(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素数１０以上の脂肪酸を主成分とするろ材と、
前記ろ材が充填されたろ過槽と、
前記ろ過槽に原水を導入する導入口と、
前記ろ過槽から処理水を排出する排出口と、
前記ろ材の前記ろ過槽からの流出を防止するためのろ材流出防止手段と、
前記ろ過槽内に空気を導入するための空気導入手段と、
前記ろ過槽内の前記ろ材に対する加圧と圧力解放動作を行うための複数のピストンと、
を具備することを特徴とする生物ろ過装置。
【請求項２】
炭素数１４以上のアルコールを主成分とするろ材と、
前記ろ材が充填されたろ過槽と、
前記ろ過槽に原水を導入する導入口と、
前記ろ過槽から処理水を排出する排出口と、
前記ろ材の前記ろ過槽からの流出を防止するためのろ材流出防止手段と、
前記ろ過槽内に空気を導入するための空気導入手段と、
前記ろ過槽内の前記ろ材に対する加圧と圧力解放動作を行うための複数のピストンと、
を具備することを特徴とする生物ろ過装置。
【請求項３】
炭素数１０以上の脂肪酸及び炭素数１４以上のアルコールを主成分とするろ材と、
前記ろ材が充填されたろ過槽と、
前記ろ過槽に原水を導入する導入口と、
前記ろ過槽から処理水を排出する排出口と、
前記ろ材の前記ろ過槽からの流出を防止するためのろ材流出防止手段と、
前記ろ過槽内に空気を導入するための空気導入手段と、
前記ろ過槽内の前記ろ材に対する加圧と圧力解放動作を行うための複数のピストンと、
を具備することを特徴とする生物ろ過装置。
【請求項４】
前記ろ過槽内の前記ろ材を攪拌するための攪拌手段を設けた請求項１、２又は３に記載の生物ろ過装置。
【請求項５】
前記排出口から排出された処理水の一部を前記導入口へ循環させる循環手段を設けた請求項１、２又は３に記載の生物ろ過装置。
【請求項６】
前記ろ材が、無機物に炭素数１０以上の脂肪酸及び／又は炭素数１４以上のアルコールを担持して構成された請求項１、２又は３に記載の生物ろ過装置。
【請求項７】
前記ろ材が、セルロース、不織布、セラミック、合成樹脂、繊維又は天然鉱物に、炭素数１０以上の脂肪酸及び／又は炭素数１４以上のアルコールを担持して構成された請求項１、２又は３に記載の生物ろ過装置。
【請求項８】
前記ろ材が、多孔質の合成樹脂又はセラミックに、炭素数１０以上の脂肪酸及び／又は炭素数１４以上のアルコールを担持して構成された請求項１、２又は３に記載の生物ろ過装置。
【請求項９】
前記ろ材が、比重調整部材としての無機物を有し、比重１以上である請求項１、２又は３に記載の生物ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に廃水処理に用いる生物ろ過装置に関し、より詳しくは脱窒処理を行うための生物ろ過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃水処理において、脱窒素反応を行うために脱窒菌の水素供与体としてメタノールなどの炭素源が広く用いられていた。また、廃水処理において、汚泥や廃水中の有機物を水素供与体として用いることもすでに実施されている。
さらに、メタノール以外の水素供与体に関する先行技術としては、炭素数が３以下のカルボン酸を用いて脱窒素反応を行うもの（例えば、特許文献１参照。）、低分子の糖類を固形ブロック化して用いるもの（例えば、特許文献２参照。）、生分解性樹脂を用いるもの（例えば、特許文献３や非特許文献１参照）等が知られている。
【特許文献１】特開平６−１２６２９８号公報
【特許文献２】特開平９−２９９９８６号公報
【特許文献３】特開平１０−８５７８２号公報
【非特許文献１】第３２回下水道研究発表会発表会講演集、Ｐ４３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、メタノールなどの液体アルコールはそれ自身が引火性を有し、これを貯蔵するためには本質的に特別な貯留槽が必要であるため、取扱い及び維持管理が容易ではないという問題があった。さらに、メタノールなどの水素供与体は、脱窒槽にポンプなどの動力源により一定量を所定時間毎に添加する必要があるなど処理管理面において繁雑な作業を必要としていた。
また、汚泥や廃水中の有機物を水素供与体として用いるためには、通常地下に脱窒槽を設けて処理水の一部を循環させる大型設備を要し、大規模な敷地と大掛かりな土木工事が必要であり、コスト上において問題があった。
【０００４】
また、炭素数が３以下のカルボン酸や低分子の糖類を水素供与体として用いる場合には、廃水中の有機物濃度を上昇させるという問題があった。また、これらのカルボン酸や糖類は水溶性が高いため、廃水中において短時間で消滅し、ある程度の時間毎に添加が必要であった。従って、これらの水素供与体とメタノールに代表される連続的添加が必要な液体状の水素供与体との明確な違いがなかった。
さらに、生分解性樹脂は脱窒菌の水素供与体となりうる物質に限られて化学合成、生化学合成を伴う為、コスト面において実用化は困難であった。
また、一般的に接触ろ床を用いた脱窒装置では、発生するガスによる有効ろ床面積の低下や、余剰汚泥によるろ槽の閉口などの基本的な課題があった。
【０００５】
本発明は、これら従来技術における各種問題を解決するものであり、メタノールなどの引火性を有する水素供与体を連続添加する必要がなく、取扱いが容易であり、しかも高い窒素除去率を示す生物ろ過装置を提供すると共に、比較的小規模な敷地と小型の機構により、コストを低く抑えることができる生物ろ過装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来技術における問題を解決し、上記目的を達成するため、本発明に係る生物ろ過装置は、炭素数１０以上の脂肪酸を主成分とするろ材と、前記ろ材が充填されたろ過槽と、前記ろ過槽に原水を導入する導入口と、前記ろ過槽から処理水を排出する排出口と、前記ろ材の前記ろ過槽からの流出を防止するためのろ材流出防止手段と、前記ろ過槽内に空気を導入するための空気導入手段と、前記ろ過槽内の前記ろ材に対する加圧と圧力解放動作を行うための複数のピストンと、を具備する。このように構成された生物ろ過装置は、引火性を有する水素供与体を連続添加する必要がなく、取り扱いの容易な水素供与体を初期時に投入するだけで高い窒素除去率を長期間に示す。
【０００７】
他の観点の発明に係る生物ろ過装置は、炭素数１４以上のアルコールを主成分とするろ材と、前記ろ材が充填されたろ過槽と、前記ろ過槽に原水を導入する導入口と、前記ろ過槽から処理水を排出する排出口と、前記ろ材の前記ろ過槽からの流出を防止するためのろ材流出防止手段と、前記ろ過槽内に空気を導入するための空気導入手段と、前記ろ過槽内の前記ろ材に対する加圧と圧力解放動作を行うための複数のピストンと、を具備する。このように構成された生物ろ過装置は、引火性を有する水素供与体を連続添加する必要がなく、取り扱いの容易な水素供与体を初期時に投入するだけで高い窒素除去率を長期間に示す。
【０００８】
また、他の観点の発明に係る生物ろ過装置は、炭素数１０以上の脂肪酸及び炭素数１４以上のアルコールを主成分とするろ材と、前記ろ材が充填されたろ過槽と、前記ろ過槽に原水を導入する導入口と、前記ろ過槽から処理水を排出する排出口と、前記ろ材の前記ろ過槽からの流出を防止するためのろ材流出防止手段と、前記ろ過槽内に空気を導入するための空気導入手段と、前記ろ過槽内の前記ろ材に対する加圧と圧力解放動作を行うための複数のピストンと、を具備する。このように構成された生物ろ過装置は、引火性を有する水素供与体を連続添加する必要がなく、取り扱いの容易な水素供与体を初期時に投入するだけで高い窒素除去率を長期間に示す。
【０００９】
また、発明の生物ろ過装置において、前記ろ過槽内の前記ろ材を攪拌するための攪拌手段、例えば回転可能な羽根形状を有する回転羽根を設けてもよい。また、前記ろ過槽内に空気を導入するための空気導入手段、例えば散気筒を設けてもよい。また、排水口からの処理水の一部を導入口へ循環させる循環手段を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は次の効果を有する。本発明の生物ろ過装置は、炭素数１０以上の脂肪酸または、炭素数１４以上のアルコールを主成分とするろ材がろ過槽内に充填されているため、高い窒素除去率を長期間示す効果を奏する。このように、本発明の生物ろ過装置においては、引火性を有する水素供与体を連続添加する必要がなく、取り扱いの容易な水素供与体を初期時に投入するだけで高い窒素除去率を示すという効果を有する。
また、空気の導入により好気、嫌気雰囲気を効果的に形成させ、脱窒とともに硝化反応を同一槽内で発生させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の生物ろ過装置おいては、特定の水素共与体をろ材としてろ過槽に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要が無く、維持管理が容易である。
また、本発明の生物ろ過装置は、ろ過槽が小型であるとともに、装置全体も小型であるため、小さな設置面積で設置可能であり、据え付け費用が安く、低価格の生物ろ過処理を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る生物ろ過装置について説明する。
まず、本発明の生物ろ過装置において用いられるろ材としての脂肪酸とアルコールについて説明する。
【００１３】
本発明に係る生物ろ過装置のろ材に用いる脂肪酸としては、炭素数が１０以上であることが好ましい。炭素数が１０未満の脂肪酸を用いた場合には、処理水中の有機物量が大きくなり過ぎるため好ましくない。脂肪酸の炭素数の上限は本発明の趣旨から特に設ける必要はないが、工業的に大量に入手可能な材料としては炭素数２２程度までと考えられる。以上の要件を満たす具体的な脂肪酸としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルチミン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸などを例示することができる。さらに、これら脂肪酸の混合物、塩、オキシ酸、さらにはエステルが本発明における生物ろ過装置に用いる脂肪酸として含まれる。
【００１４】
本発明に係る生物ろ過装置のろ材に用いるアルコールとしては、炭素数が１４以上であることが好ましい。炭素数が１４未満のアルコールを用いた場合には、処理水中の有機物量が大きくなり過ぎるため好ましくない。アルコールの炭素数の上限は本発明の趣旨からは特に設ける必要はないが、工業的に大量に入手可能な材料としては炭素数２２程度までと考えられる。以上の要件を満たす具体的なアルコールとしては、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコールなどを例示することができる。さらに、これらアルコールの混合物、２量化した分岐高級アルコール類、有機酸とのエステル類が本発明における生物ろ過装置に用いるアルコールとして含まれる。
【００１５】
これら脂肪酸やアルコールは、それ自身が水に実質的に不溶であり、易生分解性である。従って、廃水中への有機物の放出がほとんど無く、生分解する過程で生ずる比較的小炭素数の有機物（分解生成物）を用いて、脱窒菌は脱窒作用を行うことができる。
また、本発明において用いられる脂肪酸、アルコールは基本的に天然物質から分離、精製されるものであり、従来技術の生分解性樹脂と比べると、非常に安価に入手が可能である。
本発明の生物ろ過装置においては、前記脂肪酸やアルコールからなるろ材をろ過槽内に充填して、このろ材に原水を接触、通過させることにより極めて効率的に脱窒反応が生じる。
【００１６】
本発明の生物ろ過装置は、ろ材が投入されている小型のろ過槽と、このろ過槽に原水を導入する導入口と、処理水を排出する排出口とを具備するよう構成されている。このように構成された本発明の生物ろ過装置は、大型工事などを伴わない小さな敷地での地上設置が容易であり、比較的小型で低コストのろ過装置を提供することができる。
また、ろ過槽内において、原水をできる限り均一にろ材に接触させるよう構成されているために、ろ過槽内での回転羽根や空気導入による攪拌手段は好適な機構となる。空気の導入は、攪拌のみならず間欠的な空気導入により好気、嫌気雰囲気を効果的に形成させ、脱窒とともに硝化反応を同一槽内で発生させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の生物ろ過装置においては、回転羽根により攪拌することや、ピストンでろ材に対して加圧と圧力解放のサイクル動作を行うことにより、脱窒反応により気体（窒素、炭酸ガス）を効果的に槽外へ排出させることが可能となる。さらに、このようなサイクル動作により、余剰汚泥をろ材から効果的に脱離させることができるため、ろ床における導入口の閉鎖を防止することが可能となる。
本発明の生物ろ過装置における脂肪酸やアルコールは、坦体に坦持させることにより、ろ材と廃水との接触面積が増大して処理能力を大幅に向上させることができると共に、ろ材の強度を向上させることができる。
本発明の生物ろ過装置においてろ材として用いる脂肪酸やアルコールの坦体としては、セルロース、スポンジ状物質、合成樹脂、不織布、セラミック、繊維、天然鉱物などの無機物が例示される。
【００１８】
本発明におけるろ材として用いる脂肪酸及びアルコールの製造方法としては、該物質を溶融液化しノズル状の口から液滴を該物質の融点未満（該物質の融点は約４０〜６０℃の範囲）に冷却し、固化させて造粒物を作製する方法がある。または、粉末または顆粒状の該物質を所望の形状の型枠内に充填し、加圧融着させて本発明のろ材を製造する方法がある。
また、本発明における脂肪酸やアルコールの担体として用いるスポンジ状物質において、ウレタンスポンジはその代表例である。このウレタンスポンジの製造方法は、脂肪酸又はアルコールの該物質を溶融して、スポンジに含浸させた後、冷却固化して製造する。本発明においてスポンジ状物質を使用した理由としては、ろ材の表面積を大きくして処理水との接触面を増やすためである。本発明で用いられるウレタンスポンジ以外のスポンジとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成樹脂、セラミックなどの焼結スポンジがある。
また、本発明におけるセラミック質のろ材担体としては、必ずしもスポンジ状である必要はなく、球状、リング状、円筒状、星形状などの表面積の大きな各種形状のものを用いることが可能である。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明に係る生物ろ過装置の具体的な実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。但し、本発明はこれらの具体的な実施例に限定されるものではない。
【００２０】
《実施例１》
図１は本発明に係る実施例１の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、実施例１の生物ろ過装置は、細長い円筒状を有するろ過槽１１が縦長に用いられている。このろ過槽１１の底部近傍には原水が導入される導入口１２が設けられており、上部近傍には処理水が排出される排水口１３が設けられている。このろ過槽１１内には、炭素数が１０以上の脂肪酸または炭素数が１４以上のアルコールで構成されたろ材１４が充填されている。ろ過槽１１内には、ろ材１４の排出口１３からの流出を防止する網材で形成されたろ材流出防止用網１５が設けられている。
実施例１の生物ろ過装置において用いたろ材１４としては、１）ステアリン酸、２）セチルアルコール、３）ステアリン酸６５重量％、パルミチン酸３５重量％混合物、または４）ステアリン酸でコーティングしたウレタンスポンジ（ステアリン酸担持率７２重量％）の４種類をそれぞれ１.５ｃｍ角に成形したものを用いた。
【００２１】
ろ材１４としての１）ステアリン酸と２）セチルアルコールは、粉末状の原材料を所望の形状（実施例１においては１.５ｃｍ角の立方体）の金型内に挿入して、加圧する。この加圧状態において、融点以上に昇温して成形する。その後、徐冷して固化し、所望形状のろ材１４を作製した。
また、ろ材１４としての３）ステアリン酸６５重量％、パルミチン酸３５重量％混合物は、予め混合した２つの材料を、８５℃に溶融し、所定比率で混合し、直径０.８ｍｍのノズルから融点以下の雰囲気下に放出（噴霧）し、顆粒状原材料を作製した。このように作製された顆粒状原材料を上記のように加圧、溶融して所望形状のろ材１４を作製した。
ろ材としての４）ウレタンスポンジは、１.５ｃｍ角の立方体のウレタンスポンジに、ステアリン酸を担持率７２重量％となるようコーティングしたものである。
【００２２】
上記各ろ材１４をろ過槽の内部容積に対して体積比４５％充填して、実施例１の生物ろ過装置の脱窒処理を行った。なお、図１に示したろ過槽の内面形状は直径が２２ｃｍ、高さが１.８ｍの円筒状である。
実施例１における脱窒処理において、流入原水は硝酸性窒素５０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン０.８ｍｇ／Ｌ含有の人工廃水を用い、ろ過槽内滞留時間３.５時間となるように流入ポンプを用いて制御した。この脱窒処理の結果を表１に示す。表１は、処理水の硝酸態窒素除去率［％］を１ヶ月経過後、３ヶ月経過後、５ヶ月経過後、１０ヶ月経過後に測定した結果を示す。
【００２３】
【表１】
0003668798.tif 000002
【００２４】
表１に示すように、４種類のいずれのろ材１４とも高い硝酸態窒素除去率を示した。ただし、５ヶ月経過後以降には気泡の発生によるろ材１４と原水との接触時間の減少のため、硝酸態窒素除去率はやや低下した。
上記の脱窒処理において、原水導入の流速は６ヶ月後に約１０％低下した。これは、余剰汚泥の発生によるものである。また、処理水中の有機物濃度は原水に対して３ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題のないレベルであった。ここで、実質的に問題のないレベルとは、原水の有機物濃度に対して約３０ｍｇ／Ｌ以下の上昇を云う。
実施例１の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材１４としてろ過槽１１に一度充填した後は、ろ材１４の交換や再充填を行う必要が無く、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例１の生物ろ過装置は維持管理のコストが安く取り扱いが容易である。また、実施例１の生物ろ過装置は、ろ過槽１１自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積の地上に設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
【００２５】
なお、上記実施例１の生物ろ過装置の構成において、ろ材１４と汚泥とを分離するために水流による逆洗浄手段を設けても良い。図２はその逆洗浄手段を設けた生物ろ過装置の一例を示す断面図である。図２に示すように、この生物ろ過装置は、洗浄水をろ材１４に吹き付ける洗浄ノズル２４がろ過槽１１内に設けられています。なお、ろ材１４等を洗浄する場合、ろ過槽内への原水の導入を中断し、ろ過槽内の処理水を抜いた後に洗浄ノズル２４から上下左右への噴出水流によりろ材１４と汚泥とを物理的に分離させる。図２に示した、逆洗浄手段としての洗浄ノズル２４の構成は、以下に述べる各実施例において適用可能である。
【００２６】
上記実施例１の生物ろ過装置においては、ろ過槽１１の下部の導入口から原水が流入し、上部の排出口から処理水が排水される構成で説明したが、図３に示すように、ろ過槽１１の上部の導入口１２から原水を導入し、ろ過槽１１の下部の排水口１３から処理水を排出する構成でも、上記実施例１と同様の効果を奏する。以下に述べる各実施例においては、ろ過槽内において処理水が上方へ流れる構成で説明するが、本発明の生物ろ過装置としてはろ過槽内の処理水の流れを一方向に限定するものではなく、上下何れの流れの方向でも構成することが可能である。また、図３に示した実施例においては、ろ材１４の比重が１.０を越える構成のものを用いている。この場合、ろ材１４には比重１を越える物質、例えば炭酸カルシウム等の物質を混合してろ材１４の比重を１以上に形成している。このように比重１.０を越えるろ材１４を用いているため、ろ過槽１１の底部近傍にろ材１４の流出を防止する網材で構成されたろ材流出防止網１５が設けられている。
【００２７】
《実施例２》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例２について添付の図４を参照しつつ説明する。図４は実施例２の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。図４において、前述の実施例１の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
図４に示すように、実施例２の生物ろ過装置は、実施例１と同様に、ろ過槽１１の底部近傍に導入口１２が設けられており、上部近傍に排水口１３が設けられている。実施例２のろ過槽１１内には、ろ材１４としてステアリン酸を用い、ろ過槽１１に対する体積比が４０％となるよう充填した。実施例２のろ材１４としてのステアリン酸は、粉末状の原材料を所望の形状（実施例２においては１.５ｃｍ角の立方体）の金型内に挿入して、加圧する。この加圧状態において、融点以上に昇温して成形する。その後、徐冷して固化し、ろ材１４を作製した。
また、実施例２のろ過槽１１内には、ろ材１４が排出口１３から流出することを防止する網材で形成されたろ材流出防止用網１５が設けられている。
図４に示すように、実施例２の生物ろ過装置は、前述の実施例１と同じろ過槽１１内に、直径１６ｃｍの回転羽根１６を上下に２連装着して攪拌可能に構成した。
【００２８】
実施例２における脱窒処理において、流入原水は硝酸性窒素１８ｍｇ／Ｌの地下水に、リン酸態リン０.８ｍｇ／Ｌを添加した人工廃水を用い、ろ過槽内滞留時間３.５時間となるように流入ポンプを用いて制御した。この脱窒処理の結果を表２に示す。表２は、処理水の硝酸態窒素除去率［％］を１ヶ月経過後、３ヶ月経過後、５ヶ月経過後、１０ヶ月経過後に測定した結果を示す。なお、回転羽根１６は１日１回２時間の頻度で１５ｒｐｍの回転速度で回転させて脱窒処理を行った。
【００２９】
【表２】
0003668798.tif 000003
【００３０】
表２に示すように、実施例２の生物ろ過装置は高い硝酸態窒素除去率を示し、長期の運転でも硝酸態窒素除去率の低下や原水の流量低下は見られなかった。表２に示すように、実施例２においては、時間経過するごとに除去率が徐々に高くなった。これは、脱窒菌が徐々に増加し、除去率が向上していくためである。
実施例２の生物ろ過装置においては、余剰汚泥が回転羽根１６の攪拌時に容易にろ材１４から剥離し、ろ過槽１１内の底部に沈降した。
実施例２の生物ろ過装置においては、ろ過槽１１の底部１１Ｂが斜行して形成されており、汚泥排出口１１Ａの開放により沈降した汚泥を容易に排出可能に構成されている。
【００３１】
また、処理水中の有機物濃度は原水に対して２ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題のないレベルであった。ここで、実質的に問題のないレベルとは、原水の有機物濃度に対して約３０ｍｇ／Ｌ以下の上昇を云う。
実施例２の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材１４としてろ過槽１１に一度充填した後は、長期間ろ材の交換や再充填を行わなくても高い窒素除去率を示す生物ろ過装置となる。このため、本発明に係る実施例２の生物ろ過装置は維持コストが低く、管理が容易である。また、実施例２の生物ろ過装置は、ろ過槽１１自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積で設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価にろ過処理を提供することができる。
【００３２】
《実施例３》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例３について添付の図５を参照しつつ説明する。図５は実施例３の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。図５において、前述の実施例１の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
図５に示すように、実施例３の生物ろ過装置は、実施例１と同様に、ろ過槽１１の底部近傍に導入口１２が設けられており、上部近傍に排水口１３が設けられている。実施例３のろ過槽１１内には、ろ材１４としてパルミチン酸を用い、ろ過槽１１に対する体積比が４５％となるよう充填した。実施例３のろ材１４としてのパルミチン酸は、粉末状の原材料を所望の形状（実施例３においては１.５ｃｍ角の立方体）の金型内に挿入して、加圧する。この加圧状態において、融点以上に昇温して成形する。その後、徐冷して固化し、ろ材１４を作製した。
また、実施例３のろ過槽１１内には、ろ材１４が排出口１３から流出することを防止する網材で形成されたろ材流出防止用網１５が設けられている。
図５に示すように、実施例３の生物ろ過装置には、ろ過槽１１内の底部近傍に、空気導入のための散気筒１７が設けられている。このように実施例３の生物ろ過装置においては散気筒１７により空気を間欠導入することにより、脱窒だけでなく硝化を行うことができ、原水内のアンモニア除去が可能となる。
【００３３】
実施例３の生物ろ過装置においては、散気筒１７により、１時間毎に空気導入、非導入のサイクル運転を行い、脱窒処理を行った。実施例３において、散気筒１７による空気導入量は、２５Ｌ／分であり、この空気導入時の溶存酸素濃度は３〜４ｍｇ／Ｌであった。
実施例３における脱窒処理において、流入原水は硝酸性窒素５０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン０.８ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素２０ｍｇ／Ｌ含有の人工廃水を用い、ろ過槽内滞留時間３.５時間となるように流入ポンプを用いて制御した。この脱窒処理の結果を表３に示す。表３は、処理水の除去率［％］を１ヶ月経過後、３ヶ月経過後、５ヶ月経過後、１０ヶ月経過後に測定した結果を示す。除去率［％］としては、硝酸態窒素除去率［％］とアンモニア態窒素除去率［％］とを測定した。
【００３４】
【表３】
0003668798.tif 000004
【００３５】
表３に示すように、実施例３の生物ろ過装置において、硝酸態窒素除去率は従来の装置に比べて高い除去率を示した。従来の生物ろ過装置における硝酸態窒素除去率は約３０％である。
また、実施例３の生物ろ過装置においては、散気筒１７により空気が導入されているため、アンモニア態窒素除去率も約７０〜９０％の数値を示した。また、実施例３においても散気筒１７による空気導入により処理水が攪拌されて、余剰汚泥がろ材１４から剥離し、ろ過槽１１内の底部に沈降した。実施例３の生物ろ過装置においては、ろ過槽１１の底部１１Ｃがろ過槽本体に螺着されて脱着可能に構成されており、底部１１Ｃの取り外しにより沈降した汚泥を容易に排出可能に構成されている。
実施例３の生物ろ過装置においては、長期の運転でも除去率の低下や原水の流量低下は見られなかった。実施例３の生物ろ過装置においては、散気筒１７による空気導入の効果により、処理水の攪拌とともに硝化反応も効率的に生じて、アンモニア態窒素が除去されている。
【００３６】
また、処理水中の有機物濃度は原水に対して３ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題のないレベルであった。
実施例３の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材１４としてろ過槽１１に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要が無く、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例３の生物ろ過装置は維持管理が容易である。また、実施例３の生物ろ過装置は、ろ過槽１１自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積に設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
【００３７】
《実施例４》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例４について添付の図６を参照しつつ説明する。図６は実施例４の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。図６において、前述の実施例１の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
図６に示すように、実施例４の生物ろ過装置は、実施例１と同様に、ろ過槽１１の底部近傍に導入口１２が設けられており、上部近傍に排水口１３が設けられている。実施例４のろ過槽１１内には、ろ材１４としてステアリン酸を８５重量％担持したセルロースを用い、ろ過槽１１に対する体積比が４５％となるよう充填した。
【００３８】
また、実施例４のろ過槽１１内には、ろ材１４が排出口１３から流出することを防止する網材で形成されたろ材流出防止用網１５が設けられている。
図６に示すように、実施例４の生物ろ過装置には、ろ過槽内にピストン１８が設けられている。このピストン１８は、ろ過槽内のろ材１４に対して加圧と圧力解放を繰り返して、脱窒処理において発生した気泡をろ材１４から抜くために用いられる。実施例４において、ピストン１８の移動ストロークは、ろ過槽１１の内部円筒の鉛直方向の高さに対してその１０％以内に設定した。
【００３９】
実施例４における脱窒処理において、流入原水は硝酸性窒素５０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン０.８ｍｇ／Ｌ含有の人工廃水を用い、ろ過槽内滞留時間３.５時間となるように流入ポンプを用いて制御した。また、ピストン１８は、１日に１回１０往復の連続動作を行う頻度でろ材１４に対する加圧と圧力解放の動作を行った。この脱窒処理の結果を表４に示す。表４は、処理水の硝酸態窒素除去率［％］を１ヶ月経過後、３ヶ月経過後、５ヶ月経過後、１０ヶ月経過後に測定した結果を示す。
【００４０】
【表４】
0003668798.tif 000005
【００４１】
表４に示すように、実施例４の生物ろ過装置は高い硝酸態窒素除去率を示した。また、長期の運転でも除去率の低下や原水の流量低下は見られなかった。表４に示すように、実施例４においては、時間経過するごとに除去率が徐々に高くなった。これは、脱窒菌が徐々に増加し、除去率が向上していくためである。
実施例４においては、ピストン１８の駆動によりろ材１４に対する加圧と圧力解放の動作が繰り返され、ろ材１４に対する加圧後の圧力解放が瞬時に起こるよう構成されている。これにより、ろ材１４の余剰汚泥は、極めて容易に且つ効果的にろ材１４から剥離し、ろ過槽１１内の底部に沈降する。
実施例４の生物ろ過装置においては、ろ過槽１１の底部にある蓋１１Ｄがろ過槽本体に対して開閉可能に構成されており、この蓋１１Ｄの開放により沈降した汚泥を容易に排出可能に構成されている。
【００４２】
また、処理水中の有機物濃度は原水に対して１６ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題のないレベルであった。有機物濃度が実質的に問題のないレベルとは、３０ｍｇ／Ｌ以下のことであり、再度曝気処理等の簡単な処理で有機物を除去できるレベルである。実施例４においては、ろ材１４においてセルロースを用いているため、有機物濃度にはセルロースから出る有機物が加算されるため前述の実施例より高い値となる。
実施例４の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材１４としてろ過槽１１に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要が無く、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例４の生物ろ過装置は維持管理が容易である。また、実施例４の生物ろ過装置は、ろ過槽１１自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積で設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
【００４３】
《実施例５》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例５について添付の図７を参照しつつ説明する。図７は実施例５の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。図７において、前述の実施例１の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
図７に示すように、実施例５の生物ろ過装置は、実施例１と同様に、ろ過槽１１の底部近傍に導入口１２が設けられており、上部近傍に排水口１３が設けられている。また、実施例５のろ過槽１１内には、ろ材１４が排出口１３から流出することを防止する網材で形成されたろ材流出防止用網１５と、ろ過槽１１の底部近傍にろ材堰き止め用網２１が設けられている。
実施例５のろ過槽１１内には、ろ材１４としてステアリン酸を８５重量％担持したセルロースを用い、ろ過槽１１に対する体積比が４０％となるよう充填した。
【００４４】
実施例５の生物ろ過装置は、実施例４と同じようにろ過槽内に攪拌手段であるピストンを設けた構造である。図７に示すように、実施例５の生物ろ過装置は、ろ過槽１１を縦に２分割する仕切り板２０が設けられている。この仕切り板２０はろ過槽１１の中間部分に配設されており、ろ過槽１１内部を２層に仕切っている。このように仕切られた各槽内にろ材１４を加圧するためのピストン１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ設けられている。ピストン１９Ａ，１９Ｂの加圧部分の形状は、ろ過槽１１の内面形状に沿って形成されている。実施例５においては、ろ過槽１１の底部近傍にろ材堰き止め用網２１が設けられているため、ピストン１９Ａ，１９Ｂによるろ材１４の加圧時の圧縮が確実に行われる。ピストン１９Ａ，１９Ｂは、交互に駆動されて、ろ過槽内のろ材１４を加圧し、脱窒処理において発生した気泡をろ材１４から抜くために用いられる。実施例５において、各ピストン１９Ａ，１９Ｂの移動ストロークは、ろ過槽１１の内部円筒の鉛直方向の高さに対して１０％以内に設定されている。
【００４５】
実施例５における脱窒処理において、流入原水は硝酸性窒素５０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン０.８ｍｇ／Ｌ含有の人工廃水を用い、ろ過槽内滞留時間３.５時間となるように流入ポンプを用いて制御した。また、ピストン１９Ａ，１９Ｂは、１日に１回１０往復の連続動作を行う頻度で、ろ材１４に対する加圧と圧力解放の動作を交互に行った。この脱窒処理の結果を表５に示す。表５は、処理水の硝酸態窒素除去率［％］を１ヶ月経過後、３ヶ月経過後、５ヶ月経過後、１０ヶ月経過後に測定した結果を示す。
【００４６】
【表５】
0003668798.tif 000006
【００４７】
表５に示すように、実施例５の生物ろ過装置は１０ヶ月経過後においても高い硝酸態窒素除去率を示した。また、長期の運転でも除去率の低下や原水の流量低下は見られなかった
実施例５においては、ピストン１９Ａ，１９Ｂの駆動によるろ材１４に対する加圧と圧力解放の動作が繰り返され、ろ材１４に対する加圧後の圧力解放が瞬時に起こるよう構成されている。これにより、ろ材１４の余剰汚泥は、確実に且つ効果的にろ材１４から剥離し、ろ過槽１１内の底部に沈降する。このようにろ過槽１１内の底部に沈降した余剰汚泥は、容易に除去可能となる。なお、実施例５の生物ろ過装置において、ろ過槽底部に沈降した余剰汚泥は、前述の実施例２，３又は４において説明した排出方法により排出される。
【００４８】
また、処理水中の有機物濃度は原水に対して１３ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題のないレベルであった。
実施例５の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材１４としてろ過槽１１に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要が無く、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例５の生物ろ過装置は維持管理が容易である。また、実施例５の生物ろ過装置は、ろ過槽１１自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積で設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
【００４９】
《実施例６》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例６について添付の図８を参照しつつ説明する。図８は実施例６の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。図８において、前述の実施例１の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
図８に示すように、実施例６の生物ろ過装置は、実施例１と同様に、ろ過槽１１の底部近傍に導入口１２が設けられており、上部近傍に排水口１３が設けられている。また、実施例６のろ過槽１１内には、ろ材１４が排出口１３から流出することを防止する網材で形成されたろ材流出防止用網１５が設けられている。
実施例６のろ過槽１１内には、ろ材１４としてステアリン酸を用い、ろ過槽１１に対する体積比が４０％となるよう充填した。
【００５０】
実施例６の生物ろ過装置においては、処理水を排水口１３から導入口１２へ流す管路２２を設け、ポンプ２３により処理水の一部を原水側へ循環させる構成とした。実施例６においては、排水口１３からの排出量の９０％を循環させる運転を行った。
実施例６における脱窒処理において、流入原水は硝酸性窒素５０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン０.８ｍｇ／Ｌ含有の人工廃水を用い、ろ過槽内滞留時間３.５時間（循環動作を行わない状態において）となるように流入ポンプを用いて制御した。この脱窒処理の結果を表６に示す。表６は、処理水の硝酸態窒素除去率［％］を１ヶ月経過後、３ヶ月経過後、５ヶ月経過後、１０ヶ月経過後に測定した結果を示す。
【００５１】
【表６】
0003668798.tif 000007
【００５２】
表６に示すように、実施例６の生物ろ過装置は、前述の実施例１の生物ろ過装置より高い硝酸態窒素除去率を示した。実施例６においては、実施例１と同様に５ヶ月後には気泡の発生によるろ材１４と原水との接触時間の減少のため、硝酸態窒素除去率はやや低下した。また、実施例６においては、余剰汚泥の発生により、原水導入の流速が６ヶ月後に約８％低下した。
【００５３】
実施例６において、処理水中の有機物濃度は原水に対して７ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題のないレベルであった。
なお、実施例６における循環動作は、連続的に行ったが、タイマー等を用いて間欠運転することも可能である。例えば、原水の流入量や濃度が変動する場合において、流入負荷が高い時は循環動作を行い、流入負荷が低い時は循環動作を行わないよう構成することにより、処理水の除去率を常に高い値とすることが可能となる。
実施例６の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材１４としてろ過槽１１に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要が無く、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例６の生物ろ過装置は維持管理が容易である。また、実施例６の生物ろ過装置は、ろ過槽１１自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積で設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
【００５４】
《実施例７》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例７について説明する。実施例７の生物ろ過装置は、前述の実施例６で説明した循環機構のある生物ろ過装置に、実施例２において説明した回転羽根１６（図４）を設けた装置である。実施例７において、前述の実施例２及び６の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
実施例７の生物ろ過装置にいては、処理水を原水側へポンプで循環させる配管が設けられており、排水口１３からの排出量の９０％を循環させる運転を行った。実施例７においては、実施例２と同じくろ過槽内に直径１６ｃｍの回転羽根１６を２連装着した構成である。この回転羽根１６は、１日１回２時間の頻度で１５ｒｐｍの回転速度で回転させて、生物ろ過装置の脱窒処理を行った。
【００５５】
実施例７における脱窒処理において、流入原水は硝酸性窒素５０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン０.８ｍｇ／Ｌ含有の人工廃水を用い、ろ過槽内滞留時間３.５時間（循環動作を行わない状態において）となるように流入ポンプを用いて制御した。
上記のように実施例７の生物ろ過装置により脱窒処理を行った結果、前述の実施例１及び実施例２の生物ろ過装置よりさらに高い硝酸態窒素除去率を示し、長期の運転でも除去率の低下や原水の流量低下は見られなかった。
実施例７の生物ろ過装置においては、余剰汚泥が回転羽根１６の攪拌時に容易にろ材１４から剥離し、ろ過槽１１内の底部に沈降したため、容易に除去可能であった。
【００５６】
また、処理水中の有機物濃度は原水に対して３ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題のないレベルであった。
実施例７の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材としてろ過槽に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要が無く、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例７の生物ろ過装置は維持管理が容易である。また、実施例７の生物ろ過装置は、ろ過槽自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積の地上に設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
【００５７】
《実施例８》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例８について説明する。実施例８の生物ろ過装置は、前述の実施例１の生物ろ過装置における導入口と排出口とを逆転させて設けた構成である。実施例８において、前述の図１に示した実施例１の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
実施例８の生物ろ過装置においては、原水がろ過槽１１の上方に設けた導入口から流入し、ろ材１４に接触した後、ろ過槽１１の下方に設けた排出口から排出する構成である。即ち、実施例８においては、ろ過槽１１内において下方流による脱窒処理の運転を行った。
【００５８】
上記のように構成された実施例８の生物ろ過装置において脱窒処理を行った結果、実施例１の生物ろ過装置に比べて約８％の硝酸態窒素除去率の低下が見られたが、それでも従来の装置に比べて高い除去率を示した。また、処理水中の有機物濃度は原水に対して３ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題ないレベルであった。
実施例８の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材としてろ過槽に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要がなく、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例８の生物ろ過装置は維持管理が容易である。また、実施例８の生物ろ過装置は、ろ過槽自体が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積の地上に設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
【００５９】
《実施例９》
次に、本発明に係る生物ろ過装置の実施例９について説明する。実施例９の生物ろ過装置は、前述の実施例１の生物ろ過装置に２種類のろ材を設けたものである。実施例９において、前述の図１に示した実施例１の生物ろ過装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
実施例９の生物ろ過装置においては、図１に示した実施例１のろ過槽１１内部に、水素共与体としてのステアリン酸を用いたろ材を体積比２２％で充填し、水素供与に寄与しないポリプロピレン製のろ材を体積比２５％で充填した。
【００６０】
実施例９のろ材１４としてのステアリン酸は、粉末状の原材料を所望の形状（実施例９においては１.５ｃｍ角の立方体）の金型内に挿入して、加圧する。この加圧状態において、融点以上に昇温して成形する。その後、徐冷して固化し、ろ材１４を作製した。また、実施例９のポリプロピレン製のろ材は、外形５ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ１０ｍｍの短い筒形状に形成されている。上記のように形成されたステアリン酸とポリプロピレンのろ材がろ過槽１１内に投入されて、実施例９における脱窒処理が行われた。
上記のように構成された実施例９の生物ろ過装置において脱窒処理を行った結果、実施例１の生物ろ過装置とほぼ同等の硝酸態窒素除去率を示した。また、処理水中の有機物濃度は原水に対して３ｍｇ／Ｌの上昇に止まり、実質的に問題ないレベルであった。
【００６１】
実施例９の生物ろ過装置おいては、上記のような特定の水素共与体をろ材としてろ過槽に一度充填した後は、ろ材の交換や再充填を行う必要が無く、実質的にメンテナンスフリーである。このため、本発明に係る実施例９の生物ろ過装置は維持管理が容易である。また、実施例９の生物ろ過装置は、ろ過槽が小型であり、ポンプなどの電装品を含めても小さな設置面積の地上に設置可能であるため、据え付け費用が安く、安価に生物ろ過処理を提供することができる。
なお、実施例９の生物ろ過装置は、水素供与に寄与しないろ材を固定床とし、水素共与体を追加添加することが可能な構成となる。
【００６２】
なお、上記の各実施例においてはろ材の比重が１.０以下の構成のもので説明したが、ろ材の比重１.０を越える構成のものでも上記各実施例と同様の効果を奏する。この場合、ろ材には比重１を越える物質、例えば炭酸カルシウム等の物質を混合してろ材の比重を１以上に形成して用いる。但し、比重１.０を越えるろ材を用いる場合には、ろ過槽の底部近傍にろ材の流出を防止する網材で構成されたろ材流出防止網を設ける必要がある。
なお、上記の各実施例においてはろ過槽１１の形状を円筒形のもので説明したが、本発明はこのような形状に限定されるものではなく、本発明のろ過槽としては導入口からの原水がろ材に接触して排出口から排出される構造であれば、上記各実施例と同様の効果を奏し、本発明に含まれる。
【００６３】
また、上記実施例においては特に示さなかったが、一般的なろ過装置の運転に用いられる手法や構成などは、本発明の趣旨を損なわない範囲で任意になし得ることは、本発明の主眼が特定のろ材を一定空間内に充填し、そこに原水を通過させれば足ることを考えると、容易に理解できる。一般的なろ過装置の運転に用いられる手法や構成としては、例えば原水の前処理、ろ材の容積率、循環水の水量（循環率）の変更、運転開始時の微生物の接種などがあげられる。
また、主に微生物活性などを高める目的で添加する、他の添加剤の利用は本発明の趣旨を損なわない範囲で任意になしうることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る生物ろ過装置は、取り扱いの容易な水素供与体を初期時に投入するだけで高い窒素除去率を示し廃水処理等の分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る実施例１の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施例１における他の例としての生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る実施例１における他の例としての生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る実施例２の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係る実施例３の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係る実施例４の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明に係る実施例５の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係る実施例６の生物ろ過装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１    ろ過槽
１２    導入口
１３    排水口
１４    ろ材
１５    ろ材流出防止用網
１６    回転羽根
１７    散気筒
１８    ピストン負荷
１９Ａ  ピストン
１９Ｂ  ピストン
２０    仕切り板
２１    ろ材堰き止め用網
２２    管路
【図１】
0003668798.tif 000008
【図２】
0003668798.tif 000009
【図３】
0003668798.tif 000010
【図４】
0003668798.tif 000011
【図５】
0003668798.tif 000012
【図６】
0003668798.tif 000013
【図７】
0003668798.tif 000014
【図８】
0003668798.tif 000015