JPS5851986A - 廃水の好気性生物学的処理装置 - 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】 本発明は、廃水の好気性生物学的処理装置に関し、詳細
には、生物膜を利用して好気性条件下で廃水を生物学的
に浄化する廃水処理装置に関するものである。

窒素化合物や他の有機物を含む有機質汚水の浄化には、
一般に生物学的方法が採用されている。

生物学的方法では、ＢＯＤ−’Ｐｃ０Ｄ等の指標で示さ
れる有機物特にＢＯＤ成分が微生物によって酸化除去さ
れる。即ちアンモニア性窒素は好気性条件下で硝化菌に
よって硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素に酸化（硝化）さ
れた後、嫌気性条件下で脱窒菌によって窒素ガスに還元
（脱窒）されて除去される。

ところで好気性条件下でＢＯＤ成分除去及び硝化を行な
う生物学的処理法として、浮遊汚泥を用いる活性汚泥法
が知られている。この方法では、処理槽内で被処理水と
浮遊汚泥を曝気しつつ接触させて酸化を行なった後、処
理水と浮遊汚泥の混合物を沈降槽に移し、汚泥を沈降さ
せて処理水と分離する。処理水はそのまま排出するか或
いは次の処理槽に導入し、沈降した汚泥は引抜いて一部
は元の処理槽に戻して再使用し、残りは余剰汚泥として
廃棄する。この方法では処理速度が極めて遅く処理に長
時間を要する為、大量の廃水を処理するのに大容量の設
備を要す。またいわゆるバルキングと称される現象を起
こして汚泥の沈降が悲くなり、汚泥が処理水と共に流出
して処理水質が低下し、ひどい場合には処理槽内の汚泥
が無くなって生物学的処理自体が進行しなくなるという
問題もある。しかも酸素吸収効率が低いから好気条件を
維持する為には大量の空気を吹込まなければならず、動
力費がかさむという問題も指摘されている。

他方、前記活性汚泥性以外の生物学的処理法として生物
膜方式があり、これに層する方法としては散水沖床法、
浸漬沖床法、回転円板法等がある。

これらは、生物膜媒体として処理槽内に充填したプラス
チック製充填物、ハニカムチューブ、固体粒子或いは円
板等の表面に付着した微生物膜によって廃水を浄化する
方式であり、活性汚泥法の様に汚泥を返送する必要がな
く、１つバルキングを生じないから維持管理が容易であ
る等の利点がある。しかしこれらの方法には、■槽容積
当りの生物膜面積が比較的小さく処理能力が低い、■彼
処水中のＳＳ成分及び生物膜媒体より剥離した微生物膜
が処理水と共に槽外へ流出する為、別途固液分離の操作
が必要となる、等の欠点がある。

本発明は上記の様な事情に看目し、生物膜方式で指摘さ
れている処理能力及び処理水質の問題を解決ずべく鋭意
研究の結果完成されたものであって、その構成は、上部
に廃水導入部、下部に処理水排出部を設けた処理槽より
なる廃水の生物学的処理自体゛であって、処理槽内には
充填ｊ―と該充填層の支持Ｉ―を設け、該支持ｊ―のｆ
側に処理水集水装置及び空気尋人装置を設けてなり、＝
ｉ＋記充ｋＡ層は、粒径が０．２〜ｌ０ＩＩＪＩの固形
粒子と該固形粒子よりも十分に大きな充填材を均一に混
合して充填したものであることを要旨とする。

以下実施例を示す図面に基づいて本発明の構成及び作用
効果を説明するが、下記は代表例であって本発明を限定
する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る
範囲で処理槽本体の形状や構造を変更したり、処理水集
水装置や空気導入装置の構成或いは被処理水等の配管を
変更することは自由であり、それらはすべて本発明技術
の範囲に含まれる。

第１図は本発明の処理装置を概念的に示す説明図、第２
図は該処理装置の要部破断見取り図であり、図中１は処
理槽、２は処理水貯槽、３は充填層、４は支持層、５は
処理水の集水と曝気用空気の導入を兼ねた集水・空気導
入装Ｍ（詳細は後述）、６は原水導入管、７は空気配管
、８．９は処理水配管を夫々示す。処理槽１の底部には
処理水を集めるだけでなく逆洗水及び空気を処理槽１全
体に分散させる為の集水・空気導入装置５が配置され、
その上部には支持層４、該支持層４の上部には本発明で
最も特徴付けられる充填層３が配−゛されている。そし
て処理槽１の底部適所には淵部１４か形成されており、
その下方壁面に処理水排出口１５を設けると共に、集水
°空気導入装置５に空気を供給する為の空気配管７を配
置する。尚第１図の１０は充填層３を逆洗する時に使用
する逆洗ポンプ、１３はバルブを示し、１１は逆洗水の
排出管路を示す。第３図は集水・空気導入装置５を拡大
して示す破断見取り図であり、矩形筒体５ａ内に２枚の
補強板５ｂを挿入配置すると共に、矩形筒体５ａの上方
壁及び補強板５ｂには多数の貫通孔５Ｃを穿設してなり
、この矩形筒体５ａを、第２図に示す如く処理槽１の底
面に多数敷きつめて集水・空気導入装！５が構成される
。従って後述する如く充填層３及び支持層４を通過しつ
つ浄化された処理水は貫通孔５Ｃから矩形筒体５ａ内に
入り、底面を伝って淵部１４方向へ流れて排出口１５か
ら槽外へ排出される。また空気配管７から矩形筒体５ａ
内に送り込まれた空気は、貫通孔５Ｃより処理槽１の下
面全域から分散上昇する。

この様な装置を用いた廃水処理は次のようにして行なわ
れる。まずＢＯＤ成分や窒素成分等を含む廃水を原水配
管２から処理槽１内へ流入させると共に、空気は、配管
７から集水・空気導入装置５を通して槽１内に送り込み
、充填層３を好気性雰囲気にする。廃水が充填層３を通
過する過程で充填材の表面に廃水中のＢＯＤ成分等が付
着生育し、ＢＯＤ成分酸化菌や硝化菌等の好気性微生物
膜が形成され、順次充填層３内を流下してくる廃水中の
ＢＯＤ成分等は上記好気性微生物膜の作用で分解除去さ
れ、アンモニア性窒素や有機性窒素はＮ０ａ−ＮやＮＯ
２−Ｎ　まで酸化される。この様にして浄化された処理
水は、集水・空気導入装置５及び排出口１５を経て取り
出される。

ところで上記の生物学的浄化作用を効率良く進行させる
為には、充填層３の各充填物表面に形成される好気性微
生物膜の廃水との接触有効面積を大きくすると共に、空
気が充填層３中を均等に拡散しながら上昇し全体を好気
性雰囲気にする必要がある。しかも上記微生物膜の成長
が進むと充填物表面から脱落し、処理水の清浄度を低下
させるから、この様な障害を防止する為には充填層３自
体に沖過作用を持たせることも必要である。しかしなが
らこの種の装置で使用されている従来の充填層では、充
填物の粒径が大きすぎて好気性微生物膜の有効面積を十
分に大きくすることができず生物学的浄化効果が不十分
であったり、或は充填物の粒径が小さすぎて空気が充填
層全体を均等に上昇せず一部が嫌気性雰囲気になって浄
化効果が乏しくなる等の問題があり、現場の要求を満た
しているとは言えなかった。

これに対し本発明では、充填層を構成する充填物の粒度
構成を調整することによって浄化効果を著しく高めてい
る。即ち充填材としては粒径か０．２〜１０關、特に好
ましくは０．４〜７關の比較的微細な固形粒子と、該固
形粒子よりも十分に大きな充填材との均一混合物を使用
しなければならず、従来例の如く略単−粒径の充填物で
は目的を達成できない。しかして本発明者等が実験によ
り確認したところでは、■充填物のみの場合は、空気の
上昇は充填層全体で均一になるが、表面積が小さい為に
微生物膜の有効面積を十分に大きくすることができず、
また充填層の空隙率が大きい為に気泡が上昇過程で大粒
に成長し易く微生物の活動が緩慢になり易い、しかも微
生物膜脱落物の除去効果が乏しい。これに対し■微細充
填物のみの場合は、表面積が大きいから微生物膜の有効
面積を大きくすることができ、微生物膜脱落物の除去効
果も高いが、充填物の空隙率が小さい為に空気が充填層
全体を均等に上昇せず、局部的に嫌気性雰囲気が形成さ
れて浄化効果が低下する他、充填層内の目詰まりが起こ
りやすく、逆洗を頻繁に行なう必要かある。

しかし充填物と微細充填物の均一混合物を使用すると、
両者の特長が生かされると共に欠点が解消され、卓越し
た浄化効果を発揮する。ここで固形粒子の粒径を０．２
〜］、Ｏｗに定めた理由は、空気の拡散性、微生物膜の
有効表面積、処理効率、沖過効果等を同時に満足させる
為であり、０．２順未満の微細物では空気の拡散性及び
処理効率が低下し、１０ｆｌを越えると微生物膜の有効
表面積が不十分になると共に沖過効果も乏しくなり、何
れも本発明の目的を達成できない。また充填材は空気の
拡散性を高めると共に処理効率及び逆洗効率を高める作
用があり、上記固形粒子よりも十分に大きなものであれ
ばよく、粒径を特定することは困難である。しかし最も
実用的な粒径は２５〜３００頗、特に好ましいのは６０
〜３００關であり、処理槽の大きさや併用する固形粒子
の粒径等を考慮しつつ上記粒径範囲のものから選択する
のがよい。上記固形粒子と充填材は均一に混合して充填
することが不可欠の要件であり、混合が不十分であると
空気及び原水が充填材の片寄った部分に集中し、浄化効
果が極端に低下すると共に逆洗効率も低下する。また両
者の配合比率は特に限定されないが、充填材を見かけ容
積で、充填層容積の５０〜１００％充填するのが好まし
い。充填層３の空隙率は両者の配合比率によって変わる
が、固形粒子（砂の場合）単独では５０％程度、充填材
単独では７０〜９５％程度であるから、空気の拡散性、
生物学的処理効果、沖過効果等を考慮しつつ、上記単独
ものの空隙率の間の値に設定される。実際の充填方法は
、一度に充填層を形成するのは難かしく、ある程度しき
つめた充填材の空隙に固形粒子を充填するとともに水あ
るいは空気により均一に充填するよう調整する工程を段
階的に行なって一定高さの層を形成する方法が好ましい
。

上記固形粒子としては、砂、ア”ンスラサイト、高炉ス
ラグ、プラスチック製粒子等従来から知られた全ての充
填材料を使用することができ、その形状も球状に限定さ
れる訳ではなく、ペレット状、短柱状、破砕のままの異
形状等すべてを使用できる。また充填材も、気液接触装
置等に利用されるラシヒリング、レッシング状充填物等
の種々のタイプの充填物、パイプ、球体、不定形の砂利
、種々の格子状そう入物等がすべて使用できる。

上記充填層の下部に配置される支持層は、充填層中の微
細な固体粒子が集水・空気導入装置５の貫通孔５Ｃから
漏れ出さない様にする為に設けられるもので、上記固体
粒子よりも若干大径の砂利等が使用される。

また集水・空気導入装置５としては、伸銅ファウドラー
■の開発したＡ／Ｗ式レオレオボルドブロックタイプの
を図示しており、これは処理槽の下面全域から空気を送
給し得る点で最も有効であるか、勿論これに限定される
訳ではなく、有孔ブロック式、多孔管式、多孔板式、ボ
イラ一式、Ｔ型ブロック式、ストレーナ式等の集水装置
を使用することもできる。また支持層等に別途空気吹込
み管を設け、集水装置とは別の位置から曝気用空気を送
給することも可能である。

本発明は概略以上の様に構成されるが、要は充填層の充
填物として微細な固形粒子と充填物との均一混合物を使
用することによって、以下に列記する如く高い浄化効果
を有する廃水処理装置を得ることができた。

（１）充填材の存在によって曝気用空気が充填Ｉ一層全
体均一に供給されるから、層全体を好気性雰囲気に保つ
ことかでき、生物学的処理効果か高まる。

しかも充填層全体を適度の空隙率にすることができ、廃
水処理能率及び逆洗能率も向上する。

（２）微細な固形粒子の存在によって微生物膜の有効表
面積が拡大され、また曝気用空気の細泡化も促進される
から生物学的処理効率は一段と高まる。

しかも固形粒子の充填部は、微生物膜脱落物や廃水中の
ＳＳ成分の沖過効果も発揮するから、処理水の清浄度が
高まる。

次に実施例を挙げて本発明の効果を明確にする。

実施例１ 実験用として直径２００ｆｉ、高さ３５００ｍの処理塔
を使用し、下部に集水・空気導入装置を配置し、その上
に粒径２〜２０ｔｍ１ｇの範囲の砂利を粒径に応じて充
填して支持層とした。この上層に、固形粒子として粒径
０．４〜３闘メの砂、充填材として２５６０の磁性球及
び２５鱈ダのレッシング状充填物を夫々使用し、充填材
を見かけ容積で充填層容積のｉｏｏ％充填し、その空隙
に固形粒子を充填した（レッシング状充填物を４０１充
填し、その空間を固形粒子でうめる）。充填物を層高さ
１３００　ｍ　（充填容積４０１）に充填する。この処
理塔を使用し、ペプトンを主体とするＢＯＤ成分２００
　ｐｐｍの合成下水を下記の条件で処理し、ＢＯＤ成分
の除去率を調べた。

処理水ｉｔ：１ｍ’／日　　ＬＶ：３２ｒｎ／日処理水
温＝２５℃　　　ＳＶ：１”／ｈＢＯＤ負荷＝５即／ｄ
・日　空気量：１．７Ｎｔｒｔ／日逆洗回数＝２回／日 結果を第１表に示す。

第１表 第１表からも明らかな様に、固形粒子としての砂を単独
で使用した場合のＢＯＤ除去率は低いが、砂と充填物を
混合使用することによってＢＯＤ除去率を大幅に高める
ことができる。

実施例２ 充填物として２５■径のレッシング状充填物、固形粒子
として０．４〜３ｍ径の高炉水砕スラグ、砂又はアンス
ラサイトを使用した他は実施例１と同様にして充填１−
を形成し、下記の条件で下水１次処理水の処理を行なっ
た。

処理水ｍ：１．７ａ、ｒ／日 ＬＶ　　　　：６５ｍ／日 ＳＶ　　　　：１．８１／ｈ ＢＯＤ負荷＝４．６〜７．１即／ｄ・日空気吹込量：２
．２Ｎｙｖ／日 空気蓋／処理水量：１．３ 処理水温　：１７〜２１℃ 逆洗回数　：３回／日 結果を第２表に示す。

第２表 第２表からも明らかな様に何れの混合充填物を使用した
場合でも、処理水のＢＯＤ値は２０　ｐｐｍ以下、ＳＳ
含有量は１５　ｐｐｍ以下となり、高い浄化効果を得る
ことができる。また固形粒子として高炉水砕スラグ及び
砂を使用したものについては、ＢＯＤ負荷を８．５〜ｌ
０ＫＦ／ゴ・日及び７．５〜８Ｖｄ・日に夫々高めて処
理を行なったが、何れの場合もＢＯＤ値が２０　ｐｐｍ
以下の処理水を得ることができた。

実施例３ 直径６００ｍ、高さ４００（１ｍの処理塔の下部に集水
・空気導入装置を配置し、その上に粒径２〜２０Ｍ０の
砂利を充填して支持層とした。この上層部に、７０闘径
のレッシング状充填物と０．４〜３ｗｘＤの高炉水砕ス
ラグを夫々使用し、充填材を見かけ容積で充填層容積の
１００％充填し、その空隙に固形粒子を充填した（レッ
シング状充填物を４０を充填しその空間を固形粒子で埋
める）。

この処理塔を用い、原水として、安水をペンゾール抽出
により脱フェノールした排水を冷却水等の雑排水で５倍
に希釈したものを使用し、下記の条件で浄化処理を行な
った。

処理水ｊｉｉ　　：４．０ｍ７日 ＬＶ　　　　：ｔａｍ／日 ＳＶ　　　：Ｏ１５１／ｈ ＢＯＤ負荷：９．６ＫＦ／ゴ・日 空気吹込量：３３Ｎｍ’／日 空気量／処理水量：　７ 処理水濡　：２３〜２５℃ 逆洗回数　：２回／日 結果を第３表に示す。

第３表 第３表からも明らかな様に、ＢＯＤ負荷が９．６Ｋｇ／
−・日という高負荷でも、ＢＯＤ及びフェノールを極め
て効率良く除去し得ることが分かる。

実施例４ 充填物として２５ｆｆ径のレッシング状充填物、固形粒
子として０．４〜３ｗｍＤの高炉水砕スラグを使用した
他は実施例１と同様にして処理塔を作製し、下記の条件
で下水２次処理水の浄化を行なった。尚処理に当っては
、充填層内のｐＨ低下を防止する為処理塔内にｐＨ電極
を配置し、ｐＨが７．０となる様にＮａＯＨ水溶液を添
加した。

処理水−：１．２，４７日 ＬＶ　　　　：３８ｎ龜／日 ＳＶ　　　：１．２５　１／ｈ ］３０Ｄ負荷：０．４々／扉・日 ＮＨａ−Ｎ負荷：０．６即／−・日 空気吹込量：１．２Ｎゴ／日 処理水温　：２５℃ 逆洗回数　：１回／日 結果を第４表に示す。

第４表 第４表からも明らかな様に、この処理でＮＨａ−Ｎは９
９％以上除去され、ＢＯＤ及びＳＳ成分も効率良く除去
することができる。

実施例５ 固形粒子として、ＮａＯＨでｐＨ１２に調整したリン酸
塩溶液で含浸処理し脱燐機能を持たせた０、４〜３酊ダ
の高炉水砕スラグを使用した他は、実施例４と同様にし
て処理塔を作製し、下水２次処理水の浄化を行なった。

尚処理に当り、塔内のｐＨはＮａＯＨ水溶液によって９
に調整し、Ｃａ源として別途ＣａＣｌ２水溶欣を塔内に
添加し、その他の処理条件は実施例４と同一とした。尚
Ｃａ添加量は１００　ｐｐｍとした。

結果は第５表に示す通りであり、固形粒子に脱燐性付与
処理を施こしておけば、硝化と同時に燐も効率良く除去
することができる。

＋１９１ 第　　５　　表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の処理装置を例示する概略全体図、第２
図は処理槽の一部破断見取り図、第３図は集水・空気導
入装置を拡大して示す一部破断見取り図である。 １・・・処理槽、２・処理水貯槽、３・・充填層、４・
・・支持層、５・・集水・空気導入装置、６・・原水（
廃水）導入管、７・・・空気配管、８，９・・処理水配
管、１０・・・逆洗用ポンプ、１５・・処理水排出口、
１４・・淵部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に廃水導入部、下部に処理水排出部を設けた
   処理槽よりなる廃水の生物学的処理装置であって、処理
   槽内には充填層と該充填層の支持層を設け、該支持層の
   下側に処理水集水装置及び空気導入装置を設けてなり、
   前記充填層は、粒径が０．２〜１０餌の固形粒子と該固
   形粒子よりも十分に大きな充填材を均一に混合して充填
   したものであることを特徴とする廃水の好気性生物学的
   処理装置。