JPH0338298A - 流動床式廃水処理装置 - 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】

［産業上の利用分野］ 本発明は、流動床式廃水処理装置、特にそのリアクター
に関するものである。 ［従来の技術〕 都市下水、産業廃水等の廃水処理方法として、活性汚泥
法、流動床法等が使用されているが、活性汚泥法は、一
般に処理設備が大型になり、また散気のために膨大なエ
ネルギーを必要とすることなどからコンパクト化、省エ
ネルギー化の面から難点がある。このため、最近はこの
ような欠点の少い流動床法が次第に用いられるようにな
ってきている。 第４図は従来の流動床法に用いられるドラフトチューブ
式リアクターの構成を示す概念図であり、図において、
１は外筒、２は外筒１内に同軸に配設された内筒、３は
このりアクタ−内に入れられた微生物付着用の粒子（以
下、担体と呼ぶ。）で、通常、砂、活性炭、プラスチッ
ク等から成るものである。４は外筒１の上部の拡大部に
おいて担体重力分離部５を形成する仕切板、６は原水供
給管、７は内筒２の下方外筒１の底部上に配設された散
気装置、８は散気装置７に酸素含有ガス（空気等）を供
給するためのコンプレッサまたはプロワ−９は処理水排
水管、１０は気泡である。 上記のように構成されたドラフトチューブ式リアクター
においては、処理すべき廃水を原水供給管６よりリアク
ター内に供給し、次いで、散気装置７よりガスを吹き込
むと、内筒２の内側においては上昇流が生じ、内筒２の
外側においては下降流が生じる。担体３はこれらの流れ
に乗って流動するとともに、廃水処理に関与する微生物
が担体３の表面に付着、成長し、表面に生物膜が形成さ
れる。そして、廃水中の汚濁物質はこの微生物により分
解される。散気装置７により吹き込まれるガスは酸素含
有気体（空気等）であり、このガスの吹込みにより微生
物への酸素供給と、担体３の流動及び水の攪拌が行われ
る。リアクター内には気体、液体、固体が存在するため
三相流動床となる。処理水と担体３の一部は担体重力分
離部５に入り、担体３の沈降速度が水の上昇速度より大
となるように担体重力分離部５は設計されているので、
担体３は再びリアクターへと戻り、処理水は処理水配水
管９より取り出される。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この流動床式リアクターにおいても次の
ような問題が指摘されている。 ■酸素溶解効率が低い。すなわち、担体が存在している
液中では散気装置から放出された気泡の合一が担体の存
在により促進され、微細気泡が粗大気泡に変るため、気
液接触面積が減少し、そのため酸素溶解効率が低下する
。また、気泡存在部は、液流束が上向きであるため、気
泡は短時間で水面に達してしまう。つまり、気液接触時
間が短い。 この、ため酸素溶解効率はさらに低下する。したがって
、同じ量の酸素を液側に移動させるための吹込みガス量
は、担体なしの時よりも増大し、ブロワ−コンプレッサ
等のガス吹込み装置の消費エネルギーは大となる（ラン
ニングコストの上昇）。 また、ブロワ−コンプレッサ等も大型の装置が必要とな
る（イニシャルコストの上昇）。 ■流動性が悪い。砂、活性炭等の比重の大きい担体を使
用する場合、径の大きい粒子では、流動性が極端に低い
ため、通常０．０５ｍ＋ｓφ〜０．３ｍｍφ程度の小粒
子が使用されてきた。 流動性の一指標と言える単一粒子の沈降速度は、レイノ
ズル数が１〜５００の範囲（流動床法で使用される担体
はほとんどこの範囲内である。）では次のアレン（ＡＬ
ＬＥＮ）の式で示される。 ＤＰ ・・・　（１） 但し、 ρＦ＝流体密度（ｇ／ａｓ３） μＦ＝流体の粘度（ｇ／３・ｓｅｅ　）ＤＰ：粒子径（
ａｍ　） ｇ：重力加速度（ａｍ／ｓｅｅ　２） この式から、確かに径の小さい粒子を使用することが有
利であることはわかる。しかし、（１）式は生物膜が付
着すると、Ｄ　、ρ　が変化し、　　　ｓ 流動性が変化することを示している。 実プロセスでは、流量、濃度の時間変動が大きく、それ
に伴って生物膜厚が変化するため、担体の流動性の変化
は大きい。しかも生物膜厚をコントロールすることはき
わめて難しい。このため、吹込みガス量が不足の場合は
担体の沈積が生じ、反対に過剰の場合は担体のリアクタ
ー外への飛び出し等のトラブルが発生する。 したがって、従来の流動床式廃水処理装置では、小型化
、省エネルギー化を図るうえで依然として諸種の問題が
ある。 本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので
、小型化、省エネルギー化を実現し得る流動床式廃水処
理装置を得ることを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ 本発明に係る流動床式廃水処理装置は、原水を供給する
タンクの底部全体に散気装置を設け、このタンクに入れ
られる担体はポリプロピレン製で、かつ比重が１．００
〜１．０２のものを使用し、タンクの処理水排出側に担
体分離用のスクリーンを設けたものである。 好ましくは、上記スクリーンの近傍に担体の付着による
スクリーンの目づまり防止のため、気泡発生装置を設け
る。 また、タンクの原水供給側には毛髪や繊維状のゴミ等の
繊維状夾雑物をあらかじめ除去するためのスクリーンを
設けるとよい。 ［作　用］ 本発明において、ポリプロピレン製の担体に限定したの
は、実験の結果、他のプラスチック製担体に比べて付着
汚泥量が多いことが主な理由である。 一般に担体に求められる性能には、以下のようなものが
ある。 ■流動性が良い（比重１．００〜１．０２）こと■生物
の付着性が良いこと ■安価であること ■寿命が長いこと これらの条件を満足する担体としては、プラスチック系
のものが優れている。ただし、比重が１以上のものは、
比重を１．００〜１．０２にコントロールすることは困
難であり、発泡処理をして比重１．００〜１．０２にコ
ントロールできたとしても、長期使用により、担体内部
の気泡中に水が浸透し、比重が変化してしまうため好ま
しくない。このため、比重１以下のプラスチックにタル
ク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の比重調製材を添
加したものが好ましい。そこで、比重１゜０以下のプラ
スチックに対して、実排水を用いた生物付着性確認実験
を行った結果（第１表参照）、ポリプロピレンが最適で
あるという結論に達した。 第１表 このようして得られたポリプロピレン製担体は水の比重
と同等か、またはそれよりも若干大きい程度のものであ
るため、流動性が良い。さらに、全面曝気方式であるた
め、気液接触時間が大であり、酸素溶解効率が向上する
。 上記担体はタンクの処理水排出側に設けられたスクリー
ンによって処理水と分離され、タンク外へ排出されるこ
とはない。さらに、気泡発生装置により発生した気泡に
より担体が該スクリーンに付着するのを防止する。 また、原水供給側のスクリーンにより原水中に含まれる
繊維状夾雑物をあらかじめ除去するので、これらの夾雑
物で担体分離用スクリーンが目づまりするのを防止する
。

【実施例】 以下、本発明の一実施例を図により説明する。 第１図は本発明の実施例を示す概念図であり、第４図と
同一符号は同一または相当部分を示す。 この実施例においては、タンク１１の底部全体に散気装
置７を設けて全面曝気方式を採用し、担体３にはポリプ
ロピレン製で、かつ比重が１．００〜１．０２の範囲内
のものを使用する。また、処理水の排出側には担体分離
用のスクリーン１２を設け、好ま七くはスクリーン１２
に担体３が付着し目づまりを起こすのを避けるため、ス
クリーン１２に近い下方に気泡発生装置１３を設置する
とよい。 さらに、原水は供給管６より直接タンク１１に供給して
もよいが、原水中に含まれる毛髪や繊維状のゴミ等の繊
維状夾雑物をあらかじめ取り除くためのスクリーン１４
を介して供給するとよい。 担体分離用のスクリーン１２がこれらの繊維状夾雑物で
目づまりを起こすとその清掃が大変であるので、原水供
給側で除去することにより目づまりを防止する。また、
原水供給側のスクリーン１４の清掃はスクリーン１２に
比べて目も粗いので比較的簡単にできる。 タンク１１に入れられる担体３は上述のようにポリプロ
ピレン製で、かつ比重が１．ＯＯ〜１゜０２のもので構
成する。例えば、第２図（ａ）〜（ｂ）に示すような１
個以上の貫通孔を有する成形粒子である。成形粒子３ａ
はポリプロピレンの熱可塑性樹脂に、比重調製材として
タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機質材料
を添加したものである。またその外径は３．０〜２０−
１位１貫通孔３ｂの内径は１．０〜１８ｍｍ位、長さと
外径の比は０．８〜１．２位が適当である。成形粒子３
ａの形状は一般には円筒体であるが、球状、楕円体状、
四角柱状、多角柱状、三角錐状等自由に定め得る。また
、成形粒子３ａは成形時の発泡処理により、表面を凹凸
にすることができる。 このような担体３の比重が１．００未満の場合は全面曝
気により担体が上層に集合して流動し難くなり、比重が
１．０２を越えると流動化のために多量のガス吹込み量
が必要となり、コンプレッサまたはブロワ−８の消費エ
ネルギーが大となる。 スクリーン１２はそのスクリーンでの流速が１ｍ／ｈｒ
〜１２０ｍ／ｈｒで使用され、材質は十分な強度を有す
るとともに、耐食性にすぐれたもので生物の付着し難い
ものがよい。−膜内にはステンレスが用いられる。 この実施例は以上のように構成されており、散気装置７
による全面曝気により酸素溶解効率が向上する。その程
度は、第４図に示した従来のドラフトチューブ式リアク
ターに比べて約１．２５倍であった。その理由は、ドラ
フトチューブ方式では、気泡存在部における水の流れは
上向きであり（この水の上向きの速度をＶ　とする）、
また、気泡が水に対する気泡の浮上速度（ｖＳ）を有す
るため、気泡の上昇速度はｖ　　十ｖ　　となり、気Ｓ 酸接触時間が短くなるためである。これによって省エネ
ルギーの効果が得られる。 また、担体３の流動性が良いため、生物反応に必要な少
量のガスの吹き込みで安定した流動状態を達成できる。 第３図は種々の比重の円柱状（４ｍｍφＸ４＋ｎ）の担
体を用いて行った担体の流動化実験の結果を示したもの
である。実験は、幅３ｍ、奥行１ｍ。 高さ５ｍの水槽を用いて行った。散気はディスク型のデ
イフユーザーを用いて全面曝気方式で行った。担体のみ
かけ充填率は４４％であった。 第３図より、ごく僅かな比重の増大により、流動性が極
端に低下することがわかる。これは、前記（１）式で示
されるように、流動性が“担体と水との比重差”に強く
影響されるためである。 ここで、比重１．０４の担体は、吹き込み空気３　　　
　　３− 量（速度）を５．　３Ｎｍ　　−Ａ１ｒ／ｍ　　　リア
クター／ｈｒ程度とすれば、９０％以上の担体が流動す
る。しかしながら、−膜内組成の下水を高負荷処理（リ
アクター内滞留時間２時間・・・標準活性汚泥法の３〜
４倍の負荷）で処理し、処理水に対する吹き込み空気量
の容積比（通気倍率）を７倍（標準活性汚泥法では３〜
７倍）としても、吹き込み空気量は、３．５Ｎｍ　　−
Ａｌｔ／ｍ３−リアクター／ｈｒである。このため、比
重１．０４の担体では、 （生物反応のために必要とされる吹き込み空気ｆｆ１）
く（流動化のために必要とされる吹き込み空気量）・・
・（２） となり、担体流動化のために、余分なエネルギーが消費
されることになる。 これに対して、比重１．００５．１．０２の担３　　　
　３− 体はこの１．　３Ｎｍ　　−Ａｉｒ／ｍ　　　リアクタ
ー／ｈｒ程度の吹１き込み空気量で、９０％以上の担体
が流動化しく２）式の不等号が逆転し、高いエネルギー
効率が得られる。 なお、微生物による有機物の分解速度は、一般に有機物
濃度が高いほど大であるため、リアクターの排水の流れ
をプラグフローに近づける（例えば、多段直列にリアク
ターを接続する）ことは、リアクターの小型化に効果が
あるが、この場合、出口近く（後段）での「生物反応の
ために必要とされる吹き込み空気量」は、かなり小さく
なる。 また、排水中のアンモニア態窒素を亜硝酸、硝酸態窒素
に硝化する場合も、低負荷処理となるため、「生物反応
のために必要とされる吹き込み空気量」は小となる。こ
れらの場合には、比重１．００〜１．０２程度の担体を
使用することによる省エネルギー効果はさらに明確とな
る。 さらに、担体３はスクリーン１２によって処理水と分離
されるので、担体３の損失量はほとんどない。また、担
体３のタンク１１外への飛び出しもない。 この実施例と従来の活性汚泥法と比較した場合、１００
ｍ３／日の処理能力を得るのに従来例では２５ｍ３の容
量を必要とするに対してこの実施例では４ｍ３の容量の
もので足り、約１／６に小型化できた。 ［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、全面曝気式の採用と特定
の比重を持つポリプロピレン製担体を使用することによ
り小型、省エネルギーの流動床式廃水処理装置が得られ
る。また、該担体は処理水排出側に設けられたスクリー
ンによって分離され、損失を防ぐことができる。 また、該スクリーンに担体が付着しようとするのを気泡
発生装置の発生気泡により阻止しその目づまりを防止す
る。 原水中の繊維状夾雑物をあらかじめ除去するスクリーン
を設けることにより、担体分離用スクリーンの目づまり
はさらに防止されるなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概念図、第２図（ａ）
〜（ｂ）は第１図の装置に使用する担体の実施例を示す
斜視図、第３図は担体の比重ごとの流動化実験の結果を
示す図、第４図は従来のドラフトチューブ式リアクター
を示す概念図である。 ３・・・担体 ６・・・原水供給管 ７・・・散気装置 ８・・・コンプレッサまたはブロワ− ９・・・処理水排水管 １１・・・タンク １２・・・担体分離用スクリーン １３・・・気泡発生装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原水が供給されるタンクと、該タンクの底部全体
   に設けられた散気装置と、前記タンク内に入れられた比
   重が１．００〜１．０２であるポリプロピレン製の担体
   と、前記タンクの処理水排出側に設けられた前記担体の
   分離用スクリーンとを備えたことを特徴とする流動床式
   廃水処理装置。
2. （２）前記担体分離用スクリーンの近傍に気泡発生装置
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の流動床式廃水
   処理装置。
3. （３）前記タンクの原水供給側に原水中の繊維状夾雑物
   を除去するスクリーンを設けたことを特徴とする請求項
   １記載の流動床式廃水処理装置。