JP4611204B2 - 硫黄化合物含有排水の嫌気性処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、紙・パルプ産業排水などの化学工業排水等における、硫化水素などの無機硫黄化合物を高濃度に含む排水での従来型UASB法では、原水中の硫化水素及び硫酸イオンから硫酸還元により生成した硫化水素がメタン発酵に阻害を及ぼすため、その除去が必要であった。
(a)硫酸イオンの還元により硫化水素が発生し、さらにpHが低下すると非解離性の硫化水素が発生する。この非解離性の硫化水素はメタン発酵を阻害する。
(b)スチームストリッピングやエアストリッピングによる過剰な硫化水素の除去は、運転コストを著しく上昇させる。
(c)過剰な脱硫剤の添加はコストがかかるだけではなく、過剰な脱硫剤がメタン発酵槽内に流入すると嫌気性微生物に多大のダメージを与える。
(d)硫化水素除去剤として鉄イオンをイオウ化合物に対して過剰に添加すると、リアクタ内部に鉄が蓄積する。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、硫黄化合物を含む排水を対象とした高性能の上向流嫌気性メタン発酵処理方法及び装置を提供することを課題とする。
(1)硫黄化合物として100〜600mg・S/Lを含む有機性排水を上向流嫌気性汚泥床装置でメタン醗酵処理する方法において、該上向流嫌気性汚泥床装置内の通水速度を0.5〜5m/Lとし、該メタン醗酵処理工程により発生するバイオガス中の硫化水素濃度を検出し、該バイオガス中の硫化水素濃度が1%以上の場合に、前記有機性排水に脱硫処理操作を加える制御を行い、脱硫処理した有機性排水を上向流嫌気性汚泥床装置に供給することを特徴とする有機性排水のメタン醗酵処理方法。
(2)前記脱硫処理操作が、硫黄に対する鉄イオンのモル比が0.05〜1となるように鉄イオンを含む脱硫剤を加える脱硫処理であることを特徴とする前記(1)記載の有機性排水のメタン発酵処理方法。
(3)前記脱硫処理操作が、非溶解性の鉄を含む脱硫剤を加える脱硫処理操作であることを特徴とする前記(1)記載の有機性排水のメタン発酵処理方法。
(4)前記脱硫処理操作が、曝気による脱硫剤の再生機能を備えていることを特徴とする前記(2)又は(3)記載の有機性排水のメタン発酵処理方法。
(5)硫黄化合物として100〜600mg・S/Lを含む有機性排水に脱硫処理操作を行う脱硫処理槽又は送液管と、該脱硫処理した有機性排水をメタン発酵処理する上向流嫌気性汚泥床装置とを備え、該上向流嫌気性汚泥床装置内の通水速度を0.5〜5m/Lとし、該上向流嫌気性汚泥床装置には、該装置内で発生するバイオガス中の硫化水素濃度を測定する手段と、該バイオガス中の硫化水素濃度が1%以上の場合に、脱硫処理操作を制御する制御手段を有することを特徴とする有機性排水のメタン発酵処理装置。
(6)前記脱硫処理槽が、曝気を行うことで脱硫剤の再生機能を備えていることを特徴とする前記(5)記載の有機性排水のメタン発酵処理装置。
本発明におけるメタン発酵処理には、溶解性物質を嫌気性処理する上向流汚泥床法、流動床法、固定床法などの高負荷嫌気性処理方式があるが、上向流汚泥床法を採用することができる。また、酸発酵とメタン発酵とを一つの反応槽で行う一相式でも、両反応を別々の反応槽で行う二相式でも良い。
原水送液管3が接続し、上下を閉塞した筒状のリアクタ(メタン発酵槽)4を設けている。リアクタ4内部の左右両側壁には、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5を設けている。邪魔板5は、上下方向に2箇所左右交互に設けている。反応が開始すると発生ガスが集まる気相部6には、外部と通じる発生ガス回収配管9の排出口を設けてある。
また、原水1にCo、Ni等の微量金属等の栄養源16を添加することでメタン細菌の活性を高め、グラニュール形成能力を向上させることができる。
原水1に含有される硫黄化合物が硫化水素を主成分とする場合、スチームストリッピングやガスストリッピングを用いて処理することが出来る。ガスストリッピングで空気等酸素が含まれるガスを使用する場合は、メタン発酵槽4の嫌気性微生物に阻害を及ぼさないような溶存酸素濃度に下げてからメタン発酵槽4へ原水1を流入させる必要がある。
脱硫反応処理は、対象原水の全量を処理しても良いし、対象原水の一部を処理して脱硫処理水を原水と混合しても良い。
(処理方法)
実施例1はバイオガス中の硫化水素濃度が1.5%を超えた場合、原水に脱硫処理操作としてFeCl3を添加する方法、実施例2はバイオガス中の硫化水素濃度が1.5%を超えた場合、原水に脱硫処理操作として酸化剤の次亜塩素酸ナトリウムを添加する方法、実施例3はバイオガス中の硫化水素濃度が1.5%を超えた場合、原水に脱硫処理操作として酸化鉄からなる脱硫剤のペレットを添加する方法、実施例4はバイオガス中の硫化水素濃度が1.5%を超えた場合、原水に脱硫処理操作としてスチームストリッピングを行う方法、実施例5は、バイオガス中の硫化水素濃度が1.5%を超えた場合、脱硫処理操作として脱硫剤ペレットを充填した原水槽に空気による曝気を行なう方法である。
比較例1は脱硫処理操作をしない方法、比較例2はバイオガス中の硫化水素濃度に関わらず一定量のFeCl3を脱硫剤として添加する方法である。
下記の硫黄含有排水を図1に示す本発明の装置にて処理した。なお、実施例5の曝気は原水槽底部に設置した散気管から行なった。
図2において、(a)が実施例1、(b)が実施例2、(c)が実施例3、(d)が実施例4、(e)が実施例5のフローを示す。
実施例1〜5及び比較例2では、原水はメタン発酵槽の前段の原水槽にて脱硫処理操作を行った後、メタン発酵槽へ送られる。比較例1では、原水槽にて脱硫剤を添加されないままメタン発酵槽に送られる。
メタン発酵槽の容量は3m3である。各邪魔板で捕集された発生ガスの量は、水封槽に設けられたガスメータで測定した。メタン発酵槽内部の水温は35℃に保たれるよう温度制御されている。
原水には、メタノールを主成分とする排水(CODcr:7000〜10000mg/リットル、溶存硫化物:100〜600mg/リットル)に窒素、リンなどの無機栄養塩類、微量元素としてNi、Coを添加したものを用いた。
処理水の一部を循環液として原水とともにリアクタへ流入させることにより、通水速度を2m/hに設定した。原水流量と処理水循環水量の割合は排水のCOD負荷に応じて設定した。
実験は、予めスチームストリッピングにより脱硫した排水を用いて、100日間安定してCODcr容積負荷25kg/(m3・d)で運転を行った後、バイオガス中の硫化水素濃度が1.5%を超えた場合に所定の方法で脱硫処理を行った。
図3にメタン発酵槽におけるバイオガス中の硫化水素濃度、図4に処理成績の変化を示す。図5にバイオガス中の硫化水素濃度とCODcr除去率の関係を示す。バイオガス中の硫化水素濃度が3%を超えるとCODcr除去率は著しく低下した。
実施例1〜5は、いずれにおいても、CODcr除去率は約80%を安定して達成した。一方、比較例1ではCODcr除去率が急激に低下し、30日後にはCODcr除去率は10%程度に下がった。また、比較例2ではCODcr除去率が不安定であった。本発明の方式の方が高いCODcr除去率が得られた。
図6は比較例2のFeCl3添加量を1とした時の実施例1のFeCl3添加量の経時変化を示す点グラフである。比較例2に比べて、実施例1の方がFeCl3添加量を減少できた。
本出願は、2003年7月16日出願の日本特許出願(特願2003−278308)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
2 原水槽
3 原水送液管
4 メタン発酵槽
5 邪魔板
6 気相部
7 処理水配管
8 処理水槽
9 発生ガス回収管
10 硫化水素濃度計
11 水封槽
12 ガスメータ
13 ガスホルダ
14 脱硫剤
15 脱硫剤供給制御装置
16 栄養源
17 処理水循環配管
Claims (6)
- 硫黄化合物として100〜600mg・S/Lを含む有機性排水を上向流嫌気性汚泥床装置でメタン醗酵処理する方法において、該上向流嫌気性汚泥床装置内の通水速度を0.5〜5m/Lとし、該メタン醗酵処理工程により発生するバイオガス中の硫化水素濃度を検出し、該バイオガス中の硫化水素濃度が1%以上の場合に、前記有機性排水に脱硫処理操作を加える制御を行い、脱硫処理した有機性排水を上向流嫌気性汚泥床装置に供給することを特徴とする有機性排水のメタン醗酵処理方法。
- 前記脱硫処理操作が、硫黄に対する鉄イオンのモル比が0.05〜1となるように鉄イオンを含む脱硫剤を加える脱硫処理であることを特徴とする請求項1記載の有機性排水のメタン発酵処理方法。
- 前記脱硫処理操作が、非溶解性の鉄を含む脱硫剤を加える脱硫処理操作であることを特徴とする請求項1記載の有機性排水のメタン発酵処理方法。
- 前記脱硫処理操作が、曝気による脱硫剤の再生機能を備えていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の有機性排水のメタン発酵処理方法。
- 硫黄化合物として100〜600mg・S/Lを含む有機性排水に脱硫処理操作を行う脱硫処理槽又は送液管と、該脱硫処理した有機性排水をメタン発酵処理する上向流嫌気性汚泥床装置とを備え、該上向流嫌気性汚泥床装置内の通水速度を0.5〜5m/Lとし、該上向流嫌気性汚泥床装置には、該装置内で発生するバイオガス中の硫化水素濃度を測定する手段と、該バイオガス中の硫化水素濃度が1%以上の場合に、脱硫処理操作を制御する制御手段を有することを特徴とする有機性排水のメタン発酵処理装置。
- 前記脱硫処理槽が、曝気を行うことで脱硫剤の再生機能を備えていることを特徴とする請求項5記載の有機性排水のメタン発酵処理装置。
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