JP5319231B2

JP5319231B2 - 生物ろ過装置

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Publication number: JP5319231B2
Application number: JP2008263828A
Authority: JP
Inventors: 直也井上; 友明宮ノ下; 和幸若林; 正佳雪本
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: JP2010089046A

Description

本発明は、被処理水をろ材を充填したろ層に下降流で通過させ、前記ろ材に付着した生物により処理する生物ろ過装置に関する。

従来より、浄水処理、工業用水処理、下水処理、排水処理等において、微生物の働きを利用して、被処理水中の汚染物質を除去する生物処理方法が利用されている。この生物処理方法は、有機物やアンモニアの処理等に広く利用されているが、鉄、マンガン等の除去又は酸化にも利用されている。例えば、地下水、河川水中のアンモニア、鉄、マンガンの除去又は酸化に生物ろ過が利用されている。

例えば、特許文献１には、生物ろ過を利用して、被処理水中に含まれるアンモニア、鉄、マンガンを浄化処理する生物ろ過装置が提案されている。この特許文献１の装置によれば、生物ろ過装置内のろ層に付着した鉄バクテリアや、硝化菌等の微生物の働きにより、被処理水中のアンモニア、鉄、マンガンが酸化され、ろ層上に、酸化不溶化した鉄、マンガンが捕捉される。

ここで、生物ろ過装置において、被処理水中に含まれるアンモニア、鉄、マンガン等を効果的に処理するためには、生物ろ過装置に供給される被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を制御することが必要である。

例えば、被処理水のＤＯが高いと、被処理水中のイオン状シリカがコロイダルシリカとなって鉄と結合してしまったり、優先種となっている鉄バクテリアの種類によっては鉄除去性能が低下したりする。一方、被処理水のＤＯが低いと、鉄の除去率は高くなるが、ろ層上に捕捉された鉄により、ろ層の閉塞が起こりやすく、ろ過継続時間が短くなってしまう。

ここで、被処理水への曝気方法としては、スプレー方式（噴水式）の曝気方法、カスケード方式の曝気方法等が従来から知られており、いずれも被処理水を大気と接触させ、大気中の酸素を被処理水に溶解させる方法である。しかし、このような方法では、被処理水のＤＯを適切に制御することが困難となる。また、ある程度のＤＯを確保しようとすると、装置が大型化する問題もある。

特開２００５−２８８４１７号公報

そこで、本発明の目的は、被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）の制御を容易に行うことができる生物ろ過装置を提供することにある。

本発明は、ろ材を充填したろ層に被処理水を下降流で通過させ、前記ろ材に付着した生物により処理する生物ろ過装置であって、前記ろ層を備える本体部と、前記被処理水を前記本体部に供給する被処理水供給手段と、前記ろ層上方の本体部内の被処理水に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、前記本体部内の被処理水の水位を調整する水位調整手段と、を有し、前記水位調整手段は、前記被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を高くする場合、前記水位を高くし、前記被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を制御する。

また、前記生物ろ過装置において、前記水位調整手段は、前記ろ層を通過し、前記本体部から排出される処理水の流量を調整する流量調整弁を有し、前記流量調整弁の開度の調整により、前記被処理水の水位を調整することが好ましい。

また、前記生物ろ過装置において、前記ろ層上方の本体部内の被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）又は前記ろ層を通過した後の処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）のうち少なくともいずれか一方を測定する溶存酸素濃度（ＤＯ）測定手段を備え、前記溶存酸素濃度（ＤＯ）測定手段の測定結果に応じて、前記酸素含有ガス供給手段による酸素含有ガス供給量の調整及び前記水位調整手段による水位調整を行い、前記被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を制御することが好ましい。

本発明によれば、被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を容易に制御することが可能となる。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本実施形態の生物ろ過装置では、アンモニア、鉄及びマンガンを含有する深井戸水を処理対象として説明する。図１は、本実施形態に係る生物ろ過装置の構成の一例を示す模式図である。生物ろ過装置１の本体部１０には、生物が付着するろ材が充填されたろ層１２が形成されている。また、ろ層１２の上方には、網１４が設置されている。この網１４は、逆流水洗浄時にろ層１２を構成するろ材の流出を防止するためのものである。

ろ層１２を構成するろ材は、硝化菌、マンガン酸化細菌、鉄バクテリア等の微生物が付着する担体であれば特に制限されるものではないが、例えば、微生物の付着性、保持性に優れたポリエステル製繊維ろ材、セラミック製ペレット、ポリプロピレン製円筒ろ材等が用いられる。

ろ層１２上方の本体部１０には、被処理水流入口（不図示）が設けられている。そして、被処理水流入管１６が、被処理水流入口に接続されており、井戸ポンプ１８によって汲み上げられた深井戸水（被処理水）が、被処理水流入管１６を通って、本体部１０内に供給される。ここで、本体部１０内に被処理水を供給する際には、スプレー方式の曝気方法、カスケード方式の曝気方法等のように被処理水を大気と接触させ、大気中の酸素を被処理水に溶解させてもよい。しかし、本実施形態では、後述する酸素含有ガス供給装置によって、ろ層１２上方の本体部１０内の被処理水に酸素含有ガスを供給し、被処理水に酸素を溶解させるため、上記従来の曝気方法を必ずしも採用する必要はない。

ろ層１２の下方側本体部１０には、ろ層１２を通過した処理水を排出する処理水排出口（不図示）が設けられており、処理水排出管２０の一端が処理水排出口に接続されている。

本実施形態の処理水排出管２０には、本体部１０から排出される処理水の流量を調整する流量調整弁２２が設けられている。そして、この流量調整弁２２の開度を調整することで、本体部１０内の被処理水の水位が調整される。なお、被処理水の水位調整方法は、これに限定されるものではなく、例えば、図１に示す貯留槽２４に可動堰を設置し、この可動堰の高さを調整することで、被処理水の水位を調整してもよい。

本実施形態の生物ろ過装置１には、ろ層１２上方の本体部１０内の被処理水に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置が設けられている。酸素含有ガス供給装置は、空気ブロワ２８と、空気流入管３０とを備える。空気流入管３０は、ろ層１２上方の本体部１０内に挿入されており、複数の放出口３２が設けられている。そして、空気ブロワ２８から導入された酸素含有ガス（空気）は、空気流入管３０を通り、放出口３２から放出され、ろ層１２上方の本体部１０内の被処理水に供給される。酸素含有ガスの供給量の調整は、例えば、空気流入管３０に設けられる弁３０ａの開度、空気ブロワ２８の出力を調整することにより行われる。

また、本実施形態の生物ろ過装置１には、ろ材の逆流水洗浄を行う逆流水洗浄装置が設けられている。逆流水洗浄装置は、貯留槽２４、逆流水ポンプ３４、逆流水流入管３６を備える。貯留槽２４には、本体部１０から排出される処理水が導入される処理水供給口（不図示）が設けられており、処理水排出管２０の他端（本体部１０側と反対側）が処理水供給口に接続されている。また、貯留槽２４の逆流水排出口（不図示）とろ層１２下方の本体部１０の逆流水供給口（不図示）とは、逆流水流入管３６により接続されている。そして、逆流水ポンプ３４により導入された処理水が、逆流水流入管３６を通り、ろ層１２に向けて供給され、逆流水洗浄が行われる。

また、本実施形態の生物ろ過装置１には、ろ材の空気洗浄を行う空気洗浄装置が設けられており、逆流水洗浄と合わせて空気洗浄も行うことができるようになっている。空気洗浄装置は、空気ブロワ２８、空気洗浄用配管３８を備える。本実施形態では、空気洗浄装置の空気ブロワ２８と酸素含有ガス供給装置の空気ブロワ２８とを兼用させているが、各装置それぞれに、専用の空気ブロワを設置してもよい。また、空気洗浄用配管３８は、ろ層１２の下方側の本体部１０の空気洗浄口（不図示）に接続されている。そして、空気ブロワ２８から導入された空気が、空気洗浄用配管３８を通り、ろ層１２に向けて噴出され、空気洗浄が行われる。

また、本実施形態の生物ろ過装置１には、本体部１０内の被処理水の水位を計測する水位計測器４０、ろ層１２上方の本体部１０内の被処理水のＤＯ、ろ層１２を通過した後の処理水の溶存酸素濃度（以下単にＤＯと表記する場合がある）を測定する溶存酸素濃度測定器４２（以下単にＤＯ測定器と表記する場合がある）、本体部１０に供給される被処理水の流量、本体部１０から排出される処理水の流量を計測する流量計測器４４ａ，４４ｂを備えている。上記これらの計測器により計測したデータは、制御部４６に送信されるように電気的に接続されている。そして、各計測器による計測結果に応じて、制御部４６により、処理水排出管２０に設けられる流量調整弁２２、空気流入管３０に設けられる弁３０ａの開度等が調整される。

なお、生物ろ過装置１の後段（又は貯留槽２４の後段）には、生物ろ過装置により得られる処理水に凝集剤、塩素剤を添加して、処理水中に残留する不純物（鉄、マンガン等）を除去する急速ろ過池を設置してもよい。

次に、本実施形態の生物ろ過装置１の運転方法について説明する。井戸ポンプ１８を稼働させると共に、被処理水流入管１６の弁１６ａを開放して、井戸ポンプ１８により汲み上げられた被処理水を被処理水流入管１６から生物ろ過装置の本体部１０に供給する。その後、酸素含有ガス供給装置の空気ブロワ２８を稼働させると共に、空気流入管３０の弁３０ａを開放し、空気ブロワ２８により導入された空気を空気流入管３０からろ層１２上方の本体部１０内の被処理水に供給する。

ここで、本実施形態では、酸素含有ガス供給装置による空気（酸素含有ガス）供給量の調整及び流量調整弁２２による被処理水の水位調整のうちの少なくともいずれか一方を行うことにより、被処理水のＤＯを制御する。例えば、被処理水のＤＯを高くする場合には、被処理水と空気供給装置から供給される空気との接触率を高くすればよいため、空気の供給量を多くするか、被処理水の水位を高くするか、又は上記両方を行う必要がある。すなわち、被処理水のＤＯを高くする場合には、空気流入管３０の弁３０ａ、処理水排出管２０の流量調整弁２２の開度を大きくすればよい。なお、空気ブロワ２８の出力を上げることにより、空気の供給量を多くしてもよい。

ここで、被処理水のＤＯは、被処理水中のアンモニア、鉄、マンガン等を効率的に処理することが可能な値（所定値）で、一定に制御されることが好ましい。被処理水のＤＯが一定の所定値となるように精密に制御することができる点で、ＤＯ測定器４２によりろ層１２上方の本体部１０内の被処理水のＤＯ、ろ層１２を通過した後の処理水のＤＯのうち少なくともいずれか一方を測定し、その測定結果に応じて、制御部４６により空気流入管３０の弁３０ａ、処理水排出管２０の流量調整弁２２の開度のうち少なくともいずれか一方を調整することが好ましい。

本実施形態では、水位計測器４０のデータ、被処理水流入管１６に設けられた流量計４４ａ、処理水排出管２０に設けられた流量計４４ｂのデータ等に基づいて、制御部４６により流量調整弁２２（及び被処理水流入管１６の弁１６ａ）の開度を調整し、被処理水の水位を調整することが好ましい。これは、被処理水に対するろ層１２の通水抵抗が、ろ層１２に付着した鉄、マンガン等の影響によって、経時的に増加し、被処理水の水位が変動するからである。

なお、本実施形態では、被処理水中のＤＯの制御速度を高めることができる点で、空気供給装置による空気（酸素含有ガス）供給量の調整、流量調整弁による被処理水の水位調整に加え、スプレー方式による噴水式の曝気方法や、カスケード方式の曝気方法等を併用することが好ましい。

酸素含有ガスが供給された被処理水は、ろ層１２を通過する際に、ろ層１２を構成するろ材に付着する硝化菌、マンガン酸化細菌、鉄バクテリア等の微生物によって、被処理水中のアンモニア、鉄、マンガンが酸化され、酸化不溶化した鉄、マンガン等がろ材に捕捉される。そして、ろ層１２を通過した処理水は、処理水排出管２０を通り、貯留槽２４に供給される。

このような生物ろ過装置１の運転を続けると、上記でも説明したように、鉄、マンガン等の不純物の付着量が増加していき、ろ層１２の通水抵抗が増加してしまう。したがって、被処理水の流れとは逆向きに洗浄水（逆流水）を流し、ろ層１２を構成するろ材を洗浄する、所謂、逆流水洗浄を定期的に行う必要がある。

そして、逆流水洗浄を行うには、逆流水ポンプ３４を稼働させると共に、処理水排出管２０の流量調整弁２２を閉じ、逆流水流入管３６の弁３６ａを開放させて、貯留槽２４内の処理水を逆流水流入管３６から本体部１０に供給する。そして、本体部１０に供給された処理水を被処理水の流れとは逆向きに流し、ろ材を洗浄する。

また、逆流水洗浄の際には、空気ブロワ２８を稼働させると共に、空気流入管３０の弁３０ａを閉じ、空気洗浄用配管３８の弁３８ａを開放させて、空気を空気流入管３０から本体部１０に供給し、ろ材を空気洗浄することが好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１においては、図１に示したものと同様の生物ろ過装置を用いて、酸素含有ガス供給装置による酸素含有ガス供給量の調整及び流量調整弁による被処理水の水位調整を行い、被処理水のＤＯを６±０．５ｍｇ／Ｌ、８±０．５ｍｇ／Ｌに制御した。そして、被処理水をろ過速度２４０ｍ／ｄでろ材に通水させ、生物ろ過処理を行った。図２に、実施例１における被処理水の通水日数と処理水の水質結果との関係を示す。なお、実施例１におけるその他の試験条件は以下の通りである。

＜水処理装置＞
生物ろ過装置の本体部サイズ：Φ２５０ｍｍ×Ｈ４０００ｍｍ
ろ材：Φ４．０ｍｍ×Ｌ４．０ｍｍ、比重１．２５の円筒形ポリプロピレン製ろ材を採用し、これを１５００ｍｍの層高で充填した。
＜被処理水＞
被処理水：鉄３．０ｍｇ／Ｌ、マンガン０．４５ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素０．５ｍｇ／Ｌ含有の深井戸水
水温：約２０℃

＜生物ろ過装置の逆流水洗浄条件＞
被処理水の水位が２ｍまで上昇するか、若しくは４８時間毎に、逆流水洗浄を行った。

図２から判るように、ＤＯを６±０．５ｍｇ／Ｌに調整した被処理水では、アンモニアの除去率がほぼ１００％になるまで３０日程度の通水日数を要し、マンガンの除去率が９０％以上になるまでに１００日程度の通水日数を要した。一方、ＤＯを８±０．５ｍｇ／Ｌに調整した被処理水では、３０日程度の通水日数でアンモニアの除去率がほぼ１００％、マンガンの除去率が９５％以上になった。すなわち、ＤＯを高くすることにより、ろ材上での生物馴養期間を短縮することができ、生物ろ過装置の早期立ち上げが可能であると云える。ここで、従来のカスケード方式の曝気方法等によりＤＯを６±０．５ｍｇ／Ｌ以上に調整するには、被処理水の落下位置と本体部内の水面との距離を非常に大きくする必要がある。また、ＤＯを一定に制御することも難しい。しかし、本実施形態では、酸素含有ガス供給装置による酸素含有ガス供給量の調整及び流量調整弁による被処理水の水位調整により、生物ろ過装置の立ち上げに好ましいＤＯ値まで（８±０．５ｍｇ／Ｌ）容易に上昇させることが可能であり、且つ一定に制御することも容易である。

実施例２においては、図１に示したものと同様の生物ろ過装置を用いて、酸素含有ガス供給装置による酸素含有ガス供給量の調整及び流量調整弁による被処理水の水位調整を行い、被処理水のＤＯを６±０．５ｍｇ／Ｌ、７±０．５ｍｇ／Ｌ、８±０．５ｍｇ／Ｌに制御した。被処理水をろ過速度２４０ｍ／ｄでろ材に通水させ、生物ろ過処理を行った。その他の試験条件は、実施例１と同様に行った。表１に、通水日数１００日経過後の処理水の水質結果をまとめた。

表１の通水日数１００日経過後の処理水の水質結果から判るように、ＤＯを６±０．５ｍｇ／Ｌに調整した被処理水では、鉄の除去率９７％、マンガンの除去率９０％、アンモニアの除去率１００％となった。そして、ＤＯを高くするにつれて、鉄の除去率は低下するが、マンガンの除去率は上昇し、ＤＯを７±０．５ｍｇ／Ｌを調整した被処理水では、鉄の除去率９５％、マンガンの除去率９６％、アンモニアの除去率１００となり、ＤＯを８±０．５ｍｇ／Ｌに調整した被処理水では、鉄の除去率が９２％、マンガンの除去率が９７％、アンモニアの除去率は１００％となった。このような結果から、鉄、マンガン、アンモニアを同時に効率的に除去するには、被処理水のＤＯを７±０．５ｍｇ／Ｌに調整することが好ましい。

また、生物ろ過装置の立ち上げ期間（生物の馴養期間）では、被処理水のＤＯを８±０．５ｍｇ／Ｌに調整し、立ち上げ後の期間（生物ろ過処理期間）では、被処理水のＤＯを７±０．５ｍｇ／Ｌに調整することがより好ましい。このような被処理水のＤＯの調整は、従来のカスケード方式の曝気方法等より、本実施形態の方法（酸素含有ガス供給装置による酸素含有ガス供給量の調整及び流量調整弁による被処理水の水位調整）の方が、容易であり精密に行うことができる。

また、表２に、実施例２におけるろ過継続時間の結果をまとめた。このろ過継続時間とは、ろ過速度２４０ｍ／ｄの生物ろ過で、本体部内の被処理水の水位が２ｍ上昇するまでに掛かった時間である。

表２から判るように、ＤＯを７±０．５ｍｇ／Ｌ以上に制御した被処理水では、ろ過継続時間を４８時間以上確保することができた。なお、従来のカスケード方式の曝気方法等では、被処理水のＤＯを一定に制御することが困難であり、例えばＤＯ７±０．５ｍｇ／Ｌに一定に制御したつもりでも、ＤＯが変動してしまうため、安定したろ過継続時間を確保することは難しい。

本実施形態に係る生物ろ過装置の構成の一例を示す模式図である。実施例１における被処理水の通水日数と処理水の水質結果との関係を示す図である。

符号の説明

１生物ろ過装置、１０本体部、１２ろ層、１４網、１６被処理水流入管、１６ａ，３０ａ，３６ａ，３８ａ弁、１８井戸ポンプ、２０処理水排出管、２２流量調整弁、２４貯留槽、２８空気ブロワ、３０空気流入管、３２放出口、３４逆流水ポンプ、３６逆流水流入管、３８空気洗浄用配管、４０水位計測器、４２ＤＯ測定器、４４ａ，４４ｂ流量計測器、４６制御部。

Claims

ろ材を充填したろ層に被処理水を下降流で通過させ、前記ろ材に付着した生物により処理する生物ろ過装置であって、
前記ろ層を備える本体部と、
前記被処理水を前記本体部に供給する被処理水供給手段と、
前記ろ層上方の本体部内の被処理水に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
前記本体部内の被処理水の水位を調整する水位調整手段と、を有し、
前記水位調整手段は、前記被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を高くする場合、前記水位を高くし、前記被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を制御することを特徴とする生物ろ過装置。
請求項１記載の生物ろ過装置であって、前記水位調整手段は、前記ろ層を通過し、前記本体部から排出される処理水の流量を調整する流量調整弁を有し、前記流量調整弁の開度の調整により、前記被処理水の水位を調整することを特徴とする生物ろ過装置。
請求項２記載の生物ろ過装置であって、前記ろ層上方の本体部内の被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）及び前記ろ層を通過した後の処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）のうち少なくともいずれか一方を測定する溶存酸素濃度（ＤＯ）測定手段を備え、前記溶存酸素濃度（ＤＯ）測定手段の測定結果に応じて、前記酸素含有ガス供給手段による酸素含有ガス供給量の調整及び前記水位調整手段による水位調整を行い、前記被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を制御することを特徴とする生物ろ過装置。