JP5807289B2 - 嫌気性処理装置およびこれを備えた廃水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、食品工場などから排出される有機廃水の浄化処理を行う嫌気性処理装置およびこれを備えた廃水処理システムに関する。

現在の産業廃水処理は、好気性生物処理（活性汚泥）と凝集沈殿といった物理化学処理を生物処理の後段に併用した方法が主流である。これらの処理方式では、エアレーションの多大な電気コスト、凝集剤の薬品コスト、生物余剰・凝集沈殿汚泥が廃棄物として大量に発生するといった問題点がある。

この問題に対してのブレークスルーとして、食品工場などから排出される廃水に対しては、嫌気性微生物の自己固定化作用を巧みに利用した、ＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｅｄ）法に代表される嫌気性処理法が普及し、省エネルギー・創エネルギー（バイオガス回収）を実現した。

多川 正、「化学廃水の嫌気性処理」、環境技術、環境技術学会、２００４年６月、第３３巻、第６号、ｐ．４３２−４３６

しかしながら、嫌気性処理として比類なき成功を収めているＵＡＳＢ法も化学系廃水など、嫌気性微生物を阻害するような物質を含む廃水に対しては、分解に対しては馴養の可能性が確認されながらも、ＵＡＳＢ法の成否である、グラニュール汚泥（微生物集塊体）の長期間の成長・保持の点で問題があり、多数の化学系廃水に対して、省エネルギーな嫌気性処理を断念する例が多い。

これは、グラニュール汚泥の形成が微生物自身の持つ自己固定化能力に依存することに対し、化学系廃水には比較的それらを低下させる阻害／毒性物質が含まれることに起因する、グラニュール汚泥の長期間の安定保持が困難であるためである。

食品系の廃水では、例えば醤油を製造する際に発生する醤油濃厚廃液には、グラニュール汚泥化を阻害する高濃度の油分、塩分、浮遊物質が含まれており、これまでの従来技術（ＵＡＳＢ法）では対応ができなかった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、有機廃水の浄化処理能力を高めることができる嫌気性処理装置およびこれを備えた廃水処理システムを提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決するために以下のような嫌気性処理装置および廃水処理システムを採用した。

本発明の嫌気性処理装置は、有機廃水の嫌気性処理を行う嫌気性処理装置において、
前記有機廃水を一時的に貯留するフィードタンクと、
このフィードタンクに供給管および排水管で接続されたリアクターと、
前記供給管に接続されて前記フィードタンク内の有機廃水を前記リアクターに送る供給ポンプとを備え、
前記リアクター内には多数の担体が充填され、各担体には前記有機廃水を浄化処理するための嫌気性微生物が付着していることを特徴とする。

ここで、本発明の嫌気性処理装置は、フィードタンク内に貯留された有機廃水の温度を、嫌気性微生物が活性化する温度に設定する加温手段を備えることが好ましい。

また、各担体は主にスポンジから形成することが好ましい。これに対し、嫌気性微生物は、供給ポンプを駆動して、嫌気性微生物を含むスラリーをフィードタンクとリアクターとの間で所定期間循環させることにより各担体に付着されることが好ましい。

また、本発明の嫌気性処理装置は、有機廃水を供給管からリアクター内に供給するときに散水する散水手段を備えることが好ましい。

また、散水手段は、散水管から構成することが好ましい。具体的には、この散水管には、両端側に供給管が接続されており、供給管から供給された有機廃水をリアクター内へ散水する複数の散水孔が設けられている。

また、本発明の廃水処理システムは、
本発明の嫌気性処理装置と、
この嫌気性処理装置のフィードタンクに処理水管で接続され、この嫌気性処理装置から前記処理水管を介して供給された嫌気性処理水を浄化する後処理装置と
を備えることを特徴とする。

本発明の嫌気性処理装置では、フィードタンクとリアクターを供給管と排水管で接続し、供給管に供給ポンプを接続し、リアクター内には、嫌気性微生物が付着された担体を多数充填した。これにより、供給ポンプが駆動すると、有機廃水がフィードタンクとリアクターとの間で循環し、有機廃水中の汚濁成分が嫌気性微生物により分解される。したがって、本発明の嫌気性処理装置では、従来のＵＡＳＢ法を用いた嫌気性処理のようにグラニュール汚泥を必要としないので、廃水にグラニュール汚泥化を阻害する高濃度の油分、塩分、浮遊物質等が含まれていても嫌気性処理を行うことが可能になる。よって、本発明の嫌気性処理装置は、有機廃水の浄化処理能力を高めることができる。また、本発明の廃水処理システムでは、本発明の嫌気性処理装置と後処理装置とで有機廃水を浄化処理するので有機廃水の浄化処理効率を上げることができる。

本発明の一実施の形態を示す廃水処理システムの構成図である。 同実施の形態のリアクターの上面の斜視図である。 同実施の形態の担体を示す写真である。 同実施の形態の担体に微生物が付着された状態を示す写真である。

以下、本発明の実施の形態を図にしたがって説明する。

図１は、本発明の一実施の形態を示す廃水処理システム１の構成図である。この廃水処理システム１は、食品工場などから排出される有機廃水を浄化処理するものであり、嫌気性処理装置２と、嫌気性処理装置２の後段に接続された後処理装置３とを備えている。

嫌気性処理装置２は、嫌気性微生物を用いて有機廃水を浄化処理するものである。この嫌気性処理装置２は、有機廃水を一時的に貯留するフィードタンク２１と、フィードタンク２１に供給管２０１および排水管２０２で接続されて、有機廃水を嫌気性処理するためのリアクター２２とを中心にして構成されている。

フィードタンク２１は、内部に仕切板２１ｃが設置されており、この仕切板２１ｃにより原水槽２１ａと処理水槽２１ｂとが形成されている。仕切板２１ｃの下部はフィードタンク２１の内底面に結合しておらず、原水槽２１ａと処理水槽２１ｂとが下部で開口している。

原水槽２１ａには、廃水管２０３を介して調整槽２３が接続されている。この調整槽２３では、廃棄物に水を加えたり濃度が大きい有機廃水を希釈したりして、浄化処理に適した濃度の有機排水を生成する。この調整槽２３には希釈水管２０４を介して希釈水タンク２４が接続されている。この希釈水タンク２４内には、調整槽２３内に入れられた廃棄物に水を加えたり、濃度が大きい有機廃水を希釈するための水（希釈水）が貯留されている。また、希釈水管２０４には流量制御弁２０４ａが接続されている。この流量制御弁２０４ａは、希釈水タンク２４から調整槽２３へ送る希釈水の流量を調整するものである。この希釈水は水道水、工水に限らず、低濃度の別系統の廃水や既設廃水処理施設の処理水などを再利用することも可能である。

また、廃水管２０３には廃水ポンプ２０３ａが接続されている。この廃水ポンプ２０３ａは、調整槽２３で濃度が調整された有機廃水を原水槽２１ａに送るものである。

原水槽２１ａ内には攪拌機２１１が配置されている。この攪拌機２１１は、原水槽２１ａ内の有機廃水を攪拌するものである。さらに原水槽２１ａ内には、加温手段であるヒーター等（図示せず）が配置されている。このヒーターは、原水槽２１ａ内の有機廃水の温度を嫌気性微生物が活性化する温度に設定するものである。なお、加温手段はヒータに限定されず、例えば蒸気を利用するものや熱交換を利用するものでも良い。

また、処理水槽２１ｂには、処理水管３０１を介して後処理装置３が接続されている。この後処理装置３は、処理水槽２１ｂから処理水管３０１を介して供給された嫌気性処理水をさらに浄化するものである。この後処理装置３では、嫌気性処理、好気性処理、物理化学処理（凝集沈殿処理等）等を行う。

供給管２０１には、供給ポンプ２１２が接続されている。この供給ポンプ２１２は、有機廃水が加温されたもの（原水Ａ）をリアクター２２に送るものである。排水管２０２は、リアクター２２の底部とフィードタンク２１とに接続している。

リアクター２２の上部には水封槽２５が接続されており、この水封槽２５にはガスメータ２６が接続されている。

また、リアクター２２は筒形状に形成されており、その上面には、図２に示すように開口部２２１が形成されている。開口部２２１の周縁２２１ａには、複数の散水管２２２が取り付けられている。

具体的に説明すると、本実施の形態では複数の散水管２２２が十字に交差して十字状のジョイント部材２３０を用いて結合されている。この状態で各散水管２２２は開口部２２１の周縁２２１ａを跨いでリアクター２２の周壁２２ａを貫通して取り付けられている。ジョイント部材２３０はＴ字管に別の管を接合して十字状に形成したものである。なお、本実施の形態では複数の散水管２２２を十字に交差して結合して配置したが、複数のＬ字状の散水管の屈曲部分を近接して配置しても良い。

各散水管２２２の両端側には、図１に示すように供給管２０１が接続されている。なお、供給管２０１において散水管２２２との接続部分の近傍には流量制御弁２１２ａが接続されている。この流量制御弁２１２ａは、各散水管２２２から均等に散水が行われるように散水の度合い（原水Ａの流量）を調整するものである。

また、図２に示すように各散水管２２２の下側には、複数の散水孔２２２ａが設けられている。この散水孔２２２ａは、供給管２０１から供給された原水Ａ（有機廃水）をリアクター２２内へ散水するものである。

また、リアクター２２内には、多数の担体２２３が充填されている。この担体２２３は、図３に示すようにスポンジで形成された担体本体２２３ａと、担体本体２２３ａに嵌め込んだプラスチック製の網目状のリング２２３ｂとを備えている。担体本体２２３ａは、例えば３ｃｍ×３ｃｍの立方体で形成されている。そして、各担体２２３には、図４に示すように有機廃水を嫌気性処理するための嫌気性微生物Ｃが付着している。

また、図１に示すようにリアクター２２内の下部には、充填された多数の担体２２３を支持して排水管２０２に担体２２３が詰まるのを防止するために網２２４が配置されている。この網２２４とリアクター２２の内底面との間には、有機廃水が多数の担体２２３により嫌気性処理されて得られる嫌気性処理水を集めるための集水空間Ｓが形成されている。

また、図２に示すように、リアクター２２内には、複数の散水管２２２と多数の担体２２３との間に、複数の下側拡散シート２２５と、中間部材２２６と、上側拡散シート２２７とが配置されている。本実施の形態では、これらの部材２２５〜２２７にはプラスチック製の人工芝シートが使用されている。

複数の下側拡散シート２２５はそれぞれ細長い四角形状に形成されており、交差して多数の担体２２３の上に載置されている。中間部材２２６は、人工芝シートをまるめて円筒状にしたものを下側拡散シート２２５の交差部分の上に立てて配置されている。上側拡散シート２２７は四角形状に形成されて中央部分が中間部材２２６の上に載置されている。これにより上側拡散シート２２７は、中間部材２２６を頂点として垂れ下がるように配置されている。

また、複数の散水管２２２は、ジョイント部材２３０が上側拡散シート２２７の中央部分の上方に位置して上側拡散シート２２７との間に隙間を開けて配置されている。

以上のように構成されている廃水処理システム１において、次に、有機廃水の浄化処理を説明する。

最初に廃水ポンプ２０３ａを駆動して、調整槽２３からフィードタンク２１の原水槽２１ａ内に濃度が調整された有機廃水を所定量入れる。

次にヒーター等（図示せず）を駆動して、有機廃水の温度を嫌気性微生物Ｃが活性化する温度まで上げて原水Ａとする。さらに攪拌機２１１を駆動して原水Ａを攪拌する。次に、供給ポンプ２１２を駆動して、原水Ａを供給管２０１を介して各散水管２２２に送る。各散水管２２２は散水孔２２２ａからリアクター２２内に原水Ａを散水する。

リアクター２２内に散水された原水Ａはリアクター２２内を下方へ流れる。このときに原水Ａは、リアクター２２内に充填されている担体２２３に接触し、原水Ａ中の汚濁成分は、担体２２３に付着している嫌気性微生物Ｃで分解されて嫌気性処理水Ｂとなる。

嫌気性処理水Ｂは、排水管２０２を介してフィードタンク２１の処理水槽２１ｂ内に送られ、原水槽２１ａに一時的に貯留されている原水Ａと混合される。この混合水は、再び供給管２０１を介してリアクター２２内に散水されて嫌気性微生物Ｃで分解されて嫌気性処理水Ｂとなる。この嫌気性処理水Ｂは排水管２０２を介してフィードタンク２１の処理水槽２１ｂに送られ、上記で説明したように再び嫌気性微生物Ｃで分解される。

このように本実施の形態の嫌気性処理装置２では、有機廃水をフィードタンク２１とリアクター２２との間で所定期間循環させて、有機廃水中の汚濁成分を嫌気性微生物Ｃで分解する。したがって、従来のＵＡＳＢ法のようにグラニュール汚泥を必要としないので、有機廃水にグラニュール汚泥化を阻害する高濃度の油分、塩分、浮遊物質が含まれていても嫌気性処理を行うことが可能になる。よって、本実施の形態の嫌気性処理装置２は、嫌気性処理能力を高めることができる。

また、処理水槽２１ｂ内に送られた嫌気性処理水Ｂは、原水槽２１ａ内に供給された有機廃水の量と同じ量が処理水管３０１を介して後処理装置３に送られて浄化処理される。したがって、本実施の形態の廃水処理システム１は、嫌気性処理装置２と後処理装置３とで有機廃水を浄化処理するので、有機廃水の浄化処理効率を上げることができる。

また、本実施の形態の嫌気性処理装置２では、原水槽２１ａ内の有機廃水の温度を嫌気性微生物Ｃが活性化する温度に設定する加温手段（ヒーター等）を備えた。これにより、有機廃水の分解効率が高まるので、嫌気性処理能力をさらに高めることができる。

また、本実施の形態の嫌気性処理装置２では、有機廃水を供給管２０１からリアクター２２内に供給するときに散水する散水手段（複数の散水管２２２）を備えた。したがって、有機廃水を単にリアクター２２内に入れる場合に比べて多くの担体２２３に接触させることが可能になるので、有機廃水の分解効率が高まり、嫌気性処理能力をさらに高めることができる。

また、本実施の形態の嫌気性処理装置２では、本発明の散水手段として複数の散水管２２２を使用したので、製造コストを抑えることができる。また、各散水管２２２をリアクター２２に着脱可能に取り付けても良い。この場合には、リアクター２２内に担体２２３を出し入れするときやリアクター２２内の清掃や点検を行うときに散水管２２２を容易に取り外すことが可能になるので、これらの作業効率を上げることができる。なお、散水管２２２の使用本数は特に限定されない。また、散水管２２２の配置位置は、上側拡散シート２２７の上方に隙間を開けて配置すれば、どのように配置しても良い。また、散水手段としては、散水管２２２の他に例えばスプリンクラーのような散水装置を使用しても良い。

また、本実施の形態の嫌気性処理装置２では、複数の散水管２２２の下側に上側拡散シート２２７、中間部材２２６、下側拡散シート２２５を順に配置した。これにより、散水管２２２からリアクター２２内に散水された有機廃水は、上側拡散シート２２７から下側拡散シート２２５を経由してリアクター２２内に流れる。したがって、有機廃水を多くの担体２２３に接触させることが可能になるので、有機廃水の分解効率をより高め、嫌気性処理能力をさらに高めることができる。

さらに、本実施の形態の嫌気性処理装置２では、中間部材２２６を使用して上側拡散シート２２７を中間部材２２６を頂点として垂れ下がるように配置し、下側拡散シート２２５をリアクター２２の周壁の内面の方に延びるように形成した。これにより、散水管２２２からリアクター２２内に散水された有機廃水は、リアクター２２の周壁２２ａの内面まで行き渡ることが可能になる。したがって、有機廃水をより多くの担体２２３に接触させることが可能になり、有機廃水の分解効率をさらに高め、嫌気性処理能力をさらに高めることができる。

なお、本実施の形態の嫌気性処理装置２では、中間部材２２６としてプラスチック製の人工芝シートを用いて円筒状に形成したものを使用したが、中間部材の材料（材質）や形状は上側拡散シート２２７が垂れ下がれば、本実施の形態に限定しなくても良い。

また、本実施の形態の担体２２３では、スポンジ製の担体本体２２３ａにリング２２３ｂが嵌め込まれている。このリング２２３ｂにより担体本体２２３ａの形状が保持されるので、リアクター２２内で担体２２３が高く積み上げられても自重により潰れてリアクター２２が閉塞してしまうのを防ぐことができる。

また、担体２２３に嫌気性微生物Ｃを付着するには以下の方法を用いるのが好ましい。この付着作業は有機廃水の浄化処理の立ち上げの前に行う。まず最初に、新品の担体２２３を水に浸した後にリアクター２２内に投入して充填する。

担体２２３は主にスポンジから形成されているため保水性に優れるが、新品の場合は疎水性であるため、水をはじいてしまう。効果的な充填方法としては、新品の担体２２３を水道水に攪拌などの振動を行いながら浸し、水を十分に内部まで吸収させてからリアクター２２内に投入することが好ましい。

次に、フィードタンク２１の原水槽２１ａ内に嫌気性微生物Ｃを含むスラリーを入れる。このスラリーは、嫌気性種汚泥を細かく砕いたものを水道水に分散させたものである。次に供給ポンプ２１２を駆動して、原水槽２１ａ内のスラリーを供給管２０１と散水管２２２とを介してリアクター２２内に散水する。このときに廃水ポンプ２０３ａは駆動せず、希釈水の流量制御弁２０４ａも閉じた状態にする。また、処理水槽２１ｂから後処理装置３に処理水が流れないようにするために、処理水管３０１を外して処理水管３０１と処理水槽２１ｂとの接続口に栓をする、あるいは処理水管３０１に開閉弁を設け、この開閉弁で処理水管３０１を閉弁する。

リアクター２２内に散水されたスラリーはリアクター２２内を下方へ流れる。このときにスラリーは、リアクター２２内に充填されている担体２２３に接触し、スラリー中の嫌気性種汚泥（嫌気性微生物Ｃ）の一部が担体２２３に付着する。

嫌気性微生物Ｃが付着したスラリーは、排水管２０２を介してフィードタンク２１の処理水槽２１ｂ内に送られて原水槽２１ａへ移動する。原水槽２１ａへ移動したスラリーは、再びリアクター２２内に散水されて担体２２３に嫌気性微生物Ｃが付着した後にフィードタンク２１の処理水槽２１ｂに送られる。

このように嫌気性微生物Ｃは、スラリーをフィードタンク２１とリアクター２２との間で所定期間循環させることにより多数の担体２２３に付着される。したがって、嫌気性微生物Ｃを多数の担体２２３に効率良く付着させることが可能になるので、嫌気性微生物Ｃの付着作業にかかる時間を短縮することができる。なお、嫌気性微生物Ｃに土壌中の微生物を混ぜて担体２２３に付着させても良い。

以上、本発明にかかる実施の形態を例示したが、この実施の形態は本発明の内容を限定するものではない。また、本発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。

以上説明したように本発明の嫌気性処理装置および廃水処理システムでは、有機廃水の浄化処理能力を高めることができる。したがって、本発明の嫌気性処理装置および廃水処理システムを、嫌気性処理装置および廃水処理システムの技術分野で十分に利用することができる。

１ 廃水処理システム
２ 嫌気性処理装置
３ 後処理装置
２１ フィードタンク
２２ リアクター
２０１ 供給管
２０２ 排水管
２１２ 供給ポンプ
２２２ 散水管
２２２ａ 散水孔
２２３ 担体
３０１ 処理水管
Ｃ 嫌気性微生物

Claims (4)

1. 有機廃水の嫌気性処理を行う嫌気性処理装置において、
   前記有機廃水を一時的に貯留するフィードタンクと、
   このフィードタンクに供給管および排水管で接続されたリアクターと、
   前記供給管に接続されて前記フィードタンク内の有機廃水を前記リアクターに送る供給ポンプと、
   前記有機廃水を前記供給管から前記リアクター内に供給するときに散水する散水手段とを備え、
   前記リアクター内には多数の担体が充填され、各担体には前記有機廃水を浄化処理するための嫌気性微生物が付着しており、
   前記散水手段は、前記リアクターの上面に形成された開口部の周縁を跨ぐように取り付けられた散水管から構成され、当該散水管には両端側に前記供給管が接続されているとともに前記供給管から供給された前記有機廃水を前記リアクター内へ散水する複数の散水孔が設けられていることを特徴とする嫌気性処理装置。
2. 請求項１に記載の嫌気性処理装置において、
   前記フィードタンク内に貯留された前記有機廃水の温度を、前記嫌気性微生物が活性化する温度に設定する加温手段を備えたことを特徴とする嫌気性処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の嫌気性処理装置において、
   各担体は主にスポンジから形成され、前記嫌気性微生物は、前記供給ポンプを駆動して、前記嫌気性微生物を含むスラリーを前記フィードタンクと前記リアクターとの間で所定期間循環させることにより各担体に付着されることを特徴とする嫌気性処理装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の嫌気性処理装置と、
   この嫌気性処理装置のフィードタンクに処理水管で接続され、この嫌気性処理装置から前記処理水管を介して供給された嫌気性処理水を浄化する後処理装置と
   を備えることを特徴とする廃水処理システム。