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JP2007222749A - 廃水処理装置および廃水処理方法 - Google Patents

廃水処理装置および廃水処理方法 Download PDF

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JP2007222749A JP2006045492A JP2006045492A JP2007222749A JP 2007222749 A JP2007222749 A JP 2007222749A JP 2006045492 A JP2006045492 A JP 2006045492A JP 2006045492 A JP2006045492 A JP 2006045492A JP 2007222749 A JP2007222749 A JP 2007222749A
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Kihachiro Misawa
輝八郎 三沢
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Abstract

【課題】廃水処理施設の悪臭および腐食を低減することができる廃水処理装置および廃水処理方法を提供する。
【解決手段】廃水処理装置10は、被処理水を移送する汚水流入管路L0と、汚水流入管路L0により移送された被処理水を固液分離する最初沈殿池50と、最初沈殿池50から供給された被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽12と、活性汚泥処理槽12から供給された汚泥を含む処理物を固液分離する最終沈澱池24と、活性汚泥処理槽12から最終沈澱池24に処理物移送ラインL2を介して移送される汚泥の一部を、汚水流入管路L0に戻すべく返送する第1汚泥返送ラインL6を備える。汚泥による被処理水中の有機物の初期吸着が生じ有機物濃度が低下するため、有機物濃度に比例する硫酸塩還元細菌による硫化水素の発生が抑制される。その結果、悪臭および腐食の原因となる硫化水素発生を低減できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、廃水処理装置および廃水処理方法に関する。
従来、下水等の有機性被処理水を活性汚泥処理槽で生物処理する技術が種々提案されている。このような技術においては、汚水を管路により処理施設に移送し、処理施設においては、管路により移送された汚水を最初沈殿池で固液分離した後、汚泥を滞留させたエアレーションタンクにて曝気をして活性汚泥処理を行い、活性汚泥処理した処理物をさらに固液分離して、処理水と余剰汚泥とに分離する(非特許文献1)。
「下水道ハンドブック」、株式会社建設産業調査会、1997年2月15日、p.388、図10.2.1
しかしながら、悪臭に関する最近の動向としては、悪臭防止法が強化され、下水処理場、農業集落廃水処理場、ごみ焼却場、し尿処理場および印刷工場等における脱臭装置の設置件数が多くなっており、廃水処理施設における悪臭防止への関心が高まっている。従来、下水道施設の管路においては、特に下水が滞留する箇所では、嫌気状態になり、以下の化学式に示すように下水中に含まれる硫酸塩(SO 2−)が硫酸塩還元細菌により還元されて硫化水素(HS)が生成され、悪臭の原因になるという問題がある。
SO 2− + 2C + 2HO → HS + 2HCO
また、硫化水素が生成されると、気相中で濃縮され、管路のコンクリート壁面の結露中に再溶解し、そこで以下の化学式に示すように、好気状態で硫黄酸化細菌により酸化され硫酸が生成される。硫酸が生成されるとコンクリート表面の結露中で硫酸が濃縮されコンクリートの腐食が生じるという問題がある。
S + 2O → HSO
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、廃水処理施設の悪臭および腐食を低減することができる廃水処理装置および廃水処理方法を提供することにある。
本発明は、被処理水を移送する汚水流入ラインと、汚水流入ラインにより移送された被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽と、活性汚泥処理槽の処理物中に含まれていた汚泥を汚水流入ラインに戻すべく返送する汚泥返送ラインと、を備えた廃水処理装置である。
この構成によれば、活性汚泥処理槽内の汚泥(曝気液)を汚水流入ラインに返送するため、流量が増大し、汚水流入ラインの底部等に沈積した硫酸塩還元細菌等を含む堆積物を洗い流し、硫酸塩の還元を抑止し、結果として硫化水素の発生を抑えることができる。また、汚泥中に存在する溶存酸素および硫酸塩が被処理水に添加される結果、嫌気状態の被処理水の酸化還元電位が上昇することによって好気状態に近づき、硫酸塩の還元反応が抑止され、硫化水素の発生が抑止される。さらに、汚泥を被処理水に投入することで、すでに被処理水中に溶存する硫化水素を希釈することができ、結果として気相に放散する硫化水素濃度が低下する。加えて、硫酸塩還元細菌は絶対嫌気性細菌で硫酸塩を酸素源(水素受容体)とし、種々の有機物を食料源(水素供与体)として利用しているが、汚泥を被処理水に添加することにより、活性汚泥による有機物の初期吸着が生じ、流入汚水中の溶解性BOD(Biochemical oxygen demand:生物化学的酸素要求量)の濃度が低下する。硫化物の生成速度は、硫酸塩が充分に存在する場合、有機物濃度に比例すると考えられ、溶解性BODの濃度が低下することにより、硫化水素の発生が抑制される。以上のように、汚泥を汚水流入ラインに返送することにより、硫化水素等の発生を抑制することができる。悪臭と腐食の原因となる硫化水素が気相に放散することを抑止できる結果、廃水処理施設の悪臭と腐食を低減することができる。
この場合、活性汚泥処理槽の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離槽をさらに備え、汚泥返送ラインは、活性汚泥処理槽から固液分離槽に移送される処理物に含まれる汚泥の一部を汚水流入ラインに戻すべく返送するものとできる。
この構成によれば、活性汚泥処理槽により曝気された直後であって、固液分離槽により固液分離される前の溶存酸素濃度が高い汚泥を被処理水中に投入でき、被処理水の酸化還元電位が一層上昇し、好気状態により近づくことから、硫酸塩の還元反応がより抑止され、硫化水素の発生を一層抑止することができる。また、活性汚泥処理槽により曝気された直後の活性の高い汚泥を被処理水中に投入できるため、活性汚泥による有機物の初期吸着が一層生じ、被処理水中の溶解性BODの濃度がより低下することから、硫化水素の発生を一層抑止することができる。
また、活性汚泥処理槽の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離槽をさらに備え、汚泥返送ラインは、固液分離槽により固液分離された汚泥を汚水流入ラインに戻すべく返送するものとできる。
この構成によれば、固液分離槽により固液分離された濃縮度の高い汚泥を汚水流入ラインに返送することができる。このため、高濃度の活性汚泥による有機物の初期吸着が一層生じ、被処理水中の溶解性BODの濃度がより低下することから、硫化水素の発生を一層抑止することができる。
一方、汚泥返送ラインは、活性汚泥処理槽の処理物中に含まれていた汚泥を、汚水流入ラインにより移送される被処理水の水面上に空中から投入することによって返送するものとできる。
この構成によれば、汚泥を汚水流入ラインにより移送される被処理水の水面上に空中から投入するため、被処理水中に空気中の酸素を溶存させることができ、被処理水の酸化還元電位が一層上昇し、好気状態により近づくことから、硫酸塩の還元反応がより抑止され、硫化水素の発生を一層抑止することができる。また、被処理水中の汚泥を再曝気することができることから、汚泥を一層活性化することができ、活性汚泥による有機物の初期吸着が一層生じ、被処理水中の溶解性BODの濃度がより低下することから、硫化水素の発生を一層抑止することができる。
あるいは、汚泥返送ラインは、活性汚泥処理槽の処理物中に含まれていた汚泥を、汚水流入ラインにより移送される被処理水の水面下に流入させることによって返送するものとできる。
この構成によれば、汚泥を汚水流入ラインにより移送される被処理水の水面下に流入させるため、被処理水の中に溶解している硫化水素が空気と接触しにくくなり、硫化水素の空中への放散を防止することができる。
本発明においては、汚泥返送ラインは、汚水流入ラインにおける活性汚泥処理槽を含む施設の敷地外から2km以内の地点において、活性汚泥処理槽の処理物中に含まれた汚泥を汚水流入ラインに返送することが、悪臭と腐食の低減のために好適である。
また、汚水流入ラインにより移送される被処理水は、その流速が1.0〜3.0m/secとされていることが好適である。
この構成によれば、被処理水の流速が1.0m/s以上であるため、汚水流入ラインでの被処理水の滞留を一層防ぐことができる。また汚水流入ライン内で乱流が生じる結果、再曝気が生じ、再曝気によって生じる酸素によって、硫酸塩還元細菌の活動を抑止し、硫化水素の発生を防ぐことができる。また再曝気によって生じる酸素によって処理水中に存在する硫化水素の酸化を促進することができるため、硫化水素が気相に放散しないようにすることができる。なお、酸化によって汚水流入ラインを流れる処理水中に生じる硫酸は、管路の結露中に溶解する硫酸と異なり、管路に影響を与えない程度の低濃度であるため、管路の腐食の恐れはない。一方、この構成によれば、流速が3.0m/s以下であるため、活性汚泥による有機物の初期吸着を一層促すことができ、被処理水中の溶解性BODの濃度がより低下することから、硫化水素の発生を一層抑止することができる。
また本発明の別の態様は、被処理水を移送する汚水流入工程と、汚水流入工程により移送された被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、活性汚泥処理工程の処理物中に含まれていた汚泥を汚水流入工程に戻すべく返送する汚泥返送工程と、を含む廃水処理方法である。
本発明の廃水処理装置および廃水処理方法によれば、廃水処理施設の悪臭および腐食を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る廃水処理装置および廃水処理方法について添付図面を参照して説明する。なお、同一の構成要素は同一の符号で示し、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る廃水処理装置の構成を示す図である。本実施形態の排水処理装置10により処理される廃水は、例えば、下水、農業集落排水、漁業集落排水、民間企業排水、団地排水等の有機性排水である。
図1に示すように、本実施形態の廃水処理装置10は、被処理水を移送する汚水流入管路(汚水流入ライン)L0と、図中に破線で示す施設の敷地100内に、汚水流入管路L0により移送された被処理水を固液分離する最初沈殿池50と、最初沈殿池50から被処理水供給ラインL1を介して供給された被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽12と、活性汚泥処理槽12から処理物移送ラインL2を介して供給された汚泥を含む処理物を固液分離する最終沈澱池(固液分離槽)24とを備えている。また廃水処理装置10は、最終沈澱池24の固液分離された汚泥の一部を活性汚泥処理槽12に返送する分離固形分移送ラインL4、第2汚泥返送ポンプ28および第2汚泥返送ラインL5を備える。さらに廃水処理装置10は、活性汚泥処理槽12から最終沈澱池24に処理物移送ラインL2を介して移送される汚泥の一部を、汚水流入管路L0に戻すべく返送する第1汚泥返送ライン(汚泥返送ライン)L6を備える。
最初沈殿池50は、汚水流入管路L0により移送された被処理水を固液分離するもので、回転駆動されるスクレーパ52を有している。このスクレーパ52は、槽の底部にたまった固形物を中央に集めるもので、この固形物は固形物排出ラインL9により排出される。また、最初沈殿池50は、固形物を分離された被処理水の上澄み液を、被処理水供給ラインL1を介して活性汚泥処理槽12に供給する。
活性汚泥処理槽12は、送風機14、流量計16および攪拌機18を有し、これらにより槽内の汚泥を曝気し攪拌することができる。また活性汚泥処理槽12は、DO計(溶存酸素計)20とORP計(酸化還元電位検出計)22とを有し、これらにより槽内の溶存酸素量と酸化還元電位を測定して、送風機14および攪拌機18を制御し、槽内の溶存酸素量を所定値とする。
最終沈澱池24は、汚泥を含む処理物を汚泥と処理水とに固液分離するもので、最初沈殿池50と同様に、回転駆動されるスクレーパ26を有している。このスクレーパ26は、槽の底部にたまった汚泥を中央に集めて排出するもので、この汚泥は分離固形分移送ラインL4により移送される。一方、最終沈澱池24は、分離された処理水を、処理水排出ラインL3を介して排出する。第2汚泥返送ラインL5および第2汚泥返送ポンプ28は、分離固形分移送ラインL4により移送された汚泥の一部を、活性汚泥処理槽12に返送する。また、余剰汚泥排出ポンプ48および余剰汚泥排出ラインL8は、分離固形分移送ラインL4により移送された汚泥の内、第2汚泥返送ラインL5により返送された汚泥を除いた残部を、余剰汚泥として排出する。
第1汚泥返送ラインL6は、第1汚泥返送ポンプ32と流量検出ラインL7とを備えている。流量検出ラインL7には流量計34が取り付けられている。本実施形態の廃水処理装置10は、流量計34により計測された汚泥流量と、別途測定した汚水流入管路L0の流入水量とに基づいて第1汚泥返送ポンプ32の出力を制御し、第1汚泥返送ラインL6により返送される汚泥の量を、汚水流入管路L0からの流入水量の30〜200%とする。返送する汚泥の量は、被処理水の組成あるいは汚水流入管路L0より発生する硫化水素濃度を別途測定し、その硫化水素濃度の値により適宜変更される。
第1汚泥返送ラインL6は、汚泥投入地点30において汚水流入管路L0に汚泥を投入するが、上記のように返送する汚泥の量を制御することによって、汚泥投入地点30より下流では、汚水流入管路L0における流速を1.0m/s〜3.0m/sとする。
汚泥投入地点30は、施設の敷地100外から2km以内の範囲であって、可能であれば50m以上離れた地点とする。汚泥投入地点30において、第1汚泥返送ラインL6は、汚水流入管路L0により移送される被処理水の水面上に汚泥を空中から投入する、いわゆる滝落とし式により汚泥を返送する。
以下、本実施形態の廃水処理装置10の作用について説明する。汚水流入管路L0により移送された被処理水は、最初沈殿池50で固液分離されて活性汚泥処理槽12で活性汚泥処理される。活性汚泥処理された処理物は最終沈殿池24で固液分離され、固液分離された上澄み液は処理水として処理水排出ラインL3により排出される。固液分離された汚泥の一部は、第2汚泥返送ラインL5により活性汚泥処理槽12に返送され、その残余は余剰汚泥排出ラインL8で余剰汚泥として排出される。
本実施形態の廃水処理装置10では、特に、第1汚泥返送ラインL6が活性汚泥処理槽12の汚泥を汚水流入管路L0に返送することにより、汚水流入管路L0の底部等に沈積した硫酸塩還元細菌等を含む堆積物を洗い流し、硫酸塩の還元を抑止し、結果として硫化水素の発生を抑えることができる。
また、汚泥中に存在する溶存酸素および硫酸塩が被処理水に添加される結果、嫌気状態の被処理水の酸化還元電位が上昇することによって好気状態に近づき、硫酸塩の還元反応が抑止され、硫化水素の発生が抑止される。さらに、汚泥を被処理水に投入することで、すでに被処理水中に溶存する硫化水素を希釈することができ、結果として気相に放散する硫化水素濃度が低下する。
加えて、硫酸塩還元細菌は絶対嫌気性細菌で硫酸塩を酸素源(水素受容体)とし、種々の有機物を食料源(水素供与体)として利用しているが、汚泥を被処理水に添加することにより、活性汚泥による有機物の初期吸着が生じ、流入汚水中の溶解性BODの濃度が低下する。硫化物の生成速度は、硫酸塩が充分に存在する場合、有機物濃度に比例すると考えられているため、溶解性BODの濃度が低下することにより、硫化水素の発生が抑制される。
本実施形態では、以上の作用によって、主として硫化水素の発生を低減し、付随的にアンモニア、メチルフルカプタン、硫化メチル、2硫化メチル等を除去することができるため、廃水処理施設における悪臭と腐食を低減することができる。廃水処理施設における臭気の発生箇所は、主として、汚水流入管路L0および最初沈殿池50等の流入施設と、活性汚泥処理槽12等の汚泥処理に関連した施設である。活性汚泥処理槽12等の汚泥処理に関連した施設においては、本来、上述した生物学的な脱臭反応が生じている。本実施形態では、活性汚泥の生物学的な脱臭作用を利用することにより、汚泥処理に関連した施設のみでなく、流入施設においても悪臭や腐食の原因となる硫化水素等の発生を抑制し、結果として廃水処理施設全体としての悪臭および腐食を防止する効果をもたらすものである。
下水道設計指針によると管内での汚泥堆積を防止するため、流速を最小0.3m/sから最大3.0m/sにするように指示されているが、現実には時間帯や天候により流速を保てないことが多い。しかし、本実施形態では、汚泥を再送して汚水流入管路L0における被処理水の流速を1.0m/s以上とするため、汚水流入管路L0での被処理水の滞留を一層防ぐことができる。また汚水流入管路L0内で乱流が生じる結果、再曝気が生じ、再曝気によって生じる酸素によって、硫酸塩還元細菌の活動を抑止し、硫化水素の発生を防ぐことができる。また再曝気によって生じる酸素によって処理水中に存在する硫化水素の酸化を促進することができるため、処理水中で硫化水素が、汚水流入管路L0に影響を与えない程度の低濃度の硫酸となって気相に放散しないようにすることができる。一方、この構成によれば、流速が3.0m/s以下であるため、活性汚泥による有機物の初期吸着を一層促すことができ、被処理水中の溶解性BODの濃度がより低下することから、硫化水素の発生を一層抑止することができる。
汚泥投入地点30が施設の敷地100外から比較的に遠距離である場合には、汚泥投入地点30において、第1汚泥返送ラインL6は、汚水流入管路L0により移送される被処理水の水面上に汚泥を空中から投入する、いわゆる滝落とし式により汚泥を返送することが好適である。この方式では、汚泥を被処理水の水面上に空中から投入するため、被処理水中に酸素をより溶存させることができ、被処理水中の汚泥を再曝気することができるため、結果として汚泥を一層活性化することができる。活性汚泥による有機物の初期吸着が一層生じ、被処理水中の溶解性BODの濃度がより低下することから、硫化水素の発生を一層抑止することができる。
一方、汚泥投入地点30が施設の敷地100外から比較的に近距離である場合には、汚泥投入地点30において、第1汚泥ラインL6は、汚水流入管路L0により移送される被処理水の水面下に汚泥を流入させる、つまり第1汚泥返送ラインL6の配管を汚水流入管路L0の被処理水に浸漬することにより汚泥を返送することが好適である。水中に溶解している硫化水素は空気と接触すると放散し易いが、この方式によれば、被処理水の中に溶解している硫化水素が、空気と接触しにくくすることができ、硫化水素の放散を防止することができる。なお、被処理水の水面下に汚泥を流入させる場合、第1汚泥返送ラインL6の配管は、図1に示すような汚水流入管路L0とは別個の配管として設置されていても良いし、第1汚泥返送ラインL6の配管が汚水流入管路L0の管内に二重に設けられている二重管方式でも良い。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。図2は、本発明の第2実施形態に係る廃水処理装置の構成を示す図である。図2に示すように、本実施形態においては、廃水処理装置10は、最終沈澱池24からの汚泥を移送する分離固形分移送ラインL4に第1汚泥返送ラインL6が接続され、最終沈澱池24により固液分離された汚泥の一部を汚水流入管路L0に戻すべく返送する点が、上記第1実施形態と異なっている。
本実施形態によれば、最終沈澱池24により固液分離された濃縮度の高い汚泥を汚水流入管路L0に返送することができる。このため、高濃度の活性汚泥による有機物の初期吸着が一層生じ、被処理水中の溶解性BODの濃度がより低下することから、硫化水素の発生を一層抑止することができる。その結果として、一層悪臭および腐食を防止する効果を奏するものとできる。
尚、本発明の廃水処理装置および廃水処理方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
以下、本発明の実施例について説明する。実施例として図1に示す廃水処理装置10を運転して廃水処理を行い、汚水流入管路L0を流れる被処理水中における硫化水素、アンモニア、メチルフルカプタン、硫化メチルおよび2硫化メチルの含有量を測定した。また、比較例として図1に示す廃水処理装置10から第1汚泥返送ラインL6を取り除いた装置を同様の条件で運転して廃水処理を行い、汚水流入管路L0を流れる被処理水中における硫化水素等の含有量を測定した。測定後、各成分について、除去率(%)=[(比較例−実施例)/比較例]×100を算出した。
測定結果を図3に示す。図3より、実施例の廃水処理装置10は、比較例に比べて悪臭および腐食の原因となる硫化水素等が大幅に除去されていることが判る。
本発明の第1実施形態に係る廃水処理装置の構成を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る廃水処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施例と比較例に係る下水の臭気の変化を示す図表である。
符号の説明
10…廃水処理装置、12…活性汚泥処理槽、14…送風機、16…流量計、18…攪拌機、20…DO計、22…ORP計、24…最終沈澱池(固液分離槽)、26…スクレーパ、28…第2汚泥返送ポンプ、30…汚泥投入地点、32…第1汚泥返送ポンプ、34…流量計、48…余剰汚泥排出ポンプ、50…最初沈殿池、52…スクレーパ、100…施設の敷地、L0…汚水流入管路(汚水流入ライン)、L1…被処理水供給ライン、L2…処理物移送ライン、L3…処理水排出ライン、L4…分離固形分移送ライン、L5…第2汚泥返送ライン、L6…第1汚泥返送ライン(汚泥返送ライン)、L7…流量検出ライン、L8…余剰汚泥排出ライン、L9…固形物排出ライン。

Claims (8)

  1. 被処理水を移送する汚水流入ラインと、
    前記汚水流入ラインにより移送された被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽と、
    前記活性汚泥処理槽の処理物中に含まれていた汚泥を前記汚水流入ラインに戻すべく返送する汚泥返送ラインと、
    を備えた廃水処理装置。
  2. 前記活性汚泥処理槽の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離槽をさらに備え、
    前記汚泥返送ラインは、前記活性汚泥処理槽から前記固液分離槽に移送される処理物に含まれる汚泥の一部を前記汚水流入ラインに戻すべく返送する、
    請求項1に記載の廃水処理装置。
  3. 前記活性汚泥処理槽の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離槽をさらに備え、
    前記汚泥返送ラインは、前記固液分離槽により固液分離された汚泥を前記汚水流入ラインに戻すべく返送する、
    請求項1に記載の廃水処理装置。
  4. 前記汚泥返送ラインは、前記活性汚泥処理槽の処理物中に含まれていた汚泥を、前記汚水流入ラインにより移送される被処理水の水面上に空中から投入することによって返送する、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の廃水処理装置。
  5. 前記汚泥返送ラインは、前記活性汚泥処理槽の処理物中に含まれていた汚泥を、前記汚水流入ラインにより移送される被処理水の水面下に流入させることによって返送する、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の廃水処理装置。
  6. 前記汚泥返送ラインは、前記汚水流入ラインにおける前記活性汚泥処理槽を含む施設の敷地外から2km以内の地点において、前記活性汚泥処理槽の処理物中に含まれた汚泥を前記汚水流入ラインに返送する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の廃水処理装置。
  7. 前記汚水流入ラインにより移送される被処理水は、その流速が1.0〜3.0m/secとされている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の廃水処理装置。
  8. 被処理水を移送する汚水流入工程と、
    前記汚水流入工程により移送された被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、
    前記活性汚泥処理工程の処理物中に含まれていた汚泥を前記汚水流入工程に戻すべく返送する汚泥返送工程と、
    を含む廃水処理方法。
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