JP6753106B2

JP6753106B2 - 有機性排水の処理装置

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Publication number: JP6753106B2
Application number: JP2016065992A
Authority: JP
Inventors: つばさ鏡; 哲朗深瀬
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2036-03-29
Also published as: JP2017176964A

Description

本発明は、有機性排水の処理装置に係り、特に嫌気性生物処理槽で発生した硫化水素を有効利用する有機性排水の処理装置に関する。

嫌気性生物処理で発生するメタンガス等のバイオガス中には硫化物（硫化水素）が含まれるため、これを乾式脱硫や、スクラバーで吸収後に生物脱硫すること等によって処理する必要がある。

生物脱硫は、硫黄酸化細菌により硫化物を酸化するものであり、硫酸まで酸化する硫黄酸化細菌を用いて硫化物を硫酸まで酸化する方式が知られる。しかし硫酸まで酸化すると生物脱硫反応槽内のｐＨが経時的に下がることで硫化水素の吸収が阻害されるという問題がある。

生物脱硫の方式として、硫化水素を元素態硫黄まで部分酸化する硫黄酸化細菌を用いた処理も知られている。この処理方式は、生物脱硫反応槽内のｐＨが低下せず反応効率が低下しない点で優れる。この方式には元素態硫黄が汚泥として多量に発生するものの、元素態硫黄は硫酸を産生するために再利用し得ることが知られている（特表平６−５０３０３１、特表平７−５０６５３３、特表２００１−５０８２８５）。しかし具体的な元素態硫黄の再利用技術については検討されていない。

特表平６−５０３０３１号公報特表平７−５０６５３３号公報特表２００１−５０８２８５号公報

本発明は、主としてメタンの副生成物として有機物の嫌気性生物処理槽で発生する硫化水素を生物脱硫装置によって元素態硫黄に変換するに際して、廃棄物となる余剰の元素態硫黄を有効利用することができる有機性排水の処理装置を提供することを目的とする。

第１発明の有機性排水の処理装置は、原水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理槽と、該嫌気性生物処理槽から嫌気性生物処理水が供給される好気性生物処理槽と、該好気性生物処理槽のｐＨを低下させるｐＨ低下手段と、を有する有機性排水の処理装置において、該ｐＨ低下手段は、前記嫌気性生物処理槽で生成した硫化水素含有ガスを生物酸化して元素態硫黄含有汚泥を生成させる生物脱硫装置と、該元素態硫黄含有汚泥を前記好気性生物処理槽に添加する手段とを有することを特徴とする。

本発明の一態様では、前記好気性生物処理槽の後段に好気性生物処理水が導入される脱窒槽が設けられている。

第２発明の有機性排水の処理装置は、原水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理槽と、該嫌気性生物処理槽から嫌気性生物処理水が供給される好気性生物処理槽と、該好気性生物処理槽のｐＨを低下させるｐＨ低下手段と、を有する有機性排水の処理装置において、該ｐＨ低下手段は、前記嫌気性生物処理槽で生成した硫化水素含有ガスを生物酸化して元素態硫黄含有汚泥を生成させる生物脱硫装置と、該元素態硫黄含有汚泥を酸化処理して硫酸を生成させる硫酸生成手段と、該硫酸生成手段で生成した硫酸を前記好気性生物処理槽に添加する手段とを有する。

本発明の有機性排水の処理装置によると、嫌気性生物処理で発生するバイオガス中の硫化水素を生物脱硫することにより生成する、元素態硫黄を含む余剰汚泥又はそれを酸化処理したものを好気性生物処理槽に添加して好気性生物処理槽のｐＨを低下させる用途に利用する。従って、本発明によると、元素態硫黄を含む余剰汚泥を大幅に減容することができる。これにより、産業廃棄物の処分の負荷が低減されると共に、元素態硫黄を硫酸として高効率で利用可能となる。そのため、併設する好気性生物処理や脱窒処理において、ｐＨ調整剤の添加が不要または添加量低減できる。

本発明の一態様では、脱窒槽に好気性生物処理槽から残留元素態硫黄が流入するようになり、メタノール等の有機物を添加することなく（又は少量添加するだけで）脱窒することが可能となる。

実施の形態に係る有機性排水の処理装置の構成図である。別の実施の形態に係る有機性排水の処理装置の構成図である。さらに別の実施の形態に係る有機性排水の処理装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の有機性排水の処理装置の一例を示すフロー図である。

原水は嫌気性生物処理槽１に導入され、メタン発酵処理される。嫌気性生物処理槽１からの嫌気性生物処理水は、配管２を通って好気性生物処理槽３に供給される。好気性生物処理槽３では、散気管４から空気を曝気し、嫌気性生物処理水を好気性生物処理する。好気性生物処理槽３の処理水が処理水として系外に取り出される。

嫌気性生物処理槽１では、メタンを主体とし、さらに硫化水素その他のガスを含む嫌気性処理ガスが発生する。この嫌気性処理ガスは、嫌気性生物処理槽１の頂部から取り出され、配管５を介して生物脱硫装置１０へ送られて脱硫処理される。

この生物脱硫装置１０は、タンク１１と、該タンク１１内を曝気部１２と元素態硫黄含有汚泥の貯留部１３とに隔てる隔壁１４と、該タンク１１の上部面（天井部）の開口から立ち上がる筒部１５と、該筒部１５内に設けられた気液接触用の充填材１６と、該充填材１６に上方から散水するための散水ノズル１７と、該筒部１５の頂部に連なるガス取出用の配管１８等を有する。筒部１５は曝気部１２の上方に位置する。曝気部１２には散気管１９が設けられている。隔壁１４は、タンク１１内の途中高さまで立設されている。

曝気部１２内の液は、ポンプ２０及び配管２１を介して散水ノズル１７へ循環供給可能とされている。なお、配管２１の途中に補給水供給用の配管２２が接続されている。補給水としては好気性生物処理槽３内の水や工業用水などが用いられる。

貯留部１３内の元素態硫黄含有汚泥は、配管２５を介して好気性生物処理槽３へ供給される。なお、元素態硫黄含有汚泥量が過剰である場合は、元素態硫黄含有汚泥の一部は、分岐配管２６から取り出される。図示は省略するがこの配管２６には、汚泥排出弁が設けられており、汚泥取り出し時に該汚泥排出弁が開とされる。

好気性生物処理槽３にはｐＨ計３０が設けられている。該ｐＨ計３０の検出信号は制御器３１に入力され、ｐＨ計３０の検出ｐＨが所定範囲（例えば５〜８特に６〜７．５）となるようにバルブ３３の開度が制御される。配管２５から導入される元素態硫黄の酸化によって生じる硫酸だけでは好気性生物処理槽３のｐＨが十分に低下しない場合、ｐＨ調整剤槽３２内のｐＨ調整剤水溶液（例えば硫酸水溶液）がバルブ３３、配管３４を介して好気性生物処理槽３に添加可能とされている。図１においては、生物脱硫装置１０と、ｐＨ調整剤槽３２とがｐＨ低下手段を構成する。

この有機性排水の処理装置にあっては、原水は嫌気性生物処理槽１で嫌気性生物処理された後、好気性生物処理槽３で好気性生物処理される。この好気性生物処理槽３では、嫌気性生物処理によって溶解した高濃度の炭酸が脱炭酸されることによりｐＨが上昇するため、硫酸等の酸剤の添加が必要である。この実施の形態では、嫌気性生物処理槽１で発生したメタン及び硫化水素等を含有するガスを生物脱硫装置１０で生物酸化処理して元素態硫黄を生成させ、この元素態硫黄を含む汚泥を好気性生物処理槽３に導入し、溶存酸素で酸化させて硫酸を生成させるようにしている。

即ち、配管５から生物脱硫装置１０のタンク１１内に供給された嫌気性生物処理ガス中の硫化水素は、筒部１５内を上昇して充填材層１６を通過する間に散水ノズル１５から散水された水と接触してこの水に溶け込む。なお、充填材層１６を通過したガスは、配管１８を介してメタン回収工程に送られる。

硫化水素が溶け込んだ水は、充填材層１６からタンク１１内を落下して曝気部１２に溜まる。曝気部１２では、散気管１９で曝気が行われ、硫黄酸化細菌の作用により硫化水素が酸化され、大部分は元素態硫黄（単体硫黄）Ｓになる。元素態硫黄を含んだ汚泥の曝気部１２内の貯留量が多くなると、隔壁１４を乗り越えて元素態硫黄含有汚泥貯留部１３へこぼれ落ちる。この元素態硫黄含有汚泥が好気性生物処理槽３に導入される。

好気性生物処理槽３に導入された元素態硫黄の少なくとも一部が酸化されて硫酸となり、好気性生物処理槽３内のｐＨ調整に寄与する。流入する元素態硫黄の酸化によって生成する硫酸だけでは硫酸量が不足してｐＨが十分に低下しない（中和されない）場合には、ｐＨ調整剤槽３２内の硫酸水溶液が配管３４を介して添加される。ｐＨ調整剤槽３２から硫酸水溶液を添加しなくても好気性生物処理槽３内のｐＨが十分に低下する場合には、必要に応じ、分岐配管２６の汚泥排出弁（図示略）を開とし、余剰となる元素態硫黄含有汚泥を配管２６から系外へ排出する。

図１の実施の形態のように、生物脱硫装置で生成した元素態硫黄含有汚泥を直接好気性生物処理槽３に供給する場合、好気性生物処理槽３内のＤＯ（溶存酸素）は、有機物と元素態硫黄の両方で消費されるが、ＤＯが有機物に優先的に使用されるため、（１）元素態硫黄が硫酸まで酸化されずに処理水中にリークし、処理水ＳＳ濃度の増加や、処理水外観の悪化を招く、（２）硫酸生成量の制御が困難である、（３）十分なｐＨ調整効果を発揮できない、などの課題が生じるおそれがある。図２は、かかる課題に対処した有機性排水の処理装置を示している。

図２では、生物脱硫装置１０で生成した元素態硫黄含有汚泥を硫酸生成槽４０に導入し、散気管４１で空気を曝気し、元素態硫黄を酸化して硫酸を生成させる。この硫酸含有汚泥を硫酸貯留槽４２に導入し、配管４３及びバルブ４４を介して好気性生物処理槽３に添加する。バルブ４４の開度を制御器３１によって制御してもよい。図２ではｐＨ調整剤槽３２、バルブ３３及び配管３４は省略されている。図２のその他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。図２においては、生物脱硫装置１０、硫酸生成槽４０、硫酸貯留槽４２と、図示しないｐＨ調整剤槽３２とがｐＨ低下手段を構成する。

図２の有機性排水の処理装置では、生物脱硫装置１０内からの元素態硫黄含有汚泥を硫酸生成槽４０内で曝気することにより、硫黄酸化細菌により元素態硫黄が酸化されて硫酸が生成する。硫酸生成槽には菌体を除いて有機物が存在せず、電子供与体として元素態硫黄のみが存在するため、元素態硫黄酸化細菌が効率的に増殖し、優占化する。これらの細菌は低ｐＨに耐性を有するものが多く、１０％以上の非常に高濃度の硫酸を生成することができる。さらに、これらの菌体は汚泥中元素態硫黄に対して重量比で０．３％程度しか存在しないため、９０％以上の、非常に高い汚泥減容率を達成することができる。

硫酸生成槽４０で生成した硫酸は硫酸貯留槽４２に供給される。ｐＨ計３０の検出ｐＨ値に応じた所定流量にて、または設定流量にて、硫酸貯留槽４２から好気性生物処理槽３へ供給される。

なお、図２の有機性排水の処理装置の生物脱硫装置１０で生成したＳＳ濃度１４％程度の元素態硫黄含有汚泥を小型の曝気槽（硫酸生成槽）で曝気したところ、汚泥を９０％以上減容化し、硫酸濃度１０％以上の高濃度の硫酸を５時間という短時間で生成することができた。

本発明では、好気性生物処理槽３で亜硝酸または硝酸が検出される場合、図３のように好気性生物処理槽３の後段に脱窒槽５を設けてもよい。この場合、脱窒のための有機物源が必要である。図３は、生物脱硫装置１０の元素態硫黄を好気性生物処理槽に添加し、好気性生物処理槽内で生成する硫酸をｐＨ調整剤として使用すると共に、硫酸を生成せず脱窒槽に流入した残留する元素態硫黄を脱窒のための電子供与体として利用するようにしたものである。

元素態硫黄と、酸素、亜硝酸、硝酸とを反応させることで、硫酸を生成させることができると共に、亜硝酸および硝酸との反応では、脱窒反応が生じる。
図３のその他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

上記説明は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。

本発明において、処理対象となる有機物性排水は、有機硫黄化合物を含有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、食品製造工場排水、飲料製造工場排水、電子産業排水、化学工場排水などが挙げられる。

このような排水には、通常、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などの有機窒素化合物と、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ブチルジグリコール（ＢＤＧ）、エチルアルコールなどのアルコール類、更にはジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの有機硫黄化合物などが含まれる。

本発明で処理する排水は、有機物をＣＯＤ_Ｃｒ濃度として１０００〜３００００ｍｇ／Ｌ程度、有機硫黄化合物を全硫黄濃度として１〜１００ｍｇ−Ｓ／Ｌ程度含む排水であることが好ましい。

メタン発酵処理を行うための嫌気性生物処理槽１は、酸生成反応とメタン生成反応とを同一槽で行う１槽式でも、各反応を別の槽で行う２槽式でも良い。各反応槽は浮遊方式（撹拌方式）、汚泥床方式（スラッジブランケット方式）など任意の方式でよく、また、担体添加型、造粒汚泥型であってもよい。

嫌気性生物処理槽としては特に限定されないが、高負荷運転が可能なＵＡＳＢ（上向流式嫌気性スラッジブランケット）やＭＢＲ（メンブレンバイオリアクター）方式、特にＭＢＲ方式の反応槽を用いることが好ましい。

本発明方法において、生物脱硫装置１０で用いる硫黄酸化細菌としては、例えば、チオバチルス属、チオトリックス属、ベギアトア属、チオマリヌス属、シュードモナス属などの細菌を挙げることができる。本発明方法においては、硫化水素含有ガスの処理に先立って、硫黄酸化細菌を下水、産業排水などの活性汚泥から馴養することが好ましい。硫黄酸化細菌の馴養は、チオ硫酸塩、亜硫酸塩などの不揮発性の還元性硫黄化合物を用いて行うことが好ましい。不揮発性の還元性硫黄化合物を用いることにより、還元性硫黄化合物の放散による大気汚染を防止することができる。好気性活性汚泥法により発生した活性汚泥を生物酸化槽に入れ、不揮発性の還元性化合物を添加した下水、産業排水などを供給し、曝気しつつ処理することにより、硫黄酸化細菌を馴養することができる。処理水中に還元性硫黄化合物が検出されなくなることにより、硫黄酸化細菌の馴養の完了を確認することができる。

１嫌気性生物処理槽
３好気性生物処理槽
１０生物脱硫装置
５０脱窒槽

Claims

原水を嫌気性生物処理する嫌気性生物処理槽と、
該嫌気性生物処理槽から嫌気性生物処理水が供給される好気性生物処理槽と、
該好気性生物処理槽のｐＨを低下させるｐＨ低下手段と、
を有する有機性排水の処理装置において、
該ｐＨ低下手段は、
前記嫌気性生物処理槽で生成した硫化水素含有ガスを生物酸化して元素態硫黄含有汚泥を生成させる生物脱硫装置と、
該元素態硫黄含有汚泥を酸化処理して硫酸を生成させる硫酸生成手段と、該硫酸生成手段で生成した硫酸を前記好気性生物処理槽に添加する手段と
を有することを特徴とする有機性排水の処理装置。