JP2010119980A

JP2010119980A - 廃水処理装置および廃水処理方法

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Publication number: JP2010119980A
Application number: JP2008297707A
Authority: JP
Inventors: Akira Kunugi; 亮功刀; Toshio Ishii; 俊夫石井; Toshiaki Tsubone; 俊明局; Eiichiro Doba; 英一郎土場
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: JP5293109B2

Abstract

【課題】固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方式をとる場合に、微生物への酸素の供給を均等化し、廃水処理装置１００の性能を十分に発揮できる、廃水処理装置および廃水処理方法を提供する。
【解決手段】旋回流生成のための散気装置２ａとは別に、流量可変とした散気装置２ｂを設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水、工場廃水などの、微生物固定用担体を用いた、廃水処理装置および廃水処理方法に関する。

生活排水や工場排水などに含まれる有機物、無機物を微生物により分解する廃水処理装置の性能を向上する方法として、有機高分子物質や無機物質を主成分とする担体に微生物を固定して用いる方法がある。

この方法は、標準活性汚泥法と比較して微生物濃度を高濃度に維持できるため、廃水処理装置の性能を向上することができる。

微生物の固定に用いる担体には、例えば、特許文献１に記載の、図６中に符号１４で示すような、粒状のものの他、特許文献２に記載の、図７中に同じく符号１４で示すような、ひも状のもの、などが知られている。

微生物には酸素を供給する必要がある。それには、空気を送る散気装置を設置する方法がある。散気装置から空気を送って反応槽１内の廃水中の微生物に酸素を供給することを散気または曝気という。

廃水処理装置における散気（曝気）のしかたには、散気装置２を反応槽１の槽底全体に設置した、全面曝気式（前記特許文献１、図６参照）と、図８に示すような、散気装置２を反応槽１の槽底の一部に設置し、処理すべき廃水を反応槽１内で旋回させ、循環させる、旋回流式の二つが知られている（特許文献３に記載の、図９などもこれに該当）。図８中、Ｆが旋回流を示している。

なお、特許文献１に記載の、図６中、６は担体分離用スクリーン（仕切具）、１３は気泡発生装置、１４は微生物固定用担体（担体）を示し、特許文献２に記載の、図７中、１５は蓋、１６は汚泥回収ピット、１７はバイパス経路を示す。同図７中、１８はバルブであり、普段は、バルブ１８を閉じて、矢印にて示す流れの方向にみて、バルブ１８よりも手前の散気装置２のみで散気する。担体１４への汚泥などの付着量が多くなり、廃水処理装置の性能が低下すると、流出側の蓋１５を閉じ、バイパス経路１７側の蓋１５を開け、散気装置２から反応槽１内に向けて供給する空気の流量を増加させるとともに、バルブ１８よりも後方の散気装置２にも散気し、同散気装置２のある反応槽１の槽底に沈積した汚泥などを、汚泥回収ピット１６に送って沈降させ、回収できるようにしている。
特開平１１−０７０３９０号公報特開平１０−０５２６９４号公報特開平０６−３４３９８７号公報

さて、粒状の微生物固定用担体１４は、流出を防止しなければならない（図６中の担体分離用スクリーン（仕切具）６もこのためのものにあたる）。

この点、図７に示したような、反応層１内に、ひも状の担体を固定して用いる方法は、流出を防止するための手立てを講ずる必要もなく、安価で、しかも、付着した汚泥などの洗浄も容易な利点がある。

ひも状の担体を用いた場合のみならず、微生物固定用担体１４を、反応層１内に固定して用いる方式の廃水処理装置を、固定床型反応槽方式という。

ところで、微生物に酸素を供給する方法として、先述の特許文献１の、図６に例を示した、全面曝気式は、散気装置２を反応槽１の槽底全体に設置するため、反応槽１内全体で不規則に緩やかな上昇流及び下降流が生成し、曝気効率が高い利点はあるが、反応槽１内に生ずる流速が小さく、反応槽１の槽底に汚泥が沈積しやすい問題がある。

一方、旋回流式では、反応槽１内に生ずる流速が大きく、反応槽１の槽底に汚泥は沈積しにくいが、流速の速い領域と遅い領域が顕著に現れ、流速の速い領域では、酸素の供給が不足し、廃水処理装置全体としての性能を十分に発揮できない問題がある。

本発明は、固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方式をとる場合に、微生物への酸素の供給を均等化し、廃水処理装置の性能を十分に発揮できる、廃水処理装置および廃水処理方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は以下の通りである。
[１]固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理装置において、旋回流生成のための散気装置とは別に、流量可変とした散気装置を設置したことを特徴とする廃水処理装置。
[２]固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理方法において、旋回流生成のための散気装置とは別に、流量可変とした散気装置を設置し、旋回流の流速が大きな場所にいくほど散気流量を大きくすることを特徴とする廃水処理方法。

本発明によれば、固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方法をとる場合に、微生物への酸素の供給を均等化し、廃水処理装置の性能を十分に発揮できる、廃水処理装置および廃水処理方法を提供することができる。

図１は、本発明の一つの実施の形態に係る廃水処理装置１００を示している。

図１の例では、反応槽１には、ひも状などの担体１４を内部に固定的に設置した、微生物固定床７，８，９を固定的に設置している（数は必ずしもこれに限らず、単数でも複数でもよい）。

また、図１の例では、散気装置として、旋回流生成のための散気装置２ａが、微生物固定床７，８，９の下方から外れた、反応槽１の槽底の一部に設置され、流量調整弁１２により場所によって散気流量を可変とした、散気装置２ｂが、微生物固定床７，８，９の下方に設置されている。

散気装置２ａから反応槽１内に散気される空気（気泡３）中に含まれる酸素は、旋回流とともに微生物固定床７，８，９の上方から流入する。

そして、微生物固定床７，８，９の下方から流出した旋回流は、散気装置２ａの設置された場所に戻ってくる。

旋回流式のものであっても、先述の特許文献３の、図９に示した例のように、７，８，９のような微生物固定床を用いないものもあるが、本発明では、微生物固定床を固定的に設置した、固定床型反応槽方式を前提とするため、図１のものを例に挙げて以下説明することにする。

流入水４として、下水、工場廃水などの廃水が、連続的または断続的に反応槽１内に流入し、反応槽１内で処理され、浄化された水が、流出水５として、連続的または断続的に反応槽１から流出する。

さて、散気装置２ａから遠い側すなわち旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、速い下降流が生じやすく、逆に、散気装置２ａに近い側すなわち旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９では、遅い下降流が生じやすい。このように、流速の速い領域と遅い領域が顕著に現れることを、偏流が生じる、という。

本発明の廃水処理装置では、旋回流生成のための散気装置２ａとは別に、設置場所により流量可変とした散気装置２ｂから、次に述べるように散気する。

すなわち、速い下降流が生じやすい微生物固定床７側にいくほど、散気装置２ｂから散気する空気の流量を多くし、遅い下降流が生じやすい微生物固定床９側にいくほど、散気装置２ｂから散気する空気の流量を少なくする。言い換えれば、旋回流Ｆの流速が大きな場所にいくほど散気流量を大きくする、ということである。

そのようにすると、散気装置２ｂから、速い下降流が生じやすい微生物固定床７側にいくほど流量多く散気され、遅い下降流が生じやすい微生物固定床９側にいくほど流量少なく散気される、空気の泡が、微生物固定床７，８，９の中を上昇する間に、抵抗となって、先述の偏流が生じるのを抑制することができるのである。

その結果、旋回流生成のための散気装置２ａから散気されることで廃水中に供給され、溶解した酸素は、微生物固定床７，８，９に均等にいきわたる。

すると、反応槽１の容積が同一の条件下では、酸素によって活性化される微生物の活動により、廃水中成分の分解処理も効率最大となるため、従来と比較して処理効率を高めることができる。

場所によって速い下降流のところと遅い下降流のところができて偏流が生じるのを抑制するためには、旋回流生成のための散気装置２ａとは別の、流量可変とした散気装置２ｂからの散気流量の合計が、全体からの散気流量の合計（散気装置２ａ含む）に占める割合を、１０％以上とするのが好ましく、旋回流生成のための散気装置２ａとは別に、設置場所毎に流量可変とした散気装置２ｂは、図１のように２つ以上のブロックに分け、散気流量を個別に設けたバルブ１２で調整するのが好ましい。一方、三つある散気装置２ｂのうち、二つを一つのバルブ１２で統合して調整してもよい。

散気装置２ｂからの散気流量は、過剰になると、反応槽１内を旋回する旋回流Ｆの流れが滞り、反応槽１の底への汚泥などの沈積を引き起こす恐れがある。

散気装置２ｂへの最適な散気流量は、反応槽１の形状、微生物固定床７，８，９の流体抵抗（圧力損失）や配置、散気装置２ａ，２ｂの配置、各散気装置や各ブロックの散気流量の違い、などによって異なるため、第一義的には、流体の数値シミュレーションなどを行なって決定するのが好ましいが、水理実験などを行って決定するのがより好ましい。

散気装置２ａ及び散気装置２ｂとしては、円板型、パネル型、筒型など、どのような形状のものを用いてもよい。また、散気装置２ａと散気装置２ｂ、同種のものを用いてもよいし、別種のものを用いてもよい。

散気装置２から反応槽１内に送られる空気（気泡３）に随伴して生じ、上方に向かおうとする廃水の流れと、微生物固定床７，８，９の上方から流入する向き、すなわち、下方に向かおうとする廃水の流れと、の間に、整流壁（仕切具）６ａを設けるのも好ましく、散気装置２ａ及び散気装置２ｂから生ずる気泡の上昇を整流するため、散気装置２ｂを構成する各ブロックの間に、整流壁６ｂを設けるのも好ましい。

微生物固定床７，８，９は、ひも状、粒状などの担体をメッシュ状の容器に充填したものなどを、反応槽１内に固定したものなど、各種のものが用いて好適である。担体の材質としては、プラスチック系、セルロース系、スポンジ系など、各種のものが用いて好適である。

微生物固定床７，８，９に大量の微生物が付着して処理効率が低下したり、それにより、旋回流Ｆが滞るなどして、散気装置２ｂによる流れのコントロールが困難となった場合は、散気装置２ａを停止し、散気装置２ｂを個別または同時にブローし、微生物固定床７，８，９に過剰に付着した微生物層を剥離して洗浄することもできる。

旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９と比較して、微生物固定用担体１４の設置間隔を密にするのも好ましい。

微生物固定用担体１４の設置間隔が同じだと、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、速い下降流が生じやすく、逆に、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９では、遅い下降流が生じやすいため、微生物との接触によって浄化される水の量は、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では少なく、そして、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９では多くなりやすいことから、この差を小さくするため、以上のように、微生物固定用担体１４の設置間隔を場所によって調整する方法を併用するのも有効である。

図２は、本発明の別の実施形態に係る廃水処理装置を示し、散気装置２ａを反応槽１の中央付近に設置し、旋回流を両側に生じさせる場合の例である。図３は、本発明のまた別の実施形態に係る廃水処理装置を示し、反応槽１の形状は矩形のほかに、図３に示すような円筒形でもよい。

図４に示す構成の、幅（図中左右方向）7m、長さ（図中奥行き方向）15m、有効深さ5mの矩形の反応槽１に、ひも状の担体を固定的に設置した微生物固定床７，８，９を設置した場合の、流体シミュレーションの結果を示す。

なお、図４に示す、ここでの例では、旋回流生成のための散気装置２ａを反応槽１底の一部に設け、その一部を除いた反応槽１底の上方に、微生物固定床７，８，９を設置し、各微生物固定床７，８，９の下方に、流量可変とした散気装置２ｂを設置している。

表１は、反応槽１の幅方向の位置（図４中、反応槽１の左端を基準）と、その範囲での散気装置２ｂへの散気流量を示している。

なお、流入、流出する廃水の流量は3.5m³/min、水理学的滞留時間は約2.5時間である。

表２は、中間水深（水面下2.5m）での水面に平行な仮想断面の単位面積当りを通過する廃水の流量を求めたものである。

微生物固定床７の下方に設置した散気装置２ｂから散気しないケース１の場合、反応槽１内の流れは、旋回流の外周側にあたる、反応槽１の壁面１０に近い側に、大きく偏っていることが分かる。

一方、微生物固定床７の下方に設置した散気装置２ｂから散気するケース２及びケース３の場合、反応槽１内の流れが均等化していることが分かる。

ただし、ケース３では、微生物固定床７の下方に設置した散気装置２ｂへの散気流量が他のケースと比べて多いため、微生物固定床７，９の間を循環する流れが生じてしまっており、反応槽１全体を旋回する廃水の流れがケース２の半分程度にまで少なくなってしまっている。

また、図５に示す構成の幅（図中左右方向）1.5m、長さ（図中奥行き方向）2m、有効深さ1mの模型を用いて、COD（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）成分としてチオ硫酸イオン（S₂O₃ ²⁻）を含有する模擬廃水の処理実験を行った。

微生物固定床７，９として、馴養した粒状担体をメッシュ状の容器に充填したものを用いた。

旋回流生成のための散気装置２ａからのみ散気した場合をケース４、旋回流生成のための散気装置２ａと、散気装置２ａから遠い側すなわち旋回流の外周側にある微生物固定床７の下方にある散気装置２ｂと、への散気流量比を0.8：0.2にした場合をケース５とした。流入する廃水のCODは50mg/Lとした。

結果を、表３に示す。

ケース４では、チオ硫酸イオン（S₂O₃ ²⁻）濃度の上昇に伴うCOD負荷の上昇に伴い、廃水中のCODが上昇していることから、処理効率の低下が見られるが、微生物固定床７の下方にある散気装置２ｂから散気したケース５では、廃水中のCODは、ほぼ同程度の値を示し、COD負荷が上昇しても、ほぼ同程度の処理効率が得られる。

本発明の一つの実施の形態について説明するための線図本発明の一つの実施の形態について説明するための線図本発明の一つの実施の形態について説明するための線図本発明の一つの実施の形態について説明するための線図本発明の一つの実施の形態について説明するための線図従来技術について説明するための線図従来技術について説明するための線図従来技術について説明するための線図従来技術について説明するための線図

符号の説明

１反応槽
１ａ反応槽流入部
１ｂ反応槽流出部
２散気装置
２ａ散気装置
２ｂ散気装置
３気泡
４流入水
５流出水
６整流壁（仕切具）
６ａ整流壁（仕切具）
６ｂ整流壁（仕切具）
７微生物固定床
８微生物固定床
９微生物固定床
１０壁面
１１ブロワ
１３気泡発生装置
１４微生物固定用担体（担体）
１５蓋
１６汚泥回収ピット
１７バイパス経路
１８バルブ
１００廃水処理装置
Ｆ旋回流

Claims

固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理装置において、旋回流生成のための散気装置とは別に、流量可変とした散気装置を設置したことを特徴とする廃水処理装置。
固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理方法において、旋回流生成のための散気装置とは別に、流量可変とした散気装置を設置し、旋回流の流速が大きな場所にいくほど散気流量を大きくすることを特徴とする廃水処理方法。