JP6644586B2

JP6644586B2 - 担体を用いた嫌気性排水処理方法

Info

Publication number: JP6644586B2
Application number: JP2016041776A
Authority: JP
Inventors: 藤井　弘明; 弘明藤井; 吉原　資二; 資二吉原; 卓矢大澤
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: JP2017154109A

Description

本発明は嫌気性排水処理方法に関する。詳しくは、有機物を含有する排水を、担体を保持する反応槽に通水して該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する嫌気性排水処理方法において、反応槽の立ち上げに際して担体への微生物（菌体と記載することがある）の増殖を促進させることにより、立ち上げ運転に要する時間を大幅に短縮すると共に、反応槽の立ち上げ後においても効率的な処理を行う嫌気性排水処理方法に関する。

有機物を含有する排水（有機性排水）の処理方法として、メタンガスの回収および再利用が可能な嫌気処理法は、広く産業排水の処理方法として用いられている。なかでも沈降性良好なグラニュールを形成し、有機性排水を上向流で通水し、高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（ＵｐｆｌｏｗＡｎａｅｒｏｂｉｃＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔ：上向流嫌気性スラッジブランケット）法は、特に中〜高濃度排水を処理する方法として発展してきた。また、この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、高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（ＥｘｐａｎｄｅｄＧｒａｎｕｌｅＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔ）法も実用化されている。

また、固定床担体や流動床担体を使用する方法も用いられている。固定床担体は生物膜を保持する支持床を反応槽内部に固定し、その表面に生育する微生物を利用するものであり、流動床担体は比重や大きさを調整した担体を反応槽内部で流動させて、担体に生物を増殖させて処理を行なうものである。

しかし、固定床担体、流動床担体を問わず、担体を用いる場合には、担体への微生物の増殖に時間がかかり、結果として反応槽の立ち上げに多大な時間を要するという大きな欠点があった。

このような課題に対し例えば特許文献１には、有機性排水の処理に関し、非生物担体とグラニュール（平均粒径０．５〜３．０ｍｍ）を存在させた状態で有機性排水の通水を開始する反応槽の立ち上げ方法が提案されている。

また、特許文献２には、反応槽の立ち上げに際して、該反応槽に担体とメタン菌凝集物とを存在させた状態で該有機性排水の通水を開始する有機性排水の処理方法であって、メタン菌凝集物の平均粒径が１０μｍ以上４５０μｍ以下のものを使用し、担体との接触効率を上げる方法が提案されている。

しかし、いずれの方法も担体への菌が付着・増殖が十分でなく、グラニュールやメタン菌凝集物が十分存在するうちは排水処理ができたとしても、担体に菌が十分付着・増殖しないうちにグラニュールやメタン菌凝集物が解体・流出し排水処理能力が低下するという問題を起こす可能性があり、十分な方法とは言い難かった。

特開２０１２−１１０８２１号公報特開２０１４−１００６８０号公報

本発明は、有機性排水を、担体を保持する反応槽に通水して該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する方法において、反応槽の立ち上げ運転において担体への微生物の増殖を促進させることにより、立ち上げ運転に要する時間を大幅に短縮すると共に、反応槽の立ち上げ後においても効率的な処理を行うことができる嫌気性排水処理方法を提供することを課題とする。なお、以下において、担体を保持する反応槽に通水を行って装置の立ち上げを行うことを立ち上げ運転と称する。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、有機物を含有する排水を、担体を保持する反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する嫌気性排水処理方法において、該反応槽に担体とメタン菌凝集物とを存在させた状態で該有機性排水の通水を開始し、その後メタン菌凝集物を立ち上げ負荷に応じて反応槽に逐次添加する立ち上げ運転を行うことで、担体に効率よくメタン菌を付着増殖させ、上記課題を解決することができることを見出した。

本発明について、以下具体的に説明する。

（１）有機物を含有する排水を、担体を保持する反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する嫌気性排水処理方法において、
該反応槽に担体とメタン菌凝集物とを存在させた状態で該有機性排水の通水を開始し、その後メタン菌凝集物を反応槽に逐次添加する立ち上げ運転を行う際に、

下記式（Ｉ）で示される比率Ｘが０．１以上となるようにメタン菌凝集物を反応槽に逐次添加することを特徴とする嫌気性排水処理方法。

（２）前記式（Ｉ）で示される比率Ｘが０．１〜６の範囲内となるようにメタン菌凝集物を反応槽に逐次添加する、（１）に記載の嫌気性排水処理方法。

（３）前記メタン菌凝集物の平均粒径が１０μｍ以上４５０μｍ以下である、（１）または（２）に記載の嫌気性排水処理方法。

（４）前記メタン菌凝集物が、メタン菌グラニュールを粉砕したものである、（１）〜（３）のいずれか１つに記載の嫌気性排水処理方法。

（５）前記担体がポリビニルアルコール系担体である、（１）〜（４）のいずれか１つに記載の嫌気性排水処理方法。

本発明によれば、有機性排水を、担体を保持する反応槽に通水して該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する方法において、反応槽の立ち上げ運転において担体への微生物（菌体）の増殖を促進させることにより、立ち上げ運転に要する時間を大幅に短縮すると共に、反応槽の立ち上げ後においても効率的な処理を行うことができる。

より詳細には、嫌気性反応槽の立ち上げに際して、グラニュールなどのメタン菌凝集物を一度に投入すると、メタン菌凝集物によって有機物が処理されるため、担体への菌体増殖が促進されない。また、担体に菌体が十分に増殖する前にメタン菌凝集物が解体・流出し、能力が立ち上がらないケースもある。これに対し、メタン菌凝集物を一度に投入するのではなく、立ち上げ負荷に応じて逐次添加するという方法をとることにより、担体への菌体の付着・増殖を促進させる効果がある。

以上説明したとおり、本発明によれば、担体への菌体の付着・増殖を促進させ、反応槽の立ち上げ運転に要する時間を大幅に短縮すると共に、反応槽の立ち上げ後においては効率的な処理を行うことが可能となる。

実施例１および比較例１で用いた生物処理装置の構成を示す図である。実施例１および比較例１のＣＯＤｃｒ除去量と経過日数を示す図である。実施例１および比較例１の担体に付着増殖したＶＳＳと経過日数を示す図である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の嫌気性排水処理方法は、有機物を含有する排水を、担体を保持する反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽に担体とメタン菌凝集物とを存在させた状態で該有機性排水の通水を開始し、その後メタン菌凝集物を立ち上げ負荷に応じて反応槽に逐次添加する立ち上げ運転を行うことを特徴とする。メタン菌凝集物は、それ自体で有機物を処理するが、反応槽内で共存している担体に付着し、徐々に担体の表面及び内部において増殖していく。このような挙動を示すことから、種汚泥とも呼ばれる。

本発明では担体を保持した反応槽内に、種汚泥としてメタン菌凝集物を一度に投入するのではなく、立ち上げ負荷に応じて逐次添加することを特徴としている。立ち上げ負荷に応じて逐次添加されたメタン菌によって有機物の分解を行ないながら、担体への菌体の付着・増殖を促進させる効果を奏する。

本発明において、処理対象とする有機性排水は、嫌気性微生物により処理可能な有機物
を含むものであればよく、そのＣＯＤｃｒ濃度、排水の種類に規定はないが、具体的には、食品工場等の製造排水、化学工場等の有機性排水、一般下水等が挙げられる。しかし、何らこれらに限定されるものではない。

種汚泥として反応槽に逐次添加するメタン菌凝集物は、特に限定されるものではないが、粒子径が小さく多くのメタン菌を含んでいることが好ましい。特に、ＵＡＳＢ法やＥＧＳＢ法で使用されているグラニュール（平均粒径０．５〜３．０ｍｍ）でもよいが、接触効率を高めるためにこれらを平均粒径１０μｍ以上４５０μｍ以下に粉砕したものを使用するのが好ましい。また、平均粒径１００μｍ以上４００μｍ以下に粉砕したものを使用するのが特に好ましい。

本発明においては、下記式（Ｉ）で示される反応槽内に存在する揮発性浮遊性物質（ＶＳＳ）量に対する排水ＣＯＤｃｒ負荷を示す比率Ｘを指標として、メタン菌凝集物を反応槽に逐次添加する。
ここで、前記反応槽内に存在する揮発性浮遊性物質（ＶＳＳ）量は、反応槽内メタン菌凝集物量（ｋｇ）と担体に付着増殖した微生物量（ｋｇ）の合計である。
さらに、比率Ｘが０．１以上となるようにメタン菌凝集物を反応槽に逐次添加することが好ましく、０．１〜６の範囲内となるようにメタン菌凝集物を反応槽に逐次添加することがさらに好ましい。担体への菌体増殖性と有機物処理能力の点で、０．５〜３の範囲内となるようにメタン菌凝集物を反応槽に逐次添加することが特に好ましい。より詳細には、上記範囲内の場合、投入したメタン菌凝集物が解体・流出しにくく、担体への微生物付着増殖も十分となり、有機物を十分に処理できるため好ましい。

担体に付着増殖した微生物量は、菌が付着していない初期の担体の重量と付着増殖後の担体の重量の差によって求めることができる。なお、排水ＣＯＤｃｒ負荷、反応槽内メタン菌凝集物量および担体に付着増殖した微生物量は以下に記載の方法で測定される。

＜排水ＣＯＤｃｒ負荷の測定方法＞
排水ＣＯＤｃｒ負荷は排水のＣＯＤｃｒ濃度と排水量の積で表される。ＣＯＤｃｒ濃度の測定は既知の方法であれば、いずれでもよいが、例えばＪＩＳＫ０１０２：２０１３２０に記載の方法や市販されている測定キットを用いる方法がある。

＜反応槽内メタン菌凝集物量の測定方法＞
まず、反応槽中の浮遊性物質（ＳＳ：ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ）の量をＪＩＳＫ０１０２：２０１３１４−１に従って測定する。ただし、孔径１μｍのろ紙を通過するＳＳが存在する場合は、孔径０．４５μｍのろ紙を使用する。試料のＳＳ量（ａ）を求めた後、ろ紙を６００±２５℃で３０〜６０分間十分に強熱し、残渣の重量（ｂ）を測定する。反応槽内メタン菌凝集物量は式（II）で表される。

＜担体に付着した微生物量の測定方法＞
まず、菌が付着した担体と付着していない担体、それぞれを同量取り、９５から１０５℃で十分乾燥させ、試料の重量（ｃ、ｄ）を測定し、式（III）で表される担体に付着したＳＳ量を算出する（「菌が付着している担体と付着していない担体、それぞれを同量取る」とは担体の個数や体積などの量を等しく取ることを意味するが、体積など菌の増殖により見かけの値が変わるものは、それを加味して補正する必要がある。以下は個数を基準として説明する）。次にそれぞれの試料を６００±２５℃で３０〜６０分間十分に強熱し、残渣の重量（ｅ、ｆ）を測定する。担体に付着した微生物量は式（IV）で表される。

本発明の反応槽の立ち上げ運転において、立ち上げ負荷（排水ＣＯＤｃｒ負荷）の上げ方は２段階以上であればよく、排水の種類や負荷量に応じて、段階を増やしてもよい。

本発明では、反応槽に担体とメタン菌凝集物とを存在させた状態で有機性排水の通水を開始し、その後メタン菌凝集物を立ち上げ負荷に応じて反応槽に逐次添加する立ち上げ運転を行う。処理方式としては特に制限はないが、ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法と同様に反応槽に原水を上向流で通水する方法や撹拌機等で槽内を撹拌して流動させる方法、窒素・メタンガス等酸素を含有しない気体で槽内を曝気流動させる方法などが挙げられる。

使用する担体としては、特に制限は無いが微生物棲息性に優れた高分子ゲル状担体、特
にポリビニルアルコール系ゲル担体が好ましい。担体の平均粒径は１〜１０ｍｍ、特に２
〜６ｍｍであることが好ましい。
担体の表面から内部に連通する孔における孔径は、自由にコントロールできるが、微生物のみが担体内部に棲息できるものが好ましく、表面付近の孔径は０．１μｍ以上１００μｍ以下のものが好ましく、０．５μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。表面付近の孔径が０．１μｍ以上だと微生物が内部に進入しやすく、１００μｍ以下だと微生物以外の大きな生物が侵入しにくいため好ましい。担体中心付近の孔径については特に制限はない。

担体の比重は反応槽内の流動性の観点から１．０〜１．３が好ましい。

担体の形状は、限定されるものではなく、立方体、直方体、円柱状、球状、マカロニ状
など任意の形状をとることができる。メタン菌との接触効率を考えると球状が好ましい。

原水の有機物濃度は特に限定されるものではなく、ＣＯＤｃｒが５００〜５００００ｍｇ／Ｌなど幅広く適用できる。反応槽に流入する際の原液のｐＨは６．５〜７．５程度であることが好ましく、従って、原水は必要に応じてｐＨ調整を行ってから反応槽に通水することが好ましい。

反応槽の排水ＣＯＤｃｒ負荷も特に限定はないが、５〜５０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ³・日と高負荷をかけることも可能である。また、反応槽内の温度は通常のメタン発酵の条件と同様で２５〜４０℃、特に３０〜３８℃とすることが好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例
に限定されるものではない。

［実施例１］
図１に示すフローに従って、化学会社の実排水による嫌気性排水処理を実施した。反応槽の仕様並びに初期処理条件は下記の通りとした。

・反応槽の仕様
反応槽容量８Ｌ、槽内温度：３５〜３７℃
・初期処理条件
原水ＣＯＤｃｒ濃度：５０００ｍｇ／Ｌ
初期流量２．２Ｌ／ｄ
初期メタン菌凝集物（平均粒径３００μｍ）量：２０ｇ
比率Ｘ＝０．６

反応槽にはアセタール化ポリビニルアルコール系ゲル状担体（平均粒径４ｍｍ，比重１．０２５、表面付近の孔径０．５〜２０μｍ）を槽容量に対して４０容量％充填した。上記初期処理条件のとおり通水を開始し、その後、流量を段階的に上げることで排水ＣＯＤｃｒ負荷を上げた。その際、比率Ｘを管理しながらメタン菌凝集物（平均粒径３００μｍ）を逐次添加した。具体的には、流量を６日目、１２日目、１８日目、２１日目にそれぞれ２０ｇ、２０ｇ、１０ｇ、１０ｇ追加添加した。

表１に示すように担体に効率よく菌が付着増殖した。３週間でＣＯＤｃｒ容積負荷３０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ³・日まで上げることができた。ＣＯＤｃｒ除去率は、常に９０％以上を推移し、非常に良好であった。２ヶ月経過後も問題なく排水処理することができた。

［比較例１］
実施例１と同様に、図１に示すフローに従って、化学会社の実排水による嫌気性排水処理を実施した。なお、初期処理条件および逐次添加については以下の通りとした。

・初期処理条件
原水ＣＯＤｃｒ濃度：５０００ｍｇ／Ｌ
初期流量２．２Ｌ／ｄ
初期メタン菌凝集物（平均粒径３００μｍ）量：８０ｇ
比率Ｘ＝０．１

処理状況を見ながら、流量を実施例１と同様に段階的に上げたが、比率Ｘを管理せず、メタン菌凝集物の逐次添加はしなかった。

一度に初期にメタン菌凝集物を大量に投入したので、表１に示すように初期のＣＯＤｃｒ除去率は高かったが、担体への菌の増殖は少なかった。メタン菌凝集物が十分存在する時にはＣＯＤｃｒ除去率は高かったが徐々にメタン菌凝集物が解体・流出していくと、担体への菌の付着増殖が不十分であるため、ＣＯＤｃｒ除去率は低下した。３０日までデータ採取したが、ほとんど処理が進まなくなったため運転を停止した。

これらの結果より、反応槽の立ち上げに際して、該反応槽に担体とメタン菌凝集物とを存在させた状態で該有機性排水の通水を開始する有機性排水の処理方法であって、該メタン菌凝集物を一度に投入するのではなく、比率Ｘを管理しながら立ち上げ負荷に応じて菌凝集物を逐次添加する本発明では、担体へのメタン菌の付着増殖を促進し、効率よく嫌気性排水処理を立ち上げできることが確認された。

１・・・原水
２・・・嫌気反応槽
３・・・反応ガス
４・・・処理水
５・・・撹拌機

Claims

有機物を含有する排水を、担体を保持する反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する嫌気性排水処理方法において、
該反応槽に担体とメタン菌凝集物とを存在させた状態で該有機性排水の通水を開始し、その後、下記式（Ｉ）で示される比率Ｘが０．１以上となるようにメタン菌凝集物を反応槽に逐次添加する立ち上げ運転を行うことを特徴とする嫌気性排水処理方法。
前記式（Ｉ）で示される比率Ｘが０．１〜６の範囲内となるようにメタン菌凝集物を反応槽に逐次添加する請求項１に記載の嫌気性排水処理方法。
前記メタン菌凝集物の平均粒径が１０μｍ以上４５０μｍ以下である、請求項１または２に記載の嫌気性排水処理方法。
前記メタン菌凝集物が、メタン菌グラニュールを粉砕したものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の嫌気性排水処理方法。
前記担体がポリビニルアルコール系担体である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の嫌気性排水処理方法。