JPH03202196A - リン放出室を備えた汚水処理装置及び汚水処理方法 - 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、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（化学的酸素要求量）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３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或い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、ブロワ−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（酸素）を供給しつつ、汚水の攪１↑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１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４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、流量を平均化し又は固形物の大部分を分ｇｔ＋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
だけ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、これを別
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汚泥
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、絶対嫌気的条件下でリンを放出し、好気的条件
下でリンを摂取するが、絶対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、好気的環境と絶対嫌気的
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、前記従来の汚水処理方法は、汚水中の窒素
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
互反復させ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、脱リン菌を絶対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
ＲＥ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
、脱リン菌のリン摂゛取を旺盛にするためには、好気的
環境の前に絶対嫌気的環境の存在することが必要である
が、単なる間歇的曝気のみによって絶対嫌気的環境を形
成するのは非常に困難である。というのは、処理すべき
汚水の性状やその他の条件に応して、曝気時間と曝気停
止時間との間隔を調整せねばならず、その時間等の設定
やそのための操作が極めて煩雑になるからである。

その上、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という問題がある。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のである。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、負荷を低め
てもなおリンの除去を行おうとするには、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、リン陣、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、リンの除去が殆ど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 汚水処理装置及び方法である。前者の汚水処理装置の特
徴とするところは、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
た沈澱汚泥を絶対嫌気的条件下に保持して該沈澱汚泥か
らリンを放出させるリン放出室と、該リン放出室で得ら
れるリン放出汚泥を前記間歇曝気室へ返送する汚泥返送
路とが備えられていることである。

そして、上記装置を用いた本発明方法の特徴は、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絶対嫌気的条件下に保持するこ
とによりリンを放出せしめてリン放出汚泥としたのち、
前記リン放出汚泥を前記間歇曝気室へ返送することであ
る。

〔作用〕

本発明の営む作用を説明すると、次のとおりである。

はじめに、処理すべき汚水を、流量調節室に導いて流量
を平均化するか、又は沈澱分離室へ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
１ ２ 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性窒素は、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
菌が上記亜硝酸及び硝酸を窒素ガスに還元して汚水中か
ら除去する。

一方、汚水中のリンは、活性汚泥中に存在する脱リン菌
に摂取される。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。

沈澱室において沈降分離された沈澱汚泥は、間歇曝気室
へ返送される分と、別途処理される余剰汚泥とに分配さ
れる。返送汚泥は、−旦、絶対嫌気的条件に保たれたリ
ン放出室へ導く。脱リン菌は、絶対嫌気的条件下に置か
れると体内のリンを放出してリン摂取の準備状態へ移行
し、その後、好気的条件下に置かれるとリンを旺盛に摂
取するのは、前述したとおりである。従って、返送汚泥
を、絶対嫌気的条件のリン放出室へ導くことにより沈澱
汚泥中に含まれる脱リン菌はリンを放出し、こうして得
られたリン放出汚泥を次いで間歇曝気室へ返送すれば、
リンを放出した脱リン菌が、今度はリンを旺盛に摂取す
るから、リンの除去効率は少しも損なわれることがない
。このように、返送汚泥をリン放出室を経由させること
で、脱リン菌を確実に絶対嫌気的条件下におくことがで
きるから、処理すべき汚水の性状等に応じて曝気時間及
び曝気停止時間を調整する等の煩雑な操作は全く不要と
する。

〔実施例〕

本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

３ ４ 第１図は、本発明に係る汚水処理装置の概略を示したも
のである。

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。上記流量調節室は、次の間歇曝気室への移送
量を調節し、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
させるものである。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ｇｅｔ室にて、流
量が平均化され或い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
。汚水中の有機物は、微生物により分解、同化され、そ
の結果、汚水のＢＯＤ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、硝化菌による有機窒素やアンモニア
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により摂取されて除去さ
れる。

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引き抜いて、汚泥返
送路を通じて間歇曝気室へ返送する分と、別途処理する
余剰汚泥とに分配する。返送する汚泥については、同図
に示す如く、絶対嫌気的条件に保たれたリン放出室へ導
き、該リン放出室において脱リン菌のリン放出作用を営
ませる。上記す５ 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
した汚泥は、汚泥返送路を通して間歇曝気室へ返送され
、該間歇曝気室が好気的環境となったときに、その中に
含まれる脱リン菌が、再びリンを旺盛に摂取して、汚水
中のリン除去作用を営む。

なお、本発明の実施例は前記に限定されるものではない
。例えば第２図に示す如く、沈澱室で分離した沈澱汚泥
のうちの余剰汚泥を、より効率的に処理するための手段
を備えることも考えられる。

これは、余剰汚泥を、二次上澄水と濃縮汚泥とにさらに
分離する汚泥濃縮室を設けると共に、二次上澄水からリ
ンを除去するリン除去室を設けたものである。汚泥濃縮
室における分離過程で、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ので、リン
除６ 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、硫酸基土、　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、汚泥貯溜室に貯溜され、
必要に応してリン除去室で除去された難溶性リン化合物
と共に別途処理される。

このように、本発明に係る汚水処理方法及び装置は、実
施の態様に応し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装置及び方法によれば、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、排出される処理水が、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、画期的な装置及び方法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進さ
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。

さらに、沈澱室で枕降分離された沈澱汚泥のうち、間歇
曝気室へ返送する分については、絶対嫌気的条件に保た
れたリン放出室において、脱リン菌にリン放出を行わし
める。それ故、間歇曝気室へ返送されたときに、汚泥中
の脱リン菌がリン摂取を旺盛に行うから、汚水中のリン
除去効率が極めて良い。

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装置及び処理
方法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２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第１実施例を示す概略図
、第２図は本発明に係る汚水処理装置の第２実施例を示
す概略図である。第３図及び第４図は、従来技術を示す
ものであって、第３図は活性汚泥法に用いる従来の処理
装置を示す概略図、第４図は接触曝気法に用いる従来の
処理装置９ ０ 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絶対嫌気
   的条件下に保持して該沈澱汚泥からリンを放出させるリ
   ン放出室と、該リン放出室で得られるリン放出汚泥を前
   記間歇曝気室へ返送する汚泥返送路とが備えられている
   ことを特徴とするリン放出室を備えた汚水処理装置。 ２、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絶対嫌気的条件下
   に保持することによりリンを放出せしめてリン放出汚泥
   としたのち、該リン放出汚泥を前記間歇曝気室へ返送す
   ることを特徴とする汚水処理方法。