JP2012076000A

JP2012076000A - 一槽式嫌気性排水処理装置

Info

Publication number: JP2012076000A
Application number: JP2010221767A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Baba; 泰弘馬場; Hiroaki Fujii; 弘明藤井
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-19

Abstract

【課題】メタン発酵だけでなく酸生成も同一反応槽内で進行することにより、効率が良くコンパクトな嫌気性排水処理装置を提供する。
【解決手段】嫌気性排水処理において、ポリビニルアルコール系ゲル状担体を添加することにより、同一反応槽で酸生成とメタン発酵を同時に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、効率が良く安定な嫌気性排水処理方法およびそれを用いた装置に関する。

近年、排水中の有機物や窒素を効率的に除去するための開発が積極的に行なわれている。従来、活性汚泥法などの好気処理が主体であったが、曝気動力の不要な嫌気処理も増えつつある。有機性排水を処理する嫌気性排水処理装置としては、排水原水が導入される酸生成槽と、該酸生成槽を通過した水が導入されるメタン発酵槽と、メタン発酵槽からの流出水の一部を酸生成槽に返送する手段とを備える二槽式嫌気性排水処理装置が一般的に用いられている。効率的に排水を処理する方法としては、上記メタン発酵槽において、上向流嫌気性汚泥床法（以下、ＵＡＳＢ法（ＵｐｆｌｏｗＡｎａｅｒｏｂｉｃＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔ）と記載することがある。）を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＵＡＳＢ法とは、メタン菌を自己造粒させたグラニュール汚泥が存在する反応槽に、酸生成槽を通過した水を上向流で通水してメタン発酵させ、有機物を効率良く分解除去する方法である。また、メタン菌などの生体触媒を包括固定化した担体をメタン発酵槽に充填する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平８−１４１５９２号公報特開２００８−２２１０３３号公報

嫌気性排水処理装置には、嫌気処理を効率的に行うと共に、コンパクトな排水処理装置およびそれが可能となる排水処理方法が要求される。本発明者らの検討によると、特許文献１の嫌気性処理法は、原水を導入して酸生成する酸生成槽および酸生成槽の処理液を導入してメタン発酵するメタン発酵槽の２つの反応槽を必要とするため、反応槽の設置面積が大きくなる。その上、メタン発酵槽において、排水の種類によってはグラニュール汚泥が生成せず、有機物を効率良く分解除去できない場合がある。また、より効率を上げるために原水流量を増加させるとグラニュール汚泥が流出して活性を失う場合がある。このように、特許文献１の方法は、反応槽の設置面積が大きい点や、処理効率および安定性に改善の余地があることが明らかになった。また、特許文献２の排水処理方法は、酸生成槽を通過した水を、メタン菌固定化担体を充填したメタン発酵槽に通水させる方法であり、特許文献１の方法と同様に、酸生成槽とメタン発酵槽の２つの反応槽を必要とするため、２槽の運転管理の繁雑性および反応槽の設置面積が大きい点に改善の余地があることが明らかになった。

本発明の目的は、酸生成が十分に行われ、高い有機物分解性を有するコンパクトな嫌気性排水処理装置を提供することにある。さらに、本発明のもう１つの目的は、酸生成が十分であり、有機物分解性が高い、嫌気性排水処理方法を提供することにある。

発明者らは鋭意検討した結果、ポリビニルアルコール系ゲル状担体を添加し、メタン発酵だけでなく酸生成も同一反応槽内で進行することにより、効率が良くコンパクトな嫌気性排水処理装置を提供できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、嫌気性排水処理において、ポリビニルアルコール系ゲル状担体を添加することにより、同一反応槽で酸生成とメタン発酵を同時に行うことを特徴とする排水処理装置および該処理装置を用いた排水処理方法である。

本発明によれば、効率良く安定に、小さなスペースで排水処理を行うことができる。

ポリビニルアルコール系ゲル状担体は表面から内部に連通する孔が網目状に存在し、その孔の大きさが菌のサイズに近いもので、担体内部も有効な菌の棲家となるため嫌気性菌を保持するのに適した担体である。

上記ポリビニルアルコール系ゲル状担体の直径は、特に制限はないが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。直径が小さすぎると槽から担体が流出し、大きすぎると担体の表面から内部まで距離があるため、バクテリアが内部に棲息できない、代謝物が担体外へ排出されにくいといった問題がある。また、担体を流動させて使用する場合、担体の直径が大きすぎると流動性が低くなるため、排水との接触効率が低下し、排水処理の効率が低下する場合がある。

上記ポリビニルアルコール系ゲル状担体の表面から内部に連通する孔における孔径は、自由にコントロールできるが、バクテリアのみが担体内部に棲息できるものが好ましく、表面付近の孔径は０．１μｍ以上１００μｍ以下のものが好ましく、０．５μｍ以上５０μｍ以下がより好ましい。表面付近の孔径が小さすぎるとバクテリアが内部に進入できないなどの問題があり、大きすぎるとバクテリア以外の大きな生物が侵入し効率が低下する場合がある。担体中心付近の孔径については特に制限はない。

本発明において、反応槽へ添加する担体の量は、特に制限はないが、必要とする効率に応じて添加すればよい。通常は反応槽容量に対して５容量％から７０容量％が好ましく、１０容量％から６０容量％がより好ましく、２０容量％から５０容量％が最も好ましい。また、担体を添加した反応槽においては、担体と排水の接触効率を高めるために担体を流動させる方法をとってもよい。担体を流動させる方法としては、機械撹拌や酸素を含まないガスを散気する方法が挙げられる。

本発明において使用する菌は、嫌気性排水処理に通常用いられる菌であれば使用することができる。菌の採取方法としては、目的とする排水処理をしている反応器から種汚泥として採取するのが望ましいが、下水汚泥や産業排水の汚泥、嫌気性消化汚泥などを種汚泥として用い、必要な菌が増殖するのを待つ方法でもよい。

また、菌を増殖させる槽内におけるＭＬＳＳ濃度（Ｍｉｘｅｄｌｉｑｕｏｒｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｏｌｉｄｓ＝活性汚泥浮遊物濃度（ｍｇ／Ｌ））は、高いほど初期に担体に付着する菌の量が多く、嫌気性排水処理の能力発現が早くなるため好ましい。嫌気性消化汚泥を他の下水処理場等から移送する費用や手間がかかるため、１００ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下がより好ましい。

担体に菌を増殖させる方法としては、種汚泥と担体を実際に嫌気性排水処理する槽に投入した後、実排水や人工排水などを少量ずつ導入し、処理状況に応じて排水の濃度や流量を上げる方法が挙げられる。また、実際に排水処理する槽とは別に、菌を増殖させることのできる槽やタンクがある場合には、その槽で担体に菌を増殖させた後、実際に嫌気性排水処理する槽に菌が増殖した担体を投入する方法を採用することもできる。

本発明において処理が可能な排水原水としては、特に制限はないが、食品排水などの産業排水、下水、し尿などの有機性排水が挙げられる。

排水原水の種類や濃度によっては、濃度阻害、ｐＨ変動による阻害が起こる場合がある。その際には、被処理液の希釈効果を考えて、処理後の液を被処理液の流入部分に循環させることもできる。また、この循環させる液に酸やアルカリを添加して、ｐＨコントロールを行ってもよい。

本発明において、原水の有機性汚濁の指標である原水ＣＯＤｃｒ濃度（Ｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｙｇｅｎｄｅｍａｎｄ（クロム）＝ニクロム酸カリウムによる化学的酸素要求量（ｐｐｍまたはｍｇ／Ｌ））に特に制限はない。嫌気性排水処理における一般的な原水ＣＯＤｃｒ濃度である５０００ｍｇ／Ｌ〜２００００ｍｇ／Ｌなどの高濃度領域であっても、従来の嫌気性排水処理ではグラニュール汚泥が生成しにくく不得意とされる１０００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度領域であっても効率よく処理することができる。

本発明における水理学的滞留時間（ＨｙｄｒａｕｌｉｃＲｅｔｅｎｔｉｏｎＴｉｍｅ＝ＨＲＴ）に特に制限はない。水理学的滞留時間とは、下水や汚泥が反応槽等の処理装置に流入してから流出するまでの平均的な時間のことである。従来の嫌気性排水処理ではグラニュール汚泥の流出を防止するために少なくとも３時間以上のＨＲＴが必要であったが、本発明における処理方法は担体を使用するためメタン菌の流出が起きにくく、ＨＲＴ＝３０分での処理も可能である。

本発明におけるＣＯＤｃｒ除去率に特に制限はない。嫌気性排水処理において一般的に良好なＣＯＤｃｒ除去率である８０％〜９５％での実施も可能であるし、排水負荷を軽減させる場合には、嫌気性排水処理におけるＣＯＤｃｒ除去率５０％〜８０％での実施も可能である。

本発明の槽における最大ＣＯＤｃｒ容積負荷（ｋｇ／ｍ^３・日）に特に制限はないが、１０ｋｇ／ｍ^３・日以上であることが好ましい。従来の嫌気性排水処理に比べて効率よく処理するという観点から、２０ｋｇ／ｍ^３・日以上であることがより好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１に示すフローに従って、食品排水の嫌気性排水処理を行った。反応槽の仕様並びに処理条件は下記の通りとした。

反応槽の仕様
反応槽：容量８Ｌ
槽内温度：３５〜３７℃
反応槽に充填する担体：アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル状担体（直径約４ｍｍ，比重１．０２５）
反応槽担体充填量：４０容量％（槽容積に対する。）
処理条件
初期原水流量：１．２Ｌ／日
初期原水ＣＯＤｃｒ濃度：５０００ｍｇ／Ｌ
初期投入嫌気性消化汚泥ＭＬＳＳ：５０００ｍｇ／Ｌ

上記条件にて、嫌気性排水処理を行った。７０日間継続して処理を行い、原水流量を１．２Ｌ／日から８Ｌ／日まで段階的に上昇させた。
その結果、生物処理性は、ＣＯＤｃｒ除去率８０％と良好であった。また、メタン発酵槽における最大ＣＯＤｃｒ容積負荷が２２ｋｇ／ｍ^３・日まで安定した処理が可能であった。
その後、原水流量を最終原水流量である８Ｌ／日に固定し、原水ＣＯＤｃｒ濃度を２２０００ｍｇ／Ｌまで段階的に上昇させても、良好なＣＯＤｃｒ除去率を保ったままであった。
なお、実際に反応槽内担体を取り出し、担体の中心部付近に生息する微生物をＦＩＳＨ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎｓｉｔｕｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）法で染色し蛍光顕微鏡で観察したところ、担体内部に酸生成菌およびメタン生成菌が共存していることが観察された。メタン菌は担体表層付近に高濃度で、酸生成菌は担体表層部から中心部まで広範囲に分布していた。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
反応槽へ充填する担体をポリエチレングリコール系プラスチック担体としたこと、および原水ＣＯＤｃｒ濃度を５０００ｍｇ／Ｌ固定とし、最終原水流量を７Ｌ／日としたこと以外は、実施例１と同様に嫌気性排水処理を行った。結果を表１に示す。

表１より、比較例１においては、ＣＯＤｃｒ除去率は６０％と低かった。その結果、反応槽において有機酸濃度が上昇し、ｐＨ低下を引き起こし、処理能力が不安定になった。さらに、比較例１において、担体の中心部付近に生息する微生物をＦＩＳＨ法で染色し蛍光顕微鏡で観察したところ、担体内部には微生物が観察されず、担体表面にのみ生息していることが確認された。これに対し、実施例１においてはＣＯＤｃｒ除去率８０％と非常に良好であり、担体内部に酸生成菌およびメタン生成菌が共存していることが観察された。これにより、ポリビニルアルコール系ゲル状担体を使用した場合には、メタン発酵だけでなく酸生成も同一反応槽内で進行することにより、効率が良く嫌気性排水処理が可能であることがわかった。

本発明の嫌気性排水処理の装置の一例を示す模式図従来の嫌気性排水処理の装置の一例を示す模式図

１・・・原水
２・・・嫌気反応槽
３・・・酸生成槽
４・・・メタン発酵槽
５・・・反応ガス
６・・・処理水

Claims

ポリビニルアルコール系ゲル状担体を添加することにより、１槽で酸生成とメタン発酵を同時に行うことを特徴とする嫌気性排水処理装置。
請求項１記載の排水処理装置を用いることを特徴とする排水処理方法。