JP2005296891A - 排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的低濃度の有機性排水であって、硫酸イオンの含有量の多い有機性排水を嫌気性生物処理を用いて処理する排水処理方法を提供する。
【解決手段】 被処理水を嫌気性微生物により嫌気性処理する嫌気反応槽２を用いて処理する排水処理方法であって、ラインＬ１から導入される被処理水のＣＯＤｃｒ／ＳＯ_４を１．７未満として処理を行う。ここで、前段の酸生成槽１の滞留時間は０．５〜２時間とし、嫌気性反応槽２の滞留時間は１〜４時間とするとよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性排水を処理する排水処理方法に関し、特に、硫酸イオンを含有する低濃度有機性排水を処理する排水処理方法に関する。

食品工場の排水や生活排水・農業集落排水等の有機性排水の処理方法としては、好気性生物処理を用いた処理方法や嫌気性生物処理を用いた処理方法が知られている。特に、後者の嫌気性生物処理方法は、好気性生物処理方法に比べて、曝気を行う必要がなくその動力が不要になること、反応によって得られるメタンガスを大量に含むバイオガスを資源として利用できること、汚泥発生量が少ないこと、等の利点を有しており、特に高濃度有機性排水処理において適用が進んでいる。

ところで、従来は、排水中に比較的高濃度の硫酸イオンが含まれている場合には、この硫酸イオンを含有する排水の嫌気性処理を行うことは好ましくないとされていた（例えば、特許文献１参照）。これは、嫌気性処理時に硫酸イオンが存在すると、硫酸イオンが還元されて硫化水素が発生してしまい、嫌気性微生物が阻害を受ける可能性があること、また、発生した硫化水素をバイオガスから除去するための処理設備が必要となり、コストアップとなること、が理由である。そこで、特許文献１に記載されている技術では、排水から硫酸イオンを除去した後に嫌気性生物処理を行っている。
特開２００３−１５４３７２号公報

このように嫌気性生物処理に導く排水から硫酸イオンを除去する場合には、前処理装置を要するほか、カルシウム、アルミニウムイオンを含む新たな薬品を添加する必要があるため、処理コストが増大してしまう。また、嫌気性生物処理自体が比較的高濃度の有機性排水処理に向いた処理方法であり、低濃度有機性排水の場合には適用が難しいと考えられていた。

そこで本発明は、比較的低濃度の有機性排水であって、硫酸イオンの含有量の多い有機性排水を嫌気性生物処理を用いて処理する排水処理方法を提供することを課題とする。

発明者らは、嫌気性生物処理における硫酸還元反応の反応条件について調べた結果、硫酸還元反応はＳＯ_４に対するＣＯＤcrが高いほど進行しやすく、過剰なＣＯＤcrが存在しないと、硫酸還元反応は進行しないことを見出した。そして、被処理水のＣＯＤcr／ＳＯ_４濃度比が１．７未満の場合には、バイオガス中のＨ_２Ｓ濃度は約２％未満であり、嫌気性微生物を阻害することなく、嫌気性生物処理を継続できることを見出した。本発明はこの知見に基づいている。

具体的には、上記課題を解決するため、本発明に係る排水処理方法は、硫酸イオンを含有する低濃度有機性排水を処理する排水処理方法であって、導入する被処理水のＣＯＤcr／ＳＯ_４濃度比が１．７未満の条件で、嫌気性生物処理を行うことを特徴とする。

嫌気性生物処理の後、好気化処理を行うとよい。さらに、嫌気性生物処理により発生したバイオガス中のＨ_２Ｓ濃度を測定し、Ｈ_２Ｓ濃度が所定値を超えた場合は、好気化処理後の排水を嫌気性生物処理の前段に戻すと好ましい。このようにすると、嫌気反応時における硫酸還元反応を抑制することができる。

導入する被処理水のＣＯＤcr／ＳＯ_４濃度が１．７未満と、ＣＯＤcrに対してＳＯ_４濃度の高い条件下では、硫酸還元反応の進行が抑制されるため、Ｈ_２Ｓ濃度が上昇し、嫌気性微生物を阻害するのを防止することができ、処理水質の向上を図れる。また、発生するバイオガス中のＨ_２Ｓ濃度を抑えることができるので、バイオガス中からのＨ_２Ｓ除去設備を設けない運用も可能とあり、設備コストが低減できる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る排水処理方法を実施する排水処理施設の第１の実施形態の概略構成図である。この排水処理施設は例えば、紙パルプ工場において、脱墨（ＤＩＰ：DeInked Pulp）排水を処理する処理設備である。

この処理設備１００は、酸生成槽１と、嫌気反応槽２と、好気化槽３とがラインＬ２、ラインＬ３により直列に接続され、嫌気反応槽２から出た処理水の一部がラインＬ５により酸生成槽１へと戻され、循環されている。酸生成槽１には、被処理水を導入するラインＬ１が接続され、好気化槽３の処理水はラインＬ４により、下水道へと接続されている。各ラインは高低差を利用して、あるいは、ポンプ等の動力を利用して処理液を搬送する構成とすることができる。

酸生成槽１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、導入された処理水の有機性成分を有機酸（低級脂肪酸）等に分解するものである。

嫌気反応槽２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式の上向流式嫌気性処理槽等、種々の型式のものを用いることができる。

好気化槽３は、曝気システムを備えており、処理水中に空気を送り込んで、酸化反応を促すものである。

次に、本設備１００を利用した排水処理方法（本発明に係る排水処理方法を含む。）を説明する。

被処理水は、低濃度有機性排水であり、ＣＯＤcrが例えば、２０００mg/l以下で、ＳＯ_４濃度が数百〜数千mg/lであって、ＣＯＤcr／ＳＯ_４は１．７未満の排水である。この被処理水をラインＬ１から酸生成槽１へと導き、被処理水中の有機性成分を低級脂肪酸へと分解する。処理水はラインＬ２により嫌気反応槽２へと送られる。ここで、酸生成槽１での平均滞留時間が０．５〜２時間となるようラインＬ２の流量を調整する。滞留時間がこれより短いと低級脂肪酸への分解が進まない一方、滞留時間をこれより長くとると、後述する硫酸還元反応が起こる可能性があるからである。

嫌気反応槽２では、処理水中の有機性成分は、嫌気性微生物によってメタンガス、炭酸ガスに分解される。このとき、以下の硫酸還元反応が進行する。

ＳＯ_４ ^２−＋４Ｈ_２→Ｓ^２−＋４Ｈ_２Ｏ …（１）
Ｈ_２Ｓ⇔ＨＳ^-＋Ｈ⁺⇔Ｓ^２-＋２Ｈ^＋ …（２）
４Ｈ_２＋２Ｏ_２→４Ｈ_２Ｏ …（３）
本実施形態では、ＣＯＤcr／ＳＯ_４濃度比が１．７未満の排水を嫌気性生物処理することにより、硫酸還元反応の進行を抑制し、反応に寄与するＳＯ_４ ^２−イオンの量を半分以下に抑える。このため、バイオガス中のＨ_２Ｓ濃度を２％以下に抑えることができ、嫌気性微生物を阻害することがない。また、バイオガス中のＨ_２Ｓ濃度を低く維持できるため、バイオガスを資源として利用する場合に、配管等の腐食を抑制できる。得られたバイオガスを精製する必要がある場合でも、Ｈ_２Ｓ濃度が低いため、脱硫負荷が小さく、脱硫処理のコストを低減できる。処理水は１〜４時間の平均滞留時間を経て、一部が酸生成槽１へと返送され、残りは、好気化槽３へと送られる。滞留時間がこれより短いとＣＯＤcrの分解が不十分である一方、これより長いと硫酸還元反応が進行する可能性があるからである。

好気化槽３では、Ｈ_２Ｓを以下の反応により酸化する。

Ｓ^２−＋２Ｏ_２→ＳＯ_４ ^２− …（４）
これによって、ＢＯＤ値をさらに、数十mg/l減少させて下水道へと放流するレベルまで浄化する。

発明者らは、本発明に係る排水処理方法の有効性を実証するため、ＣＯＤcr／ＳＯ_４の異なる被処理水について嫌気性生物処理を実施する試験を行ったので、以下、その試験内容、試験結果について述べる。

試験に用いた５種類の処理水の種別、ＣＯＤcr、ＳＯ_４濃度、ＣＯＤcr／ＳＯ_４を表１にまとめて示す。

これらの被処理水を酸生成槽１で２時間処理した後、嫌気反応槽２へと導き、４時間処理を行った。嫌気反応槽２の容積負荷は６ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ^３／ｄａｙとした。処理後の処理水中のＣＯＤcr、ＳＯ_４濃度を表２にまとめて示す。図２は、被処理水のＣＯＤcr／ＳＯ_４とバイオガスＨ_２Ｓ濃度との関係を示すグラフである。

表１、表２から明らかなように、実施例１〜４では、バイオガスのＨ_２Ｓ濃度は１％程度に抑えられた。このため、嫌気微生物（グラニュール）には阻害の影響は見られなかった。各実施例ともＣＯＤcrの７〜８割を分解処理しているのに対し、ＳＯ_４は半分以下しか分解されておらず、硫酸還元反応の進行が抑制されていることが確認された。特に、ＣＯＤcr／ＳＯ_４が低いほど、硫酸還元されるＳＯ_４の比率が減少し、Ｈ_２Ｓの発生は抑制された。例えば、実施例１では、ＳＯ_４の還元率が４８．５％なのに対して、実施例３では、ＳＯ_４の還元率が３１．３％であった。

一方、比較例ではバイオガスのＨ_２Ｓ濃度は３〜４％に達し、嫌気微生物に阻害の影響が見られた。このため、処理水質が実施例１〜４に比べて悪化している。これは、硫酸還元反応が進行して、ＳＯ_４の９０％近くが分解されたことによる。

図２より、バイオガス中のＨ_２Ｓ濃度を嫌気微生物の阻害の少ない２．５％未満とするには、ＣＯＤcr／ＳＯ_４を１．７未満に設定すればよく、さらに、阻害の可能性の少ない２％未満とするためには、ＣＯＤcr／ＳＯ_４を１．６未満とすればよいことが確認された。

処理水を河川等に放流する場合は、好気化槽３の処理水をさらに後処理する必要がある。図３、図４は、このような後処理を含む設備１００ａ、１００ｂを示す概略構成図である。

図３に示される処理設備１００ａでは、好気化槽３の下流に凝集沈殿槽４を設け、浮遊物、有機物等を凝集・沈殿させて処理水から分離した後にラインＬ６から放流を行う。

図４に示される処理設備１００ｂでは、凝集沈殿槽４の下流にさらに、砂ろ過塔５、活性炭吸着塔６を設けてラインＬ６、ラインＬ７により接続し、砂ろ過塔５で、処理水と凝集物・浮遊物の分離を行い、活性炭吸着塔６で、有機物や残留イオン等を吸着除去した後にラインＬ８から放流を行う。

また、本発明は連続処理ではなく、断続的に処理を行う施設においても好適に使用可能である。すなわち、酸生成槽１から嫌気反応槽２、嫌気反応槽２から好気化槽３へのそれぞれの処理水導入が連続的に行われるのではなく、上流の槽で所定時間処理を終了してから下流の槽へと処理液を移送したり、同一の槽内で処理内容を切り替えることで、複数の反応槽の役目を一つの槽で受け持つ処理施設である。このような処理施設では、嫌気反応槽２内における処理液の滞留時間が長くなり、上述の条件を満たしていても硫酸還元反応が進行してしまう可能性がある。このことは、連続的に処理を行う施設においても定期点検等で連続処理を中止して、処理液の滞留時間が長くなる場合にも発生する可能性がある。

図５は、本発明に係る排水処理方法を実施する第４の実施形態となる処理施設を示す概略構成図である。この実施形態の排水処理施設１００ｃでは、第１の実施形態の排水処理施設１００では図示を省略していた酸生成槽１と嫌気反応槽２で発生したバイオガスを排出するガスラインＬ１０、Ｌ１１の下流側に、バイオガスを貯留するガスホルダ７が配置され、発生ガス中のＨ_２Ｓ濃度を測定する濃度計８を備えている。また、好気化槽３から酸生成槽１の上流へ好気化槽３の処理液を戻す返送ラインＬ２１を備えている。

この実施形態では、濃度計８でガスホルダ７へと導かれるバイオガス中のＨ_２Ｓ濃度を測定し、濃度が所定値（例えば、３％）を超えたら好気化槽３の処理液をラインＬ２１により酸生成槽１の上流へと返送する。そして、濃度計８で測定しているバイオガス中のＨ_２Ｓ濃度の濃度が所定値（例えば、１．５％）を下回ったらラインＬ２１による処理液の返送を停止する。

好気化処理後の排水は、曝気によって液中のＨ２Ｓが除去されており、かつ、硫酸イオンは残存しているものの、有機物は分解・除去されている。このため、酸生成槽１、嫌気反応槽２へと返送しても両槽の処理液を薄めるだけで、硫酸還元反応を進行させることはなく、嫌気性微生物を阻害することがない。

ここでは、酸生成槽を有する処理設備について説明してきたが、これを有さず、処理水を直接嫌気反応槽に導入する処理設備においても本発明は好適に使用することができる。また、第４の実施形態における好気化槽３からの処理液の返送先は嫌気反応槽２の上流であってもよく、嫌気反応槽２へと直接返送してもよい。

本発明に係る排水処理方法を実施する排水処理施設の第１の実施形態の概略構成図である。 被処理水のＣＯＤcr／ＳＯ_４とバイオガスＨ_２Ｓ濃度との関係を示すグラフである。 本発明に係る排水処理方法を実施する排水処理施設の第２の実施形態の概略構成図である。 本発明に係る排水処理方法を実施する排水処理施設の第３の実施形態の概略構成図である。 本発明に係る排水処理方法を実施する排水処理施設の第４の実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１００…処理設備、１…酸生成槽、２…嫌気反応槽、３…好気化槽、４…凝集沈殿槽、５…砂ろ過塔、６…活性炭吸着塔、７…ガスホルダ、８…Ｈ_２Ｓ濃度計。

Claims (3)

1. 硫酸イオンを含有する有機性排水を処理する排水処理方法であって、
   導入する被処理水のＣＯＤcr／ＳＯ_４濃度比が１．７未満の条件で、嫌気性生物処理を行うことを特徴とする排水処理方法。
2. 前記嫌気性生物処理の後、好気化処理を行うことを特徴とする請求項１記載の排水処理方法。
3. 前記嫌気性生物処理により発生したバイオガス中のＨ_２Ｓ濃度を測定し、Ｈ_２Ｓ濃度が所定値を超えた場合は、好気化処理後の排水を嫌気性生物処理の前段に戻すことを特徴とする請求項２記載の排水処理方法。

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