JPH1142491A - 流動床式排水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動床における担体への生物付着量を制御し
て流動化率を最適な範囲とすることにより、効率的な生
物処理を行う。 【解決手段】 処理槽１１内に生物膜付着担体１３を投
入した流動床によって下排水の処理を行う排水処理装置
において、処理槽１１に、担体含有水を処理槽上部に上
昇させる上昇流路（ドラフトチューブ２２）及び上昇流
発生手段（撹拌翼２４）を設けるとともに、ドラフトチ
ューブ２２と外筒２３との間に、担体含有水を処理槽下
方に向けて流下させる下降流路を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動床式排水処理
装置に関し、詳しくは、生物膜付着担体を用いた流動床
によって下排水の処理を行う流動床式排水処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】流動床
による排水処理法は、生物の保持量が多く、高い撹拌力
が得られることから、処理効率が良好で、コンパクトな
装置で十分な排水処理を行うことが可能である。このた
め、従来から多くの研究が成されているが、産業排水処
理における小規模施設での実用化例はあるものの、公共
の下水処理等の比較的大規模での実用例はほとんど無
い。

【０００３】図７は、従来の生物膜付着担体を用いた流
動床を示すものである。この流動床１は、処理槽２の底
部に設けられた原水流入部３と、槽頂部に設けられた処
理水流出部４と、槽下部に設けられた支持層５と、槽上
部の大径部２ａ内に設けられた担体流出防止用の分離筒
６とにより形成されている。なお、好気性処理を行うも
のでは、支持層５の部分に散気手段が設けられている。

【０００４】上記従来の流動床１において、生物膜付着
担体７としては、ケイ砂，粒状活性炭，アンスラサイト
等が用いられており、その比重は、１．４〜２．７程度
である。また、担体のサイズ（大きさ）は、直径が０．
４〜１ｍｍ程度のものが一般的である。このような担体
を用いた場合の流動床の流動化速度は、通常、３００〜
８００ｍ／日程度となる。

【０００５】しかし、同じ担体を用い、一定の流速とし
た場合でも、担体の流動化率（膨張率）は、水温や担体
への生物の付着量により大きく影響を受け、流動化率が
低過ぎる場合には処理効率は低下し、高過ぎると担体が
処理水と共に流出することがある。特に、高負荷で運転
される流動床の場合は、生物膜が肥大化し易く、最適な
流速範囲が大幅に変化し、例えば、生物が付着する前と
比較して１／３〜１／１０になることもある。

【０００６】したがって、従来の流動床では、流動化率
がある程度高くなっても担体が流出しないようにするた
め、処理槽の上部に十分な余裕高を設けておく必要があ
り、しかも、装置上部に、流出する処理水と担体とを分
離するための大掛かりな分離装置を設ける必要もあっ
た。特に、好気性処理を行うものでは、散気した空気等
のガスも分離する必要があるため、上部の水面積を大き
くしなければならなかった。このようなことから、従来
の流動床式排水処理装置では、その設置面積が大きくな
ってしまうという欠点があった。

【０００７】そこで本発明は、簡単な構造で、担体の肥
大化した生物膜を剥離し、流動化率を最適な範囲とする
ことにより、効率的な生物処理を行うことができる流動
床式排水処理装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の流動床式排水処理装置は、処理槽内に生物
膜付着担体を投入した流動床によって下排水の処理を行
う排水処理装置において、前記処理槽に、担体含有水を
処理槽上部に上昇させる上昇流路及び上昇流発生手段
と、上昇した担体含有水を処理槽下方に向けて流下させ
る下降流路とを設けたことを特徴としている。

【０００９】さらに、本発明の流動床式排水処理装置
は、前記上昇流路が処理槽の水中に没する内筒で、前記
上昇流発生手段が該内筒内に設けられた撹拌翼であり、
かつ、前記下降流路が前記内筒の外周を覆うとともに上
部が水面上に突出するように設けられた外筒と前記内筒
との間に形成された流路であること、あるいは、前記上
昇流発生手段が処理槽内に設けられた水中ポンプで、前
記上昇流路が前記水中ポンプの吐出管であり、かつ、前
記下降流路が前記吐出管の外周を覆うとともに上部が水
面上に突出するように設けられた外筒と前記吐出管との
間に形成された流路であること、あるいは、前記上昇流
発生手段が処理槽内から担体含有水を抜出し、上昇流路
となる吐出管を介して処理槽上部に汲上げるポンプであ
り、前記下降流路が上部に前記吐出管が接続され、下端
が水中に開口する筒体であり、特に、この筒体が内外二
重構造に形成され、内筒と外筒との間に前記下降流路を
形成するとともに、内筒の上端を外筒内の水面部分に開
口させて下部を洗浄排水の排出部に接続したことを特徴
としている。

【００１０】また、本発明では、前記上昇流路及び前記
下降流路のいずれか一方又は双方に撹拌部を設けたこ
と、前記担体の膨張率を検出する手段を設けるととも
に、検出した膨張率によって前記上昇流発生手段の運転
を制御する手段を設けたことを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の流動床式排水処理
装置の一形態例を示す概略断面図であって、処理槽１１
の底部には、前記同様の原水流入部１２と、生物膜付着
担体１３の支持層１４と、散気手段１５とが設けられ、
槽上部には、処理水流出部１６が設けられている。さら
に、処理槽１１内の上方には、担体１３に付着する生物
量を制御するための生物膜剥離手段２１が設けられてい
る。

【００１２】本形態例における生物膜剥離手段２１は、
処理槽の中心軸に添って水中に全体が浸漬するように設
けられ、その内部に上昇流路を形成する内筒（ドラフト
チューブ）２２と、このドラフトチューブ２２の略上半
分を囲い、上部が水面から突出する外筒２３と、ドラフ
トチューブ２２内に上昇流を形成するための上昇流発生
手段として設けられた上下２段の撹拌翼２４とによって
形成されており、槽上方には、撹拌翼２４を回転軸２５
を介して駆動するモーター（Ｍ）２６が設置されてい
る。

【００１３】なお、外筒２３は、回転軸２５に固着して
一体に回転させてもよく、処理槽１１に適宜な支持構造
を介して回転不能に支持し、回転軸２５を適宜な軸受で
支持するようにしてもよい。また、外筒２３の上部は、
担体１３の流出が防止できれば完全に密封しなくてもよ
い。

【００１４】一般に、流動床においては、担体１３に生
物膜が付着していない運転開始時に、２０〜３０％程度
の流動化率となるように通水速度を設定するが、生物膜
が形成されるのに伴って流動化率は増加してくる。効率
的な処理を行うためには、流動化率を１００〜２００％
程度に維持することが必要である。

【００１５】上記担体１３の流動化に必要なエネルギー
は、５０％程度の流動化率までは、流速の上昇に従って
上昇するが、その後は略一定であり、流動化率は、担体
１３への生物膜付着量によって左右されることになる。
すなわち、１００〜２００％の流動化率においては、流
速による流動化エネルギーは一定であり、流動化層の単
位容積に対する投入エネルギーは、流動化率に逆比例す
るように減少することを意味している。したがって、原
水流入部１２から流入する原水の流速に伴う撹拌力のみ
によって生物膜付着量を制御することは困難であり、流
動化率を所定範囲に維持することはできない。そして、
生物膜が肥大化するのに伴って流動化率は更に増加し、
ついには、処理水と共に担体が流出してしまうことにな
る。

【００１６】上述のように、担体１３は、生物膜付着量
が多くなるのに伴って処理槽１１の上部にまで上昇する
ようになるので、処理槽１１の上部の適当な位置に生物
膜剥離手段２１を設けることにより、担体１３に付着し
た過剰の生物膜を剥離することができる。すなわち、本
形態例では、処理槽１１内を上昇する担体１３は、撹拌
翼２４によって上昇流が形成されているドラフトチュー
ブ２２内に吸込まれて上昇し、撹拌翼２４による機械的
な撹拌力が加えられることによって付着した生物膜が適
度に剥離される。

【００１７】生物膜が剥離された担体１３は、ドラフト
チューブ２２の上端から流出し、ドラフトチューブ２２
と外筒２３との間に形成されている下降流路を通って流
動床の下層部へ戻る。このようにして生物膜が適度に剥
離された担体１３は、適度な浮上力によって流動床下層
部で流動する状態となる。

【００１８】特に、生物膜剥離手段２１を流動床の上層
部に設置することにより、上層部の肥大化した生物膜の
みを効率よく剥離し洗浄することができる。このとき、
過度の撹拌力を与えて生物膜を剥離し過ぎたとしても、
上層部に上昇したものだけであるため、装置全体の生物
保持量が大きく変化することはなく、処理水質への影響
もほとんどない。

【００１９】したがって、生物膜剥離手段２１の運転時
間や撹拌力（撹拌翼２４の形状や回転数等）、あるい
は、ドラフトチューブ２２及び外筒２３の長さや径、設
置位置を適切に設定することにより、担体１３の生物膜
付着量を制御することが可能となり、処理槽１１内を、
最も効果的な流動化率（膨張率）に管理することがで
き、例えば、流動化率を常に１００〜２００％の範囲に
維持して高効率の処理を行うことができる。また、汚泥
界面計等のように担体の膨張率を検出する手段を設けて
槽内の流動化状態を測定し、検出した膨張率によって撹
拌翼２４の運転状態を制御する制御手段を設けることに
より、更に効果的な運転を自動的に行うことができる。

【００２０】さらに、担体１３の生物膜付着量を適当な
範囲に制御することにより、担体１３が処理水流出部１
６まで上昇することがなくなるので、従来のように、槽
上部の水面積を大きくしたり、散気に伴うガスの分離手
段を設けたりする必要がなくなり、装置の簡略化やコン
パクト化を図ることができる。また、従来行われていた
担体の洗浄を行う必要がなくなるので、連続運転が可能
となり、処理効率を更に向上させることができる。

【００２１】なお、前記担体１３としては、従来と同様
のケイ砂，粒状活性炭，アンスラサイト等をはじめとし
て、ポリプロピレンやポリエチレンに比重調整用のシリ
カやカルシウム等の無機物，金属粉を添加したプラスチ
ック製担体も使用することができる。

【００２２】図２は、本発明の第２形態例を示す概略断
面図である。なお、以下の説明において、生物膜剥離手
段の構成以外は、前記第１形態例と同様に形成すること
ができるので、同一構成要素に同一符号を付して詳細な
説明は省略する。

【００２３】本形態例に示す生物膜剥離手段は、上昇流
発生手段となる水中ポンプ３１と、該水中ポンプ３１か
ら上方に延出して上昇流路を形成する吐出管３２と、吐
出管３２の外周を覆うように設けられて吐出管３２との
間に下降流路を形成する外筒３３とにより形成されてい
る。

【００２４】水中ポンプ３１は、生物膜が肥大化した担
体１３を効果的に吸入できるように、処理槽１１の中央
部上方に設けられており、外筒３３は、吐出管３２から
吐出される担体含有水が処理水流出部１６に流出しない
形状に形成されている。本形態例においても、第１形態
例と同様に、担体１３に付着した肥大化した生物膜は、
水中ポンプ３１における機械的な剪断力と水の流れによ
る撹拌力とによって担体１３から剥離される。なお、水
中ポンプ３１には、様々な形式のものが適用できるが、
夾雑物による閉塞や、担体１３の損傷を考慮すると、ス
クリュー型ポンプが最適である。

【００２５】図３は、本発明の第３形態例を示す概略断
面図である。本形態例は、前記第２形態例における吐出
管３２内にスタティックミキサー３４を設けるととも
に、吐出管３２と外筒３３との間にジグザグ流路を形成
する複数のバッフルプレート３５を設けたものである。
このように、流路内にスタティックミキサー３４やバッ
フルプレート３５のような撹拌部を設けて水流の撹拌作
用を向上させることにより、生物膜の剥離をより効果的
に行うことができ、生物膜剥離手段の小型化等を図るこ
とができる。

【００２６】図４は、本発明の第４形態例を示す概略断
面図である。本形態例に示す生物膜剥離手段は、処理槽
１１内の中上部から抜出管４０を介して担体含有水を抜
出し、処理槽上部に汲上げるポンプ４１と、このポンプ
４１により汲上げられた担体含有水を処理槽１１の下方
に向けて流出させる筒体４２とにより形成されており、
さらに、上昇流路となるポンプ４１の吐出管４３内に
は、生物膜の剥離を効果的に行うためのスタティックミ
キサー４４を設けている。このように、処理槽１１の外
部にポンプ４１を設けて担体含有水を循環させることに
よっても、前記同様に担体１３に付着する生物量を制御
することができる。

【００２７】図５及び図６は、本発明の第５形態例を示
す概略断面図及び要部の平面図である。本形態例は、上
記第４形態例における筒体４２を内筒４５と外筒４６と
からなる二重構造に形成し、内筒４５と外筒４６との間
を前記同様の下降流路とするとともに、内筒４５の上端
を外筒４６内の水面部分に開口させて下部を洗浄排水の
排出部４７としたものである。

【００２８】さらに、図６の平面図に示すように、吐出
管４３は、外筒４６に対して接線方向に接続されてお
り、吐出管４３から外筒４６内に流入した水は、内筒４
５と外筒４６との間に旋回流を形成し、旋回流中の比較
的比重の大きな担体１３は、外筒４６の壁面に沿って流
下し、外筒４６の下部開口から処理槽１１内に戻る。一
方、担体１３から剥離した生物膜は、比重が小さいた
め、内筒４５の外周部を上昇する水と共に上昇して内筒
４５内に流入し、排出部４７から排出される。

【００２９】このように、生物膜剥離後の担体を処理槽
１１の下部に戻すための下降流路の上部に、担体１３か
ら剥離した生物膜を排出するサイクロンのような構造を
付加し、少量の水と共に槽外に排出することにより、処
理水流出部１６から流出する処理水中に含まれる生物量
を少なくすることができるので、後段の濾過装置等の負
担を大幅に軽減することができる。

【００３０】また、外筒４６の下部開口の下方に、陣笠
状や屋根状の分散板４８を設けることにより、生物膜剥
離後の担体１３を適度に分散させることができる。さら
に、処理槽１１内から担体含有水を抜出す管４０に複数
の吸水口４０ａを設けることにより、大型の処理槽にも
対応できる。また、吸水口４０ａを上下複数段に設ける
こともでき、管４０を槽上部から水中に挿入して上下動
可能とすることもできる。

【００３１】なお、以上の各形態例に示す生物膜剥離手
段は、処理槽の大きさや担体の種類等の処理条件に応じ
て最適な構造のものを選定することができ、各種構造・
形状のものを組み合わせて使用することもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流動床式
排水処理装置によれば、担体に付着する生物量を制御す
ることができるので、最も効果的な流動化率で排水処理
を行うことができ、流動床における処理効率を大幅に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１形態例を示す排水処理装置の概
略断面図である。

【図２】 本発明の第２形態例を示す排水処理装置の概
略断面図である。

【図３】 本発明の第３形態例を示す排水処理装置の概
略断面図である。

【図４】 本発明の第４形態例を示す排水処理装置の概
略断面図である。

【図５】 本発明の第５形態例を示す排水処理装置の概
略断面図である。

【図６】 同じく要部の平面図である。

【図７】 従来の流動床式排水処理装置の概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１１…処理槽、１２…原水流入部、１３…担体、１４…
支持層、１５…散気手段、１６…処理水流出部、２１…
生物膜剥離手段、２２…ドラフトチューブ、２３…外
筒、２４…撹拌翼、２５…回転軸、２６…モーター、３
１…水中ポンプ、３２…吐出管、３３…外筒、３４…ス
タティックミキサー、３５…バッフルプレート、４０…
抜出管、４０ａ…吸水口、４１…ポンプ、４２…筒体、
４３…吐出管、４４…スタティックミキサー、４５…内
筒、４６…外筒、４７…排出部、４８…分散板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理槽内に生物膜付着担体を投入した流
   動床によって下排水の処理を行う排水処理装置におい
   て、前記処理槽に、担体含有水を処理槽上部に上昇させ
   る上昇流路及び上昇流発生手段と、上昇した担体含有水
   を処理槽下方に向けて流下させる下降流路とを設けたこ
   とを特徴とする流動床式排水処理装置。
2. 【請求項２】 前記上昇流路が処理槽の水中に没する内
   筒で、前記上昇流発生手段が該内筒内に設けられた撹拌
   翼であり、かつ、前記下降流路が前記内筒の外周を覆う
   とともに上部が水面上に突出するように設けられた外筒
   と前記内筒との間に形成された流路であることを特徴と
   する請求項１記載の流動床式排水処理装置。
3. 【請求項３】 前記上昇流発生手段が処理槽内に設けら
   れた水中ポンプで、前記上昇流路が前記水中ポンプの吐
   出管であり、かつ、前記下降流路が前記吐出管の外周を
   覆うとともに上部が水面上に突出するように設けられた
   外筒と前記吐出管との間に形成された流路であることを
   特徴とする請求項１記載の流動床式排水処理装置。
4. 【請求項４】 前記上昇流発生手段が処理槽内から担体
   含有水を抜出し、上昇流路となる吐出管を介して処理槽
   上部に汲上げるポンプであり、前記下降流路が上部に前
   記吐出管が接続され、下端が水中に開口する筒体である
   ことを特徴とする請求項１記載の流動床式排水処理装
   置。
5. 【請求項５】 前記筒体は、内外二重構造に形成され、
   内筒と外筒との間に前記下降流路を形成するとともに、
   内筒の上端を外筒内の水面部分に開口させて下部を洗浄
   排水の排出部に接続したことを特徴とする請求項４記載
   の流動床式排水処理装置。
6. 【請求項６】 前記上昇流路及び前記下降流路のいずれ
   か一方又は双方に撹拌部を設けたことを特徴とする請求
   項１記載の流動床式排水処理装置。
7. 【請求項７】 前記担体の膨張率を検出する手段を設け
   るとともに、検出した膨張率によって前記上昇流発生手
   段の運転を制御する手段を設けたことを特徴とする請求
   項１記載の流動床式排水処理装置。