JPH03202195A - 汚水処理方法及び装置 - 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、生活廃水等の汚水を生物学的に処理するため
の装置及び方法に関し、ＢＯＤ　（生物化学的酸素要求
量）　、　Ｃ０Ｄ（化学的酸素要求Ｎ）ばかりでなく、
処理水中の窒素濃度及びリン濃度に着目し、これらを共
に低下させるか望ましくは皆無にすることを目的とする
ものである。

〔従来の技術〕

汚水を生物学的に処理する方法として、従来、活性汚泥
法と接触曝気法とが広く採用されている。

前者の活性汚泥法について説明すると、第４図に示す如
く、汚水は最初に流量調節室又は沈澱分離室へ導入して
、流量の平均化を図り又は大部分の固形物を沈澱分離す
る。続いて、曝気室で、汚水と活性汚泥とを好気的環境
の下に攪拌混合する。

曝気室には、プロワ−と散気管の組合せ又は攪拌機等か
らなる曝気装置が備えられ、充分量の空気（Ｍ素〉を供
給しつつ、汚水の攪拌を行う。汚水中の有機物等の汚濁
物質は、活性汚泥中の微生物により、同化９分解、酸化
などの作用を受は或いは汚泥に吸着されて処理される。

曝気室にて生物学的処理の施された処理水は、活性汚泥
と共に次の沈澱室へ移流し、上澄水と沈澱汚泥とに分離
する。上澄水は、消毒室で滅菌したのち排出し、沈澱汚
泥は、原則として汚泥返送路を通して曝気室へ返送され
るが、余剰の汚泥が生成された場合には、これを別途処
理する。

後者の接触曝気法とは、第５図に示すように、最初に汚
水を導入させる流量調節室又は沈澱分離室の次に、微生
物からなる生物膜を表面に付着させた接触材を充填した
接触曝気室を設け、この接触曝気室において汚水の生物
学的処理を行う方法である。流量調節室又は沈澱分離室
にて、流量が平均化し或いは固形物の大部分を分離除去
した汚水を、接触曝気室において、適宜の曝気装置によ
り、好気的条件の下で攪拌する。汚水は、生物膜を付着
させた接触材の間隙を流動する間に、生物膜中の微生物
により分解や同化等の浄化処理を受け、しかるのち沈澱
室へ移送される。沈澱室では、生物膜からの剥離汚泥等
の処理水中に含まれる浮遊物が沈降分離され、上澄水だ
＆ｊが消毒室で滅菌されたのち、排出される。他方、沈
降分離された沈澱汚泥は、余剰の汚泥として別途処理す
る。

前記従来の汚水処理方法は、どちらもＢＯＤ及びＣＯＤ
の低下には有効な手段である。しかしながら、処理水の
排出水域における富栄養化の一因に挙げられる窒素及び
リンの除去について着目した場合、上記処理方法は、い
ずれも充分な成果を上げていない。

窒素の生物学的除去は、有機性窒素が分解されて生じた
アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化する亜硝酸菌及び亜硝
酸をさらに硝酸に酸化する硝酸菌（これらを−括して硝
化菌と言う）と、亜硝酸及び硝酸を窒素ガスに還元する
脱窒菌との協同作用により行われる。ただし、硝化菌の
硝化作用は、好気的条件下で営まれ、逆に脱窒菌の脱窒
作用は、嫌気的条件下でなくては営まれないという制限
がある。従って、汚水中から溶存窒素成分を窒素ガスと
して除去するためには、好気的環境と嫌気的環境とを交
互に反復形成する必要がある。

上に説明した窒素除去の機構を踏まえて、前記従来の汚
水処理方法を検討してみると、活性汚泥法においては曝
気室で、接触曝気法においては接触曝気室で、それぞれ
連続的な曝気がなされるから、活性汚泥又は生物膜中の
微生物は常に好気的環境にさらされる。従って、汚水中
の有機性窒素及びアンモニア性窒素は、硝化菌による硝
化作用しか受けないため、可溶性の硝酸又は亜硝酸まで
しか変化しない。つまり、上記曝気室又は接触曝気室か
ら移送される処理水中に、窒素が可溶性成分として存在
することになり、これは沈澱室では分離不可能であるか
ら、上澄水に含まれたまま排出されざるを得ない。

一方、汚水中からリンを除去する機構は、汚泥や生物膜
中に存在する微生物（脱リン菌〉に汚水中のリンを体内
へ取り込ませ、リンを摂取した脱リン菌を除去すること
で、汚水に含まれるリンを系外へ排除するというもので
ある。通常は、リンを体内に取り込んだ脱リン菌を？ｒ
５泥ごと排出することにより、汚水中のリン除去を行っ
ている。故に、リンの除去効率は、汚泥の排除量と脱リ
ン菌のリン摂取量とに依存することになる。ところで、
脱リン菌は、嫌気的条件下ではリンを放出し、好気的条
件下でリンを摂取するが、嫌気的環境に一定時間保たれ
たのちに好気的環境に移されると、リンの摂取が旺盛に
なるということが知られている。従って、汚水中のリン
除去効率を高めるためには、好気的環境と嫌気的環境と
を交互反復するのが好ましい。

上述のリン除去機構の観点から、前記従来の汚水処理方
法を見ると、いずれの方法も連続的に曝気するから、脱
リン菌のリン摂取効率はそれほど良好ではない。しかも
接触曝気法では、脱リン菌の大部分が生物膜中に存在し
、剥離汚泥と共に系外へ除去される部分は微少であるか
ら、リンの除去量はわずかでしかない。

このように、従来の汚水処理方法は、窒素及びリンの除
去を充分に行えず、依って、処理水の排出水域における
富栄養化の防止が困難であった。

そこで、活性汚泥法及び接触曝気法のそれぞれにおいて
曝気を間歇的に行い、室内環境を好気的と嫌気的とに交
互反復さセることも提案されている。このようにすれば
、汚水中の窒素成分は、まず好気的環境時に硝化菌によ
る硝化作用を受けたのち、嫌気的環境時に脱窒菌が硝酸
及び亜硝酸を窒素ガスに還元するから、処理水中の可溶
性窒素濃度を極めて低くすることができる。また、活性
汚泥法にあっては、脱リン菌を嫌気的環境に置いてリン
摂取の準備状態へ移行せしめることができるから、好気
的環境時のリン摂取が旺盛となり、依って、リン除去効
率が向上する。

（発明が解決しようとする課題） 上に述べたように、間歇的曝気を採用すると、汚水の脱
窒作用が営まれるから、処理水の窒素含有量を低減させ
ることは出来る。しかしながら、依然として、次のよう
な問題が解決されない。

まず活性汚泥法では、曝気室から沈澱室へ移流させた活
性汚泥のうち、増加分だけを余剰汚泥として系外へ引抜
き、残余の部分は曝気室へ返送している。活性汚泥は、
微生物の増殖に伴って増加し、その速度は、負荷の大小
に依存している。

般に、負荷が大きいほど、汚泥の増加は速い。

ところで、リンの除去は、リンを体内に取り込んだ脱リ
ン菌ごと活性汚泥を除去することによりなされる。換言
すると、リンの除去量は、活性汚泥の増加が速くて余剰
汚泥の生成量が大きくなるほど増大する。しかしながら
、活性汚泥中には、脱リン菌ばかりでなく硝化菌や脱窒
菌等も含まれているから、余剰汚泥を除去するとこれら
も同時に除去される。しかも、硝化菌や脱窒菌は、脱リ
ン菌に比べて増殖が遅い。それ故、負荷を大きくしたこ
とにより、活性汚泥の増加速度が硝化菌や脱窒菌の増殖
速度を上回った場合には、余剰汚泥の排除を続けるにつ
れてしだいに硝化菌や脱窒菌の固体数が減少し、窒素除
去能力の低下を招くこととなる。つまり、活性汚泥法に
おいて負荷を高めると、リンの除去はできるが、窒素除
去が不良になるという問題がある。逆に負荷を低くして
、活性汚泥の増加速度を硝化菌や脱窒菌の増殖速度より
も小さくした場合には、窒素除去能力の低下を来すこと
はないが、活性汚泥の増加量が少なくなるため、リンの
除去が不良となる。そこで、負荷を低くして且つリンの
除去を行うには、活性汚泥の保持量を非常に大きくしな
くてはならない。

この場合、汚泥濃度を極めて高くするか、又は曝気室を
大型化するという二つの手段が考えられる。

しかし前者の場合、沈澱室における固液分離の実行可能
性から、汚泥濃度には自ずと限界があり、実際的ではな
い。また後者の場合、曝気室が非常に大型化するから、
施工上の制約が大きいという欠点を有する。

他方、接触曝気法においては、間歇的曝気を採用するこ
とにより、窒素除去に関しては改善が認められる。しか
しながら、リン除去に関しては、生物膜中に存在する脱
リン菌を効率良く除去することが依然不可能であるため
、リンの除去が殆と出来ないのは前記従来の持続的曝気
時と同様である。しかも、接触曝気法は、一般に、活性
汚泥法と比べて、高い負荷に対処することが難しいとい
う欠点も解決されない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記課題に鑑みて創案された新規な０ 汚水処理方法及び装置であって、その最大の特徴は、生
物膜を付着させた接触材と活性汚泥とが共に充填された
間歇曝気室を用い、該間歇曝気室において汚水を間歇的
に曝気して処理することにある。

そして、上記方法及び装置のさらに効果的な応用として
、間歇曝気室から処理水を沈澱室へ移流させて上澄水と
沈澱汚泥とに分離し、得られた沈澱汚泥のうちの余剰分
を汚泥濃縮室で濃縮して一次上澄水と濃縮汚泥とに分離
したのち、前記二次上澄水中のリンをリン除去室にて除
去することが挙げられる。

〔作用〕

本発明の営む作用を、本発明の基本的構成を概略的に示
す第１図を用いて説明する。

はじめに、処理すべき汚水を、流量調節室に導いて流量
を平均化し、又は沈澱分離室に導いて大部分の固形物を
予め除去するのは、従来と同様である。流量が平均化さ
れるか或いは固形物の大部分が除去された汚水は、間歇
曝気室において、所定の時間間隔で間歇的に曝気されつ
つ室内を流動し、その間に、生物膜及び活性汚泥中の微
生物による生物学的処理を受ける。

汚水中の有機物は、微生物が分解、同化して、ＢＯＤ及
びＣＯＤの値を低下させるが、その処理量は、活動し得
る微生物量に依存する。本発明では、生物膜と共に活性
汚泥を充填したので、微生物の充分量を確保することが
容易である。すなわち、生物膜だけを用いる従来の接触
曝気法に比べれば、活性汚泥を併用する分、高負荷に対
処することが容易である。また、生物膜としての形態で
大量の微生物が安定して存在するから、活性汚泥の濃度
をことさら高める必要もない。

汚水中の有機性窒素及びアンモニア外窒素は、間歇曝気
室が曝気時の好気的状態にあるときに、生物膜及び活性
汚泥中に存在する各種微生物のうちの硝化菌の硝化作用
により、亜硝酸又は硝酸に酸化される。そして、曝気が
停止して室内が嫌気的状態になったときに、今度は脱窒
菌が−に起曲硝酸及び硝酸を窒素ガスに還元して汚水中
から除去１ する。

一方、汚水中のリンは、存在する各種微生物のうちの脱
リン菌に摂取される。脱リン菌は、間歇曝気室が嫌気的
状態のときに、体内のリンを放出してリン摂取の準備状
態となり、室内が曝気されて好気的環境に変わると、汚
水中のリンを旺盛に摂取する。リンを体内に取り込んだ
脱リン菌は、活性汚泥と共に沈澱室へ移流され、沈澱室
にて沈澱汚泥に含まれた状態で沈降分離される。従って
、当該沈澱汚泥を抜き取って別途処理することで、脱リ
ン菌の除去すなわち汚水中のリン除去がなされる。

以上のような作用により、沈澱室にて分離された上澄水
は、ＢＯＤ及びＣＯＤの値が低く、窒素もリンも極めて
低濃度なものとなる。

ところで、生物膜及び活性汚泥中の微生物は、汚物成分
の生物学的処理と同時に増殖も行う。即ち、処理の実行
に伴って、生物膜の肥厚及び活性汚泥の増加が認められ
る。沈澱室にて沈降分離された沈澱汚泥は、原則として
間歇曝気室へ返送さ２ れるが、増殖量が多い場合には、余剰分を別途処理する
必要がある。この余剰汚泥の処理は、本発明の応用方法
及び装置により行うことができる。

これを第２図を参照して説明すると、余剰汚泥は、汚泥
濃縮室において、二次上澄水と濃縮汚泥とに分離される
。前述したように、沈澱汚泥中には、リンを摂取した脱
リン菌が存在する。それ故、沈降分離中に濃縮汚泥に嫌
気的部分が生じた場合、脱リン菌が体内のリンを放出す
るから、二次−上澄水は、リンを含有する可能性がある
。そこで、二次上澄水は、リン除去室において化学的あ
るいは物理的な適宜単段により確実にリンを除去し、し
かるのち、三次上澄水として、例えば、はしめの流量調
節室（又は沈澱分離室）へ返送する。

〔実施例〕

本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

第２図は、前記第１図に示す汚水処理装置の基本的構成
を応用発展させたものであって、沈澱室で沈降分離した
沈澱汚泥の処理機能を備えた装置を示すものである。

３ ４ 当該汚水処理装置における基本的構成部分は、流量調節
室（又は沈澱分離室）、間歇曝気室、沈澱室、消毒室の
４室からなる。上記流量関節室は、次の間歇曝気室への
汚水の移送量が調節し、また沈澱分離室は、固形物を沈
降分離した上澄を、流入する汚水で押し出して、間歇曝
気室へ移送するものである。上記間歇曝気室には、微生
物からなる生物膜を付着させた接触材と活性汚泥とが充
填されると共に、ブロワ−と散気管の組合せや攪拌機等
からなる、曝気装置が取りつけられている。

汚水は、初めの流量調節室又は沈澱分離室にて流量が平
均化され又は固形物の大部分が除去されたのち、間歇曝
気室へ移送される。間歇曝気室において、汚水は間歇的
に曝気されつつ室内を流動し、その間に、生物膜及び活
性汚泥中の微生物により生物学的処理を受ける。汚水中
の有限物は、微生物により分解、同化され、その結果、
汚水のＢＯＩ）及びＣＯＤが低下する。窒素成分は、間
歇的曝気による好気的状態と嫌気的状態が反復交替する
ことにより、硝化菌による有限窒素やアンモニア性窒素
の硝化作用と、硝化菌が生成する亜硝酸及び硝酸を窒素
ガスに還元する脱窒菌の脱窒作用とが交互に行われるの
で、確実に汚水中から除去される。また汚水中のリンは
、活性汚泥中の脱リン菌が摂取するが、間歇的曝気によ
り嫌気的状態が猛威されるから、脱リン菌をリン摂取の
準備状態に移行せしめる。従って、好気時における脱リ
ン菌のリン摂取が旺盛となるため、リンの除去効率が非
常に良い。

上述のようにして処理された汚水は、沈澱室へ活性汚泥
と共に移流させ、上澄水と沈澱汚泥とに沈降分離する。

上澄水は、ＢＯＤ、　ＣＯＤの値が低く、窒素及びリン
の濃度は非常に低いか又は皆無である。従って、これを
消毒室へ導いて滅菌したのち排出すれば、排出水域の汚
染はもちろん富栄養化を招くおそれがない。沈澱室で沈
降分離された沈澱汚泥は、リンを体内に取り込んだ脱リ
ン菌を含・むから、そのまま廃棄することはできない。

そこで、沈澱室から引き抜いた沈澱汚泥を、汚泥返送路
を通して間歇曝気室へ返送する分と、別途処理５ する余剰汚泥とに分配し、余剰汚泥を、汚泥濃縮室に導
いて二次上澄水と濃縮汚泥とにさらに分離する。ところ
で、上記の分離過程で、濃縮汚泥に嫌気的部分の生ずる
可能性があり、嫌気的部分が生じた場合、汚泥中に存在
している脱リン菌は体内のリンを放出する。それ故、二
次上澄水は、リンを含んでいるおそれがあるため、リン
除去室にて適宜のリン除去操作を施す。リンの除去手段
としては、硫＠容土、　ＰＡＣ等の薬品゛を投入し難溶
性リン化合物として取り出す凝集沈澱法などの化学的手
段や、イオン交換樹脂等を用いる物理的手段が挙げられ
る。リンを除去された三次上澄水は、流量調節室（沈澱
分離室〉へ返送するか又は滅菌して排出する。他方、汚
泥濃縮室で分離された濃縮汚泥は、汚泥貯溜室Ｏコ貯溜
され、必要に応じてリン除去室で除去された１Ｉｆ４性
リン化合物と共に別途処理される。

なお、本発明の実施例は前記に限定されるものではない
。例えば、沈澱室で分離した沈澱汚泥のうちの返送する
分について、リンの放出操作を加６ えたのちに間歇曝気室へ返送することも考えられる。こ
れは、第３図に示す如く、返送分の沈澱汚泥を移送させ
るリン放出室を設け、該リン放出室を嫌気的条件に保っ
て脱リン菌のリン放出作用を営ませることにより遠戚さ
れる。上記リン放出室は、絶対嫌気に保持することが望
ましいが、それが困難であるならば、少なくとも脱リン
菌が体内のリンを放出し得る条件に室内環境を調節する
。

リンを放出させた汚泥は、汚泥返送路を通じて間歇曝気
室へ返送される。

このように、本発明に係る汚水処理方法及び装置は、実
施の態様に応じて適宜変更することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明に係る汚水処理方法及び装置によれば、汚水中の
窒素及びリンを共に効率良く除去することが可能である
から、排１．１１される処理水が、水域の汚染はもとよ
り富栄養化を招来することもない。

従来の活性汚泥法では、間歇曝気を採用したとしても、
窒素とリンの両方を確実に除去することば７ ８ 極めて困難であり、窒素かリンのいずれか一方の除去は
断念せざるを得なかった。また、従来の接触曝気法にお
いては、リンの除去効果について、はとんど期待できな
かった。従って、本発明は、上記従来方法の欠点を一挙
に解決する、画期的な方法及び装置であると言うことが
できる。

本発明にあっては、汚水処理を営む微生物が生物膜と活
性汚泥の両方に存在するため、微生物の絶対量が確保さ
れる。依って、従来の曝気室又は接触曝気室に比べて間
歇曝気室の容量を同程度又はそれ以下にしても、高負荷
に耐えることができ、そのうえ処理速度も速い。さらに
、負荷を高く設定したときに、活性汚泥の増殖が促推さ
れ余剰汚泥として除去される量が増加したとしても、少
なくとも生物膜の形態で存在する硝化菌及び脱窒菌は、
間歇曝気室内から失われることがない。つまり、高負荷
をかけても脱窒作用が確実に行われる。

また、リンの除去については、高負荷にするほど活性汚
泥の増殖が促進され、余剰汚泥の生成量が多くなるから
、負荷を高く設定することは、リンの除去効率の上昇を
もたらす。

要するに、本発明は、高負荷時にも窒素及びリンの除去
を確実に行うことができ且つＢＯＤ、　ＣＯＤの低下も
確実な、優れた処理能力を有する汚水処理方法及び処理
装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係るものであって、第１図
は本発明に係る汚水処理装置の基本的構成を示す概略図
、第２図は本発明の応用発明に係る汚水処理装置の構成
を示す概略図、第３図は本発明の別態様の汚水処理装置
を示す概略図である。 第４図及び第５図は、従来技術を示すものであって、第
４図は活性汚泥性に用いる従来の処理装置を示す概略図
、第５図は接触曝気法に用いる従来の処理装置を示す概
略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、汚水を生物学的に処理するための方法であって、汚
   水を微生物からなる生物膜を付着させた接触材と活性汚
   泥とが充填された間歇曝気室へ連続的に導いて間歇的に
   曝気し、得られた処理水を上澄水と沈澱汚泥とに沈降分
   離することを特徴とする汚水処理方法。 ２、汚水を生物学的に処理するための装置であって、微
   生物からなる生物膜を付着させた接触材と活性汚泥とが
   充填されると共に室内を間歇的に曝気する間歇曝気装置
   が取りつけられた間歇曝気室と、該間歇曝気室に連設さ
   れ処理水を上澄水と沈澱汚泥とに沈降分離する沈澱室と
   が備えられていることを特徴とする汚水処理装置。 ３、汚水を生物学的に処理するための方法であって、汚
   水を微生物からなる生物膜を付着させた接触材と活性汚
   泥とが充填された間歇曝気室へ連続的に導いて間歇的に
   曝気し、得られた処理水を上澄水と沈澱汚泥とに沈降分
   離し、沈降分離された前記沈澱汚泥を濃縮して二次上澄
   水と濃縮汚泥とに分離したのち、前記二次上澄水中から
   リンを除去することを特徴とする汚水処理方法。 ４、汚水を生物学的に処理するための装置であって、微
   生物からなる生物膜を付着させた接触材と活性汚泥とが
   充填されると共に室内を間歇的に曝気する間歇曝気装置
   が取りつけられた間歇曝気室と、該間歇曝気室に連設さ
   れ処理水を上澄水と沈澱汚泥とに沈降分離する沈澱室と
   、該沈澱室において沈降分離された沈澱汚泥を濃縮して
   二次上澄水と濃縮汚泥とに分離する汚泥濃縮室と、該汚
   泥濃縮室から流出する二次上澄水からリンを除去するリ
   ン除去室とが備えられていることを特徴とする汚水処理
   装置。