JP2016221491A - 有機性排水の処理方法及び有機性排水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】余剰汚泥の減量化と共に、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能な有機性排水の処理方法及び処理装置を提供する。
【解決手段】沈殿槽１２において、懸濁物質含有排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離工程と、嫌気性生物処理槽１０において、担体の存在下で、前記処理水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理工程と、可溶化処理槽１４において、前記汚泥を可溶化処理する可溶化処理工程と、前記可溶化処理した可溶化汚泥を可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給する可溶化汚泥供給工程と、を備える有機性排水の処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、担体の存在下で、有機性排水を嫌気性で生物処理する有機性排水の処理方法および有機性排水の処理装置に関する。

下水や各種工場から排出される有機物を含有した排水の処理には、低コストで十分な処理が可能であることから微生物の代謝を用いた生物処理が多用されている。これらのうち、活性汚泥法や生物膜法に代表される好気性生物を用いた手法（好気処理）は比較的広い範囲の有機物濃度や有機物種に対応可能なこと、良好な処理水質が得られること等から、非常に幅広く利用されている。

しかし、好気処理では廃棄物となる多量の余剰汚泥が発生すること、酸素を供給する曝気に多くのエネルギーが必要となること等から、近年では嫌気性微生物を用いた嫌気処理が注目されている。嫌気処理ではエネルギーとして利用可能なメタンガスを回収できること、廃棄物となる微生物汚泥の発生量が少ないこと、曝気等が不要であり、必要となるエネルギーが少ないこと等が利点として挙げられる。

嫌気性処理としては、例えば、嫌気グラニュール汚泥を用いたＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）法やこれを改良したＥＧＳＢ（Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｇｌａｎｕｌａｒ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）法等があるが、これらの方法では、適用可能な有機物が比較的限られていることや、処理対象となる有機物濃度が比較的高くないと加温にかかるエネルギー消費が大きくなり、コスト的に優位性が得られなくなることや、処理水中に有機物が残存する場合が多く、好気性処理のような処理水質が得られない場合等の問題がある。

ところで、食品工場等から排出される有機性排水中には、懸濁物質が含まれることが多いが、嫌気処理においては、生物汚泥に懸濁物質等が付着し、生物汚泥が浮上したり、生物汚泥が解体して微細化したりして、処理水中に流出し、処理が不安定になる場合があった。そこで、前処理として、排水を固液分離処理し、懸濁物質を除去した後に、嫌気処理を実施する技術がある（例えば、特許文献１）。

また、嫌気処理に伴い発生した汚泥が嫌気処理後の処理水中に多く含まれる場合には、後処理として、嫌気処理後の処理水を固液分離処理し、汚泥を除去するのが一般的である。

特開平９−１３９７号公報

しかし、固液分離処理した汚泥の一部は余剰汚泥として系外に排出されるが、余剰汚泥の発生量が多量であると、その余剰汚泥の処分に多くの費用が掛かるという問題がある。

また、嫌気処理では、嫌気性微生物の生物学的作用により、排水中の有機物がメタンガスに分解されるが、このメタンガスは燃料等に利用することが可能であるため、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが望まれている。

そこで、本発明の目的は、余剰汚泥の減量化と共に、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能な有機性排水の処理方法及び処理装置を提供することにある。

本発明の有機性排水の処理方法は、担体の存在下で、有機性排水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理工程と、懸濁物質含有排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離工程と、前記汚泥を可溶化処理する可溶化処理工程と、前記可溶化処理した可溶化汚泥を前記嫌気性生物処理工程に供給する可溶化汚泥供給工程と、を備える。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記可溶化処理工程は、前記汚泥をアルカリ剤の添加により可溶化処理するアルカリ可溶化工程を含むことが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記可溶化処理工程は、前記汚泥を４０℃以上１００℃以下の範囲で加熱することにより可溶化処理する加熱可溶化工程を含むことが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記担体は繊維状担体又はゲル状担体を含むことが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程前の有機性排水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する前処理工程、及び前記嫌気性生物処理工程後の処理水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する後処理工程のうちの少なくともいずれか一方であることが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記嫌気性生物処理後の処理水を好気性生物処理する好気性生物処理工程を備えることが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程前の有機性排水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する前処理工程、及び前記好気性生物処理工程後の処理水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する後処理工程のうちの少なくともいずれか一方であることが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程後の処理水を生物処理し、該生物処理水を前記懸濁物質含有排水として、分離膜で固液分離する後処理工程であることが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程における有機性排水の処理系統とは別の処理系統に属していることが好ましい。

また、本発明の有機性排水の処理装置は、担体の存在下で、有機性排水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理手段と、懸濁物質含有排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離手段と、前記汚泥を可溶化処理する可溶化処理手段と、前記可溶化処理した可溶化汚泥を前記嫌気性生物処理手段に供給する可溶化汚泥供給手段と、を備える。

本発明によれば、余剰汚泥の減量化と共に、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。図１に示す処理装置１は、嫌気性生物処理手段としての嫌気性生物処理槽１０、固液分離手段としての沈殿槽１２、可溶化処理手段としての可溶化処理槽１４を備える。

図１に示す嫌気性生物処理槽１０は、繊維状やゲル状等の担体を固定して充填した固定床型の嫌気性生物処理槽、繊維状やゲル状等の担体を流動可能に充填した流動床型の嫌気性生物処理槽等である。

図１示す可溶化処理槽１４は、槽内の汚泥をアルカリ剤の添加により可溶化するものであり、アルカリ剤添加ライン１６、加熱装置１８を備えている。

図１に示す沈殿槽１２は、嫌気性生物処理槽１０の前段に設けられ、嫌気性生物処理槽１０に流入する前の有機性排水を懸濁物質含有排水として固液分離処理するものである。

図１に示す処理装置１は、排水ライン２０ａ，２０ｂ、処理水ライン２２、汚泥排出ライン２４、可溶化汚泥供給手段としての可溶化汚泥供給ライン２６を備えている。排水ライン２０ａは、沈殿槽１２の排水流入口に接続されている。また、排水ライン２０ｂの一端は、沈殿槽１２の排水出口に接続され、他端は嫌気性生物処理槽１０の排水入口に接続されている。また、処理水ライン２２は嫌気性生物処理槽１０の処理水出口に接続されている。また、汚泥排出ライン２４の一端は、沈殿槽１２の汚泥出口に接続され、他端は、可溶化処理槽１４の汚泥入口に接続されている。また、可溶化汚泥供給ライン２６の一端は、可溶化処理槽１４の汚泥出口に接続され、他端は排水ライン２０ｂに接続されている。なお、各ラインにポンプや弁等を設置して、各ラインを通る流体の流量を調整できるようにしてもよい。

本実施形態に係る処理装置１の動作の一例を説明する。

処理対象となる有機性排水は、例えば、食品加工工場排水、化学工場排水、半導体工場排水、機械工場排水、下水、し尿、河川水等の排水が挙げられ、排水中には、懸濁物質、生物分解性の有機物等が含まれている。

まず、有機性排水が、排水ライン２０ａから沈殿槽１２に導入される。沈殿槽１２においては、有機性排水中の懸濁物質が沈降して有機性排水から分離され、槽底部に汚泥として堆積する。沈殿槽１２に堆積した汚泥は、汚泥排出ライン２４から可溶化処理槽１４に供給される。この際、アルカリ剤添加ライン１６から水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が添加される。可溶化処理槽１４では、汚泥がアルカリ剤の添加により、汚泥を構成する微生物が分解され、低分子化された有機物となって可溶化される。可溶化処理では、汚泥の分解率の点等から、汚泥のｐＨが１１以上となるように、アルカリ剤を添加することが好ましい。また、可溶化処理では、汚泥の分解効率の点等から、加熱装置１８により汚泥を加熱することが好ましく、汚泥を４０℃以上１００℃以下の範囲で加熱することが好ましい。汚泥を可溶化処理することで、可溶化処理前の汚泥と比較して、汚泥の溶解性有機物濃度が上昇する。汚泥の溶解性有機物濃度は、５種Ｃのろ紙でろ過したのち、JIS K0102(2013)に規定された方法で測定したＣＯＤＣｒの測定値である。

可溶化処理槽１４で可溶化処理された汚泥（可溶化汚泥）は可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給される。また、沈殿槽１２で懸濁物質が除去された有機性排水は排水ライン２０ｂから嫌気性生物処理槽１０に供給される。嫌気性生物処理槽１０では、担体の存在下で、有機性排水及び可溶化汚泥が嫌気性生物処理される。より具体的には、担体に付着した嫌気性微生物の生物学的作用により、有機性排水中の有機物、及び可溶化汚泥がメタンガスや炭酸ガス等に分解される。嫌気処理された処理水は処理水ライン２２から系外へ排出される。

図１に示す処理装置１では、沈殿槽１２で固液分離された汚泥の少なくとも一部を可溶化処理し、その可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽１０に供給して分解しているため、沈殿槽１２から系外へ排出される余剰汚泥の減量化を図ることが可能となる。また、図１に示す処理装置１では、有機性排水中の有機物の分解によるメタンガスの発生に加え、可溶化汚泥の分解によるメタンガスの発生が起こるため、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能となる。なお、沈殿槽１２で固液分離した汚泥を可溶化処理することなく嫌気性生物処理槽１０に供給しても、可溶化処理していない汚泥は嫌気処理による分解率が可溶化処理した汚泥と比べて低いため、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることは困難である。また、有機性排水の嫌気処理に担体を用いているため、例えば以下の利点を有する。（１）グラニュールの形成が困難な条件下においても、槽内に汚泥を十分量保持することができる。有機成分の種類、濃度等によってはグラニュールが崩壊し、安定処理できない場合があるが、担体を用いることによって、排水の安定処理が可能となる。（２）グラニュールによる嫌気処理ではＳＳによるグラニュール間の目詰まりが懸念されるため、原水中の許容ＳＳ濃度を１５０ｍｇ／Ｌ以下とする必要があるが、担体を用いた嫌気処理では、原水中の許容ＳＳ濃度が１５０〜２００００ｍｇ／Ｌの範囲でも運転可能である。（３）担体は、グラニュールに比べて系内に保持されやすいため、高いＬＶの設定が可能となる。

図２は、本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。図２に示す処理装置２において図１に示す処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図２に示す処理装置２では、沈殿槽１２が、嫌気性生物処理槽１０の後段に設けられ、嫌気性生物処理槽１０で嫌気処理された処理水を懸濁物質含有水として固液分離処理する。

図２に示す処理装置２は、排水ライン２０、処理水ライン２２ａ，２２ｂ、汚泥排出ライン２４、可溶化汚泥供給ライン２６を備えている。排水ライン２０は、嫌気性生物処理槽１０の排水入口に接続されている。また、処理水ライン２２ａの一端は、嫌気性生物処理槽１０の処理水出口に接続され、他端は沈殿槽１２の処理水入口に接続されている。また、処理水ライン２２ｂは沈殿槽１２の処理水出口に接続されている。また、汚泥排出ライン２４の一端は、沈殿槽１２の汚泥出口に接続され、他端は、可溶化処理槽１４の汚泥入口に接続されている。また、可溶化汚泥供給ライン２６の一端は、可溶化処理槽１４の汚泥出口に接続され、他端は排水ライン２０に接続されている。

以下に、図２に示す処理装置２の動作の一例を説明する。

有機性排水が、排水ライン２０から嫌気性生物処理槽１０に導入される。嫌気性生物処理槽１０では、担体の存在下で、有機性排水が嫌気性生物処理される。嫌気処理された処理水は処理水ライン２２ａから排出される。この際、嫌気性生物処理槽１０内の懸濁物質も処理水と共に処理水ライン２２ａから排出される。嫌気処理された処理水は処理水ライン２２ａから沈殿槽１２に供給され、処理水中の懸濁物質が沈降して、槽底部に汚泥として堆積される。懸濁物質が除去された処理水は処理水ライン２２ｂから系外へ排出される。一方、沈殿槽１２の底部に堆積された汚泥は、汚泥排出ライン２４から可溶化処理槽１４に供給され、また、アルカリ剤添加ライン１６から水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が可溶化処理槽１４に添加され、汚泥の可溶化処理が行われる。可溶化汚泥は可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給され、前述の有機性排水と共に、担体の存在下で、嫌気性生物処理される。

図２に示す処理装置２では、沈殿槽１２で固液分離された汚泥の少なくとも一部を可溶化処理し、その可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽１０に供給して分解しているため、沈殿槽１２から系外へ排出される余剰汚泥の減量化を図ることが可能となる。また、図２に示す処理装置２では、有機性排水中の有機物の分解によるメタンガスの発生に加え、可溶化汚泥の分解によるメタンガスの発生が起こるため、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能となる。また、有機性排水の嫌気処理に担体を用いているため、例えば、前述の（１）〜（３）の利点を有する。

図３は、本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。図３に示す処理装置３において図１に示す処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図３に示す処理装置３は、嫌気性生物処理槽１０の後段に設けられる好気性生物処理槽２８を備えている。好気性生物処理槽２８は、散気装置３０を備えている。散気装置３０は、空気等の酸素含有気体を槽内に供給するものである。

図３に示す処理装置３は、排水ライン２０ａ，２０ｂ、処理水ライン２２ａ，２２ｂ、汚泥排出ライン２４、可溶化汚泥供給ライン２６を備えている。排水ライン２０ａは、沈殿槽１２の排水流入口に接続されている。また、排水ライン２０ｂの一端は、沈殿槽１２の排水出口に接続され、他端は嫌気性生物処理槽１０の排水入口に接続されている。処理水ライン２２ａの一端は、嫌気性生物処理槽１０の処理水出口に接続され、他端は好気性生物処理槽２８の処理水入口に接続されている。また、処理水ライン２２ｂは好気性生物処理槽２８の処理水出口に接続されている。また、汚泥排出ライン２４の一端は、沈殿槽１２の汚泥出口に接続され、他端は、可溶化処理槽１４の汚泥入口に接続されている。また、可溶化汚泥供給ライン２６の一端は、可溶化処理槽１４の汚泥出口に接続され、他端は排水ライン２０ｂに接続されている。

以下に、図３に示す処理装置３の動作の一例を説明する。

有機性排水が、排水ライン２０ａから沈殿槽１２に導入され、有機性排水中の懸濁物質が、槽底部に汚泥として堆積する。沈殿槽１２に堆積した汚泥は、汚泥排出ライン２４から可溶化処理槽１４に供給され、また、アルカリ剤添加ライン１６から水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が可溶化処理槽１４に添加される。可溶化処理槽１４では、汚泥がアルカリ剤の添加により、可溶化される。可溶化汚泥は可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給される。また、沈殿槽１２で懸濁物質が除去された有機性排水は排水ライン２０ｂから嫌気性生物処理槽１０に供給される。嫌気性生物処理槽１０では、担体の存在下で、有機性排水及び可溶化汚泥が嫌気性生物処理される。嫌気処理された処理水は槽内の懸濁物質と共に処理水ライン２２ａから好気性生物処理槽２８に供給される。好気性生物処理槽２８では、散気装置３０から供給される酸素含有気体により懸濁物質を含む処理水が曝気され、槽内の好気性微生物の生物学的作用で、処理水中に残存する有機物等が生物処理される。好気性生物処理槽２８で処理された処理水は、処理水ライン２２ｂから系外へ排出される。

図４は、本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。図４に示す処理装置４において図１に示す処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図４に示す処理装置４は、嫌気性生物処理槽１０の後段に設けられる好気性生物処理槽２８と、好気性生物処理槽２８の後段に設けられる沈殿槽１２と、を備えている。好気性生物処理槽２８は、空気等の酸素含有気体を槽内に供給する散気装置３０を備えている。沈殿槽１２は、好気性生物処理槽２８で好気処理された処理水を固液分離処理するものである。

図４に示す処理装置４は、排水ライン２０、処理水ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、汚泥排出ライン２４、可溶化汚泥供給ライン２６、汚泥返送ライン３２、余剰汚泥排出ライン３４を備えている。排水ライン２０は、嫌気性生物処理槽１０の排水入口に接続されている。また、処理水ライン２２ａの一端は、嫌気性生物処理槽１０の処理水出口に接続され、他端は好気性生物処理槽２８の処理水入口に接続されている。処理水ライン２２ｂの一端は、好気性生物処理槽２８の処理水出口に接続され、他端は、沈殿槽１２の処理水入口に接続されている。処理水ライン２２ｃは沈殿槽１２の処理水出口に接続されている。汚泥排出ライン２４の一端は沈殿槽１２の汚泥排出口に接続され、他端は可溶化処理槽１４の汚泥入口に接続されている。可溶化汚泥供給ライン２６の一端は、可溶化処理槽１４の汚泥排出口に接続され、他端は排水ライン２０に接続されている。汚泥返送ライン３２の一端は汚泥排出ライン２４に接続され、他端は処理水ライン２２ａに接続されている。また、余剰汚泥排出ライン３４は汚泥排出ライン２４に接続されている。

以下に、図４に示す処理装置４の動作の一例を説明する。

有機性排水が、排水ライン２０から嫌気性生物処理槽１０に導入される。嫌気性生物処理槽１０では、担体の存在下で、有機性排水が嫌気性生物処理される。嫌気処理された処理水は、槽内の懸濁物質と共に処理水ライン２２ａから好気性生物処理槽２８に供給される。好気性生物処理槽２８では、散気装置３０から供給される酸素含有気体により懸濁物質を含む処理水が曝気され、槽内の好気性微生物の生物学的作用で、処理水中に残存する有機物等が生物処理される。好気処理された処理水は、槽内の懸濁物質と共に処理水ライン２２ｂから沈殿槽１２に供給される。沈殿槽１２では、処理水中の懸濁物質が沈降して、槽底部に汚泥として堆積される。懸濁物質が除去された処理水は処理水ライン２２ｃから系外へ排出される。一方、沈殿槽１２の底部に堆積された汚泥は、汚泥排出ライン２４から可溶化処理槽１４に供給される。沈殿槽１２の底部に堆積された汚泥の全部を可溶化処理槽１４に供給してもよいし、汚泥の一部を可溶化処理槽１４に供給し、残部を汚泥返送ライン３２から好気性生物処理槽２８に供給したり、余剰汚泥排出ライン３４から系外へ排出したりしてもよい。可溶化処理槽１４では、アルカリ剤添加ライン１６からのアルカリ剤の添加により、汚泥の可溶化処理が行われる。可溶化汚泥は可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給され、前述の有機性排水と共に、担体の存在下で、嫌気性で生物処理される。

図３及び４に示す処理装置（３，４）では、嫌気性生物処理槽１０の後段に好気性生物処理を設けているため、嫌気性生物処理槽１０から排出される処理水中に残存する有機物や可溶化汚泥等を好気性生物処理により効率的に酸化分解することが可能となる。また、図３及び４に示す処理装置（３，４）においても、沈殿槽１２で固液分離された汚泥の少なくとも一部を可溶化処理し、その可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽１０に供給して分解しているため、沈殿槽１２から系外へ排出される余剰汚泥の減量化を図ることが可能となる。また、図３及び４に示す処理装置（３，４）でも、有機性排水中の有機物の分解によるメタンガスの発生に加え、可溶化汚泥の分解によるメタンガスの発生が起こるため、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能となる。また、有機性排水の嫌気処理に担体を用いているため、例えば、前述の（１）〜（３）の利点を有する。

図５は、本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。図５に示す処理装置５において図１に示す処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図５に示す処理装置５は、嫌気性生物処理槽１０の後段に設けられる好気性生物処理槽２８と、嫌気性生物処理槽１０の前段に設けられる沈殿槽１２ａと、好気性生物処理槽２８の後段に設けられる沈殿槽１２ｂと、を備えている。好気性生物処理槽２８は、空気等の酸素含有気体を槽内に供給する散気装置３０を備えている。沈殿槽１２ａは、嫌気性生物処理槽１０に流入する前の排水を固液分離処理するものである。沈殿槽１２ｂは、好気性生物処理槽２８で好気処理された処理水を固液分離処理するものである。

図５に示す処理装置５は、排水ライン２０ａ，２０ｂ、処理水ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、汚泥排出ライン２４ａ，２４ｂ、可溶化汚泥供給ライン２６、汚泥返送ライン３２、余剰汚泥排出ライン３４を備えている。排水ライン２０ａは、沈殿槽１２ａの排水入口に接続されている。排水ライン２０ｂの一端は、沈殿槽１２ａの排水出口に接続され、他端は嫌気性生物処理槽１０の排水入口に接続されている。また、処理水ライン２２ａの一端は、嫌気性生物処理槽１０の処理水出口に接続され、他端は好気性生物処理槽２８の処理水入口に接続されている。処理水ライン２２ｂの一端は、好気性生物処理槽２８の処理水出口に接続され、他端は、沈殿槽１２ｂの処理水入口に接続されている。処理水ライン２２ｃは沈殿槽１２ｂの処理水出口に接続されている。汚泥排出ライン２４ａの一端は沈殿槽１２ｂの汚泥排出口に接続され、他端は可溶化処理槽１４の汚泥入口に接続されている。汚泥排出ライン２４ｂの一端は沈殿槽１２ａの汚泥排出口に接続され、他端は汚泥排出ライン２４ａに接続されている。可溶化汚泥供給ライン２６の一端は、可溶化処理槽１４の汚泥排出口に接続され、他端は排水ライン２０ｂに接続されている。汚泥返送ライン３２の一端は汚泥排出ライン２４ａに接続され、他端は処理水ライン２２ａに接続されている。また、余剰汚泥排出ライン３４は汚泥排出ライン２４ａに接続されている。

以下に、図５に示す処理装置５の動作の一例を説明する。

有機性排水が、排水ライン２０ａから沈殿槽１２ａに導入され、有機性排水中の懸濁物質が、槽底部に汚泥として堆積される。沈殿槽１２ａに堆積した汚泥は、汚泥排出ライン２４ｂから可溶化処理槽１４に供給され、また、アルカリ剤添加ライン１６から水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が可溶化処理槽１４に添加される。可溶化処理槽１４では、汚泥がアルカリ剤の添加により、可溶化される。可溶化汚泥は可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給される。また、沈殿槽１２ａで懸濁物質が除去された有機性排水は排水ライン２０ｂから嫌気性生物処理槽１０に供給される。嫌気性生物処理槽１０では、担体の存在下で、有機性排水及び可溶化汚泥が嫌気性で生物処理される。嫌気処理された処理水は槽内の懸濁物質と共に処理水ライン２２ａから好気性生物処理槽２８に供給される。好気性生物処理槽２８では、散気装置３０から供給される酸素含有気体により懸濁物質を含む処理水が曝気され、槽内の好気性微生物の生物学的作用で、処理水中に残存する有機物や可溶化汚泥等が生物処理される。好気性生物処理槽２８で処理された処理水は、槽内の懸濁物質と共に処理水ライン２２ｂから沈殿槽１２ｂに供給される。沈殿槽１２ｂでは、処理水中の懸濁物質が沈降して、槽底部に汚泥として堆積される。懸濁物質が除去された処理水は処理水ライン２２ｃから系外へ排出される。一方、沈殿槽１２ｂの底部に堆積された汚泥は、汚泥排出ライン２４ａから可溶化処理槽１４に供給される。沈殿槽１２ｂの底部に堆積された汚泥の全部を可溶化処理槽１４に供給してもよいし、汚泥の一部を可溶化処理槽１４に供給し、残部を汚泥返送ライン３２から好気性生物処理槽２８に供給したり、余剰汚泥排出ライン３４から系外へ排出したりしてもよい。可溶化処理槽１４では、前述したように汚泥の可溶化処理が行われ、可溶化汚泥が可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給される。

図５に示す処理装置５においても、沈殿槽（１２ａ，１２ｂ）で固液分離された汚泥の少なくとも一部を可溶化処理し、その可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽１０に供給して分解しているため、沈殿槽（１２ａ，１２ｂ）から系外へ排出される余剰汚泥の減量化を図ることが可能となる。また、図５に示す処理装置５でも、有機性排水中の有機物の分解によるメタンガスの発生に加え、可溶化汚泥の分解によるメタンガスの発生が起こるため、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能となる。また、有機性排水の嫌気処理に担体を用いているため、例えば、前述の（１）〜（３）の利点を有する。

図６は、本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。図６に示す処理装置６において図１に示す処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図６に示す処理装置６は、嫌気性生物処理槽１０の後段に設けられる膜分離活性汚泥槽３６を備えている。膜分離活性汚泥槽３６は、空気等の酸素含有気体を槽内に供給する散気装置３０、分離膜モジュール３８を備えている。分離膜モジュール３８内には、分離膜が設けられている。

膜分離活性汚泥槽３６は、散気装置３０により排水を曝気しながら生物処理し、生物処理した処理水を分離膜により固液分離処理するものである。図６に示す膜分離活性汚泥槽３６は、分離膜モジュール３８を槽内に設置した槽内型であるが、これに制限されず、分離膜モジュール３８を槽外に設置した槽外型であってもよい。分離膜モジュール３８に設けられる分離膜は、従来から知られているもの等が使用されるが、設置面積を小さくすることが可能な点から、中空糸膜エレメントが望ましい。また、膜材質についても特に限定はないが、強度や薬品耐性に優れる点から、ポリフッ化ビニルデン多孔質膜やポリ塩化ビニル多孔質膜が望ましい。

図６に示す処理装置６は、排水ライン２０、処理水ライン２２ａ，２２ｂ、汚泥排出ライン２４、可溶化汚泥供給ライン２６を備えている。排水ライン２０は、嫌気性生物処理槽１０の排水入口に接続されている。また、処理水ライン２２ａの一端は、嫌気性生物処理槽１０の処理水出口に接続され、他端は膜分離活性汚泥槽３６の処理水入口に接続されている。また、処理水ライン２２ｂは、膜分離活性汚泥槽３６内に設置された分離膜モジュール３８の処理水出口に接続されている。また、汚泥排出ライン２４の一端は、膜分離活性汚泥槽３６内に配置され、他端は、可溶化処理槽１４の汚泥入口に接続されている。また、可溶化汚泥供給ライン２６の一端は、可溶化処理槽１４の汚泥出口に接続され、他端は排水ライン２０に接続されている。

以下に、図６に示す処理装置６の動作について説明する。

有機性排水が、排水ライン２０から嫌気性生物処理槽１０に導入される。嫌気性生物処理槽１０では、担体の存在下で、有機性排水が嫌気性生物処理される。嫌気処理された処理水は、槽内の懸濁物質と共に処理水ライン２２ａから膜分離活性汚泥槽３６に供給される。膜分離活性汚泥槽３６では、散気装置３０から供給される酸素含有気体により処理水が曝気され、槽内の好気性微生物の生物学的作用で、処理水中に残存する有機物等が生物処理される。生物処理された処理水は、分離膜モジュール３８に通水され、分離膜により懸濁物質が除去された処理水が、処理水ライン２２ｂから系外へ排出される。また、槽内の懸濁物質は汚泥として汚泥排出ライン２４から可溶化処理槽１４に供給される。可溶化処理槽１４では、アルカリ剤添加ライン１６からのアルカリ剤の添加等により、汚泥の可溶化処理が行われる。可溶化汚泥は可溶化汚泥供給ライン２６から嫌気性生物処理槽１０に供給され、前述の有機性排水と共に、担体の存在下で、嫌気性で生物処理される。

図６に示す処理装置６は、膜分離活性汚泥槽３６を備えているため、嫌気性生物処理槽１０から排出される処理水中に残存する有機物や可溶化汚泥等を効率的に酸化分解し、有機物濃度の低い清澄な水を系外へ排出することが可能となる。図６に示す処理装置６においても、膜分離活性汚泥槽３６で固液分離された汚泥の少なくとも一部を可溶化処理し、その可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽１０に供給して分解しているため、膜分離活性汚泥槽３６から系外へ排出される余剰汚泥の減量化を図ることが可能となる。また、図６に示す処理装置６でも、有機性排水中の有機物の分解によるメタンガスの発生に加え、可溶化汚泥の分解によるメタンガスの発生が起こるため、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが可能となる。また、有機性排水の嫌気処理に担体を用いているため、例えば、前述の（１）〜（３）の利点を有する。

図７は、本発明の他の実施形態に係る有機性排水の処理装置の概略構成図である。図７に示す処理装置７において図１に示す処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図７に示す処理装置７では、有機性排水を処理する第１処理系統に嫌気性生物処理槽１０が配置され、第１処理系統で処理する有機性排水とは別の有機性排水（例えば懸濁物質含有排水）を処理する第２処理系統に沈殿槽１２が設置されている。嫌気性生物処理槽１０の排水入口には第１排水ライン４０ａが接続され、処理水出口には第１処理水ライン４２ａが接続されている。また、沈殿槽１２の排水入口には第２排水ライン４０ｂが接続され、処理水出口には第２処理水ライン４２ｂが接続されている。また、汚泥排出ライン２４の一端が沈殿槽１２の汚泥排出口に接続され、他端が可溶化処理槽１４の汚泥入口に接続されている。また、可溶化汚泥供給ライン２６の一端は可溶化処理槽１４の汚泥出口に接続され、他端は第１排水ライン４０ａに接続されている。

以下に、図７に示す処理装置７の動作について説明する。

懸濁物質含有排水が、第２排水ライン４０ｂから沈殿槽１２に導入される。沈殿槽１２では、水中の懸濁物質が沈降して、槽底部に汚泥として堆積される。懸濁物質が除去された処理水は第２処理水ライン４２ｂから排出される。一方、沈殿槽１２の底部に堆積された汚泥は、汚泥排出ライン２４から可溶化処理槽１４に供給される。可溶化処理槽１４では、アルカリ剤添加ライン１６からのアルカリ剤の添加等により、汚泥の可溶化処理が行われる。可溶化汚泥は可溶化汚泥供給ライン２６を通り、第１排水ライン４０ａを通る有機性排水と共に嫌気性生物処理槽１０に供給される。嫌気性生物処理槽１０では、可溶化汚泥及び有機性排水が、担体の存在下で、嫌気性で生物処理される。嫌気処理された処理水は、第１処理水ライン４２ａから排出される。

図７に示す処理装置７のように、嫌気性生物処理槽１０が設置された処理系統とは別の処理系統に設置された沈殿槽１２から排出された汚泥を可溶化処理し、沈殿槽１２とは別の処理系統に設置された嫌気性生物処理槽１０に可溶化汚泥を供給しても良い。

以下に、本実施形態の有機性排水の処理条件について説明する。

本実施形態の嫌気性生物処理は、担体を固定して充填した固定床型、担体を流動可能に充填した流動床型等の嫌気性生物処理槽１０等により、有機性排水を担体の存在下で、嫌気性で生物処理する工程である。嫌気性生物処理槽１０の内部若しくは外部には、汚泥を分離するための分離膜モジュールを設置してもよい。嫌気性生物処理槽１０が流動床型の場合、ポンプによる水流や撹拌機等により担体を流動させ懸濁物質の蓄積を防ぐ機構や、ガスや水流による逆洗機構等を設けることが望ましい。

嫌気性生物処理槽１０には、可溶化処理槽１４から可溶化汚泥が供給されるため、例えば槽内の懸濁物質濃度が数千ｍｇ／Ｌ（例えば１０００〜２００００ｍｇ／Ｌの範囲）で運転される場合があるが、このような高濃度であっても、担体の存在により、懸濁物質の蓄積が抑えられ、効率的な生物処理が可能となる。なお、ＵＡＳＢやＥＧＳＢ等の一般的な嫌気性生物処理装置では、懸濁物質（汚泥等）による目詰まりにより、懸濁物質濃度を数千ｍｇ／Ｌの範囲で運転することは困難である。

担体としては、従来嫌気性生物処理で使用される担体であれば特に制限されるものではなく、例えば、プラスチック製担体、スポンジ状担体、繊維状担体、ゲル状担体等が挙げられる。これらの中では、微生物の付着性の点で、繊維状担体、ゲル状担体が好ましい。ゲル状担体としては、特に制限されるものではないが、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリウレタン等を含んでなる吸水性高分子ゲル状担体等が挙げられる。繊維状担体としては、特に制限されるものではないが、ポリエステル繊維担体、アクリル繊維担体等が挙げられる。担体の形状は、特に限定されるものではないが、０．５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の径の球状または立方体状（キューブ状）、長方体、円筒状等のものが好ましい。特に、３ｍｍ〜８ｍｍ程度の径の球状、または円筒状のゲル状担体が好ましい。担体の径が０．５ｍｍ未満の場合、担体と処理水を分離するスクリーン等のセパレータで目詰まりが生じやすくなる場合があり、担体の径が２０ｍｍを超えると、表面積が小さくなり処理速度が低下する場合がある。

嫌気性生物処理では、効率的な生物処理を実施する点等から、有機性排水のｐＨは６．０〜８．０の範囲が好ましく、７．０〜８．０の範囲がより好ましい。一般的に、嫌気性生物処理においては、酸発酵菌等により有機酸が生成し、排水ｐＨが酸性となり易い。したがって、上記ｐＨとなるように嫌気性生物処理槽１０にアルカリ剤等を添加することが好ましい。また、可溶化処理槽１４にてアルカリ剤添加による可溶化処理を実施している場合には、アルカリ性を示す可溶化汚泥が嫌気性生物処理槽１０に供給されるため、前述のアルカリ剤の使用量を削減することが可能となる。

嫌気性生物処理では、効率的な生物処理を実施する点等から、嫌気性生物処理槽１０に加熱装置等を設置して、有機性排水を加熱することが好ましく、有機性排水の温度を２０℃以上６０℃以下の範囲となるように加熱することがより好ましい。また、可溶化処理槽１４にて汚泥の加熱による可溶化処理を実施している場合には、加熱された可溶化汚泥が嫌気性生物処理槽１０に供給されるため、有機性排水の加熱に使用するエネルギーを削減することが可能となる。

本実施形態の固液分離は、図１等に示す沈殿槽１２等の固液分離装置により、濁物質含有排水を汚泥と処理水とに固液分離する工程である。固液分離工程では、固液分離を良好に行う等の観点から、凝集剤を用いてもよい。固液分離装置は、図１等に示す沈殿槽１２や図６に示す膜分離活性汚泥槽３６に限定されるものではなく、加圧浮上槽、膜分離装置、スクリーン等、従来公知の固液分離装置が挙げられる。

固液分離工程は、図１や図３に示す処理装置（１，３）のように、嫌気性生物処理工程で処理される前の有機性排水を懸濁物質含有水として固液分離する前処理工程でもよいし、図２に示す処理装置２のように、嫌気性生物処理工程で処理された処理水を懸濁物質含有水として固液分離する後処理工程でもよいし、それらの両方であってもよい。また、固液分離工程は、図３〜５に示す処理装置のように、嫌気性生物処理工程の後処理として、好気性生物処理工程を実施する場合、嫌気性生物処理工程前の有機性排水を懸濁物質含有水として固液分離する前処理工程でもよいし、好気性生物処理工程で処理された処理水を懸濁物質含有水として固液分離する後処理工程でもよいし、それらの両方であってもよい。さらに、固液分離工程は、図７に示す処理装置７のように、嫌気性生物処理工程による有機性排水の処理系統とは別の処理系統に属していてもよい。

本実施形態の可溶化処理は、アルカリ剤添加により汚泥を可溶化させるアルカリ可溶化法、汚泥を加熱して可溶化させる加熱可溶化法、超音波により汚泥を可溶化させる超音波可溶化法、機械撹拌により汚泥を可溶化させる方法、その他各種公知の可溶化法により、汚泥を可溶化させる工程である。上記これらの方法の中では、アルカリ可溶化法、加熱可溶化法又はこれらの組み合わせが好ましい。嫌気性生物処理槽１０内の酸発酵菌により有機酸が生成し、槽内のアルカリ度が低下すると、有機物等の処理効率が低下する場合があるが、アルカリ可溶化法により得られたアルカリ性の可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽１０に供給することで、槽内のアルカリ度の低下を抑制することが可能となる。また、嫌気性生物処理槽１０では、有機物等の処理効率の観点から、有機性排水を加熱することが望ましいが、加熱可溶化法により加熱された可溶化汚泥を供給することで、有機性排水の加熱の熱源として利用することが可能となる。

アルカリ可溶化法では、汚泥の可溶化、嫌気性生物処理槽１０へのアルカリ度の補給等の点から、汚泥のｐＨが１１以上となるようにアルカリ剤を添加することが好ましい。アルカリ剤としては特に制限されるものではなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。

加熱可溶化法では、汚泥の可溶化、嫌気性生物処理槽１０の熱源等の点から、汚泥を４０℃以上１００℃以下の範囲で加熱することが好ましい。汚泥を加熱する際の熱源は、ヒータや蒸気等が挙げられ、また、これらのエネルギー源としては嫌気性生物処理の際に発生したメタンを用いることが可能である。

可溶化処理工程における汚泥の可溶化時間は、可溶化方法によって異なるが、一般的には３０分以上とすることが好ましく、１時間以上とすることがより好ましい。可溶化された汚泥は、嫌気性生物処理槽１０に供給されるが、嫌気性生物処理槽１０に直接供給するほか、嫌気性生物処理槽１０の前段に原水槽等を設置する場合には、原水槽に供給した後、原水槽から嫌気性生物処理槽１０に供給してもよい。なお、原水槽に供給する場合には、可溶化汚泥が原水槽内に蓄積しないように撹拌装置を設置することが望ましい。

本実施形態の好気性生物処理は、例えば、好気性で生物処理を行う標準活性汚泥法、オキシデーションディッチ法、ステップ流入型多段活性汚泥法等、担体の存在下で、好気性で生物処理を行う方法等、従来公知の好気性生物処理である。好気性生物処理工程では、例えば槽内の汚泥濃度が１０００〜２００００ｍｇ／Ｌの範囲で運転されることが望ましい。また、好気性生物処理工程では、槽内のｐＨは、一般的な生物処理に適する６〜９の範囲に調整することが好ましく、６．５〜７．５の範囲に調整することがより好ましい。また、好気性生物処理工程では、槽内の溶存酸素（ＤＯ）は、一般的な生物処理に適する０．５ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上とすることがより好ましい。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、図４に示す処理装置を用いて、食品製造工場から排出された有機性排水の処理を行った。可溶化処理は、沈殿槽から引き抜いた汚泥に水酸化ナトリウムを添加し、汚泥のｐＨを１１．５とし、室温で６時間反応させた。可溶化処理後の汚泥のＣＯＤＣｒ及びＳＳ濃度を測定すると共に、可溶化処理後の汚泥を嫌気性生物処理槽に供給し、嫌気性生物処理を行い、メタン発生量を測定した。その結果を表１にまとめた。Ｔ−ＣＯＤＣｒおよびＳＳ濃度はJIS K0102(2013)に既定の方法で測定した値であり、Ｓ−ＣＯＤＣｒは５種Ｃのろ紙でろ過したのちにJIS K0102(2013)に既定の方法で測定した値であり、メタン発生量はバブルカウンターにより測定した値である。以下の実施例２及び比較例も同様である。

（実施例２）
実施例２では、図４に示す処理装置を用いて、食品製造工場から排出された有機性排水の処理を行った。可溶化処理は、沈殿槽から引き抜いた汚泥に水酸化ナトリウムを添加し、汚泥のｐＨを１１．５とし、汚泥を約５０℃となるように加熱し６時間反応させた。可溶化処理後の汚泥のＣＯＤＣｒ及びＳＳ濃度を測定すると共に、可溶化処理後の汚泥を嫌気性生物処理槽に供給し、嫌気性生物処理を行い、メタン発生量を測定した。その結果を表１にまとめた。

（比較例）
比較例では、実施例１で沈殿槽から引き抜いた汚泥に対して可溶化処理を実施せず、その汚泥のＣＯＤＣｒ及びＳＳ濃度を測定した。その後、該汚泥（可溶化処理をしていない汚泥）を嫌気性生物処理槽に供給して、嫌気性生物処理を行い、メタン発生量を測定した。その結果を表１にまとめた。

実施例１及び２の可溶化汚泥は、比較例の可溶化処理をしていない汚泥と比べて、有機物濃度の指標であるＴ−ＣＯＤＣｒ（ｍｇ／Ｌ）が高い値を示した。特に溶解性の有機物の指標であるＳ−ＣＯＤＣｒは、実施例１及び２の方が比較例と比べてより高い値を示した。すなわち、可溶化処理することで溶解性有機物の濃度が増加したと言える。また、可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽に供給した実施例１及び２は、可溶化処理をしていない汚泥を嫌気性生物処理槽に供給した比較例と比べて、嫌気性生物処理でのメタン発生量が４０％以上増加した。特に、アルカリ可溶化法及び加熱可溶化法を適用した実施例２は、アルカリ可溶化法のみを適用した実施例１と比較して、嫌気性生物処理でのメタン発生量がさらに増加した。

これらの結果より、固液分離した汚泥に対して可溶化処理を施し、その可溶化汚泥を嫌気性生物処理槽に供給して、嫌気処理を行うことにより、固液分離により発生した余剰汚泥量を減容化し、嫌気性生物処理におけるメタン発生量を増加させることができることが確認できた。

１〜７ 処理装置、１０ 嫌気性生物処理槽、１２，１２ａ，１２ｂ 沈殿槽、１４ 可溶化処理槽、１６ アルカリ剤添加ライン、１８ 加熱装置、２０，２０ａ，２０ｂ 排水ライン、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 処理水ライン、２４，２４ａ，２４ｂ 汚泥排出ライン、２６ 可溶化汚泥供給ライン、２８ 好気性生物処理槽、３０ 散気装置、３２ 汚泥返送ライン、３４ 余剰汚泥排出ライン、３６ 膜分離活性汚泥槽、３８ 分離膜モジュール、４０ａ 第１排水ライン、４０ｂ 第２排水ライン、４２ａ 第１処理水ライン、４２ｂ 第２処理水ライン。

Claims (10)

1. 担体の存在下で、有機性排水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理工程と、
   懸濁物質含有排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離工程と、
   前記汚泥を可溶化処理する可溶化処理工程と、
   前記可溶化処理した可溶化汚泥を前記嫌気性生物処理工程に供給する可溶化汚泥供給工程と、を備えることを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 前記可溶化処理工程は、前記汚泥をアルカリ剤の添加により可溶化処理するアルカリ可溶化工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
3. 前記可溶化処理工程は、前記汚泥を４０℃以上１００℃以下の範囲で加熱することにより可溶化処理する加熱可溶化工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性排水の処理方法。
4. 前記担体は繊維状担体又はゲル状担体を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
5. 前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程前の有機性排水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する前処理工程、及び前記嫌気性生物処理工程後の処理水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する後処理工程のうちの少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
6. 前記嫌気性生物処理後の処理水を好気性生物処理する好気性生物処理工程を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
7. 前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程前の有機性排水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する前処理工程、及び前記好気性生物処理工程後の処理水を前記懸濁物質含有排水として固液分離する後処理工程のうちの少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項６に記載の有機性排水の処理方法。
8. 前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程後の処理水を生物処理し、該生物処理水を前記懸濁物質含有排水として、分離膜で固液分離する後処理工程であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
9. 前記固液分離工程は、前記嫌気性生物処理工程における有機性排水の処理系統とは別の処理系統に属していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
10. 担体の存在下で、有機性排水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理手段と、
    懸濁物質含有排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離手段と、
    前記汚泥を可溶化処理する可溶化処理手段と、
    前記可溶化処理した可溶化汚泥を前記嫌気性生物処理手段に供給する可溶化汚泥供給手段と、を備えることを特徴とする有機性排水の処理装置。

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