JP2738436B2

JP2738436B2 - 廃水の浄化装置及び浄化方法

Info

Publication number: JP2738436B2
Application number: JP25360488A
Authority: JP
Inventors: ヨハネスヘーイネンヨセフ; アントニウスアドリアンスクフトスウィルヘルムス; ヤンズーテメイヤーロベルト
Original assignee: BAIOSEIN SHISUTEMUZU INTERN BV
Current assignee: BAIOSEIN SHISUTEMUZU INTERN BV
Priority date: 1987-10-08
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: AU600177B2; EP0311216A1; NZ226454A; ES2028997T3; DE3867409D1; IE61958B1; CA1331893C; FI884569A; NO884490D0; CN1032432A; KR890006526A; KR960013337B1; EP0311216B1; IE883042L; GR3003705T3; JPH01304098A; FI884569A0; AU2348188A; DK561388D0; DK561388A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、進歩した流動床処理方法及び流動床処理装
置を用いた嫌気性廃水浄化技術に関する。1970年代前半
以来、産業廃水の嫌気性処理がかなり重要視されてお
り、その結果、高バイオマス濃度をもつ改良形リアクタ
（反応槽）が開発されている。他の高速嫌気性リアクタ
（利用されている代表的なものとして、フィルタリアク
タ及びUASBリアクタがある）と比較して、流動床装置
（システム）には、浄化能力が大きいこと、リアクタに
詰まり（フィルタリアクタにおけるような詰まり）が生
じないこと、スラッジ保持の問題（UASB装置において粒
状スラッジが得られない場合のような問題）がないこ
と、及び所要設置体積及び面積が小さいこと等の重要な
潜在的長所がある。流動床装置では、液体の上向き速度
がかなり大きいため、詰まりを防止できることに加え
て、流入液（influent）とキャリヤに付着したバイオマ
スとの良好な接触を保証することができる。また、流動
床リアクタが垂直構造になっておりかつサイズが比較的
小さいので、悪臭の放散防止が可能な全体として閉構造
にすることができる。高価ではあるが、防錆剤の使用も
任意に行うことができる。

しかしながら、嫌気性流動床リアクタの欠点も知られ
ており、それは、バイオ層の成長と該バイオ層のその後
の管理に関するものである。リアクタの底部には、地肌
が剥き出しになったキャリヤの粒子のみが存在すること
がよくあり、このことは、リアクタの一部が浄化活動を
していないことを意味するものである。作動上の問題と
しては、例えば、地肌が剥き出しになったキャリヤ粒子
を用いて始動する場合に、比較的長期の始動時間（立ち
上がり時間）が必要とされ、キャリヤ粒子が成長するの
に約２〜４か月の期間が必要になることである。

例えば、適当なバイオマスで接種後のフルスケール状
態（実物大装置）下でのメタン生産フェーズにおいて
は、成長フェーズに４〜12か月要するであろう。この期
間中、装置の安定性は、例えば、ピーク付加に対して鋭
敏になる。比負荷（specific load）をkg COD/kg VSS/d
ayで表すものとすると、リアクタ内の静止した少量のバ
イオマスに作用する負荷は非常に大きくなり、この結果
かなりの量のバイオマスの損失を招くであろう。短期間
のインシデントによって、装置を殆ど完全に新しく始動
させることになる。更に、好ましい短期の残留時間に関
しては（例えば、欧州特許出願EP−Ａ−28846号参
照）、始動期間中にpHコントロールが必要になる。他の
不都合な点は、リアクタの停止中に、該リアクタの底部
に溜まったキャリヤ材料によって液体ディストリビュー
タが詰まってしまうことである。

米国特許第4,253,956号には、別の形式の嫌気性廃水
処理方法すなわちUASB（Upflow Anaerobic Sludge Bed:
上向き流嫌気性スラッジ床）装置が開示されている。正
確に予め定めておいた条件下での始動期間の前に充分な
量の粒状スラッジを添加しておけば、フルスケール装置
では、短くかつ再現可能な始動を行うことが可能であ
る。粒状スラッジは、他のUASB装置から得ることができ
る。このタイプの粒状スラッジは活性材料からなる粒子
でできており、該粒子はUASBリアクタ内で本来的に形成
される。また、これらの粒子は数年間に亘って活性を維
持し、かつリアクタから取り出して貯蔵しておくことも
できる。このため、これらの粒子は、新しいプラントの
接種材料として使用するのに適しており、また、インシ
デント後に現存プラントを再始動するのに適している。
また、このUASB装置は、高速で再始動することが重要で
あるにも係わらず廃水処理が数か月に亘って中断される
ような、周期的稼動プラント（例えば、ビート・砂糖ミ
ル）に非常に適している。

しかしながら、このUASBリアクタにも幾つかの欠点が
ある。例えば、リアクタ内に不活性沈澱物が（部分的
に）沈澱することを防止するには、液体速度が不充分
（１〜2m/h）なことである。これを脳死するには、多く
の場合において、廃水を先ず一次セットラー（一次沈降
機）で処理して、不活性沈澱物を分離しなければならな
い。UASBリアクタは、腐食を生じ易いという構造上の理
由から、装置の上部に空気が侵入することに対してかな
り敏感である。装置の上部から空気を追い出すため、時
々、悪臭のするガスを排出しなければならない。装置の
上部に作用させる過大圧力は、腐食性のバイオガスをコ
ンプレッサ無くしては移送できない程に低くしなければ
ならない。また、一次セットラーを必要とする場合に
は、確かに装置の運転に要する面積がかなり大きくな
り、従って必ずしも廃水源に接近して配置することがで
きないという問題がある。

低濃度の廃水処理装置として、EGSB（Expanded Granu
lar Sludge Bed;膨張粒状スラッジ床）リアクタと呼ば
れる改良形のUASBリアクタが開発されている（G.Lettin
ga及びL.H.Pol著、「Wat.Sci.Tech」、vol.18、no.12
（1986）、第99〜108頁、参照）。

低濃度の廃水がUASBリアクタに供給されると、ガスの
発生が余りにも少なくなり、UASBリアクタ内に形成され
るこのガスによる混合が不充分になって、リアクタを適
正に機能させることができなくなる。

この問題を解決するため、充分な高速で上向きに流れ
る液体がEGSB装置に供給される。これにより、明白なス
ラッジ床の膨張、従ってスラッジと水との良好な接触を
生じさせ、バイオマスを有効に使用することが可能にな
る。一般に、この高速上向き流は、流出液（effluent）
を再循環させることによって得ることができる。

しかしながら、EGSBの概念は、比較的冷たくかつ非常
に低濃度の廃水を処理するのに適しているに過ぎない。
高濃度の廃水をEGSBリアクタに供給すると、該リアクタ
内に発生する大量のガスによって浄化作用が妨げられ
る。また、スラッジ粒子の一部が、流入液中の浮遊固体
分物と共にリアクタ外に洗い出される。従来のセットラ
ーの設計では、除去されたこれらのスラッジ粒子を浮遊
固形物から分離することが困難なため、活性バイオマス
の損失を招くことになる。従って、EGSBリアクタは、高
濃度の廃水を供給するという条件下では機能しないし、
通常のUASBリアクタはかような条件下で作動させるのが
好ましいといえる。G.Lettinga及びL.H.Pol両氏の上記
著書には、スラッジの成長に関しては何ら記載されてい
ない。

従って本発明の目的は、流動床方法（流動床プロセ
ス）とUASB方法（UASBプロセス）との長所が組み合わさ
れた廃水処理方法であって、改良された流動床方法を提
供することにある。

本発明の他の目的は、上記改良された方法を実施する
のに非常に適した改良形の廃水処理装置を提供すること
にある。この装置は、本発明の方法を実施できるだけで
なく、他の流動床方法（例えば、キャリヤ材料を使用し
たもの）をも首尾よく実施することができるものであ
る。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

UASBリアクタは一般に、４〜20時間の液体滞留時間を
有している。UASBリアクタ内の粒状スラッジは、１〜2m
/hの表面液体速度及びリアクタの上部における１〜2m/h
の表面ガス速度に曝されている。これ迄に発見されてい
る驚異的な事実は、このタイプの粒状スラッジが流動床
方法に使用する活性材料として極めて適したものであ
り、0.5〜４時間の液体滞留時間、４〜25m/h（好ましく
は６〜20m/h）の表面液体速度、及び４〜15m/hの表面ガ
ス速度であっても何らの損傷を受けることなく使用でき
ることである。

広範囲の研究及び実験をした結果発見された驚異的な
事実は、粒状スラッジが、流動床リアクタ内に適正に導
入された後に、粒状構造及び生物学的活性を維持するだ
けでなく、リアクタ内の粒状スラッジが増加した場合で
も強い乱流流動床条件に良く順応できることである。こ
の現象は、酸性化リアクタ並びにメタン形成リアクタに
おいて見出されている。この改良した流動床方法は、流
動床方法及びUASB方法の長所を有しているが、これらの
方法の欠点は持っていない。実験室スケール、パイロッ
トプラントスケール及びフルスケールの装置から得られ
た、この改良された流動床方法の結果によれば、本発明
の長所が、装置の始動時だけでなく定常状態時の条件下
でも発揮されることを明瞭に示している。

本発明の方法とEGSB方法とを比較することによって明
らかにされた本発明の方法の長所が、A.W.A.de Manらに
よって説明されている（1988年５月22〜26日、イタリ
ア、ボローニャで開催された、「嫌気性ダイジェスチョ
ン」に関する第５回国際シンポジウムの予稿集、第197
頁、参照）。尚、この予稿集は、本願の優先日より後に
刊行されたものである。

前にも述べたが、EGSB方法は、高濃度の廃水処理には
不適当なものである。リアクタ内での高表面速度は、流
出液を高速で再循環させることによって得られる。従っ
て、リアクタのキャパシティは小さい。低濃度の廃水に
よりリアクタ内に発生するガスは少量であり、このた
め、乱流に関して比較的緩やかな状態が存在する。

リアクタ（EGSBリアクタ）内に緩やかな状態を選定す
るだけでなく、リアクタ内へのスラッジ粒子の充分かつ
選択的な戻しを選定することによって、ガスと液体とに
高速の流れを与えて活性スラッジ粒子の損失を防止する
という考え方が、本発明の基礎をなすものである。

かようなスラッジ粒子の戻しは、別の分離技術例え
ば、リアクタの頂部に配置されたセットラー又はその他
の場所に配置されたセットラーを用いて行われる。かよ
うなセパレータすなわちセットラー内に適当な状態を選
定することによって、浮遊固形物を含有する流出液から
スラッジ粒子が分離される。このようにして、EGSB方法
で処理するには全体的に不適当な廃水を浄化することが
可能になる。

本発明の長所すなわち利点を明らかにするため、下記
の表１に、EGSB方法と本発明の方法（UFB）との典型的
な特徴を比較して示してある。

本発明の方法の開始（始動）は、スラッジを、例えば
UASBリアクタから又は本発明の方法を実施する別のリア
クタから導入することによって加速することができる。
相当量のスラッジの接種を行うことなう始動することも
できるが、充分な量の粒状スラッジが存在するようにな
る前に、かなりの時間が必要とされるであろう。正しい
作動条件を選定することによって、キャリヤ材料を使用
しておりかつ既に作動している流動床方法を、本発明の
方法に変換することができる。このようにして、従来の
方法を徐々に本発明の方法に切り換えることができる。
本発明の実施例においては、粒状スラッジとキャリヤ上
のスラッジとが存在する。本発明の実施例は、既存の装
置にも首尾良く適用することができる。

本発明の流動床方法の粒子は、リアクタ内の強い乱流
条件にも耐えることができるものである。これらの粒子
は他にも優れた品質を示しており、数年間に亘って活性
を維持することができると共に、他の流動床方法の始動
にも使用することができる。また、これらの粒子は、周
期的稼動プラントの廃水の浄化にも首尾良く適用するこ
とができる。

スラッジ粒子の最終落下速度（これは、清澄化特性を
知るための測定である）は、UASBリアクタから得られる
スラッジよりも大きいか、少なくとも等しい。スラッジ
の活性は、少なくともUASBリアクタのスラッジと同程度
かそれより大きい。驚くべき事実は、スラッジの品質は
リアクタの構造に基づいて定まり、３相セパレータにつ
いて以下により詳細に説明する。

本発明の改良された流動床方法は、キャリヤに付着し
たバイオマスを使用する浄化方法用に設計された、未改
良の流動床リアクタでも実施することができるが、本発
明の方法は、以下に詳細に述べる本発明の改良された流
動床リアクタによって一層首尾良く実施することができ
る。フルスケール装置での実験によれば、未改良の流動
床リアクタでも、液体分配装置及びリアクタの頂部に配
置された３相セパレータに関して最高位に続く次位の結
果が得られたことを示している。

５〜10m/sの速度で液体分配装置を出ていく液体の結
果として生じるエネルギの消散は大きく、液体の墳流の
力によって粒状スラッジが分解（崩壊）されてしまう程
である。欧州特許出願第EP−Ａ−90450号に記載の３相
セパレータは、ガス及び液体の負荷状態が比較的小さい
ときでも良好に機能するが、負荷状態が大きいときには
ガス（の一部）が沈澱区画室にしばしば流入する。この
ため、沈澱工程が妨げられ、かつ全面成長の損失をきた
し、地肌が剥き出しになったキャリヤ粒子又は天然粒子
を生じさせる結果を招く。

更に本発明は、液体分配装置の構造に関する改良によ
り、流動床方法を粒状スラッジの使用に一層適したもの
としている。

更に本発明では３相セパレータの構造も改良され、こ
れにより、全面成長の損失又は剥き出しになったキャリ
ヤ粒子が低減され、本発明の好ましい実施例において
は、粒状スラッジの損失をより小さくすることもできる
ようになっている。そうすることによって、ガス及び液
体の速度が大きい場合であっても、リアクタ内での活性
ンバイオマスの濃度をより高く維持することが可能にな
る。この改良を、第１図に示す公知の円形流動床リアク
タ１に基づいて説明する。

上昇する気泡がリアクタの横断面全体に亘って均質分
散しているものとすれば、のど部２の下の区画室内で形
成された気泡の約60％が、円筒状の気泡カーテンを形成
すべく集中している。沈降機すなわちセットラー４内の
液体の上向き流れが、のど部２において歪むことにより
引き起こされる横方向への運動の結果、気泡カーテン３
は安定したものとはならない。ガス収集フード５と、の
ど部２との間の半径方向オーバラップが不充分であるた
め、すべての気泡がいつでもフード５を通り抜ける訳で
はない。セットラー４に流入する気泡は、次に沈澱工程
を妨げる。この問題をそれ程重要視しなくてもよいリア
クタは、リアクタの上部におけるガス流が比較的少ない
リアクタのみである。

米国特許第4,609,460号には、UASBリアクタ内での醗
酵により発生したガスの大部分を、リアクタの上部に到
達する前に収集するように構成した装置が開示されてい
る。この構造は複雑であり、リアクタ全体に亘って、多
数の収集装置が１本以上の立ち下がり管を介して互いに
積み重ねられている。かような装置では、UASB方法を実
施すべく液体を流すことが困難又は殆ど不可能であるた
め、流動床装置には全く使用することができない。

米国特許第4,622,147号には、３つのレベルのガス収
集フードを備えたUASB方法用の装置が開示されている。
あたかも米国特許第4,609,460号に開示の装置と同様
に、この設計も、小さな液体及びガス速度をもつUASBリ
アクタに向けられている。この構造は、流動床リアクタ
に適用したときに起きる気泡カーテンに関する上記問題
を解決できないだけでなく、このフェーズ分離構造は、
リアクタの体積のかなりの部分を占める程に大きいもの
である。

この問題を解決するための、誰でも気が付く他の解決
方法は、のど部とガス収集フードとの間のオーバラップ
を大きくすることである。しかしながら、リアクタのの
ど部で液体の速度が増加すると、沈澱したバイオマス粒
子をセットラーの外に戻すことがより困難となることが
分かっている。また、ガス収集フードの直径が大きくな
れば、ガス収集フード自体が大型化して組み立てがより
困難になる。

発見した都合の良い事実は、リアクタのの部に集中し
ている気泡カーテンを、流れる液体から分離できるとい
うことである。収集された気泡がガス収集空間に直接送
られるとき、リアクタ内でのガス及び／又は液体の速度
が極めて大きい場合であっても、セットラーが悪く機能
するという問題が解決される。本発明によるこの特殊な
バイオガス収集装置は、新しい流動床リアクタに取付け
可能であるだけでなく、既存の流動床リアクタにも取付
けることができる。

第２図、第３図、第４図及び第５図には、分離された
バイオガスの出口についての幾つかの実施例が示してあ
る。隔壁６は、該隔壁６が設けられていなければ気泡カ
ーテンを形成するであろう気泡を収集する。収集された
ガスは、チューブすなわち区画室７を介して直接ガス収
集空間９に導かれるか、或いはガス収集空間９に連結さ
れた収集チューブ８（第４図）に導かれる。市販される
フルスケールの円形リアクタにおいては、隔壁６の直径
を0.5〜10mにすることができ、例えば、リアクタの直径
が3mであるときには、隔壁６の直径を30〜80cmにするの
が適している。これらのすべてのチューブは、ガス収集
空間９にガスを導くことができる寸法を有しており、か
つセットラー４内にエアリフト循環流が起きることを防
止すべく、これらのチューブを液面より充分高くまで延
ばしておく。

隔壁６は、リアクタを出るガスの30〜80％（より好ま
しくは、50〜80％）を収集する。リアクタしては円形リ
アクタが好ましいが、本発明の範囲内には、正方形、長
方形又はその他の形状が含まれる。この流動床リアクタ
の高さは、少なくとも6m（好ましくは、少なくとも10
m）にするのが都合がよい。H/Dの比は、２〜40（好まし
くは、２〜10）にする（ここで、Ｈはリアクタの高さ、
Ｄはリアクタの直径すなわち平均横断面寸法である）。

更に本発明では、３相セパレータに平行板を設けるこ
とにより、微小固体粒子が良好に凝結して大きな粒子に
成長することを促進している。かような構造の２つの実
施例が、第５図及び第６図に示してある。米国特許第4,
253,956号には、かような開口部を形成するための、セ
ットラーの遮断傾斜壁を備えたUASBリアクタが示されて
いる。このようなして形成された壁部分は、入口開口部
のところで互いに交互に配置されていて、上昇するガス
が沈澱区画室に流入できないように遮断している。傾斜
壁の下端部に設けられた、セットラーの出口開口部によ
り、粒子が戻ることができるようになっている。液体及
びガスの速度が大きくても、驚くことに、この原理を流
動床に使用することが可能になる。リアクション空間内
で形成されたガスの大部分をバイパスさせることによっ
て、かような原理を、（ガス収集装置と組み合わせて実
施される）流動床方法に適用することが可能になるので
ある。

第５図は、セットラー４に取付けられたかような隔壁
10を示すものである。この隔壁10の周囲で液体の循環が
生じ、このため、沈澱した粒子をセットラー４からリア
クタ内に良く戻すことができ、かつこの隔壁10の上部の
周囲でのガス／液体分離を改善することができる。円形
の３相セパレータが使用される場合には、隔壁10を円錐
形にすることができる。

リアクタから上方に流れるガスは、隔壁６及びのど部
２の壁とによって下方に形成された空間に収集され、更
に、該空間から安定した泡カーテンを形成しながら上方
に流れる。これにより、ガスがセットラー４に流入する
のを回避することができる。また、上方に流れるガス
は、流れの向きが隔壁６及びのど部２によって隔壁10に
向かうように偏向され、隔壁10のまわりにガスリフト循
環を生じさせるのに使用される。この隔壁10の両側での
ガスの密度の差異により、隔壁10の周囲にはガスリフト
循環が生じる。

第６図の実施例では、３相セパレータの機能を更に良
好に発揮させるための隔壁10A、10Bが設けられている。
これらの隔壁10A、10Bの数は、処理すべき液体の体積及
び技術的設計寸法によって定められる。しかしながら、
経済的な観点を優先するなら、単一の隔壁10を設けるの
がよい。

発見された驚異的な事実は、ガスリフト循環が、リア
クタの良好かつ信頼性ある作動に対し貢献することであ
る。このガスリフト循環により、セットラーを出る全て
の液体が約５〜20倍の速度で循環し、かつ上向き及び下
向きの運動をして通過する。また、この領域における粒
子の平均滞留時間が増大し、かつ衝突の機会も増大す
る。

衝突及び凝結によって微小粒子が成長し、大きな粒子
になっていく。このようにして、活性バイオマスの損失
が低減され、かつ良く沈澱する粒状スラッジの形成速度
が実質的に増大する。従って、浮遊する固形物（これら
の固形物は、浄化工程において活性を呈しない）から、
微小な活性粒子（これらの粒子は互いに一緒になって成
長する）を分離することができる。

３相セパレータのかような設計の結果、微小スラッジ
粒子から粒状スラッジへの変換が改善される。

このため、流動床装置と比較してリアクタの始動を速
くすることが可能になり、適量の接種スラッジが存在す
るだけの場合であってもこれが可能であることに気付く
であろう。

３相セパレータの横断面形状として円形を選択した場
合には、隔壁（ガス収集フード）５及び隔壁10を截頭円
錐状にするのが好ましい。

欧州特許出願EP−Ａ−90450号に記載の液体分配装置
は、地肌が剥き出しになったキャリヤ粒子（例えば、
砂）からなる床に、液体を均等に分配できるように設計
されている。固形物のマスがかなり重いこと及びこれら
が一緒にくっつくこと（もしくっついてしまえば、滞留
領域が形成される）を防止する必要性があること等の理
由により、噴流部を通る液体の流速を、粒状スラッジが
分解（崩壊）される程度まで大きく（５〜10m/s）する
必要がある。

本発明によれば、第７図に示すように、液体分配装置
の構造についても改良がなされていて、流動床リアクタ
を、粒状スラッジの使用に一層適したものにしている。

天然粒子は、液体の流れが妨げられているとき（滞留
しているとき）には、互いにくっつきあう傾向は殆ど無
い。驚くべきことに、粒状スラッジの層がかなり厚い
（数メートル）場合であっても、流動床の下部の数個所
で液体を供給することによって、簡単かつ容易に流動床
方法を始動させることができる。床のミキシング、流動
化及び均質化は、６〜10m/sの表面（上向き流れ）速度
で行われる。活性粒状スラッジにより、直接、リアクタ
の下部においてガスの生成が開始され、これにより、ミ
キシング工程も促進される。

第７図に示す幾つかの例のうちの、本発明の１つの特
徴は、リアクタの幾つかの方向に液体入口パイプを設け
たことである。特別な出口ノズルを用いて局部的な高速
を生じさせる必要はない。通常の出口速度は、0.5〜4m/
s（好ましくは、１〜2m/s）である。従って、液体廃棄
物は、相互に間隔を隔てた複数の入口から醗酵領域に供
給され、時には、或る入口からの液体廃棄物の流入を遮
断して流れの方向を変えることもできる。例えば、液体
廃棄物を或る時間だけ各入口から連続的に供給すること
もできる。矩形及び円形のリアクタに、平ら又は円錐形
の底を設けてもよい。

例１第８図に示すように、４の体積と5.0cmの直径をも
つ実験室スケールの流動床リアクタ１の頂部に、２の
キャパシティをもつ３相セパレータが設けられている。

流動床には、UASBリアクタから発生しかつ150gのSS
（Suspended Solids:浮遊固形物）と120gのVSS（Volati
le Suspended Solids:揮発性浮遊固形物）とを含有して
いる２のバイオマス粒子が接種された。

カラム内の表面液体速度は、実験中8.8m/sに維持され
た。

パイプ11を通ってリアクタ１から出る液体は、その一
部がパイプ13を通して再循環され（17.0/h）、残部は
パイプ14を通して排出された。

流出液の再循環された部分と共に、原廃水15が導入さ
れた（2.1/h）。

形成されたガスが、チャンバすなわちガス収集空間９
内に収集され、パイプ12を通して排出された。

2,000mg/の酢酸と480mg/のエタノールとを含有す
る典型的な廃水が、この流動床リアクタ内で浄化され
た。バイオマスの成長を促進するため、栄養素が添加さ
れた。

始動期間を含む３か月の期間中、平均負荷は、１日当
たりのリアクション体積が36.6kg COD/m³であり、変換
効率はCODt＝92.4％であった（CODtとは、全化学的酸素
要求量のいう）。バイオガスの平均生産量は、45.7/d
である。表面ガス速度は、リアクタの上部において0.97
m/hになるように計算された。

リアクタ内の平均流体滞留時間は２時間であり、活性
流動床部分での接触時間は６分間であった。実験の終時
において、135gのVSSに相当する156gのSSが存在した。
これは、2.11の膨張体積に相当する。

この実験により、スラッジ粒子が完全にそのままの状
態に維持され、かような条件下でバイオマスの正味量が
増加（15gのVSS）したことが実証された。また、この方
法は、高い効率を以て安定して作動した。

例２ Gist−brocades社の化学・醗酵プラントから発生した
産業廃水を、パイロットスケールの装置で浄化した。廃
水は、連続流攪拌タンクリアクタ内で酸性化された。こ
のときの流体滞留時間は８〜12時間である。このリアク
タの流出液は、パイロットケールの流動床リアクタに供
給される。流動床リアクタへの流入液は、1,800から4,5
00mg/のCODtと、350〜500mg/の硫酸塩と、0.5〜1.5
g/の不活性SSとを含有している。この流入液は、平均
で50〜80％酸性化された（これは、溶存CODの脂肪酸寄
与率について計算したものである）。円筒状の流動床リ
アクタは、第１図に示すものが使用された。３相セパレ
ータの部分を除くリアクタの高さは19.45m、直径は0.49
5mであり、従ってその有効体積は3.7m³となる。のど部
２の近くの最小横断面積は0.081m²、ガス収集フード５
の最下端部での最小横断面積は0.108m²、ガス収集フー
ド５のフード部分が垂直に対してなす角度は55゜であ
る。

嫌気性粒状スラッジの150kgのDS（Dry Solid:乾燥固
形物）が、リアクタに添加された。スラッジは、砂糖ミ
ル（砂糖きび圧搾所）の廃水を浄化するのに使用された
嫌気性UASBリアクタから発生したものである。120kgのV
SSでリアクタを始動した時の有機材料の含有率は82％で
あった。スラッジ粒子の平均粒径は、２〜3mmであっ
た。試験の開始時において、リアクタ内の膨張した粒状
スラッジ床の高さは、7.7mであった。

酸性化された廃水は、流出液の中の再循環された部分
と共にリアクタの底部に導入された。酸性化された廃水
のpHは6.0〜6.7、再循環された液体のpHは7.2〜7.5であ
った。

1.40m³/hの液体が、7.4m/hの表面液体速度でリアクタ
に導入された。導入された液体の酸性化された廃水の割
合は段階的に増加された。すなわち、第１日目の300/
hの割合から第５日目の1,000/hの割合で、酸性化され
た廃水がリアクタに供給された。第５日目には、導入さ
れる液体の総量が1.80m³/hに増加された（表面液体速度
は9.5m/hである）。負荷のこのような段階的増加は、流
出液内の脂肪酸含有量に基づいて行われ、1,000mg/以
下に保たれた。

下記の表２には、酸性化された廃水（酸性廃水）の総
量、廃水の総量及び表面液体速度等が示してある。

50日間に亘る試験期間中、リアクタの温度は、30〜34
゜であった。

また、試験期間中、リアクタの作用は安定しており、
脂肪酸の除去効率は常時90％以上であった。

試験の期間中、膨張した粒状スラッジ床の高さをしば
しば測定した。試験の終時における粒状スラッジの高さ
は、4.6mであった。粒子は良く沈澱できる状態になって
いて、その平均流形は２〜3mmであった。バイオガスを
生成する平均流量は40m³/dayであり、これは、20kg COD
/m²・day変換、及びリアクタの頂部における表面ガス速
度が8.5m/hの条件下のものである。ピーク負荷時におい
ては、ガスの流速が、約14.5m/hにも達した。

嫌気性UASBリアクタから発生した接種スラッジが添加
されたので、実験開始時のスラッジの一部には微粒子が
含まれていたが、これらの微粒子の少なくとも一部は洗
い流された。これにより、実験の開始時には、粒状スラ
ッジの損失をもたらしたことになる。しかしながら、こ
の時期を過ぎると、粒状スラッジの量は安定した。

試験後には、85％の有機材料含有量をもつ約84kg（全
DS）の粒状スラッジが存在し、これは約71kgのVSSに相
当する。この試験結果は、バイオガス及び液体の流速が
大きい場合でも、殆どの粒子がそのままの状態に留まっ
ていること、及び変化する流入液の品質に対して迅速に
順応することを実証している。試験を通じて、粒子はよ
りコンパクトになった。バイオマスの比活性（specific
activity）の平均値は、1.6のピーク負荷時において、
１日当たり約0.8kg COD/kg VSSであった。

例３例２の円形流動床リアクタ（高さ:19.45m、直径:0.49
5m）の頂部に、第９図に示す３相セパレータを取付け
た。この３相セパレータは、半円形状の一辺17をもつ長
方形の区画室16を有している。この区画室16の下側に
は、0.495mの直径をもちかつリアクタ１に連結されたシ
リンダ21に接続されたアダプタ18が設けられている。隔
壁６は、リアクタ１内で形成されたバイオガスの約1/2
を収集し、第２図、第３図、第４図及び第５図の隔壁６
について説明したのと同じ機能を有している。この収集
されたバイオガスは、チューブ７を通して直接ガス収集
区画室９に導かれる。ガス収集フード５の下には、４つ
の隔壁10が取付けられている。

この３相セパレータの全体積は、約0.75m³であった。
エアリフト循環流を通した後、液体を沈澱区画室４に流
入させた。流出液は、堰（オーバーフロー）19を通った
後、出口20からリアクタ１を出ていく。収集されたガス
は出口20から除去される。第９図には、２つの出口20が
示されている。

Gist−brocades社のプラント（第２参照）から発生し
た廃水が、流動床リアクタ内で浄化された。例２と同様
に、この廃水は最初に酸性化された。この試験の開始時
に、リアクタは84kgの嫌気性粒状スラッジ（＝71kgのVS
S）で充満された。この嫌気性粒状スラッジは、例２で
説明した実験の終時に存在したものである。例２の試験
と例３の試験との間の12日の期間内に、スラッジはリア
クタ内に保存された。この浄化作業の停止によっても、
スラッジの挙動又は活性に何らの影響も無かった。

第１日目には、酸性化した廃水（流量＝500/h）
と、再循環された液体（流量＝2.2m³/h）とが一緒にリ
アクタに導入された。そのときの表面液体速度は、14m/
hであった。次の日は、酸性化廃水の流量を増加した
が、リアクタに導入される液体の量は一定に保たれた。
従って、２日目には1,000/h、３日目には1,500/h、
４日目には2,000/h、５日目以降は2,500/hの酸性化
した廃水を供給した。この期間中。バイオガス生成量
は、約8m³/dayから最大75m³/day（ピーク負荷）まで増
大した。浄化水中の脂肪酸含有量は、常に150mg/以下
であった。このことは、浄化が実質的に完全に行われた
ことを実証するものである。リアクタの有効体積に基づ
いて計算したグロス負荷は、30〜95kg COD/m³・dayの間
で変化した。これは、12〜40kg COD/m³の変換に相当す
る。70日間の連続運転をした後、これらの実験を停止し
た。ガス抜き後の嫌気性粒状スラッジの量は103kgであ
った。また、粒状バイオマスの量は88kg VSSであると見
積もられた。

試験した３相セパレータは、液体及びバイオガスの速
度が大きい場合でも（液体のV_suq≒14m/h、リアクタの
頂部におけるバイオガスのV_max≒16m/h）、嫌気性（メ
タン化）バイオマスから粒子への成長に実質的に確実な
影響を及ぼしているということを実証している。

例４例３に用いて円形の流動床リアクタ（第９図の３相セ
パレータを備えたもの）を使用して、スラッジの成長及
び粒状化についての研究を行った。

Gist−brocades社のプラントから発生する廃水を、こ
の流動床リアクタで浄化した。例２と同様に、この廃水
は、最初に酸性化された（流体滞留時間＝３〜４時
間）。

他の実験とは異なり、かなり少量の粒状スラッジを使
用してパイロットプラントを始動させた。バイオマス
（TS、VSS）の量及びスラッジ粒子の量を測定したこと
及びスラッジ床の高さを増大したことによって、正味ス
ラッジ成長及び新しいスラッジ粒子の形成（粒状化）を
照明できるようになった。また、スラッジ活性試験によ
って、活性バイオマスの存在が照明されよう。リアクタ
は、1.5mのスラッジ床高さで始動された（14kg VSS、70
％VSS、20kg TS）。全実験を通じて、再循環流（原流入
液＋再生流出液）を14.4m³/dayとし、これにより、5m/h
の表面上向き流速度が得られた。原廃水の流量は、始動
時の200/hから２週間後の600/hまで僅かに増大させ
た。これにより、60〜80kg COD/day（＝16〜22kg COD m
³/day）のCOD負荷速度が生じた。バイオガスの生成量は
８〜14m³/dayの間で変化し、これにより、約２〜3m/hの
表面ガス速度が得られた。CODの浄化効率は、55〜60％
であった。

３か月後には、スラッジ床の高さが1.5〜4.8mに増加
した。スラッジの全体量は、20kg TSから49kg TSまで増
加し、一方、有機スラッジの量は、14kg VSSから40kg V
SSに増加した。始動時のスラッジの活性は0.9kg COD/kg
VSS・dayであり、３か月間の実験終了時には、1.2kg C
OD/kg VSS・dayであった。個々のスラッジ粒子を測定し
たところ、粒子の量において190％増加したことを示し
た。

この実験結果から、本発明のセットラー装置によれば
粒状化と正味スラッジ成長が得られることが明瞭に示さ
れている。また、活性バイオマスを多量に含有したスラ
ッジの存在を示しており、これは、価値の無い浮遊固形
物がリアクタ内に保有されないことを示すものである。

例５この例は、酵母製造工場から発生する廃水のフルスケ
ール２段階嫌気性処理について説明するものである。こ
の廃水は、蒸発器の蒸留物と、酵母フィルタの濾液との
混合液である。

平均流入液は、2,500〜4,000mg/のCODと、300〜600
mg/の硫酸イオン（SO₄ ^2-）と、300〜600mg/の浮遊
固形物とを含有している。

これらの３つの含有物には緩衝剤が加えられ、直列に
連結された２つのタンク（各タンクは100m³の容積を有
している内で混合された。緩衝タンクの温度は、約37℃
であった。５〜７時間の平均流体滞留時間中に、廃水の
一部が酸性化され、約60〜90％の生分解可能なCODが酸
性化された。直列に連結された２つのリアクタは互いに
同一のものであり、それらの３相セパレータ構造は、第
１図に示したものである。

リアクタについては欧州特許出願第0090450号に良く
説明されている（第２図、第７図及び第８図参照）。３
相セパレータを除くリアクタの高さは12.3m、リアクタ
の直径は3.0m、３相セパレータの直径は4.0mであり、リ
アクタの有効体積は80m³である。３相ペレータの各部間
の比は、例１の対応する部分間の比と実質的に同じであ
る。

浄化すべき廃水は、下向きの液体入口ノズルを備えた
５つの水平分配パイプを通して導入された。

試験の開始時に、第１のリアクタ（Ｒ−１）中に5,00
0kg、第２のリアクタ（Ｒ−２）中に13,500kgの砂を、
キャリヤ材料として入れておいた。このキャリヤ材料
は、0.2〜0.4mmの平均粒径と、2,700kg/m³の嵩密度とを
有している。砂は、原理的に廃水を浄化できるナイオマ
スとして全面成長した。第１のリアクタでは主として酸
性化が、第２のリアクタでは主としてメタン醗酵化が行
われた。しかしながら、前述の作業上の問題から、試験
前の数か月間において、全面成長した砂の大部分が洗い
流され、このため、同時にかなりの量のバイオマスの損
失を引き起こした。従って、両リアクタの最初の負荷が
40,000kgの砂であったことを考えると、この装置の作動
は不安定であった。

第１日目において、本発明により粒状スラッジの形成
が促進されるように作動条件が変えられ、これにより、
キャリヤとしての砂はもはや使用しなかった。この作動
条件の変更は、残りの砂を段階的に取り出し、導入する
液体の全流量100m³/hから約65〜70m³/hに減少させるこ
と（これは、表面液体速度を14m/hから9m/hに減少させ
ることに相当する）により達成された。実験の開始時に
導入された、酸性化された廃水の量は、20m³/hであっ
た。この量は、76日目には40m³/hに増加された。リアク
タに導入された液体の全量は、再循環された液体の量を
減少させることにより一定に維持された。第１日目にお
いては、適度の負荷を作用したけれども、脂肪酸の変換
が不完全であり、第１のリアクタ（Ｒ−１）の流出液に
は1,900mg/、第２のリアクタ（Ｒ−２）の流出液には
600mg/の脂肪酸が含まれていた（第２のリアクタの脂
肪酸変換効率は、67％である）。最後の７か月の試験期
間中においては、粒状スラッジの量は、両リアクタにお
いて徐々に増加した。この全期間中、脂肪酸の変換効率
は最大値まで増大し、全ての廃水を処理するまで、流入
液の負荷を増大させることができた。この実験により、
挙動が安定したものであること、及びキャリヤとして砂
を使用して作動したときに遭遇した問題が、本発明の方
法を適用することによって解消されたことが実証され
た。

次の表３に、実験中の結果を示しておく。

バイオマスの量は、円筒状のリアクタの高さの異なる
場所から採取した４つのサンプルに基づいて計算した。

基質（substrate）を飽和した状態で測定した粒状ス
ラッジの活性を次の表４に示す。

第１のリアクタから発生する粒子の活性は、第２のリ
アクタから発生する粒子の活性よりも小さい。なぜなら
ば、第１のリアクタ内は、酸性になっており、かつメタ
ン形成バクテリアが存在するからである。第２のリアク
タにおける粒状スラッジの活性は、UASBリアクタのよう
な嫌気性処理装置の通常の値（0.4〜0.8kg COD/kg VSS
・day）に比べて大きな値になっている。３相セパレー
タが不完全であると、スラッジの一部が、流出液によっ
て洗い出されてしまう。洗い出された粒子も、非常に良
好な活性を有している。

液体分配装置の上方1mのサンプリング点において、第
１のリアクタから第155日目に採取したスラッジ粒子の
最終落下速度（沈降速度）は、39m/hであった。同様
に、サンプリング点が液体分配装置の上方3.9m及び7.3m
の個所における最終落下速度は、それぞれ3.7m/h及ひ27
m/hであった。

第２のリアクタについては、サンプリング点が液体分
配装置の上方1.0m及び3.9mの個所における粒子の最終落
下速度は、それぞれ32m/h及び29m/hであった。

上記に示すように、砂のようなキャリヤ材料が事実上
消失している流動床リアクタに、同様なスラッジ材料を
接種することなくして、粒状スラッジを得ることが可能
である。

上向きの表面液体速度は８〜10m/h、リアクタの上部
における表面バイオガス速度は、第１及び第２のリアク
タについて、それぞれ２〜5m/h及び３〜8m/hであった。
両リアクタには上記のような改良すなわち、ガス収集隔
壁６又は10を設けること、又は簡素化された流入液パイ
プを設けること等の改良を施してはないが、廃水を浄化
することが可能な粒状スラッジを形成することができ
た。

上記結果は、例えば、週末には浄化処理装置に殆ど廃
水が供給されなくなるように、液体及びCOD負荷が頻繁
に変化する工業の産業環境において、注目に値するもの
である。

例６第４図に基づいて前に説明した特別なガス収集装置
を、5mの円形直径、6.5mのフード直径、380m³のグロス
体積及び240m³のネット（正味）体積をもつ２つのフル
スケールのリアクタに取付けた。両リアクタは直列に連
結されて作動された。すなわち、供給液体を、主として
酸性化工程と硫酸塩低減化工程とを行う第１リアクタに
導入し、次いでこの酸性化された液体を、主としてメタ
ン化工程を行う第２リアクタに導入した。形成されたガ
スであって、３相セパレータに流入しなかったガスの約
70％が、上記特別なガス収集装置によって収集された。

上記２つのリアクタと平行して、他の２つのリアクタ
を、全く同じ条件すなわち、流入液の組成、リアクタの
生物学的処理工程及び技術的寸法、作動条件を全く同じ
にして作動させた。しかしながら、第２の組のリアクタ
には、特別のガス収集装置を設けなかった。４つの全て
のリアクタを、キャリヤとして砂（粒径0.2〜0.4mm）を
用い、バイオマスオンキャリヤ原理（biomass−on−car
rier principle）に従って作動した。２組のリアクタが
主たる中断も無くして500日以上の期間に亘って作動し
たという事実が、このガス収集装置の確かな効果を実証
している。この装置が無い場合には、60m/hの最終落下
速度をもつ全面成長した粒子の損失が、10m/hの表面液
体速度で開始して、約50kg/dayに達する。16m/hの表面
液体速度では、この損失は200kg/day以上に増大する。
特別のガス収集装置を設けた場合には、同じ粒子の損失
が、16m/hの表面液体速度においても事実上ゼロにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、欧州特許出願EP−Ａ−90450号に記載の３相
セパレータを示す概略図である。第２図〜第４図は、本発明の実施例の水平断面図であ
り、リアクタに形成されたバイオガスの一部を収集した
ところを示す概略図である。第５図は、３相セパレータ内に２つの平行板を設けたと
ころを示す概略図である。第６図は、３相セパレータ内に幾つかの平行板を設けた
ところを示す概略図である。第７図は、液体分配装置の構造の２つの実施例を示す水
平断面図である。第８図は、スラッジ粒子の試験を行うことができる、実
験室スケールの流動床リアクタを示すものである。第９図は、幾つかの平行隔壁が設けられた３相セパレー
タ（該セパレータは、パイロットスケールのプラントで
試験される）を示す概略図である。１……流動床リアクタ、２……のど部、３……気泡カー
テン、４……セットラー（沈降機）、５……ガス収集フ
ード、６……隔壁、７……チューブ（区画室）、８……
収集チューブ、９……ガス収集空間、10、10A、10B……
隔壁、11、12、13、14……パイプ、15……原廃水、16…
…区画室、18……アダプタ、19……堰、20……出口、21
……シリンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウィルヘルムスアントニウスアドリアンスクフトスオランダ国 4711 イェーハーシントウィルブロルトルクヘンストラート 21 (72)発明者ロベルトヤンズーテメイヤーオランダ国 3417 エーエヌモントフォールトイェーウェステルウェールストラート９

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高さがＨ、平均横断面寸法がＤ、H/Dの比
が２〜40であるリアクタと、該リアクタの底部に設けた
液体導入装置と、前記リアクタの頂部に配置された３相
セパレータとを有しており、該３相セパレータがガス相
の実質的分離を行うための区画室を備えており、該区画
室には、内部ガスリフト循環を生じさせるための少なく
とも１つの隔壁が設けられていることを特徴とする廃水
の嫌気性浄化装置。
【請求項２】前記リアクタの高さが６〜25mであること
を特徴とする請求項１に記載の廃水の嫌気性浄化装置。
【請求項３】前記リアクタの高さが10〜20mであること
を特徴とする請求項２に記載の廃水の嫌気性浄化装置。
【請求項４】嫌気性廃水浄化工程に存在する粒状スラッ
ジの量を増加又は維持する方法において、上記請求項１
〜３のいずれかの装置を用いて、前記嫌気性廃水浄化工
程における粒状スラッジの形成を促進することを特徴と
する、嫌気性廃水浄化工程に存在する粒状スラッジの量
を増加又は維持する方法。