JPH07185589A - 窒素除去用排水処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 好気的生物処理と嫌気的生物処理の組合せに
より排水中のＢＯＤ成分と窒素分を除去する排水処理方
法において、同一の槽内を仕切ることにより好気性領域
と嫌気性領域とを設け、該好気性領域に微生物を固定化
する接触材として分散型担体を充填して曝気を行い、両
領域を通して排水を流すことにより排水中のＢＯＤ成分
及び窒素分の除去を行う。 【効果】 排水のＢＯＤ負荷の大小や変動に拘らず、Ｂ
ＯＤ成分および窒素分の同時除去を安定して行うことが
できる。また、既存の活性汚泥処理施設を利用し、これ
に分散型担体を投入して槽内を仕切り曝気領域を調整す
るだけで簡単に実施することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生物処理による排水中
の有機物（ＢＯＤ成分）及び窒素分の除去に関する。よ
り詳しくは、微生物固定化担体を用いた生物処理による
排水中のＢＯＤ成分及び窒素分の同時除去に関する。

【０００２】

【従来の技術】排水の生物処理は広く行われており、各
種の生物処理方法が知られている。これらの処理はいず
れも微生物の作用を利用して排水中の有機物を分解した
り微生物体内に取り込むことにより除去するものである
が、微生物を好気的条件下に培養するか嫌気的条件下に
培養するかによって好気的処理と嫌気的処理に分けられ
る。一般に、低濃度の有機性排水の処理には、ＢＯＤ除
去速度の大きい好気的処理の方が広く用いられている。

【０００３】好気的生物処理は、微生物を浮遊状態で排
水中に保持するものと微生物を担体上に保持するものと
に分けられる。前者の代表的なものが活性汚泥法であ
り、後者の代表的なものには散水濾床法、回転円板法、
接触酸化法などがある。活性汚泥法は大規模な都市下水
処理や有機性産業排水処理などに最も広く用いられてい
る方法であるが、安定した運転を維持するには高度の技
術を必要とし、またＢＯＤ負荷の変動にあまり強くない
ため、小規模（あるいは低濃度）の排水処理には向かな
いという側面を有する。これに対して、微生物保持担体
を用いる方法には上記のような欠点はないが、ＢＯＤ除
去速度の点で一般に活性汚泥法よりは劣るため、比較的
小規模の排水処理に適する。

【０００４】ところで、内海や湖沼などの閉鎖性水域で
は、赤潮や無酸素状態の発生をもたらす富栄養化の問題
が引き起こされている。このような富栄養化現象は、排
水中の窒素やリンなどの栄養塩類が通常の生物処理では
除去されないため、そのまま閉鎖性水域に流れ込むこと
に起因するといわれている。このため、生物処理水中に
残留するこれらの栄養塩類を引続いて除去する高度処理
技術が開発されているが、別途に窒素やリンを除去する
方法は一般にかなりのコスト上昇につながるため、富栄
養化が深刻な場合や排水の回収再利用を図る場合などの
特殊な事情がなければ採用しづらいのが現状である。中
でも、リンは凝集沈殿法や晶析法で比較的容易に除去で
きることから、特に、低コストで排水中の窒素を除去す
る方法の開発が急務の課題とされてきた。このような背
景の中で、窒素を別途に除去するのではなく活性汚泥法
においてＢＯＤ成分と同時に除去する技術が開発され、
脱窒素活性汚泥法と呼ばれている。

【０００５】脱窒素活性汚泥法は、従来の活性汚泥法の
機能を拡大したものであり、活性汚泥に生息する硝化菌
および脱窒素菌の機能を有効に利用している。すなわ
ち、従来の活性汚泥法が好気性条件下に１段で処理する
のに対し、脱窒素活性汚泥法はまず好気性条件下でＢＯ
Ｄ成分の酸化とアンモニア態窒素の亜硝酸または硝酸へ
の酸化を行い（硝化工程）、次いで亜硝酸または硝酸の
形態になった窒素分を嫌気性条件下において窒素ガスに
還元する（脱窒素工程）。一般に、硝化工程においては
中和剤としてアルカリを添加し、脱窒素工程においては
有機炭素源としてメタノールを添加するが、これらの量
を節減するための各種変法も考案されている。なお、通
常は脱窒素工程の後に再曝気工程を設けることが多い。

【０００６】一方、小規模低濃度の汚水処理用に従来よ
り浄化槽が使用されている。浄化槽による処理は一種の
接触酸化法といえるものであり、汚水が流入する槽内に
接触材を充填して下から曝気を行い、接触材上に増殖し
た微生物の作用で汚水中の有機物を除去するものであ
る。例えば特開昭６０−１６６０９２号公報に開示され
ているものは、浄化槽内の接触曝気室に複数の接触材ケ
ースを積層し、各接触材ケースに大小さまざまの多孔質
部材からなる接触材を充填している。この場合、接触材
の表面には好気性微生物が増殖するが、多孔質接触材の
細孔の奥は嫌気性雰囲気となるので嫌気性微生物が増殖
する。このため、浄化槽内では一部脱窒素反応が進行
し、有機物とともに窒素分が除去される場合がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記脱窒素活性汚泥法
は通常の活性汚泥法をベースとし、運転条件をそれぞれ
硝化および脱窒素工程にあわせて多段処理を行うもので
あるため、基本的に活性汚泥法の得失を継承する。すな
わち、その安定した運転には高度の技術が必要であると
ともに、低濃度の排水やＢＯＤ負荷変動の大きい排水に
は不向きである。また、好気−嫌気−好気の多段処理を
行うために複数の槽が必要であり、コンパクトな装置に
まとめることが困難である。一方、上記浄化槽の技術は
基本的に接触酸化法をコンパクトにまとめたものである
ため、接触酸化法と同様な得失を有する。すなわち、Ｂ
ＯＤ除去速度が絶対的に小さく、余剰汚泥の引抜きが困
難であることから、高濃度排水を処理する能力に乏しい
という難点がある。

【０００８】本発明は、上記脱窒素活性汚泥法と浄化槽
技術がそれぞれ有する難点を同時に克服するものであ
り、高濃度のＢＯＤ成分および窒素分を含む排水を処理
することができ、そのための安定した運転条件を維持す
ることが容易であり、かつコンパクトな装置にまとめる
ことが可能な排水処理方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の排水処理方法
は、好気的生物処理と嫌気的生物処理の組合せにより排
水中のＢＯＤ成分と窒素分を除去する排水処理方法にお
いて、同一の槽内を仕切ることにより好気性領域と嫌気
性領域とを設け、該好気性領域に微生物を固定化する接
触材として分散型担体を充填して曝気を行い、両領域を
通して排水を流すことにより排水中のＢＯＤ成分及び窒
素分の除去を行うものであり、これにより上記課題を解
決するものである。

【００１０】

【作用】活性汚泥法が高負荷運転に適するという特質
は、微生物が排水中に浮遊状態で保持されている点に帰
因せられる。すなわち、微生物は水中に分散した状態で
存在し、曝気により排水とともに激しく攪拌されるた
め、微生物と排水との接触効率が大きく、また酸素の輸
送効率も高いことから、高負荷運転が可能となっている
のである。そして、高負荷運転により増殖した微生物は
余剰汚泥として容易に引抜かれ、また槽内に構造物がな
いため増殖した微生物による閉塞の問題がないという利
点もある。

【００１１】しかしながら、微生物が浮遊状態にあると
いう点は、他方において活性汚泥法の運転に高度の技術
を要請することとなる。すなわち、担体上に微生物を支
持する場合のように栄養源である有機物を吸着しておく
ことが困難なため負荷変動に弱く、わずかな運転条件の
変化にも敏感に応答して微生物相が変化することから、
望ましい微生物相を維持するには高度な運転条件の制御
を行わねばならない。また、処理後に処理水を微生物体
から分離する工程が必須となるが、汚泥の沈降性が悪い
場合には沈降分離が不可能となる場合もある。したがっ
て、上記運転条件の制御は汚泥の沈降性をも加味した制
御でなければならない。

【００１２】微生物を担体上に支持した場合には、上記
と逆に負荷変動に強く運転管理が比較的容易なプロセス
となるが、高負荷運転が可能かどうかは担体としてどの
ようなものを用いるかによって異なる。すなわち、担体
が水中に構造物として構築されているような場合には高
負荷運転は一般に困難であるが、担体が排水の動きとと
もに揺動するような場合には活性汚泥法と同様に高負荷
運転が可能である。通常、排水は曝気によって攪拌され
るが、その場合、曝気線速が３０ｍ／ｈ以下でも排水の
動きとともに揺動する担体を用いることが、曝気攪拌に
必要なエネルギーを節減する上で好ましい。本発明で
は、このような分散型の担体を微生物を固定する接触材
として使用するため、負荷変動に強く運転管理が容易な
だけでなく、高負荷運転も可能である処理プロセスが実
現される。

【００１３】また、接触材を採用したことにより、固定
された微生物が膜を形成し、その内側に嫌気性部位領域
が形成されるため、ＢＯＤ成分の除去と同時に窒素分の
除去が行われる。この窒素除去作用は接触材として多孔
性の担体を使用することにより促進される。これは、微
生物が強固に付着するため生物膜の欠陥が減少すること
と、多数の細孔が存在することから、より確実に嫌気性
部位が形成されるためである。

【００１４】しかしながら、接触材が分散型の担体であ
る場合には、構造物型の担体に較べて酸素の輸送効率が
向上することから、嫌気性領域の形成は有効に脱窒素を
行うには十分でない場合が多い（脱窒素率４０〜６０
％）。そこで、本発明ではこれを補うため、分散型担体
を用いた好気的生物処理と嫌気的生物処理との組合せに
よる処理を行う。これにより、十分な窒素分の除去が担
保され（脱窒素率９０％以上）、きわめて良好に運転さ
れている脱窒素活性汚泥法よりさらに良い効率で窒素除
去効果が得られる。

【００１５】好気的生物処理と嫌気的生物処理とを行う
ためには、好気性領域と嫌気性領域とを設ける必要があ
るが、本発明では分散型担体を用いていることから、容
易に槽内を仕切って両領域を形成することができ、この
ため槽の数を増やさずにコンパクトな装置を実現するこ
とが可能なのである。好気性領域と嫌気性領域は、排水
中の有機物濃度（たとえばＢＯＤ）及び窒素濃度とその
形態（有機態、アンモニア態、硝酸態など）により、そ
れぞれの領域における水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を考
慮して設定することができる。このとき、好気性領域の
ＨＲＴ及び担体充填率の設定により、アンモニア態窒素
の硝化を行わせることができる。またＨＲＴを大きくと
ることにより、好気性領域で窒素分の一部を除去させる
ことも可能である。なお、ＢＯＤ酸化と硝化の条件をそ
れぞれ別個に最適化したい場合には、好気性領域をさら
に２つに仕切ることも可能である。

【００１６】好気的生物処理と嫌気的生物処理の組合せ
方としては、単に好気的処理−嫌気的処理の順に処理を
行ってもよいが、排水中の硝酸性窒素が多い場合には、
予め嫌気的処理を行った後に好気的処理−嫌気的処理を
行ったり、嫌気的処理−好気的処理を行った後に処理水
を嫌気的処理領域に再循環すると有効である。また、好
気的処理−嫌気的処理を行った後に再曝気を行ってもよ
い。なお、嫌気性領域においては、発生窒素ガスのガス
抜け及び槽内混合を改善するため、上向流の循環を行う
場合がある。

【００１７】この場合、分散型担体として水中浮上性の
ものを用い、浮上床を形成するようにすると、水面上か
ら所望の位置に仕切板を吊下することができるため、曝
気領域と仕切位置を同時に制御することにより、好気性
領域と嫌気性領域の設定を状況に応じて変更することも
容易に実施可能である。仕切板の材質は特に限定され
ず、鋼板製、ＰＶＣ板製，ＦＲＰ板製等のものがいずれ
も使用可能である。吊下方式の仕切板の下部構造は固定
式でも自由端式でもよい。なお、仕切板は必ずしも吊下
式である必要はなく、浸漬式のものでもよい。仕切板に
おける流入口および流出口の位置やその形態あるいは構
造（配管接続の有無など）は問わないが、分散型担体が
仕切板を通過しないように網やスクリーン等が設けられ
ることが望ましい。

【００１８】分散型担体の形状や寸法には特に制限はな
いが、曝気により排水とともに揺動することが好ましい
ことから、最大寸法が１００ｍｍ程度以下であることが
好ましい。円筒形のような中空形状の担体は上記揺動特
性にもすぐれることから好ましい担体である。水中浮上
性の分散型担体としては、微生物が付着しやすく、また
微生物が付着した状態でも水より比重の小さいものであ
れば、各種の材料のものが使用できる。特に好適な担体
としては、ポリプロピレンを主体とした不織布を直径５
５ｍｍ×長さ５５ｍｍ程度の円筒形に成型したものがあ
る。これは比重０．９程度なので水中浮上性であり、ま
た多孔性であるために生物膜が形成されやすく、内部に
嫌気性部位が形成されやすいという特徴がある。これを
用いて水中に押さえのネットを張れば浮上床が形成さ
れ、この浮上床は軽いために排水の動きとともに容易に
攪拌される。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の方法を実施するための好適
な装置を示す。処理槽１内には水中浮上性の分散型多孔
担体が充填されており、排水中に浸漬した状態で接触材
層２を形成している。処理槽内は仕切板３によりＢＯＤ
処理領域、硝化領域、脱窒素領域および再曝気領域に仕
切られている。槽底部には曝気用の散気管４が設けられ
ており、脱窒素領域以外の領域では曝気が行われる。脱
窒素領域には蓋５が設けられており、嫌気性雰囲気が保
たれる。排水は排水流入口から処理槽１内のＢＯＤ処理
領域に流入し、次いで処理槽内を硝化領域、脱窒素領
域、再曝気領域の順に流下して各領域で生物処理を受け
た後、一部がＢＯＤ処理領域に循環される他は排水流出
口から流出して沈殿槽６に流入する。この装置では微生
物は接触材上に固定化されているが、接触材は分散型で
かつ浮上床を形成しており、排水の動きにあわせて揺動
するため、適度に増殖した余剰の生物膜は剥離して排水
中にフロックとして浮遊する。このため、沈殿槽６でそ
うしたフロック状の微生物体を余剰汚泥として分離する
のである。かくして微生物体から分離された上澄水は処
理水として沈殿槽６から流出する。

【００２０】［処理例］排水量４００Ｌ／日の化学工場
排水を、通常の活性汚泥法と本発明の方法の２通りで処
理して処理水の水質を比較した。処理槽は図２に平面図
で示すもので、幅０．５ｍ、長さ１．２ｍ、深さ１．５
ｍであり、有効水深は１．０ｍ、有効容積は０．６ｍ3
である。なお、処理槽の後に沈殿槽を設け、フロックを
分離後、処理水の水質を測定した。

【００２１】通常の活性汚泥法で運転したときは、槽の
全域を仕切らずに用いた。一方、本発明の方法で運転し
たときは、図２に示すように槽を４つの区域に仕切っ
た。各区域の水理学的滞留時間は、区域１が１８時間、
区域２が９時間、区域３が３時間、区域４が６時間であ
った。接触材層としては、径５５ｍｍ、長さ５５ｍｍの
中空円筒不織布担体を４２０Ｌ充填した（充填率７０
％）。区域１、２、４については、槽底部に散気管を布
設した。また、区域４から区域１の流出部または流入部
に排水を循環させた。循環量は０．８〜１．６ｍ³ ／日
に変化させた。

【００２２】排水のＢＯＤの平均値は約１０００ｍｇ／
Ｌ、Ｔ−Ｎ（全窒素）の平均値は約１００ｍｇ／Ｌであ
った。通常の活性汚泥法で運転したときは、ＢＯＤ約３
０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ約９５ｍｇ／Ｌである処理水が得ら
れた。一方、本発明の方法で運転したときは、ＢＯＤ約
２０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ７〜９ｍｇ／Ｌである処理水が安
定して得られた。

【００２３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、排水のＢＯＤ負
荷の大小や変動に拘らず、ＢＯＤ成分および窒素分の同
時除去を安定して行うことができる。また、既存の活性
汚泥処理施設を利用し、これに分散型担体を投入して槽
内を仕切り曝気領域を調整するだけで簡単に実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法を実施する好適な装置の例であ
る。

【図２】 本発明の方法を用いて化学工場排水を処理し
たときに用いた装置の平面図である。

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 接触材層 ３ 仕切板 ４ 散気管 ５ 蓋 ６ 沈殿槽

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 好気的生物処理と嫌気的生物処理の組合
   せにより排水中のＢＯＤ成分と窒素分を除去する排水処
   理方法において、同一の槽内を仕切ることにより好気性
   領域と嫌気性領域とを設け、該好気性領域に微生物を固
   定化する接触材として分散型担体を充填して曝気を行
   い、両領域を通して排水を流すことにより排水中のＢＯ
   Ｄ成分及び窒素分の除去を行うことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 該好気性領域と該嫌気性領域の両方に分
   散型担体を充填する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 該分散型担体が曝気線速３０ｍ／ｈ以下
   においても揺動するものである請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 該分散型担体が中空多孔担体である請求
   項１記載の方法。
5. 【請求項５】 該分散型担体が水中浮上性である請求項
   １記載の方法。
6. 【請求項６】 該分散型担体が不織布担体である請求項
   １記載の方法。
7. 【請求項７】 槽内を仕切る位置及び曝気する領域を同
   時に変更することにより、該好気性領域と該嫌気性領域
   の設定を変更する請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】 排水を受入れる槽（１）、槽内に浮上床
   （２）を形成しうるように該槽内に充填された水中浮上
   性の分散型中空多孔担体、槽内を複数の処理領域に仕切
   る仕切板（３）、および該処理領域の所望の領域を曝気
   するように槽底部に布設された散気装置（４）からなる
   排水処理装置。
9. 【請求項９】 該仕切板が仕切る位置を変更できるもの
   である請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 該散気装置が曝気する領域を変更でき
    るものである請求項８記載の装置。