JPH04247299A - 有機性汚水の処理方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種有機性汚水を極めて
高速に、高度に浄化することが可能な、新規生物処理方
法及びそれを用いた装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水などの各種有機性汚水の代表的プロ
セスは、活性汚泥法であるが、次のような大きな欠点が
ある。■　　バルキング、終沈、初沈からのＳＳキャリ
オーバーなどの固液分離トラブルが頻発する。■　　下
水処理の場合、最初沈殿池（初沈）の滞留時間が２ｈｒ
、エアレーションタンクが４ｈｒ、終沈（最終沈殿池）
が２ｈｒと合計８ｈｒもの長時間を必要とする。この結
果、膨大な設置面積が必要であり、土地に制約のある都
市部では重大な欠点となっている。■　　曝気所要エネ
ルギーが高く、省エネルギーの時代要求に全くそぐわな
い。

【０００３】また、最近、アンスラサイト、シャモット
、抗火石などの粒状鉱物を濾材とする好気性生物濾床法
（ＢＡＦ法と略す）が開発されたが、この方法も次の重
大欠点があり、到底理想的とは言えない。■　　下水な
どのＳＳが１００ｍｇ／ｌ以上存在する有機性汚水を直
接処理することは不可能で、あらかじめ沈殿池を設け、
ＳＳを除去しなければ、適用できない。さもないとＢＡ
Ｆ（好気性生物濾床）が短時間で目詰まりし、濾過を続
けられなくなってしまうからである。しかも、沈殿池の
許容水面積負荷はせいぜい３０ｍ／日しかとれないので
、例えば、１００００ｍ３　／日の下水を処理する場合
、３３３ｍ２という大きなスペースを必要とし、必然的
に建設コストも高額になる。■　　ＢＡＦ装置の濾過速
度（ＬＶ）も実績ではたかだか２５ｍ／日しかとれない
ので、ＢＡＦ自体の設置スペースも大きく、装置費も高
額である。■　　ＢＡＦの濾過継続可能時間が、下水処
理の場合、沈殿池を前段に設けても、ＬＶ２５ｍ／日の
条件で、およそ２４ｈｒしかとれない。従って、１日１
回、ＢＡＦの濾床を洗浄しなければならず、洗浄用水の
消費と洗浄排水の発生量が多量となる（１万ｍ３　／日
の下水処理の場合、１５００〜２０００ｍ３　／日もの
洗浄排水が発生してしまう。）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の従来技
術の欠点を完全に解決した真に理想的な汚水処理プロセ
スを確率することである。即ち、本発明の目的は、装置
の所要設置面積を大幅に低減する共に処理効率を大幅に
向上し、しかも洗浄排水発生比を大幅に低減し、更に洗
浄頻度を低減させて良好な処理水を安定して長時間得ら
れる有機性汚水の処理方法および装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は下記■〜■記載
のものであり、これにより上記課題を解決できる。■　
　有機性汚水を弾性多孔性粒状物の充填層に供給してＳ
Ｓを濾過除去した後、該濾過水を弾性多孔性粒状物を生
物付着濾材とする好気性生物濾床に供給し、生物学的に
浄化処理することを特徴とする有機性汚水の処理方法。 ■　　前記充填層の濾過速度をＬＶ１　、好気性生物濾
床の濾過速度をＬＶ２　とするときＬＶ１　＞ＬＶ２　
の条件で処理することを特徴とする上記■記載の有機性
汚水の処理方法。■　　有機性汚水のＳＳを濾過除去す
るための弾性多孔性粒状物からなる充填層を有する濾過
装置と、前記濾過装置からの濾過水を生物学的に浄化処
理するための弾性多孔性粒状物を生物付着濾材とする好
気性生物濾床とからなることを特徴とする有機性汚水の
処理装置。

【０００６】本発明は有機性汚水を浄化するにあたって
、始めにＳＳ捕捉性能および捕捉量に優れた弾性多孔性
粒状物を濾材として充填した充填層にこの有機性汚水を
通すことにより、有機性汚水に含まれる物理的に濾過さ
れ得る少なくともＳＳを含む汚濁成分を濾過することに
より、ＳＳを低減した濾過水を得、この濾過水を弾性多
孔性粒状物に微生物を付着させた生物付着濾材を充填し
た好気性生物濾床に通すことにより、未濾過のＳＳを物
理濾過すると共に有機性汚水に含まれるＢＯＤ成分等を
生物処理して、有機性汚水を浄化するものである。

【０００７】本発明の充填層は、少なくともＳＳの物理
的濾過が可能であるように構成されさえすれば、特にそ
の構造の詳細は制限はないが、濾過水として有機性汚水
含有ＳＳ濃度に対し、ＳＳ濃度３０〜５０ｍｇ／ｌ以下
が得られるように設計されることが好ましい。該充填層
は、酸素含有ガス等を供給しないで、単なる物理的濾過
層とすることが好ましいが、自然発生的に濾材に付着し
た嫌気性微生物等を有していてもよい。該濾過水を生物
学的に処理する好気性生物濾床は、弾性多孔性粒状物を
生物付着濾材とし、かつ好気性を維持し、少なくとも有
機性汚水中のＢＯＤ成分を生物酸化する機能を有すれば
、その構造は限定されない。例えば、該好気性生物濾床
は、弾性多孔性粒状物からなる単層でもアンサラサイト
などの粒状鉱物の充填層との複層構造でもよい。好気性
生物濾床の好気性を維持する手段としては、前記濾過水
に酸素を付加する方法、散気装置等により酸素含有ガス
を濾床に供給する方法等を用いることができる。該生物
濾床は、通常ＢＯＤ　　１０ｍｇ／ｌ以下、ＳＳ　　５
ｍｇ／ｌ以下の処理水が得られる。前記充填層の濾過速
度ＬＶ１　は、２００ｍ／日以上、好ましくは５００ｍ
／日以上が望ましく、前記生物濾床のＬＶ２　は３０ｍ
／日以上、好ましくは５０ｍ／日以上が望ましく、且つ
ＬＶ１　＞ＬＶ２　の関係を満足することが特に好まし
い。ＬＶ１　＞ＬＶ２　の関係を満足しないと、生物濾
床のＳＳの目詰まりが速く進行し、洗浄頻度の低減、ひ
いては洗浄排水発生量の低減に支障を来すため好ましく
ない。充填層、生物濾床の各厚さは、特に限定されない
が、充填層においては、１ｍ〜３ｍ、特に２ｍ〜２．５
ｍが好ましく、生物濾床においては１ｍ〜５ｍ、特に２
ｍ〜３ｍが好ましい。

【０００８】処理の継続により、充填層および生物濾床
の濾過抵抗、即ち濾抗が増大し、これらの洗浄を行う必
要を生じるが、その洗浄方法は、特に制限なく公知の手
段、例えば、空気洗浄、空気・水同時洗浄、水洗浄等を
用いることができ、そのための公知の装置を使用できる
。また、洗浄排水の処理は、公知の手段を採用できる。

【０００９】本発明では、下記方法を単独もしくは従来
法と組み合わせて使用することができるので、有利であ
る。充填層および生物濾床の各洗浄において、充填層に
よる濾過水はＳＳが除去された水なので、これを洗浄用
水として使用することにより、洗浄排水発生比（洗浄排
水量／最終処理水量）を大幅に低減することができる。 充填層の洗浄においては濾過水のみの使用だけで済ます
こともできるが、必要により、生物濾床で処理した水（
以下、ＢＡＦ処理水と言う）を使用することができる。 生物濾床の洗浄においては、濾過水により基本的なＳＳ
の洗浄を行い、濾過水に含有されるＢＯＤ除去のために
のみ少量のＢＡＦ処理水を用いればよい。また、濾過水
洗浄後の濾過水をＢＡＦ処理水で置換する操作に代えて
、該濾過水をポンプにより吸引除去する方法が挙げられ
る。この吸引したものは前記充填層濾過水と混合し、生
物濾床にて処理すればよい。このような洗浄装置を構成
するために濾過水および／またはＢＡＦ処理水を充填層
および／または生物濾床に供給する管路を設け、必要に
よりポンプ、バルブ等を適宜配設することができ、その
ための濾過水貯槽、ＢＡＦ処理水貯槽を設けることがで
きる。本発明においては、好気性を維持するための散気
装置を使用した場合は、これを空気洗浄時の供給装置と
して兼用しても別途洗浄用散気装置を配備してもよい。 本発明において、ＢＡＦ処理水あるいは充填層からの濾
過水を槽下部に設けられた処理水流出部から得る場合は
、この処理水流出部の構造も公知の装置が適用でき、特
に制限はなく、単独に設けても上記酸素含有気泡供給装
置や上記洗浄手段と組み合わせた構造、例えば、ブロッ
ク構造等でもよい。

【００１０】本発明において、充填層、生物濾床への水
の流れ方向は、上向流でも下向流でもかまわないが、下
向流が好ましい。なぜなら、濾材として比重が１．０近
傍の弾性多孔性粒状物を使用しているために上向流で処
理するには浮上を防止するために上部を網等で押さえね
ばならず、洗浄性に支障をきたすばかりでなく、生物濾
床においては、酸素含有気泡により濾床が流動しやすく
なりＳＳの濾過効果が悪化するからである。

【００１１】本発明に使用される弾性多孔性粒状物は、
大気圧下圧縮すると内部空気を排除して収縮し、圧縮を
やめると空気を内部に吸収して元の状態に復元される弾
性を有する多孔性の小体であって、吸水性を有するもの
ならいかなる形状、素材、孔構造等のものでも適用でき
る。該弾性多孔性粒状物は、表面から内部にかけて連続
した穴を持つように形成され、公知の発泡法等により製
造できる。該弾性多孔性粒状物の素材としては、上記性
質を有するものであるならば、特に制限されず、有機高
分子、無機化合物等公知のものを使用できるが、中でも
素材自体に適度な弾性と強度とを有する素材が好ましく
、特にウレタン樹脂等が好ましい。例えば、ポリウレタ
ンフォーム等の弾性多孔性粒状物は、ウレタン樹脂等の
プラスチックスを連続気泡を造る発泡法で発泡して作製
され、そのまま使用するか所望形状、サイズに切断して
使用する。弾性多孔性粒状物のサイズは、１０〜３０ｍ
ｍ、好ましくは１５〜２０ｍｍであり、その形状は角形
、球状、その他種々の形状がとれるが、角形が好ましい
。その比重は、通常０．８〜１．２程度が好ましい。 弾性多孔性粒状物の空隙率は、９０％以上が好ましい。 また、気孔径、即ち、穴径は、０．１〜６ｍｍ、好まし
くは２〜４ｍｍの範囲から選択することが望ましい。ま
た、１ｃｍ長さ当たりの穴の数は、５〜２０個が好まし
い。

【００１２】

【実施例】本発明の具体的実施例に基づいて本発明の作
用等を図１を参照しながら説明する。本発明の装置は、
有機性汚水１のＳＳを濾過処理する充填層２と、濾過水
３を生物濾過する好気性生物濾床４とから概略構成され
ている。有機性汚水１を初沈を設けずに、直接、弾性多
孔性粒状物の充填層２に供給し、高速濾過を行い、有機
性汚水中のＳＳの大部分を濾過除去し、濾過水３を得る
。本発明者の実験によれば、充填層２の濾速ＬＶ１　は
弾性多孔性粒状物を濾材に採用したため５００〜１５０
０ｍ／日という超高速濾過が可能であることを見出した
。また、濾過水のＳＳは３０ｍｇ／ｌ以下が安定して得
られた。次に、濾過水３を弾性多孔性粒状物を生物付着
濾材とする本発明独自の濾材構成をもつ好気性生物濾床
４に供給し、酸素含有ガス５を該生物濾床４に内に送り
こませながら、生物処理と濾過処理を同時に進行させる
。特に重要な点は、生物濾床４の濾材として空隙率が９
０％以上と極めて大きな弾性多孔性の粒状物を用いるこ
とであり、従来のＢＡＦのようなアンスラサイトなどの
粒状鉱物によって濾材を構成しないようにする点である
。この技術思想によって、濾床の目詰まりが極めて少な
く、かつＳＳの濾過作用と生物処理作用が著しく高いと
いう相反する機能を達成できることが確認された。以上
のように有機性汚水をまず弾性多孔性粒状物の濾床によ
って、ＳＳを超高速濾過除去し、この処理水を弾性多孔
性粒状物の生物濾床（ＢＡＦ）によって、さらにＳＳの
濾過と生物処理を高速で行うようにした複合思想は従来
、その例をみない新概念である。本発明者の実験によれ
ば、生物濾床４のＬＶ２　（濾速）は２００ｍ／日が充
分可能であり、従来のＢＡＦ法の濾速（２５ｍ／日）の
８倍もの高速処理が可能であり、処理水ＢＯＤ、ＳＳと
も１０ｍｇ／ｌ以下と高度な処理水がえられることを見
出した（この点も従来例のない新知見である。）。しか
して、濾過水３を弾性多孔性粒状物の生物濾床で高速処
理して得たＢＡＦ処理水６は、ＢＯＤ、ＳＳとも高度に
除去されているので、放流ないし各種用水として再利用
される。７はＢＡＦ処理水の貯槽である。本発明におい
て、弾性多孔性粒状物の濾過層、即ち充填層２の原水の
流れ方向は、かなり重要であり、上向流よりも下向流の
ほうが、好結果が得られる。即ち、本発明の実験によれ
ば充填層２を上向流で運転すると、次の欠点があること
を認めた。 ａ．濾床下部がＳＳによって閉塞しやすい。 ｂ．弾性多孔性粒状物は比重が１．０に近く、水に浮き
やすいか、浮上してしまうので、上向流で操作するため
には、充填層の上部界面を網などで押さえなければなら
ない。 ｃ．従って、空気逆洗が極めて困難になってしまう。な
ぜなら、空洗時に弾性多孔性粒状物が空気の上昇流によ
って、網の下に押し付けられてしまい流動不能になるの
で、ＳＳがうまく洗浄除去できなくなる。 次に弾性多孔性粒状物の生物濾床４内の水の流れ方向も
重要で、上向流よりも下向流の方が好適である。なぜな
ら、生物濾床を上向流で操作すると酸素含有気泡の上昇
によって、濾床が流動しやすくなり、ＳＳの濾過効果が
悪化し、処理水ＳＳ濃度が高くなってしまう。しかし、
下向流によるとこのような現象を防止できる。また、生
物濾床４を下向流で操作すると弾性多孔性粒状物の充填
層の下部に、これよりも粒径が小さく比重の大きな濾材
（例えば、アンスラサイト）の濾床を設けた複層構成と
することが容易にできるので、さらに処理ＳＳを低くで
きる有利性がある。上向流ではこのような複層構成は採
用困難である。次に本発明において、充填層２の濾速Ｌ
Ｖ１　と生物濾床４の濾速ＬＶ２　の設定条件は重要因
子であり、ＬＶ１　＞ＬＶ２　とすることが好ましい。 この条件設定によって、充填層２と生物濾床４からの洗
浄排水の合計発生量を極めて少なくすることができる。 逆にＬＶ１　≦ＬＶ２　の条件で操作すると、洗浄排水
の発生総量が多くなり、処理水６のＢＯＤ、ＳＳも悪化
してしまうことが判った。なぜなら、洗浄排水の発生量
を最も支配する因子は生物濾床４の濾速ＬＶ２　である
からである。次に、生物濾床４の洗浄法について、本発
明の新概念を説明する。従来のＢＡＦ装置はＢＡＦ処理
水を多量に消費して、ＢＡＦ濾床を水逆洗していた。従
って、ＢＡＦ濾床容量の約３倍の容量のＢＡＦ処理水槽
を設けなければならず、この処理水槽内の水を全量消費
しないと充分な洗浄が行えなかった。この点は従来のＢ
ＡＦの重大欠点であり、より合理的な洗浄方法が求めら
れていたのが実情である。これに対し、本発明は上記従
来装置の欠点を根本的に解決した。即ち、本発明は、充
填層２の濾過水３を用いて管路８からの水で充填層２お
よび生物濾床４を洗浄することによって、ＢＡＦ処理水
６をほとんど消費しないようにできる。充填層２の濾過
水はＳＳが低濃度（下水処理の場合ＳＳ３０ｍｇ／ｌと
なる）なので、下水の最初沈殿池の処理水（ＳＳのキャ
リオーバーによって、ＳＳは５０〜７０ｍｇ／ｌと高い
）で洗浄する方法よりも、効果的に生物濾床４を洗浄で
き、支持体の汚染のおそれも解消できる。充填層２の濾
過水２を用いて、生物濾床４の洗浄を行った後、生物濾
床４内に残っている水はＢＯＤを含んでいるので、この
水を追い出すためにのみ、管路９によってＢＡＦ処理水
槽７の水を使用すればよい。この結果、ＢＡＦ処理水の
使用量は、ＢＡＦ濾過容量の１倍量で済、ＢＡＦ処理水
６の浪費が大幅に減少する。１０は洗浄排水であり、シ
ークッナー（図示せず）で、ＳＳを濃縮した後、嫌気性
消化又は脱水により処分する。尚、ＢＡＦ処理水６を全
く使わずに、生物濾床４を洗浄することも次の方法によ
って可能であり、これも新しい概念である。即ち、充填
層２からの濾過水２によって、生物濾床４を水洗浄した
後、生物濾床内に残留している水をポンプ１１の管路を
切り換えることによって、水槽１２に汲み上げ、酸素含
有ガス５を供給しながら、生物濾床４に管路１３を通し
て供給すると３０分程度の短時間で生物学的に浄化でき
るので、これを放流すればよい。この手段によって、Ｂ
ＡＦ処理水６の洗浄用の消費をゼロにできる。

【００１３】実験例 図１に示した本発明フローに基づいて、下水を対象に本
発明の効果を実証する実験を行った。実験条件を次に記
す。 ■　　原水種類、団地生下水 ■　　原水水質（平均値） ＳＳ　　　　　　１２０ｍｇ／ｌ ＢＯＤ　　　　１５０ｍｇ／ｌ ｐＨ　　　　　　７．２ 水温　　　　　　２０℃ ■　　原水処理量　　１０ｍ３　／日 ■　　弾性多孔性粒状物による充填層 濾速：５００ｍ／日（下向流） 充填層厚：２５００ｍｍ 濾材種類：粒径２×２×２ｃｍの立方体のポリウレタン
フォーム 濾抗限界設定値：１０００ｍｍ水 ■　　好気性生物濾床 濾速：１５０ｍ／日（下向流） 濾材充填厚：３０００ｍｍ 濾材種類：充填層に使用したものと同じ微生物呼吸のた
めの空気量：２．５〜３．０Ｎｍ３　／ｍ３　下水 以上の条件で６ヶ月間の連続実験を行った結果、次の知
見を得た。 ａ．好気性生物濾床のポリウレタンフォーム濾材に生物
が充分付着するまでの馴致期間は９日間であり、初期ス
タートアップが速やかであった。 ｂ．充填層からの濾過処理水の水質は、ＳＳ３０ｍｇ／
ｌ以下、ＢＯＤ５５ｍｇ／ｌ以下となり、効果的な濾過
が行われた。濾速５００ｍ／日という高速濾過にもかか
わらず、濾過継続可能時間は２４〜２６ｈｒと長時間で
あった。洗浄排水発生比（逆洗排水量／濾過総量）は、
０．０１と極めて少なかった。 ｃ．好気性生物濾床の処理水水質は、ＳＳ３ｍｇ／ｌ以
下、ＢＯＤ１０ｍｇ／ｌ以下と極めて良質であった。 ｄ．前段の充填層でのＳＳ除去効果が優れており、ＳＳ
３０ｍｇ／ｌ以下の水を好気性生物濾床に安定して供給
できるため好気性生物濾床の濾過継続可能時間（処理水
にＳＳが１０ｍｇ／ｌ以上リークしはじめるまでの時間
）は４８〜５２ｈｒと非常に長くとれた。 ｅ．好気性生物濾床の洗浄は、充填層の処理水によって
問題なく洗浄でき、洗浄排水発生比は０．０４〜０．０
４５と少なかった。 従って、充填層と生物濾床からの洗浄排水の合計発生比
は、０．０５〜０．０５５と少なくできた。 ｆ．本発明によった、下水１００００ｍ３　／日の処理
施設を計画すると、 となり、驚異的な省スペース効果が達成できることが判
った。尚、従来法によると、最初沈殿池の所要面積が３
３４ｍ２　（ＬＶ３０ｍ／日）で、アンスラサイト濾床
の生物濾床の所要面積が４００ｍ２　（ＬＶ２５ｍ／日
）であるから所要面積合計は７３４ｍ２　と多大な設置
面積が必要になる。 ｇ．本発明法は沈殿操作が不要であるため、固液分離の
トラブルがなくメンテナンスは非常に容易であった。

【００１４】比較例 本発明との比較のため、従来方法（下水を最初沈殿池に
流入させ、沈降しやすいＳＳを除去した後、アンスラサ
イトを濾材とする好気性生物濾床に供給する方法）の実
行を平行して実施した。 実験条件 ■　　最初沈殿池水面積負荷　　３０ｍ／分（ＬＶ）■
　　好気性生物濾床の濾速　　２５ｍ／分（ＬＶ）■　
　生物濾床のアンスラサイトの粒径　　３ｍｍ、充填層
厚　　２ｍ 実験結果 　　■　　最初沈殿池流出水：ＳＳ　　　　７５ｍｇ／
ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ＢＯＤ　　９２ｍｇ／ｌ　　■　　好気性生物濾床の処
理水水質：ＳＳ　　　　　　５ｍｇ／ｌ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　ＢＯＤ　　１２ｍｇ／ｌ　　■　　好気性生物濾床
の濾過継続可能時間：２４〜２６ｈｒ　　■　　好気性
生物濾床の洗浄排水発生比：０．１５〜０．１８　　■
　　下水１００００ｍ３　／日規模の処理の設置面積：
最初沈殿池　　３３４ｍ２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　生物濾床　　　　４００ｍ
２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　計　　　　　　７３４ｍ２　以上の結果、
本発明と従来法は所要面積と洗浄排水発生比の項目で、
次のような顕著な相違があらわれることがわかった。１
．本発明は従来法の所要面積の約１／９の面積ですむ。 ２．洗浄排水発生比においては、本発明は、従来法の１
／３〜１／４であり、大幅に少なくなる。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、弾性多孔性粒状物の充填層と
生物濾床を組み合わせることのみの簡単なフローおよび
装置構成で、装置の単位設置面積当たりにおいて極めて
処理効率の高い有機性汚水の浄化ができるので、設置面
積の大幅低減が可能であり、極めて製造コスト、運転コ
ストの低い経済性に優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的一例を説明するための図である
。

【符号の説明】

１　　有機性汚水 ２　　充填層 ３　　濾過水 ４　　好気性生物濾床 ５　　酸素含有ガス ６　　ＢＡＦ処理水 ７　　ＢＡＦ処理水槽 ８　　管路 ９　　管路 １０　　洗浄排水 １１　　ポンプ １２　　水槽 １３　　管路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機性汚水を弾性多孔性粒状物の充填
   層に供給してＳＳを濾過除去した後、該濾過水を弾性多
   孔性粒状物を生物付着濾材とする好気性生物濾床に供給
   し、生物学的に浄化処理することを特徴とする有機性汚
   水の処理方法。
2. 【請求項２】　　前記充填層の濾過速度をＬＶ１　、好
   気性生物濾床の濾過速度をＬＶ２　とするときＬＶ１　
   ＞ＬＶ２　の条件で処理することを特徴とする請求項１
   記載の有機性汚水の処理方法。
3. 【請求項３】　　有機性汚水のＳＳを濾過除去するため
   の弾性多孔性粒状物からなる充填層を有する濾過装置と
   、前記濾過装置からの濾過水を生物学的に浄化処理する
   ための弾性多孔性粒状物を生物付着濾材とする好気性生
   物濾床とからなることを特徴とする有機性汚水の処理装
   置。