(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水に含まれている硫化水素を除去するためのばっ気式バイオリアクタにおいて、リアクタ本体の底部に廃水導入管を接続し、このリアクタ本体の中央部に生物付着用の充填材を充填すると共に、そのリアクタ本体の上部にばっ気処理後の廃水を排出する処理水排出管を接続し、上記リアクタ本体の頂部に吸気管と空気排出用の空気移送ラインとを接続すると共に、上記リアクタ本体にその頂部内の空気を吸入してリアクタ本体底部に設けた空気吹き込み装置から吹き出す空気循環手段を接続し、さらに上記吸気管と上記廃水導入管とをバイパスラインで連通したことを特徴とする空気循環型接触ばっ気式バイオリアクタ。
【請求項２】
上記リアクタ本体に、上記空気移送ラインを介して排出される空気を導入して脱臭する脱臭リアクタをさらに接続したことを特徴とする請求項１記載の空気循環型接触ばっ気式バイオリアクタ。
【請求項３】
上記リアクタ本体内の充填材の表面に硫黄酸化細菌を含む生物膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の空気循環型接触ばっ気式バイオリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水をばっ気しながら生物学的手段によって処理するばっ気式バイオリアクタに係り、特に、ばっ気用の空気を循環して好気性の硫黄酸化細菌を繁殖させ、この硫黄酸化細菌を利用して廃水中に含まれる硫化水素を効率的に分解除去する空気循環型接触タイプのばっ気式バイオリアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水中に含まれているタンパク質，含硫アミノ酸等は、廃水処理施設，廃水路等に自然に存在するタンパク質分解細菌によって分解され、この結果、硫化水素が発生する。又、同じく廃水中に含まれている硫酸塩も、やはり廃水処理施設，廃水路等に自然に存在する硫酸塩還元細菌によって下式のように還元され、硫化水素が発生する。
【０００３】
【化１】
0004193239.tif 000002
【０００４】
又は、
ＳＯ4 2-＋２Ｃ＋２Ｈ2 Ｏ  →  Ｈ2 Ｓ＋２ＨＣＯ3 -   …（２）
そして、特に後者の硫酸塩還元細菌による廃水中の硫酸塩の還元が、廃水から発生する硫化水素の主な発生原因となっている。
【０００５】
このように廃水中で生成された硫化水素は、悪臭の原因になることは勿論、結露水や飛沫の水滴に溶解し、そこで、好気性微生物の硫黄酸化細菌によって酸化され（下式参照）、最終的に硫酸になる。
【０００６】
Ｈ2 Ｓ＋２Ｏ2   →  Ｈ2 ＳＯ4                       …（３）
こうして硫黄酸化細菌によって硫化水素から生成された硫酸は、コンクリートの水和物（水酸化カルシウムなど）と反応して、硫酸カルシウム（二水石膏）などが生成される。硫酸カルシウムは、さらにセメント硬化体中のアルミネート水和物と反応して、エトリンガイトを生成する。そして、これら（二水石膏やエトリンガイト）は、生成される際、大きく膨張してコンクリートにひび割れを起こす。
【０００７】
コンクリートの表面部分に発生したこのようなひび割れは、その後パテ状になって剥離する。そして、この現象が繰り返されることにより、コンクリートの腐食・劣化が進んでコンクリートがやせ細っていく。
【０００８】
そこで、この硫化水素に由来する硫酸が原因で発生する悪臭や施設のコンクリート腐食を防止するために、従来においては、過酸化水素（硫化水素を酸化する）、鉄塩（硫化水素を沈殿する）等の薬品を注入して硫化水素の生成抑制を図ったり、施設のライニングを行ったりするなどの対策が取られてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の硫化水素対策において、薬品を使用するにしてもライニングを行うにしても必然的にそのコストが高くなってしまうといった問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、リアクタ本体内の生物膜の作用及び空気を循環させることで処理にかかる空気量を軽減させ、廃水に含まれる硫化水素を効率的に除去できる新規なばっ気式バイオリアクタを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第一の発明は、廃水に含まれている硫化水素を除去するためのばっ気式バイオリアクタにおいて、リアクタ本体の底部に廃水導入管を接続し、このリアクタ本体の中央部に生物付着用の充填材を充填すると共に、そのリアクタ本体の上部にばっ気処理後の廃水を排出する処理水排出管を接続し、上記リアクタ本体の頂部に吸気管と空気排出用の空気移送ラインとを接続すると共に、上記リアクタ本体にその頂部内の空気を吸入してリアクタ本体底部に設けた空気吹き込み装置から吹き出す空気循環手段を接続し、又、上記吸気管と上記廃水導入管とをバイパスラインで連通して構成されている。
【００１２】
また、第二の発明は、上記リアクタ本体に、上記空気移送ラインを介して排出される空気を導入して脱臭する脱臭リアクタをさらに接続して構成されている。
【００１３】
さらに第三の発明は、上記リアクタ本体内の充填材の表面に硫黄酸化細菌を含む生物膜が形成されるように構成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面により説明する。
【００１５】
図１に、廃水に含まれる硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌を利用して効率的に分解除去する本発明のばっ気式バイオリアクタ２０及びこれに付随の脱臭リアクタ２１が示されている。
【００１６】
図示されるように、本発明のばっ気式バイオリアクタ２０は、塔形又はタンク形のリアクタ本体（以下本体と称する）１を有し、本体１は空気吹き込み装置２が設けられる底部１ａ，廃水のばっ気を行う中央部１ｂ，（廃水）液面上の空間を有する上部１ｃ及び頂部１ｄに区別される。
【００１７】
ばっ気式バイオリアクタ２０は、又、本体１内の空気をその頂部１ｄ付近から抜き出すと共に底部１ａに戻して循環させる空気循環手段１４と、外気を本体１内に導入すべく本体１の頂部１ｄ付近に接続された吸気管５と、廃水を本体１内に導入すべく本体１の底部１ａの開口部１ｅに接続された廃水導入管３と、処理された廃水（処理水）を本体１から排出すべく本体１の上部１ｃに接続された処理水排出管６と、吸気管５と廃水導入管３とを連通して設けられたバイパスライン４と、本体１内の空気を脱臭リアクタ２１に移送する空気移送ライン１１とをさらに有する。廃水導入管３は、その上流側の廃水管２５に接続される。
【００１８】
本体１の中央部１ｂには、２０mm〜１００mmの空隙を有するプラスティック製（他の材料で構成されていてもよい）の充填材１３が満たされ、充填材１３は、中央部１ｂ内を浮遊すると共に、スクリーン等の支持体２２によって保持されている。
【００１９】
処理水排出管６が本体１と接続する接合口１ｆ部分には、ネット（図示されず）等が設けられ、充填材１３が処理水排出管６を介して流出しないように構成されている。あるいは、本体１内部にネット（図示されず）等を適宜設置して充填材１３の流出を防止してもよい。
【００２０】
バイパスライン４は、充填材１３が万一（汚泥等により）閉塞した場合、廃水がこのバイパスライン４を経由して本体１に導入可能なように構成される。
【００２１】
空気循環手段１４は、空気循環ライン１０と、ブロワ７と、本体１の底部１ａに設置された適当な空気吹き込み装置２とを含み、空気循環ライン１０は、本体１の頂部１ｄ付近から図示されるように延びると共に、ブロワ７を介して空気吹き込み装置２に接続される。尚、空気循環ライン１０を介してブロア７に水や腐食性ガスなどが入るなどの問題が生じるおそれがある場合は、この空気循環ライン１０の途中にトラップ２６を設けるようにしても良い。このトラップ２６の形式としては、例えばドレンポット又はフィルター又は充填塔等である。
【００２２】
空気循環ライン１０内を流れる空気の一部を脱臭リアクタ２１に導く空気移送ライン１１は、空気循環ライン１０から分岐して延び、この空気移送ライン１１にファン９を介して脱臭リアクタ２１の本体８が接続される。脱臭リアクタ本体８の頂部付近には、脱臭された空気を排出する空気排出管１２が設けられる。
【００２３】
尚、脱臭リアクタ本体８内には、脱臭効果を有する図示されない活性炭あるいはスポンジ等の適当な脱臭剤が設置される。
【００２４】
一方、ばっ気式バイオリアクタ２０の本体１内部においては、廃水及び空気の循環に伴い好気性の硫黄酸化細菌が自然に発生すると共に繁殖し、その結果、硫黄酸化細菌を含む生物膜が充填材１３の表面に形成される。
【００２５】
廃水が廃水源から廃水導入管３を介して、本発明のばっ気式バイオリアクタ２０の本体１の底部１ａに導入される。このとき、廃水はバイパスライン４にも浸入するが、通常（充填材１３の閉塞等が発生していない場合）は、本体１及び処理水排出管６内の水の液面と同じレベル（図１において記号▽で示されている）に留まり、バイパスライン４を介して本体１に流入することはない。
【００２６】
本体１の底部１ａに導入された廃水は、本体１内を硫黄酸化細菌を含む生物膜を付着させた充填材１３と接触しながら上昇する。このとき、空気循環手段１４（すなわち空気循環ライン１０，ブロワ７及び空気吹き込み装置２）を介して、空気が本体１内に吹き込まれる。硫黄酸化細菌は好気性の細菌なので、本体１内に空気が吹き込まれると活性化され、下式のように廃水に含まれる硫化水素を取り込み酸化して、単体イオウを細胞内に蓄積する。
【００２７】
Ｈ2 Ｓ＋ 1/2Ｏ2 →Ｓ＋Ｈ2 Ｏ                …（４）
硫黄酸化細菌によって硫化水素を酸化・除去された廃水は、硫化水素，硫酸を含まない処理水となり、本体１の上部１ｃに設けられた処理水排出管６を介して排出される。
【００２８】
一方、空気吹き込み装置２を介して本体１内に吹き込まれた空気は、本体１内を上昇し、本体１の頂部１ｄ付近に達するとブロワ７によって空気循環ライン１０を介して吸引されて空気吹き込み装置２に戻される。空気吹き込み装置２に戻された空気は再び本体１の底部１ａに吹き込まれ、以下この過程が繰り返されて、本体１内の底部１ａから頂部１ｄへ空気が常に通されると共に循環される。
【００２９】
このとき、空気循環ライン１０に導入された空気の一部が空気移送ライン１１に分岐すると共にファン９によって吸引され、空気移送ライン１１及びファン９を介して脱臭リアクタ本体８の底部に導入される。脱臭リアクタ本体８の底部に導入された空気は、脱臭リアクタ８本体内を上昇すると共に、そこに設置された活性炭あるいはスポンジ等の適当な脱臭剤により脱臭され、脱臭された空気は、脱臭リアクタ本体８の頂部に設けられた空気排出管１２から排出される。
【００３０】
そして、上述のように空気循環ライン１０内の空気の一部が空気移送ライン１１に分岐されることにより、本体１内の圧力が下がって負圧となり、吸気管５を介して外気が本体１内に導入される。
【００３１】
つまり、空気循環手段１４によって循環される空気においては、常にその一定量（ファン９の風量によって決定される）が脱臭リアクタ２１に排出されると共に、排出されたのと同量の外気が新しく導入されるので、常に充分な酸素濃度を維持することができ、従って、本体１内の環境が、好気性の硫黄酸化細菌の繁殖及びその特殊な活動（硫化水素を酸化して硫酸にする作用）にとって好適な環境に保たれる。
【００３２】
尚、この循環空気中の酸素濃度は、上述のように空気移送ライン１１に付随のファン９の風量によって決定される。従って、ファン９の風量を調節することにより、ばっ気式バイオリアクタ２０及び脱臭リアクタ２１の運転状況に応じて循環空気中の酸素濃度を適宜変化させることができる。
【００３３】
さて、このばっ気式バイオリアクタの上流側の廃水源からの廃水量が大幅に増大した場合、本体１内部の生物膜を形成させる充填材１３や充填材の支持体２２が抵抗となり、廃水導入管３での流速の低下、さらには廃水源の浸水が発生する可能性がある。
【００３４】
本実施の形態においては、本体１にバイパスライン４が付設されているので、上述のような場合であっても、廃水導入管３に導入されない廃水がバイパスライン４を介して吸気管５から速やかに本体１に導入される。このため、突発的な流量の増大に対して、廃水源の浸水といった非常事態を防止することができる。
【００３５】
尚、本実施の形態の変形例として、空気循環ライン１０をカットし、空気を循環させずに空気の吹き込みを行ってもよい（図２参照）。
【００３６】
つまり、廃水源での硫化水素発生量が小さく、空気を循環させなくても充分に処理できる場合、あるいは逆に、非常に高濃度の硫化水素が導入され、循環空気では酸素を充分に供給できない場合、図２に示されるように、空気循環ライン１０をカットし、吸気管５を閉塞すると共にファン９による吸い込みを省くことによって、フレッシュエアーを本体１内に供給することができる。
【００３７】
また、本発明の別の実施の形態として、脱臭リアクタ２１を図３に示されるように湿式で行うことも可能である。この場合、脱臭リアクタ２１は、その本体８の下部の循環水水槽８ａより汲み上げられた水が本体８の上部より供給されるように構成される。循環水水槽８ａには、これにアルカリ液を供給するアルカリ液供給手段２２（注入ポンプ２４を含む）が接続されると共に、ｐＨセンサ２３が設置され、ｐＨセンサ２３はアルカリ液供給手段２２に接続される。上記以外の構成については、上述の最適実施例と同様であるので説明を省略する。
【００３８】
この別の実施の形態において、バイオリアクタ本体１の排ガスは、好適実施の形態と同様にファン９によって脱臭リアクタ本体８の底部より導入され、上昇流で流れる。一方、脱臭リアクタ本体８の下部の循環水水槽８ａより汲み上げられた水が、脱臭リアクタ本体８の上部より供給される。脱臭リアクタ本体８にはスポンジなどの充填材が詰められており、この充填材表面にはバイオリアクタ本体１の充填材１３と同様に生物膜が形成されるため、生物脱臭される。又、循環水が排ガス中の硫化水素を吸収して酸性化したときには、ｐＨセンサ２３で（アルカリ）注入ポンプ２４を制御し、アルカリ供給手段２２を介して必要に応じてアルカリ液を循環水水槽８ａに添加する。これにより、循環水のｐＨを常に好ましい値に保つことができる。
【００３９】
以上、要するに、本発明によれば、ばっ気式バイオリアクタに廃水を通すと共に空気を循環させ、これによりバイオリアクタ内の好気性の硫黄酸化細菌に廃水中の硫化水素を酸化・分解させるので、ばっ気動力のみのコストで効率的な硫化水素の除去が可能である。
【００４０】
又、ばっ気式バイオリアクタ内を通した空気の大部分を回収してこれを循環するので、除去しきれなかった硫化水素が循環されて硫化水素の除去率が向上する。その上、ばっ気式バイオリアクタ内に回収した残りの空気のみを脱臭リアクタに送るので、脱臭リアクタの負荷が軽減（コスト節減）され、脱臭効率も向上する。
【００４１】
【発明の効果】
以上、要するに、本発明の空気循環型接触ばっ気式バイオリアクタによれば、以下の優れた効果がもたらされる。
【００４２】
（１）ばっ気式バイオリアクタに廃水を通すと共に空気を循環させ、これによりバイオリアクタ内の好気性の硫黄酸化細菌に廃水中の硫化水素を酸化・分解させるので、ばっ気動力のみのコストで効率的な硫化水素の除去が可能である。
【００４３】
（２）ばっ気式バイオリアクタ内を通した空気の大部分を回収してこれを循環するので、硫化水素の除去率が向上する。その上、ばっ気式バイオリアクタ内に回収した残りの空気のみを脱臭リアクタに送るので、脱臭リアクタの負荷が軽減（コスト節減）され、脱臭効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気循環型接触ばっ気式バイオリアクタの概略図である。
【図２】図１の空気循環型接触ばっ気式バイオリアクタの変形例の概略図である。
【図３】本発明の空気循環型接触ばっ気式バイオリアクタの別の実施の形態に基づく脱臭リアクタの概略図である。
【符号の説明】
１    リアクタ本体
１ａ  リアクタ本体底部
１ｂ  リアクタ本体中央部
１ｃ  リアクタ本体上部
１ｄ  リアクタ本体頂部
２    空気吹き込み装置
３    廃水導入管
４    バイパスライン
５    吸気管
６    処理水排出管
１１  空気移送ライン
１３  充填材
１４  空気循環手段
【図１】
0004193239.tif 000003
【図２】
0004193239.tif 000004
【図３】
0004193239.tif 000005