JP3009936B2 - 超深層曝気法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超深層曝気法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超深層曝気法（Deep Shaft法）
は、例えば、特公昭61-39118号公報等に開示される如
く、深さ40〜 150ｍの縦型シャフトを曝気槽とする活性
汚泥法であり、省スペース型処理方法としてビル排水や
工場排水処理に用いられている。超深層曝気法は、曝気
槽が深いため、水圧を利用して液中への酸素移動速度を
高め、高率的にＢＯＤ成分を処理するものである。

【０００３】超深層曝気法の処理施設としての特長は、
施設の面積が小となることである。現在、工場排水処理
施設、特に、食品工業，医薬品，化学工業では、少ない
スペースで、高濃度の排水を処理したいとするニーズが
強い。超深層曝気法は、このニーズに応えるものである
が、更に省スペース化，高効率化が期待されている。

【０００４】省スペース化を達成するには、微生物のＢ
ＯＤ成分分解能力を高める工夫が必要となる。一方、下
水や有機系産業廃水のＢＯＤ処理には、活性汚泥法に代
えてポリアクリルアミドゲルに固定化された微生物（固
定化微生物）を用いることが知られている。

【０００５】固定化微生物を曝気槽に充填した処理方法
では、従来の活性汚泥法より高い負荷で安定した処理が
行えることが知られている（土木学会第43会年次学術講
演会講演概要集第２部、990 、（1988）参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した如く、超深層
曝気法は、深い曝気槽を用いるために、槽内の溶存酸素
濃度を高めるという大きな特長を有している（図１
５）。然し乍ら、従来の超深層曝気プラントでは、この
特長を十分活用しているとは言い難く、容積負荷として
も、高くてＢＯＤ５Kg/m³ 日で設計されている。

【０００７】一方、固定化微生物を用いて有機性排水を
処理した場合、図１６に示すように、ＢＯＤ容積負荷
（ＢＯＤKg/m³ 日）を４Kg/m³ 日以上とすると、通常の
空気を吹き込むだけでは良好な処理を行うことができ
ず、酸素ガスを吹き込み、溶存酸素を高めなければ高負
荷処理はできない（「用水と廃水」Vol.27 No.10 P.54,
P.56(1985)参照）。即ち、固定化微生物は、担体内部へ
基質、溶存酸素が拡散し難いと言われている。

【０００８】これは、溶存酸素の高い状態では、固定化
微生物は更に高い分解処理能力を発揮する可能性を示し
ている。そこで、本発明者は、超深層曝気の有する高い
溶存酸素下において、固定化微生物を排水中のＢＯＤ成
分除去媒体として応用すれば、高い容積負荷で運転可能
な新しい超深層曝気法となり得ることを見い出した。

【０００９】本発明は斯かる知見に基づいて為されたも
ので、その目的は、従来の超深層曝気法でＢＯＤ成分の
分解に関与する活性汚泥微生物に替え、固定化微生物を
ＢＯＤ成分の分解除去媒体に応用し、より省スペースで
高濃度の排水を処理可能とする超深層曝気法を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１は、下降管部と
上昇管部とを有する縦長のシャフト内に、固定化微生物
を充填した後、原水を流入し、空気を供給して、下降管
部を下降流とすると共に上昇流管部を上昇流とし、固定
化微生物を原水と共に流動させ乍ら付着した微生物によ
り微生物の基質として酸化分解処理を行わせ、縦長のシ
ャフトの上部に設けたヘッドタンクに於て加圧水を供給
し乍らＳＳ成分を浮上させつつ固定化微生物と処理水を
分離し、ここで固定化微生物から分離された余剰汚泥を
貯留し、処理水を下降流管部に流入させると共にその一
部を排水するものである。

【００１１】

【００１２】

【００１３】請求項１に於ては、先ず、固定化微生物を
縦長のシャフト内に充填する。次に、その縦長のシャフ
ト内に、原水を流入すると共に、縦長のシャフトの下降
流管部及び上昇流管部内に空気を供給して、下降管部を
下降流とすると共に上昇流管部を上昇流とする循環流を
形成する。これによって、固定化微生物を原水と共に縦
長のシャフト内を流動させることができる。この流動中
に於て、固定化微生物には微生物が付着し、その微生物
により微生物の基質として酸化分解処理を行われる。そ
して、縦長のシャフトの上部に設けたヘッドタンクに於
て、加圧水を供給し乍らＳＳ成分を浮上させつつ固定化
微生物と処理水を分離し、ここで固定化微生物から分離
された余剰汚泥を貯留し、処理水を縦長のシャフトの下
降流管部に流入させると共にその一部を排水する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例に係る超深層曝気法の基
本システムのブロックチャートを示す。本実施例に於て
は、排水（処理対象）を一旦調整槽１に入れた後、超深
層曝気槽２に於て、超深層曝気槽２に充填されている固
定化微生物によって、ＢＯＤ成分を高効率的に分解除去
し、固定化微生物と処理水とを固液分離し、処理水を放
流又は高度処理工程へ送り、余剰汚泥を貯留槽３に貯留
するように構成されている。

【００１５】次に、図２乃至図４により、本実施例を具
体的に説明する。図に於て、１０は縦長のシャフトであ
る。この縦長のシャフト１０は、長さ40〜150 ｍの縦長
の有底の管体１１の長さ方向に仕切板１２を取り付ける
と共に底部１３に連通部１４を形成することによって、
下降管部１５と上昇管部１６とを備えている。

【００１６】又、縦長のシャフト１０は、下降管部１５
と上昇管部１６とに空気を噴出するノズル１８，１９が
設けられている。各ノズル１８，１９は、コンプレッサ
ー１７に連絡している。そして、ノズル１８の噴出口１
８ａは、供給される空気によって下降管部１５を下降流
とするように下向きとされ、又、ノズル１９の噴出口１
９ａは、供給される空気によって上昇管部１６を上昇流
とするように上向きとされている。

【００１７】更に、縦長のシャフト１０の上部には、ヘ
ッドタンク２０が設けられている。このヘッドタンク２
０は、縦長のシャフト１０の上部に於て、横方向へ突出
し、仕切板１２と直交する方向に、上下部に通水路２１
ａ，２１ｂを形成する仕切板２１が設けられている。
又、両仕切板１２と２１との間には、通水路２２が形成
されている。このヘッドタンク２０は、下降管部１５と
上昇管部１６の結合及び固定化微生物と処理水の固液分
離機能を有している。

【００１８】更に又、ヘッドタンク２０には、ＳＳ成分
を分離する固液分離装置２３が設けられている。そし
て、固液分離装置２３の後方には、仕切板２４を介して
処理水取出部２５が形成されている。この処理水取出部
２５には、処理水槽２６が連絡し、処理水を放流又は高
度処理工程へ送るようになっている。又、処理水槽２６
内の処理水は、加圧容器２７内に送られ、コンプレッサ
ー１７によって加圧水としてヘッドタンク２０の底部２
０ａから噴出される。即ち、ヘッドタンク２０の固液分
離機能を充実させるために、処理水の一部を加圧循環
し、加圧浮上分離を円滑に行えるようにしてある。一
方、固液分離装置２３から吐出された余剰汚泥は、貯留
槽２８に送られる。

【００１９】次に、斯して構成された超深層曝気装置を
用いた排水の処理方法について説明する。先ず、固定化
微生物を縦長のシャフト１０内に充填する。次に、その
縦長のシャフト１０内に、原水を流入すると共に、縦長
のシャフト１０の下降流管部１５及び上昇流管部１６内
にノズル１８，１９から空気を供給して、下降管部１５
を下降流とすると共に上昇流管部１６を上昇流とする循
環流を形成する。

【００２０】下降管部１５を下降流として移動する原水
は、縦長のシャフト１０の底部１３で、上昇流に方向を
転じ、ヘッドタンク２０まで上昇し、ヘッドタンク２０
の通水路２２で、水平に方向を変え、再び下降管１５に
循環する。又、ノズル１８，１９から供給される空気
は、縦長のシャフト１０内を流動させるだけでなく、生
物処理に必要な酸素を供給する機能を有している。これ
によって、固定化微生物を原水と共に縦長のシャフト１
０内を流動させることができる。この流動中に於て、固
定化微生物には微生物が付着し、その微生物により微生
物の基質として酸化分解処理を行われる。縦長のシャフ
ト１０は、40〜150ｍの水深を有しており、混合液は水
深に応じた水圧を受けている。従って、供給される空気
のうち、基質除去に寄与しない空気は、下降流域では水
圧に従って水中に溶解し、又、上昇流域では逆に溶存気
体が気泡として析出する。この結果、ヘッドタンク２０
部分では、多量の気泡を含有する混合液となっている。

【００２１】縦長のシャフト１０内の混合液は、排水中
に含まれるＳＳ成分及び微生物による基質除去活動の結
果生じたＳＳ成分を含有している。これらのＳＳ成分に
前述のような混合液中の気泡が付着し、ヘッドタンク２
０では、浮上し易いＳＳとして存在する傾向にある。然
し、上昇流速に従って徐々に減圧される結果として析出
する気泡は、粗大化し、ＳＳ成分を浮上させる力が弱
く、十分な固液分離ができない問題点も残されている。

【００２２】そこで、ヘッドタンク２０の底部２０ａ
に、処理水（ヘッドタンク２０の溢流水）の一部をコン
プレッサー１７によって加圧した加圧水を供給する。こ
れは、微細な気泡量を増加させることで、ＳＳ成分の浮
上分離性能を向上させることを目的としている（ＳＳ分
の凝集助長のために、凝集剤を添加しても良い。）。ヘ
ッドタンク２０に於ける固液分離（浮上分離）部分に於
ても、固定化微生物は、浮上することなく、速やかに沈
降分離し、縦長のシャフト１０内に循環する。

【００２３】又、固液分離装置２３によって回収された
余剰汚泥は、貯留装置２８に貯留される。そして、処理
水は縦長のシャフト１０の下降流管部１５に流入すると
共にその一部は排出される。以上のように、本実施例に
よれば、超深層曝気槽に於て、固定化微生物の分離が容
易に行われると共に固液分離が確実に行われるため、固
定化微生物によるＢＯＤ成分の分解除去を確実に行うこ
とができ、而も、汚泥を返送することが不要となる。

【００２４】又、現状より高い容積負荷で処理可能とな
るため、より超深層曝気の曝気槽容積を小とすることが
できる。即ち、従来の超深層曝気より曝気槽のシャフト
径を細くするか又は深さを浅くすることが可能となる。
上記実施例では、縦長のシャフト１０が、長さ40〜150
ｍの縦長の有底の管体１１の長さ方向に仕切板１２を取
り付けると共に底部１３に連通部１４を形成することに
よって、下降管部１５と上昇管部１６とを備えたものと
して説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、図５
及び図６に示す二重管構造、図７及び図８に示す二重管
構造、図９乃至図１１に示すＵチューブ構造としても良
い。

【００２５】図５及び図６に示す二重管構造は、縦長の
シャフト１０内に小径の管３０を配置し、内側の管３０
が上昇流、縦長のシャフト１０と内側の管３０との間が
下降流としてある。内側の管３０及び縦長のシャフト１
０と内側の管３０との間３１には、同様にコンプレッサ
ー３４に連絡するノズル３２，３３が設けられている。
又、ヘッドタンク３５には、邪魔板３６と仕切板３７が
設けられ、固定化微生物の分離機能を有している。

【００２６】本実施例では、原水は、下降流となる縦長
のシャフト１０と内側の管３０との間３１に供給されて
処理される。内側の管３０を上昇してきた固定化微生物
を含む混合液は、ヘッドタンク３５にてスカム，処理水
と固定化微生物に分離される。スカムは、ヘッドタンク
３５に設けたスカム排出口３８に掻き寄せられ排出，廃
棄される。処理水は、ヘッドタンク３５より溢流し、必
要ならば、次の処理工程に送られる。固定化微生物は、
縦長のシャフト１０と内側の管３０との間３１に還流す
る。

【００２７】図７及び図８に示す二重管構造は、図５及
び図６に示す装置に浸水する間仕切板４０を設けたもの
である。本実施例では、内側の管３０が下降流、縦長の
シャフト１０と内側の管３０との間３１が上昇流とな
る。図９乃至図１１に示すＵチューブ構造は、下降流用
シャフト５０及び上昇流用シャフト５１を設け、ヘッド
タンク５２で結合したものである。

【００２８】結合部分のヘッドタンク５２は、若干傾斜
し、上昇流用シャフト５１から下降流用シャフト５０側
に設ける。次に、本発明による超深層曝気法を具体的な
実験に基づいて説明する。本発明は、ＢＯＤ容積負荷10
Kg/m³ 日においても、９０％以上の除去率を有している
ことをパイロットプラント実験より実証している。以下
にその結果を示す。 （１）パイロットプラント実験 基質除去性能把握実験 実験装置は、50mmφ×深さ50ｍの２本のシャフトをＵチ
ューブ状に接合した曝気槽容積 280l の超深層曝気パイ
ロットプラントを用いた。図１２にパイロットプラント
フローを示し、表１にパイロットプラントの主な仕様を
示す。固定化微生物は、ポリアクリルアミドゲルを担体
とし、活性汚泥を粒径１〜5.6mm の球状に成形したもの
を用い、曝気槽容積の20％充填した。実験排水は、表２
の成分組成の合成下水を用い、水道水により所定濃度に
希釈して連続供給した。

【００２９】実験は、処理時間２時間に固定し、供給原
水中の合成下水量を増加させることにより容積負荷を増
加させた。主な測定項目と頻度は、表３の通りであり、
ＴＯＣ濃度の変化を連日監視し、水質が安定した後、負
荷を増加させた。曝気槽内溶存酸素濃度は、ヘッドタン
ク，シャフト内水深35ｍ、48ｍの地点で連続測定した。 （２）実験結果と考察 基質除去性能 図１３に実験期間中の原水及び処理水の溶解性ＢＯＤ濃
度の変化を示す。図１３により原水濃度が流入ＢＯＤ10
00mg/lまで高くても安定した処理水が得られていること
がわかった。図１４に曝気槽単位容積当たりのＢＯＤ負
荷と除去量の関係を示す。ＢＯＤ容積負荷10Kg/m³ 日以
上まで一定の除去率95％以上を示し、高負荷まで安定し
た基質除去能を有していることがわかる。

【００３０】水深50ｍの超深層曝気に固定化微生物を20
％充填することにより、ＢＯＤ容積負荷11Kg/m³ 日の高
負荷処理を達成している。固定化微生物を通常の空気曝
気法（純酸素を吹き込まない）で処理した場合（図１
６）に比較し、２倍以上の容積負荷とすることができ
る。従来の超深層曝気に比べても高い負荷運転が可能と
なる。

【００３１】 ＢＯＤ濃度：100,000mg/l 本発明は、ＢＯＤ容積負荷10Kg/m³ 日の能力を有してい
る。この結果、次のようなスペースメリットが期待でき
る。

【００３２】従来の超深層曝気との比較条件 食品工場廃水：排水量2000m³日、流入ＢＯＤ1900mg/l 以上から、シャフトを細くすることができ、関連施設
のスペース縮小効果もある。

【００３３】尚、上述した実施例では、ヘッドタンクに
於て加圧水を供給し乍ら固定化微生物と処理水を分離す
る場合について説明したが、固液分離が可能な場合に
は、省略することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、超深層曝
気槽に固定化微生物を原水と共に循環させるようにした
ので、超深層曝気槽に固定化微生物を20％充填すること
によって、ＢＯＤ容積負荷４Kg/m³ 日以上の高負荷処理
を達成することが可能となる。即ち、従来方式でＢＯＤ
容積負荷４Kg/m³ 日以上の高負荷処理を達成するために
は、充填率を約40％とすると共に純酸素を供給しながら
運転しなければならなかったが、本発明によれば、充填
率を半分とし、且つ純酸素を供給するという操作を行う
ことなく為し得ることができた。而も、充填率が20％と
少ないため、固液分離が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超深層曝気法の基本シ
ステムのブロックチャートである。

【図２】本発明の一実施例に使用する装置の平面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図５】本発明の別の実施例に使用する装置の平面図で
ある。

【図６】図５の断面図である。

【図７】本発明の別の実施例に使用する装置の平面図で
ある。

【図８】図７の断面図である。

【図９】本発明の別の実施例に使用する装置の平面図で
ある。

【図１０】図９の断面図である。

【図１１】図９のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

【図１２】本発明のパイロットプラントフローを示す図
である。

【図１３】Ｓ−ＢＯＤ濃度経日変化を示すグラフであ
る。

【図１４】単位容積当たりのＢＯＤ負荷と除去量の関係
を示すグラフである。

【図１５】水深と溶存酸素の関係を示すグラフである。

【図１６】従来に於ける固定化微生物を用いた処理方法
のＢＯＤ容積負荷と処理水ＢＯＤとの関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１０ 縦長のシャフト １５ 下降流管部 １６ 上昇流管部 １７ コンプレッサー １８，１９ ノズル ２０ ヘッドタンク ２３ 固液分離装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 哲文 東京都江東区南砂二丁目５番14号 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 石川 健治 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 小田原 健治 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 辻本 幸雄 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (56)参考文献 特開 昭57−127489（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 3/22 G02F 3/08 G02F 3/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下降管部と上昇管部とを有する縦長のシ
   ャフト内に、固定化微生物を充填した後、原水を流入
   し、空気を供給して、下降管部を下降流とすると共に上
   昇流管部を上昇流とし、固定化微生物を原水と共に流動
   させ乍ら付着した微生物により微生物の基質として酸化
   分解処理を行わせ、縦長のシャフトの上部に設けたヘッ
   ドタンクに於て加圧水を供給し乍らＳＳ成分を浮上させ
   つつ固定化微生物と処理水を分離し、ここで固定化微生
   物から分離された余剰汚泥を貯留し、処理水を下降流管
   部に流入させると共にその一部を排水することを特徴と
   する超深層曝気法。