JP3331887B2 - 担体膨張相廃水処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は担体膨張相廃水処理
装置に係り、特に下水や工場廃水中に含まれるＢＯＤ成
分、アンモこア性窒素等を低減する担体膨張相廃水処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の環境汚染防止の一貫として、下水
等の廃水を処理する下水処理場から排出される処理水の
水質を向上させることが要求されている。廃水中のＢＯ
Ｄ、アンモニア性窒素を低減する水処理方法の１つとし
て、生物反応槽内に微生物を包括固定化した担体又は結
合した担体を６〜２０容量％収納し、生物反応槽の底部
全面から空気を曝気し、生物反応槽内に好気性雰囲気を
形成すると共に、曝気されたエアにより担体を均一に浮
遊、流動せしめる方式が採用されている。この方式で
は、ＢＯＤ成分は主に水中に浮遊する活性汚泥によって
好気性雰囲気下で酸化分解され、アンモニア性窒素は担
体に担持された硝化細菌と活性汚泥中の硝化細菌によっ
て好気性雰囲気下で亜硝酸又は硝酸にまで酸化されるよ
うに設計されている。

【０００３】ところで、都市部では下水処理場の敷地が
狭隘なため、生物反応槽の深さを深くすることにより、
同じ敷地面積でも好気的な反応を行うための反応槽容量
を大きくすることのできる深槽式の廃水処理装置が用い
られている。しかし、空気を曝気することによって生物
反応槽内に好気的雰囲気を形成する場合、通常の曝気装
置（ブロアー）の吐出圧力は７０００ミリ水柱程度であ
って、水深が大きくなってこれ以上の吐出圧力を必要と
する場合は、特別な仕様の曝気装置が必要となり、曝気
量当りの消費電力が増大する。標準的な下水処理場で
は、曝気装置の消費電力は全施設の使用電力の半分くら
いに達し、これ以上消費電力が増えることは運転費が過
剰となる。

【０００４】このため、曝気装置を配設する水深が５ｍ
以内となるように生物反応槽を上下槽に仕切り、曝気装
置を有する生物反応槽の上槽のみで好気的な生物処理を
行ことが提案されている。また、深槽型の生物反応槽内
に縦方向に上下の開口した仕切板により生物反応槽内に
旋回水路を形成し、曝気装置からのエアで廃水を旋回し
易くすることにより、曝気装置の吐出圧力が大きくなら
ないようにすることが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、生物反応槽を
上下２槽にすると、反応槽容量を大きくするために生物
反応槽を深槽にしても、生物反応槽の上部のみでしか好
気的な生物処理を行うことができないために好気的な生
物処理の容量不足が生じ、処理水の水質を向上させるこ
とができないという欠点がある。更に、廃水中に曝気さ
れたエアは、水圧が大きいほど廃水中に溶解し易く、好
気的な生物処理に使用される効率が良くなる。しかし、
生物反応槽を上下２槽にすると、曝気装置を配設する水
深が５ｍ以内であるために、廃水中に溶解しずらく生物
処理に使用される効率が悪いと共に、溶解しなかった微
細な気泡が担体表面に多量に付着する。これにより、担
体の見掛け比重が小さくなり、生物反応槽の液面近傍に
担体が密集し、廃水と担体との接触効率が悪くなるとい
う欠点がある。特に、担体を分離するスクリーンを備え
た処理水の放流口に担体が集まり易いために、スクリー
ンを閉塞してしまい処理水の流れを阻害するという欠点
がある。

【０００６】また、生物反応槽内に仕切板を設けると、
担体が旋回しやくなる反面、担体が生物反応槽内で旋回
することにより担体が生物反応槽の内壁に擦れるため、
短期間で担体が磨耗するという欠点がある。本発明はこ
のような事情に鑑みてなされたもので、深槽式であって
も好気的な生物処理のための容量を大きくとれるので処
理水の水質を向上でき、曝気に要する消費電力を削減で
きると共に担体の流出を防止するスクリーンを必要とせ
ず、更には担体の磨耗を低減できる担体膨張相廃水処理
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
する為に、廃水の流入口と被処理液の排出口とを備えた
深槽型の生物反応槽と、前記生物反応槽内の上部に空気
の曝気相を形成する曝気手段と、前記曝気相と前記生物
反応槽の底部とを連通する連通管を介して前記曝気相で
酸素を含有した液を生物反応槽の底部に送給し、前記生
物反応槽内の底部から所定の線速度を有する上向流を発
生させることによって生物反応槽の下部に微生物を担持
した担体がわずかに浮上する担体膨張相を形成し、前記
担体膨張相と前記曝気相との間に、担体膨張相を通過し
た後の上向流の線速度が担体の自然沈降速度よりも遅い
静止水相を形成する循環手段と、を備えたことを特徴と
する。

【０００８】本発明によれば、生物反応槽の下部に硝化
細菌を含んだ微生物を担持した担体が収納される。そし
て、生物反応槽の上部の曝気相で酸素を十分に含んだ液
を連通管を介して生物反応槽の底部に循環し、生物反応
槽の底部から所定の線速度で上向流として流して担体膨
脹相を形成する。また、上向流を前記所定の線速度に設
定することにより、担体膨脹相と曝気相との間の水域
に、担体が十分に自然沈降する流速城の静止水相を形成
する。

【０００９】そして、この担体膨張相では、好気性雰囲
気で廃水中の主としてアンモニア性窒素の硝化処理が行
われ、アンモニア性窒素が亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素
に酸化される。また、前記曝気相では、好気性雰囲気で
廃水中の主としてＢＯＤ成分の酸化処理が行われ、ＢＯ
Ｄ成分が酸化分解される。また、生物反応槽で処理され
た処理液を曝気相の領域から排出すれば、排出口にスク
リーンを設けなくても担体が処理液に同伴して生物反応
槽から流出することがない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る担体膨張相
廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明の担体膨張相廃水処理装置の第１の実施
の形態を説明する断面図である。

【００１１】図１に示すように、第１の実施の形態に係
る担体膨張相廃水処理装置１０は、主として、下水等の
廃水が原水流入管１２を介して流入すると共に多数の担
体１４が収納される生物反応槽１６と、生物反応槽１６
内にエアを曝気する曝気装置１８と、生物反応槽１６の
上部の液を底部に循環する循環装置２０と、で構成され
る。

【００１２】生物反応槽１６は、深さが通常７〜１５ｍ
程度の深槽に形成される。生物反応槽１６内には、硝化
細菌を含む微生物を担持した多数の包括固定化担体１４
又は結合担体１４が収納される。この担体１４の比重
は、静止状態の廃水中で沈降可能であり且つ生物反応槽
１６内に形成される上向流によりわずかに浮上可能な
１．０２〜１．２の範囲に形成される。また、担体１４
の粒径は０．５〜５ｍｍのサイコロ状又は球状に形成さ
れる。この生物反応槽１６には、原水供給管１２を介し
てアンモニア性窒素及びＢＯＤ成分を含有する廃水の原
水が流入すると供に、原水供給管１２の途中に原水分岐
配管２２が接続される。この原水分岐配管２２は、バル
ブ２４を介して後記する連通管２６の上部に接続され
る。また、生物反応槽１６の水面近傍には、生物反応槽
１６で処理された処理液が越流するトラフ２８が設けら
れ、トラフ２８に越流した処理水は、処理水配管３０を
介して固液分離槽３２に送水される。固液分離槽３２で
は、処理水に同伴して流出した活性汚泥等（廃水に含有
して生物反応槽に流入）の固形物を沈降分離し、戻し配
管３４を介して生物反応槽１６に戻される。

【００１３】曝気装置１８は、生物反応槽１６内の上部
に横方向に配設された複数の散気管３６と、散気管３６
にエアを供給するエア配管３８と、図示しないブロアー
（送風機）とで構成され、散気管３６に設けられた多数
のエアノズルからエア４０が上向きに曝気される。これ
により、生物反応槽１６の上部に酸素が十分に溶解した
液の領域である曝気相４２が形成される。

【００１４】循環装置２０は、主として、生物反応槽１
６の上部（曝気相）と底部を連通する連通管２６と、連
通管２６の途中に設けられ循環水量の制御可能な循環ポ
ンプ４４とで構成される。そして、曝気相４２において
エア４０が曝気された液は、連通管２６を流れて生物反
応槽１６の底部に送水され、生物反応槽１６の底部から
上向きな上向流を形成する。この上向流は所定の線速度
を有するように循環ポンプ４４の循環量が制御される。
これにより、生物反応槽１６の底部に沈殿していた多数
の担体１４が、上向流によりわずかに浮上する担体膨張
相４６を形成し、生物反応槽１６の下部に多数の担体１
４が集合状態で浮遊した領域である担体膨張相４６が形
成される。この担体膨張相４６の膨張高さは、生物反応
槽１６の有効深さ（実際に貯水される深さ）の６０％以
下にすると良く、更に好ましくは４０％程度が良い。こ
の担体を膨張させるための上向流の線速度は、担体膨張
相４６を通過する時の線速度において０．５〜７ｃｍ／
秒に維持すると良く、好ましくは１〜６ｃｍ／秒が良
い。比重が１．０２〜１．２、粒径が０．５〜５mmの担
体を静止した水中におくと、充填密度はほぼ６０〜７０
％になるので、担体の存在領域を２倍に膨脹させると、
担体の密度は３０〜３５％になる。担体膨張相４６は、
生物反応槽１６の有効深さの６０％以下、好ましくは４
０％以下であるので、生物反応槽１６全体に換算する
と、担体密度は１２〜２１％となる。

【００１５】また、上向流をこの線速度の範囲に維持す
ることにより、担体膨脹相４６と曝気相４２との間の水
域に、担体１４が十分に自然沈降する流速城である静止
水相４８を形成することができる。即ち、静止水相４８
では、担体膨張相４６に比べて担体１４の体積分だけ単
位断面積当たりの空間が増大し、上向流の線速度が減少
するので、担体１４の沈降速度が上向流の線速度よりも
大きくなり自然沈降する。

【００１６】また、連通管２６の途中に設けられた循環
ポンプ４４の吸水側には、エア供給管５０の吐出口が設
けられる。これにより、エア供給管５０から吐出された
エアは循環ポンプ４４内で気泡が微細化して液中に溶解
され易くなる。更に、生物反応槽１６の底部にも下部エ
ア配管５２の吐出口が設けられる。これらエア供給管５
０及び下部エア配管５２は、曝気装置だけではエア不足
が生じた場合に使用すると良い。

【００１７】次に、上記の如く構成された担体膨張相廃
水処理装置の第１の実施の形態の作用について説明す
る。原水供給管１２を介して生物反応槽１６に流入した
廃水の原水は、曝気相において曝気装置１８によりエア
４０が十分曝気された後、連通管２６を流れて生物反応
槽１６の底部に送られる。廃水が連通管下向流として下
降する際に、廃水には大きな水圧が付与されるので、廃
水中のエアの溶解を促進し、廃水中の溶存酸素（以下、
ＤＯという）濃度を高める。廃水が連通管２６を下降す
る時に、エア供給管５０からエアを供給すると更にＤＯ
濃度を高めることができる。

【００１８】次に、エアが十分に溶解されて生物反応槽
１６の底部に送られた廃水は、上向流となって生物反応
槽１６内を上昇する。この上向流の線速度が、担体膨張
相４６を通過する時の線速度において０．５〜７ｃｍ／
秒、好ましくは１〜６ｃｍ／秒に維持することにより生
物反応槽の下部に適切な膨張高さを有する担体膨張相４
６を形成し、担体膨脹相４６の上側の水域に担体１４が
十分に自然沈降する流速城である静止水相４８を形成す
る。これにより、上向流に乗って担体膨張相４６から静
止水相４８に上昇してきた一部の担体１４は、静止水相
４８での上向流の線速度の低下によって上昇の勢いが弱
められ、担体膨張相４６の領域まで自然沈降する。

【００１９】即ち、本発明の担体膨張相廃水処理装置１
０は、生物反応槽１６の下部から上部にかけて、好気性
雰囲気で担体１４と廃水を接触させてアンモニア性窒素
の硝化処理を行う担体膨張相４６、担体１４を自然沈降
させて担体１４の流出を防止する静止水相４８、曝気装
置１８を有し廃水中の主としてＢＯＤ成分の酸化分解を
行う曝気相４２を形成することにより以下の効果を得る
ことができる。

【００２０】生物反応槽１６の上部（曝気相）と下部
（担体膨張相）に好気性雰囲気を形成し、且つ曝気相４
２で主としてＢＯＤ成分を分解し、担体膨張相４６で主
としてアンモニア性窒素を硝化処理するようにしたの
で、深槽式の生物反応槽１６であっても好気的な生物処
理を行うための容量を大きくとることができる。従っ
て、処理水の水質を向上させることができる。

【００２１】また、曝気相４２でエア曝気した廃水を
連通管２６を介して担体膨張相４６に循環させると共
に、水深の浅いところで曝気した時に廃水中へのエアの
溶解性が小さくなる不具合を、連通管２６内を廃水が下
降する際に加わる大きな水圧により液中へのエアの溶解
を促進することで解消した。また、生物反応槽１６の下
部に形成される担体膨張相４６にも十分な好気性雰囲気
を形成することができる。これにより、曝気装置１８を
生物反応槽１６の上部、例えば、水面から７メートル以
内の水深の位置に配設することができるので、低い吐出
圧力のブロアーを使用することができ、消費電力の大幅
な低減を行うことができる。

【００２２】また、担体１４が存在する担体膨張相４
６で曝気するよりも担体１４のない曝気相４２で曝気し
た方が液中に溶解する酸素の溶解量が高くなるので、曝
気相４２でエアを溶解した廃水を担体膨張相４６に循環
することで、担体膨張相４６で曝気しなくても担体膨張
相４６に十分な量のエアを供給することができる。も
し、エア量が不足する場合は、エア供給管５０や下部エ
ア配管５２から、不足分だけを補充する補助的なエア供
給を付加することができる。

【００２３】また、生物反応槽１６の下部に担体膨張
相４６を形成すると共に、処理水を生物反応槽の上部に
形成した曝気相４２の領域から排出するようにし、且つ
担体膨張相４６と曝気相４２の間に静止水相４８を形成
したので、生物反応槽１６から担体１４を流出をせるこ
となく担体膨張相４６に保持することができる。従っ
て、従来のようにトラフに担体の流出を防止するスクリ
ーンを必要しない。

【００２４】担体１４が生物反応槽１６内で激しく流
動しない担体膨張相４６を形成することにより、担体１
４が生物反応槽１６の内壁に擦れて磨耗することがな
い。従って、担体１４の寿命を長くすることができる。
次に、図２に従って本発明の担体膨張相廃水処理装置１
０の第２の実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形
態で説明した装置、部材には同符号を付すと共に、その
説明は省略する。

【００２５】第２の実施の形態は、生物反応槽１６に隣
接させて生物反応槽１６と同じ深さの深槽式の嫌気槽５
４を設け、生物反応槽１６の硝化処理により生成された
硝酸態窒素を脱窒処理するようにしたものである。この
嫌気槽５４には、脱窒細菌を含む微生物、例えば活性汚
泥が収納されると共に、その底部には周面全体に液の吸
込スリット５６Ａを有し、上面に液の吹出口５６Ｂを有
する水中攪拌器５６が設けられる。生物反応槽１６と嫌
気槽５４の間には、生物反応槽１６の曝気相４８に取水
口を有すると共に、嫌気槽５４に配設された前記水中攪
拌器５６の側面近傍に開口した水路５８がある。

【００２６】また、生物反応槽１６の上部と下部を連通
する連通管２６は、生物反応槽１６内の中央部に立設さ
れる。そして、連通管２６の曝気相４２の領域に取水口
２６Ａが形成され、生物反応槽１６の底部近傍に位置す
る連通管排水口には、周面全体に液の吹出スリット６０
Ａを有し、上面に液の取水口６０Ｂを有する水中攪拌器
６０が連結される。連通管２６の途中には、連通管２６
内にエア供給可能なエア供給管５０が設けられる。生物
反応槽１６に設置する水中攪拌器６０は、嫌気槽５４に
設置した水中攪拌器５６よりも巾広に形成され、水中攪
拌器６０から吹き出された廃水が生物反応槽１６の横断
面全体の上向流となるようにした。これにより第１の実
施の形態における循環ポンプを省略している。尚、第１
の実施の形態の場合も、循環ポンプの代わりに水中攪拌
器を設けることができる。

【００２７】また、第２の実施の形態の場合は、廃水が
原水供給管１２を介して嫌気槽５４に流入する。更に、
嫌気槽５４の上部から生物反応槽１６への循環配管６２
が配設され、循環配管６２の途中にはポンプ６４が設け
られる。また、循環配管６２の途中から処理水配管６６
が分岐している。本発明の第２の実施の形態によれば、
第１の実施の形態と同様の効果を得ることができると共
に、生物反応槽１６の硝化処理により生成された硝酸態
窒素を嫌気槽５４において脱窒処理により窒素ガスに確
実に変換して除去することができる。また、嫌気槽５４
での脱窒処理により生物反応槽１６で残存したＢＯＤ成
分も低減される。

【００２８】次に、図３に従って本発明の担体膨張相廃
水処理装置１０の第３の実施の形態を説明する。尚、第
１及び第２の実施の形態で説明した装置、部材には同符
号を付すと共に、その説明は省略する。第３の実施の形
態は、生物反応槽１６の横に生物反応槽１６と同じ深さ
の深槽式の嫌気槽５４を設け、生物反応槽１６の静止水
相４８から取水した被処理液を嫌気槽５４に送水すると
共に、嫌気槽５４内の液を曝気装置１８にエアを供給す
るエア配管３８に設けられたエジェクター６８に送水す
るようにしたものである。即ち、嫌気槽５４の底部に
は、周面全体に被処理液の吹出スリット７０Ａを有し、
上面に液の取水口７０Ｂを有する水中攪拌器７０が設け
られる。そして、生物反応槽１６の静止水相４８の領域
に取水口７２Ａが配設され、水中攪拌器７０の取水口７
０Ｂ近傍に排出口が配設された第１の送水管７２が設け
られる。従って、水中攪拌器７０が作動して取水口７０
Ｂから液が吸い込まれると、第１の送水管７２内には生
物反応槽１６から嫌気槽５４への流れが形成される。こ
れにより、溶存酸素の減少した静止水相４８の液を嫌気
槽５４に送水することができるので、嫌気槽５４での嫌
気性雰囲気を維持することができる。

【００２９】また、曝気装置１８にエアを供給するエア
配管３８の途中にエジェクター６８が設けられると供
に、嫌気槽５４内に取水口を有し、排出口がエジェクタ
ー６８に連通される第２の送水管７４が設けられる。こ
れにより、嫌気槽５４から生物反応槽１６へ液を戻すた
めの動力として曝気装置１８のエアを利用することがで
きると供に嫌気槽５４で嫌気性雰囲気にある液にエジェ
クター６８でエアを溶解してから生物反応槽１６に送水
するので、生物反応槽１６の好気性雰囲気を維持するこ
とができる。この場合、散気管３６のエアノズルはエア
を噴出するというよりもエアが溶解した液を吐出する形
になるので、エアノズルの詰まりを考慮して吐出孔を大
きめにすると良い。

【００３０】また、第３の実施の形態では、処理水の越
流するトラフを設けずに、連通管２６の途中に処理水の
抜出し配管７６を接続させて処理水を抜き出すようにし
た。本発明の第３の実施の形態によれば、本発明の第２
の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、
生物反応槽１６と嫌気槽５４との間で液を循環させて
も、生物反応槽１６の好気性雰囲気及び嫌気槽５４の嫌
気性雰囲気を維持することができる。

【００３１】次に、図４に従って本発明の担体膨張相廃
水処理装置１０の第４の実施の形態を説明する。第４の
実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であり、生物
反応槽１６全体を好気性雰囲気にする場合である。尚、
第１の実施の形態で説明した装置、部材には同符号を付
すと共にその説明は省略する。第４の実施の形態は、生
物反応槽１６の曝気相４８に設けた曝気装置を省略する
代わりに、連通管２６の途中に加圧式のエア溶解装置７
８を配設し、原水供給管１２を先ずエア溶解装置７８に
供給することによりエアが十分に溶解された廃水を生物
反応槽１６の底部に送水するようにした。

【００３２】エア溶解装置７８は密閉した加圧容器８０
で形成されると共に、加圧容器８０には圧縮エア供給管
８２と原水供給管１２が連通される。そして、加圧容器
８０内の廃水中に圧縮エアがバブリングされることによ
り加圧容器８０内の内圧が大きくなり、廃水に溶解され
る酸素量が増加する。また、生物反応槽１６の底部近傍
には、担体１４が通過しないメッシュのスクリーン８４
が生物反応槽１６を横断する方向に配設され、生物反応
槽１６の底部に原水の分配領域８６を形成する。加圧容
器８０内で酸素が十分に溶解された原水は、分配領域８
６に流入され、スクリーン８４で生物反応槽１６の横断
面全体に分配された上向流となって上昇する。

【００３３】また、生物反応槽１６の静止水相４８に
は、断面菱形をした複数の整流部材８８が生物反応槽１
６の横方向に複数段配設される。これにより、気泡等が
付着して軽くなった担体１４が上向流に乗って担体膨張
相４６から静止水相４８に上昇してきても、担体１４
は、静止水相４８での上向流の線速度の低下と、整流部
材８８に当たって気泡が剥離し上昇の勢いが弱められ
る。これにより、担体１４を担体膨張相４６の領域まで
確実に自然沈降させることができる。

【００３４】また、処理水を越流させるトラフ９０は生
物反応槽１６の中央部横方向に配設される。トラフ９０
は、底部が開口９１した外枠９２と、外枠９２内に設け
られ上下端が解放された内枠９４とで構成されると共
に、内枠９４に処理水配管９６が連通される。また、ト
ラフ９０底部の開口９１の下方近傍には、断面菱形をし
た阻流部材９６が開口９１に沿って配設される。これに
より、生物反応槽１６内を上昇する上向流は阻流部材９
６より左右に別れるのでトラフ９０底部の開口９１から
の流入を阻止する。従って、トラフ９０内に越流した液
がトラフ９０底部の開口９１から流れ出る流れが形成さ
れるので、仮に担体１４がトラフ９０に越流してもトラ
フ９０底部の開口９１から生物反応槽内に戻すことがで
きる。

【００３５】本発明の第４の実施の形態によれば、廃水
中へのエアの溶解を加圧状態で行うことにより担体膨張
相４６でのＤＯ濃度を第１の実施の形態よりも高めるこ
とができるので、特にＢＯＤ成分の濃度が小さくアンモ
ニア性窒素の濃度が大きな廃水に効果的である。次に、
図５に従って本発明の第５の実施の形態について説明す
る。

【００３６】第５の実施の形態は、生物反応槽１６内に
形成される酸素量の少ない静止水相４８を積極的に嫌気
性にして脱窒処理に活用するようにしたものである。こ
の為に、原水供給管１２を連通管２６に連通させて静止
水相に酸素量の少ない原水を供給すると良い。即ち、生
物反応槽１６の静止水相４８には、断面がくの字形状に
形成される共に、脱窒細菌を含む微生物、例えば活性汚
泥が付着された複数の固定担体部材１００が、生物反応
槽１６内の横方向に並列配置される。また、固定担体部
材１００の下側には、脱窒細菌の栄養源である炭素源、
例えばメタノール等を供給する炭素源供給管１０２が配
設される。この場合、廃水中のＢＯＤ成分の濃度が大き
い場合には、図中点線で示したように、廃水の一部を炭
素源供給管１０２に連結するバイパス管１０４を配設し
て、廃水中のＢＯＤ成分を脱窒細菌の栄養源としても良
い。これにより、担体膨張相４６でのアンモニア性窒素
の硝化処理により生成された硝酸態窒素は、静止水相４
８で脱窒処理されて窒素ガスに変換され、廃水中から除
去される。静止水相４８に固定担体部材１００を配設す
ることにより、前述した整流部材と同様に担体１４の沈
降を促進させることもできる。

【００３７】また、生物反応槽１６の水面近傍に設けら
れたトラフ２８と曝気相４２とは担体流出防止部材１０
６により仕切られる。この担体流出防止部材１０６は、
トラフ２８を囲むと共にその下端に開口１０８を有する
囲い枠１１０と、囲い枠１１０とトラフ２８との間に立
設された下降流形成板１１２により形成される下降水路
１１４とで構成される。また、囲い枠１１０下端の開口
１０８の下方近傍には、断面三角形をした阻流部材１１
６が開口１０８に沿って配設される。これにより、生物
反応槽１６内を上昇する上向流は阻流部材１１６より図
中右方向に流れを変えるので囲い枠１１０下端の開口１
０８からの流入を阻止する。これにより、生物反応槽１
６内で処理された処理水は、囲い枠１１０を越流して下
降流路１１４に流入し、下降流路１１４を下降流となっ
て下降して開口１０８から流れ出る流れを形成するの
で、仮に担体１４が囲い枠１１０内に越流しても囲い枠
１１０下端の開口１０８から生物反応槽１６内に戻すこ
とができる。

【００３８】本発明の第５の実施の形態によれば、第１
の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、
静止水相４８を脱窒処理セクションとして有効活用する
ことができる。

【００３９】

【実施例】以下の本発明の担体膨張相廃水処理装置の実
施例について説明する。 （実施例１）実施例１は、図１に示した担体膨張相廃水
処理装置を用いて行った実施例である。

【００４０】廃水の原水として下水２次処理水を用い、
深さｌ０ｍの生物反応槽で処理した。原水のアンモニア
性窒素（ＮＨ₄ ‐Ｎ）濃度は、８〜１２mg／l であり、
生物反応槽における滞留時間を２時間とした。硝化細菌
を固定化した担体は、ポリエチレングリコ−ルを主成分
とする材料を用いて作成したものである。担体は、大き
さ３ｍｍ角のサイコロ状で、比重が１．０８のものを使
用した。添加する担体の容積は、生物反応槽の容積の１
０％とした。このとき、生物反応槽内に液の流れがない
静止状態では、担体膨張相の高さは１．５ｍとなる。生
物反応槽へのエアの供給は、水面から深さ５ｍの位置に
配設した曝気装置からのみ行い、曝気相でエアを溶解し
た液の一部を生物反応槽の底部に循環し、生物反応槽内
に上向流を形成するようにした。この時の担体膨張相を
通過する上向流の線速度を０．２〜３cm／秒の間で変化
させたときの処理水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度、及び担体膨張相
の最上部におけるＤＯ濃度をそれぞれ図６、図７に示
す。尚、曝気相のＤＯ濃度は６．５mg／l になるように
した。

【００４１】図６及び図７から分かるように、担体膨張
相を通過する処理水の線速度を０．５cm/sec以上、好ま
しくはｌcm／秒以上とすることにより、担体膨張相へＤ
Ｏ濃度の高い液を供給することが可能であり、これによ
りＮＨ₄ ‐Ｎ濃度の低い、即ち硝化処理が十分進行した
処理水を得ることができた。図８の線Ａは、前述した比
重１．０８、大きさ３ｍｍ角の担体を使用して担体膨張
相を通過する上向流の線速度と担体膨張相の膨張高さと
の関係を調べた結果である。

【００４２】図８から分かるように、線Ａで示される担
体の場合、線速度が０．３cm／秒以上になると、膨張高
さは静止状態での高さ１．５ｍ（図８の点線で示した高
さ）から増加しはじめ、線速度が３cm/secのときの膨張
高さが約４ｍに達した。この時点では、曝気相へ上昇す
る担体は認められなかった。ここで、担体の比重と大き
さを変えた場合の線速度と担体膨張相の膨張高さの関係
について調べた結果を図８の線Ｂ、線Ｃ、線Ｄに示す。
線Ｂは比重が１．０２で３ｍｍ角の担体の場合、線Ｃは
比重が１．０５で０．５ｍｍ角の担体の場合、線Ｄは比
重が１．２で３ｍｍ角の担体の場合である。担体の比重
は、活性汚泥と同時に固定化する比重調整剤の比重及び
濃度を変化させて調整した。また、形状はすべて角型
（サイコロ状）である。

【００４３】図８から分かるように、線Ｂ及び線Ｃで示
される担体は、上向流の線速度の増加に伴って担体膨張
相の膨張高さが急カーブで大きくなる。このことは、線
速度を大きくして処理水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度を下げる場合
に担体膨張相から曝気相へ移行する担体が多くなること
を意味する。従って、処理水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度の低減と
担体膨張相から曝気相への担体の移行防止という観点か
ら担体の比重と大きさを決定する場合、担体の比重が
１．０２の場合には大きさを３ｍｍ以上、比重が１．０
５の場合には大きさを０．５ｍｍ以上とすることが必要
である。そして、上記の如く比重と大きさで形成された
担体は、処理水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度を満足できる程度まで
低減するのに最低限必要な線速度０．５ｃｍ／秒におい
て膨張高さが２．５ｍ以下に維持され、曝気相へ移行す
る担体も認められなかった。

【００４４】ところで、一般に担体の硝化速度に対し
て、担体表面積が大きな影響を示し、担体が小さいほど
単位体積当りの表面積が大きくなり、高い硝化速度が得
られることから担体の大きさは最大でも５ｍｍが限度で
ある。一方、担体の成形の点からみると、比重が１．２
を越え、大きさが０．５ｍｍ未満の担体、及び、比重が
１．０２未満の坦体は、製造上の難点がある上に、図８
の線Ｂ、Ｃから分かるように、担体膨張相から曝気相へ
上昇する担体を完全になくすことが困難である。

【００４５】また、線Ｄのように担体の比重１．２、大
きさ３ｍｍにして線速度を大きくしても膨張高さが大き
くなりにくい場合でも、線速度が８ｃｍ／ｓｅｃを越え
ると膨張高さが４ｍを越えて担体膨張相から曝気相へ移
行する担体が認められた。即ち、水深が１０ｍの生物反
応槽の場合には担体膨張相の膨張高さは６ｍ以下、好ま
しくは４ｍ以下にすることが必要である。このことは、
膨張高さが６ｍを越えると、担体膨張相と曝気相との間
に殆ど静止水相の領域を形成できなくなり、担体が担体
膨張相から曝気相に移行すると生物反応槽から流出して
しまう可能性が大きくなるからである。このことから、
担体膨張相の高さは生物反応槽の水深の６０％以下、好
ましくは４０％以下が良い。この担体膨張相の膨張高さ
の上限を上向流の線速度で見た場合、線速度の上限は安
全を考慮して７ｃｍ／秒であることが良く、好ましくは
６ｃｍ／秒が良い。

【００４６】従って、以上の結果を踏まえると、担体
は、比重が１．０２〜１．２、大きさが０．５〜５ｍｍ
とすることが必要である。また、上向流の線速度は、処
理水の水質向上と担体膨張相から担体の移行防止の観点
から０．５〜７cm／秒、好ましくはｌ〜６cm／秒が良
い。 （実施例２）実施例２は、図１に示した担体膨張相廃水
処理装置を用いてアンモニア性窒素濃度の高い廃水につ
いて行った実施例である。

【００４７】使用した廃水の原水は、余剰汚泥の処理過
程で排出される汚泥処理液を用い、この原水は、ＢＯＤ
濃度が１００mg/l、ＮＨ₄ ‐Ｎ濃度が２０mg/l程度であ
る。生物反応槽における滞留時間を７時間とした。実施
例１と同様に、硝化細菌を固定化した担体は、ポリエチ
レングリコ−ルを主成分とする材料を用いて製作したも
のである。担体は、比重が１．２で大きさ３ｍｍの角型
である。添加する担体の容積は、生物反応槽容積の１５
％とした。このとき、静止状態では、担体膨張相の高さ
は２．２ｍとなった。生物反応槽への空気の供給は、水
面から深さ５ｍの位置に配設した曝気装置のみから行
い、曝気相でエアを溶解した液の一部を生物反応槽の底
部に循環し、生物反応槽内に上向流を形成するようにし
た。担体膨張相を通過する液の線速度を２〜８cm／秒で
変化させたときの処理水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度、及び担体膨
張相の最上部におけるＤＯ濃度をそれぞれ図９、図１０
に示す。尚、曝気相でのＤＯ濃度は６．５mg/Lに保っ
た。

【００４８】図９、図１０から分かるように、担体膨張
相を通過する上向流の線速度を６cm／秒以上とすること
により、高濃度のアンモニア性窒素を硝化処理するのに
十分なＤＯ濃度の液を担体膨張相へ供給することが可能
であり、これにより硝化処理が９０％程度進行した処理
水を得ることができた。また、上向流の線速度を７cm／
秒以下にすれば、比重が１．２で大きさが３ｍｍの担体
が担体膨張相から曝気相に移行する危険もない。 （実施例３）実施例３は、図３に示した担体膨張相廃水
処理装置を用いて下水中の窒素成分を硝化・脱窒処理し
た実施例である。

【００４９】嫌気槽と生物反応槽はいずれも深さ１０ｍ
である。嫌気槽には活性汚泥を投入し、滞留時間を３．
５時間とした。生物反応相には、比重１．０８、大きさ
３ｍｍ角の担体を１０％容積で充填し、曝気相で酸素を
溶解した液の一部を担体膨張相の下側に導いた。担体反
応相の滞留時間は２．５時間とした。担体膨張相を通過
する上向流の線速度は２ｃｍ／秒とし、静止水相の被処
理液を嫌気槽へ送水すると共に、その送水量が嫌気槽に
供給される廃水の原水量の３倍量になるようにした。ま
た、嫌気槽の液の一部は曝気装置のエア配管に設けられ
たエジェクターに送水されエアと共に曝気装置から生物
反応槽に戻されるようにした。曝気相から流出する液
は、図示しない固液分離槽に導かれ、活性汚泥を分離し
て処理水が得られる。沈殿した汚泥の一部は嫌気糟に返
送された。水温は１５〜２５℃の範囲で変動した。

【００５０】図１１に、窒素（Ｔ−Ｎ）負荷と処理水Ｔ
−Ｎ及び処理水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度との関係を示す。窒素
負荷は、嫌気槽と生物反応槽の合計容積当りで示した。
窒素負荷が０．１５ｋｇ／ｍ³ ／日まで、処理水Ｔ‐Ｎ
が１０ｍｇ／L 以下を満足する結果が得られた。尚、処
理水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度は常にｌｍｇ／L 以下を満足し、
生物反応槽での安定した硝化性能が確認された。 （実施例４）実施例４は、図５に示した担体膨張相廃水
処理装置を用いて下水２次処理水を硝化・脱窒処理した
実施例である。

【００５１】廃水の原水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度は、８〜１２
ｍｇ／L 程度であり、１０ｍの生物反応槽で、滞留時間
を４時間とした。担体は、比重が１．０５、大きさ３ｍ
ｍの角型である。添加する担体の容積は、生物反応槽の
全容積当たり１５％とし、後記する硝化処理セクション
当たりで約４５％になるようにした。生物反応糟への空
気の供給は、水面から深さ３．３ｍの位置に設けた曝気
装置から行い、曝気相でエアを溶解した液の一部を担体
膨張相の下側に導いた。担体膨張相を通過する上向流の
線速度を０．５ｃｍ／秒とした。

【００５２】また、静止水相に脱窒細菌を含む微生物が
付着した固定担体部材を配設すると共に、炭素源として
メタノールを、水面から６ｍの深さの位置に配設した炭
素源供給管から静止水相に供給した。固定担体部材に付
着した微生物濃度は、後記する脱窒処理セクションの容
積当たり約２００００ｍｇ／L であり、生物反応槽の全
容積に対しては６６００ｍｇ／L の濃度になるようにし
た。

【００５３】これにより、生物反応槽は、その底部から
担体膨張相の硝化処理セクション、静止水相の脱窒処理
セクション、曝気相の好気処理セクションで構成し、各
セクションの容積割合が１：１：１になるようにした。
図１２にメタノール添加量（原水当たりの濃度）と処理
水の水質の関係を示す。図１２から分かるように、メタ
ノ−ル添加量が２５〜３０ｍｇ／L のとき、ＮＨ₄ ‐Ｎ
濃度及びＮＯ₃ −Ｎ濃度のいずれもｌｍｇ／L 以下を満
足する良い結果が得られた。 （実施例５）実施例５は、実施例４で説明した担体膨張
相廃水処理装置を用いて都市ゴミの埋め立て地から発生
する浸出水を処理したものである。浸出水のＮＨ₄ ‐Ｎ
濃度は５００〜６００ｍｇ／L と高濃度であるが、ＢＯ
Ｄ成分の濃度は２００ｍｇ／L であり、ＢＯＤ／Ｎ比が
０．２〜０．４と低いものを使用した。この為、炭素源
供給管からはメタノールを添加した。

【００５４】各セクションの窒素負荷をそれぞれ０．９
ｋｇ-N／ｍ³ ・日、水温１２°Ｃで運転した結果、処理
水のＮＨ₄ ‐Ｎ濃度を２ｍｇ／L 以下に、また総窒素濃
度（Ｔ−Ｎ）を５０ｍｇ／L 以下にでき、９０％以上の
高い窒素除去率を得ることができた。

【００５５】

【発明の効果】上記説明したように本発明の担体膨張相
廃水処理装置によれば、上記の如く構成したので以下の
効果を奏することができる。深槽式の生物反応槽であっ
ても好気的な生物処理を行うための容量を大きくとるこ
とができる。従って、処理水の水質を向上させることが
できる。

【００５６】また、低い吐出圧力の曝気装置を使用する
ことができ、消費電力の大幅な低減を図ることができ
る。また、生物反応槽の下部に担体膨張相を形成すると
共に、担体膨張相と曝気相の間に静止水相を形成したの
で、生物反応槽から担体の流出をせることなく担体膨張
相に保持することができる。従って、従来のように処理
水の排出口に担体の流出を防止するスクリーンを必要し
ない。

【００５７】また、担体が生物反応槽内で激しく旋回し
ない担体膨張相を形成することにより、担体の寿命を長
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の担体膨張相廃水処理装置の第１の実施
の形態を説明する断面図

【図２】本発明の担体膨張相廃水処理装置の第２の実施
の形態を説明する断面図

【図３】本発明の担体膨張相廃水処理装置の第３の実施
の形態を説明する断面図

【図４】本発明の担体膨張相廃水処理装置の第４の実施
の形態を説明する断面図

【図５】本発明の担体膨張相廃水処理装置の第５の実施
の形態を説明する断面図

【図６】上向流の線速度と処理水のアンモニア性窒素濃
度との関係を説明する説明図

【図７】上向流の線速度と処理水の担体膨張相の上部に
おける溶存酸素（ＤＯ）濃度の関係を説明する説明図

【図８】担体の比重と大きさを変えた場合の上向流の線
速度と担体膨張相の膨張高さとの関係を説明する説明図

【図９】高濃度のアンモニア性窒素濃度が廃水を処理し
た場合の上向流の線速度と処理水のアンモニア性窒素濃
度との関係を説明する説明図

【図１０】高濃度のアンモニア性窒素濃度が廃水を処理
した場合の上向流の線速度と処理水の担体膨張相の上部
における溶存酸素濃度の関係を説明する説明図

【図１１】窒素負荷と処理水の総窒素濃度及びアンモニ
ア性窒素濃度の関係を説明する説明図

【図１２】本発明の担体膨張相廃水処理装置で硝化・脱
窒処理を行った時の、メタノール添加量と処理水の総窒
素濃度との関係を説明する説明図

【符号の説明】

１０…担体膨張相廃水処理装置 １２…原水供給管 １４…担体 １６…生物反応槽 １８…曝気装置 ２０…循環装置 ２６…連通管 ２８、９０…トラフ ４０…気泡 ４２…曝気相 ４４…循環ポンプ ４６…担体膨張相 ４８…静止水相 ５４…嫌気槽 ５６、６０、７０…水中攪拌器 ６８…エジェクター ８８…整流部材 ９６、１１６…阻流部材 １００…固定担体部材 １０６…担体流出防止部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河西 正隆 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 日立プラント建設株式会社内 審査官 増田 亮子 (56)参考文献 特開 昭62−61699（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/28 - 3/34 C02F 3/02 - 3/10

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】廃水の流入口と被処理液の排出口とを備え
   た深槽型の生物反応槽と、 前記生物反応槽内の上部に空気の曝気相を形成する曝気
   手段と、 前記曝気相と前記生物反応槽の底部とを連通する連通管
   を介して前記曝気相で酸素を含有した液を生物反応槽の
   底部に送給し、前記生物反応槽内の底部から所定の線速
   度を有する上向流を発生させることによって生物反応槽
   の下部に微生物を担持した担体がわずかに浮上する担体
   膨張相を形成し、前記担体膨張相と前記曝気相との間
   に、担体膨張相を通過した後の上向流の線速度が担体の
   自然沈降速度よりも遅い静止水相を形成する循環手段
   と、 を備えたことを特徴とする担体膨張相廃水処理装置。
2. 【請求項２】前記生物反応槽に隣接させて活性汚泥を有
   する嫌気槽を設け、前記生物反応槽と前記嫌気槽との間
   で液を循環するようにしたことを特徴とする請求項１の
   担体膨張相廃水処理装置。
3. 【請求項３】前記生物反応槽に隣接させて活性汚泥を有
   する嫌気槽を設け、前記生物反応槽の静止水相から取水
   した液を前記嫌気槽に送水すると共に、前記嫌気槽から
   の液を前記曝気手段にエアを供給するエア配管に設けら
   れたエジェクターに送水することを特徴とする請求項１
   の担体膨張相廃水処理装置。
4. 【請求項４】前記生物反応槽内の静止水相に、脱窒細菌
   を含む微生物が付着した固定担体部材を設けると供に前
   記脱窒細菌に炭素源を供給する供給手段を設けたことを
   特徴とする請求項１の担体膨張相廃水処理装置。
5. 【請求項５】前記上向流の所定の線速度は、前記担体膨
   張エリアを通過する時の線速度において０．５〜７ｃｍ
   ／秒になるようにすることを特徴とする請求項１、２、
   ３又は４の担体膨張相廃水処理装置。
6. 【請求項６】前記担体は、比重が１．０２〜１．２、粒
   径が０．５〜５mmであることを特徴とする請求項１、
   ２、３、４又は５の担体膨張相廃水処理装置。
7. 【請求項７】前記生物反応槽の深さは７〜１５ｍであ
   り、担体膨張相の深さは前記生物反応槽の水深の６０％
   以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５
   又は６の担体膨張相廃水処理装置。
8. 【請求項８】前記連通管の下端部には、前記連通管内の
   液を吸込んで周囲に吹き出す水中攪拌器が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は
   ７の担体膨張相廃水処理装置。