JP2584386B2 - 生物ろ過方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機物および／または
アンモニア性窒素（ＮＨ₃ −Ｎ）を含む汚水を浄化する
生物学的浄化方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アンスラサイトなどの粒状鉱物のろ材を
充填し、水中に固定床として設け、空気などの酸素含有
気体を固定床の下から曝気しながら、原水を通水するこ
とによって汚水を生物学的に浄化する装置は好気性生物
ろ床（ＢＡＦ：Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｅｒａｔｅｄ
Ｆｉｌｔｅｒ）として公知である。しかし、従来のＢ
ＡＦは次のような欠点を有し、ＳＳやＢＯＤなどを低濃
度に含む下水などの原水以外には実際上適用が困難であ
った。 砂利などからなるろ床の支持床が汚染し易い。特に
上向流のＢＡＦではこの傾向が強い。 ろ床の表層部では生物学的活動が活発で、微生物の
増殖が速く、そのため表層部での目詰まりが早い。ま
た、原水のＳＳの大部分もろ床の表層部で捕捉されるた
め、ますます表層部でのろ床の目詰まりが急速に進み、
ろ過抵抗の増加をもたらす。

【０００３】 ろ床の洗浄が面倒で、多量の洗浄用水
を必要とする。 微生物がろ材の表面にミクロンオーダーの厚みで付
着しているに過ぎないので、ＢＡＦ全体での微生物濃度
は２０００〜２５００ｍｇ／リットル程度に過ぎず、Ｂ
ＯＤ除去、アンモニア性窒素硝化の反応速度が小さい。
従って、処理槽のコンパクト化が難しい。例えば、下水
処理の場合、従来のＢＡＦのろ過速度は２５ｍ／日に過
ぎない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
〜の従来型ＢＡＦの欠点をすべて解消できる新規Ｂ
ＡＦ式処理装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明の生物
学的浄化方法および装置の発明によって達成される。 すなわち、（１）水と近似した比重を持ち、上向水流及
び／又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する上向流式生物ろ過
装置において、該生物ろ過装置上部には前記担体の固定
床を、その下部には該担体の流動床を形成させるよう
に、前記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ことを特徴とす
る生物ろ過方法。 （２）下部に原水供給手段と酸素含有気体供給手段を備
え、上部に処理水流出手段を設けた槽内に、多孔性支持
部材と流出防止部材の間に水と近似した比重を持ち、上
向水流及び／又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の担体を、通水時に上
部に固定床、その下部に流動床が形成される程度に空間
部を有して充填したことを特徴とする生物ろ過装置。

【０００６】上記素材の水と近似した比重とは０．９か
ら１．４程度の比重を意味し、この範囲の比重を有する
素材で構成されている限り上記担体の構成素材は特に制
限されず、有機高分子、無機化合物等公知のものを使用
できるが、中でも素材自体に適度な弾性と強度とを有す
る素材が好ましい。立体網目状粒状物は、かかる素材を
用いて表面から内部にかけて連続した穴を持つように成
形されるが、この成形は公知の発泡法等によりできる。
より具体的にはポリウレタンフォームから形成された立
体網目状粒状体が特に適している。立体網目の孔径とし
ては１〜３ｍｍ程度で十分である。上記立体網目状粒状
物からなる担体は有機物やアンモニア窒素を含む汚水を
生物学的に浄化するＢＯＤ資化菌や硝化菌などの微生物
類をその表面および内部の空隙部に高濃度に固定でき
る。

【０００７】生物ろ過装置（以下処理槽という）の下部
に設置された原水供給手段や酸素含有気体供給手段の上
近傍に張設された多孔性支持部材は、最初処理槽内に固
定床および流動床を形成するに際し、立体網目状粒状物
からなる担体を支持する部材であり、また洗浄時や処理
槽が稼働している際に担体が装置の底に沈殿することを
防止するための支持部材であり、プラスチックス製や金
属製のネット、グレーチングや多孔板など種々の多孔性
材料で構成できる。一方、処理槽の最上部に設けられ
た、処理水流出手段と洗浄排水流出手段に連通している
越流堰の下近傍に張設された多孔性の流出防止部材は、
処理槽を洗浄する際に上記担体が系外に流出しないよう
に防止するための部材であり、また処理槽が稼働してい
る際に担体の流出防止と固定床形成を起こすよう機能す
る。この部材もプラスチックス製や金属製のネット、グ
レーチングや多孔板など種々の多孔性材料で構成され
る。

【０００８】処理槽内に張設されている上記多孔性の流
出防止部材と多孔性支持部材との間に処理槽の上から順
に立体網目状粒状物からなる担体で構成された固定床お
よび流動床が配備される。これら固定床および流動床を
構成する担体は最初に生物ろ床を構成する際、原水がな
い状態で多孔性支持部材上に置いた時には、該担体充填
部分の上面は上記多孔性の流出防止部材との間に十分の
空間が得られる程度に充填する。処理槽に原水を供給
し、原水が上記越流堰から溢流するようにした時、処理
槽下部の散気管から酸素含有気体が吹き込まれると、上
記担体は処理槽上部、多孔性の流出防止部材に接して固
定床を形成し、その下部に流動床が構成される。この流
動床部分の担体は浮遊状態にある上に、原水や酸素含有
気体による激しい気液混相流によって担体が攪乱作用を
受け、自由に担体が流動する状態となる。

【０００９】本発明の特徴とするところは、従来のＢＡ
Ｆにおけるように微生物を保持した担体を充填した固定
床に直接原水を供給するのではなく、先ず上記担体の流
動床で原水を処理した後に固定床で処理することにあ
る。すなわち、比重が原水に近似した比重をもつ素材で
構成された立体網目状粒状物からなる担体に、原水中で
適切に酸素含有気体を供給しながら激しい気液混相流に
よって攪乱作用を与えると流動床が形成される。ここ
で、酸素含有気体量が多過ぎれば攪乱が大きく、固定床
に形成が困難となり、また少なければ流動床が形成され
難いので、その供給量の調整が重要である。しかして、
馴致によって担体に固定された微生物によりこの流動床
で原水中のＢＯＤが急速に除去される。この流動床で原
水中の３０〜３５％のＢＯＤが除去される。次いでその
水が固定床に送られた時、固定床の底部では充填されて
いる担体に保持されている微生物の増殖が適度に抑えら
れ、固定床の目詰まりの進行が著しく抑制されるという
特徴ある現象が認められる。

【００１０】本発明に用いられる上記立体網目状粒状物
からなる担体の大きさは、１０×１０×１０ｍｍのサイ
コロ状ないし１０×２５×２５ｍｍの直方体にするのが
ＳＳ捕捉容量を高める上で好ましい。立体網目の孔径と
しては１〜３ｍｍ程度で十分で、５ｍμ以上のＳＳはほ
ぼ全てこの担体を通過する間に除去される。孔径がこれ
以下の担体はＳＳによる目詰まりが起きやすく、またＳ
Ｓを洗浄除去し難くなるので、使用しても良いが好まし
くない。担体の素材には比重が０．９から１．４程度の
ものが使用できるが、通常０．９〜１．２程度が好まし
い。処理時、原水中に存在する担体は気泡を保持してい
るので、見掛けの比重は水よりも小さくなり浮遊した状
態にある。

【００１１】処理槽内の流動床の上部には固定床が構成
されている。この固定床では担体にＢＯＤ資化菌や硝化
菌などの微生物類がその表面および内部の空隙部に１３
〜１６ｇ／リットルにもおよぶ高濃度に固定している
が、酸素含有気泡を保持して浮遊した状態にあり、ここ
でさらにＢＯＤの除去、アンモニア窒素の硝化およびＳ
Ｓの除去が行われる。

【００１２】上に説明したごとく、処理槽内のろ床が、
微生物を高濃度に保持しかつ浮遊状態にある立体網目状
粒状物からなる担体で構成された固定床と、十分自由に
流動している状態にある該担体で構成された流動床とか
らなり、高度にＢＯＤ除去、アンモニア窒素の硝化およ
びＳＳの除去が行われ、清澄な処理水が効率よく得ら
れ、かつ処理床の目詰まりが起こらないという処理槽の
構成が本発明の特徴である。

【００１３】

【作用】本発明の処理槽内の下部に透水性の多孔性部材
で作られた担体支持部材を設け、その上部にやはり多孔
性部材で作られた担体流出防止部材を設けて、その間に
水と近似した比重を有する素材からなる立体網目状粒状
物担体を置き、その担体の表面および内部の空隙部にＢ
ＯＤ資化菌や硝化菌などの微生物類を保持せしめ、上記
担体支持部材の下から原水を散気管３からの酸素含有気
体と共に上向流で供給すると、担体流出防止部材の下部
には浮上した担体によって固定床Ｂが形成され、その固
定床Ｂの下部には激しい気液混相流による攪乱作用によ
って担体が固定床Ｂにおけるより半分ほどの密度で流動
している流動床Ａが自動的に形成される。

【００１４】原水と酸素含有気体とを供給して処理を続
けると、流動床Ａでは担体には高濃度にＢＯＤ資化菌が
増殖し、ＢＯＤの除去とＳＳの一部の吸着除去が行われ
る。次いで流動床Ａで処理された原水は、ＢＯＤ資化菌
や硝化菌などの微生物類を保持した担体を有する固定床
ＢでＢＯＤの除去とアンモニア窒素の硝化が進む。従っ
て固定床Ｂに充填された担体にはさらにＢＯＤ資化菌と
硝化菌が増殖する。処理槽に充填されている担体が、水
と近似した比重を有する素材からなる、特徴ある本発明
の立体網目状粒状物で構成されているために、以上説明
したように、その処理槽に上向流で原水と酸素含有気体
とを供給して処理することにより、固定床Ｂと流動床Ａ
が自動的に生成するのであり、この作用が生じるのが本
発明の特徴である。

【００１５】次に、固定床Ｂと流動床Ａの容積比の設定
について述べる。固定床ＢではＳＳのろ過、ＢＯＤ除去
およびアンモニア窒素の硝化の２つの機能を遂行するの
に対し、流動床Ａでは主としてＢＯＤの部分的除去を遂
行すればよいので、固定床Ｂの容積をＶ_S 、流動床Ａの
容積をＶ_F とする時Ｖ_S ≧Ｖ_F とするのが適切である。
但し、流動床ＡにおいてもＳＳの一部は微生物スライム
への吸着によって除去される。もし逆にＶ_S ＜Ｖ_F とす
ると、固定床Ｂでの原水の滞在時間が短くなり過ぎ、Ｓ
Ｓのろ過効果が悪化すると同時に、処理水ＢＯＤも高く
なるので避けるべきである。

【００１６】本発明において、ろ床に立体網目状粒状物
で構成されている担体を充填して、その処理槽のろ床に
上向流で原水と酸素含有気体とを供給して固定床Ｂと流
動床Ａを自動的に生成し、固定床Ｂの容積をＶ_S 、流動
床Ａの容積をＶ_F とする時Ｖ_S ≧Ｖ_F となるようにする
ことは、担体の粒子の大きさ、見掛けの比重、充填する
数量などの因子と処理槽に供給する原水および酸素含有
気体の供給量、供給管や散気管の位置、形などの因子を
調節することにより実現できる。

【００１７】なお本発明において、原水は上向流で通水
することが必須であり、下向流では原水を先ず流動床部
に供給し、次いで固定床に供給するという本発明の方法
を採ることができなくなる。下向流の場合、ろ床を浮上
性担体ろ材によって形成したとしても、ろ床上部のろ材
に流動性を与える手段が簡単でなく、例えば別途攪拌手
段を設けるなどの必要があり、その上この流動床にはＳ
Ｓが蓄積し易く、本発明のろ床による処理と同様の処理
効果を得ることは困難である。

【００１８】本発明の１具体的態様を図１に示し、図を
参照しながら本発明の具体的な構成について説明する。
しかしながら、本発明は以下の説明によって制限される
ものではない。

【００１９】図１に示す本発明の処理槽１では、原水が
処理槽１の下部から上向流として原水供給管２から供給
される。好気性処理に使用する酸素を供給するために処
理槽１の下部に散気管３を設け、ブロア５によって気体
供給管４を通して酸素含有気体を散気管３から処理槽１
内に供給する。散気管３および原水供給管２の上部にネ
ットあるいはグレーチングなどで作られた透水性の多孔
性支持部材６が張設され、その上部に微生物を高濃度に
保持しかつ十分自由に流動している状態にある立体網目
状粒状物からなる担体で構成された流動床Ａが、そして
さらにその上部にやはり微生物を高濃度に保持し浮遊状
態にある、立体網目状粒状物からなる担体で構成された
固定床Ｂが設けられている。

【００２０】原水供給管２から供給された原水は、先ず
散気管３からの酸素含有気体と共に激しい気液混相流と
なって流動床Ａに入りここで原水中のＢＯＤが急速に除
去される。流動床Ａでは、原水中の３０〜３５％のＢＯ
Ｄが除去される。次に原水が固定床Ｂに供給された時、
固定床ＢではＳＳのろ過、ＢＯＤ除去およびアンモニア
窒素の硝化が行われ、清澄な処理水となり、処理槽１の
上部に張設されたネットあるいはグレーチングなどで作
られた透水性多孔性の担体流出防止部材７を通過し、処
理槽１の最上部の越流堰８から溢流し、処理水流出口９
に設けた処理水流出管１０を通って系外に排出される。
処理水流出管１０から、洗浄排水流出弁１３を備えた洗
浄排水流出管１２が処理水流出弁１１の手前で分岐し、
洗浄排水を洗浄排水貯留槽１４に送液する。

【００２１】次に、本発明の処理槽１の洗浄方法につい
て説明する。本発明の処理槽１の洗浄方法は、洗浄に処
理水を使用しなくとも効果的に洗浄が達成できる独自の
方法である。すなわち、本発明の洗浄方法は以下の手順
で行われる。 原水の供給を停止することなく、散気管３からの気
体の供給量を増加する。 この操作によって、固定床Ｂ
内に激しい気体の上昇流が発生し、ろ材粒子もほぐれ、
それまでろ材に捕捉されていたＳＳが追い出される。 この時、処理水流出弁１３弁を開き、処理水流出弁
１１を閉じておくと、ろ床から追い出されたＳＳを含ん
だ洗浄排水が洗浄排水流出管１２を通って洗浄排水貯留
槽１４に流入する。 固定床ＢからＳＳの大部分が追い出された時点で、
散気管３からの気体の供給量を定常量に戻すと、その後
３０分から１時間程度２０ｍｇ／リットルを越えるＳＳ
を含んだ排水が流出するので、これを排水貯留槽１４に
流入させる。 その後、ＳＳ２０ｍｇ／リットル以下の清澄水が流
出するので処理水流出弁１３弁を閉じ、処理水流出弁１
１を開いて処理水を得る。 なお、排水貯留槽１４中の洗浄排水は別途適当な固液分
離装置に供給し、ＳＳを分離し処理すればよい。

【００２２】

【実施例】図１の本発明の処理装置を用い、表１に示し
た条件により、表３に示した水質の団地下水を対象にし
て本発明の処理を行った。 表１ （装置使用） 処理槽の寸法 ： 直径 ３００ｍｍφ（丸型カラム） 高さ ４．０ｍ 担体充填高さ^* ３．５ｍ 流動床部容積 ０．０７ｍ³ 固定床部容積 ０．２１ｍ³ ＊担体充填高さとは、原水を処理槽に満たす前に、ポリ
ウレタンフォームよりなる担体ろ材を自然充填した時の
充填高さである。担体ろ材は粒径が１０×２５×２５ｍ
ｍの角状ポリウレタンフォームの粒状片で、セル数３〜
４個／ｃｍ、空隙率９８％、素材の真の比重１．１２で
ある。

【００２３】 表２ （処理条件） 下水流量 ： 処理量 ４．０ｍ³ ／日 ろ過速度 ５７ ｍ／日 空気供給量 ： １２Ｎｍ³ ／日 （定常時の供給量） １００Ｎｍ³ ／日 （空気洗浄時の供給量） 原水には、団地の生下水を用いた。その水質は表３に示
す通りである。 表３ （下水の水質） ｐＨ ： ７．１ ＳＳ ： １２６ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： １６３ｍｇ／リットル 水温 ： １７℃

【００２４】以上の条件で８ヶ月間連続処理した。微生
物のポリウレタンフォームへの馴致集殖が完成した１ヶ
月後から処理水質などは表４に示す通りの状態を維持し
た。 表４ （処理水水質） ｐＨ ： ７．８〜６．９ ＳＳ ： １．８〜３．１ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： ４〜６ ｍｇ／リットル 水温 ： １５〜１８ ℃ ろ過継続可能時間、すなわち原水の通水を開始してから
固定床Ｂを洗浄する時期が来るまで、通水を継続できた
合計時間は９５〜１２０時間であった。

【００２５】表２に示した水質の下水を、従来のアンス
ラサイトをろ材とした下向流型の代表的ＢＡＦでろ過速
度５７ｍ／日で処理した場合のろ過継続可能時間は７〜
８時間であることと比較すると本発明の処理方法および
処理装置の卓越した効果は明らかである。

【００２６】

【発明の効果】本発明の処理方法および処理装置により
有機性汚水を処理し、以下のような効果が得られる。 １．浮上した固定床に上向流で処理するので、砂利など
のろ材支持床が不要で、支持床での汚染や目詰まりの問
題が解消する。 ２．原水を流動床から固定床の順で通水するようにした
ので、固定床部での目詰まりが著しく少ない。 ３．ろ床の洗浄に処理水を使用する必要がないので、処
理水生産効率が高い。 ４．ろ材自身の立体的網目構造内に高濃度の微生物を固
定化できるので、生物ろ床のＢＯＤ除去、アンモニア窒
素の硝化速度が従来型ＢＡＦの２〜４倍に向上し、装置
が著しくコンパクトである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の上向流式生物学的浄化装置の１例を示
す模式図。

【符号の説明】

１ 処理槽 １０ 処理水
流出管 ２ 原水供給管 １１ 処理水
流出弁 ３ 散気管 １２ 洗浄排
水流出管 ４ 気体供給管 １３ 洗浄排
水流出弁 ５ ブロア １４ 洗浄排
水貯留槽 ６ 多孔性支持部材 Ａ 流動床 ７ 流出防止部材 Ｂ 固定床 ８ 越流堰 ９ 処理水流出口

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水と近似した比重を持ち、上向水流及び
   ／又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する上向流式生物ろ過装
   置において、該生物ろ過装置上部には前記担体の固定床
   を、その下部には該担体の流動床を形成させるように、
   前記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ことを特徴とする生
   物ろ過方法。
2. 【請求項２】 下部に原水供給手段と酸素含有気体供給
   手段を備え、上部に処理水流出手段を設けた槽内に、多
   孔性支持部材と流出防止部材の間に水と近似した比重を
   持ち、上向水流及び／又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の担体を、通
   水時に上部に固定床、その下部に流動床が形成される程
   度に空間部を有して充填したことを特徴とする生物ろ過
   装置。