(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物固定化担体を散気装置からの散気により流動状態に保持する処理槽において、周囲の散気領域と合して循環流路を形成する下向流路部を槽内に設け、散気によるエアリフト作用によって水位上昇する散気領域の槽内液が下向流路部内に越流し、下向流路部を通じて槽内液が散気領域側へ戻るエアリフト循環流を形成するものであって、下向流路部に、流入口を有する上部の流入部と送出口を有する下部の分離部とを形成し、分離部に流路断面が一様な分離流路部と整流化流路部を形成し、分離流路部の途中に次系に連通する流出口を流路側壁に開口して設け、流出口を覆って担体分離スクリーンを設け、前記流入部は、流入口が分離部の分離流路部よりも拡大して開口する形状をなして、流入口に向かうエアリフト循環流の流れを横切る方向に拡大するテーパ状に形成し、整流化流路部を流入部の下端と流出口の上端との間に形成し、下向流路部に流入する槽内液が流入部から整流化流路部を通って分離流路部に流れることを特徴とする担体分離装置。
【請求項２】
分離部の分離流路部の下方に、下端側が拡大した拡大流路部を形成したことを特徴とする請求項１記載の担体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水や産業排水の浄化に使用される担体投入型窒素除去装置などにおいて微生物固定化担体を槽内に保持するための担体分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微生物を利用して汚濁物質を除去する下水処理場などにおいて、処理槽内に微生物を高濃度に保持し、処理効率を高めることを目的として、微生物を担体に高濃度に固定化する固定化技術が採用されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、微生物を固定化した担体（微生物固定化担体）は一般に流動状態で使用するので、槽外へ流出しないように保持する必要があり、また高い反応効率を得るためには、流れにのって流出端側に集まりがちな微生物固定化担体を槽内に均一に存在させる必要がある。
【０００４】
このため、流出部の上流側に担体分離スクリーンを設け、担体分離スクリーンの上流側に上下が開口した仕切壁を設けて、仕切壁を挟んだエアーリフト循環流を生起し、担体分離スクリーンに沿った下向流によってスクリーン手前側の担体を下降させ、下部開口を通じて上流側へ戻すことが提案されている。しかし、たとえば５ｍ散気水深の運転条件では下向流速２０〜３０ｃｍ／秒程度であり、スクリーン面へ担体が付着することがあるため、スクリーン通過流速１２０ｍ／時程度が処理限界であった。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するもので、スクリーン面に沿ったより速い担体掃流を生起できる担体分離装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の請求項１記載の担体分離装置は、微生物固定化担体を散気装置からの散気により流動状態に保持する処理槽において、周囲の散気領域と合して循環流路を形成する下向流路部を槽内に設け、散気によるエアリフト作用によって水位上昇する散気領域の槽内液が下向流路部内に越流し、下向流路部を通じて槽内液が散気領域側へ戻るエアリフト循環流を形成するものであって、下向流路部に、流入口を有する上部の流入部と送出口を有する下部の分離部とを形成し、分離部に流路断面が一様な分離流路部と整流化流路部を形成し、分離流路部の途中に次系に連通する流出口を流路側壁に開口して設け、流出口を覆って担体分離スクリーンを設け、前記流入部は、流入口が分離部の分離流路部よりも拡大して開口する形状をなして、流入口に向かうエアリフト循環流の流れを横切る方向に拡大するテーパ状に形成し、整流化流路部を流入部の下端と流出口の上端との間に形成し、下向流路部に流入する槽内液が流入部から整流化流路部を通って分離流路部に流れることを特徴とする。
【０００８】
上記した請求項１記載の構成によれば、散気領域の槽内液がエアリフト作用により水位上昇し、それによる水位差で下向流路部の近傍の槽内液が流入口を通じて下向流路部内に越流し、それに伴って下向流路部内の槽内液が送出口を通じて散気領域側へ戻る、というエアリフト循環流が形成される。
その際には、エアレーションによる下向流路部の内外の槽内液の比重差が下向流路部内の槽内液を下降させる駆動力となるが、この下向流路部では、流入口を分離流路部より大きくしているので、流入口を通じて流入部に入った槽内液は分離流路部において加速されることになり、流入口を大きく形成しない場合に比べて分離流路部での下降流速が大きくなる。これは、流入口が分離流路部より大きいために、流入抵抗が低減することと、エアリフト循環流量が確保され、この流量が分離流路部で絞られることとに起因するものと推測される。
【０００９】
このため、下向流路部では、槽内液の一部が担体分離スクリーンを透過し、流出口を通じて次系へ流出するが、微生物固定化担体は下降する槽内液に伴われて担体分離スクリーンに沿って速い速度で下降し、送出口を通じて散気領域側へ戻る。したがって、微生物固定化担体を槽内に保持できるのはもちろんのこと、スクリーン面への微生物固定化担体の付着を防止することができ、高いスクリーン通過流速を得ることができる。
【００１０】
また、テーパ状に形成した流入部では徐々に流路断面が小さくなるので乱流が生じにくく、乱流に起因する水頭損失を低減できる。また、流出口より上方の整流化流路部で整流するので、流入部で乱流が生じた場合も、流出口を覆った担体分離スクリーンの箇所への影響を回避できる。
【００１１】
請求項２記載の構成によれば、拡大流路部において槽内液がよりスムーズに下降するので、分離流路部における下降流速がさらに大きくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１〜図２において、窒素含有汚水などの有機性汚水を浄化する生物処理槽１は、原水流入部（図示せず）と処理水流出部２とを互いに対向する槽壁に有しており、配管３を介して沈殿槽４に連通している。生物処理槽１の内部には、散気装置５が下部に設置され、微生物固定化担体６が流動自在に投入されており、担体分離装置７が、処理水流出部２が形成された槽壁８の近傍に設置されている。
【００１３】
担体分離装置７は、周囲の散気領域との間で循環流を形成する下向流路部９を有している。この下向流路部９には、流入口１０を有する上部の流入部１１と送出口１２を有する下部の分離部１３とを形成し、分離部１３に流路断面が一様な分離流路部１４を形成し、分離流路部１４の途中に次系に連通する流出口１５を流路側壁に開口して設け、流出口１５を覆って担体分離スクリーン１６を設けている。また流入部１１を、流入口１０が分離部１３の分離流路部１４よりも拡大して開口する形状、ここではテーパ状に形成している。流入部１１の下端と流出口１５の上端との間は、流路断面が一様な整流化流路部１７としている。
【００１４】
詳細には、担体分離装置７を構成する壁体１８は、槽壁８と平行に配置されており、この壁体１８に、上記した流出口１５と担体分離スクリーン１６とが設けられている。壁体１９，２０，２１は、槽壁８に背反する壁体１８の一側にコの字状に配置されている。壁体１９，２１は、上記した送出口１２を下部に有するとともに、スクリーン１６の上端よりやや上方に相応する位置に屈折部１９ａ，２１ａを有しており、この屈折部１９ａ，２１ａが上記したテーパ状の流入部１１に対応している。
【００１５】
上記した構成における作用を説明する。
生物処理槽１の内部に流入した有機性汚水を、散気装置５により曝気し、微生物固定化担体６を流動させる状態において浄化し、浄化された槽内液２２より微生物固定化担体６を担体分離装置７で分離して処理水２３となし、この処理水２３を処理水流出部２より配管３を通じて沈殿槽４へ流出させる。
【００１６】
このときの担体分離装置７の作用を詳細に説明する。
散気領域の槽内液２２がエアリフト作用により水位上昇し、それによる水位差で下向流路部９の近傍の槽内液２２が流入口１０を通じて下向流路部９内に越流し、それに伴って下向流路部９内の槽内液２２が送出口１２を通じて散気領域側へ戻る、というエアリフト循環流が形成される。
【００１７】
その際には、エアレーションによる下向流路部９の内外の槽内液２２の比重差が下向流路部９内の槽内液２２を下降させる駆動力となるが、この下向流路部９では、流入口１０を分離流路部１４より大きくしているので、流入口１０を通じて流入部１１に入った槽内液２２は分離流路部１４において加速されることになり、流入口１０を大きく形成しない場合に比べて分離流路部１４での下降流速が大きくなる。
【００１８】
しかもこのときには、徐々に流路断面が小さくなる流入部１１では乱流が生じにくいため水頭損失は生じにくく、また流入部１１で流れ方向の変化によって乱流が発生した場合も整流化流路部１７で整流されるので、分離流路部１４に位置する担体分離スクリーン１６へは影響しない。
このため、下向流路部９では、槽内液２２の一部が担体分離スクリーン１６を透過し、流出口１５を通じて処理水流出部２側へ流出するが、微生物固定化担体６は下降する槽内液２２に伴われて担体分離スクリーン１６に沿って速い速度で下降し、下端の送出口１２を通じて散気領域側へ戻る。したがって、微生物固定化担体６を槽内に保持できるのはもちろんのこと、微生物固定化担体６のスクリーン面への付着や、スクリーン面近傍での堆積は生じず、高いスクリーン通過流速が得られる。
【００１９】
なお、流入口１０への流入抵抗をできるだけ小さくするためには、流量に応じた適当な水深に流入口１０を位置させる必要がある。流入口１０に対する分離流路部１４の開口面積の割合は、槽内に占める装置設置面積を考慮して１０倍以下、２〜６倍とするのが適当と思われ、３倍程度がより適当であると思われる。
上記した担体分離装置７の利点を具体的に示す。
【００２０】
５ｍ水深のタンク（流路幅３ｍ）に、上端開口１．８ｍ2 、スクリーン前流路部０．６ｍ2 とした本発明の担体分離装置を水深約０．３ｍ（上部クリアランス）の位置に設置して、以下の試験を行った。流路全体を０．６ｍ2 とした従来のタイプの担体分離装置を対照とした。
１）通気率０．０８ｍ3 ／ｍ2 ／分で散気し、スクリーン下部に設定した測定ポイントで下向流速を測定した。結果は図３に示したようなものであり、本発明のもの（白四角で示す）では、従来のもの（黒四角で示す）と比べて約２倍、最大４０ｃｍ／ｓの下向流速が得られた。本発明のものでは、スクリーン通過流速として２１０ｍ／時の負荷を与えた条件でも３０ｃｍ／ｓ以上の下向流速を確保できた。流入部抵抗を低下させる目的でハンチを設置したが、流速上昇の効果は得られなかった。
【００２１】
２）担体を約１２％投入して、スクリーン通過流速とスクリーン前後の圧力損失とを調べた。結果は図４および図５に示したようなものであり、本発明のもの、従来のものとも、スクリーン前後の圧力損失はスクリーン通過流速の上昇に伴って増大する傾向が見られたが、本発明のものではスクリーン限界ＬＶ（圧力損失が上昇しない限界のスクリーン通過流速）が１２６ｍ／時（通気率０．０４ｍ3 ／ｍ2 ／分）であり、従来のものでは限界ＬＶが８４ｍ／時（通気率０．０８ｍ3 ／ｍ2 ／分）であるのと比べて大きくなっている。ただし、この試験では曝気空気量が比較的少ない（本発明のものでは通気率０．０４ｍ3 ／ｍ2 ／分）ことと、担体投入量が多い（約１２％）こととが、得られた限界ＬＶに影響しているものと思われる。
【００２２】
３）本発明のものについて、担体を約４％投入し、通気率を変えて、種々のスクリーン通過流速におけるスクリーン前後の圧力損失を調べた。図６〜図８はそれぞれ、通気率０．０４ｍ3 ／ｍ2 ／分、通気率０．０８ｍ3 ／ｍ2 ／分、通気率０．１１ｍ3 ／ｍ2 ／分における結果を示す。曝気空気量が低い時に（通気率０．０４ｍ3 ／ｍ2 ／分）圧力損失の上昇速度が若干増加する傾向が見られたが、限界ＬＶが低下するほどの影響は見られず、１６８ｍ／時の通過流速を与えても圧力損失の上昇は認められなかった。
【００２３】
また、図９に示したように、相対向する壁体１９，２１に、スクリーン１６の下端のやや下方で互いに離間する屈折部１９ｂ，２１ｂを設けることで、分離流路部１４の下方に、下端側が拡大した拡大流路部２４を形成してもよい。この場合、拡大流路部２４における槽内液２２の流れがよりスムーズになるため、分離流路部１４における下降流速がさらに大きくなる。
【００２４】
さらには、壁体１８の上部および／または下部を屈曲させることで、下向流路部９における流路断面の変化を図ることも可能である。
なお、上述したようにエアリフトによって下向流を生起する方式なので、ガスホールドアップが高まるように槽底部より散気を行うのが、下降流速向上の観点から有利である。
【００２５】
さらに深層タンク（１０ｍ級）への適用においては、曝気用空気を槽底部まで引き込む深層曝気装置を併用するのが好ましい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１記載の担体分離装置によれば、担体分離スクリーンによって微生物固定化担体を槽内に保持できるのは勿論のこと、流入口を分離流路部より大きくしたことで、分離流路部における下降流速を高められるので、スクリーン面への微生物固定化担体の付着を確実に防止することができ、従来よりも高いスクリーン透過流速で運転することが可能となる。
【００２７】
また、流入部をテーパ状に形成したので、乱流が生じにくく、乱流に起因する水頭損失を低減できる。
また、流入部の下端と流出口の上端との間に整流化流路部を形成したので、流入部で乱流が生じた場合も、担体分離スクリーンの箇所への影響を回避できる。
【００２８】
請求項２記載の担体分離装置によれば、分離流路部の下方に拡大流路部を形成したので、分離流路部における下降流速をさらに大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における担体分離装置を生物処理槽の内部に設置した状態を示した縦断面図である。
【図２】同担体分離装置を生物処理槽の内部に設置した状態を別の方向から示した縦断面図である。
【図３】図１および図２に示した担体分離装置におけるスクリーン通過流速とスクリーン下部下向流速との関係を従来のタイプのものと対比して示したグラフである。
【図４】図１および図２に示した担体分離装置における圧力損失を経時的に示したグラフである。
【図５】従来のタイプの担体分離装置における圧力損失を経時的に示したグラフである。
【図６】図１および図２に示した担体分離装置における、図４とは担体濃度および通気率が異なる運転条件での圧力損失を経時的に示したグラフである。
【図７】同担体分離装置における、図６とは通気率が異なる運転条件での圧力損失を経時的に示したグラフである。
【図８】同担体分離装置における、図６とは通気率が異なる運転条件での圧力損失を経時的に示したグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態における担体分離装置を生物処理槽の内部に設置した状態を示した縦断面図である。
【符号の説明】
１  生物処理槽
２  処理水流出部
５  散気装置
６  微生物固定化担体
７  担体分離装置
９  下向流路部
１０  流入口
１１  流入部
１２  送出口
１３  分離部
１４  分離流路部
１５  流出口
１６  担体分離スクリーン
１７  整流化流路部
２４  拡大流路部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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