JPH07155790A - 排水処理装置 - Google Patents
排水処理装置Info
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- JPH07155790A JPH07155790A JP34055593A JP34055593A JPH07155790A JP H07155790 A JPH07155790 A JP H07155790A JP 34055593 A JP34055593 A JP 34055593A JP 34055593 A JP34055593 A JP 34055593A JP H07155790 A JPH07155790 A JP H07155790A
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Abstract
コンパクトで、高負荷運転が可能で、高度な水質を得る
ことができる排水処理装置を提供する。 【構成】 被処理水が流入されるとともに、微生物の自
己造粒作用が行なわれる上向流嫌気性スラッジブランケ
ットリアクタ(10)と、該リアクタにより処理された
処理水を好気的に処理するための生物ろ過リアクタ(3
0)と、該生物ろ過リアクタを通過した処理水の一部を
前記上向流嫌気性スラッジブランケットリアクタに循環
させる循環装置(7)と、を有する排水処理装置であっ
て、前記上向流嫌気性スラッジブランケットリアクタの
中には、前記生物ろ過リアクタを通過した処理水の一部
を上向流嫌気性スラッジブランケットリアクタに循環さ
せることにより形成されたメタン菌と脱窒菌とが共存す
るグラニュールが存在するように構成する。
Description
濃度の有機性排水に対して、省エネ的で、コンパクト
で、高負荷運転が可能である排水処理装置に関する。
ト(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 法は、微生物の
自己造粒作用を活用した新しい生物処理法であり、大き
な脚光を浴びているのは周知の事実である。しかしなが
ら、この方法では有機物をかなりの高負荷条件で除去で
きることは可能であるものの、湖沼、内湾等の閉鎖性水
域の富栄養化の制限要因である窒素等の栄養塩類を除去
できないという問題があった。この一方で、脱窒を図る
プロセスとして、例えば、活性汚泥のなかで嫌気槽と好
気槽をつくり脱窒素する方法(通常、嫌気・好気活性汚
泥法と呼ばれる)が良く知られている。このものは、好
気槽において窒素化合物を酸化して硝酸態窒素や亜硝酸
態窒素を形成し、形成された硝酸態窒素等を嫌気槽へ循
環することにより、嫌気槽で脱窒菌による脱窒素が行な
われるようになっている。嫌気槽で脱窒素を行なうには
その槽内に脱窒菌の存在が必要であり、脱窒菌は栄養源
として外部から添加されるメタノールや排水中のBOD
を使用する。
として、嫌気処理を導入すると活性汚泥へ流入するBO
D源が不足し、脱窒素作用が十分に行なえない。そのた
め、この嫌気・好気活性汚泥法を利用したプロセスは、
生活排水、下水などの比較的低濃度排水を低負荷運転す
る場合に好適なプロセスであり、高濃度排水あるいは高
負荷運転には十分な効果を発揮することができない。本
発明は、このような事情のもとに創案されたものあっ
て、その目的は、高濃度の有機性排水に対して、省エネ
的で、コンパクトで、高負荷運転が可能で、高度な水質
を得ることができる排水処理装置を提供することにあ
る。
るために、本出願に係る発明者らが、鋭意研究した結
果、高濃度の有機性排水に対して、後述するような循環
自己造粒・セラミック充填好気ろ床プロセスを適用する
ことによって、本来存在すべきメタン菌に加えて、存在
環境が相異なるために共存することが困難とされてきた
脱窒菌を備えるグラニュールが形成されることをある条
件下で見いだし、本発明に至ったのである。すなわち、
本発明は、被処理水が流入されるとともに、微生物の自
己造粒作用が行われる上向流嫌気性スラッジブランケッ
トリアクタと、該リアクタにより処理された処理水を好
気的に処理するための生物ろ過リアクタと、該生物ろ過
リアクタを通過した処理水の一部を上向流嫌気性スラッ
ジブランケットリアクタに循環させる循環装置と、を有
する排水処理装置であって、前記上向流嫌気性スラッジ
ブランケットリアクタの中には、該生物ろ過リアクタを
通過した処理水の一部を上向流嫌気性スラッジブランケ
ットリアクタに循環させることにより形成されたメタン
菌と脱窒菌とが共存するグラニュールが存在するように
構成した。また、本発明は、被処理水の前記上向流嫌気
性スラッジブランケットリアクタ内の滞留時間θ1 が、
2〜8時間(hrs)であり、前記被処理水の前記生物
ろ過リアクタ内の滞留時間θ2 が、6〜14時間(hr
s)であるように構成した。また、本発明は、前記生物
ろ過リアクタを通過した処理水の一部を上向流嫌気性ス
ラッジブランケットリアクタに循環させる循環比を、原
水の流入流量に対して1〜4とするように構成した。
好気ろ床プロセスを適用することによって、嫌気性スラ
ッジブランケットリアクタ内には本来存在すべきメタン
菌に加えて、存在環境が相異なるために共存することが
困難とされてきた脱窒菌を十分に備えるグラニュールが
形成される。これによって、高濃度の有機性排水に対し
て、省エネ的で、コンパクトで、高負荷運転が可能で、
高度な水質を得ることができる排水処理装置が提供され
る。
基づいて説明する。図1に示されるように、本発明の排
水処理装置は上向流嫌気性スラッジブランケットリアク
タ10(以下、単にUASBリアクタ10と称す)と、
生物ろ過リアクタ30とを備えている。UASBリアク
タ10は、直胴部12と、その上の固液気分離部14と
を有して構成される。さらに、このUASBリアクタ1
0の内部、特に直胴部12内部のスラッジベッド11に
は、粒径0.1〜10mm程度のグラニュールが多数存
在している。本発明のグラニュールにはメタン菌と脱窒
菌とが共存しており、UASBリアクタ10内のグラニ
ュール存在域を上部、中部、下部に3等分した場合にお
いて、グラニュールに存在するメタン菌に対する脱窒菌
の比は、上部より下部のほうが大きくなっている。すな
わち、本発明の装置におけるUASBリアクタ10にお
いては、下部の脱窒反応区域と上部のメタン醗酵反応区
域とが分かれて存在しているものと考えられ、本発明に
係るグラニュールの形成については、リアクタ10の底
部の脱窒反応区域からその上部のメタン醗酵区域の間に
おいて、グラニュール化の機構は異なり、底部において
は脱窒菌が優占化し、上部に行くにつれて脱窒菌とメタ
ン菌の比においてメタン菌が優占する方向になっている
ものと思われる。すなわち、グラニュール中に脱窒菌と
メタン菌が共存するメカニズムとしては、硝酸性窒素を
消費した後、ORP(酸化還元電位)が低下する過程で
メタン菌の増殖が起こり、この両者の反応が起こる境界
区域において、両菌の混在したグラニュールが形成され
るものと考えられる。これらの菌を共存せしめる手法に
ついては後述する。このようなUASBリアクタ10の
下部には、図面の左方に示される原水槽4に貯留された
被処理水が、原水ポンプ5を介して直接ないし間接的に
流入される。そして、このリアクタ10の下部から上方
にかけて上向流が形成され、直胴部12ではグラニュー
ルが緩やかな流動状態で原水と接触し、固液気分離部1
4では、グラニュールとガス、処理水に分離される。グ
ラニュール汚泥は、処理開始時は直胴部12において底
部から上部までの間で循環が起こるが、グラニュールの
濃度が高くなるにつれ上下の運動の範囲が狭くなる。ま
た、発生したガスは、必要に応じて、固液気分離部14
にパイプ16で連接されるガス収集部15にて収集さ
れ、この一方で、処理水は固液気分離部14の上部の出
口から流出する。このようにUASBリアクタ10の固
液気分離部14の上部の出口から流出路18を通って流
出した処理水は、生物ろ過リアクタ30に導入される。
生物ろ過リアクタ30は、セラミック担体35が複数充
填されたセラミック充填ろ床36を備える直胴部32
と、その上に形成された沈殿槽38とを有し構成されて
いる。直胴部32の中には、エアリフト管37が設置さ
れて二重管構造となっており、この中にセラミック担体
35が複数個、充填される。セラミック担体35の形状
に特に制限はないが、通常、直径2〜10mm程度のも
のが使用される。用いられるセラミック担体35の物性
は、比表面積3〜100m2 /g程度、嵩密度0.05
〜0.9g/ml程度、見かけ密度0.1〜1.2g/
ml程度である。生物ろ過リアクタ30のエアリフト管
37の下部からは、空気39が送られ、気泡の上昇流に
より、水がエアリフト管37の内外に循環するようにな
っている。このような生物ろ過リアクタ30の上部に導
入された処理水は、セラミック充填ろ床36の上部から
流入し、セラミック担体35の表面の生物膜で硝化が行
われ、沈殿層38で分離される。このように沈殿層38
で分離された処理水の一部は、例えばポンプ7で代表さ
れる循環装置によって、UASBリアクタ10に循環さ
れる。この場合、循環比は、装置に流入する原水量(バ
ージン被処理水量)に対して、1〜4とされる。この値
が、1未満となると、処理水の窒素除去効率が悪くな
り、この一方でこの値が4を越えると、不必要な循環を
させることになり好ましくない。さらに、前記被処理水
の前記UASBリアクタ10内の滞留時間θ1 は、2〜
8時間(hrs)、より好ましくは4〜6時間(hr
s)であり、前記被処理水の前記生物ろ過リアクタ30
内の滞留時間θ2 が、6〜14時間(hrs)、より好
ましくは8〜12時間(hrs)であるように設定され
る。これらの滞留時間θ1 ,θ2 の上限値を超えると、
処理効率を考慮した経済性に欠けたり、処理のための負
荷が軽減されるために、UASBリアクタ10内で発生
したガスがグラニュールを持ち上げてグラニュールをリ
アクタ10外に流出させたりするという不都合が生じ
る。逆に、これらの滞留時間θ1 ,θ2 の下限値未満と
なると、処理能力が低下して出口濃度が高くなったり、
生物ろ過リアクタ30内で十分に硝化されない処理水を
UASBリアクタ10に循環させることとなりUASB
リアクタ10でのグラニュール化、特に脱窒菌を備える
グラニュールの成長が図れない等の不都合が生じる。な
お、上記滞留時間θ1 ,θ2 を算出するにあたっての被
処理水流量は、原水と循環されている処理水の総和量で
あり、また容積はもちろん充填物等を除いた有効容積が
用いられる。なお、生物ろ過リアクタ30の沈殿槽38
で分離された処理水の一部は図示のごとく処理水槽50
を経て処理された後、放流される。次に、本発明の装置
を用いた処理方法について説明する。本装置に流入する
原水(被処理水)は、原水槽4から原水ポンプ5を介し
てUASBリアクタ10に流入する。流入した原水中の
有機物は、上向流で、スラッジベッド11を構成してい
るグラニュールによって資化され炭酸ガスとメタンガス
に分解される。発生ガスは、固液気分離部14で分離さ
れる。このようにUASBリアクタ10内で処理された
処理水(嫌気処理水)は、上部分離部14を通過し、U
ASBリアクタ10から排出され、生物ろ過リアクタ3
0に流入する。流入した嫌気処理水は生物ろ過リアクタ
30のセラミック充填路ろ床36を通過する間に、セラ
ミック担体35に付着している微生物によって、嫌気処
理水の有機物の資化および窒素化合物の硝化、すなわ
ち、有機性窒素、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素、硝
酸性窒素に酸化されることが行われる。このように処理
された処理水の一部はポンプ7で、UASBリアクタ1
0に循環され、残余の処理水は次工程の処理水槽50に
送られる。UASBリアクタ10に循環された処理水
は、UASBリアクタ10内に存在するグラニュール中
の脱窒素菌により脱窒素、すなわち、脱窒素菌の硝酸呼
吸により、亜硝酸NO2 、硝酸NO3 から酸素が奪われ
窒素が放出され、放出された窒素ガスは嫌気ガスと共に
ガス分離部で分離されUASBリアクタ10から排出さ
れる。以下、具体的実験例を示し本発明をさらに詳細に
説明する。 〔実験例1〕まず最初に、原水を調製した。原水はグル
コースとグルタミン酸ナトリウムを主成分とした合成排
水であり、COD=4000mg/l、TOC=140
0mg/l、T−N=400mg/lとした。このよう
な原水を用い、図1に示されるような装置にて、循環比
=4で、3カ月連続運転した。滞留時間はθ1 =6.2
時間、滞留時間θ2 =9.3時間とした。その後、UA
SBリアクタ10の脱窒素菌数および脱窒素活性を調べ
た。その結果を下記表1に示す。なお、比較の意味で嫌
気好気活性汚泥法における実験結果データも併記した。
なお、これらの実験は20℃に保たれた恒温槽のなかで
行われた。
ール混合液を氷冷条件で超音波破壊し、細胞を分散さ
せ、希釈水で10倍希釈法により各種希釈段階の細胞希
釈液を調整し、各細胞懸濁液を調整し、各細胞懸濁液1
mlをGiltay培地9mlの入った5本の試験管にそれぞ
れ接種し、30℃、10日間培養し評価した。また、表
1中、脱窒素活性は、100ml密栓三角フラスコに4
0mlグラニュール(または汚泥)と40ml脱窒素用
原水を注入し、その後フラスコ内をヘリウムガスで置換
し、20℃で約30回/minで振とう培養し、一定時
間毎に試料を採取して、水溶液のNO2 −N、NO3 −
N濃度を測定し、窒素濃度の経時変化曲線により、グラ
ニュールと汚泥の窒素活性を算出した。表1の結果よ
り、本発明の装置による脱窒活性は、底部から約10c
mまでの下部区域で、5.01mgNO3 −N・g-1グ
ラニュール・h-1、(約20cmから約30cmまでの
中部区域で、2.40mgNO3 −N・g-1グラニュー
ル・h-1)、約60cmから約70cmまでの上部区域
で、2.49mgNO3 −N・g-1グラニュール・h-1
であり、従来行われている嫌気好気活性汚泥法の脱窒素
活性の1.94mgNO3 −N・g-1活性汚泥・h-1に
比べてかなり高いことがわかる。さらに反応槽容積当た
りの循環自己造粒の脱窒素活性は、底部から約10cm
までの区域において、0.33mgNO3 −N・ml-1
グラニュール・h-1であったが、嫌気好気活性汚泥法の
脱窒素活性は、0.0083mgNO3 −N・ml-1活
性汚泥・h-1であり、浮遊法に比べて自己造粒法では約
40倍程度高まることが判明した。これにより、本発明
の装置のUASBリアクタ10内に存在するグラニュー
ルの脱窒菌数、脱窒素活性は浮遊式のフロック状態の汚
泥と比べて菌体当たり、また、容積当たりのいずれから
みても高く、本発明の装置は優れた処理性能を有するこ
とがわかる。 〔実験例2〕生物ろ過リアクタ30からUASBリアク
タ10への循環比を変化させ、これに伴う窒素除去性能
等を調べた。結果を下記表2に示した。
2〜10時間の間で変化させ、また、滞留時間θ2 を4
〜16時間の間で変化させた。その結果、本発明の範囲
内であるθ1 =2〜8時間(hrs)、θ2 =6〜14
時間のものは、UASBリアクタ10内に本来存在すべ
きメタン菌に加えて、存在環境が相異なるために共存す
ることが困難とされてきた脱窒菌を十分に備えるグラニ
ュールが形成されることが確認され、良好に処理された
処理水を得ることができた。しかしながら、本発明の範
囲をはずれるものは、特に上限を超えた場合、UASB
リアクタ10内で発生したガスがグラニュールを持ち上
げてグラニュールをリアクタ外に流出させたりするとい
う不都合が生じ、この一方で、留時間θ1 ,θ2 の下限
値未満となると、特に脱窒菌を備えるグラニュールの成
長が図れないために、当該リアクタ10で十分な脱窒素
処理が行えないことが確認された。
である。すなわち、本発明の装置は、被処理水が流入さ
れるとともに、微生物の自己造粒作用が行なわれる上向
流嫌気性スラッジブランケットリアクタと、該リアクタ
により処理された処理水を好気的に処理するための生物
ろ過リアクタと、該生物ろ過リアクタを通過した処理水
の一部を前記上向流嫌気性スラッジブランケットリアク
タに循環させる循環装置とを備え、上向流嫌気性スラッ
ジブランケットリアクタの中には、前記生物ろ過リアク
タを通過した処理水の一部を上向流嫌気性スラッジブラ
ンケットリアクタに循環させることにより形成されたメ
タン菌と脱窒菌とが共存するグラニュールが存在するよ
うに構成しているので、高濃度の有機性排水に対して、
省エネ的で、コンパクトで、高負荷運転が可能で、高度
な水質を得ることができるという効果を奏する。
Claims (5)
- 【請求項1】 被処理水が流入されるとともに、微生物
の自己造粒作用が行なわれる上向流嫌気性スラッジブラ
ンケットリアクタと、該リアクタにより処理された処理
水を好気的に処理するための生物ろ過リアクタと、該生
物ろ過リアクタを通過した処理水の一部を前記上向流嫌
気性スラッジブランケットリアクタに循環させる循環装
置と、を有する排水処理装置であって、 前記上向流嫌気性スラッジブランケットリアクタの中に
は、前記生物ろ過リアクタを通過した処理水の一部を上
向流嫌気性スラッジブランケットリアクタに循環させる
ことにより形成されたメタン菌と脱窒菌とが共存するグ
ラニュールが存在することを特徴とする排水処理装置。 - 【請求項2】 前記被処理水の前記上向流嫌気性スラッ
ジブランケットリアクタ内の滞留時間θ1 が、2〜8時
間(hrs)であり、前記被処理水の前記生物ろ過リア
クタ内の滞留時間θ2 が、6〜14時間(hrs)であ
ることを特徴とする請求項1に記載の排水処理装置。 - 【請求項3】 前記生物ろ過リアクタを通過した処理水
の一部を上向流嫌気性スラッジブランケットリアクタに
循環させる循環比を、原水の流入流量に対して1〜4と
したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
排水処理装置。 - 【請求項4】 前記グラニュールの粒径は、0.1〜1
0mmであることを特徴とする請求項1ないし請求項3
のいずれかに記載の排水処理装置。 - 【請求項5】 前記上向流嫌気性スラッジブランケット
リアクタのグラニュール存在域を上部、中部、下部に3
等分した場合における、グラニュールに存在するメタン
菌に対する脱窒菌の比は、上部より下部のほうが大きい
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに
記載の排水処理装置。
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