JP2022191066A - Water treatment method and water treatment apparatus - Google Patents

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佑亮 平居
Yusuke Hirai
悠佑 田中
Yusuke Tanaka
卓矢 大澤
Takuya Osawa
悠 鵜飼
Yu Ukai
資二 吉原
Sukeji Yoshihara
ファンクアンフィ
Fank Anfi
立夫 角野
Tatsuo Sumino
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Abstract

To provide a water treatment method and a water treatment apparatus in which clogging by SS during water treatment can easily be suppressed and NH4-N can satisfactorily be removed from water to be treated.SOLUTION: The water treatment method is a water treatment method for removing one or more of organic matter and ammonia-nitrogen in water to be treated under an aerobic condition, and includes passing water to be treated through one or more reaction tanks packed with a carrier having micropore in a direction selected from downward flow and upward flow, and in which, during water flowing, the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carrier, and the high-density region is located at the bottom of the reaction tank.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、被処理水中の有機物やアンモニア態窒素(以下、「NH‐N」とも言う)を生物処理する水処理方法および水処理装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus for biologically treating organic substances and ammonia nitrogen (hereinafter also referred to as "NH 4 -N") in water to be treated.

河川水、湖水、地下水等を取水源とした上水処理の方法としては、生物処理、RO膜、活性炭、砂濾過、凝集沈殿等を組み合わせて被処理水中の濁度や有機物、NH‐Nを処理し、最終的に次亜塩素酸の添加によって被処理水中の残存NH‐Nを除去する方法が一般的である。 As a water treatment method using river water, lake water, groundwater, etc. as a water source, biological treatment, RO membrane, activated carbon, sand filtration, coagulation sedimentation, etc. are combined to reduce turbidity, organic matter, NH 4 -N in the water to be treated. and finally removing residual NH 4 —N in the water to be treated by adding hypochlorous acid.

最終段階においてNH‐Nの残存量が多い場合、次亜塩素酸の使用量が増え、ランニングコストが掛かるとともに処理水に塩素由来の臭いが残ってしまう。そのため、前段処理で可能な限りNH‐Nを除去することがランニングコストの低減と処理水質の向上につながる。 If the amount of NH 4 —N remaining in the final stage is large, the amount of hypochlorous acid used will increase, resulting in increased running costs and a chlorine-derived odor remaining in the treated water. Therefore, removing NH 4 —N as much as possible in the pretreatment leads to a reduction in running costs and an improvement in treated water quality.

前段処理に使用される生物処理の手法の中に、生物ろ過がある。生物ろ過で使用される担体としては、活性炭、アンスラサイト、スポンジ、ゲル、プラスチック等が挙げられる。担体による水処理方法は、処理性が安定しており、かつ、運転も容易である。 Biofiltration is one of the biological treatment methods used for pretreatment. Carriers used in biofiltration include activated carbon, anthracite, sponges, gels, plastics, and the like. The water treatment method using a carrier has stable treatment properties and is easy to operate.

しかしながら、生物ろ過において、被処理水を下向流または上向流で通水させ続ける場合、被処理水中に含有される懸濁物質(以下、「SS」(SS:Suspended Solids)とも言う)によって目詰まりが生じる。このようなSSの目詰まりを解消させるためには、一般的に、定期的に水処理を中断して、反応槽を逆洗することが必要とされる。 However, in biological filtration, when the water to be treated continues to flow downward or upward, suspended solids contained in the water to be treated (hereinafter also referred to as "SS" (SS: Suspended Solids)) Clogging occurs. In order to eliminate such SS clogging, it is generally necessary to periodically interrupt the water treatment and backwash the reactor.

SSの目詰まりを解消することができる水処理方法として、例えば、特許文献1には、水と近似した比重を持ち、上向水流および/または気泡の付着によって浮上する性質を持つ素材からなる立体網目状粒状物を担体として用いる上向流式生物ろ過装置による生物ろ過方法について記載されている。具体的には、特許文献1に記載の生物ろ過方法では、生物ろ過装置上部には担体の固定床を、その下部には担体の流動床を形成させるように、流動床の下部から原水と酸素含有気体を上向流で通過させて原水を生物学的に処理する。 As a water treatment method that can eliminate the clogging of SS, for example, Patent Document 1 discloses a three-dimensional structure made of a material that has a specific gravity similar to that of water and has the property of floating by upward water flow and/or adhesion of air bubbles. A biofiltration method with an upflow biofiltration device using reticulated particulate matter as a carrier is described. Specifically, in the biological filtration method described in Patent Document 1, a fixed bed of carriers is formed in the upper part of the biological filtration device, and a fluidized bed of carriers is formed in the lower part. The raw water is biologically treated by passing the contained gas in an upflow.

また、生物ろ過の手法として、他にも様々な方法が知られている。 Various other methods are also known as methods of biological filtration.

例えば、特許文献2には、成形後のろ過材構造の空隙率を大きくでき、かつ、ろ過速度を上げることができる、化学繊維を原料とした生物接触ろ過材について記載されている。具体的には、特許文献2に記載の生物接触ろ過材は、熱処理を施すことにより捲縮を発現する化学繊維と、熱融着性の化学繊維とを含有した原料化学繊維が融着した不織布を備え、該不織布が複数回重なるように撚って巻かれた状態で、この重なった不織布同士が融着した略円柱状となっている。 For example, Patent Literature 2 describes a biological contact filter material made of chemical fibers as a raw material, which can increase the porosity of the filter material structure after molding and increase the filtration speed. Specifically, the biological contact filter material described in Patent Document 2 is a nonwoven fabric in which raw material chemical fibers containing chemical fibers that develop crimps by heat treatment and heat-fusible chemical fibers are fused together. The nonwoven fabric is twisted and wound so that it overlaps a plurality of times, and the overlapped nonwoven fabrics are fused to each other to form a substantially cylindrical shape.

さらに、例えば、特許文献3には、安定した処理性と優れた処理水を得ることができる担体を使用する水処理方法が記載されている。具体的には、特許文献3には、担体の含水率、担体の連通孔の孔径、被処理水中の有機物濃度およびアンモニア態窒素濃度、ならびに、反応槽における被処理水の滞留時間を特定の数値範囲に規定し、被処理水を反応槽に通水して、完全混合の形態を取り、好気条件下で処理を行う水処理方法が記載されている。 Furthermore, for example, Patent Document 3 describes a water treatment method using a carrier capable of obtaining treated water with stable treatability and excellent quality. Specifically, in Patent Document 3, the water content of the carrier, the pore size of the communicating pores of the carrier, the concentration of organic matter and ammonia nitrogen in the water to be treated, and the retention time of the water to be treated in the reaction tank A water treatment method is described in which the range is defined and the water to be treated is passed through a reaction tank to take the form of complete mixing and treatment under aerobic conditions.

特許第2584386号公報Japanese Patent No. 2584386 特許第6090991号公報Japanese Patent No. 6090991 国際公開第2020/004662号WO2020/004662

特許文献1に記載の生物ろ過方法では、処理槽の下部に構成された流動床部分の担体は、原水や酸素含有気体による気液混相流によって自由に流動する状態となっている。従って、流動床部分における担体に固定された微生物により原水中の有機物が効率的に除去された後に、固定床部分に原水が送られる。そのため、固定床部分では担体に保持されている微生物の増殖が適度に抑えられ、固定床における目詰まり(SSの目詰まり)の進行を抑制することができる。なお、特許文献1に記載の生物ろ過方法では、原水を上向流で通水することが必須とされている。 In the biological filtration method described in Patent Document 1, the carrier in the fluidized bed portion configured in the lower portion of the treatment tank is in a state of being freely fluidized by the gas-liquid mixed phase flow of raw water and oxygen-containing gas. Therefore, organic matter in the raw water is efficiently removed by the microorganisms immobilized on the carrier in the fluidized bed portion, and then the raw water is sent to the fixed bed portion. Therefore, in the fixed bed portion, the growth of microorganisms retained on the carrier is moderately suppressed, and the progress of clogging (SS clogging) in the fixed bed can be suppressed. In addition, in the biological filtration method described in Patent Document 1, it is essential to pass the raw water in an upward flow.

しかしながら、SSの目詰まりをより簡易な手法によって解消できれば好適である。具体的には、下向流および上向流のうちのいずれかの方向で通水させた場合、または、下向流および上向流の両方向を組み合わせて通水させた場合であっても、SSの目詰まりの進行を抑制することができ、かつ、安定的に連続運転できる、新規かつ簡易な生物ろ過方法があれば好適である。 However, it would be preferable if clogging of the SS could be eliminated by a simpler method. Specifically, even when water is passed in either direction of downward flow or upward flow, or when water is passed in a combination of both directions of downward flow and upward flow, It would be preferable if there was a novel and simple biological filtration method capable of suppressing the progress of clogging of the SS and capable of stable continuous operation.

さらに、従来までの生物ろ過に関する水処理方法によると、被処理水中のNH‐N濃度が10mg/Lと高い場合にはNH‐Nを十分に低濃度まで除去できていないという問題が存在する。 Furthermore, according to conventional water treatment methods related to biological filtration, there is a problem that NH 4 -N cannot be removed to a sufficiently low concentration when the NH 4 -N concentration in the water to be treated is as high as 10 mg / L. do.

例えば、特許文献2に記載されている生物接触ろ過材は、化学繊維を原料として撚って巻かれた状態であり、かつ、不織布同士が融着した形状を有している。そのため、ろ過材の内部において微細な空隙を適切に形成させることが難しく、当該空隙内へ細菌以外の大きな原生生物等が進入し易いという問題を有する。その結果、特許文献2に記載の生物接触ろ過材を用いる方法によっても、硝化反応が良好に促進されるとは言い難く、被処理水中のNH‐N濃度が10mg/L程度と高い場合にはNH‐Nを十分に低濃度まで除去することができない。 For example, the biological contact filter material described in Patent Document 2 is in a state in which chemical fibers are twisted and wound, and nonwoven fabrics are fused together. Therefore, it is difficult to appropriately form minute voids inside the filter medium, and there is a problem that large protozoa and the like other than bacteria easily enter the voids. As a result, even with the method using the biologically contacting filter material described in Patent Document 2 , it is difficult to say that the nitrification reaction is favorably promoted. cannot remove NH4 - N to sufficiently low concentrations.

さらに、特許文献3の図1に示されているような処理槽を用いる場合、すなわち通水方向を横方向とし、反応槽内部で被処理水を攪拌して担体を略均一に分散して流動させて硝化反応を生じさせる場合、被処理水中のNH‐N濃度をある程度の値までは低下させることは可能である。しかしながら、当該方法によっても、槽内が完全混合の形態を取るため、被処理水中のNH‐N濃度が10mg/L程度と高い場合には十分に低濃度になるまで効率的にNH‐Nを除去可能であるとは言い難い。 Furthermore, when using a treatment tank as shown in FIG. 1 of Patent Document 3, that is, the water flow direction is set to the horizontal direction, the water to be treated is stirred inside the reaction tank to disperse the carriers substantially uniformly and flow. It is possible to reduce the NH 4 —N concentration in the water to be treated to a certain level when the nitrification reaction is caused by reducing the concentration of NH 4 —N. However, even with this method, the inside of the tank is completely mixed. Therefore, when the NH 4 —N concentration in the water to be treated is as high as about 10 mg/L, NH 4 — is efficiently removed until the concentration becomes sufficiently low. It is hard to say that N is removable.

そこで、本発明は、水処理時におけるSSの目詰まりを簡易に抑制することができ、かつ、被処理水中のNH‐Nを良好に除去することができる水処理方法および水処理装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a water treatment method and a water treatment apparatus capable of easily suppressing SS clogging during water treatment and satisfactorily removing NH 4 —N from water to be treated. intended to

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は以下の好適な態様を包含する。 The present inventors arrived at the present invention as a result of intensive studies to solve the above problems. That is, the present invention includes the following preferred embodiments.

本発明の第一の局面に係る水処理方法は、被処理水中の有機物およびアンモニア態窒素のうちの1つ以上を好気条件下で除去する水処理方法であって、
微細孔を有する担体を充填した1つ以上の反応槽内に、被処理水を各々下向流および上向流から選択される方向で通水させることを含み、
通水時において、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記高密度領域は前記反応槽下部に位置している。
A water treatment method according to a first aspect of the present invention is a water treatment method for removing one or more of organic matter and ammonia nitrogen in water to be treated under aerobic conditions,
Flowing water to be treated in one or more reaction tanks filled with carriers having micropores in a direction selected from downward flow and upward flow,
During water passage, the reaction vessel has a high-density region and a low-density region in the carrier distribution, and the high-density region is located at the bottom of the reaction vessel.

前述の水処理方法において、前記低密度領域における前記担体が動いていることが好ましい。 In the water treatment method described above, it is preferred that the carrier in the low density region is in motion.

前述の水処理方法において、前記微細孔の孔径は、0.1μm以上1000μm未満であることがより好ましい。 In the water treatment method described above, the pore size of the fine pores is more preferably 0.1 μm or more and less than 1000 μm.

前述の水処理方法において、前記反応槽内の前記担体全量のうちの20%以上の前記担体が動いていることがさらに好ましい。 In the water treatment method described above, it is more preferable that 20% or more of the carriers in the reaction tank are moving.

前述の水処理方法において、前記反応槽内が完全混合とならないような担体の流動状態となることが好ましい。前記動いている担体のうち、2.5cm/秒以上の速度で動いている担体は、前記動いている担体全量のうちの50%未満であることが好ましい。 In the water treatment method described above, it is preferable that the carriers are in a fluidized state in which the inside of the reaction vessel is not completely mixed. Preferably, among the moving carriers, carriers moving at a speed of 2.5 cm/sec or more represent less than 50% of the total amount of the moving carriers.

前述の水処理方法において、前記反応槽内の全担体量の10%以上における前記担体の充填率が見かけ体積で80%以上であることがより好ましい。具体的には、前記反応槽内の全担体量の40%における前記担体の充填率が見かけ体積で90%以上であることがより好ましい。 In the water treatment method described above, it is more preferable that the filling rate of the carrier in 10% or more of the total amount of carrier in the reaction tank is 80% or more in apparent volume. Specifically, it is more preferable that the filling rate of the carrier in 40% of the total amount of carrier in the reaction vessel is 90% or more in terms of apparent volume.

前述の水処理方法において、細菌を担持した状態における前記担体の比重は1.00~1.20であることが特に好ましい。 In the water treatment method described above, it is particularly preferable that the carrier has a specific gravity of 1.00 to 1.20 when the carrier supports the bacteria.

前述の水処理方法において、前記担体は、ポリビニルアルコールからなることがより好ましい。 In the water treatment method described above, the carrier is more preferably made of polyvinyl alcohol.

前述の水処理方法において、前記担体の比表面積が50000m/m以上であることがさらに好ましい。 In the water treatment method described above, it is more preferable that the carrier has a specific surface area of 50000 m 2 /m 3 or more.

前述の水処理方法において、通水時において、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記動いている担体のうちの少なくとも一部分は前記反応槽内における前記低密度領域と前記高密度領域の位置を移動しながら動いていることが特に好ましい。 In the water treatment method described above, the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carriers when the water is passed through, and at least a portion of the moving carriers is in the reaction tank. It is particularly preferable to move while moving the positions of the low density region and the high density region within.

前述の水処理方法において、通水時において、前記反応槽内の前記担体全量が動いていることが好ましい。 In the water treatment method described above, it is preferable that the entire amount of the carrier in the reaction tank is moving when the water is passed.

前述の水処理方法において、通水時において、前記反応槽内の前記担体全量が動いており、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記動いている担体のうちの少なくとも一部分は前記反応槽内における前記低密度領域と前記高密度領域の位置を移動しながら動いていることがより好ましい。 In the water treatment method described above, the entire amount of the carriers in the reaction tank is moving when water is passed through, the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carriers, and More preferably, at least a portion of the moving carriers moves while moving between the positions of the low density region and the high density region within the reaction vessel.

本発明の第二の局面に係る水処理装置は、被処理水中の有機物およびアンモニア態窒素のうちの1つ以上を好気条件下で除去する水処理装置であって、
微細孔を有する担体が充填された1つ以上の反応槽と、
前記1つ以上の反応槽内に、被処理水を各々下向流および上向流から選択される方向で通水させるための被処理水供給部および処理水排出部と、を備え、
通水時において、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記高密度領域は前記反応槽下部に位置している。
A water treatment apparatus according to a second aspect of the present invention is a water treatment apparatus that removes one or more of organic matter and ammonia nitrogen in water to be treated under aerobic conditions,
one or more reaction vessels filled with a carrier having micropores;
a to-be-treated water supply unit and a treated water discharge unit for causing the water to be treated to flow in the one or more reaction tanks in a direction selected from a downward flow and an upward flow,
During water passage, the reaction vessel has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carrier, and the high-density region is located at the bottom of the reaction vessel.

前述の水処理装置において、前記低密度領域における前記担体が動いていることが好ましい。 In the aforementioned water treatment device, it is preferred that the carrier in the low density region is in motion.

前述の水処理装置において、前記微細孔の孔径は、0.1μm以上1000μm未満であることがより好ましい。 In the water treatment device described above, it is more preferable that the fine pores have a pore size of 0.1 μm or more and less than 1000 μm.

前述の水処理装置において、前記反応槽内の前記担体全量のうちの20%以上の前記担体が動いていることがさらに好ましい。 In the water treatment apparatus described above, it is more preferable that 20% or more of the carriers in the reaction tank are moving.

前述の水処理装置において、前記反応槽内が完全混合とならないような担体の流動状態となることが好ましい。前記動いている担体のうち、2.5cm/秒以上の速度で動いている担体は、前記動いている担体全量のうちの50%未満であることが好ましい。 In the water treatment apparatus described above, it is preferable that the carriers are in a fluidized state in which the inside of the reaction vessel is not completely mixed. Preferably, among the moving carriers, carriers moving at a speed of 2.5 cm/sec or more represent less than 50% of the total amount of the moving carriers.

前述の水処理装置において、前記反応槽内の全担体量の10%以上における前記担体の充填率が見かけ体積で80%以上であることがより好ましい。具体的には、前記反応槽内の全担体量の40%における前記担体の充填率が見かけ体積で90%以上であることがより好ましい。 In the water treatment apparatus described above, it is more preferable that the filling rate of the carrier in 10% or more of the total amount of carrier in the reaction tank is 80% or more in apparent volume. Specifically, it is more preferable that the filling rate of the carrier in 40% of the total amount of carrier in the reaction vessel is 90% or more in terms of apparent volume.

前述の水処理装置において、細菌を担持した状態における前記担体の比重は1.00~1.20であることが特に好ましい。 In the water treatment apparatus described above, it is particularly preferable that the carrier has a specific gravity of 1.00 to 1.20 in a state in which the bacteria are supported.

前述の水処理装置において、前記担体は、ポリビニルアルコールからなることがより好ましい。 In the water treatment device described above, the carrier is more preferably made of polyvinyl alcohol.

前述の水処理装置において、前記担体の比表面積が50000m/m以上であることがさらに好ましい。 In the water treatment device described above, it is more preferable that the carrier has a specific surface area of 50000 m 2 /m 3 or more.

前述の水処理装置において、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記動いている担体のうちの少なくとも一部分は前記反応槽内における前記低密度領域と前記高密度領域の位置を移動しながら動いていることが特に好ましい。 The water treatment apparatus as described above, wherein the reaction vessel has a high density region and a low density region in the carrier distribution, and at least a portion of the moving carrier is in the low density region within the reaction vessel. It is particularly preferred to move while moving the position of the area and said high density area.

前述の水処理装置において、通水時において、前記反応槽内の前記担体全量が動いていることが好ましい。 In the water treatment apparatus described above, it is preferable that the entire amount of the carrier in the reaction tank is moving when the water is passed.

前述の水処理装置において、通水時において、前記反応槽内の前記担体全量が動いており、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記動いている担体のうちの少なくとも一部分は前記反応槽内における前記低密度領域と前記高密度領域の位置を移動しながら動いていることがより好ましい。 In the water treatment apparatus described above, the entire amount of the carriers in the reaction tank is moving during water flow, the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carriers, and More preferably, at least a portion of the moving carriers moves while moving between the positions of the low density region and the high density region within the reaction vessel.

本発明によれば、水処理時におけるSSの目詰まりを簡易に抑制することができ、かつ、被処理水中のNH‐Nを良好に除去することができる水処理方法および水処理装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a water treatment method and a water treatment apparatus capable of easily suppressing SS clogging during water treatment and satisfactorily removing NH 4 —N from water to be treated. can do.

図1は、本実施形態における水処理方法で用いられる水処理装置の構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a water treatment apparatus used in the water treatment method according to this embodiment. 図2は、図1に示す水処理装置の構成の変形例1を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing Modification 1 of the configuration of the water treatment apparatus shown in FIG. 図3は、図1に示す水処理装置の構成の変形例2を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing Modification 2 of the configuration of the water treatment apparatus shown in FIG. 図4は、図1に示す水処理装置の構成の変形例3を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing Modification 3 of the configuration of the water treatment apparatus shown in FIG. 図5は、図1に示す水処理装置の構成の変形例4を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing Modification 4 of the configuration of the water treatment apparatus shown in FIG. 図6は、実施例1における被処理水中のNH‐N濃度と排出された処理水中のNH‐N濃度とを水処理装置の使用経過日数と共に示すグラフである。6 is a graph showing the NH 4 —N concentration in the water to be treated and the NH 4 —N concentration in the discharged treated water in Example 1 along with the number of days of use of the water treatment apparatus. 図7は、比較例3における被処理水中のNH‐N濃度と排出された処理水中のNH‐N濃度とを水処理装置の使用経過日数と共に示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the NH 4 —N concentration in the water to be treated and the NH 4 —N concentration in the discharged treated water in Comparative Example 3 along with the number of days of use of the water treatment apparatus.

本発明者らは、水処理時におけるSSの目詰まりを抑制することができ、かつ、被処理水中のNH‐Nを良好に除去することができる水処理方法および水処理装置について様々な研究を重ねた。そして、水処理時の反応槽内における担体の挙動および被処理水の通水方向に着目し、本発明を完成した。具体的には、反応槽内に被処理水を下向流もしくは上向流で通水させ、または2つ以上の反応槽を用いた下向流と上向流との組みあわせで通水させ、かつ、通水時において、担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、高密度領域は反応槽下部に位置していることによって、水処理時におけるSSの目詰まりを簡易に抑制することができ、かつ、被処理水中のNH‐Nを良好に除去することができる。 The present inventors have conducted various studies on a water treatment method and a water treatment apparatus capable of suppressing SS clogging during water treatment and satisfactorily removing NH 4 —N from the water to be treated. repeated. Then, the present invention was completed by paying attention to the behavior of the carrier in the reaction tank during water treatment and the flow direction of the water to be treated. Specifically, the water to be treated is allowed to pass through the reaction tank in a downward flow or an upward flow, or a combination of downward and upward flows using two or more reaction tanks. And, when water is passed, it has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carrier, and the high-density region is located in the lower part of the reaction tank, so clogging of the SS during water treatment is easy. NH 4 —N in the water to be treated can be satisfactorily removed.

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更をすることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the scope of the present invention is not limited to the embodiments described here, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

(有機物およびNH‐Nを含む被処理水)
本明細書において、「被処理水」とは、有機物およびNH‐Nのうちの1つ以上を含んでいる液体であれば、特に限定されない。被処理水は、有機物およびNH‐Nの濃度が比較的低い、河川水、湖水および地下水のうちの1つ以上であることが好ましい。これらのうちのいずれかの原水を被処理水にすることによって、水処理時におけるSSの目詰まりをより好適に抑制することができ、かつ、被処理水中のNH‐Nをより良好に除去することができる。その結果、その処理水を上水として使用することができる。
(To-be-treated water containing organic matter and NH4 - N)
As used herein, "water to be treated" is not particularly limited as long as it is a liquid containing one or more of organic substances and NH4 - N. Preferably, the water to be treated is one or more of river water, lake water and groundwater, which have relatively low concentrations of organic matter and NH4 - N. By using any of these raw waters as the water to be treated, SS clogging during water treatment can be more suitably suppressed, and NH 4 —N in the water to be treated can be removed more satisfactorily. can do. As a result, the treated water can be used as tap water.

(水処理装置の構成)
まず、後述する実施形態における水処理方法において用いられる水処理装置の構成の一例について、図1に基づいて説明する。図1に示すように、水処理装置1は、反応槽2と、担体3と、被処理水供給管4と、処理水排出管5と、空気供給管6とを主に備えている。一般的に、水処理装置1では、まず、細菌を含有する被処理水(原水)を一定時間通水させることによって、一定量の細菌を担体3に担持させた後に(装置の立ち上げ後に)、水処理が行われる。あるいは、予め細菌が担持された担体3を備えても構わない。水処理装置1は、被処理水中における有機物の分解が行われ、および/または、被処理水中におけるNH‐Nが硝化されて除去される装置である。
(Configuration of water treatment equipment)
First, an example of the configuration of a water treatment apparatus used in a water treatment method in an embodiment described later will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1 , the water treatment apparatus 1 mainly includes a reaction tank 2 , a carrier 3 , a water supply pipe 4 to be treated, a treated water discharge pipe 5 and an air supply pipe 6 . Generally, in the water treatment apparatus 1, first, water to be treated (raw water) containing bacteria is allowed to flow for a certain period of time, so that a certain amount of bacteria is supported on the carrier 3 (after the apparatus is started up). , water treatment is carried out. Alternatively, a carrier 3 on which bacteria are previously carried may be provided. The water treatment device 1 is a device that decomposes organic matter in the water to be treated and/or nitrifies and removes NH 4 —N in the water to be treated.

反応槽2は、特に限定されないが、例えば円筒形、直方体等の形状の槽に担体3が充填される。反応槽2の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径または一辺が40mm以上10000mm以下、好ましくは500mm以上5000mm以下、さらに好ましくは1000mm以上3000mm以下であり、高さが500mm以上10000mm以下、好ましくは1000mm以上7000mm以下、さらに好ましくは2000mm以上5900mm以下の円筒状のカラムを使用することができる。担体3については、後に詳細に説明する。反応槽2の上部には被処理水の導入口が設けられており、反応槽2内に被処理水を供給するための配管である被処理水供給管4と接続されている。反応槽2の下部には処理水の排出口が設けられており、反応槽2から排出された処理水が流れる配管である処理水排出管5と接続されている。 Although the reaction tank 2 is not particularly limited, for example, a tank having a shape such as a cylinder or a rectangular parallelepiped is filled with the carrier 3 . The size of the reaction vessel 2 is not particularly limited. can use a cylindrical column of 1000 mm or more and 7000 mm or less, more preferably 2000 mm or more and 5900 mm or less. Carrier 3 will be described later in detail. An inlet for the water to be treated is provided in the upper part of the reaction tank 2 and is connected to a water supply pipe 4 for supplying the water to be treated into the reaction tank 2 . A treated water discharge port is provided at the bottom of the reaction tank 2 and connected to a treated water discharge pipe 5 through which the treated water discharged from the reaction tank 2 flows.

水処理装置1は、反応槽2の下部に空気の導入口が設けられており、反応槽2内に空気を供給するための配管である空気供給管6と接続されている。すなわち、図1における反応槽2内の処理水は曝気される。処理水が曝気されることによって、被処理水中の有機物の分解およびNH‐Nの硝化を効率よく進行させることができる。曝気の具体的方法は、特に限定されず、反応槽2の下部に空気の導入口を設ける方法だけでなく、例えば反応槽2内の下部領域において空気供給管6が接続された散気装置等を備えても構わない。あるいは、被処理水を予め曝気してから反応槽2内に供給してもよい。 The water treatment apparatus 1 is provided with an air inlet at the bottom of the reaction tank 2 and is connected to an air supply pipe 6 for supplying air into the reaction tank 2 . That is, the treated water in the reaction tank 2 in FIG. 1 is aerated. By aerating the treated water, decomposition of organic matter and nitrification of NH 4 —N in the water to be treated can be efficiently advanced. The specific method of aeration is not particularly limited, and not only the method of providing an air inlet at the bottom of the reaction tank 2, but also the use of an air diffuser connected to the air supply pipe 6 in the lower region of the reaction tank 2, for example. may be provided. Alternatively, the water to be treated may be aerated in advance and then supplied into the reaction tank 2 .

このように、図1に示す水処理装置1では、被処理水が被処理水供給管4(被処理水供給部)を通って反応槽2に供給され、かつ、処理水が処理水排出管5(処理水排出部)を通って排出されることによって、担体3が充填された反応槽2内に被処理水を下向流(以下、「下向流式」とも言う)で通水させることができる。 Thus, in the water treatment apparatus 1 shown in FIG. 1, the water to be treated is supplied to the reaction tank 2 through the water to be treated supply pipe 4 (the water to be treated supply portion), and the treated water is discharged through the treated water discharge pipe. 5 (treated water discharge part) to allow the water to be treated to flow downward (hereinafter also referred to as "downward flow type") into the reaction tank 2 filled with the carrier 3. be able to.

図1に示す例では、処理水が曝気される水処理装置1の構成が採用されているが、反応槽2内の処理水は曝気されなくてもよい。曝気されない装置の構成として、図2に、図1に示す水処理装置1の構成の変形例1を示す。本実施形態では、通水時において、担体の分布における高密度領域および低密度領域を有している必要がある。そのため、曝気されない場合、水処理装置は反応槽内を下側から上側に向かって上向流で通水する構造(以下、「上向流式」とも言う)を取る必要がある。 In the example shown in FIG. 1, the structure of the water treatment apparatus 1 in which the treated water is aerated is adopted, but the treated water in the reaction tank 2 may not be aerated. FIG. 2 shows Modified Example 1 of the structure of the water treatment device 1 shown in FIG. 1 as a structure of a non-aerated device. In this embodiment, it is necessary to have a high-density region and a low-density region in the carrier distribution when water is passed through. Therefore, in the case of no aeration, the water treatment apparatus must have a structure in which water flows upward from the bottom to the top of the reaction tank (hereinafter also referred to as "upward flow type").

処理水が曝気される場合、図1に示す例では、反応槽2内を上側から下側に向かって水が流れる下向流式の構造が採用されているが、反応槽2内を下側から上側に向かって通水する上向流式の構造であってもよい。図3に、図1に示す水処理装置1の構成の変形例2を示す。図3に示すように、上向流式の場合、反応槽2の下部に被処理水供給管4が接続されると共に、反応槽3の上部に処理水排出管5が接続される。このように被処理水を下向流または上向流で通水させることによって、反応槽内に通水方向に沿った被処理水のNH‐N濃度の勾配を形成することができる。そのため、本実施形態における水処理装置によると、通水方向を横方向とし、例えば反応槽内部で被処理水を攪拌させて、担体を略均一に分散して流動させる場合と比較すると(例えば特許文献3参照)、NH‐Nを良好に低濃度まで除去することができる。 When the treated water is aerated, in the example shown in FIG. It may be an upward flow type structure in which water flows upward from. FIG. 3 shows Modification 2 of the configuration of the water treatment device 1 shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the case of the upward flow type, a water supply pipe 4 to be treated is connected to the lower part of the reaction tank 2 and a treated water discharge pipe 5 is connected to the upper part of the reaction tank 3 . By causing the water to be treated to flow downward or upward in this manner, a gradient of the NH 4 —N concentration of the water to be treated along the direction of water flow can be formed in the reaction tank. Therefore, according to the water treatment apparatus of the present embodiment, compared to the case where the water flow direction is set to the horizontal direction, for example, the water to be treated is stirred inside the reaction tank, and the carriers are dispersed and flowed substantially uniformly (for example, patent Reference 3), NH4 - N can be removed well to low concentrations.

あるいは、本実施形態における水処理装置の変形例では、水処理装置が2つ以上の反応槽を備え、各々の反応槽内において被処理水を各々下向流および上向流から選択される方向で通水させてもよい。換言すると、任意の数の下向流の通水における反応槽と任意の数の上向流の通水における反応槽との組みあわせにおいて水処理を行ってもよい。 Alternatively, in a modification of the water treatment apparatus in the present embodiment, the water treatment apparatus includes two or more reaction tanks, and the water to be treated in each reaction tank is in a direction selected from downward flow and upward flow. You can let water pass through. In other words, water treatment may be performed in any number of reactors with downward flow and any number of reactors with upward flow.

(担体)
次に、上述した水処理装置が備える担体について、詳細に説明する。
(Carrier)
Next, the carrier provided in the water treatment apparatus described above will be described in detail.

担体は、被処理水中の有機物を分解することができる細菌、および/または、被処理水中のNH‐Nを硝化することによって除去することができる細菌(硝化菌)を担持することができ、かつ、微細孔を有するものであれば、特に限定されない。 The carrier can carry bacteria capable of decomposing organic matter in the water to be treated and/or bacteria capable of removing NH 4 —N in the water to be treated by nitrification (nitrifying bacteria), And it is not particularly limited as long as it has micropores.

担体の微細孔は、連通孔構造であることが好ましい。本明細書において、「連通孔構造」とは、多孔質体の一部を構成する構造であって、担体の表面から内部に向かって微細な孔が複数形成されると共に、当該複数の孔が各々独立に存在しているのではなく、孔同士が相互に連通している(繋がっている)構造を意味する。この連通孔構造によれば、担体に形成された全ての微細孔に水を通過させることにより、当該担体の内部に水を浸透させることができる。 The micropores of the carrier preferably have a continuous pore structure. As used herein, the term "interconnected pore structure" refers to a structure that constitutes a part of a porous body, in which a plurality of fine pores are formed from the surface of the carrier toward the inside, and the plurality of pores are It means a structure in which the pores do not exist independently, but communicate (connect) with each other. According to this open-pore structure, water can permeate the interior of the carrier by allowing water to pass through all the fine pores formed in the carrier.

担体の微細孔の孔径、好ましくは連通孔の孔径は、1000μm未満であることが好ましい。担体の微細孔または連通孔の孔径は、500μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがさらに好ましく、50μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。孔径が1000μm未満の微細孔または連通孔が形成された担体を用いることによって、担体の比表面積を大きくすることができ、かつ、細菌以外の大きな生物が進入することで担体の内部表面を占有することを防ぐことができる。一方、従来的に生物ろ過において使用されているアンスラサイト等の粒状担体または化学繊維を原料として巻かれた状態で形成される生物接触ろ過材(例えば特許文献2参照)等は、このようなサイズの微細孔を形成することが困難であるため、細菌以外の大きな原生生物に担体の内部表面を占有されてしまう。また、担体の微細孔または連通孔の孔径は、0.1μm以上であることが好ましい。孔径を0.1μm以上にすることによって、細菌を孔内に安定的に棲息させることができる。 The pore size of the micropores of the carrier, preferably the pore size of the continuous pores, is preferably less than 1000 µm. The pore size of the micropores or continuous pores of the carrier is preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and even more preferably 30 μm or less. By using a carrier in which fine pores or continuous pores with a pore size of less than 1000 μm are formed, the specific surface area of the carrier can be increased, and large organisms other than bacteria can enter and occupy the inner surface of the carrier. can be prevented. On the other hand, a biological contact filter material (see, for example, Patent Document 2) formed in a wound state using a granular carrier such as anthracite or a chemical fiber conventionally used in biological filtration as a raw material has such a size. Since it is difficult to form such micropores, the inner surface of the carrier is occupied by large protists other than bacteria. Moreover, the pore size of the micropores or continuous pores of the carrier is preferably 0.1 μm or more. By setting the pore diameter to 0.1 μm or more, bacteria can stably live in the pores.

本明細書において、担体の微細孔または連通孔の孔径が0.1μm以上または1000μm未満とは、担体に形成された微細孔のうち50%以上の孔径が0.1μm以上または1000μm未満であることを意味する。この際、孔径とは、電子顕微鏡で担体の断面を観察した際に見られる孔の直径である。本明細書において、孔径は、具体的には次の方法で測定することができる。担体の断面を電子顕微鏡で観察して、電子顕微鏡画像を得る。得られた画像に等間隔で縦に10本の直線を引くとともに、等間隔で横に10本の直線を引く。そして、直線の交点に存在する孔を100個選択し、それぞれの孔の直径を測定する。このとき、交点に孔が存在しなかった場合には、その交点に最も近い孔を選択する。この測定は2つの交点に孔が跨らない縮尺の画像で行う。その結果、100個の孔の直径の範囲を求めることができる。孔が真円でない場合は、円相当径、すなわち孔の断面積と同面積の真円の直径が、孔径に相当する。 In the present specification, the pore size of the micropores or continuous pores of the carrier of 0.1 μm or more or less than 1000 μm means that 50% or more of the micropores formed in the carrier have a pore diameter of 0.1 μm or more or less than 1000 μm. means At this time, the pore diameter is the diameter of the pores observed when the cross section of the carrier is observed with an electron microscope. In this specification, the pore size can be specifically measured by the following method. A cross section of the carrier is observed with an electron microscope to obtain an electron microscope image. Ten straight lines are drawn vertically at equal intervals on the obtained image, and ten straight lines are drawn horizontally at equal intervals. Then, 100 holes existing at the intersection of the straight lines are selected, and the diameter of each hole is measured. At this time, if no hole exists at the intersection, the hole closest to the intersection is selected. This measurement is made on a scaled image where the hole does not straddle the two intersections. As a result, a range of 100 hole diameters can be determined. When the hole is not a perfect circle, the equivalent circle diameter, that is, the diameter of a perfect circle having the same area as the cross-sectional area of the hole, corresponds to the hole diameter.

担体の比表面積は、50000m/m以上であることが好ましい。担体の比表面積を50000m/m以上にすることによって、水処理時におけるSSの目詰まりをより簡易に抑制することができ、かつ、被処理水中のNH‐Nをより良好に除去することができる。具体的には、担体の比表面積が50000m/m以上であれば、担体の内部に細菌を効率よく多量に担持させることができる。その結果、担体の表面に生物膜が厚く付着することを抑制することができ、SSの目詰まりを簡易かつ確実に抑制することができ、かつ、有機物および/またはNH‐Nをより良好に除去することができる。一方、従来的に生物ろ過において一般的に使用されているアンスラサイト等の粒状担体は、このような大きさの比表面積を保有することができないため、担体の孔内に細菌を安定的に棲息させることができない。 The specific surface area of the carrier is preferably 50000 m 2 /m 3 or more. By setting the specific surface area of the carrier to 50000 m 2 /m 3 or more, SS clogging during water treatment can be more easily suppressed, and NH 4 —N in the water to be treated can be removed more satisfactorily. be able to. Specifically, when the carrier has a specific surface area of 50000 m 2 /m 3 or more, a large amount of bacteria can be efficiently supported inside the carrier. As a result, it is possible to suppress the deposition of a thick biofilm on the surface of the carrier, to easily and reliably suppress clogging of the SS, and to improve the organic matter and/or NH 4 —N. can be removed. On the other hand, since a granular carrier such as anthracite, which has been generally used in conventional biological filtration, cannot possess such a large specific surface area, bacteria can stably live in the pores of the carrier. I can't let you.

本明細書において、担体の比表面積は、後述する実施例と同様に、クリプトンガス吸着法によって測定される数値とする。 In this specification, the specific surface area of the carrier is a numerical value measured by the krypton gas adsorption method, as in the examples described later.

担体の比表面積は、より好ましくは60000m/m以上、さらに好ましくは70000m/m以上、特に好ましくは80000m/m以上である。また、担体の比表面積は200万m/m以下であることが好ましい。担体の比表面積を200万m/m以下にすることによって、担体内部の構造が緻密になり、微生物の棲息領域が限定されてしまい、内部を有効に使えなくなることを防ぐことができる。 The specific surface area of the carrier is more preferably 60,000 m 2 /m 3 or more, still more preferably 70,000 m 2 /m 3 or more, and particularly preferably 80,000 m 2 /m 3 or more. Also, the specific surface area of the carrier is preferably 2,000,000 m 2 /m 3 or less. By setting the specific surface area of the carrier to 2,000,000 m 2 /m 3 or less, the internal structure of the carrier becomes dense, limiting the habitat area for microorganisms and preventing the effective use of the interior.

担体は、例えば、有機高分子、無機化合物等の公知の構成素材からなる担体を用いることができる。有機高分子としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン、これらの樹脂に発泡剤等を混合させた発泡体、セルロース等が挙げられる。無機化合物としては、例えば、市販のろ過材、吸着材、粒状珪藻土、粒状ゼオライト、粒状活性炭、粉末活性炭等が挙げられる。 As the carrier, for example, a carrier made of known constituent materials such as organic polymers and inorganic compounds can be used. Examples of organic polymers include polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyacrylamide, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyurethane, foams obtained by mixing these resins with a foaming agent, and cellulose. Examples of inorganic compounds include commercially available filter media, adsorbents, granular diatomaceous earth, granular zeolite, granular activated carbon, and powdered activated carbon.

これらのうち、細菌との親和性が高く、かつ、細菌棲息性に優れているとの観点から、担体は、高分子ゲル担体であることが好ましく、ポリビニルアルコールからなるゲル状担体(以下、「PVAゲル担体」とも言う)であることがより好ましい。PVAゲル担体は、アセタール化されたPVAゲル担体であってもよい。担体としてPVAゲル担体を用いることによって、前述した担体の比表面積が大きくなるように制御し易いため、SSの目詰まりを簡易かつより良好に抑制することができる。 Among these, the carrier is preferably a polymer gel carrier from the viewpoint of high affinity with bacteria and excellent bacterial habitability, and a gel carrier made of polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as " It is more preferable to be a "PVA gel carrier"). The PVA gel carrier may be an acetalized PVA gel carrier. By using a PVA gel carrier as the carrier, it is easy to control the specific surface area of the carrier so that it becomes large, so clogging of the SS can be suppressed easily and more satisfactorily.

担体の含水率は、質量換算で、好ましくは50%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは85%以上である。担体の含水率を50%以上にすることによって、細菌の生育環境を良好なものとすることができ、細菌を増殖および担持され易くすることができる。また、担体の含水率は、98%以下であることが好ましく96%以下であることがより好ましい。担体の含水率を98%以下にすることによって、担体の破損を防ぐことができ、担体を追加投入する必要もほとんどなく、装置の長期運転を可能とすることができる。 The water content of the carrier is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 85% or more in terms of mass. By setting the water content of the carrier to 50% or more, the growth environment of bacteria can be improved, and the bacteria can be easily propagated and supported. Also, the water content of the carrier is preferably 98% or less, more preferably 96% or less. By setting the moisture content of the carrier to 98% or less, damage to the carrier can be prevented, and there is almost no need to add additional carrier, making it possible to operate the apparatus for a long period of time.

本明細書において、担体の含水率とは、含水状態の担体の重量に対する水の重量の比率である。水の重量は、含水状態の担体の重量と、当該含水状態の担体を完全に乾燥させた際の担体の重量との差から計算することができる。 As used herein, the moisture content of the carrier is the ratio of the weight of water to the weight of the carrier in the hydrated state. The weight of water can be calculated from the difference between the weight of the carrier in the hydrated state and the weight of the carrier when the carrier in the hydrated state is completely dried.

担体の形状は、反応槽内に充填することができ、かつ、本実施形態における水処理方法および水処理装置による効果に影響を及ぼす形状でなければ、特に限定されない。担体の形状としては、例えば、球状、楕円形状、立方体状、直方体状、円柱状等が挙げられる。これらのうち、細菌との接触効率の向上の観点から、担体の形状は、球状であることが好ましい。 The shape of the carrier is not particularly limited as long as it can be filled in the reaction tank and does not affect the effects of the water treatment method and water treatment apparatus of the present embodiment. Examples of the shape of the carrier include spherical, elliptical, cubic, rectangular parallelepiped, and columnar shapes. Among these, the shape of the carrier is preferably spherical from the viewpoint of improving contact efficiency with bacteria.

担体の球相当径は、0.5mm以上20mm以下であることが好ましい。球相当径を0.5mm以上とすることによって、反応槽からの担体の流出を防止することができる。また、後述する変形例のように担体の流出防止のためにスクリーンを設置する場合においても、球相当径を0.5mm以上とすることによって、スクリーンの網目を小さくしすぎて、目詰まりを起こすことを防ぐことができる。球相当径を20mm以下とすることによって、担体の反応槽内へ容易に充填することができ、かつ、担体を流動させる場合には、担体の流動性の低下を防ぐことができる。 The equivalent sphere diameter of the carrier is preferably 0.5 mm or more and 20 mm or less. By setting the equivalent sphere diameter to 0.5 mm or more, the carrier can be prevented from flowing out of the reaction vessel. Further, even when a screen is installed to prevent the outflow of the carrier as in the modified example described later, by setting the equivalent sphere diameter to 0.5 mm or more, the mesh size of the screen is made too small, causing clogging. can be prevented. By setting the equivalent sphere diameter to 20 mm or less, it is possible to easily fill the reaction tank with the carrier, and to prevent a decrease in the fluidity of the carrier when the carrier is made to flow.

担体の球相当径は、より好ましくは1mm以上であり、さらに好ましくは2mm以上である。また、担体の球相当径は、より好ましくは15mm以下であり、さらに好ましくは10mm以下である。本明細書において、担体の球相当径とは、担体の体積と等しい体積を有する球の直径を意味する。 The equivalent sphere diameter of the carrier is more preferably 1 mm or more, and still more preferably 2 mm or more. Further, the equivalent sphere diameter of the carrier is more preferably 15 mm or less, still more preferably 10 mm or less. As used herein, the equivalent sphere diameter of the carrier means the diameter of a sphere having a volume equal to the volume of the carrier.

細菌を担持した状態における担体の比重は、水と同じか、わずかに大きく、上向流または下向流で被処理水を反応槽に供給した際に、担体が流出または閉塞せずに安定した水処理が可能であれば特に限定されない。また、細菌を担持した状態における担体の比重は、後述するような所望する担体の分布および担体の挙動を形成し易い比重であることが好ましい。具体的には、細菌を担持した状態における担体の比重は、1.00~1.20であることが好ましい。当該比重を水と同じか、わずかに大きいこのような範囲にすることによって、上向流の方向の通水だけでなく(例えば特許文献1参照)、下向流および上向流のいずれの方向で通水させた場合であっても安定的に連続運転することができる。同時に、当該比重の範囲によると、通水および/または曝気によって簡単に担体の流動を制御することができ、後述する担体の分布および担体の挙動を調整し易い。従来、水に近い比重の担体は流動状態をよくするために使用され、完全混合槽で使用される。そのような担体を使用することで、1つ1つの担体は流動できる状態でありながら、被処理水は押し出し流れの流動状態で処理することが可能となり、被処理水中のNH‐Nをより効率的に低濃度まで除去することができ、かつSS詰まりを抑制できる。また、担体の流動を簡単に制御できることで、逆洗も容易となる。 The specific gravity of the carrier in the state of carrying bacteria is the same as or slightly larger than that of water, and when the water to be treated is supplied to the reaction tank in an upward or downward flow, the carrier is stable without flowing out or clogging. It is not particularly limited as long as water treatment is possible. In addition, the specific gravity of the carrier in the state of supporting the bacteria is preferably a specific gravity that facilitates formation of desired carrier distribution and carrier behavior as described later. Specifically, the carrier preferably has a specific gravity of 1.00 to 1.20 when the carrier supports bacteria. By setting the specific gravity to such a range that is the same as or slightly larger than that of water, it is possible to not only pass water in the direction of upward flow (see, for example, Patent Document 1), but also to flow in either direction of downward flow or upward flow. Continuous operation can be stably performed even when water is passed through at At the same time, according to this range of specific gravity, the flow of the carrier can be easily controlled by passing water and/or aeration, and the distribution of the carrier and the behavior of the carrier, which will be described later, can be easily adjusted. Conventionally, a carrier with a specific gravity close to that of water is used to improve fluidity and is used in a complete mixing tank. By using such a carrier, it is possible to treat the water to be treated in a fluid state of an extrusion flow while each carrier is in a state of being able to flow, and the NH 4 —N in the water to be treated can be increased. It is possible to efficiently remove to a low concentration and suppress SS clogging. In addition, backwashing is facilitated because the flow of the carrier can be easily controlled.

本明細書において、「細菌を担持した状態における担体の比重」とは、本実施形態における水処理装置の使用開始後または本実施形態における水処理方法の開始後、連続して水処理が行われ、既に略一定量の細菌を安定的に担持している時の担体の比重を意味する。以下、単に「担体の比重」とも言う。 As used herein, the term "the specific gravity of the carrier in a state of supporting bacteria" means that water treatment is continuously performed after the start of use of the water treatment apparatus of the present embodiment or the start of the water treatment method of the present embodiment. , means the specific gravity of the carrier when it already stably carries a substantially constant amount of bacteria. Hereinafter, it is simply referred to as "the specific gravity of the carrier".

反応槽の総容積に対する反応槽内に充填される担体の見かけ体積の割合(充填率)は、被処理水の種類、担体の種類、担体の大きさ等に応じて適宜決定することができる。充填率は、例えば、好ましくは見かけ体積で10%以上98%以下である。充填率を10%以上にすることによって、反応槽内における有機物の分解反応および硝化反応を効率よく進行させることができる。充填率を98%以下にすることによって、担体に流動性を求める場合、当該流動性を確保し、有機物の分解反応および/または硝化反応の効率が低下することを防ぐことができる。なお、本明細書において、見かけ体積とは、担体自身の体積と、担体と担体の間隙を合わせた、総体積を指す。また、本明細書において、充填率とは、反応槽の総容積に対する反応槽内に充填される担体の見かけ体積の割合を指す。 The ratio (filling ratio) of the apparent volume of the carrier filled in the reaction vessel to the total volume of the reaction vessel can be appropriately determined according to the type of water to be treated, the type of carrier, the size of the carrier, and the like. The filling rate is, for example, preferably 10% or more and 98% or less in terms of apparent volume. By setting the filling rate to 10% or more, the decomposition reaction and nitrification reaction of organic matter in the reaction tank can be efficiently advanced. By setting the filling rate to 98% or less, when fluidity is required for the carrier, the fluidity can be ensured, and a decrease in the efficiency of decomposition reaction and/or nitrification reaction of organic matter can be prevented. In this specification, the apparent volume refers to the total volume including the volume of the carrier itself and the gap between the carriers. In addition, in the present specification, the filling rate refers to the ratio of the apparent volume of the carrier filled in the reaction vessel to the total volume of the reaction vessel.

充填率は、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上である。 The filling rate is more preferably 50% or more, still more preferably 60% or more.

(反応槽内における担体の分布および担体の挙動)
本実施形態における水処理方法または水処理装置では、通水時において、反応槽が担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、高密度領域は反応槽下部に位置している。加えて、通水時において、当該低密度領域における担体が動いていることが好ましい。本明細書において、「通水時」とは、本実施形態における水処理装置の使用開始後または本実施形態における水処理方法の開始後、水処理が可能となっている時、好ましくは安定した水処理が可能となっている時(すなわち、立ち上げを終えた後の水処理時)を意味する。
(Distribution of Carrier in Reaction Tank and Behavior of Carrier)
In the water treatment method or the water treatment apparatus of the present embodiment, the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the carrier distribution during water flow, and the high-density region is located at the bottom of the reaction tank. ing. In addition, it is preferable that the carrier in the low-density region is moving during water passage. In the present specification, the term "when water is passed" means when water treatment is possible after the start of use of the water treatment apparatus in this embodiment or after the start of the water treatment method in this embodiment, preferably stable It means the time when water treatment is possible (that is, the time of water treatment after completion of start-up).

本明細書において、「担体の分布における高密度領域」とは、充填された全担体が分散している反応槽内の該領域に全担体を均等に分散させた場合における担体密度と比べて、より高密度に担体が分散されている領域を意味する。一方、本明細書において、「担体の分布における低密度領域」とは、充填された全担体が分散している反応槽内の該領域に全担体を均等に分散させた場合における担体密度と比べて、より低密度に担体が分散されている領域を意味する。通水時において、反応槽内でこのような担体の分布を有し、好ましくは低密度領域における担体が動く(好ましくは流動する)ことによって、SSによる目詰まりをより確実に防止することができる。また、反応槽内の担体の流動状態を制御し、押し出し流れの状態を作ることで、被処理水中の有機物および/またはNH‐Nをより良好に除去することもできる。さらに、低密度領域が反応槽下部に位置することによって、通水方向が上向流であり、かつ、上部に担体分離用のスクリーンが設置されている場合、担体によってスクリーンが閉塞してしまうことを防ぐことができる。また、通水方向が下向流である場合、反応槽内上部に低密度領域が位置することによって、担体表面に生物膜ができた場合でもSSの目詰まりを抑制することができる。 As used herein, the term "high-density region in the carrier distribution" refers to the carrier density when all the carriers are evenly dispersed in the region in the reaction vessel in which all the packed carriers are dispersed. It means a region in which carriers are dispersed at a higher density. On the other hand, as used herein, the term “low-density region in the carrier distribution” refers to the carrier density when all the carriers are evenly dispersed in the region in the reaction vessel in which all the packed carriers are dispersed. , means a region in which the carriers are dispersed at a lower density. Clogging due to SS can be more reliably prevented by having such a carrier distribution in the reaction tank when water is passed through, and preferably by moving (preferably flowing) the carrier in the low-density region. . In addition, organic matter and/or NH 4 —N in the water to be treated can be removed more satisfactorily by controlling the flow state of the carrier in the reaction tank to create a state of extrusion flow. Furthermore, since the low-density region is located at the bottom of the reaction tank, if the direction of water flow is upward flow and a screen for carrier separation is installed at the top, the screen will be clogged with the carrier. can be prevented. Further, when the water flow direction is downward flow, clogging of the SS can be suppressed even when a biofilm is formed on the surface of the carrier by positioning the low-density region in the upper part of the reaction vessel.

例えば、図1に示す水処理装置1を用いて説明すると、高密度領域は、V1に示す領域とV2に示す領域とを加算した領域に全担体3を均等に分散させた場合における担体3の密度と比べて、より高密度に担体3が分散されており、反応槽下部に位置しているV2に示す領域である。一方、低密度領域は、V1に示す領域とV2に示す領域とを加算した領域に全担体3を均等に分散させた場合における担体3の密度と比べて、より低密度に担体3が分散されているV1に示す領域である。加えて、V1に示す領域における担体3は、動いていることが好ましい。 For example, using the water treatment apparatus 1 shown in FIG. The carrier 3 is dispersed at a higher density than the density, and is the region indicated by V2 located at the bottom of the reaction vessel. On the other hand, in the low-density region, the carriers 3 are dispersed at a lower density than the density of the carriers 3 when all the carriers 3 are evenly dispersed in the region obtained by adding the region indicated by V1 and the region indicated by V2. This is the region indicated by V1. Additionally, the carrier 3 in the region indicated by V1 is preferably in motion.

通水時において、反応槽が担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しているか否かは、運転開始後、運転が安定した際に、反応槽内に採水瓶を投入し、担体が分散している反応槽内の領域における水と担体とを採取し、得られた水に対する担体量の割合を確認することによって判定することができる。さらに、低密度領域における担体が流動しているか否かは、外から目視で観察する方法、水中カメラを反応槽内に入れ内部の状態を観察する方法、および/または、担体の平均移動距離を測定し、当該測定された担体の移動距離から速度を換算する方法によって判定することができる。 Whether or not the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the carrier distribution during water flow can be determined by inserting a water sampling bottle into the reaction tank when the operation stabilizes after the start of operation, and examining the carrier. can be determined by collecting the water and the carrier in the region in the reaction vessel where is dispersed and confirming the ratio of the amount of the carrier to the obtained water. Furthermore, whether or not the carrier is flowing in the low-density region can be determined by visually observing from the outside, observing the internal state by inserting an underwater camera into the reaction tank, and/or measuring the average moving distance of the carrier. It can be determined by a method of measuring and converting the measured moving distance of the carrier into velocity.

さらに、本実施形態における水処理方法または水処理装置では、反応槽内の担体全量のうちの20%以上の担体が動いていることが好ましい。本明細書において、「担体が動いている」とは、「担体が流動している」、「担体が揺動している」、「充填されている担体の上下左右の位置が入れ替わって担体が動いている」、「(積層している担体が膨張し、担体同士の間に隙間が生じ、それぞれの担体の可動域が広がることにより)積層している担体が動いている」および「担体が1mm/秒以上の速度で動いている」の全ての概念を含む。換言すれば「担体が動いている」とは、担体が静止している状態以外の担体の挙動を概ね含む。通水時において、反応槽内で担体全量のうちの20%以上の担体がこのような挙動を取ることによって、水処理時におけるSSの目詰まりを簡易かつ確実に抑制することができる。 Furthermore, in the water treatment method or water treatment apparatus of the present embodiment, it is preferable that 20% or more of the total amount of carriers in the reaction tank is moving. In the present specification, "the carrier is moving" means "the carrier is flowing", "the carrier is rocking", and "the carrier changes its vertical and horizontal positions and the carrier is moving." are moving", "the stacked carriers are moving (as the stacked carriers expand, gaps are created between the carriers, and the range of motion of each carrier increases)", and "the carriers are It includes all concepts of "moving at a speed of 1 mm/s or more". In other words, "the carrier is in motion" generally includes behavior of the carrier other than the state in which the carrier is stationary. When 20% or more of the total amount of carriers in the reaction tank exhibits such behavior when water is passed through, SS clogging during water treatment can be easily and reliably suppressed.

また、「担体全量のうちの20%以上の担体が動いている」とは、担体全量のうちの特定の20%以上の担体が常に動いている場合(換言すれば当該特定の80%未満の担体が常に静止している場合)、および、担体全量のうちの常時任意に選択される20%以上の担体が動いている場合の両方の意味を含む。具体的に、後者の場合には、例えば、動いていた担体が反応槽内における位置(例えば反応槽内における高さ)が変わったことによって静止し、一方、静止していた担体が反応槽内における位置(例えば反応槽内における高さ)が変わったことによって動く場合等が含まれる。換言すれば、動いている担体のうちの少なくとも一部分が、反応槽内における高さの位置を移動しながら動いていてもよい。担体が反応槽内における位置を変えながら任意にて静止または動くことによって、一つの担体において幅広いNH‐Nの濃度範囲を好適に硝化することができる菌叢が形成される。換言すると、担体の反応槽内における位置が入れ替わらない場合は、担体全体として菌叢が形成される。その場合、反応槽内における担体の分布状態が変わった際に処理性が不安定になるおそれがある。しかし、一つの担体に好適な菌叢が形成されている場合、反応槽内の担体の分布状態が変わった場合でも、安定した処理が可能となる。 Further, "20% or more of the total amount of carriers are moving" means that a specific 20% or more of the total amount of carriers is always moving (in other words, less than 80% of the specific This includes both the case where the carriers are always stationary) and the case where an arbitrarily selected 20% or more of the carriers out of the total amount of carriers are always in motion. Specifically, in the latter case, for example, the moving carrier stops due to a change in position in the reaction vessel (e.g., the height in the reaction vessel), while the stationary carrier moves inside the reaction vessel. This includes the case of movement due to a change in the position in (for example, the height in the reaction vessel). In other words, at least a portion of the moving carriers may move while changing the height position in the reaction vessel. The carriers are optionally stationary or moving while changing their position in the reaction vessel to form a lawn that can suitably nitrify a wide range of NH4 - N concentrations in one carrier. In other words, if the positions of the carriers in the reaction vessel are not changed, the entire carrier will form a bacterial lawn. In that case, there is a possibility that the processability may become unstable when the distribution state of the carrier in the reaction tank changes. However, when a suitable bacterial lawn is formed on one carrier, stable treatment is possible even when the carrier distribution state in the reaction vessel changes.

例えば、図1に示す水処理装置1では、V1に示す領域における担体3が動いており、具体的には流動している。また、V2に示す領域における担体3は、「担体が揺動している」、「充填されている担体の上下左右の位置が入れ替わって担体が動いている」、「(積層している担体が膨張し、担体同士の間に隙間が生じ、それぞれの担体の可動域が広がることにより)積層している担体が動いている」および「担体が1mm/秒以上の速度で動いている」のいずれかの状態であってもよいし、あるいは、担体3が静止している状態であってもよい。さらに、図1に示す水処理装置1では、V1に示す領域に存在する担体3とV2に示す領域に存在する担体3とは、通水時において、反応槽2内における相互の位置が入れ替わってもよい。 For example, in the water treatment device 1 shown in FIG. 1, the carrier 3 in the region indicated by V1 is moving, specifically flowing. In addition, the carrier 3 in the region indicated by V2 is "the carrier is swinging", "the carrier is moving by changing the vertical and horizontal positions of the filled carrier", and "(the stacked carrier is Either of "the stacked carriers are moving" and "the carriers are moving at a speed of 1 mm/sec or more" (due to expansion, creating a gap between the carriers and expanding the range of motion of each carrier). It may be in that state, or it may be in a state where the carrier 3 is stationary. Furthermore, in the water treatment apparatus 1 shown in FIG. 1, the carrier 3 present in the region indicated by V1 and the carrier 3 present in the region indicated by V2 are exchanged with each other in the reaction tank 2 during water passage. good too.

図2に示す水処理装置1においても、図1に示す水処理装置1と大凡同様である。図2に示す水処理装置1では、V1に示す領域における担体3が動いており、具体的には流動している。また、V2に示す領域における担体3は、「担体が揺動している」、「充填されている担体の上下左右の位置が入れ替わって担体が動いている」、「(積層している担体が膨張し、担体同士の間に隙間が生じ、それぞれの担体の可動域が広がることにより)積層している担体が動いている」および「担体が1mm/秒以上の速度で動いている」のいずれかの状態であってもよいし、あるいは、担体3が静止している状態であってもよい。さらに、V1に示す領域に存在する担体3とV2に示す領域に存在する担体3とは、通水時において、反応槽2内における相互の位置が入れ替わってもよい。 The water treatment apparatus 1 shown in FIG. 2 is also substantially the same as the water treatment apparatus 1 shown in FIG. In the water treatment device 1 shown in FIG. 2, the carrier 3 in the region indicated by V1 is moving, specifically flowing. In addition, the carrier 3 in the region indicated by V2 is "the carrier is swinging", "the carrier is moving by changing the vertical and horizontal positions of the filled carrier", and "(the stacked carrier is Either of "the stacked carriers are moving" and "the carriers are moving at a speed of 1 mm/sec or more" (due to expansion, creating a gap between the carriers and expanding the range of motion of each carrier). It may be in that state, or it may be in a state where the carrier 3 is stationary. Further, the positions of the carriers 3 present in the region indicated by V1 and the carriers 3 present in the region indicated by V2 may be exchanged in the reaction vessel 2 during the passage of water.

担体の一部が静止していても良いが、少なくとも担体全量のうちの20%は動くことが好ましい。 A portion of the carrier may be stationary, but preferably at least 20% of the total carrier is in motion.

また、通水時において、反応槽内が完全混合とならないような担体の流動状態となることが好ましい。前記動いている担体のうち、2.5cm/秒以上の速度で動いている担体は、前記動いている担体全量のうちの50%未満であることが好ましく、40%未満であることがさらに好ましい。 In addition, it is preferable that the carrier is in a fluid state in which the inside of the reaction vessel is not completely mixed when water is passed through. Of the moving carriers, the carriers moving at a speed of 2.5 cm/sec or more preferably account for less than 50%, more preferably less than 40%, of the total amount of the moving carriers. .

また、通水時において、反応槽内の担体全量のうちの25%以上の担体が動いていることがより好ましく、反応槽内の担体全量のうちの30%以上の担体が動いていることがさらに好ましい。さらに、通水時において、反応槽内の担体全量が動いていることが特に好ましい。 In addition, it is more preferable that 25% or more of the total amount of carriers in the reaction tank is moving during water passage, and 30% or more of the total amount of carriers in the reaction tank is moving. More preferred. Furthermore, it is particularly preferable that the entire amount of the carrier in the reaction vessel is in motion during the passage of water.

なお、通水時において、反応槽内でこのような担体の挙動の条件を満たしているか否かは、透明なカラムを用いて同条件に設定して運転開始後、運転が安定した際に、外から目視で観察する方法、水中カメラを反応槽内に入れ内部の状態を観察する方法、および/または、担体の平均移動距離を測定し、当該測定された担体の移動距離から速度を換算する方法によって判定することができる。動いている担体の割合は、透明なカラムを用いて同条件に設定して運転開始後、運転が安定した際に、反応槽内に採水瓶を投入し、動いている担体を採取し、反応槽内の担体全量に対する割合を算出することで求めることができる。 It should be noted that whether or not the conditions for the behavior of the carrier in the reaction vessel are satisfied during water flow can be determined by setting the same conditions using a transparent column and starting the operation, and when the operation stabilizes. A method of visually observing from the outside, a method of observing the internal state by placing an underwater camera in the reaction tank, and/or measuring the average moving distance of the carrier and converting the measured moving distance of the carrier into the velocity. can be determined by the method. The ratio of the carrier in motion was determined by setting the same conditions using a transparent column. It can be obtained by calculating the ratio to the total amount of the carrier in the tank.

また、通水時の反応槽内において、以下に述べるような担体の分布の条件および/または担体の挙動の条件を満たしていることが好ましい。 In addition, it is preferable that the conditions for the distribution of the carrier and/or the conditions for the behavior of the carrier as described below are satisfied in the reaction tank when the water is passed.

通水時において、反応槽内の全担体量の10%以上における担体の充填率が見かけ体積で80%以上であることが好ましい。また、反応槽内の全担体量の20%以上における担体の充填率が見かけ体積で80%以上であることがより好ましい。通水時において、反応槽内でこのような担体の分布を有することによって、被処理水中の有機物および/またはNH‐Nをより良好に除去することができる。 It is preferable that the apparent volume of the carrier in 10% or more of the total amount of the carrier in the reaction tank when water is passed is 80% or more. Further, it is more preferable that the filling rate of the carrier in 20% or more of the total amount of carrier in the reaction vessel is 80% or more in terms of apparent volume. By having such a carrier distribution in the reaction tank when water is passed through, organic substances and/or NH 4 —N in the water to be treated can be removed more satisfactorily.

例えば、図1に示す水処理装置1を用いて説明すると、V2に示す領域が反応槽2の容積の10%以上であり、かつ、V2に示す領域の担体3の充填率が見かけ体積で80%以上となっていることが好ましい。 For example, when explaining using the water treatment apparatus 1 shown in FIG. % or more.

また、通水時において、反応槽内の全担体量の15%以上における担体の充填率が見かけ体積で80%以上であることがより好ましく、反応槽内の全担体量の20%以上における担体の充填率が見かけ体積で80%以上であることがさらに好ましい。 In addition, when water is passed through the reactor, the filling rate of the carrier in 15% or more of the total carrier amount in the reaction tank is more preferably 80% or more in apparent volume, and the carrier in 20% or more of the total carrier amount in the reaction tank. is more preferably 80% or more in terms of apparent volume.

通水時において、反応槽内でこのような担体の分布の条件を満たしているか否かは、運転開始後、運転が安定した際に、反応槽内に採水瓶を投入し、水と担体を採取し、得られた水に対する担体量の割合を確認することによって判定することができる。 Whether or not the carrier distribution conditions are satisfied in the reaction tank when water is passed through is checked by inserting a water sampling bottle into the reaction tank when the operation is stabilized after the start of operation, and mixing the water and the carrier. It can be determined by sampling and confirming the ratio of the carrier amount to the obtained water.

また、通水時において、反応槽が担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、動いている担体のうちの少なくとも一部分は反応槽内における低密度領域と高密度領域の位置を移動しながら動いていることが特に好ましい。この場合において、反応槽内の担体全量が動いていることがさらに好ましい。 In addition, when water is passed through, the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the carrier distribution, and at least a part of the moving carriers is a low-density region and a high-density region in the reaction tank. It is particularly preferable to move while moving the position of In this case, it is more preferable that the entire carrier in the reaction vessel is in motion.

例えば、図1に示す水処理装置1を用いて説明すると、担体3のうちの少なくとも1つ以上が、低密度領域V1に包含される位置と高密度領域V2に包含される位置とを移動しながら動いていることが特に好ましい。担体が反応槽内における高さや所定の担体の密度領域を移動しながら動くことによって、反応槽が固定床部分と流動床部分とに区画化されており、担体が流動床部分のみで動く場合と比べ(例えば特許文献1参照)、被処理水中のNH‐Nをより良好に効率よく除去できると考えられる。これは、このような担体の挙動によって、担体において幅広いNH‐Nの濃度範囲を好適に硝化することができる菌叢が形成されるためと想定され、また反応槽内の流動状態が押し出し流れに近い状態となることで、より低濃度までNH4‐Nを除去することができる。 For example, using the water treatment device 1 shown in FIG. 1, at least one or more of the carriers 3 move between a position included in the low density region V1 and a position included in the high density region V2. It is particularly preferable to move while moving. The reaction vessel is partitioned into a fixed bed portion and a fluidized bed portion by moving the carrier while moving in a height and a predetermined carrier density region in the reaction vessel, and the carrier moves only in the fluidized bed portion. In comparison (see, for example, Patent Document 1), it is believed that NH 4 —N in the water to be treated can be removed better and more efficiently. This is assumed to be due to the formation of bacterial lawns in the carrier that can suitably nitrify a wide range of NH 4 —N concentrations due to such behavior of the carrier, and that the flow state in the reaction vessel is extruded flow. NH4-N can be removed to a lower concentration.

このような反応槽内における担体の分布および担体の挙動の状態は、例えば、反応槽の大きさ、担体の種類、担体の大きさ、担体の比重、担体の充填率、通水の向き、曝気の有無および位置、被処理水の供給速度、処理水の排出速度、空気の供給速度、被処理水の水理学的滞留時間(HRT:Hydraulic Retention Time)等の要素を各々適切に選択および/または調整することによって、形成することができる。 The distribution of the carrier and the state of the behavior of the carrier in the reaction vessel are, for example, the size of the reaction vessel, the type of carrier, the size of the carrier, the specific gravity of the carrier, the filling rate of the carrier, the direction of water flow, and the aeration. Elements such as the presence and position of the water to be treated, the supply speed of the water to be treated, the discharge speed of the treated water, the air supply speed, the hydraulic retention time of the water to be treated (HRT: Hydraulic Retention Time) are appropriately selected and / or It can be formed by adjusting.

例えば、図3に示す水処理装置1は、図1に示す水処理装置1とは通水方向が異なるが、反応槽2内における担体3の分布および担体3の挙動は、概ね同様となっている。このような反応槽2内における担体3の分布および担体3の挙動の状態は、被処理水の供給速度、処理水の排出速度、空気の供給速度、散気構造、曝気の位置、被処理水のHRT等の要素を適宜調整することにより、変更することができる。 For example, the water treatment apparatus 1 shown in FIG. 3 differs from the water treatment apparatus 1 shown in FIG. there is The distribution of the carriers 3 in the reaction tank 2 and the state of the behavior of the carriers 3 are determined by the supply speed of the water to be treated, the discharge speed of the treated water, the air supply speed, the air diffusion structure, the position of the aeration, and the water to be treated. can be changed by appropriately adjusting factors such as the HRT of .

また、例えば、図1に示す水処理装置1において、反応槽2内の被処理水の流れを調整可能な制御部(図示せず)をさらに備えていてもよい。制御部は、例えば、被処理水供給管4、処理水排出管5および空気供給管6のうちの1つ以上と接続されており、被処理水の供給速度、処理水の排出速度、空気の供給速度、被処理水のHRT等を調整できることが好ましい。制御部をさらに備えることによって、上述したような通水時における反応槽内の担体の分布および担体の挙動の状態をより容易に形成することができる。なお、制御部は、例えば、CPUおよびその周辺回路を備えて構成することができる。 Further, for example, the water treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 may further include a controller (not shown) capable of adjusting the flow of the water to be treated in the reaction tank 2 . The control unit is connected to, for example, one or more of the treated water supply pipe 4, the treated water discharge pipe 5, and the air supply pipe 6, and the supply speed of the water to be treated, the discharge speed of the treated water, the air It is preferable that the supply rate, the HRT of the water to be treated, etc. can be adjusted. By further providing the control section, it is possible to more easily form the state of carrier distribution and carrier behavior in the reaction tank during water flow as described above. Note that the control unit can be configured by including, for example, a CPU and its peripheral circuits.

(水処理方法)
本実施形態における水処理方法は、前述した実施形態における水処理装置を用いて同様に実施することができる。
(Water treatment method)
The water treatment method in this embodiment can be carried out similarly using the water treatment apparatus in the above-described embodiments.

具体的には、本実施形態における水処理方法は、図1に示す例を用いて説明すると、被処理水(原水)が被処理水供給管4を通って反応槽2に供給され、かつ、処理水が処理水排出管5を通って排出されることによって、担体3を充填した反応槽2内に被処理水を下向流(または上向流もしくは下向流と上向流との組み合わせ)で通水させることを含む。 Specifically, the water treatment method in this embodiment will be described using the example shown in FIG. By discharging the treated water through the treated water discharge pipe 5, the water to be treated flows downward into the reaction tank 2 filled with the carrier 3 (or upward flow or a combination of downward and upward flows). ).

本実施形態における水処理方法によると、前述した水処理装置の実施形態と同様に、反応槽内において、担体に担持された細菌によって、被処理水中における有機物の分解が行われ、および/または、被処理水中におけるNH‐Nが硝化されて除去される。 According to the water treatment method of the present embodiment, as in the water treatment apparatus described above, the bacteria carried on the carrier decompose organic matter in the water to be treated in the reaction tank, and/or NH4 - N in the water to be treated is nitrified and removed.

曝気、通水方向、担体の詳細、ならびに、反応槽内における担体の分布および担体の挙動については、前述した通りである。従って、本実施形態における水処理方法によると、水処理時におけるSSの目詰まりを簡易に抑制することができ、かつ、被処理水中のNH‐Nを良好に除去することができる。 The aeration, water flow direction, details of the carrier, carrier distribution and carrier behavior in the reaction tank are as described above. Therefore, according to the water treatment method of the present embodiment, SS clogging during water treatment can be easily suppressed, and NH 4 —N in the water to be treated can be satisfactorily removed.

反応槽内への被処理水の供給速度は、線速度(以下、「LV」とも言う)が10000m/d以下であることが好ましく、8000m/d以下であることがより好ましく、5000m/d以下であることがさらに好ましく、1000m/d以下であることが特に好ましく、500m/d以下であることがより特に好ましい。LVがこの範囲を超えると、担体の流出または閉塞により安定した水処理が困難になる場合がある。 Regarding the supply rate of the water to be treated into the reaction tank, the linear velocity (hereinafter also referred to as "LV") is preferably 10000 m/d or less, more preferably 8000 m/d or less, and 5000 m/d or less. It is more preferably 1000 m/d or less, particularly preferably 500 m/d or less. If the LV exceeds this range, the outflow or clogging of the carrier may make stable water treatment difficult.

反応槽に供給される被処理水中の有機物の濃度は、BODで100mg/L以下であることが好ましい。被処理水中の有機物の濃度をBODで100mg/L以下にすることによって、被処理水中の有機物を好適な濃度まで分解することができる。反応槽に供給される被処理水中の有機物の濃度は、より好ましくは80mg/L以下であり、さらに好ましくは50mg/L以下である。BODとは、生物化学的酸素要求量のことを指す。具体的には、水中に含まれる有機物を微生物が分解する際に5日間で消費する溶存酸素量のことを指す。本明細書において、BODは、後の実施例と同様に、JIS K 0102に記載の方法により測定される値とする。 The concentration of organic substances in the water to be treated supplied to the reaction tank is preferably BOD 5 of 100 mg/L or less. By reducing the concentration of organic matter in the water to be treated to 100 mg/L or less in terms of BOD 5 , the organic matter in the water to be treated can be decomposed to a suitable concentration. The concentration of organic matter in the water to be treated supplied to the reaction tank is more preferably 80 mg/L or less, and still more preferably 50 mg/L or less. BOD 5 refers to biochemical oxygen demand. Specifically, it refers to the amount of dissolved oxygen consumed in 5 days when microorganisms decompose organic matter contained in water. In this specification, BOD 5 is a value measured by the method described in JIS K 0102, as in the examples below.

反応槽に供給される被処理水中のNH‐N濃度は、50mg/L以下であることが好ましい。当該被処理水中のNH‐N濃度を50mg/L以下にすることによって、処理後のNH‐N濃度を極めて低濃度まで減少させることができる。反応槽に供給される被処理水中のNH‐N濃度は、より好ましくは30mg/L以下であり、さらに好ましくは10mg/L以下である。反応槽に供給される被処理水中のNH‐N濃度は、0mg/L以上である。本明細書において、被処理水中のNH‐N濃度は、後の実施例と同様に、インドフェノール青吸光光度法等によって測定される値とする。 The NH 4 —N concentration in the water to be treated supplied to the reaction tank is preferably 50 mg/L or less. By setting the NH 4 —N concentration in the water to be treated to 50 mg/L or less, the NH 4 —N concentration after treatment can be reduced to an extremely low concentration. The NH 4 —N concentration in the water to be treated supplied to the reaction tank is more preferably 30 mg/L or less, still more preferably 10 mg/L or less. The NH 4 —N concentration in the water to be treated supplied to the reaction tank is 0 mg/L or more. In this specification, the NH 4 —N concentration in the water to be treated is a value measured by the indophenol blue absorptiometric method or the like, as in the examples below.

反応槽に供給される被処理水中のSSの濃度は、500mg/L以下であることが好ましい。当該被処理水中のSSの濃度を500mg/L以下にすることによって、SSの量が過度であるために、本実施形態における効果に影響を与えてしまうことを避けることができる。反応槽に供給される被処理水中のSSの濃度は、より好ましくは400mg/L以下であり、さらに好ましくは300mg/L以下であり、特に好ましくは200mg/Lであり、より特に好ましくは100mg/Lである。本明細書において、被処理水中のSSの濃度は、後の実施例と同様に、被処理水をろ過後、孔径1μmのろ紙上に残留した不溶解性物質の乾燥重量を測定することで計算される値とする。 The concentration of SS in the water to be treated supplied to the reaction tank is preferably 500 mg/L or less. By setting the concentration of SS in the water to be treated to 500 mg/L or less, it is possible to avoid affecting the effects of the present embodiment due to an excessive amount of SS. The concentration of SS in the water to be treated supplied to the reaction tank is more preferably 400 mg/L or less, still more preferably 300 mg/L or less, particularly preferably 200 mg/L, and most preferably 100 mg/L. is L. In this specification, the concentration of SS in the water to be treated is calculated by measuring the dry weight of the insoluble substances remaining on the filter paper with a pore size of 1 μm after filtering the water to be treated, as in the examples below. value.

反応槽における被処理水のHRTは、0.2分間以上60分間以下であることが好ましい。HRTを0.2分間以上にすることによって、水処理を十分に進行させることができ、被処理水中の有機物の分解およびNH‐Nの除去を十分に行うことができる。また、HRTを60分間以下にすることによって、水処理を効率的に行うことができる。HRTは、より好ましくは1分間以上であり、さらに好ましくは5分間以上である。また、HRTは、より好ましくは30分間以下であり、さらに好ましくは15分間以下である。 The HRT of the water to be treated in the reaction tank is preferably 0.2 minutes or more and 60 minutes or less. By setting the HRT to 0.2 minutes or more, the water treatment can be sufficiently advanced, and the decomposition of organic matter and the removal of NH 4 —N in the water to be treated can be sufficiently performed. Also, water treatment can be efficiently performed by setting the HRT to 60 minutes or less. HRT is more preferably 1 minute or longer, more preferably 5 minutes or longer. Also, the HRT is more preferably 30 minutes or less, still more preferably 15 minutes or less.

反応槽における被処理水のpHは、細菌の生育環境の観点から、5~9であることが好ましく、6~8であることがより好ましい。反応槽における被処理水のpHを細菌が生育し易い環境下にすることによって、有機物分解速度および硝化速度を高めることができる。 The pH of the water to be treated in the reaction tank is preferably 5 to 9, more preferably 6 to 8, from the viewpoint of the growth environment of bacteria. By setting the pH of the water to be treated in the reaction tank to an environment where bacteria can easily grow, the decomposition rate of organic substances and the rate of nitrification can be increased.

反応槽における被処理水の温度は、特に限定はされないが、細菌の生育環境の観点から、10℃~40℃であることが好ましく、15℃~35℃であることがより好ましい。反応槽における被処理水の温度を細菌が生育し易い環境下にすることによって、有機物分解速度および硝化速度を高めることができる。 The temperature of the water to be treated in the reaction tank is not particularly limited, but is preferably 10° C. to 40° C., more preferably 15° C. to 35° C., from the viewpoint of the growth environment of bacteria. By setting the temperature of the water to be treated in the reaction tank to an environment where bacteria can easily grow, the decomposition rate of organic substances and the rate of nitrification can be increased.

反応槽内における溶存酸素濃度(DO:Dissolved Oxygen)は、2mg/L以上であることが好ましい。反応槽内におけるDOを2mg/L以上にすることによって、有機物の分解速度および硝化速度を十分な速度に保つことができる。 The dissolved oxygen concentration (DO: Dissolved Oxygen) in the reaction tank is preferably 2 mg/L or more. By setting the DO in the reactor to 2 mg/L or more, the decomposition rate of organic matter and the nitrification rate can be maintained at a sufficient rate.

(他の変形例)
図4および図5に、図1に示す水処理装置1の構成の変形例3および変形例4を示す。図4および図5に示す水処理装置1には、担体3の流出を防ぐためのスクリーン7が反応槽2内部に設けられている。図4および図5に示す水処理装置1では、前述したように、例えば、反応槽の大きさ、担体の種類、担体の大きさ、担体の比重、担体の充填率、被処理水の供給速度、処理水の排出速度、空気の供給速度、被処理水のHRT等の要素を各々適切に選択および/または調整することによって、所望する担体3の分布および担体3の挙動を形成することができる。
(Other modifications)
FIGS. 4 and 5 show modified examples 3 and 4 of the configuration of the water treatment apparatus 1 shown in FIG. The water treatment apparatus 1 shown in FIGS. 4 and 5 is provided inside the reaction tank 2 with a screen 7 for preventing the carrier 3 from flowing out. In the water treatment apparatus 1 shown in FIGS. 4 and 5, as described above, for example, the size of the reaction tank, the type of carrier, the size of the carrier, the specific gravity of the carrier, the filling rate of the carrier, and the supply rate of the water to be treated , discharge rate of treated water, air supply rate, HRT of the water to be treated, etc. can be appropriately selected and/or adjusted to form the desired carrier 3 distribution and carrier 3 behavior. .

図4および図5の水処理装置1はスクリーン7を備えているため、上向流または下向流のいずれの通水時においても、反応槽2下部に位置する高密度領域における担体3は積層されているような状態となっており、一方、反応槽2上部に位置する低密度領域における担体3は分散しており、好ましくは動いている。反応槽2下部に位置する高密度領域における担体3は、完全に静止していてもよいが、例えば、「担体が揺動している」、「充填されている担体の上下左右の位置が入れ替わって担体が動いている」、「(積層している担体が膨張し、担体同士の間に隙間が生じ、それぞれの担体の可動域が広がることにより)積層している担体が動いている」および「担体が1mm/秒以上の速度で動いている」のいずれかの状態となっていてもよい。 Since the water treatment apparatus 1 of FIGS. 4 and 5 is provided with the screen 7, the carrier 3 in the high-density region located at the bottom of the reaction tank 2 is laminated even when water is passed in either an upward flow or a downward flow. , while the carriers 3 in the lower density region located at the top of the reaction vessel 2 are dispersed and preferably in motion. The carrier 3 in the high-density region located in the lower part of the reaction tank 2 may be completely stationary, but for example, "the carrier is rocking" or "the positions of the filled carriers are changed vertically and horizontally." "The carriers are moving with each other", "The stacked carriers are moving (due to the expansion of the stacked carriers, the formation of gaps between the carriers, and the expansion of the range of motion of each carrier)" and It may be in any state of "the carrier is moving at a speed of 1 mm/sec or more".

なお、上述してきた本実施形態における水処理装置および水処理方法では、例えば図1に示される水処置装置1は、一つの反応槽2のみを備えているが、複数の反応槽が連結されて、一つの水処理装置が構成されていても構わない。また、水処理装置全体として、反応槽だけでなく、活性汚泥槽、凝集沈殿槽、膜ろ過、RO、砂濾過、活性炭等、他の各種付帯設備等を備えても構わない。 In the water treatment apparatus and water treatment method according to the present embodiment described above, for example, the water treatment apparatus 1 shown in FIG. , one water treatment device may be configured. Moreover, the water treatment apparatus as a whole may include not only the reaction tank but also various incidental equipment such as an activated sludge tank, a coagulating sedimentation tank, membrane filtration, RO, sand filtration, activated carbon, and the like.

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited by the examples.

(実施例1)
実施例1では、図1に示す通水向きが下向流式である水処理装置1を用いて、半年以上の期間にわたり、有機物およびNH‐Nを含む被処理水の水処理を連続して行った。
(Example 1)
In Example 1, water to be treated containing organic matter and NH 4 —N was continuously treated over a period of half a year or more using the water treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 and having a downward flow direction. went.

<有機物およびNH‐Nを含む被処理水(原水)>
被処理水の成分は、反応槽への供給前に測定したところ、以下の通りであった。被処理水は、測定日によって各成分の数値に変動があった。SS(mg/L)は、被処理水をろ過後、孔径1μmのろ紙上に残留した不溶解性物質の乾燥重量を測定することによって求めた。NH‐N濃度(mg/L)は、インドフェノール青吸光光度法によって測定した。
SS:3mg/L~10mg/L
NH‐N濃度:10mg/L~12mg/L
<Water to be treated (raw water) containing organic matter and NH 4 —N>
The components of the water to be treated were measured before supply to the reaction tank and found to be as follows. For the treated water, the values of each component fluctuated depending on the measurement date. SS (mg/L) was obtained by measuring the dry weight of insoluble substances remaining on a filter paper with a pore size of 1 μm after filtering the water to be treated. NH4 - N concentration (mg/L) was measured by indophenol blue spectrophotometry.
SS: 3 mg/L to 10 mg/L
NH4 - N concentration: 10 mg/L to 12 mg/L

<担体を充填した反応槽>
反応槽としては、カラム(直径:40mm、高さ:1500mm)を使用し、カラム内に以下に述べる担体を0.94L投入した(見かけ充填率50%)。
<Reaction tank filled with carrier>
A column (diameter: 40 mm, height: 1500 mm) was used as the reactor, and 0.94 L of the carrier described below was charged into the column (apparent filling rate: 50%).

<担体>
担体は、球状のPVAゲル担体を使用した。PVAゲル担体の球相当径は4mmであり、細菌を担持した状態におけるPVAゲル担体の比重は1.04である。電子顕微鏡を用いてPVAゲル担体の表面および内部を観察すると、相互に連通した孔が確認できた。PVAゲル担体の比表面積は、800000m/mであった。比表面積は、クリプトンガス吸着法によって測定した。電子顕微鏡による観察像を用いてPVAゲル担体の表面および内部の孔径を測定したところ、孔径は0.5μm~20μmであった。PVAゲル担体の含水率は、質量基準で94%であった。
<Carrier>
A spherical PVA gel carrier was used as the carrier. The equivalent sphere diameter of the PVA gel carrier is 4 mm, and the specific gravity of the PVA gel carrier in the state of supporting bacteria is 1.04. Observation of the surface and interior of the PVA gel carrier using an electron microscope confirmed pores communicating with each other. The specific surface area of the PVA gel carrier was 800000 m 2 /m 3 . The specific surface area was measured by the krypton gas adsorption method. When the pore sizes of the surface and the inside of the PVA gel carrier were measured using an image observed by an electron microscope, the pore sizes were 0.5 μm to 20 μm. The water content of the PVA gel carrier was 94% by mass.

<水処理装置>
図1に示す構成の水処理装置1において、被処理水供給管4から反応槽2内に被処理水を供給した。供給された被処理水は、反応槽2内のPVAゲル担体からなる担体3に担持されている細菌によって、被処理水中の有機物の分解およびNH‐Nの硝化が行われる。その後、処理水は、処理水排出管5を通って反応槽2外に排出された。なお、通水時、空気供給管6を通して反応槽2内に空気を送り込み、処理水を曝気した。
<Water treatment equipment>
In the water treatment apparatus 1 having the configuration shown in FIG. The supplied water to be treated undergoes decomposition of organic substances and nitrification of NH 4 —N by bacteria carried on carrier 3 made of PVA gel carrier in reaction tank 2 . After that, the treated water was discharged out of the reaction tank 2 through the treated water discharge pipe 5 . In addition, at the time of passing water, air was sent into the reaction tank 2 through the air supply pipe 6 to aerate the treated water.

<水処理装置の立ち上げおよびその後の管理>
予め細菌を担持させる操作を行っていないPVAゲル担体(細菌が担持されていないPVAゲル担体)を投入した反応槽に対して直接被処理水(原水)を供給し、130日間処理を続けた。その後、反応槽の管理条件として、pHを6~8とし、DOを4mg/L~9mg/Lとした。反応槽内の温度は22℃とした。HRTが15分間となるように、被処理水の供給量は126ml/分とした。曝気の際の空気供給量は2L/分とした。
<Start-up of water treatment equipment and subsequent management>
The water to be treated (raw water) was directly supplied to the reaction tank into which the PVA gel carrier (PVA gel carrier not carrying bacteria) was charged, and the treatment was continued for 130 days. After that, the pH was set to 6 to 8 and DO was set to 4 mg/L to 9 mg/L as the control conditions of the reaction tank. The temperature in the reactor was set at 22°C. The supply rate of the water to be treated was 126 ml/min so that the HRT was 15 minutes. The amount of air supplied during aeration was 2 L/min.

<反応槽内における担体の分布および担体の挙動>
水処理装置の立ち上げ後、運転が安定的に行われている反応槽内における担体の分布および担体の挙動を外から目視で観察する方法によって確認した。その結果、反応槽内における担体の分布および担体の挙動は、反応槽内上部における担体の低密度領域が激しく流動しており、反応槽内下部では担体が積層しており高密度領域を形成していることが確認された。さらに、反応槽内下部に積層している担体に対して、透明なカラムを用いて外側から内部を観察することにより、反応槽内下部の担体の移動距離から担体の平均移動速度を換算した。その結果、反応槽内下部の担体は、平均移動速度1mm/秒以上で動いていることが確認された。すなわち、反応槽内の担体全量が動いていることが観察された。加えて、透明なカラムを用いて外側から反応槽の内部の状態を観察することにより、低密度領域で流動していた1つ以上の担体が高密度領域の位置まで移動していることも確認することができた。また、反応槽内の動いている担体のうち60%が2cm/秒以下の速度で流動している様子が観察された。また、下部に積層している高密度領域において、全担体量の50%が充填率90%以上であることを観察できた。また、上部の低密度領域の充填率が40%以下であることが観察された。
<Distribution of Carrier in Reaction Tank and Behavior of Carrier>
After starting up the water treatment apparatus, the distribution of the carrier and the behavior of the carrier in the reaction tank in which the operation was stably performed were confirmed by visually observing from the outside. As a result, the distribution of the carrier and the behavior of the carrier in the reaction vessel were such that the low-density region of the carrier in the upper part of the reaction vessel was flowing violently, and the carrier was stacked in the lower part of the reaction vessel to form a high-density region. It was confirmed that Furthermore, by observing the inside of the carrier layered in the lower part of the reaction vessel from the outside using a transparent column, the average moving speed of the carrier was converted from the moving distance of the carrier in the lower part of the reaction vessel. As a result, it was confirmed that the carrier in the lower part of the reaction vessel moved at an average moving speed of 1 mm/sec or more. That is, it was observed that the entire amount of carrier in the reaction tank was moving. In addition, by observing the state inside the reaction vessel from the outside using a transparent column, it was confirmed that one or more carriers flowing in the low-density region moved to the position of the high-density region. We were able to. In addition, it was observed that 60% of the moving carriers in the reactor flowed at a speed of 2 cm/sec or less. In addition, it was observed that 50% of the total amount of carriers had a filling rate of 90% or more in the high-density region laminated at the bottom. It was also observed that the fill factor of the upper low-density region was 40% or less.

<結果>
水処理装置の使用開始から、130日間にわたり処理を行い続け、反応槽から排出される処理水の水質を調べ続けた。図6において、被処理水中のNH‐N濃度と排出された処理水中のNH‐N濃度とを水処理装置の使用経過日数と共に示す。図6に示されるように、水処理装置の使用から87日間経過した後でも、被処理水のNH‐N濃度を約10mg/L程度から0.01mg/L程度まで減少させることができていた。さらに、本実施例における水処理装置によると、図6に示す日数も超えて半年以上経過した場合であっても、SSが目詰まりすることなく、NH‐N濃度を良好に減少させることができ、安定的に装置を運転することが可能であった。
<Results>
After the start of use of the water treatment apparatus, the treatment was continued for 130 days, and the water quality of the treated water discharged from the reaction tank was continuously examined. FIG. 6 shows the NH 4 -N concentration in the water to be treated and the NH 4 -N concentration in the discharged treated water along with the number of days of use of the water treatment apparatus. As shown in FIG. 6, even after 87 days from the use of the water treatment equipment, the NH 4 —N concentration of the water to be treated could be reduced from about 10 mg/L to about 0.01 mg/L. rice field. Furthermore, according to the water treatment apparatus of this embodiment, the NH 4 —N concentration can be satisfactorily reduced without clogging the SS even after half a year or more, which exceeds the number of days shown in FIG. It was possible to operate the device stably.

特に、既存の有機物および/またはNH‐Nを除去する水処理方法または水処理装置では、被処理水(原水)のNH‐N濃度が約10mg/L程度であった場合、HRTを15分間として処理後におけるNH‐N濃度を0.5mg/Lより低くすることは非常に困難である(例えば後述の比較例2参照)。そのため、本実施例における水処理装置によると、被処理中のNH‐N濃度を非常に低濃度まで処理することが可能となるため、極めて優れたNH‐Nの除去効果を有していることが分かる。 In particular, in the existing water treatment method or water treatment apparatus for removing organic substances and/or NH 4 —N, when the NH 4 —N concentration of the water to be treated (raw water) is about 10 mg/L, the HRT is reduced to 15. It is very difficult to lower the NH 4 —N concentration after treatment to less than 0.5 mg/L per minute (see, for example, Comparative Example 2 below). Therefore, according to the water treatment apparatus of the present embodiment, it is possible to treat the NH 4 —N concentration in the object to be treated to a very low concentration, so that the NH 4 —N removal effect is extremely excellent. I know there is.

(実施例2)
実施例2では、通水の向きを下向流式ではなく上向流式にしたこと以外は、実施例1と同様の条件において被処理水の水処理試験を実施した。その結果、被処理水のNH‐N濃度を0.01mg/L程度まで減少させることができ、かつ、30日間以上SSが目詰まりすることなく、安定的に装置を運転することが可能であった。
(Example 2)
In Example 2, the water treatment test of the water to be treated was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the direction of water flow was changed from the downward flow type to the upward flow type. As a result, the NH 4 —N concentration of the water to be treated can be reduced to about 0.01 mg/L, and the apparatus can be stably operated without clogging the SS for 30 days or longer. there were.

なお、反応槽内における担体の分布および担体の挙動は、実施例1と同様であり、反応槽内上部における低密度領域の担体が流動しており、反応槽内下部における高密度領域の積層した担体が平均移動速度1mm/秒以上で動いていることが確認された。さらに、低密度領域で流動していた1つ以上の担体が高密度領域の位置まで移動していることも確認することができた。また、反応槽内の動いている担体のうち60%が2cm/秒以下の速度で流動している様子が観察された。また、下部に積層している高密度領域において、全担体量の50%が充填率90%以上であることを観察できた。また、上部の低密度領域の充填率が40%以下であることが観察された。 The distribution of the carrier and the behavior of the carrier in the reaction tank are the same as in Example 1, the carrier in the low-density region in the upper part of the reaction tank is flowing, and the high-density region in the lower part of the reaction tank is stacked. It was confirmed that the carrier moved at an average moving speed of 1 mm/sec or more. Furthermore, it was also confirmed that one or more carriers flowing in the low density region moved to the position of the high density region. In addition, it was observed that 60% of the moving carriers in the reactor flowed at a speed of 2 cm/sec or less. In addition, it was observed that 50% of the total amount of carriers had a filling rate of 90% or more in the high-density region laminated at the bottom. It was also observed that the fill factor of the upper low-density region was 40% or less.

(実施例3)
実施例3では、反応槽として高さが800mmであるカラムを使用し、見かけ充填率を94%としたこと以外は、実施例1と同様の条件において被処理水の水処理試験を実施した。なお、反応槽の容積が実施例1の場合よりも小さくなったため、HRTは8分間となった。その結果、被処理水のNH‐N濃度を0.01mg/L程度まで減少させることができ、かつ、30日間以上SSが目詰まりすることなく、安定的に装置を運転することが可能であった。
(Example 3)
In Example 3, a water treatment test of the water to be treated was carried out under the same conditions as in Example 1, except that a column with a height of 800 mm was used as the reaction tank and the apparent packing ratio was set to 94%. Since the volume of the reactor was smaller than in Example 1, the HRT was 8 minutes. As a result, the NH 4 —N concentration of the water to be treated can be reduced to about 0.01 mg/L, and the apparatus can be stably operated without clogging the SS for 30 days or more. there were.

なお、反応槽内における担体の分布および担体の挙動は、反応槽内下部では反応槽の容積の95%において担体が積層しており(高密度領域)、反応槽内上部では反応槽の容積の5%において担体が流動していた(低密度領域)。なお、当該反応槽の容積の95%において積層している担体の充填率は、見かけ体積で95%であった。反応槽の全容積に対する積層している担体の領域の割合(%)および流動している担体の領域の割合(%)は、カラムの外側から目視によって観察および計測することによって求めた。また、当該積層している担体の見かけ体積における充填率は、運転が安定している際に、反応槽内に採水瓶を投入し、反応槽内下部における水と当該積層している担体とを採取し、採取された水量および採取された担体量から求めた。なお、実施例1と同様に、反応槽内下部においても積層している担体は平均移動速度1mm/秒以上で動いていることが確認された。反応槽内の全担体のうち60%が動いていることが観察された。さらに、低密度領域で流動していた1つ以上の担体が高密度領域の位置まで移動していることも確認することができた。また、反応槽内の動いている担体のうち60%が2cm/秒以下の速度で流動している様子が観察された。また、下部に積層している高密度領域において、全担体量の80%以上が充填率90%以上であることを観察できた。また、下部に充填率95%以上の高密度領域があり、上部に充填率75%以下の低密度領域があることが観察された。 Regarding the distribution of the carrier and the behavior of the carrier in the reaction vessel, the carrier is stacked in 95% of the volume of the reaction vessel in the lower part of the reaction vessel (high density region), and the upper part of the reaction vessel is full of the volume of the reaction vessel. At 5% the carrier was flowing (low density area). In addition, the filling rate of the stacked carriers in 95% of the volume of the reaction vessel was 95% in terms of apparent volume. The ratio (%) of the layered carrier region and the ratio (%) of the flowing carrier region to the total volume of the reactor were obtained by visual observation and measurement from the outside of the column. In addition, when the operation is stable, the filling rate in the apparent volume of the laminated support is obtained by inserting a water sampling bottle into the reaction tank and mixing the water in the lower part of the reaction tank with the laminated support. It was collected and determined from the amount of water collected and the amount of carrier collected. As in Example 1, it was confirmed that the stacked carriers were moving at an average moving speed of 1 mm/sec or more even in the lower part of the reaction vessel. It was observed that 60% of all carriers in the reactor were moving. Furthermore, it was also confirmed that one or more carriers flowing in the low density region moved to the position of the high density region. In addition, it was observed that 60% of the moving carriers in the reactor flowed at a speed of 2 cm/sec or less. In addition, it was observed that 80% or more of the total amount of carriers had a filling rate of 90% or more in the high-density region laminated at the bottom. It was also observed that there is a high density region with a filling rate of 95% or more in the lower portion and a low density region with a filling rate of 75% or less in the upper portion.

(実施例4)
実施例4では、反応槽として高さが800mmであるカラムを使用し、見かけ充填率を94%とし、かつ、通水の向きを下向流式ではなく上向流式にしたこと以外は、実施例1と同様の条件において被処理水の水処理試験を実施した。なお、反応槽の容積が実施例1の場合よりも小さくなったため、HRTは8分間となった。その結果、被処理水のNH‐N濃度を0.01mg/L程度まで減少させることができ、かつ、30日間以上SSが目詰まりすることなく、安定的に装置を運転することが可能であった。
(Example 4)
In Example 4, a column with a height of 800 mm was used as the reaction tank, the apparent packing rate was 94%, and the direction of water flow was not a downward flow type but an upward flow type, except that A water treatment test of the water to be treated was carried out under the same conditions as in Example 1. Since the volume of the reactor was smaller than in Example 1, the HRT was 8 minutes. As a result, the NH 4 —N concentration of the water to be treated can be reduced to about 0.01 mg/L, and the apparatus can be stably operated without clogging the SS for 30 days or longer. there were.

なお、反応槽内における担体の分布および担体の挙動は、実施例3と同様であった。すなわち、反応槽内下部では反応槽の容積の95%において担体が平均移動速度1mm/秒以上で動きながら積層しており(高密度領域)、反応槽内上部では反応槽の容積の5%において担体が流動しており(低密度領域)、反応槽内の全担体のうち60%が動いていることが観察された。さらに、低密度領域で流動していた1つ以上の担体が高密度領域の位置まで移動していることも確認することができた。また、反応槽内の動いている担体のうち60%が2cm/秒以下の速度で流動している様子が観察された。また、下部に積層している高密度領域において、全担体量の80%以上が充填率90%以上であることを観察できた。また、下部に充填率95%以上の高密度領域があり、上部に充填率75%以下の低密度領域があることが観察された。 The carrier distribution and carrier behavior in the reaction tank were the same as in Example 3. That is, in the lower part of the reaction tank, the carriers are stacked while moving at an average moving speed of 1 mm / sec or more in 95% of the reaction tank volume (high density area), and in the upper part of the reaction tank, in 5% of the reaction tank volume. It was observed that the carrier was flowing (low density area) and 60% of the total carrier in the reactor was in motion. Furthermore, it was also confirmed that one or more carriers flowing in the low density region moved to the position of the high density region. In addition, it was observed that 60% of the moving carriers in the reactor flowed at a speed of 2 cm/sec or less. In addition, it was observed that 80% or more of the total amount of carriers had a filling rate of 90% or more in the high-density region laminated at the bottom. It was also observed that there is a high density region with a filling rate of 95% or more in the lower portion and a low density region with a filling rate of 75% or less in the upper portion.

(実施例5)
実施例5では、BOD(mg/L)が1mg/L~6mg/Lであり、NH‐N濃度が10mg/L~12mg/Lである被処理水を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件において被処理水の水処理試験を実施した。BOD(mg/L)は、JIS K 0102に記載の方法によって測定した。その結果、被処理水のBOD濃度を1mg/L程度まで、NH‐N濃度を0.01mg/L程度まで減少させることができ、かつ、7日間以上SSが目詰まりすることなく、安定的に装置を運転することが可能であった。
(Example 5)
In Example 5, BOD 5 (mg/L) was 1 mg/L to 6 mg/L, and the NH 4 -N concentration was 10 mg/L to 12 mg/L, except that the water to be treated was used. A water treatment test of the water to be treated was carried out under the same conditions as in 1. BOD 5 (mg/L) was measured by the method described in JIS K 0102. As a result, the BOD 5 concentration of the water to be treated can be reduced to about 1 mg/L, and the NH 4 -N concentration can be reduced to about 0.01 mg/L, and the SS is not clogged for more than 7 days and is stable. It was possible to operate the device effectively.

なお、反応槽内における担体の分布および担体の挙動は、実施例1と同様であり、反応槽内上部における低密度領域の担体が流動しており、反応槽内下部における高密度領域の積層した担体が平均移動速度1mm/秒以上で動いていることが確認された。さらに、低密度領域で流動していた1つ以上の担体が高密度領域の位置まで移動していることも確認することができた。また、反応槽内の動いている担体のうち60%が2cm/秒以下の速度で流動している様子が観察された。また、下部に積層している高密度領域において、全担体量の50%が充填率90%以上であることを観察できた。また、上部の低密度領域の充填率が40%以下であることが観察された。 The distribution of the carrier and the behavior of the carrier in the reaction tank are the same as in Example 1, the carrier in the low-density region in the upper part of the reaction tank is flowing, and the high-density region in the lower part of the reaction tank is stacked. It was confirmed that the carrier moved at an average moving speed of 1 mm/sec or more. Furthermore, it was also confirmed that one or more carriers flowing in the low density region moved to the position of the high density region. In addition, it was observed that 60% of the moving carriers in the reactor flowed at a speed of 2 cm/sec or less. In addition, it was observed that 50% of the total amount of carriers had a filling rate of 90% or more in the high-density region laminated at the bottom. It was also observed that the fill factor of the upper low-density region was 40% or less.

(比較例1)
比較例1では、ネットで担体を固定することによって担体全量が静止する状態を維持させたこと以外は、実施例1と同様の条件において被処理水の水処理試験を実施した。その結果、1週間程度でSSの目詰まりが発生し、水処理装置の通水性が低下し、安定的に装置を運転することができなくなった。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, a water treatment test of the water to be treated was conducted under the same conditions as in Example 1, except that the entire amount of the carriers was maintained stationary by fixing the carriers with a net. As a result, clogging of the SS occurred in about one week, the water permeability of the water treatment apparatus decreased, and the apparatus could not be operated stably.

なお、前述した通り、通水性が低下する前までの反応槽内における担体の分布および担体の挙動については、反応槽内下部において固定された担体全量が静止していることを確認した。 As described above, regarding the distribution of the carrier and the behavior of the carrier in the reaction vessel before the water permeability decreased, it was confirmed that the entire amount of the carrier fixed in the lower part of the reaction vessel was stationary.

(比較例2)
比較例2では、担体に粒径1.2mm、比重1.5のアンスラサイトを使用したこと以外、実施例3と同様の条件において被処理水の水処理試験を実施した。その結果、1週間程度でSSの目詰まりが発生し、水処理装置の通水性が低下し、安定的に装置を運転することができなくなった。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 2, a water treatment test of water to be treated was conducted under the same conditions as in Example 3, except that anthracite having a particle size of 1.2 mm and a specific gravity of 1.5 was used as the carrier. As a result, clogging of the SS occurred in about one week, the water permeability of the water treatment apparatus decreased, and the apparatus could not be operated stably.

なお、通水性が低下する前までの反応槽内における担体の分布および担体の挙動については、反応槽内の全担体量の85%以上が静止していることを確認した。 Regarding the distribution of the carrier and the behavior of the carrier in the reaction tank before the water permeability decreased, it was confirmed that 85% or more of the total amount of the carrier in the reaction tank was stationary.

(比較例3)
比較例3では、容積1Lの反応槽を備える通水方向が横方向である水処理装置を用い、かつ、反応槽内の担体の見かけ充填率を60%としたこと以外は、実施例1と同様の条件において被処理水の水処理試験を実施した。その結果、112日間にわたり安定的に装置を運転することはできたが、処理後におけるNH‐N濃度は0.5mg/L程度までしか低くすることができなかった。図7において、比較例3における被処理水中のNH‐N濃度と排出された処理水中のNH‐N濃度とを水処理装置の使用経過日数と共に示す。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 was the same as Example 1, except that a water treatment apparatus equipped with a reaction tank having a volume of 1 L and having a horizontal water flow direction was used, and the apparent filling rate of the carrier in the reaction tank was set to 60%. A water treatment test was conducted on the water to be treated under the same conditions. As a result, although the apparatus could be operated stably for 112 days, the NH 4 —N concentration after the treatment could only be lowered to about 0.5 mg/L. FIG. 7 shows the NH 4 —N concentration in the water to be treated and the NH 4 —N concentration in the discharged treated water in Comparative Example 3 along with the number of days of use of the water treatment apparatus.

なお、反応槽内における担体の分布および担体の挙動は、担体が略均一に分散して流動して動いていることが観察された。また担体の全量が2.5cm/秒以上の速度で激しく流動している様子が観察され、完全混合の状態となっていることが観察された。 Regarding the distribution of the carriers and the behavior of the carriers in the reaction tank, it was observed that the carriers dispersed substantially uniformly and flowed and moved. Moreover, it was observed that the entire amount of the carrier was vigorously flowing at a speed of 2.5 cm/sec or more, indicating that the carrier was in a completely mixed state.

今回開示された実施形態および実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、前述した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

1 水処理装置
2 反応槽
3 担体
4 被処理水供給管(被処理水供給部)
5 処理水排出管(処理水排出部)
6 空気供給管(空気供給部)
7 スクリーン
1 water treatment equipment 2 reaction tank 3 carrier 4 water supply pipe to be treated (water supply part to be treated)
5 Treated water discharge pipe (treated water discharge part)
6 Air supply pipe (air supply part)
7 screen

Claims (14)

被処理水中の有機物およびアンモニア態窒素のうちの1つ以上を好気条件下で除去する水処理方法であって、
微細孔を有する担体を充填した1つ以上の反応槽内に、被処理水を各々下向流および上向流から選択される方向で通水させることを含み、
通水時において、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記高密度領域は前記反応槽下部に位置している、水処理方法。
A water treatment method for removing one or more of organic matter and ammonia nitrogen in water to be treated under aerobic conditions,
Passing the water to be treated through one or more reaction tanks filled with carriers having micropores in a direction selected from downward flow and upward flow,
A water treatment method, wherein the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carrier, and the high-density region is located in the lower part of the reaction tank when water is passed through the reaction tank.
通水時において、前記低密度領域における前記担体が動いている、請求項1に記載の水処理方法。 2. The water treatment method according to claim 1, wherein the carrier in the low density region is moving when water is passed through. 前記担体の微細孔の孔径が、0.1μm以上1000μm未満である、請求項1または2に記載の水処理方法。 The water treatment method according to claim 1 or 2, wherein the fine pores of the carrier have a pore size of 0.1 µm or more and less than 1000 µm. 前記反応槽内の前記担体全量のうちの20%以上の前記担体が動いている、請求項1~3のいずれか1項に記載の水処理方法。 The water treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein 20% or more of the total amount of carriers in the reaction tank is moving. 通水時において、前記反応槽内の全担体量の10%以上における前記担体の充填率が見かけ体積で80%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の水処理方法。 5. The water treatment method according to any one of claims 1 to 4, wherein the filling rate of the carrier in 10% or more of the total amount of carrier in the reaction tank is 80% or more in apparent volume when water is passed. 細菌を担持した状態における前記担体の比重は1.00~1.20である、請求項1~5のいずれか1項に記載の水処理方法。 The water treatment method according to any one of claims 1 to 5, wherein the carrier has a specific gravity of 1.00 to 1.20 in a state of carrying bacteria. 前記担体は、ポリビニルアルコールからなる、請求項1~6のいずれか1項に記載の水処理方法。 The water treatment method according to any one of claims 1 to 6, wherein the carrier is made of polyvinyl alcohol. 被処理水中の有機物およびアンモニア態窒素のうちの1つ以上を好気条件下で除去する水処理装置であって、
微細孔を有する担体が充填された1つ以上の反応槽と、
前記1つ以上の反応槽内に、被処理水を各々下向流および上向流から選択される方向で通水させるための被処理水供給部および処理水排出部と、を備え、
通水時において、前記反応槽が前記担体の分布における高密度領域および低密度領域を有しており、かつ、前記高密度領域は前記反応槽下部に位置している、水処理装置。
A water treatment apparatus for removing one or more of organic matter and ammonia nitrogen in water to be treated under aerobic conditions,
one or more reaction vessels filled with a carrier having micropores;
a to-be-treated water supply unit and a treated water discharge unit for causing the water to be treated to flow in the one or more reaction tanks in a direction selected from a downward flow and an upward flow,
A water treatment apparatus according to claim 1, wherein the reaction tank has a high-density region and a low-density region in the distribution of the carrier, and the high-density region is located at the lower portion of the reaction tank when water is passed through the reaction tank.
通水時において、前記低密度領域における前記担体が動いている、請求項8に記載の水処理装置。 9. The water treatment device according to claim 8, wherein the carriers in the low density region are moving when water is passed through. 前記担体の微細孔の孔径が、0.1μm以上1000μm未満である、請求項8または9に記載の水処理装置。 The water treatment device according to claim 8 or 9, wherein the fine pores of the carrier have a pore size of 0.1 µm or more and less than 1000 µm. 前記反応槽内の前記担体全量のうちの20%以上の前記担体が動いている、請求項8~10のいずれか1項に記載の水処理装置。 11. The water treatment apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein 20% or more of the carriers in the reaction tank are moving. 通水時において、前記反応槽内の全担体量の10%以上における前記担体の充填率が見かけ体積で80%以上である、請求項8~11のいずれか1項に記載の水処理装置。 12. The water treatment apparatus according to any one of claims 8 to 11, wherein when water is passed through the reaction tank, the filling rate of the carrier in 10% or more of the total amount of the carrier in the reaction tank is 80% or more in apparent volume. 細菌を担持した状態における前記担体の比重は1.00~1.20である、請求項8~12のいずれか1項に記載の水処理装置。 The water treatment device according to any one of claims 8 to 12, wherein the carrier has a specific gravity of 1.00 to 1.20 in a state of carrying bacteria. 前記担体は、ポリビニルアルコールからなる、請求項8~13のいずれか1項に記載の水処理装置。 The water treatment device according to any one of claims 8 to 13, wherein the carrier is made of polyvinyl alcohol.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023239321A1 (en) * 2022-06-06 2023-12-14 Sallanti Ali Low density ammonium nitrate production method in granular form

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