JP5811563B2 - クラフトパルプ排水の嫌気性処理方法及び処理装置 - Google Patents

クラフトパルプ排水の嫌気性処理方法及び処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、クラフトパルプ排水、即ち、クラフトパルプ工場より排出される有機性排水を嫌気性処理する方法及び装置に関する。
従来、クラフトパルプ工場より排出されるクラフトパルプ排水の処理法として、好気性菌を用いた好気処理法が広く用いられている。しかし、好気処理法はエネルギー消費量が多く、また余剰汚泥の処理が問題となる。一方、嫌気処理法は食品産業などの高濃度排水の処理に利用されており、好気処理法と比較して曝気が不要であるためエネルギー消費が低く、汚泥発生量が少ないといったメリットがある。また、排水処理後に発生するメタンガスをエネルギーとして利用可能である点においても有利である。
嫌気処理法の改良法として、嫌気グラニュールを用いた上向流嫌気性汚床法(UASB法)が開発されており、特許文献1には、クラフトパルプ排水をUASB法で嫌気処理する方法として、クラフトパルプ排水中のイオウ分を除去した後、該排水と高分子炭水化物を含有する排水とを混合し、これをメタン発酵リアクターに供給する方法が提案されている。
特許第3174364号公報
クラフトパルプ排水には、通常、樹木に由来する樹脂がn−Hex抽出物として100〜500mg/L程度含まれている。このため、このようなクラフトパルプ排水の嫌気性処理では、クラフトパルプ排水中の油脂がスカム化して浮上する;UASB法による嫌気処理では、油脂がグラニュールに付着し、グラニュールの浮上が起こる;油脂自体の分解も困難である;といった問題がある。また、流動性の担体を用いた嫌気性処理においても、クラフトパルプ排水中の油脂が担体に付着して担体が浮上することにより生物処理の処理能力低下を引き起こし、結果として排水処理が正常に行えなくなる。
本発明は上述のようなクラフトパルプ排水中の油脂に起因する問題を解決し、クラフトパルプ排水を安定かつ効率的に嫌気処理して、良好な処理水を得る方法及び装置を提供することを課題とする。
本発明(請求項1)のクラフトパルプ排水の嫌気性処理方法は、COD Cr 5000〜9000mg/Lで、樹木に由来する油脂を100〜500mg/L含むクラフトパルプ排水を嫌気性処理する方法において、クラフトパルプ排水を、浮上式油水分離手段により油脂を含む分離汚泥と分離液とに油水分離する油水分離工程と、該浮上式油水分離手段で浮上分離された油脂を含む汚泥を、担体のないメタン発酵槽でメタン発酵処理するメタン発酵工程と、該メタン発酵工程の処理水と前記浮上式油水分離手段で油脂を含む汚泥が分離された分離液とを嫌気処理する嫌気処理工程とを有し、該嫌気処理工程は、流動性の非生物担体を用い、該担体表面に生育させた嫌気処理細菌により嫌気処理を行う工程であり、該メタン発酵槽への流入水の温度が25〜40℃であり、該メタン発酵槽において加温を行わないことを特徴とするものである。
請求項のクラフトパルプ排水の嫌気性処理方法は、請求項1において、前記分離汚泥に、前記嫌気処理の処理水の一部を混合して前記メタン発酵工程でメタン発酵処理することを特徴とするものである。
請求項のクラフトパルプ排水の嫌気性処理方法は、請求項1又は2において、前記嫌気処理工程の処理水を好気性処理する好気性処理工程を有することを特徴とするものである。
請求項のクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置は、COD Cr 5000〜9000mg/Lで、樹木に由来する油脂を100〜500mg/L含むクラフトパルプ排水を嫌気性処理する装置において、クラフトパルプ排水を油脂を含む分離汚泥と分離液とに油水分離する浮上式油水分離手段と、該浮上式油水分離手段で浮上分離された油脂を含む汚泥をメタン発酵処理する、担体のないメタン発酵槽と、該メタン発酵槽の処理水と前記浮上式油水分離手段で油脂を含む汚泥が分離された分離液とを嫌気処理する嫌気処理槽とを有し、該嫌気処理槽では、流動性の非生物担体が充填され、該担体表面に生育させた細菌により嫌気処理が行われ、該メタン発酵槽への流入水の温度が25〜40℃であり、該メタン発酵槽において加温を行わないことを特徴とするクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置。ものである。
請求項のクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置は、請求項において、前記分離汚泥に、前記嫌気処理槽の処理水の一部を混合して前記メタン発酵槽に導入する手段を有することを特徴とするものである。
請求項のクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置は、請求項4又は5において、前記嫌気処理槽の処理水を好気性処理する好気性処理槽を有することを特徴とするものである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、クラフトパルプ排水を油水分離後、油水分離汚泥をメタン発酵し、該メタン発酵処理水を油水分離液と混合した後に嫌気処理することで油脂による阻害を軽減し、高効率で嫌気処理を行うことができることを見出した。
本発明はこのような知見に基いて達成されたものである。
一般に、クラフトパルプ排水中の油脂以外の有機物は、嫌気処理により処理され、特に担体を用いた嫌気処理により十分に処理される。ところが、担体を用いた嫌気処理槽への流入水が油脂を含んだクラフトパルプ排水の場合、未分解の油脂が担体表面に付着、堆積し、目詰まりや担体の浮上が起こる。
本発明では、クラフトパルプ排水を油水分離し、分離した油脂を含む汚泥をメタン発酵し、油脂及び汚泥を嫌気処理し易い低分子量物に分解し、このメタン発酵処理液を油水分離の分離液と混合して嫌気処理する。
従って、本発明によると、油脂を含むクラフトパルプ排水を効率よく安定して生物処理することができる。なお、メタン発酵処理液中に油脂が残存していたとしても、少量であり、また少なくとも部分的に生物処理されて低分子量化しているので、後段の嫌気処理により十分に処理される。
本発明では、嫌気処理水の一部を前段のメタン発酵槽に導入してもよい。これにより、メタン発酵処理の安定化、高効率化を図ることができる。さらに、嫌気処理水をメタン発酵槽に導入することにより、汚泥の減量化を図ることができる。
実施の形態に係るクラフトパルプ排水の嫌気性処理方法のフロー図である。
本発明において処理対象となるクラフトパルプ排水は、クラフトパルプ工場より排出される有機排水であり、通常はCODCr5000〜9000mg/L程度であり、また樹木に由来する油脂を100〜500mg/L程度含む。
本発明では、このクラフトパルプ排水をまず油水分離するのであるが、この油水分離手段としては、クラフトパルプ排水を槽に導入して油分と水の比重差を利用して分離する自然浮上式油水分離手段が安価で好適である。ただし、槽内に、平行板式インターセプターや波板式インターセプターが配置されてもよい。油水分離手段としては加圧浮上法や凝集浮上分離法、電解・浮上分離法などによる油水分離手段を用いてもよい。
必要に応じ、この油水分離処理手段又はその後段においてpH調整を行ってもよい。油水分離処理と別にpH調整を行う場合、酸又はアルカリを添加してpH調整を行うpH調整槽を設けるのが好ましいが、酸又はアルカリをライン添加してもよい。pH調整に用いる酸としては、塩酸、硫酸等が好適であり、アルカリとしては水酸化ナトリウム等が好適である。
本発明では、油水分離処理により分離された、油脂を含む汚泥をメタン発酵処理する。このメタン発酵処理はメタン発酵槽に導入して行うのが好ましい。
排水の生分解性等の条件により異なるが、メタン発酵槽への流入水は、pH5〜8特に5.5〜7.5、温度25〜40℃特に30〜35℃であることが好ましい。クラフトパルプ排水は35℃前後の場合が多いが、必要に応じて、メタン発酵槽の前段に加温装置を設置する。メタン発酵槽のHRTは1日以上、30日未満が適当であり、SRTを長くするために、固液分離装置により汚泥を分離して返送してもよい。油脂の分解速度は、通常の有機物の分解速度よりも小さいので、メタン発酵槽のHRTは後段の嫌気反応槽のHRTよりも長くすることが好ましい。流入水量、負荷の変動に対応するために、メタン発酵槽に非生物担体を充填してもよい。
非生物担体としては、比重、粒径の調整が容易な合成樹脂製担体が好ましく、粒径1.5〜5.0mm、好ましくは2.5〜4.0mm、沈降速度として200〜500m/hをもつものが好ましいが、これに限定されない。非生物担体を用いることにより、処理が安定し、高負荷運転が可能となる。反応槽は、攪拌機等を用いる完全混合型反応槽が好適である。
このメタン発酵槽からのメタン発酵処理水と、油水分離工程で油脂が分離された分離水とを混合した後、嫌気処理する。この混合を行うために混合槽を設けるのが好ましい。また、混合槽で混合した液を、流動性の非生物担体を有した嫌気処理槽に導入するのが好ましい。嫌気処理槽としては、攪拌機等を用いる完全混合型反応槽、水流と発生ガスにより槽内を混合する上向流型反応槽等を利用できる。嫌気処理槽の担体としては上記メタン発酵槽のものと同様のものが好適である。
嫌気処理槽への流入水は、pH5〜8特に5.5〜7.5、温度25〜40℃特に30〜35℃であることが好ましい。必要に応じて、嫌気処理工程の前段においてもpH調整を行う。このpH調整に用いる酸、アルカリとしては前述のものが好ましい。pH調整は、上記混合槽で行うのが好ましいが、別途設けたpH調整槽にて行われてもよく、酸又はアルカリのライン添加にて行われてもよい。また、上記範囲の温度とするために、必要に応じて混合槽又はpH調整槽に加温装置を設置する。嫌気処理槽への排水の流入速度はHRT2〜24時間好ましくは2〜8時間が適当である。
本発明では、嫌気処理水の一部(例えば0.1〜10倍特に0.1〜5.0倍程度)をメタン発酵工程に返送するのが好ましく、これにより、メタン発酵処理の安定化、高効率化を図ることができる。さらに、嫌気処理水をメタン発酵槽に導入することにより、汚泥の減量化を図ることができる。
本発明では、嫌気処理水を好気処理してもよい。好気処理方式としては、活性汚泥法、担体流動法など各種のものを用いることができる。
以下、本発明方法の実施に好適なクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置について図1を参照して説明する。
クラフトパルプ排水は油水分離槽1に導入され、油水分離処理され、浮上した油脂を含む汚泥はポンプ2によりメタン発酵槽3導入される。このメタン発酵槽3には必要に応じ酸又はアルカリが添加され、pH5〜8に調整される。
メタン発酵槽3内の油脂及び汚泥は、ポンプによって固液分離装置6に導入され、固形物と処理水に分離される。この実施の形態では、メタン発酵槽3は撹拌機を持つ完全混合型の反応槽で、槽内にメタン発酵菌を含んでいる。固液分離装置6を通り抜けたメタン発酵処理水(上澄水)は、ライン7を介してpH調整槽8に送られ、固形物は余剰汚泥として処分するが、一部をメタン発酵槽3に返送してもよい。槽3内で発生したメタンガスは槽頂のガス取出ライン5より取り出される。
pH調整槽8には、前記油水分離槽1で分離された液(排水)もライン9及びポンプ10を介して導入される。このpH調整槽8内において必要に応じ酸又はアルカリが添加され、pH5〜8に調整された液がポンプ11によって嫌気処理槽12の底部に導入され、上向流にて該嫌気処理槽12に通水される。この嫌気処理槽12内には生物担持担体の流動床12Aが形成されており、嫌気処理が行われる。流動床12Aを通り抜けた嫌気処理水(上澄水)の一部は、スクリーン12a及び返送ライン13を介してpH調整槽8に返送され、残部はスクリーン12b及びライン14を介して嫌気処理水として取り出される。槽12内で発生したメタンガスは、槽頂部のガス取出ライン12cより取り出される。
以下に実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
[実施例1]
図1に示す装置において、以下の条件にてクラフトパルプ排水(CODCr約6000mg/L)を処理した。
油水分離槽:容量約420L
メタン発酵槽:容量500L、担体無し
固液分離装置:直径0.4m、容量約100L
嫌気処理槽:容量3.0m
通水条件は排水量 10m/d、油水分離槽のHRT1.0時間、ここで油脂含有水100L/dを分離し、メタン発酵槽へ送液した。メタン発酵槽はHRT5.0日、pH7.0で運転をおこなった。処理液は固液分離装置(沈殿槽)へ送り、固液分離を行い、濃縮汚泥を系外に排出した。上澄液はpH調整槽8へ流入させた。嫌気処理槽はHRT7.2時間、pH調整槽8のpH7.0とした。嫌気処理槽12の担体としては、平均粒径2.5mmのポリオレフィン系樹脂担体を用い、担体の充填量は槽内保有水量(体積)の40%とした。また、種汚泥としてメタン発酵槽3及び嫌気処理槽12にそれぞれ分散状の嫌気汚泥(10000mgVSS/L)を200L、600L投入した。
嫌気処理水13のpH調整槽8への返送量は、嫌気処理水の50%とした。通水試験結果(運転開始後2〜3カ月の平均値)を表1に示す。また、固液分離装置6から、メタン発酵槽3への汚泥の返送は行わなかった。
[実施例2]
固液分離装置6からメタン発酵槽3へ汚泥を返送することにより汚泥濃度を高め、メタン発酵槽3の容量を100Lとしたこと以外は実施例1と同様にして処理を行った。通水試験結果(運転開始後2〜3カ月の平均値)を表1に示す。
[比較例1]
実施例1において、油水分離槽1を省略し、クラフトパルプ排水の全量をそのままpH調整槽8に導入するようにしたこと以外は実施例1と同様にして処理を行った。通水試験結果(運転開始後2〜3カ月の平均値)を表1に示す。
<考察>
比較例1では、油脂成分がスカムとなり、嫌気処理槽上部に付着した。また、担体表面への油脂成分の蓄積も確認され、その後、担体の浮上が発生した。CODCr除去率は73%程度となった。担体表面に油脂が付着した結果、除去率が上がらなかったと考えられる。
実施例1では、油脂含有水汚泥からメタン発酵処理水へのCODCr除去率は68%となった。また、メタン発酵処理水と油水分離槽9からの分離液を混合し嫌気処理槽に供した結果、CODCr除去率は原水から嫌気処理水で86.7%まで増加した。また、担体の浮上は見られなかった。以上の結果、嫌気処理水をメタン発酵槽に返送することにより、極めて効率的にクラフトパルプ排水を処理できることが確認できた。
実施例2では、油水分離を行い、油水汚泥をメタン発酵槽で処理したので、油水汚泥からメタン発酵処理水へのCODCr除去率は70%となった。また、メタン発酵処理水と分離液を混合し嫌気処理槽に供した結果、CODCr除去率は原水から嫌気処理水で85%となった。また、担体の浮上は見られなかった。この実施例2では、油水汚泥成分をメタン発酵したので、嫌気処理槽への油脂の混入が減少し、効率的に処理が行われている。メタン発酵槽内の汚泥濃度を高く維持することができたため、反応槽容量を小さく、高負荷無条件で運転が可能であった。
以上の実施例及び比較例より明らかな通り、本発明によれば、クラフトパルプ排水を油水分離後、油水分離汚泥をメタン発酵し、該メタン発酵処理水を分離液と混合した後に嫌気処理することにより、油脂による阻害を軽減し、高効率で嫌気処理することが可能である。
1 油水分離槽
3 メタン発酵槽
8 pH調整槽
12 嫌気処理槽

Claims (6)

  1. COD Cr 5000〜9000mg/Lで、樹木に由来する油脂を100〜500mg/L含むクラフトパルプ排水を嫌気性処理する方法において、
    クラフトパルプ排水を、浮上式油水分離手段により油脂を含む分離汚泥と分離液とに油水分離する油水分離工程と、
    浮上式油水分離手段で浮上分離された油脂を含む汚泥を、担体のないメタン発酵槽でメタン発酵処理するメタン発酵工程と、
    該メタン発酵工程の処理水と前記浮上式油水分離手段で油脂を含む汚泥が分離された分離液とを嫌気処理する嫌気処理工程とを有し、
    該嫌気処理工程は、流動性の非生物担体を用い、該担体表面に生育させた嫌気処理細菌により嫌気処理を行う工程であり、
    該メタン発酵槽への流入水の温度が25〜40℃であり、該メタン発酵槽において加温を行わないことを特徴とするクラフトパルプ排水の嫌気性処理方法。
  2. 請求項1において、前記分離汚泥をメタン発酵する際に、メタン発酵槽から引き抜いた液を固液分離し、汚泥をメタン発酵槽に返送することを特徴とするクラフトパルプ排水の嫌気性処理方法。
  3. 請求項1又は2において、前記嫌気処理工程の処理水を好気性処理する好気性処理工程を有することを特徴とするクラフトパルプ排水の嫌気性処理方法。
  4. COD Cr 5000〜9000mg/Lで、樹木に由来する油脂を100〜500mg/L含むクラフトパルプ排水を嫌気性処理する装置において、
    クラフトパルプ排水を油脂を含む分離汚泥と分離液とに油水分離する浮上式油水分離手段と、
    浮上式油水分離手段で浮上分離された油脂を含む汚泥をメタン発酵処理する、担体のないメタン発酵槽と、
    該メタン発酵槽の処理水と前記浮上式油水分離手段で油脂を含む汚泥が分離された分離液とを嫌気処理する嫌気処理槽とを有し、
    該嫌気処理槽では、流動性の非生物担体が充填され、該担体表面に生育させた細菌により嫌気処理が行われ、
    該メタン発酵槽への流入水の温度が25〜40℃であり、該メタン発酵槽において加温を行わないことを特徴とするクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置。
  5. 請求項において、前記分離汚泥をメタン発酵する際に、メタン発酵槽から引き抜いた液を固液分離し、汚泥をメタン発酵槽に返送することを特徴とするクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置。
  6. 請求項4又は5において、前記嫌気処理槽の処理水を好気性処理する好気性処理槽を有することを特徴とするクラフトパルプ排水の嫌気性処理装置。
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