JPH09253689A - 廃水処理方法およびその処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生物担体をスクリーンを用いることなく分離可
能にする廃水処理方法と廃水処理装置。 【解決手段】嫌気槽、好気槽の一方または双方の反応槽
３１において、窒素成分と有機成分を含む廃水を微生物
を担持させた生物担体と共存させて生物学的処理を施し
て浄化するに際して、比重が０．９２〜０．９９、粒径
が２〜１０ｍｍの範囲内の生物担体４を使用すること、
および処理後の前記生物担体を前段階の生物学的処理の
ステップに返送するために、生物担体４を浮上させて集
合させて処理液から分離することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃水中に含まれる
窒素分の除去、特に一般下水の窒素分の除去に関し、生
物担体を利用した流動床方式を用いる廃水処理方法およ
びその処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、窒素を含む廃水の微生物学的処理
法の一つに廃水中に懸濁した浮遊微生物を用いる硝化液
循環法がある。その１例を図５に基づいて説明すると、
生物学的処理を行う反応槽１の前半部を空気を吹き込ま
ず攪拌する嫌気槽１１とし、後半部を散気装置１３から
空気を吹き込む好気槽１２とし、好気槽１２の終端から
好気処理液（硝化液）の一部を嫌気槽１１に循環（硝化
液循環）させるとともに、大部分の好気処理液を次段の
沈殿槽２に導いて活性汚泥を沈澱分離する。ここで沈澱
した汚泥は沈殿槽２下部から引き抜かれるが、その１部
は嫌気槽１１に返送（汚泥返送）される。このようにし
て、前半の嫌気槽１１では、硝化液中の硝酸成分を廃水
中の有機成分を利用しながら脱窒菌によって除去し、後
半の好気槽１２では、硝化菌により残余の有機成分とア
ンモニア性窒素の酸化を行い、有機物と窒素成分を除去
したのち、次段の沈澱槽２で反応処理液から微生物を汚
泥として分離し、最終処理液をシステム外に排出するの
である。

【０００３】このような微生物を用いた処理方法では、
処理速度は原則的に微生物の量（濃度）に比例するもの
であるが、反応処理液中の微生物濃度を次段の沈澱槽２
の分離能力を超過するような濃度には増大させることが
できなかった。この点を克服するために開発されたの
が、微生物を高濃度に担持させた生物担体を利用する方
法である。この方法では、微生物を担持させた粒径数ｍ
ｍで比重が水より僅かに重い高分子含水ゲルからなる担
体を反応槽１内に装入することにより、従来の浮遊微生
物に加えて処理速度を飛躍的に増大させることができる
利点が得られた。

【０００４】ところで、このような処理を継続させるに
は、反応槽１内に所定量の担体を常時保有させておく必
要があり、そのためには脱窒、硝化処理を行った処理液
から生物担体を回収して循環利用できるように設定され
ている。そこで、処理液から生物担体を分離するため、
例えば図５では、好気槽１２の終端部に、生物担体の流
出を阻止できる目開きのスクリーン１４を配置してい
る。

【０００５】一方、この生物担体を使用する処理方法で
は、担体そのものの比表面積とその装入量が大であるほ
ど処理速度が大となるので、可能なかぎり小型の担体を
多数装入するのが効率的であるが、担体が小型になれば
なるほど処理液との分離操作が困難になるので、処理効
率と分離特性の観点から、担体のサイズは２、３ｍｍか
ら１０ｍｍ程度の粒径のものが採用されている。

【０００６】以上説明したようにスクリーン１４は比較
的目開きが狭く設定されているので、反応槽１内で増殖
した綿状の微生物（例えばケルカシウム菌）によって閉
塞されたり、あるいは、原水から混入してくる処理液中
の夾雑固形物、例えば合成樹脂器物の破片、木片、食物
滓、髪の毛などによってもスクリーン１４が目詰まりを
起こすとともに、それらが反応槽１中に滞留しながら増
加することにより、生物処理装置の運転に著しい障害と
なることがあった。このような夾雑固形物の流入を阻止
するため、反応槽１入口に、内部にかき揚げスクリーン
１６を配置した夾雑物の除去槽１５を設ける対策などが
講じられるが、ある程度目開きを小として夾雑物を取り
除くようにしても、完全には除去できないうえ、頻繁に
清掃しなければならないという問題も生じていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、生物担体を上
記のようなスクリーン装置を用いることなく分離可能に
する新しい廃水処理方法と、前記処理方法に好適な、反
応槽の入口前部および終端部に配設されていたスクリー
ンを省略した廃水処理装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、窒素成分
と有機成分を含む廃水を反応槽に導き入れ、脱窒または
硝化微生物を担持させた、廃水より小さい比重の生物担
体と共存させて生物学的処理を行わせた後、前記生物担
体を浮上させて集合させ、処理液から分離し、前記生物
学的処理のステップに返送することを特徴とする廃水処
理方法、により解決することができる。

【０００９】また、上記の問題は、窒素成分と有機成分
を含む廃水を生物学的に処理する反応槽と、処理液から
活性汚泥を沈殿分離する沈殿池とを少なくとも配置した
廃水処理装置であって、脱窒または硝化微生物を担持さ
せた、廃水より小さい比重の生物担体と廃水を共存させ
て生物学的処理を行わせる領域と、それに続いて前記生
物担体を浮上させて集合させ、処理液から分離する領域
を備えるとともに、分離された前記生物担体を捕集して
前記生物学的処理領域に移送する担体返送装置が設けら
れていることを特徴とする廃水処理装置、によって解決
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の廃水処理方法の１
実施形態を説明する。本発明では、嫌気槽、好気槽の一
方または双方の反応槽において、窒素成分と有機成分を
含む廃水を脱窒または硝化微生物を担持させた生物担体
と共存させて生物学的処理を施して浄化するに際して、
比重が処理液より小さい生物担体を使用すること、およ
び処理後の前記生物担体を前段階の生物学的処理のステ
ップに返送するために、生物担体を浮上させて集合さ
せ、処理液から分離することを最大の特徴とするもので
ある。

【００１１】本発明によれば、生物担体の比重を処理液
の１より僅かに小さく設定しているので、処理液が反応
槽内で流動するにあたり均一に混合されて生物学的処理
が良好に進行すると同時に、処理液の流速を適宜な緩速
度に調節すれば、生物担体は自らの浮力により浮上する
ので、これを集合させて処理液から容易に分離すること
ができるのである。

【００１２】この場合において、生物担体の比重は、１
より小さいほど大きな浮力が得られるので浮上分離は容
易になるが、一方、処理液との均一な混合が困難となり
生物学的処理が阻害されることになる。このような関係
をグラフに表したのが図１であり、担体の比重に対する
分離後の処理液中の担体残留率と反応槽底部の担体濃度
の関係（平均担体濃度：１０％、曝気強度：１ｍ³Air／
ｍ³ Hr、分離時間：１分などの条件における）を示す。

【００１３】この廃水処理方法では、生物学的処理後
に、担体を分離した処理液中には担体が全く存在しな
い、すなわち残留率が０であるのが最も好ましいとこ
ろ、図１に示されるように、担体の比重が０．９９以下
のときに残留率０．１％以下であり、０．９８以下では
０％であるように、０．９９以下の比重が好ましく、
０．９８以下の比重が特に好ましいことが分かる。

【００１４】また、本発明の前記の廃水処理方法におい
て、担体の粒径に対する反応槽の硝化速度および担体の
浮上速度との関係を示す図２のグラフ（反応槽水温：２
０℃、ＮＨ₄ 濃度：２５ｍｇ／リットル、担体濃度設定
値：１０％などの条件における）によると、生物担体の
大きさを２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下に設定するのが好ま
しいことが分かる。

【００１５】担体の粒径が生物学的処理速度に及ぼす効
果の点からは、比表面積の大きい小粒径の方が好ましい
が、２ｍｍ未満の場合には、浮力による浮上速度が０．
４ｍ／分を下回るようになり、処理液の実用的流動速度
と較べて殆ど差がなくなるので分離効率の点から好まし
くなく、また１０ｍｍを超える場合は、望ましい実用的
硝化速度８０ｍｇ／リットル担体ｈｒを下回るようにな
るので好ましくなく、このような点から、２ｍｍ以上、
７ｍｍ以下とするのが特に好適である。この場合の粒径
とは、担体の形状には球形以外に立方体、円柱体、不定
型立体など様々なものがあり得るが、同一の浮上速度を
持つ球形を仮定して、その直径をもって粒径というもの
とする。

【００１６】さらに、上記の本発明の廃水処理方法は、
好気槽において前記生物学的処理を行わせる廃水処理方
法、あるいは廃水を嫌気槽を経由して好気槽に導き入
れ、その好気槽において前記生物学的処理を行わせると
ともに分離した生物担体を好気槽流入端に返送する廃水
処理方法、または廃水を嫌気槽を経由して好気槽に導き
入れ、その嫌気槽と好気槽において前記生物学的処理を
行わせるとともに、分離した生物担体を嫌気槽流入端に
返送する廃水処理方法のように具体化することができ
る。

【００１７】以上説明したように、本発明の廃水処理方
法はいずれの実施形態においても、生物担体を浮力によ
って浮上させ処理液から分離するものであるから、従来
の反応槽出口に設けられる生物担体分離用スクリーン装
置は必要のない方法であり、また原液から流入する夾雑
固形物によって処理が障害を受けることも少ない、そし
て流入した夾雑固形物は次段の最終沈殿池などで余剰汚
泥とともに処理できるので、反応槽入口に設けられるか
き揚げスクリーン装置も必要としない利点がある。

【００１８】次に、本発明の廃水処理装置の１実施形態
について、図３、４に基づいて説明する。図３は、生物
担体を浮上させて集合させ、処理液から分離する領域
を、反応槽３１の内部に配置した実施形態である。窒素
成分と有機成分を含む廃水を生物学的に処理する反応槽
３１と、処理液から活性汚泥を沈殿分離する沈殿池（図
示せず）を配置したこの実施形態の廃水処理装置では、
反応槽３１が、廃水より小さい比重の生物担体４と廃水
を共存させて生物学的脱窒または硝化処理を行わせる領
域として設けられていて、この反応槽３１の終端部には
前記生物担体４を浮上させて集合させ、処理液から分離
する領域として担体分離部３２を備えるとともに、分離
された前記生物担体４を捕集して前記生物学的処理領域
である反応槽３１に移送する担体返送装置が設けられて
いる。

【００１９】ここでの担体分離部３２は、反応槽３１の
終端部において隔壁３４によって隔てられた流路から構
成されていて、活性汚泥、生物担体４を含む処理液は、
導入路３５から担体分離部３２中の整流路３６に導か
れ、上向流に整流され減速させられ、次いで、下向流の
緩速路３７に導かれ更に減速させられる。この間に生物
担体４は浮力によって浮上し、担体分離部３２上部に集
合する一方、活性汚泥を含む処理液は導出路３８を経
て、導出口３９から排出され、沈殿池（図示せず）に送
出されるのである。

【００２０】前記緩速路３７において、生物担体４が処
理液の下向流に逆らって浮上するには、下向流速度を浮
上速度より小さく設定すればよく、それには前記緩速路
３７の断面積を生物担体４と処理液との比重差により定
めることで対応できる。例えば、生物担体４の比重が
０．９５、処理液が１のときは、下向流速度を１．０ｍ
／分以下になるよう緩速路３７の断面積を選定すればよ
い。

【００２１】また、生物担体４を捕集して前記生物学的
処理領域に移送する担体返送装置としては、生物担体を
破損しないような搬送駆動装置であるエアリフトポン
プ、スクリューまたはネジポンプなどの返送ポンプ３３
またはバケットを用いたメカニカルコンベヤが利用でき
る。

【００２２】以上説明したように、この実施形態の廃水
処理装置の場合は、生物担体を浮力によって浮上させ処
理液から分離することができるから、従来の反応槽出口
に設けられる分離用スクリーン装置、および夾雑固形物
の流入阻止のために反応槽入口に設けられるかき揚げス
クリーン装置などが不必要となり、流入した夾雑固形物
は最終沈殿池で余剰汚泥とともに処理できるようになる
のである。また、この実施形態では、浮上した生物担体
の水位と反応槽３１の水位を同一に保持できるので、担
体の返送が容易になるから簡便な返送装置が利用できる
という利点がある。

【００２３】次に、図４に示す、生物担体４を浮上させ
て集合させ、処理液から分離する領域を、反応槽３１に
続く沈殿池２の内部に配置した実施形態について説明す
る。ここでは、反応槽３１の構造は通常の場合と何ら変
わりはないが、処理液から活性汚泥を沈殿分離するため
の沈殿池２において、その入口側に、第１隔壁２４で仕
切られた導入路２５が設けられ、この第１隔壁２４と中
央側に並設された第２隔壁２６との間に、生物担体４を
浮上させて集合させ、処理液から分離する領域としての
担体分離部２７が配置されている。そして、この担体分
離部２７の上部には集合、分離された前記生物担体４を
捕集して前記反応槽に移送するための返送ポンプ２３お
よびパイプ類が設けられている。

【００２４】反応槽３１で所定の処理が終了した活性汚
泥、生物担体４を含む処理液は、導入路２５を下ってか
ら、担体分離部２７の下方を沈殿池２の中央に向かって
減速させられ緩やかに流動する間に、生物担体４は浮力
によって浮上し担体分離部３２上部に集合すると同時
に、浮遊微生物を含む活性汚泥あるいは混入した夾雑固
形物は槽の底部２８に沈殿する。かくして、生物担体
４、活性汚泥、夾雑固形物などを分離した処理液はトラ
フ２９を経て外部に排出される。そして、分離された生
物担体４は、返送ポンプ２３およびパイプ類からなる返
送装置に捕集され、前記反応槽３１に返送されるのであ
る。ここでは、矩形沈殿池を例示したが、導入路２５が
中心に配置され、トラフ２９が円周上に配置された円形
沈殿池においても同様に適用され得る。

【００２５】この実施形態の廃水処理装置では、前述の
装置と同じく、担体分離用スクリーン装置および夾雑固
形物の流入阻止用かき揚げスクリーン装置などが不必要
となり、流入した夾雑固形物を最終沈殿池の余剰汚泥と
ともに処理できるようになる利点の他、既設の沈殿池を
改造して容易に対応できるので、反応槽、沈殿池を備え
た既設のシステムにおいて、敷地面積を広げることな
く、生物担体による処理方法をプラスして処理効率を向
上させることができる利点がある。また、沈殿池の水面
面積は、処理液と比重が殆ど差のない活性汚泥を沈殿さ
せるため十分に広く設定してあるのが通例であるから、
生物担体を担体分離部３２上方に浮上分離させる十分な
面積を確保することもできる。

【００２６】なお、本発明の廃水処理装置は、前述の生
物担体を浮上分離する領域を前記反応槽の内部に配置す
る形態、およびその領域を沈殿池の内部に配置する形態
の他、その領域を反応槽と沈殿池との間に独立して配置
するような形態に具体化することもできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の廃水処理方法およびその処理装
置は、以上に説明したように構成されているので、従来
の担体分離用スクリーン装置、および夾雑固形物の流入
阻止用のかき揚げスクリーン装置などが不必要となり、
流入した夾雑固形物は最終沈殿池に導いて余剰汚泥とと
もにシステム外に排出できる。従って、スクリーン設備
が不要となるため維持管理が極めて容易になり、メンテ
ナンス費用の節減、省力などが期待でき、設備も簡略化
され、設備費も削減できるという優れた効果がある。よ
って本発明は従来の問題点を解消した廃水処理方法およ
びその処理装置として、その工業的価値が極めて大なる
ものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の担体の比重に対する反応槽底部の担体
濃度および処理液中の担体残留率の関係を示すグラフ。

【図２】本発明の担体の粒径に対する硝化速度および担
体の浮上速度の関係を示すグラフ。

【図３】本発明の廃水処理装置の実施形態を示す要部断
面図。

【図４】本発明の廃水処理装置の他の実施形態を示す要
部断面図。

【図５】従来の生物担体を適用した廃水処理装置の概要
を示す要部断面。

【符号の説明】

２ 沈殿池、２３ 返送ポンプ、２７ 担体分離部、３
１ 反応槽、３２ 担体分離部、３３ 返送ポンプ、４
生物担体。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】窒素成分と有機成分を含む廃水を反応槽に
   導き入れ、脱窒または硝化微生物を担持させた、廃水よ
   り小さい比重の生物担体と共存させて生物学的処理を行
   わせた後、前記生物担体を浮上させて集合させ、処理液
   から分離し、前記生物学的処理のステップに返送するこ
   とを特徴とする廃水処理方法。
2. 【請求項２】生物担体の比重が０．９９以下で０．９２
   以上である請求項１に記載の廃水処理方法。
3. 【請求項３】生物担体の大きさが２ｍｍ以上で１０ｍｍ
   以下である請求項１または２に記載の廃水処理方法。
4. 【請求項４】好気槽において前記生物学的処理を行わせ
   る請求項１から３までのいずれかに記載の廃水処理方
   法。
5. 【請求項５】前記廃水を嫌気槽を経由して好気槽に導き
   入れ、その好気槽において前記生物学的処理を行わせる
   とともに、分離した生物担体を好気槽流入端に返送する
   請求項１から３までのいずれかに記載の廃水処理方法。
6. 【請求項６】前記廃水を嫌気槽を経由して好気槽に導き
   入れ、その嫌気槽と好気槽の双方において前記生物学的
   処理を行わせるとともに、分離した生物担体を嫌気槽流
   入端に返送する請求項１から３までのいずれかに記載の
   廃水処理方法。
7. 【請求項７】窒素成分と有機成分を含む廃水を生物学的
   に処理する反応槽と、処理液から活性汚泥を沈殿分離す
   る沈殿池とを少なくとも配置した廃水処理装置であっ
   て、脱窒または硝化微生物を担持させた、廃水より小さ
   い比重の生物担体と廃水を共存させて生物学的処理を行
   わせる領域と、それに続いて前記生物担体を浮上させて
   集合させ、処理液から分離する領域を備えるとともに、
   分離された前記生物担体を捕集して前記生物学的処理領
   域に移送する担体返送装置が設けられていることを特徴
   とする廃水処理装置。
8. 【請求項８】前記生物担体を浮上させて集合させ、処理
   液から分離する領域を前記反応槽の内部に配置した請求
   項７に記載の廃水処理装置。
9. 【請求項９】前記生物担体を浮上させて集合させ、処理
   液から分離する領域を前記反応槽と前記沈殿池との間に
   独立して配置した請求項７に記載の廃水処理装置。
10. 【請求項１０】前記生物担体を浮上させて集合させ、処
    理液から分離する領域を前記沈殿池の内部に配置した請
    求項７に記載の廃水処理装置。