JP2012152721A - 有機性排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固形有機物を多く含有する有機性排水を、有機酸発酵及びメタン発酵により効率的に処理する。
【解決手段】酸発酵液を希釈した後固液分離し、分離液をメタン発酵処理する。酸醗酵液を希釈することにより、分離液中のアンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度を下げ、メタン発酵におけるメタン細菌のＮＨ_４−Ｎ阻害を防止して、安定かつ効率的なメタン発酵処理を行える。酸発酵液を希釈することにより、酸発酵液の固液分離に際して、酸発酵液中の溶解性有機物を効率的に分離液側に回収することができるようになり、この結果、メタン発酵に供される溶解性有機物量が増え、メタンガスの回収効率も向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固形有機物を多く含有する有機性排水を、有機酸発酵及びメタン発酵により効率的に処理する方法に関する。

従来、有機性排水は、一般に、活性汚泥法等の好気性生物処理法で処理されてきた。
しかし、好気性生物処理法は、有機物の生分解に酸素を必要とし、このために曝気等を行うことから、省エネルギーな処理法と言えない。また、好気性細菌は汚泥転換率が高いために、余剰汚泥の発生量が多いという問題もある。

この問題を解決する方法として、嫌気性生物処理法がある。嫌気性生物処理法は、有機物をメタンガスとしてエネルギー回収できることや有機物の分解に酸素を必要としないため曝気動力を要しないこと等、省エネルギーな方法であり、且つ余剰汚泥発生量が少ないという利点もある。
しかし、メタン菌は、増殖速度が非常に遅いことから、細菌当りの負荷は好気性細菌より高くとれず、菌体量の確保が重要となる。また、メタン菌はアンモニア等による阻害も受けやすいため、十分な運転条件の調整が必要となる。

嫌気性生物処理法としては、現在、以下のような方法が主として採用されている。
（１） ＵＡＳＢ法（Upflow Anaerobic Sludge Blanket；上向流式嫌気性汚泥床法）：この処理法は自己造粒した嫌気性微生物のペレット（グラニュールと称す）が展開している汚泥床中に有機性排水を通水し、有機物をメタンガス化するものである。この方法は、メタン菌等の嫌気性微生物をグラニュールに固定化しており、そのグラニュールは沈降性が非常に良いことから、固液分離装置が不要である、微生物濃度を非常に高く保つことができるので、高負荷運転が可能である、といった利点がある。

しかし、ＵＡＳＢ法は、主として溶解性有機物の処理を対象とするものであり、ＵＡＳＢ法による固形有機物の分解は難しく、また、固形有機物がグラニュールの沈降性を阻害するおそれもある。従って、従来は、固形有機物を多く含む有機性排水をＵＡＳＢ法で処理する場合には、ＵＡＳＢ反応槽の前段で有機性排水を固液分離し、その分離液のみをＵＡＳＢ反応槽に導入して処理することが行われている。

また、菌体を固定化したＵＡＳＢ法以外に、以下のような浮遊性の嫌気性処理法も提案され、実用化されている。
（２） 一過式のメタン発酵法：この方法は、下水余剰汚泥やし尿処理で用いられてきた方法であり、固形有機物も処理可能である。一過式なので固液分離が不要で、省エネルギーである反面、菌体濃度を高く保てないことから大容量のメタン発酵槽が必要となるという欠点がある。
（３） 汚泥返送を行うメタン発酵法：上記一過式における大容量の発酵槽を必要とするという問題点を解決するために、メタン発酵槽内汚泥を抜き出して遠心分離等で濃縮して返送することにより、発酵槽内の汚泥濃度を高める方法である。この方法では、メタン細菌の回収のために凝集剤（カチオンポリマー）を必要することや遠心濃縮機等の使用で、多大の薬剤費と動力費及び建設費が必要となるため、一般的にはあまり普及していないのが実状である。

固形有機物を多く含む有機性排水を固液分離し、その分離液のみをＵＡＳＢ法で嫌気性処理する場合、有機性排水の固液分離で有機性の濃縮汚泥が発生する。この汚泥処理には通常活性汚泥法が用いられているが、活性汚泥法は、上記のように省エネルギーな処理法といえず、且つ曝気槽での発泡や沈殿槽での汚泥浮上等の運転上のトラブルも多い。

一方、この固形有機物を多く含む有機性排水の固液分離で得られた濃縮汚泥を嫌気性生物処理した場合には、次のような問題がある。即ち、例えば、食品製造排水等の有機性排水は、固形有機物を多く含み且つその固形物中に有機体窒素を多く含む。従って、濃縮した固形有機物を嫌気性生物処理した場合、固形有機物を分解するに従い、アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）が高濃度に生成する。メタン細菌（中温；３５℃）のＮＨ_４−Ｎの阻害濃度は約１，０００ｍｇ／Ｌ（５００〜２，０００ｍｇ／Ｌ）で、運転に際してはこの阻害濃度以下に希釈する必要がある。この希釈により、メタン発酵槽への流入水量は大幅に増加し（数倍〜１０倍程度）となり、前記一過式メタン発酵槽の場合には膨大な容量が必要となる。
また、汚泥返送を行うメタン発酵法でも、固液分離に供される水量が増加し、固液分離装置が大規模になり、且つ凝集剤、電気代等の運転経費も高騰する。

一方、メタン発酵の前処理として、有機酸発酵を行う二相処理法も提案されている。二相処理法であれば、次のような利点がある。
即ち、固形有機物の嫌気性生物処理において、固形有機物は、加水分解され低分子化し、糖、アミノ酸等になり、次いで、酸生成細菌により有機酸（低級脂肪酸）となり、更に酢酸生成菌により酢酸となる。メタン発酵では、更にメタン生成菌によって酢酸がメタンと二酸化炭素となる。

この微生物反応では、メタン生成細菌の増殖が著しく遅いので種々の阻害も受けやすく且つ回復も遅く、その維持管理が難しいが、有機酸発酵とメタン発酵とを分離して行う二相処理法では、前段の有機酸発酵で、有機酸生成ないし酢酸生成までを、種々の細菌で行うため、メタン細菌に比較して阻害を受けにくく、回復しやすい。
例えば、アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）による阻害を受けるＮＨ_４−Ｎ濃度も、上述の如く、中温メタン細菌が１，０００ｍｇ／Ｌ程度であるのに対して、酸生成菌は５，０００ｍｇ／Ｌ以上と言われている。更に、ＮＨ_４−Ｎ阻害はＮＨ_４ ^＋イオンよりもガス化したＮＨ_３によるものと言われているが、酸発酵槽内をｐＨ５〜６の弱酸性としてＮＨ_３の生成を防止することにより阻害を受けにくくすることもできる。

酸発酵に伴う余剰汚泥の生成は、メタン細菌に比較しては２〜３倍と大きいが、好気処理に比較しては約１／２〜１／３と少ない。従って、二相処理法による処理系統全体としての余剰汚泥の生成量は、好気性生物処理よりも非常に少ない。
なお、酸発酵処理ｐＨを弱酸性、例えばｐＨ５〜６（望ましくはｐＨ５．０〜５．５）とすることで、メタン細菌の活動が阻害されるので、酸発酵槽でのメタンガスの発生を抑えることもできる。

このように、固形有機物は、高分子→低分子→酸生成の過程を経て、メタン発酵されるが、この固形有機物の処理を酸発酵工程とメタン発酵工程とに分離して行うことで、固形有機物をより省エネルギー的に分解処理し、また、より多くのエネルギー回収を行うことができるようになる。

従来、このような二相処理法による有機性排水の処理では、有機酸発酵で得られた酸発酵液は、通常、希釈や固液分離を行うことなく、全量をメタン発酵処理（通常一過式）に供しているが、特許文献１には、酸発酵液を固液分離し、分離液をメタン発酵することが記載されている。
この特許文献１では、酸発酵液中に多く含まれる固形分（ＳＳ）がメタン発酵槽に流入すると、槽内でＳＳが蓄積し、例えばＵＡＳＢ法では、グラニュール汚泥の系内流出を引き起こし、また、固定床法では濾材の閉塞を引き起こし、いずれの場合も処理効率が低下することから、この問題を解決するために、酸発酵液を固液分離し、分離液をメタン発酵に供している。

特許第２５８７３０１号公報

しかし、特許文献１の方法のように、酸発酵液を単に固液分離して分離液をメタン発酵に供する方法では、次のような問題がある。

（１） 固形有機物はタンパク質等の多くの窒素分を含んでおり、この固形有機物を有機酸発酵すると、アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）となるが、このＮＨ_４−Ｎは、前述のようにメタン細菌に対して阻害作用がある。酸発酵液を単に固液分離して分離液をメタン発酵に供するのみでは、有機酸発酵で生成したＮＨ_４−Ｎをメタン細菌の阻害濃度で含む液がメタン発酵槽に流入するようになり、メタン発酵効率が低下する。

（２） 酸発酵液は、原水である有機性排水由来の固形無機物を含み、このため固形物濃度（ＳＳ）１００００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度ＳＳ含有液となる。このような酸発酵液をそのまま固液分離した場合、液中に大量に含まれるＳＳ分に溶解性有機物が付着して汚泥と共に分離されることとなり、有機酸発酵で生成した溶解性有機物を効率的に分離液中に回収することができず、濃縮汚泥側に含有されて系外に排出される溶解性有機物量が多くなる。この場合には、メタン発酵に供される溶解性有機物量の低減で、メタンガスの回収効率が低下する。

なお、特許文献１では、メタン発酵処理水の一部を酸発酵槽に循環しているが、これは単なる処理水の循環処理であり、酸発酵工程からの酸発酵液の希釈には該当しない。

本発明は上記従来の問題点を解決し、固形有機物を多く含有する有機性排水を二相処理法により効率的に処理する方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の有機性排水の処理方法は、固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、該希釈工程の希釈液を固液分離する固液分離工程と、該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程とを有することを特徴とする。

本発明（請求項２）の有機性排水の処理方法は、固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、該希釈工程の希釈液を凝集処理する凝集工程と、該凝集工程の凝集処理液を固液分離する固液分離工程と、該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程とを有することを特徴とする。

請求項３の有機性排水の処理方法は、請求項１又は２において、前記固形有機物を含有する有機性排水を固液分離する固液分離工程を有し、該固液分離工程の分離汚泥が前記酸発酵工程で有機酸発酵されることを特徴とする。

請求項４の有機性排水の処理方法は、請求項３において、前記固液分離工程の分離液を生物処理する生物処理工程を有し、該生物処理工程の処理水を、前記希釈水として用いることを特徴とする。

請求項５の有機性排水の処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記希釈工程における希釈倍率が５〜２０倍であることを特徴とする。

本発明では、酸発酵液を希釈した後固液分離することにより、分離液中のアンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度を下げ、メタン発酵工程におけるメタン細菌のＮＨ_４−Ｎ阻害を防止して、安定かつ効率的なメタン発酵処理を行える。
また、酸発酵液を希釈することにより、酸発酵液のＳＳ濃度を下げることで酸発酵液の固液分離に際して、酸発酵液中の溶解性有機物を効率的に分離液側に回収することができるようになり、この結果、メタン発酵工程に供される溶解性有機物量が増え、メタンガスの回収効率も向上する。

本発明においては、酸発酵液の希釈液を凝集処理した後固液分離しても良く、これにより、より一層効率的な固液分離を行える（請求項２）。

また、固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する前に固液分離し、分離汚泥を有機酸発酵するようにしても良く、これにより、酸発酵槽の容量の小型化を図り、菌体を安定に維持して効率的な有機酸発酵を行える（請求項３）。

また、このように有機性排水を固液分離する場合、固液分離液を生物処理し、生物処理水を酸発酵液の希釈水として利用しても良い（請求項４）。

また、本発明において、酸発酵液の希釈は、液量の過度な増加を抑えた上で、希釈による上記効果を十分に得るために、５〜２０倍の希釈倍率で行うことが好ましい（請求項５）。

本発明の有機性排水の処理方法の実施の形態を示す系統図である。 本発明の有機性排水の処理方法の他の実施の形態を示す系統図である。 本発明を固形有機物濃度の高い濃厚な有機性排水の処理に適用した場合の適用例を示す系統図である。 本発明を固形有機物濃度の高い濃厚な有機性排水の処理に適用した場合の適用例を示す系統図である。 実験例１の結果（酸醗酵槽のＨＲＴと可溶化率等との関係）を示すグラフである。 実験例２の結果（酸醗酵槽のＨＲＴと固液分離におけるＳＳ回収率との関係）を示すグラフである。 実験例３の結果（酸醗酵液の固液分離におけるＰＡＣ添加率と上澄液ＳＳとの関係）を示すグラフである。 実験例４の結果（希釈液の遠心分離における遠心力とＳＳ回収率等との関係）を示すグラフである。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１，２は本発明の有機性排水の処理方法の実施の形態を示す系統図である。
図１の方法では、原水である固形有機物を含有する有機性排水は、配管１１より第１の沈殿槽１に導入されて固液分離され、分離液は、配管１２より他の生物処理装置１０に送給され、活性汚泥法等の好気性生物処理法、又はＵＡＳＢ法等の嫌気性生物処理法で処理される。生物処理装置１０の処理水の一部は配管１３より後述の希釈水として希釈槽３に送給され、残部は配管１４より系外へ排出される。一方、第１の沈殿槽１の分離汚泥は、配管１５より酸発酵槽２に送給される。

第１の沈殿槽は、原水中の固形分（ＳＳ）を濃縮してより高濃度とすることにより、酸発酵槽２の水槽容量を小さくすると共に、菌体維持の安定化や処理効率の向上を図るために設けられる。即ち、酸発酵槽２の必要容量は、有機物負荷ではなく、滞留時間で決められるため、原水は有機酸発酵に先立ち、固液分離してＳＳ濃度を高めることが好ましい。

本発明の有機性排水の処理方法が適用される有機性排水は、一般的に、ＳＳ濃度が５００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度の工場排水等であるが、本発明では、このように前濃縮を行うことにより、ＳＳ濃度１０ｇ／Ｌ以上、特にＳＳ濃度３０ｇ／Ｌ以上、例えば３０〜４０ｇ／Ｌ程度に濃縮して酸発酵槽２に導入することが好ましい。
原水のＳＳ濃度が上記濃度以上であれば、この第１の沈殿槽１による前濃縮は不要となる。

この原水の前濃縮のための固液分離手段としては特に制限はなく、沈殿槽による重力濃縮の他、遠心濃縮や加圧浮上等の手段も採用することができるが、省エネルギーの面から、重力濃縮による方法が好ましい。

原水の固液分離に際しては、固液分離性の向上のために凝集剤を用いても良い。凝集剤としては、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等の無機凝集剤や、カチオン性高分子凝集剤（カチオンポリマー）、アニオン性高分子凝集剤（アニオンポリマー）等の高分子凝集剤を用いることができる。これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。

酸発酵槽２に導入された第１の沈殿槽１の分離汚泥は、酸発酵槽２内で有機酸発酵され、溶解性有機物となる。具体的には、固形有機物が加水分解で低分子量化された後、酸生成細菌により有機酸（低級脂肪酸）となり、更に酢酸生成菌により酢酸となる。

この酸発酵槽２は、装置の簡略化の面から、通常一過式で運転される。

酸発酵は２は、撹拌機２Ａ、ｐＨ計２Ｂ、中和剤注入手段２Ｃ、温度計２Ｄ、加温手段（図１では、蒸気注入手段）２Ｅを備えるが、中和剤注入手段２Ｃ、加温手段２Ｅについては、不要な場合もある。

酸発酵槽２では、槽内ＳＳが沈降しないように撹拌機２Ａで緩やかに撹拌する。撹拌機型式は、撹拌羽根によるものでも水中撹拌機でも構わない。
また、固形有機物の酸発酵により有機酸が生成し、ｐＨが低下するため、酸発酵が可能なｐＨ以下になる場合には、中和剤注入手段２ＣよりＮａＯＨ等のアルカリを中和剤として添加し、ｐＨ計２Ｂで槽内のｐＨが５〜６程度に維持されるように制御する。
また、有機酸発酵の温度条件は水温２０〜５５℃が望ましく、従って、水温が低い場合には温度計２Ｄで監視制御しながら、必要に応じて加温手段２Ｅより蒸気の吹込を行ったり、その他の間接加熱手段等で槽内の水温を所定の水温に保つ。

十分に高い固形有機物の分解効率を得る上で、酸発酵槽２の滞留時間（ＨＲＴ）は３日以上、特に５日以上、例えば５〜１０日とすることが好ましい。

なお、後段に、後処理としての好気性生物処理工程がある場合には、その余剰汚泥をこの酸発酵槽２に返送して処理することも可能である。また、後段の第２の沈殿槽４の分離汚泥を返送しても良い。更には、前述の生物処理装置１０の余剰汚泥を導入しても良い。酸発酵槽２の滞留時間を適切に調整することにより、これらの余剰汚泥中の固形有機物についても３０〜６０％程度を酸発酵により溶解性有機物に分解することができる。

酸発酵槽２における処理では、前述のようにメタン発酵まで行われないため、ガスの発生が非常に少ない。しかし、酸生成菌や硫酸還元菌の活動等で硫化水素や二酸化炭素等が僅かに発生するので、酸発酵槽２では臭気捕集と排ガス処理を行うことが好ましい。排ガス処理法は、好気処理の曝気槽への吹き込みや薬品脱臭等いずれの方法でも構わない。

酸発酵槽２の処理液（酸発酵液）は、次いで配管１６より希釈槽３に送給され、配管１３からの希釈水で希釈される。

本発明では、このように、酸発酵液を固液分離してメタン発酵処理するに先立ち、希釈水で希釈することを特徴とする。

本発明における希釈の目的は、以下の通りである。

（１） 固形有機物はタンパク質の多くの窒素分を含んでおり、この固形有機物を可溶化するとＮＨ_４−Ｎとなる。このＮＨ_４−Ｎは、前述のようにメタン細菌に対して阻害作用がある。このため、本発明では、酸発酵液の固液分離に先立ち、酸発酵液を希釈して、ＮＨ_４−Ｎ濃度をメタン細菌の阻害濃度以下（例えば、食品排水の場合、約１０００ｍｇ／Ｌ以下）とする。
（２） 酸発酵液は、原水由来の固形無機物が残留するため、固形物濃度（ＳＳ）は、１００００ｍｇ／Ｌ以上である。このため、酸発酵液をそのまま固液分離しても、酸発酵槽２で可溶化された溶解性有機物を効果的に分離液中に得ることができない。酸発酵液を希釈することにより多くの溶解性有機物を分離液中に得ることができる。

酸発酵液の希釈の程度（希釈倍率）は、低過ぎると希釈による上記効果を十分に得ることができず、高過ぎると、後段の固液分離手段の水量負荷が増大し、例えば沈殿槽であれば水面積負荷が大きくなり、好ましくない。
従って、希釈倍率は、後段の固液分離手段や酸発酵液のＳＳ濃度にもよるが、通常、５〜２０倍、特に１０〜１５倍とすることが好ましい。ただし、後段の固液分離手段が遠心分離又は膜分離による場合には、５倍以下、例えば２〜５倍程度の希釈倍率とするこができる。

酸発酵液の希釈に用いる希釈水としては、ＳＳの少ない水であれば良く、特に制限はない。図１では、生物処理装置１０の処理水を希釈水としているが、後段のメタン発酵槽５の処理水等、他系統の処理水であっても良い。また、ＳＳ濃度が低ければ、他系統の希薄排水であっても良い。

図１では、希釈槽３を設け、希釈槽３内で酸発酵液と希釈水を撹拌機３Ａにより混合して希釈しているが、希釈槽３を省略して酸発酵液の移送配管１６に直接希釈水を注入して希釈しても良い。

希釈槽３の希釈液は次いで配管１７より第２の沈殿槽４に送給されて固液分離され、溶解性有機物を含む分離液が配管１８よりメタン発酵槽５に送給され、分離汚泥（可溶化残渣）は配管１９より系外へ排出される。

希釈液の固液分離手段としては特に制限はなく、沈殿槽による重力式の沈降分離の他、遠心分離や加圧浮上、膜分離等の手段も採用することができるが、省エネルギーの面から、重力式の沈降分離による方法が好ましい。

なお、遠心分離や膜分離であれば、後述の凝集処理が不要となり、また、希釈水量が少なくて十分な効果を得ることができる。

希釈液の固液分離に際しては凝集剤は無添加でも良いが、分離液のＳＳ濃度を低くしたい場合、或いは酸発酵槽２の滞留時間が比較的短いなどの理由でフロックが形成し難く、固液分離性が悪い場合、後段のメタン発酵槽としてのＵＡＳＢ槽へのＳＳの流入が好ましくない場合などには、凝集剤を添加して凝集処理を行っても良い。凝集剤としては、ＰＡＣ等の前述の無機凝集剤とアニオンポリマーとの併用、カチオンポリマー単独、或いはアニオンポリマーとカチオンポリマーとの併用などが好適である。

図１において、第２の沈殿槽４には撹拌機４Ａが設けられているが、撹拌機４Ａの設置は、槽底部を安息角以上にすること等で対応できるので必須条件ではない。

第２の沈殿槽４における好適な水面積負荷は、凝集剤の添加の有無により異なり、凝集剤無添加の場合は０．５〜２ｍ^３／ｍ^２／ｈｒ、凝集剤添加の場合は１〜４ｍ^３／ｍ^２／ｈｒ程度である。

なお、希釈液の固液分離手段として、遠心分離機を用いる場合、凝集剤は原則として無添加で、遠心力１０００〜２１００Ｇ程度で行うのが好ましい。

第２の沈殿槽４からの、溶解性有機物を含む分離液は、配管１８よりメタン発酵槽５に送給されてメタン発酵処理される。このメタン発酵手段としては特に制限はないが、高負荷かつ高速で効率的なメタン発酵が可能である上に処理後の固液分離も不要であり、省スペース、省エネルギーで、メタンガスとしてのエネルギー回収効率も高いことから、ＵＡＳＢ槽を用いることが好ましい。

メタン発酵槽５の処理水は、配管２０より系外へ排出される。

一方、第２の沈殿槽４の分離汚泥は、系外へ排出され、好気性生物処理、仕上げのメタン発酵処理等に供されるが、そのまま脱水処理しても良い。ただし、この分離汚泥には、有機酸発酵における中間分解物が多く含まれているので、脱水薬剤を多く要したり、臭気が問題となる場合がある。その場合には、前段の希釈工程における希釈水量を十分に用い、有機酸発酵で発生する残査を洗浄することで、脱水薬剤低減や脱水ケーキの臭気低減を図ることができる。

第２の沈殿槽４の分離汚泥を好気性生物処理やメタン発酵処理等で処理しても、本発明では、原水中の固形有機物の大部分が酸発酵により溶解性有機物となり、この溶解性有機物の殆どが分離液中に移行しているため、第２の沈殿槽４の分離汚泥の処理における負荷量は著しく小さくて済み、原水を直接好気性生物処理する場合に比べて、処理設備の規模は大幅に低減される。

なお、前述の如く、酸発酵槽２は、通常、一過式で運転され、第２の沈殿槽４の分離汚泥（可溶化残渣）の返送の必要はない。しかし、以下等の場合には必要な菌体量確保等の目的で第２の沈殿槽４の分離汚泥の一部を酸発酵槽２に返送しても良い。
（１） 酸発酵槽２に導入される原水又はその固液分離汚泥の固形有機物（ＶＳＳ）濃度が薄い場合。
（２） 固形有機物の酸生成度合いを高くしたい場合。
（３） 固形有機物の生分解が遅い場合。

図２に示す方法は、希釈液の固液分離に先立ち、第１の凝集槽６で配管２１からの無機凝集剤により凝集処理した後、第２の凝集槽７で配管２２からのアニオンポリマーによりフロックの粗大化を図り、このようにして凝集処理した凝集処理液について固液分離を行う点が、図１に示す方法と異なり、その他の構成、手順は同様である。図２において、図１に示す部材と同様の機能を奏する部材には同一符号を付してある。

即ち、前述の如く、酸発酵液の希釈液の固液分離性が悪い場合や、メタン発酵槽５に送給する固液分離液のＳＳ濃度を下げたい場合には、希釈液の固液分離に先立ち凝集処理を行う。

図２の方法では、希釈槽３からの希釈液を配管１７Ａを介して第１の凝集槽６に導入して、無機凝集剤を添加し撹拌機６Ａで急速撹拌する。ここで、通常の無機凝集剤添加量であればｐＨは適正なものとなるが、凝集に最適なｐＨとならない場合には、アルカリ剤や酸によりｐＨ調整を行なう。無機凝集剤による凝集処理液は、次いで、配管１７Ｂより、第２の凝集槽７に導入し、アニオンポリマーを添加し、撹拌機７Ａで援速撹拌してフロックを形成させる。この第２の凝集槽７の凝集処理液を配管１７より第２の沈殿槽４に送給して固液分離する。

このように希釈液を凝集処理する場合、凝集剤としては、
・無機凝集剤とアニオンポリマーとの併用
・アニオンポリマーとカチオンポリマーとの併用
・カチオンポリマーの単独使用
などが挙げられる。通常は、無機凝集剤とアニオンポリマーの併用が用いられるが、無機凝集剤によるＳＳの生成を避けるために、ポリマーのみを用いる場合もある。

希釈液の凝集処理に好適な凝集剤と、その好適な添加量は以下の通りである。
無機凝集剤：ｐＨ５〜６前後の弱酸性域で凝集し且つ硫酸根を含まない塩化第二鉄やポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等が好ましく、好適な添加量は２５〜５０ｍｇ／Ｌ程度である。
アニオンポリマー：アクリル酸塩系等のものが好ましく、好適な添加量は１〜３ｍｇ／Ｌ程度である。
カチオンポリマー：ジメチルアミノエチルアクリレート（ＤＡＡ系）、ジメチルアミノエチルメタアクリレート（ＤＡＭ系）、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ＤＡＤＭＡＣ系）、ジアミン系、キトサン系のものが好ましく、好適な添加量は３〜５ｍｇ／Ｌ程度である。

次に、本発明を、固形有機物濃度の高い濃厚な有機性排水の処理に適用した場合の適用例を、図３，４を参照して説明する。

図３では、原水の固形有機物濃度が高いため、前濃縮することなく、直接酸発酵槽２１に導入し、酸発酵液の移送配管に希釈水を注入して希釈した後、固液分離手段２２に送給して固液分離する。固液分離手段２２の分離液はＵＡＳＢ槽２３に送給してメタン発酵処理し、ＵＡＳＢ処理水と固液分離手段２２の分離汚泥とを更に好気性生物処理装置２４で処理する。本例では、この好気性生物処理装置２４の処理水の一部を希釈水として前段に返送し、残部は後処理した後、放流する。また、好気性生物処理装置２４の余剰汚泥は一部を酸発酵槽２１に返送し、残部を脱水機２５で脱水処理し、脱水ケーキは系外へ排出する。

なお、固液分離手段２２の分離液の移送配管及びＵＡＳＢ処理水の移送配管には、それぞれＳＳ濃度調整及び併合処理のために希薄排水が注入されている。

食品系排水は濃厚な排水と希薄排水が混合され総合排水となっている場合が多い。図４は、この場合の適用例を示すものである。図４では、前濃縮手段３１の濃縮汚泥を酸発酵槽３２で有機酸発酵した後、希釈水で希釈し、固液分離手段３３で固液分離する。固液分離手段３３の分離液は、前濃縮手段３１の入口側或いはＵＡＳＢ槽３４の入口側或いは別途設けたＵＡＳＢ槽３６に送給されてＵＡＳＢ処理された後、好気性生物処理装置３５で好気性生物処理される。

固液分離手段３３の分離汚泥は、ＵＡＳＢ槽３４の後段の好気性生物処理装置３５で好気性生物処理されるか（この好気性生物処理の前にメタン発酵処理しても良い。）、そのまま脱水処理される。

一方、前濃縮手段３１の分離液はＵＡＳＢ槽３５で処理され、ＵＡＳＢ処理水の一部は、希釈水として酸発酵槽３２の移送配管に送給され、残部は好気性生物処理装置３５に送給されて好気性生物処理され、この処理水は更に後処理された後放流される。なお、酸液の希釈水としては、好気性生物処理装置３５の処理水を用いても良い。

いずれの場合も、固形有機物を含む有機性排水をそのまま好気性生物処理又はＵＡＳＢ処理する場合に比べて、曝気動力や余剰汚泥発生量を大幅に低減して、また、ＵＡＳＢ槽でのＳＳによる不具合を引き起こすことなく、省スペースかつ省エネルギーで効率的な処理を行って、エネルギー回収を図ることができる。

以下に実施例に対応する実験例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実験例１］
Ａ社Ｂ工場から排出されるジャガイモ加工排水を重力沈降法で固液分離して得られた下記水質の分離液について、有機酸発酵実験を行った。

＜分離液水質＞
ＳＳ：約３０〜４０ｇ／Ｌ
ＶＳＳ：約２５〜３４ｇ／Ｌ
ＶＳＳ／ＳＳ：７５〜８５％
ＣＯＤ_Ｃｒ：約４０〜５５ｇ／Ｌ

試験装置としては、１Ｌのジャーファメンターを用い、水温は３５℃±１℃で温度調節した。
運転方法は、バッチ運転・一過式とした（処理液引き抜きと原水投入を１回／日実施）。
槽内の固形有機物（ＶＳＳ）が、可溶化、酸生成するに従って、槽内液のｐＨが低下するので、ｐＨ計の指示でＮａＯＨを用いてｐＨ５．０〜５．５に槽内液を調整した。

この処理において、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を変えた場合の、ＶＳＳの分解（可溶化）の効果を図５に示す。なお、溶解性物質の分析は、槽内液を孔径０．４５μｍの精密濾過膜で濾過した液について行った。また、可溶化率とはＶＳＳの分解（減少）率である。

図５より、ＨＲＴを長くするに従ってＶＳＳは減少し、ＶＳＳの分解に伴って溶解性の有機酸（ＣＯＤ_Ｃｒ）が増加し、たんぱく質の分解からのＮＨ_４−Ｎも増加してくることが分かる。
また、ＶＳＳの分解は、ＨＲＴを３日以上、望ましくは５日以上とすることで、効果的に行うことができ、ＶＳＳ分解率から、固形ＶＳＳ分解に伴う菌体増殖が少ないことが分かる。

［実験例２］
実験例１で得られた酸発酵液の固液分離実験を行った。
各ＨＲＴでの酸発酵液に水道水を加えて１０倍に希釈した希釈液（希釈後のＭＬＳＳは、約３．５〜１．２ｇ／Ｌ）を１Ｌメスシリンダーに入れて、静置３０分後に沈降したＳＳ量を測定し、結果を図６に示した。

図６より、酸発酵槽でのＨＲＴが長くなるに従って、酸発酵液の希釈液のＳＳは沈降しやすくなり、ＨＲＴ５日程度以上でＳＳの多くが沈降分離でき、溶解性有機物の多い分離液をメタン発酵に供することができることが分かる。

［実験例３］
実験例２に示すように、凝集剤無添加での沈降分離でも大部分のＳＳは沈降分離できるが、その沈降速度は充分でなく大きな沈降槽が必要となる。更に、分離液中にはＳＳが多く残っており、直接ＵＡＳＢ処理するには、不適当である。
これらを解消するために、希釈液の凝集処理実験を行った。

実験例１において、ＨＲＴ５日の酸発酵液を水道水で１０倍に希釈した希釈液（水質はｐＨ５．３，ＳＳ＝１．４ｇ／Ｌ，ＶＳＳ／ＳＳ＝５４％）に無機凝集剤としてＰＡＣを種々の添加量で添加した後、アニオンポリマー（アクリル酸塩系ポリマー）を０．５〜１．０ｍｇ／Ｌ添加して凝集処理した後、実験例２と同様にして静置による固液分離を行い、分離液のＳＳ濃度を測定し、結果を図７に示した。

図７より、酸発酵液の１０倍希釈液に対してＰＡＣ添加率２５〜５０ｍｇ／Ｌで良好なフロックを形成し、分離液中のＳＳも２００〜３００ｍｇ／Ｌが得られた。
なお、カチオンポリマー（ＤＡＡ系）単独での凝集処理でも、この１０倍希釈液に対してポリマー添加率３〜５ｍｇ／Ｌで良好なフロックを形成し、分離液中のＳＳも２００〜３００ｍｇ／Ｌが得られることが確認された。

［実験例４］
酸発酵液の希釈液の遠心分離機による固液分離実験を行った。
実験例１と同様にして得られたＳＳ＝１５．３８ｇ／Ｌ、可溶化率約７２％程度の酸発酵液を水道水で２倍に希釈した後、凝集剤無添加で遠心分離機により固液分離した。
このときの遠心分離機の遠心力と得られた濾液のＳＳ濃度、水回収率、ＳＳ回収率との関係を図８に示した。

図８に示すように、なお、酸発酵で可溶化した有機物は、水回収率から９５％以上が濾液側に移行していることが分かる。また、分離汚泥は、ＳＳ約１５０ｇ／Ｌ前後（含水率約８５％前後）が得られた。
なお、この遠心分離機による固液分離に当たり、カチオンポリマー（ＤＡＡ系）をＳＳ当り約０．３〜０．５重量％添加することで、含水率８０〜８３％の分離汚泥を得ることができ、これは脱水ケーキとして処分することが可能であった。

１ 第１の沈殿槽
２ 酸発酵槽
３ 希釈槽
４ 第２の沈殿槽
５ メタン発酵槽
６ 第１の凝集槽
７ 第２の凝集槽

Claims (5)

1. 固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、
   該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、
   該希釈工程の希釈液を固液分離する固液分離工程と、
   該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程と
   を有することを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
2. 固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、
   該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、
   該希釈工程の希釈液を凝集処理する凝集工程と、
   該凝集工程の凝集処理液を固液分離する固液分離工程と、
   該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程と
   を有することを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記固形有機物を含有する有機性排水を固液分離する固液分離工程を有し、該固液分離工程の分離汚泥が前記酸発酵工程で有機酸発酵されることを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
4. 請求項３において、前記固液分離工程の分離液を生物処理する生物処理工程を有し、該生物処理工程の処理水を、前記希釈水として用いることを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記希釈工程における希釈倍率が５〜２０倍であることを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。

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