JP2588712B2 - 廃水処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、流動床式の廃水処理装置に係り、特に大
量の廃水をも浄化処理できる廃水処理装置に関する。

「従来技術とその問題点」 従来より、廃水処理装置としては、微生物担体が懸濁
せしめられた廃水を曝気することにより循環流動化す
る、いわゆる流動床式のものが多用されている。

第５図は、このような廃水処理装置の一例を示すもの
で、図中符号１は略有底円筒状の処理槽である。この処
理槽１は、その内部中央にドラフトチューブ２が立設さ
れ、上部に越流堰３が設けられ、この越流堰３と上記ド
ラフトチューブ２との間に固液分離円塔４が設けられて
なるものである。また、この処理槽１の底部は、逆錐状
となっており、その底部中央にはドラフトチューブ２の
下方に電動ブロア５につながる散気装置６が配設されて
いる。

そして、処理槽１内では、廃水に散気装置６から例え
ば空気が吹き込まれ、この空気の上昇作用により第５図
中矢印方向に廃水が循環流動し、この廃水の流動に伴っ
て微生物担体も流動し、その流動中に微生物担体に担持
された微生物および上記空気中から液中に溶解した酸素
により廃水が浄化される。

このような廃水処理装置は、処理槽１内の保持微生物
量が多く、かつ担体の比表面積が極めて大きいことか
ら、曝気することで廃水と微生物担体との接触機会が増
え、微生物による廃水中の有機物分解が進行し、処理槽
１の内容積がたとえ小さくても処理槽１の容積当たりの
廃水処理能力が高く、高負荷がとれるなどの利点を有す
るものである。

ところで、近年、産業の発展に伴い、産業廃水の量が
増加する傾向にあり、大量の廃水を効率良く処理する必
要がある。このような立場から、例えば上記の処理槽１
を用いて大量の廃水を処理しようとすると、次のような
問題がある。

〔１〕すなわち、上記の処理槽１をそのまま相似的に大
型化しようとすると、処理槽の底部を少なくとも50゜以
上に切り上げる必要があり、そのため処理槽１の底部が
細長くなり、処理槽１全体の高さが大きくなるが、その
割には処理槽の内容量が小さく、必要な容量を得るため
には莫大な建設費用がかかる欠点がある。

〔２〕微生物担体の流動化を容易にするため、散気装置
６からの曝気ガスの吹込強度（以下、曝気強度）を高め
て微生物担体の流動化を促すと、微生物担体からこの微
生物担体に担持されている微生物が脱離し、廃水処理に
有効に寄与する微生物担体量が減少し、廃水処理の効率
が低下したり、微生物担体そのものが摩損、流出したり
するなどの問題も生じる。

したがって、上記の処理槽１では、大量の廃水を処理
効率良く処理できるように大型化することが困難であっ
た。

「問題点を解決するための手段」 そこで、この発明の廃水処理装置は、処理槽の底部全
域に逆錐状の凹部を複数個互いに隣接するように形成
し、これら凹部内にそれぞれ散気装置を配設することに
より、処理槽の底部での微生物担体の堆積を防いて微生
物担体を常時流動化させるようにし、さらに、処理槽の
複数の散気装置の上方にそれぞれドラフトチューブを立
設し、上記処理槽に、各凹部内の傾斜面の近傍に検出端
を有しかつ廃水中における微生物担体の流動状態を把握
する流動センサとこの流動センサにより検出されたデー
タに基づいて上記散気装置からの曝気ガス量を制御する
制御装置からなる流動制御機構を設けたものとしたこと
により、廃水中における微生物担体の流動化を自動制御
するようにして上記の問題点の解決を図った。

特に、本発明の廃水処理装置は、その流動制御機構
を、一つの流動センサと、複数の散気装置からの曝気ガ
ス量を制御する一つの制御装置から構成したことによ
り、廃水中における微生物担体の流動化を集中的に自動
制御するようにした。また、流動制御機構を、複数の流
動センサと、複数の散気装置からの曝気ガス量を制御す
る一つの制御装置から構成したことにより、廃水中の微
生物担体の流動状態をより細かく測定するようにし、微
生物担体の流動化を精密に自動制御するようにした。さ
らに、制御装置に、複数の散気装置からの曝気ガス量の
総量を一定とするとともに、この曝気総量の範囲内で各
散気装置からの曝気ガス量を流動センサによる検出デー
タに応じて分配調整する機能を具備させるようにしたこ
とにより、曝気ガスを廃水中に吹き込むのに要するエネ
ルギーの節約を図るようにした。またさらに、制御装置
に、複数の流動センサによる検出データの複数の検出信
号の合計に基づいて複数の散気装置からの曝気ガス量の
総量を可変する機能を具備させるようにしたことによ
り、処理槽内に過不足のない曝気ガスを常時供給するよ
うにし、廃水中における微生物担体の偏りのない循環流
動化を達成するようにした。

「作用」 本発明によれば、処理槽の底部全域に配設された複数
の散気装置から曝気することにより、逆錐状の凹部内に
沈降する微生物担体を速やかにそれぞれの凹部の上方ま
たは凹部の傾斜面に沿う方向に吹き上げ、再び流動化さ
せる。したがって、廃水中の微生物担体を常時流動化
し、ほとんどの微生物担体を廃水処理に有効に寄与させ
ることができるので、通常の曝気強度で大量の廃水を処
理できる。

また、本発明によれば、流動制御機構の流動センサに
より廃水中における微生物担体の流動状態を把握しかつ
この把握したデータに基づいて制御装置により散気装置
からの曝気ガス量を制御することにより、微生物担体の
流動化を自動制御する。さらにまた、処理槽内の散気装
置上方に立設されたドラフトチューブにより、散気装置
により流動化される廃水および微生物担体がドラフトチ
ューブ内を効率的に巻き上げられ、廃水および微生物担
体の循環流動化が一層促進される。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明を詳しく説明する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すもの
で、図中符号10は廃水処理装置である。この廃水処理装
置10は、比較的大型の処理槽11と複数の散気装置12と、
流動制御機構18（第３図参照、その詳細は後述する）と
により概略構成されている。

処理槽11は、その横断面が第２図に示すように略矩形
状のもので、このものの底部には、その底部全域に複数
（この例では長辺方向に並んだ４個が短辺方向に３列配
列されて、計12個）のホッパ部（逆錐状の凹部）13…が
形成されている。このホッパ部13は、その横断面が矩形
の逆角錐状のへこみで、これらホッパ部13…は各ホッパ
部13…間に水平部分が形成されないように、互いにその
上部開口の周縁部分において隣接している。そして、こ
のホッパ部13内側の傾斜面の傾斜角（俯角）は、廃水中
の微生物担体が傾斜面上に堆積せず、速やかに滑り落ち
易いこと、後述の散気装置12から曝気することで微生物
担体を容易に吹き上げられることなどを考慮して決めら
れ、具体的には55〜65゜程度の範囲内で定められる。傾
斜角が55゜未満では、ホッパ部13の傾斜面に堆積する微
生物担体の堆積速度が速く、散気装置12の曝気ガスによ
る微生物担体の除去が間に合わず、ホッパ部13の内部に
微生物担体の堆積層が形成されてしまい、廃水に有効に
関与しない微生物担体量が増加し、廃水処理の効率が低
下する不都合が生じる。また、65゜を越えると、ホッパ
部13が深くなり、一つの散気装置12が分担する処理槽11
内の面積が小さくなり、処理槽11全体をカバーするため
には多数個の散気装置12…が必要になり、不経済とな
る。

そして、これらホッパ部13…内の底部には、それぞれ
散気装置12…が配設され、これら散気装置12…は、それ
ぞれ電磁弁14…を介して一つの電動ブロア15に接続され
ている。上記の散気装置12のガス噴出口のホッパ部13底
部からの高さ位置は、散気装置12の曝気強度、微生物担
体の種類およびその大きさなどの諸条件などを勘案した
上、特に微生物担体の堆積速度と散気装置12の曝気強度
との関係を考慮して決められる。

また、処理槽11内の上部には、廃水から微生物担体な
どの固形分を分離除去する角筒状の固液分離部16が設け
られ、処理槽11の上部開口の内壁には、処理された廃水
（処理水）を処理槽11の外部に排水するための樋状の越
流堰17が設けられている。さらに、上記の処理槽11内に
は、複数の散気装置12…の上方にそれぞれ対応するドラ
フトチューブ21…が設けられている。

次に、このような構成からなる廃水処理装置10を用い
た廃水処理方法の概要を説明する。まず、廃水（原水）
は、図示しないポンプ等により処理槽11の上部開口から
微生物担体が所定量充填された処理槽11内に供給され
る。ここで、微生物担体としては、砂、アンスラサイ
ト、活性炭、微生物包括体などの浸液見掛け比重（湿潤
時の見掛け比重）が１より大きい担体が挙げられ、この
微生物担体の表面には、微生物が付着あるいは包蔵され
ている。

次に、上記の廃水は、複数の散気装置12…から曝気ガ
スが吹き込まれ、このガスの上昇作用により第１図中矢
印方向に循環流動せしめられる。ここで、曝気ガスとし
ては、好気的な廃水処理の場合、空気あるいは酸素富化
ガスなどが用いられ、また脱窒、各種の酸発酵、メタン
発酵等のいわゆる嫌気的な廃水処理の場合、処理槽11の
上部に覆蓋をし、処理槽11上部の嫌気性ガスが用いられ
る。上記の廃水の循環流動に伴って、廃水中の微生物担
体も同様に循環流動せしめられて廃水との接触機会が増
やされ、これによって廃水の浄化が行なわれる。

このような曝気処理中において、処理槽11内の廃水中
を沈降する微生物担体は全て複数のホッパ部13…内の傾
斜面上に堆積しようとするが、この堆積層が厚くならな
いうちに微生物担体は、散気装置12…からの曝気ガスに
より速やかにホッパ部13…の上方およびホッパ部13…の
各傾斜面に沿う方向に吹き上げられ、再び流動化させら
れる。したがって、廃水中の微生物担体を常時流動化さ
せることができ、ほとんどの微生物担体を廃水処理に有
効に寄与させることができる。

次いで、このようにして処理された廃水は、処理槽11
内の固液分離部16で微生物担体が分離除去されたのち、
越流堰17を越えて処理水として処理槽11の外部に排出さ
れる。

このような廃水処理装置10にあっては、処理槽11の底
部全域にホッパ部13…が形成され、これらホッパ部13…
の内部にそれぞれ散気装置12…が配設されたものである
ので、複数の散気装置12…によりホッパ部13内に沈降す
る微生物担体を速やかにホッパ部13…の上方およびホッ
パ部13…内の傾斜面に沿う方向に吹き上げ、再流動化さ
せることができるものとなる。したがって、この装置10
によれば、廃水中の微生物担体を常時流動化し、ほとん
どの微生物担体を廃水処理に有効に寄与させることがで
きるので、効率良く廃水処理ができ、よって大量の廃水
をも高い処理効率で浄化処理できる。

上記の実施例では、ホッパ部13…の横断面を矩形状と
したが、これ以外にも例えば三角形、五角形以上の多角
形、あるいはこれら２種以上組み合わせたものなど複数
のホッパ部13…が互いに隣接し連続して形成できる形状
であれば、どのようなものでもよい。

ところで、本実施例の廃水処理装置10には散気装置12
…の作動を制御するための流動制御機構18が備えられて
おり、以下、その流動制御機構18の詳細について第３図
を参照して説明する。

流動制御機構18は、この例において複数の流動センサ
19…と一つの制御装置20からなるものである。

流動センサ19…は、それぞれの検出端が処理槽11の底
部に形成された複数のホッパ部13…内の傾斜面近傍に近
接するように垂下された状態で設けられている。この流
動センサ19としては、処理槽11の底部に堆積した微生物
担体の堆積層の厚さ、すなわち堆積層の界面の位置を光
学的に検知するフォトカプラが感度の点で最も好適に用
いられるが、この他にも例えば廃水中のMLSS分を検出す
るMLSS計、廃水中の処理槽11の底部近傍における微生物
担体密度を検出する密度計、微生物担体の流動速度を例
えばドップラ効果等により測定する流速計なども用いら
れる。

また、これら複数の流動センサ19…は、一つの制御装
置20に電気的に接続されており、この制御装置20は、複
数の電磁弁14…を介してそれぞれ複数の散気装置12…に
電気的に接続されている。

上記の制御装置20は、複数の流動センサ19…の検出端
においてそれぞれ検出されたデータを解析し、これらの
解析データに基づいて処理槽11内の廃水中における微生
物担体の流動状態を把握し、その流動状況に応じた曝気
ガス量を複数の散気装置12…を通じて処理槽11内に供給
できるように電磁弁14…の弁開度を制御するものであ
る。そして、この制御装置20は、例えば全散気装置12…
からの曝気ガス総量を一定とした場合、この曝気ガス総
量の範囲内で各散気装置12…からの曝気ガス量を各流動
センサ19…からの検出データに応じて調整できるので、
曝気ガス量を多くすべきところには多くし、曝気ガス量
が少なくてすむところには少なくして曝気ガスを効率良
く分配して、無駄を省き、省エネルギー化を図ることが
できるものである。また、この制御装置20は、全散気装
置12…からの曝気ガス総量が不足した場合、各流動セン
サ19…からの各検出データの出力信号の合計に基づいて
曝気ガス総量を可変できるので、処理槽11内の廃水中に
おいて微生物担体が偏ることなく流動でき、微生物担体
の循環流動を均一化できるものである。

このような制御装置20と複数の流動センサ19…からな
る流動制御機構18により、廃水中における微生物担体の
流動状態が常時監視され、必要に応じて制御されるよう
になっている。また、この流動制御機構18を例えばグル
ープ化した複数の散気装置12…に一つの流動センサ19を
割り当て、この流動センサ19から得られたデータを一つ
の制御装置20で解析し、この解析データに基づいて複数
の散気装置12…からの各曝気ガス量を調整するようにし
た構成であってもよい。この場合には、流動センサ19の
設置数が少なくてすむことから設備費用等の節約が可能
となる。

上記のように構成されている流動制御機構18の作用に
ついて説明する。

すなわち、この処理槽11内における廃水処理では、常
に流動制御機構18の複数の流動センサ19…により処理槽
11底部の各ホッパ部13…の傾斜面上に堆積する微生物担
体の堆積層の厚さがそれぞれ測定され、逐次これらの測
定データの出力信号が制御装置20に送られる。この制御
装置20では、上記の出力信号から処理槽11内の各所の堆
積層の崩壊に要する曝気ガス量がそれぞれ算出され、こ
れら算出された曝気ガス量に基づいて複数の電磁弁14…
の弁開度が調整される。

ここで、制御装置20による曝気ガスの調整方法として
は、前述したように例えば全散気装置12…からの曝気ガ
ス総量を一定とし、この堆積層の厚い箇所では曝気ガス
量を多くし、堆積層の薄い箇所では曝気ガス量を少なく
する。また、上記の曝気ガス総量に過不足が生じた場合
には、複数の流動センサ19…からの検出信号の合計に基
づいて複数の散気装置12…からの曝気ガス総量を可変す
るように、制御装置20により速やかに複数の電磁弁14…
の弁開度を制御し、各曝気ガス量を調整する。このよう
にして調整された曝気ガスを、複数の散気装置12…から
処理槽11内に吹き込むことによって、速やかに上記の堆
積層を崩壊するかあるいはその堆積層の厚さを減少させ
る。そして、堆積層をなしていた微生物担体は、上記の
曝気ガスによりホッパ部13…の直上のドラフトチューブ
21内に効率的に巻き上げられる。この結果、処理槽11内
の微生物担体は、常に廃水と共に循環流動することにな
り、よって廃水処理に有効に寄与する微生物担体量を維
持でき、廃水の処理能力を高い水準で維持できる。

次に、このようにして処理された廃水は、処理槽11内
の固液分離部16で微生物担体が分離除去されたのち、越
流堰17を越えて処理水として処理槽11の外部に排出され
る。

この廃水処理装置10にあっては、流動制御機構18の各
流動センサ19…により各ホッパ部13…内の傾斜面上に沈
降する微生物担体の堆積状況が検出され、この検出デー
タに基づいて制御装置20により各ホッパ部13…内に必要
な曝気ガス量が各電磁弁14…をそれぞれ制御することで
適宜供給されるので、各ホッパ部13…、すなわち処理槽
11の底部に沈降する微生物担体の堆積層の厚さが調整さ
れ、ほとんどの微生物担体が廃水中を常に流動するよう
に制御される。したがって、常に微生物担体と廃水とが
共に循環流動することになるので、ほとんどの微生物担
体が廃水処理に有効に寄与し、処理廃水が大量であって
も小容積の装置と同様に廃水の処理効率を高い水準で維
持でき、よって通常の曝気強度で大量の廃水を処理すべ
く、処理槽を効率の高い状態で大型化できる。また、こ
の装置10では、処理槽11内の各散気装置12…の上方にそ
れぞれドラフトチューブ21…が立設されたものであるの
で、各散気装置12…からの曝気ガスにより吹き上げられ
た微生物担体をドラフトチューブ19内に効率的に巻き上
げることができ、微生物担体の流動化を促進させること
ができる。

〔実験例〕

上記実施例の廃水処理装置10を用いて行った実験につ
いて記す。まず、流動制御機構18を稼働させることなく
廃水処理を行った。廃水中に懸濁させる微生物担体とし
ては、比重2.2〜2.3で径0.4〜0.6mm（平均0.5mm）の珪
藻土を使用し、これを処理槽内の廃水に対して15V/V％
の添加率で添加した。そして、廃水処理中に処理槽内の
微生物担体の大半を廃水の循環流動に伴って十分に流動
化させることができた。そして、食堂廃水をBOD容積負
荷3.1kg・BOD/m³/日で連続処理したところ、処理前の廃
水のBOD濃度は、約230mg/であったが、この浄化処理
により得られた処理水のBOD濃度は約13mg/まで低下し
ており、そのBOD除去率は約94％であった。

次に、流動制御機構18を稼働させて廃水処理を行なっ
た。流動センサとしては、複数のフォトカプラを用い、
これらの検出端を検出箇所のホッパ部の傾斜面から2cm
離して設置した。

この廃水処理中において、処理槽底部の微生物担体の
堆積層の厚さを各フォトカプラで測定し、これらの測定
データを制御装置で解析し、これらの解析データに基づ
いて制御装置により各散気装置の電磁弁を制御して処理
槽内への曝気ガス量を調整した。この曝気ガス量の調整
に際し、上記の堆積層の厚さの基準を約2.5cmとし、こ
の基準値より上昇傾向にある検出箇所では、上記のフォ
トカプラと各散気装置の電磁弁を制御する制御装置から
なる流動制御機構により曝気ガス量を増やして堆積層の
厚さを減少させ、また上記の基準値を下回っていれば、
曝気ガス量を減らした。このようにすることで、第４図
のグラフに示したように、堆積層の厚さを自動制御で
き、微生物担体の循環流動化を図ることができるととも
に、曝気ガス量を節約でき、よって省エネルギー化をも
図ることができた。また、前例と同様の廃水処理にあた
りBOD容積負荷が4.0kg・BOD/m³/日まで増しても同様の
効果を上げることができる。

このような実験例から明らかなように、この廃水処理
装置を用いれば、廃水中の微生物担体を少ないエネルギ
ーで常に循環流動化させることができるので、廃水処理
に有効に寄与する微生物担体量を懸濁流動状態に維持で
き、よって廃水を効率良く浄化処理できることがわか
る。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の廃水処理装置にあっ
ては、処理槽の底部全域に逆錐状の凹部が複数個互いに
隣接するように形成され、これら凹部内にそれぞれ散気
装置が配設されたものであるので、逆錐状の凹部内に沈
降する微生物担体を速やかにそれぞれの凹部の上方およ
び凹部の傾斜面に沿う方向に吹き上げ、再び流動化させ
ることができる。したがって、廃水中の微生物担体を常
時流動化し、処理槽内のほとんどの微生物担体を廃水処
理に有効に寄与させることができるので、通常の曝気強
度であっても大量の廃水をも処理できる。

また、この発明の廃水処理装置は流動制御機構が設け
られたものであるので、流動制御機構の流動センサによ
り処理槽底部での微生物担体の流動状態を把握し、この
データに基づいて制御装置により複数の散気装置からの
曝気ガス量を自動的に制御することで、微生物担体の凹
部内への堆積を防ぎ、この堆積した微生物担体を速やか
に再流動化できる。また、この廃水処理装置では、各散
気装置の上方にそれぞれドラフトチューブが立設された
ものであるので、各散気装置により上方に吹き上げられ
た廃水および微生物担体を各ドラフトチューブ内に効率
的に巻き上げることができ、廃水および微生物担体の循
環流動化を一層促進させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の廃水処理装置の一実施例
を示すもので、第１図は要部縦断面図、第２図は平面
図、第３図は特に流動制御機構を示す縦断面図である。
第４図は本実施例の廃水処理装置における流動センサに
より処理槽の底部に堆積した微生物担体の堆積層の厚さ
を測定した例を示すグラフである。 第５図は、従来の廃水処理装置の一例を示す概略構成図
である。 10……廃水処理装置、11……処理槽、12……散気装置、
13……ホッパ部（逆錐状の凹部）、18……流動制御機
構、19……流動センサ、20……制御装置、21……ドラフ
トチューブ。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微生物担体が懸濁せしめられた廃水を保有
   する処理槽と、この処理槽の底部に配設された散気装置
   からなる流動床式の廃水処理装置において、上記処理槽
   の底部全域に逆錐状の凹部が複数個互いに隣接するよう
   に形成され、これら凹部内にそれぞれ散気装置が配設さ
   れ、これら散気装置の上方にそれぞれドラフトチューブ
   が立設され、上記処理槽には、上記各凹部内の傾斜面の
   近傍に検出端を有しかつ廃水中における微生物担体の流
   動状態を把握する流動センサとこの流動センサにより検
   出されたデータに基づいて上記散気装置からの曝気ガス
   量を制御する制御装置からなる流動制御機構が設けられ
   たことを特徴とする廃水処理装置。
2. 【請求項２】流動制御機構が一つの流動センサと、複数
   の散気装置からの曝気ガス量を制御する一つの制御装置
   から構成された特許請求の範囲第１項記載の廃水処理装
   置。
3. 【請求項３】流動制御機構が複数の流動センサと、複数
   の散気装置からの曝気ガス量を制御する一つの制御装置
   から構成された特許請求の範囲第１項記載の廃水処理装
   置。
4. 【請求項４】制御装置が、複数の散気装置からの曝気ガ
   ス量の総量を一定とするとともに、この曝気総量の範囲
   内で各散気装置からの曝気ガス量を流動センサによる検
   出データに応じて分配調整する特許請求の範囲第２項ま
   たは第３項記載の廃水処理装置。
5. 【請求項５】制御装置が、複数の流動センサによる検出
   データの複数の検出信号の合計に基づいて複数の散気装
   置からの曝気ガス量の総量を可変する特許請求の範囲第
   ３項記載の廃水処理装置。
6. 【請求項６】流動センサがフォトカプラである特許請求
   の範囲第４項または第５項記載の廃水処理装置。