JPH1177087A - 有機性廃水の嫌気性生物処理方法及び装置 - Google Patents

有機性廃水の嫌気性生物処理方法及び装置

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JPH1177087A
JPH1177087A JP25773797A JP25773797A JPH1177087A JP H1177087 A JPH1177087 A JP H1177087A JP 25773797 A JP25773797 A JP 25773797A JP 25773797 A JP25773797 A JP 25773797A JP H1177087 A JPH1177087 A JP H1177087A
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JP
Japan
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gas
carbon dioxide
anaerobic
reaction tank
tank
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JP25773797A
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English (en)
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Naoki Abe
直樹 安部
Yasuyuki Yagi
康之 八木
Hiroyoshi Emori
弘祥 江森
Motoko Endo
素子 遠藤
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Hitachi Plant Technologies Ltd
Original Assignee
Hitachi Plant Technologies Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理水を循環せずにアルカリ剤を再利用で
き、かつ運転コストを効果的に低減できる有機性廃水の
嫌気性生物処理方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 有機性廃水を嫌気性生物反応槽11に流
入させ、この反応槽内の嫌気性微生物群の作用で有機物
を分解除去するため、該反応槽から発生する炭酸ガス及
びメタンガスを主成分とするガス混合物をガスライン2
1により、水酸化ナトリウム水溶液を入れた炭酸ガス吸
収槽22にその底部から導入し、そこでガス混合物を水
酸化ナトリウムと気−液接触させ、炭酸ガスを炭酸塩や
重炭酸塩に変えて液中に溶解させ、この液をpH調整槽
13内で原水と混合して嫌気性生物反応槽11に投入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃水をメタ
ン発酵処理する嫌気性生物処理方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、有機物の除去技術としてメタン発
酵処理は、余剰汚泥の発生量が少なく、また、発生する
メタンガスをエネルギーとして回収できることから、処
理コストの安い技術として注目されている。特に、上向
流式嫌気汚泥床法は、嫌気性細菌を反応槽内に高濃度に
保持しうることから、最も多く実用化されている方法で
ある。この処理方法は、嫌気性細菌が自己造粒してでき
た大きさ2〜3mm程度の細菌集合体のフロック(以
下、グラニュールという)を用い、高有機物負荷の運転
を可能にしたものである。
【0003】メタン発酵による有機物の分解は、酸生成
菌によって有機酸にする酸生成反応と、生じた有機酸を
メタン生成菌によってメタンガスにするメタン生成反応
があり、反応槽内ではこれらの反応が順次進行して、有
機物は炭酸ガスとメタンガスに分解されていく。また、
この嫌気性反応は、酸生成反応が優先することから反応
槽内には有機酸蓄積によるpH低下が生じやすい。これ
に対し、メタン生成に関与する細菌の最適pHは、6.
8から7.5付近であるため、酸生成反応が進行し、反
応槽内が低いpH環境となると、メタン生成細菌の活性
が低下し、処理状況が悪化する。そこで、多くのメタン
発酵処理装置では、アルカリ剤を槽内又は原水に添加し
て反応槽内のpHを中性に保っている。しかしながら、
特に上向流式嫌気汚泥床法では反応槽内の最大液流速が
1〜2m/h程度と低いため、槽内での攪拌効果は少な
く、水酸化ナトリウムのような強塩基性のアルカリ剤の
添加によって反応槽内のpH環境を制御することが困難
であった。そのため、例えば、pH調整剤として、重炭
酸ナトリウムなど緩衝効果のある高価なアルカリ剤を使
用しなければならず、廃水の処理コストが増加する。
【0004】また、特公平6−67517号公報には、
酸生成槽とメタン発酵槽からなる二相式メタン発酵シス
テムにおいて、メタン発酵槽からの発生ガスを分離膜に
よってメタンガスと炭酸ガスとに分離し、炭酸ガスを酸
生成槽に吹き込んで酸生成槽に導入される有機性廃水の
アルカリ度を補っている。この場合、吹き込んだ炭酸ガ
スの溶解効率が必ずしも充分ではないため、炭酸ガスが
排気されてしまうという欠点がある。特に、酸生成反応
が進行している領域では炭酸ガスが溶解しにくく、この
現象が顕著となる。
【0005】そのため、現状の上向流式嫌気汚泥床法で
は、反応槽の上部から流出する処理水を槽下部に循環さ
せ、処理水中に存在するアルカリ剤を再利用する方法が
採用されている。図2は、このような処理水の循環を行
う一般的な上向流式嫌気汚泥床法を実施する装置の系統
図を示すものである。図2において、11は嫌気性生物
反応槽であり、槽内にはグラニュール12が充填されて
いる。原水は、pH調整槽13でアルカリ剤添加後、原
水ポンプ14により嫌気性生物反応槽11の底部から供
給される。処理水は、流出口15から流出し、その一部
は循環ポンプ18により循環ライン17を通過して嫌気
性生物反応槽11の底部に供給される。発生ガスは、ガ
ス排出口16から排出される。pH調整槽13で添加さ
れるアルカリ剤は、薬品タンク19からポンプ20によ
って注入される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、処理水
を循環してアルカリ剤を再利用する場合、循環により反
応槽内の液流速が大きくなり、グラニュール層が膨張し
てしまう。すなわち、処理水を循環すると、アルカリ剤
の再利用は可能であるもののグラニュール層の膨張によ
る菌体濃度の低下が起こり、高負荷処理が期待できなく
なる。本発明は、処理水を循環せずにアルカリ剤を再利
用でき、かつ運転コストを効果的に低減できる有機性廃
水の嫌気性生物処理方法及び装置を提供することを目的
とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭酸ガス吸収
槽を設けて、この吸収槽内で発生ガス中の炭酸ガスを水
酸化ナトリウムなどのアルカリ剤と反応させて炭酸水素
ナトリウムなどの重炭酸塩を生成させ、この重炭酸塩を
含む液を嫌気性生物反応槽に循環させることによって上
記目的を達成したものである。すなわち、本発明による
有機性廃水の嫌気性生物処理方法は、有機性廃水を嫌気
性生物反応槽に流入させ、この反応槽内の嫌気性微生物
群の作用で有機物を分解除去する有機性廃水の嫌気性生
物処理方法において、該反応槽から発生する炭酸ガス及
びメタンガスを主成分とするガス混合物の一部又は全部
を炭酸ガス吸収液と気−液接触させ、炭酸ガスを炭酸塩
あるいは重炭酸塩に変えて吸収液中に溶解させ、この吸
収液を嫌気性生物反応槽に投入することを特徴とする。
また、本発明による有機性廃水の嫌気性生物処理装置
は、有機性廃水を嫌気性生物反応槽に流入させ、この反
応槽内の嫌気性微生物群の作用で有機物を分解除去する
有機性廃水の嫌気性生物処理装置において、嫌気性生物
反応槽のガスラインを炭酸ガス吸収液を入れた炭酸ガス
吸収槽の底部に接続し、この吸収槽内で気−液接触によ
り生成した炭酸塩や重炭酸塩を含有する吸収液を原水と
混合して嫌気性生物反応槽へ投入するラインを付設した
ことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明は、前記のように、有機性
廃水を嫌気性生物反応槽に流入させ、この反応槽内の嫌
気性微生物群の作用で有機物を分解除去する有機性廃水
の嫌気性生物処理方法に関するものであるが、嫌気性生
物反応槽から発生する炭酸ガス及びメタンガスを主成分
とするガス混合物の一部又は全部を炭酸ガス吸収液と気
−液接触させ、炭酸ガスを炭酸塩あるいは重炭酸塩に変
えて吸収液中に溶解させ、この吸収液を嫌気性生物反応
槽に投入する。炭酸ガス吸収液としては、水酸化ナトリ
ウムなどのアルカリ剤を含有する水溶液を用いるのが好
ましい。以下、説明を簡略化するため、アルカリ剤とし
て水酸化ナトリウムを用いた場合について説明する。
【0009】嫌気性生物反応槽で発生したガス混合物を
炭酸ガス吸収槽に入れた水酸化ナトリウム水溶液(炭酸
ガス吸収液)中に吹き込むことにより気−液接触させる
と、ガス混合物中の炭酸ガスは水酸化ナトリウムと直ち
に反応し、下記の反応式(1)及び(2)により炭酸ナ
トリウム及び炭酸水素ナトリウムを生成する。 2NaOH+CO2 →Na2 CO3 +H2 O ・・・(1) Na2 CO3 +H2 O+CO2 →2NaHCO3 ・・・(2) 水酸化ナトリウム水溶液への炭酸ガスの吸収が進むと、
CO2 は反応式(2)によりほどんどNaHCO3 とし
て存在することになる。一方、メタンガスは、殆ど水酸
化ナトリウム水溶液に吸収されないので、この炭酸ガス
吸収槽をそのまま通過する。
【0010】炭酸ガス吸収槽の内部には、充填材などを
入れ、炭酸ガスと水酸化ナトリウム水溶液の気液接触効
率を向上させるのが好ましい。これにより、発生ガス中
の炭酸ガスが効率よく吸収され、炭酸塩や重炭酸塩がそ
れだけ多量に生成することとなる。生成した炭酸塩や重
炭酸塩を含む液は、原水のpH調整に用いる。
【0011】こうして炭酸塩や重炭酸塩でpH調整をさ
れた原水を嫌気性生物反応槽に導入して嫌気性生物処理
すれば、重炭酸塩の緩衝作用により、酸生成反応が進行
しても反応槽内のpHの変動を抑えることが可能とな
る。このことは、下記のように説明することができる。
pH7付近では溶解したCO2 の大部分は、HCO3 -
の形で存在する。ここで酸生成反応によりCH3 COO
Hなどの酸が生じても、次式 HCO3 - +H+ →H2 CO3 の反応が起こり、H+ は消費される。また、HCO3 -
も反応により消費されたが、NaHCO3 の溶解平衡反
応により新たにHCO3 - を生じる。このようにして次
々と平衡反応により消費されたHCO3 - が溶解するの
で、酸が生成してもpH変動が少ない。したがって、酸
生成反応が進行しても反応槽内でメタン生成細菌の活性
低下が起こらず、メタン発酵処理が好適に進行する。
【0012】
【実施例】次に、図面を参照して本発明を実施例に基づ
いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって制
限されるものではない。図1は、本発明の一実施例を示
す嫌気性生物処理装置の系統図である。図1において、
嫌気性生物反応槽11内には、グラニュール12が充填
されている。原水は、pH調整槽13でpHを調整した
後、原水ポンプ14で嫌気性生物反応槽11の底部に供
給される。処理水は、流出口15から排出され、発生ガ
スはガスライン21により炭酸ガス吸収槽22にその底
部から吹き込まれる。炭酸ガス吸収槽22の底部には、
炭酸ガス吸収液として、例えば水酸化ナトリウム水溶液
を入れておく。ここで、発生ガス中の炭酸ガスは、水酸
化ナトリウム水溶液と気液接触し、重炭酸ナトリウムを
生成する。他方、メタンガスなどは、ガス排出口16か
ら排出され、別途、有効利用される。
【0013】炭酸ガスの溶解が充分に行われた炭酸ガス
吸収液(重炭酸ナトリウム含有液)は、ポンプ24を介
して薬品タンク19に貯留され、炭酸ガス吸収槽22内
にはポンプ23を介して新しい炭酸ガス吸収液が補充さ
れる。薬品タンク19に貯留された重炭酸ナトリウム含
有液は、ポンプ20を介してpH調整槽13に注入さ
れ、原水のpH調整に利用される。このように、本発明
によれば、処理水の循環を必要としないため、循環によ
って液流速が増加することなく、槽内の菌体濃度を高濃
度に保つことができる。
【0014】なお、上記記載は、本発明を上向流式嫌気
性汚泥床法に適用するものとして説明したものである
が、本発明は、もちろん嫌気性流動床法や嫌気性固定床
法に適用することもできる。また、対象廃水によって
は、発生する炭酸ガス量が少ない場合もあり、その場合
には反応槽への処理水循環又はアルカリ剤注入と併用し
てもよい。
【0015】実施例1 図1に示した装置において、実容積が2リットルの嫌気
性生物反応槽に、CODcr1000mg/Lのグルコー
スを基質とする合成廃水を連続的に通水し、容積負荷を
変動させて処理実験を行った。図3には、その都度のC
ODcr容積負荷に対するCODcr除去率を示す。この結
果から明らかなとおり、CODcr容積負荷を増加させ、
通水量を増加させても嫌気性生物反応槽内の液流速は低
いため、グラニュールのウォッシュアウトを起こすこと
なく、容積負荷20kg/m3 ・dにおいても安定した
処理を行うことができた。比較のため、図2に示す従来
法の装置で処理実験を行ったところ、容積負荷を増加さ
せると、図3に示すように、急激にCODcr除去率が低
下し、CODcr容積負荷12kg/m3 ・dでグラニュ
ールの一部がウォッシュアウトし、安定した処理を行う
ことが困難となった。
【0016】
【発明の効果】本発明は、処理水を循環させる必要がな
いので、反応槽においてグラニュールのウォッシュアウ
トが起こらず、槽内の菌体濃度を高濃度に保持でき、ま
た、アルカリ剤として高価な重炭酸ナトリウムを用いる
のではなく、安価な水酸化ナトリウムなどを用い、炭酸
ガスの除去工程で重炭酸ナトリウムを生成させ、この重
炭酸ナトリウムを含む液を原水と混合して嫌気性生物反
応槽に投入することにより、この反応槽内での酸生成反
応が進行して酸が生成しても、重炭酸ナトリウムの緩衝
作用によって槽内のpHの変動を小さく抑えることがで
き、反応槽内でメタン生成細菌の活性低下が起こらず、
メタン発酵処理が好適に進行し、効率のよい処理が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す嫌気性生物処理装置の
系統図である。
【図2】従来法による嫌気性生物処理装置の系統図であ
る。
【図3】本発明の実施例及び比較例によるCODcr容積
負荷−CODcr除去率の関係図である。
【符号の説明】
11 嫌気性生物反応槽 12 グラニュール 13 pH調整槽 14 原水ポンプ 15 流出口 16 ガス排出口 17 循環ライン 19 薬品タンク 21 ガスライン 22 炭酸吸収槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 素子 東京都千代田区内神田1丁目1番14号 日 立プラント建設株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機性廃水を嫌気性生物反応槽に流入さ
    せ、この反応槽内の嫌気性微生物群の作用で有機物を分
    解除去する有機性廃水の嫌気性生物処理方法において、
    該反応槽から発生する炭酸ガス及びメタンガスを主成分
    とするガス混合物の一部又は全部を炭酸ガス吸収液と気
    −液接触させ、炭酸ガスを炭酸塩や重炭酸塩に変えて吸
    収液中に溶解させ、この吸収液を原水と混合して嫌気性
    生物反応槽に投入することを特徴とする有機性廃水の嫌
    気性生物処理方法。
  2. 【請求項2】 有機性廃水を嫌気性生物反応槽に流入さ
    せ、この反応槽内の嫌気性微生物群の作用で有機物を分
    解除去する有機性廃水の嫌気性生物処理装置において、
    嫌気性生物反応槽のガスラインを炭酸ガス吸収液を入れ
    た炭酸ガス吸収槽の底部に接続し、この吸収槽内で気−
    液接触により生成した炭酸塩や重炭酸塩を含有する吸収
    液を原水と混合して嫌気性生物反応槽へ投入するライン
    を付設したことを特徴とする有機性廃水の嫌気性生物処
    理装置。
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