(57)【要約】【課題】平面視形状が方形の槽体を有した流動床式生物処理装置であって、担体の流動性が良好であり、しかも担体から生物膜が剥離することが防止され、生物処理効率が高い流動床式生物処理装置を提供する。【解決手段】流動床式生物処理装置１は、平面視形状が方形（正方形又は長方形）の角型槽体２と、該槽体２の平面視における中心位置に鉛直方向に配置された駆動軸３と、該駆動軸３の下部に設けられた撹拌翼４と、駆動軸３を回転駆動するための駆動装置５と、槽体２の１つの側壁２ａに設けられた流出用透口６と、該流出用透口６の外側に槽体２と一体に設けられたスクリーンピット７と、該スクリーンピット７内に設けられたスクリーン８とを有する。撹拌翼４は輻流翼である。【選択図】図１
2020040053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽体内に担体が充填され、該担体を攪拌するための撹拌翼が槽体内に配置されている流動床式生物処理装置において、
前記槽体は、平面視形状が正方形または長方形の角型であり、
該槽体の容積が１０〜２００ｍ３であり、
前記攪拌翼が輻流翼であり、
前記担体として、粒径１〜５ｍｍ、沈降速度２〜１０ｃｍ／ｓの担体が充填率１５〜５０ｖｏｌ％で充填されていることを特徴とする流動床式生物処理装置。
【請求項２】
前記槽体の平面視における長辺と短辺との辺長の比が１〜１．２である請求項１の流動床式生物処理装置。
【請求項３】
前記槽体の平面視における辺長が２〜５ｍであり、液深が該辺長の０．４〜２．５倍である請求項１又は２の流動床式生物処理装置。
【請求項４】
前記撹拌翼の旋回直径が前記槽体の平面視における辺長の１／４〜１／２である請求項１〜３のいずれかの流動床式生物処理装置。
【請求項５】
前記撹拌翼は、撹拌停止に沈降した担体の界面より高い位置に設置されている請求項１〜４のいずれかの流動床式生物処理装置。
【請求項６】
前記輻流翼は、フラットパドル、又はディスクタービン翼である請求項１〜５のいずれかの流動床式生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水を処理するための流動床式生物処理装置に係り、特に撹拌翼によって担体を流動させるようにした流動床式生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水の生物処理装置の高負荷化及び水質向上を目的として、微生物を高濃度に付着せしめた担体を用いる流動床式生物処理装置が知られている。この担体を攪拌する手段として、撹拌翼を用いることも公知である（特許文献１，２）。
【０００３】
特許文献１では、反応槽の中央部の底部に攪拌翼を配置し、多孔質セルロース製の担体を流動させる生物学的反応装置において、槽の上部中央に放射状に固定翼を設けたものが記載されている。この固定翼を設けることにより、水面付近で中央に集まる流れを生じさせて強い下降流を形成し、担体を沈み込ませることができる（特許文献１の００１１段落）。
【０００４】
特許文献２には、粒径４ｍｍのセルロース製担体を収容した硝化反応槽の上部中央に攪拌翼を配置し、反応槽の底面中央に邪魔板を設け、槽中心部で強力な竜巻状上昇流を形成させることが記載されている。
【０００５】
微生物を高濃度に付着せしめた担体を用いる生物処理方法において、生物処理反応が、嫌気処理のメタンガスや脱窒処理の窒素ガスなどのガスを生成させる反応である場合においては、微生物の付着した担体が、ガスを内包することにより、比重が１．０以下になることがある。
【０００６】
比重が１以下の担体を槽全体に流動させるには、タービン羽根やプロペラ羽根などの攪拌羽根と邪魔板を有する構造により、上下循環流を生じさせるのが好適である。
【０００７】
特許文献３には、槽体内に担体が充填され、該担体を攪拌するための回転翼が槽体の上下方向の途中に配置されている流動床式生物処理装置において、槽体内周面の上部にのみ邪魔板を設けることが記載されている。この特許文献３には、担体の平均密度が０．９６〜１．０２ｇ／ｃｍ３であり、担体の平均粒径が１〜５ｍｍであり、槽体内の担体の充填率が５〜５０％であることが記載されている。
【０００８】
一般に、流動床式生物処理装置にあっては、攪拌強度（翼回転速度、単位体積当たりの攪拌動力など）が不十分であると、担体が槽底部に堆積し、反応効率が低下する。一方、攪拌強度が過剰であると、過大な動力が必要となる上、担体表面の生物膜が剥離して処理能力が低下する。
【０００９】
担体を反応槽内に十分に展開させるために円筒槽に邪魔板を設置した場合、槽容積が大きくなるにつれて攪拌翼径が大きくなり、撹拌翼先端の速度が大きくなる。このため、翼先端近傍や邪魔板近傍において、局所的に担体が受けるせん断力が大きくなり、生物膜が剥離し易くなる。
【００１０】
担体充填率５〜５０ｖｏｌ％とした流動床式生物処理装置の場合でも、担体の充填率が多くなるにつれて流動性が低下するため、担体を流動化させるために攪拌強度を強くする必要がある。その結果、上記と同様に生物膜が剥離し易くなる。
【００１１】
邪魔板を設ける円筒型の反応槽では、槽容積が比較的小さい（具体的には２０ｍ３以下程度）場合、製缶により製造することができる。反応槽の容積をそれよりも大きくする場合、製缶により円筒槽を作製し、邪魔板を設置しようとすると、製造が難しくなり、コストも増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−２５４６８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１４３８８９号公報
【特許文献３】特開２０１１−７２９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献１，３にも見られる通り、従来の流動床式生物処理装置の槽体は通常、円筒形である。
【００１４】
本発明は、平面視形状が方形の槽体を有した流動床式生物処理装置であって、担体の流動性が良好であり、しかも担体から生物膜が剥離することが防止され、生物処理効率が高い流動床式生物処理装置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】
【００１５】
本発明の流動床式生物処理装置は、槽体内に担体が充填され、該担体を攪拌するための撹拌翼が槽体内に配置されている流動床式生物処理装置において、前記槽体は、平面視形状が正方形または長方形の角型であり、該槽体の容積が１０〜２００ｍ３であり、前記攪拌翼が輻流翼であり、前記担体として、粒径１〜５ｍｍ、沈降速度２〜１０ｃｍ／ｓの担体が充填率１５〜５０ｖｏｌ％で充填されている。
【００１６】
本発明の一態様では、前記槽体の平面視における長辺と短辺との辺長の比が１〜１．２である。
【００１７】
本発明の一態様では、前記槽体の平面視における辺長が２〜５ｍであり、液深が該辺長の０．４〜２．５倍である。
【００１８】
本発明の一態様では、前記撹拌翼の旋回直径が前記槽体の平面視における辺長の１／４〜１／２である。
【００１９】
本発明の一態様では、前記撹拌翼は、撹拌停止に沈降した担体の界面より高い位置に設置されている。
【００２０】
本発明の一態様では、前記輻流翼は、フラットパドル、又はディスクタービン翼である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の流動床式生物処理装置によると、角型の槽体を有する流動床式生物処理装置における担体の堆積による反応効率低下を防止し、また担体からの生物膜の剥離による処理能力低下を防止することが可能であり、これによって効率良く生物処理反応を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態に係る流動床式生物処理装置の透視状態の上面図である。
【図２】図１の流動床式生物処理装置の縦断面図である。
【図３】実験例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１，２を参照して実施の形態に係る流動床式生物処理装置１について説明する。
【００２４】
この流動床式生物処理装置１は、平面視形状が方形（正方形又は長方形）の角型槽体２と、該槽体２の平面視における中心位置（２本の対角線が交わる位置）に鉛直方向に配置された駆動軸３と、該駆動軸３の下部に設けられた撹拌翼４と、駆動軸３を回転駆動するための駆動装置５と、槽体２の１つの側壁２ａに設けられた流出用透口６と、該流出用透口６の外側に槽体２と一体に設けられたスクリーンピット７と、該スクリーンピット７内に設けられたスクリーン８と、該スクリーン８の下側に配置された散気管９と、前記側壁２ａの上部に設けられた、槽体２内とスクリーンピット７内の上部同士を連通する通気口１０と、槽体２内に被処理水を流入させるための流入配管１１と、スクリーンピット７内の上部から処理水を流出させる流出管１２と、槽体２内の上部からガスを吸引し、前記散気管９に供給するための配管１３、ミストセパレータ１４及びブロワ１５等を備えている。
【００２５】
この実施の形態では、酸素含有気体の散気手段が設けられておらず、また、槽体２は天井部２ｂを備え、内部を無酸素状態に保つことができる無酸素処理槽となっている。
【００２６】
槽体２は、４側壁面が鉛直な角筒形である。槽体２の平面視形状が長方形である場合、その長辺と短辺の辺長の比、すなわちアスペクト比は１．２以下であることが好ましい。
【００２７】
平面視における槽体２の一辺の辺長（長方形の場合は長辺の長さ）Ｄは、好ましくは２〜５ｍであり、液深Ｈは好ましくは該辺長Ｄの０．４〜２．５倍である。
【００２８】
槽体２の容積は、１０〜２００ｍ３、特に５０〜１５０ｍ３が好ましい。
【００２９】
槽体２内には、好ましくは粒径１〜５ｍｍ、沈降速度２〜１０ｃｍ／ｓの樹脂担体を槽容積に対して充填率１５〜５０ｖｏｌ％にて充填されている。
【００３０】
この流動床式生物処理装置１では、攪拌翼４は回転に伴って輻流（翼の半径方向への流れ）を発生させる幅流翼であり、具体的にはフラットパドル、又はディスクタービン翼が好ましい。
【００３１】
この撹拌翼４は、周速度が過剰に大きくなると撹拌の動力が大きくなりエネルギーロスが大きくなる上に、撹拌水流による剪断応力や樹脂担体同士の接触により、担体に付着した生物膜が剥離して生物処理能力が低下してしまう可能性が高まってしまう。よって周速度が４．０ｍ／ｓ以下、特に３．５ｍ／ｓ以下となるように回転されることが好ましい。
一方、この撹拌翼４の周速度は所定の下限値以上で回転されることが好ましい。周速度が所定値を下回ると樹脂担体の流動にムラができ一部の担体が継続的または断続的に滞留してしまう可能性が高まってしまうからである。
なお、好ましい周速度ｒの下限値は撹拌翼の翼径ｄと槽径（槽体２の一辺の辺長）Ｄと相関がある。
まず前提として翼径ｄは槽径Ｄに対してある程度の長さが必要であり、具体的にはｄ／Ｄは１／４以上、例えば１／４〜１／２とする必要がある。ｄ／Ｄが過度に小さいと撹拌能力が低く担体を均一に混合できず、過度に大きいと大きな動力が必要となってエネルギーロスが大きくなってしまうからである。
次に周速度ｒと槽径Ｄの関係については後述の実験例２の通り実験的に求めた。好ましい周速度ｒの下限値の関係式に基づき、好ましい周速度ｒの条件は下式で表される。
周速度ｒ（ｍ／ｓ）≧１．４２８×槽径Ｄ（ｍ）０．５７７
【００３２】
この撹拌翼４の翼枚数は４〜８枚が好ましい。この撹拌翼４の旋回直径ｄは、好ましくは該辺長の１／４〜１／２である。この旋回直径ｄ（以下、翼径ということがある。）とは、駆動軸３の軸心から翼の放射方向先端までの距離の２倍の値である。
【００３３】
撹拌翼４は、撹拌停止の担体堆積時の担体界面より高い位置に配置されることが好ましい。これは、撹拌起動時の過負荷によるモーターのトリップを防止するためである。撹拌翼４の上下方向中間点の槽底からの高さＨｂは液深Ｈの２０〜６０％、特に３０〜５５％であることが好ましい。
【００３４】
この流動床式生物処理装置１においては、流入管１１から被処理水が槽体２内に導入され、撹拌翼４の回転によって液及び担体が撹拌されて担体が流動し、生物処理が行われる。処理された液は、透口６からスクリーンピット７内に流入し、スクリーン８で担体が分離される。スクリーン８を透過した処理水は、流出管１２から流出する。槽体２内の上部の槽内ガスを配管１３を介して散気管９に循環させて散気することにより、スクリーン８の表面が洗浄される。なお、図１の流動床式生物処理装置１は無酸素の反応槽である。
【００３５】
この流動床式生物処理装置１によると、機械撹拌を要する特に無酸素の生物反応処理を行う場合、担体の堆積による反応効率低下を防止し、また、担体からの生物膜の剥離による処理能力低下を防止することが可能であり、これによって効率良く生物処理反応を行うことができる。また、槽内壁に整流板がないので、担体が受けるせん断力が小さく、生物膜の剥離を抑制することができる。
【００３６】
この流動床式生物処理装置１は、負荷０．１〜５ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｇの生物脱窒処理、または負荷０．００２〜０．０２ｋｇ−Ｍｅｔａｌ／ｍ３／ｄの重金属還元処理に用いるのに好適であるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００３７】
［実験例１］
図１，２に示す、下記条件の流動床式生物処理装置１を用いて撹拌実験を行った。
【００３８】
＜撹拌翼４＞
フラットパドル（翼枚数４〜８枚）
＜槽体２＞
辺長Ｄ＝４５０ｍｍ（正方形）
液深Ｈ＝４３０ｍｍ
撹拌翼４の上下方向中心の槽底からの高さＨｂ＝２１５ｍｍ
翼の旋回直径ｄ＝１７０ｍｍ（ｄ／Ｄ＝０．３７）
翼幅ｂ＝３４ｍｍ（ｂ／ｄ＝０．２０）
翼先端の周速度＝１．５〜４．０ｍ／ｓ
【００３９】
＜担体＞
プラスチック担体（材質：ポリオレフィン系樹脂）
平均粒径＝４．１〜３．１ｍｍ
担体みかけ充填率＝４０ｖｏｌ％
担体沈降速度＝３ｃｍ／ｓ
【００４０】
＜実験結果＞
机上試験を行い、角型反応槽内の流動状況を観察した。その結果、次の事項が認められた。即ち、槽内の液は攪拌翼から放射状且つ翼の回転方向に旋回しながら流れ、槽壁部分で上下に分岐する。そして槽内の隅部が邪魔板の役割を果たし、攪拌翼と液と担体の共回りを防止し、担体と液を適度に接触させることで、撹拌が促進される。ただし槽底部の隅部（コーナー部）から回転方向下流側のコーナー近傍領域においてしばしば（数十秒に１度程度）淀みが生じることが認められた。また、この淀みが生じ易いコーナー近傍領域は、コーナーから回転方向下流側へ距離０．１Ｄの部分から距離０．３Ｄの部分までの範囲であることが認められた（Ｄは槽体２の辺長）。
【００４１】
そこで、以降の実験例においては、この淀みが生じやすいコーナー近傍領域において担体が流動した場合には、槽全体で担体が流動すると判定することとした。具体的には、「槽内に１０秒以上停滞している担体が１つ以上あることが認められない状態」を担体が十分に流動しているもの（良好）と判定した。
【００４２】
［実験例２］
下記表１のように何種類か槽径の異なる槽を用意して担体流動化の試験を行った。各槽で回転数を徐々に高めていき、所定の滞留しやすい位置の担体が流動化したときに槽全体で担体が均一に撹拌混合されたとみなし、このときの周速度を計測した。担体は実験例１と同じものを用いた。条件と結果を下記表１に示す。
【００４３】
【表１】
2020040053.tif 000003
【００４４】
これらの実験値に基づいて図３のように近似曲線を算出し、下式が得られた。
周速度ｒ（ｍ／ｓ）＝１．４２８×槽径Ｄ（ｍ）０．５７７
【００４５】
表１の通り、前記コーナー近傍領域の担体流動性が良好であり、槽全体で担体流動性が良好である。また、実施例２のいずれの場合も、処理水のＴＮが全期間において除去率９５％以上まで除去されていたので、担体からの生物剥離はなかったものと推定された。
【符号の説明】
【００４６】
１  流動床式生物処理装置
２  槽体
３  駆動軸
４  撹拌翼
７  スクリーンピット
８  スクリーン
９  散気管
【図１】
2020040053.tif 000004
【図２】
2020040053.tif 000005
【図３】
2020040053.tif 000006