(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）処理しようとする廃水を無酸素槽に流入させて無酸素槽内の脱窒細菌及び流入廃水中の有機物を利用して硝酸性窒素を窒素気体に還元して脱窒する脱窒段階と、
（ｂ）前記脱窒段階を経た廃水を第１曝気槽に流入させて担体に付着した好気性微生物によって過剰の有機物を分解することで廃水中の炭素／窒素比が後続する硝酸化反応に適するように調節する有機物分解段階と、
（ｃ）前記有機物分解段階を経た廃水を第２曝気槽に流入させて担体に付着した硝酸化菌を利用して廃水中のアンモニア性窒素を硝酸性窒素に転換する硝酸化段階と、
（ｄ）前記硝酸化段階から流出される廃水の一部を前記無酸素槽に搬送し、残りは沈殿槽に流入させる段階と、
（ｅ）前記沈殿槽から排出されるスラッジの一部を前記無酸素槽に搬送し、残りは剰余スラッジとして廃棄し、沈殿槽内に沈殿したスラッジから上澄液を分離して処理水として得る段階とを含み、
前記有機物分解段階で用いられる担体は、発泡高分子、前記発泡高分子に付着している微粉活性炭、及び前記微粉活性炭を前記発泡高分子に接着する接着剤を含み、
前記硝酸化段階で用いられる担体は、セルロース系繊維担体であって、
前記硝酸化段階で用いられる担体は、
（１）セルロース系繊維を板状の成形体に成形する成形段階と、
（２）前記成形体にポリビニールアルコール、架橋剤及び発泡剤を含む発泡組成物を含浸する含浸段階と、
（３）前記含浸段階で得た結果物を脱水して発泡する発泡段階と、
（４）ポリビニールアルコール及び架橋剤を含有する強化剤組成物に前記発泡段階で得た結果物を含浸した後に取り出し、乾燥させる乾燥段階と、から形成されることを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
処理しようとする廃水中のアンモニア性窒素負荷が低い場合には前記（ｃ）段階を省略し、前記（ｂ）段階で好気性微生物により有機物を分解した後にすぐ（ｄ）段階に送ることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
処理しようとする廃水中の有機物負荷が低い場合には前記（ｂ）段階を省略し、前記（ａ）の脱窒段階を経た処理水を直ちに（ｃ）段階に送ることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項４】
前記発泡高分子は、スポンジフォームまたは不織布構造のポリウレタン、ポリスチレンまたはポリエチレンからなっていることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項５】
前記接着剤は、アクリル樹脂とスチレン／ブタジエンラテックスの重量比が７０：３０から９０：１０混合物からなっていることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項６】
前記微粉活性炭及び前記接着剤は、４０：６０から５０：５０の重量比で存在することを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項７】
前記セルロース系繊維は、綿、ウッドパルプ、苧、麻、黄麻あるいは亜麻繊維であることを特徴とする請求項１記載の廃水処理方法。
【請求項８】
前記発泡組成物は、０．５から５重量％のポリビニールアルコール、０．２から５重量％の架橋剤、０．１から１重量％の発泡剤及び残量の溶媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項９】
前記強化剤組成物は、１から５重量％のポリビニールアルコール、ならびに０．１から５重量％の架橋剤及び残量の溶媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項１０】
前記架橋剤は、メラミン尿素樹脂またはポリアミドポリアミンエピクロロヒドリンであることを特徴とする請求項８に記載の廃水処理方法。
【請求項１１】
前記架橋剤は、メラミン尿素樹脂またはポリアミドポリアミンエピクロロヒドリンであることを特徴とする請求項９に記載の廃水処理方法。
【請求項１２】
前記発泡段階の脱水は、発泡前成形体の水分含有量を前記セルロース系繊維に対して２０から５０重量％に維持する範囲で施すことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項１３】
前記発泡段階の発泡は、１２０から１５０℃で、発泡成形体乾燥重量１ｇ当たり気孔体積が０．３から４．５ｃｍ3範囲になるように実施することを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項１４】
前記有機物分解段階で用いられる担体は、
（１）接着剤溶液及び微粉活性炭を９０：１０から７０：３０の重量比で混合してスラリーを形成するスラリー形成段階と、
（２）前記スラリーを発泡高分子にコーティングした後に熱処理し前記接着剤溶液中の溶媒を蒸発する蒸発段階と、
（３）前記蒸発段階で得た結果物を成形する成形段階と、
から形成されることを特徴とする請求項１記載の廃水処理方法。
【請求項１５】
前記蒸発段階の熱処理は、７０から９５℃で２から３時間実施されることを特徴とする請求項１４に記載の廃水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は有機物及び窒素を含有した廃水の処理方法に係り、より詳細には、有機物及び窒素の除去効率を向上させることのできる担体を用いた廃水処理方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
有機廃水の処理方法として活性スラッジ法が極めて普遍的に、かつ基本的に利用されてきたが、活性スラッジ法は１次処理された廃水の２次処理のために、かつ、１次処理を経てない廃水を好気的に完全処理するために採択される廃水処理方法である。一般的な活性スラッジ法によれば、廃水が曝気槽に注入され続くことにより微生物が廃水中の有機物を摂取分解して成長することになり、このように成長された微生物は凝結されて終末沈殿槽で沈殿されるが、沈殿体の一部は活性スラッジの形で曝気槽に搬送され、一部は廃スラッジとして廃棄されることで曝気槽内の微生物量が適切な水準に維持されながら廃水中の有機物の分解と共に窒素、リンなどの除去がなされることになる。
【０００３】
このような活性スラッジ法は有機廃水の処理方法としてその効果が長い間認められてきた。しかし、高濃度の有機物及び窒素を含有した廃水から有機物及び窒素を同時に効率よく除去するには不向きであり、剰余スラッジの量も増大するなど多くの問題点を抱いており、特に有機物負荷の高い廃水が流入されれば沈殿槽でバルキングが発生して廃水処理効率が低下され、かつ高い有機物負荷により従属栄養細菌が過度に成長し、相対的に成長速度の遅い自家栄養細菌の硝酸化菌の成長が抑制されるため、硝酸化反応が円滑に行われない。
【０００４】
前述のような問題点を解決するために、多量の微生物を担体に付着させて固定化させた状態で用いる生物膜工法が開発されている。この方法では、特に曝気槽内で廃水処理に用いられる微生物を適切な水準に維持し続ける必要があり、このためには、微生物の浮遊成長または付着成長のために微生物付着用担体が必須であると言える。このような担体としては各種のものがあり、その材質としては主に多孔性プラスチック類（崔 ソングヨングなど、韓国水質保全学会紙、６巻、１号、３１頁、１９９０）、活性炭素繊維（特願平５-１６７８２０号）、ポリビニールアルコール及び活性炭（特願平５-１８６７２３号）などが知られている。このような材質の担体は親水性に乏しいため、浮遊している微生物を付着させ難く、付着できなかった微生物は成長速度が遅いため、廃水処理槽を連続的に稼動させる場合には曝気槽外に流出する問題が発生する。
【０００５】
また、固定形担体を用いる既存の生物膜工法では、担体の表面に過度な生物膜が形成されるため、成長速度が相対的に遅い硝酸化菌に溶存酸素が十分に供給できず、硝酸化菌を適切な水準に維持し難く、さらに単一担体を用いる生物膜工法では除去可能な窒素の濃度に限界があるという問題点がある。
【０００６】
一方、廃水中のアンモニア性窒素は、一般的に、硝酸化−脱窒素の２段階過程による生物学的な処理方法によって処理される。すなわち、硝酸化段階では好気性である硝酸化菌によりアンモニア性窒素が硝酸性窒素（ＮＯ3−Ｎ）に転換され、脱窒素段階では脱窒細菌の不足した酸素に代えて、硝酸性窒素を電子収容体として用いて有機物を酸化させ、硝酸性窒素はＮ2として還元することになる。しかし、前記硝酸化菌は温度低下に敏感であって、冬期には硝酸化菌の活性低下により窒素除去効率が急激に下がるという問題点がある。
【０００７】
（発明の開示）
そこで、本発明では、生物膜法による有機廃水の処理時に担体のバルキング現象、微生物膜の脱離現象及び冬期の処理効率の減少問題などを解決して、高濃度の有機物及び窒素を含有した廃水を安定的で、かつ効率よく処理できる方法を提供することをその目的とする。
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明からは、（ａ）処理しようとする廃水を無酸素槽に流入させて無酸素槽内の脱窒細菌及び流入廃水中の有機物を利用して硝酸性窒素を窒素気体に還元して脱窒する脱窒段階と、（ｂ）脱窒段階を経た廃水を第１曝気槽に流入させて担体に付着された好気性微生物により過剰の有機物を分解することで廃水中の炭素／窒素比が後続する硝酸化反応に適するように調節する段階と、（ｃ）有機物分解段階を経た廃水を第２曝気槽に流入させて担体に付着された硝酸化菌を利用して廃水中のアンモニア性窒素を硝酸性窒素に転換させる段階と、（ｄ）硝酸化段階から流出される廃水の一部を無酸素槽に搬送させ、残りは沈殿槽に流入させる段階と、（ｅ）沈殿槽から排出されるスラッジの一部を無酸素槽に搬送させ、残りは剰余スラッジとして廃棄し、沈殿槽内の沈殿されたスラッジから上澄液を分離して処理水として得る段階とを含むことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【０００９】
処理しようとする廃水中のアンモニア性窒素負荷が低い場合には（ｃ）段階を省略し、（ｂ）段階で好気性微生物により有機物を分解した後にすぐ（ｄ）段階に送ることが好ましく、処理しようとする廃水中の有機物負荷が低い場合には（ｂ）段階を省略し、（ａ）の脱窒段階を経た処理水を直ちに（ｃ）段階に送ることが好ましい。
（ｂ）段階に用いられる担体は、発泡高分子と発泡高分子に付着している微粉活性炭及び微粉活性炭を発泡高分子に接着する接着剤を含む担体であることが好ましい。
【００１０】
発泡高分子は、スポンジフォームまたは不織布構造のポリウレタン、ポリスチレンまたはポリエチレンからなっていることが好ましい。
接着剤は、アクリル樹脂とスチレン／ブタジエンラテックス（Ｓ／Ｂラテックス）の重量比７０：３０から９０：１０混合物からなっていることが好ましい。
微粉活性炭及び接着剤は、４０：６０から５０：５０の重量比で存在することが好ましい。
【００１１】
（ｂ）段階で用いられる担体は、（ａ）接着剤溶液及び微粉活性炭を９０：１０からし７０：３０の重量比で混合してスラリーを形成する段階と、（ｂ）スラリーを発泡高分子にコーティングした後に熱処理して接着剤溶液中の溶媒を蒸発させる段階と、（ｃ）（ｂ）段階で得た結果物を成形する段階とを含む方法により製造することが好ましい。
【００１２】
（ｂ）段階の熱処理は７０から９５℃で２から３時間実施することが好ましい。
（ｃ）段階に用いられる担体は、ポリビニールアルコールフォーム担体またはセルロース系繊維を含むセルロース系担体であることが好ましい。
【００１３】
セルロース系担体は、（ａ）セルロース系繊維を板状に成形する段階と、（ｂ）ポリビニールアルコール、架橋剤及び発泡剤を含む発泡組成物に板状のセルロース系繊維成形体を含浸させる段階と、（ｃ）（ｂ）段階で得た結果物を脱水させて発泡させる段階と、（ｄ）ポリビニールアルコール及び架橋剤を含有する強化剤組成物に（ｃ）段階で得た結果物を含浸させた後に取り出して乾燥させる段階とを含む方法により製造されることを特徴とする。
【００１４】
発泡組成物は、０．５から５重量％のポリビニールアルコール、０．２から５重量％の架橋剤、０．１から１重量％の発泡剤及び残量の溶媒を含むことが好ましい。
強化剤組成物は、１から５重量％のポリビニールアルコールと０．１から５重量％の架橋剤及び残量の溶媒を含むことが好ましい。
架橋剤は、メラミン尿素樹脂またはポリアミドポリアミンエピクロロヒドリンであることが好ましい。
【００１５】
（ｃ）段階の脱水は、発泡前成形体の水分含有量をセルロース系繊維に対して２０から５０重量％に維持する範囲で施すことが好ましい。
（ｃ）段階の発泡は１２０から１５０℃で、発泡成形体乾燥重量１ｇ当たり気孔体積が０．３から４．５ｃｍ3範囲になるように施すことが好ましい。
【００１６】
（発明を実施するための最良の態様）
発明の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施例をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例による廃水処理過程を概略的に説明する工程図である。
有機物及び窒素を含有する廃水１は、脱窒細菌が棲息する無酸素槽１０に流入する。無酸素槽１０では、有機物の酸化反応及び硝酸性窒素の還元反応が同時に起こる。すなわち、流入廃水中の有機物は脱窒素反応で電子供与体として作用して酸化され、流入廃水及び第２曝気槽３０からの搬送水５内に存在する硝酸性窒素は電子を受けてＮ2として還元されることで廃水中の有機物及び窒素が除去される。
【００１７】
しかし、前記無酸素槽１０に多量の有機物を含有する廃水が流入される場合には、硝酸性窒素に比べて有機物が過剰に存在して無酸素槽１０からの流出水２には未だ処理されてない有機物が存在する場合がある。このような有機物が高濃度で存在することになると、後続する第２曝気槽３０に含まれた微生物の性状を変化させて糸状菌の発生を促進でき、糸状菌の過剰成長は沈殿槽４０での上澄液分離時に深刻な問題を引き起こし得る。
【００１８】
したがって、本実施例では、無酸素槽１０の次に有機物除去用担体を含む第１曝気槽２０を介在させて無酸素槽１０で未だ処理できずに流入される過剰の有機物が除去できるようにした。前記有機物除去用担体には多量の微生物が付着成長しながら高濃度の有機物を摂取するため、糸状菌の過剰成長を効率よく抑えることができる。
【００１９】
微粉活性炭は有機物の吸着能力に優れ、瞬間的に高い濃度の有機物を含む廃水が流入することに対する衝撃負荷にも強く、かつ、毒性物質が流入する場合にも安定した処理が可能なため、廃水処理に広く用いられている。しかし、曝気槽に投入された微粉活性炭がスラッジの放出時に併せて流出されるので、曝気槽内の微粉活性炭の濃度を一定に維持するためには持続的な微粉活性炭の投入が求められ、スラッジの搬送時にスラッジ内の微粉活性炭がポンプの故障を引き起こすだけでなく、廃スラッジから微粉活性炭を分離させて再生させるには、このための別途の微粉活性炭分離及び再生装置が必要であるという問題点がある。
【００２０】
したがって、本実施例の廃水処理方法に用いるのに適した有機物除去用担体は、発泡高分子と前記発泡高分子に付着されている微粉活性炭及び前記微粉活性炭を前記発泡高分子に付着させる接着剤を含む担体である。
【００２１】
前記発泡高分子はスポンジフォームまたは不織布構造からなっており、その材質はポリウレタン、ポリスチレンまたはポリエチレンであることが好ましく、前記接着剤はアクリル樹脂及びスチレン／ブタジエンラテックス（Ｓ／Ｂラテックス）の重量比７０：３０から９０：１０の混合物からなっていることが好ましい。
前記微粉活性炭及び前記接着剤は、４０：６０から５０：５０の重量比で存在することが好ましい。
【００２２】
本発明の廃水処理方法に用いるのに適した有機物除去用担体は、下記のような方法に従い製造されることが好ましい。
先ず、通常の廃水処理に用いられる微粉活性炭をアクリル樹脂及びＳ／Ｂラテックスの混合物を含む接着剤溶液に添加して攪拌しながら完全に混合してスラリーを作る。
【００２３】
十分な多孔性を与えるという点で、微粉活性炭の粒子寸法は小さいほど好ましく、具体的には、２００メッシュ以下であることが好ましい。また、接着剤溶液及び微粉活性炭は９０：１０から７０：３０の重量比で混合することが好ましいが、その結果、乾燥重量として接着剤と微粉活性炭が６０：４０から５０：５０で混合されている担体が得られることになる。このとき、微粉活性炭の含有量が前記範囲を超えると接着剤との結合効率が低下し、前記範囲を下回ると微粉活性炭の吸着性が低下する。すなわち、前述したような重量比で微粉活性炭及び接着剤溶液が混合されるとき、製造される担体が一定水準以上の強度、耐摩耗性及び吸着性を有し得り、長時間にわたる運転時にも微粉活性炭の脱離が起こらず、数年間使える。
【００２４】
次に、前記スラリーを発泡高分子にコーティングする。コーティング方法としては、ローラを使ってスラリーを発疱高分子に接着させる方式で施すことが好ましい。コーティング時に、発泡高分子の内部気孔までスラリーを浸透させて均一なコーティングがなされるようにすることが好ましいが、その他の通常のコーティング方法を用いても構わない。
スラリーでコーティングされた発泡高分子を７０から９５℃で２から３時間熱処理して溶媒を除去するが、この過程で微粉活性炭と接着剤成分との間に硬化反応が起こることになる。
【００２５】
次に、得られた結果物を適宜な寸法で切断する成形工程を経るが、担体の形状は特別に限定されない。しかし、成形工程の便宜上、六面体形態として横、縦及び高さがいずれも０．８から２．０であることが好ましい。
【００２６】
第１曝気槽２０に投与される有機物除去用担体の量は、曝気槽の容積に対して５から２５％にならしめる。投与量がこれよりも少ない場合には微生物の付着容積が適した水準に達し得ず、これよりも多い場合には担体が占める容積が過度になって曝気槽２０内で担体の循環が円滑になされ難く、その結果、有機物の効率よい処理が難しくなる。
【００２７】
第１曝気槽２０で炭素／窒素（Ｃ／Ｎ）比が適切に調節された流出水３は、硝酸化用担体を含む第２曝気槽３０に流入されて硝酸化段階を経ることになる。第２曝気槽３０には、廃水中のアンモニア性窒素を除去する硝酸化菌が活動するのに適した条件が形成されている。すなわち、有機物の濃度が低いため、他の微生物に比べて成長速度が相対的に遅い硝酸化菌も担体内に多量で成長できる。
【００２８】
硝酸化菌を固定化させるための硝酸化用担体は多量の微生物を付着でき、付着された微生物の脱離が少ないべきであるが、このためには、硝酸化菌の特性から、親水性が大でなければならない。
【００２９】
ところで、今まで用いられている硝酸化用担体は親水性に乏しいため、微生物の付着が容易でないか、あるいは付着された微生物の脱離が容易であり、その構造がほとんど平面からなっていて（ボウラー、ウォーターサイエンステックノロジー、第２２巻１号、８９頁、１９９０参照）、単位体積当たり微生物が付着できる表面積が小さいため、多量の微生物を付着し難く、かつ、構造の平面性により、流体による伝達応力から付着微生物を保護できないため、付着された微生物も脱離し易いという問題点がある。
【００３０】
したがって、本実施例の廃水処理方法に用いられるのに適した硝酸化用担体としては、親水性が大きく、かつ、多孔性でありながら単位体積当たり表面積が大きいポリビニールアルコールフォーム担体またはセルロース系担体が好ましい。
【００３１】
ポリビニールアルコールフォーム担体は、親水性作用基である水酸基を多量含有して水と接触するとすぐ水和されるため、硝酸化菌が容易に付着し、発泡構造が有する気孔によって単位体積当たり表面積が大であり、耐久性に優れているという特徴がある。したがって、ポリビニールアルコールフォームを適宜な寸法及び形状に切断して硝酸化担体として用いると、その効果が大きい。
【００３２】
一方、セルロース系担体は、例えば木綿、ウッドパルプ、苧、大麻、黄麻または亜麻繊維などの親水性の天然材料であるセルロース系繊維を用いて製造されるため、これから製造される担体は硝酸化菌との親和度が大きい。セルロース系繊維担体は、次のような方法で製造される。
【００３３】
すなわち、（ａ）セルロース系繊維を板状に成形する段階と、（ｂ）ポリビニールアルコール、架橋剤及び発泡剤を含有する発泡組成物に前記板状のセルロース系繊維を含浸させる段階と、（ｃ）前記（ｂ）段階で得た結果物を脱水させて発泡させる段階と、（ｄ）ポリビニールアルコール及び架橋剤を含有する強化剤組成物に前記（ｃ）段階で得た結果物を含浸させた後に乾燥させる段階とを含む方法により製造できる。
【００３４】
より詳細に述べると、長さが０．５から２ｍｍ範囲にあるセルロース系繊維を予め板状に成形するが、その理由は、セルロース系繊維を溶媒に分散させる必要がなく、後処理がより容易になるからである。板状に成形する方法は特別に制限されず、紙を製造する方法と類似した方法を用い得る。この場合には、セルロース系繊維を水に解離して繊維スラリーを製造した後に一定の形態（例えば、六面体）の枠体に前記スラリーを満たす。その後に、一定の圧力を加えながら枠体の下部から水分を除去すれば、板状の成形体が得られる。
【００３５】
次に、板状に成形された木綿繊維は発泡組成物に含浸させた後、微生物が付着されて成長するのに適した空間を与えうるように発泡させる。発泡組成物は０．５から５重量％のポリビニールアルコール、０．１から５重量％の架橋剤、０．１から１重量％の発泡剤及び残量の溶媒を含み、このとき、溶媒としては水を用いることが好ましい。発泡剤としては、溶媒と反応して多量の窒素または二酸化炭素を発生できるものなら特別に限定されないが、中でも、水溶性発泡剤、特に重炭酸ナトリウムを用いることが好ましい。架橋剤としてはメラミン尿素樹脂またはポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン（ＰＰＥ）が用いられる。
【００３６】
適切な発泡がなされるためには、発泡させるべき成形体の水分含有量が適切な範囲、好ましくは、板状に成形されたセルロース系繊維の全体重量に対して２０から５０重量％に維持されなければならない。水分含有量が前記範囲未満であれば急激な発泡によって好ましくない成形体の変性が引き起こされる恐れがあり、水分含有量が前記範囲を超えると、発泡時間が長すぎる場合がある。発泡段階は１２０から１５０℃で発泡成形体乾燥重量１ｇ当たり気孔体積が０．３から４．５ｃｍ3範囲になるように施すことが好ましい。
【００３７】
発泡段階を経た成形体は、構造が堅くないため収縮する場合がある。したがって、前記発泡成形体の強度補強のために強化剤組成物を処理することで発泡構造をより安定的に維持できる。強化剤組成物は、１から５重量％のポリビニールアルコール、０．１から５重量％の架橋剤及び残量の溶媒を含む。このとき、架橋剤は発泡組成物に用いられた架橋剤成分と同様であり、溶媒としては水を用いることが好ましい。強化剤組成物の濃度が前記範囲を超えると組成物の成分が担体の表面に過剰に存在することになり、公害物質として作用できる。最終的に、セルロース系繊維に対してポリビニールアルコールの含有量が５から１５重量％、架橋剤の含有量が３から８重量％になるように強化剤処理段階を繰り返して施すことが好ましい。
【００３８】
強化剤組成物は、成分中のポリビニールアルコール及び架橋剤がセルロース系繊維の主成分であるセルロースと化学的に結合することで担体の強度を増大させる。また、未反応架橋剤（ＰＰＥ）は中性またはアルカリ性の条件で正電荷を帯びるために担体の表面が正電荷を示すため、負電荷をもつほとんどの硝酸化菌が極めて容易に付着でき、一応付着されれば容易に脱離されない。
強化剤組成物の処理後に得られる結果物は、強化剤組成物が担体の表面で移動できないように約１００℃で瞬間的に乾燥させることが好ましい。
乾燥段階後に得られる結果物を適切な寸法及び形状に切断する段階をさらに含むことができ、その結果最終的に得られる担体の寸法及び形状は特別に制限されない。
【００３９】
第２曝気槽３０に投与される前記硝酸化担体の量は、曝気槽の容積に対して５から３０％にならしめる。投与量がこれよりも少ない場合には微生物が付着できる容積が適した水準に達し得ず、これよりも多い場合には担体の占める容積が過度になって曝気槽３０内で担体の循環が円滑になされ難く、その結果、効率よい硝酸化反応が難しくなる。
【００４０】
前記担体に付着成長された多量の硝酸化菌は、円滑に廃水中のアンモニア性窒素を好気性反応により硝酸性窒素に転換できる。特に、本発明の方法は、硝酸化菌の活動性が低下する冬期にも担体内に付着された硝酸化菌の濃度が高いため、微生物が浮遊状に存在する活性スラッジ法に比べて窒素の除去効率が極めて高いという長所がある。
【００４１】
第２曝気槽３０を経た流出水４の一部は硝酸性窒素を含む搬送水５であって無酸素槽１０に搬送させて脱窒素反応を経らしめ、残りは沈殿槽４０に送る。沈殿されたスラッジ６の一部は搬送スラッジ７として無酸素槽１０に搬送させ、残りは剰余スラッジ８として廃棄させる。したがって、スラッジの除去された上澄液を処理水９として得ることができる。
【００４２】
一方、担体が投与される曝気槽には、当業界に一般的に公知の通り、担体が溢れることを防止するための打孔板を設けたり、担体が流出口の方に偏向される現象を防止するための担体搬送装置を設けることができる。
【００４３】
本発明の廃水処理方法によれば、硝酸化菌が成長を妨げる過剰の有機物を前断の曝気槽で除去する一方、多量の硝酸化菌を付着成長できる硝酸化用担体を用いて硝酸化菌が増殖できる最適の条件を形成することで、従来の活性スラッジ法で最も問題となっていたスラッジバルキングの問題がなくなるだけでなく、短時間に多量の廃水を処理でき、廃水中の有機物負荷が変動されても安定的に対応できるので、廃水処理装置の小型化及び高性能化が可能である。また、微生物の活性低下により窒素除去率が低下する筈の冬期にも安定した窒素除去率を得ることができる。
【００４４】
以上では、廃水中の有機物及びアンモニア性窒素負荷がいずれも大きい場合のみを例えて説明したが、廃水中の有機物負荷が低い場合には前記有機物除去段階を省略し、前記硝酸化段階のみを利用して廃水を処理することができ、廃水中のアンモニア性窒素負荷が低い場合には前記硝酸化段階を省略し、前記有機物除去段階のみを利用して廃水を処理できるのはもちろんである。
【００４５】
以下、実施例を参照して本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲が下記の実施例にのみ制限されるものではない。
（有機物除去用担体）
（製造例１）
先ず、アクリル樹脂エマルジョン（（株）オーロラ化学）１６０ｇ（アクリル樹脂固体重量として６４ｇ）及びＳ／Ｂラテックス（（株）錦湖石油化学）４０ｇ（Ｓ／Ｂラテックス固体重量として１６ｇ）を完全に混合した後、微粉活性炭（（株）ユニオン、粒子寸法２００メッシュ）６０ｇを添加してスラリーを製造した。ローラを用いて前記スラリーをスポンジ構造のポリウレタンに数回にわたってコーティング接着させた後に、約７５℃で約２時間熱処理を施した。このようにして得た結果物を常温で冷却した後に、横、縦及び高さが各々約１ｃｍである六面体形状に切断して本発明の担体を得た。
【００４６】
（実施例１）
前記担体を一般的な有機廃水の処理装置として用いられる廃水処理処置であって、１次沈殿槽、曝気槽及び２次沈殿槽からなる廃水処理装置中の曝気槽に２０容積％の量で投入した。
次に、廃水処理装置に廃水を流入させて廃水を処理したが、このとき、流入廃水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）は１０００ｍｇ／ｌとし、総滞留時間は６時間とした。廃水処理装置を通過して流出される流出水のＣＯＤを測定してＣＯＤ除去率を計算し、下記表１に示したが、ＣＯＤは標準工程試験方法に従い測定した。また、一週間連続作動時に微粉活性炭の脱離が起こるかどうかと、バルキングが発生するかどうかに対しても調べ、微生物の脱離現象の発生程度に対しても評価を行なった。
【００４７】
（比較例１）
担体を用いない活性スラッジ法を使用した以外は、実施例１の条件と同様にして有機廃水を処理し、その結果を下記表１に示した。
【００４８】
（比較例２）
従来の担体として固相担体であるサランロック（呉羽化学工業株式会社製造、日本）を曝気槽に投入した以外は、実施例１の条件と同様にして有機廃水を処理し、その結果を下記表１に示した。
【００４９】
（比較例３）
従来の担体として流動相担体であるリンポール（リンデサ製造、ドイツ）を曝気槽に投入した以外は、実施例１の条件と同様にして有機廃水を処理し、その結果を下記表１に示した。
【００５０】
【表１】
0003722696.tif 000002
【００５１】
前記表１に示されたように、従来の担体を用いる場合にもＣＯＤの除去率が一般的な活性スラッジ法を用いる場合に比べては遥かに高いが、本実施例に従い製造された担体を利用して廃水を処理する場合に比べては依然として劣っている。また、微粉活性炭の脱離及び微生物の脱離がほとんど発生せず、かつ、バルキング現象も起こらなかった。
【００５２】
（吸着性テスト）
微粉活性炭がその自体として用いられず、本実施例でのように発泡高分子にコーティングされた状態で用いられる場合にも吸着性を有するかどうかについて調べた。
実施例１の方法と同様にして製造された担体に対し、実施例１の廃水処理装置と同様のものを使って吸着性テストを施した。このとき、標準方法に従い測定された流入廃水のフェノール濃度は４５０ｍｇ／ｌであった。２時間後に、この測定方法と同様の方法により処理水のフェノール濃度を測定した結果、４５ｍｇ／ｌに過ぎず、フェノール除去率が９０％に至った。
【００５３】
この結果から、本発明の担体は微粉活性炭が発泡高分子にコーティングされている状態でも依然として高い吸着特性を有しているので、微生物の棲息処として好適であるだけでなく、廃水中に存在する化学物質を強く吸着できることが分かる。したがって、有機物の負荷変動の大きい廃水が流入される場合にも有効に使用できる。
【００５４】
（セルロース系硝酸化担体）
（製造例２〜６）
長さが約０．５ｍｍから５ｍｍの範囲にあるセルロース系繊維を水に解離して繊維スラリーを製造した。このスラリーを底面に複数個の小穴を有している六面体形態の枠体に充填した後に、一定の圧力を加えて枠体の下部から水分を除去することで板状の成形体を得た。ポリビニールアルコール（けん化度９０％、重合度１７００）５ｇ及びＰＰＥ５ｇを水５０ｇに添加し、ここに発泡剤として重炭酸ナトリウム０．５ｇを添加して完全に混合されるように強く攪拌して発泡組成物を製造した。この発泡組成物に前記セルロース系繊維成形体を含浸させて発泡組成物が成形体に十分に吸収されるようにした。次に、脱水器を用いて水分含有量が木綿重量に対して３０％程度になるように脱水を行なった後に、温度が１２０から１５０℃の範囲に調節されるオーブンに入れて発泡させた。こうして得られた発泡体を下記表２に記載されたような組成を有する強化剤組成物に含浸させた後、１０分以上攪拌して強化剤組成物が発泡体に均一に分布されるようにした。次に、発泡体を圧着して表面に過剰に存在する強化剤組成物を除去した。次に、強化剤組成物により処理された発泡体を１００℃のオーブンに入れ、発泡体の表面で強化剤組成物が移動できないように約５分間瞬間的に乾燥を行ない、セルロース系硝酸化担体を得た。
【００５５】
強化剤組成物がセルロース系硝酸化担体の引張強度に及ぼす影響を測定するために、製造例２から５の硝酸化担体及び強化剤組成物で処理していない担体（製造例６）の引張強度を標準方法により測定し、下記表２に示した。
【００５６】
【表２】
0003722696.tif 000003
【００５７】
前記表２から、強化剤組成物で処理する場合に担体の引張強度が大幅に増大され、ポリビニールアルコール及びＰＰＥの強化剤組成物中のポリビニールアルコール及びＰＰＥの濃度が増大するほど、担体の引張強度の改善効果も増大されるということが分かる。したがって、本発明のセルロース系硝酸化担体は、天然素材でありながらも高い引張強度を保ち、長時間の使用が可能である。
【００５８】
（製造例７〜１１）
強化剤組成物中のポリビニールアルコール及びＰＰＥの含量を下記表３のように代えた以外は、製造例２〜５の方法と同様にして担体を製造した。製造された担体に対して表面電荷量を調べ、その結果を下記表３に示した。
【００５９】
【表３】
0003722696.tif 000004
【００６０】
前記表３から、ＰＰＥで処理していない場合には表面正電荷を測定できず、処理量が増大するほど表面正電荷量が増大するということが分かる。すなわち、正電荷はＰＰＥを処理する場合、未反応されたＰＰＥの窒素原子が正電荷をもつからであると見られ、したがって、表面正電荷量は、強化剤組成物中のＰＰＥの含量が増大するほど増大する。このような表面正電荷の増大は、初期負電荷をもつ硝酸化菌及び低成長性微生物を速く吸着できる機能を発揮するので、廃水処理装置の稼動に際し、初期安定化時間を大幅に縮めることで全体の運転時間を短縮できる。
【００６１】
（実施例２及び比較例２）
本発明に用いるのに好適なセルロース系硝酸化担体の廃水処理効率を調べるために、アンモニア性窒素を含有する廃水に対する廃水処理実験を行なった。製造例４の担体を用い、流入廃水のアンモニア濃度を代えながら実験を行なった結果（実施例２）及び活性泥法を用いた実験結果（比較例２）を下記表４に示した。廃水の総滞留時間は６時間とし、かつ、廃水処理装置を通って流出される流出水のアンモニア性窒素濃度を標準工程試験方法により測定してアンモニア性窒素除去率を計算した。
【００６２】
【表４】
0003722696.tif 000005
【００６３】
表４から明らかなように、本発明のセルロース系硝酸化担体を用いて廃水を処理する場合には、従来の活性泥法に従い廃水を処理する場合に比べてアンモニア性窒素の除去効率が遥かに高く、かつ、流入廃水のアンモニア濃度が高い場合にも効率減少が少ないので、有機物負荷の高い有機廃水に対しても安定的に対処できる。
【００６４】
（実施例３）
有機物除去用担体及び硝酸化担体共を用いて廃水を処理した。
無酸素槽、第１曝気槽及び第２曝気槽の容積比が１：１：１であり、第１曝気槽には製造例１の有機物除去用担体を、第２曝気槽にはポリビニールアルコールフォーム硝酸化用担体を各々１０容積％の量で投入した廃水処理装置を使用した。
【００６５】
次に、前記廃水処理装置に廃水を流入させて廃水を常温２５℃で処理したが、このとき、流入廃水のＢＯＤ（生物学的な酸素要求量）は１２０ｍｇ／ｌ、ＴＫＮ（Ｔｏｔａｌ Ｋｊｅｌｄａｈｌ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）は６０ｍｇ／ｌとし、滞留時間（ＨＲＴ）は初期には６時間から始まって最終的には３時間に短縮させて流入廃水の流量を次第に増大させた。
【００６６】
廃水処理装置を通って流出される流出水のＢＯＤ及びＴＫＮを測定して滞留時間変化によるＢＯＤ及びＴＫＮの除去率を計算し、下記表５に示した。このとき、ＢＯＤ及びＴＫＮは標準工程試験方法に従い測定した。
【００６７】
（実施例４）
製造例１の有機物除去用担体及び製造例４のセルロース系硝酸化担体（表２参照）を使用した以外は、実施例３の方法と同様にして実験を行なった。
【００６８】
（比較例３）
一般的な浮遊状微生物を用いるＭＬＥ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｌｕｄｚａｃｋ Ｅｔｔｉｎｇｅｒ）法に従い実施例３の条件と同様にして有機廃水を処理し、その結果を下記表５に示した。このとき、曝気槽の容積は実施例３の第１曝気槽及び第２曝気槽の容積の合計と同一にした。
【００６９】
【表５】
0003722696.tif 000006
【００７０】
前記表５から明らかなように、本発明の方法に従い廃水を処理する場合、流入廃水の滞留時間の減少によるＢＯＤ除去率及びＴＫＮ除去率の減少が既存のＭＬＥ工程に比べて極めて少ない。このように流入廃水の流量が大幅に増大する場合にも高い除去率が保たれるのは、担体内に多くの微生物が付着できるからである。曝気槽内の微生物の濃度を測定した結果、実施例３及び４の場合には浮遊状微生物２０００ｍｇ／ｌ及び生物膜に付着された微生物２５００ｍｌ／ｌであって合計４５００ｍｇ／ｌであるのに対し、比較例１の場合には２０００ｍｇ／ｌに過ぎなかった。
【００７１】
（実施例５及び６）
冬期の廃水処理効率を比較するために、滞留時間を６時間に一定に保ち、かつ、水温を各々２５、２０、１５及び８℃に代えた以外は、実施例３及び４の廃水処理装置と同様のものを使って廃水を処理した。
廃水処理装置を通って流出される流出水のＢＯＤ及びＴＫＮを測定して水温変化によるＢＯＤ及びＴＫＮの除去率を計算し、下記表６に示した。このとき、ＢＯＤ及びＴＫＮは標準工程試験方法に従い測定した。
【００７２】
（比較例４）
比較例３のＭＬＥ方法に従い実施例５の条件と同様にして廃水を処理し、その結果を表６に示した。
【００７３】
【表６】
0003722696.tif 000007
【００７４】
前記表６から明らかなように、本発明による廃水処理方法は曝気槽前断での有機物除去及び硝酸化用担体を用いて硝酸化菌の付着成長に好適な条件を形成することで、低温でも極めて高いＴＫＮ除去率を保つことができ、ＢＯＤ除去率もまた向上させることができる。
【００７５】
産業上の利用可能性
以上述べたように、本発明の廃水処理方法は、硝酸化菌の成長を妨げる過剰の有機物を前断の曝気槽で除去する一方、多量の硝酸化菌を付着成長させることのできる硝酸化用担体を用いて硝酸化菌が増殖できる最適の条件を形成することで、短時間に多量の廃水を処理でき、かつ、廃水中の有機物負荷が変動されても安定的に対応できるので、廃水処理装置の小型化及び高性能化が可能である。また、硝酸化菌の活性が低下する冬期にも安定した廃水処理が可能なため、ほとんどの下水及び汚水処理場、糞尿処理場、畜産及び産業廃水処理場などの廃水処理場で適切に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例による廃水処理方法の概略的な工程図である。
【図１】
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