JPH02233199A - 固定床深層廃水処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、澤層の処理槽で下水等の廃水を生物学的に処
理する固定床深層廃水処理方法に関する。

〔産業上の利用分野〕

従来、地中４０〜１５０ｍの深さに形成された廃水処理
槽を、廃水の上昇部と下降部とに分割し、前記上昇部に
廃水を生物学的に処理する接触酸化槽を設けた澤層廃水
処理装置が、特開昭６１−２１２３８８号公報で提案さ
れている。

この深層廃水処理装置では、廃水は下降部に供給され、
下降部又は／及び上昇韻で供給された曝気用空気と共に
接触酸化槽に送られる。

接触酸化槽では、口材の表面に好気性微生物の生物膜が
形成され、空気に含まれる酸素によって微生物の繁殖が
促進される。そして、口材の間を通過する廃水の有機物
及び浮遊物質（以下、「ＳＳ」という。）中の分解性物
質が前記生物膜に収着されて廃水から除去される。生物
膜に収着された有機物等は、微生物の体内に摂取されて
炭酸ガス、アンモニア、水等の無機物に分解される。

したがって、前記廃水処理装置によれば、廃水中の有機
物、ＳＳが効率良く除去され、汚泥の発生を少なくする
ことができる。

ところで、前記微生物は好気性であるため、その活動を
維持、活性化するためには、十分な酸素の供給が不可欠
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来提案されている前述の形態の深層廃
水処理方法及び装置では、大気中の空気を供給するよう
にしているので、微生物の分解能力を十分に発揮できな
いという問題点を有していた。

また、前記公報の実施例において記載されている深層廃
水処理装置では、接触酸化槽は上昇部の上部に設けてあ
る。このため、下降部又は／及び上昇部の下層部で供給
された空気が上昇とともに膨張する。すなわち、廃水処
理層の底部では微小な気泡も、上層部では相当な大きさ
になる。したがって、接触酸化槽を通過する空気は非常
に大きく、気泡は膨張とともに生物膜に対する掻取効果
が増大する傾向にあるので、せっかく口材に付着した生
物膜が剥離されてしまうという問題点を有していた。

そこで、本発明は、廃水処理槽に設けた生物学的処理槽
の微生物を維持、活性化しうるス層廃水処理方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記目的を達成するためになされたもので、
一実施例を示す添付図面を参照して構成を説明する。

第１の固定床深層廃水処理方法は、第１図に示すように
、深層処理槽（１）の固定床組体層（２）に廃水（４）
を通し、この廃水（４）を生物学的に処理するものにお
いて、廃水（４）が固定床組体層（２）に送られる前に
、廃水（４）に酸素（６）を供給するものである。

第２の固定床深層廃水処理方法は、第２　３図に示すよ
うに、深層処理槽（１ｌ）の廃水（２５）に含まれる空
気を、前記深層処理槽（ｌ１）に設けた回収部（２　０
，２　１．２　２）で回収するものである。

〔作用〕

第１の固定床深層廃水処理方法では、廃水（４）が固定
床組体層（２）に到達する前に酸素（６）が供給され、
十分に酸素が溶存した状態で微生物と接触するので、微
生物に対する酸素の供給が高まり、微生物の分解能力が
遺憾なく発渾される。

第２の固定床深層廃水処理方法では、廃水（２５）に含
まれる余分な気泡が回収部（２　０，２　１．２２）で
回収される。したがって、膨張した大きな気泡によって
、固定床組体層（ｌ７）の生物膜が剥離されることがな
くなる。

〔実施例〕

以下、本発明にかかる固定床深層廃水処理方法を用いた
装置を、添付図面に従って説明する。

《第１実施例》 第１図において、処理層１は、リバース・サーキュレー
ション工法、アースドリル工法等の機械掘削工法によっ
て形成された深さ４０〜１５０ｍの立孔に、その内壁に
沿って外管を装入したものである。固定床組体層２は、
処理槽ｌのほぼ全長に亘って固定床組体（口材）３を充
填してなるものである。固定床組体３としては、好気性
微生物の生長に有害なものでなければ何でもよく、例え
ばプラスチック球、砕石、セラミック、木織布等が使用
される。また、固定床組体３は、充填された状態で相互
の間に廃水が充分通過できる空隙が形成されることが必
要である。なお、固定床組体３の大きさは、深さによっ
て、各段ごとに違えてもよい。

廃水４は、酸素供給槽５に供給され、この酸素供給槽５
の底部から供給される酸素６が廃水中に溶解される。な
お、酸素供給槽５の内部を加圧状態にしておけば、更に
酸素６の溶存率が高まる。

酸素６を溶存し、また気泡状態の酸素６を含んだ廃水４
は、貯留槽７に一旦貯留される。貯留槽７も、酸素供給
槽５と同様に加圧し、廃水中から酸素が溶出するのを防
止することが望ましい。

貯留槽７の廃水４は、ポンブ８で処理槽１の底部に供給
される。

処理槽１に供給された廃水４は、固定床組体層２を上昇
する。一方、廃水４と接触する固定床組体３の表面には
、主に好気性微生物から成る生物膜が生成される。この
生物膜は、廃水４に溶存する酸素６を摂取して繁殖し膜
厚を増・す。

廃水４は固定床組体３の間を通過する際に前記生物膜と
接触する。そして、廃水４に含まれる有機物や、ＳＳ中
に含まれる分解性物質は、前記微生物に収着、吸収され
て分解され、無機物となる。

ここで、廃水５には、あらかじめ酸素６が供給されて充
分溶解しており、微生物に対して充分な酸素が供給され
るので、微生物の分解能力が極めて高く、廃水４は高度
に浄化される。また、負荷変動に充分対応できる。

したがって、固定床組体層２を通過して処理槽ｌの上部
から排出される処理水９の透明度が増す。

具体的に、処理槽に上昇部と下降部とを設け、曝気しな
がら廃水を処理する形態の深層曝気装置（特開昭６１−
２４５８９８号公報等で提案されている形態のもの。）
では、処理槽内の平均浮遊物濃度（以下、ｒＭＬＳＳＪ
という。）が約４，５０３　ｍｇ／Ｑであるのに対し、
本実施例の処理装置ではＭＬＳＳに換算して約７，ＯＯ
Ｏｍｇ／（＋となり、処理槽内に高濃度状態に微生物を
保有し、廃水の処理能力が従来のものに比べて一段と高
くなる。

なお、本実施例では、処理槽Ｉのほぼ全長に亘って固定
床組体層２を設けたが、複数段に分割してもよいし、一
部に限定しもよい。

《第２実施例》 第２図において、処理槽１ｌは前記第１実施例と同様に
して形成したもので、外周部に回収管２０を備えた内管
ｌ２を内装し、内管１２の外側に位置する下降部１３と
、内管ｌ２の内側に位置する上昇部１４とに分割され、
これら下降部１３と上昇部ｌ４は内管ｌ２の下部に位置
する空間を介して連絡されている。

内管１２の内部は、再分配フィルタｌ５で多段に仕切ら
れている。この再分配フィルタ１５には全体に一様に孔
１５ａ（第４図参照）が形成されている。

再分配フィルタ１５の下には、斜め下方に向けて気液分
離板１６が設けてある。気液分離板ｌ６は、その下端側
を除く外周部分が内管１２の内面に溶接して空気の流通
が遮断してあり、前記下端部と内管ｌ２との間に通路ｌ
７が形成してある。

気液分離板Ｉ６とその下方に位置する再分配フィルタ１
５との間には固定床組体層Ｉ８が設けてあり、そこには
前記第１実施例で示した固定床組体ｌ９が充填されてい
る。また、気液分離板ｌ６と固定床組体層ｌ８との間に
形成された空間２ｌには、第４図に示すように、フロー
ト弁２２が設けてある。

フロート弁２２は、内管１２の内面に取り付けてあり、
フロート２３の上昇によって空間２ｌと内管■２の外周
面に設けた回収管２０とが連絡されるようになっている
。なお、回収管２０の下端部は閉塞してあり、上端部が
大気中に開放されている。ただし、前記第１実施例のよ
うに、廃水２５に酸素を溶存させるものでは、回収管２
０の上端部を回収容器に連結して、酸素を回収する。

以上の構成を備えた固定床廃水処理装置では、コンプレ
ッサ２４で処理槽１１の底部に空気、又は酸素が供給さ
れ、この空気、酸素は内管１２内の上昇部Ｉ４を上昇す
る。

廃水２５は下降部ｌ３の上部に供給され、処理槽１１の
底部を経由し、前記コンプレッサ２４から供給された空
気によって形成される流れのエアリフト効果によって上
昇部ｌ４を空気とともに上昇する。

固定床組体層１８を通過する廃水は、固定床組体ｌ９の
表面に生成された生物膜と接触し、有機物、ＳＳが除去
される。

一方、固定床組体層ｌ８を上昇する空気は、上昇による
水圧の低下とともに膨張し、各固定床組体層Ｉ８を通過
すると、その殆どが気液分離板１６の下の空間２ｌに捕
獲される。空間２１に於ける貯溜空気が所定量以上とな
り、そこでの液面が所定のレベル以下になると、液面に
沿って上下する７ロート２３によって弁２２が開放され
、空間２ｌの空気は回収管２０に排出される。

このとき、排気と同時に空間２ｌの上方の廃水２５が降
下し、逆流が生じる。これにより、上昇廃水２５の流れ
が一時的に撹乱されるので、廃水２５と固定床組体Ｉ９
との接触、換言すれば廃水２５と生物膜との接触が高ま
り、廃水２５の処理効果が高まる。

固定床原体層１８及びその上方の通路ｌ７を通過した廃
水２５及び空気は、再分配フィルタ１５で上昇部ｌ４の
断面に一様に分配され、さらに上方の固定床組体層ｌ８
に送られる。

このようにして、多段の固定床組体層１８を通過した廃
水２５は各層で生物膜と接触し、有機質、ＳＳ成分が除
去される。

また、前述したように、各層ごとに設けたフロート弁２
２等で、余分な空気が回収され、ざらに各再分配フィル
タ１５で均一に分配されるので、膨張した大きな気泡が
そのまま固定床組体層ｌ８を通過することはない。した
がって、各固定床組体層ｌ８の生物膜が破壊、剥離され
ることがなく、安定した廃水２５の処理を行うことがで
き、処理水２６の透明度が増す。

さらに、このようにして処理槽１１で空気が除去される
ので、処理水２６を更に脱気槽（図示せず）で脱気する
必要がなくなる。又は、脱気槽を小型化することができ
る。

なお、本実施例では、フロート弁２２で空間２ｌの空気
を排出するものとしたが、圧力弁でもよく、要するに間
欠的に空気を排気しうる手段であればよい。

また、空気を回収する構造は前記実施例に限られるもの
でない。

《固定床組体層等の配置例》 固定床組体層と、空気供給口の配置は、第４〜６図に示
すようにしてもよい。なお、これらの図において、３ｌ
は処理槽、３２は内管、３３は下降部、３４は上昇部、
３５は固定床組体層、３６はコンプレッサ、３７は散気
口である。

第４図に示す熟理装置では、上昇部３４だけに固定床組
体層３５を設け、その底部に散気口３７が配置してある
。第５図に示す処理装置では、上昇部３４の全体と、下
降部３３の下部に固定床組体層３５が設けてあり、下降
部３３に設けた固定床組体層３５の上方位置に散気口３
７が配置してある。第６図に示す処理装置では、固定床
組体３５は上昇部３４と処理槽３ｌの底部に充填され、
散気口３７は下降部３３の中段に配置してある。

《実験例》 以下、第１図に示す固定床廃水処理装置の模型を作り、
廃水の処理状況に関して確認した実験について説明する
。

Ｉ．実験装置 処理槽に相当するりアクタは、内径２０ｃｍ、高さ１ｍ
の透明アクリル性力ラム状のものを使用しｔこ。

固定床組体としては、直径６ｃｍのテラレット（ＰＶＣ
製骨組み楕円形、日鉄化工機株式会社製）を使用し、こ
れをリアクタに充填した。

曝気（酸素供給）方法は、液体酸素と窒素とをマス７ロ
ーメータで所定の割合に調整して供給しｔこ。

リアクタには定圧弁を設け、処理水を間欠的に抜き出し
、リアクタ内を一定の圧力に維持できるようにした。

リアクタへの廃水の流入部にはヒータを設け、リアクタ
内の水温を一定に維持した。

ｉ，実験方法 Ｒｕｎｌ　（：処理設定条件把握実験そのｌ）曝気中の
酸素濃度変化させることにより、リアクタ内の溶存酸素
（以下、「Ｄｏ」という。）を変化させ、処理結果を比
較した。再現性の確認や負荷条件によって処理状況が変
化する可能性を考慮して、流入基質水量が１　９　０ｍ
Ｑ／ｍｉｎと１５０ｍ（２／ｍｉｎの２通りに条件で実
験した。なお、本実験は常圧で行い、その実験条件を表
−１に示す。

Ｒｕｎ２　（：処理設定条件把握実験その２）Ｒｕｎｌ
の結果から負荷が比較的低いため処理結果に余り差がみ
られなかったことにからＤｏの高いところで実験する必
要が判明したため、より高負荷（基質水量２５０、７　
８　０　ｍＱ／ｍｉｎ）で、かつ加圧酸素法を用いて実
験した。この実験条件を表−２に示す。

〔以下余白〕 表−Ｉ　　Ｒｕｎｌの実験条件 表−２　　Ｒｕｎ２の実験条件 本加圧時の場合はみかけ値 川．実験結果 （１）Ｒｕｎｌの結果 ■環境条件 各実験ごとの水温は２３±２゜Ｃ程度の範囲におさまっ
ていた。またリアクタ内のｐＨはおおむね６．５程度で
、曝気中の酸素濃度差による差はほとんどみられなかっ
た。各実験でのＤＯの結果を第７図（ａ），（ｂ）に示
す。図より曝気中の酸素濃度とりアクタ内のＤｏがほぼ
比例関係にあることがわかる。また、純酸素曝気ではＤ
Ｏは２６ｍｇ／Ｌ程度まであがり、Ｄ○はこの程度の水
量差では差がでなかった。

■ＳＳと有機物 Ｒｕｎｌの処理水中のＳＳの変化を第８図に示す。

いずれの場合にも、大気を供給した空気曝気時のＤ○を
少し越えたところで急に流出ＳＳが減る傾向があった。

すなわち、大気に僅かでも酸素を加えて処理水に供給す
れば、大幅にＳＳの除去効率が上昇することを示した。

Ｄｏが７ｍｌ／Ｌ以上ではＳＳにあまり差はみられなか
った。

処理水中の溶解性のＢＯＤの測定結果を第９図に示す。

流入水量が実験２の場合には溶解性Ｂ○Ｄが５　ｍｇ／
　Ｌ以下で処理が完了しきっていることがわかる。また
実験１の場合にはＤｏをあげるほど処理水中の溶解性Ｂ
ＯＤが低くなっている。

■判明点 実効容積負荷！　−　４　ｋｇ／ｍ’　・ｄ（水量１　
５　０　ｍｌ／ｍｉｎ）程度ではいずれの設定条件でも
処理が完了しているため、設定条件ごとの差がでない結
果となっている。

実効容積負荷１　．　７　ｋｇ／ｍ”　・ｄ（水量１　
９　０ｍｌ／ｍｉｎ）の場合にも設定条件の差による処
理状況の差はあまり明確にはでない。

（２）Ｒｕｎ２の結果 ■環境条件 各実験中の水温は実験ｌで２６±２゜Ｃでほぼ一定を保
ち、実験２では２４±１℃程度でほぼ一定を保てた。ｐ
｝｛は各実験とも６．０〜６．５の範囲内で加圧による
ｐＨ低下はほとんどみられなかった。各実験ごとのＤｏ
の変化を第１０図（ａ）．（ｂ）に示す。おおむねＤｏ
は曝気中の酸素分圧に比例している。水量が多い（７　
８　０　ｍｌ／ｍｉｎ）ときには２ａｔｍ時でもＤｏは
６０ｍｇ／Ｌ弱までしか上がらなかった。

■有機物とＳＳ 第１１図に処理水中のＳＳを示す。水量が少ない（２　
５　０　ｍｌ／ｍｉｎ）ときには、Ｒｕｎｌのときと同
様に、空気曝気時のＤｏを少し越えたところで急に処理
水のＳＳが減る傾向を示した。また、Ｄ○が約４５ｍｇ
九以上になると急激に処理水に含まれるＳＳの量が多く
なる傾向を示した。水量が多い（７８０　ｍｌ／ｍｉｎ
）ときには、ＤＳが約２０〜６０ｍｇ／Ｌの範囲であれ
ば、ＳＳは２０〜２３ｍｇ／Ｌの範囲に低下することが
確認された。

ＤＯと処理水中の溶解性ＴＯＣ（ＴＯＣ：有機性炭素）
の関係を示す。実験１のときはＲｕｎｌの場合と同じく
空気曝気のときのＤｏよりも若干あがると急にＴＯＣが
落ち、さらにＤｏをあげるとしだいにＴＯＣが上昇する
傾向にある。また実験２の場合はＤＯの増加に伴い、Ｔ
ｏＣが減少する傾向にある。

処理水中の溶解性のＢＯＤの変化を第１３図に示す。実
験１の場合はＴＯＣの変化とほぼ同じ傾向を示している
。

■窒素関連 各態窒素の測定結果を第１４図に示す。いずれの場合に
も処理水中の大部分はアンモニア態で放流されることが
わかる。実験１については、Ｄ○があがるにつれて硝化
が進行し、さらにあげると今度は硝化が抑制されている
ことがわかる。実験２の場合はｌ−５ａｔｍまでは溶解
性有機態窒素が次第に減少し、それにともないアンモニ
ア性窒素の濃度が増加している。

■生物相及び生物量 Ｒｕｎ２の実験２の終了時（９０％０２曝気２　ａｔｍ
設定）に、リアクタ内部の生物を採取し検鏡した。

細菌としてはズーグレア（　Ｚ　ｏｏｇ　ｌｏｅａ）属
、スフェロチルス（　Ｓ　ｐｈａｅｒｏｔｉｌｕｓ）属
、原生動物とシテは、キロドネラ（Ｃｈｉｌｏｄｏｎｅ
ｌｌａ）属、バラメシウム（　Ｐ　ａｒａｍｅｃｉｕｍ
）属、ポルチセラ（ＶｏｒｔｉｃａｌＩａ）属、後生動
物としては、デロ（　Ｄ　ｅｒｏ）属、マクロビオクス
（Ｍａｃｒｏｂｉｏｔｕｓ）属が出現した。

特にキロドネラ属が多く出現した。キロド不ラ属が溶存
酸素濃度の低い環境に感受性が高い（Ｄｏが低いと出現
しない）ことと、これら出現した生物相を全体にとらえ
ると、この条件下では「負荷はやや高めであるが処理は
良好である」状態であると言える。

このときのカラム内の生物保持量はｓｓとして１　０　
３　０　０ｍｇ／ＬテありＶＳ　Ｓハ９　８　０　０ｍ
ｇ／Ｌとなり、Ｖ　Ｓ　Ｓ／Ｓ　Ｓは９５％となる。

１ｖ．まとめ ■処理設定条件としてはＤｏでとらえることが的確であ
る（ただし負荷の差を考慮にいれる）。

■Ｄ○がある程度のところまで上げると処理は良好にな
るが、上げすぎると処理がうまく行がなくなる（白濁を
ともなう）。

■処理設定条件としてＤ○が２５〜５０ｍｇ／Ｌ程度が
適当と思われる。負荷の違いによって若干異なるものの
、９０％０２＠気でｌ　ａｔｍの処理が適当と思われる
。

■容積負荷として７．２ｋｇＢＯＤ／ｍ”・ｄ程度まで
処理が可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、深層処理槽の固定床組体
層に廃水を通し、この廃水を生物学的に処理する固定床
深層廃水処理方法において、前記廃水が固定床組体層に
送られる前に、廃水に酸素を供給する第１の発明によれ
ば、廃水は十分に、しかもむらなく酸素が溶存した状態
で微生物と接触する。したがって、微生物に対する酸素
の供給が高まり、微生物による有機物の分解能力、即ち
廃水の処理能力が充分発揮され、高度に浄化された水が
排水される。

また、固定床深層廃水処理方法において、深層処理槽の
廃水に含まれる空気を、前記深層処理槽に設けた回収部
で回収する第２の発明によれば、廃水に含まれる余分な
気泡が回収部で回収される。

したがって、膨張した大きな気泡によって、固定床組体
層の生物膜が破壊、剥離されることがなく、固定床組体
に生物膜を安定的に保持し、長期に亘って一定した処理
能力を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固定床深層廃水処理装置の概略構成を示す断面
図、第２図は別の固定床廃水処理装置の概略構成を示す
断面図、．第３図は第２図の■部の拡大断面図、第４〜
６図は固定床組体層等の配置例を示す断面図、第７図（
ａ），（ｂ）から第９図はＲｕｎｉの実験結果を示す図
で、第７図（ａ）．（ｂ）は酸素量とＤｏとの関係図、
第８図はＤｏとＳＳとの関係図、第９図はＤｏとＢＯＤ
の関係図、第ｌＯ図（　ａ　），（　ｂ　）から第１４
図（ａ），（ｂ）はＲｕｎ２の実験結果を示す図で、第
１０図（ａ）．（ｂ）は酸素量とＤｏとの関係図、第１
１図はＤｏとＳＳとの関係図、第１２図はＤｏとＳ−Ｔ
ＯＣとの関係図、第１３図はＤ○とＢＯＤとの関係図、
第１４図（ａ），（ｂ）は酸素量と処理水の窒素含有量
との関係図である。 １．１１・・・処理槽、２．１８・・・固定床組体層、
３，ｌ９・・・固定床組体、４．２５・・・廃水、５・
・・酸素供給槽、６・・・酸素、ｌ２・・・内管、ｌ３
・・・下降部、ｌ４・・・上昇部、ｌ５・・・再分配フ
ィルタ、１６・・・気液分離板、２０・・・回収管、２
ｌ・・・空間、２２・・・フロート弁、２３・・・フロ
ート、３ｌ・・・処理槽、３２・・内管、３３・・・下
降部、３４・・・上昇部、３５・・・固定床組体層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）深層処理槽の固定床組体層に廃水を通し、この廃
   水を生物学的に処理する固定床深層廃水処理方法におい
   て、前記廃水が固定床組体層に送られる前に、廃水に酸
   素を供給することを特徴とする固定床深層廃水処理方法
   。
2. （２）深層処理槽の固定床組体層に廃水を通し、この廃
   水を生物学的に処理する固定床深層廃水処理方法におい
   て、前記深層処理槽の廃水に含まれる空気を前記深層処
   理槽に設けた回収部で回収することを特徴とする固定床
   深層廃水処理方法。