JPH09504469A - 廃水または地下水を浄化する装置およびその使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ａ）生物学的分解に使用される発酵システムと、ｂ）１つの導入管および導出管ならびに蒸気供給管およびそれぞれ脱着物および浄化された水のための各流出管を備えている、該発酵システムに前接続されたかまたは後接続された、再生ポリマー吸着剤を有する吸着システムと、ｃ）後接続されたシステムの出口を前接続されたシステムの入口と結合する返送管とを装備していることを特徴とする、生物学的に分解可能でありかつ吸着／脱着によって分離可能である有機物質によって汚染されている廃水または地下水を浄化する装置。

Description

【発明の詳細な説明】 廃水または地下水を浄化する装置およびその使用 本発明は、 ａ）生物学的分解に使用される発酵システムと、 ｂ）１つの導入管および導出管ならびに蒸気供給管およびそれぞれ脱着物および 浄化された水のための各流出管を備えている、該発酵システムに前接続されたか または後接続された、再生ポリマー吸着剤を有する吸着システムと、 ｃ）後接続されたシステムの出口を前接続されたシステムの入口と結合する返送 管とを装備していることを特徴とする、生物学的に分解可能でありかつ吸着／脱 着によって分離可能である有機物質によって汚染されている廃水または地下水を 浄化する装置に関する。 更に、本発明は、廃水または地下水を浄化する装置の使用に関する。 微生物学的方法を用いて汚染された地下水または排水中の生物学的に分解可能 な化合物の高い分解速度を達成することはできるが、しかし、この方法の場合の 分解は、一般に、立法機関によって命ぜられた表層水に対する流入値を達成しな い程に不完全であることは、公知である。吸着法の使用により、前記の命ぜられ た流入値は維持されるが、しかし、生じる脱着物の著 しく費用のかかる廃棄物問題を解決することが必要とされる。 ところで、２つの方法を組み合わせることによってそれらの利点を理想的な方 法で利用することができかつそれらの欠点を排除することが見い出された。 略示された図１および図２につき、この組合せの方法を詳説することにする： 図１は、１つの前接続された発酵システム、１つの後接続された吸着システム および退出する脱着物を発酵システムの入口に返送する働きをする返送管を有し ていることを特徴とする、廃水または地下水を浄化する装置を示す。 即ち、地下水または廃水は、この実施態様の場合には、まず汚染物の微生物学 的分解部に供給され、次に水中に含有されている有機物質残分を殆ど完全に除去 する吸着システムに供給される。次いで、生じる脱着物は、微生物学的な地下水 流中に返送される。 図２は、１つの前接続された吸着システム、１つの後接続された発酵システム および退出する発酵液を廃水または地下水の導入位置に返送する働きをする返送 管を有していることを特徴とする、廃水または地下水を浄化する装置を示す。こ の実施態様の場合、地下水は直接に吸着システムに供給され、かつ微生物学的発 酵は、専ら脱着物の浄化のために使用される。 実地においては、一般に、廃水または地下水の一部 を発酵システム中に供給し、かつ残分を吸着システム中に供給し、その際に反応 パラメーターを、廃水または地下水の浄化ができるだけ少ない水蒸気を必要とす るように調節することは、最も有利である。 本発明による装置には、原則的に廃水または地下水の浄化に使用することがで きる全ての発酵システムが適している（B．Atkinson Biochemical Reaktors，Pi on Ltd.，London 1974）が、しかし、連続的な発酵を可能にするような発酵シス テムが有利である。 特に有利な本発明による装置は、未だ公開されていない国際特許出願ＰＣＴ／ ＤＥ９３／００４１４号公報に記載されているような発酵システムが１〜３個の 渦動床発酵器からなるものである。 渦動床発酵器は、場合によっては制御弁（４および５）を備えた２本の供給管 （２および３）を有し、一方の供給管（２）が垂直方向に向いて円錐形先端部に 配置されかつ第２の供給管（３）が垂直方向に向かずに発酵室の０．０２〜０． ３倍の高さで円錐形側面に配置されている、先端部上に立つ円錐形の発酵室（１ ）と、場合によっては制御弁（９および１０）を備えた１または２本の流出管（ ７および８）を有する、発酵室（１）の上方に存在する沈殿室（６）とを有して いることによって特徴付けられている。 この渦動床発酵器の特殊な造形は、発酵すべき液体を同時に垂直方向の供給管 （２）と水平方向の供給管 （３）との供給する場合に、発酵室（１）内で撹乱流が支配することを生じさせ る。次に、この撹乱流は、沈殿室（６）中で擬似的に層状流に移行する。このよ うに連続的に供給される発酵器を微生物の培養で接種する場合には、この培養に より撹乱流に基づく成長段階後にペレット状の凝集物が形成され、この凝集物は 、発酵室（１）の流動床中で浮遊し、かつ沈殿室（６）中で再び沈殿する。この 実状に基づき、この渦動床発酵器は、例えば欧州特許第０２５８６１１号明細書 に記載の装置のような公知の渦動床発酵器の場合よりも大量の液体量を長時間に 亘って連続的に発酵させるのに本質的に十分に好適である。従って、この渦動床 発酵器は、例えば生物学的な廃水または地下水の浄化に特に好適である。 この渦動床発酵器の造形は、本質的に渦動床発酵器中で使用される微生物の培 養の種類によって決定される。この培養が例えば国際特許出願ＷＯ８８／０８８ ２５号公報に記載されている微生物固定化物のように比較的迅速に沈殿する微生 物の培養または真菌類の培養である場合には、特に比較的に僅かな高さの発酵室 （１）および沈殿室（６）を有する渦動床発酵器が使用される。一般に細菌類の 培養のように比較的劣悪に沈殿する微生物の培養の場合には、特に比較的高い発 酵室（１）および沈殿室（６）を有する渦動床発酵器が有利である。しかし、使 用される全ての微生物の培 養にとって特殊に構成された発酵器を使用することは、不必要であり；垂直方向 の供給管（２）および垂直方向に向いていない供給管（３）を通して発酵すべき 液体の流入速度の相応する制御によって、一般に特別な場合には、最適ではない ように形成された本発明による渦動床発酵器の場合にも連続的な発酵を実現させ ることができる。 一般に、この渦動床発酵器は、発酵室（１）の上部直径がその高さの０．１〜 ０．８倍の大きさであるように形成されている。この数値の場合には、発酵室は 、一般に載頭円錐形の先端部を有することを考慮しておらず、このことは、既に 発酵器を容易に清浄化することができるようにすることの理由から好ましいこと である。 垂直方向に向いていない供給管（３）が円錐形の側面で発酵室の高さの０．０ ２〜０．３、殊に０．０５〜０．１５倍の高さで配置されていることは、既述し たが、この場合２つの供給管は、発酵器の運転の際に発酵室中で渦動床を発生さ せるように方向が定められている。垂直方向に向いていない供給管（３）は、こ の供給管の入口開口から発酵室の軸線に向かう水平方向の直線がこの軸線と交差 するように水平方向に配置させることができる。しかし、十分に再現可能な撹乱 流を発生させるために、水平方向に向いていない供給管の長手方向の軸線と、こ の供給管の入口開口から発 酵室の軸線に向かう水平方向の直線とが垂直方向および／または水平方向に１つ の角度を形成し、この場合この角度は、垂直方向に７０°の値を超えず、かつ水 平方向に６０°の値を超えないことは、有利である。この供給管（３）が垂直方 向に上向きに配置されている場合には、角度は特に１０°〜６０°（殊に、３０ °〜４０°）であるが、しかし、導管が垂直方向で下向きに配置されている場合 には、角度は有利に１０°〜６０°（殊に、２０°〜４５°）の値を有する。供 給管が場合により付加的に水平方向にずれて配置されている場合には、角度は、 特に５°〜６０°、殊に２０°〜４５°である。 “水平方向”および“垂直方向”の概念が数学的意味において理解されるべき ことではなく、供給管が通常の許容差内で正確な水平方向の配置または垂直方向 の配置からずれていてもよいことは、当業者にとって周知のことである。一般に 、供給管（２および３）は、通常の制御弁（４および５）を備えており、かつ共 通の導管を介して発酵すべき液を収容するために定められた貯蔵容器と結合され ていてもよい。 この渦動床発酵器が発酵室（１）の上方にある沈殿室（６）を有し、この沈殿 室が場合により制御弁（９および１０）を備えた１または特に２つの流出管（７ および８）を有していることは、既述した。 この沈殿室（６）は、これが円錐形の発酵室の移行 部なしの延在部であるように形成されていてもよく；他面、この沈殿室（６）は 、例えばこれが場合により円錐形の拡大部を備えた１または２個の円筒状の構成 部材からなるように形成されていてもよい。この場合、この沈殿室（６）は、そ の上部直径が沈殿室（１）の上部直径の１〜３倍（殊に、１．５〜２．５倍）で あるように寸法決定されていてもよい。沈殿室（６）は、特にこれが沈殿室（１ ）の０．２〜０．５倍の高さを有するように寸法決定されている。沈殿室（６） は、場合により制御弁（９および１０）を備えた１または特に２本の流出管を有 している。発酵すべき液体中に含有されている基質を実際完全に変換することが できるように該液体を希釈するため、発酵された液体の一部を発酵循環路中に返 送しようとする場合には、２本の流出管は有利である。この場合、返送に使用さ れる流出管は、流出に使用される導管よりも有利に若干低く配置されている（特 に、上の流出管の下方２０〜４０％）。 また、常用の発酵器と同様に、この渦動床発酵器は、温度調節、ｐＨ値の制御 、発酵内容物の通気および／または滅菌を可能にする常用の補助手段を備えてい てもよい。この渦動床発酵器は、常用の発酵器と同様にガラスおよび／または耐 蝕性金属から完成されていてもよい。 この渦動床発酵器を図面につき詳説する。 図３は、本発明による渦動床発酵器を示す縦断面である。 図４は、平面Ａ−Ｂの高さでの図１の渦動床発酵器を示す横断面図である。 図５は、内蔵された温度調節装置、通気装置および滅菌装置を有する渦動床発 酵器を示す縦断面図である。 図６は、本発明による渦動床発酵器を有する発酵装置を示す略図である。 図７は、一列に接続された２個の渦動床発酵器を有する発酵装置を示す略図で ある。 図３に示された渦動床発酵器は、細菌類の培養を有する廃水の浄化のためと定 められている。この渦動床発酵器は、載頭円錐形の先端部を有する円錐形の発酵 室（１）、沈殿室（６）ならびに制御弁（４および５）を備えた供給管（２およ び３）および制御弁（９および１０）を備えた流出管（７および８）からなる。 発酵室（１）は、２３００ｍｍの高さおよび６００ｍｍの上部直径を有する。こ の発酵室中には、垂直方向の供給管（２）が導かれ、かつ２３０ｍｍの高さで水 平方向でない供給管（３）が導かれ、この供給管（３）は、垂直方向に上向きに 傾斜しかつ水平方向に３５°の角度を形成している。発酵室（１）の上縁部には 、沈殿室（６）が配置されている。この沈殿室は、円錐形の拡大部を備えた２個 の円筒形構成部材からなり 、上方で閉鎖されており、かつ１３００ｍｍの上部直径および１３００mｍの全 高を有する。（図３のハッチングを付した面１２は、細菌類の培養を渦動させる 範囲を象徴化したものである。符号１６で示される室は、十分に細菌類を含まな い室を象徴化したものである。）上部の蓋の下には、互いに対向する２本の流出 管（７および８）が取り付けられており、そのうち一方の発酵処理液の流出に使 用される導管（８）は、沈殿室の上部の蓋の下２５０ｍｍのところに配置されて おり、かつ返送に使用される導管（９）は、沈殿室の上部の蓋の下６００ｍｍの ところに配置されている。発酵器は、不銹鋼から完成されている。図４から、垂 直方向でない供給管（３）はこの供給管の入口開口から発酵器の軸線に向いた直 線と３５°の角度αを形成していることを認めることができる。 図５に示された渦動床発酵器は、図１に記載のものと同じ構造を有するが、し かし、この渦動床発酵器は、付加的になお底面上に密に存在する、ノズルを備え た環状の空気供給管（１３）、発酵内容物を滅菌するために使用することができ る熱蒸気供給管（１４）および温度調節液を収容するために発酵室を包囲する二 重ジャケット（１５）を有する。 図６に略示した発酵装置は、本質的に図１で詳説したような渦動床発酵器と、 配量ポンプ（２２）ならびにｐＨ値を制御する助剤を供給するための供給管（１ ９）、酸素供与体としてのＨ₂Ｏ₂を供給するための供給管（２０）、栄養媒体を 供給するための供給管（２１）および廃水を供給するための供給管（１８）を備 えた返送管（１７）とからなり、この返送管は、分岐部で供給管（２および３） と結合している。 供給管（１８）を介して、１時間ごとに廃水１ｍ³および栄養媒体で富化され ｐＨ＝７に調節された返送流は、相応する廃水スラッジから分離された細菌類の 混合培養で接種された発酵器中に供給され、この場合供給管（２および３）の制 御弁（４および５）は、発酵器中で成長段階（約２〜６週間）の終結後に一定の 微生物の密度を有する安定な流動物床が生じるように調節される。更に、この発 酵器から一方の流出管（７）を介して毎時１ｍ³の浄化された廃水が取り出され 、他面供給される廃水または地下水を希釈するため、別の流出管（８）を介して 毎時７〜１４ｍ³の浄化された廃水が循環路中に返送される。 最後に、図７に略示された発酵装置について述べるが、この発酵装置は、本質 的に、この図７に略示した装置が２個の発酵ユニット（２３および２４）を有し 、この発酵ユニットが図６に示したユニットと原理的に同じ構造を有するという 点で、図６に略示した装置と区別され、この場合ユニット２４から導出されてい る流出管３２は、発酵ユニット２３中への廃水または地下水の供給のために使用 される。この装置は、制御 弁の相応する調節によって、発酵器が平行または一列に接続されているように調 節することができる。 本発明による装置は、吸着システムとして常用の吸着塔を有することができ、 この吸着塔は、水のための供給管および流出管、蒸気供給管および脱着物流出管 を備えている。これら全ての管は、塔を吸着から脱着に切り換えることを可能に する制御弁を有している。この塔には、例えばヒェミー杜（Chemie AG，Bitterf eld在）のヴォファタイト（Wofatit）Ｙ７７（現在ＥＰ６３）、Ｙ５９またはＥ Ｐ６１またはレーム ウント ハース社（Roehm und Haas）のＸＡＤ２またはＸ ＡＤ４のような再生ポリマー吸着剤が常法で供給され、この塔は、当業者に十分 に知られているような方法で吸着および脱着に使用される（Ullmann's Encyclop edia of Industrial Chemistry 5th Ed．Vol．B3，VCH Verlagsgesellschaft DE Weinheim，Kapitel 9，Chem.‐Ing．‐Taechn．MS 1202/84、以下のものを参照 Chem．Ing．Techn．56，1984，242以降およびChem．Techn．42，1991，51以降） 。 しかし、このように唯１つの吸着塔からなる吸着システムは、連続的に作業す ることができないという欠点を有している。従って、本発明による装置の場合に 、２〜１２個の吸着塔からなる吸着システムを使用することは、有利であり、こ の場合この吸着塔は、一部が水中の汚染物の脱着に使用され、他面、１個または 場合により多数の塔が水蒸気により脱着されるように互いに結合されている。 図８において、この種の吸着システムを詳説することにする： このシステムは、４個の吸着塔４１〜４４からなる。図８は、システムの１つ の状態を示し、導入管４６の開いた制御弁により廃水または地下水は、直列接続 の塔４４、４１および４２中に導入され、浄化された水は流出管４７を介して導 出され、貯蔵容器５１中に捕集され、ポンプ５０により冷却剤として凝縮器４９ 中に導入され、かつ最終的に導管５２を介して地下水中に導入される。同時に、 相応する制御弁により蒸気供給管４５から蒸気は塔４３中に導入され、脱着物は 、流出管４８を介して導出され、凝縮器４９中で完全に凝縮され、かつ導管５２ を介して発酵システム中に返送される。 図９は、本質的に図６に記載の発酵システムおよび図８に記載の吸着システム からなる、廃水または地下水を浄化するための本発明による装置の略図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０３ 9630−4Ｄ Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０３Ｚ ５０４ 9630−4Ｄ ５０４Ａ (72)発明者 ティル，フランク ドイツ連邦共和国 13353 ベルリン ア ントヴェルペナー シュトラーセ ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）廃水または地下水を浄化するための生物学的に分解可能で吸着／脱着に よって分解可能な有機的装置の生物学的分解に使用される発酵システムが、 ｂ）１つの導入管および導出管ならびに蒸気供給管およびそれぞれ脱着物およ び浄化された水のための各流出管を備えている、該発酵システムに前接続された かまたは後接続された、再生ポリマー吸着剤を有する吸着システムと、 ｃ）後接続されたシステムの出口を前接続されたシステムの入口と結合する返 送管とを装備していることを特徴とする、生物学的に分解可能でありかつ吸着／ 脱着によって分離可能である有機物質によって汚染されている廃水または地下水 を浄化する装置。 ２．１つの前接続された発酵システム、１つの後接続された吸着システムおよび 退出する脱着物を廃水または地下水の導入位置に返送する働きをする返送管を有 する、請求項１記載の廃水または地下水を浄化する装置。 ３．１つの前接続された吸着システム、１つの後接続された発酵システムおよび 退出する発酵液を廃水または地下水の導入位置に返送する働きをする返送管を有 する、請求項１記載の廃水または地下水を浄化する装置。 ４．発酵システムが１〜３個の渦動床発酵器からなる、 請求項１記載の廃水または地下水を浄化する装置。 ５．吸着システムはそれぞれ再生ポリマー吸着剤が供給される１〜１２個の吸着 塔からなる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の廃水または地下水を浄 化する装置。 ６．浄化された水が脱着物の凝縮に使用される、請求項１から５までのいずれか １項に記載の廃水または地下水を浄化する装置。 ７．廃水または地下水の浄化のための請求項１から５までのいずれか１項に記載 の装置の使用。