JP2000218290A

JP2000218290A - 下水処理方法及び下水処理装置

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Publication number: JP2000218290A
Application number: JP2423799A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Hatanaka; 千秋畑中; Takanori Nagatomi; 孝則永冨; Osamu Koga; 修古賀; Kunio Ohara; 邦夫大原
Original assignee: KITAKYUSHU CITY
Current assignee: KITAKYUSHU CITY
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2000-08-08
Anticipated expiration: 2019-02-01
Also published as: JP3474476B2

Abstract

(57)【要約】【課題】処理槽内の微生物濃度の向上を実現して効率
よく窒素化合物の分解処理を行うことのできる下水処理
方法及び下水処理装置を提供する。【解決手段】処理槽１８に導入された下水を硝化細菌
又は脱窒細菌を用いて下水中に含まれる窒素化合物を分
解する下水処理方法において、処理槽１８の一部又は全
部に、その外側表面に前記硝化細菌又は脱窒細菌を含む
微生物を積極的に担持した中空糸１９を多数配置し、下
水中に含まれる窒素化合物の分解処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理方法及び
下水処理装置に係り、特に、下水中に含まれる窒素化合
物を分解処理することのできる下水処理方法及び下水処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水道の整備に伴い、汚染された河川等
の水質は回復し、これらを維持するためにも下水道施設
はますます重要なものとなってきている。このような
中、全国的にも下水処理は、従来のＢＯＤ（生物化学的
酸素要求量）、ＳＳ（懸濁物質）等の指標に代表される
有機汚濁物質の除去を中心としたものから、近年の問題
となっている閉鎖性水域の富栄養化の原因物質である窒
素分の除去を付加した高度処理の実施に移行しつつあ
る。現在、下水中の窒素分の除去方法としては、硝化細
菌によって下水中のアンモニア等の窒素化合物を酸化し
た後、脱窒細菌によって還元して下水中に含まれる窒素
分を窒素ガスとして除去する方法が考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法を用いて窒素分の除去を行う場合、窒素化合物の酸化
処理を行う硝化細菌の増殖速度が小さく処理槽内での硝
化細菌の数が少ないため、下水の滞留時間を長くする必
要があった。従って、一連の下水処理設備においては下
水の時間当たりの処理量は決まっているので処理槽を大
きくしなければならず、処理槽の用地確保の問題や施設
建設に多額の費用がかかる等の問題が生じていた。本発
明はかかる事情に鑑みてなされたもので、処理槽内の微
生物濃度の向上を実現して効率よく窒素化合物の分解処
理を行うことのできる下水処理方法及び下水処理装置を
提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る下水処理方法は、処理槽に導入された下水を硝化細
菌又は脱窒細菌を用いて前記下水中に含まれる窒素化合
物を分解する下水処理方法において、前記処理槽の一部
又は全部に、その外側表面に前記硝化細菌又は脱窒細菌
を含む微生物を積極的に担持した中空糸を多数配置し、
前記下水中に含まれる窒素化合物の分解処理を行ってい
る。本発明に係る下水処理方法においては、処理槽の一
部又は全部に、外側表面に硝化細菌又は脱窒細菌を含む
微生物を積極的に担持した中空糸を配置するので、処理
槽内の硝化細菌又は脱窒細菌を含む微生物濃度を高める
ことが可能となる。

【０００５】前記目的に沿う第１の発明に係る下水処理
装置は、導入された下水の処理を行う処理槽の一部又は
全部に、その外側表面に硝化細菌を含む微生物を積極的
に担持した中空糸が多数配置され、しかも、前記中空糸
の内部には酸素を含む気体が供給されて該中空糸の外側
表面を高い微生物濃度に保持している。第１の発明に係
る下水処理装置においては、その外側表面に硝化細菌を
含む微生物を積極的に担持した中空糸が配置されて、硝
化細菌を含む微生物（好気性細菌）の増殖に必要な酸素
が中空糸の内部から拡散によって確実に微生物に供給さ
れるので、中空糸表面での微生物の密度を高めることが
可能となり、これによって、処理槽内における硝化細菌
を含む微生物の濃度を高めることができる。ここで、前
記処理槽は曝気槽であることが望ましい。これにより、
曝気処理と窒素の酸化処理を同時に行うことが可能とな
る。

【０００６】また、第２の発明に係る下水処理装置は、
導入された下水の処理を行う無酸素槽の一部又は全部
に、その外側表面に脱窒細菌を含む微生物を積極的に担
持した中空糸が多数配置されている。第２の発明に係る
下水処理装置においては、外側表面に脱窒細菌を含む微
生物を積極的に担持した中空糸が配置されているので、
無酸素槽内での脱窒細菌の濃度を高めることが可能とな
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は微生物が積極的に担
持された中空糸の説明図、図２は本発明の第１の実施の
形態に係る下水処理装置を使用した下水処理施設の概略
説明図、図３は同下水処理装置の概略説明図、図４は本
発明の第２の実施の形態に係る下水処理装置を使用した
下水処理施設の概略説明図である。

【０００８】まず、本発明の実施の形態において使用す
る硝化細菌又は脱窒細菌を含む微生物が担持された中空
糸（バイオリアクタ１０という。）について説明する。
図１に示すように、例えばポリエチレン、ポリサフォ
ン、テフロン（登録商標）、セルロース等からなる中空
糸１１は、直径が１ｍｍ程度であって、内部に直径が３
００〜４００μｍ程度の空洞を有すると共に、その空洞
から外側表面に向かって気体が浸透し得る細孔１２（直
径１０〜１０００ｎｍ程度）を有している。バイオリア
クタ１０は、この中空糸１１の外側表面に、硝化細菌又
は脱窒細菌を含む微生物１３を親水性高分子を介して薄
膜状に担持したものである。

【０００９】このバイオリアクタ１０の製造方法につい
て以下説明する。まず、中空糸１１は疎水性が強いため
表面に低温プラズマ処理を施してアミノ基、カルボキシ
ル基、又は水酸基等の親水性基を導入し、その表面を改
質する。これに親水性高分子、例えばポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）を媒介として硝化細菌又は脱窒細菌を含
む微生物１３を固定化する。なお、固定化を強固にする
ためにポリビニルアルコール等の親水性高分子で覆い凍
結固定化するのが好ましい。以上のようなバイオリアク
タ１０において、例えば微生物１３として好気性細菌で
ある硝化細菌を含む微生物を担持した場合には、中空糸
１１の内側から酸素が供給され、外側から栄養源（培
地）が供給されるので硝化細菌を含む微生物の増殖促進
を図ることができる。

【００１０】次に、図２及び図３を参照しつつ、第１の
実施の形態に係る下水処理装置１４、１５を有する下水
処理施設１６について下水の流れと共に説明する。な
お、下水処理装置１４では、硝化細菌を含む微生物を担
持した中空糸を用い、下水処理装置１５では、脱窒細菌
を含む微生物を担持した中空糸を用いている。図２に示
す下水処理施設１６において、まず、住宅、工場等から
の排水、及び雨水等の下水は、図示しない沈砂池で大き
なごみや沈みやすい土砂が取り除かれ、最初沈殿池１７
に流入される。最初沈殿池１７に流入された下水は、最
初沈殿池１７でゆっくりと流され、その間に下水中に含
まれる沈降しやすい固形物を沈殿させる。

【００１１】固形物が沈殿した下水は下水処理装置１５
に送られる。この下水処理装置１５は、後述する下水処
理装置１４で処理された下水を処理するためのものであ
り、最初沈殿池１７から送られた下水はここでは処理が
ほとんど施されず次の下水処理装置１４へ送られること
となる。

【００１２】下水処理装置１４は、図３に示すように、
処理槽の一例である曝気槽１８の一部又は全部に、硝化
細菌を含む（主体とする）微生物が担持された例えば長
さ２ｍ程度の中空糸１９の束を１又は２以上、（具体的
には数十以上）配置している。この中空糸１９の束（こ
こでは５０〜１０００本程度）は、その端部が樹脂で固
められて多数の孔２１を有した筒状の容器２０に組み込
まれており、その容器２０は縦方向を向けて曝気槽１８
に漬けられている（浸漬されている）。この容器２０内
には、その上方（又は下方からでもよい）から管２１ａ
を用いて酸素を含む気体の一例である空気が導入され
て、中空糸１９の内部を酸素が通過できるようになって
いる。この下水処理装置１４では、好気性の微生物を多
く含んだ汚泥（以下、活性汚泥という。）中の微生物及
び中空糸１９に担持された好気性細菌が下水中に含まれ
る細かい浮遊物や有機物を分解する。また、これと同時
に主として中空糸１９に担持された硝化細菌（及び活性
汚泥中の硝化細菌）が、下水中の窒素化合物、例えばア
ンモニアを酸化して（硝化）、硝酸イオン（ＮＯ₃
^- ）、亜硝酸イオン（ＮＯ₂ ^- ）等に変換する。ここ
で、下水処理装置１４内の下水は、硝化の進行に伴って
ｐＨが低下するので、これを防止すべく炭酸ソーダ等の
アルカリ剤を加えてｐＨを一定のｐＨ、例えばｐＨ６〜
９程度に保持することが好ましい。

【００１３】前記下水処理装置１４においては、その一
部又は全部には硝化細菌を含む微生物が積極的に担持さ
れた中空糸１９が配置されているので、窒素化合物の酸
化を促進することができると共に有機物の分解をも同時
に促進することができる。なお、硝化細菌を含む微生物
が担持された中空糸１９は曝気槽１８の大きさを考慮し
て、配置する数を調整するようにするとよい。すなわ
ち、曝気槽１８内での下水の滞留時間を考慮して、下水
中の窒素が十分に酸化（及び有機物が十分に分解）でき
るように中空糸１９の数を調整することが望ましい。ま
た、下水中の窒素化合物濃度が低い場合等には、中空糸
１９に担持する硝化細菌の割合を減らして、例えば有機
物を分解する好気性細菌を多めに担持することにより曝
気処理の効率を高めることも可能である。

【００１４】下水処理装置１４で処理された下水は、図
示しないポンプによって下水処理装置１５に再び送り返
される。この下水処理装置１５においては、処理槽の一
例である無酸素槽の一部又は全部に、脱窒細菌を含む
（主体とする）微生物が担持された例えば長さ２ｍ程度
の中空糸２２の束が縦方向を向いて１又は２以上（具体
的には数十以上）配置されている。この中空糸２２の束
は、中空糸２２を複数又は多数（ここでは５０〜１００
０本程度）束ねた状態でその端部が樹脂で固められ、多
数の孔を有する筒状の容器に組み込まれている。下水処
理装置１５に送り返された下水中には硝酸イオン、亜硝
酸イオン等が含まれているので、これらがここで還元さ
れ、窒素ガスとして下水中から放出されることとなる。
ここで、この無酸素槽内の一部又は全部には脱窒細菌を
含む微生物が積極的に担持された中空糸２２が配置され
ているので、硝酸イオン、亜硝酸イオン等の還元を促進
することができる。また、ここに存在する脱窒細菌は、
最初沈殿池１７から送られてくる下水中に含まれる有機
物等を栄養源とすることができる。なお、中空糸２２の
内部に窒素等の不活性ガス、又は栄養分となる有機物
（アルコール等）を導入することも可能である。

【００１５】次いで、下水処理装置１５で窒素が除去さ
れた下水は、下水処理装置１４を通って最終沈殿池２３
へと送られる。ここでは沈殿しやすくなった活性汚泥が
底に沈殿する。そして、最終沈殿池２３での上澄み液は
次の消毒槽２４に送られ、ここで次亜塩素酸ソーダによ
り病原菌を殺し、処理水は衛生的な安全性を高めて海に
放出される。

【００１６】以上説明した下水処理施設１６において
は、下水処理装置１４においてアンモニア等の窒素化合
物が迅速に酸化され、また、下水処理装置１５において
も窒素酸化物が迅速に還元されて窒素ガスとして放出さ
れるので、効率よく下水から窒素を除去することができ
る。また、本実施の形態に係る下水処理施設１６におい
ては、下水処理装置１４に曝気槽１８を使用しているの
で特別に窒素化合物の酸化処理槽を設ける必要はなく、
また、硝化細菌を含む微生物を積極的に担持した中空糸
１９を配置して効率よく窒素化合物の酸化を行うことが
可能であるため現存する曝気槽の容積を大きくすること
なく窒素化合物の分解処理を行うことができる。また、
下水処理装置１５においても無酸素槽内の微生物濃度を
高めて効率よく硝酸イオン、亜硝酸イオン等を還元でき
るので無酸素槽の容積を縮小することができる。

【００１７】本発明の第２の実施の形態に係る下水処理
装置２６を有する下水処理施設２７について説明する。
なお、下水処理施設１６におけるものと同様の構成をす
るものについては同一符号を付して、説明を省略する。
図４に示すように、下水処理施設２７は、最初沈殿池１
７、下水処理装置２６、最終沈殿池２３、消毒槽２４を
有している。下水処理装置２６は、処理槽の一例である
曝気槽の一部又は全部に、硝化細菌を含む微生物が担持
された中空糸２８の束を縦方向を向けて１又は２以上
（具体的には数十以上）配置している。この中空糸２８
には、中空糸１９に比較して活性汚泥中に存在するよう
な他の好気性細菌が多く担持されている。また、この中
空糸２８の束は、第１の実施の形態に係る中空糸１９と
同様に、中空糸２８を複数又は多数（ここでは５０〜１
０００本程度）束ねた状態でその端部を樹脂で固め、多
数の孔を有する筒状の容器に組み込む等されている。そ
して、この容器の上方（又は下方からでもよい）からは
中空糸２８の内部に酸素を含む気体の一例である空気が
導入され、中空糸２８の内部を酸素が通過できるように
なっている。

【００１８】この下水処理施設２７においては、下水処
理装置２６に送られた下水中の細かい浮遊物や有機物
は、活性汚泥及び中空糸２８に担持された好気性細菌に
よって分解され、沈降する。また、これと同時に主とし
て中空糸２８に担持された硝化細菌が、下水中の窒素化
合物、例えばアンモニアを酸化して、硝酸イオン、亜硝
酸イオン等に変換する。以上のように下水処理施設２７
においては、曝気槽において硝化細菌以外の好気性微生
物の濃度を高めているので、特に有機物の分解が促進さ
れる。従って、曝気槽の容積を小さくすることが可能と
なり、下水処理施設の縮小化を図ることが可能となる。

【００１９】

【実施例】本発明に係る下水処理方法を使用した窒素化
合物の分解処理能力を調査すべく図５に示す実験装置２
９を用いて窒素化合物ＮＨ₄ の分解（硝化）実験を行っ
た。ここでは、表１に示す組成をもつ有機性物質含有溶
液及び無機性物質含有溶液を混合した人工排水を使用し
た。

【００２０】

【表１】

【００２１】実験装置２９は、２体のリアクタ３０（合
計容量３リットル）を有しており、この２体のリアクタ
３０は、硝化細菌を含む（主体とした）微生物を担持し
た中空糸３１（直径１ｍｍ、長さ１ｍ）をそれぞれ１４
０本ずつ備えている。このリアクタ３０には、コンプレ
ッサ３２により空気が供給されて中空糸３１の内部を空
気が通過するようになっている。また、リアクタ３０は
恒温水槽３３の液を循環させることにより一定温度（例
えば２０〜３０℃程度）になるようにしている。なお、
符号３４は有機性物質含有溶液の原料タンク、符号３５
は無機性物質含有溶液の原料タンク、符合３５ａは攪拌
機、符号３６は混合器、符号３７は人工排水を一定のｐ
Ｈ（ｐＨ８程度）に保つためのアルカリ溶液が入ったタ
ンク、符号３８、３９は圧力計、符号４０〜４４は循環
ポンプ、符号４５は排水ポンプ、符号４６〜５３はバル
ブを示す。人工排水は、有機性物質含有溶液と無機性物
質含有溶液とがそれぞれ５００ミリリットル／ｈ、５０
００ミリリットル／ｈの割合で混合されたものであり、
リアクタ３０に導入される人工排水は、ＢＯＤが２６１
ｍｇ／リットル（ｐｐｍ）、アンモニア性窒素が３４．
４ｍｇＮ／リットルであった。そして、人工排水は、実
験装置２９内で約３０分滞留させた。

【００２２】その結果を図６及び図７に示す。図６は、
時間の経過による硝化速度（ｍｇＮ／リットル−リアク
タ・ｈ）を示す。ここで、硝化速度とは、リアクタ１リ
ットル、１時間当たりのアンモニア性窒素の硝化量をい
う。図６より、硝化速度は時間の経過と共に向上し、４
０日経過後には１６０ｍｇＮ／リットル−リアクタ・ｈ
となり、硝化率は約９３％となっている。これは、非常
に高い硝化速度であり、中空糸３１に担持された硝化細
菌が増殖し、非常に高い効率で人工排水中のアンモニア
を酸化したことを示す。なお、実験開始からの４０日間
は、中空糸３１に担持された細菌が馴致するのに要する
期間であり、４０日経過以降は硝化速度は一定に保たれ
た。図７は時間の経過によるＢＯＤ（ｐｐｍ）の変化を
示す。なお、実験上の問題によりＢＯＤの測定は実験開
始から２７日目に始めた。図７より、ＢＯＤはほぼ０ｐ
ｐｍとなっている。これは、中空糸３１に担持された硝
化細菌以外の好気性細菌も増殖し、効率的に有機物の分
解を行っていることを示す。

【００２３】以上、本発明を幾つかの実施の形態を参照
して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態
に記載の構成に限定されるものでなく、特許請求の範囲
に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実
施の形態や変形例も含むものである。例えば、最初沈殿
池、曝気槽で下水を処理した後に本発明に係る下水処理
装置で処理を行うように、別途、窒素化合物の処理を行
う装置を設けることも可能である。また、下水処理装置
に中空糸は縦方向を向けて配置したが横方向を向けて配
置することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】請求項１記載の下水処理方法において
は、外側表面に硝化細菌又は脱窒細菌からなる微生物を
積極的に担持した中空糸を配置するので、処理槽内の硝
化細菌又は脱窒細菌の微生物濃度を高めることが可能と
なって、窒素分解処理の効率の向上を図ることができ
る。請求項２及び３記載の下水処理装置においては、導
入された下水の処理を行う処理槽の一部又は全部に、外
側表面に硝化細菌を含む微生物を積極的に担持した中空
糸を配置しているので、中空糸の内部より微生物の増殖
に必要な酸素を拡散によって確実に供給することがで
き、中空糸表面での微生物の密度を高めることが可能と
なる。従って、窒素化合物の酸化を促進することが可能
となり、また、下水中に含まれる有機物の分解をも同時
に促進することが可能となる。よって、処理槽の縮小化
を図ることができる。

【００２５】特に、請求項３記載の下水処理装置におい
ては、処理槽を曝気槽としているので、曝気処理と窒素
の酸化処理を同時に行うことが可能となり、窒素の酸化
処理のみを行う処理槽を省略することができる。請求項
４記載の下水処理装置においては、導入された下水の処
理を行う無酸素槽の一部又は全部に、外側表面に脱窒細
菌を含む微生物を積極的に担持した中空糸を配置してい
るので、無酸素槽内での脱窒細菌の濃度を高めることが
可能となる。これにより、下水中に含まれる硝酸イオ
ン、亜硝酸イオン等を効率よく還元し、窒素ガスとして
下水中から除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】微生物が積極的に担持された中空糸の説明図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る下水処理装置
を有する下水処理施設の概略説明図である。

【図３】同下水処理装置の概略説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る下水処理装置
を有する下水処理施設の概略説明図である。

【図５】本発明の下水処理方法の実施例に係る実験装置
の説明図である。

【図６】時間に対する硝化速度の変化を示すグラフであ
る。

【図７】時間に対するＢＯＤの変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０：バイオリアクタ、１１：中空糸、１２：細孔、１
３：微生物、１４：下水処理装置、１５：下水処理装
置、１６：下水処理施設、１７：最初沈殿池、１８：曝
気槽、１９：中空糸、２０：容器、２１：孔、、２１
ａ：管、２２：中空糸、２３：最終沈殿池、２４：消毒
槽、２６：下水処理装置、２７：下水処理施設、２８：
中空糸、２９：実験装置、３０：リアクタ、３１：中空
糸、３２：コンプレッサ、３３：恒温水槽、３４：原料
タンク、３５：原料タンク、３５ａ：攪拌機、３６：混
合器、３７：タンク、３８：圧力計、３９：圧力計、４
０〜４４：循環ポンプ、４５：排水ポンプ、４６〜５
３：バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古賀修福岡県北九州市小倉北区城内１番１号北九州市建設局内 (72)発明者大原邦夫福岡県北九州市小倉北区城内１番１号北九州市建設局内Ｆターム(参考） 4D003 AA01 AB09 AB10 BA02 CA01 CA04 CA08 DA08 DA18 DA20 DA28 EA06 EA10 EA15 EA19 EA30 EA35 EA40 FA10 4D029 AA01 AB07 BB10 DD03 4D040 AA34 BB02 BB42 BB52 BB82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理槽に導入された下水を硝化細菌又は
脱窒細菌を用いて前記下水中に含まれる窒素化合物を分
解する下水処理方法において、前記処理槽の一部又は全
部に、その外側表面に前記硝化細菌又は脱窒細菌を含む
微生物を積極的に担持した中空糸を多数配置し、前記下
水中に含まれる窒素化合物の分解処理を行うことを特徴
とする下水処理方法。
【請求項２】導入された下水の処理を行う処理槽の一
部又は全部に、その外側表面に硝化細菌を含む微生物を
積極的に担持した中空糸が多数配置され、しかも、前記
中空糸の内部には酸素を含む気体が供給されて該中空糸
の外側表面を高い微生物濃度に保持することを特徴とす
る下水処理装置。
【請求項３】請求項２記載の下水処理装置において、
前記処理槽は曝気槽であることを特徴とする下水処理装
置。
【請求項４】導入された下水の処理を行う無酸素槽の
一部又は全部に、その外側表面に脱窒細菌を含む微生物
を積極的に担持した中空糸が多数配置されたことを特徴
とする下水処理装置。