JP2015128740A - 有機排水の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水であってもＵＡＳＢ反応容器を用いて安定的にバイオガスを安価に生成できる有機排水の処理方法および装置を提供すること。
【解決手段】二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水を、グラニュールを用いる高速メタン発酵プロセスによって、メタン発酵処理してバイオガスを生成する有機排水の処理方法であって、二酸化炭素を含有するガスを、有機排水に接触させて、二酸化炭素を含有するガス中の二酸化炭素により析出物を生成する析出工程と、析出工程で析出した固形物を分離する固液分離工程と、固液分離工程で得られた排水をメタン発酵処理するメタン発酵工程とを順に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水を、グラニュールを用いる高速メタン発酵プロセスによって、メタン発酵処理してバイオガスを生成する有機排水の処理方法および装置に関する。

高濃度の有機排水を効率よく処理する方法として、グラニュールを用いる高速メタン発酵プロセス（以下ＵＡＳＢと称する）で処理することが行われている。このプロセスでは、下部に嫌気性菌（ＵＡＳＢ菌）を主体とする汚泥のグラニュールを充填されるスラッジベッドを備えるとともに、有機排水を供給する供給部を備える反応容器からなり、導入される有機排水の上向流が形成されるとともに、内部の有機排水の循環を促し、流動するグラニュールにより有機物をメタン発酵するメタン発酵工程が行われる構成となっている（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１２−１３５７３４号公報

上記構成において、汚泥のグラニュールは、ＵＡＳＢ菌の集合したもので、有機排水を取り込み、その有機排水に含まれる有機物を生分解してガス化するとともにＵＡＳＢ菌自体も生育することで、前記反応容器内のバランスを維持するものであるが、前記有機排水に二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質が高濃度に含まれる場合、前記グラニュール内部に析出物が蓄積されるとともに、ＵＡＳＢ菌の生育が阻害され、次第にグラニュール量が減少するとともに、有機排水の処理能力が低下し、バイオガスの生産量が低下することがある。

前記析出物としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが主な成分になるので、前記析出物をあらかじめ析出除去するために、前記有機排水に炭酸ナトリウムを添加して、反応容器に導入される排水中の二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質濃度を低下させておくことが考えられる。

しかし、炭酸ナトリウムは高価であり、定常的に添加剤として用いることになると、有機排水の処理に要する運転費が嵩むという問題があった。

したがって、本発明は上記実状に鑑み、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水であってもＵＡＳＢ反応容器を用いて安定的にバイオガスを安価に生成できる有機排水の処理方法および装置を提供することを目的とする。

〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の有機排水の処理方法は、
二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水を、グラニュールを用いる高速メタン発酵プロセスによって、メタン発酵処理してバイオガスを生成する有機排水の処理方法であって、
二酸化炭素を含有するガスを、前記有機排水に接触させて、前記二酸化炭素を含有するガス中の二酸化炭素により析出物を生成する析出工程と、
前記析出工程で析出した固形物を分離する固液分離工程と、
前記固液分離工程で得られた排水をメタン発酵処理するメタン発酵工程とを
順に行うことを特徴とする。

〔作用効果１〕
上記構成によると、二酸化炭素を含有するガスを、前記有機排水に接触させて、前記二酸化炭素を含有するガス中の二酸化炭素により析出物を生成する析出工程を行うことで、メタン発酵プロセスを行う有機排水中の二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を、析出工程により析出させて、固液分離工程により前記有機排水中から除去できる。
二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水としては、製紙工場の排水や乳製品工場の排水等が挙げられる。なお、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質の濃度は、有機排水の総硬度として、５００ｍｇ／Ｌ（Ｃａ濃度２００ｍｇ／Ｌ相当）以上で十分高く、一般には総硬度２５０ｍｇ／Ｌ（Ｃａ濃度１００ｍｇ／Ｌ相当）以上であれば、高濃度に含有するものと考えられる。
二酸化炭素は、ガスエンジン等から発生する燃焼排ガスや、メタン発酵により発生するバイオガスとして安価に提供することができ、ガスとして有機排水と気液接触させるだけで効率よく析出させることができるので、炭酸ナトリウムを添加して析出させるのに比べて極めて簡便かつ安価に析出工程を行える。

固液分離工程を経て、有機排水中の二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質濃度を低下させたのち前記固液分離工程で得られた排水をメタン発酵処理するメタン発酵工程を行うと、前記メタン発酵工程においては、グラニュールに析出物が蓄積されてＵＡＳＢ菌の生育が阻害されるのを抑制できるから、効率の良いメタン発酵を長期にわたって安定的に行えるようになる。

〔構成２〕
上記構成において、前記二酸化炭素を含有するガスがバイオガスおよび燃焼排ガスから選ばれる少なくとも一方を含むものとできる。

〔作用効果２〕
前記二酸化炭素を含有するガスをバイオガスとすると、前記バイオガスとしてメタン発酵工程において発生したものを用いることができるから、別途ガス供給源を確保することなく簡便に二酸化炭素を含有するガスを調達することができ、メタン発酵工程における効率の良いメタン発酵に寄与できる。また、この場合、二酸化炭素は常温で発生することになり、処理対象の有機排水の加温が不要又は冷却が必要な場合に好都合である。なお、バイオガス中には２０％〜４０％（体積）の二酸化炭素を含有しており、析出工程において必要となる二酸化炭素を効率よく供給できる。

一方前記二酸化炭素を含有するガスを燃焼排ガスとすると、通常廃棄されるだけの燃焼排ガスを有効利用して析出工程を行うことができ、メタン発酵工程における効率の良いメタン発酵に寄与できるので好適であるとともに、処理対象の有機排水を加熱状態でメタン発酵工程に供したい場合には、燃焼排ガスの保有熱も併せて有機排水の加熱に有効利用できるので、好都合である。なお、燃焼排ガス中には３％〜１５％（体積）の二酸化炭素を含有しており、析出工程において必要となる二酸化炭素を効率よく供給できる。

〔構成３〕
上記構成において、前記二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質がカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンから選ばれる少なくとも一方を主成分とするものとできる。

〔作用効果３〕
たとえば、製紙工場の排水や乳製品工場の排水には、高濃度のカルシウムイオンが含まれており、このような排水を処理するような場合に、カルシウムイオンによるメタン発酵効率低下を抑制して効率の良い有機排水処理が行えるようになる。
また、酸性度の調整に水酸化マグネシウムを用いた後の工場排水などにはマグネシウムイオンが高濃度に含まれており、上記のカルシウムイオンと同様の事情がある。

〔構成４〕
また、前記析出工程の前に、前記有機排水のｐＨを９〜１４の範囲に調整するｐＨ調整工程を行うことが好ましい。

〔作用効果４〕
析出工程を行う際に、二酸化炭素を含有するガスを有機排水に接触させるが、この際、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムはｐＨが低いほど溶解度が高くなるため、これらの物質が十分に析出する条件に維持することが好ましい。そこで、有機排水のｐＨを９〜１４の範囲に調整すると、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの溶解度が十分に低いので好ましい。この条件は、少なくともアルカリ条件（ｐＨ９以上）であれば、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムが析出する条件であり、ｐＨが高いほど析出しやすいが、ｐＨを高めるために必要となるアルカリの費用対効果を鑑みてｐＨ９〜１４が好ましく、ｐＨ９〜１０がさらに好ましい。

〔構成５〕
また、バイオガス中の硫化水素を除去する脱硫工程を行ってもよい。

〔作用効果５〕
有機排水の性状は、場合によって硫黄分を高濃度に含んでいる場合があり、このような場合に、発生するバイオガス中に硫化水素等の硫黄含有ガスが含まれる場合がある。このようなガスは、配管を腐食したり悪臭を発したりするが、脱硫工程によってこのような弊害を抑制できる。なお、二酸化炭素を含有するガスとしてバイオガスを用いるような場合には、特に、硫黄分がメタン発酵工程に再循環されてしまうために、メタン発酵に対する悪影響も懸念されるので特に好ましい形態となる。

〔構成６〕
また、前記有機排水を、前記二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質がカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンから選ばれる少なくとも一方を主成分とするものであり、総硬度換算で５００mg/L以上含むものとしてあってもよい。

〔作用効果６〕
有機排水の総硬度が高い場合、カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンから選ばれる少なくとも一方を主成分とする、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質をより多く含んでいるので、特に析出工程により析出物を析出させて、固液分離することにより、総硬度を大きく低下させることができ、これらの物質を総硬度換算で５００mg/L以上含むような、従来メタン発酵効率が低く、メタン発酵を適用することができなかった排水であっても、効率よくメタン発酵できるようになり、バイオガス化できる。

〔構成７〕
また、前記固液分離工程で得られ、メタン発酵工程に供される排水の、前記二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質の含有量を、総硬度換算で２５０ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることが好ましい。

〔作用効果７〕
前記固液分離工程で得られた排水は、総硬度を低くするほど二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を、より低減できるので、メタン発酵工程においては、グラニュールに析出物が蓄積されてＵＡＳＢ菌の生育が阻害されるのを抑制できる。そこで、析出工程により固液分離工程で得られた排水の総硬度が２５０ｍｇ／Ｌ以下になるまで析出物を生成させれば、メタン発酵工程においてグラニュール内部に析出物が蓄積されてしまうおそれを十分に低減し、良好なメタン発酵を継続できるようになる。

なお、さらに好ましくは、固液分離工程で得られた排水の総硬度を１５０ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることが好ましく、この場合、さらに安定したメタン発酵が行える。

〔構成８〕
また、前記固液分離工程において、凝集剤を添加してもよい。

〔作用効果８〕
固液分離工程を行う際に、析出工程により析出した析出物が、微細粒子であるような場合には、固液分離が困難となっている場合がある。このような場合や、より固液分離を円滑に行いたい場合に、析出物をより固液分離しやすくするために、凝集剤を添加できる。本発明においても、二酸化炭素と反応して生成する析出物は微細粒子になる傾向がみられるものの、凝集剤を添加すると、析出物が凝集して大粒径になるので、固液分離を容易にするとともに、分離困難な析出物まで固液分離除去できるので、固液分離効率が向上し、グラニュールに析出物が蓄積されるおそれをより一層低減できる。

ここで、用いられる凝集剤としては、無機系凝集剤として、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド、塩化第2鉄、ポリ硫酸第２鉄等が挙げられ、有機系高分子凝集剤として、ポリアクリルアミド等のアニオン系凝集剤が好適に用いられる。

〔構成９〕
また、前記固液分離工程を加圧浮上分離法により行ってもよい。

析出工程により析出した析出物が、比重の小さな（水に近い）微細粒子となるような場合、その粒子が、有機排水に分散した状態で強制的に沈殿させることが困難な場合がある。このような場合、析出物を浮上分離により分離することが有効である。本発明においても、二酸化炭素と反応して生成する析出物は微細粒子になる傾向がみられるが、加圧浮上分離を行うことにより効率的に析出物の粒子を浮上させ水面付近で気泡とともに凝集させて容易に分離除去できるようになる。

なお、加圧浮上分離とは、処理対象の排水中に、加圧条件下でガスが飽和溶解された飽和加圧水を吹き込むと、飽和加圧水中の溶解ガスが、圧力解放されることによって多数の微細気泡となり、排水中の浮遊固形成分に付着し、その浮遊固形成分を低比重にすることで比重分離を促進する浮上分離方法をさすものである。このような固液分離工程を行う場合、沈殿分離法、濾過分離法等、その他一般的な分離方法を行う場合に比べて、コンパクトな装置構成を採用できるとともに、固液分離された固形成分の含水率を低くできるので、固形成分の後処理が容易であるという利点がある。

〔構成１０〕
また、本発明の有機排水の処理装置の特徴構成は、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水に、二酸化炭素を含有するガスを接触させて析出物を生成する析出部を備え、
前記析出部で析出した析出物を固液分離する固液分離部を備え、
前記固液分離部で得られた有機排水をメタン発酵処理するメタン発酵部を備えた点にある。

〔作用効果１０〕
上記構成によると、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水に、二酸化炭素を含有するガスを接触させて析出物を生成する析出部を備えるから、有機排水に含まれる二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質に、二酸化炭素を含有するガスを供給して、析出部で析出物として析出させることができる。また、固液分離部を備えるから析出部で析出した析出物は固液分離部において有機排水から分離除去される。析出物が分離除去された有機排水は、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質の濃度が低減されている。この有機排水をメタン発酵処理すると、メタン発酵処理においては、グラニュールに析出物が蓄積されてＵＡＳＢ菌の生育が阻害されるのを抑制できるから、効率の良いメタン発酵を長期にわたって安定的に行えるようになる。

前記二酸化炭素を含有するガスとしては、たとえば、ガスエンジン等から発生する燃焼排ガスや、メタン発酵により発生するバイオガスとして安価に提供することができ、ガスとして有機排水と気液接触させるだけで効率よく析出させることができるので、炭酸ナトリウムを添加して析出させるのに比べて極めて簡便かつ安価に析出を行える。

〔構成１１〕
また、前記二酸化炭素を含有するガスが少なくとも燃焼排ガスを含有するものとし、前記析出部に燃焼排ガスを導入して前記有機排水と気液接触させる気液接触部を設けてあってもよい。

〔作用効果１１〕
前記析出部として、二酸化炭素を含有するガスとして燃焼排ガスを含有するものを用いた場合に、燃焼排ガスを導入して前記有機排水と気液接触させる気液接触部を設けることによって、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水に、二酸化炭素を含有するガスを接触させることができる。したがって、適正な二酸化炭素を含有するガスの供給量で、効率よく析出物を生成させることができる。

〔構成１２〕
また、前記二酸化炭素を含有するガスが少なくともバイオガスを含有するものとし、前記メタン発酵部で生成したバイオガスを前記析出部に返送する返送路を設け、前記バイオガスを前記有機排水と気液接触させる気液接触部を設けてあってもよい。

〔作用効果１２〕
前記析出部として、二酸化炭素を含有するガスとして、バイオガスを含有するものを用いる場合、メタン発酵部で生成したバイオガスを前記析出部に返送する返送路を設けることによって、メタン発酵部で生成したバイオガス中に含まれる二酸化炭素を用いて析出を行うことができる。そして、バイオガスを前記有機排水と気液接触させる気液接触部を設けてあれば、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水に、二酸化炭素を含有するガスを接触させることができる。したがって、適正な二酸化炭素を含有するガスの供給量で、効率よく析出物を生成させることができる。

〔構成１３〕
また、前記バイオガスの返送路にバイオガス中の硫化水素を除去する脱硫部を設けてもよい。

〔作用効果１３〕
前述のように、バイオガス中に硫化水素等の硫黄含有ガスが含まれる場合がある。このような場合、返送路を通じて硫黄分がメタン発酵工程に再循環されてしまうために、メタン発酵に対する悪影響も懸念されるが、脱硫部を設けて硫黄含有ガスを除去すれば、メタン発酵を良好な条件に維持して行えるとともに、配管腐食、悪臭といった問題も抑制できることとなる。

〔構成１４〕
また、前記析出部に供給される有機排水をｐＨ調整するｐＨ調整部を備えてもよい。

〔作用効果１４〕
前述のように、析出を行う際に、有機排水の液性を炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの析出しやすい条件に維持することが好ましい。そこで、ｐＨ調整部を備えることにより、有機排水のｐＨを適正な範囲に調整できるようになり、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムが析出しやすくなるので好ましい。

〔構成１５〕
また、前記固液分離部に凝集剤添加部を設けてもよい。

〔作用効果１５〕
前述のように、固液分離を行う際に、析出部で析出した析出物が、微細粒子であるために、固液分離が困難となっている場合がある。このような場合、凝集剤を添加すると、二酸化炭素と反応して生成する析出物が凝集して大粒径になるので、固液分離を容易にするとともに、分離困難な析出物まで固液分離除去できる。また、固液分離効率が向上し、グラニュールに析出物が蓄積されるおそれをより一層低減できる。

〔構成１６〕
前記固液分離部にガスが飽和溶解された飽和加圧水を供給する飽和加圧水供給部を設けてもよい。

〔作用効果１６〕
前記固液分離部にガスが飽和溶解された飽和加圧水を供給する飽和加圧水供給部を設けてあれば、前記固液分離部において加圧浮上分離法による固液分離が行えることになる。加圧浮上分離を行うことにより効率的に析出物の粒子を浮上させ水面付近で気泡とともに凝集させて容易に分離除去できるようになる。

したがって、メタン発酵工程において、グラニュールに析出物が蓄積されてＵＡＳＢ菌の生育が阻害されるのを抑制できるから、効率の良いメタン発酵を長期にわたって安定的に行えるようになった。

有機排水の処理方法および装置のフローを示す概略図

以下に、本発明の有機排水の処理方法および装置を説明する。なお、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

〔有機排水の処理装置〕
有機排水の処理装置は、図１に示すように、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水ａに、二酸化炭素を含有するガスｂ１、ｂ２を接触させて析出物を生成する析出部１を備え、
前記析出部１で析出した析出物ｃを固液分離する固液分離部２を備え、
前記固液分離部２で得られた有機排水ａをメタン発酵処理するメタン発酵部３を備える。
また、前記析出部１に供給される有機排水ａをｐＨ調整するｐＨ調整部４を備える。
有機排水ａとしては、たとえば、総硬度が７５０〜２５００ｍｇ／Ｌ程度で、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質としてのカルシウムイオンを含有する製紙工場排水が対象であり、以下この排水を処理する場合を例に具体的に説明する。

〔ｐＨ調整部〕
有機排水ａは、有機排水貯留部５に一旦貯留され、定量的にｐＨ調整部４に供給される。
ｐＨ調整部４は、前記有機排水ａを受け入れる受入部４１を備えた反応槽４０に、ｐＨ調整剤ｄとしての水酸化ナトリウムを投入するアルカリ投入部４２を備えてなり、投入されたｐＨ調整剤ｄによりｐＨ調整工程が行われ、たとえばｐＨ９．３に調整された有機排水ａは、排水部４３より排出される構成となっている。なお、排水される有機排水ａのｐＨは、ｐＨメータにより監視され、ｐＨ値に応じた量のｐＨ調整剤ｄがアルカリ投入部４２より投入されるように制御される。
ｐＨ調整剤ｄとしては、一般的に水酸化ナトリウムが安価な強アルカリとして好適に用いられるが、その他アルカリで、たとえば水酸化カリウム、等、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を含まないものであれば、同様に用いることができる。

〔析出部〕
前記ｐＨ調整部４から排水されたｐＨ調整された有機排水ａは、析出部１に流入する。析出部１は、ｐＨ調整された有機排水ａを受け入れて散布する散布部１１を備えた気液接触槽１０に、二酸化炭素を含有するガス（ＣＯ₂）としてのガスエンジン等の燃焼機関から供給される燃焼排ガスｂ１を流通させる排ガス供給部１２および後述のバイオガス返送路３６から供給されるバイオガスｂ２を流通させるバイオガス供給部１３を設けてなる気液接触部１４を設けて析出工程を行う構成するとともに、気液接触して燃焼排ガス中の二酸化炭素と接触した有機排水ａを排水する排水部１５および反応済みの燃焼排ガスｂ１およびバイオガスｂ２を排気する排気部１６を備える。これにより、析出部１では有機排水ａと燃焼排ガスｂ１、バイオガスｂ２に含まれる二酸化炭素との効率的な接触が図られ、有機排水ａ中に含まれるカルシウムイオンが二酸化炭素と反応して、析出物ｃである不溶性の炭酸カルシウムとして析出させられる構成となっている。

〔固液分離部〕
前記析出部１から排水された析出物ｃを含む有機排水ａは、固液分離部２に流入する。固液分離部２は、析出物ｃを含む有機排水ａを受け入れる受入部２１を備える固液分離槽２０に、加圧条件下でガスが飽和溶解された飽和加圧水ｆを供給する飽和加圧水供給部２２を設け、有機排水ａに凝集剤ｅとしてたとえばＰＡＣを添加する凝集剤添加部２３を設け、固液分離部２より受け入れた有機排水ａに含まれる析出物ｃを、凝集剤ｅにより凝集させるとともに、析出物ｃの凝集した有機排水ａに飽和加圧水ｆを供給して、前記析出物ｃを加圧浮上分離する固液分離工程を行う構成としてある。また、加圧浮上分離された析出物ｃを排出する排出部２４を備えるとともに、析出物ｃの分離除去された有機排水ａを排水する排水部２５を備える。これにより固液分離部２では、前記飽和加圧水ｆが常圧下に放出されて発生した気泡が析出物ｃに付着して浮上分離が行われ、浮上分離された析出物ｃが排出部２４より除去されるとともに、析出物ｃの分離除去された有機排水ａが排水部２５より排水される構成としてある。

〔メタン発酵部〕
前記メタン発酵部３は、析出物ｃの分離除去された有機排水ａを受け入れるＵＡＳＢ反応装置からなる。ＵＡＳＢ反応装置は、下部に嫌気性菌（ＵＡＳＢ菌）ｈを主体とする汚泥のグラニュールを充填されるスラッジベッド３１を備えるとともに、前記固液分離部２からの有機排水ａを供給する供給部３２を備える反応容器３０を備える。これにより、導入される有機排水ａの上向流が形成されるとともに、内部の有機排水ａの循環を促し、流動するグラニュールにより有機物をメタン発酵するメタン発酵工程が行われる。スラッジベッド３１の上部には、グラニュールの流失を防止するとともに処理済みの上澄である処理水および生成したバイオガスｂ２を上方に移流させる分離板３３を設けてある。分離板上方に移流した処理済みの処理水は、オーバーフロー部３４よりＵＡＳＢ反応槽外へ取出されるとともに、生成したメタンガスを含むバイオガスｂ２は、ガス回収部３５よりＵＡＳＢ反応装置外へ取出される構成となっている。ガス回収部３５より回収されるバイオガスｂ２は、バイオガス返送路３６を介して析出部１に供給される。

〔バイオガス返送路〕
前記バイオガス返送路３６には、メタン発酵部３において発生したバイオガス中に含まれる硫黄成分を脱硫触媒６１により除去可能にする脱硫部６が設けられ脱硫工程を行う構成としてある。脱硫部６は、たとえば、酸化鉄系の脱硫触媒６１を充填してなる脱硫器６０にバイオガスｂ２を流通自在に構成できる。このバイオガス返送路３６は、析出部１のバイオガス供給部１３に接続される。

〔参考例１〕
一般的な有機排水を模擬した有機排水として、ＣＯＤｃｒ濃度２６００ｍｇ／Ｌ、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質としてのＣａ濃度４８ｍｇ／Ｌ（換算される総硬度１２０ｍｇ／Ｌ相当）の排水を、直接ＵＡＳＢ反応装置で処理したところ、１か月にわたってＣＯＤｃｒ分解率８０％以上を継続し、１か月後のグラニュールの灰分濃度は８５％であった。すなわち、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質をあまり高濃度に含まない一般的な有機排水では、ＵＡＳＢ反応装置により長期にわたって安定した運転が可能であることがわかる

〔参考例２〕
二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水を模擬した有機排水として、ＣＯＤｃｒ濃度２６００ｍｇ／Ｌ、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質としてのＣａ濃度３３０ｍｇ／Ｌ（総硬度８２５ｍｇ／Ｌ相当）の排水を直接ＵＡＳＢ反応装置で処理したところ、２週間後にグラニュール表面の色が白っぽく変わっているのが認められた。グラニュールの灰分濃度を測定したところ、８６％であり、グラニュールの大部分が無機物におき代わっていることが判明した。すなわち、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水をＵＡＳＢ反応装置で処理する場合、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質がグラニュールに析出物が蓄積されてＵＡＳＢ菌の生育が阻害されることがわかる。したがって、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水を直接ＵＡＳＢ反応装置で処理した場合、継続的なメタン発酵処理は困難であることが明らかとなった。

〔参考例３〕
二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水を模擬した有機排水として、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質としてのＣａ濃度２５４ｍｇ／Ｌ（総硬度６３５ｍｇ／Ｌ相当）の排水に炭酸ナトリウムを１０００ｍｇ／ＬとＰＡＣを４００ｍｇ／Ｌ添加し、ｐＨを９．０にした後ろ過したところ、ろ液中のＣａ濃度は４６ｍｇ／Ｌとなった。すなわち、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水をＵＡＳＢ反応装置で処理する場合、ＵＡＳＢ反応装置におけるメタン発酵工程を行うに先立って、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を析出除去することによて継続的なメタン発酵処理が可能となることがわかり、ＵＡＳＢ反応装置におけるメタン発酵工程を行うに先立って、析出工程および固液分離工程を行い、有機排水の硬度を下げれば、継続的なメタン発酵処理が可能となり、さらに好ましくはｐＨ調整工程を行うことにより、参考例１と同様に継続的な運転が可能になることが分かった。

〔実施例〕
Ｃａ濃度３３２ｍｇ／Ｌ（総硬度８３０ｍｇ／Ｌ程度相当）の排水のｐＨを９．２に維持しながら、排水中にＣＯ２を２０％含むバイオガスを１５Ｌ通気させた。その後、析出物をろ過し、ろ液中のＣａ濃度を測定したところ５．６ｍｇ／Ｌ（総硬度１４ｍｇ／Ｌ相当）であった。すなわち、二酸化炭素を含有するガスを、前記有機排水に接触させて、前記二酸化炭素を含有するガス中の二酸化炭素により析出物を生成する析出工程を行うことにより、有機排水の硬度を下げ、継続的な運転が可能であることが示された。

〔別実施形態〕
（１）有機排水としては、製紙工場の排水や乳製品工場の排水等、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含むものを好適に取り扱うことができるが、二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質としては、カルシウムイオンの他マグネシウムイオンでも同様に処理できることは明らかである。

（２）二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質の濃度については、上記の参考例、実施例で用いた有機排水で、高濃度のものの例としてＣａ濃度３００ｍｇ／Ｌのものを用いたが、２５０ｍｇ／Ｌ以上であれば本発明の有機排水の処理方法を適用できることが推定できる。

（３）二酸化炭素を含有するガスとして、上記の例ではバイオガスと燃焼排ガスとを併用する例を示したが、いずれか一方のみでもよい。特にバイオガスのみを用いる場合、別途ガス供給源を確保することなく簡便に二酸化炭素を含有するガスを調達することができ、装置をよりコンパクトに構成できるとともに、安定して二酸化炭素含有ガスを確保しやすい。また逆に、燃焼排ガスを用いる場合、燃焼排ガスの排熱も利用できる可能性があり、有機排水を高温で処理したいような場合に特に好都合であり、十分量の二酸化炭素含有ガスを供給しやすい。

（４）有機排水のｐＨは、その有機排水の性状に応じて調整すればよく、中性〜酸性寄りの有機排水については、ｐＨ９以上に調整すればよいが、もともと強アルカリ性の有機排水についてはｐＨ調整工程（ｐＨ調整部）は不要とできる。なお、ｐＨ調整工程では、ｐＨを高めるために必要となるアルカリの費用対効果を鑑みてｐＨ９〜１４が好ましく、ｐＨ９〜１０がさらに好ましい。

（５）凝集剤としては、無機系凝集剤として、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド、塩化第2鉄、ポリ硫酸第2鉄等が挙げられ、有機系高分子凝集剤として、ポリアクリルアミド等のアニオン系凝集剤が好適に用いられる。また、これら凝集剤は、有機排水の性状に応じて選択し、使用量を最適化することが望ましい。

（６）固液分離工程は、加圧浮上分離としたが、膜分離、沈殿分離等、他の分離手段を採用できる。

本発明の有機排水の処理方法および装置は、従来メタン発酵が困難であった排水をメタン発酵して、有価物としてのバイオガスを生成するのに用いることができる。

１ ：析出部
１０ ：気液接触槽
１１ ：散布部
１２ ：排ガス供給部
１３ ：バイオガス供給部
１４ ：気液接触部
１５ ：排水部
１６ ：排気部
２ ：固液分離部
２０ ：固液分離槽
２１ ：受入部
２２ ：飽和加圧水供給部
２３ ：凝集剤添加部
２４ ：排出部
２５ ：排水部
３ ：メタン発酵部
３０ ：反応容器
３１ ：スラッジベッド
３２ ：供給部
３３ ：分離板
３４ ：オーバーフロー部
３５ ：ガス回収部
３６ ：バイオガス返送路
４ ：ｐＨ調整部
４０ ：反応槽
４１ ：受入部
４２ ：アルカリ投入部
４３ ：排水部
５ ：有機排水貯留部
６ ：脱硫部
６０ ：脱硫器
６１ ：脱硫触媒
ａ ：有機排水
ｂ１ ：燃焼排ガス
ｂ２ ：バイオガス
ｃ ：析出物
ｄ ：ｐＨ調整剤
ｅ ：凝集剤
ｆ ：飽和加圧水

Claims (16)

1. 二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水を、グラニュールを用いる高速メタン発酵プロセスによって、メタン発酵処理してバイオガスを生成する有機排水の処理方法であって、
   二酸化炭素を含有するガスを、前記有機排水に接触させて、前記二酸化炭素を含有するガス中の二酸化炭素により析出物を生成する析出工程と、
   前記析出工程で析出した固形物を分離する固液分離工程と、
   前記固液分離工程で得られた排水をメタン発酵処理するメタン発酵工程とを
   順に行う有機排水の処理方法。
2. 前記二酸化炭素を含有するガスがバイオガスおよび燃焼排ガスから選ばれる少なくとも一方を含むものである請求項１に記載の有機排水の処理方法。
3. 前記二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質がカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンから選ばれる少なくとも一方を主成分とするものである請求項１または２に記載の有機排水の処理方法。
4. 前記析出工程の前に、前記有機排水のｐＨを９〜１４の範囲に調整するｐＨ調整工程を行う請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機排水の処理方法。
5. バイオガス中の硫化水素を除去する脱硫工程を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機排水の処理方法。
6. 前記二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質がカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンから選ばれる少なくとも一方を主成分とするものであり、総硬度換算で５００mg/L以上含む有機排水である請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機排水の処理方法。
7. 前記固液分離工程で得られ、メタン発酵工程に供される排水の総硬度が２５０ｍｇ／Ｌ以下である請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機排水の処理方法。
8. 前記固液分離工程において、凝集剤を添加する請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機排水の処理方法。
9. 前記固液分離工程を加圧浮上分離法により行う請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機排水の処理方法。
10. 二酸化炭素と反応して析出物を生成する物質を高濃度に含む有機排水に、二酸化炭素を含有するガスを接触させて析出物を生成する析出部を備え、
    前記析出部で析出した析出物を固液分離する固液分離部を備え、
    前記固液分離部で得られた有機排水をメタン発酵処理するメタン発酵部を備えた有機排水の処理装置。
11. 前記二酸化炭素を含有するガスが少なくとも燃焼排ガスを含有するものであり、前記析出部に燃焼排ガスを導入して前記有機排水と気液接触させる気液接触部を設けてある請求項１０に記載の有機排水の処理装置。
12. 前記二酸化炭素を含有するガスが少なくともバイオガスを含有するものであり、前記メタン発酵部で生成したバイオガスを前記析出部に返送する返送路を設け、前記バイオガスを前記有機排水と気液接触させる気液接触部を設けてある請求項１０に記載の有機排水の処理装置。
13. 前記バイオガス返送路にバイオガス中の硫化水素を除去する脱硫部を設けた請求項１２に記載の有機排水の処理装置。
14. 前記析出部に供給される有機排水をｐＨ調整するｐＨ調整部を備えた請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の有機排水の処理装置。
15. 前記固液分離部に凝集剤添加部を設けた請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の有機排水の処理装置。
16. 前記固液分離部に加圧条件下でガスが飽和溶解された飽和加圧水を供給する飽和加圧水供給部を設けた請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の有機排水の処理装置。

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