JPH06182373A - 汚水の浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 有機性ないし無機性の繊維状の形状をなす材
料２０を、材料相互間に０．１ｍｍ未満の間隔を形成し
てランダムに積み重ね、材料２０と材料２０が接する接
合部２１の一部を融着ないし接着してシート状の形状を
なす微生物固定化担体を形成し、微生物固定化担体を処
理槽中に浮遊・流動可能な状態に保持して結合固定する
微生物により汚水を生物学的に処理する。 【効果】 ０．１〜０．３ｍｍの太さを有するとされる
糸ミミズの微生物固定化担体の細孔内への侵入、および
細孔内の微生物の捕食を阻止でき、活性汚泥処理の機能
を安定して維持でき、担体表面に付着・固定化する菌の
生息に必要な溶存酸素を担体の内部にまで容易に浸透さ
せて微生物の付着・固定化を担体の全容積にわたって有
効に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下廃水やし尿等の汚水
を生物学的に浄化し、汚水中の有機物の分解や窒素の除
去を行う汚水の浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、汚水の浄化、特に脱窒処理を行う
場合には、汚水をまず脱窒槽に導き、続いて硝化槽に導
いており、硝化槽混合液の一部を脱窒槽に循環させると
ともに、残りを沈澱池に導いている。そして、脱窒槽で
はＢＯＤのような有機物および窒素を除去し、硝化槽で
はアンモニア性窒素を含むケルダール性窒素を硝酸ない
し亜硝酸に酸化している。上述のプロセスにおいては、
浮遊活性汚泥の作用により硝化槽において硝化処理し、
硝化槽混合液を脱窒槽に循環させ、引き続いて脱窒槽で
脱窒処理を行うことにより汚水中の窒素を除去してお
り、この方式が従来の一般的な窒素除去方式である。

【０００３】しかし、上述の方式は、次のような問題点
を持っている。つまり、本方式においては、硝化槽と脱
窒槽における汚水の合計滞留時間が１２〜１６時間も要
する。このため、曝気槽における汚水の滞留時間を６〜
８時間で設計・運転している通常の既設下水処理場に本
方式を適用させるためには、曝気槽の容量を増加させる
必要があるが、新たな用地確保が困難な場合が多く、現
実的には本方式を採用しがたい。

【０００４】こうしたことから上記の問題点の解決に向
けて、硝化処理ないし脱窒処理の速度を高めるための微
生物固定化技術の開発とその適用が求められている。こ
のうちで、特に微生物の結合固定化法は、結合固定化用
担体を反応槽に投入するだけでよいため微生物固定化操
作が容易であるという特徴を持っている。

【０００５】一方、窒素除去方式のうちの硝化処理に関
しては、次の２件の発明が行われている。これらは多孔
質担体を硝化槽に投入して硝化処理を行おうとするもの
である。

【０００６】 「発明Ａ」：特公平１−３７９９２号（特開昭５７−７
５１９２号）「廃水の生物学的浄化方法及び装置」 「発明Ｂ」：特公平２−５４７８号（特開昭５８−４０
１９８号）「廃水の生物学的浄化方法およびその装置」 また、硝化処理ではないが、これらに類似の方式とし
て、廃水を好気条件下で生物学的に浄化しようとする次
のような発明が行われている。

【０００７】 「発明Ｃ」：特公平１−５６８３９号（特開昭５８−６
７３９５号）「廃水を生物学的に浄化する方法」

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した「発
明Ａ〜Ｃ」に記載の技術は、以下のような欠点を持って
いる。 （１）微生物固定化担体として０．１〜５ｍｍまたは
０．１〜３ｍｍの孔径を持つ多孔質体を使用している。

【０００９】その理由として、例えば「発明Ｂ」では、
硝化バクテリア（硝化菌）の大きさは長径８０〜１２０
μｍ、短径４０〜６０μｍであること、また孔径が０．
１ｍｍより小さいと硝化菌によって孔の閉塞を生じやす
く、一方５ｍｍ以上では曝気により付着した硝化菌が剥
離するためとしている。

【００１０】しかし、通常言われている硝化菌はNitros
omonasあるいはNitrobacter （文献１）であって、その
大きさは通常０．５〜２μｍ程度（文献２）である。 〔文献１：R.Y.スタニエら，「微生物学（下）」，ｐ．
184 ，培風館，1978〕 〔文献２：R.S.BREED et al., BERGEY'S MANUAL OF DET
ERMINATIVE BACTERIOLOGY. SEVENTH EDITION, THE WIL
LIAMS & WILKINS COMPANY, 1957 〕 また、孔径０．３〜２．５ｍｍの孔を有する担体を用い
て活性汚泥処理を行うに際し、低ＢＯＤ廃水を対象とす
る場合、または原水中のＢＯＤの酸化が進み硝化が活発
に進行する段階になった場合には、太さ約０．１〜０．
３ｍｍの糸ミミズ（後生動物の貧毛類のDero limosa と
特定された。その太さの測定結果を下の表１に示す）が
夏季に発生し、担体の表面に付着したり担体のポア（細
孔）内に侵入して、表面またはポア内部に付着している
硝化菌を捕食する結果、硝化機能が大きく低下してしま
うという欠点があった。

【００１１】

【表１】

【００１２】したがって、硝化菌の大きさや糸ミミズに
対する対策を考慮すると、細孔径は大きくとも０．１ｍ
ｍ（１００μｍ）以下にする必要がある。また、日本下
水道事業団は、硝化実験においてカサ密度３６ｇ／１，
寸法２〜３ｍｍのスポンジ担体を用いた場合に、大量の
貧毛類が発生した時期に、スポンジ担体内に貧毛類が入
り込んだこと、同時にスポンジ担体の硝化活性が低下傾
向を示したことを報告している。 〔文献３：H2年度技術開発部報，ｐ．219 〜237 ，日本
下水道事業団技術開発部，1991年〕 （２）「発明Ａ〜Ｃ」においては、微生物固定化担体の
直径は０．５〜５０ｍｍ（発明Ａ），２〜５０ｍｍ（発
明Ｂ），５〜５０ｍｍ（発明Ｃ）としている。そして、
「発明Ａ」の実施例では縁長１０ｍｍのポリウレタン発
泡材の立方体を使用し、また「発明Ｂ」では直径が２〜
５０ｍｍ，特に１０ｍｍの粒子を用いている。

【００１３】しかし、結合担体表面に生物膜として付着
・固定化された好気性のＢＯＤ酸化菌や硝化菌に対し、
これらの菌の生息に必要な溶存酸素が供給されるのは、
生物膜表面から深さ５０〜１００μｍ程度までに過ぎな
いため（文献４，５），上述のような寸法の固定化担体
では微生物の固定化が担体の全容積にわたって有効にな
されることができないという欠点がある。 〔文献４：W.Gujer et al., Wat.Sci.Tech., Vol.22, N
o.1/2, p.53 〜73, 1990〕 〔文献５：K.Nishidome et al., "Micro-Sensor for Me
asuring Biofilm Properties in RBCs",Miyazaki Biofi
lm Workshop, August 1990〕 また、上述のことは、生物濾過用や浸漬濾床用の結合固
定化担体に求められる要件の１つとして、表面積または
比表面積が大きいことを指摘している文献（文献６，
７）があることからも理解できる。 〔文献６：山本ら、用水と廃水、Vol.34, No.11, p.18
〜26, 1992〕 〔文献７：池田康郎ら、第２２回水質汚濁学会講演集、
Vol.22nd, p.345 〜346,1988〕 本発明は上記した課題を解決するもので、孔の径ならび
に表面積の大きさを考慮した担体を用いて高濃度に微生
物を結合固定化しながら生物学的処理を行う汚水の浄化
方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、有機性ないし無機性の素材からなる繊維状
の形状をなす材料を、材料相互間に形成する間隔が０．
１ｍｍ未満となるようにランダムに積み重ね、材料と材
料が接する接合部の一部を融着ないし接着してシート状
の形状をなす微生物固定化担体を形成し、この微生物固
定化担体を処理槽中に浮遊・流動可能な状態に保持し、
微生物固定化担体に生物学的処理に寄与する微生物を結
合固定するとともに、処理槽に流入する汚水を微生物に
より生物学的に処理する構成としたものである。

【００１５】また、微生物固定化担体を投入する処理槽
において、汚水中に酸素を供給して適当な溶存酸素濃度
の好気性環境を形成しながら生物学的に硝化処理する構
成としたものである。

【００１６】

【作用】上記した構成により、処理槽において活性汚泥
処理を行うに際し、夏季等において糸ミミズが発生して
も、処理槽内を浮遊・流動する微生物固定化担体は、材
料相互間の間隔が０．１ｍｍ未満であるので、０．１〜
０．３ｍｍの太さを有するとされる糸ミミズが微生物固
定化担体の細孔内に侵入して細孔内の微生物を捕食する
ことを阻止でき、活性汚泥処理の機能を安定して維持で
きる。

【００１７】また、微生物固定化担体はシート状の形状
を有するので、球状や立方体状の担体に比べて、同体積
当たりの表面積を大きくできる。このため、担体表面に
生物膜として付着・固定化する好気性のＢＯＤ酸化菌や
硝化菌に対し、これらの菌の生息に必要な溶存酸素を微
生物固定化担体の内部にまで容易に浸透させることがで
きるので、微生物の付着・固定化を担体の全容積にわた
って有効に行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１〜図３において、有機性廃水や下水、し尿
等の汚水からなる原水１が流入する脱窒槽２は閉塞され
た領域を形成しており、脱窒槽２の上部に滞留する気体
をブロアー３で槽底部に配置した散気装置４に送気し、
散気装置４から前記気体を脱窒槽混合液中に曝気して攪
拌を行っている。脱窒槽２内には後述する微生物固定化
担体５を浮遊・流動可能に浸漬しており、脱窒槽２の下
流側部位には担体分離スクリーン６を設けている。脱窒
槽２は担体分離スクリーン６の下流側において連通管７
を通して後述する硝化槽に連通しており、脱窒槽２の上
流側部位には返送汚泥管８および硝化液循環管９が開口
している。

【００１９】尚、脱窒槽２は、開放された領域とし、機
械攪拌等により槽内を攪拌してもよい。また、脱窒槽２
には固定化担体を投入せず、浮遊活性汚泥のみが存在し
てもよい。

【００２０】硝化槽１０ではブロアー１１によって槽底
部に配置した散気装置１２に空気を送気し、散気装置１
２から空気を硝化槽混合液中に曝気し、硝化槽混合液中
の溶存酸素濃度を適値に維持している。硝化槽１０内に
は後述する微生物固定化担体１３を浮遊・流動可能に浸
漬しており、硝化槽１０の下流側部位には担体分離スク
リーン１４を設けている。硝化槽１０は担体分離スクリ
ーン１４の下流側において沈殿槽１５に連通するととも
に、硝化液循環管９に連通し、硝化液循環管９の途中に
介装したポンプ１６が硝化液を脱窒槽２に循環させてい
る。

【００２１】沈殿槽１５の底部には余剰汚泥引抜管１７
が開口しており、余剰汚泥引抜管１７は途中に介装した
汚泥ポンプ１８より下流側で返送汚泥管８として分岐し
ている。沈殿槽１５の上部には上澄水を排出する排水管
１９が開口している。

【００２２】図２〜図３に示すように、脱窒槽２に投入
する微生物固定化担体５および硝化槽１０に投入する微
生物固定化担体１３は、一辺５mmで厚さ１mm程度（大き
さはこの数値に限定されるものではない）のシート状の
形状をなしており、繊維状の材料２０により不織布等の
ように形成したものである。詳しくは、合成樹脂等から
なる有機性素材や糸状のセラミック等からなる無機性素
材により形成した繊維状の形状をなす材料２０を、材料
２０の相互間に形成する間隔が０．１ｍｍ未満となるよ
うにランダムに積み重ね、材料２０を融点付近にまで加
温することにより材料２０と材料２０が接する接合部２
１で融着させるか、接合部２１において接着したもので
ある。

【００２３】本実施例においては、脱窒槽２にも微生物
固定化担体５を投入したが、硝化槽１０にのみ微生物固
定化担体１３を投入する構成とすることも可能であり、
硝化槽１０の前段に設ける処理槽は、本実施例のように
脱窒槽２に限るものでなく、好気性槽を用いることも可
能である。

【００２４】以下、上記構成における作用を説明する。
脱窒槽２においては、脱窒処理により発生する窒素ガス
を散気装置４から曝気し、脱窒槽混合液を槽内で攪拌対
流させる。この間に、硝化液循環管９から硝化液を供給
する状態で、微生物固定化担体１３に付着・固定した脱
窒菌および脱窒槽混合液に浮遊する活性汚泥の脱窒菌に
より脱窒槽混合液中のＢＯＤのような有機物の分解およ
び脱窒を行う。

【００２５】このとき、シート状をなして脱窒菌を高密
度に担持し、かつシート状であるが故に脱窒槽混合液と
の接触面積が大きい微生物固定化担体５が脱窒槽２内を
浮遊・流動するので、脱窒槽混合液中の有機物の分解お
よび脱窒を効率良く行うことができ、脱窒槽混合液の槽
内滞留時間の短縮を図ることができる。

【００２６】脱窒槽混合液は担体分離スクリーン６を通
して硝化槽１０に流出する。そして、担体分離スクリー
ン６が微生物固定化担体５を脱窒槽混合液から分離し、
硝化槽１０への流出を阻止するので、脱窒槽２内の脱窒
菌濃度を高濃度に維持することができる。

【００２７】また、硝化槽１０においては、散気装置１
２から空気を曝気し、硝化槽混合液中の溶存酸素濃度を
適値に維持する状態で、微生物固定化担体１３に付着・
固定した硝化菌および硝化槽混合液に含まれた活性汚泥
の硝化菌により硝化槽混合液中のアンモニア性窒素を含
むケルダール性窒素を硝酸ないし亜硝酸に酸化する。

【００２８】このとき、シート状をなして硝化菌を高密
度に担持し、かつシート状であるが故に硝化槽混合液と
の接触面積が大きい微生物固定化担体１３が硝化槽１０
内を浮遊・流動するので、硝化槽混合液中のアンモニア
性窒素を含むケルダール性窒素の硝化を効率良く行うこ
とができ、硝化槽混合液の槽内滞留時間の短縮を図るこ
とができる。

【００２９】硝化槽混合液は担体分離スクリーン１４を
通して沈殿槽１５に流出する。そして、担体分離スクリ
ーン１４が微生物固定化担体１３を硝化槽混合液から分
離し、沈殿槽１５への流出を阻止するので、硝化槽１０
内の硝化菌濃度を高濃度に維持することができる。ま
た、担体分離スクリーン１４を通過した硝化槽混合液の
一部は硝化液循環管９を通り硝化液として脱窒槽２に供
給する。

【００３０】沈殿槽１５においては、硝化槽混合液が重
力分離によって活性汚泥と処理水に分離し、上澄水であ
る処理水は排水管１９を通って次系に流れ、槽底部に沈
降した活性汚泥は余剰汚泥引抜管１７を通り槽外に排出
するとともに、一部を返送汚泥として返送汚泥管８を通
り脱窒槽２に返送する。

【００３１】ところで、上述の各処理槽において、特に
好気性環境となる硝化槽２においては活性汚泥処理を行
うに際し、夏季等において糸ミミズが発生することがあ
る。しかし、硝化槽２内を浮遊・流動する微生物固定化
担体は、材料相互間の間隔が０．１ｍｍ未満であるの
で、０．１〜０．３ｍｍの太さを有するとされる糸ミミ
ズ（表１参照）が微生物固定化担体１３の細孔内に侵入
すること、および細孔内の微生物を捕食することを阻止
でき、微生物固定化担体１３における活性汚泥処理の機
能を安定して維持できる。

【００３２】また、微生物固定化担体１３はシート状の
形状を有するので、従来の球状や立方体状の担体に比べ
て、同体積当たりの表面積を大きくできる。このため、
担体表面に生物膜として付着・固定化する好気性のＢＯ
Ｄ酸化菌や硝化菌に対し、これらの菌の生息に必要な溶
存酸素を微生物固定化担体１３の内部にまで容易に浸透
させることができるので、微生物の付着・固定化を担体
の全容積にわたって有効に行うことができる。

【００３３】尚、活性汚泥循環変法において上述のよう
に、微生物固定化担体１３を用いて有機物および窒素除
去を実施する場合、硝化槽１０から流出した硝化槽混合
液中のＳＳは沈澱池１５で沈澱された後、その一部は脱
窒槽２に返送されるので、脱窒槽２にも糸ミミズが若干
存在してしまい、硝化槽１０と同様の問題が生じる可能
性がある。しかし、脱窒槽２にも硝化槽１０と同様な微
生物固定化担体５を投しているので問題はない。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、微生
物固定化担体の材料相互間の間隔を０．１ｍｍ未満とし
ているので、０．１〜０．３ｍｍの太さを有するとされ
る糸ミミズの細孔内への侵入、および細孔内の微生物の
捕食を阻止でき、活性汚泥処理の機能を安定して維持で
きる。微生物固定化担体はシート状の形状を有するの
で、従来に比べて同体積当たりの表面積を大きくでき、
担体表面に生物膜として付着・固定化する菌の生息に必
要な溶存酸素を担体の内部にまで容易に浸透させて微生
物の付着・固定化を担体の全容積にわたって有効に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における汚水処理の工程を示
す概念図である。

【図２】同実施例における微生物固定化担体の斜視図で
ある。

【図３】同実施例における微生物固定化担体の構造を示
す模式図である。

【符号の説明】

２ 脱窒槽 ５ 微生物固定化担体 ９ 硝化液循環管 １０ 硝化槽 １１ ブロアー １２ 散気装置 １３ 微生物固定化担体 ２０ 材料 ２１ 接合部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性ないし無機性の素材からなる繊維
   状の形状をなす材料を、材料相互間に形成する間隔が
   ０．１ｍｍ未満となるようにランダムに積み重ね、材料
   と材料が接する接合部の一部を融着ないし接着してシー
   ト状の形状をなす微生物固定化担体を形成し、この微生
   物固定化担体を処理槽中に浮遊・流動可能な状態に保持
   し、微生物固定化担体に生物学的処理に寄与する微生物
   を結合固定するとともに、処理槽に流入する汚水を微生
   物により生物学的に処理することを特徴とする汚水の浄
   化方法。
2. 【請求項２】 微生物固定化担体を投入する処理槽にお
   いて、汚水中に酸素を供給して適当な溶存酸素濃度の好
   気性環境を形成しながら生物学的に硝化処理することを
   特徴とする請求項１記載の汚水の浄化方法。