JP5021902B2

JP5021902B2 - 有機性廃水の処理設備と処理方法

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Publication number: JP5021902B2
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Inventors: 鶴一山本
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Description

本発明は有機性廃水の処理設備と処理方法、さらに詳しくは、少なくとも１以上の生物処理槽を備え、その生物処理槽の内部に固定濾床を設けた有機性廃水の処理設備と処理方法に関する。

有機性廃水の処理設備として、内部に固定濾床を設けた水処理方式としては、嫌気性濾床法、好気性濾床法、接触酸化法、活性汚泥法固定濾床方式等が知られている。

嫌気性濾床法は、たとえば下記非特許文献１に記載されている。すなわち非特許文献１の第５８頁第１３行目〜第１６行目に「嫌気濾床槽の機能は、流入汚水中に含まれている固形物の分離と、分離した固形物等を一定期間貯留することである。さらに嫌気濾床槽の特徴は、槽内に濾材を充填することにより、固形物の分離に際し、傾斜板効果や濾過効果が期待できるとともに、濾材表面の嫌気性生物膜の働きによってＢＯＤの除去と、汚泥の減量化も期待できることである」と嫌気性濾床法の利点が記載されている。

その一方で、前記非特許文献１の同頁第１７行目〜第１９行目には「ただしＢＯＤ除去に関しては、充填する濾材の種類や使用条件によっては、安定した除去効果が認めているが、構造基準上、嫌気濾床槽におけるＢＯＤ除去率は０％として取り扱われている。
」と記載されている。また、その理由として「構造基準では充填する濾材の種類に関する具体的な規定は示されていないこと、及び使用条件の変動幅が著しいため、接触曝気槽の設計上は、除去率を見込まない方が安全である」ことも記載されている。

実際、嫌気濾床設備からの処理水のＢＯＤ値は高く、好気性処理の前処理として前段に設ける等によって、嫌気濾床法の処理水を直接に河川放流することは不可能である。

浄化槽の維持管理第２編（財団法人日本環境整備教育センター発行）

また好気性濾床法については、たとえば下記非特許文献２に記載されている。すなわち非特許文献２の第２４１頁第１２行目〜第１３行目には「好気性微生物の吸着作用、生物分解作用、濾材間を流下することによる物理的濾過作業が相乗し、短時間に良好な処理水が得られる」等の利点が記載されている。そして、この好気性濾床法では、容積負荷を最大２ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日と上げながら、小石等の濾材を緻密に敷きつめた構造で、濾材密度が高い状況で処理を行うことが可能である。

しかし好気性濾床法によれば、全体を好気性に保つ必要があり、且つ内部に汚泥や生物膜が成長して閉塞し易いので、その汚泥の剥離のために、作業としては煩雑な逆洗工程を、通常は１日に１回程度等、頻繁に行う必要があり、さらにその逆洗水を別途沈降分離にかける必要があるので、原水の流入処理に問題があり、その上に汚泥が大量に生成するので、脱水処理等の手間等が多くかかり、汚泥処理費用もかさむ等の種々の問題点があった。

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さらに、接触酸化法についても上記非特許文献２に記載されている。すなわち非特許文献２の第２３７頁第２５行目〜第２６行目には「比表面積の大きな接触材を採用し、付着生物量を多量に保持することにより、流入基質の変動に柔軟に対応することができる」等の利点が記載されている。しかし、非特許文献２の記載によれば、ＢＯＤ容積負荷は０．３ｋｇ／ｍ³・日程度を基準とし、固定濾床である接触材充填率は５５％程度とすることとされている等が記載されており、さらに濾材が汚泥で閉塞する可能性や逆洗設備の必要性も記載されている。

浄化槽でも、この接触酸化法と同様な方法によるものがあり、上記非特許文献１の第８４頁〜第９９頁に接触曝気法として説明されている。非特許文献１の第８９頁には、小型合併処理浄化槽では、ＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／ｍ³・日以下（告示第２）であり、より大きな合併処理浄化槽ではＢＯＤ容積負荷が０．３ｋｇ／ｍ³・日以下（告示第３、第６）とされていることが記載され、さらに第９１頁には、これらの浄化槽に用いられる接触材の充填率については、小型合併処理浄化槽ではおおむね５５％とし、合併処理浄化槽では５５％以上とすることが記載されている。

このように、接触酸化法や接触曝気法で接触材充填率を５５％以上とすることができるのは、上記のように容積負荷が非常に低い範囲でのみ可能であり、その範囲においても生物膜や汚泥が接触材内部に堆積され、閉塞することがある。このため非特許文献１には、逆洗の設備の記載があり、逆洗方法についての注意が細かくなされており、さらには逆洗後に濾材から剥離して槽内に溜まった汚泥の移送の設備や方法等も記載されている。

上記のように、接触酸化法や接触曝気法では、週１〜２回等、逆洗を定期的に行う必要があり、且つ汚泥の閉塞を回避するために、ＢＯＤ容積負荷や接触材の充填率を下げなければならない問題があり、これらの制限による結果、処理量が低下することとなり、これを防止するために、大型の設備処理が必要となっていた。さらに逆洗後に槽内から移送された汚泥の沈降分離と、その汚泥の系外への引き抜き、凝集脱水やその汚泥の廃棄等の手間を要することとなり、その分、コストもかかることとなっていた。

また通常の活性汚泥方式に類似する方式であって、浮遊する汚泥濃度をたとえば２０００ｍｇ／ｌ以上と比較的に高くし、且つ濾材も設置する方式を、固定濾床方式、活性汚泥方式と称する場合もあるが、これらの方式では、接触曝気方式以上に汚泥が閉塞し易いために、濾材の形状を、閉塞が生じにくい「リボン状」、「ひも状」或いは「へちま状」等に形成して比表面積が６０ｍ²／ｍ³以下と低いものを使用し、且つ濾材の充填率も下げなければならなかった。

さらに、散気方法については、下方から気泡が濾材に当るようにし、或いは散気の水流で濾材を洗う等、汚泥で閉塞しないように、及び内部全体が腐敗しないように、種々の工夫がなされている。しかし、この方法は濾材の表面積が低いという条件があり、且つ濾材の充填率も下げ、また汚泥濃度が高くなるので、その濃度に応じた大きな沈殿槽が必要となり、標準的な活性汚泥法の設備や運転条件に似たものとなる。

接触曝気方式や固定濾床方式では、濾材に汚泥が堆積し、且つその汚泥が内部での気泡発生等によって濾材から剥離するようなことがしばしば生じ、汚泥濃度が急激に変わって汚泥が沈殿槽からあふれ出すこともあり、運転条件の対応を細かくする必要があった。そのために、汚泥の沈降性や処理状況を監視し、運転法の対応を行い、生成汚泥の引き抜きや脱水処理等で煩雑な作業を伴っていた。

濾材を用いた処理設備では、その濾材の上に乗っている汚泥が処理の根幹であり、濾材の比表面積、濾材の充填率を上げればより効率的な処理が可能となる。しかしながら、従来の設備や方法では、その濾材上の汚泥の堆積による閉塞という決定的な問題を抱えるために、ＢＯＤの容積負荷を下げ、或いは濾材の比表面積や充填率を下げる等の必要があり、且つ定期的な逆洗が必要とされる等の煩雑な作業を必要とし、或いは高濃度の汚泥界面を維持するための監視や運転操作を必要とし、さらには汚泥の引き抜きや脱水、汚泥の廃棄等の問題をも生じさせているので、水処理の作業が厄介なものになっている。

本発明は、以上のような問題点をすべて解決するためになされたもので、有機性廃水の処理設備において、活性汚泥法固定濾床方式や接触曝気法の生物処理では難しいといわれていた、比表面積の高い濾材を使用し、濾材充填率を多くし、設備のＢＯＤ容積負荷を大きくしてＢＯＤ除去能率を上げながら、汚泥による内部の閉塞問題を解決し、手間のかかる逆洗浄工程を省き、さらに余剰汚泥の生成がほとんどない状態で廃水を清浄化することのできる有機性廃水の処理設備と処理方法を提供することを課題とする。

本発明は、このような課題を解決するために有機性廃水の処理設備と処理方法としてなされたもので、有機性排水の処理設備に係る請求項１記載の発明は、少なくとも２以上の生物処理槽を備えた有機性廃水の処理設備であって、前記少なくとも２以上の生物処理槽の容量総計に対し、少なくとも１／２以上の容量相当分の生物処理槽に固定濾床が設置され、前記少なくとも２以上の生物処理槽のうち、最前段側の生物処理槽は、固定濾床が具備されていない好気性曝気槽とされ、該好気性曝気槽の後段側に固定濾床が具備された生物処理槽が設けられ、該固定濾床が設置された生物処理槽内で固定濾床が存在しない水層部分において散気される散気泡が前記固定濾床内の濾材に直接当たらないように前記固定濾床に散気泡遮断壁が設けられ、該固定濾床の濾材は、比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³となるような骨格様球状濾材として形成され、且つ前記固定濾床が設置された生物処理槽の槽容積に対する濾材の充填率が７０〜９０容量％であり、前記固定濾床が設置された生物処理槽及び固定濾床が設置されていない生物処理槽の全槽に対する容量負荷が０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日〜２．５ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日となるように構成されていることを特徴とする。

さらに、有機性廃水の処理方法に係る請求項２記載の発明は、少なくとも２以上の生物処理槽を備えた有機性廃水の処理設備で有機性廃水を処理する有機性廃水の処理方法であって、前記少なくとも２以上の生物処理槽の容量総計に対し、少なくとも１／２以上の容量相当分の生物処理槽に固定濾床を設置し、前記少なくとも２以上の生物処理槽のうち、最前段側の生物処理槽を、固定濾床が具備されていない好気性曝気槽とし、該好気性曝気槽の後段側に固定濾床を具備した生物処理槽を設け、該固定濾床が設置された生物処理槽内で固定濾床が存在しない水層部分において散気を行うとともに、散気泡が前記固定濾床内の濾材に直接当たらないように前記固定濾床に散気泡遮断壁を設け、該固定濾床の濾材は、比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³となるような骨格様球状濾材として形成し、且つ前記固定濾床が設置された生物処理槽の槽容積に対する濾材の充填率を７０〜９０容量％とした状態で、前記固定濾床が設置された生物処理槽及び固定濾床が設置されていない生物処理槽の全槽に対する容量負荷が０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日〜２．５ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日となるように有機性廃水を処理することを特徴とする。

汚泥の堆積では汚泥の状況が大きく変わらない限り、その閉塞は妨げられないが、多少でも酸素を含んだ好気性の状況下では、汚泥はほとんど変化しない。多く堆積してくる汚泥を嫌気消化するまでの条件にすれば、汚泥は嫌気分解による液化現象（従来知られているような低分子酸への分解）や嫌気消化による汚泥の減容化現象により、汚泥の閉塞から免れることができる。しかし、中途半端な嫌気条件では汚泥の液化現象はある程度起こるがどろどろになる腐敗状況に近く、通常はバルキング現象等が発生し、処理水が悪化する等の弊害が生じていた。

そのために、請求項１記載の発明及び請求項７記載の発明では、上記非特許文献１や非特許文献２に開示されているような従来の常識的な条件とはかけはなれた条件を設定し、嫌気状況を強く促進することによって、固定濾床や接触曝気の濾材の上に堆積した汚泥を、従来のような弊害を発生させることなく、液化させ或いは減容化させることを
可能としたのである。

請求項１記載の発明及び請求項７記載の発明において、濾材の比表面積を６０〜１００ｍ²／ｍ³としたのは、比表面積が６０ｍ²／ｍ³未満であると、汚泥の蓄積が十分できないので、嫌気条件が発生しにくいからであり、また比表面積が１００ｍ²／ｍ³を超えると、汚泥の閉塞が生ずるおそれがあるからである。

また生物処理槽の槽容積に対する濾材の充填率を７０〜９０容量％としたのは、濾材の充填率を、従来の非特許文献１や非特許文献２に開示されている設定値よりも多い７０容量％以上にすることによって、多くの汚泥をためることができるようにするためであり、また９０容量％以下としたのは、濾材周囲の水層部において曝気攪拌の必要が生じ得ること、９０容量％を超えると汚泥の閉塞等のおそれも生じ得ること等を考慮したためである。ここで「生物処理槽の槽容積に対する」とは、前段側の好気性曝気槽等は除外し、全処理槽中の少なくとも１／２以上を占有する主体の処理槽である固定濾床を設置した生物処理槽のみを対象とした計算値である。

さらに、固定濾床４が設置された生物処理槽及び固定濾床４が設置されていない生物処理槽の全槽に対する容量負荷は、０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日〜２．５ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日となるように設定するのが好ましい。容量負荷が０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日未満であると、固定濾床の内部において酸素不足の状態が大きくならないので、嫌気消化を起こすことが必ずしも容易ではなく、中途半端な状態となって固定濾床が閉塞するおそれがあるからであり、また２．５ｋｇ／ｍ³・日以上になると、処理が難しくなるおそれがあるからである。ただし容量負荷が０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日〜２．５ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日の範囲外の状態で処理を行なうことも可能ではある。

このＢＯＤ容積負荷には、流入する原水を貯蔵したり、原水変動を防ぐための原水槽は除外し、上述のような固定濾床を具備する生物処理槽と、その固定濾床を具備する生物処理槽の前段側に設けた好気性曝気槽のような生物処理槽は含めている。従って、固定濾床を具備する生物処理槽だけで算出すれば容積負荷は高くなり、１ｋｇ／ｍ³・日前後、或いはそれ以上と、通常の接触曝気と比較して２倍から４倍と高くなっている。流入する負荷が高くなると、本発明の設備での処理水のＢＯＤ値が高めになっているので、ＢＯＤ容積負荷で２ｋｇ／ｍ³・日に近くなる場合は処理水を下水道放流するような設備に適している。

濾材の形状は特に限定されるものではないが、たとえば紐状やリボン状のものは内部で強い嫌気状況が得られ難く、好ましいものではない。また蓄積した汚泥は、内部からメタン等の気泡が発生して度々その場所から離れるので、剥離した汚泥を濾材が受け止められるような形状、たとえば上向きの皿構造を持つような形状のものは好適に使用できるが、小円筒状のような深い受け皿状のものは汚泥の流動性が良くなっても、その汚泥が動き難く、濾材の内部に溜まり易いので、汚泥の閉塞が生じ易く、好ましい形状ではない。このような観点からは、請求項３記載の骨格様球状濾材のようなものや、その形に類似した形状を持つものが好ましい。同じような効果を持つ濾材であれば、たとえば正八面体や正十二面体若しくは鞍形形状のような形状の濾材も使用することができる。

また、固定濾床４の周囲の水層部はある程度酸素を持つようにすることが好ましいので、請求項４記載のように、その水層部で散気が行なわれるが、固定濾床４の内部を強い嫌気条件にするためには、濾材８には直接散気泡をあてないことが望ましく、金属やプラスチック板等の散気泡遮断壁５を固定濾床４に設けて、濾材８と気泡とを遮断するのが好ましい。また散気によって曝気する場合でも、穏やかな攪拌をするようにして固定濾床４の内部が嫌気条件に維持されるようにする必要がある。

固定濾床を具備する生物処理槽の前段側では、溶解性ＢＯＤを汚泥化すべく、多少の汚泥の存在下で原水を曝気し、酸化することが望ましく、その観点から請求項５のように好気性曝気槽１が設けられる。この好気性曝気槽１には濾材を設置してもよいが、上記のような固定濾床４を具備した生物処理槽のような充填率である必要はなく、７０％よりはるかに少ない量でもよい。また経済性の観点からは、このような好気性曝気槽１は濾材がない槽でもよい。濾材を設ける場合であっても、槽全体に占める容量は多くとも１／２以下にすべきであり、この容量を大きくし過ぎると汚泥の酸化が多くなり、後段の生物処理槽における固定濾床内での嫌気消化が生じ難くなる。

本発明においては、汚泥を固定濾床４の内部で嫌気分解したものが一部排出され、途中での処理水のＢＯＤ値を高める場合があるので、固定濾床４を具備する生物処理槽を多段にして処理することが好ましい。具体的には請求項６に記載のように４段以上の生物処理槽を設けることが好ましく、６段以上にすることがより好ましい。固定濾床を具備する生物処理槽を多段に設ける場合、最終段の生物処理槽においても、わずかに汚泥やＳＳが残存するが、最終段の生物処理槽における汚泥濃度は高くないので、固定濾床を具備していなくても小さな分離槽があればよい。そのような分離槽から１日に数回〜数十回汚泥若しくは少量を連続的に前記好気性曝気槽１に返送して再利用することも可能である。この場合は、分離槽で分離された汚泥が、好気性曝気槽１への種汚泥となる。
また実質的に排出されるべき汚泥はほとんどないことになる。

尚、このような分離槽の後段側に、最終仕上げとして、主体の生物処理槽よりかなり小さな容積の、固定濾床を具備した処理槽を設置することもできる。

固定濾床４の内部を嫌気状態にするためには、メタン発生域とされる酸化還元電位値の−３５０ｍＶ以下であることが望ましいが、通常は内部状況を計測しにくく、固定濾床４においてメタンが発生する形跡があれば十分である。尚、メタンの発生は、曝気を停止し、数分後に下から発生している気泡を溜めて内容を分析することで確認することができる。

本発明が対象とする廃水の種類は特に限定されず、種々の製造工場の廃水、食品加工廃水、集落廃水、浄化槽廃水、畜産関係の廃水等に本発明を適用することができる。

上述のように、本発明においては、固定濾床における濾材の比表面積を６０〜１００ｍ²／ｍ³とするとともに濾材の充填率を７０〜９０容量％とすることによって、多くの汚泥をためることができ、それによって固定濾床の内部において酸素不足の状態を大きくすることができ、その結果、嫌気消化を容易に起こす条件にすることが可能となり、通常であれば閉塞するはずの固定濾床が、逆洗をすることなく、閉塞を生じさせずに順調に設備を運転することができるようになり、且つ余剰汚泥の生成をほとんど生じさせることなしに清浄な処理水を得ることができるという効果がある。

また、従来の接触曝気法と比較して、ＢＯＤ容積負荷が２倍以上かけられるので、従来の半分以下の設備でより効率的な処理ができることななり、設備建設のコストを従来に比べて大幅に低減することができ、余剰汚泥もほとんど排出しないので、設備の運転費用も大幅に低減することが可能となった。

さらに、従来の常識的な条件とはかけはなれた条件を設定し、嫌気状況を強く促進することによって、固定濾床や接触曝気の濾材の上に堆積した汚泥を、従来のような弊害を発生させることなく、液化させ或いは減容化させることが可能となり、処理設備全体として効率的になり、実設備における稼働で汚泥の減容化も同時に図れることができるという効果がある。

このように、本発明によれば、処理効率が上がることで、処理設備が小さくなり、好気処理と嫌気処理を一部入れることで、従来の活性汚泥法では処理が難しかった廃水も処理可能となり、さらに曝気量も少なくて済むので、消費電力費も少なく、上述のように余剰汚泥の排出量もほとんどなく、その上、汚泥界面を監視する必要もなく、運転管理の手間が大幅に削減可能な設備を得ることができる。ちなみに、本発明においては、余剰汚泥が生成されないか、或いは設備から排出される汚泥の排出量が一般の活性汚泥設備で排出する汚泥量の１０％以下とすることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面に従って説明する。
（実施形態１）
図１は一実施形態の有機性廃水の処理装置の概略ブロック図、図２は図１の処理設備における生物処理槽の概略斜視図である。本実施形態の有機性廃水の処理装置は、前段側の好気性曝気槽１と、計８段の生物処理槽２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈと、最終段の分離槽３を具備して構成されている。

各生物処理槽２ａ、２ｂ、…２ｈ内には、図１及び図２に示すように、左右２箇所に固定濾床４，４がそれぞれ設けられている。この固定濾床４の側面側には、鉄板からなる散気泡遮断壁５が設けられ、その上部及び下部にステンレス製の金網６，７が設けられて構成されている。そして、この固定濾床４内には、多数の濾材８が充填されている。本実施形態においては、生物処理槽２ａ、２ｂ、…２ｈの全体のスペースにおいて濾材８の充填率が７０〜９０％を占めるように多数の濾材８が固定濾床４内に充填されている。

また、それぞれの生物処理槽２ａ、２ｂ、…２ｈのほぼ中央には、散気管９が設けられている。この散気管９の下端に設けられた散気部９ａの位置は、前記散気泡遮断壁５の下端部より下方に下がらないように設定されている。設備の正面側から見た状態では、図１に示すように、各生物処理槽２ａ、２ｂ、…２ｈのほぼ中央に１本の散気管９のみが示されているが、実際には図２に示すように３本の散気管９、９、９が前記両側の固定濾床４，４と交差する方向に併設されている。

好気性曝気槽１には固定濾床がなく、散気管９を配置しただけの構成からなる。具体的には、設備の正面側から見た状態で、図１に示すように３本の散気管９、９、９が設けられている。この好気性曝気槽１は、溶解性の有機物を微生物によって汚泥化する一般的な曝気槽で、この好気性曝気槽１に、後述する分離槽３から汚泥を間欠的に返送して種汚泥として少量投入し、原水を混合して曝気し、細菌や他の生物で構成される汚泥を形成させるのである。分離槽３にも固定濾床はなく、汚泥等の固形物と処理水との固液分離を行う一般的な沈殿分離槽である。

各生物処理槽２ａ、２ｂ、…２ｈには、１つの生物処理槽内の被処理水を、次段の生物処理槽へ移送させる移送管１０が、各生物処理槽２ａ、２ｂ、…２ｈに跨がるように設けられている。また、このような移送管１０は、前記好気性曝気槽１から最初の生物処理槽２ａにかけて設けられているとともに、最終の生物処理槽２ｈから分離槽３にかけて設けられている。好気性曝気槽１には、原水を流入させる流入管１２が設けられ、また分離槽３には、処理水を前記好気性曝気槽１に返送するための返送流路１３が設けられている。

図３は、前記固定濾床４に充填される濾材８を示す斜視図である。図３に示すように、本実施形態の濾材８は、骨格様球状に形成されている。より具体的には、この濾材８は、１枚の横方向部材１５と、計３枚の縦方向部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃとで構成されている。これらの横方向部材１５と縦方向部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃとは、いずれも厚みの薄い板状のものである。

横方向部材１５は、図３に示すように捩じれた鞍のような湾曲面を有して形成されており、且つ該横方向部材１５には円形の孔１４が穿設されている。

また計３枚の縦方向部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、いずれも垂直方向に延びる直面を有しているが、そのうちの２枚の縦方向部材１６ａ、１６ｂは相互に平行に配設されており、且つ他の１枚の縦方向部材１６ｃは、前記２枚の縦方向部材１６ａ、１６ｂと直交するように配設されている。そして、これら縦方向部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、いずれも頂部が曲線状に形成されている。さらに相互に平行な２枚の縦方向部材１６ａ、１６ｂの両側には、該縦方向部材１６ａ、１６ｂと直交するようにリブ１７が形成されており、また他の縦方向部材１６ｃの略中央にも、該縦方向部材１６ｃと直交するようにリブ１８が形成されている。これらリブ１７、１８も、垂直方向に延びる直面を有して形成されている。さらに縦方向部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃには長孔１９が穿設されている。

次に、このような有機性廃水の処理設備によって有機性廃水を処理する方法について説明する。先ず、流入管１２を介して原水を好気性曝気槽１内に流入させる。原水には汚泥や有機性ＳＳ等が含有されている。流入された原水は、該好気性曝気槽１内で好気的に曝気処理される。すなわち、散気管９、９、９から好気性曝気槽１内に空気が流入されて、エアレーション攪拌がなされることとなる。

次に、好気性曝気槽１内で好気的に曝気処理された被処理水は、移送管１０を介して最初の生物処理槽２ａへ流入される。この生物処理槽２ａのほぼ中央には、散気管９が設けられているので、その散気管９の散気部９ａからエアーが流入されることによって、前記生物処理槽２ａ内の固定濾床４以外の水層部分においていわゆるエアレーション攪拌がなされる。

この場合において、固定濾床４の側面側には散気泡遮断壁５が設けられているため、側面側からの固定濾床４内への気泡の侵入が阻止され、また散気管９の下端に設けられた散気部９ａの位置は、散気泡遮断壁５の下端部より下方に下がらないように設定されているため、散気部９ａから放出される気泡は散気泡遮断壁５の下端部に阻止されて下方の金網７から固定濾床４内に侵入することがないのである。

従って、固定濾床４以外の生物処理槽２ａ内の水層部分ではエアレーション攪拌がなされる結果、好気的な処理がなされ、また固定濾床４内への空気の侵入が上記のように阻止されるので、固定濾床４内では嫌気的な処理がなされることとなる。

この場合において、固定濾床４には多数の濾材８が生物処理槽２ａ内の７０〜９０％と非常に高い充填率を占めるように充填されているため、これら多数の濾材８に汚泥が好適に担持されることとなり、それによって有機物等の嫌気分解が促進されることとなるのである。また濾材８は、上述のように１枚の横方向部材１５と、計３枚の縦方向部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃとで構成されて全体が骨格様球状に形成されたものであるため、比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³と大きなものとなり、これによって汚泥の担持がより好適になされて嫌気分解がより効率よく促進されることとなる。

尚、濾材の充填率は上述のように７０〜９０％と大きなものであり、且つ濾材の比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³と大きなものであるので、本来であれば汚泥の閉塞が生じ易い。それにもかかわらず、汚泥の閉塞が生じにくいのは、上述のような条件に設定し、さらに好気性曝気槽１と生物処理槽２ａ〜２ｈとにかかる合計の容量負荷を０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日〜２．５ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日となるように設定したため、固定濾床の内部での嫌気消化が促進され、嫌気分解による汚泥の液化現象や汚泥の減容化現象が好適に生ずるからである。

上述のように、生物処理槽２ａにおいては、固定濾床４以外の水層部分ではエアレーション攪拌により好気的な処理がなされ、また固定濾床４では散気泡遮断壁５によって空気の侵入が上記のように阻止されるので、固定濾床４内では嫌気的な処理がなされることとなる。特に、固定濾床４に充填された濾材８の充填率が生物処理槽２ａの容積全体に対して約７０〜９０％と非常に多く、また濾材８の比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³と大きいため、固定濾床４の内部での嫌気消化が促進され、嫌気分解による汚泥の液化現象や汚泥の減容化現象が好適に生ずることとなる。

この生物処理槽２ａで処理された被処理水は、移送管１０を介して次段の生物処理槽２ｂへ供給される。この生物処理槽２においても、上記生物処理槽２ａ内と同様に好気的及び嫌気的に処理がなされる。そして生物処理槽２ｂ内においても、濾材８の充填率が生物処理槽２ｂに対して約７０〜９０％と非常に多いものであり、濾材８の比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³と大きいため、固定濾床４の内部での嫌気消化が生物処理槽２ａ内の場合と同様に促進されることとなる。

さらに、生物処理槽２ｂで処理された被処理水は、移送管１０を介して次段の生物処理槽２ｃへ供給される。この生物処理槽２ｃにおいても、上記生物処理槽２ａ、２ｂ内と同様に好気的及び嫌気的に処理がなされる。このようにして、被処理水は生物処理槽２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈで同様の処理が順次なされ、最終段の生物処理槽２ｈからさらに分離槽３へ移送される。

分離槽３で分離された処理水は系外へ排出され、放流等される。また分離槽３で分離された汚泥等の固形物は、好気性曝気槽１へ返送されて再利用される。尚、分離槽３で分離された処理水は、系外へ排出させずに好気性曝気槽１或いは生物処理槽２ａへ返送して循環させることも可能である。

本実施形態では、計８段の生物処理槽で生物処理がなされるので、処理水の水質は一層向上することとなる。

尚、本実施形態の濾材８は、上記のような３枚の縦方向部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、捩じれた湾曲面を有する横方向部材１５と、リブ１７とを有して形成されているので、比表面積を６０〜１００ｍ²／ｍ³と大きくすることができ、汚泥を好適に担持することができるのであるが、また汚泥の堆積によって、多数の濾材８、８間で閉塞が生じにくい形状ともなっている。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本実施例では、上記図１の実施形態の処理装置を用いて有機廃水の処理を行った。好気性曝気槽１、生物処理槽２ａ、２ｂ、〜２ｈ、及び分離槽３の全槽の有効容積は合計約１４ｍ³となるように設定した。好気性曝気槽１の容積は３ｍ³とし、全処理槽の容量比で２１％となるように設定した。

生物処理槽２ａ、２ｂ、２ｃの３槽は、有効容量がそれぞれ１．５ｍ³となるように設定した。また前記生物処理槽２ａ、２ｂ、２ｃにおいて、固定濾床４が設けられた濾床部分はそれぞれ１．１ｍ³とし、生物処理槽に対する濾床部分の容積比が７２％となるように設定した。また、生物処理槽２ｄ、２ｅ、２ｆの３槽は、有効容量がそれぞれ１．３ｍ³となるように設定した。また生物処理槽２ｄ、２ｅ、２ｆにおける濾床部分はそれぞれ１．０ｍ³とし、生物処理槽に対する濾床部分の容積比が７５％となるように設定した。

さらに生物処理槽２ｇは、有効容量１．１ｍ³となるように設定し、濾床部分は０．８ｍ³とし、生物処理槽に対する濾床部分の容積比が７５％となるように設定した。さらに生物処理槽２ｈは、有効容量０．２３ｍ³となるように設定し、濾床部分は０．１９ｍ³とし、生物処理槽に対する濾床部分の容積比が８２％となるように設定した。尚、設備全体において生物処理槽２ａ〜２ｈまでの槽が主反応槽である。

これらの生物処理槽２ａ〜２ｈでは、上記図１や図２の実施形態においても説明したが、固定濾床４が内部に設けられており、本実施例ではすべての生物処理槽２ａ〜２ｈにおいて濾材８の充填率が７０％以上とされている。固定濾床４の上部における水層部分は、１０〜３０ｃｍとなるようにされる。また固定濾床４の下部も水層部分とされ、このような上下の水層部分によって、図２の矢印方向に示すように水が循環するように構成されている。散気管９によって穏やかな曝気を行い、水層部では酸素がある状況にし、固定濾床４内では汚泥が堆積して且つ十分な嫌気状況になるように設定する。

分離槽３の有効容量は０．５ｍ³に設定されている。この分離槽３の有効容量は、生物処理槽２ａ〜２ｈや好気性曝気槽１に比べると小さいが、生物処理槽２ａ〜２ｈの各槽で汚泥濃度が減少するので、この大きさで十分になっている。汚泥の減少に伴い、分離された汚泥は少量であり、本実施例では分離槽３から好気性曝気槽１へ間欠的に返送している。

濾材８としては、図３に示すような骨格球状濾材を使用した。生物処理槽２ａでは、濾材の径は１５ｃｍのものを使用し、生物処理槽２ｂ〜２ｆの５槽では、濾材の径は１２．５ｃｍのものを使用し、生物処理槽２ｇ、２ｈでは、濾材の径は１０ｃｍのものを使用した。

本実施例の処理設備には、酢酸分が多い化学工場廃水を原水として、排水処理を行った。原水の量と水質は次のとおりである。
原水量１０ｍ³／日
原水水質ＢＯＤ（１２００ｍｇ／ｌ）
ＣＯＤ（６００ｍｇ／ｌ）
ＳＳ（１００ｍｇ／ｌ）
ｎ−ヘキサン可溶分（１００ｍｇ／ｌ）

従って、処理設備全体で割った容積負荷は、０．８６ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日、固定濾床槽の容積負荷では１．３ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日となる。窒素とリンは定期的に補充した（ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：０．５）。好気性曝気槽１のＤＯ値は２〜４ｍｇ／ｌとし、生物処理槽２ａ〜２ｈは水層部０．５〜２ｍｇ／ｌとした。生物処理槽２ａ及び生物処理槽２ｃの濾材内部の測定では、ＯＲＰ値では、通常−３５０ｍＶ〜−４５０ｍＶの嫌気領域で安定しており、汚泥は黒く変色していた。

本実施例の設備は安定的に稼働し、１年以上の運転で余剰汚泥の排出は全くなかった。当初、１０００ｍｇ／ｌあった好気性曝気槽１の汚泥濃度も１０００〜１５００ｍｇ／ｌで安定した。設備の散気を一時的に停止し、発生する気体を捕獲して分析したところ、メタンが５０％、炭酸ガスが２０％であった。

処理水の無機炭酸分（Ｔ−Ｃ）は平均値で８０ｍｇ／ｌであり、炭酸分が炭酸ガス等の無機炭素として排出されていることを示している。従って、流入した有機質としての炭素分（通常はＢＯＤ量の約半分と言われる）は大気中や処理中に無機質として出ていっている状態であることが判明した。

処理水水質は平均値でＢＯＤ８ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ１４ｍｇ／ｌ、ＳＳ５ｍｇ／ｌ、ｎ−ヘキサン可溶分１ｍｇ／ｌ、最大値でＢＯＤ１４ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ１９ｍｇ／ｌ、ＳＳ１０ｍｇ／ｌ、ｎ−ヘキサン可溶分２ｍｇ／ｌを得た。

（実施例２）
本実施例では、下水道排水用としての除害設備として上記実施形態の処理設備を用いた。処理設備は実施例１のものをそのまま用いた。糖とタンパク分が多い食品工場廃水である原水を、下水道放流の除害設備として排水処理を行った。目標ＢＯＤは２００ｍｇ／ｌ以下であり、負荷を大きくして処理量を上げた状況で処理を行った。

原水の量と水質は次のとおりである。
原水量２５ｍ³／日
原水水質ＢＯＤ（１１００ｍｇ／ｌ）
ＣＯＤ（５００ｍｇ／ｌ）
ＳＳ（１５０ｍｇ／ｌ）
ｎ−ヘキサン可溶分（７０ｍｇ／ｌ）

従って、処理設備全体で割った容積負荷は２ｋｇ／ｍ³・日、固定濾床槽の容積負荷では２．６ｋｇ／ｍ³・日となる。窒素とリンは定期的に補充した（ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：４：０．３）。好気性曝気槽１のＤＯ値は２．５ｍｇ／ｌとし、生物処理槽２ａ〜２ｈは水層部０．５〜１．０ｍｇ／ｌ、生物処理槽２ａ及び生物処理槽２ｃの濾材内部の測定ではＯＲＰ値は−３５０ｍＶ〜−５００ｍＶであり、水層部でもＯＲＰ値は−５０ｍＶ以下が多かった。

本実施例の設備は安定的に稼働し、１年間の運転で余剰汚泥の排出は全くなかった。好気性曝気槽１の汚泥濃度は７００〜１０００ｍｇ／ｌであった。設備の散気を一時的に停止し、発生する気体を捕獲して分析したところ、メタンが６４％、炭酸ガスが１５％であった。

処理水の無機炭酸分（Ｔ−Ｃ）は平均値で１５０ｍｇ／ｌであった。処理水水質は平均値でＢＯＤ１５０ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ２５０ｍｇ／ｌ、ＳＳ１００ｍｇ／ｌ、ｎ−ヘキサン可溶分１０ｍｇ／ｌ、最大値でＢＯＤ２００ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ３００ｍｇ／ｌ、ＳＳ２００ｍｇ／ｌ、ｎ−ヘキサン可溶分１５ｍｇ／ｌを得た。

（実施例３）
本実施例では、実施例１、２では設けていなかった原水槽を設けた。原水槽の容積は３５０ｍ³とした。原水槽の後段の好気性曝気槽に汚泥を入れて曝気し、ＢＯＤを汚泥化させた。この好気性曝気槽の容量は３５０ｍ³とした。また本実施例では生物処理槽を１８槽設けた。そして生物処理槽の総容量を計５８０ｍ³とした。さらに分離槽の容量は６１ｍ³とした。分離槽の後段に、接触曝気槽を２槽仕上げのために設置した。２槽の接触曝気槽の容量は、計５０ｍ³に設定した。計１８槽の生物処理槽は、それぞれ大きさが
異なっているが、その生物処理槽中における固定濾床の容積の割合、すなわち濾材の充填率は７０％以上になっている。

食品工場廃水でタンパク質が多い下記条件ものを原水とし、排水処理を行った。
原水量３５０ｍ³／日
原水水質ＢＯＤ（１６００ｍｇ／ｌ）
ＣＯＤ（５００ｍｇ／ｌ）
ＳＳ（４００ｍｇ／ｌ）
ｎ−ヘキサン可溶分（１５０ｍｇ／ｌ）
全窒素８０ｍｇ／ｌ
全リン４ｍｇ／ｌ

貯蔵のための原水槽を除き、好気性曝気槽、生物処理槽、分離槽の主処理設備における容積負荷は０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日、生物処理槽の容積負荷は１．０ｋｇＢＯＤ／ｍ³・日となる。好気性曝気槽のＤＯ値は平均で１．５ｍｇ／ｌとし、生物処理槽は水層部０．５〜１．０ｍｇ／ｌ、その槽内部の濾材近辺の測定ではＯＲＰ値は−３５０ｍＶ〜−５００ｍＶであった。

本実施例の設備は安定的に稼働し、１年の運転実績で余剰汚泥の排出は全くなかった。好気性曝気槽の汚泥濃度は１０００〜２０００ｍｇ／ｌであった。処理水水質は平均値でＢＯＤ８ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ１５ｍｇ／ｌ、ＳＳ１０ｍｇ／ｌ、ｎ−ヘキサン可溶分１ｍｇ／ｌであり、最大値でＢＯＤ１５ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ２０ｍｇ／ｌ、ＳＳ２０ｍｇ／ｌ、ｎ−ヘキサン可溶分２ｍｇ／ｌを得た。尚、全窒素、全リンは、それぞれ１５．３ｍｇ／ｌであった。

一実施形態としての有機性廃水の処理設備を示す概略ブロック図。図１の処理設備における生物処理槽の概略斜視図。図１の処理設備で用いる濾材の斜視図。

符号の説明

１…好気性曝気槽
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ…生物処理槽
３…分離槽

Claims

少なくとも２以上の生物処理槽を備えた有機性廃水の処理設備であって、前記少なくとも２以上の生物処理槽の容量総計に対し、少なくとも１／２以上の容量相当分の生物処理槽に固定濾床（４）が設置され、前記少なくとも２以上の生物処理槽のうち、最前段側の生物処理槽は、固定濾床（４）が具備されていない好気性曝気槽（１）とされ、該好気性曝気槽（１）の後段側に固定濾床（４）が具備された生物処理槽が設けられ、該固定濾床（４）が設置された生物処理槽内で固定濾床（４）が存在しない水層部分において散気される散気泡が前記固定濾床（４）内の濾材（８）に直接当たらないように前記固定濾床（４）に散気泡遮断壁（５）が設けられ、該固定濾床（４）の濾材（８）は、比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³となるような骨格様球状濾材として形成され、且つ前記固定濾床（４）が設置された生物処理槽の槽容積に対する濾材（８）の充填率が７０〜９０容量％であり、前記固定濾床（４）が設置された生物処理槽及び固定濾床が設置されていない生物処理槽の全槽に対する容量負荷が０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日〜２．５ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日となるように構成されていることを特徴とする有機性廃水の処理設備。
少なくとも２以上の生物処理槽を備えた有機性廃水の処理設備で有機性廃水を処理する有機性廃水の処理方法であって、前記少なくとも２以上の生物処理槽の容量総計に対し、少なくとも１／２以上の容量相当分の生物処理槽に固定濾床（４）を設置し、前記少なくとも２以上の生物処理槽のうち、最前段側の生物処理槽を、固定濾床（４）が具備されていない好気性曝気槽（１）とし、該好気性曝気槽（１）の後段側に固定濾床（４）を具備した生物処理槽を設け、該固定濾床（４）が設置された生物処理槽内で固定濾床（４）が存在しない水層部分において散気を行うとともに、散気泡が前記固定濾床（４）内の濾材（８）に直接当たらないように前記固定濾床（４）に散気泡遮断壁（５）を設け、該固定濾床（４）の濾材（８）は、比表面積が６０〜１００ｍ²／ｍ³となるような骨格様球状濾材として形成し、且つ前記固定濾床（４）が設置された生物処理槽の槽容積に対する濾材（８）の充填率を７０〜９０容量％とした状態で、前記固定濾床（４）が設置された生物処理槽及び固定濾床が設置されていない生物処理槽の全槽に対する容量負荷が０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日〜２．５ｋｇＢＯＤ／ｍ ³ ・日となるように有機性廃水を処理することを特徴とする有機性廃水の処理方法。