JPH1110193A - 担体併用硝化脱窒反応方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硝化液循環脱窒方法による高度処理活性汚泥
法において、担体分離部の処理負担を低下させ、かつ担
体分離部のスクリーンの保守、点検及び清掃の容易な硝
化脱窒反応方法及びそのための反応装置の提供。 【解決手段】 原廃水及び循環硝化液５の供給口を有
し、微生物付着担体１５が液中に分散して脱窒反応が行
われる脱窒槽１、脱窒槽１からの微生物付着担体を含む
脱窒液の供給口及び沈殿槽への溢流流出口を有する担体
分離部４を有し、かつ好気性条件下で硝化反応が行われ
る硝化槽２、硝化槽２からの微生物付着担体を含む循環
硝化液が連続的に脱窒槽１に循環して流れるように構成
されている担体併用硝化脱窒反応装置を用い、脱窒槽１
は非好気性条件下で、硝化槽２は好気性条件下で微生物
付着担体を分離せずに脱窒液及び循環硝化液を循環しな
がら硝化、脱窒を行う担体併用硝化脱窒反応方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＯＤの除去と共
に閉鎖水域などの富栄養化の原因の一つとなる窒素成分
を効率的に除去する硝化脱窒反応方法及びその装置に関
する。更に詳しくは、含窒素有機化合物を資化するため
の微生物濃度を高めるため微生物付着担体を用い、窒素
成分の除去率を高く維持するために循環硝化液を多く
し、かつ必要に応じ硝化槽における大量の酸素の要求を
高濃度酸素の雰囲気を用いることによりこれを満足させ
た、有効な構成の担体併用硝化脱窒反応方法及びその装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市下水などの廃水処理の普及が進んで
いるが、その処理水排出帯域の環境への悪影響を少なく
するため、ＢＯＤの除去と共に窒素、リンなどの低減化
（廃水処理の高度処理）の必要性が高まっている。都市
下水はＢＯＤ、含窒素有機性成分などを含む廃水（以下
単に廃水という。）として知られているが、その処理法
としてはいくつかの方法が提案されており、中でも脱Ｂ
ＯＤ、脱窒に効果のある処理方法として硝化液循環脱窒
方法が知られている。この方法は、図５に示すように脱
窒槽１、硝化槽２及び沈殿池３をそれぞれ設け、脱窒槽
１に供給された原廃水１０は、脱窒槽１内において、非
好気性条件下で循環硝化液と接触し、脱窒微生物の作用
により循環硝化液中の硝酸イオン成分は窒素となり除去
される。

【０００３】この脱窒槽１の処理液は、硝化槽２に送ら
れ、該硝化槽２内において、好気性条件下で硝化微生物
の作用により、窒素成分は硝酸イオンに酸化される。硝
化部２内の処理液の大部分は、硝化液循環ライン５を経
て脱窒部１に循環され、脱窒部処理液内の硝酸イオンは
再び脱窒部１において新規な廃水１０と混合されること
により窒素になり液中から除去される。硝化槽２の処理
液のうち循環されない残りの部分は沈殿槽３に送られ、
ここで活性汚泥を分離し、得られた処理水７は放流さ
れ、沈殿した汚泥は一部が返送汚泥９として前記脱窒槽
１に返送循環され、残部は余剰汚泥８として処分され
る。この場合、原廃水中のＢＯＤ成分もこれらの処理に
より同時に分解除去される。この処理において、脱窒槽
１は、オープンで行われることも多いが、好ましくは無
酸素条件で行い、硝化槽２は空気または高濃度酸素雰囲
気下の好気性条件で行うことが必要である。硝化槽２の
硝化反応速度は、増殖速度の小さい硝化細菌の濃度に比
例することから、最近では硝化細菌をポリエチレングリ
コールを主成分とする高分子含水ゲル（担体）などに固
定化した微生物付着担体を硝化槽２中に投入して硝化細
菌の濃度を高濃度に維持し、反応速度を向上させる方法
が提案され盛んに検討が行われている。

【０００４】このような方法においては、硝化細菌の濃
度を高く維持するため硝化槽２から微生物付着担体の流
出を防止することが必要となる。このため通常は硝化槽
２の内部の処理液出口には微生物付着担体を処理された
硝化液から分離するためのスクリーン４を設けて流出を
防いでいる。この処理液出口にスクリーン４を設ける
と、スクリーン４に微生物付着担体が分離蓄積するだけ
でなく、最初沈殿地で沈降分離できなかった廃水１０中
に浮遊する各種の固体成分も一緒にここに沈積し、スク
リーンの汚れ、目づまりの原因となって、硝化槽２の処
理液の正常な流出を妨害することになる。これが妨害さ
れると、担体併用生物反応装置全体の操業に支障を起こ
し、装置全体の処理能力の低下、ひどい時には操業停止
まで引き起こすことになる。このため、スクリーン４の
汚れ、目づまりの防止のため、硝化部２内に設けた逆洗
装置（図示せず。）を設置し、定期的にスクリーン４を
逆洗洗浄を行ったり、あるいはスクリーンの下部にスク
リーンに向かって気体を噴出する散気装置（図示せ
ず。）を設け、気泡噴出させ、スクリーン４に気泡と担
体を衝突させることによりスクリーン４の目づまりを防
止するなどの提案がなされている。

【０００５】この硝化液を脱窒槽１へ循環する脱窒反応
方法においては、循環硝化液の循環量を大量必要とす
る。目的とする脱窒率により循環硝化液の量が決定され
るが、例えば流入廃水中の含有窒素成分の６０％以上を
除去する場合の循環硝化液量は、流入する原廃水の２倍
以上を必要とする。したがって、脱窒槽、硝化槽に設け
られている担体分離部のスクリーンを通過する液量は、
流入原廃水、返送汚泥及び循環消化液の合計量となって
これを通過させることが必要となり、それぞれの処理槽
のスクリーンはこの膨大な量の負担を追わなければなら
ないことになる。この結果、いずれのスクリーンにおい
ても汚れや目づまりの頻度は多くなり、それぞれの反応
槽内部に設けた担体分離部の負担を大きくさせ、その規
模を大きくしなければならなかった。

【０００６】一方酸素ガス分離法の技術革新が行われ、
比較的安価に大量の高濃度の酸素が入手できるようにな
ったため、酸素または酸素富化空気を廃水の活性汚泥法
処理に使用されるようになってきた。この方法は硝化槽
の高溶存酸素濃度を維持するのに極めて有効ではある
が、通常担体分離部を硝化槽内に設けてあるためスクリ
ーンの保守、点検、清掃などの困難性が解消していなか
った。

【０００７】なおこの大量の処理水を循環することを硝
化部２についてのみ述べてきたが、この問題はそれぞれ
の処理槽ごとに、微生物濃度を高濃度とするために担体
を使用し、それぞれの処理槽ごとに設ける担体分離部を
通過させる必要があるところから同様な問題が生起して
おり、硝化液循環脱窒方法、特に微生物付着担体を使用
する担体併用硝化液循環脱窒方法の大きな問題として根
本的な解決が求められていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、硝化液循環
脱窒方法による高度処理活性汚泥法において、担体分離
部の処理負担を低下させ、かつ担体分離部のスクリーン
の保守、点検及び清掃の容易な硝化脱窒反応方法及びそ
のための反応装置の開発を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１） 担体
併用硝化脱窒法において、脱窒槽と硝化槽を液相部分で
は循環可能なように連続した通路を設け、脱窒槽部分に
は非好気性条件下で、硝化槽部分は好気性条件下で反応
を行い、微生物付着担体を分離せずに脱窒液及び循環硝
化液を循環しながら硝化、脱窒を行う担体併用硝化脱窒
反応方法、（２） 原廃水及び循環硝化液の供給口を有
し、微生物付着担体が液中に分散して脱窒反応が行われ
る脱窒槽、脱窒槽からの微生物付着担体を含む脱窒液の
供給口及び沈殿槽への溢流流出口を有する担体分離部を
有し、かつ好気性条件下で硝化反応が行われる硝化槽、
硝化槽からの微生物付着担体を含む循環硝化液が連続的
に脱窒槽に循環して流れるように構成されている担体併
用硝化脱窒反応槽、（３） 硝化槽が液相は閉鎖されて
いないが気相部は気密とし、酸素または酸素富化空気雰
囲気下で気液接触装置が設けられている（２）記載の担
体併用硝化脱窒反応槽、及び（４） 硝化槽には、その
外部に担体分離部を大気開放の状態に設けた（２）また
は（３）記載の担体併用硝化脱窒反応槽を開発すること
により上記の問題を解決した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を具体
的に説明する。本発明において使用する硝化脱窒反応装
置としては、例えば図１〜４に示すような装置が使用で
きる。具体的な装置の構成を示せば図１、２のような硝
化脱窒反応の装置を用いることもできる。図１は平面図
（平断面）を示し、図２は図１の硝化槽に酸素ないし酸
素富化空気を用いた場合の断面図（横断面）を示す。す
なわち、非好気性条件の脱窒槽１として、原廃水１０及
び返送汚泥９が供給される無酸素条件の脱窒槽１−ａ、
１−ｂで脱窒を完結させる。この脱窒槽は水中部分が連
通部分を含む壁で分割されていてもよく、まったく分割
されていなくとも良い。脱窒された液は次いで硝化槽２
に導かれる。硝化槽２−ａ及び２−ｂは気相部が完全に
密閉されていて、酸素ないし酸素富化空気で満たされて
いてもよく、開放槽で大気に接していてもよい。硝化槽
２−ａ、２−ｂは、気相部の酸素を溶解させるため表面
曝気機、散気式曝気装置、水中ポンプなどの曝気機を用
い、微生物付着担体と液体の攪拌と同時に気液接触を行
わせる。この間に原廃水に含まれる窒素成分は亜硝酸態
ないし硝酸態窒素に酸化（硝化）される。

【００１１】図１、２においては、硝化槽２−ｂの外部
に担体分離部４を設けているので、供給される原廃水量
及び返送汚泥に見合う量の微生物付着担体などを含む混
合液がこの担体分離部４を通じて沈殿槽３へ送られる。
担体分離部に送られなかった微生物付着担体などを含む
硝化液は再度脱窒槽１−ａに送られ、新たな原廃水１０
及び返送汚泥９が混合され、脱窒反応が行われる。この
反応装置は、脱窒槽１が無酸素処理部及び嫌気性処理部
の２段の処理を行うようになっているので、脱窒槽１の
反応の進行が完全に行われるので脱窒率を高く維持でき
る。なお脱窒槽１の攪拌はゆるく、硝化槽の攪拌は酸素
の溶解が十分に行われ、かつ微生物付着担体と処理水の
接触がうまく行くように比較的強い攪拌が行われる。硝
化槽１の攪拌は、表面曝気機や水中ポンプを使用し、空
気を吸引する水中曝気機などの機械攪拌、散気管あるい
は散気板などを用いるガス攪拌あるいは両者併用などの
いかなる方式であっても良いが、効率の面からは機械攪
拌が好ましい。全体の液の流れを確保するために液を循
環するためのポンプを使用することもできる。

【００１２】また別の実施態様として図３及び図４に示
すような装置を用いてもよい。図３の装置においては、
脱窒部１及び硝化部２は共に大気にオープンのものであ
り、処理水、微生物付着担体などの混合水は脱窒部１、
硝化部２からなる装置内を循環しながら脱ＢＯＤ、脱窒
されて行く。装置の脱窒部１においては、原廃水、返送
汚泥などと硝化部からの循環処理水を非好気性条件を保
持しながら混合するため、溶存酸素（ＤＯ）が増加しな
い程度のゆるい攪拌を行う。これに対し 硝化部２は、
処理水を好気性条件とするために表面曝気装置、散気管
または散気板などを用いるガス攪拌、空気吸引を行う水
中ポンプなどを用い、溶存酸素濃度を高く維持できるよ
うに強い攪拌を行う。このように原廃水、活性汚泥を含
む微生物付着担体は装置全体をゆるく循環しており、原
廃水供給量及び返送汚泥量に見合う分だけ分離装置４で
微生物付着担体を除去されて沈殿槽３へ送られる。活性
汚泥は、沈殿槽で分離された後一部は廃棄され、残部は
返送汚泥として脱窒部に戻される。

【００１３】図４に示す装置は、脱窒部１は図３に示す
装置と同様な形式のものであるが、図１及び２の装置と
同じく液相部は脱窒部１と循環可能なように下部におい
て連通しているが気相部は気密になっており、この気相
部に酸素または酸素富化空気が供給され、硝化部２が高
溶存酸素の好気性条件を保つようにしている。この場合
においても、好ましくは担体分離部４を硝化槽の外部に
設け、スクリーン６の保守、点検を容易にし、閉塞時に
容易に洗浄できるようにしておくことが良い。

【００１４】本発明の実施のためには、微生物付着担体
の配合量は相当広範囲に変動させても効果が発揮でき、
多いほど効果があるが、硝化脱窒反応槽の処理容積の１
５〜２０容量％程度が攪拌におけるエネルギー効率の面
からは好適である。また返送汚泥の原廃水供給量に対す
る比率は一般の場合とほぼ同様に操業すればよく、５０
％程度で操業できる。

【００１５】微生物付着担体を使用した硝化槽２の硝化
速度は、活性汚泥だけの時は溶存酸素が１ｍｇ／リット
ル以上の領域においてはほぼ一定の速度であるが、微生
物付着担体を使用する処理においては溶存酸素濃度に強
い依存性を示し、硝化速度はほぼその濃度に比例する。
更に高溶存酸素濃度で行うと、処理水に含まれる活性汚
泥の沈降性も良くなるので、限定的ではないが溶存酸素
濃度は少なくとも約３ｍｇ／リットルで操業することが
好ましい。

【００１６】

【実施例】使用した装置は、図２に示すタイプの担体併
用硝化脱窒反応装置であり、脱窒槽として気密状態にカ
バーされた、混合用攪拌機を有する内容積０．６６ｍ³
のものを２段直列に接続した無酸素条件の脱窒槽、硝化
槽は第１槽に酸素富化空気導入用パイプ、第２槽にべン
トを有し、かつ液相混合翼を有する表面曝気機を備えた
液相部容積０．６６ｍ³ のものを２段直列に接続した好
気性の硝化槽であり、第１脱窒槽から第２硝化槽までの
間には、液相部においてそれぞれの隔壁１か所当たり開
口面積０．００２ｍ² の混合液通過のための連通開口部
を設けた。原廃水として、ＢＯＤ：１５０ｍｇ／リット
ル、ＳＳ：２０ｍｇ／リットル、Ｔ−Ｎ：３０ｍｇ／リ
ットルの人口下水を２０ｍ³ ／日の割合で使用した。ま
た微生物付着担体としては炭酸カルシウム混入の発泡ポ
リプロピレン（７０ｍｍφ×１０ｍｍの円筒）を脱窒槽
及び硝化槽の合計液相部全容積の１５％を使用した。原
廃水、循環硝化液、微生物付着担体及び返送汚泥は第１
脱窒槽に送入され、ここで攪拌混合され、無酸素条件下
で脱窒反応が進行する。更に微生物付着担体を含むこの
混合液は連通開口部を経て第２脱窒槽に送られ、更に脱
窒反応が行われる。

【００１７】この活性汚泥及び微生物付着担体を含む脱
窒液は、第１硝化槽との間の連通開口部を経て第１硝化
槽に送られ、ここで酸素富化空気雰囲気下［供給酸素濃
度（約９０ｖｏｌ％）及び排ガス酸素濃度（３０〜４０
％）］及び高濃度の溶存酸素［ＤＯ：３〜６ｍｇ／リッ
トル］と微生物付着担体、活性汚泥の作用により、ＢＯ
Ｄが消化され、含窒素有機化合物が硝化される。続いて
第２硝化槽においてこれらの反応は更に進行する。ここ
で得られた第２硝化槽の硝化液は、原廃水導入量の約２
倍を第１脱窒槽へ返送する。更に原廃水及び返送汚泥の
導入量に相当する量が担体分離部を通って沈殿槽へ送ら
れ、活性汚泥を沈降させ、その上澄液は外部に放流され
る。沈降した活性汚泥のうち、１０ｍ³ ／日の分は返送
汚泥として第１脱窒槽へ循環され、残りは余剰汚泥とし
て廃棄される。この結果、処理水の水質は、ＢＯＤ：７
ｍｇ／リットル、ＳＳ：８ｍｇ／リットル、Ｔ−Ｎ：９
ｍｇであり、特に担体分離部の通過量は沈殿槽に送られ
る水量に限定されるため約１／３で済むためスクリーン
の目詰まりがほとんどなく、１週間の間、まったく目詰
まりによるトラブルは発生しなかった。

【００１８】

【発明の効果】廃水の活性汚泥による処理法において微
生物付着担体を使用して処理速度の向上を図ることが行
われているが、処理速度の向上にともない、酸素消費速
度に対応する酸素の供給法として酸素または酸素富化空
気の使用が考えられる。この場合に、これまで微生物付
着担体の流出を防止するためにそれぞれの処理槽内にス
クリーンを設置してきたが、このスクリーンの目づまり
防止の適切な手段がなかった。本発明においては、好ま
しくは脱窒槽と硝化槽を液相部分では循環可能なように
連続した通路を設け、脱窒槽部分には非好気性条件下
で、硝化槽部分は好気性条件下で反応を行い、微生物付
着担体を分離せずに脱窒液及び硝化液を循環しながら硝
化、脱窒を行う担体併用硝化脱窒反応及びそのための反
応装置である。この方法によると、膨大な量の循環硝化
液から微生物付着担体を分離する処理をしないで済むの
で、担体分離部のスクリーンを通過する液量を大幅に減
少させ、スクリーンの目づまりが極めて少なくなった。
この結果長期間の連続運転が可能となったばかりでな
く、沈殿槽からの排出水中の溶存酸素も高濃度であり、
副生する活性汚泥の沈降速度が大きく分離が容易となる
など極めて有利な廃水処理法が開発できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する担体併用生物反応装置の１例
の平面図である。

【図２】図１の担体併用生物反応装置の１例の断面図で
ある。

【図３】本発明の大気オープンタイプの脱窒部及び硝化
部を一体化して使用した循環式担体併用硝化脱窒反応装
置の平面図の１例である。

【図４】図３の装置の硝化部を、酸素または酸素富化空
気を使用するタイプに変更した担体併用硝化脱窒反応装
置の断面図である。

【図５】従来の活性汚泥循環変法の１例の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 脱窒槽 ２ 硝化槽 ３ 沈殿槽 ４ 担体分離部 ５ 循環硝化液 ６ スクリーン ７ 処理水（排出） ８ 余剰汚泥 ９ 返送汚泥 １０ 廃水（流入水） １１ 酸素または酸素富化空気 １２ 排ガス １５ 微生物付着担体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 担体併用硝化脱窒法において、脱窒槽と
   硝化槽を液相部分では循環可能なように連続した通路を
   設け、脱窒槽部分は非好気性条件下で、硝化槽部分は好
   気性条件下で反応を行い、微生物付着担体を分離せずに
   脱窒液及び循環硝化液を循環しながら硝化、脱窒を行う
   ことを特徴とする担体併用硝化脱窒反応方法。
2. 【請求項２】 原廃水及び循環硝化液の供給口を有し、
   微生物付着担体が液中に分散して脱窒反応が行われる脱
   窒槽、脱窒槽からの微生物付着担体を含む脱窒液の供給
   口及び沈殿槽への溢流流出口を有する担体分離部を有
   し、かつ好気性条件下で硝化反応が行われる硝化槽、硝
   化槽からの微生物付着担体を含む循環硝化液が連続的に
   脱窒槽に循環して流れるように構成されている担体併用
   硝化脱窒反応槽。
3. 【請求項３】 硝化槽が液相は閉鎖されていないが気相
   部は気密とし、酸素または酸素富化空気雰囲気下で気液
   接触装置が設けられている請求項２記載の担体併用硝化
   脱窒反応槽。
4. 【請求項４】 硝化槽には、その外部に担体分離部を大
   気開放の状態に設けた請求項２または３記載の担体併用
   硝化脱窒反応槽。