JPS603848B2 - 廃水処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生物学的活性物質の存在における酸素含有気
体の通気によって、生分解性物質を含有する排水を処理
するための方法に関するものである。

既に公知の方法においては、工業および公共排水中に存
在する生分解性物質を、生物学的な活性物質（活性スラ
ッジ）の存在において、酸素含有気体による通気によっ
て分解せしめる。

この種の方法においては、通気気体としては空気、酸素
富化空気または工業的に純粋な酸素を使用している。細
菌活性を用いるような、生物学的な排水浄化において、
生物学的な活性物質に酸素を激しく供給すればする程、
分解過程はより充分に、進行するということもまた公知
である。

それ故、活性スラッジには呼吸に必要な酸素を人工的に
供給しなければならない。一般に、酸素は大気からとっ
て開放タンク中の活性スラッジと処理すべき排水の混合
物に対して供Ｖ給される。活性スラッジタンク中を通過
する間に大気中の酸素の約２％のみが実際に消費される
にすぎないから、大量の空気を活性スラッジおよび浄化
すべき排水の混合物と接触せしめねばならない。これは
、大きなタンク容積および／または多数の精巧な酸素供
給系ならびに付随するエネルギーの大きな消費を必要と
する。加うるに、大量の空気の抜取作用により、または
表面通気装置における液滴の生成により、不快な臭気が
生じる。ドイツ公告公報２，０３２，１８９；２，０３
２，４４０；２，０３２，４８０；２，０３２，５２８
および２，０３２，５３５号は、酸素富化空気または工
業的に純粋な酸素の使用によるこれらの欠点を軽減する
ための方法を開示している。

密閉通気タンクを使用し、回転する気体分散系を用いて
活性スラッジと排水の混合物中に直接に気体を導入する
。酸素をより効率的に利用することができるように通気
気体を再循環させる。これに関連して、通気系をカスタ
ード形態に配置することが有利であることがわかってい
る。微生物は、外側の膜における電荷および電荷の反転
によって凝集してフレーク状となる（フレーク凝折）こ
とが知られている。

しかしながらＬ生物学的分解を決定するのはコロニ−の
表面（ｔｈｅｐｅｒｊｐｈｅびｏｆｔｈｅｃｏ１０ｎｉ
ｅｓ）にある微生物のみであるから、小さなフレーク「
極端な場合には孤立した個々の微生物が、排水中におけ
る酸素の消費を促進する。しかしながら、通常の酸素導
入系は、酸素の消費と活性スラッジの沈澱との間に妥協
を図るような具合に設計してある。その理由は「活・性
スラッジ技術の目的に対しては、自由に浮遊する微生物
により有機物の分解を引継がせることがは、同化された
物質の沈降性がもはや保証されない故に望ましいことで
はないからである（水化学および水浄化方法に対する年
報、第２７巻、１４９〜１５０責、１９６の王三ェル。
ハルトマンによる教授資格論文：多段階実験装置におけ
る活性スラッジの性質と生活圏の間の関係）。本発明の
目的は、満足しうる操作に対して必須な二つの要件、す
なわち、良好な酸素の消費および活性スラッジのすぐれ
た次高性を満足する方法を提供することにある。

本発明は、活性スラッジを排水中に懸濁せしめ且つ小さ
なフレーク状に分解し、酸素含有気体を同時に細かく分
散させた状態でこの細かく分割した懸濁物中に導入し且
つ、酸素が消耗されたのちに、細かく分割せしめた懸濁
物をポテンシャルフロー中で再沈降可能なフレーク状に
再凝析せしめるということを特徴とする、生分解性物質
を含有する排水を活性スラッジおよび酸素含有ガスによ
って処理するための方法に関するものである。

本発明による方法は、第一の工程段階において酸素の消
費に対する最適条件を確立したのち、第二の工程段階に
おいてフレークの顔析を促進せしめる。活性スラツジの
フレークは、せん断力の作用下に分解させることが好ま
しい。極端な場合には、この大きさの低下工程は、個々
の細菌が解放される時点まで継続させてもよい。この大
きさの低下工程においては、活性化スラッジフレークを
その通常の大きさの１′３乃至１′２０まで粉砕するこ
とが好ましく且つ通常の大きさの１／５乃至１′１０に
粉砕することが特に好ましい。この通常の大きさとは、
一般に直径として約２００乃至８００ミクロン、好まし
くはは約３００乃至６００ミクロンである。活性スラッ
ジ中に導入せしめた工業的に純粋な酸素は、気体室中で
「微生物の代謝生成物、すなわち二酸化炭素、を含有す
る再循環気体と直ちに混合され、次いで希釈した酸素含
有気体の状態として微生物中に再度導入される。酸素含
有気体は、好ましくは４側よりも小さい直径、特に好ま
しくは１肋よりも小さい直径を有するきわめて小さい気
泡の状態として「細かく分割せしめた活性スラッジ懸濁
物中に導入される。本発明の関係において、酸素含有気
体とは、体積で少なくとも約３０％、好ましくは体積で
約５０乃至８０％の酸素を含有する酸素富化気体である
。この酸素含有気体は、再循環気体混合物であるが、そ
の中の酸素濃度を高め、それによってより大きな酸素供
与能力を与えるために、生分解の間に生ずる一酸化炭素
を再循環気体混合物から部分的に除去することができる
。活性スラツジおよび酸素有気体の両者の微細な分散は
、気体／液体／固体系中の大きな界面相を与えトそれに
よって水中における酸素の迅速な吸収が保証され、且つ
それと同時に、小さなフレークの周辺における細菌のみ
ならずフレークの内側の細菌もまた生物学的分解を促進
することが可能となる。本発明は添付図面により更に説
明する。

図面を参照すると、本発明による方法の第一段階の特に
好適な一実施形態においては、活性スラッジフレーク含
有排水への酸素の大きさの滅寸および供聯合は、ェゼク
ターノズルを用いて行なうことができる。

その目的に対して適するェゼクターは、たとえば、エー
・ジー・カサートキン（ＡＧ．Ｋａｓｓａｔｋｉｎ）、
化学プロセス技術（Ｃｈｅｍ．Ｖｅげａｈｒｅｎｔｅｃ
ｈｎｉｋ）、第１巻、ＶＥＢ ＤｅｕＧｃｈｅｒＶｅｒ
ｌａｇ ｆｕｒ ＧｒｕｎｄｓＯｆｆｉｎｄ雌ｔｒｉｅ
、ライプチヒ１９６２年、１３８，１７７，１８０頁に
記載されている。従来、公にされていない提案の対象で
あるェゼクターノズルが特に適当である。この種のェゼ
クタ−ノズルを第１図に示すが、これは、ハウジング１
が液体用供給管２および気体用供給管３に固定的Ｚに結
合せしめてあり；液体供給管２の口のところにハウジン
グ１中にシール４が設けてあり；挿入可能な送風ノズル
５がシール４に対して位置せしめてあり；ハウジング１
中にねじ込むように設計した混合ノズル７に固定的に結
合せしめてあり且Ｚつ穴８を有している管状のスリーブ
６を、送風ノズル５のリムの周りに配置せしめ；そして
ハウジング１の末端にロックナイト９が設けてあること
を特徴としている。ェゼクターノズルは、たとえば硬質
ポリエチレンおよびノまたはポリプロピレ２ンのような
プラスチック材料から成ることが、好ましい。本発明に
よる方法においては、排水を、活性スラッジと共に、供
給管２を通じて１秒当り５５乃至２４メートルの流速で
、好ましくは１秒当り１２乃至１８メートルの流速で送
入する。

水の流動エネルギーを混合ノズル７中の圧力に変換せし
める。口３を通じて入る酸素含有気体を細かい気泡に分
散させ、一方「導入した活性スラツジのフレークをきわ
めて小さいフレークに粉砕する。混合物は細かく分割さ
れた懸濁液の形態としてェゼクターノズルから出る。混
合物が活性スラッジタンク中をのぼるにつれて、細かい
気泡は排水に対して、より多くの酸素を放出することが
できる。この種のェゼクターノズルは、活性スラッジタ
ンクの底に設けることが有利である。排水がェゼクター
ノズルに入る前に、排水に対して体積で約２０乃至６０
％の量で、大きなフレーク状をした活性スラッジを排水
に加える。有利な一実施態様においては、細かく分割し
た活性スラッジ（細かく分割した懸濁物）を既に含有し
ている部分的に処理した排水を、活性スラッジタンクか
ら、排水に対して体積で約１０乃至３００％の量で再循
環され活性スラツジの大きなフレークを含有する排水と
共にェゼクターノズル中に通ずる。別の実施形態におい
ては、たとえば蝿拝、フリット通気、アフターェゼクタ
ー通気のような他の酸素供給系との組合せをも用意する
。このような変更方法は、カスケード配置において通気
を行なう場合には、特に有用である。この場合において
は、カスケード間の中間的処理のための設備を設けると
よい。処理すべき排水によって支配され且つ約１乃至８
時間の範囲である酸素消費のための充分に長い時間の後
に、分解せしめた細かく分割した活性スラッジを、本発
明に従って、沈降可能なフレーク状に再凝折せしめる。

これは、部分的にまたは完全に生分解した排水を含有す
る分解せしめた、細かく分割された活性スラッジを、ポ
テンシャルフロー中で再擬析せしめることによって行な
われる。本発明の関連においてポテンシャルフローとは
、ｒｘＣ＝一定（ｒ＝液体または固体の粒子の回転軸か
らの距離、Ｃ＝粒子の速度）（ブルーノェック（Ｂｒ皿
ｏ Ｅｃｋ）工業流体学（ＴｅｃｈｎＳびｏｍｕｎｇｓ
ｔｅｈｒｅ）、第６版１９６１年４３頁参照）の法則に
従がう回転軸の周りの流動である。一好適実施形態にお
いては、工程のこの段階は第２図に示した装置中で行な
う。

第２図において１１は円筒形の管、１２は接線方法の供
給管であり且つ１３および１４は排出管である。さらに
詳細には、再凝折は、次のようにして行なわれる：活性
スラツジタンクから取出した細かく分割された懸濁物と
を、接線的な入口１２を通じて約０．５〜３の′秒の線
速で円筒形反応器（凝固器）中に導入すると、それは回
転的な動きが与えられて、ポテンシャルフローを開始す
る。それ故、液体の個々の層は円筒の軸に近く位置して
いるものほど、急速に連動している。液体または固体粒
子の滞留時間は、平均して約３０乃至１５０秒、好まし
くは約４０乃至１００秒である。軸の付近においていわ
ゆるうずの中心が生ずる。ポテンシャルフローにおいて
存在する個々の液体層間の相対的な運動は、細かく分割
されているフレークの擬析を助けるために特に適してい
る。このようにして再び沈降可能なフレークを生ぜしめ
ることが可能であり、次いでそれをを後続する沈降タン
ク中において処理排水から分離することができる。流出
する水を、一部は中心部（排出管１３）において、また
一部を周辺区域（排出管１４）において取出すことがで
きるという事実により、フレークの凝折を最適条件下に
行なうことができる。

同時に、提案した擬析器（サイクロン）の使用によって
、脱気の問題が完全に解決される。本発明の方法による
一特定実施形態を全体的に第３図に示すが、この図中に
おいて使用する参照番号は次の意味を有している：１０
１＝ポンプ、 １０２＝部分的に浄化した排液十細かく分割せしめた活
性スラツジのための返還パイプ、１０３，１０４，１０
５＝エゼクタ−、 １０６＝圧縮機、 １０７＝沈降タンク、 １０８＝ポンプ、 １０９＝酸素供給管、 １１０＝再循環気体供給管、 １１１；酸素を含有しない擬液に対する供給管、１１２
＝低酸素活性スラツジに対する供給管、１１３＝凝折器
、１１４＝擬析器に対する接線的供給管、 １１５，１１６＝排出管、 １１７，１１８＝透明水および過剰スラツジに対する排
出管、１１９＝廃ガス管、 １２０＝活性スラツジタンク。

さらに詳細には、本発明の方法は、生分解性物質を含有
する排水（１１１を通じて導入する）を活性スラツジお
よび酸素含有気体によってｔ酸素との激しい接触に至ら
しめることによって行なう。

そのためには、活性スラッジを伴なう部分的に浄化した
排水１０２を循環させるための再循環ポンプ１０１の吸
引側に、排水を送り込む。混合物をポンプ１０１によっ
て、気体再循環圧縮機１０６もこ接続しているェゼクタ
ーノズル１０３，１０４，１０５に送る。ポンプ１０８
を通じて沈降タンク１０７から再循環せしめるフレーク
状の活性スラッジを、ヱゼクター中を支配している流動
条件により、細かく分割された懸濁物に変える。工業的
に純粋な酸素を、供給管１０９を通じて、微生物が酸素
を消費する速度に相応する速度で、活性スラッジタンク
１２０の気体室中に導入する。同時に、ェゼクター中に
導入する再循環気体１１０を液中で極度に細かく分散さ
せ、それによつて、このようにして生ぜしわた相界面な
らびに再循環気体と活性スラッジおよび排水の混合物と
の中の酸素濃度の間のかなりのポテンシャルフロー差が
、一方において気体状の酸素の液中への急速な移動を与
え、また他方において液中に溶解した酸素の細かく分割
せしめた懸濁物の形状で存在する活性スラツジ中への迅
速な移動を与える、ポテンシャル差は、ほとんど酸素を
含まない排水１１１および低酸素活性スラッジ１１２を
、部分的に浄化した排水および細かく分割せしめた活性
スラツジから成る再循環懸濁液１０２に加えることによ
って増大される。これらの二つの効果によって、最低限
度のエネルギー消費にかかわらず、導入せしめる酸素の
高い利用率を達成することができる。

排水１１１および活性スラッジ１１２の添加量に相応し
て、活性スラッジおよび浄化排水の混合物は、パイプ１
１４を通じて凝析器１１３へと流れ且つ擬析した状態と
してパイプ１１５および１１６を通じて沈降タンク１０
７中に入る。沈降タンク１０７中において、排水は活性
スラッジから分離される。透明水は「ゲート１１７を通
じて流出し、その純度に応じて、さらに処理するかまた
は排出せしめるかのどちらかとすることができる。分離
した活性スラッジは部分的にポンプ１０８によって再循
環ポンプ１０１の吸引側に送り、且つ部分的に過剰スラ
ッジ１１８の状態として流出する。１１９は廃ガス管で
ある。いうまでもなく、部分的に浄化した排水を他のカ
スケードへと送り込んで、その中で同一の通気プロセス
を繰返すことも可能である。

カスケード技術は、別個の容器中で且つまた何らの仕切
りもないタンク中にェゼクターを適当に配置せしめるこ
とによっての何れでも行なうことができる。ェゼクター
を離れる気泡は、ェゼクターの巨大なポンプ作用によっ
て、実質的に垂直方向においてのみ液体と混合し、かく
して、液体スループットの軸方向のバックミキシングが
制限されるので液体スループットに対する“カスケード
配置”を、実際に液体中に何らの仕切りがなくても達成
することができる。気体の利用率を向上させるために、
且つまた、必要に応じ気体を向流的にみちびくこともで
きるように、付加的に気体のためのカスケード配置を有
することが望ましい場合には、液体上の気体室を、液体
中に突出する延長部によって段階に分ければ充分である
。ェゼクターを使用することによって、酸素を、活性ス
ラッジの底へ、たとえ５〜１０メートルの深さがあった
としても容易に導入することができるが、これは経済的
な操作に関する限り、特に重要なことである。加うるに
、タンクを完全に空にし、且つ同時に通気するというよ
うな具合にェゼクターを配置することもまた容易に可能
である。

静止した、固定させて取付けた通気手段による通気は、
酸素のための回転分散系を不必要ならしめるが「一方、
それは活性スラツジタンクに対するふたの設計をより簡
単なものとする。本発明の方法によって、増大せしめた
酸素の投入およびそれに伴なつて、従来の方法における
ような大きなヱネルギの要求ないこ、従来の方法に比較
して増大した酸素の収率を達成することが可能である。
図面に従って設計した一装置においては、次の結果を得
ることが可能であった：排液の量 ４．５で／時間 打Ｅ液温度 ２０００ ９Ｅ液負荷 ２１００の９／そＢＳＢ５３５００雌／
そＣＳＢ 単位体積当りの負荷 ６．５ｋ９鞘Ｂ５／で・日スラ
ッジ負荷 ０．９５ｋ９既Ｂ５ノｋ９ＴＳ・日酸素投
入量 ３４３ｋ９０２／日酸素利用 １．２ｋｇ０
２／ｋ９ＢＳＢ分解０．９ｋｇ０２／ｋ９ＣＳＢ分解酸
素収率 １２ｋｇ０２／ＫＷｈ スラッジ濃度 ７．５タノク 通気時間 ７．筋時間 熔解酸素 ６の９／夕 タンク容積 １６で タンク深さ ６．２ｍ ェゼクターの数 １ェゼクター／０．８〆ェゼクター
の浸透深さ ５．７肌再循環気体 ７．７で／時間
／ェゼクター再循環量（スラッジ／水） ２．１で／
時間／ェゼクタースラッジ体積 ３５の【／タ インデツクス＊ 再循環スラツジ濃度 ２５夕／そ 再循環スラッジ量 排液の３５％ 分解率 ９０％ＢＳＢ５ １７０％
ＣＳＢ米“廃水技術”（ＤｉｅＡｂ岬ｓｓｅｒｔｅｃｈ
ｎｊｋ）、デイートリツヒ（Ｋ．Ｒ．Ｄｉｅｍｃｈ）、
ヒユーシング（Ｄｒ．ＡＩｆｒｅｄＨｕｔｈｉｎｇ）、
ハイデルベルグ出版（ＶｅｒｌａｇＨｅｊｄｅｌはｒｇ
）、５４頁（１９７３）”上記の結果において、ＢＳＢ
５は５日間における生物学的酸素要求量を意味し、ＣＳ
Ｂは化学的酸素要求量を意味し、そしてＴＳはスラッジ
固形分を意味する。

活性スラッジを小さなフレークに分割せしめる本発明の
方法は、排水浄化プロセスにおいて有用であるのみなら
ず、醗酵プロセスのその他の領域においても行なうこと
ができる。

本明細書および実施例は例証のために示したものであっ
て限定のためのものではなく、且つ本発明の精神および
範囲から逸脱することなく、いろいろ修正および変更を
行なうことができるということを了解すべきである。

なお本発明の実施態様を示せば次のとおりである。

１ 排水中に活性スラッジを懸濁せしめ且つスラッジを
小さなフレークに分解せしめ、同時に酸素含有気体を細
かい分散状態で懸濁物中に導入し、酸素が消費されたの
ちに、細かく分割せしめた懸濁物をポテンシャルフロー
中で再擬析させて沈降可能なフレークを形成せしめるこ
とを特徴とする、生分解怪物質を含有する排水を活性ス
ラッジおよび酸素含有気体によって処理する方法。

２ 酸素含有気体が体積で少なくとも３０％の酸素を含
有する前記１の方法。

３ 酸素含有気体を、直径が４脚よりも小さい気泡の形
態として懸濁物中に導入する前記１の方法。

４ 酸素含有気体を、少なくとも二つの空間的に分離し
た段階中に導入する前記１の方法。

５ 活性スラッジフレークを、その最初の体積の約１／
３乃至１′２０に分解する前記１の方法。

６ 活性スラッジを、排水の体積の約２０乃至６０％の
量で排水に加える前記１の方法。

７ 部分的に処理せしめた排水懸濁物を、新しい排水に
対してその体積の約１０乃至３００％の量で再循環せし
める前記１の方法。

８ ポテンシャルフロー中における懸濁物の滞留時間が
約３０乃至１５町砂である前記１の方法。

９ ポテンシャルフローを、円筒形の反応器への懸濁物
の接線的な導入によって開始せしめる前記１の方法。

１０ 接線的導入を、約０．５乃至３肌／秒の線流動速
度において行なう前記９の方法。

１１ 酸素含有気体は体積で約５０乃至８０％の酸素を
含有し且つ少なくとも二つの空間的に分離した段階中に
直径約１肌よりも小さい気泡として導入し、活性スラッ
ジは排水に対して排水の体積Ｊの約２０乃至６０％の量
で加え且つ活性スラツジフレークはその最初の体積の約
１／５乃至１′１０まで分割せしめ、部分的に処理した
排水を新しい排水に対してその体積の約１０乃至３００
％の量で再循環せしめ、且つポテンシャルフロー中にお
けＺる懸濁物の滞留時間は約４０乃至１０現＠である前
記１０の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、活性スラッジ、排水および酸素をタンク中に
導入するために適するェゼクターノズルの断面図である
。 第２図は、処理した排水およびスラッジを、スラッジの
フレークを形成せしめるために再擬析用に導入する円筒
状の反応器の垂直断面図である。第３図は本発明の方法
を遂行するための工業的規模の概念的フローシートであ
る。図において、２は液体用供給管、３はガス用供給管
、５は送風ノズル、６はスリーブ、７は混合ノズル、８
は穴、１２は供給管、そして１３および１４は排出管を
示す。オ′量２ オｚｌａ オ３１幻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 懸濁物を接線方向で円筒形管の上部に導入し、懸濁
   物をポテンシヤルフローの中で管を通過させて、活性ス
   ラツジの微細分割状懸濁物を凝析する方法であって、懸
   濁物を円筒形管の底部において一部は軸部で一部は周辺
   部で取り出し、軸部と周辺部で取り出される懸濁物の相
   対的量を調節することを特徴とする方法。 ２ 円筒形管と該円筒形管の上部にある接線方向の供給
   管からなる、活性スラツジの微細分割状懸濁物用凝析器
   であって、該円筒形管の底部に二つの出口があり、一つ
   の出口は管の軸に位置し、そして他の一つの出口は管の
   周辺に位置することを特徴とする凝析器。