(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
比重が水より小さい担体に微生物が固定化された浮上性微生物固定化粒状担体と、比重が水より大きい担体に微生物が固定化された沈降性微生物固定化粒状担体とを反応槽内に充填し、反応槽底部に排水を供給し、反応槽中腹部で散気を行うことにより上向流を形成し、液流れで反応槽上部における溢流を反応槽底部に戻して循環させるとともに、その一部を処理水として流出させることにより、前記散気が行われる反応槽中腹部より上部側を前記浮上性微生物固定化粒状担体による好気反応部とし、前記好気反応部における前記浮上性微生物固定化粒状担体の充填率を１０〜４０％とするとともに、下部側を前記沈降性微生物固定化粒状担体による無酸素反応部とし、前記無酸素反応部における前記沈降性微生物固定化粒状担体の充填率を３０〜５０％とし、前記好気反応部と前記無酸素反応部との間に撹乱防止板を設けて排水の処理を行うことを特徴とする担体を利用した高度処理方法。
【請求項２】
比重が水より小さい担体に微生物が固定化された浮上性微生物固定化粒状担体と、比重が水より大きい担体に微生物が固定化された沈降性微生物固定化粒状担体とが充填された反応槽と、前記反応槽の中腹部に配置された散気手段と、前記反応槽上部に配置された担体流出防止手段と、前記反応槽上部からの溢流の一部を処理液として流出させ、残部を循環液とする分配計量手段と、前記循環液を反応槽底部に循環させる循環手段と、反応槽底部に排水を供給する供給手段とを有し、前記散気手段により散気が行われる部分より上部側を前記浮上性微生物固定化粒状担体による好気反応部とし、前記好気反応部における前記浮上性微生物固定化粒状担体の充填率を１０〜４０％とするとともに、下部側を前記沈降性微生物固定化粒状担体による無酸素反応部とし、前記無酸素反応部における前記沈降性微生物固定化粒状担体の充填率を３０〜５０％とし、前記好気反応部と前記無酸素反応部との間に撹乱防止手段を設けて排水の処理を行うことを特徴とする担体を利用した高度処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市下水および産業排水の生物学的処理方法および処理装置に関し、特に、ＢＯＤ、ＳＳおよび窒素除去を目的とし、担体を利用した高度処理方法および高度処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市下水および産業排水の生物学的処理システムとして、ＢＯＤ、ＳＳを除去するためのシステムとして、最初沈殿槽、エアレーションタンクおよび最終沈殿槽から構成されるシステム（以後「二次処理システム」とする）が用いられ、浮遊性微生物処理法、すなわち活性汚泥法が広く活用されている。
【０００３】
また、ＢＯＤ、ＳＳ、および窒素除去を目的にした最初沈殿槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿槽から構成されたシステム（以後「高度処理システムＩ」とする。）として、主として生物学的硝化脱窒法が、操作性や活性汚泥法の延長上である等の理由から広く活用されている。中でも、硝化液循環法は、流入水中の有機物を無酸素部脱窒過程の水素供与体として利用でき、好気部硝化過程で消費されるアルカリ度を前段の脱窒過程で補える等の利点から利用されている。
【０００４】
さらに、ＢＯＤ、ＳＳ、窒素、および燐除去を目的にした最初沈殿槽、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿槽から構成されたシステム（以後「高度処理システムII」とする。）として生物学的脱窒脱燐法が嫌気反応部および無酸素反応部で微生物から遊離される燐を好気部で硝化と同時にアルカリ度と反応できる利点から省資源型プロセスとして実用化されている。
【０００５】
特に、平成１１年３月水質汚濁に係わる人の健康の保護に関する環境基準及び地下水の水質の汚濁に係わる環境基準として新たに追加され告示された「硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素」を多量に含有し、同時に窒素に硝化するアンモニア性窒素を含有する産業排水の生物学的脱窒システムを対象とした処理においては、高効率化が望まれている。
【０００６】
一方、上記「二次処理システム」および「高度処理システムＩおよびII」には、微生物を高濃度に保持して処理効率を向上する目的から、微生物固定化担体を利用する「担体利用システム」が展開され、主に好気槽に実用化され始めている。ここで、上記「二次処理システム」及び「高度処理システムＩおよびII」に利用されている担体は、「目的とする微生物を内部あるいは表面と内部との双方に高濃度に保持することができ、比重が１より僅かに大きい流動が容易な支持担体」と定義されている（（財）下水道新技術推進機構：担体利用処理法技術マニュアル（資料編）１９９４年度版ｐ１）。
【０００７】
「高度処理システムＩ」の硝化液循環法は無酸素及び好気二槽式のプロセス、「高度処理システムII」の硝化液循環法は嫌気、無酸素及び好気三槽式のプロセスで構成され、後段から好気的硝化液を処理される排水原液の４倍程度前段に循環するシステムである。その硝化液の循環エネルギーを省力化した改良プロセスとして中腹部に硝化過程で必要とする酸素供給のための散気装置及びその下部に脱窒微生物を高濃度に保持するための汚泥分離膜を設けた、上部接触バッ気法好気反応部及び下部浮遊性微生物法無酸素反応部から構成された上下流式反応槽（以後「従来技術、上下流式反応槽」とする）が発表されている。この上下流式反応槽は好気反応部の底部からのバッ気で形成される混合液の液流れを硝化液の循環に利用して循環エネルギーを省力化することを目的にしたシステムである（西村：第３５回下水道研究発表講演要旨集ｐ６９３〜６９５）。しかしながら、この「従来技術、上下流式反応槽」の無酸素部は、最終沈殿槽からの引抜汚泥の返送がない浮遊性生物法であり、脱窒微生物を高濃度に保持する制御システムとして満足されていないという問題点があった。また、中腹部に設けた汚泥分離膜の圧力損失が脱窒微生物濃度又は循環液量の増加に伴い上昇し、脱窒性能の効果に関係する脱窒微生物濃度又は循環液量の増加が制限される問題点が想定される。
【０００８】
一方、上記「従来技術、上下流式反応槽」に類似するシステムとして、中腹部に散気装置及び反応槽底部に間欠バッ気装置を設けた上部好気反応部、下部通性嫌気反応部から構成された反応槽に担体を利用した例（以後「従来技術、二次処理反応槽」とする）が提案されている（上記担体利用処理法技術マニュアルｐ１９〜２１参照）。しなしながら、このシステムの好気反応部に実用化されている担体は、上記定義に示されるように、比重が１より僅かに大きい担体であり、「従来技術、二次処理反応槽」のような上部好気反応部と下部無酸素部又は通性嫌気部に仕切り手段を設けない反応槽に利用する場合、長期間の使用で担体が下部反応部に偏積するといった問題点が生ずる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、担体を利用した都市下水および産業排水の生物学的処理方法であって、効率良くＢＯＤ、ＳＳおよび窒素等の除去を行うことができる高度処理方法および高度処理装置を提供することを主目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載するように、比重が水より小さい担体に微生物が固定化された浮上性微生物固定化粒状担体（以下、単に浮上性担体とする場合がある。）と、比重が水より大きい担体に微生物が固定化された沈降性微生物固定化粒状担体（以下、単に沈降性担体とする場合がある。）とを反応槽内に充填し、反応槽底部に排水を供給し、反応槽中腹部で散気を行うことにより上向流を形成し、液流れで反応槽上部における溢流を反応槽底部に戻して循環させるとともに、その一部を処理水として流出させることにより、上記散気が行われる反応槽中腹部より上部側を上記浮上性担体による好気反応部とし、好気反応部における上記浮上性担体の充填率を１０〜４０％とするとともに、下部側を上記沈降性担体による無酸素反応部とし、無酸素反応部における上記沈降性担体の充填率を３０〜５０％とし、上記好気反応部と上記無酸素反応部との間に撹乱防止板を設けて排水の処理を行うことを特徴とする担体を利用した高度処理方法を提供する。
【００１１】
本発明は、このように浮上性担体と沈降性担体の２種類の担体を用いている点に特徴を有するものであり、浮上性担体は水より軽いことから、反応槽の上側、すなわち散気が行われている反応槽中腹部より上側に存在することになり、ここで好気性反応部として機能し、沈降性担体は水より重いことから、反応槽の下側、すなわち散気が行われている反応槽中腹部より下側に存在することになり、ここで無酸素反応部として機能することになる。このように、２種類の担体がそれぞれ反応槽内で好気性反応部および無酸素反応部として機能することにより、効率良くＢＯＤ、ＳＳおよび窒素の除去を行うことが可能となる。また、上記好気反応部と上記無酸素反応部との間に、撹乱防止板が設けられていることにより、好気反応部流動層液から無酸素反応部上層液への溶存酸素の拡散混合の可能性を低減することができ、より効果的に排水の処理を行うことが可能となる。
【００１２】
上記請求項１に記載された発明においては、反応槽底部に返送汚泥を供給することが好ましい。また、上記発明においては、上記反応槽上部における溢流を反応槽底部に戻して循環させる際に、返送汚泥と共に嫌気反応部を通過させるようにしてもよい。このように、嫌気性反応部を通過させることにより、さらに、排水から燐を除去することが可能となるからである。
【００１３】
また、本発明は上記目的を達成するために、請求項２に記載するように、比重が水より小さい担体に微生物が固定化された浮上性担体と、比重が水より大きい担体に微生物が固定化された沈降性担体とが充填された反応槽と、上記反応槽の中腹部に配置された散気手段と、上記反応槽上部に配置された担体流出防止手段と、上記反応槽上部からの溢流の一部を処理液として流出させ、残部を循環液とする分配計量手段と、上記循環液を反応槽底部に循環させる循環手段と、反応槽底部に排水を供給する供給手段とを有し、上記散気手段により散気が行われる部分より上部側を上記浮上性担体による好気反応部とし、好気反応部における上記浮上性担体の充填率を１０〜４０％とするとともに、下部側を上記沈降性担体による無酸素反応部とし、無酸素反応部における上記沈降性担体の充填率を３０〜５０％とし、上記好気反応部と上記無酸素反応部との間に撹乱防止手段を設けて排水の処理を行うことを特徴とする担体を利用した高度処理装置を提供する。
【００１４】
本発明の高度処理装置は、このように浮上性担体と沈降性担体が充填された反応槽を用いているため、廃液の処理に際して、水より比重の軽い浮上性担体は反応槽中腹部に配置された散気手段より上側に位置することになり、ここで好気性反応部として排水を処理し、水より比重の低い沈降性担体は反応槽中腹部よりも下側に位置することになり、ここで無酸素反応部として排水を処理する。これにより、効率的に排水からＢＯＤ、ＳＳおよび窒素の除去を行うことができる。また、上記好気反応部と上記無酸素反応部との間に、撹乱防止手段が設けられていることにより、好気反応部流動層液から無酸素反応部上層液への溶存酸素の拡散混合の可能性を低減することができ、より効果的に排水の処理を行うことが可能となる。
【００１５】
上記請求項２に記載された発明においては、反応槽底部に返送汚泥を供給する返送汚泥供給手段を有することが好ましい。
【００１６】
さらに、上記請求項２に記載された発明においては、上記循環手段に、嫌気反応部が設けられているものであってもよい。このように嫌気反応部を形成することにより、さらに排水中の燐を除去することができるからである。
【００１７】
上記請求項２に記載された発明においては、上記無酸素反応部および嫌気反応部のうちの少なくとも一方に撹拌装置が設けられていることが好ましい。反応を効率的に行うことができるからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の担体を利用した高度処理方法について詳細に説明する。本発明の担体を利用した高度処理方法は、比重が水より小さい担体に微生物が固定化された浮上性担体と、比重が水より大きい担体に微生物が固定化された沈降性担体とを反応槽内に充填し、反応槽底部に排水を供給し、反応槽中腹部で散気を行うことにより上昇流を形成し、反応槽上部における溢流を反応槽底部に戻して循環させるとともに、その一部を処理水として流出させることにより、上記散気が行われる反応槽中腹部より上部側を上記浮上性担体による好気反応部とし、下部側を上記沈降性担体による無酸素反応部として排水の処理を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明でいう浮上性担体とは、比重が水より小さい担体であれば特に限定されるものではない。具体的には、比重（ｇ／ｃｍ3）が０．９９以下の担体を用いることが可能であるが、中でも、比重が０．９９〜０．６５の範囲内、特に０．９５〜０．７５の範囲内のものが好適に用いられる。
【００２０】
一方、沈降性担体とは、比重が水より大きい担体であれば特に限定されるものではない。具体的には、比重（ｇ／ｃｍ3）が１．０１以上の担体を用いることが可能であるが、中でも、比重が１．０１〜１．５０の範囲内、特に１．０２〜１．３０のものが好適に用いられる。
【００２１】
本発明に用いられる浮上性担体および沈降性担体は、その材質は特に限定されるものではないが、比重が使用に際して吸水して経時的に変化するような担体の場合は、担体の比重が好気反応部と無酸素反応部とを分ける重要な因子である点から、使用に先立ち水中における平衡比重を測定し、これを上記比重として用いる必要がある。
【００２２】
担体の材質としては、具体的には、包括固定化担体としてポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、結合固定化担体としてポリエチレングリコール、化学修飾セルロース、ポリビニルフォルマール、ポリウレタンフォーム、ポリビニルアルコール、発泡ポリプロピレン、ポリエステル球状繊維塊または高密度ポリエチレン等を挙げることができる。
【００２３】
上記浮上性担体および沈降性担体の最適比重は、反応槽の種類や、散気の量等により変化するものであり、各系により実験的に求められるものである。そして、上記浮上性担体および沈降性担体の比重を最適比重とするための比重の調整に関しては、例えば熱可塑性樹脂の発泡押出しによる結合型微生物固定化多孔粒状担体においては、通常発泡核剤、比重調整等の目的で使用される無機フィラーの配合量を設定することにより調節することが可能である。
【００２４】
また、担体の大きさ、形状、さらには固定化の方法、すなわち包括固定化法であるか結合固定化法であるか等に関しても、本発明は特に限定されるものではなく、各系において最適なものが適宜選択されて用いられる。
【００２５】
上記浮上性または沈降性担体に固定化される微生物としては、一般にＢＯＤ、およびＳＳを除去するための排水処理に際して、ＢＯＤの生物酸化分解により生成した余剰汚泥または汚泥の消化液に含まれる微生物であれば特に限定されるものではなく、これらを使用して適宜馴化して用いることができる。
【００２６】
本発明におけるこれら浮上性担体および沈降性担体の反応槽への充填方法は、例えば、浮上性担体および沈降性担体を区別せずに充填し、排水を循環させることによりそれぞれ浮上性担体および沈降性担体の比重により浮上性担体を反応槽の上側に配置させ、沈降性担体を反応槽の下側に配置させることが出来る。
【００２７】
本発明においては、このように少なくとも２種類の固定化担体を反応槽内に充填し、さらに反応槽の中腹部において散気が行われる。この散気とは、反応槽内の排液に空気を分散させて送り込むことを意味し、散気に用いられる空気の量や、散気手段の形状等は、各反応槽の系により適宜選択されて用いられる。
【００２８】
本発明において、散気が行われる反応槽中腹部は、脱窒反応が行われる無酸素反応部の有効容積と硝化反応が行われる好気反応部の有効容積との比率を計算して決定され、一般には反応槽を高さ方向に三分割した際の３分の１の部分から３分の２の範囲である。本発明における散気の空気量は、ＢＯＤの酸化、Ｔ−Ｎの硝化、微生物の内生呼吸、担体微生物の硝化以外の呼吸および溶存酸素維持に必要な好気反応部における溶存酸素等の必要酸素量を求め決定される。散気の量は好気反応部における溶存酸素が０．５〜３．０ｍｇ／Ｌとなるように通常は調整される。
【００２９】
本発明の担体を利用した高度処理方法は、一般に用いられている担体利用の高度処理システム（例えば、担体利用処理法技術マニュアル（１９９４年版）、財団法人下水道新技術推進機構参照）等と同様に、無酸素反応部（本発明においては反応槽底部）に、必要に応じて最初沈殿池を通過させた、排水原液が供給されており、また、好気反応部からの溢液は、一部を処理水として最終沈殿池に送られ、残部は硝化液として無酸素反応部、すなわち、本発明においては反応槽底部に戻して循環させる。一般的には、排水原液として供給された量が、処理水として反応槽から流出することになる。また、最終沈殿池において沈殿した汚泥は、返送汚泥として反応槽底部に供給されるようにしてもよい。
【００３０】
本発明の担体を利用した高度処理方法においては、上記好気反応部から溢液を硝化液として反応槽底部に循環させる際に、嫌気反応部を通過させるようにしてもよい。また、この際同時に返送汚泥を通過させるようにしてもよい。このように硝化液と返送汚泥が嫌気反応部を通過するようにすることにより、硝化液の溶存酸素を返送汚泥中の微生物で消費し、混合液を嫌気化して微生物から燐を放出させ、アルカリ度と反応させることにより燐の除去を行うことができる。この嫌気反応部は、特に限定されるものではないが、一般に高度処理システムに用いられている硝化液の循環パイプを、処理される排水の滞留時間を２〜３ｈｒになる容量の嫌気タンクとしても用いることができる。
【００３１】
次に、本発明の担体を利用した高度処理装置について説明する。本発明の担体を利用した高度処理装置は、比重が水より小さい担体に微生物が固定化された浮上性担体と、比重が水より大きい担体に微生物が固定化された沈降性担体とが充填された反応槽と、上記反応槽の中腹部に配置された散気手段と、上記反応槽上部からの溢流の一部を処理液として流出させ、残部を循環液とする分配計量手段と、上記循環液を反応槽底部に循環させる循環手段と、場合によっては返送汚泥を反応槽底部に供給する手段を有し、反応槽底部に排水を供給する供給手段とを有し、上記散気手段により散気が行われる部分より上部側を上記浮上性担体による好気反応部とし、下部側を上記沈降性担体による無酸素反応部として排水の処理を行うことを特徴とするものである。
【００３２】
このような本発明の担体を利用した高度処理装置について、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明の高度処理装置の一例を示す概略図であり、この高度処理装置は、反応槽１と、硝化液循環配管２とから概略構成されている。反応槽１の中腹部には散気手段３と、その直ぐ下側に設けられた攪乱防止手段４とが配置されている。この反応槽１の中腹部に設けられた散気手段３と攪乱防止手段４の上側は、浮上性担体が配置された好気反応部５となり、下側は沈降性担体が配置された無酸素反応部６となる。
【００３３】
本発明に用いられる反応槽１は、図１では塔状とされているが、その形状は特に限定されるものではなく、水平方向に長い通常の長方形または正方形状の反応槽を用いることも可能であり、系の効率等の種々の要因に応じて設計されるものである。
【００３４】
このような反応槽１内に浮上性担体および沈降性担体が配置されるのであるが、これら浮上性担体および沈降性担体に関する説明は、上記高度処理方法のところで既に説明したので、ここでの説明は省略する。また、これら浮上性担体および沈降性担体をそれぞれ反応槽上側の好気反応部および下側の無酸素反応部に配置する方法も上記高度処理方法の説明と同様であるので、ここでの説明は省略する。なお、浮上性担体の好気反応部に対する充填率としては、一般的に担体を用いた好気反応部と同様の充填率で用いることが可能であり、具体的には、１０〜４０％好ましくは１５〜３５％の範囲内である。一方、沈降性担体の無酸素反応部に対する充填率は接触ばっ気法のろ材の充填率を適用することが可能であり、具体的には、５５％前後、好ましくは３０〜５０％の範囲内である。
【００３５】
上記反応槽１の中腹部に設けられた散気手段３は、これより上側の好気反応部５が完全混合型流動層が形成するように空気を送り込めるような装置であれば、その形状や散気方法等は特に限定されるものではない。具体的な形状としては、反応槽１の外壁にそって環状に形成されたものや、中央部に円盤状に形成されたもの等を挙げることができる。この散気手段３の配置や散気量に関しては、上記高度処理方法のところで説明したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００３６】
この散気手段３の直ぐ下側に設けられた攪乱防止手段４は、散気手段３による空気の流れが無酸素反応部に影響し、無酸素反応部を攪乱したり、浮上性担体と沈降性担体とが混ざり合ったりしないように形成されるものであり、反応槽の反応効率を向上させるために必要であると判断された場合に設けられるものである。
【００３７】
この攪拌防止手段４の形状は、散気装置が中央部に円盤状に形成されれたものである場合は図１に示すように反応槽１の外壁に沿って形成された板状のものが用いられる。この板状の部分の幅、中央部の穴の大きさは、無酸素部から好気部に上昇する液流が層流のレイノールズ数以下が維持できる範囲が必要となる。
【００３８】
なお、攪拌防止手段４は、例えば図２に示すように、反応槽１の外壁にそって環状に形成された散気方法をとり、中央部に攪拌シャフトを通した無酸素部の表面を攪拌するものであってもよく、散気手段３の位置や形状に応じて種々の形状とすることが可能である。
【００３９】
このような反応槽１の底部からは、排水原液ａが図示略の供給手段により供給され、さらに必要に応じて最終沈殿槽からの返送汚泥（引抜汚泥）ｂが供給される。また、硝化液循環配管２により戻された硝化液ｃも反応槽１の底部に供給される。このように供給された排液は、散気手段３により散気された空気により形成される上昇流により上方に運ばれ、無酸素反応部６で処理され、次いで好気反応部６で処理された後、溢流として反応槽１頂部から流れ出る。
【００４０】
この際、反応槽頂部には、担体、特に浮上性担体が流出することを防止するための担体流出防止手段７が設けられていることが好ましい。この担体流出防止手段７は、図１に示すように溢流に対して単にメッシュを配置するものであってもよいが、使用中に目詰りし難い構造のものを選択する必要がある。
【００４１】
このような担体流出防止手段７を通過した反応槽１の溢流は、担体流出防止手段７下流に配置された分配計量手段８により、処理水ｄとして流出するものと、硝化液ｃとして再度反応槽１の底部に循環されるものとに分配される。処理水ｄの量は、上述したように反応槽１の底部に反応原液として供給される量とほぼ同程度とされ、一般的には処理水ｄと循環される硝化液ｃとの比率は、１：４程度とされる。
【００４２】
分配計量手段８により、循環される消化液ｃとされた液は、循環手段、図１では硝化液循環配管２により、反応槽１の底部に供給される。本発明において、循環手段は特に限定されないが、一般的には図１に示されるような配管が用いられる。
【００４３】
一方、分配計量手段８により分配された処理液ｄは、通常、最終沈殿池を経てた後、最終的な処理水とされる。なお、この最終沈殿池で沈殿した汚泥は、上記反応槽１の底部に返送汚泥ｂとして供給されるようにしてもよい。
【００４４】
本発明の高度処理装置においては、上記循環手段に嫌気反応部が設け、これにより上述したように、返送汚泥体内から正りん酸態りんを放出させることにより、後段の好気反応部では放出された量以上のりんが活性汚泥微生物体内に過剰に摂取されるメカニズムを利用して、排液中の燐を高効率で除去を行うことができるからである。
【００４５】
なお、嫌気反応部を循環手段に形成した場合は、最終沈殿池において沈殿した汚泥の一部を返送汚泥として上記嫌気反応部に供給することが必要である。
【００４６】
本発明においては、上記無酸素反応部および上記嫌気反応部の少なくとも一方、好ましくは両者に攪拌装置が設けられていることが好ましい。このような攪拌装置は種々のものが市販されており、各系の必要に応じて適宜選択されて用いられる。また攪拌装置の位置等に関しても、攪拌装置の種類や各反応部の形状等により適宜決定されて配置される。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４８】
【実施例】
（実施例１）本発明の高度処理装置による排水処理試験
１．高度排水処理Ｉ試験機の仕様
試験機は径３０ｃｍ（断面積７０６．５ｃｍ2）、高さ１．８ｍのプラスチック製円筒形容器に底部から水深約０．７５ｍの中腹部に外周部を仕切る撹乱防止板を設け無酸素反応部（有効容積５０L）とし、更に撹乱防止板中心部に多孔性散気装置を設け、底部からの水深約１．５ｍの上部に硝化液の溢流口を設けて好気反応部（有効容積５０L）とし上下流式反応槽（余裕高さ０．３ｍ）を構成し、無酸素反応部底部に排水原液の供給、硝化液の循環及び返送汚泥のための配管と硝化液の溢流口前に担体防止手段としてメッシュを設け、溢流口に硝化液循環と沈殿槽に移流する処理水を分配する分配計量槽を設けた連続的排水処理試験機（以後「上下流式反応槽」とする）とした。付帯機器は排水原液フィードポンプ、返送汚泥ポンプ及び散気ブロワーである。
【００４９】
試験機プロセスは原液槽（容積２０L）、上下流式反応槽、沈殿槽（容積１０L）及び汚泥槽（容積１０L）で構成した。
【００５０】
上下流式反応槽に約８０％工業用水を入れ、担体が循環する程度の散気下で、反応槽上部より浮上性担体１０L（好気反応部に対して充填率２０％）及び沈降性担体２０L（無酸素反応部に対して充填率４０％）を少量づつ投入した。投入完了後散気液が無酸素反応部に循環する状態を約１週間継続し、担体が吸水して沈降性担体が無酸素反応部に殆ど移行したことを確認し（充填高さ28ｃｍ）試験機の試運転完了とした。
【００５１】
２．試験排水原液
試験排水原液に焼酎排水をメタン発酵処理し脱水処理（多重円板型脱水機、脱水助剤カチオン系（５％／ＤＳＳ）及びアニオン系（０．２％／ＤＳＳ）高分子凝集剤）した処理水を（以後「排水原液１」とする）を使用した。この排水原液１の水質はおおよそＳＳ １００ｍｇ/L、BOD ８，０００ｍｇ/L、Ｔ‐Ｎ １，０００ｍｇ/L、（NH4+‐N １，０００mg/L、NOX-‐N ０ｍｇ/L）、Ｔ‐Ｐ１４０ｍｇ/Lである。
【００５２】
３．上下流式反応槽の馴養
都市下水処理場の活性汚泥（ＳＳ濃度約１０，０００ｍｇ/Ｌ、投入量３０Ｌ）２５Ｌ/Ｄを汚泥貯留槽から汚泥返送し、排水原液１を１０倍に希釈し、水量２５．０Ｌ/Ｄ、硝化液の循環比３．０、好気反応部への散気空気量を好気反応部の溶存酸素（以後ＤＯとする）が２〜３ｍｇ/Ｌになるように調節し、また水温１５〜２５℃で１ヶ月間馴養を行った。
【００５３】
４．上下流式反応槽の試験結果
排水原液１を工業用水で約２倍に希釈し試験排水（以後「試験原水１」とする）にした。試験原水１の平均水質はＳＳ ５０ｍｇ/Ｌ、ＢＯＤ ４，０００ｍｇ/Ｌ、Ｔ‐Ｎ ５００ｍｇ/Ｌ、即ちＮＨ4+‐Ｎ ５００ｍｇ/Ｌ、Ｔ−Ｐ ７０ｍｇ／Ｌである。原水水量２５．０Ｌ/Ｄ、循環比４．０（硝化液循環比３．０、返送汚泥比１．０、懸濁混合液濃度（以後「MLSS」で示す）約５，０００ｍｇ/L）、好気反応部のＤＯを２〜３ｍｇ/Ｌになる空気量で散気し（空気量68Ｌ/ｍｉｎ、３０℃）、水温１５〜３０℃で２ヶ月間連続試験した。
【００５４】
試験条件の平均は滞留時間（以後ＨＲＴとする）４日（無酸素反応部２日、好気反応部２日）、ＮＨ4+−Ｎ好気反応部容積負荷０．２５０ｇ/Ｌ・Ｄ（無酸素反応部でのＢＯＤ消費量２０．０g/D）、ＮＯ3-−Ｎ無酸素反応部容積負荷０．２００ｇ/Ｌ・Ｄである。
【００５５】
処理水の水質は安定してＢＯＤ２０ｍｇ/Ｌ以下、Ｔ−Ｎ １２０ｍｇ/Ｌ以下（ＮＨ4+−Ｎ ２０ｍｇ/Ｌ、ＮＯ3-−Ｎ １００ｍｇ/Ｌ）、Ｔ−Ｐ １０ｍｇ/Ｌ以下であり、水質汚濁防止法排水基準ＢＯＤ ２０ｍｇ/Ｌ以下、Ｔ−Ｎ １２０ｍｇ/Ｌ以下、Ｔ−Ｐ １６ｍｇ/Ｌ以下を達成することが出来た。
【００５６】
この結果はＢＯＤ総合除去率９９．５％、Ｔ−Ｎ除去率７６．０%、Ｔ−Ｐ除去率８５．１％、硝化速度０．２４ｇ/Ｌ・Ｄ、脱窒速度０．１５０ｇ/Ｌ・Ｄであり、担体利用処理法技術マニュアル「高度処理システムＩ」の標準（ｐ４７〜４８参照）、Ｔ−Ｎ ６７%、硝化速度 ０．２０ｋｇ/ｍ3・日、脱窒速度０．０９ｋｇ/ｍ3・日を達成した。
【００５７】
（実施例２）上下流式反応槽による排水処理試験
１．「高度排水処理II」試験機の仕様
試験機は、上下流式反応槽の上下流式反応槽と同様の構造で無酸素反応部と好気反応部の有効容積を各々５０Lとし、硝化液循環のための循環配管内径φを4.0ｃｍ以上として嫌気反応部（有効容積約2L）を構成し、返送汚泥を嫌気反応部上部に行う配管に変更した（以後「上下流式反応槽２」とする。）。
【００５８】
付帯機器、試験機プロセス、担体投入量（充填率）、担体投入方法及び試運転を上下流式反応槽と同様にした。
【００５９】
２．試験排水原液に焼酎排水をメタン発酵処理した処理水（以後「排水原液２」とする）を使用した。この排水原液２の水質はＳＳ 約１０，０００ｍｇ/Ｌ、BOD 約１２、０００mg/L、Ｔ‐Ｎ 約２，５００mg/L（NH4+‐N 約１,２００mg/L、ＮＯ3-−Ｎ １，３００ｍｇ/Ｌ）、Ｔ−Ｐ 約2４0mg/Lである。
【００６０】
３．上下流式反応槽２の馴養
上下流式反応槽と同様に都市下水処理場の活性汚泥で、試験原液２を１０倍希釈し、同様の操作条件、期間で馴養運転を行った。
【００６１】
４．上下流式反応槽２の試験結果
排水原液２を工業用水で約２倍に希釈して試験排水（以後試験原水２とする。）にした。試験原水２の水質は平均ＳＳ ５，０００ｍｇ/Ｌ、ＢＯＤ ６０００mg/L、Ｔ‐Ｎ １、２５０ｍｇ/Ｌ（NH4+‐N ６００mg/L、ＮＯ3-−Ｎ ６５０ｍｇ/Ｌ、Ｔ−Ｐ １２０ｍｇ/Ｌである。原水水量は25L/D、循環比５.０（硝化液循環比４．５、返送汚泥比 0．5、MLSS ６，７００ｍｇ/L）、好気反応部のDOが２〜３ｍｇ/Lになる空気量で散気し（空気量83L/ｍｉｎ、３０℃）、水温15〜25℃で2ヶ月間連続運転した。
【００６２】
試験条件の平均はHRT４日（無酸素反応部２日、好気反応部２日）、BOD好気反応部容積負荷2.0g/L・D（無酸素反応部でのBOD消費量５５.5g/D）、NH4+−N好気反応部容積負荷 0.３０g/L・D、NO3-−N 無酸素反応部容積負荷 0.５７5ｇ/L・Dである。
【００６３】
処理水の水質は安定してBOD 20ｍｇ/L以下、T-N 120ｍｇ/L以下（NH4+-N 20ｍｇ/L、NO3-−N 100ｍｇ/L）、T-P 10mg/L以下であり、水質汚濁防止法排水基準BOD ２５ｍｇ/L以下、T-N 120ｍｇ/L以下、T-P 16ｍｇ/L以下を達成することができた。
【００６４】
この結果は、BOD総合除去率 99.7%、T-N除去率90.4%、T-P 除去率91.7%、硝化速度 0.2９0g/L・D、脱窒速度 0.565g/L・Dであり、担体利用処理法技術マニュアル「高度処理システムII」の標準(p62〜63)、BOD総合除去率 95%、T-N除去率 67%、T-P除去率 67%、硝化速度 0.20kg/m3・日、脱窒速度 0.09kg/m3日を達成した。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、このように浮上性担体と沈降性担体の２種類の担体を用いている点に特徴を有するものであり、浮上性担体は水より軽いことから、反応槽の上側、すなわち散気が行われている反応槽中腹部より上側に存在することになり、ここで好気性反応部として機能し、沈降性担体は水より重いことから、反応槽の下側、すなわち散気が行われている反応槽中腹部より下側に存在することになり、ここで無酸素反応部として機能することになる。このように、２種類の担体がそれぞれ反応槽内で好気性反応部および無酸素反応部として機能することにより、効率良くＢＯＤ、ＳＳおよび窒素の除去を行うことが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の担体を利用した高度処理装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に用いられる攪拌防止手段の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  ……  反応槽
２  ……  硝化液循環配管
３  ……  散気手段
４  ……  攪乱防止手段
５  ……  好気反応部
６  ……  無酸素反応部
７  ……  担体流出防止手段
８  ……  分配計量手段
１０  ……  攪拌装置
１１  ……  攪拌ガイド
【図１】
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【図２】
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