(57)【要約】【課題】  高濃度有機性排水を短時間に活性汚泥法で処理する場合において、微生物活動に必要な大量の水中酸素の確保と曝気操作で発生する大量発泡の防止対策を同時に満足させる消泡装置を提供する。【解決手段】  高濃度有機性排水処理において、必要な大量の水中酸素は中深層曝気槽及び／または高濃度酸素曝気槽で確保する。一方、底部にエアレーションホイール3を装着したドラフトチューブ2を前記曝気槽の中央部に設け、被処理液については前記エアレーションホイールの回転で前記ドラフトチューブの内側は下向きの外側は上向きの流れを与えて循環させ、曝気操作で発生する泡は該ドラフトチューブに集め、ドラフトチューブ底部のエアレーションホイールで消滅させる高濃度有機性排水処理の消泡装置と処理方法。【選択図】図1
2006110543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度有機性排水を短時間に活性汚泥法で処理するために大量の酸素を供給するために中深層曝気槽及び/又は高濃度酸素曝気槽を用い、該曝気操作に伴って発生する大量の泡を消滅させるために用いるwaldhof-fermentor方式の消泡装置と排水処理方法。
【請求項２】
前記中深層曝気槽では槽の深さを5ｍ〜200ｍにして水中での酸素溶解時の空気の圧力を大気圧の1.5〜20倍とし、酸素移動効率をあげる。また、前記高濃度酸素曝気槽は槽の深さは2ｍ〜30ｍとし、酸素発生装置で空気よりも酸素の濃度を高めることで酸素分圧を空気の1.5〜5倍にして曝気し、酸素移動効率を上げる。
上記の曝気手段の併用又はいずれか一方を用いて通常の曝気槽（深さ2ｍ〜5ｍの槽で空気を曝気する）よりも酸素の移動効率を高めることを特徴とする請求項1の高濃度有機性排水の処理方法。
【請求項３】
前記高濃度酸素曝気槽には、曝気槽の液面上の気中濃度を20％以下に調整する酸素検出装置を設置することを特徴とする請求項1または2記載の処理方法。
【請求項４】
前記waldhof-fermentorは前記曝気槽の中央部にエアレーションホイールを底部に装着したドラフトチューブを設け、前記エアレーションホイールを回転させて、被処理液の循環流を発生させることを特徴とする請求項1記載の曝気槽の消泡装置。
【請求項５】
前記エアレーションホイールにおいて中空のスピンナーを通じて空気又は高濃度酸素を前記被処理液の循環流中に供給し、該スピンナーの高速回転で微細気泡を被処理液中に発生させることを特徴とする請求項1又は4記載の処理装置。
【請求項６】
前記ドラフトチューブの外側において前記エアレーションホイールの回転で循環液を旋廻させ、発生する泡のすべてを前記操作でドラフトチューブに集合させることを特徴とする請求項1又は2又は4又は5記載の処理方法。
【請求項７】
前項の液と泡が循環流としてエアレーションホイールを通過するときに泡が液化して消滅することを特徴とする請求項6記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は下水、し尿、及び各種産業における高濃度有機性排水を活性汚泥法で処理する曝気処理槽において酸素移動効率を高め且つ、前記の廃水処理中に大量に発生する泡を効率よく消滅させる高濃度有機性排水の処理装置と消泡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼酎粕などの高濃度有機性排水の活性汚泥による好気的な曝気処理では大量の酸素の供給と曝気処理で発生する大量の泡を消去することが必要である。酸素供給の効率を上げるためには、酸素移動効率の高い方法として深層曝気槽あるいは高濃度酸素曝気槽が用いられる。酸素供給のために曝気量を増やすと処理水中に含まれる界面活性を有する多くの物質が原因となって、曝気槽の液面で多量の泡が発生する。
この泡が曝気槽から溢れたり、後工程に流出したりすると運転機能を麻痺されるなどプラントの運転上大きな支障をきたすので、消泡が不可欠である。
従来、消泡の方法としては消泡ファン、消泡剤の注入、または消泡ファンと消泡剤の組み合わせなどが行われてきた。これらの方法は泡の発生の監視、その結果による消泡作業の実施が必要で現場管理作業が非常に煩雑になり、又消泡剤散布などに伴う経費も嵩みこれらは多額の運転維持経費を必要としていた。さらに消泡剤の添加はそれに由来するBOD（生物化学的酸素要求量）を発生し、処理効率を悪化させるとともに第3物質の添加すなわち汚染ともなり、処理生産物の利用上の制約にもなっていた。
【０００３】
その後改良型として「上部スペースを多く必要とせず、発生する泡を確実に捕集し、効率よく破泡する深層曝気槽の消泡装置」（例えば特許文献1参照）などが提案されている。
また、中深層曝気装置または高濃度酸素の曝気装置を付加したものによる汚水の処理は、従来の標準活性汚泥法の水深4〜5ｍの曝気槽に比べ深層による高圧または酸素分圧を高くしているために酸素移動効率が高く、したがって処理効率も非常に優れており、また、設置面積も節約できることが近年提案されている。（高濃度酸素の気体循環流路を付加した曝気処理装置）（たとえば特許文献2参照）。
【０００４】
また、醗酵工業の酵母製造分野で亜硫酸パルプ廃液から消泡しながら連続で大量の酵母を生産していたことは公知の技術である。（例えば非特許文献1参照）
【特許文献１】特開平9-103607  号  公報
【特許文献２】特開平5-23689   号  公報
【非特許文献１】微生物学ハンドブック  (技報堂  昭和４１年６月１５日)  ｐ943 (Waldhof-fermentor)
【非特許文献２】INDUSTRIAL AND ENGINEERING (1951,Vol ４３,No８, P1702-1711)               Food Yeast From Sulfite Liquor.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の問題点
上述特許文献1の記載の方法は1）消泡設備がかなり大掛かりであり設備費がかさむこと、2）捕集フードで外筒管の上面面積の80％を覆い、曝気槽のメンテナンス上支障があるなどの問題がある。上述特許文献2の方法は消泡装置がついていない。また、上述特許文献3の方法は曝気槽が浅く、エネルギー効率が悪いなどの問題がある。
【０００６】
廃棄物の発生とリサイクル利用、処理形態に関するさまざまニーズ
例えば焼酎蒸留残滓、食品加工残滓、畜産などのスラリー状の糞尿、水分の多い食品残滓、田畑での果菜類の残滓など膨大な量である。
これらは水分含量が90〜95％と高いため、焼却するにも重油など化石燃料が必要で炭酸ガスを排出し、温暖化防止には逆行する。やはり微生物による湿式分解が望ましい。すなわち、有機物は磨碎して微生物分解し、菌体を回収して蛋白源、有機肥料など有用物として再利用することが将来目標になると思われる。
【０００７】
農業分野での従来の使用品である化成肥料、穀物飼料への切り替え技術的な不安とコストアップによる困難性。生産地と消費地の距離と運賃。など問題が山積している。また、堆肥、飼料として販売先を確保することが品質の安定性、製品価格、使用技術の未確立、運賃の割高など既存の化学肥料、穀物飼料などの価格、利用技術に対抗するには難しいことが多い。
有機性廃棄物は硝酸イオンなどの地下水汚染防止などの観点から従来の単純な土壌還元は規制され、微生物処理による肥料、飼料としての再利用が期待され、規制する法律もすでに制定・施行されている。これらは固液分離され固形分は焼却、堆肥などにし、液分は排水処理して河川に流し、あるいは畑に還元することになっているが、需要供給のバランスがとれず、排出者側は非常に困っている。
【０００８】
処理コストの低減の面から高濃度有機性排水処理の効率よい処理方法として高濃度活性汚泥を用いた嫌気-好気式高濃度活性汚泥法が提案され、さらに処理水による環境影響の面から窒素除去、リン除去まで同時に行うことが要請され、一部では実施されている。
固形分も含めてすべてを微生物分解する技術も要望されている。
【０００９】
従来二律背反事象として解決されていなかったが、前記の諸問題の大部分は高濃度有機性排水の処理経費の低減で解決するとの方針で、水中酸素の高速供給問題と発生する泡の除去問題検討し、本技術を完成した。
【００１０】
すなわち、高濃度有機性排水を短時間に活性汚泥法で処理するための大量の酸素を供給する曝気方法と該曝気操作に伴って発生する大量の泡の消泡を同時に満足させるための手段として、深層曝気槽及び/または高濃度酸素曝気槽とwaldhof-fermentor方式の消泡装置を組み合わせるた装置と方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
酸素供給について：
前記深層曝気槽では槽の深さを10ｍ〜150ｍにして水中での酸素溶解時の空気の圧力    を大気圧の2.0〜16倍とし、酸素移動効率をあげる。また、前記高濃度酸素曝気槽は槽の深さは4ｍ〜5ｍとし、酸素発生装置で酸素の濃度を40％〜80％に高めることで酸素分圧を空気の2〜4倍にして曝気し、酸素移動効率を上げる。
上記の曝気方法のいずれかあるいは併用して通常の曝気槽（4m〜5ｍの槽の深さで空気を曝気する）よりも酸素の移動効率を高めることを特徴とする有機性排水の処理装置及び処理方法。
上記酸素移動効率を高めた曝気槽のうち高濃度酸素曝気層においては安全対策として曝気槽内の空隙における酸素濃度が20％を超えないように制御装置を付設する。
【００１２】
発泡防止技術について：
waldhof-fermentorは曝気槽の中央部にエアレーションホイールを底部に装着したドラフトチューブを設け、前記エアレーションホイールを回転させて、前記ドラフトチューブの内側は下向きに外側は上向きの被処理液の循環流を発生させる。循環流の途中でエアレーションホイールによって液中の泡を消滅させることを特徴とする曝気槽の消泡装置である。
【００１３】
前記エアレーションホイールに配置した中空のスピンナーを通じて空気又は高濃度酸素を前記被処理液の循環流中に供給し、該スピンナーの高速回転で微細気泡を被処理液中に発生させる。
エアレーションホイールの回転数は300〜400rpmで渦巻きポンプのインペラと同じ役割で被処理液を内筒から外筒に送り出す。この過程では液中の気泡を消す働きをする。さらにホイールの鏡板よりも外に突出しているスピナー部部では旋廻流を発生させる。またスピンナー先端の周速度は19.2ｍ〜35.6ｍ/secで非常に早く、曝気の気泡を形成するとともに激しい攪拌で酸素の水中溶解を促進している。
【００１４】
前記ドラフトチューブの外側において前記エアレーションホイールの回転で上向き流の循環液を旋廻させる。液面の泡は旋廻による遠心力で生じた液面の高低差にしたがって、重力により外側から内側に流れ、前記ドラフトチューブの上縁を越えて、該ドラフトチューブに集まる。発生する泡のすべてを前記操作でドラフトチューブに集合させる消泡装置。
【００１５】
前項の液と泡が循環流としてエアレーションホイールを通過するときに泡が液化して消滅することを特徴とする消泡装置。
【００１６】
本発明では上記目的を達成するために、酸素移動効率、処理効率、設備の設置面積などから、水中酸素の供給方式として深層曝気方式及び/または高濃度酸素の曝気方式を用い、消泡技術としては曝気槽中央のドラフトチューブとドラフトチューブの底部に設けたエアレーションホイールとからなる構成による消泡装置によって解決するものである。この消泡装置の構成・役割は以下の通りである。
【００１７】
酸素溶解効率及び溶存酸素濃度が高い中深層曝気槽及び／又は高濃度酸素の曝気槽において、該曝気槽中に設けたドラフトチューブとその下位に、エアレーションホイールを配し、廃水処理中に発生する泡を除く曝気槽の消泡装置である。
【００１８】
前記曝気槽の中央部に、前記エアレーションホイールを底部に装着した前記ドラフ        トチューブを設け、前記エアレーションホイールを回転させて、前記ドラフトチューブの内側は下向きに外側は上向きの被処理液の循環流を発生させる曝気槽の消泡装置である。
【００１９】
前記エアレーションホイールに配置したスピンナーの回転で空気又は高濃度酸素の微細気泡を被処理液中に発生させるとともに前期ドラフトチューブ外側において循環液を旋廻させる曝気槽の消泡装置である。
【００２０】
旋廻で生じたすり鉢状の液面の高低差にしたがって、外側から内側に向かって重力で液と泡が流下し、ドラフトチューブの上縁を越えて、ドラフトチューブを経由してエアレーションホイールを通過するときに泡が液化することを特徴とする曝気槽の消泡装置である。
【００２１】
液面すなわち、外筒管通水路（3a）の水面上に浮上した泡は、MLSS（Mixed Liquor Suspended  Solid：曝気槽の浮遊性微生物）とともに循環流に伴って重力で内筒管に落ち込み、エアレーションホイールを経て外筒管に循環する間に泡はエアレーションホイールの破泡力によって消滅する。
【発明の効果】
【００２２】
上述したように、本発明装置によれば、簡単な構造の装置で、必要な酸素を得るために十分量の空気または高濃度酸素を曝気し、発生する泡は確実に捕集して効率よく破泡することで高濃度有機生排水をたんじかんで分解処理する条件を実現できた。
【００２３】
また、消泡剤などの第3物質を添加しないことで処理物の汚染による用途制限がないこと、及び発泡の監視要員、消泡剤の散布も不要なことから、排水処理上有用な技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を以下に図面に基づいて説明する。図1は本発明の実施例装置の側面図。図2はエアレーションホイールの平面図であり、図3は図2のII-IIの断面図（側面図）である。1は曝気槽本体。2はドラフトチューブ（集泡部）であり、その上端は開口端となり、その下端は中央に通気用中空シャフトが通る穴を開けた金属板（鏡板）を溶接する。ボリュウトポンプの羽根車のようにその金属板部分とエアレーションホイールは、わずかの隙間を介して組み合わされている。この部分が図1の3であり、エアレーションホイール（消泡部）である。4はエアレーションホイールの駆動モーターである。5はオーバーフローパイプ。6は通気量調節装置。7は通気用の中空シャフト。8は酸素発生装置。9は被処理水の流入口。3aは内筒と外筒の間に形成される流路である。
【００２５】
エアレーションホイールは図2に示されているように中心部から外に向けて湾曲したパイプ（スピンナー）が6本ついており、各スピンナーの両端は開口している。中心部の開口部はエアレーションホイールの中心部で結合している中空シャフトと連結しており、もう一方はエアレーションホイールの外周部で醗酵液中に開口している。
エアレーションガスは通気用シャフト、スピンナーを経てエアレーションホイールの外周部のスピンナー開口部から、気泡として水中に放出される。エアレーションホイールの外周にあるスピンナーの開口部は水中で高速で回転しているため発生する気泡はきわめて微細になり水中溶存酸素濃度の向上に寄与する。またエアレーションホイールのスピンナー（渦巻きポンプのインペラーに相当）の回転による遠心力でドラフトチューブ内の液が内筒管からスピンナーに沿って外筒管側に向かう流れが発生する。
【００２６】
以下、上記構成の動作を説明する。被処理水入り口9から流入及びエアレーションホイールによるエアーの供給及び液の循環が定常状態になると流路3aの液面は内側が低く外側が高いすり鉢状になり、液面上の泡は重力によって液面上を滑り落ち、液とともにドラフト内に落ち込み、循環するようになる。
【００２７】
本発明において、液の旋回流による液面外側のせり上がりを利用して、流路3aの水面上に泡を中心部のドラフトチューブに落とし込むことで泡の捕集を確実にしている。捕集した泡は全量エアレーションホイールを通過することによって確実に消滅する。    
【００２８】
また、この循環工程の間に、中深層曝気方式及び/または高濃度酸素の曝気方式による十分な酸素の供給で、水中の有機物は微生物、原生動物などによって速やかに好気的に分解される。
【００２９】
また、本発明は上記に示された一体型の消泡装置に限定されず、曝気、循環、消泡，旋廻などに相当する機器を適宜組み合わせてもよい。
【実施例】
【００３０】
本発明の消泡部分の実施例1を記載する。
Waldhof-fermentorの稼動例    非特許文献1より抜粋  図−1参照
空気はシャフトから入り、その先端はaeration wheelに連なっていて、spinnerから液中に放出される。Aeration wheelのすぐ上にdraft tubeがあって、draft tube の上辺よりやや高めにoverflow pipeが設置されている。シャフトを回転しつつ空気を吹き込むと、液は外方から渦を巻きながら持ち上がり、draft tubeの内側に向かって落ち込む。したがって、発泡をしても機械的に消泡できるので空気を十分多く通ずることが可能である。Mannheim工場の最新式のものは３００ｍ３の容量を持ち、aeration-wheelの直径1.7m、spinnerは6本、100kwのモーターで400rpmの回転を行わしめた。酵母は泡とともにoverflow pipeより自動的に取り出され、遠心分離せられる。培養液を添加しつつ、完全な自動運転が可能である。
【００３１】
実施例2  
本発明の消泡部分の構造、寸法、運転条件などについて
Waldhof-fermentorの構造と運転
（実施例）亜硫酸パルプ廃液からのイースト菌の生産例
醗酵槽の材質、形状：材質：304ステンレススチール、直径；7.93ｍ、高さ；4.27ｍ、上端；開放口、
ドラフトチューブ：直径；1.22ｍ（醗酵槽の壁面に支持棒で固定）、
被処理液の充填量：90.9ｍ3（気液混合状態204.6ｍ3）、醗酵槽での滞留時間；約4時間
曝気：エアレーションホイール;300rpm,186.5Kw、48.3ｍ3/min、無殺菌
運転条件について
このタイプの曝気装置は消泡剤を必要としない。通気量の調整はブロワーのサクション側で行う。通気量はオリフィスとマノメータで測定。通気用中空シャフト：直径；８インチ。リン酸２アンモニア、塩化カリは水溶液にして重力で連続添加。20％アンモニアは原料中の糖分含量に応じて連続的に添加。PH；5前後とする。
精製原料、無機塩類、アンモニアは混合速度が速いドラフトチューブから所定量を連続投入する。
醗酵温度は37℃に保つ  熱交換6800L/min。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例装置の側面図
【図２】本発明のエアレーションホイールの平面図
【図３】図2のII-II線断面図（側面図）
【符号の説明】
【００３３】
1  曝気槽本体
2  ドラフトチューブ 
3  エアレーションホイール
3aドラフトチューブと曝気槽外壁の間の流路  
4  エアレーションホイール駆動モーター
5  オーバーフローパイプ
6  通気量調節装置
7  通気用中空シャフト
8  酸素発生装置
9  被処理水入り口
10 スピンナー
【図１】
2006110543.tif 000003
【図２】
2006110543.tif 000004
【図３】
2006110543.tif 000005