神鋼パンテツク技報
2802年度･Vol.46･No.2

149SH】NKOPANTECREPORTSENGINEERING次

CONTENTS<巻頭言>
20世紀負の遺産

分子生物学的手法をもちいた生物学的廃水処理装置の微生物相の角牢析
一フタル酸分角牢嫌気性細菌の特定‑

Analysisof Mic｢ObialCommun｢【Fesin
Wastew∈〕te｢T｢eatment
Systems

PCB

よるPCB汚染土壌処理

The｢malOf
Dispe｢sionContaminated

P｢OCeSS

Advanced

T｢eatment

Sea

18

23

台湾の大型TFT液晶工場向け排水回収処理設備

pABlO

DENlによる窒素･リン除去技術

ACT21からe‑Waterへ

Soi】T｢eatment
Dechlo｢inatjon

Su｢plusof

Wastewate｢T｢eatment

SystemManufactu｢ingPlantinNit｢OgenPhospho｢US

New

and
D巨NI

T｢end

‑F｢om

一浄水技術開発の新しい流れ‑vFa
P｢ocessoffo｢aWate｢Pu州cation

sand

to

Plant

クラスライニンク製新アクセサリー

Glass‖ned

Wastewate｢T｢eatment

New

SystemFLUSH

VALVE'',■■cLAMPLESS

ンホール+｢スーパーサイトマンホール+■■supERSトGHTMANHOLE''TECHNICAL

嫌気性処理技術

NOTE

Se｢jesLCD

T∈〕kasago

Accesso｢ies■■c+巨AN

New

TFT

with

fo｢Sunto｢y｢クリーンフラッシュバルブ+｢クランプレスマ

Servers

La｢geTechnology

サントリー(株)高砂工場殿向清涼飲料製造排水処理
設備

る4

a

memb｢ane‑

47

A

P｢OCeSS
SodFumRemova【Technique

G日ST｢eatmentFacj‖刊esoflndust｢ialWastelncinerator

一製品紹介一新シリーズパッケージ型HHOG｢水素サーバー+∈】nd

Taiwan

産廃焼却炉排ガス処理設備納入実績

61

Hyb｢idWastewate｢f｢om41

54

anae｢Obic

A｢eaJandf=

PAB10

32

Molecula｢ofphthalate‑deg｢∈】ding
RT‑PCR‑DGG巨一

還元力口熱脱塩素法と金属Na分散体法(SP法)に

海面埋立処分場における余水の高度処理

Bio10gical

Bio】ogicalTechn巾UeS‑Specification
bacte｢ia
using

12

the
with

of

HHOG‑Package

MANHO+巨t‑&

Type

Hyd｢ogen算頭言>

20世紀負の遺産

京都大学大学院工学研究科環境工学専攻
工学博士

武

田

Nob口O

Takeda信生

第二次世界大戦のみじめな敗戦ののち,わが国の経済は奇跡的な速さで復興を遂げ,その後の経済発展には目覚しいものがあった｡しかし20世紀も終わりに近づくと,バブルの崩壊,廃棄物問題の深刻化など,いわゆる負の遺産といわれるものが次から次へと表面化していった｡この30年ほどというものは,おおざっぱにいって前半は光,後半は陰が支配的にわが国を覆ってきたように見える｡

PCBおよびその汚染物,ダイオキシン類汚染物,豊島や青森･岩手県境における不法投棄廃棄物などは最も明確に,目に見える形で現れた負の遺産である｡これらの他にも,土壌･底質の汚染や不適正埋立など,潜在している負の遺産も多くあるものと推定される｡また,いじめや不登校といった,いわば無形の負の遺産もある｡
顕在化していた負の遺産の始末もついに21世紀に持ち越されてしまった｡ただ,PCBの処理や豊島の再興はやっと緒について,曙光が見え出したことは何よりのことである｡一般に廃棄物のいいかげんなあつかいは後に十倍,いや百倍ほどのコストがかかってしまうことになることが教訓として残ることになるだろう｡
負の遺産が21世紀にまで持ち越されることになってしまったのについては｢シヤカリキ+になってこれを精算しようとする人がなかなか現れなかったことにもよると考えられる｡近頃は誰もがいやがるような仕事をしようとする人が少なくなってしまったように感じられる｡筆者は,この間題は20世紀後期の文化の問題,とくに言葉の問題と象徴的に繋がっているように考えている｡
20世紀の文化は物やエネルギーを使い捨てしてきただけではなく,言語までも使い捨てにしてきたのではないのかということである｡次々と新しい言葉が作られ,その概念もあいまい別犬態のままに使い捨てられていく｡そのような文化の中にこそ問題の本質が含まれているのではないかという疑問である｡あらゆる行為や言葉は無責任,その場逃れとなり,無難なこと,きれいごとだけがまかりとおる｡そのような世の中になっていたのではないであろうか｡
いま,｢循環型社会+という言葉がいろいろな分野で使われてきている｡この言葉が広く支持されてきていることは好ましいことではあるが,一体この言葉の意味や意義が深く議論され考察されているのかというと,はなはだ心もとないことではある｡この言葉自身が20世紀の遺産的意味しかもたないようにならないことを祈るものである｡
丁.4β肋.2(200β/2)

神鋼パンテツク技報

分子生物学的手法をもちいた生物学的
廃水処理装置の微生物相の角牢析
‑フタル酸分解嫌気性細菌の特定‑
Analy引SOf

MicrobialCommunitiesin

Wastewater

the

Systems

Treatment

BiologlCal(技)研究開発部第5研究室
赤司
昭

Molecu】ar

with

Abra

Akashi

Bio10glCalTechniquesof‑Specification

phtha】ate‑degrading

bacteria

anaerobic

RT‑PCR‑DGGE‑

u引ng

分子生物学的手法の発達により,培養を介さずに廃水処理装置内の微生物集団を解析することが可能になった｡本稿では,RT‑PCR‑DGGE法をもちいて,フタル酸を処理する上向流嫌気性ブラン

ケット反応器(UASB)内のフタル酸分解細菌を特定した結果について報告する｡ビール工場より採取したグラニユール汚泥を種汚泥として,テレフタル酸とイソフタル酸を炭素源とする廃水で口ASB反応器を立ち上げた｡種汚泥,および,経時的にサンプリングした汚泥の微生物群集の解析から,種汚泥や分解活性のない汚泥には存在せず,分解活性のある汚泥のみに特異的に出現する細菌,すなわち,フタル酸分解菌を3種特定した｡

RecentdevelopmentofmolecularbiologicaltecImiquesprovidedus

newapproacbesto血eanalysIS

OfmicrobialdynamicsinbiologlCalwastewatertreatment
Were

SpeCifieduslng

systems.Phthalate‑derading

biologicaltech血que,RT‑PCR‑DGGE.An

mOlecular

anaerobic

bacteria

anaerobic

sludgeupflow

bla止et(UASB)reactorwasinoculatedwi也granularsludge丘･Omafull‑SCaleUASB
breweryas

wastewater,弧dcarbon

Witb

was托d

specific

andisopb血alate,butnotin

bands

were

seed

sludgepatte皿didnotchangein

tbe

Af亡er

cbangeofco皿pOnentthedisappeared･Tbese
terephthalateanaerobic

resultsindicate

sludgeOfduringcontaining
treatment

obseⅣedin也eandgranularandisopb也alate,and

granularwastewater

syn也etic

bacterialdiversity

source.Cbangesin

DGGE.Three

witb

the

granularsludgeduringsludgetbeinfluent

botb

sludgethe托edand/Orisopbthalate
were

compounds

degradedwhich

did notdegrade

whichmonitored
terephtbalate

tbe compounds.DGGE

oftereph血alate‑COntainlng

toisopb也alate,Onethat two

kinds

of

tbat

o也er

contributed血e

the

of

terephtbalate

reactortreating

bacteria

Of

pa血cipatedin
degradation

WaSteWater.

bands

tbese

t址ee

tb

degradation

of

was

ofbothterephtbalatein

ansystem.

上向流嫌気性ブランケット法

口p皿owanaerobic

嫌気Anaerobic

テ

レ

フ タ

ル酸

Tereph也dic

イ

ソ

フ

タ

ル酸

Isopbthalic

性 細 菌

ポリメラーゼチェインリアクション

変性剤濃度勾配ゲル電気泳動

sludgebla止et(UASB)

bacteria
acid
acid

Polymerasechainreaction(PCR)
Denaturinggradientgelelectrophoresis(DGGE)

神鋼パンテツク技報

lわJ.4β肋.2(20〃β/2)

建設中とのことである7〉｡当社では,PANIiIC‑Eを変えがき
活性汚泥法や上向流嫌気性ブランケット法

はじめとする嫌気的処理装置を製造･販売しており,

UASI∋)等の生物学的廃水処理方法は,ランニン

フタル酸もそれらの処理対象のひとつになりうるもブコストが安価で,運転管理も比較的容易であるこのと考えられる｡このように,実機レベルの運転がこから有機性廃水の処理方法として広くもちいられ実施されているにもかかわらず,フタル酸を分解す〔いる｡本来,生物学的処理方法では,そこに生息る嫌気性細菌に関する情報はきわめて少ない｡｢る微生物により廃水の浄化がなされるわけである

最近,Wuら8)はテレフタル酸を処理するUASB

卜ら,それらの微生物の状態を把握しながら,運転装置より採取したグラニユール汚泥を種汚泥として,穿理がなされるべきである｡しかしながら従来,こテレフタル酸を唯一の炭素源とする廃水で馴養し,tら生物学的廃水処理装置の運転は,流入原水と処そこに生息する微生物群集を明らかにした｡しかし,

堅水の水質を指標にしてもっぱら現場担当者の勘と彼らは,これらの微生物群のうち,どの細菌がテレ至験に頼る部分が大であった｡つまり,装置の性能

フタル酸の分解に関与しているかについては明らかと左右する微生物に関してはブラックボックスのまにしていない｡

本研究では,フタル醸を処理する嫌気的処理装置

E運転がなされてきた｡

廃水処理装置内には多種多様な微生物が存在し,の微生物学的側面からの運転指標の確立を目的とし二れらの微生物の共同作用により浄化がおこなわれて,PCR‑DGGEをもちいて,テレフタル酸やイソ:いるが,このような複合微生物群集を解析する適

フタル酸の分解に関与する嫌気性微生物を特定したロな手法がなかった｡従来微生物の検出･定量に傍結果について報告する｡

目されている培養法では,廃水処理装置(環境)に

1.材料･方法

巨息する微生物のせいぜい10%しか検出できない

1.1フタル酸処理口ASB反応器の運転

卯00×1000mm(容積約8L)の反応器にビールこいわれており1),残りの90%以上の微生物は,生きているが培養できない(Viablebutnonculturable:

工場より採取したグラニユール汚泥を約2.7L投入｢NC)2)ことになる｡したがって,培養可能な徴生

し,テレフタル酸(TP)とイソフタル酸(IP)のわだけを対象とした研究では,処理装置の性能と微両成分を炭素源とする廃水を連続的に供給すること

主物との関係を正しく把握することは不可能である｡

により立ち上げた｡反応器の温度は,35〜37℃に医学･生物学分野で発展した分子生物学手法が,なるように制御した｡表1に廃水組成と計画TOD‑

罠境微生物の研究に適用されるようになり,培養操SS負荷を示す｡運転立ち上げは,TOD‑SS負荷0.05

巨を経ずに廃水処理装置内の微生物群集を解析する

kg/kg/dより開始し,フタル酸の分解率を見ながらChainことが可能になった｡中でも,Polymerase

徐々にアップした｡その後,廃水組成をTP単独,
次いで,IP単独に換え運転した｡.eaction(PCR)法3),Fl甘OreSCentあざ血Eybridization 1.2
Gradient
Gel
FISIi)法4),および,Den血dng･1ectropboresis(DGGE)法5)の貢献は大きく,今ま

微生物群集の解析

グラニエール汚泥に生息する微生物群集の解析は,きブラックボックスであった装置内の微生物群集に

DGGE法により実施した｡経時的にサンプリング

冒する理解を飛躍的に深めた｡

したグラニエール汚泥からRNAを精製し,真性細本報告では,細菌の16SrRNAをターゲットとし菌(酸生成細菌)に特異的なプライマーセットをも二RT‑PCR‑DGGE法を活用してUASB装置内のフリレ酸分解細菌を特定した例について報告する｡テ/フタル酸をはじめとするフクル酸は,世界で製造きれる化学物質の上位50位内に入る大量合成品であ表1UASIiの運転条件
TablelOperating),1994年における全世界でのテレフタル酸生産量
丈,年間1000万トンにも達する5)｡従来,本物質をcondition
Compositionof

Run

In凸uent

ofUASB

reactor
TOD‑SSLoading(kg化g/d)｢有する廃水は,活性汚泥法等の好気的廃水処理方

1

妄により処理されていた｡近年,UASB等のエネル

2

TP

3

IP

0.1,0.15,0.2

4TP

0.1,0.15,0.2

ゴー消費の少ない嫌気的処理方法をフタル酸含有廃(の処理に適応する例が増えてきている｡1999年の*TP:Tereph也alate

乏告では,世界で約10基の実装置が稼働,もしくは,**IP‥Isoph也alatebJ.4β肋.2(2003/2)

神鋼パンテツク技報

TP*＋lP**

0.05,0.1,0.2
0.2

ちいたRT‑PCRにより16SrRNAのV3領域を含む12回おこない,16SrRNA遺伝子を増幅した｡計32

DNAを増幅した｡PCR産物は,40〜45%の変性都
濃度勾配の6.5%ポリアクリルアミドゲル電気泳動

回の増幅反応後,72℃7分の反応を1回おこなっにより分画した｡

脱塩･濃縮した後DGGEに供試した｡

1.2.1RNAの精製

1.2.3

た｡PCR産物は,マイクロコンー100(Mi11ipore)でグラニエール汚泥のRNAは,TRIzoIReagent

DGGE

DGGEは,40〜45%の変性剤濃度勾配(100%(InvitrogenCorp.,Carlsbad,CA,USA)をもちいて抽出し,引き続いて,RNeasy
MiniEit(qiagen,

変性剤は,40%ホルムアミドと7M尿素の混合物

Tokyo,Japan)で精製した｡すなわち,グラニエー

用した｡脱塩･濃縮した500ngのPCR産物をアプである)を含む6.5%ポリアクリルアミドゲルを使

ル汚泥約100mgと1mLのTRIzoIReagent,ならび

ライし,50V30分の泳動後,200V5時間の泳動をに,0.2mLのクロロホルムを混合し,1mLのガラ

おこなうことにより実施した｡泳動終了後,ゲルをスビーズ(直径0.1m皿)を含む2mL容のスクリュー

SYI∋R

キャップチューブ中で,3000rpm,3分間振とうして観察した｡

することにより摘出した｡租精製したRNAは,

2.結DNase処理により混在するDNAを分解後,RNeasy

2.1t岨SBによるフタル酸の処理

Mini瓦itをもちいて精製した｡

UASB反応器は,ビール工場のUASf主反応器から採取したグラニュール汚泥を種汚泥として立ち上

1.2.2

RT‑PCR

Goldで20分染色後,302n皿の紫外線を照射

果

Ace(東洋紡)をもちい,製造者の推奨する反応条件によりおげた｡表1に示すように,まず,テレフタル酸とイこなった｡すなわち,90℃,5分熟変性した0.1〟g

供給することにより装置を立ち上げた(Runl)｡のRNAに25pmolesのrandom

計画TOD‑SS負荷0.05kg/kg/dより運転を開始し,

cDNAの合成は,逆転写酵素ReverTra

hexamer,1mMのソフタル酸の両成分を炭素源とする廃水を連続的に

dNTP,反応溶液,および,100Uの逆転写酵素を加え,25℃で15分処理した後,42℃で45分反応すその後テレフタル酸とイソフタル酸の分解を見ながることによりcDNAを合成した｡

引き続き,廃水組成をテレフタル酸単独廃水に換え

PCRは,真性細菌の16SrRNA遺伝子のV3領域を増幅するGC‑PRIiA338fとPRUN518r9)をプライ

約1ケ月運転した後(Run2),イソフタル酸単独
廃水に換え運転した(Run3)｡

マーとしてもちいた｡反応液は,10ngのcDNA,2

図1,2にそれぞれテレフタル酸の一日当たりのら順次0.1kg/kg/d,0.2kg/kg/dに負荷をアップした｡

mMのdNTP,2mMのMgSO4,0.5/JMのプライ除去量とガス発生量の推移を示す｡運転開始後テレ

マー,1Uの耐熱性DNA

polymerase(KOD‑Plus‑,東洋紡),および,1×監OD‑Plns‑bufねr(東洋紡)

フタル酸とイソフタル酸の分解活性が出現し始めるより成る｡この反応液を94℃,2分処理後,94℃

去量は上昇し,TOD‑SS負荷0.1kg化g/d運転時のテ

30秒,65℃30秒,72℃30秒の反応を10回,引き続

レフタル酸の最大除去量は10.6g/d(除去率78.4%),
イソフクル酸の最大除去量は3.1g佃.(除去率99､3

き,94℃30秒,60℃30秒,72℃30秒の反応を10回,までに約90[]必要とした｡その後徐々に両成分の除さらに,94℃30秒,56℃30秒,72℃30秒の反応を
Runl

35

Run2

Run3

16

●コ

閤凶

t

l‑‑､

‑

0 2
●

威鞄
:⑳的

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△〉

0

‑■

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+̲.̲〜■■■▲￣■

◇

■

圏

くぬ
50

100

200

150

250

300

350

‑TOD‑SSLoadin呈m叱(pも急患切口司dOJ∽∽･凸○ト

0■

1つ】

Fig.1Cbange

ofpbthalate

○二

0

0 3

0

1

0

4

4 ハリ
0

0

50

100

150

200

250

300

二‡50

400

0perationT血e(days)

固degradation

一(エ

0perationTiI℃e(days)

図1フタル酸分解の経時変化

♭

醐
鵡鍔

nXU

:爵国

4

2

Fig.2

神鋼パンテツク技報

ガス発生量の経時変化
Cbangeofgas

production

1わ乙4β肋.2(200β/2)450(pも当叫旦的亡弓dOJ∽∽･〇〇←

0 3(p＼已ロ〇一ち戸で○占鳶0

△∨

■ニモ=

<U

GasProductionβ￠(肘什)○■･

圏

ト

冬二●

(pも)ロ○召dq一戸ヨ一山‑〇一∈コ○日く‑TOD‑SSLoading

Run4｡百官8｡㍗

圏TPElilnination
◇◇

RuI13

0.4
O

◇IPElimination

Run2

Runl

20

Run4

つエ

%)であった｡TOD‑SS負荷0.2kg/kg/d運転時は,それぞれ16.7g/d(除去率56.4%)と6.4g/d(除去率91.1%)であった｡0.2kg化g/dにおける運転期間(レーン2と3)では存在する微生物群集に差は見られなかった｡しかし,フタル酸分解活性の発現と中,イソフタル酸の除去量は,6g/d前後でほぼ一ともに,新しい3本のバンド(図3レーン4‑10,
矢印a,b,C),すなわち,細菌が出現した｡これ定だったのに対し,テレフタル酸の除去量は一定せらのバンド(細菌)は,種汚泥や分解活性のない汚ず,不安定であった｡また,除去量が増大するに従泥には見られず,分解活性のある汚泥に特異的に見い,ガス発生量も増大した｡

られ,かつ,長期に渡り安定に観察されたことから,テレフタル酸とイソフタル酸の両成分を含有する

これら3種の細菌がテレフタル酸とイソフタル酸の廃水の処理を280日間継続したが,両成分の除去量

分解に密接に関与しているものと考えられる｡の増加は認められなかったので,廃水組成をテレフ

2.2.2

廃水組成の変化にともなう微生物群集の変化

タル酸単独廃水に変更し処理を継続したが(Run2),
除去量の上昇は認められなかった｡
引き続き,廃水組成をイソフタル酸単独に換え処

テレフタル酸とイソフタル酸の両成分を含有する廃水から,テレフタル酸だけ含有する廃水,次いで,理をおこなった(Run3)｡負荷の上昇にともないイソフタル酸含有廃水,さらに,テレフタル酸含有

除去量も急激に上昇し,TOD‑SS負荷0.25kg化g/d

廃水と廃水の組成を変え,それにともなう微生物群

運転時に最大30.1g/d(除去率89.7%)の除去量が集の変化をRT‑PCR‑DGGE法により解析した(図えられた｡

4)｡テレフタル酸だけ含む廃水で約1ケ月処理したが,バンドパターンに変化は見られなかった(レーなお,′実験期間中,処理水の酢酸濃度は10mg几
未満であった｡
2.2

RT‑PCR‑DGGE法によるフタル酸分解細菌の特定

ン3‑5)｡次いで,イソフタル酸含有廃水に換えたところ(レーン6‑8),aとcのバンドに変化

2.2.1テレフタル酸とイソフクル酸含有廃水での馴養期間中における細菌群集の変化とフタル

表酸分解細菌の特定

Table2In8uence

廃水組成とフタル酸分解菌の出現

2of血凸uent

Ofph血alate‑degrading

図3にテレフタル酸とイソフタル酸両成分を含有
Band

TP＋IP

TP

IP

a

＋一

＋

＋

b

＋

＋

C

＋

＋

(R皿1)における細菌群集の経時変化をRT‑PCR‑
DGGEにより解析した結果を示す｡種汚泥(レーン1),および,フタル酸の分解活性のない汚泥

1

2

3

9

10

TPElimination(g/d00.1 1.2 4.5 6.7 10 9.5 10

11IPElimination蜘) 0

4

5

6

7

8

3

Fig.3

h凸nent2

T,Ⅰ T,Ⅰ

＋

3

4

5

6

7

8

9

10

11

T

T

T

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

T

T

T

0.1 0.8 1.4 2.9 2.8 2.7 5.9 6.1

ofbacterialcomunitiesin

4

Fig.4

Runlにおける細菌群集の変化
C血anges

1

Lane

図
雪

presence

Co皿pOSitionofInfhent

する廃水でグラニエール汚泥を馴養した期間

Lane

the

compositio皿On
bacteria

Runl

原水組成の変化にともなう細菌群集の変化
ChangesCbanges※Thea汀OWSindicatetheDNAbandsw血ichwereobservedin血egranularsludge
W血ich had phthalate‑degrad圭ngactivity.

Iわヱ.4β肋.2(20〃β/2)

神鋼パンテツク技報ofbacterialcom皿皿ities

ofin仇1eIlt

COmpOSition托)110Wlng也eは見られなかったが,7日目にバンドbが消失した

酸処理口ASI∋装置内のフタル酸分解菌を特定する(レーン6)｡また,一度消失したバンドbは,廃水組成をテレフタル酸に戻しても復活しなかった(図ことができた｡今回えられた情報は,従来の運転管理方法に加え,微生物学的側面からの運転管理指標

4レーン9‑11,表2)｡を提供するものであり,フタル酸処理装置のより適

今回の実験は,フタル酸を唯一の炭素源とする廃切で安定な運転管理が可能になるものと期待される｡

水でUASB反応器を立ち上げた｡したがって,種汚泥ヤフタル酸分解活性のない汚泥には見られず,
分解活性を有する汚泥に特異的に出現するバンド(細菌)がフタル酸の資化,すなわち,分解に関与しているものと考えられる｡
今回の結果から,テレフタル酸とイソフタル酸の[参考文献]

1)R.Ⅰ.Amm皿etal.,Microbiol.Revリ59(1995),p.143
2)R.k.coIwelletal.,Bio/Tec血01.,3(1985),p.817
3)R.K.SaikietalリScience,230(1985)

分解には,少なくとも3種類の細菌が関与しており,

4)R.Ⅰ.Amametal.,Microbiol.Revリ59(1995),p.143
et alリAppl.Environ.Microbiol.,(1993),
5)G.Muyzer

その内2種(aとc)は,両物質の分解に関与しており,残り1種(b)はテレフタル酸だけの分解に

6)M‑Y.Turetal.,J.EnvironEngin.,123(1997),pユ093

関与していることが示唆された｡

7)R.瓜e訂ebeze皿et(1999),p,1161

む

す

び

p.695

alリAppl.Environ.Microbiol.,65

8)J一甘.Wuetal.,Microbiology,147(2001),p.373
9)L.◎weasetal.,Appl.Environ.Microbiol.,64(1997),

最新の分子生物学的手法であるRT‑PCR‑DGGE
をもちいることにより,今まで未知であったフタル

p.3367

連絡先
赤

司

昭

(医学博士)

技術開発本部
研究開発部
第5研究室
主任研究員

TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6510

E‑maila且kasbi@pantec.co.jp

神鋼パンテツク技報

lわJ.4β肋.2(2〃0β/2)

還元加熱脱塩素法と金属Na分散体法(SP法)によるPCB汚染土壌処理
Contaminated

PCB

SoilTreatment

ProcessVia Hybrid
Processof ThermalDech10rination
SodiumDispersion
Process

and(技)研究開発部第2研究室
小倉正裕Masabiro

Ogura

加賀城
Naoya

KagaJO

井

出

直

哉

昇

明

隆

夫

ShoakiIde

l

川

井

Takao

Kawai

PCIiおよびダイオキシン類等のPOPs汚染土壌の処理方法として,比較的低温で処理可能であり,オンサイト処理可能な処理技術の開発をめざし,｢還元加熱脱塩素法＋金属Na分散体法+複合プ
ロセスによりPCB汚染土壌の処理試験をおこなった｡/ト型装置による試験の結果,還元加熱温度の上昇とともに残留PCI∋濃度は低下し,処理前濃度27mg几gに射し,650℃では0.0038mg/kgを示した｡排ガス洗浄油には処理前土壌中PCB量の1.3〜16%が捕捉されたが,SP法により0.1
mg/kg未満にできることを確認した｡パイロット機での実証試験により,PCB濃度26mg化gの汚染土壌を残留PCB濃度0.0038mg化gまで処理し,PCB濃度9.8mg/kgの排ガス洗浄油は0.056mg几gまで処理できることを確認した｡本プロセスによるPCB分解率は99.9%であった｡

PCBs‑COntaminateddechlorination
POPs

and

materials

bencb‑SCale

test

as

such

PCBs
that

showedexamined

applying也edispersion(SP process)to develop

sodiumtoreduced丘･Om27mg几g

l

were

soiltre釦ment

dioxinsin

andthepolluted

O.0038mg爬g

soilataattemperature

tha皿0.1mg/kg

PCBs丘om26mg化g
SCrubbingoil,andtoalso PCBs

PCB

1わJ.4β肋.2(2003/2)

O.0038皿g/kg

SP

via

汚染土壌

easy

on‑Sitetreatmentanreductive

process

temperature.The

alowerresults

tempera仇汀e

w地increaslnggasthermalcleaning

for
of
and

oilof血econtentofcontaminatedsoil,andalso
process.The

pilot‑SCalefbr contaminateddecompositionofof650℃.The

SCrubberabsorbedar皿ge丘･Oml.3%to16%ofinitialPCBs
decon也minatedlesssystemdecreased

content

residualPCBs

hybridrate

test

con丘Ⅲ1ed也esoil,弧d色･Om9.8mg/kg

of99.9%.

PCBs

contaminated

還元加熱脱塩素法

Themaldechlorination

金属Na分散体

Sodiumdispersion

神鋼パンテツク技報

soilprocessoiltoreductionofO.056mg化g氏〉rまえがき
POPsの代表的な化合物であるPCBやダイオキシ

PCB汚染土壌処理工程では,汚染土壌を窒素雰囲
気で加熱してPCBを脱塩素無害化させ処理土壌をン類の分解無害化技術は各種の方法が実用化されはえる｡還元加熱時に発生する排ガスは,排ガス洗浄

じめているが,汚染土壌などの処理にはPCB,ダ装置を経由した後,活性炭フィルターを通して排出

イオキシン処理法をそのまま適用するには課題も多される｡排ガス洗浄油処理工程では,排ガス洗浄油

く,開発は緒についたところである｡に金属Naおよび水素供与体を添加してPCIiを脱塩素無害化した後,処理油は排ガス洗浄抽として再PCB,ダイオキシンそのものの処理法の一つとしてガイドブック1)･2)に記載されているSP法は,利用のため余剰のNaおよびNaClを渦中から水洗1997年にカナダPowertech社より基本技術を導入し,除去し処理油および処理排水とする｡

日本の基準に適合するための技術改良をおこない,

2.試験方法PCIi処理技術として旧3省庁(環境庁,厚生省,

2.1土壌試料
非汚染土壌の4m皿ふるい通過分にカネクロール通産省)の技術評価を受けた技術である3)｡本法は,金属Na分散体と水素供与体を使用し,反応温度90

KC‑300のアセトン溶液を添加･混合し乾燥させて℃でも高濃度PCI∋およびダイオキシン類を無害化調製した模擬汚染土壊を試験に使用した｡表1に試可能であり,重合体等の副生成物をほとんど生成し料の分析結果を示す｡

ない,排ガス生成量が少なく安全性に優れているな

2.2

試験方法

図2に試験装置の模式図を示す｡約500gの土壌どの特長がある4)･5)｡
一方,ハーゲンマイヤー法として低濃度ダイオキ
シン類汚染焼却飛灰の分解処理適用実績のある還元

試料を6L容量の回転炉に装入し,乾燥空気パー

加熱脱塩素法は,最終埋立処分場の凝集沈殿汚泥や窒素パージに切り替えて1〜6時間加熱後,50℃

焼却由来の汚染土壌に含まれるダイオキシン類の分以下まで急冷し処理土壌をえた｡回転炉の排ガスは解試験により99%以上の高い分･解率がえられるこ洗浄瓶にて絶縁油に吸収させた後,活性炭を通過さとを確認している6)｡

せて排出した｡

l

ジ下で350〜650℃に昇温した｡所定温度に到達後,そこで,両者の特長を活かしたPCB､ダイオキ

排ガス洗浄油は,2L容量のセパラブルフラスコ

シン類等汚染土壌の処理方法として,処理温度が比内で金属Na分散体と水素供与体を添加,撹拝しな較的低温で,オンサイト処理可能な処理方法の開発

がら90℃,1時間で脱塩素化反応後,水を添加しを目指し,金属Na分散体法(SP法)と還元加熱て反応生成物であるNaClおよび余剰の金属Naを脱塩素法を組み合わせた複合プロセスによる一検討を表1おこなった｡本報ではPCB汚染土壌処理試験をおPCB汚染土壌の分析結果

TablelAnalyticalresults

こなった結果について報告する｡

プロセスの概要を示す｡本プロセスはPCIi汚染土

used
SamplePCI∋s[mg/kg】(HRGC但RMS)

27

1.プロセス概要
図1に｢還元加熱脱塩素法＋金属Na分散体法+

ofsample

Parameter

MoistureContent[%】

8.0

Ig血tio皿Lossr%]

1.9

壌処理工程と排ガス洗浄抽処理工程から構成される｡

Dischargedgas

ACFilter

PC甲Contamlnated
Soil

ThermalDecblorinatio皿

GasCleanlng
Unit

ExbaustGas

Contalninated
Oil

Sp
Process

RecycleTreatedSoil

TreatedOil
GasCleaningOilTreatmentProcess

ContaIninatedSoilTreat皿entprOCeSS

図1

Wastewater｢還元加熱脱塩素法＋金属Na分散体法+プロセスの概要

Fig.1Sche皿atic

diagramofcombined

hybrid̲prOCeSS

Oftbermaldechlorination

神鋼パンテツク技報

andsodiumdispersion

processes

1わJ.4β肋.2(200β/2)l

表2

還元加熱試験結果

Table2

Resulttestof themalrednction
TestNo.

1

2

3

4

5

6
550

Temperature[℃]

350

450

550

650

550

甘eatingTime[h]

3

3

3

3

1

6

InitialPCI】sContentofSoil[mg促g]

27

27

27

27

27

0.17

0.028

'27
0.00660.00380.014

0.0089<0.0001<0.0001<0.0001<0.0001<0.0001

く0.0001

PC王isContentofEx血austGasCleaningOil[mg]

1.51

0.80

0.18

0.87

DecompositionRateofPCBsinSoil[%]

99.4

99.9

99.9

99.9

99.9

99.9

PCIisContentofTreatedSoil[mg几g]
PCI】sEx什action[mg/L][地鳥且〓○∽p①)宕h←ロ叫亡○叫)戸口亡OU亡OU∽碑Uh①
0
GasCleaningUnil

RotaryElectricFt汀naCe
Air/N2

ContaminatedOil

0 0

NaDisper引On

Promoter

顎Ⅵbter

St包ticSeparator

0.001
350

Contaminat(∋dOil

450

550

650

TreatedOil

甘eatingTemper由ure[℃]Se仕1er

図3
図2

試験装置の模式図

Fig.2

Scbematic

diagram

還元加熱温度と処理土壌中残留PCB濃度の関係
Relation

Fig.3
ofe叩erimentalunits

between

COnCentrationin

水和抽出した後,静置分離して処理抽と処理廃水をえた｡

heating
treatedtemperat∬e

and

PCBs

soil

解率は88,2〜98.6%となった｡
処理土壌のPCB溶出試験結果は,全て不検出

3.試験結果および考察(0.0001m封L一検液未満)を示し,土壌環境基準を3.1還元加熱試験結果満たした｡

表2に還元加熱試験結果を,図3に還元加熱温度

3.2

排ガス洗浄油処理試験結果

表3に排ガス洗浄油処理試験結果を示す｡排ガスと処理土壌中の残留PCIi濃度の関係を示す｡
処理土壌の残留PCB濃度は,還元加熱温度の上吸収後の洗浄渦中のPCB濃度は,0.35〜4.53mg/kg

昇とともに低下した｡その低下率は温度に依存し,であった｡還元加熱時に揮発したPCIiはSP法に350〜550℃では大きく低下したが,550〜650℃でより脱塩素化され,0.1mg/kg以下となることを確は小さくなる傾向を示した｡還元加熱温度550℃に認した｡

おいて土壌中残留PCB濃度に及ぼす処理時間の影

この結果,｢還元加熱脱塩素法＋金属Na分散体

響を調査した結果,処理土壌の残留PCB濃度に顕法+複合プロセスによるPCB分解率は99.6〜99.8

著な違いは認められなかった｡%となった｡

土壌中PCB除去率は99.4〜99.9%であったが,排ガス洗浄抽中には0.18〜1.51mgの揮発PCBが含まれた｡したがって,還元加熱試験によるPCB分
lわJ.4β肋.2(2〃0β/2)

4.パイロット機による実証試験
小型装置での試験結果を踏まえ,パイロットスケー
ルの実証試験をおこなった｡
神鋼パンテツク技報

表3

排ガス洗浄抽処理試験結果

Table3Resultofgas

cleanlng

Oiltreatment

TestNo.

1

2

3

4

InitialPCBsContentofOil[mg几g]

4.53

2.42

0.35

2.32

PCBsContentofTreatedOil[mg化g]

<0.1

<0.1

<0.1

<0.1

DecompositionRateofPCBsTbr肌ghtheProcess[%]

99.8

99.8

99.6

99.7

4.1実証試験装置
実証試験装置は,還元加熱装置,オイルトラップ,
排ガス洗浄油処理装置からなる｡写真1に還元加熱

表4

PCB汚染土壌の分析結果

Table4

Analyticalresult

装置,写真2に排ガス洗浄拍処理装置を示す｡装置

ofsampleused

Parameter

Sa皿pleの仕様は以下のとおりである｡

PCI∋sLmg/kg】(HRGC/HRMS)

261)還元加熱装置

Moist∬eContent[%]

2.0

IgnitionLoss[%]

2.5

･装

置 形状:横型回転円筒型,スクレーパ
付法:￠700mmXlOOOmm･寸･空間 容 積:385L･加熱 方 式:燃焼ガスによる間接加熱方式

l2)オイルトラップ･トラップ缶:SUS製20L缶,4本･排ガス洗浄抽:絶縁油

20L･排気ブロア:0.3m3/min,550mmAq･活性炭カラム:￠500mmX500m皿

3)排ガス洗浄油処理装置･減圧蒸留槽:20L容量,撹拝棟,抽回転式真空ポンプ,ヒーター付･反

応

槽:20L容量,撹拝機,ヒーター付

4.2･水和･抽水分離槽:20L容量,撹拝機付
気:凝縮器,活性炭フィルター
･排
土壌試料

写真1

還元加熱脱塩素装置

PhotoI

Tbemaldec血10rina‡ion

equipment

非汚染土壊の5mmふるい通過分にカネクロール

阜KC‑300のアセトン溶液を添加･混合し乾燥させて調製した模擬汚染土壌を試験に使用した｡表4に試料の分析結果を示す｡
4.3

試験方法

土壌試料43.4kgを還元加熱装置に入れ,空気雰
囲気下で530℃まで昇温した｡530℃到達後,窒素雰囲気に切り替え3時間還元加熱した後,50℃以下まで急冷し処理土壌をえた｡還元加熱排ガスはオ
イルトラップにて絶縁油に吸収させた後,活性炭を通過させた｡
排ガス吸収液は,排ガス洗浄抽処理装置において,金属Na分散体と反応促進剤を添加し,窒素雰囲気下,90℃,60分間の脱塩素化処理をおこなった｡
反応終了後,反応液を40℃以下に冷却した後,水JO

排ガス洗浄油処理装置

写真2を添加して余剰のNa分を水和抽出し,処理油と処

Photo

神鋼パンテツク技報

2Gas

c16an血goiltreatmentequlpmentlわg.4β肋.2(2〃￠3/2)

表5

パイロット機による実証試験結果

Table5

Resnltofpilot‑SCale

test
PCBs

ThermalDec血10rinationProcess

Contaminated

Ga弓

TreatedSoil

26[mg/kg]

PC王∋s

Dioxins

[mg]

1100

[pg‑TEQ/g][ng‑TEq】

5600

130

0.0038

9.8

0.15

180

0.93

1.7

36

32

理廃水をえた｡排ガスは活性炭フィルターを通して排出した｡

0.53〃g/m3N･TreatedOil

WasteⅥrater

0.056･

0,0002mg几

0.00931.0

0.000150.038ng‑TEQ/m3N

0.22

0.67

3.9

Ratio

99.9%

99.3%

99.4%以上,PCB分解率は99.6%以上であった｡
果,PCB濃度26mg/kgが0.0038mg/kgに低減す試験結果を表5に示す｡土壌中のPCB濃度はることが確認された｡PCB濃度9.8mg化gの排ガ
ス洗浄抽は0.056mg/kgに低減した｡

26mg化g7う､ら0.0038mg/kgに,ダイオキシン類は130pg‑TEq/gから0.93pg‑TE(〕/gに分解無害化できl

Exa叫StGas

4)土壌試料43.4kgをもちいた大型実証試験の結

試験結果

4.4

Total
Decomposition

Cl笥冒ngSoil

SPProcessた｡排ガス洗浄油には処理前土壌中の初期PCB量5)処理土壌のPCB溶出試験結果は,全て不検出(0.0001mg几一検液未満)を示し,土壌環境基準を満たした｡の約16%がトラップされ,コプラナーPCBが1.7pg‑TEq/g,PCDDs＋PCDFsは不検出であった｡
SP法により処理油はPCBO.056mg爬g,ダイオキシ[参考文献]

ン類0.22pg‑TEq/gに分解無害化できた｡

1)(財)産業廃棄物処理事業振興財団:PCB処理技術ガ
イドブック(1999),p.321,p.340〜343

処理土壌のPCB溶出試験結果は,不検出(0.0001
mgル検液未満)を示し,土壌環境基準を満たした｡
む
す び｢還元加熱脱塩素法＋金属Na分散体法+複合プ
ロセスによるPCIi汚染土壌処理試験をおこない,
次の結果をえた｡

1)還元加熱温度の上昇とともに土壌の残留PCB
濃度は低下し,処理前濃度27mg侭gに対して処

2)厚生省:高濃度ダイオキシン類汚染物分解処理技術マニュアル(1999),p.18‑20,p.36‑38,p.43‑493)(財)産業廃棄物処理事業振興財団:PC王き処理技術資料集増補版(2000),p.3‑5,p.5‑2〜5‑34)川井隆夫,大塚剛樹,小西泰雄,西村裕太:金属Na微粒子による絶縁油,土壌,排水汚染ダイオキシン類の分解無害化,粉体工学会誌,Vol.37,No.6(2000),
p.442〜448

理温度650℃では0.0038mg侭gを示した｡

2)排ガス洗浄油中には処理前土壌中PCB量の1.3〜16%が捕捉されたが,SP法により0.1mg/kg未満にできることを確認した｡

5)井出昇明,小倉正裕,川井隆夫:"新 sp法(高濃度PCli処理)における水素供与体の作用効果,エコイ
ンダストリー,Vol.7,No.9(2002),p.50〜55
6)小林哲男,牛越健一,児島大:浸出水および汚泥中のダイオキシン類処理,資源処理技術,Vol.48,No.2

3)還元加熱＋SP法による土壌中PCB除去率は(2001),p.133〜137

連絡先
小

倉

正

裕

技術開発本部
研究開発部
第2研究室

TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E‑mailm.ogura@pantec.co.jp

1わ乙4β肋.2(200β/2)

神鋼パンテツク技報

JJ

海面埋立処分場における余水の高度処理
Advanced

Treatment
fromof Surplus
Area

Sea

a

Wastewater

Landfill(環)環境本部計画部第2計画量尾家健康Toshiyasl10ya

田

路
明
宏
Tqii
(環)技術本部技術部第3 技術室
大児島
DaiK句ima(環)技術本部製品開発室
男
小林
哲
AkibiroTetsnoKobayas血i

海面埋立処分場における余水の有機物と窒素成分をおもな処理対象とした連続処理実験をおこなった｡実験の処理システムは逆浸透膜を使用したDTモジュール処理システムおよび浸潰膜式生物硝化･脱窒処理システムの2方式とした｡DTモジュール処理システムでは前処理として凝集沈殿設
備を設置するだけで安定した連続運転がおこなえ,BOD<2〜5mg几,CODM｡<3〜5mg几,T‑N<1〜2mg几,TS<50mg几と場内用水等への再利用可能な水質結果がえられた｡浸潰膜式生
物硝化･脱窒処理システムでは,最後に活性炭吸着処理をおこなうことにより,BOD<2mg/L,
CODM皿<10mg几を達成した｡また,高濃度の窒素除去のための安定した運転操作方法を確認し,その適正管理によりT‑N<10mg几が可能であることが示された｡本実験により,両システムとも
余水処理への適用の可能性が確認できた｡

Continuons
mainlytreatment

organic

membrane,and
Operatedawastewater丘･Om

ofsu叫us

ma仕er

and

nitrogensubmerged

successfully

by

with

a

coagulation

Sea

areala皿d丘11was
DT‑mOdule

systems;abioreactor

membraneaddingtwo

methodsystemねras

pe血皿edsystemnitrogenfbr re皿0Valof

wi血reverse

os皿OSisremoval.The氏)rmer

pretreatment,prOducing

WaS

waterreusablein也elandfillorplant,namelyBOD<2‑5mg几,CODM皿<3‑5mg几,T‑N<1‑2mg几andTS<50mg几.
ThelatterachievedBOD<2mg几弧dCODMn<10mg几byaddingactivatedcarbonadsorptionatthe
end･Controlling払ctorsfbrstableremovalofbighnitrogencontentwasconB皿ed,bywhic血T‑N<10mg几wouldbeattained･Tbisexperimentproved血ee触ctivenessoftbetwosyste皿Sintbetrea血ent
Of su叩1usawastewater丘･om

sea

arealand丘11.

海面埋立処分場
逆

浸
ジ

DTモ

精
浸

J2

透

密

ュ

ー

Sea

arealand丘11

膜

Reverseル

DT‑mOdule

ろ

過 膜

潰

膜

osomosis

Microfiltration
Submerged

神鋼パンテツク技報

membranemembranemembrane

1わJ.4β肋.2(200β/2)

ま えがき

処理対象水質項目

1.3

平成12年,循環型社会形成推進基本法が制定され,本実証実験では,おもな処理対象水質項目として20世紀の｢大量生産,大量消費,大量廃棄型の社会+

BOD,CODM｡,T‑Nを挙げ,それぞれ目標処理水質から｢循環型社会+への移行へと本格的な取り組み

を以下のように設定した｡

が始まった｡循環型社会の構築に向けては,｢リサBOD:<10mg/L

イクルの推進+とともに｢廃棄物の適正処理+が非CODM皿:<10mg/L

常に重要であり,廃棄物の埋立処分場への適切な処

T‑N:<10mg/L

分･および埋立処分場からの浸出水の適切な処理も必

なお,COD址<10mg/Lは水島産業廃棄物処分場に要不可欠である｡埋立処分場に関しては,その処分おける排出基準(日間平均値)である｡

場用地の確保が重要課題の1つであり,そのような

2.処理システム

観点から大容量の埋立容量を確保できる海面埋立処

2.1DTモジュール処理システム

分場にかけられる期待は大き.くなってきている｡

2.1.1DTモジュール

海面埋立処分場からの処琴対象水である余水は,DTモジュールは,平膜型の逆浸透膜(RO膜)

おもに廃棄物の海中投入による汚濁海水で,かつ,とディスクと呼ばれるプラスチック製スペーサーを

長期間廃棄物と海水が接触し,また水中の廃棄物が組み合わせたモジュールであり,一段目RO膜(以下,1stRO)および二段目RO膜(以下,2ndRO)l霊宝芸警孟夏芸芸賃芸慧孟是芸去三宝言表芸芸誓言…
による2段階の膜分離により有機物,窒素成分の高異なり,とくに有機物や窒素成分が高濃度となるこ

度処理はもちろんのこと,無機塩類,ダイオキシンとが多いとされる｡1)
また一方では,排出先が多くの場合海域となる海類,重金属類等の分離が可能であり,天然水並の処

面埋立処分場は,有機物の指標であるCODはもちろんのこと,さらなる高度処理として富栄養化の原の形状を有するスペーサーディスクの働きにより,膜の目詰まりや生物ファウリングを受けにくいため,

因物質となりうる窒素成分の適正な処理が求められ従来のRO膜をもちいたシステムでは不可欠であっつつあり,排出基準も環境問題への関心の高まりと共に厳しくなる傾向がある｡

たRO膜の前段における生物処理や砂ろ過,活性炭吸着などの高度処理をもちいずに,簡単な前処理の以上のような背景がある中,陸上埋立処分場の浸付加のみで運転可能という特徴がある｡以下に本実理水質がえられる｡そして,原水の流路が広く独特

出水とくらべて余水の窒素の高度処理まで含めた処証実験で使用したDTモジュールの仕様を示す｡

理技術に関する知見は現在のところ十分とはいい難(丑最大運転圧力い｡そこで本研究では,海面埋立処分場からの余水･1stRO:12MPaについて,おもに有機物および窒素成分を処理対象･2ndRO:6.5MPa(むモジュール本数

l孟羞羞芸誓悪霊三三慧誓言警警三三孟志し三≡至芸･1stRO

よび浸漬膜式生物硝化･脱窒処理システムをもちいて実施した｡そこでえられたいくつかの知見を報告する｡

1.実証実験概要
1.1実験場所

本実証実験は(財)岡山県環境保全事業団が運営管理する水島産業廃棄物処分場内でおこない,同処
分場からの余水を処理対象水としておこなった｡処
分場の概要について以下に示す｡･埋立総面積:962580m2･2ndRO(彰寸④材:2本×2ブロック:2本
法 (外径×長さ):200mmX1200mm
質 (ディスク/外筒)･1stRO:ABS樹脂/SUS･2ndRO:ABS樹脂作RP⑤膜面積:7.65〜7.78m2/module(む膜材質:ポリアミド系高分子⑦運転温度:5〜35℃
当社では陸上埋立処分場からの浸出水への適用実績がある｡2)･3)･埋立総容量:12651000m3

2.1.2･埋立廃棄物量:17600000t
実証実験期間DTモジュール処理システムの概略システムフローを図1に示す｡原水槽では嫌気腐敗防止のために曝

2001年5月16日〜2002年2月15日

気をおこない,凝集沈殿設備ではおもにSSの除去

l.2

1わ王.46肋.2(20〃β/2)

神鋼パンテツク技報

システムフロー

Jβ

ECl

甘Cl

Dispersa山

J

PAC

1stRO

2ndRO

Nelltraliza
Tank
M

M

FeedT皿k0ロ

TreatedWater

マ.㌔

PermeateTank

B
Tank

AerationTa止T皿k
Sed血entadon
Tank

MicroFilters

Wastewater丘･Om

SandFilter

aSeaAreaLandfill[垂司
図1DTモジュール処理システムフロー
Fig.1Flow

diagramsofDT‑mOdulesystem

甘Cl

IiCl

NaO甘

NaO甘

PAC

PbospboricAcid
Metbanol

TreatedWater

MlxingTa止coagnlatlng
Ta止TreatedNentralizatio皿
丁皿kWaterTank

Sedimentation
Tank
Denitd丘cation

Nitri五cation Permeate

Tank

Tank

Tank

Activated
CarbonWastewaterfk)maSeaA∫eaLand丘11

図

2

Fig.2

浸漬膜式生物硝化･脱窒処理システムフロー
Flowdiagrams

oftbe

bioreactor

submerged皿embrane

system良)r

nitrogen卓

removalをおこなう｡その後,DTモジュールに移送され,抑えられる｡以下に,本研究で使用した浸潰膜式生

ミクロンフィルター,1stRO,ならびに2ndROによ

物硝化･脱窒処理装置の仕様を示す｡

りその他の有機物および窒素成分の除去をおこなう｡

面
積:0.11m2/module(D膜②設置モジュール数:10枚③モジュール寸法:226mmX316mmX6mm

2.2

浸漬膜式生物硝化･脱窒処理システム

2.2.1浸潰膜式生物硝化･脱窒処理装置

材

質:ポリオレフイン

脱窒法の硝化槽に平膜型の精密ろ過(MF)膜を浸

④膜
⑤膜

孔

径:0.4〃m

漬させたものであり,膜分離装置により安定した固2.2.2

システムフロー浸潰膜式生物硝化･脱窒処理装置は循環式硝化･液分離がおこなわれるだけでなく,汚泥の高濃度で浸漬膜式生物硝化･脱窒処理システムのシステムの維持が可能なため高負荷での運転にも対応可能とフローを図2に示す｡凝集沈殿設備ではおもにSS

いう特徴がある｡また膜表面は硝化槽における曝気
空気による気液混合上昇流により,常時洗浄状態とを除去し,浸潰膜式生物硝化･脱窒処理装置においなるため,汚泥の蓄積等のファウリングが最小限にこなう｡浸漬膜透過水に残存した生物難分解性の有J4て有機物処理および窒素成分の硝化･脱窒処理をお

神鋼パンテツク技報∇oJ.4β肋.2(20〃β/2)

機物は活性炭吸着塔により除去される｡

作をおこなうことにより安定した透過水量がえられた｡

3.余水水質実証実験期間中の余水のおもな水質を表1に示す｡

電気伝導率

4.1.2

なお,2001年5月16日〜2001年9月18日はDTモジュー

図4に余水,1stRO透過水,ならびに2ndRO透過

ル処理システムの原水槽より採水していたため表1

水の電気伝導率のデータを示す｡それぞれの平均値には含めなかった｡期間中のBOD,CODM｡ならびはそれぞれ,1670mS/m,89.3mS/mならびに11.6にT‑Nの平均値はそれぞれ,280mg几,145mg几
ならびに122mg几であり,最大値と最小値の差がms/mであった｡一般的に塩類濃度が高いという特徴がある余水に関しては,電気伝導率とTSには高大きいという特徴があった｡本埋立処分場は埋立残

い相関があり,本実験で使用した余水においても,存容量が残り少ない埋立後期に相当し,海水による[TS(mg几)]=[電気伝導率(ms/m)]×6.14

希釈効果が少ないため雨等の気象条件が大きく影響で表される相関関係が認められた｡すなわち,図4を及ぼしたこともこの一国と考えられる｡またpⅢ

より,本実験期間中TSが安定した阻止率で除去さは10〜13の高アルカリ性であった｡蒸発残留物(以下,TS)は8260〜13500mg几であり,一般の海水れていたことがわかり,このことからもDTモジュー
ル処理システムの安定した運転が確認された｡

塩分濃度と比較すると1/3〜1/2程度であった｡

l

4.実証実験結果

表1余水水質4.1DTモジュール処理システム

TablelAnalysis

4.1.1運転データ≡UnitsParameterMax.

図3に1stRO,および2ndROの透過水量の運転デー

NitrateNitrogenm

NitriteNitrogenm

TS

昆2ndStagePermeateFlowRate

RecoveryRate68%

7
7
2 25

0 05 0
13

m

(=X〕

0

4

5

4
7

0
2

1
2

5

2

0

50

0

3

10

0

220

m

0

5

111428128<<60

A皿OninmNitrogen

0

ヮ山｢J

m

◆lstStagePermeateFlowRate

2

7

3320

TotalNitrogen

moduleの設定で,また1〜2週間に1回の洗浄操

11

3 3

(カ7‖

m

ともに1stROフう号75L仲/module,2ndROが100L仙/

Ave.

121953<<26m

BOD1216401613<<50

よび75%となるような条件で運転をおこなったが,CODM｡℃机机机机机机肌

p日
WaterTemperatnre

arealandfi11

Min.

2 7

タを示す｡システム全体としての回収率が68%おSeaaofwastewater丘･Om

5

50

0

RecoveryRate75%(リー召○百事土塁d出L芸‑hU‑dU一巳0‑表

水質分析結果(平均値)
WateranaIysis(average)

2

Table2

2ndParameter≡Units Raw

Stage

Water

Pemeate

500

1000

1500

つ+

2000

500

3 O OO

つJ

500

DD‑乱

OperatingTime(h)

透過水量運転データ

3

図
Fig.3

Operating

data

mg/L

旭

N 一+ltrO ge n

about

flow

pemeate

12 2

6 4

14 5

3 3

押COBOT｡tTS

rate

(】入口

皿釘L

2

mg/L

12 2

mg/L

1 0 60 0

RemovalRatio(%)■97･798･498･999･6

4 6

0

1 3

42

lstStagePermeateCondllCtivity‑RawWaterCondlユCtivity￣￣←28d51agePe皿e8bCo□dnetiviけ0(∈＼∽∈)倉ヱ)U戸p冒U

11

図
Fig.4

10

▲0

500

1000

1500

2000

0peratingTime(b)4電気伝導率運転データ
0peratingdata

lわJ.4β肋.2(2〃0β/2)

about

2500

3000

3500

写真1

原水,1stRO濃縮水,2ndRO透過水

PhotolInf山ents
也由econductivity

神鋼パンテツク技報

toa凸d2ndDT‑mOdules,1st
stage

stage

concen一

permeate

J古

処理水質

4.1.3

はおおよそ2び0〜400(Ud/m2ルアa at25℃)であったが,図5の区間Ⅰおよび区間Ⅱにおいては特異的

2ndRO透過水のおもな水質について表2に示す｡
BODは余水水質194〜405mg几に対して<2〜5に低かった｡この区間Ⅰおよび区間Ⅱを図6の同区

mg几,CODM｡は余水水質120〜160mg几に対して<
3〜5皿g几,T‑Nは余水水質57.3〜167mg几に対し間に当てはめると以下のことが示される｡○区間Ⅰ→MLSSおよびMLVSS濃度が低い｡
運転開始当初,MLSSが低く巨大フロックになって<1〜2mg几を達成した｡また,TSも平均として99.6%の除去率を示し,TSに関しては天然水並ていない微細なSSが膜の目詰まりの原因になった

みの処理水質となった｡以上より,DTモジュールと考えられる｡汚泥を追加し,MLSSを8000mg几

処理システムによる処理水は,排出可能な水質であ程度以上にした後に膜性能の向上が見られた｡

るのみならず,場内用水等への再利用も可能な水質○区間Ⅱ→MLSSおよびMLVSS濃度が高い｡

であることが示された｡ここで,DTモジュール装MLVSS/MLSSが低下｡

置への流入水および2ndRO透過水の外観を写真1

この区間では,逆にMLSS濃度が25000mg几をに示す｡

超え,非常に高濃度になっている｡また,MLSSの4.2増加に対してMLVSSはむしろ低下しており,無機

浸漬膜式生物硝化･脱窒処理システム

汚泥の蓄積が生じていることが示されている｡汚泥

4.2.1運転データ
浸潰膜式生物硝化･脱窒処理装置からの透過水量の引抜きなどをおこない,MLSS濃度を減少し,は,基準水位との水位差(浸潰膜にかかる圧力を表す｡),汚泥の性状や濃度,朕の透過性の状態,なら

MLVSS/MLSS比を増加することで膜性能の向上が見られた｡
以上より,MLSS<8000mg/L,MLSS>25000

びに水温等の影響を受けるものである｡ここで,図5に透過水量を膜面積1m2当たり,圧力1kPa当たり,ならびに水温25℃に換算した補正透過水量を,

mg/L,ならびにMLVSS/MLSS比の低下により膜性能が低下する可能性が考えられ,汚泥の定期的な引また図6に装置中のMLSS,MLVSSならびに抜きなどの運転管理が必要であることが確認された｡

MLVSS/MLSS比を示す｡装置からの補正透過水量･･･････････ローMembraneSeparatedWater‑‑←RawWater‑‑｢△‑AclivatedCarbonTreatedWater(ぃれN)dd睾N∃白くJ)当lh

200(Jも且貞凸OU

5/1

8/1

11/1

2/l

5/1

8/1

11/l

Date

図

補正透過水量の経日変化

5

Fig.5

C血皿ge

2/1

Date

図

Of皿Odified凸ux

days

wi也elapsed

7

Fig.7

CODM｡の経日変化
ChangeofCODM血With一‑‑‑一一トーRawWaler

elapseddays‑一亡トーMembraneSeparatedWater‑T‑N/MLVSSLoad
300‑‑◆‑MLSS(mg/L)

O‑▼･････････ローMIVSS(mg/L)

Ⅱ

2 50

･･･････‑‑‑MLVSS/MLSS

2 00

11/1

(Jも己)Z･←(‑)∽∽J】卓∽∽>1日之(Jも阜)白)召2召のUqOU
8/1

5/1

1 50

100

50
0

2/l

5/1

8/1

Date

図
Fig.6

J6

6

図

MLSSおよびMLVSSの経日変化
CbangeofMLSS

and

11/1

2/1

Date

MLVSS

with

elapsed

days

8

Fig.8

神鋼パンテツク技報

T‑Nの運転データ
ChangeorT‑Nwithelapseddays

lわJ.4β肋.2(20〃β/2)(L訂p＼∽∽J苫･拙宅Z･ト･如且っ申ロJ

Ⅰ
(U0 0

処理水質

4.2.2

いておこなった｡その結果,DTモジュール処理シ

CODM｡に関する処理結果を図7に示す｡余水水

ステムでは前処理として凝集沈殿処理を付加するだ

質120〜160mg几に対して浸潰膜式生物硝化･脱窒

けで安定した連続運転がおこなえた｡また処理水質処理装置からの透過水(以下,浸漬膜透過水)は20に関してもBOD<2〜5mg几,CODM｡<3〜5〜35mg几であった｡一方,浸漬膜透過水のBOD
濃度は余水水質194〜405mg几に対してほぼ<2.O

mg几,T‑N<1〜2mg几,TS<50mg/Lを達成し,排出可能であることは勿論のこと,場内用水等へのmg/Lを達成しており,この残存したCODM｡が生物難分解性であることが示唆された｡しかし,その後再利用も可能な処理水質がえられた｡一方,浸潰膜
式生物硝化･脱窒処理システムでは操作因子の適正の活性炭吸着彼の処理水CODM｡は1〜6mg几とな管理,とくに,膜の透過性能の維持および硝化･<10mg/Lを達成しており,活性炭の吸着性能は確

脱窒活性の維持の両方の観点より,定期的な汚泥の認できた｡

引き抜きをおこない,MLVSS/MLSSを一定以上にT‑Nに関する処理結果を図8に示す｡余水水質維持することが重要であることを確認した｡余水の57.3〜167mg/Lに対して連続実験開始後,良好な硝有機物には生物難分解性のものが含まれており浸漬化･脱窒反応が進行し,8月下旬〜9月にかけて

膜透過水では,BOD<2mg几を達成したのに対しT‑N<10mg/Lを達成したが,その後T‑Nの処理成てCODM｡は25〜30mg/L残存したが,活性炭吸着処

績が悪化した｡これは硝化･脱窒のおもに硝化反応

理することによりCOD址<10mg几を達成した｡まの悪化によってもたらされたが,この硝化反応の悪た,T‑Nについても,上記の操作因子の適正な管理化の時期は図5における区間Ⅱ頃に相当し,その悪によりT‑N<10mg几が可能であることが示された｡

化の原因の1つとしてMLVSS/MLSS比の低下が考

海面埋立処分にかけられる期待が大きくなりつつえられた｡そこで,汚泥の交換をおこない,ある中,本実証実験により,DTモジュール処琴シ

MLVSS/MLSS>0.7にしたところ再び硝化･脱窒反

ステムおよび浸漬膜式生物硝化･脱窒処理システム

応の回復が見られた｡このことより,硝化･脱窒反の余水処理に対する適用可能性が示されたと考えら

応の進行のための条件の1つとしてMLVSS/MLSSれる｡

最後に,本実証実験は循環型社会形成システム研>0.7の必要性が確認された｡MLVSS/MLSS比が硝物活性を阻害するのではないかと考えられた｡また,

田中 勝教授,事務局:
究会(会長:岡山大学(財)岡山県環境保全事業団)の平成13年度の研究活

T‑N/MLVSS負荷が急上昇した際にも硝化の悪化が動の一部として実施された｡研究会のメンバー各位認められ,急激な負荷上昇を避けることの必要性もの貴重な助言,指導に感謝いたします｡

確認された｡[参考文献]

化に影響を与える原因としては無機汚泥の蓄積が生

す

む

び

海面埋立処分場からの排水である余水の,主に有機物および窒素成分を処理対象とした実証実験を2

1)wowシステム研究会水処理技術研究部会:浸出水処理技術ガイドブック(2001),p.16,環境産業新聞社
2)植松一也:神鋼パンテツク技報,Vol.43,NGl(1999),
p.82

種類の処理システム,DTモジュール処理システム

3)荻野行洋:神鋼パンテツク技報,Vol.44,NG2(2001),

および浸潰膜式生物硝化･脱窒処理システムをもち

p.58

連絡先
尾

家

俊

康

環境装置事業部
環境本部
計画部
第2計画室

TEL

O78‑232‑8184

FAX

O78‑232‑8057

E‑mailt.oya@pantec.co.jp

1わ乙4β肋.2(2003/2)

神鋼パンテツク技報

J7台湾の大型TFT液晶工場向け
排水回収処理設備
Wastewater

Treatment

SystemManufacturingforaPlantin

Large

TFT

LCD

Taiwan(環)水処理本部計画部第1計画室

西澤

A上ihiko

昭彦

Nishizawa(環)技術本部技術部第2技術室
秋吉栄宏Masahiro

A上iyosbi

台湾の大型TFT液晶工場に昨年排水回収処理設備を納入した｡この設備の目的は,所轄官庁が工業用水の僕給不足のため設定したガイドラインに基づく高い排水回収率を達成することである｡
設計のポイントは多様な排水の成分や濃度に合わせて最新の処理プロセスを組み合わせたところにある｡とくに高濃度の有機排水処理には蒸発装置を使い,地価高騰の対処策として省スペース化をおこなった｡装置は昨年の運転開始以来80%以上の回収率を達成し順調に稼動している｡

Awastewatertreatment

system

O切ective of thewasthe shoれSupply

systemdeliveredto

was

high

water

皿d

concentration

Witb

evaporators

been

operatingof

difねrent

bighlywastewaters.The

achievingarea

recovery

TFT液晶工場向け排水回収設備

concentrated

Wastwaterorganic

recoverymanu払cturing
Water

成分･濃度による排水の分類処理

Separateanddependingonwastewater

price

there.The

cope

with

the

content

wastreatedsystemhas

tbe staれOfoperationin2001.

of80%since

回収率80%以上

tomunlClpalguidelinetre如ments

tbeincreaslngland

agalnSt
rate

manu払cturlngplantinTaiwan.The
tbe

on

Separatesystem托a仙●eS

fbr minimuminstallation
successfully

based

rate

recoveryofindustrialwater.The

LCD

alargeTFT

TFT

LCD

plant

recoveryratetreatments

content

system托〉rofof80%ormore
dependingonconcentration

wastewater

る｡また,地価が経済成長とともに高騰しているこ

ま えがき
近年台湾では,新竹･台南の工業地帯などにみらとから,広大な敷地が必要となる液晶工場では,排れるように半導体･液晶などのIT関連の設備投資

水回収設備に対して省スペースの設備が要求される｡

が活発におこなわれ,経済面で目覚ましい発展をと

当社の設備は,これらのニーズに応えることができげている｡

るものとして評価されて納入されることとなった｡

一方,台湾の工業用水の供給は,大量に水を使用するIT関連工場があいついで建設されたため渇水

本稿では,効率の良い排水回収システム設計の考え

期には,深刻な水不足におちいっている｡そのため,自治体は工場に対して排水の再利用の指導をおこなっ

DMSOと略す),テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイド(以後TMAIiと略す)などの薬品をている｡このよう別犬況下で多量の水を使用する液含む有機排水の再利用システムに焦点を絞って紹介

晶工場では,特に排水の再利用が不可欠になってい

する｡

Jβ

方と当社の特徴であるジメチルスルホキシド(以後

神鋼パンテツク技報

Vog.4β肋.2(2〃0β/2)

1.設備設計におけるポイント

テトラメチルアンモニウムハイドロ(力水不足を考慮した高い回収率②排水水質別の分類による処理コストの低減③処理設備の省スペース設計④省エネ,廃棄物の低減,悪臭対策などの環境対策

オキサイド(TMAH)
イソプロピルアルコール(IPA)に配慮した設備の設計⑤異常時にも安定かつ安全な工場の運営ができる設

リン酸
硝

酸

酢

酸

界面活性剤

備の設計

2.2.1各装置の概要

上記のポイントを全て満足させるため,最新の処

1)BCF

理プロセスを組み合わせることで排水回収全体シス
テムの設計をおこなった｡

BCFは,微生物を特殊な充填材に増殖させて保持し同時にろ過機能をもった装置である｡そのため,

2.排水回収処理設備の概要

頻雑なMLSS管理や沈殿槽の設置が不要になるな

2.1排水の分乗頁

どの特徴をもっている｡

排水回収処理設備を写真1〜6に示す｡またそのフローシートを図1に示す｡
排水は含まれる成分および濃度の違いにより分類

lしている｡

含まれる｡DMSOは,生物によって分解されると硫酸イオンを生成するため,排水のpIiを低下させてしまう性質をもっている｡排水のpHが中性域を製造工程から排出される排水は大きく分けて以下の7種類に分類できる｡

2.2

本排水中には,TOCの成分として主にDMSOが逸脱すると微生物の活性が落ちて処理が悪くなるため,あらかじめアルカリ剤やpⅢ緩衝剤を注入する①低濃度有機系排水②高濃度有機系排水③無機系排水設計をおこなっている｡(当社登録特許)(彰界面活性剤排水(9希薄洗浄排水(むスクラバー排水(丑空調ドレンおよび雑排水含まれるSSを除去する役割をもっている｡

低濃度有機系排水の特徴

浄方式を採用している｡

2)sp‑MEMCOR
MFは,RO膜の保護のために,BCFの処理水中に本装置に使用される膜の材質は,物理的強度が高く伸縮性に富んでいるポリプロピレン製を採用している｡洗浄の方式には,回復性に優れた逆圧空気洗有機薬品を含む①の低濃度有機系排水は,現像,
レジスト剥離,エッチングなど多種類の工程排水から構成されている｡また,水量の占める割合は最も

3)RO装置
MFの処理水には,約10mg几程度のTOC成分が残留している｡また,有機排水を生物で分解する過程において生成するアンモニア性窒素,硝酸性窒素,l多い特徴をもっている｡
この排水は,全有機炭素(TotalOrganicCarbon:
以後TOCと略す)濃度が数十〜数百m封Lと比較的

硫酸ナトリウムなどの溶解性塩類を多く含んでいる｡

低いため,従来は生物処理した後,放流されていた｡

これらのTOC成分および塩分を除去する｡RO膜

このままでは再利用できないためRO装置により,80%以上の高い回収率を達成するためには,こは,全芳香族ポリアミド系の素材で,モジュールはの排水を回収する辛が不可欠となる｡システムの概超低圧スパイラル型を使用している｡塩分の除去率

略は,まず固定床式好気性生物処理装置(当社商標:

は99.7%と非常に高い｡また,操作庄が0.6〜0.7

バイオ･コンタクト･フィルター｢BCF+)にて

Mpa程度の低圧運転が可能である特徴をもってい

TOC成分を生物で分解した後,精密ろ過膜装置

る｡これにより,処理水の向上と同時に大幅な電力(当社商標:SP‑MEMCOR),逆浸透膜(以後ROと費の低減,ポンプや配管などの設備コストの低減,略す),紫外線酸化(以後UVと略す),活性炭を駆設置スペースの削減が可能になった｡

使し,再利用可能な水質にする｡

4)uv酸化装置<排水諸元>

RO装置の処理水にTOCは1mg/L程度残留する｡

主要成分

純水原水として回収するためには,TOCをUV酸

ジメチルスルホキシド(DMSO)

化装置を使用して200〟g几以下まで下げる必要があ

モノエタノールアミン(MEA)る｡この処理方法として従来は,大出力の高圧UV

1わJ.4β肋.2(200β/2)

神鋼パンテツク技報

19

生物膜ろ過装置

写真1
Pboto

lIiCF

写真

3

連投透装置

Photo

3

RO

unit

写真

2

膜ろ過装置

Pboto

2

SP‑MEMCOR

写真

4

低圧UV酸化装置

P血oto

4

Lowpressure

写真

5

活性炭槽

写真

6

蒸発装置

Photo

5

AC

Photo

6

Evaporator

tower

UV

oxi血tionunit

NaClO

Concentrate

DistributionTank

甘ヱ02
BCF血1

AC
RO

A(匂Ⅷ血enlT血k

DilllteTMAⅢ

UVReclaimed
Water
ToUpW

NaOH

DMSO

BCF
MF

OrganicW/WTank

BCFT/WTankpIIA4IuStmentTank

OrganicW/WP11mp

BCFB/WP11mp

MfFltlSbTank

MfT/WTank

ROT/WTank
ROS叩plyPu皿p

MFS11pplyPnmp

UVS叩plァPump

ReclaimWaterTransferPump
ReclaimWaterTank

ROPressⅦ℃Plユmp

BlolVer

国1低濃度有機系排水処理フロー
Fig.1Flow20

diagram托〉rtreat皿ent

Oflow‑CqnCentration

organic

wastewater

神鋼パンテツク技報

1わ乙46肋.2(2〃0β/2)

酸化装置がもちいられてきたが,消費電力が処理水再利用される｡

1m3あたり1〜3kWhと大きく,消費電力の低減

2.3

水量が比較的少なく,TOC濃度が数千〜数万が大きな課題であった｡本設備では省エネルギーを実現するため高圧UV酸化装置と比較して,UV変

高濃度有機排水の設備概要

換効率が2人‑3倍程度よいといわれている低圧UV

ppmと高濃度な有機排水は,そのままの濃度で生物処理をおこなう事が難しい｡低濃度の有機排水で酸化装置を採用した｡運転結果は,処理水1m3あ希釈して生物処理をおこなうことは可能だが,設備たり0.5kWh前後の消費電力で同等のTOC分解が規模が大きくなり,数倍の敷地面積が必要となるの可能になった｡その結果,大幅なランニングコスト

で非常に効率の悪い設計となる｡また,TMAHがの低減が実現した｡また,高圧UV酸化装置の設置含まれる場合は,放流水中の窒素濃度を押し上げる

スペースと比較すると,ブロワーや動力盤,ポンプ原因となるため,硝化脱窒などの窒素処理設備が,などの付帯機器を省略することができるため,約50さらに必要となる｡
高濃度の有機排水処理によるコストアップおよび%の設置スペースを削減することもできた｡

5)活性炭塔

設備面積の拡大という問題を解決するために,本設UV酸化装置の紫外線によるTOCの酸化分解を促進するためにⅢ202が添加される｡酸化のメカニ

備では蒸発装置を採用した｡蒸発装置の概略フロー

ズムは,UVランプから発せられる波長光により蒸発装置は,熱効率が高い機械圧縮式の蒸発器とH202が活性の強い水酸化物ラジカルを生成し,こエゼクタ一方式の蒸発器から構成されている｡高濃度有機排水は,蒸発器内の加熱管表面で濃縮されるを国2に示す｡

れが有機物を酸化する｡
このE202は原水のTOC濃度の変化を考慮し,ことで,減容される｡
この時に発生する凝縮水は,回収して再利用する｡

TOC分解反応に必要な量に対してやや過剰気味に添加する｡そのため,処理水中には少量のⅢ202がまた,濃縮された廃液は,工場外に搬出して処理さ残留する｡

れる｡このプロセスは,台湾では前例のないものでこれを活性炭塔に通水することで活性炭の触媒作

あるが,工場の大型化にともない,今後は有効な方法になると思われる｡

用によりE202を02およびH20の無害な物質とする｡
えられた処理水は,純水の原水として,液晶工場で

Vac11umPu皿p〔珍
Cooling
Water

Blower

←

′へ

/lヽグ

→

ヽヽ

Condenser

し
し

←

S

e a m

＼ノ

○
Condensate

E 一Va p O r a

CondensatePuInp(ねrRecycle)○

RawWater(TMA甘,etC.)

Pre‑beater

O r

Circ111atio‑‑Pump○

Concentrate

Concentratepump

図
Fig.2

2

蒸発装置の概略フロー
Schematic

diagram

lわJ.46肋.2(20〃β/2)

for evaporationunit

神鋼パンテツク技報

2J

表1各回収設備の回収率3.運転結果表1に各設備の回収率を表2に低濃度有機排水回

TablelRecoveⅣrate
OrganicLine

EⅡtireSystem

収設備の各装置出口のTOC濃度について示す｡表中の運転億は,試運転時に採取したデータである｡≧

DesignOperatingData

回収率は,有機系が70%,無機系が100%,全体

InorganicLine

80%

67%

100%

82%

70%

100%

で82%と満足した値であることが確認された｡
水質は,各装置とも設計水質以下の良好な水質であることを確認できた｡
む

す

表

2

低濃度有横排永回収設備の各装置出口水質

Table2E用ロe皿tTOCofロ皿its払rlow‑CO爪Ce王Itrationo曙a血c
WaSteWaterびtreatInent

TOC(皿g几)由Exit

液晶工場は,基板サイズの過大塑化や低温ポリシ
リコンTFT専用工場など,新しい製造プロセスがDesign

日進月歩で進化している｡
また台湾･中国などアジア圏内へ生産拠点が急激

OperatingData

BCF

RO

AC

≦10

1

0.2

0.5

0.1

5.6

にシフトされている｡その中で設備メーカーヘの要
求は,低コスト化,工期のさらなる短縮化,省スペー

国内で培った豊富な実績に基づく特徴あるシステム

スなど,さらに厳しくなっている｡水処理プラントを,台湾をはじめ中国各地の工場に提案し,コストメーカーもこれらのニーズに応えるべく,当社は,低減と環境問題の解決に貢献したいと考えている｡

連絡先
西

澤

昭

彦

環境装置事業部
水処理本部
計画部
第1計画室

TEL
FAX

O78‑232‑8098
O78‑232‑8056

E一皿ai】a皿ほbizawa@pa皿虹COjp

且2

神鋼パンテツク技報∇b王.4β肋.2(200β/2)

PAB10DENlによる窒素･リン除去技術
NitrogenPhosphorus

and

With

RemovalTechnique

PAB10

DENl
(技)研究開発部第5研究室
昏川嶋
JuⅡ1EawasI山ma

野

中

イ吉

SbinicbiNonaka

担体窒素除去プロセスPABIODENIと,ステップ流入式多段硝化脱窒法を組み合わせた下水高度処理プロセスのパイロットテストを実施した｡
2年間に渡る本プロセスの実用化実験において,ⅢRT6b以下の条件で,処理水T‑N≦10皿g/L,
T‑P≦0.5mg几の高度処理が可能であることを実証した｡

A

report伽idized

bed

was

made

bio凸1monpreviously
treatment

development

process(PABIO

ofa

DENI)andphospborus

removal･Tbepilottestfbr

theprocess

perわmanceof T‑N≦10mg几and

T‑P≦0.5mg几withprovlng

treatmentprocess

sewagefbeding

step

years

conductedfbrtwo
hy血aulic

retention

combined

systemwi血thefbr nitrogenacbievedtbe

hightimelessth皿6bours,

a皿dquality

praCticalapplication.

硝化

Nitri丘cation

脱窒

Denitri丘cation

床

Fluidized

流

動

bed

process

ステップ流入式多段硝化脱窒法Nitrogenremovalw地stepfeeding
脱リン

PhosphonlS

remOVal化を可能とする処理システムの開発+をテーマとしまえがき
閉鎖性水域の富栄養化防止対策として栄養塩類等て共同研究を継続している｡今回,共同研究でえらに係る排出規制が強化されている｡この傾向は今後れた知見について報告する｡

他水域にも拡大されると予想され,排水処理の高度

1.PABIO

化に対する要求が高まってきている｡下水処理場に

1.1原理･構造

おいても,より高度な窒素･リン除去が望まれており,既設処理場の高度処理への対応が重要な課題となっている｡

DENIの概要

当社では有機物除去プロセスにはPABIO
MOVERを,窒素除去プロセスにはPABIO
を商標としてもちいており,本報ではこれ以降

当社は既報1)で紹介したように,下水を対象とした担体一括性汚泥併用法によるステップ流入式多段

PABIO

DENIの名称を使用する｡

PABIO

硝化脱窒法の開発に取り組んでおり,平成11年度か

DENI概念図を図1に示す｡硝化槽,脱窒槽内に充填した担体は,硝化槽では全面曝気によらは日本下水道事業団(JS)と｢既設処理場の高度

るエアレーションによって,脱窒槽では機械撹拝に

Vb乙4β肋.2(20〃β/2)

DENI

神鋼パンテツク技報

2β

よって流動化される｡担体は比重が水とほぼ同等①

硝化細菌維持のため,長いA‑SRT(曝気槽汚
泥滞留時間)を必要とし,反応槽が大型となる｡(0.95)であるため,曝気および機械撹拝において,少ない動力による撹拝･流動化が可能である｡おの②

おのの槽には担体流出防止の目的でスクリーンが設

MLDO制御が困難である｡(ラ 達成可能な窒素除去率の上限が循環比により限置されている｡担体の形状は直径10m皿,高さ7mmの円筒形で,内部に十字の仕切りが入っている｡
担体周囲には担体同士の衝突による撹拝効率向上を

反応槽の大型化により,反応の均一化や

定される｡

④

窒素除去率の上限が約70%(循環比200〜300

目的として,18枚のフィンが付設されている｡担体%条件時)と比較的低い｡の比表面積は,500m2/m3である｡担体付着汚泥は,等の間蓮がある｡このような循環式硝化脱窒法の欠写真1に示すように,担体内部空隙壁面に,生物膜点の改善･解消を目指して開発された方法が,ス.テツの形で付着する｡

プ流入式多段硝化脱窒法である｡

担体の特長

1.2

PABIO

本法の基本構成は,以下のとおりである｡

DENIプロセスにもちいる担体は,その(∋ 各反応槽は完全混合槽を基本とし,1対をなす
脱窒/硝化槽を複数段直列に配置する｡

独特の形状により,以下のような特長を有している｡①

担体の比表面積が広く,単位体積当たりの微生②

原水が各段の脱窒槽に等分配されるように,分物保持量を高められるため,高負荷処理が可能である｡

配槽をもちいて原水をステップ供給する｡
各段の硝化槽内の固形物量が同量となるように③

担体付着微生物により処理するため,返送汚泥②

が不要等,汚泥管理ならびに運転管理が容易であ槽の容積を設定する｡脱窒槽も同様に設定する｡
十分な硝化反応の維持が可能となるよう,適切④

る｡

なA‑SRTを設定する｡

担体の激しい撹拝,流動により増殖微生物によ③

必要に応じて,最終段の硝化槽から脱窒槽へ混⑤合液の内部循環をおこなう｡

る生物膜の閉塞がなく,逆洗が不要である｡

2.2

2.開発プロセス
分流式下水処理場の最初沈殿他流入水および流出水を対象として,PAIiIODENIとステップ流入式

多段硝化脱窒法および凝集剤添加脱リン法を組み合ステップ流入式多段硝化脱窒法の特徴(丑 窒素除去率の向上
N段で運転されるステップ流入式多段硝化脱窒法の理論窒素除去率は,(1)式で示される｡

わせたプロセスの開発に取り組んでいる｡(1)

符m=(ト音七万)･100

2.1ステップ流入式多段硝化脱窒法の概要2)･3)､4)
現在,日本国内の下水処理分野における窒素除去

ここに,りm:理論最大窒素除去率(%)

法として,循環式硝化脱窒法が標準的な処理法としⅣて広く採用されている｡本法は優れた生物学的窒素γ

除去法であるが,月:多段化の段数:汚泥返送比(‑):最終段における内部循環比(‑)

本法では,循環式硝化脱窒法にくらべて同じ窒素除去率を達成するために高水量の循環を必要とせず,
3段法では2/3(γ＋月=0.67),4段法では1/4(γ＋月=0.25)の循環で80%の窒素除去率が達成
匝重奏>一十SereenScreenAer8tOr

Tr￠8tment
V且tt!r0〔)00〔)00000000
0000000〔)〔)00000
0000〔〉(〕○
0000000000000

0習諾諾‡ヂ占
00000
00000000000
00000000000〔)〔)〔)〔)⊂)

聖‑‑▽△‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑J

Carrl(∋rEkmen

00000〔)

0000000
0000000000000
000000｢‑▽△‑‑‑‑‑‑‑‑‑

宝

0000〔)0

0000000
0000000000000

】止血er

≡‑‑一盛

[:垂垂蔓垂垂亘][壷壷口[至垂垂垂垂壷亘]
図1PABIODENI概念図Fig.1Concept

ofPAI∋IO

24

Denitrification

写真1
DENI

Photo

神鋼パンテツク技報

Ta皿k

Nitd丘cation

Tank

担体付着汚泥I

Bio丘1mattached

to carrierelements

lわg.4β肋.2(200β/2)

できる｡

3.パイロット実験6)･7)

窒素除去の安定化②

3.1実験装置

原水を分配槽で等分配して各段の反応槽にステッ実験フローを図2に,装置仕様を表1に,装置外プ流入することで,流入水量の時間変動による硝化観を写真2に示す｡実験装置は3段の脱窒･硝化槽

対象窒素および脱窒に利用される有機物の分配の不と沈殿槽で構成され,この他に硝化処理水ピット,

均一化を防ぐ｡これにより各段の反応の進行を均一

凝集撹拝槽および薬品注入設備を有している｡二原水化できる｡

を分配槽で等分割して1〜3段の各脱窒槽に僕給し,(卦 維持管理が容易

沈殿槽からの返送汚泥を1段目の脱窒槽に導入する｡

各段の好気槽に保持される固形物量が等しくなる

硝化槽の汚泥滞留時間(A‑SRT)管理を容易にする

ように槽容積を設定することにより,流入BOD,
窒素等の固形物負荷が等しくなるため,各槽で必要とされる酸素量ならびに消費アルカリ度が等しく,最終段の硝化槽のDO,pHを管理するだけで全好気槽の管理が可能となる｡④設備のコンパクト化

lに誓誓要望竺警慧諾賢才,手荒㌶竺｡三写真

2

パイロットテスト装置外観

Photo

2

Pilottestequlpment

で設計する場合,循環式硝化脱窒法と同じSRTお
よびA‑SRTを確保するために必要な反応槽容積は,8割弱でよい｡

表1実験装置仕様

凝集剤添加脱リン法5〉

2.3

TablelSpecification

oftestequlpment

本法は反応槽に凝集剤を添加して,既存の生物処

Al10Ⅹic

ReactorAerobic

理による窒素除去機能にリン除去機能を付加する高Mixer/Aerator

示すように3価金属イオンが下水中の正リン酸イオ

No.ofSteps

ンと反応して難水溶性物質を生成する反応に基づい

R6aCtOrVolu皿e(m3)ている｡

RatioorReactorVol口me(2)〟3十＋PO言￣→几貯0｡J

l

1

2

3

1

2

3

2.63

3.68

4.73

2.63

3.68

4.73

1:1.4:1.8

1:1.4:1.8

0.71

1.42

FillingVolumeof

Ca血erEle皿entS(m3)通常は中性付近で沈殿生成が可能なアルミニウム

FillingRatioof

塩や鉄(Ⅲ)塩が凝集剤として使用される｡
本研究においては,凝集剤としてPAC(ポリ塩

27

19

15

54

39

30

3150

2250

2000

3150

2250

2000

Ca血erElements(%)
MLSS【Plan](mg/L)

化アルミニウム)を使用した｡

D肝user(Fineand
RoughI主ubble)

VerLicalPaddleMixer

度処理プロセスである｡リン除去の原理は,(2)式にReactor

富男監三部慧巧l｡is血ti｡nTa止lCoagnlantTa止】
羞畿…

謂h
ミ窮
M☆･琴

象
争冬〆汚毒●凛や㌫ ､㍍紆芸参針

P

Nl

B
B

図
Fig.2

2

N2

irs
S tep

diagramofpilotlわ乙46肋.2(200β/2)

N2量

穣遷や忍

E丘Inent

言争粥

髪㍑㍊叫言

･議

済

摂雲済遜

誉d言寄
謁d巷
匡寧ヨ
PExcess
SllldgelReactoTTankl

P

C 汀CulatlOnOf
N itri丘edLi甲Or

Retn皿Sludge

パイロットテストフローシート
Flow

泰薫

韻芸済;:;冬肘済芸紛争鎗ふ.感

冬や冬惣資慧㌢薫:己

｢言右前可

Nl

翁堅 琵
言明議
蔓受懲
菱透
至芸議
璧

ぷ琴芝
嘗冬蔓

㌶三

l手芸da碑dimentado

DNl〜DN3:Denitr近cation
Nl〜N3:Nitri丘cation

test

神鋼パンテツク技報

2古ため,余剰汚泥引き抜きは硝化処理水ピットよりおン除去実験はRUN(む以降に実施した｡
RUN①〜⑧は定水量条件,RUN⑨〜⑫はHRT5こなった｡反応槽内の活性汚泥および担体の混合撹

拝は,硝化槽は全面曝気(粗大気泡＋微細気泡),
脱窒槽は竪型撹拝機によりおこなった｡脱窒,硝化〜6bにおいて水量負荷変動条件での運転をおこなった｡水量変動パターンを図3に示す｡水量負荷変動

反応槽の寸法は幅1.5m,長さ5.88m,水深2.5皿で,条件は,大規模処理場における1日の水量変動パター

有効容積は22ユm3である｡

ンを考慮したもので,変動比は±40%である｡

各段の容積比率は上述のステップ法の設計に関す

実験結果

3.3

各RUNにおける原水および処理水の水質の平均る考え方に基づき1段目:2.段目:3段目=1:
1.4:1.8とした｡硝化能力増強を優先させるため,

値を表3に,T‑NとNE4‑Nの推移を図4に,BOD

各硝化槽には1.42皿3,各脱窒槽には0.71m3と,硝の推移を図5に,BOD(T‑BOD)ノT‑N比の推移を図

化槽には脱窒槽の2倍量の担体を投入した｡

6に,SSの推移を図7に,T‑PとPO4‑Pの推移を

実験方法

3.2

図8に示す｡
3.3.1活性汚泥単独運転結果

1)実験場所
分流式下水処理場にて実験をおこなった｡

RUN①の活性汚泥単独運転(BRT12〜6b,定水量負荷)においては,運転当初に処理水T‑Nが目

2)実験斯間2000年5月〜2002年8月(今回報告分実験期間)
標 値3)目

標値以上の不安定な状態であったが,運転開始約2
週間で安定し,ⅢRT6bの条件で目標処理水質達成

総反応槽HRT:≦6hが確認された｡続くHRT5h条件(定水量負荷)の目標処理水質:T‑N≦10mg几,NIi4‑N<1mg/L

RUN②においては,硝化が不十分で処理水中

T‑P≦0.5mg几

4)実験条件
表2に実験条件を示す｡RロN①,②において活性汚泥単独連転,RUN③〜⑫において担体一括性【‑]ロ

汚泥併用運転をおこなった｡
実験原水には最初沈殿他流出水をもちいた｡汚泥
返送比は0.6〜1.0とし,活性汚泥単独運転ではHRTを5〜12h,担体一括性汚泥併用運転では口RTを0

ユ

5〜6bとした｡硝化槽部のA‑SRTは1.9〜4日の

4

8

(〜

10

12

14

1(;

18

20

22

24

Time【h]範囲とし,最終段の内部循環はおこなわなかった｡

図

硝化槽のDOは2〜3mg几とし,後段の脱窒槽に

Fig.3

大規模処理場想定流量変動パターン

3

Fluc山ating
treatment

DOの持ち込みがないように配慮した｡

凸owpatternassumlnglarge

sewageplant

R口N①〜⑤までは窒素除去のみの実験とし,り表2

Table2

実験条件
0peratingcondition

(∋

(参

(卦

④

Activated

(む

(9

(丑

⑧

⑨⑲⑫⑫Method

ActivatedSltldge＋Ca汀ierElements

SlndgeERT[b]LoadingPattem

12

5

5

Fixed

[d]

2.5

1.9

MLSS(3dS晦e)[mg/L]

2090

1650

Mean

24.7
23.1

Tempera加e(3rdSbge)
Range
[℃]
2β

5

5

6

Fixed

4

A‑SRT

6

〜5
Fluc山如ed

2.8

2.4

3.5

3.5

2.7

3.1

3.5

3.3

2.9

1580

1270

1840

1870

2510

2520

2330

2380

2230

2530

27.0

30.0

27.4

19.6

18.0

23.2

28.8

25.0

17.0

21.7

28.4

25.6

29.1

23.5

15.6

15.8

18.5

25.9

18.1

15.6

18.4

25.1

〜25.5 〜28.6 〜30.8 〜30.9 〜23.3 〜22.6 〜26.6 〜31.5 〜29.5 〜19.7 〜25.1 〜31.2

神鋼パンテツク技報

1わJ.4β加ゎ.2(20￠β/2)

表

原水および処理水水質(平均値)3

Co皿parison

Table3ofwaterqualityofpilottest(Mean

④

⑤

⑥

(む

value)
(む (勤

⑲

29.0

T･N諾:…::怒∃

②

③

27.8

①
31.7

⑪

⑫

29.8

31.0

31.4

29.1

31.0

29.2

34.5

32.3

27.7

9.8

10.1

9.0

15.6

12.7

13.1

7.4

7.8

10.2

15.0

10.1

8.5

21.7

20.5

23.7

21.5

23.3

22.7

21.3

18.1

21.0

24.6

25.9

23.1

2.8

0.7

0.3

0.4

0.8

9.2

0.4

0.2

N昆‑N諾三…:偲∃
0.6

3.8

0.9

5.6

NOズーNE伽ent[mg/L7.6

4.4

6.4

8.4

8.1

10.2

6.1

5.5

7.2

4.2

8.3

7.0

87.2

80.0

79.3

64.0

74.0

96.2

77.0

71.7

73.1

100.1

94.0

81.3

13.8

20.7

19.8

13.3

7.2

8.6

8.9

37.0

12.2

8.2

5.9

5.1

5.5

5.0

5.0

5.0

5.0

T‑BO噌:…:;恕∃C‑BODE凱ent[m机
11.8

16.7

7.6

8.7

6.2

5/7

5.4

BOD/Nratioofin触ent 2.8

2.9

2.7

2.1

2.4

3.1

2.6

2.3

2.5

2.9

2.9

2.9

63

76

57

52

54

62

65

59

74

64

82

9.6

6.6

8.9

5.7

5.5

6.1

12.0

10.5

3.9

72

ss諾:…::巴設]
11.0

12.5

6.8

150

50
1ASr

ヽ皿T5l汀(Fix￠d) 白RT血rFixed)

(丑② ③

毎)

(冨′ ●⑥

母(丑[Jも且Z･寸ロZ句Z･←

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5/4

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6/23

〉5/4

8/22

7/3

9/110/3112/302/284/29(5/28

4

Fig.7

NH4‑N

OfT‑Nand

●

勒0

可屯

8/2710/2612/252/23

4/246/23

8/22

巨亘亘::王室亘∃7

図T‑N,NⅢ｡‑Nの推移
C血弧ge

●

Date

匝萱亘:垂頭重亘萱亘亘亘虹垂至頭重司
Fig.4

●

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(P

△

4/24

1が

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8/2710/2(;12/252/23

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図

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9/110/3112/302/28

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⑳
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ERT6b(FltlCtnated)

SSの推移
C血弧ge

OfSS

150
ASr

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､mT51甘(Fixe甘血T6血伊ixe丘)伊l琶d)

2

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5/4

7/3

9/110/3112/302/284/296/28

8/2710/2612/252/234/24()/238/22･㌔;･づ

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図

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5/29

7/18

ー一睡鮎

9/610/2(i12/15

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7/3

T‑P,PO｡‑Pの推移
Change

ofT‑P

and

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NIi｡‑Nが増大し,目標処理水質が達成できなかった｡
◆

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8

Fig.8

(包

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4/9

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2/18

BODの推移Fig.5･ザl触td)･･‑
̲⑫

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図

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●

⑦

◆◆▼◆
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◆

同様に,処理水中BOD,SSについてもRUN②では不安定別犬態であり,活性汚泥単独運転において◆￣}◆は,HRT6hまでの処理が限界であることが確認さ

◆
◆

◆

れた｡
5/4

7/3

9/110/3112/30

2/28

4/29

6/28

8/2710/2612/25

2/23

4/24(5/23

8/22

3.3.2

担体一括性汚泥併用運転

Date[三:垂亘垂亘亘]
図
Fig.6

6

原水BOD(T‑BOD)/T‑N比の推移
ChangeofinfhentBOD(T‑BOD)/T‑N

lわJ.4β肋.2(200β/2)1)定水量負荷運転結果･窒素除去性能

活性汚泥単独運転･HRT5b条件のRUN②の後,
神鋼パンテツク技報

27

所定量の担体を投入したRUN(卦においては,担体･その他の水質投入後約1週間でHRT5hにおける目標処理水質を処理水BODは,RUN④,⑤においてT‑BODの達成することが確認され,担体投入による硝化･脱上昇が認められたが,その他のRUNではおおむね窒活性の向上が示唆された｡この時点では担体付着10mg/L程度であった｡硝化活性を除いたC‑BOD

汚泥量はごくわずかであったが,硝化菌･脱窒菌がについては,RUN③〜⑦において≦6mg/Lであり,優勢に固定化されたものと考えられた｡

有機物処理は良好におこなわれていたと考えられる｡

RUN④においては,担体付着汚泥中にミズミミ
ズ(加ro)が大量発生し,付着性徴生物の大半があり,良好に処理されていた｡

捕食されたため,硝化･脱窒ともに不調となった｡

2)水量負荷変動運転結果対策として,硝化槽にNaClを1%量投入すること

処理水SSは,RUN③〜⑦において<10mg几でRUN⑨〜⑫においては,実処理場の経時的な水でミズミミズを除去することができ,処理状況も改量負荷変動モデルを採用し,実用化を目的とした実革された｡

験をおこなった｡

R口N⑤においては,硝化活性は復帰したが,脱窒活性が不調であり,目標処理水質は達成できなかっ･窒素除去性能た｡これは,浮遊汚泥濃度が想定値より低い

RUN⑨〜⑪においては,HRT6h負荷変動運転をおこなった｡RIJN⑨においては,硝化はほぼ完全(1840mg几)ことと,原水BOD/T‑N比が低いことにおこなわれていたが,実験期間前半においては,が原因と考えられた｡

処理水T‑Nが8〜12mg几と不安定加犬態であった｡

一般的に,生物学的脱窒には,窒素還元反応に水素供与体が必要なため,原水中のBOD/T‑N比が3たため,脱窒反応が十分に進行しなかったためであ以上必要であると言われている｡RUN⑤においてると考えられる｡一方,期間後半には原水BODがは原水中BOD/T‑N比は1.8〜2.2であり,脱窒に十上昇し,80D/T‑N比は3〜4となった｡この期間

分な水素供与体(有機物)が不足していたと考えら

は,脱窒も十分おこなわれ,目標処理水質を達成すれる｡

ることが確認された｡

RUN⑤の後半(2001年1月初旬)より原水中T‑

これは,原水中のBOD/T‑N比が1.8〜2.3と低かっ

RUN⑲においては,2002年1月初旬より原水T‑

N,BOD濃度の増大,および急激な水質変動のた

N,BOD濃度が急激に上昇し,これにともない硝め硝化率が低下した｡このため,RUN⑥において化活性が低下,処理状況は悪化した｡RUN⑤でのは,HRT6bとして負荷を低減し,処理状況の復帰

知見と合わせ,本下水処理場では,年始の1〜2ケを図った｡負荷低減直後より硝化率は復帰したが,月間,下水中のT‑N,BOD濃度が増大すると推察

脱窒性能の復帰には約1ケ月の期間を要した｡

された｡硝化不良の状態は約2ケ月続いたが,RUN

窒素除去性能復帰後は,BRT6hのRUN⑥およ⑪では硝化が完全におこなわれるまでに回復し,安び,BRT5hのRUN⑦においても良好な処理が確認された｡これらの結果より,走水量負荷運転にお定した処理を確認することができた｡

RUN⑫においては,ⅢRT5h負荷変動条件にて実験をおこなった｡約2ケ月の実験期間中,処理水T‑いて,水温≧18℃の条件では甘RT6h処理が,水
温≧25℃の高水温期では甘RT5b処理が可能なことが確認された｡

N,NI寸｡‑Nともに目標値を達成する安定した処理が確認された｡･リン除去性能･リン除去性能

RUN⑥よりPAC添加によるリン除去実験を開始した｡RUN⑥でリン除去安定化のためPAC添加量を徐々に上昇させたが,RUN(む期間中に目標処理
水質(T‑P≦0.5mg几)はえられなかった｡しかしながら,続くRUN⑦においてはほぼ目標水質に到達し,R口N⑧においては安定した処理が確認されリン除去については,R口N⑨,⑲においては目
標処理水質を達成したが,RUN⑪で処理水T‑Pがた｡RロN⑦,⑧のPAC添加量は6L/dであり,理論値(5.5L/d)より高めであったため,添加量を4.8でも目標処理水質を達成する安定処理が確認された｡

L/dまで低減したところ,リン濃度の若干の上昇が認められたが,目標処理水質は達成されていた｡
2β

0.8mg几まで上昇した｡このため,PAC添加量を5.8L仙まで上昇させたところ,処理水リン濃度は目標値まで低下した｡RUN⑫においては,PAC添加
量を5.3L/dに調節した条件(PAC理論添加量5.5L)･その他の水質BOD処理は,RUN⑲で処理不良であったが,他のRUNにおいては処理水T‑BODはおおむね≦10

神鋼パンテツク技報lわヱ.4β肋.2(2〃0β/2)mg几,C‑BODは≦5mg几であった｡SSについて

低水温期(冬期)は増加する傾向が認められた｡こも同様であり,RUN⑲以外では,処理水SSはおおの傾向は,脱窒槽よりも硝化槽でより顕著に観察された｡

むね≦10mg几であった｡

3.3.4

これらの結果より,水温18〜30℃において,度

ⅢRT6h負荷変動条件での処理が可能であることが汚泥の硝化および脱窒速度を下水試験方法に準じ確認された｡
担体付着汚泥量の変動

3.3.3

担体付着汚泥および浮遊汚泥の硝化脱窒速

た回分試験により測定した｡反応槽の状態を模した

担体付着汚泥を超音波により剥離し,付着汚泥量[担体＋活性汚泥]および[活性汚泥のみ]の実験の推移について調査した｡硝化槽担体付着汚泥濃度系で測定し,担体付着汚泥および活性汚泥の単位容の変動を図9,脱窒槽担体付着汚泥濃度の変動を図

積当たりの硝化,脱窒速度(mgN几･b)として算出

10に示す｡

した｡図11に付着および浮遊汚泥の硝化速度の変動を,図12に脱窒速度の変動を示す｡

硝化槽担体付着汚泥は300〜2000mg几,脱窒槽
担体付着汚泥は150〜500mg几の範囲で変動した｡

担体付着汚泥の硝化速度は7〜25mgN几･h,浮

硝化槽の担体投入量は脱窒槽の2倍であるが,付着

遊汚泥は3〜13mgN几･hの範囲であり,付着汚泥

汚泥量の比較から,脱窒槽より硝化槽の方がより多が浮遊汚泥より最大で約4倍高い活性を有すること

くの付着汚泥が保持されていることが示唆された｡

が確認された｡担体付着汚泥の硝化速度は水温に応これは,好気条件の硝化槽中には,付着性の原生動

じた季節変動が認められ,低水温期(12〜2月)に高活性(15〜25mgN几･h),高水温期(7〜9月)

物,後生動物が多数存在するためであると考えられる｡担体付着汚泥濃度は1段目>2段目>3段目の関係にあり,浮遊汚泥濃度の環境に影響されることには低活性(7〜12mgN几･h)であった｡浮遊汚
泥は,これとは逆に低水温期に低活性(3〜7mgNが示唆された｡また,水温に応じた季節変動が認め几･h),高水温期に高活性(8〜12mgN几･h)の傾られ,高水温期(夏期)は担体付着汚泥量が低下,
30◆AtbcbedBiomass◇S11SpendedBiolnaSS

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図12付着および浮遊汚泥の脱窒速度の推移

Fig.10Changeofbio且Im(Denitrification)

Fig.12Denitrification

神鋼パンテツク技報

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図10担体付着汚泥量の推移(脱窒槽担体)

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図11付着および浮遊汚泥の硝化速度の推移

担体付着汚泥量の推移(硝化槽担体)
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向が認められた｡これより,反応槽内における全硝

かった主因は,3段目脱窒槽における脱窒不良であ化活性のうち,高水温期には浮遊汚泥の寄与率が高ると判断できる｡

く,低水温期には担体付着汚泥の寄与率が高いこと

比較として,原水BOD/T‑N≧3の場合についてが判明し,担体投入による低水温期の硝化活性増強検討した｡図14に原水BOD/T‑N≧3の場合の処理効果について確認することができた｡

水Nの内訳を示す｡本データ採取時の原水BOD/T‑N

一方,脱窒速度については硝化速度ほど水温の影響は認められなかった｡担体付着汚泥の脱窒速度は比は3.2であった｡3段目脱窒槽において,NOx‑N

2〜8mgN几･h,浮遊汚泥は1〜6mgN几･hであはほぼ完全に脱窒(0.9mg几)され,続く3段目硝化槽において,N日灯Nが完全に硝化(0.1mg几)さり,担体付着汚泥は浮遊汚泥の約1〜2倍の活性でれた｡このときの原水T‑N濃度(25.4mg/L)からあった｡担体付着汚泥による活性増強効果は確認さ

ステップ法の理論窒素除去率((1)式,79.2%)を適れたが,反応槽内の全脱窒活性のうち,担体付着汚用して算出される処理水T‑N理論値は6.5mg几で泥の寄与率は硝化の場合ほど高くないことが判明しある｡これに対して,実験でえられた処理水T‑Nた｡

濃度は8.7mg几と若干高い値であったが,目標処理
BOD/T‑N比と窒素除去率の関係

水質を達成することができた｡原水中の硝化対象窒

図13に原水BOD/T‑N<3の場合の処理水Nの内素と処理水中のNOx‑N濃度から算出した窒素除去

3.3.5

訳を示す｡本データ採取時の原水BOD/T‑N比は2.1

率は61･7%であり･理論窒素除去率との差は約18(であった｡このときの原水丁一N濃度(25.1mg几)からステップ法の理論窒素除去率((1)式,79.2%)%であった｡脱窒槽におけるNOx‑N除去が良好にを適用して算出される処理水T‑N理論値は,6.2の主因は,1･2段目で残留したNIi｡‑Nの持ち越

mg几であるが,実際にえられた処理水のT‑N濃度
は12.9mg几であった｡原水中の硝化対象窒素と処しであると考えられた｡

理水中のNOx‑N濃度から算出した窒素除去率は原水中に,脱窒反応を進行させるのに十分な水素供

38.4%であり,理論窒素除去率より約41%低い値

与体が必要であると考えられる｡原水BOD/T‑N≧

おこなわれていることから,処理水T‑N濃度上昇

これらの結果より,目標処理水質をえるためには,であった｡窒素除去不良の原因究明のため,3段目3の条件を満たすため,最初沈殿他流出水で本水質の脱窒槽および硝化槽の処理水Nの内訳についてがえられない場合は,有機物濃度の高い最初沈殿他検討したところ,脱窒槽において脱窒が不十分であ流入水に変更,もしくは混合する等の措置が必要でり,NOx‑Nの残留(6.6mg几)が認められた｡このあると考えられる｡

残留NOx‑Nが続く3段目硝化槽に持ち込まれるこ

3.4

今後の課題

担体投入型ステップ流入式多段硝化脱窒･脱リンとで,最終的な処理水T‑N濃度が上昇(12.9mg几)
し,処理水T‑N理論値6.2mg/Lを大きく上回る結システムにて,中〜高水温期において目標値を達成

果となった｡NB｡‑Nはほぼ完全に硝化されているできることが確認された｡本システム開発のまとめ(0.2mg几)ことから,目標処理水質を達成できなとして,今後低水温期における硝化脱窒能力および,

InfltlentT‑N25.4mg几→TheoreticalE盟nentT‑N

InfbentT‑N25.1mg几→TbeoreticalE皿nentT‑N

[白地且Z

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DNTank(3rdStage)

NTa血(3rdStage)

DNTank(3rdstage)

両｢図13処理水Nの内訳(BOD/T‑N<3)[代表値]Fig.13Breakdownofe組uentN(BOD/T‑N<3)[Typical
data]
30

DNTank(3rdstage)匝亙]
図14処理水Nの内訳(BOD/T‑N≧3)[代表値]Fig.14Breakdownore皿ne山N(BOD/T‑N≧3)[Typicaldata]

神鋼パンテツク技報

Vog.4β肋.2(2003/2)

担体投入率･曝気/撹拝方法･硝化槽DO制御等の[参考文献]

運転方法の最適化について検討し,設計手法の確立

1)野中信一ほか:神鋼パンテツク技報,Vol.43,No.2(2000),p.26に取り組む予定である｡

す び
今回紹介した担体投入型ステップ流入式多段硝化む日本2)堺好雄,既設処理場の高度処理化と超高度処理
下水道事業団における高度処理技術開発,月刊下水道,にて終了の予定であり,開発の最終段階に入っていVo】.20,No.5(1997),p.15
3)堺好雄ほか:既設処理場の高度処理化,第36回下水道研究発表会講演集(1999),p,526

る｡今後,当社担体の特長を生かした新規高度処理

4)堺好雄ほか:既設処理場における下水処理の高度化

脱窒･脱リン法に関するJS共同研究は平成14年度

対応システムの確立に向けて,鋭意努力していく所

に関する調査,日本下水道事業団技術開発本部

存である｡

開発部報,平成10年,p.258

技術5)高度処理設計マニュアル(案),日本下水道協会,平

<記号説明>
A‑SRT:Aerobic‑SOlids

retention

成6年,p.79

time6)川嶋淳ほか:担体投入型ステップ流入式多段硝化脱好気的固形物滞留時間窒法の実証実験,第38回下水道研究発表会講演集(曝気槽内汚泥滞留時間)(2001),p.478

dissolved拡ygen

MLDO:Mixedliquor7)川嶋淳ほか:担体投入型ステップ流入式多段硝化脱混合液中溶存酸素濃度
甘RT:Ⅲydraulicretention

窒法の実用化実験,第39回下水道研究発表会講演集(2002),p.581

time

水理学的滞留時間(反応槽内水滞留時間)

連絡先
川

嶋

技術開発本部
研究開発部
第5研究室
主任研究員

浮

TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E一皿ailj上awashima@pantec.co.jp

lわJ.46肋.2(2〃αi/2)

神鋼パンテツク技報βヱACT21からe‑Waterヘ

ー浄水技術開発の新しい流れ‑
New

Trend

of Water

to

sand

‑From

Techno10gy

Purification
membrane‑(環)環境本部計画部第2計画室
尾伸西弘
Eironobu

N■is出0

日本の近代水道は,1887年の横浜市をはじめとして程遠ろ過,急速ろ過と技術的に発展進歩してきた｡しかし,1991年のMAC21(膜利用型新浄水システム開発研究)を契機に,浄水方法は｢砂でろ過する+から｢膜でろ過する+技術へと代わりつつある｡

当社は,MAC21プロジェクトで浄水用膜ろ過装置の実用化をおこない,その後のACT21(高効率浄水技術開発研究)では,膜ろ過,高速ろ過などの技術開発をおこなった｡このACT21では,大規模膜ろ過施設に対応可能な浸潰膜,ろ過速度を従来の2倍とした高速ろ過の実用化を目指した実証実験をおこなった｡さらに,2002年から始まるe‑Water(環境影響低減化浄水技術開発研究)にも,当社は,大規模膜ろ過施設の開発に実証実験で参画する｡

Mode皿Water

puri丘cation

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課題,｢高効率な浄水単位プロセス+と｢排水処理まえがき
水道における浄水技術の革新と高効率化の実現をの高効率化+を組み合わせたトータルシステムの最最終目標とした｢高効率浄水技術開発研究+

適化技術の開発(上下排水一体化処理),さらに,(ACT21)が1997年度から2001年度の5カ年実施さ省エネルギーも含めた環境負荷低減など残された課れた｡このACT21では,従来浄水技術の高効率化,

題も多い｡

新技術の開発(膜ろ過の新分野への通用),および

これらの課題に対処するために2002年度から｢環代替消毒法の実用化などの成果を挙げた｡しかし,

境影響低減化浄水技術開発研究+(e‑Water)が(財)

膜ろ過の大容量化(数十万m3/d)に対する技術的

水道技術研究センター,国立保健医療科学院,大学,

a2

神鋼パンテツク技報

1わJ.46凡b.2(20￠β/2)

水道事業体,および企業の協力のもとに,2002年度

処理水の評価指標としては,濁度より高感度の微粒から2004年度の3カ年実施されることになった｡本子数計をもちい,目標値をろ過初期100個血IL以下,

報では,ACT21での当社の成果概要,ならびに通常時10個血1L以下とした｡
処理水微粒子数の一例を図1に示す｡処理水の微e‑Waterの概要,当社の取り離みについて報告する｡

粒子数は目標値を満足したが,水温15℃以下の低

1.ACT21での当社の成果概要
より安全で信頼性のある水道システムの構築を目

水温期において,ろ過初期の微粒子数が増加する傾指し,従来の浄水技術と比較して高効率な浄水技術

向が認められたため,この結果から逆洗後の処理水の開発をおこなうことを目的としたACT21の具体の捨水時間を30minとした｡また,処理水の微粒的な研究テーマは,子数の低減を目的にろ材仕様の検討をおこなった｡(∋湖沼･貯水池系原水を対象にした高効率な浄水技術開発

粒度分布の比較を図2に,処理水微粒子数の比較を
図3に示す｡有効径,均等係数が同じろ材でも,粒②河川系原水を対象にした高効率な浄水技術開発③膜ろ過法の適用分野の拡大方策の検討④代替消毒法の実用技術の開発研究(9浄水場から発生する排水処理技術の効率化の研究⑥老朽化した浄水施設の機能診断,機能改善手法の研究⑦浄水場における計測･制御技術の高度化の研究である｡当社は,このACT21に膜ろ過で2件,高効率浄水技術開発で2件,排水処理で2件の計6件に実験参画した｡以下に,これらの成果概要について述べる｡1)

1.1河川系原水を対象とした高度浄水処理システ
ムにおける効率的ろ過プロセスの研究
淀川表流水を水道原水とする阪神水道企業団は,
凝集沈澱/オゾン/流動層活性炭/再凝集/急速ろ過の高度浄水処理を導入している｡この高度処理プ

ロセス(オゾン/活性炭)の運用結果から,最終の急速ろ過のろ過抵抗が従来より低くなることが認められた｡この原因を調査した結果,凝集沈澱のみを前処理とする従来の急速ろ過は砂層表面で濁質を捕

写真1

高速ろ過実験プラント

PhotoIE甲erimentalplant丘)rrapid丘1tration

捉するが,高度処理をおこなうことで濁質が砂層内部まで進行していることが判明した｡このことは,砂層全体を有効に利用できる,すなわち,ろ過他の1000高速化が可能であることを示唆しており,この実用n化に向けての実証実験をおこなうこととした｡

ial T a r g e00

写真1に実験プラントを示す｡実験には,より高速化とするために砂ではなく,有効径0.81mmのア
ンスラサイトを使用し,これを1.5m充填し,ろ過速度を従来型の急速ろ過の2倍の300m/d,洗浄間隔を48hとし実験をおこなった｡下部集水装置は,
支持砂利不要のIMSレオボルドブロックを使用した｡洗浄工程は空気洗浄一気水洗浄→水洗浄→ろ過とし,逆洗後のろ過開始時には捨水工程を設けた｡(､弓R＼8【ヨ00)〇一じでd丸】〇.〇Z

1.1.1実験プラント,研究成果

lわg.4β肋.2(20〃β/2).ユu｢払rgetiTINomlalOperation0

Aver喝eWaterTemp.inDecember:9.2℃

AverageWaterTbmp.inJnne:22.7℃
12

24

36

48

Filtratio11Time(h)

図1処理水微粒子数
Fig.1Pa血cle

神鋼パンテツク技報

coⅦ1tSintreatedwater

3β度分布の分布状態のピーク倍が低いろ材の方が処理

田Med】aA(E丘ctjveDja.0.74皿血,U8地mP8〟jc】eCoe丘icje出】.42)□MediaB(E良ctil′eDia.0.74mm,ロniformPar【icleCoe伍cientl.41)

水微粒子数を低減でき,損失水頭も減少した｡さら50に,この微粒子数を低減するためにろ過開始方法の(ジ)0}d由0旨0∽巴h

検討をもおこなった｡ろ過速度300m/d一定にてろ過開始する方法と1507う､ら300m/dへ上昇させるス
ロースタート方法を比較した結果,国4に示すようにスロースタート方法によりろ過初期の処理水微粒
子数漏出を抑制できることが確認できた｡

ナミ〆$$泌Q忘母Q締夕蹄

阪神水道企業団では,新尼崎浄水場(373000m3/d)を建設し,2001年4月に稼働を開始した｡施設更新

MesbSize(ml叫

図

2

Fig.2

ろ材の粒皮分布
Pa畑cledistribntionofにともない能力増強と高度浄水処理の導入をおこなっ

filter media

たが,本研究成果でえられた高速ろ過方式を採用することで省スペース化が図られた｡

(U0 0

1000

SlovStaれ1ng(U (U(づ巴て8ヨ60)0【q【葛屯りq.〇之(J白＼8日2)U)0‑0召岳h‑〇.〇Z

00

0

一店ト MediaA‑‑◇‑MediaB
30

15

45

3

10

20

30

40

50

図

4

Fig.4

ろ過開始方法の比較
Comparisontion

connts血仕eatedwaterof

pa山clecountswith

sta山ing丘1tra‑methods

S11bmergedMenbrane¶江血
TteatedⅥ包terTもnk

ModnleRawⅥ屯ter
SuctionPump

NaClO

TransfbrPⅦ11p
Strainer
Compressor
Ⅵ屯stewater
Chemica11もnk
AirTank

図
Fig.5

朗

5

浸潰型膜ろ過実験フロー
Test凸ow

fbr

submerged

60

FiltrationTime(min)

処理水微粒子数比較
Comparisonofpa畑cle

Fig.3

ConstantFiltrationSpeed60

FiltrationTime(mln)図0membrane丘1tration

神鋼パンテツク技報∇bJ.4β肋.2(200β/2)

中･大規模向浸漬型膜ろ過技術の研究

1.2

きることが実証できた｡

中･大規模浄水場に膜ろ過を適用する場合,膜モ

1.3

振動型膜ろ過装置による膜ファウリングの低ジュールの高流束化,大型化が必要となる｡浸潰膜

減の場合,高い流束の設定は,吸引ろ過であるため難浄水の膜ろ過において,膜ファウリングの低減,

しく,槽内に高い充填率で膜モジュールを充填する
浸潰型膜ろ過の実用化を目指した実証実験を,北千

溶解性成分の除去など解決すべき課題は多い｡本研究では精密ろ過(MF)膜,限外ろ過(UF)膜と比較して溶解性成分の除去能力が高いナノろ過(NF)

葉広域水道企業団北千葉取水場にておこなった｡

膜による河川水直接ろ過システムの開発,実証実験

1.2.1実験プラント,研究成果をおこなった｡

ことにより中･大規模への対応が可能となる｡この′実験に使用した膜モジュールは,材質がポリフツ化ビニリデン(PVDF,公称孔径0.1/Jm)の中空糸

1.3.1実験プラント,研究成果比較的高い色度,高い濁度である千歳川表流水を膜であり,膜面積は32.6m2/本である｡図5に実験原水として,定圧下でNF膜の直接ろ過実験をおこ

フローを示す｡

なった｡実験装置には,50Ⅰ並の周波数で膜を水平

原水(江戸川表流水)は,目開き0.2m皿のストレーナにて爽雑物を除去した後,浸漬槽に移送し,円周方向に振動させる振動型膜ろ過装置(写真2参考)をもちいた｡本装置は,膜を振動させることに膜ろ過をおこなった｡実験期間中の原水の平均濁度

より膜表面の流体に勢断力と遠心力が作用し,膜表は20度程度であった｡浸漬槽内部には,膜モジュー

面でのファウリングと濃度分極が低減される特長を

ルを4本設置し,吸引ポンプにより定流量全量ろ過方式で実験をおこなった｡

有している｡実験にもちいた原水の濁度は,9〜

設定流束0.4m3/m2/dでの補正膜差庄,原水濁度の200度(平均25度),E260は0.06〜0.21cm￣1(平均0.13cm￣1)であった｡
図7に,千歳川表流水のNF膜直接ろ過における経日変化を図6に示す｡運転時間が600hを越えた

ところで原水に殻藻程度(1.Omg几程度)の次亜塩

補正膜ろ過流束の推移を示す｡膜差圧900kPa,回酸ナトリウムを注入した｡運転期間中の補正膜差庄,

収率95%,振動幅3/4inchにて連続運転をおこなっ

原水濁度の推移から,原水に次亜塩素酸ナトリウムた結果,補正膜ろ過流束を1.4m3/m2/d以上で約800を注入していない期間は膜差庄の上昇が認められたが,殻藻程度の次亜塩素酸ナトリウムを注入するこb維持でき,高色度,高濁度の原水をNF膜直接ろ過できることがわかった｡さらに,千歳川表流水のとで,長期にわたり膜差圧が上昇することなく安定場合,フミン質の膜面への堆積が膜ファウリングのした運転ができた｡また,原水に次亜塩素酸ナトリ

主な原因となることが報告されている｡本装置の特ウムを注入していた期間中に原水濁度が約50度まで長である膜の振動を0〜1inchの各振動幅における上昇したが膜差庄は上昇することなく安定に運転で濃縮水中のフミン質の濃縮倍率を測定した結果,
1/2inch以上の振動幅の膜振動では,フミン質が膜面に堆積せず,濃縮水中に逆輸送されることがわかった｡(図8)
O0日P‑虐甲山凸巴コ∽叫巴L
O日中‑一一日①一日切口吋】←勺0)00ヒOU

3 0(ぃれN}dd態【)

Fig.6

5
2 (U

1O

5

00

(00払Op)+g勺一一当←レ0}句声巨dd

図[≡;垂垂萱壷垂垂垂]

5

6

000

1500

′‑U

0

鮎

40

2 ハU

O
500

1000

(Jも己)βd出口○叫一〇〇首○‑UdZ

4 0

九ん
1500

Time(h)写真

2振動型膜ろ過装置(参考)

浸漬型膜ろ過運転結果

Photo

2

Vibratory

0peratingdata

ofstlbmergedlわJ.4β肋.2(2〃ββ/2)

membrane丘1tration

神鋼パンテツク技報

membr皿e

丘1t‑rationunit(わrreたrence)3古凝集沈澱代替プロセスとしての生物高速ろ過

1.4

リブロ■ビレンろ材(￠4mmX5mmX層高2.Om)の研究としたろ層構成のBRF塔と,その前段に凝集混和

浄水場における凝集沈澱処理は,原水水質悪化に槽を設けたものである｡実験プラントには,前段によってアルミニウム系凝集剤注入率が増加する傾向

原水濁度50度以上の高濁度時にBRFの負荷軽減をにある｡従来は高度浄水処理として導入される生物
ろ過処理の持つ除濁機能を向上させることによって,目的した前処理装置(傾斜管式簡易除濁装置)を,
後段にはシステム全体の評価をおこなうための砂ろ少ない凝集剤注入率で生物処理機能と固液分離機能

過塔を設置した｡BRF塔のろ過速度は240皿/dとし,を併せ持つ凝集沈澱代替プロセスとして生物高速ろシステム全体で凝集沈澱より省スペースであるもの

過(BRF)を開発,実証実験をおこなった｡とした｡図9に実験プラント概略フローを示す｡

1.4.1実験プラント,研究成果

濁度除去性能に関して,通常の原水濁度(15〜25度)に対して,BRF処理水濁度は1度以下であり,

実験プラントは,阪神水道企業団猪名川浄水場の高度浄水処理実証プラント内に設置した｡実験対象

80h以上のろ過継続時間がえられた｡原水濁度が50となる原水は淀川表流水である｡

度を超える高濁度時においても前処理装置を稼働さ

BRFの基本システムは,下層を球状セラミック

ろ材(有効径0.83m皿×層高0.5m),上層を中空ポ

2.5

2.5

2.0

ペコ】一口○叫‑出土一叫』0日.巴一一日0∑勺の}UのとOU】コ一E一口○叶‑d七‑叫屯0弓巴♪∈0せ̀pO)U①ヒOU(PON‑dゼ､N己＼爪且
5

1

0 5

200

400

600

800

FiltrationTime(h)

図

7

Fig.7

VibrationWidth:1Incll(pON届ゼ＼N日＼M且1

2

membrane丘1tration

VibrationWid也:1/2Tnch

0VibrationWidtb:1/4Incb

0 5

図NF膜直接ろ過での補正膜ろ過流束
Corrected

5VibrationWidth:Zero

20

40

60

80

100

and

vibration

FiltrationTime(h)

8

Fig.8

補正膜ろ過流束と振動幅
CoITeCted

nu且

membrane

丘1tration

flux

Widtb

BiologlCalRapidFilter
RapidMixingTank

FlusbingWater

Coagnlant‑

SandFilter‑ト‑

RawⅥ払terTro喝hslowAgitater

Lower

Inclined
Tube

La

er

/
BackwasbP11mp

監野比

RawⅥねterl払nk

ScouringAir

SimpleClari丘er

画

TreatedⅥ払terTank

Blower

図
Fig.9

ββ

9

生物高速ろ過実験フロー
Test凸ow氏〉r

biologicalrapid日1tration

神鋼パンテツク技報

lわg.4β肋.2(20〃β/2)

せることでBRf?処理水濁度は1度未満をえること

動の確認をおこない,クリプトを排水処理から排出ができた｡さらに砂ろ過の前段で再凝集操作(硫酸しないプロセスの検討をおこなった｡

バンド注入率5mg几)をおこなうことで,最終の1.5.1研究成果

平均砂ろ過水濁度は0.07度がえられ,この場合の全浄水場内のクリプトの存在状況をシュミレーショ

凝集剤使用量は,凝集沈澱/砂ろ過システムの約半ンした結果を図11に示す｡大部分のクリプトは濃縮分となった｡

スラッジに存在し,クローズドシステムを採用してBRFと凝集沈澱(高度浄水処理実証プラント)の水質項目を図10に示す｡アンモニア性窒素,鉄,

いる浄水場では,約18%のクリプトが着水井に返送されると推定できる｡

マンガンについては凝集沈澱よりBRFの方が高い

さらに,この研究成果をもとに,100000m3/d規除去率がえられており,生物処理効果であると思わ模のクローズドシステムの浄水場のケーススタディれる｡

をおこなった｡排水処理設備よりクリプトを排出し浄水場排水のクリプトスポリジウム対策技術

1.5

ないシステムフローを図12に示す｡クローズドシスの探索

テムの場合,浄水場内に流入したクリプトの大部分

水道原水中に病原性原虫クリプトスポリジウム

は脱水ケーキ中に捕捉されて場外に搬出され,一部(クリプト)が混入した場合,通常,凝集沈澱など

は着水井に返送される｡ここに,濃縮スラッジ中のの固液分離により210g以上の除去率がえられるが,クリプトは加温処理,脱水ケーキのクリプトは造粒沈澱汚泥には存在し浄水場内でクリプトが循環する

乾燥処理,返送水中のクリプトは濁度が20度以下でことが懸念されるため,クリプトの浄水場内での挙あれば紫外線照射処理が有効であると推定された｡
また,この加温処理,造粒乾燥処理にコージェネ
レーションシステムを導入することで環境への負荷

8coagnladon/se此nghDemonst血OnP血低減や省エネルギーに寄与するものと考えられる｡

圏BRF(ゞ)○召出一20∈0出;レ汽〉ご･

2.1実施の背景･目的う↓￣〜∨､ヒく̲∧.き一き;

水道として生活に関わる｢水+は,流域圏の大きタ1J仁1上こb

な水循環系を構成する重要な要素となっている｡大:･:▼;ヮー
フ■￣￣∴

∠≡ア≦エ

言

ヱ

責

苛

都市地域の水道では,上流の下水処理水や家庭排水

妻 喜 芦

Z

をやむなく取水し浄水処理をおこなっている｡さら図10水質の平均除去率
Fig.10Average

Raw

環境影響低減化浄水技術開発研究(e‑Water)2)

2.

･7∴ナ買

に,近年の病原性原虫クリプトスポリジウムや化学

removalratio

物質の水道原水への混入など,水道の安全性を確保

Water

100

ReturnWater
17.94

Receivll唱
Well

DewateredCake

117.94
99,88
SettlingTank

Concentration
106.15

11.79

10(;.13

Tank

6.24

p･02
Supcrnatant

RapidFilter

11.67

Dehydrator

Filtrate
FilterClo血RinseWastewater

Discharge
WaterTaIlk

0,12

TreatedWater

FiguresinDshovtl‑eCOuntSOfoocysts､軸entbeincol血goocystsareassumedl帆園11浄水場内のクリプトの挙動
Fig.11Bebavior

ofcryptosporidium

lわJ.4β肋.2(2〃03/2)

oocystsin

p町i丘cation

system

神鋼パンテツク技報

37

口ⅤIrradiation
RawWater

UVlmdiatio皿
ReturnⅥねter

日eatingUnit
Turbidity20

Dり血g

4369m3/d

ReceivingWell
Beating
100000m3月

PAC‑‑‑トDischa喝edSludgel%

2856kg‑ds/d95.21n3/d

DewateredCake
EeaterConcentration

SettlingTaI止

DryingPelletizer

DヮCakeイー

Conc･Sludge3%

Dehy血ator

l払nk
Supe皿atantRinseⅥ屯stewater
4070m3/d

RapjdFilter

下iltrate88.1m3/d

190.4皿3/d

FilterClothRinseⅥ屯stewater2

m3/d

恥stewater
l払Ⅰ止TreatedWater

図12クリプト対応型排水処理システム
Fig.12Cryptosporidium‑prOOfwastewater

treatment

systemするための課題も多い｡これらの課題には,水道個0.1度(クリプト暫定指針値)管理には,凝集剤の別では解決できず,利用者個別の水利用形態から流過剰注入,ろ過継続時間の短縮,これらにともなう域圏までも含めた対応が必要となる｡また,現状の汚泥の難脱水性など問題が多い｡とくに,低水温,

浄水処理システムにおいて,取水,送水などにかな

低濁度時には顕著であり,中･大規模浄水場でも膜りの電力を使用しており,地球環境の立場からも負ろ過の導入を検討し始めている｡また,汚染が進行

荷を低減する必要がある｡

している水道水源では,クリプト,臭気,藻類,難このような水循環系において,今後の水道に求め

分解性有機物,さらには消毒副生成物などの対策･られるのは安全な水の供給のみでなく,浄水処理シ対応のため,その浄水処理は一層難しくなってきてステム全体で水の有効利用を図り,河川への負荷のいる｡こうしたことから,既存の高度浄水処理と膜低減,さらには省エネルギーや発生汚泥量の削減なろ過を組み合わせた多様な応用技術の開発も求めらど環境影響の低減化に繋がるシステムを構築していれている｡

くことである｡2000年度に｢水道施設の技術的基準

本研究では,膜の大容量化(50000〜200000を定める省令(施設基準)+が施行され,浄水処理m3/d)における技術的課題を解決し,より高い安全

技術の自由化,多様化などその地域独自の原水水質性の確保と浄水技術の信頼性を向上させるためにに応じた多様なシステム構築の気運が高まっている｡｢大容量膜技術の開発研究+をおこなう｡具体的にこのような背景のもと,e‑Waterは,環境配慮型のは省エネルギー化が重点課題であり,オンラインで社会実現に向けて必要となる施設の整備,既存施設の効率的な薬品洗浄方法の確立,薬品洗浄廃液処理の改良に貢献できる技術開発を目指して2002年度かも含む排水処理,あるいは上下排水一体化処理の検ら2004年度の3カ年実施される｡

討,使用済み膜モジュールの再利用,処分方法の最2.2適化を目指す｡さらには,コスト,スペースなどに研究課題,研究概要

おけるスケールメリット化,システム全体の自動運

e‑Waterでは以下に示す研究が実施される｡(1)大容量膜ろ過技術の開発に関する研究

転,制御化による容易を運転維持管理システムの開小規模浄水場では,すでにクリプト対策として膜ろ過技術が有効であることが実証され,実施設への普及が順調に進行しており,現在,日本全国で280発の確立を目指す｡(2)浄水処理トータルシステムの開発に関する研究
日本の浄水システムは圧倒的に急速ろ過法が大勢

カ所の膜ろ過施設が稼働中,もしくは建設中である｡

を占めているのが現状である｡臭気,藻類対策,消しかし,高度浄水処理を導入するまでもない比較的

毒副生成物対策,クリプト対策が相互に関連して急

清浄な水道原水を有する中･大規模浄水場において

速ろ過処理水の濁度0.1度管理に苦慮している浄水は,クリプト対策として,急速ろ過処理水の濁度場も多い｡これらの浄水場では既存技術である急速

ββ

神鋼パンテツク技報

Vb乙4β加ゎ.2(200∂/2)

写真3

商流束型(MF膜)

Photo

3

Ⅲig血一皿ux呼pe MF

membrane

写真

5

Photo

5Iiigh

高充填浸漬型(MF膜)
densitysubmergedMFmembrane

次元的引育報交換を達成しようするものである｡
2.3

e‑Waterに対する当社の取り組み
当社では,このe‑Waterに(1)の大容量膜と(2)の浄水処理トータルシステムに参画する｡特に,｢大容量膜技術の開発研究+には,実証実験を含めて積極的に取り組んでいる｡これは,今後5〜10年後の浄水処理は,膜を核としたシステムになり,さらに中･大規模の膜ろ過施設が増加するものと予想されるためである｡
以下に,当社の大型膜ろ過施設の概要を紹介する｡
大規模浄水場に膜ろ過を適用する場合,まずその設
写真

4

大型膜モジュール(UF膜)

Photo

4

Large

置スペース,エネルギー消費が問題となる｡現状,

UF皿Odule

これらの問題には,当社として膜の高流束化(5ろ過法の最適化活用域あるいは従来の急速ろ過法にm3/m2/d以上),大型膜モジュール(125m2/モジュール),設置膜モジュールの高充填率化での対応を考代わる代替技術と排水処理の高効率化が望まれていえている｡

る｡本研究では,ACT21の成果である｢高効率な浄(1)高流束化

水単位プロセス+および｢排水処理の高効率化+を組み合わせたトータルシステムとしての最適化技術

膿材質に耐薬品性(耐塩素性)に優れたポリフツ
化ビニリデン(PVDlプ)を使用し,原水にわずかのの開発を目指す｡このシステムの中では,計測技術,

塩素を注入することで高流束化を可能にしたもので薬品注入制御システムなどITを駆使した効率的なある｡運転方式も消費電力が少ない全量ろ過方式を制御システムの導入も考慮し稔合的な最適化システ採用している｡(写真3)

ムの技術開発を目指す｡(2)大型膜モジュール(3)水道水源における監視技術の向上に関する研究
水道水源の水質事故による汚染,近年の化学物質

膜材質は地球環境に配慮した酢酸セルロースである｡膜モジュール1本あたりの膜面積は125m2とヤクリプトなどの病原性微生物による水源汚染に対

従来のセルロースモジュールの約2.5倍の膜面積を応し安全性を確保するうえで,水源の監視能力の向有している｡この膜モジュールも運転方式は全量ろ上が望まれている｡また,科学技術の進歩とともに,

過方式である｡(写真4)(3)高充填率化(浸潰膜)

通信,制御,OA機器,省エネルギー技術などの高度化,高機能化が図られきている現状を鑑みて,該

膜材質はPVDFであり,浸漬槽内に高充填率で当技術を浄水処理システムに積極的に導入すること

膜モジュール(32.6m2/モジュール)を充填する｡を目的とし,迅速な危機管理,多様な情報公開,多運転方式は吸引式全量ろ過方式である｡(写真5)

1わJ.4β肋.2(2￠0β/2)

神鋼パンテツク技報

β9

む

す

実性,安全性に優れた技術であり,浄水処理においび

当社では,日本で最初の膜を利用した浄水技循をて,今後主流となるものと思われる｡当社は,今後開発するための官学民共同プロジェクトMAC21

も浄水膜ろ過の研究開発に積極的に取り込んでいく(1991年度から3カ年)に実証実験に参画して以来,所存である｡

高度処理MAC(1994年度から3カ年),ACT21,
e‑Waterと十年以上にわたり浄水膜ろ過技術の開発に取り組んできている｡当社の浄水膜ろ過施設の納入実績も1998年に第1号機を納入してから,その数
2002年11月現も27件(総処理水量:約15000m3凡在)と着実に増えている｡膜ろ過は,その処理の確[参考文献]

1)(財)水道技術研究センター:高効率浄永技術開発研
究(ACT21)成果概要集,(2002)2)(財)水道技術研究センター:環境影響低減化浄水技術開発研究の実施に関する基本方針,(2000)

連絡先
西

尾

弘

伸

環境装置事業部
環境本部
計画部
第2計画量
課長

TEL

O78‑232‑8102

FAX

O78‑232‑8057

E‑mailb.nishio@pantec.co.jp

40

神鋼パンテツク技報

1わ王.4β肋.2(200β/2)

産廃焼却炉排ガス処理設備納入実績
Gas

Treatment

Facilities

otlndustrialWastelncinerator(気)冷却塔部工事グループ

小出Tetsukazu

鉄Eoide

当社は日鉱環境(株)向けに産業廃棄物焼却施設用の排ガス処理設備を納入し,出口ダスト濃度
として0.02g血3N･d叩以下の高性能を達成した｡排ガス処理設備は排ガスを急冷するための急冷塔,

多量のダストおよび有害ガスを荒取りするためのアトマイジングウェットスクラバ,および微細なダストおよび有害ガス(HClやSOx)を99.9%という高効率で除去するためのイオンスクラバの3つの装置から構成されている｡本設備は2001年3月に納入され,目標値を達成して順調に稼働して
いる｡

A

waste

gas treating

SyStemissystemtowastesincinerator
composeddeliveredtoNikko

wasacbieveoft址eeoutletmain

Environ皿entalSeⅣices

dust

concentration

units;aquenChingCo.,Ltd.わrtheindustrialof O.02g/m3N･d叩Orless.The
fbr coolingtoweredlauStgas

treating

gaSeS,皿atOmlZlng

wetscmbber氏)rrOugbingdustandnoxiousgases(HClandSOx)andanionizingwetscmbberfbr
bigb

removale岱ciency

COnCentrationsincesystemof99.9%.Tbe
tbe deliveryinhasbeeninsnccessfuloperation,attaining也etargetMarch2001.

ガス処理設備IWS,AWS,qT
Ionizlng

Wet

quenching
ダ

ス

ト

産 廃

焼 却 炉

SCrubber,atOmlZlng

Wet

SCrubber,

tower

Dust
Industrialwastesincinerator

ている｡

まえがき
工場等から出る産業廃棄物は年々増加し,環境へ

当社は2001年3月に日鉱環境(株)c&R工場への脅威となっている｡環境対策も年々厳しくなる方

産業廃棄物処理施設の強化･拡充の一環として排ガ向にあり,最近ではダイオキシン排出濃度規制が制

ス処理設備を納入した｡

定された｡しかし,処理システム,施設は十分とは

日鉱環境(株)c&R工場は日鉱金属(株)日立

いえず,処理体制の強化が大きな課題となっている｡

工場内にあり,2002年4月に現社名に変更した｡

このよう別犬況のもとで,当社は高効率の集塵,

C&Rはクリーン&リサイクルの意味であり,国内

除ガス処理装置であるイオンスクラバー(IWS)を最大級,最新鋭のクリーンZ炉(高温熱分解法)

はじめ,種々の排ガス処理装置を製造販売しており,による液状(廃油,廃液)産業廃棄物の無害化処理,
リサイクル炉(高温溶融法)によるスラッジ,汚泥

ユーザー各位へ最適な排ガス処理システムを提案し
1わJ.4β肋.2(2〃〃β/2)

神鋼パンテツク技報

4J

等の産業廃棄物の溶融スラグ化処理をおこをっていため,液状廃棄物だけでなく固形物も同時に処理可る｡また,クリーンZ炉とリサイクル炉の有機的能である｡焼却炉より排出される高温ガスは急冷塔

な組み合わせによる操業で,系外へ二次廃棄物を排(QT)でガス冷却した後,ダスト,酸性ガス(HCl,

出しない工程となっており,有価金属はマットとして回収,スラグはセメント原料として販売し,資源SOx)をアトマイジングウェットスクラバ(AWS),
イオンスクラバ(IWS)で除去し,完全無害化を達のリサイクルをおこなっている｡

成している｡
また,遠隔操作による最新鋭の集中コントロール

その内クリーンZ炉の処理能力は5000トン/月(廃油＋廃液)の能力を有している｡

システムを導入し,常時安全運転を監視し自動化を今回納入した排ガス処理設備は,このクリーンZ

サポートしている｡

炉より排出される排ガス処理用である｡2001年3月 2.排ガス処理設備の概要および特徴
排ガス処理設備は急冷塔,アトマイジングウェッに納入,同月より運転を開始し現在順調に稼働してトスクラバ,イオンスクラバの各装置で構成されている｡

本稿では,今回納入した産業廃棄物処理プラント

おり,図2にそのフローシートを示す｡

用排ガス処理設備の概要を紹介する｡

要求仕様の設計条件は,ガス温度900℃,処理前
ダス′ト20g血3N･d叩,甘Clガス濃度1200ppmと非1.C&R工場クリーンZ炉設備の概要
図1にクリーンZ炉の概略フローシートを示す｡

常に高温,高濃度であり,いっぼう排ガス処理後のクリーンZ炉は主に廃油,廃液を処理するためのダスト濃度は0.02g血3N･血y以下,HClガス濃度5

焼却炉でストーカ付ロータリキルンを採用し,廃棄物を完全燃焼する事により無害化している｡さらに

pp皿以下が要求されており,99.9%以上の高効率のダスト除去性能が必要である｡この条件をクリア

完全燃焼をより確実にするため二次燃焼炉を設置しするために,当社は湿式タイプの排ガス処理設備をている｡また,ピットおよびクレーンを備えている採用した｡

Ⅵ払steAcid&ⅥねsteAlkaliTankh血｡｡｡訓ⅥねsteOil｢払nk

ESP

￣￣

｢

que皿CbTbⅥ′er

F

Crane

Fan

IWS

AWS
Pit
Thickener

Rota甲良ih&Stokeト丘redFumace

図1C&R工場クリーンZ炉フローシート

Fig.1Flowsbeetofcle皿Z凡皿aCe(C&RPLANT)
42

神鋼パンテツク技報

1わJ.4β肋.2(2〃0β/2)

3‑StageIWS
E.V
T/R
IonizerPlate

Mist
Separator

nenchTbver

ーpurgeAir

ーPllrgeAir

O

⊂〉

⊂〉

d

亡8

d

Z

Z

PⅦ■geAirHeaterーPu∫geAir

PackinZ

MistSeCirc111ation
l血1ve

LCA

NaO甘

B.V
T/R

Ⅲ.V
T/R

[蚕豆]

讃2

[垂司

WaterSllpply※1

Fl11Sbing

LCA

[□
(⊃
【づ
Z

Drain

[亡
⊂)

Z
WaterSupply

ⅦaterS叩ply¶血旭rSupply

WaterSllpply

Tblckener
Waterm上

2

図
Fig.2

廃ガス処理設備フローシート
Flowsbeetofgas

treatment払cility[)‑

設備は高温ガスをダイオキシン類の再合成させな

いために,断熱飽和温度81.5℃までに急冷する急冷
塔,高濃度ダスト,ⅢCI,SO2などの高濃度酸性ガ

SprayHeader

スを荒取りするためのアトマイジングウェットスク
ラバ,および残りのダスト,酸性ガスを高効率に除去するための湿式集塵機であるイオンスクラバより

闇構成されている｡
また,このように高効率でダストを集塵するため,ダスト状ダイオキシン類の大幅な低減除去効果も期待できる｡
付帯設備として,排水量の低減を目的に沈殿槽を‑一設置しており,急冷塔,アトマイジングウェットス

口クラバ,イオンスクラバの各排水は各装置間に使用する事により給水量の低減を図っている｡さらに,排ガス処理設備全体の圧力損失は3.7kPa以下であり低ランニングコストとなっている｡
また,本設備の設計するにあたっては,当社が選定した各装置のパイロットテスト機を現地へ据付,
実際の排ガスを導入したテストを実施し,高濃度処

3

図
Fig.3

急冷塔断面図Sectionalview

ofquencb

tower

理の確認,各装置の性能確認をおこなった｡このテストより要求仕様が満足出来ることが確認でき,本システムの仕様の詳細を決定した｡
2.1急

冷

スプレーは外部リング配管より,塔壁にスプレーノズルを配置し塔内ヘスプレーする構造となってい塔(QT)る｡そのため,塔内には散水管が無いのが特長であ

急冷塔は循環液スプレー方式を採用し,900℃のり,従来のように散水管の腐食等によるトラブルの高温ガスを断熱飽和温度81.5℃まで急冷させている｡

発生がなく,スプレーノズルのメンテナンスが塔外

図3に急冷塔の断面図を示す｡

より容易に実施できるという特長を持っている｡まlわヱ.4β肋.2(20〃β/2)

神鋼パンテツク技報

4β

た,内面は坑火石,カーボンレンガにより断熱性おはほとんど無い｡AWSはガス流のみで水を分散･よび耐食性を持たせており,さらに,カーボンレン

微細化するため,ポンプなどの機械装置が不要であガ表面には,循環液を塔上部よりオーバーフローさり,装置内はシンプルな構造であるため,トラブル

せて,滞れ壁を形成し耐久性を向上させている｡蒸が少なく保守点検が容易である｡また,漕水中の発等による水損失の補給は,沈殿槽のオーバーフロー

SS濃度は2〜3%の高濃度でも使用可能であるた水を再使用し新水の供給を低減している｡また,酸め,給水は急冷塔の排水を使用し,新水の供給を低性ガスの除去効率を高めるためNaOⅢ水溶液を自減している｡さらに,酸性ガス吸収用にNaO甘水

動注入して,循環液をアルカリ側に維持している｡

溶液を自動注入している｡

2.2

2.3

アトマイジングウェットスクラバ(AWS)

イオンスクラバ(ⅠⅦS)
イオンスクラバは,AWSで集塵できなかった微アトマイジングウェットスクラバは慣性力,拡散力,遠心力等を利用した溜水式スクラバである｡図細なダストと有害ガスを高効率で同時に除去できる

4にAWSの内部構造を示す｡

装置であり,その断面図を図5に示す｡高効率でダ集塵効率は濾布集塵,電気集塵,ベンチュリスク
ラバ等の高性能集塵装置と比べて劣るものの,構造が非常に簡単で高濃度のダストにも詰りを生ずるこ

GasOntlet<=コとなく,長期安定運転が可能であるという特長を持っている｡さらに,設備コストが安価であること,有く≠コGasI山et/DrainingPlate

害ガスも同時に除去できることから高濃度ダスト,
高濃度有害ガス処理の前処理用集塵機として採用しノ
GuidePlatefbrGas

ノている｡なお,今回納入のAWSのダスト除去率はⅥねterLevel

パイロットテスト機でのテストデータで80%以上

的←FeedWater

ノの除去率を持つことが確認された｡

ScrubbingPa山ガス入口部より導入された排ガスは水面に衝突しTbroati‑‑gpart
Drainく声て液面を押し下げて,ガス案内板と液面の間に生じたスロート部を高速で通過する｡その際,霧吹き作
用により水を同伴･分散し,スクラビング部で渦流

1
Drain

となり,理想的な気液混合により集塵および有害ガ

図スを同時に除去している｡ガス中の同伴水滴は,水4

AWSの内部構造

Fig.4

Constmction

of

AWS

切り板に衝突して捕捉され,ガス出口では飛沫同伴
UpperFlusb
EeaderInsulator
ElectrodeWires
HighⅥ)1tageFrame

Ionizer PlatesToraⅢeaderMistSeparator
FrontFlush
Eeader

十

㌣

ぺベ

〔〓卜

8

Mist
Separator

⊂⇒
く=〉
く=〉

ベ

m

ぐr)

1金一

Fro山F】u5b
Eeader,.恭

BackFlushHeader
Elec書rodeBars
LowerFlusllIleader

packing

16170

図
Fig.5

44

5

3ステージIWS断面図
Sectionalview

of3‑StageIWS

神鋼パンテツク技報∇bg.4β肋.2(2003/2)

ストを集塵除去する必要があるため,パイロットテている｡また,メンテナンスが容易にできる構造とスト機によるテスト結果より,IWSは3ステージ

なっている｡

タイプを選定した｡

3.納入設備の仕様
納入設備の外観を写真1に示す｡設計条件およびIWSへ導入されたダストは,高電圧で荷電され集塵板での除去,充填部において慣性衝突およびイ

メージフォース(影像力)により除去される｡高電仕様は次のとおりである｡
本設備を設計するにあたっては,前述したパイロッ

圧イオン化部は,イオナイザープレート,放電線おトテスト機によるテストデータをもとに最適設計をよび高圧電源装置にて構成されている｡40kVの直おこなった｡

流高電圧によりコロナ放電を発生させ,ダストに荷3.1設計条件

電している｡イオナイザープレートはダストまたは処理ガス量

61500m3N仲･Wet

析出物の付着成長を防止する目的で連続的に循環水

処理ガス温度900℃

または新水をオーバーフローさせて濡れ壁を形成さ処理ガス水分量

11200m3N他せる構造となっている｡

入口ダスト濃度20g/m3N･d叩

充填層部は充填材,散水装置,ミストセパレータ

出口ダスト濃度0.02g/m3N･d叩以下で構成されている｡充填材上部からは循環液をスプ

入口ⅢCl濃度1200ppm

レーしており,ダストと有害ガスを同時に除去する｡

出口BCl濃度5ppm以下

また,有害ガス除去吸収用にNaOH水溶液を自動

入口SO2

濃度

1400ppm

注入している｡

出口SO2

濃度

5pp皿以下IWS内部には洗浄目的のための洗浄配管を設置

取

合

圧

力

‑0.4kfa

している｡洗浄は定時刻になれば自動的に開始し,

圧

力

損

失

3.7kPa(qT＋AWS＋IWS)

終了後通常運転に復帰する｡循環および洗浄は同一

洗

浄

液

質

NaOH二水溶液

ポンプを使用し,循環弁,洗浄弁の切換をおこなう

薬品注入方式

pH計によるON‑OFF
制御

ことにより実施される｡循環弁,洗浄弁の切換はタ
運

イマーにより自動運転される｡
循環槽には水位コントロール用のレベル計,循環

3.2

転

間

24b/d

塔

型番qT‑3001台

機器仕様

急

液のpHコントロール用のpH制御計が取り付けら時
冷◎3500×8600Ⅰ寸れており,安全対策として,急冷塔出口温度計によアトマイジンダウェツトスクラバ
型番AWS‑1150‑H

り高温ガスを検知した場合,IWS入口外気導入ダ2台

7000LX2400WX2475Ⅰ寸

ンパが開きIWS内部へ高温ガスが流入しないシス
イオンスクラバテムとなっている｡

型番#2000×3ステージ1基
16170LX9250WX7113Ⅰ寸

IWSの運転,停止は自動シーケンスを組み込んでおり,押しボタンスイッチーつで一連の動作およ

直流電源装置

40kVX300mA

び運転,停止をおこなうことができるシステムとなっ急冷塔循環槽3000WX4300LX2500Ii

6台

l台
沈

殿

槽

◎7300×5000Iil台

qT循環ポンプ

3台

IWS循環ポンプ
前ミスト洗浄ポンプ4台

急冷塔循環槽ポンプ

2台

NaOE注入ポンプ

2台

ブースターフアン

1台

制

1面

御

盤

横側操作盤

1台

IWS用

3面

qT用1面
3.3

写真1排ガス処建設備外観
PhotolOutsideofgas

VbJ.4β肋.2(200β/2)

treatment

syst6m

機器主要部材

各機器の主要部材を下記に示す｡
神鋼パンテツク技報

4古

･急
本

冷

耐

表1性能テスト結果

塔
熱

散水リ

内面FRPライニング

体

SS400

材

カーボンレンガ,坑火石グ

SUS316Lン･アトマイジングスエットスクラバ
本
体
SS400

内面FRPライニング･イオンスクラバ

本

体

FRP

イオナイザープレート

SUS316L

充

PP

填

材

Per托)rmanCe

TablelteSt reSults

ftem

MeasuredValne(IWSOutlet)

Gasqu皿tity(Actnal)Gas(〕uantity(Wet)
GasQuantity(D甲)105260m3/h･Wet
80950m3N仙･Wet

46140m3N仲･血y

GasTempera血汀e82℃

Composition

02

13%

OfFlyGas

N2

63.2%
43.0%

H20

R‑2

lM｡aSuring

MeasuredValue

4.運転結果Item

quench

2001年3月より運転を開始しているが,その性能テスト結果を表1に示す｡
表1のように,処理ガス量および水分量は設計条件とほぼ同一であった｡急冷塔での排ガス冷却彼の

rWS

OntletMetbodTowerInlet

DustContent

g/m3N

ECIGas

ppm

11.3

0.01

10.8

<0.01

JISZ8808
3

JIS監0107

温度は,設計値81.5℃に対して82℃であり,設計値通りであった｡.

を実施したデータも有効であることが確認できた｡

ダスト濃度は,急冷塔入口設計濃度20g血3N･d叩に対し測定値は11.3〜10.8g/m3N･d叩であり,設計

す

む

び

産業廃棄物焼却施設向け排ガス処理設備の納入例

値の約1/2であった｡IWS出口設計濃度0.02g/m3N･について紹介した｡本排ガス処理設備は,非常に高d叩以下に対して測定値は0.01g/m3N･d抒以下であ

濃度のダスト,有害ガスを高い除去率で処理するこり,ダスト除去率は99.9%以上であった｡このダスとができ,産廃焼却炉向けに有効であることが確認

ト除去率は計画値99.9%を満足している｡また,出された｡

口ダスト濃度の測定値が0.01g血3N･d叩以下と非常に低い濃度であるため,排突よりの煙の棚引きが大幅に改善された｡

最後に,パイロットテストおよび本設備の計画,

据付,運転にあたり多大なご指導,ご協力をいただ
きました日鉱環境(株)c&R工場殿に深く感謝の意を表します｡

ⅢClガスはIWS出口において設計値5pp皿以下[参考文献]

に対して測定値は3ppmであり,設計条件以下の値がえられた｡
以上の性能テストの結果,当初の設計条件を十分に満足していることが確認された｡また,本設備を設計するに当たりパイロットテスト機によるテスト

1)日鉱環境(株)カタログ
2)小出鉄一;神鋼パンテツク技報,Vol.43,No.2(2000)
p.83

3)野田晃;神鋼パンテツク技報,Vol.42,No.1(1998)
p.72

連絡先
小

出

鉄

一

気熱装置事業部
冷却塔部
工事グループTEL

O78‑232‑8132

FAX

O78‑232‑8066

E‑mailt.koide@p皿teC.CO.jp

4β

神鋼パンテツク技報∇bJ.4β肋.2(20〃3/2)

サントリー(株)高砂工場殿向
清涼飲料製造排水処理設備
Wastewater
Suntory

Treatment

SystemTakasago

Plant

for
(環)技術本部技術部第3技術室
口
蓑
水
Mamom

Miznguchi

宮本武

TakesbiMiyamoto

最新の清涼飲料工場であるサントリー(株)高砂工場殿で稼働して.いる多くの生産品目に対応でき
る排水処理設備の実績について紹介する｡本設備は担体をもちいた好気性処理設備(PABIO
MOVER)と,その後の処理排水の変化にともない2001年に前処理設備として導入した嫌気性処理
設備(PANBIC‑Ⅲ)からなっている｡嫌気性処理設備導入後,ほぼ一年が経過したが原水水質変動に対しても安定した処理が継続でき,放流規制値よりも低く設定した工場自主規制値が満足されていることを確認した｡
また,嫌気性処理設備を導入することにより,導入前と比べて余剰汚泥発生量が3分の1に減少した｡

A

tr甲tment

wastewater

SOf亡血inks.The
弧danaerobic

Changequality

of

SyStemsystemAbout

one‑yearthewater,aCbieving

one

Suntory's

asTakasagothat produces

plant

a

v訂ietyofsystem(PABIOMOVER)usingca血erelements,

pretrea血entin2001tobas

Operationcomplyprovedstable仕eatment

Suntory■s volunta叩discbarge

quality払出ismunlClpalregulations.Tbein什Oductionofthetotoaerobic(PANIiIC月)added

systemwastewater.

ofraw

deliveredWaS

is composedofan

systemalsoenableddecrease

wi血tbesubsequentdespite也e且uctuatedmuch

ofexcessstricter也an也esludgegeneration

third.

嫌

気 性

グ ラ

ニ

処 理

Anaerobic

treatment

Granule気 性 処 理Aerobic

treatment

Activatedcafbon

好

ル

ぜ舌

ュ

性

ー

炭

にあるため厳しい放流基準が求められる立地にある｡

まえがき
サントリー(株)高砂工場は兵庫県高砂市の旧国鉄排水処理設備は,1999年の工場建設にともなう設備

工場跡地に1999年に建設された最新鋭の清涼飲料工とその後生産品目の変更にともなう排水負荷増に対場である｡工場操業開始時より廃棄物の再資源化応するため2001年度に増設した増強設備から構成さ100%の達成,風力･太陽光発電,工程用水の循環れている｡

再利用等積極的な省資源･省エネルギーを推進して

本稿では,生産品目の多様化にともなう負荷変動に強い排水処理設備の概要を紹介する｡

いる21世紀型の先進工場である｡
また,瀬戸内海に面した総量規制適応の工場地帯
Ⅵ)J.4β肋.2(2〃αi/2)

神鋼パンテツク技報

47

軒
Ca11SdcSodaTbn七

NntnentTank

D血m訂伽血1享盟ncAcid
No.1

No.2

No.3

No.5
No.4

Methanollもnk

CationI,01ymer
issolvingTank

No.6

ATlionPolymer
DissblvingTb止No.7No.8

No.6
No.3

CircnlationBlo
No.7

S()reen

No.9

FeC12伽血NaClOTゝnk

No.10

No.11

No.10
No.4

No.5
Seconda甲Ne血alization
TaIlk

Reaclionr払n上Coagnlationlも止Neutralization
Tb止RawWater
StorageTank

Nitn丘cationrmI止RavⅥ屯terPit

SettlingTb止

1nte□nedlateTaIlk

Re‑aerationTもnk
Denitri丘田t血佃止

AeradonBlower

翌碧巳Coag血10n

蒜
No.11

SandFilter

U
Mnlli̲ACTS匡』汐E血ansted
CarbonTankⅥもstevaterPit

図11999年納入装置
Fig.1Flow

sbeet

CakeIlopper

Pressnre'mI止[三重垣:⊃ACTa止DisinfectionTa止TreatedⅥなterTaIlk

RelayTゝ止

Sltldgel払止

フローシートforinitialsystem

Raw

Water

2500
2000

(

音1500

)1000

〔⊃

8

500
0
12‑Sep3‑Oc1

24‑Oct14‑NovTreated

5‑Dec

26‑Dec

Water

14
12

写真11999年納入設備
PhotoI

全景(音)口OU
10

Syste皿deliveredin1999(Initial)

8
6
4
2
0

1.1999年納入設備(工場建設時)

12･Sep1.1設計条件と実際
表1に建設当初の設備設計条件,フローシートを

3‑Oct

14‑Nov

24‑Oct図21999年納入設備

Fig.2

0perating

5‑Dec

26‑Dec

運転結果

dataofinitialsystem

図1,外観を写真1に示す｡原水はロット切替え時の容器洗浄排水であり,生産品目に由来して水質が変化する｡建設当初の生産品目は,烏龍茶等の有機表11999年納入設備

物負荷が高くないものであった｡しかし,運転開始

TablelDesign

設計条件

basis托〉r也einitialsystem

後約1年を経過する頃から生産品日が多くなり,当

Raw

Water

TreatedWater

1200

初の品目に加えて果実飲料･炭酸飲料に由来する工qu皿tity(m3/d)

程廃水の処理が必要となった｡後述する増強設備の

p甘

5‑8

5.8‑8.6

検討はこれを契機に開始された｡生産品目の変更に

SS(mg几)148

5

ともなう有機物負荷の増大は設計条件の最大5倍程

BOD(mg/L)

587

5

度が予想された｡

COD(mg/L)

587

8

4β

神鋼パンテツク技報

lわJ.4β肋.2(20￠3/2)

実際の運転結果を図2に示す｡設計条件以上の負荷流入に対しても運転調整変更など適時必要な対応をおこなった結果,放流水質を規制内に維持するこ(彰下水道放流から公共水域放流まで目的に合わせた処理水が容易にえられる｡④食品,化学,紙･パルプ,下水等広い範囲の排水とができた｡に適用できる｡

次項に構成する主要設備プロセスの特長を示す｡⑤既設の曝気槽や遊休タンクなど様々な形状の水槽設計条件と実際

1.2を転用することができるため,既設設備を有効利

原水ピット,スクリーン,原水貯留槽,中和槽から構成される｡

用し,能力増強を図ることが可能である｡⑥担体の目詰まりの心配はまったくなく,他の生物ろ過法,固定床法のような逆洗操作は一切不要で原水ピットは地下配管により流入する工場排水をポンプ中継するために設置した｡スクリーンは工程ある｡

排水中に混入する茶淳などの爽雑物除去を目的に設

実際の運転においては,設計条件を越える流入負置された｡原水貯留槽は排水量および質を緩衝させ荷となることがあったが,負荷状況に応じた水質るために排水約1日分の容量を確保した｡中和槽はの上昇が見られるのみで悪影響は一切なかった｡

後段の生物処理設備に悪影響を与えないように原水

また,機械的なトラブルもない｡

貯留槽の排水を中性に調整するために設置した｡

1.4

凝集沈殿設備PABIO

MOVERで発生する余剰汚泥の分離回収

ll●芸芸芸吉ぎ諾芸冨よご忘孟皇蒜て三志形状担体(SS除去),PABIO

填し,曝気またはガス撹件のもとで流動させる方式

MOVER処理水のCOD除去,

および色度除去を目的とした設備である｡の高効率有機排水処理装置である｡写真2に担体写
真,図3に概念図を示す｡本設備は高砂工場殿の水質変動を十分に考慮した処理方式で数多くの特長を有している｡主なものとしては次の点があげられる｡(D環境に適した微生物の活用と担体を流動させることにより,大きな接触効果がえられ高負荷処理が可能である｡(参リアクター内の担体に付着した微生物で処理する
ため,返送汚泥が不要である｡
余剰汚泥は小さいSSとなって流出するが,沈殿

写真

2

PABIO

MOVER担体写真池などで除去できるためバルキングの心配がない｡

Photo

2

PABIO

MOVER

RawWatercarrierelement

TreatedWater

Sieve
Sie∇eAerator

pABIO

MOVER‑
Bio丘11nCarrier
Eleme11t

AerationSystem
ReactorNo.1

図
Fig.3

3

∞
[亘蚕室:] ReactorNo.2

PABIOMOVER概念図
Concept

ofPABIO

Ⅵ)J.4β肋.2(20〃3/2)

MOVER

神鋼パンテツク技報

49

色度除去については製品をサンプルとした試験確設備であり,脱水ケーキホッパーを付属する｡

認結果に基づき酸性下での凝集法を採用した｡

形式はベルトプレスタイプを採用した｡

大きな負荷変動に対しては凝集反応用薬品の注入

本設備も負荷増加時点では脱水薬品の注入条件な条件を変更することで安定した処理が継続できた｡

どを適宜変更することで安定した運転が可能であっただ果汁由来排水を処理する場合には,スカムの発た｡

生が増える傾向が見られた｡

1.7

1.5

脱臭設備

工場数地境界において臭気強度2,臭気濃度10以

マルチアクトス

本設備は凝集沈殿処理水を砂ろ過設備と合わせて下を遵守するため,臭気源に該当する水槽および設

放流水質まで仕上げ処理をおこなう多段流動床式活備には覆蓋を設置し,発生臭気はダクト吸引し脱臭性炭吸着装置で,図4にプロセスフロけを示す｡本

用活性炭吸着塔を通過後に大気放散する設備とした｡

設備の特長は次のとおりである｡

1.8

設備で使用する劇物薬品は受入や貯留上の安全性①小粒子の活性炭を利用するため,吸着速度が大き
く,かつ活性炭の利用率も高い｡

薬品注入設備や管理面を考慮して一カ所にまとめ,防液提の中に②活性炭は,常に排水と向流接触状態にあり,また,貯留タンクを設置した｡

デットスペースの少ない内部構造により,接触効2.2001年納入設備(増強設備)率が高い｡

2.1設計条件
表2に増強設備の設計条件を示す｡増強設備は,(彰活性炭の供給量を調整することによって,原水の水質が変動しても処理水質を維持できる｡

生産品目の変更にともなう有機物負荷の増大分を既④活性炭の利用率が高くとれるため,ランニングコ

設設備の流入負荷条件に低減させるもので,設計条

件は増強設備の流入条件と流出条件(既設設備の流ストが低い｡⑤1塔多段式であり,吸着速度が大きいので,装置
表がコンパクトになり設置面積が小さい｡⑥流動式であるため,原水中の懸濁物質によるろ床

2

Table2

2001年納入設備
Designretro丘t
Raw

閉塞が無く,固定床のような逆洗装置が不要であ⑦全自動シーケンスによる運転のため,運転管理が脱水設備

凝集沈殿設備で回収された余剰汚泥を対象とした

5.8‑8.6

100‑460(200)SS(mg几)容易である｡

TreatedWater

1200
2‑8

pIi

systemWater

quantity(m3/d)

る｡

1.6

設計条件

basis払r也e

BOD(皿g几)180‑4250

COD(mg几)

230‑2950<600

Tr￠且tdW乱br

aterTan

図
Fig.4

古0

4

プロセスフロー

マルチアクトス
Processnowofmulti‑ACTS

神鋼パンテツク技報

lわJ.4β肋.2(200β/2)

下eC12Tank

Ca11SlicSodaTank

No.1No.5

Nn血entTank

No.2

Polymer
Dissolvin皇祖止No.3

Desu岨1r】ingTゝ止

GasIlolder

BoilerUnil

ExcessGaslncinerator

No.4

ToNe11traIizationTank
SealPit

No.5
No.3

RawWaterpIIControl屯血ReactiorlTank
Press11rlZed
FloatationTb止RawWater
StorageTank

Sc11mTank

RctentionTank

Relaァ恥止Feed■m血SepaTatlOnTank
A』且erObicReactor

AcidFo皿ingT皿k
Co皿preSSOr

TreatedWater
Slud

ToNitrlficationTa
TbSltld elもnk

5

図

2001年納入装置

Fig.5

Retro丘t

フローシートsystem入条件)より設定された｡
検討にあたっては次の項目がポイントとなった｡･各製品間の水質格差に由来する激しい原水濃度変動に影響を受けない設備であること･既存設備に影響をあたえる果汁排水由来の繊維分は凝集加圧浮上前処理設備を設置し分離除去すること･省スペースであること･運転管理が容易であること･ランニングコストが極力かからない設備であることフローシートを図5に,外観を写真3に示す｡

写真

3

2001年納入設備

Photo

3

System全景

deliveredin2001(Retro別)

次に構成主要設備のプロセスの特長を示す｡
2.2

排水をもちいて検討をおこなった｡その結果,各排前処理設備

増強設備の中心である嫌気性処理設備の安定運転

水は比較対象系としてもちいたグルコースと同様にに影響を与える果汁排水に由来する繊維分の除去と短期間で嫌気分解が終了していることから,酸生成

原水SS成分の低減を目的に設置した｡

槽を設けないプロセスを提案した｡

2.3酸生成槽設備

ただし,運転に際しては将来的な市場の変化やそ嫌気性処理は数多くの微生物が関与している複雑

れにともなう生産品目の変更を考慮して酸生成槽をなプロセスである｡大きく分類すると加水分解によ嫌気リアクターの前段に設置することとした｡図6

る複雑な有機物から単純な有機物への分解,酸生成

は試運転時に確認した酸生成槽処理と嫌気処理結果

菌の発酵作用による揮発性脂肪酸(VFA)の生成とを示す｡酸生成および嫌気処理の評価については

低分子化,およびメタン生成菌によるメタン発酵が

VFA濃度により確認した｡嫌気処理水レベルが原
水の激しい水質変動に対しても安定していること,ある｡
酸生成槽は嫌気分解反応を促進,安定化させる｡
メタン発酵以前の生物反応の促進･安定化を図る｡

原水貯留槽出口(酸生成槽入口),酸生成槽出口において顕著な低分子化(VFAの増加)が確認され加水分解や酸生成が進みにくい基質を対象とする場

ないことから,対象排水については事前検討結果と合には,酸生成槽の安否は,対象排水をもちいた回同様,酸生成槽がとくに必要ないことを確認した｡

分試験で判断することが可能で,種々の排水や模擬1わg.4β肋.2(2003/2)

神鋼パンテツク技報

古J

4 (UnU
十‑RalVWater‑一口ー10utletofAcidFormingTank

つんOO‑▲‑TreatedWaterl

Ef丑uent(⇒叫∈)萱

⊂二〕2001(;‑Jl11

図

6

Fig.6

19‑Jul22‑Jl11

SludgeBed

25‑JulInfl

醸生成槽でのVFA生成
VFAin

acidねrmlng也止

図
2.4

7

Fig.7

PANBIC一且システム

ロAS】ラリアクター概念図
ConceptofUASB

reactor現在の嫌気性処理設備における主流はUASB(上向流嫌気性スラッジブランケット)方式と呼ばれるものである｡図7に概念を示すUASB方式は,嫌気性微生物を高濃度に保持することが可能な優れた方式であるが,有機物除去反応の大部分は,容積に対して1/3前後のスペースでおこなわれている｡
リアクターの上部には,発生ガスの捕集と直径1〜2mmの塊となった嫌気性微生物の粒子(以下グラニュールと呼ぶ)の流出防止の目的でGSS(Gas‑
Solid

Separator)と呼ばれる気圏分離装置が設置されリアクター全体の容積に対して多くの比率を占める｡

ガスの付着していないグラニエールの沈降速度は
直径0.5〜1mmのもので平均40m他にも達する1)｡

図

8

Fig.8

一方,UASBリアクター内の水面積負荷は通常1〜2m/h前後である｡このため,あらかじめ付着ガス

PANBIC月システム概念図
Concept

ofPANBIC‑Ⅲ

上部で捕集され,ガス利用設備へ導かれる｡

を分離すれば,UASIiリアクターよりはるかに小さ③有機物を除去された液はリアクタ}上部より流出な面積でグラニエールの沈降分離がおこなえる｡

する｡この時グラニユールの一部は処理水とともに流出する｡

図8にPANIiIC‑Eシステムの概念を示す｡(む流出液中のグラニュールは後段の分離槽で沈降分

PANIiIC‑Hシステムは嫌気リアクター,分離槽,汚泥返送手段より構成される｡本設備はUASBと同離され,ポンプにてリアクタ一に返送される｡

様にグラニエールにより嫌気処理をおこなう装置で,このような構成を採用したことにより,UASBとUASB方式よりもさらに高負荷処理を可能とさせる

比較して大幅に能力アップが実現した｡

目的で自社開発したものである｡UASB方式のよう(∋高負荷への対応と装置のコンパクト化(全容積はUASBの1/3)②省スペース化(UASBの1/2)に内部にGSSは装着されておらず,次のようなプロセスで有機物の分解･ガスの捕集･グラニユールの流出防止をおこなっている｡①排水はリアククー下部より導入され,グラニエー
ル層を上向流で通過する｡ここで有機物はメタンする特長である

ガスと二酸化炭素に分解される｡(∋好気性処理と比較してランニングコストが安い(丑原水の濃度変動に対して安定している(多発生したガスはリアクター内を上昇し,リアクター
占2

これらの優れた要因に合わせて,嫌気性処理の有

神鋼パンテツク技報∇oJ.4β肋.2(200β/2)

4 (U

O

(Jも∈)｡害凸OU(Jも百)⊂王00U

｢∠ 人U

500

(U

0
2001/8/12001/10/12001/12/12002/1/312002/4/2

図

9

Fig.9

0peratingdata

2002/6/2

2002侶/2

2002/10/2
2001/8/12001/10/12001/12/12002/1/312002/4/2

運転結果

2001年納入設備

図10放流水データ
Fig･10()uality ofdischarge

ofretro丘tsystem

表

ことにより,増設設備にPANBIC‑Hシステムが採

3

Table3用された｡

嫌気性処理設備から回収されるメタンガスは蒸気たり,脱硫塔,ガスホルダー,および蒸気ボイラー
ユニットを設置した｡また,ボイラー停止時のメタ

2002/10/2

waterordischargepIlSS(mg几)BOD(mg几)COD(mg几)5.8一臥6
30
20
20

water

Volun叫Regulation

ボイラーの燃料として有効利用した｡ガス利用に当2002侶/2

2001年度放流水実演
Actnalquality

ガス処理設備2.5

2002/6/2

ActualTarget(Average)

5.9‑8.5

7.7

7(average5)
8(average5)
15(average8)

2.1

1.3
5.7

ンガス処理のために余剰ガス燃焼装置も設置した｡
2.6

進功労者等表彰+において農林水産大臣賞を受賞し薬品注入設備増強設備で使用する薬品は既存の薬品注入設備から供給した｡

た｡

この賞は循環型社会に向けてリデュース･リユー

3.運転状況

ス･リサイクル運動に率先して取り組み,継続的な

図9,10に2001年初頭からの排水処理設備の運転

活動を通じて顕著な実績を挙げている個人,グルー

データ,表3に2001年度の放流水実績2)を示す｡嫌プおよびとくに貢献の認められる事業所等を表彰す

気性処理設備の運転は2001年8月から開始し,運転るものであり,今年度は高砂工場殿が唯一の受賞で開始後約1年を経過した｡

ある｡評価されたポイントのひとつに,当社が納入

嫌気性処理設備は,原水の負荷変動に影響される

した排水処理設備があげられたことは我々にとってことなく安定した処理を継続しており,排水処理設も大きな喜びであり,今後とも環境活動への取り組備全体としても放流基準を十分に満足する結果がえ

みにご協力していく所存です｡

られている｡

最後に本稿の執筆にあたりご指導とご協力をいた

また,嫌気性処理設備を導入することにより,増だいた,サントリー(株)高砂工場殿に深甚の謝意を

強設備導入前と比較して,余剰汚泥処分量が3分の表します｡

1に減少し,廃棄物量を削減することができた｡
む
す び[参考文献]

サントリー(株)高砂工場殿は,2001年10月23日に
平成14年度｢リデュース･リユース･リサイクル推

1)加治正廣,隅晃彦:神鋼パンテツク技報,Vol.41,
No.1(1997),p.9
2)サントリー環境レポート

2002

連絡先
水

護環境装置事業部

口

技術本部
技術部
第3技術室
TEL

O78‑232‑8117

FAX

O78‑232‑8058

E‑mailm皿izuguchi@pantec.co.jp

1わJ.4β肋.2(200β/2)

神鋼パンテツク技報

古3

グラスライニング製新アクセサリー｢クリーンフラッシュバルブ+｢クランプレスマンホール+(プ)技術部GLグループ｢スーパーサイトマンホール+
Glasslined"CLEAN

New

徳

Accessories

洋

由EiroyukiTol皿Oka
阪
上
達

也

岡

Tatsuya

FLUS什VALVE■■,''CLAMPLESS

Sakagami

村中

MANHOLE■l&‖SUPERSIGHTMANHOLE‖隆彦

Naka皿1ura

Takahiko剛

西志

TakeshiNishi

グラスライニング製反応機は医薬･ファインケミカル分野で数多く使用されており,近年反応機の性能向上にとどまらず,アクセサリー部品まで含めた操作性や洗浄性の向上が望まれている｡これらの要求にこたえるべく,アクセサリー部品について三つの新製品『クリーンフラッシュバルブ』,『クランプレスマンホール』,『スーパーサイトマンホール』を開発した｡『クリーンフラッシュバル
ブ』は,分解組み立てが容易で洗浄性を向上させるとともに,ベローズ形状も工夫し,コンタミを防いでいる｡『スーパーサイトマンホール』は,蓋板に覗きガラスを埋め込んでおり,従来のノズルの立ち上がりとガスケットがなくなり洗浄性にすぐれている｡『クランプレスマンホール』は,多数のクランプに替わり中央のハンドル操作だけで開閉できる構造となっており,耐圧0.2MPaを満足するとともに,開閉時間を大幅に短縮する｡

Manyglasslinedreactors

Cleanabilityoftheusedinpbarmaceuticaland丘ne‑Chemical丘eldsneedimprovedoperability

accessoriesin

SIGHT

MANIiOLE■'have

been

SIGⅢT

MANHOLEhighbellows

havinglmprOVed
simpleWithstanding
insteadofmanyaccessories

o触rs
to

prevent

constmction

without

theofpressure

tothe■'CLEAN

of

SUPER

is of

glasslined

addition

products

SUPER

朗

the

FLUSH

developedto

VALVE

themselves.Tbree,■'CLAMPLESSMAN日OLEofformeriscleanability.The

conventionalgaskets
openedFLUSHmeettbeseneeds.CLEAN

and
and

to

easy
COVer

contamination･Tbelatter,aO.2MPa,Ca血beandreactors

perfbmanceWith

assembleanquickly

by

and

VALVE

and

anddisassemble,

embedded

sigbt glass,
MANHOLE,

riser nozzles.CLAMPLESS
closednew

only

operatingahandleclamp5.

グラスライニング製アクセサリー

Glasslinedaccessory

操

作

性

Operability

洗

浄

性

Cleanability

神鋼パンテツク技報

1わJ.4β肋.2(2003/2)

まえがきては改善を求める声が多い｡

グラスライニング(以下GLと呼ぶ)製反応機は,また,PTFE製ベローズを使用した既存タイプは図1に示すように主要部品である容器と撹拝翼のほ切削形状であることや,ベローズ位置の問題によりかに,底排弁,マンホール,センサーをどのアクセ

バルブ内部に液が溜まりやすくコンタミ発生の原因

サリー部品で構成されている｡となっている｡とくに結晶物を含む液体には使用で容器がGL製になれば,アクセサリー部品もGLきないという制約を受け,改善が望まれている｡

製を要求されることになり,当社もこれまで多種多

当社はこのたびこれら従来品の問題点を改善すべ

様な部品を製作,納入してきた｡

くGL製新底排弁『クリーンフラッシュバルブ』

しかしながら近年,プラントの生産性を高めるこ(以下クリーンFVと呼ぶ)を開発した｡とを目的に反応機の操作性や,不純物除去の洗浄性

クリーンFVの外観を写真1に示す｡また,従来を重視する顧客ニーズが高まってきており,既存の品との構造比較を図2に示す｡クリーンFVは勅封

製品では対応しきれなくなっている｡
当社では,これらのニーズにこたえるために,まず撹拝翼に着目し,2001年8月に新型撹拝翼『ツインスター⑧』を上市した｡(神鋼パンテツク技報

l･V認諾註機の総合力を高めるため,アクセサリー
部品にも着目し,GL製底排弁とマンホールについて三製品を開発,販売を開始した｡
本報ではこれら三つの新製品である,『クリーンフラッシュバルブ』,『クランプレスマンホール』,『スーパーサイトマンホール』について順をおってその特長,構造などを紹介する｡

1.クリーンフラッシュバルブ
1･1クリーンフラッシュバルブの特長
従来のフラッシュバルブは,弁棒の軸封部にグランドパッキンを使用しているタイプが最も標準的である｡しかし,グランド部からの製品へのコンタミ,
液漏れによるバルブの腐食や分解･洗浄が困難な構造であるなどの問題を有している｡このため医薬･図1

グラスライニング製反応機

Fig.1

Glasslined

reactori電子材科のような高付加価値製品を扱う分野においValveStem

ValveBod
NewBellows
0‑ringGlandPack血Con∇entlonal
Bellows

ConventionalType(GlandTypeFlushValve)

図
Fig･2

2

CLEANFlusbValve些̲!∑匹(NewBello‑∇SType)

構造比較囲

写真1クリーンFV

Comparisonors加血rebetweenCLEANFV皿dco耶en血刀altype

lわg.4β肋.2(200β/2)

P血otoI

神鋼パンテツク技報

CLEAN

FV

古古

なお分解手順を図3,断面積(開口面積)比較を部に新開発のPTFE製波型ベローズを採用し,軸封の取り付け方法の見直しと弁本体の形状見直しによ

図4に示す｡

り次の特長を有している｡

1.2(ヨコンタミ,液漏れ,噛み込みを解消

1.2.1軸封部形状検討･グランド部を持たないので,コンタミ,液漏れが無い･新開発PTFE製ベローズは結晶物などの噛み込みが無い

新開発PTFE製ペローズ

グランドパッキンはコンタミ,液漏れの問題があるため,軸封部にはPTFE製ベローズを採用した｡
従来のPTFE製切削ベローズは内容物の噛み込みが問題であったためベローズ形状は波型とした｡弁
棒および弁本体とのシール部には0リングを採用(多分解･覿立が容易で洗浄性が向上することにより液漏れがない構造となっている｡ま･主要パーツは丸洗い可能

た,分解･組立を容易とするため,弁棒に勅封部を③結晶物を含む液体排出時の詰まりを防止組み込んだまま分解できるよう寸法,構造の最適化･弁頭位置の最適化で結晶物の詰まりを防止をおこなった｡･開口面積が向上し,排出時間を短縮(彰軽量化を実現

伸縮耐久テスト1.2.2

新開発PTFE製ベローズの耐久性確認のため,温･当社従来品と比較して約30%軽量･80‑50A手動タイプで13kg

度‑35℃,圧力OMPaの条件,および温度158℃,･自動タイプは複作動型エアーシリンダーの採用で16kgを実現

圧力0.3MPaの条件において各々10000回の伸縮耐⑤開閉の操作性を向上

久テストを実施した｡
いずれの場合においてもベローズ部からの漏洩はなかった｡また,ベローズのひび割れ,極度な変形･手動タイプは大型ハンドルを採用もなく,当社の過酷な伸縮耐久テストに合格した｡
1.3

設計仕様

RemovetheNutsandWasher.

クリーンFVの基本設計仕様を以下に示す｡①材

質

炭素鋼＋GLまたはステンレス鋼＋GL(妥設計圧力‑0.1〜0.5MPa

但し,ベローズは‑0.1〜0.3MPa

+

③設計温度
④サ イ ズ
⑤開閉操作

/
/

∠

/イ

LoosentheBolts.
RemovetheFrameandHandle.

‑35〜158℃
50‑40A,80‑50A,100‑80A

手動型または自動型

CrossSectionArea:203(imm2

CrossSectionArea:4120mm2■≒ここ『1

11

RemovetheSe

1ateandScrel机

rF〆′

⊂⊃
(ンつ

+

/′
/一

̲.≠二=
/ノ/′
･EE≡≡≡:≡∃≡】【【･

Removetbe

図
Fig.3

古β

3

ConventionalType

ValveStemwithBellows.

図

分解手順
Disassembling

l̲̲

steps

4

Fig･4

神鋼パンテツク技報

CleanFlushValve

断面積(開口面積)比較
Comparison

ofcross

sectionarea∇bヱ.46肋.2(200β/2)

1.4

従来にもマンホール蓋の締付け操作をワンタッチ

クリーンFVのバリエーション

クリーンFVは,オプション品を含め以下に示す化した商品はあったが,大気圧程度でしか使用でき

ように,豊富なバリエーションを備えている｡

ず,GL製反応機の一般的な仕様である内圧0.2MPa･測温抵抗体付:手動,自動型ともオプションに耐えるものはなかった｡当社では,従来品の耐圧･自動型:複作動と単作動型の2型式を用意
自動型の手動ハンドルは,復作動型ではオプショ度を改善する新タイプのクランプレスマンホール(以下クランプレスMⅢと呼ぶ)を開発した｡クラ
ンプレスMI寸の外観を写真2に示す｡

ンとし､単作動型では標準装備としている｡

クランプレスMIiは従来のクランプを使用しな

2.クランプレスマンホール
2.1クランプレスマンホールの特長

い構造で,次の特長を有している｡(∋中央のハンドル操作だけで蓋の締付け,締付け解GL製反応機のマンホールは,通常8〜16個のク除がおこなえる｡

ランプで固定されている｡図5に従来のマンホール
ンプを緩めたり締めたりすることになるが,とくに②缶内庄0.2MPaまで適用が可能｡③バネバランス装置付で蓋の開閉がスムーズである｡

締付け時は均等なトルクで締付けねばならないため,2.2を示す｡マンホールを開閉する場合,これらのクラ外観と動作

大変な手間が必要である｡また,原料の投入などで

図6にクランプレスMHを示す｡クランプレス

頻繁な開閉の必要があるマンホールでは,この作業性の悪さが作業効率を大きく悪化させている｡作業

MIiは蓋を缶体に締付けるフック部,蓋と缶体の気密性を保持するためのガスケット,3個のフックを性の悪さから,クランプを間引いて使用されている連動させるアーム部そしてアームを上下に昇降させケースもあり,これではマンホール本来の気密性がるハンドル部から構成されている｡

損なわれ,加圧時には事故につながる恐れも考えら

クランプレスMH蓋中央に取付けられたハンドれる｡

ルを回転させることによりアームが上下に移動する｡
アームの上下動により蓋周辺部に取付けられたフックは同時に動作する｡つまり1個のハンドルを回転SpringBalancer

Clamp

Cover

させるだけで蓋の缶体への締付け,締付け解除操作が完了することになる｡ここでフック部の動作を図

l

7に示す｡
少

J多

クランプレスMHにおいて蓋の締付けを解除さl

せるには中央のハンドルを反時計廻りに回転させる｡

l
l

i:l)

これによりアームは上方へ移動し,レバーが回転しF

フックが下方へ移動する｡(図7(b))[

さらにハンドルを回転させると,フック左右の突

l

図

5

Fig.5

従来のマンホール

起部が固定支持金具に乗り上げ,フックが回転し始Conve11tionalmanbole

める｡(図7(c))

ArmSpringBalancer

上iandle

＼
■

+皇.̲

Eool【

/

r

■

l
Gasket図
Fig.6

6

クランプレスM王i

写真2

クランプレスMIi

CLAMPLESS

Photo

2

CLAMPLESS

1わJ.46肋.2(2003/2)

MAN召OLE

神鋼パンテツク技報

MAN甘OLE古7

その後ハンドルを廻し続けると図7(d)の状態と材⑤蓋

質:炭素鋼＋GLまたはステンレス鋼＋なり,開放操作が完了する｡蓋と缶体の締付けは解GL

締付け機構主要部:
ステンレス鋼

除され蓋は自由に開閉できる｡
蓋を締付ける場合はハンドルを時計廻りに廻すこ(む覗窓サイズ: 卵Omm,￠100mm(う付 属 品: バネバランス装置⑧オプション: 覗窓の安全カバー,ステンレス部外とにより,開放時とは逆の動作がえられ,蓋と缶体は確実に締付けられる｡

面の磨き処理ハンドルの締付けトルクは,55Nmとしている｡
従来のクランプの場合,一本あたり100Nmのトル

3.

クで何本も締付けなければならないが,クランプレ

3.1スーパーサイトマンホールの特長

スーパーサイトマンホール
このたび当社の開発したスーパーサイトマンホー

スMⅢでは1個のハンドルをこのトルクで締付けるだけでよい｡作業効率は大きく改善されているが,ル(以下スーパーサイトMHと呼ぶ)は蓋と覗窓

蓋の締付け力は従来より低下している｡したがってが一体となっている｡この一体構造は,GL施工の

弱い締付け力でも気密性を保持するために,特殊ガ過程において,蓋の中央に設けた穴部分に覗きガラ

スケットの開発も同時におこなった｡この特殊ガス

スをはめ込み,高温で焼成することで,GLのガラ

ケットの使用に当たっては,ガスケットペーストのスと覗きガラスを密着させるものである｡同時にガ塗布を推奨している｡

ラスと鋼板の熱膨張係数の違いにより,冷却時に覗

強度検証

きガラスに残留圧縮応力が発生し,覗きガラスを強2.3

缶体の内圧0.2MPaに対し,3本のフックのみで化する構造となっている｡
図9に従来型マンホールとスーパーサイトMIi

M甘蓋を締付けている(￠450mmの場合:4本フッ

ク)｡このため従来のマンホールのクランプと比較の構造図を示す｡

すると,1本のフックに働く内圧による荷重は大き

このスーパーサイトMHは,従来もちいられてくなっている｡そこで実際にフック各部の応力を測きた覗窓付きMHと比較し以下の特長を有する｡

定し,強度の検証をおこなった｡このうち最も大き①を応力が発生した点の測定結果を図8に示す｡

一体構造であるため,コンタミの要因となるガ
スケットが不要である｡(参 覗窓取り付けに必要なノズルの立ち上がり部分

ハンドルの締付により34〜43N/mm2の応力が発生しさらに内圧による応力が付加され,最大値はがないため,洗浄性に優れ,視界も広い｡

120N/mm2となった｡これはフック材質の許容応力

次に,スーパーサイトMHの耐圧テストの結果である150N/mm2に対して20%の余裕があり,強について紹介する｡

度の点で問題のないことが立証できた｡

3.2

設計仕様

2.4

当初試作したスーパーサイトMHは当社が目標

クランプレスMHの基本設計仕様を以下に示す｡(∋設計圧力
②設計温度(卦適用法規④サ イ ズ

ガラス厚み･配置の最適化としていた耐圧強度を満足することができなかった｡‑0.1〜0.2MPa

そこでFEMによる解析をおこない,ガラスの厚み‑30〜158℃と配置の最適化を試みた｡図10に覗窓部に発生する

消防法

円周方向応力の応力分布を示す｡

300×400m皿楕円または￠400mm,￠450mm円形

用Rけ

Hook

Le∇er

令

○

(N一己白＼Z)∽冨と∽

○

○

○

〕

RigldSupport万一itting

(a)

図
Fig.7

古β

7

(b)

of

hook

0.05

(d)

0.10

0.15

1nte皿alf,ressure(MPa)図

フックの動作
Movement

0.00

(c)

8

缶内圧と応力Fig.8Intemalpressure

神鋼パンテツク技報

andstresslわ〜.46肋.2(2003/2)

義する｡

覗きガラスには内圧が作用した際,ガラス中心部

表1に示すとおり,設計圧力に対して安全率がに最大応力が発生するが,厚み方向の配置を変化させると,発生応力が変化することがFEM解析から11.5と8であるから,十分な強度を有している｡ま分かった｡この結果をもとに発生応力が小さくなる

た,覗きガラスに発生するクラックは覗窓の中心部

位置にガラスを配置することで,耐圧強度を高めるであり,GLと覗きガラスの密着強度も十分である｡

ことが可能になった｡なお,最適化により発生応力

このことから,スーパーサイトMI寸が高い安全性を約20%減少させることができた｡

を有していることが立証された｡
設計仕様

3.4

耐圧テスト結果

3.3

最適化による試作品で耐圧テストをおこなった｡

スーパーサイトMHの基本設計仕様を以下に示す｡
イ①サ

写真3にテスト装置を示す｡

ズ:300×400mm楕円または￠400mm
円形

テストは水圧テストとし,覗きガラスにクラックが発生するまで順次加圧を繰り返した｡
図11,12にその結果を示す｡
図11,12より,クラックが発生した圧力条件では,覗きガラス中心部に約90〜110N/mm2の応力が発生していることがわかる｡同時に鋼板部には240
N/mm2を越える応力が発生しており,母材である
SF390Aの公称降伏点195N/mm2を大きく上回っている｡

この耐圧テストの結果より母材が降伏点に達しなければ,覗きガラスにクラックが発生しないことが確認された｡
表1にテスト結果をまとめる｡
なお,安全率=クラック発生圧力/設計圧力と定

写真

3

テスF装置

Photo

3

Test

equlpment

SiglltGlass
l
l＼

/

｢.多

拶l■
l

♯｢￣

￣｢由

l

･〝〝

/y

l

ノダl

声=

￣てk
l

ConventionalTypeManhole

SuperSightManhole

園

9

Fig.9

構造比較囲
ComparisonofstmctmreBefbreOptimization

A丘erOpti血zation

Max:43.745[N/mIⅥ2]

Max:35.622[N/mm2]

熟

や￠鞄

叫棚ii

24て91

33215
ヱ6.$97

31,1097
誠.321'

39.53341839

ユ81お91343.745

15.恕5
0｢7

a.531
18̲713

27.1尽8
24､∋5

5ヨ▼脚
2う､朝も

35.郎2

図10覗窓部の応力分布図
Fig.10Stress

distributionlわヱ.4β肋.2(2003/2)

of

sight

glass

神鋼パンテツク技報

古9

表1クラック発生圧力と安全率

300‑■■■一ト■■■■■■GlassCenter

TablelCrack‑一朝‑Steel

250

Size[mm]̀㌻＼200

喜

邑150
∽
l〉

generationpressureandsa托tyねctor

CrackGeneration

DesignPressure

Pressnre[MPa][MPa]

300×400

2.3

400

1.6

0.2

SafbtyFactor
11.5

8

涙100
50

〉0

0,2

0.4

0.6

0.8

11.2

†

l.4

1.6

1.8

2

2.2!2.4†

pr｡SS｡r｡(MPa)

DesignCrackGenerationl･6MPa

図11300×400MIiテスト結果
Fig.11Pressure

testofma血01e(300×400mm)(参設計圧力:‑0.1〜0.2MPa(勤設計温度:‑30〜158℃④適用法規:消防法
む
す び
GL製アクセサリーの新製品について,開発過程
でのテストを含め紹介した｡ここに紹介した『クリー250

ンフラッシュバルブ』『クランプレスマンホール』‑一一l‑GlassCenter‑‑･ポ････････Steelは,すでに納入実績もありユーザから高い評価を得

200(N一日⊆＼Z)∽おと∽ている｡『スーパーサイトマンホール』も洗浄性ヤ
シンプルな構造など評価が高く,ユーザ各位の生産性向上に寄与するものと確信している｡
また,これらアクセサリーは,既存缶体にも取り付けができる互換性を備えており,豊富なサイズと
)0

0.2

0.4

0.6

†

0.8

1

1.2

1.6

†

pr｡SS｡r｡(MPa)

Designバリエーションから部品単独の納入が可能である｡
当社では,新型撹拝翼『ツインスター⑧』とこれCrackGerlerationl.6MPa

らアクセサリーを組み合わせ声

図12400MIiテスト結果
Fig.12Pressnre

1.4

test ofmanbole(400￠)

ユーザニーズに沿った反応機を捉倶していく所存である｡

連絡先
徳

岡

洋

由

プロセス機器事業部
技術部
GLグループ

グループ長
TE
FAX

L

O794‑36‑2513
O794‑36‑2585

E‑mailh.tokuoka@pantec.co.jp

6〃

神鋼パンテツク技報

1わJ.4β肋.2(2〃0β/2)

<製品紹介>新シリーズパッケージ型HHOG｢水素サーバー+A

New

Seriesof

HHOG‑Package

HydrogenServers

生産技術センター
上村
Masahiro

Type

平

全

弘

Uemura井清司KiyoshiBirai(プ)uc事業室

安

井

信

一

Sbj11jcbiYasllj

取り扱いが非常に容易で安全性が高い高純度水素酸素発生装置(E王iOG)は,従来のプロセスガ
ス用途だけでなく燃料電池用の水素ガス発生装置としても好適である｡当社はこのたび,これらの広範囲な用途に向け,小容量のパッケージ型HHOG｢水素サーバー+を商品化した｡水素サーバー
は,従来のHHOGの気液分離器,直流電源,除湿装置を改良することで,小容量化が実現され,さらに,スイッチを押すだけで水素が発生するという使い易さを持つ商品である｡その水素発生量は1,5,10m3仙(normal)の3種類であり,機種としては4機種が揃っている｡
Easyhandlingandbighsa触yHigb‑purityⅢy血ogenOxygenGenerator(BHOG)seⅣeSaShydrogen
butalsofuelcells･Asmallpackage‑typeHHOG,bydrogengenerator托)rnOtOnlyprocessgases
WaS

reCently

on血e

put

for widemarketapplications.T血eserverbas

been皿i刀iaturized

server,bァ血provlllg

gas/1iquidseparator,DCpowersupplyand血yerof也eIiHOG.Onlyapresofabt丘toncangeneratehydrogen.Fourmodelsareavailable,havinghydrogengenerationcapacityofl,5,andlOm3仙(no皿al).

〉.樹イー〉聯畑g:'
水素発生装置パ

Hy血ogen

ク

ト

コ

ン

パ

ッ

気

液 分

離

器

Separation

除

湿

装

置

Dryer

ケ

Co皿paCt

ジ型ーgenerator

Package

ま えがき

type
tan上

HHOGである水素サーバーを商品化したので紹介

固体高分子電解質膜を使用した水電解式の高純度
水素酸素発生装置の甘EOGは安全に,いつでも必する｡

1.水素サーバー

要な時に,ただちに高純度水素･酸素を発生するも水素サーバーは気液分離器,直流電源および除湿のである｡取り扱いが容易で煩雑なボンベ交換が無装置に新機軸を採用しデザインを一新した軽量･小く,さらにガス単価が安いといった特長から半導体,型の新しいパッケージ型甘甘OGであり,その水素セラミック,電力,冶金等の水素をプロセスガスとガス発生量は1,5,10m3仙(nomal)の3種類がして使用している各分野のユーザーに非常な好評をある｡

博している｡このたび上記の分野だけでなく水素エ

水素発生圧力は1m3/hではBLタイプの0.2MPa

ネルギー社会の実現にむけて開発競争が激化してい(G),CLHタイプの0.6MPa(G)があり,5およる燃料電池の評価試験用にも最適な小容量のび10m3/hのCLタイプは0.4MPa(G)である｡∇0乙4β肋.2(200β/2)

神鋼パンテツク技報朗

水素サーバーは従来のHHOGと同じく半導体製

1.1気液分離器(特許出願漬)

造におけるキャリアガス,熱処理における雰囲気ガ

従来の酸素/水素の気液分離器は単なる容器であスあるいは発電機の冷媒ガスの発生装置として,いり,流速を減少することにより重力分離にて気泡とわば工場設備のユーティリティとしても適している

純水を分離していた｡分離方式の変更で小型化を達が,ユーティリティ以外の用途として例え古邦汗究所成すべく酸素分離器は小径の円筒胴容器を横置きに等で使用される燃料電池の評価試験装置と一体となっして流入口と流出口を両端に設け,その間に純水がた水素ガス発生ユニットなどにも最適である｡

流動しつつ気泡を分離する手段を配置した｡

水素サーバーは煩わしいボンベ交換が不要でスイッ

水素分離器はより小径の円筒胴容器をループ状にチをおせばすぐ水素がえられるきわめて使いやすい

じ,やはり流入口と流出口を離して間に液面変動を装置である｡

抑える流動抵抗体を配置した｡なお気相部の容積を表1に寸法一覧表を,写真1に外観を示す｡

従来に比較して非常に小さくしているのでスタート時の昇庄時間が大幅に短縮されている｡
図1に気液分離器の外観を示す｡

表1水素サーバー寸法一覧表
TablelⅢydrogen

1.2

serverModel
H2fTlowRate
Size

直流電源

BL‑1,CL甘‑1

Cし5

CL‑10

従来の直流電源はサイリスタ整流器と商用周波数

1

5

10

の変圧器を使用していたため寸法,重量ともに大きm3/b(Normal

Width

mm

650

900

1500

くパッケージ型に組み込めるようなものではなかっ

Lellgth

mrrl

900

1200

2000

Heigbt

1300

1800

1900

た｡また空冷式で冷却空気量もかなり多くその流入,

mm

300

750

1100

kg

Appr拡､Weigbt
Ry血ogenDryer:Standard(Membrane Dryer)
Option(The皿alSwingAdso叩血nDryer)

流出ロに制約され筐体のデザインの自由度も少なかった｡

これを打開するためCLタイプでは水冷式の高周波スイッチング素子と高周波スイッチングトランスを採用したスイッチング電源とすることにより小型

H20

甘20

0utlet0utlet/一J/一才

02/H20

甘2/H

1nlet

CL‑5

写真1

BL‑1

水素サーバー

PhotolIlydrogen

ElectroMagnetic￠AC210V
60/50IIz

Breakerb)H2/H20SeparationTanka)02/B20Separation¶1nk

server

CotltaCtOr

EMIFilter(Th托ePhase)

Sequence

ThreePhase

Passive

DiodeBridge

Filter

図1

気液分離器

Fig.1

Separation

Switc血gStage

EighFreqnency
TraIISformer(lGBTElement)tank

甘igbFrequency

Passive

DCCl打entOtltput

DiodeBridge

FilterMeas血ngSystcm

Te皿inalC11rrelltControI

Circllit

Circuit

4〜20mA

Monitor

InPutSigl‑al
O血putSignal
enoteControl:

図
Fig.2

62

2

SiplalMeter

Circ111t

直流電源ブロック図
DC

power

supplyblock

diagram

神鋼パンテツク技報

1わ乙46肋.2(200β/2)

E2GasOutlet←‑‑+･CoolantOutlet
ColumnB
EeaterCoolantInlet‑‑‑‑◆

H2GasInlet→→H2PnrgeGas

4

図
H2
恥tI12

3

図
Fig.3

l

Fig･4

加熱再生式吸着除湿装置フローシート
Thermalswlng

adsorptiondryer伽)WGas

diagram膜除湿装置
Membraned叩er

軽量化を達成した｡

生水素ガスを10℃程度に冷却してドレンを分離しまた水冷式とすることで従来のHHOGの主騒音

水分量を減少してから吸着していた｡これではチラー,源であった冷却フアンをなくした低騒音タイプとなっ

水素ガスクーラー,ドレン分離ポット等付属機器のている｡図2にそのブロック図を示す｡

ほうが大きくなり小型コンパクトという商品コンセ

なお小型のBL,CLI一夕イブは冷却空気量が少量プトが成立しない｡そこで冷却してドレンを分離しにつき水冷式にする必要性が少なく空冷式の高周波なくても吸着材量が大幅に増加しないよう吸着筒のスイッチング電源としている｡

切り替え時間を従来の24時間から12時間に半減し,1.3

そのままでは不足する冷却時間を外部からの強制冷除湿装置

固体高分子電解質膜を使用した水電解式水素発生

却により充足した新しい除湿装置を開発した｡その装置では発生水素が飽和の水分を含むため除湿が必

フロー囲を図4に示す｡

要である｡除湿装置は図3に示すように水分のみをむ

透過する中空膜の外側に乾燥空気を流して除湿する

すび

今回商品化した水素サーバーをより手軽にご使用

膜除湿装置が標準で装備されている｡膜除湿装置はいただけるようCLタイプは通常販売に加えてリー

小型軽量で取り扱いも非常に容易であるが,大気圧

ス販売も用意している｡またBL,CLHタイプは換算露点が一20℃程度とボンベのガスよりは水分OEM供給も実施している｡これにより多数のユーが多い｡

ザーに水素サーバーを使用いただいてその性能を実露点の低いガスが必要な場合は‑70〜‑80℃程

感いただけるものと確信している｡

度の露点がえられる加熱再生式吸着除湿装置がオプ

今後ともさらに水素サーバーの性能アップ,コスションで選択できる｡本体同様に小型コンパクトさ

トダウンを重ねて水素エネルギー社会の実現に向けが必要な除湿装置であるが,従来は水分を吸着するて少しでも貢献できるよう努力していく所存である｡

吸着材の充填量を減少する目的でチラー水により発

連絡先
安

井

信

一

TEL
FAX

プロセス機器事業部
UC事業室

O78‑232‑8100
O78‑232‑8110

E一皿ails.yasni@pantec.co.jp

1わJ.46加b.2(200β/2)

神鋼パンテツク技報ββ乃‡C〃〃/C月1〃0TF

嫌気性処理技術多川

環境装置事業部
水処理本部
計画部
第2計画重
工学博士

まえがき

いかにして増殖の遅いメタン生成菌を反応器系外近年嫌気性処理の世界において注目を浴びている微生物たちは,大気中に酸素がなかった大昔から地流出させることなく高濃度かつ安定的に保持できかであるが,その方式を大別すると表1のように球に生息していた｡誕生から数十億年のときを経てる1)｡また,図1に2000年度における全世界の嫌それらは,活躍の場を広げつつある｡つい30年前ま性処理の導入実績を,(a)適応廃水種および(b)反での嫌気性処理といえば微生物は余剰汚泥の減量化

器の種類別に示した2)｡本調査結果では総導入や尿尿処理に実用化されていた程度であったが,近1330件のうち,UASBは全体の58%(775件)でト
プであり,次点で固定床方式(AF)が11%(1件),膨張床,内部循環方式などの高負荷塑がそ

年増殖の遅い嫌気性微生物を効率よく反応静に保持し,かつ微生物と排水との接触効率を高めることが可能な様々なタイプの微生物固定型嫌気性廃水処理装置の開発により,一気に普及した経緯がある｡現(a)Wastewater

白Brewery

在ではその処理対象も広範囲に及び,食品廃棄物,

国Distilleries

家畜糞尿といった,これまでは焼却･埋め立て処理されていた有機性固形物を対象とした嫌気性処理

団Food&Fruit□Sugar8.

12.3(メタンエネルギー回収)の導入も盛んである｡

田Others(RelatedFood
園Pulp
同Chemical

しかしながら,この劇的な嫌気性処理の普及とは団Sewage

相反して嫌気環境下における有機物の分解挙動やそdO也ers(NonFood)

れに関与する複雑な微生物とその生態系は未だに不total:1330plants

明な点が多く,現状においても反応器の運転,計画に関しては経験的要素に依存する点が多い｡今後さらなる安定･確実なプロセスの管理,微生物の持つ能力を最大限に引き出す(=高効率化)ためには,これらの知見を収集することが不可欠である｡(b)Reactor

申UASB
EヨAf

1.
閻IC
3.9

ロEGSB

4.1

団Hybrld
国AFB

本稿では,当社における嫌気性処理の技術と適応

4.6

園AC

58.3

園LowRatを確認するとともに,嫌気性処理の研究開発ではblack

box的扱いをしてきた,嫌気性微生物群衆の解析について,遺伝子情報を利用した解析例につい図1嫌気性処理設備の導入状況(a)廃水種および(b)リアクタ形式て紹介する｡

Fig.1Applications

1.嫌気性処理方式とPANBICシステム
嫌気性処理における成功の良否は,前述のとおり
β4

神鋼パンテツク技報

offull‑SCaleanaerobic

reactor

built

theworld;(a)typeofwastewater,and(b)reac
COn丘gurations∇b王.4β肋.2(200β/表1嫌気性処理技術の分類
TablelClassi丘cation

of皿aerObic

treatment

wastewater/waste

W且SteW8ter8止血Waste

systems
Re8CtOrCon且gⅦr且血on8

Principles

SPTr8血さ皿8me

Org且血亡W且包teW且ter
E且Sy‑degradable

AnaerobicPond

Bio皿aSSSeparation

ⅥJasteⅥ｢且terAnaerobicContactprocess(AC)(Lame11aSeparatorsandFlotation)(ex;Breweヮ,FoodIndllStrialWastewater)

AnaerobicSeqⅥenCin呂BatchReactor(ASBR)

S甲PendedSolids

Lov王

Ⅰ血ibitoryand/orToxiclty

None:

AnaerobicFixed‑bed(AF)(Up80W,DoⅥ√nflo､材)

BioBITnSPANBIC‑F(Fixed‑bed)

AdhesiononFixedPacking

26Users

AnaerobicFluidizedBed(AFB)

AdbesiononFl11idizedMedia(GAC)

Upロ01VAnaerobicSludgeBlanket(UASl】)

Self‑im皿Obilization

PANBIC‑G(Grant11e)

AnaerobicBarfledReactor(ABR)

Grantlle

12Users

Re血aetoryW88teW乱t￠r(ex;Leacbates,Cl‑e血calWastevater)
鮎spendedSolids
Inllibiloryand/orToxicity

且igb
HighLevels

Figh‑r8te,Ad▼皿eedRe8etOrSystem

ExpandedGran口1arSludgeBed(EGSB)
PANl〕IC一口(甘i由一rate)

BybridUAS8

12User5

1ntemalCirct11ation(IC)Org8血cS011dW且専te

PAMEDIS

ExcessSl11dge

Continuo115St血edTankReactor(CSTR)

Complete‑Mix

M11nicil】alSolidWasterMSWl

witbPostTreatme皿tPlusSedi皿entation,Dewalerl11g

Livestock

SlndgeDecompo5itionProcess(S‑TEprocess)

NiEhtSoil

ActivatedSludge､BiologicalNtltrientRemoval

PANBIC‑BIGADAN

ぞれ4%程度で追従しており最近急速に導入実績を

OrgamcWaste(Prote血Carbohy血ate,Lipid==)

伸ばしている｡B〉′drolysIS

現状は処理対象により廃水および固形性廃棄物に

Mono皿erS

Primaり鳩皿entlng
Bacteria(AminoAcid,Sngar,Long‑血血Fa町Acid)

分類され,その性状や嫌気性分解性により,それぞAcjdgenesis

れ特徴のある反応器の中から最適なプロセスを選定

Illtermediates(Fa仕yAcids,AIcohoIs,Lactate‑etC.)する｡現在のニーズとしては少ない敷地面積で高グ
レードの処理水が要求されるため,単位反応器当た

Scconda平氏皿entlng
Acet喝e11eSis

Hy血ogcn

Acetate

CICompo11nds

りに保持する微生物量の多いUASBやEGSBなど

Synt柑pbicBacteria

Boll10aCetOgenicBacteria(Acetate‑0ⅩidizingBacteria)の適応が多く,当社でもこれらの処理方式はEydro呈en‑utilizlng

Acelate‑utilizln呈Methanogens

PANBIC‑G,8の登録商標にて拡販しており,現状

24(G＋E)基の納入実績がある｡この高い微生物

図

保持量は,微生物自身の持つ凝集･集塊機能を利用

Fig.2

2

して沈降性の非常に優れたグラニユール状の汚泥形

Methanogens

C84,CO2

Metlla110genS

嫌気性環境下における有機物の連続代謝Pa血wayof

V訂ionstropbic

anaerobic
groupsbiodegradation

tbrougb

成･保持することにより実現される｡グラニエール

くらべ,その嫌気性微生物の際だった特徴は,物質の形成メカニズムについてはまだ完全には解明されの分解の各ステップがまったく別の微生物種によっていないが,微生物自身の持つ機能に依存するため,て担われていることであり,かつそれぞれの微生物

微生物に対して阻害/毒性をおよぼす物質の流入や種が密接な共生関係を形成しなければ反応全体が絶

栄養塩類不足,高濃度のSS成分の反応器内への流対に進行しない点にある｡たとえばグルコースなど

入はグラニエールの流出･崩壊を招き,プロセスのの非常に単純な有機物の分解にも,有機酸を生成す
る発酵性徴生物,生成した有機酸から酢酸および水

長期間の安定性を欠く原因となる｡
このような廃水種の処理には,水質変動や阻害物素を生成する嫌気共生細菌,生成した水素および酢質(とくに,化学工場廃水に多い)に対しても安定

酸からメタンを生成するメタン生成細菌といった,性の高い固定床方式が有利となり,当社でも少なくとも4〜5種類の微生物の連携プレーにより

PANBIC‑Fの商標として販売している｡また,固形分解が終了する｡この点が,嫌気環境下での微生物性廃棄物に対しては処理対象によりPAMEDISおよ生態の解析を困難にさせてきた大きな原因である｡

びBIGADAN方式による対応が可能で,当社は広3.グラニュール汚泥れた専門家集団

範囲の廃水･廃棄物種に対して適応可能な嫌気性処

その高度に集積さグラニエール汚泥の形成はPAN別C‑G,H法の成理技術を保有している｡

否を決定する重要な現象である｡しかしながらこれ

2.廃水･廃棄物からメタンガスまでの複
雑な道のり

までのグラニユール汚泥の評価方法は沈降性や粒径図2に嫌気環境下における有機物の連続代謝と関といった物理化学的性状,メタン転換速度等に代表与する微生物種について示した3)｡好気性微生物とされる生態学的性状,実体顕微鏡や電子顕微鏡といっlわJ.46肋.2(200β/2)

tbe

ofmicrobes

神鋼パンテツク技報

β古た形態学的観察などであり,グラニエール内部にて,"誰が(微生物)?何処で?何をやっているのか?
といった重要な情報については,モデル等からの推察でしか知ることはできなかった｡
しかしながら,近年の微生物遺伝子情報データの蓄積より,グラニエール内部にて,上記の疑問に回答できる様々な解析ツールが開発されてきた｡ここでその一例として16SrRNA遺伝子を標的としたFISH法(Fluorescenceよ花β血hybridization)を適用
した結果を写真1に示した｡
解析にもちいたグラニエール汚泥は直径2〜3mm
View
ofthe
Retained Gra皿山打SlⅦdge;
SectionalView
Sliced Granular
Sludgeofthe
Hybridi
弧d(d)cross sectionalViewsorGran山訂Sludge
Oligonucleotide
ProbesViewedwi也16SrRNA一也rgeted
CLSM

Whole
Cross

程度の整った粒径をしており(a),メスにて半分に切断した断面は2〜3(白色,黒色)の層状構造を示している(b)｡写真(c)は真性細菌(緑:酸生成菌)(c)Bybridized w他Domain月αCねrZα(EUB338,Green)のみを特異的に検出するDNAプローブと古細菌

Do皿ai皿Arcんαeα(ARC915,Red)(赤:主にメタン生成細菌)を検出するDNAプロー(d)HybridizedwithDomain月αCねrZα(EUB338,Green)弧d

ブを適用して二重染色した結果である｡グラニエー

且如才んα花0‑あαCねrぬceαe(MBl174,Red)
写真1
UASBリアクタ一にて形成されたグラニュ
ルの生態学的構造解析

ル外部は酸生成菌が多く存在し,グラニエール内部に進むにつれてメタン生成細菌が多く存在すること

酸生成菌群

何処で?
表層付近

グラニエールメタン生成
細菌

内部

R)r

Hydrogen‑utilizlng､Me也ano2

Microbial‑eCOlogicalstmct∬ePhotoIが解り,前述の疑問に対して以下の回答がえられる｡
誰が?

Probe

Family‑SpeCific

ules

as

developedin

theanalysisUASB

orreactor

何をやっているのか?

どの詳細な情報がえられるようになり,その解析テ

廃水から有機酸を生成生成した有機酸からメタンを生成

さらに,写真(d)は水素を基質として利用するメ

タの意義は大きい｡
む

すび

嫌気性処理技術の第▲2のブレイクスルーは,いにして正直な嫌気性微生物群の機嫌をとるかにかか

タン生成細菌(赤)と酸生成菌(緑)の二重染色結ている｡すなわち,彼らの生態学的特性を認識,

果であるが,図2でも示したとおり,有機酸の生成と同時に生じた水素を水素資化性メタン生成細菌が接して,彼らの機嫌を損なう条件(温度,阻害/性物質濃度,共存化合物など)があらかじめ設備

グラニエール表層付近に位置することですみやかに討段階で判明している場合には対策を検討するこ

利用し,メタンを生成するといった,非常に効率ので,不幸にも発生したトラブル等に対しては現状

よい空間的配置を形成していることがわかる｡

汚泥診断で,あるいは回復操作期におけるデータ

この,検出するプローブの組み合わせは目的に応蓄積により,強力な"ソフト

的嫌気性処理技術

じて自由に構成することが可能で,さらに解析の困確立されていくものと期待する｡

難な嫌気性共生細菌(プロピオン酸分解共生細菌4),[参考文献]

β酸化細菌5)など)と水素除去のパートナー(水素資化性メタン生成菌,硫酸還元菌)といった組み合

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わせ解析や定量化6),高温性のメタン生成細菌と中Wastewaters,Archae

Press,1996

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温性のメタン生成細菌の識別7),グラニエールの浮

3)scbi止,B∴Mol.Bio.Rev.,61,(1997),p.262‑280

上の原因となる糸状菌の異常増殖8)といった,より(2000),p.3608‑3615
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6)Tagawa,T.et
al:Wat.Sci.Tech.,42,3‑4,(200

ミクロな解析かつ,プロセス管理への応用にも近い
解析にも適用されている｡また,蛍光の強さは各微生物の活性と強い相関関係にあるため,微生物の至過渡度を大きく超えた塩(Na)濃度にて培養されたグラニユール汚泥では蛍光が点在程度しか観察されず,内部はまったく活性がない(蛍光がない)な
β64)Imacbi,H.et

alリ:Appl.Environ.Microbiolっ66,

p.77‑827)多川正他:環境工学研究論文集,38,(2001),p.15
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神鋼パンテツク技報

lわJ.4β入b.2(2〃03/

gr