JP4228118B2 - 廃水処理装置用嫌気反応槽 - Google Patents

Description

本発明は上向流嫌気反応槽を含む廃水処理装置に係り、より詳しくは、通気性微生物と上向流嫌気反応槽を含む廃水処理装置の嫌気反応槽において、廃水及び搬送スラッジの放出管を回転させて導入させ、場合によっては廃水及び搬送スラッジの導入高さを別にすることによって嫌気反応が最大に行われることができるようにする廃水処理装置に関する。

通気性微生物と上向流嫌気反応槽を含む廃水処理装置及びこの装置を利用して難分解性及び毒性物質、栄養物質（Ｎ、Ｐ）と重金属を含む有機性廃水の安定的処理を図り、スラッジを高濃度に維持することができる経済的な廃水処理方法に関して本発明者は大韓民国に特許出願したことがある（大韓民国公開特許第２０００-３１９７８号）。前記従来の技術に関する図面を図１ａ乃至図１ｂに示した。

前記従来の技術を見てみると、図１ａは嫌気槽、好気槽、沈殿槽から構成され、前記嫌気槽には固定された有孔管形態の流入装置が前記嫌気槽の下部に位置し、前記流入装置には導入部で廃水及び搬送スラッジを導入させている。図１ｂは前記流入装置の平面模式図である。

前記従来の技術によると、搬送ポンプによって搬送させた搬送スラッジを導入部と流入装置を通じて嫌気反応槽内に流入させた後、混合装置を用いて連続攪拌し、上向きに流れるスラッジの偏流及び流入混合物の断回路（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）現象発生を防止している。しかし、前記従来の技術では前記流入装置が固定されていて廃水または搬送スラッジが常に一定の位置に投入されるので、混合装置が作動しても投入される層での廃水及びスラッジ濃度の不均一及び偏流現象を十分な程度に除去できないという短所があった。

大韓民国公開特許第２０００-３１９７８号

本発明は前記のような従来の技術の問題点を解決するためのものであって、上向流嫌気反応槽に廃水及び搬送スラッジを流入させる時、廃水放出管６ａ及び搬送スラッジ放出管６ｂを軸上で回転させることによって廃水及び搬送スラッジが嫌気反応槽の一定の水平面上に均一に放出されるようにする嫌気反応槽を含む廃水処理装置を提供することを目的とする。

本発明の廃水処理のための第１類型の嫌気反応槽１は、嫌気反応槽１の中央に垂直に形成され、駆動手段の動力伝達によって回転する主軸２と、嫌気反応槽１の外側上部に設置され、各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４と、前記主軸２の上部周囲に固定設置されて前記主軸２の回転と共に回転し、前記廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４の末端から導入された廃水及び搬送スラッジを通過させる滞留部５と、前記主軸２と共に回転するように主軸２に固定設置され、一側末端が前記滞留部５と直結され、他側末端が嫌気反応槽１の内側下部に位置し、前記他側末端には廃水及び搬送スラッジ混合物が放出される有孔管が形成された一つまたは複数の放出管６と、一部スラッジが含まれた反応水が好気反応槽２０に流出できるように嫌気反応槽１の上部に位置し、堰の構造を有する流出装置７と、嫌気反応槽１の下部に位置し、重力によって嫌気反応槽１の中央下部に沈殿したスラッジを処理するためのスラッジ集積装置８とを含む上向流嫌気反応槽１である。

このような類型（上部流入形）による本発明の一例である上向流嫌気反応槽１を図２ａ及び２ｂを参照して詳細に説明する。

まず、本発明の上向流嫌気反応槽１は前述のように、主軸２、廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４、滞留部５、放出管６、流出装置７、及びスラッジ集積装置８で構成されている。

主軸２は滞留部５及び放出管６と固定結合されており、主軸モータ（Ｍ）の駆動力によって共に回転するように嫌気反応槽１の中央に垂直に形成されている。

廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４は各々流入水及びスラッジ搬送ポンプの駆動力によって最終沈殿槽から搬送された搬送スラッジを嫌気反応槽１に導入するために嫌気反応槽１の外側上部に設置されている。廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４は図２ａ及び２ｂのように各々独立的に嫌気反応槽１の内部に流入されることもできるが、嫌気反応槽１の外部で一つの管に統合されて流入水と、流入水内の有機物質及び栄養塩類などを除去するための搬送スラッジとが混合された状態で滞留部５に導入されるようにすることもできる（図示省略）。

次に、滞留部５は前記廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４の末端から導入された廃水及び搬送スラッジを通過させる部位であって、前記主軸２の上部周囲に固定設置されて主軸２が回転することによって共に回転する。廃水及び搬送スラッジは滞留部５で混合される。滞留部５は前記主軸２の上部のみ位置するように長さが短いこともでき（図２ａ）、嫌気反応槽１の上部から主軸２の下部まで長く延長されることもできる（図２ｂ）。

放出管６は前記滞留部５と直結され、嫌気反応槽１の内側下部に位置されており、前記滞留部５を通過した流入水及び搬送スラッジが嫌気反応槽１の内側下部に流入されるようにする。流入水及び搬送スラッジは前記放出管６の一面に設置された有孔管（管に孔が開いている形態）を通じて放出される。

流出装置７は嫌気反応槽１の上部に位置し、嫌気反応槽１での流動過程で十分に成熟された、スラッジが一部含まれた反応水が好気反応槽２０に流出できるように堰の構造を有している。スラッジによる詰り現象を防止し、流出水が均一に流出されるように前記流出装置７は、大韓民国公開特許第２０００-３１９７８号に開示されたように、堰の設置が中心から放射状の構造を有するようにするのが好ましい。

本発明は、上部流入形嫌気反応槽１の他の例として、流入水及び搬送スラッジが混合されずに各々独立的に反応槽内の下部に放出されるようにする方式が適用された嫌気反応槽１を提供する。これを図３ａ及び３ｂを参照して具体的に説明する。

前記例では、嫌気反応槽１の外側上部に各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４が独立的に設置される。また、廃水を通過させる廃水滞留部５ａ及び搬送スラッジを通過させるスラッジ滞留部５ｂが空間的に分離設置され、廃水を放出する廃水放出管６ａ，６が前記廃水滞留部５ａに、搬送スラッジを放出するスラッジ放出管６ｂ，６が前記スラッジ滞留部５ｂに各々直結される。前記廃水滞留部５ａ及びスラッジ滞留部５ｂ（したがって、廃水放出管６ａ，６及びスラッジ放出管６ｂ，６も）は主軸２の上部周囲に固定設置されて主軸２が回転することによって共に回転する。

一方、前記廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４は移動／回転不可能に反応槽に固定されている反面、廃水滞留部５ａ及びスラッジ滞留部５ｂは主軸２と共に回転するので、廃水が廃水流入管３から廃水滞留部５ａに、搬送スラッジが搬送スラッジ流入管４からスラッジ滞留部５ｂに流入できるように構成されなければならない。このために、図４に示されたように、廃水滞留部５ａ及びスラッジ滞留部５ｂのうちのいずれか一つが他の一つを内包する構造を有するのが好ましい。廃水滞留部５ａ及びスラッジ滞留部５ｂは前記主軸２の上部のみ位置するように長さが短いこともでき（図３ａ）、嫌気反応槽１の上部から主軸２の下部まで長く延長されることもできる（図３ｂ）。

前記第１例における放出管６のように、廃水放出管６ａ，６及びスラッジ放出管６ｂ，６は一側末端が各々廃水滞留部５ａ及びスラッジ滞留部５ｂと直結され、他側末端が嫌気反応槽１の内側下部に位置し、前記他側末端には廃水及び搬送スラッジが放出されるように有孔管が形成されている。

本発明の第２例は第１例と同一な構成と機能を有する主軸２、流出装置７、スラッジ集積装置８などを共通的に備えている。

本発明の廃水処理のための第２類型の嫌気反応槽１は、嫌気反応槽１の中央に垂直に形成され、駆動手段の動力伝達によって回転する主軸２と、嫌気反応槽１の外側下部に設置され、各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４と、前記主軸２と共に回転するように前記主軸２の下部周囲に固定設置され、前記廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４と直結されていて導入された廃水及び搬送スラッジを通過させる滞留部５と、前記主軸２と共に回転するように主軸２に固定設置され、一側末端が前記滞留部５と直結され、他側末端が嫌気反応槽１の内側下部に位置し、前記他側末端には廃水及び搬送スラッジ混合物が放出される有孔管が形成された一つまたは複数の放出管６と、一部スラッジが含まれた反応水が好気反応槽２０に流出できるように嫌気反応槽１の上部に位置し、堰の構造を有する流出装置７と、嫌気反応槽１の下部に位置し、重力によって嫌気反応槽１の中央下部に沈殿したスラッジを処理するためのスラッジ集積装置８とを含む上向流嫌気反応槽１である。

このような類型は、流入水及び搬送スラッジが嫌気反応槽１の下部から流入される方式（下部流入形）の嫌気反応槽１を提供する。これを図５ａ及び５ｂを参照して具体的に説明する。

まず、本発明の上向流嫌気反応槽１は前述の上部流入形のように、主軸２、廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４、滞留部５、放出管６、流出装置７、及びスラッジ集積装置８で構成されているが、上部流入形とは異なって前記廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４、滞留部５、放出管６が嫌気反応槽１の下部から上部方向に配置される。

廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４は各々流入水及び搬送スラッジを嫌気反応槽１に導入するために嫌気反応槽１の外側下部に設置されている。廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４は図５ａのように各々独立的に嫌気反応槽１の内部に流入されることもできるが、嫌気反応槽１の外部で一つの管に統合されて流入水及び搬送スラッジが混合された状態で滞留部５に導入されるようにすることもできる（図示省略）。

次に、滞留部５は前記廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４と直結されていて導入された廃水及び搬送スラッジを通過させる部位であって、前記主軸２の下部嫌気反応槽１のケースと接する部位に設置される。この時、滞留部５は嫌気反応槽１のケースと固定結合される滞留部５下部と、主軸２と固定結合される滞留部５上部との結合構造を有する（図５ｂ）。滞留部５の内部は滞留部５の外部と遮断（液体の通過防止）されなければならないだけでなく、固定されている滞留部５下部−嫌気反応槽１のケースに対して滞留部５上部−主軸２は自由に回転しなければならないので、前記滞留部５下部−滞留部５上部の接触部位は回転可能に密封されるベアリング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ-ｓｅａｌｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ）構造であるのが好ましい。

放出管６は前記滞留部５上部と直結されて嫌気反応槽１の内側下部に位置していて、前記滞留部５を通過した流入水及び搬送スラッジが嫌気反応槽１の内側下部に流入されるようにする。流入水及び搬送スラッジは前記放出管６の一面に設置された有孔管（管に孔が開いている形態）またはノズルを通じて放出される。

その他に、主軸２、流出装置７、スラッジ集積装置８の機能及び構成は前記上部流入形と同じで、滞留部５及び放出管６も上部流入形と同一に主軸２と固定結合されて共に回転するように構成される。

本発明は、下部流入形嫌気反応槽１の他の例として、流入水及び搬送スラッジが混合されず各々独立的に反応槽内の下部に放出されるようにする方式が適用された嫌気反応槽１を提供する。これを図６ａ及び６ｂを参照して具体的に説明する。

前記例では、嫌気反応槽１の外側上部に各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４が独立的に設置される。また、廃水を通過させる廃水滞留部５ａ及び搬送スラッジを通過させるスラッジ滞留部５ｂが空間的に分離設置され、廃水を放出する廃水放出管６ａ，６が前記廃水滞留部５ａに、搬送スラッジを放出するスラッジ放出管６ｂ，６が前記スラッジ滞留部５ｂに各々直結される。

一方、前記廃水流入管３及び搬送スラッジ流入管４は移動／回転不可能に反応槽に固定されている反面、廃水滞留部５ａ及びスラッジ滞留部５ｂは主軸２と共に回転する構造でなければならない。このために、図６ｂに例示されたように、各滞留部５は嫌気反応槽１のケースと固定結合される滞留部５下部と、主軸２と固定結合される滞留部５上部が結合されたものであって、廃水滞留部５ａ及びスラッジ滞留部５ｂのうちのいずれか一つが他の一つを内包する構造でなければならない。前記下部流入形の第１例と同じ理由で、前記各滞留部５下部−滞留部５上部の接触部位は回転可能に密封されるベアリング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ-ｓｅａｌｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ）構造であるのが好ましい。

その他に、主軸２、流出装置７及びスラッジ集積装置８の機能と構成は前記上部流入形と同一であり、滞留部５及び放出管６も上部流入形と同一に主軸２と固定結合されて共に回転するように構成される。

以上のような構造と機能を有する嫌気反応槽１において、前記放出管６に形成された有孔管はスラッジによる詰り現象を防止することができる程度の直径を有するのが好ましい。また、前記放出管６が主軸２の回転によって共に回転する時、放出管６が回転する水平面上で各有孔管が特定位置にとどまる時間は回転軸に近いほど一層長くなる。したがって、廃水及び搬送スラッジの放出分布を均一にするために、回転軸に近いほど有孔管の間の距離を広く配置したり、有孔管の直径を小さく形成するのが好ましい。反応槽の大きさ、処理しようとする流入水の種類などによって有孔管の間の距離は２０ｃｍ〜２ｍ程度、有孔管の直径は２０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度であるのが好ましい。

有孔管は放出管６の下面、上面、側面のどこにも設置することができる。ただし、下面に設置する場合、流入水または搬送スラッジの円滑な分配のために有孔管の直下に多様な形態のノズルを設置することが好ましい（図７）。

前記放出管６は嫌気反応槽１の規模と構造によって１つ乃至複数個を設置することができる。反応槽の直径が６〜１０ｍである場合であれば、平面から見る時各々９０゜角度に４つの放出管６（流入水とスラッジが混合放出される場合）または各々４つの廃水放出管６ａ及びスラッジ放出管６ｂ（流入水とスラッジが分離放出される場合）を設置するのが好ましい。後者の場合、廃水放出管６ａとスラッジ放出管６ｂはその配置される高さが相異しているのが良い。放出管６の設置個数が４つ以下であると、放出される流入水及びスラッジの偏流現象が発生し、４つ以上であると、装置が複雑で設置費用が増加する。

嫌気反応槽１の直径が８ｍ以上になると、放出管６に形成された有孔管の距離及び／または直径を調整しても回転軸に隣接した部位と外郭部位との間の流入水及びスラッジの放出が不均一になることがある。このような場合、回転軸隣接部位用放出管６と外郭部位用放出管６を分離設置することによって流入水及びスラッジの偏流現象を最大限減少させることができる（図示省略）

本発明の嫌気反応槽１において、スラッジの偏流を防止し、嫌気条件下での微生物による発酵反応が活発に起きて嫌気反応槽１内の難分解性及び毒性物質と栄養物質（Ｎ、Ｐ）を含む有機性廃水を効率的に浄化させることができるように、連続的に反応水を攪拌する混合装置４０を設置することができる。この場合、混合装置４０は嫌気反応槽１の主軸２に５０ｃｍ〜１ｍ程度の間隔で、反応槽当り３乃至６個程度設置される。前記混合装置４０による反応によって沈殿したスラッジはスラッジ集積装置８を通じて嫌気反応槽１の下部中央に集められ、スラッジ排出ポンプの駆動力によって反応槽の外部に排出される。

以下、本発明による上向流嫌気反応槽１のうちの上部流入形の第２類型の嫌気反応槽１が適用された廃水処理装置における前記嫌気反応槽１の作用及び効果を説明する。この廃水処理装置の構成を図８に示した。

例として挙げた廃水処理装置は上向流嫌気反応槽１の他に、好気反応槽２０及び最終沈殿槽３０を含む。この時、使用される好気反応槽２０は通気性の発酵微生物が十分な活性を示すことができるように十分な酸素を供給するために好気反応槽２０の下部に酸素発生装置である散気管３１を含んでおり、このような好気反応槽２０は通常当業界で使用される材質及び構造のものであれば、全て使用することができる。また、最終沈殿槽３０は前記好気反応槽２０の反応水内の通気性微生物によって効率的に分解されたスラッジを除去するために用いられるものであって、重力によってスラッジをゆっくり除去して廃水を浄化し純水を得ることができる重力式の沈殿槽３０が好ましいが、スカム防止用板を設置した沈殿槽３０などを使用することもできる。また、ここで沈殿したスラッジはスラッジ集積装置８に集められた後、スラッジ搬送ポンプ３２によって嫌気反応槽１の外側上部に位置した搬送スラッジ流入管４を経てスラッジ滞留部５ｂに搬送され、次にスラッジ放出管６ｂ，６を通じて嫌気反応槽１内に放出される。廃水は嫌気反応槽１の外側上部に位置した廃水流入管３を経て廃水滞留部５ａに移動し、次に廃水放出管６ａ，６を通じて嫌気反応槽１の下部に放出される。この時、前記廃水及び搬送スラッジは、廃水放出管６ａ，６及びスラッジ放出管６ｂ，６が所定の速度で回転するので、嫌気反応槽１の下部水平面上に均一に放出される。前記嫌気反応槽１内で効率的に分解されたスラッジは重力によって嫌気反応槽１の下部に沈殿し、次にスラッジ排出ポンプ３３によってスラッジに分離排出される。反応過程で有機物質及び毒性物質が分解除去された反応水は流出装置７を通じて好気反応槽２０に流入される。一方、嫌気反応槽１には主軸２の上部末端に駆動装置が装着され、嫌気反応槽１内の主軸２と連結されている混合装置４０の攪拌のための駆動力を提供する。

以上で詳細に説明し立証したように、本発明は廃水処理施設に適用される上向流嫌気反応槽１を提供する。廃水処理施設に本発明の上向流嫌気反応槽１を適用すると、難分解性及び毒性物質、または窒素や燐のような栄養物質と重金属を含む有機性廃水を生物学的に処理することができるだけでなく、反応槽で高濃度のスラッジを維持させることにより他の生物学的反応槽より体積を小さくすることができるので経済的に廃水を処理することができる。特に、本発明の上向流嫌気反応槽１はスラッジの高濃度によって下水処理場の場合に濃縮槽を省略することができ、１次沈殿槽３０を反応槽として利用することができるので処理場の敷地はもちろん、建設費用と運転費用を節約できる付随的な効果を得ることができる。

以下、本発明の上向流嫌気反応槽１を含む廃水処理装置を利用した廃水処理方法を段階別により詳細に説明する（図８参照）。

第１段階：嫌気反応槽内への流入水流入
難分解性及び毒性物質と栄養物質（Ｎ、Ｐ）を含む有機性廃水などの流入水を嫌気反応槽１の外側上部に設置された廃水流入管３と、廃水滞留部５ａ及び廃水放出管６ａ，６を通じて嫌気反応槽１内に流入させる。

第２段階：嫌気反応槽内発酵
前記段階で嫌気反応槽１内に流入された難分解性及び毒性物質と栄養物質を含む流入水をより効率的に浄化するために、嫌気反応槽１の外側上部に設置された搬送スラッジ流入管４と、スラッジ滞留部５ｂ及びスラッジ放出管６ｂ，６を通じて嫌気反応槽１内に活性スラッジを導入する。その次に、反応槽内の主軸２に装置された混合装置４０を３乃至２０ｒｐｍ範囲で連続的に攪拌して十分な発酵反応を誘導する（放出管６そのものが反応水を混合する役割も果たすので、場合によっては混合装置４０が省略されることもできる）。

一方、難分解性及び毒性物質、または窒素や燐のような栄養物質と重金属を含む有機性廃水をより効率的に浄化するために、本発明による嫌気反応槽１を連続的に複数個設置することができる（図示省略）。この場合、前に設置された嫌気反応槽１から１次発酵された反応水を後に設置された嫌気反応槽１の廃水流入管３に送り、好気反応槽２０内で曝気工程後、内部循環ポンプによって内部循環させた好気反応槽２０の一部スラッジが含まれた搬送スラッジを後に設置された嫌気反応槽１に流入させた後、適切な条件（必要な場合、混合装置４０稼動）で上向きに流れるスラッジの偏流を防止しながら２次発酵させる段階を追加する。このような攪拌は嫌気反応槽１内のスラッジと有機性廃水の混合物が前記反応をしながら上昇する時、スラッジの濃度が高いことによって流入混合物の断回路（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）現象が起こることを防止することができる。

この時、前記混合装置４０または放出管６の回転速度は混合装置４０または放出管６の最外郭によって描かれる円を基準に円周速度が３〜１０ｍ／分程度であるのが好ましい。円周速度が３ｍ／分未満である場合には断回路（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）現象が発生して十分な反応が起こらず、また、１０ｍ／分が越える場合には完全混合が行われて押出形反応槽の長所を利用できない点で好ましくない。

第３段階：好気反応槽への流出
前記工程を通じて沈殿した一部のスラッジは嫌気反応槽１内の下部中央に位置したスラッジ集積装置８に集められた後、スラッジ排出ポンプ３３の駆動力によって排出され、上昇する一部スラッジが含まれた反応水は嫌気反応槽１の上部に位置した流出装置７を通じて嫌気反応槽１から好気反応槽２０に流出される。

第４段階：好気反応槽内曝気
前記工程で嫌気反応槽１から流出された一部スラッジを含んでいる反応水に散気管３１を通じて十分な酸素を供給する。そうすると、スラッジのうちの好気性菌、または通気性菌の活性が高くなることにより廃水中のいろいろな有機物などが酸化分解されてＨ_２ＯやＣＯ_２などの無機物に浄化され、アンモニア性窒素と有機窒素は硝酸性窒素になり、スラッジは燐を過剰摂取するようになる。

第５段階：純水分離及びスラッジ搬送
前記曝気工程によって一部浄化された反応水を最終沈殿槽３０に移して純水は別途に分離し、重力によって沈殿したスラッジは最終沈殿槽３０の下部中央のスラッジ集積装置８に集め、スラッジ搬送ポンプ３２の駆動力を利用して嫌気反応槽１の外側上部に位置した搬送スラッジ流入管４を通じて嫌気反応槽１内に搬送された後、嫌気反応槽１内でスラッジ排出ポンプ３３の駆動力を利用してスラッジ消化槽や脱水装置などのスラッジ減量装置を通じて外部に排出される。

以上で、本発明による廃水処理方法は嫌気反応槽１または好気反応槽２０などにニトロソモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）、ニトロバクタ（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）、ジニトリフェア（Ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｅｒ）、硫黄還元バクテリア（Ｓｕｌｆａｔｅ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ）、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、アクロモバクタ（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ）、アエロバクタ（Ａｅｒｈｏｒｂａｃｔｅｒ）、マイクロコックス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、プロテウス（Ｐｒｏｔｅｕｓ）、フラボバクテリウム（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、アシネトバクタ（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、コリンバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）またはミコバクテイルム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）などの微生物、または廃水に含有された有機物の種類などによって商業上利用可能ないろいろな通気性微生物を利用することもできる。

以上のように、本発明による嫌気反応槽１を含む廃水処理装置は難分解性及び毒性物質と栄養物質を含む有機性廃水を通気性微生物と上向流の嫌気反応槽１を利用して処理することによって、従来の廃水処理装置に比べてより効率的に廃水を処理できる長所がある。

以下、本発明を水理特性実験及び実施例に基づいてより詳細に説明する。水理特性実験は本発明による上向流嫌気反応槽の水理的特徴を検討したものである。実施例は前述の本発明の上向流嫌気反応槽１を含む廃水処理装置（図８）で廃水を処理することに関する。水理特性実験及び実施例は本発明の効果を説明するためのものに過ぎず、本発明の要旨によって本発明の範囲がこれら実施例に限定されないということは当業界における通常の知識を有する者には自明なことである。

嫌気反応槽の水理学的特性測定実験
上向流嫌気反応槽１の水理学的特性を把握するための実験を遂行した。使用した反応槽１は直径９ｃｍ、高さ３０ｃｍであった。反応槽１内には横８ｃｍ、縦２ｃｍ大きさの混合装置４０を３段で設置した。

反応槽１の運転による分散度を測定することであるので、搬送スラッジを注入せず、塩素イオン濃度が５００ｐｐｍである水溶液を、反応槽１の底から５ｃｍ高さに設置された細い２つのホースを通じて反応槽１内に投入した。ホースの末端（実際反応槽におけるノズルに該当）は主軸から各々４ｃｍ、１．５ｃｍ離隔させた。塩素イオン水溶液は滞留時間が各々１時間及び３時間になるように流入させた。

混合装置４０の回転数は各々０、３、５、１０ｒｐｍに変化させた。０、３、５、１０ｒｐｍは混合装置４０の円周速度では各々約０．００、０．７５、１．２５、２．５１Ｍ／分に該当する。

流入水の塩素イオン濃度をＣ０、流出水の塩素イオン濃度をＣ、経過時間をＴ、流出水の塩素イオン濃度が流入水の濃度と同一になる経過時間をＴ０として、滞留時間別に時間経過による流出水の濃度変化をグラフに示した。図９ａ及び９ｂは各々滞留時間が１時間及び３時間である場合である。

図面に示されているように、滞留時間が１時間である場合、混合がない時は１時間経過後から徐々に塩素イオンが流出水に検出され始め、１時間２０分経過後は流出水の塩素イオン濃度がＣ０に至った。一方、混合強度が３ｒｐｍである場合、５５分から流出水に塩素イオンが検出され始め、１時間１５分経過後はＣ０に至った。５ｒｐｍである場合、約３０分後から検出され始め、１時間３０分経過後は流出水でＣ０が検出された。１０ｒｐｍである場合、注入５分後から塩素イオンが検出され始め、約１時間３０分後からはＣ０の濃度に検出された。

滞留時間が３時間である時、混合が３ｒｐｍである場合には３時間後から塩素イオンが検出され始め、１０分以内に流出水でＣ０の濃度に検出された。しかし、３ｒｐｍである場合、２５分以後から塩素イオンが検出され始め、４時間後からは流入水の塩素イオン濃度と同一に現れた。５ｒｐｍである場合には３０分後、１０ｒｐｍである場合には１５分後から塩素イオンが検出され始め、完全混合形に接近した。

前記のような結果を見ると、混合強度が０ｒｐｍと３ｒｐｍである時に理想的なプラグフロー（ｐｌｕｇ ｆｌｏｗ）流れに接近し、５と１０ｒｐｍである時に完全混合形に接近することが分かった。

実施例
（１）パイロットプラントシステムの規格
１）嫌気反応槽は本発明の第１類型、即ち、廃水及び搬送スラッジが主軸の上部に位置する滞留部に導入されて混合された状態で分配される類型のものを適用した。嫌気反応槽の具体的な規格を下記表１に示した。
２）好気反応槽：横２．０ｍ、縦３．０ｍ、高さ５．５ｍ、有効容量２６ｍ^３
３）沈殿槽：直径２．４ｍ、高さ３．０ｍ、有効容量１１ｍ^３

（表１）

（２）運転条件
１）処理流量：１５０ｍ^３/日
２）主軸の回転速度：０．５ｒｐｍ（混合装置の円周速度では約３．５Ｍ／分）
３）処理温度：２０〜２８℃の建物内で処理

（３）結果
廃水処理装置が安定化された後、７日間隔に総７回にわたって流入水及び流出水濃度の生物学的酸素要求度（ＢＯＤ）、化学的酸素要求度（ＣＯＤ）、総溶存物質（ＴＳＳ）、総窒素濃度（ＴＮ）及び総燐濃度（ＴＰ）を測定した。各測定結果を表２に、各処理効率及び平均処理効率を表３に各々示した。

（表２）
（単位：ｍｇ/Ｌ）

（表３）
（単位:％）

以上からわかるように、ＢＯＤの場合、流入水の濃度が１５７．２〜２７８．０ｍｇ／ｌに変わるが、流出水の濃度は７．０〜８．０ｍｇ／ｌに平均９６％以上処理された。窒素の場合、３３．１〜３７．９ｍｇ／ｌ濃度の流入水で７０％以上が処理されて６．２〜１０．６ｍｇ／ｌに、燐の場合には２．９〜６．７ｍｇ／ｌで流出水は０．１〜０．９ｍｇ／ｌに９０％以上非常に安定的に処理されている。

実施例で適用された廃水処理装置が安定化された後、嫌気反応槽１及び好気反応槽２０でのスラッジ濃度及び搬送スラッジ及び排出スラッジ濃度を測定して表４に示した。

（表４）

本発明による嫌気反応槽１が適用された廃水処理装置によると、嫌気反応槽１で非常に高濃度のスラッジが排出され、好気反応槽２０と嫌気反応槽１での運転中のスラッジ濃度が非常に高いことを確認することができた。

ａは、従来の技術における第１実施例の模式図である。ｂは、従来の技術における流入装置の平面模式図である。 ａは、本発明による上部流入形反応槽のうちの廃水と搬送スラッジを統合流入させる類型の概略図である。ｂは、本発明による上部流入形反応槽のうちの廃水と搬送スラッジを統合流入させる他の類型の概略図である。 ａは、本発明による上部流入形反応槽のうちの廃水と搬送スラッジを個別流入させる類型の概略図である。ｂは、本発明による上部流入形反応槽のうちの廃水と搬送スラッジを個別流入させる他の類型の概略図である。 図３ａに適用される滞留部及び放出管の一例を示す概略図である。 ａは、本発明による下部流入形反応槽のうちの廃水と搬送スラッジを統合流入させる類型の概略図である。ｂは、図５ａに適用される滞留部部分を例示する部分概略図である。 ａは、本発明による下部流入形反応槽のうちの廃水と搬送スラッジを個別流入させる類型の概略図である。ｂは、図６ａに適用される滞留部部分を例示する部分概略図である。 本発明におけるノズルの一例を示す概略図である。 本発明による嫌気反応槽を含む廃水処理装置の装置構成概略図である。 ａ、ｂは本発明による水理学的実験結果図である。

符号の説明

１ 嫌気反応槽
２ 主軸
３ 廃水流入管
４ 搬送スラッジ流入管
５ 滞留部
５ａ 廃水滞留部
５ｂ スラッジ滞留部
６ 放出管
６ａ 廃水放出管
６ｂ スラッジ放出管
７ 流出装置
８ スラッジ集積装置
２０ 好気反応槽
３０ 沈殿槽
３１ 散気管
３２ スラッジ搬送ポンプ
３３ スラッジ排出ポンプ
４０ 混合装置

Claims (8)

1. 廃水処理装置に適用される嫌気反応槽において、
   前記嫌気反応槽は、嫌気反応槽の中央に垂直に形成され、駆動手段の動力伝達によって回転する主軸と、
   嫌気反応槽の外側上部に設置され、各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管及び搬送スラッジ流入管と、
   前記主軸と共に回転するように前記主軸の上部周囲に固定設置され、前記廃水流入管及び搬送スラッジ流入管の末端から導入された廃水及び搬送スラッジを通過させる滞留部と、
   前記主軸と共に回転するように主軸に固定設置され、一側末端が前記滞留部と直結され、他側末端が嫌気反応槽の内側下部に位置し、前記他側末端には廃水及び搬送スラッジ混合物が放出される有孔管が形成された一つまたは複数の放出管と、
   一部スラッジが含まれた反応水を次工程へと流出させるように、嫌気反応槽の上部に位置し、堰の構造を有する流出装置と、
   嫌気反応槽の下部に位置し、重力によって嫌気反応槽の中央下部に沈殿したスラッジを処理するためのスラッジ集積装置と
   を含むことを特徴とする上向流嫌気反応槽。
2. 前記主軸に均一な間隔で設置された混合装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の上向流嫌気反応槽。
3. 廃水処理装置に適用される嫌気反応槽において、
   前記嫌気反応槽は、嫌気反応槽の中央に垂直に形成され、駆動手段の動力伝達によって回転する主軸と、
   嫌気反応槽の外側上部に設置され、各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管及び搬送スラッジ流入管と、
   前記主軸と共に回転するように前記主軸の上部周囲に固定設置され、前記廃水流入管の末端から導入された廃水を通過させる廃水滞留部と、
   前記主軸と共に回転するように前記主軸の上部周囲に固定設置され、前記搬送スラッジ流入管の末端から導入された搬送スラッジを通過させるスラッジ滞留部と、
   前記主軸と共に回転するように主軸に固定設置され、一側末端が前記廃水滞留部と直結され、他側末端が嫌気反応槽の内側下部に位置し、前記他側末端には廃水が放出される有孔管が形成された一つまたは複数の廃水放出管と、
   前記主軸と共に回転するように主軸に固定設置され、一側末端が前記スラッジ滞留部と直結され、他側末端が嫌気反応槽の内側下部に位置し、前記他側末端には搬送スラッジが放出される有孔管が形成された一つまたは複数のスラッジ放出管と、
   一部スラッジが含まれた反応水を次工程へと流出させるように、嫌気反応槽の上部に位置し、堰の構造を有する流出装置と、
   嫌気反応槽の下部に位置し、重力によって嫌気反応槽の中央下部に沈殿したスラッジを処理するためのスラッジ集積装置と
   を含むことを特徴とする上向流嫌気反応槽。
4. 前記主軸に均一な間隔で設置された混合装置をさらに含むことを特徴とする、請求項３記載の上向流嫌気反応槽。
5. 廃水処理装置に適用される嫌気反応槽において、
   前記嫌気反応槽は、嫌気反応槽の中央に垂直に形成され、駆動手段の動力伝達によって回転する主軸と、
   嫌気反応槽の外側下部に設置され、各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管及び搬送スラッジ流入管と、
   前記主軸と共に回転するように前記主軸の下部周囲に固定設置され、前記廃水流入管及び搬送スラッジ流入管と直結されていて、導入された廃水及び搬送スラッジを通過させる滞留部と、
   前記主軸と共に回転するように主軸に固定設置され、一側末端が前記滞留部と直結され、他側末端が嫌気反応槽の内側下部に位置し、前記他側末端には廃水及び搬送スラッジ混合物が放出される有孔管が形成された一つまたは複数の放出管と、
   一部スラッジが含まれた反応水を次工程へと流出させるように、嫌気反応槽の上部に位置し、堰の構造を有する流出装置と、
   嫌気反応槽の下部に位置し、重力によって嫌気反応槽の中央下部に沈殿したスラッジを処理するためのスラッジ集積装置と
   を含むことを特徴とする上向流嫌気反応槽。
6. 前記主軸に均一な間隔で設置された混合装置をさらに含むことを特徴とする、請求項５記載の上向流嫌気反応槽。
7. 廃水処理装置に適用される嫌気反応槽において、
   前記嫌気反応槽は、嫌気反応槽の中央に垂直に形成され、駆動手段の動力伝達によって回転する主軸と、
   嫌気反応槽の外側下部に設置され、各々廃水及び搬送スラッジを流入させる廃水流入管及び搬送スラッジ流入管と、
   前記主軸と共に回転するように前記主軸の下部周囲に固定設置されて前記主軸の回転と共に回転し、前記廃水流入管と直結されていて導入された廃水を通過させる廃水滞留部と、
   前記主軸と共に回転するように前記主軸の下部周囲に固定設置されて前記主軸の回転と共に回転し、前記搬送スラッジ流入管４と直結されていて導入された搬送スラッジを通過させるスラッジ滞留部と、
   前記主軸と共に回転するように主軸に固定設置され、一側末端が前記廃水滞留部と直結され、他側末端が嫌気反応槽の内側下部に位置し、前記他側末端には廃水が放出される有孔管が形成された一つまたは複数の廃水放出管と、
   前記主軸と共に回転するように主軸に固定設置され、一側末端が前記スラッジ滞留部と直結され、他側末端が嫌気反応槽の内側下部に位置し、前記他側末端には搬送スラッジが放出される有孔管が形成された一つまたは複数のスラッジ放出管と、
   一部スラッジが含まれた反応水を次工程へと流出させるように、嫌気反応槽の上部に位置し、堰の構造を有する流出装置と、
   嫌気反応槽の下部に位置し、重力によって嫌気反応槽の中央下部に沈殿したスラッジを処理するためのスラッジ集積装置と
   を含むことを特徴とする上向流嫌気反応槽。
8. 前記主軸に均一な間隔で設置された混合装置をさらに含むことを特徴とする、請求項７記載の上向流嫌気反応槽。

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