JP3455597B2 - 流動床式廃水処理方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＢＯＤ成分やチッ素成
分を含有する都市下水、産業廃水等を酸素富化空気を用
い省エネルギー化をし、コンパクトな装置で効率的にＢ
ＯＤ除去、チッ素成分の硝化を行う廃水処理技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にＢＯＤ成分やチッ素成分を含む下
水及び産業廃水等の処理方法として、ＢＯＤ物質は空気
曝気により活性汚泥処理を行い、分解・除去しており、
また廃水中のチッ素成分は同じく空気曝気槽において活
性汚泥処理することにより硝化を行い、後に嫌気性にし
て脱窒を行っている。しかし、このような方法は処理時
間を長時間必要とするため一般に処理設備が大型とな
り、また撹拌を兼ねた酸素溶解のための散気に多大のエ
ネルギーを必要とする。

【０００３】装置のコンパクト化のためには、被処理時
間の短縮を計らねばならない。このためには活性汚泥濃
度（微生物濃度）の増加と酸素溶解速度の向上が必要と
なる。活性汚泥濃度の増加には空気曝気槽内に微生物付
着担体を入れ、その表面に活性な微生物層を形成させ廃
水処理することが提案されている。この方法によるとき
は有効な微生物濃度を高めるのに効果があり、廃水の処
理時間の短縮、処理水品位の向上に有効な手段であるこ
とがわかってきた。しかし、活性のある微生物濃度の増
加は、単位時間当りの酸素消費量の増加を招くことにな
る。空気曝気法における酸素の溶解速度は濃度勾配が一
定、かつ気泡径が同一としたときには散気ガス量と比例
することになり、増大した酸素消費量に合せて散気ガス
量を増大させる必要が生ずる。しかし、散気ガス量を増
加させると、配管中の圧力損失の増大、散気ガスの気泡
径が増大などの現象と共に、ガスのチャンネリングを招
き易く、溶解速度を増すことは散気ガス量の過大な供給
量を必要とし、エネルギー効率を低下させることが避け
られなかった。

【０００４】一方、担体に対する微生物付着力を高める
ため、多孔質の担体、例えば軽石、貫通孔を有する円筒
形担体、表面をサンドブラスト等で粗面化した合成樹脂
粒状体などの提案もある。軽石や粗面化した粒状体など
においては、撹拌による担体同士、あるいは担体と壁な
どとの衝突により表面微生物層が剥離されたとき、その
細孔内部の微生物層は剥離することはないが、細孔内部
に存在する微生物層の量はあまりに少量であって、曝気
槽中の微生物濃度を高め、廃水処理時間を安定に短縮化
する手段としては不十分である。また大きな貫通孔を有
する円筒形担体においては、担体表面は無理としても円
筒の内部に増殖した微生物層は量的にも多くすることも
でき、激しい撹拌においても剥離されることは少なく、
曝気槽中の微生物層の濃度を高く維持できるが、筒内の
微生物であるため、担体表面にある微生物層に比して効
率が劣り短時間処理にはあまり効果がない。またスポン
ジ状多孔質担体を用いたところ、短期間の操業で崩壊し
て安定な廃水処理には不適当であった。

【０００５】いずれにせよ、微生物濃度を高めるため微
生物付着担体は相当多量用いることが必要となるので、
空気曝気流動層方式（この方式の概念図を図３に示す）
では、担体を流動化させるために本来ＢＯＤ成分分解等
に必要とする酸素溶解速度に対応した散気量以上の空気
が必要となり、省エネルギー効果を十分に発揮できな
い。また、この空気量を少なくするために、担体の比重
を下げたり担体の大きさを小さくすると、担体の曝気槽
中の均一な流動ができなかったり、曝気槽からのオーバ
ーフロー等を防止するためのスクリーンの網目サイズを
小さくすることが必要となり、目詰りを起こし易くする
こと及びさらに、後工程でのトラブルの原因を招くな
ど、安定した運転の維持が困難となったりする。

【０００６】一方空気に代え、酸素ガス分離法の技術革
新により安価となった酸素ガスを用いる酸素富化空気曝
気法（この方式の概念図を図４に示す）の場合、供給酸
素富化空気（酸素濃度９０％位）の必要供給量は空気曝
気法における必要供給空気量の約１／３０〜１／５０で
よく、従ってそれだけでかなりのコンパクト化、省エネ
ルギーの方法であることがわかる。この酸素富化空気曝
気法に微生物付着用担体を併用した処理法として、ポリ
エチレングリコール等を用いた活性汚泥包括担体を用い
る方法の提案がある。この場合（この方式の概念図を図
５に示す）担体の活性汚泥の担持量は実用レベルに達し
ているが、撹拌に対する強度の点で不十分なので、機械
的な撹拌を採用することができなかった。従って担体の
流動化及び酸素の液中への十分な溶解を行うために、大
量の酸素富化空気を曝気槽内で循環する必要があり、折
角酸素富化空気による優れた酸素溶解速度を生かしてい
ない。このように酸素富化空気処理法に適した担体、液
−ガス接触方法、微生物付着担体に付着した微生物層の
剥離のない流動化方法など廃水処理のトータルシステム
の開発などいまだ十分な技術は完成していない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の如く、従来技術
にはコンパクト化、省エネルギー化を図るにおいて種々
の問題点がまだ残されている。本発明は前記酸素富化空
気曝気法の利点を生かし、なおかつコンパクト化、省エ
ネルギー化を実現し得る酸素富化空気を用いた流動床式
廃水処理方法及び装置の開発を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、 ［１］ 密閉型処理槽内において、合成樹脂と無機質材
料からなり、表面に多数の０．１〜１００μｍの微細孔
または細溝を有する代表径５〜３０ｍｍφ、実比重１．
０３〜１．１０の円筒形状の微生物付着用担体を流動さ
せながら酸素富化空気を用い、表面曝気をすることによ
り原廃水を処理することを特徴とする流動床式廃水処理
方法。 ［２］ 微生物付着用担体を密閉型処理槽に槽内廃水保
持水量の１０〜４０ｖｏｌ％入れて流動させる上記
［１］１に記載の流動床式廃水処理方法。 ［３］ 密閉型廃水処理装置に微生物付着用担体を流動
させるための撹拌装置を設けた上記［１］または［２］
に記載の流動床式廃水処理方法。及び ［４］ 原廃水供給口、酸素富化空気供給装置からの供
給口、表面曝気機、合成樹脂と無機質材料からなり、表
面に多数の０．１〜１００μｍの微細孔または細溝を有
する代表径５〜３０ｍｍφ、実比重１．０３〜１．１０
の円筒形状の微生物付着用担体を流動するための撹拌装
置、前記微生物付着用担体の流出を防止するためのスク
リーンを設けた処理水出口及び次室へ気相部ガスの供給
口または廃ガス出口を有する微生物付着用担体を用いる
一段または多段の密閉型流動床式廃水処理装置。を開発
することにより上記の目的を達成した。

【０００９】本発明に用いる密閉型処理槽としては、通
常の酸素富化空気曝気式廃水処理装置として用いられて
いる廃水処理装置を使用できる。例えば原廃水供給口、
酸素富化空気製造装置からの酸素富化空気供給口、表面
曝気機、微生物付着用担体の流出を防ぐためのスクリー
ンを設けた処理水出口及び廃ガス出口、または次室への
供給口を有する一段または多段階処理のための密閉型廃
水処理装置が使用できる。特に微生物濃度を高めるため
担体使用量が多い場合や、処理槽の水深が深い場合にお
いても担体の流動化及び溶存酸素の液中への拡散を確保
するため、微生物付着用担体流動用撹拌装置として表面
曝気機に同軸の深層撹拌翼を設けるか、あるいは担体流
動化のための撹拌装置を別途設けることが好ましい。

【００１０】本発明に使用する微生物付着担体として
は、 流動に適し、またスクリーン等の目詰り等を起こさず
容易に流出防止ができる比重、大きさ、形状を有する。 撹拌等により破砕、変形、摩耗等を起こさない強度
と、なおかつ柔軟性を有する。 撹拌、担体相互接触等により担持微生物が剥離、脱落
しない微生物保持力を有する。 担体単位容積当りの微生物担持量が大きい。 などの要件を備えていることが必要とされる。

【００１１】酸素富化空気を用いて酸素溶解に必要な撹
拌強度が担体表面微生物層剥離のないような撹拌で、担
体が流動できる比重は１．２以下であった。また比重
１．０３未満の担体は、処理槽液表面近くに集まる傾向
が見られた。以上の結果より比重は１．０３〜１．１０
が選ばれた。担体のサイズは小さい程担体充填容積当り
の表面積を大きくすることが可能であり、この面からは
小さい程良いが、代表径５ｍｍφ以下では流出防止スク
リーンも５ｍｍ以下となり目詰り等のトラブルが起こり
易く、また大きすぎると流動性が悪化するので担体の代
表径は５〜３０ｍｍφ、好ましくは７〜２５ｍｍφであ
る。形状としては微生物保持量が大きく、微生物層が剥
離、脱落しにくいように、その表面に微生物の吸着及び
生育に適した多数の０．１〜１００μｍの微細孔及び／
または細溝を有する筒状のものであり、特に外筒面付着
の微生物層を円筒内面付着の微生物層と結合させること
により、微生物層の保持力を高めるため該微細孔は貫通
しているものがあることが好ましく、円筒形状のものが
製造も容易であり性能的にも優れている。

【００１２】担体の材料としては比重、サイズ、強度、
柔軟性、表面状態、成形加工性などから合成樹脂及び無
機質材料を組合せることが好ましい。合成樹脂としては
ポリエチレン、ポリプロピレン等の柔軟性があり、軽量
のポリオレフィン系汎用熱可塑性合成樹脂、無機質材料
としては炭酸カルシウム、タルク、硫酸バリウム、ゼオ
ライト等を用いる。合成樹脂の比重は１．０ｇ／ｃｍ³
以下であるのでこれら無機質材料は、合成樹脂の比重の
調節と担体表面の粗面化、親水性付与の目的も兼ねて組
合される。特に材質の微細孔、細溝を多く発生させ、強
固な微生物保持層を形成させるためには成形に際して、
担体表面の粗面化、比重の調整を兼ねて発泡剤を併用す
ることは好ましい。使用する酸素富化空気としては、空
気液化分離した酸素の如く高純度の酸素であってもよい
が、経済的にはゼオライト系モレキュラーシーブを用い
るＰＳＡの如き濃度の酸素ガス（７０ｖｏｌ％以上、好
ましくは９０ｖｏｌ％以上）であってもよい。

【００１３】上記の合成樹脂、無機物質の材質的な組合
せによる担体性能の差はほとんど無いので、比重及び表
面状態が目的の範囲に入るように混合比を調整する。但
し無機物質の割合が大きくなると破損し易くなるので、
前記の比重範囲に入る混合割合が強度の点からも適して
いる。担体表面状態は、担体単位容量当りの微生物担持
量及び撹拌等に対する微生物保持性能に大きな影響を与
える。担体成形時の条件（引き抜き速度、発泡剤種類と
添加量など）により、担体表面の細孔大きさと分布割
合、円筒状担体の時の筒内面から外面への貫通孔の大き
さと数がコントロールできることを見いだした。なお、
担体の形状は加工性、表面状態コントロール性などの面
から円筒形が優れているが、特に限定するものではな
い。

【００１４】担体流出防止用のスクリーンは、スクリー
ンの目詰りを防ぐため担体が通り抜けない限りできるだ
け網目の大きいスクリーンを用いる。操業に際して、微
生物付着担体使用量としては槽内廃水保持水量の１０〜
４０ｖｏｌ％、好ましくは２０〜３５ｖｏｌ％程度入れ
て行う。密閉型処理層の気相部の酸素濃度は、少なくと
も３０ｖｏｌ％、できれば５０ｖｏｌ％以上に維持する
ように操業することが好ましい。多段式処理であるとき
は、向流、併流のいずれでもよいが、最終段の処理槽の
酸素濃度が少なくとも２５ｖｏｌ％、できれば４０ｖｏ
ｌ％以上維持するように操業することが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明の廃水処理は短時間処理による装置のコ
ンパクト化を目的とし、微生物濃度を高めるため微生物
付着担体を使用する方法において、気液の接触を緩和な
条件であっても高酸素消費速度に対応できる酸素富化空
気を用いること、並びに気液の接触をゆるくしても十分
な担体の流動を確保し、担体表面に付着増殖した微生物
層の剥離を防止しながら、より活発な微生物活動の確保
を目的としたものである。このことは酸素の溶解は表面
曝気方式を主体とし、（勿論酸素富化空気または循環酸
素含有気体の供給を水面下に供給することはかまわな
い。）微生物付着担体の流動はガス撹拌より効率的な機
械撹拌を併用することにより、処理槽の液深が深い場合
など特殊な場合でなくとも効率的な廃水処理が可能とな
る。本発明方法は、従来の酸素富化空気による廃水処理
装置（例えばユノックスシステム）の曝気槽をそのまま
置換することにより、さらに効率的操業が可能となる。
特に全チッ素含有量の多い廃水処理において活性汚泥処
理で効率的に硝化が可能な特徴を有している。

【００１６】

【実施例】本発明の実施を図面により説明する。図１は
本発明の担体を用いた酸素富化空気曝気法流動式廃水処
理方法の一例を示す概略図である。曝気槽１は、１００
０ｍｍ×１０００ｍｍ、高さ１０００ｍｍの密閉型で、
表面曝気機２、これに同軸の担体流動用撹拌機３、原廃
水供給口４、目開き８ｍｍのスクリーン５を供えた処理
水出口６、酸素富化空気供給口７、廃ガス出口８を備え
ている。微生物付着用担体１０は図２に示す如きもので
ポリエチレン及びポリプロピレンと炭酸カルシウムとか
らなる組成物を用い、比重約１．０５、外径約１０ｍｍ
φ、内径約８ｍｍφ、長さ約１０ｍｍの多孔性円筒状担
体で、円筒内外表面に約１〜１００μｍ位の微細孔や細
溝の凸凹が無数にあり、約１００〜５００μｍ孔の円筒
内外の貫通孔がいくつかある。

【００１７】この微生物付着用担体を約３０ｖｏｌ％
（２１０リットル）入れた密閉型曝気槽１に原廃水供給
口４から３５０リットル／ｈｒの割合で原廃水を供給
し、表面曝気機２及び撹拌機３を起動し担体を均一に流
動化させる。次いで、酸素富化空気（酸素濃度約９０
％）を酸素富化空気供給口７より供給しながら連続的に
原廃水を処理する。処理水はスクリーン５を通って処理
水出口６より排出する。原廃水の処理条件は以下の通り
である。 曝気槽有効内容積 ７００リットル 原廃水供給量 ３５０リットル／ｈｒ 酸素富化空気供給量 １００リットル／ｈｒ 撹拌動力 ５０ｗ 表１に原廃水の処理条件、原廃水の組成及び４ケ月連続
処理を行い処理が平衡に達した後の処理廃水の組成を示
す。

【００１８】［比較例１］微生物付着担体を処理槽に添
加しないこと及び処理槽内の微生物濃度を約４０００ｍ
ｇ／リットルに保持するために返送微生物を循環した以
外は実施例と同じで装置及び処理条件で行った。表１に
処理条件、原廃水の組成及び４ケ月連続処理後の処理水
の組成を示す。

【００１９】［比較例２］処理水中のＮＨ₄ −Ｎがほぼ
実施例１の濃度になるように原廃水供給量を低下させた
以外は、比較例１と同じ装置及び処理条件で行った。表
１に処理条件、原廃水の組成及び４ケ月連続処理後の処
理水の組成を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明による微生物付着担体を使用した
酸素富化空気法流動層式廃水処理方法は、空気曝気式廃
水処理法は勿論、従来の酸素富化空気使用廃水処理法等
の従来法に比較してＢＯＤ分解速度、硝化速度を著しく
大きくすることができ、処理槽単位容積当りの処理量を
上げることができる。特にデータとしては出していない
が、微生物付着用担体を使用したため処理槽中の活性汚
泥濃度が高く、短時間の処理にもかかわらず、ＢＯＤを
低く、またアンモニア性チッ素が低いだけでなく、処理
水中の溶存酸素濃度（ＤＯ）を高く維持できること、沈
降槽における活性汚泥の沈降性が優れていることなど、
省エネルギー、コンパクトな装置であって優れた性能を
有する廃水処理方法である。本発明は、解決しようとし
た廃水処理の問題点を総て解決し、装置費、運転費が安
価で極めてコンパクトな廃水処理装置及び方法が提供で
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す概略図である。

【図２】本発明で使用した担体の１実施例を示す概略図
である。

【図３】従来技術の空気曝気流動槽方式の概念図であ
る。

【図４】従来技術の酸素富化空気曝気方式の概念図であ
る。

【図５】従来の活性汚泥包括担体を用いた酸素富化空気
曝気方式の概念図である。

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 表面曝気機 ３ 微生物付着用担体流動用撹拌機 ４ 原廃水供給口 ５ スクリーン ６ 処理水出口 ７ 酸素富化空気供給口 ８ 廃ガス出口 １０ 微生物付着用担体 １１ 散気装置 １２ 空気供給ポンプ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−113460（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200797（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−38298（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−210099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−149085（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−39200（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/00 - 3/34

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉型処理槽内において、合成樹脂と無
   機質材料からなり、表面に多数の０．１〜１００μｍの
   微細孔または細溝を有する代表径５〜３０ｍｍφ、実比
   重１．０３〜１．１０の円筒形状の微生物付着用担体を
   流動させながら酸素富化空気を用い、表面曝気をするこ
   とにより原廃水を処理することを特徴とする流動床式廃
   水処理方法。
2. 【請求項２】 微生物付着用担体を密閉型処理槽に槽内
   廃水保持水量の１０〜４０ｖｏｌ％入れて流動させる請
   求項１に記載の流動床式廃水処理方法。
3. 【請求項３】 密閉型廃水処理装置に微生物付着用担体
   を流動させるための撹拌装置を設けた請求項１または２
   に記載の流動床式廃水処理方法。
4. 【請求項４】 原廃水供給口、酸素富化空気供給装置か
   らの供給口、表面曝気機、合成樹脂と無機質材料からな
   り、表面に多数の０．１〜１００μｍの微細孔または細
   溝を有する代表径５〜３０ｍｍφ、実比重１．０３〜
   １．１０の円筒形状の微生物付着用担体を流動するため
   の撹拌装置、前記微生物付着用担体の流出を防止するた
   めのスクリーンを設けた処理水出口及び次室へ気相部ガ
   スの供給口または廃ガス出口を有する微生物付着用担体
   を用いる一段または多段の密閉型流動床式廃水処理装
   置。