JP3350353B2 - 排水処理方法および排水処理装置 - Google Patents

排水処理方法および排水処理装置

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JP3350353B2
JP3350353B2 JP13332996A JP13332996A JP3350353B2 JP 3350353 B2 JP3350353 B2 JP 3350353B2 JP 13332996 A JP13332996 A JP 13332996A JP 13332996 A JP13332996 A JP 13332996A JP 3350353 B2 JP3350353 B2 JP 3350353B2
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activated carbon
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貴雅 内山
和幸 山嵜
明津志 横谷
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/06Aerobic processes using submerged filters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生物活性木炭と生
物活性炭の両方を用いる高度排水処理装置と高度排水処
理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、各種の産業施設や研究所の排水処
理装置においては、その末端すなわち高度処理の段階で
活性炭が利用されている。排水処理の末端での高度排水
処理における活性炭の利用方法としては、図5に示した
従来例のように活性炭の吸着作用すなわち物理学的処理
のみを期待する物理的利用方法がある。
【0003】一方、活性炭に微生物を繁殖させて、活性
炭本来の物理学的吸着処理と活性炭に繁殖した微生物に
よる生物学的処理との2分野の処理を利用する物理学的
生物学的利用方法もある。
【0004】まず、図5に示した従来の排水処理装置で
の活性炭の利用方法を説明する。この利用方法は、2塔
の活性炭塔101,102に活性炭を充填して、1塔に
ついてのみ通水し、処理水の水質が目的水質より悪化し
た場合は、別の1塔に通水を切り替える。そして、活性
炭を再生する必要が生じた活性炭塔の活性炭を別の場所
で再生する。この装置では、このように、通水と再生を
交互の活性炭塔101,102で行う。なお、この活性
炭塔101と102には、図5に示すように、前処理工
程部103と水質調整ピット105を経由した処理水が
導入される。そして、この活性炭塔101と102は、
活性炭層106と107を有している。そして、この活
性炭塔101と102からの処理水は、処理水槽108
に導入される。この処理水槽108での処理水のCOD
は、COD計110によって測定される。また、111
は逆洗水槽であり、112は逆洗ポンプであり、113
は逆洗配管である。
【0005】一方、上記物理学的生物学的利用方法を採
用した排水処理装置は、生物活性炭処理装置と呼ばれ
る。この装置は、活性炭が被処理物質を吸着し、さら
に、この活性炭に繁殖した微生物が上記吸着した被処理
物質を分解処理することを利用している。このような生
物活性炭処理装置としては、一例として、特開平2−2
29595号公報に記載されているものや、特開平4−
260497号公報に記載されているものがある。
【0006】図6に、生物活性炭処理装置の一例を模式
的に示す。この装置は、木炭等を立体的に配置した生物
活性木炭塔201を有している。この生物活性木炭塔2
01は、木炭202を利用して、排水中の有機物を高度
処理する。この生物活性木炭塔201は、上部の散水循
環部203と下部の接触循環部205とに木炭202が
立体的に充填されている。この塔201は、それらの木
炭202に微生物による生物膜を形成させて被処理水を
上下に循環させて微生物処理するものである。
【0007】ところで、最近では、各種の産業施設や半
導体工場,液晶工場等から排出される難分解性の界面活
性剤を含む高濃度毒性排水を自社内で排水処理する傾向
がある。既存の半導体工場や液晶工場から排出される高
濃度毒性排水、例えば現像液含有排水は、生物毒性を示
すテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(以
下、TMAHと略す。)を2000〜10000ppm含有
している。また、現像液含有排水は上記TMAHの他
に、各種の難分解性の界面活性剤やアルコール類および
着色したレジストを含有している。具体的に、上記現像
液に含まれる難分解性の界面活性剤としては、アルキル
アンモニウム系やポリオキシエチレン系の界面活性剤が
ある。
【0008】そして、上記工場内での排水処理方法とし
ては、その排水の水質に応じて、中和、反応、凝集等の
化学処理法や生物膜、接触酸化、活性汚泥、特殊微生物
処理法などの生物処理法や、沈澱、濾過、吸着、浮上、
膜処理などの物理処理法等がある。これらの化学処理
法,生物処理方法および物理処理方法を用いた処理工程
を総称して、前処理工程という。
【0009】そして、現実には、上記各処理方法を単独
で使用したり、上記処理方法を幾つか組み合わせて使用
することによって、高濃度毒性排水を処理して放流する
ようにしている(特開平1−9500号および特開昭6
4−43306号公報参照)。そして、この従来の排水
処理装置では、放流規制が厳しい場合には、必要に応じ
て処理末端に活性炭塔や生物活性炭塔を設けていた。こ
のように、自社処理の場合、一般に工場内で長時間かけ
て、排水に化学処理や生物処理や物理処理を施し、最終
的に活性炭塔や生物活性炭塔で処理することになる。こ
のようにして、界面活性剤を含む高濃度毒性排水を法的
規制値以下の水質まで処理して放流していた。
【0010】ここで、上記活性炭塔に内蔵させる活性炭
は、単価そのものが高く、再生までの寿命が短くランニ
ングコストが高いから、最近では、上記したように活性
炭に微生物を繁殖させ、この活性炭が吸着した有機物を
上記微生物で処理することができる生物活性炭塔が普及
しつつある。しかし、それらの生物活性炭塔についても
毎日1回以上の逆洗工程が必要であった。そして、従
来、上記活性炭を内蔵させた塔にしろ上記生物活性炭を
内蔵させた塔にしろ、それらの塔に各種の工夫をこらし
て、単に活性炭のみを充填したものであった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】自然環境が良い地域に
おいて地域環境を重視しつつ、上記工場の排水処理装置
を計画する場合、単に法的規制値や地元官庁の条例値を
遵守するだけでは、その地域の環境に悪影響を与えてし
まう可能性がある。したがって、放流排水が環境に与え
る負荷をできる限り、経済的に低減する必要がある。つ
まり、地域の環境を変化させず、地域環境に影響を与え
ない安全で、かつ高度処理であり、さらに経済性とメン
テナンス性も考慮されており、その上設置面積が少なく
てすむ高効率な排水処理装置および方法が求められてい
る。
【0012】これに対し、上記現像廃液の処理に関する
従来例では、単にTMAH、界面活性剤、アルコール
類、およびレジストに対する法規制を守るように排水処
理することが目的である。このため、排水処理を実行し
た後にも、微量の難分解性の界面活性剤や微量のレジス
トが処理水の中に残存する。上記難分解性の界面活性剤
は、分解に時間がかかるため、微量の界面活性剤が残存
すれば処理水のわずかな発泡の原因となりうる。また、
上記微量のレジストは、上記処理水を黄色に着色する。
現像廃液の処理に関する従来例では、この処理水のわず
かな発泡や着色をコンパクトな設備でかつ経済的に防止
する配慮がない。
【0013】そのため、図5に示したような従来の活性
炭塔の物理的な吸着による処理では、活性炭の再生が必
要であるから、活性炭塔が2塔以上必要であり、また逆
洗水槽,逆洗ポンプ,逆洗配管等が必要であり、イニシ
ャルコストが高かった。
【0014】また、従来の生物活性炭塔では、被処理水
に対してある程度の高度処理がなされているとはいえ、
高度処理を生物活性炭塔だけで行うと、浮遊物質による
目詰まりが生じるから、毎日1回以上の逆洗工程が必要
になる。この逆洗工程中は処理できないので処理水量が
減少することとなる。また、逆洗するための逆洗水量が
必要であった。また、当然の事として逆洗設備が必要で
あり、イニシャルコストを高めていた。また、処理水質
の観点からすれば、特に処理時間が必要な難分解性の界
面活性剤や着色成分を含む成分に対しては、1塔だけで
は十分な処理水質を確保できず、発泡が発生していた。
高濃度排水を処理する場合、末端に生物活性炭を計画し
たとしても、活性炭の再生が必要であり、したがって、
生物活性炭塔が2塔以上必要となり、イニシャルコスト
が高くなることになる。
【0015】また、図6に示したような生物活性木炭塔
による排水処理方法では、排水処理性能には問題ないも
のの、木炭は吸着能力が劣るので接触反応時間を長くと
るか、設備を大きくする必要がある。
【0016】そこで、本発明の目的は、以上の従来の排
水処理方法および排水処理装置のそれぞれの問題点を解
決することを目的とするものである。すなわち、本発明
の目的は、排水を対象として木炭と活性炭を使用し、そ
れら充填材の逆洗工程と再生工程を必要とせず、排水中
の微量の難分解性の界面活性剤と着色物質とを総合的に
処理できるコンパクトで経済的でかつ合理的な高度な排
水処理装置および排水処理方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明の排水処理方法は、所定の前
処理工程で前処理された被処理水を、木炭が充填された
木炭槽に導入して処理し、次に、この木炭槽からの被処
理水を、活性炭が充填された活性炭塔に導入して処理す
ることを特徴としている。
【0018】また、請求項2に記載の発明の排水処理装
置は、被処理水が導入されるようになっていて、木炭が
充填されている木炭槽と、上記木炭槽からの被処理水が
導入されるようになっていて、活性炭が充填された活性
炭塔とを備えることを特徴としている。
【0019】請求項1および請求項2の発明によれば、
第1に、前処理工程で前処理された被処理水を、木炭が
充填された木炭槽で生物学的かつ物理学的に処理する。
次に、活性炭が充填された活性炭塔で生物学的かつ物理
学的に処理する。上記木炭槽と活性炭塔の両方は、被処
理水中に含まれる有機物に対して、生物学的作用と物理
学的作用の両方の作用を行う。
【0020】この物理学的作用とは、上記木炭槽の木炭
が有機物を吸着する作用と上記活性炭塔の活性炭が有機
物を吸着する作用である。より詳しくは、木炭が有機物
を吸着する処理は、前処理として働き、次に、活性炭が
被処理水中の有機物を吸着する処理は、前段の木炭によ
る吸着処理よりも格段に強力であって、有機物の吸着が
より完全に行われる。
【0021】また、活性炭塔では、活性炭は生物活性炭
になる。なお、一般に、有機物に対して、物理学的な処
理である吸着作用と、生物学的な処理である微生物分解
作用の両方を有する木炭もしくは活性炭を生物活性木炭
もしくは生物活性炭と呼んでいる。この中で生物活性炭
は、有機物吸着能力に対比して、その表面や内部に繁殖
した微生物による有機物分解能力の方が大きい。したが
って、この生物活性炭は、再生の必要がなくなる。ま
た、この活性木炭塔は生物濾過槽としての役目も果た
す。この木炭に繁殖した微生物の有機物分解作用と、上
記活性炭に繁殖した微生物の有機物分解作用とが、上述
の生物学的作用である。
【0022】より詳しくは、第1段目の処理として、木
炭槽において、多孔体である木炭の内部および表面に繁
殖した微生物が生物膜を形成することを利用して、被処
理水中の有機物を生物学的に処理する。次に、第2段目
の処理として、活性炭塔において、多孔体である活性炭
の内部表面も含めた表面に繁殖した微生物が吸着した有
機物を完全に分解処理する。
【0023】ここで、注目すべき内容は、木炭は樹木と
しての木材を原料として生産されたものであるから、土
壌中の各種のミネラルを滋養分として含有している。木
炭槽内に充填された木炭は、水中で曝気されて、次第に
それらミネラルを有効成分として水中に溶出させて、微
生物が活発に繁殖するのに必要な微量元素を補給して、
微生物の繁殖を助ける。このことは、後段の活性炭塔の
活性炭に微生物が活発に繁殖することにも寄与する。
【0024】したがって、この発明によれば、上記活性
炭を再生処理しなくても、上記活性炭は、上記木炭から
のミネラルで繁殖が活発化した活性炭表面の微生物の強
力な繁殖力でもって、活性炭が物理的に吸着した有機物
を完全に微生物処理できる。
【0025】木炭や活性炭は、多数の細孔からなる多孔
体であり、孔の径が数ミクロンから数百ミクロンに至る
各種の孔の集合体である。したがって、木炭や活性炭に
は、上記多種多数の孔に応じた、多種多数の微生物が繁
殖し易い。そして、木炭内部や活性炭内部には、上記多
種の微生物が繁殖することによって生物膜層が形成され
る。そして、この生物膜層は、難分解性の界面活性剤や
レジスト成分など一般的には微生物分解し難い化学物質
をも吸着して確実に微生物分解する。また、木炭の表面
に形成された生物膜層に、被処理水が循環処理されて、
被処理水が生物濾過される。
【0026】前処理工程では、被処理水が有する微細な
浮遊物質と懸濁状またはコロイダル状の有機物は、
スクリーンまたは 加圧浮上または凝集沈澱によって
処理されるが、この処理は完全ではない。したがって、
前処理工程を通過した被処理水には、細かい目の濾紙を
通過できない懸濁状またはコロイド状物質が3〜15pp
m残っている。しかし、この残存微細浮遊物質や懸濁状
またはコロイド状の有機物は、第1段目の生物膜が形成
された木炭槽で生物濾過される。その結果、この木炭槽
では、活性炭塔の活性炭を詰まらせるような微細な浮遊
物質や懸濁状またはコロイド状有機物が確実に処理され
る。したがって、後段の生物膜が形成された活性炭塔で
の逆洗工程が不必要となる。
【0027】また、請求項3に記載の発明は、請求項2
に記載の排水処理装置において、上記木炭は備長炭であ
ることを特徴としている。
【0028】この請求項3の発明によれば、木炭槽に備
長炭が充填されている。この備長炭(白炭の1種)は、比
重が1以上であるから、木炭槽の中で沈降して水中に埋
没させられる。また、備長炭は、強力な曝気によっても
ほとんど破砕されることがない。従って、備長炭は他の
木炭と異なって、被処理水中の浮遊物質濃度を上昇させ
ない。さらには、備長炭は、微生物の固定化担体となっ
て微生物のための安定した繁殖場所となる。また、備長
炭の表面には、生物膜が形成され易いから、この生物膜
で被処理水中の微細な浮遊物質と懸濁状またはコロイダ
ル状の有機物を処理でき、活性炭の詰まりを防止でき
る。
【0029】また、請求項4に記載の発明は、請求項2
に記載の排水処理装置において、上記木炭槽からの被処
理水が導入され、この被処理水に酸素を溶け込ませて、
上記活性炭塔に導入する酸素溶解槽を備え、上記木炭槽
は曝気手段を備えていることを特徴としている。
【0030】この請求項4に記載の発明の排水処理装置
は、木炭槽の内部を上記曝気手段で曝気できる。従っ
て、この木炭槽の中に常に好気性の微生物を維持でき
る。さらに、上記曝気は、木炭槽内を曝気する役目も果
たす。さらにまた、上記曝気は、木炭槽の木炭から滋養
分としてのミネラルを活発に溶出させる役目も果たす。
また、酸素溶解槽は、被処理水の溶存酸素を高める働き
をして、次の生物活性炭塔において好気性微生物を維持
して好気性の微生物の繁殖を促進させる。
【0031】また、請求項4の発明のポイントは、酸素
溶解槽が被処理水に溶け込ませる酸素量を制御すること
によって、木炭槽から活性炭塔に導入する被処理水の溶
存酸素量を制御できることである。これにより、活性炭
塔での好気性微生物の活性度を制御できる。
【0032】また、請求項5に記載の発明は、請求項2
に記載の排水処理装置において、上記活性炭塔から上記
木炭槽に被処理水の一部を返送する返送手段を備えてい
ることを特徴としている。
【0033】この請求項5の発明の排水処理装置は、活
性炭が充填された活性炭塔から、木炭が充填された木炭
槽へ、被処理水の一部を返送できる。従って、この返送
の量を調整することによって、被処理水の水質に応じた
運転方法を選択できる。そして、返送する場合において
は、返送水には木炭槽で木炭より溶出する滋養分として
のミネラルが補給される。また、返送水を増やすほど、
活性炭塔の通水量が増えて、活性炭塔での滞留時間が短
かくなるから、溶存酸素が活性炭塔下部まで行きわたる
(滞留時間が長いと上部でO2が消費され下部は微生物が
成育し難い)。これらのことにより、活性炭が充填され
た塔全体での好気性微生物の繁殖が活発となると同時に
活性炭が本来もつ吸着作用とも併せて有機物の処理能力
が格段に向上する。したがって、有機物に対する吸着と
活発となった微生物による有機物の分解が同時に進行す
るので、塔そのものの大きさが小さくて済む効果があ
る。
【0034】また、請求項6に記載の発明は、請求項5
に記載の排水処理装置において、上記木炭槽に導入する
被処理水の量、および上記活性炭塔から上記木炭槽に返
送する被処理水の量を制御する制御手段を備えているこ
とを特徴としている。
【0035】この発明によれば、前処理工程より流入す
る被処理水の水質がかなり良い場合は、返送水の循環は
必要ないので、返送水無しの条件で運転できる。また、
通常運転時に返送した場合、生物活性炭塔内の滞留時間
は短かくなり塔下部まで溶存酸素を供給でき、塔内での
微生物能力を高めるよう制御できる。
【0036】以上のように本発明によれば、排水を対象
として木炭と活性炭を使用し、それら充填材の逆洗工程
と再生工程を必要とせず、排水中の微量の難分解性の界
面活性剤と着色物質とを総合的に処理できるコンパクト
で経済的でかつ合理的な高度な排水処理装置および排水
処理方法を提供できる。
【0037】また、この発明の請求項1〜3に基づいた
パイロットプラント規模の排水処理実験結果によれば、
高濃度被処理水を前処理工程後にまず備長炭(生物活性
木炭)による処理、そして次に活性炭(生物活性炭)によ
る処理をする。この生物活性木炭と生物活性炭との2段
階処理によって、第1に、活性炭塔の逆洗工程が不必要
になるという画期的効果を奏することができ、第2に、
活性炭の寿命を格段に延長でき、活性炭の再生が不必要
になるという画期的効果を奏することができ、第3に、
活性炭塔の設備規模が小さくて済むという効果を奏する
ことができる。
【0038】より詳しくは、まず、木炭(備長炭)の表面
に形成された生物膜による濾過により、活性炭塔におけ
る逆洗工程が不必要になり、第2に木炭(備長炭)が活性
炭の再生ライフを決定する有機物を前吸着する。その
後、木炭(備長炭)に繁殖する微生物が上記吸着した有機
物を分解する。また、木炭(備長炭)による前処理がされ
たことによって、残っている有機物を吸着する活性炭量
が少なくて済むといる事実に加えて、次の予測外の新事
実が発現した。この新事実とは、すなわち、最初の工程
で充填されている木炭(備長炭)から溶出するミネラル
(滋養分)が次の工程である生物活性炭塔に繁殖する微生
物の活性度を飛躍的に増大させ、吸着した有機物の大部
分を合理的かつ活発に分解することができるという効果
である。
【0039】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態に基づいて詳細に説明する。
【0040】図1に、この発明の排水処理装置の実施の
形態を示す。この実施の形態は、配管1が接続された前
処理工程部2と、生物活性木炭槽3と、酸素溶解槽5
と、生物活性炭塔6と、処理水槽7とを備えている。
【0041】上記前処理工程部2は、配管1から高濃度
毒性排水が導入されるようになっており、この排水の前
処理を行う。
【0042】上記木炭槽3は、上記前処理工程部2から
の被処理水が導入されるようになっており、木炭収容籠
8に収容された木炭10を有している。この木炭10は
上下方法に積み重ねられている。また、木炭槽3は底付
近に配置された散気管11を有している。この散気管1
1は曝気手段をなし、ブロワー12に接続されている。
なお、上記収容籠8は、樹脂製の網目の容器でよく、も
ちろんステンレス製の収容籠としてもよい。
【0043】また、この実施形態では、木炭10として
は強い曝気によっても破砕されない備長炭を選定した。
備長炭は日本古来の木炭で、広葉樹であるウバメガシの
白炭を意味する。白炭は、約1000℃前後で炭化させ
た木炭であり、高温炭化木炭として位置付けられてい
る。さらに、この実施形態で使用する備長炭としては、
図2(A)と(B)に示すように、直径4センチ〜6センチ
で、長さが5センチ以上の備長炭を選定した。このこと
は、生物活性木炭槽3の槽内における被処理水と充填材
としての木炭10との接触攪拌を良好にすることができ
る。また、上記備長炭が直径4センチ〜6センチ程度の
大きさがあれば、何らかの理由で微生物が異常繁殖した
際にも、閉塞の可能性が全くない。
【0044】この木炭槽3からの被処理水は、次の酸素
溶解槽5に導入されるようになっている。この酸素溶解
槽5は底付近に配置された散気管13を有している。ま
た、この酸素溶解槽5内には、送水ポンプ15からの吸
い込み管16が底付近まで延びている。
【0045】この酸素溶解槽5からの被処理水は送水ポ
ンプ15を経由して、生物活性炭塔6に導入される。こ
の活性炭塔6は活性炭層17を有している。そして、こ
の活性炭塔6からの被処理水は上記処理水槽7に導入さ
れる。この処理水槽7は、被処理水のCODを計測する
COD計20を有している。そして、このCOD計20
は調節計21に電気的に接続されており、この調節計2
1は電磁弁22および23および24に電気的に接続さ
れている。上記電磁弁22は、前処理工程部2と生物木
炭槽3を接続する管25に取り付けられている。また、
電磁弁23は、活性炭塔6から木炭槽3への返送管26
に取り付けられている。また、電磁弁24は、活性炭塔
6から処理水槽7への導入管27に取り付けられてい
る。
【0046】上記構成の排水処理装置の前処理工程部2
に導入される高濃度毒性排水としては、例えば着色成分
としてのレジストや界面活性剤を含有する現像液含有排
水がある。そして、この前処理工程部2は、図3に示す
ように、化学処理工程,生物学的処理工程,および物理
処理工程の内のどれかを単独で行うようになっている
か、もしくは上記各工程を組み合わせて行うようになっ
ているものである。
【0047】そして、この前処理工程部2からの被処理
水は、次の生物活性木炭槽3に導入される。この生物活
性木炭槽3では、ブロワー12から散気管11に供給さ
れた空気が、散気管11から吐出される。この吐出され
た空気の上昇によって上昇流が生じ、被処理水は生物活
性木炭槽3内を木炭10に接触しながら何回も循環す
る。上記被処理水が、上記木炭10に接触することによ
って、被処理水中の有機物が木炭10の表面や内部に繁
殖した微生物によって処理される。また、この木炭10
は、上記有機物に対して物理的な吸着作用を有している
から、被処理水中の有機物を吸着し、さらに木炭10の
内部に繁殖した生物膜を中心とした微生物が上記有機物
を微生物分解する。
【0048】木炭10は天然の樹木を原料として加工さ
れた商品であるから、樹木が土壌から吸い上げた滋養分
としてのミネラルすなわち木炭の灰分が、微生物の繁殖
に有効な各種の滋養分としてのミネラルとなる。それら
のミネラルとしては、カルシウム、カリウム、リン、マ
グネシウム、ケイ素、アルミニウムなどがあり、それら
は水に溶けやすい炭酸塩等の形で存在している。木炭1
0より溶出し、水に溶けたそれら微量のミネラルは、微
生物の活発なる繁殖に有効に作用する。また、上記散気
管11による曝気は、木炭槽3の木炭10から滋養分と
してのミネラルを活発に溶出させるのに役立っている。
【0049】この生物活性木炭槽3に導入される前処理
工程後の被処理水の水質が悪い時には、接触反応時間つ
まりこの木炭槽3での滞留時間を3時間とした。
【0050】また、通常時は、生物活性炭塔6から生物
活性木炭槽3に返送される返送水量を、前処理工程後に
木炭槽3に導入される被処理水量と同量として運転し
た。この通常時は、生物活性炭塔6から木炭槽3へ被処
理水が返送されているから、この木炭槽3での接触反応
時間を1.5時間とした。
【0051】次に、この生物活性木炭槽3からの被処理
水は、オーバーフローにより酸素溶解槽7に流入する。
この酸素溶解槽5では、散気管13と送水ポンプ15が
設置されていて、散気管13から吐出する空気によって
酸素溶解槽5の溶存酸素が飽和濃度まで維持されてい
る。この酸素溶解槽7の役割は、被処理水の溶存酸素濃
度を最大限にして、次の生物活性炭塔6内を好気性に保
持することである。酸素溶解槽7を木炭槽3と活性炭塔
6との間に設置している理由は、木炭槽3で消費された
被処理水の酸素を補う必要があることと、微生物層の破
壊を招く活性炭塔6での曝気を回避するためである。こ
の酸素溶解槽3での滞留時間は、返送水なしの場合には
0.2時間とし、返送水ありの場合は0.1時間とした。
【0052】この酸素溶解槽3によって、被処理水中の
溶存酸素濃度が最大となった被処理水は、送水ポンプ1
5によって生物活性炭塔6に導入される。生物活性炭塔
6の活性炭層17には、活性炭が充填されている。この
充填される活性炭としては、この実施形態では石炭系の
活性炭を採用したが、ヤシガラ系でも石炭系でも木炭系
でも良い。また、活性炭の形状についても粒状もしくは
顆粒状であってもよい。ここで採用した石炭系の活性炭
は、メーカーが三菱化学で商品名ダイヤホープである。
【0053】この送水ポンプ15から活性炭塔6への通
水量は、返送水有りの場合には1時間当たり、活性炭塔
6の活性炭容量の2倍の通水条件で運転した。一方、返
送水無しの被処理水のみの場合には、上記活性炭容量の
1倍の通水条件で運転した。言い換えれば、返送水無し
の場合には、滞留時間を1時間とし、返送水有りの場合
には、滞留時間を0.5時間とした。
【0054】上記送水ポンプ15から活性炭塔6への被
処理水は、既に、生物活性木炭槽3で曝気攪拌されてい
る。したがって、上記送水ポンプ15では、前処理工程
後に木炭槽3に流入した被処理水と生物活性炭塔6から
木炭槽3への返送水(循環水量)とは、完全に混合してい
る状態である。
【0055】返送水無しで前処理工程後の被処理水のみ
の場合には、生物活性炭塔6内での接触反応時間は前記
した様に1時間とした。この生物活性炭塔6では、活性
炭層17が含む生物活性炭によって有機物が吸着され、
この吸着された有機物は生物活性炭に繁殖した微生物に
よって分解される。
【0056】上記したように、この実施形態では、生物
活性炭塔6が放出する被処理水の内の50%は電磁弁2
3を経由させて生物活性木炭槽3に返送した。一方、残
り50%の被処理水は電磁弁24を経由させて、処理水
として処理水槽7に流入させた。
【0057】そして、処理水槽7での被処理水のCOD
〔ケミカル・オキシジェン・デマンド(Chemical Oxygen
Demand)〕値が、ここでの目的値(12ppm)をオーバー
した場合には、COD計13が出力した信号によって、
調節計21が電磁弁23を全開とし、電磁弁24を全閉
とする。したがって、このとき、活性炭塔6が放出する
被処理水は、その全量が木炭槽3に返送されることとな
る。これにより、被処理水は再度、木炭槽3,酸素溶解
槽5,活性炭塔6を順に通過して、さらなる、処理が施
されることとなる。なお、このとき、当然、電磁弁22
を全閉として、前処理工程部2から木炭槽3へ被処理水
が流入しないようにした。
【0058】また、処理水槽7での被処理水のCOD値
が、上記目的値(12ppm)よりもかなり低くて、5ppmで
ある場合には、COD計13が出力した信号によって、
調節計21が電磁弁24を全開とし、電磁弁23を全閉
とする。また、電磁弁22を全開として運転した。この
ように、処理水槽7でのCOD値によって、電磁弁2
2,23,24を開閉することによって、被処理水の水質
に応じて返送量を調節して、最終的に処理水槽7から得
られる被処理水の水質を安定化することができる。
【0059】この実施形態の処理の特徴をまとめると、
まず、木炭10(備長炭)の表面に形成された生物膜によ
る濾過により、活性炭塔6における逆洗工程が不必要に
なり、第2に木炭10(備長炭)が活性炭17の再生ライ
フを決定する有機物を前吸着する。その後、木炭10
(備長炭)に繁殖する微生物が上記吸着した有機物を分解
する。また、木炭10による前処理がされたことによっ
て、残っている有機物を吸着する活性炭量が少なくて済
む。しかも、最初の工程で充填されている木炭10(備
長炭)から溶出するミネラル(滋養分)が次の工程である
生物活性炭塔6に繁殖する微生物の活性度を飛躍的に増
大させ、吸着した有機物の大部分を合理的かつ活発に分
解することができる。よって、活性炭塔6の再生工程が
不必要となる。
【0060】また、この実施の形態での各運転状態をま
とめると、図4にも示すように、次の,,,のよ
うになる。
【0061】 通常運転時には、電磁弁22,23,2
4の開度を50%,50%,50%として、前処理工程部
2から木炭槽3への被処理水の流入水量と活性炭塔6か
ら木炭槽3への返送水量との比を1対1とした。同時
に、木炭槽3での滞留時間を1.5時間とし、酸素溶解
槽5での滞留時間を0.1時間とし、活性炭塔6での滞
留時間を0.5時間とした。
【0062】 次に、前処理工程部2が放出する被処
理水の水質が悪いときには、電磁弁22,23,24の開
度を50%,0%,100%とした。これにより、木炭槽
3への返送水量を0にした。同時に、各滞留時間を通常
運転時の2倍にして、水質の改善を図った。
【0063】 次に、活性炭塔6が排出する排出水の
水質が悪いときには、電磁弁22,23,24の開度を0
%,100%,0%とし、木炭槽3への被処理水の流入水
量を0にし、木炭槽3への返送水量を通常時と同じに
し、処理水槽7に処理水が排出されないようにした。こ
れにより、水質の改善を図った。
【0064】 次に、活性炭塔6が放出する処理水の
水質がかなり良いときには、電磁弁22,23,24の開
度を100%,0%,100%とした。これにより、返送
水量を0にすると同時に、前処理工程部2から木炭槽3
への被処理水量を通常時の2倍にして、処理水量の増大
を図った。
【0065】この実施形態では、このように、被処理水
および処理水の水質に応じて、処理経路と、槽3,槽5,
塔6での滞留時間とを変えて、得られる処理水の水質の
変動を抑えつつ、処理効率の向上を図ることができる。
【0066】〔実験例〕次に、上記実施の形態に基づく
実験例を説明する。
【0067】上記実施形態と同じ構造の縦0.7m、横
0.7m、高さ1.0mの生物活性木炭槽3と、縦0.4m、
横0.4m、高さ0.4mの酸素溶解槽5と、直径0.25
m、高さ1.0mの生物活性炭塔6に被処理水を導入し
て、約3ケ月試運転を実施した。
【0068】試運転当初は、生物活性木炭槽3の木炭1
0は何ら変化がないものの、約1ケ月以上経過して、そ
の表面に生物膜らしきものがわずかに形成された。回転
円板方式などの一般の排水処理に出現する生物膜ほど厚
くはないが、木炭10をベースとした独特の薄い生物膜
が出現していた。
【0069】そして、試運転終了後、生物活性木炭槽3
に流入する前の水質と生物活性炭塔6の出口での処理水
の水質を3日間に渡って測定したデータをまとめると、
下記の通りであった。
【0070】 《生物活性木炭槽入口での水質》 《生物活性木炭槽出口での水質》 pH 7.4 7.4 COD 50ppm以下 26ppm以下 TOC 40ppm以下 22ppm以下 BOD 40ppm以下 20ppm以下 SS 20ppm以下 6ppm以下 陽イオン界面活性剤 2ppm以下 1.6ppm以下 陰イオン界面活性剤 2ppm以下 1.6ppm以下 色度 160度以下 110度以下 《生物活性炭塔出口での水質》 pH 7.3 COD 10ppm以下 TOC 11ppm以下 BOD 10ppm以下 SS 5ppm以下 陽イオン界面活性剤 0.5ppm以下 陰イオン界面活性剤 0.2ppm以下 色度 5度以下 上記の水質の通り、生物濾過槽である生物活性木炭槽3
では、特にSSの除去率が高い(20ppm以下が6ppm以
下まで処理されている。)ので、次の処理工程である生
物活性炭塔6に対するSSによる閉塞を防止することが
できる。よって生物活性炭塔6の逆洗工程が不必要とな
る。
【0071】また、同時に生物活性木炭槽3は生物濾過
槽であるから、上記の水質の通り、CODが26ppm以
下〜12ppm以下に低減でき、TOCが22ppm以下〜1
1ppm以下に低減でき、BODが40ppm以下〜20ppm
以下に低減できた。この生物活性木炭槽3の役目は、活
性炭の前処理と、ミネラルの補給と、極微細な浮遊して
いる微生物を生物活性炭塔6へ補給することである。
【0072】また、上記の水質のとおり、生物活性炭塔
6では、充填されている活性炭の吸着能力が木炭10よ
り格段に優れているので、特に陽イオン界面活性剤を
0.5ppm以下に低減でき、陰イオン界面活性剤を0.2p
pm以下に低減でき、色度を5度以下に低減できる。な
お、陽イオン界面活性剤と陰イオン界面活性剤および色
度は、生物活性木炭槽3ではあまり除去できない項目で
ある。また、生物活性炭塔6に充填されている活性炭の
吸着作用によって、COD、TOC、BODも処理でき
ている。
【0073】従来では活性炭塔は活性炭に形成される生
物膜の有機物分解能力よりも、活性炭の有機物吸着能力
の方が大きかったが、本発明によれば、活性炭塔にミネ
ラルと微生物が補給されて有機物分解能力が増強された
から、再生の必要性がなくなった。本発明は吸着能力が
明らかに異なる木炭と活性炭を用いることによって、生
物活性木炭槽3では、生物膜処理を中心とした微生物処
理と僅かな吸着処理を行い、活性炭塔6に微生物とミネ
ラルを補給して、活性炭に対する負荷量が多い時にも活
性炭の再生が必要にならないようにしている。
【0074】また、別の小規模装置による実験によって
調査したところ、上記実施の形態の装置では、2年間の
長期に亘って、木炭および活性炭の再生が必要なかっ
た。これに対し、図4の従来の排水処理装置では、3ケ
月ごとに1回の活性炭の再生が必要であった。
【0075】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、請求
項1の発明の排水処理方法は、所定の前処理工程で前処
理された被処理水を、木炭が充填された木炭槽に導入し
て処理し、次に、この木炭槽からの被処理水を、活性炭
が充填された活性炭塔に導入して処理する。
【0076】また、請求項2に記載の発明の排水処理装
置は、被処理水が導入されるようになっていて、木炭が
充填されており、曝気による撹拌手段を有する木炭槽
と、上記木炭槽からの被処理水が導入されるようになっ
ていて、活性炭が充填された活性炭塔とを備える。
【0077】この請求項1,2の発明によれば、前処理
された被処理水を、第1に木炭が充填された(生物活
性)木炭槽で好気的に処理し、次に被処理水中の溶存酸
素をある程度維持した状態で活性炭が充填された活性炭
塔に被処理水を導入して処理する。
【0078】従って、上記発明は、第1に生物活性木炭
槽の木炭が有機物を中心とした被処理物質を吸着処理
し、第2に木炭に繁殖した微生物が排水中の有機物を中
心とした被処理物質を分解処理する。これにより上記被
処理水つまり排水が含む有機物を中心とした被処理物質
を、生物活性木炭槽で物理生物学的に処理できる。
【0079】また、第3として生物活性炭塔の活性炭が
有機物を中心とした被処理物質を吸着し、第4に、木炭
より溶出するミネラルを滋養分として、活性炭に活発に
繁殖した微生物が排水中の有機物を中心とした被処理物
質を分解処理する。
【0080】これらのことにより、上記被処理水つまり
排水が含む有機物を中心とした被処理物質を2段階(木
炭槽と活性炭塔)で確実に物理生物学的に処理できる。
【0081】そして、木炭や活性炭内部には、上記多種
の微生物が繁殖することによって生物膜層が形成される
ので、難分解性の界面活性剤やレジスト成分など一般的
には微生物分解し難い化学物質まで上記木炭や活性炭に
吸着させて微生物分解することができる。また、木炭は
活性炭よりも格段に安いから、活性炭のみを使用して、
活性炭塔を2塔以上計画し、かつ活性炭を再生する図4
の従来例に比べて、イニシャルコストおよびランニング
コストを格段に低減させることができる。
【0082】また、本発明が図6に示した従来例(生物
活性木炭装置)に対比して有する利点は、前処理後の接
触反応時間を格段に(約3分の1)に低減でき、したがっ
て、小型化することができる点にある。具体的には、上
記従来例では、1時間に1立方メートルの排水が流入す
る場合に10時間の接触反応時間を要するのに対し、本
発明では木炭槽での3時間の接触反応時間と活性炭塔で
の1時間の接触反応時間とで済む。
【0083】また、請求項3の発明によれば、請求項1
に記載の排水処理装置において、前記木炭が備長炭であ
る。つまり、生物活性木炭槽に原材料がウバメガシであ
る頑丈な備長炭を充填しているので、強い曝気を受けて
も破砕されることがない。また備長炭は比重が1よりも
大きいので、沈降した状態が保たれ、微生物の繁殖を促
進できる。そして一般の木炭同様、備長炭も滋養分とし
てのミネラルを溶出し、微生物の生物活性を高める効果
がある。
【0084】また、請求項4の発明は、請求項2に記載
の排水処理装置において、上記木炭槽からの被処理水が
導入され、この被処理水に酸素を溶け込ませて、上記活
性炭塔に導入する酸素溶解槽を備え、上記木炭槽は曝気
手段を備えている。
【0085】この請求項4の発明によれば、曝気手段で
木炭槽内を常に曝気できるので、好気性の微生物を常時
木炭槽内に維持でき、生物学的な処理ができる。また、
木炭槽内を曝気できるので、滋養分としてのミネラルを
効率良く木炭から溶出させて微生物を活発に繁殖させる
ことができる。
【0086】また、酸素溶解槽を生物活性炭塔の前段に
配置しているので、生物活性炭塔内の溶存酸素を所定値
に維持でき、好気性の微生物の繁殖させることができ
る。
【0087】また、木炭と活性炭の両方の内部に多種の
微生物が繁殖することによって生物膜層が形成されるの
で、難分解性の界面活性剤やレジスト成分など一般的に
は、微生物分解し難い化学物質まで木炭や活性炭に吸着
させて、その後微生物分解することができる。また、木
炭に固定化している微生物は木炭から溶出するミネラル
を滋養分として活発に繁殖しているので、木炭が吸着し
た殆どの有機物を微生物分解できる。よって、木炭の再
生工程が不要になる効果がある。
【0088】また、木炭同様活性炭に固定化している微
生物は木炭から溶出するミネラルを滋養分として活発に
繁殖しているので、活発炭が吸着した殆どの有機物を微
生物分解できる。よって、活発炭の再生や逆洗工程が不
要になる効果がある。
【0089】また、請求項5の発明は、請求項2に記載
の排水処理装置において、上記活性炭塔から上記木炭槽
に被処理水の一部を返送する返送手段を備えている。
【0090】この請求項5の発明によれば、活性炭が充
填された活性炭塔から、木炭が充填された木炭槽へ、被
処理水の一部を返送できる。したがって、この返送の量
を調整することによって、被処理水の水質に応じた運転
方法を選択できる。
【0091】そして、返送する場合においては、返送水
には木炭槽で木炭より溶出する滋養分としてのミネラル
が補給される。また、返送水を増やすほど、活性炭塔を
通過する水量が増えて、活性炭塔での滞留時間が短かく
なるから、溶存酸素が活性炭塔下部まで行きわたる(滞
留時間が長いと上部でO2が消費され下部は微生物が成
育し難い)。これらのことにより、活性炭が充填された
塔全体での好気性微生物の繁殖が活発となると同時に活
性炭が本来もつ吸着作用とも併せて有機物の処理能力が
格段に向上する。したがって、有機物に対する吸着と活
発となった微生物による有機物の分解が同時に進行する
ので、塔そのものの大きさが小さくて済む効果がある。
【0092】また、請求項6の発明は、請求項5に記載
の排水処理装置において、上記木炭槽に導入する被処理
水の量、および上記活性炭塔から上記木炭槽に返送する
被処理水の量を制御する制御手段を備えている。
【0093】前処理工程より流入する被処理水の水質が
かなり良い場合は、返送水の循環は必要ないので、返送
水無しの条件で運転できる。また、通常運転時に返送し
た場合、生物活性炭塔内の滞留時間は短かくなり塔下部
まで溶存酸素を供給でき、塔内での微生物能力を高める
よう制御できる。
【0094】以上のように本発明によれば、排水を対象
として木炭と活性炭を使用し、それら充填材の逆洗工程
と再生工程を必要とせず、排水中の微量の難分解性の界
面活性剤と着色物質とを総合的に処理できるコンパクト
で経済的でかつ合理的な高度な排水処理装置および排水
処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の生物活性木炭槽と生物活性炭塔の組
み合わせを備えた排水処理装置の実施の形態を模式的に
示す図である。
【図2】 図2(A)は上記実施の形態の木炭槽に充填さ
れている木炭の正面図であり、図2(B)は上記木炭の側
面図である。
【図3】 上記実施の形態の工程を説明する系統図であ
る。
【図4】 上記実施の形態の運転条件を説明する図表で
ある。
【図5】 従来の活性炭塔を備えた排水処理装置を模式
的に示す図である。
【図6】 従来の今1つの排水処理装置を模式的に示す
図である。
【符号の説明】
1…配管、2…前処理工程部、3…生物活性木炭槽、5
…酸素溶解槽、6…生物活性炭塔、7…処理水、8…木
炭収容籠、10…木炭、11…散気管、12…ブロワ
ー、13…散気管、15…送水ポンプ、16…吸い込み
管、17…活性炭層、20…COD計、21…調節計、
22,23,24…電磁弁、25…管、27…導入管。
フロントページの続き (72)発明者 内山 貴雅 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−157186(JP,A) 特開 平4−334593(JP,A) 特開 平7−328671(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/02 - 3/10 C02F 1/28

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の前処理工程で前処理された被処理
    水を、木炭が充填された木炭槽に導入して処理し、次
    に、この木炭槽からの被処理水を、活性炭が充填された
    活性炭塔に導入して処理することを特徴とする排水処理
    方法。
  2. 【請求項2】 被処理水が導入されるようになってい
    て、木炭が充填されている木炭槽と、 上記木炭槽からの被処理水が導入されるようになってい
    て、活性炭が充填されされた活性炭塔とを備えることを
    特徴とする排水処理装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の排水処理装置におい
    て、 上記木炭は備長炭であることを特徴とする排水処理装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の排水処理装置におい
    て、 上記木炭槽からの被処理水が導入され、この被処理水に
    酸素を溶け込ませて、上記活性炭塔に導入する酸素溶解
    槽を備え、上記木炭槽は曝気手段を備えていることを特
    徴とする排水処理装置。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載の排水処理装置におい
    て、 上記活性炭塔から上記木炭槽に被処理水の一部を返送す
    る返送手段を備えていることを特徴とする排水処理装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の排水処理装置におい
    て、 上記木炭槽に導入する被処理水の量、および上記活性炭
    塔から上記木炭槽に返送する被処理水の量を制御する制
    御手段を備えていることを特徴とする排水処理装置。
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