JPH0596297A - 汚水の浄化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高いＢＯＤ負荷を持つ汚水を、耐久性のある
濾材を用いて、高速にかつ長い期間にわたって浄化処理
ができる、新処理方法を確立すること。 【構成】 汚水を、微生物が担持される弾性多孔性粒状
固体の充填固定層に、酸素含有気体と共に供給し、生物
処理しつつ、該充填固定層に供給する酸素含有気体の量
を間欠的に増加せしめ、該充填固定層からの流出水を、
任意の濾材による濾過層に供給し、かつ該濾過層の濾速
を前記該充填固定層の濾速より大きく設計する。

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、各種産業
排水及び有機物で汚染された上水処理用原水などの任意
の汚水を極めて合理的かつ高速に浄化処理する新規な処
理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ポリウレタンフォーム等のス
ポンジ状弾性多孔性粒状固体を生物付着担体とした利用
する、いわゆる「スポンジ活性汚泥法」という生物処理
法が公知である、（「ウレタンフォームを用いた流動床
型生物膜処理」用水と廃水誌、１３２巻５号３９１〜３
９８頁 １９９２年）

【０００３】この「スポンジ活性汚泥法」という技術は
曝気槽内にスポンジ粒状物を多数投入し、エアレーショ
ンによってスポンジ粒状物を流動させながらスポンジ粒
状物に付着した生物膜によって、原水ＢＯＤを除去す
る。原水ＳＳと増殖微生物によるＳＳはエアレーション
タンクから流出してくるので、これを沈澱分離するとい
う技術である。

【０００４】即ち、「スポンジ活性汚泥法」は、従来周
知の砂や粒状活性炭を生物付着媒体とする流動媒体生物
処理法に属し、砂や粒状活性炭の代わりに、軽くて流動
し易いスポンジ粒状物を使用したものに過ぎない。

【０００５】本発明者の追試実験によれば、「スポンジ
活性汚泥法」は次のような大きい欠点があり、理想的方
法とは全然言えないことが明らかとなった。 スポンジ粒状物を常に流動させながら生物処理する
ため、スポンジ粒状物同志のコスリ合い、壁との衝突に
よるスポンジの磨耗が激しく、コストの高いスポンジ粒
状物の交換が頻繁に必要になる。 新しいスポンジを投入すると、曝気槽の水面上に浮
上してしまうため、エアレーションによって流動させる
ことが難しい。 スポンジが流動状態にある、エアレーションタンク
からの流出水に含まれているＳＳは、沈降性が必ずしも
良くないので、沈澱装置の所要面積を小さくできず、し
かも沈澱処理水へ、ＳＳがキャリオーバーし易い。 スポンジ粒状物を常に流動させた状態で運転するの
で、スポンジに付着できる生物量が高くない。なぜな
ら、スポンジ同志の衝突によって、スポンジ表面の生物
膜がはがれてしまうからである。従って、期待した程高
いＢＯＤ負荷を採ることができない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
技術のもつ問題点（〜）を完全に解決して、高速に
汚水の浄化処理ができる、新技術を確立することを課題
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、汚水を、微
生物が担持される弾性多孔性粒状固体の充填固定層に供
給し、酸素含有気体と接触させて生物処理しつつ、該充
填固定層に供給する酸素含有気体の量を間欠的に増加せ
しめ、該充填固定層からの流出水を、任意の濾材による
濾過層に供給し、かつ該濾過層の濾速を前記該充填固定
層の濾速より大となるように処理することを特徴とする
汚水の浄化処理方法によって達成することができる。

【０００８】ここで、前記充填固定層に原水を供給する
場合、充填固定層内を下向流で流過するように供給する
ことが好ましく、また充填固定層からの流出水を、濾過
層に下向流で流過するように供給することが好ましい。

【０００９】さらに、上記濾過層を構成する濾材を弾性
多孔性粒状固体とすることが本発明の課題の達成のため
に特に好ましい。

【００１０】

【作用】以下に本発明の構成の作用を図１を参照しつつ
説明する。なお、ここで原水とは、下水、し尿、各種産
業排水及び有機物で汚染された上水などの任意の汚水か
らなる、処理槽に供給されて処理をうける汚水の一般的
呼称である。

【００１１】処理槽１は生物濾過装置（生物濾床と呼ぶ
こともある）であり、装置の内部ににポリウレタンフォ
ーム等の弾性多孔性粒状固体の充填固定層Ａが形成され
ている。

【００１２】充填固定層Ａの下部には、空気等の酸素含
有気体１２を供給する散気装置２が設けられ、気泡が弾
性多孔体の充填固定層Ａ内に上昇進入してゆく。

【００１３】下水等のＢＯＤを含む原水３は、充填固定
層Ａの上部から供給され、下向流で充填固定層Ａ内を流
下し、溶解性ＢＯＤが除去された生物処理水４が流出す
る。 （負荷を調整すれば、アンモニア性窒素の硝化をおこす
こともできる。）ここで、生物処理水４は請求項１に記
載の流出水と同意である。

【００１４】充填固定層Ａを構成する弾性多孔体粒状固
体の内部と表面には、微生物が高濃度に保持されてお
り、原水３中の溶解性ＢＯＤが効率良く除去され原水３
中にＳＳが含まれている場合にはＳＳも濾過除去され
る。

【００１５】充填固定層Ａは支持床５（網や多孔板等で
構成される）で支持されており、処理槽１の上部には充
填固定層Ａの上に空間をもって弾性多孔性粒状固体の浮
上を阻止するための通水部材６（網等で構成される）が
張設されている。

【００１６】レベルＣは処理槽１の運転時の水位であ
り、弾性多孔体をレベルＣよりも上まで積層しておくこ
とによって、水を吸った弾性多孔体の自重により、充填
固定層Ａの浮上を防ぐことができる。

【００１７】しかして、充填固定層Ａから流出する生物
処理水４中のＳＳを高度に除去するため生物処理水４を
ポリウレタンフォーム等の弾性多孔性粒状固体等の濾材
を充填した濾過層Ｂに下向流で供給し、ＳＳを濾過除去
する。かくしＳＳとＢＯＤが高度に除去された清澄処理
水１４が得られる。

【００１８】本発明の重要な概念の一つは充填固定層Ａ
の濾過速度ＬＶ_A （ｍ／日）、濾過層Ｂの濾過速度をＬ
Ｖ_B （ｍ／日）とするとき、ＬＶ_A ＜ＬＶ_B の条件を満
たすように濾過工程Ｂの濾過速度を決定することであ
る。

【００１９】このような条件設定をすることにより、後
記する重要な効果が得られる。しかして、充填固定層Ａ
の運転を続けるにつれて、充填固定層Ａ内の捕捉ＳＳ量
と生物保持量が増加してくるために、濾過抵抗が増加し
てくる。この濾過抵抗の増加は処理槽１内の水位の上昇
となってあらわれる。この際に散気空気量を一時的に増
加し、充填固定層Ａ内に強い気泡の上昇流を与えると、
処理槽１内の充填固定層Ａ内に捕捉されていたＳＳが原
水３の下向流に伴われて、生物処理水４に一時的に流出
してくる。

【００２０】この状態の生物処理水４を濾過工程である
濾過層Ｂに供給してＳＳを濾過除去し、清澄な処理水１
４を得る。ここで重要なことは、空気１２を一時的に増
加させる時期、増加させる空気１２の量（空気量を増加
している時間）及び空気１２を一時的に増加させる時期
の間隔を適切に設定することによって、生物処理水４中
にあまり高濃度のＳＳを急激に流出させないようにする
ことである。

【００２１】例えば、一日一回、空気を多量に増加させ
て、充填固定層Ａ内に捕捉されていたＳＳを洗い出すよ
うな方法では、生物処理水１７中に数１０００ミリグラ
ム／リットルに及ぶ高濃度のＳＳが流出し、濾過工程Ｂ
に著しい負担を与えてしまう。従って、一乃至三時間程
度に一回、一乃至四分間程度の時間の間空気１２を増加
させるようにすると、生物処理水１７中に高濃度のＳＳ
が流出してこないので、（精々数１００ミリグラム／リ
ットル以下におさまる）濾過工程Ｂの負担が軽くなり良
好な濾過を行うことができる。

【００２２】即ち、一時的に多量のＳＳを充填固定層Ａ
から洗い出すのではなくて、小刻みに充填固定層Ａ内に
捕捉されていたＳＳを洗い出すような運転を行うことに
より、充填固定層Ａ内の生物保持量と捕捉ＳＳ量を適正
な値に維持することが可能となり、処理槽１内の水位が
過度に増加して原水３の供給が不可能になるという欠点
がなくなる。しかして、濾過層Ｂの濾過抵抗は、濾過開
始後、ある時間が経過すると、設定限界（通常１〜２ｍ
Ｈ₂ Ｏ）に達するので、生物処理水４の供給を止め、洗
浄水８と空気洗浄用空気１３とにより、濾過層Ｂを洗浄
する。この時生じる洗浄排水１０は沈澱等の手段で排水
からＳＳを分離する。ここで濾過層Ｂの洗浄時の濾材流
出防止のために濾過槽の上部には通水部材７が張設して
ある。

【００２３】他の好適な実施例としては、リン酸イオ
ン、ＣＯＤ、色度の除去が要求されるケースに、生物処
理水１４に対し、硫酸アルミ等の無機凝集剤１１を添加
する方法が清澄処理水１４を得るのに推奨できる。

【００２４】また極めて高度のＳＳ除去が要求される場
合は、濾過層Ｂの弾性多孔体の下部にさらに、砂、アン
スラサイト等の細かい粒状濾材の濾過層を設けることも
できる。

【００２５】このような構成にすることにより、濾過工
程で捕捉できるＳＳの量が多いという条件を満たしなが
ら、同時に濾過層Ｂから流出する処理水のＳＳを少なく
することができる。

【００２６】また、本発明において、生物処理槽１を弾
性多孔性粒状固体により充填固定層Ａを形成することは
重要であり、従来の好気性生物濾床で使用するような粒
状鉱物（アンスラサイト、抗火石、粒状セラミック、シ
ャモット）により充填固定層Ａを構成する方法では本発
明の効果は得られない。

【００２７】なぜなら、このような粒状鉱物は粒状物の
表面にしか微生物を保持できないこと、及び微生物を保
持する保持力が弱いため、空気１２を一時的に増加させ
た時微生物が多量に生物処理水に流出してしまうため、
生物処理槽１内の生物反応の進行が大幅に劣化してしま
うからである。

【００２８】これに対し、本発明の弾性多孔性粒状固体
により充填固定層Ａを構成した場合には、粒状固体内部
に微生物を固定化できるため、空気１２の一時的増加の
際にも内部に保持されて流出してこないので、常に適切
な量の微生物を生物処理系内に保持でき、過度に微生物
が流れ出ないという重要な特徴がある。

【００２９】また、充填固定層Ａへの原水の供給方法
は、上向流よりも下向流のほうが好適である。なぜな
ら、上向流では、充填固定層Ａの下部が原水中のＳＳや
異物によって閉塞を起こしやすく、しかも閉塞したＳＳ
と異物を空気１２によって洗い出しにくいからである。

【００３０】さらに、上向流で原水を通水すると、充填
固定層Ａが軽く浮上し易いため、上向流によって充填固
定層Ａが網等の通水部材６の下面に押しつけられて、圧
縮を起こし、濾過抵抗が、下向流で原水を供給する場合
より増加し易くなるという欠点がある。（上向流ではい
けないという意味ではない。）

【００３１】次に、本発明の重要概念である、充填固定
層Ａの濾過速度ＬＶ_A （ｍ／日）、と濾過層Ｂの濾過速
度をＬＶ_B （ｍ／日）の条件設定、即ち、ＬＶ_A ＜ＬＶ
_B とする意義について説明する。

【００３２】図１の供給空気を間欠的に増加させず、常
に一定量供給しておけば、充填固定層Ａ内において、Ｓ
Ｓを濾過する濾過作用は充分進行し、生物処理水４は清
澄となり、そのまま放流することができ、濾過層Ｂを設
ける必要はなくなるので、一見合理的な方法のように見
える。

【００３３】しかしながら、このような方法を採ると、
充填固定層Ａ内に多量のＳＳが捕捉され微生物の増殖量
も多くなるので、空気による洗浄だけでは充填固定層Ａ
を充分洗浄することが困難になり、多量の清澄水を使っ
た水逆洗が必要になる。この結果必然的に多量の洗浄排
水が発生し、その処分が問題になるという重大な欠点を
生ずる。

【００３４】その上に、上記方法を採用すると、生物処
理水４がそのまま放流されることになるので、充填固定
層Ａを水と空気で逆洗した後、清澄水によって充填固定
層Ａ内を充分置換する必要がある。さもないと、生物処
理を再開したあと、数時間以上ＳＳを多量に含んだ生物
処理水が充填固定層Ａから流出してきてしまうので、放
流できなくなるからである。

【００３５】しかるに、本発明では充填固定層Ａによる
生物濾床処理を行いながら小刻みに空気洗浄を行うこと
によって、少しずつ充填固定層Ａ内のＳＳ流出させ、こ
の流出ＳＳを後続する濾過層Ｂで高速濾過するので充填
固定層Ａを水で逆洗する必要がなく、洗浄排水も発生し
ない。

【００３６】濾過層Ｂからは洗浄排水１０が発生する
が、ＬＶ_A ＜ＬＶ_B の条件で運転するため洗浄排水１０
の発生量が少なくなるという重要な利点がある。すなわ
ち、濾過層の容積をＶ_M とすると、一回の洗浄排水量Ｑ
_w はＱ_w ＝αＶ_M （αは定数）の関係があり、一方濾過
層の断面積をＳ、充填層厚みをｈとすると、Ｖ_M ＝Ｓ
ｈ、濾速をＬＶとすると、ＬＶ＝Ｑ／Ｓ（Ｑは原水流
量）の関係があるので、Ｑ_w ＝α・Ｑ・ｈ／ＬＶとなり
洗浄排水発生量は濾過速度に反比例する。

【００３７】次に、濾過層Ｂに弾性多孔性粒状固体を使
用する場合の生物処理水４の供給方法としては、上向流
よりも下向流のほうが好適である。本発明者の実験によ
れば、弾性多孔性粒状固体を充填固定層Ａに上向流で生
物処理水を供給すると、弾性多孔性粒状固体が軽量であ
るため、浮上してしまう。浮上を防ぐため、図２のよう
に充填固定層Ａの上部に接して網等の通水部材を張設す
ると、濾層を逆洗する時に濾材が浮上防止のための通水
部材に押しつけられ、圧縮されてしまうために濾材中か
らＳＳが洗い出され難くなり、洗浄がうまく行えなくな
るという問題が発生する。

【００３８】

【実施例】社宅団地から排出される下水を対象にして、
本発明の実証試験を行った。本実験は図１の装置模式図
中に示されたフローに従って行われた。実験の条件を以
下に示す。 １：弾性多孔性粒状固体の充填固定層を用いた下向流好
気性生物濾床 Ａ １）処理槽 ：直径１５０ｍｍφ 高さ２．５ｍ 充填
層厚み ２．０ｍ ２）濾速 ： １００ｍ／日 ３）供給空気量： 定常時；下水１ｍ³ 当たり２．５Ｎ
ｍ³ａｉｒ 空気増加時；下水１ｍ³ 当たり３０Ｎｍ³ ａｉｒ ４）空気増加サイクル ： １時間毎に２分間空気増加 ２：弾性多孔性粒状の濾過層Ｂ（下向流） １）濾速 ： ５００ｍ／日 （カラム直径６７ｍ
ｍφ） ２）充填層 ： ２ｍ ３）洗浄間隔 ： ２４時間に１回、水と空気で逆洗 ３：弾性多孔体の物性 粒径 ： １０×１０×１０ｍｍの立方体 材質 ： ポリウレタン セル数＊： ５〜６個／１ｃｍ（＊１ｃｍ当たりの穴の
数） 穴径 ： １．５〜２ｍｍ （連続気泡） ４：原水水質 ＳＳ ： １０６〜１８３ミリグラム／リットル ＢＯＤ ： １２０〜２３０ミリグラム／リットル 水温 ： １６〜 １８℃ ｐＨ ： ７．１〜７．２

【００３９】この条件で２週間、生物の馴致を行い、生
物濾床Ａのポリウレタン濾材への微生物の固定化が充分
進んだことを確認した後、水分分析を毎日一回３ヶ月間
続けた結果、濾過層Ｂからの処理水質は次の通り非常に
良好であった。 処理水水質 ｐＨ ： ６．８〜７．０ ＳＳ ： ４〜８ ミリグラム／リットル ＢＯＤ ： ５〜７ ミリグラム／リットル

【００４０】濾過槽Ｂの濾過抵抗の増加は非常に少な
く、ＬＶ＝５００ｍ／日という高速濾過にもかかわら
ず、２４時間後の濾過抵抗水位は２６０〜２７０ｍｍＨ
₂ Ｏに過ぎず、まだ余裕があった。（設定限界濾過抵抗
１０００ｍｍＨ₂ Ｏ）

【００４１】また、生物濾床Ａを、前記の空気増加条件
で運転したところ、生物濾床濾過抵抗は５０〜１００ｍ
ｍＨ₂ Ｏの範囲に維持され、水による逆洗は不要である
ことが確認された。

【００４２】洗浄排水は、濾過槽Ｂのみから排出される
が、その発生量は処理した下水１立方メートル当たり１
２〜１５リットルと極めて少量であった。比較のため
に、生物濾床Ａから常に清澄な処理水を得るようにし
て、濾過槽Ｂを削除して、運転を行ったところ、生物濾
床Ａを一日一回水と空気で洗浄する必要が生じ、その洗
浄排水発生量は処理した下水１立方メートル当たり１４
０〜１６０リットルと非常に多量となった。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、従来技術
の「スポンジ活性汚泥法」の持つ諸欠点を完全に解決す
ることができ、 本発明によって、次の効果が得られ
る。 スポンジ等の弾性多孔性粒状固体を処理槽内で流動
させずに、固定床状態で操作するので、弾性多孔性粒状
固体の磨耗が起きず、半永久的に使用できる。 弾性多孔性粒状固体を充填固定層として運転するの
で、微生物保持量をスポンジ活性汚泥法おけるよりも高
濃度に維持できる。従って、高いＢＯＤ負荷を採ること
ができる。これに対し、従来技術は、弾性多孔性粒状固
体を処理槽内で常に流動させるので、剪断力が弾性多孔
性粒状固体と微生物の間に強く作用し、微生物が粒状固
体から剥離されてしまうため、粒状固体の微生物保持量
が多くない。 生物処理槽の後に、沈澱槽を設ける必要がない。 濾過槽のＬＶ_B を生物濾床のＬＶ_A よりも大きな値
に設定して操作するので、処理系からの洗浄排水の発生
量が少ない。 濾過槽Ｂを弾性多孔性粒状固体による充填層にする
ことによって、極めて大きなＳＳ捕捉容量が得られる。

【００４４】この結果、生物濾床の水による逆洗は不要
であり、洗浄排水は濾過槽から極めて少量発生するのみ
で、しかも高速ＬＶに設定しても濾過継続時間が長い。

【図面の簡単な説明】

【図１】充填固定層Ａと濾過層Ｂとから構成されている
汚水処理槽の模式図

【図２】弾性多孔性粒状固体を充填した上向流式汚水処
理槽の模式図

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 散気装置 ３ 原水流入部 ４ 生物処理水流出部 ５ 支持床 ６ 通水部材 ７ 通水部材 ８ 洗浄用水供給部 １０ 洗浄排水流出部 １１ 凝集剤供給部 １２ 空気供給部 １３ 空気供給部 １４ 処理水流出部 Ａ 充填固定層 Ｂ 濾過槽 Ｃ 原水レベル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚水を、微生物が担持される弾性多孔性
   粒状固体の充填固定層に供給し、酸素含有気体と接触さ
   せて生物処理しつつ、該充填固定層に供給する酸素含有
   気体の量を間欠的に増加せしめ、該充填固定層からの流
   出水を、任意の濾材による濾過層に供給し、かつ該濾過
   層の濾速を前記該充填固定層の濾速より大となるように
   処理することを特徴とする汚水の浄化処理方法。