JP2009106814A - 嫌気性廃水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固気液を分離して、菌体グラニュールと廃液は反応槽の中に戻し、メタンガス等の気体のみを排出することができる廃水処理装置を提供する。
【解決手段】メタン発酵菌の集合体であるグラニュール菌体が入れられた反応槽１と、該グラニュール菌体、メタンガス等の気体、廃水が一体となった固気液混合物を分離するための固気液分離装置２０と、前記反応槽１からメタン発酵菌により発生したメタンガス等の気体、または、固気液混合物を、前記固気液分離装置２０へ移送する移送管４・９と、固気液混合物から分離された気体を排出する気体排出管１１と、固気液混合物から分離した固体及び液体を反応槽内へ還流させる戻し管１０と、を具備する嫌気性廃水処理装置１００であって、前記固気液分離装置２０は、反応槽１の上部に配置された。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃水中の有機物等を嫌気性メタン発酵菌等の菌体グラニュールによって生物学的に処理する嫌気性廃水処理装置の技術に関する。特に、固気液分離装置の技術に関する。

従来、沈降速度の大きい粒子化（グラニュール化）したメタン発酵菌を高濃度に保持し、廃水を高効率にメタン発酵処理するという特徴を持つ菌体グラニュールを使用した廃水処理方法、例えばＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）法等は、広く廃水処理装置に応用され、使用されている。

この廃水処理装置は底部に廃水供給部を有し、かつ下部にメタン発酵菌の嫌気性グラニュールが充填されたグラニュール充填部を有する。こうして、付着担体を用いることなく、菌を具備した汚泥をグラニュール化し、反応槽中に高濃度の微生物を確保するものである（例えば特許文献１または特許文献２参照）。
特開平１１−１２８９７９号公報 特許３１９７４９９号公報

前記反応槽内の廃水の有機物濃度を上げると（負荷をあげると）、廃水中の有機物を菌体が分解する際に発生するメタンガス（気体状態のメタン）等の気体が大量に発生し、メタンガス等の気体が菌体グラニュールに付着することで、菌体グラニュールや廃液を伴って上昇する。この場合、メタンガス等の気体を排出する気体排出管に菌体グラニュールや廃液が付着して詰まりの原因となることがある。また、菌体グラニュールが減少することにより、廃水処理装置自体の処理能力も低下することがあった。

そこで本発明はかかる課題に鑑み、固気液を分離して、菌体グラニュールと廃液は反応槽の中に戻し、メタンガス等の気体のみを排出することができる廃水処理装置を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、メタン発酵菌の集合体であるグラニュール菌体が入れられた反応槽と、該グラニュール菌体、メタンガス等の気体、廃水が一体となった固気液混合物を分離するための固気液分離装置と、前記反応槽からメタン発酵菌により発生したメタンガス等の気体、または、固気液混合物を、前記固気液分離装置へ移送する移送管と、固気液混合物から分離された気体を排出する気体排出管と、固気液混合物から分離された固体及び液体を反応槽内へ還流させる戻し管と、を具備する嫌気性廃水処理装置であって、前記固気液分離装置は、反応槽の上部に配置されたものである。

請求項２においては、前記反応槽の上部からメタンガス等の気体、または、固気液混合物を固気液分離装置に移送する第一移送管と、前記反応槽の側部からメタンガス等の気体、または、固気液混合物を固気液分離装置に移送する第二移送管とで構成され、前記固気液分離装置の底板は一側が下がる斜板により構成されたものである。

請求項３においては、前記第一移送管が連通され、傾斜した側に前記戻し管が連通されたものである。

請求項４においては、前記固気液分離装置の上方中心部に散水ノズルが設けられたものである。

請求項５においては、前記固気液分離装置の上部に接続される前記第二移送管と接続された第一配管と、固気液分離装置の下部に接続される前記第一移送管と接続された第三配管とが、平面視において重複しない位置に配置されたものである。

請求項６においては、前記第二移送管及び第一配管の直径が、固気液分離装置に接続する他の配管よりも大きく形成されたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、固体、気体、及び液体の混合物を分離して、グラニュール菌体や廃水を反応槽内に戻すことができる。また、既に設置されている反応槽の上部に取り付けることができるため、容易に固気液分離処理を行うことができる。また、移送管から固気液分離装置に投入された固気液混合物を固気液分離装置の底部に接触させて、該固気液混合物がなす気泡をつぶし、固体及び液体と気体を分離させることが可能となる。

請求項２においては、固体、気体、及び液体の混合物を分離して、グラニュール菌体や廃水を反応槽内に戻すことができる。また、第一移送管を通って固気液分離装置の上方から投入された固気液混合物が落下して、斜板にたたきつけられることにより、気泡がつぶれ固体及び液体と気体を分離することができる。また、第二移送管を通って固気液分離装置の下方から投入された固気液混合物は、斜板に接触することにより、気泡がつぶれ固体及び液体と気体を分離することができる。

請求項３においては、斜板に落下して分離した固体及び液体が斜板の傾斜に沿って移動して、戻し管に入りやすくなる。

請求項４においては、斜板に付着した固体及び液体を散水ノズルからの散水により洗い流すことができる。

請求項５においては、第一配管より落下する固体、気体、及び液体の混合物が斜板に落下せず、第三配管へと落下することを防止して、確実に混合物の分離を行うことができる。

請求項６においては、第二移送管及び第一配管において、固体、気体、及び液体の混合物の気泡が破裂しやすくなる。また、固体、気体及び液体の固気液混合物による第二移送管及び第一配管内での詰まりを防止することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る廃水処理装置の全体的な構成を示した正面一部断面図、図２は固気液分離装置の正面一部断面図、図３は（ａ）固気液分離装置の図１におけるＡ−Ａ´面矢視図（ｂ）固気液分離装置の図１におけるＢ−Ｂ´面断面矢視図、図４は一本の移送管を具備する廃水処理装置上部の概略図、図５は三本の移送管を具備する廃水処理装置上部の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、まず廃水処理装置の一例としてのＵＡＳＢ型の廃水処理装置１００の構成から図面に従って説明する。

図１において、１はＵＡＳＢ型の反応槽で、その底部には有機物を含んだ廃水を反応槽１の下部に供給する廃水供給部５が配設されている。

２は、メタン発酵菌を含有する菌体グラニュールが前記反応槽１の略全体に充填されて形成されているグラニュール充填部である。

３は、反応槽１の上部の外周部に形成された集水部で、該集水部３には反応槽１本体の上端部に設けた流出堰６を越えてオーバーフローした処理水が一旦集められたあと、処理水排出管７によって反応槽１外へ排出される。

前記集水部３の底面は、前記流出堰６の外周に設けられており、処理水は一旦集水部３底面に落下して底面に沿って処理水排出管７へと移動する。また、前記集水部３の上方には、メタンガスや二酸化炭素等の反応後の気体が滞留する空間部８が構成されている。

４は前記メタンガスや二酸化炭素等の気体が溜まった空間部８から、前記気体を排出する第一移送管である。前記第一移送管４は、上端にフランジ４ａを有しており、上部に他の管を取り付けることが可能となっている。

また、前記反応槽１の上部であって、前記集水部３よりも下方に、メタンガス等の気体を固気液分離装置２０へ排出するための第二移送管９が設けられている。前記反応槽１の負荷を上げると、前記第二移送管９と第一移送管４より菌体グラニュールや廃液が流出する。前記第二移送管９は正面視略コ字状に構成して、その一端は前記集水部３下部の反応槽１内部と連通して、水平方向へ突出しており、垂直方向に屈曲してその上端が水平方向に延びて前記固気液分離装置２０の略上方で垂直下方に延びている。第二移送管９の他端の下端部にはフランジ９ａを設けて第二移送管９の流入側の第一配管２１と接続できるようにしている。
なお、反応槽１の上端の上板には前記集水部３内に滞留した気体を排出する集水部気体排出口１２が設けられている。

次に固気液分離装置２０の構成について説明する。
前記固気液分離装置２０は、前記反応槽１の上方に配置されており、前記固気液分離装置２０のケース２０ａは円筒状に構成されている。なお、前記固気液分離装置２０のケース２０ａの形状は筒状または箱状であればよく、円筒状に限定されるわけではない。

前記固気液分離装置２０は、図２に示すようにケース２０ａの上部に前記第二移送管９と連通する第一配管２１と、分離したメタンガス等の気体を排出するための気体排出管１１と連通する第二配管２２とが上下方向に設けられている。前記第一配管２１の上端には前記第二移送管９のフランジ９ａと連結するためのフランジ２１ａが設けられており、該フランジ２１ａとフランジ９ａとがボルト等の螺子によって固定される。また、前記第二配管２２の上端には前記気体排出管１１の下端に設けたフランジ１１ａに連結するためのフランジ２２ａが設けられており、該フランジ２２ａとフランジ１１ａとがボルト等の螺子によって固定される。

一方、前記固気液分離装置２０のケース２０ａ下端には、前記第一移送管４と連通する第三配管２３と、分離された固体及び液体を反応槽１に戻すための戻し管１０と連通する第四配管２４が設けられている。前記第三配管２３の下端には前記第一移送管４のフランジ４ａに連結するためのフランジ２３ａが設けられており、該フランジ２３ａとフランジ４ａとがボルト等の螺子によって固定される。また、前記第四配管２４の下端には前記戻し管１０の上端に設けたフランジ１０ａに連結するためのフランジ２４ａが設けられており、該フランジ２４ａとフランジ１０ａとがボルト等の螺子によって固定される。
前記第一配管２１、第二配管２２、第三配管２３、第四配管２４は平行に配置される。

前記第三配管２３と第四配管２４の上部は前記固気液分離装置２０下端より固気液分離装置２０内部へと貫入している。また、前記第三配管２３は第四配管２４よりも上方まで貫入しており、前記第三配管２３の中途部及び第四配管２４の上端部外周に斜板２５が設けられている。即ち、前記斜板２５は、前記固気液分離装置２０のケース２０ａの底板となっており、該ケース２０ａの内周に接して一側が下がるように設けられており、斜板２５の高い側に第三配管２３の上部が貫通され、斜板２５の低い側に第四配管２４の上端が接続されて固気液分離装置２０の内部と連通させている。こうして、前記固気液分離装置２０上方の第一配管２１より落下してくる固体、気体、及び液体の混合物は前記斜板２５に叩きつけられることにより、気泡がつぶれ、固体及び液体と気体とに分離されることになる。

前記斜板２５は、前記第三配管２３の周囲のほうが前記第四配管２４の周囲よりも高く構成している。前記斜板２５の最も低い部分が接する前記固気液分離装置２０のケース２０ａの内周面下部より水平方向にドレンパイプ２６が連通突設され、メンテナンス時等に排出可能としている。

また、前記固気液分離装置２０の上端部の平面視中央付近には、洗浄等のための散水ノズル２７が設けられている。

また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記第一配管２１の平面視における中心位置と、第三配管２３の平面視における中心位置とが異なる位置になるように設けられている。すなわち、図３（ｂ）の第三配管２３の中心位置と二点鎖線で描かれた第一配管２１の中心を延長した位置とは異なっており、第三配管２３の開口面と第一配管２１の開口面が平面視で重ならないように構成している。これによって、第一配管２１より落ちてくる固体、液体及び気体の混合物が直接第三配管２３に流入するのを防ぐことができ、前記斜板２５に確実に落下することとなる。

また、前記第一配管２１は、第二配管２２に比べて直径を大きく構成している。すなわち、図２に示す第一配管２１の直径ｄ１は、第二配管２２の直径ｄ２に比べて大きく構成している。これによって、菌体グラニュール、処理液等は容易に落下して破裂しやすくなり、メタンガス等の気体が混合物から分離しやすくなり、菌体グラニュール、処理液等は第二配管２２から出にくくなっている。
また、第二配管２２の平面視における中心位置と第四配管２４の平面視における中心位置とが重なる位置になるように設けられている。このように構成することにより、第四配管２４は斜板２５の最も低い位置に配置されるとともに、第四配管２４からは菌体グラニュールや処理液等が反応槽１内に落下するため、固気液分離装置２０内における菌体グラニュールや処理液等の上面は最も低い位置となる。従って、その上方に位置する第二配管２２からは気体は排出されるが、液体等は排出されにくい状態となるのである。

次に、このような構成からなる廃水処理装置１００を使用する場合について説明すると、まず、前記廃水供給部５からは食品工場等から排出される有機物等が含まれた廃水等が反応槽１の内部に導入される。

前記廃水供給部５は反応槽１本体の底部に設けられているため、廃水は反応槽１内を下から上に向かうような上向流で流れる。該反応槽１内部には全体に亘ってメタン発酵菌の菌体グラニュールが充填されたグラニュール充填部２が形成されているため、廃水は上向流で該菌体グラニュールと接触する。

前記菌体グラニュールと接触するうちに廃水中の有機物はメタン発酵菌等により、メタンガス等に転化されて廃水は処理水として浄化されながら反応槽１の上方へ流れていく。また、反応槽１内の菌体グラニュールも、廃水の上向流及び浮上ガスによって反応槽１の上部に移動される。

このとき、菌体グラニュールの多くは菌体グラニュール自身の沈降性によって反応槽１内に沈殿して留まるが、一部の菌体グラニュールは前記メタンガス等からなる気泡が付着しているためより浮上しやすくなっているものがあり、処理水の流れと該気泡の付着による浮上力によっても反応槽１の上方へ移動して処理水とともに第二移送管９から排出される。

反応槽１の上部へ移送された処理水と一部の菌体グラニュールの混合液は反応槽１の上部の流出堰６からオーバーフローして前記集水部３に移送される。前記処理水は集水部３の外側に接続されている処理水排出管７から排出される。

一方、前記反応槽１の上部に設けた第二移送管９及び第一配管２１を介して固体、液体、及び気体の混合物は固気液分離装置２０へと導入される。この際、前記第二移送管９の径を大きくしたため、気泡が第二移送管９内で破裂しやすくなり、メタンガス等の気体が分離しやすくなる。

さらに、前記固気液分離装置２０において、該固気液分離装置２０の上部に設けられた前記第一配管２１より導入された混合物は、斜板２５に向かって落下することにより、気泡が破裂して固体及び液体と気体とが分離されることとなる。

前記斜板２５に落下することにより、気体と分離された固体及び液体は斜板２５に沿って傾斜下方へ向かって移動し、前記第四配管２４及び戻し管１０に流入することにより、反応槽１へと戻される。そして分離した気体は前記固気液分離装置２０上方の第二配管２２より気体排出管１１へ排出され、図示せぬ集気部へと送られることとなる。

また、斜板２５に落下した固体及び液体のうち第四配管２４に流入しなかった固体及び液体は斜板２５の最下方へと移動して滞留するので、ドレンパイプ２６を開けることにより排出できる。また、前記斜板２５に付着した固体及び液体については前記固気液分離装置２０上部に設けた散水ノズル２７より散水することにより、洗い流してドレンパイプ２６より排出することが可能となる。また、一部は第四配管２４及び戻し管１０に流入することにより、反応槽１へと戻される。

また、図１に示すように、前記第二移送管９の中途部に内部を洗浄するための掃除孔９ｂ、９ｃが設けられている。これにより、第二移送管９内部に固体及び液体が付着した場合であっても掃除孔９ｂ、９ｃよりブラシ等を挿入して除去することにより、詰まりを防止することができる。
なお、本発明では、掃除孔を二箇所設けているが、これに限定するものではなく、複数の掃除孔を配置することも可能である。

このようにして菌体グラニュールと処理水を反応槽１内で分離することなく、混合液として固気液分離装置２０へ導入し、該固気液分離装置２０において分離して処理水を得るために、反応槽１内は全て反応域として使用することができ、反応槽１の容積あたりの処理効率が向上する。従って、高い処理能力を維持したまま反応槽１を小型化することができる。

なお、前記廃水処理装置１００は、第一移送管４と第二移送管９とを具備しているが、反応槽１と固気液分離装置２０とを連結する移送管の数はこれに限定するものではなく、例えば、図４に示すように、移送管１１０の数を一本にすることも可能であるし、図５に示すように、移送管１１０の数を三本することも可能である。

以上のように、前記廃水処理装置１００は、メタン発酵菌の集合体であるグラニュール菌体が入れられた反応槽１と、該グラニュール菌体、メタンガス等の気体、廃水が一体となった固気液混合物を分離するための固気液分離装置２０と、前記反応槽１からメタン発酵菌により発生したメタンガス等の気体、または、固気液混合物を、前記固気液分離装置２０へ移送する移送管４・９と、固気液混合物から分離された気体を排出する気体排出管１１と、固気液混合物から分離された固体及び液体を反応槽１内へ還流させる戻し管１０と、を具備する嫌気性廃水処理装置１００であって、前記固気液分離装置２０は、反応槽１の上部に配置されたものである。このように構成することにより、固体、気体、及び液体の混合物を分離して、グラニュール菌体や廃水を反応槽１内に戻すことができる。また、既に設置されている反応槽１の上部に取り付けることができるため、容易に固気液分離処理を行うことができる。また、移送管４・９から固気液分離装置２０に投入された固気液混合物が、固気液分離装置２０の底部に接触することにより、気泡がつぶれ固体及び液体と気体を分離することができる。

また、前記移送管４・９は、前記反応槽１の上部からメタンガス等の気体、または、固気液混合物を固気液分離装置２０に移送する第一移送管４と、前記反応槽１の側部からメタンガス等の気体、または、固気液混合物を固気液分離装置２０に移送する第二移送管９とで構成され、前記固気液分離装置２０の底板は一側が下がる斜板２５により構成されたものである。このように構成することにより、固体、気体、及び液体の混合物を分離して、グラニュール菌体や廃水を反応槽１内に戻すことができる。また、第一移送管４を通って固気液分離装置２０の上方から投入された固気液混合物が落下して、斜板２５にたたきつけられることにより、気泡がつぶれ固体及び液体と気体を分離することができる。また、第二移送管９を通って固気液分離装置２０の下方から投入された固気液混合物は、斜板２５に接触することにより、気泡がつぶれ固体及び液体と気体を分離することができる。

また、前記斜板２５の上側に、前記第一移送管４を連通し、傾斜した側に前記戻し管１０が連通されたものである。このように構成することにより、斜板２５に落下して分離した固体及び液体が斜板２５の傾斜に沿って移動して、戻し管１０に入りやすくなる。

また、前記固気液分離装置２０の上方中心部に散水ノズル２７が設けられたものである。このように構成することにより、斜板２５に付着した固体及び液体を散水ノズル２７からの散水により洗い流すことができる。

また、前記固気液分離装置２０の上部に接続される前記第二移送管９と接続された第一配管２１と、固気液分離装置２０の下部に接続される前記第一移送管４と接続された第三配管２３とが、平面視において重複しない位置に配置されたものである。このように構成することにより、第一配管２１より落下する固体、気体、及び液体の混合物が斜板２５に落下せず、第三配管２３へと落下することを防止して、確実に混合物の分離を行うことができる。

また、前記第二移送管９及び第一配管２１の直径が、固気液分離装置２０に接続する他の配管よりも大きく形成されたものである。このように構成することにより、第二移送管９及び第一配管２１において、固体、気体、及び液体の混合物の気泡が破裂しやすくなる。また、固体、気体及び液体の固気液混合物による第二移送管９及び第一配管２１内での詰まりを防止することができる。

本発明の一実施例に係る廃水処理装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。 固気液分離装置の正面一部断面図。 （ａ）固気液分離装置の図１におけるＡ−Ａ´面矢視図（ｂ）固気液分離装置の図１におけるＢ−Ｂ´面断面矢視図。 一本の移送管を具備する廃水処理装置上部の概略図。 三本の移送管を具備する廃水処理装置上部の概略図。

符号の説明

１ 反応槽
４ 第一移送管
９ 第二移送管
１０ 戻し管
１１ 気体排出管
２０ 固気液分離装置
２１ 第一配管
２２ 第二配管
２３ 第三配管
２４ 第四配管
２５ 斜板
２６ ドレンパイプ
２７ 散水ノズル

Claims (6)

1. メタン発酵菌の集合体であるグラニュール菌体が入れられた反応槽と、該グラニュール菌体、メタンガス等の気体、廃水が一体となった固気液混合物を分離するための固気液分離装置と、
   前記反応槽からメタン発酵菌により発生したメタンガス等の気体、または、固気液混合物を、前記固気液分離装置へ移送する移送管と、
   固気液混合物から分離された気体を排出する気体排出管と、固気液混合物から分離された固体及び液体を反応槽内へ還流させる戻し管と、を具備する嫌気性廃水処理装置であって、
   前記固気液分離装置は、反応槽の上部に配置された、
   ことを特徴とする嫌気性廃水処理装置。
2. 前記移送管は、前記反応槽の上部からメタンガス等の気体、または、固気液混合物を固気液分離装置に移送する第一移送管と、前記反応槽の側部からメタンガス等の気体、または、固気液混合物を固気液分離装置に移送する第二移送管とで構成され、
   前記固気液分離装置の底板は一側が下がる斜板により構成された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の記載の嫌気性廃水処理装置。
3. 前記斜板の上側に、前記第一移送管が連通され、傾斜した側に前記戻し管が連通された、
   ことを特徴とする請求項２に記載の嫌気性廃水処理装置。
4. 前記固気液分離装置の上方中心部に散水ノズルが設けられた、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の嫌気性廃水処理装置。
5. 前記固気液分離装置の上部に接続される前記第二移送管と接続された第一配管と、固気液分離装置の下部に接続される前記第一移送管と接続された第三配管とが、平面視において重複しない位置に配置された、
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一の請求項に記載の嫌気性廃水処理装置。
6. 前記第二移送管及び第一配管の直径が、固気液分離装置に接続する他の配管よりも大きく形成された、
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一の請求項に記載の嫌気性廃水処理装置。
   

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