[0001]
本发明涉及在短时间内对含有有机物和氨态氮（以下，称为“nh
4-n”）的被处理水进行生物处理的水处理方法。
背景技术：
[0002]
作为对河流水、湖水、地下水进行处理的方法，将生物处理、ro膜、活性炭、砂过滤等组合，对被处理水中的有机物和nh
4-n进行处理，最终，通过次氯酸的添加，从而将被处理水中残留的nh
4-n除去的方法是常规方法。
[0003]
nh
4-n的残留量多时，次氯酸的使用量增加，不仅耗费运行成本，而且在处理水中残留来自氯的气味。因此，在前阶段尽可能地除去nh
4-n带来运行成本的下降和处理水质的提高。
[0004]
前阶段的处理中使用的生物处理的方法包括活性污泥法、旋转圆盘法、载体法等。
[0005]
活性污泥法是广泛使用的生物处理法。然而，在短时间内对河流水、湖水、地下水等包含有机物和nh
4-n的被处理水进行处理时，存在活性污泥容易解体，运转变得困难的情况。
[0006]
专利文献1中，记载了使用了旋转圆盘的水处理方法。然而，在旋转圆盘法中，有时生物膜从圆盘部剥离，存在处理性不稳定这样的问题。
[0007]
如专利文献2、专利文献3中记载的那样，在使用活性炭、海绵作为载体的水处理方法中，处理性稳定，运转也容易。然而，在被处理水中包含有机物的情况下，有时在短时间内对有机物和nh
4-n这两者进行处理变得困难。
[0008]
处理能力依赖于载体能保持的菌数，因此，为了增大菌体的生存空间，可使用含水率高的载体。然而，专利文献4中记载的水凝胶这样的含水率高的载体的物理强度变弱，不能长期使用，需要定期追加载体。
[0009]
另外，作为使载体载带菌体的方法，在启动时使活性污泥与载体接触的方法、使用预先载带了菌体的载体的方法是常规方法。然而，根据处理设备，有时不能使用活性污泥。另外，为了准备带有菌体的载体，有时需要时间和费用。虽然也存在使载体载带被处理水中包含的菌体的方法，但被处理水中的有机性浮游物质（以下，称为“有机ss”）为低浓度的情况下，通过以往的方法使载体载带处理所需要的菌数需要长时间。
[0010]
现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭54-147649号公报专利文献2：日本特开平9-23881号公报专利文献3：日本特开2017-202473号公报专利文献4：日本特开平7-8984号公报。
技术实现要素：
[0011]
发明所要解决的课题本发明是为了解决上述课题而作出的，目的在于提供：在对包含有机物和nh
4-n的被处理水进行生物处理时，即使被处理水中包含的有机ss为微量，也能得到稳定的处理性和优异的处理水的水处理方法。
[0012]
用于解决课题的手段上述课题可通过提供下述的水处理方法来解决，所述水处理方法是将包含有机物及nh
4-n的被处理水通入保持载体的反应槽中、在需氧条件下进行处理的水处理方法，其中，前述载体的含水率为50%以上且96%以下，前述载体具有孔径为30μm以下的连通孔，前述被处理水中的有机物的浓度以bod5计为100mg/l以下，nh
4-n浓度为50mg/l以下，前述反应槽中的被处理水的滞留时间为2小时以下，并且，在同一槽内对前述被处理水中的有机物和nh
4-n进行处理。
[0013]
此时，优选的是，前述被处理水中包含的有机ss为100mg/l以下。
[0014]
此时，优选的是，在前述反应槽启动时，不使用活性污泥。另外，优选的是，在实施前述水处理方法的水处理装置内不包含活性污泥槽。
[0015]
此时，优选的是，在前述反应槽启动时，通过使预先未进行载带菌体的操作的载体与前述被处理水接触，从而使该载体载带处理有机物及nh
4-n的菌体。
[0016]
此时，优选的是，前述载体为由聚乙烯醇构成的凝胶状载体。
[0017]
发明的效果通过本发明，可提供在对包含有机物和nh
4-n的被处理水进行生物处理时、即使被处理水中包含的有机ss为微量也能得到稳定的处理性和优异的处理水的水处理方法。
附图说明
[0018]
[图1] 为表示本发明的处理方法中使用的处理装置的一例的流程图。
具体实施方式
[0019]
（处理装置）本发明涉及对包含有机物和nh
4-n的被处理水进行生物处理的水处理方法。此处，被处理水优选为有机物和nh
4-n的浓度较低的河流、湖水及地下水中的至少一种。通过本发明，可高效地对这样的被处理水进行处理，预想将该处理水作为洁净的水使用。
[0020]
首先，对本发明的处理方法中使用的生物处理装置的一例进行说明。图1为表示本发明的处理方法中使用的生物处理装置的一例的图。以下，以使用该处理装置进行水处理的情况为例，对本发明的处理方法进行说明。
[0021]
（工序1）本发明中的工序1为将被处理水向反应槽（需氧槽）供给的工序。以图1中示出的处理装置为例对工序1进行说明。该处理装置中，被处理水通过被处理水供给管2向处理装置导入。该处置装置仅具有需氧槽1作为反应槽，但并非将具备活性污泥层、其他需氧槽等各种附带设备的情况排除。
[0022]
（工序2）
本发明中的工序2为在前述需氧槽1内、通过被载体4载带的细菌进行有机物的分解、并排出一次处理水的工序。该载体4中，载带有具有分解有机物的能力的细菌。另外，本发明中的工序2为在有机物的分解的同时、在前述需氧槽1内进行硝化、将被处理水中的nh
4-n转化为亚硝酸及硝酸、排出一次处理水的工序。该载体4中载带有具有硝化能力的细菌。即，该载体4中载带有硝化菌。具有分解有机物的能力的细菌和具有硝化能力的细菌可以为同种菌体。另外，该被处理水中包含作为非溶解性的有机物质的有机ss，另外，有机ss中含有少量可在载体4中载带的菌体。工序2中，在同一槽（需氧槽1）内对前述被处理水中的有机物和nh
4-n进行处理。
[0023]
向前述需氧槽1中供给的被处理水中的有机物的浓度以bod5计为100mg/l以下。为了高效地进行nh
4-n的硝化，bod5优选为60mg/l以下，更优选为40mg/l以下。由于作为成为本发明的处理对象的河流、湖水及地下水之一的被处理水中包含有机物，因此，bod5通常大于0mg/l。通过本发明，可在同一槽内对被处理水中的有机物和nh
4-n这两者进行处理。此时，被处理水的bod5例如可以为5mg/l以上，可以为6mg/l以上。
[0024]
另外，可通过生物处理除去的有机物主要为溶解性，被处理水中包含的有机物中的溶解性成分根据被处理水的种类而不同。根据本发明，被处理水的溶解性bod5（以下，称为“s-bod
5”）例如可以为0.5mg/l以上，可以为1.0mg/l以上。另外，被处理水的s-bod5通常为100mg/l以下，优选为60mg/l以下，更优选为40mg/l以下。此处所谓bod5，是指生物化学的氧需求量，在微生物将水中包含的有机物分解时，是指5天内消耗的溶解氧量（例如，可利用jis k0102 21中记载的方法测定）。
[0025]
向前述需氧槽1中供给的被处理水中的nh
4-n浓度为50mg/l以下，优选为20mg/l以下。由于作为成为本发明的处理对象的河流、湖水及地下水之一的被处理水中包含nh
4-n，因此，nh
4-n浓度通常大于0mg/l。从预想作为洁净的水的使用、需要进行处理这样的观点考虑，例如，可预想nh
4-n浓度为1mg/l以上的情况。
[0026]
向前述需氧槽1中供给的被处理水中的有机ss的浓度优选为100mg/l以下，更优选为70mg/l以下。为了充分发挥本发明的效果，有机ss的浓度进一步优选为50mg/l以下。需要说明的是，优选被处理水中含有少量的有机ss，其浓度大于0mg/l。本发明中，即使在使用了被处理水中的有机ss浓度小的河流、湖水或地下水这样的被处理水的情况下，也可在短时间内进行有机物及nh
4-n的处理。
[0027]
另外，在需氧槽1的启动时，也可通过使预先未进行载带菌体的操作的载体与被处理水接触，从而在短时间内使该载体载带菌体。从在更短时间内使载体载带菌体的观点考虑，有机ss的浓度更优选为5mg/l以上。
[0028]
前述需氧槽1中的被处理水的水力停留时间（hydraulic retention time：hrt）为2小时以下。另外，hrt可以为1小时以下，在这种情况下，处理也充分地进行。另一方面，从使处理充分进行的观点考虑，hrt优选为0.10小时以上，更优选为0.25小时以上。
[0029]
前述需氧槽1内的ph优选为5~9，更优选为7~8。ph落在上述范围外时，细菌变得难以生长繁殖，而且，有机物分解速度及硝化速度可能下降。
[0030]
前述需氧槽1内的温度优选为10~40℃，更优选为20℃~35℃。温度落在上述范围外时，细菌变得难以生长繁殖，而且，有机物的分解速度及硝化速度可能下降。。
[0031]
前述需氧槽1内的do（dissolved oxygen，溶解氧）优选为2mg/l以上。do低于2mg/l
时，有机物分解速度及硝化速度可能下降。另外，对do的上限没有特别限制，从水处理中的操作考虑，优选为9mg/l以下。
[0032]
本发明中的工序2中，从使有机物的分解及硝化高效地进行的观点考虑，优选将前述需氧槽1内的处理水通气。通气的方法没有特别限制，如图1所示，前述需氧槽1具备连接有空气管7的散气装置6。通过来自散气装置6的空气，能将前述需氧槽1的处理水通气，并且，能使处理水及载体4充分流动。在进一步提高载体4的流动性的情况下，可使用搅拌机等搅拌装置对需氧槽1内进行搅拌。
[0033]
在前述需氧槽1上，为了防止载体4的流出，如图1所示，优选在需氧槽1的排出口中设置筛网5。
[0034]
向需氧槽1中添加的载体4相对于槽容积的体积比例（填充率）可根据被处理水的性状适当确定，填充率按照体积换算优选为5~60%，更优选为5~40%，进一步优选为5~30%，特别优选为8~20%。载体4的填充率越高，越能使有机物的分解反应及硝化反应高效地进行，填充率过高时，载体4的流动性下降，反应效率可能下降。。
[0035]
本发明中使用的载体具有从表面向内部连通的孔（连通孔）。此处，所谓孔连通，是指并非孔各自独立地存在，而是孔彼此相互连通。
[0036]
上述载体的连通孔的孔径为30μm以下，优选为20μm以下，更优选为10μm以下。通过使用具有孔径为30μm以下的连通孔的载体，从而能使载体高效地载带菌体，由此，可在启动时不使用活性污泥的情况下，进行反应槽的启动。
[0037]
即使在被处理水中的有机ss浓度低的情况下，也可仅通过使被处理水与载体接触来进行反应槽的启动，不需要使有机ss返送至反应槽，稳定的处理成为可能。另外，在对包含有机物和nh
4-n的被处理水进行生物处理的情况下，在较短处理时间内将有机物和nh
4-n这两者除去通常是困难的，通过使用具有孔径为30μm以下的连通孔的载体，从而即使是包含有机物的被处理水，也可进行nh
4-n的除去。需要说明的是，孔径优选为0.1μm以上。孔径小于0.1μm的情况下，有时细菌不能侵入至载体内部。
[0038]
此处，所谓“孔径为30μm以下”，是指载体所具有的微细孔中的50%以上为30μm以下。另外，所谓“孔径为0.1μm以上”，是指载体所具有的微细孔中的50%以上为0.1μm以上。此时，所谓孔径，是利用电子显微镜观察载体的截面时观察到的孔的直径，在孔并非正圆的情况下，将等效圆直径、即与孔的截面积面积相等的正圆的直径作为孔径。
[0039]
孔径的具体的测定方法如下所述。用电子显微镜观察载体的截面，得到电子显微镜图像。在得到的图像中，以等间隔沿纵向画出10条直线，并且，以等间隔沿横向画出10条直线。而后，选择100个存在于直线的交点处的孔，如上所述地测定各孔的直径。此时，在交点处不存在孔的情况下，选择距该交点最近的孔。该测定用孔不跨越2个交点的比例尺的图像进行。
[0040]
而且，本说明书中所谓的“孔径为30μm以下”，是指：如上所述地测定选择的孔的直径时，直径为30μm以下的孔的个数为选择的全部孔的个数的50%以上。另外，本说明书中所谓的“孔径为0.1μm以上”，是指如上所述地测定选择的孔的直径时，直径为0.1μm以上的孔的个数为选择的全部孔的个数的50%以上。
[0041]
载体表面的孔径在可观察的范围内优选为0.1μm以上，更优选为0.5μm以上。另一方面，载体表面的孔径在可观察的范围内优选为30μm以下。载体表面的孔径大于30μm时，细
菌以外的大的生物容易进入，有机物的分解速度及硝化速度可能下降。载体表面的孔径更优选为20μm以下，进一步优选为10μm以下。所谓载体表面，是指在不进行将载体切断等操作的情况下用电子显微镜对表面进行观察时观察的范围。载体表面的孔径是利用与载体截面的孔径的测定方法同样的方法得到的值。
[0042]
本发明中可使用的载体的含水率按照质量换算为50%以上，优选为70%以上，更优选为85%以上。通过满足上述范围，能使菌体的生长繁殖环境良好，变得容易使菌体进行增殖及载带。另外，含水率为96%以下。通过具有这样的含水率，从而载体不发生破损，不需要进行载体的追加投入，长期的运转成为可能。需要说明的是，含水率可由使含水的状态的载体完全干燥时的质量差计算。
[0043]
本发明中可使用的载体的种类没有特别限制，从与细菌的亲和性高、细菌栖息性优异方面考虑，载体优选为高分子凝胶载体，更优选为由聚乙烯醇构成的凝胶状载体（以下，称为pva凝胶载体）。pva凝胶载体能载带较多的细菌，因此，可以以短的hrt进行稳定的处理。
[0044]
上述pva凝胶载体可以是经缩醛化的pva凝胶载体。
[0045]
载体的等效球直径优选为1~10mm。等效球直径小时，用于防止载体的流出的筛网的网眼必须小，否则可能发生网眼堵塞。等效球直径更优选为2mm以上。另一方面，等效球直径大于10mm时，载体的流动性可能下降。载体的等效球直径更优选为6mm以下。此处所谓等效球直径，是具有与载体的体积相等的体积的球的直径。
[0046]
载体的形状没有特别限制，可采取球状、立方体、长方体、圆柱状等任意的形状。这些中，考虑到与细菌的接触效率，优选球状。
[0047]
载体的比重稍重于水，优选为能在需氧槽内使其摇动的比重。载体的比重优选为1.001以上，更优选为1.005以上。另一方面，比重优选为1.20以下，更优选为1.10以下，进一步优选为1.05以下。
[0048]
本发明为在需氧槽1的启动时、即使不使用活性污泥等种菌、也能启动的简便的方法，仅通过使被处理水与载体接触即可启动。即，通过使预先未进行载带菌体的操作的载体与被处理水接触，可使该载体载带处理有机物及nh
4-n的菌体。此时，被处理水通常含有少量的该菌体，启动前的载体通常为未载带菌体的状态。另外，对于实施本发明的水处理方法的水处理装置而言，从处理装置变得复杂且巨大的观点考虑，不包含活性污泥槽也是优选的方式。另外，从运转管理的简便性的观点考虑，可以不设置从后阶段向需氧槽1内返送有机ss的设备。需要说明的是，虽然可以考虑上述方式，但并非将下述情况排除：在启动时使用活性污泥等种菌、在水处理装置内包含活性污泥槽、向需氧槽1返送有机ss的设备。
[0049]
经过前述工序1及2进行了处理的处理水可在后阶段进一步利用凝聚沉淀、ro膜、uf膜、mf膜、活性炭、砂过滤等任意的处理方法进行处理。
[0050]
通过本发明，即使在被处理水中的有机ss浓度低的情况下，也可仅通过使被处理水与载体接触来进行反应槽的启动，不需要将有机ss返送至反应槽，稳定的处理成为可能。另外，通常，在进行了有机物的处理后，进行nh
4-n的处理，但在能充分确保菌体的生长繁殖环境的本发明的方法中，可在同一槽内对包含有机物和nh
4-n的被处理水进行生物处理，因此，能在较短处理时间内将有机物和nh
4-n这两者除去。
实施例
[0051]
以下，使用实施例进一步具体说明本发明。
[0052]
[实施例1]使用图1所示的处理装置，对包含有机物和nh
4-n的被处理水进行生物处理。
[0053]
（包含有机物和nh
4-n的被处理水）作为进行生物处理的被处理水，使用了以下的组成的被处理水。
[0054]
bod5：40mg/l（s-bod5：20mg/l），nh
4-n：7mg/l，有机ss：20mg/l（载体）向需氧槽1（容积1l）中投入0.1l载体4（填充率10%）。投入的载体4为pva凝胶载体。该载体4为球状，等效球直径为4mm，比重为1.015。使用电子显微镜观察该载体的表面及内部，结果，确认了相互连通的孔。另外，使用得到的基于电子显微镜的观察图像，测定载体的表面及内部的孔径，结果，孔径为0.1~30μm。具体的测定方法如下所述。用电子显微镜观察载体4的截面，得到电子显微镜图像。在得到的图像中，以等间隔沿纵向画出10条直线，并且，以等间隔沿横向画出10条直线。而后，选择100个存在于直线的交点处的孔，如上所述地测定各孔的直径。结果，100个孔的直径为0.1~30μm的范围内。另外，载体的含水率以质量基准计为94%。需要说明的是，通水开始后载体4的含水率也基本未发生变化。
[0055]
（处理装置）在需氧槽1的底部安装有散气装置6，利用通过空气管7输送的空气使槽内的处理水通气。在需氧槽1的出口处，安装有用于防止载体4的流出的筛网5。
[0056]
通过被需氧槽1内的载体载带的细菌，对通过被处理水供给管2供给至需氧槽1的被处理水进行有机物的分解及nh
4-n的硝化。进行了有机物的分解及nh
4-n的硝化的处理水通过处理水管3被排出至需氧槽1外。
[0057]
（启动方法、管理方法）需氧槽1的管理条件为：ph为7.5~8.0，do为2~8mg/l，需氧槽1内的温度为22℃。将被处理水的供给量设定为1l/hr以使hrt成为1小时，向投入了预先未进行载带菌体的操作的载体（未载带菌体的载体）的需氧槽1供给被处理水。
[0058]
使用上文中说明的处理装置，对上述的包含有机物和nh
4-n的被处理水进行生物处理。
[0059]
（结果）对由需氧槽1排出的处理水的水质进行调查，结果，在通水后30天，s-bod5成为1.0mg/l，nh
4-n浓度成为0.8mg/l。以下，处理水质用s-bod5记载。
[0060]
[实施例2]使被处理水的bod5为40mg/l（s-bod5：20mg/l），使nh
4-n浓度为30mg/l，使有机ss浓度为20mg/l，除此之外，按照与实施例1同样的方式进行生物处理。结果，在通水后27天，处理水的s-bod5成为2.0mg/l，nh
4-n浓度成为7.4mg/l。
[0061]
[实施例3]使被处理水的bod5为30mg/l（s-bod5：15mg/l），使nh
4-n浓度为10mg/l，使有机ss浓度为30mg/l，使投入至需氧槽1中的载体量为0.08l（填充率8%），使hrt为1.5小时，除此之外，按照与实施例1同样的方式进行生物处理。结果，在通水后30天，处理水中的s-bod5成为
4.0mg/l，nh
4-n浓度成为1.0mg/l。
[0062]
[实施例4]使被处理水的bod5为30mg/l（s-bod5：20mg/l），使nh
4-n浓度为10mg/l，使有机ss浓度为20mg/l，使投入至需氧槽1中的载体量为0.4l（填充率40%），使hrt为0.25小时，除此之外，按照与实施例1同样的方式进行生物处理。结果，在通水后36天，处理水的s-bod5为4.5mg/l，nh
4-n浓度成为0.8mg/l。
[0063]
[比较例1]使被处理水的bod5为30mg/l（s-bod5：15mg/l），使nh
4-n浓度为10mg/l，在需氧槽1的后阶段设置沉淀槽，以槽内的活性污泥浓度成为4000mg/l的方式，向需氧槽1内返送污泥，不使用载体，使hrt为1.5小时，除此之外，按照与实施例1同样的方式进行生物处理。结果，处理水中的s-bod5下降至5mg/l，但nh
4-n浓度仅下降至5mg/l左右，另外，在10天左右，活性污泥解体，难以继续运转。
[0064]
[比较例2]使使用的载体为碎片（chip）状的聚乙烯树脂载体，使使用的载体量为0.1l（填充率10%），除此之外，按照与实施例2同样的方式进行生物处理。使用电子显微镜测定该载体的孔径，结果，载体的孔径为100~400μm（观察载体的截面而得到的图像中的100个孔中的80个孔的孔径为该范围，30μm以下的孔为20个）。另外，载体的含水率以质量基准计为31%。结果，通水后经过60天后，处理水的s-bod5为4.3mg/l，但nh
4-n浓度仅降低至24mg/l。
[0065]
[参考例1]在启动时，以活性污泥成为4000mg/l的方式，向装有载体的处理槽中添加，使大量菌体与载体接触，除此之外，按照与实施例2同样的方式进行生物处理。结果，在通水后26天，处理水的s-bod5成为2.0mg/l，nh
4-n浓度成为8.0mg/l，成为与实施例2同样的结果。
[0066]
满足本发明的发明特征的实施例1、2、3及4中，即使被处理水中包含的有机ss为微量，也具有高处理能力，可得到比比较例1及2优异的处理水。另外，利用使载体与大量菌体接触的方法实施的参考例1的结果、与利用仅使被处理水中包含的微量菌体与载体接触的方法实施的实施例2显示出同样的处理性，因此表明，即使在启动时不使用活性污泥的情况、或使用了预先未进行载带菌体的操作的载体的情况下，也具有优异的生物处理能力。
[0067]
附图标记说明1 需氧槽2 被处理水供给管3 处理水管4 载体5 筛网6 散气装置7 空气管。
技术特征：
1.水处理方法，其是将包含有机物及氨态氮的被处理水通入保持载体的反应槽中、在需氧条件下进行处理的水处理方法，所述载体的含水率为50%以上且96%以下，所述载体具有孔径为30μm以下的连通孔，所述被处理水中的有机物浓度以bod5计为100mg/l以下，氨态氮浓度为50mg/l以下，所述反应槽中的被处理水的滞留时间为2小时以下，并且，在同一槽内对所述被处理水中的有机物和氨态氮进行处理。2.根据权利要求1所述的水处理方法，其中，所述被处理水中包含的有机性浮游物质的浓度为100mg/l以下。3.根据权利要求1或2所述的水处理方法，其中，在所述反应槽启动时，不使用活性污泥。4.根据权利要求1~3中任一项所述的水处理方法，其中，在实施所述水处理方法的水处理装置内不包含活性污泥槽。5.根据权利要求1~4中任一项所述的水处理方法，其中，在所述反应槽的启动时，通过使预先未进行载带菌体的操作的载体与所述被处理水接触，从而使该载体载带处理有机物及氨态氮的菌体。6.根据权利要求1~5中任一项所述的水处理方法，其中，所述载体为由聚乙烯醇构成的凝胶状载体。
技术总结
水处理方法，其是将包含有机物及氨态氮的被处理水通入保持载体的反应槽中、在需氧条件下进行处理的水处理方法，前述载体的含水率为50%以上且96%以下，前述载体具有孔径为30μm以下的连通孔，前述被处理水中的有机物浓度以BOD5计为100mg/L以下，氨态氮浓度为50mg/L以下，前述反应槽中的被处理水的滞留时间为2小时以下，并且，在同一槽内对前述被处理水中的有机物和氨态氮进行处理。由此，在对包含有机物和氨的被处理水进行生物处理时，即使在被处理水中的有机性浮游物质的浓度低的情况下，也能得到稳定的处理性和优异的处理水。能得到稳定的处理性和优异的处理水。能得到稳定的处理性和优异的处理水。
技术开发人、权利持有人：平居佑亮 林爱之 大泽卓矢 鹈饲悠 吉原资二
