WO2020021755A1 - 有機性排水処理方法及び有機排水処理装置 - Google Patents

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WO2020021755A1
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treatment
water
tank
methane fermentation
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PCT/JP2019/008566
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米山　豊
直明 片岡
惇太 高橋
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水ｉｎｇ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to an organic wastewater treatment method and an organic wastewater treatment apparatus, and in particular, an energy-saving biological treatment in which low-concentration organic wastewater such as domestic wastewater and sewage is subjected to methane fermentation treatment and the treated water is subjected to aerobic biological treatment.
  • the present invention relates to a method and an apparatus for treating organic wastewater using a process.
  • the technology for methane fermentation of organic wastewater does not require running costs because (1) it generates less sludge and (2) it does not require an electricity bill such as a blower, as compared to technology for treating organic wastewater with aerobic organisms. , are popular (3) can be effectively utilized generated methane gas, because of the benefits of equal, in recent years, targeting high concentration organic waste water of COD Cr concentration 2000mg / L ⁇ 3000mg / L.
  • the methane fermentation treatment includes a UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket) method, a fixed-bed method, a fluidized-bed method, and the like.
  • the UASB method utilizes the self-granulating function of anaerobic microorganisms to maintain a high concentration of granulated sludge having excellent sedimentation properties in the reaction tank, so that the COD Cr load is 10 kg / m 3 / d to 30 kg. / M 3 / d can be treated under a high load, so that it is most widely used as a method for methane fermentation treatment of organic wastewater regardless of domestic and overseas.
  • medium-density organic wastewater with a COD Cr concentration of 400 mg / L to 1000 mg / L, such as sewage is targeted for aerobic biological treatment (specifically, activated sludge treatment).
  • pre-processing is performed by the UASB method (hereinafter, abbreviated as “UASB processing”).
  • UASB processing UASB processing
  • the temperature of the sewage to be treated also drops to 5 ° C to 15 ° C, so the temperature in the UASB tank is as low as 5 ° C to 15 ° C.
  • the present inventors have proposed that, when the water temperature in the methane fermentation tank is 18 ° C. or higher, the water to be treated is subjected to methane fermentation treatment using an anaerobic organism to generate gas containing methane gas, methane fermentation treated water, A methane fermentation treatment step of obtaining a fermentation treatment sludge, and an aerobic biological treatment step of obtaining an aerobic biological treatment water and an aerobic biological treatment sludge by subjecting the methane fermentation treatment water to a biological oxidative decomposition treatment using an aerobic organism.
  • a method of treating organic wastewater comprising: a step of supplying methane to the entrance side of a methane fermentation treatment step to suppress generation of scum in the methane fermentation treatment step (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 when the water temperature in the methane fermentation tank is 13 ° C.
  • part or all of the methane fermentation treatment sludge is supplied to the entrance side of the acid fermentation treatment step, and the water temperature in the methane fermentation tank If the temperature is lower than 13 ° C., the water to be treated (raw water) is first separated into separated water and separated sludge in the sedimentation tank, and the separated sludge or the concentrated separated sludge obtained by concentrating the separated sludge is acidified together with a part of the aerobic biologically treated sludge. It has also been proposed to perform fermentation treatment to obtain an acid fermentation treated sludge and supply the acid fermentation treatment sludge together with the separated water to the entrance side of the methane fermentation treatment step.
  • the present inventors have proposed a methane fermentation treatment tank for methane fermentation of organic wastewater, and a immersion type reaction tank for aerobic biological treatment of the methane fermentation treatment water treated in the methane fermentation treatment tank.
  • a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the liquid mixture in the reaction tank, wherein the methane fermentation treatment tank disperses methane dissolved in the methane fermentation treatment water in the methane fermentation treatment tank into the atmosphere.
  • a supply unit for supplying the methane fermentation treatment water to the reaction tank while maintaining a state in which the dissolved methane is prevented from being released into the atmosphere includes: An anaerobic tank for denitrification treatment and an aerobic tank for aerobic biological treatment, and a supply unit of the methane fermentation treatment tank supplies the methane fermentation treatment water to the anoxic tank, and the methane fermentation treatment Downstream of the tank and above the reaction tank
  • Patent Document 2 There has been proposed an organic wastewater treatment apparatus having a gas blowing device for blowing the above mixed gas and a supply unit for supplying methane gas collected by blowing the gas to the oxygen-free tank.
  • FIG. 10 shows a processing flow when conventional low-concentration organic wastewater is treated using both UASB treatment and aerobic biological treatment.
  • the organic wastewater 111 is passed through the UASB tank 103 in an upward flow, and easily decomposable organic substances are decomposed in the UASB tank 103.
  • the UASB treated water 115 is finished by the aerobic biological treatment 104, and the aerobic treated water 117 is discharged.
  • the concentrated sludge 116 (may not be discharged depending on the operating conditions) from the UASB tank 103 and the excess sludge 118 from the aerobic biological treatment (usually using the activated sludge method) are introduced into the sludge treatment step 105. It is processed.
  • the COD Cr concentration of general inflow sewage is 400 mg / L or more and 600 mg / L or less, and the SS concentration is 160 mg / L or more and 240 mg / L or less.
  • the COD Cr concentration of the sewage is as low as 200 mg / L or less, and the SS concentration is as low as 100 mg / L or less. Since the UASB treatment of sewage is designed with a water flow rate of 0.5 m / h or more and 0.6 m / h or less, it is necessary to increase the capacity of the UASB tank if the organic matter concentration decreases when compared under the same COD Cr load. , Construction costs will increase.
  • the concentration of COD Cr in the incoming sewage may be as low as 200 mg / L or less.
  • an object of the present invention is to provide a method and apparatus for treating low-concentration organic wastewater having a COD Cr value of 200 mg / L or less without reducing the amount to be treated or increasing the capacity of a tank.
  • a solid-liquid separation step in which low-concentration organic wastewater having a COD Cr value of 200 mg / L or less is subjected to solid-liquid separation and separated into solid-liquid separation water and solid-liquid separation sludge.
  • a mixed deaeration step of mixing a part of the solid-liquid separated water with the solid-liquid separated sludge and removing fermentation gas A methane fermentation treatment step of subjecting the degassed mixed water from which the fermentation gas has been removed in the mixed deaeration step to methane fermentation in an upward flow methane fermentation tank, and mixing the methane fermentation treatment water with the remainder of the solid-liquid separated water
  • an organic wastewater treatment method comprising an aerobic biological treatment step of performing aerobic biological treatment.
  • a solid-liquid separation tank that separates low-concentration organic wastewater having a COD Cr value of 200 mg / L or less into solid-liquid separation and separates the solid-liquid separation water and solid-liquid separation sludge.
  • a mixed deaeration tank for mixing a part of the solid-liquid separated water with the solid-liquid separated sludge and removing fermentation gas, Upflow methane fermentation tank for methane fermentation of degassed mixed water from which fermentation gas has been removed, and aerobic biological treatment for aerobic biological treatment by mixing methane fermentation treated water with the remainder of the solid-liquid separated water Organic wastewater treatment equipment with a tank.
  • the method further comprises an acid fermentation tank for subjecting the solid-liquid separated sludge to acid fermentation before being supplied to the mixed deaeration tank.
  • the organic wastewater treatment device according to the above [6].
  • the organic wastewater treatment apparatus according to [6] or [7], wherein the methane fermentation tank is an upward flow methane fermentation tank having an upward flow anaerobic sludge bed.
  • the organic wastewater treatment apparatus according to any one of [6] to [8], wherein the aerobic biological treatment tank is a biological nitrogen treatment tank.
  • COD Cr value enabling stable upflow methane fermentation treatment even for low-concentration organic waste water of the following 200 mg / L.
  • an upward-flow methane fermentation treatment tank required a large capacity, but according to the treatment method of the present invention, a small upward-flow methane fermentation treatment tank was used. Since the treatment can be sufficiently performed in the fermentation treatment tank, the construction cost of the equipment can be reduced and the installation area can be reduced.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a processing flow according to the first embodiment of the present invention. It is an explanatory view showing a processing flow concerning a 2nd embodiment of the present invention.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the methane fermentation tank which can implement an upflow anaerobic sludge filter method (UASB). It is a schematic sectional drawing which shows another structure of the methane fermentation tank which can implement an upflow anaerobic sludge filter method (UASB). It is a schematic sectional drawing which shows another structure of the methane fermentation tank which can implement an upflow anaerobic sludge filter method (UASB).
  • UASB upflow anaerobic sludge filter method
  • UASB is a graph showing the relationship between incoming water COD Cr concentration and UASB tank capacity.
  • 6 is a graph showing experimental results of the example. It is a graph showing the relationship between the COD Cr concentration and the high concentration sludge interface of influent water into the UASB tank (mixture degassed water). It is explanatory drawing which shows the processing flow of the conventional organic wastewater treatment method.
  • the present invention provides a solid-liquid separation step in which a low-concentration organic wastewater having a COD Cr value of 200 mg / L or less is subjected to solid-liquid separation and separated into solid-liquid separation water and solid-liquid separation sludge.
  • a mixed degassing step of mixing a part of the separated water to remove fermentation gas, and methane fermenting the degassed mixed water from which the fermentation gas has been removed in the mixed degassing step in an upward flow methane fermentation tank.
  • An organic wastewater treatment method comprising an aerobic biological treatment step of mixing a fermentation treatment step and methane fermentation treated water with the remainder of the solid-liquid separated water to perform aerobic biological treatment, and a COD Cr value of 200 mg / L or less.
  • a solid-liquid separation tank that separates low-concentration organic wastewater into solid-liquid separated water and solid-liquid separated sludge, and a part of the solid-liquid separated water is mixed with the solid-liquid separated sludge to remove fermentation gas Methane fermentation treatment of degassed mixed water from which fermentation gas has been removed
  • Upflow methane fermentation tank that, and the methane fermentation process water is mixed with the remainder of the solid-liquid separated water, to provide an organic waste water processing apparatus including aerobic biological treatment tank for processing aerobic organisms.
  • the organic wastewater to be treated according to the present invention is a low-concentration organic wastewater having a COD Cr value of 200 mg / L or less, more preferably SS of 120 mg / L or less, and SS of 100 mg / L or less. Is more preferred. Further, COD Cr / SS is preferably in a range of 1.5 or more and 3 or less, and more preferably in a range of 1.5 or more and 2.5 or less.
  • Preferable examples of the low-concentration organic wastewater that can be treated in the present invention include domestic wastewater such as sewage, particularly sewage diluted with rainwater or the like.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a processing flow according to the first embodiment of the present invention.
  • the organic wastewater treatment method of the present invention includes a solid-liquid separation step 1 in which a low-concentration organic wastewater 11 having a COD Cr value of 200 mg / L or less is subjected to solid-liquid separation and separated into a solid-liquid separation water 12 and a solid-liquid separation sludge 13.
  • Fermentation process 3 in which methane is fermented in an upward flow methane fermentation tank, and an aerobic biological treatment process in which methane fermentation treated water 15 is mixed with the remainder of the solid-liquid separation water 12 to perform aerobic biological treatment 4 is provided.
  • the organic wastewater 11 is separated in the solid-liquid separation step 1, a part of the solid-liquid separation water 12 is sent to the mixed deaeration step 2, and the rest is sent to the aerobic biological treatment step 4.
  • the mixed deaeration step 2 a part of the solid-liquid separation sludge 13 and the solid-liquid separation water 12 are mixed at a predetermined flow ratio, and the COD Cr value and the SS concentration are optimized for the methane fermentation treatment step 3. Adjusted.
  • the deaerated mixed water formed in the mixed deaeration step 2 is supplied to the methane fermentation treatment step 3, and the treated water 15 subjected to the methane fermentation treatment is sent to the aerobic biological treatment step 4.
  • the sludge formed by the methane fermentation treatment is sent to a sludge treatment step 5.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a processing flow according to the second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment further includes an acid fermentation treatment step 6 in which the solid-liquid separated sludge 13 is subjected to acid fermentation before being subjected to the mixed deaeration step 2 in the treatment flow shown in FIG. Fermentation treatment water 19 is supplied.
  • the acid fermentation treatment it is preferable to add an acid-producing bacterium to the solid-liquid separation sludge since the efficiency of the organic acid fermentation treatment is improved.
  • Solid-liquid separation process The organic wastewater 11 is separated into solid-liquid separation sludge 13 and solid-liquid separation water 12 from which solid components have been removed in the solid-liquid separation step 1.
  • the solid-liquid separation step 1 is performed by a usual solid-liquid separation device, for example, an upward or downward flow filtration tank, a gravity sedimentation tank (without chemical injection), a coagulation sedimentation tank (with chemical injection), a screen separation device, a DF (Disc filter) It can be carried out using a separation device, a hydrocyclone or the like without any limitation.
  • an upward flow filtration method using a plastic medium having a high porosity is suitable.
  • the organic wastewater is passed for a certain period of time, the filtration resistance of the filtration device rises. Therefore, the filter is periodically washed, and the filtration resistance is reduced, and then the flow is restarted.
  • the washing wastewater generated in the washing step has an SS concentration of about 500 mg / L to about 2000 mg / L depending on the amount of washing water, and this washing wastewater is also used as concentrated wastewater.
  • organic wastewater methane fermentation treated water generated in the methane fermentation treatment step 3, aerobic treated water generated in the aerobic biological treatment step 4, and the like can be used.
  • the solid-liquid separation sludge 13 separated in the solid-liquid separation step 1 and a part of the solid-liquid separation water 12 are sent to the mixed deaeration step 2 where they are mixed and fermented from the solid-liquid separation sludge 13 The gas is removed.
  • the mixed deaeration step 2 can be performed using a mixed deaeration tank having a mixing mechanism and a deaeration mechanism.
  • the concentrated wastewater 13 and a part of the solid-liquid separation water 12 are mixed to separate and remove the fermentation gas from the mixed water.
  • the degassing mechanism includes a gas separation unit that separates the fermentation gas.
  • the fermentation gas is mainly CO 2 gas, and may partially include H 2 gas.
  • the fermentation gas flows into the methane fermentation tank used in the methane fermentation treatment step 3, the floating of the sludge is promoted, so that the sludge floats before the sludge and the anaerobic organisms do not sufficiently come into contact, and the methane fermentation treatment The generation of scum in the tank will be promoted. Therefore, by separating and removing the fermentation gas in the concentrated wastewater in advance in the methane fermentation treatment step 3, it is possible to suppress the generation of scum in the methane fermentation treatment step 3.
  • a gas separating means for separating the fermentation gas for example, a mixed tank for mixing concentrated wastewater containing sludge and a part of solid-liquid separated water is mixed with a part of the mixed concentrated wastewater and a part of solid-liquid separated water (
  • the fermentation gas can be separated and removed from the mixed water by bringing the mixed water into contact with the atmosphere while temporarily staying.
  • the mixed water may be detoured, flowed naturally, overflowed, or the like to promote the separation of the contained fermentation gas.
  • a stirrer may be provided inside the mixing deaeration tank.
  • the hydraulic retention time (HRT: Hydraulic Retention Time) in the mixed deaeration tank can be 5 minutes or more and 30 minutes or less, preferably 10 minutes or more and 15 minutes or less.
  • a suitable ratio of mixing of the solid-liquid separation sludge 13 from the solid-liquid separation step 1 and a part of the solid-liquid separation water 12 in the mixing-deaeration step 2 can be obtained by the following equation.
  • the COD Cr concentration (mg / L) C3 of the deaerated mixed water 14 is 250 mg / L or more and 600 mg / L or less, and the SS concentration (mg / L) X3 of the deaerated mixed water 14 is 100 mg / L. It is preferable to adjust the amount to at least 300 mg / L.
  • the mixing ratio of the solid-liquid separation sludge 13 and the solid-liquid separation water 12 can be adjusted so that the COD Cr concentration (mg / L) and the SS concentration (mg / L) of the deaerated mixed water are within the above ranges. .
  • the deaerated mixed water 14 supplied from the mixed deaeration step 2 is subjected to a methane fermentation treatment in a methane fermentation treatment step 3.
  • the methane fermentation treatment is an anaerobic biological treatment in which the ORP is performed in the range of -400 mV or less, and the anaerobic microorganisms decompose organic substances into methane gas and carbon dioxide, and the generated methane gas can be effectively used as energy. Processing.
  • generated gas containing methane gas, methane fermentation treated water 15, and methane fermentation treated sludge 16 are formed.
  • the methane fermentation treated water 15 is supplied to the aerobic biological treatment step 4 through a methane fermentation treated water supply pipe.
  • the methane fermentation treated sludge 16 is supplied to the sludge treatment step 5 through a methane fermentation treatment sludge discharge pipe.
  • the generated gas is supplied to a generated gas processing device through a generated gas exhaust pipe.
  • the methane fermentation treatment step 3 includes an upward flow methane fermentation apparatus, for example, a UASB tank (Upflow Anaerobic Sludge Blanket: upflow anaerobic sludge filter bed), a hybrid UASB tank (a fixed bed in which a filler is filled in the upper part of the UASB tank). And a GSS (Gas Solid Separator: solid-liquid separation device) with a simplified structure), a fluidized bed tank, or the like.
  • a UASB tank Upflow Anaerobic Sludge Blanket: upflow anaerobic sludge filter bed
  • a hybrid UASB tank a fixed bed in which a filler is filled in the upper part of the UASB tank
  • GSS Gas Solid Separator: solid-liquid separation device
  • the upflow anaerobic sludge filter method is a method that uses highly agglutinating action of anaerobic microorganisms to convert highly active cells into granules (granular sludge with a diameter of 2-3 mm, filamentous acetic acid assimilating methane). This is a method in which a large amount of fine floc (mainly produced bacterium) is retained in a reaction tank, and deaerated mixed water is injected from the bottom of the reaction tank to decompose organic substances in the deaerated mixed water under anaerobic conditions. .
  • the upflow anaerobic sludge filter method increases the COD cr load because granule sludge with excellent sedimentation properties can be retained in the tank at a high concentration using the self-granulation function of anaerobic microorganisms. be able to.
  • UASB upflow anaerobic sludge filter method
  • it can be applied to relatively low-concentration degassed mixed water, and it can be operated with little electric power because it can process at high speed and does not require aeration. A large amount of methane gas can be generated.
  • the water flow rate is preferably from 0.5 m / h to 2.0 m / h, more preferably from 0.75 m / h to 1.5 m / h.
  • the UASB method when the UASB method is applied to anaerobic treatment of low-concentration organic wastewater having a COD cr of 200 mg / L or less, it is necessary to reduce the water flow rate, so that the COD cr load is 0.3 kg / m 3 / d to 0.1 kg / m 3 / d. It is as low as 5 kg / m 3 / d.
  • FIG. 3 shows the configuration of the methane fermenter 30 capable of performing the upflow anaerobic sludge filter method (UASB).
  • UASB upflow anaerobic sludge filter method
  • the methane fermentation tank 30 includes therein a sludge bed 32, a gas-solid separation unit (GSS) 33, and an overflow weir 34 for separating methane fermentation treatment water.
  • a cover 35 and a methane gas discharge pipe 37 are provided on the upper part of the methane fermentation tank 30.
  • the gas-solid separation part (GSS) 33 is provided above the sludge bed 32 and penetrates the center of the overflow weir 34, and separates gas (methane gas) from the sludge bed 32 and sends it to the methane gas discharge pipe 37. It is configured as follows.
  • the degassed mixed water supply pipe 36 that supplies the degassed mixed water from the mixed deaeration step 2 is connected to the bottom of the methane fermentation tank 30.
  • a methane fermentation sludge discharge pipe 39 for transferring the methane fermentation sludge 16 is connected to a lower side wall of the methane fermentation tank 30.
  • the upper side wall of the methane fermentation tank 30 is connected to a methane fermentation treatment water supply pipe 38 that sends the methane fermentation treatment water 15 flowing into the overflow weir 34 to the aerobic biological treatment step 4.
  • the degassed mixed water 14 from the mixing and deaeration step 2 flows in from the bottom of the methane fermentation tank 30, and uniformly diffuses into the sludge bed 32, that is, the granule layer settled in the lower part.
  • the organic matter contained in the degassed mixed water 14, the soluble organic matter generated by acid fermentation, and organic acids such as acetic acid and propionic acid are decomposed into methane gas and carbon dioxide gas by anaerobic bacteria in the methane fermentation tank 30. Is done.
  • the generated gas and the granules float with the methane fermentation treated water 15 and are generated by the gas-solid separation section (GSS) 33 and the overflow weir 34, the generated gas (methane gas), the methane fermentation sludge (granules) 16. , Methane fermentation treated water 15 and the like.
  • the generated gas is supplied to the generated gas processing device through the generated gas discharge pipe 37, and is used as an energy source.
  • the methane fermentation treated water 15 is supplied to the aerobic biological treatment step 4 through the methane fermentation treated water supply pipe 38, and is subjected to aerobic biological treatment.
  • the methane fermentation treated sludge 16 is supplied to the sludge treatment step 5 through a methane fermentation treatment sludge discharge pipe 39, reduced in volume, and discharged out of the system.
  • the flow rate is limited in order to secure a sludge bed (sludge zone) 32, and the COD cr volumetric load is 0.3 kg /.
  • the organic substance load is as low as not less than m 3 / d and not more than 0.5 kg / m 3 / d.
  • the volume load of COD cr is as high as 10 kg / m 3 / d or more and 20 kg / m 3 / d or less.
  • the low-concentration organic wastewater has a lower organic matter load of about 1/10 to 1/20 than the high-concentration organic wastewater, the density of the anaerobic bacteria is low, and the particle size of the granular sludge on the sludge bed 32 is small. It is as small as 0.1 mm or more and 0.5 mm or less.
  • the difference between the settling speed of the granular sludge and the settling speed of the inflow SS is determined by the conventional UASB granule sludge applied to the high-concentration organic wastewater.
  • the amount of scum generated in the methane fermentation tank 30 may increase depending on the inflow SS concentration and the properties of the wastewater, and it may be difficult to maintain the sludge in the methane fermentation tank 30. Therefore, it is preferable to adopt one of the following two improvement methods.
  • a carrier such as sand, zeolite, activated carbon or the like having a particle diameter of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less, preferably 0.2 mm or more and 0.7 mm or less having a good sedimentation property is added in an amount of 1% or more to 10% or more of the sludge bed capacity. Below, it is preferably added to the sludge bed at a ratio of 5% or more and 7% or less.
  • the Fe salt is preferably 1 mg / L (asFe) or more and 20 mg / L (asFe) or less, more preferably 5 mg / L (asFe) or more and 10 mg / L (asFe). ) Add at the following ratio.
  • the ratio of the anaerobic bacteria in the sludge bed can be increased by attaching the anaerobic bacteria to the carrier.
  • a Ca salt or the like can be applied in addition to the Fe salt.
  • the water temperature in the methane fermentation tank 30 is preferably 18 ° C or higher, more preferably 20 ° C or higher, and particularly preferably 20 ° C or higher and 30 ° C or lower.
  • methanogens are classified into several types according to their activation temperatures. In this treatment method, it is preferable to use methanogens having an activation temperature of 20 ° C or more and 30 ° C or less.
  • FIG. 4 shows a methane fermentation tank 40 as a modification of the methane fermentation treatment apparatus.
  • the same reference numerals are used for the same components as those in FIG. 3, and the description is omitted.
  • the methane fermentation tank 40 is different from the methane fermentation tank 30 shown in FIG.
  • the upper portion of the tank 40 is hermetically covered, and a gas exhaust port 42 is provided at a connection portion between the roof material 41 and the methane fermentation tank 40, and the generated gas exhaust pipe 37 is connected to the gas exhaust port 42 so that the generated gas can be discharged.
  • the position where the gas exhaust port 42 is provided can be arbitrarily designed. For example, it may be provided on any of the roofing materials 41, or may be provided on the upper part of the methane fermentation tank 40.
  • the low-concentration organic wastewater having a COD cr concentration of 400 mg / L or more and 1000 mg / L or less has a low COD cr volume load of 1 kg / m 3 / d in the methane fermentation treatment tank (UASB tank), and has a high COD cr such as food production wastewater.
  • UASB tank methane fermentation treatment tank
  • the amount of generated gas is small. Therefore, the generated gas can be collected and discharged without providing the gas-solid separation unit (GSS) 33 as in the apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a methane fermentation tank 50 as a further modification of the methane fermentation treatment apparatus.
  • 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the methane fermentation tank 50 has the same height as the supercurrent weir 34 inside the methane fermentation tank 50 as compared with the methane fermentation tank 40 shown in FIG.
  • a structure provided with a collection frame 51 is provided. As shown in FIG. 6, the scum collection frame 51 may be fixed across the inner wall of the methane fermentation tank 50 facing the scum collection frame 51.
  • FIG. 7 shows the relationship between the COD Cr concentration of the inflowing water (mixed degassed water) into the UASB tank and the capacity of the UASB tank when the solid-liquid separation step 1 was performed at a constant flow rate with an upflow filter.
  • the relative ratio is shown.
  • a relative comparison was made when the UASB tank capacity was 100 in the case of low-concentration organic wastewater with a UASB influent COD Cr concentration of 140 mg / L.
  • the UASB tank capacity was 31 (relative ratio) when the UASB influent COD Cr concentration was 320 mg / L, and the UASB tank capacity was 15 (relative ratio) when the UASB influent COD Cr concentration was 600 mg / L.
  • the capacity of the UASB tank can be reduced by adjusting the inflow COD Cr concentration of the UASB tank.
  • the UASB inflow water COD Cr concentration adjustment is preferably 600 mg / L or less.
  • the methane fermentation treatment water 15 from the methane fermentation treatment step 3 is mixed with the remainder of the solid-liquid separation water 12 from the solid-liquid separation step 1 and sent to the aerobic biological treatment step 4.
  • the aerobic biological treatment step 4 oxidizes and decomposes organic substances, ammonia nitrogen, and the like in the mixed water of the methane fermentation treated water 15 and the solid-liquid separation water 12 by aerobic microorganisms in an environment having sufficient dissolved oxygen.
  • the biological floc is suspended by aeration, and the organic substance is biologically oxidatively decomposed (activated sludge method).
  • the microorganism is attached to the carrier and proliferated to form a biofilm, which is then contacted with organic wastewater.
  • the activated sludge method is preferred from the viewpoint of suitably treating low-concentration organic wastewater such as sewage.
  • the activated sludge method is a treatment method using a gelatinous floc made of various aerobic microorganisms called organic sludge, organic substances, inorganic substances, and the like.
  • any known aerobic biological treatment device can be used without limitation.
  • a treatment tank provided with an aeration device for supplying a large amount of oxygen consumed by oxidative decomposition of organic matter by microorganisms, and a sludge sedimentation tank for separating sludge and treated water are mentioned. it can.
  • the solid-liquid separation sludge 13 may be subjected to an acid fermentation treatment.
  • the solid-liquid separation sludge obtained by concentrating the low-concentration organic wastewater in the solid-liquid separation step 1 is subjected to acid fermentation treatment to obtain an acid fermentation treatment sludge 19.
  • the acid fermentation treated sludge 19 is sent to the mixed deaeration step 2 through the acid fermentation treated sludge supply pipe.
  • the solid matter (SS component) in which the microorganisms in the solid-liquid separation sludge 13 separated in the solid-liquid separation step 1 are hardly decomposed is subjected to an organic acid fermentation treatment with an acid-producing bacterium, and the solid-liquid separation sludge 13 This is a process of converting contained organic matter into a low-molecular-weight organic acid (propionic acid, acetic acid, etc.) that is easily dissolved.
  • the temperature, pH, and HRT of the solid-liquid separation sludge 13 are adjusted, and the acid fermentation treatment of the organic matter in the solid-liquid separation sludge 13 proceeds.
  • the pH is desirably in the range of 4 or more and 8 or less, preferably 5 or more and 7 or less.
  • a part of the organic matter in the solid-liquid separated sludge can be reduced in molecular weight to an organic acid such as acetic acid and propionic acid.
  • the microorganisms involved in acid production are facultative anaerobic bacteria, and it is preferable that the microorganism be grown with an ORP in the range of -200 mV to 50 mV.
  • the acid fermentation tank is provided with a means capable of stirring the solid-liquid separation sludge 13.
  • a stirrer may be provided, or gas such as air may be aerated.
  • the acid fermenter has a means for heating the inside of the acid fermenter.
  • methane gas recovered from the methane fermentation step 2 can be converted into steam by a boiler and used. Heating the solid-liquid separated sludge 13 in the acid fermentation tank in the acid fermentation treatment step 6 requires more energy than heating the solid-liquid separated sludge 13 directly in the methane fermentation treatment step 2, for example. Can be reduced.
  • SS content solid matter contained in the solid-liquid separation sludge 13
  • soluble organic matter acetic acid, propionic acid, etc.
  • the temperature in the acid fermentation tank is preferably 20 ° C or more and 35 ° C or less, and more preferably 20 ° C or more and 25 ° C or less in consideration of sewage water temperature and heat energy of generated gas.
  • the optimal HRT of the acid fermentation tank in the acid fermentation treatment is determined by the concentration of soluble organic matter (Soluble COD Cr : hereinafter, abbreviated as “S-COD Cr ”) and the amount of organic acid produced such as acetic acid, propionic acid, and lactic acid. Is preferred.
  • solubilization ratio of the proportion of solid organic material was acid fermentation COD Cr (S-COD Cr / COD Cr) is defined to be the ratio of organic acid to be contained in the soluble organic acid COD Cr (asCOD Cr) / when defined as S-COD Cr ratio, preferably the optimal HRT HRT when solubilization ratio and an organic acid (asCOD Cr) / S-COD Cr ratio of COD Cr showed a constant value. For example, if the concentrated low-concentration organic waste water (sewage), temperature 20 ° C.
  • the ratio of the organic acid (asCOD Cr ) / SCOD Cr becomes 0.3 or more and 0.4 or less, and the S-COD Cr / COD Cr ratio becomes 0.1 at the temperature of the acid fermentation tank of 25 ° C. and the HRT of 1 to 2 days.
  • the ratio between volatile fatty acid (Volatile fatty acid) and the concentration of soluble organic matter is 15 (-) or more and 0.20 (-) or less, and VFA (asCOD Cr ) / S-COD Cr is 0.55 or more and 0.65 or less.
  • the HRT of the acid fermentation treatment in the present invention is 0.5 day or more and 3 days or less, preferably about 1 day or more and 1.5 days or less.
  • the solid-liquid separation sludge in the acid fermentation tank is preferably stirred continuously or intermittently. Since the MLSS concentration in the acid fermentation tank is in the range of 2,000 mg / L to 20,000 mg / L, a power for uniformly stirring the sludge is applied. If the stirring is strong, the generated organic acid is volatilized or oxidized and decreases. Therefore, it is preferable that the acid fermenter be stirred intermittently. For example, it is preferable to perform intermittent stirring such as stirring for 5 to 15 minutes after stopping stirring for 1 to 2 hours.
  • an upflow filter (diameter 0.55 m, height 4 m, capacity 1 m 3 ) filled with 2.5 m of a plastic filter medium having a diameter of about 1 cm was used.
  • the water flow rate of the upward flow filtration device was constant at 250 m / d.
  • the treated water (solid-liquid separation treated water) of the upward flow filtration treatment is periodically washed (1-2 times / day), and the washing wastewater (corresponding to solid-liquid separation sludge). I got A part of the washing wastewater and the upflow filtration treatment water was mixed, stirred for a certain period of time and subjected to deaeration treatment to obtain UASB inflow water.
  • Table 2 shows the properties of the washing wastewater and the treated water of the upward flow filtration treatment.
  • the COD Cr concentration (140 mg / L to 1400 mg / L) and the SS concentration (70 mg / L to 1000 mg / L) of the UASB inflow water are adjusted by changing the mixing ratio of the washing wastewater and the treatment water of the upflow filtration treatment.
  • Experimental organic wastewater was prepared.
  • a methane fermentation treatment experiment was performed using a UASB tank (diameter 50 cm, height 5 m, capacity 1000 L).
  • the UASB treatment characteristics when the UASB influent COD Cr concentration was changed stepwise from 140 mg / L ⁇ 300 mg / L ⁇ 450 mg / L ⁇ 600 mg / L ⁇ 1000 mg / L were grasped.
  • the water flow rate in the UASB treatment was constant at 0.5 m / h, and the temperature was around 20 ° C.
  • FIG. 8 shows the experimental results.
  • FIG. 9 shows the relationship between the COD Cr concentration of the UASB inflow water and the high-concentration sludge interface (height from the bottom of the UASB tank).
  • a sludge concentration in the UASB tank of MLSS 20.0 g / L or more was defined as a high concentration, and the UASB influent COD Cr concentration and the high concentration sludge interface (height from the bottom of the UASB tank) were shown.
  • the interface of high-concentration sludge was up to 2 m from the bottom of the UASB tank up to a UASB inflow water COD Cr concentration of 600 mg / L, but when the UASB inflow water COD Cr concentration exceeds 750 mg / L, the high-concentration sludge interface rapidly decreases. There was a tendency. Thereafter, when the COD Cr concentration of the UASB influent reached 750 mg / L, the COD Cr removal rate sharply decreased, and the COD Cr removal rate became 20%. Scum was frequently generated in the upper part of the UASB tank, and the outflow of sludge outside the system was remarkable. When the UASB influent COD Cr concentration became 1000 mg / L, the treatment was further deteriorated, and the sludge could not be maintained in the UASB tank.
  • the UASB influent COD Cr concentration was suitable at 600 mg / L or less, and preferably 450 mg / L or less.
  • Solid-liquid separation process solid-liquid separation device
  • Mixing degassing process Mixing degassing tank
  • Upflow methane fermentation process upflow methane fermentation tank
  • Aerobic biological treatment process aerobic biological treatment device
  • Sludge treatment process dewatering tank
  • Acid fermentation process acid fermentation tank
  • Low-concentration organic wastewater 12: Solid-liquid separation water 13: Solid-liquid separation sludge 14: Mixed deaerated water 15: Methane fermentation treated water 16: Methane fermentation sludge 17: Aerobic biological treatment water 18: Aerobic biological treatment Excess sludge 19: Acid fermentation treated sludge

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Abstract

処理対象量を少なくしたり、槽の容量を大きくしたりする必要なく、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水の処理方法及び装置を提供する。 ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水１１を固液分離し、固液分離水１２と固液分離汚泥１３に分ける固液分離工程１、固液分離汚泥１３に、固液分離水１２の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気工程２、混合脱気工程２で発酵ガスが除去された脱気混合水１４を上向流式メタン発酵槽にてメタン発酵処理するメタン発酵処理工程３、及びメタン発酵処理水１５を固液分離水１２の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理工程４を備える有機性排水処理方法。

Description

有機性排水処理方法及び有機排水処理装置
　本発明は、有機性排水処理方法及び有機排水処理装置に関し、特に、生活排水、下水等の低濃度有機性排水をメタン発酵処理し、その処理水を好気性生物処理する省エネルギー型生物学的処理プロセスを用いる有機性排水の処理方法および装置に関する。
　有機性排水をメタン発酵処理する技術は、有機性排水を好気性生物処理する技術に比べて、（１）汚泥発生量が少ない、（２）ブロワなどの電気代が不要なためランニングコストがかからない、（３）発生したメタンガスを有効利用できる、等のメリットがあるため、近年、ＣＯＤCr濃度２０００ｍｇ／Ｌ～３０００ｍｇ／Ｌの高濃度有機性排水を対象に普及している。メタン発酵処理としては、ＵＡＳＢ（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性汚泥床）法、固定床法、流動床法等がある。特に、ＵＡＳＢ法は、嫌気性微生物の自己造粒機能を利用して、沈降性の優れたグラニュール汚泥を反応槽内に高濃度に保持できるため、ＣＯＤCr負荷１０ｋｇ／ｍ3／ｄ～３０ｋｇ／ｍ3／ｄなどの高負荷での処理が可能となるため、国内国外を問わず、有機性排水をメタン発酵処理する方法として最も普及している。
　ブラジル、インド、東南アジア等の温暖化地域においては、下水等のＣＯＤCr濃度４００ｍｇ／Ｌ～１０００ｍｇ／Ｌの中濃度有機性排水を対象とし、好気性生物処理（具体的には活性汚泥処理）の前処理としてＵＡＳＢ法により処理（以下「ＵＡＳＢ処理」と略す。）するケースが見られる。しかし、日本のように冬期の気温が０℃～１０℃に下がる地域では、処理対象である下水の温度も５℃～１５℃と低くなるため、ＵＡＳＢ槽内の温度も５～１５℃と低温になり、ＵＡＳＢ槽内の嫌気性菌の活動が抑制され、ＵＡＳＢ槽内に懸濁物質（Suspended Solids、以下「ＳＳ」と略する。）が溜まり、ＵＡＳＢ処理ができない状態となる。また、下水等のＣＯＤCr濃度４００ｍｇ／Ｌ～１０００ｍｇ／Ｌの低濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合、嫌気性菌の活動を活性化させるためにＵＡＳＢ槽を加温する必要があり、多量のエネルギーを必要とするため、ＣＯＤCr濃度１０００ｍｇ／Ｌ～３０００ｍｇ／Ｌの高濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合に比べ経済的ではない。これらの理由により、寒冷地では、下水等のＣＯＤCr濃度４００ｍｇ／Ｌ～１０００ｍｇ／Ｌの低濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理することができなかった。
　この改良案として、本発明者らは、メタン発酵槽内の水温１８℃以上では、嫌気性生物を用いて被処理水をメタン発酵処理して、メタンガスを含む発生ガス、メタン発酵処理水及びメタン発酵処理汚泥を得るメタン発酵処理工程と、好気性生物を用いて前記メタン発酵処理水を生物学的酸化分解処理して好気性生物処理水及び好気性生物処理汚泥を得る好気性生物処理工程と、前記好気性生物処理汚泥の一部又は全部を酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得る酸発酵処理工程と、前記酸発酵処理汚泥を、混合脱ガス槽で発酵ガスを分離した後、前記メタン発酵処理工程の入り口側に、前記メタン発酵処理工程におけるスカムの発生を抑制するために供給する工程と、を備える有機性排水の処理方法を提案した（特許文献１）。特許文献１では、メタン発酵槽内の水温が１３℃以上１８℃未満では、前記メタン発酵処理汚泥の一部又は全部を、酸発酵処理工程の入り口側に供給すること、メタン発酵槽内の水温が１３℃未満では、最初沈殿池において被処理水（原水）を分離水と分離汚泥に分離し、分離汚泥或いは該分離汚泥を濃縮した濃縮分離汚泥を、好気性生物処理汚泥の一部とともに酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得、酸発酵処理汚泥を前記分離水と共にメタン発酵処理工程の入り口側に供給することも提案している。
　また、ＣＯＤCr濃度１０００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水にＵＡＳＢ法を適用すると、ＵＡＳＢ処理水の溶存メタン量が多くなるため、ＵＡＳＢ処理水を大気解放すると、溶存メタンは大気中にメタンガスとして放散されてしまう。メタンガスは強力な温室効果ガスの一つとして知られており、その温室効果は二酸化炭素の約２１倍であるといわれている。溶存メタンの放散による地球温暖化に与える影響は大きい。この改良案として、本発明者らは、有機性排水をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽と、前記メタン発酵処理槽で処理されたメタン発酵処理水を好気性生物処理する浸漬型の反応槽と、前記反応槽中の混合液を固液分離する固液分離装置とを備え、前記メタン発酵処理槽は、該メタン発酵処理槽中の前記メタン発酵処理水に溶存したメタンが大気中に放散するのを防止する蓋部と、前記溶存メタンが大気中に放散するのを防止した状態を保ちながら、前記メタン発酵処理水を前記反応槽に供給する供給部とを有し、前記反応槽は、脱窒処理をする無酸素槽と好気性生物処理する好気槽を有し、前記メタン発酵処理槽が有する供給部は、前記メタン発酵処理水を前記無酸素槽に供給し、前記メタン発酵処理槽の下流であって、前記反応槽の上流に設けられた溶存メタン回収槽を備え、前記溶存メタン回収槽は、該溶存メタン回収槽内の前記メタン発酵処理水に、二酸化炭素、窒素、空気、不活性ガスの内の１の気体または２以上の混合気体を吹き込む気体吹込装置と、前記気体の吹き込みにより回収されたメタンガスを前記無酸素槽に供給する供給部を有する有機性排水処理装置を提案している（特許文献２）。
　図１０に従来の低濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理と好気性生物処理を併用して処理する場合の処理フローを示す。有機性排水１１１はＵＡＳＢ槽１０３に上向流で通水され、ＵＡＳＢ槽１０３では易分解性の有機物が分解される。ＵＡＳＢ処理水１１５は、好気性生物処理１０４により仕上げ処理され、好気性生物処理水１１７は放流される。一方、ＵＡＳＢ槽１０３からの濃縮汚泥１１６（運転条件によっては排泥しない場合あり）と好気性生物処理（通常は活性汚泥法が利用される）の余剰汚泥１１８は、汚泥処理工程１０５に導入され処理される。一般的な流入下水のＣＯＤCr濃度は４００ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下であり、ＳＳ濃度で１６０ｍｇ／Ｌ以上２４０ｍｇ／Ｌ以下であるが、合流式下水道で雨水の影響が出た場合などは流入下水のＣＯＤCr濃度は２００ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳ濃度は１００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度となる。下水のＵＡＳＢ処理は通水速度０．５ｍ／ｈ以上０．６ｍ／ｈ以下で設計されているので、同一ＣＯＤCr負荷で比較すると有機物濃度が低下すればＵＡＳＢ槽の容量を大きくする必要があり、建設費が増大することになる。
特開2013-176746号公報 特開2012-61435号公報
　上記のように下水水温対策、溶存メタン対策を講じた場合でも、合流式下水道の雨天時、下水管渠が埋設していない開放系下水水路を有する地域、工場廃水の混入比率の高い地域及び下水管渠に不明水が多く流入する地域等では、流入下水ＣＯＤCr濃度が２００ｍｇ／Ｌ以下と低い場合がある。このような低濃度有機性排水の流入下水を直接、ＵＡＳＢメタン発酵処理する場合、通常の下水濃度の場合に比べて処理対象量を少なくするか、槽の容量を大きくする必要があった。
　そこで本発明は、処理対象量を少なくしたり、槽の容量を大きくしたりする必要なく、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水を処理する方法及び装置を提供することを目的とする。
　本発明によれば、以下の低濃度有機性排水の処理方法及び装置が提供される。
［１］ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と固液分離汚泥に分ける固液分離工程、
当該固液分離汚泥に、当該固液分離水の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気工程、
当該混合脱気工程で発酵ガスが除去された脱気混合水を上向流式メタン発酵槽にてメタン発酵処理するメタン発酵処理工程、及び
メタン発酵処理水を当該固液分離水の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理工程を備える有機性排水処理方法。
［２］前記固液分離汚泥を混合脱気工程に供する前に酸発酵処理する酸発酵処理工程をさらに含む、前記［１］に記載の有機性排水処理方法。
［３］前記メタン発酵処理工程は、上向流嫌気性汚泥床を有する上向流式メタン発酵装置にて実施される、前記［１］又は［２］に記載の有機性排水処理方法。
［４］前記好気性生物処理は、生物学的窒素処理である、前記［１］～［３］のいずれか１項に記載の有機排水処理方法。
［５］前記メタン発酵処理工程に供される混合水は、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下に調整された混合水である、前記［１］～［４］のいずれか１項に記載の有機排水処理方法。
［６］ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と固液分離汚泥に分ける固液分離槽、
当該固液分離汚泥に、当該固液分離水の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気槽、
発酵ガスが除去された脱気混合水をメタン発酵処理する上向流式メタン発酵槽、及び
メタン発酵処理水を当該固液分離水の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理槽を備える有機性排水処理装置。
［７］前記固液分離汚泥を混合脱気槽に供する前に酸発酵処理する酸発酵槽をさらに含む、
前記［６］に記載の有機性排水処理装置。
［８］前記メタン発酵槽は、上向流嫌気性汚泥床を有する上向流式メタン発酵槽である、前記［６］又は［７］に記載の有機性排水処理装置。
［９］前記好気性生物処理槽は、生物学的窒素処理槽である、前記［６］～［８］のいずれか１項に記載の有機排水処理装置。
　本発明によれば、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水に対しても安定した上向流式メタン発酵処理が可能となる。また、従来は、低濃度有機性排水を処理するためには、上向流式メタン発酵処理槽は大容量が必要であったが、本発明の処理方法によれば小型の上向流式メタン発酵処理槽で十分に処理することができるため、設備の建設コストの低減や、設置面積のコンパクト化が可能となる。
本発明の第１実施形態に係る処理フローを示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る処理フローを示す説明図である。 上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）を実施することのできるメタン発酵槽の構成を示す概略断面図である。 上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）を実施することのできるメタン発酵槽の別の構成を示す概略断面図である。 上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）を実施することのできるメタン発酵槽のまた別の構成を示す概略断面図である。 図５に示すメタン発酵槽が具備するスカム捕集枠の上面図である。 ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度とＵＡＳＢ槽容量の関係を示すグラフである。 実施例の実験結果を示すグラフである。 ＵＡＳＢ槽への流入水（混合脱気水）のＣＯＤCr濃度と高濃度汚泥界面との関係を示すグラフである。 従来の有機性排水処理方法の処理フローを示す説明図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　本発明は、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と固液分離汚泥に分ける固液分離工程、当該固液分離汚泥に、当該固液分離水の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気工程、当該混合脱気工程で発酵ガスが除去された脱気混合水を上向流式メタン発酵槽にてメタン発酵処理するメタン発酵処理工程、及びメタン発酵処理水を当該固液分離水の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理工程を備える有機性排水処理方法、及びＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と固液分離汚泥に分ける固液分離槽、当該固液分離汚泥に、当該固液分離水の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気槽、発酵ガスが除去された脱気混合水をメタン発酵処理する上向流式メタン発酵槽、及びメタン発酵処理水を当該固液分離水の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理槽を備える有機性排水処理装置を提供する。
　本発明により処理される有機性排水は、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水であり、さらにＳＳが１２０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、ＳＳが１００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。また、ＣＯＤCr／ＳＳが１．５以上３以下の範囲であることが好ましく、１．５以上２．５以下の範囲であることがより好ましい。本発明で処理できる低濃度有機性排水としては、たとえば、下水などの生活排水、特に雨水等で希釈された下水を好ましく挙げることができる。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る処理フローを示す説明図である。本発明の有機性排水処理方法は、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水１１を固液分離し、固液分離水１２と固液分離汚泥１３に分ける固液分離工程１、当該固液分離汚泥１３に、当該固液分離水１２の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気工程２、当該混合脱気工程２で発酵ガスが除去された脱気混合水１４を上向流式メタン発酵槽にてメタン発酵処理するメタン発酵処理工程３、及びメタン発酵処理水１５を当該固液分離水１２の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理工程４を備える。有機性排水１１は、固液分離工程１で分離され、固液分離水１２の一部は混合脱気工程２に送られ、残りは好気性生物処理工程４に送られる。混合脱気工程２では、固液分離汚泥１３と固液分離水１２の一部が所定の流量比で混合され、メタン発酵処理工程３に供されるための最適なＣＯＤCr値、ＳＳ濃度に調整される。混合脱気工程２で形成される脱気混合水は、メタン発酵処理工程３に供給され、メタン発酵処理された処理水１５は、好気性生物処理工程４に送られる。メタン発酵処理により形成される汚泥は、汚泥処理工程５に送られる。
　図２は、本発明の第２実施形態に係る処理フローを示す説明図である。第２実施形態は、図１に示す処理フローにおいて、固液分離汚泥１３を混合脱気工程２に供する前に酸発酵処理する酸発酵処理工程６をさらに含み、混合脱気工程２には酸発酵処理水１９が供給される。酸発酵処理として、固液分離汚泥に酸生成菌を添加すると有機酸発酵処理の効率が向上するので好ましい。
　以下、図１及び図２における各工程及び各工程で用いられる装置を詳細に説明する。
　＜固液分離工程＞
　有機性排水１１は、固液分離工程１にて、固液分離汚泥１３と、固体成分が除去された固液分離水１２と、に分離される。固液分離工程１は、通常の固液分離装置、たとえば、上向流又は下向流のろ過槽、重力沈降槽（薬注なし）、凝集沈殿槽（薬注あり）、スクリーン分離装置、ＤＦ（ディスクフィルター）分離装置、液体サイクロン等を制限なく用いて行うことができる。特に、ＣＯＤCr濃度２００ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳ濃度１００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水の固液分離には、空隙率の高いプラスチックろ材を用いる上向流ろ過方式が適している。有機性排水を一定時間通水すると、ろ過装置のろ過抵抗が上昇するので定期的に洗浄を行い、ろ過抵抗を下げてから通水を再開する。洗浄工程で発生する洗浄排水は、洗浄水量によるがＳＳ濃度５００ｍｇ／Ｌ以上２０００ｍｇ／Ｌ以下程度となり、この洗浄排水も濃縮排水として利用する。ろ過を洗浄するための洗浄水としては、有機性排水、メタン発酵処理工程３で生じるメタン発酵処理水、好気性生物処理工程４で生じる好気性処理水等を利用することができる。水バランスを考慮すると、有機性排水処理フロー内の工程水を利用することが望ましい。
　＜混合脱気工程＞
　固液分離工程１にて分離された固液分離汚泥１３と、固液分離水１２の一部とは、混合脱気工程２に送られて、混合され、固液分離汚泥１３から発生する発酵ガスが除去される。混合脱気工程２は、混合機構及び脱気機構を具備する混合脱気槽を用いて行うことができる。混合脱気工程２では、濃縮排水１３と固液分離水１２の一部とを混合して、混合水から発酵ガスを分離除去する。脱気機構は、発酵ガスを分離するガス分離手段を備えていることが好ましい。発酵ガスとは、主にＣＯ2ガスであり、一部Ｈ2ガスを含むこともある。発酵ガスがメタン発酵処理工程３で用いられるメタン発酵槽に流入すると、汚泥の浮上が促進されるため、汚泥と嫌気性生物が十分に接触しないうちに汚泥が浮上することになり、メタン発酵処理槽内でスカムの発生が促されることになる。そこで、メタン発酵処理工程３の前工程で、予め濃縮排水中の発酵ガスを分離除去することにより、メタン発酵処理工程３でのスカムの発生を抑制することができる。
　ここで、発酵ガスを分離するガス分離手段としては、例えば、汚泥を含む濃縮排水と固液分離水の一部とを混合する混合槽に、混合した濃縮排水と固液分離水の一部（以下「混合水」ともいう。）を一時的に滞留させる間に大気と接触させることにより、混合水から発酵ガスを分離除去できるようにした構成を挙げることができる。さらに、混合水を迂流、自然流下、オーバーフロー等させて、含有する発酵ガスの分離を促進させるようにしてもよい。また、混合脱気槽内部に撹拌機を設けてもよい。混合脱気槽内での水理学的滞留時間（ＨＲＴ：Hydraulic Retention Time）は５分以上３０分以内、好ましくは１０分以上１５分以内とすることができる。
　混合脱気工程２における固液分離工程１からの固液分離汚泥１３と固液分離水１２の一部との混合の好適比率は、下記式により求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　本発明の処理方法において、脱気混合水１４のＣＯＤCr濃度（ｍｇ／Ｌ）C3は２５０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下、脱気混合水１４のＳＳ濃度（ｍｇ／Ｌ）X3は１００ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下に調整することが好ましい。固液分離汚泥１３及び固液分離水１２の混合比率は、脱気混合水のＣＯＤCr濃度（ｍｇ／Ｌ）及びＳＳ濃度（ｍｇ／Ｌ）が上記範囲内となるように調整することができる。
　＜メタン発酵処理工程＞
　混合脱気工程２から供給された脱気混合水１４を、メタン発酵処理工程３においてメタン発酵処理する。メタン発酵処理とは、ＯＲＰが－４００ｍＶ以下の範囲で行なう嫌気性生物学的処理であり、嫌気性微生物によって有機物をメタンガスと二酸化炭素まで分解し、発生したメタンガスをエネルギーとして有効利用できるようにする処理である。メタン発酵処理工程３において、メタンガスを含む発生ガス、メタン発酵処理水１５及びメタン発酵処理汚泥１６を形成させる。メタン発酵処理水１５は、メタン発酵処理水供給管を通じて好気性生物処理工程４に供給される。メタン発酵処理汚泥１６は、メタン発酵処理汚泥排出管を通じて汚泥処理工程５に供給される。発生ガスは、図１及び２には示さないが、発生ガス排出管を通じて発生ガス処理装置に供給される。
　メタン発酵処理工程３は、上向流式メタン発酵装置、たとえばＵＡＳＢ槽（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性汚泥ろ床）、ハイブリッド型ＵＡＳＢ槽（ＵＡＳＢ槽上部に充填剤を充填した固定床を設け、ＧＳＳ（Gas Solid Separator：固液分離装置）構造を簡略化した槽）、及び流動床槽などを用いて行うことができる。本明細書では、メタン発酵処理に最も適しているＵＡＳＢ槽を例として説明する。
　上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）は、嫌気性微生物の集塊作用を利用して活性の高い菌体をグラニュール（直径２～３ｍｍの粒状汚泥、糸状性の酢酸資化性メタン生成属細菌を中心とする緻密なフロック）として反応槽に大量に保持する方法で，反応槽の下部から脱気混合水を注入して嫌気状態で脱気混合水中の有機物を分解させる方法である。上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）は、嫌気性微生物の自己造粒機能を利用して沈降性の優れたグラニュール汚泥を槽内に高濃度で保持できるため、ＣＯＤcr負荷を高めることができる。しかも、通常の嫌気性処理に比べて、比較的低濃度の脱気混合水にも適用できるうえ、高速の処理が可能で、且つ曝気を必要としないため、わずかな電力で運転でき、副産物として大量のメタンガスを生成することができる。その反面、低濃度の脱気混合水の場合には、ＣＯＤcr負荷を高くとるために、多量の脱気混合水を槽内に供給する必要があり、この水流によってメタン発酵槽内の汚泥床が系外に流出してしまう場合がある。そこで、メタン発酵槽内の汚泥床を高濃度に維持するためには、メタン発酵槽への通水量を制限するのが好ましい。ＵＡＳＢ槽内のグラニュール汚泥を維持させるためには、通水速度は０．５ｍ／ｈ以上２．０ｍ／ｈ以下が好ましく、０．７５ｍ／ｈ以上１．５ｍ／ｈ以下がより好ましい。したがって、ＵＡＳＢ法をＣＯＤcr２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機排水の嫌気性処理に適用した場合、通水速度を下げる必要があるため、ＣＯＤcr負荷は０．３ｋｇ／ｍ3／ｄ～０．５ｋｇ／ｍ3／ｄと低くなる。
　図３に、上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）を実施することのできるメタン発酵槽３０の構成を示す。
　メタン発酵槽３０は、その内部に、汚泥床３２と、気固分離部（ＧＳＳ）３３と、メタン発酵処理水を分離する越流堰３４と、を備える。メタン発酵槽３０の上部には、覆蓋３５と、メタンガス排出管３７と、を備える。気固分離部（ＧＳＳ）３３は、汚泥床３２の上方にて越流堰３４の中央部を貫通して設けられ、気体（メタンガス）を汚泥床３２から分離して、メタンガス排出管３７に送るように構成されている。メタン発酵槽３０の底部には、混合脱気工程２からの脱気混合水を供給する脱気混合水供給管３６が接続されている。メタン発酵槽３０の下方側壁には、メタン発酵処理汚泥１６を移送するメタン発酵処理汚泥排出管３９が接続されている。メタン発酵槽３０の上方側壁には、越流堰３４内に流入するメタン発酵処理水１５を好気性生物処理工程４に送るメタン発酵処理水供給管３８が接続されている。
　メタン発酵槽３０においては、混合脱気工程２からの脱気混合水１４がメタン発酵槽３０の底部から流入し、汚泥床３２すなわち下部に沈殿しているグラニュールの層に均一に拡散して、脱気混合水１４に含まれている有機物や、酸発酵により生成した溶解性有機物、酢酸・プロピオン酸等の有機酸は、メタン発酵槽３０内の嫌気性菌によってメタンガスと二酸化炭素ガスに分解される。そして、これらの発生ガスとグラニュールは、メタン発酵処理水１５とともに浮上し、気固分離部（ＧＳＳ）３３及び越流堰３４によって、発生ガス（メタンガス）、メタン発酵処理汚泥（グラニュール）１６、メタン発酵処理水１５などに分離される。発生ガスは、発生ガス排出管３７を通じて発生ガス処理装置に供給され、エネルギー源として利用される。メタン発酵処理水１５は、メタン発酵処理水供給管３８を通じて好気性生物処理工程４に供給されて、好気性生物処理される。メタン発酵処理汚泥１６は、メタン発酵処理汚泥排出管３９を通じて汚泥処理工程５に供給されて減容化されて系外に排出される。
　本発明の処理方法の対象となる低濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合には、汚泥床（スラッジゾーン）３２を確保するために通水速度が制限され、ＣＯＤcr容積負荷は０．３ｋｇ／ｍ3／ｄ以上０．５ｋｇ／ｍ3／ｄ以下と低い有機物負荷となる。一方、食品産業排水のような高濃度有機性排水のＵＡＳＢ処理では、ＣＯＤcr容積負荷は１０ｋｇ／ｍ3／ｄ以上２０ｋｇ／ｍ3／ｄ以下と高い有機物負荷となる。すなわち、低濃度有機性排水は、高濃度有機性排水に比べ、有機物負荷が１／１０乃至１／２０程度低く、嫌気性菌の密度が低くなり、汚泥床３２のグラニュール汚泥の粒径は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下と小さなものになる。このように低濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合には、グラニュ－ル汚泥の沈降速度と流入ＳＳの沈降速度の差が、高濃度有機性排水に適用されている従来のＵＡＳＢグラニュ－ル汚泥に比べて小さいため、流入するＳＳ濃度、排水の性状によっては、メタン発酵槽３０内でのスカムの発生量が多くなり、メタン発酵槽３０内の汚泥の維持が困難になる可能性がある。そのため、以下の２つの改善方法のいずれかを採用することが好ましい。
　（１）沈降性のよい粒径０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の砂やゼオライト、活性炭等の担体を、汚泥床容量に対して１％以上１０％以下、好ましくは５％以上７％以下の割合で汚泥床に添加する。
　（２）有機性排水に由来する脱気混合水に、Ｆｅ塩を好ましくは１ｍｇ／Ｌ（ａｓＦｅ）以上２０ｍｇ／Ｌ（ａｓＦｅ）以下、より好ましくは５ｍｇ／Ｌ（ａｓＦｅ）以上１０ｍｇ／Ｌ（ａｓＦｅ）以下の割合で添加する。
　前記（１）の方法では、担体に嫌気性菌を付着させることで、汚泥床における嫌気性菌の割合を高めることが可能となる。
　前記（２）の方法では、Ｆｅ塩以外にＣａ塩なども適用することができる。
　メタン発酵槽３０内の水温は、１８℃以上であることが好ましく、特に２０℃以上、中でも特に２０℃以上３０℃以下が好ましい。
　また、メタン生成の段階で中心的役割を果たすメタン生成菌は、中性付近のｐＨを好むため、ｐＨ６以上８以下に調整することが好ましい。
　また、メタン生成細菌には、活性温度によっていくつかの種類に分類されるが、本処理方法では、活性温度が２０℃以上３０℃以下のメタン生成菌を用いることが好ましい。
　図４に、メタン発酵処理装置の変形例としてのメタン発酵槽４０を示す。図３と同じ構成部材には同じ符号を使用し、説明を割愛する。
　メタン発酵槽４０は、図３に示したメタン発酵槽３０と対比すると、メタン発酵槽４０内部に気固分離部（ＧＳＳ）３３を設けず、気体を透過しない材料からなる屋根材４１でメタン発酵槽４０の上部を密閉被覆し、屋根材４１とメタン発酵槽４０との接続部分にガス排気口４２を設け、このガス排気口４２に発生ガス排出管３７を連結して発生ガスを排出可能とした構成を備える。但し、ガス排気口４２を設ける位置は任意に設計可能である。例えば屋根材４１のいずれかに設けてもよいし、メタン発酵槽４０の上部に設けてもよい。
　ＣＯＤcr濃度４００ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水は、メタン発酵処理槽（ＵＡＳＢ槽）でのＣＯＤcr容積負荷が１ｋｇ／ｍ3／ｄと低く、食品製造排水のような高濃度有機性排水のメタン発酵処理に比べ、発生ガスの量は少ない。そのため、図３に示した装置のような気固分離部（ＧＳＳ）３３を設けなくても、発生ガスを回収し排出することができる。
　図５に、メタン発酵処理装置のさらなる変形例としてのメタン発酵槽５０を示す。図３及び図４と同じ構成部材には同じ符号を用い、説明を割愛する。
　メタン発酵槽５０は、図４に示したメタン発酵槽４０と対比すると、メタン発酵槽５０内部の超流堰３４と同じ高さであって、超流堰３４の内側部分に、スカムを集めるスカム捕集枠５１を設けた構成を備える。スカム捕集枠５１は、図６に示すように、メタン発酵槽５０の対向する内壁に渡って固定するようにしてもよい。
　図７に、固液分離工程１を上向流ろ過装置で通水速度一定の条件で行った場合のＵＡＳＢ槽への流入水（混合脱気水）のＣＯＤCr濃度とＵＡＳＢ槽の容量との相対比を示す。ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度１４０ｍｇ／Ｌの低濃度有機性排水の場合のＵＡＳＢ槽容量を１００とした場合の相対比較を行った。ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度３２０ｍｇ／ＬでＵＡＳＢ槽容量３１（相対比）、ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度６００ｍｇ／ＬでＵＡＳＢ槽容量１５（相対比）となった。このように、ＵＡＳＢ槽の流入ＣＯＤCr濃度を調整することでＵＡＳＢ槽の容量を削減できることが確認できた。なお、経済性から判断すると、ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度調整は６００ｍｇ／Ｌ以下が好ましいといえる。
　＜好気性生物処理工程＞
　メタン発酵処理工程３からのメタン発酵処理水１５は、固液分離工程１からの固液分離水１２の残部と混合されて、好気性生物処理工程４に送られる。好気性生物処理工程４は、溶存酸素が十分ある環境下で、好気性微生物によって、メタン発酵処理水１５と固液分離水１２との混合水中の有機性物質、アンモニア性窒素等を酸化分解する。たとえば曝気によって生物フロックを浮遊させた状態で、有機物質を生物学的酸化分解する方法（活性汚泥法）や、担体に微生物を付着増殖させて生物膜を形成させ、これを有機性排水に接触させて生物学的酸化分解する方式（生物膜法）など、公知のいずれの方法も採用可能である。本発明の処理方法では、下水などの低濃度有機性排水を好適に処理できる観点から活性汚泥法が好ましい。活性汚泥法は、活性汚泥と呼ばれるさまざまな好気性微生物や有機性物質や無機性物質などからなるゼラチン状のフロックを用いた処理方法である。
　好適な好気性生物処理装置としては、公知の好気性生物処理装置であれば制限なく用いることができる。好ましくは、微生物による有機物の酸化分解によって消費される酸素を大量に供給するための曝気装置を付属した処理槽と、汚泥と処理水とを分離する汚泥沈殿槽とを備えたものを挙げることができる。
　＜酸発酵処理工程＞
　第２実施形態に示すように、固液分離工程１の後、混合脱気工程２の前に、固液分離汚泥１３を酸発酵処理してもよい。酸発酵処理工程６では、低濃度有機排水を固液分離工程１で濃縮した固液分離汚泥を酸発酵処理して酸発酵処理汚泥１９とする。酸発酵処理汚泥１９は、酸発酵処理汚泥供給管を通じて混合脱気工程２に送られる。
　酸発酵処理は、固液分離工程１で分離された固液分離汚泥１３中の微生物が分解しにくい固形物（ＳＳ分）を酸生成菌により有機酸発酵処理し、固液分離汚泥１３中に含まれる有機物を溶解し易い低分子の有機酸（プロピオン酸、酢酸等）に変換する処理である。酸発酵処理工程６では、固液分離汚泥１３の温度、ｐＨ及びＨＲＴを調整して、固液分離汚泥１３中の有機物の酸発酵処理を進行させる。
　ｐＨは４以上８以下、好ましくは５以上７以下の範囲とすることが望ましい。酸発酵処理では、固液分離汚泥中の有機物の一部を、酢酸、プロピオン酸等の有機酸に低分子化することができる。酸発酵処理において、酸生成に関与する微生物は通性嫌気菌であり、ＯＲＰが－２００ｍＶ以上５０ｍＶ以下の範囲で生育させることが好ましい。
　酸発酵槽は、固液分離汚泥１３を撹拌することができる手段を備えていることが好ましい。撹拌手段としては、撹拌機を設置してもよく、空気等のガスを曝気してもよい。酸発酵槽は、酸発酵槽内を加温する手段を備えていることが好ましい。加熱用の熱源として、メタン発酵工程２から回収されたメタンガスをボイラーで蒸気に変換して利用することもできる。酸発酵処理工程６の酸発酵槽内で固液分離汚泥１３を加温することは、例えばメタン発酵処理工程２において固液分離汚泥１３を直接加温する場合に比べ、加温に必要なエネルギーを減らすことができる。また、酸発酵槽においては、固液分離汚泥１３中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解され、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換されるため、これらの可溶性有機物の存在によりメタン発酵処理工程２においてメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。酸発酵槽内の温度は、好ましくは２０℃以上３５℃以下、下水水温と発生ガスの熱エネルギーを考慮すると２０℃以上２５℃以下の範囲がより好ましい。
　酸発酵処理での酸発酵槽の最適なＨＲＴは、溶解性有機物濃度（Soluble ＣＯＤCr：以下「Ｓ－ＣＯＤCr」と略す）および酢酸、プロピオン酸、乳酸等の有機酸の生成量により決定することが好ましい。すなわち、固形性有機物が酸発酵した割合をＣＯＤCrの可溶化比（Ｓ－ＣＯＤCr／ＣＯＤCr）と定義し、溶解性有機酸ＣＯＤCr中に含有する有機酸の割合を（ａｓＣＯＤCr）／Ｓ－ＣＯＤCr比として定義した場合において、ＣＯＤCrの可溶化比及び有機酸（ａｓＣＯＤCr）／Ｓ－ＣＯＤCr比が一定値を示したときのＨＲＴを最適ＨＲＴとするのが好ましい。たとえば、低濃度有機排水（下水）を濃縮した場合、酸発酵槽の温度２０℃、ＨＲＴ２日乃至３日で、Ｓ－ＣＯＤCr／ＣＯＤCr比は０．１５（－）以上０．２０（－）以下、有機酸（ａｓＣＯＤCr）／ＳＣＯＤCr比は０．３以上０．４以下となり、酸発酵槽の温度２５℃、ＨＲＴ１日乃至２日では、Ｓ－ＣＯＤCr／ＣＯＤCr比は０．１５（－）以上０．２０（－）以下、揮発性脂肪酸（Volatile fatty acid）と溶解性有機物濃度との比はＶＦＡ（ａｓＣＯＤCr）／Ｓ－ＣＯＤCrは０．５５以上０．６５以下となる。本発明における酸発酵処理のＨＲＴは０．５日以上３日以下、好ましくは1日以上１．５日以下程度とすることが望しい。
　酸発酵槽の固液分離汚泥の撹拌は、連続的あるいは間欠撹拌にて行なうことが好ましい。酸発酵槽内のＭＬＳＳ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上２００００ｍｇ／Ｌ以下の範囲であるため、汚泥を均一に撹拌するための動力がかかる。撹拌が強いと生成した有機酸が揮発あるいは酸化されて減少する。したがって、酸発酵槽の撹拌は間欠に行なうことが好ましい。たとえば１時間乃至２時間の撹拌停止後、５分乃至１５分の撹拌を行うような間欠撹拌を行なうことが好ましい。
　なお、流入水のＳ－ＣＯＤCr／ＣＯＤCr比が高く、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤCr）／Ｓ－ＣＯＤCr比が０．５以上と高い場合には酸発酵槽の設置は不要である。
　以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもではない。
　表１に示す性状のＣＯＤCrが２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水（原水）を用い、図１に示す処理フローにて実証試験を行なった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　固液分離装置として、径１ｃｍ前後のプラスチックろ材を２．５ｍ充填した上向流ろ過装置（直径０．５５ｍ、高さ４ｍ、容量１ｍ3）を用いた。上向流ろ過装置の通水速度は２５０ｍ／ｄとして一定とした。ろ過抵抗が増加した段階で、上向流ろ過処理の処理水（固液分離処理水）を定期的に洗浄し（１～２回／１日）、洗浄排水（固液分離汚泥に相当する）を得た。洗浄排水と上向流ろ過処理水の一部を混合して、一定時間撹拌し脱気処理を行ったものとＵＡＳＢ流入水とした。表２に洗浄排水と上向流ろ過処理の処理水の性状を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　洗浄排水と上向流ろ過処理の処理水の混合比を変えてＵＡＳＢ流入水のＣＯＤCr濃度（１４０ｍｇ／Ｌ乃至１４００ｍｇ／Ｌ）、ＳＳ濃度（７０ｍｇ／Ｌ乃至１０００ｍｇ／Ｌ）の調整を行ない、実験用有機性排水を調製した。ＵＡＳＢ槽（直径５０ｃｍ、高さ５ｍ、容量１０００Ｌ）を用いてメタン発酵処理実験を行った。
　ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度を１４０ｍｇ／Ｌ→３００ｍｇ／Ｌ→４５０ｍｇ／Ｌ→６００ｍｇ／Ｌ→１０００ｍｇ／Ｌと段階的に変えた場合のＵＡＳＢ処理特性の把握を行った。ＵＡＳＢ処理における通水速度は０．５ｍ／ｈで一定とし、温度は２０℃前後であった。図８に実験結果を示す。
　実験開始後５０日目まではＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度１４０ｍｇ／Ｌ、実験開始後５０日目～１００日目の期間はＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度３００ｍｇ／Ｌ、実験開始後１００日目～１５０日目の期間はＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度４５０ｍｇ／Ｌ、実験開始後１５０日目～１７５日目の期間はＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度６００ｍｇ／Ｌ、実験開始後１７５日目～２００日目の期間はＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度７５０ｍｇ／Ｌ、実験開始後２００日目～２２５日目の期間はＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度１０００ｍｇ／Ｌで実験を行った。
　その結果、ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度４５０ｍｇ／Ｌ以内ではＣＯＤCr除去率６０％以上の安定した処理が得られた。ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度６００ｍｇ／ＬになるとＣＯＤCr除去率は５５％乃至６０％となり、若干低下した。図９にＵＡＳＢ流入水のＣＯＤCr濃度と高濃度汚泥界面（ＵＡＳＢ槽底部からの高さ）との関係を示す。ＵＡＳＢ槽内の汚泥濃度がＭＬＳＳ２０．０ｇ／Ｌ以上を高濃度と定義し、ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度と高濃度汚泥界面（ＵＡＳＢ槽底部からの高さ）を示した。ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度６００ｍｇ／Ｌまでは高濃度汚泥界面はＵＡＳＢ槽底部から２ｍの位置まであったが、ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度７５０ｍｇ／Ｌ以上になると、高濃度汚泥界面は急激に低下する傾向にあった。その後、ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度７５０ｍｇ／Ｌになると、ＣＯＤCr除去率は急激に低下し、ＣＯＤCr除去率は２０％となった。ＵＡＳＢ槽の上部にスカム発生が多くみられ、系外への汚泥の流出が顕著であった。ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度１０００ｍｇ／Ｌになるとさらに処理が悪化し、ＵＡＳＢ槽内での汚泥の維持が出来なくなった。
　以上の結果より、ＵＡＳＢ流入水ＣＯＤCr濃度は６００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは４５０ｍｇ／Ｌ以下が適していることが分かった。
１：固液分離工程（固液分離装置）
２：混合脱気工程（混合脱気槽）
３：上向流メタン発酵工程（上向流メタン発酵槽）
４：好気性生物処理工程（好気性生物処理装置）
５：汚泥処理工程（脱水槽）
６：酸発酵工程（酸発酵槽）
１１：低濃度有機性排水
１２：固液分離水
１３：固液分離汚泥
１４：混合脱気水
１５：メタン発酵処理水
１６：メタン発酵汚泥
１７：好気性生物処理水
１８：好気性生物処理の余剰汚泥
１９：酸発酵処理汚泥

Claims (9)

  1.  ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と固液分離汚泥に分ける固液分離工程、
    当該固液分離汚泥に、当該固液分離水の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気工程、
    当該混合脱気工程で発酵ガスが除去された脱気混合水を上向流式メタン発酵槽にてメタン発酵処理するメタン発酵処理工程、及び
    メタン発酵処理水を当該固液分離水の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理工程
    を備える有機性排水処理方法。
  2.  前記固液分離汚泥を混合脱気工程に供する前に酸発酵処理する酸発酵処理工程をさらに含む、
    請求項１に記載の有機性排水処理方法。
  3.  前記メタン発酵処理工程は、上向流嫌気性汚泥床を有する上向流式メタン発酵装置にて実施される、請求項１又は２に記載の有機性排水処理方法。
  4.  前記好気性生物処理は、生物学的窒素処理である、請求項１～３のいずれか１項に記載の有機排水処理方法。
  5.  前記メタン発酵処理工程に供される混合水は、ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下に調整された混合水である、請求項１～４のいずれか１項に記載の有機排水処理方法。
  6.  ＣＯＤCr値が２００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と固液分離汚泥に分ける固液分離槽、
    当該固液分離汚泥に、当該固液分離水の一部を混合し、発酵ガスを除去する混合脱気槽、
    発酵ガスが除去された脱気混合水をメタン発酵処理する上向流式メタン発酵槽、及び
    メタン発酵処理水を当該固液分離水の残部と混合して、好気性生物処理する好気性生物処理槽
    を備える有機性排水処理装置。
  7.  前記固液分離汚泥を混合脱気槽に供する前に酸発酵処理する酸発酵槽をさらに含む、
    請求項６に記載の有機性排水処理装置。
  8.  前記メタン発酵槽は、上向流嫌気性汚泥床を有する上向流式メタン発酵槽である、請求項６又は７に記載の有機性排水処理装置。
  9.  前記好気性生物処理槽は、生物学的窒素処理槽である、請求項６～８のいずれか１項に記載の有機排水処理装置。
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