JPH08294697A

JPH08294697A - 流動床式排水処理方法および装置

Info

Publication number: JPH08294697A
Application number: JP7125674A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Imamura; 泰夫今村; Masao Ota; 正男大田; Yoshinori Yushina; 嘉則油科; Takashi Kimura; 隆志木村
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】液面近傍に設けた回転プレートと固定プレー
ト間に液面に浮上した粒子を巻き込み、プレート同士の
すり合わせによって担体を壊すことなく粒子から微生物
を剥離した後、粒子を再度流動床内に沈降させることを
排水処理方法並びに下部に排水供給口を有し、上部に処
理水排出口を有する排水処理装置内の流動床液面近傍
に、回転する上部プレートと固定された下部プレートよ
りなる構造物を設け、かつ液循環ライン６および処理水
排出口と連通したスクリーン８を装置内の液界面位置に
設置した排水処理装置。【効果】液面に浮上した粒子から微生物を剥離して流
動床に戻すと共に、粒子の過度の膨張を防止して、流動
床粒子界面を適正レベルに維持できる、長期間安定した
流動状態を維持して効率よく排水処理できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排水の処理方法およびそ
の装置に関し、詳しくは流動床式排水処理方法およびそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】担体に微生物が付着、固定化された粒子
（微生物付着粒子）を上向流により流動化させて排水を
処理する流動床式排水処理方法は、固定床式排水処理方
法に比べ、担体比表面積が大きく、容積あたりの排水処
理速度が大きくとれる（省スペース）こと並びに目詰ま
りの心配が少ないことから、特に脱窒やメタン発酵の分
野において注目されている。しかしながら、流動床式の
排水処理では、担体に微生物が付着、増殖してくると共
に、粒子の比重が小さくなり、また発生ガス（脱窒の場
合は窒素ガス、メタン発酵の場合はメタンガス）が付着
することによる粒子の浮上、担体と微生物膜との間にガ
ス溜まりを生じて見掛け比重が１以下となることによる
浮上、更には微生物の付着、増殖による流動床内粒子容
積の膨張、増大等の種々の問題が生起する。

【０００３】したがって、単に上向流により粒子を流動
させるだけでは、粒子が流動床から流出して活性維持お
よび流動状態の維持が図れなくなることがある。このた
め、このような課題を防止するための様々な工夫が提案
されているが、未だ十分に満足し得るものがなく、実用
化に至っているものは少ない。例えば、粒子の流出防止
に関して、処理水出口溢流部に微細スクリーンを設けて
微生物を付着固定化した粒子の流出を防止する方法が提
案されている（特開平５−７６８９３号公報）が、スク
リーンのみでは浮上した粒子が流動床液面付近に蓄積す
ると共に、付着した微生物の増殖に伴う流動粒子全体の
体積増大を抑えることができない。そのため、最終的に
は流動床内に微生物を付着固定化した粒子が充満した状
態となり、流動状態を保てなくなったり、スクリーンを
閉塞させ、排水処理が行えなくなるという課題がある。

【０００４】次に、流動床粒子界面レベルの上昇防止に
関しては、流動している微生物担持粒子から微生物を剥
離し、流動粒子界面レベルをコントロールする方法が提
案されている。例えば、流動床中程から微生物付着粒子
を含む液体を抜き取って循環ポンプで流動床底部に循環
させる際に、ポンプ稼働部の剪断力により微生物を剥離
する方法や、流動床中程において機械的な攪拌、磨砕を
行うことにより微生物を剥離する方法（特開昭５４−３
９９５７号公報、特開平１−２９３１８９号公報、ＥＰ
０００７７８３Ａ１公報）がある。さらには、界
面センサーにより流動床粒子界面を検知し、一定界面レ
ベルとなるように流動化のための線速をコントロールす
る方法（特開平２−６３５９７号公報、同４−３３０９
９６号公報）も提案されている。

【０００５】しかし、これらの方法によっても、液界面
に浮上してしまった粒子への対処ができないばかりでな
く、後者の方法ではセンサー部へ微生物が付着して検知
性能を低下させる等の問題を生ずる。一方、米国では、
砂を担体とした脱窒流動床が商業的規模で稼働してい
る。この場合、微生物が付着して体積が増大し、見掛け
比重が小さくなった粒子に対し、上記のポンプ循環等に
よる微生物剥離法が採用されている。しかしながら、こ
こで用いられる粒子は平均粒径が０．３〜０．６ｍｍと
小さいため、上記した課題に加え、微生物と担体が上手
く分離されず、またスクリーンも実用に供せるものがな
く、処理水と共に担体が流出してしまうという問題点が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の如
き、これまでに提案されている流動床式排水処理方法と
装置における課題を解決して、見掛け比重が１以下とな
って液界面に浮上した粒子から微生物を効果的に剥離す
ると共に、流動床粒子界面を適正（一定）に維持し、安
定した流動状態を保つことができる流動床式排水処理方
法と装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、微生物付着粒子を上向流により流動化させて排水を
処理する流動床式排水処理方法において、液面近傍に設
けた回転プレートと固定プレートにより対をなしたプレ
ート間に液面に浮上した粒子を巻き込み、プレート同士
のすり合わせによって担体を壊すことなく粒子から微生
物を剥離した後、該粒子を再度流動床内に沈降させるこ
とを特徴とする排水処理方法である。請求項２に記載の
本発明は、液面近傍に設けた回転プレートと固定プレー
トにより対をなしたプレート間に液面に浮上した粒子を
巻き込み、プレート同士のすり合わせによって担体を壊
すことなく粒子から微生物を剥離した後、該粒子を再度
流動床内に沈降させると共に、排水循環ラインと連通
し、流動床中部に下向きに取り付けられたノズルから循
環液を該ノズルの下方に設置した阻止板に向けて噴出さ
せて生じる剪断力を利用して、巻き込まれた粒子から余
剰の微生物を剥離し、流動床内の粒子界面レベルを一定
に保つ請求項１記載の方法である。請求項３に記載の本
発明は、下部に排水供給口を有し、上部に処理水排出口
を有する排水処理装置内の流動床液面近傍に、回転する
上部プレートと固定された下部プレートよりなる構造物
を設け、かつ液循環ラインおよび処理水排出口と連通し
たスクリーンを装置内の液界面位置に設置したことを特
徴とする排水処理装置である。請求項４に記載の本発明
は、排水循環ラインと連通する循環液噴出ノズルを流動
床中部に設け、該ノズルの下方に液流阻止板を、該ノズ
ルの近傍に先細りの円筒管を取り付けたことを特徴とす
る請求項３記載の装置である。

【０００８】以下に、本発明を図面に基づいて説明す
る。図１は、本発明の排水処理装置の１態様を示したも
のである。微生物付着粒子を上向流により流動化させて
排水を処理する流動床式排水処理装置１には、液面近傍
にすり合わせ型微生物剥離手段である回転プレート２と
固定プレート３により対をなしたプレートが設けてあ
る。このプレートの詳細は図２に示してある。上部にあ
る回転プレート２は板状体であり、その材質は特に制限
されないが、ゴムまたはシリコーンゴムが好ましい。該
回転プレート２は下部の固定プレート３の内側とすり合
わせるように構成されている。固定プレート３には開口
４が設けてあり、ここから液面に浮上した粒子を巻き込
み、プレート同士のすり合わせによって微生物を剥離
し、担体を再度流動床内に沈降させる。回転プレート２
は駆動手段５により駆動する。また、図３は下部の固定
プレート３の詳細を示したものである。装置１内には、
液循環ライン６および処理水排出口と結合するライン７
と連通するスクリーン８が設置してある。該スクリーン
は駆動手段９により駆動し、スクリーンスリット間の目
詰まりを防止する構造となっている。なお、液循環ライ
ン６の途中にポンプ１０を設けて装置内の液を吸引し、
液の循環を行うようにしてある。本発明の目的をより効
果的に達成するため、装置１内に次のような構成を採用
することができる。すなわち、液循環ライン６とは異な
る排水循環ライン１１を設け、該ライン１１と連通する
循環液噴出ノズル１２を流動床中部に設け、該ノズルの
下方に液流阻止板１３を、該ノズルの近傍に先細りの円
筒管１４を取り付ける。

【０００９】排水（原水）はポンプ１５を通じて装置１
の下部に導入される。装置１の下部には、多孔管等によ
り装置断面に対して排水が均等に注入され、上向流が形
成される。これにより、微生物付着粒子は流動状態とな
り、排水と接触した微生物は、該排水中の汚濁物質を資
化、分解して浄化する。処理水の一部は、スクリーンを
通過して再度ポンプ１０により吸引して循環させるが、
スクリーンを通過した一部の処理水はライン７を経て系
外に抜き取られる。しかし、排水処理を続けていると、
図４（ａ）および（ｂ）に示したように、粒子の周囲に
気泡が付着したり、あるいは担体と微生物の間にガス溜
まりが形成することによって、該粒子は見掛け比重が１
以下となって液面に浮上する。また、流動床粒子界面付
近には、見掛け比重は１以上であるが、微生物の過付着
によって粒子径の増大した粒子が流動している。このよ
うに、液面に浮上した粒子はスクリーンを閉塞させる原
因となり、また付着した微生物の増殖に伴い、流動粒子
全体の体積が増大し、ついには粒子が流動床内に充満し
た状態となり、正常な流動状態を維持できなくなる。そ
のため、粒子界面のレベルコントロールと浮上粒子の処
理を同時に行う必要がある。

【００１０】本発明では、装置１内の液面近傍に設けた
回転プレート２と固定プレート３により対をなしたプレ
ート間に液面に浮上した粒子を巻き込み、プレート同士
のすり合わせによって担体を壊すことなく粒子から微生
物を剥離した後、該粒子を再度流動床内に沈降させる。
すなわち、固定プレート３の開口４から液面に浮上した
粒子を巻き込み、上部の回転プレート２とのすり合わせ
によって粒子から微生物を剥離する。余剰の微生物を剥
離した粒子は開口４を通過して流動床内に沈降する。ま
た、排水の一部は循環ライン１１を経て装置内に導入さ
れ、噴出ノズル１２をより液流阻止板１３に向かって噴
出させる。噴出した排水は、円筒管１４の内側の液も同
伴して、図５に示したような流れを形成する。流動床粒
子界面で流動する粒子は、その流れに巻き込まれ、液の
剪断力によって余剰の微生物が剥離され、流動床内の粒
子界面レベルを一定に保つ。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は
これらによって制限されるものではない。実施例１図１に示した装置を使用して排水中のＮＯ_Xの脱窒処理
を行った。この装置は固定化脱窒菌が充填された直径２
０ｃｍ、高さ１１０ｃｍ、有効容積３０Ｌの円筒型容器
１、固定化微生物を流動化させるための循環ライン６、
容器１からの流動粒子流出防止のための目詰まり防止機
構付スクリーン８（目開き１ｍｍ）、浮上粒子から微生
物を剥離するための、２対のプレートからなるすり合わ
せ型微生物剥離装置および流動床粒子界面レベルコント
ロールのための循環ライン６から分岐させて流動床内部
に導いたライン１１の先端に取り付けたノズル１２と該
ノズルからの噴出液阻止板１３、円筒管１４より構成さ
れる。なお、ここでは脱窒菌付着固定化のための担体と
して、平均粒径１．３ｍｍの活性炭を流動床有効容積の
２０％となるように充填した。

【００１２】排水（原水）は、ポンプ１５を通じて容器
１の下部に導入される。容器１の下部は、多孔管等によ
り容器断面に対して液が均等に注入される構造となって
おり、上向流が形成される。この上向流により容器１に
充填された脱窒菌付着固定化粒子が流動状態になり、排
水と接触することにより排水中のＮＯ_XがＮ₂に還元処
理される。処理液は界面に取り付けられたスクリーン８
を通過して、再度ポンプ１０により循環されるが、その
際スクリーン通過液の一部が処理水としてライン７より
抜き取られる。しかし、運転を継続すると、投入した担
体に徐々に脱窒菌が付着、増殖しはじめ、見掛け比重
１．２の活性炭は粒子の見掛け比重が１に近づいてゆ
く。約１ヵ月もすると、発生したＮ₂ガスが該脱窒菌付
着粒子の表面に付着し、液界面まで浮上するものが現れ
る（図４の（ａ）参照）。さらに微生物の増殖が進む
と、担体と付着脱窒菌の間にＮ₂ガスを抱え、粒子自体
の見掛け比重が１以下になって浮上するものが生じはじ
める（図４の（ｂ）参照）。

【００１３】このような状態で排水処理を続けている
と、スクリーンにより粒子の系外への流出は防止される
が、浮上粒子が液界面に徐々に蓄積してゆくと共に、流
動している粒子の大きさも増大して流動粒子界面レベル
が上昇し、ついには容器内に固定化菌体が充満した状態
となり、流動状態を保てなくなったり、スクリーンの閉
塞を生じるようになる。

【００１４】そこで、そのような浮上粒子の蓄積ならび
に流動粒子の過度な膨張を防ぎ、一定の流動状態を維持
するために、すり合わせ型微生物剥離装置を稼働させ
る。好適には、同時に流動床粒子界面レベルコントロー
ルのための液循環ライン６から分岐させて液を流動床内
部に導くライン１１を経て、その先端に取り付けたノズ
ル１２から阻止板１３に向けて液を噴出させ、該ノズル
近傍に設けた先細り円筒管１４内に液を巻き込む流れを
生じさせる。すなわち、図２に示したように構成され
た、すり合わせ型微生物剥離装置を稼働させると、容器
１に固定されたプレート３の開口から巻き込んだ浮上粒
子を、該プレート３とその上部の駆動手段５によって回
転するプレート２とのゆるやかなすり合わせによって、
担体を壊すことなく該粒子から微生物を剥離させる。

【００１５】固定プレート３は、図３に示したように、
傾斜板に側壁のついた構造をしており、液界面に対して
プレート下部が水面下、上部が水面上となるように設置
される。また、回転プレート２は、図２に示したよう
に、駆動手段５により流動床鉛直方向に延ばしたシャフ
トに固定され、その下端が固定プレート３の下端とほぼ
同じレベルとなるような大きさとなっている。回転プレ
ート２は固定プレート３の上をすり合わせるようにゆる
やかに回転する。このとき、流動床液界面に浮上した粒
子が両プレートの間に巻き込まれて微生物が担体から剥
離され、担体は流動床下部に沈降する。なお、浮上した
粒子が両プレートの間に巻き込まれる際に、プレート脇
からこぼれ落ちないように固定プレートには側壁が設け
てある。

【００１６】本実施例で用いた固定プレートの傾斜は、
液界面に対して４５°の角度となっており、断面方向の
形は、図３に示したように、直径９ｃｍ、高さ５ｃｍの
円筒形とし、円筒の中には傾斜板２枚が設置されてい
る。なお、材質は制限されないが、この例ではプラスチ
ック製である。一方、回転プレート２は駆動手段５から
延ばしたシャフトに、厚さ５ｍｍのシリコーンゴム板２
枚が取り付けられた構造となっており、これが固定プレ
ート３の傾斜板上をスムーズに回転するように下部は丸
みを帯びた形となっている。回転プレートの回転数は１
０ｒｐｍとした。ただし、これら回転プレートや固定プ
レートの大きさや形は、本実施例のものに限られるもの
ではなく、流動床サイズ等に応じて適切な構造と大きさ
に設定することができる。また、材質についても、下部
プレートはプラスチックの他、鋼材であってもよいし、
回転プレートはゴム類やスポンジ等の柔軟な材質であれ
ばよい。さらに、回転プレートの厚さは５ｍｍとした
が、これは活性炭を担体とした場合の好ましいすり合わ
せ強度を与える厚さであり、使用する担体の強度や、与
えたいすり合わせ強度などを考慮して適宜設定すればよ
い。

【００１７】一方、流動床粒子界面レベルコントロール
のためのノズル噴出型微生物剥離手段は、図５に示した
ような構造である。ノズル１２は流動床中央部に取付け
てあり、循環ライン６より分岐されたライン１１の先端
に接続している。また、ノズル周囲にはノズルから噴射
される液に周囲の流動粒子が巻き込まれるように、先細
りとなった円筒管１４が設置されている。ノズル１２か
ら液が噴射されると、図５に示したような液流が生じ、
周囲の流動粒子がその渦に巻き込まれて強い剪断力に晒
されることとなる。その結果、過度に増殖した微生物が
剥離され、流動床内の粒子の過度な膨張が抑制され、適
正な流動床粒子界面レベルが維持できることとなる。

【００１８】本実施例では、流動床底面より８５ｃｍの
位置に口径７ｍｍのノズル１２を取り付け、ノズル噴射
口は装置１の中心に設けた。また、噴射液阻止板１３は
直径５ｃｍとし、ノズル噴射口下２ｃｍの位置に取り付
けた。液の噴射速度は、１３０ｃｍ／ｓｅｃに設定し
た。ただし、これらレベルコントロールのためのノズル
噴出型微生物剥離手段は、本実施例に限られたものでは
なく、流動床サイズ等に応じて適切な構造と大きさに設
定することができる。また、線速も１００ｃｍ／ｓｅｃ
以上あればよく、上限は通常２００ｃｍ／ｓｅｃであ
る。

【００１９】上記の装置を用いて、約２００ｍｇ／Ｌの
ＮＯ_X−Ｎを含む無機排水の処理試験を実施した。その
結果を図６および第１表に示す。運転は流量を徐々に増
加させてゆき、微生物が活性炭に十分に付着した後に、
負荷３〜５ｋｇ−Ｎ／Ｌ・ｄの間で約３０００時間にわ
たって処理水質ならびに流動状態を測定した。この間、
粒子流動のための循環水上向流線速は１０〜３０ｍ／ｈ
ｒの間で変化させた。また、上記のすり合わせ型微生物
剥離手段とノズル噴出型微生物剥離手段は、１日に１０
分の頻度で稼働させた。図６に示したように、線速が変
化しても３０００時間の間、流動床内で流動粒子の占め
る容積は２３〜２８Ｌで安定し（流動床粒子界面レベル
がコントロールされ）、また浮上粒子も安定して処理が
なされた。さらに、第１表に示したように、運転中の窒
素処理性能も極めてよく、負荷４ｋｇ−Ｎ／Ｌ・ｄまで
は９５％以上の除去率、負荷５ｋｇ−Ｎ／Ｌ・ｄにおい
ても８５〜９０％の除去率を示した。

【００２０】

【発明の効果】本発明の方法および装置は様々な種類の
排水処理に適用することができ、とりわけ脱窒処理やメ
タン発酵を行う場合に有用である。本発明によれば、流
動床式排水処理において、見掛け比重が１以下となって
浮上した粒子から微生物を効果的に剥離して流動床に戻
すと共に、見掛け比重は１以上であるが、微生物の過度
の付着により流動床粒子界面付近で流動している粒子か
ら余剰微生物を剥離させ、該粒子の過度の膨張を防止す
ることにより、流動床粒子界面を適正レベルに維持する
ことができる。そのため、長期間にわたって安定した流
動状態を維持して効率よく排水処理をすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の１態様と該装置による流動床
式排水処理方法を示す説明図である。

【図２】本発明の装置の１態様に用いるすり合わせ型
微生物剥離手段の詳細な説明図である。

【図３】本発明の装置の１態様に用いるすり合わせ型
微生物剥離手段を構成する下部プレートの詳細な説明図
である。

【図４】（ａ）および（ｂ）はいずれも担体への微生
物の付着の態様を示したもので、●は担体、斜線部は微
生物、（ａ）の○は気泡、（ｂ）の白抜き部はガス溜ま
りを示す。

【図５】本発明の装置の１態様に用いるノズル噴射型
微生物剥離手段の詳細な説明図である。

【図６】本発明の装置の連続運転における粒子の流動
状態の経時変化を示すグラフである。図中、□は静止時
容積、■は流動時容積、○は膨張率、△は線速度を示
す。

【符号の説明】

１排水処理装置（容器）２上部プレート３下部プレート４開口５駆動手段６循環ライン７ライン８スクリーン９駆動手段１０ポンプ１１排水循環ライン１２ノズル１３液阻止板１４円筒１５ポンプ１６流動層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者油科嘉則神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者木村隆志神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微生物付着粒子を上向流により流動化さ
せて排水を処理する流動床式排水処理方法において、液
面近傍に設けた回転プレートと固定プレートにより対を
なしたプレート間に液面に浮上した粒子を巻き込み、プ
レート同士のすり合わせによって担体を壊すことなく粒
子から微生物を剥離した後、該粒子を再度流動床内に沈
降させることを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】液面近傍に設けた回転プレートと固定プ
レートにより対をなしたプレート間に液面に浮上した粒
子を巻き込み、プレート同士のすり合わせによって担体
を壊すことなく粒子から微生物を剥離した後、該粒子を
再度流動床内に沈降させると共に、排水循環ラインと連
通し、流動床中部に下向きに取り付けられたノズルから
循環液を該ノズルの下方に設置した阻止板に向けて噴出
させて生じる剪断力を利用して、巻き込まれた粒子から
余剰の微生物を剥離し、流動床内の粒子界面レベルを一
定に保つ請求項１記載の方法。
【請求項３】下部に排水供給口を有し、上部に処理水
排出口を有する排水処理装置内の流動床液面近傍に、回
転する上部プレートと固定された下部プレートよりなる
構造物を設け、かつ液循環ラインおよび処理水排出口と
連通したスクリーンを装置内の液界面位置に設置したこ
とを特徴とする排水処理装置。
【請求項４】排水循環ラインと連通する循環液噴出ノ
ズルを流動床中部に設け、該ノズルの下方に液流阻止板
を、該ノズルの近傍に先細りの円筒管を取り付けたこと
を特徴とする請求項３記載の装置。