JPS6014638B2 - 廃水の処理方法 - Google Patents

廃水の処理方法

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JPS6014638B2
JPS6014638B2 JP4122278A JP4122278A JPS6014638B2 JP S6014638 B2 JPS6014638 B2 JP S6014638B2 JP 4122278 A JP4122278 A JP 4122278A JP 4122278 A JP4122278 A JP 4122278A JP S6014638 B2 JPS6014638 B2 JP S6014638B2
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昌治 久保田
蓉二 緒田原
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は廃水の処理方法に関し、特に有機物及び窒素化
合物を含む廃水の浄化に好適な廃水の処理方法に関する
近年、都市下水又は工場廃水の河川、湖沼への流入によ
り水質の汚濁が増大すると共に、従来問題視されていな
かった富栄養化を招き、これが藻類の異常発生又は赤$
勃発生の原因となり、それに伴って水中の酸素消費量が
増すなどして、魚介類をはじめ各種水棲生物に対する影
響も大きく、水資源としての利用価値が急速に失われて
いる。
このため、廃水中の生化学的酸素要求量(BOD)及び
化学的酸素要求量(COD)の低減と共に、富栄養化の
原因物質である窒素化合物及びリン化合物等の除去が必
要となっている。又、一般に、下水及び産業廃水の処理
は、有機物の酸化処理を・目的とした生物学的処理方法
いわゆる活性汚泥法が現在既に採用されている。しかし
この方法では、廃水中の有機物は低減できるが、窒素化
合物あるいはリン化合物の除去には殆んど効果がない。
リン化合物は石灰又は硫酸バンド等の薬剤により容易に
沈殿除去することができるが、窒素化合物の除去は必ず
しも容易ではない。窒素化合物の除去法としては、‘a
)陽イオン交換吸着法、‘bー塩素処理法、{cーアン
モニアストリツピング法及び剛生物学的硝化脱窒法等が
ある。
そして、廃水中の窒素化合物としては、アンモニア性窒
素(以下NH4一Nと略称する)、頭硝酸性窒素(以下
N02一Nと略称する)及び硝酸性窒素(以下N03一
Nと略称する)があり、上記窒素化合物の除去法の中で
‘a}〜【c}‘まN日−Nのみの除去法であるのに対
して‘d’の生物学的硝化脱窒法はNH4−Nのみなら
ずN02−N及びNQ−Nの除去も可能であり優れた方
法である。すなわち、この生物学的硝化脱窒法は、独立
栄養細菌である硝化菌により好気的条件下で廃水中のN
H4一NをN02一N又はN03一N‘こ酸化し(硝化
工程)、次いで従属栄養細菌である脱窒菌により嫌気的
条件下でN02−N及びN03一Nを無害な窒素ガス(
以下N2と略称する)に還元する方法(脱窒工程)であ
る。又、この生物学的硝化脱窒法を前記活性汚泥法と組
合わせれば、廃水中の有機物及び窒素化合物の除去が同
じ生物処理法で行なえる利点がある。しかしながら、こ
の組合わせ方法では、廃水中の有機物が第一工程の活性
汚泥法(有機物酸化工程)で酸化されて消滅するため、
第三工程の脱窒工程における従属栄養細菌である脱窒菌
の栄養源としての有機物を別に外部より添加しなければ
ならない。そしてこの脱窒工程で添加した有機物のうち
未利用で残ったものが脱窒処理水中に存在して処理水の
BOO及びCODを高めるために再び廃水の酸化処理工
程を行なわなけれならない等の欠点がある。本発明の目
的は、上記欠点を解消するため、廃水中の有機物を脱窒
工程で脱窒菌の栄養源として有効に利用し、廃水処理費
用の低減を可能にする廃水の処理方法を提供することで
ある。
本発明は、上記目的を達成するため次の構成をとるもの
である。
すなわち、本発明の廃水の処理方法は、有機物及び窒素
化合物を含む廃水を順次に有機物酸化工程、硝化工程、
脱窒工程及び活性炭吸着工程に対して処理する方法にお
いて、該廃水の一部を陽イオン交換処理に付し、その処
理水を脱窒工程に導入し、一方沈降分離した腸イオン交
換体を硝化工程に導入した後腸イオン交換工程に循環し
、又活性炭吸着工程において沈降分離した活性炭を有機
物酸化工程に導入し、該工程の処理水より沈降分離した
活性炭と活性汚泥の混合物を活性炭吸着処理工程に循環
することを特徴とするものである。本発明によれば、有
機物及び窒素酸化物を含む廃水を有機物酸化工程、硝化
工程及び脱窒工程に付して有機物及び窒素酸化物を除去
した処理水を得るに際し、該廃水の一部を陽イオン交換
処理に付してN比一Nを腸イオン交換除去し、有機物及
びN02一N、N03−Nを主として含む処理水を脱窒
工程に導入することにより、脱窒工程において廃水中の
該有機物を脱窒菌の栄養源として有効に利用し、外部か
ら新たに有機物(例えばメタノ−ル等)を添加すること
なく効率良く窒素化合物を除去した処理水を得ることが
できる。
しかも、Nは−Nを交換吸着した陽イオン交換体は処理
水から沈降分離して硝化工程へ導入し、硝化菌によりN
H4−NをN02−N又はN03一Nに酸化(硝化)し
、Nは−Nを伴わない再生腸イオン交換体は、硝化菌と
共に処理水から沈降分離し、この混合物を陽イオン交換
処理工程へ循環し再使用することができる。このように
して得られる最終処理水中には窒素化合物は袷んど含ま
れていないが、多少の有機物が含まれざるを得ない。
これは、後に詳記するように、脱窒工程において有機物
を脱窒菌の栄養源としてNQ−N及びN03一NをN2
に還元するにはその還元反応に理論的に必要な量(当量
)以上の有機物の存在が必要であるので、窒素化合物の
除去率を満足させるために過剰の有機物が使用され、そ
の過剰分だけが処理水中に含まれて排出されるからであ
る。本発明においては、この問題を解決するために、脱
窒工程の処理水を活性炭吸着処理に付して有機物の吸着
除去を行なうことができ、かくして処理水は窒素化合物
及び有機物のいずれをも含まないものとなる。
しかも、この有機物を吸着した活性炭は、処理水から沈
降分離し有機物酸化工程へ導入し、活性炭に吸着された
有機物は活性汚泥と空気の作用により炭酸ガス及び水に
酸化除去され、有機物を伴わない再生活性炭は、活性汚
泥と共に処理水から沈降分離し、この混合物を活性炭吸
着処理工程へ循環し再使用することができる。このよう
に、本発明によれば、廃水中の有機物を脱窒工程で有効
に利用し、かつ有機物及びNH4−Nを排出することな
く廃水の処理を行なうことができる。又、賜イオン交換
体(天然CZは合成ゼオラィトにより代表されるがこれ
に限定されない)及び活性炭は、これらを300メッシ
ュ以下の微粉末として使用するのが適当で、このような
微粉末と活性汚泥又は硝化菌との混合物は沈降性が良く
、これらを使用することにより上記混合物を容易に処理
水から沈降分離することができる。本発明の廃水の処理
方法による全工程を詳細に説明する前に、有機物酸化工
程、硝化工程及び脱窒工程及びそれらの組合わせによる
廃水処理の作用及び得失を本発明者等の行なった実験を
加えて図面により説明する。第1図は、活性汚泥法によ
る有機物酸化処理工程を示した概略図であり、1は廃水
、2は塚気槽(酸イ〇管)、3は空気を示す。
曝気槽2において廃水1中の有機物は活性汚泥と好気的
に接触し、有機物は炭酸ガス及び水に酸化されて除去さ
れる。この場合、廃水中に含まれるNH−N、N02−
N及びNQ一N等の窒素化合物は殆んど除去することが
できずそのまま排出される。又、第2図は、活性汚泥法
と生物学的硝化脱窒法を組合わせた廃水の処理方法を示
した概略図であり、1,2及び3は前記と同じものを示
し、4は硝イ○糟、5は脱窒槽を示す。
廃水中の有機物は曝気槽2で除去され、その処理廃水中
のNH4一Nは硝イq槽4が硝化菌と好気的に接触し下
記‘1’及び【21式に示されるように、NH4一Nは
N02−N又はNQ−Nに酸化(硝化)される。N比+
十2/紅2硝イヒ菌N02十が十十日の 肌”‘1}
NQ+1/幻2硝化重N03− ・…・・
・・・■硝化処理された廃水は次いで脱窒槽5に至り、
処理廃水中のN02一N及びNQ一Mま脱窒菌と嫌気的
に接触してN2に還元され、例えばNQ−Nは有機物が
メタノールの場合下記【31式に示されるような反応に
より還元される。
洲03‐十$日30日脱窒国史02十3N2十7比0十
80H− ・・・
・・・・・・{3}この場合、‘3}式から明らかなよ
うに、脱窒菌の栄養源(水素供与体)としてメタノール
を用いた場合、メタノールは少なくともN03−Nの1
.9倍(重量比)が必要であるが、廃水中の有機物は曝
気槽2で酸化消失するために、脱窒工程において脱窒菌
の栄養源が不足し、窒素化合物の除去率は低い。
したがって、脱窒工程における有機物の不足を補うため
に外部より有機物を新たに添加することにより窒素化合
物の除去率を向上させることが必要となる。なお、この
事実は次の実験により確認されている。実験例 1 合成廃水(メタノール400肌、NH4一NI弦柵及び
N03−N5跡を含む)を前記第2図に示した処理方法
で処理した。
この方法における有機物酸化工程、硝化工程及び脱窒工
程はそれぞれ微生物浮遊方式であり、微生物の濃度は2
500〜300Q風、各工程における廃水の滞留時間は
それぞれ1リ5及び5時間とした。その結果、処理水の
水質は、メタノールがIQ伽以下、NH4一Nが1脚以
下、N03一Nが1独如であり、したがって、メタノ−
ル(有機物)の除去率は聡%、窒素化合物の除去率は2
2%であった。次に、上記実験の脱窒工程においてメタ
ノールの量が6跡似上となるようにメタノ‐ルを別に添
加したところ、処理水の水質は、メタノールが10〜3
瓜風、NA−Nが1跡以下、そしてN03一Nが1脚以
下であり、窒素化合物の除去率は95%以上に達した。
次に、第3図は、活性汚泥法と生物学的硝化脱窒法を組
合わせた廃水の処理方法において、廃水の一部を脱窒工
程における脱窒菌の栄養源として使用した場合を示した
概略図であり、符号1,2,3,4及び5は前記第2図
におけると同一のものを示す。
この方法によれば、廃水中の窒素化合物含量を考慮して
脱窒槽5に送る廃水の量を適当に選ぶことにより、廃水
中の有機物を脱窒菌の栄養源として有効に利用すること
ができて望ましい。しかし、この廃水1中には、有機物
のほかにN凡一N、N02−N、N03−N等の窒素化
合物が含まれており、脱窒槽5に添加される廃水1中の
N02一N及びN03一N等は脱窒工程でN2に還元さ
れるがN凡−Nはそのまま処理水中に排出されるのでこ
の点が望ましくない。次に、第4図について説明する。
前記第2図の説明から明らかなように、脱窒工程におい
て前記‘31式の反応を進行させ窒素酸化物をN2(ガ
ス)に還元するためには、十分な量の有機物を必要とし
、この量は、前記したように理論的には例えばメタノー
ルの場合、{3}式よりメタノール/N03一Nの重量
比として1.9倍である。本発明者等はこの窒素酸化物
に対する必要有機物の量を詳細に検討した結果、実際に
窒素酸化物を十分に還元するためには、有機物が例えば
メタ/−ルである場合、窒素酸化物を満足に環元するに
は理論量より過剰すなわちメタノール/N03一Nの重
量比が30以上必要であることを認めた。したがって、
このような過剰の有機物(例えばメタノール)は、過剰
分がそのまま処理水中に含まれて雛出され望ましくない
結果をもたらすことになる。第4図はこのような欠点を
なくすために、第2図の方法による廃水処理の後工程と
して脱窒工程の次に更に第2の有機物酸化工程を加えた
場合の概略図であり、符号1,2,3,4及び5は第5
図におけると同一のものを示し、6は第2の暖気槽(酸
化槽)を示す。第4図に示す4つの工程によれば、廃水
中の有機物及び窒素酸化物を完全に除去することができ
る。しかしながら、この方法では、第2図の場合と同じ
く、脱窒工程で外部より脱窒菌の栄養源としての有機物
を加えなければならない。以上述べたように、有機物酸
化工程、硝化工程及び脱窒工程を単に組合わせただけで
は、廃水中の有機物及び窒素化合物の両者を効率良く除
去することができず、目的達成には外部からの有機物の
補給又は第2の曝気槽の設置を要して望ましくない。
本発明は、前記有機物酸化工程、硝化工程及び脱窒工程
の他に、廃水の一部の腸イオン交換処理そして更には脱
窒工程後の活性炭吸着処理工程を加え、これら陽イオン
交換体及び活性炭の特性を利用し効率的に廃水中の有機
物及び窒素化合物を除去し、更にはこれらの循環再生使
用を可能にしたものである。
第5図は腸イオン交換処理を併設した略図であり、図中
の1は廃水、2は爆気槽(酸化槽)、3は空気、4は硝
化槽、5は脱窒槽、7は脇イオン交換処理槽、9,10
及び11は沈降槽を示す。
有機物、NH4一N、N02−N及びN03一Nを含む
廃水1は、活性汚泥法による有機物酸化工程の蟻気槽2
に送られ、廃水1中の有機物は活性汚泥と好気的条件下
で接触して炭酸ガス及び水に酸化されて除去される。爆
気槽2から沈降槽10を経て硝化槽4に送られた処理廃
水中のNH4−川ま、硝化菌と好気的条件下で接触しN
Q−N及びN03−Nに酸化(硝化)される。なお、沈
降槽10で分離された活性汚泥は爆気糟2へ循環されて
再使用される。硝イq槽4から沈降槽1 1を経て脱窒
槽5に送られた処理廃水中のN02−N及びNQ−Nは
、脱窒菌と嫌気的条件下に接触しN2ガスに還元される
。一方、廃水の一部は、暖気槽2とは別に、陽イオン交
換処理槽7に送られ、陽イオン交換体例えばゼオラィト
と接触し、廃水中のNH4−Nは腸イオン交換除去され
、その処理水は沈降槽9を経て脱窒槽5に送られる。又
、沈降槽9で分離されたN比−Nを陽イオン交換吸着し
た腸イオン交換体は、硝イり糟4に送られ、好気的条件
下で硝化菌によりNH4−NはN02−N又はN03−
Nに酸化(硝化)され、ここで再生された陽イオン交換
体は、硝化菌と共に処理水から沈降分離され、この混合
物は陽イオン交換処理槽7へ循環されて再使用される。
本発明においては、陽イオン交換処理水中には有機物が
含まれ、これを脱窒工程に付して有機物の有効利用に供
するが、前記したように脱窒後の処理水中には過剰分の
有機物が含まれる。
これを除去するため、第6図に示すように、脱窒槽5の
次に活性炭吸着処理槽8及び沈降槽12を設ける。(第
6図中の他の符号は前記第5図と同じ意味を示す)、こ
の活性炭吸着処理槽8中で、過剰分の有機物は吸着除去
され、有機物も含まない処理水を得ることができる。一
方、沈降槽12で沈降分離された有機物を吸着した活性
炭は曝気槽2に送られてその有機物は酸化除去される。
このようにして再生された活性炭は、沈降槽10で活性
汚泥と共に処理水から沈降分離され、この混合物は活性
炭吸着処理槽8に循環し再使用することができる。本発
明において、陽イオン交換体が廃水中のN凡+を良く吸
着し、有機物を殆んど吸着しないこと及びNH4十を吸
着した腸イオン交換体を硝化菌と好気的条件下で接触さ
せることにより陽イオン交換体の微生物再生が十分可能
であることは、次の基礎実験により確認されている。
実験例 2 天然ゼオライトのN伍十飽和吸着量を測定した結果、平
衡NH4十濃度20脚で0.008夕−N比十/夕ーゼ
オライトであった。
実験例 3 COP(グルコース含有廃水)50の剛の廃水1そとゼ
オラィト10夕を接触させた結果、COD除去率は5%
以下であった。
実験例 4 NH41を飽和吸着したゼオラィトを硝化菌(液量IZ
、菌濃度300Q風)と好気的条件下で5時間鰹弱雛た
建築ご縞妙母湧きゲオライトであり、再生率は99%で
あった。
/なお、NH4十を吸着したゼオライトの硝化菌による
再生は、再生終了後再生液中にN02−NあるいはNQ
一Nの生成が認められることにより、下記■式に示すよ
うな硝化再生が起っているものと推定される。ね−NH
4十き鰯旦困弊e−日十N。
2十日十十日20 ..・..・..・(
式中、後−NH4はNH4十吸着ゼオラィト、次一日は
再生ゼオライトを示す)又、本発明において、活性炭が
有機物を良く吸着し、この有機物を吸着した活性炭を活
性汚泥と好気的条件下で接触させることにより、活性炭
の微生物再生が可能であることは、次の基礎実験により
確認されている。
実験例 5 COD(グルコース含有廃水)50瓜血の廃水1そと活
性炭10夕を接触させた結果、COD除去率は90%以
上であった。
実験例 6 実験例5の有機物を吸着した活性炭を活性汚泥(液量1
夕、汚泥濃度3000脚)と好気的条件下で1餌時間接
触させた後、再び活性炭のCOD除去館を実験例5の方
法により調べた結果、COD除去率は約90%であった
更に又、本発明におて、硝化菌に陽イオン交換体をそし
て又活性汚泥に活性炭を添加すると、これら腸イオン交
換体又は活性炭が核となって硝化菌又は活性汚泥のフロ
ックが形成され易くなるため沈降性が著しく向上し、処
理水からの沈降分離が容易となるが、このことは次の実
験により確認されている。
実験例 7 活性汚泥(汚泥濃度450瓜脚)及び硝化菌(菌濃度4
50雌血)の沈降性(SV3o)は、それぞれ70の【
及び60の【であつた。
なお、SV3。は、100奴【のシリンダーに液100
の‘を取り、30分静直後の沈降体積である。実験例
8 活性汚泥(汚泥濃度4500脚)に粉末活性炭(300
メッシュ以下)0.1重量%を添加したもの及び硝化菌
(菌濃度4500脚)に粉末ゼオラィト(300メッシ
ュ以下)0.5重量%を添加したものの沈降性(SV範
)は、それぞれ27の【及び35の‘であった。
以上の実験例により、本発明の廃水の処理方法が有機物
及び窒素化合物を含む廃水から、両者を除去するのに有
効でありかつ経済的であることが裏付けられる。
次に、本発明を活性炭吸着工程を行わないと比較例と対
比した実施例により説明するが、本発明はこれによりな
んら限定されるものではない。
比較例前記第5図に示して廃水処理工程により、メタノ
ール400奴、NH4−N20脚及びN03一N5脚を
含む合成廃水を1そ/時の流量で爆気槽2に供給した。
又、廃水の一部(1′5すなわち200の【/時)ゼオ
ラィト使用陽イオン交換信理糟7に通し、この処理水を
直接脱窒槽5に供給した。濠気工程を経た処理水は、磯
次、硝化槽4及び脱窒槽5を通りそれぞれの工程処理を
行なって排出された。曝気槽2、硝化槽4、脱窒槽5及
び腸イオン交換処理槽7における廃水の滞留時間は、そ
れぞれ10、5、5及び1時間とした。又、曝気槽2及
び硝化槽4は汚泥濃度2000〜3000脚の生物浮遊
式のもの、脱窒槽5はプラスチック製の充填剤を用いた
固定床方式のものを使用した。又、粒度300メッシュ
以下の粉末ゼオラィト150夕を含む硝化汚泥を硝イり
薄4及び陽イオン交換処理槽7の系に循環して運転を行
なった。運転を開始してから1ケ月.後の処理水中の有
機物及び窒素酸化物の含有量は、それぞれ、メタノール
20〜30脚、NH4−NI跡以下及びN03−NI柳
以下であった。すなわち、これらが効率良く除去されて
いることが明らかである。実施例 前記第6図に示した廃水の処理工程により、メタノール
400跡、NH4−NI朝風及びN03−N軌四を含む
合成廃水を1〆/時の流量で曝気槽2に供給した。
又、この廃水の一部(1′5すなわち200叫/時)を
ゼオラィトを用いた腸イオン交換処理槽7に供給し、こ
の処理水を直接脱窒槽5に供給した。曝気工程を経た処
理水は、順次、磁化槽4、脱窒槽5及び活性炭吸着処理
槽8を通りそれぞれの工程処理を行なって排出された。
爆気槽2、硝化槽4、脱窒槽5、陽イオン交換処理槽7
及び活性炭吸着処理槽8における廃水の滞留時間は、そ
れぞれ、10、5、5、1及び1時間として。又、曝気
槽2及び硝イ0著4は汚泥濃度2000〜3000蚊の
生物浮遊式のもの、脱窒槽6はプラスチック製の充填剤
を用いた固定床方式のものを使用した。又、粒度300
メッシュ以下の粉末ゼオライト100夕を含む硝化汚泥
を硝イ○糟4及び腸イオン交換処理槽7の系に循環し、
更に粒度300メッシュ以下の粉末活性炭200夕を含
む活性汚泥を曝気槽2及び活性炭吸着処理槽8の系に循
環して運転を行なった。運転を開始してから1ケ月後の
処理水中の有機物及び窒素化合物の含有量は、それぞれ
メタノール10側以下、NH4一NI胸以下及びN03
一NI胸以下であった。すなわち、これらが効率良く除
去されていることが明らかである。以上述べたように、
本発明によれば、活性汚泥法と生物学的硝化脱窒法を組
合わせた廃水の処理方法に、陽イオン交換処理を加え、
更には活性炭吸着処理を加えることにより、廃水中に含
まれる有機物及び窒素化合物の両者を容易にかつ効率的
に除去することができる。
又、本発明によれば、脱窒工程において新たにメタノー
ル等の有機物を添加することなく廃水中の有機物を利用
することができるので、本発明の廃水の処理方法は経済
的にも有利な方法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は活性汚泥法による有機物酸化処理工程を示した
概略図、第2図は活性汚泥法と生物学的硝化脱窒法を組
合わせた工程を示した概略図、第3図は廃水の一部を脱
窒工程における脱窒菌の栄養源として使用した場合の活
性汚泥法と生物学的硝化脱窒法を組合わせた工程を示し
た概略図、第4図は、後工程として第2の有機物酸化処
理工程を設けた活性汚泥法と生物学的硝化脱窒法を組合
わせた工程を示した概略図、そして第5図は陽イオン交
換処理工程を併設した工程を示した概略図、そして第6
図は本発明の一具体例を示した工程概略図である。 1・・・・・・廃水、2・・・・・・嬢気槽、3・・・
・・・空気、4・・・…硝化槽、5・・・・・・脱窒槽
、6・・・・・・第2曝気槽、7…・・・陽イオン交換
処理槽、8・…・・活性炭吸着処理槽、9,10,11
,12・・・・・・沈降槽。 矛1図矛2図 矛3図 矛4図 矛5図 才6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 有機物及び窒素化合物を含む廃水を順次に有機物酸
    化工程、硝化工程、脱窒工程及び活性炭吸着工程に付し
    て処理する方法において、該廃水の一部を陽イオン交換
    処理に付し、その処理水を脱窒工程に導入し、一方沈降
    分離した陽イオン交換体を硝化工程に導入した後陽イオ
    ン交換工程に循環し、又活性炭吸着工程において沈降分
    離した活性炭を有機物酸化工程に導入し、該工程の処理
    水より沈降分離した活性炭と活性汚泥の混合物を活性炭
    吸着処理工程に循環することを特徴とする廃水の処理方
    法。
JP4122278A 1978-04-10 1978-04-10 廃水の処理方法 Expired JPS6014638B2 (ja)

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