説明

好気性生物処理装置

【課題】散気手段のみで充填層の洗浄と充填層全体の酸素の供給を達成することができ、さらに散気手段に設けられた散気孔にスケールが付着しない構造を有する好気性生物処理装置を提供する。
【解決手段】好気性微生物を担持した担体が充填された生物処理手段と、生物処理手段よりも下方に設けられ、複数の散気孔を通して生物処理手段に対し酸素含有ガスを供給しながら回転軸の周りを回転する散気手段とが処理槽内に設けられた好気性生物処理装置であって、散気孔が前記酸素含有ガスを水中に噴き出す噴出管の開口端からなり、生物処理手段において生成する余剰汚泥を、いずれかの散気孔を通して生物処理手段に供給される酸素含有ガスにより担体から剥離させることを特徴とする好気性生物処理装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、好気性微生物による生物処理装置に関し、より詳しくは、好気性微生物を担体に付着させる生物膜式好気性生物処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
好気性微生物を担体に付着させる生物膜式好気性生物処理装置(以下、単に好気性生物処理装置と言う)は、何らかの不具合により好気性微生物の浮遊集合体からなる汚泥が系外に流出(バルキング)してしまうおそれのある浮遊式活性汚泥装置と比較して、処理性能の安定性が高く、汚泥付加量を大きくすることが出来、単位処理量あたりの装置の設置面積を小さく出来るという利点を有している。
【0003】
しかしながら、好気性生物処理装置においては、運転に伴い担体に付着する好気性微生物量が増加するため、運転を中断し、洗浄操作により担体に付着した余剰汚泥(余剰の好気性微生物)を除去する必要がある。その結果、比較的多量の洗浄廃水が生じるため洗浄廃水受槽が必要になり、かつ運転を中断している間に流出される被処理水を滞留させる受槽が必要になる。
【0004】
そこで、担体充填層の下部に、槽中心部から槽外周に至る部分的断面を洗浄するための一本の洗浄エア噴出手段を取り付け、当該洗浄エア噴出手段を低速度で回転させる好気性生物処理装置が開発されている(例えば、特許文献1)。
【0005】
特許文献1に記載された好気性微生物処理装置によれば、洗浄エア噴出手段が低速度で回転するので、洗浄エア噴出手段の上方に位置する部分的断面の充填層を洗浄し、ついでその隣の部分的断面の充填層を洗浄するというように槽内の充填層を順次洗浄することができ、よって装置を中断する必要がなく、かつ洗浄廃水受槽も不要とし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平8−80495号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に記載された好気性微生物処理装置においては、槽内被処理水を好気性雰囲気に維持するための空気を供給する散気手段を、洗浄エア噴出手段とは別に設ける必要がある。また、長期間運転を継続すると、水中に含まれているカルシウム、マグネシウム、シリカ等の成分がスケールとして洗浄管のエア噴出口等へ析出することがあるが、このようなスケールの堆積を防止する方法については特に記載されていない。
【0008】
本発明は、従来の好気性生物処理装置における上記課題を解決し、散気手段のみで充填層の洗浄と充填層全体への酸素の供給を達成することを目的とし、さらにスケールや沈殿物等の影響を受けることなく長期間安定して酸素含有ガスを供給可能な構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明に係る好気性生物処理装置は、好気性微生物を担持した担体が充填された生物処理手段と、該生物処理手段よりも下方に設けられ、複数の散気孔を通して前記生物処理手段に対し酸素含有ガスを供給しながら回転軸の周りを回転する散気手段とが処理槽内に設けられた好気性生物処理装置であって、前記散気孔が前記酸素含有ガスを水中に噴き出す噴出管の開口端からなり、前記生物処理手段において生成する余剰汚泥を、いずれかの散気孔を通して前記生物処理手段に供給される前記酸素含有ガスにより前記担体から剥離させることを特徴とするものからなる。
【0010】
このような本発明に係る好気性生物処理装置によれば、生物処理手段に酸素含有ガスを供給する散気孔が、回転軸の周りを回転する散気手段に設けられているので、一つの散気孔から酸素含有ガスが供給される領域は散気手段の回転に伴って移動することとなり、少数の散気孔により幅広い領域へ酸素含有ガスを供給することができる。従って、生物処理手段全体へ酸素含有ガスを供給するための散気孔数を従来装置と比較して少なく抑えることができ、酸素含有ガスの消費量を抑えることができる。その結果、好気性生物処理装置においてエネルギー消費量の多い酸素供給用動力を節約することができ、装置の運用コストが削減される。
【0011】
また、散気手段に設けられたいずれかの散気孔を通して生物処理手段に供給される酸素含有ガスにより、生物処理手段において生成した余剰汚泥が担体から剥離されるので、生物処理手段への酸素供給と、生物処理手段の洗浄(すなわち、生物処理手段に充填された担体からの余剰汚泥の剥離)とが散気手段によって同時に行われることとなる。従って、生物処理手段において散気手段により洗浄される部分を一部に限定しつつ散気手段を回転させることにより、当該洗浄部分を移動させて実質的に連続した部分洗浄を行うことができ、しかも、他の非洗浄部分においては担体に付着した微生物によって微生物処理を継続的に行うことができる。その結果、微生物処理と生物処理手段の洗浄とを同時に並行して行うことが可能となり、生物処理手段の洗浄のために微生物処理を中断する必要がない。なお、生物処理手段において散気手段により洗浄される部分は、一の連続した領域であってもよいし、複数の領域に分散されていてもよい。
【0012】
本発明に係る好気性生物処理装置は、微生物処理と生物処理手段の洗浄とを同時に並行して行うことができるため、長期間にわたって安定した微生物処理を行うことができる。間欠的な一括洗浄を行う従来の装置では、洗浄作業により担体に付着する微生物の量が大幅に減少し、一時的に水質の悪化や処理能力の低下が起こるおそれがあった。これに対し、本発明に係る好気性生物処理装置は、生物処理手段の一部分を洗浄しながら当該部分を移動させることにより連続的な洗浄を実現するものであるから、当該部分の洗浄が過度に行われることがあったとしても全体の処理能力には大きな影響がなく、安定した処理能力を継続的に発揮することができる。また、従来の間欠的な一括洗浄方式と異なり、散気孔を通じた酸素含有ガスの供給を洗浄のために中断する必要がないため、散気手段を継続的に運転することによって散気孔の目詰まりを防止することができる。その結果、散気孔および散気手段の保守作業の頻度を大きく減らすことができ、保守コストの大幅な削減が可能となる。さらに、上述の連続洗浄機構により担体の閉塞が防止されるので、微生物の成長が速い高負荷環境においても安定した処理能力を発揮することができる。
【0013】
本発明に係る好気性生物処理装置は、担体から余剰汚泥を剥離させる手段を別途設ける必要がないため、装置の小型化・簡素化が容易であり、容量あたりの処理能力が高い好気性生物処理装置を低コストで実現できる。
【0014】
上記散気孔は、酸素含有ガスを水中に噴き出す噴出管の開口端からなる。このような構成によれば、噴出管の開口端の開口面積を十分に大きくすることで、スケール析出による開口端の閉塞を防ぐことができる。
【0015】
上記酸素含有ガスは、散気孔から下方に向けて水中に供給されることが好ましい。このように散気孔が下方に向けて水中に開口していることによって、沈殿物や余剰汚泥の入り込みによる散気孔の閉塞が防止される。なお、散気孔は、鉛直方向下向きに開口されるほか、斜め下方に向けて開口されていてもよい。
【0016】
散気手段には、単位時間あたりの酸素含有ガス供給量の大きい部位と小さい部位とが設けられていることが好ましい。このような構成によれば、単位時間あたりの酸素含有ガスの供給量が相対的に多い部位においては、気泡による汚泥せん断力の働きが大きくなって生物処理手段に充填された担体から余剰汚泥が剥離されやすくなる。一方、単位時間あたりの酸素含有ガスの供給量が相対的に少ない部位では、細かい気泡により酸素を分散させつつ生物処理手段へと供給することができる。このように酸素含有ガスの供給量の異なる部位を散気手段に設けることにより、気泡による汚泥せん断力の働きが相対的に大きく生物処理手段に充填された担体の洗浄に適した部位と、細かい気泡による生物処理手段への酸素の分散供給に適した部位とが生じることとなるので、生物処理手段を洗浄しつつ生物処理手段への溶存酸素の分散供給を効果的に行うことができる。
【0017】
上記散気手段は、噴出管へ酸素含有ガスを導入する導入孔を有し、この導入孔の開口面積は、噴出管の流路断面積以下であることが好ましい。このような構成によれば、噴出管の開口端(すなわち、散気孔)より水中へ噴き出される酸素含有ガスの量を導入孔の開口面積によって制御でき、スケール析出等の影響を受けない安定した酸素含有ガスの供給が可能となる。導入孔は、例えば、噴出管の一端(開口端とは反対側の一端)を他の管の側壁面に水密状に接着し、噴出管内と他の管内とを連通する小径の孔を当該他の管の側壁面上に穿孔した構造に形成される。
【0018】
散気手段が上記導入孔を有している場合、当該導入孔は、開口面積分布が2個以上のピークを有するように構成されていることが好ましい。開口面積の異なる導入孔を設けることにより、気泡による汚泥せん断力の働きが相対的に大きく生物処理手段に充填された担体の洗浄に適した噴出管と、生物処理手段への酸素の分散供給に適した噴出管とが生じ、単位時間あたり酸素含有ガス供給量の異なる部位が散気手段に設けられることとなるので、生物処理手段を洗浄しつつ生物処理手段への溶存酸素の供給を効果的に行うことができる。なお、一つの噴出管に対し複数の導入孔が設けられている場合には、噴出管ごとに合計した導入孔の開口面積値をもって当該導入孔の開口面積とする。
【0019】
散気手段の構成はとくに限定されず、例えば、散気手段が、前記回転軸から放射状に延設された主管と、主管から分岐して設けられた枝管とを有する構成を採用することができる。
【0020】
上記散気孔は、散気孔の回転半径分布が所定のピッチで繰り返し現れるピークを有するように構成されていることが好ましい。ここで、散気孔の回転半径分布とは、散気手段の回転軸から散気孔の開口部重心までの距離(回転半径)に対する散気孔数の度数分布を表す。このような構成を採用することにより、散気孔を通して酸素含有ガスが径方向に関し所定のピッチをあけて生物処理手段へ供給されることとなり、酸素含有ガスが生物処理手段全体にわたってまんべんなく供給される。
【0021】
上記担体は、放射状に延びる複数の突起を有することが好ましい。このような構成によれば、散気孔から水中へ噴き出された酸素含有ガスの気泡が、担体に設けられた突起により微細化するため、溶存酸素量が増えるとともに、生物処理手段内に充填された担体の狭隘部にも微細気泡が供給されることとなる。その結果、酸素移動効率、酸素供給効率および洗浄効率の向上が図られ、従来装置よりもさらに少ない量の酸素含有ガスにて生物処理手段への酸素供給および生物処理手段の洗浄を行うことができ、運用コストのさらなる低減を図ることができる。また、放射状に延びる多数の突起を担体に設けて担体の空隙率を向上させることにより、担体の表面積を大きくするとともに多量の汚泥を保持することが可能となり、処理効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明に係る好気性生物処理装置によれば、生物処理手段に酸素含有ガスを供給する散気孔が、回転軸の周りを回転する散気手段に設けられているので、生物処理手段に対して酸素含有ガスを効率良く供給することができ、酸素含有ガスの消費量が削減される。また、生物処理手段の一部分を洗浄しつつ、生物処理手段の他の部分にて継続的に微生物処理を行うことができるので、保守作業の頻度を減らしつつ長期間にわたって安定運転を行うことが可能となり、保守コストの大幅な低減が図られる。さらに、生物処理手段を洗浄するための手段を別途設ける必要がないため、装置の簡素化・小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の一実施態様に係る好気性生物処理装置の縦断面図である。
【図2】図1の好気性生物処理装置に備えられた散気手段の平面図である。
【図3】図2の散気手段に設けられた噴出管の縦断面図である。
【図4】従来装置における散気孔の一例を示す縦断面図である。
【図5】図2の散気手段に設けられた導入孔の開口面積分布を示す折れ線グラフである。
【図6】図1の好気性生物処理装置の部分縦断面図である。
【図7】図2の散気手段に設けられた散気孔の回転半径分布を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下に、発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る好気性生物処理装置を示している。図1において、好気性生物処理装置1には、処理槽2と、処理槽2の上部に連通する被処理水供給手段としての流入管3と、一端が開放端に形成されるとともに他端が処理槽2の下部に連通されている処理水排出手段としての流出管4とが設けられている。また、流出管4において、処理槽2内の水面Sとほぼ同じ高さに相当する位置には流出枝管5が連通され、処理槽2内の水面Sが所定の高さに保たれている。
【0025】
処理槽2内には、好気性微生物を担持した担体6が充填された生物処理手段7と、下方に向けて開口する噴出管8および噴出管8の開口端としての散気孔9を備えた散気手段10とが設けられており、散気手段10は生物処理手段7の下方に配置されている。また、処理槽2の中央部には導管11が立設されており、導管11の下端は散気手段10に連通され、導管11の上端には回転ガス供給装置12、減速機13、モータ14が備えられている。回転ガス供給装置12にはガス流入管15が接続されており、ガス流入管15から回転ガス供給装置12へ流入した酸素含有ガスは、導管11を通じて散気手段10へ供給され、噴出管8の開口端、すなわち散気孔9より下方に向けて水中に供給される。また、モータ14の回転は減速機13により減速されて導管11に伝達され、導管11は回転の軸心となって回転し、それに伴い散気手段10が導管11を軸心として回転する。散気手段10の回転速度はとくに限定されないが、一回転に要する時間は10〜50日の範囲内にあることが好ましく、25〜35日の範囲内にあることがより好ましい。なお、散気手段10は、連続的に回転するように構成されていてもよいし、所定時間ごとに間欠的に小角度の移動をするように構成されていてもよい。また、散気手段10による酸素含有ガスの供給は、連続的に行ってもよいし、担体6からの余剰汚泥の剥離の程度に応じて供給を一時休止する間欠的な方法であってもよい。
【0026】
担体6はプラスチック製で、外観は略楕円球形状であり、中央部から放射状に延びる多数の短い突起(図示略)を有している。担体6の空隙率は約95%であり、空隙部に多量の好気性微生物を保持することが可能である。なお、担体6の材質および形状は上記に限定されるものではなく、好気性微生物を多量に保持することが可能であるように構成されていればよい。
【0027】
図2は、図1の好気性生物処理装置1に設けられた散気手段10を上方から見た平面図である。図2において、散気手段10は、中心部から放射状に延びる主管16と、主管から分岐する多数の枝管17とを有しており、主管16および枝管17には、噴出管8に連通する導入孔18が設けられている。導入孔18は、直径約5mm(開口面積約19.6mm)の略円形の孔である孔18aと、直径約15mm(開口面積約176.7mm)の略円形の孔である孔18bの2種類で構成されている。なお、図2において、2点鎖線で描かれた円は、散気手段10の回転軸を中心とした100mm間隔の仮想的な同心円を表しており、導入孔18(孔18aおよび孔18b)に連通する噴出管8は、その開口端の重心(中心)が上記同心円近傍に配置されるよう構成されている。
【0028】
図3は、噴出管8および導入孔18の構造を示す拡大縦断面図である。なお、以下では、導入孔18としての孔18aが主管16に連通している構造について図3を例に挙げて説明するが、これらの説明は、孔18bが主管16に連通している構造や、導入孔18としての孔18aまたは孔18bが枝管17に連通している構造にも同様に当てはまる。図3において、噴出管8の一端は散気孔9として下方に向けた開口端に構成されており、他端は主管16に水密状に接着されている。また、噴出管8の他端には、主管16へ連通し噴出管8よりも断面積(開口面積)の小さい導入孔18としての孔18aが設けられている。主管16から孔18aを通じて噴出管8へ流入した酸素含有ガスは、散気孔9より水中へ供給され、気泡となって水中を上昇する。孔18aの開口面積は噴出管8の断面積よりも小さく、単位時間あたり主管16から噴出管8へ流入する酸素含有ガスの流量は、孔18aの開口面積に依存する。散気手段10内に設けられた孔18aの周囲には酸素含有ガスの層があるため、孔18aにはスケールが付着することがなく、酸素含有ガスの流量の低下が防止される。なお、好気性生物処理装置1を長期間運転した場合、水中に含まれているカルシウム、マグネシウム、シリカ等の成分がスケール19として噴出管8の開口端に析出するおそれがあるため、噴出管8の開口端の開口面積は、スケール19の析出による狭隘化の影響を実質的に無視できる程度の大きさであることが好ましい。
【0029】
図4は、従来装置における散気孔の一例を示しており、下方へ向けて開口する散気孔100がガス管101の側面に設けられている構造を例示している。このような構造は加工が非常に容易であるものの、水中に含まれているカルシウム、マグネシウム、シリカ等の成分がスケール102として散気孔100の周囲に析出し、ガス管101から散気孔100を介して水中へ供給される酸素含有ガスの流量が減少し、長時間の運転によって散気孔100が閉塞するおそれがある。これに対し、図3に示す構造においては、噴出管8の開口端の開口面積を適度に大きくすることにより、簡素な構造にてスケール19の析出による狭隘化の影響を回避することができ、装置の製造コストの上昇を最小限に抑えつつ、運転を長時間継続した場合においても酸素含有ガスの流量の安定性を確保することが可能となる。
【0030】
図5は、散気手段10に設けられた導入孔18の開口面積分布を表す折れ線グラフである。図5に示す通り、導入孔18の開口面積分布は、10〜30mmの範囲内および170〜190mmの範囲内に存在する2つのピークを有しており、これらのピークはそれぞれ孔18aおよび孔18bを示している。
【0031】
図6は、好気性生物処理装置1の部分縦断面図であり、孔18bを通じて散気孔9より水中に噴出された酸素含有ガスが、気泡20として水中に供給される様子を示している。なお、以下では、導入孔18としての孔18bが主管16に連通している構造について図6を例に挙げて説明するが、これらの説明は、孔18bが枝管16に連通している構造についても同様に当てはまる。図6において、主管16より孔18bを通って噴出管8に流入した酸素含有ガスは、下方に向いた噴出管8の開口端、すなわち散気孔9より気泡20として水中に供給される。気泡20が水中を上昇して生物処理手段7に到達すると、上昇する気泡20の振動およびせん断力により、担体6に付着している余剰汚泥が剥離され、剥離された汚泥は処理槽2内を沈降して流出枝管5より系外へと流出する。また、上述のとおり、担体6には中央部から放射状に延びる突起が設けられているので、気泡20は突起により微細化され微細気泡21となって生物処理手段7内を上昇する。その結果、水中への酸素の溶解が促進されるとともに、担体6内の微小な空隙に対しても酸素含有ガスが十分に供給される。
【0032】
孔18bよりも開口面積の小さい孔18aを通して散気孔9より水中に噴出される酸素含有ガスの気泡に関しても、上述の孔18bの場合と同様に、担体6に設けられた突起により気泡の微細化が生じ、水中への酸素の溶解が促進される。
【0033】
図7は、散気手段10に設けられた散気孔9の回転半径分布を示す棒グラフである。図7に示すとおり、散気孔9の回転半径分布、すなわち散気手段10の回転軸から散気孔9の開口部重心までの距離(回転半径)に対する散気孔数の度数分布は、所定のピッチで繰り返し現れるピークを有している。このような構成によれば、散気孔9から噴出された酸素含有ガスが生物処理手段7全体にわたってまんべんなく供給されることとなり、生物処理手段7への酸素供給および生物処理手段7に充填された担体6の洗浄が効果的に行われる。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明に係る好気性生物処理装置は、コストに関する要求水準が厳しく長期間の安定運転が要求される、工場排水の処理装置として好適なものであり、食品、飲料、医薬品、化学、製紙、機械工場等の排水処理に幅広く適用可能である。
【符号の説明】
【0035】
1 好気性生物処理装置
2 処理槽
3 流入管
4 流出管
5 流出枝管
6 担体
7 生物処理手段
8 噴出管
9 散気孔
10 散気手段
11 導管
12 回転ガス供給装置
13 減速機
14 モータ
15 ガス流入管
16 主管
17 枝管
18 導入孔
18a、18b 孔
19 スケール
20 気泡
21 微細気泡
100 散気孔
101 ガス管
102 スケール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
好気性微生物を担持した担体が充填された生物処理手段と、該生物処理手段よりも下方に設けられ、複数の散気孔を通して前記生物処理手段に対し酸素含有ガスを供給しながら回転軸の周りを回転する散気手段とが処理槽内に設けられた好気性生物処理装置であって、前記散気孔が前記酸素含有ガスを水中に噴き出す噴出管の開口端からなり、前記生物処理手段において生成する余剰汚泥を、いずれかの散気孔を通して前記生物処理手段に供給される前記酸素含有ガスにより前記担体から剥離させることを特徴とする好気性生物処理装置。
【請求項2】
前記酸素含有ガスが、前記散気孔から下方に向けて水中に供給される、請求項1に記載の好気性生物処理装置。
【請求項3】
前記散気手段が前記噴出管へ酸素含有ガスを導入する導入孔を有しており、該導入孔の開口面積が前記噴出管の流路断面積以下である、請求項1または2に記載の好気性生物処理装置。
【請求項4】
前記導入孔の開口面積分布が2個以上のピークを有する、請求項3に記載の好気性生物処理装置。
【請求項5】
前記散気手段が、前記回転軸から放射状に延設された主管と、該主管から分岐して設けられた枝管とを有する、請求項1〜4のいずれかに記載の好気性生物処理装置。
【請求項6】
前記散気孔の回転半径分布が所定のピッチで繰り返し現れるピークを有するように、前記散気孔が配置されている、請求項1〜5のいずれかに記載の好気性生物処理装置。
【請求項7】
前記担体が、放射状に延びる複数の突起を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の好気性生物処理装置。


【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2013−63365(P2013−63365A)
【公開日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−202050(P2011−202050)
【出願日】平成23年9月15日(2011.9.15)
【出願人】(592059622)株式会社エイブル (4)
【Fターム(参考)】