JP2015054255A - 好気嫌気兼用反応槽およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】槽内の全領域にわたって旋回流を行き渡らせ、汚泥が槽内に部分的に沈降堆積するのを防止することができる好気嫌気兼用反応槽およびその運転方法を提供する。
【解決手段】槽内上部に位置して被処理液の上向流を発生させる上向流発生装置２１と、槽内底部に位置して被処理液に散気する散気装置２２と、散気装置２２と槽底面との間、および散気装置２２と槽壁内側面との間に形成した流通路４１、４２を備え、散気装置２２は複数の散気部２２ａを有し、散気部２２ａの間に被処理液が上方へ通過可能な通液部２２ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、好気嫌気兼用反応槽およびその運転方法に関し、下水処理場などの水処理施設において用いられる技術に係るものである。

従来、この種の好気嫌気兼用反応槽としては、例えば図１１に示すものがある。これは、槽８１内の底部に複数の散気装置８２〜８４が設置され、槽８１内の上部に攪拌装置８５が設けられたものである。攪拌装置８５は、攪拌翼８６と、攪拌翼８６を回転させる駆動装置８７とを有している。

また、中央の散気装置８２は攪拌翼８６の真下に位置し、残りの散気装置８３、８４は中央の散気装置８２の両側方に位置している。
この好気嫌気兼用反応槽は、例えば、冬季においては、図１１に示すように、攪拌装置８５を停止するとともに各散気装置８２〜８４を作動させる好気運転を行う。これにより、各散気装置８２〜８４から被処理水８８中に多数の気泡が放出されて上昇し、槽８１内の被処理水８８に、上昇流９０と、上昇流９０が水面付近で反転して下降する下降流９１とが形成される。

また、夏季においては、図１２に示すように、攪拌装置８５を作動させるとともに各散気装置８２〜８４を停止することにより、攪拌翼８６の回転により攪拌翼８６の真下に下降流９１が発生する。

このような好気嫌気兼用反応槽の先行技術文献には、例えば特許文献１がある。

特開２０１３−２７８１０

しかしながら上記の従来の構成では、下降流９１が攪拌翼８６の真下に位置する散気装置８２に当るため、槽８１内の底部（槽８１の底面と散気装置８３、８４との間の部分）の流れ９２の速度（以下、底部流速と言う）が低下し、槽８１内の汚泥が流れから分離して底部に沈降し、汚泥が槽８１内に拡散された状態を保てず、汚泥処理の効率が低下するといった問題がある。

本発明は、槽内の全領域にわたって旋回流を行き渡らせ、汚泥が槽内に部分的に沈降堆積するのを防止することができる好気嫌気兼用反応槽およびその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の好気嫌気兼用反応槽の運転方法は、好気運転と嫌気運転とを交互に繰り返し、好気運転では、槽内底部に位置する散気装置から散気してエアリフトにより生じる被処理液の上向流で槽内を攪拌混合し、嫌気運転では、槽内上部に位置する上向流発生装置により被処理液の上向流を発生させ、被処理液が、散気装置と槽壁内側面との間、および散気装置と槽底面との間に形成した流通路を流れ、散気装置の複数の散気部間に形成した通液部を通過して上方へ流れることを特徴とする。

上記構成において、被処理液の流れは、上向流発生装置が作り出す上向流と、この上向流が槽内液面で反転し、その後に槽内液面に沿って周囲の槽壁まで流れ拡がる拡散流と、槽壁内側面に沿って流れ、散気装置と槽壁内側面との間から流通路に流れ込む下降流と、散気装置と槽底面との間の流通路を流れ、散気装置の複数の散気部間に形成した通液部を通過して上方へ流れ出て上向流に収束する槽底流の各成分流からなる。

上向流は槽内の汚泥を槽内液面にまで押し上げ、槽内液面上に浮上した汚泥を含む被処理液が拡散流となって槽壁にまで広がることで、槽内における汚泥の拡散が促進される。散気装置と槽底面との間の流通路を流れる槽底流は、槽底部の汚泥を浚って、散気装置の複数の散気部間に形成した通液部を通過して上方へ流れ出て上向流に収束するので、汚泥が槽内に部分的に沈降堆積するのを防止することができる。

本発明の好気嫌気兼用反応槽の運転方法において、嫌気運転では、機械的攪拌機からなる上向流発生装置により被処理液の上向流を発生させ、上向流に起因して槽内に生じる旋回流で槽内を攪拌混合することを特徴とする。

上記構成において、機械的攪拌機は任意の流速の上向流を生じさせることができるので、底部流速を加減調整して汚泥が沈降しない槽底流を実現することができる。
本発明の好気嫌気兼用反応槽の運転方法において、槽内の被処理液中の溶存酸素量を測定し、溶存酸素量の測定値が下限設定値以下になったときに、上向流発生装置を停止させるとともに、散気装置を作動させて好気運転を行い、溶存酸素量の測定値が上限設定値以上になったときに、散気装置を停止させるとともに、上向流発生装置を作動させて嫌気運転を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、過剰な散気が抑制され、過曝気によるバルキングを予防することができる。
本発明の好気嫌気兼用反応槽は、槽内上部に位置して被処理液の上向流を発生させる上向流発生装置と、槽内底部に位置して被処理液に散気する散気装置と、散気装置と槽底面との間、および散気装置と槽壁内側面との間に形成した流通路を備え、散気装置は複数の散気部を有し、散気部間に被処理液が上方へ通過可能な通液部を有することを特徴とする。

上記構成の好気嫌気兼用反応槽は、好気運転時に、槽内底部に位置する散気装置から散気してエアリフトにより被処理液の上向流を生じさせて槽内を攪拌混合することが可能である。また、嫌気運転時に、槽内上部に位置する上向流発生装置により被処理液の上向流を発生させて、上向流に起因して槽内に生じる旋回流により槽内を攪拌混合することが可能である。

本発明の好気嫌気兼用反応槽において、各散気部は、メンブレン式散気装置からなり、上向流発生装置が機械的攪拌機からなることを特徴とする。
本発明の好気嫌気兼用反応槽において、流通路は、槽底面から散気装置までの上下方向の距離が２００ｍｍ以上に設定され、槽壁内側面から散気装置までの水平方向の距離が２００ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、下降流は槽壁内側面と散気装置との間を通過する際に散気装置に阻害されることなく、スムーズに流通路へ流れ込むことができる。また、槽底面に沿って流れる槽底流は、散気装置に阻害されることなく、槽底部の汚泥を浚って連行する底部流速を維持して流れることが可能となる。

本発明の好気嫌気兼用反応槽において、上向流発生装置の直下領域において通液部が占める水平面内の面積占有率は、直下領域外の他の領域のものよりも大きく設定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、槽底流は上向流発生装置の直下領域に収束し易くなり、旋回流がスムーズに形成され、攪拌効率が向上する。

以上のように本発明によると、槽底流が槽底部の汚泥を浚って連行する底部流速を維持して流れるので、汚泥が槽内の底部に沈降するのを防止することができるため、汚泥処理の効率が向上する。

本発明の第１の実施の形態における好気嫌気兼用反応槽を備えた生物処理槽の図である。 同、好気嫌気兼用反応槽の水平断面図である。 同、好気嫌気兼用反応槽の一部切欠き斜視図である。 図２におけるＸ−Ｘ矢視図であり、好気運転時を示す。 同、好気嫌気兼用反応槽の嫌気運転時における断面図である。 同、好気嫌気兼用反応槽の散気装置の斜視図である。 同、好気嫌気兼用反応槽の散気装置の一部拡大断面図であり、（ａ）は散気停止状態、（ｂ）は散気状態を示す。 同、好気嫌気兼用反応槽の制御系のブロック図である。 本発明の第２の実施の形態における好気嫌気兼用反応槽の運転方法を説明するタイムチャートである。 本発明の第３の実施の形態における好気嫌気兼用反応槽の運転方法を説明するタイムチャートである。 従来の好気嫌気兼用反応槽の断面図であり、好気運転時を示す。 同、好気嫌気兼用反応槽の断面図であり、嫌気運転時を示す。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すように、１は下水処理施設において有機性の原水２（被処理液の一例）を生物処理する生物反応槽である。生物処理槽１は、上流側から下流側に向って、嫌気槽５と好気嫌気兼用反応槽６と第１および第２好気槽７、８とを有している。

嫌気槽５は、槽内の原水２を攪拌する攪拌装置１１を有している。また、第１および第２好気槽７、８は、それぞれの槽内底部に、散気装置１２、１３を有している。
好気嫌気兼用反応槽６は、図２から図５に示すように、平面視において長方形状の槽本体２０と、槽内の原水２を押し上げて上向流１５を発生させる上向流発生装置をなす攪拌装置２１と、槽内底部に設置されて原水２に散気を行う散気装置２２とを有している。槽本体２０の長辺方向を長さ方向Ｌとし、短辺方向を幅方向Ｗとすると、槽本体２０は、長さ方向Ｌにおいて対向する一対の槽壁２３と、幅方向Ｗにおいて対向する一対の槽壁２４と、底壁２５と、天井壁２６とを有している。

攪拌装置２１は、天井壁２６から回転軸２９を介して垂下された攪拌翼３０と、攪拌翼３０を回転させる駆動装置３１とを有しており、ここでは攪拌装置２１が低動力型の機械的攪拌機からなり、３Ｗ／ｍ^３以下の省エネタイプである。図４に示すように、攪拌翼３０は槽本体２０内の幅方向Ｗにおける中央部に配置されている。

散気装置２２は、複数の散気部２２ａを有しており、散気部２２ａの間に被処理液が上方へ通過可能な通液部２２ｂを有する。本実施例では、散気部２２ａは幅方向Ｗにおいて３台（複数台）ずつ配置し、長さ方向Ｌにおいて２台（複数台）ずつ配置しており、散気部２２ａには複数台のメンブレン式散気装置を設けている。攪拌装置２１の直下領域において通液部２２ｂが占める水平面内の面積占有率は、直下領域外の他の領域のものよりも大きく設定されている。

図６に示すように、各散気装置２２は、ベースプレート３４の上面に散気膜３５を装着し、所定位置に給気口３６を設けたものであり、給気口３６がベースプレート３４と散気膜３５との間に連通している。散気膜３５は合成樹脂膜または合成ゴム膜等の膨縮自在な弾性膜に多数の開閉自在で小さな散気孔３７を設けたものであり、散気膜３５の周囲を固定部３８によってベースプレート３４に固定した構造をなす。

尚、給気口３６には、各散気装置２２に空気を供給する給気管（図示省略）が接続され、給気管には開閉自在な給気弁３９（図８参照）が設けられている。給気弁３９は自動弁又は制御弁であり、給気弁３９を開くことにより散気装置２２が作動し、給気弁３９を閉じることにより散気装置２２が停止する。

散気装置２２が停止しているときは、図７（ａ）に示すように、散気膜３５が水圧を受けてベースプレート３４の上面に当接し、この際、散気孔３７は閉じた状態となる。散気装置２２が作動しているときは、圧縮空気が給気口３６からベースプレート３４と散気膜３５との間に供給され、図７（ｂ）に示すように、圧縮空気の圧力を受けて散気膜３５がベースプレート３４の上面から離間して膨らみ、散気孔３７が開いた状態となり、散気孔３７を通して原水２中へ気泡の放出が行なわれる。

図２〜図４に示すように、これらの散気装置２２は、槽本体２０の底壁２５に設置された支持フレーム４０に両端部を支持されて、槽本体２０内の底部に設けられている。
図４に示すように、散気装置２２と槽本体２０内の槽底面との間には流通路４１が形成され、散気装置２２と槽壁２４の内側面との間には流通路４２が形成されている。尚、槽本体２０内の底面から散気装置２２までの上下方向の距離Ｄが２００ｍｍ以上に設定されている。また、槽壁２４の内側面から散気装置２２までの水平方向の距離Ｅが２００ｍｍ以上に設定されている。

また、図８に示すように、好気嫌気兼用反応槽６には、駆動装置３１を制御して攪拌装置２１の作動および停止を制御するとともに、給気弁３９を制御して散気装置２２の作動および停止等を制御する制御装置４４が設けられている。

以下、上記構成における作用を説明する。
図１に示すように、原水２は、先ず嫌気槽５に供給され、上流側の嫌気槽５から順次、下流側の好気嫌気兼用反応槽６、第１好気槽７、第２好気槽８に流れながら、各槽５〜８内で生物処理され、その後、最下流側の第２好気槽８から処理水４６として排出される。この際、嫌気槽５内の原水２は攪拌装置１１で攪拌され、第１および第２好気槽７、８内の原水２はそれぞれ散気装置１２、１３により散気される。

また、好気嫌気兼用反応槽６は、冬季において以下のような好気運転を行い、夏季において以下のような嫌気運転を行う。
好気運転時には、図４に示すように、攪拌装置２１を停止するとともに各散気装置２２を作動させる。これにより、圧縮空気が給気口３６からベースプレート３４と散気膜３５との間に供給され、図７（ｂ）に示すように、散気膜３５が圧縮空気の圧力を受けてベースプレート３４の上面から離間して膨張し、散気孔３７が開いて、多数の気泡が散気孔３７から原水２中に放出されて上昇する。

これにより、図４に示すように、槽内に上昇流１６が発生し、上昇流１６は水面付近で反転して下降流１５となり、原水２が槽内を回流して攪拌される。
また、嫌気運転時には、図５に示すように、攪拌装置２１を作動させるとともに各散気装置２２を停止する。これにより、攪拌装置２１の攪拌翼３０が回転し、上向流１５が発生し、上向流１５に起因して槽内に生じる旋回流で槽内を攪拌混合する。

この旋回流は、攪拌装置２１が作り出す上向流１５と、この上向流１５が槽内液面で反転し、その後に槽内液面に沿って周囲の槽壁まで流れ拡がる拡散流１７と、槽壁内側面に沿って流れ、散気装置２２と槽壁内側面との間から流通路４２に流れ込む下降流１６と、散気装置２２と槽底面との間の流通路４１を流れ、散気装置２２の複数の散気部２２ａの間に形成した通液部２２ｂを通過して上方へ流れ出て上向流１５に収束する槽底流Ｆの各成分流からなる。

この嫌気運転では、上向流１５が槽内の汚泥を槽内液面にまで押し上げ、槽内液面上に浮上した汚泥を含む被処理液が拡散流１７となって槽壁にまで広がることで、槽内における汚泥の拡散が促進される。散気装置２２と槽底面との間の流通路４１を流れる槽底流Ｆが槽底部の汚泥を浚って、散気装置２２の複数の散気部２２ａの間に形成した通液部２２ｂを通過して上方へ流れ出て上向流に収束するので、汚泥が槽内に部分的に沈降堆積するのを防止することができる。攪拌装置２１の直下領域において通液部２２ｂが占める水平面内の面積占有率が直下領域外の他の領域のものよりも大きく設定されているので、槽底流Ｆは攪拌装置２１の直下領域に収束し易くなり、旋回流がスムーズに形成され、攪拌効率が向上する。

尚、上記のように、反応速度の速い夏季において、好気嫌気兼用反応槽６を嫌気運転することにより、第１および第２好気槽７、８において硝化を行い、嫌気槽５と好気嫌気兼用反応槽６において脱窒を行うことができる。また、反応速度の遅い冬季において、好気嫌気兼用反応槽６を好気運転することにより、好気嫌気兼用反応槽６と第１および第２好気槽７、８とにおいて硝化を行い、嫌気槽５において脱窒を行うことができる。

尚、図５に示すように、嫌気運転時に各散気装置２２を停止した際、図７（ａ）に示すように、散気膜３５が水圧を受けて収縮しベースプレート３４の上面に当接し、散気孔３７が閉じるため、散気装置２２の上に異物が落ちてきても散気孔３７に入ることはなく、また好気運転に切換えて各散気装置２２を運転させた際には散気膜３５が膨らんで異物を除去し、散気孔３７の目詰まりを防止することができる。

また、図４に示すように、距離Ｄを２００ｍｍ以上に設定し、距離Ｅを２００ｍｍ以上に設定しているので、下降流１６は槽壁内側面と散気装置２２の間を通過する際に散気装置２２に阻害されることなく、スムーズに流通路４２へ流れ込むことができ、槽底面に沿って流れる槽底流Ｆは、散気装置２２に阻害されることなく、槽底部の汚泥を浚って連行する底部流速を維持して流れる。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、好気嫌気兼用反応槽６の好気運転と嫌気運転とを冬季と夏季とで切換えているが、第２の実施の形態では、図８に示すように、制御装置４４にタイマー５０を設け、所定の時間帯において、好気運転と嫌気運転とを交互に繰り返して行ってもよい。

例えば、図９に示すように、午前７時から翌日の午前３時までの時間帯に好気運転を行い、午前３時から午前７時までの時間帯に嫌気運転を行うことを繰り返してもよい。
尚、上記第２の実施の形態において記載した各時刻は一例であって、これらの時刻に限定されるものではない。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、図１０に示すように、午前７時から午後７時（１９時）までの昼間の時間帯に好気運転を行い、午後７時から翌日の午前７時までの夜間の時間帯に、好気嫌気交互運転を行う。尚、好気嫌気交互運転は、例えば、嫌気運転を１０分間行った後、好気運転を５分間行うことを交互に繰り返す。

これにより、好気嫌気兼用反応槽６内に流入する原水２の流入量が減少する夜間の時間帯において、好気運転と嫌気運転とを交互に繰り返すことにより、過剰な散気が抑制され、過曝気によるバルキングを予防することができる。

尚、上記第３の実施の形態において記載した各時刻および時間は一例であって、これらの時刻および時間に限定されるものではない。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、図１、図８に示すように、好気嫌気兼用反応槽６の下流側となる生物処理槽１の末端の第２好気槽８にＤＯ計５３が設けられ、ＤＯ計５３によって第２好気槽８内の原水２のＤＯ（溶存酸素）を測定し、測定されたＤＯ値に基づいて、好気嫌気兼用反応槽６における好気運転と嫌気運転とを切換える。

具体的には、ＤＯ計５３によって測定されるＤＯ値が例えば０．５ｍｇ／Ｌ（下限設定値の一例）以下に低下すれば、好気嫌気兼用反応槽６を嫌気運転から好気運転に切換える。これにより、好気嫌気兼用反応槽６の攪拌装置２１が停止するとともに散気装置２２が作動して散気が行われるため、好気嫌気兼用反応槽６内の原水２のＤＯが増加し、これに伴ってＤＯ計５３によって測定されるＤＯ値が上昇する。

そして、ＤＯ計５３によって測定されるＤＯ値が例えば２ｍｇ／Ｌ（上限設定値の一例）以上に上昇すると、好気嫌気兼用反応槽６を好気運転から嫌気運転に切換える。これにより、好気嫌気兼用反応槽６の攪拌装置２１が作動するとともに散気装置２２からの散気が停止され、好気嫌気兼用反応槽６内の原水２のＤＯが減少し、これに伴ってＤＯ計５３によって測定されるＤＯ値が下降する。

そして、ＤＯ計５３によって測定されるＤＯ値が例えば０．５ｍｇ／Ｌ以下に低下すると、好気嫌気兼用反応槽６を嫌気運転から好気運転に切換えることを繰り返す。これにより、過剰な散気が抑制され、過曝気によるバルキングを予防することができる。

尚、上記第４の実施の形態において記載した各ＤＯの数値は一例であって、これらの数値に限定されるものではない。
上記各実施の形態では、図２に示すように、好気嫌気兼用反応槽６の槽本体２０を、平面視において長方形状にしているが、長方形状に限定されるものではなく、例えば正方形状であってもよい。

２ 原水（被処理液）
６ 好気嫌気兼用反応槽
１５ 上向流
１６ 下降流
１７ 拡散流
２１ 攪拌装置
２２ 散気装置
２４ 槽壁
３５ 散気膜
３７ 散気孔
４１、４２ 流通路
Ｄ、Ｅ 距離

Claims (7)

1. 好気運転と嫌気運転とを交互に繰り返し、
   好気運転では、槽内底部に位置する散気装置から散気してエアリフトにより生じる被処理液の上向流で槽内を攪拌混合し、
   嫌気運転では、槽内上部に位置する上向流発生装置により被処理液の上向流を発生させ、
   被処理液が、散気装置と槽壁内側面との間、および散気装置と槽底面との間に形成した流通路を流れ、散気装置の複数の散気部間に形成した通液部を通過して上方へ流れることを特徴とする好気嫌気兼用反応槽の運転方法。
2. 嫌気運転では、機械的攪拌機からなる上向流発生装置により被処理液の上向流を発生させ、上向流に起因して槽内に生じる旋回流で槽内を攪拌混合することを特徴とする好気嫌気兼用反応槽の運転方法。
3. 槽内の被処理液中の溶存酸素量を測定し、溶存酸素量の測定値が下限設定値以下になったときに、上向流発生装置を停止させるとともに、散気装置を作動させて好気運転を行い、溶存酸素量の測定値が上限設定値以上になったときに、散気装置を停止させるとともに、上向流発生装置を作動させて嫌気運転を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の好気嫌気兼用反応槽の運転方法。
4. 槽内上部に位置して被処理液の上向流を発生させる上向流発生装置と、槽内底部に位置して被処理液に散気する散気装置と、散気装置と槽底面との間、および散気装置と槽壁内側面との間に形成した流通路を備え、散気装置は複数の散気部を有し、散気部間に被処理液が上方へ通過可能な通液部を有することを特徴とする好気嫌気兼用反応槽。
5. 各散気部は、メンブレン式散気装置からなり、上向流発生装置が機械的攪拌機からなることを特徴とする請求項１記載の好気嫌気兼用反応槽。
6. 流通路は、槽底面から散気装置までの上下方向の距離が２００ｍｍ以上に設定され、
   槽壁内側面から散気装置までの水平方向の距離が２００ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の好気嫌気兼用反応槽。
7. 上向流発生装置の直下領域において通液部が占める水平面内の面積占有率は、直下領域外の他の領域のものよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載の好気嫌気兼用反応槽。

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