JPH11319865A

JPH11319865A - 生物ろ過設備

Info

Publication number: JPH11319865A
Application number: JP10135545A
Authority: JP
Inventors: Tadanori Tomonaga; 忠則友永; Kiyouichi Manabe; 教市真鍋; Masanobu Koseki; 正信小関
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】生物分解機能を低減させることなくろ過性能
の低下を十分防止できる生物ろ過設備を提供することを
目的とする。【解決手段】本発明は、受水槽１内のろ層５を通して
被浄化水中の懸濁物質１９の除去及び有機物の生物分解
を行うための生物ろ過設備１０であって、ろ層５が、懸
濁物質１９を主として除去する上層部１２及び上層部１
２を透過する有機物の生物分解処理に主として寄与する
下層部１１からなり、上層部１２を構成する上層粒子１
８が、下層部１１を構成する下層粒子１６の０．２〜
０．３倍の平均粒径及び１．４倍以下の真比重を有す
る。この場合、水・空気を用いたろ層５の逆洗を行う
と、上層粒子１８が選択的に流動化され、上層部１２か
ら懸濁物質１９が効率よく排出される。一方、下層部１
１では下層粒子１６の動きが十分防止され、下層粒子１
６に付着する生物膜１７の剥離が十分防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水などの高度処
理が行われる生物ろ過設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、下水処理場などにおいては、下水
中の懸濁物質及び溶解性有機物などを高度に除去するた
め生物ろ過設備を設置することが要求される場合があ
る。生物ろ過設備は、受水槽の内部に好気性微生物を生
息させたろ層を有する設備であり、下水中の有機物をろ
層の好気性微生物によって酸化・分解し、浄化水として
放流するものである。従来、このような生物ろ過設備と
しては、例えば特公昭５７−３７３９９号公報に開示さ
れるものがある。この公報には、ろ層として上層部と下
層部の２層からなるものが用いられ、ろ過機能による懸
濁物質の除去と、好気性生物分解機能による溶解性有機
物（ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）成分やＮＨ₄−Ｎ
（アンモニア性窒素）成分など）の除去が同時に行われ
ている。この生物ろ過設備においては、下層部を構成す
る粒子（砂）が上層部を構成する粒子に比べて小さい粒
径を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特公昭５７−３７３９９号公報に記載の生物ろ過設備
においては、被浄化水をろ層に通水した場合、上層部で
はろ過（懸濁物質の除去）と生物処理が同時に行われ、
下層部では、主としてろ過が行われることになる。この
ように上層部では、ろ過と生物処理が同時に行われ、被
浄化水中の懸濁物質を捕捉しながら、溶解性有機物の生
物処理を行うことになる。従って、この生物ろ過では、
懸濁物質のない場合に比べて、生物処理性能が低下する
こととなる。

【０００４】また、上向流によりろ層の逆洗を行う場
合、下層部で捕捉された懸濁物質は、上層部を通過して
排出されることになる。しかし、上層部でも懸濁物質が
捕捉されている状態であるので、下層部からの洗浄排水
は非常に通過し難く、上層部で洗浄排水中の懸濁物質が
再捕捉される可能性もあり、洗浄性能がかなり低下する
おそれがある。

【０００５】一方、ろ過後の上層部においては、ろ材に
付着した生物膜と、ろ材で捕捉された懸濁物質とが共存
しているが、洗浄時には懸濁物質のみ排出する必要があ
る。しかし、生物膜をはがすことなく、懸濁物質のみ排
出することは、かなり難しい。あえて、懸濁物質を十分
排出するために、水及び／又は空気の流量を増加させ、
上層部を流動化させると、下層部の洗浄排水は排出しや
すくなり、懸濁物質は十分排出されるがろ材粒子の流動
化接触により生物膜が剥離するという問題が生じる。こ
のように生物膜が剥離した状態では、ろ過を行ったとき
に、生物処理性能が大幅に低下することとなる。

【０００６】そこで、本発明は、上記事情に鑑み、生物
分解機能を低下させることなくろ過性能の低下を十分防
止することができる生物ろ過設備を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、受水槽の内部に設けられたろ層を通して
被浄化水中の懸濁物質の除去及び有機物の生物分解処理
を行うための生物ろ過設備であって、ろ層が、被浄化水
中の懸濁物質の除去に主として寄与する上層部と、上層
部を透過する被浄化水中の有機物の生物分解処理に主と
して寄与する下層部とからなり、上層部を構成する上層
粒子が、下層部を構成する下層粒子の０．２〜０．３倍
の平均粒径、及び１．４倍以下の真比重を有することを
特徴とする。

【０００８】本発明によれば、水及び／又は空気（以
下、「逆洗流体」という）を用いてろ層の逆洗を行う場
合に、下層粒子間の隙間が上層粒子間の隙間よりも大き
いため、下層粒子に対しては逆洗流体の衝突率が低く、
上層粒子に対しては逆洗流体の衝突率が大きくなる。こ
のため、上層粒子が選択的に激しく流動化されて上層粒
子間の隙間が増大し、上層部が選択的に膨張し、上層部
で捕捉された懸濁物質が効率よく排出される。また、下
層部では下層粒子がほとんど動くことがないので、下層
粒子に付着して生物分解処理に寄与する生物膜の剥離が
十分に防止される。

【０００９】なお、上層粒子の平均粒径が下層粒子の平
均粒径の０．２倍未満では、逆洗時において上層粒子が
流動化されるものの、ろ過時において上層部で目詰まり
が起こりやすく上層部のろ過抵抗が大きくなる。このた
め逆洗頻度が増加する。一方、上層粒子の平均粒径が下
層粒子の平均粒径の０．３倍を越えると、逆洗時におい
て上層粒子と下層粒子との混合を十分防止できず、設備
のろ過性能が低下する。また、上層粒子の真比重が下層
粒子の真比重の１．４倍の大きさを越えると、逆洗時に
おいて上層粒子と下層粒子との混合が十分防止されず、
設備のろ過性能が低下する。

【００１０】また、本発明の生物ろ過設備においては、
上層粒子の平均粒径が１〜１．５ｍｍであり、下層粒子
の平均粒径が５〜６ｍｍであることが好ましい。

【００１１】上層粒子の平均粒径が１ｍｍ未満では、ろ
過時においてろ層の圧力損失が大きくなり逆洗頻度が増
大し、逆洗時において下層粒子に対する逆洗流体の衝突
率が大きくなり上層粒子のみならず下層粒子も動くた
め、下層粒子に付着する生物膜が剥離される傾向があ
る。また、平均粒径が１．５ｍｍを越えると、ろ過時に
おいて上層部で懸濁物質が十分に捕捉されなくなった
り、逆洗時において上層粒子に対する逆洗流体の衝突率
が低くなって、上層部で捕捉された懸濁物質の排出効率
が低下したりする傾向がある。一方、下層粒子の平均粒
径が５ｍｍ未満では、逆洗時において下層粒子に対する
逆洗流体の衝突率が大きくなり上層粒子のみならず下層
粒子も動くため、下層粒子に付着する生物膜が剥離され
る傾向があり、平均粒径が７ｍｍを越えると、これに伴
って上層粒子の平均粒径が大きくなりろ過時において被
浄化水中の懸濁物質を十分に捕捉することができなくな
ったり、上層粒子に対する逆洗流体の衝突率が低くなり
逆洗時において上層部で捕捉された懸濁物質の排出効率
が低下したりする傾向がある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面と共に本発明の生
物ろ過設備の好適な実施形態について詳細に説明する。
なお、全図中、同一又は相当する構成要素には同一の符
号を付す。

【００１３】図１は、本発明の生物ろ過設備の好適な実
施形態を示す概略断面図である。図１に示すように、生
物ろ過設備１０は受水槽１を備えており、受水槽１は仕
切り板２で上部空間と下部空間とに分割されている。仕
切り板２には、上部空間と下部空間とを連通する複数の
集水ノズル３が貫通している。また、仕切り板２の上方
には、被浄化水（例えば下水の二次処理水）を受水槽１
内に流入したり、逆洗時の逆洗排水を排出するための複
数の流排水トラフ４が配置されている。更に、仕切り板
２の上であって流排水トラフ４の下方にはろ層５が配置
されている。ろ層５は、仕切り板２の上に配置される下
層部１１と、その下層部１１の上の上層部１２とで構成
されている。

【００１４】また、受水槽１には、下部空間に連通する
排水管６が接続されている。排水管６は、下部空間内の
浄化水としての生物ろ過水を受水槽１の外部に排出する
ためのものである。また、受水槽１には、下部空間と連
通する配管７を介して散気用ブロワ１３が接続されてい
る。従って、散気ブロワ用１３から配管７を通して下部
空間に空気が送られると、その空気が集水ノズル３を通
してろ層５に導入され、これによりろ層５の散気が行わ
れ、ろ層５の好気状態が保持されてろ層５に生物分解機
能が与えられる。このとき、被浄化水のろ過速度は、通
常１２０〜２４０ｍ／日であり、散気時の空気の量は、
被浄化水中のＢＯＤ濃度によるが、０．２〜０．４Ｎｍ
³／ｍ³である。なお、散気ブロワ用１３と配管７とで散
気手段が構成されている。

【００１５】更に、受水槽１には、下部空間に連通する
配管８を介して逆洗用ブロワ１４が接続されると共に、
下部空間に連通する別の配管９を介して逆洗用水源１５
が接続されている。配管９には、逆洗ポンプ（図示せ
ず）が取り付けられている。従って、逆洗用ブロワ１４
から配管８を通して逆洗用空気が下部空間に送られると
共に逆洗用水源１５からの水が逆洗水として配管９を通
して下部空間に送られる。この逆洗用空気及び／又は逆
洗水からなる逆洗流体は、集水ノズル３を通して上部空
間に導入され、このようにして逆洗流体を用いたろ層５
の逆洗が行われ、ろ層５の上層部１２で捕捉された懸濁
物質などがろ層５の上方に排出される。ろ層５から排出
された懸濁物質を含む水は、水位の上昇に伴って流排水
トラフ４に流入され、排水管２０を通して逆洗排水とし
て受水槽１の外部に排出される。なお、上記の配管８、
逆洗用ブロワ１４、配管９、ポンプ及び逆洗用水源１５
により逆洗手段が構成されている。

【００１６】なお、逆洗は、空気及び水を用いた同時逆
洗が行われた後、水を用いた逆洗が行われるのが通常で
ある。このとき、逆洗条件は、被浄化水の水質、要求さ
れる浄化水の水質、水温などに依存するが、通常、以下
の通りである。即ち、空気及び水を用いた同時逆洗にお
いては、空気の流量が５０〜６０Ｎｍ³／ｍ²／時、水の
流量が２５〜３０ｍ³／ｍ²／時であり、水を用いた逆洗
においては、水の流量が５０〜６０ｍ³／ｍ²／時であ
る。また、逆洗頻度は、被浄化水の水質、および最大ろ
抗によるが、１〜２回／日である。

【００１７】次に、前述したろ層５について図２を参照
して説明する。図２は、ろ層の構成を示す概略図であ
り、（ａ）は逆洗前、（ｂ）は逆洗中のろ層を示してい
る。図２（ａ）に示すように、下層部１１は複数の下層
粒子１６で構成され、この下層粒子１６には、散気ブロ
ワ用１３により下層部１１に空気が送り込まれることで
生物膜１７が付着する。こうして、この生物膜１７によ
り被浄化水中の溶解性有機物が酸化・分解される。

【００１８】ここで、下層粒子１６としては、通常４〜
８ｍｍの平均粒径を有するものが用いられ、このうち好
ましくは５〜７ｍｍのものが用いられる。平均粒径が５
ｍｍ未満では、逆洗時において下層粒子１６に対する逆
洗流体の衝突率が大きくなって上層粒子１８のみならず
下層粒子１６も動くため、下層粒子１６に付着した生物
膜１７が剥離される傾向がある。また、平均粒径が７ｍ
ｍを越えると、これに伴って上層粒子１８の平均粒径が
大きくなり、ろ過時において懸濁物質を十分に捕捉する
ことができなくなったり、逆洗時には上層粒子１８に対
する逆洗流体の衝突率が低くなって上層部１２で捕捉さ
れた懸濁物質の排出効率が低下したりする傾向があるか
らである。また、上記下層粒子１６としては、通常１．
２以下の真比重を有するものが用いられる。

【００１９】このような下層粒子１６としては、例えば
多孔質セラミック（焼結粘土を含む）、ゼオライト、プ
ラスチックろ材などが挙げられ、このうち、安価でかつ
最適比重を有することから、多孔質セラミック粒子が好
ましい。ここで、多孔質セラミック粒子としては、空隙
率が４０〜５０％で、ＳｉＯ₂などを成分として含むも
のが好ましく用いられる。

【００２０】下層部１１は、このような下層粒子１６を
仕切り板２の上に敷き詰めることで形成され、その厚さ
は通常、１．２〜２．０ｍである。

【００２１】一方、上層部１２は複数の上層粒子１８で
構成され、この上層粒子１８には、散気用ブロワ１３に
より空気がろ層５に送り込まれることで生物膜１７が付
着する。こうして、生物膜１７により被浄化水中の有機
物が酸化・分解される。ここで、上層粒子１８として
は、下層粒子１６の０．２〜０．３倍の平均粒径を有す
るものが用いられる。上層粒子１８の平均粒径が下層粒
子１６の平均粒径の０．２倍未満の大きさでは、逆洗時
において上層粒子１８が流動化されるものの、ろ過時に
おいて上層部１２で目詰まりが起こりやすくなりろ過抵
抗が大きくなる。このため、水位が上昇したり逆洗の頻
度が増加したりする。また、上層粒子１８の平均粒径が
下層粒子１６の平均粒径の０．３倍の大きさを越える
と、逆洗時において上層粒子１８と下層粒子１６との混
合が十分防止されず、また、設備１０のろ過性能が低下
する。このように上層粒子１８は、生物分解機能を有す
るが、下層粒子１６に比べて小さい平均粒径を有するの
で、主として被浄化水中の懸濁物質の捕捉に寄与する。
これに対して下層粒子１６は、懸濁物質１９の捕捉に寄
与するが、上層部１２で懸濁物質１９が十分に捕捉され
るため、主として生物分解処理に寄与する。

【００２２】この上層粒子１８としては、下層粒子１６
の１．４倍以下の大きさの真比重を有するものが用いら
れる。上層粒子１８の真比重が下層粒子１６の真比重の
１．４倍の大きさを越えると、逆洗時において上層粒子
１８と下層粒子１６との混合が十分防止されず、設備１
０のろ過性能が低下する。なお、上層粒子１８の真比重
は、好ましくは、下層粒子１６の真比重の１．０倍以上
である。

【００２３】このような上層粒子１８としては、例えば
アンスラサイト粒子、粒状活性炭が挙げられ、このう
ち、安価でかつ最適比重を有することから、アンスラサ
イト粒子が好適に用いられる。ここで、アンスラサイト
粒子としては、空隙率が４８〜５８％で、無煙炭を成分
として含むものが好ましく用いられる。なお、上層粒子
１８としては、下層粒子１６と同様のものであっても良
い。

【００２４】上層部１２は、このような上層粒子１８を
下層部１１の上に敷き詰めることで形成され、その厚さ
は、好ましくは下層部１１の厚さの０．５〜１．０倍の
大きさである。上層部１２の厚さが下層部１１の厚さの
０．５倍未満では、上層部１２の厚さが小さくなり、ろ
過時において被浄化水中の懸濁物質を十分に捕捉できな
い傾向があり、１．０倍を越えると、下層部１１の厚さ
が小さくなり、ろ過時において下層部１１の生物分解機
能が低下する傾向がある。なお、ろ層５の厚さ（ろ層高
さ）は通常２〜３ｍである。

【００２５】以上のような構成を有する生物ろ過設備１
０によれば、逆洗流体を用いてろ層５の逆洗を行う場合
に、下層粒子１６間の隙間が上層粒子１８間の隙間より
も大きいため、下層粒子１６に対しては逆洗流体の衝突
率が低く、上層粒子１８に対しては逆洗流体の衝突率が
大きい。このため、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すよう
に、上層粒子１８が選択的に激しく流動化され、上層部
１２が膨張し、上層部１２で捕捉された懸濁物質１９が
効率よく排出される。従って、生物ろ過設備１０のろ過
性能の低下が十分に防止される。また、下層部１１では
下層粒子１８の動きが十分に制限される。従って、下層
粒子１８に付着した生物膜１７の剥離が十分防止される
だけでなく、ろ層５の生物分解機能の低下も十分に防止
される。

【００２６】以下、本発明の内容を実施例により具体的
に説明する。

【００２７】

【実施例】（実施例１）直径２５０ｍｍ、長さ４０００
ｍｍの塩化ビニル製の透明円筒を用意した。この円筒の
内部には、集水ノズルを備えた仕切り板を設けた。この
仕切り板の上に、下層粒子として平均粒径６ｍｍ、真比
重１．１の多孔質セラミック粒子（商品名：リアポール
６）を敷き詰め、下層部の厚さを１４００ｍｍとした。
次いで、下層粒子の上に上層粒子として、平均粒径１．
２ｍｍ、真比重１．５のアンスラサイト粒子を敷き詰
め、上層部の厚さを７００ｍｍとした。このようにして
２１００ｍｍのろ層を形成した。

【００２８】そして、このように形成したろ層に対し、
下水の二次処理水を流し込み、ろ層を０．３Ｎｍ³／ｍ³
の量の空気で散気しながら２００ｍ／日のろ過速度で３
０日にわたって二次処理水をろ過した。これにより上層
粒子、下層粒子に生物膜を付着させてろ層に生物分解機
能をもたせた。

【００２９】次に、６分かけてろ層の逆洗を行った。こ
こでは、まず円筒内の水を、ろ層の最上面が露出しない
位置（最上面から３００ｍｍ）まで１．５分かけて抜き
出し、次いで、空気及び水を用いた同時逆洗を３分かけ
て行い、最後に１．５分かけて水洗を行った。ここで、
空気及び水を用いた同時逆洗においては、空気の流量を
６０Ｎｍ³／ｍ²／時、水の流量を２７ｍ³／ｍ²／時と
し、水洗においては水の流量を５４ｍ³／ｍ²／時とし
た。

【００３０】このような逆洗操作を複数回行い、各回ご
とに下層部の厚さ（単位：ｍｍ）を調べた。その結果を
図３に示す。ここで、下層部の厚さとは、仕切り板か
ら、上層粒子及び下層粒子で構成される混合層の最下部
までの厚さをいう。図３に示すように、平均粒径６ｍ
ｍ、真比重１．１の下層粒子に対して平均粒径１．２ｍ
ｍ、真比重１．５の上層粒子を用いた場合、ろ層全体の
高さは変化せず、逆洗回数が増大しても下層部の厚さの
減少が十分抑えられることが分かった。従って、上層粒
子と下層粒子との混合が十分防止されることが分かっ
た。

【００３１】（比較例１）上層粒子の平均粒径を２ｍｍ
とした以外は、実施例１と同様にしてろ層を形成した。
このろ層を有する生物ろ過設備について、実施例１と同
様にして、生物分解機能を付与し、その後、ろ層の逆洗
操作を複数回行い、各回ごとに下層部の高さを調べた。
その結果を図３に示す。図３に示すように、ろ層高さは
変化しなかったが、下層部の厚さは、逆洗回数が少ない
うちから減少をはじめ、逆洗を６００〜８００回行った
ときには、ろ層高さは約４０％減少していた。このこと
から、上層粒子と下層粒子との混合が十分防止できない
ことが分かった。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、逆洗
流体による逆洗を行う場合に、下層粒子間の隙間が上層
粒子間の隙間よりも大きいため、上層粒子が選択的に激
しく流動化され、且つ上層部が膨張して上層粒子間の隙
間が大きくなり、上層部で捕捉された懸濁物質が効率よ
く排出され、生物ろ過設備全体としてのろ過性能の低下
が十分に防止される。また、下層部では下層粒子がほと
んど動くことがなく、下層粒子に付着した生物膜の剥離
が十分防止されるので、生物分解機能の低下が十分に防
止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生物ろ過設備の一実施形態を示す概略
断面図である。

【図２】（ａ）は逆洗前のろ層、（ｂ）は逆洗中のろ層
を示す概略図である。

【図３】逆洗回数に対するろ層高さの変化を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１…受水槽、５…ろ層、７…配管（散気手段）、８…配
管（逆洗手段）、９…配管（逆洗手段）、１０…生物ろ
過設備、１１…下層部、１２…上層部、１３…散気ブロ
ワ（散気手段）、１４…逆洗用ブロワ（逆洗手段）、１
５…水源（逆洗手段）、１６…下層粒子、１８…上層粒
子、１９…懸濁物質。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受水槽の内部に設けられたろ層を通して
被浄化水中の懸濁物質の除去及び有機物の生物分解処理
を行うための生物ろ過設備であって、前記ろ層が、前記被浄化水中の前記懸濁物質の除去に主
として寄与する上層部と、前記上層部を透過する前記被
浄化水中の前記有機物の生物分解処理に主として寄与す
る下層部とからなり、前記上層部を構成する上層粒子が、前記下層部を構成す
る下層粒子の０．２〜０．３倍の平均粒径、及び１．４
倍以下の真比重を有することを特徴とする生物ろ過設
備。
【請求項２】前記上層粒子の平均粒径が１〜１．５ｍ
ｍであり、前記下層粒子の平均粒径が５〜７ｍｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の生物ろ過設備。
【請求項３】前記上層粒子がアンスラサイト粒子であ
り、前記下層粒子が多孔質セラミック粒子であることを
特徴とする請求項１又は２に記載の生物ろ過設備。
【請求項４】前記上層部の厚さが前記下層部の厚さの
０．５〜１．０倍であることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか一項に記載の生物ろ過設備。
【請求項５】前記ろ層を散気する散気手段と、逆洗流
体を導入して前記ろ層の逆洗を行う逆洗手段とを更に備
えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記
載の生物ろ過設備。