JP4573313B1

JP4573313B1 - 汚水浄化装置

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Publication number: JP4573313B1
Application number: JP2010089981A
Authority: JP
Inventors: 隆二塩▲崎▼
Original assignee: 隆二塩▲崎▼
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: JP2011218291A

Abstract

【課題】発生する汚水の量や汚水濃度が変動しても、汚水浄化装置を構成する特定の部位に大きな浄化負荷がかかることを防止して、汚水処理速度を適正な水準に維持することが可能な汚水浄化装置を提供する。
【解決手段】メタン発酵装置４１では、メタン菌によって汚水中の汚泥が分解されて、汚水のＢＯＤが低減される。メタン発酵装置４１には、メタン菌によって汚水の原水よりもＢＯＤ値を低減された消化液を送出する消化液送出管４５が取り付けらており、メタン発酵装置内ＢＯＤセンサ４３によって検知された消化液のＢＯＤ情報は、ＢＯＤ制御部６０に送信され、ＢＯＤ制御部６０は、消化液のＢＯＤ情報に基づいて、電磁弁４９、電磁弁５０、電磁弁５１のいずれか一つを開いて、消化液を嫌気槽２１、好気槽２２、処理水排出管２４のいずれかに流出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚水を浄化するにあたって、嫌気槽と好気槽での微生物による浄化作用を最適な状態で行うことを可能にして、迅速に汚水を浄化することが可能な汚水浄化装置に関する。

近年、自然環境保護の観点から、水質保全の必要性が叫ばれている。水質汚染の原因として従来は工業廃水が大きな問題となっていたが、様々な規制によって工業廃水による水質汚染は減少の傾向にある。その一方、生活排水が水質汚染の一因となっていることが報告されており、それぞれの家庭において生活排水を浄化するための有効な浄化手段が求められている。また、食品工場等においては、製造工程において恒常的に汚泥が発生しており、生産効率の観点から、迅速に汚水を処理する技術が求められている。

本発明者は、節水を実現しつつ効果的な汚水の浄化を可能にした汚水浄化装置を発明し、その技術が、特許文献１、特許文献２に記載されている。

特許第４１１４１７４号公報特許第４１９１７８８号公報

この汚水浄化装置を、家庭で生活排水を処理するために使用する際には、汚水の量や汚水濃度が時間的に多少変動するものの、顕著な変動はないため、汚水処理能力について特に問題は生じない。しかし、病院や介護施設のように、多くの人が入院または入居している施設で使用する際には、人数の変動等によって汚水の量や汚水濃度が大きく変動しやすく、一時的に汚水浄化装置に大きな負荷がかかり、汚水処理速度が低下するなどして、汚水浄化能力が低下する状況が発生する。このような状況は、食品工場等においても、生産量の変動に伴って生じやすい。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、発生する汚水の量や汚水濃度が変動しても、汚水浄化装置を構成する特定の部位に大きな浄化負荷がかかることを防止して、汚水処理速度を適正な水準に維持することが可能な汚水浄化装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の汚水浄化装置は、汚水流入管から流入する汚水を浄化する嫌気槽と、前記嫌気槽に接続された好気槽と、前記好気槽によって浄化された処理水を排出する処理水排出管と、汚水中の汚泥をメタン菌により分解してメタンを発生して汚水のＢＯＤ値を低減するメタン発酵装置とを備え、前記嫌気槽または前記汚水流入管は、前記嫌気槽または前記汚水流入管から流入した汚水を前記メタン発酵装置に流入させる汚水送出管を介して前記メタン発酵装置に接続され、前記メタン発酵装置には、メタン菌によって汚水の原水よりもＢＯＤ値を低減された消化液を送出する消化液送出管が接続され、前記消化液送出管は、嫌気槽流入管、好気槽流入管、処理水側流入管の３つに分岐し、前記嫌気槽流入管は前記嫌気槽に接続され、前記好気槽流入管は前記好気槽に接続され、前記処理水側流入管は前記処理水排出管に接続され、前記嫌気槽流入管には第一の電磁弁が設けられ、前記好気槽流入管には第二の電磁弁が設けられ、前記処理水側流入管には第三の電磁弁が設けられ、ＢＯＤ制御部は、メタン発酵装置内ＢＯＤセンサが検知する前記消化液のＢＯＤ値と、好気槽のＢＯＤ基準値の上限および下限との比較によって、消化液の流出先を決定し、消化液のＢＯＤ値が好気槽のＢＯＤ基準値の上限より大きいときは、前記第一の電磁弁を開いて消化液を嫌気槽へ流出させ、消化液のＢＯＤ値が好気槽のＢＯＤ基準値の上限より小さく、好気槽のＢＯＤ基準値の下限より大きいときは、前記第二の電磁弁を開いて消化液を好気槽へ流出させ、消化液のＢＯＤ値が好気槽のＢＯＤ基準値の下限より小さいときは、前記第三の電磁弁を開いて消化液を処理水排水管へ流出させることを特徴とする。

汚水はメタン発酵装置によってＢＯＤ値を低減され、ＢＯＤ値を低減された消化液は、そのＢＯＤ値のレベルに応じて、嫌気槽、好気槽、処理水排出管のいずれかに流出する構成となっているため、汚水の量や汚水濃度が変動しても、汚水浄化装置を構成する特定の部位に大きな浄化負荷がかかることがなく、汚水処理速度を適正な水準に維持することができる。

本発明の汚水浄化装置においては、前記メタン発酵装置から送出されるメタンによって熱水を生成する熱水発生装置と、前記熱水発生装置から第一の熱水送出管を介して送出される熱水と給水器から第一の給水管を介して送出される水とを混合して温水を生成する第一の温水器と、前記熱水発生装置から第二の熱水送出管を介して送出される熱水と給水器から第二の給水管を介して送出される水とを混合して温水を生成する第二の温水器とを備え、前記第一の熱水送出管には第一の熱水流量調節弁が設けられ、前記第一の給水管には第一の水流量調節弁が設けられ、前記第二の熱水送出管には第二の熱水流量調節弁が設けられ、前記第二の給水管には第二の水流量調節弁が設けられ、前記第一の温水器は第一の給温水管を介して前記嫌気槽に接続され、前記第二の温水器は第二の給温水管を介して前記好気槽に接続され、前記嫌気槽には嫌気槽温度センサが設けられ、前記好気槽には好気槽温度センサが設けられ、温度制御部は、前記嫌気槽温度センサが検知する前記嫌気槽内の汚水の温度が嫌気性細菌の繁殖のための最適温度範囲の下限値より低い場合には、前記第一の熱水流量調節弁と前記第一の水流量調節弁とを制御して、前記嫌気槽内の汚水の温度が、嫌気性細菌の繁殖に最適な温度となるように前記第一の温水器から前記嫌気槽へ温水を供給するとともに、前記好気槽温度センサが検知する前記好気槽内の汚水の温度が好気性細菌の繁殖のための最適温度範囲の下限値より低い場合には、前記第二の熱水流量調節弁と前記第二の水流量調節弁とを制御して、前記好気槽内の汚水の温度が、好気性細菌の繁殖に最適な温度となるように前記第二の温水器から前記好気槽へ温水を供給することを特徴とする構成とすることが好ましい。

嫌気槽と好気槽のいずれも、その中で生息する細菌の繁殖に最適な温度範囲があるため、嫌気槽と好気槽とに対して温水を供給して、嫌気槽と好気槽の内部の温度を最適温度範囲とすることにより、嫌気槽と好気槽での汚水浄化能力を高めて、汚水処理速度を高いレベルで維持することができる。しかも、供給される温水を生成するために使用されるメタンは、メタン発酵装置によって汚水中の汚泥を分解して得られたものであり、他の新たなエネルギー資源を用いることなく、汚泥中の有機物から得られたエネルギーを用いているため、省エネルギーの観点からも優れている。

本発明の汚水浄化装置においては、前記好気槽によって浄化された処理水に対して希釈水を供給して前記処理水の温度低下と希釈を行う希釈槽が備えられていることが好ましい。
処理水に対して希釈水が供給されて混合された後で自然界に排出されるため、温排水となることもなく、自然環境保護に適合した汚水浄化装置を構築することができる。

本発明の汚水浄化装置においては、前記メタン発酵装置にはｐＨセンサとアンモニア濃度センサとが設けられ、前記メタン発酵装置にはアルカリ液供給部と水供給部とが接続され、前記ＢＯＤ制御部は、前記メタン発酵装置内での汚水のｐＨとアンモニア濃度がメタン菌繁殖のための適正値となるように、前記アルカリ液供給部からアルカリ液を前記メタン発酵装置に送出するとともに、前記水供給部から水を前記メタン発酵装置に送出する構成とすることが好ましい。

メタン発酵装置におけるメタン菌による汚水のＢＯＤ除去率は、メタン発酵装置内でのｐＨやアンモニア濃度に影響を受ける。ＢＯＤ値の高い汚水が大量に、あるいは長時間に亘って流れ込むと、嫌気槽での浄化に大きな負担がかかるばかりでなく、メタン発酵装置でのＢＯＤ除去も効率的に進行しない状況が生じる。このような状況が発生することを考慮して、メタン発酵装置でのｐＨとアンモニア濃度をメタン菌繁殖のための適正値にすることで、メタン発酵装置での高いＢＯＤ除去率を維持することができ、メタン発酵装置で生成された消化液を、好気槽や処理水流出管に流出させることが可能となり、嫌気槽での浄化の負担を軽減することができる。

本発明によると、発生する汚水の量や汚水濃度が変動しても、汚水浄化装置を構成する特定の部位に大きな浄化負荷がかかることを防止して、汚水処理速度を適正な水準に維持することが可能な汚水浄化装置を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る汚水浄化装置の構成を示す図である。汚水浄化装置におけるＢＯＤ制御の系統図である。汚水浄化装置におけるメタン発酵装置のＢＯＤ除去率制御の系統図である。本発明の第２実施形態に係る汚水浄化装置の構成を示す図である。嫌気槽での汚水浄化のための温度管理の制御系統図である。好気槽での汚水浄化のための温度管理の制御系統図である。希釈槽から排出される処理水の温度管理のための制御系統図である。

以下に、本発明の汚水浄化装置を、その実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の第１実施形態に係る汚水浄化装置の構成を示す。
図１において、屋外に配置された貯水タンク１の上方には、雨水を供給する雨水供給管２が配置され、雨水供給管２から流入する雨水が貯水タンク１内に蓄積されている。貯水タンク１には配水管３を介して給水器４が接続され、貯水タンク１に蓄積された雨水が給水器４に供給される。この給水器４にはまた、水道水供給部５と地下水供給部６とが水道水供給管７、地下水供給管８を介して接続されており、水道水または地下水が必要に応じて給水器４に供給される。

貯水タンク１には、貯水残量を検出する貯水残量センサ９が設置されており、この貯水残量センサ９は、給水器４に設置された給水制御部１０と電気的に接続されている。また、給水器４に設置された給水制御部１０は、室内に設置された給水ボタン１１と電気的に接続されている。

本発明においては、節水の観点から、雨水供給管２から供給される雨水を優先的に使用するが、降水量が少ないときなど、雨水の備蓄が不十分な場合に備えて、貯水残量センサ９からの情報に基づいて、必要に応じて水道水または地下水が使用される。使用する水の選択は、基本的には貯水残量センサ９と給水制御部１０とによって自動的に行われるが、室内に設置された給水ボタン１１によって、手動によって使用する水の種類を選択することもできる。

給水器４は配水管１２を介して水流量調節部１３に接続されており、給水器４から水流量調節部１３に供給された水は、水流量調節部１３に接続された複数の分岐管である分岐管１４、分岐管１５、分岐管１６によって、配分される水の分配比が考慮されて配分される。この水の配分については後に詳述する。

水流量調節部１３と分岐管１４との接続部には電磁弁３１が設けられ、水流量調節部１３と分岐管１５との接続部には電磁弁３２が設けられ、水流量調節部１３と分岐管１６との接続部には電磁弁３３が設けられている。
水流量調節部１３における水流量の調節は、分岐制御部１７によってなされ、この分岐制御部１７には、電磁弁３１、電磁弁３２、電磁弁３３のそれぞれと、後述する汚水濃度センサ１８、処理水濃度センサ１９、希釈槽濃度センサ２７のそれぞれが電気的に接続されている。

浄化槽は、嫌気槽２１と好気槽２２とから形成されており、嫌気槽２１には嫌気性微生物が充填され、好気槽２２には好気性微生物が充填されている。嫌気槽２１には汚水流入管２３が連結され、嫌気槽２１に対して生活排水等の汚水が流入する。また、好気槽２２の入口側には、好気槽２２に流入する汚水の濃度を検出する汚水濃度センサ１８が設置され、好気槽２２の出口側には、好気槽２２から流出する処理水の濃度を検出する処理水濃度センサ１９が設置されている。汚水濃度センサ１８を設ける位置は、好気槽２２内での汚水の流れを考慮して、好気槽２２の上方寄りとするのが好ましい。

分岐管１４は好気槽２２に接続されており、好気槽２２の希釈が必要な場合には、分岐管１４を介して水流量調節部１３から水が供給され、この水は好気槽２２に流入して汚水を希釈する。好気槽２２には処理水流出管２４が接続され、この処理水流出管２４の途中に、好気槽２２側から見て噴霧槽２５、希釈槽２６の順に配置されている。噴霧槽２５には分岐管１５が接続され、また、希釈槽２６には分岐管１６が接続されており、噴霧槽２５と希釈槽２６に水流量調節部１３から水が供給される。また、希釈槽２６には別途雨樋を設けて、雨水が直接希釈槽２６に流入する構造としてもよい。

浄化槽ではまず、嫌気槽２１で汚水中の浮遊物が取り除かれるとともに、嫌気性微生物によって汚水に含まれる有機物が除去される。
浄化槽においては、生活排水中に含まれる窒素を除去することが必要であるが、排水中に含まれる窒素の多くは、屎尿などに含まれるアンモニアがイオン化したアンモニウムイオンとして存在しており、このアンモニウムイオンを酸化することによって、亜硝酸イオンを経て硝酸イオンに変換する。この硝化の過程は好気槽２２において行われる。

しかし、好気槽２２に流入する汚水の濃度が高すぎると、好気槽２２に充填されている好気性微生物が異常繁殖し、その結果、好気槽２２内のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）が高くなる。ＢＯＤは、微生物が水中の有機物を分解するときに消費する酸素量であり、この消費する酸素量の増大によって好気槽２２内が酸欠状態となり、好気性微生物が死滅する。また、好気槽２２に流入する汚水に、好気性微生物の繁殖に適さない洗剤等が多く含まれている場合には、やはり好気性微生物が死滅する。

そのため、汚水濃度センサ１８が、好気槽２２に流入する汚水の濃度が基準値より高いことを検知したときは、分岐制御部１７は汚水濃度センサ１８によって検知される汚水濃度に基づいて、好気槽２２内での細菌の繁殖が最適となるように、電磁弁３１を開いて、水流量調節部１３から分岐管１４を介して好気槽２２に水を送出する。送出される水の水量は、汚水濃度センサ１８によって検知される汚水濃度と汚水濃度の基準値との差によって調整され、この差が大きい程大量の水が送出され、汚水濃度センサ１８によって検知される汚水濃度が汚水濃度の基準値と等しくなったときに、電磁弁３１が閉じられて水流量調節部１３からの水の送出が停止される。電磁弁３１の開閉は、汚水濃度センサ１８の検知濃度に応じた電圧が分岐制御部１７に出力されることによってなされる。

一方、ＢＯＤ値が低下しすぎると、微生物のえさが減少することとなって微生物が減少し、汚水浄化能力が低下するため、微生物の適正な繁殖がなされる程度のＢＯＤ値を保つことが必要である。そのため、汚水濃度センサ１８が、好気槽２２内の汚水の濃度が基準値より低いことを感知したときは、初めから電磁弁３１が閉じられて水流量調節部１３からの水の送出はなされない。

上述した分岐制御部１７の機能によって、好気槽２２内は常に好気性微生物が好適に繁殖できる状態が維持され、これにより汚水処理能力が高いレベルで維持される。
硝化の過程によって好気槽２２内で生成された硝酸イオンは、硝化液として嫌気槽２１に戻され、嫌気槽２１内で還元されて窒素分子となり、窒素分子は大気中に放散されて排水中から分離する。

分岐制御部１７はまた、処理水濃度センサ１９によって検知される処理水濃度に基づいて、好気槽２２での浄化後に流出する処理水の希釈のために、電磁弁３２の開閉を制御することにより、水流量調節部１３から分岐管１５を介して処理水流出管２４に送出される水量を調整する機能を有している。
これは、上述したように、好気槽２２でのＢＯＤ値は、微生物の繁殖を最適に維持する観点から一定の基準値以上に保たれる必要があるが、好気槽２２での浄化後に流出する処理水のＢＯＤ値と、自然界に排出される排水に求められるＢＯＤ値との間にはギャップがあり、自然界に排出するのに適する排水とするためには、好気槽２２から流出する処理水をさらに希釈してＢＯＤ値を下げることが必要であるからである。

水流量調節部１３から分岐管１５を介して送出される水は、処理水流出管２４に直接流入して処理水を希釈するようにしてもよいが、図１においては、処理水流出管２４と分岐管１５との間に噴霧槽２５を設けている。浄化槽２０によって処理された処理水は、処理水流出管２４から排出されるが、この処理水流出管２４には噴霧槽２５が設けられており、噴霧槽２５には分岐管１５が連結されている。

処理水濃度が基準値よりも高いことを処理水濃度センサ１９が検知すると、分岐制御部１７は、処理水濃度センサ１９によって検知される処理水濃度に基づいて、好気槽２２での浄化後に流出する処理水の希釈のために、電磁弁３２を開いて、水流量調節部１３から分岐管１５を介して噴霧槽２５に水を送出する。噴霧槽２５は処理水流出管２４を流れる処理水に対して霧状の水を吹き付ける。電磁弁３２の開閉は、処理水濃度センサ１９の検知濃度に応じた電圧が分岐制御部１７に出力されることによってなされる。
送出される水の水量は、処理水濃度センサ１９によって検知される処理水濃度と自然界に放出される排水の基準値との差によって調整され、この差が大きい程大量の水が送出される。自然界に排出される排水に求められるＢＯＤ値は５ｐｐｍ程度であり、処理水のＢＯＤ値がこのレベルに達するまで、段階的または連続的に送出される水量を変えて処理水を希釈する。

処理水を希釈するにあたって、希釈後の処理水の濃度ができる限り均等であることが好ましいが、噴霧槽２５は霧状の水を吹き付けるため、処理水の特定の領域だけが希釈されることがなく、処理水の濃度を均等にする点において有利である。噴霧槽２５の形態としては、例えば、ノズル形状の噴霧口を有し、この噴霧口から所定の圧力で水が噴出するようにすればよい。また、噴霧槽２５内において処理水流出管２４に沿って噴霧口を複数設けるように配置すると、処理水流出管２４を所定の流速で流れる処理水を希釈するにあたって、噴霧による希釈のタイミングを失することを抑制できる。

処理水流出管２４にはさらに希釈槽２６を設けることができ、噴霧槽２５から噴出する霧状の水によって希釈された処理水は、この希釈槽２６に一時的に蓄えられる。希釈槽２６内に希釈槽濃度センサ２７が設けられており、希釈槽２６には水流量調節部１３から送出される水を供給する分岐管１６が接続され、水流量調節部１３と分岐管１６との接続部には電磁弁３３が設けられている。

分岐制御部１７は希釈槽濃度センサ２７によって検知される希釈槽２６内の濃度に基づいて、電磁弁３３の開閉を制御することにより、水流量調節部１３から分岐管１６を介して希釈槽２６に送出される水量を調整する。電磁弁３３の開閉は、希釈槽濃度センサ２７の検知濃度に応じた電圧が分岐制御部１７に出力されることによってなされる。送出される水の水量は、希釈槽濃度センサ２７によって検知される希釈槽２６内の濃度と自然界に放出される排水の基準値との差によって調整され、この差が大きい程大量の水が送出される。

希釈槽２６内の濃度が自然界に放出される排水の基準値と等しくなったときは、原則として電磁弁３３が閉じられて水の送出が停止するが、貯水されている水量が充分である場合には、さらに水を送出して可能な限り希釈することも可能である。このようにして、噴霧槽２５で希釈された後の処理水は、希釈槽２６においてさらに希釈され、その上澄み液が放出される。また、希釈槽２６に別途雨樋を設けて雨水が直接希釈槽２６に流入する構造とすることによって、雨水を直接利用することもできる。

上述したように、汚水濃度センサ１８、処理水濃度センサ１９、希釈槽濃度センサ２７によって検知されるそれぞれの濃度に基づいて、電磁弁３１、電磁弁３２、電磁弁３３の開閉を制御し、分岐管１４、分岐管１５、分岐管１６を介して水を供給しており、その結果、それぞれの供給目的に応じて水流量調節部１３から配分される水の分配比が無駄なく決定される構成となっている。
このように、好気槽２２内の細菌の繁殖状態を最適化するために必要な水を最小限使用して、細菌による浄化機能を最高レベルで高めて浄化しているため、浄化の効果は最大となる一方で、細菌による浄化ではなおも残留する汚水成分を希釈しているため、使用する水の総和としては最小限の使用量で、自然界に放出できるレベルのきれいな排水を得ることができ、節水と自然環境の保護の両面において大きな効果がある。

嫌気槽２１には汚水送出管４０を介してメタン発酵装置４１が接続されており、汚水送出管４０には電磁弁４２が設けられている。汚水送出管４０は、汚水流入管２３を分岐させて形成し、メタン発酵装置４１に接続させてもよい。メタン発酵装置４１には、メタン発酵装置内ＢＯＤセンサ４３とメタンガス排出口４４が設けられている。メタン発酵装置４１では、汚水送出管４０を介して嫌気槽２１または汚水流入管２３から流入した汚水中の汚泥が、メタン菌によって分解されてメタンが発生し、メタンはメタンガス排出口４４から排出されるとともに、メタン発生によって汚水濃度が低下して、メタン発酵装置４１内では、水質の汚濁の指標であるＢＯＤが低減される。このように、メタン発酵装置４１は、メタン発生と、汚水濃度の低下すなわちＢＯＤ低減の２つの役割を担っている。
電磁弁４２の開閉のタイミングは、状況に応じて適宜定めることができ、例えば、家庭用に使用する場合には、１日に１回の割合で時間を定めて開いて、汚水をメタン発酵装置４１に流すようにすることができる。

メタン発酵装置４１には、メタン菌によって汚水の原水よりもＢＯＤ値を低減された消化液を送出する消化液送出管４５が取り付けらており、この消化液送出管４５の先端側、すなわちメタン発酵装置４１に接続されている側とは反対側では、嫌気槽流入管４６、好気槽流入管４７、処理水側流入管４８の３つに分岐している。嫌気槽流入管４６は嫌気槽２１に接続され、好気槽流入管４７は好気槽２２に接続され、処理水側流入管４８は処理水流出管２４に接続されている。嫌気槽流入管４６には電磁弁４９が設けられ、好気槽流入管４７には電磁弁５０が設けられ、処理水側流入管４８には電磁弁５１が設けられている。

嫌気槽２１には嫌気槽ＢＯＤセンサ５２が設けられ、好気槽２２には好気槽ＢＯＤセンサ５３が設けられている。ＢＯＤ制御部６０には、電磁弁４９、電磁弁５０、電磁弁５１のそれぞれと、メタン発酵装置内ＢＯＤセンサ４３、嫌気槽ＢＯＤセンサ５２、好気槽ＢＯＤセンサ５３のそれぞれが電気的に接続されている。なお、嫌気槽２１内では、汚水中の浮遊物が上方で浮遊しているため、汚水のＢＯＤを正確に検知するためには、嫌気槽ＢＯＤセンサ５２は嫌気槽２１中の下方寄りに設けるのが好ましい。

メタン発酵装置４１内には、ｐＨセンサ６１、アンモニア濃度センサ６２が設けられており、メタン発酵装置４１に対して、アルカリ液供給部６３がアルカリ液供給管６４を介して接続され、水供給部６５が水供給管６６を介して接続されている。アルカリ液供給管６４には電磁弁６７が設けられ、水供給管６６には電磁弁６８が設けられている。
ＢＯＤ制御部６０には、電磁弁６７、電磁弁６８のそれぞれと、ｐＨセンサ６１、アンモニア濃度センサ６２のそれぞれが電気的に接続されている。
また、必要に応じて、メタン発酵装置４１に対して栄養水供給部、界面活性剤供給部を接続して、メタン発酵装置４１に栄養水や界面活性剤を供給してメタン菌の活動を活性化することもできる。

図２に、図１に示す汚水浄化装置におけるＢＯＤ制御の系統図を示す。
図２に示すように、メタン発酵装置内ＢＯＤセンサ４３によって検知された消化液のＢＯＤ情報は、ＢＯＤ制御部６０に送信され、ＢＯＤ制御部６０は、消化液のＢＯＤ情報に基づいて、電磁弁４９、電磁弁５０、電磁弁５１のいずれか一つを開いて、消化液を嫌気槽２１、好気槽２２、処理水排出管２４のいずれかに流出させる。
一例として、嫌気槽２１での汚水のＢＯＤ基準値を８０ｐｐｍ以上、好気槽２２での汚水のＢＯＤ基準値を２０ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ未満、処理水排水管２４での処理水のＢＯＤ基準値を２０ｐｐｍ未満として、それぞれのＢＯＤ基準値を設定した場合について説明する。

メタン発酵装置４１内に送り込まれる生活排水または工場排水の原水のＢＯＤが４００ｐｐｍであり、メタン発酵装置４１のＢＯＤ除去率が５０パーセントの場合、メタン発酵装置４１から排水される消化液のＢＯＤは２００ｐｐｍとなる。この消化液のＢＯＤ値は、好気槽２２でのＢＯＤ基準値の上限を超えているが、ＢＯＤ制御部６０は、好気槽ＢＯＤセンサ５３が検知する好気槽２２内のＢＯＤ情報に基づいて、消化液の送り先を判断する。

好気槽ＢＯＤセンサ５３のＢＯＤ値が８０ｐｐｍ以上となっている場合には、電磁弁４９を開いて消化液を嫌気槽２１に供給する。これは、好気槽２２内でのＢＯＤがすでに基準値の上限を超えており、これ以上好気槽２２内でのＢＯＤ値を高める必要がないケースであり、このときは、消化液は嫌気槽２１に送られて、嫌気槽２１によって消化液の処理がなされる。

一方、好気槽ＢＯＤセンサ５３のＢＯＤ値が、好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限と下限との中間値である、５０ｐｐｍ以下の場合には、電磁弁５０を開いて、消化液は好気槽ＢＯＤセンサ５３のＢＯＤ値が８０ｐｐｍになるまで好気槽２２に供給され、好気槽ＢＯＤセンサ５３のＢＯＤ値が８０ｐｐｍを超えたら、電磁弁５０を閉じ、電磁弁４９を開いて、消化液は嫌気槽２１に供給される。これは、好気槽２２内のＢＯＤ値が基準値の上限に達しておらず、好気槽２２内の好気性細菌の繁殖を促進するために、好気槽２２内のＢＯＤ値が基準値の上限に達するまで、消化液を好気槽２２に流すケースであり、これによって、好気槽２２内で消化液の処理がなされるとともに、好気槽２２内のＢＯＤ値が基準値の上限に達した後は、嫌気槽２１によって消化液の処理がなされる。

次に、メタン発酵装置４１内に送り込まれる生活排水または工場排水の原水が４００ｐｐｍであり、メタン発酵装置４１のＢＯＤ除去率が９０パーセントの場合には、メタン発酵装置４１から排水される消化液のＢＯＤは４０ｐｐｍとなる。このときは、電磁弁５０を開いて、消化液は好気槽２２に供給される。これは、消化液のＢＯＤが、好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限を超えていないケースであり、好気槽２２内で消化液の処理がなされる。

次に、メタン発酵装置４１内に送り込まれる生活排水または工場排水の原水が４００ｐｐｍであり、メタン発酵装置４１のＢＯＤ除去率が９５パーセントの場合には、メタン発酵装置４１から排水される消化液のＢＯＤは２０ｐｐｍとなる。このときは、電磁弁５１を開いて、消化液は処理水流出管２４に供給される。これは、消化液のＢＯＤが、好気槽２２のＢＯＤ基準値の下限を下回っており、メタン発酵装置４１内での処理ですでに、処理水排水管２４に流出できるレベルにまで処理が進んでいるケースである。

このように、汚水はメタン発酵装置４１によってＢＯＤ値を低減され、ＢＯＤ値を低減された消化液は、そのＢＯＤ値のレベルに応じて、嫌気槽２１、好気槽２２、処理水排出管２４のいずれかに流出する構成となっている。
消化液の流出先は、基本的には、メタン発酵装置内ＢＯＤセンサ４３によって検知された消化液のＢＯＤ値と、好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限および下限との比較によってなされる。消化液のＢＯＤ値が好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限より大きいときは、消化液は嫌気槽２１へ流出し、消化液のＢＯＤ値が好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限より小さく、好気槽２２のＢＯＤ基準値の下限より大きいときは、消化液は好気槽２２へ流出し、消化液のＢＯＤ値が好気槽２２のＢＯＤ基準値の下限より小さいときは、消化液は処理水排水管へ流出する。

ただし、好気槽２２内の好気性細菌の繁殖を促進するために、好気槽ＢＯＤセンサ５３が検知する好気槽２２内の汚水のＢＯＤ値が、好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限と下限との中間値以下の場合であって、消化液のＢＯＤ値が好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限より大きいときは、消化液を好気槽２２に流出させ、好気槽ＢＯＤセンサ５３が検知する好気槽２２内の汚水のＢＯＤ値が好気槽２２のＢＯＤ基準値の上限を超えた時点で、消化液を嫌気槽２１へ流出させてもよい。

本発明においては、メタン発酵装置４１で発生する消化液のＢＯＤ値のレベルによって、消化液の流出先を振り分けているため、汚水の量や汚水濃度が変動しても、汚水浄化装置を構成する特定の部位に大きな浄化負荷がかかって汚水浄化能力が低下することを防止できる。そのため、汚水処理速度を適正な水準に維持することができる。

図３に、図１に示す汚水浄化装置におけるメタン発酵装置のＢＯＤ除去率制御の系統図を示す。
ｐＨセンサ６１によって検知されるメタン発酵装置４１内の汚水のｐＨ情報は、ＢＯＤ制御部６０に送信され、メタン発酵装置４１内の汚水のｐＨがｐＨ基準値を下回っているときは、ＢＯＤ制御部６０は電磁弁６７を開いて、アルカリ液をメタン発酵装置４１に供給して、ｐＨを適正値にする。アルカリ液として苛性ソーダや石灰水等を用いることができる。

また、アンモニア濃度センサ６２によって検知されるメタン発酵装置４１内の汚水のアンモニア濃度情報は、ＢＯＤ制御部６０に送信され、メタン発酵装置４１内の汚水のアンモニア濃度がアンモニア濃度基準値を超えているときは、ＢＯＤ制御部６０は電磁弁６８を開いて、水をメタン発酵装置４１に供給して、アンモニア濃度を低下させる。

メタン発酵装置４１におけるメタン菌による汚水のＢＯＤ除去率は、メタン発酵装置４１内でのｐＨやアンモニア濃度に影響を受ける。メタン菌は、ｐＨが６．５〜８．５程度の領域でないと、発酵分解能力が著しく低下するため、メタン発酵装置４１においては、ｐＨを６．５〜８．５程度の領域に保つことが好ましい。また、アンモニア濃度は２０００ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。

ＢＯＤ値の高い汚水が大量に、あるいは長時間に亘って流れ込むと、嫌気槽２１での浄化に大きな負担がかかるばかりでなく、メタン発酵装置４１でのＢＯＤ除去も効率的に進行しない状況が生じる。このような場合には、メタン発酵装置４１でのｐＨとアンモニア濃度をメタン菌繁殖のための適正値にすることで、メタン発酵装置４１でのＢＯＤ除去を促進させることが有効である。

一例として、ｐＨ基準値を６．５とすると、メタン発酵装置４１内の汚水のｐＨがこのｐＨ基準値を下回っているときは、ＢＯＤ制御部６０は電磁弁６７を開いて、アルカリ液をメタン発酵装置４１に供給して、ｐＨを適正値にする。また、アンモニア濃度基準値を２０００ｍｇ／Ｌとすると、メタン発酵装置４１内の汚水のアンモニア濃度がこのアンモニア濃度基準値を超えているときは、ＢＯＤ制御部６０は電磁弁６８を開いて、水をメタン発酵装置４１に供給して、アンモニア濃度を低下させる。

この操作によって、メタン発酵装置４１での高いＢＯＤ除去率を維持することができ、メタン発酵装置４１で生成された消化液を、嫌気槽２２ではなく、好気槽２２や処理水流出管２４に流出させることが可能となり、嫌気槽２１での浄化の負担を軽減することができる。特に、汚水濃度の変動が大きい場合に、汚水処理能力の平準化を行って、処理速度を速めることができる点において有利である。

なお、嫌気槽２１と好気槽２２における浄化作用の向上のため、嫌気槽２１と好気槽２２にも同様のｐＨセンサ、アンモニア濃度センサを設けて、ｐＨとアンモニア濃度の制御を行うことも可能である。例えば、嫌気槽２１内での脱窒反応についての最適ｐＨは７．０前後であり、好気槽２２での硝化反応についての最適ｐＨは７．０から８．０であるので、いずれの場合もｐＨを７．０程度に維持できるように操作するとよい。また、嫌気槽２１でのアンモニア濃度は１０００ｍｇ／Ｌ以下とするのがよく、好気槽２２でのアンモニア濃度は１５０ｍｇ／Ｌ以下とするのがよい。

図４に、本発明の第２実施形態に係る汚水浄化装置の構成を示す。
本実施形態においては、第１実施形態と重複する部分があるため、以下の説明においては、重複部分については省略する。
給水器４には、給水管７０を介して温水器７１が接続されており、給水管７０には、水流量調節弁７２が設けられている。温水器７１には給温水管７５を介して好気槽２２が接続され、給温水管７５には温水流量調節弁７４が設けられている。また、温水器７１には、温水器温度センサ７３が備えられている。

メタン発酵装置４１のメタンガス排出口４４には、ガス管８０を介してガスメータ８１が接続され、ガス管８２を介してガスホルダー８３に接続されてメタンガスが蓄積される。さらに、ガス管８４を介して圧力調整センサ８５に接続されてガス圧が調整される。その後、ガス管８６を介して接続された脱硫塔８７で脱硫されて、ガス管８８を介して熱水発生装置８９へ送られる。

熱水発生装置８９には、熱水送出管９０を介して温水器９２が接続され、熱水送出管９０には熱水流量調節弁９１が設けられている。また、熱水発生装置８９には、熱水送出管９３を介して温水器７１が接続され、熱水送出管９３には熱水流量調節弁９４が設けられている。
給水器４には給水管９５を介して温水器９２が接続され、給水管９５には、水流量調節弁９６が設けられている。温水器９２には給温水管９７を介して嫌気槽２１が接続され、給温水管９７には温水流量調節弁９８が設けられている。また、温水器９２には給温水管９９を介してメタン発酵装置４１が接続されている。温水器９２から給温水管９９を介して送られる温水は、メタン発酵装置４１の保温のために用いられる。

温水器９２には温水器温度センサ１００が備えられ、嫌気槽２１には嫌気槽温度センサ１０１が備えられ、好気槽２２には好気槽温度センサ１０２が備えられている。また、希釈槽２６には希釈槽温度センサ１０３が設けられている。
温度制御部１１０には、水流量調節弁７２、熱水流量調節弁９１、熱水流量調節弁９４、水流量調節弁９６、温水流量調節弁７４、温水流量調節弁９８のそれぞれと、温水器温度センサ７３、温水器温度センサ１００、嫌気槽温度センサ１０１、好気槽温度センサ１０２のそれぞれが電気的に接続されている。また、温度制御部１１０には、電磁弁３２、電磁弁３３と、希釈槽温度センサ１０３が電気的に接続されている。

図５、図６、図７に、図４に示す汚水浄化装置における温度制御の系統図を示す。
図５は、嫌気槽２１での汚水浄化のための温度管理の制御系統図であり、嫌気槽温度センサ１０１によって検知された嫌気槽２１の温度情報は、温度制御部１１０に送信され、温度制御部１１０は、嫌気槽２１の温度情報に基づいて、熱水流量調節弁９１と水流量調節弁９６とを制御する。

嫌気槽内で生息する嫌気性細菌である脱窒菌の繁殖に最適な温度範囲は、２５℃以上３０℃以下であり、嫌気槽２１中の汚水の温度がこの最適温度範囲の下限値より低い場合には、熱水流量調節弁９１を通過する熱水流量と、水流量調節弁９６を通過する水流量とを調節して、温水器９２に温水を生成し、この温水を嫌気槽２１に送出して、嫌気槽２１中の汚水の温度が最適な温度範囲となるようにする。

具体的に一例を示すと、嫌気槽２１内での最適温度基準値を、最適温度範囲の中心温度である２７．５℃に設定すると、嫌気槽温度センサ１０１によって検知された温度が、最適温度範囲の下限値２５℃を下回って、ｘ℃である場合には、最適温度基準値と検知された温度との差（２７．５−ｘ）に応じて、段階的または連続的に送出される温水量を変えて嫌気槽２１内の温度を上昇させる。

温水器９２に生成される温水の温度は、温水が嫌気槽２１内の汚水と混合されたときに最適温度範囲内となるようにするため、この最適温度範囲よりも高温となるように設定されている。この温度設定は、嫌気槽温度センサ１０１によって検知された嫌気槽２１の温度によって適宜定められる。この温度設定を実現するために、温水器温度センサ１００によって検知された温水器９２の温度情報は、温度制御部１１０に送出され、熱水流量調節弁９１を通過する熱水流量と、水流量調節弁９６を通過する水流量とを調節して、温水器９２に生成される温水の温度を設定温度に一致させる。生成された温水は、温水流量調節弁９８を開いて嫌気槽２１に流れ込む。
上記の操作により、嫌気槽２１の温度が最適な温度範囲に達すると、温水流量調節弁９８を閉じて、嫌気槽２１への温水の供給を停止する。

図６は、好気槽２２での汚水浄化のための温度管理の制御系統図であり、好気槽温度センサ１０２によって検知された好気槽２２の温度情報は、温度制御部１１０に送信され、温度制御部１１０は、好気槽２２の温度情報に基づいて、熱水流量調節弁９４と水流量調節弁７２とを制御する。

好気槽内で生息する好気性細菌である、亜硝酸菌や硝酸菌等の硝化菌の繁殖に最適な温度範囲は、３０℃以上４０℃以下であり、好気槽２２中の汚水の温度がこの最適温度範囲の下限値より低い場合には、熱水流量調節弁９４を通過する熱水流量と、水流量調節弁７２を通過する水流量とを調節して、温水器７１に温水を生成し、この温水を好気槽２２に送出して、好気槽２２中の汚水の温度が最適な温度範囲となるようにする。

具体的に一例を示すと、好気槽２２内での最適温度基準値を、最適温度範囲の中心温度である３５℃に設定すると、好気槽温度センサ１０２によって検知された温度が、最適温度範囲の下限値３０℃を下回って、ｙ℃である場合には、最適温度基準値と検知された温度との差（３５−ｙ）に応じて、段階的または連続的に送出される温水量を変えて好気槽２２内の温度を上昇させる。

温水器７１に生成される温水の温度は、温水が好気槽２２内の汚水と混合されたときに最適温度範囲内となるようにするため、この最適温度範囲よりも高温となるように設定されている。この温度設定は、好気槽温度センサ１０２によって検知された好気槽２２の温度によって適宜定められる。この温度設定を実現するために、温水器温度センサ７３によって検知された温水器７１の温度情報は、温度制御部１１０に送出され、熱水流量調節弁９４を通過する熱水流量と、水流量調節弁７２を通過する水流量とを調節して、温水器７１に生成される温水の温度を設定温度に一致させる。生成された温水は、温水流量調節弁７４を開いて好気槽２２に流れ込む。
上記の操作により、好気槽２２の温度が最適な温度範囲に達すると、温水流量調節弁７４を閉じて、好気槽２２への温水の供給を停止する。

図７は、希釈槽２６から排出される処理水の温度管理のための制御系統図であり、希釈槽温度センサ１０３によって検知された希釈槽２６内の処理水の温度情報は、温度制御部１１０に送信され、温度制御部１１０は、希釈槽２６内の処理水の温度情報に基づいて、電磁弁３３と電磁弁３２とを制御する。

電磁弁３３を開くことによって、水流量調節部１３から水が希釈槽２６に供給されるため、希釈槽温度センサ１０３によって検知される温度が常温となるまで、好気槽２２で加温されて浄化された処理水の温度を低下させる。また、補助的に、電磁弁３２を開いて、噴霧槽２５へ水を供給して、処理水の温度を低下させることができる。

希釈槽温度センサ１０３によって検知される温度が常温となった時点で、電磁弁３２、電磁弁３３を閉じて、水流量調節部１３から水の供給が停止されるようにしてもよいが、水流量調節部１３からの水の供給は、前述したように、処理水の希釈の役割を持っているため、希釈のための水準を満たすまで水の供給を続けるようにすることが好ましい。

上述した温度制御により、嫌気槽２１、好気槽２２での汚水浄化速度を速めることができ、より少量の希釈水で効率的な浄化を実現することができるとともに、処理水に対して水流量調節部１３から送出される水が混合されて自然界に排出されるため、温排水となることもなく、自然環境保護に適合した汚水浄化装置となっている。さらに、嫌気槽２１、好気槽２２での温度管理に必要なエネルギーは、汚泥を分解して生成されたメタンから得ており、汚水浄化の過程で得られたエネルギーを汚水処理能力の向上に利用しているため、循環型で省エネルギーに寄与する汚水浄化装置を構築しているということができる。

本発明は、発生する汚水の量や汚水濃度が変動しても、汚水浄化装置を構成する特定の部位に大きな負荷がかかることを防止して、汚水処理速度を適正な水準に維持することが可能な汚水浄化装置として利用することができる。

１貯水タンク
２雨水供給管
３配水管
４給水器
５水道水供給部
６地下水供給部
７水道水供給管
８地下水供給管
９貯水残量センサ
１０給水制御部
１１給水ボタン
１２配水管
１３水流量調節部
１４分岐管
１５分岐管
１６分岐管
１７分岐制御部
１８汚水濃度センサ
１９処理水濃度センサ
２１嫌気槽
２２好気槽
２３汚水流入管
２４処理水流出管
２５噴霧槽
２６希釈槽
２７希釈槽濃度センサ
３１電磁弁
３２電磁弁
３３電磁弁
４０汚水送出管
４１メタン発酵装置
４２電磁弁
４３メタン発酵装置内ＢＯＤセンサ
４４メタンガス排出口
４５消化液送出管
４６嫌気槽流入管
４７好気槽流入管
４８処理水側流入管
４９電磁弁
５０電磁弁
５１電磁弁
５２嫌気槽ＢＯＤセンサ
５３好気槽ＢＯＤセンサ
６０ＢＯＤ制御部
６１ｐＨセンサ
６２アンモニア濃度センサ
６３アルカリ液供給部
６４アルカリ液供給管
６５水供給部
６６水供給管
６７電磁弁
６８電磁弁
７０給水管
７１温水器
７２水流量調節弁
７３温水器温度センサ
７４温水流量調節弁
７５給温水管
８０、８２、８４、８６、８８ガス管
８１ガスメータ
８３ガスホルダー
８５圧力調整センサ
８７脱硫塔
８９熱水発生装置
９０熱水送出管
９１熱水流量調節弁
９２温水器
９３熱水送出管
９４熱水流量調節弁
９５給水管
９６水流量調節弁
９７給温水管
９８温水流量調節弁
９９給温水管
１００温水器温度センサ
１０１嫌気槽温度センサ
１０２好気槽温度センサ
１０３希釈槽温度センサ

Claims

汚水流入管から流入する汚水を浄化する嫌気槽と、前記嫌気槽に接続された好気槽と、前記好気槽によって浄化された処理水を排出する処理水排出管と、汚水中の汚泥をメタン菌により分解してメタンを発生して汚水のＢＯＤ値を低減するメタン発酵装置とを備え、
前記嫌気槽または前記汚水流入管は、前記嫌気槽または前記汚水流入管から流入した汚水を前記メタン発酵装置に流入させる汚水送出管を介して前記メタン発酵装置に接続され、前記メタン発酵装置には、メタン菌によって汚水の原水よりもＢＯＤ値を低減された消化液を送出する消化液送出管が接続され、前記消化液送出管は、嫌気槽流入管、好気槽流入管、処理水側流入管の３つに分岐し、前記嫌気槽流入管は前記嫌気槽に接続され、前記好気槽流入管は前記好気槽に接続され、前記処理水側流入管は前記処理水排出管に接続され、
前記嫌気槽流入管には第一の電磁弁が設けられ、前記好気槽流入管には第二の電磁弁が設けられ、前記処理水側流入管には第三の電磁弁が設けられ、
ＢＯＤ制御部は、メタン発酵装置内ＢＯＤセンサが検知する前記消化液のＢＯＤ値と、好気槽のＢＯＤ基準値の上限および下限との比較によって、消化液の流出先を決定し、消化液のＢＯＤ値が好気槽のＢＯＤ基準値の上限より大きいときは、前記第一の電磁弁を開いて消化液を嫌気槽へ流出させ、消化液のＢＯＤ値が好気槽のＢＯＤ基準値の上限より小さく、好気槽のＢＯＤ基準値の下限より大きいときは、前記第二の電磁弁を開いて消化液を好気槽へ流出させ、消化液のＢＯＤ値が好気槽のＢＯＤ基準値の下限より小さいときは、前記第三の電磁弁を開いて消化液を処理水排水管へ流出させることを特徴とする汚水浄化装置。
前記メタン発酵装置から送出されるメタンによって熱水を生成する熱水発生装置と、前記熱水発生装置から第一の熱水送出管を介して送出される熱水と給水器から第一の給水管を介して送出される水とを混合して温水を生成する第一の温水器と、前記熱水発生装置から第二の熱水送出管を介して送出される熱水と給水器から第二の給水管を介して送出される水とを混合して温水を生成する第二の温水器とを備え、
前記第一の熱水送出管には第一の熱水流量調節弁が設けられ、前記第一の給水管には第一の水流量調節弁が設けられ、前記第二の熱水送出管には第二の熱水流量調節弁が設けられ、前記第二の給水管には第二の水流量調節弁が設けられ、
前記第一の温水器は第一の給温水管を介して前記嫌気槽に接続され、前記第二の温水器は第二の給温水管を介して前記好気槽に接続され、前記嫌気槽には嫌気槽温度センサが設けられ、前記好気槽には好気槽温度センサが設けられ、
温度制御部は、前記嫌気槽温度センサが検知する前記嫌気槽内の汚水の温度が嫌気性細菌の繁殖のための最適温度範囲の下限値より低い場合には、前記第一の熱水流量調節弁と前記第一の水流量調節弁とを制御して、前記嫌気槽内の汚水の温度が、嫌気性細菌の繁殖に最適な温度となるように前記第一の温水器から前記嫌気槽へ温水を供給するとともに、前記好気槽温度センサが検知する前記好気槽内の汚水の温度が好気性細菌の繁殖のための最適温度範囲の下限値より低い場合には、前記第二の熱水流量調節弁と前記第二の水流量調節弁とを制御して、前記好気槽内の汚水の温度が、好気性細菌の繁殖に最適な温度となるように前記第二の温水器から前記好気槽へ温水を供給することを特徴とする請求項１記載の汚水浄化装置。
前記好気槽によって浄化された処理水に対して希釈水を供給して前記処理水の温度低下と希釈を行う希釈槽が備えられていることを特徴とする請求項２記載の汚水浄化装置。
前記メタン発酵装置にはｐＨセンサとアンモニア濃度センサとが設けられ、前記メタン発酵装置にはアルカリ液供給部と水供給部とが接続され、前記ＢＯＤ制御部は、前記メタン発酵装置内での汚水のｐＨとアンモニア濃度がメタン菌繁殖のための適正値となるように、前記アルカリ液供給部からアルカリ液を前記メタン発酵装置に送出するとともに、前記水供給部から水を前記メタン発酵装置に送出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の汚水浄化装置。