JPS58146492A - 生物固定床を用いる廃水の生物的処理法 - 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】 本発明は生物的方法による廃水の処理方法に関する。

水質汚濁防止法の施行以後、ＢＯＤ　（生物化学的酸素
要求量）、ＣＯＤ　（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊
懸濁物質）等の汚濁物質の自然環境への排出量は減少し
たものの、閉鎖系水域での富栄養化現象が相変らず発生
している。富栄養化の主たる成分因子はＮ（！Ｘ−）と
Ｐ（燐）であり、その発生源の大部分は人間の排泄物及
び生活より発生するものと１次〜３次産業等の産業活動
に伴うものである。時に、人間の排泄物及び生活から発
生するＮ％Ｐ量は全発生量の約半分を占ており、富栄養
化への負荷量が大きく、１日も早い削減が必要とされて
、いる。

Ｎ、Ｐの除去方法についてみると、Ｐはアルミニウム塩
、鉄塩、カルシウム塩等と化学反応を起こし不溶性の塩
を形成するので、この反応を適用した凝集沈澱法で比較
的容易に除去できる。しかしＮは存在形態が有機態、ア
ンモニア態、亜硝酸態、硝酸態等多岐にわたり、夫々化
学的性質に相違がある。これら各檀形態のＮ化合物を除
去する方法として物理化学的方法、生物的方法があるが
、前者の方法はすべての形態のＮ化合物を除去できない
為高率のＮ除去は期侍できない。これに対し、生物的方
法は微生物の種類及び環境を整えることにより各種のＮ
化合物を最終的に自然界で最も安定で且つ不活性の形態
である窒素ガス（Ｎ２）にしてしまう。この反応を式で
表わすと次のようになる。

有機物＋微生物→ 炭酸Ｎ０ｘ（ＣＯ２）土水（Ｎ２０）＋７ｙモーフ（Ｎ
Ｈ４０Ｈ）−１（−のｆｔ１Ｊ”ｆ　＋ｌ　、ｓ　Ｏ２
７ 亜硝＃（ＮＯｉ　）　＋　ＨａＯ＋水素イオン（Ｈ”　
）　＋　６６　、５　Ｋｃｍ７ＮＯｉ　＋　０．５０２
　ｍ　１１４酸（ＮＯｉ）　＋１７．５Ｋｃａ／２ＮＯ
ｉ　＋　６）ｒ’−（有機物）１１ｎｅＮ２↑＋２Ｈ２
０＋　２０Ｈ−（水酸イオン）２ＮＯ″ｓ”　１ｏ”［
１１）　”↑＋４Ｈ２０＋　２０）１−亜硝酸菌、硝酸
菌の作用により好気的条件下モＮＯ！、Ｎ０３を生成す
る過程が硝化反応である。

この反応で水素イオンが生成し酸性となり、比が低くな
る。硝化反応は爾７〜８の範囲が最適である為＋１ｆ（
調整を必要とする。脱窒菌の作用により嫌気的条件下で
ＮＯ２とＮＯ３をＮ２にする反応が脱窒反応である。こ
の反応に還元基となる有機物が必須であり、また反応の
進行に伴って水酸イオンが生成しアルカリ性となり、阻
が高くなる。このように生物的窒素除去法は生育環境の
相反する硝化菌と脱窒菌の作用を利用したものであり、
最適な生育環境を整え効率よい生理代謝活性を維持する
ことにより高率の窒素除去が達せられる。

これまでの生物的窒素除去方法は活性汚泥法によるもの
であり、その主なもののフローを以下に示す。

→匿Ｉ圏→回Ｎ園→処理水 汚泥返送 Ａ％Ｂの肉感理法とも汚泥（ＢＯＤ分解−１亜硝酸菌、
硝酸１、脱窒菌）を原水と混合状態で、好気的と嫌気的
状態を繰り返す１つの流れの中におき、その中で硝化反
応と脱窒反応を行なわせている。上記の人のプロセスで
は、硝化槽に−調整用のアルカリ剤、脱輩槽に有機炭素
源としてメタノールの添加を必要とする。Ｂのプロセス
は脱窒槽を曝気槽と硝化槽の前段に設置したもので、脱
窒反応に必要とする有機炭素源を原水に求める方式であ
る。また硝化槽に田調整用のアルカリ剤の添加を必要と
する。

しかるにこれまでの活性汚泥法による窒素除去方法には
次のような短所がある。即ち、好気性状態で活性を示し
生育に有機物を必要としない硝化菌、一方、嫌気性状態
で活性を示し、生育に有機物を必要とする脱１ｌｉｔｌ
！ｉというように性質の相反する菌を混合し゛ており、
１つの流れの中で−の存仕環境な好気的と嫌気的状態に
することによりそれぞれの劇の特性を発揮させて処理し
ていることである。硝化−は常に好気的状態に、また脱
窒菌は常に嫌気的状態に保持すれば高い活性が維持され
ることは微生物学からも明らかである。特に硝化菌は嫌
気性状態にすると活性の低下が著しい。これらの点から
すると、これまでの生物学的窒素除去方法は微生物学の
見地から必ずしも良好といえない。

もう１つの大きな欠点として次の点が挙げられる。即ち
、活性汚泥法である為汚泥は浮遊した状態であり、処理
水を得るには汚泥を沈降分離しなければならないが、こ
の沈降分離は汚泥の凝集による自然沈降によるものであ
り、時として糸状性細菌の増殖によ゛る膨化現象（バル
キング）により汚泥の沈降分離が困−になることである
。このバルキング現象は活性汚泥法において、最もやっ
かいな点であって、日常の運転管理の大部分がこの現象
を起こさないようにすることに費やされており、またバ
ルキング現象を起こした場合には沈降性の回復に相当の
期間を要し人的及び経済的にも多大の出費を余儀なくさ
れるのである。

本発明の目的は、前述の従来の活性汚泥法（二よる窒素
除去方法の短所を克服して窒素除去率を高率に維持し、
かつ日常管理が容易である生物学的菫索除去方法を提供
することである。

本発明は、窒素含有廃水を、脱窒処理とそれに引続く曝
気処理とからなる少なくとも１回の処理に付し、曝気処
理した廃水の一部を、始めの脱窒処理の前又は処理中の
廃水に循環合流させ、前記脱窒及び曝気は空隙に富んだ
生物固定床を充填した槽中で行なうことを要旨とするも
のである。

以下に本発明なＷ＝ａに説明する。

（１）処理プロセス 本発明の処理プロセスのフローの代表的なものを次に示
す。

循環（ｎＸＱ） ■ム、Ｂの両フローとも脱窒槽と曝気槽に、好ましくは
高！２！−率の立体綱目状及びそれに類似のプラスチッ
クス製Ｏ生物固定床を槽容量に対して容量比で好ましく
は４０〜７０％充填する。

■循環水貴社原水量に対す一倍数比をｎとすれば塁は、
０より大きく、好ましくは０．６以上、更ＫＩＦｆｔＬ
＜社１以上とするのがよい。他方、上＠に関しては、ｎ
は８０以下、好ましくは３０以下、ｊ！に好ましくは１
０以下とするのがよい。本プロセスでは窒素除去率Ｆｉ
ｍＫ比例して大きく表る。循環は、曝気槽の末端部分ま
たは曝気槽と沈殿槽の中間から、ポンプまたはエアリフ
トにより、脱窒槽Ｏ入口又はその付近に送水することＫ
よって行なうとよい。

■原水は脱窒槽の入口部分に投入する。

■脱窒槽及び曝気槽は夫々において２槽以上に仕切られ
ているのがよい。

■特に脱窒槽社仕切られた各榴が独立し九榴であ〕、１
つの槽′０水を抜を取っても他の槽の水位が低下しない
槽構造とするのがよい・ （２）　本発明の処理プロセスに用いる設備など■脱窒
槽と祷気補（硝化槽）に充填する生物固定床 プラスチックス製の空隙に富んだ生物固定床を使用する
。

この生物固定床の好ましいものは、繊条が適当な間隔を
おいて相互に配置されたもの、たとえば立体網目状構造
物、及び平板網目状構造物を適当な間隔をおいて層状に
配置したもの、である。前記繊条の間隔（空隙）はおよ
そ３〜４０露程度好ましくは５〜２５−程度が適当であ
り、該繊条の太さは直径０．２〜５５ｍ１ｍ度好ましく
はｉ〜　３−程度が適当である。

前記立体網目状構造物は、熱可塑性プラスチックスを加
熱溶融してノズルより押し出しカールさせつつ積み憲ね
、繊条の相互接点を融着させて立体成形して作ることが
できる。第１図はこの構造体を概念的（二足したもので
ある。この立体網目状構造体のマクロな形態としてはマ
ット状１角柱状１円筒状、球状等がありうる。これらを
脱窒槽や曝気槽に適宜充填すればよい。

脱窒菌、硝化菌等は前記繊条等の表面（；これを被覆す
るような状態で固定される。

■槽容量 イ＞ｖｈ気槽（硝化槽） ＢＯＤ除去と硝化反応を行なわせる曝気槽（硝化槽）は
原水のＢＯＤ濃度と水量の乗算より求まるＢＯＤ量（Ｋ
４／日）を基準としたＢＯＤ容積負荷・（Ｋ４ＢＯＤ／
ｍ”日）が１．５　ｈ　ＢＯＤ　／１ｒＬ＠、　８．３
２Ｌ下の条件を充足する容量があることが望ましい。ま
た原水の窒素化合物量を基準とする場合はケルダール態
窒素の容積負荷（ＫｔＫ−Ｎ／〆・日）が９．２１　ｂ
　Ｋ−Ｎ　／　ｍ”・日以下の条件を満足する槽容量と
するのが望ましい。本プロセスの場合、上記の２条件を
同時に満たしうる槽容量とすることが望ましい。

口）脱窒槽 脱窒槽の容置は、曝気槽（硝化槽）の容量との関係で決
まるものであり、曝気槽容量のめ倍ないし１．５倍の範
囲内の容置が好ましい。水槽は２檜以上に仕切り、６槽
の水の流れは上向流または下向流のいずれかの流れとす
る−のがよい。

■生物固定床の充填率 前記＋１）の生物固定床を脱窒槽には槽容量に対して３
０〜７５％、曝気槽（硝化槽）には槽容量に対して４０
〜７０％充填するのがよい。

■沈澱槽 原水の脱窒槽への投入量の時間平均水量を基準として２
〜４時間の滞留時間になる槽容量とするのがよい。

■返送水ピット 曝気槽と沈澱槽の間に返送水ビットを設置する場合その
容量は原水の脱窒槽への投入量及び返送水（循環水）量
の合計量の時間平均水量を基準として１０〜１５分間の
滞留時間になる槽容量とするのが好ましい。

（３）対象とする廃水 廃水にＢＯＤ源となる有機物とＮ源となる窒素化合物の
両方を含むような廃水で例としては生活系廃水、善意関
係廃水、食品製造加工廃水及びその他面工業関係の廃水
が適している。しかし、Ｎ源となる窒素化合物が過度に
多い廃水であっても、適宜メタノール等の有機物を補充
すれば、本発明によって処理することができる。

次に本発明の処理プロセスの効果を述べる。

０本プロセスは脱窒槽と曝気槽に、好ましくは高空隙率
の立体網目状及びそれに類似のグラステックス族の生物
固定床を充填することにより、脱窒菌を常に嫌気性状態
に、硝化菌な常に好気性状態（二夫々区分して保持でき
る為、両画の活性レベルを常に高い状態に保持できる。

これにより硝化反応と脱窒反応を効率良く進行させ得る
。

■曝気槽シ＼好ましくは高空隙率の立体網目状及びそれ
に類似のグラステックス族の生物固定床を充填すること
により１つの曝気槽内でＢＯＤ除去反応と硝化反応を同
時で且つ高率に進行させることが可能となり、従来の方
法のようにＢＯＤ除去を主とした曝気槽と硝化反応を主
とした硝化槽というように２檜に区分する必要がない。

その為従来の方法に比較して槽容量が小さくてよいこと
になる。

■従来の浮遊式活性汚泥法の場合、糸状性細菌等または
他の微生物の異常増殖により発生するバルキングによっ
て汚泥の沈降分離が困峻となり処理水質が大幅に感化す
ることがあり１日常管理においてバルキング防止に多く
の人的エネルギー及び経費を要している。本プロセスは
、曝気槽に立体網目状及びそれに類似のプラスチックス
製生物−電床を充填し、槽内のＢＯＤ除去菌及び硝化菌
のほとんどすべてを保持している為バルキングを起こす
ことがなく、高率のＢ０Ｄ除去と硝化がなされうる。

０本プロセスは脱窒槽を曝気槽（硝化槽）の前段に設置
している為、脱窒反応の進行に伴って生成する水酸基（
ＯＨ−）が曝気槽に供給され、硝化反応によって生成す
る水素イオン（Ｈ＋）が中和される。それ故、廃水が当
初から酸性度の高い場合（約ｐＨ５以下）でなければ、
曝気槽内の綱はほぼ中性に保持され、従来法における硝
化槽の−を中性に保持する為のアルカリの注入のような
人為的な田調整を必要としない。

０本プロセスは脱窒槽での脱窒反応に必要とする有機炭
素源を原水中有機物に求めている為、通常は従来法のよ
うに脱窒槽でアルコール等を新たに添加する必要がない
。

０本プロセスの場合、曝気槽（硝化４ＩＩＩ）内の生物
固定床にほとんどの汚泥が固定化される為、曝気槽から
脱窒槽への循環水の８８濃度は非常に低く、それ故、循
環が容易である。本プロセスでは曝気槽出口部分からと
り出した、または曝気槽と沈澱槽の間に滞留時間が数分
間ないし１０分間の小さな檜を設置し、この檜より汲み
上げた一部の水を脱窒槽に返送する。その結果、曝気槽
から沈澱槽に流入する水量は曝気槽への原水投入量と同
じ量となる。従って本プロセスの場合処理系内で水を循
環しても沈澱槽の水面積負荷を大きくすることがない。

従来の方法は沈澱槽よりＳＳ濃度の高い沈降濃縮汚泥な
脱窒槽に返送しなければならなかったのであり、また原
水と循環水の合量が沈澱槽に流入する為沈澱槽容量を相
当に大きくしなければならなかったのである。

０本プロセスの脱窒率は、脱窒槽と曝気槽の容量が適正
であれば原水量（ｍ”／日）ζ二対する循環水量（ｍ１
／日）の比ｉｎ）の関数となる。

窒素除去率価１　＝−Ｘ　１００ ｎ＋１ 以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。

実施例１ 第２図に示すような小型連続処理槽を用いた室内実験を
行なった。脱窒槽１、曝気槽２、返送水ビット６及び沈
澱槽７の容量は、そ−れぞれ２０７．６０７％　２１及
び１２／とした。原水として、可溶性澱粉、酢酸ナトリ
ウム、砂糖、ペプトン、塩化アンモニウム、燐酸二カリ
ウム、食塩、塩化カリウム等で調製した合成下水を用い
た。原水の１日投入量（Ｑは９０ｊ（曝気檜容蓋の１．
５倍量）とし、返送水量比（ｎ）を４と９の２条件で実
験を行なった。従って１日の返送水量はｎ　＝＝　４で
３６０１　ｓ　ｎ　＝９で８１０／となる。脱窒槽に充
填した生物固定床は、立体網目状構造でマット状のもの
を容量比で７０％充填した。また曝気槽には、立体網目
状構造の角柱状の生物固定床をｉ量比で５５チ充填した
。脱窒槽の生物固定床内の水の流れは上向流で一過式で
ある。曝気槽内は槽内底部に設置した散気管から噴出す
る微細気泡の空気により十分なる水の循環を行なった。

１つの条件での実験期間は１ケ月である。原水、脱窒槽
出口、処′埋水の水質測定結果の平均値は表−１及び表
−２のとおりである。

表−１合成下水での実施結果 条件−１返送水量比　ｎ　＝　４ Ｑ＝９０ｊ（曝気槽容量の１５倍容量）ｎＸＱ＝３６０
７ 表−２同上 ｎＸＱ＝８１０４！ 実施例〉 第４図に示すような小型連続処理槽により実際の生活廃
水（雑廃水とし尿）を原水とした練続処理試験を２ケ月
間行なった。脱窒槽１、曝気槽２、返送水ビット６及び
沈澱槽７′の容量はそれぞれ、９０／、１８０／、７／
及び３０／とした。原水の投入量（ｑは１日当り１８０
ｊ（Ｓ気槽容量と同容量）、返送水量比（ｎ）９つまり
返送水量は〜６２０１の条件とした。脱窒槽には、立体
網目状構造でマット状の生物固定床を容量比でフ０チ充
填した。曝気槽には立体網目状構造で角柱状の生物固定
床を容量比で５５−充填した。脱窒槽と曝気槽の内部の
水の流れは実施例１と同じである。原水、脱窒槽出口、
処理水の水質測定の平均値は表−３のとおりである。

実施例３ 第４図に示すような小型連続処理槽により実際の生活廃
水を原水として連続処理試験を２ケ月間行なった。脱窒
槽１、曝気槽２、返送水ビット６及び沈澱槽７の容量は
それぞれ２５０１ｓ１８０７．７／及び３０ｊとした。

上図のような小型連続処理槽により実際の生活廃水を原
水とした連続処理試験を２ケ月間行なった。原水の投入
量は１日当り３６ｏ１＜曝気槽容置の２倍容量）、返送
水量比（ｎ）　９　、つまり返送水量は３．２４０／の
条件とし、た。脱窒槽と曝気槽に充填した生物固定床の
形状及び充填率は実施例２と同じである。原水、脱窒槽
出口、処理水の水質測定の平均値は表−４のとおりであ
る。

表−４実廃水での実施結果 条件−４返送水量比ｎ＝９　　Ｑ＝３６０ｊ（曝気槽容
量の２倍容量）、ｎ　Ｘ　Ｑ　＝　３．２４０７

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する生物固定床に使用する立体網
目状構造体の基本構造を概念的に示した図、第２％　４
．５図は実施例１〜３で用いた廃水処理のフローシート
、第３図は１つの曝気槽の概略平面図である。 これら図屯；おいて数字は次のことを表わす。 ｌ：脱窒槽、２：曝気槽、３，４：生物固定床１５：散
気管、６：返送水ビット、７：沈澱槽、８：定置ポンプ
、９：通気用ブロワ−１１０：フローメーター。 第２．４１ｇ１において矢印は水の流れる方向を表わす
。 以上 特許出願人　　株式会社　環境科学センターｘ１循　　
　　　　　　オう図 ζ ７２　巴 τ４図 環水（４２） 手続補正書（方式） 昭和５７年６月を日 昭和５７年脣ｆｆ＠＠２７，９６４号 ２発明の名称 生−一定床【用いる廃水の生智的処ｊＩ法＆−正ンする
雀 事件との１１係　籍許田麺人 代表看久代　膀 ４、代　埋　人 ■ ６、補正の対象 明細書の「園面の藺率なｗｔ明」の−。 ７、補正の内容 明細書纂２１頁下から４行目の１−第２，４５図Ｊｖｒ
門２，４図」に釘止する。 ０上記補正により、今一の一手ａＩｌｉｉ正指令書（方
式）の主旨は解決したものと存じます。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒素含有廃水を、脱窒処理とそれに引続く曝気処
   理とからなる少なくとも一１回の処理に付し、曝気処理
   した廃水の一部を始めの脱窒処理前または脱窒処理中の
   廃水に循環合流させ、前記脱窒及び曝気は空隙に富んだ
   プラスチック製の生′ａ固定床を充填した槽中で行なう
   ことを特徴とする廃水の生物的処理方法。
2. （２）第１項記載の方法において、前記プラスチックス
   製の生物固定床として繊条が適当な間隔をおいて相互に
   配置されたものを使用することを％徴とする前記方法。