JP6918441B2 - 水処理装置及び水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、嫌気性処理された硫化水素を含む被処理水を処理する水処理装置及び水処理方法に関する。更に詳しくは、嫌気性処理された硫化水素を含む被処理水を、担体が充填された処理槽により処理する水処理装置及び水処理方法に関する。

従来、生活排水などの有機性排水を処理する排水処理方法として、嫌気性微生物を用いて処理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法によれば、有機性排水を、酸生成槽、メタン発酵のための嫌気反応槽、及び付加した嫌気反応槽の順に通水することにより、有機性排水のＣＯＤを低下している。

特開２００３−１６４８９２号公報

嫌気性処理槽から排出された処理排水には、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）が含まれていることがあり、そのまま放流すると、硫化水素のガスが揮発して異臭を発生する。そこで、本発明の課題は、嫌気性処理された処理排水から硫化水素を除去することである。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、担体を充填した処理槽において、硫化水素を含む被処理水を、特定の条件で処理することにより、硫化水素を除去できることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の水処理装置及び水処理方法である。

上記課題を解決するための本発明の水処理装置は、嫌気性処理された硫化水素を含む被処理水を処理する水処理装置であって、処理槽と、前記処理槽内に充填される担体と、を備え、前記処理槽は、前記担体に対する硫化水素の負荷が１ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下の条件で、前記被処理水を処理することを特徴とする。

また、上記課題を解決するための本発明の水処理装置は、嫌気性処理された硫化水素を含む被処理水を処理する水処理装置であって、処理槽と、前記処理槽内に充填される担体と、を備え、前記処理槽は、前記担体の充填率が１０％以上、かつ、前記被処理水の処理槽内における滞留時間が２時間以上の条件、又は、前記担体の充填率が２０％以上、かつ、前記被処理水の処理槽内における滞留時間が１時間以上の条件で、前記被処理水を処理することを特徴とする。

上記の水処理装置によれば、嫌気性処理後の硫化水素を含む被処理水から硫化水素が除去されるため、硫化水素の揮発による異臭を低減することができる。
更には、被処理中の硫化水素を高度に除去することができるため、本発明の水処理装置により処理された処理水は、残存する硫化水素量の観点に限れば、そのまま排水路等に放流しても問題を生じない。また、更に別の処理を行う場合にも、後段の処理工程において異臭が発生するという問題を生じないという効果を奏する。

また、硫化水素が揮発して空気中に拡散すると、活性炭等の吸着剤を使用して空気中から硫化水素を除去する必要がある。そして、硫化水素の揮発する量が多くなると、活性炭等の吸着剤の交換頻度が高まりランニングコストが増えるという問題が生じる。上記の水処理装置によれば、被処理水中に含まれる硫化水素を酸化して除去するため、揮発する硫化水素の量を低減することができ、吸着剤の交換に要するランニングコストも低減することができる。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、被処理水の処理槽内における滞留時間は３時間以内であるという特徴を有する。
この特徴によれば、短時間で硫化水素を処理することができるため、処理槽の容量を縮小することができる。

また、上記課題を解決するための本発明の水処理方法は、嫌気性処理された硫化水素を含む被処理水を処理する水処理方法であって、担体を充填した処理槽を用いて、前記担体に対する硫化水素の負荷が１ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下の条件で、被処理水を処理する工程、充填率１０％以上で担体を充填した処理槽を用いて、被処理水を処理槽内に２時間以上滞留させる工程、又は、充填率２０％以上で担体を充填した処理槽を用いて、被処理水を処理槽内に１時間以上滞留させる工程、のいずれかの工程を備えたことを特徴とする。

上記の水処理方法によれば、上記水処理装置と同様、嫌気性処理後の硫化水素を含む被処理水から硫化水素が除去されるため、硫化水素の揮発による異臭を低減することができる。そのため、別の処理を行う場合にも、後段の処理工程において異臭が発生するという問題を生じないという効果を奏する。

また、本発明の水処理方法により処理された処理水は、残存する硫化水素量の観点に限れば、そのまま排水路等に放流することができるため、有機性排水の処理工程を軽減することができる。

また、上記の水処理方法によれば、揮発する硫化水素の量を低減することができるため、活性炭等の吸着剤の効果頻度を低下し、有機性排水の処理の作業が軽減される。

本発明の水処理装置によれば、嫌気性処理後の硫化水素を含む被処理水から硫化水素が除去されるため、硫化水素の揮発による異臭を低減することができる。

本発明の第１の実施態様の水処理装置、及び、嫌気処理装置の構造を示す概略説明図である。 本発明の第１の実施態様の水処理装置において、被処理水の滞留時間、担体に対する硫化水素の負荷（ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日）の各条件についての硫化水素の除去率を示すグラフである。 本発明の第１の実施態様の水処理装置において、被処理水の滞留時間、担体の充填率、担体に対する硫化水素の負荷（ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日）の各条件についての硫化水素の除去率を示すグラフである。

本発明の水処理装置は、嫌気性処理され、硫化水素を含有する被処理水を処理する水処理装置であって、処理槽と、処理槽内に充填される担体を備えている。

本発明の水処理装置の用途は、嫌気性処理された硫化水素を含有する被処理水を処理して、被処理水内の硫化水素を低減する目的で利用される。例えば、下水処理場、食品工場等から発生する有機性排水を嫌気性微生物により嫌気性処理した処理排水を、本発明の水処理装置の被処理水として使用する。

次に、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施形態は、本発明を限定するものではない。
［第１の実施態様］
図１は、本発明の第１の実施態様の水処理装置１、及び、嫌気性処理装置４の構造を示す概略説明図である。

（嫌気処理装置）
嫌気処理装置４は、酸生成槽５、メタン発酵槽６により構成され、有機性排水等の原水Ｗ２に嫌気性処理を行い、原水Ｗ２中に含まれる有機物からメタンガスＧを得る装置である。酸生成槽５は、酸生成菌等の微生物により原水Ｗ２中に含まれる糖、蛋白質又は油分などの固体や高分子有機物から低級脂肪酸を生成する酸生成工程を行うための槽であり、メタン発酵槽６は、低級脂肪酸からメタンを生成するメタン生成工程を行うための槽である。

原水Ｗ２は、酸生成槽５により処理されると、酸生成処理水Ｗ３としてメタン発酵槽６の下部から流入し、メタン発酵槽６を上昇する。酸生成処理水Ｗ３は、メタン発酵槽６を上昇する間にメタン生成工程が行われ、一部の処理排水が本発明の水処理装置１の被処理水Ｗ０として使用される。残りの処理排水は、返送処理水Ｗ４として酸生成槽５へ返送され、酸生成槽５とメタン発酵槽６の間を循環する。循環することにより、メタン発酵の基質となる低級脂肪酸の濃度を高め、メタン発酵を効率的に実行することができる。

なお、第１の実施態様の嫌気性処理装置４では、嫌気性処理としてメタン発酵を行う嫌気性処理装置であるが、嫌気性処理装置は、硫化水素を発生する嫌気性処理を行うものであればよく、制限されない。

（水処理装置）
本発明の水処理装置１は、処理槽２と、処理槽２内に充填された担体３を備えている。また、処理槽２は、ブロアＢとこれに接続された散気装置とを備えており、散気装置に開口された散気孔より処理槽２内に微細気泡が供給される。微細気泡は、１ｍｍ以下の気泡の他、１００μｍ以下のマイクロバブル等でもよい。被処理水Ｗ０中との接触面積が大きいという観点から、マイクロバブルを利用することが好ましい。

処理槽２には、好気性微生物として硫黄酸化菌が存在し、散気による好気性条件下で被処理水Ｗ０に含まれる硫化水素を酸化する。
また、本発明の水処理装置１では、処理槽２内に担体３が充填されており、硫黄酸化菌を含む好気性微生物が担体３に固定されている。これにより、硫黄酸化菌を高濃度で存在するため、硫化水素を効率的に除去することができる。

担体３としては、特に制限されないが、例えば、プラスチック、スポンジ、多孔性焼結物、コークス等が挙げられる。微生物が固定されやすいように、表面積が大きく、通水性に優れたものが好ましい。担体３の大きさについても特に制限されないが、取扱い性の観点から、一般的には直径２〜２０ｍｍ、高さ２〜４０ｍｍの円柱又は円筒形、あるいは、２〜３０ｍｍ×２〜３０ｍｍ×２〜３０ｍｍの塊状である。

＜担体の充填率＞
処理槽２の容量に対する担体３の充填率（体積％）は、１０％以上であることが好ましく、更に好ましくは１５％以上であり、特に好ましくは、２０％以上である。担体３の充填率を１０％以上とすることにより、硫化水素を効率的に除去することができる。
また、上限としては、特に制限されないが、好ましくは５０％以下であり、更に好ましくは４０％以下であり、特に好ましくは３０％以下である。５０％を超えて担体を充填しても硫化水素の除去率が上がらないため、技術的に意味がない。
なお、充填率とは、処理槽２に担体３を充填した際に、充填された担体３の嵩高（空隙を含む体積）を担体３の体積として、処理槽２の容量に対する担体３の体積％を算出したものである。

＜担体に対する硫化水素の負荷＞
処理槽２に供給する被処理水Ｗ０の流量は、担体３に対する硫化水素の負荷が１ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下であることが好ましく、更に好ましくは、０．７ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下であり、特に好ましくは、０．５ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下である。担体３に対する硫化水素の負荷が１ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下とする場合には、硫化水素の除去率を高めることができる。
なお、担体３に対する硫化水素の負荷を表す「ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日」は、1日に担体１ｍ³当たりに供給される硫化水素の重量（ｋｇ）という意味である。硫化水素の重量は、被処理水Ｗ０中の硫化水素濃度を測定しておき、被処理水Ｗ０の流量から算出することができる。

＜滞留時間＞
被処理水Ｗ０の処理槽２内における滞留時間は、１時間以上であることが好ましい。滞留時間を１時間以上とすることにより、硫化水素の除去率を高めることができる。また、３時間以下であることが好ましく、２．５時間以下であることが更に好ましい。滞留時間を短縮することにより、処理槽２の容量を縮小することができる。

また、これらの「担体の充填率」、「担体に対する硫化水素の負荷」、「滞留時間」の条件を組み合わせることにより、硫化水素の除去効率をより高めることができる。好ましい条件としては、担体の充填率が１０％以上、かつ、滞留時間が２時間以上である、又は、担体の充填率が２０％以上、かつ、滞留時間が１時間以上である。特に好ましい条件は、担体に対する硫化水素の負荷が０．６ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下であり、担体の充填率が１５〜３０％、滞留時間が１．５〜２．５時間である。この条件は、被処理水から硫化水素を除去するという目的に特化した条件である。

図２、図３には、「担体の充填率」、「担体に対する硫化水素の負荷」、「滞留時間」の各条件について、硫化水素の除去率を測定した結果を示すグラフである。
なお、硫化水素の除去率は、以下の式（１）により算出した。

硫化水素の除去率＝（被処理水Ｗ０のＨ₂Ｓ濃度−処理水Ｗ１のＨ₂Ｓ濃度）／被処理水Ｗ０のＨ₂Ｓ濃度 …式（１）

その他の条件：［曝気量］：０．５〜１．５ＶＶＨ、［担体］１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ：スポンジ担体

図２を参照すると、担体に対する硫化水素の負荷が１ｋｇＨ₂Ｓ／ｍ³担体・日以下の条件のとき、優れた硫化水素除去率が認められる。

図３を参照すると、担体の充填率が１０％以上、かつ、被処理水の処理槽内における滞留時間が２時間以上である条件、又は、担体の充填率が２０％以上、かつ、被処理水の処理槽内における滞留時間が１時間以上である条件において、優れた硫化水素除去率が認められる。

本発明の水処理装置の用途は、嫌気性処理された硫化水素を含有する被処理水を処理して、被処理水内の硫化水素を低減する目的で利用される。例えば、下水処理場、食品工場等から発生する有機性排水を嫌気性微生物により嫌気性処理した処理排水を、排水路等に放流する場合に、排水路等で異臭が発生しないように、本発明の水処理装置を利用して硫化水素を除去する。

１…水処理装置、２…処理槽、３…担体、４…嫌気処理装置、５…酸生成槽、６…メタン発酵槽、Ｗ０…被処理水、Ｗ１…処理水、Ｗ２…原水、Ｗ３…酸生成処理水、Ｗ４…返送処理水、Ｇ…メタンガス、Ｐ…ポンプ、Ｂ…ブロア

Claims (3)

1. 嫌気性処理された硫化水素を含む被処理水を処理する水処理装置であって、
   処理槽と、
   前記処理槽内に充填され、硫黄酸化菌を含む好気性微生物が固定されている担体と、を備え、
   前記処理槽は、前記担体に対する硫化水素の負荷が１ｋｇＨ_２Ｓ／ｍ^３担体・日以下の条件で、前記被処理水を処理することを特徴とし、
   前記処理槽は、
   前記担体の充填率が１０％以上、かつ、前記被処理水の処理槽内における滞留時間が２時間以上の条件、又は、
   前記担体の充填率が２０％以上、かつ、前記被処理水の処理槽内における滞留時間が１時間以上の条件で、前記被処理水を処理することを特徴とする、水処理装置。
2. 前記被処理水の処理槽内における滞留時間が３時間以内であることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
3. 嫌気性処理された硫化水素を含む被処理水を処理する水処理方法であって、
   硫黄酸化菌を含む好気性微生物が固定されている担体を充填した処理槽を用いて、前記担体に対する硫化水素の負荷が１ｋｇＨ_２Ｓ／ｍ^３担体・日以下の条件で、被処理水を処理する工程、及び、
   充填率１０％以上で担体を充填した処理槽を用いて、被処理水を処理槽内に２時間以上滞留させる工程、若しくは、
   充填率２０％以上で担体を充填した処理槽を用いて、被処理水を処理槽内に１時間以上滞留させる工程、を備えたことを特徴とする水処理方法。

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