JP3451849B2 - 廃水の処理方法および装置 - Google Patents
廃水の処理方法および装置Info
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Description
方法に関する。
入水を導入し、反応槽には底部から酸素含有ガスを吹き
込むことによって、流入水中の汚濁物質を好気条件下で
担体に付着した微生物によって分解除去した後、ろ過池
等の固液分離装置で固液分離を行って処理水を得るシス
テムが実用化されている。
去する方法としては硝化液循環法が用いられてきた。こ
の方法は、脱窒槽及び最終沈殿池を設け、脱窒槽に硝化
槽処理水の一部と沈殿池からの返送汚泥を導入し、脱窒
槽で脱窒細菌の作用によりNO3 −NまたはNO2 −N
(以下、NO3 −NとNO2 −Nを総称してNOX −N
と記す)を窒素ガスに還元し、汚水からの窒素成分の除
去を行い、硝化槽で好気的条件下で硝化細菌の作用によ
りアンモニア性窒素(NH4 −N)や有機性窒素をNO
X −Nに酸化するもので、硝化槽処理液の一部は前述の
ように脱窒槽に循環し、残りの硝化槽処理液は最終沈殿
池に導入され、上澄液として処理水が得られ、沈殿汚泥
の一部は前述のように脱窒槽に返送される(返送汚
泥)。返送汚泥の一部は余剰汚泥として引き抜かれる。
の還元剤として、残部のBOD成分が利用されるため、
脱窒槽でもBOD成分の一部が除去されるが、大部分の
汚水中のBOD成分は好気槽において好気的条件下で分
解除去される。
質を生物学的に除去するためには、酸素の存在する好気
条件下で硝化細菌の作用によって廃水中のアンモニア性
窒素や有機性窒素をNOX −Nに酸化した後、酸素の存
在しない無酸素条件下で脱窒細菌の作用によってNOX
−Nを窒素ガスに変えた後大気放散を行うことが必要で
あるが、引用文献1に示されるような微生物固定化担体
を用いた廃水の処理方法では、すべての反応槽が好気条
件となっているためNOX −Nへの酸化は起こるが、窒
素ガスへの脱窒は起こらないため、窒素系汚濁物質の除
去は達成されないという問題がある。
においては、反応槽内の微生物濃度を大とすることがで
きないため反応槽が大型のものとなるという問題があ
る。本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもの
で、窒素系汚濁物質の除去を可能とし、また流入水質、
処理水質および処理水量に応じて、安定した高い窒素除
去率で、良好な処理水質が確保できるようにした廃水の
処理方法を提供することを課題とするものである。文献
1:包括固定化担体を用いた硝化促進型循環変法「ペガ
サス」の評価に関する報告書、日本下水道事業団技術開
発部編著、平成5年6月
の一部を、最上流側反応槽に循環させ、かつ最上流側反
応槽を無酸素条件とすることにより、反応槽後段の好気
部分で硝化反応によって生成したNOx−Nの一部が反
応槽前段で無酸素状態におかれ、反応槽前段の担体に付
着した微生物によって脱窒されるための廃水からの窒素
除去がなされる。
担体を投入し無酸素条件で運転される最上流側反応槽
と、微生物固定化担体を投入し好気条件で運転される最
下流反応槽と、前記最上流側反応槽と最下流側反応槽と
の間に設置され、微生物固定化担体を投入し無酸素条件
および好気条件のいずれにも制御可能な、少なくとも一
つの中間反応槽と、前記最下流側反応槽の流出水の一部
を前記最上流側反応槽に循環させる装置とを具備するこ
とを特徴とする。
の中段を流入水質や流入水量に応じて無酸素条件及び好
気条件のいずれにも制御することを可能とすることによ
り、好気部分と無酸素部分の槽容量を適切に設定するこ
とができるので、負荷が変動した場合にも安定して良好
な水質を確保できるという効果が得られる。
で、反応槽内の微生物濃度を大とすることができる。さ
らに、浮遊汚泥法では反応槽内に保持することの難しか
った硝化細菌が好気層の担体に優先的に付着するため、
硝化処理が安定し、全体の処理装置を小型化することが
できる。
状であり、かつ担体の主成分はポリプロピレンであり、
担体の比重が0.99から1.03であるものを用い
る。こうして、中空形状の担体を用いた場合には、中空
部も微生物の固定化に利用できるので、有効微生物濃度
が高まり、また、中空部では酸素の拡散が制限されるた
め中空部は無酸素状態となり易く、脱窒反応が起き易く
なり窒素除去率が向上する。あるいは、反応槽を小型化
できるという効果が得られる。
3とすることによって、小さい撹拌強度でも担体が流動
化するという効果が得られる。さらに、担体の主成分が
ポリプロピレンであれば、担体の強度が大であるため、
無酸素条件での撹拌装置として、機械式の水中撹拌機を
使用しても担体の破損が起こらないという利点があり、
無酸素条件における撹拌装置として水中撹拌機あるいは
反応槽内部循環用ポンプを用いることができる。
に、反応槽に粗大気泡発生装置を設置する。粗大気泡の
場合には、酸素溶解効率が低いため、反応槽を無酸素条
件に保ちつつ、反応槽内の撹拌を行うために有効であ
る。
ラフトチューブやバッフル板を設け、槽内を液が上昇す
る部分と下降する部分とに区分けする。これにより、気
泡が液の上昇流に同伴されて上昇し、かつ、気泡が液流
速に対して上向きのスリップ速度を有するため、気泡の
液中での滞留時間(気液接触時間)が短くなり、酸素の
溶解量をさらに低減させることができると共に、槽内の
撹拌エネルギも増大し、より良好な撹拌状態を得ること
ができる。
槽の底部の少なくとも一部が凹形状になっている。これ
により、汚泥は凹部に沈降、集積し、エアリフト効果に
よって再び中間槽上部に移送されるため、底部への汚泥
の堆積を防ぎつつ、槽内の良好な撹拌状態を得ることが
できる。
における粗大気泡を発生する散気装置が間欠的に運転さ
れるようになっている。これにより、中間槽内への酸素
の溶解量を低減した運転が可能となり、良好な窒素除去
が達成される。
の上部空間が密閉構造とされ、この槽の上部空間に存在
する気体を繰り返し槽内に吹き込む装置が設けられてい
る。この構成により、上部空間に存在する気体を繰り返
し槽内に吹き込むことによって、吹き込みガス中の酸素
濃度が徐々に低下し、無酸素条件で運転する反応槽内へ
の酸素の溶解量を大幅に低減させた運転が可能となり、
良好な窒素除去が達成される。
を示す全体構成図である。反応槽は3段に仕切られてい
る。流入水1は最も上流の一段目反応槽7に投入され、
二段目反応槽8及び三段目反応槽10で処理を受けた
後、反応槽10から排出される。反応槽10から排出さ
れた処理水の一部は、循環ライン3を通って一段目反応
槽7に循環される。各反応槽には微生物固定化担体5が
投入されている。
積基準で1%から40%程度である。なお、ポリプロピ
レンを主成分とした長さが2から8mm、外形が2から8
mm程度の中空円筒状の担体を用いる場合には、微生物固
定化担体の投入量は、担体の真容積基準で3%から15
%程度が適当である。
ン4が設置されており、微生物固定化担体5は常に各反
応槽内に維持される。一段目反応槽7には、粗大気泡発
生装置6から散気が行われ、担体の撹拌、流動化が行わ
れる。ここで吹き込まれる気泡の径が大であるため、反
応槽への酸素の溶解量は少なく、反応槽は脱窒反応が起
こるに十分な無酸素状態が保たれる。
と散気装置9が設置されており、反応槽8を好気条件で
運転する場合には散気装置9から空気を吹き込み、一
方、反応槽8を無酸素条件で運転する場合には粗大気泡
発生装置6から空気を吹き込む。
するかは、流入水質、反応槽7からの流出処理水質、水
温等を考慮して決定されるが、一般的には反応槽7から
の流出水のNOX −N濃度が小さい場合、具体的には流
入水質や要求処理水質にもよるが2(g/m3 )以下の
場合には好気条件で、それ以上の場合には無酸素条件で
運転することが一つの目安となる。
定装置、D0計、ORP計等を利用して、反応槽8の条
件設定を行うことも可能である。三段目反応槽10で
は、散気装置9から空気が吹き込まれ、担体の流動化と
担体に付着した微生物への酸素供給がなされる。
を示したものであり、本発明は図1に示した構成に限定
されるものではなく、本発明を利用した種々の処理形態
が考えられる。
る方法としては反応槽に酸素供給装置を設置する。酸素
供給方法としてはジェットエアレータ等のエアレータを
用いる方法、散気板、ディフューザ等を反応槽内に設置
し、これらを通して酸素含有ガスを反応槽内に吹き込む
方法などがある。
法としては、反応槽内部に水中撹拌機を設置する方法、
反応槽上部に撹拌機を設置する方法、反応槽内部循環用
ポンプ設置する方法、反応槽上部空間を密閉構造とし、
反応槽に反応槽上部空間に存在する気体を繰り返し吹き
込む方法等がある。
散気装置6を設置し、この散気装置に空気を吹き込むこ
とによって反応槽内を撹拌することもできる。この方法
では、吹き込み空気中の酸素の溶解が問題となるが、散
気装置の気泡発散部の孔径を大として、散気される気泡
の径を大とすること、あるいは(および)散気水深を浅
くすることによって酸素の溶解量を低減し、反応槽内を
脱窒反応が生じる条件に保つこことも可能である。
む方法において、酸素の溶解量を低減させるには吹き込
み空気量を低減すれば良いが、その場合には反応槽内部
の撹拌動力も低減するという問題がある。
槽内の片側あるいは中心部等の一部のみから散気を行う
ことによって、反応槽内を液が上昇する部分と下降する
部分とに分け、反応槽内に旋回流を生じさせることによ
って酸素の溶解量を低減しつつ、反応槽内部に十分な撹
拌流速を得ることができる。
の上昇流に同伴される形で気泡が上昇し、気泡自体も液
の流れに対してさらに上向きのスリップ速度を有するた
め、気泡の液中における滞留時間(気液接触時間)が減
少するために酸素溶解効率が低下することと、旋回流方
式の方が全面散気方式より高い撹拌力を有することによ
るものである。
バッフル板12を反応槽内部に設置するなどし、空気を
吹き込み、そのエアリフト効果によって反応槽内を液が
上昇する部分と下降する部分とに明確に分離することに
よっても同様の効果が得られる。
槽の底部に凹部13を設け、沈降した汚泥を凹部に集め
た後、凹部からエアリフト効果を利用して底部に沈降し
た汚泥を反応槽上部に移送することによって、より底部
への汚泥の沈積のない反応槽内の撹拌が可能である。
設置するに当たっては、複数のドラフトチューブや仕切
り板を反応槽内に設置することによって反応槽内を細か
く区分することも可能である。
込む方法においては、曝気を間欠的に行うことも効果が
ある。これは間欠曝気によって、さらに酸素の反応槽内
への溶解量を低減でき、かつ間欠曝気方式においても十
分な反応槽内の撹拌が可能であるためである。
の嫌気度と撹拌状態によって決められ、経験値から周期
を決定することも可能であるが、溶存酸素(DO)計、
酸化還元電位(ORP)計、汚泥濃度計および汚泥界面
計等を利用して自動制御することもできる。
共通する事項として、散気装置の水深を浅くすることに
よって、酸素の溶解量を低減することが可能である。ま
た、上述の散気による撹拌方式すべてに共通する事項と
して、生物学的脱窒反応は、液側に若干の溶存酸素が存
在しても反応が進行することが知られており、脱窒反応
を進行させるために反応槽内を完全に無酸素状態にする
必要はない。目安としては、反応槽内の溶存酸素濃度
(DO)を0.5(g/m3 )程度以下とすればよい。
場合には、中空部分は局所的にDO濃度が低くなるた
め、より脱窒反応が起こりやすいというメリットがあ
る。また、中間槽の上部空間を密閉構造として、上部空
間に存在する気体を繰り返し反応槽に吹き込むことによ
っても無酸素状態での撹拌が可能である。この場合、初
期においては反応槽上部に酸素ガスが存在していても、
酸素ガスは液側に溶解して、ガス中の酸素濃度は徐々に
低下するため無酸素条件が確保される。また、上部空間
へは、溶解した量に相当する体積分の空気を補充すれば
よい。なお、上述のように若干のDOが存在しても脱窒
反応は進行するため、上部空間の密閉度は完全である必
要はない。
2段でも4段でも、適用は可能であるが、より多段化す
ることで、より細かい制御を行うことが可能となり、よ
り大きな処理水質の向上が達成される。
件で運転するが、多段化した場合には、流入水質や各段
の処理水質を考慮して、各段を無酸素条件とするか好気
条件とするかを決めればよい。多段化した場合には、中
間の反応槽を処理状況に応じて無酸素条件あるいは好気
条件に設定することによって、流入水の水量および水質
の変動に対してより安定した高い窒素除去率が達成され
る。
あるが、深層曝気方式と呼ばれるような水深10mから
20m程度の曝気槽においても適用可能であり、同様の
効果が得られる。
するすべての担体が使用可能であるが、最適な微生物固
定化担体は、形状が中空形状だあり、かつ、担体の主成
分はポリプロピレンであり、担体の比重が0.99から
1.03であるものである。担体の比重が大である場合
には、流動化のために必要な吹き込み空気量が大とな
り、反応槽内への酸素の溶解量が大となるために、無酸
素条件が保てず、脱窒反応が抑制されるという問題点が
あるが、担体の比重が0.99から1.03であれば、
無酸素条件を保ったまま、担体の十分な流動が確保でき
る。
か、もしくは反応槽内部循環用ポンプを設置する方法
は、最も簡単に反応槽を無酸素条件で撹拌できる方法で
あるが、強度の小さい微生物固定化担体、具体的にはポ
リエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポ
リビニルアルコールおよびポリアクリルアミドといった
水溶性高分子のゲルを主成分とする担体の場合には、担
体が破損するため、このような撹拌方法を採用すること
はできない。
する担体の場合には担体強度が大であり、反応槽内部に
水中撹拌機を設置する方法や、反応槽内部循環用ポンプ
を設置する方法を採用できることが確認されている。
は、中空部の微生物も処理に利用されるので、有効微生
物濃度が増大し、また、中空部には酸素の拡散が制限さ
れるため中空部は無酸素状態となり易く、脱窒反応が起
き易くなり処理水質が向上する、あるいは反応槽を小型
化できるという効果が得られる。
不可能であった窒素系汚濁物質の除去が小型の装置で可
能であるとともに、流入水の水量および水質の変動に対
してより安定した高い窒素除去率が達成される。
る。
用した処理システム(本法A)と、従来法、即ち反応槽
1段目、2段目および3段目ともに好気条件で運転し、
処理水の循環を行わなかった場合の処理条件および処理
結果を示してものである。
硝化反応のみが起こり、脱窒反応がほとんど起らないた
め、処理水に高濃度のNOX −Nが残存し、処理水の全
窒素(T−N)濃度は30(g/m3 )となったが、本
法Aでは、無酸素条件とした反応槽1段目に処理水を循
環しているため、処理水の全窒素(T−N)濃度は9.
0(g/m3 )と,従来法に比べ大幅に低減した。
化脱窒法では、良好な窒素除去のために必要な反応槽全
体での流入水の滞留時間は14時間から16時間程度と
なるが、本法Aでは滞留時間が6時間で良好な処理が行
われた。これは、微生物固定化担体に、大量の微生物が
固定化されたことによる効果と考えられる。
3 )以下となり、粗大気泡散気によって、反応槽を脱窒
が十分に起るだけの無酸素条件に保つことができた。次
に、表1のRUN2は、3段構成とした本法で2段目を
好気条件とした場合(本法A)と、2段目を無酸素条件
とした場合(本法B)との比較を行ったもので、本法B
の方が処理水T−N濃度は小さくなった。
のBODおよびT−N濃度が小さい値となっており、3
段目だけでも硝化は100%進行しており、また、流入
水のBOD濃度が低いため脱窒速度が小さくなった。こ
のため、2段目を好気条件とした本法Aの場合には、3
段目がほとんど反応に関与しない無駄な槽となってお
り、1段目だけで脱窒を行っているため脱窒が不十分と
なり、結果として処理水に残留するNOX −N濃度が大
となっていた。
も100%の硝化が進行しており、かつ、1段目と2段
目の2つの槽で脱窒が行われるために、処理水のT−N
は本法Aよりも小さい値となったものである。
槽を流入水質、流入水量、要求処理水質および水温等に
応じて好気条件および無酸素条件に切り替えることがで
きるようにして、適切に切替えを行うことにより処理水
質の向上を図ることができることが示された。
行ったもので、両者の違いは使用する担体にある。即
ち、本法Bではポリプロピレン製、比重1.01、外径
4mm、内径3mm、長さ5mmの中空円筒状担体を使用した
のに対して、本法Cではポリエチレングリコール製、比
重1.04、一辺3mmの立方体担体を使用した。
(g/m3 )であったのに対して本法Cでは9.8(g
/m3 )、T−Nは本法Bでは8.2(g/m3 )であ
ったのに対して本法Cでは11.8(g/m3 )とな
り、両者とも60%以上の窒素除去率が得られている。
1、外径4mm、内径3mm, 長さ5mmの中空円筒状担体を
使用した本法Bの場合の方が、処理水質は優れていた。
これは、中空担体の中空部がより無酸素状態になりやす
く脱窒がより起りやすいことと、ポリエチレングリコー
ル製、比重1.04、一辺3mmの立方体担体では、比重
が大きく、流動化しにくいために吹き込み空気量を大と
せざるをえず、無酸素槽におけるDOが高くなるため
に、脱窒が起り起こりにくくなるためであり、本法にお
いてはポリエチレングリコール等の担体を用いることも
できるが、ポリプロピレン製の中空円筒状担体を使用し
た方がより高い性能を得られることが確認された。
した値で行ったが、実施設での反応槽容積は流入水の水
質や、要求される処理水水質、施設面積の制限などを考
慮して決定される。
固定化担体を投入した反応槽の前段側無酸素条件とし、
さらに、処理水を反応槽の前段側に循環させるように構
成したので、従来法では達成できなかった窒素系汚濁物
質の除去が可能となった。
条件および無酸素条件のいずれの条件にも設定可能な中
間槽を設け、流入水質および処理水質などに応じて中間
槽の運転条件を適切に管理することができるようにした
ため、良好な処理水質を安定的に確保できるという効果
が得られる。
03の微生物固定化担体を用いたため、少ないエネルギ
消費かつ少ない無酸素槽への酸素溶解が達成され、処理
エネルギの低減と処理水質の向上が達成される。
中空内部が無酸素条件に維持されるため、脱窒速度が向
上し、処理水質が向上する、あるいは処理装置が小型化
されるという効果がある。
図。
例。
例。
例。
例。
離スクリーン、5…担体、6…粗大気泡発生装置,7…
一段目反応槽、8…二段目反応槽、9…散気装置、10
…三段目反応槽、11…粗大気泡発生装置、12…バッ
フル板あるいはドラフトチューブ、13…凹部。
Claims (8)
- 【請求項1】 微生物固定化担体を投入し無酸素条件で
運転される最上流側反応槽と、微生物固定化担体を投入
し好気条件で運転される最下流反応槽と、前記最上流側
反応槽と最下流側反応槽との間に設置され、微生物固定
化担体を投入し無酸素条件および好気条件のいずれにも
制御可能な、少なくとも一つの中間反応槽と、前記最下
流側反応槽の流出水の一部を前記最上流側反応槽に循環
させる装置とを具備することを特徴とする廃水の処理装
置。 - 【請求項2】 請求項1に記載された廃水の処理装置に
おいて、投入した微生物固定化担体の形状が中空形状で
あり、かつ担体の主成分はポリプロピレンであり、担体
の比重が0.99から1.03であることを特徴とする
廃水の処理装置。 - 【請求項3】 請求項1,2のいずれかに記載された廃
水の処理装置において、前記最大上流側反応槽を無酸素
条件とする装置が機械式攪拌機または反応槽内部循環用
ポンプであることを特徴とする廃水の処理装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3いずれかに記載された廃水
の処理装置において、前記最大上流側反応槽を無酸素条
件とする装置が粗大気泡発生装置であることを特徴とす
る廃水の処理装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載された廃水の処理装置に
おいて、前記最大上流側反応槽を液が上昇する部分と下
降する部分に区分けするドラフトチューブやバッフル板
を設けたことを特徴とする廃水の処理装置。 - 【請求項6】 請求項4,5のいずれかに記載された廃
水の処理装置において、前記最大上流側反応槽の底部の
少なくとも一部を凹形状にしたことを特徴とする廃水の
処理方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか一つに記載され
た廃水の処理装置を用い、前記最上流側反応槽における
粗大気泡を発生させる散気を間欠的に行うことを特徴と
する廃水の処理方法。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか一つに記載され
た廃水の処理装置において、前記最上流側反応槽の上部
空間に存在する気体を繰り返し槽内の液中に吹き込む装
置を設けたことを特徴とする廃水の処理装置。
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