CN105102378A

CN105102378A - 厌氧性处理方法

Info

Publication number: CN105102378A
Application number: CN201480018707.3A
Authority: CN
Inventors: 德富孝明
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-11-25
Also published as: JPWO2014156216A1; TW201446660A; KR20150137061A; WO2014156216A1

Abstract

本发明提供一种可有效且以低价的设备成本对固体物浓度高的有机性排水进行处理的厌氧性处理方法。其中，通过酸生成槽(1)对固体物浓度1000mg/L以上的原水进行处理，然后，通过泵P1输送给pH值调整槽(2)进行pH值调整，并通过泵P2将pH值调整水以向上流的方式通水至填充有流动性非生物载体(4)的反应槽(3)中并进行处理。反应槽(3)的流出水中，一部分作为循环水循环至pH值调整槽(2)，残留部分作为处理水被排出至体系外。

Description

厌氧性处理方法

技术领域

本发明涉及一种厌氧性处理方法，其在反应槽内填充具有流动性的非生物载体，并在该非生物载体的表面上形成生物膜，在厌氧条件下流通被处理水进行处理。

背景技术

作为有机性排水的厌氧性处理方法，采用在反应槽内以高密度形成沉降性大的颗粒污泥，且使含有溶解性BOD的有机性排水进行向上流通水，在形成污泥床的状态下进行接触，进行高负荷高速处理的UASB(UpflowAnaerobicSludgeBlanket：向上流厌氧性污泥床)法。该方法是分离消化速度慢的固体有机物予以另外处理，仅将消化速度快的溶解性有机物通过使用厌氧性微生物密度高的颗粒污泥的厌氧性处理，以高负荷进行高速处理的方法。作为该UASB法发展后的方法，也可进行使用高度高的反应槽，然后以高流速进行通水，以高展开率展开污泥床，然后以高负荷进行厌氧性处理的EGSB(ExpandedGranuleSludgeBlanket：膨胀颗粒污泥床)法。

UASB法、EGSB法等的使用颗粒污泥的厌氧性处理，是使含有厌氧性微生物的污泥维持于颗粒状，并进行增殖且处理的方法。该方法，与通过在载体上保持污泥的固定床或流动床进行的处理相比，能够达成高的污泥保持浓度，因此，可进行高负荷运转，并且，通过从已经运作中的处理体系调度剩余污泥，可在短时间内完成，是有效的厌氧性处理法。

但是，这些使用颗粒污泥的方法，在排水中含有高浓度的SS成分时，如专利文献1中记载的，需要在通过作为前处理的沉淀、加压浮上、凝聚沉淀、振动筛网、旋转筛网等去除固体物后，进行厌氧处理。这是由于，在UASB、EGSB等的颗粒法中，流入高浓度SS时，SS成分会向上挤压颗粒层，导致颗粒流出。

作为含有高浓度SS的排水的厌氧性处理，有厌氧性污泥消化，但是这是以固体物分解为目的，通常滞留时间需要为10天以上，需要非常大的反应槽。

作为使用载体的厌氧性处理方法，有使用固定床载体的方法。在专利文献2中记载了一种有机性废弃物的甲烷发酵处理方法，其中，对有机性废弃物进行甲烷发酵处理时，使用在由通过臭氧气体进行亲水处理过的合成树脂原料构成的载体上负载以甲烷菌为主体的厌氧性微生物的固定化微生物，进行甲烷发酵。

但是，使含有高浓度SS的有机性排水流入该载体的固定床时，会有SS成分固定于载体表面而导致阻塞的问题。

相对于此，在使用流动性的非生物载体的方法中，能够通过筛网等的机械的方法防止载体从反应槽流出，并且能够确保载体表面一直(常时)作为微生物的生育场所，因此，具有对低浓度的COD排水或使颗粒解体的排水而言也能够适合使用的优点。

作为使用于该处理的流动性非生物载体，在专利文献3中记载了一种流动性非生物载体，其是由下述的(I)及/或(II)的发泡体而成，该载体的大小是1.0～5.0mm，该载体的沉降速度是100～500m/小时。

(I)含有以聚烯烃系树脂为主体的树脂成分30～95重量％、以及纤维素系粉末的亲水化剂5～70重量％，并且表面具有熔体破裂(meltfracture)状态的发泡体；

(II)含有以聚烯烃系树脂为主体的树脂成分30～95重量％、纤维素系粉末的亲水化剂4～69重量％、以及无机粉末1～30重量％，并且表面具有熔体破裂状态的发泡体。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开平5-253594；

专利文献2：日本特开2003-260446；

专利文献3：日本特开2012-110843。

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，以使用颗粒的厌氧性处理方法对含有高浓度SS的有机性排水进行处理时，由于无法将高浓度SS成分流入颗粒槽中，必须预先设置沉淀槽等的固液分离设备，从而有处理全体的设备费用增大的问题。在专利文献3的厌氧性处理方法中，没有记载对高SS浓度的有机性排水进行处理。

本发明的目的在于，提供一种可有效地且以低价的设备成本对固体物浓度高的有机性排水进行处理的厌氧性处理方法。

解决课题的方法

本发明的厌氧性处理方法，其中，其具有通过具有流动性非生物载体的厌氧性反应槽对固体物浓度1000～30000mg/L的有机性排水进行处理的工序。

本发明中，优选以对前述有机性排水不进行固体物去除处理的方式向前述反应槽中通水。

前述载体的大小是1.0～5.0mm，并且该载体的沉降速度是100～500m/小时。

反应槽的流体力学的滞留时间(HRT)，优选为1～120小时。

也可将有机性排水通过酸生成槽后，向前述反应槽通水。

前述反应槽，优选是完全混合型反应槽或向上流型反应槽。

发明的效果

本发明通过向具有非生物载体的反应槽对固体物浓度高的有机性排水进行通水，使非生物载体在厌氧性反应槽内流动，并能够有效地进行厌氧性处理。

本发明所使用的非生物载体，与颗粒相比时，由于比重大且沉降速度也快，即使在含有高浓度的SS成分的排水中仍可沉降。通过产生的气体与水流适当地予以搅拌混合，因此，生物膜的厚度变厚而引起自然剥离，能够避免因生物膜肥大化而浮上或阻塞流路。

有机性排水中的SS成分也有可能在反应槽内部进行沉降、堆积，但是，使用完全混合型反应槽进行混合或使用向上流反应槽时，通过使液体的上升流速变大，能够防止SS的堆积。

有机性排水中的SS成分，也会有因微生物而水解，转换成溶解性成分的情形。此时，可溶化的成分与原本所含的溶解性成分相同地进行厌氧性生物处理。通过使厌氧槽的流体力学的滞留时间为1～120小时，可使有机性排水中的SS成分通过微生物的水解反应的效率良好。

作为流动性非生物载体，通过使用满足1～5mm大小以及100～500m/小时的沉降速度的流动性非生物载体，使充分量的微生物附着于载体上，防止由于载体的浮上、流出、固熔而引起的阻塞，能够形成良好的流动床，能够进行稳定且有效的厌氧性处理。

附图说明

图1是表示实施例及比较例所使用的厌氧性处理装置的构成的系统图。

图2是表示实施例所使用的厌氧性处理装置的构成的系统图。

图3是表示比较例所使用的厌氧性处理装置的构成的系统图。

图4是表示实施例的结果的图。

图5是表示比较例的结果的图。

图6是表示实施例的结果的图。

图7是表示比较例的结果的图。

具体实施方式

在下述中，详细说明本发明的实施方式。

本发明中，向填充有流动性非生物载体的厌氧性反应槽对固体物浓度高的有机性排水进行通水，并在该非生物载体的表面上形成生物膜，由此，对有机性排水进行处理。

本发明中，作为处理对象的被处理水，是固体物浓度高、并且含有通过与厌氧性微生物接触进行厌氧性处理而能够处理的有机物的液体。固体物浓度为1000mg/L以上，例如，1000～30000mg/L，特别优选是1000～5000mg/L。有机性排水的COD_cr浓度为1000～60000mg/L，特别优选是3000～15000mg/L左右。

作为该排水，包含食品工场的废水、化学工场等的有机性废水、半导体工场排水等，但是，不受这些所限制。

在被处理水中含有糖、蛋白质等的高分子成分时，也可如下述实施例中所使用的厌氧性处理装置，作为填充有流动性非生物载体的反应槽的前处理手段，设置有使高分子分解至醋酸或丙酸的低分子有机酸的酸生成槽。

此时，作为酸生成槽的处理条件，根据被处理水的生物分解性等的条件而不同，但是，pH值为5～8(优选为5.5～7.0)、温度为20～40℃(优选为25～35℃)、HRT为2～24小时(优选为2～8小时)是合适的。

通过该酸生成槽充分地进行低分子化时，可良好地进行后段的填充有流动性非生物载体的反应槽中的处理。

仅含有甲醇、醋酸等的甲烷生成细菌可直接利用的化合物的排水时，不需酸生成槽，能够向填充有流动性非生物载体的反应槽对被处理水直接进行通水。

在本发明中，作为填充前述的流动性非生物载体且对被处理水进行通水的反应槽，能够利用使用搅拌机等的完全混合型反应槽、通过水流与产生气体混合槽内的向上流型反应槽等。

作为完全混合型反应槽、向上流型反应槽的处理条件，在能够得到所希望的处理效率的范围内，没有特别的限制，例如，可设定为如下述的条件。

<完全混合型反应槽>

载体填充率：10～30％；

HRT：1.0～24小时；

槽负荷：4.0～12.0kg-COD_cr/m³/天；

污泥负荷：0.8～3.0kg-COD_cr/kg-VSS/天；

pH值：6.5～7.5；

温度：25～38℃。

<向上流型反应槽>

载体填充率：10～80％；

HRT：1.0～24小时；

上升流速(LV)：1.0～20m/小时；

槽负荷：4.0～32kg-COD_cr/m³/天；

污泥负荷：0.8～3.0kg-COD_cr/kg-VSS/天；

pH值：6.5～7.5；

温度：25～38℃。

在本发明的厌氧性处理方法中使用的流动性非生物载体，优选大小为1.0～5.0mm、沉降速度为100～500m/小时的流动性非生物载体。

载体的大小过大时，反应槽的每单位体积的表面积变小，而过小时，沉降速度变慢，变得不易与处理水分离。本发明所使用的载体的特别优选的大小是2.5～4.0mm。

载体的大小，通常称为“粒径”，例如长方体形的载体时为其长边的长度，正方体形的载体时为其一边的长度，圆柱形状的载体时为直径或圆柱的高度中的较大者。此外，这些形状以外的异形形状的载体时，以2片平行板夹住载体时，为该板的间隔最大的部位的板的间隔。

在本发明中，载体的大小，只要是平均值为1.0～5.0mm、优选为2.5～4.0mm的范围即可，也可以全部载体的大小不在该范围内。

载体的沉降速度过小时，容易因水流或产生气体而浮上，接近水面而蓄积成浮渣状。也即，使用非生物载体的方法时，由于在表面上形成生物膜，在生物膜内部进行产生气体的反应，载体的表观比重伴随生物膜的形成而变小。需要考虑该生物膜的影响来决定载体本身的比重、沉降速度。反之，载体的沉降速度过大时，与被处理水的接触效率恶化，无法得到充分的处理效率，或于载体的堆积层上蓄积固体物而导致流路阻塞。本发明所使用的载体的优选沉降速度为100～500m/小时。

所谓的载体的沉降速度，是将载体浸渍于水(自来水等的清水)中，取出沉淀物，并将其投入加有水(自来水等的清水)的量筒中，测定每单位时间的沉降距离而求得的值，在本发明中测定10～20个的载体，以其平均值作为沉降速度。

本发明所使用的载体，只要是沉降速度与载体大小满足上述规定条件并且可保持菌体即可，没有特别的限制。可为发泡体、未发泡体或凝胶体。特别是由下述(I)及/或(II)的发泡体所形成的载体，从容易调整比重或粒径方面而言，优选由该树脂发泡体所形成的载体。

(I)含有以聚烯烃系树脂为主体的树脂成分30～95重量％、以及纤维素系粉末的亲水化剂5～70重量％，并且表面具有熔体破裂状态的发泡体(以下，有时记载为“发泡体(I)”)

(II)含有以聚烯烃系树脂为主体的树脂成分30～95重量％、纤维素系粉末的亲水化剂4～69重量％、以及无机粉末1～30重量％，并且表面具有熔体破裂状态的发泡体(以下，有时记载为“发泡体(II)”)。

聚烯烃树脂只要是沉降速度、载体大小满足上述规定条件时，可以不是发泡体，可以不含有亲水化剂。有关凝胶体的材质，也没有特别的限制，例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、丙烯酰胺及聚丙烯酸等。

此处的熔体破裂，是指一般已知在塑料成型时，在成型品表面上产生凹凸的现象(不具有平滑表面的状态)。例如，在塑料材料挤出成型时，会有挤出机的内压显著变高、挤出速度显著变大，或塑料材料的温度过低时，会在成型品的表面上产生不规则的凹凸，失去表面光泽的现象。

作为构成发泡体(I)、(II)的树脂成分，优选聚乙烯(以下，有时简称为“PE”)、聚丙烯(以下，有时简称为“PP”)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(以下，有时简称为“EVA”)等。这些树脂可单独使用，也可使用适当组合的混合物。此外，构成发泡体(I)、(II)的树脂成分，也可于聚烯烃系树脂中加入其他的热塑性树脂成分。作为其他的热塑性树脂成分，例如聚苯乙烯(以下，有时简称为“PS”)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚缩醛、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS树脂等。

作为构成发泡体(I)、(II)的树脂成分，特别优选聚乙烯，也可为PE与其他的聚烯烃系树脂等的混合物，例如PE与PP的混合物、PE与EVA的混合物、PE与PP与EVA的混合物、PE与PP与PS的混合物、PE与PP与EVA与PS的混合物、或这些另与其他的热塑性树脂混合的混合物。具体而言，含有PE、PP、EVA、PS的其他的热塑性树脂的组成比(重量比)，以树脂全体为100时，优选含有PE：PP：EVA：PS的其他的热塑性树脂＝100～60：40～0：20～0：15～0。另外，为提高载体的耐摩擦性时，优选在树脂成分中含有10重量％以上的EVA。而且，这些的树脂成分也可为再生树脂。

作为亲水化剂的纤维素系粉末，例如木粉、纤维素粉末、麻纤维素粉末等，例如锯屑粉、微晶纤维素(Avicel)、粉末纤维素(Arbocel，商品名)、纸粉、纤维素珠、微结晶纤维素、微原纤维化纤维素等，特别优选使用木粉。这些皆可单独使用，也可以任意比例混合2种以上使用。

亲水化剂的形状，可为球状、椭圆状、楔子状、晶须状、纤维状等，也可为这些以外的形状。而且，亲水化剂的粒径为通过200筛网品为宜，优选为通过100筛网品，更优选为通过40筛网品。

在本发明中，亲水化剂对具有独立气泡的发泡体而言，具有赋予水浸渍功能的作用，因此，优选亲水化剂露出或突出于发泡体表面。此处，露出是指亲水化剂的表面的一部分出现于发泡体表面上，而突出是指亲水化剂的一部分自发泡体表面突出。换言之，露出或突出，是指亲水化剂的全部或部分埋没在发泡体中，并且亲水化剂的表面的一部分出现于发泡体表面的状态，或亲水化剂的一部分突出于发泡体表面的状态。

作为发泡体(II)所使用的无机粉末，例如硫酸钡、碳酸钙、沸石、滑石、氧化钛、钛酸钾、氢氧化铝等，特别优选使用硫酸钡。这些的无机粉末，皆可单独使用，也可使用2种以上的无机粉末。

由表观容积求得的比重，较上述下限值更小或大时，皆有无法满足前述本发明所规定的沉降速度的情形。由发泡体的表观容积求得的比重，是在50ml的量筒中量取表观容积为30ml的发泡体，由其重量计算所求得的值(单位：g/ml)，表示实质的比重。这是由于发泡体(I)、(II)在其表面上具有熔体破裂状态，极不易测定真正的体积。在下述中，由发泡体的表观容积求得的比重，简称为“比重”。

发泡体(I)、(II)，能够通过将前述的聚烯烃系树脂、亲水化剂及无机粉末予以熔融混炼，进而熔融混炼发泡剂使所得到的混合物发泡，然后，切成规定的大小，由此进行制造。

作为发泡剂，例如重碳酸钠(碳酸氢钠)、偶氮二甲酰胺等。发泡剂不受限于这些，例如为化学性发泡剂或物理性发泡剂等。

[实施例]

在下述中，列举实施例及比较例，对本发明进行更具体的说明。

[实施例1～3、比较例1～4]

通过图1所示的厌氧性处理装置，以COD_cr浓度：5000mg/L、SS：1500mg/L、T-N：250mgN/L、T-P：30mg/L、pH值：5.0的食品系排水作为原水，进行通水试验。

该厌氧性处理装置中，在酸生成槽1中对原水进行处理后，通过泵P₁输送给pH值调整槽2进行pH值调整，并通过泵P₂以向上流的方式向填充有流动性非生物载体4的反应槽3对pH值调整水进行通水并进行处理。反应槽3的流出水，一部分作为循环水，循环于pH值调整槽2中，剩余部分作为处理水排出至体系外。在酸生成槽1及pH值调整槽2中，为了调整pH值，作为碱剂添加有氢氧化钠。1A、2A为pH计，1B、2B为搅拌机，3A为筛网。

酸生成槽1、pH值调整槽2及反应槽3的处理条件，如下所述。

<酸生成槽>

容量：5L；

HRT：4小时；

pH值：6.5；

温度：35℃。

<pH值调整槽2>

容量：1L；

pH值：7.0。

<反应槽>

容量：约7.5L(直径15cm、高度约50cm)；

HRT：6小时；

上升流速(LV)：3～4m/小时；

pH值：7.0；

载体填充率：40％。

所使用的流动性非生物载体的规格，如表1所示，作为发泡体的构成材料的聚烯烃系树脂使用聚乙烯，作为亲水化剂使用椭圆形状、通过100筛目的木粉，作为无机粉末使用硫酸钡。另外，载体皆为圆柱形状，载体的大小为该圆柱体的高度。

表1

处理水量为约30L/天，且在处理开始时，将附有微生物的载体以填充率40％填充于反应槽3中。

实施例1及比较例4的COD_cr浓度的经时变化如图4(实施例1)、图5(比较例4)所示。

<观察>

在实施例1～3中，不会因载体浮上、固熔而引起阻塞现象，可稳定地进行处理(COD_cr浓度变化，作为代表在图4中仅表示出了实施例1。对于实施例2、3，可确认COD_cr浓度变化与实施例1几乎完全相同)。在比较例1中，因SS导致载体浮上而无法进行处理。在比较例2中，因SS导致载体固熔、阻塞而无法进行处理。在比较例3中，因SS导致载体浮上而无法进行处理。在比较例4中，虽没有因载体浮上、固熔而导致阻塞，但是，如图5所示处理水的COD_cr浓度与实施例1的图1相比时，较高且不规则性大，处理能力降低。

[实施例4]

如图2所示，除了没有设置pH值调整槽2并且将反应槽设为下述的完全混合型反应槽3’(在载体上，与实施例1～3同样地预先附着有微生物)以外，与实施例1同样地进行前述食品系排水的处理。3C为pH计，3B为搅拌机。COD_cr浓度的经时变化如图6所示。

在完全混合型中，存在下述课题：在使用沉降速度小的载体时，由于SS附着且浮上而导致在长时间运作下处理水浓度恶化；此外，在使用沉降速度大的载体时，为使反应槽内的载体均匀地流动，需要极大的能量进行搅拌。

<完全混合型反应槽>

容量：约7.5L；

HRT：6小时；

pH值：7.0；

载体填充率：40％；

温度：35℃。

[比较例5]

如图3所示，除了将反应槽设为下述的颗粒反应槽3”以外，与实施例1相同地进行前述食品系排水的处理。4’是表示颗粒，3D是表示气固液分离装置(GSS)。COD_cr浓度经时变化如图7所示。在该比较例5中，由于颗粒通过SS而上升，流出至反应槽外，反应槽内的污泥减少而降低处理能力，导致水质恶化。

<颗粒槽>

容量：约7.5L；

HRT：6小时；

pH值：7.0；

温度：35℃；

颗粒：投入4L的啤酒工厂UASB设备的颗粒。

使用特定的方案对本发明进行了详细的说明，但是，本领域技术人员能够明白在不脱离本发明的意图与范围内可做各种的变更。

本申请是依照2013年3月27日提出的日本专利申请2013-066782为基准而提出的，其全体通过引用的方式援用于本发明。

附图标记的说明

1：酸生成槽；

2：pH值调整槽；

3，3’，3”：反应槽；

4：流动性非生物载体。

Claims

1.一种厌氧性处理方法，其具有通过厌氧性反应槽对固体物浓度1000～30000mg/L的有机性排水进行处理的工序，并且该厌氧性反应槽具有流动性非生物载体，其特征在于，

2.如权利要求1所述的厌氧性处理方法，其特征在于，以对前述有机性排水不进行固体物去除处理的方式向前述反应槽通水。

3.如权利要求1或2所述的厌氧性处理方法，其特征在于，使反应槽的流体力学的滞留时间是1～120小时。

4.如权利要求1至3中任一项所述的厌氧性处理方法，其特征在于，使有机性排水通过酸生成槽后，向前述反应槽通水。

5.如权利要求1至4中任一项所述的厌氧性处理方法，其特征在于，前述反应槽是完全混合型反应槽。

6.如权利要求1至4中任一项所述的厌氧性处理方法，其特征在于，前述反应槽是向上流型反应槽。

7.如权利要求1所述的厌氧性处理方法，其特征在于，前述有机性排水的COD_cr浓度是1000～60000mg/L。

8.如权利要求4所述的厌氧性处理方法，其特征在于，前述酸生成槽的处理条件为：pH值是5～8、温度是20～40℃、并且流体力学的滞留时间是2～24小时。

9.如权利要求5所述的厌氧性处理方法，其特征在于，前述完全混合型反应槽的处理条件如下述所示：

载体填充率：10～30％；

流体力学的滞留时间：1.0～24小时；

槽负荷：4.0～12.0kg-COD_cr/m³/天；

污泥负荷：0.8～3.0kg-COD_cr/kg-VSS/天；

pH值：6.5～7.5；

温度：25～38℃。

10.如权利要求6所述的厌氧性处理方法，其特征在于，前述向上流型反应槽的处理条件如下述所示：

载体填充率：10～80％；

流体力学的滞留时间：1.0～24小时；

上升流速(LV)：1.0～20m/小时；

槽负荷：4.0～32kg-COD_cr/m³/天；

污泥负荷：0.8～3.0kg-COD_cr/kg-VSS/天；

pH值：6.5～7.5；

温度：25～38℃。

11.如权利要求1所述的厌氧性处理方法，其特征在于，前述载体是由下述(I)及/或(II)的发泡体形成：

(I)含有以聚烯烃系树脂为主体的树脂成分30～95重量％、以及纤维素系粉末的亲水化剂5～70重量％，并且表面具有熔体破裂状态的发泡体；