(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性処理槽と嫌気性処理槽とを有し、前記好気性処理槽では、有機物の分解・固定化と共に、硝化菌により窒素分を硝酸性窒素に酸化する硝化を行い、前記嫌気性処理槽では、前記硝酸性窒素をガス化する脱窒を行うようにした脱窒機能を有する水処理装置であって、
前記好気性処理槽の後段に前記嫌気性処理槽を設け、該嫌気性処理槽には、微生物の担持体として、水中に浮遊可能なプラスチック発泡体からなる浮遊ろ材を多数充填してなる浮遊ろ層を形成し、硫酸塩還元菌により硫黄分を還元する過程と、これで得られた硫化物を利用して硫黄脱窒菌により前記硝酸性窒素をガス化する過程とを、嫌気性条件下にある同一の前記浮遊ろ層内で行わせるようにしたことを特徴とする脱窒機能を有する水処理装置。
【請求項２】
前記浮遊ろ層を原水が上向きに流通すると共に、該浮遊ろ層が、下部に主に硫酸塩還元菌が、上部に主に硫黄脱窒菌がそれぞれ棲息する棲み分けがなされるように高く設けられたことを特徴とする請求項１に記載の脱窒機能を有する水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物の働きにより水中の窒素分を生物学的に除去する脱窒機能を有する水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
富栄養化の原因となる水中の窒素分を除去する脱窒機能を有する水処理装置としては、従来、好気性処理部を流通した処理水の一部を前段の嫌気性処理部に還流する構成として、好気性処理部において硝化菌の働きで硝化が促進された水中の窒素分を、前段の嫌気性処理部において他栄養性脱窒菌の働きでガス化するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の水処理装置においては、後段の好気性処理部におけるアンモニア性窒素の硝化に１０時間近くの長時間曝気が必要となる上に、前段の嫌気性処理部における脱窒にも４〜５時間の滞留時間が必要となり、装置が大型化して設置面積が増大する不都合があった。その上、脱窒過程で原水中に有機炭素源が不足する場合には、メタノール等の炭素源を添加する必要があり、さらに好気性処理部の処理水を嫌気性処理部に還流させるための管路やポンプ等の循環設備が必要となるため、装置構成が複雑化する不都合があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、小型化並びに構成の簡略化を図ることのできる脱窒機能を備えた水処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、脱窒機能を有する水処理装置の構成を、好気性処理槽の後段に嫌気性処理槽を設け、この嫌気性処理槽には、微生物の担持体として、水中に浮遊可能なプラスチック発泡体からなる浮遊ろ材を多数充填してなる浮遊ろ層を形成し、硫酸塩還元菌により硫黄分を還元する過程と、これで得られた硫化物を利用して硫黄脱窒菌により硝酸性窒素をガス化する過程とを、嫌気性条件下にある同一の浮遊ろ層内で行わせるものとした。
【０００６】
これによると、概ね以下に示す過程を経て脱窒が行われる。すなわち、前段の好気性処理部では、硝化菌の働きにより原水に含まれる窒素分としてのアンモニア性窒素が硝酸性窒素に酸化される。具体的には、Nitrosomonas、Nitrococcus等の働きで、
ＮＨ4+＋（３／２）Ｏ2→ＮＯ2-＋Ｈ2Ｏ＋２Ｈ+
で示される反応が進行し、さらに、Nitrobacter、Nitrocystis等の働きで、
ＮＯ2＋（１／２）Ｏ2→ＮＯ3-
で示される反応が進行する。この他、好気性処理部では、好気菌の働きにより原水中の有機物が分解・固定化され、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）並びにＳＳ（浮遊物質）が低減する。
【０００７】
他方、後段の嫌気性処理部では、硫酸塩還元菌（Desulfovibrio desulfuricans等）により、原水中の硫黄分としての硫酸塩が硫酸呼吸により硫化水素に還元される。このときの反応式は、
ＳＯ42-＋４Ｈ2＋Ｈ+→ＨＳ-＋４Ｈ2Ｏ
で示される。この硫酸塩還元過程で得られた硫化水素は、硫黄脱窒菌（Beggiatoa、Thiothrix等）により、硫酸塩に酸化される一方で、前段の好気性処理部の硝化過程で得られた硝酸性窒素を窒素ガスに変化させる。このときの反応式は、
５ＨＳ-＋８ＮＯ3-＋３Ｈ+→５ＳＯ42-＋４Ｎ2＋４Ｈ2Ｏ
で示される。この脱窒過程で生成した窒素ガスは最終的に大気中に放散される。この他、嫌気性処理部では、残存する有機物を利用して他栄養性脱窒菌による脱窒もあわせて行われる。
【０００８】
このように、本発明においては、嫌気性処理部における微生物の担持体を多数充填してなるろ層により前記の有用微生物の高い活性が維持され、炭素源を必要としない脱窒反応を実現することができる。これにより、炭素源の添加設備が不要となる上に、好気性処理部の後段に嫌気性処理部を設けることが可能となり、硝化液を還流させるための管路やポンプ等の循環設備が不要となる。なお、前記の硫酸塩還元過程では硫黄分が必要であるが、通常、窒素分に見合う硫黄分が原水に含まれており、特に添加する必要はない。原水の硫黄分が不足するおそれがある場合には、安定した処理が可能なように硫黄分の補給手段を設けておくと良い。
【０００９】
前記の担持体は、微生物の保持能力に優れた多孔質材が望ましく、また、担持体が水中に沈降・静止した固定ろ層を形成するものや、あるいは流動化によって流動ろ層を形成するものも可能であるが、特に、水中に浮遊可能な比重を有して浮遊ろ層を形成可能なものが好ましい。これによると、固定ろ層方式に比較して、原水と微生物との接触効率が高く、前記各微生物の活性をより一層高めて処理時間を短縮することができる。また、流動ろ層方式に比較して、担持体からの剥離生物膜の処理水中への混入が少なく、後沈殿処理が不要となる。前記の浮遊ろ材としては、例えば繊維質状のものでも可能であるが、耐久性や流失防止の面でプラスチック発泡体が好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に基づき構成された水処理装置を示している。この水処理装置は、処理すべき原水が、ごみを除去するスクリーン１を経た上で、好気処理槽２と嫌気処理槽３とを順次流通して浄化処理されるようになっている。
【００１２】
好気並びに嫌気の各処理槽２・３にはそれぞれ、内部を上下に仕切るように配設された金網等でできたろ材流失抑止帯の下側に多数充填された浮遊ろ材がろ材流失抑止帯で浮上を規制されるようにして浮遊ろ層４・５が形成されている。
【００１３】
ここで用いられる浮遊ろ材は、プラスチック発泡体等からなる粒状体（例えば、径が１０〜３０ｍｍ）であり、流入する原水中を適度に浮遊可能なように、原水より小さいかあるいは同等程度の比重に設定されている。この浮遊ろ材の表面には微生物が膜状に付着・増殖する。
【００１４】
好気並びに嫌気の両処理槽２・３は、原水を下部に送入して上部から引き抜く構成となっており、これにより各々の浮遊ろ層４・５を原水が上向きに流通する。
【００１５】
両処理槽２・３の底部にはそれぞれ散気管６・７が設けられている。このうち、好気処理槽２の散気管６は、常時、浮遊ろ層４を好気状態に保持するための曝気と、適宜に浮遊ろ層４の目詰まりを解消するための逆洗に用いられるものであり、空気や重酸素等が供給される。他方、嫌気処理槽３の散気管７は、逆洗の用にのみ供されるものであり、嫌気状態の支障とならない窒素ガス等が供給される。
【００１６】
好気処理槽２の浮遊ろ層４には、水中の有機物を摂取する好気性菌が増殖し、原水中の有機分が分解・固定化される。また、この浮遊ろ層４には、水中の窒素分を硝化する硝化菌が高濃度に保持され、窒素分を硝酸性窒素に酸化する硝化反応が促進される。
【００１７】
他方、嫌気処理槽３の浮遊ろ層５には、硫酸塩還元菌並びに硫黄脱窒菌が増殖し、原水に含まれる硫黄分を還元する硫酸塩還元反応が硫酸塩還元菌によって促進されると共に、これで得られた硫化物を利用して好気処理槽２で生成した硝酸性窒素をガス化する脱窒反応が硫黄脱窒菌によりなされる。このとき、浮遊ろ層５を比較的高く（例えば、３ｍ）設けることで、下部に主に硫酸塩還元菌が、上部に主に硫黄脱窒菌がそれぞれ棲息する適度な棲み分けがなされ、硫酸塩還元並びに硫黄脱窒の両過程が段階的に進行する。また、浮遊ろ層５では、前記微生物による脱窒の他に、残存する有機物を利用して他栄養性脱窒菌による脱窒もあわせて行われる。なお、工業廃水のように硫酸塩還元菌並びに硫黄脱窒菌を多量に含まない原水の処理では、この種の微生物を予め訓育培養するようにすると良い。
【００１８】
以上、好気並びに嫌気の両処理槽を各１基ずつ設けた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、原水の水質等に応じて種々の形態をとり得る。例えば、アンモニア性窒素が高濃度である場合には、好気並びに嫌気の各処理槽を２基ずつ設けた構成すれば良い。
【００１９】
【実施例】
以上のように構成された水処理装置を用いて実際に処理を行った。ここでは、主な汚濁源が生活排水である河川水を原水に用い、好気並びに嫌気の各処理槽の滞留時間をそれぞれ１時間とした。その結果、下表に示すように、Ｔ−Ｎ（全窒素）が嫌気処理で大幅に低減し、短時間での高度な脱窒処理が達成され、本発明の有効性が実証された。また、ＢＯＤ並びにＳＳは好気処理の段階で大幅に低減し、さらに嫌気処理でも減少が認められた。Ｔ−Ｓ（全硫黄）では殆ど変化がなかった。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、脱窒過程で炭素源が不要であるため、その添加設備を設ける必要がなく、しかも好気処理部から嫌気処理部へ硝化液を還流させるための管路やポンプ等の循環設備も不要であり、装置構成を大幅に簡略化して動力費等のコストを削減する上で大きな効果が得られる。
【００２２】
特に微生物の担持体に浮遊ろ材を用いると、原水と微生物との接触効率を高めて有用微生物の活性をより一層高めることが可能となり、１〜３時間という短い時間で高度な脱窒が可能となる。これにより、処理時間が飛躍的に短縮され、装置の小型化により設置面積の縮小を図る上で顕著な効果が得られる。しかも、後沈殿処理が不要であるため、装置構成をより一層簡略化する利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された水処理装置の概略構成を示す概念図。
【符号の説明】
１  スクリーン
２  好気処理槽
３  嫌気処理槽
４・５  浮遊ろ層
６・７  散気管
【図１】
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