JPH0580280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は下水や生活廃水の浄化処理に広く用い
られている固定床型廃水処理装置の運転方法に関
する。

〔従来の技術〕

固定床型廃水処理には大別して二つの方法があ
り、その一つは酸素を供給し、好気性微生物を付
着させた固定床を用いて廃水を処理する好気性固
定床法であり、他の一つは酸素を供給することな
く嫌気性微生物を付着させた固定床を用いて廃水
を処理する嫌気性固定床法である。

これらのうち従来広く採用されてきたのは好気
性固定床法であつて、浸漬ばつき法とも呼ばれ、
生物反応槽内に、プラスチツク波板、網、円筒状
プラスチツク小片等の微生物担体を充填し、空気
ばつ気することによつて担体表面に好気性生物膜
を形成し、この生物膜の働きにより廃水処理を行
なつている。

その装置は通常２〜３槽の直列に接続された生
物反応槽と、余剰汚泥の除去を行なう最終沈澱池
から構成されており、活性汚泥法と同等の処理水
質が得られ、しかも装置の維持管理が容易である
ことから、好気性固定床法は広く普及している。

一方、嫌気性固定床法は近年活発に研究がなさ
れ、一部実用化されつつあり、生物反応槽内に多
孔性セラミツクやプラスチツクボール等の微生物
担体を浸漬し、空気ばつ気を行なわず、担体の表
面または間隙に酸生成菌、メタン生成菌等の嫌気
性微生物を保持し、この嫌気性微生物の働きによ
り廃水を処理する方法である。この方法はばつ気
を行なわないためばつ気に必要な動力が節約でき
ることから、省エネルギプロセスとして注目を集
めている。ただし、嫌気性固定床は好気性固定床
法に比べて処理能力、処理水質ともに劣るため、
通常好気性固定床法の前処理プロセスとして用い
られ、好気性固定床法の前段に１〜２槽の生物反
応槽を直列に接続して廃水処理を行なうのが普通
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたごとく、固定床型廃水処理法は、好
気、嫌気両プロセスとも反応槽内に保持された生
物膜を利用するため、微生物管理が容易であり、
しかも余剰汚泥の発生量も比較的少ないことか
ら、活性汚泥法に比べて装置の維持管理が簡単で
あるという特徴を有している。しかし、この特徴
は廃水処理条件の変動に対して、運転管理技術で
は対応できないという欠点にもなつている。例え
ば流入負荷が予想以上に増大した場合、または水
温が予想以上に低く、微生物の活性が低下した場
合など、活性汚泥法ではばつ気槽内の微生物濃度
を増大させて、処理能力を高めることによりこれ
らの状況に対処できるが、固定床法は人為的に微
生物濃度をコントロールするこたができないた
め、場合によつては処理水質が悪化するようにな
る。これを防ぐため、通常固定床法では、例えば
冬期のような最も厳しい運転条件を想定して装置
の設計を行なつている。しかしながら、このよう
な設計を行なうと、水温が上昇する春〜秋期には
処理能力が過剰となつてしまい、その結果例えば
好気性固定床法ではばつ気動力が著しく浪費され
るという廃水処理の実施上好ましくない問題を生
ずる。

本発明の目的は上述の欠点を除去し、負荷変動
や水温変化に対応することができ、水質の悪化や
動力の浪費を生ずることなく、固定床型廃水処理
装置に適した運転方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はマツト状の立体網状化学繊維を主たる
構成材料とする微生物担体モジユールが好気性微
生物、嫌気性微生物のいずれに対しても保持能力
に優れ、好気性固定床と嫌気性固定床の双方の担
体として効果的に使用可能である点に着目して、
複数個の直列に接続した生成物反応槽により固定
床型廃水処理装置を構成し、最終段の生物反応槽
を好気性固定床として運転し、しかも前〜中段に
位置する生物反応槽の少くとも一つに上記の微生
物担体モジユールを充填することにより、この生
物反応槽の好気、嫌気切り換え運転を可能とした
ものである。すなわち本発明は処理水質が目標と
するレベルより悪化する傾向にあるときは、ばつ
気を行ない好気性運転をする生物反応槽の数を増
してプロセス全体の処理能力を高め、逆に処理水
質のレベルが一定以下となつたときは、ばつ気を
止め嫌気性運転をする生物反応槽の数を増して処
理水質レベルを一定に保ちつつばつ気動力の節減
を図るようにした固定床型廃水処理装置の運転方
法である。

〔作用〕

マツト状の立体網状化学繊維、例えば不織布を
主たる構成材料とする微生物担体モジユールは、
表面が孔径100〜1000μｍの細孔で覆われている
ので好気性、嫌気性微生物ともに極めて付着しや
すい。そのため例えばこの微生物担体モジユール
を嫌気性固定床として用いていても、空気ばつ気
を行なえば、担体表面上に速やかに好気性微生物
が付着生育し、１週間程度で好気性固定床に変え
ることができる。一方これとは逆に、微生物担体
モジユールを好気性固定床として用いている場
合、ばつ気を止めると、表面の好気性微生物は死
んでしまい、担体深部に固定化されていた嫌気性
微生物が表面付近に増殖してくるため、同様に生
物相の切り換えが可能であり、２〜４週間で嫌気
性固定床を形成することができる。したがつて上
記のようなマツト状立体網状化学繊維を用いた微
生物担体モジユールで各生物反応槽の固定床を形
成することにより、ばつ気を行なうか否かで目的
とする好気性または嫌気性固定床のいずれかを速
やかに選択することができるのである。すなわ
ち、この固定床は好気、嫌気両用型固定床として
作用する。この特徴を利用すると、固定床型廃水
処理を実施する際に、例えば高負荷、低水温等、
水質が悪化しやすい条件では、装置構成に対し
て、処理能力に優れる好気性固定床の占める割合
を増し、プロセス全体の処理性能を高め、所定の
水質を確保することが可能となる。また低負荷、
高水温等、運転条件が緩やかなときには、ばつ気
動力を必要としない嫌気性固定床の割合を増し
て、所定の水質を維持しつつ処理動力の省エネル
ギを図ることが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。はじ
めに本発明において本質的に不可欠でしかも効果
的な役割を果たすマツト状の立体網状化学繊維を
用いた微生物担体モジユールについて述べる。

本発明者らは下水処理を目的とした嫌気性固定
床の研究を進めており、その過程において、不織
布やスポンジ等、立体網目構造を有する材料が微
生物の固定化材料として優れていることを見出
し、これらの材料を用いた微生物担体モジユール
について、特願昭62−40803号により特許出願中
である。ここで代表的な上記微生物担体モジユー
ルについて図面により説明する。第１図は不織布
を用いた担体モジユールの構成断面図であり、第
２図はその部材斜視図を示したものである。第１
図、第２図を併用参照して説明すると、本担体モ
ジユールは、所定の間隔で並列し、基板２の両主
表面に不織布３を貼りつけた複数個の支持板１の
主面と直角に貫通する複数本の互に平行なボルト
５を各支持板１に固定し、複数枚の立体網状化学
繊維例えば中間不織布３ａのそれぞれ少なくとも
一主面の上端全幅にわたつてとりつけた補強バン
ド８上の懸架手段、例えば孔９などを用いて、中
間不織布３ａの主面に配設した複数個のスペーサ
４を介して支持板１同志間に、いずれも所定の間
隔をもつて支持板１と並列するように中間不織布
３ａを最上部に位置するボルト５から吊り下げた
構造のものである。

以下に各構成部材について説明を加える。支持
板１は貫通ボルト５、ナツト６、押え板７によつ
て相互に強固に連結し、担体モジユール全体の構
造体としての強度を維持するとともに、この担体
モジユールを２段以上積み重ねて用いる場合の上
段の担体モジユールを支持する役目も果してい
る。さらに支持板１は中間不織布３ａが担体モジ
ユールの最上位にあるボルト５に懸架されて配列
されるという中間不織布３ａを支持するための重
要な役割をもつている。したがつて基板２は強度
のある軽量の材料を用いるのがよく、例えば塩化
ビニール板などのプラスチツクが適しており、厚
さは２〜５mm程度のものとする。支持板１の縦方
向寸法は中間不織布３ａの上面、下面よりそれぞ
れ10mm程度長くしておく。これは担体モジユール
を設置するとき、および２段以上に積み重ねて用
いるときに、支持板１の上面、下面で荷重を受け
ると同時に、中間不織布３ａの上下両側面を保護
するためである。

次いで中間不織布３ａについてさらに詳しく述
べる。第２図において中間不織布３ａには縦方向
の両端部と中間の一表面に、帯状の補強バンド８
をそれぞれに全幅にわたつて接着し、各補強バン
ド８の上にさらに複数個のＬ字型のスペーサ４を
一定間隔で接着してある。上端部の補強バンド８
には不織布３ａとともに担体モジユールの最上位
にあるボルト５を通す孔９を設け、第１図に示す
ように不織布３ａをこのボルト５に懸架する。ま
た不織布３ａには最上位のボルト５を通すための
縦方向に長い孔１０を設けてある。このようにし
て補強バンド８は中間不織布３ａが横方向へ弛む
のを防ぎ、縦長の孔１０は中間不織布３ａが伸び
たときにも、ボルト５と接触して弛まないための
逃げとなつている。すなわち、中間不織布３ａを
ボルト５に懸架した本担体モジユールは中間不織
布３ａ自体の重さにより縦方向への弛みを防ぎ、
横方向についても補強バンド８が効果的に働い
て、中間不織布３ａを弛ませないようにしてあ
り、たとえ長期間の使用により中間不織布３ａが
僅かに伸びたとしても、孔１０を貫通しているボ
ルト５は、中間不織布３ａと縦方向では接触する
ことなく、中間不織布３ａに伸びる余裕を残して
あるから弛みは生じないのである。以上のごとく
中間不織布３ａに長期間にわたつて弛みが生じな
いことが実に本担体モジユールにおける大きな特
徴というべきである。

補強バンド８の材料はプラスチツクが適切であ
り、厚さ0.5〜2.0mmのポリエチレン板や塩化ビニ
ール板などを用いるのがよい。Ｌ字型のスペーサ
４も同様にプラスチツクが望ましい。不織布３お
よび３ａの材料はポリエステル、ポリプロピレ
ン、ナイロンなどであり、目の大きさが0.1〜1.0
mm、厚さ２〜５mmのものが適当である。

かくして立方体に組み立てた本担体モジユール
の大きさは、例えば全体として縦、横、高さとも
0.5〜1.0ｍであり、支持板１同志の間隔は100〜
300mm、これらの間に懸架される中間不織布３ａ
は10〜50mmの間隔で配列される。これら支持板１
や中間不織布３ａの使用枚数や間隔寸法は廃水処
理の実態に則して決定することができる。

以上のように、本発明者らは優れた微生物担体
モジユールを実現することができたが、ここで本
担体モジユールを嫌気性固定床、好気性固定床に
用いた場合の機能について述べる。

本発明者らは、はじめ嫌気性固定床用としてこ
の担体モジユールを用い、生活廃水を原水として
滞留時間６〜24時間、水温10〜30℃で長期にわた
り廃水処理実験を行なつた。その結果、上記の実
験条件で常に嫌気性微生物の良好な固定化状態を
維持するとともに、BOD除去率30〜60％、消化
ガス発生量２〜70／m³、メタンガス濃度25〜76
％という良好な値を得ることができた。さらに本
担体モジユールは平行プレート型であるため、非
常に目詰りしにくいことも明らかとなつた。この
ように本担体モジユールは嫌気性固定床用微生物
担体として満足すべき機能を有していることがわ
かる。

次に本微生物担体モジユールを好気性固定床と
して用いた場合の機能であるが、本発明者らはこ
の担体に好気性微生物が付着するか否かを確かめ
るために、この担体を用いた嫌気性固定床用実験
装置を空気ばつ気してみた結果、約１週間で良好
な好気性生物膜が担体表面に形成されることを見
出した。さらに実験を続けた所、好気性固定床へ
のBOD負荷0.3〜0.4Kg／m³・日において、BOD
除去率約90％、処理水BOD約10mg／という好
ましい結果が得られたのである。この実験結果
は、本担体が好気性固定床用としても優れてお
り、嫌気から好気への切り換えも容易であること
を示すものである。

そこで本発明者らは、この好気性固定床を再び
嫌気性固定床に切り換えることの可能性を考慮し
て、ばつ気を停止し運転を行なつた。このように
すると、生物膜は直ちに黒色に変化して行き、２
週間程度で消化ガスの蓮性が認められ、その後
徐々に増加する傾向が見られた。２週間程度の短
期間で嫌気性生物膜が形成される理由は、生活廃
水中に含まれている嫌気性微生物が担体表面に付
着しやすいことに加えて、この担体モジユールは
好気性固定床として使用されていても、不織布深
部には嫌気性微生物が保持されていることによる
ものである。すなわち、好気性運転の場合、不織
布表面には水中の酸素を摂取する好気性美声物膜
が形成されるが、表面付近で酸素が消費されるた
め、ある厚さをもつ不織布の深部では、嫌気状態
となつており、そこに嫌気性微生物が保持されて
いる。そのため生物反応槽が嫌気状態となつたと
き、この不織布深部の嫌気性微生物が表面付近へ
増殖し、嫌気性生物膜が容易に形成されるのであ
る。

以上のように本発明者らの提案になる微生物担
体モジユールは、好気、嫌気性微生物の保持能力
に優れ、良好な処理水質が得られ、しかも反応槽
のばつ気を行なうか否かで容易に生物相を切り換
えるとができるという特徴を有するものであるこ
とが確かめられた。

本発明はこのような開発経過のもとになされた
ものであり、次に具体的な運転方法を使用する装
置とともに図面に基づいて説明する。第３図は嫌
気性固定床、好気性固定床、最終沈澱池から構成
され、本発明に適用される固定床型廃水処理装置
の一例を示したフローシートである。第３図にお
いて、この廃水処理装置は主として嫌気性固定床
１１が設けられた第１生物反応槽１２、好気、嫌
気両用型固定床１３が設けられた第２生物反応槽
１４、それぞれ好気性固定床１５ａ，１５ｂが設
けられた第３生物反応槽１６と第４生物反応槽１
７、および最終沈澱池１８を直列に配置し、配管
によりこれらを接続したものである。各生物反応
槽には当然のことながら第１図に示した前述の微
生物担体モジユールを充填してある。なお第３図
の斜線部は沈降汚泥を表わし、鎖線の矢印はその
排出経路を示すものであるが、ここでは汚泥に関
しては言及を省略する。

この装置における廃水処理工程は以下のように
行なわれる。第３図の実線の矢印は水の流れる方
向を示しており、下水や生活廃水のような原水１
９が最初に第１生物反応槽１２へ流入し嫌気性処
理がなされ、ついで第２、第３、第４生物反応槽
１４，１６，１７において好気性処理が居なわ
れ、最終沈澱池１８を経て処理水２０となつて流
出する。第１〜第４各生物反応槽の空塔滞留時間
はこの順におよそ16、３、３、２時間である。好
気処理用の空気はブロワ２１から点線で示した経
路によつて第２、第３、第４生物反応槽１４，１
６，１７へ送気される。３０は散気管である。な
おブロワ２１から送られる空気流量はインバータ
２２を用いてブロワ２１のモータの回転数を変え
ることにより調節可能となつている。バルブに関
しては空気開閉バルブ２３は開、流路切り換えバ
ルブ２４ａも開、流路切り換えバルブ２４ｂは閉
である。

ここで原水１９の水温が上昇して20℃程度とな
り、装置全体の処理能力が向上し、処理水２０の
BODが５〜８mg／となり、定常的に10mg／
以下となつた場合を考える。この状態は水質は非
常に良好であるものの、装置全体としては処理能
力が負荷に対して過大となり、ブロワ２１のばつ
気動力を浪費している状態と見なすことができ
る。そこで第２生物反応槽１４の両用型固定床１
３を嫌気性固定床として運転し省エネルギをはか
るものとする。その手順と作用を説明するため
に、第２図に第２生物反応槽１４とその周辺の水
の経路を拡大して示し、第１図とともに参照して
以下に述べる。すなわち (1) 空気開閉バルブ２３を閉じる。

(2) (1)により不要となつた空気量の分だけインバ
ータ２２を操作してブロワ２１からの空気流量
を減らすことにより省エネルギ運転を行なう。

(3) 流路切り換えバルブ２４ｂを開く。

このようにすると、第２生物反応槽１４の水位
は第４図におけるＨからＬへ下がるため、第２生
物反応槽１４に設けてある邪魔板２６の上端の位
置が水位Ｌより高くなり、エアリフト部２７の水
の動きはなくなるので、流入した廃水は全て好
気、嫌気両用型固定床１３を上向流で通過し、流
路切り換えバルブ２４ｂを通つて第３生物反応槽
１６に流入することになる。かくして容易に嫌気
性処理に切り換えることができ、２〜４週間で本
格的処理が行なえる状態に移行する。この場合、
第２生物反応槽１４は効率の高い好気性固定床か
ら効率の低い嫌気性固定床となるので、装置全体
の水処理能力が僅かに低下し、処理水質も若干悪
化するが、一般の目標水質であるBOD20mg／
を超える心配はない。

次に上記とは逆の場合、すなわち、水温が低下
しつつあつて、処理水２０のBODが13〜16mg／
程度となり、定常的に10mg／を超えるときに
は、第２生物反応槽１４を好気性固定床に切り換
え、装置全体の水処理能力を高める必要がある。
その手順は次の通りである。

(1) 流路切り換えバルブ２４ｂを閉じ、第２生物
反応槽１４の水位をＨに戻す。

(2) 流路切り換えバルブ２４ａを閉じ、第１生物
反応槽１２からの廃水をバイパス配管２５を通
して第３生物反応槽１６へ流入させる。

(3) 空気開閉バルブ２３を開き、ばつ気を始める
と同時にインバータ２２を調節して、ブロワ２
１から送られる空気量を増す。

(4) 充分にばつ気を行ない、担体モジユール表面
に付着していた嫌気性微生物を第２生物反応槽
１４内の循環水流の力で剥離させる。

(5) 空気開閉バルブ２３を閉じ、剥離汚泥を沈降
させてこれを底部から槽１４の外部へ排出す
る。

(6) 再び空気開閉バルブ２３を開き、２〜３日間
ばつ気を続ける。こうすると、担持表面に好気
性生物膜が形成されはじめ、第２生物反応槽１
４内の水が清澄となつてくる。

(7) 流路切り換えバルブ２４ａを開き、第１生物
反応槽１２からの廃水を流入させて好気性処理
を開始する。

この手順によつて第２生物反応槽１４は、今度
は容易に嫌気性処理から好気性処理への切り換え
が完了し、処理水質が向上するのである。なお切
り換え操作期間中、処理水質は若干悪化するが、
短期間であるから、とくに問題となることはな
い。

以上代表的な本発明の固定床型廃水処理装置運
転方法の実施例について述べたが、このほかにも
好気、嫌気の切り換え用の生物反応槽１４の構造
に関して、エアリフト部２７を設けることなく、
例えば第３図における第１生物反応槽１２のよう
に、微生物担体モジユールを槽内全域にわたつて
充填し、この担体モジユールの下へ散気部をとり
つけるようにして、好気、嫌気の切り換え時の水
位調節を省くことができ、このとき流路切り換え
バルブ２４ｂは不要となる。また嫌気、好気の切
り換え時には一時的に原水１９の流入を停止し、
嫌気性微生物の剥離、沈降、抜き出しを行ない、
その後、原水１９の流入を再開して好気性処理を
開始するという手順をとることにより、流路切り
換えバルブ２４ａ、バイパス配管２５も不要とな
り、さらに第２生物反応槽１４の専用ブロワを設
けこれを運転、停止すれば空気開閉バルブ２３の
省略も可能である。装置全体の配置構成について
も、要求される水質によつては、第３図に示した
第１生物反応槽１２や最終沈澱池１８を省略する
か、または砂ろ過に替える等の本実施例で述べた
のとは異なるさらに簡略化した形態をとることも
できる。またこれまでの説明では水温が変化する
場合を例にして述べたが、水温の変化が僅かであ
つても、負荷がゆつくり変動するときにも本発明
を適用することができる。すなわち、負荷が増大
したときは、好気性運転により水処理能力を高
め、負荷が低いときは、嫌気性運転で省エネルギ
ーをはかり、常に安定した処理水質を確保すると
いう利点がある。

要するに本発明は、少くとも二つの生物反応槽
を有する固定床型廃水処理装置の最終段の生物反
応槽は好気性固定床とし、その前段に、ばつ気を
行なうとき、ばつ気を行なわないときのいずれの
場合も、廃水が固定床を通過する生物反応槽を備
え、しかもこの前段の反応槽には前述した本発明
者らが特願昭62−40803号により特許出願中のマ
ツト状立体網状化学繊維を微生物担体とする担体
モジユールを用いることにより、水温変化や負荷
変動などの外的状況に応じて、この装置を効果的
に運転する方法である。

〔発明の効果〕

固定床型廃水処理装置を用いて廃水処理を行な
う際に、従来運転技術により装置の処理能力を改
善することができず、状況によつては水質の悪化
や処理エネルギを浪費させることがあつたが、こ
れを解決するために得られた本発明の運転方法は
以下の利点を有する。

本発明は複数の生物反応槽からなる固定床型廃
水処理装置の最終段の生物反応槽を好気性固定床
とし、その前段にばつ気を行なうか否かにかかわ
らず、廃水が固定床を通過するようにして、しか
も微生物担体を前述した本発明者らが特許出願中
のマツト状の立体網状化学繊維を有する担体モジ
ユールを用いることにより、処理水質が一定値よ
り悪くなると、前段の生物反応槽をばつ気して好
気性固定床として装置全体の処理効率を高め、こ
れとは逆に処理水質が一定値より良くなると、ば
つ気を止めて嫌気性固定床に転換することを可能
とした極めて有効な運転方法であつて、このよう
にして装置全体の水処理能力を調整し、低水温時
や高負荷時にもこれらの状況に応じて良好な処理
水質を確保することができ、高水温時や低負荷時
には良好な処理水質を確保しつつ処理エネルギの
節減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる微生物担体モジユ
ールの要部構成断面図、第２図はその部材斜視
図、第３図は本発明に適用される固定床型廃水処
理装置のフローシート、第４図は第３図に示した
好気、嫌気両用型生物反応槽の拡大図である。 １……支持板、２……基板、３……不織布、３
ａ……中間不織布、４……スペーサ、５……ボル
ト、８……補強バンド、９，１０……孔、１１…
…嫌気性固定床、１２……第１生物反応槽、１３
……好気、嫌気両用型固定床、１４……第２生物
反応槽、１５ａ，１５ｂ……好気性固定床、１６
……第３生物反応槽、１７……第４生物反応槽、
１８……最終沈澱池、１９……原水、２０……処
理水、２１……ブロワ、２２……インバータ、２
３……空気開閉バルブ、２４ａ，２４ｂ……流路
切り換えバルブ、２５……バイパス配管、２６…
…邪魔板、２７……エアリフト部、３０……散気
管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微生物を付着させた担体により形成された固
   定床を有する複数個の生物反応槽を直列に多段接
   続してなる固定床型廃水処理装置を運転するに当
   たり、該廃水処理装置を最終段の好気性固定床を
   有する生物反応槽と、前段のうち少なくとも一つ
   がマツト状の立体網状化学繊維の微生物担体を設
   けた好気、嫌気両用型の固定床を有する生物反応
   槽との組み合わせとなし、処理水質が所定値より
   高いとき前記両用型固定床を有する生物反応槽の
   少なくとも一つはばつ気により好気性処理を行な
   い、処理水質が所定値より低下したとき前記両用
   型固定床を有する生物反応槽の少なくとも一つを
   ばつ気を停止することにより嫌気性処理を行なう
   ことを特徴とする固定床型廃水処理装置の運転方
   法。