JP2005125202A

JP2005125202A - 有機性廃水の処理装置

Info

Publication number: JP2005125202A
Application number: JP2003362221A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Chiku; 治之知久; Fumio Kohama; 文夫小浜; Shigeru Noritake; 繁則武; Sachiyo Masujima; 幸代増島; Kazuo Uechi; 和男上地
Original assignee: Asahi Breweries Ltd; Sumitomo Heavy Industries Ltd; Asahi Beer Engineering Ltd
Current assignee: Asahi Breweries Ltd; Sumitomo Heavy Industries Ltd; Asahi Beer Engineering Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】有機性固形物を多く含む廃水であっても、高度に処理することのできる処理装置を提供すること。
【解決手段】本発明による処理装置は、有機性固形物を含有する有機性廃水を無機凝集剤の添加により固液分離処理する凝集沈殿槽１０と、この凝集沈殿槽１０で分離された処理液に含まれている有機性成分を酸発酵反応させる酸生成槽２０と、酸発生槽２０で処理された処理液を嫌気性処理する嫌気性処理槽３０とを備えることを特徴としている。この構成においては、有機性廃水に含まれている懸濁物質のような微細な有機性固形物を凝集沈殿槽１０により凝集沈殿させることで取り除くため、後段での嫌気性処理槽３０を通過することはなく、処理水の水質が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビール製造工場からの廃水のような、有機性固形物を含有する廃水（以下「有機性廃水」という）を処理する装置に関する。

下水やし尿、或いは、ビール製造や食品及び畜産等の分野で廃棄される廃水のような有機性廃水の処理においては、近年、省エネルギー型である嫌気性処理、特に嫌気性微生物を自己固定化したグラニュール（例えばグラニュールメタン菌）を利用するＵＡＳＢ式(Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性汚泥床式）或いはＥＧＡＢ式（Expanded Granular Sludge Blanket：膨張粒状スラッジブランケット式）の嫌気性処理を行った後、標準活性汚泥法を代表とする好気性処理を行い、河川放流が可能な高度な水質性状まで廃水を処理する方法が普及している。

しかし、この方法では、好気性処理での空気の曝気動力費が大きいこと、また余剰汚泥も多くなるという問題がある。

この問題を改善するための方法としては、ＵＡＳＢ式嫌気性処理をシリーズ（直列）で連結して処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、２つのＵＡＳＢ式処理槽を連結し、第１段目の処理槽で処理した後、再度、第２段目の処理槽で処理するという嫌気２段処理のため、処理性能が嫌気１段処理に比べて良好であり、また第２段目を好気処理する方法に比べて汚泥発生量が少ないという利点を有している。

しかしながら、澱粉廃液や、酒類（ビール、焼酎、清酒等）の製造工場からの廃水の場合には、高濃度の有機性固形物（懸濁物質）が含まれており、これらの有機性固形物を十分に処理することは２段の嫌気性処理であっても困難であり、未反応の固形物はグラニュールスラッジ層を通過してしまい、処理水と共に系外に流出してしまう。この有機性固形物は、廃水規制物質である化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の多い物質、いわゆるＣＯＤ物質であり、河川等への直接放流のための規制値を越えることができない事態も考えられる。

そこで、従来においては、嫌気性処理槽の前段に膜分離装置や遠心分離装機を配置し、嫌気性処理に先立ち有機性固形物を除去する手段（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）や、自然沈降による固液分離を行う沈殿槽を設けて有機性固形物を除去する手段が提案されている。
特開２００１−９４９４号公報特開平９−２０６７８６号公報特開平１０−２４９３８４号公報

しかしながら、特許文献２や特許文献３に記載の手段は、いずれも高価な特殊な設備が必要であり、経済性の面で問題がある。また、通常の沈殿槽を用いる手段では、有機性懸濁物、その他の残留固形物は粒径や比重が小さく、単なる自然沈降では十分な固液分離は困難であり、時間がかかり、或いは、大型の沈殿槽が必要となる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機性固形物を多く含む廃水であっても、高度に処理することのできる処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者らは種々検討した結果、有機性廃水に無機凝集剤を添加した場合、有機性固形物が凝集することを見出した。本発明は、かかる知見に基づきなされたものであり、有機性固形物を含有する有機性廃水を無機凝集剤の添加により固液分離処理する凝集沈殿槽と、この凝集沈殿槽で分離された処理液に含まれている有機性成分を酸発酵反応させる酸生成槽と、酸発生槽で処理された処理液を嫌気性処理する嫌気性処理槽とを備える処理装置を特徴としている。

この構成においては、有機性廃水に含まれている懸濁物質のような微細な有機性固形物を凝集沈殿槽により凝集沈殿させることで取り除くため、後段での嫌気性処理槽を通過することはなく、処理水の水質が向上する。

また、本発明による処理装置は、凝集沈殿槽で分離された固体分を可溶化処理する可溶化処理槽を更に備え、可溶化処理槽で処理された処理液を凝集沈殿槽に返送するようになっていることを特徴としている。これにより、発生汚泥量が大幅に減じられる。また、可溶化処理槽からの処理液には無機凝集剤が含まれているため、これを再利用することができる。

なお、嫌気性処理槽としては上向流式嫌気性汚泥床槽であることが好適である。

本発明によれば、有機性固形物を多く含む有機性廃水であっても、廃水規制されるＣＯＤ物質等を効果的に削減することができる。また、着色された有機性廃水は放流水の着色問題を引き起こすおそれがあるが、凝集沈殿処理を行うため、着色物質も除去されるという効果も同時に得られる。よって、本発明による処理装置からの処理水を、直接、河川放流することも可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、全図を通し同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明による有機性廃水の処理装置の一実施形態を示す概略説明図である。なお、有機性廃水は、ビール製造工場から排出される廃水等、有機性固形物を多く含有する廃水であるものとする。

図１に示すように、本実施形態に係る処理装置１００は、凝集沈殿槽１０、酸生成槽２０及び嫌気性処理槽３０を備えている。

凝集沈殿槽１０は、例えば特開２００１−２８６７０４号公報等に開示されたものが知られており、被処理液である有機性廃水に含まれている懸濁物質等を適当な凝集剤により凝集しフロック化すると共に、かかる廃水を槽内に均等配分して被処理液から懸濁物質等の固形物を沈殿除去しようとする沈降分離方式の固液分離装置の一種である。

凝集沈殿槽１０には、有機性廃水がライン４０を通して直接、或いは、廃水中に大きな夾雑物が含まれる場合にはそれを除去するための適当なフィルタ（図示せず）を介して、導入されるようになっている。また、有機性廃水中の有機性固形物、特に懸濁物質を凝集するために、ライン４０中において、有機性廃水には、有機性廃水中の有機性固形物（主として懸濁物質）を凝集するために、無機凝集剤、例えば硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム塩が添加される。この凝集を円滑に行わせるために、必要に応じて、適宜、アルカリ等の中和剤や高分子凝集剤が添加される。

凝集沈殿槽１０において、無機凝集剤や高分子凝集剤が添加された有機性廃水中の懸濁物質等が凝集フロック化する。そして、このフロック化した固形物を含有する廃水が凝集沈殿槽１０内に均等に配分され、その後、下方には固体分、上方には固体分が除去された液体分に分離される。凝集沈殿槽１０の底部からは固体分が汚泥として取り出される。この汚泥については後述する。

凝集沈殿槽１０での固液分離は薬剤を使用しているため、高速で行われ、また小型の槽であっても十分な処理結果が得られる。そして、凝集沈殿槽１０内の上澄液は、固形物が概ね除去された比較的清浄な有機性廃水となっており、この有機性廃水はライン４２を通して酸生成槽２０に供給される。酸生成槽２０は、酸発酵反応を行う通性嫌気性微生物を液相内に浮遊状態で保持しており、有機性廃水に残存している液相の有機性成分や微細な有機性固形物を有機酸（低級脂肪酸）等に分解することが可能となっている。この酸生成槽２０には、有機性廃水のｐＨに応じて酸やアルカリ等の中和剤が添加される。中和剤の添加は酸生成槽２０での酸発酵反応を促進するためのものであるが、酸生成槽２０から排出される有機性廃水を中性付近とする中和槽としての機能を持たせることもできる。

酸生成槽２０から排出された有機性廃水は、更に、ライン４４を通して、嫌気性処理槽３０に供給される。嫌気性処理槽３０は、嫌気性微生物により有機性成分をメタンガスや炭酸ガス等に分解するためのものであり、ＥＧＳＢ式やＵＡＳＢ式処理槽のような上向流式嫌気性汚泥床槽等、種々の型式のものを適用可能であるが、本実施形態ではＵＡＳＢ式処理槽が用いられている。

ＵＡＳＢ式処理槽３０は、メタン菌を自己固定化して形成された固定化菌体、いわゆるグラニュールメタン菌が槽の下部にてスラッジ層３０ａ，３０ｂとして保持されたものである。このＵＡＳＢ式処理槽においては、グラニュールメタン菌のスラッジ層３０ａ，３０ｂは処理水と共に流出することがなく、処理槽３０内に保持されるのでメタン菌濃度を高く維持できるという特徴を有している。そのため、高負荷で廃水を高速で処理することができるという利点がある。図示の処理槽３０内では、スラッジ層は、スラッジベッド層３０ａと、その上側に形成されるスラッジブランケット層３０ｂとからなっているが、高負荷化のために流速を高くした場合には、層間の区別は殆どなくなり、主にスラッジブランケット層のみの形となる。図示実施形態において、酸生成槽２０からのライン４４に接続されたノズル３２は、スラッジベッド層３０ａに配設されている。ノズル３２は、酸生成槽２０からの有機性廃水を処理槽３０内に均一に供給できるよう構成されている。

なお、酸生成槽２０からの有機性廃水のｐＨが低い場合には、ＮａＯＨ等の中和剤を投入し、廃水のｐＨを中性付近（ｐＨ６．５〜７．５程度）とすることが、後段の嫌気性処理槽３０での嫌気性処理のために好ましい。

ＵＡＳＢ式処理槽３０内において、酸生成槽２０から送られてきた有機性廃水中の残存している有機性成分はスラッジベッド層３０ａ及びスラッジブランケット層３０ｂにおいてグラニュールメタン菌の働きによりメタンガスや炭酸ガス等に分解される。これにより、凝集沈殿槽１０及び酸生成槽２０では除去できなかった有機性成分も分解され、ほぼ完全に有機性廃水中から除去されることになる。

分解処理により発生したガスはＵＡＳＢ式処理槽３０の上部のガス排出ライン４６から排出される。排出されるガスの主成分であるメタンガスは、燃料として再利用することが可能であるので、排出ガスを適当なガス分離装置（図示せず）に通し、メタンガスを回収することが有効である。

有機性廃水はＵＡＳＢ式処理槽３０で処理されると、前述したように有機性成分が固形物も含めてガス化され除去されるため、処理槽３０から排出される処理水の水質性状は、ＣＯＤ物質の少ない良好のものとなる。従って、ライン４８を通して直接系外に放流したり、更にオゾン処理や活性炭処理等を施して再利用したりすることができる。なお、処理水の一部は、ライン５０を通して酸生成槽２０に返送してもよい。これは、処理槽３０内で処理された処理水に未だ処理されなかった有機性成分が残存している場合には、これを酸生成槽２０にて再度処理する目的の他、処理水に残存している中和剤や通性嫌気性微生物等を酸生成槽２０で再利用するためである。

更に、本実施形態に係る処理装置１００は、凝集沈殿槽１０の底部から取り出された汚泥を可溶化するための可溶化処理槽６０を備えている。前述したように、凝集沈殿槽１０で分離された、有機性固形物を主として含む固体分は汚泥として凝集沈殿槽１０の底部から取り出され、ライン５２を経て可溶化処理槽６０に送られる。

可溶化処理槽６０では、可溶化剤が添加され、汚泥はこれにより溶化される。これにより汚泥が減容化され、処理装置１００内での発生汚泥量は大幅に削減される。可溶化剤としては酸又はアルカリのものがあり、アルカリの可溶化剤としては、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の水酸化物がある。アルカリでの可溶化に適した条件としては、ｐＨ９〜１４、温度２５〜９５℃、より好ましくはｐＨ１０〜１３、温度４０〜８０℃である。酸の場合は、ｐＨ１〜５、温度３０〜１００℃、より好ましくはｐＨ２〜３、温度４５〜９０℃である。また、反応時間はいずれも０．２〜２０時間、より好ましくは０．５〜５時間程度である。

可溶化処理槽６０から排出された処理液には、凝集沈殿のために添加された凝集剤が含まれているため、これを再利用するために、処理液はライン５４，５６を通して凝集沈殿槽１０に返送される。返送は直接行ってもよいが、処理液に金属等の固形物が含まれていることも多く、ライン５４中に固液分離装置７０を配置し、残存固形物を分離することが好ましい。固液分離装置７０としては、例えば、沈殿槽、凝集沈殿槽、浮上分離槽、ろ過分離槽、膜分離槽等が使用される。

以上述べたように、本実施形態では、嫌気性処理を行う前に凝集沈殿により有機性固形物が取り除かれるため、廃水規制されるＣＯＤ物質等を効果的に削減することができ、直接、河川放流も可能となる。また、凝集沈殿槽１０から排出された液中に含まれている有機性固形物は嫌気性処理されガス化され、且つ、汚泥として排出された有機性固形物は可溶化処理されるため、発生汚泥量も削減できるという効果がある。また、着色された有機性廃水は放流水の着色問題を引き起こすおそれがあるが、凝集沈殿処理を行うため、着色物質も除去されるという効果も同時に得られる。更に、凝集沈殿槽１０よりも後段において、嫌気性処理槽３０を複数段、シリーズに接続した場合には、処理を阻害する有機性固形物が殆ど含まれていないため、処理能力を著しく向上させることも可能となる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例及び比較例について述べる。以下の実施例及び比較例では、次の表１の（Ｉ）に示すように、有機性廃水として、懸濁物質が９００ｍｇ／ｌ、全化学的酸素要求量（Ｔ−ＣＯＤｃｒ）が４３００ｍｇ／ｌ、溶解性化学的酸素要求量（Ｆ−ＣＯＤｃｒ）が２９００ｍｇ／ｌであるビール製造工場からの有機性廃水を用いた。

実施例１では、図１に示す構成と同様な処理装置を用意した。処理装置における凝集沈殿槽は、その有効容積が３ｍ^３、表面積負荷が１ｍ／ｈのもの、酸生成槽は、その有効容積が１ｍ^３のもの、嫌気性処理槽はＵＡＳＢ式で、その有効容積が３．５ｍ^３のものを使用した。そして、有機性廃水を処理装置（凝集沈殿槽）に１．０４ｍ^３／ｈの速度で供給すると共に、嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を酸生成槽に返送した。また、酸生成槽内はｐＨ７に調整し、酸生成槽から嫌気性処理槽に有機性廃水を１．２５ｍ^３／ｈで供給し、嫌気性処理槽内は３８℃とした。

また、凝集沈殿槽の前で無機凝集剤としてポリ塩化アルミニウムを、運転当初は添加量、アルミニウムイオンとして３００ｍｇ／ｌ、装置が安定した後は３０ｍｇ／ｌで添加すると共に、中和用の水酸化ナトリウムを添加し、次いで高分子凝集剤を１ｐｐｍ添加した。凝集沈殿槽で分離された汚泥は可溶化処理槽でｐＨ１２．５、槽内温度６５℃、処理時間５時間条件で処理した後、可溶化処理物を固液分離装置としての自然沈降式沈殿槽へ供給した。その後、沈殿槽の上澄液を凝集沈殿槽に戻して、溶解しているアルミニウムを無機凝集剤として再利用した。

以上の運転条件で処理を続けた結果、ＵＡＳＢ式嫌気性処理槽の流出水の組成は表１の（II）に示す通り、懸濁物質が４０ｍｇ／ｌ、Ｔ−ＣＯＤｃｒが３００ｍｇ／ｌ、Ｆ−ＣＯＤｃｒが２５０ｍｇ／ｌとなり、特に懸濁物質が大幅に除去されていることが分かった。また、発生汚泥量（系外に引き出された汚泥量）は１３ｋｇ／ｄａｙであった。また、処理装置の運転が定常になった後の無機凝集剤の添加量は運転初期の約１／１０の少ない量としているが、上記の通り、良好な処理水が得られた。

また、比較例として、上記実施例１の凝集沈殿槽に代えて、凝集剤を添加しない自然沈降式の沈殿槽（有効容積３ｍ^３）を設置し、その他の条件は実施例１との同条件で処理を行った。尚、この比較例では汚泥の可溶化の処理は行わなかった。

その結果、嫌気性処理槽からの処理水の性状は表１の（III）に示す通りであり、懸濁物質が３５０ｍｇ／ｌ、Ｔ−ＣＯＤｃｒが７２５ｍｇ／ｌ、Ｆ−ＣＯＤｃｒが２００ｍｇ／ｌ、自然沈降式の沈殿槽から引き抜かれた発生汚泥量は約２４ｋｇ／ｄａｙであった。すなわち、実施例１の場合、本比較例に比べて、Ｆ−ＣＯＤｃｒは比較例１に劣るものの、Ｔ−ＣＯＤｃｒが優れ、懸濁物質及び汚泥の発生量も大幅に少なく、処理能力が向上していることが分かった。

本発明による有機性廃水の処理装置の一実施形態を示す概略説明図である。

符号の説明

１００…処理装置
１０…凝集沈殿槽
２０…酸生成槽
３０…嫌気性処理槽
６０…可溶化処理槽
７０…固液分離装置

Claims

有機性固形物を含有する有機性廃水を無機凝集剤の添加により固液分離処理する凝集沈殿槽と、前記凝集沈殿槽で分離された処理液に含まれている有機性成分を酸発酵反応させる酸生成槽と、前記酸発生槽で処理された処理液を嫌気性処理する嫌気性処理槽とを備えることを特徴とする有機性廃水の処理装置。
前記凝集沈殿槽で分離された固体分を可溶化処理する可溶化処理槽を更に備え、前記可溶化処理槽で処理された処理液を前記凝集沈殿槽に返送するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃水の処理装置。
前記嫌気性処理槽が上向流式嫌気性汚泥床槽であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性廃水の処理装置。