JP2684495B2 - 有機性汚水の高度浄化装置 - Google Patents

有機性汚水の高度浄化装置

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JP2684495B2 JP4250456A JP25045692A JP2684495B2 JP 2684495 B2 JP2684495 B2 JP 2684495B2 JP 4250456 A JP4250456 A JP 4250456A JP 25045692 A JP25045692 A JP 25045692A JP 2684495 B2 JP2684495 B2 JP 2684495B2
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  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、下水、各種有機性廃水
などの汚水を極めて合理的に、新規生物処理とSSのろ
過を行い、高度に浄化処理することが可能な浄化装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在最も技術的に優れていると考えられ
ている有機性汚水の処理方式は「好気性生物ろ床」〔B
iological Aerated Filter
(BAF)〕である。BAFは、粒状活性炭、アンスラ
サイトなどの粒状鉱物の充填層(固定床)を水中に浸漬
させ、有機性汚水(原水)を下向流で流過させながら、
充填層の下部から空気曝気を行い、充填層内でSSのろ
過と生物処理を同時に行う装置である。従って活性汚泥
法における最終沈澱池が不要であり、微生物の沈降性状
に無関係に確実な固液分離が行えるという大きな特徴が
あり、注目を集めている。
【0003】しかし、従来のBAFは次のような欠点が
あった。 ろ床のSS捕捉量が1kg/m3 程度と小さいた
め、下水等を直接処理すると、ろ床の閉塞が短時間で発
生し、頻繁なろ床洗浄が必要になる。 従って、BAFの前段に最初の沈澱池を設けなけれ
ばならないが、最初の沈澱池(初沈という)の設置面積
が大きく、省スペース化が図れないという問題点があ
る。 BOD、SSは高度に除去できるが、脱窒素、CO
D除去を1槽のBAFで行うことができない。 ろ床の洗浄に、折角生産した処理水を洗浄用水とし
て多量に消費しなければならないなどである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記したよう
な従来のBAFの欠点を解決できる新方式を提供するこ
とを目的としている。具体的には、 1.前段に初沈を設けずに、直接BAFによって汚水を
処理でき、ろ床の閉塞も著しく少ない新規BAFを開発
する。 2.BOD、SS、脱窒素、CODを高度に除去でき、
従来型BAFの処理水よりも著しく清澄な処理水が得ら
れるようにする。 3.ろ床洗浄を合理化し、BAFの処理水を消費するこ
となく、ろ床を洗浄できるようにする。 以上の課題を解決することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明の有機
性汚水の高度浄化装置の開発によって達成される。 すなわち、1)浄化装置の水面下に浸漬して、微生物を
付着した活性炭を充填した充填層Aを設置し、該充填層
Aの支持床の下部に主に生物学的な硝化、SSの高度ろ
過を行う粒状物ろ材を充填した充填層Bを設け、該充填
層Bの下部に多孔性通水部材を介して主に生物学的な脱
窒素、BOD除去およびSSのろ過を行う粒状物ろ材を
充填した充填層Cを設置し、該充填層Cの下部に原水供
給部を配備し、少なくとも充填層Cの下部に酸素含有ガ
スの散気部を配置し、前記活性炭充填層Aの上部に処理
水流出部を設け、該処理水流出部から該充填層Cに処理
水を循環する循環用配管を設けたことを特徴とする有機
性汚水の高度浄化装置。 2)前記充填層Bと充填層Cの間に洗浄排水排出部を設
、かつ前記充填層Bの下部に酸素含有ガスの散気部を
配置したことを特徴とする前記1)に記載の有機性汚水
の高度浄化装置。によって達成される。
【0006】本発明の有機性汚水の高度浄化装置は、単
一の浄化装置の内部に2段に粒状ろ材を充填した充填層
を設け、好ましくは粒状ろ材は空隙率の高いろ材とし、
その空隙部の内部および表面に高濃度に微生物を固定化
し、またその充填層の必要に応じて酸素含有ガスを供給
して、生物学的反応が高速度に行われる条件を整備して
BODの除去のみならずNH3 −Nの除去を可能とし、
さらに本発明の浄化装置においては上記2段の充填ろ床
の上部に微生物付着活性炭を充填した充填層を設けて難
生物処理性のCODの除去を可能化したことを第1の特
徴とする浄化装置である。
【0007】また本発明の高度浄化装置は、生物学処理
を空隙率の高いろ材を充填した充填層で行うため、高度
にSS除去性能にも優れているため、下水などのSS含
有量の大きい原水を直接通水しても充填層が閉塞するこ
となく、かつ優れた生物学的処理が行われるという特徴
を有している。さらに本発明の高度浄化装置の特徴は
充填層Bと充填層Cの間に洗浄排水排出部を設け、かつ
前記充填層Bの下部に酸素含有ガスの散気部を配置し
、本発明独自の浄化装置の洗浄を可能としたことにあ
る。
【0008】(発明の構成)本発明の構成例を図1に基
づいて説明する。ただし本発明の実施態様はこれに限定
するものではない。浄化装置1の水面下の近くに、微生
物を付着した粒状または繊維状の活性炭を充填した充填
層Aが設けられている。この充填層Aは例えば有孔ブロ
ックからなる支持床2に支えられていることが好まし
い。上記支持床2の下部には、空隙率の高いろ材を充填
した充填層Bが設けられており、その下部にはやはり空
隙率の高いろ材を充填した充填層Cが設けられている。
上記空隙率の高いろ材としては例えば立体的網目構造を
もつ粒状ろ材、具体的にはポリウレタンフォームの角状
粒状物が特に好適な粒状ろ材である。該充填層Bのろ材
と該充填層Cのろ材が混合しないように格子などの多孔
部材3で区画しておくことが重要である。また充填層C
の下部に設けた多孔部材4は充填層Cのろ材の落下を防
ぐ格子である。
【0009】充填層Bの下部には散気管7が、また充填
層Cの下には散気管8が配備され、これら散気管にガス
供給管5および6を経て空気など酸素含有ガスを供給す
る。なお、散気管7は省略することもできる。充填層C
の下には、充填層Cの充填ろ材の落下を防止するための
多孔部材4を設け、その多孔部材4の下部に下水などの
有機性汚水(原水)10を浄化装置1に供給する原水流
入管9を設ける。
【0010】原水は流入管9を経て浄化装置1の中央に
有るフィールドウェル11から浄化装置1に流入する。
浄化装置1のフィードウェル11より下部はSSの沈殿
ゾーンであり、浄化装置1の底部には沈殿物Dが堆積す
る。この堆積物は弁18を有する排泥部12から排出で
きる。浄化装置1の最上部には越流堰21が設けられ、
越流堰21に設けた処理水流出管13より本発明の装置
によって浄化された高度処理水である処理水20を系外
に排出する。充填層Cの脱窒素菌にNOX −Nを与える
ために、処理水流出管13から循環用配管14が配管さ
れ、散気管8の下の部分に開口している。この循環用配
管14によって循環される処理水20は循環用配管14
に設けられた循環ポンプ15によって送水される。
【0011】なお、浄化装置1の中央付近、充填層Cの
上部、充填層Cと充填層Bの間に洗浄水の排出部が設け
られており、弁19を有する洗浄排水管16が接続され
ていることが好ましい。またこの際、洗浄水の排出部に
は充填層Bのろ材の流出を防ぐ格子17が張設されてい
ることが好ましい。
【0012】次に充填層A〜充填層Cの各充填層のろ材
の粒径などについて説明する。粒状活性炭充填層Aを構
成する活性炭の粒径は2〜10mmが好ましい。これ以
下になると通水抵抗が大きくなり、これ以上の粒径では
表面積が減少し、吸着効果が悪化するからである。充填
層Bと充填層Cに充填する空隙率の高いろ材としては、
立体的網目構造を有する粒状物であるポリウレタンフォ
ームの角状粒状物が好適であり、その粒径は10mmの
立方体、あるいは10×30×30mmなどの直方体が
好適である。
【0013】また、ポリウレタンフォームの穴のサイズ
は、2〜3mm程度の大きな穴が開口しているものが内
部にまで微生物が増殖しやすいので好ましい。穴のサイ
ズが小さすぎると、ポリウレタンフォームの表面にしか
微生物が増殖しないので好ましくない。また大きすぎる
と、強度が弱くなりすぎるので良くない。充填層Bと充
填層Cの層の高さは1〜2mで良く、活性炭充填層の層
の高さは0.3〜0.5mと極めて浅い層で充分であ
る。また、格子などの多孔通水部材3、4および17
は、ポリウレタンフォームなどの粒状ろ材が落下または
流出しないような孔径をもっており、孔径20mm程度
が好適である。
【0014】(発明の作用)図1を参照しながら、本発
明の作用を説明する。立体的網目状ろ材を充填した充填
層Cは主に生物学的な脱窒素、BOD除去、およびSS
のろ過を行う領域であり、やはり立体的網目状ろ材を充
填した充填層Bは主に生物学的な硝化、SSの高度ろ過
を行う部分である。また、粒状活性炭充填層Aは粒状活
性炭表面に繁殖している微生物の作用および活性炭の吸
着作用の両機能によって充填層Bから流出する水のCO
D、色度除去および残留微量NH3 −Nの硝化を行う領
域である。
【0015】このように本発明では浄化装置の生物学処
理およびSS除去を行う領域を、下から上に向かって沈
澱部、立体的網目状ろ材による充填層C、充填層Bおよ
び微生物活性炭の充填層Aとその機能によって明確に区
分して構成するという思想を骨子とするものである。
【0016】しかして、下水などの有機性汚水は原水流
入管9からフィードウェル11に流入し、原水中の沈降
し易いSSが沈殿ゾーンで沈降分離されたのち、立体的
網目構造をもつポリウレタンフォーム粒状物を充填した
充填層Cに上向流で流入してゆく。
【0017】ポリウレタンフォームの立体的網目構造内
には、15000〜20000mg/リットルという高
濃度の微生物(脱窒素菌、BOD資化菌が主体)が固定
化されているため、循環水13中のNOX −N(硝酸性
窒素)が原水9中のBODを利用して極めて高速度に脱
窒素され、N2 ガスに還元される。立体的網目構造のポ
リウレタンフォームろ材は、SSのろ過性能も優れてい
るため、充填層Cを通過することにより、原水中のSS
がろ過除去され、充填層Cからの流出水のSSは10m
g/リットル以下になる。なおポリウレタンフォームの
比重は水にほぼ等しいので、脱窒素反応によって発生す
るN2 ガスとCO2ガス気泡がポリウレタンフォームの
網目構造内にトラップされる結果、見掛け比重が1.0
以下になり浮上した充填層が形成される。
【0018】また、散気管8から少量の空気を供給し、
充填層Cに空気泡を供給することによって、いわゆる
「好気性脱窒素」を起こさせてもよく、こうすることに
よって発生したN2 ガスを追い出し易くするので好まし
い。しかして、原水 中のBOD、SSが大部分除去さ
れた充填層C流出水は、格子3を通って第2の充填層B
に侵入してゆく。
【0019】充填層Bを構成するポリウレタンフォーム
粒状物の網目構造内には主に硝化菌が約15000mg
/リットルという高濃度に固定化されているため、原水
9中のNH3 −Nが散気管7から供給される空気泡から
の酸素によって高速にNOX−Nに酸化される。
【0020】また、被処理水は充填層Bで残留BODも
除去され、SSもさらに高度にろ過され、SS5mg/
リットル以下となって、支持床2を通過し、微生物付着
活性炭の充填層Aに侵入してゆく。微生物付着活性炭の
充填層Aに流入する水は、既にSS、BOD、NH3
Nが高度に除去され、いずれも数mg/リットル以下に
低下しており、難生物分解性のCOD成分が主成分にな
っている。従ってCOD成分は活性炭に吸着され、吸着
されたCOD成分が活性炭の表面に付着している微生物
によって長時間の間に分解され、いわゆる生物再生を受
ける。
【0021】この結果最終処理水20はSS、BOD、
COD、窒素が高度に除去され、きらめくような清澄水
となっている。従って、雑用水に利用したり、親水用な
どに活用できる。勿論、そのまま公共用水域に放流して
よく、下水処理水によって公共用水域を浄化できる。
【0022】重要な点は、微生物活性炭充填層Aの流入
水にBOD、NH3 −Nがほとんど含まれないように予
め生物処理しておくことであり、もしも微生物活性炭充
填層Aへの流入水にBOD、NH3 −Nが多量に含まれ
ていると、粒状活性炭の表面に繁殖する微生物がBOD
資化菌、硝化菌が優占種になり、難生物分解性のCOD
成分を資化する特殊な微生物が活性炭の表面に全く繁殖
しなくなってしまう。しかして、高度処理水20の一部
をポンプ15によって脱窒素用充填層Cの下部にリサイ
クルすることにより、充填層Cの脱窒素菌にNOX −N
を与える。なお、沈殿物Dは時々弁18を開けて排泥部
12より排出するようにする。以上が本発明の作用原理
であり、単一の槽で下水などの有機性汚水を極めて高度
に浄化できる。このような効果をもつ装置は従来存在し
なかった。
【0023】次に、本発明のろ床の好ましい洗浄方法を
説明する。このろ床の洗浄方法は本浄化装置に独自の洗
浄方法である。すなわち、本発明の浄化装置の運転を継
続しながら、洗浄排水流出弁19を開け洗浄水の排出部
から浄化装置1内の被処理水を排出し浄化装置1の水位
を低下させる。この時、散気管7からの空気量を増加さ
せることが好ましい。かくして、粒状活性炭充填層Aと
充填層B内に抑留されていたSSが、水位の低下につれ
て一緒に洗浄排水流出路16から排出される。なお、原
水10中のSSの大部分は充填層Cで捕捉されているの
で、充填層Bと充填層Aに抑留されているSSは少量で
あり、散気しながら水位を低下させるだけで効果的に充
填層Aと充填層Bを洗浄できる。
【0024】次に、水位が洗浄水の排出部の近くまで低
下したなら、散気管8から吐出する空気量を大幅に(定
常処理時の5〜10倍程度に)増加させる。すると、充
填層Cに激しい気液混相循環流が発生し、ウレタンフォ
ーム粒状体が気液混相循環流に乗って循環流動する。こ
の結果、それまで充填層Cに捕捉抑留されていたSSが
剥離し、原水の流れに乗って洗浄水の排出部の洗浄廃水
流出路19から系外に流出する。この時循環用配管14
の循環ポンプ15は停止され、処理水20が洗浄用に使
用されることはない。
【0025】この操作を30分〜60分程度続けると大
部分のSSが追い出されるので、散気管8からの空気吐
出量に戻し、再び充填層Cを形成させ、原水流入管9か
ら原水10を流し続けると数十分後に充填層Cからの流
出水が清澄になるので、この時点で弁19を閉じ、水位
を上昇させて行き、最終的に高度処理水が処理水流出管
13から流出する。また、この時点から循環ポンプ15
を稼働して処理水20の充填層Cへの還流を再開する。
このようにして、充填層A、充填層B、充填層Cを洗浄
するのに、従来のBAFのような処理水を消費して充填
層を洗浄する必要がなく、洗浄用貯槽、洗浄排水貯槽、
洗浄水ポンプのすべてが不要になるという重要な効果が
得られる。
【0026】勿論、本発明に関する洗浄方法はこれに限
定されず、洗浄排水流出弁19および流出管16の位置
も適宜設定することができる。例えば、洗浄排水流出管
16を本発明の浄化装置1の下部(底部)に設けた場合
は、まず排泥弁18を開け排泥管12より沈澱物Dを排
出する。次いで洗浄排水流出弁19を開け浄化装置1の
水位を下げる。この時、散気管7からの空気量を増加さ
せることが好ましい。水位が充填槽C上端付近まで低下
したら、洗浄排水流出弁19を一旦閉じ散気管8の空気
吐出量を大幅に増加させる。一定時間曝気を強くして攪
拌(強曝気攪拌)を行った後、散気管8の空気吐出量を
通常処理時程度以下にするか、または停止させると共
に、洗浄排水流出弁19を開け底部まで排水する。必要
であれば洗浄排水流出弁19の開閉により再び水位を充
填槽C上端付近まで上げ、強曝気攪拌と排水の工程を繰
り返した後、通常運転に復帰する。以上説明したような
方法により洗浄しても構わない。本発明にかかる洗浄方
法は、上段の充填層AおよびBに高濃度のSSが到達し
ないことが要点であり、この要点を満たす洗浄方法であ
れば任意の洗浄方法を使用することを妨げない。
【0027】
【実施例】表1に示した水質の団地下水を対象にして、
本発明の浄化装置の能力の実証的処理を行った。以下に
図1に示したフローに従って本発明の処理の実施態様を
説明するがこの説明が本発明を制限するものではない。
【0028】(実施例1) 下水の水質 表1 水温 : 15〜17℃ pH : 7.2〜7.3 SS : 80〜132mg/リットル BOD : 108〜160mg/リットル 全窒素 : 28〜32 mg/リットル COD : 52〜56 mg/リットル
【0029】処理装置および条件 表2 装置寸法 直径・・・・・・・・0.4mφ(丸型カラ
ム) 高さ・・・・・・・・4.5m 充填層Aの高さ・・・0.3m 充填層Bの高さ・・・1.5m 充填層Cの高さ・・・1.2m 格子3の設置位置・・水面から2.1m 格子4の設置位置・・水面から3.8m
【0030】装置運転条件 表3 ろ過速度・・・・・・・・・・ 35m/日 散気管7からの空気吐出量・・16Nm3 /日 循環水13の流量・・・・・・ 5m3 /日 装置内滞留時間・・・・・・・ 3時間
【0031】粒状 表4 充填層Bおよび充填層Cに充填するポリウレタンフォー
ムの粒状・・・・・10×10×10mmの立方体(セ
ル数13) 充填層Aに充填する粒状活性炭・・・・・粒径3mmの
石炭系活性炭を使用
【0032】表2〜表4の装置およびその運転条件で表
1の原水を6ヶ月間連続して処理した。通水後20日後
にポリウレタンフォームの網状構造内に脱窒素菌、硝化
菌が充分固定化されたので、21日以後、土日を除く毎
日1回、24時間コンポジットサンプルを採取し、水質
分析を行った。
【0033】この結果を表5に示す。なお、活性炭充填
層Aにはすでに物理的吸着力を失った活性炭を充填し
た。 処理水の水質 表5 pH : 6.8〜7.0 SS : 1 〜 2 mg/リットル BOD : 1 〜 2 mg/リットル COD : 4.1〜5.2mg/リットル 全窒素 : 4.3〜5.8mg/リットル 透視度 : 2m以上
【0034】表5から明らかなように、SS、BOD、
COD、全窒素、透視度のすべての項目で、高度に浄化
された水質となった。この水質は鮎の住める水質であ
る。なお、ろ床の洗浄頻度は5日間に1度と極めて少な
く、長時間処理を継続できた。また、処理開始後2ヶ月
目に活性炭を取り出して顕鏡したところ、活性炭の表面
に微生物が良好に繁殖していた。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、次のような極めて優れ
た効果が得られた。 (1) 単一浄化装置により有機性汚水のSS、BO
D、COD、全窒素を高速かつ高度に除去できる。装置
の設置面積も標準活性汚泥法の1/5でよい。 (2) 立体網目状ろ材に微生物を高濃度に固定化した
ので、生物反応速度が早い。 (3) 初沈が不要であり、例えば下水を直接本発明の
装置に導入して処理できる。 (4) 立体網目状ろ材はろ材自身が空隙部をもつの
で、ろ床空隙率が95%以上と極めて大きく、そのため
SSによるろ床の閉塞が極めて少ないので、ろ床洗浄サ
イクルを従来型BAFより3〜5倍も長くすることがで
きる。
【0036】(5) 活性炭充填層に原水が流入する以
前に、原水中のBOD、全窒素を高度に除去できるよう
に構成したので、活性炭の表面に難生物分解性のCOD
を資化する特殊な微生物が繁殖し易くなり、COD除去
効果、活性炭の生物再生効果が向上する。 (6) 脱窒素部の充填層と硝化部の充填層を格子によ
って区分し、両層の充填ろ材が洗浄中に混じり合わない
ようにした結果、充填層Cには優先的に脱窒素菌を増殖
でき、充填層Bには硝化菌を優先的に増殖できるので、
生物反応速度を著しく向上できる。 (7) ろ床の洗浄が著しく合理化される。従来のBA
Fに不可欠だった洗浄用貯留槽、洗浄水供給ポンプ、洗
浄排水貯留槽のすべてが不要になる。 (8) 装置の水面から、活性炭処理された著しく清澄
な水が、文字通り泉のように湧きだしてくるので、運転
者、見学者にとってまことに快適であり、装置の水面か
ら病原菌が全く揮発しないという重要な効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高度浄化装置の1例をしめす構成図
【符号の説明】
1 浄化装置 2 有孔ブロック材 3 透水性多孔部材(格子) 4 透水性多孔部材(格子) 5 酸素含有ガス供給管 6 酸素含有ガス供給管 7 散気管 8 散気管 9 原水流入管 10 原水 11 フィードウェル 12 排泥管 13 処理水流出管 14 循環分離汚泥 15 循環ポンプ 16 洗浄排水管 17 透水性多孔部材(格子) 18 排泥用弁 19 洗浄排水用弁 20 処理水 21 越流堰 A 充填層 B 充填層 C 充填層 D 沈殿物 E ポリウレタンフォーム製ろ材

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 浄化装置の水面下に浸漬して、微生物を
    付着した活性炭を充填した充填層Aを設置し、該充填層
    Aの支持床の下部に主に生物学的な硝化、SSの高度ろ
    過を行う粒状物ろ材を充填した充填層Bを設け、該充填
    層Bの下部に多孔性通水部材を介して主に生物学的な脱
    窒素、BOD除去およびSSのろ過を行う粒状物ろ材を
    充填した充填層Cを設置し、該充填層Cの下部に原水供
    給部を配備し、少なくとも充填層Cの下部に酸素含有ガ
    スの散気部を配置し、前記活性炭充填層Aの上部に処理
    水流出部を設け、該処理水流出部から該充填層Cに処理
    水を循環する循環用配管を設けたことを特徴とする有機
    性汚水の高度浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記充填層Bと充填層Cの間に洗浄排水
    排出部を設け、かつ前記充填層Bの下部に酸素含有ガス
    の散気部を配置したことを特徴とする請求項1記載の有
    機性汚水の高度浄化装置。
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