JP2005329377A - 有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硫化水素の発生を抑制して処理効率の高い有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法を提供する。
【解決手段】嫌気性処理装置１は、有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽１２と、酸生成槽１２で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽３０と、上向流式嫌気性処理槽３０で処理された処理水の一部を酸生成槽１２に返送する処理水返送管Ｌ６と、を備える。また嫌気性処理装置１は、処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水に空気を供給する空気添加槽５０と、酸生成槽１２に貯留された処理水に空気を供給する空気供給装置１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法に関するものである。

食品、飲料、医薬品、パルプ等の製造設備からは、有機物を含有する有機性廃水が排出される。これら有機性廃水を処理する方法として、近年、省エネルギー等の観点から嫌気性処理方法が多く採用されている。メタン発酵などの嫌気性発酵による有機性廃水の処理は、活性汚泥法などの好気性処理に比べて、汚泥発生量が少ない、曝気動力が不要、エネルギー源として利用できるメタンガスを回収できる、などの多くの利点を有している。

その中でも、高密度で沈降性の良い嫌気性グラニュール状汚泥を使用するUASB（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法やEGSB（Expanded Granular Sludge Bed）法は、有機性廃水を高負荷高速で処理することが可能であるため、よく採用されている。

しかしながら、通常の嫌気性処理方法やUASB法等のいずれの嫌気性処理方法においても、硫酸イオン等の硫黄化合物を多く含有する廃水を処理する場合には、硫酸還元菌の作用により生成する硫化水素がメタン発酵を阻害するため、十分な処理を行うことができない場合がある。また、回収されるメタンガス中に硫化水素が混入するため、硫化水素を除去する脱硫処理が必要となったり、硫化水素により装置が腐食したり、処理水に溶解した硫化水素により配水管が腐食したり臭気が発生したりする、といった種々の問題がある。

そこで、特許文献１に記載の方法では、メタン発酵槽内に空気などの酸素含有気体を供給し、硫酸還元菌を不活性化して、硫化水素の発生を抑制しようとしている。
特開２００３−１３６０８９号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の方法では、メタン発酵槽に空気などの酸素含有気体を供給するため、絶対嫌気性細菌であるメタン生成菌の活性をも低下させ、結局は廃水の処理効率を低下させるおそれがあった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、硫化水素の発生を抑制して処理効率の高い有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る嫌気性処理装置は、有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽と、酸生成槽で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽と、上向流式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する返送ラインと、返送ラインを通して返送される処理水に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、を備える。

また本発明に係る嫌気性処理方法は、有機性廃水を酸生成槽において酸生成菌により処理する工程と、酸生成槽で処理された処理水を上向流式嫌気性処理槽において嫌気性処理する工程と、上向流式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する工程と、上向流式嫌気性処理槽から酸生成槽に返送される処理水に酸素含有ガスを供給する工程と、を備える。

この嫌気性処理装置及び方法では、返送ラインを通して上向流式嫌気性処理槽から酸生成槽に処理水の一部を返送している。このとき、メタン生成菌は上向流式嫌気性処理槽内に留まるため、返送ラインを通して流出するおそれが低い。従って、返送される処理水に対して酸素含有ガスを供給することで、メタン生成菌に影響を与えることなく、硫酸還元菌の代謝を阻害し不活性化ないし活性の低下を図ることができる。その結果、メタン発酵を阻害する硫化水素の発生を極めて効率よく抑制することができ、有機性廃水の処理効率を高くすることができる。

本発明に係る嫌気性処理装置では、酸素含有ガス供給手段は、返送ラインを通して返送される処理水を一時貯留する貯留槽と、貯留槽の下部から酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置と、貯留槽に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計と、を有すると好ましい。

また本発明に係る嫌気性処理方法では、上向流式嫌気性処理槽から酸生成槽に返送される処理水の酸化還元電位を計測する工程を更に備え、計測した酸化還元電位に基づいて、酸素含有ガスの供給量を調整すると好ましい。

このように酸化還元電位に基づいて酸素含有ガスの供給量を調整すれば、酸生成菌の活性を維持して、有機性廃水の処理効率をより確実に高く維持することができる。

本発明に係る嫌気性処理装置は、有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽と、酸生成槽で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽と、上向流式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する返送ラインと、酸生成槽に貯留された処理水に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、を備える。

また本発明に係る嫌気性処理方法は、有機性廃水を酸生成槽において酸生成菌により処理する工程と、酸生成槽で処理された処理水を上向流式嫌気性処理槽において嫌気性処理する工程と、上向流式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する工程と、酸生成槽に貯留された処理水に酸素含有ガスを供給する工程と、を備える。

この嫌気性処理装置及び方法では、酸生成槽に貯留された処理水に酸素含有ガスを供給している。このとき、メタン生成菌は上向流式嫌気性処理槽内に留まるため、返送ラインを通して酸生成槽に流入するおそれが低い。従って、酸生成槽において処理水に酸素含有ガスを供給することで、メタン生成菌に影響を与えることなく、硫酸還元菌の代謝を阻害し不活性化ないし活性の低下を図ることができる。その結果、メタン発酵を阻害する硫化水素の発生を極めて効率よく抑制することができ、有機性廃水の処理効率を高くすることができる。

本発明に係る嫌気性処理装置では、酸素含有ガス供給手段は、酸生成槽の下部から酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置と、酸生成槽に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計と、を有すると好ましい。

また本発明に係る嫌気性処理方法では、酸生成槽に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する工程を更に備え、計測した酸化還元電位に基づいて、酸素含有ガスの供給量を調整すると好ましい。

このように酸化還元電位に基づいて酸素の供給量を調整すれば、酸生成菌の活性を維持して、有機性廃水の処理効率をより確実に高く維持することができる。

本発明に係る嫌気性処理装置は、有機性廃水を受け入れて一時貯留する原水槽と、原水槽と酸生成槽とを接続する原水送水ラインと、原水槽及び原水送水ラインの少なくとも一方に酸素含有ガスを供給する他の酸素含有ガス供給手段と、を更に備えると好ましい。

また本発明に係る嫌気性処理方法は、有機性廃水を原水槽に受け入れて一時貯留する工程と、原水槽から酸生成槽に原水送水ラインを通して有機性廃水を供給する工程と、原水槽及び原水送水ラインの少なくとも一方で有機性廃水に酸素含有ガスを供給する工程と、を更に備えると好ましい。

このようにすれば、原水槽内における貯留中に増殖した有機性廃水中の硫酸還元菌を酸素含有ガスにより損傷または死滅させ、不活性化ないし活性を低下させることができる。その結果、酸生成槽や上向流式嫌気性処理槽での硫化水素の発生がより効果的に抑えられ、有機性廃水の処理効率をより一層高くすることができる。

本発明によれば、硫化水素の発生を抑制して処理効率の高い有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る嫌気性処理装置の構成を示す概略図である。

嫌気性処理装置１は、原水槽１０と、酸生成槽１２と、上向流式嫌気性処理槽３０と、空気添加槽５０と、を備えている。

原水槽１０は、原水流入管Ｌ１を通ってきた有機性廃水を受け入れ、一時的に貯留する。この原水槽１０は、原水送水管（原水送水ライン）Ｌ２により酸生成槽１２と接続されている。

酸生成槽１２は、原水送水管Ｌ２を通して受け入れた有機性廃水に含まれる有機物を、酸生成菌によりプロビオン酸、絡酸、乳酸などの低級脂肪酸に分解し、更には酢酸まで分解する。酸生成槽１２の上壁には、酸生成槽１２内で生成されたガスや臭気を排出する第１ガス排出ラインＬ３が接続されている。また酸生成槽１２の下部には、槽内に貯留された処理水に対し酸素含有ガスとして空気を供給する空気供給装置１３が設けられている。また酸生成槽１２には、槽内に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計１１が設けられている。この酸生成槽１２は、送水管Ｌ４により上向流式嫌気性処理槽（以下、単に嫌気性処理槽ともいう。）３０と接続されている。

嫌気性処理槽３０は、有機性廃水を上向きに流動させてグラニュール状の汚泥（以下、「グラニュール汚泥」と称す）Ｇからなる汚泥層に通すことによって、有機性廃水を嫌気性処理する。この嫌気性処理槽３０は、筒状の側壁を含む有底容器を有する。この嫌気性処理槽３０の下部には、送水管Ｌ４に連絡しており有機性廃水を嫌気性処理槽３０内に流入させる流入部３１が設けられている。流入部３１は、例えば、長手方向に均一に穴部が設けられた管である。また、嫌気性処理槽３０の下部には、有機性廃水を嫌気性処理するグラニュール汚泥Ｇからなる汚泥層３２が形成されている。

嫌気性処理槽３０では、その下部に設けられた流入部３１から有機性廃水を内部に導入することによって上向きの流動を生じさせ、汚泥層３２に有機性廃水を通して、有機性廃水を嫌気性処理する。これにより、汚泥層３２の上方には、嫌気性処理された処理水を含む液層３３が形成される。液層３３の処理水には、嫌気性処理によって発生したメタンガスや炭酸ガスなどのガスが含まれる。

嫌気性処理槽３０の上部には、嫌気性処理槽３０を密閉するカバー３４が設けられている。カバー３４は、液層３３の液面よりも上方であって嫌気性処理槽３０の側壁３５の上端よりも下方に位置する。カバー３４の中央部には、処理水からガスを分離するための分離槽３６が設けられている。分離槽３６は、その上端部がカバー３４から突出し、その下端部が液層３３内に含まれるように配置されている。

分離槽３６の下端部には、処理水を分離槽３６の内部に導入する導入口が形成されている。この導入口に処理水を導くために、分離槽３６の下方には、分離槽３６の底部に沿った導入板３７が設けられている。導入板３７には、導入口の下方において、導入口に導入されなかった処理水を下方に返送するための返送口が形成されている。

上記分離槽３６と導入管３７との配置関係によって、汚泥層３２を通過し上向きに流動している処理水は、導入板３７と分離槽３６との間に形成された導入路３８に、液層３３の液面側から流入する。その際に、処理水に含まれるガスは、カバー３４と液面との間に出ていくため、分離槽３６、カバー３４、側壁３５及び液面によって画される空間は、ガス溜り部３９となる。ガス溜り部３９に溜ったガスは、例えば、側壁３５から第２ガス排出ラインＬ５を通して嫌気性処理槽３０外に排出される。上記導入路３８を通った処理水の一部は、導入口から分離槽３６内に流入し、他の部分は、導入板３７の返送口から下方に流れる。

分離槽３６内に流入した処理水は、分離槽３６の側壁からあふれ出て、分離槽３６、カバー３４及び側壁３５によって形成される領域に溜るため、その領域は、処理水溜り部４０となる。処理水溜り部４０には処理水の一部を酸生成槽１２に返送する処理水返送管（返送ライン）Ｌ６と、処理水の残りを排水する排水管Ｌ７とが接続されている。

空気添加槽５０は、処理水返送管Ｌ６上に設けられている。この空気添加槽５０は、処理水を一時貯留する貯留槽５１と、貯留槽５１の下部に設けられており槽内に貯留された処理水に対し酸素含有ガスとして空気を供給する空気供給装置５２と、槽内に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計５３と、を有している。

次に、上記嫌気性処理装置１を用いた有機性廃水の嫌気性処理方法について説明する。

まず、原水流入管Ｌ１を通して有機性廃水を原水槽１０に受け入れる。次に、原水送水管Ｌ２を通して酸生成槽１２に有機性廃水を流入させる。次に、酸生成槽１２において、酸生成菌によって、有機性廃水に含まれる有機物を酢酸等の有機酸に分解する。このとき、有機酸の生成により酸生成槽１２内が酸性化するため、必要に応じて水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤を添加すると好ましい。

次に、酸生成槽１２において、空気供給装置１３から処理水に対し空気を供給する。このとき、酸化還元電位計１１で計測した酸化還元電位が約−１００〜−２００ｍＶとなるように、空気の供給量を調整すると好ましい。空気の供給が過度に過ぎると、処理水に含まれる酸生成菌も損傷したり死滅したりするおそれがあるからである。

そして、酸生成槽１２において処理された処理水を、送水管Ｌ４を通して嫌気性処理槽３０内に導入する。なお、酸生成槽１２において生成されたガスや臭気は、第１ガス排出ラインＬ３を通して図示しない処理手段に排出する。

次に、流入部３１から流入した有機性廃水を、嫌気性処理槽３０内で上向きに流動させる。これにより、有機性廃水が汚泥層３２を通過し、嫌気性処理される。すなわち、有機性廃水中の有機酸が、グラニュール汚泥Ｇに含まれるメタン生成菌などの嫌気性菌によってメタンや炭酸ガスなどに変換される。

嫌気性処理された処理水は、ガス溜り部３９にガスを放出しつつ導入路３８に流入する。ガス溜まり部３９に溜まったガスは、第２ガス排出ラインＬ５を通して図示しないガス捕集タンク等に排出される。そして、ガスの含有量が低減された処理水が分離槽３６の下端部から分離槽３６内に流入する。分離槽３６に流入した処理水は、処理水溜り部４０に排出される。この処理水溜り部４０に溜った処理水は、一部が処理水返送管Ｌ６を通って酸生成槽１２に返送されるとともに、残りが排水管Ｌ７を通って排水される。なお、排水管Ｌ７を通って排水された処理水は、更に好気性処理を施した後に又は直接系外に排水される。

ここで排水管Ｌ７を通って排水する処理水と、処理水返送管Ｌ６を通って酸生成槽１２に返送する処理水との割合は、原水流入管Ｌ１を通して流入される有機性廃水の有機物濃度などの組成に基づいて決定すると好ましい。通常、嫌気性処理槽３０で処理された処理水の２０％程度を、処理水返送管Ｌ６を通して酸生成槽１２に返送する。

次に、処理水返送管Ｌ６を通して酸生成槽１２に返送される処理水に対し、空気添加槽５０により空気を供給する。このとき、酸化還元電位計５３で計測した酸化還元電位が約−１００〜−２００ｍＶとなるように、空気の供給量を調整すると好ましい。ここで、メタン生成菌は沈降性の良いグラニュール状汚泥であり嫌気性処理槽３０内に留まるため、処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水中には、メタン生成菌は実質的に含まれていない。従って、空気の供給により、メタン生成菌に影響を与えることなく、処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水に含まれる硫酸還元菌を選択的に損傷或いは死滅させて、不活性化ないし活性の低下を図ることができる。

空気供給処理された処理水は、処理水返送管Ｌ６を通して酸生成槽１２に返送される。上記したように、酸生成層１２及び空気添加槽５０での空気供給により、硫酸還元菌の不活性化ないし活性の低下が図られているため、酸生成槽１２内での硫化水素の発生が抑制される。同様に、嫌気性処理槽３０内においても、硫酸還元菌が酸生成槽１２から供給されないため、硫化水素の発生が抑制される。その結果、嫌気性処理槽３０内でメタン発酵処理を効率的に行うことができる。

なお、酸生成槽１２内や嫌気性処理槽３０内、或いは排水管Ｌ７内で処理水のサンプリングを行い、ガスクロマトグラフィ分析計などを用いてプロピオン酸、絡酸、酢酸などの有機酸濃度を測定し、有機酸の蓄積がある場合は、空気の供給量を下げるか、或いは空気の供給を中断して、酸生成菌の活性を調整するとなお好ましい。

以上詳述したように本実施形態では、酸生成槽１２内で処理水に対して空気を供給し、且つ処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水に対して空気を供給することで、メタン生成菌に影響を与えることなく、硫酸還元菌の代謝を阻害し不活性化ないし活性の低下を図ることができる。その結果、メタン発酵を阻害する硫化水素の発生を極めて効率よく抑制することができ、有機性廃水の処理効率を高くすることができる。

また、酸化還元電位に基づいて空気の供給量を調整することで、酸生成菌の活性を維持して、有機性廃水の処理効率をより確実に高く維持することができる。

また、嫌気性処理槽３０で得られるメタンガスの脱硫処理が簡素化ないし不要になり、装置の腐食、処理水の臭気の問題等も解決することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、空気の供給は、酸生成槽１２又は空気添加槽５０のいずれか一方のみで行ってもよい。

また、原水槽１０及び原水送水管Ｌ２の少なくともいずれかにおいても、空気供給手段により有機性廃水に対し空気を供給してもよい。このようにすれば、原水槽１０内における貯留中に増殖した有機性廃水中の硫酸還元菌を空気により損傷または死滅させることができる。その結果、酸生成槽１２や嫌気性処理槽３０での硫化水素の発生がより効果的に抑えられ、有機性廃水の処理効率をより一層高くすることができる。

また、空気添加槽５０の貯留槽５１を設けることなく、処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水に直接空気を供給するようにしてもよい。

また、処理水に供給する酸素含有ガスは空気そのものに限定されず、空気に窒素ガスなどを添加して酸素濃度を下げた混合ガスであってもよい。

以下、上記した実施形態に係る嫌気性処理方法の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

有機分として水溶性ＣＯＤ_ｃｒを６００ｍｇ／ｌ、硫黄分としてＳＯ_４ ^２−を１０００ｍｇ／ｌ含有する有機性廃水を、図１に示す嫌気性処理装置１に０．６９ｍ^３／ｈで供給すると共に、嫌気性処理槽嫌気性３０（有効容積１ｍ^３）での処理水の一部を空気添加槽５０に供給し、空気添加槽５０内の処理水の酸化還元電位を−１００〜−２００ｍＶに保持して処理を行ってから、酸生成槽１２（有効容積１ｍ^３）に返送した。酸生成槽１２はｐＨ６〜７に調整し、また嫌気性処理槽３０内は約３８℃とし、酸生成槽１２から嫌気性処理槽３０に有機性廃水を０．８３ｍ^３／ｈで供給した。なお、酸生成槽１２での空気の供給は行っていない。

その結果、硫化水素によるメタン発酵の阻害は起こらず、処理効率の高い良好な処理が可能であった。

本実施形態に係る嫌気性処理装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１…嫌気性処理装置、１０…原水槽、１１…酸化還元電位計、１２…酸生成槽、１３…空気供給装置、３０…上向流式嫌気性処理槽、５０…空気添加槽、５１…貯留槽、５２…空気供給装置、５３…酸化還元電位計、Ｌ２…原水送水管、Ｌ６…処理水返送管。

Claims (10)

1. 有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽と、
   前記酸生成槽で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽と、
   前記上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を前記酸生成槽に返送する返送ラインと、
   前記返送ラインを通して返送される処理水に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
   を備える嫌気性処理装置。
2. 前記酸素含有ガス供給手段は、
   前記返送ラインを通して返送される処理水を一時貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽の下部から酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置と、
   前記貯留槽に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計と、
   を有する請求項１に記載の嫌気性処理装置。
3. 有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽と、
   前記酸生成槽で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽と、
   前記上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を前記酸生成槽に返送する返送ラインと、
   前記酸生成槽に貯留された処理水に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
   を備える嫌気性処理装置。
4. 前記酸素含有ガス供給手段は、
   前記酸生成槽の下部から酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置と、
   前記酸生成槽に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計と、
   を有する請求項３に記載の嫌気性処理装置。
5. 前記有機性廃水を受け入れて一時貯留する原水槽と、
   前記原水槽と前記酸生成槽とを接続する原水送水ラインと、
   前記原水槽及び前記原水送水ラインの少なくとも一方に酸素含有ガスを供給する他の酸素含有ガス供給手段と、
   を更に備える請求項１〜４のいずれかに記載の嫌気性処理装置。
6. 有機性廃水を酸生成槽において酸生成菌により処理する工程と、
   前記酸生成槽で処理された処理水を上向流式嫌気性処理槽において嫌気性処理する工程と、
   前記上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を前記酸生成槽に返送する工程と、
   前記上向流式嫌気性処理槽から前記酸生成槽に返送される処理水に酸素含有ガスを供給する工程と、
   を備える嫌気性処理方法。
7. 前記上向流式嫌気性処理槽から前記酸生成槽に返送される処理水の酸化還元電位を計測する工程を更に備え、
   計測した前記酸化還元電位に基づいて、前記酸素含有ガスの供給量を調整することを特徴とする請求項６に記載の嫌気性処理方法。
8. 有機性廃水を酸生成槽において酸生成菌により処理する工程と、
   前記酸生成槽で処理された処理水を上向流式嫌気性処理槽において嫌気性処理する工程と、
   前記上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を前記酸生成槽に返送する工程と、
   前記酸生成槽に貯留された処理水に酸素含有ガスを供給する工程と、
   を備える嫌気性処理方法。
9. 前記酸生成槽に貯留された処理水の酸化還元電位を計測する工程を更に備え、
   計測した前記酸化還元電位に基づいて、前記酸素含有ガスの供給量を調整することを特徴とする請求項８に記載の嫌気性処理方法。
10. 前記有機性廃水を原水槽に受け入れて一時貯留する工程と、
    前記原水槽から前記酸生成槽に原水送水ラインを通して前記有機性廃水を供給する工程と、
    前記原水槽及び前記原水送水ラインの少なくとも一方で前記有機性廃水に酸素含有ガスを供給する工程と、
    を更に備える請求項６〜９のいずれかに記載の嫌気性処理方法。

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