JPS6112759B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、廃水の生物学的処理方法に関し、現
存する活性汚泥廃水処理プラントの効率を急速に
向上させることと、新規で一層有効な活性汚泥処
理プラントを設計することの両方に対する方法を
与える。更に詳述すると、本発明は活性汚泥廃水
処理プラントの通気タンクに回転可能な、一部浸
された接触器を使用することに関する。

現在では、廃水処理プラントは通常一つ又はそ
れ以上の廃水処理方法を使用する。最も広く使用
される廃水処理法は、生化学的酸素要求量BOD
のため沈降可能な廃水固体を単純に沈降させ、懸
濁固体を除去することに依存する「一次処理」方
法である。この一次処理の効率は25〜30％の範囲
内にある。そしかし、廃水固体の沈降性を高める
化学品を使用することにより一次処理の結果を改
良することができる。

一次処理法の外に、多数の「二次処理」法が使
用されている。之等の方法は、代謝ライフサイク
ルの栄養素として水中の汚染物質を利用し、バイ
オマスの生育を行わせることによつて水質を改良
する。廃水からバイオマスを連続除去すると改良
された水質の流出液を生ずる。

「散布床（Trickling filter）」処理は廃水処
理に広く使用される二次処理法の一つである。こ
の床は培地の充填床であり、その表面上に生物
学的スライムの膜が成長し、そこを廃水が通過す
る酸素及び廃水中の有機物が膜中に拡散し、ここ
で酸化と付加的生成物の合成が起る。散布床法
を使用するプラントは主として装置の廃水流入速
度に応じて、60ないし90％の炭素質BOD除去を
行なうことができる。更に、この散水ろ床法は廃
水中に存在するアンモニアの酸化を行なうことが
でき、これは望ましいことである。

他の、恐らく最も広く使用されている二次廃水
処理法は「活性汚泥」法である。この活性汚泥法
は綿状化した生物学的成長物を連続的に循環さ
せ、酸素の存在下で有機廃水と接触させる方法と
して定義することができる。この酸素は、通気タ
ンク中でスラツジー液体混合物中に空気を気泡と
して通すことにより通常供給される。この空気は
通気タンクの内容物に水力学的な運動を起させる
ために、空気拡散器を通して導入することができ
る。典型的な水力学的運動には通気タンク内容物
の“旋回”が含まれる。この通気工程の後には通
常固体−液体分離が続いており、これから生物学
的に活性な汚泥の一部を分離し、そして通気タン
クへ再循環し、処理を続けるためのバクテリア成
長の活性源とする。

最適の条件下では、この活性汚泥法は90％まで
炭素質BOD除去を与える効果をもち、この方法
はまた存在するアンモニアを酸化するのにも有効
である。しかしながら、この活性汚泥法に欠点が
ないわけではない。なぜなら廃水量の急激な増大
及び設計された目的の達成を阻害する他の条件に
より容易に不調になるからである。

最近、回転する生物学的接触器としても知られ
ている「回転性膜」接触器を使用した別の廃水処
理法が広まつてきた。一般に、この固定されたフ
イルム接触器は、多数のプラスチツク円板を比較
的密にしかし互に離して配置し、シリンダーを形
成するようにしたものから構成されている。円板
の表面はバクテリア及び他の簡単な主体が附着し
かつ成長する培地を与える。散布床の床とは
異なり、この円板はごく一部のみ廃水中に浸さ
れ、そして回転されて微生物に栄養素と酸素を連
続的に供給する。廃水を通る回転中、有機体へ加
えられるせん断力によつて培地から混合液体の中
へ過剰の成長物がはぎ落される。接触器の回転は
バイオマスを懸濁状に保つ混合作用を与え、そし
てこの廃水の流れは系からそれらの固形物を運び
出し、後で清澄化される。

固定フイルム回転法は、静止した培地ではなく
動的な培地を有しかつ培地が廃水に一層曝される
点で散布床法とは異なる。そして、懸濁された
バイオマスではなく付着したバイオマスを有する
点で、これは活性汚泥法とも異なる。更に、固定
フイルム回転法は散布床法で得られるものより
高い水準の処理を達成することができる。またこ
れは水力学的又は有機物流入の変化による不調を
受けにくい点で活性汚泥法に優る利点を有する。

この固定フイルム回転法に関する特許には米国
特許第3575849号があり、これには第二の沈降タ
ンクに強制的に回転させる接触器を使用すること
が記載されているが、活性汚泥廃水処理プラント
の通気タンクにこの強制回転接触器が使用できる
ことも言及されており、そして空気駆動回転接触
器を使用することが米国特許第3886074号に記載
されている。

本発明は、処理プラントの通気タンクに回転可
能な、生物学的接触器を一部浸し、前記通気タン
クに活性汚泥を再循環させ、そして前記接触器を
回転し、活性汚泥に通常に存在する生体をバイオ
マスの一部として含むフイラメント状の、高度に
活性な有効バイオマスの成長を、前記接触器上で
促進しかつ支持することからなる活性汚泥廃水処
理プラントの効率を改良する方法を供する。

利用し得る場合には、前記タンクに存在する水
力学的運動を利用して接触器を回転する。廃水の
水力学的運動を使用しない“活性化スラツジ”系
では、補足の空気源を、接触器を回転するために
用いることができる。

本発明の方法は、前記のプラントを操作するエ
ネルギーコストをあまり上げることなく、90％を
超えるところまで現存の活性汚泥プラントの効率
を高めることができる。更に、水力の急激な増大
から生ずる操作効率に対する有害な影響を解消す
ることができる。

またこの方法及び装置は、活性汚泥及び固定フ
イルム回転接触器による処理を直列又は平列に用
いたプラントの場合よりも、廃水処理プラントに
必要な土地面積が少なくてよい。

本発明の、前記の及び他の特徴と利点は下記の
本発明の好ましい具体例についての詳細な説明か
ら明らかになろう。

従来の拡散空気による通気装置を使用した家庭
下水のための従来の活性汚泥廃水処理プラントの
系統図を第１図に示す。特定の廃水濃度の処理条
件に合致する従来の活性汚泥構造に関する変型に
は完全混合、段階的通気、変型通気、接触安定
化、クラウス（kraus）高速通気及び純粋酸素系
が含まれるが、これらに限定されるものではな
い。これらの変型も本発明の概念から利益が得ら
れるであろう。従来の活性汚泥処理プラントに関
する下記の論議は、一般に各系の挙動の例として
考えられるべきである。

流入水又は未処理下水は第一清澄器へ導入し、
ここで生化学的酸素要求量のため沈降可能な廃水
固形物の単純な沈降及び懸濁固体の除去を行わせ
る。この第一清澄化は、廃水固体の沈降性を高め
る化学薬品の添加によつて改良することができ
る。

第１図に示したように、下水は第一清澄器を出
て通気タンクに入る。この通気タンクの頭部から
流入する下水は、すべて戻された活性汚泥と混合
される。平均的家庭下水では、戻される汚泥の体
積は通常処理されるべき下水の体積の20ないし30
％である。この活性汚泥は通気タンクの混合液中
の固体含有量を1000ないし2500ppmに保つよう
な速度で戻される。活性汚泥法では環境は下水そ
れ自体であるので、この方法が有効に操作される
か否かは、処理される下水全体に亘つて常に溶解
酸素が連続的に保持されるか否かに依存する。し
かしながら、十分な生きている働き手、即ち微生
物、細菌等が生存しない限り、この環境それ自体
は殆ど成すところがない。活性汚泥プラントの通
気タンクでは、綿状沈殿した生物成長体は連続的
に循環されそして酸素の存在下で有機廃水と接触
する。

酸素は通常第２図に示すように、空気拡散器に
よつて汚泥液体混合物の中へ空気を気泡として通
すことにより供給される。

空気は通常下水の体積に対し、7.48〜11.22
／（１〜１1/2ft³／ガロン）又は除去される
生化学的酸素要求量（BOD）に対し、56.2〜68.7
m³／Kg（900〜1100ft³／lb）の速度で通気タンク
の表面下に供給される。

この通気工程中三つの主反応が起る。第一は、
懸濁バイオマスによる懸濁したコロイド状可溶性
有機物の迅速な吸着と綿状化であり、第二は、吸
着された有機物の漸進的酸化と合成であり、この
結果有機物は連続的に溶液から除去される。そし
て第三には、連続通気により汚泥粒子の酸化と分
散を生ずる。通気タンクから処理下水は最終清澄
器へ流入し、ここで液体と固体の分離が行われ
る。生物学的に活性な汚泥は分離され、そして通
気工程の頭部へ再循環される。

変型された通気法の工程図は、従来の通気法の
ものと同一である。この二つの系の間の生物学的
差は、変型通気系が通常1.5ないし５時間の一層
短い通気時間を用い、微生物に対する栄養物又は
下水の濃度が高いことである。混合された液体懸
濁固体の濃度は比較的低く、一方有機物流入量は
大きい。変型通気法で得られるBOD除去は60な
いし70％の範囲内であり、これは高い品質の流出
液が望まれる場合には到底適さない。汚泥の沈降
特性が悪く、流出液中の懸濁固体濃度が高いた
め、変型通気法にはいくつかの問題も起きてい
る。

今度、最小のエネルギー消費をもつて、通気タ
ンクに固定フイルム接触器を設置することによつ
て活性汚泥法のBOD除去を90％の除去性能にま
で高めることができることが発見された。適正な
条件下で、硝化もまた進行する。

本発明を実施する際に使用される生物学的回転
接触器は、水平軸に取り付けられた多数の大直径
の波形プラスチツク円板からなるのが好ましい。
断面図で第２図に示すように、このプラスチツク
円板の表面積の約40％が廃水に浸されるように、
接触器１０は通気タンク１１に配置され、そして
接触器組立体の半径方向最外部表面には、多数の
ポケツト１２が設けられている。ポケツト１２
は、廃水の水力学的運動により、廃水の表面下で
放出される空気と衝突し、或はその空気を取り込
んで接触器組立体を回転するように構成されてい
る。米国特許第3886074号の記載されている接触
器が本発明で使用するのに特に適している。しか
し、接触器を回転するために必要な力を与えるよ
うに、通気タンクに既に存在する流体運動を利用
する別の装置を使用してもよい。

第２図に示すように、接触器上のポケツト１２
は補足の空気源１３から加圧空気を受けて接触器
に回転運動を与えるようにしてもよい。更に、粗
い泡を狭い帯状に拡散させる装置１４が存在する
場合には、それから生ずるタンク内容物の水力学
的運動は、通常接触器１０を回転するのに適し、
そして殆んど場合、補足の空気源へ圧縮空気の一
部を流用する必要はなくなるのであろう。接触器
を回転するために、存在する水力学的運動を利用
することは、余計な費用を使わずにBODを除去
するためにタンクに存在するエネルギーを利用す
ることになるので著しい利点を与える。活性汚泥
系が水力学的運動を利用しない場合には、補足の
空気源１３を通しポケツト１２へ空気を流用する
ことにより、必要な接触器の回転を維持する。生
物学的接触器は通常強制的に回転されているが、
これは大きな量のエネルギーを必要とする。生物
学的回転接触器を回転するため、存在する水力学
的運動を利用することによつて、付加的エネルギ
ー消費は不必要になる。

表面積の約40％が廃水に浸された接触器１０は
ゆつくり回転するので、廃水に自然に存在する有
機体並びに、活性汚泥再循環線を通つて活性汚泥
と共に通気タンクへ導入されたものは、回転する
表面へ付着し始め、そして接触器の全表面積が厚
さ約1.27〜3.18mm（１／20〜１／8in）のバイオマ
スの層で覆われるまで増大する。

好ましい実施態様では、この円板の表面からの
バイオマスを顕微鏡で調べると非常に細い糸状を
呈し、そして懸濁固体を約50000ないし100000
mg／含有する。有機体のスペクトル
（spectrun）は高度に活性かつ有効なバイオマス
を示す。このバイオマスが取れて混合液体中に入
ると、得られる混合液体の懸濁固体の濃度は
10000ないし20000mg／になる。このバイオマス
は培地のみの表面積よりはるかに大きな活性生物
学的表面積を与え、比較的短い滞留時間で高度の
処理を達成することができる。

接触器１０が回転すると、培地は空気中へ廃水
の膜を運び、ここでそれは表面から少しずつ流れ
落ち、かつ空気から酸素を吸収する。次にバイオ
マス中の有機体は、廃水のこの膜から溶解酸素と
有機物の両方を取る。培地がタンク中で廃水の大
部分を通つて回転し続けると、溶解したコロイド
状の有機物の除去が更に起きる。未使用溶解酸素
は混合液体の内容物と混合され、混合液体の溶解
酸素の濃度を保持する。同時に、有機物が従来の
活性汚泥系の綿状化バイオマス内に吸着されかつ
酸化される。

好ましい実施態様では有効な生物学的活性度に
より、得られる汚泥生成量は類似の等級の単一廃
水処理法で得られるものより少ない。結局、この
処理副生物の廃棄の問題とコストは当然少なくな
る。

呼吸のため懸濁培養物へ酸素を供給する外に、
前記のように通気タンクの底部の近く又は底部で
拡散される圧縮空気は、タンク内容物の水力学的
運動を引き起す。接触器の回転方向は、通気タン
ク中のその配置に依存している。第２図に示すよ
うに、接触器の浸漬部分は水平の水力学的速度ベ
クトルで回転すべきである。所望に応じて、補足
の空気源１３を通して圧縮空気の小部分を送るこ
とにより、この回転運動を行うか又はそれを補助
してもよい。従来の又は変型された通気法で60−
80％の炭素質除去効率を達成するため使用される
エネルギーの同一量に対して、接触器をここに記
載したように通気タンクに配置すると、処理プラ
ントは90％を超える除去率を達成できることを示
すことができる。窒素化合物の酸化も、炭素質除
去がこの範囲内にある時に進行する。

本発明の方法の性能は次の通り仮定することに
よつて評価できる； １ 通気タンクの何れの点でも、通気及び回転
（RBC）系の両方はあたかも他方がそこにない
ように挙動する。

２ 各系（及び系の組合わせ）は一次反応速度に
よりBOD₅を除去する。

通気系が存在しない場合には、RBCは下記
の通り挙動する； Ｃ／Co＝ｅ^-k1t （式中、Co＝初期BOD₅濃度（ｔ＝ｏ） Ｃ＝任意の時間ｔにおけるBOD₅濃度 k₁＝RBC除去定数 ｔ＝滞留時間） そしてRBCが存在しない場合には、通気系は
下記の通り挙動する： Ｃ／Co＝ｅ^-k2t （式中、k₂＝通気除去定数） それ故に、（全工程にわたつてRBC系が成り立
つと仮定すると）、全体の系は次の通り挙動す
る： Ｃ／Co＝ｅ^-(k1t+k2t) 式１ ここで： k₁＝1n（１−P₁）／ｔ 式2a k₂＝1n（１−P₂）／ｔ 式2b （式中P₁＝ｔで、RBCのみの系でのBOD₅除去分
率、 P₂＝ｔで、通気のみの系でのBOD₅除去分
率、 式１、2a及び2bを組合わせると： Ｃ／Co＝（１−P₁）（１−P₂） これをBOD₅除去百分率に関して第３図にプロ
ツトする。第３図にプロツトされたデータは、予
期されるRBC性能と既知の通気タンク性能を組
合わせることによつて、系中の予期されるBOD₅
除去程度が推定できるという仮定に基づいてい
る。これらの推定は控え目の性能計画として考え
られるべきである。

活性汚泥法及び固定フイルム回転接触器の両方
は、互に独立に高品質廃水流出液を生ずる点で同
様な仕方で作動するしかし、生物学的回転接触器
は接触器上に残留するバイオマスを有し、これが
付加的利点を与える。

活性汚泥処理プラントへ本発明を適用すること
により、そのようなプラントの工程安定性を増大
することができる。この活性汚泥法の満足すべき
操作は、汚泥再循環に依存する。結局、水圧の急
激な増大は第二清澄器からの活性汚泥の損失を引
き起し、通気タンクへバイオマスを供給するため
に必要な活性汚泥が少なくなることにより工程効
率が悪化する。更に、有機スラグが発達し、これ
は汚泥塊状化により汚泥の損失を引き起す。本発
明の方法は、生物学的固体の大きな集団を常に回
転接触器の上に保持し、通気タンクのための生物
学的活性物質の接種材料を与えるので、上述のよ
うなことによつて不調になることはない。

本発明の方法はまた下水流出液中の窒素質物質
の濃度を減ずる好都合な方法を与える。活性汚泥
法は通常別の分離通気、沈降及び、硝化を促進す
る汚泥再循環系と共に構成される二段階法を必要
とする。しかし、本発明では炭素質及び窒素質酸
素要求物質を酸化するために単一系のタンクが使
用できる。

本発明の好ましい実施態様として、回転接触器
は原則的に通常の通気タンク内に存在する水力学
的又は流体運動により回転される。しかし、希望
に応じて、タンクの自然の水力エネルギーを利用
する外に、補足の空気又は機械的駆動装置を使用
して希望の速度で接触器を回転することができ
る。

有機物の酸化に加えて、通気タンクはまた他の
廃水処理法、例えば再循環汚泥再通気及び好気性
温浸の如き方法に使用される。好ましい実施法
は、前者の場合に汚泥活性化改良処理プラントの
性能を改良するため、そして後者では更に汚泥を
酸化して最終的廃棄量を減ずるのに利用できる。

廃水処理の別の手段に対して、好ましい実施態
様の経済性を比較すると、好ましい装置を製造し
かつ操作するコストが少ないことが判る。更に、
年間のコストにおける差は、(a)エネルギーコスト
の上昇を考慮に入れ、(b)市公債発行利率が上昇す
るにつれて資本回収コストが大きくなること、及
び(c)処理プラント拡張のための地方自治体に必要
な都市の土地面積が最小であることを考慮に入れ
ると更に大きくなる。

本発明の特定の具体例を記載したが、本発明の
範囲は任意の回転本体の、浸漬百分率、速度及び
流動する位置に関するすべての変型を含むもので
ある。

本発明方法の利点は次の通りである。

汎用性回転媒質アセンブリイのモジユル構造と
圧力のヘツドロスが低いために、既存処理設備の
機能を向上させる。このアセンブリイは第１およ
び第２のタンクと連結して、高処理レベルを得か
つ付加的構築や土地の要求を最小にしうる。

処理安定性系中の混合懸濁固体（MLSS）濃度
が高いために、本方法は有機スラツジの影響を受
けにくい。

常法の処理法よりもスラツジの生成ん少ない。

硝化作用能力多くの水処理場では、BODやSS
の除去以外に各種の硝化作用を行なうために処理
プラントを施設することが要求されている。活性
汚泥法でこれを行なうには、高価な２段階法が
別々のエアレーシヨン、沈降およびスラツジリサ
イクル系では構築される必要がある。通常の荷重
条件下では、本発明方法は同じタンク容量で炭素
質および窒素質の除去を促進し得る。

エネルギー回転エネルギー効率は活性汚泥法以
上に特別の出力を必要とせずに得られる。したが
つて、経済性も優れている。

可能な変型を考慮して、特に必要とされる場合
を除いて、付図又は本明細書の記載、又は任意の
他の方式に本発明は限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は家庭下水のための従来の活性汚泥プラ
ントの工程図であり；第２図は本発明に組込む活
性汚泥処理プラントの通気タンクの一部の概略的
断面図である；そして第３図は本発明を実施する
ことによりBOD₅除去百分率を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活性汚泥通気タンクにおいて廃水を強制的に
   通気し、活性汚泥は通気タンクに循環させる廃水
   の処理方法において、回転可能な生物学的接触器
   を一部分通気タンクに浸した状態で、その接触器
   を回転させて、活性汚泥中に通常存在しかつ典型
   的には回転可能な生物学的接触器表面上に存在す
   る活性微生物をバイオマスの一部として含むフイ
   ラメント状の高度に活性な有効バイオマスの生育
   をその接触器上で促進しかつ支持する工程を付加
   させることを特徴とする、上記廃水処理方法。 ２ 接触器が、活性汚泥処理プラントの通気タン
   ク中で通常の流体運動に応じて回転するように適
   用することを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   記載の方法。