JP6104829B2

JP6104829B2 - 嫌気性水処理システム

Info

Publication number: JP6104829B2
Application number: JP2014034374A
Authority: JP
Inventors: 卓巳小原; 芳夫中山; 伸行足利; 山本　勝也; 勝也山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: WO2015129707A1; JP2015157271A

Description

本発明の実施形態は、下水、農村集落排水、工場排水等の有機排水を、嫌気性微生物により浄化処理する嫌気リアクタを用いた嫌気性水処理システムに関する。

従来、有機性排水を浄化処理する手段として嫌気性微生物を利用する排水処理装置が数多く提案されている。その代表的なプロセスとしてＵＡＳＢ（ Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法が提案されている。図９と図１０に示すように、原水ポンプP1により原水が嫌気リアクタ102の底部に供給される。この供給された原水は、嫌気リアクタ内の下部102bに配置されたグラニュール（嫌気性微生物が集積し形成される１〜２ｍｍ程度の粒状汚泥）3と接触することにより、当該微生物の浄化処理により排水中の有機汚濁物質が分解処理される。

グラニュール3中には加水分解を行う加水分解菌、酸生成を行う酸生成菌、メタン生成を行うメタン生成菌が存在する。これらの細菌により、下式（１）に従って、原水中の高分子の有機汚濁物質は、加水分解菌による加水分解反応の過程を経て低分子化され、酸生成菌により、低分子のプロピオン酸や酢酸の有機酸（ＶＦＡ）に分解され、さらにメタン生成菌によりメタン、二酸化炭素まで分解される。

有機汚濁物質（高分子の蛋白質、炭水化物、脂肪）
（加水分解反応）
→アミノ酸、単糖類、脂肪酸（Ｒ−ＣＯＯＨ、Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ_６、ＲＣＨＮＨ_２ＣＯＯＨ）
（酸生成反応）
→プロピオン酸、酢酸（Ｃ_２Ｈ_５ＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ）
（メタン生成反応）
→メタン（ＣＨ_４）＋二酸化炭素（ＣＯ_２） …（１）
上式（１）の反応により生成したメタンと二酸化炭素はガス化し、気泡となって上昇し、バイオガスとしてバイオガス収集管によって回収される。回収されたバイオガスはボイラや発電機のエネルギー源として利用される。

一方、このようにして有機汚濁物質が除去された排水は、沈降分離部102aを通って、越流堰105a,105bから処理水として排出される。

また、リアクタ内部には、気固液分離装置（Gas−Solid−Separator ：GSS）104a,104bがリアクタの上部に設置されている。GSSには様々な形状のものが提案されているが、機能としては、バイオガスとグラニュール3とを分離し、発生したバイオガスの上昇流とともにグラニュール3のリアクタ外部への流出を防止する装置である。

グラニュール3の一部は発生したバイオガスを抱いて、リアクタ上部へ上昇するが、GSS 104a又はGSS 104bとの衝突時及び液面部でグラニュール3からガスが脱離する。ガスが離脱することにより、グラニュール3は再沈降し、リアクタ下部のグラニュール汚泥床部102bまで沈降する。この機能により、越流部105a,105bへのグラニュール3の流出を防止している。

ところで、この浄化反応の反応効率向上のための因子のひとつとして、原水とグラニュール（嫌気性微生物）3との接触効率の向上があげられる。メタン生成菌により生成されたバイオガスにより、グラニュール汚泥床部102bは流動するものの、例えば立上げ初期や流入する原水の有機物負荷が低い場合、グラニュール汚泥床部102bがほとんど流動せず、グラニュール汚泥の厚密化により短絡流が生じ、原水とグラニュール3との接触効率が低く、所望の有機物の除去性能を得られない場合がある。

また、グラニュール汚泥床部102bの流動不足は、グラニュール3がメタンガスを回りに抱いたまま、汚泥床部102bにとどまるという現象も引き起こす。この現象は、グラニュール3の内部に存在するメタン生成菌のメタン生成反応の反応阻害要因となり、上式（１）のメタン生成反応が十分に進まず、処理性能が悪化するという問題を引き起こす。

これらの問題を解決する方策として、図１１に示す水処理システム200では、嫌気リアクタ102の越流部105bからオーバーフローラインL3に溢れ出した水を受ける循環槽120と、循環槽120から原水導入ラインL1までの間に設けられた外部循環ラインL4と、外部循環ラインL4に取り付けられた循環ポンプP2と、をさらに追加設置している。この従来の水処理システム200では、ポンプP2の駆動により循環槽120から外部循環ラインL4を通って原水導入ラインL1に処理水を送り、ポンプP1の駆動によりラインL1を流れる原水に処理水を合流させてリアクタ102への導入流量を増加させることにより、リアクタ下部の水流を上昇させ、グラニュール汚泥床部102bを活発に流動させる。

東芝レビュー Vol.63, No.5(2008), p15-18

しかしながら、図９と図１０に示す従来システムにおいては下記(i)の問題点がある。また、図１１に示す従来システムにおいては下記(ii)の問題点がある。

(i)グラニュール汚泥床部の偏流により、リアクタ内の微生物の一部しか処理に寄与せず、処理性能が悪い。

図９と図１０に示す循環機構を有していない従来の水処理システム100では、図１２に示す複数本の分配管111を介して嫌気リアクタ102内に原水を導入するようにしているが、リアクタ下部のグラニュール汚泥床部102bにおいて原水が均等に流れないで流れに偏りを生じるため、グラニュール汚泥床部のグラニュール３の一部しか反応に寄与せず処理の効率が低い。

(ii)循環流量の増大とともに水の越流部の流速も上昇してしまうため、濁質（粒径の小さいグラニュールや気泡により比重が軽くなったグラニュール、グラニュールの小片等）がリアクタ外部に流出してしまう。

図１１に示す循環機構を有する従来の水処理システム200では、処理水は嫌気リアクタ101→沈降分離部107→越流部105b→排出ラインL3→循環槽120→外部循環ラインL4（循環ポンプＰ２）→原水導入ラインL1→嫌気リアクタ101の循環ルートを通って嫌気リアクタ101に戻される。この方式では処理効率を高めるために循環ルートを流れる水量を増加させると、処理水流の流速が上昇し、速い水流にのって比重の軽いグラニュール３やその小片が嫌気リアクタ101から循環槽120へ流出し、さらに循環槽120から排出ラインL5を通ってグラニュール３が系外へ流出してしまう。このようにして嫌気リアクタ101内に保持されるグラニュール量が不足すると処理能力が低下するため、高価なグラニュールを嫌気リアクタ101内に頻繁に補給する必要があり、運転コストが増大化する。

例えば、原水流入量Q[m3/h]に対して循環流量を2Q[m3/h]とった場合、越流部から流出する水量は3Q[m3/h]となる。上昇水流の流速は、越流水面部の面積Aとすると3Q/A[ｍ/ｈ]であり、図１０の水処理システム100と比較して、Q /A〜3Q/A[ｍ/ｈ]の沈降速度を有する浮遊性の濁質（粒径の小さいグラニュールや気泡により比重が軽くなったグラニュール、グラニュールの小片等）分が、嫌気リアクタから流出してしまう。このことは、処理水への濁質流出による水質悪化を招き、また嫌気リアクタ内部の微生物量の減少による有機汚濁物質の処理性能の劣化を招く。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、処理性能の劣化を招くことなく処理の効率が高い嫌気性水処理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る嫌気性水処理システムは、嫌気性微生物の作用により原水を浄化処理する嫌気リアクタ(2)と、原水として有機性排水を前記嫌気リアクタ内に導入するための原水導入管(13)および原水ポンプ(P1)を有する原水供給手段と、原水に含まれる有機性汚濁物質と反応して原水を浄化する機能をもつ嫌気性微生物を含むグラニュールが前記嫌気リアクタの下部に沈降積層し、前記原水供給手段から前記嫌気リアクタ内に原水が供給されたときに前記嫌気リアクタ内にグラニュールの流動床を形成するグラニュール汚泥床部(21)と、嫌気性微生物と原水中の有機性汚濁物質との反応により生成されるバイオガスの上昇流により上昇する固形分とバイオガスとを分離するために、前記嫌気リアクタ内の少なくとも前記グラニュール汚泥床部より上方に配置された気固液分離装置(4a,4b)と、前記嫌気リアクタの上部から溢れ出す処理水を前記嫌気リアクタから排出する越流部(5a,5b)と、を具備する嫌気性水処理システムであって、
上端部が前記越流部によって規定される水面より下方で開口し、かつ下端部が前記グラニュール汚泥床部のなかで開口し、前記上端部の開口から前記原水導入管の導入口が下向きとなるように挿入され、前記原水導入管から導入される原水を前記グラニュール汚泥床部に案内するガイド管(11)と、前記ガイド管の中空部に取り付けられ、前記ガイド管内に導入された原水に対して下向きの推進力を印加することにより、前記越流部での処理水の排出流速を上昇させることなく、前記ガイド管内に原水の下降流を生じさせる下降流生成装置(12)と、を有することを特徴とする。

本願明細書中において重要な用語を以下に定義する。

グラニュールとは、嫌気性微生物が凝集して直径数ミリメートル程度の粒状に発達成長した微生物の集合体（汚泥の塊り）をいう。

本発明の第１実施形態に係る嫌気性水処理システムを示す内部透視斜視図。第１実施形態の嫌気性水処理システムを示す内部透視ブロック図。実施形態の嫌気性水処理システムを用いる水処理プロセスのフローチャート。第１実施形態の装置の原水導入管と分配管を下方から見て示す平面図。第１実施形態の装置の原水導入管と分配管を示す斜視図。変形例の噴流口を有する分配管を示す斜視図。複数の原水導入管を有する大型の嫌気性水処理システムを示す平面図。第２実施形態の嫌気性水処理システムを示す構成ブロック図。比較例の従来システムを示す斜視図。比較例の従来システムを示す構成ブロック図。循環槽を有する従来システムを示す構成ブロック図。従来システムの分配管を下方から見て示す平面図。

本発明を実施するための種々の好ましい形態を説明する。

（１）本発明の実施の形態に係る嫌気性水処理システムは、嫌気性微生物の作用により原水を浄化処理する嫌気リアクタ2と、原水として有機性排水を前記嫌気リアクタ内に導入するための原水導入管13および原水ポンプP1を有する原水供給手段と、原水に含まれる有機性汚濁物質と反応して原水を浄化する機能をもつ嫌気性微生物を含むグラニュールが前記嫌気リアクタの下部に沈降積層し、前記原水供給手段から前記嫌気リアクタ内に原水が供給されたときに前記嫌気リアクタ内にグラニュールの流動床を形成するグラニュール汚泥床部21と、嫌気性微生物と原水中の有機性汚濁物質との反応により生成されるバイオガスの上昇流により上昇する固形分とバイオガスとを分離するために、前記嫌気リアクタ内の少なくとも前記グラニュール汚泥床部より上方に配置された気固液分離装置4a,4bと、前記嫌気リアクタの上部から溢れ出す処理水を前記嫌気リアクタから排出する越流部5a,5bと、を具備する嫌気性水処理システムであって、
上端部11aが前記越流部によって規定される水面6より下方で開口し、かつ下端部11bが前記グラニュール汚泥床部21のなかで開口し、前記上端部の開口から前記原水導入管の導入口13aが下向きとなるように挿入され、前記原水導入管から導入される原水を前記グラニュール汚泥床部に案内するガイド管11と、前記ガイド管の中空部に取り付けられ、前記ガイド管内に導入された原水に対して下向きの推進力を印加することにより、前記越流部での処理水の排出流速を上昇させることなく、前記ガイド管内に原水の下降流を生じさせる下降流生成装置12と、を有することを特徴としている。

本実施形態のシステムでは、原水ポンプP1の駆動により原水導入管からガイド管内に原水を導入し、下降流生成装置12の駆動により導入原水に下向きの駆動力を印加することによりガイド管内に下降水流を生じさせると、発生した下降水流はガイド管の下端開口11bからグラニュール汚泥床のなかに噴出して周囲のグラニュールを強制的に撹拌し、原水中の汚濁物質と嫌気性微生物との接触効率を向上させた後に、リアクタ底部に衝突反転して上昇流に転じ、リアクタ上部に向かって上昇し、気固液分離装置により固形分とバイオガスとを分離した後に越流部から溢れ出しオーバーフローラインを介して処理水として排出される一方で、下降流生成装置の駆動により上端開口11aからガイド管内に流れ込み（吸い込まれ）、再びガイド管内を下降してグラニュール汚泥床中に噴出され、グラニュールを撹拌する（図２）。

このように本実施形態によれば、嫌気リアクタ内に配置したガイド管の内側と外側とを循環する循環流をガイド管周辺のみに限定的に形成することにより、リアクタ内における原水全体の上昇速度および越流速度を増大化させることなく、嫌気性微生物と汚濁物質との接触効率を向上させることができる。

なお、下降流生成装置として水中ポンプ、水中ミキサーまたは撹拌器などを用いることができるが、このうち小型の水中ポンプを用いることが好ましい。故障率が少なく安定した性能を有しているからである。

（２）上記（１）において、ガイド管は、嫌気リアクタの軸心に沿って配置され、中空部に下降流生成装置を保持する主管と、主管を中心として主管の下部から放射線状に分岐する複数の分配管と、前記分配管の各々に取り付けられ、下向きに開口する噴出口を有する複数の噴流管と、を有することが好ましい。

本実施形態では、原水の下降流は主管11mから複数の分配管11cに分配され、さらに分配管の複数の噴流管11dの各々からグラニュール汚泥床のなかに下向きに噴出されるため、汚泥床の全体にわたり広範囲にグラニュールが撹拌混合され、嫌気性微生物と汚濁物質との接触効率が向上するとともに処理効率の偏りが防止される（図４、図５）。

（３）上記（１）において、ガイド管は、嫌気リアクタの軸心に沿って配置され、中空部に下降流生成装置を保持する主管と、主管を中心として主管の下部から放射線状に分岐する複数の分配管と、分配管の各々に取り付けられ、旋回流が生じるように斜め下向きに開口する噴出口を有する複数の噴流管と、を有することが好ましい。

本実施形態では、原水の下降流は主管11mから複数の分配管11cに分配され、さらに分配管の複数の噴流管11eの各々からグラニュール汚泥床のなかに斜め下向きに噴出されるため、汚泥床の全体にわたり広範囲にグラニュールが撹拌混合されるばかりでなく、さらに汚泥床のグラニュールを旋回させる旋回流が形成され、嫌気性微生物と汚濁物質との接触効率がさらに向上する（図６）。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれか１において、複数のガイド管を嫌気リアクタ内に設置することができる。

本実施形態は、大容量の嫌気リアクタにおいて特に有効である。大型リアクタでは容量が大きいため内部の原水流に偏りが生じやすく、嫌気性微生物と汚濁物質との接触状態が不均一になる傾向にある。しかし、本実施形態では、嫌気リアクタ内に複数のガイド管を適当な間隔で配置することにより、嫌気リアクタの全体にわたり隅々まで万遍なく導入原水が汚泥床のグラニュールと撹拌混合され、嫌気性微生物と汚濁物質との接触効率が均一化される（図７）。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれか１において、嫌気性微生物がメタン生成菌であり、ガイド管を取り囲む気固液分離装置の外側にメタン生成菌を付着するための担体設置部を有することが好ましい。

本実施形態では、ガイド管を取り囲む気固液分離装置の外側に担体設置部22を設置しているので、ガイド管の上端開口に吸い込まれる循環流原水を除いて、他の上昇流原水に随伴されて越流部から溢れ出そうとする比重の軽いグラニュール（気泡付着粒）やグラニュールの小断片（損壊粒の一部）が担体設置部の担体によって捕捉され、グラニュールの流出が有効に防止される（図８）。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれか１において、ガイド管の上端部の開口を取り囲むように漏斗状の気固液分離装置が配置されていることが好ましい。

本実施形態では、漏斗状の気固液分離装置4aでガイド管の上端開口11aを取り囲むようにしているため、原水の上昇流が漏斗状の気固液分離装置4aに沿ってガイド管の上端開口11aの近傍に集められ、上端開口を介してガイド管内に吸い込まれやすくなり、グラニュールの撹拌・混合・循環の動きが円滑化される（図２、図８）。なお、本実施形態では気固液分離装置の形状を漏斗状としているが、グラニュールを含む原水の上昇流をガイド管の上端開口の近傍に集めることができれば気固液分離装置はどのような形状であってもよく、漏斗状以外の螺旋状など他の形状としてもよい。

以下、添付の図面を参照して本発明の種々の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１と図２を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。

本実施形態の嫌気性水処理システム１は、内部にグラニュール汚泥床部２１を有する矩形の嫌気リアクタ２と、この嫌気リアクタ２に原水を導入するための原水導入管１３および原水ポンプＰ１を有する原水供給手段とを備えている。

原水供給手段は、図示しない原水供給源からポンプＰ１の駆動により原水として例えば食品加工工場から排出される有機性排水（有機性の汚濁物を含む排水）を原水導入ラインＬ１としての原水導入管１３に通流させることにより嫌気リアクタ２内に供給するものである。

嫌気リアクタ２の内部には、グラニュール汚泥床部２１、ガイド管１１と下降流生成装置１２を有する循環流形成機構１０、気固液分離装置４ａ，４ｂおよび越流部５ａ，５ｂがそれぞれ配置されている。

グラニュール汚泥床部２１は、原水に含まれる有機性汚濁成分と反応して原水を浄化する機能をもつ嫌気性微生物を含むグラニュール３が嫌気リアクタの下部２ｂに沈降積層した汚泥層であり、原水供給手段から嫌気リアクタ２内に原水が供給されたときに嫌気リアクタ２内にグラニュール３の流動床を形成するものである。形成されたグラニュールの流動床において、原水に含まれる有機性汚濁物質が嫌気性微生物と接触し、上式（１）に従って反応が進行して原水が浄化処理されるようになっている。

循環流形成機構１０は、ガイド管１１と、このガイド管１１の中空部（原水が通流する通路）に取り付けられた下降流生成装置１２と備えている。ガイド管１１は、所定の直径と長さを有する真っ直ぐな耐食性合金管（例えばSUS304,SUS316などのステンレス鋼管）からなり、図示しない複数の支持部材により嫌気リアクタ２の本体フレームに固定されている。本実施形態ではガイド管１１に径が一様な曲がりのない直管を用いているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、上端と下端とで径が異なる異径管や曲がりのある曲管などを用いることも可能である。

ガイド管１１は、嫌気リアクタ２の上部２ｃから下部２ｂまでほぼ垂直に取り付けられ、その上端部１１ａが後述する越流部５ａ，５ｂによって規定される水面６よりも下方で開口し、かつ下端部１１ｂがグラニュール汚泥床部２１のなかで開口している。また、原水導入管の導入口１３ａが下向きとなるように、ガイド管の上端部１１ａの開口からガイド管１１の上半部に原水導入管１３が挿入されている。

下降流生成装置１２は、ガイド管１１の下半部の中空部分（流路）を塞ぐように取り付けられ、原水導入管１３からガイド管１１内に導入された原水に対して下向きの推進力を印加するための水中ポンプである。この水中ポンプ１３は、上部が吸出し口、下部が吐き出し口となるようにガイド管１１内に取り付けられている。水中ポンプ１３の駆動により、後述する越流部５ａ，５ｂでの処理水の排出流速を上昇させることなく、ガイド管１１内に原水の下降流を生じさせ、グラニュール汚泥床部２１のなかに原水を噴出させ、グラニュールが撹拌・混合されるようになっている。なお、下降流生成装置１２として水中ポンプの他に、水中ミキサーまたは撹拌器などを用いることができる。しかし、水中ポンプは、故障率が少なく安定した性能を有するので好ましい手段である。

気固液分離装置としての気固液セパレータ（ＧＳＳ）４ａ，４ｂは、嫌気性微生物と原水中の有機性汚濁物質との反応により生成されるバイオガスの上昇流により上昇する固形分とバイオガスと処理水とを分離するために、嫌気リアクタ２内の少なくともグラニュール汚泥床部２１よりも上方に配置されている。第１の気固液セパレータ４ａは、その形状が漏斗状を成し、漏斗状のテーパ傾斜部分が下向きで水面６より下方に位置し（すなわち水没し）、漏斗状の口部の一部が水面６より上方に位置する（すなわち露出する）ように、嫌気リアクタの上部２ｃから中央部２ａまで図示しない支持部材により支持されている。一方、第２の気固液セパレータ４ｂは、その形状が断面三角形のリング状を成し、リアクタ内壁から少し突出するように、嫌気リアクタの中央部２ａの内壁に取り付けられている。

越流部５ａ，５ｂは、嫌気リアクタの上部２ｃの内壁にそれぞれ取り付けられた堰であり、嫌気リアクタの上部２ｃから溢れ出す処理水を受け、処理水排出ラインＬ３を介して嫌気リアクタ２から処理水を排出するものである。第１の越流部５ａは、矩形のリアクタ筐体の上部短辺にそれぞれ取り付けられている。第２の越流部５ｂは、矩形のリアクタ筐体の上部長辺にそれぞれ取り付けられている。

ガス排出ラインＬ２は、リアクタ上部２ｃのスペースに連通し、嫌気性微生物と原水中の有機性汚濁物質との反応により生成されるバイオガスを嫌気リアクタ２から図示しない燃焼装置に排出するためのラインである。

本実施形態の嫌気性水処理システムの作用を説明する。

原水ポンプＰ１を駆動させ、原水導入管１３からガイド管１１内に原水を導入するとともに、水中ポンプ１２を駆動させ、ガイド管１１内に導入した原水に下向きの駆動力を印加することによりガイド管１１内に下降水流を生じさせる。

発生した下降水流はガイド管の下端開口１１ｂからグラニュール汚泥床２１のなかに噴出して周囲のグラニュール３を強制的に撹拌し、原水中の汚濁物質と嫌気性微生物との接触効率を向上させた後に、リアクタ底部に衝突反転して上昇流に転じ、リアクタ下部２ｂから上部２ｃに向かって上昇し、気固液セパレータ４ａ，４ｂにより固形分とバイオガスと水とを分離した後に越流部５ａ，５ｂから溢れ出し、オーバーフローラインＬ３を介して処理水として排出される。

一方、上昇流の一部は、図２に破線で示すように、水中ポンプ１２の駆動により上端開口１１ａからガイド管１１内に吸い込まれ、再びガイド管１１内を下降してグラニュール汚泥床２１の中に噴出され、グラニュール３を撹拌する。

この嫌気リアクタの下部２ｂに投入されているグラニュール３によって、原水中の有機性汚濁物質は、（１）式の反応により浄化処理される。この浄化処理の過程で、メタンガスを主成分とするバイオガスが発生する。バイオガスの大部分は円錐または、四角錘状の形状をした第１の気固液セパレータ４ａの内部に収集され、気相部へと排出される。このバイオガスは、バイオガス収集管を介して捕集され、ガス処理され、場合によっては、電気もしくは熱エネルギー源として利用される。

一方、浄化処理された水は、第１の気固液セパレータ４ａと第２の気固液セパレータ４ｂとの間隙部を通過し、沈降分離部７を介して越流部５ａ，５ｂから処理水として排出される。この排出される水の流量は、原水供給量Q[m3/h]と同様の水量となる。

水中ポンプの流量を3Q[m3/h]とすると、越流する流量Q[m3/h]を差し引いた残りの2Q[m3/h]分は図２中に破線で示すように内部循環流となり、越流部５ａ，５ｂから排出される水流の流速は、水面の面積AとするとQ/A[ｍ/ｈ]であり、これ以上の沈降速度を有する固形分は、嫌気リアクタ２から流出しない。

このように本実施形態によれば、嫌気リアクタ内に配置したガイド管１１の内側と外側とを循環する循環流をガイド管周辺のみに限定的に形成することにより、リアクタ内における原水全体の上昇速度および越流速度を増大化させることなく、嫌気性微生物と有機性汚濁物質との接触効率を向上させることができる。

本実施形態では水流生成手段として水中ポンプを用いているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、水中ミキサーや攪拌機などの他の手段を用いてガイド管内に下降流を形成するようにもできる。

また、水中ポンプ、水中ミキサーの設置位置、攪拌機の回転翼の位置は内管内に下降流を生成されるものであれば、どの位置であってもよい。

効果として、以下が挙げられる。

グラニュール汚泥床部に供給される流量の上昇により、水流により汚泥床部が流動し、微生物と液の接触効率の向上により、有機物の除去性能が向上する。

越流堰部から排出される水流の流速は上昇しないため、越流部から流出する濁質の量を、図１１のプロセスに比べ、小さくすることができる。これにより、処理水への濁質流出による水質悪化、嫌気リアクタ内部の微生物量の減少による有機汚濁物質の処理性能の悪化リスクを防止することができる。

図１１の従来プロセスのように、嫌気リアクタ２の外部に循環タンク120および循環ポンプＰ２を設置する必要がないため、設置面積を小さくできる。

投入される原水は、内管内で処理水と混合された後にグラニュール汚泥床部に供給されるため、水質変化による微生物に対するショックを防止することが可能となる。

排水の投入部を反応槽上部に設置することが可能なため、原水に由来する固形物による配管の閉塞に対するメンテナンスがしやすくなる。

図３を参照して本実施形態の嫌気性水処理システムを利用して行なう排水の処理フローの一例について説明する。

原水を流量調整槽に導入し、流量調整槽内で水量と水質の均一化を行なう（工程Ｓ１）。原水として例えばジャガイモをつぶしてでん粉を遠心分離除去したあとの排水を処理する。この排水はタンパク質を比較的多く含むため、次工程の前処理設備でタンパク質を除去するためにｐＨを下げる必要があり、酸発酵はさせるがアミノ酸分解をさせないように適当な滞留時間で通過させるようにしている。

均質化された原水を流量調整槽から前処理設備に供給し、タンパク質のうち主に固形性のものを高分子凝集剤を用いて除去する（工程Ｓ２）。次いで、処理水を処理水槽で処理し（工程Ｓ３）、酸生成槽で酸を生成し（工程Ｓ４）、その後、ｐＨ調整槽では処理水を最適温度の３７℃まで加温し、ｐＨ調整は行なわずにｐＨ４．８程度で給液する（工程Ｓ５）。原水中にはタンパク質が多く含まれているため、分解後アンモニウムイオンに変化してｐＨを上昇させる。これにより、ｐＨ調整剤（例えば水酸化ナトリウム）を添加して中和することなく、安定した処理を行なうことができ、併せてアルカリによるダメージが防止される。

次いで、処理水をｐＨ調整槽から本実施形態システムの嫌気リアクタに当たるメタン発酵槽へ送り、メタン発酵槽内で嫌気性微生物による嫌気処理としてメタン発酵反応による処理を行なわせる（工程Ｓ６）。メタン発酵反応により生成されたバイオガスは燃焼ボイラの燃料に利用される。

メタン発酵処理後の排水は、循環槽を経由して脱窒槽に送られる。脱窒槽では、循環している硝化液の亜硝酸（または硝酸）イオンの酸素を使って、嫌気状態で有機物を分解するとともに窒素ガスを発生させ、窒素を系外に排出する（工程Ｓ７）。また、硝化反応熱の低減とＢＯＤ／Ｎ比の確保のため、処理水槽から処理水の一部を脱窒槽へバイパスして送っている。処理水を脱窒槽から硝化槽へ送り（工程Ｓ８）、硝化反応を起こさせる。次いで、処理水を硝化槽から膜槽へ送り、膜槽で気液分離し、膜を透過した処理水を別の好気処理設備で処理した後に、河川などに放流される（工程Ｓ９）。なお、脱窒プロセスはほとんどが脱窒槽→硝化槽→膜槽の流れであり、膜槽から硝化汚泥を脱窒槽に循環させている。

（第２の実施形態）
図４と図５を参照して第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態のガイド管１１は、嫌気リアクタ２の軸心に沿って配置され、図５に示すように中空部に下降流生成装置としての水中ポンプ１２を保持する主管１１ｍと、主管１１ｍを中心として主管１１ｍの下部から放射線状に分岐する複数の分配管１１ｃと、分配管１１ｃの各々に取り付けられ、下向きに開口する噴出口を有する複数の噴流管１１ｄと、を備えている。

本実施形態によれば、原水の下降流は主管11mから複数の分配管11cに分配され、さらに分配管の複数の噴流管11dの各々からグラニュール汚泥床のなかに下向きに噴出されるため、汚泥床の全体にわたり広範囲にグラニュールが撹拌混合され、嫌気性微生物と汚濁物質との接触効率が向上するとともに処理効率の偏りが防止される。また、中央から放射線状に分配する形をとることにより、図１２に示す従来の分配方式に比べて、本実施形態のガイド管によれば、均等に水を分配しやすく、グラニュール汚泥床部内での偏流が起こりにくい。

（第３の実施形態）
図６を参照して第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態のガイド管１１は、嫌気リアクタ２の軸心に沿って配置され、図５に示すように中空部に下降流生成装置を保持する主管１１ｍと、主管１１ｍを中心として主管１１ｍの下部から放射線状に分岐する複数の分配管１１ｃと、分配管１１ｃの各々に取り付けられ、旋回流が生じるように斜め下向きに開口する噴出口を有する複数の噴流管１１ｅと、を有している。

本実施形態によれば、原水の下降流は主管11mから複数の分配管11cに分配され、さらに分配管の複数の噴流管11eの各々からグラニュール汚泥床のなかに斜め下向きに噴出されるため、汚泥床の全体にわたり広範囲にグラニュールが撹拌混合されるばかりでなく、さらに汚泥床のグラニュールを旋回させる旋回流が形成され、嫌気性微生物と汚濁物質との接触効率がさらに向上する。

（第４の実施形態）
図７を参照して第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態では、複数の循環流形成機構１０を嫌気リアクタ２の本体内にほぼ等ピッチ間隔に設置している。循環流形成機構１０は、放射状の分配管１１ｃを備えたガイド管１１および水中ポンプ１２を有するものである。

本実施形態は、大容量の嫌気リアクタにおいて特に有効である。大型リアクタでは容量が大きいため内部の原水流に偏りが生じやすく、嫌気性微生物と汚濁物質との接触状態が不均一になる傾向にある。

しかし、本実施形態では、嫌気リアクタ内に複数のガイド管１１を適当な間隔で配置することにより、嫌気リアクタの全体にわたり隅々まで万遍なく導入原水が汚泥床のグラニュールと撹拌混合され、嫌気性微生物と汚濁物質との接触効率が均一化される。

（第５の実施形態）
図８を参照して第５の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の嫌気性水処理システム１Ａでは、嫌気性微生物がメタン生成菌であり、ガイド管を取り囲む気固液分離装置の外側にメタン生成菌を付着するための担体設置部２２を有している。上部の担体充填部２２は、上下が金網上のメッシュで支持されており、そのメッシュ内部に円筒状の担体が敷き詰めてある。

作用を以下に示す。

バイオガスの流れ及び廃水の浄化機能は上述した第１の実施形態で示したのと同様に作用する。すなわち、第１のＧＳＳセパレータ４ａと第２のＧＳＳセパレータ４ｂとの間隙部を通過して上昇した比重の軽いグラニュール３または、グラニュールの小片は、担体充填部２２で捕捉される。また、この担体充填部２２に嫌気微生物の生物膜が形成されるため、汚泥床部２１で除去しきれなかった、有機物の一部が分解除去される。

本実施形態によれば、ガイド管１１を取り囲む気固液分離装置の外側に担体設置部２２を設置しているので、ガイド管の上端開口１１ａに吸い込まれる循環流原水を除いて、他の上昇流原水に随伴されて越流部から溢れ出そうとする比重の軽いグラニュール（気泡付着粒）やグラニュールの小断片（損壊粒の一部）が担体設置部の担体によって捕捉され、グラニュールの流出が有効に防止される。

このような担体充填部の作用により、流出する濁質量を削減できる。これにより、処理水への濁質流出による水質悪化、嫌気リアクタ内部の微生物量の減少による有機汚濁物質の処理性能の悪化を防止することができる。

担体部で形成された生物膜により、有機物を除去できるため、処理性能を向上させることができる。

また、本技術を採用するプロセスはＵＡＳＢプロセスに限らず、ダイジェスタ、嫌気性ろ床法など嫌気性微生物による水処理であって、リアクタの上部から越流水を処理水として、回収するものであれば、どのようなプロセスであってもよい。

本発明によれば、嫌気リアクタからのグラニュールの流出を防止しつつ、原水とグラニュール（嫌気性微生物）の接触効率を向上させることにより、処理効率の向上を図ることができる。

１，１Ａ…嫌気性水処理システム、
２…嫌気リアクタ、２ａ…リアクタ中央部、２ｂ…リアクタ下部、２ｃ…リアクタ上部、
３…グラニュール、
４ａ，４ｂ…気固液分離装置（気固液セパレータ；GSS）、
５ａ，５ｂ…越流部（越流堰）、
６…水面、７…沈降分離部、
１０…循環流形成機構、１１…ガイド管、１１ａ…上端部の開口、１１ｂ…下端部の開口、１１ｃ…分配管、１１ｄ，１１ｅ…噴流管、１１ｍ…主管、
１２…下降流生成装置（水中ポンプ、水中ミキサー、撹拌器）、
１３…原水導入管、１３ａ…導入口、
２１…グラニュール汚泥床、
２２…担体設置部、
Ｐ１…原水ポンプ、Ｐ２…循環ポンプ、Ｌ１…原水導入ライン、Ｌ２…ガス排出ライン、Ｌ３…処理水排出ライン、Ｌ４…外部循環ライン、Ｌ５…処理水排出ライン。

Claims

嫌気性微生物の作用により原水を浄化処理する嫌気リアクタと、
原水として有機性排水を前記嫌気リアクタ内に導入するための原水導入管および原水ポンプを有する原水供給手段と、
原水に含まれる有機性汚濁物質と反応して原水を浄化する機能をもつ嫌気性微生物を含むグラニュールが前記嫌気リアクタの下部に沈降積層し、前記原水供給手段から前記嫌気リアクタ内に原水が供給されたときに前記嫌気リアクタ内にグラニュールの流動床を形成するグラニュール汚泥床部と、
嫌気性微生物と原水中の有機性汚濁物質との反応により生成されるバイオガスの上昇流により上昇する固形分とバイオガスとを分離するために、前記嫌気リアクタ内の少なくとも前記グラニュール汚泥床部より上方に配置された気固液分離装置と、
前記嫌気リアクタの上部から溢れ出す処理水を前記嫌気リアクタから排出する越流部と、を具備する嫌気性水処理システムであって、
上端部が前記越流部によって規定される水面より下方で開口し、かつ下端部が前記グラニュール汚泥床部のなかで開口し、前記上端部の開口から前記原水導入管の導入口が下向きとなるように挿入され、前記原水導入管から導入される原水を前記グラニュール汚泥床部に案内するガイド管と、
前記ガイド管の中空部に取り付けられ、前記ガイド管内に導入された原水に対して下向きの推進力を印加することにより、前記越流部での処理水の排出流速を上昇させることなく、前記ガイド管内に原水の下降流を生じさせる下降流生成装置と、
を有し、
前記ガイド管は、
前記嫌気リアクタの軸心に沿って配置され、中空部に前記下降流生成装置を保持する主管と、
前記主管を中心として前記主管の下部から放射線状に分岐する複数の分配管と、
前記分配管の各々に取り付けられ、下向きに開口する噴出口を有する複数の噴流管と、を具備することを特徴とする嫌気性水処理システム。
前記ガイド管は、
前記嫌気リアクタの軸心に沿って配置され、中空部に前記下降流生成装置を保持する主管と、
前記主管を中心として前記主管の下部から放射線状に分岐する複数の分配管と、
前記分配管の各々に取り付けられ、旋回流が生じるように斜め下向きに開口する噴出口を有する複数の噴流管と、
を具備することを特徴とする請求項１記載のシステム。
複数の前記ガイド管を前記嫌気リアクタ内に設置することを特徴とする請求項１または２記載のシステム。
前記嫌気性微生物がメタン生成菌であり、
前記ガイド管を取り囲む前記気固液分離装置の外側にメタン生成菌を付着するための担体設置部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
前記ガイド管の上端部の開口を取り囲むように漏斗状の気固液分離装置が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。