JPH0494800A - 汚水の窒素除去方法 - 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） 本発明は汚水の窒素除去方法の改良に係り、坦体流動型
曝気槽と槽内に配設した中空状濾過膜との組合せにより
、ＢＯＤ除去と脱窒素の両方を効率的に行なえるように
した新規な汚水の窒素除去方法に関するものである。

（従来の技術） 汚水中に存在する窒素成分は、主に蛋白質が分解して生
成する有機態窒素（アミン類等）や、これが更に分解し
たアンモニア態の窒素として存在する。

従って、従来一般に行なわれている生物学的な脱窒素方
法は、何れも（イ）硝化菌の作用により。

有機態窒素又はアンモニア態窒素を好気性環境下で硝酸
態窒素又は亜硝酸態窒素に変換する硝化工程と、（ロ）
脱窒細菌の作用により、硝化された窒素（Ｎｏ２−Ｎ、
Ｎｏ、、−Ｎ）を嫌気性環境下で炭素源（有機物）の存
在下に窒素ガスに変換する脱窒工程との組合せが基本と
なっており、三段活性汚泥法（メタノール添加法）、硝
化液循環法、嫌気・好気循環法等と呼ばれる各種の脱窒
素方法が開発されている。

しかし、前記従前の脱窒素方法は、好気性環境下に於け
る硝化工程と嫌気性環境下に於ける脱窒工程を個別に行
なうものであるため、処理設備が大形化すると共に脱窒
処理槽への汚泥の返送や脱窒処理槽内の汚泥濃度の管理
に手数がかがり、安定した汚水処理を行ない難いと云う
欠点が内存する。

一方、これ等の問題を解決するため、脱窒菌を主体とす
る微生物を培養・付着せしめた多孔質充填物（スポンジ
の小片）を脱窒処理槽内へ充填し、酸素を含まないガス
流によって充填物と硝化処理後の汚水や添加したメタノ
ール等を強制撹拌することにより、汚泥の回収並びに補
給を不要とするようにした技術が開発されている（特開
昭５］１５０８７０号等）、 しかし、これ等の多孔質充填物（スポンジ小片）を使用
する処理技術に於いても脱窒槽］二程の他に硝化工程を
別に必要とするため、処理設備の大幅な小形化がはがれ
ないと云う問題が残されている。

また、多孔性坦体を使用する坦体流動型曝気処理槽には
各種のものが開発されているが、これ等は何れもＢＯＤ
除去を目的とするものであり、窒素除去には適用不、可
能なものである（特開昭４９−３９９４−９号、特公昭
５５−５１６３９号等）。

更に、通常の曝気処理槽に於いては、曝気処理槽の内部
へ膜濾過装置を配設し、膜濾過装置の有する優れた汚泥
分離能力を利用して処理水を吸弓分離するようにした技
術が開発されており、濾過作用により膜濾過装置の膜外
表面に生成付着した生物膜等を循環流動する汚水によっ
て洗浄することにより、膜濾過装置の濾過能力の低下が
防止されている（特開昭６１−１２９０９４号）。

しかし、汚水の循環回流によって濾過膜の外表面を洗浄
するだけでは、汚水の流速を相当の高速流にした場合で
も、現実には膜面に順次付着成長してくる生物膜を完全
に除去することが困難であり、その結果、時間の経過と
共に膜濾過装置の濾過能力が低下して安定した汚水の曝
気処理が出来なくなると云う問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は従前の汚水の窒素除去方法に於ける」二連の如
き問題、即ち（イ）硝化工程と脱窒工程とを別個に必要
とするため、処理設備の小形化や処理操作の簡素化が計
れないこと、（ロ）処理槽内へ中空状膜濾過装置を設け
た場合には、濾過能力を長期に亘って所定値に保持でき
ないこと等の問題を解決せんとするものであり、特定の
物理的性質を有する通気質充填物を使用することにより
、−基の一１′、処理槽内で硝化工程と脱窒工程の両方
を並列的に行なわせ、更に、主処理槽内に配設した中空
状濾過膜により処理水の吸引分離を行なうと共に、循環
流動する通気質充填物を濾過膜へ繰り返し接触させて濾
過膜外表面ヲ導呻することにより、処理設備の大幅な小
形化通気理能カの向上、処理コストの削減等を可能とし
た汚水の窒素除去方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） ところで、本件発明者は、活性汚泥を付着せしめた通気
性坦体を用いた流動型曝気処理装置の性能試験の過程に
於いて、ある種の通気性坦体を使用した場合にはＢＯＤ
のみならず汚水中の総窒素の方も大幅に減少することを
見出した。

第１表は前記試験の結果を示すものであり、試験２（試
料Ｄ）及び試験４（試料Ｃ）に於いては、坦体を不織布
小片ＮＯ２（１５ｎｎＸ　１５ｎｎＸ　Ｉ　Ｏｎｍ）及
びポリウレタン小片Ｎ０Ｉ（１２ｎｎＸ　１２ｎｍＸ　
１２ｍ）とすることにより、総窒素Ｔ−Ｎが１２０分間
の曝気処理によって約４０％位い除去されることが示さ
れている。

尚、第１表の結果は通気性坦体の充填率を３０％（曝気
槽内容積に対して３０　Ｖ　ＯＩ、％の坦体を充填）と
し、且つ曝気強度を５．５Ｎｍ３／ｒｎ’・Ｈｒとした
場合の値である。

前記第１表の結果からも明らかな様に、ある種の通気性
坦体を用いた場合には、好気性環境下にある曝気処理槽
に於いても窒素除去が行なわれるのであるから、当該曝
気処理槽では好気性環境下に於けるＢＯＤ除去や硝化作
用の他に、嫌気性環境下に於ける脱窒作用が併せて同時
に進行していることになる。

尚、上述の如き硝化作用と脱窒作用が同時に進行すると
云う処理のメカニズムは未だ充分に解析されていないが
、好気性環境下に於けるＢＯＤ除去作用や硝酸態窒素等
の硝化作用は主として通気性坦体の外層領域（即ち好気
性領域）に於いて行なわれ、且つ嫌気性環境下に於ける
脱窒作用は、主として通気性坦体の内層領域（即ち嫌気
性領域）で行なわれているものと想定される。

本件発明は上述の様な知見に基づいて開発をさ一 れたものであり、使用する通気性坦体の物理的性質や寸
法、充填率等を特定することにより、槽内に中空状濾過
膜を配設した一基の坦体流動型曝気処理槽により、ＢＯ
Ｄ除去と窒素除去の両方を同時に可能とするものである
。

本件発明は、散気装置を備えた主処理槽内に、その外層
部が好気性領域となると共に内層部が嫌気性領域となり
且つ一辺の長さが」−〇〜１５に＠の角柱状の通気性坦
体若しくは外径及び高さが１０〜１５ｍｍの円柱状の通
気性坦体を充填率２０〜３５％の割合で充填し、前記散
気装置からの噴出空気により汚水及び通気性坦体を循環
流動させると共に、前記循環流動水路に沿わせるように
水路全域若しくはその一部に中空状濾過膜を配し、主処
理槽内の混合液から処理水のみを前記中空状濾過膜を介
して吸引分離すると共に、循環流動する前記通気性坦体
を流動水路内に配設した中空状濾過膜の表面へ繰り返し
接触させ、濾過膜の目詰まりを防止することを発明の基
本構成とするものである。

（作用） 汚水内のアンモニア態窒素や有機態窒素は、好気性環境
下にある通気性坦体の外層部に於いて、これに付着する
汚泥中の硝化菌と接触することにより、硝化作用を受け
て硝酸態窒素等に変換される。

変換された硝酸態窒素等は、引き続き嫌気性環境下にあ
る通気性坦体の内層部に於いてこれに付着する汚泥中の
脱窒素菌と接触することにより、脱窒作用を受けて窒素
の除去が行なわれる。

処理された汚水は槽内に配設された中空状濾過膜を通し
て分離され、膜内力の中空通路を通して外部へ排出され
て行く。

また、中空状濾過膜の外表面は、槽内を循環流動する通
気性坦体が繰り返し接触することにより強制洗浄され、
これにより濾過膜の目詰まりが防止される。

（実施例） 以下、第１図乃至第４図に基づいて本考案の実施例を説
明する。

第１図は本考案に係る汚水処理装置の断面概要図であり
、図に於いて１は主処理槽、２は中空状濾過膜、３は散
気装置、４は吸引ポンプ、５は汚水流入管、６は空気配
管、７は通気性坦体である。

前記主処理槽１ばコンクリ−１へ若しくはプラスチック
製であり、汚水流入口、オーバーフロー孔、マンホール
等が夫々設けられている。

前記中空状濾過膜２は被阻止粒子径か０．０５〜０．５
μｍ程度の濾過膜から形成されており、内部は中空通路
２ａとなっている。

この中空状濾過膜２は、後述する通気性坦体７の循環流
動通路に沿わせた状態でその水路内部に配設されており
、ポンプ４により吸引管８を通して中空通路２２Ｎの内
方を減圧することにより、濾過膜を通して処理水が中空
通路２ａ内へ移流され、外部へ吸引排出されて行く。

尚、第１図に於いては、中空状濾過膜２を通気性坦体７
の循環流動通路の上方部（即ち、槽の上方部）に配設し
ているが、第２図及び第３図に示す如く循環流動通路の
側方部分（槽の側方部）や下方部分（槽の底部）に配設
してもよく、流動する通気性坦体７が濾過膜外表面へ有
効に接触可能な位置であれば、如何なる場所であっても
よい。

また、前記中空状濾過膜２の種類や構造は如何なるもの
であっても良く、例えば第４図に示す如く中空系膜の束
を濾過膜２とするものであってもよい。

前記散気装置３は主処理槽１の下部側方に設けられてお
り、コンプレッサー（図示省略）から空気管９を通して
供給されたエアーが噴出されることにより、槽内の汚水
並びに通気性坦体７が矢印方向へ循環回流する。

また、主処理槽１内には外形寸法が１−２ａｎＸ］２ｍ
ｍ　Ｘ　］、　２　ｍｍの立方体形状を有するポリウレ
タン製の通気性坦体７が、容積占有率が約３０％となる
様しこ充填されている。

前記通気性坦体７は、比重が略１で、且つ一辺の長さ寸
法が１０〜１５Ｗ１程度の角柱体か、若しくは外径及び
高さ寸法が１０〜１．５ｎｎの円柱体が望ましい。

］１ 何故なら比重が１−から大きく離れたり、或いは長さや
高さの寸法が１．５ｍ＋以上になるとエアーレーション
による流動性が悪化し、また寸法がＩｏｎ。

以下になると、後述する通気性坦体７の嫌気性領域が減
少し、脱窒能力が低下することになる。

また、通気性坦体７は耐摩耗性を有する必要があり、ポ
リウレタン製坦体７の場合にはエーテル系の連泡性ポリ
ウレタンが望ましい。

更に、通気性坦体７の充填率は２０〜３５％程度が最適
である。充填率が２０％以下になると脱窒素効果が急激
に低下するからであり、また充填率が３５％以上になる
とエアーレーションによる流動が困難になると共に、流
動性を高めるためにエアー量を増すと、脱窒作用が逆に
相殺される結果となるからであり、これ等のことは何れ
も脱窒素試験により確認されている。

前記通気性坦体７は前述の如く、外層部が好気性領域と
して作用し且つ内層部が嫌気性領域として作用すること
が必要であり、この点から単に連続発泡性であったり、
或いは気泡率が高いたけでは、ＢＯＤ除去は可能であっ
ても優れた窒素除去作用を奏することが不可能である。

即ち、通気性坦体の気泡が大きく旧つ気泡の大部分が連
泡の場合には、空気泡が容易に水と共に坦体内部を通過
することになり、前記嫌気性領域がほぼ零になって脱窒
作用が得られなくなる。また、これとは逆に、空隙率が
如何に大きくても連泡状の気泡でない場合には、嫌気性
領域は増加するものの通水性に劣ることとなり、脱窒作
用が得られない。

従って、通気性坦体７としては適当な気孔径で、しかも
適当な連泡率（望ましくは、外層領域の連泡率が比較的
大きく且つ内層領域の連泡率が比較的小さいもの）を有
することが必須の要件となり、この種の発泡体の特性を
示すものとして一般に利用されるＰ、Ｐ、Ｉ値（１＃幅
当りの気泡数）や気泡率（気泡容積／全容積）、連泡率
（連泡状の気泡数／全気泡数）等だけでは１本件発明の
様な一基の坦体流動型曝気槽により窒素除去を行なう際
に最適な通気性坦体の物性を表現することは不可能であ
る。

そこで、本件発明に於いては、通気性坦体７の濾過性能
に着目し、プラスチック通気体の基本特性である濾過性
能の評価試験方法として信頼性の高い「１本空気清浄協
会（Ｊ　ＡＣＡ　ＮＯＩ　Ｏ）の第」性能試験方法を用
いて１通気性坦体用の板材Ｃの濾過抵抗を測定した。

即ち、先ず角柱状の通気性坦体７の一辺の長さ（１，０
ｎｎ）に相当する厚さＬ　＝　１０　ｍｍの通気性板材
Ｃを第５図の如くに配設し、風速２ｍ／ｓｅｃ下に於け
る濾過抵抗Ｐを測定した。

尚、第５図は前記第１性能試験方法に於いて使用した垂
直形性能試験装置であり、図に於いてＣは試験体、Ｄは
マノメータ、Ｅは整流格子、Ｆは風量調整板、Ｇはファ
ン、Ｈばのぞき窓、■は試験器本体５．■はオリフィス
であり、風速計は省略されている。

次に、前記風速２ｍ／ｓｅｅ下に於ける濾過抵抗ｐ　（
画Ｉ（、○）の測定を終えた通気性板材Ｃを所定寸法の
立方体状に切断して多孔性坦体７を形成し、これを曝気
処理槽へ夫々３０％の充填率で充填して一定時間脱窒素
処理を行ない、そのｈ−タル窒素Ｔ−Ｈの除去率のを実
測した。尚、脱窒素試験に供した被処理水の種類や量、
処理時間、曝気量等の試験条件が各通気性坦体７毎に同
一に設定されていることは勿論である。

その後、前記濾過抵抗Ｐと総窒素除去率Ｑとの対比を行
ない、この対比から高い窒素除去率Ｑを達成し得る濾過
抵抗Ｐの範囲を定めた。

第　　　２　　　表 過抵抗Ｐの一例を示すものであり、ここで、濾過抵抗Ｐ
は風速２　ｍ　／　ｓｅＣ下に於ける濾過抵抗ｍｍ　Ｈ
？○で表わされている。

また、第６図は前記第２表の濾過抵抗Ｐと試料の目の粗
さの関係を半対数グラフに表わしたものであり、ウレタ
ン試料の場合には、１”当りの気孔（セル）数で表わし
た目の粗さと濾過抵抗Ｐとが対数直線の関係になってい
る。

前記第１表と第２表の結果を対比すると、試料記号Ｃの
通気性坦体が約４０％の窒素除去率を達成できることが
判る。この様にして、多数の通気性坦体についての窒素
除去率のと空気濾過抵抗Ｐの測定を行ない、両者の対比
から、通気性板材の厚さＬが１０〜１５ｍｍの範囲内に
於いて、試料厚さ１０ｎｗｎ、風速２　ｒｎ　／　ｓｅ
ｅに於ける濾過抵抗が５−１２　ｍｍｌ−Ｔ２Ｏのもの
を、−辺の長さが１０−１５ｍの四角柱状若しくは外径
及び高さが１０〜１５ｍの円柱体状に形成した通気性坦
体が、本件発明に於ける最適の通気性坦体であることが
判明した。

次に、本発明による汚水の窒素除去処理方法を説明する
。

第１図乃至第４図を参照して、汚水は汚水流入管５から
主処理槽１内へ入り、活性汚泥を内部に保持した通気性
坦体７や浮遊活性汚泥と共に、散気装置３から噴出する
空気流によって槽１内を循環回流する。

槽１内を循環する間に活性汚泥による生物学的処理によ
り、汚水内のＢＯＤの約９０％が除去さ６れる。

また、汚水が通気性坦体７の外層部の好気性領域及び浮
遊汚泥中の硝化菌に触れることにより、アンモニヤ態窒
素等の硝化処理が行なわれる。更に、通気性坦体７の内
層部の嫌気性領域に於いて。

硝化された硝酸態窒素が汚泥中の脱窒細菌に触れること
により、脱窒処理が行なわれ、総窒素の約７０％以上が
除去される。

尚、本実施例に於いては、ＢＯＤ負荷が０．８−３　ｋ
ｇ　Ｂ　ＯＤ　／　ｍ＋・日、活性汚泥量５．０に以−
１−／ｒｎ′、日、星均流人総窒素０．０４ｋｇ／ｋｇ
　（活性汚泥）及び０．２に以下／ｍｉ′（槽容積）、
曝気量】８ 度９．０ｒｒｉ’／ｍｉ’・ｆｉｒに夫々設定されてい
る。

また、通気性坦体　には１２　ｍｍ　Ｘ　１２　ｍｍ　
Ｘ　１．２ｍのウレタン製通気体（空気濾過抵抗Ｐ＝５
．７）が約１７，２００個／ｍ３（充填率３０％）の割
合で使用されており、槽１内周面近傍に於ける流動速度
は６０−］　００　ｃｍ／ｓｅｃ、槽１中央部に於ける
流動速度は５〜」０■／ｓｅｃ程度である。

吸引ポンプ４を作動して中空状濾過膜２を稼働すると、
処理済み汚水は濾過膜を通して中空通路２ａ側へ入り、
吸引管８を通して外部へ排出されて行く。

濾過膜によって濾過された汚泥等は濾過膜の外表面に付
着するが、散気装置３のエアーレージ巨ン作用により」
二昇する流動汚水によって洗浄され、汚水中へ再混入し
ていく。

本件考案に於いては、循環流動する通気性坦体７循環流
通路に沿ってその内部に配設された中空状濾過膜２の外
表面へ衝突を繰り返し、濾過膜外表面を摩擦する。その
結果、汚水の流動のみでは除去し得ない様な付着物であ
っても、極めて円滑に除去されることになる。

中空状濾過膜２から除去された汚泥は引き続き主処理槽
１内に滞留する。その結果、槽１内の活性汚泥濃度は順
次」二昇し、高い活性汚泥濃度下で効率的な汚水処理が
行なわれる。

（発明の効果） 本発明に於いては、通気性坦体７の外層部に形成される
好気性領域とその内層部に形成される嫌気性領域とを機
能的に活用し、−基の坦体流動型曝気処理槽によって窒
素除去とＢＯＤ除去を行なう構成としているため、従前
の硝化工程と脱窒工程とを分離する形式の処理方法に比
較して、大幅な処理装置の小形化と処理操作の簡素化を
計ることが出来る。

また、本発明では使用する通気性坦体７の外形寸法やそ
の空気濾過抵抗Ｐ、坦体７の充填率を最適値に選定して
いるため、好気性領域に於ける硝化作用と嫌気性領域に
於ける脱窒作用とがバランス良く果され、従前の単なる
発泡ウレタン等の多孔性坦体Ｂを充填した装置に比較し
て優れた脱窒素効果を発揮することが出来る。

更に、本発明では通気性坦体７の循環流動通路に沿って
中空状濾過膜２を配設し、濾過膜の外表面が流動する通
気性坦体７によって摩擦されるようにしている。その結
果、濾過膜外表面に付着した生物膜等はほぼ完全に除去
されることになり、従来の汚水循環流によって洗浄する
構成のものよりも長期に亘って高性能運転を行なうこと
ができる。

加えて、循環流動する汚水の流速を特に速くしなくても
十分に濾過膜面の洗浄が出来るため、高速流を必要とす
る従来装置に比較して消費エネルギーが大幅に減少する
と共に、濾過膜外表面より剥離された汚泥が再び汚水内
へ混入されるため、高活性汚泥濃度下で効率的な汚水処
理が行なえる。

本発明は４−述の通り、優れた実用的効用を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の実施に使用する汚水処理装置の縦断
面概要図である。 第２図は、第３図及び第４図は本発明の実施に使用する
汚水処理装置の他の例を示す断面概要図である。 第５図は、通気性坦体の空気濾過抵抗Ｐの測定方法の説
明図であり、第６図は空気濾過抵抗Ｐと試料の目の粗さ
との関係を示すものである。 １　　主処理槽 ２　　中空状濾過膜 ３　　散気装置 ４　　吸引ポンプ ５　　汚水流入管 ６　　空気配管 ７　　通気性坦体 ８　　吸引管 Ｐ　　通気性坦体の空気濾過抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）散気装置を備えた主処理槽内に、その外層部が好
   気性領域となると共に内層部が嫌気性領域となり且つ一
   辺の長さが１０〜１５ｍｍの角柱状の通気性坦体若しく
   は外径及び高さが１０〜１５ｍｍの円柱状の通気性坦体
   を充填率２０〜３５％の割合で充填し、前記散気装置か
   らの噴出空気により汚水及び通気性坦体を循環流動させ
   ると共に、前記循環流動水路に沿わせるように水路全域
   若しくはその一部に中空状濾過膜を配設し、主処理槽内
   の混合液から処理水のみを前記中空状濾過膜を介して吸
   引分離すると共に、循環流動する前記通気性坦体を流動
   水路内に配設した中空状濾過膜の表面へ繰り返し接触さ
   せ、濾過膜の目詰まりを防止するようにしたことを特徴
   とする汚水の窒素除去方法
2. （２）通気性坦体を、気体濾過抵抗が５〜１２ｍｍＨ＿
   ２Ｏ（風速２ｍ／ｓｅｃ・厚さ１０ｍｍ）となるウレタ
   ン製又はポリエチレン製若しくは不織布製の通気性坦体
   とした請求項１に記載の汚水の窒素の除去方法。
3. （３）中空状濾過膜の被阻止粒子径を０．０５〜０．５
   μｍとした請求項（１）に記載の汚水の窒素除去方法。