JPS5820293A - 流動床式反応器 - 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、流動床式生物学的反応器ｔたは流動床式吸着
反応器のための一体的内部循環系統Ｋｌｌする。

流動床式反応器は、ＢＯＤ除去、硝化作用、および脱硝
作用のための吸着または生物学的操作による廃水処理の
丸めの有効な補助反応器または交換反応器として有用で
あることはすでに立証されている。流動床式反応器には
、上述したように生物学的操作にするものと、吸着操作
によるものとがある。生物学的反応器においては、廃水
中の栄養物を食する微生物によって主として処理が行わ
れる。吸着反応器の場合には、処理が物理的であり、廃
水中の不純物を活性炭のような適当な媒体に吸着させ、
捕捉させる。

流動床式生物学的反応器の基本的装置および。

その作動方法は、米国特許第４８４４２８９号、第４９
５４１２９号、第４００究０９９号および第４、００９
．　Ｏ？　８号を含む一連の米国特許に開示されている
。

これらの特許に開示されているように、砂などの固形粒
子が床を形成し、粒子が上向きに流れる液体に懸濁して
連続的に流動するようＫなされた流動床においては生物
の生長のための巨゛大な表面積が得られる。温度、ｐＨ
，食物の存在、酸素の有無などＫついて適当外条件が維
持されると、生物の生長が著しく速くなり、所要の反応
ｓＯ容積、および一定の生物学的変換を達成するのに必
要な滞留時間が大幅に減少される。

従って、今日一般に使用されている反応器に代えて流動
床式生物学的反応器を使用することは、現在生物学的処
理プラントに占有されている土地面積を将来相蟲に減少
させることができるという有望−可能性を与える。

別Ｏ米ｆｆｉ！許＄１Ｅ　４２０２．７７４−％ＫＴｈ
イテａ、固体粒子の流動化および層温は流動床武生物理
的プロセスにおいて固体粒子上での生物の生長を促進す
る上で極めて重要であるが、生物の生長を阻害する結果
となる固体粒子の摩剥作用を減少させる九めに粒子の過
度の攪拌は回避しなければならない。流動化固体粒子の
過度の攪拌の有害作用を回避するために、上記米国特許
第４２０２．７７４号は、流入液を流動床式反応器内へ
導入し、反応器内に過度の乱流を生じさせることなく、
大容量の流れを反応器内を上向きに上昇させることがで
きる液体流分配器を開示している。

上記型式の流動床式廃水処理反応器においては、所望の
生物学的反応を起させるために反応器に対する一定の負
荷速度（質量負荷）が必要とされる。このことは、一定
時間内に一定サイズの反応器へ導入することができる未
処理廃水の容積に一定の制限を課することになる。しか
し、一方でこの同じ反応器において、固体粒子の所要度
合の流動化を維持するために反応器内への最小限の液体
流量を維持し表ければならない。この２つの条件を同時
に満たすために、流動床の上方から反応器の液体流分配
器へ液体を再循環させ、それＫよって流動化のための所
要の流量が得られるとともに、流入液を反応器内で十分
に処理することができる流量Ｋ　ＩＩＩＩｌｔｌＪＩす
ることができる。

従来から使用されている再循環回路は、反応器の外部に
配置された系であ夛、ポンプと、反応器内の流動床よル
上方の領域から液体を抽出するために該領域を該ポンプ
と接続するための導管と、反応器内の流動床よシ下方の
領域へ液体を再噴射させて流動化を維持するために該ポ
ンプを該下方領域に接続するための導管を備えている。

このような系のための配管は、大抵の場合２４　ｉｎ　
（５ａ８６Ｂ　）以上の径の管を使用するので、非常に
費用がかがシ、典型的な反応器の場合、外部再循環用配
管のコストが系全体のコストの１５〜２（１１を占め暮
。

従って、流動床式反応器のための再循環系統の改善を求
める要望がある。

従来の再循環系統の構造は、流動床式反応器にではなく
、主として砂フィルタに向けられている。砂ｒ過の工程
では、ｒ過すべき液体が砂床内を下向＠ＩＩＣ通され、
液体内の懸濁固体粒子を除去される。この下向きの流れ
は、通常の作動中砂粒子を流動化させない。砂フィルタ
に関する特許としては、米国特許第１．１！Ｉａ４３４
号、第ｔ、９１９，５４５号、第λ１９９．８９１号、
第４５１λ６４９号、および第４６２５．３４５号力ど
がある。

また、米国特許第４４ｔ４ｓｇ６号は、反応器の上方室
内の蒸気から液体を分離して再循環させるようＫした触
媒式気／液反応器を開示している。

本発明による、流動床式反応器のための再循環装置は、
はとんど完全に反応器タンク内に収容され、再循環のた
めの外部配管を全く必要としない。

略述すれば、本発明は、内部に流れ循環装置を備えた流
動床式反応器において、反応器タンクと、皺タンクの底
部から頂壁にまで延長したコラム導管と、該コラム導管
内に配設され、該導管を通して液体を下向きに吐出する
よう忙装置されたポンプと、骸コラム導管に接続され、
反応器タンク内の液体の上面よ〕下Ｋ、しかし、該液体
内の流動化固体粒子の上面よシ上に配置された１つまた
はそれ以上の水平な固定孔あき収集！ニホルドと、前記
タンクの底部に近接したところで前記コラム導管に接続
された１つまたはそれ以上Ｏ水平な固定分配管寄せと、
反応器タンクの断面全体にほぼ均一に噴出させる喪めに
該分配管寄せに接続された分配管と、前記コラム、導管
に流体連通せしめられた廃水導入管とから球る流動床式
反応器を提供する。

反応器における反応が嫌気性プロセスである場合は、反
応器タンクに、そのようなプロセスで生じるガス、特に
メタンを捕捉するためにカバーｌ蓋）を設ける。嫌気性
反応器タンクの場合には、コラム導管の上方分区を囲繞
するポンプ溜めを設け、ポンプの保守サービスを行う場
合にポンプ溜め内のガスだけしか大気へ放出され、ない
ようにすることが好ましい。ポンプ溜めの外側の反応器
カバーの下のガス空間からガスを抽出するための排出管
を設ける。

本発明の構造は、生物学的プロセスにも、吸着式プロセ
スにも使用することができるが、ここでは生物学的反応
を行うための反応器に適用した場合につｈで説明する。

第１図を参照すると、側壁２１と気密カバー２２と底壁
２４を有する反応器タンク２０を備え、一体の内部循環
装置４０を備えた流動床式生物学的反応１）１０が示さ
れている。反応器りンク２０の断面形状は円形であって
も、長方形であってもよい。タンク２０内に配設された
液体循環装置４０は、タンクのカバー２２からタンクの
底壁２４Ｋまで延長したコラム導管４２と、該導管の上
方端に流体連通した複数の導入マニホルド６０と、該導
管の下方端に流体連通した流れ分配器８０とから成って
いる。蓋付反応器タンク２０内には生物学的反応を受け
る廃水１２が収容され、廃水の上面１４とその上方のカ
バー２２０間にガス空間２５が画定される。

廃水１２内には流れ分配器８０から上にレベル１８にま
で延在する流動化固体粒子床１６が包含される。レベル
１８の高さは、入来流体の上向き速度、生物学的生長物
を表面に担持した固体粒子の密度、および生物学的生長
物を除去する゛頻度によって変動する。タンク２０内の
レベル１８の上方は、実質的に固形粒子のないフリーボ
ード帯域１９がある。廃水導入管２６が反応器タンク２
０内に開口しており、メタンガス排出管２８がガス空間
２５に開口している。また、通気管５５を有する流出液
取出管５２が反応器タンク２０内のフリーボード帯域１
９に接続されている。

コラム導管４２は、下端において流れ分配器８０に接続
された真直ぐな垂直管である下方分区４１と、ポンプ作
用部材４６を含む上方分区４４とから成る。ポンプ素子
４６は、導管分区４４内を軸方向に延長させた駆動軸５
４１Ｃよってポンプモータ５５に連結する。ポンプモー
タ５５は、出入れ用カバー３４上に取付けたモータ支持
体５ｓ上に載置する。出入れ用カバー５４は、反応器タ
ンク２０のタンクカバー２２にポル）Ｋよって固定する
。コラム導管４２の上方分区４４は、導入マニホルド６
０［流体連通させる。

コラム導管の上方分区４４を囲繞するポンプ溜め５０を
設ける。ポンプ溜め５０は、タンクカバー２２に溶接５
４によって封着した上方円筒形壁部分５１と、該一部分
に連接し、下方導管分区４１にまで下方へ延長した円錐
形遷移壁部分５２とから成っている。コラム導管４２の
上方分区４４は、連通口４８を通してポンプ溜め５０に
開口させる。コラム導管４２の上方分区４４の下端のと
ころに配置したポンプ吐出口６５を導管４２の下方分区
４１に同心的に固定した円筒形調心スリーブ６７内に摺
動自在に装着する。この摺動接触は、調心スリーブ６７
１１Ｃ係合するようにポンプ吐出口６５の外周面に設け
た溝７１内に固着した０リング６ｔによって設定する。

導入マニホルド６０は、反応器タンクの側壁２１に隣接
する点からタンク２０の７リーボード帯域１９を横切っ
てポンプ溜め５０の壁部材５１ｔたは５２に設けた連通
口６１を介してポンプ溜め５ｏに連通させる。

導入マニホルド即ち収集マニホルド６０の上側管壁に複
数の収集口６４を設ける。マニホルド６０はタンク２０
のフリーボード帯域１９内に配置する。

タンク２０の底壁に近接して配置した流れ分配器８０は
、コラム導管４２に接続した複数の管寄せ８２と、各管
寄せ８２に接続した一連の分配管８４とで構成する。各
分配管８４の下側管壁に沿って流れ案内スカート８６に
連通する複数の連通口Ｃ図示せず）を穿設する。スカー
ト８６は、タンク２０の波形底壁２４によって形成され
たトラフ８８の狭い底端に向ってチャンネルを画定する
ようＫする。分Ｖ管８４の配列体が反応器タンク内で上
方へ浮上するのを防止するために押えパー９２を分配管
８４の上に載置し、該バーをピン９４によってタンク２
０ノ下のコンクリートの基礎に定着することができる。

作動において、廃水は、廃水導入管２６を通してポンプ
溜め５０内へ導入され、コラム導管４２の上方分区４２
の連通口４８へ流れる。更に、収集マニホルド６０の収
集口６４を通って流入する再循環廃水も連通口６１から
ポンプ溜め５０内に入シ、導入管２６からの廃水と合流
して連通口４８からコラム導管４２の上方分区４４に導
入される。コラム導管の上方分区４４に導入された廃水
は、ポンプ４６の作用下で該導管内を流下しポンプ吐出
口６５を通して導管の下方分区４１内へ圧送される。廃
水はコラム導管から流れ分配器８００分配管寄せ８２へ
送られ、管寄せから分配管８４へ送られる。各分配管８
４から廃水は流れ案内スカート８６内へ下向きに送られ
て噴射され、トラフ８８内で向きを変えて上向きに噴出
し、流動床１６内の固体粒子を流動化させる。液体流（
廃水）は比較的清澄なフリーボード帯域１９内へ上昇し
、次いで収集マニホルド６０のそばを通シ、液体流の多
部分が収集口６４へ流入し、残りは通気管付き排出管３
２内へ流入し、排出管を通して以後の処理のために排出
される。反応器タンク２０内で起きる反応の結果として
生じたガスは液体レベル１４の上のガス空間２５内に集
まり、ガス排出管２８を通って流出する。発生するガス
の大部分はメタンであるから、このガスは加熱目的また
は動力発生のために燃焼′させることができる。

ポンプ４６を備゛えたコラム導管４２の上方分区４４は
、修理または交換のためにタンク２０から容易に取出す
ことができる。上方分区４４を取出すＫは、単に１ガス
空間２７からガスを放出し、カバー３４のボルトを外し
て分区４４をポンプ溜め５０から抜出せばよい。この作
業のために放出されるガスは、ポンプ溜め５０内のガス
空間内のガスだけであシ、ガス空間２５内のガスは完全
に密封された区域内にある。

第２図に示された置屋実施例は、逃出するガスが問題に
なるようなガスではなく、ポンプ溜めを必要としない用
例に向けられた吃のである。

この実施例では、収集マニホルド６０を直接コラム導管
４２の上方分区４４に結合する。

反応器タンク２０が円筒形である場合、従って、その断
面形状が円形である場合は、各分配管寄せ８２に接続さ
れる各分配管８４は、すべて異る長さとする。即ち、コ
ラム導管４２に近接した分配管は円筒形タンク２０の直
径に近い長さとすることができるが、コラム導管から半
径方向外方へ離れるＫつれて分配管の長さを順次短くし
なければならない。分配管は円筒形タンクの円形断面の
弦上に配置されるが、弦の長さは円の中心から離れるほ
ど、短くなるからである。従って、分配管寄せ８２の最
外端のところに接続される分配管は最も短い管となる。

これに対して、分配管を長方形の配列とした場合は、す
べての分配管をすべて同じ長さとすることができる。こ
のような分配管の長方形の配列体は、モジュール式構成
の形とすることを可能ＫＬ、大規模生産による経済性を
得るために複数の長方形配列体を使用することができる
。

第５および４図には長方形の反応器タンク２０と組合せ
たそのようなモジュール式構成体が示されている。タン
ク２０内には先に述べたものと同じ構造のコラム導管４
２を配置するが、タンクの底壁２４よシ僅かに下Ｋまで
延長させる。

タンク２０内には、また、１対の長方形配列の流れ分配
器９５を配設する。各流れ分配器９５は、１つの分配管
寄せ９６と、紋管寄せの長手方向に間隔をおいて管寄せ
に垂直Ｋｍ続された同一長さの複数の分配管９８とから
成〕、全体として長方形の配列体とされている。タンク
の底壁２４の下の＠？９内に１対の供給管９９を配設し
、一端をコラム導管４２に接続する。各供給管９０の外
端には直角エルボ９１を連結し、上向きに開口させ、そ
の開口端に分配管寄せ９６のＴ字継手９Ｂを接続する。

ここでは、廃水の導入は、タンクの頂壁から行う場合を
例示したが、廃水導入管は、タンク２０の側壁を通して
コラム導管４２の下方分区４１Ｆｃ接続してもよい。

以上のように１本発・明は、コスト高となる外部配管を
必要とせず、モジニール式構成体を可能にする、流動床
反応器用内部循環装置を提供する。

本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本
発明の精神および範囲から逸脱することなく、いろいろ
な変型が可能であゐ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一体的内部循環装置を備えた流動床式
生物学的反応器の一部断面による立面図、第２図は循環
装置の上方部分の別の実施例の立面図、第５図は断面長
方形の反応器に用いる本発明の２つの分配器モジュール
の部分透視図、第４図は第５図のモジエールの供給管の
立面図である。 図沖、１０は流動床式反応器、２０は反応器タンク、２
２は気密カバー、２４は底壁、２５はガス空間、２６は
廃水導入管、２７はガス空間、３５はポンプモータ、４
１は下方分区、４２はコラム導管、４４は上方分区、４
６はポンプ、５０はポンプ溜め、４０は収集マニホルド
、６４は収集口、８０は流れ分配器、８２は分配管寄せ
、８４は分配管、８６は流れ案内スカ、−ト、８８はト
ラフ（流れディフューザ）。 特許出願人代理人　飯　１）伸　行 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一定容積の処理すべき廃水を収容し、内部に流れ循
   環装置を備えた流動床式反応器において、 反応器タンクと、 該タンク内に配設され、タンクの底部から頂部Ｋまで延
   長したコラム導管と、 該；ラム導管内に配設され、下向きに液体を吐出するよ
   うに配置されたポンプと、 前記コラム導管の上端の近くに前記タンク内の液体の上
   面より下に配置され、コラム導管の上端近くに接続され
   九複数の固定された水平な孔あき収集マニホルドと、 前記タンクの底部に近接したところで前記コラム導管に
   接続された複数の固定され九、水平外分配管寄せと、 流動化用液体を反応器タンクの底部近くにおいて該タン
   クの断面全体にほぼ均一に噴出させるために前記分配管
   寄せに接続された複数の分配管と、 外部廃水供給源に接続され、前記コラム導管に連通せし
   められた廃水導入管とから成る流動床式反応器。 ２）前記；ラム導管は、前記ポンプを収容した上方分区
   と、下方分区との２つの分区から成シ、上方分区は、下
   方分区に着脱自在に連結されている特許請求の範囲第１
   項記載の流動床式反応器。 ３）　前記反応器タンクは気密カバーを有しておシ、前
   記ポンプに連結されたポンプモータが該カバーに取付け
   られておシ、前記；ラム導管の上端部分訃よびコラム導
   管内に収容されている前記ポンプを囲繞するポンプ溜め
   が設けられており、前記収集マニホルドとコラム導管と
   は該ポンプ溜めを通して接続されている特許請求の範囲
   第２項記載の流動床式反応器。 ４）　該反応器は燃焼性ガスを発生する嫌気住生物理的
   プロセスに使用されるためのものであり、気密カバーを
   有し、前記反応器タンク内の液体の上方にガス空間を有
   し、該カバーと密封係合して反応器タンク内Ｋｌ！を画
   定するポンプ溜めを備えており、該ポンプ溜めの壁は前
   記ガス空間を貫通して反応器タンク内の液体内へ延長し
   て該ポンプ溜め内ＦＣ＠られた容積のガス帯域を画定し
   ておプ、前記コラム導管のポンプ収容分区が反応器タン
   クから引出されるとき、該限られた容積のガス帯域内の
   ガスだけしか大気へ放出されまいようＫなされている特
   許請求の範囲第２項記載の流動床式反応器。 ５）　前記分配管は反応器タンクの底壁から離隔してい
   て流体を下向きに噴出するようｋなされてお９、該底壁
   は流れデイフエーｆｔ構成する一連のトップを画定する
   波形形態を有しており、該各トラフは底部の幅が狭く、
   頂部が幅広に表るように下から上に拡開する側壁によっ
   て形成されておシ、前記分配管から噴出する液体を前記
   トラフの幅狭の底部に近い点Ｉ／ｃｔで導く流れ案内部
   材が設けられており、該流れデイフエーずが液体の流れ
   を反応器タンク内を上向きに導き前記固体粒子を均一に
   流動化させるようＫなされている特許請求の範囲第１〜
   ４項のいずれかに記載の流動床式反応器。 ６）前記反応器タンクは、断面長方形であり、前記各分
   配管寄せとそれに接続された分配管とによって形成され
   る構成体は長方形の流れ分配器モジュールでＴｏシ、該
   各分配管は同じ長さであって該分配管寄せに対して喬直
   に固定されてシシ、前記コラム導管に複数の該流れ分配
   器モジュールが接続されている特許請求の範囲第１項、
   ２項または４項に記載の流動床式反応器。