JPH04326991A - 有機性汚水の生物学的硝化脱窒素方法及び装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、し尿系汚水、下水、工
場廃水等の各種のＮＨ３　−Ｎ含有有機性汚水を単一槽
で高度に硝化脱窒素するとともにＳＳ、ＢＯＤも同時に
除去することができる新規な生物学的硝化脱窒素方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機性汚水の処理においては生物学的処
理が広く用いられているが、その生物学的処理方式は窒
素を含む有機性汚水の処理する機能が劣っているため窒
素を含む有機物を除去しないまま汚水が放出されるとそ
の水域に植物性プランクトンの異常発生をみる等水域の
富栄養化が起こる。

【０００３】この富栄養化を防止するため硝化菌や脱窒
素菌の生理作用を利用した生物学的硝化脱窒方法が行わ
れるようになった。最も一般的に行われる生物学的硝化
脱窒方法は脱窒素活性汚泥法である。しかしながら、通
常の有機性汚水の処理、すなわちＳＳやＢＯＤを分解処
理する生物学的処理におけると同様に窒素を含む有機性
汚水の処理する場合においても微生物をフロックとして
浮遊させて担体なしで使用する活性汚泥法よりも微生物
を濾材などの担体上に生物膜として固定して使用する散
水濾床法や浸漬濾床法の方が処理系中に存在する微生物
の多様性が大きく生態系が安定していて、汚水量の変動
や負荷の変動に耐えられるので処理効率を高めれば、散
水濾床法や浸漬濾床法が優れている。

【０００４】従来硝化菌や脱窒素菌を生物膜として固定
するのに用いてきた生物付着メディアによる浸漬濾床法
は次のような理由から処理効率の高い浸漬濾床法とは言
えない。

【０００５】すなわち、従来の浸漬濾床硝化脱窒方法は
前段に脱窒素部、後段に硝化部を設けた２段の処理槽か
らなる処理方法であり、その処理槽内の充填固定床に充
填する生物付着メディアにはアンスラサイト、シャモッ
ト、又は人工あるいは天然の軽量骨材などの粒状物の濾
材が使用され、有機性汚水は後段の硝化部から流出して
、前段の脱窒素部に循環して硝化脱窒素処理する方法が
代表的処理方法であった。

【０００６】しかしこの方法は次の様な欠点がある。■
　　処理槽が２槽必要であり、設備費や設置面積がかさ
む。■　　生物付着メディアの微生物保持量が少ないた
め、硝化反応及び脱窒素反応の速度が小さい。従ってよ
り大きい設置面積が必要となる。

【０００７】■　　ＳＳを同時に濾過除去しようとする
と粒状濾材の目詰まりが速く、頻繁な濾材洗浄が必要と
なる。従って長期にわたり安定した処理をするには前処
理として沈澱池によるＳＳの沈降処理が必要で、さらに
設備費や設置面積がかさむ。

【０００８】発明者等は有機性汚水の浸漬濾床法による
好気性生物処理において微生物の生物付着メディアにつ
いて多数の種類の濾材（担体）を対象として実験的検討
を行ったきた。その結果最近、表面と内部に大きな空隙
（孔）を持つ多孔性弾性体、例えばプラスチックス・ス
ポンジ（ウレタン・フォームなど）の小体または合成繊
維を球状に丸めた小体等によって固定床を構成し、下向
流で有機性汚水を流入し、散気泡と向流接触させる方法
が目詰まりが起こさず、速い汚水処理が可能になること
を確認した。

【０００９】従来、スポンジ活性化汚泥法という技術が
「ウレタンフォームを用いた流動床生物膜処理」なるタ
イトルで文献に記載されている（用水と排水　　Ｖｏｌ
．３２　Ｎｏ．５ｐｐ１７〜２４　（１９９０）　）。 この技術の記述によれば、スポンジ活性化汚泥法とはス
ポンジ小体を活性化汚泥法の曝気槽中に投入し、曝気空
気によってスポンジ小体を浮遊流動させ、スポンジ小体
表面に付着したフロックによって汚水中のＢＯＤを除去
するする方法である。この技術は明らかに、フロックを
表面に付着した軽いスポンジ小体が汚水中に浮遊流動し
ている活性化汚泥法の一技術であり浸漬濾床法による好
気性生物処理における微生物の生物付着メディアとして
の利用ではない。まして有機性汚水の生物学的硝化脱窒
素処理に対する利用を想起させるものではない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来の
浸漬濾床硝化脱窒素方法及び浸漬濾床装置の上記の■〜
■に挙げた欠点を改良し、有機性汚水を高い濾過速度で
通水出来、かつ濾過抵抗の上昇が少なく、高度に浄化で
きる新規な生物学的硝化脱窒素方法及びその装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の課題は
、 （１）　　弾性多孔性の粒状固体を充填した固定床の、
高さ方向の中間部に、有機性汚水供給部と酸素含有気体
供給部を設け、有機性汚水は下向流として流入し酸素含
有気体は散気として供給し、固定床の前記酸素含有気体
供給部より上方部にはＮＨ３　−Ｎを硝化する硝化菌を
固定し、下方部には脱窒素菌を固定し、固定床の底部か
らの流出水の一部を固定床の上部に供給し下向流として
循環することを特徴とする有機性汚水の生物学的硝化脱
窒素方法により、 （２）　　処理槽内に弾性多孔性の粒状固体を充填した
固定床を設け、前記固定床の高さ方向の中間位置に有機
性汚水供給部と酸素含有気体供給部を設け、前記固定床
の底部には有機性汚水流出口を設け、有機性汚水流出口
からの流出水の一部を固定床の上部に供給して有機性汚
水を循環するための手段を設け、前記固定床の下方部に
洗浄手段を設けた処理槽を構成することを特徴とする有
機性汚水の生物学的硝化脱窒素処理装置、を用いて解決
される。

【００１２】すなわち、１槽で構成された生物学的硝化
脱窒素処理装置の処理槽内の固定床の高さ方向の中間部
に有機性汚水供給部と酸素含有気体供給部を設け、その
中間部より上方部にはＮＨ３　−Ｎを硝化する硝化菌を
固定し、下方部には脱窒素菌を固定し、原水（処理する
ために処理槽に供給される有機性汚水を原水と言う呼称
で使用することがある）をその中間部より供給し、固定
床の下方部を通って流出する流出水を固定床の底部から
固定床の上部に供給して循環処理することによって硝化
、脱窒素、ＳＳ除去及びＢＯＤ除去を１槽で高度に行い
、工程を単純化する。

【００１３】生物学的硝化脱窒素処理槽の構成を上記の
構造にすることは生物学的硝化脱窒素処理方法にとって
多くの利点がある。先ず固定床の下方部に脱窒素菌を固
定して上方部で硝化された有機物を嫌気状態で脱窒素反
応を行うことができる。なぜなら上方部に散気装置から
供給した酸素は上方部での硝化とＢＯＤ除去で消費され
て殆ど酸素は無い状態になっている。しかも原水が絶え
ず供給されているので脱窒素菌にとって資化性の高い有
機物が常に存在することになる。一方固定床の上方部に
は硝化菌が固定されているが、同時に好気性微生物も共
存して好気状態で硝化とＢＯＤ除去がおこなわれる。

【００１４】本発明においては、既に上述した有機性汚
水の浸漬濾床法による好気性生物処理における微生物の
生物付着メディアの検討の結果に基づいて、表面と内部
に大きな空隙（孔）を持つ多孔性弾性体を微生物の生物
付着メディアとして使用した。

【００１５】この多孔性弾性体小体の充填によって固定
床を構成し、下向流で有機性汚水を流入し、散気泡と向
流接触させる方法が、目詰まりを起こさないかつ速い汚
水処理を生物学的硝化脱窒素処理方法においても可能に
することが確認された。

【００１６】多孔性弾性体を微生物の生物付着メディア
として用いて、多孔性弾性体の表面及び空隙の内部に適
度の生物膜を負荷することによって有機性汚水と微生物
を含む生物膜とが広くかつ効率良く接触して速やかな生
物学的反応が生ずる。この結果硝化脱窒素反応を顕著に
増加させることが出来、処理装置の一層のコンパクト化
ができる。またＳＳの目詰まりによる濾床の濾過抵抗の
増加を著しく少なく出来、工程の維持管理が大変に容易
になった。

【００１７】以上述べた如く、１槽で構成された生物学
的硝化脱窒素処理装置の処理槽内の中間部より上方部に
はＮＨ３　−Ｎを硝化する硝化菌を固定し、下方部には
脱窒素菌を固定し、原水（有機性汚水）をその中間部よ
り供給し、その有機性汚水を処理槽内に循環することに
よって硝化、脱窒素、ＳＳ除去及びＢＯＤ除去を１槽で
行うこと、及び固定床に充填する生物付着メディアとし
て弾性多孔性の粒状固体を用いて生物学的硝化脱窒素処
理を行う処理方法及び生物学的硝化脱窒素処理装置が本
発明の特徴であり、従来かかる処理方法や処理装置は全
く存在しなかった。

【００１８】本発明で使用する多孔性弾性体、例えばス
ポンジ小体は、プラスチックスを連続気泡を造る発泡法
で発泡して作成される多孔体であり、材質としては、ス
ポンジとして吸水性のあるものであれば特に限定する必
要はないが、特に好ましい材質としてはウレタン樹脂類
が挙げられる。スポンジ小体の粒径は１０〜３０ｍｍ、
好ましくは１５〜２０ｍｍ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。孔
の径は、分布があるが、最高は数ｍｍにおよぶ。スポン
ジ小体の空隙率は９０％以上である。（図２参照）また
、上記スポンジ小体のような多孔性で弾性のある小体は
合成繊維を球状に丸めてつくることが出来る。使用する
合成繊維の例としてはナイロン、ポリエステル、アクリ
ル及びポリウレタン等の合成繊維があげられる。この合
成繊維の繊維は単繊維でも短繊維を紡糸したものでもよ
いが短繊維を紡糸したものの方が多孔性のものが得易い
。また繊維の太さは細いものが好ましい。小体の粒径は
やはり１０〜３０ｍｍ、好ましくは１５〜２０ｍｍであ
り、その形状は球状である。

【００１９】図１に従って、以下に本発明の構成と作用
を説明する。しかし以下の説明は本発明の一実施態様を
示すものであり、本発明はこれによって制限されるもの
ではない。

【００２０】図１において、１槽で構成された生物学的
硝化脱窒素処理装置の処理槽１内には、微生物をその表
面及び内部に固定化した弾性多孔性の粒状固体（ポリウ
レタンフォームまたは合成繊維を球状に丸めたもの等）
が充填されて固定床２を構成している。

【００２１】固定床２の中間部には、空気等の酸素を含
有するガス３の供給部が設けてある。しかして、下水等
のＮＨ３　−Ｎ含有有機性汚水４を固定床２の中間部か
ら供給し、下向流で充填層内を流下させる。

【００２２】充填層を構成する弾性多孔性の粒状固体に
は、微生物が図２に示したようにその表面と内部に高濃
度に固定化されている。（固定化のために薬品を使う必
要はなく処理を続けると自然に微生物が増殖し図２のよ
うに固定化される。）固定床２内の中間部から下方の領
域Ａには脱窒素菌が弾性多孔性の粒状固体に固定化され
て充填されており、中間部から上方の領域ＢにはＮＨ３
　−Ｎを硝化する硝化菌がやはり弾性多孔性の粒状固体
に固定化されて、共に高濃度に存在している。

【００２３】空気等の酸素を含有するガス３の気泡群は
、この硝化領域Ｂを通過し硝化菌に酸素を与える。脱窒
素領域Ａ内には溶存酸素は殆ど存在しない。脱窒素され
た処理水５は固定床の底部からの流出水（固定床の中間
部で加えられた原水を含む）を固定床の上部に供給する
配管の途中に設置されている処理水タンク６に貯蔵され
、一部は循環液７として固定床の上部にポンプ８によっ
て供給される。処理水タンク６の処理水５は循環液７と
固定床の中間部で加えられた原水との混合液であるが、
この処理槽内を循環している間に処理水５は十分に清澄
な水となる。９は処理水５を系外に取り出す流出管であ
る。

【００２４】処理を長時間続けていると固定床内の充填
層の濾過抵抗が急上昇する。この時処理水タンク６から
固定床の底部への洗浄用の洗浄水供給管１０にある弁を
開き、ポンプ１１を用いて処理水５を洗浄水供給管１０
を通して固定床の底部から充填層に送って充填層を逆洗
する。この逆洗時に生物付着メディアである弾性多孔性
の粒状固体が槽から流出するのをネット１３で防止する
。

【００２５】上記したように、処理槽内を循環して有機
性汚水を処理してる時、中間部から上方の硝化領域Ｂに
おいて循環液７中のＮＨ３　−Ｎが弾性多孔性の粒状固
体に固定化されている硝化菌によってＮＯＸ　−Ｎに硝
化される。次に硝化領域Ｂから流下するＮＯＸ　−Ｎ含
有液（硝化液と呼ぶ）は脱窒素領域Ａにおいて有機性汚
水４中のＢＯＤを利用して下記反応式で示されるように
脱窒素される。

【００２６】

【数１】 原水４にＢＯＤが含まれない場合または不足する場合は
、有機性汚水４にメタノール等の有機炭素源を添加する
。

【００２７】脱窒素領域Ａにおいては有機性汚水４中の
ＳＳの濾過除去も同時に行い、ＳＳの量が５ｍｇ／リッ
トル以下の清澄な処理水５が流出する。従って処理槽内
を循環している脱窒素循環液７中のＳＳは極めて少なく
、この結果硝化領域Ｂの充填層の目詰まりは極めて少な
い。また、脱窒素領域Ａも弾性多孔性の粒状固体の空隙
率が９０％以上と非常に大きいためＳＳの目詰まりは緩
慢で、濾過抵抗の増加が少ないという特徴がある。

【００２８】このように本発明の生物学的硝化脱窒素処
理方法は１槽だけで原水を処理槽内に循環することによ
ってＳＳ、ＢＯＤ及び窒素成分のすべてを高度に除去で
きるという類例のなく高い排水処理性能を発揮する。

【００２９】ＳＳの濾過除去が進に連れて、充填層２の
濾過抵抗が増加するので、濾過抵抗が５００ｍｍ〜１０
００ｍｍＨ２　Ｏ程度に増加した時点で逆洗ポンプ１１
を動かし、弁を開いて空気１４の供給を開始して、水洗
及び空気洗浄を行う。１２は洗浄排水流出管である。濾
過層（固定床２）の洗浄は原水が下水の場合、２〜４日
に１回、１０分管程度で十分である。逆洗時に生物付着
メディアである弾性多孔性の粒状固体が槽から流出する
のをネット１３で防止する。

【００３０】

【実施例】

（実施例−１）典型的なＮＨ３　含有廃水である下水を
原水として、本発明を実証する実験を行った結果につい
て以下に説明する。

【００３１】団地からの生下水から粗大異物だけを除去
した下水を対象に実験を行った。下水の水質と実験条件
を表１、表２に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】 この条件で１ヶ月間順致運転を行い、２ヶ月目から処理
水の分析を行った。その１ヶ月間の処理水質の平均値を
表３に示す。

【００３４】

【表３】 表３から、本発明によれば単一の処理槽で原水のＢＯＤ
、ＳＳ及び窒素成分が高度に浄化され、清澄な処理水が
得られることが明らかである。また、充填層内の弾性多
孔性の粒状固体（ポリウレタンフォーム）の内部に固定
化保持されている微生物濃度は１５０００〜１６０００
ｍｇ／リットルと極めて高濃度であった。

【００３５】さらに、充填層内の（弾性多孔性の粒状固
体内部を含めた）空隙率が極めて大きい（９７％）ため
、ＳＳの捕捉に伴う濾過抵抗の上昇は非常に少なく、８
０時間〜１００時間の処理後に濾過抵抗が３００ｍｍに
増加するに過ぎなかった。従って充填層の洗浄は３〜４
日に１回行うだけでよく、維持管理が極めて容易であっ
た。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば■　　単一の処理槽で原
水のＢＯＤ、ＳＳ及び窒素成分が高度に除去出来る。従
って装置は極めて単純化出来る。このような効果は従来
の例では全く得られず、必ず複数の槽を必要とした。

【００３７】■　　微生物を表面及び内部に、高濃度に
保持可能な、弾性多孔性の粒状固体を濾材として用いた
ので、高速に硝化、脱窒素出来る。従って装置は非常に
コンパクトになる。

【００３８】■　　ＳＳの濾過捕捉に伴う充填層の目詰
まりが極めて少ないので、洗浄のサイクルが極めて長く
とれるため、維持管理が容易で、洗浄排水発生量も少な
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はＮＨ３　含有有機性排水の生物学的硝化
脱窒素処理装置の模式図。

【図２】図２は弾性多孔性の粒状固体の一例を示す模式
図。（空隙部１６には硝化菌や脱窒素等の微生物が固定
されている。）

【符号の説明】

１　　硝化脱窒素処理槽 ２　　固定床 ３　　空気（酸素含有ガス） ４　　有機性汚水 ５　　処理水 ６　　処理水タンク ７　　循環液（脱窒素） ８　　循環ポンプ ９　　処理水流出管 １０　　洗浄用水供給管 １１　　逆洗ポンプ １２　　洗浄排水流出管 １３　　濾材流出防止用ネット １４　　洗浄用空気供給管 Ａ　　脱窒素領域 Ｂ　　硝化領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　弾性多孔性の粒状固体を充填した固定
   床の、高さ方向の中間部に、有機性汚水供給部と酸素含
   有気体供給部を設け、有機性汚水は下向流として流入し
   酸素含有気体は散気として供給し、固定床の前記酸素含
   有気体供給部より上方部にはＮＨ３　−Ｎを硝化する硝
   化菌を固定し、下方部には脱窒素菌を固定し、固定床の
   底部からの流出水の一部を固定床の上部に供給し下向流
   として循環することを特徴とする有機性汚水物の生物学
   的硝化脱窒素方法。
2. 【請求項２】　　処理槽内に弾性多孔性の粒状固体を充
   填した固定床を設け、前記固定床の高さ方向の中間位置
   に有機性汚水供給部と酸素含有気体供給部を設け、前記
   固定床の底部には有機性汚水流出口を設け、有機性汚水
   流出口からの流出水の一部を固定床の上部に供給して有
   機性汚水を循環するための手段を設け、前記固定床の下
   方部に洗浄手段を設けた処理槽を構成することを特徴と
   する有機性汚水の生物学的硝化脱窒素処理装置。