JP2013198833A

JP2013198833A - 水の生物処理装置

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Publication number: JP2013198833A
Application number: JP2012067055A
Authority: JP
Inventors: Koji Mishima; 浩二三島
Original assignee: Swing Corp
Current assignee: Swing Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP5766643B2

Abstract

【解決課題】固定床式又は流動床式の生物処理装置において、その気液分配装置を薬品洗浄する際、微生物保持担体に生育する微生物及び／又は該微生物保持担体の薬品によるダメージを回避乃至は最小とし、水処理装置の機能を安定に維持することができる水の生物処理装置を提供する。
【解決手段】内部に微生物担体を充填してなる微生物担体層２と、気体及び／又は液体を均一に分散させて当該微生物担体層２に導入する気液分配装置５と、を具備する水の生物処理装置であって、当該微生物担体層２と当該気液分配装置５との間に、洗浄用薬液が当該微生物担体層２に拡散することを抑制する微生物担体保護層３を設け、当該気液分配装置にフラッシング機構１１を設けたことを特徴とする水の生物処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、水の生物処理装置に関し、特に、懸濁性物質（SS）、アンモニア、溶存有機物（DOC））等を含む原水を生物処理する装置に関する。

上水や工業用水の水源は河川水、湖沼水、地下水など多岐にわたるが、水源水質は必ずしも良好ではない。水源の上流域で農業や畜産業が盛んな地域、あるいは工場廃水が不十分な処理のまま放流される地域では、原水に窒素、有機物、りん、その他の化学物質が混入する場合がある。

通常、浄水処理及び工業用水処理は、懸濁性物質（SS）の除去を主な目的におくことから、凝集処理、沈殿処理、ろ過処理、及び消毒処理の組み合わせで構成される。これらの工程によってSSやりんは除去されるが、アンモニア（アンモニウムイオン）や溶存有機物（DOC）などの汚染物質はほとんど除去されない。

これらの汚染物質の除去方法として生物処理法がある。生物処理法では、活性炭、アンスラサイト、砂、セラミックス、あるいはプラスチック性のろ材（微生物担体）を装置に充填し、原水を通水して担体に微生物を生育させて処理を行う。原水の汚染物質濃度が高い場合は、原水を通水しながら底部より空気曝気を行い、処理に必要な酸素を供給する。原水の汚染物質濃度がより高濃度の場合、嫌気処理を行う場合もある。

生物処理装置における原水と微生物担体との接触方式には、固定床式と流動床式とがある。固定床式は、SSが少ない原水への適用に優れ、生物処理とSS除去が同時に行える利点がある。一方、SSが高い原水に適用した場合、固定床の通水抵抗が容易に上昇するため、固定床の洗浄頻度が上がり、水処理効率が下がるデメリットがある。流動床式は、微生物担体と原水の接触効率が高く、反応速度が大きいことから反応槽容積を小さくできる利点がある。また、原水SSの多くは流動床で捕捉されず素通りすることから、SSが高い原水に適用しても長時間の連続処理が可能である。

固定床及び流動床の高い性能を十分に発揮するには、装置に供給される水や空気を、槽全体に均一に供給し、デッドスペースや偏流を起こさないことが重要である。そのためには、装置底部に気体と液体の気液分配装置を設け、凡そ槽全体に水や空気が均一に吐出されるよう、構造的工夫が図られている。

古典的技術として、槽底部に粒径の異なる数種類の砂利を積層し（砂利支持床）、砂利層に水及び又は空気の導入管を挿入し、導入管に均等に吐出孔を設ける方式が採用されている。さらに、近年では、支持砂利床に代わる気液分配構造体を用いる事例も見受けられ、また、これと砂利支持床の併用も認められる（特許文献１、非特許文献１〜３）。これらの気液分配装置は、空気導入部、水導入部、オリフィス、内部隔壁等を備え、上部にはろ材落下を防ぐために多孔板や粒状物が敷かれる。また、水導入部は処理水の集水機能を兼ねることが多い。このような創意工夫により、水や空気の均一な吐出が可能となっている。しかし、水処理装置に求められる連続稼働時間は、短期ではなく数年の長期に及ぶ。その結果、月単位では安定的に稼働しても、年単位の稼動に伴い、気液分配装置の閉塞や圧力損失増加等の障害が生じる事例が認められている。この一因として原水SS自体による閉塞もあるが、多くの場合は気液分配装置内部での微生物の繁殖、すなわち微生物汚染である。この種の障害は、原水を上向きで流す上向流式固定床や上向式流動床で特に発生しやすい。その理由は、汚染度の大きい処理前原水と接触することによる。微生物汚染による障害を防止する手段として、気液分配装置内部に通常とは逆向きに水を高速で流す水洗浄（水洗）、さらには空気を多量に供給しながら水洗を同時に行う（水空洗）等の物理的な洗浄操作が行われる。これにより、装置の性能は回復するが、その効果は一時的効果に止まり、長期安定運転までには至らぬことが多い。その場合、最終手段として気液分配装置の分解清掃、殺菌剤やスライム除去剤による薬品洗浄が必要になり、長時間の装置停止を余儀なくされ、洗浄コストが増加する。

生物処理装置において槽底部に発生する微生物汚染の除去は困難な作業である。何故なら、薬品洗浄で用いられる薬品は次亜塩素酸ナトリウムや硫酸、水酸化ナトリウム等であり、微生物にとって毒性が高いからである。これらの薬品は、汚染微生物のみならず、担体に保持されている微生物にとっても大きなダメージとなり、最悪の場合には生物処理装置の機能の大半を喪失する危険すらある。

また担体材質によっては、担体自体が薬品によって強度を損なわれ、担体の崩壊等の二次的なトラブルが発生する場合もある。例えば、活性炭を微生物担体として使用し、薬剤として次亜塩素酸ナトリウムを使用すると、次亜塩素酸ナトリムにより汚染微生物のみではなく活性炭自身の強度も低下し、活性炭の入替えが必要になってしまう。

気液分配装置の洗浄のために、液導入ラインを経由して気液分配装置に次亜塩素酸ナトリウムを注入し、一定時間静止の後にドレンし、残留薬品を幾度かの水洗によりフラッシングすることが行われてきた。しかし、薬品は必ず自然拡散する。従って、担体に保持された微生物の健全性を担保するためには、十分な濃度の薬品で十分な時間をかけて処理することは難しく、得られる洗浄効果は不十分な場合が多かった。

特許第4299396号公報

水ｉｎｇ株式会社「集水装置トリラテラル」カタログ水道機工株式会社「スイオーテトラブロック」カタログ株式会社神鋼環境ソリューション「上向流式生物接触ろ過設備」カタログhttp://www.jsim.or.jp/newsPDF/kankyo05.pdf

本発明は、固定床式又は流動床式の生物処理装置において、その気液分配装置を薬品洗浄する際、微生物保持担体に生育する微生物及び／又は該微生物保持担体の薬品によるダメージを回避乃至は最小とし、水処理装置の機能を安定に維持することができる水の生物処理装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、内部に微生物担体を充填してなる微生物担体層と、気体及び／又は液体を均一に分散させて当該微生物担体層に導入する気液分配装置と、を具備する水の生物処理装置であって、当該微生物担体層と当該気液分配装置との間に、洗浄用薬液が当該微生物担体層に拡散することを抑制する微生物担体保護層を設け、当該気液分配装置に薬品の注入及びフラッシング機構を設けたことを特徴とする水の生物処理装置が提供される。

前記微生物担体保護層は、粒状物及び又は多孔板からなることが好ましい。

本発明の水の生物処理装置によれば、気液分配装置における微生物汚染の防止や、その洗浄回復性が向上する。本発明は、固定床及び流動床のどちらにも有効であり、特に上向流式水処理に適用した時に大きな効果をもたらす。

図１は、本発明による水の生物処理装置の一実施形態を示す概略説明図である。図２は、上向流式流動床生物処理装置の別の実施形態を示す概略説明図である。図３は、下向流式固定床生物処理装置の実施形態を示す概略説明図である。図４は、気液分配装置として用いることができるトリラテラルの構成を示す概略説明図である。図５は、図４に示すトリラテラルの断面図である。

実施形態

以下、添付図面を参照しながら本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略説明図である。図１において、水の生物処理装置１は、内部に微生物担体を充填してなる微生物担体層２と、気体及び／又は液体を均一に分散させて当該微生物担体層２に導入する気液分配装置５と、を具備する。図１に示す装置は、装置底部に気液分配装置５が設けられ、気液分配装置５の上方に微生物担体層２が位置づけられ、原水及び空気を装置下部から導入して装置内部を上向きに流す上向流式流動床生物処理装置である。原水を供給する原水流入ライン６及び空気を供給する空気流入ライン７は、原水及び空気が気液分配装置５を通過して流入するように接続されている。空気流入ライン７は、微生物担体２や気液分配装置５を洗浄するための洗浄空気を導入する他、原水の汚染物質濃度が高い場合に好気性処理のための空気を導入するために使用される。微生物担体層２と気液分配装置５との間には、洗浄用薬液が微生物担体層２に拡散することを防止する微生物担体保護層３が設けられている。微生物担体保護層３は、耐薬品性のあるセラミックスや強化プラスチックの多孔質板材であり、微生物担体の落下を防止すると共に、気液分配装置５からの水及び空気を微生物担体に分散させる。微生物担体保護層３と気液分配装置５との間には、気液分配装置５を洗浄する薬液を導入するための薬品注入ライン１０が接続されている。気液分配装置５には、残留薬液をフラッシングするフラッシング機構が設けられている。図１に示す装置におけるフラッシング機構は、原水流入ライン６に接続されたフラッシングライン１１からフラッシング水を供給して、残留薬品をフラッシングする機構である。この態様は、微生物担体層２の下部以下まで水抜きを行った後に洗浄薬液を供給する場合に適する。この場合、フラッシング水の供給は、生物処理装置１の微生物担体層２の底部よりも下位レベルとする。気液分配装置５が位置づけられている装置下部には、気液分配装置５の薬液洗浄処理後の排水や生物処理装置１からの排水を排出する排出ライン８も接続されている。なお、９は洗浄薬液を貯蔵する薬液貯槽であり、薬品注入ライン１０と接続されている。１３は処理水及び洗浄排水の流出ラインであり、水の生物処理装置１からの越流水を排出する。１２は洗浄排水の中間排出ラインである。なお、中間排出ラインとは、微生物担体層２の通常の洗浄時（薬液不使用）に、生物処理装置１上部に滞留する洗浄排水を排水する時、排水時間を短縮するために用いるものである。

図２は、上向流式流動床生物処理装置の別の実施形態を示す概略説明図である。図２に示す生物処理装置において、図１に示す生物処理装置と同じ構成について説明を割愛する。図２において、微生物担体保護層３は、砂利、セラミックス粒子、強化プラスチック粒子などの不活性粒子を充填してなる。また、フラッシング機構は、洗浄薬液流入ライン１０に接続され、気液分配装置５のみではなく、洗浄薬液流入ライン内もフラッシングできる。この態様は、生物処理装置１から水抜きを完全に行った後に、フラッシングする場合に適する。この場合、フラッシング水の供給は、微生物担体層２の底部よりも下位レベルとする。

図３は、下向流式固定床生物処理装置の実施形態を示す概略説明図である。水の生物処理装置１Ａでは、原水は生物処理装置１Ａの上部から原水流入ライン６を介して流入し、処理水は生物処理装置１Ａの下部から排出ライン８を介して流出する。１３は洗浄排水の流出ラインであり、生物処理装置１Ａの上部の越流水を排出する。１４は生物処理装置１Ａの底部に接続されている洗浄水流入ラインであり、洗浄用薬液は薬品注入ライン１０から供給され、洗浄水流入ライン１４を通って気液分配装置５の洗浄に供される。

本発明の生物処理装置に使用できる微生物担体としては、通常の生物処理装置に用いられる微生物担体を特に制限なく用いることができ、粒状活性炭、セラミックス、ゼオライト、ポリウレタンフォーム等を好適に挙げることができる。

本発明の生物処理装置に使用できる気液分配装置５としては、例えば図４及び図５に示すトリラテラル（水ｉｎｇ株式会社製集水装置）を用いることができるが、気液分配装置の機能を満足するものであれば、これに限定されない。トリラテラルは、中空内部を有する矩体１５から構成されている。矩体上面に、微生物保持担体が通過しない程度の複数のスリット１８が設けられている。矩体内部には、貫通穴１９ａを設けた仕切り板１９が設置されている。水や空気の流入ラインや流出ラインは、仕切り板１９で仕切られた矩体内部２０に位置づけられる。すなわち、矩体内部２０に導入される水と空気は、貫通穴１９ａ及びスリット１８を経由してトリラテラル上面から上方に向かって均一に噴出する構造になっている。トリラテラルの矩体上面には洗浄薬液注入ライン１０が配置されている。洗浄薬液注入ライン１０には、均一に薬液が吐出する複数の穴１６があけられている。吐出した洗浄薬液は、トリラテラル内部から噴出する水や空気と共に、生物処理装置内に分配される。なお、洗浄薬液注入ライン１０はトリラテラル上面に直接設置してもよいが、数ミリから数十ミリ程度、上面から離して設置してもよい。

気液分配装置を洗浄する薬液は、処理対象となる原水の性状によって異なるが、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素など通常の洗浄薬液を用いることができる。
フラッシング水としては、残留薬液を洗い流すことができるものであればよく、原水、生物処理水、あるいは浄水等を用いることができる。

既設の浄水施設に、図２に示す本発明の生物処理装置を設置した実施例を用いて本発明の生物処理装置を説明する。
生物処理装置の反応形式は上向流式流動床法で、微生物担体として有効径0.4mm、均等係数1.3の粒状活性炭を静止層高として1.5m充填し、通水速度（空塔速度）は320〜380m／日とした。原水は、アンモニアで汚染された河川水であり、アンモニア濃度は0.05〜0.2mg/L、SSは5〜50mg/L、DOCは2〜6mg/Lであった。装置底部に集水装置「トリラテラル」（水ｉｎｇ株式会社）を気液分配装置として敷設し、その上面に砂利を0.8m積層し、微生物担体保護層とした。砂利床の下端から0.2mの位置に次亜塩素酸ナトリウム供給用の多孔管を挿入し、次亜塩素酸ナトリウム注入ライン（洗浄薬液流入ライン）を接続した。次亜塩素酸ナトリウム注入ラインの途中には、残留薬液フラッシング用のフラッシング水流入ラインを接続した。

表１に生物処理装置の運転条件と経過を示す。

条件1は本発明に基づくもので、気液分配装置５と微生物担体保護層３との間の空間で所定の有効塩素濃度（1mg/L）となるように、次亜塩素酸ナトリウム希釈液を注入し、100分間の静置後に水流出ライン８から薬液を排出し、さらにフラッシングライン１１に生物処理水を通して洗浄薬液注入ライン１０をフラッシングした。薬品洗浄後は通水時の全体圧損が低下したことから、気液分配装置５及びその周辺部の閉塞がなくなったと推定された。また、薬品洗浄前後での生物処理機能の低下は特に認められなかった。さらに、薬品洗浄後の圧損増加は1年間認められなかった。

条件2は次亜塩素酸ナトリウム溶液の注入方法として本発明を使わない方法である。具体的には、原水流入ライン６から所定の有効塩素濃度（1mg/L）の洗浄水を、凡そ砂利支持床の上端まで張り込み、100分間静置の後、水流出ライン８から薬液を排出した。その後、原水流入ライン６から薬品を含まない水を張り込んでは排出する操作を3回繰り返すことでフラッシングを行った。その結果、ほぼ条件1と同等まで圧損は低下したので、相応の洗浄効果があったといえる。その後の生物処理機能の低下は特に認められなかったが、洗浄から2ヶ月後に圧損が増加し始めたので、再度薬品洗浄を行う必要があった。

条件3は、条件2の結果をふまえ、有効塩素濃度を3mg/Lに高め、その他の条件は条件2と同じ方法を採った。その結果、洗浄後に圧損は低下したが、生物処理機能は約20％低下し、生物処理水にアンモニアが残留した。その回復には1ヶ月を要した。

条件1と条件2の差異の要因は、気液分配装置の洗浄効果の差異と考えられる。すなわち、条件1（本発明）では概ね洗浄が完全に行われたのに対し、条件2では洗浄が不十分となって気液分配装置内部に死滅しなかった汚染微生物が残留した結果、洗浄後2ヶ月で再び圧損が増加したと考えられた。条件3はその反省にもとづいて薬品濃度を3倍に高めて実施したが、生物処理機能の低下をもたらした。これは、支持床上面を狙って薬液を張り込んだものの、100分間で薬品の一部が微生物担体に拡散し、処理に貢献していた担体上の微生物の一部を殺菌したためと考えられた。

本発明の生物処理装置は、生物処理装置の気液分配装置の洗浄を確実に行って通水時の圧損増加を回避することが可能で、かつ生物処理機能の低下を伴わない。従って、本発明により、生物処理装置の性能を中長期にわたり安定維持することが可能となる。

Claims

内部に微生物担体を充填してなる微生物担体層と、気体及び／又は液体を均一に分散させて当該微生物担体層に導入する気液分配装置と、を具備する水の生物処理装置であって、当該微生物担体層と当該気液分配装置との間に、洗浄用薬液が当該微生物担体層に拡散することを抑制する微生物担体保護層を設け、当該気液分配装置にフラッシング機構を設けたことを特徴とする水の生物処理装置。
前記微生物担体保護層は、粒状物及び／又は多孔板からなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。