JP5949554B2

JP5949554B2 - 嫌気性処理方法

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Publication number: JP5949554B2
Application number: JP2012545722A
Authority: JP
Inventors: 秀彰進藤; 孝明徳富
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: TWI507367B; CN103228581B; WO2012070493A1; JPWO2012070493A1; MY158497A; KR20130139281A; SG190331A1; US20130233795A1; KR101727452B1; CN103228581A; TW201235310A; US9102550B2

Description

本発明は、被処理水を酸生成槽に導入して該被処理水中の高分子成分を有機酸に分解した後、該酸生成槽の流出水を、流動性の非生物担体を充填したメタン生成槽に導入してメタン発酵処理する嫌気性処理方法に関する。

有機性排水の嫌気性処理方法として、反応槽内に高密度で沈降性の大きいグラニュール汚泥を形成し、溶解性ＢＯＤを含む有機性排水を上向流通水して、スラッジブランケットを形成した状態で接触させて高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性スラッジブランケット）法が採用されている。この方法では、消化速度の遅い固形有機物を分離して別途処理し、消化速度の速い溶解性有機物のみを、嫌気性微生物密度の高いグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理によって高負荷で高速処理する。ＵＡＳＢ法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いてさらに高流速で通水し、スラッジブランケットを高展開率で展開して、さらに高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Expanded Granule Sludge Blanket）法も行われている。

ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法などのグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理では、嫌気性微生物を含む汚泥をグラニュール状に維持、増殖させて処理する。この嫌気性処理方法は担体に汚泥を保持する固定床や流動床による処理と比較して高い汚泥保持濃度を達成することができるため、高負荷運転が可能であり、また、既に稼働中の処理系から余剰汚泥を調達することにより短期間で立上げが可能であり、効率的である。

グラニュール汚泥を用いるこれらの方法は、排水のＣＯＤ濃度が高い（ＣＯＤ_Ｃｒ濃度として概ね２０００ｍｇ／Ｌ以上）場合には非常に効率が高いが、ＣＯＤ濃度が低い場合（ＣＯＤ_Ｃｒ濃度として概ね２０００ｍｇ／Ｌ以下）には反応槽に多くの水量を流す必要が生じ、グラニュールが流出し、安定した性能を発揮し得ないことがある。

グラニュールが形成されにくい種類又は組成の排水がこれらの方法で処理される場合、初期に投入したグラニュールが徐々に解体してしまい、運転不能となる場合がある。

これに対し、流動性の非生物担体を用いる方法は、スクリーン等の機械的な方法で反応槽からの担体の流出を防ぐことができ、また、担体表面を常に微生物の生育場所として確保できるため、低濃度のＣＯＤ排水やグラニュールが解体してしまうような排水に対しても適用できるという利点を有する。

糖、タンパク等の高分子成分を含む有機性排水は、酸生成槽と嫌気性反応槽とを用いた２相式嫌気性処理装置で処理されることがある。有機性排水は、酸生成槽に導入され、該排水中の高分子が酢酸やプロピオン酸といった低分子有機酸まで分解された後、グラニュール又は担体が充填された反応槽にて処理される。

メタノール、酢酸等のメタン生成細菌が直接利用可能な化合物のみを含む排水は、酸生成槽を設けることなく、被処理水を直接グラニュール又は担体を充填した反応槽に通水する１相式処理装置で効率的な処理を行うことができる。高分子成分を多く含む被処理水は、予め酸生成槽で高分子成分を分解して低分子化しておくことにより、後段の反応槽で高い処理効率にて処理される。

特許文献１には、有機性排水を酸生成槽で処理した後、ＵＡＳＢ法メタン生成槽に上向流通液して処理する嫌気性処理方法が記載されている。特許文献１に記載された嫌気性処理は、メタン生成槽に導入する液中の糖／ＣＯＤ_Ｃｒ比を制御することにより、ＵＡＳＢ法メタン生成槽内で高活性で沈降性のよいグラニュール汚泥を増殖させる。

特許文献２には、高濃度のビール排液を酸生成槽（原水調整槽）で処理した後、希釈してＣＯＤ_Ｃｒ濃度３０００ｍｇ／Ｌ以下として、担体を充填した流動床式メタン発酵槽に導入するようにすることで、排液量及び水質の変動に対応するビール排液の処理方法が記載されている。

特開平６−１５４７８５号公報特開平４−１１００９７号公報

流動性非生物担体を用いた嫌気処理方法は、グラニュール法では処理が困難な低濃度排水や組成の偏った排水を安定に処理することが可能である。しかし、処理を継続することにより、担体に付着した生物膜が肥大化して担体同士が固着したり、固着した担体が浮上したりする。
担体が浮上すると、反応槽（担体を充填したメタン生成槽）上部でスカムが発生して処理能力が低下したり、流路に担体が集積して配管を閉塞させる等の運転障害を引き起こすことがある。

本発明は、このような課題を解決する嫌気性処理方法を提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、被処理水を酸生成槽に導入して該被処理水中の高分子成分を有機酸に分解した後、該酸生成槽の流出水を、流動性の非生物担体を充填したメタン生成槽に導入してメタン発酵処理する嫌気性処理において、該メタン生成槽の流入水中の有機酸以外の高分子成分の含有量を所定値以下とすることにより、メタン生成槽内での担体の浮上を防止して安定な処理を継続して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り、以下を要旨とする。

［１］被処理水を酸生成槽に導入して該被処理水中の高分子成分を有機酸に分解した後、該酸生成槽の流出水を、流動性の非生物担体を充填したメタン生成槽に導入してメタン発酵処理する嫌気性処理方法において、該メタン生成槽の流入水中の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度を３００ｍｇ／Ｌ以下とする嫌気性処理方法であって、該有機酸以外の高分子成分が炭素数７以上の有機物であることを特徴とする嫌気性処理方法。

［２］［１］において、該メタン生成槽における、担体に付着している微生物当たりの負荷を１〜１０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙとすることを特徴とする嫌気性処理方法。

［３］［１］又は［２］において、前記被処理水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以上であり、該被処理水の全ＣＯＤ_Ｃｒ中有機酸以外の高分子成分に由来するＣＯＤ_Ｃｒが３０％以上であることを特徴とする嫌気性処理方法。

［４］［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理方法。

本発明では、被処理水を酸生成槽に導入して該被処理水中の高分子成分を有機酸に分解した後、該酸生成槽の流出水を、流動性の非生物担体を充填したメタン生成槽に導入してメタン発酵処理する。該メタン生成槽の流入水中の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度を３００ｍｇ／Ｌ以下とすることにより、以下の作用機構により、生物膜の肥大化による担体同士の固着や、固着した担体の浮上、流路閉塞等の運転障害を防止して、効率的な嫌気性処理を長期に亘り安定に継続して行うことが可能となる。

酸生成槽においては高分子成分が有機酸に転換され、その際分散状の菌体が生成する。分散状の菌体は、担体を充填したメタン生成槽に流入しても蓄積することなく、処理水へ流出していく。メタン生成槽において嫌気性の原生動物が増殖した場合には、分散状の菌体は原生動物に捕食される。この原生動物は食物連鎖の中では高次な生物であり、その増殖量すなわち余剰汚泥の生成量は非常に少ないため、原生動物の増殖により担体の固着、浮上が起きることは無い。

メタン生成槽で処理される酸生成槽の処理水中に所定量以上の高分子成分が残留していると、メタン生成槽内部で酸生成反応が起きる。酸生成を担う微生物は増殖速度が速いことが知られており、その汚泥発生量もメタン生成菌と比較すると格段に多くなる。このため、メタン生成槽内部で酸生成反応が多く進行すると、微生物の増殖量が多くなり、担体同士が生物膜で固着し易くなり、浮上や閉塞問題を引き起こす原因となる。

メタン生成槽に導入される酸生成槽の処理水の有機酸以外の高分子成分を３００ｍｇ／Ｌ以下に抑えることにより、上述のようなメタン生成槽内での酸生成反応及びそれによる微生物の増殖が防止され、担体同士の固着、浮上や閉塞が防止される。

グラニュール法においては、グラニュール維持のために、メタン生成槽流入水中に若干量の高分子成分が必要であるが、本発明では非生物担体表面にメタン生成菌を生育させるため、必ずしも高分子成分を含有する必要がなく、３００ｍｇ／Ｌ以下でも運転が可能である。グラニュールが形成されにくい高分子成分を含まない有機酸や低分子有機性排水を処理する運転も可能である。

実施例で用いた嫌気性処理装置の構成を示す系統図である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の嫌気性処理方法では、被処理水を酸生成槽に導入して該被処理水中の高分子成分を有機酸に分解した後、該酸生成槽の流出水を、流動性の非生物担体を充填したメタン生成槽に導入してメタン発酵処理する。該メタン生成槽の流入水中の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度を３００ｍｇ／Ｌ以下とする。

メタン生成槽に流入する酸生成槽の処理水の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度を３００ｍｇ／Ｌ以下とするには、次のような手段を採用することができる。
ｉ）酸生成槽の仕様に応じて、酸生成槽の処理水の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下となるように、処理条件、例えば、酸生成槽の滞留時間を２．５時間以上とする。
ii）酸生成槽に流入する被処理水又は酸生成槽の処理水を、適宜これらの高分子成分を含まない水、例えば、市水、工水、メタン生成槽の処理水などで希釈することにより、メタン生成槽に流入する水の有機酸以外の高分子成分の濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下となるようにする。

有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度が、３００ｍｇ／Ｌ以下であるメタン生成槽流入水は、有機酸以外の高分子成分を全く含まず、低分子有機成分のみを含むものであってもよい。

有機酸以外の高分子成分とは、糖、タンパク、油脂等の炭素数７以上の有機物であり、低分子有機成分とは、エタノール、メタノール等の炭素数６以下の有機物である。

水中の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度は、被処理水中のＣＯＤ_Ｃｒ濃度及び有機酸のＣＯＤ_Ｃｒ濃度の差分により求めることができる。有機酸のＣＯＤ_Ｃｒ濃度は、有機酸濃度を測定し、測定された有機酸濃度をＣＯＤ_Ｃｒ濃度に換算することで求めることができる。なお、有機酸濃度は、イオン交換、イオン排除又は逆相などによる液体又はガスクロマトグラフィーなどの公知の方法で分析することができる。有機酸のＣＯＤ_Ｃｒ濃度とアルカリ消費量には相関がある。
従って、被処理水の性状が変動する場合には、酸生成槽及びメタン生成槽へのアルカリ添加量から相関式により有機酸濃度及び有機酸以外の高分子成分の濃度を求め、この値に基いて酸生成槽の処理条件や希釈の程度等を制御することにより、メタン生成槽の流入水の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下となるように調整することもできる。

本発明の嫌気性処理方法において、酸生成槽で処理される被処理水は、ＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以上で、該被処理水の全ＣＯＤ_Ｃｒ中有機酸以外の高分子成分に由来するＣＯＤ_Ｃｒが３０％以上であるような有機性排水が好適である。
被処理水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下であるような低濃度有機性排水や、全ＣＯＤ_Ｃｒ中の有機酸以外の高分子成分に由来するＣＯＤ_Ｃｒの割合の低い排水では、本発明を適用することなく処理を行うことができる。

担体を用いる嫌気性処理法は、グラニュール法に比べて低濃度有機性排水の処理における有効性が高いことから、本発明で処理する被処理水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度は３００ｍｇ／Ｌ以上、特に３００〜５０００ｍｇ／Ｌ、とりわけ５００〜３０００ｍｇ／Ｌ程度であることが好ましいがこれに限定されない。
被処理水に含まれる全ＣＯＤ_Ｃｒ中の有機酸以外の高分子成分に由来するＣＯＤ_Ｃｒの割合が３０％以上、特に４０〜８０％程度であり、有機酸以外の高分子成分に由来するＣＯＤ_Ｃｒ含有量が３００〜４０００ｍｇ／Ｌ、特に５００〜２５００ｍｇ／Ｌであるような、比較的有機酸以外の高分子成分の含有量の多い有機性排水に対して、本発明は特に有効に適用される。

このような有機性排水としては、食品工場等の製造廃水、化学工場等の有機性廃水、一般下水等が含まれるが、何らこれらに限定されるものではない。

本発明では、このような有機性排水をまず酸生成槽に導入して、高分子成分を酢酸やプロピオン酸といった低分子有機酸に分解する。この酸生成槽の処理条件としては、排水の生分解性等の条件により異なるが、ｐＨ５〜８、好ましくは５．５〜７．０、温度２０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃、ＨＲＴ２〜２４ｈｒ、好ましくは２〜８ｈｒが適当である。

この酸生成槽の処理水が導入される流動性非生物担体が充填されたメタン生成槽としては、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することができるが、特に反応槽の高さ、形状を自由に設定でき、担体を多く投入できることから上向流型反応槽を用いることが好ましい。

完全混合型反応槽、上向流型反応槽における処理条件としては、所望の処理効率を得ることができる範囲において、特に制限はないが、例えば以下のような条件を設定することができる。

＜完全混合型反応槽＞
担体充填率：１０〜３０％
ＨＲＴ：１．０〜２４ｈｒ
槽負荷：４．０〜１２．０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄａｙ
汚泥負荷：０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ
ｐＨ：６．５〜７．５
温度：２５〜３８℃
＜上向流型反応槽＞
担体充填率：１０〜８０％
ＨＲＴ：１．０〜２４ｈｒ
上昇流速（ＬＶ）：１．０〜２０ｍ／ｈｒ
槽負荷：４．０〜３２ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄａｙ
汚泥負荷：０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ
ｐＨ：６．５〜７．５
温度：２５〜３８℃

メタン生成槽においては、担体に付着している微生物当たりの負荷を１〜１０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ、とりわけ２〜８ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙとすることが好ましい。メタン生成槽の負荷をこのような範囲とすることにより、処理効率を高く維持した上で、生物膜の肥大化による担体同士の固着や、固着した担体の浮上、流路閉塞等の運転障害をより一層確実に防止することができる。担体に付着している微生物当たりの負荷量は、メタン生成槽流入水量の制御、メタン生成槽流入水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度を希釈水により希釈することにより調整することができる。

担体に付着している微生物量（ＶＳＳ量）は、担体のタンパク質をアルカリ抽出し、公知のＢｒａｄｆｏｒｄ法でタンパク質を測定することにより求めることができる。この際、菌体中のタンパク質含有量を５０％としてＶＳＳ量を計算する。

本発明において、メタン生成槽に充填する流動性排水生物担体は、大きさが１．０〜５．０ｍｍで、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒのものであることが好ましい。

担体の大きさが大き過ぎると反応槽体積当りの表面積が小さくなり、小さ過ぎると沈降速度が遅くなり処理水との分離が困難になる。本発明で用いる担体の好ましい大きさは２．５〜４．０ｍｍである。

担体の大きさとは、通常「粒径」と称されるものであり、例えば直方体形状の担体であればその長辺の長さをさし、立方体形状の担体であればその一辺の長さをさし、円柱形状の担体であれば直径又は円柱の高さのうちいずれか大きい方を表わす。これらの形状以外の異形形状の担体の粒径は、担体を２枚の平行な板で挟んだときに、この板の間隔が最も大きくなる部位の板の間隔である。
本発明において、担体の大きさは、その平均値が１．０〜５．０ｍｍ、好ましくは２．５〜４．０ｍｍの範囲であればよく、すべての担体の大きさがこの範囲でなくてもよい。

また、担体の沈降速度が小さすぎると、水流や発生ガスにより浮上し易く、水面近くにスカム状に蓄積してしまう。即ち、非生物担体を用いる方法の場合、表面に生物膜が形成され、生物膜内部でガスが発生する反応が進行するため、担体の見かけ比重は生物膜の形成に伴って軽くなっていく。この生物膜の影響を考慮して、担体自体の比重、沈降速度を決定する必要がある。逆に、担体の沈降速度が大きすぎると被処理水との接触効率が悪くなり、十分な処理効率が得られない、或いは担体の堆積層に固形物が蓄積して流路が閉塞するといった弊害が出る。本発明で用いる担体のより好ましい沈降速度は２００〜５００ｍ／ｈｒである。

担体の沈降速度とは、担体を水（水道水等の清水）に浸して沈んだものを取り出し、これを水（水道水等の清水）に入れたメスシリンダーに投入し、単位時間当たりの沈降距離を測定して求められた値である。本発明においては、１０個以上、好ましくは１０〜２０個の担体について測定を行い、その平均値を沈降速度とする。

担体の構成材料には特に制限はないが、以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなるものが好ましく、このような樹脂発泡体よりなるものであれば、比重や粒径の調整が容易である点においても好ましい。
（Ｉ）ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体（以下「発泡体（Ｉ）」と記載する場合がある。）
（II）ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体（以下「発泡体（II）」と記載する場合がある。）

メルトフラクチャーは、プラスチック成形時に、成形品の表面に凹凸が生じる現象（平滑な表面を有さない状態）として、一般的に知られている。例えば、プラスチック材料の押出成形において、押出機の内圧が著しく高くなったり、押出速度が著しく大きくなったり、或いは、プラスチック材料の温度が低くなりすぎたりしたとき、成形品の表面に不規則な凹凸が生じたり、表面の光沢を失ったりする現象をいう。

本発明に係る担体の好ましいメルトフラクチャー状態は、下記式（１）で示される比表面積比を満たすものである。
Ｂ／Ａ＝１．５〜４．０・・・（１）

Ａは発泡体の見かけの比表面積、Ｂは発泡体の実比表面積を示す。
発泡体の見かけの比表面積Ａとは、発泡体の表面が平滑な状態、つまり、メルトフラクチャーを生じていない状態での比表面積を示し、実比表面積Ｂとは、メルトフラクチャーが生じている状態での実際の比表面積を示す。即ち、上記式（１）で示されるＢ／Ａの値は、メルトフラクチャーを生じることによる比表面積の増加の割合を示すものであり、Ｂ／Ａが１であるものは、表面にメルトフラクチャーによる凹凸が全くないことを意味する。

Ｂ／Ａの値が１．５より小さいと、被処理水と担体との接触面積が小さくなるため、処理能力が小さくなり好ましくない。Ｂ／Ａの値が４．０より大きいと、表面のメルトフラクチャーが使用時における担体同士の接触により容易に削られてしまい、好ましくない。見かけの比表面積Ａ及び実比表面積Ｂは、自動比表面積／細孔分布測定装置〔Ｔｒｉｓｔａｒ３０００、（株）島津製作所製〕で測定した値を用いることができる。

発泡体を構成する樹脂成分は、メルトフローインデックスが５〜２５ｇ／１０ｍｉｎであるものが好ましい。メルトフローインデックスが５ｇ／１０ｍｉｎより小さいと樹脂成分の流動性に欠けるため、発泡体の成形に不向きであり、２５ｇ／１０ｍｉｎより大きいと発泡成形時に潰れる現象が生じるおそれがある。

メルトフローインデックス（以下、単に「ＭＦＩ」と略記する場合がある。）とは、溶融状態にある樹脂の流動性を示す尺度の一つで、一定圧力，一定温度の下に、規定の寸法をもつノズル（オリフィス）から樹脂が流出する量を測定し、１０分間当たりの重量（単位：ｇ／１０ｍｉｎ）で表した指数として一般的に知られている。本発明では、２３０℃、２１．６Ｎ荷重（ＤＩＮ５３７３５）での値を採用する。

発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分として好ましいものは、ポリエチレン（以下、単に「ＰＥ」と略記する場合がある。）、ポリプロピレン（以下、単に「ＰＰ」と略記する場合がある。）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、単に「ＥＶＡ」と略記する場合がある。）等が挙げられる。これらの樹脂を単独で用いてもよく、適宜組み合わせた混合物として用いてもよい。発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分は、ポリオレフィン系樹脂に他の熱可塑性樹脂成分を加えたものであってもよい。他の熱可塑性樹脂成分として、ポリスチレン（以下、単に「ＰＳ」と略記する場合がある。）、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリ乳酸、ポリメチルメタクリレート、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。

発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分としてはポリエチレンが特に好ましいが、上記のＭＦＩの範囲内であれば、ＰＥと他のポリオレフィン系樹脂等との混合物、例えば、ＰＥとＰＰの混合物、ＰＥとＥＶＡの混合物、ＰＥとＰＰとＥＶＡの混合物、ＰＥとＰＰとＰＳの混合物、ＰＥとＰＰとＥＶＡとＰＳの混合物、或いはこれらに更に他の熱可塑性樹脂を混合した混合物でもよい。具体的には、ＰＥ、ＰＰ、ＥＶＡ、ＰＳを含む他の熱可塑性樹脂の組成比（重量比）が、樹脂全体を１００として、ＰＥ：ＰＰ：ＥＶＡ：ＰＳを含む他の熱可塑性樹脂＝１００〜６０：４０〜０：２０〜０：１５〜０となることが好ましい。担体の耐摩耗性を高めるためには、樹脂成分中にＥＶＡを１０重量％以上含有させることが好ましい。これらの樹脂成分は再生樹脂であってもよい。

親水化剤としてのセルロース系粉末としては、木粉、セルロース粉末、麻セルロース粉末などが挙げられ、おがくず、アビセル、アーボセル、紙粉、セルロースビーズ、微結晶セルロース、ミクロフィブリル化セルロースなどが例示されるが、特に木粉を用いることが好ましい。これらはいずれかを単独で用いてもよく、また、２種類以上を任意の割合で混合して用いてもよい。

親水化剤の形状は、球状、楕円状、くさび状、ウィスカー状、繊維状などであるが、これら以外の形状であってもよい。親水化剤は、好ましくは２００メッシュパス、好ましくは１００メッシュパス、さらに好ましくは４０メッシュパスの粒径を有する。

本発明において、親水化剤は、独立気泡を有する発泡体に対し、水浸透機能を付与する役割を有するが、そのためには親水化剤は、発泡体の表面に露出ないし突出していることが望ましい。ここで露出とは、発泡体表面に親水化剤の表面の一部が出現していることを意味し、突出とは、発泡体表面から親水化剤の一部が突き出ていることを意味する。即ち、露出ないし突出しているとは、発泡体中に親水化剤の全体あるいは一部が埋没しており、かつ、発泡体表面に親水化剤の表面の一部が現れている状態、あるいは、親水化剤の一部が発泡体表面に突き出ている状態を意味する。

発泡体（II）に用いられる無機粉末としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ゼオライト、タルク、酸化チタン、チタン酸カリウム、水酸化アルミニウム等が挙げられ、特に硫酸バリウムを用いることが好ましい。これらの無機粉末は、いずれかを単独で用いてもよく、２種類以上の無機粉末を用いてもよい。

発泡体（Ｉ），（II）において、樹脂成分の割合が上記範囲よりも多く、親水化剤の割合が少ないと、親水化剤を用いることによる水浸透機能の付与効果が十分でなく、水中で沈降する状態とするのに長い時間が必要となり、逆に樹脂成分の割合が上位範囲よりも少なく、親水化剤の割合が多いと担体の強度が低下してしまう。

発泡体（II）において、無機粉末は発泡の際の核材、ならびに比重調整のために配合されるが、更に樹脂成分や親水化剤の使用量を減らして製造コストの低減化を図るものである。無機粉末の割合が上記範囲よりも少ないとこのような無機粉末の配合効果を十分に得ることができず、多いと比重が大きくなりすぎてしまう。

発泡体（Ｉ），（II）は、後述のように、発泡剤を用いて発泡形成されるが、その発泡倍率は２〜１０倍で、見かけ容積から求められる比重が０．１０〜０．８０ｇ／ｍｌであることが好ましい。

発泡体（Ｉ），（II）の発泡倍率が上記下限より小さいと、比重が大きくなりすぎるため、水中で流動させる際に大きな力を必要とするため好ましくない。発泡倍率が上記上限より大きいと、比重が小さくなるため、水面に浮き易くなり、好ましくない。

見かけ容積から求められる比重が上記下限より小さくても大きくても、前述の本発明で規定される沈降速度を満足し得なくなる場合がある。ここで発泡体の見かけ容積から求められる比重とは、発泡体を５０ｍｌメスシリンダーに見かけ容積で３０ｍｌ量り取り、その重量から算出して求めた値（単位：ｇ／ｍｌ）であって、実質的な比重を示すものとする。これは、発泡体（Ｉ），（II）が、その表面にメルトラクチャー状態を有しているため、真の体積を測定するのが非常に困難なためである。以下において、発泡体の見かけ容積から求められる比重を、単に「比重」と称す。

発泡体（Ｉ），（II）は、前述のポリオレフィン系樹脂、親水化剤、更には無機粉末を溶融混練し、更に発泡剤を溶融混練して得られた混合物を発泡させた後、所定の大きさにカットすることにより製造することができる。

発泡剤としては、重炭酸ナトリウム（重曹）、アゾジカルボンアミドなどが挙げられる。発泡剤は、これらに制限されるものではなく、化学的発泡剤や物理的発泡剤などが挙げられる。
化学的発泡剤としては、例えば、バリウムアゾジカルボキシレート等のアゾ化合物、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン等のニトロソ化合物、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等のヒドラジン誘導体、セミカルバジド化合物、アジド化合物、トリアゾール化合物、イソシアネート化合物、重炭酸ナトリウム等の重炭酸塩、炭酸塩、亜硝酸塩、水素化物、重炭酸ナトリウムと酸の混合物（例えば、重炭酸ナトリウムとクエン酸等）、過酸化水素と酵素との混合物、亜鉛粉末と酸との混合物などが挙げられる。物理発泡剤としては、例えば、脂肪族炭化水素類（例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサンなど）、塩化炭化水素類（例えば、ジクロロエタン、ジクロロメタンなど）、フッ化塩化炭化水素類（例えば、トリクロロモノフロロメタン、ジクロロジフロロメタン、ジクロロモノフロロメタン、ジクロロテトラフロロエタンなど）、代替フロン類、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水などが挙げられる。中でも、分解温度が低く、安価であるという点から、重炭酸ナトリウム（重曹）を用いることが特に好ましい。

発泡剤として、いわゆる自立発泡剤（独立発泡剤、マイクロスフィア、熱膨張性マイクロカプセルともいう）を用いることができる。この自立発泡剤は、発泡により発泡剤自身が外壁面を有する中空球状粒子となることから、樹脂組成物を水中に押し出し発泡させる代わりに気相中（例えば、空気中）に押し出し発泡させても、発泡体の中空部分が潰れることなく維持され、所望の発泡倍率を有する発泡体が得られる。自立発泡剤としては、外壁用のポリマーとして例えば塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体やアクリロニトリル−メタアクリロニトリル共重合体等を使用し、これに内包する揮発性の液体として例えばイソブタン、イソペンタン等を使用したものが挙げられる。具体的にはエクスパンセル（日本フィライト株式会社）やＥＰＤ−０３（永和化成工業株式会社）などを例示することができる。本発明では、セルロース系粉末の親水化剤の存在によって、自立発泡剤による発泡体へも水が透過することから、得られる発泡体は水透過性に優れたものとなる。

これらの発泡剤は１種のみを用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。発泡剤は、前述の好適な発泡倍率を得るために、発泡体（Ｉ）においてはポリオレフィン系樹脂と親水化剤の合計１００重量部に対して、発泡体（II）においてはポリオレフィン系樹脂と親水化剤と無機粉末の合計１００重量部に対して、それぞれ０．５〜８重量部の割合で用いることが好ましい。

以下に実施例及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１〜３、比較例１］
図１に示す嫌気性処理装置により、糖とタンパクを主体とする合成排水（ＣＯＤ_Ｃｒ濃度：５００〜１５００ｍｇ／Ｌ、全ＣＯＤ_Ｃｒ中の有機酸以外の高分子成分に由来するＣＯＤ_Ｃｒの割合：約６０％、ｐＨ７．０）を原水として通水試験を行った。
この嫌気性処理装置は、原水を酸生成槽１で処理した後、ポンプＰ_１でｐＨ調整槽２に送給してｐＨ調整し、ｐＨ調整水をポンプＰ_２により流動性非生物担体４を充填したメタン生成槽３に上向流で通水して処理する。メタン生成槽３の流出水は一部が循環水としてｐＨ調整槽２に循環され、残部が処理水として系外へ排出される。酸生成槽１内の水はポンプＰ_０により循環されている。酸生成槽１及びｐＨ調整槽２には、ｐＨ調整のためにアルカリ剤として水酸化ナトリウムが添加される。１Ａ，２ＡはｐＨ計であり、３Ａ，３Ｂはスクリーンである。

酸生成槽１及びメタン生成槽３の処理条件は以下の通りとした。
＜酸生成槽＞
容量：１８Ｌ
ＨＲＴ：１．５ｈｒ
ｐＨ：６．５
温度：３０℃

＜メタン生成槽＞
容量：約１０Ｌ（直径１５ｃｍ、高さ６０ｃｍ）
ＨＲＴ：０．９ｈｒ
上昇流速（ＬＶ）：２ｍ／ｈｒ
ｐＨ：７．０
担体充填率：４０％
担体：直径２ｍｍ、高さ３ｍｍ、沈降速度＝３００ｍ／ｈｒの円柱形状のポリオレフィン樹脂製担体

処理水量は約３０５Ｌ／ｄａｙとし、処理開始に当っては、メタン生成槽３に種汚泥として分散状の嫌気汚泥（１０ｇ−ＶＳＳ／Ｌ）を２Ｌ投入した。

実施例１〜３及び比較例１において、原水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度を表１に示すように変えたこと以外は同様にして処理を行い、酸生成槽の処理水の全ＣＯＤ_Ｃｒ濃度及び有機酸以外の高分子成分由来のＣＯＤ_Ｃｒ濃度（表１では「残糖ＣＯＤ_Ｃｒ濃度」と記載する。）、メタン生成槽の処理水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度とメタン生成槽内の担体の浮上の有無を調べ、結果を表１に示した。

表１には、メタン生成槽の担体に付着した微生物当たりの負荷（表１では「担体負荷」と記載する。）を併記した。
この担体負荷は、前述の方法でメタン生成槽の担体に付着した微生物量を測定し（この値は、８０００〜１６０００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌ−担体であった。）、この値とメタン生成槽の負荷の値とで算出して求めた。

表１より次のことが明らかである。
原水ＣＯＤＣｒ濃度５００〜１２００ｍｇ／Ｌの実施例１〜３では、酸生成槽の酸生成の残糖ＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下となり、メタン生成槽における担体の浮上は起こらなかった。一方、原水ＣＯＤ_Ｃｒ濃度１２００〜１５００ｍｇ／Ｌの比較例１の場合は、酸生成槽の処理水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度にばらつきがあり、メタン生成槽において担体の浮上が起こる場合と、起こらない場合が確認された。担体浮上が起こる場合には酸生成槽の処理水の残糖ＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌを超え４００ｍｇ／Ｌ以上であり、担体浮上が起こらない場合には、酸生成槽の残糖ＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下であることが確認された。

本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
なお、本出願は、２０１０年１１月２６日付で出願された日本特許出願（特願２０１０−２６３５８４）に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims

被処理水を酸生成槽に導入して該被処理水中の高分子成分を有機酸に分解した後、該酸生成槽の流出水を、流動性の非生物担体を充填したメタン生成槽に導入してメタン発酵処理する嫌気性処理方法において、該メタン生成槽の流入水中の有機酸以外の高分子成分のＣＯＤ_Ｃｒ濃度を３００ｍｇ／Ｌ以下とする嫌気性処理方法であって、該有機酸以外の高分子成分が炭素数７以上の有機物であることを特徴とする嫌気性処理方法。
請求項１において、該メタン生成槽における、担体に付着している微生物当たりの負荷を１〜１０ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙとすることを特徴とする嫌気性処理方法。
請求項１又は２において、前記被処理水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以上であり、該被処理水の全ＣＯＤ_Ｃｒ中有機酸以外の高分子成分に由来するＣＯＤ_Ｃｒが３０％以上であることを特徴とする嫌気性処理方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理方法。