JP2007509737A - Anaerobic wastewater treatment reactor - Google Patents
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Abstract
微生物を固定化するためのシート状の担体要素を備えて成る嫌気性廃水処理用固定床リアクタであって、前記担体要素は、貫流可能に多孔質であり、且つ、その領域と比較して薄い幅を有するリアクタにおいて、当該リアクタは、3.5〜8cmの間隔方向における平均幅を有する流れ空間が担体要素間に存在するように、担体要素が離間配置されることを特徴とする。An anaerobic wastewater treatment fixed bed reactor comprising a sheet-like carrier element for immobilizing microorganisms, wherein the carrier element is porous so that it can flow through and is thin compared to its area In a reactor having a width, the reactor is characterized in that the carrier elements are spaced apart such that a flow space having an average width in the spacing direction of 3.5-8 cm exists between the carrier elements.
Description
本発明は、微生物を固定化するためのシート状担体要素を備えて成る嫌気性廃水処理用固定床リアクタに関するものであり、前記担体要素は、貫流可能に多孔質であり、且つ、その領域と比較して薄い幅を有する。 The present invention relates to a fixed bed reactor for anaerobic wastewater treatment comprising a sheet-like carrier element for immobilizing microorganisms, the carrier element being porous so that it can flow through, and its region. Compared with a thin width.
3.5〜8cmの間隔方向における平均厚さを有する流れ空間が、担体要素間で存在するように、担体要素が離間配置されることをリアクタは特徴とする。 The reactor is characterized in that the carrier elements are spaced apart so that a flow space having an average thickness in the spacing direction of 3.5-8 cm exists between the carrier elements.
高有機汚染物質負荷を有する廃水の処理のために、嫌気性プロセス、すなわち、嫌気性様式で運転する廃水処理システムを使用することが周知である。嫌気性技術の利用の際に、廃水に含まれる汚染物質負荷は、対応する微生物の助けを借りて、獲得エネルギーを蓄えておくことを可能とする再生エネルギー担体生物ガス(regenerative energy carrier biogas)へ変えられる。 It is well known to use an anaerobic process, ie, a wastewater treatment system that operates in an anaerobic manner, for the treatment of wastewater with a high organic pollutant load. When using anaerobic technology, the pollutant load contained in the wastewater is transferred to a regenerative energy carrier biogas that allows the stored energy to be stored with the help of the corresponding microorganisms. be changed.
都市廃水は、およそ500mg/リットルの化学的酸素要求量(COD)を有する比較的低い汚染物質負荷を含み、概して好気性活性汚泥プロセスによって処理される。食品加工産業では、1000mg/リットル以上で100000mg/リットルまでの、またそれ以上のCODを有する著しく高い有機汚染物質負荷を有する廃水が存在する。そのような廃水をきれいにするために、高性能プロセスが利用される。 Municipal wastewater contains a relatively low pollutant load with a chemical oxygen demand (COD) of approximately 500 mg / liter and is generally treated by an aerobic activated sludge process. In the food processing industry, there are wastewaters with significantly higher organic pollutant loads that have a COD of 1000 mg / liter or more up to 100,000 mg / liter or more. High performance processes are utilized to clean up such waste water.
最も一般的なプロセスは、いわゆるUASBプロセス(上向流嫌気性汚泥床プロセス)である。UASBリアクタでは、非常に良好な造粒特性を有し且つ形成するスラッジの形式で、内部の生物量強化乃至肥沃化がもたらされる。微生物は、いわゆるペレットを形成するためにまとまる。これは、リアクタにおける良好な生物量強化を可能にする。リアクタは、上向流方式で運転される。すなわち、廃水は下方からリアクタを通って上向きに流れる。有機汚染物質の代謝的にもたらされる分解に起因して、気泡の形態でペレットに付着するガスが作り出される。したがって、ペレットは上方に上昇する。UASBリアクタの上部には、リアクタにペレットを維持するために利用される分離システムが設けられる。この技術の短所は、約20000〜30000mg/リットルの高COD濃度では、ガスの発生が非常に強いので、ペレットは上方に非常に素早く上昇し、分離システムにもかかわらず生物量のかなりの損失が生じることである。これは、流出効果と呼ばれる。 The most common process is the so-called UASB process (upflow anaerobic sludge bed process). In the UASB reactor, internal biomass enrichment or fertilization is provided in the form of sludge that has very good granulation properties and forms. Microorganisms are grouped together to form so-called pellets. This allows for good biomass enrichment in the reactor. The reactor is operated in an upward flow manner. That is, the wastewater flows upward through the reactor from below. Due to the metabolically induced degradation of organic pollutants, a gas is created that adheres to the pellets in the form of bubbles. Therefore, the pellet rises upward. At the top of the UASB reactor is provided a separation system that is used to maintain pellets in the reactor. The disadvantage of this technique is that at high COD concentrations of about 20000-30000 mg / liter, the gas evolution is so strong that the pellets rise very quickly upwards and there is a considerable loss of biomass despite the separation system. Is to occur. This is called the spill effect.
別の高性能プロセスでは、固定床リアクタを使用する。固定床リアクタは、10000mg/リットル以上のCOD濃度を有する非常に汚染された廃水を処理するために適している。固定床リアクタでは、バルク材、パッケージ又は固定担体材料の形態の不活性担体材料、例えば、プレート状担体要素の形態の不活性担体材料に、微生物が住み着く。高い生物量強化を図るために、今のところ、プレートは1〜2cmの間隔をあけて配置される。プレート状担体要素は、通常1〜3mm厚の膜状の微生物塊(growth)を有する。固定床リアクタの短所は、高性能リアクタを用いるときに、特に、担体材料が非常に大きなコスト要因を構成することである。 Another high performance process uses a fixed bed reactor. The fixed bed reactor is suitable for treating highly contaminated wastewater having a COD concentration of 10,000 mg / liter or more. In a fixed bed reactor, microorganisms settle on an inert carrier material in the form of a bulk material, a package or a fixed carrier material, for example an inert carrier material in the form of a plate-like carrier element. In order to achieve high biomass enrichment, the plates are currently arranged with a spacing of 1-2 cm. The plate-like carrier element usually has a membrane-like microbial growth having a thickness of 1 to 3 mm. The disadvantage of fixed bed reactors is that the support material constitutes a very large cost factor, especially when using high performance reactors.
発明者らは、3.5〜8cm、好ましくは4〜6cmの比較的大きな担体要素間隔で、ふさ状の微生物塊が著しく形成され、そこから、ふさの形成によって引き起こされる強烈なかきまぜ効果に起因して、塊の断面積における増加を観察することができるということを見出した。ふさは、数cmの長さと1cmまでの厚さを有しえる。その固定されていない端部は、流れ空間において廃水流中で自由に動く。こうして廃水は、微生物のあらゆる側の周辺を流れ、最適な方法で同様に養分を供給する。これは、特に強力に微生物塊をもたらす。微生物は、処理される廃水に非常に効果的に接触される。このふさ状の塊は、比較的少数の担体要素で強烈な生物量強化をもたらす。これは、従来の固定床リアクタと比較して著しいコスト削減を提供する。 Inventors have found that, with relatively large carrier element spacings of 3.5 to 8 cm, preferably 4 to 6 cm, a bulky microbial mass is formed from which due to the intense agitation effect caused by the formation of the tuft. And found that an increase in the cross-sectional area of the mass can be observed. The hull can have a length of a few cm and a thickness of up to 1 cm. Its non-fixed end moves freely in the wastewater stream in the flow space. The wastewater thus flows around every side of the microorganism and supplies nutrients in an optimal way as well. This results in a particularly powerful microbial mass. Microorganisms are very effectively contacted with the wastewater to be treated. This bulky mass provides intense biomass enrichment with a relatively small number of carrier elements. This provides significant cost savings compared to conventional fixed bed reactors.
貫流可能に多孔質である担体材料を用いると、担体要素へのふさの固定は非常に良好なので、ごくわずかな生物量だけしかはずれない。 With a carrier material that is porous so that it can flow through, the anchoring of the carrier element to the carrier element is so good that only very little biomass is removed.
本発明では、UASBリアクタの場合よりも高い汚染物質負荷を有する廃水を処理することができるという長所を提供する。更なる長所は、必要とされる生物量を維持するための複雑な分離システムを持たずに、生物量の放出が実質的に回避されることにある。 The present invention provides the advantage of being able to treat wastewater having a higher pollutant load than in the case of a UASB reactor. A further advantage is that the release of biomass is substantially avoided without having a complex separation system to maintain the required biomass.
本発明にしたがってリアクタに配置される担体要素は、担体要素の間の流れ空間を規定し、そこでは、ふさ状の微生物塊のふさが広がる。本発明にしたがうリアクタでは、微生物は処理される廃水と特に効果的な方法で接触することが可能な故に、ふさ状の塊が高い生物量強化を可能とするので、非常に汚染された廃水を処理するために適している。本発明にしたがうリアクタで必要とされる担体要素は、相当する従来型の固定床リアクタよりも少数である。広い流れ経路のおかげで、例えば固形物の侵入、はがれた生物量、流れ経路閉塞の成長等による詰まり又は閉塞は、あまり起こりえない。こうして、本発明にしたがうリアクタは、従来型の固定床リアクタよりも高い安定稼動性を有する。 The carrier elements that are arranged in the reactor according to the invention define a flow space between the carrier elements, where the bulk of the bulky microbial mass is spread. In the reactor according to the invention, microorganisms can be brought into contact with the wastewater to be treated in a particularly effective manner, so that the bulky mass allows for a high biomass enrichment, so highly contaminated wastewater is removed. Suitable for processing. Fewer support elements are required in the reactor according to the invention than the corresponding conventional fixed bed reactor. Thanks to the wide flow path, clogging or blockage due to, for example, solids intrusion, peeled biomass, flow path blockage growth, etc. is less likely. Thus, the reactor according to the present invention has a higher stable operation than a conventional fixed bed reactor.
間隔方向における流れ経路の平均幅、すなわち、本発明にしたがう担体要素の間の開き間隔は、3.5〜8cm、好ましくは4〜6cmである。流れ空間の平均幅は、担体要素厚さを差し引いた2つの隣接した担体要素の仮想中心面間の間隔としてここでは理解される。 The average width of the flow path in the spacing direction, i.e. the opening distance between the carrier elements according to the invention, is 3.5 to 8 cm, preferably 4 to 6 cm. The average width of the flow space is understood here as the distance between the virtual center planes of two adjacent carrier elements minus the carrier element thickness.
担体要素は、平板形状である。しかし、他の形状、例えば、プレートが曲線状に又は波型に又はジグザクに広がるときに現れる形状も同様に考えられる。担体要素厚さは、全部の担体要素で同じでもよいし、又は、担体要素で変えてもよい。全ての場合において、平均間隔は、仮想中心面間で担体材料厚さを差引いて測定される。しかし、担体要素が著しく突出した突起を有している場合には、これらは間隔を測定する上で無視される。 The carrier element has a flat plate shape. However, other shapes are conceivable as well, such as the shape that appears when the plate spreads out in a curvilinear or wavy or zigzag manner. The carrier element thickness may be the same for all carrier elements, or may vary for the carrier elements. In all cases, the average spacing is measured by subtracting the carrier material thickness between the virtual center planes. However, if the carrier element has prominent protrusions, these are ignored in measuring the spacing.
その仮想中心面に関して応用できる場合には、担体要素は、好ましくは互いに平行に配置される。担体要素は、立方体(直方体)パッケージに配置されてもよい。 If applicable with respect to the virtual center plane, the carrier elements are preferably arranged parallel to each other. The carrier element may be arranged in a cubic (cuboid) package.
互いに並んで環形状に配列することができる扇状パッケージに、担体要素を配置してもよい。扇状担体要素パッケージのこの環形状配置は、(大まかに言えば)円筒形状のリアクタハウジング形状と一致させることができる。パッケージ内部のプレートは、実質的に、リアクタの接線方向に配置される。 The carrier elements may be arranged in a fan-shaped package that can be arranged in a ring shape alongside each other. This ring-shaped arrangement of the fan-shaped carrier element package can (in general terms) be matched to the cylindrical reactor housing shape. The plate inside the package is arranged substantially in the tangential direction of the reactor.
リアクタでは、好ましくは、4000〜120000mg/リットルの化学的酸素要求量(COD)を有する廃水を運転中に処理することを予定される。 In the reactor, preferably wastewater having a chemical oxygen demand (COD) of 4000-120,000 mg / liter is scheduled to be treated during operation.
本発明にしたがうリアクタは、好ましくは、上向流様式で運転される。すなわち、処理される廃水は、実質的に、下方から流れ空間を通って上方向に流れる。これは、生物膜上の代謝により形成される気泡が上方向に運ばれることに起因する。リアクタの上部端には、ガス放出手段が従来様式で設けられる。したがって、担体要素を実質的に垂直に配置することが好ましい。 The reactor according to the invention is preferably operated in an upflow mode. That is, the wastewater to be treated flows substantially upward from below through the flow space. This is due to the upward movement of bubbles formed by metabolism on the biofilm. At the upper end of the reactor, gas discharge means are provided in a conventional manner. It is therefore preferred to arrange the carrier elements substantially vertically.
リアクタは、好ましくは、5〜10m/hの上向流速度で運転されるように構成される。 The reactor is preferably configured to be operated at an upward flow velocity of 5-10 m / h.
担体要素は、保持機器に配置される。担体要素は、好ましくは長方形形状であって、その角で支持される。さらに、一連の凹部をそれぞれ有して、複数の担体要素を支持する保持機器が設けられるのが好ましい。保持機器は、その中に担体要素を収容するための凹部を有する棒、レール又は断面部(例えばU断面)を備えて成る。断面部にとって好ましい材料はステンレス鋼である。 The carrier element is arranged on a holding device. The carrier element is preferably rectangular and is supported at its corners. Furthermore, it is preferable that a holding device is provided which has a series of recesses and supports a plurality of carrier elements. The holding device comprises a rod, rail or cross section (eg U cross section) having a recess for receiving a carrier element therein. A preferred material for the cross section is stainless steel.
担体要素は、貫流可能に多孔質である材料からなる。好ましくは、担体要素はプラスチック粒子と膨張粘土粒子とから実質的になり、それらは、焼結によって一体となる。ポリエチレン粒子がプラスチック粒子としては好ましく、他のプラスチック材料も同様に可能である。微生物は、粒子間の孔に堆積するか接種され、それらは、担体要素上でふさ状の塊を形成することができる。例えば、毒衝突(toxic impact)に起因するリアクタの不具合の場合には、微生物の芝地は、確実に破壊される。しかしながら、微生物は、多孔質材料の孔からすばやく再成長し、プレート上に膜又はふさ状の塊を再生する。膨張粘土粒子はおよそ1〜100μmの孔径を有する。微生物は、好ましくは、流れから離れて保護空間を構成する小さめの孔で最初に接種される。最初に小さめの孔から接種は始まり、より大きな孔に続き、最後に構造物全体を覆う。不具合の場合には、小さい孔内の微生物は、数日以内に塊の再生用核を構成する。微生物が同様に孔の中で成長するという事実のために、ふさ状の塊の良好な固定が確立される。 The carrier element is made of a material that is porous to allow flow through. Preferably, the carrier element consists essentially of plastic particles and expanded clay particles, which are united by sintering. Polyethylene particles are preferred as plastic particles, and other plastic materials are possible as well. Microorganisms are deposited or inoculated in the pores between the particles, which can form a blocky mass on the carrier element. For example, in the case of a reactor failure due to a toxic impact, the microbial turf is reliably destroyed. However, the microorganisms quickly re-grow from the pores of the porous material and regenerate a membrane or stubby mass on the plate. The expanded clay particles have a pore size of approximately 1 to 100 μm. The microorganisms are preferably initially inoculated with smaller pores that constitute a protected space away from the flow. Inoculation begins with the smaller holes first, followed by the larger holes, and finally covers the entire structure. In the case of a malfunction, the micro-organisms in the small pores constitute a mass regeneration nucleus within a few days. Due to the fact that microorganisms also grow in the pores, a good fixation of the bushy mass is established.
固着性微生物を担体要素に接種し、又は、住み着かせることができる。特に、シトロフォバクター(Sytrophobacter)、シトロフォマス(Sytrophomas)、メタノトリックス(Methanotrix)、メタノサルチナ(Methanosarcina)及びメタノコックス(Methanococcus)属のグループの少なくとも一種のバクテリア属で、担体要素は接種される。 Adherent microorganisms can be inoculated or settled on the carrier element. In particular, the carrier element is inoculated with at least one bacterial genus of the group of the genus Citrophobacter, Citrophomas, Methanotrix, Methanosarcina and Methanococcus.
高負荷な有機汚染物質、例えば、炭水化物又はたんぱく質等の廃水処理用に、リアクタを用いることができる。 Reactors can be used for wastewater treatment of high load organic contaminants such as carbohydrates or proteins.
本発明にしたがって、特に、飲料産業、飼料産業又は食品加工産業からの有機的に非常に汚染された廃水、例えば、でんぷん処理工場や設備、飲料工場、醸造所、アルコール醸造所、酪農場からの廃水及び食肉加工工場や水産加工工場からの廃水が処理される。本発明にしたがうプロセスと本発明にしたがうリアクタとは、製紙産業及び繊維産業からの廃水を処理するためにも同様に適している。 In accordance with the present invention, organically highly contaminated wastewater from the beverage, feed, or food processing industries, particularly from starch processing factories and equipment, beverage factories, breweries, alcoholic breweries, dairy farms, etc. Waste water and waste water from meat processing plants and fish processing plants are treated. The process according to the invention and the reactor according to the invention are equally suitable for treating waste water from the paper and textile industries.
本発明と本発明の好ましい特徴とが、添付図面を参照し実施形態を介して以下に説明される。 The invention and preferred features of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明にしたがうリアクタ10を示し、当該リアクタは、嫌気性処理用の微生物で接種される担体要素20のパッケージアセンブリを備えて成る。
FIG. 1 shows a
処理される廃水70は、篩71とオイルセパレーター72とを介して供給タンク60へ供給される。供給タンクは機器61を介して通気される。供給タンクは更に廃水撹拌用手段62とpH値測定用手段63及び温度測定用手段64とを具備する。pH値を生理的に適切な範囲に調整するために、水酸化ナトリウム又は酸を供給ライン66、67を介して供給してもよい。
The
処理される廃水は、ライン50を経てライン30へ供給される。このライン30は、リアクタ10へ新しい廃水及び循環廃水を供給する。供給タンク60からの供給は、バルブ51及びポンプ52を介して制御される。廃水を適当な温度にするために、廃水はリアクタ10へ行く途中で熱交換器53、54を通過させられる。熱交換器53は、ライン40を介して廃水リアクタ10から引抜かれる流出処理廃水から放射される熱を利用する。廃水のpH値及び温度は、ライン30においてセンサー33及び34それぞれを用いて検知される。pH値を調製するために、酸又は塩基をライン37を介して供給してもよい。代替として、通過容器(図示せず)を供給タンク60とリアクタ10との間に加えて設けてもよく、当該容器では、処理される廃水がリアクタに供給される前に、センサ33のpH測定値に応答して酸又は塩基を添加することでpH値を調製することができる。
The waste water to be treated is supplied to the
リアクタ10で、廃水は5〜10m/sの速度で垂直に上方に流れ、その際に、担体材料からなるプレートのパッケージ20を通って流れる。泡立ち抑制剤と付加的な添加剤とを、要求に応じそれぞれライン16及び17を介してリアクタ10へ導入してもよい。リアクタ内で形成される生物ガスは、リアクタ10の上部にたまる。当該ガスをライン18を介して引抜くことが可能であり、当該ガスは、更なる処理又は使用、例えば、熱源として燃焼のために供給される。廃水は、ポンプの助けを借りてライン30を通って循環させられる。処理された廃水を、ライン40を介して放出することができる。
In the
図2は、プレート形状担体要素24aの立方体パッケージ20aを図解する。担体要素24aは、保持機器の一部分であるU断面外形レール22aを用いて、その角で保持される。
FIG. 2 illustrates a
図3は、プレート形状担体要素24bの扇形状パッケージ20bを図解する。担体要素24bは、保持機器の一部分であるU断面外形レール22bを用いて、その角で保持される。
FIG. 3 illustrates a fan-shaped
図4は、図3に図解されたパッケージの部分図を(上方からの眺めで)図解しており、前記レールの底部は、図において右側に向けられ、上側脚部は切取られた状態でU断面外形レール22bを示している。こうして、互いから相互開き間隔dで担体要素24bを支持する凹部26bを有するU断面外形レール22aの下側脚部を見ることができる。この間隔dは、流れ空間の平均幅を構成する。こうして、担体要素の間に作り出される流れ空間は、本発明にしたがって3.5〜8cmである幅dを有する。
FIG. 4 illustrates a partial view of the package illustrated in FIG. 3 (viewed from above), with the bottom of the rail facing to the right in the figure and the upper leg cut away. A cross-sectional
しかし、担体要素を別の保持機器によって保持してもよい。特に、それらが、その角では支持されないが、溝に滑らせて挿入することでその垂直端面部で支持されることが考えられる。これら溝は、付加的な棒を用いて水平に相互接続されるU断面外形レール形状であってもよい。溝をまた、プレート上に又はプレートの中に形成してもよい。 However, the carrier element may be held by another holding device. In particular, it is conceivable that they are not supported at their corners but are supported at their vertical end surfaces by sliding them into the groove. These grooves may be U-shaped outer rail shapes that are interconnected horizontally using additional bars. Grooves may also be formed on or in the plate.
支持側面又は棒は、全体でフレーム状の保持機器の一部であってもよい。 The support side or bar may be part of the overall frame-like holding device.
図5は、担体材料90の拡大図を図解する。担体材料は、焼結によってお互い及び膨張粘土粒子94と一体となったプラスチック粒子92からなる。
FIG. 5 illustrates an enlarged view of the
リアクタ10では、担体材料プレートの扇形状パッケージの六角形配置が設けられる。六角形配置は、1mの直径と1.5mの高さとを有する。担体材料は、貫流可能に多孔質であり、焼結によって一体となった膨張粘土粒子とポリエチレンとからなる複合材料である。担体要素の(すなわち、プレートの)間隔dは4cmである。設備能力を試験する試験運転で、リアクタは、循環で上向流速度が5〜10m/sとなるように運転された。試験運転では、4025〜117500mg/リットルのCODを有して流れ込む廃水が処理され、処理された廃水の測定されたCOD値は、580〜5500mg/リットルであった。
In the
担体要素プレートの検査では、バクテリアのふさ状の塊がプレート上に形成されたことが明らかになった。近似する運転パラメータを有する従来の固定床リアクタと比較して、プレートの表面積を約50%減少することが可能であって、当該表面積の減少は設備コストを著しく削減する。さらに、数ヶ月を越える試験運転で、流れ経路の部分的な又は完全な詰まりのリスクを、問題なく防止することができた。 Inspection of the carrier element plate revealed that a bacterial bulky mass had formed on the plate. Compared to conventional fixed bed reactors with similar operating parameters, the surface area of the plate can be reduced by about 50%, and the reduction of the surface area significantly reduces equipment costs. Furthermore, the risk of partial or complete clogging of the flow path could be prevented without problems in test runs over several months.
10 リアクタ
16 ライン
17 ライン
18 ライン
20 担体要素
20a 立方体パッケージ
20b 扇形状パッケージ
22a U断面外形レール
22b U断面外形レール
24a 担体要素
24b 担体要素
30 ライン
33 pH測定センサー
34 温度測定センサー
37 ライン
40 ライン
50 ライン
51 バルブ
52 ポンプ
53 熱交換器
54 熱交換器
60 供給タンク
61 機器
62 撹拌用手段
63 pH測定手段
64 温度測定手段
66 供給ライン
67 供給ライン
70 廃水
71 篩
72 オイルセパレーター
90 担体材料
92 プラスチック粒子
94 膨張粘土粒子
10
Claims (13)
3.5〜8cmの間隔方向における平均幅を有する流れ空間が、担体要素の間に存在するように、担体要素は、離間配置されることを特徴とするリアクタ。 An anaerobic wastewater treatment fixed bed reactor comprising a sheet-like carrier element for immobilizing microorganisms, wherein the carrier element is porous to be able to flow through and has a thickness smaller than that of the region. In a reactor having
Reactor characterized in that the carrier elements are spaced apart such that a flow space having an average width in the spacing direction of 3.5-8 cm exists between the carrier elements.
A method of using a reactor according to any one of claims 1 to 11 for the treatment of anaerobic wastewater in equipment of the paper industry or textile industry.
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