JP2011092943A

JP2011092943A - 生物反応器

Info

Publication number: JP2011092943A
Application number: JP2011032071A
Authority: JP
Inventors: Rajibu Goeru; ラジブゴエル; Satoshi Miwa; 聡志三輪
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP4962633B2

Abstract

【課題】気液固分離効率が高く、従って容器内の生物反応効率を高くすることができる生物反応器を提供する。
【解決手段】容器１内の中間付近から底部にかけて汚泥が浮遊した生物反応域Ｓとなっている。原水はこの生物反応域Ｓ内で嫌気性生物処理を受けた後、容器１内の上部の気液固分離器４に導入され、気液固分離される。気液固分離された処理水は処理水取出配管６を介して容器１外に取り出される。固形分は気液固分離器４内で沈降し、固形分排出管７を介して容器１内の生物反応域Ｓへ戻される。気液固分離器４内に、下方ほど小径となるテーパ形を有した円環形板材よりなるバッフル２１〜２４が設けられている。各バッフル２１〜２４は、相互間に間隔をおいて同心状に配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水の生物学的処理などに好適に用いられる生物反応器に係り、特に生物反応用の容器内の上部に気液固分離室を設けた生物反応器に関する。

有機性排水の生物処理にＵＡＳＢ(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)あるいはＥＧＳＢ(Expanded Granular Sludge Bed)方式の生物処理装置が広く用いられている。これらのＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ処理によると、排水中の有機性物質は嫌気性生物処理によりメタン及びＣＯ_２ガスに変換される。このため、生物処理水中にはガス（メタン、ＣＯ_２）、液（水）及び固体（汚泥）が含まれることになる。ＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ処理を効率よく行うためには、固形分を流出させないように気液固分離を行う必要がある。

特開平１０−１６５９８０号公報、及び特表平７−５０７２３３号公報には、ＵＡＳＢ方式等の生物処理反応槽内の上部に固形分を沈降分離すると共にガスを浮上分離するための気液固分離器を設けることが記載されている。

特開平１０−１６５９８０号公報特表平７−５０７２３３号公報

上記特開平１０−１６５９８０号公報及び特表平７−５０７２３３号公報で用いられている気液固分離器は、構造が簡単であり、気液固分離効率が低い。

本発明は、気液固分離効率が高く、従って容器内の生物反応効率を高くすることができる生物反応器を提供することを目的とする。

請求項１の生物反応器は、内部で液体の生物反応処理が行われる容器と、該容器内の上部に設けられた、該容器内から液体が流入し、この液体中の固形分の沈降分離とガスの浮上分離とが行われる気液固分離室とを有する生物反応器において、該気液固分離室内に、相互に間隔をあけて同心状に配置された、下方ほど小径となるテーパ形を有した複数のバッフルが設けられていることを特徴とするものである。

請求項２の生物反応器は、請求項１において、前記気液固分離室は、上部の円筒部と、該円筒部の下側に連なるコニカル部とを備えており、気液固分離室内で沈降した固形分を該気液固分離室から下方へ重力によって流出させるための固形分排出管が該コニカル部の下端部から下方へ延設されており、該固形分排出管の鉛直方向長さｈ_２が、該円筒部の内径ｄ_１の０．１倍以上であることを特徴とするものである。

請求項３の生物反応器は、請求項２において、前記固形分排出管は、鉛直方向に対し傾斜して延設されており、該固形分排出管の下端の開口は、横向き又は斜め上向きとなっていることを特徴とするものである。

請求項４の生物反応器は、請求項２又は３において、該気液固分離室の下部又は該固形分排出管の上部に、該気液固分離室内又は固形分排出管内のガスを該気液固分離室又は固形分排出管外に流出させるためのガス抜き孔が設けられていることを特徴とするものである。

請求項５の生物反応器は、請求項２において、前記固形分排出管は、鉛直方向に延設されている上部管と、該上部管に連なり、横向き又は斜め下向きに延在した下部管とからなり、該下部管の末端の開口は、横向き又は斜め上向きとなっていることを特徴とするものである。

請求項６の生物反応器は、請求項５において、前記上部管の下部又は前記下部管に、該固形分排出管内のガスを該固形分排出管外に流出させるためのガス抜き孔が設けられていることを特徴とするものである。

請求項７の生物反応器は、請求項１ないし６のいずれか１項において、最外周のバッフルの上端が前記気液固分離室の内面に連なっており、該気液固分離室の内面と最外周のバッフルとの間に対し、前記容器内の液体を該気液固分離室内に略接線方向に流入させるように流入部が設けられていることを特徴とするものである。

請求項８の生物反応器は、請求項７において、該気液固分離室の内面と最外周のバッフルとの間からガスを前記円筒部の外側へ流出させるためのガス抜き口が該円筒部に設けられていることを特徴とするものである。

本発明の生物反応器では、反応容器内の上部の気液固分離室内に、同心状に複数のバッフルを設けており、気液固分離効率が高い。このため、容器内の生物処理反応効率を高くすることができる。

請求項２のように固形分排出管を気液固分離室から下方に延設した場合、固形分が該排出管内に滞留し、重力によって徐々に該排出管から容器下部に向って流出する。液体よりも密度（比重）の大きい固形分が排出管内に滞留するため、この排出管から液が気液固分離室へ逆流することはなく、気液固分離室内の気液固分離効率が高いものに維持される。

請求項３，４のように、固形分排出管を傾斜させたり、下部管を横向き又は斜め下向きとすることにより、固形分が排出管内に滞留し易くなる。また、固形分排出管の下端ないし末端の開口を横向きないし斜め上向きとすることにより、反応容器内で発生した気体が排出管内に流入することが確実に防止される。

この気液固分離室内の下部から排出管にかけて固形分が滞留するので、請求項５の通り、この部分にガス抜き孔を設けることにより、滞留固形分からガスを抜くことができる。これにより、滞留固形分に対してガスの浮力が作用することが防止ないし抑制され、固形分がスムーズに排出管を下方に通り抜ける。
請求項６のように、固形分排出管の下部に横向き又は斜め下向きの下部管を設けている場合には、この上部管の下部又は下部管にガス抜き孔を設けることにより、良好に滞留固形分からガスを抜くことができる。

請求項７のように、最外周のバッフルと気液固分離室内面との間に接線方向に液体を流入させることにより、気液固分離室内に液体の旋回流が形成され、気液固分離がきわめて十分に行われるようになる。

請求項８のように、該最外周のバッフルと気液固分離室内面との間の部分からガスを抜くように円筒部にガス抜き口を設けることにより、当接部分にガスが溜ることが防止される。また、これにより、気液固分離室内に液体がスムーズに流入するようになる。

実施の形態に係る生物反応器の縦断面図である。第２図（ａ）は第１図の生物反応器の上部の拡大図、第２図（ｂ）は気液固分離器の平面図である。バッフルの縦断面図である。第４図（ａ）は別の実施の形態に係る生物反応器の上部の拡大図、第４図（ｂ）は気液固分離器の斜視図である。別の実施の形態を示す平面図である。さらに別の実施の形態を示す平面図である。異なる実施の形態に係る生物反応器の縦断面図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

［固形分排出管全体が傾斜している生物反応器］
第１図は固形分排出管全体が傾斜している実施の形態に係る生物反応器の縦断面図、第２図（ａ）は第１図の生物反応器の上部の拡大図、第２図（ｂ）は気液固分離器の平面図、第３図はバッフルの縦断面図である。なお、第２図（ａ）は同（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。第４図（ａ）は別の実施の形態に係る生物反応器の上部の拡大図、第４図（ｂ）は同（ａ）の気液固分離器の斜視図である。

第１図から第３図に示す実施の形態では、容器１は円筒形であり、原水は原水配管２から容器１内の下部のディストリビュータ３に供給され、このディストリビュータ３を介して容器１内の下部に導入される。

容器１内の中間もしくはそれよりも若干上部付近から底部にかけて、汚泥が浮遊した生物反応域Ｓとなっている。原水はこの生物反応域Ｓ内で嫌気性生物処理を受けた後、容器１内の上部の気液固分離器４内（気液固分離室）に導入され、気液固分離される。

なお、大部分のガスは、気液固分離器４に入ることなく容器１内の水面を離脱し、容器１の頂部のガス抜き口５を介して容器１外に排出される。一部のガスは、気液固分離器４内に流入するが、後述のガス抜き口１０ａから該気液固分離器４の外に排出されて容器１内の水面を離脱するか、または、該気液固分離器４の水面を脱してガス抜き口５から排出される。気液固分離器４内で気液固分離された処理水は処理水取出配管６を介して容器１外に取り出される。固形分は気液固分離器４内で沈降し、固形分排出管７を介して容器１内の生物反応域Ｓへ戻される。

この気液固分離器４の構成について第２図及び第３図を参照して説明する。

気液固分離器４の外殻は、上部の円筒部１０と、該円筒部１０の下側に連なる、下方に向って縮径するテーパ形状を有したコニカル部１１とからなる。このコニカル部１１の下端に固形分排出管７が接続されている。この実施の形態では、固形分排出管７は管全体が傾斜しているが、固形分排出管７を鉛直方向に延設し、該排出管７の下端付近を傾斜させて設けてもよい。また、該排出管７の下端の開口は斜め上向きとなっているが横向きでもよく、角度θ_３は０〜２０゜特に１０〜１５゜が好ましい。

円筒部１０内の上部に処理水越流用のトラフ１２が設けられている。前記処理水取出用配管６（第２図〜第４図では図示略）は、このトラフ１２を越流した処理水を取り出すように該円筒部１０に接続されている。

円筒部１０の下部付近に、気液固分離器４内に生物反応水を流入させるための流入口１３が設けられている。第２図の実施の形態においては、円筒部１０の外面には、流入口１３から円筒部１０内に水が接線方向に流入するように水を案内するためのガイド１３ａが設けられている。この流入口１３とガイド１３ａとにより水の流入部が構成されている。この実施の形態においては、流入口１３からの水の流入線速度（処理水量を流入口１３の面積で除して求めた速度）は２〜８ｃｍ／ｓ特に４〜６ｃｍ／ｓであることが好ましい。

コニカル部１１の下部に、固形分排出管７に向って水を噴出してコニカル部１１の下部や該固形分排出管７を清掃できるようにするためのジェットノズル１４が設けられている。このジェットノズル１４には、配管１５を介して高圧水がポンプ（図示略）から供給可能とされている。ただし、このジェットノズル１４は省略されてもよい。

この実施の形態では、固形分排出管７の上部に、ガスを集めるためのガスポケット１６が設けられると共に、該ガスポケット１６からガスを排出管７外に排出するためのガス抜き孔１７が設けられている。ただし、このガスポケット１６及びガス抜き孔１７は省略されてもよい。

円筒部１０内に、下方ほど小径となるテーパ形を有した円環形板材よりなるバッフル２１〜２４が設けられている。各バッフル２１〜２４は、相互間に間隔をおいて同心状に配設されている。この実施の形態では、最内周のバッフル２１から最外周のバッフル２４まで合計４枚のバッフルが設けられているが、バッフルの枚数は４枚に限定されない。

最外周のバッフル２４の上端は円筒部１０の内周面に当接又は固着されている。前記流入口は、この最外周のバッフル２４と円筒部１０の内周面との間に向って開口している。

この実施の形態では、第２図の通り、最外周のバッフル２４の上端と円筒部１０の内周面との当接部又は固着部の直下方に切欠状のガス抜き口１０ａが設けられており、バッフル２４と円筒部１０の内周面との間からガスを気液固分離器４の外へ抜き出し得るように構成されている。このガス抜き口１０ａを設けたことにより、バッフル２４と円筒部１０の内周面との間にガスが溜ることがなく、流入口１３から水がスムーズに流入する。第３図に示すように、外周側のバッフル２３を内周側のバッフル２１，２２よりも下方に長く延在させ、最外周のバッフル２４を該バッフル２３よりもさらに下方に長く延在させるのが好ましい。

このように構成された生物反応器において、原水はディストリビュータ３から生物反応域Ｓに導入され、嫌気性生物処理された後、気液固分離器４内（気液固分離室）に導入される。

この生物反応水は、流入口１３から気液固分離器４内に流入し、気液固分離処理される。この生物反応水がバッフル２１〜２４と接触することにより、この気液固分離処理が効率よく行われる。水から分離されたガスは、ガス排出口５から排出される。トラフ１２を越流した水は処理水取出配管６から取り出される。

気液固分離器４内でコニカル部１１に沈降した固形分（汚泥）は、重力によって該コニカル部１１及び固形分排出管７内を徐々に下方に移動し、該排出管７の下端から生物反応域Ｓに向って落下する。

この実施の形態では、バッフル２１〜２４を設けているので、気液固分離器４内の気液固分離が効率よく行われる。そして、十分に濃縮された固形分が排出管７を経て生物反応域Ｓに戻されるので、この生物反応域Ｓでの生物反応が効率よく行われる。

この実施の形態では、排出管７内の汚泥から生じたガスは、ガスポケット１６及びガス抜き孔１７を介して排出管７外に流出するので、排出管７の上部やコニカル部１１の下部にガスが滞留することが防止ないし抑制される。このため、汚泥に対しガスの浮力が作用することが防止ないし抑制され、汚泥は排出管７からスムーズに排出される。なお、ガス抜き孔１７はコニカル部１１の下部に設けられてもよい。

この実施の形態では、このようにコニカル部１１の下部から排出管７内にかけて汚泥が滞留するので、排出管７の下端やガス抜き孔１７から処理水が排出管７内に逆流することがない。また、排出管７の下端の開口が、角度θ_３で示されるように、斜め上向きとなっているので、容器１内を上昇する反応ガスが排出管７内に流入することも防止される。なお、排出管７の下端は横向きとされてもよい。

次に、上記実施の形態の生物反応器の各部分の好ましい寸法、運転条件等について説明する。

気液固分離器４の円筒部１０の直径ｄ_１は円筒形容器１の直径の６０〜９０％特に７０〜８５％であることが好ましい。

円筒部１０の高さｈ_１は２５０ｃｍ以下、特に５０〜２００ｃｍであることが好ましい。

コニカル部１１の水平面に対する傾斜角度θ_１は４５〜６０゜特に５０〜６０゜であることが好ましい。

バッフル２１〜２４の水平面に対する傾斜角度θ_２は４５〜６０゜特に５０〜６０゜であることが好ましい。

固形分排出管７の直径（非円形管の場合は平均直径）は流入口１３の口径の５０〜１５０％であり、且つ５０ｍｍ以上であることが好ましい。

固形分排出管７の鉛直方向長さ（高さ）ｈ_２は気液固分離器４の直径ｄ_１の１０％以上例えば１０〜７０％であることが好ましく、３０〜８０％であることがより好ましい。

固形分排出管７の水平面に対する傾斜角度θ_４は４５〜１３５°特に５０〜１３０°であることが好ましい。

円筒部１０に設けるガス抜き口１０ａの数は４以上であることが好ましい。

バッフルの数は１〜１０特に４であることが好ましい。

最外周のバッフル２４と円筒部１０の内周面との当接部又は固着部から円筒部１０の下端までの長さｈ_３は流入口１３の口径又は流入口１３の上下幅の１〜３倍特に１．５〜２倍であることが好ましい。

最外周のバッフル２４の高さｈ_４は、上記高さｈ_３の１〜２倍特に１．２５〜１．５倍であることが好ましい。

容器１内の空筒速度は７ｍ／ｈ以下であることが好ましい。容器１内のＣＯＤ負荷は３０ｋｇ−ＣＯＤ／ｍ^３・ｄ以下であることが好ましく、２５ｋｇ−ＣＯＤ／ｍ^３・ｄ以下であることがより好ましい。

上記実施の形態では、ジェットノズル１４がコニカル部１１の内面に沿うように設けられているが、後述の第７図のように鉛直に設けられてもよい。

第４図（ａ）は別の実施の形態に係る生物反応器の上部の拡大図、第４図（ｂ）はその気液固分離器の斜視図である。

第４図の実施の形態においては、気液固分離器４Ａの円筒部１０の周方向の略全体にわたって設けられた複数の横長の長方形状の流入口１３Ａから気液固分離器４Ａ内に生物反応水を流入させる。各流入口１３Ａは、バッフル２４の外側を取り巻くように設けられている。

第２図の実施の形態では、気液固分離室内に接線方向に生物反応水を流入させることにより、気液固分離室内に旋回流が形成され、効率良く気液固分離が行われるものであるのに対し、第４図の実施の形態においては、生物反応水の流入口を大きくとることにより、生物反応水の流入速度を小さくすることによって、気液固分離室内での固体の沈降効率を高めるものである。

なお、第４図の場合、固形分排出管７の直径（非円形管の場合は平均直径）は流入口１３Ａの上下幅の５０〜１００％であり、且つ５０ｍｍ以上であることが好ましい。

第４図のその他の構成は第２図と同様であり、同一符号は同一部分を示している。第４図の実施の形態においては、流入口１３Ａはスリット状に設けられているが、円筒部１０の周方向の略全体にわたって設けられていれば、流入口１３Ａの形状は特に限定されない。この形態においては、流入口１３Ａからの水の流入線速度は５ｃｍ／ｓ以下、特に１〜４ｃｍ／ｓであることが好ましい。

上記実施の形態では、いずれも容器１は円筒形であるが、楕円筒形、角筒形などであってもよく、例えば四角形の筒状であってもよい。四角形の筒状としては、正方形の筒状であってもよく、長方形の筒状であってもよい。

上記実施の形態では容器１の上部に１個の気液固分離器４，４Ａを設けているが、複数個の気液固分離器を設けてもよい。

第５図はその一例を示すものであり、長方形の容器１Ａ内に６個の気液固分離器４が設置されている。各気液固分離器４からの処理水は、集合管６Ａに集められて排出される。なお、各気液固分離器４は、容器１Ａの上部に架設された梁状部材（図示略）に支持されるのが好ましい。

上記実施の形態は、気液固分離器４内の汚泥は重力によって排出されるよう構成されているが、ポンプによって吸引されて排出されてもよい。

第６図はその一例を示すものであり、各気液固分離器４の固形分排出管７が集合管７Ａに接続され、ポンプＰを介して生物反応域Ｓへ返送されるよう構成されている。第６図では複数の気液固分離器４が設置されているが、第１図においても排出管７からポンプを介して汚泥を引き出すよう構成してもよい。引き出した汚泥は容器１Ａの生物反応域へ戻すようにするのが好ましい。

［固形分排出管が鉛直な上部管と横向き又は斜め下向きの下部管とからなる生物反応器］
第７図は固形分排出管が鉛直な上部管と横向き又は斜め下向きの下部管とからなる生物反応器の実施の形態を示す断面図であり、前記第２図と同じく生物反応器の上部の断面図である。

この実施の形態でも、容器１内の上部に気液固分離器４Ｄが設置されている。この気液固分離器４Ｄは、前記第２図の気液固分離器４と類似の構造のものであり、相違点は、固形分排出管７Ｄが鉛直な上部管７ａと、該上部管７ａに連なり勾配角度θ_５にて斜め下向きに延在する下部管７ｂとからなっている点、及び、ジェットノズル１４及びそれに連なる配管１５が気液固分離器４Ｄの軸心部分に鉛直に配置されている点である。

固形分排出管７Ｄの上部管７ａは、その上端部がコニカル部１１の下端に連なっている。下部管７ｂは、この上部管７ａの下端から斜め下向きに延在している。下部管７ｂの上面部分のうち、上部管７ａ直近部分に、固形分排出管７Ｄ内からのガス抜きを行うためのガスポケット１６及びガス抜き孔１７が設けられている。下部管７ｂの末端の開口は、角度θ_３だけ斜め上向きとなっている。なお、ガス抜き孔は上部管７ａの下部に設けられてもよい。
その他の構成は前記第１図〜第３図の実施の形態と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

第７図の角度θ_１，θ_２，θ_３の好ましい範囲は上記と同様である。下部管の勾配角度θ_５は０°〜９０°であればよいが、４５°〜９０°特に６０〜８０°であることがより好ましい。

第７図の各部分の寸法の好適範囲も前記実施の形態と同様である。下部管７ｂの水平方向長さは、固形分排出管７Ｄの高さｈ_２の５〜９０％程度が好適である。

この第７図の構成の生物反応器においても、第１図〜第３図の生物反応器と同様の作用効果が奏される。

第７図は第１図〜第３図において固形分排出管７Ｄを上部管７ａと下部管７ｂとで構成しているが、前記の通り、第４図〜第６図の生物反応器においても固形分排出管を上部管７ａと下部管７ｂとで構成してもよい。

１，１Ａ容器
４，４Ａ，４Ｄ気液固分離器
７，７Ｄ固形分排出管
７ａ上部管
７ｂ下部管
１０円筒部
１０ａガス抜き口
１１コニカル部
１３，１３Ａ流入口
１４ジェットノズル
１７ガス抜き孔
２１〜２４バッフル

Claims

内部で液体の生物反応処理が行われる容器と、
該容器内の上部に設けられた、該容器内から液体が流入し、この液体中の固形分の沈降分離とガスの浮上分離とが行われる気液固分離室と
を有する生物反応器において、
該気液固分離室内に、相互に間隔をあけて同心状に配置された、下方ほど小径となるテーパ形を有した複数のバッフルが設けられていることを特徴とする生物反応器。