本发明涉及用于利用微生物净化废水的废水处理载体以及使用了废水处理载体的废水处理载体模块、废水处理载体单元和废水处理装置。
背景技术：
以往，能够用于高浓度有机性废水处理的好氧性微生物载体是单一纤维规则排列的载体，使浮游物捕捉于该纤维中，获得所需的处理水质(专利文献1、2)。
以往的废水处理中，如果微生物聚集在好氧性微生物载体中，则容易过滤阻塞，此外载体周围生成的污泥发生脱落，因此，作为其对策，必须定期或适时地洗涤。此外，高浓度流入废水的负荷变化小，不适合于油脂废水、表面活性剂废水。因此，通过在厌氧性微生物载体工艺后组合好氧性微生物载体工艺来获得所需的处理水质(专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平6-065291号公报
专利文献2：日本特开2012-045536号公报
专利文献3：日本特开2008-029943号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
以往，运行中的废水处理装置大部分都消费巨大的曝气能量，排出被除去有机物的30～40％的、称为剩余污泥的产业废弃物。
此外，即使在组合了厌氧性微生物载体工艺和好氧性微生物载体工艺的处理装置的情况下，也会排出被除去有机物的10％～20％的、称为剩余污泥的产业废弃物。
此外，迄今为止的生物膜处理法中，会发生微生物膜的增殖导致的水流短路、过滤阻塞，因而定期提高曝气强度而利用空气水流对滤床反冲洗的工序和通过提高曝气强度将肥厚的生物膜洗掉的工序是必需的。可是，以往的微生物载体中，存在反冲洗时，强大的拉伸力、剪切力作用于纤维，容易损耗的问题。
本发明的目的在于，提供即使发生微生物膜的增殖而肥厚化，也难以发生微生物载体的过滤阻塞的废水处理载体。
进而，本发明还提供即使在应用于高浓度有机性废水处理的情况下，剩余污泥的产生也受到抑制，能够进行长期稳定的废水处理的废水处理载体模块、废水处理载体单元和废水处理装置。
用于解决课题的方法
本发明是为了实现上述目的而做出的，第一发明的废水处理载体特征在于，是包含芯部和微生物保持部的废水处理载体，所述微生物保持部中，将多重线形成为多级且环状、并且以所述多重线的纤维能够在废水中相互分开的方式形成为松弛状态。
第二发明的废水处理载体的特征在于，其为所述第一发明载体，所述多重线由亲水性纤维构成。
第三发明的废水处理载体的特征在于，其为所述第一发明载体，所述多重线由疏水性纤维构成。
第四发明的废水处理载体的特征在于，其为所述第一发明载体，所述多重线为混合有亲水性纤维与疏水性纤维的混合多重线。
第五发明的废水处理载体的特征在于，其为所述第一～第四发明中任一种废水处理载体，所述多重线为多绞多重线。
第六发明的废水处理载体模块的特征在于，其为多个废水处理载体并排配置而成的废水处理载体模块，所述废水处理载体为所述第一～第五发明中任一种废水处理载体。
第七发明的废水处理载体模块的特征在于，所述第二发明的废水处理载体与所述第三发明的废水处理载体交替并排配置而成。
第八发明的废水处理载体单元的特征在于，多个所述第六发明或第七发明的废水处理载体模块并排配置，在其下部具备空气扩散装置。
第九发明的废水处理装置的特征在于，其为在处理槽内具备所述第六或第七发明的废水处理载体模块的废水处理装置，所述处理槽内的所述废水处理载体模块的下部具有空气扩散装置。
发明的效果
就本发明涉及的废水处理载体而言，微生物保持部中，将由多条纤维构成的多重线形成为多级且环状、并且以所述多重线的纤维能够在废水中相互分开的方式形成为松弛状态，从而形成对于流经废水处理槽内的废水流具有适当的剪切强度、且表面积大的多重线彼此交织的开花状的空间率高的过滤层。
其结果是，使用了本发明废水处理载体的废水处理装置中，难以发生载体的过滤阻塞，对微生物层也稳定地供应溶解氧。
此外，与以往的废水处理装置相比，抑制80％以上剩余污泥的产生。
在组合了亲水性纤维和疏水性纤维的废水处理载体(第四发明)或使用了废水处理模块(第七发明)的情况下，污泥抑制效果进一步提高。
在亲水性纤维上容易附着水溶化废水中的有机物质，微生物也容易附着增殖。在疏水性纤维上容易附着废水中的油脂成分、表面活性剂等难分解性有机物。
由此，由于组合亲水性纤维和疏水性纤维的协同效果，有机物的附着性飞跃性提高，同时，微生物的食物链得以持续。其结果是，能够持续稳定维持处理水质，能够抑制污泥的产生。
本发明所说的亲水性纤维是具有容易被水浸湿的亲水基(羟基)的纤维，例如有尼龙、丙烯酸树脂、聚酯、维尼纶、碳纤维、普罗米克斯、乙酸酯、麻、棉、人造丝、丝绸、羊毛等。在常温至高温区域(10℃～60℃)使用的情况下，尼龙、维尼纶是优选的；在低温使用(10℃以下)中，丙烯酸树脂、碳纤维是优选的。
本发明所说的疏水性纤维是具有难以被水浸湿的亲和基(烃基)的纤维，例如有聚偏二氯乙烯(vinylidene)、聚氯乙烯、烯烃系聚丙烯、聚乙烯、铁类金属纤维等。
其中，聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯不依赖于使用环境而最合适。
本发明涉及的多重线是多条纤维的集合体，因此每单位长度的表面积大。其结果是，获得了能够使微生物总量大的效果。
本发明涉及的废水处理载体模块或废水处理载体单元能够设于已有的废水处理层，因此能够将已有的活性污泥处理装置等改造成好氧性废水处理层。而且，难以发生载体的过滤阻塞，因此能够通过控制供应的空气量，在发挥好氧性处理功能的同时，也发挥通性厌氧性处理功能。因此，无需另外的厌氧性处理工艺，能够改造成紧凑型。
由此，能够省略以往的废水处理装置的厌氧性处理工艺，控制抑制剩余污泥并且持续稳定维持处理水质。
附图说明
图1为显示本发明涉及的废水处理载体的结构的示意图。
图2为显示本发明涉及的废水处理螺旋载体的结构的示意图。
图3为显示本发明涉及的多重线的示意图，(a)为拉伸状态的示意图，(b)为松弛状态的示意图，(c)为(a)的立体图，(d)为(b)的立体图。
图4为显示本发明涉及的亲水性和疏水性纤维的混合多重线的示意图，(a)为拉伸状态的示意图，(b)为松弛状态的示意图。
图5为显示本发明涉及的多绞多重线的示意图，(a)为拉伸状态的示意图，(b)为松弛状态的示意图。
图6为显示本发明涉及的亲水性和疏水性纤维的混合多绞多重线的示意图，(a)为拉伸状态的示意图，(b)为松弛状态的示意图。
图7为显示本发明涉及的废水处理载体模块的结构的示意图。
图8为显示本发明涉及的并排配置有亲水性废水处理载体和疏水性废水处理载体的废水处理载体模块的结构的示意图。
图9为显示本发明涉及的废水处理载体单元的结构的示意图。
图10为显示将本发明涉及的废水处理载体单元设置于废水处理装置的状态的示意图。
图11为以往的废水处理装置的示意图。
图12为显示本发明涉及的废水处理装置整体的示意图。
图13中，(a)为显示基于本发明涉及的废水处理装置的废水处理试验结果的表，(b)表示基于已有(以往)废水处理装置的废水处理试验结果的表。
具体实施方式
图1示意性显示了本发明涉及的废水处理载体1的结构。
该废水处理载体1包含芯部2和微生物保持部3。所述微生物保持部3是使多重线5形成为多级且环状而成。
所述芯部2发挥支承所述微生物保持部3的主干的作用。材质等没有特别限制，在本实施例中，是以使多重线5向芯部2的长度方向倾斜推进的方式编织而形成的，与所述微生物保持部3相比，编织成高密度，维持载体强度。此外，也可以是在芯部2中，在芯部2的长度方向上在伸长带部件中编入多重线5而形成。
为了支承载体的强度，芯部2的宽度d优选为8mm以上。此外，如果宽度d变得过大，则整个载体的微生物保持率下降，因此优选为20mm以下。更优选为10mm～12mm的范围。
为了提高所述微生物保持部3的微生物增殖生产能力，所述微生物保持部3的宽度优选较大，但如果变得过大，则微生物保持部的剪切强度降低。因此，为了持续稳定维持废水净化能力，微生物载体保持部3的宽度d1优选为60mm以上100mm以下。更优选为70mm～80mm的范围。
所述微生物保持部3中，将由多条纤维构成的多重线5形成为多级且环状、并且以所述多重线5的纤维能够在废水中相互分开的方式形成为松弛状态。图1和图2中，将多重线5以实线的轮廓模糊化的状态显示。
图2所示废水处理螺旋载体1’中，使所述废水处理载体1的芯部2为扭曲螺旋形。
该废水处理螺旋载体1’的直径d2优选为60mm～100mm，更优选为70mm～80mm的范围。螺旋的间距p也优选为60mm～100mm的范围。
该废水处理螺旋载体1’的情况下，微生物保持部3中，将由多条纤维构成的多重线5形成为多级且环状、并且以各多重线5的纤维能够在废水中相互分开的方式形成为松弛状态，进而，螺旋状扭曲，因而环状多重线5是在圆周方向上360度保持预定间隔而配置，并且各多重线5的纤维能够在废水中相互分开，因而比表面积大，空间率大，废水流的水流阻力小，容易在槽内产生均匀的流速，因此浮游物的捕捉性提高。
图3～图6为示意性显示本发明涉及的代表性多重线的结构的图。图3显示的是捆绑有多条纤维4状态的多重线5。就该多重线5而言，在如(a)和(c)所示在长度方向上拉伸的拉伸状态下各纤维4密合，但在如(b)和(d)所示在长度方向上松弛的松弛状态下各纤维4能够分开，因此在径向上散开而呈现蓬松的质感。图4显示的是实线所示亲水性纤维6与点划线所示疏水性纤维7的混合多重线8。就该多重线8而言，在如(a)所示在长度方向上拉伸的拉伸状态下各亲水性纤维6与疏水性纤维7密合，但在如(b)所示在长度方向上松弛的松弛状态下各亲水性纤维6与疏水性纤维7能够分开，因此在径向上散开而呈现蓬松的质感。图5显示的是将捆绑有多条纤维4状态的多重线5松散地扭曲而成的多绞多重线9。就该多绞多重线9而言，在如(a)所示在长度方向上拉伸的拉伸状态下各纤维4密合，但在如(b)所示在长度方向上松弛的松弛状态下各纤维4能够分开，因此在径向上散开而呈现蓬松的质感。图6显示的是将混合多重线8松散地扭曲而成的亲水性和疏水性纤维的混合多绞多重线10。就该混合多绞多重线10而言，在如(a)所示在长度方向上拉伸的拉伸状态下各亲水性纤维6与疏水性纤维7密合，但在如(b)所示在长度方向上松弛的松弛状态下各亲水性纤维6与疏水性纤维7能够分开，因此在径向上散开而呈现蓬松的质感。本发明涉及的多重线5、8、9、10具有每单位长度的表面积大的特征。从表面积的维持与纤维强度的平衡方面出发，构成多重线5、8、9、10的一根纤维的直径优选为0.003mm～0.1mm，更优选为0.01mm～0.06mm。其中，形成多重线5、8、9、10的纤维的根数根据载体尺寸、所需强度等适当选择即可，50根～200根是合适的。混合多重线8的情况下，亲水性纤维6与疏水性纤维7的比例优选为2比8～8比2。
其中，作为虽然外观与本发明的多绞多重线9相似但实则不同的物品，有被称为多绞多条线的、将多条纤维紧密扭绞而成的多条线捆绑并将其进一步紧密扭绞而成的多绞多条线，但这种构成的多绞多条线在废水中纤维不会相互分开，无法发挥本发明的作用效果。
图7示意性显示本发明涉及的废水处理载体模块11的结构。
就该载体模块11而言，使多个废水处理螺旋载体1’并排在上下配置的环状载体固定帆布12上，将两个端部缝制于缝制部14而固定。各废水处理螺旋载体1’间的距离为与废水处理螺旋载体1’的直径d2同等以上即可。在环状载体固定帆布12的两个端部分别固定载体模块固定带13用于操作即可。
构成所述废水处理螺旋载体1’的多重线使用图3～图6所示任一种均无妨。
可以选择符合废水处理净化条件等使用目的的废水处理载体。
图8显示的是，交替并排配置有由亲水性纤维的多重线构成的废水处理螺旋载体15(参照白色圆圈部)和由疏水性纤维的多重线构成的废水处理螺旋载体16(参照黑色圆圈部)的废水处理载体交替模块11’的例子。
图9示意性显示本发明涉及的废水处理载体单元17的结构。
多个该废水处理载体单元17呈下述被固定的结构：在废水处理载体模块11上下的载体固定帆布12上，分别通过载体模块固定条18，并排配置于载体模块固定格子体19。此时，也可以将固定于帆布12的两个端部的载体模块固定带13绑在载体模块固定格子体19侧，将帆布12以在长度方向上拉伸的状态固定。可以调整上下载体模块固定条18的间隔而根据废水处理状况对废水处理载体模块11长度方向上的拉伸张力进行可变调整。
在所述载体模块固定格子体19的下部配置空气扩散装置固定格子体20，具备空气扩散装置21。
此外，废水处理载体模块11中，载体模块11与载体模块11的间隔(载体模块间距)pm优选为70mm～100mm。
图10示意性显示废水处理槽23中设置有本发明涉及的废水处理载体单元17的废水处理装置22的结构。
以这种方式，可以将所述废水处理单元17设置于已有的废水处理槽23内而直接作为废水处理装置22应用。
另一方面，根据已有的废水处理槽23中已经具备空气扩散装置21的情况下、新设装置整体的情况下的施工情况，也可以独立于空气扩散装置21，另行设置废水处理载体模块11。
使用的废水处理载体1’的根数根据废水处理槽23的尺寸、废水处理量、处理条件确定即可。相对于废水处理槽23的容量，50％左右的载体充填率是优选的。
实施例
图11示意性显示以往的废水处理装置26的结构和废水处理流程。以往的废水处理装置26在一般性生物处理实施例中呈下述构成：注入原水槽27的原水24通过泵p被投入废水处理槽23，利用从送风机b送出的空气28进行曝气处理。
然后，在固液分离槽29中分离为污泥30和处理水25，处理水25被排放。此外，分离的污泥30在通过污泥返回通道31返回废水处理槽23的同时，作为剩余污泥32被提取，作为产业废弃物，投入大量成本进行处理、处置。
该以往的废水处理装置26的生物处理中，产生30％～40％除去有机物量的剩余污泥量，产生了提取、脱水等而进行处理、处置的必要，因此，产生了巨大的处理、处置费用。
图12示意性显示本发明涉及的废水处理装置33的结构。
本发明涉及的废水处理装置33呈下述构成：将具备图7所示废水处理载体模块11或图8所示废水处理载体交替模块11’的废水处理载体单元17，配置于以往的废水处理装置26的去掉了空气扩散装置的废水处理槽23内。
需要说明的是，在必须增设废水处理载体单元17的情况下，设置数量没有限制，可以根据以往的废水处理装置26的废水处理槽23的大小适当设置。
图13上部表(a)显示的是，改进图11所示以往的已有废水处理装置26制成图12所示本发明装置33的情况下，使用了本发明装置33的废水处理试验结果。
该试验中使用的废水处理载体相当于使用亲水性-疏水性混合多绞多重线10的废水处理螺旋载体1’。
这里使用的亲水性纤维6是尼龙，纤维直径为0.03mm，纤维根数为98根。
同上，疏水性纤维7是聚偏二氯乙烯，纤维直径为0.06mm，纤维根数为42根。设为各自的比率是，以纤维直径计为1:2，以纤维根数计为7:3的规格。载体的直径d2为70mm，螺旋的间距p为70mm，螺旋载体间的间距pc为80mm。而且，载体模块间的间距pm为80mm，相对于废水处理槽23，载体充填率为50％。
图13下部表(b)中显示了使用图11所示已有(以往)的废水处理装置26的废水处理试验结果。以与本发明装置的实验no.1、3、5、7、9、11同等的条件进行实验。其中，在已有(以往)的废水处理装置26中，实际上污泥不会堆积，会全部排出，因而下部表(b)中的剩余污泥提取量(换算值)是，相对于1天的流入原水量设为污泥转换率30％而换算的值。
此时的废水处理条件如下。
原水：乳制品加工废水
计划处理水量：650m3/天
计划原水水质：bod800mg/l，ss(浮游悬浮物质)250mg/l，h-n(正己烷提取物)200mg/l
计划处理水质：bod15mg/l，ss(浮游悬浮物质)25mg/l以下，n-h(正己烷提取物)5mg/l以下
hrt(：水力停留时间)：24小时处理
图13中各数据的河流排放规定值是，“bod20mg/l以下”，“ss25mg/l以下”，“n-h(动植物油脂类)5mg/l以下(现行最严格的规定值)，n-h(矿物油类)3mg/l以下(现行最严格的规定值)”。
这里，表(a)中本发明涉及的废水处理装置33的确证试验结果是，根据实验no.1～12的数据，处理水中，各值为“bod6.3mg/l以下”、“ss12mg/l以下”、“h-n3mg/l以下”，处理水质的各项数据分别低于所述河流排放规定值，可见极为优异。
而且，也未产生剩余污泥。
而表(b)中已有(以往)废水处理装置26的确证试验结果是，根据实验no.1、3、5、7、9、11的数据，处理水中，各值为“bod21.5mg/l以上”、“ss10.2mg/l以上”、“h-n11.4mg/l以上”，处理水质的各项数据分别高于所述河流排放规定值，存在无法向河流排放的不良状况。
而且，关于剩余污泥，即使是最少量(换算值)也会产生3.9吨/天，存在不良状况。存在该大量的提取剩余污泥不会在固液分离槽29中沉降分离，几乎全部排放的不良状况。
因此可见，根据本发明，发挥与以往的例子相比极为优异作用效果。
符号说明
1废水处理载体
1’废水处理螺旋载体
2芯部
3微生物保持部
4纤维
5多重线
6亲水性纤维
7疏水性纤维
8亲水性-疏水性混合多重线
9多绞多重线
10亲水性-疏水性混合多绞多重线
11废水处理载体模块
11’废水处理载体交替模块
12载体固定帆布
13载体模块固定带
14缝制部
15亲水性废水处理螺旋载体
16疏水性废水处理螺旋载体
17废水处理载体单元
18载体模块固定条
19载体模块固定格子体
20空气扩散装置固定格子体
21空气扩散装置
22设置废水处理单元的废水处理装置
23废水处理槽
24原水
25处理水
26以往的废水处理装置
27原水槽
28空气
29固液分离槽
30污泥
31污泥返回通道
32剩余污泥
33本发明涉及的废水处理装置
p：螺旋的间距
pc：螺旋载体的间距
pm：废水处理载体模块的间距
d：芯部的宽度
d1：微生物保持部的宽度
d2：螺旋载体的直径
b：送风机
p：泵