JP2000202492A

JP2000202492A - 生物濾過装置

Info

Publication number: JP2000202492A
Application number: JP11005332A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Takizawa; 智滝沢; Satoru Udagawa; 悟宇田川; Toshiaki Tsubone; 俊明局; Jun Miyata; 純宮田; Kei Baba; 圭馬場; Toyoshi Sawada; 豊志澤田; Tatsuo Takechi; 辰夫武智; Kenichiro Mizuno; 健一郎水野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】洗浄による各生物処理ゾーンの処理機能の低
下を防止し、洗浄後も直ちに良好な処理水質を維持し得
るとともに、常時処理能力の変動の少ない有機性廃水を
処理することができる生物濾過装置を提供することを目
的とする。【解決手段】生物濾過装置において、濾層２を備える
生物濾過槽の上部を原水流入部７とし、その下部を処理
水流出部６とし、濾層内に散気装置３が配置され、濾層
２がその上部から下部に向かって、比重が大きくなる濾
材を配置したことを特徴とする生物濾過装置であり、濾
層２の濾材の比重を下部ほど大きくすることによって、
濾層２が洗浄工程等で攪拌されたとしても最初に設定し
た配置に速やかに戻り、微生物育成環境に応じた配置が
保たれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微生物を固定した
濾材による生物濾過装置に関し、詳しくは下水・し尿・
各種有機性産業廃水等の有機性廃水、例えば汚水処理に
好適な生物濾過装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃水中などから有機物とＳＳ（浮
遊物質：Suspended Solids）を同時に除去する方法とし
ては、好気性生物膜濾過法が開発されている。この方法
は、砂やアンスラサイト、活性炭、プラスチック等の粒
状固体を充填した濾層に廃水を流過させるとともに、散
気管等により空気を吹き込む方法によるものである。こ
の場合、濾層内の濾材表面には、ＢＯＤ酸化菌、硝化細
菌等の好気性微生物膜が形成され、この濾層において生
物学的処理とＳＳの濾過除去を同時に行うことが最大の
特徴となっている。生物濾過膜は、濾過下部に設置した
散気管によって空気または酸素含有ガス等を供給して好
気性雰囲気にした好気性ゾーンとする好気性生物膜濾過
法と、濾過層に空気または酸素含有ガス等を供給しない
で嫌気性雰囲気にした嫌気性ゾーンとする嫌気性生物膜
濾過法と、両者を組み合わせた嫌気好気生物濾過法とが
知られている。

【０００３】しかし、上記好気性生物膜濾過法では、Ｓ
Ｓの多い原水に対し、濾層が目詰まりしやすい欠点があ
り、予めＳＳの大部分を除去する必要があった。ＳＳの
少ない原水の場合であっても、溶解性ＢＯＤが高い場合
には、濾層で好気性微生物膜の増殖量が増加するため、
目づまりの進行が早いという欠点があった。また、濾層
の目づまりの洗浄には、清澄処理水を使用するために処
理水の生産効率が悪く、しかもこの処理法では、ＢＯＤ
除去の全てを好気性微生物を利用して行うために、エア
レーション空気量の消費量が多いという欠点もあった。

【０００４】これらの欠点を解決するために、特開平３
−１８８９９３号公報には、図４に示したように、処理
槽１０内の上方部に支持板８を設けて浮上濾層２０を保
持し、浮上濾層２０内に散気装置３を埋設し、浮上濾層
２０の散気装置３より上部の部分に好気性生物膜が形成
された好気性ゾーン２Ａとし、散気装置３より下部の部
分に嫌気性生物膜が付着した嫌気性ゾーン２Ｂとし、さ
らに浮上濾層２０より下部に原水流入部７が設けられて
沈殿ゾーンとし、濾槽上部を処理水流出部６とする汚水
処理装置が提案されている。なお、処理水の一部は、循
環ポンプ１２で原水流入部７に循環して処理している。

【０００５】この従来の装置では、原水を沈殿ゾーンを
兼ねる原水流入部７に供給して、嫌気性ゾーン２Ｂから
好気性ゾーン２Ａを上向流で流過させる間に、原水中の
ＳＳを沈殿・濾過によって除去し、溶解性ＢＯＤ、ＮＨ
₄−Ｎ（アンモニア性窒素）を生物作用によって除去す
るものである。この装置は、継続して運転するに従っ
て、浮上濾層２０にＳＳが蓄積され、濾抗が増加する。
所定の濾抗に達した時点で浮上濾層２を洗浄する。この
洗浄は、原水の上向流によって浮上濾層２０からＳＳを
剥離して押し出すようにして実施する。

【０００６】一方、図５の生物濾過槽は、処理槽１０の
浮上濾層２０の中央部に散気管３と水素供与体供給管１
１とが設けられ、散気管３から空気、水素供与体供給管
１１から酸素含有ガスが供給されて好気性雰囲気にした
好気性ゾーン２Ａとし、散気管３より下部の浮上濾層２
０を嫌気性ゾーン２Ｂとして溶解性ＢＯＤおよび窒素成
分を生物作用によって除去できるという特徴を有してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の生物濾過を利用
した汚泥処理装置では、有機性廃水の生物学的処理に際
して、例えば好気性ゾーンとするゾーンであっても、実
際はＢＯＤ酸化菌と硝化細菌（アンモニア酸化菌、亜硝
酸酸化菌等）等の生理機能を異にする微生物が至的成育
条件下で増殖する。すなわち原水流入部に近い有機物濃
度が高いゾーンは、ＢＯＤ酸化菌が増殖するに適したエ
リアであり、その後引き続くゾーンは、硝化細菌が増殖
するに適したエリアになる。さらに有機性廃水の成分に
よって、その環境に適した微生物が層状に成育される。

【０００８】図４，図５の従来の装置では、定期的に実
施される濾槽の洗浄時に、その上向流によって、散気装
置３より上部の好気性ゾーン２Ａと、下部の嫌気性ゾー
ン２Ｂの浮上濾材が相互に混入して、洗浄後の各ゾーン
内にある濾材粒子にそれぞれあらためて好気性生物膜、
嫌気性生物膜が発達するまでに十分な期間が必要とな
り、例えば、好気性ゾーンにおいては、至的成育条件下
で層状に成育されたＢＯＤ酸化菌、アンモニア酸化菌、
亜硝酸酸化菌等が洗浄によって混合され、洗浄直後は各
細菌が好気性ゾーン内に均等に分布される。そして、原
水流入部に近い有機物濃度が高いゾーンは、ＢＯＤ酸化
菌が優先種となり硝化細菌による硝化は期待できない。

【０００９】従って、従来の装置では、処理槽内での硝
化能力が低下し、あらためて各微生物の至的成育条件の
エリアで増殖して各生物膜ゾーンを形成するまでに相当
の日時が必要となる。その結果、従来の装置では、洗浄
直後、汚水処理能力を十分に発揮できない上、槽内が最
適な処理能力を発揮できる各生物膜ゾーンが育成される
前に洗浄を行う必要が生じる欠点があった。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、洗浄による各生物処理ゾーンの処理機能の低下を
防止し、洗浄後も直ちに良好な処理水質を維持し得ると
ともに、常時処理能力の変動の少ない有機性廃水を処理
することができる生物濾過装置を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、請求項１の発明は、
濾層に微生物を固定して処理する生物濾過装置におい
て、前記生物濾過槽の濾層に散気装置を備え、前記濾層
がその上部から下部に向かって、比重が連続的または段
階的に大きくなる濾材からなり、前記生物濾過槽内の上
部を原水流入部とし、その下部を処理水流出部とし、前
記濾層内に散気装置より上部濾層を好気性ゾーンとし、
前記散気装置より下部濾層を嫌気性ゾーンとしたことを
特徴とする生物濾過装置である。

【００１２】この構成によれば、反応槽の上部から下部
に向かって徐々に、または段階的に濾材の比重が大きく
なるように濾層が形成されるために、洗浄により、濾材
が混ざり合ったとしても、洗浄後に濾材の比重差により
洗浄前と同じ状態に戻り、洗浄による生物層の変化を起
こすことがないので、洗浄後直ちに良好な処理能力を持
つとともに、常時処理能力の変動の少ない有機性廃水の
処理を実施することができる。そして、この生物濾過槽
は、上部に原水流入部が形成されており、有機性廃水で
ある原水は、先ず好気性ゾーンを通過して、廃水中の有
機物を好気性微生物によって、ＢＯＤ酸化や硝化がおこ
り、引き続き嫌気性ゾーンを通過する際に、嫌気性微生
物によって、硝化によって生成した亜硝酸性窒素、硝酸
性窒素等か、窒素ガス等に還元される。

【００１３】また、請求項２の発明は、前記嫌気性ゾー
ンが、無酸素生物膜ゾーンであることを特徴とする請求
項１に記載の生物濾過装置である。この構成によれば、
濾層の濾材の比重を下層ほど大きくすることによって、
濾層が洗浄工程等で攪拌されたとしても最初に設定した
配置に速やかに戻り、微生物育成環境に応じた配置が保
たれ、かつ濾槽の上部から原水が下方に流れて処理され
るので、生物濾過槽が散気装置を境として上部と下部に
明確に分かれて、下部濾槽を無酸素生物膜ゾーンとする
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る生物濾過装置
の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１
ないし図３は、本発明の実施形態を示す図である。

【００１５】図１は、本発明の一実施形態を示してい
る。同図において、処理槽１には、支持板４，８で支持
された濾層２が設けられ、好気性微生物の成育環境を維
持するために、水素供与体を槽内に送り込む水素供与体
注入管１３と散気用ガスを槽内に供給する散気装置３が
設けられ、支持板４の下部に洗浄時に散気するための散
気装置５がそれぞれ配置されている。処理槽１内の上部
に、原水流入部７が形成され、処理槽１の下部に、処理
水流出部６が形成されている。処理槽１には、処理用原
水を処理槽１内に送り込むための原水注入管９、洗浄排
水を排出するための排出管１２、処理水の排出管１６が
設けられている。濾層２は、その濾材の比重が濾層の上
方から下方にかけて徐々に大きくなるように配置されて
いる。この生物濾過装置では、原水が原水流入部７から
好気性ゾーン２ａに送り込まれて、原水中の有機物を酸
化分解して、ＳＳが除去されるとともに、硝化された原
水中のアンモニア性窒素（ＮＨ₄−Ｎ）等が嫌気性ゾー
ン２ｂに接触することで、窒素ガスに還元される。な
お、生物濾過装置の処理槽１の形状は、特に限定される
ものではなく、円筒形または箱形等でよい。

【００１６】図２，図３は、本発明の他の実施形態を示
している。図２，図３において、図１と類似する部分に
は、同一符号が付与されている。図２の生物濾過装置
は、図１の実施形態の好気性ゾーン２ａと嫌気性ゾーン
２ｂとがそれぞれ多層で構成されており、他の構成は同
一である。好気性ゾーン２ａは、三層の好気性ゾーン２
ａ１〜２ａ３からなり、嫌気性ゾーン２ｂは、二層の嫌
気性ゾーン２ｂ１，２ｂ２から構成されている。また、
図３の生物濾過装置は、好気性ゾーン２ａは、六層の好
気性ゾーン２ａ１〜２ａ６からなり、嫌気性ゾーン２ｂ
は、四層の嫌気性ゾーン２ｂ１〜２ｂ４から構成されて
いる。

【００１７】図２，図３のこれら各ゾーンの濾材の比重
は、下方程比重が大きくなるように選択されている。こ
の生物濾過装置は、図１と同様に、原水が原水流入部７
から供給されて、好気性ゾーン２ａに送り込まれ、好気
性ゾーン２ａで、例えば原水中のアンモニア性窒素が、
好気性ゾーン２ａで亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に硝化さ
れ、引き続き、嫌気性ゾーン２ｂにおいて、窒素ガスに
還元される。なお、好気性ゾーン２ａを形成する濾材の
比重は、嫌気性ゾーン２ｂの最上位の濾材の比重よりも
小さな値となる。

【００１８】続いて、上記実施形態の生物濾過装置の各
要素について、さらに詳細に説明する。図１，図２を参
照して、上記実施形態の生物濾過装置について説明す
る。濾層２は、図１の処理槽１内の濾層２を形成する濾
材の比重が上方から下方にかけて徐々に大きくなるよう
に充填され、図２では、好気性ゾーン２ａ３〜２ａ１の
各ゾーンの濾材の比重が下方程大きく、嫌気性ゾーン２
ｂ２を形成する濾材は、嫌気性ゾーン２ｂ１を形成する
濾材の比重よりも小さな値となる。濾層２を構成する濾
材は、砂、アンスラサイト、セラミクス、バーライト、
発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチ
レン、発泡プラスチックの粒子、及びポリプロピレン、
ポリスチレン、ポリエチレン等の非発泡プラスチック等
の比重を調整した粒子等を用いる。また、濾層２の目詰
まりを防止するために、下方の濾材よりも上方の濾材の
形状を大きくしてもよい。濾材の大きさおよび比重は、
外径０．１〜５０ｍｍ、比重０．１〜５．０とし、望ま
しくは外径０．４〜３０ｍｍ、比重０．８〜２．０が効
果的である。濾材の形状は、球形、立方体、直方体、円
筒形、中空円筒形が望ましいが、特に限定するものでは
ない。

【００１９】濾層２は、散気用配管１４を通して散気装
置３から空気、酸素、酸素富化空気等の酸素含有ガスが
槽内に供給されて、散気装置３の上部の濾層２は、好気
性ゾーン２ａとなり、散気装置３の下部は、水素供与体
注入管１３から濾内に水素供与体が供給されて、嫌気性
ゾーン（または無酸素生物膜ゾーン）２ｂとなる。好気
性ゾーン２ａおよび嫌気性ゾーン（または無酸素生物膜
ゾーン）２ｂは、それぞれ１層または２層以上の層構造
を形成し、濾材の比重が下部から上部に向かって徐々に
小さくなるように濾材が充填されている。好気性ゾーン
２ａの最下部の濾材の比重は、嫌気性ゾーン（または無
酸素生物膜ゾーン）２ｂの最上部の濾材の比重よりも小
さいものとする。なお、水素供与体は、メタノール、エ
タノール、プロパノール、酢酸塩、グルコース等の有機
物を用いることができる。

【００２０】支持板４は、濾層２の全体を支持するとと
もに、支持板４より下に処理水流出部６を画定してい
る。支持板４は、濾材粒子が通過することなく、しかも
処理水流を妨げることなく通過し得る格子等が形成され
ている。

【００２１】支持板８は、原水流入部７に濾材が浮上す
るのを防止するため、または濾材を所定の槽内に保持す
るために設けられ、濾材粒子を通過させず、処理水流を
妨げることなく通過させることができる格子等の形状の
ものが用いられる。

【００２２】散気装置５は、槽内に空気等のガスを送り
込むために設置され、洗浄用として用いられ、洗浄時、
散気用配管１５から散気ガスが散気装置５に送り込まれ
て、槽内の濾層２の濾材が攪拌されて洗浄される。

【００２３】次に、本発明の生物濾過装置に基づく汚水
処理方法について説明する。ただし、本発明は、汚水を
処理する汚水処理方法に限定されるものではない。

【００２４】図１および図２を参照して、本実施形態の
汚水処理方法について説明する。本実施形態の生物濾過
装置は、下水などの処理対象とする処理用原水が原水注
入管９から処理槽１の原水流入部７に流入し、好気性ゾ
ーン２ａに供給される。散気装置４から空気、酸素、酸
素富化空気等の酸素含有ガスが散気され、濾材の表面に
は、ＢＯＤ酸化菌、硝化菌等の好気性微生物等が付着、
成育している。従って、ＳＳが除去されるとともに、溶
解性ＢＯＤおよびＮＨ₄−Ｎ等が除去され、特に原水中
のＮＨ₄−Ｎは硝化され、ＮＯ₂−Ｎ（亜硝酸性窒
素）、更にはＮＯ₃−Ｎ（硝酸性窒素）に酸化される。
槽内の上部から下部に向かって濾材の比重が徐々に大き
くなるように濾層２が構成されている。好気性ゾーン２
ａには、その環境に適した微生物等の層構造が濾材の洗
浄等によって乱されることがなく、常に形成され続けて
いるために、汚水が効果的に生物濾過処理することがで
きる。

【００２５】好気性ゾーン２ａで処理された原水は、Ｓ
Ｓが沈殿して分離され、ＳＳが除去された原水が下向流
となって、嫌気性ゾーン（または無酸素生物膜ゾーン）
２ｂに流入する。この嫌気性ゾーン（または無酸素生物
膜ゾーン）２ｂにおける濾材の表面には、有機酸生成
菌、メタン生成菌等の嫌気性微生物等や脱窒菌等の通性
嫌気性細菌等が付着、成育している。槽内の濾槽２は、
その上部から下部に向かって濾材の比重が徐々に大きく
なるように構成され、嫌気性ゾーン（または無酸素生物
膜ゾーン）２ｂは、その環境に適した微生物等の層構造
が濾材の洗浄等によって乱されることなく形成されてい
る。

【００２６】好気性ゾーン２ａで硝化処理された原水
は、嫌気性ゾーン（または無酸素生物膜ゾーン）２ｂに
流入する。この嫌気性ゾーン２ｂにおける該濾材の表面
には、脱窒菌等の通性嫌気性細菌等が付着・育成してい
る。従って、嫌気性ゾーン２ｂに流入したＮＯ₂−Ｎお
よびＮＯ₃−Ｎを含む原水は、処理槽内に設置された水
素供与体注入管１３から供給される水素供与体によりＮ
₂ガスに還元される。槽内の上部から下部に向かって濾
材の比重が徐々に大きくなるように濾層が構成されてい
るため、嫌気性ゾーン２ｂは、その環境に適した微生物
等の層構造が濾材の洗浄等によって乱されることなく形
成されることにより、汚水を効果的に生物処理すること
ができる。

【００２７】以上の処理を経て、処理槽１内に原水中の
ＳＳが濾過され、溶解性ＢＯＤ，ＮＨ₄−Ｎ，ＮＯ₂−
ＮおよびＮＯ₃−Ｎ等が除去された処理水は、排出管１
６を通して処理槽１外に排出される。

【００２８】一方、処理を継続するに従って、濾層２に
ＳＳが蓄積され、濾抗が増加するので、所定の濾抗に達
した時点で洗浄を行う。濾層２の洗浄方法の一つとし
て、原水の供給を停止して、散気装置３および５を用い
て、濾層全体に激しい水流を発生させて濾層２の濾材を
攪拌し、捕捉されているＳＳを洗出して、洗浄用排出管
１２からＳＳを多量に含む洗浄排水を槽外に排出され
る。

【００２９】上記洗浄の際に各濾材は、攪拌されるた
め、一部または全ての濾材が一時的に混ざり合う状態が
生じる場合があるが、最終的には濾材の比重差により洗
浄前と同じ状態に戻る。洗浄による生物層の変化を起こ
すことがないため、洗浄後に直ちに良好な処理能力を持
つとともに、常時処理能力の変動の少ない汚水処理を実
施することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の生物濾過装置の実施例につい
て説明する。なお、本発明の生物濾過装置は、汚水処理
装置として用いられるが、この実施例に限定するもので
はない。実施例１，２は、それぞれ図１，図２の生物濾
過装置に対応し、処理原水の平均水質は、表１に示した
ものを用いた。表２は、図１，図２（実施例１，２）
と、図４の比較例に示した生物濾過装置の具体例を示し
ている。その処理結果は、表３に示した。図６は、実施
例２および比較例について、処理水質のＢＯＤおよびＴ
−Ｎの測定結果の経時変化を示している。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】但し、表２に示したＡ，Ｂ，Ｃは、濾材の
種類を示し、濾材種類Ａは、発泡ポリスチレンであっ
て、外径４mm、内径３mm、長さ５mmの中空円筒形であ
る。濾材種類Ｂは、発泡ポリプロピレンであって、外径
４mm、内径３mm、長さ５mmの中空円筒形である。濾材種
類Ｃは、ポリプロピレンであって、外径４mm、内径３m
m、長さ５mmの中空円筒形である。なお、これら生物濾
過装置の濾材の洗浄は、２４時間間隔で実施した。

【００３４】

【表３】

【００３５】表３のＢＯＤ、ＳＳ、Ｔ−Ｎの測定結果か
ら明らかなように、実施例１，２では、従来例の処理水
の水質と比較して、非常に優れた処理能力を持っている
ことを示している。

【００３６】また、図６は、処理時間毎の実施例４と従
来例（図４）との処理水のＢＯＤ、Ｔ−Ｎの測定結果が
示されており、処理槽１の洗浄は、２４時間毎になされ
ている。この折れ線グラフの図からも明らかに、本発明
は、従来例と比較して、３層の洗浄にともなう処理変動
が著しく少なく、安定した処理を実施することが可能で
あり、優れた処理能力を有することが判明した。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、生物濾
過装置の上部から下部に対して連続的あるいは段階的に
濾材の比重が大きくなるように濾層が形成されているた
めに、原水および空気等の上向流による洗浄を行って
も、洗浄後に濾材の比重差により洗浄前と同じ状態に戻
り、洗浄による生物層の変化が生じることがないため
に、洗浄後に直ちに良好な処理能力を持つとともに、常
時処理能力の変動の少ない汚水処理を実施することがで
きる効果を奏するものである。

【００３８】さらに、本発明によれば、有機性の原水中
に混入するＳＳが濾過されながら好気性ゾーンと嫌気性
ゾーンとを経て、濾過処理されるので、ＳＳは、上部の
原水流入部を通して洗浄排水とともに槽外に効率よく、
排出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る生物濾過装置の一実施形態を示す
図である。

【図２】本発明に係る生物濾過装置の他の実施形態を示
す図である。

【図３】本発明に係る生物濾過装置の他の実施形態を示
す図である。

【図４】従来の汚泥処理装置の他の例を示す図である。

【図５】従来の汚泥処理装置の他の例を示す図である。

【図６】処理水のＢＯＤおよびＴ−Ｎの処理結果による
経時変化を示す図である。

【符号の説明】

１処理槽２濾層２ａ（２ａ１〜２ａ６）好気性ゾーン２ｂ（２ｂ１〜２ａ４）嫌気性ゾーン３，５散気装置４，８支持板６処理水流出部７原水流入部９原水注入管１２，１６排出管１３水素供与体注入管１４，１５散気用配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮田純東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者馬場圭東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者澤田豊志東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者武智辰夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者水野健一郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4D003 AA01 AB09 BA04 CA08 DA14 DA18 DA22 EA01 EA15 EA19 EA23 EA24 EA30 EA40 FA04 FA10 4D040 BB63 BB82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】濾層に微生物を固定して処理する生物濾
過装置において、前記生物濾過槽の濾層に散気装置を備え、前記濾層がそ
の上部から下部に向かって、比重が連続的または段階的
に大きくなる濾材からなり、前記生物濾過槽内の上部を
原水流入部とし、その下部を処理水流出部とし、前記濾
層内に散気装置より上部濾層を好気性ゾーンとし、前記
散気装置より下部濾層を嫌気性ゾーンとしたことを特徴
とする生物濾過装置。
【請求項２】前記嫌気性ゾーンが、無酸素生物膜ゾー
ンであることを特徴とする請求項１に記載の生物濾過装
置。