JP3009938B2 - 超深層曝気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超深層曝気装置に関す
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
０）。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１１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と共に、固液分離を容易
にすることができる超深層曝気装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、下降管部と上
昇管部とを有する縦長のシャフトと、この縦長のシャフ
トの上部に設けたヘッドタンクとを備え、前記ヘッドタ
ンクには、前記縦長のシャフトの上部の横方向へ突出す
る固液分離領域が仕切板を介して設けられ、この固液分
離領域には、固液分離装置が配設されると共に、余剰汚
泥を貯留槽に連絡するスカム排出口及び処理水槽に連絡
する処理水取出部が設けられ、前記ヘッドタンクには、
その底部に、前記上昇管部の開口端部から下降管部の開
口端部に向かって下り勾配となる固定化微生物を沈降さ
せる傾斜部が設けられ、この傾斜部が設けられている領
域には、前記下降管部の上部と連接して前記縦長のシャ
フトの壁面方向に伸びる堰が設けられているものであ
る。

【００１１】

【作用】本発明に於ては、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、上昇管部からヘッドタンクに吐出した固定化微生物
は、流速が低下するために沈降しながらヘッドタンクに
設けた上昇管部の開口端部から下降管部の開口端部に向
かう下り勾配の傾斜部に沿って下降管方向へ移動する。
又、ヘッドタンクに連接する固液分離部に於て、処理水
の固液分離が行われ、分離された余剰汚泥を貯留し、処
理水を下降管部に流入させると共にその一部を排水す
る。

【００１２】

【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。

【００１３】次に、図２及び図３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の長さ方向に小径の管体１２を配置す
ると共に底部１３に連通部１４を形成することによっ
て、内側の管体１２が下降管部１５を形成し、内側の管
体１２と管体１１との間が上昇管部１６を形成するよう
に構成されている。

【００１４】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。

【００１５】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には、縦長のシャフト１０の上部の横方向へ突出する
固液分離領域２１が仕切板２２を介して設けられてい
る。この固液分離領域２１には、固液分離装置（図示せ
ず）が配設され、後部の仕切板２３の手前に設けたスカ
ム排出口２４から余剰汚泥を図１の貯留槽３に貯留する
ようになっている。又、仕切板２３の後方には、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。

【００１６】更に又、ヘッドタンク２０は、その底部
に、上昇管部１６の開口端部１６ａから下降管部１５の
開口端部１５ａに向かって下り勾配となる傾斜部２０ａ
が設けられている。そして、傾斜部２０ａが設けられて
いる領域には、下降管部１２の上部と連接してシャフト
１０の壁面方向へ伸びる堰２７が設けられている。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。

【００１７】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の下降管部１
５及び上昇管部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管部１
６を上昇流とする循環流を形成する。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で流速を低下しながら、堰２７
を乗り越え、仕切板２２に向かって方向を変え、再び下
降管１５に循環する。

【００１８】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、40〜150 ｍ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。

【００１９】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。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、ヘッドタンク２０の底部に設けた下り傾斜部
２０ａに沈下し、傾斜部２０ａを転がりながら下降管部
１５内に落下し、処理水と共に縦長のシャフト１０内に
循環する。

【００２０】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３に貯留される。そして、処理水
は縦長のシャフト１０の下降管部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。

【００２１】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。
更に、本実施例では、縦長のシャフト１０を循環する固
定化微生物が、ヘッドタンク２０に於て流速の低下に伴
ってその底部に沈下し、底部に設けた下り傾斜部２０ａ
に沿って下降管部１５に自然落下するので、固液分離領
域２１内に固定化微生物が流入するおそれがなくなり、
処理が簡便となる。

【００２２】上記実施例では、縦長のシャフト１０が、
長さ40〜150ｍの縦長の有底の管体１１の長さ方向に小
径の管体１２を配設すると共に底部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４乃至図７に示すＵチューブ構造として
も良い。

【００２３】図４乃至図７に示すＵチューブ構造は、下
降流用シャフトから成る下降管部３０及び上昇流用シャ
フトから成る上昇管部３１を設け、ヘッドタンク３２で
結合したものである。結合部分のヘッドタンク３２は、
下降管部３０と上昇管部３１との間に仕切板３４を設け
ている。そして、上昇管部３１と連結する底部３４が、
固液分離領域３６の底部３７に向かって下り勾配の傾斜
部３８を形成し、下降管部３０と連結する底部３５が、
固液分離領域３６の底部３７に向かって上り勾配の傾斜
部３９を形成している。

【００２４】本実施例に於ては、固定化微生物と処理水
が上昇管部３１の開口端部３１ａからヘッドタンク３２
に吐出すると、固定化微生物は沈降しながら固液分離領
域３６の底部３７に向かって上り勾配の傾斜部３８に沿
って移動し、仕切板４０の手前から、下降管部３０の開
口端部３０ａに向かって下り勾配の傾斜部３９に沿って
移動し、下降管部３０内に自然落下する。

【００２５】一方、処理水は、上記実施例と同様に、固
液分離領域３６に於て処理される。尚、上記実施例と同
一構成部については同一の符号を付した。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10Kg/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７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。

【００２６】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８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８により原水濃度が流入ＢＯＤ1000mg
/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９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。

【００２７】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
１）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。

【００２８】 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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】

【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。

【００３２】そして、本発明では、上昇管部の開口端部
からヘッドタンクに処理水と共に吐出した固定化微生物
は、流速低下によってヘッドタンクの底部に設けた下り
勾配の傾斜部に沿って下降管部の開口端部に向かって移
動して自然落下するから、ヘッドタンクに於ける固液分
離領域へ移動することがない。そのため、処理水と固定
化微生物とを同時に循環させるシステムでありながら、
ヘッドタンクに於て固定化微生物によって固液分離処理
を阻害されるおそれがない。

【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】本発明の別の実施例に使用する装置の平面図で
ある。

【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図６】図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

【図７】本発明のパイロットプラントフローを示す図で
ある。

【図８】Ｓ−ＢＯＤ濃度経日変化を示すグラフである。

【図９】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１０】水深と溶存酸素の関係を示すグラフである。

【図１１】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 １５ａ，１６ａ，３０ａ，３１ａ 開口端部 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 ２０ａ，３８，３９ 傾斜部 ２１ 固液分離領域

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 新名 昭土 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) 特開 平１−189393（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/22 C02F 3/08

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
   ャフトと、 この縦長のシャフトの上部に設けたヘッドタンクとを備
   え、 前記ヘッドタンクには、前記縦長のシャフトの上部の横
   方向へ突出する固液分離領域が仕切板を介して設けら
   れ、 この固液分離領域には、固液分離装置が配設されると共
   に、余剰汚泥を貯留槽に連絡するスカム排出口及び処理
   水槽に連絡する処理水取出部が設けられ、 前記ヘッドタンクには、その底部に、前記上昇管部の開
   口端部から下降管部の開口端部に向かって下り勾配とな
   る固定化微生物を沈降させる傾斜部が設けられ、 この傾斜部が設けられている領域には、前記下降管部の
   上部と連接して前記縦長のシャフトの壁面方向に伸びる
   堰が設けられている ことを特徴とする超深層曝気装置。