の両方を導入する点が、上述の第４実施形態と異なる。よって、この第８実施形態では、上述の第４実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。

この第８実施形態では、第１脱窒槽４１の下部に、高濃度窒素排水だけでなく、ジメチルホルムアミド廃液を導入することによって、有機物を含む廃液である現像廃液を処理できる。この有機物を含む廃液であるジメチルホルムアミド廃液は、たとえば、半導体工場から排出される。

この第８実施形態では、上述の第４実施形態と同様、排水処理における方式として液中膜５１を利用しており、微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上に上げて嫌気性微生物と好気性微生物の両方で排水処理するので、上記有機物を含む廃液であるジメチルホルムアミド廃液も処理できる。尚、ジメチルホルムアミド廃液に含まれるジメチルホルムアミドは有害物質である。

(第２実験例)
図５に示す第４実施形態の排水処理装置の構成を有する実験装置を製作した。この実験装置における第１脱窒槽４１の容量は１００リットル、硝化槽４３の容量は２００リットル、第２脱窒槽４７の容量は１００リットル、再曝気槽４９の容量は１００リットルである。

この実験装置において、約２ケ月間にわたる微生物の訓養終了後、微生物濃度を１８５００ｐｐｍとして、工場の生産装置から排水される窒素濃度２６４０ｐｐｍの処理水を採取して、第１脱窒槽４１に連続的に導入した。そして、１ケ間が経過し水質が安定するのを待って、処理水の窒素濃度を測定したところ、２０ｐｐｍであった。

尚、図１０Ａに、第１脱窒槽４１に導入する高濃度窒素排水の窒素濃度が３０００ｐｐｍの場合での上記第４〜第８実施形態における各槽での滞留時間の一例を示すタイムチャートを示す。また、図１０Ｂに、第１脱窒槽４１に導入する高濃度窒素排水の窒素濃度が６０００ｐｐｍの場合での上記第４〜第８実施形態における各槽での滞留時間の一例を示すタイムチャートを示す。

なお、上記第４〜第８実施形態において、再曝気槽４９の下部の半嫌気部５８の汚泥を第１脱窒槽４１に返送する返送部を備えてもよい。この場合には、再曝気槽４９の好気部５９の汚泥を第１脱窒槽４１に返送する場合に比べて、第１脱窒槽４１の嫌気状態を確実に維持し安定化できる。これにより、脱窒性能を高めることができる。

(第９の実施の形態)
次に、図１１に、この発明の排水処理装置の第９実施形態を示す。この第９実施形態は、原水槽７１と、第１脱窒槽７３と、第１硝化槽７７と、第２脱窒槽８２と、第２硝化槽１０４と、第３脱窒槽８８と、再曝気槽９０と、接触酸化槽９８と沈殿槽１００を備える。

上記原水槽７１には、窒素系化合物を含有する高濃度窒素排水が上部から導入される。この原水槽７１は、この原水槽７１の容量によって程度の差はあるが、排水の水量と水質をある程度調整できる。

この原水槽７１に導入された高濃度窒素排水は、原水槽ポンプ７２によって、第１脱窒槽７３の下部に導入される。この第１脱窒槽７３には、アミノエタノールタンク８３からのアミノエタノールがアミノエタノールポンプ８４によって供給される。

この第１脱窒槽７３において、上部に比べて微生物濃度が高濃度となっている下部に上記高濃度窒素排水が導入されることで、毒性のある高濃度窒素排水が微生物に与える刺激を低減できる。なお、この高濃度窒素排水は、例えば、３０００ｐｐｍ程度の窒素系化合物を含有する高濃度窒素排水である。この高濃度窒素排水としては、半導体工場から排出される高濃度アンモニア排水が該当する。

また、この第１脱窒槽７３には、生物処理された処理水または生物処理した際発生する汚泥が導入される。この生物処理された処理水または生物処理した際発生する汚泥に含まれるリン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の微量要素が、各槽全ての微生物の活性を促進することによって、微生物処理を促進できる。

また、この第１脱窒槽７３には、撹拌機７４が設置されている。この撹拌機７４によって、嫌気性微生物と高濃度窒素排水を効率良く混合できる。この撹拌機７４は、通常の撹拌機に替えて、水中に設置する水中撹拌機としても構わない。また、この第１脱窒槽７３には、返送汚泥ポンプ９６と返送配管Ｌ９６とで構成する返送部によって、再曝気槽９０からの微生物を含む返送汚泥が返送され、導入される。

上記再曝気槽９０は、下部の半嫌気部９１と上部の好気部９２とを有し、この上部の好気部９２には、液中膜９３が設置されている。また、この液中膜９３の下方には散気管８１が配置されている。この散気管８１はブロワー９７に接続されている。散気管８１とブロワー９７が曝気部を構成している。この再曝気槽９０では、微生物は、上記好気部９２の液中膜９３によって再曝気槽９０内に留まるか、もしくは、返送汚泥ポンプ９６によって第１脱窒槽７３に返送される。

また、第１のエアーリフトポンプ７５は、第１硝化槽７７の下部の嫌気部７８から第１脱窒槽７３へ被処理水を含む微生物汚泥を循環させる。この第１のエアーリフトポンプ７５は、ブロワー９７から空気が供給されることによって稼動し、多量の返送汚泥を少ない動力で移送することができる。なお、一般のポンプ方式では揚程を多く確保できるものの、エアーリフト方式と比較して多くの動力が必要である。すなわち、上記エアーリフトポンプ７５によれば、省エネルギーを達成可能となる。

上記返送部と上記エアーリフトポンプ７５から、上記第１脱窒槽７３に返送された微生物汚泥は、順次、第１硝化槽７７、第２脱窒槽８２、第２硝化槽１０４、第３脱窒槽８８を経由して、再び、再曝気槽９０に戻り、各槽７３,７７,８２,１０４,８８,９０を循環することとなる。各槽を微生物汚泥が循環することにより、各槽の微生物濃度がほぼ同様の濃度で維持される。各槽の微生物濃度としては、ＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solid)で１００００ｐｐｍ以上を維持する。

そして、上記再曝気槽９０から第１脱窒槽７３に返送された被処理水は、順次、第１硝化槽７７、第２脱窒槽８２、第２硝化槽１０４、第３脱窒槽８８を経由して、再び、再曝気槽(第３硝化槽ともみなせる)９０へ戻る。これにより、上記被処理水は、嫌気性の槽と、好気性の槽を３ステップ以上(第１から第３までの３ステップ)循環することになり、実質的な発生汚泥ゼロが達成される。なお、上記嫌気性の槽とは、第１脱窒槽７３,第２脱窒槽８２,第３脱窒槽８８の３つの槽であり、上記好気性の槽とは、第１硝化槽７７,第２硝化槽１０４,再曝気槽９０である。

なお、第１脱窒槽７３、第２脱窒槽８２、および第３脱窒槽８８には、嫌気性の度合いを測定するために、酸化還元電位計(図示せず)が設置されている。

第１脱窒槽７３内では、水素供与体メタノールの代替品であるアミノエタノールの存在下で、返送汚泥ポンプ９６から導入された被処理水中の硝酸性窒素が、嫌気性微生物によって、窒素ガスまで還元処理される。このアミノエタノールは、アミノエタノールタンク８３からアミノエタノールポンプ８４により、第１脱窒槽７３内に適当量添加される。当然のこととして、水素供与体としては、アミノエタノールに替えてメタノール等の一般的なアルコール類を選定しても良いことは言うまでもない。なお、上記アミノエタノールをアミノエタノール廃液としてもよい。この場合、例えば半導体工場から排出されるアミノエタノール廃液を薬品としてのメタノールの代替として水素供与体として利用できるので、資源の有効活用となり、ランニングコストを低減できる。

また、第１脱窒槽７３内においては、高濃度窒素排水中の窒素以外の有機物は、嫌気性微生物によって、生物学的に分解処理される。

次に、第１脱窒槽７３より流出した被処理水は、第１硝化槽７７の下部の半嫌気部７８に導入される。この第１硝化槽７７は、下部の半嫌気部７８と上部の好気部７９を有し、この好気部７９には、塩化ビニリデン充填物８０とこの塩化ビニリデン充填物８０の下方に配置された散気管８１とを有する。この散気管８１はブロワー９７に接続されている。このブロワー９７と散気管８１とが曝気部を構成している。

ここで、嫌気部とは、溶存酸素が全く無い状態であり、好気部とは溶存酸素が数ｐｐｍ維持されている状態であり、半嫌気部とは溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度と定義する。

第１硝化槽７７には、第１硝化槽７７の上部(好気部７９)と下部(半嫌気部７８)を分離するための分離壁７６が第１硝化槽７７の側面内壁に設置されている。この分離壁７６の施工は、コンクリートで施工しても良いし、鋼鉄製で製作しても良い。すなわち、この分離壁７６は材質は限定しないが、鋼鉄製とした場合で、長期間使用する場合には、腐蝕のための塗装をしっかりしておくことが望ましい。第１硝化槽７７の上部の好気部７９で散気管８１から吐出する空気によって水流が発生するが、分離壁７６の存在によって、この水流が下部の半嫌気部７８に対して、多少は影響するものの、多くは影響させないこととなる。

また、この実施形態では、第１脱窒槽７３と再曝気槽９０との間に形成した返送部(返送汚泥ポンプ９６,返送配管Ｌ９６)による循環システムにおいて、上記第１硝化槽７７が下部に半嫌気部７８を有する。このことで、第１脱窒槽７３で嫌気性微生物によって処理された被処理水と共に移動してくる嫌気性微生物を、直接に(ストレートに)好気部７９に導入するのではなく、半嫌気部７８を経て好気部７９に導入する。これにより、第１脱窒槽７３から第１硝化槽７７へ移動して来る嫌気性微生物に対する環境ストレスを少なくすることができる。嫌気性微生物に対する環境ストレスが少ないことにより、窒素を処理する際の効率を向上できる。

また、この第１硝化槽７７の半嫌気部７８に特有の微生物が繁殖し、嫌気性微生物および好気性微生物のみならず、半嫌気部７８に繁殖する各種微生物によって被処理水を微生物処理することによって、総合的な処理効率を向上できる。

また、上記第１硝化槽７７と同様に、後述する第２硝化槽１０４,再曝気槽９０も、下部に半嫌気部８６,半嫌気部９１を有している。これらの半嫌気部７８、８６、９１で繁殖する微生物が汚泥の減容化(減量化)に役立つことを発見した。すなわち、この実施形態では、３段階の半嫌気部７８,８６,９１によって、汚泥を格段に減量でき、実質的な汚泥のゼロ化を達成できる。

次に、この第１硝化槽７７の好気部７９から第２脱窒槽８２の下部へ被処理水および好気性微生物が移動してくる。第２脱窒槽８２において、溶存酸素がゆっくりと減少するので、上記処理水および好気性微生物に対するストレスは少ない。

上述した第１硝化槽７７の半嫌気部７８や後述する半嫌気部８６,半嫌気部９１では、半嫌気部７８、半嫌気部８６、半嫌気部９１内には曝気設備が設置されていないので曝気されていない。そして、上記半嫌気部７８、半嫌気部８６、半嫌気部９１は、上部の好気部７９、好気部８７、好気部９２からの多少の水流の影響を受けて、半嫌気部の条件である溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度となり、半嫌気性を維持できることとなる。

また、第１硝化槽７７の上部の好気部７９には、微生物を効果的に繁殖させるための充填材としての塩化ビニリデン充填物８０が設置され、この塩化ビニリデン充填物８０の下に散気管８１が設置されている。この排水処理装置の試運転から時間の経過とともに塩化ビニリデン充填物８０には微生物が繁殖する。塩化ビニリデン充填物８０の表面の微生物濃度は３００００ｐｐｍ以上となり、処理効率のアップにつながる。なお、塩化ビニリデン充填物８０の材質は、強固で化学物質に侵されない塩化ビニリデンであり、半永久的に使用できる。この塩化ビニリデン充填物８０としては、バイオコード、リングレース、バイオマルチリーフ、バイオモジュール等の商品があるが、排水の性状に合わせて選定すれば良い。

この第１硝化槽７７では、高濃度窒素排水中のアンモニア性窒素が好気性微生物により酸化されて硝酸性窒素や亜硝酸性窒素となる。また、塩化ビニリデン充填物８０の下部には、ブロワー９７で発生する空気が散気管８１から吐出する。散気管８１から吐出した空気によって、好気部７９で上昇水流が発生し、好気部７９が好気性を維持できると同時に空気撹拌される。

また、この好気部７９には、第１のエアーリフトポンプ７５が設置されている。この第１のエアーリフトポンプ７５は、ブロワー９７から吐出する空気が縦に設置された配管７５Ａの内部を上昇する際に返送汚泥も同時に上昇移送される。このエアーリフトポンプ７５は少ない揚程しか確保できないが、少ない電力で多量の返送汚泥を第１硝化槽７７から第１脱窒槽７３に移送することができる。

次に、第１硝化槽７７の好気部７９の上部に配設された配管を通って、第１硝化槽７７からの被処理水が第２脱窒槽８２の下部に導入される。この第２脱窒槽８２には、撹拌機７４が設置されており、この撹拌機７４は処理水と嫌気性微生物とを撹拌し、被処理水中の硝酸性窒素の窒素ガス反応を促進している。また、この第２脱窒槽８２には、アミノエタノールタンク８３からアミノエタノールポンプ８４によって、水素供与体としてのアミノエタノールが添加される。この第２脱窒槽８２には、水素供与体としてのアミノエタノールが添加されることにより、硝酸性窒素が還元されて窒素ガスとなって、空気中に拡散される。脱窒槽において、硝酸性窒素が窒素ガスとして脱窒処理される際、水素供与体としてメタノールが添加されることは一般的であるが、この実施形態では、アミノエタノールをメタノールの代替品として使用した。

次に、第２脱窒槽８２から流出した被処理水は、第２硝化槽１０４の下部の半嫌気部８６に導入される。この第２硝化槽１０４には、第２硝化槽１０４の上部(好気部８７)と下部(半嫌気部８６)を分離するための分離壁７６が第２硝化槽１０４の側面内壁に設置されている。

第１脱窒槽７３と再曝気槽９０との間に配置された返送部(返送汚泥ポンプ９６,返送配管Ｌ９６)による６つの水槽の循環システムにおいて、この第２硝化槽１０４が下部に半嫌気部８６を有する。これにより、第２脱窒槽８２で嫌気性微生物によって処理された被処理水と共に移動してくる嫌気性微生物を、直接に(ストレートに)好気部８７に導入するのではなく、半嫌気部８６を経て好気部８７に導入することができる。これにより、嫌気性微生物に対するストレスを少なくすることができる。

しかも、上記半嫌気部８６を設けたことで、前述の如く、半嫌気部７８、半嫌気部８６、半嫌気部９１の３つの半嫌気部で繁殖する微生物が汚泥の減容量化に役立つことを発見した。そして、上記３つの半嫌気部による３ステップ以上の微生物処理を構築することによって、実質的な汚泥のゼロ化が達成できる。

また、この排水処理装置は、第２硝化槽１０４の下部の嫌気部８６から第２脱窒槽８２へ被処理水を循環させる第２エアーリフトポンプ８５−１を有する。この第２エアーリフトポンプ８５−１は、ブロワー９７から吐出する空気が縦配管８５−１Ａの内部を上昇する際に被処理水に含まれる返送汚泥も同時に移送できる。この第２エアーリフトポンプ８５−１は少ない電力でもって多量の返送汚泥を第２硝化槽１０４から第２脱窒槽８２に移送できる。

次に、第２硝化槽１０４からの処理水は、第２硝化槽１０４の好気部８７の上部に配設された配管を通って、第３脱窒槽８８に導入される。この第３脱窒槽８８においては、溶存酸素がゆっくりと減少するので、第２硝化槽１０４の好気部８７から第３脱窒槽８８へ移動してくる被処理水と好気性微生物に対するストレスは少ない。

この第３脱窒槽８８には、撹拌機８９が設置されており、この撹拌機８９が被処理水と嫌気性微生物とを撹拌し、処理水中の硝酸性窒素の窒素ガス反応を促進している。また、第３脱窒槽８８には、アミノエタノールポンプ８４によって、アミノエタノールタンク８３から水素供与体としてのアミノエタノールが添加される。この水素供与体としてのアミノエタノールが第３脱窒槽８８に添加されることにより、硝酸性窒素が還元されて窒素ガスとなり、空気中に拡散される。前述した通り、硝酸性窒素が還元されて窒素ガスとして脱窒処理される際、水素供与体としてメタノールが添加されることは一般的であるが、この実施形態では、メタノールの代替品として、アミノエタノールを使用した。

次に、第３脱窒槽８８から流出した処理水は、再曝気槽９０の半嫌気部９１を有する下部に導入される。この再曝気槽９０は、再曝気槽９０の上部(好気部９２)と下部(半嫌気部９１)とを分離するための分離壁７６を有する。この分離壁７６は、再曝気槽９０の側面内壁に設置されている。また、この再曝気槽９０に半嫌気部２１を設けたことにより、第１硝化槽７３、第２硝化槽１０４に半嫌気部７８、８６を設けたのと同様の理由で、脱窒槽から導入される嫌気性微生物に対するストレスを少なくすることができる。

また、この再曝気槽９０の上部の好気部９２には、液中膜９３と液中膜９３の下方に配置された散気管８１とが設置されている。この散気管８１はブロワー９７に接続され、このブロワー９７が吐出する空気が供給される。このブロワー９７と散気管８１とが曝気部を構成している。上記液中膜９３としては、平膜タイプと中空糸状膜の２種類が市販されているがどちらを採用しても良い。

この再曝気槽９０での処理水は、液中膜９３に連結している重力配管９５から、重力の作用により、自然に流れ出てくる。すなわち、この重力配管９５では、再曝気槽９０内の水面と重力配管９５の下端との差(水頭差)を利用しており、処理水を流出させるための電力を必要としないので、省エネルギー運転が可能となる。

また、液中膜９３が閉塞して、重力配管９５からの吐出量が減少した場合は、液中膜９３に配管でもって連結している液中膜ポンプ９４を運転することによって処理水を確実に確保できる。また、上記液中膜２３に対して、重力方式で処理水を得る重力配管９５と電力を使用して強制的に処理水を得る液中膜ポンプ９４との両方を接続して、それぞれの長所を生かして処理水を確保することが、安全運転の観点からより好ましい。なお、液中膜９３の透過水量が低下した場合すなわち処理水量が減少した場合には、液中膜９３を次亜塩素酸ソーダ等で洗浄している。

また、この実施形態では、再曝気槽９０の下部の嫌気部９１から第３脱窒槽８８へ被処理水を循環させる第３エアーリフトポンプ８５−２を有する。この第３エアーリフトポンプ８５−２は、ブロワー９７から吐出する空気が縦配管８５−２Ａの内部を上昇する際に処理水に含まれる返送汚泥も同時に移送できる。したがって、この第３エアーリフトポンプ８５−２は少ない電力でもって多量の返送汚泥を再曝気槽９０から第３脱窒槽８８に移送できる。

次に、再曝気槽９０からの被処理水は、重力配管９５または液中膜ポンプ９４を経由して、接触酸化槽９８に導入される。この接触酸化槽９８では、被処理水中に残存している微量の有機物が、かきがら(牡蠣殻)９９に発生した生物膜により生物学的に処理される。また、この再曝気槽９０では、被処理水のｐＨが、略６以下に低下している場合は、上記かきがら９９が溶け出すことにより、被処理水が中和される。また、この接触酸化槽９８には、槽内を曝気するための散気管８１が設置されている。この散気管８１へは、ブロワー９７が吐出する空気が供給される。

次に、接触酸化槽９８からの被処理水は、レーキ１０１を有する沈澱槽１００に導入されて、沈殿物としてのカルシウム等のミネラルを含有する汚泥と上澄液とに分離される。この上澄液は河川などに放流されるか、もしくは再度処理されて工場内でリサイクルされる。この沈殿槽１００では、かきがら９９を有していることから、カルシウム等ミネラルを含有する汚泥が発生する。すなわち、かきがら９９は天然のものであり、炭酸カルシウムを主成分として、各種のミネラルから構成されており、かきがら９９が酸性の被処理水と接触することによって、成分が溶け出し、最終的にカルシウム等のミネラルを含有する汚泥が発生する。また、この沈殿槽１００で、酸性の被処理水が発生する理由は、高濃度窒素排水中の窒素が酸化されて硝酸性窒素を生成し、処理水のｐＨを下げていることによる。そして、沈澱槽１００に沈澱したカルシウム等のミネラルを含有する汚泥はポンプ１０２によって、ミネラル汚泥配管１０３内を移動して、原水槽７１に導入されて高濃度窒素排水と混合される。

第１脱窒槽７３、第１硝化槽７７、第２脱窒槽８２、第２硝化槽１０４、第３脱窒槽８８、再曝気槽９０の各槽において、微生物濃度を高濃度に維持して、生物にとって毒性物質である高濃度窒素排水を処理する場合、カルシウム等のミネラルが被処理水に含まれていると、微生物がより活性化して処理が効率よくできることとなる。

(第１０の実施の形態)
次に、図１２に、この発明の排水処理装置の第１０実施形態を示す。この第１０実施形態では、第１脱窒槽７３Ｎに充填材として塩化ビニリデン充填物１８０が充填され、第２脱窒槽８２Ｎに充填材として塩化ビニリデン充填物１８１が充填され、第３脱窒槽８８Ｎに充填材として塩化ビニリデン充填物１８２が充填されている。この他の点は、この第１０実施形態は、前述の第９実施形態と同様である。よって、この第１０実施形態は、第９実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細な説明を省略する。

この第１０実施形態では、第１脱窒槽７３Ｎ、第２脱窒槽８２Ｎ、第３脱窒槽８８Ｎに、充填物として塩化ビニリデン充填物１８０、１８１、１８２を充填した。これにより、第１脱窒槽７３Ｎ、第２脱窒槽８２Ｎ、第３脱窒槽８８Ｎでの各微生物濃度を高くできる。したがって、この第１０実施形態では、槽全体を平均すると、上記充填物がない場合に比べて、微生物濃度が高濃度となる。その上、塩化ビニリデン充填物１８０〜１８２に微生物が付着し繁殖して、上記充填物がない場合に比べて、微生物がより安定化し窒素の処理能力を向上できる。

なお、上記塩化ビニリデン充填物１８０〜１８２は、水槽７３Ｎ,８２Ｎ,８８Ｎの全体に配置することによって、それぞれの槽の全体に微生物が高濃度に繁殖することになり、好ましい。この塩化ビニリデン充填物１８０〜１８２が存在する場合には、上記充填物が無い場合に比べて、各槽において、酸化還元電位で測定される嫌気度がより増加し、脱窒反応を促進できる。

(第１１の実施の形態)
次に、この発明の排水処理装置の第１１実施形態を図１３に示す。この第１１実施形態では、原水槽７１に高濃度窒素排水と現像廃液との両方が導入される点が、前述の第９実施形態と異なる。よって、この第１１実施形態では、上述の第９実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。

この第１１実施形態では、第９実施形態と同様に、高濃度窒素排水を処理可能であるが、再曝気槽９０の好気部９２に配置した液中膜９３を利用して、微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上に上げて嫌気性微生物と好気性微生物の両方で高濃度窒素排水を処理する。したがって、この第１１実施形態では、上記高濃度に繁殖した嫌気性微生物と好気性微生物の両方でもって、他の有機物を含有する現像廃液をも処理できる。この現像廃液としては、例えば、有機物の廃液である半導体工場から排出される現像廃液が該当する。なお、この現像廃液の主成分はテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドである。

この第１１実施形態によれば、２種類の排水を１つの排水処理装置で処理できることから、イニシャルコストやランニングコストを低減できる。

(第１２の実施の形態)
次に、図１４に、この発明の排水処理装置の第１２実施形態を示す。この第１２実施形態は、原水槽７１に、高濃度窒素排水とジメチルホルムアミド廃液の両方が導入される点が、前述の第９実施形態と異なる。よって、この第１２実施形態では、上述の第１２実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。

この第１２実施形態では、第９実施形態と同様に、高濃度窒素排水を処理可能であるが、再曝気槽９０の好気部９２に配置した液中膜９３を利用して、微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上に上げて嫌気性微生物と好気性微生物の両方で高濃度窒素排水を処理する。したがって、この第１２実施形態では、上記高濃度に繁殖した嫌気性微生物と好気性微生物の両方でもって、他の有機物を含有する廃液をも処理できる。すなわち、この第１２実施形態では、例えば、有機物の廃液である半導体工場から排出されるジメチルホルムアミド廃液も処理できることとなる。

この第１２実施形態では、上述の如く、微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上としているので、上記ジメチルホルムアミド廃液に含まれる有害物質であるジメチルホルムアミドを処理できる。この第１２実施形態のように、２種類の排水を１つの排水処理装置で処理することによって、イニシャルコストとランニングコストを低減できる。

(第３実験例)
図１１に示す第９実施形態の排水処理装置の構成を有する実験装置を製作した。この実験装置における原水槽７１の容量は５０リットル、第１脱窒槽７３、第２脱窒槽８２、第３脱窒槽８８の容量は、それぞれ１００リットルとした。また、第１硝化槽７７、第２硝化槽１０４、再曝気槽９０の容量は、それぞれ２００リットルとした。また、接触酸化槽９８の容量は２００リットルとし、沈澱槽１００の容量は５０リットルとした。

この実験装置において、約２ケ月間にわたる微生物の訓養終了後、微生物濃度を１８６００ｐｐｍとして、工場の生産装置から排水される窒素濃度２６６０ｐｐｍの処理水を採取して、原水槽７１に連続的に導入した。そして、１ケ間が経過し水質が安定するのを待って、処理水の窒素濃度を測定したところ、１５ｐｐｍであった。

尚、図１５に、原水槽７１に導入する高濃度窒素排水の窒素濃度が３０００ｐｐｍの場合での上記第９〜第１２実施形態における各槽での滞留時間の一例を示すタイムチャートを示す。また、図１６に、原水槽７１に導入する高濃度窒素排水の窒素濃度が６０００ｐｐｍの場合での上記第９〜第１２実施形態における各槽での滞留時間の一例を示すタイムチャートを示す。

なお、上記第９〜第１２実施形態において、上記再曝気槽９０の下部の半嫌気部９１から上記第１脱窒槽７３に汚泥を返送する返送部を有してもよい。この場合には、再曝気槽９０の好気部９２の汚泥を第１脱窒槽７３に返送する場合に比べて、第１脱窒槽７３の嫌気状態を安定化できる。これにより、脱窒性能を高めることができる。

この発明の排水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第２実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第３実施形態を模式的に示す図である。 上記第１〜第３実施形態におけるタイムチャートの一例(窒素濃度３０００ｐｐｍの場合)である。 上記第１〜第３実施形態におけるタイムチャートの一例(窒素濃度６０００ｐｐｍの場合)である。 この発明の排水処理装置の第４実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第５実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第６実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第７実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第８実施形態を模式的に示す図である。 上記第４〜第８実施形態におけるタイムチャートの一例(窒素濃度３０００ｐｐｍの場合)である。 上記第４〜第８実施形態におけるタイムチャートの一例(窒素濃度６０００ｐｐｍの場合)である。 この発明の排水処理装置の第９実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第１０実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第１１実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第１２実施形態を模式的に示す図である。 上記第９〜第１２実施形態におけるタイムチャートの一例(窒素濃度３０００ｐｐｍの場合)である。 上記第９〜第１２実施形態におけるタイムチャートの一例(窒素濃度６０００ｐｐｍの場合)である。

符号の説明

１、４１、７３、７３Ｎ 第１脱窒槽
２、４２、７４ 撹拌機
３、４３ 硝化槽
４、４４、８０、１８０、１８１、１８２ 塩化ビニリデン充填物
５、４５、７６ 分離壁
６、４６、８１ 散気管
７、４７、８２、８２Ｎ 第２脱窒槽
８、４８、７４、８９ 撹拌機
９、４９、９０ 再曝気槽
１０、１０Ａ、１０Ｂ、５０、９６ 返送汚泥ポンプ
１１、５１、９３ 液中膜
１２、５２、９４ 液中膜ポンプ
１３、５３、９７ ブロワー
１４ メタノールタンク
１５ メタノールポンプ
１６、１８、５６、５８、７８、８６、９１ 半嫌気部
１７、１９、５７、５９、７９、８７、９２ 好気部
２０ａ〜２０ｃ バルブ
Ｌ１〜Ｌ３、Ｌ４１ 返送配管
５４、８３ アミノエタノールタンク
６１、７５ 第１のエアーリフトポンプ
６２ 第２のエアーリフトポンプ
６３、９５ 重力配管
７１ 原水槽
７２ 原水槽ポンプ
７７ 第１硝化槽
８５−１ 第２エアーリフトポンプ
８５−２ 第３エアーリフトポンプ
８８、８８Ｎ 第３脱窒槽
Ｌ９６ 返送配管
９８ 接触酸化槽
１００ 沈殿槽
１０４ 第２硝化槽

Claims (27)

1. 窒素系化合物を含有する窒素排水が導入されると共に、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上が添加され、かつ、水素供与体が添加される第１脱窒槽と、
   下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第１脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される硝化槽と、
   上記硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第２脱窒槽と、
   下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第２脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される再曝気槽とを備え、
   上記第１脱窒槽と硝化槽と第２脱窒槽と再曝気槽における処理水の微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上としたことを特徴とする排水処理装置。
2. 窒素系化合物を含有する窒素排水に、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上と、水素供与体とを添加して、上記窒素排水を脱窒処理する第１脱窒工程と、
   上記脱窒処理された処理水を半嫌気部と好気部とで順に処理する硝化工程と、
   上記硝化工程後の処理水に水素供与体を添加して脱窒処理する第２脱窒工程と、
   上記第２脱窒工程後の処理水を半嫌気部と好気部とで順に処理する再曝気工程とを備え、
   上記各工程における処理水の微生物濃度を１００００ｐｐｍ以上とすることを特徴とする排水処理方法。
3. 請求項１に記載の排水処理装置において、
   上記再曝気槽は、上記上部の好気部が液中膜を有することを特徴とする排水処理装置。
4. 請求項１に記載の排水処理装置において、
   上記硝化槽は、上記上部の好気部が塩化ビニリデン充填物を有することを特徴とする排水処理装置。
5. 請求項１に記載の排水処理装置において、
   上記硝化槽は上記上部の好気部が塩化ビニリデン充填物を有し、
   上記再曝気槽は上記上部の好気部が液中膜を有することを特徴とする排水処理装置。
6. 請求項５に記載の排水処理装置において、
   上記再曝気槽から上記第１脱窒槽に微生物汚泥を返送する返送部を有することを特徴とする排水処理装置。
7. 請求項６に記載の排水処理装置において、
   上記返送部は、
   上記第１脱窒槽に単位時間に流入する上記窒素排水の流量の２倍以上の流量の微生物汚泥を上記再曝気槽から上記第１脱窒槽に返送することを特徴とする排水処理装置。
8. 請求項５に記載の排水処理装置において、
   上記硝化槽は、２種類以上の塩化ビニリデン充填物を有することを特徴とする排水処理装置。
9. 請求項４に記載の排水処理装置において、
   合弁浄化槽の処理水または生活汚泥を、上記第１脱窒槽に導入することで、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムのうちの少なくとも１つ以上を上記第１脱窒槽に添加することを特徴とする排水処理装置。
10. 窒素系化合物を含有する窒素排水が導入されると共に水素供与体が添加される第１脱窒槽と、
    下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第１脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される硝化槽と、
    上記硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第２脱窒槽と、
    下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第２脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される再曝気槽と、
    上記硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水を循環させる第１のエアーリフトポンプと、
    上記再曝気槽から上記第２脱窒槽へ処理水を循環させる第２のエアーリフトポンプとを備えたことを特徴とする排水処理装置。
11. 窒素系化合物を含有する窒素排水に水素供与体を添加して、上記窒素排水を第１脱窒槽で脱窒処理する第１脱窒工程と、
    上記脱窒処理された処理水を硝化槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する硝化工程と、
    上記硝化工程後の処理水に水素供与体を添加して第２脱窒槽で脱窒処理する第２脱窒工程と、
    上記第２脱窒工程後の処理水を再曝気槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する再曝気工程とを備え、
    上記硝化工程を行う硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水をエアーリフトポンプによって循環させ、
    上記再曝気槽から上記第２脱窒槽に処理水をエアーリフトポンプによって循環させることを特徴とする排水処理方法。
12. 請求項１１に記載の排水処理方法において、
    上記第１脱窒槽に、生物処理された処理水または生物処理された処理汚泥の少なくとも一方を添加することを特徴とする排水処理方法。
13. 請求項１１に記載の排水処理方法において、
    上記第１および第２脱窒槽に、水素供与体としてのアミノエタノール廃液を添加することを特徴とする排水処理方法。
14. 請求項１０に記載の排水処理装置において、
    上記再曝気槽が有する上記上部の好気部が液中膜を有し、
    上記液中膜に接続されると共に上記液中膜からの処理水を流出させるポンプ方式の配管と水頭差を利用する重力配管とを備えたことを特徴とする排水処理装置。
15. 請求項１０に記載の排水処理装置において、
    上記第１脱窒槽と上記硝化槽および上記第２脱窒槽に塩化ビニリデン充填物を充填したことを特徴とする排水処理装置。
16. 請求項１０に記載の排水処理装置において、
    上記再曝気槽の下部の半嫌気部の汚泥を上記第１脱窒槽に返送する返送部を備えたことを特徴とする排水処理装置。
17. 請求項１１に記載の排水処理方法において、
    上記第１脱窒槽に、上記窒素排水と共に現像廃液を導入することを特徴とする排水処理方法。
18. 請求項１１に記載の排水処理方法において、
    上記第１脱窒槽に、上記窒素排水と共にジメチルホルムアミド廃液を導入することを特徴とする排水処理方法。
19. 窒素系化合物を含有する窒素排水が導入される原水槽と、
    上記原水槽からの上記排水が導入されると共に水素供与体が添加される第１脱窒槽と、
    下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第１脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される第１硝化槽と、
    上記第１硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第２脱窒槽と、
    下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第２脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される第２硝化槽と、
    上記第２硝化槽からの処理水が導入されると共に水素供与体が添加される第３脱窒槽と、
    下部の半嫌気部と上部の好気部とを有すると共に上記第３脱窒槽からの処理水が上記半嫌気部に導入される再曝気槽と、
    上記再曝気槽からの処理水が導入される接触酸化槽と、
    上記接触酸化槽からの処理水が導入される沈殿槽と、
    上記第１硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水を循環させる第１のエアーリフトポンプと、
    上記第２硝化槽から上記第２脱窒槽へ処理水を循環させる第２のエアーリフトポンプと、
    上記再曝気槽から上記第３脱窒槽へ処理水を循環させる第３のエアーリフトポンプと、
    上記沈殿槽からのカルシウム等のミネラルを含有する汚泥を上記原水槽に返送する返送部とを備えたことを特徴とする排水処理装置。
20. 窒素系化合物を含有する窒素排水を原水槽から水素供与体が添加される第１脱窒槽に導入して脱窒処理する第１脱窒工程と、
    上記脱窒処理された処理水を第１硝化槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する第１硝化工程と、
    上記第１硝化工程後の処理水に水素供与体を添加して第２脱窒槽で脱窒処理する第２脱窒工程と、
    上記第２脱窒工程後の処理水を第２硝化槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する第２硝化工程と、
    上記第２硝化工程後の処理水を再曝気槽の半嫌気部と好気部とで順に処理する再曝気工程と、
    上記再曝気工程後の処理水を接触酸化槽で処理する接触酸化工程と、
    上記接触酸化工程後の処理水を沈殿槽に導入する沈殿工程とを備え、
    上記第１硝化工程を行う第１硝化槽から上記第１脱窒槽へ処理水を第１のエアーリフトポンプによって循環させ、
    上記第２硝化槽から第２脱窒槽へ処理水を第２のエアーリフトポンプによって循環させ、
    上記再曝気槽から第３脱窒槽へ処理水を第３のエアーリフトポンプによって循環させ、
    上記沈殿槽からのカルシウム等のミネラルを含有する汚泥を上記原水槽に返送することを特徴とする排水処理方法。
21. 請求項２０に記載の排水処理方法において、
    上記第１脱窒槽に、生物処理された処理水または生物処理された汚泥の少なくとも一方を添加することを特徴とする排水処理方法。
22. 請求項２０に記載の排水処理方法において、
    上記第１脱窒槽と第２脱窒槽および第３脱窒槽にアミノエタノール廃液を添加することを特徴とする排水処理方法。
23. 請求項１９に記載の排水処理装置において、
    上記再曝気槽は、上部の好気部に液中膜を有し、
    この再曝気槽の好気部の液中膜から上記接触酸化槽へ導入する配管部は、ポンプ方式の配管と重力式の配管とを有することを特徴とする排水処理装置。
24. 請求項１９に記載の排水処理装置において、
    上記第１乃至第３脱窒槽のうちの少なくとも１つに充填された塩化ビニリデン充填物、または、第１および第２硝化槽のうちの少なくとも１つに充填された塩化ビニリデン充填物のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする排水処理装置。
25. 請求項１９に記載の排水処理装置において、
    上記再曝気槽の下部の半嫌気部から上記第１脱窒槽に汚泥を返送する返送部を有することを特徴とする排水処理装置。
26. 請求項２０に記載の排水処理方法において、
    上記窒素排水と現像廃液とを上記原水槽に導入することを特徴とする排水処理方法。
27. 請求項２０に記載の排水処理方法において、
    上記窒素排水とジメチルホルムアミド廃液とを上記原水槽に導入することを特徴とする排水処理方法。
    

Images