JPS6139118B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、生物学的に分解しうる物を含有する
溶液又は分散液の処理装置に関する。特に、本発
明は、下水、すなわち、あらゆる種類の生物学的
に分解しうる家庭および工業廃棄物等の生物学的
に分解しうる廃棄物を含む液体の処理装置に関す
る。そのような液体として例えば通常の家庭から
のもの、および濃場、食品工場やその他のそのよ
うな廃棄物を生ずる工業からの流出物がある。 下水処理に一般的に使用される方法は、本質的
には粗大物および重量物を除去するためのスクリ
ーニングおよび脱粗粒（degritting）のような物
理的方法による第一次処理と、その後で行なう有
機物除去のための生物学的方法を用いる第二次処
理とからなる。本発明が下水処理に用いられる限
りにおいては、本発明は生物学的方法を用いる上
記第二次処理に関するといえる。 本発明によれば、下方に延長している少なくと
も２本のダクトを有し且つこれらのダクトの下部
は相互に直接連通して閉ざされた領域を形成して
おりそしてこれらのダクトの上部は直接又は間接
的に連通している循環系中を、生物学的に分解し
うる物を含有する液体と微生物とを該ダクトの一
方の中を下方へそして該ダクトの他方の中を上方
へ流れるように循環し、この循環系の少くとも一
箇所で循環流中に酸素含有気体を導入し且つ下方
向に流れる該循環流は該酸素含有気体を該循環流
と共に下方に移動せしせると共に、該酸素含有気
体を該ダクトの他方の中に移動せしめるに少くと
も十分な流速を有するようにし、この循環流中に
含有されている微生物に静流体圧が変化するサイ
クルと該循環流中のDOTが変化するサイクルと
を受けさせ、且つ該液体と微生物を低DOT領域
において30ミルバール以下のDOTで５分以下の
時間処理するか、又は高DOT領域において450ミ
リバール以上のDOTで10分間以下の時間処理す
ることの少くともいずれか一方を行うように該
DOTが変化するサイクルを制御することを特徴
とする生物学的に分解しうる物を含有する液体を
微生物の培養によつて処理する方法が提供され
る。 「酸素含有気体」とは分子状酸素または任意の
分子状酸素含有気体混合物（例えば空気）を意味
する。 「DOT（dissolved oxygen tension−溶存酸
素張力）」は液体中の酸素分圧を意味する。〔参考
文献としてはマクレナン等のJ.Gen.Microbiol.、
（1966）、45、286−302、特に290頁記載の論文が
ある〕。 本発明の方法においては、高DOT領域におい
ては、DOTは適切には少なくとも450ミリバール
であり、好ましくは1000〜1350ミリバールの範囲
内にある。しかしそれは一層高く例えば2000ミリ
バールまでであつてもよい。 低DOT領域においては、DOTは適切には30ミ
リバール以下、好ましくは10ミリバール以下例え
ばゼロまたは実質上ゼロであつてもよい。 上記液体処理方法において、微生物培養による
二酸化炭素生産が増加すると、それに相当して酸
素利用の増加があることになる。 被処理液体が低DOTに付される（さらされ
る）時間は適切には５分間以下、好ましくは１分
間以下、特に30秒間以下である。液体が高DOT
に付される時間は適切には10分間以下であるが、
好ましくは５分間以下、特に３分間以下である。
従つて被処理液体は好ましくは低DOTおよび／
または高DOTシヨツクまたは一連のそのような
シヨツクを受ける。そのようなシヨツクを受けな
いとき（例えばそれぞれのシヨツクの後の）液体
のDOTは低DOTと高DOTとの中間レベルにあ
る。液体が一回の低DOTまたは高DOTに付され
る時間は、処理方法における微生物機能が実質上
害されるような悪影響、例えば処理方法に有害な
異種の微生物の発育が助長されるとか、または処
理方法による液体の効果的処理がもはや実施でき
ない程度にまで有用な微生物が駆逐されるという
ような悪影響を微生物が受ける程に長くてはなら
ない。 上記液体処理方法は、例えば容器中の生物学的
分解性物質を含む液体中へ、酸素含有気体を時間
間隔を置いて射出することにより、またはそのよ
うな気体の射出量を変え、その結果DOTを経時
的に変化させ、また液体中に低DOTおよび／ま
たは高DOT領域を生じさせることにより実施で
きる。 しかし、酸素含有気体を液体の流れの中へ射出
し、それにより液体内のDOTが液体流路に沿つ
て変化することが好ましい。液体を一連の連結さ
れた区域内を流通させ、酸素含有気体を一または
それ以上の区域中へまたはそれらの間に射出する
ようにしてもよい。かような液体処理方法を本発
明の処理装置を用いて実施する場合には、液体流
通路中で処理すべき液体を例えば10回、好ましく
は20〜40回再度循環させることもできる。 本発明の処理装置は、特開昭50−31662号公開
公報（対応する英国特許第1473665号明細書）に
記載されている下水の生物学的処理における一段
階として、すなわち下水処理の曝気および／また
は消化段階として特に好適に用いることができる
ので、本明細書では特開昭50−31662号公開公報
に記載の下水処理を参照して以下説明することに
する。 特開昭50−31662号公開公報に開示されている
下水処理に本発明の方法を用いて、上記液体処理
方法に従つて下水処理を行なう場合、液体流通路
中を循環する下水への酸素含有気体の供給（すな
わち供給速度および供給位置）は、下水中に存在
する微生物〔主として細菌およびバクテリオフア
ージ類（bacteriophagic organisms）例えば普通
プロトゾア〕が液体流通路中を回つて循環すると
きに顕著なDOT変化および少なくとも一箇所の
低DOTおよび／または高DOT領域で処理される
ように、制御される。 本発明方法を実施するのに用いることができる
処理装置におて、下向流室（ダウンカマー）と上
向流室（ライザー）は、適宜な断面形状例えば円
形または半円形であつてもよい。両者は互に別々
に配置されていてよいが、好ましくは内部を一ま
たはそれ以上の隔壁で分割した単一構造（好まし
くは円筒形）内に配置され、あるいは構造体とし
ての外管の内側の管で形成されるダウンカマーと
内側管の外部スペースにより形成されるライザー
とからなる。極めて多くの幾何学的配置が可能で
ある。装置は複数のライザーおよび／またはダウ
ンカマーを有してよく、例えば二つのダウンカマ
ーと単一のライザーを結合し、全体を同一構造内
に占めるようにすることができる。 適切には、上記液体処理方法の操作中に気体の
放出を生ぜしめる液溜内へ下水（必要により第一
次処理後）を送る。ダウンカマーおよびライザー
は液溜の底面レベルより下方へ延びている。従つ
て液溜が地面レベルにまたは地面レベル以下に位
置しているときは、ライザーおよびダウンカマー
を含む構造体（外管）は地面内へ延びているシヤ
フト（竪坑、好ましくは円筒形）である。このシ
ヤフトは液溜の直下よりも外側へ離れた位置にお
いて地中へ延びていてよいが、好ましくは液溜の
下から地中へ延び、ライザーとダウンカマーの両
上端部を液溜に向けて開口させる。ある場合に
は、ダウンカマーは液溜内の下水のレベルよりも
上方へ延びている。しかしかかる場合も、ダウン
カマーはその全長の大部分は液溜の底面よりも下
方へ延びている。このような場合ライザーの上端
部は液溜内へ開口しているが、ダウンカマーの上
端部は導管を介して液溜内の下水と連通してい
る。 適切には、装置は液溜内の下水のレベルより下
方へ少なくとも40ｍにわたつて垂直に延びている
が、好ましくは80ｍまたはそれ以上、さらに好ま
しくは150〜300ｍにわたつて下方へ延びている。
ライザーの全有効断面積は、ダウンカマーの全有
効断面積と等しいかそれよりも大きい。適当には
ライザーの全有効断面積とダウンカマーのそれと
の比は１：１ないし２：１の範囲である。 液体流通路中で下水を循環させるには如何なる
適切な手段を用いてもよい。しかし非常に好まし
くは、酸素含有気体を液体流通路中に射出するこ
とによつて、DOTを制御するばかりでなく、液
体流通路中で液体循環を生じさせることができ
る。 適切には、酸素含有気体（好ましくは空気）を
ダウンカマーとライザーとの両者内へ射出する。
好ましくは両室への気体射出は静流体圧が等しい
位置で行なう。かくして、ライザーの上方部はダ
ウンカマーの上方部よりも高割合の気泡を含む
（ダウンカマーの上方部は気体をほとんどまたは
実質上含まない）ことになるので、ライザーへの
気体射出位置は、好ましくはダウンカマーへの気
体射出位置よりもわずかに低い位置である。しか
し実際には、もし両室への気体射出が、液溜の下
水レベルよりも下方の実質的に同じ距離でなされ
るならば、充分満足できる。その場合両射出位置
への気体は同一のコンプレツサーを用いて供給
し、ライザーとダウンカマーへそれぞれ射出され
る割合を弁で制御することができる。 好ましくは、気体は液溜内の下水レベルより下
方の装置全長の0.1〜0.4倍の位置で両室内へ射出
する（すなわち装置が下水レベルから下方へ150
〜300ｍに延びている場合には15〜120ｍの位
置）。気体射出を液溜内下水レベルよりも下方20
ｍ以上の位置で行なうことは好ましいけれども、
もちろんその下水レベルよりも下方20ｍ未満の位
置で気体射出を行ないうる。 循環操作開始段階の間は、酸素含有気体の全て
またはほとんどをライザー中へ射出して、ライザ
ーの上部をエア・リフト・ポンプとして作用させ
る。初期操作開始期間が経過してしまうと、下水
は適当な速さ（例えばダウンカマー中で少なくと
も0.8ｍ／秒）で充分に循環しており、ダウンカ
マーへ供給される気体の割合を大幅に（好ましく
は少なくとも50％まで、そしてある場合には全て
の気体がダウンカマーへ供給されるまで）増加で
きる。そのとき液体流通路中の下水はこれらの条
件下で連続的に循環されうる。 本発明の方法が最初の運転開始後定常的に操作
されているとき、ダウンカマー中へ射出される気
泡は、循環している下水によつて下方向へ高圧下
のレベル（水位）まで迅速に運ばれ、気泡寸法が
減少する。深く沈下させた装置の下方レベルにお
いては究極的には気泡の多くは下水中へ全く吸収
されてしまうであろう。下水がライザー中を上昇
するにつれて、まず気泡が再び現われ、次いでそ
の寸法を増大させる。従つて、液体流通路の頂部
レベルから下方のある適切なレベルでダウンカマ
ー中へ空気を射出することによつて、ライザーは
全体としてダウンカマーよりも多くの気泡を含む
ことになり、そして気体（例えば空気）の全部ま
たは主要部がダウンカマー中へ射出されていたと
しても装置におけるエア・リフト・ポンプ作用が
続けられることになる。一旦循環が開始しダウン
カマー中へ射出される気泡が適切な速度（例えば
0.8ｍ／秒以上）で上方へ運ばれると、ダウンカ
マーへの気体射出の効果は、二つの室を介しての
循環を生成することにおいて、ライザー中へ射出
される気体の効果に加わることになる。 処理の間、下水は一般に液体流通路を多数回循
環する。完全に一循環するには液体流通路の規模
により一般に２〜８分間を要する。全処理時間
は、それが曝気または消化段階のいずれに使用さ
れるかによつて異なる。曝気の場合には下水が循
環される時間は薄い下水（汚染度が低い下水）に
ついては一般に1/4〜４時間であるが濃い下水
（汚染度が高い下水）についてはもつと長時間に
なることがある。一方、消化の場合には全処理時
間は一層長くなり、例えば下水が当該装置へ供給
される速度によつて２〜30日間になる。 本発明の方法は、深いシヤフト中を地中に沈め
たライザーおよびダウンカマーで最も都合よく具
体化されるものと考えられる（このシヤフトは例
えばコンクリートライニングを有するものであ
り、そのライニングがライザーやダウンカマーの
外壁をなすこともできる）。 液体流通路内の種々の位置において望ましい
DOTの値は、本発明の処理装置が下水処理の曝
気段階または消化段階のいずれにおいて使用され
るかにより決定される。しかし、好ましくは、主
たる低DOT領域は、気体がダウンカマーに供給
される位置より上方のダウンカマー上端部であ
る。他の好ましい低DOT領域は気体がライザー
に供給される位置よりやや下方のライザー内であ
る。好ましい高DOT領域は気体がダウンカマー
に供給される位置より下方のダウンカマー内であ
る。液体流通路内の好ましいDOT値は下記に示
す範囲内で変り、また下水が満足に循環している
ときの液体流通路内への酸素含有気体の射出速度
（量）は下記範囲内のDOT値を与えるように適切
に制御される（添付図の第３図も参照）。

【表】 所望ならば、DOTを液体流通路内の少なくと
も一個所で測定し、そしてこの測定結果を用いて
酸素含有気体の供給を制御することができる。
DOTは酸素電極の如き測定器を用いて測定でき
る。酸素電極は、例えば被膜付電位差計〔その代
表的な例はマツケレス（Mackereth）電極〕や被
膜付電流計（例えばクラーク電極）でよい。 適切には、これらの測定器は、ライザーおよ
び／またはダウンカマーの上端部近くに、特に酸
素含有気体を供給するためのスパージヤーの近
傍、例えば流動の方向において通常はスパージヤ
ーの上流側のスパージヤーから20ｍ以内乃至50ｍ
以内に配置される。酸素含有気体がダウンカマー
およびライザーの両者に供給されるときには、
DOT測定器は、好ましくは一つがダウンカマー
内へスパージヤーよりも上の位置にそして他方の
ものがライザー内へスパージヤーよりも下の位置
に配置される。酸素含有気体がダウンカマーにの
み供給されるとき（すなわちライザーには実質的
に気体が供給されないとき）には、DOT測定器
はダウンカマーの頂部に配置され、また所望によ
りライザーの頂部にも配置される。 必要ならばダウンカマーまたはライザーに補助
的スパージヤーを設けて、必要に応じて液体流通
路内へ少量の酸素含有気体を小刻みに供給するよ
うにすることができる。適切には、このような補
助的スパージヤーはダウンカマーの頂部に設けら
れる。 DOTは処理中の下水で繁殖する微生物の選択
に重大な影響を与える。DOTの大きさおよび
DOTの液体流通路中での変化度を注意深く選択
することによつて、下水処理に理想的に適合した
微生物群の選択がなされる。特定の条件では、多
数の硝化細菌が選択的に増殖されて良好な下水硝
化の結果が得られる。条件の選定は曝気と消化段
階とで異なり、また浮遊性スラツジまたは沈降性
スラツジのいずれの生成を目的とするかによつて
も異なる。 高DOT値は微生物濃度を高め且つそれを保持
し、また酸化性フオスフオリル化の脱カツプリン
グが起こり、その結果として多量の炭素が二酸化
炭素へ酸化し、細菌に変る炭素が少なくなり、従
つてスラツジ生成が減少することになる。同様に
微生物を短時間、低DOTに付しても、二酸化炭
素生成の増大が起こる。 微生物がDOTの変化に対応して作用するのに
要する時間は様々であるが、普通は液体流通路中
での循環時間よりも短い。ある種の応答は数秒で
起こるが、新陳代謝経路におけるフイードバツク
制御機構を含む他の応答は数分間で起こる。ある
応答は、例えば突然変異体の選別の場合、微生物
の生育速度によるが、数目を要することもある。
これらの中間として、酵素合成の抑制または誘導
が数時間を要することが知らている。 本発明を図面を参照して以下説明する。 第１〜４図は、第５〜６図に示した装置の如き
液体流通路中での四種のDOT分布図（すなわち
DOTの変化を示す線図）である。これらの図に
おいて、ライザー内のDOT分布は上向きの矢印
で示され、ダウンカマー内のDOT分布は下向き
の矢印で示されている。DOTの大きさは各図の
水平座標によつて示される。従つて液体流通路中
でのDOTの変化が理解される。スパージヤーの
位置は破線で示してある。酸素含有気体は各図に
示された液体流通路中に下記のようにスパージ
（射出）される。 第１図：ダウンカマー（一個所で）、 第２図：ダウンカマー（二個所で）、 第３図：ダウンカマーおよびライザー（同一レベ
ルで）、 第４図：ダウンカマーおよびライザー（同一レベ
ルで）、 低DOT領域は下記の位置である。 第１図：ダウンカマー（スパージヤー上方）、 第２図：ライザーの上方部、 ダウンカマー（上側のスパージヤー上方）、 第３図：ライザー（スパージヤー下方）、 ダウンカマー（スパージヤー上方）、 第４図：ライザー（スパージヤー下方）、 すべての場合において、主たる高DOT領域は
ダウンカマーのスパージヤーの下方にあつた（第
２図においては下側のスパージヤーの下方）。 第５図に示した装置において、スパージヤー１
６および１７はダウンカマー１４およびライザー
１５内にそれぞれ設けられ、両者はコンプレツサ
ー１８に接続されている。ライザー１５およびダ
ウンカマー１４への気体の流れは、弁１９および
２０によりそれぞれ制御される。弁１９および２
０の操作は作動器２１によつて制御され、作動器
２１は、ダウンカマー１４の上端部近くに設けた
液流速測定器２２へ接続されている。この装置に
おいてダウンカマー１４およびライザー１５は、
地面レベルＡ−Ａより下方に沈下させた別々のシ
ヤフト内に配置されており、連結管１２によつて
両者の下部は相互に直接連通して閉ざされた領域
（すなわち外部に対して完全に独立した領域）を
形成している。 第５図の装置を活性スラツジ法の曝気段階とし
て使用する場合には、第一次処理後、そしてまた
多くの場合は第一次沈降後の下水が、ダウンカマ
ー１４の開口上端部に近い位置で液溜１３に向か
つて開口して処理すべき液体の供給口を形成して
いるチヤンネル（図示せず）を通して液溜１３に
入り、そして液体および活性化スラツジは、液面
レベルＢ−Ｂよりも下方の位置で液溜から外に向
かつて開口して処理した液体の排出口を形成して
おりかつ前記入口チヤンネルから離れた位置に設
けられている他のチヤンネル（図示せず）を通し
て液溜１３から沈降タンクへ移る。 液体が液溜１３をレベルＢ−Ｂまで満たされ、
弁１９が開き、弁２０が全部または部分的に閉じ
た状態で、第５図の装置は、コンプレツサー１８
からの空気の全部または大部分をライザー１５中
へ射出することによつて運転が開始される。これ
によつてライザー１５の上方部がエア・リフト・
ポンプとして作用し、そして下水が第５図に矢印
で示した方向に液体流通路中を循環し始める。測
定器２２で測定した流速が予め定めた最低値に達
するとき、作動器２１によつて弁１９が完全にま
たは部分的に閉じられ、弁２０が開けられる。望
ましくは弁２０や弁１９の開閉はダウンカマー１
４中の下水の速さの増加に応じて段階的に行な
う。装置が定常的に作動しているとき、液体流通
路中へ射出される空気の全容積とライザー中とダ
ウンカマー中へ射出される空気の相対的割合を、
液体流通路中に満足すべきDOT分布を生ずるよ
うに、且つ液体流通路中を循環している微生物を
低DOTおよび／または高DOT領域で処理するよ
うに制御する。空気射出の制御はもちろん操作員
が手動で行うこともできるが、作動器２１および
測定器２２を用いて自動的に行なうのが一層便宜
である。 第６図の装置において、ダウンカマー１４およ
びライザー１５は地面レベルＡ−Ａから下方へ沈
下させた同一のシヤフト内に配置され、隔壁２３
によつて相互に分離されている。ダウンカマー１
４およびライザー１５の下部は隔壁２３の下部に
ある開口によつて直接連通して閉ざされた領域を
形成している。隔壁２３の上端部およびダウンカ
マー１４の外壁の上端部は液溜１３内で折り曲げ
られてそらせ板２５を形成している。そらせ板２
５は液溜１３内に適切な循環を生じさせる。その
他の点では第６図の装置は第５図の装置と類似で
あり、その操作方式は同様である。所望により第
６図の装置のライザーおよびダウンカマー１４へ
の気体の流入は任意の適宜な手段、例えば第５図
に示した手段によつて行なうことができる。 尚、特許請求の範囲記載の本発明方法の好適実
施態様を挙げれば次の通りである。 (1) 該液体流通路が少なくとも40ｍの深さを有す
ること、 (2) 該上向流室の有効断面積が該下向流室の有効
断面積以上であること、 (3) 該上向流室の有効断面積と該下向流室の有効
断面積との比が１：１乃至２：１であること。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は第５〜６図に示した装置の液体流
通路中における適切なDOT分布の例を示す線図
である。第５〜６図は本発明を実施するのに用い
ることができる装置の簡略断面図である。 １２：連結管、１３：液溜、１４：ダウンカマ
ー、１５：ライザー、１６および１７：スパージ
ヤー、１８：コンプレツサー、１９および２０：
調節弁、２１：作動器、２２：液流速測定器、２
３：隔壁、２５：そらせ板、Ａ−Ａ：地面レベ
ル、Ｂ−Ｂ：液面レベル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下方に延長している少なくとも２本のダクト
   を有し且つこれらのダクトの下部は相互に直接連
   通して閉ざされた領域を形成しておりそしてこれ
   らのダクトの上部は直接又は間接的に連通してい
   る循環系中を、生物学的に分解しうる物を含有す
   る液体と微生物とを該ダクトの一方の中を下方へ
   そして該ダクトの他方の中を上方へ流れるように
   循環し、この循環系の少くとも一箇所で循環流中
   に酸素含有気体を導入し且つ下方向に流れる該循
   環流は該酸素含有気体を該循環流と共に下方に移
   動せしめると共に、該酸素含有気体を該ダクトの
   他方の中に移動せしめるに少くとも十分な流速を
   有するようにし、この循環流中に含有されている
   微生物に静流体圧が変化するサイクルと該循環流
   中のDOTが変化するサイクルとを受けさせ、且
   つ該液体と微生物を低DOT領域において30ミリ
   バール以下のDOTで５分以下の時間処理する
   か、又は高DOT領域において450ミリバール以上
   のDOTで10分間以下の時間処理することの少く
   ともいずれか一方を行うように該DOTが変化す
   るサイクルを制御することを特徴とする生物学的
   に分解しうる物を含有する液体を微生物の培養に
   よつて処理する方法。 ２ 上部液面より測定して40ｍ以上下方に延長し
   ている少なくとも２本のダクトを有し且つこれら
   のダクトの下部は相互に直接連通して閉ざされた
   領域を形成しておりそしてこれらのダクトの上部
   は直接又は間接的に連通している循環系中を、生
   物学的に分解しうる物を含有する液体と微生物と
   を該ダクトの一方の中を下方へそして該ダクトの
   他方の中を上方へ流れるように循環し、この循環
   系の少くとも一箇所で循環流中に酸素含有気体を
   導入し且つ下方向に流れる該循環流は該酸素含有
   気体を該循環流と共に下方に移動せしめると共
   に、該酸素含有気体を該ダクトの他方の中に移動
   せしめるに少くとも十分な流速を有するように
   し、この循環流中に含有されている微生物に静流
   体圧が変化するサイクルと該循環流中のDOTが
   変化するサイクルとを受けさせ、且つ該液体と微
   生物を低DOT領域において30ミリバール以下の
   DOTで５分以下の時間処理するか、又は高DOT
   領域において450ミリバール以上のDOTで10分間
   以下の時間処理するこの少くともいずれか一方を
   行うように該DOTが変化するサイクルを制御す
   ることを特徴とする生物学的に分解しうる物を含
   有する液体を微生物の培養によつて処理する方
   法。