JPH0235996A - 廃水の生物学的浄化方法、生物学的反応器及び浄水設備 - 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】 本発明は、特に都市下水、工業廃水のような汚水及び浄
水場のノ止）η［指学的に浄化する分野に係る。本発明
はより特定的には、水よりも低密度の発泡プラスチック
又は鉱物材料を炉材として備える単一の生物学的反応器
又はフィルタ内で、被処理水及び酸素含有ガスを上に向
かって並流に送る浄化方法、該方法を実施するための生
物学的反応器又はフィルタ、及び浄水設備に係る。

例えば水の生物学的処理は、細菌、酵母、原生動物、後
生動物等の種々の微生物を含む遊離又は固定した浄化用
生物集合体の作用により有機性不純物を分解することが
知られている。活性スラッジにより遊術生物集合体分使
用する方法では、生物集合体の濃縮がデカンテーション
により行われる限り、デカンテーションし難い多数の種
々の微生物を濃縮することは不可能であるため、該方法
はＣＯＤ　（生物学的酸素要求量）及びＣ０Ｄ（（ヒ学
的酸素要求量）の適用可能な負荷により制限される。固
定生物集合体システムでは、生物集合体（細菌３含む）
の濃縮は支持体への結合により行われる。

従って、デカンテーションの能力はもはや特に重要な基
準でなく、この方法は従来方法よりも非常に優れた浄化
能力を有する。

固定生物集き体を用いる浄化原理に基づく最高性能の方
法としては、本出願人により開発された特許発明である
所謂”Ｂｉｏｃａｒｂｏｎｅ”（登録商標）法と呼称さ
れる方法を特に挙げることができ、該方法は、水が上に
向かって流れるような型の単一の反応器内て異なる粒度
及び生物学的特徴を有する２つのゾーンにより１′１￥
成される粒状床を使用するものである（仏国特許出願第
７６．２１２４６号く公開明細書第２３５８３６２号）
、第７８．３０２８２号（同２４３９７４９号）及び第
８６．１３６７５号（同２ｆ３０４９９０号））。

所謂遊駈生物集合体を使用する方法としては、ここでは
特に流動床法を挙げることができ、該方法は公開文献（
１９６３年仏国特許第１３６３５１０号、１９６２年英
国特許第１０３４０７６号）に記載の方法に従って１未
満の密度の物質（例えば発泡ポリマー）をバイオフィル
タ用材料として使用するものであり、該方法の種々の具
体例は多数の特許文献（仏国特許第２３３０６５２．２
４０６６６４．２５３８８００号、米国特許第４２５６
５７３号、日本国特許５８−１５３５９０号等）に記載
されている。

これらの浮遊材料及び粒状流動床の使用はそれ自体有利
であるが、いくつかの問題があり、しばしば不都合であ
り、こうした欠点の複数のものが本出願人の長期にわた
る試験により解明されている。例えば、水よりも低密度
の球体又は粒体を担体とし、水が上に向かって流れるバ
イオフィルタ内のｒ床の底部に空気を注入する場合、濾
過サイクルの時間は許容できない長さであり、表面層は
懸濁材料により迅速に閉塞され、気泡１通過できなくな
り、従って非常にａｇに洗浄することが必要になる。一
方、水よりも重い材料（砂等）を流動（ヒさせる場合に
は、液体をポンピングするために多大なエネルギが必要
であり、反応器の内側に１戸材を維持することは困難で
ある。このエネルギ消費の問題を解決するために、軽い
沢材の流動床を使用し、流動床の底部に空気を吹き込む
と共に下に向かって水を供給することが提案された（前
出の米国特許第４２５６５７３号及び日本国特許５８　
、１５３５９０号）。しかしながら、水の下降速度が所
定の随に達すると気泡が沢材の内側にトラップされるか
、又は液体流により運搬され、反応器を適正に曝気する
ことができない。

本出願人は、上記欠点を解消することを目的として、気
泡の表面ｌ・ラップ現象、床の閉塞、エネルギ消費、Ｐ
床の洗浄の困難等を解決するようにしながら、浮遊又は
流動床の全利点を使用するために多数の実験を行った。

これらの問題は、水及び酸素含有ガスが上に向かって並
流に流れる単一の生物学的反応器又はフィルタ内で、２
つの連続ゾーンに沿って、水よりも低密度の粒子の流動
床の下部層、及び同様に１未満の密度であり、流動床の
粒子よりも小さく且つ軽い粒子の固定床から成る上部層
を濾過手段及び細菌支持体として吠用するシステムの発
見とその完成により克服された。実際に、有利な構成て
は全般に関１系式： （式中、旧、Ｓｌは夫々下部床の粒子の平均直径及び密
度に対応し、Ｄ２、Ｓｌは夫々上部床の粒子の平均直径
及び密度に対応し、ＳＬは液体の密度である）を満たす
ようにする。

従って本発明の方法は、上記の相互に績み重ねられた２
層の組み合わせに当たり、水よりも軽く且つ床の粒度、
密度、高さの特徴（追って明示する）が異なる材料を使
用し、まず一方で酸素含有ガスの注入時に上部床をさほ
ど撹乱することなく下部床を流動化できるようにし、他
方で向流洗浄中における軽い材料の膨張段階時には２層
が「自動的に」再分類されるようにする。上記関係式（
１）が満足されるときにこれらの機能はほぼ満たされる
。

停止時においては、水よりも軽い材料から成る２層は密
度の差に従って相互において密接する。この分級はフィ
ルタの向流洗浄の間維持される。拡散装置によりフィル
タの底部に空気が導入されると、空気及び水の混合物は
、上記下部層の粒子と同等の密度を有する材料を通過し
、該下部床は酸素含有ガスの気泡の上昇運動により流動
化され、こうしてガス、被処理水及び該下部床の粒子に
結合されている［バイオフィルム（ｂｉｏｆ　ｉ　１ｍ
）　Ｊの間に強い交換が生じる。

本発明の有利な構成によると、上記に規定したような上
部固定床の上表面には、以下に規定するような特徴を有
する同様に軽い材料の粒子の支持層が配置されている。

実際に、床の各層のパラメーター及び特徴は有利には次
のように規定され得る。下部流動床は、使用される反応
器の型に従って、粒度（Ｄｌ）が３〜１５ｕａ、密度か
一般に３００〜８００ｇ／Ｎ、床の高さは０．２〜２肩
てあり、上部固定床は、軽い粒子の平均直径（Ｄ２）が
１〜１０ｚｚ、密度（Ｓ２）が２０〜１００ｇ／ａ、高
さは０．５〜３＋である。最後に前記具体例の場合、上
部床の上に配置される上部支持層の粒子は粒径３〜ＺＯ
ｘｘ、密度１０〜５０ｇ／ｌ！であり、高さ又は厚さは
０．１０〜０．５０１＋である。

Ｐ材／細菌支持体として使用可能てあり且つ本発明の範
囲に含まれる軽い材料の粒子はそれ白木既知のｆｋ’ｆ
ｆである。このために、ポリオレフィン、ポリスチレン
、合成ゴムポリマｌ及びコポリマ〃等に由来する社命＝
＃発泡プラスチック材料、膨張粘土、片岩の型の軽い鉱
物材料、あるいは例えば樹木粒子のようなセルロース物
質を使用することができる。これらの材料の粒子は有利
には球体、円柱等のような種々の形態であり得る。実際
に、本発明の方法を良好に実施するためには、本発明の
範囲で使用される軽い粒子の密度は下部層（流動床）か
ら上部床を経て上記支持層に向かうに従い漸減すること
が重要である。例えば密度の範囲は夫々０．５〜０，８
（流動床）、０．０３〜０，１（固定床）及び０　、０
０５〜０．０８（上部支持層）である。

本発明の方法の他の特徴は本明細書中に追って明示され
る。

本発明の目的は更に、下部から上部に向かって順に、浄
化用スラッジの濃縮及び排出ゾーンと、空気注入装置と
、軽い粒子の第１の層（流動床）、第１の層の粒子より
も低密度の軽い粒子の第２の層（固定床）、及び該第２
の層の上に配置され且つ該第２の層の粒子よりも更に軽
い粒子の支持層から構成されるｒ材ゾーンと、コンクリ
ート又は他の有孔材料から成るシーリングと、反応器の
上部に配置され、処理済み廃液の排出手段を頂部に有す
る洗浄水貯蔵ゾーンとを備える生物学的反応器又はフィ
ルタを提供することである。

添付図面中、第１図は水処理設備の非限定的な一具体例
を示す原理図である。

即ち反応器１は、下部にスラッジの濃縮及び排出用スペ
ース２を備えており、次いで酸素含有流木の注入システ
ム３、流動床４、固定床部分５、シーリングとして機能
する有孔プレート７により１呆持された上部支持層６、
最後に洗浄水を貯蔵するように代能する上部自由ゾーン
８が配置され、処理済み水は該ゾーンから管路９を通っ
て排出され、その陵、１０で回収される。

処理すべき液体は管路１１を通って供給され、酸素含有
ガスの注入装置３の下に配置されたゾーン２に導入され
、該装置は図示するように床４の下、あるいは私法の下
部に配置され得る。上述のように、停止時において層又
は床４，５及び６は密度の差に従って相互において密接
し、空気（又は酸素含有ガス）が３から底部に導入され
ると、空気と水との混合物は気泡の運動により床４の粒
子を流動（ヒさせ、こうしてガス、被処理水及び粒子に
結合しているバイオフィルムの間で強い交換が生じ得る
。

この工程の間に、床５及び上部層６は非撹乱状態に維持
される（従って、本明細書中では固定床なる表現が使用
される）。

懸濁材料が蓄積し、Ｐ床の内側て生物が増殖する結果、
ｌ材の孔は次第に閉塞する。負荷低下の増加は、圧力測
定により又は負荷らしくは負荷低下測定カラム１２内の
液体のレベルの上昇により確認、され得る。粒子の深情
は凝集剤を加えることにより改良され得る。

負荷低下が所定の値に達すると、床の洗浄が開始される
。このために、所望の洗浄速度が得られるまて排出弁１
３が開く。反応器の上部８で処理及び貯蔵された液体が
迅速に向流で流れると、炉材は膨張する。炉材の各粒度
及び密度て、所望の材料の膨張の関数として洗浄速度を
選択することができる。

迅速な向流の流れにより、気孔間隙に貯蔵されたｌ材が
移動し、ｒ材の表面に蓄積された過剰の生物集合体が眉
れるが、材料上に活性なバイオフィルムを保持するよう
に洗浄速度を選択することができる。こうして、貯蔵ゾ
ーン８からの排水及び弁１３の閉止後に、洗１ｐ１Ｊ、
　ｉＷと同様の負荷で供給が再開され得る。

デカンテーションタンク２の上に廃液１１か注入される
と、スラッジは濃縮され得、この間、粒状床における浄
１ヒは続行する。スラッジ自体はタンク１５内に回収さ
れ、ポンプ１６により排出される。

ポンプ１４により浄化済みの廃ン夜がリサイクルされる
ため、場りによっては分配を改良することがてき、又は
予（Ａ濾過ゾーンに硝酸塩を供給することができる。

洗浄工程間の時間を延ばすためには、周期的に弁１３を
開くことにより非常に短時間排水し、「材を除去し、不
純物をＰ床により深くまで浸透させる。この短い洗浄の
結果、懸濁材料の負荷が大きいフィルタの下部は好適に
流通する。１戸材の全高にわたって等しい負荷低下を確
保するように迅速な排出が開始され得る。従って、酸素
含有カス及び水を均等分配するための調節手段を設げる
必要かない。

連続吹込みにより暦があまり強く圧縮されないようにす
るために、空気又は酸素含有ガスをパルス状に供給して
もよい。パルス状又は非パルス状の空気の吹込みは、洗
浄の開法の流通を助長するように維持され得る。

本発明の方法の好適態様によると、フィルタ列を徂みｈ
わぜる。各フィルタの個々の負荷カラムに共通の給水面
が得られる。負荷カラムは閉塞を連続的に補償しながら
、偶発的な閉塞により生じる過圧を回避する。この重力
による供給を使用すると、排水弁により流量を容易に測
定及び調節することができる。

フィルタ列の洗浄水貯蔵タンクは水圧により相互に連結
され得る。従って、フィルタの動作中に浄（ヒされた水
はフィルタの洗浄用の流れとなり、ｒ床の上に積み重ね
られた貯蔵タンクの高さ及び容積が決定され、それらの
寸法は流量及びフィルタの個数の関数として計算され得
る。

第２図は、単一反応器の作成及び使用の種々の変形を包
含する本発明の別の具体例にｂ″Ｃろ水処理設備を示す
。

第１の変形例によると、酸素含有ガス（又は空気）のデ
イフユーザ３を使用せずに所謂「白水（ｅａｕｂｌａｎ
ｃｈｅ＞、ｉ即ち水中への空気の加圧下の拡散により得
られる気泡で飽和した水を導入する。この水はせ・要に
応じて反応器の上部９から排出される処理済み水の一部
により構成され得る。

第２の変形例に従い、反応器１の下部で且つ流動化され
る層４の底部のレベルに、有利な例として編織布材料（
例えばジオテキスタイル（ｇａｏｔｅｘｔｉｌｅｓ）又
は同等物質の交差フィラメント）により構成されるパツ
キン１７を導入した。該パツキンは空気及び水を通すよ
うに構成され、固定細菌の支持体として機能し、被処理
水が反応器１内に（１１から）到達した時に既に該被処
理水の汚染の一部である部分を抽出する機能を有する 別の変形例に従い、ｉＦ５材−水界面のレベルに均等分
配用隔壁１８を配置した。この隔壁はスクリーン又は格
子板の型であり、酸化用流体、被処理水及び洗浄流を均
等に分配することができる。更に、該隔壁は排水による
′ＲＬ終洗浄時に密集体又は炉材により形成される目づ
まりを分解することができる。

別の変形例に従い、固定床５のレベルに、Ｐ材木界面ゾ
ーンを撹乱するように構成された第２の注入マニホール
ド１９を配置した。注入物は酸素含有流体（即ち白水）
、又は掃去用加圧水から構成することができる。こうし
て表面の閉塞を避けることができ、また、閉塞が生じた
場合にはこれを除去することがてきる。

最後に、同様に第２図に示す別の変形例によると、反応
器のシーリング７の下に別の隔壁２０を設けることがて
きる。この隔壁は上述の隔ｕ１８と同一の型であり、特
に処理済み廃液及び酸化用流体の均等分配を助長するよ
うに機能する。

本発明の方法及び装置により得られる利点を明示するた
めに、以下、実施例により本発明を説明する。

火１ル− 本発明の方法に従って、第１図と同一型のモデル設備て
以下の特徴を有する２種の反応器の具体例を使用して種
々の廃水を処理した。

囚＝ソ上叉　　久渉旺　　　　幻斗Ｒ 保持システム（７）金属篩　　　　　　スＩ・レーナ付
シーリングφ５ＩｌｊＩのメツシュ　　２轄の溝寸法発
泡ポリスチレン　発泡ポリスチレン ０．０１　　　　　　　０．０２ ６〜１０　　　　　　３〜５ ０．２０　　　　　　　０．３０ 発発泡ポリスチレン発泡ポリエチレン ０．０３　　　　　　　０．０３ 支持層（６） 密度 粒度（ａｘ） 高さり〃） ３１層（５） 密度 粒度　　　　　　３〜５　　　　　　２〜３高さ（ｚ）
　　　　　　　１．５　　　　　　　　　２．５流動層
（４）　　　　　軒量ポリプロピレン、膨張片岩密度　
　　　　　０．８　　　　　　　　０．６粒度（ｘｊ＋
）　　　　　１０〜１５　　　　　５〜６高さ（ＩＩ）
　　　　　　　１．５　　　　　　　　　０．５池の主
要な特徴及び得られた主要な挙動を下表に要約する。

彼処理水流量（β／ｈ）　　　　　　１２０　　　１２
０空気　　　　　　　　　　　２５０　　　１５００フ
ィルタ表面精（Ｒ２）　　　　　　０．０３　　　０．
５処理温度（’Ｃ）　　　　　　　　　１５　　　　１
５負荷密度（Ｋｇ／肩３肩口７ 日ＯＤ　　　　　　　　　　　　　１５　　　　５ＢＯ
Ｄ　　　　　　　　　　　　　　７．５　　　２．５Ｔ
Ｋ 入口廃水（肩ｇ／１） ＣＯＤ　　　　　　　　　　　　　５００　　　５００
ＢＯＤ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２５
０　　　　　　２５０ＭＥＳ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　２００　　　　　　２０ＯＮＴＫ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５０　　　
　　　　５０出口廃水（１１ｇ／ｐ） ＣＯＤ　　　　　　　　　　　　　７０　　　　５０Ｂ
ＯＤ　　　　　　　　　　　　　２０　　　　１０１イ
ＥＳ　　　　　　　　　　　　　２０　　　　１ＯＮＴ
Ｋ　　　　　　　　　　　　　３０　　　　５注：負荷
密度は２４時間内にフィルタ１ｍ３当たりに処理された
Ｃ０Ｄ−ＢＯＤ及びＮＴＫの量に対応する。

灸も鈴江　　　　　叉応１ユ　　【応１１ＣＯＤ　　　
　　　　　　８６　　　　　９０［１０Ｄ　　　　　　
　　　９２　　　　　９６ＮＴＫ　　　　　　　　　４
０　　　　　９０ＭＥＳ　＝懸濁材ゼ［ ＮＴＫ−ケルタール法により測定した有ｌｉ！！（ヒ金
物中の窒素。

及１隨よ 本実施例は、第１図と同−型の反応器内て特に生物学的
硝化を目的として飲用化ずべ今地表水の処理に関する。

流動床材料は密度０．５、粒度的２１、高さ０．５０ｉ
＋の膨張片前により構成した。？層即ち固定床は密度０
．０３、粒度ＩＩ、高さ０．５ｍの発泡ポリスチレンか
ら構成した。ここでは固定床の上に支持層を配置しなか
った。

温度的１０℃、２濾過速度１０　ｚ　／　ｈ、曝気速度
５　ｍ　、’　ｈて運転した。

ＮＨ，の含有率は入口（被処理廃液）から出口（脱窒（
ヒ水）まで平均して３．５から０．１ｍｇ／（ｌに変（
ヒすることが確認された。

当然のことながら、本発明の範囲内で第２図に示したよ
うな１又は複数の変形例を使用することも可能である。

また、廃液及び／又は酸素含有ガスは断続的に供給して
もよい。

第３図に示すような有利な構成によると、保持装置又は
シーリング７は、シーリング７の上のゴビ・要な水位を
増加させないために十分小さい負荷低下を洗浄中に生じ
ることが可能なストレーナを備え得る。特に有利な一具
体例によると、これらのス１〜レーナ２１，２２．２３
は反応器の高部からシーリング７のレベルに直径の減少
に従って直接ねじ込み式に装置されるようにｆ１１４成
されており、場合によっては上部保護スクリーン２４が
設けられる。こうすると、層を操作する必要が全くなく
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水処理設備の非限定的な１具体例を示
す原理図、第２図は種々の変形例を包含する本発明の水
処理設備の別の具体例を示す説明図、第３図は本発明の
水処理設備の有利な具体例を示す説明図である。 ２・・・浄１ヒスラッジの濃縮及び排出ゾーン、３酸素
含有ガス注入装置、４・・・・・・流動床、５・・・・
・固定床、６・・・・・支持層、７・・・・・保持装置
、８・・・・・・洗浄水貯蔵ゾーン、９．１０・・・・
排出手段、１１・・・・・廃液、１２・カラム、１３・
・・・排水弁、１４　、１６・・・・ポンプ、１５・・
・・クンク、１７・・・パツキン、１８・・・Ｐ材−水
界面、１９・・・マニホールド、２１，２２．２３・・
１．ストレーす。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）流動床の下部ゾーンと固定床の上部ゾーンとをろ
   過手段として備える単一の生物学的反応器又はフィルタ
   内で、被処理水及び酸素含有ガスを上に向かって並流で
   送ることにより廃水を生物学的に浄化するための方法で
   あって、該流動床及び固定床の粒子が水よりも小さい密
   度の発泡材料から構成されており、該固定床の粒子が流
   動床の粒子よりも小さく且つ軽いことを特徴とする廃水
   の生物学的浄化方法。
2. （２）該粒子並びに流動床及び固定床が、関係式：Ｄ１
   ／Ｄ２＝（Ｓ２−ＳＬ）／（Ｓ１−ＳＬ）（１）（式中
   、Ｄ１、Ｓ１は夫々下部流動床の粒子の平均直径及び密
   度に対応し、Ｄ２、Ｓ２は夫々上部固定床の粒子の平均
   直径及び密度に対応し、ＳＬは液体の密度である）を満
   足するように選択されることを特徴とする請求項１に記
   載の方法。
3. （３）Ｄ１が３〜１５ｍｍ、Ｓ１が３００〜８００ｇ／
   ｌであり、Ｄ２が１〜１０ｍｍＳ２が２０〜１００ｇ／
   ｌであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. （４）下部床及び上部床の高さが夫々０．２０〜２ｍ、
   及び０．５０〜３ｍであることを特徴とする請求項１又
   は２に記載の方法。
5. （５）軽い粒子の床又は層の密度が上昇方向に向かって
   ０．５〜０．８から０．００５〜０．０８に漸減するこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の
   方法。
6. （６）請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実
   施するための生物学的反応器又はフィルタであって、浄
   化スラッジの濃縮及び排出ゾーンと、酸素含有ガスの注
   入装置と、軽い粒子から成る第１の層即ち流動床、第１
   の層の粒子よりも密度の小さい粒子から成る第２の層即
   ち固定床、該第２の層の上に配置され、第２の層の粒子
   よりも更に軽い粒子から成る支持層、及び該支持層の上
   に配置された保持装置から構成されるろ材ゾーンと、反
   応器の高部に配置され、処理済み廃液の排出手段を頂部
   に有する洗浄水貯蔵ゾーンとを下部から上部に向かって
   順に備えており、処理済み水はポンプによりリサイクル
   され得、浄化すべき廃液は反応器の底部に導入され、更
   に、反応器の高さに延設され且つ反応器の下部と連結さ
   れた負荷又は負荷低下測定用カラムが配置されており、
   スラッジがタンク内に回収され、ポンプにより排出され
   ることを特徴とする生物学的反応器又はフィルタ。
7. （７）排水弁の開放により、床の洗浄が下に向かって向
   流に開始され、粒状床を膨張させるように構成された排
   水弁を更に備えていることを特徴とする請求項６に記載
   の反応器。
8. （８）廃液及び／又は酸素含有ガスの供給が、迅速な排
   水により断続的に中断されることを特徴とする請求項７
   に記載の反応器。
9. （９）ろ材−水界面のレベル及び反応器のシーリングの
   下にスクリーン型の均等分配用隔壁システムを更に備え
   ていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項
   に記載の反応器。
10. （１０）細菌の支持体として機能する編織布材料から成
    るパッキンを流動床の底部のレベルに備えていることを
    特徴とする請求項８に記載の反応器。
11. （１１）酸素含有ガス及び／又は掃去用加圧水を注入す
    るための第２のマニホールドを固定床のレベルに備えて
    いることを特徴とする請求項９又は１０に記載の反応器
    。
12. （１２）酸素含有ガスを空気で飽和した水（白水）に置
    換するために注入装置を使用することを特徴とする請求
    項６から１１のいずれか一項に記載の反応器。
13. （１３）保持装置が反応器の高部からねじ込み式に装着
    可能なストレーナを備えていることを特徴とする請求項
    ６から１２のいずれか一項に記載の反応器。
14. （１４）請求項６から１３のいずれか一項に記載の複数
    の反応器が共通水面の近傍に相互に並列に配置されてお
    り、該反応器の洗浄タンクが動作中のフィルタにより洗
    浄水を供給するように水圧により相互に連結されている
    ことを特徴とする浄水設備。