JP2017029882A - 担体を利用した排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機物を含有する有機性排水を、担体を保持する反応槽に通水して該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、安定な運転立上げと処理を行うとともに、ランニングコストの抑制が可能となる処理方法を提供すること。
【解決手段】反応槽における金属塩の濃度を有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒ量を基準に規定するとともに、運転時期によって有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対する金属塩の濃度を変えることにより、安定な運転立上げと処理を行うとともに、ランニングコストを抑制する。
【選択図】なし

Description

本発明は有機性排水の処理方法に関する。

有機物を含有する有機性排水の処理方法として、メタンガスの回収および再利用が可能な嫌気処理方法は、広く産業排水の処理方法として用いられている。なかでも沈降性良好なグラニュールを形成し、有機性排水を上向流で通水し、高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ：上向流嫌気性スラッジブランケット）法は、特に中〜高濃度排水を処理する方法として発展してきた。また、このＵＡＳＢ法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いてさらに高流速で通水し、高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｇｒａｎｕｌａｒ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｅｄ：膨張粒状汚泥床）法も実用化されている。

また、固定床担体や流動床担体を使用する方法も用いられている。固定床担体は生物膜を保持する支持床を反応槽内部に固定し、その表面に生育する微生物を利用するものであり、流動床担体は比重や大きさを調整した担体を反応槽内部で流動させて、担体に微生物を増殖させて処理を行なうものである。

いずれの方法においても排水を効率的に嫌気性処理するためには、微生物の増殖と活性の維持が必要不可欠である。そのために、栄養素として金属塩の添加が行われているが、添加量が過剰となった場合、ランニングコストの増加や固形分の蓄積、処理水中に余分な金属塩が残存し処理が別途必要となるという問題がある。また、添加量が不足した場合、菌の活性が低下し、処理が安定しないという問題がある。

例えば特開平３−１６５８９５ではＢＯＤに対する金属塩の濃度について記載があるが、菌を増殖させる必要のある運転立上げ時では、低濃度であると立上げ速度が遅く目標とする容積負荷に到達するには長時間を要するということが本発明者の研究で分かった。

特開平３−１６５８９５号公報

本発明は有機物を含有する有機性排水を、担体を保持する反応槽に通水して該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽における金属塩の濃度を最適化することで安定な運転立上げと処理を行うとともに、添加量を抑えランニングコストの抑制が可能となる処理方法を提供することを課題とする。

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、反応槽における金属塩の濃度を有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒ量を基準に規定するとともに、運転時期によって有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対する金属塩の濃度を変えることで、上記課題を解決することができることを見出した。

本発明について、以下に具体的に説明する。

［１］有機物を含有する有機性排水を、担体を保持する反応槽に通水する有機性排水の処理方法において、有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対する前記反応槽における金属塩の濃度を、運転立上げ時よりも定常運転時に低くすることを特徴とする有機性排水の処理方法。

［２］前記有機性排水の処理方法が、嫌気処理方法である、請求項１に記載の有機性排水の処理方法。

［３］前記金属塩がＮｉを含む請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法。

［４］前記運転立上げ時のＮｉの濃度が、有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対して、Ｎｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから８０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒであることを特徴とする請求項３に記載の有機性排水の処理方法。

［５］前記定常運転時のＮｉの濃度が、前記運転立上げ時の濃度よりも低く、かつ有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対してＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝２．５×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから２０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒであることを特徴とする請求項３または４に記載の有機性排水の処理方法。

［６］前記担体がポリビニルアルコール系ゲル担体である、請求項１から５のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
発明の有機性排水の処理方法は、有機物を含有する有機性排水を、担体を保持する反応槽に通水して該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の運転立上げ時と定常運転時とで有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対する金属塩濃度を変えることを特徴とする。

前記運転立上げ時において前記定常運転時と比較してより高い金属塩濃度とすることで、短時間で安定な運転立上げが可能となる。

また、前記定常運転時において前記運転立上げ時よりも低い金属塩濃度とすることで、金属塩の添加量の削減が可能となる。

添加する金属塩を構成する金属成分としては、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｗ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｏなどが挙げられる。中でも、嫌気性微生物の増殖に必要な栄養素であるＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏを添加することが重要であり、さらにＮｉを添加することが特に重要である。

金属塩の形状は特に限定されるものではなく、金属の塩酸塩、硫酸塩などを溶液や粉末として使用することができるが、操作の簡便性の点で水溶液が好ましい。

金属塩の添加方法は特に限定されるものではなく、自動供給、手動供給などいずれの方法でも良い。また、供給回数にも制限は無い。

前記運転立上げ時のＮｉの濃度は、有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対してＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから８０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなるように添加し、好ましくはＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１５×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから５０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなるように添加する。

また、前記定常運転時のＮｉの濃度は、前記運転立上げ時の濃度よりも低く、かつ有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対してＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝２．５×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから２０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなるように添加する。

その他の金属成分の濃度としては、前記運転立上げ時では、Ｆｅの濃度は、有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対してＦｅ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１２０×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから８０００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｃｏの濃度はＣｏ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝２．５×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから８０×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなるように添加するが、好ましくはＦｅ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１０００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから４０００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｃｏ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１０×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから５０×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなるように添加する。

また、前記定常運転時では、前記運転立上げ時の濃度よりも低く、かつ有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対してＦｅ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝３０×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから２０００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｃｏ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝０．６×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから２０×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなるように添加する。

本発明では担体を保持する反応槽に有機性排水を通水し、有機性排水を担体と接触させて嫌気性処理を行う。その処理方式としては特に制限はないが、ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法と同様に反応槽に原水を上向流で通水する方法や撹拌機等で槽内を撹拌して流動させる方法、窒素・メタンガス等酸素を含有しない気体で槽内を曝気流動させる方法などが挙げられる。また反応槽の形状や数については特に制限は無い。

本発明において、処理対象とする有機性排水は、嫌気性微生物により処理可能な有機物を含むものであればよく、そのＣＯＤ_Ｃｒ濃度・種類に規定はないが、具体的には、食品工場等の製造排水、化学工場等の有機性排水、一般下水等が挙げられる。しかし、何らこれらに限定されるものではない。

使用する担体としては、特に制限は無いが微生物棲息性に優れた高分子ゲル状担体、特にポリビニルアルコール系ゲル担体が好ましい。担体の平均粒径は１〜１０ｍｍ、特に２〜６ｍｍであることが好ましい。

担体の表面から内部に連通する孔における孔径は、自由にコントロールできるが、微生物のみが担体内部に棲息できるものが好ましく、表面付近の孔径は０．１μｍ以上１００μｍ以下のものが好ましく、０．５μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。表面付近の孔径が０．１μｍよりも小さいと微生物が内部に進入できないなどの問題があり、１００μｍよりも大きいと微生物以外の大きな生物が侵入し効率が低下する場合がある。担体中心付近の孔径については特に制限はない。

担体の形状は、限定されるものではなく、立方体、直方体、円柱状、球状、マカロニ状など任意の形状をとることができる。メタン菌との接触効率を考えると球状が好ましい。

原水の有機物濃度は特に限定されるものではなく、ＣＯＤ_Ｃｒ＝５００〜５００００ｍｇ／Ｌなど幅広く適用できる。反応槽に流入する際の原液のｐＨは６．５〜７．５程度であることが好ましく、従って、原水は必要に応じてｐＨ調整を行ってから反応槽に通水することが好ましい。

反応槽の負荷も特に限定はないが、５〜５０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３・日と高負荷をかけることも可能である。また、反応槽内の温度は通常のメタン発酵の条件と同様で２０〜４０℃、特に３０〜３８℃とすることが好ましい。

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

［実施例１］
グルコースを基質とした人工排水による嫌気性排水処理試験を実施した。反応槽の仕様ならびに処理条件は下記の通りとした。
反応槽：容積５L
槽内温度：３０±２℃
反応槽に充填する担体：ポリビニルアルコール系ゲル担体
反応槽担体充填量：２０容量％（槽容積に対する。）
排水ＣＯＤ_Ｃｒ濃度：１０００ｍｇ／L

運転立上げ時に、金属塩をＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝２０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｆｅ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝２０００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｃｏ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝２０×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとし、排水流量を段階的に上げたところ、約１．５ヶ月経過時でＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３・日において除去率７５％であった。引き続き、金属塩を条件１の１／４に削減したＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝５×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｆｅ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝５００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｃｏ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝５×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒに変更し、定常運転としてＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３・日で１．５ヶ月間継続運転した。その結果、除去率は７５％以上を維持し、安定的に運転することができた。

［比較例１］
反応槽の仕様および処理条件を実施例１と同じとし、運転立上げ時、定常運転時ともに、金属塩濃度を実施例１の運転立上げ時の１／４としたＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝５×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｆｅ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝５００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｃｏ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝５×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒの場合、除去量の推移は実施例１と乖離が見られ、約１．５ヶ月経過時でも、ＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷２０ｋｇ-ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３・日において除去率６０％に留まり、実施例１よりも低くなった。

［比較例２］
反応槽の仕様および処理条件を実施例１と同じとし、運転立上げ時、定常運転時ともに、金属塩濃度を実施例１の運転立上げ時の５倍に増加したＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１００×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｆｅ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１００００×１０^−６ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ、Ｃｏ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１００×１０^−６ｇ−Ｃｏ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとした場合、除去率は実施例１と同様に推移し処理性は同等であったが、固形分の蓄積が多くなった。

Claims (6)

1. 有機物を含有する有機性排水を、担体を保持する反応槽に通水する有機性排水の処理方法において、有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対する前記反応槽における金属塩の濃度を、運転立上げ時よりも定常運転時に低くすることを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 前記有機性排水の処理方法が、嫌気処理方法である、請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
3. 前記金属塩がＮｉを含む請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法。
4. 前記運転立上げ時のＮｉの濃度が、有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対して、Ｎｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝１０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから８０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒであることを特徴とする請求項３に記載の有機性排水の処理方法。
5. 前記定常運転時のＮｉの濃度が、前記運転立上げ時の濃度よりも低く、かつ有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対してＮｉ／ＣＯＤ_Ｃｒ＝２．５×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒから２０×１０^−６ｇ−Ｎｉ／ｇ−ＣＯＤ_Ｃｒであることを特徴とする請求項３または４に記載の有機性排水の処理方法。
6. 前記担体がポリビニルアルコール系ゲル担体である、請求項１から５のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。