JP5551044B2

JP5551044B2 - 生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法

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Publication number: JP5551044B2
Application number: JP2010227519A
Authority: JP
Inventors: 典之藤本; 英樹稲葉
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: WO2012046476A1; JP2012081382A

Description

本発明は、油脂含有排水中の有機物を分解する生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法に関する。

排水中の有機物を分解する生物学的排水処理装置としては、排水のメタン発酵処理を行うものが知られている。このような生物学的排水処理装置では、排水の油脂濃度が高い場合にメタン発酵処理が阻害される場合があった。即ち、排水中の油脂濃度が高くなると、メタン菌が油脂と共に浮上し、メタン発酵処理槽外へ流出してしまう場合があった。また、メタン菌が油脂に覆われ、有機物を分解するメタン菌の能力が損なわれる場合があった。このような問題を解決する生物学的排水処理装置として、油脂含有排水を導入し、低濃度油脂排水及び高濃度油脂排水に分離する油脂濃縮分離装置と、分離された低濃度油脂排水を導入し、微生物汚泥を用いて低濃度油脂排水のメタン発酵処理を行うメタン発酵装置と、分離された高濃度油脂排水を導入し、微生物汚泥を用いて高濃度油脂排水中の油脂を分解する油脂分解装置と、油脂分解装置に導入された高濃度油脂排水を攪拌する攪拌装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２７０８６２号公報

上記装置では、高濃度油脂排水中に油脂の塊が形成され、油脂分解装置内の微生物汚泥が油脂に作用し難くなり、油脂分解装置内の油脂が十分に分解されない場合があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、油脂含有排水から分離した油脂を十分に分解することができる生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法の提供を目的とする。

本発明による生物学的排水処理装置は、油脂含有排水中の有機物を分解する生物学的排水処理装置において、油脂含有排水を導入し、低濃度油脂排水と高濃度油脂排水とに分離する油脂濃縮分離装置と、低濃度油脂排水を導入し、微生物汚泥を用いて低濃度油脂排水のメタン発酵処理を行うメタン発酵装置と、高濃度油脂排水を導入し、微生物汚泥を用いて高濃度油脂排水中の油脂を分解する油脂分解装置と、を備え、油脂分解装置は、油脂分解装置に導入された高濃度油脂排水を攪拌する攪拌装置と、油脂分解装置にガスを供給するガス供給装置と、高濃度油脂排水中の油脂の状態を取得する油脂状態取得手段と、油脂状態取得手段によって取得された油脂の状態に応じ、油脂の塊の増加を抑制するように、攪拌装置の攪拌状態を変化させる制御装置と、を有することを特徴とする。

また、本発明による生物学的排水処理方法は、油脂含有排水中の有機物を分解する生物学的排水処理方法において、油脂含有排水を油脂濃縮分離装置に導入し、低濃度油脂排水と高濃度油脂排水とに分離し、低濃度油脂排水をメタン発酵装置に導入し、微生物汚泥を用いて低濃度油脂排水のメタン発酵処理を行い、高濃度油脂排水を油脂分解装置に導入し、高濃度油脂排水と微生物汚泥とを攪拌装置により攪拌し、油脂分解装置にガスをガス供給装置により供給し、高濃度油脂排水中の油脂の状態を取得し、当該取得結果に応じて、油脂の塊の増加を抑制するように、高濃度油脂排水の攪拌状態を変化させ、高濃度油脂排水中の油脂を分解することを特徴とする。

このような生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法によれば、油脂含有排水は、油脂濃縮分離装置により、低濃度油脂排水と高濃度油脂排水とに分離され、この油脂濃縮分離装置で分離された低濃度油脂排水がメタン発酵装置によってメタン発酵されるため、メタン発酵処理が油脂に阻害されず、低濃度油脂排水中の有機物が確実に分解され且つ十分なメタンガスが回収される。一方、油脂濃縮分離装置で分離された高濃度油脂排水は、油脂分解装置に導入され、攪拌装置によって攪拌されるため、高濃度油脂排水中における油脂の塊の形成が抑制される。このとき、油脂状態取得手段によって取得された油脂の状態に応じ、攪拌装置の攪拌状態が変化させられるため、高濃度油脂排水中における油脂の塊の形成がより確実に抑制される。従って、油脂分解装置内の微生物汚泥が油脂に作用し易くなり、高濃度排水中の油脂が十分に分解される。このようにして、油脂分解装置の処理水の油脂濃度は十分に低くなるため、当該処理水をメタン発酵装置へ送り、油脂に阻害されることなくメタン発酵処理を行うことができる。また、油脂分解装置の処理水中に残っている有機物が少ない場合には、メタン発酵装置の処理水とともにメタン発酵装置の後段に送ることができる。

ここで、油脂状態取得手段は、高濃度油脂排水中の油脂の状態として、高濃度油脂排水の油脂濃度を取得することが好ましい。この場合、測定の容易な油脂濃度に基づき、高濃度油脂排水中の油脂の状態が取得されるため、油脂状態取得手段の構成を簡易にすることができる。

また、油脂状態取得手段は、高濃度油脂排水中の油脂の状態として、高濃度油脂排水中の油脂粒子の大きさを取得するようにしてもよい。この場合、油脂の塊の形成状態が直接的に測定され、その状態に応じて攪拌装置の攪拌状態が変えられるため、高濃度油脂排水中における塊の形成が一層確実に抑制される。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、油脂状態取得手段は、油脂分解装置内の高濃度油脂排水の一部を採取するサンプリング部と、サンプリング部により採取された高濃度油脂排水の画像を撮影する撮像部と、撮像部によって撮影された画像に画像処理を施し油脂粒子の大きさを取得する画像処理部と、を有するものが挙げられる。

また、油脂分解装置で用いられる微生物汚泥は、リパーゼを生成し且つ脂肪酸を分解する能力を有することが好ましい。この場合、高濃度油脂排水中の油脂が高効率且つ確実に分解される。

このように本発明によれば、油脂含有排水から分離した油脂を十分に分解することができる。

本発明の第１実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置の概略構成図である。図１中の制御装置の制御手順を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置の概略構成図である。図３中の制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明による生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

先ず、本発明による生物学的排水処理装置の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置１００の概略構成図である。

生物学的排水処理装置１００は、油脂含有排水を導入し、低濃度油脂排水と高濃度油脂排水とに分離する油脂濃縮分離装置１と、低濃度油脂排水のメタン発酵処理を行うメタン発酵装置２と、高濃度油脂排水中の油脂を分解する油脂分解装置３とを備えている。

油脂濃縮分離装置１としては、例えば、加圧浮上濃縮装置、常圧浮上濃縮装置、ＡＰＩオイルトラップ等を用いることができる。

メタン発酵装置２は、メタン発酵槽４を有し、油脂濃縮分離装置１で分離された低濃度油脂排水を、ラインＬ１を介してメタン発酵槽４内に導入する。メタン発酵槽４は、粒状に凝集された微生物（ここではメタン菌）を含む微生物汚泥床５を収容しており、メタン菌は、嫌気的条件下において、被処理水中の有機物を分解してメタンガスを生成する。

メタン発酵装置２は、ＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）反応槽を構成し、メタン発酵槽４内に導入した低濃度油脂排水を高速に上昇させることで、メタン発酵槽４内に高速の上向流を形成する。微生物汚泥床５は、メタン発酵槽４内の上向流により流動して膨張し、低濃度油脂排水に対し高負荷状態を構成する。

メタン発酵槽４内の上部には、微生物等の固形物と、メタン発酵槽４内で発生したメタンガス等のガスと、メタン発酵処理された処理水とを分離する気固液分離部６が設けられている。メタン発酵装置２は、気固液分離部６によって分離された処理水をラインＬ２へ排出し、ガスをラインＬ３へ排出する。

油脂分解装置３は、油脂分解槽７と、撹拌装置１１と、ガス供給源Ｂ１と、油脂状態取得手段１０と、制御装置９とを有し、油脂濃縮分離装置１で分離された高濃度油脂排水を、ラインＬ５を介して油脂分解槽７内に導入すると共に、ラインＬ６を介し、ガス供給源Ｂ１から油脂分解槽７内に酸素含有ガスを供給する。なお、油脂分解装置３は、油脂分解槽７内に酸素含有ガスを供給せず、嫌気的条件下で油脂を分解するものであってもよい。

油脂分解槽７は、リパーゼ生産菌（例えば、アシネトバクター属）及び脂肪酸分解菌（例えば、シュードモナス属、バチルス属）を含む微生物汚泥を収容している。リパーゼ生産菌は、好気的条件下においてリパーゼを生成する。リパーゼは、油脂のエステル結合を分解し、脂肪酸を生成する。脂肪酸分解菌は、好気的条件下において脂肪酸を分解する。なお、油脂分解槽７に収容された微生物汚泥は、リパーゼを生成し、かつ脂肪酸を分解する性質を併せ持つ菌（例えば、バチルス属）を含むものであってもよい。

油脂分解槽７内には、複数の多孔板８が高さ方向に並設されており、各多孔板８は、シャフト２７を介して駆動装置２６に接続され、駆動装置２６を作動させることによって上下に往復運動するようになっている。上下に往復運動する各多孔板８は、油脂分解槽７内に導入された高濃度油脂排水と衝突し、油脂分解槽７内の略全域に乱流を形成する。この乱流により、高濃度油脂排水、上記微生物汚泥及び酸素含有ガスが撹拌される。このように、多孔板８、駆動装置２６及びシャフト２７は、油脂分解装置３に導入された高濃度油脂排水を攪拌する攪拌装置１１を構成している。

油脂状態取得手段１０は、高濃度油脂排水中の油脂の状態として、ラインＬ５を流れ油脂分解槽７に導入される高濃度油脂排水の油脂濃度及び流入水量を取得する。油脂濃度の取得には、例えば、赤外線センサーや臭気センサー等を用いることができる。

制御装置９は、油脂状態取得手段１０からの情報に基づいて、撹拌装置１１の撹拌状態及びガス供給源Ｂ１のガス供給を制御する。すなわち、制御装置９は、油脂状態取得手段１０によって取得された油脂の状態に応じ、駆動装置２６を制御して多孔板８の往復運動の周期を変化させ、攪拌装置１１の攪拌状態を変化させる。また、制御装置９は、油脂状態取得手段１０によって取得された油脂の状態に応じ、ガス供給源Ｂ１のガス供給量を制御し、油脂分解槽７へのガス供給量を変化させる。

そして、油脂分解装置３は、油脂分解槽７内における油脂分解で油脂濃度が低くなった処理水を、ラインＬ７を介してメタン発酵槽４へ送る。

続いて、このように構成された生物学的排水処理装置１００の作用について説明する。油脂含有排水は、油脂濃縮分離装置１内に導入され、低濃度油脂排水と高濃度油脂排水とに分離され、油脂濃縮分離装置１で分離された低濃度油脂排水は、メタン発酵装置２のメタン発酵槽４内に導入され、微生物汚泥床５と高効率に向流接触し、高効率にメタン発酵処理される。メタン発酵槽４内を上昇してメタン発酵処理された処理水は、気固液分離部６によってメタンガスや微生物等から分離され、メタン発酵槽４から排出され、気固液分離部６によって分離されたメタンガス等のガスは、メタン発酵槽４外へ排出され、エネルギー資源として回収される。

一方、油脂濃縮分離装置１で分離された高濃度油脂排水は、油脂分解装置３の油脂分解槽７内に導入され、油脂分解槽７内の微生物汚泥、及びガス供給源Ｂ１から供給された酸素含有ガスと混合される。高濃度油脂排水、微生物汚泥及び酸素含有ガスは、油脂分解槽７内を上下に往復運動する多孔板８との衝突で形成された乱流により、十分に攪拌される。この攪拌により、油脂分解槽７においては、高濃度油脂排水中における油脂の塊の形成が抑制される。

ここで、特に本実施形態の特徴をなす制御装置９による撹拌装置１１の撹拌状態及びガス供給源Ｂ１のガス供給量の制御手順を説明する。図２は、図１中の制御装置９の制御手順を示すフローチャートである。まず、油脂状態取得手段１０により、油脂分解槽７に流入する高濃度油脂排水の油脂濃度及び流入水量を取得する（ステップＳ１，Ｓ２）。次に、取得した高濃度油脂排水の油脂濃度及び流入水量に基づき、油脂分解槽７への油脂流入量を演算し（ステップＳ３）、油脂流入量に変化がないか（実際には、所定値以上の変化がないか）を判定する（ステップＳ４）。油脂流入量に変化がなければ、多孔板８の往復周期及びガス供給源Ｂ１のガス供給量を維持する（ステップＳ５）。一方、油脂流入量に変化があれば、油脂流入量が減っているかを判定する（ステップＳ６）。油脂流入量が減っていれば、多孔板８の往復周期及びガス供給源Ｂ１のガス供給量を下げ、駆動装置２６及びガス供給源Ｂ１の消費エネルギーを節約する（ステップＳ７）。一方、油脂流入量が増えていれば、多孔板８の往復周期を上げ、油脂流入量の増加に伴う油脂の塊の増加を抑制すると共に、ガス供給源Ｂ１のガス供給量を上げ、リパーゼ生産菌及び脂肪酸分解菌の好気性反応を加速し、油脂の分解速度を上げる（ステップＳ８）。制御装置９は、以上の処理を所定の周期で繰り返し行う。

このように、攪拌装置１１の攪拌状態は、制御装置９により、油脂状態取得手段１０によって取得された油脂の状態に応じ変化させられるため、高濃度油脂排水中における油脂の塊の形成がより確実に抑制される。従って、油脂分解装置３内の微生物汚泥が油脂に作用し易くなり、高濃度排水中の油脂が十分に分解される。

油脂分解槽７において油脂が分解された処理水は、メタン発酵槽４へ送られる。当該処理水は、油脂の分解によって十分に油脂濃度が低いものになっているため、油脂に阻害されることなくメタン発酵槽４内でメタン発酵処理される。これにより、油脂濃縮分離装置１において分離された低濃度油脂排水のメタン発酵処理で回収されるメタンガスに加え、さらに多くのメタンガスが回収される。

このように、本実施形態においては、油脂含有排水から分離した油脂を十分に分解することができる。

また、本実施形態においては、油脂状態取得手段１０により、高濃度油脂排水中の油脂の状態として、油脂分解槽７に導入される高濃度油脂排水の油脂濃度及び流入水量が取得されており、油脂濃度及び流入水量を既存のセンサ類で容易に測定できるため、油脂状態取得手段１０の構成を簡易にすることができる。また、油脂分解槽７に導入される高濃度油脂排水は、油脂分解槽７内の微生物汚泥が混合されていないために油脂濃度を測定し易く、油脂状態取得手段１０の構成をより簡易にすることができる。なお、高濃度油脂排水に油脂分解槽７内の微生物汚泥が混合されていても油脂濃度の測定に支障がない場合には、油脂状態取得手段１０は、油脂分解槽７内の油脂濃度を取得するものであってもよい。この場合には、油脂分解槽７内の油脂濃度を直接的に取得できるため、油脂分解槽７内への流入水量の変動を考慮せず、油脂濃度のみに基づいて攪拌装置１１の攪拌状態を変化させてもよい。

また、油脂分解装置３で用いられる微生物汚泥は、リパーゼを生成し且つ脂肪酸を分解する能力を有するため、高濃度油脂排水中の油脂が高効率且つ確実に分解される。

また、メタン発酵装置２は、ＥＧＳＢ反応槽を構成しているため、メタン発酵処理を高負荷とすることができ、メタン発酵処理を高効率とすることができる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置２００の概略構成図である。

第２実施形態の生物学的排水処理装置２００が第１実施形態の生物学的排水処理装置１００と違う点は、高濃度油脂排水の油脂濃度及び流入水量を取得する油脂状態取得手段１０を、高濃度油脂排水中の油脂粒子の大きさを取得する油脂状態取得手段２４に代えた点である。これに伴い制御装置９も制御装置２５に代えている。

この油脂状態取得手段２４は、油脂分解槽７内の高濃度油脂排水の一部を採取するサンプリング部２１と、採取された高濃度油脂排水の拡大画像を撮影する撮像部２２と、撮影された拡大画像に画像処理を施し油脂粒子の大きさを取得する画像処理部２３と、を有する。

制御装置２５は、油脂状態取得手段２４で取得された油脂粒子の大きさに応じ、攪拌装置１１の攪拌状態及びガス供給源Ｂ１のガス供給量を変化させる。図４は、図３中の制御装置２５の制御手順を示すフローチャートである。まず、油脂状態取得手段２４により、油脂分解槽７内に導入された高濃度油脂排水中の油脂粒子の大きさを取得する。すなわち、サンプリング部２１により、油脂分解槽７内の高濃度油脂排水の一部を採取し（ステップＳ２１）、撮像部２２により、採取された高濃度油脂排水の拡大画像を撮影し（ステップＳ２２）、画像処理部２３により、撮影された拡大画像に画像処理を施し油脂粒子の大きさを取得する（ステップＳ２３）。次に、油脂粒子の大きさが所定の大きさ（ここでは１００μｍ）以下であるかを判定する（ステップＳ２４）。油脂粒子の大きさが１００μｍ以下であれば、多孔板８の往復周期及びガス供給源Ｂ１のガス供給量を所定値よりも小さく設定し、駆動装置２６及びガス供給源Ｂ１の消費エネルギーを節約する（ステップＳ２５）。一方、粒子の大きさが１００μｍよりも大きければ、多孔板８の往復周期を所定値よりも大きく設定し、油脂の塊の増加を抑制すると共に、ガス供給源Ｂ１のガス供給量を所定値よりも大きく設定し、油脂の分解速度を上げる（ステップＳ２６）。制御装置２５は、以上の処理を所定の周期で繰り返し行う。

このように、本実施形態においては、油脂状態取得手段２４により、高濃度油脂排水中の油脂の状態として、高濃度油脂排水中の油脂粒子の大きさが取得されており、油脂の塊の形成状態が直接的に取得されている。そして、攪拌装置１１の攪拌状態は、直接的に取得された油脂の塊の形成状態に応じて変化させられるため、高濃度油脂排水中における塊の形成が一層確実に抑制される。

また、油脂分解装置３は、処理水をメタン発酵槽４へ送っているが、処理水の有機物濃度が極めて低い場合には、メタン発酵装置２の処理水と共にメタン発酵装置２の後段へ送るようにしても良い。

また、攪拌装置１１は、多孔板８、駆動装置２６及びシャフト２７によって構成されているが、油脂分解槽７に設置された撹拌翼（例えば、プロペラ翼、パドル翼、タービン翼、アンカー翼）及びその動力源によって構成されていてもよい。この場合、多孔板８の往復周期を上げるのに代えて撹拌翼の回転速度を上げ、多孔板８の往復周期を下げるのに代えて撹拌翼の回転速度を下げるのが好ましい。

また、メタン発酵槽４は、ＥＧＳＢ反応槽を構成しているが、嫌気性反応によって有機物を分解してメタンガスを発生する反応槽を構成していればよく、例えば、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）反応槽を構成していてもよい。

１…油脂濃縮分離装置、２…メタン発酵装置、３…油脂分解装置、９…制御装置、１０…油脂状態取得手段、１１…攪拌装置、１００…生物学的排水処理装置。

Claims

油脂含有排水中の有機物を分解する生物学的排水処理装置において、
前記油脂含有排水を導入し、低濃度油脂排水と高濃度油脂排水とに分離する油脂濃縮分離装置と、
前記低濃度油脂排水を導入し、微生物汚泥を用いて前記低濃度油脂排水のメタン発酵処理を行うメタン発酵装置と、
前記高濃度油脂排水を導入し、微生物汚泥を用いて前記高濃度油脂排水中の油脂を分解する油脂分解装置と、を備え、
前記油脂分解装置は、前記油脂分解装置に導入された前記高濃度油脂排水を攪拌する攪拌装置と、前記油脂分解装置にガスを供給するガス供給装置と、前記高濃度油脂排水中の前記油脂の状態を取得する油脂状態取得手段と、前記油脂状態取得手段によって取得された前記油脂の状態に応じ、前記油脂の塊の増加を抑制するように、前記攪拌装置の攪拌状態を変化させる制御装置と、を有することを特徴とする生物学的排水処理装置。
前記油脂状態取得手段は、前記高濃度油脂排水中の前記油脂の状態として、前記高濃度油脂排水の油脂濃度を取得することを特徴とする請求項１記載の生物学的排水処理装置。
前記油脂状態取得手段は、前記高濃度油脂排水中の前記油脂の状態として、前記高濃度油脂排水中の油脂粒子の大きさを取得することを特徴とする請求項１記載の生物学的排水処理装置。
前記油脂状態取得手段は、前記油脂分解装置内の前記高濃度油脂排水の一部を採取するサンプリング部と、前記サンプリング部により採取された前記高濃度油脂排水の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部によって撮影された前記画像に画像処理を施し前記油脂粒子の大きさを取得する画像処理部と、を有することを特徴とする請求項３記載の生物学的排水処理装置。
前記油脂分解装置で用いられる前記微生物汚泥は、リパーゼを生成し且つ脂肪酸を分解する能力を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の生物学的排水処理装置。
油脂含有排水中の有機物を分解する生物学的排水処理方法において、
前記油脂含有排水を油脂濃縮分離装置に導入し、低濃度油脂排水と高濃度油脂排水とに分離し、
前記低濃度油脂排水をメタン発酵装置に導入し、微生物汚泥を用いて前記低濃度油脂排水のメタン発酵処理を行い、
前記高濃度油脂排水を油脂分解装置に導入し、前記高濃度油脂排水と微生物汚泥とを攪拌装置により攪拌し、前記油脂分解装置にガスをガス供給装置により供給し、前記高濃度油脂排水中の前記油脂の状態を取得し、当該取得結果に応じ、前記油脂の塊の増加を抑制するように、前記高濃度油脂排水の攪拌状態を変化させ、前記高濃度油脂排水中の油脂を分解することを特徴とする生物学的排水処理方法。