JP4358174B2 - 嫌気性水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、嫌気的に水処理を行なう嫌気性水処理装置に関する。

ＵＡＳＢ法の開発により、近年食品工業を中心として産業廃水処理分野で嫌気性処理が多数導入されてきている。ＵＡＳＢ法とは、メタン菌の自己造粒物であるグラニュールを使用した嫌気性水処理のことであり、ＵＡＳＢ法は菌体濃度を高濃度に保持できるため、好気性処理（活性汚泥法）の約２０倍の高負荷の処理が可能であり、また高濃度排水への適応も可能である。

図１２にＵＡＳＢ法の代表的な処理フローを示す。廃水（被処理水）は原水ポンプ１によりメタン発酵リアクタ２の下部に導入される。被処理水中の有機物はリアクタ内のメタン菌（グラニュール３）により分解され、メタンガスとなって系外に排出される。メタン菌により有機物を除去された被処理水は、リアクタ上部から処理水として排出される。

また、メタン菌により発生したメタンガスがグラニュールに付着して浮上し、グラニュールが処理水とともに系外に流出することがあり、これを防止するために気固液分離装置（ＧＳＳ）１９がリアクタ２上部に設けられている。

このためリアクタ２内部はグラニュール３の部分、上澄相２ａおよびＧＳＳ１９部分の三層に分けることができる。

グラニュール３の重量あたりの有機物の処理量は、その上限が決まっている。このため高負荷の運転を行うためには、リアクタ２内のグラニュール３の量を増やす必要がある。しかしながらグラニュール３の量を増加させると、上澄相２ａが減少するため、グラニュール３が処理水とともに流出しやすくなる。

また、負荷上昇に伴いガス発生量が増加するため、従来のＧＳＳ１９では十分な気固液分離ができず、よりグラニュール３が流出しやすくなる。

グラニュール３の流出が増加すると、リアクタ２内のグラニュール３の量が減少し、高負荷運転が行えなくなる。同時に、グラニュール３あたりの有機物付加が上昇するため、処理効率（除去率）の低下の原因にもなる。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、リアクタ内に多量のグラニュールを保持することができ、このことにより高い負荷で効率良い運転を行なうことができる嫌気性水処理装置を提供する事を目的とする。

本発明は、グラニュールを有し、グラニュールにより廃水を処理して処理水を生成するリアクタと、リアクタ内に設置され処理水からグラニュールを分離する膜分離装置と、膜分離装置から処理水を引く抜く引抜ポンプと、を備え、膜分離装置の下方にグラニュールからのバイオガスにより膜分離装置のガス洗浄を行うためのガス収集装置を設けたことを特徴とする嫌気性水処理装置である。

本発明によれば、廃水がリアクタ下部に導入される。廃水中の有機物はリアクタ内のメタン菌（グラニュール）により分解され、メタンガスとなって系外に排出される。メタン菌により有機物を除去された処理水は、リアクタ内に設置された膜分離装置を介して、膜分離装置から処理水を引く抜く引抜ポンプにより排出される。この際、膜分離装置によりメタン菌は処理水とともに系外に流出する事が防がれるため、この結果として、リアクタ内のメタン菌量を増加させる事ができるため、高負荷の処理が可能となる。

しかも、リアクタ内にガス収集装置を設けることにより、バイオガスにより膜分離装置を洗浄して膜の閉塞を防止することができ、膜分離装置の長期安定した運転が可能となる。

本発明によれば、リアクタ内に多量のグラニュールを確実に保持することができ、このことにより高い負荷で効率良く運転を行なうことができる。

第１の実施の形態
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。図１は本発明による嫌気性水処理装置の第１の実施の形態を示す図である。

図１に示すように、嫌気性水処理装置は、メタン発酵リアクタ（ＵＡＳＢリアクタ）２と、リアクタ２内に充填されたグラニュール（メタン菌）３とを有している。また、リアクタ２には、原水ポンプ１により廃水（被処理水）が供給され、リアクタ１内でグラニュール３により嫌気性水処理が行なわれる。この際、処理水とバイオガスが生成し、このうちバイオガスはバイオガス配管２０により排出されるようになっている。

また、図１に示すように、リアクタ２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４で膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出されるようになっている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

原水ポンプ１を介してメタン発酵リアクタ２に流入した廃水（被処理水）は、リアクタ２内部を上向流で流れる。被処理水中の有機物はメタン発酵リアクタ２内に充填されたグラニュール３により分解され、バイオガスとなって系外に放出され、同時に処理水が生成する。

この時、発生したバイオガスにグラニュール３が付着して液面に浮上し、処理水とともに系外に流出するため、メタン発酵リアクタ２内部のグラニュール量が減少し、除去率の低下を招くことも考えられる。また高負荷で運転を行った場合、負荷上昇に伴いガス発生量が増加し、グラニュール３の流出を加速することも考えられる。

本実施の形態において、リアクタ２内部に挿入された膜分離装置４にて処理水とグラニュール３との固液分離を行ない、処理水のみが引抜ポンプ５により系外へ排出されるので、グラニュール３の流出を防ぐことができる。

以上のように本実施の形態によれば、メタン発酵リアクタ２の処理水は膜分離装置４にて固液分離を行って系外に排出されるために、グラニュール３の流出を防止できる。これによりメタン発酵リアクタ２内のグラニュール３を高濃度に維持できるため、高負荷の運転を行うことができる。また、メタン発酵リアクタ２内のグラニュール３を高濃度に維持できるため、グラニュール３あたりの負荷量を相対的に下げる事が可能なため、高効率の運転を行う事ができる。

また、従来法では、グラニュール３相の上部に同程度の深さを持った上澄相２ａを設ける必要があったが、本発明ではその上澄相２ａを小さくすることができ、メタン発酵リアクタ２の容積を例えば従来の２／３程度まで減少することが可能である。

第２の実施の形態
次に図２により本発明の第２の実施の形態について説明する。

図２に示す第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図２に示すように、メタン発酵リアクタ２に循環槽６が連結され、循環槽６とリアクタ２との間に第１循環ポンプ７を有する第１循環ライン７ａが接続されている。リアクタ２内の上澄水は循環槽６に導かれ、第１循環ポンプ７によりリアクタ２の下部に循環される。循環槽６の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は処理水ポンプ５を介して系外に取り出されるようになっている。

図２において、処理水とグラニュール３は循環槽６へ送られ、循環槽６の内部に挿入された膜分離装置４により固液分離が行なわれる。また膜分離装置４にて分離されたグラニュール３を含む処理水は、第１循環ポンプ７を有する第１循環ライン７ａを介してリアクタ２下部に戻される。

本実施の形態によれば、膜分離装置４をリアクタ２の外部に設置しているため、膜分離装置４の劣化時の交換をリアクタ２を開口することなく行う事ができる。このため、交換作業に伴う工数を大幅に減少できる。また、循環槽６を複数個設置してもよく、この場合は順次膜分離装置４ａのメンテナンスを行うことができ、リアクタ２の運転を止めることなく膜分離装置４の交換を行なうことができる。

第３の実施の形態
次に図３により本発明の実施の形態について説明する。

図３において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図３に示すように、メタン発酵リアクタ２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。また膜分離装置４の下部に散気管９が設けられ、リアクタ２から発生したバイオガスの一部はリアクタ２の上部からブロア８を有するバイオガス循環ライン８ａを経て散気管９に導かれ、膜分離装置４の膜面をガス洗浄できるようになっている。

図３において、メタン発酵リアクタ２から発生したバイオガスの一部は、リアクタ２の上部に接続されたバイオガス循環ライン８ａを介して膜分離装置４の下部に設置された散気管９に導かれる。散気管９から曝気されたバイオガスは、その後膜分離装置４の膜面のガス洗浄を行なう。

以上のように本実施の形態によれば、常時、膜分離装置４をバイオガスによりガス洗浄できるため、膜分離装置４の膜面流速の確保と膜面への固形物の付着による閉塞を防止することができ、膜の寿命を大幅に増加する事ができる。

第４の実施の形態
次に図４による本発明の第４の実施の形態について説明する。

図４において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、メタン発酵リアクタ２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。メタン発酵リアクタ２の上澄水の一部は、第２の循環ポンプ１０を有する第２循環ライン１０ａによりメタン発酵リアクタ２の下部に導かれるようになっている。

図４において、メタン発酵リアクタ２の上澄水の一部は、第２の循環ポンプ１０を有する第２循環ライン１０ａによりメタン発酵リアクタ２の下部に導かれる。この結果、メタン発酵リアクタ２内部の上昇流速を増加することができ、膜分離装置４の膜面流速が増加させる。

ここで、第２の循環ライン１０ａからの循環水の戻し場所はリアクタ２下部とは限定されず、第２循環ランイ１０ａをリアクタ２の膜分離装置４の下部近傍に接続してもよい。

本実施の形態によれば、メタン発酵リアクタ２内部の上昇流速を増加する事ができるため、膜分離装置４の膜面流速を増加させることができる。この結果として膜の寿命を大幅に増加する事が出来た。また、グラニュール３内の上昇流速を増加させる事ができるため、短絡による処理水質の悪化を防止することができる。

第５の実施の形態
次に図５による本発明の第５の実施の形態について説明する。

図５において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、メタン発酵リアクタ２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。またリアクタ２内には膜分離装置４下方にガス収集装置１１が設けられ、グラニュール３により発生したバイオガスをガス収集装置１１を介して膜分離装置４に導くようになっている。

図５において、リアクタ２内でグラニュール３により発生したバイオガスは、ガス収集装置１１を介して膜分離装置４の下部に導かれる。これにより、常時、膜分離装置４はバイオガスによりガス洗浄され、膜分離装置４の膜面流速の確保と膜面への固形物の付着による閉塞を防止することができる。

本実施の形態によれば、常時、膜分離装置４をバイオガスによりガス洗浄できるため、膜面流速の確保と膜面への固形物の付着による閉塞を防止することができ、膜の寿命を大幅に増加することができる。また、リアクタ２の外部にブロア等を設置しなくともよく、この場合は、動力費の低減、及びガス配管からのガス漏れなどを防ぐことが可能となる。

第６の実施の形態
次に図６による本発明の第６の実施の形態について説明する。

図６において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図６に示すように、メタン発酵リアクタ２の上部にガス収集装置１１を介して処理水槽１２が連結されている。この処理水槽１２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４で膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。

またグラニュール３により発生したバイオガスは、グラニュール３を含む処理水とともにガス収集装置１１を介して、処理水槽１２に導かれる。また処理水槽１２とリアクタ２とは返送ライン１３により接続され、処理水槽１２にバイオガスと共に上昇した処理水の一部は、グラニュール３とともに返送ライン１３を介してリアクタ２下部に返送される。

図６において、リアクタ２内でグラニュール３により発生したバイオガスはガス収集装置１１を介して処理水槽１２に導かれる。この際ガスホールドアップ作用によりグラニュール３を含む処理水も処理水槽１２に移送される。処理水槽１２内において、処理水は膜分離装置４及び引抜ポンプ５により濾過され系外に排出される。

処理水槽１２内部は、バイオガス及びガスホールドアップにより移送されたグラニュール３を含む処理水により常時混合されるため、膜分離装置４の膜面流速の確保と膜面への固形物の付着による閉塞を防止することができる。

処理水槽１２内のグラニュール３を含む処理水は、返送ライン１３を介して、リアクタ２下部に返送される。

本実施の形態によれば、処理水槽１３内部はバイオガスにより常時攪拌されるため、膜分離装置４の膜面流速の確保と膜面への固形物の付着による閉塞を防止することができ、膜の寿命を大幅に増加することができる。また、リアクタ２外部にブロア等を設置する必要が無いため、動力費の低減、及びガス配管からのガス漏れなどを防ぐことが可能となる。

第７の実施の形態
次に図７による本発明の第７の実施の形態について説明する。

図７において、図６に示す第６の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、メタン発酵リアクタ２の上部に設けられた処理水槽１２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。グラニュール３により発生したバイオガスは、ガス収集装置１１を介して、処理水槽１２に導かれる。処理水槽１２にバイオガスと共に上昇したグラニュール３を含む処理水の一部は、返送ライン１３を介してメタン発酵リアクタ２下部に返送される。

リアクタ２のガス収集装置１１下方に、一端が窒素ボンベ１５に接続されたガスライン１５ａの他端が接続されている。またガスライン１５ａには開閉弁２１が設けられている。さらにバイオガス配管２０にガスメーター１４が設けられ、ガスメーター１４からの信号に基づいて制御装置２２により開閉弁２１が制御される。

図７において、リアクタ２内のグラニュール３により発生したバイオガスが、ガス収集装置１１を介して処理水槽１２に導かれる。この際、ガスホールドアップ作用により、処理水も処理水槽１２に移送される。処理水槽１２内の処理水は膜分離装置４及び引抜ポンプ５により減圧濾過され系外に排出される。

このように処理水槽１２内部は、バイオガス及びガスホールドアップにより移送された被処理水により常時混合されるため、膜分離装置４の膜面流速の確保と膜面への固形物の付着による閉塞を防止することができる。

膜分離装置４内のグラニュール３を含む処理水は、返送ライン１３を介して、リアクタ２下部に返送される。

立ち上げ初期などのバイオガスの発生量が不足する場合に、ガスメーター１４によりガス発生量が計測され、制御装置２２により開閉弁２１が制御されて不足分が窒素ボンベ１５からガスライン１５ａを経て供給される窒素により補なわれる。

本実施の形態によれば、立ち上げ初期、または何らかの原因によりメタン菌の活性が阻害され、リアクタ２内におけるガス発生量が低下した際にもリアクタ２内が窒素ガスにより攪拌されるため、膜分離装置４の膜面流速の確保と膜面への固形物の付着による閉塞を防止することができ、膜の寿命を大幅に増加することができる。

また、リアクタ２外部にブロア等を設置する必要が無いため、動力費の低減、及びガス配管からのガス漏れなどを防ぐことが可能となった。

第８の実施の形態
次に図８による本発明の第８の実施の形態について説明する。

図８において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図８に示すように、メタン発酵リアクタ２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。リアクタ２にレベルセンサー１６が設けられ、このレベルセンサー１６によりメタン発酵リアクタ２の水位が検知され、制御装置２３によりメタン発酵リアクタ２の水位が上昇した場合、引抜ポンプ５の回転数を制御するようになっている。

図８において、メタン発酵リアクタ２の水位をレベルセンサー１６にて検知し、水位の増減により膜分離装置４の膜面のろ過抵抗を判断し、引抜ポンプ５の回転数を制御してリアクタ２の水位を一定に保つことができる。

以上のように本実施の形態によれば、メタン発酵リアクタ２の水位を一定に制御できるため、膜分離装置４の膜面の閉塞による処理水の引抜量の低下、または処理水の引抜きすぎによるリアクタ２の水位の低下を防止することができる。このため、安定な処理水量を得ることができる。

第９の実施の形態
次に図９による本発明の第９の実施の形態について説明する。

図９において、図３に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図９に示すように、メタン発酵リアクタ２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。

メタン発酵リアクタ２から発生したバイオガスの一部はブロア８を有するバイオガス循環ライン８ａを介して膜分離装置４の下部に設置された散気管９に導かれ、膜分離装置４の膜面をガス洗浄する。またリアクタ２にはリアクタ２内の水位置を検知するレベルセンサー１６が設けられ、このレベルセンサー１６によりリアクタ２の水位を検知するようになっている。リアクタ２の水位が上昇した場合、レベルセンサー１６からの信号により、制御装置２４はブロア８の回転数を制御する。

図９において、メタン発酵リアクタ２の水位がレベルセンサー１６にて検知される。制御装置２４はリアクタ２の水位の増減により膜分離装置４の膜面の閉塞状態を判断し、ブロア８の回転数を制御して散気管９からのバイオガス量を調整して適切な膜面の洗浄を行う。

本実施の形態によれば、リアクタ２の水位に基づいて膜分離装置４の膜面の閉塞状態を判断できるため、バイオガスによる過剰なガス洗浄を防止することができ、動力の効率利用ができる。

第１０の実施の形態
次に図１０による本発明の第１０の実施の形態について説明する。

図１０において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、メタン発酵リアクタ２の内部には、膜分離装置４が設置されており、膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。リアクタ２にリアクタ２内の水位を検知するレベルセンサー１６が設けられ、またリアクタ２内の膜分離装置４の下方に散気管９が設けられている。さらに一端が窒素ボンベ１５に接続されたガスライン１５ａの他端が散気管９に接続されている。

またガスライン１５ａには開閉弁１７が取付けられており、この開閉弁１７はレベルセンサー１６からの信号に基づいて制御装置２５により制御される。

図１０において、メタン発酵リアクタ２の水位がレベルセンサー１６にて検知され、制御装置２５により水位の増減に基づいて膜分離装置４の膜面の閉塞を判断する。制御装置２５は次に開閉弁１７の開閉を行い、窒素ボンベ１５からの窒素ガスにより膜分離装置４の下部に設けられた散気管９を介して、膜分離装置４の膜面の洗浄を行う。

本実施の形態によれば、メタン発酵リアクタ２の水位により制御装置２５により膜面の閉塞を判断できるため、窒素ガスによる過剰なガス洗浄を防止することができ、窒素ガスの使用量の低減を図ることができる。

第１１の実施の形態
次に図１１による本発明の第１１の実施の形態について説明する。

図１１において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、メタン発酵リアクタ２の内部は、仕切板１８により複数の領域に分割されており、それぞれの仕切られた各領域に膜分離装置４が設置されている。各膜分離装置４により膜分離された処理水は引抜ポンプ５を介して系外に取り出される。仕切板１８で仕切られた領域の上部には、それぞれの個所に設置された膜分離装置４が出し入れできる大きさのマンホール（図示せず）が設けられている。

図１１において、膜分離装置４がそれぞれ仕切板１８により仕切られた領域に入っているので、膜分離作用を効率的に行なうことができる。またそれぞれの上部に膜分離装置４が出し入れできるマンホールが設けられている。このため、膜分離装置４の膜のメンテナンスまたは交換を行う際にはリアクタ２全体の蓋を開けることなく仕切られた領域のマンホールのみ開けることにより膜の交換を行う事ができる。

本発明による嫌気性水処理装置の第１の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第２の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第３の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第４の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第５の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第６の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第７の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第８の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第９の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第１０の実施の形態を示す構造図。 本発明による嫌気性水処理装置の第１１の実施の形態を示す構造図。 従来の嫌気性水処理装置の代表的な処理フローを示す図。

符号の説明

１ 原水ポンプ
２ メタン発酵リアクタ
３ グラニュール
４ 膜分離装置
５ 引抜ポンプ
６ 循環槽
７ 循環ポンプ
７ａ 第１循環ライン
８ ブロア
８ａ バイオガス循環ライン
９ 散気管
１０ 第２循環ポンプ
１０ａ 第２循環ライン
１１ ガス収集装置
１２ 処理水槽
１３ 返送ライン
１４ ガスメーター
１５ 窒素ボンベ
１５ａ ガスライン
１６ レベルセンサー
１７ 開閉弁
１８ 仕切板
２０ バイオガス配管
２１ 開閉弁
２２，２３，２４，２５ 制御装置

Claims (1)

1. グラニュールを有し、グラニュールにより廃水を処理して処理水を生成するリアクタと、
   リアクタ内に設置され処理水からグラニュールを分離する膜分離装置と、
   膜分離装置から処理水を引く抜く引抜ポンプと、
   を備え、
   膜分離装置の下方にグラニュールからのバイオガスにより膜分離装置のガス洗浄を行うためのガス収集装置を設けたことを特徴とする嫌気性水処理装置。

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