CN105164062B - 厌氧处理系统及厌氧处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种厌氧处理系统及厌氧处理方法，其抑制厌氧处理槽内的有机废水的氧化还原电位上升，从而良好地进行厌氧处理。本发明具备使在厌氧处理槽(12)中通过厌氧处理而产生的生物气体的一部分回流到位于厌氧处理槽(12)的前级的调整槽(9)及酸生成槽(11)的结构。由此，包含于生物气体中的硫化氢溶解于有机废水中而提高有机废水中的硫化物离子的浓度，从而能够将有机废水的氧化还原电位维持为较低。其结果，即使在有机废水中的有机物浓度较低的情况下，或者在低温下进行厌氧处理等的情况下即基于微生物的有机物分解不够充分导致氧气的消耗不够充分的情况下，也能够抑制有机废水的氧化还原电位上升，从而能够良好地进行厌氧处理。

Description

厌氧处理系统及厌氧处理方法
技术领域
本发明涉及一种厌氧处理系统及厌氧处理方法。
背景技术
作为包含有机物的有机废水的处理方法，开始普及有UASB(Upflow AnaerobicSludge Blanket：上流式厌氧污泥床)法或EGSB(Expanded Granular Sludge Bed：膨胀颗粒污泥床)法等快速甲烷发酵法，从而代替需要大量的曝气动力且剩余污泥生成量也较多的活性汚泥法。作为利用这些甲烷发酵法等厌氧处理的废水处理系统，例如有专利文献1中记载的废水处理系统。专利文献1所记载的废水处理系统在甲烷发酵槽中通过厌氧产甲烷菌将有机酸转换成沼气或二氧化碳而进行去除，由此提高处理水的水质。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-263084号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
厌氧处理中的甲烷发酵是在还原状态下进行的生物反应。在此，若含氧气的废水流入到进行甲烷发酵的厌氧处理槽中，或者空气(氧气)混入到厌氧处理槽内，则氧化还原电位会上升而成为氧化状态，会导致反应停止，因此较为理想的是在没有氧气混入的状态下进行甲烷发酵。但是，实际上，包含于废水或汚泥中的微生物(兼性厌氧菌等)在分解槽内的有机物时消耗氧气，因此即使不严格管理氧气的量，也能够维持槽内的厌氧状态。
然而，在对有机物浓度较低的废水进行厌氧处理时，微生物的有机物的分解量减少，导致氧气的消耗量减少，因此氧化还原电位有可能会上升。并且，在废水温度为5～20℃程度的低温状态下，与废水温度高于该温度的情况相比，废水中的溶解氧浓度上升，因此氧化还原电位有可能会上升。若氧化还原电位上升，则甲烷发酵的效率就会降低，有可能导致水质变差或甲烷生成量(回收量)降低。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供能够抑制厌氧处理槽内的有机废水的氧化还原电位上升，从而能够良好地进行厌氧处理的厌氧处理系统及厌氧处理方法。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的一种实施方式所涉及的厌氧处理系统具备：厌氧处理槽，通过对有机废水进行厌氧处理而产生生物气体；前级处理槽，在所述厌氧处理槽的前级处理所述有机废水；及气体回流构件，使在所述厌氧处理槽中产生的所述生物气体的至少一部分回流到所述厌氧处理槽的前级。
并且，本发明的一种实施方式所涉及的厌氧处理方法具备：厌氧处理工序，在厌氧处理槽中，通过对有机废水进行厌氧处理而产生生物气体；前级处理工序，在所述厌氧处理槽的前级处理所述有机废水；及气体回流工序，使在所述厌氧处理槽中产生的所述生物气体的至少一部分回流到所述厌氧处理槽的前级。
在上述厌氧处理系统及厌氧处理方法中，在厌氧处理槽中产生的生物气体的至少一部分回流到厌氧处理槽的前级。回流到厌氧处理槽的前级的生物气体中含有硫化氢。因此，通过在厌氧处理槽的前级使生物气体与有机废水接触，使硫化氢溶解于有机废水中，从而使有机废水的氧化还原电位下降。由此，能够抑制厌氧处理槽中的氧化还原电位的上升，从而能够良好地进行厌氧处理。
在此，作为有效地发挥上述作用的结构可例举出如下结构，具体而言，所述气体回流构件具有使所述生物气体的至少一部分回流到所述前级处理槽的第1气体回流通道。
并且，作为有效地发挥上述作用的其它结构可例举出如下结构，具体而言，所述厌氧处理系统还具备还原槽，该还原槽设置于所述前级处理槽的前级，并对所述有机废水进行还原处理，所述气体回流构件具有使所述生物气体的至少一部分回流到所述还原槽的第2气体回流通道。
并且，也能够设为如下结构，即所述厌氧处理系统还具备还原槽，该还原槽设置于所述前级处理槽的前级，并对所述有机废水进行还原处理，所述气体回流构件具有使所述前级处理槽内的气体的一部分回流到所述还原槽的气体输送通道。
通过采用具备使来自厌氧处理槽的生物气体回流到前级处理槽且将该前级处理槽中的气体输送到还原槽的输送管线的结构，即使还原槽不具备直接将生物气体回流的气体回流管线，在还原槽中也能够使生物气体与有机废水接触，从而能够使硫化氢溶解于有机废水中，能够抑制厌氧处理槽内的有机废水的氧化还原电位上升。
发明效果
根据本发明，提供能够抑制厌氧处理槽内的有机废水的氧化还原电位上升，从而能够良好地进行厌氧处理的厌氧处理系统及厌氧处理方法。
附图说明
图1是用于说明本实施方式所涉及的厌氧处理系统的结构的图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在附图中，对于相同的要件标注相同的符号，并省略重复说明。
图1是表示本发明的一种实施方式所涉及的厌氧处理系统的结构的概略图。厌氧处理系统1具备：调整槽9，接受经过原水流入管L1而输送过来的有机废水；位于其后级的酸生成槽11；及位于更后级的厌氧处理槽12。
调整槽(还原槽)9是对输送给后级的有机废水进行流量调整处理的槽。并且，调整槽9具有进行还原处理的还原槽的功能。在调整槽9中使有机废水的氧化还原电位降低。作为降低有机废水的氧化还原电位的方法，可例举出将硫化钠等还原剂或硫酸盐等与调整槽9内的有机废水混合的方法。从调整槽9通过送水管L2向酸生成槽11以规定的流量输送有机废水。
在酸生成槽(前级处理槽)11中通过酸生成菌将包含于有机废水中的有机物分解成醋酸等。并且，在酸生成槽11中，优选添加碱剂(例如氢氧化钠)作为中和剂。在酸生成槽11上连接有送水管L3，使酸生成槽11内的有机废水流入到上流式厌氧处理槽12中。
厌氧处理槽12由长方体状或圆柱状的容器等构成，是EGSB(Expanded GranularSludge Bed，膨胀颗粒污泥床)反应槽等类型的水处理槽。在厌氧处理槽12的下部设置有流入部13。流入部13连接于送水管L3，并使有机废水W流入到厌氧处理槽12内。流入部13例如为沿长度方向均匀地设置有孔部的送水管。在厌氧处理槽12内容纳有厌氧汚泥被颗粒化而成的颗粒污泥。有机废水W与颗粒污泥接触，并通过颗粒污泥中的厌氧菌而被厌氧处理。这种颗粒污泥在有机废水中沉淀到下部而积存，由此，在厌氧处理槽12的下部形成有颗粒污泥层14。
在厌氧处理槽12中，从设置于其下部的流入部13向内部导入有机废水W，从而产生朝向上方的流动，有机废水W通过聚集有厌氧性微生物的颗粒污泥层14，从而对有机废水W进行厌氧处理。在颗粒污泥层14的上部形成有通过该颗粒污泥层14并经过厌氧处理后的有机废水W的液体层。在该液体层的有机废水W中含有从颗粒污泥层14悬浮的悬浮颗粒污泥和通过厌氧处理而产生的生物气体(例如沼气)。另外，悬浮颗粒污泥为颗粒污泥悬浮的物质，例如为气体附着于颗粒污泥或者内部含有气体等的颗粒污泥。生物气体的主要成分为甲烷和二氧化碳，也含有少量的硫化氢、氮、氢等其他成分。
并且，在厌氧处理槽12的上部，配置有用于分离有机废水W、悬浮颗粒污泥及生物气体的三相分离部18。
在三相分离部18的下端部形成有将有机废水W导入到三相分离部18的内部的导入口18a。为了将有机废水W引导至该导入口18a，在三相分离部18的下方且导入口18a的周围设置有沿着三相分离部18的底部设置的导入板19。并且，在导入板19上形成有用于将未导入到导入口18a的有机废水W向下侧回流的回流口19a。并且，在导入板19的下方设置有整流板20，该整流板20对通过导入板19的回流口19a而回流的有机废水W的流动进行整流。
有机废水W通过上述颗粒污泥层14并朝向上方流动，且从外侧流入到通过导入板19而在导入板19与三相分离部18之间形成的导入通道。经过上述导入通道的有机废水W的一部分从导入口18a流入到三相分离部18内，其他部分从导入板19的回流口19a向下侧流动。
流入到三相分离部18内的有机废水W从三相分离部18的侧壁18b向外侧溢出，作为处理水而聚集在处理水排出部23。在侧壁18b的上端高度上形成有机废水W的液面H。处理水排出部23的处理水的一部分通过处理水回流通道L4而回流到酸生成槽11，而处理水排出部23的处理水的剩余部分通过废水管L5而向系统外部排出。在三相分离部18中，在三相分离部18的侧壁18b的内侧设置有隔板24，该隔板24防止从导入口18a流入的有机废水W直接流入到处理水排出部23。
并且，在厌氧处理槽12内，所述生物气体临时积存于比液面H更靠近上方的封闭空间31。有机废水W积存于液面H下的厌氧处理空间33。
在厌氧处理槽12中，在厌氧处理空间33进行有机废水W的厌氧处理，产生生物气体。该生物气体上浮至液面H，由此生物气体临时积存于气体积存空间31。气体积存空间31内的生物气体通过气体回收管线L6向外部排出，并作为有用的能源而被回收。
另外，设置有从气体回收管线L6分支而用于将生物气体回流到前级的回流管线L7(气体回流构件)。气体回流管线L7进一步分支成：气体回流管线L8(气体回流构件：第2气体回流通道)，使生物气体的一部分回流到调整槽9；及气体回流管线L9(气体回流构件：第1气体回流通道)，使生物气体的一部分回流到酸生成槽11。另外，优选气体回流管线L8的调整槽9的端部、气体回流管线L9的酸生成槽11侧的端部设置在各槽中积存的有机废水的内部，从而将回流过来的生物气体注入到有机废水中。由于具有这种结构，因此通过气体回流管线L8、L9而回流的生物气体良好地与各槽内的有机废水混合。
并且，在气体回流管线L8、L9上分别设置有能够开闭管线的阀门V8、V9。
接着，对基于上述厌氧处理系统1的厌氧处理方法进行说明。
(还原处理工序/前级处理工序)
若有机废水导入到调整槽9，则在调整槽9中，通过添加还原剂等而进行还原处理。由此，调整槽9内的有机废水的氧化还原电位降低。还原处理后的有机废水在进行流量调整的同时从调整槽9输送到酸生成槽11。
(酸生成槽处理工序)
若有机废水以被调整的流量从调整槽9导入到酸生成槽11，则在酸生成槽11中，包含于有机废水中的有机物被酸生成菌分解为醋酸等。由此，包含大量醋酸等有机酸的有机废水从酸生成槽11输送到厌氧处理槽12。
(厌氧处理工序)
从厌氧处理槽12的流入部13导入的有机废水W在厌氧处理空间33内朝向上方流动。此时，有机废水W在经过颗粒污泥层14的同时与颗粒污泥接触，并进行厌氧处理。
(处理水排出工序)
然后，到达液面H的有机废水W越过侧壁18b的上端而向处理水排出部23溢出，并作为处理水而通过废水管L5向系统外部排出。另外，排出的处理水在后级继续进行规定的水处理。
(气体回收工序)
在上述厌氧处理工序中，通过厌氧反应生成生物气体(沼气、二氧化碳等)，该生物气体上浮至液面H，并且临时积存于气体积存空间31，若生物气体的量增加，则气体积存空间31内的生物气体通过气体积存空间31的压力而流过气体回收管线L6并排出。
(气体回流工序)
生物气体通过从气体回收管线L6分支的气体回流管线L7，并且通过从气体回流管线L7分支的气体回流管线L8输送到调整槽9。并且，生物气体通过从气体回流管线L7分支的气体回流管线L9输送到酸生成槽11。阀门V8、V9对气体回流管线L8、L9的生物气体的回流量进行调节。
接着，对以上说明的厌氧处理系统1及厌氧处理方法的作用效果进行说明。
厌氧处理槽12中的厌氧处理是在还原状态下通过产甲烷菌等厌氧菌(专性厌氧菌)进行的生物反应。因此，若处于氧化还原电位为-200mV以上的氧化状态，则生物反应会停止。为了良好地进行基于厌氧菌的厌氧处理，优选在氧气不混入有机废水中的状态下进行厌氧处理。但是，实际上，即使在有机废水中混入有一些氧气，由于存在于颗粒污泥层14的汚泥中的微生物(兼性厌氧菌)在分解有机物时消耗氧气，因此即使有若干量的氧气混入于有机废水中，甲烷的发酵也会进行，能够良好地进行厌氧处理。
但是，当一定量以上的氧气供给到厌氧处理槽时，由于无法耗尽氧气，因而氧化还原电位上升，其结果可以认为无法良好地进行厌氧处理。作为氧化还原电位上升的例子，可例举出包含于有机废水中的有机物的浓度降低，且用于消耗氧气的微生物的活动不够充分的情况。在微生物的有机物分解的活动量较少的情况下，所消耗的氧气与其活动量的减少相应地减少。并且，在5～20℃的低温区域进行厌氧处理的情况下，与中温区域(30～40℃)或高温区域(50～60℃)的情况相比，有机废水中的溶解氧浓度变高，无法充分地进行基于微生物分解氧气。如此，若无法充分地去除有机废水中的氧气，导致氧化还原电位上升，且氧化还原电位超过-200mV，则无法充分地进行厌氧处理，处理水的水质有可能会变差。
与此相对，在本实施方式所涉及的厌氧处理系统1构成为，将在厌氧处理槽12中通过厌氧处理而产生的生物气体的一部分回流到比厌氧处理槽12位于前级的调整槽9及酸生成槽11。
由此，包含于生物气体中的硫化氢溶解于有机废水中。硫化氢为还原性较高的气体，通过使其溶解于有机废水中而提高有机废水中的硫化物离子的浓度，从而能够将有机废水的氧化还原电位维持在较低。因此，即使在有机废水中的有机物浓度较低的情况下，或者在低温下进行厌氧处理等的情况下即基于微生物的有机物分解不够充分导致氧气的消耗不够充分的情况下，也能够抑制有机废水的氧化还原电位上升，能够良好地进行厌氧处理。
并且，在厌氧处理槽12的颗粒污泥层14的汚泥中还含有进行硫酸还原反应的微生物，因此有机废水中的硫酸盐类通过厌氧处理而变为硫磺离子等还原性硫磺，由此，将有机废水的氧化还原电位保持为较低。然而，有机废水中的有机物浓度较低的情况，或者在低温下进行厌氧处理等的情况下即有机物分解不够充分导致氧气的消耗不够充分的环境也是进行硫酸还原反应的微生物无法活跃地活动的环境。因此，通过采用使包含于生物气体中的硫化氢在厌氧处理槽12的前级溶解于有机废水中的结构，能够防止有机废水中缺乏硫化氢，能够将废水的氧化还原电位维持在较低。
另外，如图1所示，厌氧处理系统1可以为使生物气体回流到调整槽9和酸生成槽11这两者的结构，也可以为回流到任意一方的结构。
并且，若对调整槽9和酸生成槽11进行比较，则由于在酸生成槽11中进行通过酸生成菌将包含于有机废水中的有机物分解为醋酸等的工序，因此有机废水的pH值比调整槽9的pH值低。如此，若pH变低，则生物气体中的硫化氢不易溶解于有机废水中，因此可以采用使生物气体回流到有机废水的pH值更高的调整槽9的结构，以使生物气体的硫化氢容易溶解于有机废水中。
并且，在酸生成槽11中的硫化氢的溶解不够充分的情况下，例如，除了气体回流管线L9以外，还可以设置气体输送管线L10(图1中用虚线表示)，该气体输送管线L10为回收酸生成槽11上部的气体并输送到调整槽9的气体输送通道。另外，在采用具有气体输送管线L10的结构的前提是将气体回流管线L9设置于酸生成槽11。通过采用将来自厌氧处理槽12的生物气体回流到酸生成槽11，并且将该酸生成槽11中的气体输送到调整槽9的结构，即使不具备将生物气体直接回流到调整槽9的气体回流管线L8，在调整槽9中生物气体和有机废水也能够进行接触，硫化氢能够溶解于有机废水中。
并且，也可以采用将气体回流管线连接于送水管L2或送水管L3，从而使在送水管内流动的有机废水和生物气体混合和结构。即，在厌氧处理槽12的前级，通过使从厌氧处理槽12回流的生物气体和有机废水混合，硫化氢溶解于有机废水中，导致氧化还原电位下降。通过具有该结构，能够抑制厌氧处理槽12中的有机废水的氧化还原电位上升，能够良好地进行厌氧处理。
并且，也可以根据有机废水的氧化还原电位并通过例如阀门V8、V9的开闭等来调整回流的生物气体的回流量。
以上，对本发明的最佳实施方式进行了说明，但是本发明未必一定限定于上述实施方式，在不改变其宗旨的范围内可以进行各种变更。例如，厌氧处理槽12并不限定于EGSB反应槽，例如也可以为UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，上流式厌氧污泥床)反应槽。
并且，在上述实施方式中，对在调整槽9中将还原剂添加于有机废水中的结构进行了说明，但是也可以不在调整槽9中进行还原剂的添加等还原处理，而仅进行流量的调整。
符号说明
1-厌氧处理系统，9-调整槽(还原槽)，11-酸生成槽(前级处理槽)，12-厌氧处理槽，L6-气体回收管线，L7、L8、L9-气体回流管线，W-有机废水。

Claims (6)

1.一种厌氧处理系统，其具备通过对流入的有机废水进行厌氧处理而产生生物气体的厌氧处理槽，所述厌氧处理系统的特征在于，
所述生物气体包含还原性较高的气体，
所述厌氧处理系统还具备在所述厌氧处理槽的前级处理所述有机废水的前级处理槽，
所述厌氧处理系统还具备气体回流构件，所述气体回流构件使在所述厌氧处理槽中产生的所述生物气体的至少一部分回流到流向所述厌氧处理槽的有机废水中，使所述生物气体中的还原性较高的气体溶解于处于氧化还原电位为-200mV以上的氧化状态的有机废水中，从而使有机废水的氧化还原电位降低，
在所述厌氧处理槽中，对氧化还原电位降低后的所述有机废水进行厌氧处理。
2.根据权利要求1所述的厌氧处理系统，其特征在于，
所述气体回流构件具有将所述生物气体的至少一部分回流到所述前级处理槽的第1气体回流通道。
3.根据权利要求1所述的厌氧处理系统，其特征在于，
所述厌氧处理系统还具备还原槽，该还原槽设置于所述前级处理槽的前级，并对所述有机废水进行还原处理，
所述气体回流构件具有使所述生物气体的至少一部分回流到所述还原槽的第2气体回流通道。
4.根据权利要求2所述的厌氧处理系统，其特征在于，
所述厌氧处理系统还具备还原槽，该还原槽设置于所述前级处理槽的前级，并对所述有机废水进行还原处理，
所述气体回流构件具有使所述生物气体的至少一部分回流到所述还原槽的第2气体回流通道。
5.根据权利要求2所述的厌氧处理系统，其特征在于，
还具备还原槽，该还原槽设置于所述前级处理槽的前级，并对所述有机废水进行还原处理，
所述气体回流构件具有将所述前级处理槽内的气体的一部分输送到所述还原槽的气体输送通道。
6.一种厌氧处理方法，其具备在厌氧处理槽中通过对有机废水进行厌氧处理而产生生物气体的厌氧处理工序，所述厌氧处理方法的特征在于，
所述生物气体包含还原性较高的气体，
所述厌氧处理方法还具备前级处理工序，在所述厌氧处理槽的前级处理所述有机废水，
所述厌氧处理方法还具备气体回流工序，在所述气体回流工序中，使在所述厌氧处理槽中产生的所述生物气体的至少一部分回流到流向所述厌氧处理槽的有机废水中，使所述生物气体中的还原性较高的气体溶解于处于氧化还原电位为-200mV以上的氧化状态的有机废水中，从而使有机废水的氧化还原电位降低，
在所述厌氧处理工序中，对氧化还原电位降低后的所述有机废水进行厌氧处理。
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