JPH0880496A

JPH0880496A - 汚水の硝化脱窒素方法及び装置

Info

Publication number: JPH0880496A
Application number: JP21769294A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kataoka; 克之片岡
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】脱窒素工程と硝化工程からなり、硝化部に、
安価で、急速に硝化可能な硝化菌固定化充填層を設け、
それに隣接して脱窒素部を設け、活性汚泥を循環しつつ
硝化脱窒素を行い、かつ洗浄の必要がない汚水の硝化脱
窒素方法とそれに使用する装置を提供すること。【構成】上記硝化脱窒素方法において、硝化部に、硝
化菌を表面に存在させ、比重が０．１以下の圧力により
変形しない充填材を充填率２５％以下充填した浮上充填
床を形成し、充填床内を好気条件下に活性汚泥と汚水と
を通過させる硝化脱窒素方法。および上記浮上充填床を
有する硝化部と脱窒素部とからなり、浮上充填床に散気
手段より空気を供給するようにした汚水の硝化脱窒素装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水などの有機性汚水
を生物学的に硝化脱窒素する処理方法とそれに使用する
硝化脱窒素装置に関し、特に硝化菌を担体に付着固定化
して高速度で硝化を行う硝化脱窒素装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】硝化菌を担体に付着固定化した硝化装置
としては、特公平５−４６２７９号公報記載の装置が代
表的なものである。該公報に記載されている技術では、
硝化菌をポリエチレングリコールなど有機高分子製の、
比重が１．０に近い粒状ゲル担体（粒径３〜４ｍｍ）に
包括固定化し、担体を容量比で曝気槽容積の７．５〜２
０％投入し、曝気によって流動させながら高速に硝化処
理する技術である。しかし、この技術は次のような大き
な問題点があった。すなわち、硝化菌を包括固定化した粒状ゲル担体の原料費が高
価であり、製造方法も複雑であるのでゲル価格が高い。ゲル担体製造設備の建設に多額の費用が必要であ
る。固定化微生物法を採用したいと考えているユーザに
とって、汚水の処理量が多い場合、ゲル担体購入費用が
膨大なものとなり、事実上採用を断念せざるを得ない場
合が多い。これは重大な欠点である。ゲル担体を曝気によって流動させながら硝化処理す
ると、ゲル担体はさほど強度が大きくない柔らかなもの
であるため、ゲル担体が磨耗し消耗する。従って高価な
ゲル担体を定期的に補給しなければならない。曝気槽がピストン流型の場合、原水の曝気槽内の流
れに乗ってゲル担体が下流側に偏り、硝化不良になり易
い。ゲル担体の粒径が３〜４ｍｍと小さいので、ゲル担
体が曝気槽から流出しないように目開きの小さなスクリ
ーンを設置しなければならないので、スクリーンが目詰
まりし易い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の諸欠点を的確に解決することを課題とする。すなわ
ち、本発明の課題は、ｉ．硝化菌固定化担体の価格が従来より大幅に安価であ
る。 ii. 担体を製造するために特別な設備が不要である。 iii.担体が磨耗しない。 iv. 担体が曝気槽内で偏らない。 v. 目開きの大きいスクリーンが使える。という諸条件をすべて満足する硝化脱窒素の新技術（処
理方法）を確立することである。また、同時に前記の機
能を有するコンパクトな処理装置を提供することを課題
とする。

【０００４】ポリエチレングリコールなどの有機高分子
ゲル粒状担体を曝気槽で流動させながら硝化処理を行う
という従来法の諸欠点が発生する原因を究明した結果、
本発明者は以下の認識に到達した。１．担体価格が高価になる原因は、原料費、製造設備費
が高価な有機高分子ゲルで担体を製造しているからであ
る。２．担体の磨耗による消耗、曝気槽内担体分布の偏りが
発生する真の原因は、粒状担体を流動させているためで
ある。従って、従来技術の欠点を根本的に解決するためには、
硝化菌固定化担体に有機高分子ゲルのような高価な担体
を使用せず、かつ担体を流動させないことが本質的に重
要である。本発明は前記の認識と知見に基づき、研究し
た結果完成されたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、下記汚水の
硝化脱窒素方法及び装置によって達成される。すなわ
ち、（１）活性汚泥により汚水を処理する脱窒素工程と硝化
工程を有し、硝化工程流出水の少なくとも一部を脱窒素
工程に返送する汚水の硝化脱窒素方法において、前記硝
化工程に、硝化菌を表面に存在させた、比重が０．１以
下で、圧力により変形しない充填材により活性汚泥の通
過を阻害しない程度の通水空隙を有する充填床を形成
し、該充填床内を好気条件下に、活性汚泥と汚水の混合
液を通過させることを特徴とする汚水の硝化脱窒素方
法。（２）前記活性汚泥の通過を阻害しない程度の通水空隙
を有する充填床の充填率が２５％以下であることを特徴
とする前記（１）に記載の汚水の硝化脱窒素方法。（３）相互に連通する脱窒素部と硝化部を有し、硝化部
の流出液の少なくとも一部を脱窒素部に返送する手段を
有すると共に、前記硝化部には、比重が０．１以下で表
面に硝化菌を存在させた圧力により変形しない充填材
を、該充填材の流出を防止する多孔性部材で固定し、活
性汚泥の通過を阻害しない程度の通水空隙を有するよう
に充填した浮上充填床と、該浮上充填床に酸素含有気体
を供給する散気手段を配備することを特徴とする汚水の
硝化脱窒素装置。（４）前記活性汚泥の通過を阻害しない程度の通水空隙
を有する充填床の充填率が２５％以下であることを特徴
とする前記（３）に記載の汚水の硝化脱窒素装置。（５）前記充填材が、湾曲した形の発泡ポリスチレン製
などの小棒体であることを特徴とする前記（３）に記載
の汚水の硝化脱窒素装置。（６）前記硝化部に脱窒素液を上向流で供給すると共
に、エアリフト効果を有する酸素含有気体を供給する散
気手段を配備することを特徴とする前記（３）に記載の
汚水の硝化脱窒素装置。

【０００６】前記比重が０．１以下の圧力により変形し
ない充填材とは、例えば発泡ポリスチレン製の充填材の
ように、見掛け比重が０．１以下の浮上圧力ならびにエ
アリフトや通水圧力により実質的に形態が変化しない充
填材のことである。この場合充填材は、独立気泡の発泡
体でも、また中空ボール状のものでも、水中での見掛け
比重が０．１以下であればよい。浮上により充填材を形
成するため、圧力による変形が生じると充填率が高くな
る。充填率が高くなると活性汚泥がろ過されるようにな
り、そのため活性汚泥が充填材層を通過するのを阻止し
てしまう可能性がある。従って、充填材内部に連通孔や
ポケットがあり水中での見掛け比重が０．１以下となる
が、充填材自身はろ過機能を有さない部材を採用しなけ
ればならない。

【０００７】また、ここでいう活性汚泥の通過を阻害し
ない程度の通水空隙を有し、充填率が２５％以下である
とは、充填材層形成後の前記充填材相互の間隙（空間）
が充填材層全体の７５％以上に達することである。従っ
て、充填材の内部の気泡の占める空隙を含めた総空隙の
量を示す空隙率を指すものではない。後述するように、
例えば、直径数ｍｍ×長さ１０〜１００ｍｍ程度の比較
的粒径の大きいチップを充填するので、活性汚泥がろ過
されるより広い空間が生じる。従って、高空隙率を有し
ても充填材内部に連通空隙を有するスポンジ状充填材な
どは活性汚泥を捕捉、ろ過してしまうので好ましくな
い。また、粒径が小さいチップでは、高い通水空隙を確
保できない。勿論極端に大きい粒径のものでは、硝酸菌
と被処理水との接触効果が損なわれる。なお、前記散気
手段からの酸素含有気体がエアリフト効果を有すると
は、処理槽の底部に設けた散気手段から酸素含有気体、
例えば空気を供給することにより、気体の上昇力に随伴
して槽中の汚水が上昇する効果を指す。

【０００８】本発明の硝化部における、前記比重が０．
１以下の圧力により変形しない充填材からなる充填材層
の特徴は、その充填材の表面に硝化菌を十分に保持し、
充填材の間を被処理水が活性汚泥と共に（活性汚泥がろ
過されることなく）通過し、該充填材層において急速に
硝化が行われることにある。本発明の硝化部の充填層に
充填する、充填率を低く充填でき、比重が０．１以下の
圧力により変形しない、かつ被処理水との接触面積が大
きくとれる形状として、湾曲した棒状体が良い形状であ
る。湾曲した棒状体としては、うどん、そばやインスタ
ントラーメンのようなものが好ましく挙げられる。勿
論、本発明は湾曲したポテトチップ状やサドル状等の偏
平体等の前記棒状体以外の形状のものを用いることをも
妨げない。

【０００９】本発明の具体的構成を以下に図１により説
明する。ただし、本発明は以下の説明により限定される
ことはない。例えば、硝化が行われる好気部に嫌気部か
らの流出液が下向流で供給されても構わない。また、硝
化部、脱窒素部は別々の槽体であっても、一体式であっ
ても構わない。さらに、槽体（あるいは充填層）は上下
に配置されても、横に配置されてもよい。図１におい
て、生物的脱窒素処理槽１内には、浮遊活性汚泥がＭＬ
ＳＳ３０００ｍｇ／リットル程度の濃度で存在してお
り、脱窒素が行われる嫌気部Ａと高速硝化反応が行われ
る好気部Ｂが仕切り板５によって区画され、処理槽１の
上下端部において連通している。そして、前記高速硝化
反応が行われる好気部Ｂが本発明の骨子となる重要な部
分である。

【００１０】下水などの有機性汚水１２は、先ず汚水供
給管２より嫌気部Ａに供給される。そして、つづいて仕
切り板５の下を通って好気部Ｂに入る。好気部Ｂには、
比重が０．１以下と小さく水に浮上する性質の発泡ポリ
スチレン製の、例えば、形が”うどん”状ないし”スパ
ゲティ”状の小棒状のチップ（直径数ｍｍ、長さ１０〜
１００ｍｍ程度が好適）が担体として充填され、充填率
が２５％以下の固定層形態で浮上充填層Ｃが形成され
る。好ましくは、好気部Ｂに図２に示すような”うど
ん”状の小棒状チップを湾曲した形にさせたものを充填
するとよい。この場合には、充填率が２０％以下とさら
に通水空隙が大きい固定層形態で浮上充填層Ｃが形成さ
れる。浮上充填層Ｃの上部界面には、発泡ポリスチレン
製チップが水面上に浮上しないように、粗い目開きのネ
ット４が設置されている。図１においては、発泡ポリス
チレン製チップの充填層Ｃの下部には、散気管３が設置
され、ブロワ６から空気が散気管３に送られ、散気され
る。嫌気部Ａから汚水１２を供給しながら、好気部Ｂ内
の汚水に曝気すると２０日程度で硝化菌が発泡ポリスチ
レン製チップ表面に自然に増殖して効果的に付着する。

【００１１】本発明では、従来技術と異なり、硝化菌を
固定化する担体に極めて浮上性の大きいものを用いるこ
とによって、担体を流動させずに固定層として維持する
ことができる。すなわち、汚水を好気部Ｂの上部から嫌
気部Ａに還流させる状況下において、好気部Ｂの出口に
粗い目開きのネット４を設け、該ネット４の下に浮上性
の大きい担体を充填すると、担体は浮上しようとするが
ネット３に阻まれて相互に固定化される。ここで、本発
明の担体が、浮上性の大きい”うどん”状の小棒状のチ
ップであるので、担体を流動させずしかも充填率が２５
％以下の固定層として維持できることになる。（湾曲し
た”うどん”状の小棒状のチップであると充填率が２０
％以下の、より好ましい、固定層となる。）この好気部Ｂの出口に、硝化菌が付着した浮上性で空隙
率が大きい固定層が形成されることが本発明において極
めて重要なことなのである。

【００１２】仕切り板５の上下は開口されており、散気
管３から曝気される空気のエアリフト効果によって下部
開口ｂから嫌気部Ａの活性汚泥を含んだ被処理水（アン
モニアを含んだ脱窒素液）が好気部Ｂに流入し、さらに
好気部Ｂ中を上昇する。しかし、充填層Ｃ内を通過する
間、充填剤間の通水空隙率大きいので被処理水中の活性
汚泥ＳＳはろ過されることなく通過する。しかし同時
に、活性汚泥を含んだ被処理水は、充填層Ｃ内を通過す
る過程で、発泡スチロール製小棒状チップ表面に付着し
た硝化菌によって高速度で硝化され、処理された好気部
Ｂの活性汚泥（硝化液）は上部開口ａからその一部が嫌
気部Ａへ流出する。他の一部は送水管７を経て沈殿槽８
へ流出する。本発明では、充填層Ｃ内に例えば”うど
ん”状という特定形状の充填材を用いて充填率を２５％
以下と小さく保つことがポイントである。この場合うど
ん状の充填材は浮上圧力により実質的な変形はなく、多
少のたわみを有してもその充填率を２５％以下に保持で
きる。また別の形状の充填材としては湾曲した偏平体、
例えばとしては湾曲したポテトチップ状の充填材も好ま
しい。

【００１３】充填材に”うどん”状でなく、球状や粒状
のものを用いると、充填層Ｃの充填率が大きくなり、活
性汚泥ＳＳがろ過除去され充填層Ｃが閉塞し、充填層の
洗浄を行う必要が生じるので好ましくない。また、球状
や粒状の充填材を用いると、充填層Ｃの通水抵抗が大き
くなり、曝気される空気のエアリフト作用が減少し、硝
化液の循環量の減少を招くので、この点からも好ましく
ない。なお、嫌気部Ａにおいて活性汚泥が底部に沈降し
てしまわないように、機械攪拌機を設置したり、溶存酸
素を高めない程度の弱い曝気を行なうようにしてもよ
い。処理槽１から流出する活性汚泥は沈殿槽８に流入し
て固液分離され、ＳＳ、ＢＯＤ、窒素が除去され、処理
水流出管１３から処理水９として流出する。沈殿汚泥は
大部分が返送汚泥１５として汚泥返送管１０を経て処理
槽１に循環され、一部が余剰汚泥１４として排泥管１１
から系外に排出される。なお、嫌気部Ａの前段に生物脱
リンを行うためのリン吐き出し槽を設けても当然よい。
以上が本発明の具体的構成の概要である。

【００１４】

【作用】この前記本発明の構成によって以下のような独
自の作用が生じ、従来技術の欠点をことごとく解決でき
る。すなわち、１．比重が０．１以下の極めて軽量な充填材を使用する
ので、著しく浮上性の大きい充填槽を形成でき、曝気に
ともなう硝化固定化担体の流動を完全に妨げる。（従来
法は、担体の比重が水にほぼ等しいので、曝気によって
担体が容易に流動してしまう。また、意図的に流動を行
うこともある。）２．硝化菌固定化担体を流動させないので、担体同志が
衝突しないので、衝突による磨耗が起きない。また、水
流の剪断力による磨耗も生じない。３．硝化菌固定化担体を流動させないので、処理槽内で
の下流側への担体の偏った分布が全く発生しない。４．気泡を大量に抱え込んだ比重が０．１以下の発泡ポ
リスチレンなどの発泡プラスチックを担体にするので、
担体は極少量のプラスチックで済む。従って、担体の価
格が従来のゲル担体（ポリエチレングリコールゲルな
ど）よりも著しく安価であり、排水処理装置を設置しよ
うとするユーザーにとって硝化菌固定化担体の購入費用
が大きく節約できる。

【００１５】５．充填時に空隙率が５０％程度と小さく
なる球状や粒状の充填材を使わずに、”うどん”状、好
ましくは湾曲した”うどん”状のものを適用するように
した結果、充填率を容易に２５％以下に設定できるよう
になり、かつ充填層の比表面積を大きくでき、硝化菌の
付着量を多量にできる。また、嫌気部からの活性汚泥を
充填層内でろ過することなく高速で硝化しながら通過さ
せられる。従って、硝化菌を固定化した充填層の閉塞が
なく充填層洗浄の必要もないので維持管理が極めて容易
である。なお、従来技術のようにハニカムチューブを曝
気槽内に充填する方法では比表面積が小さく、硝化菌付
着量が少ないので高速の硝化が進まない。また、ポリ塩
化ビニリデンなどの繊維のモールを曝気槽内に懸垂する
方法は硝化菌よりもＢＯＤ資化菌が優先的に付着してし
まうため硝化はほとんで進まないことが認められた。こ
のように、浮遊活性汚泥が共存した状態で、固定状態の
担体に硝化菌を付着させる場合のポイントは充填材の物
性であり、本発明の充填材が最適であることが判明し
た。

【００１６】６．従来技術のような小粒径の担体を使用
しないので、担体流出防止用のスクリーンとして目開き
の小さいスクリーンを設ける必要がない。従って、スク
リーン閉塞の心配がない。７．充填材が著しく軽いので、充填作業が簡単である。８．充填層の下部から曝気し、空気泡を充填層内にに進
入させるので、気泡が充填材に衝突しながら上昇する結
果、酸素吸収効果が向上する。（曝気動力は従来の約１
／２である。）以上が本発明の作用の概要である。

【００１７】

【実施例】図１に示した装置を用いて本発明の効果の１
例を示す実施例について以下に説明する。ただし、本発
明は以下の説明により限定されることはない。本実施例
に使用した下水の水質を第１表に示す。第１表（原水の水質）ＳＳ：１２０ｍｇ／リットルＢＯＤ：１０５ｍｇ／リットル全窒素：３２ｍｇ／リットル処理条件を表２に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】充填材に硝化菌が十分付着し、一定の硝化
速度が得られるまでの馴致期間は約６０日であった。そ
の後１週間に１回水質分析を行った。水質分析を定期的
に始めてから実験は１年間行った。その結果、処理水水
質の範囲は第３表の通り良好なものであった。第３表（処理水の水質）ＳＳ：７〜１６ｍｇ／リットルＢＯＤ：４〜１０ｍｇ／リットル全窒素：６．６〜８．３ｍｇ／リットル充填材の磨耗は全く認められず、槽内での充填材の偏り
も起きなかった。

【００２０】

【発明の効果】本発明の方法により、本発明の装置を用
いて下水を処理した結果、以下のような効果が得られ
る。（１）硝化菌を固定化する担体価格が、従来のゲルを用
いる方法に比較して、極めて安く、ユーザーの出費が大
きく削減でき、実用上の効果が大きい。（２）担体強度がゲルより大きく、担体が流動しないの
で、担体の磨耗が全くない。（３）曝気の酸素吸収率が大きく、省エネルギー的であ
る。（４）担体が極めて軽いので、充填層を設置する作業が
容易である。（５）充填層の閉塞がないので、洗浄が不要であり、維
持管理が簡単である。（６）充填層の通水空隙が大きく、かつ充填材の比表面
積が大きいので、硝化菌付着量を高められ、硝化速度が
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の硝化脱窒素処理槽装置の１例を示すフ
ロー図。

【図２】本発明の充填材の１例を示す模式図。

【符号の説明】

１処理槽２汚水供給管３散気管４ネット５仕切り板６ブロワ７送水管８沈殿槽９処理水流出管１０汚泥返送管１１排泥管１２有機性汚水１３処理水１４余剰汚泥１５返送汚泥２０発泡ポリスチレンチップａ上部開口ｂ下部開口Ａ嫌気部Ｂ好気部Ｃ充填層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性汚泥により汚水を処理する脱窒素工
程と硝化工程を有し、硝化工程流出水の少なくとも一部
を脱窒素工程に返送する汚水の硝化脱窒素方法におい
て、前記硝化工程に、硝化菌を表面に存在させた、比重
が０．１以下で、圧力により変形しない充填材により活
性汚泥の通過を阻害しない程度の通水空隙を有する充填
床を形成し、該充填床内を好気条件下に、活性汚泥と汚
水の混合液を通過させることを特徴とする汚水の硝化脱
窒素方法。
【請求項２】前記活性汚泥の通過を阻害しない程度の
通水空隙を有する充填床の充填率が２５％以下であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の汚水の硝化脱窒素方
法。
【請求項３】相互に連通する脱窒素部と硝化部を有
し、硝化部の流出液の少なくとも一部を脱窒素部に返送
する手段を有すると共に、前記硝化部には、比重が０．
１以下で表面に硝化菌を存在させた圧力により変形しな
い充填材を、該充填材の流出を防止する多孔性部材で固
定し、活性汚泥の通過を阻害しない程度の通水空隙を有
するように充填した浮上充填床と、該浮上充填床に酸素
含有気体を供給する散気手段を配備することを特徴とす
る汚水の硝化脱窒素装置。
【請求項４】前記活性汚泥の通過を阻害しない程度の
通水空隙を有する充填床の充填率が２５％以下であるこ
とを特徴とする請求項３に記載の汚水の硝化脱窒素装
置。
【請求項５】前記充填材が、湾曲した形の発泡ポリス
チレン製などの小棒体であることを特徴とする請求項３
に記載の汚水の硝化脱窒素装置。
【請求項６】前記硝化部に脱窒素液を上向流で供給す
ると共に、エアリフト効果を有する酸素含有気体を供給
する散気手段を配備することを特徴とする請求項３に記
載の汚水の硝化脱窒素装置。