JP2013126665A - Apparatus and method for treating organic wastewater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生活排水、下水等の低濃度有機性排水をメタン発酵処理する、酸発酵槽を備えた有機性排水処理装置、および有機性排水処理方法に関する。 The present invention relates to an organic wastewater treatment apparatus equipped with an acid fermentation tank and an organic wastewater treatment method for subjecting low-concentration organic wastewater such as domestic wastewater and sewage to methane fermentation.
有機性排水をメタン発酵処理する技術は、有機性排水を好気性生物処理する技術に比べて、(1)汚泥発生量が少ない、(2)ブロワ−などの電気代が不要なためランニングコストがかからない、(3)発生したメタンガスを有効利用できる、等のメリットがあるため、近年、CODcr濃度2000〜3000mg/L以上の有機性排水を対象に普及している。メタン発酵処理には、UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket(上向流嫌気性汚泥床)の略)法、固定床法、流動床法等のメタン発酵処理方式が用いられる。特に、UASB法は、嫌気性微生物の自己造粒機能を利用して、沈降性の優れたグラニュ−ル汚泥を槽内に高濃度に保持できるため、CODcr負荷10〜30kg/m3/dというような高い負荷をかけることができる。上記理由により、UASB法は国内外の有機性排水をメタン発酵処理する方法として最も普及している。 Compared to the technology that treats organic wastewater with methane fermentation, compared to the technology that treats organic wastewater to aerobic organisms, (1) less sludge is generated, and (2) electricity costs such as a blower are not required, so running costs are low. In recent years, organic effluents having a CODcr concentration of 2000 to 3000 mg / L or more have become widespread. For the methane fermentation treatment, a methane fermentation treatment method such as UASB (abbreviation of Up-flow Anaerobic Sludge Blanket) method, fixed bed method, fluidized bed method or the like is used. In particular, the UASB method uses a self-granulating function of anaerobic microorganisms to hold granulated sludge with excellent sedimentation at a high concentration in the tank, so that the CODcr load is 10 to 30 kg / m 3 / d. Such a high load can be applied. For the above reasons, the UASB method is most popular as a method for methane fermentation treatment of domestic and foreign organic wastewater.
一方で、ブラジル、インド、東南アジア等の温暖化地域においては、下水等のCODcr濃度400〜1000mg/Lの有機性排水を対象とし、好気性生物処理(具体的には活性汚泥処理)の前処理としてUASB処理するケ−スが見られる。 On the other hand, in warming areas such as Brazil, India, Southeast Asia, etc., pretreatment of aerobic biological treatment (specifically activated sludge treatment) for organic wastewater with a CODcr concentration of 400 to 1000 mg / L such as sewage As shown in FIG.
しかし、日本のように冬期の気温が0〜10℃に下がる地域では、処理対象である下水の温度が5〜15℃と低い。そのため、下水をUASB処理すると、UASB槽内の温度も5〜15℃と低温になり槽内の嫌気性菌の活動が抑制される。また、UASB槽内に懸濁物質(Suspended Solids、以下SSとする)が溜まり、UASB処理ができない状態となる。なお、図8に従来のメタン発酵処理装置の構成図を示す。 However, in an area where the temperature in winter falls to 0 to 10 ° C. as in Japan, the temperature of sewage to be treated is as low as 5 to 15 ° C. Therefore, when sewage is treated with UASB, the temperature in the UASB tank becomes as low as 5 to 15 ° C., and the activity of anaerobic bacteria in the tank is suppressed. In addition, suspended substances (suspended solids, hereinafter referred to as SS) accumulate in the UASB tank, and the UASB process cannot be performed. In addition, the block diagram of the conventional methane fermentation processing apparatus is shown in FIG.
また、下水等のCODcr濃度400〜1000mg/Lの有機性排水をUASB処理する場合、UASB槽の加温に多量のエネルギ−を必要とし、CODcr濃度1000〜3000mg/L以上の有機性排水をUASB処理する場合に比べ経済的ではない。こうした理由のため、寒冷地では、下水等のCODcr濃度400〜1000mg/Lの有機性排水にメタン発酵処理を適用することができなかった。このため、下水等の有機性排水の処理には活性汚泥処理法が適用されてきた。このように従来技術では、活性汚泥処理でのブロワ−などの電気代、汚泥処理費等のランニングコストがかかっていた。 In addition, when organic wastewater with a CODcr concentration of 400 to 1000 mg / L such as sewage is subjected to UASB treatment, a large amount of energy is required for heating the UASB tank, and organic wastewater with a CODcr concentration of 1000 to 3000 mg / L or more is required. Less economical than processing. For these reasons, in a cold region, methane fermentation treatment cannot be applied to organic wastewater having a CODcr concentration of 400 to 1000 mg / L such as sewage. For this reason, the activated sludge treatment method has been applied to the treatment of organic wastewater such as sewage. Thus, in the prior art, running costs such as an electric bill such as a blower in the activated sludge treatment, and sludge treatment costs are required.
ところで、接触効率が良好で負荷が大きくとれるUASB処理をするために、排水中の固形成分を固形分離し、分離汚泥を可溶化処理した後メタン発酵処理する例として特許文献1が挙げられる。特許文献1には、でんぷん工場廃液、ビール工場廃液、酸発酵廃液等の高濃度有機性排水(一般的に、CODcr濃度が2000〜3000mg/L以上)を対象とした嫌気性消化処理装置であって、可溶化槽を備えた嫌気性消化処理装置が開示されている。この装置では、有機性排水を沈殿槽で固液分離し、分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、可溶化槽で高温条件(50〜90℃)で可溶化し、可溶化処理液と沈殿槽の上澄み液を嫌気性処理装置(メタン発酵処理槽)に導入する(段落0008、図3)。さらに、嫌気性処理装置で発生したメタンガスを燃焼させ、生じた熱により可溶化槽を加温する(段落0011)。
By the way, in order to carry out UASB treatment with good contact efficiency and a large load,
しかし、下水等のCODcr濃度400〜1000mg/Lの有機性排水をメタン発酵処理した場合は、CODcr濃度2000〜3000mg/L以上の有機性排水をメタン発酵処理した場合と比べ、発生するメタンガスの量が少ない。また、グラニュール汚泥を維持するために通水速度に制限があり、UASB槽での有機物負荷を取れない。また、発生したメタンガスの一部は有機性排水中に溶存メタンとして存在し、結果として、回収できるメタンガスの量がさらに少なくなる。このため、特許文献1に開示された嫌気性消化処理装置を用いて、下水等の有機性排水を処理しようとしても、回収したメタンガスだけでは可溶化槽を高温条件(50〜90℃)に維持できない。高温条件に維持するためには別途熱エネルギーが必要であり、かえってコスト高となり好ましくない。
However, when organic wastewater with a CODcr concentration of 400 to 1000 mg / L, such as sewage, is treated with methane fermentation, the amount of methane gas generated is larger than when organic wastewater with a CODcr concentration of 2000 to 3000 mg / L is treated with methane fermentation. Less is. Moreover, in order to maintain granule sludge, there is a limit to the water flow rate, and it is not possible to take the organic matter load in the UASB tank. In addition, part of the generated methane gas exists as dissolved methane in the organic waste water, and as a result, the amount of methane gas that can be recovered is further reduced. For this reason, even if it is going to process organic wastewater, such as sewage, using the anaerobic digestion processing device indicated by
そこで本発明は、低濃度有機性排水をメタン発酵処理する、酸発酵槽を備えた有機性排水処理装置であって、有機性排水が低水温であってもメタン発酵処理を適用できる有機性排水処理装置、および、有機性排水処理方法を提供することを目的とする。なお、「低水温」とは、メタン発酵処理槽中の水温であって、20℃以下、特に10〜15℃の水温をいう。 Therefore, the present invention is an organic wastewater treatment apparatus equipped with an acid fermentation tank for methane fermentation of low-concentration organic wastewater, and the organic wastewater to which methane fermentation treatment can be applied even when the organic wastewater has a low water temperature. An object is to provide a treatment apparatus and an organic wastewater treatment method. The “low water temperature” is a water temperature in the methane fermentation treatment tank, and means a water temperature of 20 ° C. or less, particularly 10 to 15 ° C.
上記課題を解決するための本発明の第1の態様に係る有機性排水処理装置101は、例えば図1に示すように、低濃度有機性排水1を固液分離し、固液分離水2と第1の濃縮汚泥3に分ける固液分離装置10と;第1の濃縮汚泥3を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽20と;固液分離水2と酸発酵槽20で処理された酸発酵処理水4を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽30と;発酵ガスが分離された混合槽出口水5をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽40とを備える。
なお、本明細書において、「低濃度有機性排水」とは、CODcr値が1000mg/L以下の有機性排水をいう。「所定の温度」とは、好ましくは20〜35℃、下水水温と発生ガスの熱エネルギ−から判断するとより好ましくは20〜25℃の範囲である。「酸発酵処理」とは、有機物中の多糖や蛋白質、脂質などの高分子物質がまず、単糖やアミノ酸、その他の単位構成分子に加水分解され、その後、酢酸、プロピオン酸等の揮発性脂肪酸や乳酸、コハク酸、更にはエタノ−ルなどのアルコ−ル類、水素、二酸化炭素などに分解される一連の処理を含む。酸生成に関与する微生物は通性嫌気菌である。「メタン発酵処理」とは、ORPが−330mV以下の範囲で行なう嫌気性生物学的処理をいう。「発酵ガス」とは、主にCO2ガスであり、一部H2ガスを含む。
The organic
In the present specification, “low-concentration organic wastewater” refers to organic wastewater having a CODcr value of 1000 mg / L or less. The “predetermined temperature” is preferably 20 to 35 ° C., and more preferably 20 to 25 ° C. as judged from the sewage water temperature and the heat energy of the generated gas. “Acid fermentation” means that polysaccharides, proteins, and lipids in organic substances are first hydrolyzed into monosaccharides, amino acids, and other unit constituent molecules, and then volatile fatty acids such as acetic acid and propionic acid. And a series of treatments that are decomposed into alcohols such as ethanol, lactic acid, succinic acid, and ethanol, hydrogen, carbon dioxide and the like. Microorganisms involved in acid production are facultative anaerobes. “Methane fermentation treatment” refers to an anaerobic biological treatment performed in an ORP range of −330 mV or less. “Fermentation gas” is mainly CO 2 gas and partially contains H 2 gas.
このように構成すると、固液分離装置により低濃度有機性排水に含まれる汚泥を分離し濃縮することができる。そのため、所定の温度に維持された酸発酵槽での濃縮汚泥の加温において、有機性排水を直接加温する場合に比べ、加温に必要なエネルギーを減らすことができる。さらに、酸発酵槽において、濃縮汚泥中に含まれる固形物(SS分)の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物(酢酸、プロピオン酸等)に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵槽において発生する発酵ガスを混合槽において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理槽に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。すなわち、酸発酵槽の汚泥濃度は10000mg/Lから20000mg/Lと高いため、発酵ガスの一部は汚泥と共に同伴する。そのため、その状態で固液分離水と混合し、UASB槽に投入すると、UASB槽内でスカム発生の原因となる。したがって、混合槽において固液分離水や流入下水と混合した際、酸発酵処理汚泥に同伴した発酵ガスを分離する必要がある。 If comprised in this way, the sludge contained in a low concentration organic wastewater can be isolate | separated and concentrated by a solid-liquid separator. Therefore, in the heating of the concentrated sludge in the acid fermentation tank maintained at a predetermined temperature, the energy required for heating can be reduced compared to the case of directly heating the organic waste water. Furthermore, in the acid fermenter, a part of the solid matter (SS content) contained in the concentrated sludge is converted into soluble organic matter (acetic acid, propionic acid, etc.) through hydrolysis and organic acid fermentation. Therefore, the activity of methane bacteria is maintained by the presence of such substances, and methane fermentation treatment can be performed satisfactorily even with organic wastewater with a low water temperature. Moreover, the fermentation gas generated in the acid fermentation tank can be separated from the mixed water in the mixing tank. Therefore, fermentation gas can be prevented from flowing into the methane fermentation treatment tank and generating scum. That is, since the sludge concentration in the acid fermentation tank is as high as 10,000 mg / L to 20000 mg / L, part of the fermentation gas is accompanied with the sludge. Therefore, if it is mixed with solid-liquid separated water in that state and put into the UASB tank, it will cause scum in the UASB tank. Therefore, when mixed with solid-liquid separated water or inflow sewage in the mixing tank, it is necessary to separate the fermentation gas accompanying the acid fermentation treatment sludge.
本発明の第2の態様に係る有機性排水処理装置102は、例えば図3に示すように、メタン発酵処理槽40から排出された第2の濃縮汚泥7を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽20と;低濃度有機性排水1および酸発酵槽20で処理された酸発酵処理水4’を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽30と;発酵ガスが分離された混合槽出口水5’をメタン発酵処理する、メタン発酵処理槽40とを備える。
The organic waste
このように構成すると、低濃度有機性排水の水温によりメタン発酵処理槽内にSS分が溜まり、汚泥の界面が上昇する場合であっても、槽内の濃縮汚泥を排出させることにより界面の上昇を防ぐことができる。また、酸発酵槽において、濃縮汚泥中に含まれる固形物(SS分)の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物(酢酸、プロピオン酸等)に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵槽において発生する発酵ガスを混合槽において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理槽に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。 If comprised in this way, even if it is a case where SS content accumulates in a methane fermentation processing tank by the water temperature of low concentration organic waste water, and the interface of sludge rises, the rise of an interface will be carried out by discharging concentrated sludge in a tank. Can be prevented. Further, in the acid fermentation tank, a part of the solid matter (SS content) contained in the concentrated sludge is converted into soluble organic matter (acetic acid, propionic acid, etc.) through hydrolysis and organic acid fermentation. Therefore, the activity of methane bacteria is maintained by the presence of such substances, and methane fermentation treatment can be performed satisfactorily even with organic wastewater with a low water temperature. Moreover, the fermentation gas generated in the acid fermentation tank can be separated from the mixed water in the mixing tank. Therefore, fermentation gas can be prevented from flowing into the methane fermentation treatment tank and generating scum.
本発明の第3の態様に係る有機性排水処理方法は、例えば図1に示すように、低濃度有機性排水1を固液分離し、固液分離水2と第1の濃縮汚泥3に分ける分離工程と;第1の濃縮汚泥3を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と;固液分離水2と酸発酵工程で処理された酸発酵処理水4を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と;発酵ガスが分離された混合槽出口水5をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える。
In the organic wastewater treatment method according to the third aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, the low-concentration
このように構成すると、分離工程により低濃度有機性排水に含まれる汚泥を分離し濃縮することができる。そのため、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程での濃縮汚泥の加温において、有機性排水を直接加温する場合に比べ、加温に必要なエネルギーを減らすことができる。さらに、酸発酵工程において、濃縮汚泥中に含まれる固形物(SS分)の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物(酢酸、プロピオン酸等)に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵工程において発生する発酵ガスを混合工程において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理工程に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。 If comprised in this way, the sludge contained in a low concentration organic waste water can be isolate | separated and concentrated by a isolation | separation process. Therefore, in the heating of the concentrated sludge in the acid fermentation process in which the acid fermentation process is performed at a predetermined temperature, the energy required for heating can be reduced as compared with the case of directly heating the organic waste water. Furthermore, in the acid fermentation process, a part of the solid matter (SS content) contained in the concentrated sludge is converted into soluble organic matter (acetic acid, propionic acid, etc.) through hydrolysis and organic acid fermentation. Therefore, the activity of methane bacteria is maintained by the presence of such substances, and methane fermentation treatment can be performed satisfactorily even with organic wastewater with a low water temperature. Moreover, the fermentation gas generated in the acid fermentation process can be separated from the mixed water in the mixing process. Therefore, fermentation gas can be prevented from flowing into the methane fermentation treatment process and generating scum.
本発明の第4の態様に係る有機性排水処理方法は、例えば図3に示すように、メタン発酵処理工程から排出された第2の濃縮汚泥7を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と;低濃度有機性排水1および酸発酵工程で処理された酸発酵処理水4’を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と;発酵ガスが分離された混合槽出口水5’をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える。
In the organic wastewater treatment method according to the fourth aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 3, acid fermentation is performed by subjecting the second
このように構成すると、低濃度有機性排水の水温によりメタン発酵処理工程においてSS分が溜まり、汚泥の界面が上昇する場合であっても、濃縮汚泥を排出させることにより界面の上昇を防ぐことができる。また、酸発酵工程において、濃縮汚泥中に含まれる固形物(SS分)の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物(酢酸、プロピオン酸等)に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発
酵工程において発生する発酵ガスを混合工程において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理工程に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。
If comprised in this way, even if it is a case where SS content accumulates in the methane fermentation treatment process by the water temperature of the low concentration organic waste water and the sludge interface rises, it is possible to prevent the rise of the interface by discharging the concentrated sludge. it can. In the acid fermentation process, part of the solid matter (SS content) contained in the concentrated sludge is converted into soluble organic matter (acetic acid, propionic acid, etc.) through hydrolysis and organic acid fermentation. Therefore, the activity of methane bacteria is maintained by the presence of such substances, and methane fermentation treatment can be performed satisfactorily even with organic wastewater with a low water temperature. Moreover, the fermentation gas generated in the acid fermentation process can be separated from the mixed water in the mixing process. Therefore, fermentation gas can be prevented from flowing into the methane fermentation treatment process and generating scum.
本発明の第5の態様に係る有機性排水処理装置103は、上記本発明の第1の態様に係る有機性排水処理装置101において、例えば図5に示すように、固液分離装置10で分離された第1の濃縮汚泥3を酸発酵槽20に移送する流路に、流路を開閉する第1の開閉装置51と;メタン発酵処理槽40から排出された第2の濃縮汚泥7を酸発酵槽20に移送する流路に、流路を開閉する第2の開閉装置52と;メタン発酵槽40内の温度を計測する温度測定装置と;メタン発酵槽40内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備え;前記温度測定装置と前記高さ測定装置の測定値に基づいて、第1の開閉装置51と第2の開閉装置52を開閉する。
The organic waste
このように構成すると、酸発酵槽において第1の濃縮汚泥と第2の濃縮汚泥のどちらも酸発酵処理することができる。また、メタン発酵槽40内の水温およびメタン発酵槽40内の汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することにより、メタン発酵槽40内の水温およびメタン発酵槽40内の汚泥界面の高さに合わせたメタン発酵処理が可能となる。
If comprised in this way, both the 1st concentration sludge and the 2nd concentration sludge can be acid-fermented in an acid fermentation tank. Moreover, the water temperature in the
本発明の第6の態様に係る有機性排水処理方法は、上記本発明の第3の態様に係る有機性排水処理方法において、例えば図5に示すように、前記メタン発酵処理工程から排出された第2の濃縮汚泥7を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と;前記メタン発酵処理工程での処理温度と、前記メタン発酵処理工程での汚泥界面の高さに基づいて、第1の濃縮汚泥3または第2の濃縮汚泥7を前記酸発酵工程への移送する工程とを備える。
The organic wastewater treatment method according to the sixth aspect of the present invention is the organic wastewater treatment method according to the third aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 5, discharged from the methane fermentation treatment step. Based on the acid fermentation process in which the second
このように構成すると、酸発酵工程において第1の濃縮汚泥と第2の濃縮汚泥のどちらも酸発酵処理することができる。また、メタン発酵処理工程での処理温度と汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することにより、メタン発酵処理工程での処理温度と汚泥界面の高さに合わせたメタン発酵処理が可能となる。 If comprised in this way, both the 1st concentration sludge and the 2nd concentration sludge can be acid-fermented in an acid fermentation process. In addition, by selecting the sludge for acid fermentation treatment in consideration of the treatment temperature in the methane fermentation treatment process and the height of the sludge interface, the methane fermentation matched to the treatment temperature in the methane fermentation treatment process and the height of the sludge interface. Processing is possible.
本発明によれば、固形物の酸発酵処理とメタン発酵処理とを組み合わせて、低濃度の有機性排水を低水温においてもメタン発酵処理に適用することができる。そのため、低濃度の有機性排水を活性汚泥単独処理する場合に比べて、設備の電気代、汚泥処理費等のランニングコストを大幅に削減することが可能となった。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a solid acid fermentation process and a methane fermentation process are combined, and a low concentration organic wastewater can be applied to a methane fermentation process also at low water temperature. Therefore, compared with the case where low-concentration organic wastewater is treated with activated sludge alone, it has become possible to significantly reduce the running costs such as the electricity bill of the equipment and sludge treatment costs.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一または相当する部分には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。特に、メタン発酵処理には、UASB法、固定床法、流動床法のいずれも適用できる。以下の実施の形態では、メタン発酵処理に最も適しているUASB法を例にとり説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiments. In particular, any of the UASB method, the fixed bed method, and the fluidized bed method can be applied to the methane fermentation treatment. In the following embodiments, a UASB method that is most suitable for methane fermentation treatment will be described as an example.
本発明の有機性排水処理装置および有機性排水処理方法は、低濃度有機性排水が低水温であってもメタン発酵処理を適用するという目的を、酸発酵槽(酸発酵工程)を備えるという構成により実現した。 The organic wastewater treatment apparatus and the organic wastewater treatment method of the present invention include an acid fermentation tank (acid fermentation step) for the purpose of applying methane fermentation treatment even when the low-concentration organic wastewater has a low water temperature. Realized by.
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る有機性排水処理装置101について説明する。有機性排水処理装置101は、固液分離装置10、酸発酵槽20、混合槽30、メタン発酵処理槽としてのUASB槽40を備える。図1に示すように、低濃度有機性排水としての下水1は、固液分離装置10に入り、排水中の沈降性の良いSS分が沈降し、固液分離水2と第1の濃縮汚泥3に分離される。第1の濃縮汚泥3は、酸発酵槽20に供給され、酸発酵処理される。酸発酵処理された酸発酵処理水4と、固液分離水2は、混合槽30に供給され混合される。混合された混合槽出口水5は、UASB槽40に供給され、メタン発酵処理される。なお、下水1、固液分離水2、濃縮汚泥3、酸発酵処理水4、混合槽出口水5、メタン発酵処理水6等が通過する流路は、これらを移送できる流路として、例えば配管を用いることができる。
With reference to FIG. 1, the organic waste
固液分離装置10には、沈殿池、遠心分離機、スクリーン、スクリュープレス等の固液分離装置が好ましい。下水のような大水量で低SS濃度の固形物を無薬注にて固液分離するためには、設備面、維持管理面からみてスケ−ルアップ容易であること、ランニングコストが低く、維持管理が容易であること等から沈殿池が適している。よって、処理対象となる有機性排水が水量の多い下水の場合は、沈殿池が特に好ましい。すなわち、固液分離装置10は、従来の活性汚泥処理で用いられている最初沈殿池であってもよい。
The solid-
酸発酵槽20は、汚泥の撹拌が可能な槽であればよい。撹拌には、撹拌機を設置してもよく、空気等のガスを曝気してもよい。また、酸発酵槽20は外部熱源を備える。加熱用の熱源には、UASB槽40から回収されたメタンガスg1をボイラーで蒸気に変換して利用することができる。酸発酵槽20内の温度は、好ましくは20〜35℃、下水水温と発生ガスの熱エネルギ−から判断するとより好ましくは20〜25℃の範囲である。このように、酸発酵槽20に流入した第1の濃縮汚泥3は、外部熱源により20℃以上に加温され、酸発酵処理される。酸発酵槽20では、有機性排水中に含まれる、そのままの状態では微生物が分解できない固形物(SS分)が、酸生成菌による有機酸発酵を経て、溶解性の有機物(プロピオン酸、酢酸等)に変換される。
The
酸発酵処理が行なわれる酸発酵槽20のHRT(Hydraulic Retention Time:水理学的滞留時間)は、溶解性有機物濃度(S−CODcr)および酢酸・プロピオン酸・乳酸等の揮発性脂肪酸濃度(Volatile Fatty Acid、以下VFAと略す)により決定する。すなわち、CODcrの可溶化比(S−CODcr/CODcr)、VFA(asCODcr)/S−CODcr比が一定値を示したときのHRTを最適HRTとする。
例えば、最初沈殿池汚泥の場合、酸発酵処理におけるHRTを2日とすると、酸発酵槽の温度20℃で、S−CODcr/CODcr比は0.15〜0.20(−)、VFA(asCODcr)/S−CODcr比は0.3〜0.4、酸発酵槽の温度25℃で、S−CODcr/CODcr比は0.15〜0.20(−)、VFA(asCODcr)/S−CODcrは0.55〜0.65となる。一方、UASBの濃縮汚泥の場合、酸発酵処理におけるHRTを2日とすると、酸発酵槽の温度20℃で、S−CODcr/CODcr比は0.10〜0.20(−)、VFA(asCODcr)/S−CODcr比は0.13〜0.20、酸発酵槽の温度25℃で、S−CODcr/CODcr比は0.10〜0.20(−)、VFA(asCODcr)/S−CODcr比は0.35〜0.45となる。このように、最初沈殿池汚泥、UASB槽の濃縮汚泥共に酸発酵槽の温度が高くなると酸生成菌の活性が上がるため、HRTは短縮され、水温20℃で最適HRTは2〜3日、水温25℃で最適HRTは1〜2日、水温30℃で最適HRTは0.5〜1.5日となる。UASB槽の濃縮汚泥は排水中の有機物がUASB槽で嫌気性菌により一部分解された後のものなので、最初沈殿池汚泥とUASB槽では、濃縮汚泥のS−CODcr/CODcr比、VFA(asCODcr)/S−CODcr比は、共にUASB槽の濃縮汚泥の方が小さい値になる。
The HRT (Hydraulic Retention Time) of the
For example, in the case of the first sedimentation basin sludge, if the HRT in the acid fermentation treatment is 2 days, the acid fermenter temperature is 20 ° C., the S-CODcr / CODcr ratio is 0.15 to 0.20 (−), and VFA (asCODcr ) / S-CODcr ratio is 0.3 to 0.4, acid fermenter temperature is 25 ° C., S-CODcr / CODcr ratio is 0.15 to 0.20 (−), VFA (asCODcr) / S-CODcr Becomes 0.55 to 0.65. On the other hand, in the case of UASB concentrated sludge, if the HRT in the acid fermentation treatment is 2 days, the acid fermenter temperature is 20 ° C., the S-CODcr / CODcr ratio is 0.10 to 0.20 (−), VFA (asCODcr ) / S-CODcr ratio is 0.13-0.20, acid fermenter temperature is 25 ° C., S-CODcr / CODcr ratio is 0.10-0.20 (−), VFA (asCODcr) / S-CODcr The ratio is 0.35 to 0.45. Thus, since the activity of acid-producing bacteria increases when the temperature of the acid fermenter increases in both the initial sedimentation basin sludge and the concentrated sludge in the UASB tank, the HRT is shortened, and the optimum HRT is 2 to 3 days at a water temperature of 20 ° C. The optimum HRT is 1 to 2 days at 25 ° C, and the optimum HRT is 0.5 to 1.5 days at a water temperature of 30 ° C. The concentrated sludge in the UASB tank is the one after the organic matter in the wastewater has been partially decomposed by anaerobic bacteria in the UASB tank. The / S-CODcr ratio is a smaller value for the concentrated sludge in the UASB tank.
酸発酵槽20の濃縮汚泥の撹拌は、連続的あるいは間欠撹拌にて行なうことが好ましい。酸発酵槽20内のMLSS濃度が20000〜40000mg/Lと高濃度であるため、汚泥を均一に撹拌するための動力がかかる。しかし、撹拌が強いと生成した有機酸が揮発あるいは酸化され減少する。したがって、酸発酵槽の撹拌は間欠に行なう。1〜2時間の間隔で、5〜15分の間欠撹拌を行なうことが好ましい。
The concentrated sludge in the
図2に、混合槽30において固液分離水2と酸発酵処理水4を混合した後、混合槽出口水5をUASB槽40に通水する様子を示す。混合槽30では、図2に示すように、混合槽としての分配槽30に混合水を一時的に滞留させ、大気と接触させることにより、酸発酵処理によって生じた発酵ガスを混合水から分離する。分配槽30では、混合水を迂流、自然流下、オーバーフロー等させて、含有する発酵ガスを分離してもよい。また、混合槽30は、内部に撹拌機を備えても良い。発酵ガスを分離することにより、UASB槽40内において発酵ガスによるスカムの発生を抑制し、UASB処理を良好に行なうことができる。
In FIG. 2, after mixing the solid-
UASB槽40は、内部にGSS41(気固液分離部)、汚泥床42を有する。さらに、汚泥床42中の濃縮汚泥(第2の濃縮汚泥)を脱水工程へ移送する流路、例えば配管を有する。UASB処理では、低濃度有機性排水に含まれた有機物や、酸発酵により生成した溶解性有機物、酢酸・プロピオン酸等の有機酸が、UASB槽40内の嫌気性菌により、メタンと二酸化炭素に分解される。
The
なお、下水は一般的にCODcr濃度400〜1000mg/Lの低濃度有機性排水であるため、メタン発酵処理槽(UASB槽)でのCODcr容積負荷が1kg/m3/dと低い。そのため、食品製造排水のような高濃度有機性排水のメタン発酵処理に比べ、発生メタンガスの量は少ない。また、低濃度有機性排水のメタン発酵処理では、メタン発酵処理槽で発生したメタンガスの40〜60%はメタン発酵処理水に溶存し、系外に排出される。したがって、低濃度有機性排水のメタン発酵処理で得られるメタンガスからの熱エネルギー量には制約がある。下水のSS濃度は通常200mg/Lであり、この状態で、メタン発酵で発生したガスをボイラ−にて蒸気に変換し加温エネルギ−として利用しても水温を上げることは難しい。その点、SSを固液分離して濃縮汚泥濃度(20000〜40000mg/L)として、約100〜200倍に濃縮すれば、酸発酵槽内の温度を5〜10℃上昇させることができる。したがって、酸発酵槽の温度を20℃以上にするためには、メタン発酵処理において固液分離装置としての最初沈殿池やメタン発酵処理槽の温度が、10〜15℃以上であることが好ましい。 In addition, since sewage is generally a low-concentration organic wastewater having a CODcr concentration of 400 to 1000 mg / L, the CODcr volumetric load in the methane fermentation treatment tank (UASB tank) is as low as 1 kg / m 3 / d. Therefore, the amount of generated methane gas is small compared to methane fermentation treatment of high concentration organic wastewater such as food production wastewater. In the methane fermentation treatment of low-concentration organic wastewater, 40 to 60% of the methane gas generated in the methane fermentation treatment tank is dissolved in the methane fermentation treatment water and discharged out of the system. Therefore, the amount of heat energy from methane gas obtained by methane fermentation treatment of low-concentration organic wastewater is limited. The SS concentration of sewage is usually 200 mg / L. In this state, it is difficult to raise the water temperature even if the gas generated by methane fermentation is converted into steam by a boiler and used as heating energy. In that respect, if SS is solid-liquid separated and concentrated to about 100 to 200 times as a concentrated sludge concentration (20,000 to 40000 mg / L), the temperature in the acid fermenter can be increased by 5 to 10 ° C. Therefore, in order to set the temperature of the acid fermentation tank to 20 ° C. or higher, it is preferable that the temperature of the first sedimentation basin or the methane fermentation treatment tank as a solid-liquid separator in the methane fermentation process is 10 to 15 ° C. or higher.
また、下水のような低濃度有機性排水のUASB処理では、CODcr容積負荷は1kg/m3/dである。一方で、食品産業排水のような高濃度有機性排水のUASB処理では、CODcr容積負荷は10〜20kg/m3/dである。すなわち、低濃度有機性排水は、高濃度有機性排水に比べ有機物負荷が1/10〜1/20と低く、嫌気性菌の密度が低くなり、汚泥床のグラニュール汚泥の粒径は0.1〜0.5mmと小さなものになる。グラニュ−ル汚泥の沈降速度と流入SSの沈降速度の差が、高濃度有機性排水に適用されている従来のUASBグラニュ−ル汚泥に比べて小さいため、流入するSS濃度、排水の性状によっては、UASB槽内でのスカムの発生が多くなり、UASB槽内の汚泥の維持が困難になる場合がある。こうした理由から、固液分離水2と酸発酵処理水4とを混合した後の混合水は、SS濃度を2000mg/L以下にすることが好ましく、特に1000mg/L以下にすることが好ましい。
Moreover, in the UASB process of low concentration organic wastewater such as sewage, the CODcr volumetric load is 1 kg / m 3 / d. On the other hand, in the UASB treatment of high concentration organic wastewater such as food industry wastewater, the CODcr volumetric load is 10 to 20 kg / m 3 / d. That is, the low-concentration organic wastewater has a lower organic load of 1/10 to 1/20 than the high-concentration organic wastewater, the density of anaerobic bacteria is low, and the particle size of the granular sludge in the sludge bed is 0.00. It becomes as small as 1 to 0.5 mm. The difference between the sedimentation rate of granulated sludge and the sedimentation rate of inflow SS is smaller than the conventional UASB granule sludge applied to high-concentration organic wastewater. The occurrence of scum in the UASB tank increases, and it may be difficult to maintain the sludge in the UASB tank. For these reasons, the mixed water after mixing the solid-liquid
図3を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る有機性排水処理装置102について説明する。有機性排水処理装置102は、酸発酵槽20、混合槽30、メタン発酵処理槽としてのUASB槽40を備える。図3に示すように、低濃度有機性排水としての下水1は、混合槽30に供給される。一方で、UASB槽40内から排出される第2の濃縮汚泥7は、酸発酵槽20に供給され、酸発酵処理される。処理された酸発酵処理水4’は、混合槽30に供給される。混合槽30では、下水1と酸発酵処理水4’が混合され、混合槽出口水5’がUASB槽40に供給されメタン発酵処理される。
なお、有機性排水処理装置101について記載した理由と同様の理由から、流入下水1と酸発酵処理水4’とを混合した後の混合水は、SS濃度を2000mg/L以下にすることが好ましく、特に1000mg/L以下にすることが好ましい。
With reference to FIG. 3, the organic waste
For the same reason as described for the organic waste
図4に、混合槽30において下水1と酸発酵処理水4’を混合した後、混合槽出口水5’をUASB槽40に通水する様子を示す。図4では、UASB槽40内から排出される第2の濃縮汚泥7を酸発酵槽20に供給する流路を、第2の濃縮汚泥7を脱水工程へ移送する流路から分岐させているが、これらの流路は別々に備えてもよい。
FIG. 4 shows how the mixing
冬期等に下水1の温度が15〜20℃以下に下がると、UASB槽40内の嫌気性菌の活性が低下する。嫌気性菌の中で、特に酸生成菌が水温の影響を受けると、下水1中のSS分は酸発酵しにくくなり、SS分が汚泥床に多く蓄積し、汚泥床の界面が上昇する。このため、有機性排水処理装置102では図3に示すように、UASB槽40下部の汚泥濃度の高い箇所(MLSS20,000〜40,000mg/L)から汚泥を排出させ、酸発酵槽20に供給する。酸発酵槽20では、外部熱源を用いて汚泥を20℃以上に加温し、酸発酵処理する。酸発酵処理水4’は、下水1と混合されUASB槽40に供給される。酸発酵により、溶解性有機物、酢酸・プロピオン酸等の有機酸が生成される。これらの有機物は、UASB槽40内の嫌気性菌により、メタンと二酸化炭素に分解される。
If the temperature of the
年間を通して外気温が低い地域(例えば、日本では北海道、海外ではドイツ、デンマーク等の北ヨーロッパ)では、下水をメタン発酵処理すると、メタン発酵処理槽(例えばUASB槽)の温度は、15〜20℃以下になる場合が多く、メタン発酵処理槽内で流入SS分の蓄積が多くなる。したがって、このような地域では、第1の実施の形態に係る有機性排水処理装置101(図1)を適用する。
一方で、年間を通して外気温が15℃以上の温暖化地域(例えば、日本では四国南部、九州南部等、海外では東南アジア、インド、ブラジル等)では、下水をメタン発酵処理すると、メタン発酵処理槽(例えばUASB槽)の温度は、15〜20℃以上になる場合が多く、メタン発酵処理槽内での汚泥の蓄積は少なくなる。しかし、このような地域でも、気象条件の変化により冬期での急激な気温低下や流入SS濃度変化によりUASB槽内に汚泥が蓄積する場合が考えられる。また、メタン発酵処理での発生ガス量を増やす目的で、UASB槽内に残存した有機物の一部を酸発酵処理することは有効な方法である。以上のような場合には、第2の実施の形態に係る有機性排水処理装置102(図3)を適用する。
In areas where the outside air temperature is low throughout the year (for example, Hokkaido in Japan, Germany and Denmark in northern Europe, etc.), when sewage is subjected to methane fermentation, the temperature of the methane fermentation tank (for example, UASB tank) is 15 to 20 ° C. In many cases, the amount of inflow SS increases in the methane fermentation treatment tank. Therefore, in such an area, the organic waste water treatment apparatus 101 (FIG. 1) according to the first embodiment is applied.
On the other hand, in warming areas where the outside temperature is 15 ° C or higher throughout the year (for example, southern Shikoku, southern Kyushu, etc. in Japan, and Southeast Asia, India, Brazil, etc. overseas), when sewage is treated with methane fermentation, For example, the temperature of the UASB tank) is often 15 to 20 ° C. or more, and the accumulation of sludge in the methane fermentation treatment tank is reduced. However, even in such a region, there may be a case where sludge accumulates in the UASB tank due to a sudden drop in temperature in winter or a change in inflow SS concentration due to changes in weather conditions. Further, for the purpose of increasing the amount of gas generated in the methane fermentation treatment, it is an effective method to subject the organic matter remaining in the UASB tank to a part of the acid fermentation. In such a case, the organic waste water treatment apparatus 102 (FIG. 3) according to the second embodiment is applied.
図5を参照して、本発明の第3の実施の形態に係る有機性排水処理装置103について説明する。有機性排水処理装置103は、図1に示す有機性排水処理装置101において、移送装置63(移送先:酸発酵槽20)によって、UASB処理槽40から第2の濃縮汚泥7が排出され、酸発酵槽20に供給されて酸発酵処理される。すなわち、有機性排水処理装置101(図1)と有機性排水処理装置102(図3)の両装置の構成を備える。さらに、有機性排水処理装置103では、固液分離装置10で分離された第1の濃縮汚泥3は、移送装置61(移送先:酸発酵槽20)によって酸発酵20に供給され酸発酵処理される。固液分離装置10から酸発酵槽20にいたる流路には、流路を開閉する第1の開閉装置としてのバルブ51と、UASB槽40から排出された第2の濃縮汚泥7を酸発酵槽20に移送する流路には、流路を開閉する第2の開閉装置としてのバルブ52とを備える。また、低濃度有機性排水である下水1から固液分離装置10にいたる流路、および固液分離装置10前で該流路から分岐し固液分離装置10をバイパスして混合槽30にいたる流路にそれぞれ、第3の開閉装置としてのバルブ53、第4の開閉装置としてのバルブ54を備える。さらに、UASB槽40内の温度を計測する温度測定装置としての温度計と、UASB槽40内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備える。
With reference to FIG. 5, the organic waste
有機性排水処理装置103では、制御装置50を備えることにより、温度計と高さ測定装置の測定値に基づいて、をオン・オフする制御も制御装置50により行われる。酸発酵処理水4(4’)を移送するポンプ62は、酸発酵槽20の液レベル(図示せず)によりオン・オフ制御される。すなわち、酸発酵槽20の液レベルがある一定以上のレベル(高レベル)になった時に移送ポンプ62はオンとなり、酸発酵処理水4(4’)を混合槽30に移送する。酸発酵槽20の液レベルがある一定未満のレベル(低レベル)になった時に移送ポンプ62はオフとなる。
なお、UASB槽の水温は気温の影響を受け、月単位の長いスパンで変化する。したがって、第1の開閉装置としてのバルブ51、第3の開閉装置としてのバルブ53、第4の開閉装置としてのバルブ54の開閉は、常に自動制御により行なう必要はなく、手動により開閉可能なものであってもよい。同様に、第2の開閉装置としてのバルブ52も必要に応じて手動により開閉可能であってもよい。
In the organic waste
In addition, the water temperature of the UASB tank is affected by the air temperature, and changes in a long span on a monthly basis. Therefore, the
このように、有機性排水処理装置103では、UASB槽40内の水温およびUASB槽40内の汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することができる。なお、流路とは、処理水や汚泥を移送できればよく、例えば配管を用いることができる。
また、有機性排水処理装置101(図1)および有機性排水処理装置102(図3)では、バルブ51、52、53、および移送ポンプ61、62、63は省略されている。
Thus, in the organic waste
Further, in the organic waste water treatment apparatus 101 (FIG. 1) and the organic waste water treatment apparatus 102 (FIG. 3), the
図6にUASB槽内温度、UASB槽内汚泥界面高さによる、濃縮汚泥の酸発酵槽への供給ケースを示す。UASB槽内温度が適正であり、さらにUASB槽内汚泥界面高さが適正な場合は前処理(酸発酵処理)なし(図8)となる。UASB槽内温度が適正であるが、UASB槽内汚泥界面高さが適正でない場合は、UASB槽内汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水とを混合後UASB槽に供給する(図3)。UASB槽内温度が適正でないが、UASB槽内汚泥界面高さが適正な場合は、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後UASB槽に供給する(図1)。UASB槽内温度が適正でなく、さらにUASB槽内汚泥界面高さが適正でない場合は、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後UASB槽に供給する。さらに、UASB槽汚泥の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後UASB槽に供給する(図5)。
ここで、UASB槽内温度が適正な場合とはUASB水温15℃以上、好ましくは20℃以上として設定する。適正なUASB槽内汚泥界面高さとは、有効水深5mの場合、汚泥界面高さ2.0〜3.0m(有効水深の40〜60%)が適正といえる。汚泥界面高さが3.5m(有効水深の70%)以上になった場合は、濃縮汚泥を酸発酵処理する必要がある。
UASB槽内温度は、槽底部から1.0m、槽底部から3mの箇所2箇所に温度計を設置し、その平均温度が適正温度範囲かどうかを判断することが好ましい。汚泥界面高さはMLSS濃度計(光電式)等を用いて測定する。
FIG. 6 shows a supply case of concentrated sludge to the acid fermentation tank according to the temperature in the UASB tank and the height of the sludge interface in the UASB tank. When the temperature inside the UASB tank is appropriate and the sludge interface height inside the UASB tank is appropriate, there is no pretreatment (acid fermentation treatment) (FIG. 8). If the UASB tank temperature is appropriate but the UASB tank sludge interface height is not appropriate, a portion of the UASB tank sludge is acid-fermented and mixed with the influent raw water and the acid-fermented water into the UASB tank. Supply (FIG. 3). If the temperature in the UASB tank is not appropriate, but the sludge interface height in the UASB tank is appropriate, the inflow raw water is solid-liquid separated, the concentrated sludge is acid-fermented, and the solid-liquid separated water and the acid-fermented water are mixed before UASB It supplies to a tank (FIG. 1). If the temperature in the UASB tank is not appropriate and the sludge interface height in the UASB tank is not appropriate, the raw inflow water is solid-liquid separated, the concentrated sludge is acid-fermented, and the solid-liquid separated water and the acid-fermented water are mixed Supply to UASB tank. Further, a part of the UASB tank sludge is subjected to an acid fermentation process, and the solid-liquid separated water and the acid fermentation process water are mixed and then supplied to the UASB tank (FIG. 5).
Here, when the temperature inside the UASB tank is appropriate, the UASB water temperature is set to 15 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher. When the effective water depth is 5 m, the appropriate sludge interface height in the UASB tank is 2.0 to 3.0 m (40 to 60% of the effective water depth). When the sludge interface height is 3.5 m (70% of the effective water depth) or more, it is necessary to subject the concentrated sludge to an acid fermentation treatment.
As for the temperature inside the UASB tank, it is preferable to determine whether or not the average temperature is within an appropriate temperature range by installing thermometers at two places 1.0 m from the tank bottom and 3 m from the tank bottom. The sludge interface height is measured using an MLSS densitometer (photoelectric type) or the like.
図7に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る有機性排水処理装置101は、UASB槽40の下流に溶存メタン回収槽70を備えてもよい。有機性排水処理装置102、103についても同様である。
酸発酵に関与する酸生成菌は、通性嫌気性菌である。よって、図7に示すように、酸発酵槽20において汚泥の撹拌の代わりに空気g2を吹き込み、汚泥の撹拌と同時に酸発酵処理を進める。酸発酵処理により空気中の酸素は消費され、二酸化炭素が生成される。酸発酵槽20からの排ガスg3をメタン発酵処理槽40の後段に配置された溶存メタン回収槽70に吹き込み、メタン発酵処理水6中の溶存メタンを追い出しメタンガスを含む混合ガスg4として回収する。なお、空気g2の代わりに酸素を含有する気体を用いてもよい。
As shown in FIG. 7, the organic waste
Acid-producing bacteria involved in acid fermentation are facultative anaerobes. Therefore, as shown in FIG. 7, air g2 is blown in the
以下に本発明の実施例を説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図9の表1に本実施例に用いた原水の性状を示す。平均値を見ると、SS濃度162mg/L、CODcr402mg/L、S−CODcr96mg/L、BOD165mg/L、S−BOD39mg/Lであった。
図10の表2に本実施例で用いた装置の仕様を示す。メタン発酵には、UASB槽(有効容量940L)を用いた。酸発酵には、酸発酵槽(有効容量60L)を用いた。UASB槽本体は鋼板製であり、GSS部分は透明塩ビ製である。UASB槽内の温度調整はバンドヒーターと温度コントローラーを用いて行なった。酸発酵槽内の撹拌は撹拌機で行なった。酸発酵槽内の温度調整は、UASB槽と同様にバンドヒーターと温度コントローラーを用いて行なった。
Examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.
Table 1 in FIG. 9 shows the properties of raw water used in this example. Looking at the average values, the SS concentration was 162 mg / L,
Table 2 in FIG. 10 shows the specifications of the apparatus used in this example. A UASB tank (effective capacity 940 L) was used for methane fermentation. An acid fermentation tank (effective capacity 60 L) was used for the acid fermentation. The UASB tank body is made of steel plate, and the GSS part is made of transparent PVC. The temperature in the UASB tank was adjusted using a band heater and a temperature controller. Stirring in the acid fermentation tank was performed with a stirrer. The temperature adjustment in the acid fermentation tank was performed using a band heater and a temperature controller in the same manner as in the UASB tank.
[実施例1/比較例1]
図11の表3に実施例1と比較例1の条件を示す。実施例1、比較例1ともに原水水量2.82m3/d、UASB槽のHRT8h、UASB槽内温度10〜20℃(Run1−1:20℃、Run1−2:15℃、Run1−3:10℃)の条件で実験を行なった。実施例1のRun1−1(UASB水温20℃)では、図8に示す有機性排水処理装置201の処理フローを用いた。Run1−2(UASB水温15℃)、Run1−3(UASB水温10℃)では、図1に示す有機性排水処理装置101の処理フローを用いた。最初沈殿池(固液分離装置)の水面積負荷は32.5m3/m2/d、最初沈殿池からの濃縮汚泥量は0.030m3/d、濃縮汚泥濃度は20000mg/Lであった。酸発酵槽の温度は、25℃、HRTは2dとした。比較例1のRun1−1〜Run1−3では、図8に示す有機性排水処理装置201の処理フローを用いた。
[Example 1 / Comparative Example 1]
Table 3 in FIG. 11 shows the conditions of Example 1 and Comparative Example 1. In both Example 1 and Comparative Example 1, the amount of raw water is 2.82 m 3 / d, UASB tank HRT 8h, UASB tank temperature 10-20 ° C. (Run 1-1: 20 ° C., Run 1-2: 15 ° C., Run 1-3: 10 The experiment was conducted under the condition of ° C. In Run 1-1 of Example 1 (
図12に実験結果のまとめ(1)および図13に実験結果(1)を示す。比較例1では、Run1−1(UASB水温20℃)、Run1−2(UASB水温15℃)、Run1−3(UASB水温10℃)と段階的にUASB槽の水温が低下するのに伴い、ガス発生量の顕著な低下(実験経過後60日目:192L/d、実験経過後120日目:120L/d、実験経過後180日目:60L/d)が見られた。メタン発酵処理が水温の影響を受けたためであり、その結果、UASB槽内の未分解のSS分が増え、汚泥界面の上昇が顕著となった(実験経過後60日目:2.6m、実験経過後120日目:3.3m、実験経過後180日目:4.5m)。
一方で、実施例1ではRun1−2(UASB水温15℃)から、原水を固液分離装置としての最初沈殿池に供給して固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵槽に供給した。酸発酵槽は水温25℃、HRT2dの条件で、酸発酵処理した後、固液分離装置の分離水と混合後UASB槽に供給した。その結果、UASB槽内温度が10〜15℃に低下した期間においても、ガス発生量の顕著な低下は見られず、メタン発酵処理は良好に行なわれた(実験経過後60日目:191L/d、実験経過後120日目:191L/d、実験経過後180日目:160L/d)。さらに、UASB槽内の未分解SS分の増加はなく、汚泥界面の上昇は見られなかった(実験経過後60日目:2.7m、実験経過後120日目:2.7m、実験経過後180日目:2.8m)。
FIG. 12 shows a summary of the experimental results (1) and FIG. 13 shows the experimental results (1). In Comparative Example 1, as the water temperature of the UASB tank gradually decreases with Run 1-1 (
On the other hand, in Example 1, from Run 1-2 (
[実施例2/比較例2]
図11の表3に実施例2と比較例2の条件を示す。実施例2、比較例2ともに原水水量2.82m3/d、UASB槽のHRT8h、UASB槽内温度15〜25℃(Run2−1:25℃、Run2−2:20℃、Run2−3:15℃)の条件で実験を行なった。実施例2のRun2−1(UASB水温25℃)、Run2−2(UASB水温20℃)では、図8に示す有機性排水処理装置201の処理フローを用いた。Run2−3(UASB水温15℃)では、図3に示す有機性排水処理装置102の処理フローを用いた。UASB槽底部から1mの箇所にある排出汚泥管よりUASB槽内の汚泥を排出させた。UASB槽からの濃縮汚泥の排出量は0.015m3/d、濃縮汚泥濃度は40000mg/Lであった。酸発酵槽の温度は25℃、HRTは2dとした。比較例2のRun2−1〜Run2−3では、図8に示す有機性排水処理装置201の処理フローを用いた。
[Example 2 / Comparative Example 2]
Table 3 in FIG. 11 shows the conditions of Example 2 and Comparative Example 2. In both Example 2 and Comparative Example 2, the amount of raw water is 2.82 m 3 / d, UASB tank HRT8h,
図12に実験結果のまとめ(1)および図14に実験結果(2)を示す。比較例2では、Run2−1(UASB水温25℃)、Run2−2(UASB水温20℃)まではガス発生量の低下は見られなかった。しかし、Run2−3(UASB水温水温15℃)になると、ガス発生量の低下(実験経過後60日目:211L/d、実験経過後120日目:190L/d、実験経過後180日目:130L/d)が見られた。メタン発酵処理が水温の影響を受けたためであり、その結果この期間は、UASB槽内の未分解のSS分が増え、汚泥界面の上昇が見られた(実験経過後60日目:3.2m、実験経過後120日目:3.4、実験経過後180日目:4.0m)。
一方で、実施例2ではRun2−3(UASB水温15℃)になった時点で、UASB槽底部から1.0mの位置から汚泥を0.015m3/d排出させ、酸発酵槽に供給した。酸発酵槽は水温25℃、HRT2dの条件で、酸発酵処理した後、原水と混合後UASB槽に供給した。その結果、UASB槽内温度が15℃に低下した期間においても、ガス発生量の低下は見られず、メタン発酵処理は良好に行なわれた(実験経過後60日目:230L/d、実験経過後120日目:210L/d、実験経過後180日目:198L/d)。さらに、UASB槽内の未分解SS分の増加はなく、汚泥界面の上昇は見られなかった(実験経過後60日目:3.1m、実験経過後120日目:3.2m、実験経過後180日目:3.4m)。
FIG. 12 shows the summary of experimental results (1) and FIG. 14 shows the experimental results (2). In Comparative Example 2, no decrease in gas generation was observed until Run 2-1 (
On the other hand, in Example 2, when it became Run 2-3 (
図15に実験結果のまとめ(2)を示す。以下、図6に示す「図3:UASB槽汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水と混合後UASB槽に供給する」ケース(実施例3)、および図6に示す「図5:流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後UASB槽に供給する。UASB槽内汚泥の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水と混合後UASB槽に供給する」ケース(実施例4)に関し説明する。 FIG. 15 shows a summary (2) of the experimental results. Hereinafter, FIG. 6 shows a case (Example 3) in which “FIG. 3: part of UASB tank sludge is subjected to acid fermentation treatment and mixed with inflow raw water and acid fermentation treated water and supplied to UASB tank” and FIG. "Fig. 5: Inflow raw water is solid-liquid separated, concentrated sludge is acid-fermented, solid-liquid separated water and acid-fermented water are mixed and then supplied to the UASB tank. A part of the sludge in the UASB tank is acid-fermented, A case (Example 4) in which solid-liquid separated water and acid fermentation treated water are mixed and then supplied to the UASB tank will be described.
[実施例3/比較例3]
UASB槽内温度は20℃であったため、図8に示す有機性排水処理装置201の処理フローで処理を行っていたが、UASB槽内汚泥界面の許容値を超えたため(界面4m)、実施例3では、UASB槽汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水とを混合後UASB槽に供給した。すなわち、図5に示す第2の開閉装置52を開にし、UASB槽の濃縮汚泥(第2の濃縮汚泥)の移送ポンプ63、酸発酵処理水の移送ポンプ62を制御装置50を介してオン・オフ運転を行うようにした。比較例3では図8の処理フロ−のままで処理を行った。
実験開始後60日目において、実施例3では、汚泥界面は4.0mから3.5mに低下し、発生ガス量198L/日で安定した。一方、比較例3では汚泥界面は4.0mから4.5mに上昇し、UASB処理水に汚泥が流出し、処理水SS濃度が1000mg/L以上の高い数値となった。また同時にGSS部にスカムが溜まり発生ガス配管が閉塞し、GSSからのガス回収が不可能となり、発生ガスはUASB処理水と共に系外に排出されていた。
[Example 3 / Comparative Example 3]
Since the temperature inside the UASB tank was 20 ° C., the treatment was performed with the treatment flow of the organic waste
On the 60th day after the start of the experiment, in Example 3, the sludge interface decreased from 4.0 m to 3.5 m and stabilized at a generated gas amount of 198 L / day. On the other hand, in Comparative Example 3, the sludge interface increased from 4.0 m to 4.5 m, the sludge flowed into the UASB treated water, and the treated water SS concentration was a high numerical value of 1000 mg / L or more. At the same time, scum accumulated in the GSS section and the generated gas piping was blocked, making it impossible to recover the gas from the GSS, and the generated gas was discharged out of the system together with the UASB treated water.
[実施例4/比較例4]
UASB槽内温度が13℃であったため、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥(第1の濃縮汚泥)を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後UASB槽に供給していた(図1に示す有機性排水処理装置101の処理フロー:すなわち、図5に示す第3の開閉装置53は開、第4の開閉装置54は閉、第1の開閉装置51は開、第2の開閉装置52は閉、移送ポンプ61、移送ポンプ62はオン・オフ運転中、移送ポンプ63はオフ)。UASB槽内汚泥界面の許容値3.8mを超えたため、実施例4では、UASB槽内汚泥濃縮汚泥(第2の濃縮汚泥)の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水と混合後UASB槽に供給した(すなわち、第2の開閉装置52を開、移送ポンプ63をオン・オフ運転)。比較例4では図1の処理フローのままで処理を行った。
実験開始後30日目において、実施例4では、汚泥界面は3.8mから3.3mに低下し、発生ガス量157L/日で安定した。一方、比較例4では、汚泥界面は3.8mから4.5mに上昇し、UASB処理水に汚泥が流出し、処理水SS濃度が3000mg/L以上の高い数値となった。また同時にGSS部にスカムが溜まり発生ガス配管が閉塞し、GSSからのガス回収が不可能となり、発生ガスはUASB処理水と共に系外に排出されていた。
[Example 4 / Comparative Example 4]
Since the temperature inside the UASB tank was 13 ° C., the inflow raw water was solid-liquid separated, the concentrated sludge (first concentrated sludge) was acid-fermented, and the solid-liquid separated water and the acid fermentation treated water were mixed and supplied to the UASB tank. (Processing flow of the organic waste
On the 30th day after the start of the experiment, in Example 4, the sludge interface decreased from 3.8 m to 3.3 m and stabilized at a generated gas amount of 157 L / day. On the other hand, in Comparative Example 4, the sludge interface increased from 3.8 m to 4.5 m, the sludge flowed into the UASB treated water, and the treated water SS concentration was a high value of 3000 mg / L or more. At the same time, scum accumulated in the GSS section and the generated gas piping was blocked, making it impossible to recover the gas from the GSS, and the generated gas was discharged out of the system together with the UASB treated water.
1 低濃度有機性排水、下水
2 固液分離水
3 第1の濃縮汚泥
4、4’酸発酵処理水
5、5’混合槽出口水
6 メタン発酵処理水、UASB処理水
7 第2の濃縮汚泥
8 メタン回収槽処理水
10 固液分離装置
20 酸発酵槽
30 混合槽、分配槽
40 メタン発酵処理槽、UASB槽
41 GSS(気固液分離部)
42 汚泥床
50 制御装置
51 第1の開閉装置、バルブ
52 第2の開閉装置、バルブ
53 第3の開閉装置、バルブ
54 第4の開閉装置、バルブ
61 移送装置(第1の濃縮汚泥3の移送ポンプ、移送先:酸発酵槽20)
62 移送装置(酸発酵処理水4(4’)の移送ポンプ、移送先:混合槽30)
63 移送装置(第2の濃縮汚泥7の移送ポンプ、移送先:酸発酵槽20)
70 溶存メタン回収槽
101、101’、102、103 有機性排水処理装置
201 従来のメタン発酵処理装置
g1 メタンガス
g2 空気
g3 排ガス
g4 混合ガス
h1 UASB槽における有効水深(h1=h2+h3+h4)
h2 UASB槽の濃縮汚泥を酸発酵槽へ送る配管位置(有効水深5mの場合は通常1mとする。)
h2+h3 UASB槽内における限界汚泥界面高さ(h3=2.5〜3m、有効水深5mの場合)
h4 UASB槽の上部水面から限界汚泥界面までの距離(UASB槽上部水面から汚泥界面計を用いて測定した場合の実測値)
1 Low-concentration organic drainage,
4, 4 'acid fermentation treated water
5, 5 'mixing tank outlet water
6 Methane fermentation treated water, UASB treated water
7 Second
10 Solid-liquid separator
20 Acid fermenter
30 mixing tank,
42 Sludge bed
50
62 Transfer device (transfer pump for acid fermentation treated water 4 (4 ′), transfer destination: mixing tank 30)
63 Transfer device (transfer pump for second
70 Dissolved
h2 Pipe position for sending the concentrated sludge from the UASB tank to the acid fermentation tank (usually 1 m for an effective water depth of 5 m)
h2 + h3 Limit sludge interface height in UASB tank (when h3 = 2.5-3m, effective water depth 5m)
h4 Distance from the upper water surface of the UASB tank to the critical sludge interface (actual measurement when measured from the upper water surface of the UASB tank using a sludge interface meter)
Claims (6)
前記第1の濃縮汚泥を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽と;
前記固液分離水と前記酸発酵槽で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽と;
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽とを備える;
有機性排水処理装置。 A solid-liquid separation device for solid-liquid separation of low-concentration organic wastewater having a CODcr value of 1000 mg / L or less, and separating it into solid-liquid separation water and first concentrated sludge;
An acid fermentation tank that is subjected to an acid fermentation treatment of the first concentrated sludge and maintained at a predetermined temperature;
A mixing tank for mixing the solid-liquid separated water and the acid fermentation treated water treated in the acid fermentation tank and separating the fermentation gas contained in the mixed water;
A methane fermentation treatment tank for methane fermentation treatment of the mixing tank outlet water from which the fermentation gas has been separated;
Organic wastewater treatment equipment.
CODcr値が1000mg/L以下の低濃度有機性排水および前記酸発酵槽で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽と;
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理する、前記メタン発酵処理槽とを備える;
有機性排水処理装置。 An acid fermentation tank maintained at a predetermined temperature for acid fermentation treatment of the second concentrated sludge discharged from the methane fermentation treatment tank;
A mixing tank for mixing a low-concentration organic waste water having a CODcr value of 1000 mg / L or less and acid-fermented water treated in the acid fermentation tank, and separating the fermentation gas contained in the mixed water;
A methane fermentation treatment tank that performs methane fermentation treatment of the mixing tank outlet water from which the fermentation gas has been separated;
Organic wastewater treatment equipment.
前記第1の濃縮汚泥を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と;
前記固液分離水と前記酸発酵工程で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と;
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える;
有機性排水処理方法。 A separation step in which a low-concentration organic wastewater having a CODcr value of 1000 mg / L or less is subjected to solid-liquid separation, and separated into solid-liquid separation water and first concentrated sludge;
An acid fermentation process in which the first concentrated sludge is subjected to an acid fermentation treatment at a predetermined temperature;
A mixing step of mixing the solid-liquid separated water and the acid fermentation treated water treated in the acid fermentation step, and separating the fermentation gas contained in the mixed water;
A methane fermentation treatment step of subjecting the mixing tank outlet water from which the fermentation gas has been separated to methane fermentation treatment;
Organic wastewater treatment method.
CODcr値が1000mg/L以下の低濃度有機性排水および前記酸発酵工程で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と;
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理する前記メタン発酵処理工程とを備える;
有機性排水処理方法。 An acid fermentation step of subjecting the second concentrated sludge discharged from the methane fermentation treatment step to an acid fermentation treatment at a predetermined temperature;
A mixing step of mixing a low-concentration organic waste water having a CODcr value of 1000 mg / L or less and acid-fermented water treated in the acid fermentation step, and separating the fermentation gas contained in the mixed water;
The methane fermentation treatment step of subjecting the mixing tank outlet water from which the fermentation gas has been separated to methane fermentation treatment;
Organic wastewater treatment method.
前記メタン発酵処理槽から排出された第2の濃縮汚泥を前記酸発酵槽に移送する流路に、流路を開閉する第2の開閉装置と;
前記メタン発酵槽内の温度を計測する温度測定装置と;
前記メタン発酵槽内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備え;
前記温度測定装置と前記高さ測定装置の測定値に基づいて、前記第1の開閉装置と前記第2の開閉装置を開閉する;
請求項1に記載の有機性排水処理装置。 A first opening / closing device that opens and closes the flow path to a flow path for transferring the first concentrated sludge separated by the solid-liquid separator to the acid fermentation tank;
A second opening / closing device for opening and closing the flow path in a flow path for transferring the second concentrated sludge discharged from the methane fermentation treatment tank to the acid fermentation tank;
A temperature measuring device for measuring the temperature in the methane fermentation tank;
A height measuring device for measuring the height of the sludge interface in the methane fermentation tank;
Opening and closing the first switchgear and the second switchgear based on the measured values of the temperature measuring device and the height measuring device;
The organic waste water treatment apparatus according to claim 1.
前記メタン発酵処理工程での処理温度と、前記メタン発酵処理工程での汚泥界面の高さに基づいて、前記第1の濃縮汚泥または前記第2の濃縮汚泥を前記酸発酵工程へ移送する工程を備える;
請求項3に記載の有機性排水処理方法。 An acid fermentation step of subjecting the second concentrated sludge discharged from the methane fermentation treatment step to an acid fermentation treatment at a predetermined temperature;
A step of transferring the first concentrated sludge or the second concentrated sludge to the acid fermentation step based on the treatment temperature in the methane fermentation treatment step and the height of the sludge interface in the methane fermentation treatment step. Prepare;
The organic waste water treatment method according to claim 3.
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