JPS6138696A - 生物学的硝化脱窒素処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、排水中に存在するＢＯＤｌ　ＣＯＤ。

Ｓ１窒素等を効率よ（除去し、清澄な処理水なる生物学
的硝化脱窒素処理方法に関するものでる。

〔従来の技術〕

公共用水域の水質汚濁を防止するために、下水、：場排
水中の汚濁物質を除去する技術開発がすすめられており
、就中、微生物を利用した排水処理技術の開発が盛んに
行われている。微生物利用による排水処理方法としては
、古くより活性汚泥法がよく知られており、近年では、
回転円板法、接触酸化法など固体表面に微生物膜を付着
させた、いわゆる生物膜法も次第に広く行われるように
なってきた。

これらの諸法は、ＢＯＤを主体とする有機性物質の除去
に最も効果的であるとされてきたが、近年公共用水域の
富栄養化防止の立場から、これら諸法による水中の窒素
の除去が検討され、実用化されてきている。水中の窒素
（都市下水では、大部分がアンモニア態窒素として存在
する）を生物学的に除去するためには、アンモニア態窒
素な好気的条件下で硝酸態又は亜硝酸態窒素に変換する
硝化細菌と、硝酸態、亜硝酸態窒素を嫌気的条件下で窒
素に還元除去する脱窒素細菌の２１１の微生物の作用に
依らねばならず、この２種の微生物をそれぞれ最適な環
境条件下で活動させるため、様様なプロセスの開発がな
されてきた。

し尿処理などの分野で多くみられる生物学的脱窒票決は
、し尿中のＢＯＤ％ＣＯＤ％　ＳＳのみならず、窒素分
をも効率よく除去できる方法として、近年広く行われつ
つあるが、通常このプロセスは、第１脱窒素工程、硝酸
化工程、第２脱窒素工程、沈殿工程より構成され、硝酸
化工程の流出水の一部を第１脱窒素工程に循壊し、原水
中の有機炭素源を利用して大部分の酸化態窒素を除去す
る方法が主流となっている。ところが、この方法では、
沈殿工程にて沈殿した汚泥が前記各工程を順次流過し、
再び沈殿工程で沈殿する方式となっていて、汚泥中には
硝化細菌、脱窒素細菌、ＢＯＤ酸化菌、不活性ＳＳなど
が混在しており、これらを区分することができず、この
ため、各工程の最適運転条件を決定することがきわめて
困難で負荷変動に容易に対処できず、勢い安全かつ過大
な装置を用いざるを得す、また汚泥の沈降分離速度がき
わめて小さいために大規模な沈殿槽を必要としていた。

したがって、高濃度でかつ処理水量の少ないし尿の場合
にはこの方法のメリットも大きいが、低濃度でかつ処理
水量の大きな下水等の場合には、設備が余りにも過大と
なって、現在までその実施例をみないのが実情である。

一方、回転円板法などの生物膜法では、プロセスの構成
次第で固体表面に硝化菌、脱窒素菌などを高濃度に増殖
させることが可能で、このために活性汚泥法に比べて高
い負荷がかけられることになり、コンパクト化 能となる。しかしながら、これら従来の生物膜プロセス
は、微生物の付着に供する固体が固定されているため、
微生物や原水中のＳＳによる目詰りが起こり易く、これ
らが腐敗して生物膜の脱落を引き起こしたり、スカム発
生によるトラブルを引き起こしたりしていた。また通常
、これらの処理水中には、相当量のＳＳが残留するため
、沈殿池、ろ過電、凝集沈殿池等の固液分離装置を必要
とするが、これら生物膜プロセス処理水中に残留するＳ
Ｓは固液分離性が悪く、その最終処理水も必ずしも良好
でないという難点があったため、その実施例もきわめて
少ないのが現状である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来の生物処理プロセスのもつ前記欠点をす
べて解決し、ＢＯＤ、ＣＯＤ、８８のみならず窒素をも
効果的に除去し良好な処理水質を得ることができ、しか
も装置もきわめてコンパクト化しようとするものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、沈殿工程、脱窒素工程、生物ろ過工程をこの
順に直列に通水し、これら工程の最終処理水を前記脱窒
素工程に循環返送するとともに前記生物ろ過工程の洗浄
排水を前記沈殿工程に循環返送することを特徴とするも
のである。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面を参照しながら詳述すると、第
１図示例において、必要に応じて沈砂、　　　　′スク
リーニングなどの前処理を受けた原水１は沈殿工程３に
流入し、ここで粗大ＳＳ及び後述する生物ろ過工程器の
洗浄排水１２中の微生物フロック等を沈殿分離したのち
、上澄水３は送水槽４に流入する。この沈殿工程２に゛
おける沈殿槽の規模は、原水ｌ及び洗浄排水１２中のＳ
Ｓの沈降速度により決定されるが、いずれも通常の活性
汚泥フロック等に比して沈降速度が大きいため、活性汚
泥最終沈殿池の％程度の規模で十分である。

送水槽４では、後述する処理水槽１０より循環返送され
る循環水１１と混合される。この循環水１１中には、後
述の生物ろ過工程Ｓにおける硝化反応によって生成した
酸化態窒素が含有されている。循環水１１の水量Ｑｒは
、原水１の水量ＱＯ１原水ｌの窒素濃度ｚＯ及び目標と
する最終処理水（処理水槽１０に至る処理水９）の窒素
濃度２により一義的に決定される。例えば、ｚＯ−２０
１ｎ９／４をＺ−５■／Ｑにまで処理したい場合には、
ＱｏＺｏ＝　（Ｑｒ　＋　Ｑｏ）　Ｚより゛　となり、
原水量の３倍量を循環すればよいことになる。

送水槽４では沈殿工程２から流出する上澄水３と循環水
１１とが混合され、その混合水５はＱｒ＋Ｑｏ　の水量
で脱窒素工程６に供給される。脱窒素工程６としては公
知の各種タイプものが使用されるが、第２図に示すよう
な流動床脱窒素を採用するのが好ましい。すなわち、槽
内下部に供給した混合水５は分配器１３によって均一に
分配され、充填されている微生物の付着した粒状固体１
４を流動化しつつ上向流にて通過する間に、粒状固体１
４に付着している微生物の作用により、原水中の有機物
を水素供与体として水中の酸化態窒素が還元除去され、
上部から脱窒素水７として流出する。ここでは、脱窒素
に必要な水素供与体として、原水中の有機物が利用され
るため、特別な水素供与体（従来法では、一般にメタノ
ール、酢酸などが用いられている）の添加も必要なく、
経済的である。流動床脱窒素工程６では、微生物の付着
に供する担体として粒状固体１４を用いる（通常、砂、
活性炭、アンスラサイト、プラスチック、ガラスピーズ
等を用いる）ため、この担体の比表面積（単位槽容積当
りの担体表面積）を他の生物膜法に比べて飛躍的に高く
とることが可能であり、（回転円板法では１２０〜１８
０　ｍ”　７ｍ”、ハニカム接触酸化法では１３０〜４
００ｍ”／ｉ、流動床法では４０００〜５０００ぜ／ぜ
）、また、汚泥の返送を行わないため、多量でかつ脱窒
素能力の高い微生物を槽内に確保することができること
になり、他の脱窒素方式に比べ飛躍的に高い処理能力を
示し、装置のコンパクト化、処理の高速化を実現してい
る。さらに流動床脱窒素では、微生物付着粒子が流動状
態にあるため、他の生物膜法で起こりがちな微生物や流
入水中のＳＳによる閉塞が全く起こらず、腐敗やスカム
発生、微生物の脱落に伴う処理水の悪化などのトラブル
が解消される。

流動床脱窒素処理の進行に伴う微生物の増殖により微生
物付着粒子は次第に肥大化し、その密度が低下するため
、流動床は次第に膨張して床界面が上昇し、遂には槽上
部より溢流することになる。

したがって、これを防ぐために、適宜槽内より粒子を抜
出すか、又は槽内にて機械的作用により粒子の一部から
微生物膜を剥離し、流動床内の微生物量が常に安定して
確保されるようにすることが必要である。

流動床脱窒素における通水速度は、担体として用いる粒
状固体の最小流動化速度以上で終末沈降速度以下の値と
して決定されるが、この際微生物の付着成長に伴う粒子
の密度の低下、床の膨張を考慮して決定しなくてはなら
ない。すなわち、通水速度が最小流動化速度以上であっ
ても、比較的小さい場合には、粒子同士の衝突が多く、
微生物の付着成長を抑制し、逆に、終末沈降速度以下で
あっても余り大きすぎると、床膨張率が大きくなって流
動床が希薄となり、ショートパスによる水質悪化を引き
起こしたり、脱窒素反応を十分進行させるために必要な
接触時間を保つために流動床高を高くとらなくてはなら
なくなって好ましくない。したがって、流動床への通水
速度は、流動床高が静止床高に比して１．２〜２．０倍
程度に保たれるように運転するのが好ましく、そのため
の通水速度としては、担体として砂を用いる場合には、
１５〜５０　ｍ　／　ｈに保つとよい。また、スタート
当初は微生物付着のない状態から始まり、微生物の付着
が進んだ粒子が次第に床の上方へ置換されるようになっ
て、流動床内には上下方向に微生物付着の程度による分
布ができ、しかもこのいずれの粒子をも流動化させる必
要のあることから、流動床部の底部断面積を上部より小
さくシ、底部の流速を大きくとるような構造をとること
も重要である。

また、本発明では、流動床を流動化たらしめるに足る十
分量の循環水１１を確保することができるため、原水の
水量変動に対しても、流動状態が不安定になることなく
、処理水槽１０から送水槽４への循環水１１の水量を調
節することで常に安定した流動状態を保つことができる
。他の流動床方式では、安定した通水速度を保つため、
流動床の流出水を槽底に返送する個別循環を行わねばな
らなかったが、本発明では、十分量の循環水１１が確保
されるため、この個別循環も不必要となって経済的であ
る。

さて、脱窒素工程６から流出した脱窒素処理水７は、引
き続いて生物ろ過工程８に供給され、最終的に得られた
処理水９は、処理水槽１０に至ったのち放流されるが、
一部は前記循環水１１として送水槽４を介して脱窒素工
程６へ循環返送される。また、生物ろ過工程８は定期的
に洗浄され、排出される洗浄排水１２は前述のように沈
殿工程２に循環返送処理される。この生物ろ過工程８に
も公知の各種タイプのものが使用されるが、特に第３図
示のような固定床生物ろ過を採用するのが好ましい。す
なわち、槽内の微生物の付着に適し、また流入水中の浮
遊物を捕捉することができるる材１５（通常、礫、砂、
アンスラサイト等が用いられる）が充填され、砂利等の
支持材１６に支持され、支持材１６内又はその下部に設
けられた散気装置１７から空気が吹き込まれ、槽内が好
気的条件に保たれている。そして、上部より流入した　
　　゛脱窒未処理水７は、ろ材１６の間隙を流下する間
に、ろ材１５の表面に付着した微生物によりＢＯＤ。

ＣＯＤの分解除去、アンモニアの硝化作用を受けるとと
もに、微生物膜あるいはろ材間隙に捕捉されて水中の有
機物が除去され、支持材１６の層を経て下部から清澄な
処理水９として流出する。固定床生物ろ過では、処理す
べき水と空気泡が向流接触し、かつろ材１５間隙を蛇行
して気泡が上昇するために気泡の滞留時間が長く、シた
がって酸素吸収効率は、従来の活性汚泥法における曝気
装置の７〜１０％に対して、１５〜２５％ときわめて高
く、このためコンパクトな装置で高負荷処理性能を発輝
させることが可能である。固定床生物ろ過では、処理に
伴うＳＳの捕捉あるいは付着微生物の増殖によってろ材
１５間隙に目詰まりが生じ、ろ過抵抗の上昇となって現
われるため、定期的に逆流洗浄を行ってこれらを槽外へ
排出する必要がある。この洗浄用水としては通常処理水
９が用いられるが、空気による洗浄を併用することもま
た効果的である。その洗浄排水１２は、前記の沈殿槽２
に送られ、排水中のＳＳが沈殿分離される。固定床生物
ろ過によって処理された処理水９は、ＢＯＤ、ＣＯＤ、
８８が高い効率で除去されているとともに、アンモニア
が酸化された酸化態窒素を多く含んでいるため、この大
半を送水槽４へ循環し、続く脱窒素工程６にて脱窒−処
理を受けることになる。

また、生物ろ過工程８では、前述のように定期的に洗−
を行う必要があるため、洗浄期藺中の処理が中断状態と
なる。そこで一般には、生物ろ過工程８を複数並列して
配設し、処理／洗浄のサイクルを適宜有機的に組合わせ
ることが望ましいが、その際、遊休施設を持たずかつ処
理が中断することなく、連続して安定に行われるように
、そのうちの一つが洗浄中は、それに分配されてた水量
分を他に均等に振り分けて分配することができるように
、例えば流量分配機構を有するものが望ましい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、次に列挙するよう
な多くのすぐれた効果を有するものである。

■　排水をきわめて合理的に効率よく処理し、きわめて
良好な処理水を得ることができる。

■　きわめてコンパクトで高性能な脱窒素プロセスが実
現される。

■　原水中の有機物を水素供与体として脱窒素を行うこ
とにより、特別に水素供与体を添加する必要がなく、経
済的である。

■　最終処理水の循環により、原水量の変動に対しても
安定した運転を行うことが可能となる。

■　前段に沈殿工程を設けたことで、脱窒素工程、生物
ろ過工程へのＳＳ負荷を軽減することができ、かつ生物
ろ過工程の逆洗排水を沈殿工程に導くことで、洗浄排水
中の窒素分をも効果的に脱窒素することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体の系統説
明図、第２図は流動床脱窒素工程の一例を示す断面説明
図、第３図は固定床生物ろ過工程の一例を示す断面説明
図である。 １・・・・・・原水、　　２・・・・・・沈殿工程、　
　３・・・・・・上澄水、　　４・・・・・・送水槽、
　　６・・・・・・混合水、　　６・・・・・・脱窒素
工程、　　７・・・・・・脱窒床処理水、　　８・・・
・・・生物ろ過工程、　　９・・・・・・処理水、　　
１０・・・・・・処理水槽、　　１１・・・・・・循環
水、　　１２・・・・・・洗浄排水、　　１３・・・・
・・分配器、　　１４・・・・・・粒状固体、　　１６
・・・・・・ろ材、　　１６・・・・・・支持材、１７
・・・・・・散気装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、沈殿工程、脱窒素工程、生物ろ過工程をこの順に直
   列に通水し、これら工程の最終処理水を前記脱窒素工程
   に循環返送するとともに前記生物ろ過工程の洗浄排水を
   前記沈殿工程に循環返送することを特徴とする生物学的
   硝化脱窒素処理方法。 ２、前記脱窒素工程が、上向流通水によつて固体粒子を
   流動化し、該固体粒子表面に付着した微生物によつて原
   水中の酸化態窒素を除去するものである特許請求の範囲
   第１項記載の生物学的硝化脱窒素処理方法。 ３、前記上向流通水の流速を、流動床高が静止床高に比
   して１．２〜２．０倍程度に保つようにするものである
   特許請求の範囲第２項記載の生物学的硝化脱窒素処理方
   法。 ４、前記生物ろ過工程が、固定床化したろ材層に好気的
   条件下に通水し、前記ろ材表面に付着した微生物によつ
   て原水中のＢＯＤの分解除去、アンモニアの酸化及び浮
   遊遊物の除去を行うものである特許請求の範囲第１項〜
   第３項のいずれか一つの項記載の生物学的硝化脱窒素処
   理方法。 ５、前記生物ろ過工程を、複数並列して配設し、各生物
   ろ過工程に適宜流入量を分配し得るようにしたものであ
   る特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一つの項記
   載の生物学的硝化脱窒素処理方法。