JP2009195783A

JP2009195783A - 有機性廃水の廃水処理方法

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Publication number: JP2009195783A
Application number: JP2008038187A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubota; 洋久保田; Koji Yoshida; 耕治吉田; Satoshi Yajima; 聡矢島; Yukihiko Tanaka; 幸彦田中
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】有機性廃水に含まれる有機性成分を分離回収し、有機性成分をエネルギ回収及び生物的脱窒素廃水処理に効果的に活用することで、メタン発酵による廃水処理効率を向上させながら、メタン発酵後の残液に含まれる有機性成分や窒素成分を低コストで処理することを可能とする技術を提供する。
【解決手段】有機性廃水１０１から所定値以上の粒径の有機性固形物１０２を分離してメタン発酵処理Ｓ３し、このメタン発酵処理Ｓ３後のメタン発酵残液１０５に前記有機性固形物１０２から分離された有機性廃水分離液１０３を添加し、この有機性廃水分離液１０３とメタン発酵残液１０５の混合液１０６を生物的脱窒素処理Ｓ５する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生活廃水や下水、工場廃水等、有機性成分を含む廃水をメタン発酵させ、その残液から有機性成分や窒素成分の除去を行うことにより清澄な処理水を得る廃水処理技術に関するものである。

従来、有機性成分を含む廃水の処理方法としては、活性汚泥処理工程で発生する余剰汚泥をメタン発酵処理によりメタンガスを発生させてエネルギを回収することが、廃水処理による余剰汚泥の有効利用方法として一般的な技術となっている（例えば下記の特許文献参照）。
特開２００１−３２１７９２号公報特開２００４−３２２０７０号公報

すなわち、この種の有機性廃水処理方法では、活性汚泥処理工程で発生した余剰汚泥を、最初に沈殿池で回収される汚泥と混合し、メタン発酵槽に導入して、２０〜３０日の発酵時間を経てメタンガスを発生させる。反応時間を短縮するため、反応温度を５０℃前後に設定するいわゆる高温発酵でメタン発酵処理を行う場合もある。メタン発酵後の残液は一部メタン発酵槽に返送されるが、余剰分は高分子凝集剤などを加えて固液分離を行い、固形分は脱水余剰汚泥として搬出し、焼却などで処分される。液体は有機物及び窒素成分が残存するため、水処理施設へ返送して放流基準まで浄化処理される。

一般的な下水処理施設では、最初に沈殿池で沈殿しない有機性成分は活性汚泥処理工程へ移送される。そして、活性汚泥処理工程において有機性成分の一部は微生物に取り込まれてこの微生物を増殖させるが、この微生物に取り込まれた有機性成分の一部は微生物の呼吸作用によって、二酸化炭素として環境に放出される。このため、微生物に取り込まれて余剰汚泥として回収される有機成分は廃水処理工程へ移送された有機性成分の一部に過ぎない。そして、メタン発酵処理は最初沈殿池で沈殿させた汚泥と活性汚泥処理工程で発生する余剰汚泥を対象に行うため、下水処理施設に流入する有機性成分の一部をメタンガスとして回収するにとどまっている。

また、メタン発酵処理後の残液に含まれる懸濁状態の有機性成分は、そのままでは固液分離が難しいので、高分子凝集剤など凝集剤を添加することによって凝集させてから固液分離を行う必要があり、処理コスト増大の要因となっている。しかも、前記残液には有機性成分及び窒素成分が含まれるため、固液分離後の分離水は再度水処理工程に移送し、有機物除去及び生物的脱窒素処理を行う必要がある。さらに、生物的脱窒素処理においてはメタノールなどの水素供与体となる有機性成分を添加する必要がある。

また、特許文献２に開示された方法は、厨芥成分を含む下水から効率良くメタンガスを回収する手段としては好ましいが、系外へ搬出する汚泥を、メタン発酵後の残液の固液分離により生成するため、この場合も高分子凝集剤の添加が必要になる。しかも固液分離後の分離水は有機性成分、窒素成分を含むため、直接放流は不可能な場合が多く、液肥などの再利用先がない限り、実際には活性汚泥処理へ返送する必要がある。

本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、有機性廃水に含まれる有機性成分を分離回収し、有機性成分をエネルギ回収及び生物的脱窒素廃水処理に効果的に活用することで、メタン発酵による廃水処理効率を向上させながら、メタン発酵後の残液に含まれる有機性成分や窒素成分を低コストで処理することを可能とする技術を提供することを目的とする。

上記従来の技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る有機性廃水の廃水処理方法は、有機性廃水から所定値以上の粒径の有機性固形物を分離してメタン発酵処理し、このメタン発酵処理後のメタン発酵残液に前記有機性固形物から分離された有機性廃水分離液を添加し、この有機性廃水分離液とメタン発酵残液の混合液を生物的脱窒素処理するものである。

したがって請求項１の発明によれば、有機性廃水から分離した固形の有機性廃棄物をメタン発酵により分解し、エネルギとして利用可能なメタンの回収を効率良く行うことができる。

また、メタン発酵残液には嫌気処理によるメタン発酵のみでは分解できなかった有機性成分が比較的高濃度で含まれているが、本発明の方法によれば、メタン発酵残液の量に対して易分解性の有機成分を含む有機性廃水分離水を大量に混合することで、高濃度のメタン発酵残液を希釈し、有機性成分の濃度を生物的脱窒素処理に適した濃度に調整することができる。また、メタン発酵残液は、メタン発酵によって炭素（Ｃ）が分解された分だけＣ／Ｎ比が低くなるが、請求項１の発明によれば、有機性廃水分離水に含まれる有機性成分を生物的脱窒素反応への水素供与体として利用し、メタン発酵残液の生物的脱窒素反応を促進することができ、しかも有機性成分が微生物の活動により消費されるので、窒素成分の除去と同時に有機性成分も除去することができる。

請求項２の発明に係る有機性廃水の廃水処理方法は、請求項１に記載の方法において、メタン発酵処理により発生したメタンを回収するものである。回収されたメタンは、発電用の燃料などのエネルギとして有効に利用することができる。

請求項３の発明に係る有機性廃水の廃水処理方法は、請求項１に記載の方法において、有機性固形物のメタン発酵処理前に、この有機性固形物から分離された有機性廃水分離液の一部と混合する水分調整工程を含むものである。したがってこの方法によれば、有機性固形物に加水してメタン発酵処理に適した状態にすることができ、この水分調整は、有機性固形物の回収工程での有機性廃水分離水を利用して行うため、本発明方法による処理系の外部からの水の補給は不要である。

請求項４の発明に係る有機性廃水の廃水処理方法は、請求項１に記載の方法において、有機性固形物のメタン発酵処理前に、この有機性固形物を破砕する工程を含むものである。したがってこの方法によれば、メタン発酵処理による有機性固形物の分解効率を高めることができる。

請求項５の発明に係る有機性廃水の廃水処理方法は、請求項１に記載の方法において、生物的脱窒素処理が、有機性廃水分離液とメタン発酵残液の混合液を曝気して液中の窒素成分を好気性微生物により硝酸態窒素へ酸化させる好気処理工程と、前記硝酸態窒素を嫌気性微生物により還元して脱窒素反応させる嫌気処置工程とを交互に行う回分式間欠曝気処理によるものである。この回分式間欠曝気処理工程で発生する余剰汚泥はメタン発酵残液と比較して大幅に固液分離特性が向上するため、余剰汚泥の分離濃縮工程の簡略化が可能となり、しかも、メタン発酵により有機性成分がメタンガスとして回収されることや、有機性成分を脱窒素工程で消費するため余剰汚泥の発生量も抑制される。

本発明に係る有機性廃水の廃水処理方法によれば、生活廃水、下水、工場廃水など、有機性廃水に含まれる有機性固形物からメタンガスとしてエネルギを効率良く回収することが可能であり、有機性廃水に含まれる有機性成分を有効に利用して、メタン発酵後の残液に含まれる窒素成分及び有機性成分を除去することが可能であり、処理過程で発生する汚泥は少量で、固液分離が容易であるため、汚泥の処分費用や薬剤費用の削減が可能である。

以下、本発明に係る有機性廃水の廃水処理方法の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、この実施の形態による廃水処理方法を示す説明図である。

すなわちこの実施の形態においては、まず生活廃水、下水、工場廃水等、有機成分を含む未処理の有機性廃水１０１を、固液分離装置に送って固液分離処理Ｓ１し、すなわち有機性廃水１０１を有機性固形物１０２と有機性廃水分離液１０３に分離する。

固液分離装置としては、スクリーンを用いて有機性固形物１０２を濾し取るものや遠心分離によるものなどが知られており、例えば、スクリーンを用いる装置では、まず有機性廃水１０１を目合い５０ｍｍのバースクリーンを通過させてから、さらに目合い０．０４ｍｍの細目スクリーンを通過させることによって、細目スクリーンに保持された固形物を有機性固形物１０２として回収し、通過した有機性廃水を有機性廃水分離液１０３として回収する。この方法によれば、有機性廃水１０１に含まれる有機性成分のうち粒径０．０４〜５０ｍｍのものが有機性固形物１０２として分離されることになり、一般的な生活系廃水に含まれる有機性成分の６０〜７０％を回収することができる。

なお、上述の固液分離処理Ｓ１においては、有機性廃水１０１に含まれる有機性成分を、予めディスポーザなどの処理機械で粉砕し、粒径が５０ｍｍ超の有機性固形物を極力なくすことによって、殆どの有機性固形物が目合い５０ｍｍのバースクリーンを通過することになるので、有機性固形物１０２の回収率を上げることができる。

固液分離処理Ｓ１によって有機性廃水１０１から分離回収された粒径０．０４〜５０ｍｍの有機性固形物１０２に対しては、これをメタン発酵処理に適した性状にするための前処理Ｓ２を行う。この前処理Ｓ２は、有機性固形物１０２に、上述の固液分離処理Ｓ１において分離された有機性廃水分離液１０３の一部を再混合する水分調整工程Ｓ２１と、有機性固形物１０２を破砕する破砕工程Ｓ２２を含むものである。

詳しくは、前処理Ｓ２における水分調整工程Ｓ２１の目標値は、水と有機性成分の混合水における有機性成分の量が、蒸発残留物の成分で６〜１５％程度となるようにするのが良い。そしてこの水分調整工程Ｓ２１には有機性廃水分離液１０３を利用するので、廃水処理施設の外部からの水の補給は行う必要がない。

また、前処理Ｓ２における破砕工程Ｓ２２では、次のメタン発酵処理Ｓ３における分解効率を高めるために、有機性固形物１０２を可及的に細かく破砕し、例えば有機物の粒径が１ｍｍ以下になるように行う。破砕の方法については、ミル処理、超音波処理などが適用可能であるが、メタン発酵や活性汚泥処理に関与する微生物の活性を阻害しない方法であれば、特に限定されない。

前処理Ｓ２がなされた有機性廃水分離液１０３と有機性固形物１０２との混合液を既知のメタン発酵槽に送り、メタン発酵処理Ｓ３を行う。このメタン発酵処理Ｓ３では、メタン菌などの嫌気性微生物の作用によって有機性成分を分解し、２０〜３０日の時間をかけてメタン（ＣＨ_４）ガス１０４を発生させるが、反応時間を短縮するため、反応温度を５０℃前後に設定して高温メタン発酵させることもできる。なお、生成したメタンガス１０４は、例えば発電用の燃料として有効に利用することができる。

このメタン発酵処理Ｓ３においては、上述のように、予め有機性廃水１０１から多量の有機性固形物１０２を分離回収して、これをメタン発酵処理に適した性状にするための前処理Ｓ２を行った結果、メタン発酵によるエネルギの回収効率を向上させることができる。

次に、メタン発酵処理Ｓ３の終了後にメタン発酵槽から排出されるメタン発酵残液１０５に、固液分離処理Ｓ１において分離回収された有機性廃水分離液１０３を混合槽によって混合Ｓ４してから、その混合液１０６を回分式間欠曝気処理槽へ送り、回分式間欠曝気Ｓ５による生物的脱窒素処理を行う。

回分式間欠曝気Ｓ５では、メタン発酵残液１０５と有機性廃水分離液１０３との混合液１０６を効率良く空気と接触（曝気）させて液中に酸素を供給することにより、この混合液１０６に含まれる有機性成分を好気性微生物によって分解すると共にアンモニウムイオン（ＮＨ_４ ⁺）などの窒素成分を硝酸態窒素へ酸化させる好気処理Ｓ５１と、混合液１０６中の有機性成分を脱窒菌の水素供与体として利用して、この脱窒菌により前記硝酸態窒素を還元して窒素ガス（Ｎ_２）として脱窒素させる嫌気処置Ｓ５２が交互に行われる。したがって、回分式間欠曝気Ｓ５では、有機性廃水分離液１０３に含まれる有機性成分及び窒素成分と、メタン発酵残液１０５に残存する有機性成分及び窒素成分を同時に除去することができる。そしてこの回分式間欠曝気Ｓ５による生物的脱窒素処理後は、沈殿処理や、必要に応じて凝集剤などを添加することによって汚泥１０７と、放流基準まで浄化された清澄な処理水（上澄み水）１０８に固液分離処理Ｓ６され、汚泥１０７は脱水後に焼却処分され、処理水１０８は外部へ放流される。

ここで、メタン発酵槽から排出されたメタン発酵残液１０５は、メタン発酵による嫌気性処理のみでは分解されない難分解性の有機性成分や窒素成分を多量に含む一方で、メタン発酵によって炭素が消費された分だけＣ／Ｎ比が低くなっているため、回分式間欠曝気Ｓ５による生物的脱窒素処理に必要な水素供与体となる有機物が不足している。しかしながら本発明では、上述のように、メタン発酵残液１０５には、固液分離処理Ｓ１において分離された有機性廃水分離液１０３を大量に添加して混合Ｓ４することによって、生物的脱窒素処理に必要な水素供与体が十分に供給される。図２は、厨芥の破砕粒径別のＣ／Ｎ比を示す説明図である。この図２に示されるように、粒径が小さくなるほどＣ／Ｎ比が高くなる特徴を有している有機性廃水では、本発明にあるような有機性廃水分離液の生物的脱窒素処理の水素供与体としての利用は非常に有効である。

すなわち先に説明した未処理の有機性廃水１０１の固液分離処理Ｓ１に例えば目合い０．０４ｍｍの細目スクリーンを用いた場合、このスクリーンを通過した有機性廃水分離液１０３には、粒径が０．０４ｍｍ未満の有機性成分が存在しており、この有機性廃水分離液１０３には易分解性の有機性成分が大量に含まれている。このため、メタン発酵槽から排出されたメタン発酵残液１０５のＣ／Ｎ比が極端に低い場合でも、これに有機性廃水分離液１０３を混合Ｓ４することによって、脱窒菌の水素供与体となる有機性成分が大量に補給されるため、メタノールなどの有機性成分を添加する必要がなく、これによって薬剤コストが低減される。

また、メタン発酵残液１０５の懸濁状態の有機性成分は自然な沈殿による固液分離が困難であるため、高分子凝集剤などを添加して固液分離を行う必要があるが、上述した実施の形態によれば、このような懸濁状態の有機性成分が回分式間欠曝気Ｓ５による生物的脱窒素処理工程で微生物により消費されるので、この回分式間欠曝気Ｓ５において発生する余剰汚泥１０７は、メタン発酵処理Ｓ３後にメタン発酵槽から排出されるメタン発酵残液１０５中の懸濁状態の有機性成分と比較して沈殿による固液分離が著しく容易になる。しかも液中の有機性成分が、メタン発酵処理Ｓ３においてメタンガス１０４として回収されるのに加え、回分式間欠曝気Ｓ５による脱窒素工程でも消費されるため、汚泥１０７の発生量自体も抑制することができる。したがって、固液分離処理Ｓ６において汚泥１０７と処理水１０８を分離するための凝集剤の使用量を抑制できると共に、汚泥１０７の処分コストも低減することができる。

なお、上述の説明ではメタン発酵残液１０５と有機性廃水分離液１０３を混合するバッファタンクとして混合タンクを用いることとしたが、回分式間欠曝気Ｓ５に際して、メタン発酵残液１０５と有機性廃水分離液１０３を直接、回分式間欠曝気処理槽へ投入することも可能である。

また、上述した実施の形態においては、有機性廃水１０１だけでなく、それ以外の有機性廃棄物を廃水処理施設内に導入して、これを破砕してから未処理の有機性廃水１０１に添加し、又は固液分離処理Ｓ１によって有機性廃水１０１から分離回収された有機性固形物１０２に添加し、あるいはメタン発酵処理Ｓ３において添加すれば、有機性廃水１０１以外の有機性廃棄物も処理対象とすることが可能である。

本発明に係る有機性廃水の廃水処理方法の好ましい実施の形態を示す説明図である。厨芥の破砕粒径別のＣ／Ｎ比を測定した結果を示す説明図である。

Claims

有機性廃水から所定値以上の粒径の有機性固形物を分離してメタン発酵処理し、このメタン発酵処理後のメタン発酵残液に前記有機性固形物から分離された有機性廃水分離液を添加し、この有機性廃水分離液とメタン発酵残液の混合液を生物的脱窒素処理することを特徴とする有機性廃水の廃水処理方法。
メタン発酵処理により発生したメタンを回収することを特徴とする請求項１に記載の有機性廃水の廃水処理方法。
有機性固形物のメタン発酵処理前に、この有機性固形物から分離された有機性廃水分離液の一部と混合する水分調整工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機性廃水の廃水処理方法。
有機性固形物のメタン発酵処理前に、この有機性固形物を破砕する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機性廃水の廃水処理方法。
生物的脱窒素処理が、有機性廃水分離液とメタン発酵残液の混合液を曝気して液中の窒素成分を好気性微生物により硝酸態窒素へ酸化させる好気処理工程と、前記硝酸態窒素を嫌気性微生物により還元して脱窒素反応させる嫌気処置工程とを交互に行う回分式間欠曝気処理によるものであることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃水の廃水処理方法。