JP2000325973A

JP2000325973A - 汚水処理方法および装置

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Publication number: JP2000325973A
Application number: JP11144012A
Authority: JP
Inventors: Masuo Ozaki; 益雄尾▼ざき▲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】活性汚泥の付着量が多く、かつ、汚泥の活性
が高く処理性能が高く、さらに脱窒性能にも優れた新規
な汚水処理方法および装置を提供する。【解決手段】汚水中の汚濁成分を生物分解する汚水処
理において、炭素繊維からなる単糸開繊房状濾材14を接
触濾材として用いる汚水処理方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚水処理方法およ
び装置に係り、下水あるいは生活排水の合併処理水など
の汚水の生物分解処理方法および接触曝気を用いる汚水
処理装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、生活排水、下水あるいは産業排水
などの汚水のうち有機成分を含む汚水は、主として微生
物分解による生物処理方法により処理されている。この
生物処理方法としては、古くは活性汚泥法、近時は粒状
担体に微生物を付着させて生物処理と同時に濾過を行う
生物濾過法に代表される微生物浮遊懸濁法、接触濾材の
表面に生物膜を形成し処理する生物膜法、微生物を包括
固定した担体を用いる包括固定法あるいは微生物自身が
粒体を形成するグラニュール法等が使用されている。こ
れらの各方法は、排水の質、処理量、処理量の変動、処
理水質目標に応じて使い分けられているがそれぞれに得
失がある。

【０００３】活性汚泥法は、大規模下水処理等に採用さ
れまた高度処理に対しては種々の変法が開発されている
が、未だ特に窒素成分の高度処理には難がある。一方、
生物濾過法は、装置が複雑、高価となり維持管理も高度
の管理技術を要するといった問題がある。

【０００４】比較的小規模の下水処理、汚水処理に用い
られる生物膜処理は、活性汚泥法に代表される浮遊生物
法に比し余剰汚泥の発生が少なく固液分離の負荷は小さ
い反面生物膜の剥離の問題、逆洗作業が必要、更には処
理時間が長く滞留時間が活性汚泥法に比べ比較的大きい
といった問題がある。

【０００５】このような生物膜処理の問題に対し、各種
繊維、あるいは、生物親和性の高い炭素繊維を接触濾材
として用い、本来浮遊する性質のある活性汚泥を炭素繊
維の接触濾材に捕捉、付着させて、この接触濾材に付着
した活性汚泥により汚濁物質を分解除去する、いわば、
活性汚泥生物膜処理方法も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな活性汚泥生物膜処理に用いられる従来の繊維接触濾
材にあっては、特に、炭素繊維の接触濾材においては、
従来の接触濾材に比し、相当の高い排水処理効果が得ら
れるものの、例えば、生活排水の合併処理を行う合併浄
化槽の小型化要求、換言すれば滞留時間の減少、あるい
は、処理水の高度化すなわち窒素、りん等の高度除去な
どの要求に十分応えるものではない。

【０００７】本発明はかかる問題に即してなされたもの
で、活性汚泥の付着量が多く、かつ、汚泥の活性が高く
処理性能が高く、さらに脱窒性能にも優れた新規な汚水
処理方法および装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明方法は、汚水中の
汚濁成分を生物分解する汚水処理方法において、炭素繊
維からなる単糸開繊房状濾材を接触濾材として用いるこ
とを特徴とし、単糸開繊房状濾材の炭素繊維の単糸の長
さが５〜40cm、単糸の本数が40〜200千本、単糸の太さ
が３〜10μmであることをさらなる特徴とし、また、弾
性率150〜400GPaの炭素繊維を選択する。

【０００９】これにより、活性汚泥の付着量が多く、か
つ、汚泥の活性および処理性能が高く、さらに脱窒性能
にも優れ、実用性の高い汚水処理方法を実現できる。

【００１０】また、本発明装置は、接触曝気槽を有する
汚水処理装置において、生物膜を保持する接触濾材とし
て炭素繊維からなる単糸開繊房状濾材を前記接触曝気槽
に設置したことを特徴とし、また、単糸開繊房状濾材の
炭素繊維の単糸の長さが５〜40cm、単糸の本数が40〜20
0千本、単糸の太さが３〜10μmであり、さらには、弾性
率150〜400GPaの炭素繊維を選択したことを特徴とす
る。

【００１１】これにより、処理速度を向上し、装置をコ
ンパクトにするとともに処理水の水質を高めた汚水処理
装置を実現できる。その他の特徴、効果については以下
に詳述する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を示す図
面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明方法、装置
を用いた合併浄化装置のフローシート、図２は本発明装
置の一実施形態である接触曝気槽の模式的破断斜視図、
図３は本発明に係る接触濾材の模式的正面図である。

【００１３】図１のフローシートは、本発明の汚水処理
方法、装置を適用した合併浄化装置のフローを示すもの
である。このフローは、小型あるいは中型の合併浄化槽
を想定したもので、ここでは前処理である沈殿槽は省略
し、本発明の汚水処理方法、装置を採用した生物処理部
以降を記している。

【００１４】図１のフローの汚水処理においては、前処
理沈殿槽（図示せず）で固形物、粗大物を分離された合
併処理原水は、第１曝気槽(接触曝気槽)１、第２曝気槽
２および第３曝気槽を経て、沈降循環槽４に到り、沈降
槽５から消毒放流槽６を経て所定の水質をもって放流さ
れる。この間、沈降循環槽４から汚泥を含む処理液が所
定量循環、還流される。

【００１５】このフローにおいては、第１曝気槽１にお
いて、BOD成分の分解除去および脱窒(硝酸体窒素の還
元)を行い、第２曝気槽２においては、同じくBOD成分の
分解除去および脱窒（硝酸体窒素の還元）と同時に硝化
（アンモニア態窒素の酸化）、第３曝気槽３において
は、同じくBOD成分の分解除去および硝化（アンモニア
態窒素の酸化）を行う。沈降循環槽４においては、汚泥
の沈降除去を図るとともにその所定量を第１曝気槽１に
還流し、脱窒のための栄養源を補給する。微生物による
脱窒および硝化を促進するため各曝気槽の溶存酸素量は
適宜の範囲に維持する必要がある。脱窒を行う第１曝気
槽１では比較的低濃度とし、硝化を行う第３曝気槽３で
は溶存酸素量を高く維持する必要がある。

【００１６】ここに各曝気槽１〜３は、図２に示すよう
に、槽体10の底部に曝気装置11を有し、上部のブラケッ
ト12から垂下する索条13に取付けられた多数の炭素繊維
の単糸開繊房状濾材14を接触濾材として充填されたもの
である。なお、図２においては、（接触）曝気槽本体要
部のみを模式的に示し、前段の処理水の受入れ部、溢流
による処理水払出し部（送出し部）等の具体的機構の詳
細は省略しているが、これらは従来公知の任意の技術を
採用し得る。

【００１７】さて、本発明に係る前記単糸開繊房状接触
濾材14は、図3に示すように、市販の炭素繊維の長繊維
から作られ、極細の単糸を多数本サイジング剤で固めた
炭素繊維の糸条を複数本まとめ糸条束となし、所定の長
さに切断したものの一端を接着剤などで固め、サイジン
グ剤を除去して他端の自由端からこの糸条束の単糸を房
状に開繊、さばいたもので、単糸開繊房状の接触濾材で
ある。

【００１８】この単糸開繊房状濾材の形態についていえ
ば、水中で房状の形態を維持し、各構成単糸が広がりを
持っておれば良いので必ずしも各単糸が完全にさばけ
て、単糸一本一本が離隔している必要はなく、多少複数
の単糸が束となっていても実用上は問題がない、むし
ろ、強度上はある程度の単糸が固まってさばけている方
が好ましい。

【００１９】また、単糸開繊房状濾材を形成する炭素繊
維の糸条の長さＬ（図３）は、５〜40cmの範囲であり、
好ましくは20〜30cmである。この範囲より短いと槽中で
の単繊維の広がり、揺動が十分でなく、微生物が付着し
にくい。また、これより長いと単糸の開繊が難しい上取
扱いが困難である。また、単糸の本数Ｎ（図３）につい
ていえば、単糸総計40〜200千本の糸条束が使用でき、
好ましくは、80〜120千本である。あまり本数が少ない
と十分な容量の微生物すなわち活性汚泥を付着させるこ
とができず、また、あまりに多いと単糸開繊が難しい上
その取扱いも困難になる。

【００２０】さらに、単糸の太さｄφ（図3）について
いえば、単糸が細いほど容積あたりの微生物の付着面積
は大きく取れるが単糸に開繊した場合の強度、剛性が不
足し形態維持能力に欠ける。また、太すぎると表面積が
不足し、房状に開繊することが困難になる。通常市販の
炭素繊維を使用できるが、単糸径としては３〜10μｍが
好ましい。

【００２１】炭素繊維の弾性率についていえば、150〜4
00GPa(ギガパスカル)のものが機械的性能、生物付着性
から見て好適に用いることができ、200〜300GPaのもの
が最も好ましい。本発明の接触濾材は液中で単糸が開繊
しかつ房状の形態を維持することを要点とするが、この
形態維持のためには炭素繊維の弾性率が150GPa以上は必
要であり、一方、400GPaを超える弾性率の高いものでは
微生物の付着性が良くないことが観察されている。

【００２２】また、単糸開繊の方法としては、例えば、
一端が閉じられ他端が開口した筒状の耐熱容器を用い、
一端を結束した炭素繊維の糸条束の結束部を容器の閉鎖
端に保持し、自由端側からガスバーナで炙り、糸条束の
サイジング剤を焼き取るとともに高温ガスで開繊する方
法を取ることもできる。

【００２３】次に作用について述べる。接触曝気槽の立
上げに際しては、所要量の接触濾材を充填し、種汚泥を
投入し、排水を循環させて活性汚泥を馴致、増殖させ
る。馴致後、処理排水の処理量、性状に応じて、還流量
あるいは汚泥の引抜き量を設定して汚水の処理を始め
る。汚水は、各曝気槽の底部に導入され、曝気によるエ
アーリフト効果で、ゆっくりと上昇して、所要の濃度の
溶存酸素下で、上方に流動しつつ、房状に広がった接触
濾材14に付着した活性汚泥に順次上向流で接触する間に
BOD成分は相当の速度で分解除去され、アンモニア態窒
素は、活性汚泥中に存在する硝化菌で消化され、さらに
硝酸態窒素は脱窒菌により脱窒される。脱窒された窒素
成分は窒素ガスとして放出される。

【００２４】このように、従来の技術より高速でBOD成
分が除去され、且つ、従来困難であった脱窒が、相当の
低濃度まで効率良くで行われる所以は詳らかではない
が、観察によれば、活性汚泥に多くの窒素ガスが包括さ
れ、時に汚泥の崩壊が起こること、あるいは、活性汚泥
の外観が非常に活性の高い汚泥であることを示している
ことなどから、かなりの効率で脱窒処理、汚濁成分の分
解が行われていることが分かる。さらに、本接触濾材に
あっては、汚泥の崩壊、散乱が生じても直ちに汚泥が各
接触濾材に再び短時間で凝集、付着し、槽内に懸濁物質
が浮遊、散乱することが少ないのも特徴である。余剰の
汚泥の沈降性も良好である。

【００２５】このような性能の良さが基本的に何に由来
するかは、必ずしも明らかではないが、比較観察、比較
実験によれば、接触濾材として生物親和性が高い炭素繊
維を用いたこと、また、炭素繊維の接触濾材を単糸に開
繊し微生物の付着性、付着密度を上げ、いわば、生物処
理膜密度を高くしたこと、さらに、比較的剛性のある炭
素繊維を用い、適度な広がりと見掛け容積を有する房状
の接触濾材を、その形態を維持しつつ、接触曝気槽に多
段に設置し、処理水をゆっくり移動させて、溶存酸素の
存在下で、十分な接触面積を確保し、かつ接触濾材の揺
動による接触界面の更新（物質移動の保証）を行い、活
性汚泥の成長に必要な基質を十分補給するようになし
て、その内部に通性嫌気性の脱窒菌の存在をも許容した
活性汚泥生物膜を形成したことにあると考えられる。以
上の意味から炭素繊維の弾性率を前述の好適な範囲に保
つ必要がある。

【００２６】なお、上述のフローの説明においては、単
糸開繊房状濾材に処理水を上向流で接触させたものを説
明した。このような上向流接触方式が接触処理上は好ま
しいが、本発明においては、必ずしも上向流方式に限ら
ず、横方向の流れでも良く、また、場合によっては下向
流も考えられる。また、装置的には、索条に複数の単糸
開繊房状濾材を取付け、この索条を多数接触曝気槽に垂
下したものを示した。この方式は、簡易な構造で高密度
に接触濾材を充填するとともに上向流を可能とし好適で
はあるが、接触濾材の設置方式はこれに限らず、例え
ば、横方向多段、多列に配した索条、あるいはバーに接
触濾材を垂下する方式など、接触曝気槽の機構、形態な
どに応じて他の任意の設置方式を採用し得る。

【００２７】本発明の炭素繊維の単糸開繊房状濾材の充
填率についていえば、接触曝気槽の処理水の単位容積
（m³）当たりの接触濾材の表面積（m²）をパラメータと
して、100〜300m²/m³が適当であり、望ましくは170〜23
0m²/m³である。さらに、溶存酸素量についていえば、図
１の処理方式においては、第１曝気槽では0.5mg/L、第
２曝気槽では1.2mg/L、第３曝気槽では4.0mg/Lレベルに
維持することが望ましく、本発明の単糸開繊房状濾材を
用いる汚水処理方法、装置にあっては、溶存酸素濃度を
0.5〜5.0mg/Lレベルに維持することにより、通常の嫌気
的処理および好気的処理を実施でき、効果的で高度の処
理が可能となる。なお、接触濾材の実充填率は、濾材の
理論表面積（炭素繊維の幾何学的形状から計算したも
の）と推定実表面積（実際の処理性能から生物膜面積を
推定）との関係を経験的に定め、実充填率を推定するこ
とができる。この経験値は適宜実験的に定める必要があ
る。

【００２８】理論充填率200m²/m³の重量の接触濾材を充
填して、流入汚水量7.2m³/D、BOD濃度300mg/L、沈降循
環槽からの還流量21.6m³/D（循環率21.6m³/D／7.2m³/D
＝3.0）で処理した所、冬季低温処理において、滞留時
間１日において処理水のBODが30mg/L以下にまで低下し
た。このことは、従来、滞留時間２〜３日を要していた
合併浄化槽の容積を1/2〜1/3に縮小できることを意味す
る。

【００２９】以上の説明においては、本発明方法、装置
を合併浄化処理に適用した例に基づき説明した。本発明
はこのような合併浄化処理に適用して叙上のような大き
な効果を達成できるが、本発明はこれに限らず、他の任
意の汚水あるいは廃水の生物処理に適用できることは言
うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、汚水中の汚濁成分を生
物分解する汚水処理において、炭素繊維からなる単糸開
繊房状濾材を接触濾材として用いるので、活性の高い活
性汚泥を高密度、多量に保持でき、処理速度を高め、且
つ、高度な処理を行うことができ、装置としては小型、
コンパクトな装置を可能とし同時に処理水質を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法、装置を用いた合併浄化装置のフロ
ーシートである。

【図２】本発明装置の一実施形態である接触曝気槽の模
式的破断斜視図である。

【図３】本発明に係る接触濾材の模式的正面図である。

【符号の説明】

10 （接触曝気）槽体 11 曝気装置 13 索条 14 単糸開繊房状濾材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】汚水中の汚濁成分を生物分解する汚水処理
方法において、炭素繊維からなる単糸開繊房状濾材を接
触濾材として用いることを特徴とする汚水処理方法。
【請求項２】前記単糸開繊房状濾材の炭素繊維の単糸の
長さが５〜40cm、単糸の本数が40〜200千本、単糸の太
さが３〜10μmである請求項1に記載の汚水処理方法。
【請求項３】前記単糸開繊房状濾材の炭素繊維の弾性率
が150〜400ＧPaである請求項２に記載の汚水処理方法。
【請求項４】接触曝気槽を有する汚水処理装置におい
て、生物膜を保持する接触濾材として炭素繊維からなる
単糸開繊房状濾材を前記接触曝気槽に設置したことを特
徴とする汚水処理装置。
【請求項５】前記単糸開繊房状濾材の炭素繊維の単糸の
長さが５〜40cm、単糸の本数が40〜200千本、単糸の太
さが３〜10μmである請求項３に記載の汚水処理装置。
【請求項６】前記単糸開繊房状濾材の炭素繊維の弾性率
が150〜400ＧPaである請求項５に記載の汚水処理装置。
【請求項７】前記単糸開繊房状濾材を索条に取付け、該
索条を前記接触曝気槽に垂下し、上向流で処理液を接触
せしめる請求項４、５または６に記載の汚水処理装置。