JPH0623065A - 有機性汚水の生物処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 生物反応速度が大きくろ層の目詰まりが著し
く少ない、かつ洗浄時洗浄用水が不要な新規なＢＡＦを
提供すること。 【構成】 処理槽２内に立体網目構造をもつ、比重が水
に近い粒状ろ材からなる浮上固定床を形成させ、同固定
床下部に充填層Ａのない空間部Ｂを生ぜしめた処理槽に
上部より原水を下向流にて供給し処理すると共に、下方
から酸素含有ガスを散気して前記酸素含有ガスの吐出量
を間欠的に増加し洗浄することを特徴とする有機汚水の
生物処理方法及び処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機性汚水および／ま
たはアンモニア窒素含有水を生物学的に浄化する方法と
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水中で、アンスラサイトなどの粒状鉱物
を固定床として形成し、この固定床の下から空気泡を散
気しながら、原水を下向流もしくは上向流で通過させる
生物処理槽は好気性生物ろ床（ＢＡＦ：Ｂｉｏｌｏｇｉ
ｃａｌ Ａｅｒａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ）としてよく知
られている。

【０００３】しかし、従来のＢＡＦは次のような欠点を
有し、ＳＳやＢＯＤなどを低濃度に含む下水などの原水
以外には実際上適用が困難であった。 砂利などからなるろ床の指示床が生物スライムによ
って汚染し易い。特に上向流のＢＡＦではこの傾向が強
い。 ろ床が原水と最初に接する部分、すなわち下向流の
場合は、ろ層の表層部、上向流の場合はろ層の下層部の
生物活動が活発であるため、微生物の増殖量が多く、ろ
層の目詰まりが起き易い。また、原水中のＳＳの大部分
もこの部分で捕捉されるためこの部分での目詰まりが急
速に進み、ろ過抵抗の増加を引き起こし、頻繁なろ床洗
浄が必要になる。

【０００４】 ろ床の洗浄のために、多量の洗浄用水
を消費する。この洗浄用水はＢＡＦの処理水を用いるた
め、折角処理した水を多量に消費しなければならず、極
めて不合理である。また、洗浄用水貯留槽や洗浄排水貯
留槽が必要な点も欠点であった。 アンスラサイト、人工セラミックろ材などの粒状ろ
材を使用しているので、この場合微生物はろ材の表面に
ミクロンオーダで付着しているに過ぎないので、ＢＡＦ
全体での微生物濃度は２０００〜２５００ｍｇ／リット
ル程度に過ぎず、ＢＯＤ除去、アンモニア窒素硝化の反
応速度が小さいだけでなく、余剰生物汚泥の発生量も多
い。例えば、下水処理の場合、従来型ＢＡＦのろ過速度
は２０〜２５ｍ／日に過ぎない。従ってＢＡＦ処理槽を
縮小することは難しい。

【０００５】また、従来特開昭５６−１４７６８５号公
報にみられるように、ＢＡＦにおいて、ろ床の下部から
原水と空気を上向流で供給し、空気の供給量を間歇的に
増加する技術が知られている。しかし、ろ材として直径
１０〜２０ｍｍの玉砂利などの比重が水より相当大きい
粒状ろ材を充填したものをろ床として用いているため、
空気を増加させるだけでは粒状ろ材が流動化しない。こ
のため、長期間運転を続けるに従って、ろ床全体を良好
に洗えなくなり、ろ床の一部が閉塞して来るという大き
な欠点があった。

【０００６】しかも、汚水を上向流で供給するため、ろ
床の下部で異物や微生物スライムによる目詰まりが極め
て発生し易いという欠点もあった。また、比重が１より
もはるかに小さい発泡ポリプロピレン片、木片やシラス
ガラスバルーンなど浮上性ろ材を用いた場合には洗浄時
に空気量を変化させても十分な攪乱が行われず、通水量
を変化せざるを得ない。このため、コンスタントな処理
が困難となる。

【０００７】なお特公昭６３−１１１６号公報には、発
泡ポリプロピレン片、木片やシラスガラスバルーンなど
浮上性ろ材を用いた浸漬ろ床を有し、原水をろ床に下向
流で供給し、ろ床の中あるいは下部より散気して好気的
に生物処理を行う処理槽について記載されている。その
処理槽の特徴は、処理槽の中央部にろ床の高さよりも高
さの高いエアリフト管を設け、該エアリフト管に空気な
どの気体を吹き込み、その吹き込み量を断続的或いは増
減的に制御して槽内の水を循環させることにより好気的
生物処理を効果的にする方法である。同公報では同時に
該生物処理槽ではエアリフト管に供給する気体の量を増
加して循環水の流れを強化し、ろ床中の浮上性ろ材の充
填容積を膨張させることによってろ床中の浮上性ろ材の
洗浄を効果的にできることを記載している。しかしなが
ら、処理槽は構造が複雑である上に、上記エアリフト管
に気体を供給し、間接的に処理槽内の水の流れを増強す
る方法であって、かかる洗浄法ではまだ十分ろ材の洗浄
について所期の効果を得るに至らない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、支持
床の汚染がなく、ろ層の目詰まりが著しく少なく、ろ床
洗浄用水が不要で、しかも生物反応速度が大きいという
新規なＢＡＦを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、ろ床構成と
ろ床の洗浄方法に独自の思想をもつ本発明の有機性汚水
の生物処理方法および装置によって達成される。 すなわち、１）立体網目構造をもつ、比重が水に近い粒
状ろ材に下方から酸素含有ガスを散気し、浮上固定床Ａ
を形成させ、該固定床Ａ下部に充填層のない空間部Ｂを
生ぜしめた処理槽に上部より原水を下向流にて供給し処
理すると共に、間欠的に前記酸素含有ガスの吐出量を増
加し、前記固定床Ａを膨張させてろ材間を拡大し洗浄す
ることを特徴とする有機性汚水の生物処理方法。 および２）立体網目構造をもつ、比重が水に近い粒状ろ
材を、該ろ材浮上時にその下部に空間部Ｂを生じる程度
に充填した固定床を有する処理槽と、該槽上部に原水の
供給手段、該槽下部に処理水流出手段と酸素含有ガスの
散気手段を有し、該散気手段において間欠的に散気量を
増大するよう構成したことを特徴とする有機性汚水の生
物処理装置である。

【００１０】処理槽内に、浮上固定床に上部から原水を
供給し、固定床の下部から酸素含有ガスを供給し、ろ材
に微生物を担持せしめて浮上ろ床で向流で原水を生物学
的浄化処理を行うに際して、処理槽内の浮上ろ床の下部
に充分な空間部を有する程度にろ材を充填し、洗浄に際
して間欠的に前記酸素含有ガスの吐出量を増加し気液混
相流によって固定床Ａを膨張させてろ材間を拡大し洗浄
することが本発明の骨子である。

【００１１】浮上固定床に充填するろ材として、立体網
目構造をもつ、比重が水に近い粒状ろ材を使用し、該ろ
材を充分大きい空隙率をもって充填して固定床とし、こ
の固定床に散気管からの酸素含有ガスの吐出により生起
する気液混相流を作用させてはじめて固定床を膨張させ
ることが可能になる。上記のような水と近似した比重を
持つろ材としては比重１．１から１．２のろ材が好まし
い。かかるろ材に散気管から空気泡を供給すると空気泡
がろ材の立体的網目状構造内に捕捉される結果、みかけ
比重が水より小さくなり浮上した状態となる。この様な
状態の濾材が酸素含有ガスの吐出によって生起する気液
混相流によって固定床を膨張させるのに都合がよく、そ
うでなくもしろ材として発泡スチロールのような比重が
著しく小さなものを使用すると、ろ材は浮いたままで下
方に膨張しないので好ましくない。また、ろ材を槽内に
充填層に空間部が形成されないようにびっしりと充填形
成してしまうと、空気洗浄時に気液混相流によって固定
床を膨張させ充填層のろ材の充填度を粗な状態に転換で
きないので、効果的な洗浄を行うことができなくなる。

【００１２】上記ろ材の構成素材は特に制限されず、有
機高分子、無機化合物等公知のものを使用できるが中で
も素材自体に適度な弾性と強度とを有し、かつ特にろ材
とした時水と近似した比重を持つことが重要である。立
体網目状粒状物は、かかる素材を用いて表面から内部に
かけて連続した穴を持つように成形されるが、この成形
は公知の発泡法等によりできる。ろ材のより具体的な例
はポリウレタンフォームから形成された立体網目状粒状
体がある。また立体網目の孔径としては１〜３ｍｍ程度
で十分である。

【００１３】図１を参照しながら、本発明の構成を説明
する。但し本発明の実施態様はこれに限定されない。１
は本発明の好気性生物ろ床装置（ＢＡＦ）であり、装置
１の処理槽２内には立体的網目状の構造をもつ比重が水
に近い粒状物のろ材を充填した充填層Ａ（固定床）が空
間部Ｂを残すように形成されている。粒状物としては例
えばポリウレタンフォーム（比重０．９８〜１．２）が
好適である。また、処理槽の底部には散気管９が設けら
れている。散気管９には平常の散気時、酸素含有ガスを
ブロア７から供給する。洗浄時には別のブロア８からも
酸素含有ガスを供給して気液混相流を強化する。

【００１４】処理槽２の上部には原水供給管３を設け下
水などの有機性汚水を流入する。また処理槽２の下部に
は処理水流出管４を設け、処理水を放流弁１１を備えた
放流管１０を経て系外に放流する。処理水流出管４の入
口にはろ材の流出を防止するネットが張設してある。処
理水流出管４からは放流弁１１の手前で排水弁１２を備
えた洗浄排水流出管５が分岐している。洗浄排水流出管
５は沈殿槽１３に連通しており、沈殿槽１３でＳＳ分が
固液分離される。また場合により沈殿槽１３の手前で洗
浄排水流出管５に凝集剤注入点１４を設けて凝集剤を注
入するようにしてもよい。

【００１５】

【作用】図１を用いて本発明の作用を述べる。勿論本発
明の実施態様がこれに限定されないのは言うまでもな
い。原水を供給管３から本発明の処理槽２内に供給し、
散気管９から空気泡を吐出させると充填層Ａは固定床を
形成する。原水を固定床（充填層Ａ）に下向流で流過さ
せ、空気泡とカウンターカレントで接触させる。充填層
Ａを構成するろ材の選定は、本発明の要点の一つであ
り、立体的網目状構造をもち、比重が水に近い流動し易
いポリウレタンフォームの角状物を好適例とする粒状固
体を適用することが本発明にとって必須事項である。さ
らに、この立体的網目状粒状物を、下方部に空間部Ｂを
残すような状態で充填し、充填層Ａを形成させることが
極めて重要である。

【００１６】比重が水より小さいポリウレタンフォーム
を充填すると、その充填量を適正値に設定することによ
って、自然に水中で浮上した状態の充填層Ａが形成さ
れ、空間部Ｂも形成される。また、比重１．１から１．
２程度のポリウレタンフォームを充填すると、散気装置
７から曝気しない場合はポリウレタンフォームは下に沈
殿するので、空間部Ｂは形成されないが、散気装置７か
ら曝気すると、空気泡がポリウレタンフォームの立体的
網目状構造内に捕捉される結果、みかけ比重が水より小
さくなり、浮上した状態の充填層Ａと空間部Ｂを形成で
きることが確認された。

【００１７】なお、空間部Ｂでは、空気泡のエアレーシ
ョンに伴う水の循環水流が形成されるので、この循環水
流にのって少量のポリウレタンフォームの粒状物が空間
部Ｂで流動する現象も認められた。すなわち、本発明で
は所望により、固定床（充填層Ａ）の下に流動床を形成
できる。

【００１８】しかして、立体的網目状構造をもつポリウ
レタンフォームの網目状構造内にはＢＯＤ資化菌、硝化
菌、生物脱リン菌、脱窒素菌などの微生物が高濃度に固
定化されるので、原水を充填層Ａ内にエアレーションし
ながら通過させると、非常に高速度でＢＯＤ、ＳＳが除
去され、負荷を適当に選ぶと硝化も行えることが認めら
れた。しかも立体的網目状構造をもつ粒状物は微生物を
固定化した状態においても、ろ床空隙率が９６〜９８％
と極めて大きいため、ＳＳの捕捉容量が大きく、ろ床の
目詰まりの進行が従来型ＢＡＦよりも著しく遅いことが
分かった。このように、生物物理化学的に浄化された清
澄処理水は処理水流出管４を通って放流管１０から系外
に流出してゆく。

【００１９】なお、本発明は充填層Ａの支持床が不要で
あるので、支持床の汚染が起こり得ないのも大きな特徴
である。従来型ＢＡＦの充填層空隙率は５０％に過ぎな
いのに対し、本発明の充填層空隙率は９６〜９８％と極
めて大きいこと、またろ材の粒径を２０〜３０ｍｍと極
めて大きくしたため、ろ材相互の接触によって形成され
る隙間の大きさも従来型ＢＡＦよりも著しく大きい。因
みに従来型ＢＡＦの粒径は３〜５ｍｍ程度に過ぎない。
このことに起因して、本発明の装置のろ過抵抗の増加は
驚くほど小さいため、ろ床の洗浄頻度は従来型ＢＡＦの
１／５から１／１０で充分である。

【００２０】本発明の充填層Ａの洗浄は次のような方法
で簡単に行え、運転を中断する必要もなく、洗浄用水を
消費する必要もないという特徴がある。すなわち、原水
を供給したままろ床洗浄用のブロア８を駆動し、処理槽
２内に定常処理時の空気量の５〜１０倍程度の空気を送
入する。その際、放流弁１１を閉じ、排水弁１２を開け
ておく。

【００２１】このようにして、多量の空気を処理槽２内
に送り込んで、激しい気液混相流を槽２内に生起せしめ
ると、ろ材間に短時間に気泡が多量におくり込まれ液の
見かけ密度の低下と相まって充填層Ａが下方に向かって
激しく膨張し、空間部Ｂが消失すると共に、充填層Ａの
充填度が「密な状態」から「粗の状態」に変化する。こ
の結果、それまでに充填層Ａ内に捕捉されていたＳＳ分
と増殖微生物が空気の攪乱作用によって容易に追い出さ
れることを確認した。従って、前述した本発明の充填層
Ａの形成の要点は極めて重要であって、もしも充填層Ａ
を空間部Ｂが形成されないように層内にびっしりと充填
してしまうと、空気洗浄時に充填層Ａの充填度を粗な状
態に転換できないので、効果的な洗浄を行うことができ
なくなる。

【００２２】しかして、ＳＳを多量に含んだ洗浄排水が
処理水流出管４を通り、つづいて洗浄排水管５を経て沈
殿槽１３に流入し、そこでＳＳ分が固液分離される。こ
の際沈殿槽１３に流入する前の凝集剤注入点１４が凝集
剤を注入するようにしてもよい。

【００２３】このような操作を３０〜６０分程続けると
充填層Ａ内に捕捉されていたＳＳ分が十分洗浄除去され
るので、ろ床洗浄用のブロア８を停止しブロア７のみの
定常運転とする。すると処理槽２内に充填槽Ａと空間部
Ｂが再び形成される。そのあと２０〜３０分間程度、Ｓ
Ｓとして数十ｍｇ／リットルのやや汚染した水が流出し
た後ＳＳ１０ｍｇ／リットル以下の清澄な処理水に回復
するので洗浄排水流出弁１２を閉じ放流弁１１を開け、
系外への処理水取り出しを再開する。以上のような簡単
な方法で充填層Ａを効果的に洗浄できるので、洗浄用水
は不要であり、洗浄用水を貯留しておく槽、洗浄排水を
受け入れる貯留槽も不要にできる。

【００２４】

【実施例】図１の本発明の装置を用いて、第１表に記し
た条件によって本発明の処理装置１による下水の処理を
行った。 第１表 （処理装置の仕様および運転条件） 処理槽 直径 ： ３００ｍｍφ 高さ ： ４．０ｍ ろ剤充填高さ ： ３．３ｍ 空間部Ｂの高さ： ０．７ｍ ろ剤の種類 ： 粒径 １０×２５×２５ｍｍの角状
粒状体 材質 ポリウレタンフォーム セル数 ３〜４個／ｃｍ 連続気泡 空隙率 ９８％ 真比重 １．１２ 原水（下水） 処理量 ： ４．０ｍ³ ／日 ろ過速度 ： ５７ ｍ／日 供給空気量 定常時 ： １２ Ｎｍ³ ａｉｒ／日 空気洗浄時 ： １００ Ｎｍ³ ａｉｒ／日

【００２５】原水には団地の生下水を用いた。その平均
水質を第２表に示す。 第２表 （原水平均水質） ｐＨ ： ７．１ ＳＳ ： １２６ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： １６３ｍｇ／リットル 水温 ： １７℃

【００２６】以上の条件で、８ヶ月間実験を続けた。微
生物のポリウレタンフォームへの馴到集殖が完了した１
ヶ月後から処理水の水質などを測定したところ第３表の
成績が得られた。 第３表 （処理水水質） ｐＨ ： ７．０ ＳＳ ： ４．５ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： ７．０ｍｇ／リットル 水温 ： １５〜１８℃ ろ過継続可能時間＊： ９５〜１２０時間 （＊原水の通水を開始してから充填層Ａを洗浄する時期
が来るまでに通水を継続できた合計時間）

【００２７】第２表の水質をもつ下水を、従来の代表的
なアンスラサイトをろ材とする下向流型ＢＡＦで、本発
明と同一の５７ｍ／日のろ過速度で処理した場合には、
ろ過継続可能時間は７〜８時間しか通水できなかったこ
とから本発明の卓越した効果が理解できる。また、充填
層Ａを洗浄するためには９５〜１２０時間に１回、空気
洗浄のための空気を１００Ｎｍ³ ａｉｒ／日の流量で４
５分間供給した後停止する方法で効果的に洗浄できた。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、次の水に近い比重を持ち、流
動し易いろ材を浮上させ、下方に空間を生じつつろ床を
形成する程度に充填するよう構成したので、以下の効果
が得られる。 ろ材を支持する支持床が不要なので支持床の汚染によ
る事故が発生しない。 粒状体の空隙率を従来型ＢＡＦよりも格段に大きくで
き、ろ床の目詰まりが著しく少なく、洗浄頻度が顕著に
減少する。 ろ床を空気だけで効果的に洗浄できるので、洗浄用
水、洗浄用水貯留槽、洗浄排水貯留槽のすべてが不要に
できる。 立体的網目構造をもつろ材を適用したので、この網目
構造内に高濃度の微生物を固定化でき、系内の微生物濃
度を従来型ＢＡＦの５〜６倍に高められ、その結果、反
応速度が速くなり、余剰汚泥の発生量が減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生物処理方法の具体的一例を説明する
ためのフロー図である。

【符号の説明】

１ 処理装置 ２ 処理槽 ３ 原水供給管 ４ 処理水流出管 ５ 洗浄排水管 ６ 流出防止ネット ７ ブロア（散気用） ８ ブロア（空気洗浄用） ９ 散気管 １０ 放流管 １１ 放流弁 １２ 排水弁 １３ 沈殿槽 １４ 凝集剤注入点 Ａ 充填層 Ｂ 空間部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立体網目構造をもつ、比重が水に近い粒
   状ろ材に下方から酸素含有ガスを散気し、浮上固定床Ａ
   を形成させ、該固定床Ａ下部に充填層のない空間部Ｂを
   生ぜしめた処理槽に上部より原水を下向流にて供給し処
   理すると共に、間欠的に前記酸素含有ガスの吐出量を増
   加し、前記固定床Ａを膨張させてろ材間を拡大し洗浄す
   ることを特徴とする有機性汚水の生物処理方法。
2. 【請求項２】 立体網目構造をもつ、比重が水に近い粒
   状ろ材を、該ろ材浮上時にその下部に空間部Ｂを生じる
   程度に充填した固定床を有する処理槽と、該槽上部に原
   水の供給手段、該槽下部に処理水流出手段と酸素含有ガ
   スの散気手段を有し、該散気手段において間欠的に散気
   量を増大するよう構成したことを特徴とする有機性汚水
   の生物処理装置。