(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上性濾材を充填して形成した脱窒濾過層に排水を上向流に通水して生物的に脱窒し、通水の継続により脱窒濾過層が目詰まりしたときに該濾過層の逆洗を行なう生物濾過式窒素除去方法において、
該逆洗として、捕捉懸濁物の大部分を排出する強逆洗と、それよりも弱い逆洗を施す弱逆洗とを、強逆洗の間に３回以上の弱逆洗を行なうように実施することを特徴とする生物濾過式窒素除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水等の不溶性の有機物を含む排水の窒素除去を行なう生物濾過式窒素除去方法に係り、特に逆洗方法を改良した生物濾過式窒素除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水中の窒素を除去する方法では、微生物による硝化・脱窒反応を利用した方式が多くの実績を持つ。中でも小さな敷地面積で効率よく窒素を除去する方法として、近年、生物濾過法が注目されている。その一つにポリプロピレンやウレタン樹脂等を発泡させた比重が極めて小さい浮上性の濾材で濾過槽内に脱窒濾層を形成し、この濾層に上向流で原水を通水して、生物濾過し、脱窒を行なう方法がある。
【０００３】
この浮上性濾材は、発泡成形されているので小粒径であり、表面積が広いため、生物濾過の場合、濾材に付着する生物膜の保持量は極めて大であり、その結果、高負荷運転が可能となり、高度の処理水を得ることができる。また、濾材表面に脱窒菌を付着させているため処理水の固液分離に沈殿池を必要とせず、小さな敷地面積内に設置することができる。
【０００４】
この生物濾過法では、濾過時間の経過と共にＳＳの捕捉と余剰汚泥の発生により濾過層が閉塞してくるため、定期的に洗浄が必要である。洗浄においては捕捉ＳＳと余剰汚泥を確実に排出し、差圧を低減することが必要である。
【０００５】
洗浄が不十分になると、濾材間にスライム状に微生物が付着し濾材を固着させて通水を妨げる恐れがあるため、浮上性濾材を用いた上向流式脱窒方法では、以下のようなＳＳを十分に排出できる逆洗方法が一般的である。
【０００６】
即ち、まず濾過層下部の排水管から水を抜き、上部から水を供給して（例、流速：３０〜６０ｍ／ｈ）水逆洗を行ない、次いで濾過層下部から空気を供給して（流速１０〜２０ｍ／ｈ）空気逆洗を行なう、水逆洗、空気逆洗を数回繰り返し、最後に濾過層を水でリンスすることにより、濾過層に捕捉されたＳＳをほぼ完全に濾過層から除去する。
【０００７】
このような逆洗において、水逆洗時に濾過層の展開率を５〜２５％とし、逆洗水（排出水）のＳＳ濃度変化がピークを超え、ピーク時の０〜２０％になるまで洗浄する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の濾過層の洗浄方法では、濾過層に捕捉されたＳＳを大量に排出するので、逆洗後に脱窒反応に必要なＢＯＤの不足を生じる問題がある。生物濾過法では微生物量を高濃度に維持できるため高負荷運転が可能であるが、その反面、滞留時間が短くなるため、可溶化に時間のかかる不溶性有機物質の利用が困難で脱窒のためのＢＯＤが不足し易い。濾過層内の捕捉ＳＳ量が増えるに従って不溶性有機物質の可溶化が促進され、不足ＢＯＤを補うようになるが、逆洗を行なうと捕捉ＳＳが流出してしまうためＢＯＤ不足を生じる。
【０００９】
また、逆洗水量が多く、原水量に対して３０％を上回る場合があり、固液分離設備が大型化する問題がある。
【００１０】
本発明は、逆洗を行なっても脱窒のためのＢＯＤが不足せず、十分に脱窒反応を行なわせることができ、しかも逆洗水量も少なくて済む生物濾過式窒素除去方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物濾過式窒素除去方法は、浮上性濾材を充填して形成した脱窒濾過層に排水を上向流に通水して生物的に脱窒し、通水の継続により脱窒濾過層が目詰まりしたときに該濾過層の逆洗を行なう生物濾過式窒素除去方法において、該逆洗として、捕捉懸濁物の大部分を排出する強逆洗と、それよりも弱い逆洗を施す弱逆洗とを、強逆洗の間に３回以上の弱逆洗を行なうように実施することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明において、脱窒濾過層に付着した大部分の懸濁物（ＳＳ）を除去する逆洗が強逆洗であり、懸濁物の一部を除去する洗浄が弱逆洗である。弱逆洗においては、新たに捕捉したＳＳの２０〜９０％相当量を排出する。
【００１３】
かかる本発明では、ＳＳの排出量が少なく、差圧の低減効果の大きい弱逆洗を強逆洗の間に行なうことで、濾過層内の平均ＳＳ保持量を高く維持し、不溶性有機物の可溶化を促進してＢＯＤの不足を補うことができる。
【００１４】
本発明では、強逆洗２回の間に弱逆洗を３回以上、例えば３〜３０回行なう。このように弱逆洗を行なうことにより、逆洗水量も少なくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明方法が適用される硝化脱窒装置の一例を示す概略的な縦断面図であり、槽体１の上部に透水性支持部材２が水平に設置され、その下側に浮上性濾材層３が設けられている。浮上性濾材層３の高さ方向の途中に散気管４が設けられ、それよりも上側が好気的な硝化部５とされ、下側が嫌気的な脱窒部６とされている。硝化液の一部は配管７によって脱窒部６へ循環される。８は逆洗排水管、９は弁、１０は凝集剤添加手段を示す。
【００１６】
浮上性濾材としては、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレンやウレタン樹脂等を直径１〜１０ｍｍの球体や不定形状に発泡成形した、比重が水より小さい、好ましくは０．１以下の濾材が用いられる。
【００１７】
このような浮上性濾材を生物反応槽に充填し、適当な位置に配置される透水性の濾材支持部材２によって上向流通水された際に、支持部材下方に浮上性濾材層よりなる生物濾過層が形成される。
【００１８】
本発明は、この生物濾過層を脱窒菌が付着した脱窒濾過層として使用する場合に適用されるものであり、この浮上性濾材層が脱窒層のみからなる場合にも適用でき、また、図１のように脱窒部６の上側に硝化部５を形成した場合にも適用される。
【００１９】
本発明における強逆洗は、捕捉ＳＳ中の微生物がスライム状に濾材を固着させることを防ぐために定期的に行なわれる。
【００２０】
強逆洗は、通常の生物濾過で使用される逆洗方法を使用することができ、濾過層に捕捉された懸濁物の大部分を除去できるものであれば良い。例えば、前述したように水逆洗（例、２分間）と空気逆洗（例、２分間）の組み合わせを数回（例、３回）とリンス（例、５分）を行なう方法、水逆洗のみを多量の水で行なう方法、脈動流を与える水逆洗方法等が使用できる。
【００２１】
なお、この水逆洗は、通水を停止し、濾過層下方の逆洗排水管８に設けた弁を開として、濾過層内の水を排出すると共に濾材支持部材上の処理水を支持部材を通して供給することにより行なわれる。
【００２２】
例えば、流速３０〜６０ｍ／ｈで供給すると、濾過層は下方に向かって１０５〜１２５％展開する（展開率５〜２５％）。濾過層の展開により濾過層が緩み、また、水の流れによる濾材の流動、衝突により、捕捉されたＳＳは剥離され、水と共に排出される。
【００２３】
空気逆洗するには、逆洗水の供給を停止して濾過層の下方から散気する。これにより、気泡流によって激しく濾材が流動、衝突を繰り返し、濾材に強く付着していたＳＳも剥離される。
【００２４】
このような強逆洗によって、濾過層に捕捉された大部分のＳＳを除去するが、予め定めた逆洗工程を一通り行なうことにより終了とする。
【００２５】
弱逆洗は、強逆洗を１回行なった後、３〜３０回、特に好ましくは３〜１０回行なう。弱逆洗の実施時期は所定の濾過差圧に達したときに行なっても良いし、所定時間毎に行なっても良い。
【００２６】
弱逆洗は、濾過層に新たに捕捉されたＳＳの２０〜９０％相当量を除去し、残りを濾過層内に残留する方法なら任意の方法で良い。例えば、逆洗水を濾過層上部から供給して下部から排出する水逆洗を１回のみ行なう。弱逆洗は予め設定した洗浄水量を供給するか、予め設定した時間水を供給することにより行なう。例えば、流速３０〜６０ｍ／ｈで、１〜６分間、好ましくは１〜３分間水を供給することにより行なう。
【００２７】
また、逆洗排水中のＳＳ量を測定し、所定ＳＳ濃度になったときに弱逆洗を終了しても良い。
【００２８】
例えば、洗浄時の濾過層の展開率が５〜２５％となる逆洗流速において、逆洗水ＳＳ濃度変化がピークに達する前の所定濃度で終了すると、濾過差圧が著しく減少するにもかかわらずＳＳ分が多量に残留するので好ましい。
【００２９】
弱逆洗により、ＳＳの捕捉量を多く保ち、かつ差圧を低減できる理由は以下である。強逆洗後ＳＳの捕捉により差圧が上昇したときのＳＳ捕捉量の分布は図３のように濾過層入口付近に集中している。弱逆洗ではこの入口付近のＳＳの一部を排出させるとともに、濾過層の内部に分散させる効果がある。弱逆洗時には、濾材が一度展開するため、濾材を離れたＳＳが濾過層内で一部混合される。従って、逆洗排水ＳＳ濃度がピークに達する前に洗浄を停止すると、一度濾材から離れたＳＳが通水の再開とともに濾過槽上部へ移動して捕捉される。排出されるＳＳが少量でも、入口付近に集中していたＳＳが上層へ分散されることにより差圧は大きく低下する。
【００３０】
また、弱逆洗の継続により、捕捉ＳＳの分布が次第に上層へ広がってゆくため、層全体のＳＳ保持量が次第に増加してゆく。効果は継続回数の増加とともに向上し、弱逆洗一回の排出量を新たに捕捉したＳＳの５０％とすると、３回の継続で平均ＳＳ保持量は従来法（強逆洗のみを行なう）の３０％以上向上する。
【００３１】
図２に展開率５〜２５％となる逆洗流速における逆洗水量と逆洗水ＳＳ濃度、洗浄後の差圧の関係の例を示す。逆洗開始後逆洗水ＳＳ濃度は次第に増加し、濾過層容積の０．５〜１．５倍量でピークに達する。その後次第に濃度は低下し、２〜４倍量で逆洗用水と同等となる。一方、差圧の回復率は０〜０．２倍量で急激に上昇し、その後の変化は小さい。これは差圧の上昇に対して、逆洗初期に排出される濾過層入口付近のＳＳの影響が大きいことを示している。
【００３２】
これらの関係からＳＳの流出が少なく差圧低減効果の大きい弱逆洗方法の条件は、逆洗初期より逆洗水ＳＳ濃度がピークまでの範囲、好ましくはピーク前の１０〜９０％程度の濃度の時に洗浄を中断することとなる。濾過層上部に分散、捕捉されたＳＳは、逆洗初期には排出されないため、ピーク以前で洗浄を中断すれば排出されるＳＳは新たに捕捉されたＳＳが主で、排水濃度も比較的安定している。従って、洗浄を中断する方法は、逆洗水のＳＳ濃度を連続的に測定して洗浄水量を制御する方法でも良いが、予め逆洗時間と逆洗水ＳＳ濃度の概略の関係を求めて、洗浄時間又は洗浄水量を設定する方法が平易である。
【００３３】
排出するＳＳ量は新たに捕捉したＳＳの２０〜９０％相当量が好ましい。２０％未満では濾過層入口付近のＳＳが除去されないため、洗浄後の差圧の上昇が極端に早くなり、弱逆洗を続けた運転ができなくなる。従って、すぐに強逆洗を行わねばならず、結局平均保持ＳＳ量が従来法と変わらない。９０％超では捕捉ＳＳ量の増加が小さく、従来法との差は小さい。
【００３４】
弱逆洗は、濾過層入口付近のＳＳを排出することで差圧低減効果が大きいが、層内部にＳＳを多く残すため、繰り返す毎に濾過継続時間が短かくなる。また、捕捉ＳＳがスライム化し易く、逆洗間隔が長くなりすぎると、ＳＳが強く付着して、通常の逆洗でも剥離しにくくなるので、３〜１０回程度で強逆洗を行なうのが好適である。
【００３５】
強逆洗後はＳＳの流出によりＢＯＤ不足を生じるが、弱逆洗の実施によりＢＯＤが補われ脱窒率の高い時間が延長されるため、平均値で従来法（強逆洗のみを行なう。）より脱窒率が向上する。また、水量の少ない弱逆洗の併用により逆洗水量が低減される。
【００３６】
排水中に窒素と共にリンが含まれているときは、生物濾過層に通水して脱窒を行なう際に、流入排水に無機凝集剤を添加するのが好ましい。
【００３７】
無機凝集剤の添加によりリンを不溶化し、生物濾過層で除去でき、窒素、リンを同時に除去できる。ただし、凝集剤の添加によりＳＳ分が増加する。（従って、従来の逆洗方法を採用すると逆洗回数が増加することになる。本発明方法によると、次の通り、弱逆洗により凝集フロックを比較的容易に除去できる。）
生物濾過層内の濾材の固着は、主に微生物の粘質物によるものと考えられる。無機凝集剤の添加により、原水中のＳＳは水酸化物フロックを介在した凝集フロックとなって濾過層内に捕捉され、水酸化アルミニウム等の水酸化物の介在により粘質物による結合が弱まり、固着しにくくなる。そのため、脱窒率の高い弱逆洗の継続時間を延長することが可能で平均脱窒率が向上する。無機凝集剤を添加する場合は、５〜３０回程度の弱逆洗の継続が可能である。
【００３８】
無機凝集剤としては、公知のものが使用でき、例えば、アルミニウム塩、鉄塩、カルシウム化合物等が使用できる。添加量は特に制限はないが、０．１〜５ｍｇ／Ｌ（リットル）あるいはリン濃度を目安にして設定すれば良い。
【００３９】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す硝化脱窒装置の容量等を次の通りとし、都市下水処理場の初沈越流水の処理を行なった。（なお、凝集剤は添加せず。）
浮上性濾材：直径３．５ｍｍのポリプロピレン
脱窒部容積：５００Ｌ（リットル）
硝化部容積：１０００Ｌ
原水通水量：８Ｌ／ｍｉｎ
循環比：３
逆洗は、濾過差圧が２ｍ−Ｈ2 Ｏに達する度に行なった。強逆洗と弱逆洗との組み合わせは、強逆洗１回の後に弱逆洗を５回行なうようにした。強逆洗はＬＶ５０ｍ／Ｈの水逆洗を１０分間行なうものとし、弱逆洗は同流速の水逆洗を２分間だけ行なうものとした。
【００４０】
その結果、表１に示す水質の処理水が得られた。なお、逆洗水比率を表２に示す。
【００４１】
（比較例１）
弱逆洗の代わりに強逆洗のみを行なうようにした他は実施例１と同様にして同一の排水の処理を行なった。処理水水質を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0003666065.tif 000002
【００４３】
【表２】
0003666065.tif 000003
【００４４】
（実施例２）
原水に凝集剤として硫酸バンドを８ｍｇ−Ａｌ／Ｌ添加し、且つ弱逆洗の回数を強逆洗１回に対して１０回とした他は実施例１と同様にして同一の排水の処理を行なった。結果を表１，２に示す。
【００４５】
（比較例２）
原水に凝集剤として硫酸バンドを８ｍｇ−Ａｌ／Ｌ添加した他は比較例１と同様にして同一の排水の処理を行なった。結果を表１，２に示す。
【００４６】
表１より明らかな通り、本発明方法によると、窒素除去法（実施例１）、窒素・リン除去法（実施例２）のいずれにおいても従来法（比較例１又は２）より脱窒率が向上し、ＮＯ3 −Ｎ濃度が低下した。また、表２の通り、本発明によると逆洗水比率も低減し、特に実施例２の低減効果が大きい。
【００４７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の生物濾過式窒素除去方法によると、逆洗後においても脱窒に必要なＢＯＤが濾材層中に十分に存在するようになり、排水を十分に脱窒処理することが可能となる。また、この逆洗として洗浄水量の少ない弱逆洗を強逆洗の間に施すようにしているため、洗浄水量も少なくて足りるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例方法に用いられる硝化脱窒装置の構成図である。
【図２】運転データを示すグラフである。
【図３】捕捉ＳＳ量の分布例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  槽体
３  浮上性濾材層
４  散気管
５  硝化部
６  脱窒部
【図１】
0003666065.tif 000004
【図２】
0003666065.tif 000005
【図３】
0003666065.tif 000006