(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性微生物を担持した担体が充填された生物処理手段と、該生物処理手段よりも下方に設けられ、複数の散気孔を通して前記生物処理手段に対し酸素含有ガスを供給しながら回転軸の周りを回転する散気手段とが処理槽内に設けられた好気性生物処理装置であって、前記散気孔が前記酸素含有ガスを水中に噴き出す噴出管の開口端からなり、前記散気手段が前記噴出管へ酸素含有ガスを導入する導入孔を有しており、該導入孔の開口面積が前記噴出管の流路断面積以下であって、前記生物処理手段において生成する余剰汚泥を、いずれかの散気孔を通して前記生物処理手段に供給される前記酸素含有ガスにより前記担体から剥離させることを特徴とする好気性生物処理装置。
【請求項２】
前記酸素含有ガスが、前記散気孔から下方に向けて水中に供給される、請求項１に記載の好気性生物処理装置。
【請求項３】
前記導入孔の開口面積分布が２個以上のピークを有する、請求項１または２に記載の好気性生物処理装置。
【請求項４】
前記散気手段が、前記回転軸から放射状に延設された主管と、該主管から分岐して設けられた枝管とを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の好気性生物処理装置。
【請求項５】
前記散気孔の回転半径分布が所定のピッチで繰り返し現れるピークを有するように、前記散気孔が配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の好気性生物処理装置。
【請求項６】
前記担体が、放射状に延びる複数の突起を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の好気性生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好気性微生物による生物処理装置に関し、より詳しくは、好気性微生物を担体に付着させる生物膜式好気性生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
好気性微生物を担体に付着させる生物膜式好気性生物処理装置（以下、単に好気性生物処理装置と言う）は、何らかの不具合により好気性微生物の浮遊集合体からなる汚泥が系外に流出（バルキング）してしまうおそれのある浮遊式活性汚泥装置と比較して、処理性能の安定性が高く、汚泥付加量を大きくすることが出来、単位処理量あたりの装置の設置面積を小さく出来るという利点を有している。
【０００３】
しかしながら、好気性生物処理装置においては、運転に伴い担体に付着する好気性微生物量が増加するため、運転を中断し、洗浄操作により担体に付着した余剰汚泥（余剰の好気性微生物）を除去する必要がある。その結果、比較的多量の洗浄廃水が生じるため洗浄廃水受槽が必要になり、かつ運転を中断している間に流出される被処理水を滞留させる受槽が必要になる。
【０００４】
そこで、担体充填層の下部に、槽中心部から槽外周に至る部分的断面を洗浄するための一本の洗浄エア噴出手段を取り付け、当該洗浄エア噴出手段を低速度で回転させる好気性生物処理装置が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
特許文献１に記載された好気性微生物処理装置によれば、洗浄エア噴出手段が低速度で回転するので、洗浄エア噴出手段の上方に位置する部分的断面の充填層を洗浄し、ついでその隣の部分的断面の充填層を洗浄するというように槽内の充填層を順次洗浄することができ、よって装置を中断する必要がなく、かつ洗浄廃水受槽も不要とし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−８０４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された好気性微生物処理装置においては、槽内被処理水を好気性雰囲気に維持するための空気を供給する散気手段を、洗浄エア噴出手段とは別に設ける必要がある。また、長期間運転を継続すると、水中に含まれているカルシウム、マグネシウム、シリカ等の成分がスケールとして洗浄管のエア噴出口等へ析出することがあるが、このようなスケールの堆積を防止する方法については特に記載されていない。
【０００８】
本発明は、従来の好気性生物処理装置における上記課題を解決し、散気手段のみで充填層の洗浄と充填層全体への酸素の供給を達成することを目的とし、さらにスケールや沈殿物等の影響を受けることなく長期間安定して酸素含有ガスを供給可能な構造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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る好気性生物処理装置は、好気性微生物を担持した担体が充填された生物処理手段と、該生物処理手段よりも下方に設けられ、複数の散気孔を通して前記生物処理手段に対し酸素含有ガスを供給しながら回転軸の周りを回転する散気手段とが処理槽内に設けられた好気性生物処理装置であって、前記散気孔が前記酸素含有ガスを水中に噴き出す噴出管の開口端からなり、前記散気手段が前記噴出管へ酸素含有ガスを導入する導入孔を有しており、該導入孔の開口面積が前記噴出管の流路断面積以下であって、前記生物処理手段において生成する余剰汚泥を、いずれかの散気孔を通して前記生物処理手段に供給される前記酸素含有ガスにより前記担体から剥離させることを特徴とするものからなる。
【００１０】
このような本発明に係る好気性生物処理装置によれば、生物処理手段に酸素含有ガスを供給する散気孔が、回転軸の周りを回転する散気手段に設けられているので、一つの散気孔から酸素含有ガスが供給される領域は散気手段の回転に伴って移動することとなり、少数の散気孔により幅広い領域へ酸素含有ガスを供給することができる。従って、生物処理手段全体へ酸素含有ガスを供給するための散気孔数を従来装置と比較して少なく抑えることができ、酸素含有ガスの消費量を抑えることができる。その結果、好気性生物処理装置においてエネルギー消費量の多い酸素供給用動力を節約することができ、装置の運用コストが削減される。
【００１１】
また、散気手段に設けられたいずれかの散気孔を通して生物処理手段に供給される酸素含有ガスにより、生物処理手段において生成した余剰汚泥が担体から剥離されるので、生物処理手段への酸素供給と、生物処理手段の洗浄（すなわち、生物処理手段に充填された担体からの余剰汚泥の剥離）とが散気手段によって同時に行われることとなる。従って、生物処理手段において散気手段により洗浄される部分を一部に限定しつつ散気手段を回転させることにより、当該洗浄部分を移動させて実質的に連続した部分洗浄を行うことができ、しかも、他の非洗浄部分においては担体に付着した微生物によって微生物処理を継続的に行うことができる。その結果、微生物処理と生物処理手段の洗浄とを同時に並行して行うことが可能となり、生物処理手段の洗浄のために微生物処理を中断する必要がない。なお、生物処理手段において散気手段により洗浄される部分は、一の連続した領域であってもよいし、複数の領域に分散されていてもよい。
【００１２】
本発明に係る好気性生物処理装置は、微生物処理と生物処理手段の洗浄とを同時に並行して行うことができるため、長期間にわたって安定した微生物処理を行うことができる。間欠的な一括洗浄を行う従来の装置では、洗浄作業により担体に付着する微生物の量が大幅に減少し、一時的に水質の悪化や処理能力の低下が起こるおそれがあった。これに対し、本発明に係る好気性生物処理装置は、生物処理手段の一部分を洗浄しながら当該部分を移動させることにより連続的な洗浄を実現するものであるから、当該部分の洗浄が過度に行われることがあったとしても全体の処理能力には大きな影響がなく、安定した処理能力を継続的に発揮することができる。また、従来の間欠的な一括洗浄方式と異なり、散気孔を通じた酸素含有ガスの供給を洗浄のために中断する必要がないため、散気手段を継続的に運転することによって散気孔の目詰まりを防止することができる。その結果、散気孔および散気手段の保守作業の頻度を大きく減らすことができ、保守コストの大幅な削減が可能となる。さらに、上述の連続洗浄機構により担体の閉塞が防止されるので、微生物の成長が速い高負荷環境においても安定した処理能力を発揮することができる。
【００１３】
本発明に係る好気性生物処理装置は、担体から余剰汚泥を剥離させる手段を別途設ける必要がないため、装置の小型化・簡素化が容易であり、容量あたりの処理能力が高い好気性生物処理装置を低コストで実現できる。
【００１４】
上記散気孔は、酸素含有ガスを水中に噴き出す噴出管の開口端からなる。このような構成によれば、噴出管の開口端の開口面積を十分に大きくすることで、スケール析出による開口端の閉塞を防ぐことができる。
【００１５】
上記酸素含有ガスは、散気孔から下方に向けて水中に供給されることが好ましい。このように散気孔が下方に向けて水中に開口していることによって、沈殿物や余剰汚泥の入り込みによる散気孔の閉塞が防止される。なお、散気孔は、鉛直方向下向きに開口されるほか、斜め下方に向けて開口されていてもよい。
【００１６】
散気手段には、単位時間あたりの酸素含有ガス供給量の大きい部位と小さい部位とが設けられていることが好ましい。このような構成によれば、単位時間あたりの酸素含有ガスの供給量が相対的に多い部位においては、気泡による汚泥せん断力の働きが大きくなって生物処理手段に充填された担体から余剰汚泥が剥離されやすくなる。一方、単位時間あたりの酸素含有ガスの供給量が相対的に少ない部位では、細かい気泡により酸素を分散させつつ生物処理手段へと供給することができる。このように酸素含有ガスの供給量の異なる部位を散気手段に設けることにより、気泡による汚泥せん断力の働きが相対的に大きく生物処理手段に充填された担体の洗浄に適した部位と、細かい気泡による生物処理手段への酸素の分散供給に適した部位とが生じることとなるので、生物処理手段を洗浄しつつ生物処理手段への溶存酸素の分散供給を効果的に行うことができる。
【００１７】
上記散気手段は、噴出管へ酸素含有ガスを導入する導入孔を有し、この導入孔の開口面積は、噴出管の流路断面積以下である。このような構成によれば、噴出管の開口端（すなわち、散気孔）より水中へ噴き出される酸素含有ガスの量を導入孔の開口面積によって制御でき、スケール析出等の影響を受けない安定した酸素含有ガスの供給が可能となる。導入孔は、例えば、噴出管の一端（開口端とは反対側の一端）を他の管の側壁面に水密状に接着し、噴出管内と他の管内とを連通する小径の孔を当該他の管の側壁面上に穿孔した構造に形成される。
【００１８】
散気手段が有する当該導入孔は、開口面積分布が２個以上のピークを有するように構成されていることが好ましい。開口面積の異なる導入孔を設けることにより、気泡による汚泥せん断力の働きが相対的に大きく生物処理手段に充填された担体の洗浄に適した噴出管と、生物処理手段への酸素の分散供給に適した噴出管とが生じ、単位時間あたり酸素含有ガス供給量の異なる部位が散気手段に設けられることとなるので、生物処理手段を洗浄しつつ生物処理手段への溶存酸素の供給を効果的に行うことができる。なお、一つの噴出管に対し複数の導入孔が設けられている場合には、噴出管ごとに合計した導入孔の開口面積値をもって当該導入孔の開口面積とする。
【００１９】
散気手段の構成はとくに限定されず、例えば、散気手段が、前記回転軸から放射状に延設された主管と、主管から分岐して設けられた枝管とを有する構成を採用することができる。
【００２０】
上記散気孔は、散気孔の回転半径分布が所定のピッチで繰り返し現れるピークを有するように構成されていることが好ましい。ここで、散気孔の回転半径分布とは、散気手段の回転軸から散気孔の開口部重心までの距離（回転半径）に対する散気孔数の度数分布を表す。このような構成を採用することにより、散気孔を通して酸素含有ガスが径方向に関し所定のピッチをあけて生物処理手段へ供給されることとなり、酸素含有ガスが生物処理手段全体にわたってまんべんなく供給される。
【００２１】
上記担体は、放射状に延びる複数の突起を有することが好ましい。このような構成によれば、散気孔から水中へ噴き出された酸素含有ガスの気泡が、担体に設けられた突起により微細化するため、溶存酸素量が増えるとともに、生物処理手段内に充填された担体の狭隘部にも微細気泡が供給されることとなる。その結果、酸素移動効率、酸素供給効率および洗浄効率の向上が図られ、従来装置よりもさらに少ない量の酸素含有ガスにて生物処理手段への酸素供給および生物処理手段の洗浄を行うことができ、運用コストのさらなる低減を図ることができる。また、放射状に延びる多数の突起を担体に設けて担体の空隙率を向上させることにより、担体の表面積を大きくするとともに多量の汚泥を保持することが可能となり、処理効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る好気性生物処理装置によれば、生物処理手段に酸素含有ガスを供給する散気孔が、回転軸の周りを回転する散気手段に設けられているので、生物処理手段に対して酸素含有ガスを効率良く供給することができ、酸素含有ガスの消費量が削減される。また、生物処理手段の一部分を洗浄しつつ、生物処理手段の他の部分にて継続的に微生物処理を行うことができるので、保守作業の頻度を減らしつつ長期間にわたって安定運転を行うことが可能となり、保守コストの大幅な低減が図られる。さらに、生物処理手段を洗浄するための手段を別途設ける必要がないため、装置の簡素化・小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施態様に係る好気性生物処理装置の縦断面図である。
【図２】図１の好気性生物処理装置に備えられた散気手段の平面図である。
【図３】図２の散気手段に設けられた噴出管の縦断面図である。
【図４】従来装置における散気孔の一例を示す縦断面図である。
【図５】図２の散気手段に設けられた導入孔の開口面積分布を示す折れ線グラフである。
【図６】図１の好気性生物処理装置の部分縦断面図である。
【図７】図２の散気手段に設けられた散気孔の回転半径分布を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る好気性生物処理装置を示している。図１において、好気性生物処理装置１には、処理槽２と、処理槽２の上部に連通する被処理水供給手段としての流入管３と、一端が開放端に形成されるとともに他端が処理槽２の下部に連通されている処理水排出手段としての流出管４とが設けられている。また、流出管４において、処理槽２内の水面Ｓとほぼ同じ高さに相当する位置には流出枝管５が連通され、処理槽２内の水面Ｓが所定の高さに保たれている。
【００２５】
処理槽２内には、好気性微生物を担持した担体６が充填された生物処理手段７と、下方に向けて開口する噴出管８および噴出管８の開口端としての散気孔９を備えた散気手段１０とが設けられており、散気手段１０は生物処理手段７の下方に配置されている。また、処理槽２の中央部には導管１１が立設されており、導管１１の下端は散気手段１０に連通され、導管１１の上端には回転ガス供給装置１２、減速機１３、モータ１４が備えられている。回転ガス供給装置１２にはガス流入管１５が接続されており、ガス流入管１５から回転ガス供給装置１２へ流入した酸素含有ガスは、導管１１を通じて散気手段１０へ供給され、噴出管８の開口端、すなわち散気孔９より下方に向けて水中に供給される。また、モータ１４の回転は減速機１３により減速されて導管１１に伝達され、導管１１は回転の軸心となって回転し、それに伴い散気手段１０が導管１１を軸心として回転する。散気手段１０の回転速度はとくに限定されないが、一回転に要する時間は１０〜５０日の範囲内にあることが好ましく、２５〜３５日の範囲内にあることがより好ましい。なお、散気手段１０は、連続的に回転するように構成されていてもよいし、所定時間ごとに間欠的に小角度の移動をするように構成されていてもよい。また、散気手段１０による酸素含有ガスの供給は、連続的に行ってもよいし、担体６からの余剰汚泥の剥離の程度に応じて供給を一時休止する間欠的な方法であってもよい。
【００２６】
担体６はプラスチック製で、外観は略楕円球形状であり、中央部から放射状に延びる多数の短い突起（図示略）を有している。担体６の空隙率は約９５％であり、空隙部に多量の好気性微生物を保持することが可能である。なお、担体６の材質および形状は上記に限定されるものではなく、好気性微生物を多量に保持することが可能であるように構成されていればよい。
【００２７】
図２は、図１の好気性生物処理装置１に設けられた散気手段１０を上方から見た平面図である。図２において、散気手段１０は、中心部から放射状に延びる主管１６と、主管から分岐する多数の枝管１７とを有しており、主管１６および枝管１７には、噴出管８に連通する導入孔１８が設けられている。導入孔１８は、直径約５ｍｍ（開口面積約１９．６ｍｍ２）の略円形の孔である孔１８ａと、直径約１５ｍｍ（開口面積約１７６．７ｍｍ２）の略円形の孔である孔１８ｂの２種類で構成されている。なお、図２において、２点鎖線で描かれた円は、散気手段１０の回転軸を中心とした１００ｍｍ間隔の仮想的な同心円を表しており、導入孔１８（孔１８ａおよび孔１８ｂ）に連通する噴出管８は、その開口端の重心（中心）が上記同心円近傍に配置されるよう構成されている。
【００２８】
図３は、噴出管８および導入孔１８の構造を示す拡大縦断面図である。なお、以下では、導入孔１８としての孔１８ａが主管１６に連通している構造について図３を例に挙げて説明するが、これらの説明は、孔１８ｂが主管１６に連通している構造や、導入孔１８としての孔１８ａまたは孔１８ｂが枝管１７に連通している構造にも同様に当てはまる。図３において、噴出管８の一端は散気孔９として下方に向けた開口端に構成されており、他端は主管１６に水密状に接着されている。また、噴出管８の他端には、主管１６へ連通し噴出管８よりも断面積（開口面積）の小さい導入孔１８としての孔１８ａが設けられている。主管１６から孔１８ａを通じて噴出管８へ流入した酸素含有ガスは、散気孔９より水中へ供給され、気泡となって水中を上昇する。孔１８ａの開口面積は噴出管８の断面積よりも小さく、単位時間あたり主管１６から噴出管８へ流入する酸素含有ガスの流量は、孔１８ａの開口面積に依存する。散気手段１０内に設けられた孔１８ａの周囲には酸素含有ガスの層があるため、孔１８ａにはスケールが付着することがなく、酸素含有ガスの流量の低下が防止される。なお、好気性生物処理装置１を長期間運転した場合、水中に含まれているカルシウム、マグネシウム、シリカ等の成分がスケール１９として噴出管８の開口端に析出するおそれがあるため、噴出管８の開口端の開口面積は、スケール１９の析出による狭隘化の影響を実質的に無視できる程度の大きさであることが好ましい。
【００２９】
図４は、従来装置における散気孔の一例を示しており、下方へ向けて開口する散気孔１００がガス管１０１の側面に設けられている構造を例示している。このような構造は加工が非常に容易であるものの、水中に含まれているカルシウム、マグネシウム、シリカ等の成分がスケール１０２として散気孔１００の周囲に析出し、ガス管１０１から散気孔１００を介して水中へ供給される酸素含有ガスの流量が減少し、長時間の運転によって散気孔１００が閉塞するおそれがある。これに対し、図３に示す構造においては、噴出管８の開口端の開口面積を適度に大きくすることにより、簡素な構造にてスケール１９の析出による狭隘化の影響を回避することができ、装置の製造コストの上昇を最小限に抑えつつ、運転を長時間継続した場合においても酸素含有ガスの流量の安定性を確保することが可能となる。
【００３０】
図５は、散気手段１０に設けられた導入孔１８の開口面積分布を表す折れ線グラフである。図５に示す通り、導入孔１８の開口面積分布は、１０〜３０ｍｍ２の範囲内および１７０〜１９０ｍｍ２の範囲内に存在する２つのピークを有しており、これらのピークはそれぞれ孔１８ａおよび孔１８ｂを示している。
【００３１】
図６は、好気性生物処理装置１の部分縦断面図であり、孔１８ｂを通じて散気孔９より水中に噴出された酸素含有ガスが、気泡２０として水中に供給される様子を示している。なお、以下では、導入孔１８としての孔１８ｂが主管１６に連通している構造について図６を例に挙げて説明するが、これらの説明は、孔１８ｂが枝管１６に連通している構造についても同様に当てはまる。図６において、主管１６より孔１８ｂを通って噴出管８に流入した酸素含有ガスは、下方に向いた噴出管８の開口端、すなわち散気孔９より気泡２０として水中に供給される。気泡２０が水中を上昇して生物処理手段７に到達すると、上昇する気泡２０の振動およびせん断力により、担体６に付着している余剰汚泥が剥離され、剥離された汚泥は処理槽２内を沈降して流出枝管５より系外へと流出する。また、上述のとおり、担体６には中央部から放射状に延びる突起が設けられているので、気泡２０は突起により微細化され微細気泡２１となって生物処理手段７内を上昇する。その結果、水中への酸素の溶解が促進されるとともに、担体６内の微小な空隙に対しても酸素含有ガスが十分に供給される。
【００３２】
孔１８ｂよりも開口面積の小さい孔１８ａを通して散気孔９より水中に噴出される酸素含有ガスの気泡に関しても、上述の孔１８ｂの場合と同様に、担体６に設けられた突起により気泡の微細化が生じ、水中への酸素の溶解が促進される。
【００３３】
図７は、散気手段１０に設けられた散気孔９の回転半径分布を示す棒グラフである。図７に示すとおり、散気孔９の回転半径分布、すなわち散気手段１０の回転軸から散気孔９の開口部重心までの距離（回転半径）に対する散気孔数の度数分布は、所定のピッチで繰り返し現れるピークを有している。このような構成によれば、散気孔９から噴出された酸素含有ガスが生物処理手段７全体にわたってまんべんなく供給されることとなり、生物処理手段７への酸素供給および生物処理手段７に充填された担体６の洗浄が効果的に行われる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る好気性生物処理装置は、コストに関する要求水準が厳しく長期間の安定運転が要求される、工場排水の処理装置として好適なものであり、食品、飲料、医薬品、化学、製紙、機械工場等の排水処理に幅広く適用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  好気性生物処理装置
２  処理槽
３  流入管
４  流出管
５  流出枝管
６  担体
７  生物処理手段
８  噴出管
９  散気孔
１０  散気手段
１１  導管
１２  回転ガス供給装置
１３  減速機
１４  モータ
１５  ガス流入管
１６  主管
１７  枝管
１８  導入孔
１８ａ、１８ｂ  孔
１９  スケール
２０  気泡
２１  微細気泡
１００  散気孔
１０１  ガス管
１０２  スケール
【図１】
0005848073.tif 000002
【図２】
0005848073.tif 000003
【図３】
0005848073.tif 000004
【図４】
0005848073.tif 000005
【図５】
0005848073.tif 000006
【図６】
0005848073.tif 000007
【図７】
0005848073.tif 000008