(57)【要約】【課題】嫌気濾床と好気濾床の形成に兼用することができ、安価に製造することができると共に、好気性環境下で使用をしても内部に嫌気性領域を確実に保持することができ、脱窒素作用を効率よく行える濾材を提供する。【解決手段】微生物による汚水処理槽の内部に４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて板状の濾材を平行に配列し、汚水内の有機物の除去と脱窒素の両方又は何れか一方を行う汚水処理槽の固定床用濾材に於いて、前記板状濾材を厚さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の連続気泡体から形成すると共に、当該連続気泡体の気泡の数を１インチ当り１０〜４０個とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物による汚水処理槽の内部に４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて板状の濾材を平行に配列し、汚水内の有機物の除去と脱窒素の両方又は何れか一方を行う汚水処理槽の固定床用濾材に於いて、前記板状濾材を厚さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の連続気泡体から形成すると共に、当該連続気泡体の気泡の数を１インチ当り１０〜４０個としたことを特徴とする汚水処理槽の固定床用濾材。
【請求項２】
微生物による汚水処理槽の内部に４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて筒状の濾材を縦向きに配列し、汚水内の有機物の除去と脱窒素の両方又は何れか一方を行う汚水処理槽の固定床用濾材に於いて、前記筒状の濾材を厚さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の連続気泡体から成る内径が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の円筒体又は対向する内辺間の距離が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の角筒体から形成すると共に、前記連続気泡体の気泡の数を１インチ当り１０〜４０個としたことを特徴とする汚水処理槽の固定床濾材。
【請求項３】
汚水処理槽を、底部に散気装置を設けた曝気処理機能を有する処理槽とした請求項１又は請求項２に記載の汚水処理槽の固定床用濾材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の固定床用濾材を用いて汚水中の窒素を除去するようにしたことを特徴とする窒素の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば汚水の合併処理槽等の固定濾床を形成する固定床用濾材と、これを用いた汚水中の窒素除去方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従前から、中規模以下の合併処理槽に於いては、図４に示すような上流側（前段）の嫌気性濾床槽Ａと下流側（後段）の好気性処理槽Ｂとを組み合せた方式が多く採用されており、前段の嫌気性濾床槽Ａには、立体骨格様や立体網様等のプラスチック製嫌気処理濾材Ｄが充填されていて、ここで汚水中の有機固形物の可溶化、低分子化及び汚泥のメタンガス化による減溶化等が行われると共に、後段の好気性処理槽Ｂに於いてアンモニア性窒素成分が硝化された汚水の一部Ｃ２を受け入れして、嫌気処理濾材に付着した脱窒素菌の働きにより、汚水内の前記アンモニア性窒素成分の硝化物である硝酸性窒素や亜硝酸性窒素をガス化分解することにより、窒素成分の除去が行われている。
【０００３】
また、前記後段の好気性処理槽Ｂには、プラスチック製波板から成る濾床材が充填された接触曝気方式や流動担体を流動させる担体流動曝気方式、生物濾過層を形成した生物濾過方式等の各種の方式が適宜に用いられており、何れの方式に於いても、処理槽Ｂの下部に散気装置を設けて送風機からの空気を処理槽Ｂ内へ供給することにより、充填された好気性濾床材の表面に好気性微生物を付着増殖させ、汚水Ｃ１内の有機物の分解並びにアンモニア性窒素成分の硝化等を行なわさせることによって、ＢＯＤ、ＣＯＤ並びに必要な場合には窒素を所定の濃度以下に低減させたあと、処理済み水Ｃ３を公共水域へ放出するようにしている。
【０００４】
更に、中規模以上の合併処理槽では、図５に示すように嫌気処理槽Ａを省いて好気性処理槽Ｂのみを設け、処理槽Ｂ内にスポンジ製担体Ｓを充填してこれを曝気流動させると共に、スポンジ製担体Ｓに好気性部分（外表面部）と嫌気性部分（内方部）とを共存させ、これによって前記有機物の分解除去と脱窒素反応を処理槽Ｂ内で同時に行うようにした方式のものが利用されている（特開平４−９４８００号等）。
【０００５】
ところで、前記何れの方式を採用するにしても、生物学的処理により汚水中の窒素を除去するためには、公知の数１に示すようなアンモニア態窒素を硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素に硝化（酸化）する反応（工程）と、硝化された硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素を嫌気性条件下で還元して脱窒素を行わせる反応（工程）とを同時に進行させる必要がある。
（数１）
ＮＨ４−＋Ｏ２→ＮＯＸ−Ｎ＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋（硝化反応）
ＮＯＸ＋Ｃ６Ｈ１２Ｏ５−→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（脱窒素反応）
【０００６】
ところで、上記数１の硝化反応の速度は、硝化菌の量に比例する。また脱窒素反応の速度は嫌気性菌の量に比例する。そのため、各処理槽Ａ、Ｂ内に如何に多くの菌体（微生物）を保持することが出来るかが、反応効率に大きく影響することになる。
【０００７】
しかし、従来から一般的に使用されている嫌気処理濾材Ｄでは、嫌気性菌を有効に保持することが難しく、特に嫌気性濾床槽Ａの前段部（上流側部分）では、流入汚水Ｃ０自身が含有する溶存酸素と、好気性処理槽Ｂから返送されてくる汚水Ｃ２に含有されている多量の溶存酸素とにより、汚水の容存酸素が約０．１ｍｇ／ｌ程度の高い値となる。その結果、嫌気性濾床槽Ａ内を完全な嫌気状態に維持することが出来ず、前述の通り必要量の嫌気性菌を有効に保持することが困難となる。
【０００８】
同様に、嫌気性濾床槽Ａ内の後段部（下流側部分）に於いても、前段部から持ち込まれた汚水内の溶存酸素が残留するうえ、嫌気処理濾材Ｄの汚泥の捕捉性能が低いため、嫌気処理濾材Ｄの内方部でも酸化還元電位をマイナス側に維持することが出来ない。その結果効率のよい脱窒素能力を発揮し且つこれを維持することが出来ないと云う問題がある。
【０００９】
また、前記図５の処理方式に於いても、好気性処理槽Ｂ内へ充填するスポンジ製担体Ｓにより有機物の除去と脱窒素の両方を同時に行うことが出来るものの、スポンジ製担体そのものが流動するため、衝突や接触による担体の摩耗や好気性微生物膜の剥離が発生し、安定した汚水処理を行い難いと云う問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前のこの種合併処理槽の濾床用濾材に於ける上述の如き問題、即ち▲１▼図４の嫌気性濾床槽Ａと好気性処理槽Ｂとを組み合せる方式の処理装置に於いては、嫌気性濾床槽Ａの嫌気処理濾材Ｄの微生物保持能力が低いうえ、溶存酸素の影響もあって嫌気性濾床の内方部でも酸化還元電位をマイナス側に維持することが困難となり、効率のよい脱窒素能力を維持することが困難なこと、及び▲２▼図５に示す好気性処理槽Ｂ内にスポンジ製担体Ｓを充填する方式の処理装置に於いては、スポンジ製担体Ｓが流動時に接触したり衝突することにより、担体自体の摩耗や好気性微生物膜の剥離が生じて安定した汚水処理が行い難いこと、等の問題を解決せんとするものであり、所定の厚さの連続気泡体から成る板状体又は筒状体を固定床用濾材とすることにより、嫌気性濾床槽Ａに用いた場合には、優れた嫌気性菌の保持力と汚泥の捕捉力によって高い脱窒素性能を発揮することが出来、また、好気性処理槽Ｂに用いた場合には、より安価な濾床用濾材でもって高能率な有機物の除去と脱窒素とを行えるようにした、汚水処理槽の固定床用濾材とこれを用いた窒素の除去方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、前記従前の嫌気性濾床槽Ａに用いる嫌気処理濾材Ｄの問題点を解決するものとして、先に図６に示す如き形態の固定床用濾材を開発し、これを特願２００２−２３９３４０号として公開している。
即ち、当該嫌気処理濾床に用いる濾材２１は、濾材本体２２と網状骨格体２３とから形成されていて、前者の濾材本体２２は連続気泡体により内径Ｄ＝３０〜１５０ｍｍ、長さＬ＝３０〜２００ｍｍ、厚さＴ＝５〜５０ｍｍの円筒形に形成されている。
また、連続気泡体としては、気泡の大きさが１インチ当り１０〜４０個（１０〜４０ＰＰｉ）のスポンジが使用されている。
【００１２】
前記網状骨格体２３は合成樹脂製であって、濾材本体２の外側（又は内側でも良い）に設けられており、濾材本体２２の形状を維持する機能を果している。
【００１３】
前記図６に示した濾材２１は嫌気濾床用の濾材として開発されたものであるが、これを用いた各種の汚水処理試験の結果から、当該濾材２１は、その外部表面又は内部表面の汚水内の溶存酸素量が如何に高くなっても（例えば、曝気式の好気性処理槽内の溶存酸素濃度と同等か或いはそれ以上の溶存酸素濃度になっても）、濾材内部に酸化還元電位が−５０ｍｖ以下の嫌気性部分を確保することが可能なものであることを知得した。
【００１４】
本願発明は、前記嫌気処理濾材として開発した前記濾材２１に関する知得を基にしてこれに各種の改良を加えることにより、嫌気濾床用濾材としてだけではなく、好気性処理槽Ｂの濾床用濾材としても、或いは従前のスポンジ担体を用いた有機物の除去と脱窒素とを同時に行うようにした好気性処理槽Ｂの濾材としても、利用可能な濾床用濾材を開発したものである。
【００１５】
即ち、一般に嫌気性濾床槽Ａの場合には、固定濾床を通過する汚水は上向流又は下向流の何れかであり、しかも汚水の流速は滞留時間が長いために５〜３０ｃｍ／時間と極めて遅い。その結果、固定濾床の濾材として網状円筒体や骨格球状体、多孔質材円筒等の濾材が不規則に充填されていても、汚物や微生物汚泥等によって濾床が閉塞されることは殆どない。
その結果、本願発明に係る固定床用濾材は、従前の嫌気性濾床槽Ａの嫌気処理用濾材と同様に、嫌気性濾床槽の濾材として適用することができる。
【００１６】
これに対して、好気性処理槽Ｂの場合には、処理槽Ｂ内に板状体を縦向きに配列し、その外表面に汚水を接触させつつ流動させると、板状濾材の表面に微生物膜が急速に増殖し、所謂板状濾材相互の間に閉塞が起生し易くなる。
そのため、接触濾材（板状濾材）の表面に添って乱流空気を均等に供給したり、或いは溶存酸素を十分に含んだ汚水を１０ｃｍ／秒以上の流速で循環流動させる等の方法により、微生物膜の急速な増殖（肥厚）を押えて板状濾材の間隙の閉塞を防止する必要がある。
尚、前記好気性環境下に於ける板状濾材表面の微生物膜の増殖速度は、処理対象汚水のＢＯＤ濃度が高いほど早くなる。
【００１７】
本願発明者は、合併処理槽の最も一般的な汚水ＢＯＤ濃度が２００〜３００ｍｇ／ｌの汚水を用いた試験を行うことにより、本願発明の板状連続気泡体を濾材とした場合に、閉塞を起さない板状濾材間隔の最適値が約８０ｍｍであること、また、三次処理等に於けるＢＯＤ濃度が２０〜５０ｍｇ／ｌの汚水の場合には、前記最適な板状濾材間隔が約４０ｍｍであることを見出した。
【００１８】
即ち、連続発砲体から成る板状濾材を合併処理槽の好気性処理槽Ｂへ適用する場合には、板状濾材の間隔を４０〜１００ｍｍに設定して縦向きの平行に配列することにより、好気性処理槽の接触濾材を形成することが最良の方策であることを見出した。
勿論、この４０〜１００ｍｍの間隔で平行に配列した連続気泡体の板状体から成る好気性接触濾材は、云うまでもなく前記図４及び図５の好気性処理槽Ｂの接触濾材としてだけでなく、図４の嫌気性濾床槽Ａの嫌気処理濾材Ｄとしても用いることが出来るものである。
【００１９】
また、連続気泡体から成る板状濾材内を伝わる汚水中の溶存酸素の速度（即ち拡散速度）は、連続気泡体の気泡の大きさに比例する。本願発明者は前記各試験の結果から、気泡サイズ（セルサイズ）が３０〜４０ＰＰｉ（１インチ当り３０〜４０個の気泡が連続的に並んでいる状態の気泡の大きさ）のウレタンフォームの場合、最も効率よく板状体の外部を好気性部分に、またその内部を嫌気性部分に夫々形成できるスポンジ厚さは、約１２ｍｍであることを知得した。
【００２０】
本発明は、上記連続気泡体から成る板状濾材を用いた各試験により得られた知見に基づいて創作されたものであり、請求項１の発明は、微生物による汚水処理槽の内部に４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて板状の濾材を平行に配列し、汚水内の有機物の除去と脱窒素の両方又は何れか一方を行う汚水処理槽の固定床用濾材に於いて、前記板状濾材を厚さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の連続気泡体から形成すると共に、当該連続気泡体の気泡の数を１インチ当り１０〜４０個としたことを発明の基本構成とするものである。
【００２１】
請求項２の発明は、微生物による汚水処理槽の内部に４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて筒状の濾材を縦向きに配列し、汚水内の有機物の除去と脱窒素の両方又は何れかを行う汚水処理槽の固定床用濾材に於いて、前記筒状の濾材を厚さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の連続気泡体から成る内径が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の円筒体又は対向する内辺間の距離が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の角筒体から形成すると共に、前記連続気泡体の気泡の数を１インチ当り１０〜４０個としたことを発明の基本構成とするものである。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、汚水処理槽を、底部に散気装置を設けた曝気処理機能を有する処理槽とするようにしたものである。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３の固定床用濾材を用いて汚水中の窒素を除去するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る板状の固定床用濾材の実施形態を示す斜面図であり、図に於いて１は連続気泡体から成る板状濾材、２は保形支持体、２ａは縦桟、２ｂは横桟である。
【００２５】
前記板状濾材１はスポンジ等の連続気泡体（連続気泡多孔体）により製作されており、厚さＴが１０〜１００ｍｍ長さＬが３００〜１５００ｍｍ、横幅Ｗが８００〜１５００ｍｍに選定されている。
尚、上記Ｌ、Ｗは固定濾床を適用する処理槽の容量に応じて適宜に選定可能なものである。
また、連続気泡体の材質は如何なるものであってもよくポリエチレンやポリウレタン等の合成樹脂製連続気泡体が望ましい。
更に、板状濾材１の気泡の大きさは、１インチ当り１０〜４０個（１０〜４０ＰＰｉ）に選定されている。
【００２６】
前記板状濾材１の厚さが１０ｍｍ以下及び気泡の大きさが１０ＰＰｉ以下では、嫌気性菌を多量に保持出来ないだけでなく、好気性環境下で使用する場合に於いては、その内部に所望量の嫌気性菌を保持することが困難となり、所謂嫌気部分を内部に形成することが出来なくなる。その結果脱窒素反応を効率よく行うことが不可能となる。
また、逆に、厚さＴが１００ｍｍを越えると、汚水中の固形物や内部に保持された嫌気性菌等による閉塞が発生し易くなる。
その結果、汚水中の固形物濃度や濾材通過速度等を考慮して、板状濾材の前記厚さＴは１０〜１００ｍｍ、気泡の大きさは１０〜４０ＰＰｉ位が最適となる。
【００２７】
前記保形支持体２は適宜のピッチで配設した縦桟２ａと横桟２ｂとから形成されており、板状濾材１の形状を保持すると共に、これ等の板状濾材１を複数枚並列状に且つ一定の間隔（４０〜１００ｍｍ）で配列・組合せして固定濾床を形成する際に、支持枠の機能を果すものである。
尚、保形支持体２は合成樹脂により形成されているが、その材質や形状は任意に選定可能なものである。
また、保形支持体２は、板状体の一側面のみに設けて、その一側面だけを保持する構造としてもよい。
【００２８】
図２は本発明の第２実施形態に依る連続気泡体から成る筒形濾材を示す斜面図である。図２に於いて、１’は筒形濾材、２’は保形支持体であり、連続気泡体から成る筒形濾材１’の厚さＴ及び気泡の大きさは、前記板状体１の場合と同じ理由により、厚さＴは１０〜１００ｍｍ、気泡の大きさは１０〜４０ＰＰｉに選定されている。
【００２９】
また、筒形濾材１’の内径は４０〜１００ｍｍに選定されている。内径を４０ｍｍ以下とした場合には、前述したように好気性環境下で使用した場合に内部に閉塞を生ずる虞れがあるからであり、また、１００ｍｍ以上とした場合には、汚水と濾材表面との接触性が低下するからである。
【００３０】
尚、図２の実施形態では保形支持体２’を筒状濾材１’の内方へ挿着しているが、これを外側のみへ挿着してもよく、或いは内側と外側の両方へ挿着するようにしてもよい。
また、図２の実施形態では筒状濾材を円筒形としているが、円筒形に替えて角筒形（例えば四角筒）としてもよいことは勿論であり、その場合には、閉塞を防止する観点から対向する内側辺間の寸法を４０〜１００ｍｍにする必要がある。
【００３１】
更に、図１に図２の実施形態に於いては、保形保持体２、２’を使用しているが、当該保形保持体２、２’の使用を排しても良いことは勿論である。
【００３２】
図３は本発明に依る固定床用濾材を適用した小形合併処理槽の縦断面概要図であり、図３に於いて３は槽本体、４は夾雑物除去槽、５は汚泥貯留槽（又は嫌気槽）、６は嫌気・好気曝気槽、７は消毒槽、８は処理水槽、９は汚水入口、１０は放流管、１１は散気管、１２は清掃口、１３は嫌気濾材、１４は固定床濾材である。
尚、図３に示した合併処理槽そのものは公知であるため、ここではその構造及び作用についての詳細な説明は省略する。
【００３３】
本発明に依る板状濾材１は、嫌気・好気曝気槽６の固定床濾材１４の形成に使用されており、図３の実施形態に於いては、６枚の板状濾材を４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下（現実には約８０ｍｍ）の間隔を置いて縦向きに平行に配列し、形成されている。
【００３４】
尚、筒形濾材１’を組み合せて固定床濾材を形成する場合には、筒形濾材１’相互間の最狭部の寸法を４０ｍｍ〜１００ｍｍの間に選定しなければならないことは、閉塞の防止及び接触効率の維持を図る上から当然のことである。
また、図３の実施形態に於いては、汚泥貯留槽５内に濾材を配置していないが、ここに点線で示すように嫌気固定濾床１３を配置しても良いことは勿論であり、この場合には嫌気固定濾床１３の構成材として、従前の嫌気濾材に替えて本願発明の板状濾材１や筒状濾材１’を使用することが可能である。
【００３５】
図３の小型合併処理槽（５人槽）を用いた実稼動試験の結果によれば、嫌気・好気曝気槽６内へ装着した本発明に依る板状濾材１からなる固定濾床により、流入汚水のＢＯＤ濃度を９３％以上除去することができると共に、約８０％以上の脱窒素が可能なことが確認されている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に於いては、気泡の大きさを適宜に選定した連続気泡体から成る板状濾材や筒状濾材を所定の間隔で組付けるだけで、極めて安価に固定用濾床を形成することができ、合併処理槽の製造コストの大幅な引き下げが可能となる。
また、本発明に於いては、前記板状濾材や筒状濾材を所定の間隔で組付けるようにしているため、固定床濾材を好気性環境下で使用しても濾材に閉塞が起生せず、しかも濾材の内部を確実に嫌気性領域として保持することができるため、脱窒素反応を効率よく行わせることが出来る。その結果、合併処理槽の大幅な小型化と低コスト化が可能となる。
更に、本発明に依る固定床用濾材は、好気性濾床だけでなく嫌気濾床にも適用することができ、優れた実用的効用を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に依る板状濾材の一実施形態を示す斜面図である。
【図２】本発明に依る筒状濾材の一実施形態を示す斜面図である。
【図３】本発明に依る板状濾材を用いて形成した固定床濾材を用いた合併処理槽の一例を示す縦断面概要図である。
【図４】従前の嫌気性濾床槽を好気性処理槽を組み合せた汚水処理ユニットの説明図である。
【図５】従前のスポンジ型担体を用いた脱窒素式好気性処理ユニットの説明図である。
【図６】先願に依る連続気泡体を用いた嫌気濾材の斜面図である。
【符号の説明】
１    連続気泡体から成る板状濾材
１’  連続気泡体から成る筒状濾材
２    保形支持体
２’  保形支持体
２ａ  縦桟
２ａ’〃
２ｂ  横桟
２ｂ’〃
３    槽本体
４    夾雑物除去槽
５    汚泥貯留槽
６    嫌気・好気曝気槽
７    消毒槽
８    処理水槽
９    汚水入口
１０  放流管
１１  散気管
１２  清掃口
１３  嫌気濾材
１４  固定床濾材（嫌気・好気濾材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005000889.tif 000008