JP5636968B2

JP5636968B2 - 流動床式生物処理装置

Info

Publication number: JP5636968B2
Application number: JP2011002076A
Authority: JP
Inventors: 友時安池
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: KR101415077B1; JP2012143673A; CN102695681A; KR20120110096A; TW201233643A; TWI429601B; CN102695681B; WO2012093691A1

Description

本発明は、排水を処理するための流動床式生物処理装置に係り、特に担体に付着した気泡を放散させる手段を備えた流動床式生物処理装置に関する。

生物処理では、担体に微生物を付着させ、槽内のＭＬＶＳＳを高く維持するようにした流動床式生物処理装置が広く用いられている。この流動床式生物処理装置においては、通常の場合、槽内に充填された担体が撹拌羽根による撹拌や上向流の水勢によって流動している。

この流動床式生物処理装置によって脱窒処理を行う場合においては、脱窒反応により窒素ガスが発生する。担体に形成された生物膜の内部に窒素ガスが内包されるために、ガスの浮力により浮上して水面に滞留するようになる。浮上担体の量が多くなると、担体と槽内液中の基質との接触が悪くなり、流動床式生物処理装置の処理効率が低下する。なお、窒素以外にも嫌気処理時のメタンなどのガスが担体に付着して担体が浮上することもある。

特開２００６−２１８３７１には、槽内の中央に上下方向にドラフトチューブを設置し、このドラフトチューブ内にインペラ装置を設置し、インペラ装置によって担体を脱泡することが記載されている。即ち、気泡が付着することにより槽内を浮上した担体は、ドラフトチューブの上端から該ドラフトチューブ内に吸い込まれて循環されると共に、ドラフトチューブ内のインペラ装置を通過するときにインペラによって剪断力が与えられ、脱泡される（同公報００２７段落）。

特開２００６−２１８３７１

上記特許文献１のようにインペラによって担体に剪断力を与えて付着気泡を脱泡させる場合、インペラが担体に与える剪断力が強過ぎるために、担体に付着している生物膜が剥離するおそれがある。

本発明は、生物膜の剥離を防止ないし抑制しつつ、担体から付着気泡を放散させることができる流動床式生物処理装置を提供することを目的とする。

請求項１の流動床式生物処理装置は、槽内に粒状の担体が充填され、該担体を撹拌する撹拌手段と、担体に付着した気泡を放散させる気泡放散手段とを有する流動床式生物処理装置において、該気泡放散手段は、槽内で浮上した担体を回転板と定置板とで挟むことにより気泡を放散させるように構成されていることを特徴とするものである。

請求項２の流動床式生物処理装置は、請求項１において、該回転板は槽内の水面下で旋回するように駆動軸に取り付けられており、該定置板は、下部を水中に没するように該回転板の旋回領域に配置されており、該回転板が旋回して該回転板の上部が該定置板の下部に当接し、この際に回転板の上部と定置板の下部との少なくとも一方が退動することにより回転板が定置板の下側を通過するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項３の流動床式生物処理装置は、請求項２において、前記定置板の少なくとも下部が軟質材よりなり、前記回転板の上部が定置板の下部に当接したときに該定置板の下部が退動することを特徴とするものである。

請求項４の流動床式生物処理装置は、請求項３において、前記回転板は、上部ほど旋回進行方向の後方となるように傾斜していることを特徴とするものである。

本発明の流動床式生物処理装置では、槽内を浮上した担体を回転板と定置板とで挟むことにより、該担体に付着した気泡を放散させる。この気泡放散機構によると、担体に与える衝撃を小さくし、生物膜の剥離を防止ないし抑制しつつ気泡を放散させることができる。

請求項２の流動床式生物処理装置では、回転板が水面下で旋回し、浮上した担体が該回転板の上部と定置板の下部との間で挟まれて担体から気泡が放散する。この回転板と定置板とが当接したときに、回転板の上部と定置板の下部との少なくとも一方が退動することにより、担体に与えられる衝撃が小さくなり、生物膜の剥離が防止ないし抑制される。

請求項３の流動床式生物処理装置では、定置板の下部を軟質材にて構成してあるので、回転板が定置板の下部に当接したときに定置板の下部が退動し、担体に与えられる衝撃が小さくなる。

請求項４の流動床式生物処理装置では、回転板を傾斜させており、槽内水面付近の担体が、旋回している該回転板によってかき上げられるようにして回転板に沿って上方に移動し、回転板と定置板との間に挟まれて気泡が担体から放散する。

実施の形態に係る流動床式生物処理装置の縦断面図である。図１の気泡放散手段を示す斜視図である。回転板及び定置板の縦断面図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１図は実施の形態に係る流動床式生物処理装置の縦断面図である。

この流動床式生物処理装置１は、筒軸心方向を鉛直方向とした円筒形の槽体２と、該槽体２の軸心位置に配置された駆動軸３と、該駆動軸３に固着された回転翼（攪拌翼）４と、駆動軸３を回転させるモータ５と、槽体２の上部に設けられた担体流出防止スクリーン付きの処理水取出トラフ６を備えている。処理水取出トラフ６のオーバーフローレベルが槽体２内の水面位ＷＬである。槽体２内の上部に、担体からの付着気泡の放散手段として、回転板７と定置板８とが設けられている。

回転翼４は、この実施の形態では板面を鉛直方向とした平板状であり、駆動軸３から槽体２の直径方向に延在している。即ち、この実施の形態では回転翼４は１８０°反対方向に２枚設けられている。ただし、翼は放射方向に３枚以上設けられてもよく、通常は２〜４枚程度が好適である。担体を流動させれば良く、翼の形状は限定されない。

回転翼４の旋回直径（この実施の形態では２枚の回転翼４の先端同士の距離）は、槽体２の直径の２０〜８０％特に５０〜７０％程度が好適である。

回転翼４は、槽体２の上下方向の中間付近に配置されている。回転翼４の上縁の高さ（槽体底面からの高さ。以下、同様）は、槽体水深の２０〜８０％特に５０〜７０％程度が好適である。回転翼４の上下幅は、槽体水深の５〜６０％特に１０〜４０％程度が好適である。

なお、回転翼４は、この実施の形態では上下方向に１段のみ設けられているが、２段以上に設けられてもよい。

この実施の形態では、槽体２の底面に軸受部を設け、この軸受部によって駆動軸３の下端を支持するようにしている。

この槽体２内に粒状担体Ｃが収容されている。

担体はどのような材質でも良いが、磨耗に強い高分子架橋体の粒状のものが好ましい。

担体の材料樹脂としては、例えばポリオレフィン、ＰＶＡ、ＰＥＧ、（ポリ）アクリルアミド、Ｎ置換アクリルアミド、（ポリ／メタ）アクリル酸またはそのアルカリ金属塩、アルギン酸、ポリアルキレンオキサイド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート（ＤＡＭ）、ジアセトンアルコール（ＤＡＡ）、ポリアルキレンオキサイド等が挙げられる。より具体的には、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのターポリマー、および、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの三級塩もしくは四級アンモニウムのホモポリマーまたはアクリルアミド等とのコポリマー等が例示される。

担体の平均粒径としては１ｍｍ〜２０ｍｍが使用でき、１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、特に好ましくは１．２ｍｍ〜３．５ｍｍである。これより小さいと担体と水の分離が困難になり、大きいと流動の妨げとなる。

担体の空隙率は２０〜５０％が好ましく、特に３０〜４０％が望ましい。空隙率が低いと、汚泥の付着が少なく処理効率が低下し、高いとガスを内包しやすくなる。

担体の密度としては、平均して０．９６〜１．０２ｇ／ｃｍ^３であることが望ましく、８０％以上の担体の密度が０．９８〜１．０１ｇ／ｃｍ^３特に０．９８５〜１．００ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

担体の充填量は槽体２の水面位ＷＬ以下の容積に対して担体のかさ容積が５〜５０％となる量であることが好ましい。これよりも担体の量が少ないと処理効率が低くなり、５０％よりも多いと攪拌動力が過大となる。

第２図は、この担体に付着した気泡を放散させるための回転板７及び定置板８の斜視図、第３図は回転板７が定置板８に当接しようとしている状態の縦断面図である。

回転板７は、駆動軸３から放射方向に延在するように２枚設けられている。枚数は２〜４枚程度が好適である。回転板７は、旋回進行方向に対し上部ほど後方となるように傾斜している。回転板７の前面の傾斜角度θは６０°以下、特に３０〜６０°程度が好適である。なお、回転板７は、この傾斜角度を調整できるように駆動軸３に取り付けられることが望ましい。

回転板７の放射方向長さ即ち旋回半径は、循環流が弱く担体が集まってくる固体的回転半径の１０〜１００％特に２０〜６０％程度が好ましい。固体的回転半径（ｒ_ｃ）の計算式は次の通りである。
２ｒ_ｃ＝１．２３｛０．５７＋０．３５（ｄ／Ｄ）｝（ｂ／Ｄ）^{０．０３６}ｎ_ｐ ^{０．１１６}Ｒｅ／（１０^３＋１．４３Ｒｅ）ｄ
ｒ_ｃ：固体的回転半径（ｍ）
ｄ：撹拌翼径（ｍ）
Ｄ：槽径（ｍ）
ｂ：翼幅（ｍ）
ｎ_ｐ：翼の羽根枚数
Ｒｅ：レイノルズ数

回転板７は、水中に没するように設けられるのが好ましい。回転板７の構成材料としては、金属、合成樹脂など任意であるが、定置板８と当接する上部の少なくとも表面（定置板８との接触面）については、柔軟な天然ゴム、合成ゴム（例えばシリコンゴム）などで構成されていることが望ましい。

定置板８は、その下部が回転板７の旋回領域の水中に没するように設置されている。この実施の形態では定置板８は駆動軸３を挟んで対称に２枚設置されているが、１枚〜４枚程度であればよい。定置板８は、板面が駆動軸３に対して放射方向となるように設置されている。定置板８の放射方向の幅は回転板７の旋回半径の２０〜１２０％特に４０〜１００％程度が好ましい。

定置板８の駆動軸３側の端部から駆動軸３までの距離は、回転板７の旋回半径の５〜４０％特に１０〜３０％程度が好適である。定置板８の駆動軸３から遠い側の端部から駆動軸３までの距離は、回転板７の旋回半径の２５〜１３０％特に５０〜１００％程度が好適である。

定置板８の下端から水面までの距離（水没深さ）Ｈ_１は、３０ｃｍ以下、特に５〜３０ｃｍとりわけ５〜１０ｃｍ程度が好ましい。この定置板８の水没深さＨ_１は、回転板７の上縁の水没深さＨ_２よりも大きく、回転板７が旋回したときに回転板７の上部が定置板８の下部に当接するよう構成されている。定置板８の水没深さＨ_１は、回転板７の上縁の水没深さＨ_２の１５０〜１５００％（１．５〜１５倍）特に２００〜５００％（２〜５倍）程度であることが好ましい。定置板８の少なくとも下部は、回転板７と当接したときに回転板７に押されて退動変形するように柔軟なゴム（例えば天然ゴムやシリコンゴム等の合成ゴム）にて構成されていることが望ましい。

このように構成された流動床式生物処理装置においては、回転翼４及び回転板７を回転させながらこの槽体２内に原水供給管９から原水（有機物含有排水）を槽体２内に供給し、生物処理を行う。

回転翼４の駆動軸３の回転数はＧ値が５０〜２００特に８０〜１５０となるように調節するのが好適である。

槽体２内の液（被処理水と担体とが混合した液）は、回転翼４から受ける遠心力及び旋回力により槽体２の上下方向中間付近で放射方向かつ旋回方向に流れ、槽体２の内周面に当って上方に向う旋回流れと下方に向う旋回流れとに別れる。

上方に向う旋回流れとなった液は、槽体２の内周面に沿って旋回しながら上昇する。この間に、液中の担体はほぐされる。液は、水面位ＷＬ付近に至ると求心方向に向きを変え、その後、渦巻状に流れて水面位付近の中央部付近に集まり、次いで、沈降し、回転翼４付近に戻る。

一方、槽体２の上下方向の中間付近から下方に向う旋回流となった液は、槽体２の内周面に沿って旋回しながら下降し、槽体底面近くに達すると渦巻き状に流れて槽体２の底面中央付近に集まり、槽体２の中心付近を上昇して回転翼４に戻る。

この実施の形態では、担体の比重が約１又はそれ以下であることが好ましい。この場合、担体の多くは上昇旋回流と共に槽体２の内周面に沿って旋回しながら上昇し、この間にほぐされる。そのため、水面位ＷＬ付近の求心方向の渦巻流に伴って水面位付近の周縁部（槽体２の内周面付近）から中央部に向ってスムーズに流れ、次いで水面位ＷＬ付近の中央部から下降流に伴って沈降する。このようにして担体が良好に槽体２内を循環するようになり、生物処理効率が向上する。

担体に気泡が付着すると、担体は下降水流によって沈降せず、水面に浮上したままとなる。この実施の形態では、気泡が付着して水面に浮上した担体Ｃは、水面の中央付近に集まり、回転板７に押されて旋回し、回転板７の上部と定置板８の下部との間に挟まれ、担体Ｃに衝撃が与えられ、気泡が放散する。気泡が放散した担体Ｃは、下降水流と共に沈降し、槽体２内を循環する。

この実施の形態では、回転板７は傾斜板よりなるので、水面近くの担体も回転板７の旋回に伴い回転板７の板面に沿って上方に移動し、回転板７と定置板８とで挟まれて気泡が放散する。また、定置板８の少なくとも下部がゴム等の軟質材よりなるので、回転板７の上部が定置板８に当接したときに該定置板８の下部が回転板７に押されて退動変形する。そのため、担体Ｃに加えられる衝撃が適度なものとなり、担体に付着した生物膜の剥離が防止ないし抑制される。

上記実施の形態では、定置板８の下部を軟質材にて構成しているが、回転板７の上部を軟質材にて構成し、定置板８と当接したときに該上部が退動するよう構成してもよい。また、回転板７の上部及び定置板８の下部の双方を軟質材にて構成してもよい。

定置板８は、モータ５の設置ベースなど適宜の部材に取り付けて設置されるが、この取り付け部をヒンジにて構成し、定置板８が強く押されたときにはヒンジ部によって定置板８が回動し、定置板８に過大な応力が生じることを防止するようにしてもよい。

上記実施の形態では、回転翼４と回転板７とを共通の駆動軸３に取り付け、同一回転数にて回転させるよう構成しているが、例えば回転板７の回転軸を中空管状とし、この回転軸内に駆動軸３を通し、回転翼４については駆動軸３で回転させ、回転板７については管状回転軸によって回転翼４とは異なる回転速度で回転させるようにしてもよい。

以下、実施例及び比較例について説明する。

［実施例１］
槽体２の直径１２０ｃｍ、水深１８０ｃｍ、槽容量２ｍ^２の第１図〜第３図に示す流動床式生物処理装置を用いてＮＯ_３−Ｎ濃度８０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ_４−Ｐ濃度２ｍｇ／Ｌの合成排水を１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄの槽負荷にて供給して処理した。なお、メタノールをＮの３倍量添加した。

担体としては密度１．０１ｇ／ｃｍ^３のポリオレフィン系ゲル担体（平均粒径３ｍｍ）を槽体容積の１５％充填した。

なお、回転板７、定置板８、回転翼４の構成は次の通りである。
回転板７の長さ（半径）：１４０ｍｍ
回転板７の上下幅：７０ｍｍ
回転板７の上縁の水没深さＨ_２：２０ｍｍ
回転板７の材質：ＳＵＳ
定置板８の放射方向の長さ：１１０ｍｍ
定置板８の水没深さＨ_１：５０ｍｍ
定置板８と駆動軸３との距離：３０ｍｍ
定置板の下部の材質：天然ゴム（上下長さ１００ｍｍ）
回転翼４の長さ：７２０ｍｍ
回転翼４の幅：３６０ｍｍ

回転翼４をＧ値８０〜１５０（１１〜１７ｒｐｍ。担体の流動状態に応じて調整。）にて運転したところ、処理水のＮＯ_３−Ｎ濃度は５ｍｇ／Ｌ以下であった。また、浮上した担体は殆ど認められなかった。

［比較例１］
回転板７及び定置板８を省略したこと以外は実施例１と同様にして原水を処理したところ、処理水のＮＯ_３−Ｎ濃度は１０ｍｇ／Ｌであり、また水面表面積３０％に浮上した担体が視認された。

この実施例及び比較例より明らかな通り、回転板７及び定置板８を設けた実施例によると、担体の浮上が防止されると共に、比較例に比べてＮ除去率が高くなる。

１流動床式生物処理装置
２槽体
３駆動軸
４回転翼
５モータ
６処理水トラフ
７回転板
８定置板

Claims

槽内に粒状の担体が充填され、該担体を撹拌する撹拌手段と、担体に付着した気泡を放散させる気泡放散手段とを有する流動床式生物処理装置において、
該気泡放散手段は、槽内で浮上した担体を回転板と定置板とで挟むことにより気泡を放散させるように構成されていることを特徴とする流動床式生物処理装置。
請求項１において、該回転板は槽内の水面下で旋回するように駆動軸に取り付けられており、該定置板は、下部を水中に没するように該回転板の旋回領域に配置されており、
該回転板が旋回して該回転板の上部が該定置板の下部に当接し、この際に回転板の上部と定置板の下部との少なくとも一方が退動することにより回転板が定置板の下側を通過するように構成されていることを特徴とする流動床式生物処理装置。
請求項２において、前記定置板の少なくとも下部が軟質材よりなり、前記回転板の上部が定置板の下部に当接したときに該定置板の下部が退動することを特徴とする流動床式生物処理装置。
請求項３において、前記回転板は、上部ほど旋回進行方向の後方となるように傾斜していることを特徴とする流動床式生物処理装置。