WO2014148565A1 - 嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法 - Google Patents

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organic
anaerobic
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典之 藤本
稲葉　英樹
珠坪　一晃
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
独立行政法人国立環境研究所
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    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to an anaerobic processing system and an anaerobic processing method.
  • Methane fermentation in anaerobic treatment is a biological reaction that proceeds in a reduced state.
  • the wastewater containing oxygen flows into the anaerobic treatment tank for performing methane fermentation or air (oxygen) is mixed into the tank, the reaction is stopped when the oxidation-reduction potential rises to become an oxidation state. Therefore, it is ideal to perform methane fermentation in a state where oxygen is not mixed.
  • microorganisms such as facultative anaerobic bacteria contained in wastewater and sludge consume oxygen when decomposing organic matter in the tank, so the amount of oxygen in the tank is not strictly controlled. Can maintain an anaerobic state.
  • the present invention has been made in view of the above, and an anaerobic treatment system and an anaerobic treatment that can suppress an increase in oxidation-reduction potential of an organic wastewater in an anaerobic treatment tank and can perform anaerobic treatment suitably.
  • the purpose is to provide a method.
  • an anaerobic treatment system includes an anaerobic treatment tank that generates biogas by anaerobically treating organic wastewater, and the anaerobic treatment of the organic wastewater.
  • a pre-treatment tank for treating in the front stage of the tank, and a gas return means for returning at least a part of the biogas generated in the anaerobic treatment tank to the previous stage from the anaerobic treatment tank.
  • the anaerobic treatment method includes an anaerobic treatment step of generating biogas by anaerobically treating organic wastewater in an anaerobic treatment tank, and the anaerobic treatment of the organic wastewater.
  • the biogas generated in the anaerobic treatment tank is returned to the preceding stage from the anaerobic treatment tank.
  • the biogas returned to the front stage from the anaerobic treatment tank contains hydrogen sulfide.
  • the biogas comes into contact with the organic wastewater, so that hydrogen sulfide dissolves in the organic wastewater and lowers the redox potential of the organic wastewater.
  • it can suppress that an oxidation-reduction potential raises in an anaerobic processing tank, and can perform anaerobic processing suitably.
  • the gas return unit may include a first gas return path that returns at least a part of the biogas to the pretreatment tank. It is done.
  • a reduction tank that is provided in the preceding stage of the preceding stage treatment tank and that reduces the organic waste water is further provided, and the gas return means includes the The aspect which has a 2nd gas return path as the return path which returns at least one part of biogas to the said reduction
  • the gas tank is further provided with a reduction tank that is provided in a front stage of the front-stage treatment tank and that reduces the organic waste water
  • the gas return unit is a gas that returns a part of the gas in the front-stage treatment tank to the reduction tank. It can also be set as the aspect which has a transfer path.
  • the biogas from the anaerobic treatment tank is returned to the pretreatment tank, and the biogas is directly returned to the reduction tank by including a transfer line for transferring the gas in the pretreatment tank to the reduction tank.
  • a transfer line for transferring the gas in the pretreatment tank to the reduction tank.
  • an anaerobic treatment system and an anaerobic treatment method capable of suppressing an increase in the oxidation-reduction potential of organic waste water in an anaerobic treatment tank and suitably performing anaerobic treatment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an anaerobic treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • the anaerobic treatment system 1 includes an adjustment tank 9 that accepts organic wastewater that has passed through the raw water inflow pipe L1, a subsequent acid generation tank 11, and a subsequent anaerobic treatment tank 12.
  • the adjustment tank (reduction tank) 9 is a tank that performs flow rate adjustment processing of the organic waste water to be sent to the subsequent stage. Moreover, the adjustment tank 9 has a function as a reduction tank which performs a reduction process. In the adjustment tank 9, the oxidation-reduction potential of the organic waste water is lowered. As a method for reducing the oxidation-reduction potential of the organic waste water, there can be mentioned a method of mixing a reducing agent such as sodium sulfide, sulfate or the like with the organic waste water in the adjustment tank 9. From the adjustment tank 9, organic waste water is sent to the acid production tank 11 through the water pipe L2 at a predetermined flow rate.
  • a reducing agent such as sodium sulfide, sulfate or the like
  • the acid generation tank (pre-treatment tank) 11 decomposes organic substances contained in the organic wastewater into acetic acid and the like by acid generating bacteria.
  • an alkali agent for example, sodium hydroxide
  • a water supply pipe L3 is connected to the acid generation tank 11, and the organic waste water in the acid generation tank 11 flows into the upward flow type anaerobic treatment tank 12.
  • the anaerobic treatment tank 12 is composed of a rectangular parallelepiped or cylindrical container, and is a type of water treatment tank called an EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) reaction tank.
  • An inflow portion 13 is provided at the lower portion of the anaerobic treatment tank 12.
  • the inflow portion 13 communicates with the water supply pipe L3 and causes the organic waste water W to flow into the anaerobic treatment tank 12.
  • the inflow portion 13 is, for example, a water pipe that is provided with holes uniformly in the longitudinal direction.
  • granular sludge formed by granulating anaerobic sludge is stored.
  • the organic waste water W is anaerobically treated by anaerobic bacteria in the granule sludge by contacting the granule sludge. As such granular sludge settles and accumulates in the lower part in the organic waste water, a granular sludge layer 14 is formed in the lower part of the anaerobic treatment tank 12.
  • the organic waste water W is introduced into the inside from the inflow portion 13 provided in the lower portion thereof to cause upward flow, and the granule sludge layer 14 in which the anaerobic microorganisms are aggregated is organic.
  • the organic waste water W is anaerobically treated through the effluent water W.
  • the organic drainage W of the liquid layer contains floating granular sludge that has floated from the granular sludge layer 14 and biogas (for example, methane gas) generated by anaerobic treatment.
  • the floating granule sludge is one in which the granule sludge floats.
  • the gas sludge floats on the granule sludge or the gas is encapsulated therein.
  • the main components of biogas are methane and carbon dioxide, and other components such as hydrogen sulfide, nitrogen, and hydrogen are also contained in small amounts.
  • a three-phase separation unit 18 for separating the organic waste water W, the floating granular sludge, and the biogas is disposed.
  • an inlet 18a for introducing the organic waste water W into the three-phase separation unit 18 is formed.
  • an introduction plate 19 installed along the bottom of the three-phase separation unit 18 is provided below the three-phase separation unit 18 and around the introduction port 18a. It has been.
  • the introduction plate 19 is formed with a return port 19a for returning the organic waste water W that has not been introduced into the introduction port 18a downward.
  • a rectifying plate 20 for adjusting the flow of the organic waste water W returned through the return port 19 a of the introduction plate 19 is provided further below the introduction plate 19.
  • Organic drainage water W flows through the granule sludge layer 14 and flows upward, and flows into the introduction path formed between the introduction plate 19 and the three-phase separation portion 18 by the introduction plate 19 from the outside. Part of the organic waste water W that has passed through the introduction path flows into the three-phase separation part 18 from the introduction port 18a, and the other part flows downward from the return port 19a of the introduction plate 19. Yes.
  • the organic waste water W that has flowed into the three-phase separation section 18 overflows from the side wall 18b of the three-phase separation section 18 and is collected in the treated water discharge section 23 as treated water.
  • the liquid level H of the organic waste water W is formed at the height of the upper end of the side wall 18b.
  • Part of the treated water in the treated water discharge unit 23 is returned to the acid generation tank 11 through the treated water return path L4, and the remaining treated water in the treated water discharge unit 23 is discharged out of the system through the drain pipe L5.
  • a partition wall 24 is provided on the inner side of the side wall 18 b of the three-phase separation unit 18 so that the organic waste water W flowing from the inlet 18 a does not directly flow into the treated water discharge unit 23. ing.
  • the aforementioned biogas is temporarily stored in the closed space 31 above the liquid level H.
  • Organic waste water W is stored in the anaerobic treatment space 33 below the liquid surface H.
  • the anaerobic treatment of the organic waste water W is performed in the anaerobic treatment space 33, and biogas is generated.
  • the biogas rises and reaches the liquid level H, the biogas is temporarily stored in the gas storage space 31.
  • the biogas in the gas storage space 31 is discharged to the outside through the gas recovery line L6 and recovered as a useful energy source.
  • a return line L7 (gas return means) is provided for branching off from the gas recovery line L6 and returning the biogas to the previous stage.
  • the gas return line L7 further includes a gas return line L8 (gas return means: second gas return path) for returning a part of the biogas to the adjustment tank 9, and a gas for returning a part of the biogas to the acid generation tank 11.
  • Branches to the return line L9 gas return means: first gas return path).
  • the ends of the gas return lines L8 and L9 on the side of the adjustment tank 9 and the acid generation tank 11 are inside the organic wastewater stored in each tank, and are configured to blow biogas returned into the organic wastewater. Preferably there is.
  • the biogas returned by the gas return lines L8 and L9 is suitably mixed with the organic waste water in each tank.
  • gas return lines L8 and L9 are provided with valves V8 and V9 that can open and close the lines, respectively.
  • biogas methane gas, carbon dioxide, etc.
  • the biogas in the gas storage space 31 flows through the gas recovery line L6 due to the pressure in the gas storage space 31 and is discharged.
  • the biogas is sent to the adjustment tank 9 through the gas return line L7 branched from the gas recovery line L6 and the gas return line L8 branched from the gas return line L7. Further, the biogas is sent to the acid generation tank 11 through the gas return line L9 branched from the gas return line L7. Adjustment of the return amount of the biogas to the gas return lines L8 and L9 is performed by valves V8 and V9.
  • the anaerobic treatment in the anaerobic treatment tank 12 is a biological reaction caused by anaerobic bacteria (obligate anaerobic bacteria) such as methanogens that progress in a reduced state. Therefore, when the oxidation-reduction potential reaches an oxidation state of ⁇ 200 mV or more, the biological reaction stops.
  • anaerobic bacteria obligate anaerobic bacteria
  • methanogens that progress in a reduced state. Therefore, when the oxidation-reduction potential reaches an oxidation state of ⁇ 200 mV or more, the biological reaction stops.
  • the microorganisms flavative anaerobes present in the sludge of the granular sludge layer 14 consume oxygen when the organic matter is decomposed. Even if an amount of oxygen is mixed in the organic waste water, the methane fermentation proceeds and the anaerobic treatment is suitably performed.
  • the anaerobic treatment tank when a certain amount or more of oxygen is supplied to the anaerobic treatment tank, oxygen cannot be consumed and the oxidation-reduction potential increases, and as a result, the anaerobic treatment may not be suitably performed.
  • the oxidation-reduction potential increases there is a case where the concentration of organic substances contained in the organic waste water is low and the activity of microorganisms for consuming oxygen is not sufficiently performed.
  • the amount of activity of organic matter decomposition by microorganisms is small, the amount of oxygen consumed decreases as the amount of activity decreases.
  • the dissolved oxygen concentration in organic wastewater is higher than that at a medium temperature range (30-40 ° C) or high temperature range (50-60 ° C). It can be considered that oxygen is not sufficiently decomposed by microorganisms. In this way, oxygen in organic wastewater is not sufficiently removed, the oxidation-reduction potential rises, and if it exceeds -200 mV, anaerobic treatment may not be performed sufficiently and the quality of the treated water may deteriorate. There is.
  • anaerobic treatment system 1 in the anaerobic treatment system 1 according to the present embodiment, a part of the biogas generated in the anaerobic treatment tank 12 in the anaerobic treatment tank 12 is adjusted from the anaerobic treatment tank 12 and the adjustment tank 9 and the acid generation tank. 11 is provided.
  • Hydrogen sulfide is a highly reducing gas, which dissolves in the organic waste water to increase the concentration of sulfide ions in the organic waste water, whereby the redox potential of the organic waste water can be kept low. Therefore, even if the organic matter concentration in the organic wastewater is low, or even when the organic matter is not sufficiently decomposed by microorganisms, such as anaerobic treatment at low temperature, the oxygen consumption of the organic wastewater is not sufficient. An increase in potential can be suppressed and anaerobic treatment can be suitably performed.
  • the sludge of the granular sludge layer 14 of the anaerobic treatment tank 12 contains microorganisms that undergo a sulfuric acid reduction reaction, and the sulfates in the organic wastewater by the anaerobic treatment are reduced sulfur such as sulfur ions. This keeps the redox potential of the organic wastewater low.
  • the microorganisms that carry out the sulfate reduction reaction are also active. It is an environment that cannot.
  • the hydrogen sulfide contained in the biogas dissolves into the organic waste water before the anaerobic treatment tank 12 to prevent the deficiency of hydrogen sulfide in the organic waste water, and to reduce the redox potential of the waste water. Can be kept low.
  • Biogas may be returned to both the adjustment tank 9 and the acid generation tank 11 as in the anaerobic treatment system 1 shown in FIG. 1 or may be returned to only one of them. .
  • the adjustment tank 9 and the acid production tank 11 are compared, in the acid production tank 11, the step of decomposing the organic matter contained in the organic waste water into acetic acid or the like by the acid producing bacteria is performed. It becomes low compared with the adjustment tank 9.
  • the pH is lowered in this way, hydrogen sulfide in the biogas is less likely to dissolve in the organic wastewater. Therefore, the biogas is returned to the adjustment tank 9 having a higher pH of the organic wastewater. It is thought that hydrogen sulfide is likely to dissolve in organic waste water.
  • a gas transfer path that collects the gas in the upper part of the acid generation tank 11 and sends it to the adjustment tank 9
  • a gas transfer line L10 (shown by a broken line in FIG. 1) may be further provided.
  • generation tank 11 is provided. Gas that returns biogas directly to the adjustment tank 9 by returning the biogas from the anaerobic treatment tank 12 to the acid generation tank 11 and further transferring the gas in the acid generation tank 11 to the adjustment tank 9. Even if the return line L8 is not provided, the biogas and the organic waste water can be brought into contact with each other in the adjustment tank 9, and hydrogen sulfide can be dissolved in the organic waste water.
  • a gas return line may be connected to the water supply pipe L2 or the water supply pipe L3 to mix organic waste water and biogas flowing in the water supply pipe. That is, before the anaerobic treatment tank 12, by mixing the biogas returned from the anaerobic treatment tank 12 and the organic waste water, the hydrogen sulfide dissolves in the organic waste water, thereby reducing the redox potential. .
  • drain in the anaerobic processing tank 12 can be suppressed, and anaerobic processing can be performed suitably.
  • the return amount of the biogas to be returned may be adjusted according to the redox potential of the organic waste water, for example, by opening and closing valves V8 and V9.
  • the anaerobic treatment tank 12 is not limited to an EGSB reaction tank, and may be a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reaction tank, for example.

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Abstract

　嫌気性処理槽内の有機性排水の酸化還元電位の上昇を抑制し、好適に嫌気性処理を行う。　嫌気性処理槽１２における嫌気性処理で発生したバイオガスの一部を嫌気性処理槽１２より前段の調整槽９及び酸生成槽１１に返送する構成を備える。これにより、バイオガスに含まれる硫化水素が有機性排水に溶け込んで有機性排水中の硫化物イオンの濃度を高めることにより、有機性排水の酸化還元電位を低く維持することができる。この結果、有機性排水中の有機物濃度が低い場合や、低温での嫌気性処理等、微生物による有機物分解が十分に行われず酸素の消費が十分ではない場合であっても、有機性排水の酸化還元電位の上昇を抑制し、嫌気性処理を好適に行うことができる。

Description

嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法
　本発明は、嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法に関する。
　有機物を含む有機性排水の処理方法として、多量の曝気動力を要し、余剰汚泥発生量も多い活性汚泥法に代えて、ＵＡＳＢ（Upflow　Anaerobic　Sludge　Blanket：上向流嫌気性汚泥床）法やＥＧＳＢ（Expanded　Granular　Sludge　Bed：膨張粒状汚泥床）法などの高速メタン発酵法が普及してきている。これらのメタン発酵法等の嫌気性処理を用いた排水処理システムとしては、例えば特許文献１記載のものがある。特許文献１記載の排水処理システムのように、メタン発酵槽では、嫌気性のメタン生成菌によって有機酸がメタンガスや炭酸ガスに変換除去され、これにより処理水の水質向上が図られる。
特開２０００－２６３０８４号公報
　嫌気性処理におけるメタン発酵は、還元状態で進行する生物反応である。ここで、メタン発酵を行う嫌気性処理槽に酸素を含む排水が流入したり、槽内に空気（酸素）が混入したりすることで酸化還元電位が上昇して酸化状態になると反応が停止するため、酸素が混入しない状態でメタン発酵を行うことが理想である。ただし、実際には、排水や汚泥に含まれる微生物（通性嫌気性菌等）が槽内の有機物を分解する際に酸素を消費するため、酸素の量を厳密に管理しなくても槽内の嫌気状態を維持することができる。
　しかしながら、有機物濃度が低い排水を嫌気性処理する場合には、微生物の有機物の分解量が減り、酸素の消費量が減るため、酸化還元電位の上昇する可能性がある。また、排水の温度が５～２０℃程度の低温状況下にある場合でも、それ以上の温度の場合と比べて排水中の溶存酸素濃度が上昇するため、酸化還元電位が上昇する可能性がある。酸化還元電位が上昇すると、メタン発酵の効率が低下し、水質の悪化やメタン生成量（回収量）の低下が懸念される。
　本発明は上記を鑑みてなされたものであり、嫌気性処理槽内の有機性排水の酸化還元電位の上昇を抑制し、好適に嫌気性処理を行うことができる嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法の提供を目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る嫌気性処理システムは、有機性排水を嫌気性処理することでバイオガスを発生させる嫌気性処理槽と、前記有機性排水を前記嫌気性処理槽の前段で処理する前段処理槽と、前記嫌気性処理槽で発生した前記バイオガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理槽より前段に返送するガス返送手段と、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明の一形態に係る嫌気性処理方法は、嫌気性処理槽において有機性排水を嫌気性処理することでバイオガスを発生する嫌気性処理工程と、前記有機性排水を前記嫌気性処理槽の前段で処理する前段処理工程と、前記嫌気性処理槽で発生した前記バイオガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理槽よりも前段に返送するガス返送工程と、を備えたことを特徴とする。
　上記の嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法では、嫌気性処理槽で発生したバイオガスの少なくとも一部が嫌気性処理槽より前段に返送される。嫌気性処理槽より前段に返送されるバイオガスには、硫化水素が含まれている。このため、嫌気性処理槽より前段において、バイオガスが有機性排水と接することで、硫化水素が有機性排水に溶け込み、有機性排水の酸化還元電位を低下させる。これにより、嫌気性処理槽において酸化還元電位が上昇することを抑制し、好適に嫌気性処理を行うことができる。
　ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、前記ガス返送手段は、前記バイオガスの少なくとも一部を前記前段処理槽へ返送する第１のガス返送路を有する態様が挙げられる。
　また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、具体的には、前記前段処理槽の前段に設けられ、前記有機性排水を還元処理する還元槽を更に備え、前記ガス返送手段は、前記バイオガスの少なくとも一部を前記還元槽へ返送する返送路を第２のガス返送路を有する態様が挙げられる。
　また、前記前段処理槽の前段に設けられ、前記有機性排水を還元処理する還元槽を更に備え、前記ガス返送手段は、前記前段処理槽内のガスの一部を前記還元槽へ返送するガス移送路を有する態様とすることもできる。
　このように嫌気性処理槽からのバイオガスを前段処理槽に返送し、さらにその前段処理槽におけるガスを還元槽へ移送する移送ラインを備える構成とすることで、還元槽に直接バイオガスを返送するガス返送ラインを備えずとも、還元槽においてもバイオガスと有機性排水とが接触可能となり、有機性排水に硫化水素が溶け込むことが可能となり、嫌気性処理槽内の有機性排水の酸化還元電位の上昇を抑制することができる。
　本発明によれば、嫌気性処理槽内の有機性排水の酸化還元電位の上昇を抑制し、好適に嫌気性処理を行うことができる嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法が提供される。
本実施形態に係る嫌気性処理システムの構成を説明する図である。
　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、本発明の一実施形態に係る嫌気性処理システムの構成を示す概略図である。嫌気性処理システム１は、原水流入管Ｌ１を通ってきた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（還元槽）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。また、調整槽９は、還元処理を行う還元槽としての機能を有している。調整槽９では、有機性排水の酸化還元電位を低下させる。有機性排水の酸化還元電位を低下させる方法としては、硫化ナトリウム等の還元剤や硫酸塩等を調整槽９内の有機性排水と混合させる方法が挙げられる。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、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、直方体状や円柱状の容器等からなり、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収納されている。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。このようなグラニュール汚泥が、有機性排水中で下部に沈降して溜まることにより、嫌気性処理槽１２の下部にはグラニュール汚泥層１４が形成されている。
　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層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。グラニュール汚泥層１４の上部には、当該グラニュール汚泥層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、グラニュール汚泥層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、窒素、水素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層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一時的に貯留される。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。
　さらにガス回収ラインＬ６から分岐してバイオガスを前段に返送するための返送ラインＬ７（ガス返送手段）が設けられている。ガス返送ラインＬ７は、更にバイオガスの一部を調整槽９に返送するガス返送ラインＬ８（ガス返送手段：第２のガス返送路）とバイオガスの一部を酸生成槽１１へ返送するガス返送ラインＬ９（ガス返送手段：第１のガス返送路）とに分岐する。なお、ガス返送ラインＬ８，Ｌ９の調整槽９，酸生成槽１１側の端部は、各槽に貯留される有機性排水の内部とし、有機性排水中に返送されるバイオガスを吹き込む構成であることが好ましい。このような構成を有することにより、ガス返送ラインＬ８，Ｌ９により返送されるバイオガスが各槽内の有機性排水と好適に混合される。
　また、ガス返送ラインＬ８，Ｌ９には、それぞれ、ラインを開閉可能とするバルブＶ８，Ｖ９が設けられている。
　続いて、上記嫌気性処理システム１による嫌気性処理方法について説明する。
（還元処理工程／前段処理工程）
　調整槽９に有機性排水が導入されると、調整槽９では、還元剤等を添加することで還元処理が行われる。これにより調整槽９内の有機性排水の酸化還元電位が低下される。還元処理後の有機性排水は、流量を調整されながら、調整槽９から酸生成槽１１へ送られる。
（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に対し有機性排水が導入されると、酸生成槽１１では、酸生成菌により有機性排水に含まれる有機物が酢酸等に分解される。これにより酢酸等の有機酸を多く含む有機性排水が、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排水Ｗは、嫌気性処理空間３３内を上向きに流動する。このとき、有機性排水Ｗは、グラニュール汚泥層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。
（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。
（ガス返送工程）
　ガス回収ラインＬ６から分岐されたガス返送ラインＬ７、さらにガス返送ラインＬ７から分岐されたガス返送ラインＬ８を通って、バイオガスが調整槽９に送られる。また、ガス返送ラインＬ７から分岐されたガス返送ラインＬ９を通って、バイオガスが酸生成槽１１に送られる。ガス返送ラインＬ８，Ｌ９へのバイオガスの返送量の調節は、バルブＶ８，Ｖ９によって行われる。
　続いて、以上説明した嫌気性処理システム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、還元状態において進行するメタン生成菌等の嫌気性菌（偏性嫌気性菌）による生物反応である。したがって、酸化還元電位が－２００ｍＶ以上の酸化状態になると、生物反応が停止する。嫌気性菌による嫌気性処理を好適に行うためには、有機性排水に酸素が混入していない状態で嫌気性処理を行うことが好ましい。しかし、実際には、有機性排水に多少酸素が混入していても、グラニュール汚泥層１４の汚泥に存在する微生物（通性嫌気性菌）が有機物の分解時に酸素を消費することから、若干量の酸素が有機性排水に混入していてもメタン発酵は進行し、嫌気性処理が好適に行われる。
　ただし、嫌気性処理槽に一定量以上の酸素が供給された場合、酸素を消費しきることができず、酸化還元電位は上昇し、その結果嫌気性処理が好適に行われないことが考えられる。酸化還元電位が上昇する例として、有機性排水に含まれる有機物の濃度が低く、酸素を消費するための微生物の活動が十分に行われない場合が挙げられる。微生物による有機物分解の活動量が少ない場合には、その活動量の減少に応じて消費される酸素が減少する。また、５～２０℃の低温域において嫌気性処理をする場合には、中温域（３０～４０℃）や高温域（５０～６０℃）の場合と比べて、有機性排水中の溶存酸素濃度が高くなり、微生物による酸素の分解を十分に行うことができない場合が考えられる。このように、有機性排水中の酸素の除去が十分に行われず、酸化還元電位が上昇し、－２００ｍＶを上回ると、嫌気性処理が十分に行われなくなり、処理水の水質が悪化する可能性がある。
　これに対して、本実施形態に係る嫌気性処理システム１では、嫌気性処理槽１２における嫌気性処理で発生したバイオガスの一部を嫌気性処理槽１２より前段の調整槽９及び酸生成槽１１に返送する構成を備える。
　これにより、バイオガスに含まれる硫化水素が有機性排水に溶け込む。硫化水素は還元性の高いガスであり、これが有機性排水に溶け込んで有機性排水中の硫化物イオンの濃度を高めることにより、有機性排水の酸化還元電位を低く維持することができる。したがって、有機性排水中の有機物濃度が低い場合や、低温での嫌気性処理等、微生物による有機物分解が十分に行われず酸素の消費が十分ではない場合であっても、有機性排水の酸化還元電位の上昇を抑制し、嫌気性処理を好適に行うことができる。
　また、嫌気性処理槽１２のグラニュール汚泥層１４の汚泥には、硫酸還元反応を行う微生物も含まれていて、嫌気性処理によって有機性排水中の硫酸塩類は、硫黄イオン等の還元性硫黄に変化し、これにより有機性排水の酸化還元電位低く保たれる。しかしながら、有機性排水中の有機物濃度が低い場合や、低温での嫌気性処理等、有機物分解が十分に行われず酸素の消費が十分ではない環境は、硫酸還元反応を行う微生物にとっても活発に活動できない環境である。したがって、嫌気性処理槽１２よりも前段において、バイオガスに含まれる硫化水素が有機性排水に溶け込む構成とすることで、有機性排水中の硫化水素の欠乏を防止し、排水の酸化還元電位を低く維持することができる。
　なお、バイオガスは、図１に示す嫌気性処理システム１のように、調整槽９と酸生成槽１１との双方に返送する構成としてもよいし、いずれか一方にのみ返送する構成としてもよい。
　また、調整槽９と酸生成槽１１とを比較した場合、酸生成槽１１で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工程が行われるため、有機性排水のｐＨが調整槽９と比較して低くなる。このようにｐＨが低くなると、バイオガス中の硫化水素が有機性排水に溶け込みにくくなるため、有機性排水のｐＨがより高い調整槽９にバイオガスを返送する構成とすることで、バイオガスの硫化水素が有機性排水に溶け込みやすくなると考えられる。
　また、酸生成槽１１において硫化水素の溶解が不十分である場合には、例えば、ガス返送ラインＬ９に加えて、酸生成槽１１の上部のガスを回収して調整槽９に送るガス移送路であるガス移送ラインＬ１０（図１では破線で示す）をさらに設ける構成としてもよい。なお、ガス移送ラインＬ１０を有する構成とする場合は、酸生成槽１１へのガス返送ラインＬ９が設けられることが前提である。嫌気性処理槽１２からのバイオガスを酸生成槽１１に返送し、さらにその酸生成槽１１におけるガスを調整槽９へ移送する構成とすることで、調整槽９に直接バイオガスを返送するガス返送ラインＬ８を備えずとも、調整槽９においてもバイオガスと有機性排水とが接触可能となり、有機性排水に硫化水素が溶け込むことが可能となる。
　また、送水管Ｌ２又は送水管Ｌ３にガス返送ラインを接続し、送水管内を流れる有機性排水とバイオガスを混合させる構成としてもよい。すなわち、嫌気性処理槽１２よりも前段において、嫌気性処理槽１２から返送されるバイオガスと有機性排水とを混合させることによって、硫化水素が有機性排水に溶け込むことで酸化還元電位が低下する。この構成を有することで、嫌気性処理槽１２における有機性排水の酸化還元電位の上昇を抑制することができ、嫌気性処理を好適に行うことができる。
　また、有機性排水の酸化還元電位に応じて、例えば、バルブＶ８，Ｖ９の開閉等によって、返送するバイオガスの返送量を調整する構成としてもよい。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、嫌気性処理槽１２は、ＥＧＳＢ反応槽に限られず、例えばＵＡＳＢ（Upflow　Anaerobic　Sludge　Blanket）反応槽であってもよい。
　また、上記実施形態では、調整槽９において還元剤を有機性排水中に添加する構成について説明したが、還元剤の添加等の還元処理を調整槽９で行わず、流量の調整のみを行う構成としてもよい。
　１…嫌気性処理システム、９…調整槽（還元槽）、１１…酸生成槽（前段処理槽）、１２…嫌気性処理槽、Ｌ６…ガス回収ライン、Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９…ガス返送ライン、Ｗ…有機性排水。

Claims (5)

  1. 　有機性排水を嫌気性処理することでバイオガスを発生させる嫌気性処理槽と、
    　前記有機性排水を前記嫌気性処理槽の前段で処理する前段処理槽と、
    　前記嫌気性処理槽で発生した前記バイオガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理槽より前段に返送するガス返送手段と、
    　を備えたことを特徴とする嫌気性処理システム。
  2. 　前記ガス返送手段は、前記バイオガスの少なくとも一部を前記前段処理槽へ返送する第１のガス返送路を有することを特徴とする請求項１記載の嫌気性処理システム。
  3. 　前記前段処理槽の前段に設けられ、前記有機性排水を還元処理する還元槽を更に備え、
    　前記ガス返送手段は、前記バイオガスの少なくとも一部を前記還元槽へ返送する第２のガス返送路を有することを特徴とする請求項１又は２記載の嫌気性処理システム。
  4. 　前記前段処理槽の前段に設けられ、前記有機性排水を還元処理する還元槽を更に備え、
    　前記ガス返送手段は、前記前段処理槽内のガスの一部を前記還元槽へ移送するガス移送路を有することを特徴とする請求項２に記載の嫌気性処理システム。
  5. 　嫌気性処理槽において有機性排水を嫌気性処理することでバイオガスを発生させる嫌気性処理工程と、
    　前記有機性排水を前記嫌気性処理槽の前段で処理する前段処理工程と、
    　前記嫌気性処理槽で発生した前記バイオガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理槽よりも前段に返送するガス返送工程と、
    　を備えたことを特徴とする嫌気性処理方法。
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