JPH04371299A - 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有機性汚水の生物学的硝化
脱窒素方法及び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、従来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り、このため
窒素を含む有機物が除去されないまま汚水が放流され、
水域の富栄養化の一因になっていた。

【０００３】富栄養化を防止するためには、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採
用されているが、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、ＳＳ
やＢＯＤを分解処理する通常の有機性汚水の処理におけ
ると同様に、活性汚泥法よりも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、窒素を含む有機性汚水
の処理する場合においても散水濾床法や浸漬濾床法が優
れている。

【０００４】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担体
にはアンスラサイト、シャモット、や人工あるいは天然
の軽量骨材などの粒状固体濾材が使用され、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。

【０００５】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。また、ろ床洗浄が繁雑で、排水量も多くなる。

【０００６】■　　担体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。従って大きな
設置面積が必要である。■　　ＳＳを同時に濾過除去し
ようとするとアンスラサイトなどの粒状濾材層の目詰ま
りが速く、頻繁な濾材層の洗浄が必要となる。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。

【０００７】このため、従来の担体を用いた浸漬濾床法
はとうてい処理効率の高い方法とは言い難い。本発明者
は有機性汚水の浸漬濾床法による好気性生物処理におけ
る微生物の担体について多数の種類の濾材を対象として
実験的検討を行った結果表面と内部に大きな空隙（孔）
を持つ立体網目構造をもつ弾性多孔性の粒状固体、例え
ばポリウレタン・フォームなどプラスチックス・スポン
ジの小体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、最近
提案している。

【０００８】従来、スポンジ活性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．５　ｐｐ１７〜２４　（１９９０）　）。 この技術の記述によれば、スポンジ活性汚泥法とはスポ
ンジ小体を活性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
る活性汚泥法の一変法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担体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。

【０００９】

【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
通水でき、かつ濾過抵抗の上昇が少なく、高度に浄化さ
れた処理水が得られ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。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の課題は
、 （１）処理槽内に立体網目構造をもつ粒状固体を充填し
た充填層を設け、前記粒状固体の内部に主に脱窒素菌を
固定化し、前記粒状固体の表層部に主に硝化菌を固定化
せしめて粒状固体内外に異なる機能を生じせしめ、処理
槽上部から有機性汚水を入れ、下部より酸素含有気泡を
供給しつつ、処理水の一部を充填層内に循環せしめるこ
とによって硝化脱窒素をおこなわしめて、有機性汚水の
ＢＯＤ、窒素及びＳＳを同一処理槽内で除去することを
特徴とする有機性汚水の生物学的硝化脱窒素方法。

【００１１】（２）処理槽の上部に有機性汚水の供給手
段、下部に散気手段及び処理水による逆洗手段を有する
生物学的処理装置において、前記装置の生物学的処理槽
内に立体網目構造をもつ粒状固体を充填し、前記粒状固
体の内部に主に脱窒素菌を固定化し、前記粒状固体の表
層部に主に硝化菌を固定化せしめて粒状固体内外に異な
る機能を生じせしめた充填層よりなる濾床を設け、処理
水の一部を前記処理槽に還流する手段を設けることを特
徴とする有機性汚水の生物学的硝化脱窒素装置を用いて
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に立体網目構造をもつ粒状固
体を充填した充填層を設け濾床とし、前記粒状固体の内
部に主に脱窒素菌を固定化し、前記粒状固体の表層部に
主に硝化菌を固定化せしめて粒状固体内外に異なる機能
を生じせしめ、処理槽の上部に有機性汚水の供給手段を
設けて有機性汚水を下向流として充填層内に流し、処理
槽の下部に散気手段を設けて酸素含有気泡を供給しつつ
、処理水の一部を有機性汚水と共に充填層内に導くこと
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】前記した通り、生物学的硝化脱窒素処理装
置の処理槽内に設けられている濾床には立体網目構造を
もつ弾性多孔性の粒状固体が充填されており、粒状固体
の内部には主に脱窒素菌が固定化されており、その表層
部には主に硝化菌が固定化される。このように微生物を
固定化するためには特別な手段を使用する必要はなく、
生物学的硝化脱窒素処理を続けていると自然に前記のよ
うに固定化される。

【００１４】処理水の一部を前記処理槽に還流するして
充填層内に循環せしめる手段としては、前記生物学的処
理槽外に処理水の中間貯留槽を設け、処理槽と中間貯留
槽との間に処理水を循環せしめる方法が好ましい方法で
ある。

【００１５】本発明で使用する立体網目構造をもつ粒状
固体は、例えば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スポンジ小体であり、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。その粒径は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、大小があるが、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）図１に従
って、以下に本発明の装置の構成を説明する。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。

【００１６】図１において、有機性汚水は有機性汚水供
給管４によって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に供給される、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立体網目構造をもつ
弾性多孔性の粒状固体２０（例えばポリウレタンフォー
ム）を充填して形成された充填層を有する濾床２が設け
られている。

【００１７】処理槽１上部には前記有機性汚水供給管４
の他、処理水を中間的に貯留する中間貯留槽６から処理
槽１へ処理水の一部を還流するための処理水還流管７（
循環ポンプ８が設置されている）と濾床２の逆洗用の洗
浄排水流出管１２とが設けられている。また、濾床２の
上部には逆洗の際に粒状固体２０が逸流しないように多
孔性部材１３が張られている。

【００１８】濾床２の下部には、酸素含有気体供給管３
を通して酸素含有気体を供給するための散気手段が設け
られている。また、　　処理槽１の下部には、処理水送
水管５が設けられており、処理水はこの送水管により中
間貯留槽６に、そして更に処理水流出管９を通って処理
水貯留槽（図示されていない）に送液される。

【００１９】また、中間貯留槽６から処理槽１下部に逆
洗用の洗浄排水供給管１０が設置され、供給管１０には
処理水を供給する逆洗ポンプ１１と弁１４が設置されて
いる。

【００２０】

【作用】以下に本発明の作用を説明する。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。

【００２１】従来は、粒状固体からなる濾材が充填され
ている充填層に酸素含有気泡を送り込むと、層内の溶存
酸素のため、脱窒素反応が進行しないものとされており
、必ず脱窒素領域の層内には酸素含有気泡を供給しない
ように構成していた。

【００２２】この考え方の正当性を確認するために、図
１の充填層をアンスラサイトによって構成し、処理を行
った結果従来の知見の通りＢＯＤの除去とＮＨ３　−Ｎ
の硝化が行えるだけで、脱窒素反応は進行しないことが
確認された。

【００２３】これに対して、濾床２の充填層を立体網目
構造をもつ弾性多孔性の粒状固体（図２）によって構成
すると、極めて効果的に硝化脱窒素反応が進行し、処理
水の窒素成分の除去率は８０％以上に達することを確認
できた。

【００２４】このように効果的な硝化脱窒素反応が濾床
２の充填層内に酸素含有気泡が存在している状態にもか
かわらず進行する理由は次の通りである。すなわち、濾
床２の充填層に充填されている立体網目構造をもつ弾性
多孔性の粒状固体は図２に示されているように、空隙率
が極めて高く、高濃度に微生物を固定化しているので（
実測した結果では、１５，０００〜１６，０００ｍｇ／
リットルの微生物が固定化されていた）、充填層内に酸
素含有気泡から供給される溶存酸素が存在していても、
溶存酸素は弾性多孔性の粒状固体の内部には拡散できず
、充填層内部には脱窒素菌の増殖に好適な環境がつくり
出されているためである。

【００２５】すなわち、充填層の脱窒素領域には原水中
のＢＯＤと、循環処理水中及び充填層内で生成したＮＯ
Ｘ　−Ｎが供給されるので、これらＢＯＤとＮＯＸ　−
Ｎが弾性多孔性の粒状固体の内部に拡散して、そこで下
記化学式で表される脱窒素反応が進行するためであろう
。

【００２６】

【数１】 また、充填層中を酸素含有気泡が上昇するに従って酸素
が消費されて減少するので、充填層下部では硝化菌部分
が、上部では脱窒素部分が大きい傾向を示している。

【００２７】立体網目構造をもつ弾性多孔性の粒状固体
の粒径が小さ過ぎると、酸素が粒状固体の内部に拡散し
、脱窒素菌の増殖に好ましくない影響を与える。適切な
粒径は凡そ１５〜２５ｍｍである。しかして、原水中の
ＳＳも濾床２の充填層内で濾過除去され、処理水はＳＳ
が５ｍｇ／リットル以下の清澄水となる。

【００２８】このように、本発明では処理槽は１槽で、
原水中のＳＳ、ＢＯＤ、及び窒素成分のすべてが高度に
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。ＳＳの濾過除去が進むに連れて、充填層の濾過抵抗
が増加するので、濾過抵抗が５００ｍｍ〜１０００ｍｍ
Ｈ２　Ｏ程度に増加した時点で逆洗ポンプ１１を動かし
、弁１４の開度を大きくして酸素含有気泡の供給を増加
し、水洗及び空気洗浄を行う。充填層（濾床２）の洗浄
は原水が下水の場合、２〜４日に１回、１０分間程度で
十分である。

【００２９】

【実施例】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。 （実施例−１）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。

【００３０】下水の水質と実験条件を表１、表２に示す
。

【００３１】

【表１】

【００３２】

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

【００３３】

【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）に固定化保持
されている微生物濃度は１５０００〜１６０００ｍｇ／
リットルと極めて高濃度であった。

【００３４】すなわち、本発明では濾床内で溶存酸素が
存在しているにもかかわらず、極めて効率の良い脱窒素
反応が進行していることがみとめられる。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、８０時間〜１０５時間の処理
後に濾過抵抗が３００ｍｍＨ２　Ｏ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。

【００３５】

【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。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。

【００３６】■　　粒状固体の表面に硝化微生物を、ま
たその内部に脱窒素微生物を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、酸素含有気
泡と溶存酸素の存在下でも良好に脱窒素処理ができる。

【００３７】従って、装置の構造が非常に簡単となる。 ■　　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。

【００３８】■　　微生物を高濃度に保持できるので、
硝化脱窒素速度が速い。この結果装置をコンパクトにで
きる。■　　硝化部から流出する処理水を、系外に流出
させるので、処理水のＮＨ３　−Ｎ濃度を極めて低濃度
にでき、公共用水域の水質保全効果が高い。（ＮＨ３　
−Ｎは魚類等水産生物に有毒であり、また、上水処理に
おける塩素注入率の増加をもたらす。）

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は有機性汚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。

【符号の説明】

１　　硝化脱窒素処理槽 ２　　濾床 ３　　酸素含有気泡供給管 ４　　有機性汚水供給管 ５　　処理水送水管 ６　　中間貯留槽 ７　　処理水循環配管 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　　多孔性部材 １４　　弁 ２０　　粒状固体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　処理槽内に立体網目構造をもつ粒状固
   体を充填した充填層を設け、前記粒状固体の内部に主に
   脱窒素菌を固定化し、前記粒状固体の表層部に主に硝化
   菌を固定化せしめて粒状固体内外に異なる機能を生じせ
   しめ、処理槽上部から有機性汚水を入れ、下部より酸素
   含有気泡を供給しつつ、処理水の一部を充填層内に循環
   せしめることによって硝化脱窒素をおこなわしめて、有
   機性汚水のＢＯＤ、窒素及びＳＳを同一処理槽内で除去
   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。
2. 【請求項２】　　処理槽の上部に有機性汚水の供給手段
   、下部に散気手段及び処理水による逆洗手段を有する生
   物学的処理装置において、前記装置の生物学的処理槽内
   に立体網目構造をもつ粒状固体を充填し、前記粒状固体
   の内部に主に脱窒素菌を固定化し、前記粒状固体の表層
   部に主に硝化菌を固定化せしめて粒状固体内外に異なる
   機能を生じせしめた充填層よりなる濾床を設け、処理水
   の一部を前記処理槽に還流する手段を設けることを特徴
   とする有機性汚水の生物学的硝化脱窒素装置。