JPH01297199A - 廃水の浄化装置及び浄化方法 - Google Patents

廃水の浄化装置及び浄化方法

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JPH01297199A
JPH01297199A JP63253605A JP25360588A JPH01297199A JP H01297199 A JPH01297199 A JP H01297199A JP 63253605 A JP63253605 A JP 63253605A JP 25360588 A JP25360588 A JP 25360588A JP H01297199 A JPH01297199 A JP H01297199A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、進歩した流動床処理方法及び流動床処理装置
を用いた嫌気性廃水浄化技術に関する。
1970年代前半以来、産業廃水の嫌気性処理がかなり
重要視されておD、その結果、高バイオマス濃度をもつ
改良形リアクタ(反応槽)が開発されている。他の高速
嫌気性リアクタ(利用されている代表的なものとして、
フィルタリアクタ及びUASBリアクタがある)と比較
して、流動床装置(システム)には、浄化能力が大きい
こと、リアクタに詰まり (フィルタリアクタにおける
ような詰まり)が生じないこと、スラッジ保持の問題(
UASB装置において粒状スラッジが得られない場合の
ような問題)がないこと、及び所要設置体積及び面積が
小さいこと等の重要な潜在的長所がある。流動床装置で
は、液体の上向き速度がかなり大きいため、詰まりを防
止できることに加えて、流入液(inf〜Iuent)
とキャリヤに付着したバイオマスとの良好な接触を保証
することができる。また、流動床リアクタが垂直構造に
なっておりかつサイズが比較的小さいので、悪臭の放散
防止が可能な全体として閉構造にすることができる。高
価ではあるが、防錆剤の使用も任意に行うことができる
しかしながら、嫌気性流動床リアクタの欠点も知られて
おD、それは、バイオ層の成長と該バイオ層のその後の
管理に関するものである。リアクタの底部には、地肌が
剥き出しになったキャリヤの粒子のみが存在することが
よくあD、このことは、リアクタの一部が浄化活動をし
ていないことを意味するものである。作動J二の問題と
しては、例えば、地肌が剥き出しになったキャリヤ粒子
を用いて始動する場合に、比較的長期の始動時間(立ち
一部がり時間)が必要とされ、キャリヤ粒子が成長する
のに約2〜4か月の期間が必要になることである。
例えば、適当なバイオマスで接種後のフルスケール状態
(実物大装置)下でのメタン生産フェーズにおいては、
成長フェーズに4〜12か重要するであろう。この期間
中、装置の安定性は、例えば、ピーク負荷に対して鋭敏
になる。比負荷(specific 1oad)をJ 
COD/kgVSS/dayで表すものとすると、リア
クタ内の静止した少量のバイオマスに作用する負荷は非
常に大きくなD、この結果かなりの量のバイオマスの損
失を招くであろう。
短期間のインシデントによって、装置を殆ど完全に新し
く始動させることになる。更に、好ましい短期の残留時
間に関しては(例えば、欧州特許出願El’−A−28
846号参照)、始動期間中定参照コントロールが必要
になる。他の不都合な点は、リアクタの停止中に、該リ
アクタの底部に溜まったキャリヤ材料によって液体ディ
ストリビュータが詰まってしまうことである。
米国特許第4,253,956号には、別の形式の嫌気
性廃水処理方法すなわちUASB(Upflow An
aerobicSludge Bed:上向き流嫌気性
スラッジ床)装置が開示されている。正確に予め定めて
おいた条件下での始動期間の前に充分な蟹の粒状スラッ
ジを添加しておけば、フルスケール装置では、短くかつ
再現可能な始動を行うことが可能である。粒状スラッジ
は、他のIJAsB装置から得ることができる。
このタイプの粒状スラッジは活性材料からなる粒子でで
きておD、該粒子はUASBリアクタ内で本来的に形成
される。また、これらの粒子は数年間に亘って活性を維
持し、かつリアクタから取り出して貯蔵しておくことも
できる。このため、これらの粒子は、新しいプラントの
接種材料として使用するのに適しておD、また、インシ
デント後に現存ブラントを再始動するのに適している。
また、このUASB装置は、高速で再始動することが重
要であるにも係わらず廃水処理が数か月に亘って中断さ
れるような、周期的稼動プラント(例えば、ビート・砂
糖ミル)に非常に適している。
し力)しながら、このUASBリアクタにも幾つかの欠
点がある。例えば、リアクタ内に不活性沈澱物が(部分
的に)沈澱することを防止するには、液体速度が不充分
(1〜2m/h)なことである。これを防+l−するに
は、多くの場合において、廃水を先ず一次セソトラー(
−次沈降機)で処理して、不活性沈澱物を分離しなけれ
ばならない。IIASBIJアクタは、腐食を生じ易い
という構造上の理由から、装置の、1:部に空気が侵入
することに対してかなり敏感である。装置の上部から空
気を追い出すため、時々、悪臭のするガスを排出しなけ
ればならない。装置の上部に作用させる過大圧力は、腐
食性のバイオガスをコンプレッサ無くしては移送できな
い程に低くしなければならない。また、−次セットラー
を必要とする場合には、確かに装置の運転に要する面積
がかなり大きくなD、従って必ずしも廃水源に接近して
配置することができないという問題がある。
低濃度の廃水処理装置として、EGSB (Expan
dedGranular 5lud、ge Bed;膨
張粒状スラッジ床)リアクタと呼ばれる改良形のUAS
Bリアクタが開発されている(G、Lettinga及
びD、If、Pol著、r  Waむ、  Sci、 
 Tech、J  、 vol、18、 no、12(
1986)  、第99〜108頁、参照)。
低濃度の廃水がUASBリアクタに供給されると、ガス
の発生が余りにも少なくなD、[IASBリアクタ内に
形成されるこのガスによる混合が不充分になって、リア
クタを適正に機能させることができなくなる。
この問題を解決するため、充分な高速で上向きに流れる
液体がt!GSB装置に供給される。これによD、明白
なスラッジ床の膨張、従ってスラッジと水との良好な接
触を生じさせ、バイオマスを有効に使用することが可能
になる。一般に、この高速」二向き流は、流出液(ef
fluent)を再循環させることによって得ることが
できる。
しかしながら、EGSBの概念は、比較的冷たくかつ非
常に低濃度の廃水を処理するのに適しているに過ぎない
。高濃度の廃水をEGSBリアクタに供給すると、該リ
アクタ内に発生する大量のガスによって浄化作用が妨げ
られる。また、スラッジ粒子の一部が、流入液中の浮M
I司体物と共にリアツク外に洗い出される。従来のセラ
トラ−の設計では、除去されたこれらのスラッジ粒子を
浮遊固形物から分離することが困難なため、活性バイオ
マスの損失を招くことになる。従って、EGSBリアク
タは、高濃度の廃水を供給するという条件下では機能し
ないし、通常のUASBリアクタはかような条件下で作
動させるのが好ましいといえる。G、 Letting
a及びD、H,Pot両氏の上記著書には、スラッジの
成長に関しては何ら記載されていない。
従って本発明の目的は、流動床方法(流動床プロセス)
とUASB方法(tlAsBプロセス)との長所が組み
合わされた廃水処理方法であって、改良された流動床方
法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記改良された方法を実施するの
に非常に適した改良形の廃水処理装置を提供することに
ある。この装置は、本発明の方法を実施できるだけでな
く、他の流動床方法(例えば、キャリヤ材料を使用した
もの)をも首尾よ〈実施することができるものである。
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
UASBリアクタは一般に、4〜20時間の液体滞留時
間を有している。UASBリアクタ内の粒状スラッジは
、1〜2 m/hの表面液体速度及びリアクタの上部に
おける1〜2 m/hの表面ガス速度に曝されている。
これ迄に発見されている驚異的な事実は、このタイプの
粒状スラッジが流動床方法に使用する活性材料として極
めて適したものであD、0.5〜4時間の液体滞留時間
、4〜25 m/h (好ましくは6〜20 m/h)
の表面液体速度、及び4〜15 m/hの表面ガス速度
であっても何らの損傷を受けることなく使用できること
である。
広範囲の研究及び実験をした結果発見された驚異的な事
実は、粒状スラッジが、流動床リアクタ内に適正に導入
された後に、粒状構造及び生物学的活性を維持するだけ
でなく、リアクタ内の粒状スラッジが増加した場合でも
強い乱流流動床条件に良く順応できることである。この
現象は、酸性化リアクタ並びにメタン形成りアクタにお
いて見出されている。この改良した流動床方法は、流動
床方法及びUASB方法の長所を有しているが、これら
の方法の欠点は持っていない。実験室スケール、パイロ
ットプラントスケール及びフルスケールの装置から得ら
れた、この改良された流動床方法の結果によれば、本発
明の長所が、装置の始動時だけでなく定常状態時の条件
下でも発揮されることを明瞭に示している。
本発明の方法とEGSB方法とを比較することによって
明らかにされた本発明の方法の長所が、A、也A、 d
e Manらによって説明されている(1988年5月
22〜26日、イタリア、ボローニヤで開催された、「
嫌気性グイジェスチョン」に関する第5回国際シンポジ
ウムの予稿集、第197頁、参照)。
尚、この予稿集は、本願の優先日より後に刊行されたも
のである。
前にも述べたが、EGSB方法は、高濃度の廃水処理に
は不適当なものである。リアクタ内での高表面速度は、
流出液を高速で再循環させることによって得られる。従
って、リアクタのキャパシティは小さい。低濃度の廃水
によりリアクタ内に発生ずるガスは少璽であD、このた
め、乱流に関して比較的緩やかな状態が存在する。
リアクタ(EGSBリアクタ)内に緩やかな状態を選定
するだけでなく、リアクタ内へのスラッジ粒子の充分か
つ選択的な戻しを選定することによって、ガスと液体と
に高速の流れを与えて活性スラッジ粒子の損失を防止す
るという考え方が、本発明の基礎をなすものである。
かようなスラッジ粒子の戻しは、別の分離技術例えば、
リアクタの頂部に配置された七ノトラー又はその他の場
所に配置されたセラトラ−を用いて行われる。かような
セパレータすなわち七ソトラー内に適当な状態を選定す
ることによって、浮M園形物を含有する流出液からスラ
ッジ粒子が分離される。このようにして、EGSB方法
で処理するには全体的に不適当な廃水を浄化することが
可能になる。
本発明の長所すなわち利点を明らかにするため、下記の
表1に、f!GSB方法と本発明の方法(It’ll)
との典型的な特徴を比較して示しである。
表   1 *再循環比とは、リアクタの再WI環した流出液とりア
クタの流入液との間の比をいう。
本発明の方法の開始(始動)は、スラッジを、例えばU
ASBリアクタから又は本発明の方法を実施する別のり
アクタから導入することによって加速することができる
。相当量のスラッジの接種を行うことなく始動すること
もできるが、充分なVの粒状スラッジが存在するように
なる前に、かなりの時間が必要とされるであろう。正し
い作動条件を選定することによって、キャリヤ材料を使
用しておりかつ既に作動している流動床方法を、本発明
の方法に変換することができる。このようにして、従来
の方法を徐々に本発明の方法に切り換えることができる
。本発明の実施例においては、粒状スラッジとキャリヤ
上のスラッジとが存在する。
本発明の実施例は、既存の装置にも首尾良(適用するこ
とができる。
本発明の流動床方法の粒子は、リアクタ内の強い乱流条
件にも耐えることができるものである。
これらの粒子は他にも優れた品質を示しておD、数年間
に亘って活性を維持するこができると共に、他の流動床
方法の始動にも使用することができる。
また、これらの粒子は、周期的稼動プラントの廃水の浄
化にも首尾良く適用することができる。
スラッジ粒子の最終落下速度(これは、清澄化特性を知
るための測定である)は、UASBリアクタから得られ
るスラッジよりも大きいか、少なくとも等しい。スラッ
ジの活性は、少なくともUASBリアクタのスラッジと
同程度かそれより大きい。驚くべき事実は、スラッジの
品質はりアクタの構造に基づいて定まD、3相セパレー
タについて以下により詳細に説明する。
本発明の改良された流動床方法は、キャリヤに付着した
バイオマスを使用する浄化方法用に設計された、未改良
の流動床リアクタでも実施することができるが、本発明
の方法は、以下に詳細に述べる本発明の改良された流動
床リアクタによって一層首尾良〈実施することができる
。フルスケール装置での実験によれば、未改良の流動床
リアクタでも、液体分配装置及びリアクタの頂部に配置
された3相セパレータに関して最高位に続く次位の結果
が得られたことを示している。
5〜10 m/sの速度で液体分配装置を出ていく液体
の結果として生じるエネルギの消散は大きく、液体の噴
流の力によって粒状スラッジが分解(崩壊)されてしま
う程である。欧州特許出願第BP−A−90450号に
記載の3相セパレータは、ガス及び液体の負荷状態が比
較的小さいときでも良好に機能するが、負荷状態が大き
いときにはガス(の一部)が沈澱区画室にしばしば流入
する。このため、沈澱工程が妨げられ、かつ全面成長の
損失をきたし、地肌が剥き出しになったキャリヤ粒子又
は天然粒子を生じさせる結果を招く。
更に本発明は、液体分配装置の構造に関する改良によD
、流動床方法を粒状スラッジの使用に一層適したものと
している。
更に本発明では3相セパレータの構造も改良され、これ
によD、全面成長の損失又は剥き出しになったキャリヤ
粒子が低減され、本発明の好ましい実施例においては、
粒状スラッジの損失をより小さくすることもできるよう
になっている。そうすることによって、ガス及び液体の
速度が大きい場合であっても、リアクタ内での活性バイ
オマスの濃度をより高く維持することが可能になる。こ
の改良を、第1図に示す公知の円形流動床リアクタ1に
基づいて説明する。
上昇する気泡がリアクタの横断面全体に亘って均質分散
しているものとすれば、のど部2の下の区画室内で形成
された気泡の約60%が、円筒状の気泡カーテンを形成
すべく集中している。沈降機すなわちセラトラ−4内へ
の液体の上向き流れが、のど゛部゛2において歪むこと
により引き起こされる横方向への運動の結果、気泡カー
テン3は安定したものとはならない。ガス収集フード5
と、のど部2との間の半径方向オーバラップが不充分で
あるため、すべての気泡がいつでもフード5を通り抜け
る訳ではない。セラトラ−4に流入する気泡は、次に沈
澱工程を妨げる。この問題をそれ程重要視しなくてもよ
・いりアクタは、リアクタの上部におけるガス流が比較
的少ないリアクタのみである。
米国特許第4,609.460号には、UASBリアク
タ内での醗酵により発注したガスの大部分を、リアクタ
の上部に到達する前に収集するように構成した装置が開
示されている。この構造は複雑であD、リアクタ全体に
亘って、多数の収集装置が1本以上の立ち下がり管を介
して互いに積み重ねられている。かような装置では、U
ASB方法を実施すべく液体を流すことが困難又は殆ど
不可能であるため、流動床装置には全く使用することが
できない。
米国特許第4,622.147号には、3つのレベルの
ガス収集フードを備えたU A’S B方法用の装置が
開示されている。あたかも米国特許第4,609,46
0号に開示の装置と同様に、この設計も、小さな液体及
びガス速度をもつυASBリアクタに向けられている。
この構造は、流動床リアクタに適用したときに起きる気
泡カーテンに関する上記問題を解決できないだけでなく
、このフェーズ分離構造は、リアクタの体積のかなりの
部分を占める程に大きいものである。
この問題を解決するための、誰でも気が付く他の解決方
法は、のど部とガス収集フードとの間のオーバラップを
大きくすることである。しかしながら、リアクタののど
部で液体の速度が増加すると、沈澱したバイオマス粒子
をセントラーの外に戻すことがより困難になることが分
かっている。
また、ガス収集フードの直径が大きくなれば、ガス収集
フード自体が大型化して組み立てがより困難になる。
発見した都合の良い事実は、リアクタののど部に集中し
ている気泡カーテンを、流れる液体から分離できるとい
うことである。収集された気泡がガス収集空間に直接法
られるとき、リアクタ内でのガス及び/又は液体の速度
が極めて大きい場合であっても、セントラ−が悪く機能
するという問題が解決される。本発明によるこの特殊な
バイオガス収集装置は、新しい流動床リアクタに取付は
可能であるだけでなく、既存の流動床リアクタにも取付
けることができる。
第2図、第3図、第4図及び第5図には、分離されたバ
イオガスの出口についての幾つかの実施例が示しである
。隔壁6は、該隔壁6が設けられていなければ気泡カー
テンを形成するであろう気泡を収集する。収集されたガ
スは、チューブすなわち区画室7を介して直接ガス収集
空間9に導かれるか、或いはガス収集空間9に連結され
た収集デユープ8(第4図)に導かれる。市販されるフ
ルスケールの円形リアクタにおいては、隔壁6の直径を
0.5〜10 mにすることができ、例えば、リアクタ
の直径が3mであるときには、隔壁6の直径を30〜8
0 cmにするのが適している。これらのすべてのチュ
ーブは、ガス収集空間9にガスを導くことができる寸法
を有しておD、かつ七ソトラー4内にエアリフト循環流
が起きることを防1)1すべく、これらのチューブを液
面より充分亮(まで延ばしておく。
隔壁6は、リアクタを出るガスの30〜80%(より好
ましくは、50〜80%)を収集する。リアクタとして
は円形リアクタが好ましいが、本発明の範囲内には、正
方形、長方形又はその他の形状が含まれる。この流動床
リアクタの高さは、少なくとも6m(好ましくは、少な
くとも10m)にするのが都合がよい。H/Dの比は、
2〜40(好ましくは、2〜10)にする(ここで、H
はりアクタの高さ、Dはリアクタの直径すなわち平均横
断面寸法である)。
更に本発明では、3相セパレータに平行板を設けるごと
によD、微小同体粒子が良好に凝結して大きな粒子に成
長することを促進している。かような構造の2つの実施
例が、第5図及び第6図に示しである。米国特許第4,
253,956号には、かような開口部を形成する・た
めの、セントラ−の遮断傾斜壁を備えたUASBリアク
タが示されている。このようにして形成された壁部分は
、人口開口部のところで互いに交互に配置されていて、
L昇するガスが沈澱区画室に流入できないように遮断し
ている。傾斜壁の下端部に設けられた、セントラ−の出
口開口部によD、粒子が戻ることができるようになって
いる。液体及びガスの速度が大きくても、驚くことに、
この原理を流動床に使用することが可能になる。リアク
ション空間内で形成されたガスの大部分をバイパスさせ
ることによって、かような原理を、(ガス収集装置と組
み合わせて実施される)流動床方法に適用することが可
能になるのである。
第5図は、セントラ−4に取付けられたかような隔壁1
0を示すものである。この隔壁10の周囲で液体の循環
が生じ、このため、沈澱した粒子をセントラ−4からり
アクタ内に良く戻すことができ、かつこの隔壁10の上
部の周囲でのガス/液体分離を改善することができる。
円形の3相セパレータが使用される場合には、隔壁10
を内鑵形にすることができる。
この隔壁10の下側から上界してくるバイオガスは、収
集されて上方に向かって流れる。従って、この隔壁10
の両側でのガスの密度の差異に、よD、隔壁10の周囲
にはガスリフト循環が生じる。
第6図の実施例では、3相セパレータの機能を更に良好
に発揮させるための隔壁10A、IOBが設けられてい
る。これらの隔壁10A、IOBの数は、処理すべき液
体の体積及び技術的設計寸法によって定められる。しか
しながら、経済的な観点を優先するなら、単一の隅壁1
0を設けるのがよい。
発見された驚異的な事実は、ガスリフト循環が、リアク
タの良好かつ信頼性ある作動に対し貢献することである
。このガスリフト循環によD、セラトラ−を出る全ての
液体が約5〜20倍の速度で循環し、かつ上向き及び下
向きの運動をして1)1)遇する。また、この領域にお
ける粒子の平均滞留時間が増大し、かつ衝突の機会も増
大する。
衝突及び凝結によって微小粒子が成長し、大きな粒子に
なっていく。このようにして、活性バイオマスの損失が
低減され、かつ良く沈澱する粒状スラッジの形成速度が
実質的に増大する。従って、浮遊する固形物(これらの
固形物は、浄化工程において活性を呈しない)から、微
小な活性粒子(これらの粒子は互いに一緒になって成長
する)を分離することができる。
3相セパレータのかような設計の結果、微小スラッジ粒
子から粒状スラッジへの変換が改善される。
このため、流動床装置と比較してリアクタの始動を速く
することが可能になD、適量の接種スラッジが存在する
だけの場合であってもこれが可能であることに気付くで
あろう。
3相セパレータの横断面形状として円形を選択した場合
には、隔壁(ガス収集フード)5及び隔壁lOを截頭円
錐状にするのが好ましい。
欧州特許出願EP−A−90450号に記載の液体分配
装置は、地肌が剥き出しになったキャリヤ粒子(例えば
、砂)からなる床に、液体を均等に分配できるように設
計されている。同形物のマスがかなり重いこと及びこれ
らが−緒にくっつくこと(もしくっついてしまえば、滞
留領域が形成される)を防止する必要性があること等の
理由によD、噴流部を通る液体の流速を、粒状スラッジ
が分解(崩壊)される程度まで大きく (5〜10 m
/s)する必要がある。
本発明によれば、第7図に示すように、液体分配装置の
構造についても改良がなされていて、流動床リアクタを
、粒状スラッジの使用に一層適したものにしている。
天然粒子は、液体の流れが妨げられているとき(滞留し
ているとき)には、互いに(つつきあう傾向は殆ど無い
。驚(べきことに、粒状スラッジの層がかなりj〕い(
数メートル)場合であっても、流動床の下部の数個所で
液体を供給することによって、簡単かつ容易に流動床方
法を始動させることができる。床のミキシング、流動化
及び均質化は、6〜10 m/sの表面(上向き流れ)
速度で行われる。活性粒状スラッジによD、直接、リア
クタの下部においてガスの生成が開始され、これによD
、ミキシング工程も促進される。
第7図に示す幾つかの例のうちの、本発明の1つの特徴
は、リアクタの幾つかの方向に液体入ロバイブを設けた
ことである。特別な出口ノズルを用いて局部的な高速を
生じさせる必要はない。通常の出口速度は、0.5〜4
 m/s (好ましくは、1〜2 m/s )である。
従って、液体廃棄物は、相互に間隔を隔てた複数の入口
から醗酵領域に供給され、時には、成る人口からの液体
廃棄物の流入を遮断して流れの方向を変えるごともでき
る。例えば、液体廃棄物を成る時間だけ各人口から連続
的に供給することもできる。矩形及び円形のりアクタに
、平ら又は円錐形の底を設けてもよい。
■−1 第8図に示すように、4Nの体積と5.0 cmの直径
をもつ実験室スケールの流動床リアクタlの頂部に、2
Nのキャパシティをもつ3相セパレータが設けられてい
る。
流動床には、UASBリアクタから発生しかつ150g
の5S(Suspended 5olids:浮遊同形
物)と120 gのVSS(Volatile 5us
pended 5olids:揮発性浮遊固形物)とを
含存している21のバイオマス粒子が接種された。
カラム内の表面液体速度は、実験中8.8 m/sに維
持された。
パイプ1)を通ってリアクタ1から出る液体は、その一
部がパイプ13を通して再循環され(17,06/h)
、残部はパイプ14を通して排出された。
流出液の再循環された部分と共に、原廃水15が導入さ
れた(2.1)/h)。
形成されたガスが、チャンバすなわちガス収集空間9内
に収集され、パイプ12を通して排出された。
2.000 mg/ lの酢酸と480 mg/ 1の
エタノールとを含有する典型的な廃水が、この流動床リ
アクタ内で浄化された。バイオマスの成長を促進するた
め、栄養素が添加された。
始動期間を含む3か月の期間中、平均負荷は、1)コ当
たりのリアクション体積が36.6 kgCOD/m’
であD、変換効率はC0DL=92.4%であった(C
ODtとは、全化学的酸素要求檄をいう)。バイオガス
の平均生産量は、45.1) /dである。表面ガス速
度は、リアクタの上部において0.97 m/hになる
ように計算された。
リアクタ内の平均流体滞留時間は2時間であD、活性流
動床部分での接、触時間は6分間であった。
実験の柊時において、135gのVSSに相当する15
6gのSSが存在した。これは、2.1)1の膨張体積
に相当する。
この実験によD、スラッジ粒子が完全にそのままの状態
に維持され、かような条件下でバイオマスの正味計が増
加(15gのVSS) したことが実証された。また、
この方法は、高い効率を以て安定して作動した。
奥−叉 G i s t−brocades社の化学・醗酵プラ
ントから発生した産業廃水を、パイロットスケールの装
置で浄化した。廃水は、連続流攪拌タンクリアクタ内で
酸性化された。このときの流体滞留時間は8〜12時間
である。このリアクタの流出液は、パイロットスケール
の流動床リアクタに供給される。流動床リアクタへの流
入液は、1,800から4,500mg/ 1のCOD
 tと、350〜500mg/ j2の硫酸塩と、0.
5〜1.5g/j’の不活性SSとを含有している。こ
の流入液は、平均で50〜80%酸性化された(これは
、溶存CODの脂肪酸寄与率について計算したものであ
る)。円筒状の流動床リアクタは、第1図に示すものが
使用された。3相セパレータの部分を除くリアクタの高
さは19.45 m 、直径は0.495 mであD、
従ってその有効体積は3.7 m’となる。のど部2の
近くの最小横断面積は0.081 m”、ガス収集フー
ド5の最下端部での最小横断面積は0.108 mt、
ガス収集フード5のフード部分が垂直に対してなす角度
は55°である。
嫌気性粒状スラッジの150 kgのDS (Dry 
5olid :乾燥固形物)が、リアクタに添加された
。スラッジは、砂IJji ミル(砂糖きび圧搾所)の
廃水を浄化するのに使用された嫌気性IJAsBリアク
タから発生したものである。120 kgのvSSでリ
アクタを始動した時の有機材料の含有率は82%であっ
た。スラッジ粒子の平均粒径は、2〜3 mmであった
。試験の開始時において、リアクタ内の膨張した粒状ス
ラッジ床の高さは、7.7mであった。
酸性化された廃水は、流出液の中の再循環された部分と
共にリアクタの底部に導入された。酸性化された廃水の
pHは6.0〜6.7、再循環された液体のpHは7.
2〜7.5であった。
1.40 m’/hの液体が、7.4 m/hの表面液
体速度でリアクタに導入された。導入された液体の酸性
化された廃水の割合は段階的に増加された。すなわち、
第1日日の300 ff/hの割合から第5日月の1.
0001/hの割合で、酸性化された廃水がリアクタに
供給された。第5日月には、4人される液体の総Yが1
.80 m3/hに増加された(表面液体速度は9,5
 m/hである)。負荷のこのような段階的増加は、流
出液内の脂肪酸含有¥に基づいて行われ、1.000 
mg/ 1以下に保たれた。
下記の表2には、酸性化された廃水(酸性廃水)の総量
、廃水の総則及び表面液体速度等が示しである。
表  2 50日間に亘る試験期間中、リアクタの温度は、30〜
34°であった。
また、試験期間中、リアクタの作用は安定しておD、脂
肪酸の除去効率は常時90%以上であった。
試験の期間中、膨張した粒状スラッジ床の高さをしばし
ば測定した。試験の柊時における粒状スラッジの高さは
、4.6mであった。粒子は良く沈澱できる状態になっ
ていて、その平均粒径は2〜3 mm  であった。バ
イオガスを生成する平均流量は40 m3/dayであ
D、これは、20 kg COD/m’ ・day変換
、及びリアクタの頂部における表面ガス速度が8.5 
m/hの条件下のものである。ピーク負荷時においては
、ガスの流速が、約14.5 m/h  にも達した。
嫌気性UASBリアクタから発生した接種スラッジが添
加されたので、実験開始時のスラッジの一部には微粒子
が含まれていたが、これらの微粒子の少なくとも一部は
洗い流された。これによD、実験の開始時には、粒状ス
ラッジの損失をもたらしたことになる。しかしながら、
この時期を過ぎると、粒状スラッジの量は安定した。
試験後には、85%の有機材料含有量をもつ約84kg
 (全DS)の粒状スラッジが存在し、これは約71k
gのりSSに相当する。この試験結果は、バイオガス及
び液体の流速が大きい場合でも、殆どの粒子がそのまま
の状態に留まっていること、及び変化する流入液の品質
に対して迅速に順応することを実証している。試験を通
じて、粒子はよりコンパクトになった。バイオマスの比
活性(specificactivity)の平均値は
、1.6のピーク負荷時において、1日当たり約0.8
 kg COD/kg VSS テあった。
炭−ユ 例2の円形流動床リアクタ(高さ:19.45 m、直
径:0.495 m)の頂部に、第9図に示す3相セパ
レータを取付けた。この3相セパレータは、半円形状の
一辺17をもつ長方形の区画室16を有している。この
区画室16の下側には、0.495 mの直径をもちか
つりアクタlに連結されたシリンダ21に接続されたア
ダプタエ8が設けられている。
隔壁6は、リアクタl内で形成されたバイオガスの約2
を収集し、第2図、第3図、第4図及び第5図の隔壁6
について説明したのと同じ機能を有している。この収集
されたバイオガスは、チューブ7を通して直接ガス収集
区画室9に逗かれる。
ガス収集フード5の下には、4つの隔壁lOが取付けら
れている。
この3相セパレータの全体積は、約0.75 m3であ
った。エアリフト循環流を通した後、液体を沈澱区画室
4に流入させた。流出液は、堰(オーバーフロー)19
を通った後、出口20からリアクタ1を出ていく。収集
されたガスは出口20から除去される。第9図には、2
つの出口20が示されている。
G15t−brocades社のプラント(例2参照)
から発生した廃水が、流動床リアクタ内で浄化された。
例2と同様に、この廃水は最初に酸性化された。
この試験の開始時に、リアクタは84 kgの嫌気性粒
状スラッジ(=71kgのVSS)で充満された。この
嫌気性粒状スラッジは、例2で説明した実験の終時に存
在したものである。例2の試験と例3の試験との間の1
2日の朋間内に、スラッジはりアクタ内に保存された。
この浄化作業の停止によっても、スラッジの挙動又は活
性に何らの影響も無かった。
第1目目には、酸性化した廃水(流:t=500/ /
h) と、再循環された液体(流ht−2,2m3/h
 )とが−緒にリアクタに導入された。そのときの表面
液体速度は、14 m/h  であった。次のHは、酸
性化廃水の流量を増加したが、リアクタに導入される液
体の量は一定に保たれた。従って、2日目には1,00
0 //h、3日目には1.50012/h、4日目に
は2,000 ff/h、5日日以l!蚤は2,500
  N/hの酸性化した廃水を供給した。この期間中、
バイオガス生成Yは、約8 m3/dayから最大75
 m’/day(ピーク負(Ti)まで増大した。浄化
水中の脂肪酸含有はは、常に150 mg/ 1以下で
あった。このことは、浄化が実質的に完全に行われたこ
とを実証するものである。リアクタの有効体積に基づい
て計算したグロス負荷は、30〜95 kg COD/
m’ ・dayの間で変化した。これは、12〜40 
kB COD/m3の変換に相当する。70日間の連続
運転をした後、これらの実験を停止した。ガス抜き後の
嫌気性粒状スラッジの■は103 kgであった。また
、粒状バイオマスの量は88 kg VSSであると見
積もられた。
試験した3相ヒバレータは、液体及びバイオガスの速度
が大きい場合でも(液体のVsup #1.4m/h、
リアクタの頂部におけるバイオガスのV ll1mX″
、16m/h) 、嫌気性(メタン化)バイオマスから
粒子への成長に実質的に確実な影響を及ぼしているとい
うことを実証している。
例  4.。
例3に用いた円形の流動床リアクタく第9図の3相セパ
レータを備えたもの)を使用して、スラッジの成長及び
粒状化についての研究を行った9Gist−broca
des社のプラントから発生する廃水を、この流動床リ
アクタで浄化した。例2と同様に、この廃水は、最初に
酸性化された(流体滞留時間−3〜4時間)。
他の実験とは異なD、かなり巾計の粒状スラッジを使用
してパイロットプラントを始動させた。
バイオマス(TS、 VSS)の屡及びスラッジ粒子の
Vを測定したこと及びスラッジ床の高さを増大したこと
によって、正味スラッジ成長及び新しいスラッジ粒子の
形成(粒状化)を証明できるようになった。また、スラ
ッジ活性試験によって、活性バイオマスの存在が証明さ
れよう。リアクタは、1.5mのスラッジ床高さで始動
された(14 kgVSS、70%シSS、20 kg
 TS)。全実験を通じて、再循環流(原流入液+再生
流出液)を14.4 m’/dayとし、これによD、
5m/hの表面−L向き流速度が得られた。原廃水の流
量は、始動時の2001/hから2週間後の6001/
hまで僅かに増大させた。これによD、60〜80 k
gCOD/day (=16〜22 kg COD m
3/day)のCOD Q荷速度が生じた。バイオガス
の生成けは8〜14 m3/day0間で変化し、これ
によD、約2〜3 m/hの表面ガス速度が得られた。
CODの浄化効率は、55〜60%であった。
3か月後には、スラッジ床の高さが1.5〜4.8mに
増加した。スラッジの全体Vは、20 k、 TSから
49 kg TSまで増加し、一方、有機スラッジの址
は、14 kg VSSから40 kr;−VSS ニ
増加した。始動時のスラッジの活性は0.9 kg C
OD/kg VSS  −dayであD、3か月間の実
験終了時には、1.2 kg COD/kgVSS  
−dayであった。個々のスラッジ粒子を測定したとこ
ろ、粒子の号において190%増加したことを示した。
この実験結果から、本発明のセラトラ−装置によれば粒
状化と正味スラッジ成長が得られることが明瞭に示され
ている。また、活性バイオマスを多量に含有したスラッ
ジの存在を示しておD、これは、価値の無い浮遊固形物
がリアクタ内に保有されないことを示すものである。
例  5 この例は、酵母製造工場から発生する廃水のフルスケー
ル2段階嫌気性処理について説明するものである。この
廃水は、蒸発器の蒸留物と、酵母フィルタの濾液との混
合液である。
平均流入液は、2.500〜4,000 mg/βのC
ODと、300〜600 mg/ lの硫酸イオン(5
04”−)と、300〜600 mg/ lの浮遊固形
物とを含有している。
これらの3つの含有物には緩衝剤が加えられ、直列に連
結された2つのタンク(各タンクは100m3の容積を
有している内で混合された。緩衝タンクの温度は、約3
7℃であった。5〜7時間の平均流体滞留時間中に、廃
水の一部が酸性化され、約60〜90%の生分解可能な
CODが酸性化された。直列に連結された2つのりアク
タは互いに同一のものであD、それらの3相セパレータ
構造は、第1図に示したものである。
リアクタについては欧州特許出願第0090450号に
良く説明されている(第2図、第7図及び第8図参照)
。3相セパレータを除くリアクタの高さは12.3 m
、リアクタの直径は3.0 m 、3相セパレータの直
径は4.0mであD、リアクタの有効体積は80m3で
ある。3相セパレータの各部間の比は、例1の対応する
部分間の比と実質的に同じである。
浄化すべき廃水は、下向きの液体入口ノズルを備えた5
つの水平分配パイプを通して導入された。
試験の開始時に、第1のりアクタ(+?−1)中に5.
000 kg、第2のりアクタ(R−2)中に13,5
00 kgの砂を、キャリヤ材料として入れておいた。
このキャリヤ材料は、0.2〜0.4 mmの平均粒径
と、2.700 kg/m’の嵩密度とを有している。
砂は、原理的に廃水を浄化できるバイオマスとして全面
成長した。第1のりアクタでは宇として酸性化が、第2
のりアクタでは主としてメタン醗酵化が行われた。しか
しながら、i;1述の作業上の問題から、試験前の数か
月間において、全面成長した砂の大部分が洗い流され、
このため、同時にがなりの量のバイオマスの損失を引き
起こした。従って、両リアクタの最初の負荷が40,0
00 kgの砂であったことを考えると、この装置の作
動は不安定であった。
第1日目において、本発明により粒状スラッジの形成が
促進されるように作動条件が変えられ、これによD、キ
ャリヤとしての砂はもはや使用しなかった。この作動条
件の変更は、残りの砂を段階的に取り出し、導入する液
体の仝流°鞭を100m3/hから約65〜70 m’
/hに減少させること(これは、表面液体速度を14 
m/hから9 m/hに減少させることに相当する)に
より達成された。実験の開始時に導入された、酸性化さ
れた廃水の■は、20 +n3/hであった。この壇は
、76日目には40 m”/hに増加された。リアクタ
に4人された液体の全量は、再循環された液体の量を減
少させることにより一定に維持された。第1日目におい
ては、適度の、負荷を作用したけれども、脂肪酸の変換
が不完全であD、第1のりアクタ(R−1)の流出液に
は1 、900mg/l、第2のりアクタ(R−2)の
流出液には600mg/βの脂肪酸が含まれていた(第
2のりアクタの脂肪酸変換効率は、67%である)。最
後の7か月の試験期間中においては、粒状スラッジの量
は、両リアクタにおいて徐々に増加した。この全期間中
、脂肪酸の変換効率は最大値まで増大し、全ての廃水を
処理するまで、流入液の負荷を増大させることができた
。この実験によD、挙動が安定したものであること、及
びキャリヤとして砂を使用して作動したときに遭遇した
問題が、本発明の方法を適用することによって解消され
たことが実証された。
次の表3に、実験中、の結果を示しておく。
表3− (1) 表3−(2) 京rkg VSSJとは、rkg  揮発性浮遊固形物
(kgVolatile 5uspended 5ol
ids)Jをいう。
バイオマスの叶は、円筒状のりアクタの高さの異なる場
所から採取した4つのサンプルに基づいて計算した。
基質(subs tra te)を飽和した状態で測定
した粒状スラッジの活性を次の表4に示す。
表  4 第1のりアクタから発生する粒子の活性は、第2のりア
クタから発生する粒子の活性よりも小さい。なぜならば
、第1のりアクタ内は、酸性になっておD、かつメタン
形成バクテリアが存在するからである。第2のりアクタ
における粒状スラッジの活性は、UASBリアクタのよ
うな嫌気性処理装置の通常の値(0,4〜0.8 kg
 COD/kg VSS −day)に比べて大きな値
になっている。3相セパレータが不完全であると、スラ
ッジの一部が、流出液によって洗い出されてしまう。洗
い出された粒子も、非常に良好な活性を有している。
液体分配装置の上方1mのサンプリング点において、第
1のりアクタから第155日月に採取したスラッジ粒子
の最終落下速度(沈降速度)は、39m/h  であっ
た。同様に、サンプリング点が液体分配装置の上方3.
9m及び7.3mの個所における最終落下速度は、それ
ぞれ3.7 m/h及び27m/hであった。
第2のりアクタについては、サンプリング点が液体分配
装置の上方1.0 m及び3.9mの個所における粒子
の最終落下速度は、それぞれ32 m/h及び29 m
/hであった。
」二記に示すように、砂のようなキャリヤ材料が事実」
二消失している流動床リアクタに、同様なスラッジ材料
を接種することなくして、粒状スラッジを得ることが可
能である。
上向きの表面液体速度は8〜10 m/l+、リアクタ
の上部における表面バイオガス速度は、第1及び第2の
りアクタについて、それぞれ2〜5 m/h及び3〜8
 m/hであった。両リアクタには上記のような改良す
なわち、ガス収集隔壁6又は10を設けること、又は筒
素化された流入液パイプを設けること等の改良を施して
はないが、廃水を浄化することが可能な粒状スラッジを
形成することができた。
一ト記結果は、例えば、週末には浄化処理装置に殆ど廃
水が供給されなくなるように、液体及びCOD負荷が頻
繁に変化する工場の産業環境において、注目にイ直する
ものである。
炎−五 第41g+に基づいて前に説明した特別なガス収集装置
を、5mの円形直径、6.5mのフード直径、380 
m3のグロス体積及び240 m′3のネット(正味)
体積をもつ2つのフルスケールのりアクタに取付けた。
両リアクタは直列に連結されて作動された。
すなわち、供給液体を、主として酸性化工程と硫酸塩低
減化工程とを行う第1リアクタに専大し、次いでこの酸
性化された液体を、主としてメタン化工程を行う第2リ
アクタに導入した。形成されたガスであって、3相セパ
レータに流入しなかったガスの約70%が、上記特別な
ガス収集装置によって収集された。
上記2つのりアクタと平行して、他の2つのりアクタを
、全く同じ条件すなわち、流入液の組成、リアクタの生
物学的処理工程及び技術的寸法、作動条件を全く同じに
して作動させた。しかしながら、第2の組のりアクタに
は、特別のガス収集装置を設けなかった。4つの全ての
りアクタを、キャリヤとして砂(粒径0.2〜0.4 
mm)を用い、バイオマスオンキャリヤ原理(biom
ass−on−carrierprinciple)に
従って作動した。2組のりアクタが主たる中断も無くし
て500日以上の期間に亘って作動したという事実が、
このガス収集装置の確かな効果を実証している。この装
置が無い場合には、60 m/hの最終落下速度をもつ
全面成長した粒子の損失が、10m/hの表面液体速度
で開始して、約50 kg/dayに達する。16 m
/hの表面液体速度では、この損失は200 kg/d
ay以上に増大する。特別のガス収集装置を設けた場合
には、同じ粒子の損失が、16 m/hの表面液体速度
においても事実上ゼロになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、欧州特許出願EP−A−90450号に記載
の3相セパレータを示す概略図である。 第2図〜第4図は、本発明の実施例の水平断面図であD
、リアクタに形成されたバイオガスの一部を収集したと
ころを示す概略図である。 第5図は、3相セパレータ内に2つの平行板を設けたと
ころを示す概略図である。 第6図は、3相セパレータ内に幾つかの平行板を設けた
ところを示す概略図である。 第7図は、液体分配装置の構造の2つの実施例を示す水
平断面図である。 第8図は、スラッジ粒子の試験を行うことができる、実
験室スケールの流動床リアクタを示すものである。 第9図は、幾つかの平行隔壁が設けられた3相セパレー
タ(該セパレータは、パイロットスケールのプラントで
試験される)を示す概略図である。 1・・・流動床リアクタ、 2・・・のど部、 3・・
・気泡カーテン、  4・・・セッ]−ラー(沈降機)
、 5・・・ガス収集フード、 6・・・隔壁、 7・
・・チューブ(区画室)、 8・・・収集チューブ、 
9・・・ガス収集空間、  IO1]、OA、IOB・
・・隔壁、  1).12.13.14・・・パイプ、
  15・・・原廃水、16・・・区画室、  18・
・・アダプタ、  19・・・堰、20・・・出口、 
 21・・・シリンダ。 特許庁長官 吉 1)文 毅 殿 1.事件の表示  昭和63年特許願第253605号
2、発明の名称   廃水の浄化装置及び浄化方法3、
補正をする者 事件との関係  出願人 4、代理人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)高さがH、平均横断面寸法がD、H/Dの比が2
    〜40、好ましくは2〜10であるリアクタと、該リア
    クタの底部に設けられた液体導入装置と、前記リアクタ
    の頂部に配置された3相セパレータと、実質的に該3相
    セパレータと前記リアクタとの間に設けられた1つ以上
    のガス収集区画室であって前記リアクタを出るガスの一
    部が前記3相セパレータに流入する前に、該ガスを取り
    出して前記3相セパレータの前記ガス収集区画室に直接
    導くように配置されたガス収集区画室とを有しているこ
    とを特徴とする廃水の浄化装置。(2)前記リアクタを
    出るガスの30〜80%が、前記ガス収集区画室に導か
    れることを特徴とする請求項1に記載の廃水の浄化装置
    。 (3)前記リアクタを出るガスの50〜80%が、前記
    ガス収集区画室に導かれることを特徴とする請求項2に
    記載の廃水の浄化装置。 (4)前記リアクタの高さが6〜25mであることを特
    徴とする請求項1、2又は3に記載の廃水の浄化装置。 (5)前記リアクタの高さが10〜20mであることを
    特徴とする請求項4に記載の廃水の浄化装置。 (6)キャリヤに付着した粒状スラッジ又はスラッジを
    嫌気性浄化に使用し、リアクタを出る30〜80%のバ
    イオガスを、残りのガス、液体及びリアクタを出る固形
    物が互いに分離される前に取り出すことを特徴とする流
    動床処理方法。
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