JPH09509613A

JPH09509613A - 生物学的に被処理水を処理する方法及びその装置

Info

Publication number: JPH09509613A
Application number: JP52286195A
Authority: JP
Inventors: ラルソン、ハンス、エフ; ジョンソン、カート
Original assignee: ノルディック・ウォーター・プロダクツ・アーベー
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1995-03-01
Publication date: 1997-09-30
Also published as: SE9400734L; SE9400734D0; EP0748297A1; WO1995023767A1; SE504447C2; AU1906895A

Abstract

(57)【要約】本発明は、水の生物学的処理に使用する連続式粒状濾過装置において窒素が発生するか又は気体が供給されることによって生ずる問題を解決するものである。本発明において、濾床では生物学的処理のみ行われ、濾材（１）は濾床の底部から上面へ搬送される。従って、濾材の洗浄を濾材の搬送と連動して行わないので、従来技術と全く異なる。その代わりに、濾材に伴って搬送された水は、濾床を通過して処理された水と混合させて、好ましくは次の処理工程に案内される。

Description

【発明の詳細な説明】生物学的に被処理水を処理する方法及びその装置本発明は、生物学的に活性化された粒状濾材を連続的に循環させて形成され、窒素等の気体が発生し又は一般的に空気が供給される連続式粒状濾床において、被処理水、好ましくは廃水を処理する方法及び装置に関するものである。気体が発生する処理とは所謂脱窒処理のことであり、空気が供給される処理とは硝化処理又は生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）除去処理のことである。連続式粒状濾過装置とは、処理される懸濁液又は溶液が主に上方へ流れるのに対して濾材が下方へ移動するような濾床を備えた濾過装置のことである。この濾過装置には連続的に濾材を下方へ移動させるために濾床の下部に移動した濾材を連続的に濾床の上部に搬送する搬送手段が設けられている。従来技術において、下方へ移動した濾材に付着した懸濁物等を除去するために、この濾材の洗浄を濾材の搬送と組み合せて行っていた。従って、この濾材に付着した懸濁物等は、濾材が濾床の上部に戻される前にこの濾材から除去されることになる。このような濾過装置は、スウェーデン国特許第７６０２９９９−０号に開示されている。連続式粒状濾床によって脱窒処理を行うことは以前から公知である。また、脱窒処理は、例えば固定床（スタティック濾床）のような非連続的に動作する濾床でも行われている。しかしながら、固定床は窒素の堆積による詰まりが通常のものよりも速く起こる欠点がある。この欠点は、廃水が上方から下方へ濾床を通過して行われるような濾過をする場合に特に問題となる。このような場合、窒素の気泡を除去するための逆浄操作いわゆるガス抜きを行うために、１日に何回も装置を停止させなければならない。これに対して連続式粒状濾床の場合には、この連続式粒状濾床を備えた濾過装置が廃水の脱窒処理のために動作している間に、堆積した窒素が濾材の洗浄装置への搬送に伴って除去されることになる。一般的に、この堆積した窒素は濾材に付着した懸濁物及び細菌株の一部を除去するための最終洗浄工程を行うまでに濾材から完全に除去されることになる。べン・クープマン（Ben Koopman）等による１９９０年発行のリサーチジャーナルＷＰＣＦ（Research Journal WPCF）Ｖｏｌ．６２、Ｎｏ．３における「移動濾床を備えた砂濾過装置による脱窒処理（Denitrification in a moving bed upflow sand filter）」において、総窒素含有量２２ｇ／ｍ³までの硝酸塩及び亜硝酸塩を含有する廃水の脱窒処理におけるパイロット試験が上記文献の２３９頁乃至２４５頁に開示されている。この試験では、濾材を洗浄装置まで搬送するために圧縮空気を１．１ｍ³／ｈまでの割合で搬送管（マンモスポンプ）に供給している。これらの試験における濾床の最大処理量は、１１．０ｍ／ｈ（懸濁液［ｍ³］／（時間［ｈ］ｘ濾過装置の面積［ｍ²］））であった。ベン・クープマン等は、濾床の処理量をこれ以上増加させることはできなかったと上記文献に記載している。上記最大処理量は、厳密には言えないが、連続式濾床において除去できる窒素量の限界と言えるものである。仮に窒素濃度がおよそ５０ｇ／ｍ³程度である場合、この窒素を除去するためには膨大な量の濾材を搬送し且つ洗浄する必要があるので、未処理水（濾床の底部から濾材と共に搬送された水）の量はこの脱窒処理によって得た濾液の量と比較して多くなってしまう。従って、これは実用的且つ経済的に不適当であると言える。廃水の硝化処理又はＢＯＤ除去処理においては、一般的に空気が濾床内に供給されることになる。この空気の量によって、廃水が濾床を通過して濾過される間に不利益な効果が生ずることがある。空気の気泡は、上方に移動する際に廃水を伴って濾床を通過し、濾液を巡回させる役割を果たしている。このような場合、濾液を流出させる流出口から砂等の濾材が流出するという問題が生ずる。更に、洗浄装置が濾液と直接接触するように配置されている場合には、上記空気の気泡は洗浄水を伴って洗浄装置内に入り込むという問題も生ずることがある。従って、空気量によってはこの空気の気泡が洗浄処理を妨げることになる。この問題を解決する方法は、スウェーデン国特許第９１０２１７９−０号に開示されている。本発明は、生物学的処理を行う連続式粒状濾過装置において、窒素等の発生又は空気等の気体の供給に関連する上述した諸問題を全て解決するものである。本発明では、濾床内で廃水を生物学的に処理し、その間に濾材が濾床の底部から頂面に搬送されることになる。しかしながら従来技術と比較して本質的に異なる点は、濾材の搬送と組み合せて濾材を洗浄しないことである。従って、本発明は従来技術と全く異なるものである。本発明では洗浄処理を搬送と組み合せない代わりに、濾床を通過して処理されて濾床の上面に流れてきた水と濾材と共に搬送された水とを混合させて、これらを濾過装置外部好ましくは次の処理工程に案内する。従って、懸濁物等を取り除く濾過処理（固液分離処理）は、この濾床における廃水の処理工程と連動するものではない。即ち、この濾過装置は反応装置（脱窒処理の場合には窒素を還元する装置）としての機能を有するものである。仮に、この処理が空気中の酸素が供給される硝化処理又はＢＯＤ除去処理であった場合、その後の脱窒処理は本発明により好適に行うことができる。更に、前記脱窒処理の後には懸濁物及び細菌を分離させる従来技術による濾過処理を行う。硝酸塩及び亜硝酸塩を２５ｇＮ／ｍ³以上含有した廃水を脱窒処理する際に窒素を取り除く搬送を達成するためには、濾材の搬送管の直径を大きくすることが必要となる。この場合、濾床内を高い反応性のまま維持することが問題となる。反応性とは、ｇＮ／ｍ³ｘｄ（除去される窒素量［ｇ］／濾床の容積［ｍ³］ｘ日数）の測定値により定義されるものである。濾床内を高い反応性のまま維持するためには、細菌株（バクテリアストック）の生存環境を維持することが根本的な問題である。通常、廃水内に存在する有機物（有機生物）の量は、細菌株が必要とする炭素量に比べて少ないので、炭素を例えばメタノール等により供給する必要がある。上述のように搬送管の直径を大きくすると、濾材は濾床の底部から頂面まで激しく搬送される。これによって細菌株が減少することになり、実質的に濾床の反応性を著しく悪化させることになる。これは、濾床に２つ又はそれ以上のマンモスポンプ等の搬送手段を設け、搬送における水の流れを各搬送部に分散させることで激しい流れを制御し、細菌株の著しい減少を防ぐことで解決される。このような方法及び装置は、スウェーデン特許出願第９３０２１８４−８号に詳細に開示されている。脱窒処理及び硝化処理の両方に共通して、濾材を必要とされる高さにまで搬送しなければならないので、マンモスポンプにかなりの負担がかかるという問題が生じる。また、このマンモスポンプは濾材だけでなく水をも搬送するものであるので、更に負担がかかることになる。マンモスポンプにより搬送される水の生物学的処理は、濾床の下方にある濾材すなわち濾床の上方で既に処理を行った濾材で行われるので、この水の処理には十分な時間を必要とする。即ち処理時間を十分得るために、廃水の流入口を濾床内の高い位置に配置しなければならない。実際の場合において、この流入口は処理される廃水の種類により選択された高さに配設されることが好ましい。硝化処理及びＢＯＤ除去処理時に必要な空気の供給口は、廃水の流入口の上方に位置するのが好ましい。なぜなら、濾床は下方へ移動するので、廃水の流入口の下に移動した濾材にも酸素を供給させることができるからである。本発明を添付図面を参照して以下に更に詳細に説明する。図１は、本発明による装置の一部を概略的に示した斜視図である。図２は、本発明による装置の縦断面図である。図３は、図２に示した装置の横断面図である。図１は、洗浄装置が配設されていないことを特徴とする脱窒処理を目的とした連続的に粒状濾材が循環する濾床、所謂連続式濾床の原理を示した概略図である。この態様において、濾過槽は円筒状の容器であるがその底部が円錐形状に形成されており、この濾過槽の頂面から下方に適当な空間を残すように砂等の濾材（１）から成る濾床で満たされている。濾過槽には、その中央軸に濾材等を搬送する手段（マンモスポンプ）が配設されている。このマンモスポンプは、前記濾過槽の底部近傍から濾床を貫通して延びる搬送管（５）と、この搬送管の外側に且つこれと同軸に配された圧縮空気供給管（７）とから構成されている。前記搬送管（５）の下端部には濾材等を吸入する吸入バルブ（６）が設けられていると共にこの上端部には濾材等を排出する排出開口部（８）が設けられている。前記マンモスポンプには、前記搬送管と同軸に配され且つ濾過槽外部から延びる廃水供給導管と連通した廃水供給管（２）と、この廃水供給管と連通しており且つ廃水を濾床内に流入させるための開口部を有する複数の分配アーム（３）とが配設されている。これら分配アームの下方には、濾材（１）を下方へ好適に移動させるための円錐形シェル（４）が配設されている。前記濾過槽には、処理された水の流出口（９）が前記排出開口部（８）より上方に設けられている。この濾床が下方へ移動する間に、濾材（１）は脱窒処理に適した細菌株によって活性化されることになる。脱窒処理を行った濾材（１）は、マンモスポンプの圧縮空気供給管（７）から搬送管（５）の吸入バルブ（６）に案内された圧縮空気を利用して濾床の底部から上面まで搬送される。このように濾材（１）が搬送されることによって、前記シェル（４）の外表面から矢印（Ｂ）で示すような濾材（１）の流れが生ずることになり、濾材を連続的に循環させることができる。また、このようにして濾材を搬送した後、前記搬送管（５）の排出開口部（８）で脱窒処理により発生した窒素が排出されると共に搬送された濾材及び水もこの排出開口部から流出し、この濾材は濾床の上面に向かって下方へ流れることになる。この搬送の間に窒素及び懸濁物等は濾材から分離するので、この濾材を再度濾床に戻すことができる。処理される廃水は、矢印（Ａ）で示す位置から前記廃水供給導管を通って廃水供給管（２）に供給され、これと連通した複数の分配アーム（３）から濾床内へ流出する。矢印（Ｃ）に示すように濾床を通過した水は、マンモスポンプによって濾床の上方に搬送された水と共に流出口（９）から次の処理工程に案内される。硝化処理又はＢＯＤ除去処理に使用される濾床も、上述と同様の原理に基づくものでよいが、この場合には濾床内に空気を供給するための供給口を設ける必要がある。この供給口は、廃水の流入口の真上に配設されることが好ましい。本発明による硝化処理又はＢＯＤ除去処理の後には、脱窒処理を行う。当然、この脱窒処理は上述した本発明によって好適に行うことができるが、公知技術よって行うことも可能である。脱窒処理の後には、実質的に濾過処理が行われる。この濾過処理に用いられる濾床も、生物学的に活性化されていることが望ましい。なぜならこの処理工程において、これまでの処理工程では十分に処理する時間がなかった硝酸塩と亜硝酸塩の残滓が水を濾過すると同時に最終的に処理されるからである。また、懸濁粒子だけでなく細菌の死骸もこの濾過処理で除去される。偶発的に増加した炭素又はメタノールの量もまた、この濾過工程により消費される。この濾過処理においては、従来技術による連続式粒状濾過装置を用いて行うことが好ましい。この公知技術の濾過装置は実質的に図１に示す本発明のものと同様であるが、この濾過装置にはマンモスポンプ上端部の開口部に濾材洗浄装置及び洗浄水排出口が設けられている。また必要に応じて、固定床のような他の公知技術によってこの濾過処理を行うことも可能である。しかしながら、この方法で濾過処理する場合には濾床の逆洗操作が必要であり、連続的に脱窒処理を行う場合には１つの濾床に最低でも２つの固定床を必要とする。硝酸塩と亜硝酸塩の含有率が高い工業廃水の多くは、本発明による脱窒処理を用いて直接的に処理することが可能である。更にアンモニア混合物をも含有する廃水においては、最初に硝化処理を行う必要があるが、この硝化処理も本発明によって行うことができる。また別の方法としては、この硝化処理を公知技術による反応槽を用いて行うことも可能である。本発明による脱窒処理用の連続式濾床に高濃度の窒素が含有している場合には、この濾過装置は濾床の体積に限界があるので比較的低い処理量で作動することになる。この結果、濾過装置の反応性が最大であっても脱窒処理にはかなりの時間がかかることになる。多くの場合、濾床の処理量は２ｍ／ｈが最大である。仮に、次に行う最終的濾過処理を前記濾床と同じ体積の連続式濾床で行うならば、この濾床の処理量を例えば１０ｍ／ｈ程度にすることができる。即ち、完全に最終的濾過処理の濾床に供給するためには、脱窒処理反応器として並列動作する５つの濾床が必要となる。これとは別に、本発明のように脱窒処理反応器として作動する場合には、この反応器の処理量は濾床の高さを増加させることによって増大させることが可能であるので濾過槽の体積を変化させずに濾床の体積を増加させることができる。従って、多くの反応器を必要とすることはない。また、このように濾床の高さを増加させることによるもう１つの利点は，ポンプを使用せずに水を最終処理用濾床を介して案内することができることである。しかしながら、図１に示す脱窒処理反応器によって例えば大きい工場の多量の廃水を処理する必要がある場合には、上述のように反応器の濾床の体積を増大させたり反応器を増加させたとしても限界があるので好ましくない。このような場合には、水平方向の濾床面を例えば長方形に変形して面積を増加させて、この濾床面に亘って多数のマンモスポンプを配設することが好ましい。このような脱窒処理反応器の態様を添付した図２及び図３に略図的に示す。処理される廃水は、矢印（Ｄ）のように廃水流入口（１１）から実質的に長方形である濾床（長方形濾床）（１０）に供給され、多数のキャップ（１２）の下方の濾床内へ分配される。圧縮空気供給管（１４）を備えた多数のマンモスポンプ（１３）は、濾床面全体に亘って配設されている。処理された水及びマンモスポンプにより搬送された水は、流出口（１５）から矢印（Ｅ）に示すように次の処理工程に案内される。上記の脱窒処理反応器を硝化処理反応器として使用する場合には、前記キャップ（１２）の真上に更に空気用流入口（図示せず）を設ける必要がある。濾材に付着したスラッジ等の懸濁物は、濾材と共にマンモスポンプにより搬送される間にこの濾材から剥離して濾床の上面に沈降するので、このスラッジに対する処理が必要となる。細菌の死骸も含んでいるこのようなスラッジは、処理された水に伴って排出されて次の処理工程で除去されることになる。しかしながらスラッジは濾床上面に沈降するので、このスラッジを次の処理工程に移すには処理された水と混合されなければならない。従って、脱窒処理により発生した気泡又は硝化処理時に供給された気泡が濾床の上方の水を十分に撹拌することができない場合には、この水を付加的に撹拌することが好ましい。これは、例えば多数の穴部を有するコイル管を用いて空気を供給することにより行うことが可能である。濾材及び窒素を搬送する手段としては、上述したマンモスポンプが最も有効であり且つ適しているが、このような搬送手段には他の公知手段を使用することも可能である。例えば、反応槽の底部に濾材を排出するための排出口があり、反応槽の外部において濾材及び水等の液体を反応槽の上面まで搬送するような公知の機械的な搬送手段を使用してもよい。この場合、この搬送の間に窒素を脱窒処理により除去する。搬送手段における吸入口の開口部は、濾材をこの開口部に案内するために反応槽の底部に設けられたトンネル状孔部の内部又はその真上に配置することが好ましい。上述した廃水とは、実際の廃水でなくとも、必要に応じて本発明によって処理する必要がある水を意味することは言うまでもない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．気体が濾床内で発生するか又は濾床に供給される生物学的に活性化された連続式粒状濾床で被処理水を処理する方法において、濾床では被処理水を処理することだけを行い、上記処理に使用した濾材を濾床底部から洗浄せずに濾床上面に搬送し、前記濾材に伴って搬送された気体を取り除き、前記濾床を通過して濾床上面に移動する間に処理された水を濾床底部から濾材に伴って搬送された水及びスラッジと共に排出することを特徴とする連続式粒状濾床で水を処理する方法。２．前記濾床における処理が硝化処理から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。３．前記濾床における処理が脱窒処理から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。４．濾床の底部からその上面への濾材を搬送を、水平方向の濾床面全体に亘って配設された複数の搬送手段によって行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。５．濾床上面の上方の水の撹拌を増大させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。６．処理の間に濾材を濾床の底部からその上面に搬送する搬送手段と、濾材が前記搬送手段を用いて搬送されることによって連続的に動作する濾床と、前記濾床を内部に収容する容器とから構成され、請求項１記載の方法により被処理水を処理する装置において、前記濾床を通過して濾床上面に移動する間に処理された水と、濾床底部から濾材に伴って搬送された水及びスラッジとを前記容器から排出するための共通流出口を設けたことを特徴とする水を処理する装置。７．濾材等の吸入開口部と濾材等の排出開口部を有し、水平方向の濾床面全体に亘って配設された複数の搬送手段を備えたことを特徴とする請求項６記載の装置。８．前記搬送手段の前記吸入開口部が、前記容器の底部に設けられたトンネル状孔部の内部又は真上に位置することを特徴とする請求項７記載の装置。９．濾床上面の上方の水を撹拌するための手段が設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。