JP3814851B2 - 嫌気性処理法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は嫌気性処理法に係り、特にＵＡＳＢ(Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流式嫌気性汚泥床）型嫌気性処理装置における処理において、グラニュール汚泥を浮上流出させずに、反応槽内に安定に保持することにより、処理の安定化、効率化を図る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び先行技術】
ＵＡＳＢ法は、菌の付着担体を用いることなく、嫌気性微生物をグラニュールと呼ばれる粒状の汚泥として反応槽内に汚泥床（スラッジブランケット）を形成し、原水を反応槽下部より上向流で通水して処理する方法であり、従来、主にビール、製糖等の食品産業排水の処理法として利用されている。ＵＡＳＢ法は、他の嫌気性処理法、即ち、固定床又は流動床式嫌気性処理法等と比較して、反応槽内の汚泥保持濃度が高く、しかも閉塞のおそれのない方法であり、既に数多くの実績を挙げている。
【０００３】
しかし、ＵＡＳＢ法では、グラニュール汚泥の密度が水よりも小さい状態になってグラニュール汚泥が浮上し、反応槽上部にスカムとなって堆積したり、処理水と共に反応槽から流出したりすることにより、処理に必要な汚泥量が確保できなくなるという問題が生じている。特に、粒径が２ｍｍ以上の大きなグラニュール汚泥では、内部から発生するガスが外部に放出されずにグラニュール汚泥内部に溜り、上記のような浮上現象が起き易く、このため、運転開始後数年経過して、グラニュール汚泥が大粒子に成長した装置ではこのような問題が起こり易い。
【０００４】
グラニュール汚泥内部にガスが溜る直接の原因は、グラニュール汚泥内部に空洞が生じることにある。この空洞が生じる原因は、グラニュール汚泥内部の菌体が基質不足により自己分解するため、及び、グラニュール汚泥内部に捕捉された有機性ＳＳが徐々に分解するため、とされている。
【０００５】
こうした空洞に起因するグラニュール汚泥の浮上防止策として、本出願人は先に、ＵＡＳＢ反応槽内に鉄塩又はカルシウム化合物を添加し、グラニュール汚泥の空洞をこれらの金属の析出物により充填して気泡が溜らないようにする方法を提案した（特願平６−２８７９０７号。以下「先願」という。）。
【０００６】
上記先願の方法においては、特に鉄塩の添加が有効であり、原水有機物濃度に比例したある濃度範囲で鉄塩及び必要に応じて硫酸塩を添加することにより、グラニュール汚泥の空洞を硫化鉄（ＦｅＳ）によって充填し、浮上を効果的に防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願の方法では、鉄塩の添加量が最適化されておらず、鉄塩の過剰添加による問題が生じていた。即ち、過剰量の鉄塩を添加することにより、汚泥中に占める菌体の割合が低下して、全汚泥当りの活性が低下するという問題が生じる。このように鉄塩の過剰添加は、装置の処理効率を低下させる可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記先願の方法における問題点を解決し、より信頼性の高いグラニュール汚泥の浮上防止対策をとることができる嫌気性処理法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の嫌気性処理法は、グラニュール汚泥で形成されたスラッジブランケットに有機性排水を上向流通水して嫌気性処理する方法において、グラニュール汚泥中のＦｅ含有量が汚泥の全固形物質に対して３〜１０重量％となるように、該有機性排水に鉄塩及び／又は硫酸イオン源を添加して、グラニュール汚泥の空洞を硫化鉄（ＦｅＳ）の析出物によって充填して、グラニュール汚泥の浮上を防止することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明者らは、種々のＵＡＳＢ実装置内のグラニュール汚泥の性状を様々な角度から調査、分析した結果、図２に示す如く、汚泥の浮上性は、汚泥中のＦｅ含有量が汚泥のＴＳ（全固形物質）に対して（以下、このＦｅ含有量を「汚泥中のＦｅ含有率」と称す。）３重量％未満の場合に高く、５重量％以上であれば殆ど浮上しないことを見出した。なお、図２及び後掲の図４に示す浮上ポテンシャルとは、汚泥の浮上傾向を数値化したもので、酢酸基質１，０００ｍｇ／Ｌ入りフラスコにグラニュール汚泥を約２０ｍＬ入れ、３５℃で２４時間嫌気的に静置培養した後、浮上汚泥と沈澱汚泥のＶＳＳ重量を測定し、浮上汚泥の全体に占める割合を重量％で表示したものである。
【００１１】
Ｆｅ塩を添加していてもＳＯ₄ ^2-不足等により汚泥中のＦｅ含有率が３重量％未満に維持されている限りはグラニュール汚泥は浮上傾向となり、Ｆｅ添加のみでは浮上防止効果は得られない。従って、この場合には、Ｆｅ塩と共にＳＯ₄ ^2-の添加が必要である。
【００１２】
調査した汚泥には、連続的にＦｅ塩及びＳＯ₄ ^2-を添加することにより、汚泥中に１０重量％以上のＦｅ含有率に達したものもあったが、汚泥の浮上防止の観点からは、Ｆｅ含有率は１０重量％以上でなくとも十分効果が得られる。Ｆｅ塩及びＳＯ₄ ^2-を過剰に添加すると、汚泥中のＦｅ含有率はそれに比例して大きくなるが、反面、菌体含有率（ＴＳに占めるＶＳＳの割合）が低下し、結果として反応槽中の保持菌体量が低下する。従って、浮上防止効果と反応槽中の保持菌体量の維持の面から、特に汚泥中のＦｅ含有率は５〜１０重量％とする。
【００１３】
グラニュール汚泥中のＦｅ含有率を上記範囲に維持することにより、グラニュール汚泥の沈降性が著しく向上し、反応槽内の汚泥濃度を例えばＶＳＳとして７〜１０万ｍｇ／Ｌ程度に、飛躍的に増加させることができる。また、ガスを内包することによる汚泥の浮上を防ぐことができるため、１５〜２０ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日以上での高負荷処理が可能となる。同時に、低濃度排水に対しては、排水の滞留時間を低下させることが可能となる。
【００１４】
本発明においては、グラニュール汚泥中のＦｅ含有率を上記範囲として、反応槽（水槽の水容量）のＣＯＤ_Cr容量負荷を１０ｋｇ／ｍ³／日以上、特に１５ｋｇ／ｍ³／日以上、とりわけ２０ｋｇ／ｍ³／日以上とし、反応槽（水槽の水容量）における被処理排水の滞留時間が４時間以内、特に３時間以内、とりわけ２時間以内となるように運転を行うのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の方法においては、グラニュール汚泥のスラッジブランケットに上向流通水して嫌気性処理する有機性排水に、グラニュール汚泥中のＦｅ含有率が３〜１０重量％となるように、Ｆｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源を添加する。
【００１７】
本発明においてＦｅ塩としては、ＦｅＣｌ₃，ＦｅＳＯ₄，Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃等が好適に用いられ、また、ＳＯ₄ ^2-源としては、Ｎａ₂ＳＯ₄等の硫酸塩やＨ₂ＳＯ₄を用いることができる。
【００１８】
本発明においては、Ｆｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源の添加により、グラニュール汚泥中にＦｅＳの結晶をＦｅ含有率が３〜１０重量％となるように、成長させて、汚泥の比重を高め、その沈降性を改善することができる。
【００１９】
グラニュール汚泥中のＦｅ含有率が３〜１０重量％となるようにＦｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源の添加量を調整するためには、反応槽内のグラニュール汚泥を定期的にサンプリングしてＦｅ含有率を測定し、この測定値に基いて、Ｆｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源の添加量を制御するのが好ましい。この場合、グラニュール汚泥のＦｅ含有率の測定法としては、グラニュール汚泥を硫酸及び硝酸の混合液に加熱溶解させて、原子吸光法などで分析する方法が最も一般的である。
【００２０】
本発明において、被処理水へのＦｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源の添加位置は、酸生成槽流出水のＵＡＳＢ反応槽流入直前の部分が最も好適である。
【００２１】
なお、Ｆｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源は、必ずしも試薬として添加する必要はなく、これらを含む他系統の排水を被処理水に混入させることにより、Ｆｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源を添加するようにすることもできる。
【００２２】
本発明においては、Ｆｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源の添加によりグラニュール汚泥中のＦｅ含有率を３〜１０重量％とすることによる高負荷処理化で、反応槽（水槽の水容量）のＣＯＤ_Cr容量負荷を１０ｋｇ／ｍ³／日以上、特に１５ｋｇ／ｍ³／日以上、とりわけ２０ｋｇ／ｍ³／日以上とし、反応槽（水槽の水容量）における被処理排水の滞留時間が４時間以内、特に３時間以内、とりわけ２時間以内となるように運転を行うのが好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
【００２４】
実施例１
ビール工場のＵＡＳＢ反応槽から採取したグラニュール汚泥（平均粒径：約１．５ｍｍ）を用いて、図１に示す装置により、鉄塩の添加効果を調べた。
【００２５】
まず、内径１０ｃｍ、高さ１００ｃｍの実験用ＵＡＳＢ反応槽（容量：９Ｌ）１を準備し、これらに上記の汚泥を静止容量として３Ｌ充填した。原水としては、ビール工場の仕込系排水（ＣＯＤ_Cr：１８，０００ｍｇ／Ｌ）をＣＯＤ_Cr濃度が１，５００ｍｇ／Ｌになるように水道水で希釈したものを用い、この原水を配管１１より酸生成槽（容量：２．５Ｌ）２にて処理した後、配管１２よりＵＡＳＢ反応槽１に導入し、配管１３より処理水を系外に取り出すと共に、処理水の一部を配管１４より酸生成槽２に循環した。循環比は、酸生成槽流入水量１Ｑに対し、ＵＡＳＢ反応槽流入水量２Ｑ、循環水量１Ｑとなるようにした。なお、酸生成槽２では、ｐＨが６．５となるようにＮａＯＨを添加した。
【００２６】
また、ＵＡＳＢ反応槽１の流入直前の配管１２の酸生成槽流出水に、配管１５よりＦｅ塩としてＦｅＣｌ₃・６Ｈ₂ＯをＦｅ³⁺換算で約５ｍｇ／Ｌ添加した。水道水中にはＳＯ₄ ^{2 -}イオンが８〜１０ｍｇ／Ｌ含まれていたため、ＳＯ₄ ^2-源の添加は行わなかった。
【００２７】
通水量を段階的に増加させて滞留時間を４時間から１．５時間まで短縮させることにより、図３の如く、容積負荷を９ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日から２４ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日まで増加させ、ＵＡＳＢ反応槽内の汚泥中のＦｅ含有率（図４）、浮上ポテンシャル（図５）及び保持汚泥量（図６）の変化、Ｆｅ含有率と処理性能（図７）の関係を調べた。なお、実験温度は３５℃とした。
【００２８】
実施例２
Ｆｅの過剰添加の例として、ＦｅＣｌ₃・６Ｈ₂Ｏの代りに、ＦｅＳＯ₄をＦｅ²⁺換算で５０ｍｇ／Ｌ添加したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。
【００２９】
比較例１
Ｆｅ無添加の例として、ＦｅＣｌ₃・６Ｈ₂Ｏを添加しなかったこと以外は実施例１と同様に実験を行った。
【００３０】
図３〜７の結果より次のことが明らかである。
【００３１】
即ち、図４，５に示すように、Ｆｅを添加した実施例１，２では、汚泥の浮上ポテンシャルが低下し、実験を終了した９０日目ではほぼゼロになった。実施例１において、実験終了時のグラニュール汚泥中のＦｅ含有率は約８重量％であった。これに対し、Ｆｅ無添加の比較例１では浮上ポテンシャルが殆ど低下せずに、終了時にも約２６％あった。なお、Ｆｅ含有率は１重量％以下であった。
【００３２】
また、負荷量は、図３に示す如く、９，１８，２４ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日と１ヵ月間隔で３段階に上昇させたが、図７に示す如く、実施例１ではいずれの条件においても８０％以上の溶解性ＣＯＤ_Cr除去率を維持した。実施例２では、汚泥の沈降性は向上したが、汚泥中のＶＳＳ含有率が低下して菌体保持量が低下した結果、２４ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日の条件では除去率は７０％以下に低下した。これに対し、比較例１では汚泥の浮上流出が継続したため、図６に示す如く、反応槽内の汚泥保持量が徐々に減少し、２４ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日の負荷条件では除去率が５０％以下に悪化した。
【００３３】
実施例２及び比較例１の除去率が実施例１と比較して悪かったのは、反応槽内の菌体保持量が少なかったためであることが、図６から明らかである。
【００３４】
なお、ＵＡＳＢ反応槽の容積負荷量９ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日の場合、被処理水の滞留時間は４時間であり、負荷量１８ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日では滞留時間２時間、負荷量２５ｋｇ−ＣＯＤ_Cr／ｍ³／日では滞留時間１．４時間である。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の嫌気性処理法によれば、ＵＡＳＢ法による有機性排水の処理において、グラニュール汚泥の沈降性を高め、汚泥の浮上、流出を確実に防止してＵＡＳＢ反応槽内の汚泥保持量を高く維持することにより、高負荷処理を安定して行うと共に、処理水中への汚泥の流入を防止して、高水質処理水を得ることが可能となる。
【００３６】
特に、本発明の嫌気性処理法によれば、Ｆｅ塩及び／又はＳＯ₄ ^2-源の添加量の最適化が図れるため、過剰添加によるコスト向上を回避できると共に、過剰添加による汚泥の活性低下、菌体保持量の低下を防止して、高い処理性能を安定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１，２及び比較例１で用いた実験装置を示す系統図である。
【図２】 グラニュール汚泥中のＦｅ含有率と汚泥の浮上ポテンシャルとの関係を示すグラフである。
【図３】 実施例１，２及び比較例１における容積負荷の経時変化を示すグラフである。
【図４】 実施例１，２及び比較例１におけるグラニュール汚泥中のＦｅ含有率の経時変化を示すグラフである。
【図５】 実施例１，２及び比較例１における汚泥の浮上ポテンシャルの経時変化を示すグラフである。
【図６】 実施例１，２及び比較例１における汚泥保持量の経時変化を示すグラフである。
【図７】 実施例１，２及び比較例１における溶解性ＣＯＤ_Cr除去率の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ＵＡＳＢ反応槽
２ 酸生成槽

Claims (1)

1. グラニュール汚泥で形成されたスラッジブランケットに有機性排水を上向流通水して嫌気性処理する方法において、
   グラニュール汚泥中のＦｅ含有量が汚泥の全固形物質に対して３〜１０重量％となるように、該有機性排水に鉄塩及び／又は硫酸イオン源を添加して、グラニュール汚泥の空洞を硫化鉄（ＦｅＳ）の析出物によって充填して、グラニュール汚泥の浮上を防止することを特徴とする嫌気性処理法。

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