JPH01304098A - 廃水の浄化装置及び浄化方法 - Google Patents

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１．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−１ｕｅｎｔ
）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。作動上の問題とし
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１．比較的長期の始動時間（立ち
上がり時間）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ｋｇ
　ＣＯＤ／ｋｇ　ＶＳＳ／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ＪｆｉＥＰ−Ａ−２
８８４６号参照）、始動期血中にｐＨ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　（ｔｌｐｆ　ｌｏ−
ハｎａｅｒｏｂｉｃＳｌｕｄｇｅ　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量の粒状ス
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ＵＡＳＢ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
デント後に現存プ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。

しかしながら、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。これを防止するには、多
くの場合において、廃水を先ず一次セットラー（−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。ＵＡＳＢリアクタは、腐食を生じ易いという構造
上の理由から、装置の上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　Ｓｌｕｄｇｅ　Ｂｅｄ；膨張
粒状スラッジ床）リアクタと呼ばれる改良形のＵＡＳＢ
リアクタが開発されている（Ｇ、　Ｌｅｔｔｉｎｇａ及
びＤ、Ｈ，Ｐｏｌ著、ｒ　Ｗａｔ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃ
ｈ、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、ＵＡＳＢ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ＩＥＧＳＢ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、この高速上向き流は、流出液（ｅｆ　
ｆ　Ｉｕｅｎ　ｔ）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、流入液中の浮遊
固体物と共にリアクタ外に洗い出される。従来のセ・７
トラーの設計では、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，Ｐｏ１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（［ＪＡＳＢ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、八、凱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、「
嫌気性グイジエスチョン」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するガスは少量であ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セソ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セラトラ−内に適当な状態を選定す
ることによって、浮遊固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、ＥＧＳＢ方法と本発明の方法（ｔｌＦＢ）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、リアクタの再循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、充分な匿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く適用するこ
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（次位の結果
が得られたことを示している。

５〜■Ｏｍへ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。欧州特許出願筒ＥＰ−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。

上界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リ
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。

米国特許筒４．ＧＯ９，４６０号には、ＩＪＡＳＢリア
クタ内での醗酵により発生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、
ＵＡＳＢ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’ＡＨには全く使用するこ
とができない。

米国特許筒４，６２２．１４７号には、３つのレベルの
ガス収集フードを備えたＩＪＡｓＢ方法用の装置が開示
されている。あたかも米国特許筒４，６０９．４６０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ＬＩＡＳＢ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
をセフトラ−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送
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、セフトラ−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４かれるか、或いはガス収集空間９に連結さ
れた収集チューブ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〜
８０　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、かつセフトラ−４内にエアリフト循環
流が起きることを防止すべく、これらのチューブを液面
より充分高くまで延ばしておく。

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、
）Ｔはリアクタの高さ、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こと
によＤ、微小固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、セフトラ−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、
入口開口部のところで互いに交互に配置されていて、上
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、セフトラ−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、セフトラ−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、沈澱した粒子をセフトラ−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
を円錐形にすることができる。

この隔壁１０の下側から上昇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ＩＯ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
タの良好かつ信顛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、セソトラーを出る全ての
液体が約５〜２０倍の速度で循環し、かつ上向き及び下
向きの運動をして通過する。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１０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。固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、互いにくっつきあう傾向は殆ど無い
。驚くべきことに、粒状スラッジの層がかなり１１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、蔀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人口
から醗酵領域に供給され、時には、成る入口からの液体
廃棄物の流入を遮断して流れの方向を変えることもでき
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。

例　　１ 第８図に示すように、４１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１の頂部に、２
１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：浮遊固形
物）と１２０ｇのＶＳＳ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ　５ｕｓｐ
ｓｎｄｅｄ　５ｏｌｉｄｓ：揮発性浮遊固形物）とを含
有している２ｊ２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１１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ＶＩＩ環され（１７，０Ｌ／
ｈ）　、残部はパイプ１４を通して排出された。

流出液の再Ｗ４環された部分と共に、原廃水１５が導入
された（２．ｔ　ｊ！／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／　１２の酢酸と４８０　ｍｇ／　ｌ
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日当た
りのリアクション体積が３６．６　ｋｇ　ＣＯＤ／ｍ３
であＤ、変換効率はＣ０Ｄｔ＝９２．４％であった（Ｃ
ＯＤｔとは、全化学的酸素要求量をいう）。バイオガス
の平均生産量は、４５．７１／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、２．１１／！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量が増
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。

開−主 Ｇ　ｉｓ　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、連続流撹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Ｃ０Ｄ
ｔと、３５０〜５００ｍｇ／　１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）
０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３．７ｉとなる。のど部２の近くの最
小横断面積は０．０８１　ｍｚ、ガス収集フード５の最
下端部での最小横断面積は０．１０８　ｒｅ”、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Ｏ３（［ｌｒｙ　
５ｏｌｉｄ　：乾燥同形物）が、リアクタに添加された
。スラッジは、砂糖ミル（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ＵＡＳＢ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
イヒされた廃水の割合は段階的に増加された。すなわち
、第１日月の３００１／ｈの割合力１ら第５日月の１．
０００　Ｉｌ／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、導入される液体の総置
が１．８０　ｍ’／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量に基づいて行われ、１．００
０　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
、廃水の総量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　Ｃｏｎ／ｍ３・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
　（仝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／ｋｇＶＳＳ　テあった。

例３ 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
レークを取付けた。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１に連結されたシリンダ２１に接続されたア
ダプタ１８が設けられている。

隔壁６は、リアクタ１内で形成されたバイオガスの約Ａ
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に導かれる。

ガス収集フード５の下には、４つの隔壁１０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　ｍ’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社のブラント（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日の期間内に、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
性に何らの影舌も無かった。

第１白目には、酸性化した廃水（流＠＝５００１　／ｈ
）と、再循環された液体（流！１ｌ＝２．２　ｍ’／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。次の日は、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
０１／ｈ、３日目には１，５００１／ｈ、　４日目には
２，０００１／ｈ、５日目以降は２，５００１／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
量は、約３　ｍ３／ｄａｙから最大７５　ｍ’／ｄａｙ
（ピーク負荷）まで増大した。浄化水中の脂肪酸含有量
は、常に１５０　ｍｇ／　ｌ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、３０〜９５ｋｇＣ０Ｄ／１１３・ｄａｙの間で変
化した。これは、１２〜４０　ｋｇ　Ｃ０Ｉ）／ｍ３（
７）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
ジの量は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相セパレータは、液体及びバイオガスの速度
が大きい場合でも（液体のＶｓｔ＋ｐ　＝１４ｍ／ｈ、
リアクタの頂部におけるバイオガスのＶ、、、　＝１６
ｍ／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（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。

Ｇ１５ｔ−ｂｒｏｃａｄｅｓ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、かなり少量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）の量及びスラッジ粒子の
量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、正味スラッジ成皇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　ｋｇ　ＶＳＳ、７０％ＶＳＳ、２０　ｋ
ｇ　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
、５　ｍ／ｈの表面上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　
ｋｇ　ＣＯＤ／ｄａｙ　（−１，６〜２２　ｋｇ　ＣＯ
Ｄ　ｍ’／ｄａいのＣＯＤ負荷速度が生じた。バイオガ
スの生成量は８〜１４　ｍ３／ｄａｙの間で変化し、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６ ３か月後には、スラッジ床の高さが１．５〜４．８ｍに
増加した。スラッジの全体量は、２０　ｋｇ　ＴＳから
４９　ｋｇ　ＴＳまで増加し、一方、有機スラッジの量
は、１４　ｋｇ　ＶＳＳから４０　ｋｇ　ＶＳＳ　ニ増
加した。始動時のスラッジの活性は０．９　ｋｇ　ＣＯ
Ｄ／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
、粒子の闇において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情に含有したスラッ
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ず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／　ｌの
ＣＯＤと、３００〜６００　ｍｇ／　Ｒの硫酸イオン（
ｓｏ、　”）と、３００〜６００　ｍｇ／　１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（Ｒ−１）中に５．０
００　ｋｇ、第２のりアクタ（Ｒ−２）中に１３．５０
０　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、Ｔｏｏ　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のりアクタでは主として酸性化が、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、前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、同時にか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４０，０００　
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１１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
体の全流量をＬｏｏｍ’／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
た廃水の量は、２０　ｍ３／ｈであった。この量は、７
６日目には４０　ｍ’／ｈに増加された。リアクタに導
入された液体の全量は、再循環された液体の計を減少さ
せることにより一定に維持された。第１１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／ｊｌ！、第２のりアクタ（Ｒ−２）の流出
液には６００ｍｇ／ｌ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￥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） ＊　　Ｉ”ｋｇ　ＶＳＳＪとは、ｒｋｇ　　揮発性浮遊
固形物（ｋｇＶｏｌａｔｉｌｅ　５ｕｓｐｅｎｄｅｄ　
５ｏｌｉｄｓ）Ｊをいう。

バイオマスの量は、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（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）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１、
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２７　ｍ／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１．０ｍ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。

上記に示すように、砂のようなキャリヤ材料が事実上消
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／ｈ、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、又は面素
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。

上記結果は、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、注目に値するもの
である。

炭−工 第４図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　ｍｆｆ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リアクタに導入し、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（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ｆｆｉ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・・・セラトラ−（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、　　１０、ＩＯＡ、ＩＯ
Ｂ・・・隔壁、　　１１．１２．１３．１４・・・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。 図面のＣ争書（内容に変更なり ｉＮ 、　　　　　　　ｄ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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相セパレータとを有しており、該３相
   セパレータが、ガス相の実質的分離を行うための区画室
   を備えており、該区画室には、内部ガスリフト循環を生
   じさせるための少なくとも１つの隔壁が設けられている
   ことを特徴とする廃水の浄化装置。
2. （２）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に記載の廃水の浄化装置。
3. （３）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２に記載の廃水の浄化装置。
4. （４）嫌気性廃水浄化工程に存在する粒状スラッジの量
   を増加又は維持する方法において、上記請求項１〜３の
   いずれかの装置を用いて、前記嫌気性廃水浄化工程にお
   ける粒状スラッジの形成を促進することを特徴とする、
   嫌気性廃水浄化工程に存在する粒状スラッジの量を増加
   又は維持する方法。