JPH10192888A - 廃水の浄化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 廃水中の有機物を簡単な構造の装置で微生物
処理により完全に分解する方法および装置を提供する。 【解決手段】 反応槽１内部の上方に設けられた流動相
域Ａおよび下方に設けられた固定相域Ｂと、これら両域
の間での双方向の流れが可能となるように反応槽の内部
を二分する仕切用の傾斜板２と、流動相域の底部に設け
た被処理廃水の注液管３と、攪拌、循環およびＤＯ値調
節用の空気の送気管４と、流動相域の上部に設けた被処
理廃水の排液管８と、流動相域中に被処理廃水の上昇域
および下降域を形成するように垂直に設けた仕切板５，
６と、流動相域中に流動可能に充填された微生物処理媒
質としての多孔質の木質細片９と固定相中に固定して設
けられた微生物処理媒質としての多孔質の木質細片９と
を有する。流動相域中での好気性処理および固定相域中
での嫌気性処理を組合せて廃水を直接放流可能な程度に
まで完全に浄化処理できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は生活用水や工場用水から
の廃水の浄化方法および装置に係り、特にかゝる廃水を
微生物処理により放流可能さらには再利用可能な程度に
まで処理する前記廃水の浄化方法および装置に関する。

【０００２】

【発明が解決すべき課題】我国において排出されている
汚泥の量は年間７００万ｔともいわれ、今後年々増加す
ることが見込まれている。この様な状況にあって廃水、
汚泥の浄化処理や処分方法は一向に進展せず、海洋投棄
や山森に埋める方法も不可能であり、わずかに脱水して
コンポジット化したり又は焼結利用する方法がとられて
いるが、これ等の方法はエネルギーの消費量等の点で合
理的でない。これまで多種多用の廃水処理方法が提案さ
れているがいずれも技術的に困難が伴い、各種の汚水汚
泥を１００％近くの効率で処理する技術は完成していな
い。

【０００３】微生物を利用した生物化学的処理方法につ
いて近年流動層方式のものが多く研究されて居り、従来
の散水濾床法、固定床法、回転円盤法、チューブ接触酸
化法、礫間接触酸化法等に比べて、単位体積当りの微生
物膜の表面積が大きいことや微生物量が多いことが最大
の利点であり、かつ流動層方式であるため廃水と微生物
との接触状態が良好で装置のための敷地面積も従来法に
比べて少なくてすむ長所がある。しかし、流動層に用い
る担体としては従来は活性炭、砂、無煙炭。フライアッ
シュを粒状にしたもの等が多く使用されていたが従来の
担体を使用する流動層方式は主として好気的処理に片寄
る傾向があり汚水中の多様な有機成分の分解除去には必
ずしも充分に機能しない場合が多い。本発明の目的は固
体−流体−気体の三相流動層を使用する極めて効率の良
い廃水の処理方法並びに装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための技術的手段】前記本発明の課題
は同一反応槽中に設けた流動相域およびこの流動相域に
隣接させてその下方に仕切傾斜板を介して連通可能に設
けた固定相域に対して、被処理廃水を反応槽の底部より
注入し、流動相域および固定相域中に存在する微生物処
理媒質としての多孔質の木質細片に夫々接触させ、流動
相域中では空気による攪拌を伴う実質的な好気性処理を
固定相域中では実質的な嫌気性処理を施すことにより被
処理廃水を前記流動相域および固定相域中を循環させな
がらＤＯ値０．５ないし５の範囲の条件下で浄化処理
し、処理後の水を反応槽の上部から取出すことを特徴と
する被処理廃水の浄化方法によって達成される。

【０００５】前記本発明の方法は反応槽内部の上方に設
けら流動相域および下方に設けた固定相域と、これら両
領域の間での双方向の流れが可能となるように反応槽の
内部を二分する連通孔付の仕切傾斜板と、前記流動相の
底部に設けた被処理廃水の注液口と、攪拌、循環および
ＤＯ値調節用の空気の送気口と、前記流動相域の上部に
設けた被処理廃水の排液口と、前記流動相域中に被処理
廃水の上昇域および下降域を形成するように垂直に設け
た仕切板と、前記流動相域中に流動可能に充填された微
生物処理媒質としての多孔質の木質細片と前記固定相中
に固定して設けられた微生物処理媒質としての多孔質の
木質細片とを有する廃水の浄化装置によって実施するこ
とができる。

【０００６】

【発明の実施態様】請求項１記載の発明においては、反
応槽の内部に対して流動相域の底部から注水された廃水
が空気によって攪拌されながら流動相域中を上下に循環
され、漸次流動相域の上部から排出される。この間廃水
は傾斜仕切板を介して下方に連通する固定相域にも流入
されて固定された処理媒体と接触し、その一部分は同様
にして反応槽の上部から排出され、また他方の部分は再
度流動相域に流入される。

【０００７】これらの経路において廃水は微生物処理媒
質としての多孔質の木質細片によって流動相域内では主
として好気性処理を固定相域中では主として嫌気性処理
を受け、これらの処理によって廃水中の有機物が酸化お
よび還元反応によって分解されてそのＢＯＤ値が放流可
能な水準にまで浄化され、場合によってはこの排水をい
わゆる中水道水として廃水処理の用水自体として用いる
ことが可能な程度にまで浄化される。

【０００８】処理中の反応槽内の廃水のＤＯ値は０．５
〜５保持される。ＤＯ値は通常の廃水処理の場合では約
１であり、難分解性のフェノール等を含む廃水処理する
場合には５程度とする。この値の制御は反応槽に送入す
る空気量の調節によって行われる。

【０００９】請求項２および３記載の発明に係る廃水の
浄化装置では、たとえば図１に示すように、たて型の反
応槽１の内部が仕切傾斜板２によって上方の流動相域Ａ
と下方の固定相域Ｂとにたとえば３：１の容積比に区分
されており、前記傾斜板２にはこれら各領域Ａ、Ｂにお
ける廃水を相互に連通させるための多数の細孔（図示せ
ず）が形成されている。反応槽１の流動相域Ａの下方に
は廃水を注水する注液管３が設けられており、その開口
部は傾斜板２の斜面に対向して下向きになっている。ま
たこの流動相域Ａの下方には攪拌用の空気を注入するた
めの送気管４が設けられている。さらに、流動相域Ａ中
にはこれを廃水の上昇域と下降域とに区分して廃水の循
環を促進させるための仕切板５、６が設けられている。
傾斜板２の上面にはこれとほぼ平行に対向させて木質細
片沈降用の傾斜板９が設けられている。

【００１０】このような装置において、注液管３から反
応槽１の内部に注入された廃水はまず仕切傾斜板２の斜
面に沿って反応槽１の流動相域Ａの底部に沈降し、送気
管４からの注入空気によって攪拌されながら仕切板５、
６で形成される上昇域および下降域を上昇および下降し
て流動相域Ａ内を循環する。その一部は最終的には仕切
板５と傾斜板２との間の間隙を通して上昇し排液管８か
ら溢流の形態で排水される。また別の一部は傾斜板２の
細孔（図示せず）を通して下方の固定相域Ｂに流入して
緩やかに下降し、その底部付近で再び流動相域Ａに移行
する。

【００１１】前記のような経路に沿って流れる廃水は流
動相域２中では循環する水流中に浮遊する微生物処理媒
質としての木質細片９と効果的に接触し、こゝでは送気
管４からの空気による気泡の存在下に主として好気性処
理が行われる。一方固定相域Ｂ中に流入した廃水はサラ
ンネット等の通液性の被覆体１０に収容された同様な微
生物処理媒質としての木質細片９の間隙を通して緩やか
に移動し、この間に主として嫌気性処理を受ける。

【００１２】こゝで前記微生物処理媒質としての木質細
片は、たとえば本願の発明者によって先に特願平５−２
９７０１４号に開示されたものが好ましい。この木質細
片は杉材の外皮付近から切断加工の際に鋸屑の形状とし
て得られ、成分組成としてはセルロース６０〜６５％、
リグニン１５〜２５％、ペントザン１５〜２５％、水分
１１〜１６％のものが好ましく、形状としては細片径が
０．５〜３ｍｍの範囲にあって水洗により微粒子を除か
れているものが好ましい。このような木質細片を複数個
結合して多数の棘状突起と滞液部とを形成した粒径２−
５ｍｍの木質細片に加工したものが用いられる。

【００１３】この木質細片はその断面に規則的な多角形
格子状の多孔質構造を有しており、細片の表面のみなら
ずその内部の細孔にも微生物の繁殖場所が形成されてい
る。この多孔質体には木質細片の細孔内部と表面とで異
なる条件により嫌気性菌から好気性菌にいたるまでの各
種の菌種が「住み分け」を行って共生しているものと考
えられる。たとえば細孔内部には嫌気性条件下での活動
に適合する菌種が、また表面付近には好気性条件下での
活動に適合する菌種が夫々選択的に繁殖するものと考え
られ、電子顕微鏡写真によっても木質細片の場所によっ
て明らかに菌種を異にする微生物の繁殖が観察された。

【００１４】木質細片に繁殖する細菌が主としていわゆ
る土壌菌に属するものであることがすでに知られてお
り、これらの土壌菌としてはたとえば下記の菌種に属す
る嫌気性菌および好気性菌が含まれる

【００１５】（Ａ）好気性菌：Pseudomonas aeroginosa
( 緑膿菌) 、Serratiamarcescens（レイ菌）、Luminous
bacteria （発光菌類）、Azotobacter （窒素菌類）、
Bacilluse(カン菌属) 、Escherichia coli（大腸菌）、
Mycobacterium （糸状菌）、Bacillus subtilis （枯草
菌）、Bacillus magatherium（巨大菌）、Micrococcus
（小球菌属）、Saccharomyces （酵母菌属）Neurospora
sp および（アカパンカビ類）。 （Ｂ）嫌気性菌：(1) 炭水化物分解菌：Clostridium
属、Basillus属、Stahyloccus 属、(2) たん白質分解
菌:Clostridum 属、Proteus 属、Bacterum属、Bacillus
属、(3) 脂肪分解菌:Clostridium属および(4) メタン細
菌:Methanobacterium(棹菌) 、Methanococus（球菌）、
Melhanosaricina(サリチナ球菌) 。

【００１６】このように本発明に用いるための微生物処
理媒質としての木質細片には好気性菌と嫌気性菌とが場
所によって「住み分け」により共生しているが、廃水処
理が進行するにつれて攪拌が激しく送気によって充分な
酸素が与えられる流動相域中では全体として好気性菌が
優勢となり、一方かゝる流動化を生じない固定相域中で
は嫌気性菌が優勢となり、廃水中の有機物等はこれらの
微生物による好気性処理および嫌気性処理を交互に受け
て、たとえば下記の反応によってほゞ完全に分解および
消化される。

【００１７】好気性菌による分解 呼吸〔有機物〕＋Ｏ₂ → ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ 同化〔有機物〕＋ＮＨ₃ ＋Ｏ₂ → 〔増殖菌体〕＋Ｃ
Ｏ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ 自己分解〔菌体〕＋Ｏ₂ → ＣＯ₂ ＋ Ｈ₂ Ｏ＋ＮＨ
₃ アンモニア態窒素の場合 ＮＨ₄ ⁺ ＋3/2 Ｏ₂ → ＮＯ₂ ^- ＋Ｈ₂ Ｏ＋２Ｈ⁺ ＮＨ₄ ⁺ ＋２Ｏ₂ → ＮＯ₃ ^- ＋Ｈ₂ Ｏ＋２Ｈ⁺ 嫌気性菌による分解 炭水化物、たん白質、脂肪等は消化醗酵、メタン醗酵に
より有機酸、アルコール、アミン、アンモニアさらには
メタン、炭酸ガス、水等に分解される。 脂肪酸の分解 ２ＣＨ₃ ＣＨ₂ ＣＨ₂ ＣＯＯＨ ＋ ２Ｈ₂ Ｏ ＋ Ｃ
Ｏ₂ →４ＣＨ₃ ＣＯＯＨ ＋ ＣＨ₄ ４ＣＨ₃ ＣＨ₂ ＣＯＯＨ ＋ ２Ｈ₂ Ｏ→４ＣＨ₃ ＣＯ
ＯＨ ＋ ３ＣＨ₄ ＣＨ₃ ＣＯＯＨ → ＣＨ₄ ＋ ＣＯ₂ ＣＯ ＋ ４Ｈ₂ → ＣＨ₄ ＋ ２Ｈ₂ Ｏ

【００１８】本発明においてはこのような好気性および
嫌気性反応が同一反応槽で所定のバランスで組合わせて
行われる結果、廃水中に含まれている有機物に加えて菌
体からの生成物および菌体自体の分解物が最終的にはＨ
₂ Ｏ、ＣＯ₂ 、Ｎ₂ 、ＮＨ₃等に分解されるので、処理
残渣がほとんど発生せず、処理後の排水はそのまゝ処分
／放流することが可能である。また本発明によればこの
ように廃水が極めて効率的に浄化処理されるので、処理
後の廃水を再び反応槽１に戻して濃厚廃水処理の際の希
釈用水として用いることもでき（中水道水）、クローズ
ド形式の処理系とし構成することにより装置からの排水
量の減少および希釈用水の節減が可能になる。

【００１９】尚反応槽１の流動相域Ａの上方では処理後
の廃水が排液間８から溢流するが、この付近には仕切用
の傾斜板２の上面と平行に複数の木質細片沈降用の傾斜
板７が設けられており、排液中に含まれる木質細片９は
排液の上昇にともなってこの傾斜板７の表面に沈着し斜
面に沿って下方に沈降する。この場合傾斜板７の角度は
安息角よりも充分大きな角度、たとえば約６０°とする
ことが好ましい。これによって木質細片９が排液と共に
反応槽１から逸失することが防止され木質細片９を長期
間損失なく用いることができる。

【００２０】

【実施例】以下本発明を図２に示す一実施例によって説
明する。図２に示す各反応槽は基本的には図１に示す反
応槽１と同一の構成を有し、容量約１０ｍ² を有する各
槽の内部が底角約６０°の前記傾斜板によって流動相域
Ａ：固定相域Ｂ＝７：３の割合いで区分されており、流
動相域には前記木質細片約２ｍ² を水流および空気攪拌
による流動可能な状態で、また固定相域には同木質細片
を夫々０．０５ｍ³ 充填した５０袋のサランネット１０
を移動しないように固定してある。

【００２１】図２に示す装置においては、これらの反応
槽が第１反応槽１４、第２反応槽１５および第３反応槽
１６の順で夫々の間にポンプＰを介して直列に接続され
ている。また各反応槽１４〜１６にはｐＨ計、温度計、
濃度計（ＤＯ値）等が夫々付設されている。

【００２２】内容積約１２ｍ² の調製用水タンク１１が
フィルタ１２を介して第１反応槽１４に接続されてお
り、このタンク１１内には山林の表土付近から採った土
壌２０Ｋｇを夫々充填した通水性のある麻製の袋（図示
せず）１５袋がタンク水中に全体的に浸漬されて懸垂さ
れている。１３は市水タンクであり、廃水希釈用水の補
給に用いられる。１７〜２１は廃水供給部であり、１７
は一般汚泥水の供給部、１８は土砂含有汚泥水の供給
部、２０は重金属含有汚泥水の供給部である。供給部１
８には遠心方式の土砂分離機１９が供給部１８にはイオ
ン交換樹脂による分離機２１が夫々廃水の前処理のため
に付設されている。これら供給部１７〜２１は夫々ポン
プＰを介して前記第１反応槽１４に結合されている。最
終処理段の第３反応槽１６の排出口はポンプＰを介して
処理水（中水道）タンク２２に接続され、さらに処理水
タンク２２はポンプＰを介して前記希釈用の市水タンク
１３の出口と共に第１反応槽１４に対して接続されてい
る。その他図中２３はイオン交換樹脂による分離槽２４
は各反応槽に空気を送入するポンプである。

【００２３】このような本発明装置によって、たとえば
一般汚泥水供給部１７からの汚泥を処理するためには、
まず調整用水タンク１１からの水（中水道水であっても
よい）をポンプＰによってフィルタ１２を介して第１反
応槽１４に供給する。これによってタンク１１内に垂設
され水中に浸漬されていた麻袋の土壌中の土壌菌が水中
に抽出されて第１反応槽１４に送られる。

【００２４】次いで前記一般汚泥水供給部１７から水産
物加工工場廃液１ｍ³ （１トン）をポンプＰを介して第
１反応槽１４に供給しかつ前記調整用水タンク１１から
の希釈水９ｍ³ （９トン）をポンプＰを介して供給して
１０倍の希釈汚泥水とし、ｐＨを６．８に調節後、この
計１０ｍ³ の汚泥水（ＢＯＤ約１０，５００）をポンプ
Ｐを介して第１反応槽１４の入口に供給する。

【００２５】この場合汚泥水はポンプＰによって１トン
／１ｈｒの流量で注水する。これとは別の系の空気送入
ポンプ２４から第１反応槽１４、第２反応槽１５、第３
反応槽１６に夫々１．４ｍ³ ／ｍｉｎ、１．０ｍ³ ／ｍ
ｉｎ、０．５ｍ³ ／ｍｉｎの空気を導入しながらＤＯ値
を１〜５になるように流量計でコントロールを行い各槽
内の攪拌、還流を行った。

【００２６】これによって反応槽１４、１５、１６内に
充填された微生物処理媒質としての多孔質の木質細片と
汚泥水とが均質に攪拌混合され、希釈水中に抽出されて
木質細片の微細な空隙に入った土壌菌により汚泥成分が
酸化および還元により生物学的に分解消化される。一連
の分解消化処理後によってＢＯＤ値の低下した廃水を処
理水タンク２２を介してポンプＰにより第１反応槽１４
に供給し再循環させる。この場合第２反応槽１５の処理
ですでにＢＯＤ値の低下が顕著に認められた場合は、第
３反応槽１６を通過させずに処理水槽タンク２２に導入
することができる。

【００２７】廃水中に無機塩類が多く含まれる場合に
は、前記循環処理中に系内の塩類濃度が次第に増加して
土壌菌の活性および繁殖が抑止される。この場合には処
理水タンク２２からの排出水（中水道水）をイオン交換
樹脂槽２３を通して脱塩してから第１反応槽１４に循環
させることが好ましい。

【００２８】尚装置を所定時間運転した後は処理水タン
ク２２からの排水中には多数の微生物が存在しているの
で調製用水タンク１１から土壌菌を含む希釈水を供給す
る必要がなくなり、系中で蒸発等によって失われる水量
を補給るため市水道タンク１３から所定量の市水を補給
するだけで良い。

【００２９】（実験例）前記図２に示す装置を用いて、
水産加工場からの廃水および養豚場からの廃水を夫々浄
化する試験を行った。結果を表１および表２に示す。試
験結果から明らかなように第３反応槽出口でのＢＯＤ値
はそのまゝ放流可能な水準にまで低下しており、したが
ってこの処理後の廃水を初段の反応槽に送る汚泥の希釈
用水として循環して用いることもできる。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被処理廃
水を同一反応槽の内部で互いに流通可能に区分された流
動相域および固定相域中に循環させて好気性菌および嫌
気性菌による有機物の分解処理を同時に行わせるように
してあるので、簡単で比較的設置面積の小さな装置によ
って廃水中の多様な有機物成分さらには廃水処理によっ
て生じる菌体の分解生成物自体を極めて効率よくほとん
ど完全に分解処理することができる。尚かゝる処理によ
って生じる排水中のＢＯＤ値は著しく低下しているので
そのまゝ放流することも可能であり、廃水処理の際の希
釈用水として循環際利用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一具体例である反応槽の縦断面
図である。

【図２】本発明を適用した多数循環形の廃水処理装置の
フロー図である。

【符号の説明】

１…反応槽 ２…流動相域および固定相域仕切用の傾斜板 ３…廃水の注液管 ４…送気管 ５、６…仕切板 ７…木質細片沈澱用の傾斜板 ８…排液管 ９…木質細片 １０…被覆体 １１…調製用水タンク １２…フィルタ １３…市水タンク １４…第１反応槽 １５…第２反応槽 １６…第３反応槽 １７…一般汚泥水供給部 １８…土砂含有汚泥水供給部 １９…遠心土砂分離機 ２０…重金属含有汚泥水供給部 ２１…イオン交換分離器 ２２…処理水タンク ２３…イオン交換樹脂分離槽 ２４…空気送入タンク Ａ …流動相域 Ｂ …固定相域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一反応槽中に設けた流動相域およびこ
   の流動相域に隣接させてその下方に仕切傾斜板を介して
   連通可能に設けた固定相域に対して、被処理廃水を反応
   槽の底部より注入し、流動相域および固定相域中に存在
   する微生物処理媒質としての多孔質の木質細片に夫々接
   触させ、流動相域中では空気による攪拌を伴う実質的な
   好気性処理を固定相域中では実質的な嫌気性処理を施す
   ことにより被処理廃水を前記流動相域および固定相域中
   を循環させながらＤＯ値０．５ないし５の範囲の条件下
   で浄化処理し、処理後の水を反応槽の上部から取出すこ
   とを特徴とする被処理廃水の浄化方法。
2. 【請求項２】 反応槽内部の上方に設けら流動相域およ
   び下方に設けた固定相域と、これら両領域の間での双方
   向の流れが可能となるように反応槽の内部を二分する連
   通孔付の仕切傾斜板と、前記流動相の底部に設けた被処
   理廃水の注液口と、攪拌、循環およびＤＯ値調節用の空
   気の送気口と、前記流動相域の上部に設けた被処理廃水
   の排液口と、前記流動相域中に被処理廃水の上昇域およ
   び下降域を形成するように垂直に設けた仕切板と、前記
   流動相域中に流動可能に充填された微生物処理媒質とし
   ての多孔質の木質細片と前記固定相中に固定して設けら
   れた微生物処理媒質としての多孔質の木質細片とを有す
   る廃水の浄化装置。
3. 【請求項３】 前記仕切傾斜板の斜面の上面に対してこ
   れと平行な木質細片沈降用の傾斜板を設けた請求項４記
   載の装置。