JP2008279383A - 嫌気性処理方法および嫌気性処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グラニュール汚泥の崩壊を生じさせる条件において、グラニュール汚泥の崩壊を防止して安定的に高負荷高速の嫌気性処理を可能とする。
【解決手段】グラニュール汚泥を保持する反応槽２０内に、硝酸または亜硝酸が所定の濃度範囲で存在するように調整する。例えば、反応槽２０に被処理液を導入する被処理液路３１の途中に、硝酸を注入する硝酸添加路１２を接続して被処理液に硝酸を混合する。反応槽２０内に硝酸が存在することで、反応槽２０内で脱窒細菌等が増殖でき、グラニュール汚泥の崩壊が防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物含有水をメタン発酵させる嫌気性生物処理方法および嫌気性処理装置に関し、特に、グラニュール汚泥を保持する反応槽内に有機物含有水を導入して嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法および装置に関する。

有機物を含む排液の嫌気性処理方法として、高密度で沈降性の大きいグラニュール汚泥を用いて高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket…上向流嫌気性スラッジブランケット）法が知られている。ＵＡＳＢでは、グラニュール汚泥で形成したスラッジブランケットを保持する反応槽内に有機物含有水を導入し上向流通液することで、スラッジブランケットと接触させる。この方法では、高負荷高速処理するために、有機物含有水に消化速度の遅い固形有機物が含まれる場合はこれを分離し、消化速度の速い溶解性有機物をグラニュール汚泥により嫌気的に生物処理する。ＵＡＳＢ法を発展させ、さらに高負荷高速処理を可能とする処理法として、高さの高い反応槽内に有機物含有水をさらに高流速で通液し、スラッジブランケットを高展開率で展開させるＥＧＳＢ法（Expanded Granule Sludge Blanket）も知られている。

これらＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法では、嫌気性微生物が粒状化したグラニュール汚泥を用いており、嫌気性微生物を含む汚泥をグラニュール（粒）状に維持、増殖させる。グラニュール汚泥を用いる生物処理法は、担体に微生物を保持させる固定床や流動床と比較して高い汚泥保持濃度が得られるため高負荷運転が可能である。また、グラニュール汚泥は、微生物密度が高く、沈降性に優れるため固液分離も容易である。さらに、既に稼働中の反応槽内のグラニュール汚泥を余剰汚泥として抜き出して、新設する反応槽内に投入すれば新設した反応槽を短期間で立上げて安定した処理を行えるため、最も効率的な嫌気性処理法として認識されている。

グラニュール汚泥を用いるＵＡＳＢ法等において有機物含有水を安定的かつ良好に処理する最大のポイントは、グラニュール汚泥を維持、増殖させることである。反応槽内に、グラニュール汚泥を維持、増殖させることができないと、処理性能は徐々に低下し、やがて処理不能に陥ることもある。

グラニュール汚泥は、酢酸資化性のMethanosaeta属（旧称：Methanothrix属）の微生物が骨格となって形成され、水素資化性メタン細菌、酢酸生成細菌、酸生成細菌等が共存する一種の生態系を構成している。これらの微生物の中でも酸生成細菌は、糖質、脂質、タンパク等を分解し、粘質物を産出することから細菌同士の結合力を強める働きをする。よって、糖基質の培養液を用いれば、最も強度の強いグラニュール汚泥が形成される。

一般的な下水や産業排水等の有機物含有水は、糖質その他の高分子の有機物を含有していることから、これを嫌気性処理すると酸生成細菌が増殖する。嫌気性処理の過程では、酸生成細菌以外の上記の微生物も増殖して有機酸が生成され、この有機酸は順次低分子化されて酢酸となり、さらにメタンと炭酸ガスに分解される。酸生成細菌が増殖する条件下では、上記一連の嫌気性処理に関与して増殖する上記各種の微生物が粘質物により結合され、強度の大きいグラニュール汚泥が形成される。したがって、グラニュール汚泥は、一般的な有機物含有水を上向流で通液して嫌気性処理を行うことにより、自然発生的に形成することができる。

ところがこのような通常の有機物含有水と異なり、酸生成細菌の基質濃度の低い被処理液、例えば化学工場等から排出される炭素数４以下の低級有機物を含む被処理液を処理するとグラニュール汚泥が崩壊しやすくなる。特に酢酸、メタノール、エタノール、アセトアルデヒドなどの炭素数２以下の有機物を主成分（全有機物の５０〜９０質量％程度）とする被処理液を処理する場合は、Methanosarcina属が主として増殖する微生物となる。

Methanosaeta属、Methanosarcina属、およびMethanobacterium属の菌はグラニュール汚泥を形成しにくく、汚泥中での粘質物の産出が少なくなるため、グラニュール汚泥の増殖は芳しくなく、強度も不十分となる。このためこのような有機物含有水を被処理液として長期間運転を継続すると、グラニュール汚泥が解体して小粒径化し、反応槽内の汚泥量が減少することになる。

とりわけ、炭素数１の基質、具体的にはメタノール、蟻酸、ホルムアルデヒド等を主成分とする被処理液を処理する場合には、上述のMethanosaeta属はこれらの基質を資化できないため、Methanosarcina属やMethanobacterium属のメタン菌が成育してよりグラニュール化しにくい状況となる。例えばメタノールを単一基質としてＵＡＳＢ式の処理装置を長期間継続して運転すると、グラニュール汚泥は解体し、微細化して汚泥量が激減する。このため上記のような低分子の有機物を主成分とする被処理液をグラニュール汚泥により嫌気性処理することは困難であった。

ところでＵＡＳＢのようなグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理の立上げに際して、立ち上げ時に酢酸、又は酢酸を生成する物質を供給することを特徴とする処理方法が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された方法は、前述のようなグラニュールのできにくい有機物含有水を処理する装置の立ち上げ時に、酢酸または酢酸を生成する基質を与え、Methanosaeta属のメタン生成細菌を優占的に増殖させて短期間でグラニュール汚泥を増殖させようとする方法である。
特許第２５６３００４号公報

しかし、Methanosaeta属は低分子化合物を基質にできないため、特許文献１に開示された方法でグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理を立ち上げた後、酢酸の投入を停止すると徐々にMethanosarcina属やMethanobacterium属のメタン菌が成育してグラニュールの解体が始まるという欠点がある。

これに対し、本発明は反応槽内をグラニュール汚泥の維持に寄与する微生物が増殖する条件にすることで、グラニュール汚泥を維持しようとするものである。これにより、グラニュール汚泥が崩壊し易い条件で処理を行う場合でも、グラニュール汚泥を増殖させ、安定して効率よい嫌気性処理ができる嫌気性処理方法および嫌気性処理装置を提供することを目的とする。

本発明は以下を提供する。

（１）グラニュール汚泥を保持する反応槽に、被処理液を導入してグラニュール汚泥と接触させ嫌気性処理を行う方法において、 前記反応槽または前記被処理液に硝酸または亜硝酸を添加しながら前記被処理液をグラニュール汚泥と接触させて嫌気性処理を行うことを特徴とする嫌気性処理方法。
（２）前記被処理液のＣＯＤｃｒに対してＮが０．１質量％以上１０質量％以下となるように前記反応槽または前記被処理液に硝酸または亜硝酸を含む溶液を添加することを特徴とする（１）に記載の嫌気性処理方法。
（３）前記反応槽内への流入時に前記被処理液の硝酸または亜硝酸濃度が１〜１，０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように硝酸または亜硝酸が添加されている（１）または（２）に記載の嫌気性処理方法。
（４）前記被処理液は、炭素数４以下の有機物の含有量が、全有機物含有量の７０質量％以上である（１）から（３）のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
（５）前記被処理液は、キレート剤、スケール分散剤、殺菌剤からなる群より選ばれる１以上の剤を含む（１）から（４）のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
（６）前記反応槽内に、凝集剤を供給しながら嫌気性処理を行うことを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
（７）前記反応槽に、糖質を含む液を導入する（１）から（６）のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
（８）グラニュール汚泥を保持する反応槽と、 前記反応槽に接続され、前記反応槽内の槽内液が硝酸または亜硝酸を含むように硝酸または亜硝酸を添加する硝酸／亜硝酸添加手段と、を備える嫌気性処理装置。
（９）前記硝酸／亜硝酸添加手段は、硝酸または亜硝酸を貯留する添加剤貯槽と、前記添加剤貯槽内の液を前記反応槽にまたは前記反応槽に導入される被処理液に供給する添加路と、を含む（８）に記載の嫌気性処理装置。
（１０）前記反応槽に凝集剤および／または糖質を供給する補助添加剤添加手段をさらに備える（８）または（９）に記載の嫌気性処理装置。

本発明は、グラニュール汚泥が保持された反応槽内に、有機物含有水を導入して嫌気性処理をする場合において、グラニュール汚泥の崩壊を防止して一定量以上のグラニュール汚泥を反応槽内に長期かつ安定的に保持する嫌気性処理方法および装置に関する。換言すれば、本発明は、反応槽内に既に保持されたグラニュール汚泥からグラニュール汚泥を増殖させる。なお、グラニュール汚泥の崩壊とは、すでに形成されたグラニュール汚泥が嫌気性処理を行っている間に崩壊する現象をいう。

なお、「硝酸または亜硝酸を添加しながら嫌気性処理を行う」というのは、嫌気性処理を行っている間、反応槽に所定量の硝酸または亜硝酸が供給されるように硝酸または亜硝酸の添加を行うことを意味する。よって、硝酸または亜硝酸を連続的に添加する場合が「硝酸または亜硝酸を添加しながら」に該当するのは当然、硝酸または亜硝酸を間欠的に添加する場合も「硝酸または亜硝酸を添加しながら」の一態様であるとする。

また、硝酸または亜硝酸は、反応槽内のグラニュール汚泥にイオンとしての硝酸または亜硝酸（すなわち硝酸イオンまたは亜硝酸イオン）を供給するように添加する。よって、「前記反応槽内への流入時に前記被処理液の硝酸または亜硝酸濃度が１〜１，０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように硝酸または亜硝酸を添加する」という場合、被処理液の硝酸イオンまたは亜硝酸イオン濃度が上記範囲となるように、硝酸イオンまたは亜硝酸イオンを放出する物質を添加することを意味する。したがって、被処理液等に添加する硝酸としては硝酸溶液のみならず硝酸塩を用いてもよく、「硝酸または亜硝酸」には、被処理液等に添加されると硝酸イオンまたは亜硝酸イオンを放出する物質、例えば硝酸塩または亜硝酸塩が含まれるものとする。

本発明によれば、グラニュール汚泥の崩壊を防止できる。よって、従来、グラニュール汚泥の維持、増殖が困難であった有機物含有水を被処理液とする高負荷高速処理を長期に渡り、安定的に継続できる。

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る有機物含有水の嫌気性処理装置（以下、単に「処理装置」という）１の模式図である。処理装置１は、硝酸／亜硝酸添加手段と反応槽２０とを備える。硝酸／亜硝酸添加手段は、ここでは硝酸塩を添加する設備として構成され、硝酸塩溶液を貯留する貯槽（以下「硝酸貯槽」）１１および硝酸添加路１２で構成されている。反応槽２０には、被処理液である有機物含有水が導入される被処理液路３１、処理済の液が取り出される処理液路３２、および発生したガスが取り出されるガス路３３が接続されている。

反応槽２０内には、グラニュール汚泥が充填されている。被処理液路３１は反応槽２０下部に接続されている。有機物含有水は、被処理液路３１に設けられたポンプＰにより反応槽２０に導入され、上向流で反応槽２０内を流れる。また、反応槽２０の上部には、気固液分離装置（ＧＳＳ）が設けられている。ＧＳＳの頂部は、反応槽２０内の液面から突出する。ガス路３３は、反応槽２０上部に接続されている。処理液路３２は、ＧＳＳの内側に連絡している。

反応槽２０内において、ＧＳＳの内側は気固液分離部分であり、その下部はグラニュール汚泥が展開する反応部２２となっている。反応部２２ではグラニュール汚泥が展開してスラッジブランケット２４が形成される。グラニュール汚泥は、嫌気性微生物を含む微生物が自己造粒して平均粒径０．５〜１．０ｍｍ程度の粒状になった汚泥であり、密度は１．０２〜１．１ｋｇ／Ｌ程度であり沈降性に優れる。反応部２２の液はＧＳＳ内部で気固液分離され、処理液路３２からグラニュール汚泥と分離された処理液が取り出される。

このように処理装置１では、グラニュール汚泥を保持する反応槽２０に有機物含有水を上向流で通液してグラニュール汚泥を展開させ、スラッジブランケット２４を形成する。これにより、有機物含有水とグラニュール汚泥との接触効率が高くなるため、高さ５〜７ｍ程度の反応槽内に高さ３〜５ｍ程度のスラッジブランケットを展開させるＵＡＳＢでは、汚泥負荷０．１〜０．７ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄ、反応槽内の上昇流速０．３〜１．５ｍ／ｈ程度の高負荷高速処理が可能である。高さ７〜２０ｍ程度の反応槽内に、高さ５〜１８ｍ程度のスラッジブランケットを展開させるＥＧＳＢでは、汚泥負荷０．１〜１．０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄ、反応槽内の上昇流速３〜１０ｍ／ｈ程度にできる。

反応槽２０に導入される有機物含有水は、有機物濃度としてＣＯＤｃｒ５００〜３０，０００ｍｇ／Ｌ、好ましくは１，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌのものが適している。また、反応槽２０に対する有機物負荷は５〜３０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ^３／ｄ、特に８〜２０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ^３／ｄが好ましい。また、反応槽２０内には酸素を供給せずに嫌気的条件とし、温度は２５〜４０℃、特に３０〜３８℃とすることが好ましい。

反応槽２０内には、本発明に係る嫌気性処理を行うに先立ち、上記性状のグラニュール汚泥を反応槽容積あたり２０〜５０％程度、保持しておく。グラニュール汚泥は被処理液を嫌気性処理することにより自然発生的に形成することができ、浮遊性の嫌気性汚泥を保持する反応槽内に凝集剤等を添加して自己造粒を促進して浮遊性汚泥を自己造粒させることもできる。しかし、自然発生的なグラニュール汚泥の形成には時間がかかる。また凝集剤を添加して浮遊汚泥を造粒させると、形成されたグラニュール汚泥の密度が低くなる場合もある。

これに対し、既設のＵＡＳＢ、またはＥＧＳＢ式の反応槽から余剰汚泥として排出されるグラニュール汚泥を反応槽内に充填して、グラニュール汚泥を増殖させる基質を含む有機物含有水を供給すれば、短時間で反応槽を立ち上げることができる（すなわち必要量のグラニュール汚泥を保持する反応槽が得られる）。これは、グラニュール汚泥が反応槽内で成長し、反応槽内の水流やガスの発生に伴う流動により破砕され、破砕された微小な粒子や破片が核となって、新たにグラニュール状の汚泥が形成されるためとされている。

ＵＡＳＢで安定した処理を行うためには、反応槽２０内には平均粒径０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．８〜１．５ｍｍ程度のグラニュール汚泥を、上述したスラッジブランケット２４を形成できるように維持する。ＥＧＳＢの場合は、反応槽２０内に、平均粒径０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは１．０〜１．５ｍｍ程度のグラニュール汚泥を安定的に保持する必要がある。

ここで、反応槽２０に導入する被処理液は、グラニュール汚泥と接触させて嫌気性処理を行うことにより処理可能な有機物を含む液であればよい。しかし、被処理液の性状や反応槽２０の運転条件によっては、処理を継続するうちにグラニュール汚泥が崩壊して、反応槽２０内のグラニュール汚泥の保持量が低下する場合がある。

本発明は、このようにグラニュール汚泥が崩壊しやすい被処理液の処理、または運転条件での処理に特に適している。グラニュール汚泥が崩壊しやすい被処理液としては、酸生成細菌の基質となる有機物（糖質、脂肪、タンパク等の炭素数５以上の有機物）の含量が少ない有機物含有水、例えば酸生成細菌の基質の含有量が全有機物の３０質量％以下、特に２０質量％以下である有機物含有水が挙げられる。具体的には低級有機物を主として（例えば全体の有機物の７０質量％以上、特に８０質量％以上）含む被処理液が挙げられる。ここで低級有機物としては炭素数４以下、特に２以下の有機物が挙げられ、炭素数が小さい有機物を多く含むほどグラニュール汚泥が崩壊しやすくなる。

また、被処理液中に酸生成細菌の基質が十分に存在する場合であっても、被処理液中にキレート剤やスケール分散剤、殺菌剤などが含まれている場合はグラニュール汚泥が崩壊しやすくなるため、このような場合にも本発明方法を適用するとよい。特にＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）やＮＴＡ（ニトリル三酢酸）等のキレート剤が被処理液中に３ｍｇ／Ｌ以上の濃度で含まれる場合等はグラニュール汚泥が崩壊しやすい。また殺菌剤としては特にジチオカーバメイト類はグラニュール汚泥を崩壊させる傾向がある。

さらに、被処理液自体にはグラニュール汚泥を崩壊させる原因がない場合でも、処理の条件によってはグラニュール汚泥が崩壊しやすくなることがある。このようなケースとしては例えば汚泥負荷が高い場合や通液速度が大きい場合が挙げられる。

例えばＵＡＳＢ式の場合であれば、汚泥負荷は０．２〜０．６ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｋｇ−Ｖｓｓ／ｄ、上昇流速は０．５〜１．０ｍ／ｈが好適であり、反応槽２０への汚泥負荷が０．６ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｋｇ−Ｖｓｓ／ｄを超える場合、あるいは上昇流速が１ｍ／ｈを超える場合とグラニュール汚泥が崩壊しやすい。また、ＥＧＳＢ方式であれば、汚泥負荷は０．２〜０．７ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｋｇ−Ｖｓｓ／ｄ、上昇流速は２〜５ｍ／ｈが好適であり、汚泥負荷が０．７ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｋｇ−Ｖｓｓ／ｄ、上昇流速が５ｍ／ｈをそれぞれ超えるような場合はグラニュール汚泥が崩壊しやすくなる。

そこで、上記性状の被処理液を処理する場合、または上記条件で被処理液を処理する場合、本発明を適用し、反応槽２０にイオンとしての硝酸または亜硝酸（以下、「硝酸等」等と称する場合がある）が供給されるようにして嫌気性処理を行うとよい。以下、硝酸を被処理液に添加して反応槽２０に導入する構成とする場合について説明する。

ただし、本発明はこれ以外の構成で実施することもでき、例えば、硝酸の代わりに亜硝酸溶液を用いてもよく、硝酸等の溶液を反応槽２０に直接添加するように構成してもよい。また、反応槽２０前段にｐＨ調整が設けられている場合、ｐＨ調整槽に硝酸等の溶液を添加してもよい。なお、反応槽２０または被処理液路３１に添加された硝酸等は反応槽２０内で直ちに消費される場合もあるが、硝酸等が添加されることで反応槽２０内の液はごく短時間でも硝酸等を含む。よって本明細書では、「反応槽の槽内液が硝酸等を含む」という場合には、添加された硝酸等がこのようにほぼ瞬時に消費される場合を含むものとする。

処理装置１では、被処理液路３１の途中に硝酸添加路１２の先端が接続されている。硝酸添加路１２の基端は硝酸貯槽１１と接続され、硝酸貯槽１１内の硝酸溶液が被処理液路３１に添加されるように構成されている。硝酸添加路１２の途中には弁Ｖが設けられており、弁Ｖを開閉することにより、硝酸の添加量やタイミングが調節される。

硝酸等を含む溶液は、被処理液に添加し、均一に溶解した状態でグラニュール汚泥と接触させることが好ましい。硝酸等は、添加後の濃度が１〜１，０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、好ましくは１〜１００ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように添加することが好ましい。また、硝酸等は、被処理液のＣＯＤｃｒに対する窒素分（Ｎ）の割合が０．１〜１０質量％となるように添加することが好ましい。さらに、硝酸または亜硝酸以外の物質であってグラニュール強度向上作用を持つ物質として、糖類、高分子凝集剤を併用してもよい。あるいは、カルシウムやマグネシウム等の無機イオンを添加してもよい。硝酸等に加えて、これら物質を添加することで、グラニュール強度保持効果を高めることができる。

このように反応槽２０内に硝酸等を含む溶液を添加すると、反応槽２０内で脱窒微生物が成育する。硝酸または亜硝酸を基質として脱窒を行う微生物は、メタン発酵を行う微生物に比べて有機物あたりの汚泥収率が高い。また、脱窒微生物もグラニュールを形成する能力を持っている。このため、硝酸等を反応槽２０内に供給して脱窒微生物を生育させることで、メタン生成細菌と脱窒細菌が混合したグラニュールを増殖させ、グラニュールの崩壊を防ぐことができる。よって、反応槽２０内に一定量以上のグラニュール汚泥を安定的に維持できる。

反応槽２０に硝酸等を添加することで形成されたグラニュール汚泥は、メタン生成細菌が単独で増殖して形成されるグラニュール汚泥と比べて、強度が高く処理能力に優れる。この理由は、より多くの細胞外高分子を生成する能力のある脱窒微生物をメタン生成細菌と共存させることにより、グラニュール汚泥の強度を高めることができるためと推察される。また、硝酸等を基質として増殖する微生物は、メタン生成細菌とは代謝経路が異なるため、代謝経路が異なる微生物をグラニュール汚泥に共存させてグラニュール汚泥に含まれる菌の種類を多くすることで、グラニュール汚泥の処理能力（難分解性物質を分解する能力等）を高めることができると推察される。

さらに、グラニュール汚泥の崩壊を防止するために、例えば凝集剤を単独で添加する場合、凝集剤の凝集力が強力なためグラニュール汚泥の粒径が過度に大きくなりがちである。そして凝集剤により結合されたグラニュール汚泥には過大な結合力が働くために凝集剤を添加せずに自然に形成させたグラニュール汚泥に比べて内部からのガスの拡散が起こりにくくガスを内包して浮上する割合も高い。このように、グラニュール汚泥を凝集剤の添加によって結合させると凝集剤の添加量等によっては密度が低下する場合もある。

これに対し、本発明によればグラニュール汚泥に付着した微生物に粘質物を生産させ、この粘質物の作用により微生物同士を結合させるため、グラニュール汚泥形成時の気泡の巻き込みを低減してグラニュール汚泥の密度を高くすることも期待できる。

そこで、被処理液路３２の途中に硝酸等を添加する等して、嫌気性処理を行う。反応槽２０における嫌気性処理の好ましい条件は、上述したとおりである。反応槽２０内では、有機物含有水中の有機物がグラニュール汚泥の働きにより分解され、メタンを含むガスが発生する。また、グラニュール汚泥は、有機物含有水を基質として増殖する。

反応槽１０で生成されたガスおよび増殖した汚泥を含む混合液は、ＧＳＳ内部で気固液分離され、ガスはガス路３３から反応槽２０外に取り出されてガスホルダ３０に貯留される。硝酸等の添加量を被処理液ＣＯＤｃｒに対してＮとして１０質量％を超えないようにすれば、反応槽１０で生成されるガスに窒素ガスが含まれることによるガスの品質低下の影響を低減できる。汚泥が分離され清澄化された液分は、処理液路３２から反応槽２０外に取り出される。処理液は、後段に設けた好気性生物処理装置（図示せず）等によりさらに処理してもよい。

図２は、本発明の第２実施形態に係る有機物含有水の嫌気性処理装置２である。処理装置２は、被処理液路３１の途中に先端が接続された凝集剤路４２と、凝集剤路４２の基端が接続された凝集剤貯槽４１とをさらに備える。これにより、反応槽２０内には、硝酸等に加えて凝集剤が含まれる被処理液が導入される。

凝集剤は、反応槽２０内のグラニュール汚泥表面に付着することでグラニュール汚泥の強度を高める。添加する凝集剤の種類は限定されず、ノニオン系、カチオン系、アニオン系、両性系など処理系に適したものが使用できる。好ましい高分子凝集剤としては、ノニオン系の凝集剤としてポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等が例示できる。カチオン系としては、ポリアミノアルキルメタクリレート、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、キトサン、尿素−ホルマリン樹脂等が挙げられる。アニオン系としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド、ポリ（２−アクリルアミド）−２−メチルプロパン硫酸塩等が挙げられ、両性系としてアクリルアミドとアミノアルキルメタクリレートとアクリル酸ナトリウムの共重体等が挙げられる。凝集剤の添加濃度は高分子凝集剤の場合０．０１〜２ｍｇ／ｌ、特に０．０１〜１ｍｇ／ｌ程度とするとよい。

このように、反応槽２０内の液が凝集剤をさらに含むことでグラニュール汚泥の強度をより確実に高めることができる。また、本発明では硝酸等を基質とする微生物をグラニュール汚泥に含ませて粘質物を生産させるため、凝集剤の添加量は少なくてよい。また凝集剤は連続的に添加してもよいが、間欠的に添加してもよい。さらに、凝集剤は、硝酸等より先に添加しても後に添加してもよい。

また、反応槽２０内の液が凝集剤の代わりに、あるいは凝集剤に加えて、糖質をさらに添加してもよく、その他、無機イオンを添加してもよい。糖質としては、澱粉を好適に使用でき、その添加量は被処理水のＣＯＤｃｒに対して０．１〜１０質量％、添加形態は予め溶解させて液体として添加することが好ましい。澱粉を使用する場合はアルファ化させて液状として添加してもよい。

〈実施例１〉
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明する。実施例では、図１に示す処理装置１を模した実験装置に次に述べる性状の有機物含有水を導入し、嫌気性処理を行った。有機物含有水はメタノール濃度（ＣＯＤｃｒとして）２，９７０ｍｇ／Ｌ、野菜エキスと肉エキスを１：１で混合した混合基質をＣＯＤｃｒとして３０ｍｇ／Ｌ含み、さらに、窒素源としてＮＨ_４Ｃｌを３０ｍｇ−Ｎ／Ｌ、リン源としてＫＨ_２ＰＯ_４を５ｍｇ−Ｐ／Ｌ添加した合成排水である。

反応槽２０は、内径６ｃｍ、高さ１．２ｍでＧＳＳが設置された部分を除く反応部２２の容量は３Ｌ、ＧＳＳ部を含めた部分の容量は４Ｌである。反応槽２０内には、化学工場の既設のＵＡＳＢ式の反応槽から取り出したグラニュール汚泥（密度１．０３〜１．１ｍｍ、粒径１．２〜１．５ｍｍ）を１．０Ｌ、充填することにより反応槽２０の立ち上げを完了させた状態で実験を開始した。

実施例１では、被処理液路３１の途中に硝酸添加路１２を接続することで上記合成排水に硝酸ナトリウムの溶液を添加した。硝酸の添加量は、硝酸ナトリウム溶液と被処理液とを混合した後の混合液の硝酸の濃度が５０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるようにした。反応槽２０には、ＣＯＤｃｒ負荷１０ｇ−ＣＯＤｃｒ／Ｌ／ｄ、汚泥負荷０．４〜０．７ｇ−ＣＯＤｃｒ／ｇ−ＶＳＳ／ｄで合成排水を通水した。合成排水は、反応槽２０内での上昇流速が３ｍ／ｈとなるように通水し、グラニュール汚泥を展開させてスラッジブランケットを形成させた。反応槽２０内の温度は３０〜３５℃に維持し、ｐＨ７．０となるようにｐＨ調整を行った。ｐＨ調整は、ｐＨ調整剤槽（図示せず）に貯留したｐＨ調整剤（ＮａＨＯ_３溶液）を、被処理液路３１を流れる合成排水に適宜、添加することにより行った。

反応槽２０から取り出された処理液のＣＯＤｃｒ濃度は３０〜８０ｍｇ／Ｌであり、ＣＯＤｃｒ除去率は９７％以上であった。また、グラニュール汚泥が展開されて形成されるスラッジブランケットの上端（汚泥界面）高さは菌の増殖に伴って増加した。このため、９０日の実験期間中、継続して、処理開始時のグラニュール汚泥量以上の量のグラニュール汚泥を反応槽２０内に維持できた。このとき、グラニュール汚泥の平均粒径も大きくなり、グラニュール汚泥の崩壊を防止できた。

〈実施例２〉
実施例２として図２に示す処理装置２を用いて、合成排水に硝酸ナトリウム溶液と凝集剤とを添加した。硝酸の添加量は、硝酸ナトリウム溶液と被処理液とを混合した後の硝酸の濃度が２０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるようにした。また、凝集剤としては、カチオン系の高分子凝集剤（ポリアミノアルキルアクリレート）を用い、その添加量は凝集剤と被処理液とを混合した後の濃度が０．０３ｍｇ／Ｌとなるようにした。その他は実施例１と同様にして実験を行ったところ、処理液のＣＯＤｃｒ濃度は４０〜８０ｍｇ／Ｌであり、ＣＯＤｃｒ除去率は９７％以上であった。また、反応槽２０内のグラニュール汚泥量は増加し、平均粒径も大きくなった。

〈実施例３〉
実施例３として図２に示す処理装置２を用い、凝集剤に代えて糖質を合成排水にさらに添加した。すなわち、実施例３は、凝集剤の代わりに糖質を用いた以外は実施例２と同様である。糖質としては、澱粉粉末の溶液を用い、その添加量は澱粉溶液と被処理液とを混合した後の液の澱粉の濃度がＣＯＤｃｒとして９０ｍｇ／Ｌとなるようにした。実施例３では、処理液のＣＯＤｃｒ濃度は４０〜８０ｍｇ／Ｌであり、ＣＯＤｃｒ除去率は９７％以上であった。また反応槽２０内のグラニュール汚泥量は増加し、平均粒径も大きくなった。

〈実施例４〉
実施例４として凝集剤と澱粉を、反応槽２０前段で合成排水にさらに添加した。すなわち、実施例４では、硝酸、凝集剤、および澱粉を合成排水に添加している。凝集剤、および澱粉の種類および添加量は、それぞれ実施例２、実施例３と同様であり、その他の条件は実施例２と同様である。実施例４では、処理液のＣＯＤｃｒ濃度は３０〜８０ｍｇ／Ｌであり、ＣＯＤｃｒ除去率は９７％以上であった。また、反応槽２０内のグラニュール汚泥量は増加し、平均粒径も大きくなった。

〈比較例１〉
比較例１では、硝酸を添加しない以外は実施例１と同様の条件で実験を行った。その結果、反応槽２０内のグラニュール汚泥量が僅かずつ減少し、その粒径も低下した。

〈比較例２〉
比較例２では、硝酸を添加しない以外は実施例２と同様の条件で実験を行った。すなわち、比較例２では凝集剤を添加することでグラニュール汚泥の崩壊を防止するようにした。比較例２では、汚泥界面の高さがわずかに減少し、平均粒径も減少傾向を示した。

〈比較例３〉
そこで、比較例３として、凝集剤の添加量を０．０３ｍｇ／Ｌから１．２ｍｇ／Ｌに増加させ、その他の条件は比較例２と同様にして実験を行った。その結果、比較例３では、平均粒径は大きくなったものの、汚泥界面の高さは若干の減少傾向を示した。これは、比較例２では凝集剤の添加量が少なすぎて凝集作用が得られず、比較例３では凝集力が強すぎてガスの巻き込みによるグラニュール汚泥の浮上が生じたためである。

実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、および比較例３について、図３に、反応槽２０内の汚泥界面高さの変化を示し、図４に汚泥の平均粒径の変化を示す。図３および図４に示すように、実施例では反応槽２０内に一定粒径以上のグラニュール汚泥を一定量以上、継続的に保持できたが、比較例ではグラニュール汚泥の崩壊が生じた。

本発明は、製紙工場等から排出される蒸発濃縮液等のメタノールを主成分とする有機物含有水の処理に好適に用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る生物処理装置の模式図。 本発明の第２実施形態に係る生物処理装置の模式図。 実施例および比較例の結果を示す図。 実施例および比較例の結果を示す図。

符号の説明

１、２ 嫌気性処理装置
１１ 硝酸貯槽
１２ 硝酸添加路
２０ 反応槽
２２ 反応部
２４ スラッジブランケット
３０ ガスホルダ
３１ 被処理液路
３２ 処理液路
３３ ガス路
４１ 凝集剤貯槽
４２ 凝集剤路

Claims (10)

1. グラニュール汚泥を保持する反応槽に、被処理液を導入してグラニュール汚泥と接触させ嫌気性処理を行う方法において、
   前記反応槽または前記被処理液に硝酸または亜硝酸を添加しながら前記被処理液をグラニュール汚泥と接触させて嫌気性処理を行うことを特徴とする嫌気性処理方法。
2. 前記被処理液のＣＯＤｃｒに対してＮが０．１質量％以上１０質量％以下となるように前記反応槽または前記被処理液に硝酸または亜硝酸を含む溶液を添加することを特徴とする請求項１に記載の嫌気性処理方法。
3. 前記反応槽への流入時に前記被処理液の硝酸または亜硝酸濃度が１〜１，０００ｍｇ−Ｎ／Ｌの範囲となるように硝酸または亜硝酸が添加されている請求項１または２に記載の嫌気性処理方法。
4. 前記被処理液は、炭素数４以下の有機物の含有量が、全有機物含有量の７０質量％以上である請求項１から３のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
5. 前記被処理液は、キレート剤、スケール分散剤、殺菌剤からなる群より選ばれる１以上の剤を含む請求項１から４のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
6. 前記反応槽内に、凝集剤を供給しながら嫌気性処理を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
7. 前記反応槽に、糖質を含む液を導入する請求項１から６のいずれかに記載の嫌気性処理方法。
8. グラニュール汚泥を保持する反応槽と、
   前記反応槽に接続され、前記反応槽内の槽内液が硝酸または亜硝酸を含むように硝酸または亜硝酸を添加する硝酸／亜硝酸添加手段と、を備える嫌気性処理装置。
9. 前記硝酸／亜硝酸添加手段は、硝酸または亜硝酸を貯留する添加剤貯槽と、前記添加剤貯槽内の液を前記反応槽または前記反応槽に導入される被処理液に供給する添加路と、を含む請求項８に記載の嫌気性処理装置。
10. 前記反応槽に凝集剤および／または糖質を供給する補助添加剤添加手段をさらに備える請求項８または９に記載の嫌気性処理装置。
    

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