JPH1015582A

JPH1015582A - 排水の流動床式脱窒処理法

Info

Publication number: JPH1015582A
Application number: JP19167996A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tokari; 脩戸河里; Yasuo Imamura; 泰夫今村; Masao Ota; 正男大田; Hisashi Nomura; 久志野村; Kenji Shimokawa; 憲治下川
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】流動床式嫌気性生物処理の欠点とされていた
菌体増殖による流動床の過度の展開を防止するための菌
体の剥離を、可及的にエネルギーを使わず、かつ人手や
過度の自動制御装置を必要としないで実施する方法を提
供すること。【解決手段】窒素含有排水を流動床式嫌気性生物処理
によって脱窒処理するにあたり、１〜３ｍｍの球相当粒
子径と１．２〜２．０のみかけ比重を持つ非破壊性担体
を用い、かつ該担体を展開率２０〜５０％の範囲に保つ
上向流液線速度で流動化させることを特徴とする排水の
流動床式脱窒処理法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水の流動床式脱
窒処理法に関し、詳しくは流動床式嫌気性生物処理によ
り脱窒するにあたり、エネルギー消費を抑え、かつ過度
の設備を必要としないで安定的に実施する方法を提供す
ることを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】流動床式嫌気性生物処理法においては、
菌体増殖による流動床の過度の展開を防止するため、菌
体の剥離が重要な課題とされる。該菌体の剥離方法に関
し、特公昭５８−５７２３８号公報には、嫌気性下の流
動床に十分な時間滞留させて過剰な生物増殖をさせるこ
とにより、細菌床が過度に拡大することを防ぐために、
細菌床中に鋭い刃を有する攪拌機を装填させるか、ある
いは反応器より溢流してきた菌体を分離して、再度反応
器へ循環させる方法が開示されている。しかしながら、
前者の方法は、攪拌羽根に当たる衝撃で、また後者は循
環ポンプ内を通過する際の衝撃で、いずれも担体自体が
破砕される欠点がある。しかも、前者は過大な攪拌エネ
ルギーを必要とする欠点があり、後者は溢流してきた比
重の軽い菌体を処理水から分離することが難しく、大き
な沈降槽が必要になる欠点がある。

【０００３】また、特開昭６０−２３２２９５号公報お
よび同６０−３４７９４号公報には、液の循環量を間欠
的に大きくすることにより、上向流通水線速度を著しく
大きくして、流動床内の菌体粒子の剥離を促進し、流動
床の過度の拡大を防止する方法が開示されている。この
方法は、攪拌エネルギーの消費を不必要にするメリット
があると述べられている。しかし、この方法は、エネル
ギー節減効果があるが、流動床面を常に観察し、適宜循
環液量を変化させる操作をしなければならず、手間がか
かるのが欠点である。その上、間欠的にせよ、循環液量
を飛躍的に大きくするためには、それに見合う容量を持
った循環ポンプを装備しなければならないことも欠点で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、流動床式嫌
気性生物処理の最大の欠点とされていた菌体増殖による
流動床の過度の展開を防止するための菌体の剥離を、可
及的にエネルギーを使わず、かつ人手や過度の自動制御
装置を必要としないで実施する方法を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、窒素含有排水
を流動床式嫌気性生物処理によって脱窒処理するにあた
り、１〜３ｍｍの球相当粒子径と１．２〜２．０のみ
かけ比重を持つ非破壊性担体を用い、かつ該担体を展開
率２０〜５０％の範囲に保つ上向流液線速度で流動化さ
せることを特徴とする排水の流動床式脱窒処理法に関す
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の対象となる窒素含有排水
の具体例を示すと、硝化反応槽処理液、硝酸性廃液など
がある。本発明は、担体の粒子径，比重および流動床の
上向流液線速度を調節することにより脱窒活性を高く保
ち、かつ担体上における菌体の増殖速度と剥離速度を等
しくすることにより流動床界面を一定に保って、安定的
な脱窒反応器（リアクター）の運転を可能とする方法を
与えるものである。

【０００７】本発明において、流動床界面の過度の上昇
を抑制するために必要な菌体の剥離速度は、流動床の展
開率を２０〜５０％の範囲の適当な値に維持するために
必要な上向流液線速度を確保することにより達成させ
る。

【０００８】流動床中の菌体付着粒子（微生物が付着し
た担体）の中には、例外的に比重が排水の比重よりも小
さくなり、水面へ浮上するものが或る確率で発生する。
これは、脱窒反応に伴って生成した窒素ガスが、水の表
面張力によって菌体内部に閉じ込められ、それがある量
を越えると、菌体粒子全体の比重を１．０以下にするた
めである。通常、展開率が２０％〜５０％の流動床内で
は、内部の粒子同士の衝突による衝撃で、こうした窒素
ガスは脱泡され、菌体付着粒子全体の比重は１．０以上
に修正されるが、一部の粒子は脱泡が不十分なために水
面へ浮上する。このようにして水面へ到達した菌体付着
粒子は、そのままでは溢流し外部へ放出されるか、循環
ポンプで再度リアクターへ戻される。前者の場合は、菌
体付着粒子の損失を招くことが明らかであるが、後者の
場合も、リサイクルポンプ内でかなりの担体が破砕され
るため、担体の損失に結びつく。そこで、本発明では、
担体粒子径以下の幅のスリットを持ったスクリーンによ
り、かかる菌体付着粒子を捕捉し、溢流を防止する。ま
た、溢流しないで水面に溜まった菌体付着粒子は、スリ
ット面をゆっくりと回転するブラシにより強制的に移動
させられ、その衝撃で窒素ガスを脱泡することにより、
再度流動床部分へ沈下する。

【０００９】流動床面の菌体付着粒子の過度の上昇を抑
制するためには、担体の粒径の選定が重要である。担体
の粒子径を１ｍｍ以下にすると、担体に付着した菌体の
増殖に伴う塊化現象が進行する。塊化現象の進行は、塊
化物内部を非有効空間にするばかりでなく、流動床内の
偏流を惹き起し、リアクター全体の活性低下をもたら
す。そこで、液線速度を大きくして流動床の展開率を５
０％以上にすることによって、塊化を防ぐことが可能で
あるが、この場合は担体の充填量を予め少なくしなけれ
ばならない上、菌体の平衡担持量が少なくなるため、脱
窒活性を著しく低下させることになり得策ではない。ま
た、この方法は前記スクリーンのスリット幅を１ｍｍ以
下にしなければならず、スクリーンの閉塞が起こり易く
なる欠点もある。

【００１０】一方、担体の粒子径は大きすぎても好まし
くない。その理由の第一は、担体の粒子径が必要以上に
大きくなると、流動床内の担体の充填表面積が減少し、
リアクターの活性が低くなるためである。また、理由の
第二は、担体の粒子径が大きくなると、菌体の必要剥離
量を達成するための上向流線速度が大きくなるため、よ
り大きな循環ポンプが必要となり、循環に要する動力費
も増すからである。これらの理由から、特に粒子径が３
ｍｍを越える担体は、本発明には好ましくない。

【００１１】次に、担体の比重の範囲も本発明において
重要な要素である。すなわち、担体の比重が１．０以下
のものは、すべて水面に浮上して溢流するので、上面に
もスクリーンが必要となる上に、スクリーンの目詰まり
が激しくなるため、好ましくない。なお、本発明でいう
比重とは、みかけ比重のことであり、細孔を有する物質
ではその細孔をすべて水で埋めつくしたときに示すその
物質の比重である。担体の比重が１．０以上１．２未満
のものは、担体に付着した菌体が僅かの窒素ガスを保持
するだけで、菌体付着粒子全体の比重が１．０以下とな
るために、水面への浮上が起こり易くなる。このような
比重が１．２未満の担体に起因する浮上担体粒子量の増
大が、前記回転ブラシ（スクリーンスイーパー）等によ
る強制移動の能力を上回って起こると、水面に菌体付着
粒子が密集し、菌体の塊化による流路閉塞をもたらすこ
とになる。この現象は、比重１．０５の２ｍｍ径のポリ
スチレンビーズやスルフォン基を導入した比重１．１０
の２ｍｍ径のポリスチレンビーズを用いた場合でも観察
された。

【００１２】浮上担体粒子がスクリーンスイーパーの脱
泡作用で沈降せしめられ、スクリーンからの液の溢流が
安定して行なわれるためには、比重１．２０以上の担体
を使用することが必要である。比重の上限は２．０であ
る。担体の比重が大きければ大きいほど、こうした浮上
担体粒子の数は減るけれども、比重が大き過ぎると好ま
しくない現象が起きる。すなわち、比重の大き過ぎる担
体は、菌体が多量に付着するまで流動化を起こさないの
で、菌体の増殖期間中に菌体付着粒子の塊化現象が起き
る。これを避けるために液線速度を大きくすると、菌体
の剥離が優勢となり、担体上での菌体の増殖が不能とな
る。

【００１３】本発明に用いるみかけ比重が１．２〜２．
０の範囲という条件を満たす担体は、ポリプロピレン，
ポリエチレン，ポリスチレンなどの汎用プラスチックに
シリカ，アルミナ，チタニア，ガラス等の微粉を混合す
ることによって作ることができる。また、比重１．４ま
でのポリスチレンの場合、硫酸処理することによってス
ルフォン基を導入して製造することができる。他にも、
細孔容積が０．９ｃｃ／ｇ以下の活性炭、細孔容積が
０．１〜１．３３ｃｃ／ｇの範囲にあるシリカ，ガラ
ス，粘土、細孔容積が０．４〜２．０ｃｃ／ｇの範囲に
あるアルミナなどもこの要求を満たすものである。

【００１４】次に、本発明における上向流液線速度につ
いて述べる。菌体の剥離を十分に行なわせるために必要
な液線速度は、菌体付着粒子の大きさおよび比重によっ
て異なる。該粒子の粒子径が小さく、比重が小さいほど
低線速度で激しく流動するため、菌体の剥離が促進され
る。また、このような粒子ほど流動床の展開率が大きく
なる。本発明者らは種々の担体について試験した結果、
菌体の剥離速度は担体の大きさや比重の如何にかかわら
ず、流動床の展開率でほぼ一義的に決定できることを見
出した。すなわち、流動床の展開率が２０％未満となる
ような低液線速度では、菌体の増殖が優越して流動床界
面の継続的上昇が起こる。したがって、流動床の展開率
が２０％以上となるような液線速度とすることが必要で
ある。ただし、これは担体への菌体の密着が十分に起こ
った時点での値である。菌体が担体に十分に付着してい
ない状況下では、菌体付着粒子の比重が大きいため、流
動床の展開率は幾分小さい。しかしながら、担体上で菌
体が増殖すると、菌体付着粒子の比重は次第に軽くな
り、流動床の展開率は増加する。したがって、担体上で
の菌体の増殖と、その剥離による減少が平衡に達した状
態での流動床の展開率を２０％以上に保たなければなら
ない。

【００１５】しかし、流動床の展開率を５０％を超える
値にする必要はなく、展開率を高くし過ぎることは、む
しろ有害である。流動床の展開率を５０％を超える値と
すると、菌体付着粒子同士が激しく衝突するため、菌体
剥離が過剰に起こり、活性の低下を招くことになる。さ
らに、リアクター内の菌体（触媒）充填量が十分に確保
できないため、活性を高めることができない。ところ
で、運転時の流動床の展開率は、下記の式で定義され
る。なお、式中、ｈは運転時の菌体付着粒子の層高を、
ｈ₀は停止後一晩おいて測定したときの菌体付着粒子の
静止層高を意味する。

【００１６】

【数１】

【００１７】

【実施例】次に、本発明を実施例により詳しく説明す
る。実施例１図１に示した装置を用いて脱窒反応試験を実施した。有
効容積３０Ｌのリアクター（４）の上部には、図２に示
したようなスクリーン（６）と該スクリーンに接触した
菌体付着粒子を移動させるための回転ブラシ（７）を取
り付けた。平均粒子径１．３ｍｍ、比重（水飽和状態に
おける）１．２２の活性炭５．４Ｌをリアクターに投入
し、これに約６Ｌの種汚泥を添加し、第１表に示した組
成の原水を１／４に希釈してリアクターおよび循環系に
満たした。

【００１８】

【表１】第１表ＮａＮＯ₂ ６５７ｍｇ／Ｌ（１３３ｍｇ−Ｎ／Ｌ）ＮａＮＯ₃ ４０５ｍｇ／Ｌ（６７ｍｇ−Ｎ／Ｌ）ＣＨ₃ＯＨ７３８ｍｇ／ＬＫＨ₂ＰＯ₄ １０ｍｇ／ＬＮａＨＣＯ₃ ２００ｍｇ／Ｌ

【００１９】次に、バルブ１、バルブ２を閉じて液の流
入、流出が起こらない条件下でポンプ２を調節してリア
クター内の液線速度を１０ｍ／ｈｒに保ち、脱窒菌の培
養を行なった。培養開始後約２００時間で循環液中の窒
素濃度が、ほぼ０ｐｐｍになった時点で、液を抜き出
し、再度第１表に示した組成の原水を１／４に希釈して
リアクターおよび循環系に満たした。液置換後、１５０
時間経過した時点で循環液中の窒素濃度が再び０ｐｐｍ
になったので、バルブ１、バルブ２を開け、第１表に示
した組成の原水を３０Ｌ／ｈｒで流し、ポンプ２の流量
を調節してリアクター内の液線速度を２０ｍ／ｈｒにし
て連続運転を開始した。

【００２０】連続運転開始後３５０時間目に菌体付着粒
子の流動時高さ（以下、流動高さと略記する。）は３６
ｃｍを示し、また運転を一時休止して測定した菌体付着
粒子の静置時高さ（以下、静置高さと略記する。）は２
７ｃｍであった（展開率３３％）。このときの脱窒率は
８０％であった。連続運転開始後５００時間目には、流
動高さは７２ｃｍを示し、静置高さは４２ｃｍであった
（展開率２９％）。このときの脱窒率は９０％であっ
た。流動高さの増加の停止が確認された連続運転開始後
１０００時間目には、流動高さは８１ｃｍを示し、静置
高さは６０ｃｍであった（展開率３５％）。また、この
ときの脱窒率は９５％であった。

【００２１】比較例１実施例１と同じ運転を４５００時間実施した後、その他
の条件は一定にして循環ポンプ（Ｐ１）の流量のみを落
として、リアクター内の液線速度を２０ｍ／ｈｒから１
０ｍ／ｈｒに低下させた。この時点で、流動高さは流動
床の膨張率の低下により８１ｃｍから６９ｃｍに低下し
た。これは展開率１５％に相当する。この時点から５０
０時間後、流動高さは８１ｃｍ、静置高さは６９ｃｍに
増大した（展開率１５％）。なお、流動床の高さは増加
傾向を見せたが、菌体付着粒子の凝集が顕著となり、脱
窒率は実施例１の場合よりも低下して８５％であった。
この例では、実施例１の場合よりもリアクター内の菌体
量が増加しているにもかかわらず脱窒率が低いのは、液
線速度が低いために菌体の剥離量が減り、菌体付着粒子
の塊化現象が起こり、菌体と原水の接触が十分行なわれ
なくなったためと考えられる。

【００２２】比較例２実施例１と全く同一の条件で菌体の培養を行ない、培養
を終了した３５０時間目に、バルブ１と２を開けて第１
表に示した組成の原水を３０Ｌ／ｈｒで供給し、循環ポ
ンプ（Ｐ１）の流量を調節してリアクター内の液線速度
を３５ｍ／ｈｒにして連続運転を開始した。連続運転開
始後３５０時間目に流動高さは４２ｃｍ、静置高さは２
４ｃｍとなった（展開率７５％）。また、このときの脱
窒率は６８％であった。連続運転開始後５００時間目に
は、流動高さは６０ｃｍ、静置高さは３３ｃｍであった
（展開率８２％）。また、このときの脱窒率は８２％で
あり、実施例１の結果よりも低い値を示した。

【００２３】その後も流動高さは増加し、流動床面が液
の最上面に達し、菌体の溢流が起こり始めたので運転を
停止した。このときの静置高さは５１ｃｍであり（展開
率７６％）、脱窒率は８８％であった。ここで、菌体付
着粒子を３Ｌ抜き出し（静置高さは４２ｃｍに減少し
た）、再度リアクター内の液線速度を３５ｍ／ｈｒに保
ち、連続運転を再開した。再運転開始時の流動高さは７
５ｃｍであったが、その後８１ｃｍまで上昇し、この値
でほぼ一定となった。このときの静置高さは４５ｃｍで
あった。これは展開率８０％に相当し、また脱窒率は８
２％であり、実施例１の場合ほどの高い脱窒率を得るこ
とはできなかった。これは、液線速度が大であるため、
流動床の展開率が大きくなりすぎ、当初に充填した担体
の２割を抜き出さざるを得なかったため、リアクター内
の菌体量が不足したことによると考えられる。

【００２４】比較例３担体として平均粒子径１．２ｍｍ、比重２．５のガラス
ビーズ５．４Ｌを用い、これを実施例１と同じリアクタ
ーに充填し、液線速度を初めに３０ｍ／ｈｒに設定した
こと以外は実施例１と全く同一の条件で菌体の培養を開
始した。しかし、２００時間経過後も循環液中の窒素濃
度の減少が殆ど起こらず、担体への菌体の付着も起こら
なかった。そこで、液を抜き出し、再度１／４希釈した
原水と種汚泥をリアクターと循環系に満たした後、実施
例１と同じく液線速度を１０ｍ／ｈｒにして菌体の培養
を開始した。その後、担体への菌体の付着は観察された
が、実施例１の場合と異なり、個別の菌体付着粒子の流
動化現象は起こらず、窒素ガスを含有した菌体付着粒子
は巨大な塊状物となって間欠的に浮上し、スクリーンに
おいて脱泡され、幾つかのより小さい塊状物となって再
沈降する様子が観察された。

【００２５】２５０時間経過後、窒素濃度が１０ｐｐｍ
以下になったところで、液を抜き出し、１／４希釈原水
をリアクターおよび循環系に満たし、培養を継続した。
さらに、２００時間経過後、窒素濃度が１０ｐｐｍ以下
になったところで、バルブ１と２を開き、第１表の組成
の原水を３０Ｌ／ｈｒで供給し、液線速度を２０ｍ／ｈ
ｒにして連続運転を開始した。菌体付着粒子は塊状物の
まま若干の流動性を示したが、３５０時間経過後の脱窒
率は７２％であり、実施例１の場合よりもはるかに低い
値を示した。このことから、比重が２を上回る担体は本
発明に適さないことが明らかになった。

【００２６】実施例２図１に示した装置を用いて脱窒反応試験を行なった。平
均粒子径２．２ｍｍ、比重（水飽和状態における）１．
５２のポーラスシリカ９．０Ｌをリアクターに投入し、
これに約６Ｌの種汚泥を添加し、第１表に示した組成の
原水を１／４に希釈してリアクターおよび循環系に満た
した。バルブ１と２を閉じて液の流入、流出が起こらな
い条件下でポンプ２を調節してリアクター内の液線速度
を１４ｍ／ｈｒに保ち、脱窒菌の培養を行なった。培養
開始後約２２０時間で循環液中の窒素濃度はほぼ０ｐｐ
ｍになったので、液を抜き出し、再度第１表に示した組
成の原水を１／４に希釈してリアクターおよび循環系に
満たした。その後、約１５０時間で循環液中の窒素濃度
が再び０ｐｐｍになったので、バルブ１と２を開けて、
第１表に示した組成の原水を３０Ｌ／ｈｒで流し、ポン
プ２の流量を調節してリアクター内の液線速度を２５ｍ
／ｈｒにして連続運転を開始した。

【００２７】連続運転開始後３５０時間目に菌体付着粒
子の流動高さは３６ｃｍを示し、静置高さは３０ｃｍで
あった（展開率２０％）。また、このときの脱窒率は８
１％であった。連続運転開始後５００時間目には、流動
高さは５１ｃｍ、静置高さは３９ｃｍであった（展開率
３１％）。このときの脱窒率は８９％であった。連続運
転開始後１０００時間目には流動高さの増加停止が十分
に確認され、流動高さは７８ｃｍ、静置高さは５４ｃｍ
であった（展開率４４％）。また、このときの脱窒率は
９３％であった。この後、流動高さに変化は見られず、
脱窒率も常時９２％以上を維持した。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、窒素含有排水を流動床
式嫌気性生物処理によって脱窒処理するにあたり、エネ
ルギー消費を抑え、しかも過度の設備を必要としない
で、効率よく安定的に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる脱窒反応装置の１例を示した
ものである。

【図２】本発明に用いる脱窒反応装置中の菌体付着粒
子溢流防止スクリーンと該粒子を強制的に移動させる回
転ブラシの１例を示したものである。

【符号の説明】

１原水タンク２原水ポンプ（Ｐ１）３循環ポンプ（Ｐ２）４リアクター５菌体付着粒子６菌体付着粒子溢流防止スクリーン７回転ブラシ８温度指示計９溶存酸素濃度指示計１０ｐＨ指示計１１循環槽１２薬剤注入ポンプ（Ｐ３）１３塩酸タンク１４バルブ１（Ｖ１）１５バルブ２（Ｖ２）１６バルブ３（Ｖ３）２６菌体付着粒子溢流防止スクリーン２７回転ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大田正男神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者野村久志神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者下川憲治神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素含有排水を流動床式嫌気性生物処理
によって脱窒処理するにあたり、１〜３ｍｍの球相当粒
子径と１．２〜２．０のみかけ比重を持つ非破壊性担体
を用い、かつ該担体を展開率２０〜５０％の範囲に保つ
上向流液線速度で流動化させることを特徴とする排水の
流動床式脱窒処理法。
【請求項２】窒素含有排水が、硝化反応槽処理液或い
は硝酸性廃液である請求項１記載の方法。
【請求項３】窒素含有排水を流動床式嫌気性生物処理
によって脱窒処理する方法において、水面に浮上した比
重１．０以下の窒素ガス包含菌体付着粒子を、該粒子の
径以下のスリットを持つスクリーンで捕捉し、かつ該ス
クリーンに沿って前記菌体付着粒子を強制的に移動させ
ることによって、該粒子の脱泡を促進して再沈下させる
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】窒素ガス包含菌体付着粒子の強制的移動
を回転ブラシにより行う請求項３記載の方法。