JP5267068B2 - 廃水処理装置および廃水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水、工場廃水などの、微生物固定用担体を用いた、廃水処理装置および廃水処理方法に関する。

生活排水や工場排水などに含まれる有機物、無機物を微生物により分解する廃水処理装置の性能を向上する方法として、有機高分子物質や無機物質を主成分とする担体に微生物を固定して用いる方法がある。

この方法は、標準活性汚泥法と比較して微生物濃度を高濃度に維持できるため、廃水処理装置の性能を向上することができる。

微生物の固定に用いる担体には、例えば、特許文献１に記載の、図６中に符号１４で示すような、粒状のものの他、特許文献２に記載の、図７中に同じく符号１４で示すような、ひも状のもの、などが知られている。

微生物には酸素を供給する必要がある。それには、空気を送る散気装置を設置する方法がある。散気装置から空気を送って反応槽１内の廃水中の微生物に酸素を供給することを散気または曝気という。

廃水処理装置における散気（曝気）のしかたには、散気装置２を反応槽１の槽底全体に設置した、全面曝気式（前記特許文献１、図６参照）と、図８に示すような、散気装置２を反応槽１の槽底の一部に設置し、処理すべき廃水を反応槽１内で旋回させ、循環させる、旋回流式の二つが知られている（特許文献３に記載の、図９などもこれに該当）。図８中、Ｆが旋回流を示している。

なお、特許文献１に記載の、図６中、６は担体分離用スクリーン（仕切具）、１３は気泡発生装置、１４は微生物固定用担体（担体）を示し、特許文献２に記載の、図７中、１５は蓋、１６は汚泥回収ピット、１７はバイパス経路を示す。同図７中、１８はバルブであり、普段は、バルブ１８を閉じて、矢印にて示す流れの方向にみて、バルブ１８よりも手前の散気装置２のみで散気する。担体１４への汚泥などの付着量が多くなり、廃水処理装置の性能が低下すると、流出側の蓋１５を閉じ、バイパス経路１７側の蓋１５を開け、散気装置２から反応槽１内に向けて供給する空気の流量を増加させるとともに、バルブ１８よりも後方の散気装置２にも散気し、同散気装置２のある反応槽１の槽底に沈積した汚泥などを、汚泥回収ピット１６に送って沈降させ、回収できるようにしている。
特開平１１−０７０３９０号公報 特開平１０−０５２６９４号公報 特開平０６−３４３９８７号公報

さて、粒状の微生物固定用担体１４は、流出を防止しなければならない（図６中の担体分離用スクリーン（仕切具）６もこのためのものにあたる）。

この点、図７に示したような、反応層１内に、ひも状の担体を固定して用いる方法は、流出を防止するための手立てを講ずる必要もなく、安価で、しかも、付着した汚泥などの洗浄も容易な利点がある。

ひも状の担体を用いた場合のみならず、微生物固定用担体１４を、反応層１内に固定して用いる方式の廃水処理装置を、固定床型反応槽方式という。

ところで、微生物に酸素を供給する方法として、先述の特許文献１の、図６に例を示した、全面曝気式は、散気装置２を反応槽１の槽底全体に設置するため、反応槽１内全体で不規則に緩やかな上昇流及び下降流が生成し、曝気効率が高い利点はあるが、反応槽１内に生ずる流速が小さく、反応槽１の槽底に汚泥が沈積しやすい問題がある。

一方、旋回流式では、反応槽１内に生ずる流速が大きく、反応槽１の槽底に汚泥は沈積しにくいが、流速の速い領域と遅い領域が顕著に現れ、流速の速い領域では、酸素の供給が不足し、廃水処理装置全体としての性能を十分に発揮できない問題がある。

本発明は、固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方式をとる場合に、微生物への酸素の供給を均等化し、廃水処理装置の性能を十分に発揮できる、廃水処理装置および廃水処理方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は以下の通りである。
[１] 反応槽内に微生物固定床を設置した固定床型反応槽方式にて、旋回流生成のための散気装置を反応槽の槽底の一部に設置し、処理すべき廃水を旋回流として循環させる旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理装置において、
旋回流の内周側から外周側に向けて設置密度を大きくした、前記微生物固定床内の 微生物固定用担体と、
該微生物固定用担体の単位体積あたりに付着している微生物の量に対する流量を均等化する、前記散気装置とは別の、流量可変とする散気装置とを具備することを特徴とする廃水処理装置。
[２] 反応槽内に微生物固定床を設置した固定床型反応槽方式にて、旋回流生成のための散気装置を反応槽の槽底の一部に設置し、処理すべき廃水を旋回流として循環させる旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理方法において、
前記微生物固定床内の微生物固定用担体の設置密度を、旋回流の内周側から外周側に向けて大きくするとともに、
旋回流の流量を、前記散気装置とは別の、流量可変とする散気装置を設置して、前記微生物固定用担体の単位体積あたりに付着している微生物の量に対して均等化することを特徴とする廃水処理方法。

本発明によれば、固定床型反応槽方式にて、旋回流式の曝気方法をとる場合に、微生物への酸素の供給を均等化し、廃水処理装置の性能を十分に発揮できる、廃水処理装置および廃水処理方法を提供することができる。

図１は、本発明の一つの実施の形態に係る廃水処理装置１００を示している。

図１の例では、反応槽１には、ひも状などの担体１４を内部に固定的に設置した、微生物固定床７，８，９を固定的に設置している（数は必ずしもこれに限らず、単数でも複数でもよい）。

また、図１の例では、散気装置として、旋回流生成のための散気装置２が、微生物固定床７，８，９の下方から外れた、反応槽１の槽底の一部に設置されている。

散気装置２から反応槽１内に散気される空気（気泡３）中に含まれる酸素は、旋回流とともに微生物固定床７，８，９の上方から流入する。

そして、微生物固定床７，８，９の下方から流出した旋回流は、散気装置２の設置された場所に戻ってくる。

旋回流式のものであっても、先述の特許文献３の、図９に示した例のように、７，８，９のような微生物固定床を用いないものもあるが、本発明では、微生物固定床を固定的に設置した、固定床型反応槽方式を前提とするため、図１のものを例に挙げて以下説明することにする。

流入水４として、下水、工場廃水などの廃水が、連続的または断続的に反応槽１内に流入し、反応槽１内で処理され、浄化された水が、流出水５として、連続的または断続的に反応槽１から流出する。

さて、散気装置２から遠い側すなわち旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、速い下降流が生じやすく、逆に、散気装置２に近い側すなわち旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９では、遅い下降流が生じやすい。このように、流速の速い領域と遅い領域が顕著に現れることを、偏流が生じる、という。

散気装置２としては、円板型、パネル型、筒型など、どのような形状のものを用いてもよい。

散気装置２から反応槽１内に送られる空気（気泡３）に随伴して生じ、上方に向かおうとする廃水の流れと、微生物固定床７，８，９の上方から流入する向き、すなわち、下方に向かおうとする廃水の流れと、の間に、整流壁（仕切具）６を設けるのも好ましい。

微生物固定床７，８，９は、ひも状、粒状などの担体をメッシュ状の容器に充填したものなどを、反応槽１内に固定したものなど、各種のものが用いて好適である。担体の材質としては、プラスチック系、セルロース系、スポンジ系など、各種のものが用いて好適である。

本発明では、旋回流Ｆの内周側から外周側に向けて微生物固定用担体１４の設置密度を大きくする。そして、微生物固定用担体１４の設置密度によって旋回流の流速を、旋回流の内周側から外周側にかけて調整する。

すなわち、散気装置２から遠い側すなわち旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、散気装置２に近い側すなわち旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９と比較して、微生物固定用担体１４の設置間隔を密にする。

微生物固定用担体１４の設置間隔が同じだと、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、速い下降流が生じやすく、逆に、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９では、遅い下降流が生じやすいため、微生物との接触によって浄化される水の量は、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では少なく、そして、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９では多くなりやすいことから、この差を小さくするためである。

微生物固定用担体１４は、図１の例の中にあるような、微生物固定床７，８，９を用いた場合、ひも状のものなどを用いるのが好ましく、そのような微生物固定用担体１４の設置間隔は、微生物固定床ごとに段階的に変化させてもよいし、あるいは微生物固定床内でも連続的に変化させてもよい。

いずれにしても、本発明では、微生物固定用担体１４の設置密度を、旋回流Ｆの内周側から外周側に向けて変化させることで、旋回流Ｆの流速を、旋回流Ｆの内周側から外周側にかけて調整する。

ひも状などの微生物固定用担体１４の設置間隔は、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９の２分の１倍以上とするのが好ましいが、これらの最適な値は、反応槽１の形状や散気装置２からの散気流量によって異なるため、第一義的には、流体の数値シミュレーションなどを行なって決定するのが好ましいが、水理実験などを行って決定するのがより好ましい。

ただし、ひも状などの微生物固定用担体１４の設置間隔が小さい微生物固定床７では、付着している微生物の量がそれだけ多くなり、その分だけ酸素の消費量も多くなることから、この分を勘案すると、流れを完全に均等化するのではなく、微生物固定用担体１４の単位体積あたりに付着している微生物の量に対する流量を、均等化するのが好ましい。

例えば、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７での、ひも状などの微生物固定用担体１４の設置間隔を、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９の２分の１倍とした場合、微生物固定用担体１４の単位体積あたりに付着している微生物の量は８倍となる。

ここで、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、密に設置された微生物固定用担体１４の抵抗によって下降流が遅くなる分、必要な散気流量が多くなり、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９では、粗く設置された微生物固定用担体１４の抵抗によって下降流がさほど遅くならない分、必要な散気流量が多くならない結果、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７を通過する水の流量は、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９を通過する水の流量の４倍にまで抑えられたとする（微生物固定用担体の設置間隔が同じであればもっと大きくなる）。

このとき、散気流量は、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９の２倍とするのが好ましい。

図２は、本発明の別の実施形態に係る廃水処理装置を示し、散気装置２を反応槽１の中央付近に設置し、旋回流を両側に生じさせる場合の例である。図３は、本発明のまた別の実施形態に係る廃水処理装置を示し、反応槽１の形状は矩形のほかに、図３に示すような円筒形でもよい。

なお、本発明のように、微生物固定用担体１４の設置密度を、旋回流Ｆの内周側から外周側に向け変化させることで、旋回流Ｆの流速を、旋回流Ｆの内周側から外周側にかけて調整すると、本来、速い下降流の生ずる、旋回流Ｆの外周側にある微生物固定床７では、密に設置された微生物固定用担体１４の抵抗によって下降流が遅くなる分、必要な散気流量は少なくなる。

一方、本来、下降流の遅い、旋回流Ｆの内周側にある微生物固定床９は、比較的微生物固定用担体１４の設置間隔が粗く、微生物固定用担体１４の抵抗によって下降流がさほど遅くならない分、必要な散気流量は少なくならない。

以上のような調整を図ったとしても、場所によらず必要な散気流量を完全に所望の値に調整するのは難しい。

このため、本発明では、旋回流生成のための散気装置２とは別に、設置場所により流量可変とした散気装置を、微生物固定床７，８，９の下方に設置するのも好ましい。これにより、微生物への酸素供給を均等化し、廃水処理装置の性能を十分に発揮できる。

図４に示す構成の、幅（図中左右方向）7m、長さ（図中奥行き方向）15m、有効深さ5mの矩形の反応槽１に、ひも状の担体を固定的に設置した微生物固定床７，８，９を、該ひも状の担体の設置密度を均等にして設置した場合と、散気装置２の側から壁面１０にかけて該ひも状の担体の設置密度を３段階に変化させて設置した場合と、で比較して、それらの流体シミュレーションの結果を示す。

なお、図４に示す、ここでの例では、旋回流生成のための散気装置２を反応槽１底の一部に設け、その一部を除いた反応槽１底の上方に、微生物固定床７，８，９を設置している。

表１は、反応槽１の幅方向の位置（図４中、反応槽１の左端を基準）と、設置したひも状の担体の設置密度を示している。

なお、流入、流出する廃水の流量は3.5m³/min、水理学的滞留時間は約2.5時間である。また、いずれのケースでも、ひも状の担体の総数は等しくなるように設置した。

表２は、中間水深（水面下2.5m）での水面に平行な仮想断面の単位面積当りを通過する廃水の流量を求めたものである。

ひも状の担体の設置密度を均等にして設置したケース１の場合、反応槽１内の流れは、旋回流の外周側にあたる、反応槽１の壁面１０に近い側に、大きく偏り、他では流れが滞っていることが分かる。

ひも状の担体の設置密度を旋回流の内周側から外周側に向かって段階的に大きくしたケース２及び３では、反応槽１内の流量が均等化していることが分かる。

ただし、ケース３では、３つのケースのうちで最も流量が均等化しているものの、表３に示すように、ひも状の担体１本当りの廃水の流量を比較すると、最もバランスしているのはケース２となり、最も好ましい設置条件はケース２となる。

また、図５に示す構成の幅（図中左右方向）1.5m、長さ（図中奥行き方向）2m、有効深さ1mの模型を用いて、COD（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）成分としてチオ硫酸イオン（S₂O₃ ²⁻）を含有する模擬廃水の処理実験を行った。

微生物固定床７，９として、馴養した粒状担体をメッシュ状の容器に充填したものを用いた。

散気装置２の上方を除く、反応槽１の内部を仮想的に２分割するかたちで、ケース４ではそれぞれ75kgずつ、ケース５では壁面１０に近い側の微生物固定床７に100kg、散気装置２に近い側の微生物固定床９に50kgの、ひも状の担体を設置した。流入水のCODは50mg/Lとした。

結果を、表４に示す。

ケース４では、チオ硫酸イオン（S₂O₃ ²⁻）濃度の上昇に伴うCOD負荷の上昇に伴い、廃水中のCODが上昇していることから、処理効率の低下が見られるが、流速の速い部分に多く担体を配したケース５では、廃水中のCODは、ほぼ同程度の値を示し、COD負荷が上昇しても、ほぼ同程度の処理効率が得られる。

本発明の一つの実施の形態について説明するための線図 本発明の一つの実施の形態について説明するための線図 本発明の一つの実施の形態について説明するための線図 本発明の一つの実施の形態について説明するための線図 本発明の一つの実施の形態について説明するための線図 従来技術について説明するための線図 従来技術について説明するための線図 従来技術について説明するための線図 従来技術について説明するための線図

符号の説明

１ 反応槽
１ａ 反応槽流入部
１ｂ 反応槽流出部
２ 散気装置
３ 気泡
４ 流入水
５ 流出水
６ 整流壁（仕切具）
７ 微生物固定床
８ 微生物固定床
９ 微生物固定床
１０ 槽壁面
１１ ブロワ
１３ 気泡発生装置
１４ 微生物固定用担体（担体）
１５ 蓋
１６ 汚泥回収ピット
１７ バイパス経路
１８ バルブ
１００ 廃水処理装置
Ｆ 旋回流

Claims (2)

1. 反応槽内に微生物固定床を設置した固定床型反応槽方式にて、旋回流生成のための散気装置を反応槽の槽底の一部に設置し、処理すべき廃水を旋回流として循環させる旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理装置において、
   旋回流の内周側から外周側に向けて設置密度を大きくした、前記微生物固定床内の 微生物固定用担体と、
   該微生物固定用担体の単位体積あたりに付着している微生物の量に対する流量を均等化する、前記散気装置とは別の、流量可変とする散気装置とを具備することを特徴とする廃水処理装置。
2. 反応槽内に微生物固定床を設置した固定床型反応槽方式にて、旋回流生成のための散気装置を反応槽の槽底の一部に設置し、処理すべき廃水を旋回流として循環させる旋回流式の曝気方式をとる、廃水処理方法において、
   前記微生物固定床内の微生物固定用担体の設置密度を、旋回流の内周側から外周側に向けて大きくするとともに、
   旋回流の流量を、前記散気装置とは別の、流量可変とする散気装置を設置して、前記微生物固定用担体の単位体積あたりに付着している微生物の量に対して均等化することを特徴とする廃水処理方法。

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