有機性排水処理方法ならびに有機性排水処理設備
【課題】 生物処理の効率を高めつつ設備を省スペース化させ得る有機性排水処理方法と有機性排水処理設備とを提供することにある。
【解決手段】 活性汚泥により有機性排水を曝気槽で好気的生物処理する有機性排水処理方法であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥を、酸素を含有する気体とともに超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ、該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送して前記微細気泡の散気を実施することを特徴とする有機性排水処理方法および有機性排水処理設備を提供する。
【解決手段】 活性汚泥により有機性排水を曝気槽で好気的生物処理する有機性排水処理方法であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥を、酸素を含有する気体とともに超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ、該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送して前記微細気泡の散気を実施することを特徴とする有機性排水処理方法および有機性排水処理設備を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水処理方法ならびに有機性排水処理設備に関し、より詳しくは、曝気槽を備え、該曝気槽により有機性排水が好気的生物処理される有機性排水処理方法ならびに有機性排水処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性排水を生物処理する有機性排水処理方法が広く採用されている。このような生物処理においては、好気性微生物による好気処理が行われる曝気槽や、嫌気性微生物による嫌気処理が行われる嫌気槽などが用いられている。この曝気槽においては、例えば、有機性排水にＢＯＤ資化菌や硝化菌などの好気性微生物を含有させて活性汚泥の状態で貯留される槽と、この有機性排水が貯留された槽内に空気などの酸素を含有する気体を気泡として放出する散気体とが用いられたりしている。また、嫌気槽では、例えば、有機性排水に脱窒菌などの嫌気性微生物を含有させて嫌気性処理が行われたりしている。
このような有機性排水の生物処理においては、通常、処理（時間）の経過とともに有機性排水中の有機分が微生物で分解無機化されつつ、活性汚泥同士が凝集していわゆる「フロック」などと呼ばれる粒径約０．２〜１ｍｍの凝集体を形成することが知られている。そして、生物処理の後段側で沈殿槽や膜分離装置などが用いられてこの活性汚泥の凝集体が分離除去され、処理水として系外に放出される。
【０００３】
この有機性排水処理においては、通常、このように曝気槽や嫌気槽、沈殿槽あるいは、処理前の有機性排水を貯留する原水貯留槽などといった多くの槽や、装置が用いられている。そのため、処理設備の設置スペースが多大なものとなっており、処理設備の省スペース化が求められている。
しかし、例えば、単に槽や装置をコンパクト化するだけでは有機性排水の処理量が低下してしまうこととなる。したがって、曝気槽などの生物処理の効率を高めつつ槽や装置をコンパクト化させて有機性排水処理設備を省スペース化させることが求められている。
このような要望に対して、特許文献１には、気液を旋回流状態で混合して１００μｍ以下の微細な気泡を発生させる超微細気泡発生装置を用いて曝気槽に補給水とともに微細気泡を散気させることで、活性汚泥中への酸素の溶存性を高めて散気のためのスペース及び曝気動力（電力量）を減少させ曝気槽をコンパクト化させることが記載されている。しかし、この特許文献１に記載された散気方法では、気泡が補給水とともに曝気槽に導入されるため、本来処理すべき有機性排水に加えてこの補給水も曝気槽に貯えられることとなり曝気槽の収容量（容積）が増大してしまう。
【０００４】
したがって、酸素の溶存性が向上しても、収容量が増大することで曝気槽をコンパクト化させる効果が相殺されてしまい処理設備を省スペース化させることが困難である。また、この補給水の供給により活性汚泥濃度も低下することとなり、処理効率も低下するおそれを有している。
すなわち、従来の有機性排水処理方法においては、生物処理の効率を高めつつ設備を省スペース化させることが困難であるという問題を有している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４１７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、生物処理の効率を高めつつ設備を省スペース化させ得る有機性排水処理方法と有機性排水処理設備とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、曝気槽に収容されている活性汚泥凝集体を微細化しつつ、曝気槽での好気的生物処理を実施することで曝気槽における活性汚泥を従来よりも微細化させることができ生物処理効率を従来よりも向上させ得ることを見出し、本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、有機性排水処理方法に係る請求項１記載の発明は、活性汚泥により有機性排水を曝気槽で好気的生物処理する有機性排水処理方法であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥を、酸素を含有する気体とともに超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ、該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送して前記微細気泡の散気を実施することを特徴としている。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、請求項１に記載の有機性排水処理方法において、前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽を、双曲面形攪拌翼を用いて攪拌することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１に記載の有機性排水処理方法において、前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置により実施することを特徴としている。
【００１０】
また、有機性排水処理設備に係る請求項４記載の発明は、有機性排水が活性汚泥の状態で好気的生物処理される曝気槽が備えられ、液体と気体とが混合されて前記気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡として液体中に形成される超微細気泡発生装置がさらに備えられた有機性排水処理設備であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥と酸素を含有する気体とを前記超微細気泡発生装置に導入して活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに酸素を含有する気体の微細気泡を形成させて該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送し得るように、活性汚泥が前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側から前記超微細気泡発生装置を通って前記曝気槽に戻る活性汚泥環流経路が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、請求項４に記載の有機性排水処理設備において前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽を攪拌する双曲面形攪拌翼が備えられていることを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の有機性排水処理設備において前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を行う膜分離装置が備えられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、曝気槽に１００μｍ以下の微細気泡として散気することから、曝気槽で通常散気される数ｍｍの大きさの気泡に比べ、同じ散気量であっても、気泡の表面積を大きくすることができ、活性汚泥への酸素を含有する気体の溶存性を高めることができる。また、１００μｍ以下の微細気泡は、浮上力が小さくなることとから槽内に散気された場合、数ｍｍの大きさの気泡が同一個所で散気された場合に比べて活性汚泥内での滞留時間を長期化させ得る。したがって、活性汚泥への酸素を含有する気体の溶存性をさらに高めることができる。しかも、浮上力が小さいことから、特に槽底部などの気泡を滞在させ難いような個所にも気泡を供給することが容易になり槽内の気泡の分散状態の均一化を図ることができる。さらには、１００μｍ以下の微細気泡を散気させる場合には、上記のように浮上力が小さくなることから、従来のように槽底部で散気を実施することなく、例えば、曝気槽を攪拌翼などで攪拌しつつ水面付近で散気して、この攪拌による水流に気泡を同伴させて槽内に分散させることもできる。したがって、水圧の高い槽底面付近で散気させることを抑制でき散気のための動力エネルギーを軽減させ得る。
【００１４】
しかも、この１００μｍ以下の微細気泡を、活性汚泥と酸素を含有する気体とを超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ中に発生させて曝気槽に返送させ散気させることから微細気泡を散気するための補給水などが新たに曝気槽に導入されて曝気槽の収容量を増大させたり、活性汚泥濃度を低下させたりすることを抑制することができる。
さらに、１００μｍ以下の微細気泡を発生させつつ活性汚泥凝集体を微細化させることから活性汚泥の生物処理の効率を向上させ得る。
すなわち、生物処理効率を向上させて曝気槽をコンパクト化させることができ有機性排水処理設備を省スペース化させ得る。
【００１５】
また、通常、超微細気泡発生装置においては液体と気体とが混合されてせん断力により前記気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡が形成されることから、活性汚泥の凝集体の微細化においては、大きな活性汚泥の凝集体ほど大きなせん断力を受けることとなる。したがって、大きな活性汚泥の凝集体ほど微細化されやすく曝気槽の活性汚泥を均質化させることができる。
【００１６】
また酸素を含有する気体存在下で、曝気槽に収容されている活性汚泥にせん断を与えて、活性汚泥の凝集体の前記微細化を行いつつ前記気体の気泡を形成させ、該形成された気泡を曝気槽中に散気する場合には、微細化された活性汚泥中に対する酸素を含有する気体の溶存性を高めることができ、生物処理の効率をより向上させ得る。
【００１７】
また、１００μｍ以下の微細気泡を曝気槽に散気しつつ双曲面形攪拌翼を用いて前記曝気槽の攪拌を実施する場合には、微細気泡が曝気槽内に均一に分散されることとなり、気泡を槽全体に均一に分散させるための槽底部での広範囲な散気を行ったりする必要がなく、散気のために広範囲なスペースを設けることを抑制し得る。
したがって、曝気槽をコンパクト化させることができ有機性排水処理設備を省スペース化させ得る。
しかも、双曲面形攪拌翼を用いて前記曝気槽の攪拌をさらに実施する場合には、低動力で槽全体を均一に攪拌することができ、曝気槽内の活性汚泥の状態を均一化させることができる。
【００１８】
さらに、曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置によりさらに実施する場合には、最終沈殿槽など、通常の有機性排水処理設備において曝気槽の後段側で汚泥と上澄み液との沈殿分離を行う槽を省略させることができ有機性排水処理設備をさらに省スペース化することができる。
【００１９】
また、曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置によりさらに実施する場合には、後段の沈殿分離を考慮しなくてもよくなることから、曝気槽内の活性汚泥濃度を高めて有機性排水の生物処理を実施させることができ曝気槽をコンパクト化させることができ有機性排水処理設備を省スペース化させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について図を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態に用いる有機性排水処理設備について第一の実施の形態を説明する。本実施形態における有機性排水処理設備は、図１に示すように、上流側から、最初沈殿槽１、曝気槽２、最終沈殿槽３が備えられている。
【００２１】
前記最初沈殿槽１は、当初有機性排水（原水）中に含まれている、砂礫、ごみ、異物などを沈殿させて除去し得るように、すり鉢状に傾斜した底部を備え、その最底部には、沈殿した砂礫、ごみ、異物などを最初沈殿槽から除去するための初沈汚泥排出口が備えられている。
【００２２】
前記曝気槽２は、最初沈殿槽１により初沈汚泥が取り除かれた有機性排水と好気性微生物とを収容し活性汚泥混合液（以下単に「活性汚泥」ともいう）の状態で処理すべく、図２に示すように活性汚泥を貯留する槽本体２１と、槽中央部に槽内の活性汚泥を攪拌する攪拌装置２２が備えられている。また、曝気槽２には、槽内から活性汚泥を吸引して活性汚泥に含有される活性汚泥凝集体を微細化して曝気槽２に戻す活性汚泥環流経路が形成され該活性汚泥環流経路の途中に超微細気泡発生装置５が備えられている。
【００２３】
前記攪拌装置２２は、攪拌モーター２３と、曝気槽２の底面の長さや幅の数分の１程度の直径を有する双曲面形攪拌翼２４と、曝気槽深さよりも長い攪拌軸２５とを有している。そして、双曲面形攪拌翼２４が、槽中央底部に水平に配され、この双曲面形攪拌翼２４の上方で且つ曝気槽２に貯留される活性汚泥の液面よりも上方となる位置に攪拌モーター２３が配され、攪拌軸２５の下端部が双曲面攪拌翼２４の中心部に連結され、上端部が攪拌モーター２３に連結され、攪拌モーター２３の回転にともなって、双曲面形攪拌翼２４が水平方向に回転されるよう配されている。
なお、本明細書における双曲面形攪拌翼２４とは、上面視円形で、該円形の中心部に向けた仰角が中心部に近いほど大きな値となるように中央部が隆起し、側面視の稜線が二次関数曲線（ｙ＝ａｘ2）の一部と略同一となるよう形成された板状基体２６を有し、該板状基体２６の上面には中心部から放射状に複数のリブ２７が形成され、且つ、板状基体がその中心部を軸に水平方向に回転したときに前記リブ２７が回転方向に対して後退するよう板状基体２６の上面に形成され、板状基体２６がその中心部を軸に略水平方向に回転するように用いられる攪拌翼を意図している。
【００２４】
前記超微細気泡発生装置５は、気液が混合されて気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡として液体中に形成されるべく構成されており、旋回流により凝集体を含有する活性汚泥にせん断が加えられて活性汚泥凝集体が微細化される旋回流発生部５２と、曝気槽２から活性汚泥を吸引して加圧状態で前記旋回流発生部５２に活性汚泥を送り出す加圧ポンプ５１と、前記旋回流発生部５２に気泡を発生させるための空気を導入させる空気導入機構（酸素含有気体導入機構）５３とを備えており、曝気槽と加圧ポンプ入口、加圧ポンプ出口と旋回流発生部入口とがそれぞれ配管により接続されており、旋回流発生部５２は、曝気槽の活性汚泥中に浸漬された状態で配されている。すなわち、曝気槽２から吸引され、超微細気泡発生装置で微細化された活性汚泥は、旋回流発生部出口から曝気槽内に排出されるよう構成され曝気槽の槽本体２１から、加圧ポンプ５１、旋回流発生部５２を通って曝気槽２の槽本体２１に戻る活性汚泥の還流経路が形成されている。
【００２５】
前記加圧ポンプ５１には、タービン式加圧ポンプが用いられ、通常、０．２ＭＰａ以上の水圧で前記旋回流発生部５２に活性汚泥を供給する性能を有している。なお、レシプロ式加圧ポンプ、ロータリー式加圧ポンプなどの一般的な加圧ポンプも使用することができるが、旋回流発生部５２に供給する活性汚泥の供給圧力に脈動を生じさせることを防止することができ、活性汚泥あるいは気泡を均質化させ得る点においてタービン式加圧ポンプを用いることが好ましい。
【００２６】
前記旋回流発生部５２は、流通方向に向かって縮径する円錐台形状の内面を有する管体からなり、加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２とは、前記円錐台形状の径大側において円周方向に活性汚泥を導入させるべく接続されている。
また、旋回流発生部出口は、旋回流発生部５２の円錐台形状の径小側から排出される微細化された活性汚泥と気泡とを曝気槽２の水面付近で且つ前記攪拌装置２２の攪拌軸２５近傍で排出すべく配されている。
なお、本実施形態においては、この旋回流発生部５２から曝気槽２に戻される活性汚泥に気泡が含まれることから別に散気装置を設けてはいないが、要すれば、メンブレン散気体、セラミック多孔質散気体や合成樹脂多孔質散気体を用いた散気装置や、一旦、数十ｍｍの粗大気泡を発生させて、該粗大気泡をプロペラ攪拌翼などで数ｍｍ程度の大きさの気泡として散気させる散気装置などを併用することも可能である。
【００２７】
前記空気導入機構５３には、一端部に前記旋回流発生部５２において開口する開口部５５が形成され、他端部が大気に開放され、逆止弁機構により他端部側から一端部側へのみ空気が流通すべく構成された管体からなる空気供給管３４が用いられている。また、この空気供給管３４は、前記旋回流発生部５２に活性汚泥を流通させることにより、ベンチュリー管の原理で旋回流発生部５２に空気が供給されるべく、旋回流発生部５２の上流側（径大側）の略中心部において前記開口部５５を開口させており、該開口部５５は、旋回流発生部５２の径大側内径に対して数分の一から数十分の一の内径を有している。
【００２８】
また、前記曝気槽２は、例えば、長さ数ｍ〜十数ｍ、幅数ｍ〜十数ｍ、深さ数ｍに形成され、このような曝気槽２に対して、前記攪拌装置２２の双曲面形攪拌翼２４は、例えば、２．５ｍ程度の直径を有するものを用いることができる。
【００２９】
前記最終沈殿槽３は、曝気槽２にて生物処理された処理液中に含まれている汚泥を沈殿させて排出し得るように、底面が傾斜し、その最底部には、沈殿した汚泥を引き抜き汚泥として最終沈殿槽３から除去するための汚泥引抜き口が備えられている。
また、最終沈殿槽３には、上澄み液を系外に排出し得るように越流堰３１が備えられている。
【００３０】
なお、要すれば、この最終沈殿槽３から排出された上澄み液を精密ろ過膜や限外ろ過膜等のろ過膜を用いた膜分離装置を用いてさらにこの上澄み液に含まれる固形成分を除去した透過水を系外に排出させるようにしてもよい。
また、ここでは詳述しないが、各槽や装置との間の有機性排水、活性汚泥の搬送には一般的な液体搬送手段を用いている。また、バースクリーン、メッシュスクリーン、原水槽、受水槽、凝集槽、温度制御機構など一般の排水処理に用いられている装置を適宜設けることも可能である。
【００３１】
次いで、このような装置を用いた有機性排水の処理方法について説明すると、有機性排水は、前記最初沈殿槽１にて当初有機性排水（原水）中に含まれている、砂礫、ごみ、異物などを沈殿させ、すり鉢状に傾斜した底部から系外に除去する。この砂礫、ごみ、異物など除去した有機性排水を曝気槽２に導入し好気性微生物により活性汚泥の状態で生物処理させる。
このとき曝気槽２では、活性汚泥の凝集体が形成されるが、超微細気泡発生装置５の加圧ポンプ５１にてこの凝集体を含有する活性汚泥を吸引し、旋回流発生部５２に加圧状態で導入させて、活性汚泥に旋回流を生じさせ、該旋回流により活性汚泥凝集体にせん断を加えて活性汚泥凝集体を微細化させて曝気槽２に戻すべく、曝気槽２の活性汚泥を循環させつつ微細化させる。
【００３２】
さらに、このとき旋回流発生部５２には空気導入機構５３により空気が導入され、前記旋回流により空気がせん断を受けて１００μｍ以下の微細気泡とさせる。
なお、気泡が１００μｍ以下であるとは、旋回流発生部５２から排出される全気泡の内、８０％以上の気泡が１００μｍ以下の大きさであることを意図しており、気泡の大きさは、旋回流発生部５２から排出される気泡を旋回流発生部出口近傍でマイクロスコープなどを用いて写真撮影し、該撮影された写真を画像解析などすることにより求めることができ、例えば、旋回流発生部５２から排出される気泡を旋回流発生部出口近傍で２０倍程度の倍率のマイクロスコープなどを用いて写真撮影し、該撮影された写真を、例えば、旭化成エンジニアリング社製、商品名「Ａ像くん」などの画像解析ソフトにより解析して円相当径として求めることができる。また、８０％以上の気泡が１００μｍ以下の大きさであることは、上記のように画像解析される全気泡の８０％以上が１００μｍ以下の円相当径として観察されることで確認することができる。
【００３３】
この１００μｍ以下の微細気泡を発生させるときの活性汚泥凝集体ならびに気泡の微細化についてさらに説明すると、図３に示すごとく、円錐台形状の旋回流発生部５２の内部には、その径大側において円周方向に活性汚泥を、例えば、０．１５〜０．２５ｍ／ｓの流速で導入させる活性汚泥導入口５４が形成されており、周辺部分の周辺旋回流Ａと、その内側の部分の内部旋回流Ｂと、その中心部分の負圧の旋回負圧部Ｃ、の三重の旋回流を形成させる。この旋回負圧部Ｃすなわち旋回流発生部５２の中心部には、前記空気供給管３４の開口部５５が開口されているため、空気を活性汚泥中に吸引させることができる。このとき、通常、旋回流発生部５２を通過させる活性汚泥の流量に対して５〜１５％の（常温、常圧での）空気量となるように空気を吸引させる。さらに、活性汚泥を旋回させつつ径小側に移動させて前記三重旋回流ならびに径小側に形成された排出口５６を介して放出させる。このときの排出口５６からの活性汚泥排出量は、例えば、０．１５〜０．２５ｍ／ｓの流速とする。
この三重旋回流の旋回速度差ならびに排出口５６の通過抵抗により活性汚泥凝集体ならびに気泡を強制的に１００μｍ以下に微細化させることが出来る。特に、このとき粒径の大きな活性汚泥凝集体ならびに気泡ほど大きなせん断力を受け易いため、この旋回流発生部５２を通過させることにより活性汚泥凝集体ならびに気泡を均質に微細化させることが出来る。
なお、旋回流発生部５２への活性汚泥の導入時の流速は、旋回流発生部５２を通過させる活性汚泥の量を、旋回流発生部に活性汚泥を導入させる活性汚泥導入口５４の開口面積で除して求めることができる。
また、排出口５６を介して放出させる活性汚泥の流速は、旋回流発生部５２を通過させる活性汚泥の量と該活性汚泥に吸引された（常温、常圧での）空気量との合計量を、排出口５６の流路面積で除して求めることができる。
【００３４】
この微細化された活性汚泥凝集体と気泡とは、曝気槽の水面付近で且つ前記攪拌装置の攪拌軸近傍で排出する。
前記気泡を１００μｍ以下に微細化していることから、緩やかな速度での浮上となり、このように水面付近に排出させても気泡がすぐ水面上浮き上がり破泡することなく、攪拌装置の攪拌により攪拌軸に沿って下降する活性汚泥の流動Ｆに気泡を同伴させることができる。このように曝気槽の水面付近で、活性汚泥凝集体と気泡とを排出させることにより、曝気槽の底部側で排出させる場合に比べて、水圧の影響を受けずに、加圧ポンプの使用動力を低減させることができる。
【００３５】
このとき、双曲面攪拌翼を用いることから、プロペラ攪拌翼、パドル翼、三枚後退翼など他の攪拌翼を用いる場合よりも低動力で槽全体を均一に攪拌させることが出来る。前記超微細気泡発生装置により気泡と活性汚泥凝集体を均質に微細化し、双曲面攪拌翼を用いた攪拌装置により槽全体を均一攪拌することで、曝気槽の中に均質な大きさの活性汚泥が１００μｍ以下の微細な気泡とともに均一に分散されることになり、接触面積を増大させた活性汚泥を溶存酸素量を高めた状態で曝気槽内に均一分散させることができる。そのため、曝気槽内全体の生物処理効率を向上させることができ、しかも、汚泥の活性に偏りが生じることを防止することができる。そのため、このような曝気槽では、さらに処理効率の高い生物処理を行わせることができる。
【００３６】
この曝気槽で生物処理させた処理液は、次に最終沈殿槽に導入し、処理液中に含まれている固形分を沈殿させて除去し上澄み液を排出する。この沈殿させた固形分の一部は返送汚泥として曝気槽に返送させるとともに、残りは引き抜き汚泥として最終沈殿槽から除去する。
【００３７】
前記最終沈殿槽から排出された上澄み液は、そのまま系外に排出するか、または、精密ろ過膜などのろ過膜を用いた膜分離装置によりさらに固液分離して、透過水を系外に排出させる。
【００３８】
次いで、図４を参照しつつ、第二の実施形態について説明する。
この第二の実施形態では、最終沈殿槽から曝気槽に返送汚泥を返送する経路に超微細気泡発生装置が配されている。
すなわち、曝気槽２、最終沈殿槽３、加圧ポンプ５１、旋回流発生部５２、曝気槽２の順に活性汚泥が循環される活性汚泥循環経路が形成されている点を除けば、前述の第一の実施形態と同様に各装置を用いて有機性排水処理を実施する。
なお、第一の実施形態では、活性汚泥循環経路とは別に返送汚泥の返送経路が形成されているために、最終沈殿槽３から返送汚泥を曝気槽２に返送するための搬送動力を別に設ける必要があるが、この第二の実施形態においては返送汚泥の返送経路に超微細気泡発生装置５を設けて活性汚泥の循環経路が形成されているため、超微細気泡発生装置５の加圧ポンプ５１を返送汚泥の搬送動力として用いることができる。したがって、装置点数を減らして有機性排水処理設備をさらに省スペース化、簡素化することができる。
【００３９】
次いで、図５を参照しつつ、第三の実施形態について説明する。
この第三の実施形態では、最終沈殿槽が備えられておらず、膜分離装置４を用いた固液分離手段が曝気槽２に収容されている活性汚泥の固液分離を実施すべく設けられている点を除けば、第一の実施形態と同様に構成され、同様に有機性排水の処理を行う。
すなわち、図５に示すように原水から最初沈殿槽１で初沈汚泥を除去した有機性排水を、曝気槽２において活性汚泥状態で好気的生物処理する。このとき、曝気槽２に収容されている活性汚泥凝集物を超微細気泡発生装置５で微細化しつつ前記好気的生物処理を行う。さらに、これら活性汚泥の微細化と好気的生物処理とを実施しつつ曝気槽２に収容されている膜分離装置４にて透過水（処理水）を系外に排出させる。
【００４０】
有機性排水処理設備を、この図５に示すように曝気槽２に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置で実施すべく構成することにより、最終沈殿槽３など、通常の有機性排水処理設備において曝気槽２の後段側で汚泥と上澄み液との沈殿分離を行う槽を省略させることができ有機性排水処理設備をさらに省スペース化することができる。
特に後段の沈殿分離を考慮しなくてもよくなることから、曝気槽２内の活性汚泥濃度を高めて有機性排水の生物処理を実施させることができ曝気槽２をコンパクト化させて有機性排水処理設備をさらに省スペース化することができる。
なお、膜分離装置４での透過性を良好に維持しつつ、曝気槽２をよりコンパクト化させ得る点において、この曝気槽２内の活性汚泥濃度は、１０，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。
【００４１】
さらに、図６を参照しつつ第四の実施形態について説明する。この第四の実施形態は、膜分離装置４が、曝気槽２に収容されている活性汚泥の固液分離を実施すべく設けられている点において第三の実施形態と同じであり、同様の作用、機能を有している。しかし、この第四の実施形態においては、図６に示すように曝気槽２から活性汚泥を吸引して旋回流発生部５２に活性汚泥を供給する加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２との間に膜分離装置４を設けることから、図５に示す第三の実施形態と比較して、膜分離装置４にて透過水（処理水）を得るために膜分離装置４の透過側に通常設けられる吸引ポンプと超微細気泡発生装置５の加圧ポンプ５１とを兼用させることができる。
したがって、装置点数を減らして有機性排水処理設備をさらに省スペース化、簡素化することができる。
なお、このように加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２との間に膜分離装置４を設けるには、加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２との間に圧力容器を設けて内部に精密ろ過膜などのろ過膜を配する構成とするなどすればよい。
【００４２】
なお、前記第一乃至第四の実施形態においては、各槽、各装置の構成を上記のような場合を例に説明したが、本発明においては、各槽、各装置の構成を上記のような場合に限定するものではない。
【００４３】
例えば、第一、第三及び第四の実施形態においては、曝気槽２に収容されている活性汚泥のみを超微細気泡発生装置５で循環しつつ微細化させているが、要すれば、図７に破線にて示すように、原水や、最終沈殿槽３に収容されている活性汚泥や、膜分離装置４で固形分が濃縮された濃縮液などを曝気槽２に収容されている活性汚泥とともに超微細気泡発生装置５に導入して活性汚泥凝集体の微細化を行ってもよい。
【００４４】
また、前記第一乃至第四の実施形態においては、一台の曝気槽のみを用いた場合を例に説明したが、要すれば、図８に示すように、複数の曝気槽２、２’を備えていてもよく、このように超微細気泡発生装置５で活性汚泥の微細化が行われる曝気槽２の他に活性汚泥の微細化を実施しない他の曝気槽２’を設けることもあるいは複数の曝気槽２、２’でそれぞれ活性汚泥の微細化を実施することも可能である。
【００４５】
さらに、前記第一乃至第四の実施形態においては、曝気槽２内全体に均質な大きさの活性汚泥を１００μｍ以下の微細気泡とともに、均一分散させるべく双曲面形攪拌翼２４を用いた攪拌を行う場合を例に説明しているが、他の形状の攪拌翼を用いてもよく、要すれば、攪拌翼と併用してあるいは攪拌翼を用いずに曝気槽２底部から粗大な気泡を発生させることにより曝気槽２内の攪拌を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第一実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図２】同実施形態の曝気槽を示す断面図。
【図３】超微細気泡発生装置の動作状況を表す断面図。
【図４】第二実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図５】第三実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図６】第四実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図７】その他の実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図８】その他の実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【符号の説明】
【００４７】
１：最初沈殿槽、２：曝気槽、３：最終沈殿槽、４：膜分離装置、５：超微細気泡発生装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水処理方法ならびに有機性排水処理設備に関し、より詳しくは、曝気槽を備え、該曝気槽により有機性排水が好気的生物処理される有機性排水処理方法ならびに有機性排水処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性排水を生物処理する有機性排水処理方法が広く採用されている。このような生物処理においては、好気性微生物による好気処理が行われる曝気槽や、嫌気性微生物による嫌気処理が行われる嫌気槽などが用いられている。この曝気槽においては、例えば、有機性排水にＢＯＤ資化菌や硝化菌などの好気性微生物を含有させて活性汚泥の状態で貯留される槽と、この有機性排水が貯留された槽内に空気などの酸素を含有する気体を気泡として放出する散気体とが用いられたりしている。また、嫌気槽では、例えば、有機性排水に脱窒菌などの嫌気性微生物を含有させて嫌気性処理が行われたりしている。
このような有機性排水の生物処理においては、通常、処理（時間）の経過とともに有機性排水中の有機分が微生物で分解無機化されつつ、活性汚泥同士が凝集していわゆる「フロック」などと呼ばれる粒径約０．２〜１ｍｍの凝集体を形成することが知られている。そして、生物処理の後段側で沈殿槽や膜分離装置などが用いられてこの活性汚泥の凝集体が分離除去され、処理水として系外に放出される。
【０００３】
この有機性排水処理においては、通常、このように曝気槽や嫌気槽、沈殿槽あるいは、処理前の有機性排水を貯留する原水貯留槽などといった多くの槽や、装置が用いられている。そのため、処理設備の設置スペースが多大なものとなっており、処理設備の省スペース化が求められている。
しかし、例えば、単に槽や装置をコンパクト化するだけでは有機性排水の処理量が低下してしまうこととなる。したがって、曝気槽などの生物処理の効率を高めつつ槽や装置をコンパクト化させて有機性排水処理設備を省スペース化させることが求められている。
このような要望に対して、特許文献１には、気液を旋回流状態で混合して１００μｍ以下の微細な気泡を発生させる超微細気泡発生装置を用いて曝気槽に補給水とともに微細気泡を散気させることで、活性汚泥中への酸素の溶存性を高めて散気のためのスペース及び曝気動力（電力量）を減少させ曝気槽をコンパクト化させることが記載されている。しかし、この特許文献１に記載された散気方法では、気泡が補給水とともに曝気槽に導入されるため、本来処理すべき有機性排水に加えてこの補給水も曝気槽に貯えられることとなり曝気槽の収容量（容積）が増大してしまう。
【０００４】
したがって、酸素の溶存性が向上しても、収容量が増大することで曝気槽をコンパクト化させる効果が相殺されてしまい処理設備を省スペース化させることが困難である。また、この補給水の供給により活性汚泥濃度も低下することとなり、処理効率も低下するおそれを有している。
すなわち、従来の有機性排水処理方法においては、生物処理の効率を高めつつ設備を省スペース化させることが困難であるという問題を有している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４１７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、生物処理の効率を高めつつ設備を省スペース化させ得る有機性排水処理方法と有機性排水処理設備とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、曝気槽に収容されている活性汚泥凝集体を微細化しつつ、曝気槽での好気的生物処理を実施することで曝気槽における活性汚泥を従来よりも微細化させることができ生物処理効率を従来よりも向上させ得ることを見出し、本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、有機性排水処理方法に係る請求項１記載の発明は、活性汚泥により有機性排水を曝気槽で好気的生物処理する有機性排水処理方法であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥を、酸素を含有する気体とともに超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ、該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送して前記微細気泡の散気を実施することを特徴としている。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、請求項１に記載の有機性排水処理方法において、前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽を、双曲面形攪拌翼を用いて攪拌することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１に記載の有機性排水処理方法において、前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置により実施することを特徴としている。
【００１０】
また、有機性排水処理設備に係る請求項４記載の発明は、有機性排水が活性汚泥の状態で好気的生物処理される曝気槽が備えられ、液体と気体とが混合されて前記気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡として液体中に形成される超微細気泡発生装置がさらに備えられた有機性排水処理設備であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥と酸素を含有する気体とを前記超微細気泡発生装置に導入して活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに酸素を含有する気体の微細気泡を形成させて該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送し得るように、活性汚泥が前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側から前記超微細気泡発生装置を通って前記曝気槽に戻る活性汚泥環流経路が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、請求項４に記載の有機性排水処理設備において前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽を攪拌する双曲面形攪拌翼が備えられていることを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の有機性排水処理設備において前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を行う膜分離装置が備えられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、曝気槽に１００μｍ以下の微細気泡として散気することから、曝気槽で通常散気される数ｍｍの大きさの気泡に比べ、同じ散気量であっても、気泡の表面積を大きくすることができ、活性汚泥への酸素を含有する気体の溶存性を高めることができる。また、１００μｍ以下の微細気泡は、浮上力が小さくなることとから槽内に散気された場合、数ｍｍの大きさの気泡が同一個所で散気された場合に比べて活性汚泥内での滞留時間を長期化させ得る。したがって、活性汚泥への酸素を含有する気体の溶存性をさらに高めることができる。しかも、浮上力が小さいことから、特に槽底部などの気泡を滞在させ難いような個所にも気泡を供給することが容易になり槽内の気泡の分散状態の均一化を図ることができる。さらには、１００μｍ以下の微細気泡を散気させる場合には、上記のように浮上力が小さくなることから、従来のように槽底部で散気を実施することなく、例えば、曝気槽を攪拌翼などで攪拌しつつ水面付近で散気して、この攪拌による水流に気泡を同伴させて槽内に分散させることもできる。したがって、水圧の高い槽底面付近で散気させることを抑制でき散気のための動力エネルギーを軽減させ得る。
【００１４】
しかも、この１００μｍ以下の微細気泡を、活性汚泥と酸素を含有する気体とを超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ中に発生させて曝気槽に返送させ散気させることから微細気泡を散気するための補給水などが新たに曝気槽に導入されて曝気槽の収容量を増大させたり、活性汚泥濃度を低下させたりすることを抑制することができる。
さらに、１００μｍ以下の微細気泡を発生させつつ活性汚泥凝集体を微細化させることから活性汚泥の生物処理の効率を向上させ得る。
すなわち、生物処理効率を向上させて曝気槽をコンパクト化させることができ有機性排水処理設備を省スペース化させ得る。
【００１５】
また、通常、超微細気泡発生装置においては液体と気体とが混合されてせん断力により前記気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡が形成されることから、活性汚泥の凝集体の微細化においては、大きな活性汚泥の凝集体ほど大きなせん断力を受けることとなる。したがって、大きな活性汚泥の凝集体ほど微細化されやすく曝気槽の活性汚泥を均質化させることができる。
【００１６】
また酸素を含有する気体存在下で、曝気槽に収容されている活性汚泥にせん断を与えて、活性汚泥の凝集体の前記微細化を行いつつ前記気体の気泡を形成させ、該形成された気泡を曝気槽中に散気する場合には、微細化された活性汚泥中に対する酸素を含有する気体の溶存性を高めることができ、生物処理の効率をより向上させ得る。
【００１７】
また、１００μｍ以下の微細気泡を曝気槽に散気しつつ双曲面形攪拌翼を用いて前記曝気槽の攪拌を実施する場合には、微細気泡が曝気槽内に均一に分散されることとなり、気泡を槽全体に均一に分散させるための槽底部での広範囲な散気を行ったりする必要がなく、散気のために広範囲なスペースを設けることを抑制し得る。
したがって、曝気槽をコンパクト化させることができ有機性排水処理設備を省スペース化させ得る。
しかも、双曲面形攪拌翼を用いて前記曝気槽の攪拌をさらに実施する場合には、低動力で槽全体を均一に攪拌することができ、曝気槽内の活性汚泥の状態を均一化させることができる。
【００１８】
さらに、曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置によりさらに実施する場合には、最終沈殿槽など、通常の有機性排水処理設備において曝気槽の後段側で汚泥と上澄み液との沈殿分離を行う槽を省略させることができ有機性排水処理設備をさらに省スペース化することができる。
【００１９】
また、曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置によりさらに実施する場合には、後段の沈殿分離を考慮しなくてもよくなることから、曝気槽内の活性汚泥濃度を高めて有機性排水の生物処理を実施させることができ曝気槽をコンパクト化させることができ有機性排水処理設備を省スペース化させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について図を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態に用いる有機性排水処理設備について第一の実施の形態を説明する。本実施形態における有機性排水処理設備は、図１に示すように、上流側から、最初沈殿槽１、曝気槽２、最終沈殿槽３が備えられている。
【００２１】
前記最初沈殿槽１は、当初有機性排水（原水）中に含まれている、砂礫、ごみ、異物などを沈殿させて除去し得るように、すり鉢状に傾斜した底部を備え、その最底部には、沈殿した砂礫、ごみ、異物などを最初沈殿槽から除去するための初沈汚泥排出口が備えられている。
【００２２】
前記曝気槽２は、最初沈殿槽１により初沈汚泥が取り除かれた有機性排水と好気性微生物とを収容し活性汚泥混合液（以下単に「活性汚泥」ともいう）の状態で処理すべく、図２に示すように活性汚泥を貯留する槽本体２１と、槽中央部に槽内の活性汚泥を攪拌する攪拌装置２２が備えられている。また、曝気槽２には、槽内から活性汚泥を吸引して活性汚泥に含有される活性汚泥凝集体を微細化して曝気槽２に戻す活性汚泥環流経路が形成され該活性汚泥環流経路の途中に超微細気泡発生装置５が備えられている。
【００２３】
前記攪拌装置２２は、攪拌モーター２３と、曝気槽２の底面の長さや幅の数分の１程度の直径を有する双曲面形攪拌翼２４と、曝気槽深さよりも長い攪拌軸２５とを有している。そして、双曲面形攪拌翼２４が、槽中央底部に水平に配され、この双曲面形攪拌翼２４の上方で且つ曝気槽２に貯留される活性汚泥の液面よりも上方となる位置に攪拌モーター２３が配され、攪拌軸２５の下端部が双曲面攪拌翼２４の中心部に連結され、上端部が攪拌モーター２３に連結され、攪拌モーター２３の回転にともなって、双曲面形攪拌翼２４が水平方向に回転されるよう配されている。
なお、本明細書における双曲面形攪拌翼２４とは、上面視円形で、該円形の中心部に向けた仰角が中心部に近いほど大きな値となるように中央部が隆起し、側面視の稜線が二次関数曲線（ｙ＝ａｘ2）の一部と略同一となるよう形成された板状基体２６を有し、該板状基体２６の上面には中心部から放射状に複数のリブ２７が形成され、且つ、板状基体がその中心部を軸に水平方向に回転したときに前記リブ２７が回転方向に対して後退するよう板状基体２６の上面に形成され、板状基体２６がその中心部を軸に略水平方向に回転するように用いられる攪拌翼を意図している。
【００２４】
前記超微細気泡発生装置５は、気液が混合されて気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡として液体中に形成されるべく構成されており、旋回流により凝集体を含有する活性汚泥にせん断が加えられて活性汚泥凝集体が微細化される旋回流発生部５２と、曝気槽２から活性汚泥を吸引して加圧状態で前記旋回流発生部５２に活性汚泥を送り出す加圧ポンプ５１と、前記旋回流発生部５２に気泡を発生させるための空気を導入させる空気導入機構（酸素含有気体導入機構）５３とを備えており、曝気槽と加圧ポンプ入口、加圧ポンプ出口と旋回流発生部入口とがそれぞれ配管により接続されており、旋回流発生部５２は、曝気槽の活性汚泥中に浸漬された状態で配されている。すなわち、曝気槽２から吸引され、超微細気泡発生装置で微細化された活性汚泥は、旋回流発生部出口から曝気槽内に排出されるよう構成され曝気槽の槽本体２１から、加圧ポンプ５１、旋回流発生部５２を通って曝気槽２の槽本体２１に戻る活性汚泥の還流経路が形成されている。
【００２５】
前記加圧ポンプ５１には、タービン式加圧ポンプが用いられ、通常、０．２ＭＰａ以上の水圧で前記旋回流発生部５２に活性汚泥を供給する性能を有している。なお、レシプロ式加圧ポンプ、ロータリー式加圧ポンプなどの一般的な加圧ポンプも使用することができるが、旋回流発生部５２に供給する活性汚泥の供給圧力に脈動を生じさせることを防止することができ、活性汚泥あるいは気泡を均質化させ得る点においてタービン式加圧ポンプを用いることが好ましい。
【００２６】
前記旋回流発生部５２は、流通方向に向かって縮径する円錐台形状の内面を有する管体からなり、加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２とは、前記円錐台形状の径大側において円周方向に活性汚泥を導入させるべく接続されている。
また、旋回流発生部出口は、旋回流発生部５２の円錐台形状の径小側から排出される微細化された活性汚泥と気泡とを曝気槽２の水面付近で且つ前記攪拌装置２２の攪拌軸２５近傍で排出すべく配されている。
なお、本実施形態においては、この旋回流発生部５２から曝気槽２に戻される活性汚泥に気泡が含まれることから別に散気装置を設けてはいないが、要すれば、メンブレン散気体、セラミック多孔質散気体や合成樹脂多孔質散気体を用いた散気装置や、一旦、数十ｍｍの粗大気泡を発生させて、該粗大気泡をプロペラ攪拌翼などで数ｍｍ程度の大きさの気泡として散気させる散気装置などを併用することも可能である。
【００２７】
前記空気導入機構５３には、一端部に前記旋回流発生部５２において開口する開口部５５が形成され、他端部が大気に開放され、逆止弁機構により他端部側から一端部側へのみ空気が流通すべく構成された管体からなる空気供給管３４が用いられている。また、この空気供給管３４は、前記旋回流発生部５２に活性汚泥を流通させることにより、ベンチュリー管の原理で旋回流発生部５２に空気が供給されるべく、旋回流発生部５２の上流側（径大側）の略中心部において前記開口部５５を開口させており、該開口部５５は、旋回流発生部５２の径大側内径に対して数分の一から数十分の一の内径を有している。
【００２８】
また、前記曝気槽２は、例えば、長さ数ｍ〜十数ｍ、幅数ｍ〜十数ｍ、深さ数ｍに形成され、このような曝気槽２に対して、前記攪拌装置２２の双曲面形攪拌翼２４は、例えば、２．５ｍ程度の直径を有するものを用いることができる。
【００２９】
前記最終沈殿槽３は、曝気槽２にて生物処理された処理液中に含まれている汚泥を沈殿させて排出し得るように、底面が傾斜し、その最底部には、沈殿した汚泥を引き抜き汚泥として最終沈殿槽３から除去するための汚泥引抜き口が備えられている。
また、最終沈殿槽３には、上澄み液を系外に排出し得るように越流堰３１が備えられている。
【００３０】
なお、要すれば、この最終沈殿槽３から排出された上澄み液を精密ろ過膜や限外ろ過膜等のろ過膜を用いた膜分離装置を用いてさらにこの上澄み液に含まれる固形成分を除去した透過水を系外に排出させるようにしてもよい。
また、ここでは詳述しないが、各槽や装置との間の有機性排水、活性汚泥の搬送には一般的な液体搬送手段を用いている。また、バースクリーン、メッシュスクリーン、原水槽、受水槽、凝集槽、温度制御機構など一般の排水処理に用いられている装置を適宜設けることも可能である。
【００３１】
次いで、このような装置を用いた有機性排水の処理方法について説明すると、有機性排水は、前記最初沈殿槽１にて当初有機性排水（原水）中に含まれている、砂礫、ごみ、異物などを沈殿させ、すり鉢状に傾斜した底部から系外に除去する。この砂礫、ごみ、異物など除去した有機性排水を曝気槽２に導入し好気性微生物により活性汚泥の状態で生物処理させる。
このとき曝気槽２では、活性汚泥の凝集体が形成されるが、超微細気泡発生装置５の加圧ポンプ５１にてこの凝集体を含有する活性汚泥を吸引し、旋回流発生部５２に加圧状態で導入させて、活性汚泥に旋回流を生じさせ、該旋回流により活性汚泥凝集体にせん断を加えて活性汚泥凝集体を微細化させて曝気槽２に戻すべく、曝気槽２の活性汚泥を循環させつつ微細化させる。
【００３２】
さらに、このとき旋回流発生部５２には空気導入機構５３により空気が導入され、前記旋回流により空気がせん断を受けて１００μｍ以下の微細気泡とさせる。
なお、気泡が１００μｍ以下であるとは、旋回流発生部５２から排出される全気泡の内、８０％以上の気泡が１００μｍ以下の大きさであることを意図しており、気泡の大きさは、旋回流発生部５２から排出される気泡を旋回流発生部出口近傍でマイクロスコープなどを用いて写真撮影し、該撮影された写真を画像解析などすることにより求めることができ、例えば、旋回流発生部５２から排出される気泡を旋回流発生部出口近傍で２０倍程度の倍率のマイクロスコープなどを用いて写真撮影し、該撮影された写真を、例えば、旭化成エンジニアリング社製、商品名「Ａ像くん」などの画像解析ソフトにより解析して円相当径として求めることができる。また、８０％以上の気泡が１００μｍ以下の大きさであることは、上記のように画像解析される全気泡の８０％以上が１００μｍ以下の円相当径として観察されることで確認することができる。
【００３３】
この１００μｍ以下の微細気泡を発生させるときの活性汚泥凝集体ならびに気泡の微細化についてさらに説明すると、図３に示すごとく、円錐台形状の旋回流発生部５２の内部には、その径大側において円周方向に活性汚泥を、例えば、０．１５〜０．２５ｍ／ｓの流速で導入させる活性汚泥導入口５４が形成されており、周辺部分の周辺旋回流Ａと、その内側の部分の内部旋回流Ｂと、その中心部分の負圧の旋回負圧部Ｃ、の三重の旋回流を形成させる。この旋回負圧部Ｃすなわち旋回流発生部５２の中心部には、前記空気供給管３４の開口部５５が開口されているため、空気を活性汚泥中に吸引させることができる。このとき、通常、旋回流発生部５２を通過させる活性汚泥の流量に対して５〜１５％の（常温、常圧での）空気量となるように空気を吸引させる。さらに、活性汚泥を旋回させつつ径小側に移動させて前記三重旋回流ならびに径小側に形成された排出口５６を介して放出させる。このときの排出口５６からの活性汚泥排出量は、例えば、０．１５〜０．２５ｍ／ｓの流速とする。
この三重旋回流の旋回速度差ならびに排出口５６の通過抵抗により活性汚泥凝集体ならびに気泡を強制的に１００μｍ以下に微細化させることが出来る。特に、このとき粒径の大きな活性汚泥凝集体ならびに気泡ほど大きなせん断力を受け易いため、この旋回流発生部５２を通過させることにより活性汚泥凝集体ならびに気泡を均質に微細化させることが出来る。
なお、旋回流発生部５２への活性汚泥の導入時の流速は、旋回流発生部５２を通過させる活性汚泥の量を、旋回流発生部に活性汚泥を導入させる活性汚泥導入口５４の開口面積で除して求めることができる。
また、排出口５６を介して放出させる活性汚泥の流速は、旋回流発生部５２を通過させる活性汚泥の量と該活性汚泥に吸引された（常温、常圧での）空気量との合計量を、排出口５６の流路面積で除して求めることができる。
【００３４】
この微細化された活性汚泥凝集体と気泡とは、曝気槽の水面付近で且つ前記攪拌装置の攪拌軸近傍で排出する。
前記気泡を１００μｍ以下に微細化していることから、緩やかな速度での浮上となり、このように水面付近に排出させても気泡がすぐ水面上浮き上がり破泡することなく、攪拌装置の攪拌により攪拌軸に沿って下降する活性汚泥の流動Ｆに気泡を同伴させることができる。このように曝気槽の水面付近で、活性汚泥凝集体と気泡とを排出させることにより、曝気槽の底部側で排出させる場合に比べて、水圧の影響を受けずに、加圧ポンプの使用動力を低減させることができる。
【００３５】
このとき、双曲面攪拌翼を用いることから、プロペラ攪拌翼、パドル翼、三枚後退翼など他の攪拌翼を用いる場合よりも低動力で槽全体を均一に攪拌させることが出来る。前記超微細気泡発生装置により気泡と活性汚泥凝集体を均質に微細化し、双曲面攪拌翼を用いた攪拌装置により槽全体を均一攪拌することで、曝気槽の中に均質な大きさの活性汚泥が１００μｍ以下の微細な気泡とともに均一に分散されることになり、接触面積を増大させた活性汚泥を溶存酸素量を高めた状態で曝気槽内に均一分散させることができる。そのため、曝気槽内全体の生物処理効率を向上させることができ、しかも、汚泥の活性に偏りが生じることを防止することができる。そのため、このような曝気槽では、さらに処理効率の高い生物処理を行わせることができる。
【００３６】
この曝気槽で生物処理させた処理液は、次に最終沈殿槽に導入し、処理液中に含まれている固形分を沈殿させて除去し上澄み液を排出する。この沈殿させた固形分の一部は返送汚泥として曝気槽に返送させるとともに、残りは引き抜き汚泥として最終沈殿槽から除去する。
【００３７】
前記最終沈殿槽から排出された上澄み液は、そのまま系外に排出するか、または、精密ろ過膜などのろ過膜を用いた膜分離装置によりさらに固液分離して、透過水を系外に排出させる。
【００３８】
次いで、図４を参照しつつ、第二の実施形態について説明する。
この第二の実施形態では、最終沈殿槽から曝気槽に返送汚泥を返送する経路に超微細気泡発生装置が配されている。
すなわち、曝気槽２、最終沈殿槽３、加圧ポンプ５１、旋回流発生部５２、曝気槽２の順に活性汚泥が循環される活性汚泥循環経路が形成されている点を除けば、前述の第一の実施形態と同様に各装置を用いて有機性排水処理を実施する。
なお、第一の実施形態では、活性汚泥循環経路とは別に返送汚泥の返送経路が形成されているために、最終沈殿槽３から返送汚泥を曝気槽２に返送するための搬送動力を別に設ける必要があるが、この第二の実施形態においては返送汚泥の返送経路に超微細気泡発生装置５を設けて活性汚泥の循環経路が形成されているため、超微細気泡発生装置５の加圧ポンプ５１を返送汚泥の搬送動力として用いることができる。したがって、装置点数を減らして有機性排水処理設備をさらに省スペース化、簡素化することができる。
【００３９】
次いで、図５を参照しつつ、第三の実施形態について説明する。
この第三の実施形態では、最終沈殿槽が備えられておらず、膜分離装置４を用いた固液分離手段が曝気槽２に収容されている活性汚泥の固液分離を実施すべく設けられている点を除けば、第一の実施形態と同様に構成され、同様に有機性排水の処理を行う。
すなわち、図５に示すように原水から最初沈殿槽１で初沈汚泥を除去した有機性排水を、曝気槽２において活性汚泥状態で好気的生物処理する。このとき、曝気槽２に収容されている活性汚泥凝集物を超微細気泡発生装置５で微細化しつつ前記好気的生物処理を行う。さらに、これら活性汚泥の微細化と好気的生物処理とを実施しつつ曝気槽２に収容されている膜分離装置４にて透過水（処理水）を系外に排出させる。
【００４０】
有機性排水処理設備を、この図５に示すように曝気槽２に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置で実施すべく構成することにより、最終沈殿槽３など、通常の有機性排水処理設備において曝気槽２の後段側で汚泥と上澄み液との沈殿分離を行う槽を省略させることができ有機性排水処理設備をさらに省スペース化することができる。
特に後段の沈殿分離を考慮しなくてもよくなることから、曝気槽２内の活性汚泥濃度を高めて有機性排水の生物処理を実施させることができ曝気槽２をコンパクト化させて有機性排水処理設備をさらに省スペース化することができる。
なお、膜分離装置４での透過性を良好に維持しつつ、曝気槽２をよりコンパクト化させ得る点において、この曝気槽２内の活性汚泥濃度は、１０，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。
【００４１】
さらに、図６を参照しつつ第四の実施形態について説明する。この第四の実施形態は、膜分離装置４が、曝気槽２に収容されている活性汚泥の固液分離を実施すべく設けられている点において第三の実施形態と同じであり、同様の作用、機能を有している。しかし、この第四の実施形態においては、図６に示すように曝気槽２から活性汚泥を吸引して旋回流発生部５２に活性汚泥を供給する加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２との間に膜分離装置４を設けることから、図５に示す第三の実施形態と比較して、膜分離装置４にて透過水（処理水）を得るために膜分離装置４の透過側に通常設けられる吸引ポンプと超微細気泡発生装置５の加圧ポンプ５１とを兼用させることができる。
したがって、装置点数を減らして有機性排水処理設備をさらに省スペース化、簡素化することができる。
なお、このように加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２との間に膜分離装置４を設けるには、加圧ポンプ５１と旋回流発生部５２との間に圧力容器を設けて内部に精密ろ過膜などのろ過膜を配する構成とするなどすればよい。
【００４２】
なお、前記第一乃至第四の実施形態においては、各槽、各装置の構成を上記のような場合を例に説明したが、本発明においては、各槽、各装置の構成を上記のような場合に限定するものではない。
【００４３】
例えば、第一、第三及び第四の実施形態においては、曝気槽２に収容されている活性汚泥のみを超微細気泡発生装置５で循環しつつ微細化させているが、要すれば、図７に破線にて示すように、原水や、最終沈殿槽３に収容されている活性汚泥や、膜分離装置４で固形分が濃縮された濃縮液などを曝気槽２に収容されている活性汚泥とともに超微細気泡発生装置５に導入して活性汚泥凝集体の微細化を行ってもよい。
【００４４】
また、前記第一乃至第四の実施形態においては、一台の曝気槽のみを用いた場合を例に説明したが、要すれば、図８に示すように、複数の曝気槽２、２’を備えていてもよく、このように超微細気泡発生装置５で活性汚泥の微細化が行われる曝気槽２の他に活性汚泥の微細化を実施しない他の曝気槽２’を設けることもあるいは複数の曝気槽２、２’でそれぞれ活性汚泥の微細化を実施することも可能である。
【００４５】
さらに、前記第一乃至第四の実施形態においては、曝気槽２内全体に均質な大きさの活性汚泥を１００μｍ以下の微細気泡とともに、均一分散させるべく双曲面形攪拌翼２４を用いた攪拌を行う場合を例に説明しているが、他の形状の攪拌翼を用いてもよく、要すれば、攪拌翼と併用してあるいは攪拌翼を用いずに曝気槽２底部から粗大な気泡を発生させることにより曝気槽２内の攪拌を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第一実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図２】同実施形態の曝気槽を示す断面図。
【図３】超微細気泡発生装置の動作状況を表す断面図。
【図４】第二実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図５】第三実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図６】第四実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図７】その他の実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【図８】その他の実施形態の有機性排水処理設備を示す概略図。
【符号の説明】
【００４７】
１：最初沈殿槽、２：曝気槽、３：最終沈殿槽、４：膜分離装置、５：超微細気泡発生装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥により有機性排水を曝気槽で好気的生物処理する有機性排水処理方法であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥を、酸素を含有する気体とともに超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ、該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送して前記微細気泡の散気を実施することを特徴とする有機性排水処理方法。
【請求項２】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽を、双曲面形攪拌翼を用いて攪拌する請求項１に記載の有機性排水処理方法。
【請求項３】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置により実施する請求項１に記載の有機性排水処理方法。
【請求項４】
有機性排水が活性汚泥の状態で好気的生物処理される曝気槽が備えられ、液体と気体とが混合されて前記気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡として液体中に形成される超微細気泡発生装置がさらに備えられた有機性排水処理設備であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥と酸素を含有する気体とを前記超微細気泡発生装置に導入して活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに酸素を含有する気体の微細気泡を形成させて該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送し得るように、活性汚泥が前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側から前記超微細気泡発生装置を通って前記曝気槽に戻る活性汚泥環流経路が形成されていることを特徴とする有機性排水処理設備。
【請求項５】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽を攪拌する双曲面形攪拌翼が備えられている請求項４に記載の有機性排水処理設備。
【請求項６】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を行う膜分離装置が備えられている請求項４に記載の有機性排水処理設備。
【請求項１】
活性汚泥により有機性排水を曝気槽で好気的生物処理する有機性排水処理方法であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥を、酸素を含有する気体とともに超微細気泡発生装置に導入して前記活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに活性汚泥中に前記気体を１００μｍ以下の微細気泡として形成させ、該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送して前記微細気泡の散気を実施することを特徴とする有機性排水処理方法。
【請求項２】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽を、双曲面形攪拌翼を用いて攪拌する請求項１に記載の有機性排水処理方法。
【請求項３】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を膜分離装置により実施する請求項１に記載の有機性排水処理方法。
【請求項４】
有機性排水が活性汚泥の状態で好気的生物処理される曝気槽が備えられ、液体と気体とが混合されて前記気体が微細化され１００μｍ以下の微細気泡として液体中に形成される超微細気泡発生装置がさらに備えられた有機性排水処理設備であって、前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側の活性汚泥と酸素を含有する気体とを前記超微細気泡発生装置に導入して活性汚泥中に含有されている活性汚泥凝集体を微細化させるとともに酸素を含有する気体の微細気泡を形成させて該微細気泡を含有する活性汚泥を前記曝気槽に返送し得るように、活性汚泥が前記曝気槽あるいは前記曝気槽よりも下流側から前記超微細気泡発生装置を通って前記曝気槽に戻る活性汚泥環流経路が形成されていることを特徴とする有機性排水処理設備。
【請求項５】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽を攪拌する双曲面形攪拌翼が備えられている請求項４に記載の有機性排水処理設備。
【請求項６】
前記微細気泡を含有する活性汚泥が返送される曝気槽には、該曝気槽に収容されている活性汚泥の固液分離を行う膜分離装置が備えられている請求項４に記載の有機性排水処理設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−９０２１８（Ｐ２００７−９０２１８Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８２２１５（Ｐ２００５−２８２２１５）
【出願日】平成１７年９月２８日（２００５．９．２８）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２８日（２００５．９．２８）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
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