JP6000882B2

JP6000882B2 - 嫌気性処理装置

Info

Publication number: JP6000882B2
Application number: JP2013056673A
Authority: JP
Inventors: 永井　貴徳; 貴徳永井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014180622A

Description

本発明は、嫌気性処理装置に関する。

従来、有機性排水の処理装置として、嫌気性微生物が自己凝集して粒状化したグラニュール状の嫌気性汚泥を有するＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性汚泥床）処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この処理装置は、槽内の下部にグラニュール汚泥によるグラニュール汚泥床を保持し、有機性排水を槽内の下部から導入することで、有機性排水をグラニュール汚泥に接触させながら上向きに流動させ、排水中の有機成分をグラニュール汚泥により分解するというものである。この処理装置においては、グラニュール汚泥の流動性は、排水の投入量と循環水量とにより保たれる。また、グラニュール汚泥により有機成分を分解することにより発生するバイオガスによっても、グラニュール汚泥の流動性が促進される。

特開平９−１１７８号公報

しかしながら、排水の投入量の減少や低濃度の排水の処理等により、処理装置が低負荷運転状態になると、グラニュール汚泥の流動性が低下し、固着等によりグラニュール汚泥が浮上・流出するために、処理水の水質が低下する可能性がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、低負荷運転状態であってもグラニュール汚泥の流動性が好適に保たれ、安定した処理能力を発揮できる嫌気性処理装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る嫌気性処理装置は、槽内の下部にグラニュール汚泥によるグラニュール汚泥床を備え、有機成分を含む被処理水を前記槽内の下部から導入し、当該被処理水を前記グラニュール汚泥に接触させながら流動させることで嫌気性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床に、前記グラニュール汚泥同士を離間するための充填材が混合されていることを特徴とする。

上記の嫌気性処理装置によれば、グラニュール汚泥床１４においてグラニュール汚泥と充填材とが混合されていることで、グラニュール汚泥の間に空隙が形成された状態でグラニュール汚泥床が形成される。これにより、低負荷運転状態であってもグラニュール汚泥の流動性が保たれ、被処理水とグラニュール汚泥との接触効率を高く維持することができる。また、低負荷運転状態であってもグラニュール汚泥の流動性が好適に保たれ、安定した処理能力が発揮される。

ここで、前記充填材の粒径は、前記グラニュール汚泥の粒径に基づいて選択される態様とすることができる。

上記のように、グラニュール汚泥の粒径に基づいて充填材の粒径が選択される構成を有することで、充填材によってグラニュール汚泥間により好適に空隙を設けることができる。

前記充填材の比重は、前記被処理水の比重に基づいて選択される態様とすることができる。

上記のように、有機性排水の比重に基づいて充填材の比重が選択される構成と有することで、充填材がグラニュール汚泥と分離することなく、グラニュール汚泥床を形成することができる。

また、前記充填材は球状であって合成樹脂により形成されている態様とすることができる。

上記のような構成を充填材が有することで、充填材が汚泥や被処理水の固形成分等との付着を防ぐことができ、グラニュール汚泥の流動性を好適に保つことができる。

本発明によれば、低負荷運転状態であってもグラニュール汚泥の流動性が好適に保たれ、安定した処理能力を発揮できる嫌気性処理装置が提供される。

本発明の実施形態に係る嫌気性処理装置を示す概略構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る嫌気性処理装置１の構成を示す概略図である。嫌気性処理装置１は、原水流入管Ｌ１を通ってきた被処理水である有機性排水を受け入れる調整槽９と、その後段の酸生成槽１１と、更にその後段の嫌気性処理槽１２と、を備える。

調整槽９は、後段に送出する有機性排水の流量調整処理を行う槽である。調整槽９からは、送水管Ｌ２を通じて酸生成槽１１に所定の流量で有機性排水が送られる。

酸生成槽（前段処理槽）１１は、酸生成菌により有機性排水に含まれる有機物を酢酸等に分解する。また、酸生成槽１１において、中和剤としてアルカリ剤（例えば、水酸化ナトリウム）を添加することも好ましい。酸生成槽１１には、送水管Ｌ３が接続されており、ポンプＰ３の駆動により、酸生成槽１１内の有機性排水が上向流式の嫌気性処理槽１２に流入するようになっている。

嫌気性処理槽１２は、直方体状の容器からなり、ＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）反応槽などと呼ばれるタイプの水処理槽である。嫌気性処理槽１２の下部には、流入部１３が設けられている。流入部１３は、送水管Ｌ３に連絡しており有機性排水Ｗを嫌気性処理槽１２内に流入させる。流入部１３は、例えば、長手方向に均一に穴部が設けられた送水管である。嫌気性処理槽１２内には、嫌気性汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥が有機性排水中で下部に沈降して積層したグラニュール汚泥床１４が形成されている。有機性排水Ｗは、グラニュール汚泥に接触することにより、グラニュール汚泥中の嫌気性菌によって嫌気性処理される。

グラニュール汚泥床１４には、上記の粒状のグラニュール汚泥１４Ａの他に、充填材１４Ｂが混合されている。充填材１４Ｂは、合成樹脂（ポリプロピレン、ポリエチレン）、合成ゴム等の非生物体により形成された球状の部材であり、その詳細は後述する。

嫌気性処理槽１２では、その下部に設けられた流入部１３から有機性排水Ｗを内部に導入することによって上向きの流動を生じさせ、嫌気性微生物が凝集しているグラニュール汚泥床１４に有機性排水Ｗを通して、有機性排水Ｗを嫌気性処理する。グラニュール汚泥床１４の上部には、当該グラニュール汚泥床１４を通過し嫌気性処理を経た有機性排水Ｗの液層が形成されている。この液層の有機性排水Ｗには、グラニュール汚泥床１４から浮上した浮上グラニュール汚泥や、嫌気性処理によって発生したバイオガス（例えば、メタンガス）が含まれている。なお、浮上グラニュール汚泥は、グラニュール汚泥が浮いたものであり、例えば、グラニュール汚泥にガスが付着したり、ガスが内包されたりなどしたものである。バイオガスの主な構成成分はメタンと二酸化炭素であり、硫化水素、アンモニア等の他の成分も少量含まれる。

また、嫌気性処理槽１２の上部には、有機性排水Ｗと浮上グラニュール汚泥とバイオガスとを分離するための三相分離部１８が、配置されている。

三相分離部１８の下端部には、有機性排水Ｗを三相分離部１８の内部に導入する導入口１８ａが形成されている。この導入口１８ａに有機性排水Ｗを導くために、三相分離部１８の下方であって導入口１８ａの周囲には、三相分離部１８の底部に沿って設置された導入板１９が設けられている。また、導入板１９には、導入口１８ａに導入されなかった有機性排水Ｗを下側に返送するための返送口１９ａが形成されている。また、導入板１９の更に下方には、導入板１９の返送口１９ａを通って返送される有機性排水Ｗの流れを整えるための整流板２０が設けられている。

有機性排水Ｗは、上記グラニュール汚泥床１４を通過し上向きに流動し、導入板１９によって導入板１９と三相分離部１８との間に形成された導入路に外側から流入する。上記導入路を通った有機性排水Ｗの一部は、導入口１８ａから三相分離部１８内に流入し、他の部分は、導入板１９の返送口１９ａから下側に流れるようになっている。

三相分離部１８内に流入した有機性排水Ｗは、三相分離部１８の側壁１８ｂから外側に溢れ、処理水として処理水排出部２３に集められる。側壁１８ｂの上端の高さに、有機性排水Ｗの液面Ｈが形成される。処理水排出部２３の処理水の一部は、処理水返送路Ｌ４を通じて酸生成槽１１に返送され、処理水排出部２３の処理水の残部は、排水管Ｌ５を通じて系外に排出される。三相分離部１８において、三相分離部１８の側壁１８ｂの内側には、導入口１８ａから流入した有機性排水Ｗが直接処理水排出部２３に流入しないようにするための隔壁２４が設けられている。

また、嫌気性処理槽１２内で、液面Ｈよりも上方の閉鎖空間３１には、前述のバイオガスが貯留される。液面Ｈ下の嫌気性処理空間３３には、有機性排水Ｗが貯留される。

嫌気性処理槽１２では、嫌気性処理空間３３で有機性排水Ｗの嫌気性処理が行われ、バイオガスが発生する。当該バイオガスが浮上し液面Ｈまで到達することで、ガス貯留空間３１にバイオガスが一時的に貯留される。ガス貯留空間３１のバイオガスは、ガス回収ラインＬ６を通じて外部に排出され有用なエネルギー源として回収される。

ここで、グラニュール汚泥床１４に混合される充填材１４Ｂについて説明する。充填材１４Ｂは、グラニュール汚泥同士が固着しないように、グラニュール汚泥１４Ａと混合される球状の部材であり、その粒径は１．５〜３．０ｍｍ程度である。充填材１４Ｂは外形が球状であることで、グラニュール汚泥１４Ａや有機性排水に含まれる固形成分等が付着しづらくなる。また、外形が球状である部材は安価で入手しやすいことから、コスト的にも好ましい。充填材１４Ｂの粒径は、グラニュール汚泥１４Ａの粒径に基づいてと選択され、グラニュール汚泥１４Ａと同等であるかそれよりも小さいことが好ましい。

充填材１４Ｂの表面は、グラニュール汚泥１４Ａや有機性排水に含まれる固形成分等が付着しないような性状であることが好ましい。具体的には、充填材１４Ｂの表面は、平滑となるように成形するか、研磨仕上げを行うことが望ましい。充填材１４Ｂの比重は、有機性排水の比重及びグラニュール汚泥１４Ａの比重に基づいて選択される。充填材１４Ｂは、グラニュール汚泥床１４内でグラニュール汚泥１４Ａと混合した状態であることが好ましい。グラニュール汚泥１４Ａと混合した状態で層分離することなく嫌気性処理槽１２内に留まることができるように、周囲のグラニュール汚泥１４Ａや有機性排水に含まれる固形成分等が付着しやすい場合はそれによる重量増加も考慮して、充填材１４Ｂの比重が選択する。これらの条件に基づいて、充填材１４Ａの比重は０．９〜１．１程度であることが好ましい。

充填材１４Ｂの量は、嫌気性処理槽１２の形状、グラニュール汚泥床１４の高さ等に基づき、低負荷でもグラニュール汚泥１４Ａが十分流動できるように選定するとよく、グラニュール汚泥１４Ａの量に対して０．５〜１．１倍程度が好ましい。充填材１４Ｂの混合量が上記のようにされることで、グラニュール汚泥１４Ａ同士の固着をより好適に抑制することができる。

続いて、上記嫌気性処理装置１による嫌気性処理方法について説明する。

（酸生成槽処理工程）
調整槽９で調整された流量で、酸生成槽１１に対し有機性廃水が導入される。酸生成槽１１では、酸生成菌により有機性廃水に含まれる有機物が酢酸等に分解される。また、酸生成槽１１に対して接続する撹拌ラインＬ１１により酸生成槽１１からの有機性排水を酸生成槽１１に返送することによって上記の反応が促進される。上記酸生成処理工程を経ることで、酢酸等の有機酸を多く含む有機性廃水が、酸生成槽１１から嫌気性処理槽１２に送られる。

（嫌気性処理工程）
嫌気性処理槽１２の流入部１３から導入された有機性廃水Ｗは、嫌気性処理空間３３内を上向きに流動する。このとき、有機性廃水Ｗは、グラニュール汚泥床１４を通過しながらグラニュール汚泥に接触し、嫌気性処理される。

このとき、有機性排水Ｗは、図１の矢印Ｆで示すようにグラニュール汚泥１４Ａ及び充填材１４Ｂの間を通って上方の嫌気性処理空間３３の液層へと到達する。

（処理水排出工程）
その後、液面Ｈまで到達した有機性排水Ｗは、側壁１８ｂの上端を越えて処理水排出部２３に溢れ、処理水として排水管Ｌ５を通じて系外に排出される。なお、排出された処理水には、後段で更なる所定の水処理が施される。

（ガス回収工程）
上記嫌気性処理工程では、嫌気性反応によるバイオガス（メタンガス、二酸化炭素等）が発生し、液面Ｈまで浮上することでガス貯留空間３１に一時的に貯留され、バイオガスの量が増加すると、ガス貯留空間３１のバイオガスが、ガス貯留空間３１の圧力によってガス回収ラインＬ６を流動し排出される。

続いて、以上説明した嫌気性処理装置１及び嫌気性処理方法による作用効果について説明する。

嫌気性処理槽１２における嫌気性処理は、グラニュール汚泥１４Ａに含まれる嫌気性菌によって有機性排水Ｗに含まれる有機成分を分解する処理である。ここで、有機性排水Ｗを効率よく嫌気性処理するためには、グラニュール汚泥１４Ａとの接触効率を高める必要があり、また、グラニュール汚泥床１４における有機性排水Ｗの移動経路の偏りも少なくする必要がある。これに対して、従来は、有機性排水Ｗの流入経路の工夫や嫌気性処理槽１２から発生するバイオガスをグラニュール汚泥床１４の下方から吹き込む方法等を用いてグラニュール汚泥１４Ａの流動性を保っていた。

しかしながら、例えば、有機性排水Ｗの投入量の減少や低濃度の排水の処理等によって低負荷運転状態になると、グラニュール汚泥床でのバイオガスの発生が低下する等の理由により、グラニュール汚泥の流動性が低下する。流動性が低下したグラニュール汚泥１４Ａは、相互に固着することでブロック状となり、さらにそのブロック内で発生するガスによってブロックごと浮上してしまうことがある。嫌気性処理槽１２の液層上部に浮上したグラニュール汚泥のブロックは処理水に混入して排出されることがあるため、処理水の水質低下を引き起こす可能性がある。さらに、グラニュール汚泥が外部に流出してしまった場合には、グラニュール汚泥を追加する等処理能力を維持するための対応が必要であった。

これに対して、本実施形態に係る嫌気性処理装置１では、グラニュール汚泥床１４においてグラニュール汚泥１４Ａと充填材１４Ｂとが混合されていることで、グラニュール汚泥１４の間に空隙が形成された状態で、グラニュール汚泥床１４が形成される。これにより、低負荷運転状態になってグラニュール汚泥床１４内でのバイオガスの発生が減少したとしても、グラニュール汚泥１４Ａの流動性が保たれる。この結果、有機性排水とグラニュール汚泥１４Ａとの接触効率を高く維持することができ、低負荷運転状態であっても安定した嫌気性処理能力が発揮される。また、充填材１４Ｂによってグラニュール汚泥１４Ａ間に空隙が設けられることで、グラニュール汚泥１４Ａが相互に固着し、ブロック化することも防止でき、ブロック化を原因とする処理水の水質低下等を回避することができる。

さらに、グラニュール汚泥１４Ａに対して充填材１４Ｂを混合することのみで、従来行われていたグラニュール汚泥１４Ａの流動性促進のための対策を施すことなく、低負荷運転時のグラニュール汚泥１４Ａの流動性を保つことができることから、より簡便且つ低コストでグラニュール汚泥の流動性促進を図ることができる。

また、充填材１４Ｂの粒径は、グラニュール汚泥１４Ａの粒径に基づいて選択される構成を有することで、充填材１４Ｂによってグラニュール汚泥１４Ａ間により好適に空隙を設けることができる。

さらに、充填材１４Ｂの比重は、有機性排水の比重に基づいて選択される構成と有することで、充填材１４Ｂがグラニュール汚泥１４Ａと分離することなく、グラニュール汚泥床１４を形成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、上記実施形態では、グラニュール汚泥が用いられるＥＧＳＢ法の嫌気性処理装置について説明したが、その他のグラニュール汚泥を用いた嫌気性処理方法においても本発明に係る構成は適用することができる。

また、嫌気性処理装置の構成は上記実施形態に限定されず、例えば、調整槽９及び酸生成槽１１等の前段処理槽を備えていなくてもよい。

１…嫌気性処理システム、９…調整槽、１１…酸生成槽、１２…嫌気性処理槽、１４…グラニュール汚泥床、１４Ａ…グラニュール汚泥、１４Ｂ…充填材。

Claims

槽内の下部にグラニュール汚泥によるグラニュール汚泥床を備え、有機成分を含む被処理水を前記槽内の下部から導入し、当該被処理水を前記グラニュール汚泥に接触させながら流動させることで嫌気性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床に、前記グラニュール汚泥同士を離間するための充填材が混合され、
前記充填材は、表面が平滑である嫌気性処理装置。
前記充填材の粒径は、前記グラニュール汚泥の粒径に基づいて選択される請求項１記載の嫌気性処理装置。
前記充填材の比重は、前記被処理水の比重に基づいて選択される請求項１記載の嫌気性処理装置。
前記充填材は球状であって合成樹脂により形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の嫌気性処理装置。