(57)【要約】【課題】担体に固定された微生物と被処理液とを接触反応させて被処理液の処理を行う廃水処理装置において、担体に固定される生物膜の肥大化を抑制する。【解決手段】廃水処理装置１の反応槽２に、微生物固定化材３と散気装置４を設ける。微生物固定化材３は、微生物が固定される微生物形成部３ｂ面と微生物が固定されていない固定部３ａ面とを有する。微生物固定化材３は、微生物膜形成部３ｂが向かい合うように離間して設けられる。散気装置４は、微生物固定化材３の下方に設けられる。散気装置４の曝気により反応槽２内に形成される上昇流を微生物膜形成部３ｂ，３ｂ面間に流通させ、この上昇流によって反応槽２内に形成される下降流を固定部３ｂ面と反応槽２の壁面との間に流通させる。【選択図】図１
2014065013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液が供給される反応槽と、
前記反応槽の被処理液に浸漬して設けられ、当該被処理液の処理に供される微生物が固定される微生物膜形成部を有する微生物固定化材と、
前記微生物膜形成部に掃流を供給する掃流供給手段と、
を有し、
前記掃流供給手段は、前記微生物膜形成部面を有する流路に掃流を供給して前記被処理液を前記微生物膜形成部に固定された微生物と接触させ、
前記掃流によって形成され、前記掃流と逆向きに前記反応槽内を流通する還流が流通する流路を形成する前記微生物固定化材面の少なくとも１面には微生物膜形成部を設けない
ことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
前記微生物膜形成部に、嫌気性アンモニア酸化細菌を固定し、さらに嫌気性アンモニア酸化細菌上に好気性アンモニア酸化細菌を固定する
ことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記掃流供給手段は、散気装置である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記掃流供給手段は、水流発生手段である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記掃流供給手段と前記微生物固定化材との間に分散部材を設け、
前記分散部材により前記掃流を前記微生物膜形成部に誘導する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記微生物固定化材を、前記上昇流が流通する流路幅が変更できるように移動可能に設ける
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、担体に固定された微生物を利用する廃水処理技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、アンモニア性窒素を含有する廃液の処理方法として、廃液中のアンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により部分的に亜硝酸化し、生成された亜硝酸性窒素と廃液中のアンモニア性窒素を利用する嫌気性アンモニア酸化反応により窒素ガスを生成し、廃液の脱窒を行う処理方法の研究開発が行われている。
【０００３】
この技術は、硝化反応の際、アンモニア性窒素から亜硝酸性窒素へと部分的に酸化を行うことで、硝化に要する曝気量を削減できる。さらに、この反応に関わる微生物が独立栄養性の細菌であるので水素供与体である有機物の添加を必要とせず、発生汚泥量が従来と比較して大幅に減少するといった特徴を有する。
【０００４】
嫌気性アンモニア酸化反応を廃水の窒素除去反応に利用するには、（１）式で示される亜硝酸化反応を行う必要がある。この反応は、例えば、好気性の独立栄養性アンモニア酸化細菌（ＡＯＢ：Ammonium Oxidation Bacteria）によって行われ、廃水中に存在するアンモニウムイオン（ＮＨ4+）の半量が亜硝酸イオン（ＮＯ2-）に酸化される。
ＮＨ4+  ＋  １．５Ｏ2  →  ＮＯ2-  ＋  Ｈ2Ｏ  ＋  ２Ｈ+      …（１）
次に、（２）式に示すように、嫌気条件下で一般的に嫌気性アンモニア酸化細菌と呼ばれる独立栄養性脱窒細菌が、廃水中に残存するＮＨ4+と亜硝酸化反応（（１）式）で生成されたＮＯ2-から窒素ガス（Ｎ2）を生成する嫌気性アンモニア酸化反応を行う。
ＮＨ4+  ＋  ＮＯ2-  →  Ｎ2  ＋  ２Ｈ2Ｏ      …（２）
このように、亜硝酸化反応及び嫌気性アンモニア酸化反応を組み合わせた硝化・脱窒プロセスによって、廃水中のＮＨ4+が最終的にＮ2として除去される。
【０００５】
嫌気性アンモニア酸化反応を利用した窒素除去技術は、いくつかの方法が提案されており、亜硝酸化反応と嫌気性アンモニア酸化反応を個別の反応槽で行う２槽型と、亜硝酸化反応と嫌気性アンモニア酸化反応を１つの反応槽で行う１槽型とに分類される。
【０００６】
例えば、非特許文献１に、生物膜を担体に固定した固定床型の部分亜硝酸化槽ならびに嫌気性アンモニア酸化槽とを有する２槽型の嫌気性アンモニア酸化プロセスが記載されている。固定床型の部分亜硝酸化槽では、下水処理場の嫌気性消化汚泥脱水ろ液を原水として部分亜硝酸化処理が行われている。そして、原水の浮遊物質（ＳＳ：Suspended Solid）濃度が高いときには凝集沈殿処理を行うことで、約７ケ月間にわたり、硝酸イオン（ＮＯ3-）の生成をほぼ抑制して安定した固定床型の部分亜硝酸化槽の運転を行っている。
【０００７】
一方、１槽型による嫌気性アンモニア酸化プロセスは、処理方式により連続型と回分型（ＳＢＲ：Sequencing Batch Reactor）とに分類され、被処理液の処理に供される各細菌の特徴を考慮した方法が用いられる。
【０００８】
連続型による処理方式例として、付着固定化法リアクタの付着汚泥の表層部にアンモニア酸化細菌を集積し、その内部に嫌気性アンモニア酸化細菌を集積させて被処理液中のＮＨ4+をＮ2として除去するＳＮＡＰ法（Single stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation）がある（例えば、特許文献１）。
【０００９】
また、回分型による処理方式例として、反応槽に酸素を制限的に供給することで、流入水中のＮＨ4+の半量をアンモニア酸化細菌の働きでＮＯ2-に変換後、嫌気性アンモニア酸化細菌によりＮＨ4+の除去を行うＣａｎｏｎ（Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite）法と呼ばれる方法がある（例えば、特許文献２）。
【００１０】
硝化反応を行うアンモニア酸化細菌群は増殖速度が他の従属栄養細菌に比べて遅く、その対策として汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を大きくとる必要があるが、アンモニア酸化細菌を担体に固定化することでＳＲＴの問題を考慮する必要がなくなる。アンモニア酸化細菌群と同様に、嫌気性アンモニア酸化細菌も増殖速度が遅いため、固定化材料に固定して用いられる（例えば、特許文献３）。また、嫌気性アンモニア酸化細菌は溶存酸素により阻害を受けやすいので、嫌気性アンモニア酸化菌を生物膜内部に固定化するとともに、表面に硝化反応（酸素を消費する）を行うアンモニア酸化細菌を付着させた２層構造の生物膜が固定された担体を用いた廃水処理が行われている（例えば、特許文献１，２）。
【００１１】
このように、微生物を微生物固定化材に固定し、それを反応槽内に設置して廃水処理を行うと、浮遊状態の微生物や微生物を固定化した浮遊担体などの流出を防止するスクリーンが不要となり、廃水処理装置の維持管理が容易になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９５２８９号
【特許文献２】特開２００９−１６６０４４号公報
【特許文献３】特開２００６−７８５号公報
【特許文献４】特開２０１２−２０２６２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】高木啓太、外４名、“アナモックスプロセスにおける固定床型反応槽を用いた部分亜硝酸化処理の安定制御”、生物工学会誌、日本生物工学会、２０１１年９月、第８９巻、第９号、ｐ．５１４−５１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、１槽型及び２槽型の区別なく微生物を担体に固定した場合、長期の廃水処理を行うことで担体に付着した生物膜が肥大化し、肥大化した生物膜が一度に剥離するおそれがある。また、剥離に至らなくとも、担体に付着した生物膜の膜厚が増すことで、反応槽内にデッドボリュームが発生し硝化または嫌気性アンモニア酸化の活性のある領域が縮小し、反応槽容積当たりの被処理液の脱窒速度が低下するおそれがある。さらに、肥大化した生物膜により反応槽内での被処理液の拡散の悪化による脱窒速度の低下や流路の閉塞が生じるおそれがある。
【００１５】
例えば、特許文献１には、独立栄養性アンモニア酸化細菌（硝化菌）と独立栄養性脱窒細菌（嫌気性アンモニア酸化細菌）からなる複合菌群を微生物固定化材に固定させたＮＨ4+含有廃水の処理方法において、微生物固定化材に固定化されている生物量の管理の困難さが指摘されている。つまり、微生物固定化材に菌自身が生育して形成されるため、そこにおける複合菌群の密度は通常制御することはできず、菌密度が高くなると、好気性領域と嫌気性領域とのバランスが崩れ、処理効率が低下すると記載されている。
【００１６】
また、非特許文献１には、平板状とした微生物固定化材を設置した亜硝酸化槽及び嫌気性アンモニア酸化槽からなる２槽型の嫌気性アンモニア酸化プロセスにおいて、原水とともに高濃度のＳＳまたは有機物（ＡＴＵ−ＢＯＤ）が亜硝酸化槽に流入することで、汚泥堆積による生物膜の肥大化が発生し、反応槽の処理性能が低下することが記載されている。そして、処理能力の低下は、微生物固定化材を洗浄して生物膜量を大量に削減することで回復したことから、実際の設備では粗大気泡などにより定期的に曝気洗浄を行い、生物膜への過剰な汚泥の堆積を防止し、微生物固定化材に固定される生物膜量を適切に管理することの重要性が指摘されている。
【００１７】
また、特許文献４では、固定床ろ材を用いて亜硝酸化処理を行う際に、固定床ろ材に堆積した汚泥（アンモニア酸化細菌以外の微生物など）を除去することで、固定床ろ材に固着したアンモニア酸化細菌を活性化している。
【００１８】
上記事情に鑑み、本発明は、微生物を担体に固定した反応槽による廃水処理装置において、特に、その生物量の管理が困難とされる硝化菌と嫌気性アンモニア酸化細菌からなる複合菌群による廃水処理を行う処理槽において、担体に固定される生物膜の肥大化抑制に貢献する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成する本発明の廃水処理装置は、微生物を固定した微生物固定化材と被処理液を接触反応させて被処理液の処理を行う廃水処理装置であって、微生物固定化材の微生物膜形成部近傍に掃流を供給する掃流供給手段を設け、この掃流供給手段により、微生物膜形成部面を有する流路に掃流を供給して被処理液を微生物膜形成部に固定された微生物と接触反応させ、この掃流によって発生する返流が流通する流路には微生物膜形成部を設けないことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
以上の発明によれば、担体に固定した微生物と被処理液とを接触反応させて被処理液の処理を行う廃水処理装置において、特に、その生物量の管理が困難とされる硝化菌と嫌気性アンモニア酸化細菌からなる複合菌群による廃水処理を行う処理槽において、担体に固定される生物膜の肥大化を抑制することに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）実施形態１に係る廃水処理装置の反応槽の断面図、（ｂ）実施形態１に係る廃水処理装置の反応槽の側面図である。
【図２】（ａ）微生物固定化材の側面図、（ｂ）微生物固定化材の平面図である。
【図３】嫌気性アンモニア酸化細菌と好気性アンモニア酸化細菌を固定した微生物固定化材の断面図である。
【図４】（ａ）比較例に係る廃水処理装置の反応槽の断面図、（ｂ）比較例に係る廃水処理装置の反応槽の側面図である。
【図５】処理時間の経過に伴う比較例に係る廃水処理装置の反応槽の状態を説明する説明図であって、（ａ）処理開始時の反応槽の断面図、（ｂ）処理期間１０ヶ月後の反応槽の断面図である。
【図６】実施形態２に係る廃水処理装置の反応槽の断面図である。
【図７】分散部材を設けた場合の実施形態２に係る廃水処理装置の反応槽の断面図である。
【図８】実施形態３に係る廃水処理装置の反応槽の断面図である。
【図９】実施形態４に係る廃水処理装置の反応槽の断面図である。
【図１０】分散部材を設けた場合の実施形態４に係る廃水処理装置の反応槽の断面図である。
【図１１】実施形態５に係る廃水処理装置の反応槽の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態に係る廃水処理装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
［実施形態１］
図１（ａ），（ｂ）に、本発明の実施形態１に係る廃水処理装置１の反応槽２を示す。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、反応槽２内には微生物固定化材３と散気装置４が設けられる。反応槽２には、図１（ｂ）に示すように、ＮＨ4+を含有する被処理液が供給される供給配管２ａと反応槽２で処理後の被処理液が次の処理工程に移送される排出配管２ｂが設けられる。
【００２５】
微生物固定化材３は、反応槽２内の被処理液に浸漬して設けられる。微生物固定化材３は、被処理液の攪拌流動によって容易に振動しないよう、必要に応じて固定部材（図示せず）を設けて反応槽２内に固定される。微生物固定化材３は、平面状や曲面状など微生物を固定できる形態であればその形状は特に限定されない。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、微生物固定化材３は、平面状の固定部３ａと微生物膜形成部３ｂを有する。微生物固定化材３は、繊維状や糸状のアクリル繊維などを織り込みや編み込むことにより適度な空隙率を有すように製作された微生物膜形成部３ｂを、板や支持枠などの支持部材からなる固定部３ａの一方の主面に固定し、さらに、この微生物膜形成部３ｂに嫌気性アンモニア酸化細菌とアンモニア酸化細菌を優先的に付着固定化させて廃水処理に供される。固定部３ａと微生物膜形成部３ｂを形成する材質は、同一でも異なるものでもよく、機械的強度、耐薬品性、耐久性、水と微生物との親和性などを考慮して選択される。特に、微生物膜形成部３ｂは、これらの条件に加えて菌群の付着による固定化能力が優れるものが用いられる。固定部３ａ及び微生物膜形成部３ｂの材質としてはアクリル樹脂が好ましいが、他にはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂またはポリアクリル樹脂などの合成樹脂などからなる材質も利用可能である。
【００２７】
図３に示すように、実施形態１に係る廃水処理装置１では、微生物膜形成部３ｂに嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃとアンモニア酸化細菌３ｄが固定される。より詳細に説明すると、繊維状のアクリル樹脂に形成された微生物膜形成部３ｂにおいて、この繊維状の樹脂表面には嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃが固定され、嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃを覆うようにアンモニア酸化細菌３ｄが固定される。被処理液中のＮＨ4+は、アンモニア酸化細菌３ｄ層を拡散して嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃ層に到達する。また、（１）式に示す亜硝酸化反応により、ＮＨ4+の一部はアンモニア酸化細菌３ｄによってＮＯ2-に酸化される。その結果、嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃ層では（２）式に示す嫌気性アンモニア酸化反応が起こり、ＮＨ4+とＮＯ2-が反応してＮ2が生成され、被処理液の脱窒が行われる。なお、被処理液中の溶存酸素（ＤＯ）は、アンモニア酸化細菌３ｄ層を拡散するにしたがって低下し、嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃ層において嫌気性条件が形成される。廃水処理の継続にともない各細菌は増殖するが、処理が安定して十分な時間経過後、微生物膜形成部３ｂは通水性を有しているので、微生物膜形成部３ｂを形成する繊維状の樹脂の表面において被処理液の存在する側にアンモニア酸化細菌３ｄ、内部に嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃとなるような細菌分布が形成される。
【００２８】
アンモニア酸化細菌３ｄの増殖速度は嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃの増殖速度よりも大きく、微生物膜形成部３ｂの繊維状の樹脂の表面には反応槽２内の被処理液の流動により常時基質の供給があるので、アンモニア酸化細菌３ｄは増殖する環境にあるが、反応槽２内の被処理液の流動や微生物膜形成部３ｂ近傍の掃流などを適切に制御することで、微生物膜形成部３ｂの微生物量を管理して肥大化を抑制できる。一方、微生物膜形成部３ｂの内部に生息する嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃも増殖はするが、微生物膜形成部３ｂの樹脂などの付着材から剥がれやすいため、反応槽２内の被処理液の流動や掃流による影響により反応槽２内の被処理液の流動へと引き込まれることなどにより増殖が抑制されることとなる。その結果、微生物膜形成部３ｂにおいてアンモニア酸化細菌３ｄと嫌気性アンモニア酸化細菌３ｃとの細菌分布はバランスが崩れることなく維持されることとなる。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、反応槽２には、片面に微生物膜形成部３ｂを有する板状の微生物固定化材３が２枚設けられる。各微生物固定化材３は、微生物膜形成部３ｂが向かい合うように離間して設けられる。このように微生物固定化材３，３を設けることで、微生物膜形成部３ｂ，３ｂ面によって反応槽２内に流路が形成される。
【００３０】
散気装置４は、微生物固定化材３の下方に設けられる。散気装置４は、例えば、多孔質から成る円筒状の散気装置であり、嫌気性アンモニア酸化反応に阻害を与えない範囲で、被処理液の攪拌、被処理液の溶存酸素濃度の調整及び微生物膜形成部３ｂへの微生物などの付着を抑制する掃流の形成を行う。散気装置４にはブロア４ｂが接続されており、散気装置４から微生物膜形成部３ｂ，３ｂ間に曝気用の気泡が供給される。散気装置４から発生する曝気用の気泡により生じる上昇流は、微生物固定化材３，３（微生物膜形成部３ｂ，３ｂ）間に形成された流路を流通する掃流となる。なお、散気装置４は、微生物固定化材３，３間全体に散気するものであれば、一つの散気装置や直線状に並設された複数の散気装置など適宜周知の散気装置を用いることができる。また、被処理液の攪拌、被処理液の溶存酸素の調整、微生物固定化材への微生物の付着を抑制する掃流の形成などそれぞれの機能に対応した散気装置をそれぞれ反応槽２内に設けてもよい。この場合、被処理液の攪拌及び掃流を形成するための散気装置４が発生する気泡を窒素ガスや窒素富化ガスなどの酸素を含まない気体で発生させることもできる。
【００３１】
散気装置４の曝気により反応槽２内に形成される上昇流は、微生物膜形成部３ｂ面（微生物が固定されている面）を対向させて形成される流路を流通し、この上昇流によって反応槽２内に形成される下降流は、固定部３ｂ面（微生物が固定されていない面）と反応槽２の壁面との間を流通する。このとき、上昇流の速度Ｖｕと下降流の速度Ｖｄは、上昇流の流通領域の断面積Ｓｕと下降流の流通領域の断面積Ｓｄとの面積比にて決定される。通常、Ｓｕ＞Ｓｄとなるように微生物固定化材３を配置して、Ｖｄ＞Ｖｕとなるように設計される。
【００３２】
実施形態１に係る廃水処理装置１において、被処理液は供給配管２ａから反応槽２に供給され、反応槽２では散気装置４によって形成される上昇流により微生物膜形成部３ｂと接触反応し、微生物膜形成部３ｂに固定されている細菌によって生物処理を受けた後、排出配管２ｂから排出される。なお、反応槽２の底部には、沈降性の高い剥離した微生物膜を引き抜くための引抜部（図示せず）が設けられる。
【００３３】
以上のように、実施形態１に係る廃水処理装置１によれば、微生物膜形成部３ｂの膜表面に掃流を形成することで、掃流のせん断力により生物膜の肥大化を抑制することができる。つまり、被処理液の処理中に適度な曝気気泡を生物膜表面に接触させることで、生物膜の肥大化を抑制することができる。また、肥大化した生物膜が一度に剥離することを抑制することができる。そのため、生物処理を継続することに伴う生物膜量の経時変化の変動を抑制し、好気性領域と嫌気性領域のバランスを崩すことなく反応槽２内に一定の生物膜を形成させることができる。このように、微生物膜形成部３ｂに固定される菌体量の肥大化を抑制することができるので、反応槽２において安定した生物処理が可能となり、良好な処理水を得ることができる。
【００３４】
また、散気装置４の曝気条件を制御することで、微生物固定化材３に固定された生物膜量の調整を行うことができる。一方、微生物固定化材３間の距離を任意に設定できるように、微生物固定化材３を可動に設けることで、上昇流の流路幅を調節することができる。その結果、散気装置４の曝気条件を変更することなく、微生物固定化材３に供給される掃流のせん断力を調整することができる。このように、散気装置４の曝気条件と微生物固定化材３間の距離を調整することで、微生物固定化材３に固定される生物膜量を調節して、安定した生物処理を行うことができる。
【００３５】
［比較例］
図４（ａ），（ｂ）に、比較例に係る廃水処理装置５の反応槽２を示す。比較例に係る廃水処理装置５は、反応槽２内に設けられる微生物固定化材３の配置形態が異なること以外は、実施形態１に係る廃水処理装置１と同じである。よって、実施形態１に係る廃水処理装置１と同様の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、反応槽２内には微生物固定化材３と散気装置４が設けられる。微生物固定化材３は平板状であり、固定部３ａと微生物膜形成部３ｂを有する。そして、固定部３ａ，３ａ面が離間して対向するように、微生物固定化材３，３が反応槽２内に設けられる。微生物固定化材３の下方には散気装置４が設けられ、微生物固定化材３，３間（固定部３ａ，３ａ面間）に曝気を行う。
【００３７】
散気装置４の曝気により形成される上昇流は、固定部３ａ，３ａ面間を流通し、この上昇流によって形成される下降流は、微生物膜形成部３ｂ面と反応槽２の壁面の間を流通する。
【００３８】
図５（ａ），（ｂ）を参照して、比較例に係る廃水処理装置５の反応槽２内を流通する被処理液の流通状態について説明する。
【００３９】
図５（ａ）に示す配水処理装置５の反応槽２において、上昇流の流路の断面積Ｓｕと２箇所の下降流の流路の断面積を加算した断面積Ｓｄとが等しくなるように反応槽２内に微生物膜固定化材３を設置すると、生物処理の開始時に、被処理液の上昇流の速度Ｖｕと下降流の速度Ｖｄは、ほぼ同じ速さで反応槽２内を流通する。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、長期間（例えば、１０ヶ月）処理を継続すると、流入したＳＳの付着や微生物膜形成部３ｂにおける菌体増殖によって、微生物膜形成部３ｂの生物膜が増大し、肥大化した生物膜３ｅにより下降流が流通する流路が狭くなり、下降流の流通抵抗が増大する。それにより、上昇流の流路において被処理液の流れが乱流化することにより上下流が生じ、下降流の速度Ｖｄが低下することとなる。その結果、微生物膜形成部３ｂと接触する被処理液量が減少し、廃水処理装置５の処理能力が低下する。
【００４０】
このように、散気装置４から生じる循環流の返流（比較例では、下降流）で、微生物膜形成部３ｂに被処理液の供給、攪拌を行うと、微生物膜形成部３ｂにおいて生物膜の肥大化が発生しやすくなり、廃水処理装置５の処理能力が低下する場合がある。
【００４１】
微生物膜形成部３ｂの生物膜が増加すると、散気装置４の曝気により生じた下降流は、流通抵抗の少ない流路へ迂回して流れるようになる。例えば、下降流が固定部３ａ面近傍を流通するようになる。その結果、肥大化した生物膜３ｅへの被処理液の流通量が低下するので、肥大化した生物膜３ｅへの基質供給量が減少し、生物膜の肥大化速度は低下する。しかし、肥大化した生物膜３ｅ近傍を流通する被処理液の流通速度も減少することで生物膜の肥大化抑制効果も減少し、肥大化した生物膜３ｅ近傍を流通する被処理液の流通量の低下は改善されることがない。ゆえに、別途曝気量を一時的に増加させて肥大化した生物膜３ｅ表面に乱流を発生させる工程や掻き取り機などの機械的な手段により肥大化した生物膜３ｅを除去する工程を行うことで、肥大化した生物膜３ｅを剥離して反応槽２内での被処理液の流通を生物膜が正常時の状態に戻すことができる。しかしながら、肥大化した生物膜３ｅが硝化菌と嫌気性アンモニア酸化細菌による複合菌群から形成されている場合、単に反応槽２内の流路確保の目的で肥大化した生物膜３ｅを一時的に剥離させて除去したとしても、微生物膜形成部３ｂにおいて好気性領域と嫌気性領域のバランスが大きく崩れてしまうため生物処理機能の改善は困難となる。
【００４２】
［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る廃水処理装置６について図６を参照して詳細に説明する。実施形態２に係る廃水処理装置６は、反応槽２内に微生物固定化材７を設けること及び散気装置４を複数設けること以外は、実施形態１に係る廃水処理装置１と同じである。よって、実施形態１に係る廃水処理装置１と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４３】
図６に示すように、実施形態２に係る廃水処理装置６の反応槽２には、微生物固定化材７と微生物固定化材３が被処理液に浸漬して設けられる。
【００４４】
微生物固定化材７は、固定部７ａと微生物膜形成部７ｂを有する。微生物固定化材７は、繊維状や糸状のアクリル繊維などを織り込みや編み込むことにより適度な空隙率を有するように製作された微生物膜形成部７ｂを、板や支持枠などの支持部材からなる固定部７ａの両主面に固定し、さらに、この微生物膜形成部７ｂに嫌気性アンモニア酸化細菌とアンモニア酸化細菌を優先的に付着固定化させて廃水処理に供される。なお、固定部７ａの両主面の微生物膜形成部７ｂを一体として製作して固定部７ａに固定してもよい。
【００４５】
微生物固定化材７を構成する材料は、微生物固定化材３と同様に、機械的強度、耐薬品性、耐久性、水と微生物との親和性などを考慮して選択される。特に、微生物膜形成部７ｂは、これらの条件に加えて菌群の付着による固定化能力が優れるものが用いられる。微生物膜形成部７ｂ及び固定部７ａの材質としてはアクリル樹脂を用いたが、他には微生物膜形成部３ｂ及び固定部３ａと同様に、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂またはポリアクリル樹脂などの合成樹脂などからなる材質も利用可能である。
【００４６】
実施形態２に係る廃水処理装置６では、微生物固定化材７の微生物膜形成部７ｂと微生物固定化材３の微生物膜形成部３ｂが離間して対向するように、微生物固定化材７の微生物膜形成部７ｂに対してそれぞれ微生物固定化材３が設けられる。そして、微生物膜形成部７ｂ面と微生物膜形成部３ｂ面とで形成された各流路の曝気を行う散気装置４がそれぞれ設けられる。
【００４７】
散気装置４の曝気により、微生物膜形成部７ｂ面と微生物膜形成部３ｂ面との間に上昇流が流通し、この上昇流により形成される下降流が固定部３ａ面と反応槽２の壁面との間を流通する。
【００４８】
以上のように、実施形態２に係る廃水処理装置６によれば、微生物膜形成部３ｂ，７ｂの膜表面に掃流を形成することで、掃流のせん断力により生物膜の肥大化を抑制することができる。よって、実施形態２に係る廃水処理装置６も、実施形態１に係る廃水処理装置１と同様に、微生物固定化材３，７に固定される菌体量が過大になることを抑制することができる。そして、実施形態２に係る廃水処理装置６は、反応槽２内に生物反応が行われる流路が２箇所形成されるため、廃水処理装置６の処理規模を大きくすることができる。
【００４９】
また、微生物固定化材７と微生物固定化材３との距離を調節可能となるよう微生物固定化材３を可動に設けることで、曝気気泡の接触によるせん断力を調節し、微生物膜形成部７ｂ及び微生物膜形成部３ｂの生物膜量の調節を行うことができる。
【００５０】
なお、図７に示すように、微生物固定化材７の下方に一つの散気装置４を設け、微生物固定化材７と散気装置４との間に散気装置４からの気泡を分散する分散部材８を設けると、一つの散気装置４で、２つの流路に掃流を供給することができる。また、分散部材８を設けることにより、散気装置４からの気泡を微生物膜形成部３ｂ，７ｂ近傍に誘導することができ、微生物膜形成部３ｂ，７ｂの生物膜が肥大化することをより抑制することができる。
【００５１】
［実施形態３］
本発明の実施形態３に係る廃水処理装置について図８を参照して詳細に説明する。実施形態３に係る廃水処理装置９は、反応槽２内に設けられる微生物固定化材３の配置形態が異なること以外は、実施形態１に係る廃水処理装置１と同じである。よって、実施形態１に係る廃水処理装置１と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５２】
図８に示すように、実施形態３に係る廃水処理装置９の反応槽２には、主面の一方に微生物膜形成部３ｂを有する微生物固定化材３が被処理液に浸漬して設けられる。
【００５３】
微生物膜形成部３ｂ同士が離間して対向するように微生物固定化材３を設け、微生物固定化材３の下方にそれぞれ散気装置４が設けられる。また、微生物膜形成部３ｂを対向して設けられる１対の微生物固定化材３，３と隣接する他の一対の微生物固定化材３，３とは、固定部３ａ面が離間して対向するように設けられる。
【００５４】
散気装置４の曝気により発生する上昇流は、微生物膜形成部３ｂ，３ｂ面間を流通する。そして、この上昇流により発生する下降流が、固定部３ａ，３ａ面間、または、固定部３ａと反応槽２の壁面の間を流通する。
【００５５】
以上のように、実施形態３に係る廃水処理装置９によれば、微生物膜形成部３ｂの膜表面に掃流を形成することで、掃流のせん断力により生物膜の肥大化を抑制することができる。よって、実施形態３に係る廃水処理装置９も、実施形態１に係る廃水処理装置１と同様に、反応槽２内に設けられる微生物固定化材３に固定される菌体量が過大になることを抑制することができる。そして、実施形態３に係る廃水処理装置９は、反応槽２内に生物反応が行われる流路が２箇所形成されるため、廃水処理装置９の処理規模を大きくすることができる。
【００５６】
また、微生物膜形成部３ｂ，３ｂ間の距離を調節する（上昇流の流路幅を調節する）ことができるように、微生物固定化材３を可動に設けることで、曝気気泡の接触によるせん断力を調節し、微生物膜形成部３ｂの生物膜量の調節を行うことができる。さらに、微生物膜形成部３ｂの膜表面の掃流の速度と生物膜量との関係をもとに、反応槽２の微生物膜形成部３ｂ，３ｂ間を予め所定の距離に設定しておくことも可能である。
【００５７】
［実施形態４］
本発明の実施形態４に係る廃水処理装置について図９を参照して詳細に説明する。実施形態４に係る廃水処理装置１０は、反応槽２内に設けられる微生物固定化材３，７の配置形態が異なること以外は、実施形態２に係る廃水処理装置６と同じである。よって、実施形態２に係る廃水処理装置６と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５８】
図９に示すように、実施形態４に係る廃水処理装置１０の反応槽２には、主面の両面に微生物膜形成部７ｂを有する微生物固定化材７と、主面の一方に微生物膜形成部３ｂを有する微生物固定化材３が被処理液に浸漬して設けられる。
【００５９】
微生物膜形成部７ｂと微生物膜形成部３ｂが離間して対向するように、微生物固定化材７の微生物膜形成部７ｂに対してそれぞれ微生物固定化材３を設け一組の微生物固定化材ユニットを形成する。この微生物固定化材ユニットが反応槽２内に並設される。このとき、隣接する微生物固定化材ユニット同士は、固定部３ｂが離間して対向するように並設される。そして、各微生物膜形成部３，７の曝気を行う散気装置４が、微生物膜形成部７ｂ面と微生物膜形成部３ｂ面とで形成された流路の下方にそれぞれ設けられる。
【００６０】
散気装置４の曝気により発生する上昇流が、微生物膜形成部７ｂ面と微生物膜形成部３ｂ面の間に流通し、この上昇流により発生する下降流が固定部３ａ，３ａ面間、または、固定部３ａと反応槽２の壁面の間を流通する。
【００６１】
以上のように、実施形態４に係る廃水処理装置１０によれば、微生物膜形成部３ｂ，７ｂの膜表面に掃流を形成することで、掃流のせん断力により生物膜の肥大化を抑制することができる。よって、実施形態４に係る廃水処理装置１０も、実施形態２に係る廃水処理装置６と同様に、反応槽２内に設けられる微生物固定化材３，７に固定される菌体量が過大になることを抑制することができる。そして、実施形態４に係る廃水処理装置１０は、反応槽２内に生物反応が行われる流路が４箇所形成されるため、廃水処理装置１０の処理規模を大きくすることができる。
【００６２】
また、微生物固定化材７と微生物固定化材３との距離を調節する（上昇流の流路幅を調節する）ことができるように、微生物固定化材３を可動に設けることで、散気装置４からの曝気気泡の接触によるせん断力を調節し、微生物膜形成部３ｂ，７ｂの生物膜量の調節を行うことができる。
【００６３】
なお、図１０に示すように、微生物固定化材７の下方に一つの散気装置４を設け、微生物固定化材７と散気装置４との間に散気装置４からの気泡を分散する分散部材８を設けると、一つの散気装置４で、２つの流路に掃流を供給することができる。分散部材８を設けることにより、散気装置４からの気泡を微生物膜形成部３ｂ，７ｂ近傍に誘導することができる。
【００６４】
［実施形態５］
本発明の実施形態５に係る廃水処理装置について図１１を参照して詳細に説明する。実施形態５に係る廃水処理装置１１は、微生物固定化材７と流路形成部材１２を設けたこと以外は、実施形態１に係る廃水処理装置１と同じである。よって、実施形態１に係る廃水処理装置１と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６５】
図１１に示すように、実施形態５に係る廃水処理装置１１の反応槽２には、主面の両面に微生物膜形成部７ｂを有する微生物固定化材７と流路形成部材１２が被処理液に浸漬して設けられる。
【００６６】
流路形成部材１２は、微生物固定化材７の主面とほぼ等しい面積を有する板状の部材であり、例えば、微生物固定化材７の固定部７ａと同じものが用いられる。
【００６７】
微生物膜形成部７ｂと流路形成部材１２の主面とが離間して対向するように、微生物固定化材７の微生物膜形成部７ｂに対してそれぞれ流路形成部材１２が設けられる。そして、微生物固定化材７の微生物膜形成部７ｂ面と流路形成部材１２面とで形成された流路の曝気を行う散気装置４がそれぞれ設けられる。
【００６８】
散気装置４の曝気により発生する上昇流は、微生物膜形成部７ｂ面と流路形成部材１２面の間を流通し、この上昇流により発生する下降流は、流路形成部材１２面と反応槽２の壁面の間を流通する。
【００６９】
以上のように、実施形態５に係る廃水処理装置１１によれば、微生物膜形成部７ｂの膜表面に掃流を形成することで、掃流のせん断力により生物膜の肥大化を抑制することができる。よって、実施形態５に係る廃水処理装置１１も、実施形態１に係る廃水処理装置１と同様に、反応槽２内に設けられる微生物固定化材７に固定される菌体量が過大になることを抑制することができる。そして、実施形態５に係る廃水処理装置１１は、反応槽２内に生物反応が行われる流路が２箇所形成されるため、廃水処理装置１１の処理規模を大きくすることができる。
【００７０】
また、微生物固定化材７と流路形成部材１２との距離を調節（上昇流の流路幅を調節）できるように流路形成部材１２を可動に設けることで、散気装置４からの曝気気泡の接触によるせん断力を調節し、微生物膜形成部７ｂの生物膜量の調節を行うことができる。
【００７１】
なお、微生物固定化材７の下方に一つの散気装置４を設け、微生物固定化材７と散気装置４との間に分散部材８（図示せず）を設けると、一つの散気装置４で、２つの流路に掃流を供給することができる。分散部材８を設けることにより、散気装置４からの気泡を微生物膜形成部７ｂ近傍に誘導することができる。
【００７２】
以上のように、本発明の廃水処理装置は、微生物が固定された微生物膜形成部に上昇流（掃流）を供給することで、微生物膜形成部に固定される微生物の固定量を被処理液の生物反応を継続するために必要な量となるように維持することができる。また、上昇流により生じる下降流が流通する流路に微生物を固定する微生物膜形成部を設けないことで、下降流の流路の閉塞を抑制することができる。その結果、生物処理を継続することに伴う生物膜量の経時変化の変動を抑制し、好気性領域と嫌気性領域のバランスを崩すことなく微生物固定化材に一定量の生物膜を固定させることができる。このように、微生物固定化材に固定される菌体量が一定となるように維持することで、反応槽２において安定した生物処理が可能となり、安定した処理水質を得ることができる。
【００７３】
なお、本発明の廃水処理装置について具体例を示して詳細に説明したが、本発明の廃水処理装置は上述した実施形態に限定されるものでなく、本発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、そのように変更された形態も本発明の廃水処理装置である。
【００７４】
例えば、実施形態の説明では、散気装置により微生物膜形成部に掃流を供給しているが、掃流の供給は、水流ポンプを用いる形態や、水流ポンプと散気装置を併用する形態としてもよい。水流ポンプを用いることで、散気装置から供給される気体量と掃流の流速を個別に制御することができる。また、実施形態１から実施形態５では、微生物固定化材の各種構成の形態を示したが、スケールアップする場合も含め、これらを複数ならびに組み合わせて反応槽内に設置することも可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１，５，６，９，１０，１１…廃水処理装置
２…反応槽
２ａ…供給配管
２ｂ…排出配管
３，７…微生物固定化材（担体）
３ａ，７ａ…固定部
３ｂ，７ｂ…微生物膜形成部
３ｃ…嫌気性アンモニア酸化細菌
３ｄ…アンモニア酸化細菌
３ｅ…肥大化した生物膜
４…散気装置（掃流供給手段）
４ｂ…ブロア
８…分散部材
１２…流路形成部材
【図１】
2014065013.tif 000003
【図２】
2014065013.tif 000004
【図３】
2014065013.tif 000005
【図４】
2014065013.tif 000006
【図５】
2014065013.tif 000007
【図６】
2014065013.tif 000008
【図７】
2014065013.tif 000009
【図８】
2014065013.tif 000010
【図９】
2014065013.tif 000011
【図１０】
2014065013.tif 000012
【図１１】
2014065013.tif 000013