JP4312858B2

JP4312858B2 - 上向流嫌気性処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP4312858B2
Application number: JP28901198A
Authority: JP
Inventors: 花岡平; 東條正樹; 中畑繁夫; 京信一郎
Original assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2018-10-12
Also published as: JP2000117284A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水を、嫌気性処理槽内に形成された微生物の自己造粒汚泥床（以下単に汚泥床という。）を上向流通させて、排水中の有機物を微生物の生物学的作用で分解処理する上向流嫌気性処理装置（以下ＵＡＳＢ装置という。）及びその処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、食品加工排水、醗酵工場排水、化学工場排水及び紙パルプ工場排水などの有機性産業排水や下水を処理する装置として、下部に被処理水供給手段、上部に処理水及びガス排出手段を設け、内部の下方にメタン菌を主体として微生物が粒子化した汚泥（以下汚泥粒子という。）でブランケット状態の汚泥床を形成し、汚泥床の下部に被処理水供給手段から有機性排水を上向流通させることにより、排水中の有機物を嫌気性で生物学的に分解し、発生したメタンガスなどの生成ガスと処理水を上部で分離して処理水は処理水排出手段から排出し、また、生成ガスはガス排出手段から排出するＵＡＳＢ装置が用いられている。
【０００３】
前記ＵＡＳＢ装置は、排水中の有機物を生物学的に分解する嫌気性微生物が、微生物自体又は微細粒子を核として粒子化するため、微生物が高密度で保持でき、高濃度の有機性排水を効率的に処理することができることにより、装置の設置面積の縮小化が図れ、また、生成するメタンガスを燃料や化学製品製造用原料などとして利用できる利点があり、多数設置されている。
【０００４】
しかし、従来の一般的なＵＡＳＢ装置では、生成したメタンガスによって処理槽内の液に乱流が生じるため、被処理水の上向流速を速めると汚泥粒子が処理水に伴われて処理水排出手段から流出する恐れがある。また、被処理水の上向流速を速めると、局部的に汚泥負荷が過負荷状態になり、汚泥粒子表面に酸生成菌が密集増殖し、汚泥粒子の構造がガスの透過しにくい構造となり、汚泥粒子の比重が軽くなって流出しやすくなる。従って従来は、被処理水の上向流速を遅くして汚泥粒子を膨張流動させず、ブランケット状態に維持して処理をしている。
【０００５】
前記の通り従来のＵＡＳＢ装置は、上向流速が遅く膨張流動展開していないため、被処理水と汚泥粒子との接触効率が低く、また、被処理水に含まれる無機性固形物が汚泥粒子に捕捉されやすく、汚泥の生物活性を高く維持することができない。また、上向流速を速くすると汚泥粒子が流出する恐れがあるためなどから、高速、高負荷条件で処理効率を上げることが困難であった。
【０００６】
前記問題点に鑑みて、処理槽の高さを２〜３倍に高くし、また、生成ガスや汚泥粒子の分離を効率よく行うことで汚泥粒子の流出を抑え、被処理水の供給量を多くすることができるため、有機物負荷を従来の２〜３倍も高くできる改良された装置（以下高速ＵＡＳＢ装置という。）として、高さ方向に複数のガス回収フ−ドを設けたガス分離部を上下２段に設け、回収ガスを液の内部循環流発生用に使用した高速ＵＡＳＢ装置が特開昭６１−７１８９６号公報に記載されており、また、特開昭６１−２０４０９３号公報には、高さ方向の千鳥状位置に３段のガス回収フ−ドによるガス分離部を設けた高速ＵＡＳＢ装置が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開昭６１−７１８９６号公報及び特開昭６１−２０４０９３号公報に、それぞれ記載された高速ＵＡＳＢ装置の構成では、処理槽内に多数のパイプやガス回収用フ−ドが配置されるため、装置が必要以上に複雑となり、また設備費も嵩む問題がある。
【０００８】
従って、本発明は、従来の高速ＵＡＳＢ装置の複雑な構成をより簡略化すると共に、生成ガスの分離及び汚泥粒子の沈降分離をより効率よく行うことができ、有機性排水の高効率処理が可能となる高速ＵＡＳＢ装置及び処理方法を提供する目的で成されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の要旨は、下部に被処理水供給手段（８）、上部に処理水排出手段（９）及びガス排出手段（１０）を具備し、内部の下方に自己造粒汚泥による汚泥床（Ａ）を形成した嫌気性処理槽（１）で有機性排水を上向流通させて処理する上向流嫌気性処理装置において、前記処理槽（１）内の有効水深（Ｈ）の少なくとも１／２よりも高い位置（Ｈａ）に、下段および上段の二段の三相分離部材を設け、前記下段三相分離部材（２）および上段三相分離部材（３）は、各々、上部にガス排出管（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）を具備した複数のガス回収フ−ド（６）が水平方向に所定間隔で配置された上下２列のガスコレクタからなり、上列ガスコレクタ（４ｂ、５ｂ）のガス回収フ−ド（６）は下列ガスコレクタ（４ａ、５ａ）の上向流通流路である開口部（ａ１、ａ２）上方に一定の間隙を持って位置し、前記下段三相分離部材（２）および上段三相分離部材（３）の上下間を前記処理槽（１）内の有効水深（Ｈ）の５〜３０％の高さである整流ゾ−ン（Ｂ）とし、整流ゾ−ンから液を抜き出して被処理水供給手段に循環する循環流路（１４ａ）を設けたことを特徴とする上向流嫌気性処理装置である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明においては、前記下段三相分離部材（２）及び上段三相分離部材（３）の夫々において、前記下列ガスコレクタ（４ａ、５ａ）における複数のガス回収フ−ド（６）間に形成された上向流通流路（ａ１、ａ２）の開口部の開口総断面積が、前記処理槽（１）の水平方向断面積の３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１記載の上向流嫌気性処理装置である。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明においては、前記下段三相分離部材（２）及び上段三相分離部材（３）の夫々において、前記下列ガスコレクタ（４ａ、５ａ）における複数のガス回収フ−ド（６）と上列ガスコレクタ（４ｂ、５ｂ）における複数のガス回収フ−ド（６）とで形成された上向流通流路（ｂ１、ｂ２）である開口部の開口総断面積が、前記処理槽（１）の水平方向断面積の３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の上向流嫌気性処理装置である。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明においては、前記請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の上向流嫌気性処理装置において、ガスコレクタにおける複数のガス回収フ−ドの上部に具備されたガス排出管が、前記処理槽の外部に付設されたシ−ルポットに接続し、水封されていることを特徴とする上向流嫌気性処理装置である。
【００１７】
前記の構成とすることにより、処理槽内に被処理水を下部の被処理水供給手段から供給し、内部の下方に形成された汚泥粒子の汚泥床を上向流通させて有機物を嫌気性で生物学的に処理し、下段三相分離部材部、整流ゾ−ン及び上段三相分離部材部で、ガス、液及び汚泥を効率的に分離できるため、有機性排水の高効率処理が可能である。
【００１８】
また、ガス排出及び回収系統を処理槽の外部に付設されたシ−ルポットに接続して水封されているため、処理槽内の構造が簡略化し、設備費も低廉となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態の上向流嫌気性処理装置の構成図、図２は本発明の他の実施の形態の上向流嫌気性処理装置の構成図、図３は一実施の形態の三層分離部材部の平面図、図４は他の実施の形態の三層分離部材部の平面図、図５は本発明の一実施の形態の上向流嫌気性処理装置の説明図である。なお、全図において相当する作用を有する部材については、同一の符番を付した。
【００２０】
１は密閉構造で円筒形状の嫌気性処理槽（以下単に処理槽という。）であるが、矩形体形状の処理槽であってもよい。処理槽の下部には、被処理水供給流路１１が接続した被処理水供給手段８が設けられ、上部には、前段に処理水がオ−バ−フロ−で排出される処理水オ−バ−フロ−部材１５、処理水ピット１７を具備し、処理水排出流路１２が接続した処理水排出手段９が設けられ、また、バッファタンク１８及びシ−ルポット７を介して生成ガス排出流路１３が接続し、図示しないガス吸引装置を具備したガス排出手段１０が設けられている。
【００２１】
前記処理槽１内の中間位置に、ガス、液及び汚泥の三相に分離する二段の三相分離部材２及び３が夫々水平方向に横設され、三相分離部材２及び３の中間位置には、液を被処理水供給手段８に循環する循環流路１４ａが接続されており、下段三相分離部材２の下方に、汚泥粒子が流動化した汚泥床Ａが形成され、下段三相分離部材２と上段三相分離部材３との間は、上向流に同伴された汚泥粒子の沈降を促進する整流ゾ−ンＢが形成されている。また、処理槽１の前記汚泥床Ａ部には、余剰汚泥粒子を抜き出す汚泥排出手段１９が設けられている。
【００２２】
なお、被処理水供給手段８は、被処理水を処理槽１の水平断面全体を均一に上向流通させるのが好ましいため、処理槽１の底面に多数の供給口を設けた格子状部材を底面の略全面にわたって配置するの好ましく、また、被処理水を処理槽１内の接線方向に供給する部材であってもよいが、これらには限定されない。
【００２３】
また、処理水オ−バ−フロ−部材１５は、処理水が流入する側面が、ノッチ、スリット状、格子状、又は金網などで形成された部材であるが、処理水に同伴されて浮上してきた微生物粒子が流出しない構造が好ましい。更に、被処理水供給手段８に循環する循環水として処理水排出手段９から排出される処理水を用いる場合には、循環流路１４ａは、循環流路１４ｂとなる。
【００２４】
２及び３の三相分離部材は、処理槽１内の有効水深の少なくとも１／２よりも高い位置（即ち、図５において、Ｈａが処理槽１内の有効水深Ｈの少なくとも１／２よりも高いことを意味する。）に設けられており、２は上部にガス排出管１６ａ又は１６ｂを具備した複数のガス回収フ−ド６が水平方向に所定間隔で配置されたガスコレクタが、下列ガスコレクタ４ａ及び下列ガスコレクタ４ａの上向流通流路である開口部上方に一定の間隙を持ってガス回収フ−ド６が位置する上列ガスコレクタ４ｂとの２列に構成されたガス、液及び汚泥を分離する下段三相分離部材である。
【００２５】
また、３は下段三相分離部材２よりも高い位置に設けられ、下段三相分離部材２との間に整流ゾ−ンＢを形成した上段三相分離部材で、下段三相分離部材２と略同一の構成から成り、上部にガス排出管１６ｃ又は１６ｄを具備した複数のガス回収フ−ド６が水平方向に所定間隔で配置されたガスコレクタが、下列ガスコレクタ５ａ及び下列ガスコレクタ６ａの上向流通流路である開口部上方に一定の間隙を持ってガス回収フ−ド６が位置する上列ガスコレクタ５ｂとの２列に構成されている。
【００２６】
なお、ガス排出管１６の処理槽１外に延設された先端部は、処理槽１の外部に付設されたシ−ルポット７に接続して水封されている。なお、シ−ルポット７は、図１に記載されたように、下段三相分離部材２の下列ガスコレクタ４ａ、上列ガスコレクタ４ｂ及び上段三相分離部材の下列ガスコレクタ５ａ、上列ガスコレクタ５ｂに具備されたガス排出管１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの全てが接続する単一のシ−ルポット７でもよく、また、図２に記載されたように、夫々のガス排出管１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ毎に接続する複数のシ−ルポット７でもよい。
【００２７】
前記下段三相分離部材２及び上段三相分離部材３は、下列ガスコレクタ４ａ、５ａのガス回収フ−ド６と、上列ガスコレクタ４ｂ、５ｂのガス回収フ−ド６とが夫々の上向流通流路である開口部に上下で位置しているいるため、上下方向投影面積が、前記処理槽の水平方向断面積と同じとなる。なお、上列ガスコレクタ４ｂ、５ｂのガス回収フ−ド６の水平方向大きさは、下列ガスコレクタ４ａ、５ａのガス回収フ−ド６で形成された上向流通流路である開口部の大きさと同一でも、また、それ以上であってもよい。
【００２８】
更に、前記下段三相分離部材２及び上段三相分離部材３は、下面が開放された水平方向に長尺の三角柱形状や半円柱形状のガス回収フ−ド６が、図３に記載されたように、同心円状に配置された構成てもよく、また、図４に記載されたように、直線状に配置された構成でもよい。しかし、本発明はそれらの構成には限定されない。
【００２９】
前記下列及び上列のガスコレクタにおける複数のガス回収フ−ド６で形成された上向流通流路である開口部の開口総断面積は、夫々前記処理槽１の水平方向断面積の３０％〜７０％であるのが好ましい。即ち、図５において、ａ1又はａ2の幅の上向流通流路である開口部断面積を積算した総断面積が、処理槽１の直径がｄの水平方向断面積の３０％〜７０％である。
【００３０】
前記ガスコレクタにおける下列及び上列ガスコレクタ４ａ、４ｂ又は５ａ、５ｂで形成された上向流通流路である開口部の開口総断面積が、夫々前記処理槽１の水平方向断面積の３０％〜７０％であるのが好ましい。即ち、図５において、ｂ1又はｂ2の幅の上向流通流路である開口部断面積を積算した総断面積が、処理槽１の直径がｄの水平方向断面積の３０％〜７０％である。
【００３１】
前記下段三相分離部材２と上段三相分離部材３間の整流ゾ−ンＢが、前記処理槽１内の有効水深の５〜３０％、好ましくは１０〜２０％の高さである。即ち、図５において、Ｈｂが処理槽１内の有効水深Ｈの１０〜３０％の高さであることを意味する。
【００３２】
以下に本発明の作用を図に基づいて説明する。食品加工排水などの有機性排水の被処理水を、被処理水供給流路１１から被処理水供給手段８を介して処理槽１内の下部に供給し、処理槽１内を均一な上向流として流通させることにより、初期に充填された下水汚泥などを種菌として自己造粒したメタン菌などの微生物による汚泥粒子の汚泥床Ａが形成されるが、初期に他の装置からの汚泥粒子を充填してもよい。
【００３３】
前記被処理水の上向流速は、従来のＵＡＳＢ装置にあっては、汚泥床Ａの膨張展開に伴う汚泥粒子の流出を防止するため、１〜２ｍ／ｈｒ程度であり、被処理水に含まれる無機性固形物が汚泥粒子に捕捉されやすく、汚泥の生物活性を高く維持することができないと共に、被処理水供給量も少ないため、高速、高負荷条件で処理効率を上げることが困難であったが、本発明の高速ＵＡＳＢ装置では、三相分離が効率よく行われるため、４〜３０ｍ／ｈｒと極めて速い流速とすることができ、汚泥床Ａの膨張展開を積極的に図り、被処理水と汚泥粒子との接触効率を高めることができる。また、被処理水供給量も多くでき、高速、高負荷条件で処理効率を上げることができる。
【００３４】
処理槽１内に供給された被処理水は、汚泥床Ａを上向流通する間に被処理水中の有機物が微生物の生物学的作用で分解処理され、メタンガスなどのガスが生成する。なお、汚泥床Ａは、従来の汚泥床に比較して２０％以上膨張展開し、被処理水中に主として含有される沈降速度が４ｍ／ｈｒ以下の無機性固形物及び有機性固形物は、沈降されないため、汚泥粒子に付着されることなく、処理水に伴われて系外に排出される。また、微生物の増殖により一定量以上になった汚泥粒子は、汚泥排出手段１９から系外に抜き出される。
【００３５】
汚泥床Ａの微生物で有機物が分解された被処理水は、更に上昇して下段三層分離部材２部に至り、下段三相分離部材２の上向流通流路である開口部ａ1、ｂ1での液上昇速度を３０〜９０ｍ／ｈｒとして上向流通する間に、ガス、液及び汚泥が分離され、ガスは下列及び上列ガスコレクタ４ａ、４ｂのガス回収フ−ドで集められてガス排出管１６からシ−ルポット７を介して回収され、汚泥は汚泥床に沈降される。
【００３６】
前記下段三相分離部材２部での液上昇速度は、整流ゾ−ンの循環流路１４ａから液を抜き出して被処理水供給手段８に循環する場合であり、処理水の一部を循環流路１４ｂから被処理水供給手段８に循環する場合は、三相分離を効率よく行うために、下段三相分離部材２部での液上昇速度を３０ｍ／ｈｒ以下として上向流通させる必要がある。なお、下段三相分離部材２部でのガス回収率は、生成ガスの約６０〜９５％程度である。
【００３７】
前記下段三相分離部材２部で三相分離された被処理水は、整流ゾ−ンを上昇する間に、更に汚泥が沈降分離され、分離汚泥は下段三相分離部材２の上向流通流路である開口部から汚泥床Ａに沈降され、被処理水の一部は循環水排出流路１４から抜き出して被処理水供給手段に循環される。
【００３８】
被処理水は上段三相分離部材３部に至り、上段三相分離部材３の上向流通流路である開口部ａ2、ｂ2での液上昇速度を３０ｍ／ｈｒ以下として上向流通する間に、ガス、液及び汚泥が分離され、ガスは下列及び上列ガスコレクタ５ａ、５ｂのガス回収フ−ドで集めてガス排出管１６からシ−ルポット７を介して回収され、汚泥は下段三相分離部材２部を経て汚泥床に沈降される。
【００３９】
前記により清浄化処理された被処理水は、処理水排出手段９の処理水オ−バ−フロ−部材１５及び処理水ピット１７を介して、処理水排出流路１２から系外に排出され、、また、ガスは、ガス排出手段１０のバッファタンク１８及び図示しないガス吸引装置を介して生成ガス排出流路１３からガスタンクなどに回収される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、生成ガス、汚泥粒子の分離を効率よく行うことができ、また、微生物粒子の流出が抑えられ、被処理水の供給量を多くすることができる高速ＵＡＳＢ装置の利点を更に高め、従来の高速ＵＡＳＢ装置の複雑な構成をより簡単とすると共に、生成ガスの分離及び汚泥粒子の沈降分離をより効率よく行うことができ、被処理水の供給量を多くして高効率処理が可能なＵＡＳＢ装置及び処理方法である。
【００４１】
請求項１においては、処理槽内の有効水深の少なくとも１／２よりも高い位置に、２列のガスコレクタから成る二段の三相分離部材を設けたことにより、三相分離が効率的に行われ、汚泥床部の高さも高いため、汚泥床の膨張展開が積極的に図られ、被処理水と汚泥粒子との接触効率を高めることができ、また、被処理水供給量も多くでき、高速、高負荷条件で処理効率を上げることができる。
【００４２】
請求項２においては、三相分離部材の上下方向投影面積が、処理槽の水平方向断面積と同じであるため、確実に生成ガスを捕捉回収することができる。
【００４３】
請求項３においては、ガスコレクタにおける複数のガス回収フ−ドで形成された上向流通流路である開口部の開口総断面積が、処理槽の水平方向断面積の３０％〜７０％であるため、被処理水の上向流の上昇速度が必要以上に速くならず、三相分離が効率よく行われる。
【００４４】
請求項４においては、下列及び上列ガスコレクタで形成された上向流通流路である開口部の開口総断面積が、処理槽の水平方向断面積の３０％〜７０％であるため、被処理水の上向流の上昇速度が必要以上に速くならず、三相分離が効率よく行われる。
【００４５】
請求項５においては、ガス排出管が、処理槽の外部に付設されたシ−ルポットに接続し、処理水で水封されているため、処理槽内の構造が簡略化し、設備費も低廉となる。
【００４６】
請求項６においては、下段三相分離部材と上段三相分離部材間の整流ゾ−ンが、処理槽内の有効水深の５〜３０％、好ましくは１０〜２０％の高さであり、十分に乱流状態が除去されて整流化されるため、汚泥の沈降が効率よく行われる。
【００４７】
請求項７においては、整流ゾ−ンから液を抜き出して被処理水供給手段に循環する場合に、下段三相分離部材部での液上昇速度が６０〜９０ｍ／ｈｒ、上段三相分離部材部での液上昇速度が３０ｍ／ｈｒ以下として上向流通させることにより、必要以上に乱流をおこすことがないため、三相分離効率がよい。
【００４８】
請求項８においては、処理水の一部を被処理水供給手段に循環する場合に、下段及び上段の三相分離部材部での液上昇速度を、３０ｍ／ｈｒ以下として上向流通させることにより、必要以上に乱流をおこすことがないため、三相分離効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の上向流嫌気性処理装置の構成図
【図２】本発明の他の実施の形態の上向流嫌気性処理装置の構成図
【図３】一実施の形態の三層分離部材部の平面図
【図４】他の実施の形態の三層分離部材部の平面図
【図５】本発明の一実施の形態の上向流嫌気性処理装置の説明図
【符号の説明】
１：嫌気性処理槽
２：下段三相分離部材
３：上段三相分離部材
４ａ、５ａ：下列ガスコレクタ
４ｂ、５ｂ：上列ガスコレクタ
６：ガス回収フ−ド
７：シ−ルポット
８：被処理水供給手段
９：処理水排出手段
１０：ガス排出手段

Claims

下部に被処理水供給手段（８）、上部に処理水排出手段（９）及びガス排出手段（１０）を具備し、内部の下方に自己造粒汚泥による汚泥床（Ａ）を形成した嫌気性処理槽（１）で有機性排水を上向流通させて処理する上向流嫌気性処理装置において、前記処理槽（１）内の有効水深（Ｈ）の少なくとも１／２よりも高い位置（Ｈａ）に、下段および上段の二段の三相分離部材を設け、前記下段三相分離部材（２）および上段三相分離部材（３）は、各々、上部にガス排出管（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）を具備した複数のガス回収フ−ド（６）が水平方向に所定間隔で配置された上下２列のガスコレクタからなり、上列ガスコレクタ（４ｂ、５ｂ）のガス回収フ−ド（６）は下列ガスコレクタ（４ａ、５ａ）の上向流通流路である開口部（ａ１、ａ２）上方に一定の間隙を持って位置し、前記下段三相分離部材（２）および上段三相分離部材（３）の上下間を前記処理槽（１）内の有効水深（Ｈ）の５〜３０％の高さである整流ゾ−ン（Ｂ）とし、整流ゾ−ンから液を抜き出して被処理水供給手段に循環する循環流路（１４ａ）を設けたことを特徴とする上向流嫌気性処理装置。
前記下段三相分離部材（２）及び上段三相分離部材（３）の夫々において、前記下列ガスコレクタ（４ａ、５ａ）における複数のガス回収フ−ド（６）間に形成された上向流通流路（ａ１、ａ２）の開口部の開口総断面積が、前記処理槽（１）の水平方向断面積の３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１記載の上向流嫌気性処理装置。
前記下段三相分離部材（２）及び上段三相分離部材（３）の夫々において、前記下列ガスコレクタ（４ａ、５ａ）における複数のガス回収フ−ド（６）と上列ガスコレクタ（４ｂ、５ｂ）における複数のガス回収フ−ド（６）とで形成された上向流通流路（ｂ１、ｂ２）である開口部の開口総断面積が、前記処理槽（１）の水平方向断面積の３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の上向流嫌気性処理装置。
前記ガスコレクタにおける複数のガス回収フ−ドの上部に具備されたガス排出管が、前記処理槽の外部に付設されたシ−ルポットに接続し、水封されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の上向流嫌気性処理装置。