JP5114780B2

JP5114780B2 - 嫌気性処理方法及び装置

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Publication number: JP5114780B2
Application number: JP2008208036A
Authority: JP
Inventors: 一将蒲池; 祐司塚本; 康弘本間; 亜聖水岡
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Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: JP2010042352A

Description

本発明は、食品工場、化学工場、紙パルプ工場などの各種工場より排出される有機性廃水等を対象とし、この廃水を処理する嫌気性処理方法及び装置、特にメタン発酵処理方法及び装置に関するものである。

有機性廃水をメタン発酵により分解して処理するメタン発酵処理法は、活性汚泥法等の好気性処理に比べると曝気のためのエネルギーが不要であり、余剰汚泥が少なく、発生するバイオガスからエネルギーを回収できるため、省エネルギーの点で優れている。しかし、メタン生成菌は増殖量が少なく、沈降性が悪いので微生物が処理水とともに流出しやすい。そのため、メタン発酵処理に用いる発酵槽内の微生物濃度を上げることが困難であった。さらに、コストや敷地等の面で問題点を抱えていた。
微生物濃度の高い、高効率型のメタン発酵槽として上向流嫌気性汚泥床法（Ｕｐ−ｆｌｏｗＡｎａｅｒｏｂｉｃＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔＰｒｏｃｅｓｓ；以後「ＵＡＳＢ」と記す）や膨張式汚泥床法ＥＧＳＢ（ＥｘｐａｎｄｅｄＧｒａｎｕｌａｒＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔ；以後「ＥＧＳＢ」と略す）がある。これらは近年普及してきた方法で、メタン菌等の嫌気性菌をグラニュール状に造粒化することにより、メタン発酵槽内のメタン菌の濃度を高濃度に維持できるという特徴があり、その結果、廃水中の有機物の濃度が相当高い場合でも効率よく処理できる。

廃水中に含まれる多糖類やタンパク質、脂質などの有機物は、（１）加水分解過程、（２）酸発酵過程、（３）メタン発酵過程を経て分解される。具体的には、加水分解過程において多糖類、タンパク質、脂質が、アミノ酸、糖、アルコール、高級脂肪酸に分解される。次に、酸発酵過程において酢酸などの低級脂肪酸、二酸化炭素、水素に分解される。最終的にメタン発酵過程においてメタン、二酸化炭素となる。
上記酸発酵過程では生成する低級脂肪酸などの有機酸によってｐＨが低下するため、中和のためのアルカリ剤が必要となる。廃水性状によっては多量のアルカリ剤を消費するため、運転コストが高くなる問題点がある。メタン発酵過程では、有機酸はメタンに分解されるとともに重炭酸塩となることで、アルカリ度を生成する。したがって、メタン発酵の処理水を酸発酵過程に循環することによるアルカリ度補給を行うことで、アルカリ剤の消費量を少なくし、運転コストを低くすることができる。

メタン発酵過程では、遊離の酢酸が１０ｍｇ／Ｌ以上、一例として、ｐＨ６．５で酢酸濃度１５００ｍｇ／Ｌ以上になると阻害があることが知られている。このため酢酸が高濃度に含まれる廃水や酸発酵処理水がメタン発酵槽に流入した場合、高濃度の酢酸に接触する流入部で阻害が起こる可能性がある。このようにメタン発酵過程で分解できるものの高濃度で阻害がある物質を高濃度に含む排水を処理する場合は、安定した処理のために希釈水が使用される。希釈水には、水道水、井水、工水、他工程の希薄排水、メタン発酵処理水が使われることがある。しかし、希釈水にかかるコストが増大すること、メタン発酵処理水の水量が増大し後処理に影響を及ぼすことから、希釈水の一部／全部にメタン発酵処理水が使われている。また、メタン発酵処理水を使用することでアルカリ剤の消費量を少なくできるメリットもある。
槽内にグラニュール汚泥を保持する上向流嫌気性処理装置では、グラニュール汚泥を流動化するために０．５〜１０ｍ／ｈ程度の上昇流速を与えている。排水量が少ない場合に循環なしで運転を行うと、上昇流速が不足することでグラニュール汚泥の流動が不十分になり、処理が悪化する可能性がある。このため、メタン発酵処理水の一部を循環することで水量を確保し、必要な上昇流速を保つことができる。

メタン発酵工程の前段に酸発酵工程を設置した二相式メタン発酵を行う場合、酸発酵工程では生成する有機酸によりｐＨが低下し、このため酸発酵菌の活性が低下し酸生成速度が低下するため通常アルカリが添加される。アルカリ量を低減し、コストを下げる方法として「特許文献１」では、メタン生成工程を行った処理液の一部を返送液として前段の酸生成工程に返送する方法が示されている。しかし、酸発酵工程の滞留時間とメタン発酵槽の上昇流速を個別に設定できない構造であること、及び滞留時間・上昇流速の制御手段を持たないこと、の問題があるため負荷変動に弱く、安定運転が困難になる。

「特許文献２」に示されるようなガスリフト型内部循環構造を持つリアクターは、循環の動力なしに運転できる特徴がある。しかし、ガスリフト型内部循環構造を持つリアクターの特徴として立ち上げ時や低負荷運転時は、内部循環量が減少し撹拌効果がなくなり処理効率が低下する。一方、高負荷運転時にはガス発生量の増加とともに内部循環量が増加し水流のせん断力によって、グラニュール汚泥が微細化する。このように処理状況により内部循環量が変動するため最適な状態の循環量を維持することは困難である。さらにリアクター内部に設置されたガスリフト型の循環方式であるため構造が複雑になるという欠点がある。
「特許文献３」に示されるガスリフト型内部循環構造を持つリアクターにおいて、リアクター内の廃水をグラニュール汚泥と共にリアクター底部に戻す循環ラインを接続するメタン発酵装置とすることで、特にＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷１０ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以下の低負荷運転時においてもグラニュール汚泥と廃水の接触効率を下げずに運転できる特徴がある。しかし、グラニュール汚泥をポンプで循環させるため、グラニュール核を崩壊させにくいポンプであっても、繰り返しポンプのせん断力にさらされることでグラニュール汚泥は徐々に微細化し、微細化した汚泥が流出したり、グラニュール汚泥層に堆積し流動不良が生じる。

汚泥界面の過上昇を防止するため発生ガス量に応じて循環流速を自動調節する装置が「特許文献４」に示されている。この装置では、高負荷運転による発生ガス増大の際にも、汚泥の流出を防止できるとしている。しかし、処理水の一部又はガス・液・固分離部（「ＧＳＳ」ともいう）によりガスと汚泥を分離した槽内液を循環するため、循環水量を多くすると、流出部の上昇流速が増加することになり越流負荷が増加し汚泥が流出する。
特開平０９−００１１７８号公報特開２００１−１６２２９８号公報特開２００８−２９９９３号公報特開平６−４７３９３号公報

本発明は、上記従来技術の問題を解決するために、グラニュール汚泥又は／及び担体を保持し、ガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性処理装置内において、グラニュール汚泥又は／及び担体の界面および最下段に設置されたガス・液・固分離部より上方、かつ最上段に設置されたガス・液・固分離部よりも下方に配置され、ガス・液・固分離部によって形成される流路の開口部の面積あるいは流路の開口部の配置に応じて配置される循環水の取水口から、グラニュール汚泥及び／又は担体の分離された上向流嫌気性処理装置内の水を循環水として引き抜き、汚泥又は／及び担体の界面を検知又は／及びグラニュール汚泥及び／又は担体の界面より下部のｐＨを検知することで循環水の水量を調整し、これを前記上向流嫌気性処理装置に流入又は／及び前段の処理装置に流入させる嫌気性処理装置を開発し、有機性廃水の安定かつ高性能なメタン発酵処理方法及び装置を提供することである。

本発明は、以下に記載する手段によって前記課題を解決した。
（１）グラニュール汚泥及び／又は担体を充填した、ガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性処理装置を用いて有機性廃水を生物学的に処理する嫌気性処理方法において、循環水の取水口を前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より上方で、最上段に設置された前記ガス・液・固分離部よりも下方に設置し、かつ該取水口を該取水口の直下に位置するガス・液・固分離部の間に形成される流路の開口部の面積又は前記流路の開口部の配置に合わせて、前記流路の開口部あたり１ヶ所以上配置し、該循環水の取水口から上向流嫌気性処理装置内の水を循環水として引き抜き、前記循環水を上向流嫌気性処理装置の底部及び／又は原水流入箇所及び／又は当該上向流嫌気性処理装置の前段処理装置に循環させることを特徴とする嫌気性処理方法。
（２）前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面を検知し、検知した界面が循環水の取水口の高さを越えないように循環水の取水量の制御を行うことを特徴とする前記（１）記載の嫌気性処理方法。
（３）前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より下部のｐＨを検知し、前記循環水の取水量を制御することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の嫌気性処理方法。

（４）グラニュール汚泥及び／又は担体を充填した、ガス・液・固分離装置を多段に有する上向流嫌気性処理装置を用いて有機性廃水を生物学的に処理する嫌気性処理装置において、循環水の取水口を前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より上方で、最上段に設置されたガス・液・固分離部よりも下方に設置し、かつ該取水口を該取水口の直下に位置するガス・液・固分離部の間に形成される流路の開口部の面積又は前記流路の開口部の配置に合わせて、前記流路の開口部あたり１ヶ所以上配置し、該循環水の取水口から上向流嫌気性処理装置内の水を引き抜く上向流嫌気性処理装置と、前記取水口と前記上向流嫌気性処理装置の底部及び／又は原水流入箇所、及び／又は当該上向流嫌気性処理装置の前段に配置した前段処理装置をつなぐ循環水返送ラインとを有することを特徴とする嫌気性処理装置。

本発明の骨子は、グラニュール汚泥及び／又は担体を充填した、ガス・液・固分離装置を多段に有する上向流嫌気性処理装置を用いて有機性廃水を生物学的に処理する嫌気性処理装置において、前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より上方に配置し、かつ、最上段に設置されたガス・液・固分離部よりも下方に配置した循環水の取水口から
上向流嫌気性処理装置内の水を循環水として上向流嫌気性処理装置の底部及び／又は原水流入箇所、及び／又は当該上向流嫌気性処理装置の前段処理装置に流入させることで、
上向流嫌気性処理装置内の最上段に設置されたガス・液・固分離部でのガス・液・固分離性能を維持したまま循環水の水量を増加させることができ、
これにより、原水中の高濃度では阻害のある酢酸等の物質の希釈、処理水のアルカリ度を供給、さらに循環水量の増加によるグラニュール汚泥及び／又は担体の流動化を促進をするものである。
また、最下段のガス・液・固分離部より上方に循環水の取水口を設置することで、グラニュール汚泥及び／又は担体の分離された上向流嫌気性処理装置内の水をグラニュール汚泥及び／又は担体が極めて少ない循環水として利用することができる。
さらに、グラニュール汚泥及び／又は担体の界面を検知することで、界面が循環水の取水口の高さを超えないように循環水の取水量を制御すること、及び／又は、グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より下部のｐＨを検知し、循環水の取水量を制御することで、
循環水の水量の増加によって汚泥界面が上昇した場合でも、グラニュール汚泥及び／又は担体が、循環水ラインに取り込まれることを回避するものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明における上向流嫌気性処理とは、溶解性物質をメタン発酵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があるが、いずれの方式でも良い。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。

図１は、メタン発酵処理方法を実施するのに好ましい本発明を適用した上向流嫌気性処理としてＵＡＳＢまたは、ＵＡＳＢに担体を投入した流動床法の一形態の概要を例示した図である。
上向流嫌気性処理装置は発生ガスと処理水３、グラニュール汚泥及び／又は担体を分離回収する気・液・固分離部（以下、ＧＳＳとも記す）５が上向流嫌気性処理装置上部に設置されている。このＧＳＳ５を多段に配置することで、グラニュール汚泥及び／又は担体の保持性能、つまり、上向流嫌気性処理装置内の菌体の保持量が高まり、ＵＡＳＢの処理性能が高まる。ＧＳＳ５を多段に配置することで発生するバイオガスを上向流嫌気性処理装置内で回収できるため、上向流嫌気性処理装置の単位断面積当たりの発生ガス量が少なくなり、特に処理水３を流出させる処理水配管に最も近い所では上向流嫌気性処理装置の単位断面積当たりのガス量が小さくなる。そのため、グラニュール汚泥及び／又は担体の系外流出量を非常に少なくすることができる。

気・液・固分離部では、上向流嫌気性処理装置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を設けてある。邪魔板は、上下方向に３箇所左右交互に設けてある。上向流嫌気性処理装置本体側壁と邪魔板のなす角度θを３５度以下の鋭角とすることで、邪魔板上でのグラニュール汚泥及び／又は担体の堆積による槽内のデッドスペースの形成を防ぐことが可能となり、より好ましい形態になる。なお、邪魔板の占有面積が装置断面積の１／２以下であると、発生ガスの捕捉が不十分となり、気液固分離に不具合が生じる。つまり、装置中心部より発生ガスが上方へ抜けてしまいＧＳＳ部５で十分に発生ガスを捕集できなくなる。発生ガス集積部を備えた各ＧＳＳ部５は、装置の上部５０％の範囲内に取り付け、かつ最下段の発生ガス集積部を備えた該ＧＳＳがグラニュール汚泥及び／又は担体の層内にあるように取り付けられている。各ＧＳＳ部５の気相部のガス圧は異なるので、その差圧は水封槽で調整するとよい。原水１送液側に近い順に水封圧は高く保つ必要がある。

上向流嫌気性処理装置は、嫌気性菌からなるグラニュール汚泥又は／及び嫌気性菌が付着する担体を投入して使用する。本発明の対象となる嫌気性処理は、３０℃〜３５℃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の温度範囲の嫌気性処理のいずれでもよい。原水１は送液管から上向流嫌気性処理装置へ導入する。
本発明に用いる担体としては、生物が付着する素材であれば活性炭や砂、アルミナ、ガラス、プラスティックなど何でもよいが、好ましくは生物付着性が優れている活性炭がよい。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／ｃｍ^３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、上向流嫌気性処理装置内の流動条件と、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_Ｃｒで３０００ｍｇ／Ｌ以下）は、上向流嫌気性処理装置内の流速を速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。

循環水２の取水口６は、グラニュール汚泥及び／又は担体の界面上方かつ最上段に設置されたＧＳＳ５よりも下方に設置されている。これにより取水口６より上部では固液分離性能を維持したまま、取水口６より下部では循環水量を多く取ることができ、循環水２による原水１の希釈効果及び上昇流速増加による上向流嫌気性処理装置内のグラニュール汚泥及び／又は担体の撹拌効果を高めることができる。
グラニュール汚泥及び／又は担体の界面上方に取水口６を設置することで、循環水２にグラニュール汚泥及び／又は担体が直接流入することを避けることができ、さらに最下段のＧＳＳ５より上方に取水口６を設置しているので、グラニュール汚泥及び／又は担体の分離された上向流嫌気性処理装置内の水をグラニュール汚泥及び／又は担体が極めて少ない循環水２として利用することができる。循環水２にグラニュール汚泥及び／又は担体が流入すると、循環ポンプでグラニュール汚泥及び／又は担体が破砕され、微細化したグラニュール汚泥及び／又は担体の流出を招く恐れがあるため好ましくない。

取水口付近では局所的に上昇流速が増加し、一方、取水口から離れた場所では上昇流速が減少し、上向流嫌気性処理装置内の液・ガスの上昇流速の偏りが発生する。取水口の位置を槽水平面において偏った配置とすると、ショートパスによる処理の悪化や、グラニュール汚泥及び／又は担体の流出を招く恐れがあるため好ましくない。
取水口６の設置位置は、上向流嫌気性処理装置内の液・ガスの上昇流速の偏りを少なくするためにＧＳＳ５によって形成される流路の開口部の面積あるいは流路の開口部の配置に合わせて単数ないし複数配置される。取水口１ヶ所に対しＧＳＳ５によって形成される流路の面積は、５ｍ^２以下、好ましくは１ｍ^２以下、さらに好ましくは０．５ｍ^２以下がよい。流路の開口部に合わせた取水口の設置位置は、流路の開口部が円形であれば同心円状や線対称状に等間隔に配置するのが好ましい。流路の開口部が直線状であれば直線状や線対称上に等間隔に配置するのが好ましい。
取水口１ヶ所に対するＧＳＳ５によって形成される流路の面積が大きい場合や、取水口６の設置位置がＧＳＳ５によって形成される流路の開口部の配置に対して偏った場合は、上向流嫌気性処理装置内に液・ガスの上昇流速の偏りが生じて、ショートパスによる処理の悪化や、グラニュール汚泥及び／又は担体の流出を引き起こす恐れがあるため好ましくない。
前記ＧＳＳ５によって形成される流路の開口部の面積にかかわらず、取水口の直下に位置するＧＳＳ５によって形成される流路の開口部あたり１ヶ所以上の取水口を配置する。前記流路の開口部の数に対して取水口の数が不足した状態では、不足した側の前記流路の開口部での液・ガスの上昇速度は、十分な側より減少する。また、同形状の前記流路の開口部複数箇所に対し、中心部に取水口を1ヶ所配置した場合は、流路の開口部ごとの液・ガスの上昇速度を均等に調整するのが困難である。
したがって、流路の開口部に対して取水口の数が少ないと、上向流嫌気性処理装置内に液・ガスの上昇流速が偏った結果生じる、ショートパスによる処理の悪化や、グラニュール汚泥及び／又は担体の流出を抑止する効果が極めて高まる。
さらに上向流嫌気性処理装置の上方ほどＧＳＳによる気・液・固分離効果が高まるため、取水口は上方に位置するＧＳＳ５の開口部の直下に配置することが好ましい。
図１の場合、取水口６は上方に位置するＧＳＳ５の開口部の直下に３ヶ所設けられている。

取水口６が複数配置される場合の取水口６の開口面積、取水口６が設置される取水管の配管径は、装置水平面において均等な取水が達成されるものであればよい。取水口６の開口方向については、水平方向、下方、上方、斜め、のいずれでもよく槽水平面において均等な取水が達成されるものであればよい。

図６の例は、取水口６を最上段のＧＳＳ開口部の下部に配した例である。（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は取水管が設けられている面における平面図を示す。中心側の集水管９は直線状に、壁面側の集水管９はリング状としている。取水口６は下方のＧＳＳ５に形成される開口比に応じて中心側に２ヶ所、壁面側に８ヵ所を配した。
図７の例は、取水口６をＧＳＳ５頂部の上部にリング状に配した例である。（ａ）及び（ｂ）は図６の場合と同様である。取水口６は下方のＧＳＳ５に形成される開口比に応じて中心側に２ヶ所、壁面側に８ヵ所を配した。取水口６はそれぞれ中心側と壁面側に向けて開口している。
以上、代表的な取水管９を示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、装置水平面において均等な取水が達成されるものであればよい。

取水口６から引き抜いた循環水２は前段処理装置の流出水と混合されて再び上向流嫌気性処理装置へ流入する。前段処理装置は、酸発酵、中和、混合、加温等の処理を行う装置を示し、また各装置をつなぐ配管も含む。循環水流入配管は前段処理装置の流出水と混合してから上向流嫌気性処理装置へ流入させてもよいし、別途循環水配管を設けて上向流嫌気性処理装置の底部に流入させてもよい。また、循環水２の全量もしくは一部を前段処理装置へ直接流入させてもよい。
前段処理装置が酸発酵装置である場合は、酸発酵装置又は酸発酵装置への流入配管へ循環水２を流入することで、酸発酵装置でのアルカリ使用量の削減できることがある。酸発酵装置へ循環水２を過大に流入させると、酸発酵装置に必要な滞留時間を確保できなくなるので、必要量を酸発酵装置へ流入させ、残りは直接上向流嫌気性処理装置へ流入させても良い。

循環水返送ラインは１系列でも複数系列でもよい。
循環水返送ラインは、発生ガスによるガスロックが生じる場合があるので、ガスロック防止のための手段を設けるのが望ましい。循環水２のラインの途中でガス分離槽を設けて分離したガスを真空ポンプで抜いても良いし、循環ポンプの吐出にバイパス弁を設けて間欠的にフラッシング操作を行うことで管内ガスロックを解消しても良い。フラッシング操作はタイマー制御、循環水配管内の圧力、液位、流量によって検知して行ってもよい。

循環水の水量は、ｐＨやアルカリ度に基づいて決定されることが多いが、上向流嫌気性処理装置内下部の上昇流速によって決定することもある。ｐＨに基づく場合は、前段処理装置のｐＨ計指示値が任意の設定値に保たれるように循環水量を制御してもよいし、グラニュール汚泥又は／及び担体の界面より下部に設置したｐＨ計指示値が任意の設定値に保たれるように循環水量を制御してもよい。上向流嫌気性処理装置内下部の上昇流速に基づく場合は、グラニュール汚泥又は／及び担体の界面高さを超音波センサー等を内蔵した汚泥界面計８等によってモニタリングし一定範囲に収まるように循環水量を制御してもよい。また、これらを組み合わせても良い。

グラニュール汚泥又は／及び担体の界面より下部のｐＨをメタン発酵菌の至適ｐＨである６．５以上８．５以下の任意の一定範囲に、好ましくは６．８以上７．８以下の一定範囲に保つように、ｐＨが６．５以上８．５以下である循環水の水量を決定することで、原水ｐＨの変動の影響を受けることなく良好な処理を継続することができる。
原水ｐＨが酸性の場合、グラニュール汚泥又は／及び担体の界面より下部のｐＨが所定ｐＨ範囲より下降したときには、ｐＨが中性域にある循環水の水量を多くすることで、メタン発酵菌の存在するグラニュール汚泥又は／及び担体部分のｐＨを所定ｐＨ範囲内に引き上げることができ、低ｐＨによる処理悪化を防止することができる。
原水ｐＨがアルカリ性の場合、グラニュール汚泥又は／及び担体の界面より下部のｐＨが所定ｐＨ範囲より上昇したときには、ｐＨが中性域にある循環水２の水量を多くすることで、メタン発酵菌の存在するグラニュール汚泥又は／及び担体部分のｐＨを所定ｐＨ範囲内に引き下げることができ、高ｐＨによる処理悪化を防止することができる。

グラニュール汚泥又は／及び担体の界面高さを一定範囲に保つように循環水量を制御することで、グラニュール汚泥又は／及び担体が良好に流動でき、かつ流出しない上昇流速を与えることができ、良好な処理を継続することができる。グラニュール汚泥又は／及び担体の界面が循環水２の取水口６の高さを越えないように循環水２の取水量の制御を行うことが好ましい。過度の上昇流速により上昇したグラニュール汚泥又は／及び担体の界面が循環水２の取水口の高さを越えると、循環ポンプでグラニュール汚泥及び／又は担体が破砕され、微細化したグラニュール汚泥の流出を招く恐れがある。

上向流嫌気性処理装置内下部の上昇流速が増加することで、グラニュール汚泥及び／又は担体の流動化を促進することができる。原水ＶＳＳ、無機塩濃度が高く、グラニュール汚泥及び／又は担体が厚密したり、汚泥床が閉塞したりするような排水性状や汚泥性状の場合、流動化することで微細ＶＳＳを槽内から排出でき、処理の安定化を図れる。
また、酢酸のように高濃度では阻害性を示す基質である原水１の場合、循環水２によって原水１を希釈し、槽内の濃度勾配を小さくすることで、処理の安定化を図ることができる。一例として図１のフローにおいて、原水の酢酸濃度が３０００ｍｇ／Ｌである場合は、メタン発酵工程流入水の酢酸濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以下となるように原水の水量に対して循環水の水量を１倍以上で希釈する。原水の酢酸濃度が６０００ｍｇ／Ｌである場合は、原水の水量に対して循環水の水量を３倍以上で希釈する。

以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例１〜６、比較例１〜３
ＣＯＤ_Ｃｒ４０００〜６０００ｍｇ／Ｌの清涼飲料廃水を原水１として本発明のＵＡＳＢで処理を行った。ＵＡＳＢの前段処理工程として酸発酵工程を設置し、酸発酵工程の設定ｐＨは６．５、滞留時間は８時間として運転されている。水酸化ナトリウムをアルカリ剤として、窒素、リンなどが無機栄養塩類として添加されている。原水の水量は、すべての例で同じ条件とし６ｍ^３／ｄとした。種汚泥は、同じ清涼飲料廃水を処理している実機のグラニュール汚泥を投入した。循環水なしで運転する場合のＵＡＳＢの上昇流速は１．３ｍ／ｈとなる。
図１から図８に示すＵＡＳＢにて運転を行った。ＵＡＳＢの高さは５ｍ、内径０．５ｍ、容量は１ｍ^３である。ＵＡＳＢ内部の水温は３５℃に保たれるよう温度制御されている。
運転は９０日間行い評価を行った。第１表に上昇流速、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ、処理水ＶＳＳの除去率の期間中の平均値を示す。

＜比較例１＞
図８は、原水の水量の４倍量をＵＡＳＢの処理水３を循環水２としてＵＡＳＢの流入水配管へ導入させた既存の例である。
流出ＶＳＳは３２１ｍｇ／Ｌであった。溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８１％であった。
流出ＶＳＳは多く、グラニュール汚泥の流出がみられた。

＜比較例２＞
図９は、最上段ＧＳＳ５の上方の側壁に循環水２の取水口６を１ヶ所を設置した例である。原水の水量の４倍量の循環水をＵＡＳＢの流入水配管へ導入させた。
流出ＶＳＳは３３４ｍｇ／Ｌであり、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８０％であった。図８の例と同等の結果であった。

＜比較例３＞
図１０は、ＵＡＳＢ内の上段ＧＳＳ５の上方に循環水２の取水口６を設置した例である。取水口６は図６に示すようにＧＳＳ５によって形成される流路の直上にＧＳＳ５によって形成される流路の面積に合わせて１０ヶ所配置した。原水の水量の４倍量の循環水をＵＡＳＢの流入水配管へ導入させた。
流出ＶＳＳは３２６ｍｇ／Ｌ、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８２％であり、循環水２の取水口６をＧＳＳ５によって形成される流路の面積に合わせて１０ヶ所を設置したが、図８の例と同等の結果であった。

＜実施例１、実施例２＞
図１は、図１０で図示した例において循環水２の取水口６の上方に最上段ＧＳＳ５を設置した例である。原水の水量の４倍量の循環水２をＵＡＳＢの流入水配管へ導入させた。
この場合の中、図６（実施例１）の例は、集水管９を最上段のＧＳＳ開口部の下部に配した例である。中心側の取水管９は直線状、壁面側の集水管９はリング状としている。取水口６は下方にある中段ＧＳＳ５に形成される開口比に応じて中心側に２ヶ所、壁面側に８ヵ所を配した。
図６の例では、流出ＶＳＳは１０８ｍｇ／Ｌ、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８６％であった。

図７（実施例２）の例は、集水管９を中段ＧＳＳ頂部の上部にリング状に配した例である。取水口６は下方にある中段ＧＳＳ５によって形成される開口比に応じて中心側に２ヶ所、壁面側に８ヵ所を配した。取水口６はそれぞれ中心側と壁面側に向けて開口している。
図７の例では、流出ＶＳＳは１１０ｍｇ／Ｌ、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８６％であった。
最上段ＧＳＳの下方に循環水２の取水口６を配置することにより、図１０の比較例３より流出ＶＳＳを抑制でき、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去性能も高まった。

＜実施例３＞
図２は、図１で図示した例において取水口の下方にある中段ＧＳＳと下段ＧＳＳの間にも取水口を設置した例である。原水の水量の４倍量の循環水２を下段の取水管から、原水の水量の３倍量の循環水を上段の取水管から引抜き、ＵＡＳＢの流入水配管へ導入させた。
図２の例では、流出ＶＳＳは１０２ｍｇ／Ｌ、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８８％であった。
取水口の段数を２段にすることにより、ＵＡＳＢ下部における上昇流速が大きくても図１の例と同等の流出ＶＳＳを維持することができた。本例は、原水の希釈効果をさらに高めたい場合や、上昇流速を上げることで槽内汚泥の攪拌効果を高めたい場合に有効な方法である。

＜実施例４＞
図３は、図１及び図６で図示した例において、グラニュール汚泥層内にｐＨセンサー７を設置し、測定されたｐＨが６．８〜７．５に収まるように循環水２の水量を制御した例である。具体的には、グラニュール汚泥層内のｐＨが６．８以下になると循環水量を増やし、７．５以上となると循環水の水量を減らした。
図３の例では、流出ＶＳＳは１０１ｍｇ／Ｌ、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８７％であった。
図１１に示すように循環水量をｐＨによって制御することで、循環水の水量を一定とした図１の例より良好な溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率での運転が可能であった。

＜実施例５＞
図４は、図１、図５で図示した例において、汚泥界面計８を設置し、測定された汚泥界面が２．０〜２．５ｍに収まるように循環水２の水量を制御した例である。具体的には、グラニュール汚泥の界面が２．０ｍ以下になると循環水量を増やし、２．５ｍ以上となると循環水量を減らした。
図４の例では、流出ＶＳＳは８９ｍｇ／Ｌ、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は９０％であった。
循環水量を汚泥界面によって制御することにより、負荷増加時のガス発生量増加に伴う汚泥界面の過上昇、負荷減少時のガス発生量減少に伴うグラニュール汚泥の流動状態の悪化を防ぐことができた結果、図１１、図１２に示すように図１の例より流出ＶＳＳを抑制しつつ、良好な溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率での運転が可能であった。

＜実施例６＞
図５は、図１、図６で図示した例において循環水２を原水の水量の１．５倍を酸発酵槽に、２．５倍をＵＡＳＢの流入水配管へ導入させた例である。
図５の例では、流出ＶＳＳは１１１ｍｇ／Ｌ、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率は８６％であり、図１の例と同等であった。
酸発酵槽で供給する必要のあったアルカリは、図１の例では原水ＣＯＤ_Ｃｒ１ｋｇあたり０．２〜０．３ｋｇの水酸化ナトリウムが必要であったが、図５の例では０．１〜０．２ｋｇに低減できた。

本発明の嫌気性処理方法及びその装置は、循環水の水量をグラニュール汚泥又は／及び担体の界面又は／及びグラニュール汚泥又は／及び担体の界面より下部のｐＨによって制御することにより、負荷増加時のガス発生量増加に伴う汚泥界面の過上昇、負荷減少時のガス発生量減少に伴うグラニュール汚泥の流動状態の悪化を防ぐことができるので、安定した工程管理が可能となり、流出ＶＳＳを抑制しつつ、良好な溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率での運転が可能となる。従って、本発明による処理方法と装置は多くの廃水処理施設での利用が期待される。

本発明で使用した取水口とＧＳＳ部の位置関係を示すＵＡＳＢ装置の概略を示す図である。実施例３で用いた取水口の下方にある中段ＧＳＳと下段ＧＳＳの間の二段に取水口を配置したＵＡＳＢ装置の概略を示す図である。実施例４で用いた汚泥層内にｐＨセンサーを設置したＵＡＳＢ装置の概略を示す図である。実施例５で用いた汚泥界面計を設置したＵＡＳＢ装置の概略を示す図である。実施例６において、酸発酵槽とＵＡＳＢへの循環水の流入量を変更したとき用いた図１、図６と類似のＵＡＳＢ装置の概略を示す。本発明の実施例１で使用したＵＡＳＢ装置の取水管の形状と取水口の配置を示す概略図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。本発明の実施例２で使用したＵＡＳＢ装置の取水管の形状と取水口の配置を示す概略図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。比較例１で使用したＵＡＳＢ装置の概略を示す図である。比較例２で使用したＵＡＳＢ装置の概略を示す図である。比較例３で使用したＵＡＳＢ装置の概略を示す図である。嫌気性処理の経過日数（ｄ）と溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ除去率（％）の関係を示す図である。嫌気性処理の経過日数（ｄ）と、流出ＳＳ（ｍｇ／Ｌ）の関係を示す図である。

符号の説明

１原水
２循環水
３処理水
４汚泥層
５ＧＳＳ
６取水口
７ｐＨセンサー
８汚泥界面計
９取水（集水）管

Claims

グラニュール汚泥及び／又は担体を充填した、ガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性処理装置を用いて有機性廃水を生物学的に処理する嫌気性処理方法において、循環水の取水口を前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より上方で、最上段に設置された前記ガス・液・固分離部よりも下方、かつ上から２段目以降に設置された前記ガス・液・固分離部よりも上方に設置し、かつ該取水口を該取水口の直下に位置するガス・液・固分離部の間に形成される流路の開口部の面積又は前記流路の開口部の配置に合わせて、前記流路の開口部あたり１ヶ所以上配置し、該循環水の取水口から上向流嫌気性処理装置内の水を循環水として引き抜き、前記循環水を上向流嫌気性処理装置の底部及び／又は原水流入箇所及び／又は当該上向流嫌気性処理装置の前段処理装置に循環させることを特徴とする嫌気性処理方法。
前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面を検知し、検知した界面が循環水の取水口の高さを越えないように循環水の取水量の制御を行うことを特徴とする請求項１記載の嫌気性処理方法。
前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より下部のｐＨを検知し、前記循環水の取水量を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の嫌気性処理方法。
グラニュール汚泥及び／又は担体を充填した、ガス・液・固分離装置を多段に有する上向流嫌気性処理装置を用いて有機性廃水を生物学的に処理する嫌気性処理装置において、循環水の取水口を前記グラニュール汚泥及び／又は担体の界面より上方で、最上段に設置されたガス・液・固分離部よりも下方、かつ上から２段目以降に設置された前記ガス・液・固分離部よりも上方に設置し、かつ該取水口を該取水口の直下に位置するガス・液・固分離部の間に形成される流路の開口部の面積又は前記流路の開口部の配置に合わせて、前記流路の開口部あたり１ヶ所以上配置し、該循環水の取水口から上向流嫌気性処理装置内の水を引き抜く上向流嫌気性処理装置と、前記取水口と前記上向流嫌気性処理装置の底部及び／又は原水流入箇所、及び／又は当該上向流嫌気性処理装置の前段に配置した前段処理装置をつなぐ循環水返送ラインとを有することを特徴とする嫌気性処理装置。