JPH02102791A - 固定床型嫌気性反応槽における充填材層の洗浄方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、下水、産業廃水等の比較的高濃度の有機性不
純物を含む汚水を嫌気性メタン醗酵反応により処理する
ため、密閉式槽内に空隙率の大きい充填材を層状に充填
して固定床を形成し、汚水を循環通流させ、充填材表面
に付着生育する嫌気性微生物の作用により消化処理する
固定床型嫌気性反応槽において、固定床の目詰りを生じ
させる過剰微生物を充填材表面から除去する洗浄方法に
関する。

（従来の技術） 上記の固定床型嫌気性反応槽は、産業的規模では大形で
種畜、槽径とも１０ｍ前後、固定床の層高は６〜１１ｍ
となる（特開昭５７−１１０３９２号等参照）、従って
その固定床を形成する充填材としては、積重ね重量に耐
える強度を有するとともに、水、ガス、剥離汚泥の通過
を妨げず比較的広い表面を持つことが必要で、空隙率は
９５％程度とする。一般にプラスチック製、セラミック
ス類の波板状材、篭状材、リング状材、花形材等の各種
の材質、形状の充填材が使用されている（実公昭４４−
１４６８２号、実公昭６３−２１３１６号等参照）。

種汚泥を用い馴養を適切に行いながら処理操作を数１０
日程度行うと、充填材の表面に嫌気性微生物が付着増殖
して安定した処理が可能となるが、良好な処理結果が得
られる状態での空隙率は６０〜８０％程度であることが
経験的に知られている。しかし処理を長期間継続すると
、汚水の浄化に伴って充填材表面に増殖する微生物膜が
徐々に厚くなり、一部は自然に剥離し処理水系に流出し
てゆくが全体的には微生物膜の増殖により充填材の空隙
率が減少し固定床の目詰り現象が起こり、処理効率が悪
化するようになる。

この場合、目詰り程度の検出のため、各種トレーサを投
入して滞留時間を計測する等の方法により固定圧内の空
隙率を測定して、一定範囲の空隙率に復元するよう、適
時期に充填材層の洗浄を行い強制的に微生物付着膜を剥
離し、剥離した汚泥の反応槽外への排出を図る。

この種の大形の固定床型嫌気性処理槽の固定床の洗浄方
法としては、一般に濾過器で行われるような水による逆
洗はそれに要する負担が大き過ぎて適用困難である。前
出特開昭５７−１１０３９２号等には槽内に発生したメ
タンガスを固定床下に導いてガス洗浄することが開示さ
れている。

嫌気性のため、Ｎ！ガスを用いてガス洗浄することもで
きる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術の前記メタン、Ｎ２ガス洗浄法では、固定床の
高い層高にわたって上昇する洗浄ガスは各個の充填材に
遭遇する毎に分裂を繰返すので拡がって上昇すると考え
られることもあって、濾過器の空気併用水逆洗にならっ
て固定床下にガスをほぼ均等に配分して吹込めば良いと
の考え方から、固定床の単位面積当たりのガス流量（ｒ
ｒｆ／分）が必要逆洗強度以上であれば汚泥の剥離は可
能であろうとされている。このガス流量は個々の適用条
件で相異するが０．１５〜０．２ホ／分・イの程度と考
えられている。しかし産業的規模の実装置でこのガス流
量では固定床の空隙率が回復しない事例が少なからずあ
ることが判明した。これに対して単にガス流量を増すだ
けの対策では、それだけ大容量のファン、送風設備が要
り過大費用の設備となり、しかも付着微生物を過度に剥
離する状況をともなって汚水処理能力を低下させ処理水
質の悪化を招く結果となるので、適切妥当な問題解決策
とはなり得ない。

このため、ガス洗浄方法の有効性さへ疑問視されること
から、ガス洗浄以外の適用可能性があると考えられる充
填材付着微生物の除去手段を種々検討した。この検討の
結果、水使用の固定床の充填材を水中で振動させる方法
とか、超音波洗浄方法とか、反応槽内の水位を下げ固定
床の上部から散水する方法とかが考慮されたが、付着微
生物除去の効果はあり得るものの、産業的規模装置の固
定床の拡がり、充填材の量、数、嵩張りの莫大なことか
ら、設備が大損りとなったり、過大のエネルギーの投入
が必要となったり、実施の段取りの手数がかかり過ぎた
りするし、また化学的洗浄方法は充填材に残留する微生
物に後遺症が残り活性が低下する等の問題があって付着
微生物の剥離除去を効果的に適切な程度にかつ経済的に
行い得る方法として成立たないことが判った。

以上次第で、本発明は、固定床型嫌気性反応槽の充填材
層の付着汚泥の剥離除去に関し、ガス洗浄方法に立戻っ
てこれを発展的に改良し、産業的規模装置に適用して付
着微生物の適正除去に効果があり、しかも設備的に多大
のコストがかからない技術的方法を確立することを課題
とする。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、この課題の検討、実験を繰返した結果、産
業的規模の固定床型嫌気性反応槽では固定床の目詰りは
全域にわたって均等に起こるのではなくて、固定床の拡
がりが大きいため、汚水の流量分布の不均一さらにはチ
ャンネリングを生じて局所的に偏って生ずる傾向がある
こと、またトレーサ検知手段では目詰りの起こっている
局所の測知が困難であること、またガス洗浄に際してノ
ズルから水中に吸込む洗浄ガスは空隙率の大きい充填材
を用いているためにあまり拡がらずにむしろ分裂気泡の
棒状に集束した水中上昇流となって固定床を通過する状
況となること、従って１ノズルから吹出すガスの洗浄作
用によって付着微生物膜の剥離を生ゼしめ得る領域が局
所的となること等の従来技術にない知見を得た。

本発明は、これらの知見により、１ノズルから吹出すガ
スの洗浄作用によりその影響領域の微生物膜の剥離を効
果的にしかも過度にならぬように遂行し、この局所微生
物膜剥離を固定床の全域にわたり逐次に行うようにすれ
ば、固定床の目詰りからの回復は確実に達成されるとと
もにガス洗浄の風量、配管系の設備負担は軽減されると
いう局所対応の時間的、場所的移動の技術思想に立脚し
てなされたものである。かつこれを可能とする条件とし
ては、１ノズル当りの洗浄ガス風量を定め、固定床下洗
浄ガス供給配管系のノズル配置ピッチを定めることであ
ることを見出した。これらの条件は、実験によりノズル
ピッチは５００〜ｌ１００Ｍの範囲に選びｌノズル当り
の洗浄ガス風量は０．６　ｒｒｆ／分以上とする必要が
あることを確認した。さらにこの風量に対応して、洗浄
ガス配管系はラテラル管を並列しラテラル管に前記ピッ
チでノズルを列設し、ラテラル管毎にガス洗浄を実施す
れば、−時期に必要な風量に対応してファン容量を妥当
限度に留め得ることを確かめた。

以上を総合して、本発明の固定床型嫌気性反応槽におけ
る充填材層の洗浄方法は、構成としては、産業廃水、下
水等の汚水から不純物を除去するため、密閉式槽内に空
隙率の大きい充填材を層状に充填して形成した固定床に
前記汚水を１方向通水循環流通させて充填材に付着する
嫌気性微生物と接触させるようにした嫌気性メタン醗酵
処理において、固定床下に５００〜１１００鴫のピッチ
間隔を以て配設したノズル群から洗浄用ガスを１ノズル
当り少なくとも０．６ｎｒ／分の風量を以て水中に吹出
して水中の固定床にガス上昇流を通じて目詰り状態から
回復させるようにしたことを特徴とする。

（作　用） 以下、本発明方法の作用を、実験結果によって、数値限
定の根拠とととに説明する。

第１図は付着汚泥剥離実験装置を側面図により示す。径
１７００ｍｍ、高さ４０００ｓのｉ！（１）の下層３０
００１Ｉｌｆｆｉの高さに新品充填材を充填して模擬層
（２）とし、その上に汚泥付着充填材の１層を第２図に
示す配置および寸法でならべてグリッド（３）（３）で
挾んで薄層の試料層（４）としその上に新品充填材を充
填して押さえ模擬層（５）としダミーの固定床（６）を
形成した。剥離実験は、ダミー固定床を水漬状態とし、
ブロワ−（７）よりガス流量計（８）を経て固定床下中
心の１つのノズル（９）からメタン、Ｎ２と同等の空気
を吹込み、１時間後に、試料層（４）の３００閤角位置
の９ケ、６００＋ｍｎ角位置の１６ケ、９００１１１１
１角位置の１２ケの試料充填物を取出し、重量測定を行
って、汚泥剥離率（％）を算出した。

観察によれば、ガス上昇流０ωの拡大範囲は風量を増加
させても殆んど変化せず、径４００ａｕｎ程度であり、
この範囲でのみ有効な剥離作用が期待され得ることが判
った。

第３図は実験結果を示し、試料充填材の各配置角位置を
パラメータとし、横軸の１ノズル当りガス流量（ｒｒｆ
／分）と縦軸の汚泥剥離率（％）との関係で表示した。

これから、３００俳角位置では有効な剥離が行われるが
６００ｍｍ角、９００ｎｕｎ角位置では充分な剥離が行
われないことが知られる。汚泥剥離率４０〜６０％を一
応の目安とすれば、３００ｍｌ１１角位置で風量が１ノ
ズル当り０．６〜１．１　ｎ（／分が有効範囲となる。

比較のため第４図に示すように４つのノズルを８００閤
角隅位置に配置し、それぞれの上位に３００ｍｍ角配置
で試装充填材を置き、１ノズル当り前記の１／４の風量
でヱリ離実験を行ったが、何れも剥離率１１〜１７％の
程度であり、少ないガス風量では３００鴫角位置でも充
分に有効な剥離が行われないことが判明した。

次に、ガス洗浄ではガスの上昇流によって誘起される垂
直方向液流速が直接的に汚泥剥離に作用するようになる
ので、確認のためプロペラ回転式の小型流速計を用いて
液流速の分布を調べた。第５図はその結果を示し、ｌノ
ズル当りのガス流量（イ／分）をパラメータとし、横軸
のノズル位置からの半径距離（＋ａｍ）と縦軸の垂直方
向液流速（ｃｍ／秒）（ただし気液混合流による見掛は
速度となる）との関係で表示しである。これから１ノズ
ル当り風量０．６８．１．１３ｎｆ／分で半径２００ｍ
ｍ範囲内で２５〜３２ｃｍ／秒以上の充分に高い液流速
となることが判明した。

ガス上昇流００）が径４００ｍｎ＋範囲に集中する理由
は、流速分布からその高速の中心流が周囲流を引込む作
用があることによるとして説明できる。

そしてこれらの実験によって確かめられた有効剥離作用
範囲はこの径４００ｍｍ範囲であるが、その周囲に影響
作用範囲の拡がりがあること、および汚泥を完全に剥離
する必要のないこと、および実装置での実施結果により
、ノズルピッチの上限は１ｌ１００ａとする。下限５０
０ｍ１＋より小さくすれば装置費用の点で不利となる。

また１ノズル当りのガス流量は下限０．６　ｒｒｒ／分
より多くする必要があることはこれらの実験より知られ
、その上限は明確な制限はないが、経済性の点でまた過
剰剥離が生じないようにするため実験から知られる妥当
なガス流量にするのがよい。

（実施例） 第６図は本発明方法を実施するための産業規模装置の固
定床下のガス洗浄ノズルの配置の１例を示す。この管系
はラテラル管（１１）が平行に列設され、各ラテラル管
（１１）上にノズル０２）が５００〜１１００ｍｎ＋の
ピッチが列設されている。ラテラル管相互のピッチ間隔
はこの程度にすることが望ましいがこれより若干大きく
しても充分に実施可能であった。

本発明方法では汚泥剥離がノズルの影ｖ領域で局部的に
行われるという特質を活用し、１つのラテラル管にガス
供給しその１群のノズルによるガス洗浄による汚泥の剥
離が終われば弁の切換により次のラテラル管によりガス
洗浄を行うようにすることができ、−時期に必要なガス
流量はそのラテラル管のノズル数分だけでよいので、フ
ァンを非常に容量の大きなコストの高いものを使用しな
くても済む。

実施上、ノズルの圧損ΔＰ　（ｍｍ　ＨｔＯ）が次式、
ΔＰ＝０．３４Ｑ’・２　・ｄ−３°０〔ただし、Ｑ：
１ノズル当りのガス流量（ｒｒｆ／秒）ｄ：ノズル口径
（ｍ）〕 により８０ｆｆｌ１１１１．０以上となるようにすれば
、そのラテラル管の各ノズルから均等な風量でガス吹込
みを行うことができる。

工業的規模の微生物汚染付着充填材に本発明方法を適用
して、充填材の種類、微生物汚泥の性状、付着量の相異
等の影響があるが４３．８〜８５．４％の汚泥剥離率を
実現することができた。

（発明の効果） 以上のように、本発明方法によると、産業的規模の固定
床型嫌気性反応槽においても固定床を目詰りから回復さ
せる汚泥剥離除去をガス洗浄によって確実に実施するこ
とができ、目詰りの検出時期あるいは定期的に実施する
ことによって処理装置の安定運転、処理効率の向上を実
現でき、しかも設備的にも多くの費用を要しないという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は付着汚泥剥離実験装置の縦断側面図、第２図は
その試料層での試料充填材の配置を示す平面図、第３図
はその剥離実験結果を示す図表、第４図は試料充填層の
他の配置を示す平面図、第５図は垂直方向見掛は液流速
分布を示す図表、第６図は本発明方法を実施する産業的
規模の装置の固定床下のガス洗浄ノズル配管系を示す平
面図である。 （１）・・・槽、（２）・・・模擬層、（３）・・・グ
リッド、（４）・・・試料層、（５）・・・押え模擬層
、（６）・・・ダミー固定床、（７）・・・ブロワ−１
（３）・・・ガス流量計、（９）・・・ノズル、００）
・・・ガス上昇流、０１）・・・ラテラル管、（１２）
・・・ノズル。 第 コ 一一一、−一 邦５２ ｔａｔｕｆｔ（、ｖ−１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 産業廃水、下水等の汚水から不純物を除去するため、密
   閉式槽内に空隙率の大きい充填材を層状に充填して形成
   した固定床に前記汚水を一方向通水循環流通させて充填
   材に付着する嫌気性微生物と接触させるようにした嫌気
   性メタン醗酵処理において、固定床下に５００〜１１０
   ０ｍｍのピッチ間隔を以て配設したノズル群から洗浄用
   ガスを１ノズル当り少なくとも０．６ｍ＾２／分の風量
   を以て水中に吹出して水中の固定床にガス上昇流を通じ
   て目詰り状態から回復させるようにしたことを特徴とす
   る固定床型嫌気性反応槽における充填材層の洗浄方法。