脱窒装置及び生物学的硝化脱窒装置
【課題】小型化に適した脱窒装置及び生物学的硝化脱窒装置を提供する。
【解決手段】液体サイクロン１７で排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をＵＡＳＢリアクタ７に送る。浮遊粒子状有機物はグラニュール汚泥２９の核となるため、グラニュール汚泥２９を安定的に成長させることが可能であり、グラニュール汚泥２９を高濃度に維持することができる。これにより性能が安定化する。さらにＳＳＢリアクタ９は横置き薄型であり、サイホン４７と協働してＳＳＢリアクタ９内を好気状態に維持するので、装置構成が簡単である。これらより生物学的硝化脱窒装置１を小型化させることができる。
【解決手段】液体サイクロン１７で排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をＵＡＳＢリアクタ７に送る。浮遊粒子状有機物はグラニュール汚泥２９の核となるため、グラニュール汚泥２９を安定的に成長させることが可能であり、グラニュール汚泥２９を高濃度に維持することができる。これにより性能が安定化する。さらにＳＳＢリアクタ９は横置き薄型であり、サイホン４７と協働してＳＳＢリアクタ９内を好気状態に維持するので、装置構成が簡単である。これらより生物学的硝化脱窒装置１を小型化させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理法を用いて窒素含有排水を処理する脱窒装置及び生物学的硝化脱窒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中に含まれる窒素は、富栄養化現象の原因とされ、排水中の窒素を除去する技術が多く開発されている。この一つである微生物を利用して排水中の窒素を除去する生物学的窒素除去方法も、従来からよく使用されており、順送法、ＡＯ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ｏｘｉｃ）法、Ａ２Ｏ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ）及びＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）−ＤＨＳ（Ｄｏｗｎｆｌｏｗ Ｈａｎｇｉｎｇ Ｓｐｏｎｇｅ Ｃｕｂｅ）法などの循環法を含め多くのプロセスが提案さている。生物学的窒素除去方法は、好気性細菌である硝化細菌により排水中のアンモニア体窒素を、亜硝酸体又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化工程と、嫌気性細菌である脱窒細菌を用いて硝酸体、亜硝酸体窒素を窒素に還元する脱窒工程とからなり、ここで使用するリアクタも種々の形態のものが開発されている。
【０００３】
生物学的硝化脱窒装置を小型化させるためには、脱窒塔及び硝化塔を小型化することがポイントなる。脱窒塔及び硝化塔を小型化させるには、脱窒塔及び硝化塔を安定運転できることが重要であり、運転が不安定なほど脱窒塔及び硝化塔に余裕を持たせる必要が生じ脱窒塔及び硝化塔が大きくなる。また脱窒反応及び硝化反応の効率を向上させることも、生物学的硝化脱窒装置の小型化につながる。これまでにもこれらに関する提案が幾つかなされている。
【０００４】
例えば、脱窒槽内に脱窒菌が付着しやすいプラスチック製の浮遊担体を投入することで、脱窒反応効率を向上させる技術が提案されている。さらに硝化槽に硝化細菌をポリエチレングリコールで包括固定した固定担体を投入することで、硝化脱窒効率の向上と生物学的硝化脱窒装置の小型化が図れるとする（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
脱窒塔には脱窒細菌を含む粒子状のグラニュール汚泥が用いられることが多く、排水の上昇流でグラニュール汚泥を浮遊させ脱窒処理が行われる。グラニュール汚泥が破壊され小さくなった場合、又は脱窒塔内でアンモニア、有機物等が分解し発生した分解ガスの発生量が増大し、発生した気泡がグラニュール汚泥に付着しグラニュール汚泥を浮上させる場合は、グラニュール汚泥が排水と共に流出し減少するため脱窒塔の性能が低下する。このため流出したグラニュール汚泥をろ過器で回収し、グラニュール汚泥を脱窒塔に戻す装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５１４９５号公報
【特許文献２】特開平１０−２４９３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
生物学的硝化脱窒装置を小型化できれば、例えば、金魚等を飼っている家庭用の水槽等にも取付け可能となり好ましいことは言うまでもない。上記の通り生物学的硝化脱窒装置を小型化するためには、脱窒反応及び硝化反応の効率向上、硝化装置及び脱窒装置を安定的に運転できることが重要で、これまでにも特許文献１又は特許文献２に見られるような取り組みがなされているが必ずしも十分とは言えない。さらに生物学的硝化脱窒装置の小型化ためには、プロセスを改善し、付帯装置を少なくすることも重要であるが、現在までのところこのような生物学的硝化脱窒装置は開発されていない。
【０００８】
本発明の目的は、小型化に適した脱窒装置及び生物学的硝化脱窒装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、グラニュール汚泥を保有し、窒素含有排水を脱窒処理するＵＡＳＢリアクタと、窒素含有排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をグラニュール汚泥の核としてＵＡＳＢリアクタに供給する浮遊粒子状有機物回収装置と、を備えることを特徴とする脱窒装置である。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の脱窒装置において、前記浮遊粒子状有機物回収装置は、液体サイクロンであり、前記液体サイクロンのアンダーフロー水は、回収した浮遊粒子状有機物を前記ＵＡＳＢリアクタに送ると共に、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥を流動化させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又２に記載の脱窒装置において、前記ＵＡＳＢリアクタは、さらに内部に脱窒細菌を固定化可能なスポンジ担体を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の脱窒装置と、前記脱窒装置から排出される脱窒処理された排水を含む窒素含有排水を受入れ、硝化細菌により硝化処理する硝化装置と、を備え、前記硝化装置は、内部に担体を保有する横置き薄型の硝化リアクタと、前記硝化リアクタが満水となったとき、硝化リアクタ内の排水を短時間内に排出し前記担体を露出させる回分排出手段とを備え、前記硝化装置は、排水の充填と排出とを交互に繰り返しながら硝化処理することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置である。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置において、前記回分排出手段がサイホンであることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、請求項４又は５に記載の生物学的硝化脱窒装置において、前記担体は、多孔質ゼオライトであることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の本発明は、排水貯水槽内に貯水する窒素含有排水を処理する生物学的硝化脱窒装置であって、請求項４から６のいずれか１項に記載の生物学的硝化脱窒装置と、さらに前記脱窒装置に貯水する窒素含有排水を連続的に送水する送水ポンプを備え、前記脱窒装置は、前記排水貯水槽内に設置され、前記硝化装置は、前記排水貯水槽の上部に設置され、前記回分排出手段は硝化処理した排水を前記排水貯水槽に返送することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の本発明によれば、窒素含有排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をグラニュール汚泥の核としてＵＡＳＢリアクタに供給する
浮遊粒子状有機物回収装置を備えるので、グラニュール汚泥の成長が安定化し、グラニュール汚泥を適正な量に維持することができる。これにより脱窒性能を高く維持した状態でＵＡＳＢリアクタを安定的に運転することが可能となり、ＵＡＳＢリアクタを小型化することできる。
【００１７】
請求項２に記載の本発明によれば、前記浮遊粒子状有機物回収装置は、液体サイクロンであるので、装置サイズが小さいにも係らず、浮遊粒子状有機物を濃縮、回収する能力が高く、排水中の浮遊粒子状有機物を十分に回収することができる。また、液体サイクロンのアンダーフロー水は、回収した浮遊粒子状有機物をＵＡＳＢリアクタに送ると共に、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥を流動化させるので、非常に効率的である。これらにより脱窒装置を小型化することができる。
【００１８】
請求項３に記載の本発明によれば、前記ＵＡＳＢリアクタは、さらに内部に脱窒細菌を固定化可能なスポンジ担体を有するので、早期立ち上げが可能となる。また、スポンジ担体に付着した汚泥の一部が剥離すると、浮遊粒子状有機物と同様にグラニュール汚泥の核となり成長するため、ＵＡＳＢリアクタの脱窒性能が安定化し、結果としてＵＡＳＢリアクタを小型化することができる。
【００１９】
請求項４に記載の本発明によれば、硝化リアクタが横置き薄型であるので、従来の塔構造の硝化塔に比べ小型化が容易である。さらに硝化リアクタが満水となったとき、硝化リアクタ内の排水を短時間内に排出し硝化リアクタ内の担体を露出させる回分排出手段を備え、硝化装置は、排水の充填と排出とを交互に繰り返しながら硝化処理するので、ブロワーなどで硝化リアクタに空気を送り込まなくても自然と好気状態となり、硝化反応が十分に進行する。硝化装置の構成も非常に簡単であり、これらにより生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【００２０】
請求項５に記載の本発明によれば、回分排出手段がサイホンであるので、構造が簡単であり、場所も取らないことから生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【００２１】
請求項６に記載の本発明によれば、硝化リアクタ内の担体が多孔質ゼオライトであるので、アンモニア吸着能力に優れ、排水中のアンモニアを濃縮させることができる。これにより効率的に硝化反応を進行させることが可能となり、生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【００２２】
請求項７に記載の本発明によれば、脱窒装置は、窒素含有排水を貯水する排水貯水槽内に設置され、硝化リアクタは、排水貯水槽の上部に設置されているので、場所を取らず生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態としての生物学的硝化脱窒装置１の概略的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態としての生物学的硝化脱窒装置１の概略的構成を示す図である。生物学的硝化脱窒装置１は、貯水槽３に蓄えられている排水５を処理する排水処理装置であり、脱窒槽としてＵＡＳＢリアクタ７を、硝化槽としてＳＳＢリアクタ９（サイホン方式スポンジ回分反応器：Ｓｉｐｈｏｎ Ｓｐｏｎｇｅ Ｂａｔｃｈ−Ｒｅａｃｔｏｒ）を有する循環ＵＡＳＢ−ＳＳＢ方式の生物学的硝化脱窒装置である。
【００２５】
生物学的硝化脱窒装置１は、送水ポンプ１１、ＵＡＳＢリアクタ７を含む脱窒装置１３及びＳＳＢリアクタ９を含む硝化装置１５を主要機器として構成される。貯水槽３に蓄えられている排水５は、送水ポンプ１１を通じて、ＵＡＳＢリアクタ７に送られ、脱窒細菌により排水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素が窒素に還元される。ＵＡＳＢリアクタ７で処理された排水は、ＳＳＢリアクタ９に送られ、ここで硝化細菌により排水中のアンモニア体窒素が硝酸体窒素、亜硝酸体窒素に酸化される。ＳＳＢリアクタ９で処理された排水は、再度、貯水槽３に戻され、貯水槽３内で排水と処理水とが混合される。前記通り貯水槽３には、外部からの排水が流入、及び処理水が外部に流出することなく、処理水を循環させながら貯水槽３に蓄えられている排水５を処理する。
【００２６】
送水ポンプ１１は、貯水槽３内の排水５を汲み上げ、脱窒装置１３、より具体的には脱窒装置１３の一部を構成する液体サイクロン１７に排水を送水する装置であり、モータ１９でポンプ２１を駆動し送水する。ポンプ２１の吸込部には排水５中の異物を取除くためのストレーナ２３が取付けられている。ストレーナ２３は、ＵＡＳＢリアクタ７に大きな異物が入り、リアクタ内の閉塞、グラニュール汚泥の流動化が阻害されることを防止するために設けられ、目開きは例えば１ｍｍから５ｍｍ程度である。送水ポンプ１１は、液体サイクロン１７の流入部において所定の流速を確保する必要があるので、この点を考慮して仕様を決定する必要がある。送水ポンプ１１の型式は特に問われないけれども、小型であり、水中ポンプのように貯水槽３内に設定可能なポンプが、生物学的硝化脱窒装置１を小型化する点から好ましい。
【００２７】
脱窒装置１３は、ＵＡＳＢリアクタ７とＵＡＳＢリアクタ７の上部に設定された液体サイクロン１７を含み、ＵＡＳＢリアクタ７と液体サイクロン１７とは一体化されている。ＵＡＳＢリアクタ７は、貯水槽３内に設置されており、送水ポンプ１１の隣に位置する。このように設置することで、配管も少なくて済み、生物学的硝化脱窒装置１を小型化することができる。
【００２８】
ＵＡＳＢリアクタ７は、排水５中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を窒素に還元するためのリアクタであり、円筒状のリアクタ本体２７内に脱窒細菌を含むグラニール汚泥２９を保有する。円筒状のリアクタ本体２７の上部には液体サイクロン１７が設置されおり、液体サイクロン１７からアンダーフロー水が供給される。また、リアクタ本体２７の上部には、脱窒処理した排水をＳＳＢリアクタ９に送る排出管３１が設けられている。リアクタ本体２７の下部の内壁面３３には、スポンジ担体３５が取付けられている。スポンジ担体３５は、一般に使用されているウレタン、セルロースなどのスポンジを使用することができる。なお、スポンジ担体３５は、グラニュール汚泥２９の流動性を阻害しない状態で取り付け可能ならば、リアクタ本体２７の下部の内壁面３３でなくてもよい。
【００２９】
液体サイクロン１７は、排水５に含まれる浮遊粒子状有機物を濃縮、回収する装置であり、回収した浮遊粒子状有機物を排水５の一部であるアンダーフロー水と共にＵＡＳＢリアクタ７に供給する。液体サイクロン１７は、公知の液体サイクロンと同様に、円筒部３７の下部に逆円錐部３９を有し、円筒部３７の側面には、送水ポンプ１１と接続する流入管２５が設けられ、円筒部３７の中央部には上昇流管４１が設けられ、上流流管４１にはオーバーフロー水を排出する抜出し管４３が接続する。逆円錐部３９の下部には、アンダーフロー水を排出する下流管４５が設けられている。下流管４５の下端部は、リアクタ本体２７の底面近傍に位置する。円筒部３７の直径は、リアクタ本体２７と同一であり、円筒部３７は、リアクタ本体２７の上部に位置すると共に、リアクタ本体２７に連結し、逆円錐部３９及び下流管４５は、リアクタ本体２７内に位置する。
【００３０】
上記脱窒装置１３において、送水ポンプ１１から送られる排水５は、液体サイクロン１７の流入管２５から円筒部３７に送られ円筒部３７内で旋回流となり、円筒部３７さらには逆円錐部３９を下降していく。この過程で排水５の一部は、下降し下流管４５を通じてリアクタ本体２７に送られ、残りの排水は、上昇流となり上昇流管４１及び抜出し管４３を通じてＳＳＢリアクタ９に送られる。液体サイクロン１７に送られた排水５は、遠心力の作用により排水５中に含まれる浮遊粒子状有機物が濃縮され、浮遊粒子状有機物を多く含む排水はアンダーフロー水となってＵＡＳＢリアクタ７に送られる。一方、排水５中に含まれる浮遊粒子状有機物が回収され、殆ど浮遊粒子状有機物を含まなくなった排水は、オーバーフロー水となって、直接、ＳＳＢリアクタ９に送られる。
【００３１】
ＵＡＳＢリアクタ７に送られる浮遊粒子状有機物を多く含む排水は、リアクタ本体２７内で反転上昇し、リアクタ本体２７内に保有するグラニュール汚泥２９を流動化させる。ここで排水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素がグラニュール汚泥２９に含まれる脱窒細菌により窒素に転換され、排水に含まれる有機物の一部は、脱窒反応の水素供与源として使用される。ＵＡＳＢリアクタ７に送られる浮遊粒子状有機物は、グラニュール汚泥２９の核として利用される。ＵＡＳＢリアクタ７に送られ脱窒処理された排水は、排出管３１を通じてＳＳＢリアクタ９に送られる。一方、液体サイクロン１７のオーバーフロー水は、ＵＡＳＢリアクタ７をバイパスする形でＳＳＢリアクタ９に送られるので、オーバーフロー水は脱窒処理されない。
【００３２】
一般的にグラニュール汚泥は、脱窒処理で発生するガスを気泡として、これに付着し排水と共に流出しやすい。またグラニュール汚泥の成長速度は遅く、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥が減少すると脱窒性能が低下するため、従来、リアクタ本体の大きさを大きくしたり、流出するグラニュール汚泥を回収する必要があった。これに対して、脱窒装置１３は、液体サイクロン１７を備え、液体サイクロン１７で浮遊粒子状有機物を回収し、これをＵＡＳＢリアクタ７に送るので、グラニュール汚泥２９の核となる浮遊粒子状有機物が多く、グラニュール汚泥２９を安定的かつ迅速に成長させることができる。また脱窒装置１３では、アンダーフロー水でグラニュール汚泥２９を流動化させるので効率的であると共に、これによりＵＡＳＢリアクタ７の脱窒性能が安定化し、結果としてＵＡＳＢリアクタ７を小型化することができる。また、脱窒装置１３は、構造が簡単で信頼性が高く、安価に製作することができる。
【００３３】
またＵＡＳＢリアクタ７は内部に、スポンジ担体３５を有するのでＵＡＳＢリアクタ７の早期立ち上げが可能となる。スポンジ担体３５に付着する脱窒細菌は、グラニュール汚泥２９に比較して、菌体の濃度は低いが脱窒細菌の付着固定化が早いため、グラニュール汚泥２９が十分成長していない起動時等においても、脱窒性能を安定して維持することができる。また、スポンジ担体３５に保持された脱窒細菌の一部は、運転過程で表面から剥離する。剥離片も浮遊粒子状有機物と共にグラニュール汚泥２９の核となり成長するため、ＵＡＳＢリアクタ７内におけるグラニュール汚泥２９の必要量が十分に確保され、ＵＡＳＢリアクタ７を安定的に運転することができる。これらによりＵＡＳＢリアクタ７の脱窒性能が安定化し、結果としてＵＡＳＢリアクタ７を小型化することができる。
【００３４】
液体サイクロ１７は、排水５中の浮遊粒子状有機物を回収するための一装置であり、排水５中の浮遊粒子状有機物を回収する装置として他の装置、例えば遠心分離機、デカンター等を用いてもよい。しかしながら液体サイクロン１７は、公知のように小型でかつ構造が簡単であることから、排水５中の浮遊粒子状有機物を回収する装置として好ましい。さらにアンダーフロー水でグラニュール汚泥２９を流動化させることができる点からも好ましい。液体サイクロン１７で回収可能な浮遊粒子状有機物の大きさは、円筒部３７の内径、流入部の流速、アンダーフロー水量とオーバーフロー水量との比率により異なるので、排水の性状に応じて適宜選択すればよい。アンダーフロー水量とオーバーフロー水量との比率の調整は、排出管３１及び抜出し管４３の管径で調整するか、排出管３１及び抜出し管４３に各々バルブを設ければよい。なお、アンダーフロー水量は、グラニュール汚泥２９の流動化に影響するので、この点も考慮する必要がある。
【００３５】
脱窒装置１３を構成するＵＡＳＢリアクタ７と液体サイクロン１７とは、本実施形態に示すように必ずしも一体化されている必要はないけれども、一体化させることで脱窒装置１３をコンパクト化できるので好ましい。なお、液体サイクロン１７の円筒部３７の大きさとＵＡＳＢリアクタ７のリアクタ本体２７の大きさとを必ずしも同一とする必要はない。また、本実施形態では液体サイクロン１７のオーバーフロー水をＳＳＢリアクタ９に送っているけれども、オーバーフロー水をＳＳＢリアクタ９に送ることなく貯水槽５に戻してもよい。また、排水のｐＨ調整が必要な場合は、液体サイクロン１７内にｐＨ調整剤を供給しても良い
【００３６】
硝化装置１５は、好気性細菌である硝化細菌により排水５中のアンモニア体窒素を硝酸体窒素、亜硝酸体窒素に酸化するＳＳＢリアクタ９と、ＳＳＢリアクタ９で処理された排水を一気に抜出し貯水槽５に戻すサイホン４７を有する。
【００３７】
ＳＳＢリアクタ９は、横置き薄型の硝化槽であり、上面が完全に開放されたリアクタ本体４９内にスポンジ担体５１が充填されている。ＳＳＢリアクタ９は横置き薄型であるので、スポンジ担体５１と空気との接触面積が増加し、かつ装置の高さが抑えられ、生物学的硝化脱窒装置１を小型化することができる。ＳＳＢリアクタ９は横置き薄型であれば、形状は特に限定されないけれども、例示すれば、形状は矩形で高さ：幅：長さが１：２：１０程度である。また生物学的硝化脱窒装置１を小型化させる観点から、貯水槽３の上に設置され、かつ脱窒装置１３の直近に位置する。
【００３８】
スポンジ担体５１は、硝化細菌を固定化させる部材であり、一般に使用されているウレタン、セルロースなどのスポンジを使用することができる。スポンジ担体５１は、リアクタ本体４９の底面５３から少し持ち上げられた状態で設置されており、これによりスポンジ担体５３の底面５５も完全に空気と接触することが可能となる。スポンジ担体５１は厚さが薄いので、従来の塔型の硝化塔に比べスポンジ担体５１に加わる重量が非常に少なく、変形しにくい。このためスポンジ担体５１を保持するフレームが不要又は必要な場合であっても簡単なフレームでよい。
【００３９】
サイホン４７は、ＳＳＢリアクタ９内の排水を間欠的に排出するための回分排出手段である。回分排出手段は、脱窒装置１３からＳＳＢリアクタ９に排水が供給されているときは排水５を漏洩させることなく貯水可能で、ＳＳＢリアクタ９内が排水で満たされたとき、排水５を一気に排出する装置である。サイホン４７は、脱窒装置１３から送られる排水の入口部とは反対のＳＳＢリアクタ９の端部に取り付けられており、サイホン４７の入口部５７は、リアクタ本体４９の底面５３近傍に位置し、この位置はスポンジ担体５１の底面５５とリアクタ本体４９の底面５３との間であり、サイホン４９の高さは、スポンジ担体５１の上面５９よりも僅かに高く、出口部６１は貯水槽３の排水５中に位置する。
【００４０】
上記硝化装置１５は、次のように動作する。脱窒装置１３からの排水５は、サイホン４９とは反対側のＳＳＢリアクタ９の端部からＳＳＢリアクタ９に供給される。ＳＳＢリアクタ９に供給された排水は、ＳＳＢリアクタ９内に貯水され、水位を上昇させる。ＳＳＢリアクタ９内が満水、つまりサイホン４９の高さまで達するとサイホン４９は、一気にＳＳＢリアクタ９内の排水を貯水槽３へ排出する。硝化装置１５は、脱窒装置１３から連続的に排水を受け入れ、ＳＳＢリアクタ９内に排水を充填し、ＳＳＢリアクタ９内が満水となると排水をサイホン４９を介して排出する動作を繰り返しながら、この過程で硝化処理する。排水が満水となるまでの時間と排出時間との比は、６０：０．５〜３程度である。
【００４１】
次に硝化装置１５の硝化について説明する。
ＳＳＢリアクタ９内の排水５がサイホン４９を介して排出されると、スポンジ担体５１は、完全に露出し空気と接触する。脱窒装置１３の排出管３１及び抜出し管４３の出口部は、ＳＳＢリアクタ９の上部に位置するので、ＳＳＢリアクタ９内に排水５が供給されているときは、排水５は空気を巻き込みながらＳＳＢリアクタ９に供給される。またＳＳＢリアクタ９内の水位は徐徐に上昇するので、スポンジ担体５１は常時空気と接触し、硝化細菌は好気状態が維持される。ＳＳＢリアクタ９内が排水で満たされと、スポンジ担体５１は排水中に埋没してしまい、空気との接触は排水に含まれる空気のみとなるが、ＳＳＢリアクタ９内が満水となると直ちに、短時間内に排水５が排出されるので、スポンジ担体は再度空気と接触する。これらにより排水５中のアンモニア体窒素は、スポンジ担体５１に固定化された硝化細菌により硝化処理される。
【００４２】
従来の一般的な硝化装置では、硝化槽内を好気状態に維持するためブロワーなどを用いて強制的に空気を吹き込んでいるが、本硝化装置１５では上記のように硝化槽内を好気状態に維持するための特別な装置は不要である。またＳＳＢリアクタ９は横置き薄型のため、スポンジ担体５１の厚さも薄く、かつ比表面積が大きいので、容易にスポンジ担体５１を好気状態に維持することができる。また本硝化装置１５は構造が簡単で信頼性が高い。
【００４３】
本実施形態に示す硝化装置１５は、横置き薄型のＳＳＢリアクタ９を採用するので装置高さを抑え、硝化装置１５を小型化できる。但し、ＳＳＢリアクタ９を単に横置き薄型としても回分排出装置と連動させなければ、十分に小型化することはできない。例えば、ＳＳＢリアクタ９を横置き薄型とし、脱窒装置１３からの排水５を一端から受入れ、他端から排水をオーバーフローさせ排出させる方法では、スポンジ担体５１が常時排水中に埋没しているので、別途、散気管等をＳＳＢリアクタ９内に設置し、ブロワーなど用いて空気を送り込む必要がある。このような方法では、ブロワー、配管等の付帯装置が必要となり、硝化装置１５を十分に小型化することはできない。
【００４４】
上記実施形態では、硝化装置１５としてスポンジ担体５１を用いたＳＳＢリアクタ９の例を示したけれども、硝化細菌を固定化させるための担体はスポンジ担体５１に限定されるものではない。例えば、スポンジ担体５１に代え、多孔質ゼオライトを使用してもよい。多孔質ゼオライトはアンモニア吸着能に優れるので、特にアンモニア濃度の低い排水には好適に使用することができる。多孔質ゼオライトは、硝化槽に排水が供給されているとき、排水中のアンモニアを吸着し、排水が排出され再度排水が溜まっている最中に吸着したアンモニアを酸化させ硝酸体窒素、亜硝酸体窒素に酸化することができる。排水中のアンモニアを濃縮した後、硝化させることができるので効率的に硝化処理することができる。また、多孔質ゼオライトを担体として使用すると、圧縮強度が高いので、担体を保持するためのフレームが不要となる。なお、多孔質ゼオライトは天然ゼオライトでも合成ゼオライトでも良い。
【００４５】
また上記実施形態で示したサイホン４９は、構造が簡単で動作に電気等も不要であり回分排出装置としては好ましく、生物学的硝化脱窒装置１を小型化する上からも好ましい回分排出装置と言える。サイホン４９以外の回分排出装置としては、自動弁と水位検出器又は自動弁とタイマとの組合せが例示される。
【００４６】
上記の通り本発明に係る生物学的硝化脱窒装置１は、硝化装置１５及び脱窒装置１３の構造、機能により従来ない小型化を実現することができる。また、上記実施形態に示した配置は、生物学的硝化脱窒装置１の小型化に適した配置と言える。硝化装置１５は、横型であり高さが低いため点検管理、修理等が容易にできるメリットもあり、このような生物学的硝化脱窒装置１は、大型水槽、池などの水質浄化へ適用できることはもちろんのこと、魚介等を飼育する家庭用小型水槽へも好適に使用することができる。なお、上記実施形態では、排水の出入りがない排水を処理する例を示したけれども、連続系の排水処理装置としても使用可能なことは言うまでもない。連続系の排水処理装置であっても、硝化装置１５及び脱窒装置１３を使用することで、生物学的硝化脱窒装置全体を小型化することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 生物学的硝化脱窒装置
３ 貯水槽
５ 排水
７ ＵＡＳＢリアクタ
９ ＳＳＢリアクタ
１１ 送水ポンプ
１３ 脱窒装置
１５ 硝化装置
１７ 液体サイクロン
２９ グラニール汚泥
３５ スポンジ担体
４７ サイホン
５１ スポンジ担体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理法を用いて窒素含有排水を処理する脱窒装置及び生物学的硝化脱窒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中に含まれる窒素は、富栄養化現象の原因とされ、排水中の窒素を除去する技術が多く開発されている。この一つである微生物を利用して排水中の窒素を除去する生物学的窒素除去方法も、従来からよく使用されており、順送法、ＡＯ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ｏｘｉｃ）法、Ａ２Ｏ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ）及びＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）−ＤＨＳ（Ｄｏｗｎｆｌｏｗ Ｈａｎｇｉｎｇ Ｓｐｏｎｇｅ Ｃｕｂｅ）法などの循環法を含め多くのプロセスが提案さている。生物学的窒素除去方法は、好気性細菌である硝化細菌により排水中のアンモニア体窒素を、亜硝酸体又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化工程と、嫌気性細菌である脱窒細菌を用いて硝酸体、亜硝酸体窒素を窒素に還元する脱窒工程とからなり、ここで使用するリアクタも種々の形態のものが開発されている。
【０００３】
生物学的硝化脱窒装置を小型化させるためには、脱窒塔及び硝化塔を小型化することがポイントなる。脱窒塔及び硝化塔を小型化させるには、脱窒塔及び硝化塔を安定運転できることが重要であり、運転が不安定なほど脱窒塔及び硝化塔に余裕を持たせる必要が生じ脱窒塔及び硝化塔が大きくなる。また脱窒反応及び硝化反応の効率を向上させることも、生物学的硝化脱窒装置の小型化につながる。これまでにもこれらに関する提案が幾つかなされている。
【０００４】
例えば、脱窒槽内に脱窒菌が付着しやすいプラスチック製の浮遊担体を投入することで、脱窒反応効率を向上させる技術が提案されている。さらに硝化槽に硝化細菌をポリエチレングリコールで包括固定した固定担体を投入することで、硝化脱窒効率の向上と生物学的硝化脱窒装置の小型化が図れるとする（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
脱窒塔には脱窒細菌を含む粒子状のグラニュール汚泥が用いられることが多く、排水の上昇流でグラニュール汚泥を浮遊させ脱窒処理が行われる。グラニュール汚泥が破壊され小さくなった場合、又は脱窒塔内でアンモニア、有機物等が分解し発生した分解ガスの発生量が増大し、発生した気泡がグラニュール汚泥に付着しグラニュール汚泥を浮上させる場合は、グラニュール汚泥が排水と共に流出し減少するため脱窒塔の性能が低下する。このため流出したグラニュール汚泥をろ過器で回収し、グラニュール汚泥を脱窒塔に戻す装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５１４９５号公報
【特許文献２】特開平１０−２４９３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
生物学的硝化脱窒装置を小型化できれば、例えば、金魚等を飼っている家庭用の水槽等にも取付け可能となり好ましいことは言うまでもない。上記の通り生物学的硝化脱窒装置を小型化するためには、脱窒反応及び硝化反応の効率向上、硝化装置及び脱窒装置を安定的に運転できることが重要で、これまでにも特許文献１又は特許文献２に見られるような取り組みがなされているが必ずしも十分とは言えない。さらに生物学的硝化脱窒装置の小型化ためには、プロセスを改善し、付帯装置を少なくすることも重要であるが、現在までのところこのような生物学的硝化脱窒装置は開発されていない。
【０００８】
本発明の目的は、小型化に適した脱窒装置及び生物学的硝化脱窒装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、グラニュール汚泥を保有し、窒素含有排水を脱窒処理するＵＡＳＢリアクタと、窒素含有排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をグラニュール汚泥の核としてＵＡＳＢリアクタに供給する浮遊粒子状有機物回収装置と、を備えることを特徴とする脱窒装置である。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の脱窒装置において、前記浮遊粒子状有機物回収装置は、液体サイクロンであり、前記液体サイクロンのアンダーフロー水は、回収した浮遊粒子状有機物を前記ＵＡＳＢリアクタに送ると共に、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥を流動化させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又２に記載の脱窒装置において、前記ＵＡＳＢリアクタは、さらに内部に脱窒細菌を固定化可能なスポンジ担体を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の脱窒装置と、前記脱窒装置から排出される脱窒処理された排水を含む窒素含有排水を受入れ、硝化細菌により硝化処理する硝化装置と、を備え、前記硝化装置は、内部に担体を保有する横置き薄型の硝化リアクタと、前記硝化リアクタが満水となったとき、硝化リアクタ内の排水を短時間内に排出し前記担体を露出させる回分排出手段とを備え、前記硝化装置は、排水の充填と排出とを交互に繰り返しながら硝化処理することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置である。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置において、前記回分排出手段がサイホンであることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、請求項４又は５に記載の生物学的硝化脱窒装置において、前記担体は、多孔質ゼオライトであることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の本発明は、排水貯水槽内に貯水する窒素含有排水を処理する生物学的硝化脱窒装置であって、請求項４から６のいずれか１項に記載の生物学的硝化脱窒装置と、さらに前記脱窒装置に貯水する窒素含有排水を連続的に送水する送水ポンプを備え、前記脱窒装置は、前記排水貯水槽内に設置され、前記硝化装置は、前記排水貯水槽の上部に設置され、前記回分排出手段は硝化処理した排水を前記排水貯水槽に返送することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の本発明によれば、窒素含有排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をグラニュール汚泥の核としてＵＡＳＢリアクタに供給する
浮遊粒子状有機物回収装置を備えるので、グラニュール汚泥の成長が安定化し、グラニュール汚泥を適正な量に維持することができる。これにより脱窒性能を高く維持した状態でＵＡＳＢリアクタを安定的に運転することが可能となり、ＵＡＳＢリアクタを小型化することできる。
【００１７】
請求項２に記載の本発明によれば、前記浮遊粒子状有機物回収装置は、液体サイクロンであるので、装置サイズが小さいにも係らず、浮遊粒子状有機物を濃縮、回収する能力が高く、排水中の浮遊粒子状有機物を十分に回収することができる。また、液体サイクロンのアンダーフロー水は、回収した浮遊粒子状有機物をＵＡＳＢリアクタに送ると共に、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥を流動化させるので、非常に効率的である。これらにより脱窒装置を小型化することができる。
【００１８】
請求項３に記載の本発明によれば、前記ＵＡＳＢリアクタは、さらに内部に脱窒細菌を固定化可能なスポンジ担体を有するので、早期立ち上げが可能となる。また、スポンジ担体に付着した汚泥の一部が剥離すると、浮遊粒子状有機物と同様にグラニュール汚泥の核となり成長するため、ＵＡＳＢリアクタの脱窒性能が安定化し、結果としてＵＡＳＢリアクタを小型化することができる。
【００１９】
請求項４に記載の本発明によれば、硝化リアクタが横置き薄型であるので、従来の塔構造の硝化塔に比べ小型化が容易である。さらに硝化リアクタが満水となったとき、硝化リアクタ内の排水を短時間内に排出し硝化リアクタ内の担体を露出させる回分排出手段を備え、硝化装置は、排水の充填と排出とを交互に繰り返しながら硝化処理するので、ブロワーなどで硝化リアクタに空気を送り込まなくても自然と好気状態となり、硝化反応が十分に進行する。硝化装置の構成も非常に簡単であり、これらにより生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【００２０】
請求項５に記載の本発明によれば、回分排出手段がサイホンであるので、構造が簡単であり、場所も取らないことから生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【００２１】
請求項６に記載の本発明によれば、硝化リアクタ内の担体が多孔質ゼオライトであるので、アンモニア吸着能力に優れ、排水中のアンモニアを濃縮させることができる。これにより効率的に硝化反応を進行させることが可能となり、生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【００２２】
請求項７に記載の本発明によれば、脱窒装置は、窒素含有排水を貯水する排水貯水槽内に設置され、硝化リアクタは、排水貯水槽の上部に設置されているので、場所を取らず生物学的硝化脱窒装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態としての生物学的硝化脱窒装置１の概略的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態としての生物学的硝化脱窒装置１の概略的構成を示す図である。生物学的硝化脱窒装置１は、貯水槽３に蓄えられている排水５を処理する排水処理装置であり、脱窒槽としてＵＡＳＢリアクタ７を、硝化槽としてＳＳＢリアクタ９（サイホン方式スポンジ回分反応器：Ｓｉｐｈｏｎ Ｓｐｏｎｇｅ Ｂａｔｃｈ−Ｒｅａｃｔｏｒ）を有する循環ＵＡＳＢ−ＳＳＢ方式の生物学的硝化脱窒装置である。
【００２５】
生物学的硝化脱窒装置１は、送水ポンプ１１、ＵＡＳＢリアクタ７を含む脱窒装置１３及びＳＳＢリアクタ９を含む硝化装置１５を主要機器として構成される。貯水槽３に蓄えられている排水５は、送水ポンプ１１を通じて、ＵＡＳＢリアクタ７に送られ、脱窒細菌により排水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素が窒素に還元される。ＵＡＳＢリアクタ７で処理された排水は、ＳＳＢリアクタ９に送られ、ここで硝化細菌により排水中のアンモニア体窒素が硝酸体窒素、亜硝酸体窒素に酸化される。ＳＳＢリアクタ９で処理された排水は、再度、貯水槽３に戻され、貯水槽３内で排水と処理水とが混合される。前記通り貯水槽３には、外部からの排水が流入、及び処理水が外部に流出することなく、処理水を循環させながら貯水槽３に蓄えられている排水５を処理する。
【００２６】
送水ポンプ１１は、貯水槽３内の排水５を汲み上げ、脱窒装置１３、より具体的には脱窒装置１３の一部を構成する液体サイクロン１７に排水を送水する装置であり、モータ１９でポンプ２１を駆動し送水する。ポンプ２１の吸込部には排水５中の異物を取除くためのストレーナ２３が取付けられている。ストレーナ２３は、ＵＡＳＢリアクタ７に大きな異物が入り、リアクタ内の閉塞、グラニュール汚泥の流動化が阻害されることを防止するために設けられ、目開きは例えば１ｍｍから５ｍｍ程度である。送水ポンプ１１は、液体サイクロン１７の流入部において所定の流速を確保する必要があるので、この点を考慮して仕様を決定する必要がある。送水ポンプ１１の型式は特に問われないけれども、小型であり、水中ポンプのように貯水槽３内に設定可能なポンプが、生物学的硝化脱窒装置１を小型化する点から好ましい。
【００２７】
脱窒装置１３は、ＵＡＳＢリアクタ７とＵＡＳＢリアクタ７の上部に設定された液体サイクロン１７を含み、ＵＡＳＢリアクタ７と液体サイクロン１７とは一体化されている。ＵＡＳＢリアクタ７は、貯水槽３内に設置されており、送水ポンプ１１の隣に位置する。このように設置することで、配管も少なくて済み、生物学的硝化脱窒装置１を小型化することができる。
【００２８】
ＵＡＳＢリアクタ７は、排水５中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を窒素に還元するためのリアクタであり、円筒状のリアクタ本体２７内に脱窒細菌を含むグラニール汚泥２９を保有する。円筒状のリアクタ本体２７の上部には液体サイクロン１７が設置されおり、液体サイクロン１７からアンダーフロー水が供給される。また、リアクタ本体２７の上部には、脱窒処理した排水をＳＳＢリアクタ９に送る排出管３１が設けられている。リアクタ本体２７の下部の内壁面３３には、スポンジ担体３５が取付けられている。スポンジ担体３５は、一般に使用されているウレタン、セルロースなどのスポンジを使用することができる。なお、スポンジ担体３５は、グラニュール汚泥２９の流動性を阻害しない状態で取り付け可能ならば、リアクタ本体２７の下部の内壁面３３でなくてもよい。
【００２９】
液体サイクロン１７は、排水５に含まれる浮遊粒子状有機物を濃縮、回収する装置であり、回収した浮遊粒子状有機物を排水５の一部であるアンダーフロー水と共にＵＡＳＢリアクタ７に供給する。液体サイクロン１７は、公知の液体サイクロンと同様に、円筒部３７の下部に逆円錐部３９を有し、円筒部３７の側面には、送水ポンプ１１と接続する流入管２５が設けられ、円筒部３７の中央部には上昇流管４１が設けられ、上流流管４１にはオーバーフロー水を排出する抜出し管４３が接続する。逆円錐部３９の下部には、アンダーフロー水を排出する下流管４５が設けられている。下流管４５の下端部は、リアクタ本体２７の底面近傍に位置する。円筒部３７の直径は、リアクタ本体２７と同一であり、円筒部３７は、リアクタ本体２７の上部に位置すると共に、リアクタ本体２７に連結し、逆円錐部３９及び下流管４５は、リアクタ本体２７内に位置する。
【００３０】
上記脱窒装置１３において、送水ポンプ１１から送られる排水５は、液体サイクロン１７の流入管２５から円筒部３７に送られ円筒部３７内で旋回流となり、円筒部３７さらには逆円錐部３９を下降していく。この過程で排水５の一部は、下降し下流管４５を通じてリアクタ本体２７に送られ、残りの排水は、上昇流となり上昇流管４１及び抜出し管４３を通じてＳＳＢリアクタ９に送られる。液体サイクロン１７に送られた排水５は、遠心力の作用により排水５中に含まれる浮遊粒子状有機物が濃縮され、浮遊粒子状有機物を多く含む排水はアンダーフロー水となってＵＡＳＢリアクタ７に送られる。一方、排水５中に含まれる浮遊粒子状有機物が回収され、殆ど浮遊粒子状有機物を含まなくなった排水は、オーバーフロー水となって、直接、ＳＳＢリアクタ９に送られる。
【００３１】
ＵＡＳＢリアクタ７に送られる浮遊粒子状有機物を多く含む排水は、リアクタ本体２７内で反転上昇し、リアクタ本体２７内に保有するグラニュール汚泥２９を流動化させる。ここで排水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素がグラニュール汚泥２９に含まれる脱窒細菌により窒素に転換され、排水に含まれる有機物の一部は、脱窒反応の水素供与源として使用される。ＵＡＳＢリアクタ７に送られる浮遊粒子状有機物は、グラニュール汚泥２９の核として利用される。ＵＡＳＢリアクタ７に送られ脱窒処理された排水は、排出管３１を通じてＳＳＢリアクタ９に送られる。一方、液体サイクロン１７のオーバーフロー水は、ＵＡＳＢリアクタ７をバイパスする形でＳＳＢリアクタ９に送られるので、オーバーフロー水は脱窒処理されない。
【００３２】
一般的にグラニュール汚泥は、脱窒処理で発生するガスを気泡として、これに付着し排水と共に流出しやすい。またグラニュール汚泥の成長速度は遅く、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥が減少すると脱窒性能が低下するため、従来、リアクタ本体の大きさを大きくしたり、流出するグラニュール汚泥を回収する必要があった。これに対して、脱窒装置１３は、液体サイクロン１７を備え、液体サイクロン１７で浮遊粒子状有機物を回収し、これをＵＡＳＢリアクタ７に送るので、グラニュール汚泥２９の核となる浮遊粒子状有機物が多く、グラニュール汚泥２９を安定的かつ迅速に成長させることができる。また脱窒装置１３では、アンダーフロー水でグラニュール汚泥２９を流動化させるので効率的であると共に、これによりＵＡＳＢリアクタ７の脱窒性能が安定化し、結果としてＵＡＳＢリアクタ７を小型化することができる。また、脱窒装置１３は、構造が簡単で信頼性が高く、安価に製作することができる。
【００３３】
またＵＡＳＢリアクタ７は内部に、スポンジ担体３５を有するのでＵＡＳＢリアクタ７の早期立ち上げが可能となる。スポンジ担体３５に付着する脱窒細菌は、グラニュール汚泥２９に比較して、菌体の濃度は低いが脱窒細菌の付着固定化が早いため、グラニュール汚泥２９が十分成長していない起動時等においても、脱窒性能を安定して維持することができる。また、スポンジ担体３５に保持された脱窒細菌の一部は、運転過程で表面から剥離する。剥離片も浮遊粒子状有機物と共にグラニュール汚泥２９の核となり成長するため、ＵＡＳＢリアクタ７内におけるグラニュール汚泥２９の必要量が十分に確保され、ＵＡＳＢリアクタ７を安定的に運転することができる。これらによりＵＡＳＢリアクタ７の脱窒性能が安定化し、結果としてＵＡＳＢリアクタ７を小型化することができる。
【００３４】
液体サイクロ１７は、排水５中の浮遊粒子状有機物を回収するための一装置であり、排水５中の浮遊粒子状有機物を回収する装置として他の装置、例えば遠心分離機、デカンター等を用いてもよい。しかしながら液体サイクロン１７は、公知のように小型でかつ構造が簡単であることから、排水５中の浮遊粒子状有機物を回収する装置として好ましい。さらにアンダーフロー水でグラニュール汚泥２９を流動化させることができる点からも好ましい。液体サイクロン１７で回収可能な浮遊粒子状有機物の大きさは、円筒部３７の内径、流入部の流速、アンダーフロー水量とオーバーフロー水量との比率により異なるので、排水の性状に応じて適宜選択すればよい。アンダーフロー水量とオーバーフロー水量との比率の調整は、排出管３１及び抜出し管４３の管径で調整するか、排出管３１及び抜出し管４３に各々バルブを設ければよい。なお、アンダーフロー水量は、グラニュール汚泥２９の流動化に影響するので、この点も考慮する必要がある。
【００３５】
脱窒装置１３を構成するＵＡＳＢリアクタ７と液体サイクロン１７とは、本実施形態に示すように必ずしも一体化されている必要はないけれども、一体化させることで脱窒装置１３をコンパクト化できるので好ましい。なお、液体サイクロン１７の円筒部３７の大きさとＵＡＳＢリアクタ７のリアクタ本体２７の大きさとを必ずしも同一とする必要はない。また、本実施形態では液体サイクロン１７のオーバーフロー水をＳＳＢリアクタ９に送っているけれども、オーバーフロー水をＳＳＢリアクタ９に送ることなく貯水槽５に戻してもよい。また、排水のｐＨ調整が必要な場合は、液体サイクロン１７内にｐＨ調整剤を供給しても良い
【００３６】
硝化装置１５は、好気性細菌である硝化細菌により排水５中のアンモニア体窒素を硝酸体窒素、亜硝酸体窒素に酸化するＳＳＢリアクタ９と、ＳＳＢリアクタ９で処理された排水を一気に抜出し貯水槽５に戻すサイホン４７を有する。
【００３７】
ＳＳＢリアクタ９は、横置き薄型の硝化槽であり、上面が完全に開放されたリアクタ本体４９内にスポンジ担体５１が充填されている。ＳＳＢリアクタ９は横置き薄型であるので、スポンジ担体５１と空気との接触面積が増加し、かつ装置の高さが抑えられ、生物学的硝化脱窒装置１を小型化することができる。ＳＳＢリアクタ９は横置き薄型であれば、形状は特に限定されないけれども、例示すれば、形状は矩形で高さ：幅：長さが１：２：１０程度である。また生物学的硝化脱窒装置１を小型化させる観点から、貯水槽３の上に設置され、かつ脱窒装置１３の直近に位置する。
【００３８】
スポンジ担体５１は、硝化細菌を固定化させる部材であり、一般に使用されているウレタン、セルロースなどのスポンジを使用することができる。スポンジ担体５１は、リアクタ本体４９の底面５３から少し持ち上げられた状態で設置されており、これによりスポンジ担体５３の底面５５も完全に空気と接触することが可能となる。スポンジ担体５１は厚さが薄いので、従来の塔型の硝化塔に比べスポンジ担体５１に加わる重量が非常に少なく、変形しにくい。このためスポンジ担体５１を保持するフレームが不要又は必要な場合であっても簡単なフレームでよい。
【００３９】
サイホン４７は、ＳＳＢリアクタ９内の排水を間欠的に排出するための回分排出手段である。回分排出手段は、脱窒装置１３からＳＳＢリアクタ９に排水が供給されているときは排水５を漏洩させることなく貯水可能で、ＳＳＢリアクタ９内が排水で満たされたとき、排水５を一気に排出する装置である。サイホン４７は、脱窒装置１３から送られる排水の入口部とは反対のＳＳＢリアクタ９の端部に取り付けられており、サイホン４７の入口部５７は、リアクタ本体４９の底面５３近傍に位置し、この位置はスポンジ担体５１の底面５５とリアクタ本体４９の底面５３との間であり、サイホン４９の高さは、スポンジ担体５１の上面５９よりも僅かに高く、出口部６１は貯水槽３の排水５中に位置する。
【００４０】
上記硝化装置１５は、次のように動作する。脱窒装置１３からの排水５は、サイホン４９とは反対側のＳＳＢリアクタ９の端部からＳＳＢリアクタ９に供給される。ＳＳＢリアクタ９に供給された排水は、ＳＳＢリアクタ９内に貯水され、水位を上昇させる。ＳＳＢリアクタ９内が満水、つまりサイホン４９の高さまで達するとサイホン４９は、一気にＳＳＢリアクタ９内の排水を貯水槽３へ排出する。硝化装置１５は、脱窒装置１３から連続的に排水を受け入れ、ＳＳＢリアクタ９内に排水を充填し、ＳＳＢリアクタ９内が満水となると排水をサイホン４９を介して排出する動作を繰り返しながら、この過程で硝化処理する。排水が満水となるまでの時間と排出時間との比は、６０：０．５〜３程度である。
【００４１】
次に硝化装置１５の硝化について説明する。
ＳＳＢリアクタ９内の排水５がサイホン４９を介して排出されると、スポンジ担体５１は、完全に露出し空気と接触する。脱窒装置１３の排出管３１及び抜出し管４３の出口部は、ＳＳＢリアクタ９の上部に位置するので、ＳＳＢリアクタ９内に排水５が供給されているときは、排水５は空気を巻き込みながらＳＳＢリアクタ９に供給される。またＳＳＢリアクタ９内の水位は徐徐に上昇するので、スポンジ担体５１は常時空気と接触し、硝化細菌は好気状態が維持される。ＳＳＢリアクタ９内が排水で満たされと、スポンジ担体５１は排水中に埋没してしまい、空気との接触は排水に含まれる空気のみとなるが、ＳＳＢリアクタ９内が満水となると直ちに、短時間内に排水５が排出されるので、スポンジ担体は再度空気と接触する。これらにより排水５中のアンモニア体窒素は、スポンジ担体５１に固定化された硝化細菌により硝化処理される。
【００４２】
従来の一般的な硝化装置では、硝化槽内を好気状態に維持するためブロワーなどを用いて強制的に空気を吹き込んでいるが、本硝化装置１５では上記のように硝化槽内を好気状態に維持するための特別な装置は不要である。またＳＳＢリアクタ９は横置き薄型のため、スポンジ担体５１の厚さも薄く、かつ比表面積が大きいので、容易にスポンジ担体５１を好気状態に維持することができる。また本硝化装置１５は構造が簡単で信頼性が高い。
【００４３】
本実施形態に示す硝化装置１５は、横置き薄型のＳＳＢリアクタ９を採用するので装置高さを抑え、硝化装置１５を小型化できる。但し、ＳＳＢリアクタ９を単に横置き薄型としても回分排出装置と連動させなければ、十分に小型化することはできない。例えば、ＳＳＢリアクタ９を横置き薄型とし、脱窒装置１３からの排水５を一端から受入れ、他端から排水をオーバーフローさせ排出させる方法では、スポンジ担体５１が常時排水中に埋没しているので、別途、散気管等をＳＳＢリアクタ９内に設置し、ブロワーなど用いて空気を送り込む必要がある。このような方法では、ブロワー、配管等の付帯装置が必要となり、硝化装置１５を十分に小型化することはできない。
【００４４】
上記実施形態では、硝化装置１５としてスポンジ担体５１を用いたＳＳＢリアクタ９の例を示したけれども、硝化細菌を固定化させるための担体はスポンジ担体５１に限定されるものではない。例えば、スポンジ担体５１に代え、多孔質ゼオライトを使用してもよい。多孔質ゼオライトはアンモニア吸着能に優れるので、特にアンモニア濃度の低い排水には好適に使用することができる。多孔質ゼオライトは、硝化槽に排水が供給されているとき、排水中のアンモニアを吸着し、排水が排出され再度排水が溜まっている最中に吸着したアンモニアを酸化させ硝酸体窒素、亜硝酸体窒素に酸化することができる。排水中のアンモニアを濃縮した後、硝化させることができるので効率的に硝化処理することができる。また、多孔質ゼオライトを担体として使用すると、圧縮強度が高いので、担体を保持するためのフレームが不要となる。なお、多孔質ゼオライトは天然ゼオライトでも合成ゼオライトでも良い。
【００４５】
また上記実施形態で示したサイホン４９は、構造が簡単で動作に電気等も不要であり回分排出装置としては好ましく、生物学的硝化脱窒装置１を小型化する上からも好ましい回分排出装置と言える。サイホン４９以外の回分排出装置としては、自動弁と水位検出器又は自動弁とタイマとの組合せが例示される。
【００４６】
上記の通り本発明に係る生物学的硝化脱窒装置１は、硝化装置１５及び脱窒装置１３の構造、機能により従来ない小型化を実現することができる。また、上記実施形態に示した配置は、生物学的硝化脱窒装置１の小型化に適した配置と言える。硝化装置１５は、横型であり高さが低いため点検管理、修理等が容易にできるメリットもあり、このような生物学的硝化脱窒装置１は、大型水槽、池などの水質浄化へ適用できることはもちろんのこと、魚介等を飼育する家庭用小型水槽へも好適に使用することができる。なお、上記実施形態では、排水の出入りがない排水を処理する例を示したけれども、連続系の排水処理装置としても使用可能なことは言うまでもない。連続系の排水処理装置であっても、硝化装置１５及び脱窒装置１３を使用することで、生物学的硝化脱窒装置全体を小型化することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 生物学的硝化脱窒装置
３ 貯水槽
５ 排水
７ ＵＡＳＢリアクタ
９ ＳＳＢリアクタ
１１ 送水ポンプ
１３ 脱窒装置
１５ 硝化装置
１７ 液体サイクロン
２９ グラニール汚泥
３５ スポンジ担体
４７ サイホン
５１ スポンジ担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラニュール汚泥を保有し、窒素含有排水を脱窒処理するＵＡＳＢリアクタと、
窒素含有排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をグラニュール汚泥の核としてＵＡＳＢリアクタに供給する浮遊粒子状有機物回収装置と、
を備えることを特徴とする脱窒装置。
【請求項２】
前記浮遊粒子状有機物回収装置は、液体サイクロンであり、
前記液体サイクロンのアンダーフロー水は、回収した浮遊粒子状有機物を前記ＵＡＳＢリアクタに送ると共に、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥を流動化させることを特徴とする請求項１に記載の脱窒装置。
【請求項３】
前記ＵＡＳＢリアクタは、さらに内部に脱窒細菌を固定化可能なスポンジ担体を有することを特徴とする請求項１又２に記載の脱窒装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の脱窒装置と、
前記脱窒装置から排出される脱窒処理された排水を含む窒素含有排水を受入れ、硝化細菌により硝化処理する硝化装置と、を備え、
前記硝化装置は、内部に担体を保有する横置き薄型の硝化リアクタと、前記硝化リアクタが満水となったとき、硝化リアクタ内の排水を短時間内に排出し前記担体を露出させる回分排出手段とを備え、
前記硝化装置は、排水の充填と排出とを交互に繰り返しながら硝化処理することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
【請求項５】
前記回分排出手段がサイホンであることを特徴とする請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置。
【請求項６】
前記担体は、多孔質ゼオライトであることを特徴とする請求項４又は５に記載の生物学的硝化脱窒装置。
【請求項７】
排水貯水槽内に貯水する窒素含有排水を処理する生物学的硝化脱窒装置であって、
請求項４から６のいずれか１項に記載の生物学的硝化脱窒装置と、
さらに前記脱窒装置に貯水する窒素含有排水を連続的に送水する送水ポンプを備え、
前記脱窒装置は、前記排水貯水槽内に設置され、前記硝化装置は、前記排水貯水槽の上部に設置され、
前記回分排出手段は硝化処理した排水を前記排水貯水槽に返送することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
【請求項１】
グラニュール汚泥を保有し、窒素含有排水を脱窒処理するＵＡＳＢリアクタと、
窒素含有排水に含まれる浮遊粒子状有機物を回収し、回収した浮遊粒子状有機物をグラニュール汚泥の核としてＵＡＳＢリアクタに供給する浮遊粒子状有機物回収装置と、
を備えることを特徴とする脱窒装置。
【請求項２】
前記浮遊粒子状有機物回収装置は、液体サイクロンであり、
前記液体サイクロンのアンダーフロー水は、回収した浮遊粒子状有機物を前記ＵＡＳＢリアクタに送ると共に、ＵＡＳＢリアクタ内のグラニュール汚泥を流動化させることを特徴とする請求項１に記載の脱窒装置。
【請求項３】
前記ＵＡＳＢリアクタは、さらに内部に脱窒細菌を固定化可能なスポンジ担体を有することを特徴とする請求項１又２に記載の脱窒装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の脱窒装置と、
前記脱窒装置から排出される脱窒処理された排水を含む窒素含有排水を受入れ、硝化細菌により硝化処理する硝化装置と、を備え、
前記硝化装置は、内部に担体を保有する横置き薄型の硝化リアクタと、前記硝化リアクタが満水となったとき、硝化リアクタ内の排水を短時間内に排出し前記担体を露出させる回分排出手段とを備え、
前記硝化装置は、排水の充填と排出とを交互に繰り返しながら硝化処理することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
【請求項５】
前記回分排出手段がサイホンであることを特徴とする請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置。
【請求項６】
前記担体は、多孔質ゼオライトであることを特徴とする請求項４又は５に記載の生物学的硝化脱窒装置。
【請求項７】
排水貯水槽内に貯水する窒素含有排水を処理する生物学的硝化脱窒装置であって、
請求項４から６のいずれか１項に記載の生物学的硝化脱窒装置と、
さらに前記脱窒装置に貯水する窒素含有排水を連続的に送水する送水ポンプを備え、
前記脱窒装置は、前記排水貯水槽内に設置され、前記硝化装置は、前記排水貯水槽の上部に設置され、
前記回分排出手段は硝化処理した排水を前記排水貯水槽に返送することを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−６２６５２（Ｐ２０１１−６２６５２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６４７６（Ｐ２００９−２１６４７６）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５９５０９５６２９）中電環境テクノス株式会社 (44)
【出願人】（５０２３９５９８５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５９５０９５６２９）中電環境テクノス株式会社 (44)
【出願人】（５０２３９５９８５）
【Ｆターム（参考）】
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