JPH01151998A - セラミックスによる水の浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は都市下水、醸造工業・食品加工・鉄鋼′業等の
産業廃水、河川・湖沼等の水道原水、風呂循環水および
いけす等の水産養殖循環水を浄化する方法に関するもの
である。

（従来の技術） 都市下水、産業廃水などに含有されている有機物を除去
するために、微生物を利用した生物化学的処理方法が広
く用いられている。従来、この方法は活性汚泥処理装置
の曝気槽に活性汚泥（微生物の集合体）を浮遊させ、汚
濁物を分解・除去する活性汚泥処理が一般的であった。

しかし、この方法は活性汚泥を沈降分離する工程でバル
キング現象をおこしやすく、活性汚泥の高濃度化がかな
り困難である。又、汚泥の沈降性、圧密性が悪いために
余剰汚泥量の増大を招き、この処理が大きな問題となっ
ている。

このような標準活性汚泥法の問題点を解決するために、
本発明者等は、既にセラミックスを活性汚泥の固定化担
体に用いた固定床型バイオリアクターによる都市下水お
よび産業廃水の処理方法を開発している（特願昭８１−
１８４９３５号）、このセラミックス固定床型バイオリ
アクターは、活性汚泥を高濃度に維持することができる
ため、標準活性汚泥法と比較すると処理効率を３〜４倍
にあげることが可能であり、又余剰汚泥の発生量を著し
く削減することができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、固定床型バイオリアクターは、従来からあるハ
ニコムチェーブ等の固定化担体を含め、固定化担体の種
類にかかわらず次のような問題点を有している。すなわ
ち、ＢＯＤ容積負荷が２　Ｋｇ／ｍ”・日程度にまで大
きくなると、廃水中の溶存態の有機物は除去できるが、
セラミックス等の固定化担体に付着している汚泥が剥離
し、処理水中に流出してくる。しかもこのような汚泥は
糸状の性状を示し、きわめて沈降性が悪いため、沈降分
離装置で２〜３時間の滞留時間により除去するのはかな
り困難である。このため、セラミックス等を活性汚泥の
固定化担体とする固定床型バイオリアクターの処理水質
は、高負荷処理において、この流出汚泥によってやや悪
化することがしばしば知見される。

このような糸状の汚泥を除去し、処理水質を改善する方
法として、硫酸ばんどポリマー等を注入し凝集沈澱させ
る方法、もしくは砂濾過等により除去する方法等が従来
技術として存在しているが（例えば用水廃水ハンドブッ
ク（２）、産業用水調査会発行）、いずれも設備費、ラ
ンニングコストの増大を招き、かつ操業技術が頭雑とな
ることを余儀なくされてしまう。

本発明は、前述した従来の水の浄化方法において用いら
れる標準活性汚泥法およびセラミックス等を固定化担体
とする固定床方式の活性汚泥処理方法の問題点を解決す
るため、新しい浄化方法を提供する。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、微生物を付着させたセラミックス固定床に酸
素を溶存させた原水を通水して生物化学的に処理した後
、セラミックスを濾材として充填した濾過槽に通水して
処理することを特徴とするセラミックスによる水の浄化
方法である。

（作　用） 本発明者等は、下水の活性汚泥処理方法について研究す
る過程で、活性汚泥が存在する曝気槽にセラミックスを
浸漬すると活性汚泥がセラミックス内部に積極的に入り
込むことを知見した。そして、この知見を基にセラミッ
クスを下水の活性汚泥処理に招ける担体として利用し、
下水を効率的に処理する方法を確立している。

又、本発明者等は、高負荷処理において、セラミックス
固定床から剥離する汚泥の除去方法を研究する過程で、
セラミックスが砂、アンスラサイト等の従来の濾材と比
較してきわめてすぐれた濾過性能を有していることを知
見した。

このセラミックスを濾材として充填したセラミックス濾
過装置は以下のような特徴を有している。まず、６０ｒ
ｒ？／ｒｒ？日以下の濾過速度においても剥離汚泥をほ
ぼ完全に除去でき、しかもセラミックスの空間率が大き
いため、砂、アンスラサイト等の他の濾材と比較して濾
過継続時間を５〜１０倍も長くとることができる。又、
砂、アンスラサイト等の濾材では、逆洗時に濾材の流出
を余儀なくされるが、セラミックス濾材の場合は流出を
考慮しなくてもすむため維持管理がきわめて容易であり
、排水樋を濾材表面近辺に設置することも可能であるた
め、逆洗水量も削減できる。

本発明は以上のような知見に基づいてなされたものであ
り、本発明によれば浄化処理を高効率で行なうことがで
き、しかもＳＳをＯ〜５　ｔｎｇ／１１程度まで除去で
きるので極めてすぐれた処理水質が得られる。

まず、本発明を実施するために用いるセラミックス固定
床からなる固定床型バイオリアクターおよびセラミック
スを充てんした濾過装置の構造について第１図によって
説明する。第１図はセラミックス（例えばサドル型）の
充填材を充填したセラミックス固定床型バイオリアクタ
ーΔと、濾過材としてセラミックスを充填したセラミッ
クス濾過装置互とから構成される水の浄化装置を示す。

バイオリアクターへの中心部にはエアリフト管６が設け
られ、その下部には曝気用の散気管４がパイプを介して
曝気用ブロア３に接続されて設けられている。また、セ
ラミックス固定床５の下部にガスノズル１４を配設して
逆洗用ブロア７からエアーをふきこみ、余剰に付着した
活性汚泥を剥離・除去できるようになっている。セラミ
ックス濾過装置旦にはセラミックス濾過槽１２を設け、
濾材としてセラミックス（例えばサドル型）が０．６〜
２ｍ程度の高さの範囲で充填されている。セラミックス
濾過槽１２の下部には逆洗用の散気管１３がバイブを介
して逆洗用ブロア７および逆洗用ポンプ１１に＃！統さ
れ設けられている。

バイオリアクターＡの逆洗水９もセラミックス濾過装置
互に流入させることによりて処理が可能である。

次１；この装置を用いて処理する方法について説明する
。バイオリアクターΔのセラミックス固定床Ｓ内に活性
汚泥混合液を通してアエレーションを行い、セラミック
スに微生物を付着させた後、原水供給ポンプ２によって
処理原水１をバイオリアクターΔの底部に供給すると同
時に散気管４より曝気を行うことにより、原水はエアリ
フト管６を上昇しながら酸素を溶存させられ、セラミッ
クス固定床５に上方から供給され、セラミックス固定床
Ｓ中を下向流になって通水されながら微生物により生物
化学的に処理される。処理後の生物膜処理水８はセラミ
ックス濾過装置旦の上方からセラミックス濾過槽１２に
導入されて濾過され、下方から清浄な処理水１０として
排出される。

セラミックス固定床５およびセラミックス濾過槽１２が
閉塞した場合も再生利用が可能である。

セラミックス固定床５の閉塞が起りた場合、或いは閉塞
に近い状態になったら、逆洗用ブロア７によりて空気を
１ｄ／ｄ・分程度の流速でガスノズル１４から１５分分
程度曝気すると同時に原水を通水し、余剰の活性汚泥だ
けを簡易に除去することができる。逆洗の頻度は対象原
水の種類によって多少異なるが、通常、１回／週程度の
逆洗で問題は無い、又、セラミックス固定床５からの逆
洗水は、セラミックス濾過装置もしくは図示していない
汚泥濃縮槽に通水することによりて濃縮汚泥と透過液（
上澄液）に分離する。又、セラミックス濾過槽１２が閉
塞に近い状態になった場合は、逆洗用ブロア７によって
散気管１３より空気を１ｄ／ｄ分程度の流速で流すと同
時に逆洗ポンプ１１によって水を０．２〜０．３　ｍ’
／ｎｆ’分程度の流速で５〜１５分程度程度、空気と水
を同時に流入させることにより閉塞している活性汚泥を
ほぼ完全に除去することができる。逆洗の頻度はバイオ
リアクター八から流出する汚泥量により決定されるが、
通常の場合、セラミックス１ｒｒ？あたり３〜４Ｋｇの
汚泥を保持することができる。逆洗水は図示してない汚
泥濃縮槽に通水し、濃縮汚泥と上澄液に分離する。この
ように再生したセラミックスは、活性汚泥の固定化性能
が損われず、また濾過性能も損われることもないため、
再使用が何度でも可能である。

本発明に使用されるセラミックスの原料としては、例え
ばアルミナ、シリカあるいはこれらの混合物、更に金属
を精錬する際に発生するスラグ、あるいは高炉水砕の微
粉末を混合したものなどを用いることができる。中でも
、セラミックスの素材として種々の素材について検討し
た結果、製鉄所の溶鉱炉において銑鉄を製造する際に副
産物として得られるスラグを高圧水により急冷した、い
わゆる高炉水砕を主原料に用いるのが最適である。この
セラミックスは例えば高炉水砕に粘土及び気孔形成材を
配合し、サドル形あるいはリング形、球形等の一定の形
状に成形したのち、焼成することによって得られるもの
である（特願昭８１−２２１６５１号）。

高炉水砕を廃水処理用微生物の固定化担体および濾過材
の主原料に用いる理由は次の通りである。

（１）高炉水砕は、製鉄所の副産物として得られるので
安価であり、また、組成的にも安定している。

（２）高炉水砕の微粉は活性汚泥の固定化担体として優
れており、高炉水砕を原料としたセラミックスは、活性
汚泥の固定化性能が優れている。

（３）高炉水砕はＣａＯを４２〜４５％も含有している
ので、高炉水砕を主原料とすると、アルミナ又はシリカ
を原料にしたセラミックスよりも低温度でセラミックス
が得られる。

このように高炉水砕を主原料にしたセラミックスからな
る廃水処理用微生物の固定化担体は、−般のセラミック
スよりも微生物の固定化性能が優れ、また安価に製造で
きる。また、濾過材としても濾通性能、効率が特にすぐ
れ、安価に製造できる。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。

去」１偲」２（下水の処理） 第１図の浄化装置のセラミックス固定床型バイオリアク
ターΔに高炉水砕を主原料とするサドル型のセラミック
ス（３７４インチ）を５０１、又セラミックス濾過装置
互に前記と同じセラミックスを８ｆｔ充填した。次に重
下水処理場の曝気槽から採取した活性汚泥混合液をバイ
オリアクターΔに入れて１６〜２４時間程度エアレーシ
ョンを行ない、活性汚泥をセラミックスに固定化した。

この状態になワたら第１表に示す人工下水を原水供給ポ
ンプ２でセラミックス固定床５内の滞留時間が６時間に
なるように通水し、順次２週間毎に滞留時間を６時間→
４時間−３時間→２時間に変更した０次いで生物化学処
理後の処理水をセラミックス濾過装置互に通水して濾過
処理した。ＪＡ理結果を第２表に示す。

第１表　人工下水の組成と性状　（ｍｇ＃）第２表　処
理時間と処理水質との関係　（ｍｇ／Ｊり第２表の結果
から、処理時間２ｈ、ＢＯＤ容積負荷量２．４Ｋｇ／ｒ
ｒｉ″・日という高負荷処理においても、濾過水の水質
はＢＯＤ　５　ｍｇ／ｆｌ以下、ＳＳが２　ｔａｇ７１
１以下、ＣＯＯが１０１１１ｇ／Ｉｔ以下であり、良好
な処理が可能である。このことからセラミックス固定床
型バイオリアクターによる処理とセラミックスを濾過材
に用いた濾過装置による処理とを組みあわせた末法は、
一般の下水の活性汚泥法と比べて、処理水質がすぐれ、
しかも４〜５倍の高効率処理が可能であることが明らか
になった。

逃ｍ（産業廃水の処理） 第１図の浄化装置のセラミックス固定球型バイオリアク
ターへに高炉水砕を主原料とするリング型セラミックス
（直径８１ｍｍ、長さ１２））を５０４！、又セラミッ
クス濾過装置旦に前記と同じセラミックスを８ｆｔ充填
し、コークス工場から発生するガス廃液を処理している
活性汚泥処理装置の曝気槽から採取した活性汚泥混合液
をバイオリアクターＡに２０Ｊ２入れて１６〜２４時間
程度エアレーションを行い、活性汚泥をセラミックスに
固定化した。そこで、第３表に示すコークス工場から発
生したガス廃液を４倍に希釈した廃水をＣ００ｍｎ負荷
量が１．５ｋｇ／ｒｒ？・日になるように原水供給ポン
プ２で供給し、処理を行った。

第３表　実験に使用した廃水の性状　（ｍｇ／ｆＬ）固
定化した活性汚泥が第３表の廃水に馴養して処理水のＣ
ＯＤ、ｎが１００ｍｇ／ｆＬ以下になるまで同じ条件で
処理を行い、処理水のＣＯＤ□が１００ｍｇ／Ａ以下に
なったら遂次ＣＯＤ負荷量を増加して処理を行った０次
いで生物化学処理後の処理水をセラミックス濾過装置互
に通水して濾過処理した。その結果を第４表に示す。

第４表　ＣＯＤ容積負荷量と処理水質との関係　（ｍｇ
／ｕ）第４表に示すように、コークス工場から発生する
ガス廃液を本発明の方法で処理した結果、ＣＯＤ容積負
荷量４にｇ／ｍ”・日の高負荷処理を行ってもＣＯＤが
９０ｍｇ／ｆ以下、ＳＳが４０ｍｇ／ｊ２以下の処理水
が得られた。

表ＪＬ医」、＜河川水等水道原水の処理）河川水、湖沼
水等の水道原水のＣＯＤ　、　ＮＨｓ−Ｎ、臭味の高効
率除去方法としても末法を用いることができる。

実施例１と同様にセラミックス固定床型バイオリアクタ
ーΔおよびセラミックス濾過装置互にセラミックスを充
てんした後、セラミックス固定床内の滞留時間が６ｈに
なるように水道原水の通水を開始した。通常２〜３週間
で微生物がセラミックス固定床５に固定化されるため、
この後、順次２週間に滞留時間を短縮し、最終的には固
定床５内の滞留時間をｔｈ、濾過装置の濾過速度を５０
ｒｒ？／ｄ・日になるように設定し、次いで生物化学処
理後の処理水をセラミックス濾過装置に通水して濾過処
理を行う長期間の実験を実施した。

この結果を第５表に示す。

第５表の結果から、セラミックス固定床での滞留時間が
１時間という高負荷処理でも、濾過水中のＫＭｎＯ４消
費量は１０　　ｍｇ／ｆＬ％ＮＨｓ−Ｎが０．０１！０
８／　ｆＬ、臭味２倍であり、良好な処理が可能である
。特に末法は臭味の除去について効果的である（除去率
９０％）ことが明らかになった。又、後工程の砂濾過の
負荷を著しく低減でき、施設全体の小型化が可能である
。

（発明の効果） （１）セラミックス固定床型パイすりアクタ−は活性汚
泥を高濃度に保つことが可能であるため、原水中に溶存
している有機物を高効率に処理することが可能である。

したがって、例えば都市下水の場合であれば、従来法と
比較して生物化学的反応槽の容量を１７３〜１／４にす
ることができる。

（２）後処理工程に用いるセラミックス濾過装置はバイ
オリアクターから剥離する微生物を保持する機能がすぐ
れているため、処理水中に浮遊物がほとんど流出しない
。したがって、きわめて良好な水質を得ることができる
とともに、沈澱池等の重力式沈降分離装置を省略するこ
とができる。

（３）一般の活性汚泥処理に多く用いられている均一混
合型に比べて、生物化学的反応槽内に活性汚泥を均一に
混合する必要がなく、単に原水に酸素を溶解させるのみ
で良いので、従来の方法と比べて曝気用空気に必要な動
力が少なくてすむ。

（４）活性汚泥等の微生物がセラミックス内に固定化さ
れているので、一般の均一混合型活性汚泥処理に発生し
やすい活性汚泥のバルキングが発生しないので、処理が
安定しており、また良好な処理ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための浄化装置の例を示す図
である。 １・・・原水、２・・・原水供給ポンプ、３・・・曝気
用ブロア、４・・・散気管、５・・・セラミックス固定
床、６・・・エアリフト管、７・・・逆洗用ブロア、８
・・・生物膜処理水、９・・・逆洗水、！Ｏ・・・処理
水、１１・・・逆洗ポンプ、１２・・・セラミックス濾
過槽、１３・・・散気管、１４・・・ガスノズル。 第１図 自発手続補正書 平成元年２月１３日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）微生物を付着させたセラミックス固定床に酸素を
   溶存させた原水を通水して生物化学的に処理した後、セ
   ラミックスを濾材として充填した濾過槽に通水して処理
   することを特徴とするセラミックスによる水の浄化方法
   。
2. （２）金属を精錬する際に発生するスラグを原料の一部
   として使用したセラミックスを用いる特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。
3. （３）高炉水砕を原料の一部として使用したセラミック
   スを用いる特許請求の範囲第１項に記載の方法。