JPS5933438B2 - 廃水の嫌気的生物処理方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は廃水の嫌気的生物処理方法およびその装置に関
し、詳しくは下向流で導入される廃水を微生物担持粒子
の流動床と輸送床を組合せて嫌気的に生物処理する方法
および装置に関する。

嫌気的生物処理が適用される廃水としては、通常糖蜜や
アルコールを含有する廃液、し尿等の如く極めて有機物
濃度の高い廃水があり、さらに活性汚泥法等により排出
される余剰活性汚泥なども適用され、メタン発酵による
ガスの回収が行なわれている。

これら有機性廃水や汚泥の嫌気性発酵では通常、酸性発
酵とメタン発酵の２段階の発酵が行なわれ、前者の発酵
では炭水化物、脂肪、タンパク質等の有機物を酸生成菌
で有機酸、アルコール等に変化させ、後者の発酵ではメ
タン菌により有機酸、アルコール等をメタン、炭酸ガス
に変える反応が行なわれている。

嫌気性発酵において、発酵温度と滞留日数は極めて密接
な関係にあり、活性汚泥の発酵の場合を例にとると、中
温発酵（２７〜３８°Ｃ）で滞留日数３０〜２４田同じ
く高温発酵（４３〜５４°Ｃ）で２６〜１４日となる。

このように、嫌気性発酵では高温発酵での滞留時間は短
縮されるとは云え、非常に長い滞留時間が必要であり、
その結実装置の規模が極めて大きくなる。

しかしながら、高濃度に有機物を含有する廃水の嫌気性
処理はメタンガスの回収が可能であるという省エネルギ
ー型の廃水処理法であり、もし滞留時間の短縮が可能に
なり適切な規模の装置が開発されれば、中低濃度の有機
性廃水の省エネルギー型廃水処理装置となり得る。

本発明者らは、高濃度はもとより中低濃度の有機性廃水
のメタン発酵処理を可能とし、従来法の大巾な改善を図
るためには、生物処理槽内の微生物濃度を増大させるこ
とが最も重要な因子であると考え、微生物担体として比
重が１以下で水に浮上する性質を有する粉粒体を使用し
、その表面に微生物を付着させたものをメタン発酵槽に
充填し、廃水を下向流として導入し循環せしめて廃水を
生物処理する方法および装置を開発したのである。

すなわち第一に本発明は、表面に微生物を付着せしめた
比重が水より小さく、かつ水に浮上する粉粒体を充填す
るとともに、その上方には水面よりやや下方に該粉粒体
の通過、浮上を阻止する板材であって廃水の通入用のデ
ィストリビュータ−を取付けた嫌気性生物処理部に廃水
を下向流として導入し、かつ該処理部における嫌気性生
物反応により発生するガスを捕集して循環供給すること
によって生物処理槽内の水を循環流とすることにより前
記粉粒体を流動層となして廃水と接触させることにより
浄化する嫌気的生物処理方法において、前記ディストリ
ビュータ−上部と前記嫌気性生物処理部の下部とを連通
ずる粉粒体循環部を泌げ、前記嫌気性生物処理部より離
脱する前記粉米体を循環流起動部および前記粉粒体循環
部を通飴させて前記嫌気性生物処理部に戻すことを特徴
とする廃水の嫌気的生物処理方法であり、第二にオ発明
は、廃水の嫌気的生物処理を行なう密閉式グ槽内を（ａ
）嫌気性生物反応によって発生するガス右捕集して循環
供給し、廃水を上向流として起動上しめる循環流起動部
、（ｂ）表面に微生物を付着せしめた比重が水より小さ
く、かつ水に浮上する髄体が充填されており、かつその
上方であって、外面よりやや下方に該粉粒体の通過、浮
上を阻止する板材であって廃水の通入用のディストリビ
ュータ−を取付けてなり、下向流で通水される廃水と前
記粉粒体とを流動層状態にて接触せしめる嫌気性生物処
理部および（Ｃ）前記ディストリビュータ−上部と前記
嫌気性生物処理部の下部とを連通せしめる粉粒体循環部
より形成せしめると共に、各部を上方および下方で連通
させた槽、核種への廃水導入管および核種からの処理水
抜出し管を備えていることを特徴とする廃水の嫌気的生
物処理装置である。

このように、本発明は廃水の嫌気的生物処理を行なうに
あたり、表面に微生物を付着させた水に浮上性の粉粒体
を充填するとともに、その上方であって、水面よりやや
下方に該粉粒体の通過、浮上を阻止する板状であって廃
水の通入用のディストリビュータ−を取付けた嫌気性生
物処理部と嫌気性生物反応により発生するガスを捕集し
て生物処理槽内の水を循環させて前記粉粒体を流動化さ
せるために供される循環流起動部のほかに前記嫌気性生
物処理部から流出する浮上性の粉粒体をガス供給部を通
過された後、再び該嫌気性生物処理部へ導入するために
、前記ディストリビュター上部と前記嫌気性生物処理部
の下部とを連通ずる粉粒体循環部を設けることにより生
物処理槽内に流動床と輸送床とを組合せた状態で形成せ
しめたことに特色を有している。

浮上性の粉粒体を使用した下向流流動床では、廃水の下
向流流速を一定にしておいた場合でも粉粒体の表面に付
着する微生物の量あるいは厚みにより該粉粒体の比重が
変化し、流動床の膨張率が異なってくる場合が多い。

粉粒体に付着する微生物の厚みは外気や廃水の温度、廃
水中の有機物濃度、該有機物の質等により決定されるが
、いずれにせよ流動床を長期間にわたって一定の膨張率
に保持することは極めて困難なことである。

このような膨張率の増大や一部粉粒体への微生物の過剰
付着は必然的に嫌気性生物処理部から一部の粉粒体の離
脱、流出を招くこととなる。

そして離脱した粉粒体がガスリフトされて該嫌気性生物
処理部の上部にあるディストリビュータ−の上方の水面
に浮上する。

このような現象が継続すると嫌気性生物処理部における
粉粒体の容積が減少し、正常な運転が不可能になる場合
がある。

ところが、本発明では前記の如く構成したので、このよ
うなトラブルを生じることなく長期間にわたって安定的
に嫌気的生物処理を行なうことができるのである。

本発明に使用する微生物担体たる粉粒体としては、比重
が１以下で水に浮上する性質を有するものであればよく
、その粒径は限定的ではないが一般に０．５〜２０闘、
比重は乾燥状態で０．２〜０．９５が適当である。

粉粒体の素材としては一般的に合成樹脂を使用するが、
本発明者らの長年にわたる実験の結果、表面の円滑な合
成樹脂粒子はそのままでは微生物を十分に付着させるこ
とが困難であり、合成樹脂の発泡体であって表面な粗面
化したものが微生物担体として望ましいことが判明した
。

ここで表面を粗面化する手段としては炭酸カルシウム、
メルク、硫酸バリウム等の無機物質を合成樹脂に配合す
ることが挙げられ、この手段により粉粒体の比重調整と
親水性の増大をも同時に図ることができる。

次に、本発明の方法および装量な図面により説明する。

第１図および第２図は本発明の装置の実施例を示す説明
図であり、第１図は円型装置を、第２図は角型装置を示
している。

また第３図および第４図はそれぞれの装置の平面図であ
る。

装置は主として嫌気性生物処理部１、廃水の循環流起動
部２および粉粒体循環部３より構成されている。

処理すべき廃水、すなわち原水は原水導入管４より本装
置に導入される。

嫌気性生物処理部１には表面に微生物を付着させた水に
浮上性の粉粒体が充填されており、下向流として導入さ
れる廃水および嫌気性生物反応により発生するガスを起
動源とする廃水の循環流により流動化され流動床が形成
される。

すなわち密閉された槽内に発生したガスを捕集し、廃水
の循環流起動部２に供給し、ここで廃水をリフトアップ
して上向流とし、嫌気性生物処理部１の上部に流し込み
、ディストリビュータ−６により流れが平均化され、原
水は該嫌気性処理部１内を下向流として流れることとな
る。

なお、廃水の循環流起動部２にインペラーやポンプなど
の機械的手段を設けて併用し、あるいはこれら機械的手
段を単独で使用してもよい。

原水は下向流として嫌気性生物処理部１を通過する際に
表面に嫌気性あるいは通性嫌気性の微生物の付着した粉
粒体群と接触し、嫌気性あるいは通性嫌気性微生物反応
（本発明において嫌気性とは嫌気性と通性嫌気性の両者
を意味する）が行なわれる。

すなわち、原水に含まれる有機物の分解とガス化（有機
物のメタン発酵あるいは硝酸、亜硝酸の脱窒素による窒
素ガス化）が行なわれ、発生するガスは気泡となって廃
水中に放出される。

なお、発生したガスの付着によって粉粒体の見かげ比重
は小さくなり、浮上性は増大する。

そのため、廃水の下向流により形成される流動床は一層
良好な状態となる。

か（して原水は浄化されて装置の下部Ｔより取出され、
処理水抜出し管８より処理水として系外に排出される。

一方、一部の処理水および原水は粉粒体循環部３を通過
して嫌気性生物処理部１へ流入する。

この際、該処理部より離脱した粉粒体は循環流起動部２
を通り、さらにディストリビュータ−６の上方を通過し
て粉粒体循環部３に入り、再び嫌気性生物処理部１に戻
る。

この粉粒体Ａの循環は実際上、連続的に行なわれ、輸送
床が形成されている。

粉粒体が循環流起動部２を通過する際に付着微生物の一
部が剥離してディストリビュータ−上部の水面に滞留す
るが、この時の粉粒体の見かげ比重は微生物膜が剥離し
ているため、小さくなる。

したがって、この粉粒体を再び嫌気性生物処理部１へ導
入するためには流動床を形成するに必要な流速以上の、
より厳密に云えば粒子の終末速度以上の速度が必要であ
る。

そこで第６図に示すような装置（奥行１００１００Ｏを
用い、ガスとして空気を使用して装置内各部の水流の流
速を調べたところ、次のような結果が得られた。

この結果から明らかなように、曝気部から最も遠隔の部
分■における流速が■の水面流速に次いで大きい。

そして、各部分の流速は一定ではない。本発明では、こ
のような異なる流速が得られる現象を利用しで粉粒体を
嫌気性生物処理部へ導入する方法として、前述した如く
、ディストリビュータ−上部と嫌気性生物処理部とを連
結する粉粒体循環部を設けている。

かくして、高速度で流れる水面流により粉粒体は遠隔部
分に到達し、次に遠隔部分の流速で容易に嫌気性生物処
理部へ粉粒体を導入することができるのである。

本発明の装置は、処理槽内部を仕切る隔壁の下端部の位
置を槽底より上方とし、かつ上端部の位置を槽上端部の
下方として槽内各部を連通せしめ、さらに槽全体を外気
と接触しないように密閉型としである。

装置内の詳細については、まずディストリビュータ−６
と水面１１との距離は５０ｍｍ以上とすることが望まし
い。

最大距離については特に制限はないが、ディストリビュ
ータ−６の表面清掃の住易さなどを考慮して約５００ｍ
ｍ以下とすることが適当である。

通常実施する望ましい距離は１００〜３００ｍｍである
。

なお、ディストリビュータ−６の開孔率、すなわちディ
ストリビュータ−の開孔面積と全面積の比は０．５％か
ら１５％の範囲とし、望ましくは２〜８％とする。

ディストリビュータ−の型式についても特に制限はなく
、例えば第５図に示す一重あるいは二重の多孔板等が使
用される。

次に、粉粒体循環部３の上端１０は水面１１より約５０
〜１００ｍｍの位置とすることにより水面上に浮ぶ粉粒
体を効率よく取り込んで循環させることができる。

一方、粉粒体循環部３の下端については嫌気性生物処理
部１内の流動層の中に入れてもよいし、あるいは流動層
下部または槽底部に向けてもよい。

前者の場合は、循環水が嫌気性分解を受けるメリットが
あり、後者の場合は、嫌気性分解を受けることはできな
いが、槽底部に汚泥などの固形物が沈積しているような
場合、攪拌効果によりこれらを浮上させ、沈積を防止さ
せるために有効である。

なお、粉粒体循環部の望ましい面積はディストリビュー
タ−開孔面積の２０％以内である。

嫌気性反応によって発生するガスを捕集するため、装置
上部にフード１２を設けて装置を密閉化する。

発生ガスの一部は、前述したように、循環流起動用に管
１４を通り圧縮機１３により本装置内の散気装置５に戻
される。

その他の発生ガスは管１５より抜出され、有効利用でき
るガスの場合は貯留槽等に貯えて利用する。

なお、本発明の装置は１基でメタン発酵等を行なうこと
が可能であるが、所望により２基以上を組合せて使用す
ることもできる。

本発明の方法および装置によれば、廃水の嫌気的生物処
理を長期間にわたり安定した状態で行なうことができる
。

次に、本発明を実施例により詳しく説明する。

実施例 第２図に示した装置を用いてし尿浄化槽の出口廃水の嫌
気的生物処理を行なった。

装置とその構成材料の概要ならびに実験条件は以下に示
す通りである。

嫌気性生物処理装置：ポリ塩化ビニル樹脂製、密閉角型
槽 装置全容積： ３３０（Ｌ）Ｘ １００（Ｗ）Ｘ ４０
０（Ｈ）二１３．２１ 流動床容積： ２５０（Ｌ）Ｘ １００（Ｗ）Ｘ ２５
０（Ｈ）＝６．２５Ａ 粉粒体充填量＝３．５１ 粉粒体充填量タルク１０％含有の発泡ポリプロピレンで
あり、表面を粗にしたもの 粉粒体形状：２．５（φ）Ｘ３（Ｌ） 粉粒体比重：０．７５（乾燥）、０．８８（湿潤）ディ
ストリビュータ一孔径：１０ｍｍ ディストリビュータ一孔数＝１６個 ディストリビュータ一孔全面積： １２．５６ｃｙｙ’
ｃ粉粒体循環部面積： １．２３ｆｆｌ（１／２Ｂ管）
また、循環流起動用に発生ガスを供給した。

ガス供給量は流動層の膨張が静止層高の１．５倍になる
ように調整して供給した。

粉粒体表面へ付着させる嫌気性微生物として活性汚泥を
種菌として使用した。

温度は全実験期間中２０℃にコントロールした。

実験結果は以下に示す通りである。ガス・の発生がほぼ
定常状態になったのは実験を開始して２力月経過後であ
った。

実験結果から判るように、本発明の嫌気性微生物処理は
高ＢＯＤ負荷で高いＢＯＤ除去効率とガス発生を示す。

なお、実施例の流動床容積は６．２５４であり、流入原
水量１２〜２１／ｈｒは滞留時間にして３０分から３時
間である。

通常の嫌気性メタン発酵の滞留時間は数日〜数十日であ
ることを考慮すると、本発明の方法および装置が極めて
優れたものであることが理解されよう。

また、発生ガスの組成は平均してメタン６６．８％、炭
酸ガス２７．８％、窒素ガス２．１％、水素２．７％他
であった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の装置の実施例の説明図で
あり、第１図は円型装置を、第２図は角型装置を示して
いる。 第３図ａ、ｂおよび第４図ａ、ｂはそれぞれ平面図であ
る。 第５図ａ、ｂ。Ｃはディストリビュータ−の態様を示す
説明図である。 第６図は実験用曝気槽の説明図である。１・・・・・・
嫌気性生物処理部、２・・・・・・循環流起動部、３・
・・・・・粉粒体循環部、４・・・・・・原水導管、５
・・・・・・散気装置、６・・・・・・ディストリビュ
ータ−１８・・・・・・処理水抜出し管、Ａ・・・・・
・粉粒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に微生物を付着せしめた比重が水より小さく、
   かつ水に浮上する粉粒体を充填するとともに、その上方
   には水面よりやや下方に該粉粒体の通過、浮上を阻止す
   る板材であって廃水の通入用のディストリビュータ−を
   取付けた嫌気性生物処理部に廃水を下向流として導入し
   、かつ該処理部における嫌気性生物反応により発生する
   ガスを捕集して循環供給することによって生物処理槽内
   の水を循環流とすることにより前記粉粒体を流動層とな
   して廃水と接触させることにより浄化する嫌気的生物処
   理方法において、前記ディストリビュータ−上部と前記
   嫌気性生物処理部の下部とを連通ずる粉粒体循環部を設
   け、前記嫌気性生物処理部より離脱する前記粉粒体を循
   環流起動部および前記粉粒体循環部を通過させて前記嫌
   気性生物処理部に戻すことを特徴とする廃水の嫌気的生
   物処理方法。 ２ 廃水の嫌気的生物処理を行なう密閉式の槽内を（ａ
   ）嫌気性生物反応によって発生するガスを捕集して循環
   供給し、廃水を上向流として起動せしめる循環流起動部
   、（ｂ）表面に微生物を付着せしめた比重が水より小さ
   く、かつ水に浮上する粉粒体が充填されており、かつそ
   の上方であって、水面よりやや下方に、該粉粒体の通過
   、浮上を阻止する板材であって廃水の通入用のディスト
   リビュータ−を取付けてなり、下向流で通水される廃水
   と前記粉粒体とを流動層状態にて接触せしめる嫌気性生
   物処理部およ−ｆｉｃ）前記ディストリビュータ−上部
   と前記嫌気性生物処理部の下部とを連通せしめる粉粒体
   循環部より形成せしめると共に、各部を上方および下方
   で連通させた槽、該槽への廃水導入管および該槽からの
   処理水抜出し管を備えていることを特徴とする廃水の嫌
   気的生物処理装置。 ３ 槽内の水に循環流を形成せしめる手段として機械的
   手段を採用した特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 槽内各部を仕切る隔壁の下端部の位置な槽底より上
   方とし、かつ上端部の位置を槽上端部の下方とすること
   により槽内各部を連通せしめた特許請求の範囲第２項記
   載の装置。