JPH084792B2 - 廃水処理システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汚水の浄化など廃水処
理に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】処理水槽間の液の移送は、自然流下によ
るもの、水中ポンプによるもの、返送汚泥のようにエア
リフトポンプによるものなどが一般的である。活性汚泥
法の散水ろ床法、浸漬ろ床法などに使用するろ材は、古
くから花崗岩砕石が多用されてきた。最近では、その他
の砕石、プラスチック成形品、セラミックス等が使用さ
れるようになった。つぎに、ばっ気槽えのばっ気方法
は、送風機を使って大量の空気を送る場合、大気泡を発
生させ送り込む場合、中気泡を発生させて作用する場合
などが従来の技術となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、浸漬ろ床法
による活性汚泥法の処理方法を改善し、生物化学的酸化
作用を最高度に発揮させて、有機物質の除去効率を高め
ることによって、清澄な処理水を得るようにした廃水処
理システムを提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するため研究の結果、各槽間への液の移送時に多く
の空気を混入すること、浸漬ろ床法のろ材に微生物の着
床、増殖しやすい合理的なろ材を効果的に配置するこ
と、ばっ気槽のばっ気方法を改善して一層効率的なもの
とすることによって、課題が解決されることを見出し
た。

【０００５】すなわち、本発明は、原水槽、調整槽、ば
っ気槽、沈殿槽の順に配列し、必要に応じてさらにろ過
槽、処理水槽を加える廃水処理システムにおいて、調整
槽からばっ気槽への液の移送および沈殿槽から調整槽へ
の汚泥返送はエアリフトポンプを用い、ばっ気槽には容
積の１／５〜４／５容量の多孔質ろ材を充填し、ばっ気
槽槽底に径０．０５〜０．５ｍｍの無数の噴気孔を有す
る微小気泡発生散気管を設け、前記多孔質ろ材として、
（１）多孔質砿物の粒状物３０〜５０容量％と木炭およ
び／または竹炭粒状物１０〜４０容量％に、水あるいは
窒素、りんを含む溶液を加え混合して混合物とし、
（２）セメント１０〜２０容量％、砂５〜１０容量％、
木炭および／または竹炭粉末または珪藻土あるいはその
混合物５〜１５容量％とベントナイト０〜３容量％に、
これらの総量の０．１〜０．５重量％の鉱物繊維の解砕
物または解砕懸濁液を添加し、加水混練して混練物と
し、（１）の混合物と（２）の混練物とを混練し、所望
の形状に成形した後、６３℃±３℃に加熱した蒸気室に
入れ、１２〜２４時間硬化熟成してなる多孔質ろ材を用
いることを特徴とする廃水処理システムである。

【０００６】先ず、本発明において使用する多孔質ろ材
について説明する。この多孔質ろ材は、本発明者が開発
した新規なろ材であり、別に特許出願した。多孔質ろ材
の（１）の混合物において使用する多孔質砿物は、天然
の軽石、ゼオライト、浅間石等である。これらは、その
まま篩分けるか、砕石後篩分けた粒径２〜８ｍｍの粒状
物を、３０〜５０容量％の率で使用する。多孔質砿物の
表面は、無数の大小の孔隙があり、内層まで連続してい
るので、通気性、吸水性、保水性が大きく、微生物が容
易に着床、生息しやすい。粒径は２ｍｍ未満では小さす
ぎ、８ｍｍを超えると大きすぎるので、２〜８ｍｍの範
囲の粒径のものが適当であり、多孔質ろ材の組成の主体
をなしている。

【０００７】木炭（竹炭を含む、以下同じ）粒状物は、
未炭化タール分を残さないよう十分に焼いた硬度のある
黒炭を、粗砕後径２〜８ｍｍに篩分け、これを１０〜４
０容量％使用する。木炭が古来燃料の他、さまざまな用
途に利用されるのは、表面から内層にいたる無数の細
孔、孔隙の分布による通気性、吸水性、保水性に優れ、
脱色、脱臭、吸着力が強いことである。活性炭は最もこ
れらの性質が強化されたものであり、近来、水の脱色、
脱臭、清澄材等として水処理分野にも広く用いられてい
る。木炭粒状物の粒径は、多孔質砿物の場合と同様で、
径２〜８ｍｍの範囲がよく、混合量は木炭の特性を保つ
１０容量％以上が必要で、４０容量％を超えると全体の
硬度、強度が低下して好ましくない。

【０００８】実験によると、６ヶ月間廃水処理槽に浸漬
した結果、有姿の塊のままの軽石、ゼオライト、木炭
は、いずれも表面に微生物の着床、生息による汚泥の付
着が部分的にみられるが、塊を割って内部を観察する
と、殆んど内部には微生物の侵入がみられず、汚泥着生
が認められなかった。また、同時実験で軽石、ゼオライ
ト、木炭を砕いて細粉とし、ガーゼの袋に詰めたものを
前記実験と同様な処理を行った結果、微細粒子が表面か
ら水中に浮遊、散逸して、容易に安定していないでいる
が、その後、表面には微生物の着床が認められた。しか
し、内部には微生物の侵入が確認されなかった。このよ
うな現象は、有姿の塊、細粉の袋詰のものは、内部への
通気、水の移動が十分行われないので、微生物の内部へ
の侵入、繁殖が阻害される原因であると判断される。そ
こで、この欠点を改善するため、適当の大きさの粒子に
揃えた多孔質砿物と木炭の混合物を骨材として、この粒
子間を新規な多孔質結合材を用いて、例えば、おこし状
に粗く結合、硬化させることによって、表面から内層ま
で空隙が大きく、通気、通水性の自由な微生物の着床、
生息、増殖に適したものとなるようにしたのである。

【０００９】（１）の多孔質砿物粒状物と木炭粒状物と
の混合物を得るに当たり、予め加水、吸水させる理由
は、（１）の混合物と（２）の混練物とを合わせた混練
物を得る際の加水、混練時に、セメントなどのコロイド
微粒子が多孔質砿物と木炭の孔隙中へ吸い込まれて、そ
の機能を低下させないためと、セメント硬化のときに、
木炭の脱水現象による障害を防止するためである。した
がって、（１）の混合物を作る際の加水量は吸水量を上
まわる程度に十分に行う必要がある。つぎに、（２）の
混練物を得る際に結合材として使用するセメントは、な
るべくアルカリ分の少ない品質のものを使用すること
が、製品の利用上望ましく、また、製品の十分な強度を
保つ必要から、１０〜２０容量％が適当である。また、
結合材を多孔質とするための実験の結果、木炭粉末また
は珪藻土およびその混合物５〜１５容量％をセメントに
混入使用すると、硬化後の結合材そのものの強度を保ち
ながら、多孔質で吸水性に優れたものとなることが判明
した。このとき必要により、ベントナイト（３容量％以
内）を混合すると、混練時の適度な粘結性を増すことが
できる。（２）の混練物を得る際の加水、混練操作は、
やわらかな粘体を保つ程度まで十分に行う。

【００１０】（１）の混合物と（２）の混練物との混練
に際しては、必要量の水を加えて混練するのであるが、
その加水量は、混練生成物が少しかために仕上る程度が
成形に便利である。成形品は蒸気を吹き込んで６３℃±
３℃に調節した蒸気室に入れ、１２〜２４時間硬化熟成
する。蒸気室から出した成形品は、放冷後製品とする
が、さらに後熟成のため、適当な期間水中に浸漬して水
切り後、完成品とすることができる。なお、上記の混練
時に早強剤を使用して硬化時間を早めることができる。
（１）の混合物を得るに当たり、多孔質砿物粒状物と木
炭粒状物の合計１リットルに対して、窒素、りんをそれ
ぞれ５０〜１００ｍｇを含むように調製した溶液を散布
混入して吸収させると、単に水を加水した場合に比べ
て、微生物に対する栄養分を賦与することになり、水生
微生物が着床、増殖しやすく、内層まで速やかに微生物
活動が進行することが認められた。

【００１１】また、（２）の混練物を得るに当たり、加
水混練時に、使用材料合計量の０．１〜０．５重量％の
砿物繊維、例えば、ガラスウール、ロックウール、石綿
などを解砕し、または解砕懸濁液として添加、混合する
ことによって、砿物繊維が粒状物粒子相互間のブリッジ
作用をつかさどり、結合材の網状構造を形成させるの
で、製品の弾力性が増し、破壊強度が著しく向上するこ
とが認められた。製品を水中に永く浸漬しておいても、
また、槽中に積み重ねても何等崩壊などを起こすことが
なく、安定した形状を保持することができる。さらに、
砿物繊維は水生微生物の着床に絶好の場となる効果が期
待される。

【００１２】つぎに、本発明を図１に基いて説明する。
図１において、原水槽１から調整槽２への液の移送は、
自然流下によるか、必要により水中ポンプを使用する。
調整槽２からばっ気槽（１）３へは、調整槽内に据えた
エアリフトポンプ１１を用いて移送し、ばっ気槽（１）
３からばっ気槽（２）４へは自然流下で行う。ばっ気槽
（２）４から沈殿槽５への液の移送、沈殿槽５からろ過
槽６へ、ろ過槽６から処理水槽７へ、処理水槽７から消
毒槽８へ、消毒槽８からの放流はすべて自然流下により
行う。沈殿槽５から調整槽２への汚泥返送は、沈殿槽５
内に据えたエアリフトポンプ１１で行う。エアリフトポ
ンプ１１は加圧空気を細管より噴出させて発生する気泡
の上昇にのせて水を押しあげる作用を利用したもので、
一般に揚水量の１．５倍〜３倍の空気量が必要である。
また、揚程に対応した空気圧が必要となる。このときエ
アリフトポンプ１１から噴きだす空気ノズルの径を細く
して、気泡の小さいものとすれば、空気と水との接触面
が増えて、エアリフトポンプ１１の揚水管内で、水中に
空気の混入が増加してくる。いずれにしても、エアリフ
トポンプ１１を用いて揚水すると、水中ポンプその他の
ポンプを使用したときに比べて、効率的に空気を混入す
ることができる。

【００１３】テストプラントによる測定の結果、エアリ
フトポンプ１１の揚水時に、１．２ｍｇ／リットル溶存
酸素（ＤＯ）が増加することが確認された。このこと
は、特にばっ気槽に移送される前に、より多くの空気を
液に混入させることは、つぎのばっ気槽におけるばっ気
効果を高めるうえに、極めて有効となることである。ま
た、ばっ気槽（１）３、ばっ気槽（２）４に、それぞれ
容積の１／５、４／５に相当する容量の多孔質ろ材９を
槽の上層に充填することにより、固定床ばっ気槽、接触
ばっ気槽の機能を発揮する。多孔質ろ材９の優れた微生
物活性効果により、旺盛な生物化学的酸化を活発にする
ばかりでなく、発生する汚泥を消化する原生動物、輪
虫、線虫、みみずなどの繁殖により、さらに綜合的な浄
化を促進させる。また、多孔質ろ材９に水生微生物が固
定されている特徴的利点は、流入する原水の量的変動、
ＢＯＤなどの負荷変動に対して極めて強く、安定した浄
化効率を維持することである。家庭の生活排水、学校の
排水、その他多くの廃水が、日中に集中して行われる現
状からみて、本発明廃水処理システムは、これらの実態
に即しているといえる。

【００１４】多孔質ろ材９の充填されたばっ気槽（１）
３、ばっ気槽（２）４の槽底には、径０．０５〜０．５
ｍｍの無数の噴気孔を有する微小気泡発生散気管１３を
槽底に平均に据える。微小気泡発生散気管１３には、ブ
ロア１４から連続的に加圧空気が送られているので、径
０．５〜５ｍｍ程度の気泡が無数に連続して発生し、水
中を上昇する。ばっ気槽（１）３では、先ず水中に浮遊
する水生微生物に、上昇する無数の微小気泡が接触し酸
素を供給するので、水生微生物は活発に活動し、増殖し
て、水中の有機物質などを取り込み消化、分解すると同
時に、気泡の上昇により水の対流がおきるので、槽内の
水は循環をくり返し、均一化する。

【００１５】槽の上部に充填された多孔質ろ材９は、上
昇してくる微小気泡の接触をつぎつぎと受けて、多孔質
ろ材９の表面、内層に着床、生息している微生物に十分
に空気を供給するので、さらに一層微生物活動が旺盛と
なる。ばっ気槽（２）４では、槽の４／５の容積に多孔
質ろ材９が充填されているので、槽の下底に設けられた
ばっ気槽（１）３と同様な微小気泡発生散気管１３より
発生する微小気泡は、水中を上昇して大部分は、その上
部層の多孔質ろ材９に供給されて、さらに十分な接触酸
化活動が行われる。このばっ気方法が如何に優れたもの
であるかを証明するため、本発明の廃水処理システムの
テストプラントのばっ気槽より液を採取して、液の溶存
酸素を分析した成績によると、表１のように、通常のば
っ気方法によるものに比べて、本発明廃水処理システム
によるばっ気槽液がおよそ２倍の水中溶存酸素濃度とな
っている結果からも明らかである。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【実施例】本発明において使用する多孔質ろ材の製造例
と本発明の実施例を挙げて説明する。 （製造例１）軽石粒状品（径２〜８ｍｍ）６．３リット
ルと竹炭粒状品（径２〜８ｍｍ）４．２リットルを混合
し、これに硫安、りん安を水に溶解して、Ｎ ３％、Ｐ
３％に調整した溶液５０ｍｌを１．７リットルの水に
溶かした液を混合、吸水させて混合物とする。別に、セ
メント２．４リットル、竹炭粉末０．９リットル、砂
０．９リットル、ベントナイト０．３リットルを混合
し、これにガラスウール３０ｇを解砕して１リットルの
水中に懸濁した液を加え、さらに０．７リットルの水を
加えながら混練して混練物とする。前記の混合物と混練
物を合わせて十分に混練した後、底面直径４ｃｍ、上部
直径５．５ｃｍ、深さ６ｃｍのプラスチックカップに型
詰めする。これを生蒸気で加温した６３℃±３℃の蒸気
室に入れる。１５時間後、蒸気室よりとり出し、放冷
後、型からはずし、固形物として、本発明の多孔質ろ材
１２リットル（１２８個）を得た。

【００１８】（製造例２）ゼオライト粒状品（径２〜８
ｍｍ）６．３リットルと木炭粒状品（径２〜８ｍｍ）
４．２リットルを混合し、これに１．７リットルの水を
混合、吸水させて混合物とする。別に、セメント２．４
リットル、珪藻土０．９リットル、砂１リットル、ベン
トナイト０．２リットルを混合し、これにロックウール
３０ｇを解砕して加えて混合し、水１．８リットルを加
えながら混練して混練物とする。前記の混合物と混練物
を合せて十分に混練した後、底面直径４ｃｍ、上部直径
５．５ｃｍ、深さ６ｃｍのプラスチックカップに型詰め
する。これを生蒸気で加温した６３℃±３℃の蒸気室に
入れる。１２時間後、蒸気室よりとり出し、放冷後、型
からはずしたものを５日間水中に浸漬し、これを引上げ
て風乾した後、本発明の多孔質ろ材１２リットル（１２
４個）を得た。

【００１９】（実施例）図１により実施例を説明する。
原水槽１は径５０ｃｍ、深さ８５ｃｍのプラスチック製
水槽で、１日に５００リットルの雑排水、し尿合併廃水
が合流して間けつ的に流入するように設定してある。合
併廃水のＢＯＤ濃度はしばしば変動し、およそ４５ｐｐ
ｍから２００ｐｐｍの範囲となっている。合併処理方式
による原水槽１への流入口には、網１０を設けて大きな
異物を除くようにしてある。また、原水槽１からつぎの
調整槽２への出口にも異物除去用の網１０が設けられて
いる。

【００２０】原水槽１の機能は、流入水中の大きな異物
の除去、槽出口での中程度異物の除去、沈殿物の除去、
浮上物の除去と流量調整、混合が主となっている。原水
槽１から調整槽２（径７５ｃｍ、深さ８５ｃｍ プラス
チック製）への液の移送は、自然流下で行われる。調整
槽２には、エアリフトポンプ１１を据え、槽底に普通の
散気管１２を設け、沈殿槽５からエアリフトポンプ１１
で送られた返送汚泥の受け入れホースが挿入されてい
る。調整槽２では、散気管１２から発生する大気泡によ
り、原水槽１からの流入水と返送汚泥の混合、攪拌が行
われ、同時にばっ気作用が行われる。また、エアリフト
ポンプ１１により、つぎのばっ気槽（１）３（径６０ｃ
ｍ、深さ８５ｃｍ）に揚水移送される。散気管１２、エ
アリフトポンプ１１の加圧空気は、ブロア１４よりホー
スで送る。ばっ気槽（１）３には、槽底に微小気泡を発
生する微小気泡発生散気管１３が６本底面に平均に据え
られる。槽底より５５ｃｍ上部の架台を据えた上に、製
造例１の多孔質ろ材９を３０ｃｍの層で充填する。層の
上面は、上昇してくる気泡が放散しやすいように穴あけ
人工芝で覆う。微小気泡発生散気管１３への加圧空気
は、ブロア１４よりホースで送られる。

【００２１】つぎのばっ気槽（２）４（径６０ｃｍ、深
さ８５ｃｍ）へは、自然流下で液を移送する。ばっ気槽
（２）４は、ばっ気槽（１）３と同様の構造で、微小気
泡発生散気管１３を槽底に据え、製造例１の多孔質ろ材
９を槽底より２５ｃｍ上部の架台上に、６０ｃｍの層で
充填する。層の上面は、穴あけ人工芝で覆う。微小気泡
発生散気管１３へは、ブロア１４よりホースで加圧空気
を送る。つぎの沈殿槽５（径５０ｃｍ、深さ８０ｃｍ）
へは、自然流下で送る。沈殿槽５は下部がホッパー形状
で、中心部にエアリフトポンプ１１を据える。沈殿槽５
は流入液中のおりを沈殿させて下部のホッパー部に集
め、沈殿物を返送汚泥として、エアリフトポンプ１１で
調整槽２へ返送する。エアリフトポンプ１１への加圧空
気は、ブロア１４よりホースで送る。

【００２２】沈殿槽５の上澄液は、自然流下でつぎのろ
過槽６（径５０ｃｍ、深さ８０ｃｍ）へ移送する。ろ過
槽６は、槽底より２５ｃｍの高さに設けた架台上に、製
造例１の多孔質ろ材９を３５ｃｍの層で充填する。多孔
質ろ材９は接触ろ過の作用を行うので、物理的ろ過機能
と合わせて、微生物的ろ過が行われる結果、ろ過水は一
層清澄となる。ろ過槽６を通過したものは自然流下によ
り、処理水槽７（径３５ｃｍ、深さ４５ｃｍ）を経て、
消毒槽８（径２５ｃｍ、深さ３５ｃｍ）へ移送され、消
毒処理を行って放流する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の廃水処理システムは、従来の技
術と異なるエアリフトポンプ使用による混入空気の増
加、多孔質ろ材を接触ばっ気槽に効果的に使用すること
による水生微生物の安定的増殖、微小気泡発生散気管に
よる混入空気量特に水中酸素溶存量の飛躍的向上という
有用な３つの条件を備えるので、水生微生物の着床がよ
く、増殖が活発、旺盛である。その結果、汚水中の有機
物の分解、消化が高効率に進行し、発生汚泥が極めて少
なくなる。本発明システムの処理水の水質は、表２に示
すように極めて清澄である。

【００２４】

【表２】 清澄な処理水は、再利用水としても十分可能であるか
ら、これを第２次用水として使用すれば、用水の２０〜
３０％にも相当する莫大な水の節約となり、水資源の安
定、保護に貢献することになる。さらに、わが国の河
川、湖沼、閉鎖性海域などの水質汚濁が年ごとに懸念さ
れ、一層の改善、浄化が大きな環境問題として提起され
ている今日の現状からして、地球にやさしい、きれいな
水づくりとしての本発明の廃水処理システムは、まさに
時代の要請にこたえるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃水処理システムの説明図。

【符号の説明】

１ 原水槽 ２ 調整層 ３ ばっ気槽（１） ４ ばっ気槽（２） ５ 沈殿槽 ６ ろ過槽 ７ 処理水槽 ８ 消毒槽 ９ 多孔質ろ材 １０ 網 １１ エアリフトポンプ １２ 散気管 １３ 微小気泡発生散気管 １４ ブロア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水槽、調整槽、ばっ気槽、沈殿槽の順
   に配列し、必要に応じてさらにろ過槽、処理水槽を加え
   る廃水処理システムにおいて、調整槽からばっ気槽への
   液の移送および沈殿槽から調整槽への汚泥返送はエアリ
   フトポンプを用い、ばっ気槽には容積の１／５〜４／５
   容量の多孔質ろ材を充填し、ばっ気槽槽底に径０．０５
   〜０．５ｍｍの無数の噴気孔を有する微小気泡発生散気
   管を設け、前記多孔質ろ材として、（１）多孔質砿物の
   粒状物３０〜５０容量％と木炭および／または竹炭粒状
   物１０〜４０容量％に、水あるいは窒素、りんを含む溶
   液を加え混合して混合物とし、（２）セメント１０〜２
   ０容量％、砂５〜１０容量％、木炭および／または竹炭
   粉末または珪藻土あるいはその混合物５〜１５容量％と
   ベントナイト０〜３容量％に、これらの総量の０．１〜
   ０．５重量％の鉱物繊維の解砕物または解砕懸濁液を添
   加し、加水混練して混練物とし、（１）の混合物と
   （２）の混練物とを混練し、所望の形状に成形した後、
   ６３℃±３℃に加熱した蒸気室に入れ、１２〜２４時間
   硬化熟成してなる多孔質ろ材を用いることを特徴とする
   廃水処理システム。