JP3264881B2

JP3264881B2 - 窒素除去装置

Info

Publication number: JP3264881B2
Application number: JP00419398A
Authority: JP
Inventors: 和夫田山; 吉雄大嶋; 文雄三品; 憲男室谷
Original assignee: SAITAMA PREFECTURE; Sanki Engineering Co Ltd; Japan Sewage Works Agency
Current assignee: SAITAMA PREFECTURE; Sanki Engineering Co Ltd; Japan Sewage Works Agency
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2002-03-11
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JPH10244295A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水などアンモニ
ア性窒素を含む有機性排水中のＢＯＤおよび窒素を除去
する生物学的処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】湖沼、閉鎖性水域の富栄養化にみられる
ように栄養塩類（窒素、リン）の除去が水域環境保全の
上から重要になってきている。従来、下水などの排水か
らＢＯＤおよび窒素を除去する生物学的方法には、活性
汚泥法を基本としたいくつかの変法が考えられている
が、現在、主として実用に供されている方法として、硝
化液循環型の活性汚泥循環変法がある。

【０００３】この硝化液循環型の活性汚泥循環変法は、
図３に示すごとく、前段を脱窒素のための嫌気性槽（完
全混合槽）２、後段をＢＯＤ酸化とアンモニア性窒素の
硝酸化のための好気性槽（完全混合槽）３とし、好気性
槽３からの流出液、すなわち硝化液の一部を硝化液循環
ポンプ４によって前段の嫌気性槽２に循環させるもので
ある。

【０００４】なお、図３において、原水は第１沈澱池１
から嫌気性槽２へ流入し、好気性槽３を経て第２沈澱池
５に流入する。しかし、活性汚泥循環法では、処理時間
が著しく長く、広大な敷地面積を必要とする。また、活
性汚泥循環法では、第２沈澱池５を用いて処理水と汚泥
を分離するので、バルキングに代表されるような運転管
理上の障害が発生することがあり、維持管理が容易でな
く、専門的技術を要する。

【０００５】そこで、最近では水処理用充填材（担体）
を利用したろ床法の発達により、図４に示すごとく、前
段を脱窒素のための嫌気性ろ床８、後段をＢＯＤ酸化と
アンモニア性窒素の硝酸化のための好気性ろ床１０と
し、好気性ろ床１０からの流出液、すなわち硝化液の一
部を硝化液循環ポンプ９によって前段の嫌気性槽８に循
環させる、いわゆる嫌気性ろ床・好気性ろ床法が検討さ
れている。

【０００６】なお、図４において、原水は第１沈澱池６
から供給ポンプ７によって嫌気性ろ床８へ送られる。活
性汚泥法の代わりにろ床法を用いる利点としては、次の
とおりである。好気性ろ床は、活性汚泥法に比べて硝化
性能が優れている（活性汚泥の約３倍の硝化速度を有す
る）ので高速処理が可能である。好気性ろ床の硝化性能
が優れている理由は、硝化菌は、ＢＯＤ酸化菌に比べて
増殖が遅いが、好気性ろ床ではこの硝化菌が担体の表面
に生物膜を形成して保持されるので、完全混合槽におけ
る硝化菌濃度に比べて高濃度の硝化菌を維持できること
による。

【０００７】また、好気性ろ床はろ過機能を持つので、
活性汚泥法における第２沈澱池５が不要であり、バルキ
ングなど活性汚泥法特有の障害が生じない。さらに、例
えば、「流動床脱窒に関する実験的研究」（第１５回下
水道研究発表会講演集、Vol.15 No.165 1978/2）には、
流動床を脱窒用反応槽として用いる検討も行われてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、嫌気性ろ床・
好気性ろ床法では、嫌気性ろ床での汚泥濃度が低く、処
理時間が長くなるという欠点がある。そして、処理時間
が長くなると、硫化水素等の腐敗性ガスが発生するの
で、脱臭対策と、機器類の防蝕に対する配慮を必要とし
ていた。

【０００９】また、流動床を脱窒反応槽として用いる検
討も行われているが、この場合は、あくまでもメタノー
ルを使用して、硝化後の排水を脱窒素しようとするもの
で、硝化後の循環型のフローではない。ところで、「流
動床脱窒に関する実験的研究」に示された結果からも、
流動床法は微生物濃度が高くなり、浮遊法（活性汚泥
法）や固定床法（嫌気ろ床）に比べて、処理時間が短
く、従って、装置のコンパクト化が図れることが明らか
である。

【００１０】しかし、流動床を安定的に連続して機能さ
せるには、処理に伴って上昇してくる担体の流動界面を
一定の高さに保ち、微生物量の安定的保持を図ることが
不可欠である。流動床が優れた反応槽であるにも拘わら
ず、これまで十分に実用化されたとは言い難い最も大き
な原因の一つは、この界面制御機構、言い換えれば、余
剰の微生物を担体より剥離して、反応槽外に排出するこ
とで、界面を一定高さに保つ生物剥離装置の実用化が達
成されていないことによる。

【００１１】「流動床脱窒に関する実験的研究」では、
この機構として、エアリフト、脱気塔、サイクロン、サ
ンドセパレータ、返砂筒で構成される返砂装置が示され
ている（第３８頁の図２）。この返砂装置は、機構が複
雑で、運転操作上のトラブルが予想され、また、砂（担
体）を塔外に抜き出すため、そのスペースが必要になる
という問題点をもっている。

【００１２】なお、エアリフト管を使った洗浄装置に
は、例えば、特開平２−１８４３９８号公報に開示され
た移動床型脱窒装置が知られている。しかし、この洗浄
装置では、担体を吸い込むエアリフト管の先端部、すな
わち、吸込口が、塔底部に設定されているため、流動床
内の分級され、上部に上昇してきた密度の小さい肥厚し
た担体を優先的に洗浄（生物膜の剥離）を行うことがで
きない。

【００１３】また、特開平２−１８４３９８号公報で
は、「担体３ひいては充填層４の汚泥濃度を高濃度に維
持することができる」（第３頁右上段１０行〜１１行）
と記載されているが、高濃度であるかどうかは、その判
断指標が必要であり、この指標がないと、洗浄の最適化
が図れないはずである。ところで、判断指標としては、
塔内の圧力損失、すなわち、水位変化が考えられるが、
水位を一定に保つため、この変化を検知して、洗浄を行
うとか、逆洗水排出量を調整するとかの機構が付加され
なければ、洗浄の最適化は図れないはずである。

【００１４】従って、従来のエアリフト管を使った洗浄
装置では、簡易な構造で担体の洗浄を行うことができな
かった。本発明はかかる従来の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、前段に嫌気性ろ床に代え
て嫌気性流動床を用いることで、さらに脱窒素時間の短
縮を図り、また流動床担体の流動には好気性ろ床の硝化
液を利用することで従来法と遜色のない程度まで動力の
低減を図ることが可能で、かつ流動担体に付着する微生
物の余剰分を確実に担体から剥離され、処理を行えるよ
うに必要かつ十分な微生物量を常に安定して保持できる
簡易な生物膜剥離装置とを兼ね備えた窒素除去装置を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１は、下水などア
ンモニア性窒素を含む有機性排水中のＢＯＤおよび窒素
を生物学的に除去する装置において、生物膜剥離装置を
備えた脱窒素のための嫌気性流動床と、ＢＯＤ酸化とア
ンモニア性窒素の硝酸化のための好気性ろ床と、嫌気性
流動床からの溢流液を好気性ろ床に移送する第一配管
と、好気性ろ床からの硝化液を嫌気性流動床に戻す第二
配管と、第二配管に設けた循環ポンプとを備え、生物膜
剥離装置は、微生物が付着した担体を吸い込む吸込口を
下部に有するとともにこの吸込口の近傍に空気供給部を
有し、担体の表面に付着する微生物膜の増殖に伴い上昇
する嫌気性流動床の界面より少し下に吸込口を配される
エアリフト管と、このエアリフト管の上部に設けられ、
エアリフト管を出た剥離生物と担体とを分離する分離部
と、この分離部に設けた水位調節堰と、担体の表面に付
着する微生物膜の増殖に伴い上昇する嫌気性流動床の界
面の界面の近傍の微生物が付着した担体をエアリフト管
の吸込口から吸い込みエアリフト管内を上昇させながら
微生物膜を剥離することにより、嫌気性流動床の界面を
一定高さに維持制御するように空気供給部の運転を制御
する制御部とを有することを特徴とする。

【００１６】（作用）請求項１においては、下水などア
ンモニア性窒素を含む有機性排水（原水）を嫌気性流動
床に導入し、ここで原水と後段の好気性ろ床からの戻し
液によって担体を流動させながら脱窒素する。次に、こ
の嫌気性流動床からの溢流水を好気性ろ床へ送り、ここ
で溢流水に含まれるＢＯＤ，ＳＳの除去およびアンモニ
ア性窒素の硝化を行う。その後、この好気性ろ床からの
硝化液の一部を嫌気性流動床に戻し、嫌気性流動床内の
担体を原水と共に流動させながら担体に付着する微生物
濃度を高める。

【００１７】そして、担体の表面に付着する微生物膜の
増殖に伴い上昇する流動界面を、その流動界面の近傍の
嫌気性流動床から微生物が付着した担体をエアリフト管
で上昇させながら微生物膜を剥離することにより一定高
さに維持制御することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１９】図１および図２に基づいて、請求項１に係
る窒素除去装置の一実施形態を説明する。図において、
２０は第１沈澱池を表し、原水供給管２１を介して嫌気
性流動床２３と連絡している。原水供給管２１には、原
水供給ポンプ２２が設けられている。

【００２０】嫌気性流動床２３は、溢流液を好気性ろ床
３６に搬入する第一配管３２と、好気性ろ床３６からの
硝化液を嫌気性動流床２３に戻す第二配管３７が取り付
けられている。第二配管３７には、硝化液循環ポンプ３
８が設けられている。嫌気性流動床２３内には、担体２
４として粒状物（砂、活性炭、プラスチックろ材など）
が充填され、上昇流により流動させられる。

【００２１】この嫌気性流動床２３は、原水供給管２１
と第二配管３７に連結する供給部２５と、この供給部２
５に設けた分散ノズル２６と、担体２４を充填した流動
床２７と、上部に設けた生物膜剥離装置２８とを有す
る。生物膜剥離装置２８は、下部に微生物が付着した担
体２４を吸い込む吸込口２９ａを有するとともにこの吸
込口２９ａの近傍に空気供給部３０を有するエアリフト
管２９と、このエアリフト管２９の上部の吐出口２９ｂ
側に設けられ、エアリフト管２９を出た剥離生物と担体
とを分離する分離部３１とを有する。この分離部３１に
は、水位調節堰３５が設けられている。また、エアリフ
ト管２９の下部の吸込口２９ａは、図２に示すように、
コントロールしようとする流動床２７の流動界面より少
し下に位置するように配される。

【００２２】生物膜剥離装置２８によって生物膜が剥離
された担体２４は、流動床２７の上部に沈降し、剥離汚
泥は、汚泥排出管３３を介して第１沈澱池２０へ戻され
る。また、エアリフト管２９の空気供給部３０には、曝
気ブロア３９に連絡する配管３４が取り付けられてい
る。好気性ろ床３６は、上部に第一配管３２が連絡し、
下部に硝化液溜４１が設けられている。そして、内部に
はろ材充填槽４３が形成され、このろ材充填層４３には
曝気ブロア３９に配管４０を介して連絡する散気管４４
が配置されている。

【００２３】また、ろ材充填層４３からは硝化液が下部
の硝化液溜４１に流入するようになっている。さらに、
硝化液溜４１には、第二配管３７と処理水排出管４５が
取り付けられている。この処理水排出管４５には、バル
ブ４６が取り付けられている。また、処理水排出管４５
は、処理水槽４７に連絡している。

【００２４】この処理水槽４７には、逆洗管４８を介し
て硝化液溜４１と連絡している。この逆洗管４８には、
逆洗ポンプ４９とバルブ５０とが設けられている。ま
た、硝化液溜４１には、逆洗ブロア配管５１が取り付け
られている。この逆洗ブロア配管５１には、逆洗ブロア
５２とバルブ５３が設けられている。逆洗ポンプ４９か
ら送られる逆洗水と逆洗ブロア５２から送られる空気
は、ノズル４２を介してろ材充填層４３に噴射されるよ
うにしてある。

【００２５】次に、かくして構成された本実施形態に係
る装置を用いて、窒素除去方法を説明する。下水などア
ンモニア性窒素を含む有機性排水（原水）を第１沈澱池
２０に貯留し、ここから原水供給ポンプ２２により原水
供給管２１を介して嫌気性流動床２３の供給部２５に送
られる。そして、分散ノズル２６によって流動床２７内
に導入される。ここでは、原水と後段の好気性ろ床３６
からの戻し液によって担体２４を流動させながら脱窒素
する。

【００２６】そして、担体２４の表面に生物膜が増殖す
るにつれて流動界面が上昇してくると、担体２４の流動
界面を制御するためエアリフト型生物膜剥離装置２８を
作動させ流動界面が一定高さに維持・制御される。この
エアリフト型生物膜剥離装置２８では、エアリフト管２
９内に空気を吹き込むことにより、エアリフト管２９の
下部２９ａから微生物が付着した担体２４を吸い込み、
空気の撹乱作用でエアリフト管２９内を上昇する担体２
４に付着した生物膜を剥離し、分離部３１において、エ
アリフト管２９を出た剥離生物と担体２４を比重の違い
を利用して嫌気性流動床２３内の上昇流により分離す
る。

【００２７】上昇流で押し出された剥離生物は、図示し
たように第１沈澱池２０へ排出するか、あるいは別途取
り出して処理してもよく、また溢流液と共に第一配管３
２によってそのまま後段の好気性ろ床３６に流入させ、
ろ床の洗浄により排出してもよい。また、このエアリフ
ト型生物膜剥離装置２８は、流動界面を検知して起動さ
せてもよいし、界面を検知することなく連続的あるいは
間欠的に起動させてもよい。

【００２８】次に、この嫌気性流動床２３からの溢流水
を第一配管３２を介して好気性ろ床３６へ送り、ここで
溢流水に含まれるＢＯＤ，ＳＳの除去およびアンモニア
性窒素の硝化を行う。そして、この好気性ろ床３６の硝
化液溜４１に流入した硝化液を、硝化液循環ポンプ３８
によって第二配管３７を介して嫌気性流動床２３の供給
部２５に戻し、嫌気性流動床２３内の担体２４を原水と
共に流動させながら担体２４に付着する微生物濃度を高
める。

【００２９】この流動により、流動床２７内の担体２４
の全表面積が微生物の付着場所として提供されるように
なり、流動前（すなわち、固定床状態）に比べて担体２
４の比表面積が飛躍的に増加し、担体２４の表面には微
生物膜を形成する形で脱窒素菌が集積するので、高濃度
化が達成される。

【００３０】ここで、微生物濃度は、単位容積当たりで
10,000mg/l〜50,000mg/lとなり、きわめて短時間（実質
的には数分〜数十分）の脱窒素が可能となる。これに対
し、完全混合槽（浮遊生物法）の微生物濃度は、単位容
積当たりで1500mg/l〜3000mg/l、嫌気性ろ床の微生物濃
度は、単位容積当たりで5000mg/l〜7000mg/lであった。

【００３１】また、嫌気性流動床２３では、上述したご
とく、微生物濃度が高濃度であることに加えて、流動床
２７では、液と微生物膜との接触が良好で、嫌気性ろ床
のように部分的な閉塞による水の均等分散の悪化などの
現象を生じない。なお、前段の嫌気性流動床２３内の担
体２４は、後段の好気性ろ床２３からの硝化液循環量と
原水供給量の和の流量に応じて流動するものであればよ
く、比重の重いものであれば粒径の小さいものを、比重
の軽いものであれば粒径の大きいものを一般的に用いれ
ばよい。

【００３２】また、後段の好気性ろ床３６は、前段の嫌
気性流動床２３からの流出液（溢流液）を第一配管３２
を介して導入し、この液に含まれるＢＯＤ、ＳＳの除去
およびアンモニア性窒素の硝化を行うためのもので、粒
状担体を充填した固定床型あるいは移動床型のいずれの
型でもよく、その構造・機能は通常、有機性排水処理な
どで用いられる好気性ろ床と同一である。

【００３３】以上のごとく、本実施形態によれば、下水
などアンモニア性窒素を含む有機性排水中のＢＯＤおよ
び窒素を生物学的に除去する方法において、前段に嫌気
性ろ床にかえて嫌気性流動床２３を用いることで、表１
に示すごとく、さらに脱窒素時間の短縮を図ることがで
きた。また、嫌気性流動床２３内の担体２４の流動には
被処理液（原水）および好気性ろ床３６からの循環液を
利用することで、従来、流動床の流動維持に必要とされ
た自己循環（流動床流出液の一部を再度流動床に供給す
ること）を不要とし、流動用液循環動力の低減化を達成
することで従来法と遜色のない程度まで動力の低減を図
ることができた。

【００３４】さらにまた、下水などアンモニア性窒素を
含む有機性排水中のＢＯＤおよび窒素を生物学的に除去
する方法において、嫌気性流動床２３の膨張界面はエア
リフト型生物膜剥離装置２８により自動的に制御するこ
とが可能となった。また、本実施形態におけるエアリフ
ト型生物膜剥離装置２８は、上述したように、担体２４
を吸い込むエアリフト管２９の先端部（すなわち吸込口
２９ａ）を、担体流動界面の少し下に設定した点に特長
を有する。これに対し、従来のエアリフト管を使った洗
浄装置では、例えば、特開平２−１８４３９８号公報に
示されるように、塔底部に設置されており、明らかに相
違する。

【００３５】この相違点はきわめて重要である。何故な
ら、本実施形態では、嫌気性流動床２３と組み合わせた
装置として、嫌気性流動床２３内の分級され、上部に上
昇してきた密度の小さい肥厚した担体２４を優先的に洗
浄（生物膜の剥離）をしなければならないからである。
従って、本実施形態におけるエアリフト型生物膜剥離装
置２８は、従来のエアリフト管を使った洗浄装置とは異
なり、嫌気性流動床２３と一体となって機能する流動床
固有の装置ということができる。

【００３６】また、本実施形態におけるエアリフト型生
物膜剥離装置２８は、上述したように、担体２４を吸い
込むエアリフト管２９の先端部（すなわち吸込口２９
ａ）を、予め設定した担体流動界面の少し下にすること
で、吸込口２９ａより上に膨張した担体２４は、自動的
にエアリフト管２９内に吸い込むことができる。また、
洗浄排水（剥離生物排出液）は、水位調節堰３５寄りは
移出するので、堰高さを調節してオーバフロー水位より
分離部内の水位を下に設定するだけで、洗浄排水は確実
に排出される。

【００３７】このように、本実施形態におけるエアリフ
ト型生物膜剥離装置２８によれば、水位検知などの必要
が無く、きわめて簡単な構造で流動界面を一定に保ち、
ひいては、処理に必要十分な微生物量を確保することが
できる。参考として各処理方法の処理時間（標準）を表
１にまとめた。

【表１】表１において、従来法１は嫌気性・好気性ろ床を表し、
従来法２は活性汚泥変法を表す。

【００３８】実験例下水処理場一次処理水（最初沈澱池流出水）を対象水と
した。図１に示す装置を用いた。嫌気性流動床の大きさ
を１２０φ×４６５０Ｈとし、０．５mm径のけい砂を担
体２４として流動床２７内に高さ７００mmで充填した。
また、好気性ろ床の大きさを５００φ×４０００Ｈと
し、３〜６mm径のアンスラサイトを担体としてろ材充填
層４３内に高さ２０００mmで充填した。

【００３９】運転条件は、表２に示すとおりであった。

【表２】処理結果は、次の表３に示すとおりであった。

【表３】但し、表３中、原水は、一次処理水である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
嫌気性流動床の膨張界面はエアリフト型生物膜剥離装置
を用いて簡易に行うことができ、維持管理の容易なプロ
セスとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る窒素除去装置の一実施形態を示す
説明図である。

【図２】図１における嫌気性流動床の要部を示す拡大断
面図である。

【図３】従来の硝化液循環型の活性汚泥循環変法を示す
説明図である。

【図４】従来の嫌気性ろ床・好気性ろ床法を示す説明図
である。

【符号の説明】２３嫌気性流動床２４担体２８生物膜剥離装置２９エアリフト管２９ａ吸込口２９ｂ吐出口３０空気供給部３１分離部３２第一配管３５水位調節堰３６好気性ろ床３７第二配管３８硝化液循環ポンプ

フロントページの続き (72)発明者大嶋吉雄東京都港区虎ノ門２丁目３番13号日本下水道事業団内 (72)発明者三品文雄愛媛県今治市内掘１丁目185番15号日本下水道事業団愛媛工事事務所内 (72)発明者室谷憲男東京都千代田区有楽町１丁目４番１号三機工業株式会社内 (56)参考文献特開平２−184398（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−155991（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/34 101 C02F 3/34 ZAB C02F 3/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下水などアンモニア性窒素を含む有機性
排水中のＢＯＤおよび窒素を生物学的に除去する装置に
おいて、生物膜剥離装置を備えた脱窒素のための嫌気性流動床
と、ＢＯＤ酸化とアンモニア性窒素の硝酸化のための好気性
ろ床と、嫌気性流動床からの溢流液を好気性ろ床に移送する第一
配管と、好気性ろ床からの硝化液を嫌気性流動床に戻す第二配管
と、第二配管に設けた循環ポンプとを備え、生物膜剥離装置は、微生物が付着した担体を吸い込む吸込口を下部に有する
とともにこの吸込口の近傍に空気供給部を有し、担体の
表面に付着する微生物膜の増殖に伴い上昇する嫌気性流
動床の界面より少し下に吸込口を配されるエアリフト管
と、このエアリフト管の上部に設けられ、エアリフト管を出
た剥離生物と担体とを分離する分離部と、この分離部に設けた水位調節堰と、担体の表面に付着する微生物膜の増殖に伴い上昇する嫌
気性流動床の界面の界面の近傍の微生物が付着した担体
をエアリフト管の吸込口から吸い込みエアリフト管内を
上昇させながら微生物膜を剥離することにより、嫌気性
流動床の界面を一定高さに維持制御するように空気供給
部の運転を制御する制御部とを有することを特徴とする
窒素除去装置。