廃水処理方法及び装置
【課題】微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ包括微生物担体からリークする高活性の微生物を付着固定化材に常時供給することで付着固定化材に高濃度に微生物を保持することができるので、常時安定した良好な処理水を得ることができる。
【解決手段】有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２内に流入する。生物処理槽１２には包括微生物担体１４と付着担体１６が充填されている。これにより、有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した高活性の細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着固定化材１６に付着し、付着固定化材１６の表面で高活性のリーク細菌が増殖する。これにより、付着微生物担体１６' が形成される。
【解決手段】有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２内に流入する。生物処理槽１２には包括微生物担体１４と付着担体１６が充填されている。これにより、有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した高活性の細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着固定化材１６に付着し、付着固定化材１６の表面で高活性のリーク細菌が増殖する。これにより、付着微生物担体１６' が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の廃水処理方法及び装置は、環境保全のために、下水や廃水中のアンモニア性窒素やＢＯＤ成分を生物学的に処理して除去する廃水処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９２２年に本格的な下水処理場が東京都の三河島処理場で開始されて以来、有機物の処理のみではなく、窒素の処理も下水処理場で行われるようになってきた。特に大都市では集中的な投資が行われ、下水道普及率は９０％を越えるまでにいたった。しかしながら閉鎖性水域での環境基準の達成率はほとんど改善されてない。水域での内部要因、例えば藻類の異常繁殖によるものが大きいと言われているが、流入する廃水の外部要因も解消されてない。特に窒素の外部要因が大きく、処理の必要が強く望まれている。
【０００３】
窒素はアンモニア性窒素の形態で下水や廃水に多く含まれる。従来、下水処理場や廃水処理場では、アンモニア性窒素を硝化細菌を用いて亜硝酸や硝酸に酸化し、亜硝酸や硝酸を脱室細菌により窒素ガスに変換して除去していた。しかし、硝化細菌は増殖速度が遅いため、安定した窒素除去を行うには、窒素負荷として０．２〜０．４ｋｇ−Ｎ／ｍ3 ／日の範囲の低負荷運転を行う必要があり、生物処理槽として大型の水槽を設けなくてはならない。この対策として、ゲル内部に硝化細菌を包括固定化した包括微生物担体を生物処理槽に投入して硝化細菌を高濃度に保持する方法が一般に普及している（例えば特許文献１や特許文献２）。
【０００４】
ところで、硝化細菌を高濃度に保持させる方法としては、上記した包括微生物担体の他に、微生物を付着固定化材に付着固定する方法が古くから行われている。付着固定化材としては、付着担体や付着充填材が用いられており、例えばプラスチックの担体、波板、網状シート、ハニカム状のものがある。これらの付着担体や付着充填材に硝化細菌を付着増殖させることにより高濃度に細菌を保持させ、高速処理を行うものである。硝化細菌ばかりでなく有機物分解細菌なども高濃度に菌を保持し高速処理するために、このような付着担体や付着充填材が使用されてきた。
【特許文献１】特許第３３８９８１１号
【特許文献２】特許第３５１４３６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、付着担体や付着充填材の付着固定化材は、微生物を付着させるまでの馴養期間が長く、また付着させた後も付着した細菌が付着固定化材から剥離することが度々あり、生物処理槽で処理された処理水の水質が安定しないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ包括微生物担体からリークする高活性の微生物を付着固定化材に常時供給することで付着固定化材に高濃度に微生物を保持することができるので、常時安定した良好な処理水を得ることができる廃水処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理方法において、前記廃水と、微生物を包括固定化した包括微生物担体とを接触させて前記包括微生物担体の微生物を増殖させると共に、該増殖により前記包括微生物担体の担体内部から担体外部にリークしてくる高活性の微生物を含む廃水を付着固定化材に接触させて、前記リークした微生物を付着固定化材に付着増殖させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明は、廃水に、微生物を包括固定化した包括微生物担体を接触させると、包括微生物担体内部で増殖した微生物の一部が担体外部にリーク（放出）され、リークされた高活性の微生物を含む廃水と付着固定化材とを接触させることで、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ包括微生物担体からリークする微生物を付着固定化材に常時供給することで付着固定化材に高濃度に微生物を保持することができるとの知見に基づいて成されたものである。これにより、常時安定した良好な処理水を得ることができる。
【０００９】
包括微生物担体に固定化する微生物としては、例えば活性汚泥、硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群、有機物を分解する有機物分解細菌群などの複数の微生物が混在する複合微生物や、硝化細菌、脱窒細菌、嫌気性アンモニア酸化細菌、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌などの純粋菌株を好適に使用することができる。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記基質は有機物及び／又は無機物であることを特徴とする。
【００１１】
本発明において包括微生物担体に固定化する微生物は、上記したように硝化細菌や嫌気性アンモニア酸化菌群のように無機物であるアンモニアと亜硝酸を基質とする場合や、アオコ分解菌やＰＣＢ分解菌のように有機物であるアオコやＰＣＢを基質とする場合もあるからである。
【００１２】
請求項３は請求項１又は２において、前記付着固定化材は、付着担体及び／又は付着充填材であることを特徴とする。このように、付着固定化材としては、廃水中で流動可能な粒状の付着担体や、廃水中に固定床として充填する付着充填材を好適に用いることができる。
【００１３】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記微生物として硝化細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてアンモニア性窒素を含有する廃水とを接触させると共に、該アンモニア性窒素負荷を１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする。
【００１４】
アンモニア性窒素負荷を１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることにより、硝化細菌を包括固定した包括微生物担体から硝化細菌を効率的にリークさせることができるからである。
【００１５】
請求項５は請求項１〜３の何れか１において、前記微生物として有機物を分解する有機物分解細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてＢＯＤ成分が含有する廃水とを接触させると共に、該ＢＯＤ成分負荷を１００（ｍｇ−ＢＯＤ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする。
【００１６】
ＢＯＤ成分負荷を１００（ｍｇ−ＢＯＤ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることにより、有機物分解細菌を包括固定した包括微生物担体から有機物分解細菌を効率的にリークさせることができるからである。
【００１７】
請求項６は請求項１〜５の何れか１において、前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０以上にすることを特徴とする。これにより、付着固定化材に微生物が付着する馴養期間を短くすることができるからである。
【００１８】
請求項７は請求項１〜５の何れか１において、前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０〜１／５の範囲にすることを特徴とする。これにより、微生物が高価な特殊菌の場合であっても、経費を増大させることなく馴養期間を効果的に短縮することが可能となるからである。
【００１９】
請求項８は請求項１〜７の何れか１において、前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは同じ生物処理槽内に混在されていることを特徴とする。このように、包括微生物担体と付着固定化材とを同じ生物処理槽内に混在させることにより、包括微生物担体と、包括微生物担体からリークした微生物を付着増殖させた付着固定化材との両方で、廃水を処理することができ、生物処理槽の処理性能を顕著に向上させることができる。
【００２０】
請求項９は請求項１〜８の何れか１において、前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは別の生物反応槽に投入されており、前記包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽からの流出水を前記付着固定化材が投入された第２の生物処理槽に流入させることを特徴とする。これにより、付着固定化材が投入された第２の生物処理槽の立ち上げ運転を行う場合には短期間で立ち上げることができる。また、第２の生物処理槽で定常運転を行う場合には、第１の生物処理槽の包括微生物担体からリークされた微生物を含む流出水が第２の生物処理槽に流入することで、付着固定化材に微生物を高濃度で保持することができるので、第２の生物処理槽の処理性能も高く維持できる。
【００２１】
請求項１０は請求項１〜９の何れか１において、前記増殖する前の包括微生物担体は、前記付着固定化材に付着させたい微生物を１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で包括固定化したものであることを特徴とする。これは、担体内部の微生物濃度が１０6 （cells/cm3 ) 以上で活性が発現するので、１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で固定化することにより、担体内部で１０8 （cells/cm3 ) 以上に増殖し、これにより包括微生物担体からの微生物のリークが促進されるからである。
【００２２】
本発明の請求項１１は、前記目的を達成するために、廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、前記生物処理を行う生物処理槽内に、微生物を包括固定化した包括微生物担体と微生物を付着する付着固定化材とを混在させて成ることを特徴とする。
【００２３】
このように、包括微生物担体と付着固定化材とは同じ生物処理槽内に混在させることにより、包括微生物担体と、包括微生物担体からリークした微生物を付着させた付着固定化材との両方で、廃水を処理することができ、廃水処理装置の処理性能を顕著に向上させることができる。
【００２４】
請求項１２は請求項１１において、前記生物処理槽を直列に複数段設けることを特徴とする。これにより、廃水処理装置の処理性能を顕著に更に向上させることができる。
【００２５】
本発明の請求項１３は、前記目的を達成するために、廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、前記廃水が流入すると共に微生物を包括固定化した包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽と、前記廃水及び前記第１の生物処理槽からの流出水のうちの少なくとも前記第１の生物処理槽の流出水が流入すると共に付着固定化材が投入された第２の生物処理槽と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
これにより、付着固定化材が投入された第２の生物処理槽の立ち上げ運転を行う場合には短期間で立ち上げることができる。また、第２の生物処理槽で定常運転を行う場合には、第１の生物処理槽の包括微生物担体からリークされた微生物を含む流出水が第２の生物処理槽に流入することで、付着固定化材に微生物を高濃度に保持することができるので、第２の生物処理槽の処理性能も高く維持できる。
【００２７】
請求項１４は請求項１３において、前記第１の生物処理槽と前記第２の生物処理槽とから成る１組の生物処理槽を、複数段設けたことを特徴とする。これにより、廃水処理装置の処理性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明の廃水処理方法及び装置によれば、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ包括微生物担体からリークする微生物を付着固定化材に常時供給することで付着固定化材に高濃度に微生物を保持することができるので、常時安定した良好な処理水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下添付図面に従って本発明に係る廃水処理方法及び装置における好ましい実施の形態について詳説する。
【００３０】
本発明は、廃水に、微生物を包括固定化した包括微生物担体を接触させると、包括微生物担体内部で増殖した微生物の一部が担体外部にリーク（放出）され、リークされた微生物を含む廃水を付着固定化材に接触させることで、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ付着させた後も微生物が付着固定化材から剥離しにくい付着固定化型の担体や充填材を得ることができるとの知見に基づいて成されたものである。
【００３１】
本発明において包括微生物担体に固定化する微生物は純粋菌株、活性汚泥などの複合微生物が用いられる。複合微生物としては、例えば活性汚泥、硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群などがある。また、純粋菌株としては、例えば硝化細菌、脱室細菌、嫌気性アンモニア細菌、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌などがある。包括微生物担体に固定化する微生物の総菌数の濃度は１０5 （cells/cm3 ) 以上であることが好ましい。これは、担体内部の微生物濃度が１０6 （cells/cm3 ) 以上で活性が発現するので、１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で固定化することにより、担体内部で１０8 （cells/cm3 ) 以上に増殖し、これにより包括微生物担体からの微生物のリークが促進されるからである。従って、付着固定化型の担体や充填材に付着させたい微生物を包括固定しておくことが原則である。
【００３２】
使用される包括微生物担体とは、モノマー材料やプレポリマー材料と微生物を混合し、この混合液を重合して微生物を包括固定化して得られた担体を言う。モノマー材料としてはアクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマールなどを好適に使用することができる。プレポリマ材料としてはポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレートがよく、その誘導体を用いることができる。包括微生物担体の形状は立方体状（キュービック状）、球状、筒状の他、ひも状、不織布状などを好適に使用でき、特に担体表面に凹凸が多いものは廃水との接触効率がよく一層好ましい。立方体状や球状の包括微生物担体であれば球相当径として１〜１０ｍｍの範囲が好ましい。
【００３３】
一方、包括微生物担体からリークされた微生物を含む廃水と接触させる付着固定化材としては、廃水中で流動可能な粒状の付着担体や、廃水中に固定床として充填する付着充填材を好適に用いることができる。付着担体や付着充填材の形状や材質は、例えばプラスチックの担体、波板、網状シート、ハニカム状のものなどを好適に使用できる。付着担体としては球状、円筒状、マカロニ状などがよく、また発泡させ表面に凸凹を形成することにより微生物を付着させ易くできる。これらの付着担体や付着充填材の初期状態は微生物は付着していない無生物の担体や充填材であり、表面に凸凹を形成して比表面積を大きくすることで微生物を付着させ易くできるだけでなく、付着した微生物と廃水との接触効率も良くなるからである。例えば、前記した包括微生物担体と同じ比表面積のものを使用することも良い方法である。
【００３４】
次に、本発明において包括微生物担体からリークされる微生物の一例として、硝化細菌と有機物分解細菌で実施したリーク試験結果を説明する。
【００３５】
表１の組成を有する包括微生物担体を作成し、包括微生物担体に対するアンモニア性窒素負荷を変えたときに、包括微生物担体からリークする硝化細菌のリーク速度を調べた。同様にして、包括微生物担体に対するＢＯＤ負荷を変えたときに、包括微生物担体からリークする有機物分解細菌のリーク速度を調べた。尚、包括微生物担体に固定化する硝化細菌は、アンモニアを亜硝酸まで硝化するアンモニア酸化細菌の濃縮液を使用した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
そして、表１の組成を有する包括微生物担体に対するアンモニア性窒素負荷を５０から６００(mg-N/h/L-担体）まで増加させたときに、包括微生物担体からリークする硝化細菌のリーク速度を測定した結果を図１に示す。
【００３８】
図１の横軸はアンモニア性窒素負荷(mg-N/h/L-担体）を示し、縦軸は１日に包括微生物担体(cm 3 ）当たりリークされる硝化細菌の個数、即ち硝化細菌のリーク速度を示す。図１から分かるように、アンモニア性窒素負荷が５０(mg-N/h/L-担体）のときはリーク速度が１．００×１０4 （cells/cm3 / 日) と遅いが、アンモニア性窒素負荷を増加していくに従ってリーク速度は大きくなり、アンモニア性窒素負荷が３００〜４００(mg-N/h/L-担体）付近でリーク速度は略最大に達する。その時のリーク速度は１．００×１０8 （cells/cm3 / 日) になる。このように、硝化細菌のリークの場合には、硝化細菌の基質であるアンモニア性窒素の負荷を増大させることにより、リーク速度を大きくすることができる。この場合、包括微生物担体からリークした硝化細菌を付着固定化材に効率的に付着させるにはリーク速度が１．００×１０6 （cells/cm3 / 日) 以上であることが好ましく、そのためにはアンモニア性窒素負荷を１００(mg-N/h/L-担体）以上、好ましくは３００(mg-N/h/L-担体）以上にすることが望ましい。
【００３９】
また、包括微生物担体に対するＢＯＤ負荷を５０から６００(mg-N/h/L-担体）まで増加させたときに、包括微生物担体からリークする有機物分解細菌のリーク速度を測定した結果を図２に示す。
【００４０】
図２の横軸はＢＯＤ負荷(mg-N/h/L-担体）を示し、縦軸は１日に包括微生物担体(cm 3 ）当たりリークされる有機物分解細菌の個数、即ち有機物分解細菌のリーク速度を示す。図２から分かるように、ＢＯＤ負荷が５０(mg-N/h/L-担体）のときはリーク速度が１．００×１０5 〜１０6 の範囲（cells/cm3 / 日) と遅いが、ＢＯＤ負荷を増加していくに従ってリーク速度は大きくなり、ＢＯＤ負荷が３００〜４００(mg-N/h/L-担体）付近でリーク速度は略最大に達する。その時のリーク速度は１．００×１０10（cells/cm3 / 日) になる。このように、有機物を分解する有機物分解細菌のリークの場合には、有機物分解細菌の基質であるＢＯＤ成分の負荷を増大させることにより、リーク速度を大きくすることができる。この場合、包括微生物担体からリークした有機物分解細菌を付着固定化材に効率的に付着させるにはリーク速度が１．００×１０8 （cells/cm3 / 日) 以上であることが好ましく、そのためにはＢＯＤ負荷を１００(mg-N/h/L-担体）以上、好ましくは３００(mg-N/h/L-担体）以上にすることが望ましい。
【００４１】
このリーク試験において、包括微生物担体を作成する際の固定化材料であるポリエチレングリコールジアクリレートの濃度を小さくした方が細菌をリークさせ易いのではないかとの想定のもとに、表１に示すように、ポリエチレングリコールジアクリレート濃度を４、６、８、１０、１５（重量部）の５段階で変えた。しかし、図１及び図２から分かるように、４〜１５重量部の範囲では略同様のリーク速度であった。このことから、リーク速度はリークさせたい細菌の基質負荷に大きく影響されることが分かった。
【００４２】
図３及び図４は、包括微生物担体からリークした細菌を付着固定化材に付着させる際に、包括微生物担体と付着固定化材との容積比がどのような関係にあるときに付着固定化材の馴養期間を短くすることができるかを、負荷を変えて行った試験である。
【００４３】
図３は、包括微生物担体から硝化細菌をリークさせた廃水を付着固定化材に接触させながら付着固定化材の立ち上げ運転を行ったときの馴養期間である。図４は、包括微生物担体から有機物分解細菌をリークさせた廃水を付着固定化材に接触させながら付着固定化材のＢＯＤ処理立ち上げ運転を行ったときの馴養期間である。この試験には、後記する図５の廃水処理装置１０を使用し、生物処理槽１２に包括微生物担体１４と付着固定化材１６との両方を混在させて、両者の担体容積比と馴養期間との関係を調べた。
【００４４】
図３において、馴養期間は、処理水の窒素除去率、又はＢＯＤ除去率が９０％になるまでの日数とした。また、硝化処理での負荷は０．１、０．３、０．５、１．０（kg-N/m3 / 日) の４通りとし、ＢＯＤ処理での負荷は０．１、０．３、０．５、０．８（kg-N/m3 / 日) の４通りとした。尚、図３及び図４ともに、包括微生物担体と付着固定化材の合計充填率を１０％で行った。
【００４５】
その結果、図３及び図４から分かるように、負荷により馴養期間は異なるものの付着固定化材の合計容積をＡ、包括微生物担体の合計容積をＢとしたときに、付着固定化材に対する包括微生物担体の容積比（Ａ／Ｂ）を０．１（１／１０）以上、より好ましくは０．２（１／５）以上にすることにより馴養期間を顕著に短くすることができる。これは、包括微生物担体からリークする菌体濃度と付着固定化材の容積との関係で、包括微生物担体の量が少なすぎるとリークする菌体量が少なすぎて、付着固定化材の立ち上げに必要な菌体量を賄えないものと推察される。しかし、微生物が高価な特殊菌の場合では、包括微生物担体が高価となるので、生物処理槽へ投入する包括微生物担体の投入量をできるだけ少なくしたい。従って、この場合には、図３、図４での変曲点での範囲、即ち包括微生物担体の付着固定化材に対する容積比（Ａ／Ｂ）を０．１（１／１０）〜０．２（１／５）の範囲にすることが好ましい。これにより、微生物が高価な特殊菌の場合であっても、経費を増大させることなく馴養期間を短縮することが可能となる。
【００４６】
図５〜図１３は、本発明の廃水処理装置における各種の態様を示したものであり、付着固定化材としては、廃水中で流動可能な粒状の付着担体の例で説明する。また、付着担体の表面に微生物が付着した後のものを付着微生物担体と称すると共に、微生物を細菌として説明する。
【００４７】
図５の廃水処理装置１０は、同じ生物処理槽１２内に多数の包括微生物担体１４と多数の付着担体１６とを共存させた場合であり、有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２内に流入する。生物処理槽１２には包括微生物担体１４と付着担体１６が充填されている。これにより、有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着固定化材１６に付着し、付着固定化材１６の表面でリーク細菌が増殖する。これにより、付着微生物担体１６' が形成される。従って、生物処理槽１２では、細菌が包括固定された包括微生物担体１４と、表面で細菌が付着増殖した付着微生物担体１６' とにより、有機物や無機物を含有する廃水が生物学的に浄化される。このように、包括微生物担体１４と付着担体１６とを同じ生物処理槽１２に共存させることにより、包括微生物担体１４からリークしたリーク細菌を付着担体１６に付着させることができるので、生物処理槽１２に包括微生物担体１４のみが充填されている場合に比べて、生物処理槽１２内の処理に有用な有用細菌を生物処理槽１２内に高濃度に保持することができる。従って、生物処理槽１２の生物学的な処理性能を向上させることができる。リークした細菌は活性が高く、これらの細菌を付着した付着微生物担体１６' は包括微生物担体１４よりも活性が高い傾向にある。
【００４８】
生物担体理槽１２で浄化された処理水は、担体分離手段例えばスクリーン２０で包括微生物担体１４及び付着微生物担体１６' と分離され、流出管２２から流出する。図５には図示を省略してあるが、好気反応の場合は生物処理槽１２内にエア曝気して酸素を供給し、嫌気反応の場合は包括微生物担体１４及び付着微生物担体１６' を流動させるための攪拌機や嫌気ガスを吹き込むことによる撹拌などが必要であり、図６、図７、図８、図９についても同様である。
【００４９】
図６は本発明の廃水処理装置の別の態様であり、図５の生物処理槽１２を多段に設けたものである。尚、以下説明する図６〜図１３において、図５と同じ部材は同じ符号を付して説明する。
【００５０】
図６の廃水処理装置３０によれば、有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、第１生物処理槽１２Ａ、第２生物処理槽１２Ｂ、第３生物処理槽１２Ｃで構成される。そして、第１生物処理槽１２Ａ〜第３生物処理槽１２Ｃには、包括微生物担体１４と付着担体１６が共存するように投入されており、それぞれの生物処理槽１２Ａ〜１２Ｃにおいて、有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着固定化材１６に付着し、付着固定化材１６の表面でリーク細菌が増殖する。このように、多段に設けた生物処理槽１２Ａ〜１２Ｃの全てに包括微生物担体１４と付着担体１６を共存させる場合には、第１の生物処理槽１２Ａの包括微生物担体１４からリークしたリーク細菌の一部は、付着担体１６に付着せずに下流側の第２及び第３の生物処理槽１２Ｂ、１２Ｃに流れ、第２生物処理槽１２Ｂでリークしたリーク細菌の一部は第３生物処理槽１２Ｃに流れるので、上流側よりも下流側の生物処理槽ほど付着担体１６の充填量を多くすることが好ましい。このように、生物処理槽１２を多段に設けることで、高濃度の有機物や無機物を有する廃水であっても効率的に除去することができる。
【００５１】
図７の本発明の廃水処理装置４０は更に別の態様であり、生物処理槽１２を多段に設けることは図６と同じであるが、第１の生物処理槽１２Ａに包括微生物担体１４を充填し、第２及び第３の生物処理槽１２Ｂ、１２Ｃには付着担体１６を充填したものである。
【００５２】
図７に示す廃水処理装置４０によれば、有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は第１生物処理槽１２Ａ、第２生物処理槽１２Ｂ、第３生物処理槽１２Ｃから構成されている。そして、第１生物処理槽１６Ａには包括微生物担体１４が充填され、第２生物処理槽１２Ｂと第３生物処理槽１２Ｃには付着担体１６が充填されている。これにより、第１生物処理槽１２Ａでは有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。第１生物処理槽１２Ａで廃水中の有機物や無機物の一部が除去され、その処理水とリークしたリーク細菌とが第２生物処理槽１２Ｂに流入する。第２生物処理槽１２Ｂに流入したリーク細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で細菌が増殖する。また、リーク細菌の一部は第３生物処理槽１２Ｃの付着担体１６にも付着する。付着したリーク細菌は付着担体１６の表面で増殖する。従って、それぞれの生物処理槽１２Ａ〜１２Ｃでは包括微生物担体１４や、表面で細菌が付着増殖した付着微生物担体１６' により、有機物や無機物を含有する廃水が生物学的に浄化される。浄化された処理水は、担体分離手段例えばスクリーン２０で包括微生物担体１４や付着微生物担体１６' と分離され、流出管２２から流出する。
【００５３】
図８の廃水処理装置５０は図７の変形例であり、多段に設けられた生物処理槽１２Ａ〜１２Ｄに、包括微生物担体１４と付着担体１６とが交互に充填されるように構成したものである。このようにすることで、図７のように、下流側の生物処理槽ほどリーク細菌の濃度が小さくなることがないので、リーク細菌をより効果的に付着担体１６に付着させることができる。
【００５４】
図９の廃水処理装置６０は更に別の態様であり、有機物や無機物を含有する廃水が、分岐された原水導入管１８を介して生物処理槽１２と有用菌培養槽２４とに流入する。そして、生物処理槽１２には付着担体１６が充填され、有用菌培養槽２４には包括微生物担体１４が充填されている。これにより、有用菌培養槽２４では有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌は生物処理槽１２に流入して付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面でリーク細菌が増殖する。これにより、生物処理槽１２では、表面でリーク細菌が付着増殖した付着微生物担体１６' により、有機物や無機物を含有する廃水が生物学的に浄化される。浄化された処理水は担体分離手段例えばスクリーン２０で分離され、流出管２２から流出する。このように、廃水の一部を有用菌培養槽２４を介して生物処理槽１２に導入することで、付着担体１６が充填された生物処理槽１２の馴養期間（立ち上げ期間）を短縮することができると共に、立ち上がった後もリークした細菌が供給され生物処理槽１２における処理性能を安定化させることができる。
【００５５】
図１０の廃水処理装置７０は更に別の態様であり、特に下水などＢＯＤ成分とアンモニアを含有する廃水処理に好適な一例である。
【００５６】
図１０に示すように、廃水処理装置７０は、有機物とアンモニア性窒素を含有する廃水が原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、前段側に配置された嫌気槽２６と後段側に配置された好気槽２８から構成され、好気槽２８には硝化細菌を包括固定化化した包括微生物担体１４と、付着担体１６とが充填されている。また、好気槽２８にはエアを曝気する曝気管３１が設けられ、曝気管３１はブロア３２に接続される。これにより、好気槽２８では、アンモニア性窒素を基質にして包括微生物担体１４内部の硝化細菌が増殖し、増殖した硝化細菌の一部が包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で硝化細菌が増殖する。好気槽２８ではこれらの包括微生物担体１４と表面でリークした硝化細菌が増殖した付着微生物担体１６' により、アンモニア性窒素が硝化処理され亜硝酸や硝酸を生成する。硝化処理された硝化液は、硝化液循環ライン３４を通り嫌気槽２６に循環される。嫌気槽２６では、硝化液が廃水中の有機物を水素供与体にして、浮遊活性汚泥中の脱窒細菌により亜硝酸や硝酸を窒素ガスに変換する脱窒処理を行う。これにより廃水中のアンモニア性窒素や有機物が除去されて浄化されると共に、浄化された処理水は担体分離手段例えばスクリーン２０で包括微生物担体１４や付着微生物担体１６' が分離され、固液分離槽３６に送液される。固液分離槽３６において、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。固液分離槽３６の底部に沈降した浮遊活性汚泥は汚泥返送管３８を介して嫌気槽２６に返送される。尚、符号４１は、嫌気槽２６内を攪拌する攪拌機である。
【００５７】
図１１の廃水処理装置８０は更に別の態様であり、ＢＯＤ成分を含有しないアンモニア含有廃水処理に好適な一例である。
【００５８】
図１１に示すように、廃水処理装置８０は、アンモニア性窒素を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、前段側に配置された好気槽２８と後段側に配置された嫌気槽２６とから構成され、好気槽２８には包括微生物担体１４と付着担体１６とが充填されている。また、好気槽２８にはエアを曝気する曝気管３１が設けられ、曝気管３１はブロア３２に接続される。これにより、好気槽２８では、アンモニア性窒素を基質にして包括微生物担体１４内部の硝化細菌が増殖し、増殖した硝化細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークした硝化細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で硝化細菌が増殖する。このように、好気槽２８では、包括微生物担体１４と、表面で硝化細菌が増殖した付着微生物担体１６' により、アンモニア性窒素が硝化処理され亜硝酸や硝酸を生成する。この硝化液は後段の嫌気槽２６に流入し、メタノール供給ライン３８から供給されるメタノールを水素供与体にして浮遊活性汚泥中の脱窒菌により脱窒される。これにより廃水中のアンモニア性窒素が除去されて浄化されると共に、浄化された処理水は固液分離槽３６に送液される。固液分離槽３６において、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。固液分離槽３６の底部に沈降した浮遊活性汚泥は汚泥返送管３８を介して好気槽２８に返送される。尚、符号４１は、嫌気槽２６内を攪拌する攪拌機である。
【００５９】
図１２の廃水処理装置９０は更に別の態様であり、ＢＯＤ成分のみを含有するＢＯＤ含有廃水処理に好適な一例である。
【００６０】
図１２に示すように、廃水処理装置９０は、有機物を含有する廃水が原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、前段側の好気槽２８と後段側の好気槽４０とから構成され、前段側の好気槽２８には包括微生物担体１４と付着担体１６とが充填されている。また、後段側の好気槽４０には浮遊活性汚泥が保持されている。これにより、前段側の好気槽２８では、ＢＯＤ成分を基質にして包括微生物担体１４内部の有機物分解細菌が増殖し、増殖した有機物分解細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークした有機物分解細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で有機物分解細菌が増殖する。従って、前段側の好気槽２８では、包括微生物担体１４と、表面に有機物分解細菌が増殖した付着微生物担体１６' により有機物が分解される。包括微生物担体１４からリークした有機物分解細菌の一部は後段側の好気槽４０に流入し、浮遊活性汚泥に付着し増殖する。この増殖した浮遊活性汚泥により廃水は高度に浄化される。浄化された処理水は固液分離槽３６に送液される。固液分離槽３６において、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。固液分離槽３６の底部に沈降した浮遊活性汚泥は汚泥返送管３８を介して後段側の好気槽４０に返送される。
【００６１】
図１３の廃水処理装置１００は更に別の態様であり、ＢＯＤ成分とアンモニア性窒素を含有する廃水を処理するのに好適な一例である。
【００６２】
図１３に示すように、廃水処理装置１００は、上流側から順に、無酸素槽４２、亜硝酸生成槽４４、嫌気性アンモニア酸化槽４８、硝化槽５１、固液分離槽３６が配置される。そして、無酸素槽４２には脱窒細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ａと付着担体１６とが充填される。亜硝酸生成槽４４にはアンモニア酸化細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ｂと付着担体１６とが充填される。嫌気性アンモニア酸化槽４８には嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ｃと付着担体１６とが充填される。
【００６３】
このように構成された本発明の廃水処理装置１００によれば、ＢＯＤ成分とアンモニア性窒素を含有する廃水が、原水導入管１８を介して無酸素槽４２に流入する。無酸素槽４２では、硝化液循環ライン３４から循環される硝化液中の硝酸や亜硝酸による呼吸によりＢＯＤ成分が除去される。無酸素槽４２では廃水中のアンモニア性窒素が残存し、残存したアンモニア性窒素を含む第１の流出液の一部が亜硝酸生成槽４４に流入し、残りがバイパスライン４６を介して嫌気性アンモニア酸化槽４８に流入する。亜硝酸生成槽４４では、亜硝酸型の硝化処理が行われ、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素に酸化される。そして、亜硝酸生成槽４４からの亜硝酸性窒素を含有する第２の流出液と、バイパスライン４６からのアンモニア性窒素を含有する第３の流出液とが、嫌気性アンモニア酸化槽４８に流入し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが同時に脱窒処理される。嫌気性アンモニア酸化槽４８で残存したアンモニア性窒素を含有する第４の流出液は、硝化槽５１に流入して硝化処理され、残存するアンモニア性窒素が硝化処理される。硝化槽５１から流出する硝化液の一部は硝化液循環ライン３４を介して前記した無酸素槽４２に戻される。硝化槽５１で処理された硝化液の残りである処理水は固液分離槽３６に送液され、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。
【００６４】
かかる各槽での処理において、無酸素槽４２では、亜硝酸や硝酸を基質として包括微生物担体１４Ａ内部の脱窒細菌が増殖し、増殖した脱窒細菌がリークして付着担体１６に付着増殖する。亜硝酸生成槽４４では、アンモニア性窒素を基質として包括微生物担体１４Ｂ内部のアンモニア酸化細菌が増殖し、増殖したアンモニア酸化細菌がリークして付着担体１６に付着増殖する。嫌気性アンモニア酸化槽４８では、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを基質として包括微生物担体１４Ｃ内部の嫌気性アンモニア酸化細菌が増殖し、増殖した嫌気性アンモニア酸化細菌がリークして付着担体１６に付着増殖する。このように、それぞれの槽での処理に有用な細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ａ又は１４Ｂ又は１４Ｃと、付着担体１６とを共存させることにより、包括微生物担体１４Ａ又は１４Ｂ又は１４Ｃからリークしたリーク細菌を付着担体１６に付着増殖させるため馴養期間を顕著に短縮することができると共に、定常運転期間での処理の安定性を良くすることができる。これは、付着担体１６に細菌を付着させた付着微生物担体１６' のみでは生物膜の剥離脱落が見られ、付着微生物担体１６' の性能低下が生じ易いのに対し、本発明のように、包括微生物担体１４から種菌が常に供給されているために付着微生物担体１６' の性能回復が早いためと考えられる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例を説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
実施例１の試験では、アンモニア性窒素５０ｍｇ／Ｌ含有する合成廃水を用いて、図５〜図９の各廃水処理装置における馴養期間及び処理水の水質を調べた。試験に使用した包括微生物担体１４の組成等は表２の通りである。
【００６６】
【表２】
【００６７】
表２に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化するので、ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として試験に供した。
【００６８】
それぞれの試験条件は次の通りである。
（本発明Ａ）図５の廃水処理装置１０を使用した場合
・生物処理槽１２の滞留時間…２．４時間
・生物処理槽１２における容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・生物処理槽１２への包括微生物担体１４の充填率…２％
・生物処理槽１２への付着担体１６の充填率 …８％
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・生物処理槽１２をエアにより曝気撹拌
（本発明Ｂ）図６の廃水処理装置３０を使用した場合
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の滞留時間…２．４時間
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）における包括微生物担体１４の充填率…１％（容積）・各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）における付着担体１６の充填率…９％（容積）
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・エアにより各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）を曝気撹拌
（本発明Ｃ）図７の廃水処理装置４０を使用した場合
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の滞留時間…２．４時間
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・第１生物処理槽１２Ａの包括微生物担体１４の充填率…１０％（容積）
・第２、３の生物処理槽１２Ｂ、１２Ｃの付着担体１６の充填率…１０％（容積）
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）をエアにより曝気撹拌
（本発明Ｄ）図８の廃水処理装置５０を使用した場合
・４槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）合計の滞留時間…２．４時間
・４槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）合計の容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・第１、３生物処理槽（１２Ａ、１２Ｂ）への包括微生物担体１４の充填率…１０％（容積）
・第２、４生物処理槽（１２Ｃ、１２Ｄ）への付着担体１６の充填率…１０（容積）％
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・エアにより各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）を曝気撹拌
（本発明Ｅ）図９の廃水処理装置６０を使用した場合
・生物処理槽１２と有用菌培養槽２４の合計滞留時間…２．４時間（生物処理槽：２時間、有用菌培養槽：０．４時間）
・生物処理槽１２と有用菌培養槽２４の合計容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・有用菌培養槽２４への包括微生物担体１４の充填率…２０％（容積）
・生物処理槽への付着担体１６の充填率 …１０％（容積）
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・生物処理槽１２と有用菌培養槽２４とをエアにより曝気攪拌
以上の本発明Ａ〜Ｅの試験条件で廃水処理装置を運転した。そして、処理水のアンモニア性窒素濃度が２ｍｇ／Ｌ以下になった時点を馴養が終了したと判断し、その期間を馴養期間とした。結果を表３に示す。尚、表３には、従来法についても試験した結果を示した。従来法は、装置図番が図５、図６、図７について、包括微生物担体１４を付着担体１６に置き換えて、生物処理槽には全て付着担体１６が充填されるようにした。即ち、包括微生物担体１４の代わりに付着担体１６を同じ充填率で充填した。また、従来法の実験開始時には汚泥を投入した。
【００６９】
【表３】
【００７０】
表３から分かるように、従来法Ａ〜Ｅでは、馴養期間が３０日〜９５日と長く、馴養後も処理水の水質が悪化する傾向が時々見られた。これは、細菌が付着担体１６から剥離脱落し易く、これにより処理水が悪化したものと推察される。
【００７１】
これに対し、本発明Ａ〜Ｅは、馴養期間が１２日〜２４日と従来法に比べて短く、馴養後の水質も極めて安定していた。特に、本発明Ｄの多段に設けられた生物処理槽１２Ａ〜１２Ｄに、包括微生物担体１４と付着担体１６とが交互に充填されるように構成したものは馴養期間が１１日で一番短い結果であった。このように、本発明の場合には、包括微生物担体１４から細菌がリークすることにより、付着担体１６に常に細菌が供給され付着担体表面に安定した生物膜を形成することができる。これにより、処理水の水質を良好且つ安定に維持することができる。また、従来法として、図５の装置に包括微生物担体１４のみを１０％充填して処理運転したところ、馴養期間１４日を要した。これに対し、本発明では１２日間と短く、この理由はリークした活性の高い細菌が付着担体１６に付着し、高活性になったことにより馴養期間が短縮したものと考えられる。
［実施例２］
実施例２の試験では、各種の廃水を用いて、図１０〜１３の各廃水処理装置における馴養期間及び処理水の水質を調べた。試験に使用した包括微生物担体１４の組成等は表４の通りである。
【００７２】
【表４】
【００７３】
表４に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化するので
ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として試験に供した。
【００７４】
それぞれの試験条件は次の通りである。
（実験Ｆ）図１０の廃水処理装置７０を使用した場合
・使用廃水…ＢＯＤ１２０ｍｇ／Ｌ、ＮＨ4 −Ｎ３０ｍｇ／Ｌ含有した廃水
・嫌気槽２６の滞留時間…４時間
・好気槽２８の滞留時間…３時間
・好気槽２８への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・好気槽２８への付着担体１６の充填率 …８％（容積）
・付着担体として発泡ポリプロピレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・嫌気槽２６内を機械撹拌
・好気槽２８内をエアによる曝気撹拌
・嫌気槽２６の浮遊汚泥濃度…３０００〜４０００ｍｇ／Ｌで制御
・汚泥返送管３８による汚泥返送率…８０％
・硝化液循環ライン３４による硝化液循環率…３００％
（実験Ｇ）図１１の廃水処理装置８０を使用した場合
・使用廃水…ＮＨ4 −Ｎ１００ｍｇ／Ｌ含有の無機廃水
・好気槽２８の滞留時間…４時間
・嫌気槽２６の滞留時間…４時間
・好気槽２８への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・好気槽２８への付着担体１６の充填率…１０％（容積）
・付着担体として発泡ウレタン製の８ｍｍ角型担体を使用
・嫌気槽２６を機械撹拌し、メタノール供給ライン３８からメタノールを３４０ｍｇ／Ｌ相当添加
・好気槽２８をエアにより曝気撹拌
・嫌気槽２６の浮遊汚泥濃度を３０００〜４０００ｍｇ／Ｌで制御
・汚泥返送管３８による汚泥返送率…８０％
（実験Ｈ）図１２の廃水処理装置９０を使用した場合
・使用廃水…ＢＯＤ２００ｍｇ／Ｌ含有の有機廃水
・前段側の好気槽２８の滞留時間…１時間
・後段側の好気槽４０Ｂの滞留時間…３．５時間
・前段側の好気槽２８への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・前段側の好気槽２８への付着担体１６の充填率…１０％（容積）
・付着担体として発泡ウレタン製の８ｍｍ角型担体を使用
・各好気槽２８、４０をエアにより曝気撹拌
・後段側の好気槽４０の浮遊活性汚泥濃度を３０００〜４０００ｍｇ／Ｌで制御
・汚泥返送管３８による汚泥返送率…５０％
（実験Ｉ）図１３の廃水処理装置１００を使用した場合
・使用廃水…ＢＯＤ５０ｍｇ／Ｌ、ＮＨ4 −Ｎ２００ｍｇ／Ｌ含有の廃水
・無酸素槽４２の滞留時間…１時間
・亜硝酸生成槽４４の滞留時間…６時間
・嫌気性アンモニア酸化槽４８の滞留時間…４時間
・無酸素槽４２への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・亜硝酸生成槽４４への包括微生物担体１４（担体組成は表５参照）の充填率…２％
・嫌気性アンモニア酸化槽４８への包括微生物担体１４（担体組成は表６参照）の充填率…２％（容積）
・各槽（４２、４４、４８）へは付着固定化材として不織布板状充填材１６を使用し、この不織布板状充填材１６を充填率が３０％になるように充填した。
・硝化液循環ライン３４による返送率…５０％
・バイパスライン４６により原水流量に対し４０％の廃水を嫌気性アンモニア酸化槽４８にバイパス
【００７５】
【表５】
【００７６】
表５に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化するので
ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として亜硝酸生成槽４４に投入した。
【００７７】
【表６】
【００７８】
表６に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化する。ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として嫌気性アンモニア酸化槽４８に投入した。
【００７９】
以上の本発明Ｆ〜Ｉの試験条件で廃水処理装置を運転した。そして、ＢＯＤ成分及び／又はＮＨ4 −Ｎ成分の除去率が８５％以上、あるいは処理水の水質が安定した時点で馴養が終了したと判断し、その期間を馴養期間とした。結果を表７に示す。尚、表７には、従来法についても試験した結果を示した。従来法は、装置図番が図１０、図１１、図１２、図１３について、包括微生物担体１４を付着担体１６に置き換えて、生物処理槽には全て付着担体１６又は不織布板状充填材１６が充填されるようにした。即ち、包括微生物担体１４の代わりに付着担体１６又は不織布板状充填材１６を同じ充填率で充填した。また、従来法の実験開始時には汚泥を投入した。
【００８０】
【表７】
【００８１】
表７から分かるように、従来法Ｆ〜Ｉでは、馴養期間が２５日〜６９日と長く、馴養後も処理水の水質が悪化する傾向が時々見られた。これは、細菌が付着担体１６又は不織布板状充填材１６から剥離脱落し易く、これにより処理水が悪化したものと推察される。
【００８２】
これに対し、本発明Ｆ〜Ｉは、馴養期間が１４日〜３２日と従来法に比べて短く、馴養後の水質も極めて安定していた。
【００８３】
また、廃水の種類が同じ本発明Ｆと従来法Ｆ、本発明Ｇと従来法Ｆ、本発明Ｈと従来法Ｈ、本発明Ｉと従来法Ｉとを対比すると、本発明を実施することにより、馴養期間を従来法の半分以下に短縮することが可能となる。これは、本発明の場合には、包括微生物担体１４から細菌がリークすることにより、付着担体１６に常に細菌が供給され付着担体表面に安定した生物膜を形成されることによるものと推察される。これにより、処理水の水質を良好且つ安定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】包括微生物担体からリークする硝化細菌のリーク速度を示した図
【図２】包括微生物担体からリークする有機物分解細菌のリーク速度を示した図
【図３】包括微生物担体と付着固定化材との容積比を変化させたときの硝化処理での馴養期間を示した図
【図４】包括微生物担体と付着固定化材との容積比を変化させたときのＢＯＤ処理での馴養期間を示した図
【図５】本発明の廃水処理装置の一態様で生物処理槽が１槽の図
【図６】本発明の廃水処理装置の別の態様で、生物処理槽を多段に設けた図
【図７】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、多段に設けた１槽目に包括微生物担体を充填し、２槽及び３槽目に付着担体を充填するように構成した図
【図８】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、多段に設けた生物処理槽の各槽に交互に包括微生物担体と付着固定化材とを充填するように構成した図
【図９】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、生物処理槽と有用菌培養槽とを設けるように構成した図
【図１０】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分とアンモニアを含有する廃水に好適な装置として構成した図
【図１１】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分を含有しないアンモニア含有廃水に好適な装置として構成した図
【図１２】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分のみを含有する廃水に好適な装置として構成した図
【図１３】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分とアンモニアを含有する廃水に好適な装置として構成した図
【符号の説明】
【００８５】
１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００…廃水処理装置、１２…生物処理槽、１４…包括微生物担体、１６…付着固定化材（付着担体、不織布板状充填材等）、１６' …包括微生物担体からリークした細菌が付着増殖した付着細菌担体、１８…原水導入管、２０…スクリーン、２２…流出管、２４…有用菌培養槽、２６…嫌気槽、２８…好気槽、３１…曝気管、３２…ブロアー、３４…硝化液循環ライン、３６…固液分離槽、３８…汚泥返送管、４０…後段側の好気槽、４２…無酸素槽、４４…亜硝酸生成槽、４６…バイパスライン、４８…嫌気性アンモニア酸化槽、５１…硝化槽
【技術分野】
【０００１】
本発明の廃水処理方法及び装置は、環境保全のために、下水や廃水中のアンモニア性窒素やＢＯＤ成分を生物学的に処理して除去する廃水処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９２２年に本格的な下水処理場が東京都の三河島処理場で開始されて以来、有機物の処理のみではなく、窒素の処理も下水処理場で行われるようになってきた。特に大都市では集中的な投資が行われ、下水道普及率は９０％を越えるまでにいたった。しかしながら閉鎖性水域での環境基準の達成率はほとんど改善されてない。水域での内部要因、例えば藻類の異常繁殖によるものが大きいと言われているが、流入する廃水の外部要因も解消されてない。特に窒素の外部要因が大きく、処理の必要が強く望まれている。
【０００３】
窒素はアンモニア性窒素の形態で下水や廃水に多く含まれる。従来、下水処理場や廃水処理場では、アンモニア性窒素を硝化細菌を用いて亜硝酸や硝酸に酸化し、亜硝酸や硝酸を脱室細菌により窒素ガスに変換して除去していた。しかし、硝化細菌は増殖速度が遅いため、安定した窒素除去を行うには、窒素負荷として０．２〜０．４ｋｇ−Ｎ／ｍ3 ／日の範囲の低負荷運転を行う必要があり、生物処理槽として大型の水槽を設けなくてはならない。この対策として、ゲル内部に硝化細菌を包括固定化した包括微生物担体を生物処理槽に投入して硝化細菌を高濃度に保持する方法が一般に普及している（例えば特許文献１や特許文献２）。
【０００４】
ところで、硝化細菌を高濃度に保持させる方法としては、上記した包括微生物担体の他に、微生物を付着固定化材に付着固定する方法が古くから行われている。付着固定化材としては、付着担体や付着充填材が用いられており、例えばプラスチックの担体、波板、網状シート、ハニカム状のものがある。これらの付着担体や付着充填材に硝化細菌を付着増殖させることにより高濃度に細菌を保持させ、高速処理を行うものである。硝化細菌ばかりでなく有機物分解細菌なども高濃度に菌を保持し高速処理するために、このような付着担体や付着充填材が使用されてきた。
【特許文献１】特許第３３８９８１１号
【特許文献２】特許第３５１４３６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、付着担体や付着充填材の付着固定化材は、微生物を付着させるまでの馴養期間が長く、また付着させた後も付着した細菌が付着固定化材から剥離することが度々あり、生物処理槽で処理された処理水の水質が安定しないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ包括微生物担体からリークする高活性の微生物を付着固定化材に常時供給することで付着固定化材に高濃度に微生物を保持することができるので、常時安定した良好な処理水を得ることができる廃水処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理方法において、前記廃水と、微生物を包括固定化した包括微生物担体とを接触させて前記包括微生物担体の微生物を増殖させると共に、該増殖により前記包括微生物担体の担体内部から担体外部にリークしてくる高活性の微生物を含む廃水を付着固定化材に接触させて、前記リークした微生物を付着固定化材に付着増殖させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明は、廃水に、微生物を包括固定化した包括微生物担体を接触させると、包括微生物担体内部で増殖した微生物の一部が担体外部にリーク（放出）され、リークされた高活性の微生物を含む廃水と付着固定化材とを接触させることで、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ包括微生物担体からリークする微生物を付着固定化材に常時供給することで付着固定化材に高濃度に微生物を保持することができるとの知見に基づいて成されたものである。これにより、常時安定した良好な処理水を得ることができる。
【０００９】
包括微生物担体に固定化する微生物としては、例えば活性汚泥、硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群、有機物を分解する有機物分解細菌群などの複数の微生物が混在する複合微生物や、硝化細菌、脱窒細菌、嫌気性アンモニア酸化細菌、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌などの純粋菌株を好適に使用することができる。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記基質は有機物及び／又は無機物であることを特徴とする。
【００１１】
本発明において包括微生物担体に固定化する微生物は、上記したように硝化細菌や嫌気性アンモニア酸化菌群のように無機物であるアンモニアと亜硝酸を基質とする場合や、アオコ分解菌やＰＣＢ分解菌のように有機物であるアオコやＰＣＢを基質とする場合もあるからである。
【００１２】
請求項３は請求項１又は２において、前記付着固定化材は、付着担体及び／又は付着充填材であることを特徴とする。このように、付着固定化材としては、廃水中で流動可能な粒状の付着担体や、廃水中に固定床として充填する付着充填材を好適に用いることができる。
【００１３】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記微生物として硝化細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてアンモニア性窒素を含有する廃水とを接触させると共に、該アンモニア性窒素負荷を１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする。
【００１４】
アンモニア性窒素負荷を１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることにより、硝化細菌を包括固定した包括微生物担体から硝化細菌を効率的にリークさせることができるからである。
【００１５】
請求項５は請求項１〜３の何れか１において、前記微生物として有機物を分解する有機物分解細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてＢＯＤ成分が含有する廃水とを接触させると共に、該ＢＯＤ成分負荷を１００（ｍｇ−ＢＯＤ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする。
【００１６】
ＢＯＤ成分負荷を１００（ｍｇ−ＢＯＤ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることにより、有機物分解細菌を包括固定した包括微生物担体から有機物分解細菌を効率的にリークさせることができるからである。
【００１７】
請求項６は請求項１〜５の何れか１において、前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０以上にすることを特徴とする。これにより、付着固定化材に微生物が付着する馴養期間を短くすることができるからである。
【００１８】
請求項７は請求項１〜５の何れか１において、前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０〜１／５の範囲にすることを特徴とする。これにより、微生物が高価な特殊菌の場合であっても、経費を増大させることなく馴養期間を効果的に短縮することが可能となるからである。
【００１９】
請求項８は請求項１〜７の何れか１において、前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは同じ生物処理槽内に混在されていることを特徴とする。このように、包括微生物担体と付着固定化材とを同じ生物処理槽内に混在させることにより、包括微生物担体と、包括微生物担体からリークした微生物を付着増殖させた付着固定化材との両方で、廃水を処理することができ、生物処理槽の処理性能を顕著に向上させることができる。
【００２０】
請求項９は請求項１〜８の何れか１において、前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは別の生物反応槽に投入されており、前記包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽からの流出水を前記付着固定化材が投入された第２の生物処理槽に流入させることを特徴とする。これにより、付着固定化材が投入された第２の生物処理槽の立ち上げ運転を行う場合には短期間で立ち上げることができる。また、第２の生物処理槽で定常運転を行う場合には、第１の生物処理槽の包括微生物担体からリークされた微生物を含む流出水が第２の生物処理槽に流入することで、付着固定化材に微生物を高濃度で保持することができるので、第２の生物処理槽の処理性能も高く維持できる。
【００２１】
請求項１０は請求項１〜９の何れか１において、前記増殖する前の包括微生物担体は、前記付着固定化材に付着させたい微生物を１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で包括固定化したものであることを特徴とする。これは、担体内部の微生物濃度が１０6 （cells/cm3 ) 以上で活性が発現するので、１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で固定化することにより、担体内部で１０8 （cells/cm3 ) 以上に増殖し、これにより包括微生物担体からの微生物のリークが促進されるからである。
【００２２】
本発明の請求項１１は、前記目的を達成するために、廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、前記生物処理を行う生物処理槽内に、微生物を包括固定化した包括微生物担体と微生物を付着する付着固定化材とを混在させて成ることを特徴とする。
【００２３】
このように、包括微生物担体と付着固定化材とは同じ生物処理槽内に混在させることにより、包括微生物担体と、包括微生物担体からリークした微生物を付着させた付着固定化材との両方で、廃水を処理することができ、廃水処理装置の処理性能を顕著に向上させることができる。
【００２４】
請求項１２は請求項１１において、前記生物処理槽を直列に複数段設けることを特徴とする。これにより、廃水処理装置の処理性能を顕著に更に向上させることができる。
【００２５】
本発明の請求項１３は、前記目的を達成するために、廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、前記廃水が流入すると共に微生物を包括固定化した包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽と、前記廃水及び前記第１の生物処理槽からの流出水のうちの少なくとも前記第１の生物処理槽の流出水が流入すると共に付着固定化材が投入された第２の生物処理槽と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
これにより、付着固定化材が投入された第２の生物処理槽の立ち上げ運転を行う場合には短期間で立ち上げることができる。また、第２の生物処理槽で定常運転を行う場合には、第１の生物処理槽の包括微生物担体からリークされた微生物を含む流出水が第２の生物処理槽に流入することで、付着固定化材に微生物を高濃度に保持することができるので、第２の生物処理槽の処理性能も高く維持できる。
【００２７】
請求項１４は請求項１３において、前記第１の生物処理槽と前記第２の生物処理槽とから成る１組の生物処理槽を、複数段設けたことを特徴とする。これにより、廃水処理装置の処理性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明の廃水処理方法及び装置によれば、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ包括微生物担体からリークする微生物を付着固定化材に常時供給することで付着固定化材に高濃度に微生物を保持することができるので、常時安定した良好な処理水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下添付図面に従って本発明に係る廃水処理方法及び装置における好ましい実施の形態について詳説する。
【００３０】
本発明は、廃水に、微生物を包括固定化した包括微生物担体を接触させると、包括微生物担体内部で増殖した微生物の一部が担体外部にリーク（放出）され、リークされた微生物を含む廃水を付着固定化材に接触させることで、微生物を付着固定化材に付着させるまでの馴養期間を短くでき、且つ付着させた後も微生物が付着固定化材から剥離しにくい付着固定化型の担体や充填材を得ることができるとの知見に基づいて成されたものである。
【００３１】
本発明において包括微生物担体に固定化する微生物は純粋菌株、活性汚泥などの複合微生物が用いられる。複合微生物としては、例えば活性汚泥、硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群などがある。また、純粋菌株としては、例えば硝化細菌、脱室細菌、嫌気性アンモニア細菌、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌などがある。包括微生物担体に固定化する微生物の総菌数の濃度は１０5 （cells/cm3 ) 以上であることが好ましい。これは、担体内部の微生物濃度が１０6 （cells/cm3 ) 以上で活性が発現するので、１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で固定化することにより、担体内部で１０8 （cells/cm3 ) 以上に増殖し、これにより包括微生物担体からの微生物のリークが促進されるからである。従って、付着固定化型の担体や充填材に付着させたい微生物を包括固定しておくことが原則である。
【００３２】
使用される包括微生物担体とは、モノマー材料やプレポリマー材料と微生物を混合し、この混合液を重合して微生物を包括固定化して得られた担体を言う。モノマー材料としてはアクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマールなどを好適に使用することができる。プレポリマ材料としてはポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレートがよく、その誘導体を用いることができる。包括微生物担体の形状は立方体状（キュービック状）、球状、筒状の他、ひも状、不織布状などを好適に使用でき、特に担体表面に凹凸が多いものは廃水との接触効率がよく一層好ましい。立方体状や球状の包括微生物担体であれば球相当径として１〜１０ｍｍの範囲が好ましい。
【００３３】
一方、包括微生物担体からリークされた微生物を含む廃水と接触させる付着固定化材としては、廃水中で流動可能な粒状の付着担体や、廃水中に固定床として充填する付着充填材を好適に用いることができる。付着担体や付着充填材の形状や材質は、例えばプラスチックの担体、波板、網状シート、ハニカム状のものなどを好適に使用できる。付着担体としては球状、円筒状、マカロニ状などがよく、また発泡させ表面に凸凹を形成することにより微生物を付着させ易くできる。これらの付着担体や付着充填材の初期状態は微生物は付着していない無生物の担体や充填材であり、表面に凸凹を形成して比表面積を大きくすることで微生物を付着させ易くできるだけでなく、付着した微生物と廃水との接触効率も良くなるからである。例えば、前記した包括微生物担体と同じ比表面積のものを使用することも良い方法である。
【００３４】
次に、本発明において包括微生物担体からリークされる微生物の一例として、硝化細菌と有機物分解細菌で実施したリーク試験結果を説明する。
【００３５】
表１の組成を有する包括微生物担体を作成し、包括微生物担体に対するアンモニア性窒素負荷を変えたときに、包括微生物担体からリークする硝化細菌のリーク速度を調べた。同様にして、包括微生物担体に対するＢＯＤ負荷を変えたときに、包括微生物担体からリークする有機物分解細菌のリーク速度を調べた。尚、包括微生物担体に固定化する硝化細菌は、アンモニアを亜硝酸まで硝化するアンモニア酸化細菌の濃縮液を使用した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
そして、表１の組成を有する包括微生物担体に対するアンモニア性窒素負荷を５０から６００(mg-N/h/L-担体）まで増加させたときに、包括微生物担体からリークする硝化細菌のリーク速度を測定した結果を図１に示す。
【００３８】
図１の横軸はアンモニア性窒素負荷(mg-N/h/L-担体）を示し、縦軸は１日に包括微生物担体(cm 3 ）当たりリークされる硝化細菌の個数、即ち硝化細菌のリーク速度を示す。図１から分かるように、アンモニア性窒素負荷が５０(mg-N/h/L-担体）のときはリーク速度が１．００×１０4 （cells/cm3 / 日) と遅いが、アンモニア性窒素負荷を増加していくに従ってリーク速度は大きくなり、アンモニア性窒素負荷が３００〜４００(mg-N/h/L-担体）付近でリーク速度は略最大に達する。その時のリーク速度は１．００×１０8 （cells/cm3 / 日) になる。このように、硝化細菌のリークの場合には、硝化細菌の基質であるアンモニア性窒素の負荷を増大させることにより、リーク速度を大きくすることができる。この場合、包括微生物担体からリークした硝化細菌を付着固定化材に効率的に付着させるにはリーク速度が１．００×１０6 （cells/cm3 / 日) 以上であることが好ましく、そのためにはアンモニア性窒素負荷を１００(mg-N/h/L-担体）以上、好ましくは３００(mg-N/h/L-担体）以上にすることが望ましい。
【００３９】
また、包括微生物担体に対するＢＯＤ負荷を５０から６００(mg-N/h/L-担体）まで増加させたときに、包括微生物担体からリークする有機物分解細菌のリーク速度を測定した結果を図２に示す。
【００４０】
図２の横軸はＢＯＤ負荷(mg-N/h/L-担体）を示し、縦軸は１日に包括微生物担体(cm 3 ）当たりリークされる有機物分解細菌の個数、即ち有機物分解細菌のリーク速度を示す。図２から分かるように、ＢＯＤ負荷が５０(mg-N/h/L-担体）のときはリーク速度が１．００×１０5 〜１０6 の範囲（cells/cm3 / 日) と遅いが、ＢＯＤ負荷を増加していくに従ってリーク速度は大きくなり、ＢＯＤ負荷が３００〜４００(mg-N/h/L-担体）付近でリーク速度は略最大に達する。その時のリーク速度は１．００×１０10（cells/cm3 / 日) になる。このように、有機物を分解する有機物分解細菌のリークの場合には、有機物分解細菌の基質であるＢＯＤ成分の負荷を増大させることにより、リーク速度を大きくすることができる。この場合、包括微生物担体からリークした有機物分解細菌を付着固定化材に効率的に付着させるにはリーク速度が１．００×１０8 （cells/cm3 / 日) 以上であることが好ましく、そのためにはＢＯＤ負荷を１００(mg-N/h/L-担体）以上、好ましくは３００(mg-N/h/L-担体）以上にすることが望ましい。
【００４１】
このリーク試験において、包括微生物担体を作成する際の固定化材料であるポリエチレングリコールジアクリレートの濃度を小さくした方が細菌をリークさせ易いのではないかとの想定のもとに、表１に示すように、ポリエチレングリコールジアクリレート濃度を４、６、８、１０、１５（重量部）の５段階で変えた。しかし、図１及び図２から分かるように、４〜１５重量部の範囲では略同様のリーク速度であった。このことから、リーク速度はリークさせたい細菌の基質負荷に大きく影響されることが分かった。
【００４２】
図３及び図４は、包括微生物担体からリークした細菌を付着固定化材に付着させる際に、包括微生物担体と付着固定化材との容積比がどのような関係にあるときに付着固定化材の馴養期間を短くすることができるかを、負荷を変えて行った試験である。
【００４３】
図３は、包括微生物担体から硝化細菌をリークさせた廃水を付着固定化材に接触させながら付着固定化材の立ち上げ運転を行ったときの馴養期間である。図４は、包括微生物担体から有機物分解細菌をリークさせた廃水を付着固定化材に接触させながら付着固定化材のＢＯＤ処理立ち上げ運転を行ったときの馴養期間である。この試験には、後記する図５の廃水処理装置１０を使用し、生物処理槽１２に包括微生物担体１４と付着固定化材１６との両方を混在させて、両者の担体容積比と馴養期間との関係を調べた。
【００４４】
図３において、馴養期間は、処理水の窒素除去率、又はＢＯＤ除去率が９０％になるまでの日数とした。また、硝化処理での負荷は０．１、０．３、０．５、１．０（kg-N/m3 / 日) の４通りとし、ＢＯＤ処理での負荷は０．１、０．３、０．５、０．８（kg-N/m3 / 日) の４通りとした。尚、図３及び図４ともに、包括微生物担体と付着固定化材の合計充填率を１０％で行った。
【００４５】
その結果、図３及び図４から分かるように、負荷により馴養期間は異なるものの付着固定化材の合計容積をＡ、包括微生物担体の合計容積をＢとしたときに、付着固定化材に対する包括微生物担体の容積比（Ａ／Ｂ）を０．１（１／１０）以上、より好ましくは０．２（１／５）以上にすることにより馴養期間を顕著に短くすることができる。これは、包括微生物担体からリークする菌体濃度と付着固定化材の容積との関係で、包括微生物担体の量が少なすぎるとリークする菌体量が少なすぎて、付着固定化材の立ち上げに必要な菌体量を賄えないものと推察される。しかし、微生物が高価な特殊菌の場合では、包括微生物担体が高価となるので、生物処理槽へ投入する包括微生物担体の投入量をできるだけ少なくしたい。従って、この場合には、図３、図４での変曲点での範囲、即ち包括微生物担体の付着固定化材に対する容積比（Ａ／Ｂ）を０．１（１／１０）〜０．２（１／５）の範囲にすることが好ましい。これにより、微生物が高価な特殊菌の場合であっても、経費を増大させることなく馴養期間を短縮することが可能となる。
【００４６】
図５〜図１３は、本発明の廃水処理装置における各種の態様を示したものであり、付着固定化材としては、廃水中で流動可能な粒状の付着担体の例で説明する。また、付着担体の表面に微生物が付着した後のものを付着微生物担体と称すると共に、微生物を細菌として説明する。
【００４７】
図５の廃水処理装置１０は、同じ生物処理槽１２内に多数の包括微生物担体１４と多数の付着担体１６とを共存させた場合であり、有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２内に流入する。生物処理槽１２には包括微生物担体１４と付着担体１６が充填されている。これにより、有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着固定化材１６に付着し、付着固定化材１６の表面でリーク細菌が増殖する。これにより、付着微生物担体１６' が形成される。従って、生物処理槽１２では、細菌が包括固定された包括微生物担体１４と、表面で細菌が付着増殖した付着微生物担体１６' とにより、有機物や無機物を含有する廃水が生物学的に浄化される。このように、包括微生物担体１４と付着担体１６とを同じ生物処理槽１２に共存させることにより、包括微生物担体１４からリークしたリーク細菌を付着担体１６に付着させることができるので、生物処理槽１２に包括微生物担体１４のみが充填されている場合に比べて、生物処理槽１２内の処理に有用な有用細菌を生物処理槽１２内に高濃度に保持することができる。従って、生物処理槽１２の生物学的な処理性能を向上させることができる。リークした細菌は活性が高く、これらの細菌を付着した付着微生物担体１６' は包括微生物担体１４よりも活性が高い傾向にある。
【００４８】
生物担体理槽１２で浄化された処理水は、担体分離手段例えばスクリーン２０で包括微生物担体１４及び付着微生物担体１６' と分離され、流出管２２から流出する。図５には図示を省略してあるが、好気反応の場合は生物処理槽１２内にエア曝気して酸素を供給し、嫌気反応の場合は包括微生物担体１４及び付着微生物担体１６' を流動させるための攪拌機や嫌気ガスを吹き込むことによる撹拌などが必要であり、図６、図７、図８、図９についても同様である。
【００４９】
図６は本発明の廃水処理装置の別の態様であり、図５の生物処理槽１２を多段に設けたものである。尚、以下説明する図６〜図１３において、図５と同じ部材は同じ符号を付して説明する。
【００５０】
図６の廃水処理装置３０によれば、有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、第１生物処理槽１２Ａ、第２生物処理槽１２Ｂ、第３生物処理槽１２Ｃで構成される。そして、第１生物処理槽１２Ａ〜第３生物処理槽１２Ｃには、包括微生物担体１４と付着担体１６が共存するように投入されており、それぞれの生物処理槽１２Ａ〜１２Ｃにおいて、有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着固定化材１６に付着し、付着固定化材１６の表面でリーク細菌が増殖する。このように、多段に設けた生物処理槽１２Ａ〜１２Ｃの全てに包括微生物担体１４と付着担体１６を共存させる場合には、第１の生物処理槽１２Ａの包括微生物担体１４からリークしたリーク細菌の一部は、付着担体１６に付着せずに下流側の第２及び第３の生物処理槽１２Ｂ、１２Ｃに流れ、第２生物処理槽１２Ｂでリークしたリーク細菌の一部は第３生物処理槽１２Ｃに流れるので、上流側よりも下流側の生物処理槽ほど付着担体１６の充填量を多くすることが好ましい。このように、生物処理槽１２を多段に設けることで、高濃度の有機物や無機物を有する廃水であっても効率的に除去することができる。
【００５１】
図７の本発明の廃水処理装置４０は更に別の態様であり、生物処理槽１２を多段に設けることは図６と同じであるが、第１の生物処理槽１２Ａに包括微生物担体１４を充填し、第２及び第３の生物処理槽１２Ｂ、１２Ｃには付着担体１６を充填したものである。
【００５２】
図７に示す廃水処理装置４０によれば、有機物や無機物を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は第１生物処理槽１２Ａ、第２生物処理槽１２Ｂ、第３生物処理槽１２Ｃから構成されている。そして、第１生物処理槽１６Ａには包括微生物担体１４が充填され、第２生物処理槽１２Ｂと第３生物処理槽１２Ｃには付着担体１６が充填されている。これにより、第１生物処理槽１２Ａでは有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。第１生物処理槽１２Ａで廃水中の有機物や無機物の一部が除去され、その処理水とリークしたリーク細菌とが第２生物処理槽１２Ｂに流入する。第２生物処理槽１２Ｂに流入したリーク細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で細菌が増殖する。また、リーク細菌の一部は第３生物処理槽１２Ｃの付着担体１６にも付着する。付着したリーク細菌は付着担体１６の表面で増殖する。従って、それぞれの生物処理槽１２Ａ〜１２Ｃでは包括微生物担体１４や、表面で細菌が付着増殖した付着微生物担体１６' により、有機物や無機物を含有する廃水が生物学的に浄化される。浄化された処理水は、担体分離手段例えばスクリーン２０で包括微生物担体１４や付着微生物担体１６' と分離され、流出管２２から流出する。
【００５３】
図８の廃水処理装置５０は図７の変形例であり、多段に設けられた生物処理槽１２Ａ〜１２Ｄに、包括微生物担体１４と付着担体１６とが交互に充填されるように構成したものである。このようにすることで、図７のように、下流側の生物処理槽ほどリーク細菌の濃度が小さくなることがないので、リーク細菌をより効果的に付着担体１６に付着させることができる。
【００５４】
図９の廃水処理装置６０は更に別の態様であり、有機物や無機物を含有する廃水が、分岐された原水導入管１８を介して生物処理槽１２と有用菌培養槽２４とに流入する。そして、生物処理槽１２には付着担体１６が充填され、有用菌培養槽２４には包括微生物担体１４が充填されている。これにより、有用菌培養槽２４では有機物や無機物を基質にして包括微生物担体１４内部の細菌が増殖し、増殖した細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌は生物処理槽１２に流入して付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面でリーク細菌が増殖する。これにより、生物処理槽１２では、表面でリーク細菌が付着増殖した付着微生物担体１６' により、有機物や無機物を含有する廃水が生物学的に浄化される。浄化された処理水は担体分離手段例えばスクリーン２０で分離され、流出管２２から流出する。このように、廃水の一部を有用菌培養槽２４を介して生物処理槽１２に導入することで、付着担体１６が充填された生物処理槽１２の馴養期間（立ち上げ期間）を短縮することができると共に、立ち上がった後もリークした細菌が供給され生物処理槽１２における処理性能を安定化させることができる。
【００５５】
図１０の廃水処理装置７０は更に別の態様であり、特に下水などＢＯＤ成分とアンモニアを含有する廃水処理に好適な一例である。
【００５６】
図１０に示すように、廃水処理装置７０は、有機物とアンモニア性窒素を含有する廃水が原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、前段側に配置された嫌気槽２６と後段側に配置された好気槽２８から構成され、好気槽２８には硝化細菌を包括固定化化した包括微生物担体１４と、付着担体１６とが充填されている。また、好気槽２８にはエアを曝気する曝気管３１が設けられ、曝気管３１はブロア３２に接続される。これにより、好気槽２８では、アンモニア性窒素を基質にして包括微生物担体１４内部の硝化細菌が増殖し、増殖した硝化細菌の一部が包括微生物担体１４からリークする。リークしたリーク細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で硝化細菌が増殖する。好気槽２８ではこれらの包括微生物担体１４と表面でリークした硝化細菌が増殖した付着微生物担体１６' により、アンモニア性窒素が硝化処理され亜硝酸や硝酸を生成する。硝化処理された硝化液は、硝化液循環ライン３４を通り嫌気槽２６に循環される。嫌気槽２６では、硝化液が廃水中の有機物を水素供与体にして、浮遊活性汚泥中の脱窒細菌により亜硝酸や硝酸を窒素ガスに変換する脱窒処理を行う。これにより廃水中のアンモニア性窒素や有機物が除去されて浄化されると共に、浄化された処理水は担体分離手段例えばスクリーン２０で包括微生物担体１４や付着微生物担体１６' が分離され、固液分離槽３６に送液される。固液分離槽３６において、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。固液分離槽３６の底部に沈降した浮遊活性汚泥は汚泥返送管３８を介して嫌気槽２６に返送される。尚、符号４１は、嫌気槽２６内を攪拌する攪拌機である。
【００５７】
図１１の廃水処理装置８０は更に別の態様であり、ＢＯＤ成分を含有しないアンモニア含有廃水処理に好適な一例である。
【００５８】
図１１に示すように、廃水処理装置８０は、アンモニア性窒素を含有する廃水が、原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、前段側に配置された好気槽２８と後段側に配置された嫌気槽２６とから構成され、好気槽２８には包括微生物担体１４と付着担体１６とが充填されている。また、好気槽２８にはエアを曝気する曝気管３１が設けられ、曝気管３１はブロア３２に接続される。これにより、好気槽２８では、アンモニア性窒素を基質にして包括微生物担体１４内部の硝化細菌が増殖し、増殖した硝化細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークした硝化細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で硝化細菌が増殖する。このように、好気槽２８では、包括微生物担体１４と、表面で硝化細菌が増殖した付着微生物担体１６' により、アンモニア性窒素が硝化処理され亜硝酸や硝酸を生成する。この硝化液は後段の嫌気槽２６に流入し、メタノール供給ライン３８から供給されるメタノールを水素供与体にして浮遊活性汚泥中の脱窒菌により脱窒される。これにより廃水中のアンモニア性窒素が除去されて浄化されると共に、浄化された処理水は固液分離槽３６に送液される。固液分離槽３６において、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。固液分離槽３６の底部に沈降した浮遊活性汚泥は汚泥返送管３８を介して好気槽２８に返送される。尚、符号４１は、嫌気槽２６内を攪拌する攪拌機である。
【００５９】
図１２の廃水処理装置９０は更に別の態様であり、ＢＯＤ成分のみを含有するＢＯＤ含有廃水処理に好適な一例である。
【００６０】
図１２に示すように、廃水処理装置９０は、有機物を含有する廃水が原水導入管１８を介して生物処理槽１２に流入する。生物処理槽１２は、前段側の好気槽２８と後段側の好気槽４０とから構成され、前段側の好気槽２８には包括微生物担体１４と付着担体１６とが充填されている。また、後段側の好気槽４０には浮遊活性汚泥が保持されている。これにより、前段側の好気槽２８では、ＢＯＤ成分を基質にして包括微生物担体１４内部の有機物分解細菌が増殖し、増殖した有機物分解細菌の一部は包括微生物担体１４からリークする。リークした有機物分解細菌の一部が付着担体１６に付着し、付着担体１６の表面で有機物分解細菌が増殖する。従って、前段側の好気槽２８では、包括微生物担体１４と、表面に有機物分解細菌が増殖した付着微生物担体１６' により有機物が分解される。包括微生物担体１４からリークした有機物分解細菌の一部は後段側の好気槽４０に流入し、浮遊活性汚泥に付着し増殖する。この増殖した浮遊活性汚泥により廃水は高度に浄化される。浄化された処理水は固液分離槽３６に送液される。固液分離槽３６において、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。固液分離槽３６の底部に沈降した浮遊活性汚泥は汚泥返送管３８を介して後段側の好気槽４０に返送される。
【００６１】
図１３の廃水処理装置１００は更に別の態様であり、ＢＯＤ成分とアンモニア性窒素を含有する廃水を処理するのに好適な一例である。
【００６２】
図１３に示すように、廃水処理装置１００は、上流側から順に、無酸素槽４２、亜硝酸生成槽４４、嫌気性アンモニア酸化槽４８、硝化槽５１、固液分離槽３６が配置される。そして、無酸素槽４２には脱窒細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ａと付着担体１６とが充填される。亜硝酸生成槽４４にはアンモニア酸化細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ｂと付着担体１６とが充填される。嫌気性アンモニア酸化槽４８には嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ｃと付着担体１６とが充填される。
【００６３】
このように構成された本発明の廃水処理装置１００によれば、ＢＯＤ成分とアンモニア性窒素を含有する廃水が、原水導入管１８を介して無酸素槽４２に流入する。無酸素槽４２では、硝化液循環ライン３４から循環される硝化液中の硝酸や亜硝酸による呼吸によりＢＯＤ成分が除去される。無酸素槽４２では廃水中のアンモニア性窒素が残存し、残存したアンモニア性窒素を含む第１の流出液の一部が亜硝酸生成槽４４に流入し、残りがバイパスライン４６を介して嫌気性アンモニア酸化槽４８に流入する。亜硝酸生成槽４４では、亜硝酸型の硝化処理が行われ、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素に酸化される。そして、亜硝酸生成槽４４からの亜硝酸性窒素を含有する第２の流出液と、バイパスライン４６からのアンモニア性窒素を含有する第３の流出液とが、嫌気性アンモニア酸化槽４８に流入し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが同時に脱窒処理される。嫌気性アンモニア酸化槽４８で残存したアンモニア性窒素を含有する第４の流出液は、硝化槽５１に流入して硝化処理され、残存するアンモニア性窒素が硝化処理される。硝化槽５１から流出する硝化液の一部は硝化液循環ライン３４を介して前記した無酸素槽４２に戻される。硝化槽５１で処理された硝化液の残りである処理水は固液分離槽３６に送液され、処理水に同伴された浮遊活性汚泥が固液分離され、上澄み水が流出管２２から流出する。
【００６４】
かかる各槽での処理において、無酸素槽４２では、亜硝酸や硝酸を基質として包括微生物担体１４Ａ内部の脱窒細菌が増殖し、増殖した脱窒細菌がリークして付着担体１６に付着増殖する。亜硝酸生成槽４４では、アンモニア性窒素を基質として包括微生物担体１４Ｂ内部のアンモニア酸化細菌が増殖し、増殖したアンモニア酸化細菌がリークして付着担体１６に付着増殖する。嫌気性アンモニア酸化槽４８では、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを基質として包括微生物担体１４Ｃ内部の嫌気性アンモニア酸化細菌が増殖し、増殖した嫌気性アンモニア酸化細菌がリークして付着担体１６に付着増殖する。このように、それぞれの槽での処理に有用な細菌を包括固定化した包括微生物担体１４Ａ又は１４Ｂ又は１４Ｃと、付着担体１６とを共存させることにより、包括微生物担体１４Ａ又は１４Ｂ又は１４Ｃからリークしたリーク細菌を付着担体１６に付着増殖させるため馴養期間を顕著に短縮することができると共に、定常運転期間での処理の安定性を良くすることができる。これは、付着担体１６に細菌を付着させた付着微生物担体１６' のみでは生物膜の剥離脱落が見られ、付着微生物担体１６' の性能低下が生じ易いのに対し、本発明のように、包括微生物担体１４から種菌が常に供給されているために付着微生物担体１６' の性能回復が早いためと考えられる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例を説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
実施例１の試験では、アンモニア性窒素５０ｍｇ／Ｌ含有する合成廃水を用いて、図５〜図９の各廃水処理装置における馴養期間及び処理水の水質を調べた。試験に使用した包括微生物担体１４の組成等は表２の通りである。
【００６６】
【表２】
【００６７】
表２に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化するので、ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として試験に供した。
【００６８】
それぞれの試験条件は次の通りである。
（本発明Ａ）図５の廃水処理装置１０を使用した場合
・生物処理槽１２の滞留時間…２．４時間
・生物処理槽１２における容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・生物処理槽１２への包括微生物担体１４の充填率…２％
・生物処理槽１２への付着担体１６の充填率 …８％
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・生物処理槽１２をエアにより曝気撹拌
（本発明Ｂ）図６の廃水処理装置３０を使用した場合
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の滞留時間…２．４時間
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）における包括微生物担体１４の充填率…１％（容積）・各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）における付着担体１６の充填率…９％（容積）
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・エアにより各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）を曝気撹拌
（本発明Ｃ）図７の廃水処理装置４０を使用した場合
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の滞留時間…２．４時間
・３槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）合計の容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・第１生物処理槽１２Ａの包括微生物担体１４の充填率…１０％（容積）
・第２、３の生物処理槽１２Ｂ、１２Ｃの付着担体１６の充填率…１０％（容積）
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）をエアにより曝気撹拌
（本発明Ｄ）図８の廃水処理装置５０を使用した場合
・４槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）合計の滞留時間…２．４時間
・４槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）合計の容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・第１、３生物処理槽（１２Ａ、１２Ｂ）への包括微生物担体１４の充填率…１０％（容積）
・第２、４生物処理槽（１２Ｃ、１２Ｄ）への付着担体１６の充填率…１０（容積）％
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・エアにより各槽（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）を曝気撹拌
（本発明Ｅ）図９の廃水処理装置６０を使用した場合
・生物処理槽１２と有用菌培養槽２４の合計滞留時間…２．４時間（生物処理槽：２時間、有用菌培養槽：０．４時間）
・生物処理槽１２と有用菌培養槽２４の合計容積負荷…０．５kg-N/m 3 /日
・有用菌培養槽２４への包括微生物担体１４の充填率…２０％（容積）
・生物処理槽への付着担体１６の充填率 …１０％（容積）
・付着担体として発泡ポリエチレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・生物処理槽１２と有用菌培養槽２４とをエアにより曝気攪拌
以上の本発明Ａ〜Ｅの試験条件で廃水処理装置を運転した。そして、処理水のアンモニア性窒素濃度が２ｍｇ／Ｌ以下になった時点を馴養が終了したと判断し、その期間を馴養期間とした。結果を表３に示す。尚、表３には、従来法についても試験した結果を示した。従来法は、装置図番が図５、図６、図７について、包括微生物担体１４を付着担体１６に置き換えて、生物処理槽には全て付着担体１６が充填されるようにした。即ち、包括微生物担体１４の代わりに付着担体１６を同じ充填率で充填した。また、従来法の実験開始時には汚泥を投入した。
【００６９】
【表３】
【００７０】
表３から分かるように、従来法Ａ〜Ｅでは、馴養期間が３０日〜９５日と長く、馴養後も処理水の水質が悪化する傾向が時々見られた。これは、細菌が付着担体１６から剥離脱落し易く、これにより処理水が悪化したものと推察される。
【００７１】
これに対し、本発明Ａ〜Ｅは、馴養期間が１２日〜２４日と従来法に比べて短く、馴養後の水質も極めて安定していた。特に、本発明Ｄの多段に設けられた生物処理槽１２Ａ〜１２Ｄに、包括微生物担体１４と付着担体１６とが交互に充填されるように構成したものは馴養期間が１１日で一番短い結果であった。このように、本発明の場合には、包括微生物担体１４から細菌がリークすることにより、付着担体１６に常に細菌が供給され付着担体表面に安定した生物膜を形成することができる。これにより、処理水の水質を良好且つ安定に維持することができる。また、従来法として、図５の装置に包括微生物担体１４のみを１０％充填して処理運転したところ、馴養期間１４日を要した。これに対し、本発明では１２日間と短く、この理由はリークした活性の高い細菌が付着担体１６に付着し、高活性になったことにより馴養期間が短縮したものと考えられる。
［実施例２］
実施例２の試験では、各種の廃水を用いて、図１０〜１３の各廃水処理装置における馴養期間及び処理水の水質を調べた。試験に使用した包括微生物担体１４の組成等は表４の通りである。
【００７２】
【表４】
【００７３】
表４に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化するので
ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として試験に供した。
【００７４】
それぞれの試験条件は次の通りである。
（実験Ｆ）図１０の廃水処理装置７０を使用した場合
・使用廃水…ＢＯＤ１２０ｍｇ／Ｌ、ＮＨ4 −Ｎ３０ｍｇ／Ｌ含有した廃水
・嫌気槽２６の滞留時間…４時間
・好気槽２８の滞留時間…３時間
・好気槽２８への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・好気槽２８への付着担体１６の充填率 …８％（容積）
・付着担体として発泡ポリプロピレン製の筒状担体（５ｍｍφ×８ｍｍ）を使用
・嫌気槽２６内を機械撹拌
・好気槽２８内をエアによる曝気撹拌
・嫌気槽２６の浮遊汚泥濃度…３０００〜４０００ｍｇ／Ｌで制御
・汚泥返送管３８による汚泥返送率…８０％
・硝化液循環ライン３４による硝化液循環率…３００％
（実験Ｇ）図１１の廃水処理装置８０を使用した場合
・使用廃水…ＮＨ4 −Ｎ１００ｍｇ／Ｌ含有の無機廃水
・好気槽２８の滞留時間…４時間
・嫌気槽２６の滞留時間…４時間
・好気槽２８への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・好気槽２８への付着担体１６の充填率…１０％（容積）
・付着担体として発泡ウレタン製の８ｍｍ角型担体を使用
・嫌気槽２６を機械撹拌し、メタノール供給ライン３８からメタノールを３４０ｍｇ／Ｌ相当添加
・好気槽２８をエアにより曝気撹拌
・嫌気槽２６の浮遊汚泥濃度を３０００〜４０００ｍｇ／Ｌで制御
・汚泥返送管３８による汚泥返送率…８０％
（実験Ｈ）図１２の廃水処理装置９０を使用した場合
・使用廃水…ＢＯＤ２００ｍｇ／Ｌ含有の有機廃水
・前段側の好気槽２８の滞留時間…１時間
・後段側の好気槽４０Ｂの滞留時間…３．５時間
・前段側の好気槽２８への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・前段側の好気槽２８への付着担体１６の充填率…１０％（容積）
・付着担体として発泡ウレタン製の８ｍｍ角型担体を使用
・各好気槽２８、４０をエアにより曝気撹拌
・後段側の好気槽４０の浮遊活性汚泥濃度を３０００〜４０００ｍｇ／Ｌで制御
・汚泥返送管３８による汚泥返送率…５０％
（実験Ｉ）図１３の廃水処理装置１００を使用した場合
・使用廃水…ＢＯＤ５０ｍｇ／Ｌ、ＮＨ4 −Ｎ２００ｍｇ／Ｌ含有の廃水
・無酸素槽４２の滞留時間…１時間
・亜硝酸生成槽４４の滞留時間…６時間
・嫌気性アンモニア酸化槽４８の滞留時間…４時間
・無酸素槽４２への包括微生物担体１４（活性汚泥２％含有担体）の充填率…２％（容積）
・亜硝酸生成槽４４への包括微生物担体１４（担体組成は表５参照）の充填率…２％
・嫌気性アンモニア酸化槽４８への包括微生物担体１４（担体組成は表６参照）の充填率…２％（容積）
・各槽（４２、４４、４８）へは付着固定化材として不織布板状充填材１６を使用し、この不織布板状充填材１６を充填率が３０％になるように充填した。
・硝化液循環ライン３４による返送率…５０％
・バイパスライン４６により原水流量に対し４０％の廃水を嫌気性アンモニア酸化槽４８にバイパス
【００７５】
【表５】
【００７６】
表５に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化するので
ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として亜硝酸生成槽４４に投入した。
【００７７】
【表６】
【００７８】
表６に示すように、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成はゲル化する。ゲル化物を３ｍｍ角型に成形したものを、包括微生物担体１４として嫌気性アンモニア酸化槽４８に投入した。
【００７９】
以上の本発明Ｆ〜Ｉの試験条件で廃水処理装置を運転した。そして、ＢＯＤ成分及び／又はＮＨ4 −Ｎ成分の除去率が８５％以上、あるいは処理水の水質が安定した時点で馴養が終了したと判断し、その期間を馴養期間とした。結果を表７に示す。尚、表７には、従来法についても試験した結果を示した。従来法は、装置図番が図１０、図１１、図１２、図１３について、包括微生物担体１４を付着担体１６に置き換えて、生物処理槽には全て付着担体１６又は不織布板状充填材１６が充填されるようにした。即ち、包括微生物担体１４の代わりに付着担体１６又は不織布板状充填材１６を同じ充填率で充填した。また、従来法の実験開始時には汚泥を投入した。
【００８０】
【表７】
【００８１】
表７から分かるように、従来法Ｆ〜Ｉでは、馴養期間が２５日〜６９日と長く、馴養後も処理水の水質が悪化する傾向が時々見られた。これは、細菌が付着担体１６又は不織布板状充填材１６から剥離脱落し易く、これにより処理水が悪化したものと推察される。
【００８２】
これに対し、本発明Ｆ〜Ｉは、馴養期間が１４日〜３２日と従来法に比べて短く、馴養後の水質も極めて安定していた。
【００８３】
また、廃水の種類が同じ本発明Ｆと従来法Ｆ、本発明Ｇと従来法Ｆ、本発明Ｈと従来法Ｈ、本発明Ｉと従来法Ｉとを対比すると、本発明を実施することにより、馴養期間を従来法の半分以下に短縮することが可能となる。これは、本発明の場合には、包括微生物担体１４から細菌がリークすることにより、付着担体１６に常に細菌が供給され付着担体表面に安定した生物膜を形成されることによるものと推察される。これにより、処理水の水質を良好且つ安定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】包括微生物担体からリークする硝化細菌のリーク速度を示した図
【図２】包括微生物担体からリークする有機物分解細菌のリーク速度を示した図
【図３】包括微生物担体と付着固定化材との容積比を変化させたときの硝化処理での馴養期間を示した図
【図４】包括微生物担体と付着固定化材との容積比を変化させたときのＢＯＤ処理での馴養期間を示した図
【図５】本発明の廃水処理装置の一態様で生物処理槽が１槽の図
【図６】本発明の廃水処理装置の別の態様で、生物処理槽を多段に設けた図
【図７】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、多段に設けた１槽目に包括微生物担体を充填し、２槽及び３槽目に付着担体を充填するように構成した図
【図８】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、多段に設けた生物処理槽の各槽に交互に包括微生物担体と付着固定化材とを充填するように構成した図
【図９】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、生物処理槽と有用菌培養槽とを設けるように構成した図
【図１０】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分とアンモニアを含有する廃水に好適な装置として構成した図
【図１１】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分を含有しないアンモニア含有廃水に好適な装置として構成した図
【図１２】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分のみを含有する廃水に好適な装置として構成した図
【図１３】本発明の廃水処理装置の更に別の態様で、ＢＯＤ成分とアンモニアを含有する廃水に好適な装置として構成した図
【符号の説明】
【００８５】
１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００…廃水処理装置、１２…生物処理槽、１４…包括微生物担体、１６…付着固定化材（付着担体、不織布板状充填材等）、１６' …包括微生物担体からリークした細菌が付着増殖した付着細菌担体、１８…原水導入管、２０…スクリーン、２２…流出管、２４…有用菌培養槽、２６…嫌気槽、２８…好気槽、３１…曝気管、３２…ブロアー、３４…硝化液循環ライン、３６…固液分離槽、３８…汚泥返送管、４０…後段側の好気槽、４２…無酸素槽、４４…亜硝酸生成槽、４６…バイパスライン、４８…嫌気性アンモニア酸化槽、５１…硝化槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理方法において、
前記廃水と、微生物を包括固定化した包括微生物担体とを接触させて前記包括微生物担体の微生物を増殖させると共に、該増殖により前記包括微生物担体の担体内部から担体外部にリークしてくる微生物を含む廃水を付着固定化材に接触させて、前記リークした微生物を付着固定化材に付着増殖させることを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
前記基質は有機物及び／又は無機物であることを特徴とする請求項１の廃水処理方法。
【請求項３】
前記付着固定化材は、付着担体及び／又は付着充填材であることを特徴とする請求項１又は２の廃水処理方法。
【請求項４】
前記微生物として硝化細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてアンモニア性窒素を含有する廃水とを接触させると共に、該アンモニア性窒素負荷を１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の廃水処理方法。
【請求項５】
前記微生物として有機物を分解する有機物分解細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてＢＯＤ成分が含有する廃水とを接触させると共に、該ＢＯＤ成分負荷を１００（ｍｇ−ＢＯＤ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の廃水処理方法。
【請求項６】
前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０以上にすることを特徴とする請求項１〜５の何れか１の廃水処理方法。
【請求項７】
前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０〜１／５の範囲にすることを特徴とする請求項１〜５の何れか１の廃水処理方法。
【請求項８】
前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは同じ生物処理槽内に混在されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１の廃水処理方法。
【請求項９】
前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは別の生物反応槽に投入されており、前記包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽からの流出水を前記付着固定化材が投入された第２の生物処理槽に流入させることを特徴とする請求項１〜８の何れか１の廃水処理方法。
【請求項１０】
前記増殖する前の包括微生物担体は、前記付着固定化材に付着させたい微生物を１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で包括固定化したものであることを特徴とする請求項１〜９の何れか１の廃水処理方法。
【請求項１１】
廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、
前記生物処理を行う生物処理槽内に、微生物を包括固定化した包括微生物担体と微生物を付着する付着固定化材とを混在させて成ることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項１２】
前記生物処理槽を直列に複数段設けることを特徴とする請求項１１の廃水処理装置。
【請求項１３】
廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、
前記廃水が流入すると共に微生物を包括固定化した包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽と、
前記廃水及び前記第１の生物処理槽からの流出水のうちの少なくとも前記第１の生物処理槽の流出水が流入すると共に付着固定化材が投入された第２の生物処理槽と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項１４】
前記第１の生物処理槽と前記第２の生物処理槽とから成る１組の生物処理槽を、複数段設けたことを特徴とする請求項１３の廃水処理装置。
【請求項１】
廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理方法において、
前記廃水と、微生物を包括固定化した包括微生物担体とを接触させて前記包括微生物担体の微生物を増殖させると共に、該増殖により前記包括微生物担体の担体内部から担体外部にリークしてくる微生物を含む廃水を付着固定化材に接触させて、前記リークした微生物を付着固定化材に付着増殖させることを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
前記基質は有機物及び／又は無機物であることを特徴とする請求項１の廃水処理方法。
【請求項３】
前記付着固定化材は、付着担体及び／又は付着充填材であることを特徴とする請求項１又は２の廃水処理方法。
【請求項４】
前記微生物として硝化細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてアンモニア性窒素を含有する廃水とを接触させると共に、該アンモニア性窒素負荷を１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の廃水処理方法。
【請求項５】
前記微生物として有機物を分解する有機物分解細菌を包括固定化した包括微生物担体と、前記基質としてＢＯＤ成分が含有する廃水とを接触させると共に、該ＢＯＤ成分負荷を１００（ｍｇ−ＢＯＤ／ｈ／Ｌ−担体）以上にすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の廃水処理方法。
【請求項６】
前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０以上にすることを特徴とする請求項１〜５の何れか１の廃水処理方法。
【請求項７】
前記付着固定化材に対する前記包括微生物担体の容積比（包括微生物担体／付着固定化材）を１／１０〜１／５の範囲にすることを特徴とする請求項１〜５の何れか１の廃水処理方法。
【請求項８】
前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは同じ生物処理槽内に混在されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１の廃水処理方法。
【請求項９】
前記包括微生物担体と前記付着固定化材とは別の生物反応槽に投入されており、前記包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽からの流出水を前記付着固定化材が投入された第２の生物処理槽に流入させることを特徴とする請求項１〜８の何れか１の廃水処理方法。
【請求項１０】
前記増殖する前の包括微生物担体は、前記付着固定化材に付着させたい微生物を１０5 （cells/cm3 ) 以上の濃度で包括固定化したものであることを特徴とする請求項１〜９の何れか１の廃水処理方法。
【請求項１１】
廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、
前記生物処理を行う生物処理槽内に、微生物を包括固定化した包括微生物担体と微生物を付着する付着固定化材とを混在させて成ることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項１２】
前記生物処理槽を直列に複数段設けることを特徴とする請求項１１の廃水処理装置。
【請求項１３】
廃水中に含有される基質を生物学的に除去する廃水処理装置において、
前記廃水が流入すると共に微生物を包括固定化した包括微生物担体が投入された第１の生物処理槽と、
前記廃水及び前記第１の生物処理槽からの流出水のうちの少なくとも前記第１の生物処理槽の流出水が流入すると共に付着固定化材が投入された第２の生物処理槽と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項１４】
前記第１の生物処理槽と前記第２の生物処理槽とから成る１組の生物処理槽を、複数段設けたことを特徴とする請求項１３の廃水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−６１８７９（Ｐ２００６−６１８７９Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５０２２８（Ｐ２００４−２５０２２８）
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００５４５２）日立プラント建設株式会社 (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００５４５２）日立プラント建設株式会社 (1,767)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]