JP2006198484A - 嫌気性処理装置及び嫌気性処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転管理が容易な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、排水中の有機物を酸生成菌によって発酵処理する酸生成槽１０と、酸生成槽の後段に設けられており、酸生成槽内で発酵処理され酸生成槽から直接流入する発酵処理水を嫌気性処理する第１の嫌気性処理槽１１と、酸生成槽の後段であって第１の嫌気性処理槽に並列に設けられており、酸生成槽内で発酵処理され酸生成槽から直接流入する発酵処理水を嫌気性処理する第２の嫌気性処理槽１２と、を備える。この場合、酸生成槽から第１及び第２の嫌気性処理槽への発酵処理水の供給量の管理が第１及び第２の嫌気性処理槽に対する負荷の管理にもなる。その結果、嫌気性処理装置では、酸生成槽への排水の供給量と、酸生成槽から第１及び第２の嫌気性処理槽への供給量を主に管理すればよいので、流量管理や負荷管理を含む運転管理が容易である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機物を含む排水を嫌気性処理する嫌気性処理装置及びその嫌気性処理装置を利用した排水の嫌気性処理方法に関するものである。

有機物を含む排水を処理する方法として、嫌気性条件下でメタン菌によって有機物を分解する生物学的処理が知られており、このような生物学的処理を実施するための装置として、例えば、特許文献１に記載の装置がある。

この装置は、酸生成槽と嫌気性処理槽とを有しており、先ず、排水を酸生成槽に流入させて酸生成菌によって排水に含まれる有機物を酸発酵させる。すなわち、排水に含まれる有機物を酸生成菌によって酢酸やプロピオン酸などの低分子の有機酸に分解する。そして、酸生成槽で発酵処理された排水を嫌気性処理槽に流入させて嫌気性処理槽内のメタン菌によって有機酸をメタンガスなどのバイオガスに分解する。
特開２００３―１６４８９２号公報

上述したように、嫌気性処理装置で排水を生物学的処理する際には、嫌気性処理槽で排水を嫌気性処理するために、排水に含まれる有機物を有機酸に予め分解しなければならない。すなわち、嫌気性処理装置において、嫌気性処理槽と酸生成槽とは対をなしている。そこで、例えば、排水の処理量の増加にともなって、既存の嫌気性処理装置に更に嫌気性処理槽を増設する場合、新たに酸生成槽と嫌気性処理槽との組を一組増設することになる。

しかしながら、１つの嫌気性処理装置内に酸生成槽と嫌気性処理槽との組を２組設けると、各組への排水の供給量の管理と、各組内での嫌気性処理槽の負荷管理等を別々に実施しなければならず、結果として管理項目が増加して嫌気性処理装置の運転管理が複雑になる。

そこで、本発明は、運転管理が容易な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。

上記課題を解決するために、本発明に係る嫌気性処理装置は、排水中の有機物を酸生成菌によって発酵処理する酸生成槽と、酸生成槽の後段に設けられており、酸生成槽内で発酵処理され酸生成槽から直接流入する発酵処理水を嫌気性処理する第１の嫌気性処理槽と、酸生成槽の後段であって第１の嫌気性処理槽に並列に設けられており、酸生成槽内で発酵処理され酸生成槽から直接流入する発酵処理水を嫌気性処理する第２の嫌気性処理槽と、を備えることを特徴とする。

この構成では、１つの酸生成槽に対して、第１及び第２の嫌気性処理槽が並列に設けられており、酸生成槽から第１及び第２の嫌気性処理槽に直接発酵処理水が流入し、第１及び第２の嫌気性処理槽でそれぞれ同時並行的に排水が嫌気性処理される。この場合、酸生成槽は１つであるため、酸生成槽から第１及び第２の嫌気性処理槽への発酵処理水の供給量の管理が第１及び第２の嫌気性処理槽に対する負荷の管理にもなる。そのため、嫌気性処理装置の運転管理が容易である。

また、本発明に係る嫌気性処理装置は、第１の嫌気性処理槽内で嫌気性処理された嫌気性処理水の一部を酸生成槽に返送する返送ラインを備えることが好ましい。この場合、返送ラインによって返送される処理水中には、酸生成槽から流出した酸生成菌も含まれる。したがって、返送ラインによって酸生成菌も酸生成槽に返送されるので、結果として、酸生成槽内での酸生成菌の滞留時間が増加する。これによって、酸生成槽で、十分に有機物を有機酸に分解することができる。

更に、本発明に係る嫌気性処理装置では、排水を嫌気性状態で貯留する貯留手段を酸生成槽の前段に更に備えることが好ましい。排水中にも酸生成菌は含まれているので、貯留手段によって排水が嫌気性状態で貯留されているときに、排水中の一部の有機物は有機酸に分解される。このように予め貯留手段によって有機物の一部が有機酸に分解されるので、後段の酸生成槽を排水が通過したとき、排水に含まれていた有機物はより確実に有機酸に分解されている。よって、第１及び第２の嫌気性処理槽で効率的に嫌気性処理される。

更に、本発明に係る嫌気性処理装置としては、第１の嫌気性処理槽が開放型であり、第２の嫌気性処理槽が密閉型であることが考えらえる。

更にまた、第２の嫌気性処理槽が密閉型である上述した本発明に係る嫌気性処理装置では、第２の嫌気性処理槽の後段に設けられており、第２の嫌気性処理槽内で嫌気性処理された嫌気性処理水を気液分離する気液分離器を更に備えることが好ましい。この構成において、第２の嫌気性処理槽は密閉型であるため、嫌気性処理によって発生するバイオガスが嫌気性処理水中に含まれやすい。上記構成では、第２の嫌気性処理槽の後段に気液分離器を設けているので、嫌気性処理水中に含まれるバイオガスを嫌気性処理水中から分離できる。

また、本発明に係る嫌気性処理方法は、排水中の有機物を酸生成槽内の酸生成菌によって発酵処理し、発酵処理された発酵処理水を酸生成槽から第１及び第２の嫌気性処理槽にそれぞれ直接流入させ、発酵処理水を第１及び第２の嫌気性処理槽内でそれぞれ嫌気性処理することを特徴とする。

この場合、酸生成槽内の酸生成菌によって発酵処理された発酵処理水を第１及び第２の嫌気性処理槽に直接流入させてそれぞれで嫌気性処理している。したがって、酸生成槽から第１及び第２の嫌気性処理槽への流入量を管理することが、各嫌気性処理槽の負荷の管理になるので、嫌気性処理装置の運転管理が容易になる。

本発明の嫌気性処理装置によれば、嫌気性処理槽への排水の流量管理及び負荷管理を一緒にできるので嫌気性処理装置を容易に運転管理できる。また、本発明の嫌気性処理方法によれば、嫌気性処理槽への排水の流量管理及び負荷管理を一緒にすることができるので、運転管理が容易になる。

以下、図面を参照して本発明に係る嫌気性処理装置及び嫌気性処理方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る嫌気性処理装置の一実施形態のブロック図である。嫌気性処理装置１は、排水中の有機物を嫌気性処理し、メタンガスなどのバイオガスに分解するための装置である。嫌気性処理装置１は、酸生成槽１０と開放型の第１の嫌気性処理槽１１とを有する既存の設備に、密閉型の第２の嫌気性処理槽１２を増設したものである。この嫌気性処理装置１では、第２の嫌気性処理槽１２の増設に伴い、後述する気液分離器１４を第２の嫌気性処理槽１２の後段に設けている。

嫌気性処理装置１は、排水を嫌気性状態で貯留する酸生成槽１０を有しており、貯留手段１３は、酸生成槽１０の前段に配置されている。貯留手段１３は、排水流入ライン３１から流入する排水を貯留する貯留槽１３Ａと、貯留槽１３Ａ内の排水を循環させる循環部１３Ｂとを有する。貯留槽１３Ａは、空気が混入しないように密閉されており、排水を嫌気性条件下で貯留することで、排水中に含まれる酸生成菌によって排水中の有機物の一部を酸発酵処理して低分子の有機酸に分解する。

貯留槽１３Ａで貯留された排水は、排水供給ライン３２によって酸生成槽１０に供給されるが、その一部は、循環部１３Ｂによって貯留槽１３Ａ内に返送される。

循環部１３Ｂは、排水供給ライン３２に設けられたポンプ１５ａと返送ライン１５ｂとから構成されており、貯留槽１３Ａ内の排水を嫌気性条件下で循環させる。これによって、貯留槽１３Ａ内における排水の滞留時間が延びるので、貯留槽１３Ａ内で酸発酵が生じやすい。

前述したように、貯留槽１３Ａは、排水供給ライン３２によって酸生成槽１０と接続されており、貯留槽１３Ａ内に貯留されている間に一部が酸発酵処理された排水は排水供給ライン３２を通って酸生成槽１０に流入する。酸生成槽１０は、酸生成菌を保持しており、酸生成菌によって排水中の有機物を酸発酵処理する。より具体的には、酸生成菌によって、有機物を酢酸やプロピオン酸や乳酸などの低分子の有機酸に分解する。

酸生成槽１０は、排水供給ライン３３，３４によって第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２とそれぞれ接続されており、酸生成槽１０で発酵処理された発酵処理水は、排水供給ライン３３，３４を通って第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２に直接流入する。

第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２への発酵処理水の供給量Ｑ１，Ｑ２は、排水供給ライン３３，３４に設けられた流量計４１Ａ，４１Ｂ及びバルブ４２Ａ，４２Ｂを利用して調整される。具体的には、流量計４１Ａ，４１Ｂの計測結果に応じて、バルブ４２Ａ，４２Ｂの開閉量を調整することで発酵処理水の供給量Ｑ１，Ｑ２を調整する。なお、この調整は、流量計４１Ａ，４１Ｂの結果をみながら手動で調整してもよいし、流量性４１Ａ，４１Ｂの結果に応じて自動的に調整するようにしてもよい。

第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２は、何れもメタン菌などの微生物によって発酵処理水中の有機酸をメタンガスを含むバイオガスに分解する嫌気性処理のための槽である。

第１の嫌気性処理槽１１は前述したように開放型である。ここで、開放型とは、槽の上端部に開閉可能な蓋を有した槽であり、その結果として、槽内の液面上の空間に空気が混入するようになっているものである。この第１の嫌気性処理槽１１は、第１の嫌気性処理槽１１の下側から流入した発酵処理水をＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）式で嫌気性処理する。

第１の嫌気性処理槽１１の上端部側には、発酵処理水を嫌気性処理して得られる嫌気性処理水の一部を酸生成槽１０に返送する返送ライン３５と、嫌気性処理水の他の部分を排出する排出ライン３６とが設けられている。

嫌気性処理水には、酸生成槽１０から流出した酸生成菌が含まれているので、嫌気性処理水を酸生成槽１０に返送することで酸生成菌の酸生成槽１０内での滞留時間を確保することができる。そして、返送ライン３５を流れる嫌気性処理水の量（返還量）Ｑ３を調整することによって、酸生成槽１０内の酸生成菌の滞留時間を調整でき、有機物の有機酸への分解をより確実にすることが可能である。

更に、第１の嫌気性処理槽１１には、嫌気性処理によって発生したバイオガスを槽外部に排出するためのガス排出ライン５１が設けられており、ガス排出ライン５１を通してバイオガスがガス処理設備（不図示）に送られ、処理される。

また、第２の嫌気性処理槽１２は、前述したように密閉型である。ここで、密閉型とは、槽内に空気が混入しないように槽が確実に密閉されているものである。発酵処理水には硫化水素など含まれるので槽内に空気が混入していると気液界面近傍に硫酸が生じて槽内に腐食が生じる場合がある。これに対して、密閉型では空気が遮断されているので、腐食が生じにくく、耐腐食性に優れている。そのため、増設する第２の嫌気性処理槽１２を密閉型とすることで、嫌気性処理装置１の耐久性の向上が図られている。

この第２の嫌気性処理槽１２は、その下側から流入した発酵処理水を、ＵＡＳＢ式よりも高負荷型のＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）式で嫌気性処理する。第２の嫌気性処理槽１２の上端部側には排出ライン３７が設けられており、嫌気性処理水が排出される。また、第２の嫌気性処理槽１２には、嫌気性処理によって発生したバイオガスを排出するためのガス排出ライン５２が設けられており、ガス排出ライン５２を通してバイオガスが前述したガス処理設備（不図示）に送られ、処理される。

ところで、第２の嫌気性処理槽１２は密閉型であることから、嫌気性処理水には、嫌気性処理で発生したバイオガスが含まれる。そこで、嫌気性処理装置１は、バイオガスを嫌気性処理水から分離するために、第２の嫌気性処理槽１２の後段に気液分離器１４を有する。

気液分離器１４は、その上側に排出ライン３７が接続され、下端部に嫌気性処理水を排出するための排出ライン３９が接続された管である。気液分離器１４の径は、排出ライン３７，３９の径より大きいので、排出ライン３７から流入する嫌気性処理水の流速は、気液分離器１４内で減速する。その結果、嫌気性処理水は気液分離器１４内に一時的に滞留するため、嫌気性処理水に含まれるバイオガスが気液分離器１４内で嫌気性処理水から分離される。気液分離器１４で分離されたバイオガスは、気液分離器１４に設けられたガス排出ライン５３を通って第２の嫌気性処理槽１２に戻される。

また、気液分離器１４内で気液分離された嫌気性処理水は、排出ライン３９を通って排出される。排出ライン３９は、Ｕ字状に配管されたＵ字状部３９Ａと、Ｕ字状部３９Ａの後端から連続して延びており逆Ｌ字状に配管されたＬ字状部３９Ｂとを有している。

排出ライン３９がＵ字状部３９Ａを有しているので、例えば、嫌気性処理装置１の運転を停止することで気液分離器１４内に嫌気性処理水がなくなった場合でもＵ字状部３９Ａ内に嫌気性処理水の一部が保持される。このＵ字状部３９Ａ内に溜まっている嫌気性処理水によって、気液分離器１４や第２の嫌気性処理槽１２内に溜まっているバイオガスが排出ライン３９を通って放出されることが防止されている。

ところで、図１に示すように、例えば、Ｌ字状部３９Ｂの先端である排出口３９ＢａがＵ字状部３９Ａの底部３９Ａａの位置より下側にあるときは、サイフォン現象によってＵ字状部３９Ａ内の嫌気性処理水が全部排出されることがある。そこで、嫌気性処理装置１では、前述したバイオガスの流出を防ぐための嫌気性処理水をＵ字状部３９Ａ内に確実に残すために、Ｌ字状部３９Ｂに空気を導入してサイフォンブレークするサイフォンブレーク管６０を設けている。このサイフォンブレーク管６０は、Ｌ字状部３９Ａのほぼ最高点近傍に接続されている。

次に、嫌気性処理装置１を利用した排水の嫌気性処理方法について説明する。

先ず、排水を排水流入ライン３１によって貯留手段１３の貯留槽１３Ａに流入させる。貯留槽１３Ａ内に流入した排水は、循環部１３Ｂによって嫌気性条件下で貯留手段１３内で循環する。この際、排水中の有機物の一部は、排水などに含まれる酸生成菌によって予め酸発酵処理される。そして、有機物の一部が酸発酵処理された排水は排水供給ライン３２によって酸生成槽１０内に供給され、排水中の有機物が酸生成槽１０内の酸生成菌によって有機酸に分解される。

次いで、酸生成槽１０で酸発酵された発酵処理水は、排水供給ライン３３，３４をそれぞれ通って第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２内にその下側から直接供給される。そして、発酵処理水は、並列に設けられた第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２内で同時並行的に嫌気性処理される。

第１の嫌気性処理槽１１内で発酵処理水が嫌気性処理された結果得られる嫌気性処理水の一部は、返送ライン３５によって酸生成槽１０に返送され、他の部分は、排出ライン３６によって排出される。

また、第２の嫌気性処理槽１２内で発酵処理水が嫌気処理された結果得られる嫌気性処理水は、排出ライン３７によって排出される。排出ライン３７で排出された嫌気性処理水は、気液分離器１４を通ることによって嫌気性処理水中に含まれるバイオガスが分離された後、排出ライン３９を通って排出される。

嫌気性処理装置１及び嫌気性処理装置１を利用した嫌気性処理方法では、第１及び第２の嫌気性処理装置１１，１２に対して酸生成槽１０は１つであるので、酸生成槽１０に供給する排水の量、すなわち、嫌気性処理装置１に流入させる排水の量をＱとし、酸生成槽１０から第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２への発酵処理水の供給量をそれぞれＱ１及びＱ２とし、返送ライン３５を流れる嫌気性処理水の量をＱ３とすると、Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２―Ｑ３が成り立っている。

嫌気性処理装置１では、Ｑ１及びＱ２を管理すること、すなわち、第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２への分配比を管理することが、第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２に対する負荷の管理にもなっている。そのため、嫌気性処理装置１では、Ｑ１、Ｑ２及びＱ３の３つの量を管理すればよく、嫌気性処理装置１の運転管理が容易になっている。

また、酸生成槽１０の前段に、嫌気性条件下において排水を貯留する貯留手段１３を設けることで、予め排水中の有機物の一部を酸発酵することができている。その結果、第２の嫌気性処理槽１２を増設することで、排水の供給量Ｑ自体が増加しても、酸生成槽１０を通過した排水中の有機物をより確実に有機酸に分解することが可能であり、その結果として、第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２で効率的に排水を嫌気性処理できる。なお、貯留手段１３は、酸生成槽１０を補助するために有効であるが設けて無くても良い。

更に、第１の嫌気性処理槽１１に対して並列に第２の嫌気性処理槽１２を設け、酸生成槽１０を共通にしているので、酸生成槽１０への嫌気性処理水の返送ライン３５は図１に示したように１つで良く、既存のものを利用することができる。なお、気液分離器１４から酸生成槽１０に嫌気性処理水を返送する返送ラインを設けてもよい。これにより第２の嫌気性処理槽１２の単独運転が可能となる。

また、第１及び第２の嫌気性処理槽１１，１２に対して酸生成槽１０を共通にしており、第２の嫌気性処理槽１２に対応した別の酸生成槽を設けていないので、設置スペースも削減されている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、第２の嫌気性処理槽１２を、既存の設備に新たに増設したものとして説明したが、本発明の嫌気性処理装置は増設の場合に限らず、新規に設置する場合にも有効であることは言うまでもない。また、第１及び第２の嫌気性処理装置はどちらも密閉型であってもよいし、開放型であってもよい。

本発明に係る嫌気性処理装置の一実施形態のブロック図である。

符号の説明

１…嫌気性処理装置、１０…酸生成槽、１１…第１の嫌気性処理槽、１２…第２の嫌気性処理槽、１３…貯留手段、１４…気液分離器、３５…返送ライン。

Claims (6)

1. 排水中の有機物を酸生成菌によって発酵処理する酸生成槽と、
   前記酸生成槽の後段に設けられており、前記酸生成槽内で発酵処理され前記酸生成槽から直接流入する発酵処理水を嫌気性処理する第１の嫌気性処理槽と、
   前記酸生成槽の後段であって前記第１の嫌気性処理槽に並列に設けられており、前記酸生成槽内で発酵処理され前記酸生成槽から直接流入する発酵処理水を嫌気性処理する第２の嫌気性処理槽と、
   を備えることを特徴とする嫌気性処理装置。
2. 前記第１の嫌気性処理槽内で嫌気性処理された嫌気性処理水の一部を前記酸生成槽に返送する返送ラインを備えることを特徴とする請求項１に記載の嫌気性処理装置。
3. 前記排水を嫌気性状態で貯留する貯留手段を前記酸生成槽の前段に更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の嫌気性処理装置。
4. 前記第１の嫌気性処理槽が開放型であり、前記第２の嫌気性処理槽が密閉型であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の嫌気性処理装置。
5. 前記第２の嫌気性処理槽の後段に設けられており、前記第２の嫌気性処理槽内で嫌気性処理された嫌気性処理水を気液分離する気液分離器を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の嫌気性処理装置。
6. 排水中の有機物を酸生成槽内の酸生成菌によって発酵処理し、
   前記発酵処理された発酵処理水を前記酸生成槽から第１及び第２の嫌気性処理槽にそれぞれ直接流入させ、
   前記発酵処理水を前記第１及び第２の嫌気性処理槽内でそれぞれ嫌気性処理することを特徴とする嫌気性処理方法。

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