JPH04271895A - 有機性汚水の生物濾過装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水、し尿、工場廃水
など各種有機性汚水を単一の処理槽だけで高速かつ高度
に浄化処理する新規な生物濾過方法および装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アンスラサイト、活性炭等の
粒状鉱物を生物付着担体として用いた好気性生物濾過装
置（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ａｅｒａｔｅｄ　Ｆｉｌｔ
ｅｒ，略称ＢＡＦ）が公知である。

【０００３】ＢＡＦは粒状濾材を生物付着担体とし、生
物処理とＳＳの濾過を同時に行うことができるものであ
るため、近年、大きな関心を集めているが、次のような
問題点の存在が普及を妨げている。

【０００４】即ち、■　　高ＳＳ、高ＢＯＤの原水にＢ
ＡＦを適用すると、濾材の閉塞が急速に進行し、長時間
の生物濾過処理ができない。この場合は、ＢＡＦの前段
に沈殿池を設け、ＳＳの大部分を沈殿によって、予め除
去しなければならない。従って、システムが複雑化し、
設置面積、建設費の増加を招く。■　　生物濾床が閉塞
した場合、処理水を用いて濾床を逆洗しなければならな
いが、従来のＢＡＦは洗浄サイクルが１日に１回以上、
必要であり、洗浄排水が多量に発生してしまう。また、
せっかく生産した処理水を洗浄用水として多量に消費し
なければならないよいう欠点がある。■　　粒状濾材へ
の生物担持量が少ないので、高速処理を行うことが出来
ず、下水処理の場合の濾速ＬＶは２５ｍ／日程度にしか
過ぎない。従って、更に高速処理可能な方式、装置が切
望されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
型ＢＡＦの重大欠点■〜■を完全に解決できる新規技術
を提供することを課題としている。即ち、■　　高ＳＳ
、高ＢＯＤの原水に対しても、ＢＡＦ前段の沈殿池を不
要化することができる新技術。■　　濾床の閉塞が少な
く、洗浄用水の消費量を少なくできる新技術。■　　従
来のＢＡＦよりも高濾速で高度な浄化ができる新技術。 の確立を課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、生物濾過の濾
層構成が生物濾過法（ＢＡＦ）の性能を決定的に支配す
ると考え、詳細に最適濾層構成を検討した結果、完成さ
れたものである。

【０００７】即ち、本発明は、下記■および■記載のも
のであり、これにより、上記課題を解決できる。■　　
槽内に弾性多孔性粒状物を充填してなる固定層Ａを設け
、該固定層Ａの上端部に空間部もしくは結合部を介して
、前記弾性多孔性粒状物を充填してなる固定層Ｂを設け
、有機性汚水を前記固定層Ｂの上部から供給し、処理水
を前記固定層Ａの下部から取り出すと共に前記固定層Ａ
の下部と固定層Ｂの下部に洗浄用水の供給部を配備し、
さらに前記固定層Ａと固定層Ｂを好気的状態に維持する
酸素含有気体の供給部を設けたことを特徴とする有機性
汚水の生物濾過装置。■　　前記固定層Ｂの下部に供給
する洗浄用水が前記有機性汚水であることを特徴とする
上記■記載の有機性汚水の生物濾過装置。

【０００８】本発明は、単一槽内に弾性多孔性粒状物を
充填してなる固定層を下部の固定層Ａと上部の固定層Ｂ
の２層構造とし、かつ各固定層の下部に洗浄用水の供給
部を設けると共に各固定層を好気的状態に維持する酸素
含有気体の供給部を適宜位置に設け、弾性多孔性粒状物
に微生物を担持させ、固定層Ａおよび固定層Ｂを機能の
異なる生物濾床としたことを特徴とするものである。

【０００９】即ち、本発明は有機性汚水を浄化するにあ
たって、始めにＳＳ捕捉性能および捕捉量に優れた弾性
多孔性粒状物を生物付着濾材として充填した固定層Ｂに
この有機性汚水を通すことにより、有機性汚水に含まれ
る生物学的に除去されるＢＯＤ等を微生物処理すると共
に物理的に濾過され得る少なくともＳＳを含む汚濁成分
を物理的に濾過することにより、ＳＳを低減した濾過水
を得、この濾過水を同じく弾性多孔性粒状物に微生物を
付着させた生物付着濾材を充填した固定層Ａに通すこと
により、未濾過のＳＳを物理濾過すると共に未除去のＢ
ＯＤ成分等を生物処理して、有機性汚水を浄化するもの
である。

【００１０】即ち、本発明は、固定層Ａおよび固定層Ｂ
を好気性に維持して、それぞれ生物濾過層として機能さ
せるが、本発明では、高速濾過を行うため固定層Ｂでは
主として生物処理より物理的濾過機能が優先し、固定層
Ａでは逆に物理濾過より生物処理が優先される構造であ
り、清澄濾過水が効率よく得られる。

【００１１】本発明の固定層Ａ、Ｂの構造の詳細は制限
はないが、固定層Ｂの濾過処理水として、ＳＳ濃度３０
〜５０ｍｇ／ｌ以下が得られるように設計されることが
好ましい。また、固定層Ａの最終処理液のＳＳ濃度、Ｂ
ＯＤ濃度は各１０ｍｇ／ｌ以下が好ましく、また容易に
達成できる。

【００１２】また、本発明の濾過装置ＬＶは、１００〜
２００　　ｍ／日と高速濾過が可能である。ここで、固
定層Ａと固定層Ｂとの接続関係は、処理される有機性汚
水の濾過水が固定層Ｂから固定層Ａの方向に流下される
構造であり、空間部を介して固定層Ａと固定層Ｂが連絡
される構造でも、固定層Ａの上部と固定層Ｂの下部が空
間を有しないで結合部を介してそれらが連絡した構造で
もよい。ここで、該結合部は、固定層Ａの上部と固定層
Ｂの下部が常時、連続した構造でも、連続と非連続が時
間と共に変化するようにした構造、言い換えれば、空間
部が処理の経過に応じて生じてもよい構造等でもよいが
、好ましくは、各固定層Ａ、Ｂの弾性多孔性粒状物が混
在しないような手段（例えば、多孔板、ネット等）が配
備されていることが好ましい。

【００１３】従って、該連続構造の場合、該結合部は、
上記洗浄用水の供給部の設定位置により決まると考えて
もよい。該洗浄用水の供給部は、固定層Ａ、固定層Ｂの
各々の下部に設けられるが、固定層Ｂは上層であるので
、好気性を維持するための酸素は、固定層Ａから供給さ
れ得るので、特にこのための酸素供給は省くことができ
る。しかし、所望により、この目的に使用してもよいこ
とは明白である。

【００１４】また、酸素含有気体の供給部は、これら固
定層Ａ、Ｂの生物濾床を空気洗浄する場合の供給部にも
兼用して使用されるようにするのが好ましい。従って、
固定層Ｂ下部に設けられる酸素含有気体の供給部は、洗
浄用専用としてもよい。また、固定層Ａに設けられる酸
素含有気体の供給部は、好気性維持と該洗浄用とを兼ね
ることもできるが、それらの機能を専用にして別々に供
給部を設置することが好ましい。

【００１５】該酸素含有気体と洗浄用水の供給部は、同
じ供給部で両者の機能を兼ねたものでも各々独立のもの
でもよく、従来公知の種々の装置が適用され、板状、管
状、ブロック状等が一般的であり、各固定層の下部に設
置される。ここで、固定層の下部とは、固定層層内をも
含む意味である。固定層Ｂの下部としては、特に制限は
ないが、上記空間部または結合部が挙げられ、通常、該
供給部は、弾性多孔性粒状物を支持する部材の下部に設
けられる。固定層Ａの下部に設けられる、特に好気性維
持のための供給部は通常、固定層内の下部に設置すると
合理的である。

【００１６】各固定層Ａ、Ｂの洗浄時における洗浄方法
は、公知の方式が適用でき、例示すれば、空気洗浄、空
気・水同時洗浄、水洗浄等が挙げられ、適宜これらを組
み合わせて行うことができる。また、供給空気量、水量
なども適宜設定すればよい。本発明の装置は高速濾過を
行うため、固定層Ｂは生物処理よりＳＳの物理濾過が優
先されるため、固定層Ａに比して濾過抵抗の増加速度が
早く、洗浄頻度は固定層Ｂより、通常多くなるから、一
般的には固定層Ａと固定層Ｂは独立に洗浄される（但し
、各固定層を同時に洗浄してもかまわない。）。

【００１７】また、固定層Ｂの洗浄は、被処理液である
有機性汚水を使用しても十分に洗浄効果を挙げることが
でき、濾過処理水の使用は固定層Ａのみで可能であるた
め、濾過処理水の使用による処理水量の低下を来すこと
がなく、処理水量を増加できるという効果がある。本発
明の装置では、洗浄排水発生比（洗浄排水量／処理水総
量）を０．０５以下にできる。

【００１８】固定層Ａおよび／または固定層Ｂの洗浄排
水を系外に流出させる手段は、任意であり公知の手段を
使用でき、通常固定層Ｂの上部でネット等の多孔部材の
上部、該間隙部または結合部の槽壁に流出管等が配備さ
れる。該空間部を設けると固定層Ａの洗浄を容易にでき
るので好ましい。

【００１９】本発明において、固定層Ｂから固定層Ａに
流下して処理された清澄濾過水は、槽下部に設けられた
処理水流出部から得られるが、この処理水流出部の構造
も公知の装置が適用でき、特に制限はなく、単独に設け
ても上記酸素含有気体および／または洗浄用水の供給部
と兼用したもの、例えば、ブロック構造等でもよい。

【００２０】本発明に使用される弾性多孔性粒状物は、
いかなる形状、素材、孔構造等のものでも適用可能では
あるが、本発明における高速濾過を実現するための重要
な要件であり、物理濾過および微生物の繁殖に好適な形
態を選択することが好ましい。例えば、表面から内部に
かけて連続した穴を持つような構造のものが挙げられ、
公知の発泡法等により製造できる。

【００２１】該弾性多孔性粒状物の素材としては、上記
性質を有するものであるならば、特に制限されず、有機
高分子、無機化合物等公知のものを使用できるが、中で
も素材自体に適度な弾性と強度とを有する素材が好まし
く、特にウレタン樹脂等が好ましい。

【００２２】例えば、ポリウレタンフォーム等の弾性多
孔性粒状物は、ウレタン樹脂等のプラスチックスを連続
気泡を造る発泡法で発泡して作製され、そのまま使用す
るか所望形状、サイズに切断して使用する。

【００２３】弾性多孔性粒状物のサイズは、１０〜３０
ｍｍであり、その形状は角形、球状、その他種々の形状
がとれるが、角形が好ましい。その比重は、通常０．８
〜１．２程度が好ましい。

【００２４】弾性多孔性粒状物の空隙率は、９０％以上
が好ましい。また、気孔径、即ち、穴径は、１〜４ｍｍ
、好ましくは２〜３ｍｍの範囲から選択することが望ま
しい。また、１ｃｍ長さ当たりの穴の数は、３〜５個が
好ましい。

【００２５】

【実施例】図１を参照しながら、本発明の具体的実施例
につて本発明の作用と共に説明するが、本発明はこれに
限定されるものではない。

【００２６】処理槽１内に弾性多孔性粒状物（ポリウレ
タンフォームなど）を充填した固定層Ａ２を設ける。固
定層Ａの下部にはネット、多孔板、砂利層などの任意の
手段による支持床３が設けられ、弾性多孔性粒状物の流
出を阻止している（図示例はネットを支持床３としたも
の）。

【００２７】固定層Ａの上部には空間部４を介して固定
層Ｂ５が設けられている。６は支持部材（ネット等）で
ある。固定層Ｂを構成する充填される粒状物としては、
固定層Ａと同様に弾性多孔性粒状物を用いることが重要
である。

【００２８】固定層Ａの中間ないし下方部には、弾性多
孔性粒状物の内部に担持された微生物の呼吸活動に必要
な酸素含有気体７の供給部８を設ける。更に、固定層Ａ
の下部に濾床洗浄用水供給部９と濾床洗浄用気体供給部
１０（気体として空気を通常使用する）を設置する。

【００２９】また、固定層Ｂの下部にも濾床洗浄用水供
給部１１、濾床洗浄用気体供給部１２（気体として空気
を通常使用する）を設けておくことが重要であり、これ
は本発明の重要条件の一つとなっている。

【００３０】固定層Ｂの上部には有機性汚水（原水）の
流入部１３と洗浄排水流出部１４を設ける。次に固定層
Ａの下部には生物濾過処理水の流出管１５が設けられ、
流出管は固定層Ｂの上部界面１６の近くにまで立ち上が
っている。１７は処理水槽である。

【００３１】以上が本発明の主要構造である。次に本発
明の作用を述べる。下水処理を例に挙げて説明する。

【００３２】下水（原水）１０は、まず、ネットなどの
多孔部材１８の上部に供給され、下水中の粗大異物（毛
髪、繊維分、ゴム製品など）がスクリーニングされた後
、本発明の処理装置の弾性多孔性粒状物の固定層Ｂの上
部に供給され、下向流で流下してゆく。

【００３３】固定層Ｂ内の弾性多孔性粒状物１９の内部
には図２に示されるような連続気泡の空隙部２０内に微
生物が高濃度に保持されており、主として好気性維持の
ための酸素含有気体等の供給部８または濾床洗浄用気体
供給部１０または１２から供給される酸素によって呼吸
作用が営まれ、下水中のＢＯＤが生物学的に除去され、
同時に弾性多孔性粒状物自体の空隙部２０と粒状物相互
の空間部に水中に下水中のＳＳが濾過捕捉される。

【００３４】しかるのち、固定層Ｂからの流出水は、空
間部４を経由して、固定層Ａに下向流で流入してゆき、
固定層Ｂにおいて除去しきれなかったＢＯＤ、ＳＳを生
物学的濾過作用によって高度に除去する。

【００３５】固定層Ａを構成する弾性多孔性粒状物の内
部には図２と同じく高密度に微生物が保持されており酸
素含有気体の供給部８または洗浄用気体供給部１０から
供給される酸素によって微生物の呼吸が営まれる。

【００３６】この結果、固定層Ａにおいて、固定層Ｂか
らの流出水に含まれる微量のＢＯＤ、ＳＳが生物物理化
学的に高度に除去され、ＳＳ、ＢＯＤが共に１０ｍｇ／
ｌ以下の清澄な処理水が流出管１５から得られる。

【００３７】即ち、固定層Ｂが１次処理水、固定層Ａの
部分が２次ないし高度処理の機能を司る。本発明におけ
る弾性多孔性粒状物は、空隙率が９７％以上と極めて大
きな値を示すため下水中のＳＳの捕捉容量が極めて大き
い。この結果、ＳＳの捕捉に伴う濾過抵抗の増加が少な
く、高濾速で下水を直接流入させても、濾床の目詰まり
進行が著しく少ない。

【００３８】特に、原水中のＳＳの除去の大部分（８０
％以上）が固定層Ｂにおいて進行するため、固定層Ａの
濾抗の増加、言い換えると濾床の閉塞の進行度は著しく
少ないことが確認された。

【００３９】この知見に基づき本発明では固定層Ａと固
定層Ｂの洗浄時期をずらし、固定層Ｂの洗浄頻度に比べ
、固定層Ａの洗浄頻度を大幅に少なくするという方法を
採用した。

【００４０】更に、固定層Ｂの洗浄用水として原水を濾
床洗浄用水供給部１１から供給し、固定層Ａの洗浄用水
にのみ処理水を使用するという独特の手段を採用できる
。この２つの手段により、生物濾床（固定層Ａと固定層
Ｂを合わせたもの）の洗浄用水として処理水の消費量が
著しく減少できた。

【００４１】尚、充填層Ｂの洗浄法は、次の方法が効果
的である。まず、処理水の流出管１５の弁２１を閉じ、
濾床洗浄用水供給部１１から原水を供給し、濾床洗浄用
気体供給部１２から空気を多量に供給し、上向流の激し
い気液混相流（スラギング状態）を固定層Ｂに与える。 この結果、固定層Ｂ内に捕捉されていたＳＳ、増殖微生
物が弾性多孔性粒状物の内部と表面から除去され、洗浄
排水流出部１４から系外に流出し、洗浄排水槽（図示せ
ず）に導かれる。この際、ネットなどの多孔部材１８の
上に捕捉されていた粗大異物も洗浄除去され、流出部１
４に配備された流出管より系外に流出してゆく。

【００４２】この操作は５〜１０分程度で固定層Ｂの洗
浄が終了する。しかるのち、弁２２、２３を閉じ、再び
原水を固定層Ｂの上から供給する。次に固定層Ａの洗浄
頻度は前述の理由から固定層Ｂの洗浄頻度よりも１／５
〜１／１０と大幅に少なくてすむが、長期間運転を続け
ると、固定層Ａ部の濾過抵抗も増加するので、次のよう
な手順で固定層Ａを洗浄する。

【００４３】即ち、弁２１を閉じ濾床洗浄用気体供給部
から空気を、濾床洗浄用水供給から処理水を供給し、激
しい気液混相流を固定層Ａ内に生起させ、固定層Ａ内の
弾性多孔性粒状物の内部と表面に捕捉されていたＳＳと
増殖微生物を洗浄除去する。洗浄排水は排水管２４から
系外に流出させる。尚、流出部１４から流出させてもか
まわない。

【００４４】この操作を所要時間（５〜６分程度）続け
た後、該気体供給部１０の空気と水供給部９の処理水の
供給を止め、弁２１を開ければ処理を再開でき、直ちの
清澄水が流出してくる。

【００４５】次に本発明に適用する弾性多孔性粒状物の
物性について説明する。本発明において、使用する弾性
多孔性粒状物は、連続気泡系で穴径が大きく、空隙率の
大きなもの、例えば、ポリウレタンフォームの粒状片で
セル数が３〜５個／ｃｍ（１ｃｍ当たりの穴の数）、粒
径が１〜３ｃｍ角状のものが好適である。これはいわゆ
るスポンジとは概念を異にするもので、スポンジ骨格だ
けを残したものである。スポンジは穴が細かく、粒状物
の反対側を透視できないが、本発明に使用するものは反
対側を透かしてみることが出来るほどの大きな穴をもつ
ものである。

【００４６】通常のスポンジを使用するとスポンジの穴
径が小さいため、微生物はスポンジの表面だけにしか固
定されず、内部には増殖できないので、生物濾過径内の
微生物量を高濃度に維持できないという欠点がある。ま
た、溶存酸素がスポンジの内部に浸透できず、内部に嫌
気化するという欠点がある。

【００４７】これに対し、骨格状のポリウレタンフォー
ムは図２のように内部に高濃度の微生物を好気的に維持
できるので、本発明の実施にとって極めて好適である。 尚、固定層Ｂの層高は０．３〜１．０ｍ程度が好適であ
る。この理由は、原水ＳＳの９０％程度が０．３〜１．
０ｍ程度の層圧で充分除去されること、および固定層Ｂ
の層高をあまり高くすると洗浄用水の必要量と洗浄所要
時間が増加してしまうというデメリットを生ずるからで
ある。

【００４８】固定層Ａの層高は原水の水質、設定濾速に
よって実験的に決定すれば良いが、下水処理の場合は１
〜２ｍ程度で良い。

【００４９】

【発明の効果】■　　原水ＳＳとＢＯＤが高濃度の場合
でもＢＡＦの前段に沈殿池を設ける必要がない。固定層
Ｂが沈殿池代替機能を持つからである。■　　弾性多孔
性粒状物の固定層ＡとＢの２段に分割し、固定層Ａの洗
浄頻度よりも固定層Ｂの洗浄頻度を多くするようにした
結果、一回当たりの洗浄排水の発生量がすくなくでき、
洗浄排水の処分、貯留が容易になる。■　　固定層Ｂの
洗浄用水に処理水を使わず、原水によって洗浄し、固定
層Ａのみを処理水を用いて洗浄するように工夫したので
、処理水の消費量が減少し、処理水生産効率が向上する
。■　　固定層Ａの洗浄頻度を著しく少なくできるので
、固定層Ａ内の微生物保持量を長時間、高濃度に維持で
きるので、固定層Ａ内で効率的な生物反応を進ませるこ
とができる。■　　前もって原水中の粗大異物を除去し
ておく必要がない。■　　濾材の内部に高濃度の微生物
を保持できるように濾材の物性を選択したので、高速の
生物反応を確保できる。（下水処理では、ＬＶ１２０ｍ
／日という従来のＢＡＦの５倍の濾速をとることができ
る。）以上■〜■の効果により、 ａ．設置面積削減 ｂ．建設費低減 ｃ．洗浄用水として処理の消費量の削減ｄ．プロセスの
シンプル化 という４大効果を得ることができ、従来のＢＡＦの欠点
をすべて解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図２】本発明に使用される弾性多孔性粒状物の一例を
説明するための図である。

【符号の説明】

１　　処理槽 ２　　固定層Ａ ３　　支持床 ４　　空間部 ５　　固定層Ｂ ６　　支持部材 ７　　酸素含有気体 ８　　供給部 ９　　濾床洗浄用水供給部 １０　　　　濾床洗浄用気体供給部 １１　　濾床洗浄用水供給部 １２　　濾床洗浄用気体供給部 １３　　流入部 １４　　洗浄排水流出部 １５　　流出管 １６　　上部界面 １７　　処理水槽 １８　　多孔部材 １９　　弾性多孔性粒状物 ２０　　空隙部 ２１　　弁 ２２　　弁 ２３　　弁 ２４　　排出管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　槽内に弾性多孔性粒状物を充填してな
   る固定層Ａを設け、該固定層Ａの上端部に空間部もしく
   は結合部を介して、前記弾性多孔性粒状物を充填してな
   る固定層Ｂを設け、有機性汚水を前記固定層Ｂの上部か
   ら供給し、処理水を前記固定層Ａの下部から取り出すと
   共に前記固定層Ａの下部と固定層Ｂの下部に洗浄用水の
   供給部を配備し、さらに前記固定層Ａと固定層Ｂを好気
   的状態に維持する酸素含有気体の供給部を設けたことを
   特徴とする有機性汚水の生物濾過装置。
2. 【請求項２】　　前記固定層Ｂの下部に供給する洗浄用
   水が前記有機性汚水であることを特徴とする請求項１記
   載の有機性汚水の生物濾過装置。