JP2012192368A - 流動床式生物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の立上時や低負荷処理時にも、担体を効率よく流動させ、処理水質を低下させずに安定して処理できる流動床式生物処理方法を提供する。
【解決手段】流動床式生物処理装置１は、槽体２と、該槽体２内に配置された駆動軸３と、該駆動軸３に固着された回転翼４とを備えている。窒素負荷が高いときには被処理水を槽体２の上部に供給し、窒素負荷が低いときには被処理水の少なくとも一部を槽体２の下部に供給する。低負荷時には、処理水の一部を返送し、被処理水の一部又は全部と共に槽体２の下部に供給してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水を処理するための流動床式生物処理方法に係り、特に担体の流動性を向上させた流動床式生物処理方法に関する。

生物処理では、担体に微生物を付着させ、槽内のＭＬＶＳＳを高く維持するようにした流動床式生物処理装置が広く用いられている。この流動床式生物処理装置においては、通常の場合、槽内に充填された担体が撹拌羽根による撹拌や上向流の水勢によって流動している。

この流動床式生物処理装置によって脱窒処理を行う場合においては、脱窒反応により窒素ガスが発生する。担体に形成された生物膜の内部に窒素ガスが内包されるために、ガスの浮力により浮上して水面に滞留するようになる。浮上担体の量が多くなると、担体と槽内液中の基質との接触が悪くなり、流動床式生物処理装置の処理効率が低下する。なお、窒素以外にも嫌気処理時のメタンなどのガスが担体に付着して担体が浮上することもある。

特開２００６−２１８３７１には、槽内の中央に上下方向にドラフトチューブを設置し、このドラフトチューブ内にインペラ装置を設置し、インペラ装置によって担体を脱泡することが記載されている。即ち、気泡が付着することにより槽内を浮上した担体は、ドラフトチューブの上端から該ドラフトチューブ内に吸い込まれて循環されると共に、ドラフトチューブ内のインペラ装置を通過するときにインペラによって剪断力が与えられ、脱泡される（同公報００２７段落）。

特開２００６−２１８３７１

流動床式脱窒処理を安定して行うには、原水と担体の接触を良くすることが重要である。従来の高負荷処理では、脱窒反応で生じるガスの浮上力と回転翼の撹拌力のバランスで担体の流動性を維持しており、原水は反応槽の上部から流入している（高負荷処理条件下で反応槽下部から原水を流入すると、上向流に加えてガス浮上力も強くなるため担体が反応槽の水面付近に滞留してしまう）。

しかし、装置立上時や低負荷処理の場合、気泡の付着が不足して担体の比重が大きくなり、担体が反応槽底部に堆積し、処理水質悪化や臭気発生リスクが高まることがある。担体が堆積すると、槽内に嫌気領域が生じ、硫化水素などの臭気が発生し易くなる。この場合、流動性を良くするため撹拌力を高めたり、撹拌機を増やすなどの対策があるが、運転コストや設置コストが高くなる。

本発明は、担体を充填した流動床式脱窒処理を用いた流動床式生物処理方法において、装置の立上時や低負荷処理時にも、担体を効率よく流動させ、処理水質を低下させずに安定に処理できる方法を提供することを目的とする。

請求項１の流動床式生物処理方法は、粒状の担体が充填された槽内に被処理水を供給し、該担体を撹拌して処理を行う流動床式生物処理方法において、負荷が所定値よりも高い高負荷時には被処理水を槽上部に供給し、負荷が該所定値よりも低い低負荷時には被処理水の少なくとも一部を槽下部に供給することを特徴とするものである。

請求項２の流動床式生物処理方法は、請求項１において、前記生物処理は脱窒処理であり、前記所定値は、１．５〜２．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄの間から選択された値であることを特徴とするものである。

請求項３の流動床式生物処理方法は、請求項１又は２において、低負荷時に、前記槽からの流出水の一部を前記槽の下部に供給することを特徴とするものである。

本発明では、高負荷時には被処理水を槽上部に供給する。これにより、担体に上向流が作用せず、担体が浮上することが防止され、担体が槽内全体を満遍なく流動するようになる。

低負荷時には被処理水を槽下部に供給する。これにより、担体に対し被処理水の上向流による上昇力が作用し、担体の流動性が向上し、担体が槽内全体を満遍なく流動するようになる。

なお、負荷に応じ、被処理水の一部を槽下部に供給するようにしてもよい。また、槽からの流出水の一部を槽下部に返送供給することによって、担体に対する上向流による上昇力を与えるようにしてもよい。

実施の形態に係る流動床式生物処理装置の縦断面図である。 実施の形態に係る流動床式生物処理装置の縦断面図である。 実施の形態に係る流動床式生物処理装置の縦断面図である。 実施の形態に係る流動床式生物処理装置の縦断面図である。 実施例の結果を示すグラフである。 比較例の結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１図は実施の形態に係る流動床式生物処理装置の縦断面図である。

この流動床式生物処理装置１は、筒軸心方向を鉛直方向とした円筒形の槽体２と、該槽体２の軸心位置に配置された駆動軸３と、該駆動軸３に固着された回転翼（撹拌翼）４と、駆動軸３を回転させるモータ５と、槽体２の上部に設けられた担体流出防止スクリーン付きの処理水取出トラフ（図示略）を備えている。処理水取出トラフのオーバーフローレベルが槽体２内の水面位である。なお、槽体２は円筒形ではなくてもよい。また、撹拌機は２台以上設けられてもよい。

この槽体２内に粒状担体が収容されている。担体としては、磨耗に強い高分子架橋体の粒状のものが好ましい。担体の材料樹脂としては、例えばポリオレフィン、ＰＶＡ、ＰＥＧ、（ポリ）アクリルアミド、Ｎ置換アクリルアミド、（ポリ／メタ）アクリル酸またはそのアルカリ金属塩、アルギン酸、ポリアルキレンオキサイド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート（ＤＡＭ）、ジアセトンアルコール（ＤＡＡ）、ポリアルキレンオキサイド等が挙げられる。より具体的には、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのターポリマー、および、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの三級塩もしくは四級アンモニウムのホモポリマーまたはアクリルアミド等とのコポリマー等が例示される。ただし、担体の材質はこれらに限定されない。

担体の平均粒径としては１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、特に好ましくは１．２ｍｍ〜３．５ｍｍである。これより小さいと担体と水の分離が困難になり、大きいと流動の妨げとなる。

担体の空隙率は２０〜５０％が好ましく、特に３０〜４０％が望ましい。空隙率が低いと、汚泥の付着が少なく処理効率が低下し、高いとガスを内包しやすくなる。

担体の密度としては、平均して０．９６〜１．０２ｇ／ｃｍ^３であることが望ましく、８０％以上の担体の密度が０．９８〜１．０１ｇ／ｃｍ^３特に０．９８５〜１．００ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

担体の充填量は槽体２の水面位以下の容積に対して担体のかさ容積が１０〜５０％となる量であることが好ましい。これよりも担体の量が少ないと処理効率が低くなり、５０％よりも多いと撹拌動力が過大となる。

このように構成された流動床式生物処理装置においては、回転翼４を回転させながらこの槽体２内に被処理水（有機物含有排水）を供給し、生物処理を行う。本発明では、被処理水の負荷に応じて被処理水を槽体２の上部又は下部もしくは上部、下部同時供給のように切り替えを行う。

なお、被処理水が下水、し尿、半導体、液晶、鉄鋼、機械、化学など各種産業排水など窒素含有排水である場合、高負荷と低負荷とを区別する所定値は１．５〜２．５ｋｇ／ｍ^３／ｄの間から選択された値（例えば２ｋｇ／ｍ^３／ｄ）とすることが望ましい。この所定値は、槽の形状や被処理水性状によっても異なるので、実験的に定めるのが好ましい。

本発明では、負荷がこの所定値よりも高いときには、第１図のように被処理水を槽体２の上部に供給する。これにより、担体は、付着した気泡の浮上力と重力による沈降力とがバランスし、槽体２内の全体に満遍なく流動し、効率よく生物処理が行われる。

負荷が所定値よりも低いときには、第２図のように被処理水を槽体２の下部に供給する。この場合、低負荷であるため担体に付着する気泡量は少ないが、槽体２内には下部給水に伴う上向流が存在するので、担体に対し上向流による上昇力が与えられ、これにより担体が槽体２内の全体に満遍なく流動し、効率よく生物処理が行われる。なお、第３図のように被処理水の一部（例えば被処理水量の５０〜９０％程度）を槽体２の下部に供給し、残部を槽体２の上部に供給してもよい。

本発明では、低負荷時には、第４図のように槽体２からの流出水（処理水）の一部を返送し、被処理水の一部又は全部と共に槽体２内に供給するようにしてもよい。このようにすれば、返送水の上向流が作用することにより担体に上昇力が与えられ、担体が槽体２内の全体に満遍なく流動し、効率よく生物処理が行われる。処理水を返送するので、槽体内の処理の負荷を上昇させることも殆どない。なお、第４図において、被処理水の全量を槽体２の下部に供給してもよく、一部のみを槽体２の下部に供給してもよい。処理水の返送量は、槽体２内の担体の流動状況を見定めるのが望ましいが、通常は全処理水量の３００％以下特に２０〜２００％程度が好ましい。

以下、実施例及び比較例について説明する。

［実施例１（低負荷、下部供給）］
槽容量１０Ｌの第２図に示す流動床式生物処理装置を用いてＮＯ_３−Ｎ濃度２００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ６００ｍｇ／Ｌの排水を５０Ｌ／ｄ（１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄ）の槽負荷（低負荷）にて供給して処理した。

担体としては密度１．０１ｇ／ｃｍ^３のポリオレフィン系ゲル担体（平均粒径３ｍｍ）を槽体容積の２５％充填した。

第５図は反応槽からの流出水のＮＯ_３−Ｎ濃度の推移を示したグラフである。被処理水を槽体下部に供給することにより、担体を良好に流動させることができ、第５図の通り、運転期間中、Ｎ除去率９５％以上安定に維持することができた。

［比較例１（低負荷、上部供給）］
実施例１と同一の槽容量１０Ｌ、担体充填率２５％の脱窒反応槽に、実施例１と同じくＮＯ_３−Ｎ２００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ６００ｍｇ／Ｌの排水を被処理水として５０Ｌ／ｄの流量で、第１図のように反応槽の上部より流入させた。

第６図は反応槽からの流出水のＮＯ_３−Ｎ濃度の推移を示したグラフである。生物反応によるガス発生のみではうまく担体が流動せず、Ｎ除去率７５〜８０％での処理にとどまった。この結果より、低負荷の場合は、第２図のように槽体下部に供給する方が高除去率となることが認められた。

［実施例２（高負荷、上部供給）］
比較例１において、被処理水として、ＮＯ_３−Ｎ濃度６００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ１８００ｍｇ／Ｌの排水を５０Ｌ／ｄとしたこと以外は同様にして処理を行ったところ、平均のＮ除去率は９５％であった。

［比較例２（高負荷、下部供給）］
実施例１において、被処理水として、ＮＯ_３−Ｎ濃度６００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ１８００ｍｇ／Ｌの排水を５０Ｌ／ｄとしたこと以外は同様にして処理を行ったところ、平均のＮ除去率は９５％であった。ところが、この比較例２では浮遊する担体量が多いことが認められた。この結果より、高負荷の場合は第１図のように槽体上部に供給する方が高除去率となることが認められた。

１ 流動床式生物処理装置
２ 槽体
３ 駆動軸
４ 回転翼
５ モータ

Claims (3)

1. 粒状の担体が充填された槽内に被処理水を供給し、該担体を撹拌して処理を行う流動床式生物処理方法において、
   負荷が所定値よりも高い高負荷時には被処理水を槽上部に供給し、負荷が該所定値よりも低い低負荷時には被処理水の少なくとも一部を槽下部に供給することを特徴とする流動床式生物処理方法。
2. 請求項１において、前記生物処理は脱窒処理であり、前記所定値は、１．５〜２．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄの間から選択された値であることを特徴とする流動床式生物処理方法。
3. 請求項１又は２において、低負荷時に、前記槽からの流出水の一部を前記槽の下部に供給することを特徴とする流動床式生物処理方法。

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