(57)【要約】【課題】  有機廃液を生物膜法により処理する方法において、生物膜の好気性微生物への酸素の供給量を増加させ、ＢＯＤ処理能力を向上させることにある。【解決手段】  加圧下で酸素を有機廃液に溶解させる加圧溶解槽１１であって、有機廃液を導入するための第１配管１０と、加圧された酸素含有ガスを導入するための第２配管１２と、酸素含有ガス中の酸素が加圧下で溶解された後の有機廃液を導出する第３配管１３とが接続された加圧溶解槽１１と、加圧溶解槽１１内の圧力よりも低い圧力に保持された生物膜槽１４であって、槽本体１４ａと、槽本体１４ａ内に設けられ生物膜を保持する生物膜保持構造１５とを備え、第３配管１３と、第３配管１３から導入され生物膜保持構造１５を通過した有機廃液を導出するための第４配管１７とが槽本体１４ａに接続された生物膜槽１４と、を備えることを特徴とする有機廃液処理装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧下で酸素を有機廃液に溶解させる加圧溶解槽であって、有機廃液を導入するための第１配管と、加圧された酸素含有ガスを導入するための第２配管と、前記酸素含有ガス中の酸素が加圧下で溶解された後の有機廃液を導出する第３配管とが接続された加圧溶解槽と、
前記加圧溶解槽内の圧力よりも低い圧力に保持された生物膜槽であって、槽本体と、前記槽本体内に設けられ生物膜を保持する生物膜保持構造とを備え、前記第３配管と、前記第３配管から導入され前記生物膜保持構造を通過した有機廃液を導出するための第４配管とが前記槽本体に接続された生物膜槽と、
を備えることを特徴とする有機廃液処理装置。
【請求項２】
前記第３配管が前記生物膜保持構造の下方で前記槽本体に接続され、
前記第４配管が前記生物膜保持構造の上方で前記槽本体に接続されている、
ことを特徴とする有機廃液処理装置。
【請求項３】
前記第３配管は、前記槽本体の底面に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の有機廃液処理装置。
【請求項４】
前記第３配管は、前記底面の中央部に接続され、上方に向かって開口していることを特徴とする、請求項３に記載の有機廃液処理装置。
【請求項５】
前記槽本体の底面が中央部に向かって下方に傾斜した傾斜部を有していることを特徴とする、請求項４に記載の有機廃液処理装置。
【請求項６】
前記傾斜部は、前記槽本体の断面積に応じて傾斜角度が調整されていることを特徴とする、請求項５に記載の有機廃液処理装置。
【請求項７】
前記槽本体は、前記第３配管に接続された第５配管が前記生物膜保持構造の下方でさらに接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の有機廃液処理装置。
【請求項８】
前記第３配管及び前記第５配管は、前記槽本体の底面に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の有機廃液処理装置。
【請求項９】
前記槽本体の底面が中央部に向かって下方に傾斜した傾斜部を有しており、
前記第３配管は前記中央部に接続されており、
前記第５配管は前記傾斜部に接続されている、
ことを特徴とする請求項８に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１０】
前記第１配管には前記有機廃液を昇圧して前記加圧溶解槽に圧送するための昇圧装置が介装されていることを特徴とする、請求項１に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１１】
前記生物膜保持構造は、内部に複数の孔を有する担体を複数有していることを特徴とする、請求項１０に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１２】
前記生物膜保持構造は、
前記槽本体に前記複数の担体の下方において設けられ、前記複数の担体の下方への移動を規制する第１規制部材と、
前記槽本体に前記複数の担体の上方において設けられ、前記複数の担体の上方への移動を規制する第２規制部材と、
をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１３】
前記第１規制部材及び前記第２規制部材は網目状に貫通孔が形成された板状部材であることを特徴とする、請求項１２に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１４】
有機廃液を導入するための第６配管と、酸性溶液及び／又はアルカリ性溶液を導入するための第７配管と、前記生物膜に対する栄養分を導入するための第８配管と、前記第１配管とが接続されており、前記酸性溶液及び／又はアルカリ溶液によりｐＨが調整されるとともに前記栄養分が付加された有機廃液を、前記第１配管を介して前記加圧溶解槽に送出する調整槽をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１５】
前記生物膜槽は、前記有機廃液の温度を調整するための温度調節装置をさらに有していることを特徴とする、請求項１４に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１６】
加圧溶解槽と生物膜を備える生物膜槽とにより有機廃液を処理する方法であって、
前記有機廃液と、加圧された酸素含有ガスとを前記加圧溶解槽に導入する第１導入ステップと、
前記加圧溶解槽において、前記酸素含有ガスに含まれる酸素を前記有機廃液に溶解させる溶解ステップと、
前記酸素が溶解された前記有機廃液を前記加圧溶解槽から前記生物膜槽に導入する第２導入ステップと、
前記生物膜槽において前記有機廃液を前記生物膜により分解する分解ステップと、
を含む有機廃液処理方法。
【請求項１７】
前記第２導入ステップでは、前記有機廃液を前記生物膜の下方から導入することを特徴とする、請求項１６に記載の有機廃液処理方法。
【請求項１８】
前記分解ステップで分解された有機廃液を前記生物膜の上方から導出する第１導出ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の有機廃液処理方法。
【請求項１９】
前記第２導入ステップでは、前記生物膜槽の底面から前記有機廃液を導入することを特徴とする、請求項１８に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２０】
前記第２導入ステップでは、前記底面の中央部から前記有機廃液を導入することを特徴とする、請求項１９に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２１】
前記生物膜槽の底面が中央部に向かって下方に傾斜した傾斜部を有し、
前記第２導入ステップでは、前記中央部から導入された前記有機廃液を前記傾斜部を利用して前記生物膜槽内に拡散させることを特徴とする、
請求項２０に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２２】
前記傾斜部は、前記槽本体の断面積に応じて角度が調整されていることを特徴とする、請求項２１に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２３】
前記第２導入ステップでは、前記有機廃液を前記生物膜槽に接続された複数の配管から導入することを特徴とする、請求項１６に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２４】
前記複数の配管は、前記生物膜槽の底面に接続されていることを特徴とする、請求項２３に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２５】
前記生物膜槽の底面が中央部に向かって下方に傾斜した傾斜部を有しており、
前記複数の配管は、前記中央部及び前記傾斜部に設けられていることを特徴する、
請求項２４に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２６】
前記第１導入ステップに先立ち、有機廃液に酸性溶液及び／又はアルカリ性溶液を加えるとともに、前記生物膜の栄養分を付加する調整ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２７】
前記調整ステップの後、前記有機廃液を昇圧する昇圧ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２６に記載の有機廃液処理方法。
【請求項２８】
前記生物膜槽内の有機廃液を所定の温度に保持するステップをさらに含み、
前記分解ステップでは、前記有機廃液が前記所定の温度に保持された状態で前記有機廃液を分解することを特徴とする、請求項２７に記載の有機廃液処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機廃液処理装置、特に、生物膜により有機廃液を処理する有機廃液処理装置に関する。
また本発明は、有機廃液処理方法、特に、生物膜により有機廃液を処理する有機廃液処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機系廃水（以下単に有機廃水と称す）は、工場から排出される廃水の成分・性状等の条件に基づいて最適な方法で処理され放流規制値を満足した上で放流される。放流規制値として有機廃水が満たすべき基準値として、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ:Biochemical Oxygen Demand）がある。ＢＯＤは、微生物が水中の有機物を分解するときに消費する酸素量として表され、ＢＯＤが大きいほど、水の汚れの度合いがひどいことを示す。ＢＯＤの対象となる成分をＢＯＤ成分という。
【０００３】
半導体製造の各種工程から排出されるイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等の有機廃水のＢＯＤ成分は、一般に、生物膜法で分解し、工場外の水域に放流している。生物膜法では、ＢＯＤ成分を処理装置内の固定床の表面に膜状に付着した微生物で酸化分解する。このような処理装置では、酸素を使用して有機物を分解する好気性微生物が用いられるため、処理装置内に配置された散気管にポンプで空気を取り入れ、散気管から微生物に酸素を供給している。
【０００４】
また、従来の有機廃液の処理方法が、特許文献１に記載されている。この方法では、貯留槽と、湿式触媒酸化塔と、中和槽と、加圧生物濾過槽とを用いて高濃度有機廃液を処理している。
まず、原液（高濃度有機廃液）は、貯留槽に導入された後、ポンプにより配管を経て湿式触媒酸化塔に導入される。貯留槽と湿式触媒塔とを連結する配管には、コンプレッサを備える酸素含有ガスの供給管が連結されており、コンプレッサで加圧された酸素含有ガスが配管の途中で原液に吹き込まれる。湿式触媒酸化塔は、高圧容器に触媒を充填して触媒層を形成してものであって、導入された原液を上向流又は下向流で触媒層を通過させ、原液を高温高圧下にて酸化処理する。次に、湿式触媒酸化塔で処理された湿式酸化処理液は、中和槽にてｐＨ調整された後、加圧生物濾過槽に供給される。加圧生物濾過槽は、湿式酸化処理液の配管と、空気を導入するための散気管と、粒状媒体層を支持する支持材層とを備えている。加圧生物濾過槽では、配管により湿式酸化処理液が導入され、散気管からの空気と共に湿式酸化処理液を粒状媒体層に上向流で通過させる。この際、湿式酸化処理液は、粒状媒体表面に付着している生物膜により好気的微生物処理を受けると共に濾過作用を受け、湿式触媒酸化処理液中のＢＯＤ成分、ＣＯＤｃｒ成分等が除去される。
【特許文献１】特開平５−２６１３９４号公報（第２−５頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
好気性微生物を用いる生物膜法では、微生物が生育・増殖する為の餌となる有機物が最低必要であり、さらに、酸素、温度、栄養分の３つの条件で微生物の活性度が決まる。つまり、酸素、温度、栄養分の３つの条件によって、有機廃液処理装置の処理許容能力が決まる。酸素は、２０℃の清水に大気圧下で水に対して最大８．８ｍｇ／Ｌ溶解する。従って、好気性の微生物に供給できる酸素分は、８．８ｍｇ／Ｌが最大である。温度は、対象となる微生物によって活性度が最大になる温度に差異はあるものの、一般的には３０〜４０℃が最適と言われている。栄養分は、経験則を基に、重量比でＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１程度の窒素、リンが必要と言われている。
【０００６】
好気性微生物の酸化分解反応を利用した有機廃液処理装置の場合は、微生物の活性度に影響する３つの条件にはそれぞれ最適値があるが、従来の生物膜法のように大気圧下で酸素を有機廃液に溶解させる方法では、一般的に５〜６％の酸素しか有機廃液に溶解させることができず最大値に到達していない。一般的な生物膜法による処理能力は、温度、栄養分の量を最適にした場合でも、ＢＯＤ負荷量（ＢＯＤ容積負荷量）は、１−２ｋｇ／ｍ３／day程度と言われている。つまり、生物膜槽１ｍ３当たり１日にＢＯＤ量換算で１−２ｋｇしか処理できない。その結果、従来の生物膜法を利用した装置では、有機廃液中のＢＯＤ負荷量が大きい場合、生物膜槽を大型化して微生物を大量に配置する必要があり、大規模な処理装置の構築が必要である。また、更にＢＯＤ負荷量が大きい場合及び処理装置のスペースが無い場合には、産業廃棄物として外部の業者に処理を依頼する必要がある。
【０００７】
特許文献１の有機廃液処理方法では、高濃度有機廃液をまず高温高圧下にて湿式触媒酸化処理した後に残留する低分子量の有機酸を主体とする残留ＢＯＤ成分を生物膜槽にて分解するものであり、生物膜槽（加圧生物濾過槽）に加えて湿式触媒酸化塔を必要とするため、設置面積の低減が難しく、コストダウンも困難である。
また、生物膜槽には、散気管により空気を導入するので、生物膜槽内全体に均一に酸素を供給するには多数の散気管を生物膜槽内に配置する必要がある。また、散気管に設けられた複数の吹出穴は、酸素の供給源からの距離が同一ではないため、各吹出穴からの酸素の吹出しを均一に制御することが困難である。また、微生物の死骸等が散気管の吹出穴に詰まることもあり、死骸等が詰まった吹出穴と詰まっていない吹出穴とで酸素の供給量が異なる場合もある。従って、散気管による酸素の供給では、生物膜槽内に酸素を均一に供給することが困難である。生物膜への酸素の供給がばらつくと、生物膜の場所によって微生物の活性度が異なり、生物膜全体での酸化分解効率を向上させることが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る有機廃液処理装置は、加圧溶解槽と、生物膜槽とを備えている。
加圧溶解槽は、加圧下で酸素を有機廃液に溶解させる。加圧溶解槽は、有機廃液を導入するための第１配管と、加圧された酸素含有ガスを導入するための第２配管と、酸素含有ガス中の酸素が加圧下で溶解された後の有機廃液を導出する第３配管とが接続されている。
【０００９】
生物膜槽は、加圧溶解槽内の圧力よりも低い圧力に保持されている。生物膜槽は、槽本体と、槽本体内に設けられ生物膜を保持する生物膜保持構造とを備えている。生物膜槽の槽本体には、第３配管と、第３配管から導入され生物膜保持構造を通過した有機廃液を導出するための第４配管とが接続されている。
ここで、酸素含有ガスは、空気、純酸素、その他酸素を含むガスである。
【００１０】
この有機廃液処理装置では、加圧溶解槽において、加圧された酸素含有ガスを有機廃液と混合することにより、加圧下で酸素を有機廃液に溶解させる。また、加圧溶解槽よりも低い圧力に保たれた生物膜槽内に、加圧下で酸素を溶解された有機廃液を導入する。これにより、有機廃液が減圧され、有機廃液に溶解していた溶存酸素の過飽和分が自然に気化し、微細かつ大量の酸素の泡が有機廃液中に拡散する。その結果、生物膜槽内で酸素が均一に拡散する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加圧下で酸素を有機廃液に溶解させることにより酸素の溶解量を増加させるとともに、生物膜槽で微細かつ大量の酸素の泡を有機廃液中に均一に拡散することができる。これにより、生物膜槽での有機廃液の処理能力が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
１．構造
図１は、本発明の一実施形態に係る有機廃液処理装置１の系統図である。
有機廃液処理装置１は、廃水受水調整槽（調整槽）２と、加圧溶解槽１１と、生物膜槽１４とを備えている。
廃水受水調整槽２は、工場の各製造装置から排出される有機廃液を集めて貯留する図示しない原水槽から導入する有機廃液にｐＨ調整及び栄養分供給を行う。
【００１３】
廃水受水調整槽２には、配管３，８と、導入管４〜７とが接続されている。配管３は、有機廃液を貯蔵する原水槽（図示せず）に接続されており、原水槽から廃水受水調整槽２に有機廃液を導入する。導入管４は、廃水受水調整槽２に導入された有機廃液のｐＨを調整するための酸性溶液（例えば、Ｈ２ＳＯ４）を廃水受水調整槽２内に導入する。導入管５は、廃水受水調整槽２に導入された有機廃液のｐＨを調整するためのアルカリ性溶液（例えば、ＮａＯＨ）を廃水受水調整槽２内に導入する。導入管４，５から導入された酸性溶液及び／又はアルカリ性溶液により、生物膜槽１４の微生物が増殖する上で問題にならない程度に有機廃液のｐＨが調整される。導入管６は、リン（Ｐ）を廃水受水調整槽２内に導入する。導入管７は、窒素（Ｎ）を廃水受水調整槽２内に導入する。リン、窒素は、生物膜槽１４の微生物が効率的に有機廃液を酸化分解する為に必要な栄養源として、適正な量で廃水受水調整槽２内に導入される。ここでは、リン、窒素の量は、経験則に基づいて最適と言われる重量比ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１程度で導入する。但し、リン、窒素の量は、廃液組成及び生物膜槽１４の微生物の種類に応じて調整しても良い。配管８は、廃水受水調整槽２においてｐＨが調整されるとともに、栄養分が供給された有機廃液を導出する。
【００１４】
加圧溶解槽１１は、廃水受水調整槽２でｐＨ調整及び栄養分供給が行われた有機廃液に加圧下で酸素を溶解させる。
加圧溶解槽１１には、廃水受水調整槽２から送られる有機廃液を導入するための配管１０と、コンプレッサ等で０．０６〜０．０８ＭＰａに加圧された酸素含有ガスを導入するための導入管１２と、加圧下で酸素が溶解された有機廃液を導出するための配管１３とが接続されている。配管１０の上流側は、ポンプ９を介して配管８に接続されている。廃水受水調整槽２から導出された有機廃液は、配管８を介してポンプ９で０．０５ＭＰａ程度に昇圧（加圧）され、配管１０を介して加圧溶解槽１１に供給される。導入管１２は、０．０８ＭＰａ程度に加圧された酸素含有ガスを加圧溶解槽１１内に導入する。加圧溶解槽１１内の圧力は、配管１０から導入される加圧された有機廃液の圧力と、導入管１２から供給される加圧された酸素含有ガスの圧力と、配管１３への導出部の開度により調整される。ここで、導入管１２から導入される酸素の圧力は、配管１０から導入される有機廃液の圧力よりも高くすることが好ましい。
【００１５】
加圧溶解槽１１では、導入された有機廃液を、加圧された酸素含有ガス中に噴霧し、加圧溶解槽１１の底部に有機廃液を滞留させる。加圧溶解槽１１内は、所定の圧力に加圧されており、滞留している有機廃液に加圧下で酸素が溶解される。酸素が溶解された有機廃液は、配管１３を介して生物膜槽１４に導出される。このように加圧溶解槽１１では、有機廃液に加圧下で酸素を溶解させることにより、大気圧等の低圧力下で有機廃液に酸素を溶解させる場合に比較して、溶解する酸素量を大幅に増加する。なお、酸素含有ガスは、空気、純酸素、その他酸素を含むガスである。
【００１６】
生物膜槽１４は、加圧溶解槽１１において加圧下で酸素が溶解された有機廃液を大気圧に減圧して微細かつ大量の酸素を気化させ、生物膜の微生物に酸素及び栄養分を供給しつつ、有機廃液中のＢＯＤ成分を微生物により酸化分解する。
図２は、生物膜槽１４の拡大図（ａ）と、規制部材１５ｂ，規制部材１５ｃの拡大図（ｂ）である。
【００１７】
同図（ａ）に示すように、生物膜槽１４には、配管１３の下流側と、生物膜槽１４で処理した後の有機廃液を導出するための配管１７とが接続されている。加圧溶解槽１１から導出された酸素溶解後の有機廃液は、配管１３を介して生物膜槽１４内に導入され、生物膜保持構造１５を通過してＢＯＤ成分が酸化分解された後、配管１７により次工程に導出される。
【００１８】
また、生物膜槽１４は、槽本体１４ａと、好気性微生物からなる生物膜を保持する生物膜保持構造１５と、生物膜槽１４内の温度を微生物の活性度が良好になる温度に保持するヒータ１６とを備えている。
槽本体１４ａは筒状体であり、槽本体１４ａの底面１４ｂは、中央部１４ｃと、傾斜部１４ｄとを有している。即ち、槽本体１４ａの底面１４ｂは、中央部１４ｃに向かって下方に傾斜し、下方ほど断面が狭くなるテーパ状に形成されている。即ち、底面１４ｂは、中央部１４ｃから上方ほど断面が広く形成されている。傾斜部１４ｄの上端部分は側壁部１４ｅに連続して形成されている。
【００１９】
底面１４ｂの中央部には、配管１３が接続されている。配管１３の底面１４ｂとの接続部では、配管１３が上方に向かって開口している。配管１３から導入される有機廃液は、槽本体１４ａ内に中央部１４ｃから下方から上方に向かって上向流で導入される。このとき、槽本体１４ａの底面１４ｂは、中央部１４ｃから徐々に断面が広がる形状であるので、導入された有機廃液は槽本体１４ａの断面全体に広がりつつ上昇する。また、傾斜部１４ｄの上端部分は、槽本体１４ａの側壁部１４ｅに連続しているので、導入された有機廃液は、側壁部１４ｅでも槽本体１４ａの断面全体に広がって上昇する。
【００２０】
図４は、槽本体１４ａの断面積による傾斜部１４ｄの傾斜角度を説明する説明図である。同図（ａ）は、側壁部１４ｅにおける断面積（ここでは、傾斜部１４ｄの上端部の断面積と略同一とする）より上方の側壁部における断面積がＳ１の場合であり、同図（ｂ）は、断面積がＳ１よりも大きいＳ２の場合である。
断面積がＳ１の場合には、導入した有機廃液を狭い断面積Ｓ１に均一に広げれば良いので、傾斜部１４ｄの傾斜角度θ１は小さくても良い。即ち、この場合、導入した有機廃液を、緩やかな傾斜の傾斜部１４ｄ、即ち断面積が上下方向に急激に変化する傾斜部１４ｄを上昇させれば、側壁部以上の断面に均一に拡散することができる。
【００２１】
一方、断面積がＳ２の場合には、導入した有機廃液を側壁部の広い断面積に均一に広げる必要があり、傾斜部１４ｄの傾斜角度θ２はθ１よりも大きくなければならない。即ち、この場合、導入した有機廃液を、急な傾斜の傾斜部１４ｄ、即ち断面積が上下方向に緩やかに変化する傾斜部１４ｄを上昇させなければ、側壁部以上の断面に均一に拡散することができない。
【００２２】
従って、底部１４ｂの傾斜部１４ｄは、槽本体１４ａの断面積（傾斜部１４ｄの上端部分の断面積又は側壁部１４ｅの断面積）に応じて、配管１３から導入された有機廃液が槽本体１４ａ内に均一に拡散するように、傾斜角度を調整して形成されている。
生物膜保持構造１５は、図２（ａ）に示すように、槽本体１４ａと配管１３との連結部、即ち底面１４ａの上方において槽本体１４ａ内に設けられている。生物膜保持構造１５は、生物膜を担持する担体１５ａと、担体１５ａの上方及び下方にそれぞれ設けられた規制部材１５ｂ及び規制部材１５ｃとを備えている。規制部材１５ｂ及び規制部材１５ｃは、図２（ｂ）に示すように、網目状に複数の貫通孔１５ｄが形成された板状部材である。規制部材１５ｂ及び規制部材１５ｃは、有機廃液が良好に通過できる貫通孔が形成されたものであれば、網目状の貫通孔が形成されたものに限られない。規制部材１５ｂは、底面１４ａの上方で槽本体１４ａの内壁に固定されている。規制部材１５ｃは、規制部材１５ｂの上方に所定の間隔を持って槽本体１４ａの内壁に固定されている。担体１５ａは、規制部材１５ｂと規制部材１５ｃとの間に配置され、上下方向の移動が規制される。
【００２３】
担体１５ａは、例えば、樹脂製の球状ラシヒリングである。担体１５ａは、図３に示すように複数の孔１５ｅを有している。担体１５ａの内外壁には微生物が生物膜として付着されている。生物膜は、ＢＯＤ成分を分解する好気性の微生物により構成する。このような担体１５ａでは、担体１５ａの内外壁を有機廃液が通過して槽本体１４ａ内を上昇する。従って、生物膜と有機廃液との接触面積を大きくとることが可能であり、生物膜の微生物によって効率的にＢＯＤ成分を酸化分解することができる。
【００２４】
ヒータ１６は、槽本体１４ａの外壁に電熱線が巻かれて構成されている。ここでは、ヒータ１６は、槽本体１４ａ内の温度を、微生物の活性度が最大になると言われる温度である３０−４０℃に調整する。槽本体１４ａ内の温度は、ヒータ１６により、生物膜の微生物の種類に応じて適宜変更することが可能である。
配管１３は、槽本体１４ａの底部１４ｂの中央部１４ｃにおいて、上方に向かって開口しており、加圧下で酸素が溶解された有機廃液を上向流で槽本体１４ａ内に導入する。このとき、槽本体１４ａの底面１４ｂは、中央部１４ｃから徐々に断面が広がる形状であるので、導入された有機廃液は傾斜部１４ｄにおける槽本体１４ａの断面全体に広がりつつ上昇する。また、傾斜部１４ｄの上端部分は、槽本体１４ａの側壁部１４ｅに連続しているので、導入された有機廃液は、傾斜部１４ｄの上方の側壁部１４ｅでも槽本体１４ａの断面全体に広がって上昇する。この結果、導入された有機廃液は、槽本体１４ａ内で断面方向全体に均一に広がり、略均一な流速で上昇し、生物膜保持構造１５を通過するので、有機廃液が生物膜保持構造１５全体に均一に供給される。
【００２５】
また、槽本体１４ａ内の圧力は、大気圧、即ち加圧溶解槽１１内の気圧よりも十分低い圧力に保たれているので、加圧溶解槽１１で加圧された有機廃液が急速に減圧され、有機廃液中の飽和酸素量が低下し、有機廃液中に溶解していた酸素のうち過飽和分の酸素が自然に気化してくる。過飽和分の酸素の気化では、非常に微細かつ大量の泡の状態で酸素が発生する。また、底部１４ａにおいて上方ほど断面が広がるテーパ状の傾斜部１４ｄを形成したことにより、有機廃液が槽本体１４ａ内で断面全体に亘り均一に上昇易く、非常に微細且つ大量の酸素の泡が槽本体１４ａ内全体に均一に拡散する。この結果、生物膜保持構造１５の微生物に均等かつ十分に酸素を供給することができる。
【００２６】
また、槽本体１４ａ内に導入される有機廃液に含まれる栄養分も生物膜保持構造１５の微生物に均等かつ十分に供給することができる。
２．作用効果
２−１．酸素の溶解量
図５は、有機廃液への酸素の溶解量を比較した比較図である。
【００２７】
同図に示すように、従来の生物膜法で採用されている散気管による空気の供給の場合には、有機廃液中に溶解される酸素濃度（溶存酸素）は、一般的に５−６ｍｇ／Ｌ程度である。また、本実施形態に係る加圧溶解槽１１を用いて０．０６ＭＰａの圧力で空気を溶解させた場合には、溶存酸素は１０．８ｍｇ／Ｌ程度である。実施形態に係る加圧溶解槽１１を用いて０．０６ＭＰａの圧力で純酸素を有機廃水に溶解させた場合には、溶存酸素量は３４．６ｍｇ／Ｌとなり、散気管により空気を有機廃水に溶解させる場合に比較して、約５−６倍の酸素を有機廃水に溶解させることができる。
【００２８】
２−２．生物膜への酸素供給
従来の生物膜法では、生物膜に付着している微生物に酸素を可能な限り均等に供給する目的で散気管等を利用して、酸素の微細な泡を人工的に生成して空気中の酸素分を廃液中に供給していた。しかしながら、生物膜槽内全体に均一に拡散させるためには、散気管の列を複数生物膜槽内に配置する必要がある。また、散気管による空気の供給では、空気の供給源から散気管の各吹出穴までの距離が異なるので、各吹出穴からの供給量を均一に制御することが困難であり、また、微生物の被害が吹出穴に詰まって各吹出穴からの供給量がばらつく虞もある。
【００２９】
これに対して本実施形態では、加圧溶解槽１１において加圧下で酸素を溶解した有機廃液を、配管１３を介して生物膜槽１４の底面１４ｂの中央部１４ｃから大気圧の生物膜槽１４内に導入して有機廃液を急速に減圧し、有機廃液中の過飽和の溶存酸素を自然に気化させるため、散気管による空気の供給の場合に比較して、より微細な酸素の泡を生物膜槽１４内全体に均一に拡散させ、生物膜に均一に酸素を供給することが可能である。過飽和酸素の気化による微細な酸素の泡であるため、担体１５（ラシヒリング）の開口面積の小さな孔１５ｅにも十分に酸素の泡が入り込むことができ、開口面積の小さな孔１５ｅを担体に多数形成して、担体１５ａの内外壁に形成される生物膜の面積を増加させ得る。また、酸素の泡が、微細なため、有機廃液中に長く残り、生物膜の好気性微生物に酸素を十分供給できる。これにより、生物膜によるＢＯＤの酸化分解能力を向上させることができる。
【００３０】
さらに、生物膜槽１４の底面１４が、配管１３が接続された中央部１４ｃから上方に向かうほど断面積が広がるようにテーパ状に形成されているため、導入した有機廃液を断面全体に亘って効果的に拡散させることができる。これにより、気化した酸素を生物膜槽１４全体にさらに効果的に拡散することができる。
また、散気管の吹出穴は小さな泡を作るために小さな径にする必要があるが、配管１３及び生物膜槽１４における配管１３からの導入部は有機廃液を供給するものであり、有機廃液の供給に必要な径に調整すれば良く、散気管の吹出穴の径のように小さくする必要がない。従って、配管１３及び生物膜槽１４における配管１３の導入部に生物の死骸等の汚泥が詰まって供給流量が変動する可能性は低い。
【００３１】
また、本実施形態では、散気管を利用しないので、散気管の設置工事がなく、生物膜槽１４の設置工事が容易になるという効果もある。
２−３．ＢＯＤ処理能力
従来の生物膜法では、一般的に有機廃液中の溶存酸素量が５−６ｍｇ／Ｌ程度であり、生物膜槽１４の好気性生物が利用できる酸素量に限界があった。したがって、ＢＯＤ除去率を９０％で考えると、生物膜１ｍ３当たり２４時間で分解できるＢＯＤ量（ＢＯＤの処理許容能力）は約１−２ｋｇであった。
【００３２】
これに対して本実施形態では、上記２−１で述べたように有機廃液中の溶存酸素量を従来に比較して５−６倍程度まで高めることができるので、ＢＯＤの処理許容能力を約３−５ｋｇ／ｍ３／ｄａｙまで高めることができる。これにより、生物膜槽１４の小型化を図ることができる。
２−４．まとめ
本実施形態に係る有機廃液処理装置１では、加圧溶解槽１１において加圧下で大量の酸素が有機廃液に溶解され、生物膜槽１４において、有機廃液が急速に減圧され、有機廃液中の溶存酸素のうち過飽和分が微細かつ大量の泡となって生物膜に供給され、生物膜でＢＯＤ成分が酸化分解される。生物膜保持構造１５を通過する有機廃液には、酸素の微細な泡が大量に含まれており、酸素の泡が微細なため有機廃液中に長く残留し、好気性微生物に十分な酸素を供給することができる。従って、好気性微生物の活性度が高められた状態で、好気性微生物によりＢＯＤ成分を分解することができる。
【００３３】
また、廃水受水調整槽２において好気性微生物の栄養分であるリン、窒素が好気性微生物の活性度が最大になる重量比で混合されており、生物膜槽１４内の温度が好気性微生物の活性度が最大になる温度に調整されている。従って、好気性微生物に最適な温度及び栄養分が供給され、さらに微細かつ大量の酸素の泡が生物膜全体に均一に供給されるため、好気性微生物によるＢＯＤの処理許容能力を大幅に向上させることができる。
【００３４】
また、生物膜槽１４の底部１４ａがテーパ状に形成されているため、底部１４ａから導入された有機廃液が断面方向に均一に広がって上昇し、有機廃液を生物膜に均一に通過させることができる。即ち、生物膜に均一に栄養分及び酸素を供給しつつ均一な処理量で有機廃液を分解することができる。
３．変形例
３−１．図６（ａ）は、本発明の第１の変形例に係る生物膜槽１４１である。上記実施形態と同様の構成には同一符号を付し、説明を省略する。この生物膜槽１４１には、底面１４ｂの中央部１４ｃに接続される配管１３に加えて、配管１３ａ及び配管１３ｂが傾斜部１４ｄに接続されている。配管１３ａ及び配管１３ｂの上流側は配管１３の途中に接続され、配管１３から分岐している。この生物膜槽１４１には、配管１３だけでなく配管１３ａ及び配管１３ｂからも有機廃液を生物膜槽１４内に導入するため、有機廃液を速やかかつ均一に生物膜槽１４内に導入することができる。この生物膜槽１４１を適用した有機廃液装置１によっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
配管１３ａ及び配管１３ｂの傾斜部１４ｄへの接続部を、中央部１４ｃを通る鉛直線に対して対称に配置すると、導入される有機廃液を均一に拡散し易い。
ここでは、傾斜部１４ｄに接続する配管を２本接続したが、３本以上の配管を接続しても良い。
３−２．図６（ｂ）は、本発明の第２の変形例に係る生物膜槽１４２である。この生物膜槽１４２は、底面１４ｂの中央部１４ｃには配管１３が接続されておらず、傾斜部１４ｄに配管１３ａ及び配管１３ｂが接続されている。配管１３ａ及び配管１３ｂの上流側は配管１３の先端に接続され、配管１３から分岐している。この生物膜槽１４２を適用した有機廃液装置１でも、配管１３ａ及び配管１３ｂにより有機廃液を均一に生物膜槽１４内に導入することができ、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３６】
配管１３ａ及び配管１３ｂの傾斜部１４ｄへの接続部を、中央部１４ｃを通る鉛直線に対して対称に配置すると、導入される有機廃液を均一に拡散し易い。
ここでは、傾斜部１４ｄに接続する配管を２本接続したが、３本以上の配管を接続しても良い。
３−３．図７（ａ）は、本発明の第３の変形例に係る生物膜槽１４３である。この生物膜槽１４３は、底面１４はテーパ状には形成されておらず、平板状に形成されている。配管１３は、底面１４の中央部に接続されている。この生物膜槽１４３の底面１４にはテーパが形成されていないが、配管１３から導入される有機廃液は底面１４の中央部から上向流で導入されるため、生物膜槽１４３内に有機廃液を均一に拡散させ易く、微細な酸素の泡を生物膜に均一に供給し易い。
３−４．図７（ｂ）は、本発明の第４の変形例に係る生物膜槽１４４である。この生物膜槽１４４は、側壁部に配管１３が接続されている。配管１３からの有機廃液は横向流で生物膜槽１４４内に導入されるが、生物膜槽１４４で有機廃液が急速に減圧され、微細かつ大量の酸素の泡が発生するので、生物膜に均一に酸素を供給することができる。
３−５．図８は、本発明の第５の変形例に係る有機廃液処理装置１の系統図である。この変形例では、加圧溶解槽１１の有機廃液及び生物膜槽１４の処理水（有機廃液を生物膜で分解した液）を調整槽２に循環させる。加圧溶解槽１１からは、加圧下で酸素溶解後の有機廃液をリターンさせ、また、生物膜槽１４からは処理水をリターンさせることにより、調整槽２での酸素濃度を高め、生物膜槽１４で処理する有機廃水中の溶存酸素濃度を安易に高められる。
３−６．上記実施形態では、生物膜槽１４をヒータ１６により加温したが、生物膜槽１４の加温方法は、ヒータによる加温に代えて、熱交換器による加温、温水を使用する加温、温水を注入する加温を用いても良い。また、ヒータによる加温、熱交換器による加温、温水を使用する加温、温水を注入する加温を何れか１つ以上を組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機廃液処理装置１の系統図。
【図２】生物膜槽の拡大図（ａ）及び規制部材の拡大図（ｂ）。
【図３】担体の斜視図。
【図４】槽本体１４ａの断面積による傾斜部１４ｄの傾斜角度を説明する説明図。
【図５】有機廃液に溶解可能な酸素量の比較図。
【図６】本発明の第１及び第２の変形例に係る生物膜槽の断面図。
【図７】本発明の第３及び第４の変形例に係る生物膜槽の断面図。
【図８】本発明の第５の変形例に係る有機廃液処理装置１の系統図。
【符号の説明】
【００３８】
１  有機廃液処理装置
２  廃水受水調整槽
３，８，１０，１３，１７  配管
４〜７，１２  導入管
９  ポンプ
１１  加圧溶解槽
１４，１４１〜１４４  生物膜槽
１４ａ  槽本体
１４ｂ  底面
１４ｃ  中央部
１４ｄ  傾斜部
１４ｅ  側壁部
１５  生物膜保持構造
１５ａ  担体
１５ｂ，１５ｃ  規制部材
１５ｄ  貫通孔
１５ｅ  孔
１６  ヒータ
【図１】
2006082033.tif 000003
【図２】
2006082033.tif 000004
【図３】
2006082033.tif 000005
【図４】
2006082033.tif 000006
【図５】
2006082033.tif 000007
【図６】
2006082033.tif 000008
【図７】
2006082033.tif 000009
【図８】
2006082033.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月15日(2004.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
有機系廃液（以下単に有機廃液と称す）は、工場から排出される廃水の成分・性状等の条件に基づいて最適な方法で処理され放流規制値を満足した上で放流される。放流規制値として有機廃液が満たすべき基準値として、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ:Biochemical Oxygen Demand）がある。ＢＯＤは、微生物が水中の有機物を分解するときに消費する酸素量として表され、ＢＯＤが大きいほど、水の汚れの度合いがひどいことを示す。ＢＯＤの対象となる成分をＢＯＤ成分という。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
半導体製造の各種工程から排出されるイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等の有機廃液のＢＯＤ成分は、一般に、生物膜法で分解し、工場外の水域に放流している。生物膜法では、ＢＯＤ成分を処理装置内の固定床の表面に膜状に付着した微生物で酸化分解する。このような処理装置では、酸素を使用して有機物を分解する好気性微生物が用いられるため、処理装置内に配置された散気管にポンプで空気を取り入れ、散気管から微生物に酸素を供給している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
好気性微生物を用いる生物膜法では、微生物が生育・増殖する為の餌となる有機物が最低必要であり、さらに、酸素、温度、栄養分の３つの条件で微生物の活性度が決まる。つまり、酸素、温度、栄養分の３つの条件によって、有機廃液処理装置の処理許容能力が決まる。酸素は、２０℃の清水に大気圧下で最大８．８ｍｇ／Ｌ溶解する。従って、好気性の微生物に供給できる酸素分は、８．８ｍｇ／Ｌが最大である。温度は、対象となる微生物によって活性度が最大になる温度に差異はあるものの、一般的には３０〜４０℃が最適と言われている。栄養分は、経験則を基に、重量比でＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１程度の窒素、リンが必要と言われている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
同図に示すように、従来の生物膜法で採用されている散気管による空気の供給の場合には、有機廃液中に溶解される酸素濃度（溶存酸素）は、一般的に５−６ｍｇ／Ｌ程度である。また、本実施形態に係る加圧溶解槽１１を用いて０．０６ＭＰａの圧力で空気を溶解させた場合には、溶存酸素は１０．８ｍｇ／Ｌ程度である。実施形態に係る加圧溶解槽１１を用いて０．０６ＭＰａの圧力で純酸素を有機廃液に溶解させた場合には、溶存酸素量は３４．６ｍｇ／Ｌとなり、散気管により空気を有機廃液に溶解させる場合に比較して、約５−６倍の酸素を有機廃液に溶解させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
２−２．生物膜への酸素供給
従来の生物膜法では、生物膜に付着している微生物に酸素を可能な限り均等に供給する目的で散気管等を利用して、酸素の微細な泡を人工的に生成して空気中の酸素分を廃液中に供給していた。しかしながら、生物膜槽内全体に均一に拡散させるためには、散気管の列を複数生物膜槽内に配置する必要がある。また、散気管による空気の供給では、空気の供給源から散気管の各吹出穴までの距離が異なるので、各吹出穴からの供給量を均一に制御することが困難であり、また、微生物の死骸等の汚泥が吹出穴に詰まって各吹出穴からの供給量がばらつく虞もある。