JP4606726B2 - 有機性排水の嫌気処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、工場等から排出される有機性排水の嫌気処理方法に関するものである。より詳しくは、本発明は有機性排水の処理方法において、嫌気処理前の排水を曝気処理して、排水を嫌気処理に適したｐHに調整する方法に関するものである。

工場等において製造工程から排出される排水は、環境へ放出される前に処理されるのが一般的である。特に、食品、飲料、医療品、繊維、製紙などの製造工程で排出される排水は有機物を多く含有するが、このような排水は嫌気処理、好気処理、またはそれらの組み合わせにより処理されるのが一般的である。

これらのうち、嫌気処理においては、排水中の有機物は、まず揮発性有機酸に変換され、さらに酢酸、炭酸、水素などに変換され、最後に炭酸がメタンガスへと変換される。この過程をより具体的に説明すると下記のとおりである。

まず、製造工程から排出された排水は、調整槽に貯留される。調整槽は、流量調整槽とも言われ、工程から流入する排水を一時的に貯留するための槽である。工程から流入する排水量は一日の間で変動するため、この調整槽で貯留してから、一定の流量で後段の処理装置に供給される。

調整槽から供給される排水は引き続き嫌気処理に付される。この嫌気処理は一相式または二相式で行われる。このうち一相式嫌気処理では、酸生成とメタン生成とを同じ反応槽（嫌気処理槽）で行うが、二層式嫌気処理ではこれらをできるだけ分離して行う。この二相式嫌気処理において酸生成を行わせる槽を酸生成槽と呼ぶ。酸生成槽では排水中に含まれる有機物が、酸生成菌により加水分解され、酢酸や炭酸などが生成される。この酸生成菌は、嫌気処理済みの嫌気処理水を循環させて酸生成槽に供給されるか、酸生成槽中に酸生成菌を固定した充填担体を配置される場合もある。

このように酸生成槽で処理された排水のｐHは酸性になっている。その後、排水はメタン生成槽に移され、メタン生成菌により排水中の酢酸などがメタンに変換される。このとき、メタン生成菌は中性領域で活性を持つため、排水はメタン生成槽に移される前にアルカリ薬剤等の添加によりｐHが調整されるのが一般的である。

排水のｐH調整には、従来苛性ソーダなどのアルカリ薬剤が使用されているが、製造工程から排出される排水量は膨大であり、そのような薬剤にかかるコストも膨大である。このような観点から、薬剤を用いないでｐHを調整する方法が提案されている。

特許文献１には、有機性排水の嫌気処理において、酸生成槽にて酸生成を行った排水を脱炭酸槽に移し、そこで空気を曝気して脱炭酸させ、さらにアルカリ薬剤を添加してｐHを調整した後にメタン生成槽でメタン生成を行う方法が記載されている。

また、特許文献２には、有機性排水の嫌気処理において、酸生成後の排水を嫌気処理した後、処理水の一部を滞留槽にて一定時間滞留してから酸生成槽に戻すことで、酸生成槽に投入するアルカリ使用量を削減する方法が提案されている。この方法では、滞留槽において曝気して炭酸を除去することも記載されている。

しかしながら、これらの方法では、脱炭酸槽または滞留槽などの新たな槽が必要となり、従来の方法に対して初期の設備投資が必要となる。さらには、ｐH調整のためのアルカリ使用量を１／２〜１／３程度までしか減らすことができていない。
特開平８−２５７５８８号公報 特開平１１−３４７５８８号公報

このような背景から有機性排水の嫌気処理において、ｐH調整のために使用する薬剤の量を従来に比べて大幅に減量することが可能であり、かつ処理漕の数を増やすことなく、すなわち新たな設備を追加することのない、有機性排水の嫌気処理方法が望まれていた。

本発明による有機性排水の嫌気処理は、嫌気処理をする前の有機性排水を調整槽に貯留し、調整槽中の排水量の容積を基準として０．５倍〜４倍の体積の空気で曝気してから排水を嫌気処理漕に移し、嫌気処理を行うこと、を特徴とするものである。

本発明の方法によれば、従来の嫌気処理施設に大幅な設備の追加をせずに、有機性排水のｐＨ調整のためのアルカリ化合物の使用量を低減または完全になくすことによって、有機性排水の処理にかかるランニングコストを下げることが可能となる。

本発明は、工場等の有機性排水を処理するための排水処理施設において用いられるのが一般的である。このような排水処理施設は、取り扱う排水の種類に応じて、嫌気処理、好気処理、またはそれらの組み合わせにより排水を処理する。本発明はこれらのうち、嫌気処理により排水を処理する施設において用いることができる。本発明による有機性排水の処理方法は、任意の有機性排水に対して適用することができるが、有機性排水が、炭水化物、タンパク質、脂質等を含んでいるものである場合に有効である。より具体的には本発明の方法は、醸造酒、蒸留酒、混成酒、清涼飲料水、醤油、糖類、または味噌の製造工程、特に醸造酒製造工程、とりわけビールまたは発泡酒の製造工程から排出されるものである場合に有効である。ここで、醸造酒とは糖質を酵母の働きによりアルコール発酵させ造ったものであって、例えばビール、エール、日本酒、老酒、ワイン、シードルなどを包含し、蒸留酒は前記の醸造酒を蒸留させたものであって、ウィスキー、ジン、ウォッカ、コニャック、ラムなどを包含し、混成酒は蒸留酒に香料、草根、糖質などを加えたものであって、梅酒、カシスなどを包含する。本発明の方法は、これらのうち醸造酒、特に麦芽を原料としたビール、またはビールと原料や製造工程が近似した発泡酒、の製造工程から排出される有機性排水の処理に特に有効である。これは、これらの製造工程から排出される有機性排水に含まれる有機性成分および溶存気体に依存するためと考えられる。また、有機性排水として、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が１，０００〜１００，０００ｍｇ／リットル、好ましくは２，０００〜５，０００ｍｇ／リットル、および／または浮遊物質量（ＳＳ）が１００〜２，０００ｍｇ／リットル、好ましくは１００〜５００ｍｇ／リットル、である場合に本発明の方法が有効に適用することができる。

嫌気処理により排水の処理を行う施設においては、通常、工場等から排出される排水を貯留し、種々の細菌により有機物を加水分解し、低級脂肪酸を生成させる調整槽と、調整槽から流出する排水を酸生成菌により処理し、有機物を酸に加水分解する酸生成槽と、酸生成槽から排出される排水に含まれる低級脂肪酸をメタン生成菌にメタンと炭酸（二酸化炭素）に分解するメタン生成漕とを具備している。本発明において、嫌気処理槽とは、これらの酸生成槽とメタン生成槽との組み合わせをいう。

嫌気処理漕に流入する前の有機性排水とは、具体的には前記の調整槽に貯蔵されている排水をさす。本発明においては、この調整槽において有機性排水を曝気する。二相式嫌気処理を組み合わせる場合には、酸生成槽において、酸生成を行いながら曝気することもできるが、酸生成のための細菌と排水が接触する前に曝気することが好ましい。

本発明においては、嫌気処理漕に流入する前の有機性排水を特定量の空気で曝気することを特徴とする。

本発明において、曝気に用いる気体は空気である。曝気の目的は炭酸（二酸化炭素）の除去であるので、その目的だけを達成するためには二酸化炭素以外の気体を用いることも可能である。そのような気体としては、窒素、アルゴンなどの不活性気体を挙げることができるが、そのような気体を用いることは、排水処理にかかる費用の増大を招くため、好ましくない。

本発明においては、有機性排水を調整槽中の排水量の容積を基準として０．５倍〜４倍、好ましくは１倍〜２倍、の体積の空気で曝気する。このような曝気をすることによって、溶存酸素の量を嫌気処理に付すのに十分なレベルに保ちながら、有機性排水中の炭酸を除去することができる。

曝気による有機性排水中の炭酸除去効率を上げるために、適当な時間にわたって曝気することが好ましい。好ましくは１〜４時間曝気することが好ましく、１〜２時間曝気することがより好ましい。これらの条件は、有機性排水のｐＨ、温度、および排水に含有される成分などに応じて適切に調整することができる。従来、嫌気性処理に付すまえの有機性排水を曝気することは、溶存酸素量を増加させてしまい、嫌気性細菌の活性を低下させてしまうために従来は避けられていたが、上記の範囲で曝気することで、嫌気性細菌の活性を下げずに有機性排水中の炭酸濃度を低下させることができる。

本発明の方法では、有機性排水のｐＨを曝気により上昇させることができるが、曝気後のｐＨがｐＨ５．５〜８．２であることが好ましく、ｐＨ６．０〜７．０であることがより好ましい。曝気によりｐＨを前記範囲に調整することで、嫌気処理に付す前にｐＨを調整するためのアルカリ化合物の添加量を減らすことができ、好ましくはアルカリ化合物の添加が不要となる。このような効果によって、有機性排水のためのコストを低減させることが可能となる。

曝気の方法は、従来知られている任意の方法で行うことができる。具体的には、調整槽の底部に穴あきの配管を配備して、その配管に空気を導入する方法のほか、多孔質散気管、機械式散気装置、またはゴムメンブレン散気管を用いる方法などが挙げられる。なお、曝気により臭気を含む排気ガスが発生することがあるので、調整槽は密閉構造であることが好ましい。

本発明の方法により曝気され、ｐＨを調整された有機性排水は、必要に応じて、さらに酸生成条件に付された後、さらに必要に応じてアルカリ化合物等を添加してｐＨを調整した後、嫌気処理漕に移されて処理される。必要に応じて、曝気後の有機性排水に、嫌気処理済みの排水を混合することもできる。一般的に嫌気反応槽内の上向流速を一定に保つため、嫌気処理済みの嫌気処理水が未処理排水に混合される。この上向流速は、嫌気反応槽のタイプ、例えばUＡＳＢ方式かＥＧＳＢ方式か、などによって異なるが、反応槽に流入する排水のｐＨの安定性を保つために、未処理排水に対する体積比が１以上であることが好ましい。

曝気処理前の有機性排水、すなわち原水、に嫌気処理済みの排水を混合してから曝気処理することもできるが、曝気の対象となる排水の量が大幅に増えるため、曝気効率が下がったり、混合した廃液を貯留する新たな槽が必要となるので好ましくない。

従来、嫌気処理後の有機性排水、あるいは酸生成後の有機性排水には炭酸が多く含まれていると考えられており、これらを曝気して炭酸を除去することが提案されていた（引用文献１または２）。しかし、酸生成処理に付す前の調整槽に貯留されている有機性排水を曝気することによって、炭酸が除去され、ｐＨ調整用のアルカリ化合物の添加量を低減またはなくすことができるということは驚くべき発見であった。

嫌気処理漕の処理条件は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。通常、有機性排水をメタン生成菌に接触させることにより嫌気処理が行われる。この嫌気処理における槽負荷は、５〜２０ｇＣＯＤｃｒ／リットルとすることが好ましく、滞留時間は１〜３０時間とすることが好ましい。

嫌気処理済みの排水は、必要に応じて好気処理、例えば活性汚泥処理、に付される。本発明においては、特別な化合物を添加することもないので、従来知られた任意の好気処理を組み合わせることができる。

試料として、ビール工場から排出される有機性排水の処理設備より、未処理の原水を採取した。

この原水の、アルカリ必要量、ｐＨ、重クロム酸を用いて滴定した化学的酸素必要量ＣＯＤｃｒ、および浮遊物質量ＳＳを測定した。アルカリ必要量は、試料５０ｍｌをｐＨ７．０にするのに必要な０．１モル／リットルの水酸化ナトリウム水溶液の必要量（単位：ｍｌ）で表した。

さらに、この原水２０リットルを水槽に入れ、２０リットルの空気（調整槽中の排水量の容積を基準として１倍）を１時間かけて吹き込んで曝気を行った後のアルカリ必要量（単位：ｍｌ）、ｐＨ、ＣＯＤｃｒ（単位：ｍｇ／リットル）、ＳＳ（単位：ｍｇ／リットル）、および溶存酸素ＤＯ（単位：ｍｇ／リットル）を測定した。

測定は、原水の採取日を変えて３回行った。得られた結果は下記に示す通りであった。

表１ 原水の曝気による水質変化
１回目 ２回目 ３回目
アルカリ必要量 曝気前 ２．７ ２．９ １．９
曝気後 １．２６ ０．４３ ０．３５
ｐＨ 曝気前 ５．１３ ５．６３ ５．９３
曝気後 ５．５１ ６．２３ ６．７９
ＢＯＤ 曝気前 ２５００ ２８７０ ２６６０
曝気後 ２４００ ２９４０ ２６００
ＣＯＤｃｒ 曝気前 ３８００ ４４０８ ４０８８
曝気後 ３７５０ ４５２０ ３９９６
ＳＳ 曝気前 ４９２ ４５０ １４８
曝気後 ５２０ ７３０ １４６
ＤＯ 曝気後 ０．１ ０ ０

試料の採取日により、原水の状態が変化しているが、曝気によりｐＨが上昇すること、曝気によってＣＯＤｃｒやＳＳは変化しないことがわかる。また、溶存酸素も嫌気条件に付すのに十分低いものとなっている。

原水を曝気したときの経時変化を調べた。原水２０リットルを水槽に入れ、１時間あたり２０リットルの空気（調整槽中の排水量の容積を基準として１倍）を吹き込んで曝気したときのｐＨおよびアルカリ必要量の経時変化を測定した。なお、このとき用いた原水のＢＯＤは２６６０ｍｇ／リットル、ＣＯＤｃｒは４０８８ｍｇ／リットル、ＳＳは４６３ｍｇ／リットルであった。

さらに、あらかじめ原水を採取した排水処理施設より採取しておいた、嫌気処理済みの排水を、各ステップで混合して、ｐＨおよびアルカリ必要量を測定した。原水と処理済み排水の混合比は５：３とした。得られた結果は表２に示す通りであった。

表２ 曝気時間によるｐＨおよびアルカリ必要量の変化
曝気時間（時間） ０ １ ２ ３
ｐＨ 原水 ５．９３ ６．０３ ６．６１ ６．７９
混合水 ６．６３ ６．７６ ７．００ ７．２７
アルカリ必要量 原水 １．９ ０．３５
混合水 １．０ ０．４３ ０ ０

曝気時間が増加するに従ってｐＨが上昇し、曝気２時間の原水と処理済み排水を混合した混合水のｐＨは７となっている。

比較例１

原水のかわりに、処理済み排水を用いて、実施例１と同様に曝気前後の水質変化を測定した。得られた結果は表３に示す通りである。

表３ 処理済み排水の曝気による水質変化
ｐＨ 曝気前 ６．２３
曝気後 ６．２４
ＢＯＤ 曝気前 ２１７０
曝気後 ２１００
ＣＯＤｃｒ 曝気前 ３３４０
曝気後 ３２３６
ＳＳ 曝気前 ４４３
曝気後 ４４７
ＤＯ 曝気後 ２．６

処理済み排水については、曝気によるｐＨ、ＣＯＤｃｒ、およびＳＳに曝気による変化は見られなかった。

また、曝気前後の処理済み排水を、曝気していない原水に混合した混合水についてアルカリ要求量を測定したが、アルカリ要求量も処理済み排水の曝気による変化は認められなかった。

比較例２

原水の代わりに、原水と処理済み排水とを５：３の割合で混合した混合水を用いて、実施例１と同様の方法で３時間曝気して、曝気前後の水質変化を測定した。このとき混合に用いた原水のｐＨは７．４３、処理済み排水のｐＨは７．４３であった。得られた結果は表４に示す通りである。

表４ 混合水の曝気による水質変化
ｐＨ 曝気前 ５．９８
曝気後 ６．６４
ＢＯＤ 曝気前 １９１０
曝気後 １９００
ＣＯＤｃｒ 曝気前 ２９４４
曝気後 ２９２８
ＳＳ 曝気前 ４５３
曝気後 ４３２
ＤＯ 曝気後 ０

混合水については、曝気によってｐＨが上昇したが、ＣＯＤｃｒ、およびＳＳに曝気による変化は見られなかった。

また、曝気時間の変化によるｐＨ変化は表５に示すとおりであった。

表５ 混合水の曝気時間とｐＨ
曝気時間（時間） ０ １ ２ ３
混合水ｐＨ ５．９８ ６．０４ ６．１９ ６．６４

この結果より、混合水を曝気する場合は、２時間を超えたときにｐＨが急激に増加することがわかった。実施例２の結果に比較すると、原水を曝気する方が短時間で処理が完了し、また容積が少ないので曝気に要する導入空気量も少なくて済むことがわかる。

Claims (7)

1. 有機性排水の嫌気処理方法であって、酸生成槽およびメタン生成槽からなる嫌気処理槽において嫌気処理をする前の有機排水を調整槽に貯留し、１時間あたり調整槽中の排水量の容積を基準として１倍の体積の空気で２〜４時間曝気してから排水を酸生成槽に移し、かつ曝気した後の有機性排水に、嫌気処理後の排水の一部を混合して嫌気処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 嫌気処理に続いて、さらに活性汚泥処理を行う、請求項１に記載の方法。
3. 有機性排水が、醸造酒、蒸留酒、混成酒、清涼飲料水、醤油、糖類、または味噌の製造工程から排出されるものである、請求項１または２に記載の方法。
4. 有機性排水が、ビールまたは発泡酒の製造工程から排出されるものである、請求項１または２に記載の方法。
5. 有機性排水の生物化学的酸素要求量が１，０００〜１００，０００ｍｇ／リットル、浮遊物質量が１００〜２，０００ｍｇ／リットルである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 嫌気処理をする前の有機性排水を曝気によりｐＨ５．５〜８．２に調整する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 嫌気処理をする前の有機性排水にアルカリ化合物を添加しない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。