JP4139415B2 - 流動床式排水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、流動床式排水処理装置に関し、詳しくは、生物膜付着担体を用いた流動床によって下排水の処理を行う流動床式排水処理装置に関する。

流動床による排水処理法は、生物の保持量が多く、高い撹拌力が得られることから、処理効率が良好で、コンパクトな装置で十分な排水処理を行うことが可能である。このため、従来から多くの研究が成されているが、産業排水処理における小規模施設での実用化例はあるものの、公共の下水処理等の比較的大規模での実用例はほとんど無い。

図５は、従来の生物膜付着担体を用いた流動床を示すものである。この流動床１は、処理槽２の底部に設けられた原水流入部３と、槽頂部に設けられた処理水流出部４と、槽下部に設けられた支持層５と、槽上部の大径部２ａ内に設けられた担体流出防止用の分離筒６とにより形成されている。なお、好気性処理を行うものでは、支持層５の部分に散気手段が設けられている。

上記従来の流動床１において、生物膜付着担体７としては、ケイ砂，粒状活性炭，アンスラサイト等が用いられており、その比重は、１．４〜２．７程度である。また、担体のサイズ（大きさ）は、直径が０．４〜１ｍｍ程度のものが一般的である。このような担体を用いた場合の流動床の流動化速度は、通常、３００〜８００ｍ／日程度となる。

しかし、同じ担体を用い、一定の流速とした場合でも、担体の流動化率（膨張率）は、水温や担体への生物の付着量により大きく影響を受け、流動化率が低過ぎる場合には処理効率は低下し、高過ぎると担体が処理水と共に流出することがある。特に、高負荷で運転される流動床の場合は、生物膜が肥大化し易く、最適な流速範囲が大幅に変化し、例えば、生物が付着する前と比較して１／３〜１／１０になることもある。

したがって、従来の流動床では、流動化率がある程度高くなっても担体が流出しないようにするため、処理槽の上部に十分な余裕高を設けておく必要があり、しかも、装置上部に、流出する処理水と担体とを分離するための大掛かりな分離装置を設ける必要もあった。特に、好気性処理を行うものでは、散気した空気等のガスも分離する必要があるため、上部の水面積を大きくしなければならなかった。このようなことから、従来の流動床式排水処理装置では、その設置面積が大きくなってしまうという欠点があった。

そこで本発明は、簡単な構造で、担体の肥大化した生物膜を剥離し、流動化率を最適な範囲とすることにより、効率的な生物処理を行うことができる流動床式排水処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の流動床式排水処理装置は、担体含有水を処理槽上部に上昇させる上昇流路及び上昇流発生手段と、上昇した担体含有水を処理槽下方に向けて流下させる下降流路とを設けた処理槽内に生物膜付着担体を投入した流動床によって下排水の処理を行う排水処理装置において、前記上昇流発生手段は、処理槽内から抜出管を介して処理槽外に抜出した担体含有水を上昇流路となる吐出管を介して処理槽上部に汲上げるポンプであり、前記下降流路は、処理槽内に設けられた内外二重構造に形成された筒体の内筒と外筒との間に形成され、前記外筒は、前記吐出管から外筒の上部内に流入した担体含有水が、内筒と外筒との間に旋回流を形成するよう、前記吐出管を外筒に対して接線方向に接続するとともに旋回流中の比較的比重の大きな担体を外筒の壁面に沿って流下せしめて前記処理層内に戻すための開口を下端に設け、前記内筒は、内筒と外筒との間で前記担体から剥離した生物膜が内筒の外周部を上昇する水と共に上昇して内筒内に流入して排出されるよう、上端を外筒内の水面部分に開口させて下部を洗浄排水の排出部に接続したことを特徴としている。また、前記吐出管内にスタティックミキサーが設けられていることを特徴としている。

本発明の流動床式排水処理装置によれば、担体に付着する生物量を制御することができるので、最も効果的な流動化率で排水処理を行うことができ、流動床における処理効率を大幅に向上させることができる。

図１は第１参考例を示す概略断面図であって、処理槽１１の底部には、前記同様の原水流入部１２と、生物膜付着担体１３の支持層１４と、散気手段１５とが設けられ、槽上部には、処理水流出部１６が設けられている。さらに、処理槽１１内の上方には、担体１３に付着する生物量を制御するための生物膜剥離手段２１が設けられている。

本参考例における生物膜剥離手段２１は、処理槽の中心軸に添って水中に全体が浸漬するように設けられ、その内部に上昇流路を形成する内筒（ドラフトチューブ）２２と、このドラフトチューブ２２の略上半分を囲い、上部が水面から突出する外筒２３と、ドラフトチューブ２２内に上昇流を形成するための上昇流発生手段として設けられた上下２段の撹拌翼２４とによって形成されており、槽上方には、撹拌翼２４を回転軸２５を介して駆動するモーター（Ｍ）２６が設置されている。

なお、外筒２３は、回転軸２５に固着して一体に回転させてもよく、処理槽１１に適宜な支持構造を介して回転不能に支持し、回転軸２５を適宜な軸受で支持するようにしてもよい。また、外筒２３の上部は、担体１３の流出が防止できれば完全に密封しなくてもよい。

一般に、流動床においては、担体１３に生物膜が付着していない運転開始時に、２０〜３０％程度の流動化率となるように通水速度を設定するが、生物膜が形成されるのに伴って流動化率は増加してくる。効率的な処理を行うためには、流動化率を１００〜２００％程度に維持することが必要である。

上記担体１３の流動化に必要なエネルギーは、５０％程度の流動化率までは、流速の上昇に従って上昇するが、その後は略一定であり、流動化率は、担体１３への生物膜付着量によって左右されることになる。すなわち、１００〜２００％の流動化率においては、流速による流動化エネルギーは一定であり、流動化層の単位容積に対する投入エネルギーは、流動化率に逆比例するように減少することを意味している。したがって、原水流入部１２から流入する原水の流速に伴う撹拌力のみによって生物膜付着量を制御することは困難であり、流動化率を所定範囲に維持することはできない。そして、生物膜が肥大化するのに伴って流動化率は更に増加し、ついには、処理水と共に担体が流出してしまうことになる。

上述のように、担体１３は、生物膜付着量が多くなるのに伴って処理槽１１の上部にまで上昇するようになるので、処理槽１１の上部の適当な位置に生物膜剥離手段２１を設けることにより、担体１３に付着した過剰の生物膜を剥離することができる。すなわち、本形態例では、処理槽１１内を上昇する担体１３は、撹拌翼２４によって上昇流が形成されているドラフトチューブ２２内に吸込まれて上昇し、撹拌翼２４による機械的な撹拌力が加えられることによって付着した生物膜が適度に剥離される。

生物膜が剥離された担体１３は、ドラフトチューブ２２の上端から流出し、ドラフトチューブ２２と外筒２３との間に形成されている下降流路を通って流動床の下層部へ戻る。このようにして生物膜が適度に剥離された担体１３は、適度な浮上力によって流動床下層部で流動する状態となる。

特に、生物膜剥離手段２１を流動床の上層部に設置することにより、上層部の肥大化した生物膜のみを効率よく剥離し洗浄することができる。このとき、過度の撹拌力を与えて生物膜を剥離し過ぎたとしても、上層部に上昇したものだけであるため、装置全体の生物保持量が大きく変化することはなく、処理水質への影響もほとんどない。

したがって、生物膜剥離手段２１の運転時間や撹拌力（撹拌翼２４の形状や回転数等）、あるいは、ドラフトチューブ２２及び外筒２３の長さや径、設置位置を適切に設定することにより、担体１３の生物膜付着量を制御することが可能となり、処理槽１１内を、最も効果的な流動化率（膨張率）に管理することができ、例えば、流動化率を常に１００〜２００％の範囲に維持して高効率の処理を行うことができる。また、汚泥界面計等のように担体の膨張率を検出する手段を設けて槽内の流動化状態を測定し、検出した膨張率によって撹拌翼２４の運転状態を制御する制御手段を設けることにより、更に効果的な運転を自動的に行うことができる。

さらに、担体１３の生物膜付着量を適当な範囲に制御することにより、担体１３が処理水流出部１６まで上昇することがなくなるので、従来のように、槽上部の水面積を大きくしたり、散気に伴うガスの分離手段を設けたりする必要がなくなり、装置の簡略化やコンパクト化を図ることができる。また、従来行われていた担体の洗浄を行う必要がなくなるので、連続運転が可能となり、処理効率を更に向上させることができる。

なお、前記担体１３としては、従来と同様のケイ砂，粒状活性炭，アンスラサイト等をはじめとして、ポリプロピレンやポリエチレンに比重調整用のシリカやカルシウム等の無機物，金属粉を添加したプラスチック製担体も使用することができる。

図２は、第２参考例を示す概略断面図である。なお、以下の説明において、生物膜剥離手段の構成以外は、前記第１参考例と同様に形成することができるので、同一構成要素に同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本参考例に示す生物膜剥離手段は、処理槽１１内の中上部から抜出管４０を介して担体含有水を抜出し、処理槽上部に汲上げるポンプ４１と、このポンプ４１により汲上げられた担体含有水を処理槽１１の下方に向けて流出させる筒体４２とにより形成されており、さらに、上昇流路となるポンプ４１の吐出管４３内には、生物膜の剥離を効果的に行うためのスタティックミキサー４４を設けている。このように、処理槽１１の外部にポンプ４１を設けて担体含有水を循環させることによっても、前記同様に担体１３に付着する生物量を制御することができる。

図３及び図４は、本発明の流動床式排水処理装置の第１形態例を示す概略断面図及び要部の平面図である。本形態例は、上記第２参考例における筒体４２を内筒４５と外筒４６とからなる二重構造に形成し、内筒４５と外筒４６との間を前記同様の下降流路とするとともに、内筒４５の上端を外筒４６内の水面部分に開口させて下部を洗浄排水の排出部４７としたものである。

さらに、吐出管４３は、外筒４６の上部に接続するとともに、図４の平面図に示すように、外筒４６に対して接線方向に接続されており、吐出管４３から外筒４６内に流入した水は、内筒４５と外筒４６との間に旋回流を形成し、旋回流中の比較的比重の大きな担体１３は、外筒４６の壁面に沿って流下し、水中に開口している外筒４６下端の下部開口から処理槽１１内に戻る。一方、担体１３から剥離した生物膜は、比重が小さいため、内筒４５の外周部を上昇する水と共に上昇して内筒４５内に流入し、排出部４７から排出される。

このように、生物膜剥離後の担体を処理槽１１の下部に戻すための下降流路の上部に、担体１３から剥離した生物膜を排出するサイクロンのような構造を付加し、少量の水と共に槽外に排出することにより、処理水流出部１６から流出する処理水中に含まれる生物量を少なくすることができるので、後段の濾過装置等の負担を大幅に軽減することができる。

また、外筒４６の下部開口の下方に、陣笠状や屋根状の分散板４８を設けることにより、生物膜剥離後の担体１３を適度に分散させることができる。さらに、処理槽１１内から担体含有水を抜出す管４０に複数の吸水口４０ａを設けることにより、大型の処理槽にも対応できる。また、吸水口４０ａを上下複数段に設けることもでき、管４０を槽上部から水中に挿入して上下動可能とすることもできる。

なお、本形態例に示す生物膜剥離手段は、処理槽の大きさや担体の種類等の処理条件に応じて最適な構造のものを選定することができ、各種構造・形状のものを組み合わせて使用することもできる。

本発明の第１参考例を示す排水処理装置の概略断面図である。 本発明の第２参考例を示す排水処理装置の概略断面図である。 本発明の第１形態例を示す排水処理装置の概略断面図である。 同じく要部の平面図である。 従来の流動床式排水処理装置の概略断面図である。

符号の説明

１１…処理槽、１２…原水流入部、１３…担体、１４…支持層、１５…散気手段、１６…処理水流出部、４０…抜出管、４０ａ…吸水口、４１…ポンプ、４２…筒体、４３…吐出管、４４…スタティックミキサー、４５…内筒、４６…外筒、４７…排出部、４８…分散板

Claims (2)

1. 担体含有水を処理槽上部に上昇させる上昇流路及び上昇流発生手段と、上昇した担体含有水を処理槽下方に向けて流下させる下降流路とを設けた処理槽内に生物膜付着担体を投入した流動床によって下排水の処理を行う排水処理装置において、前記上昇流発生手段は、処理槽内から抜出管を介して処理槽外に抜出した担体含有水を上昇流路となる吐出管を介して処理槽上部に汲上げるポンプであり、前記下降流路は、処理槽内に設けられた内外二重構造に形成された筒体の内筒と外筒との間に形成され、前記外筒は、前記吐出管から外筒の上部内に流入した担体含有水が、内筒と外筒との間に旋回流を形成するよう、前記吐出管を外筒に対して接線方向に接続するとともに旋回流中の比較的比重の大きな担体を外筒の壁面に沿って流下せしめて前記処理層内に戻すための開口を下端に設け、前記内筒は、内筒と外筒との間で前記担体から剥離した生物膜が内筒の外周部を上昇する水と共に上昇して内筒内に流入して排出されるよう、上端を外筒内の水面部分に開口させて下部を洗浄排水の排出部に接続したことを特徴とする流動床式排水処理装置。
2. 前記吐出管内にスタティックミキサーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の流動床式排水処理装置。

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