WO2003045853A1 - Procede et dispositif de filtration a biomembrane - Google Patents

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packed bed
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Yuichi Fuchu
Atsushi Kobayashi
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Ebara Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a so-called bio-control device and method, and more particularly, to a treatment target containing nitrate nitrogen or nitrite nitrogen, such as sewage, drainage, highly polluted river water, lake water, groundwater, etc.
  • the present invention relates to an apparatus and a method for performing biofilm filtration treatment by passing water (raw water) through a packed bed of microorganisms.
  • the method of purifying water by using a microorganism-adhered filler that forms a biofilm by attaching microorganisms to the surface of granular fillers such as sand, anthracite, activated carbon, and plastic-based materials is a so-called biological method. This is called the “B Grade Roh Law”, and various types of materials are being studied recently. Above all, water is sprinkled from the top into the packed bed filled with granular fillers in which microorganisms have adhered to the fixed bed, and air or oxygen is diffused from the bottom of the packed bed to achieve gas-liquid countercurrent.
  • a method for purifying the Szk to be treated by removing the treated water and air or oxygen after forming a state, washing the packed bed intermittently, and discharging the sludge accumulated in the packed bed That sludge can be treated without circulation, that no slaking occurs, that clogging of the packed bed by sludge can be prevented, and that there is no need for a sedimentation separation section because it has a physical filtration action, and that oxygen is used. It has many advantages such as high efficiency and is widely used.
  • the above-mentioned biological grain surplus method is very efficient for removing BOD and SS or nitrifying ammonia, but this method effectively performs the denitrification treatment that is an anaerobic reaction. I could't do that.
  • nitrate nitrogen in the above-mentioned fixed-bed type bio-control method, by stopping air or oxygen from diffusing into the packed bed to make the packed bed anaerobic, nitrate nitrogen in It is possible to remove nitrite nitrogen, but in this case, the generated nitrogen gas accumulates in the packed bed and a uniform downward flow of the water to be treated does not occur! The problem that it is difficult to be There is. Power!
  • a hydrogen donor for example, an organic substance such as methanol
  • a re-aeration tank is generally provided for the purpose of removing hydrogen donors such as methanol from the water to be treated.
  • providing a re-aeration tank is not preferred because it means an increase in the process, and it is clear that it is desirable to remove the residual hydrogen donor in the bio-expansion apparatus. Disclosure of the invention
  • the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and treats nitrate nitrogen or nitrite nitrogen in an anaerobic state by a fixed-bed type biofilm filtration method to efficiently and stably combine with SS. It is necessary to identify bioremoval equipment and methods that can remove and also remove residual hydrogen donors remaining in the treated a * biologically in the same biofilm filtration device. It is the purpose.
  • the present invention is constituted by the following various aspects.
  • a packed bed filled with a particulate filler for adhering microorganisms an inlet for a liquid to be treated, which is provided above the packed bed, for supplying a liquid to be treated; provided below the packed bed.
  • a gas supply port for supplying a gas substantially containing no oxygen, a gas or a gas containing a trace amount of oxygen;
  • a method for biologically expanding a liquid to be treated characterized by passing a gas containing a small amount of oxygen or a gas containing a trace amount of oxygen in an upward flow.
  • FIG. 1 is a flow configuration diagram of a biological S grain filter device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a gas-liquid countercurrent state in a packed bed.
  • FIG. 3 is a graph showing changes in the water quality of the treated S7K and the filtration resistance depending on the elapsed time after the backwash in the example of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the gas passage superficial velocity and the NO X —N removal rate in the example of the present invention.
  • FIG. 1 is a flow configuration diagram of the biological grain filtering device according to one embodiment of the present invention.
  • 1 is the liquid to be treated (raw water) tank
  • 2 is the raw water supply pump
  • 3 is the biofilm filtration device
  • 4 is the packed bed
  • 5 is the support section
  • 6 is the filtration layer washing pump
  • 7 is the treatment.
  • Water tank, 8 is the supply pipe for the liquid to be treated (raw water)
  • 9 is the S pipe for processing
  • 10 is the gas supply pipe for aeration
  • 11 is the washing drainage pipe
  • 12 is the inlet for the liquid to be treated (raw water).
  • Nozzle indicates a gas supply port
  • 15 indicates a gas circulation pipe.
  • the liquid to be treated (raw water) was provided above the packed bed 4 of the biological filter 3 by the raw water supply pump 2 through the raw water supply pipe from the raw water tank 1.
  • Raw water supply port (in the case of Fig. 1, water sprinkling nozzle) 12
  • a packed bed 4 filled with a particulate filler for attachment of microorganisms is arranged so as to be immersed in the sprinkled raw water, and the raw water passes through the packed bed 4 while filling the packed bed. Filled into: by microorganisms that adhere to the surface of the After being treated by biological purification, it is sent as treated water to a treated SzR tank 7 through a treated water pipe 9 .
  • a gas supply port 13 is provided at a lower portion of the packed bed 4, and a gas containing substantially no oxygen or a gas containing a small amount of oxygen is supplied from a gas supply pipe 10 for aeration.
  • the gas is passed through the upflow.
  • the support part 5 has a function of supporting the packed bed 4, providing a space for supplying the gas for aeration, and receiving and discharging the processing that has passed through the packed bed.
  • the gas is collected from above the biofilm filtration device 3 and supplied to the gas supply pipe 10 for gas diffusion through the gas circulation pipe 15 so that the acid-free gas for gas diffusion to the packed bed is returned again. It can be reused as raw gas or trace oxygen-containing gas.
  • washing water for backwashing the filler include:
  • the treated water in the treated water tank 7 can be supplied to the treated water outlet of the biological filtration treatment by the packed bed cleaning pump 6 to backwash the filler. After the washing water is subjected to the washing of the filler, it can be discharged from a washing drainage drain pipe 11 connected to the upper part of the apparatus 3.
  • the present invention is characterized in that a gas-liquid countercurrent state, which is an advantage of the biological inflator, is formed while maintaining the inside of the packed bed anaerobically.
  • Fig. 2 shows a schematic diagram of the gas-liquid countercurrent state.
  • 14 is a particulate filler
  • 19 is a gas (bubble) flow
  • 18 is a liquid flow to be treated. If an appropriate gas-liquid countercurrent condition is formed in the packed bed, the gas flow 19 and the liquid flow 18 at the surface of the granular filler 14 will be sufficiently diffused, and a biofilm of uniform thickness Can be formed on the surface of # 14.
  • the packed bed will be clogged where the biofilm is thick, and the generated nitrogen gas will easily accumulate and the liquid to be treated will pass through. It becomes difficult to do. As a result, efficient biological occupational processing cannot be achieved.
  • the packed bed contains substantially no oxygen! /
  • diffusing gas maintain an anaerobic state and maintain a good gas-liquid countercurrent state in the packed bed.
  • the gas removal surface becomes aerobic and the nitrogen removal effect is reduced.
  • the gas containing substantially no oxygen that diffuses into the packed bed it can be led from the outside, but if the gas that has passed through the packed bed of the biological filtration device is collected from the top of the device and reused However, it is preferable because suitable oxygen-free gas can be easily obtained.
  • the gas diffusion rate to the packed bed is extremely important for maintaining an appropriate gas-liquid countercurrent condition as shown in Fig. 2.
  • the present inventors have found that if the aeration speed is too low, the retention of nitrogen gas cannot be eliminated, so that the superficial velocity is 0.02 m 3 / m 2 .min. (NTP) or more, more preferably 0.03 m 3 / m 2 .min (NTP) or more.
  • the air diffusion rate is too high, the filler in the packed bed is agitated by the bubbles, which undesirably exfoliates the biofilm on the surface of the packed bed.
  • the superficial velocity of the gas venting the packed bed 0.
  • lm 3 / m is 2 .min (NTP) or less, 0. 0 7m 3 / m at 2 .min (NTP) or less It is even more preferred.
  • a gas containing a small amount of oxygen can be diffused into the packed bed.
  • the oxygen concentration of the diffused gas is too high, it is suitable for decomposing the residual hydrogen donor, but it will be difficult to maintain the packed bed in an anaerobic state, and it will not be possible to remove nitrogen from the heart.
  • the appropriate oxygen concentration for maintaining the anaerobic state for removing nitrogen and effectively reducing the remaining hydrogen donor is determined by the remaining amount of the hydrogen donor and the superficial velocity of the diffused gas. .
  • the remaining concentration of hydrogen donor is M (mg / L), the BOD equivalent of hydrogen donor is ⁇ , and the superficial velocity of diffused gas is .111; 111 (?)), Assuming that the processing speed of the liquid to be treated is V L (m 3 / m 2 .min (NTP)), the oxygen concentration C () required to ⁇ the remaining hydrogen donor Is guided by the following equation:
  • Typical residual amounts of hydrogen donors are usually controlled at 10 mg / L or less. If the value is more than this, it is useless, and if it is less than this value, there are tj ⁇ that cannot follow the fluctuation of the quality of the liquid to be treated (raw water).
  • the most common hydrogen donor is methanol, and methanol ⁇ 1.0.
  • the superficial velocity of the aeration gas, as described above, 0. 02m 3 / m 2 .min (NT P) above, Shi preferred is 0. lm 3 / m 2 .min ( NTP) hereinafter les.
  • the processing speed of the liquid to be processed is generally 25 to 20 Om / d, which is 0.017 to 0.14 m 3 / m 2 .min (NTP) when converted.
  • the range of the oxygen concentration C is 0.1 to 4% by volume. Accordingly, in another aspect of the present invention, 0.1 to filling layer: preferably passing gas a gas containing oxygen and 4 volume 0/0. As a method for obtaining such a trace amount of oxygen-containing gas, for example, it is preferable to mix an exhaust gas having passed through a packed bed with an appropriate amount of air and reuse the mixed gas.
  • the packed bed filled with the particulate filler to which the microorganisms are adhered is subjected to biological grain removal treatment of the water to be treated while diffusing gas substantially without oxygen. Show the effect.
  • a column with a diameter of 400 marshals is packed with anthracite of 3 effective diameters as a packing material, and the packed bed thickness is 200. Married. Nitrogen solution obtained by nitrifying SzK, a secondary treatment of sewage by an aerobic biological filter, is used as raw water, and water is sprinkled from above the packed bed, while gas is diffused from the lower part of the packed bed.
  • a processing experiment according to the present invention was performed.
  • the raw water quality was 21-24 ° C, NO x -N (nitrate nitrogen) 18-21 mg / L, and SS (suspended solids) about 2 mg / L.
  • the processing speed was set to 100 m / d, and the aeration speed was set to 0.04 m 3 / m 2 .min (NTP).
  • the diffused gas has an oxygen concentration of 0.1 volume % Or less of nitrogen gas containing substantially no oxygen.
  • the packed bed ⁇ was made anaerobic by not performing any aeration.
  • An aqueous solution of methanol having a concentration of 10% by weight as a hydrogen donor for an anaerobic denitrification reaction was cultivated at 6 Omg / L with respect to raw water. The results are shown in Figure 3.
  • the superficial velocity of the air diffuser is 0 0 2 mVm 2 is less than min (NTP) NO x -. . Removal of N is not stable, greater than 0 lm 3 / m 2 .min ( NTP). It was observed that the removal rate of NO x —N tended to decrease extremely. When the superficial superficial velocity was in the range of 0.03 to 0.07 m 3 / m 2 .min (NTP), the NO X —N removal rate of 90% or more was obtained.
  • the thickness of the packed layer was set to 2000.
  • NO x _N nitrate nitrogen
  • SS suspended solids
  • the treatment speed was 10 Om / d, and the aeration speed was 0.04 m 3 / m 2 .min (NTP).
  • the diffused gas was a nitrogen gas (trace oxygen gas) containing a trace amount of oxygen having an oxygen concentration of 0.5% by volume.
  • nitrogen gas oxygen-free gas
  • the experiment was conducted by diffusing nitrogen gas (oxygen-free gas) containing 0.1% by volume or less and containing substantially no oxygen.
  • As a hydrogen donor for the anaerobic denitrification reaction 10% by weight of methanol water was used as a hydrogen donor, and 6 Omg / L of raw water was collected from raw water. Table 1 shows the results.
  • the BOD of treated water was 2 mg / L when gas containing a small amount of oxygen was diffused into the packed bed, while gas containing substantially no oxygen was diffused into the packed bed. It was found that 5 to 12 mg / L of BOD remained in the treated ⁇ , and that the STR had to be subjected to BOD removal treatment as a post-treatment. Regarding the removal of SS and NO x —N, almost the same good processing results were obtained even in the case of ⁇ and deviation. INDUSTRIAL APPLICABILITY-According to the present invention, the fixed bed type bio-incubator is substantially free of oxygen.
  • the water to be treated (raw water) is sprinkled from the upper part of the packed bed while the gas is being diffused from the lower part of the packed bed, and the biological month is taken into consideration. Since the accumulation of nitrogen gas is eliminated and an appropriate gas-liquid countercurrent effect is obtained, the thickness of the biofilm on the surface of the filler can be made uniform, and the following effects can be obtained.
  • a gas containing a trace amount of oxygen is diffused into the packed bed to eliminate gas accumulation in the packed bed and to obtain an appropriate gas-liquid countercurrent effect.
  • the thickness of the biofilm on the surface can be made uniform, and at the same time, the remaining hydrogen donors in the packed bed can be removed, so that an extremely effective treatment can be performed.

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Description

明 細 書 生物藤過装置及び方法 技術分野
本発明は、 所謂生物廳慮過装置及び方法に関し、 詳しくは、 下水、 排水、 汚濁 の進んだ河川水、 湖沼水、 地下水等のような、 硝酸性窒素又は亜硝酸性窒素を含 有する被処理水 （原水） を、 微生物付着充填層に通して生物膜濾過処理を行う装 置及び方法に関する。 背景技術
砂、 アンスラサイト、 活性炭、 プラスチック據材などの粒状の充填材の表面に 微生物を付着させて生物膜を形成した微生物付着充填材を用!/、て水の浄化を行う 方法は、 所謂 「生物 B穀盧過法」 と呼ばれ、 昨今各種のものが検討されている。 中 でも、 固定床状態の粒状充填材に微生物を付着させたものを充填した充填層に上 方から処 ® を散水すると共に、 充填層の下部から空気又は酸素を散気して気液 向流状態を形成して、 処理水と空気又は酸素とを撤虫させることにより被処 Szk の浄化を行い、 間欠的に充填層の洗浄を行って、 充填層内に蓄積した汚泥を排出 する方法は、 汚泥を循環することなく処理できること、 ノ レキングが生じないこ と、 汚泥による充填層の閉塞を防止できること.、 物理的な濾過作用も有している ので沈降分離部が不要なこと、 酸素利用効率が高いこと、 などの多くの利点があ り、 広く普及している。
しかしながら、 上記のような生物穀慮過法は、 B O Dや S Sの除去若しくはァ ンモニァの硝化に関しては非常に効率的であるが、 この方法によつて嫌気性反応 である脱窒素処理を有効に行うことはできなかった。 例えば、 上記の固定床式の 生物廳慮過法において、 充填層への空気又は酸素の散気を止めることで充填層内 を嫌気的にすることにより、 被処¾*中の硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を除去する ことが可能であるが、 この場合、 生成する窒素ガスが充填層内に溜まって均一な 被処理水の下降流が生じな!/ヽため、 安定した除去性能が得られにくいという問題 がある。 力！]えて、 硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の除去を行うためには、 窒素除去反 応に必要な水素供与体 （例えばメタノールなどの有機物質） を充填層に添加する 必要があり、 これが被処 ¾κ中に残存することがある。 従って、 被処理水からメ タノールなどの水素供与体を除去する目的で再曝気槽を設けるのが一般的である 。 しかしながら、 再曝気槽を設けるということは、 プロセスの増加を意味するの であまり好ましくなく、 生物膨盧過装置内で残存水素供与体を除去することが望 ましいことは明らかである。 発明の開示
本発明は、 上記のような従来技術の問題点を解決し、 固定床式の生物膜濾過法 によって、 硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を嫌気状態で処理して S Sと共に効率的に 安定して除去し、 且つ、 被処 a*中に残留する残存水素供与体も、 同一の生物膜 濾過装置内で生物学的に除去することができる生物 s穀慮過装置及び方法を »す ることを目的とするものである。
上記の目的を解決するための手段として、 本発明は以下の各種態様により構成 される。
1 . 微生物付着用の粒状充填材が充填された充填層；該充填層の上部に設けら れた、 被処理液を供給するための被処理液流入口；該充填層の下部に設けられた 、 酸素を実質的に含まなレ、ガス若しくは微量の酸素を含有するガスを供給するた めのガス供給口；を具備することを特徴とする生物廳慮過装置。
2. 充填層から排出されるガスを受容する排出ガス受容配管が設けられてレ、て 、 該排出ガス受容配管が上記ガス供給口に接続されている請求項 1に記載の生物
3. 粒状充填材の表面に微生物を付着させた微生物付着充填材が充填された充 填層に、 被処理液を下降流で通水しながら、 該充填層下部より、 酸素を実質的に 含まなレ、ガス若しくは微量の酸素を含有するガスを上昇流で通ガスすることを特 徴とする被処理液の生物膨盧過方法。
4 . 充填層下部より供給するガスとして、 充填層から排出されるガスを再利用 する請求項 3に記載の生物膨慮過方法。 5 . 微量の酸素を含有するガスが、 0 . 1〜4容量％の酸素を含有する請求項 3又は 4に記載の生物膜濾過法。
6 . 充填層内の通ガスを、 0 . 0 2m3/m2.min (NTP)〜0 . l m3/m2. min (N P )の空塔速度で行う請求項 3〜 5のレ、ずれかに記載の生物職慮過法。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一態様に係る生物 S穀盧過装置のフロー構成図である。
図 2は、 充填層における気液向流状態の模式図である。
図 3は、 本発明の実施例における逆洗後の経過時間による処 S7K水質と濾過抵 抗の変化を示すグラフである。
図 4は、 本発明の実施例における通ガス空塔速度と NO X— N除去率との関係 を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しながら、 本発明の好ましい具体的な形態について説明する 。 以下の説明は本発明の好ましい一形態に関するもので、 本発明は力かる記載に 限定されるものではない。
図 1は、 本発明の一態様に係る生物穀慮過装置のフロー構成図である。 図 1に おいて、 1は被処理液 （原水） 槽、 2は原水供給ポンプ、 3は生物膜濾過装置、 4は充填層、 5は支持部、 6は濾過層洗浄用ポンプ、 7は処理水槽、 8は被処理 液 （原水） 供給配管、 9は処 S 配管、 1 0は散気用ガス供給配管、 1 1は洗浄 排水排出管、 1 2は被処理液 （原水） 流入口 （散水ノズル） 、 1 3はガス供給口 、 1 5はガス循環配管を示す。
図 1に示す生物膨慮過装置において、 被処理液 （原水） は、 原水槽 1から原水 供給配管を通つて原水供給ポンプ 2によつて生物 過装置 3の充填層 4の上部 に設けられた原水供給口 （図 1の場合には散水ノズル） 1 2に導カゝれて、 ここか ら散水される。 濾過装置内には、 散水された原水中に浸漬されるように微生物付 着用の粒状充填材が充填された充填層 4が配置されており、 原水は、 充填層 4を 通過しながら、 充填層に充填された充: の表面に付着してレヽる微生物によって 生物学的な浄化作用を受けて処理された後、 処理水として処理水配管9を通って 処 SzR槽 7に送られる。 充填層 4の下部には、 ガス供給口 1 3が設けられ、 散気 用ガス供給配管 1 0より、 酸素を実質的に含まないガス若しくは微量の酸素を含 有するガスが供給され、 充填層内を上昇流で通ガスされる。 支持部 5は、 充填層 4を支持すると共に、 散気用ガスを供給するスペースを提供し、 且つ、 充填層を 通過した処 «を受容して排出する機能を果たす。 このように運転することによ り、 充填層の充: の表面上に微生物が付着して生物膜が形成され、 この生物 S莫 により原水の生物縢慮過処理が行われる。 本発明によれば、 充填層に酸素を実質 的に含まな!/、ガス若しくは微量の酸素を含有するガスを供給することにより、 充 填層を実質的に 性雰囲気に維持しながら、 生物難過装置の利点である適切 な気液向流状態を作り上げることができ、 これにより硝酸性窒素や亜硝酸性窒素- の脱窒素反応を良好に進行させることができる。
なお、 生物膜濾過装置 3の上方よりガスを回収し、 これをガス循環配管 1 5を 通して散気用ガス供給配管 1 0に供給することで、 再び充填層への散気用の無酸 素ガス若しくは微量酸素含有ガスとして再利用することができる。
生物職慮過 ¾1云を継続して濾過抵抗が大きくなつてきたら、 原水の流入を停止 し、 充¾ ^の逆洗を行うことができる。 充填材逆洗用の洗浄水としては、 例えば
、 図 1に示すように、 処理水槽 7内の処理水を、 充填層洗浄用ポンプ 6によって 生物 盧過処理の処理水出口に供給して、 充填材の逆洗を行うことができる。 洗 浄水は、 充填材の洗浄に供された後、 装置 3の上部に接続された洗浄排水排出管 1 1より 出することができる。
本発明は、 充填層内を嫌気的に維持しながら、 生物膨慮過装置の利点である気 液向流状態を形成することを特徴とするものである。 気液向流状態の模式図を図 2に示す。 図 2において、 1 4は粒状充填材、 1 9はガス （気泡） 流、 1 8は被 処理液流である。 充填層内で適切な気液向流状態が形成されていれば、 粒状充填 材 1 4の表面での気体流 1 9及ぴ液体流 1 8の拡散が十分となり、 均一な厚さの 生物膜を粒状充： ¾# 1 4の表面上に形成させることができる。 生物膜が均一でな く、 部分的に厚いところと薄いところができると、 生物膜が厚いところでは充填 層の閉塞が起こり、 生成する窒素ガスが貯まり易くなると共に、 被処理液が通過 しにくくなる。 その結果、 効率的な生物職慮過処理ができなくなる。
本発明の一態様にぉレ、ては、 充填層に実質的に酸素を含有しな！/、ガスを散気す ることによって、 嫌気状態を維持すると共に、 充填層内での良好な気液向流状態 を保持する。 酸素が存在すると、 ガスの撤虫面が好気性になり、 窒素除去効果が 低下する。 充填層に散気する実質的に酸素を含有しないガスとしては、 外部から 導いてもょレヽが、 生物臌盧過装置の充填層を通過したガスを装置の上部より回収 して再利用すれば、 容易に適切な無酸素ガスを得ることができるので好ましレ、。 充填層に対するガスの散気速度は、 図 2に示すような適切な気液向流状態を維 持する上で極めて重要である。 本発明者らは、 様々な実験を繰り返した結果、 散 気速度が低すぎると窒素ガスの滞留を解消することができないので、 空塔速度と して、 0 . 0 2m3/m2.min (NTP)以上、 更に好ましくは 0 . 0 3 m3/m2.min (NTP )以上でガスを散気することが好ましいことを見出した。 一方、 散気速度が高す ぎると充填層内の充填材が気泡によって撹拌され、 充填材表面の生物膜を過剰に 剥離させてしまうため、 好ましくない。 この観点から、 充填層に通気するガスの 空塔速度は、 0 . l m3/m2.min (NTP)以下であることが好ましく、 0 . 0 7m3/m2 .min (NTP)以下であることが更に好ましい。
また、 本発明の他の態様においては、 充填層に微量の酸素を含有するガスを散 気することができる。 上記のように、 酸素を含有しなレ、ガスを充填層に散気すれ ば、 嫌気状態を維持するためには望ましいが、 充填層内の残存水素供与体を生物 学的に酸化することができなくなり、 処 «中に残存水素供与体が混入すること になる。 一方、 散気ガスの酸素濃度が高すぎると、 残存水素供与体の分解には適 しているが、 充填層内を嫌気状態に維持することが難しくなり、 肝心の窒素除去 ができなくなる。 窒素除去を行うための嫌気状態を維持し、 且つ残存水素供与体 を有効に^军するための適切な酸素濃度は、 水素供与体の残存量と、 散気ガスの 空塔速度によって決定される。
水素供与体の残存濃度を M (mg/L)、 水素供与体の B OD当量を α、 散気ガス の空塔速度を¥
Figure imgf000007_0001
.111；111 ( ？）） 、 被処理液の処理速度を VL (m3/m2.min ( NTP) ) とすると、 残存水素供与体を^^するために必要な酸素濃度 C ( ）は、 下記の式によって導力れる。
Figure imgf000008_0001
.'. C=0. 07 X a XMXVL/Vg
典型的な水素供与体の残存量は、 通常、 10 mg/L以下でコントロールされる 。 これ以上の値であると無駄であり、 この値以下であると被処理液 （原水） の水 質の変動などに追随できなレ、： tj^があるからである。 最も一般的な水素供与体は メタノー であり、 メタノー^^のひは 1. 0である。
ところで、 散気ガスの空塔速度は、 上述したように、 0. 02m3/m2.min(NT P)以上、 0. lm3/m2.min(NTP)以下が好ましレ、。 また、 被処理液の処理速度は 、 一般に 25〜20 Om/dであり、 これを換算すると、 0. 017〜0. 14m3 /m2.min(NTP)となる。
以上より、 酸素濃度 Cの範囲を求めると、 0. 1〜4容量％となる。 従って、 本発明の他の態様においては、 充填層に 0. ：!〜 4容量0 /0の酸素を含有するガス を通ガスすることが好ましい。 このような微量酸素含有ガスを得る方法としては 、 例えば、 充填層を通過した排出ガスに、 適切量の空気を混合して再利用するこ とが好ましい。
以下、 本発明を実施例により具体的に説明する。 以下の記載は本発明の技術思 想を具現化する一具体例を説明するもので、 本発明はこれらの記載に限定される ものではない。
実施例 1
本実施例においては、 微生物を付着させた粒状充填材を充填した充填層に、 実 質的に酸素を含まなレ、ガスを散気しながら被処理水の生物穀慮過処理を行うこと の効果を示す。
直径 400匪のカラムに、 充填材として有効径 3匪のアンスラサイトを充填 して充填層厚 200。匪とした。 下水 2次処 SzKを好気性生物麵過装置によ つて硝化処理して得られた硝化液を原水として、 充填層の上方から散水し、 一方 、 充填層の下部からガスを散気することによって、 本発明による処理実験を行つ た。 原水の水質は、 水温 21〜24°C、 NOx-N (硝酸性窒素） 18〜21mg /L、 S S (浮遊固形分） 約 2mg/Lであった。 処理速度は 100 m/dとし、 散気 空塔速度を 0. 04 m3/m2.min (NTP)とした。 散気ガスは、 酸素濃度が 0. 1容 ら 量％以下の実質的に酸素を含有しない窒素ガスであった。 また、 対照データとし て散気を全く行わないことで充填層內を嫌気性として、 同様に原水の生物膨盧過 処理実験を行った。 嫌気性脱窒反応用の水素供与体として濃度 1 0重量％のメタ ノール水溶液を、 原水に対して 6 Omg/Lの動卩えた。 結果を図 3に示す。
朝 8時から処理を開始した。 実質的に酸素を含有しないガスを散気しながら生 物膜濾過処理を行った場合には、 図 3に示すように安定した処理が行われた。 一 方、 散気を行わなかった場合には、 1 2時頃に濾過抵抗が一時的に上昇し、 その 後 1 4頃時には元の濾過抵抗に戻つた。 これは、 充填層内に窒素ガスが溜まつて 一次的な濾過抵抗の上昇が起こり、 その後何らかの原因でガス溜まりがなくなつ て濾過抵抗が元の値に戻ったためであると推察される。 また、 1 4時頃に処 ¾Κ· s sが異常に高くなつた。 これは、 充填層内に溜まっていた窒素ガスが一気に噴 出することで充填層自体が撹拌されたことを裏付けている。 Ν Ο χ— Ν除去率に ついては、 総じて、 散気を行つた場合の法が高レヽことが分かつた。
散気を行わなかった実験においては、 1 5時頃から急激に濾過抵抗が上昇し、 充填材の逆洗が必要となったため、 運転を停止した。 散気を行った実験では、 2 2時頃まで逆洗は必要なく、 処理時間を長く取ることができた。
実施例 2
本実施例においては、 散気速度が処理能力に与える影響について検討した。 実質的に酸素を含有しな!/、ガスの充填層での空塔速度を変化させた他は、 実施 例 1と同じ条件で原水の生物縢慮過処理実験を行つた。 散気空塔速度と Ν Ο χ— Ν除去率との関係を図 4に示す。
図 4から、 散気の空塔速度が 0 . 0 2 mVm2. min (NTP)未満では N O x— Nの 除去率が安定せず、 0 . l m3/m2.min (NTP)を超えると極端に NOx— Nの除去 率が低下する傾向があることが観察された。 散気の空塔速度が 0 . 0 3〜0 . 0 7 m3/m2.min (NTP)の範囲内では、 9 0 %以上の NO X— N除去率が得られた。 実施例 3
本実施例では、 微量の酸素を含有するガスを充填層に散気して原水の生物膜濾 過処理実験を行った。
直径 4 0 0醒のカラムに、 充填材として有効径 3腿のアンスラサイトを充填 して充填層厚 2000腿とした。 下水 2次処理水を好気性生物廳慮過装置によ つて硝化処理して得られた硝化液を原水として、 充填層の上方から散水し、 一方 、 充填層の下部からガスを散気することによって、 本発明による処理実験を行つ た。 原水の水質は、 水温 21〜23°C、 pH6. 7-6. 8, NOx_N (硝酸 性窒素） 18〜23mg/L、 SS (浮遊固形分） 約 2mg/Lであった。 処理速度は 10 Om/dとし、 散気空塔速度を 0. 04m3/m2.min(NTP)とした。 散気ガスは 、 酸素濃度が 0. 5容量％の微量の酸素を含有する窒素ガス （微量酸素ガス） で あった。 また、 対照データとして酸素濃度が 0. 1容量％以下の実質的に酸素を 含まない窒素ガス （無酸素ガス） を散気して実験を行った。 嫌気性脱窒反応用の 水素供与体として濃度 10重量％のメタノール水?額夜を、 原水に対して 6 Omg/ Lの動卩えた。 結果を表 1に示す。
Figure imgf000010_0001
微量の酸素を含有するガスを充填層に散気した場合には処理水の B O Dは 2 m g/Lであったのに対して、 酸素を実質的に含有しないガスを充填層に散気した 場合には、 処 ®τΚの BODは 5〜12mg/L残存し、 後段処理として処 STRを B OD除去処理にかける必要があることが分かった。 また、 SS、 NOx— Nの除 去に関しては、 レ、ずれの場合でもほぼ同等の良好な処理結果が得られた。 産業上の利用の可能生 - 本発明によれば、 固定床式生物膨盧過装置において、 実質的に酸素を含有しな いガスを充填層下部から散気しながら、 被処理水 （原水） を充填層上部より散水 して生物月穀慮過処理を行うことにより、 原水の脱窒処理を行いながら、 充填層内 の窒素ガス溜まりを解消し、 且つ、 適切な気液向流効果が得られるために、 充填 材表面の生物膜の厚さを均一にすることができ、 以下のような効果を得ることが できる。
①充填層内全域を反応領域として常に利用することができるので、 処理能力が高 い。
②充填材表面に付着する生物膜の厚さを一定にすることができるので、 充填材の 一粒一粒を有効に利用でき、 処理の安定性が高い。
③逆洗の頻度を少なくすることができ、 処理が効率的である。
また、 本発明の好ましい態様においては、 微量の酸素を含有するガスを充填層 に散気することにより、 充填層内のガス溜まりを解消し、 且つ、 適切な気液向流 効果が得られるために、 充: t 才表面の生物膜の厚さを均一にすることができると 同時に、 充填層内の残存水素供与体も除去することができるので、 極めて効果的 な処理が可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 微生物付着用の粒状充 «Wが充填された充填層；該充填層の上部に設けら れた、 被処理液を供給するための被処理液流入口；該充填層の下部に設けられた 、 酸素を実質的に含まなレヽガス若しくは微量の酸素を含有するガスを供給するた めのガス供給口；を具備することを特徴とする生物膨慮過装置。
2. 充填層から排出されるガスを受容する排出ガス受容配管が設けられていて 、 該排出ガス受容配管が上記ガス供給口に接続されている請求項 1に記載の生物
3 . 粒状充: t謝の表面に微生物を付着させた微生物付着充： t謝が充填された充 填層に、 被処理液を下降流で通水しながら、 該充填層下部より、 酸素を実質的に 含まな！/、ガス若しくは微量の酸素を含有するガスを上昇流で通ガスすることを特 徴とする被処理液の生物廳慮過方法。
4 . 充填層下部より供給するガスとして、 充填層から排出されるガスを再利用 + する請求項 3に記載の生物廳慮過方法。
5 . 微量の酸素を含有するガスが、 0 . 1〜 4容量％の酸素を含有する請求項 3又は 4に記載の生物 B勢慮過法。
6 . 充填層内の通ガスを、 0 . 0 2m3/m2.min (NTP)〜0 . l m3/m2. min (NTP )の空塔速度で行う請求項 3〜 5の！/、ずれかに記載の生物縢慮過法。
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