JP6578691B2 - 生物処理用担体および生物処理槽 - Google Patents

Description

本発明は、有機性排水を生物処理するための生物処理槽と、この生物処理槽内に設置される生物処理用担体とに関する。

有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃棄処理等に広く用いられている。しかしながら、活性汚泥法におけるＢＯＤ容積負荷は一般に０．５〜０．８ｋｇ／ｍ^３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となる。

有機性排水の高負荷処理を可能とするために、微生物を保持する担体が用いられている。従来、微生物を保持する担体としては、紐状担体、網状担体、編物状担体及びパイル状担体が知られている（特許文献１〜４）。しかしながら、これらの担体は、微生物の付着の安定性が低いという問題があった。特許文献５〜６には、微生物付着安定性が高いシート状担体が記載されている。

特開２００１−１９１０９０ 特開２００７−１９６２２１ 特開２０１０−９９６１４ 特開２０１２−０８１３９２ ＷＯ２０１２−１２４６７５ 特開２０１３−１２１５５８

シート状担体は、微生物付着の安定性は高いが、過剰付着しやすいので、下部から曝気して過剰付着を防止しつつ運転する必要がある。しかしこのとき曝気による水流によりシートが伸びきって破損する恐れがある。また、槽内全体の対流によってもシートが伸びきって破損する恐れがある。

本発明は、微生物保持に有用な可撓性のシート状担体の強度を向上させることができ、曝気洗浄する場合でも破損せず安定して微生物を保持できる生物処理用担体と、この生物処理用担体を備えた生物処理槽を提供することを目的とする。

本発明の生物処理用担体は、生物処理槽内に上下方向に配置される可撓性樹脂製のシート材を有する生物処理用担体であって、該シート材は、該生物処理槽内に配置された状態において上位となる上辺部と、下位となる下辺部と、該上辺部と下辺部とを結ぶ１対の側辺部とを有する生物処理用担体において、該シート材の該側辺部が補強材で補強されていることを特徴とするものである。

補強材はシート材より引張強度が大きい素材、例えば布であり、前記シート材の側辺部に縫着されていることが好ましい。

シート材は発泡プラスチック製であり、上下方向の長さが５０〜２００ｃｍであり、幅が５〜２００ｃｍであり、厚さが０．５〜５ｃｍであることが好ましい。

本発明の生物処理槽は、槽体と、該槽体内に、前記シート材のシート面が略鉛直方向となるように配置された本発明の生物処理用担体とを有する。

この生物処理槽では、複数枚の前記生物処理用担体が、シート面同士の間に間隔をあけて配列された配列体を有した担体ユニットとして設置されていることが好ましい。

本発明の生物処理用担体は、シート材の側辺部が補強材で補強されているので、曝気による水流や槽内の水流によって大きな応力がシート材に生じても、シート材が破損することが防止される。また、シート材の過剰なたわみも防止される。

このシート材を複数枚並列配置してユニット化したものを生物処理槽内に設けることにより、シート状担体を容易に最適な充填率となるように生物処理槽内に設けることができる。

本発明の可撓性のシート状担体を発泡プラスチック製、望ましくは軟質ポリウレタンフォームにすると、水に入れたときに吸水して膨張するので適度な撓み性を持ち、また生物処理槽に流入する水の流れや曝気による上向流により適度に揺れる揺動性固定床が形成される。

実施の形態に係る生物処理用担体を示すものであり、（ａ）はシート材の斜視図、（ｂ）は生物処理用担体の斜視図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は別例を示す（ｃ）と同様部分の断面図である。 （ａ），（ｂ）は実施の形態に係る生物処理用担体の斜視図、（ｃ）は（ｂ）の一部の拡大図である。 担体ユニットの組立方法を示す斜視図である。 （ａ）は担体ユニットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線切断部端面図、（ｃ）は（ａ）のＣ部のＬ字形支持部材１１ａ，１１ｂを示す断面図である。 生物処理槽内の担体ユニットの配置例を示す概略的な平面図である。

図１，２を参照して実施の形態に係る生物処理用担体について説明する。図１（ａ）はシート材１を示すものである。このシート材１は発泡プラスチックなどの多孔質シートにて構成されており、シート面が長方形状又は正方形状のものである。シート材の好ましい材料等については後述する。

このシート材１は、生物処理槽内においてシート面が鉛直方向となるように設置される。生物処理槽内に鉛直に配置した姿勢とした状態において、シート材１は上辺部１ａ、下辺部１ｂ及び一対の側辺部１ｃ，１ｃを有する。（ｂ）に示す生物処理用担体２は、このシート材１の各側辺部１ｃに補強材３を設けたものである。補強材３としてはシート材よりも引張強度の大きい素材、例えば布が好適であり、布としては耐水性に優れるポリエチレン系の織布、繊維を軟質塩化ビニルでコーティングした繊維による布、ゴアテックス（登録商標）などが好適であるが、これに限定されない。

補強材３は、例えば図１（ｃ）のように側辺部１ｃの端面を回り込むようにコ字状に折り返されてもよく、図１（ｄ）のように２葉の補強材３をシート材１の表側及び裏側に配置されてもよい。この実施の形態では、補強材３は縫合糸４による縫合によってシート材１に固着されているが、接着剤など他の固着手段によってシート材１に固着されてもよい。縫合糸は生物分解に強いポリフェニレンサルファイドが好適であるが、これに限定されない。

本発明では、図２（ａ）の生物処理用担体２Ａのように、この生物処理用担体２のシート材１の上辺部及び下辺部にも補強材５を設けるのが好ましい。補強材５の素材は補強材３と同じであっても構わないし、別の素材を用いても構わない。補強材５は、コ字状に折り返されてシート材１の表裏両面に配置され、縫合糸６によってシート材１に縫合されている。ただし、図１（ｄ）と同様に２葉の補強材５をシート材１の表裏に配置して縫合してもよい。また、縫合以外の固着手段を採用してもよい。

本発明では、図２（ｂ），（ｃ）の生物処理用担体２Ｂのように、上辺部及び下辺部に板状体７を取り付けるのが好ましい。２枚の板状体７，７で補強材５を挟み、ボルト・ナット等の連結手段８によって板状体７，７を連結する。これにより、水流の応力の負荷が上辺部又は下辺部に局部的にかかることを防止できる。

板状体７は補強材５を短手方向に横断し、補強材５の両端側から側方に延出している。固着手段８は、この延出した部分に設けられている。

図３の通り、補強材５の両端側からそれぞれ側方に延出した部分を上向きＬ字形断面形状のＬ字形支持部材１１ｂに載置すると共に、スペーサ１１ｃ，１１ｄを介在させる。担体２Ｂ間にはスペーサ１１ｃを介在させて一定間隔とする。図４（ｃ）のようにＬ字形支持部材１１ｂに対し下向きＬ字形断面形状のＬ字形支持部材１１ａを係合させ、Ｌ字形支持部材１１ａ，１１ｂ同士をボルトで固定する。

図４に担体ユニットの一例を示す。この担体ユニット１０は、４本（２対）の支柱１２と、支柱１２，１２間に跨がっている遮流板１３とを有する。支柱１２は、遮流板１３の一対の側辺部に沿って鉛直上下方向に延在している。遮流板１３はビス留め等によって支柱１２に固着されているが、この固着はビス留めに限定されない。Ｌ字形支持部材１１ａ，１１ｂは遮流板１３と垂直方向に延在する。Ｌ字形支持部材１１ｂの両端は支柱１２，１２に溶接されている。

なお、図４の担体ユニット１０では、遮流板１３は生物処理用担体２Ｂの配列体を挟むように、生物処理用担体２Ｂと平行に２枚設けられているが、遮流板１３は１枚のみ設けられてもよく、生物処理用担体２Ｂの配列体を四方から囲むように４枚設けられてもよく、三方から囲むように３枚設けられてもよい。また、遮流板３は全く設けられなくてもよい。図４において、積層されたシート材のうち両端のシート材の外側のシート面を担体ユニットのシート面と称し、積層された各シート材の側辺部により形成される面を担体ユニットの側端面と称す。

図５に、担体ユニットが槽体２０内に設置された生物処理槽の一例を示す。

図５（ａ）の生物処理槽２１では、図４に示す担体ユニット１０が槽体２０内に配置されている。図５（ｂ）の生物処理槽２２では、１枚の遮流板１３を有する担体ユニット１０Ｂが設置されている。遮流板１３が省略された面は、槽体２０の内壁面に対面している。図５（ｃ）の生物処理槽２３では、四方に遮流板１３が設けられた担体ユニット１０Ｃが設置されている。図５（ｄ）の生物処理槽２４では、三方に遮流板１３が設けられた担体ユニット１０Ｄが設置されている。なお、担体ユニット１０Ｄは、遮流板１３が設けられていない面が槽体２０の内壁面に対面するように設置されている。各担体ユニット１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは遮流板１３の枚数が異なる他は担体ユニット１０と同一構造を有する。

図５（ｅ）の生物処理槽２５では、２個の担体ユニット１０，１０が設置されている。担体ユニット１０，１０は、遮流板１３を有しない面を対面させ、且つ互いの遮流板１３が略面一状となるように配置されている。図５（ｅ）の左側の担体ユニット１０の遮流板１３を有しない面は槽体２０の左側の内壁面に対面している。右側の担体ユニット１０の遮流板１３を有しない面は槽体２０の右側の内壁面に対面している。

なお、図５において、各担体ユニットの下側に散気管等の曝気手段が設けられている。該曝気手段の曝気空気量は、０．０５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ以上、特に０．０５〜５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎであることが好ましい。担体ユニットを高さ方向に複数段積層する場合は、最下段の担体ユニットの下方に曝気手段を設ける。

発泡プラスチック製シート材１としては、発泡セルの分布が均一なものが好ましい。また、発泡セル数及び発泡セルの孔径は、汚泥が付着し易く、剥れ易い、程度な値に制御することが好ましい。発泡セルが多すぎたり、セル径が大きすぎたりすると、シートの機械的強度が小さくなるため、セル数／２５ｍｍ（２５ｍｍの長さの範囲に存在するセル数）として、１２５個／２５ｍｍ以下、特に１００個／２５ｍｍ以下であることが好ましい。逆に、発泡セルが少な過ぎたり、セル径が小さすぎたりすると、多孔質担体としての機能を十分に得ることができないことから、多孔質担体の機能を十分に発揮させるために、このセル数／２５ｍｍは５個／２５ｍｍ以上、特に２５個／２５ｍｍ以上であることが好ましい。また、このような発泡セル数を実現すると共に、汚泥の付着性と剥離性を良好なものとするために、発泡セルの平均孔径は０．０５〜１０ｍｍ、特に０．１〜５ｍｍ、とりわけ０．２５〜１ｍｍの範囲であることが好ましい。

なお、このセル数／２５ｍｍについては、走査型電子顕微鏡により撮影したシートの写真を用い、長さ方向の直線２５ｍｍに対して交差する発泡セル数を計測する作業を複数箇所について行い、計測結果の平均値を算出して求めることができる。発泡セルの孔径についても同様に計測することができる。

このような担体を構成する発泡プラスチックとしては特に制限はないが、吸水により膨張して水流や曝気による上向流で適度にたわんで揺動することから、軟質ポリウレタンフォームであることが好ましい。

シート材１は、微小動物の産卵、生育(細菌も含む)に適した広い見掛け表面積（この「見掛け表面積」とは発泡プラスチックシートの多孔質の発泡セル内表面積を含まないシート状担体の表出外表面積をさす）であることが好ましく、従って、その寸法は、この揺動性担体を設ける生物処理槽の深さ方向（以下、この方向を「長手方向」と称す場合がある。）となる長辺の長さＬ_１が５００〜２００ｃｍで、この長辺に直交する短手方向の短辺の長さＬ_２が５〜２００ｃｍで、厚みｄが０．５〜５ｃｍであることが好ましい。また、取り扱い性、生物処理槽への適用性の面から、Ｌ_２：Ｌ_１の長さ比は、Ｌ_２：Ｌ_１＝１：１〜８０程度であることが好ましい。また、Ｌ_１を５０〜１００ｃｍとして２〜４段を高さ方向に重ねても良い。なお、Ｌ_１が過度に長い場合、曝気を行ったときにシート材１が持ち上がり破損するおそれがある。

Ｌ_１，Ｌ_２は、担体の見掛け表面積に影響し、この見掛け表面積については、大きいほど保持する細菌・微小動物の生育数が多くなるため好ましい。ただし、短手方向の長さＬ_２については、上述の如く、５〜２００ｃｍ、特に５〜１００ｃｍとすることが好ましい。なお、Ｌ_２に対して、生物処理槽の幅が大きい場合には、図５（ｅ）のように生物処理槽内に設ける担体ユニットの数を増やして短絡流を防止することが好ましい。

厚みｄが大きすぎると、例えば発泡プラスチック製の場合、担体内部の通水性が低下するため、内部で菌体が腐敗するという問題が生じやすくなる。そのため、シート材１の厚みｄは、必要な強度を確保した上で薄くすることが好ましく、上記のように０．５〜５ｃｍとすることが好ましい。

また、担体が破損する原因として、曝気による水流や槽内全体の水流によるシート面への応力が挙げられる。これを防止するため、担体ユニットのシート面の近傍にシート材に略平行となるように遮流板１３を設置し、応力による破損を防止する。なお、図５（ｂ），（ｄ）に示すようにユニットを水槽壁面に近接して設置する場合、壁面側は遮流板１３が不要となる。

また、槽内全体の水流により、担体下方からの曝気空気が担体短手方向から逃げる場合がある。これを防止するため、図５（ｃ），（ｄ）のように、担体ユニットのシート面だけでなく担体ユニットの側端面にもシート材１と垂直方向の遮流板１３を設け、曝気空気の逃げを防止しても良い。

この場合も図５（ｄ）のように、担体ユニットの側端面を水槽壁面付近に設置する場合、壁面側は遮流板１３が不要となる。また、図５（ｅ）のように、担体ユニットを短手方向に複数並べて両壁面に近傍するように設置すると、遮流板１３の設置は担体ユニットのシート面側のみで良いので、遮流板１３の枚数を節約できる。

上述のような本発明の生物処理用担体は、シート材の側辺部が補強材で補強されているので、曝気による水流や槽内全体の水流によって大きな応力がシート材に生じても、シート材が破損することが防止される。また、シート材の過剰なたわみも防止される。

このシート材を複数枚並列配置してユニット化したものを生物処理槽内に設けることにより、シート状担体を最適な充填率や配置となるように生物処理槽内に設ける作業を容易にすることができる。

本発明の可撓性のシート状担体を発泡プラスチック製、望ましくは軟質ポリウレタンフォームにすると、水に入れたときに吸水して膨張するので適度な撓み性を持ち、また生物処理槽に流入する水の流れや曝気による上向流により適度に揺れる揺動性固定床が形成される。そのため、可撓性シート状担体を用いた有機性排水の生物処理において、曝気や対流による破損を防止して安定的な処理が可能になる。

［実施例１］
軟質ポリウレタンフォームよりなるシート材１（長さＬ_１＝１００ｃｍ×幅Ｌ_２＝４０ｃｍ×厚みｄ＝０．８ｃｍ／１枚；発泡セルの平均孔径０．１ｍｍ；セル数５０個／２５ｍｍ）５枚を底面積７８ｃｍ×６３ｃｍ、高さ１８０ｃｍ（脚部含む）のユニット（ＳＵＳ製枠）に設置した。担体同士の間隔は２．５ｃｍである。シート材１は、図１，２に示すように補強し、図２〜４のようにして遮流板１３，１３を有した担体ユニット１０を構成した。補強材３の材質はポリエステル繊維を軟質塩化ビニルでコーティングした繊維による織布、折り返し後の幅は２．５ｃｍである。

この担体ユニット１０を１０００ｃｍ×１３００ｃｍ×深さ４０００ｃｍの槽体内に図５（ａ）のように設置した。そして、ＢＯＤ容積負荷１ｋｇ／ｍ^３／ｄとなるようにＢＯＤ１０００ｍｇ／Ｌの食品排水を連続通水すると共に、ユニット底面積に対し０．５ｍ／ｍｉｎとなるように底部から曝気したが、いずれのシート材１も１年以上破断せず、撓みすぎによる形状変化も見られなかった。

［比較例１］
シート材１の両側辺部を補強しないこと以外は実施例１と同様の条件で１年間運転した。その結果、シート材１は破断はしなかったが、担体がたわみ、担体同士が接触し、一部の担体が嫌気化し、臭気が発生した。

［比較例２］
遮流板１３，１３をユニットから外したこと以外は比較例１と同様の条件で運転した。その結果、運転開始３ヵ月後に３枚の担体が破断した。

［比較例３］
担体長さＬ_１を２５０ｃｍとしたこと以外は比較例１と同様の条件で運転した。その結果、運転開始１ヵ月後にすべての担体が破断した。

１ シート材
２，２Ａ，２Ｂ 生物処理用担体
３，５ 補強材
７ 板状体
１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 担体ユニット
１１ａ，１１ｂ Ｌ字形支持部材
１１ｃ，１１ｄ スペーサ
２０ 槽体
２１，２２，２３，２４，２５ 生物処理槽

Claims (8)

1. 生物処理槽内に上下方向に配置される可撓性樹脂製のシート材を有する生物処理用担体であって、
   該シート材は、該生物処理槽内に配置された状態において上位となる上辺部と、下位となる下辺部と、１対の側辺部とを有するものであり、
   該シート材の該側辺部が、該シート材より引張強度が大きい素材よりなる補強材で補強されていることを特徴とする生物処理用担体。
2. 請求項１において、前記補強材は布であり、前記シート材の側辺部に縫着されていることを特徴とする生物処理用担体。
3. 請求項１又は２において、前記シート材は発泡プラスチック製であり、上下方向の長さが５０〜２００ｃｍであり、幅が５〜２００ｃｍであり、厚さが０．５〜５ｃｍであることを特徴とする生物処理用担体。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記シート材の上辺部を挟持した第１の板状体と、下辺部を挟持した第２の板状体とを有することを特徴とする生物処理用担体。
5. 槽体と、
   該槽体内に、前記シート材のシート面が略鉛直方向となるように配置された請求項１ないし４のいずれか１項の生物処理用担体と
   を有する生物処理槽。
6. 請求項５において、複数枚の前記生物処理用担体が、シート面同士の間に間隔をあけて配列された配列体を有した担体ユニットとして設置されていることを特徴とする生物処理槽。
7. 請求項６において、配列体に沿って遮流板を設置する構成、及び前記配列体の遮流板を有しない面を槽体の内壁面に沿わせる構成の少なくとも一方の構成を備えたことを特徴とする生物処理槽。
8. 請求項６又は７において、前記配列体の下方に曝気手段が設けられており、該曝気手段の曝気空気量が０．０５〜５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎであることを特徴とする生物処理槽。

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