JPS62279892A - 嫌気性生物床における汚泥粒子生成方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、嫌気性生物床における汚泥粒子生成方法に関
するものであり、更に詳細には、凝集剤等化学薬品を使
用することなくしかも極めて短期間に汚泥粒子を形成せ
しめる画期的な方法に関するものである。

本発明によれば活性汚泥を添加物を用いることなく極め
て短期間に粒子化することができるので、従来より処理
することが困難であった食品工業廃水といった特に高濃
度の有機性廃水のメタン生成を伴う嫌気性処理が可能と
なるものである。

したがって本発明は１ｍＭ製造、水畜産製造、醗酵工業
、製糖工業等各種食品工業において排出される廃水はも
とより、尿尿処理下水、都市下水その他の各種有機性廃
水を処理する技術分野において重用されるものであって
、公害防止技術としても非常に有用なものである。

（従来の技術） 生物床法とは、上昇流嫌気性スラッジブランケット法（
Ｕｐｆｌｏｗ　Ａｎａｓｒｏｂｉｃ　Ｓｌｕｄｇｅ　Ｂ
ｌａｎｋｅｔＲｅａｃｔｏｒ　；　ＵＡＳＢ）と同意語
である。　ＵＡＳＢ法は、１０年程前にオランダのＬｅ
ｔｔｉｎｇａらによって開発された反応器で原廃水を反
応器底部から上昇モードで流入させ、付着担体を用いな
いで、汚泥の粒状化によってスラッジベッドを形成させ
、高濃度の生物を保持して、高容積負荷を許容しようと
する嫌気性生物処理技術である。

ＵＡＳＢ装置が基本的構造として具備すべき要件は次の
とおりである。

（１）廃水の流入は上昇流 （２）反応器上部にガス−汚泥分離装置を備えているこ
と（ＧＳＳ） （３）反応器底部への廃水の均一分散流入（４）生成ガ
スによるベッド内の攪拌 ＵＡＳＢ法のポイントは沈降性がよく活性の高い生物を
、いかに高濃度に反応器内に保持させるかということで
ある。このため嫌気性細菌を粒状にし、沈降性を改善し
ている。

しかしながら、従来は、粒状汚泥の形成は自然に任され
ていて、粒状汚泥の形成機構について考慮が払われた例
はなく、ましてや、本発明のように独特な構成によりし
かも極めて短期間に粒子を形成せしめる技術思想は全く
知られておらず、新規である。

（発明が解決しようとする問題点） ｔＩＡＳＢ法では、汚泥粒子の形成に非常に時間がかか
り、通常、汚泥粒子形成に要するスタートアップ期間が
９０〜１２０日もの長期間に亘っている。この間、プロ
セスは不安定な状態にあり、破綻が生じやすく、特にＵ
ＡＳＢ法ではその期間が非常に長いだけにその危険性は
非常に高いという欠点は避けられず、その改善が業界に
おいて強く要望されていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記欠点を解決するためになされたものであ
って、活性汚泥を中心とする微生物学、流体の行動、固
液分離、気液分離、汚水処理槽、バイオリアクター等、
生物、物理、化学といった各方面から広く且つ鋭意研究
した結果、遂に完成されたものである。

本発明においては、先ず、種汚泥を調製しなければなら
ない。種汚泥の調製は、廃水処理設備の嫌気性発酵槽か
ら引抜いた汚泥から有機物を消化除去して、これを実施
する。そのためには、原料汚泥を反応器内に入れ、これ
を数日間適温で循環せしめて含有する有機物を分解、消
化せしめたり、他の反応容器で消化せしめたものを反応
器内に移したりしてもよい、このようにして種汚泥を調
製するが、有機物含量が可及的低くなるように、原料汚
泥を消化せしめるのが好適である。原料汚泥の消化分解
は、原料汚泥の性質、起源、分量等によっても相違する
が、３０〜４５℃で１〜１０日間程日間環せしめるだけ
で充分である。

有機物含量が低下した種汚泥は、反応器内に層状に静置
沈降させる。沈降汚泥層は、層厚５ｃ＋ｍ以上、好まし
くは１０ｃｍ以上、ＶＳＳ　５０００ｍｇ／　１１以上
、好ましくは１０，０００ｍｇ／　Ｑとなるように種汚
泥量を調整する。この場合１種汚泥は、一旦、静置沈降
させることなく、上記した層厚、ｖＳＳとなるよう別途
計量した種汚泥を直接反応器内に投入することも可能で
ある。

種汚泥沈降後、有機性原水を反応器内に流入せしめる。

有機性原水としてはＳＳ含有量（浮遊物質含有量）が低
い方がよく、原水濃度はＣ０Ｄｃｒで５００〜１０，０
ＯＯａ＋ｇ／　ｎ、好ましくは１０００〜８０００Ｉｌ
１ｇ／　Ｑの範囲とするのが好適である。有機性原水１
１、反応器の上方、側方、底部のいずれから流入しても
よいが、底部から流入するのが好ましく、沈降汚泥層を
強力に攪拌することは避けた方がよい。

汚泥層部は、そのＰＩ（が強酸性になるのを避け、出来
る限りｐ）Ｉが６．０以下にならないように常にｐＨ調
整するのがよい。

通水開始後、目的とする有機物負荷にまで上げるのであ
るが、その際、直接、目的値まで上げてもよいけれども
、できる限りゆっくりと有機物負荷を順次上げて目的値
にまでもっていく方が好ましい。このようにして、大体
の目安として３〜１０日前後で粒子の生成が認められ、
３０日前後で全汚泥が粒状化する。粒子生成後は原水の
流速を上げても構わないし、その方が能率的である。こ
の間の有機物負荷は有機物が約９０％以上を保つ範囲で
最大となる。

このようにして本発明によれば汚泥粒子が短期間に形成
され、その結果、短期間で高負荷運転に入ることができ
る。

本発明に係る迅速汚泥粒子形成方法は、どのようなタイ
プのりアクタ−を用いても実施することができ、その点
も本発明のすぐれた特徴の１つである。したがって、第
３図に示した従来既知のＵＡＳＢ装置を用いても本発明
を実施できることは当然のことである。

しかしながら、本発明は、第１図及び第２図を参照しな
がら１次に述べる全く新規な嫌気性生物床バイオリアク
ターと併用すると更に有効である。

このバイオリアクターは、汚泥衝突部、気体貯留部、気
体流路を有する板状構造物、気体集気部といった新規な
構造を有する各コンポーネントを新たに案出して成り、
更にこれらの各コンポーネントを有機的に結合したもの
であって、上昇気泡と分離された沈降汚泥とを向流せし
めることなく、汚泥を有効に沈降せしめ、もって流出し
ようとする汚泥を極力抑え１反応器内に汚泥を高濃度に
保持し、有効に汚水を処理できるものである。

バイオリアクター１には、その下部に原水流入口２を設
け、その上に本発明にしたがって汚泥粒子からなる生物
床３を形成せしめる。

反応器１内の生物床３の上方に汚泥衝突部４を設ける。

汚泥衝突部４は、汚泥衝突板４−１を有する。衝突板４
−１は、下方に向って凸状を呈するが、その角度は鋭角
状よりは鈍角状の方がよく、水平に近い程度の角度が好
適である。衝突板４−１は、リアクター１の中央部付近
に浮遊状ないし吊下状態に設置する。このように衝突板
４−１のみを単に反応器内に設置してもよいが、衝突板
４−１の上方に図示したように円錐部ないし角錐部４−
２を設けると、更に汚泥と気泡との分離が効率よく行わ
れる。汚泥衝突部の最大部の横断面積は、反応器断面積
に対して２０〜８０％程度とするのが良い。

衝突部４の上方には板状構造物５を設ける。板状構造物
５は、衝突部４の断面積よりも小さい開口部５−１を底
部に有し、上方に開いたテーパー状の壁面５−２を有し
、その上方に気体流路５−３を形成せしめてなるもので
ある。気体流路としては、第２図に図示したようにテー
パー壁面５−２にパイプ５−３を１個又は２個以上設け
てもよいし、第１図に図示したように１ｇ１面５−２の
上部に、壁面の水平形状と同一形状を有する（例えば、
円形、楕円形、三角形、四角形、多角形、その他の形状
）円錐部ないし角錐部５−６を設け（ただし、その頂部
は開口５−４させておいてもよい）、そして更に雌部５
−６の上方に且つ間隔をあけて雌部を覆うようにカバー
５−５を設け、カバー５−５と雌部５−６表面との間に
気体流路５−３を形成せしめてもよい。また同様に、カ
バー５−５を設けることなく、雌部５−６の表面上に１
本又はそれ以上のパイプを直接付設して、その上方開口
を気体集気部６内に開口せしめてもよい。　このテーパ
ー壁面５−２で囲まれた内部部分は主として汚泥沈降部
Ｅとなり、壁面と反応器との間で形成される部分は主と
して気体貯留部りとなり、衝突板の作用と相まって、ガ
スの上昇と分離汚泥の沈降とが全く別の場所で行われ、
極めて効率よく廃水処理が行われる。

板状構造物５の上方には気体集気部６を設け、ガスを反
応器から外部へ導出する。気体集気部６は、断面が円形
ないし角形の逆ロート状ないしはそれに更に垂直壁部を
延設したものから成り、その底部開口は、板状構造物５
の上部開口５−４及びそのカバー５−５で画定される気
体流路５−３の開口部を覆うような断面積とする。第２
図の実施例においても、気体流路をゆるく覆うように気
体集気部６を設ければよい。

（作　用） 嫌気性発酵槽から引抜いた新鮮汚泥を、反応器１に所定
の層厚及びｖＳＳとなるように導入する。

この汚泥を数日間＠環せしめて含有する有機物を消化分
解せしめる。これを層状に静置沈降せしめて種汚泥とす
る。

次いで、原水槽Ａに貯留しておいたＳＳ含有量の低い有
機性原水を、原水ポンプＰ１を介して原水　　′入口２
より沈降汚泥層３の底部へゆっくりと流入させる。有機
物質負荷を順次高めながら運転し、汚泥を粒状化せしめ
る。これら調″！：ｉ原水は、１個又はそれ以上の原水
槽Ａにそれぞれ調製貯留しておき、これをポンプＰ１で
送ってもよいし、１個の原水槽にそれぞれ調整した原水
を順次収容せしめ、これをその都度ポンプで送ってもよ
い６粒子形成後は、原水の導入速度を更に高める。また
、その間、ｐＨ１ｇ整ポンプＰ２を介してアルカリを添
加して、汚泥層のｐＨが強酸性になるのを防止する。

このようにして、全汚泥がきわめて短期間に完全に粒状
化される。

そこで、目的とする原水を処理するのである。

すなわち、先ず、原水は、原水槽Ａから原水ポンプＰ１
により原水流入口２より反応器１へ送られるが、必要あ
る場合には、その途中において、ＰＨ調整ポンプＰ２を
介してアルカリ（又は酸）槽Ｂからアルカリ又は酸を用
いてｐＨを適正値に調節する。更に必要ある場合は、処
理水Ｈを循環ポンプＰ３により原水に添加混合してもよ
い。

ｐＨ調整された原水は、攪拌用ガスを用いて又は用いる
ことなく反応器内において生物床３において粒状汚泥と
接触して処理される。気泡と共に上昇する汚泥は、汚泥
衝突板４−１に衝突し、ガスに同伴する汚泥のうち約８
０％以上がガスと分離して下方へと沈降する。このよう
にして汚泥と分離された（微細）気泡Ｃは、上昇して気
体貯留部りに集合貯留され、大きな気泡Ｆに成長する。

一方。

衝突板の作用にもかかわらず上昇してきた汚泥は、汚泥
沈降部Ｅにおいてほぼ完全に沈降する。

気体貯留部Ｄ（及び気体流路５−３）において成長した
大きな気泡Ｆが集気部６に送られるが、その際、集気部
の発泡やスカムを抑制するという作用効果が奏される。

気体はすべて気体流路５−３を通って上昇するため、汚
泥沈降部で上昇気泡と沈降汚泥がカウンターフローで接
することがなく、したがって汚泥の沈降が効率よく行わ
れる。

その結果、クリーンに処理され且つ汚泥が完全に分離さ
れた原水はきれいな処理水Ｈとなり、河川に放流したり
、前記したようにその一部は原水と混合して反応器内で
再処理するのに使用される。

また、ガスＧは、集気部から取り出して集めることがで
き、このようにしてきわめて効率よく廃水を処理するこ
とができる。

次に本発明の実施例について述べる。

実施例１ 第２図に図示した装置を用いて、次のような処理を行っ
た。

でんぷん工場の廃水処理設備の嫌気性発酵槽から引抜い
た汚泥を種汚泥としてφ５０　Ｘ　６００Ｈの反応器に
入れた。この種汚泥は廃水からくる有機性のＳＳを約４
０００ｍｇ／　ｎを含み、Ｃ０Ｄｃｒとして約１０，０
００１１１ｇ／Ｑを含有しているので、３７℃で、２日
間循環し、含有する有機物を分解したのち、静置沈降さ
せた。

沈降した汚泥部は層厚約２０ｃｍ、　ＶＳＳ　２０，０
００ｍｇ／Ｑｉ’あった。この後可溶性でんぷん１５０
０ｍｇ／Ｑ、グルコース１５００ｍｇ／　Ｑを炭素源と
する合成廃水（ＣＯＤｃｒ５０００ｍｇ／　Ｑ　、　ｐ
ｔｌ　８．２）をＷ！環環上１通水を開始した。

通水開始後３日目までは、有機物負荷２　ｋｇｃＯＤ／
　ｒｎ’・日、５日目まで５　ｋｇｃＯＤ／　ｒｒ？−
日、その後８　ｋｇｃＯＤ／耐・日で運転したが、　Ｃ
ＯＤ除去率はいずれも９５％以上を示した。

１０日を経過した時点で粒子生成が認められ３００日目
全汚泥が粒状になった。この後は１５ｋｇＣ０Ｄ／　ｒ
ｒ？・日でもＣＯＤ除去率９５％以上であった。

実施例２ 実施例１と同様にして、次の廃水を用いて処理を行った
。すなわち、廃水としては、酢酸３０００ｍｇハＬコー
ンステイープリカー５００ｍｇ／　Ｑ　、ＰＨ６，５を
用いた。循環比１で通水した。

この場合には通水開始後２日目まで有機物負荷２　ｋｇ
ｃＯＤ／　ｒｒ［’　・日、５日目まで５　ｋｇｃＯＤ
／　ｍ’　・日、２００日目で１０ｋｇＣ０Ｄ／　ｒｎ
”　・日その後、２０ｋｇＣ０Ｄ／　ｒｎ”　・日で運
転した。

５日目に粒子生成が認められ、４００日目全て粒状にな
った。この間のＣＯＤ除去率は９６％以上であった。

（効　果） 本発明は、上記した独特な構成を採ることにより、粒子
形成開始期間が３〜１０日となって大巾に短縮され、粒
子形成期間も約３０日間で充分であって、従来法よりも
大巾に短縮される。これに対して、従来法によって粒子
を形成せしめた場合は、第３図に図示したＵＡＳＢ装置
を用いても、汚泥粒子形成に要するスタートアップ期間
が９０〜１２０日もの長期間に亘っており、本発明の効
果の顕著性が確認できる。その結果、極めて短期間に高
負荷運転に入ることができる。

その詳細なメカニズムは、今後の研究にまたねばならな
いが、本発明においては化学凝集剤等を使用することな
く菌体のみを沈降濃縮するのに成功したものであって、
その結果、菌体自身の集塊作用が促進され、粒子の形成
が速くなったものと一応推定される。

本発明によれば上記したように、極めて短期間に汚泥を
粒状化することができるので、廃水処理が極めて迅速に
行うことができる。そのうえ、汚泥が粒状化しているの
で、汚泥がリアクターから流出するのが防止され、汚泥
を高濃度に保持することができ、したがって高負荷運転
が可能となり、従来処理できなかったような高濃度廃水
も迅速に且つ能率よく処理できるという著効が得られる
。

そのうえ、特に、第１図、第２図に示したような嫌気性
生物床バイオリアクター装置と併用すると１反応器の独
特な構造と相まって、汚泥の流出を極力抑えて反応器内
に汚泥を高濃度に保持することができ、その結果、低濃
度廃水はもちろんのこと、従来処理することが非常に困
難であった食品工業廃水といった高濃度の有機性廃水も
極めて効率よく処理することができるのである。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明を実施するための装置であって、 第１図は本発明に特に適した新規なバイオリアクターの
１実施例の断面図であり、第２図は他の変形例及びそれ
を用いる廃水処理系統図であり。 第３図は従来既知のＵＡＳＢ装置の断面図である。 １・・・反応器、　　　　　３・・・生物床、４、・・
汚泥衝突部、　　　５・・・板状構造体、６・・・集気
部、　　　　　Ｄ・・・汚体貯留部、Ｇ・・・ガス、　
　　　　　Ｈ・・・処理水、Ｍ・・・スラッジブラケッ
ト（生物床）、Ｎ・・・ガス収集板、　　　○・・・沈
降部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機物含量を可及的に低下せしめた種汚泥を反応器内に
   層状に静置沈降させ、汚泥層部のｐＨが強酸性になるの
   を避けながらＳＳ含有量の低い有機性原水を反応器内に
   流入せしめること、を特徴とする嫌気性生物床における
   汚泥粒子生成方法。