專利名稱：流動床式生物處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于處理排放水的流動床式生物處理裝置，特別是涉及通過旋轉(zhuǎn)翼使 載體流動的流動床式生物處理裝置。
背景技術：
已知以排方水生物處理裝置的高負荷化和水質(zhì)的提高為目的的、采用高濃度地附 著有微生物的載體的流動床式生物處理裝置。作為攪拌該載體的方法，采用旋轉(zhuǎn)翼也是公 知的(專利文獻1、2)。
在專利文獻1中有記載在反應槽中央部的底部配置攪拌翼，使多孔纖維素制的 載體流動的生物學反應裝置中，在槽的上部中央設置放射狀固定翼。通過設置該固定翼，能 夠使水面附近產(chǎn)生集聚于中央的流動而形成強大的下降流，使載體得以沉降(專利文獻1 的0011段)。
專利文獻2中有記載在添加有粒徑為4mm的纖維素制載體的硝化反應槽的上部 中央配置攪拌翼，在反應槽的底面中央設置擋板，從而在槽中心部形成強大的龍卷風狀上升流。
在使用高濃度地附著有微生物的載體的生物處理方法中，當生物處理反應是生成 厭氧處理的甲烷氣體或脫氮處理的氮氣等氣體的反應的情況下，由于附著有微生物的載體 內(nèi)包氣體，有時會使比重成為1.0以下。
為了使比重在1以下的載體在整個槽內(nèi)流動，優(yōu)選通過具有渦輪葉片或螺旋槳式 葉片等的攪拌葉片和擋板的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生上下循環(huán)流。
專利文獻3中有記載為了使攪拌槽內(nèi)的混合効率提高，在中軸部設置有攪拌翼 的槽的內(nèi)周側(cè)面的上下方向上設置擋板。
現(xiàn)有技術文獻
專利文獻1 日本特開2000-254682
專利文獻2 日本特開2002-143889
專利文獻3 日本特開平4-；346擬6發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
一般情況下，為了獲得高處理水質(zhì)，提高載體的填充率是有效的方法。但是，諸如 專利文獻3和后述的圖4所述，若在槽的整個高度上設置擋板，則在載體的高填充率的條件 下，不能得到良好的流動，固液混合不佳。
即，若在槽體內(nèi)周面以跨越槽體整個高度的形式設置縱向擋板時，雖然沿著槽體 內(nèi)周面產(chǎn)生強勁的上升流或者下降流，但是，朝向中心軸附近的攪拌葉片方向的回流速度 比上升流速度小，因此，比重1.0以下的載體積集在反應槽的上部。為此，反應槽上部的局 部填充率顯著增高。而且，由于載體相互之間以及載體與擋板之間的干擾，載體容易出現(xiàn)停滯。
另外，在流動床式生物處理裝置的反應槽中，當在槽的整個高度上設置縱向擋板 的情況下，載體凝集成大塊狀，流動性下降，需要的動力變大。
在后述的圖5所示的沒有擋板的反應槽中，當載體的填充率高的情況下，槽內(nèi)液 體的流動以層流(laminar flow)為主，因此，比重為1. 0以下的載體在水面附近旋轉(zhuǎn)，沿著 槽體的內(nèi)周面停留。
為此，如專利文獻1、2所述地，在反應槽內(nèi)周面不設置上下方向的擋板(下面，有 時稱作“縱向擋板”)的情況下，浮上來的載體停滯在反應槽內(nèi)周面的水面附近，導致流動的 載體比例變少。
S卩，如專利文獻1、2所述的無縱向擋板的反應槽的情況下，通過生物處理附著了 氣泡的載體或原本比重為約1或1以下程度的輕比重載體，伴隨著旋轉(zhuǎn)翼旋轉(zhuǎn)的離心力和 沿槽內(nèi)周面的上升流，一邊沿著槽內(nèi)周面旋轉(zhuǎn)一邊按螺旋狀軌跡在槽內(nèi)上升。當如此地沿 著槽內(nèi)周面上升的載體到達水面附近時，水在一邊旋轉(zhuǎn)一邊向水面中央附近流動，不久在 水面中央附近形成為下降流而沉入水中，但是，由于在水面附近的槽內(nèi)周面附近水的流動 變?nèi)?，因此，使處于漂浮狀態(tài)的載體向水面中心方向流動的力量弱。另外，由于載體在沿著 槽體內(nèi)周面進行旋轉(zhuǎn)，因此，旋轉(zhuǎn)的離心力起到了將載體向槽內(nèi)周面推壓的作用。由于上述 原因，在專利文獻1、2的沒有縱向擋板的旋轉(zhuǎn)攪拌翼式反應槽中，載體像淤塞般停留于槽 內(nèi)周面的水面附近，載體的流動率降低。
本發(fā)明的目的在于，提供載體的流動性良好、生物處理效率高的流動床式生物處理裝置。
解決課題的方法
作為第1實施方式的流動床式生物處理裝置，其是在槽體內(nèi)填充有載體，并在槽 體的上下方向的途中配置用于攪拌該載體的旋轉(zhuǎn)翼的流動床式生物處理裝置，其特征在 于，僅在槽體內(nèi)周面的上部設置擋板。
第2實施方式的流動床式生物處理裝置，其特征在于，在第1實施方式中，載體的 平均密度為0. 96 1. 02g/cm3，載體的平均粒徑為1 5mm，槽體內(nèi)載體的填充率為5 50%。
第3實施方式的流動床式生物處理裝置，其特征在于，在第1實施方式或第2實施 方式中，上述擋板是在上下方向延伸的同時，從槽體內(nèi)周面朝向心(centripetal)方向延 伸的平板狀，該擋板的水面位置以下的上下長度吐是槽體的水深H1的5 20%，擋板的向 心方向的寬度t是槽體直徑D1的5 20 %。
發(fā)明的效果
在本發(fā)明的流動床式生物處理裝置中，當旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)翼時，槽體內(nèi)的液體通過從旋 轉(zhuǎn)翼所受到的離心力和旋轉(zhuǎn)力，在槽體的上下方向的中間附近向放射方向且旋轉(zhuǎn)方向流 動，并碰撞槽體的內(nèi)周面而區(qū)分為向上的旋轉(zhuǎn)流動和向下的旋轉(zhuǎn)流動。
形成為向上的旋轉(zhuǎn)流動的液體，一邊沿槽體的內(nèi)周面旋轉(zhuǎn)一邊上升，液體中的載 體被舒展開。然后，液體碰撞擋板，并沿該擋板向上方流動，在達到水面位置附近時將方向 轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛐姆较颍浜?，以旋渦狀流動，并匯集在水面位置附近的中央部附近，接著下沉，返 回至旋轉(zhuǎn)翼附近。如此地，載體的大多數(shù)與上升旋轉(zhuǎn)流一起一邊旋轉(zhuǎn)一邊上升，并在這期間被舒展開，因此，隨著水面位置附近的向心方向的旋渦流從水面位置附近的周邊部(槽體 的內(nèi)周面附近)向中央部順暢地流動，接著從水面位置附近的中央部隨著下降流下降。如 此地，載體可以在槽體內(nèi)形成良好的循環(huán)，在水面位置附近的槽體的內(nèi)周面停留的載體量 減少，提高了生物處理效率。


圖1是實施方式所涉及的流動床式生物處理裝置的縱向剖面圖。
圖2是圖1的II-II線剖面圖。
圖3是表示流動床式生物處理裝置內(nèi)的水流動的透視立體示意圖。
圖4是比較例1所涉及的流動床式生物處理裝置的縱向剖面圖。
圖5是比較例2所涉及的流動床式生物處理裝置的縱向剖面圖。
圖6是表示實驗結(jié)果的圖表。
附圖標記的說明
1、1A、IB流動床式生物處理裝置
2槽體
3驅(qū)動軸
4旋轉(zhuǎn)翼
5、5A 擋板
6處理水輸出槽
7溢出口
8原水供給管具體實施方式
下面，參照

實施方式。圖1是實施方式所涉及的流動床式生物處理裝置 的縱向剖面圖。圖2是圖1的II-II線的水平剖面圖，圖3是表示流動床式生物處理裝置 內(nèi)的水流動的透視立體示意圖。
該流動床式生物處理裝置1具備將筒軸心方向作為垂直方向的圓筒形槽體2 ；配 置于該槽體2的軸心位置的驅(qū)動軸3 ；固定于該驅(qū)動軸3的旋轉(zhuǎn)翼4 ；僅設置于槽體2的內(nèi) 周面上部的擋板5 ；設置于槽體2的上部的溢出口 7 ；以及處理水輸出槽6。與處理水輸出 槽6面對的溢出口 7的溢流水平面(level)即是槽體2內(nèi)的水面位置WL。
擋板5是在上下方向(該實施方式中為垂直方向)延伸的長方形板狀體，板面是 從槽體2的內(nèi)周面向槽體2的中心的向心方向延伸。
優(yōu)選在槽體2的周向以等間隔配置擋板5，其個數(shù)優(yōu)選為2 8，特別優(yōu)選為3 6左右。
擋板5的上端位于比水面位置WL更高的位置，下端位于比水面位置WL更低的位置。
擋板5的比水面位置WL更下側(cè)的長度H2,優(yōu)選為該槽體2的水深H1的5 20%， 特別優(yōu)選為10 15%。此外，當槽體2的底面不是平面的情況下，以槽體2的平均水深作 為該水深H1。5
優(yōu)選擋板5的槽體向心方向(半徑方向)的寬度t為槽體2直徑(內(nèi)徑^1WS-20%，特別優(yōu)選為10 15%左右。另外，當槽體2不是完全圓筒形，例如上部和下部的直徑 不同的情況下，以水面位置WL處的直徑作為該槽體2的直徑Dp
當擋板5的長度H2和寬度t小于上述范圍時，形成上下循環(huán)流的效果會降低；當 大于上述范圍時，則會成為載體流動的障礙。
在該實施方式中，旋轉(zhuǎn)翼4是將板面作為垂直方向的平板狀，并從驅(qū)動軸3向槽體 2的直徑方向延伸。即，在該實施方式中，是在180°相反方向上設置有2個旋轉(zhuǎn)翼4。但 是，也可以在放射方向上設置3個以上旋轉(zhuǎn)翼，通常優(yōu)選2 4個左右。
優(yōu)選旋轉(zhuǎn)翼4的旋轉(zhuǎn)直徑D2 (該實施方式中是2個旋轉(zhuǎn)翼4的前端相互之間的距 離)為槽體2直徑D1的20 80%，特別優(yōu)選為50 70%左右。
旋轉(zhuǎn)翼4配置在槽體2的上下方向的中間附近。優(yōu)選旋轉(zhuǎn)翼4的上緣高度(從槽 體底面開始的高度，下同) 為槽體水深H1的20 80%，特別優(yōu)選為50 70%左右。優(yōu) 選旋轉(zhuǎn)翼4的上下寬度H4為槽體水深H1的5 60%，特別優(yōu)選為10 40%左右。
優(yōu)選旋轉(zhuǎn)翼4的下緣高度H5為槽體水深H1的20 80%，特別優(yōu)選為30 50%左右ο
此外，在該實施方式中，，在上下方向上僅設置了 1段旋轉(zhuǎn)翼4，但也可以設置2段 以上。
當設置2段以上的旋轉(zhuǎn)翼的情況下，最上段的旋轉(zhuǎn)翼的上緣高度在上述H3的范 圍、最下段的旋轉(zhuǎn)翼的下緣高度在上述H5的范圍、各旋轉(zhuǎn)翼的上下寬度的合計在上述H4的 范圍就可以。
在該實施方式中，驅(qū)動軸3是從上方吊支來構(gòu)成的，但也可以在槽體2的底面設置 軸承部，通過該軸承部來支撐驅(qū)動軸3的下端。
雖未圖示，但在該槽體2內(nèi)添加有粒狀載體。
載體可采用任意材質(zhì)，但優(yōu)選為耐磨損的高分子交聯(lián)體的凝膠粒狀物。
作為凝膠載體的材料樹脂，例如，可以舉出聚烯烴、PVA、PEG、(聚)丙烯酰胺、N-取 代丙烯酰胺、(聚/甲基)丙烯酸或其堿金屬鹽、藻酸、聚氧化乙烯(polyalkylene oxide)、 (甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)、雙丙酮醇(DAA)等。更具體而言，可以舉出聚丙烯酸 鈉，丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物，丙烯酸鈉與丙烯酰胺2-甲基丙磺酸鈉的共聚物、丙烯 酸鈉與丙烯酰胺與丙烯酰胺2-甲基丙磺酸鈉的三元共聚物，以及(甲基)丙烯酸二甲氨基 乙酯的三級鹽(叔胺鹽)或季銨的均聚物或者與丙烯酰胺等的共聚物等。
載體的平均粒徑優(yōu)選為Imm 5mm，特別優(yōu)選為1. 2mm 3. 5mm。當載體的平均粒 徑小于所述范圍時，載體和水的分離變得困難；當大于所述范圍時，則成為流動的障礙。
載體的孔隙率優(yōu)選為20 50%，特別優(yōu)選為30 40%。當孔隙率低時，污泥的 粘附少，處理效率降低；當孔隙率高時，變得容易內(nèi)包氣體。
作為載體的密度，優(yōu)選其平均密度為0. 96 1. 02g/cm3，優(yōu)選80%以上的載體密 度為 0. 98 1. 01g/cm3，特別優(yōu)選為 0. 985 1. 00g/cm3。
對載體的填充量而言，優(yōu)選使其松裝體積(bulk volume)相對于反應槽的水面位 置WL以下的容積達到5 50%的量。若載體的量少于5%時，處理效率變低；大于50%時， 攪拌動力變得過大。
一邊使旋轉(zhuǎn)翼4旋轉(zhuǎn)，一邊從原水供給管8向槽體2內(nèi)供給原水(含有有機物的 排放水)，進行生物處理。
優(yōu)選將旋轉(zhuǎn)翼4的驅(qū)動軸3的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為其G值達到100 200rpm，優(yōu)選調(diào)整為 約 15 30rpm。
對于如此進行處理時的槽體2內(nèi)的液體流動，參照圖3進行說明。
基于從旋轉(zhuǎn)翼4受到的離心力和旋轉(zhuǎn)力，槽體2內(nèi)的液體(被處理水和載體混合 的液體)在槽體2的上下方向的中間附近以放射方向且以旋轉(zhuǎn)方向流動，并碰撞槽體2的 內(nèi)周面而區(qū)分為向上的旋轉(zhuǎn)流動和向下的旋轉(zhuǎn)流動。
形成為向上的旋轉(zhuǎn)流動的液體，沿槽體2的內(nèi)周面，如箭形符號U1所示一邊旋轉(zhuǎn) 一邊上升。在此期間，液體中的載體被舒展開。然后，液體碰撞擋板5，并沿著該擋板5如箭 形符號U2所示地流向上方，當?shù)竭_水面位置WL附近時，如箭形符號U3所示地將方向改變方 向心方向，其后，呈旋渦狀流動，匯集在水面位置附近的中央部附近，接著下沉，返回至旋轉(zhuǎn) 翼4附近。
另一方面，形成為從槽體2的上下方向的中間附近向下旋轉(zhuǎn)流動的液體，如箭形 符號Cl1所示地沿槽體2的內(nèi)周面一邊旋轉(zhuǎn)一邊下降，當?shù)竭_槽體底面附近時如箭形符號d2 所示地進行旋渦狀流動，然后匯集在槽體2的底面中央附近，不久如箭形符號d3所示地在 槽體2的中心附近上升，返回到旋轉(zhuǎn)翼4。
在該實施方式中，載體的比重為約1或1以下，因此載體的大多數(shù)與上升旋轉(zhuǎn)流U1 一起沿槽體2的內(nèi)周面一邊旋轉(zhuǎn)一邊上升，在此過程中被舒展開。因此，伴隨水面位置WL 附近的向心方向的旋渦流，從水面位置附近的周邊部(槽體2的內(nèi)周面附近)向中央部順 暢地流動，接著從水面位置WL附近的中央部開始伴隨著下降流進行下沉。如此地，可使載 體在槽體2內(nèi)形成良好的循環(huán)，在水面位置WL附近的槽體2的內(nèi)周面停留的載體量減少， 生物處理效率提高。
為了說明本發(fā)明所涉及的效果，接下來作為比較例，說明在槽體整個高度上設置 擋板5的比較例1(圖4)和省略了擋板5的比較例2(圖5)中液體的流動。
在圖4的流動床式生物處理裝置IA中，擋板5A從水面上側(cè)開始延伸至槽體2的底部。
在該比較例1中，從旋轉(zhuǎn)翼4以放射方向且以旋轉(zhuǎn)方向流動的液體，在到達槽體2 的內(nèi)周面之后，分成向上和向下。在該向上流動的液體中所含的載體的大多數(shù)，沿擋板5A 進行上升。如此地，當載體不進行旋轉(zhuǎn)而僅僅上升的情況下，通過附著有載體的生物膜，載 體相互之間凝集成為塊狀。當如此地導致載體形成為塊狀時，載體相互之間積存大量的氣 泡，變得難以沉降。
另外，即使在水面位置WL附近中旋渦狀的旋轉(zhuǎn)流對載體發(fā)生作用，載體也不跟隨 該流動，而是沿水面位置WL附近槽體2的內(nèi)周面停留。其結(jié)果，伴隨槽體2內(nèi)的循環(huán)流在 槽體2內(nèi)循環(huán)的載體的比例減少，生物處理效率降低。
在圖5的流動床式生物處理裝置IB中，完全不設置擋板。這種情況下，從旋轉(zhuǎn)翼4 向槽體2的內(nèi)周面以放射方向且以旋轉(zhuǎn)方向流動的液體到達槽體內(nèi)周面、并分成向上和向 下的流動之后，向上的液體與圖1 圖2的情況同樣地一邊旋轉(zhuǎn)一邊上升，因此載體被舒展 開。但是，當載體如此地一邊旋轉(zhuǎn)一邊上升并到達水面位置附近時，由于旋轉(zhuǎn)流動的周向流速大，從而作用于載體的離心力增強，在水面位置WL附近載體被推壓到槽體2的內(nèi)周面而
致使停留。因此，在該圖5的情況下，在槽體2內(nèi)進行循環(huán)的載體的比例也減少，生物處理效 率降低。下面，針對實施例和比較例進行說明。[實施例1]采用將各部分的尺寸按照如下所述設定的、圖1 圖3所示的流動床式生物處理 裝置，將NO3-N濃度為200mg/L的制造液晶時產(chǎn)生的排放水以1. 2m3/hr供給，從而進行處理。D1 :1200mmD2 :900mm(旋轉(zhuǎn)翼 4 個)H1 :2000mmH2 :180mmH3 :1180mmH4 :360mmH5 :820mmt :120mm作為載體，將密度為1. 01g/cm3的聚烯烴類凝膠載體(平均粒徑4mm)填充了槽體 容積的30%。當以20rpm運行旋轉(zhuǎn)翼4的情況下，處理水的NO3-N濃度是5mg/L以下、N去 除率是98%以上。[比較例1]如圖4所示，除了將擋板5A設置成一直延伸到槽體2的底部、將旋轉(zhuǎn)翼4的直徑D2 設為600mm以外，與實施例1同樣地對原水進行處理，其結(jié)果，處理水的NO3-N濃度是28mg/ L、N去除率是86%。[比較例2]如圖5所示，除了省略擋板以外，與實施例1同樣地對原水進行處理，其結(jié)果，處理 水的NO3-N濃度是20mg/L、N去除率是90%。此外，旋轉(zhuǎn)翼的直徑D2采用與實施例1相同 的 900mm。[改變旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)速的試驗]在上述實施例1、比較例1、2中，對旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)速進行各種改變，并測定載體的流動率。該載體的流動率，是填充于槽體內(nèi)的載體中實際流動著的載體的體積。實際流動 著的載體體積，是對沿槽體2的內(nèi)周面漂浮在水面上的載體進行采集并求得其體積，再從 填充載體總量減去該非流動載體的體積來計算。將該結(jié)果表示于圖6。從圖6可確認實施例1始終比比較例1的流動率高，而且， 在旋轉(zhuǎn)翼轉(zhuǎn)速為約15rpm以上的情況下，與比較例2相比，其流動率高。[實施例2]除了將擋板5的水面位置以下的長度H2調(diào)整為100mm(水深H1的5% )以外，與實施例1同樣地對原水進行處理，其結(jié)果，處理水的NO3-N濃度是5mg/L以下、N去除率是98%以上。[實施例3]
除了將擋板5的水面位置以下的長度H2調(diào)整為400mm(水深H1的20% )以外，與 實施例1同樣地對原水進行處理，其結(jié)果，處理水的NO3-N濃度是5mg/L以下、N去除率是 98%以上。[比較例3]除了使擋板5的下端延伸到與旋轉(zhuǎn)翼4處于同一水平、將擋板5的水面位置以下 的長度H2調(diào)整為1180mm(水深H1的59% )以外，與實施例1同樣地對原水進行處理，其結(jié) 果，處理水的NO3-N濃度是25mg/L、N去除率是87. 5%。通過這些實施例和比較例明確可知根據(jù)僅在槽體內(nèi)周面的上部設置擋板的實施 例，其N去除率高于比較例。
權(quán)利要求
1.一種流動床式生物處理裝置，其槽體內(nèi)填充有載體，在槽體的上下方向的途中配置 有用于攪拌該載體的旋轉(zhuǎn)翼，其特征在于，僅在槽體內(nèi)周面的上部設置擋板。
2.如權(quán)利要求1所述的流動床式生物處理裝置，其特征在于，所述載體的平均密度為 0. 96 1. 02g/cm3，載體的平均粒徑為1 5mm，槽體內(nèi)的載體填充率為5 50%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的流動床式生物處理裝置，其特征在于，所述擋板是在上下方向延伸的同時，從槽體內(nèi)周面朝向心方向延伸的平板狀， 該擋板的水面位置以下的上下長度吐是槽體水深H1的5 20%， 擋板的向心方向的寬度t是槽體直徑D1的5 20%。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供載體流動性良好、生物處理效率高的流動床式生物處理裝置。所述流動床式生物處理裝置(1)具備將筒軸心方向作為垂直方向的圓筒形的槽體(2)；配置于該槽體(2)的軸心位置的驅(qū)動軸(3)；固定于該驅(qū)動軸(3)的旋轉(zhuǎn)翼(4)；僅設置于槽體(2)的內(nèi)周面上部的擋板(5)；設置于槽體(2)的上部的溢出口(7)；以及處理水輸出槽(6)。擋板(5)的比水面位置WL更下側(cè)的長度H2是該槽體(2)的水深H1的5～20％，特別優(yōu)選為10～15％。
文檔編號C02F3/00GK102030403SQ20101028806
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者安池友時, 田中倫明 申請人:栗田工業(yè)株式會社