JP5118722B2 - 廃水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、好気性微生物の増殖と代謝活性とを利用して廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理システムに関する。

廃水が順次流入する調整槽、反応槽、分離槽と、分離槽から抽水された廃水の一部が流入するとともに廃水を腐植物質に接触させる培養槽と、腐植物質を含む混合水を培養槽に供給する腐植物質供給槽とから構成され、土壌細菌を利用して廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理システムがある（特許文献１参照）。

調整槽に供給された廃水は、調整槽から反応槽に流入し、さらに反応槽から分離槽に流入する。分離槽では、浄化された処理水を外部に排出する他、処理水を調整槽や反応槽に環流させる。処理水の一部は、分離槽から培養槽に流入する。培養槽には、腐植物質供給槽が配水管を介して連結され、腐植物質供給槽から腐植物質を含む混合水が供給されている。培養槽では、処理水と混合水とが腐植物質とともに混合攪拌され、処理水に含まれる土壌細菌が増殖する。培養槽で混合攪拌された処理水と混合水とは、調整槽と反応槽とに環流する。

特開２００２−２３３８８８号公報

特許文献１に開示のシステムは、土壌細菌の種類、土壌細菌の有機物に対する分解能力や分解時間、土壌細菌の廃水中における増殖時間、土壌細菌の増殖に適する廃水温度等の条件によってそれら槽における土壌細菌の量的増加が異なるので、処理水に含まれる土壌細菌の量が安定せず、調整槽と反応槽とに環流させる処理水や混合水に常時一定量の土壌細菌を存在させることが難しい。このシステムでは、処理水や混合水に含まれる土壌細菌の量が少ないと、処理水や混合水を調整槽と反応槽とに環流させたとしても、調整槽や反応槽、分離槽における有機物の分解に時間がかかり、短時間に廃水を処理することができない。

また、このシステムは、廃水に放射性物質が含まれていたとしても、廃水中の放射性物質を除去することができないので、原子力関連施設で排出される微量の放射性物質を含有した廃水（放射性物質に高度に汚染された水は除く）の処理には適さない。なお、ウラン鉱石を精錬、濃縮して核燃料に加工する転換工場や濃縮工場、原子力発電所、使用済み核燃料をプルトニウムに転換する再処理工場等の原子力関連施設で排出される廃水は、微量の放射性物質を含有する特殊廃水であり、廃水に水を混入して希釈化したり、または、廃水を貯水槽に長期間貯留して放射能の減少を確認した後に処理しなければならず、廃水の処理に時間と手間とを要する。

本発明の目的は、廃水を短時間に処理することができる廃水処理システムを提供することにある。本発明の他の目的は、廃水に含まれる放射性物質を除去することができ、原子力関連施設において使用するのに好適な廃水処理システムを提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、表面に好気性微生物を付着させる濾材を収容した通気通水性の第１容器と、原子力発電所で排出される所定量の廃水を貯水可能かつ第１容器を収容可能な第１曝気槽と、第１曝気槽内の廃水に空気を供給する第１散気器とを有する生物処理装置を使用した生物処理工程を含み、生物処理工程における好気性微生物の増殖と代謝活性とを利用して廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理システムである。

前記前提における本発明の特徴は、第１容器が、底壁と、底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、底壁と周壁とが、それら壁を貫通する多数の貫通孔が形成されたメッシュ状を呈するとともに、底壁が、頂部開口へ向かって凹む上げ底半球状を呈し、第１曝気槽が、底壁と、底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、生物処理装置では、第１曝気槽に第１容器を収容すると、第１容器が第１曝気槽の略中央に位置し、第１容器の上げ底半球状の底壁が第１曝気槽の底壁から上方へ所定寸法離間するとともに、第１容器の頂部開口が第１曝気槽の頂部開口の下方に位置し、第１散気器が第１容器の上げ底半球状の底壁と第１曝気槽の底壁との間に配置され、生物処理工程では、濾材が１．３〜２．０ｍｍの平均粒径を有して有機物を吸着する多数の粒状活性炭から形成され、１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個の微生物を含む種菌溶液と微生物の増殖を促進させる栄養源とが廃水とともに第１曝気槽に投入され、微生物が時間の経過にともなって活性炭の表面に生物膜を形成しつつ有機物を分解することにある。

本発明は、以下の実施態様を有する。
（１）本発明の実施態様の一例は、廃水処理システムが微生物を培養して種菌溶液を生産する微生物培養工程を含み、微生物培養工程では、表面に好気性微生物を付着させる濾材を収容した通気通水性の第２容器と、所定量の廃水を貯水可能かつ第２容器を収容可能な第２曝気槽と、第２曝気槽内の廃水に空気を供給する第２散気器とを有する微生物培養装置が使用され、第２容器が、底壁と、底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、底壁と周壁とが、それら壁を貫通する多数の貫通孔が形成されたメッシュ状を呈するとともに、底壁が、頂部開口へ向かって凹む上げ底半球状を呈し、第２曝気槽が、底壁と、底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、微生物培養装置では、第２曝気槽に第２容器を収容すると、第２容器が第２曝気槽の略中央に位置し、第２容器の上げ底半球状の底壁が第２曝気槽の底壁から上方へ所定寸法離間するとともに、第２容器の頂部開口が第２曝気槽の頂部開口の下方に位置し、第２散気器が第２容器の上げ底半球状の底壁と第２曝気槽の底壁との間に配置され、微生物培養工程では、微生物の種菌と微生物の増殖を促進させる栄養源とが廃水とともに第２曝気槽に投入され、微生物が時間の経過にともなって第２曝気槽内の廃水１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個に増殖する。
（２）本発明の実施態様の他の一例は、廃水処理システムが微生物培養工程の下流に配置されて微生物培養工程を介して浄化された処理水を濾過する膜処理工程を含み、膜処理工程では、処理水の流入口と、処理水に含まれる微細な不純物、低分子、イオン、放射性物質を除去する膜と、処理水を濾過した濾過水を排出する排出口と、濾過水を除く残余の濃縮水を微生物培養工程に環流させる環流口とを有する膜装置が使用され、膜処理工程では、処理水に含まれる微量の放射性物質が除去され、微生物培養工程では、濃縮水に含まれる有機物が廃水とともに分解される。
（３）本発明の実施態様の他の一例は、廃水処理システムが微生物培養工程の上流に配置されて廃水に含まれる粗大なフロックを除去する前処理工程を含み、前処理工程では、廃水を貯水する廃水受けタンクと、タンク内に設置された濾過器とを有する濾過装置が使用されている。
（４）本発明の実施態様の他の一例は、廃水処理システムが膜処理工程の下流に配置されて濾過水のＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量を検査する検査工程を含み、検査工程では、濾過水のＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量が所定の値以下を示した場合、その濾過水が放水され、濾過水のＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量が所定の値以上を示した場合、その濾過水が生物処理工程に戻されて生物処理工程で再処理される。
（５）本発明の実施態様の他の一例は、第１および第２容器の容積に対する活性炭の充填密度が４００〜４５０ｇ／リットルの範囲にある。
（６）本発明の実施態様の他の一例は、第１および第２散気器の空気供給量が廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にある。
（７）本発明の実施態様の他の一例は、第１および第２曝気槽がそれら槽内の廃水を加熱するヒータを備え、それら槽内の廃水温度がヒータによって２０〜３７℃に保持される。
（８）本発明の実施態様の他の一例は、第１および第２曝気槽がそれら槽内の廃水を循環させるポンプを備え、それら槽内における廃水の流速が１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にある。
（９）本発明の実施態様の他の一例は、第１曝気槽に投入される種菌溶液の割合が第１曝気槽内の廃水の単位体積に対して０．０５％以上である。
（１０）本発明の実施態様の他の一例は、第１曝気槽の廃水貯水量が２００〜１０００リットルの範囲にある。
（１１）本発明の実施態様の他の一例は、廃水が原子力発電所内で排出される機材の洗浄廃水、洗濯廃水、厨房廃水、浴室廃水である。

本発明に係る廃水処理システムによれば、１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個の好気性微生物を含む種菌溶液と微生物の増殖を促進させる栄養源とが廃水とともに第１曝気槽に投入されるから、第１曝気槽内における廃水中の微生物の量が安定し、常時一定量の微生物を第１曝気槽において増殖、活性化させることができ、微生物を利用して短時間に廃水に含まれる有機物を分解することができる。廃水処理システムは、有機物が濾材を形成する粒状活性炭に吸着され、微生物が活性炭の表面に生物膜を作るので、廃水中の有機物と微生物とが活性炭に集中し、活性炭と微生物とによる生物再生を利用しつつ、活性炭の有機物吸着作用と有機物に対する微生物の生分解との相乗効果によって短時間に効率よく有機物を分解することができる。

廃水処理システムでは、好気性微生物を培養して種菌溶液を生産する培養装置を有し、培養装置において微生物を第２曝気槽内の廃水１ミリリットル当たり１０ ^７ 〜１０ ^１０ 個に増殖させ、一定量の微生物を含む種菌溶液を安定して生産することができるとともに、一定量の微生物を第１曝気槽内の廃水に混入することができるから、微生物の量的不安定によるシステムの廃水処理能力の低下を防ぐことができる。廃水処理システムでは、培養装置を利用して、微生物の有機物に対する分解能力や分解時間、微生物の増殖時間、微生物の増殖に適する廃水温度等を試験することができ、廃水の種類による微生物の選別や微生物の最適な増殖条件を決定してそれを第１曝気槽の運転条件に適用することができる。廃水処理システムは、選別した微生物を第１曝気槽に投入することができ、第１曝気槽を微生物の増殖に最適な条件で運転することができるので、第１曝気槽における廃水処理能力を常時一定に保持することができる。

廃水処理システムは、第１曝気槽を介して浄化された処理水を濾過する膜装置を有するから、膜装置を介して処理水に含まれる微細な不純物を除去することができる。廃水処理システムは、膜装置を介して分離された濃縮水を第１曝気槽に戻し、濃縮水に含まれる有機物が廃水とともに第１曝気槽において分解されるので、濃縮水に含まれる微量の有機物をさらに減少させることができる。

廃水処理システムは、容器の容積に対する活性炭の充填密度が４００〜４５０ｇ／リットルの範囲にあるから、第１容器内において活性炭が稠密に重なり合うことがなく、容器内の活性炭すべてに空気中の酸素が十分に供給され、活性炭表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができ、微生物が活性炭の表面に短時間に生物膜を形成する。

廃水処理システムは、第１および第２散気器の空気供給量が廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にあるから、第１および第２容器内の活性炭すべてに空気中の酸素を十分に供給することができ、活性炭表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができるので、微生物が活性炭の表面に短時間に生物膜を形成する。廃水処理システムは、廃水中における空気の浮上によって容器内の廃水に旋回流が生じたとしても、活性炭どうしが第１および第２容器内で激しく衝突することがないので、活性炭が損壊することはなく、活性炭の表面に形成された生物膜が剥離することがない。

廃水処理システムは、第１および第２曝気槽がそれら槽内の廃水温度を２０〜３７℃に保持するヒータを備えており、それら曝気槽における微生物の増殖に最適な温度環境を作ることができるから、第１および第２曝気槽内における微生物の増殖と活性化とを確実に促進することができ、微生物を利用して一層短時間に廃水を処理することができる。

廃水処理システムは、第１および第２曝気槽がそれら槽内の廃水を循環させるポンプを備え、それら槽内における廃水の流速が１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にあるから、第１および第２曝気槽内における廃水の停滞を防ぐことができ、第１および第２曝気槽に貯水された廃水すべてを活性炭に確実に接触させ、活性炭に有機物を効率よく吸着させることができる。廃水処理システムは、廃水の流速が１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にあるので、活性炭どうしが第１および第２容器内で衝突したとしても、その衝撃が小さく、活性炭が損壊することはなく、活性炭の表面に形成された生物膜が剥離することはない。

廃水処理システムは、第１曝気槽に投入される種菌溶液の割合が該第１曝気槽内の廃水の単位体積に対して０．０５％以上であるから、第１曝気槽内における廃水中の微生物の量が安定し、常時一定量の微生物を第１曝気槽において確実に増殖、活性化させることができる。

廃水処理システムは、第１曝気槽の廃水貯水量が２００〜１０００リットルの範囲にあるから、システム自体の小型化を図ることができ、システムを限られた施設内に容易に設置することができる。廃水処理システムは、第１曝気槽の廃水貯水量が大容量の場合と異なり、廃水処理の必要性に応じてシステムの運転と停止とを自由に行うことができ、施設の廃水排出量に適応しつつ廃水を短時間に処理することができる。

廃水処理システムは、それが原子力発電所に設置され、膜装置が廃水に含まれる放射性物質を濾過するから、原子力発電所から排出される廃水に含まれる放射性物質を早期に除去しつつ、廃水を短時間に処理して外部に排出することができる。廃水処理システムは、廃水に水を混入して希釈化することや廃水を貯水槽に長期間貯留して放射能の減少を確認する手間を省くことができ、システムを利用して廃水を直ちに処理することができるから、原子力発電所での廃水の処理にかかる時間と費用とを節約することができる。

廃水処理システムの工程ブロック図。 一例として示すシステムの構成図。 曝気槽の斜視図。 曝気槽と容器とを分離して示すそれらの斜視図。 培養装置の斜視図。 曝気槽と容器とを分離して示す培養装置の斜視図。 微生物による有機物の処理を示す概念図。 生物再生の原理を示す模式図。

添付の図面を参照し、本発明に係る廃水処理システムの詳細を説明すると、以下のとおりである。

図１，２は、廃水処理システムの工程ブロック図と、一例として示すシステムの構成図とである。図２では、システムにおける廃水や処理水、濾過水、濃縮水の流れを矢印で示す。図３，４は、第１曝気槽５の斜視図と、第１容器４（容器）と曝気槽５とを分離して示すそれらの斜視図とであり、図５，６は、一例として示す培養装置２５の斜視図と、第２容器２６と第２曝気槽２７とを分離して示す培養装置２５の斜視図とである。図３，５では、曝気槽５，２７内に貯水された廃水の流れを矢印で示す。なお、この実施の形態では、システムが原子力関連施設のうちの原子力発電所に設置された場合を例として説明する。このシステムを利用可能な原子力関連施設には、原子力発電所の他に、転換工場や濃縮工場、再処理工場、原子力研究所がある。ただし、このシステムは、それを利用可能な施設を原子力関連施設に限定するものではない。

このシステムは、好気性微生物の増殖と代謝活性とを利用して原子力発電所で排出される廃水中の有機物を分解するとともに、廃水に含まれる放射性物質を除去する。有機物の分解と放射性物質の除去とが行われた処理水は、海洋や河川に放水される。このシステムは、前処理工程１００、生物処理工程１０１、微生物培養工程１０２、濾過処理工程１０３、膜処理工程１０４、検査工程１０５とから構成されている。原子力発電所における処理対象の廃水は、原子力発電所内で排出される機材の洗浄廃水や作業衣類等の洗濯廃水、厨房廃水、浴室廃水等の雑廃水（放射性物質に高度に汚染された水は除く）であり、それら廃水には微量の放射性物質が含まれている。雑廃水に含まれる有機物には、生分解性有機物と難分解性有機物とがある。このシステムを使用しない原子力発電所では、通常、雑廃水に水を混入して希釈化したり、廃水を貯水槽に長期間貯留して放射能が規定値以下に減少したことを確認した後に処理しなければならない。

前処理工程１００では、廃水に含まれる懸濁浮遊物質や油脂等の粗大なフロックが除去される。前処理工程１００は、廃水受けタンク１と、タンク１内に設置された濾過器２とから形成された濾過装置が使用されている。廃水は、廃水管３から濾過器２に通水され、濾過器２によって粗大なフロックが除去された後、タンク１内に貯水される。タンク１内の廃水は、必要に応じてＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）やＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量が検査される。濾過器２内には、順に並ぶ金網、フィルタメッシュ０．１〜０．２ｍｍのバグフィルタが設置されている（図示せず）。金網やバグフィルタは、汚れに応じて洗浄または交換される。廃水は、処理の必要性に応じてタンク１から生物処理工程１０１に送水される。

生物処理工程１０１では、好気性微生物の増殖と代謝活性とを利用して廃水に含まれる有機物が分解される。生物処理工程１０１は、図３に示すように、濾材を収容する通気通水性の第１容器４（容器）と、容器４を収容する第１曝気槽５と、曝気槽５内に配置された第１散気器６およびヒータ７と、廃水を曝気槽５内において循環させるポンプ８とから形成された生物処理装置が使用されている。曝気槽５は、配水管９を介して廃水受けタンク１に連結されている。配水管９には、廃水を曝気槽５に流したり廃水の流れを止めるバルブ１０が取り付けられている。タンク１から流入した廃水は、曝気槽５内に貯水され、それに含まれる有機物が微生物によって分解された後、処理水として濾過処理工程１０３に送水される。

濾材には、廃水中の有機物を吸着する粒状活性炭１１が使用されている。活性炭１１は、容器４内に収容されている。容器４は、底壁１２と、底壁１２の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁１３と、周壁１３の頂縁に囲繞された頂部開口１４とを有する。容器４では、底壁１２が開口１４へ向かって凹む上げ底半球状を呈する。底壁１２と周壁１３とは、それら壁１２，１３を貫通する多数の貫通孔１５が形成されたメッシュ状を呈する。貫通孔１５は、活性炭１１が壁１２，１３を通過して容器４の外側に漏れ出すことがないように、活性炭１１の最小粒径よりも小さな開口径を有する。容器４では、廃水や空気がそれら壁１２，１３の貫通孔１５を通過することはできるが、活性炭１１がそれら壁１２，１３の貫通孔１５を通過することはできない。

曝気槽５は、底壁１６と、底壁１６の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁１７と、周壁１７の頂縁に囲繞された頂部開口１８とを有する。曝気槽５は、容器４全体を収容可能である。曝気槽５の周壁１７には、廃水および後記する濃縮水の流入口１９，２０と、処理水を排出する排出口２１とが形成されている。曝気槽５に容器４を収容すると、容器４が曝気槽５の略中央に位置するとともに、容器４の上げ底半球状の底壁１２が曝気槽５の底壁１６から上方へ所定寸法離間し、容器４の開口１４が曝気槽５の開口１８の下方に位置する。周壁１３と周壁１７との間には、スペース２２が形成されている。曝気槽５に廃水が流入すると、容器４全体が廃水に漬かる。散気器６は、容器４の上げ底半球状の底壁１２と曝気槽５の底壁１６との間に配置されている。散気器６には、送風機（図示せず）が連結されている。ヒータ７は、曝気槽５の底壁１６に配置されている。ポンプ８から延びる給水管２３は、曝気槽５の底壁１６と周壁１７とに連結されている。

生物処理工程１０１では、１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個の微生物を含む種菌溶液と微生物の増殖を促進させる栄養源とが曝気槽５に投入される。生物処理工程１０１では、散気器６から曝気槽５内の廃水に空気２４が供給され、曝気槽５内の廃水がヒータ７によって所定温度に加熱されるとともに、ポンプ８によって曝気槽５内の廃水が循環する。空気２４は、散気器６から気泡となって廃水内に放出され、容器４の底壁１２から開口１４へ向かって廃水中を浮上する。曝気槽５内の廃水は、散気器６から放出される空気２４とポンプ８による廃水の吸入、排出とによって、容器４の底壁１２から開口１４へ向かって流動するとともに、開口１４から周壁１３と周壁１７との間のスペース２２を通って曝気槽５の底壁１６へ向かって流動する。容器４内では、廃水の流動と廃水中における空気２４の浮上とによって活性炭１１が静かに浮上と沈降とを繰り返す。

廃水に含まれる有機物は、曝気槽５内を循環する間に活性炭１１に吸着される。微生物は、廃水中の有機物と栄養源とを捕捉しながら廃水中で次第に増殖、活性化し、時間の経過にともなって活性炭１１の表面に生物膜を形成する。活性炭１１に吸着された有機物は、生物膜中の微生物によって分解される。廃水は、それに含まれる有機物が微生物に分解された後、処理水となって濾過処理工程１０３に送水される。活性炭１１は、それの有機物吸着能力が飽和したときに交換または再生処理が行われる。

微生物培養工程１０２では、微生物を培養する培養装置２５を介して曝気槽５に投入する種菌溶液が生産される。培養装置２５は、図５に示すように、濾材を収容する通気通水性の第２容器２６と、容器２６を収容する第２曝気槽２７と、曝気槽２７内に配置された第２散気器２８およびヒータ２９と、廃水を曝気槽２７内において循環させるポンプ３０とから形成されている。曝気槽２７は、配水管３１を介して廃水受けタンク１に連結されている。配水管３１には、バルブ３２が取り付けられている。タンク１から流入した廃水は、曝気槽２７内に貯水される。廃水には、曝気槽５で処理される廃水と同一のそれが使用される。培養装置２５では、微生物が所定量に増殖する。培養工程１０２では、培養装置２５を利用して、微生物の有機物に対する分解能力や分解時間、微生物の増殖時間、微生物の増殖に適する廃水温度等を試験する。さらに、所定時間経過後の廃水のＢＯＤやＣＯＤ、ＳＳを検査する。

濾材には、有機物を吸着する粒状活性炭１１が使用されている。活性炭１１は、容器２６内に収容されている。容器２６は、底壁３３と、底壁３３の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁３４と、周壁３４の頂縁に囲繞された頂部開口３５とを有する。容器２６では、底壁３３が開口３５へ向かって凹む上げ底半球状を呈する。底壁３３と周壁３４とは、それら壁３３，３４を貫通する多数の貫通孔３６が形成されたメッシュ状を呈する。貫通孔３６は、活性炭１１が壁３３，３４を通過して容器２６の外側に漏れ出すことがないように、活性炭１１の最小粒径よりも小さな開口径を有する。容器２６では、廃水や空気がそれら壁３３，３４の貫通孔３６を通過することはできるが、活性炭１１がそれら壁３３，３４の貫通孔３６を通過することはできない。

曝気槽２７は、底壁３７と、底壁３７の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁３８と、周壁３８の頂縁に囲繞された頂部開口３９とを有する。曝気槽２７は、容器２６全体を収容可能である。曝気槽２７の周壁３８には、廃水の流入口４０が形成されている。曝気槽２７に容器２６を収容すると、容器２６が曝気槽２７の略中央に位置するとともに、容器２６の上げ底半球状の底壁３３が曝気槽２７の底壁３７から上方へ所定寸法離間し、容器２６の開口３５が曝気槽２７の開口３９の下方に位置する。周壁３４と周壁３８との間には、スペース４１が形成されている。曝気槽２７に廃水が流入すると、容器２６全体が廃水に漬かる。散気器２８は、容器２６の上げ底半球状の底壁３３と曝気槽２７の底壁３７との間に配置されている。散気器２８には、送風機（図示せず）が連結されている。ヒータ２９は、曝気槽２７の底壁３７に配置されている。ポンプ３０から延びる給水管４２は、曝気槽２７の底壁３７と周壁３８とに連結されている。

培養工程１０２では、微生物の種菌と微生物の増殖を促進させる栄養源とが曝気槽２７に投入される。培養工程１０２では、散気器２８から曝気槽２７内の廃水に気泡状の空気２４が供給され、曝気槽２７内の廃水がヒータ２９によって所定温度に加熱されるとともに、ポンプ３０によって曝気槽２７内の廃水が循環する。曝気槽２７内の廃水は、散気器２８から放出される空気２４とポンプ３０による廃水の吸入、排出とによって、容器２６の底壁３３から開口３５へ向かって流動するとともに、開口３５から周壁３４と周壁３８との間のスペース４１を通って曝気槽２７の底壁３７へ向かって流動する。容器２６内では、廃水の流動と廃水中における空気２４の浮上とによって活性炭１１が静かに浮上と沈降とを繰り返す。

廃水に含まれる有機物は、曝気槽２７内を循環する間に活性炭１１に吸着される。種菌から成長した微生物は、廃水中の有機物と栄養源とを捕捉しながら廃水中で次第に増殖、活性化し、時間の経過にともなって活性炭１１の表面に生物膜を形成する。活性炭１１に吸着された有機物は、生物膜中の微生物によって分解される。培養工程１０２では、微生物が曝気槽２７内の廃水１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個に増殖し、一定量の微生物を含む種菌溶液が生産される。培養工程１０２で生産された種菌溶液は、曝気槽５に投入され、廃水中の有機物の分解に利用される。

なお、培養装置２５は、第２容器２６およびポンプ３０と容器２６に収容される活性炭１１とを除く、第２曝気槽２７と第２散気器２８とから形成されていてもよい。この場合は、微生物の種菌と微生物の増殖を促進させる栄養源とを曝気槽２７に投入し、散気器２８から曝気槽２７内の廃水に気泡状の空気２４を供給して微生物を培養する。また、培養工程１０２では、廃水ではなく脱塩水を使用することもできる。

容器４，２６や曝気槽５，２７は、合成樹脂や金属から作られている。散気器６，２８には、散気板や円形式散気板、多孔性散気筒、ディスクディフューザを使用することができる。微生物には、チューリージェンシス・サブチルスやプルミス等のバチルス・ズブチルス（バチルス菌）が使用される。栄養源には、ブドウ糖、アミノ酸、核酸、窒素、カリ、ビタミン、キトサン、ミネラル等が使用される。ミネラルには、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、ケイ素、リン、ホウ素、硫黄、マンガン、鉄、亜鉛、ゲルマニウム等が使用される。曝気槽５に投入される栄養源の種類と量とは、培養装置２５における試験の結果にしたがって適宜決定される。

活性炭１１は、その平均粒径が１．３〜２．０ｍｍの範囲にある。活性炭１１の平均粒径が１．３ｍｍ未満では、活性炭１１の比重にもよるが、廃水の流動によって活性炭１１が容器４，２６の開口１４，３５へ向かって容易に上昇し、活性炭１１が容器４，２６の開口１４，３５から曝気槽５，２７へ漏れ出してしまう場合がある。活性炭１１の平均粒径が２．０ｍｍを超過すると、活性炭１１が容器４，２６内で静止してそれら活性炭１１どうしが当接し、微生物が活性炭１１の表面に生物膜を形成したときに、活性炭１１どうしが生物膜で連結されてその自由度が一層失われる結果、活性炭１１の有機物吸着能力が低下し、曝気槽５，２７における廃水処理機能が低下する。

活性炭１１の容器４，２６に対する充填密度は、４００〜４５０ｇ／リットルの範囲にある。活性炭１１の充填密度が４００ｇ／リットル未満では、活性炭１１の量が少なく、廃水内の有機物の大部分を活性炭１１に吸着させることができず、有機物が廃水内に高い濃度で残存し、活性炭１１と微生物との生物再生による有機物の分解が不十分となる。活性炭１１の充填密度が４５０ｇ／リットルを超過すると、活性炭１１が容器４，２６の底壁１２，３３に沈殿して容器４，２６内で稠密に重なり合うので、容器４，２６内の活性炭１１すべてに空気中の酸素を十分に供給することができず、活性炭１１表面における微生物の増殖と活性化とが不十分となる。活性炭１１を前記充填密度で容器４，２６に収容した曝気槽５，２７では、容器４，２６内の活性炭１１すべてに酸素が十分に供給され、活性炭１１表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができ、微生物が活性炭１１の表面に短時間に生物膜を形成する。

散気器６，２８の空気供給量は、廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にある。空気供給量が廃水１リットル当たり０．０５リットル／ｍｉｎ未満では、廃水中の微生物に十分な酸素が供給されず、微生物の増殖と活性化とが不十分となり、有機物の分解に長時間を要する。空気供給量が廃水１リットル当たり０．１リットル／ｍｉｎを超過すると、廃水中における空気２４の浮上によって容器４，２６内の廃水に必要以上の旋回流が生じ、容器４，２６の底壁１２，３３に位置する活性炭１１どうしが激しく衝突し、活性炭１１が損壊したり、活性炭１１の表面に形成された生物膜が剥離してしまう場合がある。空気供給量が前記範囲にある曝気槽５，２７では、容器４，２６内の活性炭１１すべてに酸素を十分に供給することができ、活性炭１１表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができるので、微生物が活性炭１１の表面に短時間に生物膜を形成する。さらに、活性炭１１どうしが容器４，２６内で激しく衝突することがないので、活性炭１１が損壊することはなく、活性炭１１の表面に形成された生物膜が剥離することがない。

曝気槽５，２７内の廃水温度は、ヒータ７，２９によって２０〜３７℃に保持されている。廃水温度が２０℃未満または廃水温度が３７℃を超過すると、微生物の増殖と活性化とが不十分となり、有機物の分解に長時間を要する。廃水温度が前記範囲に保持された曝気槽５，２７では、最適な温度環境下に微生物の増殖と活性化とが促進され、微生物を利用して短時間に廃水を処理することができる。

曝気槽５，２７内における廃水の流速は、１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にある。廃水の流速が１．２ｃｍ／ｓｅｃ未満では、曝気槽５，２７内において廃水が停滞し、曝気槽５，２７に貯水された廃水を活性炭１１に十分に接触させることができず、廃水に含まれる有機物を活性炭１１に効率よく吸着させることができない。廃水の流速が３．２ｃｍ／ｓｅｃを超過すると、容器４，２６内に生じる旋回流によって活性炭１１どうしが激しく衝突し、活性炭１１が損壊したり、活性炭１１の表面に形成された生物膜が剥離してしまう。廃水の流速が前記範囲にある曝気槽５，２７では、曝気槽５，２７内における廃水の停滞を防ぐことができ、曝気槽５，２７に貯水された廃水すべてを活性炭１１に確実に接触させ、活性炭１１に有機物を効率よく吸着させることができる。さらに、活性炭１１どうしが容器４，２６内で衝突したとしても、その衝撃が小さく、活性炭１１が損壊することはなく、活性炭１１の表面に形成された生物膜が剥離することはない。

曝気槽５に投入される種菌溶液の割合は、曝気槽５内に流入する廃水の単位体積に対して０．０５％以上である。種菌溶液の割合が０．０５％未満では、廃水の単位体積に対する微生物の量が少なく、微生物を短時間に増殖させることができず、廃水中の有機物の分解に長時間を要する。種菌溶液が前記割合で投入された曝気槽５では、曝気槽５内における廃水中の微生物の量が安定し、常時一定量の微生物を曝気槽５において確実に増殖、活性化させることができる。

曝気槽５の廃水貯水量は、２００〜１０００リットルの範囲にある。廃水貯水量が１０００リットルを超過すると、システム自体が大型化し、システムを原子力発電所内の限られた場所に設置することができないのみならず、原子力発電所の廃水処理の必要性に応じてシステムの運転と停止とを自由に行うことができず、原子力発電所の廃水排出量に適応しつつ廃水を短時間に処理することができない。

濾過処理工程１０３では、処理水に含まれる微細なクロックが除去される。濾過処理工程１０３は、処理水が順次流入する３つの濾過器４３，４４，４５から形成されている。濾過器４３は、配水管４６を介して曝気槽５に連結されている。配水管４６には、バルブ４７と処理水をそれら濾過器４３に強制的に送水する給水ポンプ４８とが取り付けられている。

濾過処理工程１０３では、濾過器４３から濾過器４５に向かうにつれて処理水中の微細なクロックを次第に除去する。それら濾過器４３，４４，４５内には、中空紙膜フィルタや多孔質平膜フィルタが設置されている（図示せず）。濾過器４３には、フィルタメッシュ１５〜３０ミクロンのフィルタが使用され、濾過器４４には、フィルタメッシュ５〜１０ミクロンのフィルタが使用されている。濾過器４５には、フィルタメッシュ１〜３ミクロンのフィルタが使用されている。それら濾過器４３，４４，４５を透過した処理水は、膜処理工程１０４に送水される。フィルタは、汚れに応じて交換される。

膜処理工程１０４では、処理水が膜装置４９を介して濾過水と濃縮水とに分水される。膜装置４９は、その内部に膜が設置され（図示せず）、膜によって処理水に含まれる１０μｍ〜１ｎｍの微細な不純物を除去するとともに、膜の逆浸透の原理によって処理水に含まれる低分子やイオンを除去する。さらに、廃水に含まれる放射性物質を除去する。膜装置４９には、処理水の流入口５０と、濾過水を排出する排出口５１と、濃縮水を曝気槽５に環流させる環流口５２とが形成されている。膜装置４９は、配水管５３を介して濾過器４５に連結されている。配水管５３には、バルブ５４と処理水を膜装置４９に強制的に送水する給水ポンプ５５とが取り付けられている。膜装置４９は、配水管５６を介して曝気槽５に連結されている。配水管５６には、バルブ５７が取り付けられている。

膜装置４９には、平膜型モジュール、回転平膜型モジュール、チューブラー型モジュール、スパイラル型モジュール、中空糸型モジュールの少なくとも１つが使用される。濃縮水は、配水管５６を介して曝気槽５に送水される。曝気槽５では、濃縮水に含まれる微量の有機物が微生物を介して廃水とともに分解される。濾過水は、濾過水受けタンク５８に送水される。

膜には、精密濾過膜（ＭＦ：Micro Filtration Membrane）、限外濾過膜（ＵＦ：Ultra
Filtration Membrane）、逆浸透膜（ＲＯ：Reverse Osmosis Membrane）、ナノ濾過膜（ＮＦ：Nano Filtration Membrane）のうちの少なくとも限外濾過膜と逆浸透膜とが使用されている。それら膜は、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリアクリルニトリル、ポリスルホン、ポリフッ化ビニルデン、テフロン（登録商標）、ポリプロピレンから作られている。膜は、性能劣化に応じて交換される。

検査工程１０５では、濾過水受けタンク５８に貯水された濾過水のＢＯＤやＣＯＤ、ＳＳ、放射能量が検査される。タンク５８は、配水管６０を介して膜装置４９に連結されている。配水管６０には、バルブ６１が取り付けられている。検査の結果、濾過水のＢＯＤやＣＯＤ、ＳＳ、放射能量が所定の値以下を示した場合、濾過水が下水道や河川に放水される。検査の結果、濾過水のＢＯＤやＣＯＤ、ＳＳ、放射能量が所定の値以上を示した場合、濾過水は、再びタンク１に戻され（生物処理工程に戻され）、曝気槽５において再処理される。

図７は、微生物による有機物の処理を示す概念図である。生分解性有機物は、図７に示すように、生物膜中の微生物に捕捉された後、微生物の生分解を受けて分解生成物となり、無機物（二酸化炭素）にまで分解されて微生物から排出される。無機物まで分解されなかった中間体（有機物）は、微生物から排出されて廃水中に混入したり、活性炭に吸着される。活性炭表面の生物膜が十分に形成されていない場合、生物膜中の微生物は最大量の有機物を捕捉しており、微生物は分解、排出によって空いた分だけ有機物を捕捉する状態となる。すると、有機物は微生物に分解されないまま生物膜を通過して活性炭に吸着される。活性炭は有機物に対する吸着、脱離作用があるので、活性炭から脱離した有機物は再び微生物に捕捉、分解される。これを生物再生という。

図８は、生物再生の原理を示す模式図である。図８では、生分解性有機物６１を白丸で示し、難分解性有機物６２を黒丸で示す。活性炭１１の有機物に対する吸着、脱離機能が略平衡している場合、図８（ａ）に示すように、生分解性有機物６１と難分解性有機物６２とは、同じように活性炭１１の細孔６３内に進入する。微生物は、図８（ｂ）に示すように、活性炭１１に吸着される生分解性有機物６１を捕捉しつつ活性炭１１表面で増殖し、活性炭１１の表面に生物膜６４を形成する。微生物が活性炭１１の表面に生物膜６４を形成して微生物による生分解性有機物６１の分解が活発になると、図８（ｃ）に示すように、液相における生分解性有機物６１が減少する。活性炭１１の吸着量は平衡関係に支配されるため、液相中の生分解性有機物６１の濃度が減少すると、図８（ｄ）に示すように、活性炭１１の細孔６３内に吸着された生分解性有機物６１が活性炭１１から脱離し、脱離した生分解性有機物６１が生物膜６４中に進入して微生物に捕捉、分解される。この作用によって、全体的な活性炭吸着座が空くので、図８（ｅ）に示すように、活性炭１１が新たな有機物を吸着することができるようになる。最終的には、図８（ｆ）に示すように、難分解性有機物６２を吸着した状態で活性炭１１の吸着機能が飽和する。生分解性有機物６１は微生物によって分解され、活性炭１１の吸着量は難分解性有機物６２に左右される。生物再生では、廃水に含まれる生分解性有機物６１が微生物によって処理され、廃水に含まれる難分解性有機物６２が活性炭１１によって除去される。

曝気槽５内の廃水中のＣＯＤは、曝気槽５に廃水を流入させた直後（経過時間０）の値が１２０ｍｇ／リットルであった。３０分経過後のＣＯＤの値は７３ｍｇ／リットル、１時間経過後のＣＯＤの値は３５ｍｇ／リットル、２時間経過後のＣＯＤの値は２２ｍｇ／リットルであった。３時間経過後のＣＯＤの値は１４ｍｇ／リットル、６時間経過後のＣＯＤの値は９ｍｇ／リットル、２４時間経過後のＣＯＤの値は８ｍｇ／リットルであった。曝気槽５では、廃水中のＣＯＤが時間の経過にともなって減少し、廃水中のＣＯＤを約６時間で大幅に減少させることができた。

このシステムは、常時一定量の微生物を曝気槽５において増殖、活性化させることができ、微生物を利用して短時間に廃水に含まれる有機物を分解することができる。システムは、有機物が濾材を形成する粒状活性炭１１に吸着され、微生物が活性炭１１の表面に生物膜を作るので、廃水中の有機物と微生物とが活性炭１１に集中し、活性炭１１と微生物とによる生物再生を利用しつつ、活性炭の有機物吸着作用と有機物に対する微生物の生分解との相乗効果によって短時間に効率よく有機物を分解することができる。

このシステムは、培養装置２５を使用して微生物を曝気槽２７内の廃水１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個に増殖させることができるので、一定量の微生物を曝気槽５内の廃水に混入することができ、微生物の量的不安定によるシステムの廃水処理能力の低下を防ぐことができる。システムでは、培養装置２５を利用して、微生物の有機物に対する分解能力や分解時間、微生物の増殖時間、微生物の増殖に適する廃水温度等を試験することができ、廃水の種類による微生物の選別や微生物の最適な増殖条件を決定してそれを曝気槽５の運転条件に適用することができる。システムは、選別した微生物を曝気槽５に投入することができ、曝気槽５を微生物の増殖に最適な条件で運転することができるので、曝気槽５における廃水処理能力を常時一定に保持することができる。

このシステムは、膜装置４９を介して処理水に含まれる微細な不純物を除去することができるとともに、膜装置４９を介して分離された濃縮水を曝気槽５に戻し、濃縮水に含まれる有機物を廃水とともに曝気槽５において分解することができるので、濃縮水に含まれる微量の有機物を減少させることができる。

このシステムは、原子力発電所で排出される廃水に含まれる放射性物質を膜装置４９を介して除去することができるので、廃水に水を混入して希釈化することや廃水を貯水槽に長期間貯留して放射能の減少を確認する手間を省くことができ、原子力発電所での廃水の処理にかかる時間と費用とを節約することができる。

４ 第１容器（容器）
５ 第１曝気槽
６ 第１散気器
７ ヒータ
８ ポンプ
１１ 粒状活性炭
２５ 培養装置
２６ 第２容器
２７ 第２曝気槽
２８ 第２散気器
２９ ヒータ
３０ ポンプ
４９ 膜装置
５０ 流入口
５１ 流出口
５２ 環流口
６４ 生物膜

Claims (12)

1. 表面に好気性微生物を付着させる濾材を収容した通気通水性の第１容器と、原子力発電所で排出される所定量の廃水を貯水可能かつ前記第１容器を収容可能な第１曝気槽と、前記第１曝気槽内の廃水に空気を供給する第１散気器とを有する生物処理装置を使用した生物処理工程を含み、前記生物処理工程における好気性微生物の増殖と代謝活性とを利用して前記廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理システムにおいて、
   前記第１容器が、底壁と、前記底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、前記周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、前記底壁と前記周壁とが、それら壁を貫通する多数の貫通孔が形成されたメッシュ状を呈するとともに、前記底壁が、前記頂部開口へ向かって凹む上げ底半球状を呈し、前記第１曝気槽が、底壁と、前記底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、前記周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、
   前記生物処理装置では、前記第１曝気槽に前記第１容器を収容すると、第１容器が第１曝気槽の略中央に位置し、第１容器の上げ底半球状の底壁が第１曝気槽の底壁から上方へ所定寸法離間するとともに、第１容器の頂部開口が第１曝気槽の頂部開口の下方に位置し、前記第１散気器が前記第１容器の上げ底半球状の底壁と前記第１曝気槽の底壁との間に配置され、
   前記生物処理工程では、前記濾材が１．３〜２．０ｍｍの平均粒径を有して前記有機物を吸着する多数の粒状活性炭から形成され、１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個の前記微生物を含む種菌溶液と該微生物の増殖を促進させる栄養源とが前記廃水とともに前記第１曝気槽に投入され、前記微生物が時間の経過にともなって前記活性炭の表面に生物膜を形成しつつ前記有機物を分解することを特徴とする前記廃水処理システム。
2. 前記廃水処理システムが、前記微生物を培養して前記種菌溶液を生産する微生物培養工程を含み、前記微生物培養工程では、表面に好気性微生物を付着させる前記濾材を収容した通気通水性の第２容器と、所定量の廃水を貯水可能かつ前記第２容器を収容可能な第２曝気槽と、前記第２曝気槽内の廃水に空気を供給する第２散気器とを有する微生物培養装置が使用され、前記第２容器が、底壁と、前記底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、前記周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、前記底壁と前記周壁とが、それら壁を貫通する多数の貫通孔が形成されたメッシュ状を呈するとともに、前記底壁が、前記頂部開口へ向かって凹む上げ底半球状を呈し、前記第２曝気槽が、底壁と、前記底壁の周縁から上方へ延びる円筒型の周壁と、前記周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、前記微生物培養装置では、前記第２曝気槽に前記第２容器を収容すると、第２容器が第２曝気槽の略中央に位置し、第２容器の上げ底半球状の底壁が第２曝気槽の底壁から上方へ所定寸法離間するとともに、第２容器の頂部開口が第２曝気槽の頂部開口の下方に位置し、前記第２散気器が前記第２容器の上げ底半球状の底壁と前記第２曝気槽の底壁との間に配置され、前記微生物培養工程では、前記微生物の種菌と該微生物の増殖を促進させる栄養源とが前記廃水とともに第２曝気槽に投入され、前記微生物が時間の経過にともなって前記第２曝気槽内の廃水１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個に増殖する請求項１記載の廃水処理システム。
3. 前記廃水処理システムが、前記微生物培養工程の下流に配置されて該微生物培養工程を介して浄化された処理水を濾過する膜処理工程を含み、前記膜処理工程では、前記処理水の流入口と、前記処理水に含まれる微細な不純物、低分子、イオン、放射性物質を除去する膜と、前記処理水を濾過した濾過水を排出する排出口と、前記濾過水を除く残余の濃縮水を前記微生物培養工程に環流させる環流口とを有する膜装置が使用され、前記膜処理工程では、前記処理水に含まれる微量の放射性物質が除去され、前記微生物培養工程では、前記濃縮水に含まれる有機物が前記廃水とともに分解される請求項２に記載の廃水処理システム。
4. 前記廃水処理システムが、前記微生物培養工程の上流に配置されて前記廃水に含まれる粗大なフロックを除去する前処理工程を含み、前記前処理工程では、前記廃水を貯水する廃水受けタンクと、前記タンク内に設置された濾過器とを有する濾過装置が使用されている請求項２または請求項３に記載の廃水処理システム。
5. 前記廃水処理システムが、前記膜処理工程の下流に配置されて前記濾過水のＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量を検査する検査工程を含み、前記検査工程では、前記濾過水のＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量が所定の値以下を示した場合、その濾過水が放水され、前記濾過水のＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量が所定の値以上を示した場合、その濾過水が前記生物処理工程に戻されて該生物処理工程で再処理される請求項３または請求項４に記載の廃水処理システム。
6. 前記第１および第２容器の容積に対する前記活性炭の充填密度が、４００〜４５０ｇ／リットルの範囲にある請求項２ないし請求項５いずれかに記載の廃水処理システム。
7. 前記第１および第２散気器の空気供給量が、前記廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にある請求項２ないし請求項６いずれかに記載の廃水処理システム。
8. 前記第１および第２曝気槽が、それら槽内の廃水を加熱するヒータを備え、それら槽内の廃水温度が、前記ヒータによって２０〜３７℃に保持される請求項２ないし請求項７いずれかに記載の廃水処理システム。
9. 前記第１および第２曝気槽が、それら槽内の廃水を循環させるポンプを備え、それら槽内における廃水の流速が、１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にある請求項２ないし請求項８いずれかに記載の廃水処理システム。
10. 前記第１曝気槽に投入される前記種菌溶液の割合が、該第１曝気槽内の廃水の単位体積に対して０．０５％以上である請求項１ないし請求項９いずれかに記載の廃水処理システム。
11. 前記第１曝気槽の廃水貯水量が、２００〜１０００リットルの範囲にある請求項１ないし請求項１０いずれかに記載の廃水処理システム。
12. 前記廃水が、前記原子力発電所内で排出される機材の洗浄廃水、洗濯廃水、厨房廃水、浴室廃水である請求項１ないし請求項１１いずれかに記載の廃水処理システム。

Images