(57)【要約】【課題】単一の処理槽で嫌気・好気生物処理が行えるようにすることによって、従来の活性汚泥法や紐状接触材による生物処理方法における諸問題を解決する。【解決手段】立体的な厚肉板状のネット体にて第１の芯材を構成するとともにこの第１の芯材に沿わせて汚泥付着糸を配した構造のマット状の第１の接触材２０の表面を垂直方向に向けた状態で、複数の第１の接触材２０を、有機物含有排水１９のための第１の生物処理槽１１の内部において、互いの表面どうしの間隔３７をあけて設置する。これにより、第１の接触材２０の内部を嫌気性状態とするとともに、第１の接触材２０の表面部を微好気性状態または好気性状態とする。有機物含有排水を、第１の接触材２０の内部と表面部との両方に接触可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体的な厚肉板状のネット体にて第１の芯材を構成するとともにこの第１の芯材に沿わせて汚泥付着糸を配した構造のマット状の第１の接触材の表面を垂直方向に向けた状態で、複数の第１の接触材を、有機物含有排水のための第１の生物処理槽の内部において、互いの表面どうしの間隔をあけて設置することで、前記第１の接触材の内部を嫌気性状態とするとともに、前記第１の接触材の表面部を微好気性状態または好気性状態とし、かつ前記有機物含有排水を前記第１の接触材の内部と表面部との両方に接触可能なようにしたことを特徴とする有機物含有排水の生物処理装置。
【請求項２】
第１の生物処理槽よりも後段側に好気性の第２の生物処理槽を設け、この第２の生物処理槽は槽内に第２の接触材を備え、この第２の接触材は、第２の芯材と、この第２の芯材から放射状に突出する多数の房状糸とを有するものであることを特徴とする請求項１記載の有機物含有排水の生物処理装置。
【請求項３】
第１の生物処理槽の内部における第１の接触材どうしの間隔をあけた部分の下部に散気手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の有機物含有排水の生物処理装置。
【請求項４】
第２の生物処理槽よりも後段側に、浮遊汚泥を沈殿させるための沈殿槽を設け、前期沈殿層で発生した沈殿汚泥を第１の生物処理槽および、または第２の生物処理槽へ返送するための返送手段を設けたことを特徴とする請求項２または３記載の有機物含有排水の生物処理装置。
【請求項５】
第２の生物処理槽からの流出水を第１の生物処理槽に循環させるための循環手段を有することを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項記載の有機物含有排水の生物処理装置。
【請求項６】
立体的な厚肉板状のネット体にて第１の芯材を構成するとともにこの第１の芯材に沿わせて汚泥付着糸を配した構造のマット状の第１の接触材の表面を垂直方向に向けた状態で、複数の第１の接触材を、窒素成分含有排水のための第１の生物処理槽の内部において、互いの表面どうしの間隔をあけて設置することで、前記第１の接触材の表面部に硝化菌を生息させるとともに、前記第１の接触材の内部に脱窒素菌を生息させて、前記窒素成分含有排水を前記硝化菌と脱窒素菌との両者によって生物処理するように構成し、かつ、前記第１の生物処理槽よりも後段側に第２の生物処理槽を設け、この第２の生物処理槽は槽内に第２の接触材を備え、この第２の接触材は、第２の芯材と、この第２の芯材から放射状に突出する多数の房状糸とを備えたものであることで、排水を硝化処理するものであることを特徴とする窒素成分含有排水の生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機物含有排水の生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水や下水などの有機物含有排水を生物処理するための技術として、活性汚泥処理方法、嫌気・好気活性汚泥処理方法、生物学的硝化脱窒素法などが知られている。しかし、これらの技術には、次のような問題点がある。
【０００３】
（１）難生分解性の有機物（例えば液晶製造排水中、現像処理排水中のＴＭＡＨ：水酸化トリメチルアンモニウム）を分解しにくい。すなわち、ＴＭＡＨは有機の強アルカリ物質で、液晶製造工程の洗浄剤以外に、半導体表面処理剤やリソグラフィー用のポジレジスト用現像液として広く使用されている。このような工程からＴＭＡＨ含有排水が発生するので排水処理が必要である。従来は活性汚泥処理方法が採用されているが、ＴＭＡＨは難生分解性であり、特に窒素成分の除去が難しいため、不満足な処理性能しか得られていない。さらに効果な処理方法が求められている。
【０００４】
（２）高いＢＯＤ負荷を採用できないので、大きな設置スペースを要し、装置の建設費が高額である。
【０００５】
（３）余剰汚泥の発生量が多い。
【０００６】
（４）活性汚泥のバルキングトラブルが起きやすい。
【０００７】
（５）嫌気・好気処理を同一の処理槽で同時に行うのが難しい。また嫌気槽から悪臭が発生する。
【０００８】
（６）硝化速度・脱窒素速度が低い。
【０００９】
（７）曝気槽において、ＢＯＤと微生物フロックとが曝気により流動するが、連れ舞い状態となることが多いため、相対速度が低く、接触頻度や接触確率が低い。
【００１０】
従来の他の排水処理方法として、粒子状ゲルあるいはスポンジなどの各種粒状体を生物付着担体とし、この生物付着担体を槽内で流動させながら生物処理する方法も、良く知られている。しかし、活性汚泥処理方法の場合と同様の問題点があるうえに、
（ａ）担体相互の接触により担体から微生物膜泥が剥離され、担体としての役割を充分果たさなくなる、
（ｂ）処理水から担体を分離するためのスクリーンが必須である、
（ｃ）このスクリーンが閉塞しやすい、
（ｄ）ゲル担体、スポンジ担体は磨耗しやすく、定期的な補給が必要になる、
（ｅ）活性汚泥処理方法と同様に難生分解性有機物を除去しにくい、
などの欠点がある。
【００１１】
これに対し、微生物付着部材を用いた他の排水処理方法として、合成繊維製の紐状接触材を用いるものが知られている（特許文献１）。この紐状接触材は、芯材と、この芯材から放射状に突出する多数の房状糸とを有するものである。
【００１２】
この特許文献１の技術は、紐状接触材に付着した微生物の表面にむらなく十分な溶存酸素を与え、処理槽全体を好気性雰囲気に維持するものである。このため、同一槽内の紐状接触材に嫌気部と好気部との両方を形成させることはできない。
【００１３】
また、スフェロチルス、フザリウムなど、繊維材への付着性が非常に高い糸状菌が増殖しやすい原水の場合には、過剰な微生物が紐状接触材に付着して、水流に対する抵抗が増加し、原水と微生物との接触の良好性が低下することがある。
【００１４】
微生物が過剰に付着すると、紐状接触材に付着した微生物に溶存酸素を円滑に供給できなくなり、微生物膜が腐敗する問題が発生しやすい。また、特許文献１の技術では、ＴＨＡＭなどの難分解性有機物の分解効果は、活性汚泥法よりは優れているが、未だ改善の余地が残っている。
【特許文献１】特開平５−９２１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、単一の処理槽で嫌気・好気生物処理が行えるようにすることによって、従来の活性汚泥法や紐状接触材による生物処理方法における諸問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の有機物含有排水の生物処理装置は、立体的な厚肉板状のネット体にて第１の芯材を構成するとともにこの第１の芯材に沿わせて汚泥付着糸を配した構造のマット状の第１の接触材の表面を垂直方向に向けた状態で、複数の第１の接触材を、有機物含有排水のための第１の生物処理槽の内部において、互いの表面どうしの間隔をあけて設置することで、前記第１の接触材の内部を嫌気性状態とするとともに、前記第１の接触材の表面部を微好気性状態または好気性状態とし、かつ前記有機物含有排水を前記第１の接触材の内部と表面部との両方に接触可能なようにしたものである。
【００１７】
本発明によれば、上記の有機物含有排水の生物処理装置が、第１の生物処理槽よりも後段側に好気性の第２の生物処理槽を設け、この第２の生物処理槽は槽内に第２の接触材を備え、この第２の接触材は、第２の芯材と、この第２の芯材から放射状に突出する多数の房状糸とを有するものであることが好適である。
【００１８】
また本発明によれば、上記の有機物含有排水の生物処理装置が、第１の生物処理槽の内部における第１の接触材どうしの間隔をあけた部分の下部に散気手段を設けたものであることが好適である。
【００１９】
また本発明によれば、上記の有機物含有排水の生物処理装置が、第２の生物処理槽よりも後段側に、浮遊汚泥を沈殿させるための沈殿槽を設け、前期沈殿層で発生した沈殿汚泥を第１の生物処理槽および、または第２の生物処理槽へ返送するための返送手段を設けたものであることが好適である。
【００２０】
また本発明によれば、上記の有機物含有排水の生物処理装置が、第２の生物処理槽からの流出水を第１の生物処理槽に循環させるための循環手段を有することが好適である。
本発明の窒素成分含有排水の生物処理装置は、立体的な厚肉板状のネット体にて第１の芯材を構成するとともにこの第１の芯材に沿わせて汚泥付着糸を配した構造のマット状の第１の接触材の表面を垂直方向に向けた状態で、複数の第１の接触材を、窒素成分含有排水のための第１の生物処理槽の内部において、互いの表面どうしの間隔をあけて設置することで、前記第１の接触材の表面部に硝化菌を生息させるとともに、前記第１の接触材の内部に脱窒素菌を生息させて、前記窒素成分含有排水を前記硝化菌と脱窒素菌との両者によって生物処理するように構成し、かつ、前記第１の生物処理槽よりも後段側に第２の生物処理槽を設け、この第２の生物処理槽は槽内に第２の接触材を備え、この第２の接触材は、第２の芯材と、この第２の芯材から放射状に突出する多数の房状糸とを備えたものであることで、排水を硝化処理するものであるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば次のような効果が得られる。
（ｉ）第１の接触材の表面部が好気性状態である場合において、原水に難分解性成分が含まれているときには、この難分解性成分が、第１の接触材の表面部の好気性微生物とその内部の嫌気性微生物とによってこの第１の接触材に保持されている好気性汚泥と嫌気性汚泥とに交互に接触するため、難分解成分を易生分解性化させる効果が大きい。
【００２２】
（ｉｉ）  原水の難生分解性有機性ＳＳ(でんぷん粒子など)がネット構造の第１の接触材によって細かくされて、嫌気的、好気的条件で長時間滞留するため、ＳＳを可溶化させる効果が大きい。
【００２３】
（ｉｉｉ）第１の接触材を立体網目構造にし、かつ複数の第１の接触材を互いの表面どうしの間隔をあけて垂直方向に配置したことによって、この第の接触材に微生物汚泥が過剰に付着することを防止できる。
【００２４】
（ｉｖ）曝気空気量と原水のＢＯＤ負荷との関係で、第１の生物処理槽内全体を、ＤＯレベルが高い好気性状態、あるいはＤＯが１ｍｇ／Ｌ未満の微好気性状態とすることができるので、嫌気処理を行うことができる第１の生物処理槽からの悪臭の発生を防止することができる。
【００２５】
（ｖ）第１の生物処理槽よりも後段側に第２の生物処理槽を設け、この第２の生物処理槽が、槽内に、第２の芯材と、この第２の芯材から放射状に突出する多数の房状糸とを有する第２の接触材を備えたものであることにより、第１の接触材における嫌気性微生物が生息している嫌気部で難分解性成分が生分解性良好な状態に変わり、さらに後段の第２の生物処理槽でのＢＯＤ―ＳＳ転換率が減少するため、余剰汚泥の発生量を大幅に減少することができる。
【００２６】
（ｖｉ）ＣＯＤ濃度が比較的低い原水（たとえばＴＭＡＨ含有排水）の場合は、沈殿槽無しの一過式フローで処理可能であり、原理的に汚泥の沈殿分離障害が無いようにすることができる。
【００２７】
（ｖｉｉ）第１の接触材における好気性微生物が生息している好気部で硝化を進め、嫌気性微生物が生息している嫌気部で脱窒素を進め、さらに第２の生物処理槽で硝化反応を高度に進め、第２の生物処理槽からの流出水を第１の生物処理槽に循環することにより、高度な脱窒素処理を行うことが可能になる。
【００２８】
（ｖｉｉｉ）高負荷処理が可能で、省スペース化が達成できる。また、第１の生物処理槽の内部に第１の接触材を設置するだけであるため、維持管理が容易である。水質変動にも強い。
【００２９】
（ｉｘ）処理水質をさらに向上したい場合には、後段にろ過槽を設け、第１の接触材を生物ろ過材として使用することで、ＳＳをろ過することができる。これにより清澄処理水が得られ、この処理水は中水として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態の有機物含有排水の生物処理装置の概略構成を示す図である。ここで１１は第１の生物処理槽としての曝気槽であり、原水供給路１２が接続されている。曝気槽１１よりも後段側には、第２の生物処理槽としての好気性生物処理槽１３が設けられている。１４は、好気性生物処理槽１３からの放流路である。好気性生物処理槽１３と曝気槽１１との間には、好気性生物処理槽１３からの流出水を曝気槽１１に循環させるための循環路１５が設けられている。１６は循環ポンプである。曝気槽１１および好気性生物処理槽１３の底部には、それぞれ、散気管などにより構成された散気装置１７が設けられている。各散気装置１７には、この散気装置１７に空気を供給するために槽外に設けられたブロワ１８が接続されている。
【００３１】
曝気槽１１における被処理排水１９の中には、第１の接触材２０が浸漬されている。この第１の接触材２０は、金属製の枠体の内部に多数のエレメントとして配されたものであり、各エレメントすなわち各第１の接触材２０は、立体的な厚肉板状のネット体にて芯材を構成するとともに、この芯材に沿わせて汚泥付着糸を配してマット状に構成したものである。このような構成の第１の接触材２０は、特開２００２−１３６９８６号公報に記載されている。
【００３２】
図２〜図５に示すように、第１の接触材２０のエレメント２６は、立体的なネット状の芯材２１を有し、この芯材２１に沿わせて汚泥付着糸２２が配された構成となっている。
【００３３】
芯材２１は、たとえば合成樹脂製の腰の強いモノフィラメント２３により構成されており、このモノフィラメント２３は、たとえば図３に示すように複数のΩ字状の部分と逆Ω字状の部分とが交互に凹凸状に配置された連続糸により構成されている。そして芯材２１は、複数のモノフィラメント２３、２３、…が並列に配置されるとともに、隣り合うモノフィラメント２３、２３のΩ字状の部分どうしすなわち凸部どうしあるいは逆Ω字状の部分どうしすなわち凹部どうしが連結糸２４によって相互に結び付けられることで、上述のように立体的なネット状に形成されている。
【００３４】
連結糸２４は、たとえばモノフィラメント２３よりも細繊度の合成樹脂製の腰の強い連続糸にて形成されており、立体的なネット状の芯材２１の厚み方向に沿った一端部および他端部において、一本のモノフィラメント２３に複数の連結糸２４が絡み付くように配置され、隣り合うモノフィラメント２３、２３のΩ字状の部分どうしあるいは逆Ω字状の部分どうしを重ね合わせた状態で、これらΩ字状の部分どうしあるいは逆Ω字状の部分どうしを相互に結び付けることができるように構成されている。
【００３５】
また、モノフィラメント２３のΩ字状の部分あるいは逆Ω字状の部分におけるモノフィラメント２３が存在せずに開口となっている部分２５には、複数の連結糸２４がモノフィラメント２３の長さ方向にわたされた構成となっている。そして、連結糸２４は、このように立体的なネット状の芯材２１の厚み方向に沿った一端部および他端部にのみ配置されることで、この芯材２１の厚み方向に沿った内側の部分には配置されないように構成されている。
【００３６】
このような構成の立体的なネット状の芯材２１に沿わせて、汚泥付着糸２２が配されている。この汚泥付着糸２２は、たとえばアクリルハイバルク繊維のような汚泥の付着性の良好な糸条にて形成されており、また芯材２１を構成するモノフィラメント２３よりも太繊度で形成されて、芯材２１により形成される立体的な空間内を所定の体積割合で占めることができるように構成されている。
【００３７】
また汚泥付着糸２２は、芯材２１のモノフィラメント２３とは逆の凹凸状になるように配置されている。すなわち、モノフィラメント２３のΩ字状の凸部では逆Ω字状の凹部となり、反対にモノフィラメント２３の逆Ω字状の凹部ではΩ字状の凸部となるようにして、このモノフィラメント２３に沿って配置されている。つまり汚泥付着糸２２は、芯材２１の厚み方向に沿った一端部および他端部においては、開口となっている部分２５に配置されている。そして汚泥付着糸２２は、この開口となっている部分２５で連結糸２４が絡められ、また開口となっている部分２５の縁部では連結糸２４によってモノフィラメント２３に縛り付けられることで、立体的なネット状の芯材２１と一体化されている。芯材２１の厚み方向に沿った一端部および他端部以外の、この芯材２１の厚み方向に沿った内側の部分では、汚泥付着糸２２は、モノフィラメント２３に沿っているものの、このモノフィラメント２３に連結されることなしに、モノフィラメント２３から浮いた自由な状態で配置されている。
【００３８】
なお、図２はエレメント２６の全体の斜視図であり、図３は各モノフィラメント２３および汚泥付着糸２２の配列方向を横方向とした斜視図であり、図４は各モノフィラメント２３および汚泥付着糸２２の配列方向を横方向とした正面図であり、図５は各モノフィラメント２３および汚泥付着糸２２の配列方向と直角な方向を横方向とした図である。
【００３９】
なお、上記においては、第１の接触材２０のエレメント２６として特定の編織構造を有したものについて説明したが、本発明において使用することができるエレメント２６は、これに限定されるものではなく、他の公知の編織構造やその他の立体構造を用いて立体的な厚肉板状のネット体にて構成された芯材と、この芯材に沿わせて配された汚泥付着糸とを有してマット状に形成されたものであればよい。
【００４０】
好気性生物処理槽１３における被処理排水１９の中には、第２の接触材３０が浸漬されている。この第２の接触材３０は、揺動床式の接触材であって、同様に金属製の枠体の内部に多数のエレメントを配したものである。各エレメントは、芯材と、この芯材から放射状に突出する多数の房状糸とを備えた揺動床式の接触材である。このような構成の第２の接触材３０は、たとえば特開平５−９２１９６号公報に記載されている。
【００４１】
図６に示すように、第２の接触材３０のエレメント３１は、芯材３３と嵩高の房状糸３４とを有した構成とされている。芯材３３は、微生物の付着しにくい材料で形成されており、好気性生物処理槽１３の内部において上下方向に配置されている。房状糸３４は、アクリル繊維などの微生物の付着しやすい繊維にて構成されるとともに、その多数本が、芯材３３の長さ方向にわたって、この芯材３３から水平方向に放射状に突出されている。そして、房状糸３４は、芯材３３の位置を基端として、好気性生物処理槽１３の内部の被処理排水１９の中で揺動可能とされている。３５は、房状糸３４に付着し成長した汚泥である。
【００４２】
図１に示すように、曝気槽１１の内部における複数のマット状の第１の接触材は、その表面を垂直方向に向けた状態で、互いの表面どうしの間に間隔３７をあけて配置されている。散気装置１７は、複数存在する間隔３７のうちの一部に対応する位置に設けられている。
【００４３】
立体的な厚肉板状のネット構造を有するマット状の第１の接触材２０は、具体的には、その厚みが１０ｍｍ以上であることが好適である。その結果、被処理排水１９中に溶存酸素が存在する好気性状態の曝気槽１１にこの第１の接触材２０を設置した場合に、この第１の接触材２０の表面に好気性微生物が付着し生息する。すなわち第１の接触材２０の表面は好気性ゾーンすなわち好気部となる。そして、この好気部すなわち第１の接触材２０の表面部では溶存酸素が消費され、その結果、第１の接触材２０における厚み方向の中心部には、溶存酸素が存在しない嫌気性ゾーンが形成され、嫌気性微生物が生息、増殖して嫌気部が形成される。これによって、酸素に対する挙動が相反する微生物の棲み分け効果を持たせることができる。なお、第１の接触材２０の中心部に嫌気部が強く形成されると、その表面部は好気ゾーンとならずに微好気ゾーンとなり、微好気部が形成されることとなる。
【００４４】
第１の接触材２０は、その厚みが小さすぎると、第１の接触材２０のネット構造の内部の中心部に嫌気部が形成されなくなる。反対に厚みが大き過ぎると第の接触材２０の内部の嫌気部の比率が高すぎることになり、好ましくない。本発明者による試験の結果では、第１の接触材２０の厚みの好適値は１０〜１００ｍｍであり、さらに好ましくは３０〜６０ｍｍである。このような厚みにすることで、第１の接触材２０の内部と表面部とに、嫌気部と好気部または微好気部とが形成され、嫌気部と好気部または微好気部との比率も適度に維持できる。なお、曝気槽１１における第１の接触材２０以外の部分での溶存酸素濃度が低く、原水ＢＯＤ濃度が高い場合ほど、第１の接触材２０の厚みが小さくても、この第１の接触材２０の中心部に嫌気ゾーンが形成されやすく、かつその表面部に微好気ゾーンが形成されやすくなる。なお、芯材２１と汚泥付着糸２２とを備えた第１の接触材２０のエレメント２６の１枚当たりの厚みは、２０ｍｍ程度であることが、製造のし易さから好ましい。したがって、第１の接触材２０の厚みをたとえば上述のように６０ｍｍにするときは、その３枚を面どうしを接して重ねて用いることが好適である。
【００４５】
第１の接触材２０どうしの間隔３７の適正値は、次のとおりである。すなわち、曝気槽１１の底部に設置された散気装置１７から吐出される気泡の上昇運動に伴って引き起こされる上昇水流３８が、第１の接触材２０どうしの間隔３７をスムーズに流れるように、この間隔３７は、３０ｍｍ以上、好ましくは５０〜１００ｍｍ程度とするのが良い。間隔３７が狭すぎると水流３８に対する抵抗が大きすぎ、広すぎると第１の接触材２０における微生物付着面積が減少してしまう。なお、図１において、３９は下降水流で、主として、間隔３７のうち散気装置１７が設けられていない箇所において発生する。
【００４６】
このような構成の処理装置を運転すると、次のようになる。すなわち、原水供給路１２から曝気槽１１に各種工場廃水、有機物含有下水を流入させる。そしてブロワ１８によって空気などの酸素含有ガスを散気装置１７に供給し、この散気装置１７から槽内に曝気する。すると、約１〜２週間ほどの馴致期間終了後（曝気槽１１の新設時には他の生物処理施設から採取した活性汚泥を投入する）において、第１の接触材２０の外表面部すなわち水流３７、３８と接する部分には、好気性菌、硝化菌、通性菌などが活発に増殖して付着固定化される。
【００４７】
一方、第１の接触材２０の表面の好気性菌によって、被処理排水における溶存酸素が消費されるため、第１の接触材２０における厚み方向に沿った中心部とその近傍には、溶存酸素が無くなり、嫌気ゾーンが生成され、嫌気性微生物（多種多様な通性菌、脱窒素菌、硫酸還元菌、メタン生成菌、水素生成菌など）が増殖固定化される。
【００４８】
このとき、間隔３７において適度な流速の水流３８、３９を生起させることが重要である。こうすると、水流３８、３９および散気装置１７からの気泡の衝突運動によって、第１の接触材２０の表面に微生物が過剰に付着するのを防止することができる。なお、第１の接触材２０の内部の嫌気性微生物は、本質的に増殖速度が小さいので、この第１の接触材２０の内部に過剰に保持されることはない。
【００４９】
上昇水流３８は水面に達したのち反転し、間隔３７のうち槽１１の底部に散気装置１７が設置されていないゾーンを下降水流３９となって流下し、第１の接触材２０の下端部から再度反転して、循環流を形成する。なお、すべての間隔３７において散気装置１７を設置して曝気しても良く、必ずしも図１のような循環流は形成させなくてもかまわない。
【００５０】
このように曝気槽１１では、槽内を酸素含有ガスで曝気しているにも拘わらず、第１の接触材２０において好気処理部と嫌気処理部との両方が形成される。すなわち、原水中の有機物が、まず第１の接触材２０の外表面の好気性微生物と接触し、その後第１の接触材２０の内部に拡散して嫌気性微生物と接触し、ついで、外表面の好気性微生物と再度接触するというサイクルが、多数回反復される。この結果、好気性微生物単独処理または嫌気性微生物単独処理では分解されにくい有機物（たとえばＴＭＡＨ、ＤＭＳＯ：ジメチルスルフォキシド）が、易分解性に変化し、効果的に生物学的に分解される。なお、場合によっては、第１の接触材２０の外表面には、上述した好気処理部に代えて微好気処理部が形成されることがある。
【００５１】
このような状況とするためには、上述のように第１の接触材２０をその表面が垂直方向に向くようにして設置することが必要である。これに対して第１の接触材２０をたとえば水平方向に設置し、かつその複数を積層して用いると、第１の接触材２０の内部を気泡が上昇してゆくために全体が好気性になり、接触材に嫌気部と好気部とを存在させることが困難である。
【００５２】
このようにして、曝気槽１１内の被処理排水１９は、この曝気槽１１で、嫌気的に生物処理されるか、好気的あるいは微好気的に生物処理された後、第２の接触材３０を充填した好気性生物処理槽１３に流入される。ここでは、槽底部の散気装置１７からの酸素含有ガスの散気を伴うことで、被処理排水１９と溶存酸素とが、第２の接触材３０に付着した好気性微生物、原生動物、微小後生動物と接触され、好気性生物処理される。これによって、前段の曝気槽１１からの流出水が高度に浄化される。このとき、第２の接触材３０においては、好気性生物処理槽１３における適度に大きな速度の水流が、揺動可能な房状糸３４の表面に及ぼされ、それにもとづき房状糸３４が揺動されることによって、過剰に付着しようとする微生物膜が房状糸３４から剥離される。
【００５３】
上記の処理を行うことで、曝気槽１１および好気性生物処理槽１３の汚泥保持量が、ＭＬＳＳ換算で１５０００〜２００００ｍｇ／Ｌ程度に達し、非常に大きくなるため、高ＢＯＤ負荷処理が可能である。このため、省スペース化、設備建設費の低減化を達成できる。また活性汚泥法に不可欠な沈殿分離槽は必ずしも必要でないので、汚泥管理も容易である。しかも、汚泥保持量が大きいので、原水の水質変動にも強いという効果がある。
【００５４】
また第１の接触材２０を備えた曝気槽１１にて嫌気・好気サイクル処理が遂行されるため、上述のようにＴＭＡＨ、ＤＭＳＯなどの難分解性有機物を含有した排水に特に適しているが、窒素含有排水の生物学的脱窒素の目的に対しても、効果的に適用できる。すなわち、曝気槽１１の第１の接触材２０の好気部および好気性生物処理槽１３の第２の接触材３０において硝化菌を増殖させてアンモニア性窒素を硝化し、その硝化液を循環路１５によって前段の曝気槽１１に循環すると、硝化液中の硝酸性窒素が、第１の接触材２０の嫌気部に繁殖している脱窒素菌によって窒素ガスに還元されて除去される。この結果、従来技術のように脱窒素槽を覆蓋・密閉することなく、大気に開放した状態で、効率良く脱窒素反応を進行させることができる。このため、設備の維持管理性が向上する。
【００５５】
従来の嫌気性処理では、溶存酸素が無い状態で処理されるので、嫌気槽から不可避的に硫化水素やメチルメルカプタンなどの腐敗臭が発生し、作業環境を悪化させる。しかし本発明によると、曝気空気量と原水のＢＯＤ負荷との関係で、曝気槽１１の内部が、ＤＯレベルが高い好気性、あるいはＤＯが１ｍｇ／Ｌ未満である微好気性に維持された状態でも、第１の接触材２０の内部で嫌気性処理を行うことができる。このため、槽１１からの腐敗性悪臭の発生がないという顕著な作用効果がある。
【００５６】
また本発明によれば、曝気槽１１での嫌気・好気サイクル処理によって、難分解性成分が生分解性の良好な状態に変わり、さらに後段の好気性生物処理槽１３の第２の接触材３０における微生物の食物連鎖の形成によって、ＢＯＤ除去に伴う汚泥転換率が減少するため、余剰汚泥発生量を大幅に減少することができる。
【００５７】
原水に難生分解性有機性ＳＳ(でんぷん粒子など)が含まれると、そのままでは好気性処理が困難であるが、本発明では、難生分解性有機性ＳＳが第１の接触材２０のネット構造に捕捉されて、嫌気的・好気的条件で長時間滞留するため、ＳＳの可溶化効果が大きい。
【００５８】
本発明によれば、図１における好気性生物処理槽１３からの流出水に含まれる浮遊生物汚泥を、沈殿槽（図示せず）などで固液分離することができる。そして、分離した汚泥を、返送路を介して、曝気槽１１および、または好気性生物処理槽１２に返送することができる。そうすることによって、特に返送汚泥ＳＳが第１の接触材２０に捕捉され、長時間滞留する過程で嫌気的に可溶化、分解されるので、さらに余剰汚泥を減少させることができる。また返送汚泥によって曝気槽１１における浮遊汚泥濃度が増大するので、その処理速度が向上する。
【００５９】
なお、本発明においては、第１の接触材２０の汚泥保持量が大きいため、原水有機物濃度が比較的低い原水種類（たとえば液晶製造工程からの排水）の場合は、沈殿槽を設けずに、好気性生物処理槽１３からの流出水をそのまま放流するいわゆる一過式フローとすることも可能である。このようにすると、システム構成が簡単になり、原理的に汚泥の沈殿分離障害がなく、したがって維持管理性が非常によく、メンテナンスフリーの運転が可能である。
【００６０】
最終処理水の水質をさらに向上したい場合は、最終段にろ過槽を設け、第１の接触材２０を、汚泥保持材ではなく、ろ過材として使用することができる。そして、このろ過槽に、好気性生物処理槽１３からの流出水または図示しない沈殿槽からの流出水を流入させれば、ＳＳがろ過されて清澄な処理水が得られ、この処理水は中水として再利用することができる。
【実施例】
【００６１】
実施例１（ＴＭＡＨ含有排水への本発明の適用試験）
図７に示す試験装置を用いて、ＴＭＡＨを含有する現像排水を生物処理した。なお、図７において、図１に示したものと同一のものには、同一の参照番号を付す。ただし、二点鎖線で示した循環路１５および循環ポンプ１６は使用しなかった。図７に示す第１の生物処理槽としての曝気槽１１と、第２の生物処理槽としての好気性生物処理槽１２との諸元を、表１に示す。
【００６２】
【表１】
2007196221.tif 000003
【００６３】
処理の対象であるＴＭＡＨ含有排水（原液）の水質は、ｐＨ  １２．７、ＴＭＡＨ  ６１１０ｍｇ／Ｌ、ＴＯＣ  ３２２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ  ９８００ｍｇ／Ｌ、ＴＮ  ９４０ｍｇ／Ｌ、ＴＰ  ０．４ｍｇ／Ｌであった。
【００６４】
この原液を水道水で３倍に希釈した。これにより、上記はそれぞれ１／３の濃度（たとえばＴＭＡＨ  ２０３６ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ  ３２７０ｍｇ／Ｌ、ＴＮ  ３１３ｍｇ／Ｌ）となった。また、ＢＯＤ：Ｐ＝１００：１（質量比）になるように燐酸カリウムを添加した。原水のｐＨが高いため、処理試験中は、図７の試験槽に硫酸を添加することによって、槽内のｐＨを６．５〜７．０になるように自動制御した。
【００６５】
各試験は所定の条件で１ヶ月継続し、試験条件を変えてから１０日経過後に、処理水の水質分析を１日１回行い、２０日間の平均値を取った。曝気槽１１における第１の接触材２０の中心部には、運転を開始してから１週間経過後に顕著に黒変した時点で、溶存酸素計を挿入し、溶存酸素を測定した。その測定結果は、０ｍｇ／Ｌであった。酸化還元電位（ＯＲＰ）はマイナス２５ｍＶであった。すなわち、黒変汚泥は嫌気性微生物汚泥であった。曝気槽１１からは、何ら悪臭が感じられなかった。その理由は、曝気槽１１における液中に溶存酸素が存在するためであった。
【００６６】
表２に、試験条件を４段階に変化させたときの処理結果を示す。
【００６７】
【表２】
2007196221.tif 000004
【００６８】
表２から、曝気槽１１と好気性生物処理槽１３との合計容積当たりのＢＯＤ容積負荷が５．０ｋｇ／ｍ３・ｄという非常に高い場合において、曝気槽１１および好気性生物処理槽１３からの流出水のＢＯＤ、ＴＭＡＨの値は、原水の値と比較して著しく低下しており、非常に良好な処理結果が得られた。特に曝気槽１１からの流出水におけるＢＯＤ、ＴＭＡＨの除去率が、ＢＯＤ負荷３．０ｋｇ／ｍ３・ｄにおいて、各々９９．３％、９９．７％と、非常に高い値を示した。その理由は、第１の接触材２０による嫌気・好気サイクル処理が、ＴＭＡＨの生分解性を著しく向上させたためと推定することができる。
【００６９】
また、曝気しているために液側に溶存酸素が存在する曝気槽１１では、ＢＯＤ容積負荷３．０ｋｇ／ｍ３・ｄにおいて、曝気槽１１からの流出水のＴＮ（全窒素）は１７７ｍｇ／Ｌであり、ＴＮ除去率として４３％の好結果が得られた。この好結果の原因は、曝気槽１１の内部の液の部分が好気性雰囲気であっても、第１の接触材１１の表面とその内部とにおいて、好気的硝化と嫌気的脱窒素反応とが進むためであると判断できる。しかし、ＢＯＤ容積負荷５．７ｋｇ／ｍ３・ｄにおいては、曝気槽１１からの流出水のＴＮは、原水のＴＮの３１３ｍｇ／Ｌに対して３０３ｍｇ／Ｌであり、ほとんど除去できなかった。その原因は、ＴＭＡＨ中の窒素成分がアンモニア性窒素として残留したためであった。
【００７０】
実施例２（ＴＮ除去率向上の検討）
実施例１の試験装置において、図７の二点鎖線で示すように、好気性生物処理槽１３からの流出水の一部を曝気槽１１に循環する循環路１５を追加して、ＢＯＤ容積負荷４．０ｋｇ／ｍ３・ｄの条件で追加試験を行った。循環量は、原水供給量である３６．３Ｌ／日の５倍量とした。
【００７１】
その結果、ＴＮは、曝気槽１１からの流出水においては６０ｍｇ／Ｌ、好気性生物処理槽１２からの流出水においては５５ｍｇ／Ｌとなり、実施例１と比較して、高度の生物学的脱窒素が進行した。その原因は、曝気槽１１において、第１の接触材２０の表面で原水中の窒素成分の部分的硝化が起き、後段の好気性生物処理槽１３で高度の硝化が進み、好気性生物処理槽１３の処理水が曝気槽１１に循環され、曝気槽１１の内部で硝酸性窒素の還元が進んだためである。
【００７２】
比較例１
実施例１（図７）における曝気槽１１を除去し、好気性生物処理槽１３だけで、ＴＭＡＨ含有排水の処理試験を行った。このとき、処理槽１３へのＢＯＤ容積負荷は、実施例１と同じ負荷に設定した。
【００７３】
ＢＯＤ容積負荷を４段階に変化させたときの処理水のＢＯＤの測定結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
2007196221.tif 000005
【００７５】
表３に示すように、ＢＯＤ容積負荷が３．０ｋｇ／ｍ３・ｄ以下の場合は、好気性生物処理槽１３単独でも、処理水ＢＯＤ、ＴＭＡＨは低い値になったが、ＢＯＤ容積負荷が４．０ｋｇ／ｍ３・ｄ以上の場合は、好気性生物処理槽１３単独では、処理水質が顕著に悪化した。
【００７６】
これに対し、上述の実施例１では、ＢＯＤ容積負荷が５．０ｋｇ／ｍ３においても非常に良好な処理水が得られたことから、本発明の優れた処理性能を確認できた。
【００７７】
比較例２
実施例１の曝気槽１１から第１の接触材２０を除去して、曝気槽１１を密閉し、散気装置１７からの曝気は行わずに、単なる機械撹拌式嫌気槽とした。そして、そのあとで好気性生物処理槽１３で処理する方式を検討した。なお好気性生物処理槽１３の後段に沈殿槽を設けて、好気性生物処理槽１３における被処理水中の浮遊汚泥を沈殿槽で沈殿させ、その沈殿汚泥を前記嫌気槽に返送し、同嫌気槽のＭＬＳＳを２５００〜３２００ｍｇ／Ｌに維持した。そのときの処理結果を表４に示す。その結果、第１の接触材２０を充填しない単なる嫌気槽で嫌気処理を行った後、好気性生物処理槽１３で好気処理するだけの方式では、実施例１の場合よりも処理性能が低いことが判明した。
【００７８】
【表４】
2007196221.tif 000006
実施例３（製菓工場の廃水への適用）
製菓工場からの廃水として、油分やＳＳを高濃度で含んでいて処理が困難なものが見受けられる。本発明の有機物含有廃水の生物処理装置をこのような製菓工場からの廃水に適用した実施例について説明する。
【００７９】
第１の生物処理槽として、第１の接触材２０を配置した嫌気性生物処理槽を構成した。また、第２の生物処理として、第２の接触材３０を配置した好気性生物処理槽を構成した。第１の生物処理槽では、槽底部に存在する廃水を槽上部における廃水の水面よりも下側の部分に循環させるための循環手段としてのポンプを運転した。
【００８０】
このようにして運転した結果を表５に示す。同様に効率よく処理されていることがわかる。
【００８１】
【表５】
2007196221.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態の有機物含有排水の生物処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１における曝気槽に用いられる第１接触材のエレメントの斜視図である。
【図３】図２の接触材の編織構造を示す斜視図である。
【図４】図２の接触材の編織構造を示す要部拡大図である。
【図５】図２の接触材の編織構造を示す他の斜視図である。
【図６】図１における好気性生物処理槽に用いられる第２の接触材を示す図である。
【図７】本発明の実施例１、２についての試験装置を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１    曝気槽
１３    好気性生物処理槽
１５    循環路
１７    散気装置
１９    被処理排水
２０    第１の接触材
２１    芯材
２２    汚泥付着糸
３０    第２の接触材
３７    間隔
【図１】
2007196221.tif 000008
【図２】
2007196221.tif 000009
【図３】
2007196221.tif 000010
【図４】
2007196221.tif 000011
【図５】
2007196221.tif 000012
【図６】
2007196221.tif 000013
【図７】
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