JP6734901B2

JP6734901B2 - スポンジ鉄及び活性汚泥を用いた汚水からの窒素とリンの除去装置及び方法

Info

Publication number: JP6734901B2
Application number: JP2018199603A
Authority: JP
Inventors: 文亭江; 東洋魏; 翔魏; 永鋼伍; 涛賀; 暁文劉; 禧陳; ウェン周; 家亮朱
Original assignee: Anhui Normal University; South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: Anhui Normal University; South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: JP2020062634A; US20200109073A1; US10800686B2

Description

本発明は、スポンジ鉄及び活性汚泥を用いた汚水からの窒素とリンの除去装置及び方法に関する。

近年、汚水処理フィラーの継続的な開発により、担体結合微生物固定化法は一般的になってきた。この方法では、規定された空間領域に遊離の細胞または酵素を化学的または物理的方法で配置することにより、それらを活性状態に保ち、繰り返し使用できる。そして、高い生物学的密度及び迅速な応答という利点を有する。特に、ポリウレタン発泡体に代表される有機多孔質キャリアでは、その独特な空間構造により、硝化細菌の増殖に必要な好気性かつ無酸素性の微小環境を提供できる。そのため、硝化と脱窒を同時に実現可能な反応器を提供する。キャリアは、好気性反応器での脱窒速度を大幅に向上させるが、リン除去にほとんど効果を有しない。研究により、ゼロ価の鉄系材料が、微生物活性の改善と化学凝集作用により、反応器の処理効果を向上させることが実証された。特に鉄はリンと反応して沈殿するため、リンの除去効果が向上する。

スポンジ鉄は、その特別な多孔質スポンジ構造のため、比表面積が大きく、表面エネルギーが大きいという特徴を有する。さらに、強い電気化学的濃縮、酸化還元、物理的吸着及び凝集沈殿特性を有する。生物固定化担体のフィラーとして、スポンジ鉄は、以下の利点を有する。
１）微生物の濃縮と増殖に十分な空間を提供し、生化学反応器内の様々な好気性、通性および嫌気性微生物の相乗的共存にとって良好な“微環境”を提供する。
２）特別な化学組成により、大量の一次電池を形成することができる。電極反応によって生成した新しい状態のＦｅ^２＋ならびにさらなる酸化により生成したＦｅ^３＋及びそれらの水和物は、沈殿、凝集、吸着及び掃引等の反応により、汚水中の窒素とリンの濃度を大幅に低減することができる。
３）生物学的鉄の効果を有し、活性汚泥の浄化機能を強化することができる。
しかし、スポンジ鉄は、実際に工業的に利用する場合、沈殿しやすい、固定されにくい、汚水との接触面が小さいなどの問題が存在し、特に硬化する可能性があるため、生化学タンクに直接投入することが難しい。

上記従来技術の問題に対して、本発明者らは、スポンジ鉄の改質と活性汚泥の接種により、スポンジ鉄を用いた従来の下水処理と比較して、窒素とリンの除去効率を向上させることができることを見出した。

本発明の目的は汚水からの窒素とリンの除去方法を提供することであり、当該方法は、スポンジ鉄の改質、複合フィラーの調製、汚泥の接種及び馴化、ならびに汚水処理のステップを含む。
上記方法は、以下のステップを含む。
１）スポンジ鉄を希酸溶液で処理し、リンスして中性にし、次いで硫酸銅溶液で処理し、濾過して溶液を除去することにより固体改質スポンジ鉄を得るステップ。

２）上記固体改質スポンジ鉄を粉砕し、モンモリロナイト、多孔質ガラス、焼成粘土、マグネシア、ボーキサイト、光架橋プレポリマー、及び桐の粗粒と混合して、第一の固相混合物を得、ポリエチレングリコール粉末とエチレングリコールを混合し、押出成形し、ペレット化した後、上記第一の固相混合物と混合し、ナノシリカ及び化学発泡剤を添加し、混合して第二の固相混合物を得、押出成形して複合フィラーを得るステップ。

３）汚水のｐＨを中性に調整し、上記複合フィラーを浸漬し、活性汚泥を接種して汚泥濃度を１２００〜２６００ｍｇ／Ｌとし、水の導入がなく空気に曝すだけの条件で、空気を導入して溶存酸素量を０．２１〜０．５ｇ／Ｌとし、続いて空気の導入を停止すると共に、０．５〜１時間沈殿させ、続いて汚水を中性のｐＨにし、水の導入がなく空気に曝す条件で、空気を導入して溶存酸素濃度を０．５〜０．８ｇ／Ｌとし、続いて空気の導入を停止すると共に、１．５〜３時間沈殿させ、馴化汚泥を得るステップ。
４）被処理汚水（未処理汚泥）：馴化汚泥＝１．５〜３：１の体積比になるように、上記馴化汚泥を添加するステップ。

ｉ）溶存酸素濃度（ＤＯ）が２．３〜３．５ｍｇ／Ｌの条件で、油圧保持時間（ＨＲＴ）１０時間で３〜８日間操作し、続いて油圧保持時間（ＨＲＴ）を８時間に短縮して４〜７日間操作し、さらに油圧保持時間（ＨＲＴ）を３〜４時間に短縮して１〜５日間操作する初期操作を行う。

ｉｉ）溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．０１ｍｇ／Ｌ≦ＤＯ＜０．０８ｍｇ／Ｌの条件で、油圧保持時間６〜８時間で５〜７日間操作し続ける。初期操作後、各操作サイクルで汚泥は汚泥乾燥タンクでの乾燥ステージまで除去処理が続いている。次の操作サイクルに使用するため、２５％の活性汚泥を保持する。馴化汚泥は追加せず、５〜８サイクルごとに複合フィラーを１回交換する。
本発明の一実施態様によれば、上記汚水から窒素及びリンを除去する方法は、以下のステップを含んでもよい。

１）スポンジ鉄を希酸溶液で洗浄した後、６０℃を超えないように制御して、希酸溶液の還流下で加熱し、加熱を停止した後、脱イオン水でリンスして溶液を中性にし、次に硫酸銅溶液に入れて反応させ、溶液温度を３２〜３６℃に制御し、濾過により余分な溶液を除去し、固形分を純水で洗浄し、乾燥して、固体改質スポンジ鉄を得る。

２）上記固体改質スポンジ鉄を粉砕し、以下の重量部のモンモリロナイト、多孔質ガラス、焼成粘土、マグネシア、ボーキサイト、光架橋プレポリマー、及び桐の粗粒と混合して第一固相混合物を得る。上記混合比は、固体改質スポンジ２５〜４３重量部に対して、モンモリロナイト６〜９重量部、多孔質ガラス１〜４重量部、焼成粘土２〜３重量部、マグネシア１．２〜６重量部、ボーキサイト１．５〜３．５重量部、光架橋プレポリマー５〜１１重量部、桐の粗粒２０〜２２重量部である。上記桐の粗粒は、天然桐の枝を切断し、蒸し、粉砕することにより製造する。さらに、１４０〜２３０重量部のポリエチレングリコール粉末と１０〜８０重量部のエチレングリコールを混合し、押出成形し、ペレット化する。得られたペレットを第一固相混合物と混合した後、０．２〜３重量部のナノシリカ、０．０６〜１重量部の化学発泡剤を添加し、均一に混合し、第二固相混合物を得、押出成形して複合フィラーを得る。

３）中性のｐＨの汚水に上記複合フィラーを浸漬し、汚泥濃度が１２００〜２６００ｍｇ／Ｌになるように活性汚泥を接種して、溶存酸素量が０．２１〜０．５ｇ／Ｌとなるように空気を導入し、続いて空気の導入を停止し、０．５〜１時間沈殿させた後、汚水を中性のｐHにし、再び、水の導入がなく空気に曝す条件で、溶存酸素濃度が０．５〜０．８ｇ／Ｌになるまで空気を導入した後、空気の導入を停止し、１．５〜３時間沈殿させて、馴化汚泥を得る。
４）被処理汚水（未処理汚泥）：馴化汚泥＝１．５〜３：１の体積比となるように、上記馴化汚泥を添加する。

ｉｉ）溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．０１ｍｇ／Ｌ≦ＤＯ＜０．０８ｍｇ／Ｌとなる条件で、油圧保持時間６〜８時間で５〜７日間操作を続ける。初期操作後、各操作サイクルの汚泥は汚泥乾燥タンクでの乾燥ステージまで除去処理が続いている。次の操作サイクルで使用するために、２５％の活性汚泥を保持する。馴化汚泥は追加せず、５〜８サイクルごとに複合フィラーを１回交換する。

本発明の一実施態様によれば、上記桐の粗粒を製造する方法は、以下のとおりである。天然の桐の小枝を洗浄し、３〜２０ｃｍの長さに切断し、表面に３質量％の炭酸ナトリウム溶液を均一に噴霧し、蒸気炉に入れて２〜５時間蒸し、取り出して室温まで冷却し、乾燥して、粉砕機で粒径が１〜３ｍｍの粗粒に粉砕する。

本発明の一実施態様によれば、上記活性汚泥は、汚水処理場の未処理の汚泥と、嫌気性アンモニア酸化粒状汚泥及び嫌気性粒状汚泥とを１．５~３：１の体積比（未処理の汚泥：嫌気性アンモニア酸化粒状汚泥及び嫌気性粒状汚泥）で混合し、粒状汚泥の濃度を約３〜５ｇ／Ｌとし、混合活性汚泥内に、好気性及び嫌気性の両方の細菌を含むように調製する。
上記汚水処理場の未処理の汚泥と、嫌気性アンモニア酸化粒状汚泥及び嫌気性粒状汚泥とは、２：１の体積比で混合するのが好ましい。

さらに、前記活性汚泥に鉄細菌を接種し、好ましくは、活性汚泥の総重量における鉄細菌の割合を０．０３〜０．１重量％とし、鉄細菌が鉄を酸化し、生物学的酸化反応によりＦｅ^０→Ｆｅ^２＋＋Ｆｅ^３＋とする。スポンジ鉄で製造された複合フィラーと同じ反応器で使用すると相補作用が得られ、特にリン除去効率を向上させることができる。

さらに、交換した複合フィラーは回収処理ができる。５〜８サイクル後に交換された複合フィラーを、パワーを１１００〜１３００Ｗとして、マイクロ波を３〜１０分間照射処理し、続いて純水で洗浄して中性にし、乾燥する。等重量のポリエチレングリコール粉末及び０．２〜３質量％のエチレングリコールを混合し、二軸スクリュー押出機で押出し、ペレット化し、マイクロ波処理後の複合フィラーと混合し、続いて０．１〜０．５質量％の化学発泡剤を加え、均一に混合し、複数台の直列連結された一軸スクリュー押出機で押出して、再生複合フィラーを得ることにより、さらに２〜４サイクルの使用が可能となる。
本発明の第二の目的は、スポンジ鉄及び活性汚泥を用いて汚水脱窒とリン除去を行う装置を提供することであり、迅速かつ効率的な脱窒とリン除去を実現する。
本装置は、具体的には、スポンジ鉄及び活性汚泥を用いて汚水の脱窒とリン除去を行う装置であって、
汚水を収容する原水タンクと、

上記原水タンクに接続し、その底部に汚水及び汚泥を排出するための第一排出弁が設けられた、汚水のｐＨを中性に調整するための、ｐH調製タンクと、
上記ｐＨ調整タンク内に位置し、汚水の温度を２８〜３２℃に調整するための温度調整装置と、

上記ｐＨ調整タンクに接続し、スポンジ鉄を用いて製造された複合フィラーを収容し、活性汚泥を馴化し、かつ汚水処理を行うための一段ＳＢＢＲ反応器と、
上記一段ＳＢＢＲ反応器に接続し、底部に汚水を排出するための第二排出弁が設けられた中間水タンクと、

上記中間水タンク及び上記ｐＨ調整タンクにそれぞれ接続し、スポンジ鉄を用いて製造された複合フィラーを収容し、活性汚泥を馴化し、かつ汚水処理を行うために用いられる二段ＳＢＢＲ反応器と、
前記二段ＳＢＢＲ反応器に接続され、底部に汚水及び汚泥を排出するための第三排出弁を設けた排水タンクと、を含むことを特徴とする装置、である。
上記装置において、上記一段ＳＢＢＲ反応器は、

上記一段ＳＢＢＲ反応器の下部に位置する第一曝気装置であって、上記一般ＳＢＢＲ反応器の外部に位置する第一ガスポンプからガスを供給し、上記第一ガスポンプとの間の管路上に第一ガス流量制御弁を設けた、第一曝気装置と
第一曝気装置の上方に設けた第一支持板と、

上記第一支持板と上記一段ＳＢＢＲ反応器の頂部との間に取り付けられ、スポンジ鉄を用いて製造された複合フィラーを収容するための、第一フィラーブラケットと、
上記第一曝気装置と上記第一支持板との間に設けられ、上記一段ＳＢＢＲ反応器の外部に位置する第一駆動モータで駆動される第一撹拌器と、
上記一段ＳＢＢＲ反応器内の溶存酸素濃度を測定するための溶存酸素濃度測定装置と
上記一段ＳＢＢＲ反応器（３）の上部に位置し、上記一段ＳＢＢＲ反応器内の汚水を中間水タンクに排出するために用いられる第一排水弁と、を含むことを特徴とする。
特に好ましくは、上記第一フィラーブラケットの体積が、上記一段ＳＢＢＲ反応器の総容積の３／５〜４／５を占める。

上記装置において、上記二段ＳＢＢＲ反応器は、
上記二段ＳＢＢＲ反応器の下部に位置する第二曝気装置であって、上記二段SＳＢＢＲ反応器の外部に位置する第二ガスポンプからガスを供給し、上記第二ガスポンプとの間の管路上に第二ガス流量制御弁を設けた第二曝気装置と、

上記第二曝気装置上の上方に設けられた第二支持板と、
上記第二支持板と上記二段ＳＢＢＲ反応器の頂部との間に取り付けられ、スポンジ鉄を用いて製造された複合フィラーを収容するための第二フィラーブラケットと、
上記第二曝気装置と上記第二支持板との間に設けられ、二段ＳＢＢＲ反応器の外部に位置する第二駆動モータにより駆動する第二撹拌器と、
二段ＳＢＢＲ反応器内の溶存酸素濃度を測定するための溶存酸素濃度測定装置と、
上記二段ＳＢＢＲ反応器上部に位置し上記二段ＳＢＢＲ反応器内の汚水を上記中間水タンクに排出するために用いられる第二排水弁を含むことができる。
特に好ましくは、第二フィラーブラケットの体積が、二段ＳＢＢＲ反応器の総容積の３／５〜４／５を占める。

上記装置は多段濾過吸着カラムを含むこともあり、排水タンクから上記多段濾過吸着カラムに流入する水を浄化し、浄化後の水を出口から排出する。

上記１つ又は複数の装置において、ｐＨ調整タンクと上記一段ＳＢＢＲ反応器との間、ｐＨ調製タンクと二段ＳＢＢＲ反応器との間、中間水タンクと二段ＳＢＢＲ反応器との間及び排水タンクと多段濾過吸着カラムとの間に、汚水ポンピング用の第一吸水ポンプ、第二吸水ポンプ、第三吸水ポンプ、及び第四吸水ポンプがそれぞれ設けられ、上記第一給水ポンプ、第二給水ポンプ、第三給水ポンプ、第一ガス流量制御弁、第二ガス流量制御弁は、それぞれＰＬＣ自動コントローラに電気的に接続する。
本発明の一態様によれば、本発明による汚水の脱窒とリン除去の方法は本発明による装置において実施することができる。
本発明の有益な効果

本発明は、スポンジ鉄を適切な複合フィラーに製造し、反応器に投入し、かつ活性汚泥を接種し、ＳＢＢＲ反応器を用いて汚水の二段処理を行い、スポンジ鉄、活性汚泥及び鉄細菌の共同作用を利用し、ＳＢＢＲ反応器内の溶存酸素濃度を管理して好気性硝化と嫌気性脱窒を行い、１つの反応器内で窒素とリン除去という効果を同時に達成して、高い窒素とリンの除去率を得るものである。

本発明の実施例１による装置の構造概略図である。本発明の実施例３による装置の構造概略図である。

特に記載のない限り、以下の実施例で使用した材料及び試薬は、いずれも当業界で一般に使用されるかまたは市販されるものである。
実施例１
図１を参照して、本実施例のスポンジ鉄及び活性汚泥を用いて汚水の脱窒と脱リンを行う装置を説明する。

本実施例の装置は、汚水を収容する原水タンク（１）と、原水タンク（１）に接続するｐＨ調整タンク（２）とを含む。ｐＨ調整タンク（２）の底部に汚水及び汚泥を排出するための第一排出弁（２１）が設けられる。ｐＨ調整タンク（２）では汚水のｐＨを中性に調整し、第一給水ポンプ（６１）により、一段ＳＢＢＲ反応器（３）にポンピングして初期処理を行う。処理後の汚水は第一排水弁（３２）により中間水タンク（１０）に排出される。中間水タンク（１０）の底部には、第二排出弁（１０１）が設けられる。さらに、第二給水ポンプ（６２）により、中間水タンク（１０）の汚水を二段ＳＢＢＲ反応器（４）にポンピングして二段処理を行う。ｐＨ調整タンク（２）内の汚水は第四給水ポンプ（６４に）より、二段ＳＢＢＲ反応器（４）にもポンピングされ、第二排水弁（４２）により汚水は排出水タンク（１１）に排出される。さらに第三給水ポンプ（６３）により汚水をポンピングする。
上記一段ＳＢＢＲ反応器（３）及び二段ＳＢＢＲ反応器（４）内には、曝気装置（９１、９２）、支持板（３５、４５）、フィラーブラケット（３１、４１）、撹拌器（３４、４４）及び溶存酸素濃度測定装置（１３、１４）が備えられる。

一段ＳＢＢＲ反応器（３）及び二段ＳＢＢＲ反応器（４）の下部外側に配置されるエアポンプ（７１、７２）により曝気装置（９１、９２）は、エアを供給する。曝気装置（９１、９２）とエアポンプ（ガスポンプ）（７１、７２）との間の管路上には、それぞれガス流量制御弁（８１、８２）が設けられる。
支持板（３５、４５）は、曝気装置（９１、９２）の上方に設けられる。

フィラーブラケット（３１、４１）は、支持板（３５、４５）とＳＢＢＲ反応器（３、４）の頂部との間に取り付けられ、スポンジ鉄により製造された複合フィラーを収容する。

撹拌器（３４、４４）は、曝気装置（９１、９２）と支持板（３５、４５）との間に設けられ、ＳＢＢＲ反応器（３、４）の外部に配置された駆動モータ（３４、４４）により駆動する。
溶存酸素濃度測定装置（１３、１４）は反応器（３、４）内の溶存酸素濃度を測定するために用いられる。
フィラーブラケット（３１、３４）の体積は、ＳＢＢＲ反応器（３、４）の総容積の３／５〜４／５を占める。

一般的な都市汚水を原水とした。サンプリング量は１００Ｌで、サンプリングを２回繰り返した。水質分析計を使用して測定した主な水質指標は、ＣＯＤＣｒ＝３６０〜４００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１２０〜２６０ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝１２０〜２５０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素＝２５〜５０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１３〜６０ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＝３〜７ｍｇ／Ｌであった。

本実施例の装置を使用して、以下の工程で、汚水の脱窒と脱リンを行った。
１）１０ｇのスポンジ鉄を４質量％の希酸溶液８０ｍｌで洗浄した後、３質量％の希酸溶液１９０ｍｌで、６０℃を超えないように制御して、６０秒間還流加熱した。加熱を停止した後、脱イオン水でリンスして、中性にした。次に１５質量％の１５ｍｌの硫酸銅溶液中に入れた。ここで、溶液温度を３２℃に制御して、１０分間反応させた後、濾過により溶液を除去した。得られた固形分を純水で洗浄し、乾燥させ、固体改質スポンジ鉄を得た。

２）上記固体改質スポンジ鉄を１．６ｍｍまで粉砕し、モンモリロナイト、多孔質ガラス、焼成粘土、マグネシア、ボーキサイト、光架橋プレポリマー、及び桐（キリ学名: Paulownia tomentosa）の粗粒と混合して、第一固相混合物とした。ここで、それぞれの混合比は、重量部で、固体改質スポンジ鉄２５、モンモリロナイト６、多孔質ガラス１、焼成粘土２、マグネシア１．２、ボーキサイト１．５、光架橋プレポリマー５及び桐の粗粒２０とした。
桐の粗粒の製造方法は、以下のとおりである。天然桐の枝を洗浄した後、３ｃｍの長さに切断した。この枝の表面に３質量％の重炭酸ナトリウム溶液を均一に散布し、蒸気炉に入れて蒸気で２時間蒸した。その後、取り出して室温まで冷却して、乾燥してから、粉砕機を用いて粒径が１ｍｍの粗粒に粉砕した。
１４０重量部のポリエチレングリコール粉末と１０重量部のエチレングリコールを混合して、二軸スクリュー押出機で押出して、ペレット化した。得られたペレットを第一固相混合物と混合し、続いて０．２重量部のナノシリカ、０．０６重量部の化学発泡剤を添加し、均一に混合し、第二固相混合物とした。複数台の直列に接続された一軸スクリュー押出機で第二固相混合物を押出して複合フィラーを得た。

３）上記複合フィラーを一段ＳＢＢＲ反応器（３）の第一フィラーブラケット（３１）内に充填した。ここで、充填率は４２％とした。ｐＨ調整タンク（２）により汚水のｐＨ値を６．５に調整し、汚水の温度を２８℃に制御した。第一給水ポンプ（６１）を開き、第二給水ポンプ（６２）を閉じ、被処理汚水を、第一フィラーブラケット（３１）内の複合フィラーが完全に浸漬するまで、一段ＳＢＢＲ反応器（３）に導入した。次に、一段ＳＢＢＲ反応器（３）内に活性汚泥を接種した。活性汚泥は、汚水処理場の未処理汚泥と、嫌気性アンモニア酸化粒状汚泥及び嫌気性粒状汚泥とを２：１の体積比で混合して、粒状汚泥の濃度を約３ｇ／Ｌとした。接種後に一段ＳＢＢＲ反応器（３）内の汚泥濃度は１２００ｍｇ／Ｌとなった。第一エアポンプ（７１）によって一段ＳＢＢＲ反応器（３）にエアを導入して溶存酸素濃度を０．２１ｇ／Ｌとし、続いて空気の導入を停止すると共に０．５時間沈殿させ、第一排水弁（３２）によって汚水を中間水タンク（１０）に排出し、続いてさらに水の導入がなく空気に曝す条件で一段ＳＢＢＲ反応器（３）に、ｐＨ値が６．５の被処理汚水をポンピングし、一段ＳＢＢＲ反応器（３）に空気を導入して溶存酸素濃度を０．５ｇ／Ｌとした。次に、空気の導入を停止すると共に１．５時間沈殿させ、汚水を中間水タンク（１０）に排出し、汚泥馴化を完了した。

第四給水ポンプ（６４）を開き、第二給水ポンプ（６２）の閉鎖を保持し、同様の方法で二段ＳＢＢＲ反応器（４）に複合フィラーを充填し、かつ活性汚泥を接種して、二段ＳＢＢＲ反応器（４）での充填率を４２％として、上記操作方法に従って汚泥馴化を完了した。

４）第四給水ポンプ（６４）を閉じ、第二給水ポンプ（６２）を開き、被処理汚水：馴化汚泥＝１．５：１の体積比になるよう、上記馴化汚泥を添加して初期操作を行った。汚水処理システム内の溶存酸素濃度（ＤＯ）２．３ｍｇ／Ｌの条件下で、油圧保持時間（ＨＲＴ）を１０時間で３日間操作し、次に、汚水処理システム内の溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．０１ｍｇ／Ｌの条件で、油圧保持時間６時間で５日間操作した。処理操作の後に各操作周期のＳＢＢＲ反応器の汚泥は、汚泥乾燥タンクで除去処理が続いて、２５％の活性汚泥を次の操作サイクルの使用に備え保持し、馴化汚泥は追加せず、５つのサイクルごとに複合フィラーを１回交換した。

水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素＝０．５〜４ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜７ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．３ｍｇ／Ｌであり、除去効率は、ＣＯＤＣｒ≧９６％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８７％、ＴＰ≧９２％であった。
実施例２

実施例２は実施例１と基本的に同じであり、活性汚泥にさらに鉄細菌を接種し、鉄細菌が活性汚泥総重量の０．０３質量％を占める。水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜５．８ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．２６ｍｇ／Ｌであり、除去効率は、ＣＯＤＣｒ≧９６％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧９０．６％、ＴＰ≧９５％であった。
結論：活性汚泥への鉄細菌の接種により、リン元素へ除去は大幅に向上する。
実施例３

実施例１の処理水を、さらに多段濾過吸着カラム（５）に通過させる（図２参照）。前記多段濾過吸着カラム（５）内には活性炭を充填し、内部はＳ字型の経路とした。水の主要水質指数の結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜６ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．２８ｍｇ／Ｌであり、除去効率は、ＣＯＤＣｒ≧９６％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧９０．４％、ＴＰ≧９４．４％であった。
結論：多段濾過吸着カラム（５）の処理により、窒素、リンの除去率はさらに向上する。
実施例４

実施例１で交換された複合フィラーを、パワー１２００Ｗのマイクロ波で７分照射し、純水で洗浄して中性にし、乾燥させ、等質量のポリエチレングリコール粉末と１．６質量％のエチレングリコールを混合し、２軸スクリュー押出機で押出してペレット化し、ペレットをマイクロ波で処理した後の複合フィラーと混合し、さらに０．３質量％の化学化学発泡剤を加え、均一に混合し、複数台の直列連結された一軸スクリュー押出機で押し出して、再生複合フィラーを得た。

再生複合フィラーを一段ＳＢＢＲ反応器（３）に入れ、実施例１と同じ処理条件で、３サイクル処理した。水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１５〜４０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝２〜１１ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素＝５〜２４ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜１２ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．７ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９２．７％、ＢＯＤ５≧９６％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８２．２％、ＴＰ≧８６％であった。
結論：交換された複合フィラーは再生処置により再利用でき、処理能力は低減するものの、全体効果は良好であった。
実施例５：
実施例１の方法を利用し、異なるフィラーブラケット体積の処理効果への影響を測定した。
１）一段ＳＢＢＲ反応器（３）及び二段ＳＢＢＲ反応器（４）において、フィラーブラケット体積がそれぞれ総容量の３／５であり、充填率が４２％である時、

水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１２〜３２ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２．２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜１０ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．３８ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９２％、ＢＯＤ５≧９５．６％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８６．８％、ＴＰ≧９０．９％であった。

２）一段ＳＢＢＲ反応器（３）及び二段ＳＢＢＲ反応器（４）において、フィラーブラケット体積がそれぞれ総容量の７／１０であり、充填率が４２％である時、
水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜５ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．２８ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９５％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧９１．６％、ＴＰ≧９２．８％であった。

３）一段ＳＢＢＲ反応器（３）及び二段ＳＢＢＲ反応器（４）において、フィラーブラケット体積が総容量の４／５であり、充填率が４２％である時、
水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１２〜３０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２．３ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜１０ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．３５ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９３％、ＢＯＤ５≧９６．８％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８５．３％、ＴＰ≧９１．５％であった。

４）一段ＳＢＢＲ反応器（３）及び二段ＳＢＢＲ反応器（４）において、フィラーブラケット体積がそれぞれ総容量の９／１０であり、充填率が４２％である時、
水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝２０〜４０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜４ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜２０ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．８５ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９２．１％、ＢＯＤ５≧９５．２％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧７１．２％、ＴＰ≧８３％であった。

結論：前述のフィラーブラケット体積がそれぞれ３／５〜４／５及び２／５〜４／５である時に、汚水処理能力は比較的高く、約７／１０で最大となり、それより体積が大きく又は小さくなると装置の汚水処理能力は低減した（データが示されなかった）。
実施例６

実施例１の方法を利用し、異なる溶存酸素濃度が処理効果に及ぼす影響を測定する。
初期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が２．９ｍｇ／Ｌであり、後期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．０４ｍｇ／Ｌの時、

水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素＝０．５〜４ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜５．３ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．２ｍｇ／Ｌであり、除去効率は、ＣＯＤＣｒ≧９６％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８９．２％、ＴＰ≧９２．５％であった。
初期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が３．５ｍｇ／Ｌであり、後期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．０８ｍｇ／Ｌの時、

水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２６ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素＝０．５〜６ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜８ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．４ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９６％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８７％、ＴＰ≧９２％であった。

実施例７
参考例１：初期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が１．５ｍｇ／Ｌであり、後期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．０００５ｍｇ／Ｌの時、

水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１８〜３０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝２〜２０ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素＝５〜２４ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝２−１６ｇ／Ｌ、ＴＰ＜１．５ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９３．６％、ＢＯＤ５≧９４．２％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧７５．３％、ＴＰ≧７０％であった。

参考例２：初期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が４ｍｇ／Ｌであり、後期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．１ｍｇ／Ｌの時、

水の主要水質指数の測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１８〜４０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝２−２８ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素＝５〜２４ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝３〜２０ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜２．２ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９２．３％、ＢＯＤ５≧９２．１％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧６８．５％、ＴＰ≧５６％であった。

結論：初期の溶存酸素濃度が２．３〜３．５ｍｇ／Ｌ範囲内で、後期の溶存酸素濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ≦ＤＯ＜０．０８ｍｇ／Ｌ範囲内である場合、汚水処理能力が比較的高く、初期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が２．９ｍｇ／Ｌであり、後期の溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．０４ｍｇ／Ｌである時に、汚水処理能力は最も高く、初期の溶存酸素濃度及び後期の溶存酸素濃度が上記範囲内にいない時に、汚水処理能力は比較的低くなる。

実施例８．９
実施例８、９に、実施例１とは異なる割合で、固体改善スポンジ鉄及びその他の成分を混合して得た複合フィラーの使用結果を示す。表１は、固体改質スポンジ鉄とその他の成分の割合である。

実施例８の主要水質指数測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜７．８ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．３８ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９６％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８３．５％、ＴＰ≧８９．４％であった。

実施例９の主要水質指数測定結果は、ＣＯＤＣｒ＝１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５＝１〜２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ＝１〜６ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．４ｍｇ／Ｌであり、除去効率はそれぞれ、ＣＯＤＣｒ≧９６％、ＢＯＤ５≧９７％、ＳＳ＝１００％、ＴＮ≧８４．６％、ＴＰ≧８８．２％であった。
結論：実施例１に示す方法と成分割合でスポンジ鉄及びその他の成分を調製して得た複合フィラーが、最も高い汚水処理能力を示した。実施例１の複合フィラーの組成比が最適値である。
実施例１０

実施例１の方法を利用し、汚水温度の処理効果への影響を測定した。表２に詳細を示す。

結論：汚水温度が２８〜３２℃の時に、良好な処理効果が得られ、特に３０℃の時に、汚水処理効果が最も高くなる。汚水処理温度が２８℃より低く又は３２℃より高くなると、汚水処理能力が低減する。

前述のとおり、本発明の提供する汚水処理プロセス及びシステムを詳細に説明した。本明細書において、本発明の原理及び実施形態を説明するため、具体的な実施例を適用した。本発明の技術的思想に基づいて、当業者であれば、具体的な実施形態、適用範囲、並びに実施過程において容易に変更を加えることができる。よって、本明細書に記載された内容は、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

１−−原水タンク
２−−ｐＨ調整タンク
３−−一段ＳＢＢＲ反応器
４−−二段ＳＢＢＲ反応器
５−−多段濾過吸着カラム
１０−−中間水タンク
１１−−排水タンク
１２−−ＰＬＣ自動コントロ−−ラ
１３、１４−−溶存酸素濃度測定装置
１５−−温度調整装置
２１−−第一排出弁
３１−−第一フィラ−ブラケット
３２−−第一排水弁
３３−−第一駆動モータ
３４−−第一撹拌器
３５−−第一支持板
４１−−第二フィラーブラケット
４２−−第二排水弁
４３−−第二駆動モータ
４４−−第二撹拌器
４５−−第二支持板
６１−−第一給水ポンプ
６２−−第二給水ポンプ
６３−−第三給水ポンプ
６４−−第四給水ポンプ
７１−−第一エアポンプ
７２−−第二エアポンプ
８１−−第一ガス流量制御弁
８２−−第二ガス流量制御弁
９１−−第一曝気装置
９２−−第二曝気装置
１０１−−第二排出弁
１１１−−第三排出弁

Claims

スポンジ鉄とモンモリロナイトと多孔質ガラスと焼成粘土とマグネシアとボーキサイトと桐とポリエチレングリコール粉末とエチレングリコールとナノシリカと化学発泡剤を含有するフィラーと、鉄細菌を含有する活性汚泥とを用いた汚水からの窒素とリンの除去装置であって、
汚水を収容する原水タンク（１）と、
前記原水タンク（１）に接続し、底部に汚水及び汚泥を排出するための第一排出弁（２１）が設けられた、汚水のｐＨを６．５〜７．５に調整するためのｐＨ調整タンク（２）と、
前記ｐＨ調整タンク（２）内に位置し、汚水の温度を２８〜３２℃に調整するための温度調整装置（１５）と、
前記ｐＨ調整タンク（２）に接続し、前記フィラーを収容し、前記活性汚泥を馴化し、かつ好気性硝化と嫌気性脱窒を行うように汚水の溶存酸素濃度を管理して汚水処理を行うための一段ＳＢＢＲ反応器（３）と、
前記一段ＳＢＢＲ反応器（３）に接続し、底部に汚水を排出するための第二排出弁（１０１）を設けた中間水タンク（１０）と、
前記中間水タンク（１０）及び前記ｐＨ調整タンク（２）にそれぞれ接続し、前記フィラーを収容し、前記活性汚泥を馴化し、かつ好気性硝化と嫌気性脱窒を行うように汚水の溶存酸素濃度を管理して汚水処理を行うために用いられる二段ＳＢＢＲ反応器（４）と、
前記二段ＳＢＢＲ反応器（４）に接続し、底部に汚水及び汚泥を排出するための第三排出弁（１１１）を設けた排出タンク（１１）と、を含む、ことを特徴とする
前記フィラー及び前記活性汚泥を用いた汚水からの窒素とリンの除去装置。
前記鉄細菌は、前記活性汚泥総質量の０．０３〜０．１質量％を占める、ことを特徴とする
請求項１に記載の除去装置。