JPS644834B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、廃水の好気性生物学的処理装置に関
し、詳細には、生物膜を利用して好気性条件下で
廃水を生物学的に浄化する廃水処理装置に関する
ものである。 窒素化合物や他の有機物を含む有機質汚水の浄
化には、一般に生物学的方法が採用されている。 生物学的方法では、BODがCOD等の指標で示
される有機物特にBOD成分が微生物によつて酸
化除去される。即ちアンモニア性窒素は好気性条
件下で硝化菌によつて硝酸性窒素或いは亜硝酸性
窒素に酸化（硝化）された後、嫌気性条件下で脱
窒菌によつて窒素ガスに還元（脱窒）されて除去
される。 ところで好気性条件下でBOD成分除去及び硝
化を行なう生物学的処理法として、浮遊汚泥を用
いる活性汚泥法が知られている。この方法では、
処理槽内で被処理水と浮遊汚泥を曝気しつつ接触
させて酸化を行なつた後、処理水と浮遊汚泥の混
合物を沈降槽に移し、汚泥を沈降させて処理水と
分離する。処理水はそのまま排出するか或いは次
の処理槽に導入し、沈降した汚泥は引抜いて一部
は元の処理槽に戻して再使用し、残りは余剰汚泥
として廃棄する。この方法では処理速度が極めて
遅く処理に長時間を要する為、大量の廃水を処理
するのに大容量の設備を要す。またいわゆるバル
キングと称される現象を起こして汚泥の沈降が悪
くなり、汚泥が処理水と共に流出して処理水質が
低下し、ひどい場合には処理槽内の汚泥が無くな
つて生物学的処理自体が進行しなくなるという問
題もある。しかも酸素吸収効率が低いから好気条
件を維持する為には大量の空気を吹込まなければ
ならず、動力費がかさむという問題も指摘されて
いる。 他方、前記活性汚泥法以外の生物学的処理法と
して生成膜方式があり、これに層する方法として
は散水床法、浸漬床法、回転円板法等があ
る。これらは、生物膜媒体として処理槽内に充填
したプラスチツク製充填物、ハニカムチユーブ、
固体粒子或いは円板等の表面に付着した微生物膜
によつて廃水を浄化する方式であり、活性汚泥法
の様に汚泥を返送する必要がなく、且つバルキン
グを生じないから維持管理が容易である等の利点
がある。しかしこれらの方法には、槽容積当り
の生物膜面積が比較的小さく処理能力が低い、
被処水中のSS成分及び生物膜媒体より剥離した
微生物膜が処理水と共に槽外へ流出する為、別途
固液分離の操作が必要となる、等の欠点がある。 本発明は上記の様な事情に着目し、生物膜方式
で指摘されている処理能力及び処理水質の問題を
解決すべく鋭意研究の結果完成されたものであつ
て、その構成は、上部に廃水導入部、下部に処理
水排出部を設けた処理槽よりなる廃水の生物学的
処理装置であつて、処理槽内には充填層と該充填
層の支持層を設け、該支持層の下側に処理水集水
装置及び空気導入装置を設けてなり、前記充填層
は、粒径が0.2〜10mmの固形粒子と該固形粒子よ
りも十分に大きな充填材を均一に混合して充填し
たものであることを要旨とする。 以下実施例を示す図面に基づいて本発明の構成
及び作用効果を説明するが、下記は代表例であつ
て本発明を限定する性質のものではなく、前・後
記の趣旨に適合し得る範囲で処理槽本体の形状や
構造を変更したり、処理水集水装置や空気導入装
置の構成或いは被処理水等の配管を変更すること
は自由であり、それらはすべて本発明技術の範囲
に含まれる。 第１図は本発明の処理装置を概念的に示す説明
図、第２図は該処理装置の要部破断見取り図であ
り、図中１は処理槽、２は処理水貯槽、３は充填
層、４は支持層、５は処理水の集水と曝気用空気
の導入を兼ねた集水・空気導入装置（詳細は後
述）、６は原水導入管、７は空気配管、８，９は
処理水配管を夫々示す。処理槽１の底部には処理
水を集めるだけでなく逆洗水及び空気を処理槽１
全体に分散させる為の集水・空気導入装置５が配
置され、その上部には支持層４、該支持層４の上
部には本発明で最も特徴付けられる充填層３が配
置されている。そして処理槽１の底部適所には淵
部１４が形成されており、その下方壁面に処理水
排出口１５を設けると共に、集水・空気導入装置
５に空気を供給する為の空気配管７を配置する。
尚第１図の１０は充填層３を逆洗する時に使用す
る逆洗ポンプ、１３はバルブを示し、１１は逆洗
水の排出管路を示す。第３図は集水・空気導入装
置５を拡大して示す破断見取り図であり、矩形筒
体５ａ内に２枚の補強板５ｂを挿入配置すると共
に、矩形筒体５ａの上方壁及び補強板５ｂには多
数の貫通孔５ｃを穿設してなり、この矩形筒体５
ａを、第２図に示す如く処理槽１の底面に多数敷
きつめて集水・空気導入装置５が構成される。従
つて後述する如く充填層３及び支持層４を通過し
つつ浄化された処理水は貫通孔５ｃから矩形筒体
５ａ内に入り、底面を伝つて淵部１４方向へ流れ
て排出口１５から槽外へ排出される。また、空気
配管７から矩形筒体５ａ内に送り込まれた空気
は、貫通孔５ｃより処理槽１の下面全域から分散
上昇する。 この様な装置を用いた廃水処理は次のようにし
て行なわれる。まず、BOD成分や窒素成分等を
含む廃水を原水配管２から処理槽１内へ流入させ
ると共に、空気は、配管７から集水・空気導入装
置５を通して槽１内に送り込み、充填層３を好気
性雰囲気にする。廃水が充填層３を通過する過程
で充填材の表面に廃水中のBOD成分等が付着生
育し、BOD成分酸化菌や硝化菌等の好気性微生
物膜が形成され、順次充填層３内を流下してくる
廃水中のBOD成分等は上記好気性微生物膜の作
用で分解除去され、アンモニア性窒素や有機性窒
素はNO₃−ＮやNO₂−Ｎまで酸化される。この
様にして浄化された処理水は、集水・空気導入装
置５及び排出口１５を経て取り出される。 ところで上記の生物学的浄化作用を効率良く進
行させる為には、充填層３の各充填物表面に形成
される好気性微生物膜の廃水との接触有効面積を
大きくすると共に、空気が充填層３中を均等に拡
散しながら上昇し全体を好気性雰囲気にする必要
がある。しかも上記微生物膜の成長が進むと充填
物表面から脱落し、処理水の清浄度を低下させる
から、この様な障害を防止する為には充填層３自
体に過作用を持たせることも必要である。しか
しながらこの種の装置で使用されている従来の充
填層では、充填物の粒径が大きすぎて好気性微生
物膜の有効面積を十分に大きくすることができず
生物学的浄化効果が不十分であつたり、或は充填
物の粒径が小さすぎて空気が充填層全体を均等に
上昇せず一部が嫌気性雰囲気になつて浄化効果が
乏しくなる等の問題があり、現場の要求を満たし
ているとは言えなかつた。 これに対し本発明では、充填層を構成する充填
物の粒度構成を調整することによつて浄化効果を
著しく高めている。即ち充填材としては粒径が
0.2〜10mm、特に好ましくは0.4〜７mmの比較的微
細な固形粒子と、該固形粒子よりも十分に大きな
充填材との均一混合物を使用しなければならず、
従来例の如く略単一粒径の充填物では目的を達成
できない。しかして本発明者等が実験により観認
したところでは、充填物のみの場合は、空の上
昇は充填層全体で均一になるが、表面積が小さい
為に微生物膜の有効面積を十分に大きくすること
ができず、また充填層の空隙率が大きい為に気泡
が上昇過程で大粒に成長し易く微生物の活動が緩
慢になり易い、しかも微生物膜脱落物の除去効果
が乏しい。これに対し微細充填物のみの場合
は、表面積が大きいから微生物膜の有効面積を大
きくすることができ、微生物膜脱落物の除去効果
も高いが、充填物の空隙率が小さい為に空気が充
填層全体を均等に上昇せず、局部的に嫌気性雰囲
気が形成されて浄化効果が低下する多、充填層内
の目詰まりが起こりやすく、逆洗を頻繁に行なう
必要がある。 しかし充填物と微細充填物の均一混合物を使用
すると、両者の特長が生かされると共に欠点が解
消され、卓越した浄化効果を発揮する。ここで固
形粒子の粒径を0.2〜10mmに定めた理由は、空気
の拡散性、微生物膜の有効表面積、処理効率、
過効果等を同時に満足させる為であり、0.2mm未
満の微細物では空気の拡散性及び処理効率が低下
し、10mmを越えると微生物膜の有効表面積が不十
分になると共に過効果も乏しくなり、何れも本
発明の目的を達成できない。また充填材は空気の
拡散性を高めると共に処理効率及び逆洗効率を高
める作用があり、上記固形粒子よりも十分に大き
なものであればよく、粒径を特定することは困難
である。しかし最も実用的な粒径は25〜300mm、
特に好ましいのは60〜300mmであり、処理槽の大
きさや併用する固形粒子の粒径等を考慮しつつ上
記粒径範囲のものから選択するのがよい。上記固
形粒子と充填材は均一に混合して充填することが
不可欠の要件であり、混合が不十分であると空気
及び原水が充填材の片寄つた部分に集中し、浄化
効果が極端に低下すると共に逆洗効率も低下す
る。また両者の配合比率は特に限定されないが、
充填材を見かけ容積で、充填層容積の50〜100％
充填するのが好ましい。充填層３の空隙率は両者
の配合比率によつて変わるが、固形粒子（砂の場
合）単独では50％程度、充填材単独では70〜95％
程度であるから、空気の拡散性、生物学的処理効
果、過効果等を考慮しつつ、上記単独ものの空
隙率の間の値に設定される。実際の充填方法は、
一度に充填層を形成するのは難かしく、ある程度
しきつめた充填材の空隙に固形粒子を充填すると
ともに水あるいは空気により均一に充填するよう
調整する工程を段階的に行なつて一定高さの層を
形成する方法が好ましい。 上記固形粒子としては、砂、アンスラサイト、
高炉スラグ、プラスチツク製粒子等従来から知ら
れた全ての充填材料を使用することができ、その
形状も球状に限定される訳ではなく、ペレツト
状、短柱状、破砕のままの異形状等すべてを使用
できる。また充填材も、気液接触装置等に利用さ
れるラシヒリング、レツシング状充填物等の種々
のタイプの充填物、パイプ、球体、不定形の砂
利、種々の格子状そう入物等がすべて使用でき
る。 上記充填層の下部に配置される支持層は、充填
層中の微細な固体粒子が集水・空気導入装置５の
貫通孔５ｃから漏れ出さない様にする為に設けら
れるもので、上記固体粒子よりも若干太径の砂利
等が使用される。 また集水・空気導入装置５としては、神鋼フア
ウドラー(株)の開発したＡ／Ｗ式レオポルドブロツ
クタイプのものを図示しており、これは処理槽の
下面全域から空気を送給し得る点で最も有効であ
るが、勿論これに限定される訳ではなく、有孔プ
ロツク式、多孔管式、多孔板式、ボイラー式、Ｔ
型ブロツク式、ストレーナ式等の集水装置を使用
することもできる。また支持層等に別途空気吹込
み管を設け、集水装置とは別の位置から曝気用空
気を送給することも可能である。 本発明は概略以上の様に構成されるが、要は充
填層の充填物として微細な固形粒子と充填材との
均一混合物を使用することによつて、以下に列記
する如く高い浄化効果を有する廃水処理装置を得
ることができた。 (1) 充填材の存在によつて曝気用空気が充填層全
体に均一に供給されるから、層全体を好気性雰
囲気に保つことができ、生物学的処理効果が高
まる。しかも充填層全体を適度の空隙率にする
ことができ、廃水処理能率及び逆洗能率も向上
する。 (2) 微細な固形粒子の存在によつて微生物膜の有
効表面積が拡大され、また曝気用空気の細泡化
も促進されるから生物学的処理効率は一段と高
まる。しかも固形粒子の充填部は、微生物膜脱
落物や廃水中のSS成分の過効果も発揮する
から、処理水の清浄度が高まる。 次に実施例を挙げて本発明の効果を明確にす
る。 実施例 １ 実験用として直径200mm、高さ3500mmの処理塔
を使用し、下部に集水・空気導入装置を配置し、
その上に粒径２〜20mmφの範囲の砂利を粒径に応
じて充填して支持層とした。この上層に、固形粒
子として粒径0.4〜３mmφの砂、充填材として25
mmφの磁性球及び25mmφのレツシング状充填物を
夫々使用し、充填材を見かけ容積で充填層容積の
100％充填し、その空隙に固形粒子を充填した
（レツシング状充填物を40充填し、その空間を
固形粒子でうめる）。充填物を層高さ1300mm（充
填容積40）に充填する。この処理塔を使用し、
ペプトンを主体とするBOD成分200ppmの合成下
水を下記の条件で処理し、BOD成分の除去率を
調べた。 処理水量： 1m²／日 LV：32ｍ／日 処理水温：25℃ SV：１ １／ｈ BOD負荷： 5Kg／m²・日 空気量：1.7Nm²／日 逆洗回数： 2回／日 結果を第１表に示す。

【表】 第１表からも明らかな様に、固形粒子としての
砂を単独で使用した場合のBOD除去率は低いが、
砂と充填物を混合使用することによつてBOD除
去率を大幅に高めることができる。 実施例 ２ 充填物として25mm径のレツシング状充填物、固
形粒子としての0.4〜３mm径の高炉水砕スラグ、
砂又はアンスラサイトを使用した他は実施例１と
同様にして充填層を形成し、下記の条件で下水１
次処理水の処理を行なつた。 処理水量：1.73m²／日 LV：55ｍ／日 SV：1.8 １／ｈ BOV負荷：4.6〜7.1Kg／m³・日 空気吹込量：2.2Nm²／日 空気量／処理水量：1.3 処理水温：17〜21℃ 逆洗回数： 3回／日 結果を第２表に示す。

【表】 第２表からも明らかな様に何れの混合充填物を
使用した場合でも、処理水のBOD値は20ppm以
下、SS含有量は15ppm以下となり、高い浄化効
果を得ることができる。また固形粒子として高炉
水砕スラグ及び砂を使用したものについては、
BOD負荷を8.5〜10Kg／m²・日及び7.5〜８Kg／
m³・日に夫々高めて処理を行なつたが、何れの場
合もBOD値が20ppm以下の処理水を得ることが
できた。 実施例 ３ 直径600mm、高さ4000mmの処理塔の下部に集
水・空気導入装置を配置し、その上に粒径２〜20
mmφの砂利を充填して支持層とした。この上層部
に、70mm径のレツシング状充填物と0.4〜３mmφ
の高炉水砕スラグを夫々使用し、充填材を見かて
容積で充填層容積の100％充填し、その空隙に固
形粒子を充填した（レツシング状充填物を40充
填しその空間を固形粒子で埋める）。この処理塔
を用い、原水として、安水をベンゾール抽出によ
り脱フエノールした排水を冷却水等の雑排水で５
倍に希釈したものを使用し、下記の条件で浄化処
理を行なつた。 処理水量：4.6m²／日 LV：16ｍ／日 SV：0.5 １／ｈ BOD負荷：9.6Kg／m²・日 空気吹込量：33Nm³／日 空気量／処理水量： 7 処理水温：23〜25℃ 逆洗回数： 2回／日 結果を第３表に示す。

【表】 第３表からも明らかな様に、BOD負荷が9.6
Kg／m²・日という高負荷でも、BOD及びフエノ
ールを極めて効率良く除去し得ることが分かる。 実施例 ４ 充填物として25mm径のレツシング状充填物、固
形粒子として0.4〜３mmφの高炉水砕スラグを使
用した他は実施例１と同様にして処理塔を作製
し、下記の条件で下水２次処理水の浄化を行なつ
た、尚処理に当つては、充填層内のPH低下を防止
する為処理塔内にPH電極を配置し、PHが7.0とな
る様にNaOH水溶液を添加した。 処理水量：1.2m²／日 LV：38ｍ／日 SV：1.25 １／ｈ BOD負荷：0.4Kg／m²・日 NH₃−Ｎ負荷：0.6Kg／m²・日 空気吹込量：1.2Nm²／日 処理水温：25℃ 逆洗回数： 1回／日 結果を第４表に示す。

【表】 第４表からも明らかな様に、この処理でNH₃
−Ｎは99％以上除去され、BOD及びSS成分も効
率良く除去することができる。 実施例 ５ 固形粒子として、NaOHでPH12に調整したリ
ン酸塩溶液で含浸処理し脱燐機能を持たせた0.4
〜３mmφの高炉水砕スラグを使用した他は、実施
例４と同様にして処理塔を作製し、下水２次処理
水の浄化を行なつた。尚処理に当り、塔内のPHは
NaOH水溶液によつて９に調整し、Ca源として
別途CaCl₂水溶液を塔内に添加し、その他の処理
条件は実施例４と同一とした。尚Ca添加量は
100ppmとした。 結果は第５表に示す通りであり、固形粒子に脱
燐性付与処理を施こしておけば、硝化と同時に燐
も効率良く除去することができる。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の処理装置を例示する概略全体
図、第２図は処理槽の一部破断見取り図、第３図
は集水・空気導入装置を拡大して示す一部破断見
取り図である。 １……処理槽、２……処理水貯槽、３……充填
層、４……支持層、５……集水・空気導入装置、
６……原水（廃水）導入管、７……空気配管、
８，９……処理水配管、１０……逆洗用ポンプ、
１５……処理水排出口、１４……淵部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上部に廃水導入部、下部に処理水排出部を設
   けた処理槽よりなる廃水の生物学的処理装置であ
   つて、処理槽内には充填層と該充填層の支持層を
   設け、該支持層の下側に処理水集水装置及び空気
   導入装置を設けてなり、前記充填層は、粒径が
   0.2〜10mmの固形粒子と該固形粒子よりも十分に
   大きな充填材を均一に混合して充填したものであ
   ることを特徴とする廃水の好気性生物学的処理装
   置。