JPH08173988A - 嫌気的水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】通性嫌気性細菌群の亜硝酸呼吸、硝酸呼吸を利
用する水質の脱室浄化工程において、装置の省スペース
化及び栄養有機物投与量の節約ができ、処理効率を安定
して持続可能とする。更に、活魚飼育水の水質浄化にお
いては、全窒素の除去を可能にする。 【構成】真空ポンプ１１を差圧源として気液分離中空糸
膜９の結束集合体を介して被処理水から酸素除去する強
制脱酸素装置と嫌気濾材１７を充填した嫌気的生物反応
槽１６との組み合わせにより嫌気的水処理装置を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、生物学的水処理方法
の一工程を構成する嫌気的脱窒処理工程において、脱窒
作用を有する細菌群の機能を高度に発揮させるために嫌
気的生物反応槽に強制脱酸素装置を配設した水処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、嫌気的脱窒処理工程においては、
被処理水の溶存酸素濃度（ＤＯ値）が処理効率に対する
重要な制御因子でありながら、ＤＯ値を装置的かつ強制
的に低減させる方法が採られていない。一般に生物学的
水処理方法は、有機体窒素、アンモニア体窒素、亜硝酸
体窒素、硝酸体窒素からなる全窒素の除去を目的とし
て、主として、好気的状態下に設定される硝化処理槽と
嫌気状態下に設定される脱窒処理槽との組み合わせによ
って構成される。硝化処理槽においては、好気性細菌群
であるＢＯＤ硝化菌・亜硝酸菌・硝酸菌の作用によって
被処理水中に含有される有機体窒素とアンモニア体窒素
は亜硝酸体窒素および硝酸体窒素に生物酸化される。一
方、脱窒処理槽においては、通性嫌気性細菌群の亜硝酸
呼吸、硝酸呼吸によって亜硝酸体窒素・硝酸体窒素は不
活性な窒素ガスに変換され大気中に放散される。好気性
細菌群によって有機体窒素、アンモニア体窒素は分解さ
れても、代表的な栄養塩類である亜硝酸体窒素、硝酸体
窒素が生成されるために、処理水中での有機物の再合成
が促され水処理の意義が損なわれることから、全窒素の
除去が可能な水処理方法として通性嫌気性細菌群による
脱窒処理槽を具備した水処理装置が考案され実用化の段
階に達している。脱窒処理槽においては、通性嫌気性細
菌群が好気状態下では酸素呼吸を、嫌気的状態下では亜
硝酸呼吸ないし硝酸呼吸を行う性質を有していることか
ら、脱窒処理槽内のＤＯ値を低く保つことが良好な処理
効率を維持するためには不可欠である。しかし現状で
は、脱窒処理槽内のＤＯ値を低く保つために、メタノー
ル・酢酸等の栄養有機物を多量に投与して細菌群の大量
増殖をはかり、増殖した細菌群に酸素分子を呼吸させる
ことによって嫌気的状態を維持するという方法が一般に
行われている。かかる方法では、処理効率に影響する重
要な制御因子であるＤＯ値を増殖した細菌個体数という
甚だ不確実な要素に依存しているために、水処理効率の
安定維持に不安が残るばかりでなく、経済的な欠点を有
する。例を挙げると、元来水処理の目的対象ではない酸
素分子を呼吸消費させるための細菌群を増殖させるため
に多量のメタノール等の栄養有機物投与が必要であるこ
と、広大な細菌付着担体面積を確保するために装置のコ
ンパクト化が困難なこと、処理槽内のＤＯ値を均一に保
持するために処理槽内を常時攪拌する必要のあること、
等々である。また、活魚飼育水の水処理においては、被
処理水中の残留有機物濃度が低く、かつ、エタノール・
酢酸等の有機物投与が忌避されることから、細菌の大量
増殖による嫌気状態の創出は非常に困難であり、従っ
て、嫌気的脱窒処理は殆ど行われていないのが現状であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、このよう
な欠点を克服するために、被処理水のＤＯ値を確実かつ
容易に低減させることが可能で、通性嫌気性細菌群の作
用を最大限に活用すことができるので経済性に優れ、ま
た、活魚飼育水の全窒素除去にも適用可能な嫌気的水処
理装置をうるために鋭意研究を重ねた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】その結果、気液分離性を
有する高分子膜を介して強制的に被処理水の酸素除去を
行うことができる脱酸素装置を嫌気的生物反応槽に直列
配置もしくは内蔵設置することにより生物反応槽内のＤ
Ｏ値を極めて容易かつ安定持続的に低減することが可能
となり、よって、信頼性が高く、コンパクトで経済性に
優れた水処理装置の発明に成功した。すなわち、本発明
を構成する脱酸素装置は、主として気液分離膜、脱気
筒、真空ポンプで構成され、気液分離膜としては、セル
ロースアセテート、ポリオレフィン、ポリエステル、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホン、テフロン等の多孔
質中空糸膜、およびポリジメチルシロキサン等の非多孔
質中空糸膜等が挙げられる。つまり、被処理水から気液
分離膜を介して真空ポンプを差圧源として強制脱気する
ことを目的とする。気液分離膜の形状は上記気液分離高
分子素材を極薄中空糸状に形成したものを多数本束ねた
中空糸集合体とすることが装置のコンパクト化に益す
る。被処理水は中空糸の内側、外側いずれの側を通過し
てもよく、膜を介して被処理水通過側の反対側から真空
ポンプを差圧源として脱気される。脱気効率は、同一膜
素材では、真空度・有効膜面積・膜厚・被処理水温およ
び流量によって特定されるので、処理水量等の使用条件
に適合する真空度・膜面積・膜圧を選択すればよい。一
例として、外径０．３２ｍｍ、膜厚６０μｍのポリジメ
チルシロキサン中空糸を６０００本束ねて有効膜面積
０．７４ｍ^２を有する中空糸集合体を用い、被処理水温
３０℃の場合、真空度３０Ｔｏｒｒ、処理水量３０ｌ／
Ｈｒで嫌気的脱室処理に好適なＤ０値１．０ｐｐｍ未満
の被処理水をうることができる。一方、本発明を構成す
る嫌気的生物反応槽には、細菌群の馴養付着担体となる
濾材層が充填されており、必要に応じてメタノール、酢
酸等の栄養有機物を適量投与することにより細菌の培養
が促進される。濾材としては毒性、腐食性、潮解性がな
く濾材比表面積の大なるものが望ましく、一例としては
ＡＬ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ゼオライト、セラミックス等の
粒状物、ポリプロピレン、ポリエステル等の細繊化繊維
編織物、ウレタン、ナイロン等のスポンジ様成形物など
が好適である。そして、生物反応槽に、脱酸素された被
処理水が供給されることにより、通性嫌気性細菌群が優
先菌種として繁殖し、しかも、これら細菌群の呼吸方法
として亜硝酸呼吸、硝酸呼吸が優先的に選択されるの
で、亜硝酸体窒素および硝酸体窒素が効率的に除去され
るこは明らかである。なお、ここに示した気液分離素
材、分離膜の形状、濾材の種類等は一例にすぎず、本発
明の通用範囲を限定する性質のものではない。

【０００５】

【作用】以上のごとく、脱酸素装置を嫌気的生物反応槽
と直列配置した場合には、嫌気的生物反応槽に脱室処理
に好適なＤＯ値の低い被処理水が供給され、また、脱酸
素装置を嫌気的生物反応槽に内蔵設置した場合には、反
応槽内を直接に脱気して嫌気的状態を維持することが可
能となるので、反応槽内の通性嫌気性細菌群の水質浄化
作用が高度に維持されることになり、コンパクトでメタ
ノール等栄養有機物の投与量を節約できる経済性に優れ
た水処理装置を構成することができる。さらに、活魚飼
育水の水処理においても生物学的嫌気的室素除去が可能
となり水交換頻度を飛躍的に低減することができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品
の形状、材質、それらの相対配置などは特に特定的な記
載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣
旨ではなく単なる説明例にすぎない。図１は本発明に係
る水処理装置の第一実施例図である。同図において被処
理水１はポンプ４を動力源としてフィルター３、配管７
を通って脱酸素カラム８の内部に配置される気液分離中
空糸膜９の内側に導入される。中空糸膜は結束シール部
１０によって集合体を形成しており中空糸膜外側は真空
ポンプ１１によって配管１３を通じて減圧され、中空糸
膜内側を通過する被処理水は真空ポンプを差圧源として
強制脱気される。更に、強制脱気された被処理水は配管
を通じて嫌気的生物反応槽１６に導入される。嫌気的生
物反応槽内には嫌気濾材１７が充填されており、嫌気濾
材を着床但体として増殖した通性嫌気性細菌群が嫌気状
態下においては亜硝酸呼吸、硝酸呼吸を行い脱窒作用を
発揮する。以上の工程を経て浄化された処理水が処理水
溜２に導入される。嫌気的生物反応槽に導入される被処
理水のＤＯ値を制御する方法としては、あらかじめ予定
される処理量および処理水温等の稼働条件から気液分離
膜素材、有効膜面積、膜厚を決定し、ポンプ４に流量調
整バルブを併設し、真空ポンプ１１の到達真空達成能力
を真空度計１２によって表示し、溶存酸素濃度計１４の
表示するＤＯ値が１．０ｐｐｍ未満となるように流量ま
たは真空度の調節を行う方法が合理的である。嫌気的生
物反応槽の運転状況を把握する方法としては、被処理水
と処理水のＰＨを測定するのが簡便であり、つまり、脱
窒作用が良好に進行するに伴い処理水はアルカリ側に傾
斜してゆく。また、定期的に浄化対象物質の定量分析を
実施する必要がある。さらに、被処理水のＰＨが酸性側
に傾斜している場合には、通性嫌気性細菌群は中性ない
しは弱アルカリ性において良好な機能を発揮することか
ら、水酸化ナトリウム水溶液等のＰＨ調整剤５を液量調
節コック６ａを介して適量滴下する。また、被処理水中
の残留有機物量が不足していると判断されるとき、もし
くは、細菌群の増殖速度を高めたいときには、メタノー
ル、酢酸等の栄養有機物１５を液量調節コック６ｂを介
して適量滴下することにすればよい。図２は、脱酸素カ
ラム８の内部に設置される気液分離中空糸膜９の外側を
被処理水が通過し、真空ポンプ１１を差圧源として配管
１３を介して中空糸膜内側から強制脱気するように構成
される本発明の第一実施例の変形例を示す構成図であ
る。他の配置は図１に示すものと同様である。図３は、
本発明に係る水処理装置の第二実施例の主要部を図示し
たものである。ポンプ４によって被処理水が導入される
嫌気的生物反応槽１６の内部には嫌気濾材１７および気
液分離中空糸膜９が内蔵設置されている。被処理水は中
空糸膜の外側、つまり嫌気濾材の周囲を通過し、真空ポ
ンプ１１を差圧源として配管１３、真空室１８、中空糸
結束シール部１０を介して中空糸内側に強制脱気される
と同時に嫌気濾材を付着担体として増殖する通性嫌気性
細菌群の作用により脱窒浄化される。本実施例は第一実
施例における脱酸素カラム８と嫌気的生物反応槽１６の
直列配置を一体化したものであり、他の配置、構成は図
１と同様である。図４は、本発明に係る水処理装置を活
魚飼育水槽に適用した第三実施例の構成を図示したもの
である。活魚飼育水槽内下部に設置される多孔仕切り板
２２の上に積層される砂利等の濾材層２１を通過して物
理的濾過された底水層２４に取水口２５を設け、飼育水
は取水口からポンプ４を動力源として配管７を通じて脱
酸素カラム８の内部に設置される気液分離中空糸膜９の
内側に導入される。中空糸膜内を通過する飼育水は真空
ポンプ１１を差圧源として配管１３を通して強制脱気さ
れる。なお、飼育水が中空糸膜の外側を通過する形式と
しても何ら支障はない。脱酸素カラムを通過して強制脱
気されＤＯ値１．０ｐｐｍ宋満となった飼育水は嫌気的
生物反応槽１６に導入され、反応槽内に充填される嫌気
濾材１７を着床担体として馴養する通性嫌気性細菌群の
作用によって脱窒浄化されたのち再び活魚飼育水槽へ循
環される。嫌気的生物反応槽に供給される飼育水のＤＯ
値は採水バルブ２３から採水して溶存酸素濃度計を用い
て定期的にチェックされる。また、脱窒浄化の進行状況
は、飼育水槽中の水と飼育水槽に再循環される処理水の
ＰＨを測定して判定すると同時に、試薬を用いて定期的
にチェックされる。さらに、飼育水槽中の水はエアーポ
ンプによるバブリング等の手段を講じて好気的に維持さ
れなくてはならない。砂利等の濾材層２１および多孔仕
切り板２２を設置して底水層２４を作り、そこに取水口
２５を設ける方式とすることが、砂利等の濾材層を物理
的濾過層および好気的生物濾過層として活用できるので
有利であるが、他の手段により物理的濾過装置および好
気的生物濾過装置を具備している飼育水槽に本発明の水
処理装置を設置する場合には、取水口２５は簡易なメッ
シュフィルターを取り付けたうえで飼育水槽中何処に設
定してもよい。また、栄養有機物に乏しい活魚飼育水の
嫌気的脱窒処理を可能にする本実施例において、通性嫌
気性細菌群の馴養初期段階においては細菌増殖速度を高
めるために許容される最低限量の酢酸等栄養有機物の投
与を行うこと、および、飼育条件として飼育水温度をサ
ーモスタット１９を用いて細菌増殖に好適な１５℃以
上、望ましくは２５℃以上に設定することが効果を奏す
る。なお、本実施例は飼育水の淡水、海水であるを問わ
ない。図５は、本発明に係る水処理装置を活魚飼育水槽
に適用した第三実施例の変形例である。すなわち、
（Ａ）は、活魚飼育水槽に砂利等の濾材層２１および多
孔仕切り板２２を設置することによって生じる底水層２
４に嫌気濾材１７を充填して、ポンプ４ａを動力源とし
て脱酸素カラム８の内部に配置される気液分離中空糸膜
９に底水を導入して、これを真空ポンプ１１を差圧源と
して強制脱気して再び底水層に循環させることにより底
水層を嫌気的生物反応槽となす構成をとる。一方、ポン
プ４ｂを動力源として配管７ｂを通じて底水層から水槽
上部にむけて緩慢に飼育水を循環させることによって飼
育水全体の脱窒浄化が可能となる。図５（Ｂ）は、活魚
飼育水槽内に設置される砂利等の濾材層２１および多孔
仕切り板２２ａの中間に（Ｃ）のごとく気液分離中空糸
膜２７１を編組し結束シール部２７２を設けて集合体を
成す中空糸マット２７を埋設配置し、この中空糸マット
を介して真空ポンプ１１を差圧源として強制脱気する構
成をとる。多孔仕切り板２２ｂによって水槽底部に隔て
られる死水層２６から上水層に向けてポンプ４を動力源
として緩慢な水循環を作ることによって、活魚飼育水域
から砂利等の濾材層、中空糸マット、多孔仕切り板２２
ａを通過して水槽底部へ移動する水流が形成され、飼育
水は中空糸マットを通過する際に強制脱気されるので、
中空糸マットより下の区域は嫌気状態下に設定される。
多孔仕切り板２２ａおよび２２ｂの中間には細菌付着担
体たる嫌気濾材１７が充填されており、ここに嫌気的生
物反応槽が形成され飼育水の脱窒浄化が行われる。

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、生物
学的水処理法の一工程を構成する嫌気的脱窒処理におい
て、省スペースで栄養有機物の投与量を節約できる効率
的、安定的な水質浄化が可能となる。また、生物学的嫌
気的脱窒処理が困難な活魚飼育水の脱室浄化を可能にす
る、等の著効を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係わる嫌気的水処理装置
の概要図である。

【図２】図１に示す構成において、被処理水が中空糸膜
の外側を通過する場合の概要図である。

【図３】本発明の第二実施例に係わる嫌気的水処理装置
の主要部を示す概要図である。

【図４】本発明の第三実施例に係わる嫌気的水処理装置
の概要図である。

【図５】本発明に係わる第三実施例の変形例を示す概略
図である。（Ａ），（Ｂ）は全体構成、（Ｃ）は（Ｂ）
に用いる中空糸マットを示す要部構成である。

【符号の説明】

１．被処理水 ２．処理水溜 ３．メッ
シュフィルター ４．ポンプ ５．ＰＨ調整剤 ６．液量
調節コック ７．水配管 ８．脱酸素カラム ９．気液
分離中空糸膜 １０．中空糸結束シール部 １１．真空ポンプ １
２．真空度計 １３．脱気配管 １４．溶存酸素濃度計 １
５．栄養有機物 １６．嫌気的生物反応槽 １７．嫌気濾材 １
８．真空室 １９．サーモスタット ２０．魚 ２
１．濾材層 ２２．多孔仕切り板 ２３．採水バルブ ２
４．底水層 ２５．取水口 ２６．死水層 ２
７．中空糸マット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 勤三 神奈川県横須賀市秋谷5565 有限会社 コ ットンラ イフ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空ポンプを差圧源として脱酸素機能を有
   する気液分離膜集合体が嫌気的生物反応槽に直列配置も
   しくは内蔵設置されていることを特徴とする水処理装
   置。
2. 【請求項２】嫌気的生物反応槽が活魚飼育水槽内に設置
   される請求項１記載の水処理装置。