JPH05115891A - 有機性汚水の好気性生物ろ過方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水中に浸漬された充填層を有する好気性生物
ろ過装置において、高濃度に微生物を保持し高速でＢＯ
Ｄ成分の処理が可能で、かつ効率よく生物ろ床を洗浄す
ることができる洗浄方法及び装置を開発すること。 【構成】 充填層に立体網目構造粒状物のろ材を充填
し、その充填層の下部に酸素含有気体散気手段を有し、
内部に機械的攪拌手段を設けること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単一の処理槽によって
各種有機性汚水の生物処理とＳＳのろ過除去を同時に行
う新規な生物処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アンスラサイトなどの粒状固
体の充填固定床を水中に浸漬させ、有機性汚水（処理槽
に供給される被処理汚水を原水と呼ぶことがある）を下
向流で流下させながら固定床の下部から吹き込まれた酸
素含有気泡と向流接触させて、粒状固体表面の微生物膜
によって生物処理を行いながら同時にＳＳのろ過除去を
行う装置は公知であり、好気性生物ろ過装置（Bio-logi
cal Aerated Filter：略称ＢＡＦ）と呼ばれている。

【０００３】しかし従来のＢＡＦには、ろ床の目詰まり
が早く、頻繁にろ床の洗浄が必要であるという欠点があ
った。特に下水のようにＳＳの含有量が高く、１００ｍ
ｇ／リットル以上もある有機性汚水（原水）を直接処理
すると、短時間でろ床が激しく目詰まりするので、ＢＡ
Ｆの前段に沈澱槽を設けることが不可欠であった。

【０００４】また、従来のＢＡＦは微生物がろ材の表面
だけに薄く付着しているだけであるので、ろ床内に保持
される生物量が少量で、従って高速の処理を行うことが
できなかった。更に、ろ床の洗浄時に折角付着した微生
物が剥がれて系外に流出してしまうという欠点があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のＢＡＦ
の前記欠点を解決できる新型ＢＡＦを提供することを目
的としている。具体的には、 生物ろ床の目詰まりの進行を従来より著しく少なく
する。

【０００６】 生物ろ床の目詰まりが進行してろ過抵
抗が増大しても、効率よく生物ろ床を洗浄することがで
きるようにする。 高ＳＳ原水でも、ＢＡＦの前段に沈澱槽を設けるこ
となく、直接ＢＡＦで容易に処理できるようにする。 ろ床内に保持可能な生物量を従来のＢＡＦよりも大
幅に（１０倍以上）に高めることによって高速処理が可
能なようにする。

【０００７】ことが課題である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、
（１）有機性汚水を微生物が固定化された立体網目構造
粒状物の充填層に流通して、ＳＳろ過と生物処理を行う
とともに、間欠的に空気及び／又は水を該充填層の下方
から供給して、充填層を洗浄する際に機械的な攪拌をし
ながら行うことを特徴とする有機性汚水の好気性生物ろ
過方法を、（２）水中に浸漬された立体網目構造粒状物
の充填層の下部に酸素含有気体散気手段を有し、少なく
とも該充填層内部に機械的攪拌手段を設けたことを特徴
とする有機性汚水の好気性生物ろ過装置を用いて行うこ
とによって達成される。

【０００９】本発明の生物処理槽内の充填層（ろ床）に
充填されているろ材は立体網目構造を有し空隙率が９０
％以上と非常に大きく、ろ材の内部にまで微生物を保持
することが可能であるため、従来のアンスラサイトなど
の粒状固体に比べて高濃度に微生物を固定することがで
きる。本発明では、生物処理槽内のろ床にその上部から
原水を供給し下向流でろ床を流下させ、ろ床の下部（ろ
床外あるいは内部どちらでも良い）に設けた散気手段か
らろ床に酸素含有気体を供給して、ろ床内でろ材に保持
された微生物の存在下で原水を酸素含有気体に接触させ
原水中のＢＯＤ成分を高速で生物処理することができ
る。

【００１０】上記のごとく本発明の粒状ろ材は、ろ材が
非常に大き空隙率をもっているため、原水中のＳＳを有
効にかつ大量に捕捉することができ、その上ＳＳの捕捉
に伴うろ過抵抗の増加が著しく少ない。また、このよう
なろ材の特性のため、微生物膜の肥大に伴う目詰まりが
起き難い。しかし長時間運転するにつれて、ろ過抵抗が
上限に達し、あるいは処理水へのＳＳのリークが発生す
るようになった場合にはろ床の洗浄が必要となる。本発
明においては単純な逆洗に加えて充填層内部に機械的攪
拌手段を設け、効果的な洗浄が行えるようした。

【００１１】

【構成】上記本発明の特徴を図１に示した本発明の一実
施態様を参照しながら具体的に説明し、本発明の構成を
より明らかにする。しかし以下に説明する実施態様によ
って本発明が制限されるものではない。図１の本発明の
処理槽１内には図２に示すような立体網目構造をもつ粒
状固体３（例えばポリウレタンフォームで構成されてい
る）を充填した充填層２が形成されている。 処理槽１
の下部には、微生物に酸素を供給するための空気供給管
７からの空気および充填層２内を空気流によって攪乱す
るための逆洗用水供給管からの洗浄用空気の散気手段５
が設置されている。散気手段５のすぐ上、充填層２の下
部には粒状固体３を支持する支持床４が設けられており
粒状固体３が下部より流出することを防止している。

【００１２】また、処理槽１の下部には処理水流出管１
０が充填層２の上部界面Ａ付近まで立ち上がって設けら
れている。処理槽１の上部には原水供給管６が設けられ
ており、原水供給管６により原水が処理槽１に供給さ
れ、下向流として充填層２を流下する。本発明の構成の
特徴の一つは処理槽１内に充填層２に充填されている粒
状固体３を槽内の水と共に攪拌することができる攪拌手
段１３が設けられていることにある。攪拌手段１３は駆
動シャフト１５、攪拌アーム１６ａ（１６ｂ）及び駆動
モータ１４よりなる。

【００１３】攪拌アームは充填層２の処理実施時におけ
る上部界面Ａの上の空間部分Ｂにも設けられており、こ
の部分の攪拌アームは攪拌アーム１６ｂとする。処理槽
１の充填層２に目詰まりが発生して充填層２を洗浄用空
気と洗浄用水により逆洗する場合、充填層２に充填され
ている粒状固体３は空間部分Ｂにも槽中の水と共に達し
て攪拌アーム１６ｂと粒状固体とが接触するようにな
る。

【００１４】上記攪拌手段１３の構造はかなり自由に設
計されて良く、例えば攪拌アーム１６ａ及び攪拌アーム
１６ｂのアームの長さは充填層２の内径より短ければ良
く、駆動シャフト１５に取り付ける位置、対称性、本数
などは求められる洗浄効果によって適宜選定されて設計
して良い。なお図１において、１０は洗浄排水流出管、
９は逆洗用水供給管、１２は逆洗時粒状固体が槽外へ流
出することを防止する多孔部材（ネット）である。

【００１５】

【作用】上記本発明の構成に基づいて、本発明の作用を
以下に説明する。下水などの有機性汚水（原水）は原水
供給管６により処理槽１に供給され、原水は充填層２内
を酸素含有気泡と向流接触しながら下向流で流通し、Ｓ
ＳとＢＯＤが高度に除去された後、処理水流出管６を通
って流出して行く。

【００１６】本発明の特徴の一つは充填層２内に充填さ
れているろ材として、立体網目構造をもつ粒状固体３を
用いる点にある。従来のＢＡＦに用いられてきたろ材と
しての粒状固体はアンスラサイトなどのような、その表
面にしか微生物を保持できないろ材なので充填層２内に
保持できる微生物の量は少なかった。また、充填層２の
空隙率が５０％程度と少ないので目詰まりが発生し易
い。

【００１７】微生物保持量が少なく、目詰まりが発生し
易いという欠点を有する従来型のＢＡＦに対して本発明
のろ材としての粒状固体３、従って充填層２は図２に示
した通りろ材としての粒状固体３それ自体の内部が立体
網目構造（３次元ネットワーク構造）を有するので、微
生物はその表面のみならず内部にまで多量に増殖し、高
濃度に微生物が固定化される。

【００１８】ろ材自体のみならず、充填層２の空隙率も
９０％以上と高いので目詰まりが発生し難い。しかしな
がら、立体網目構造（３次元ネットワーク構造）を有す
る粒状固体３はその表面が網目状になっているので、ろ
材相互の摩擦係数が大きく、絡み合いが生じ易い。その
結果として充填層２を洗浄する際に、単に空気洗浄及び
／又は水洗浄を行っても、ろ材同志が数十個絡み合って
ほぐれず、その部分の洗浄が行えないという問題点が見
出された。

【００１９】この問題点は、充填層２を洗浄用空気また
は洗浄用空気及び洗浄用水で洗浄しながら同時に攪拌手
段１３を使用してろ材としての粒状固体３を槽内の水と
共に攪拌するとろ材同志の絡み合いを極めて効果的に解
消することができ、洗浄効果が著しく向上することが見
出され上記問題が解決された。この時の攪拌手段１３の
回転速度は１分間に数回転することで充分であり、急速
回転させる必要はない。

【００２０】洗浄用空気または洗浄用空気及び洗浄用水
で洗浄しながら攪拌手段を用いて充填層２を洗浄するこ
とが本発明のいま一つの特徴である。洗浄用空気または
洗浄用空気及び洗浄用水による洗浄を行わず、単に攪拌
手段１３を使用してろ材としての粒状固体３を攪拌して
もろ材同志の個絡み合いはほぐれず、ろ材の磨耗を招く
のみである。ろ材としての粒状固体３を洗浄用空気また
は洗浄用空気及び洗浄用水によりほぐした状態にしてか
ら攪拌手段１３を回転させ、ろ材を動かすと極めて効果
的にろ材同志の個絡み合い解消でき、充填層２の全体を
良く洗浄でき、ろ材としての粒状固体３に洗浄不十分な
部分が残らない。また、洗浄用空気及び洗浄用水による
同時洗浄を行うことによって、充填層２を上に膨張させ
て、攪拌手段１３の攪拌アーム１６ｂの部分でろ材を動
かすと充填層２の上部（最もＳＳの蓄積量が多い領域）
のろ材を効果的に洗浄できる。

【００２１】上記した本発明の好気性生物ろ過装置の構
成と作用に基づいて、図１に示した装置の洗浄方法の好
適例を示すと以下の手順となる。 原水供給管６を弁で閉じて原水の供給を停止し、処
理水流出弁１８を閉じる。 洗浄用空気を散気手段５から多量に送りこみ、ろ材
の充填層２を空気の上昇流によって攪乱する。

【００２２】 攪拌手段１３を駆動し、弁１７を開
き、洗浄用水を槽内に送り込み、上昇空気と上昇水流に
よってろ材の充填層２を上方に膨張させる。 手順を１０〜３０分間程度続け、充填層２内に捕
捉されていたＳＳと増殖微生物を洗浄排水と共に洗浄排
水流出管１１から系外に排出する。 洗浄用空気の供給を止め、洗浄用水の供給のみを続
けて行う。（洗浄排水のＳＳが１００ｍｇ／リットル前
後になるまで洗浄用水を供給しその後供給を停止す
る。） 攪拌手段１３の駆動を停止する。弁１７を閉じ、弁
１８を開け、槽内の水位を所定の位置に低下させた後、
原水の供給を再開する。

【００２３】

【実施例】

（実施例−１）下水を対象に本発明の卓越した洗浄効果
を実証するため、本発明の好気性生物ろ過装置による汚
水処理と処理後の処理槽の充填層の洗浄を行った。この
実証処理に使用した好気性生物ろ過装置の構造は以下の
通りである。

【００２４】 処理槽直径（形状） 直径５００ｍｍφ（円筒形） 充填層の層厚 ２５０ｃｍ 空間部（図１のＢ）の高さ １２５ｃｍ 充填層に充填されている粒状固体は以下の通りである。 種類 ポリウレタンフォーム 粒径 約１０×２５×２５ｍｍの直方体状 多孔率 ４〜６（個／ｃｍ） また、本発明の好気性生物ろ過装置に配備されている攪
拌手段は以下の様な構成である。すなわち、処理槽の上
部に攪拌モータが設置されており、その直ぐ下部に軸受
けで回転可能に支持されている、そして充填層の底部に
達する長さ約３５０ｃｍ、太さ１３ｍｍφのシャフトか
ら成る駆動シャフトが上記攪拌モータに取り付けられて
いる。この駆動シャフトには長さ約２２ｃｍ、太さ５ｍ
ｍφのシャフトから成る攪拌アームが両側対称的に３０
ｃｍのピッチで１０段に取り付けられている。 下水処
理の処理条件と結果は以下の通りであった。

【００２５】表１には処理装置に供給した原水の水質を
示す。 表１ 原水水質 水温 ：２０．５〜２２．６℃ ＳＳ ：１８０〜２６３ｍｇ／リットル ＢＯＤ負荷 ：１５８〜２４０ｍｇ／リットル 表２に処理条件を示す。

【００２６】表２ 下水処理流量： １９．６ｍ³ ／日 ろ過速度： １００ ｍ／日 滞留時間： ０．６ ｈｒ 空間速度（ＳＶ）： １．７ ｈｒ^-1 空気供給量： ６０ ｍ³ ／日 表２の条件で、表１の水質の原水を６ヶ月間連続して処
理した。

【００２７】通水開始後４週間後にポリウレタンフォー
ムの粒状固体内部の立体網目構造部には１８〜２０ｇ／
リットルという高濃度の微生物（ＭＬＳＳ）が自然増殖
的に固定化された。１ヶ月後からの処理水の水質は表３
に示すように、高度な水質の処理水が安定して得られ
た。また、ろ過速度１００ｍ／日という従来のＢＡＦ
（アンスラサイトをろ材とするろ床）の４倍もの高速度
を処理速度としているにもかかわらず、５０〜５２時間
のろ過継続期間が可能であった。

【００２８】表３ 処理水水質 ＳＳ ：２．１〜３．８ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： ３〜 ５ｍｇ／リットル ｐＨ ：６．９〜７．１ なお、ろ過継続時間とは、ろ過を始めた時点から槽内の
水位が洗浄排水流出管のとりつけ位置にまで上昇するま
での時間をいう。

【００２９】ろ過継続期間経過後、上記攪拌手段を回転
数７回転／分の速度で攪拌しながら、空洗速度３．０ｍ
／分及び水洗速度０．４ｍ／分で充填層を洗浄した。こ
のときの洗浄排水発生比は２．８〜３．０％であり、極
めて少なく済んだ。なお、洗浄排水発生比γは、次の式
で定義される。 γ＝〔洗浄排水発生量（ｍ³ ）／原水処理総量
（ｍ³ ）〕×１００ 充填層の洗浄時に攪拌手段を駆動しなかった場合の洗浄
排水発生比γは１０〜１２％となり、多量の洗浄水を使
用しないとろ材を充分洗浄することはできなかった。

【００３０】この原因は攪拌手段を駆動しないとポリウ
レタンフォーム粒状固体が互いに絡み合って大きな塊に
なる現象を防止することができないことにあった。 （比較例−１）従来のＢＡＦ（粒径３〜４ｍｍのアンス
ラサイトを充填層として、層厚２．５ｍに充填したも
の）に、上表１に示した水質の下水を原水として、１２
２．７ｍ／日で通水し、ろ過継続可能時間（ろ過抵抗が
５００ｍｍＨ₂Ｏに達するまでの時間）と処理水の水質
及び洗浄排水発生比を調べた。実験は６ヶ月間行った。

【００３１】この結果を次の表４に示す。 表４ 比較例の処理結果 ＳＳ ５．３〜８．８ｍｇ／リットル ＢＯＤ １８〜２７ ｍｇ／リットル ろ過継続の可能時間 ３２〜３６ 時間 洗浄排水発生比 ３５〜３８％ 洗浄排水発生比は上記γと同じ式で定義された値であ
る。

【００３２】表３と表４を比較すると、同一原水、同一
ろ過速度で処理を行ったにもかかわらず、明らかに本発
明の方法では得られた処理水の水質が良好で、ろ過継続
の可能時間が従来のＢＡＦを用いた場合の７．８倍も長
く、洗浄排水発生比が約十分の一であることが確認され
た。このことは、本発明の方法の卓越した効果を示すも
のである。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、次のような大きな効果
が得られ、従来のＢＡＦの欠点をことごとく解決可能で
ある。 空隙率が大きな立体網目構造をもつ粒状固体の内部
に微生物を高濃度に固定化し、これを固定床とし、かつ
ろ床の構成を多段化したので、ろ床の目詰まりが著しく
少なく、かつ高速に生物反応が進む。

【００３４】 従って、処理槽がコンパクト化でき、
同一ろ過速度で比較した時、通水開始から洗浄を始める
までの１サイクルの処理時間、すなわちろ過継続時間が
従来のそれより約８倍も長くとれる。 洗浄排水発生比が従来のＢＡＦの１／１０に減少す
るので、汚泥分離水の処分が容易になり、処理水生産効
率も向上する。

【００３５】 高ＳＳの汚水でも、ＢＡＦの前段に沈
澱槽を設けて、予めＳＳを除去する必要がないので、建
設コスト、設置スペースが大幅に減少する。 下水などの有機性汚水を本発明の装置、一槽で高度
に処理可能となる結果、維持管理性が顕著に向上する。 微生物がろ材自身の内部に固定化保持されているの
で、ろ床洗浄によっても、ろ材内部の微生物が系外に流
出しない。従って、常に良好な処理水を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の下向流式生物ろ過装置の模式
図。

【図２】図２は本発明の充填層の充填する粒状固体の模
式図。

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 充填層 ３ 粒状固体 ４ 支持床 ５ 散気手段 ６ 原水供給管 ７ 空気供給管 ８ 洗浄用空気供給管 ９ 逆洗用水供給管 １０ 処理水流出管 １１ 洗浄排水流出管 １２ 多孔部材 １３ 攪拌手段 １４ 駆動モータ １５ 駆動シャフト １６ａ攪拌アーム １６ｂ攪拌アーム １７ 弁 １８ 弁 Ａ 上部界面 Ｂ 空間部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性汚水を微生物が固定化された立体
   網目構造粒状物の充填層に流通して、ＳＳろ過と生物処
   理を行うとともに、間欠的に空気及び／又は水を該充填
   層の下方から供給して、充填層を洗浄する際に機械的な
   攪拌をしながら行うことを特徴とする有機性汚水の好気
   性生物ろ過方法。
2. 【請求項２】 水中に浸漬された立体網目構造粒状物の
   充填層の下部に酸素含有気体散気手段を有し、少なくと
   も該充填層内部に機械的攪拌手段を設けたことを特徴と
   する有機性汚水の好気性生物ろ過装置。