JPH0747384A - 生物反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維塊状充填材の閉塞圧密を防止し、充填材
に多量の微生物を保持させて生物濾過、接触曝気の高度
処理を行う。 【構成】 反応槽１内に繊維塊状充填材４による充填層
２を設けた生物反応装置において、該充填材の圧密を防
止する緩衝材５を充填層２中に混在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、反応槽内に繊維を結
束に塊状にした充填材による充填層を設け、生物濾過、
接触曝気などを行う生物反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリプロピレン、ナイロン、塩化ビニリ
デン、アクリル、アクリルニトリル等の極細の化学繊維
の多数本の捲縮加工糸を中央で束ね、全体として球状、
紐状にした直径１〜１０ｃｍ程度の幾種類もある繊維塊
状充填材で、反応槽内に充填層を設け、生物濾過、接触
曝気を行うことが近年普及してきた。この充填材は、繊
維が持つ大きな空隙率と、大きな比表面積とにより処理
槽内に保持できる微生物量が極めて大であると共に、原
水中のＳＳの吸着、保持量も極めて大であり、装置の負
荷量を、砂を充填材とした場合に較べて格段と増加する
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、繊維塊状充填
材を用いる場合に、最も留意しなければならない点は、
充填材に微生物が付着し過ぎて充填材が閉塞し、反応槽
の圧力損失が増加するのを防止することである。この繊
維塊状充填材の水中での密度（比重）は、通常は１以上
であるため、充填材が反応槽内で沈降する方式で充填材
の閉塞による圧密が生じ、最悪の場合は、逆洗によって
もその圧密を解消することができず、通水が困難になっ
て、充填層を新しいものに替えざるを得なくなる。そこ
で、充填材の閉塞や圧密を防止するため、充填材に充分
な量の微生物が付着する以前に逆洗を行っているのが現
状である。これにより閉塞や、圧密は防止できるが、充
填材が保持可能な量よりも少ない微生物しか反応に寄与
して居らず、微生物を多量に保持できるという繊維塊状
充填材の特徴は何等活用されていない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記に鑑み開
発されたもので、反応槽内に繊維塊状充填材による充填
層を設けた生物反応装置において、該充填材の圧密を防
止する緩衝材を充填層中に混在させたことを特徴とす
る。

【０００５】

【実施例】図示の各実施例において、１は反応槽、２は
充填層、３は充填層を支持する通水性の支持体、４は充
填層を構成する繊維塊状充填材、５は充填層中に混在さ
せた緩衝材、６は原水供給管、７は処理水取出管、８は
洗浄水供給管、９は洗浄用空気の送気管、１０は微生物
に活性を与えるための酸素を供給する曝気用散気管を示
す。

【０００６】緩衝材は、繊維塊状充填材と一緒に反応槽
内の支持体３上に投入する。緩衝材の、繊維塊状充填材
量に対する割合は、充填材量に比して少なければ圧密防
止効果が発揮されず、逆に多いと充填材の量が少なくな
り、反応槽内で充填材によって保持する微生物の量が少
なくなるため、緩衝材の量は充填材の形状、素材、密度
（比重）や、生物濾過、接触曝気の反応槽負荷量を考慮
して適切に定める必要があるが、充填材量の１０〜５０
％の範囲が適当である。

【０００７】又、緩衝材の形状、大きさ、強度、素材、
密度（比重）等は以下の通りである。形状は、極端な棒
状や板状は不適であって、球状ないし塊状が好ましい。
又、表面積が広い形状である方が微生物が付着し易いた
め鞍形を組合せた図７に示すような形状や、波板を球状
に整形した形状が好ましい。大きさは、充填材よりも小
さいと圧密防止の効果が少なく、過度に大きいと逆洗効
果が低下する虞れがあるため、基本的には充填材の大き
さと同程度を基準とする。繊維塊状充填材が、例えば直
径５ｃｍの球状である場合は、充填材よりやゝ大きい
か、同程度の５〜７ｃｍの球状であることが好ましい。
強度は、充填材が圧密しても変形せず、逆洗時に摩耗し
たり、砕けたりしない程度であれば十分である。素材は
微生物によって分解されにくい、出来得れば充填材と同
じ材質であることが好ましい。密度（比重）は、充填材
と完全に混合するために、微生物が十分に付着した充填
材の水中での密度（比重）と同程度の密度を水中で持っ
ていることが必要である。例えばポリプロピレン製の繊
維塊状充填材は、微生物が充分に付着したときの水中で
の密度は１付近であるから、これと混合する緩衝材の密
度も水中で１程度であることが好ましい。又、塩化ビニ
リデン製の繊維塊状充填材の場合、繊維素材の比重は
１．８程度であるが、これを繊維塊状充填材に加工する
と、繊維間の空隙が多いため見掛けの比重は大幅に小さ
くなり、微生物が十分に付着したときの水中での見掛け
比重は１．１〜１．３程度になる。従って、この充填材
と混合する緩衝材は水中での比重が１．１〜１．３程度
のものを使用する。

【０００８】図１は、直径２５ｃｍ、高さ１００ｃｍの
実験室規模の反応槽１の支持体３上に、塩化ビニリデン
製で直径３ｃｍの球状の繊維塊状充填材４に、同様に塩
化ビニリデン製で直径３．２ｃｍの鞍形タイプの球形
の、図７に示す緩衝材５、例えば商品名ハイレックス
（東洋ゴム工業株式会社製）を充填材量の３０％混合
し、層高５０ｃｍ（容量２５立）の充填層２を構成した
本発明の第１実施例の生物濾過装置を示す。又、図８
は、図１と同じ反応槽１の支持体３上に、同じ塩化ビニ
リデン製の直径３ｃｍの球状の繊維塊状充填材４で層高
５０ｃｍ（容量２５立）の充填層を構成した第１比較例
の生物濾過装置を示す。

【０００９】ペプトンとグルコースを各々ＣＯＤcr換算
で５００ｍｇ／立に調整し、ｐＨ７に設定したリン酸塩
緩衝液を加えたＣＯＤcr濃度１０００ｍｇ／立の合成基
質を原水として使用し、槽最低部の曝気用散気管１０か
ら酸素を供給しながら上記両例の充填層２に下向流、及
び上向流で通水した。原水の反応槽内滞流時間は充填層
容量に対し２４時間とし、水温は室温（２０〜２５℃）
に保った。尚、通水開始時に、下水処理場の活性汚泥の
余剰汚泥を充填層量に対し５００ｍｇ／立に相当する量
を反応槽内に投入し、充填材に汚泥を付着させた。両例
とも、最初は原水を下向流で１０日間、連続通水し、次
に通水を上向流で１０日間連続して行った。そして各通
水終了後に同じ条件で空気と水による逆洗を行い、各通
水開始時、終了時、逆洗後の充填材の圧密状況を知るた
め、各充填層の底部と上部の圧力損失を測定した。この
結果を下表に示す。 表 １ 第１実施例 第１比較例 下向流 運転開始時の圧力損失 ２２ｍｍ（水柱） ２７ｍｍ（水柱） １０日間後の圧力損失 ６２ｍｍ ３６０ｍｍ 逆洗後の圧力損失 ３７ｍｍ １３０ｍｍ 上向流 運転開始時の圧力損失 ５ｍｍ ５ｍｍ １０日間後の圧力損失 ２７ｍｍ １４０ｍｍ 逆洗後の圧力損失 ７ｍｍ ４２ｍｍ 以上の実験から充填材に緩衝材を混合した実施例の充填
層の圧力損失は、充填材のみからなる比較例１の充填層
の圧力損失よりも大幅に少なく、又、逆洗後の圧力損失
も少なく、洗浄効果も優れていることが明らかになっ
た。

【００１０】図２と図３は、直径１５ｃｍ、高さ２７０
ｃｍの反応槽内に層高７０ｃｍ（容量１０立）の上部充
填層２Ｕと、層高１４０ｃｍ（容量２０立）の下部充填
層２Ｄを設けた第２実施例と、第３実施例の生物濾過装
置を示す。上部充填層と、下部充填層の下には夫々逆洗
用の洗浄水供給管８と、洗浄用送気管９を設けてある。
図２の第２実施例の上部充填層２Ｕはポリプロピレン製
の直径５ｃｍの球状繊維塊状充填材４と、塩化ビニリデ
ン製の直径３．２ｃｍの図７に示す鞍型タイプの緩衝材
５を７：３の割合で混合して１０立充填し、下部充填層
２Ｄには直径５〜９ｍｍの粒度分布のアンスラサイトを
２０立充填した。又、図３の第３実施例の上部濾層は第
２実施例と同様に構成し、下部濾層はアンスラサイトの
代りに、上層と同じ緩衝材と充填材の混合物を２０立充
填した。第２比較例として、図９に示すように、同じ反
応槽内にアンスラサイトを３０立充填し、層高２１０ｃ
ｍの充填層２´を設けた。

【００１１】上記第２，第３実施例、第２比較例の各反
応槽に、グルコースを基質としたＴＯＣ ５００ｍｇ／
立（ＢＯＤ １２５０ｍｇ／立）の合成排水を原水と
し、散気管１０から酸素を供給しながら、全充填層容量
（各々３０立）に対し滞流時間６時間（通水量は１２０
立／日、充填層容量当りの負荷量は２ｋｇ−ＴＯＣ／ｍ
／日）、原水を下向流で通水した。尚、運転開始に際
し、種汚泥として下水処理場の余剰活性汚泥を夫々の全
保有水量に対し３０００ｍｇ／立添加した。第２，第３
実施例では上部濾層の上面から上に３００ｍｍ離してレ
ベルセンサ１１を反応槽に取付け、第２比較例ではアン
スラサイト充填層の上面から上に３００ｍｍ離してレベ
ルセンサー１１を反応槽に取付け、運転中に反応槽内全
体の圧力損失が３００ｍｍに達したことを上記レベルセ
ンサーで検出し、その時点で第２，第３実施例は上部充
填層のみを空気と、洗浄水で逆洗し、第２比較例は反応
槽底部からの空気と、洗浄水で逆洗した。逆洗のための
空気量、洗浄水量、洗浄時間は第２，第３実施例、第２
比較例とも同一で、洗浄水量は１０立、逆洗時間は１５
分とした。

【００１２】各装置に反応槽全体の圧力損失が３００ｍ
ｍに達したらレベルセンサーからの信号で逆洗を自動で
行うプログラムを設定して逆洗の回数を記録した。その
結果を表２に示す。 表 ２ 第２実施例 第３実施例 第２比較例 運転開始から５日間 ３ 回 ２ 回 ６ 回 ６日後から９日後まで ２ 回 ２ 回 ５ 回 １０日後から１３日後まで ３ 回 ２ 回 ７ 回 １４日後から１７日後まで ４ 回 ３ 回 ９ 回 １８日後から２１日後まで ４ 回 ３ 回 １１ 回 この結果から第２，第３実施例は、第２比較例の従来か
らの生物濾過装置よりも１／２から１／３の逆洗回数で
運転できることが明らかになった。そして、下部充填層
を充填材と緩材とで構成した第３実施例は、下部充填層
をアンスラサイトとした第２実施例よりも逆洗回数は少
なかった。

【００１３】上記第２，第３実施例、第２比較例による
処理水の水質（ＴＯＣ濃度）を表３に示す。 表 ３ 第２実施例 第３実施例 第２比較例 運転５日間後 ３８ ４０ １５５ 運転９日間後 ４２ ３６ １４０ 運転１３日間後 ３０ ３４ ８０ 運転１７日間後 ２５ ２５ ９４ 運転２１日間後 ２５ ２２ ８５ （単位はｍｇ／立） この結果から第２，第３実施例の処理水質は、第２比較
例の処理水よりも良好であり、原水がＢＯＤ １０００
ｍｇ／立程度の中濃度排水であっても高度な生物濾過を
行って処理できることを示している。

【００１４】以上の説明の繊維塊状充填材は、水中での
比重が１以上であるが、比重が１以下で浮上性の繊維塊
状充填材に対しては、同様に浮上性の緩衝材を混合して
実施することができる。図４の第４実施例と、図５の第
５実施例は、第２実施例や、第３実施例と同様に直径１
５ｃｍ、高さ２７０ｃｍの反応槽１内に容量１０立、層
高７０ｃｍの上部充填層２Ｕと、容量２０立、層高１４
０ｃｍの下部充填層２Ｄを設けた生物濾過装置である。
図４の第４実施例の上部充填層は、ポリプロピレン製
で、直径５ｃｍ、比重０．８の球状繊維塊状充填材４
と、直径３．２ｃｍ、比重０．８の鞍形タイプの緩衝材
５を７：３の割合で混合した混合物で構成し、上部充填
層の上面直上には通水性の上面支持体１２を設ける。
又、下部充填層は、直径５〜９ｍｍの粒度分布のアンス
ラサイトや活性炭で構成した。反応槽の底部の曝気用散
気管１０から酸素を供給しながら、原水を下向流で通水
して処理を行う。

【００１５】通常、下向流で通水して生物濾過処理を行
う場合、反応槽の圧力損失を高めている個所は、充填層
の上面から、その下の僅か１００〜２００ｍｍまでの範
囲である。従って、上部充填層を浮上性の繊維塊状充填
材と、緩衝材の混合物で構成すると、該層の下に設けた
洗浄水供給管８からの洗浄水と、洗浄用送気管９からの
空気により充填材と緩衝材は流動しながら浮上して上面
支持体に接触する摩擦と、粒相互間の摩擦で繊維に付着
した汚泥は容易に剥離する。従って、最も汚れがひど
く、圧力損失が生じ易い部分を重点的に洗浄できる。勿
論、長期間の運転により下部充填層にも汚泥が次第に付
着するので洗浄することは必要であるが、洗浄頻度は非
常に少ない。上記上部充填層の逆洗は、原水の供給を停
止し、該層に下から洗浄水と空気を供給する。又、アン
スラサイトや、活性炭の下部充填層の逆洗は、原水の供
給を停止し、該層の下から空気を供給してアンスラサイ
トや、活性炭を流動させ、その後、洗浄水を下から供給
して剥離した汚れを洗浄水で洗い出せばよい。

【００１６】図５の第５実施例は、上部充填層２Ｕと下
部充填層２Ｄの両方とも図４の第４実施例の上部充填層
２Ｕと同じ浮上性の繊維塊状充填材と、緩衝材との混合
物によって構成し、槽底部の曝気用散気管１０から酸素
を供給しながら原水を下向流で通水して処理を行う。こ
の実施例の場合の上部充填層と、下部充填層の逆洗は図
５の第４実施例の上部充填層と同じに行えばよい。

【００１７】図６の第６実施例は、図５の第５実施例と
同様に上部充填層２Ｕと、下部充填層２Ｄを浮上性の繊
維塊状充填材と、緩衝材との混合物によって構成し、原
水を下向流で通水する。この実施例は、好気性の硝化細
菌による硝化反応と、嫌気性の脱窒細菌による脱窒反応
を反応槽１内で同時に進行させるようにしたものであ
る。このように単一の反応槽内の充填材に硝化細菌と、
脱窒細菌を保持させて反応を行わせると、脱窒細菌の増
殖速度は硝化細菌の増殖速度よりも大幅に早いため、充
填材の逆洗洗浄を繰返すと、充填材に付着している両細
菌の存在割合は脱窒細菌が大、硝化細菌が小になって硝
化反応が不十分になる。このため、下部充填層２Ｄを下
向流で通水した処理水の一部を上部充填層２Ｕ上にポン
プで戻す循環管１３を反応槽１に設け、上部充填層２Ｕ
の充填材には主に脱窒細菌を付着させ、下部充填層の充
填材には主に硝化細菌を付着させる。

【００１８】これにより、槽底部の曝気用散気管１０か
ら酸素を供給しながら原水を下向流で通水し、一部の処
理水を循環管１３で上部充填層上に戻して処理を行う
と、溶存酸素が充分な下部充填層では充填材の表面から
繊維間の内部にまで硝化細菌が生育し、溶存酸素が不足
状態の上部充填層では充填材の表面にだけ硝化細菌が生
育し、その繊維間の内部に脱菌細菌が生育する。そし
て、上部充填層では、下部充填層で生じて循環管１３よ
り戻される硝酸や、亜硝酸が原水中のＢＯＤ成分で脱窒
される。反応槽内で発生する汚泥の量は、増殖速度が早
い脱窒細菌の方が大であるから上部充填層２Ｕを、下部
充填層に較べて多い頻度で空気と洗浄水により逆洗して
除去し、下部充填層の逆洗頻度は少なくして硝化細菌の
保持量を高める。各充填層は、浮上性の繊維塊状充填材
と、浮上性の緩衝材とで構成してあるため、充填材が浮
上性であることゝ相俟ち、圧力損失が少なく、繊維から
汚泥を容易に剥離して除去できる。

【００１９】以上の各実施例では充填層に原水を下向流
で通したが、原水を上向流のみで通水する充填層も、非
浮上性（又は浮上性）の繊維塊状充填材と、非浮上性
（又は浮上性）の緩衝材とを混合して構成し、同様な効
果を得ることができる。尚、上向流で通水する際の処理
水取出管７は洗浄廃水の排水管１４を兼用する。

【００２０】

【発明の効果】以上で明らかなように、本発明によれ
ば、繊維塊状充填材に対して混合した、ほゞ同密度の緩
衝材が充填材の閉塞による圧密を防止する。従って、繊
維塊状充填材の特徴である大きな空隙率と比表面積を活
用し、多量の微生物を充填材に保持させ、生物濾過を効
率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生物反応装置の第１実施例の断面図で
ある。

【図２】本発明の生物反応装置の第２実施例の断面図で
ある。

【図３】本発明の生物反応装置の第３実施例の断面図で
ある。

【図４】本発明の生物反応装置の第４実施例の断面図で
ある。

【図５】本発明の生物反応装置の第５実施例の断面図で
ある。

【図６】本発明の生物反応装置の第６実施例の断面図で
ある。

【図７】本発明で使用する緩衝材の一例の図である。

【図８】従来の生物反応装置の第１例を示す断面図であ
る。

【図９】従来の生物反応装置の第２例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 反応槽 ２ 充填層 ２Ｕ 上部充填層 ２Ｄ 下部充填層 ３ 支持体 ４ 繊維塊状充填材 ５ 緩衝材 ６ 原水供給管 ７ 処理水取出管 ８ 洗浄水供給管 ９ 洗浄用送気管 １０ 曝気用散気管 １１ レベルセンサー １２ 上面支持体 １３ 循環管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応槽内に繊維塊状充填材による充填層
   を設けた生物反応装置において、該充填材の圧密を防止
   する緩衝材を充填層中に混在させたことを特徴とする生
   物反応装置。