JP4428188B2 - 有機性廃水の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
有機性廃水の処理は、好気性での活性汚泥法が多く用いられてきた。しかし、近年、省エネルギーや余剰汚泥生成量削減の観点から嫌気性条件下での微生物分解が使われるようになっている。本発明は、上向流式反応器に活性炭を有機物吸着材・微生物担体として充填し、阻害性有機物含有廃水及び希薄有機性廃水を嫌気的に処理する方法及び装置に関する。
嫌気的生物阻害性有機物としては クロロホルム、トリクロロエチレン、p-トルイル酸等があり、難分解性成分と易分解性成分を含む廃水としては、精製テレフタル酸製造廃水が知られており、主成分は、難分解性分のp-トルイル酸とテレフタル酸及び易分解性の酢酸、安息香酸である〔Sheng−Shung Chengら、Wat.Sci.Tech.,Vol.36,73−82(1997)〕。
(1)嫌気微生物にとっての難分解性成分とは、長期の処理(概ね3ヶ月以上)を行っても分解されずに残留が継続する成分のことである。このような場合は、成分そのものが嫌気微生物にとって、阻害性(基質とならない)となるため、難分解成分が高い割合を占める廃水処理では、CODの除去率は低率であった。
(2)難分解性成分をUASB法で処理する場合、グラニュール汚泥の緻密さが低下するため、グラニュール汚泥濃度が低くなり、また、リアクター外部に流出しやすくなるため、処理の継続が困難になる。
Wat.Sci.Tech.,Vol.36,73−82(1997)
前記処理方法において、反応器に流入する阻害性有機物の濃度は、原水の阻害性有機物の濃度と、処理水の阻害性有機物の濃度及び/又は反応器への流入CODcrに対するバイオガス発生量とに基づいて算出し、前記上向流式嫌気反応器には、活性炭の充填と同時又は充填後に、該充填した活性炭の容量の5〜30%の容量の種汚泥を添加することができ、また、前記上向流式嫌気反応器は、生成するメタンガス、処理水及び充填剤を分離する気・液・固分離部を垂直方向に多段に設置すると共に、分離されたメタンガス発生量を測定する測定手段を有することができる。
前記処理装置において、上向流式嫌気反応器は、該反応器の本体壁との角度が下向きに35度以下、かつ各占有面積が該反応器の横断面積の2分の1以上である邪魔板を多段に設け、該邪魔板で分離されたメタンガスの量を測定するガス発生量測定装置を設けることができる。
処理開始当初は、充填した活性炭の吸着能により生物阻害性有機物の濃度は阻害濃度以下となり、制御可能である。さらに、飽和吸着量に達する前に、種汚泥で供給された嫌気性菌及び活性炭上で付着増殖した嫌気性菌により、嫌気性条件下で長期間の処理を行う吸着分解が可能となり、活性炭の生物学的再生も可能となる。
原水の一例として、嫌気性処理に濃度阻害がある物質を含む有機性廃水がある。
図1において、原水送液管1が連通し、上下を閉塞した筒状のリアクター2は、内部の左右両側壁にそれぞれに一方の端部を固定し、他方の端部を反対側の側壁方向に向かって下降しながら延ばしている邪魔板3が設置されている。邪魔板3は、上下方向に2箇所左右交互に設けてあって、リアクター側壁との間にそれぞれ鋭角の区分スラッジゾーン4a 〜4bを形成している。リアクター2側壁と邪魔板3のなす下向きの角度θは、35度以下の鋭角であり、占有面積は、筒状のリアクターの横断面積の1/2以上である。35度を越える角度の場合には、スラッジゾーン4a,4bの邪魔板3の上部に汚泥又は活性炭担体が堆積し、流動性が不十分となり、デッドスペースが形成される。また、邪魔板3の占有面積が1/2以下だと、発生ガスの捕捉が不十分となり、気液固の分離に不具合を生じる。つまり、リアクター2の中心よりガスが上方へ抜けてしまい、後記のGSS部(ガス・液・固分離部)5にガスを十分に集積することができなくなる。
なお、気相部5aから接続されている発生ガス回収配管6の吐出口は、水を充填した水封槽7の水中内で開口している。開口位置は、水圧が異なる適宜な水深位にあり、水封槽7には、発生ガス回収配管6から吐き出されたガス流量を測定するガスメータ8を設けてある。ガスメータ8の先には、ガスホルダー11が設けられている。また、リアクター2上端には、上澄み液を排出する処理水配管9が開口している。循環液配管15は、リアクターの上部の処理水流出部あるいは処理水配管9に接続され、循環ポンプ16を介して、リアクター底部に接続される。
活性炭は、粒状炭、破砕炭、粉状炭のいずれでも使用できるが、長期にわたって使用するため、圧壊強度として、少なくとも1kg/cm3の圧力でも形状が維持できる粒状や破砕状の活性炭が好ましい。使用する活性炭の粒径は、リアクター内の流動条件と、必要な微生物量で決定される。すなわち、原水の有機物濃度が低濃度の場合(CODで3000mg/L以下)は、リアクター内の流速を早くすることが可能であり、比較的大きい粒径の活性炭が選択できるし、高濃度の場合は小さい粒径の活性炭が選択される。本発明の活性炭は、有効径0.05mm〜3mm、好ましくは0.2mm〜0.7mmの範囲で、均等係数は1.2〜2の範囲とする。
本発明の対象となる嫌気性処理は、30℃〜37℃を至適温度とした中温メタン発酵処理、50℃〜55℃を至適温度とした高温メタン発酵処理など、全ての温度範囲の嫌気性処理を対象としている。
阻害を及ぼす物質を含む有機性廃水等の原水は、送液管1からリアクター2へ導入する。リアクター2内部での通水速度は、循環液も含めて0.1〜10m/hとなるのが好ましい。
発泡性の原水の場合には、GSS5内の気相部5a及び発生ガス回収配管6が閉塞し、発生ガスの回収が困難となる。このような場合、リアクター2流入水に予め消泡剤10を加えることで、GSS5内での発泡を抑えることができる。GSS5内に消泡剤を滴下、噴霧する方法に比べ、本手法は密閉空間での消泡に効果的である。消泡剤10は、原水性状に応じた消泡効果を有し、発酵液の消泡に適した中温(30〜35℃)あるいは高温(50〜55℃)において、消泡効果を失すことのない消泡剤を使用する。消泡剤の種類としては、シリコーン系消泡剤、アルコール系消泡剤の何れも適用が可能である。
原水性状等の影響により、スカムを形成しやすい場合には、GSS5内の気相部5b表面及び内部にスカムを形成し、発生ガスの回収が困難となる。このような場合には、発生ガス吹き込み配管を発生ガス回収配管6に接続し、ガスホルダー11内の発生ガスをGSS5内に供給することで、スカムの破壊あるいはスカムの形成防止が可能となる。
(1)濃度測定による方法
(a)対象とする有機性物質の生物阻害の濃度(Co)をあらかじめ、回分実験等で測定
する。
(b)リアクターに流入する阻害性有機物濃度を、原水(Cin)及び処理水(Cout)を測定して、下記(1)式に基づき、リアクター流入部での阻害性有機物濃度(C)がCo以下の範囲となるように、循環水量Qrを設定する。阻害物有機物濃度(C)は、C0と同濃度未満が必要であり、実際上はC=1/2Coにするのが好ましい。
C<Co=(Cin×Q+Cout×Qr)/(Q+Qr)・・・(1)式
Q:流入水量(m3/d)、Qr;循環水量(m3/d)
C, C0, Cin ,Cout;阻害物濃度あるいは総括的有機物濃度、単位(mg/リットル)
(a)ガスメータからのガス発生量とガス濃度計のメタン濃度から、リアクターからのメタン発生量(Gout)を算出し、除去COD量(ΔCOD)を求めたのち、処理水のCOD濃度あるいは処理水の残留有機物濃度(Cout)を算出する。
(b)除去COD量は以下の(2)式より求められる。
ΔCOD(kg/d)=Gout(m3/d)÷0.3〜0.4(kg/m3)・・・(2)式
(c)Coutは(3)式から算出する。
Cout=Cin−(ΔCOD÷Q×1000)・・・(3)式
(3)式から算出したCoutを(1)式に導入すると、必要な循環液量が求められる。
実施例1
図1に示す活性炭を充填した上向流式嫌気性リアクターの2系列(A系列、B系列)を実験に用いた。
A系列とB系列の装置は同一構造であり、傾斜する邪魔板を2個取り付け、装置側壁と邪魔板との角度を30度とし、原水に消泡剤を添加した。液層部の容量は100リットルである。リアクター内の水温は、35℃になるように温度制御されている。この2つのリ アクターに、有効径0.3mm、均等係数1.5の粒状活性炭を60リットル、及び、種汚泥として飲料系廃水を処理しているUASBグラニュール(MLSS濃度5%)を10リットル充填した。
原水には、酢酸ナトリウム(CODcr換算で750mg/リットル)とテレフタール酸(CODcr換算で350mg/リットル)を混合し、無機栄養塩類(窒素、リンなど)を添加したものを用いた。この混合廃水で、難分解性有機物質であるテレフタール酸の濃度阻害の範囲は、CODcr換算で200mg/リットル以上であることが回分試験で明らかとなっている。
して処理を開始した。図2に実験経過を示す。
A系列では、処理開始直後から90日目までは、循環水を流入させず、原水(Q)のみを通水した。この場合の処理状況は、60日目までは、酢酸はほぼ完全に分解したのに対し、テレフタール酸は徐々に除去が悪くなり、90日目にはテレフタール酸はCODcr換算で80mg/リットルとなり、残留濃度が高くなった。91日目以降に、濃度阻害の範囲未満(CODcr換算で170mg/リットル)となるように、処理水の一部を循環液として、原水水量の2倍(2Q)とした。その結果、テレフタール酸は除去が改善し、150日目にはCODcr換算で10mg/リットルとなった。
以上の結果より、難分解性物質であるテレフタール酸を流入させる場合、B系列のように、濃度阻害の範囲以下となるように処理水の循環処理を行うと、短期間に嫌気的分解が開始される。
一方、循環処理をしなかった期間のA系列は、テレフタール酸の分解はわずかであり、循環を開始し、循環水でテレフタール酸の濃度阻害の範囲以下にすると、徐々にテレフタール酸の分解が行われるようになり、本発明の効果が確認された。
B系列を用いて、実施例1の原水を用いて、再度実験を開始した。実験結果を図3に示す。90日目までは、COD負荷は3kg/m3/日、原水量150リットル/日、循環
液量300リットル/日である。メタンガス発生量は、55リットル/日、処理水のCOD濃度は35mg/リットルであった。91日目以降、COD負荷を6kg/m3/日と
し、循環液量300リットル/日のままで原水水量だけを300リットル/日に増加させた。100日目までは、負荷の上昇に伴って、処理水のCOD濃度は35mg/Lとほぼ変わらず、処理水のガス発生量は増加したものの、それ以降、テレフタール酸の濃度阻害がみられ、150日目には、メタンガス発生量は90リットル/日に低下した。このときのメタンガス発生量から計算して、テレフタール酸の濃度は200mg/リットルとなり、テレフタール酸の阻害濃度を超えていると判断された。事実、処理水のCODは205mg/リットルであった。そこで、151日目に循環液量600リットル/日に調節したところ、ガス発生量の増大と処理水中のテレフタール酸の濃度低下が確認され、210日目には、メタンガス発生量は115リットル/日、処理水のCOD濃度は35mg/リットルであった。
図1に示す活性炭を充填した上向流式嫌気性リアクターを、実験に用いた。リアクターの内部構造、充填した活性炭及び種汚泥は、実施例1と同様である。原水には、化学工場のエチレングリコール廃水を用いた。この原水のCODcr濃度は、約10,000mg /リットルである。
実験は,RUN1とRUN2の2種類を行なった。RUN1は,原水だけを通水したのに対し、RUN2では,循環液を原水量の4倍量循環した。阻害性の回分実験では,エチレングリコール廃水の濃度阻害の範囲は,CODcr換算で4000mg/リットル以上という結果が得られている。
RUN1、RUN2ともCOD負荷を10kg/m3/日に設定した場合の除去率と、
除去率80%以上が得られる限界負荷を検討した。
RUN1の実験では、COD負荷が10kg/m3/日での除去率は、65〜70%で
あった。除去率80%を維持するには、COD負荷を7kg/m3/日が妥当という結果
となった。
これに対し、RUN2の実験では、COD負荷が10kg/m3/日での除去率は85
〜90%であった。除去率80%を維持するには、最大COD負荷で20kg/m3/日
が十分得られる結果となった。
Claims (6)
- 活性炭を充填した固定ろ床又は流動床の上向流式嫌気反応器を用い、嫌気性処理を阻害する濃度がある阻害性有機物を含む原水を該反応器に流入させて嫌気性処理し、該反応器の頂部より処理水の一部を抜き出して、該反応器の底部又は原水流入箇所に循環させる有機性廃水の生物学的な嫌気性処理方法において、前記上向流式嫌気反応器に流入する阻害性有機物の濃度が、前記嫌気性処理を阻害する濃度以下になるように、該反応器に処理水の一部を循環させる循環液量を調整することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
- 前記上向流式嫌気反応器には、活性炭の充填と同時又は充填後に、該充填した活性炭の容量の5〜30%の容量の種汚泥を添加することを特徴とする請求項1記載の有機性廃水の処理方法。
- 前記反応器に流入する阻害性有機物の濃度は、原水の阻害性有機物の濃度と、処理水の阻害性有機物の濃度及び/又は反応器への流入CODcrに対するメタンガス発生量とに基づいて算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の有機性廃水の処理方法。
- 前記上向流式嫌気反応器には、生成するメタンガス、処理水及び充填剤を分離する気・液・固分離部を垂直方向に多段に設置すると共に、分離されたメタンガス発生量を測定する測定手段を有することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の有機性廃水の処理方法。
- 活性炭を充填した固定ろ床又は流動床の上向流式嫌気反応器と、該反応器に嫌気性処理を阻害する濃度がある阻害性有機物を含む原水を流入させる原水流入経路と、該反応器の頂部より処理水の一部を該反応器の底部又は原水流入経路に循環する循環液ラインとを有する有機性廃水の生物学的な嫌気性処理装置において、前記原水及び処理水中の阻害性有機物濃度測定手段及び/又は前記反応器からのバイオガス発生量測定手段を有し、該阻害性有機物濃度測定手段及び/又はバイオガス発生量測定手段からのデータで、原水の阻害性有機物と処理水の阻害性有機物の濃度及び/又は反応器への流入CODcrに対するメタンガス発生量とに基づいて、流入する阻害性有機物の濃度を嫌気性処理を阻害する有機物の濃度以下にするように、循環する処理水の循環液量を演算し、該演算結果を基に循環液量を調節する手段を有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
- 前記上向流式嫌気反応器は、該反応器の本体壁との角度が下向きに35度以下、かつ各占有面積が該反応器の横断面積の2分の1以上である邪魔板を多段に設け、該邪魔板で分離されたメタンガスの量を測定するガス発生量測定装置を設けることを特徴とする請求項5に記載の有機性廃水の処理装置。
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