(57)【要約】【課題】嫌気性排水処理において簡便な方法により上向流型反応槽を立ち上げる方法を提供する。【解決手段】有機物を含有する排水を、担体を保持する上向流型反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の立ち上げに際して、メタン菌凝集物を種菌として該担体の下方に位置した状態で有機性排水の供給を開始することにより効率的に設備を立ち上げることができる。【選択図】図２
2020000950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する排水を、担体を保持する上向流型反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の立ち上げに際して、該担体および種菌としてメタン菌凝集物を共存させ、該反応槽内の該メタン菌凝集物が該担体の下方に位置した状態で有機性排水の供給を開始することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項２】
前記メタン菌凝集物と担体の投入方法が該反応槽上部に位置する投入口から、最初に該メタン菌凝集物を投入し、次に該担体を投入することを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
【請求項３】
前記メタン菌凝集物がメタン菌グラニュールまたはメタン菌グラニュールの一部または全部を破砕したものである請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法。
【請求項４】
前記担体がポリビニルアルコールゲル担体である請求項１〜３のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含有する排水を担体を保持する上向流型反応槽に通水して嫌気性処理を行う処理方法に関し、より詳細には、担体を保持する上向流型反応槽の効率的な立ち上げ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機物を含有する排水（以下、有機性排水と略記することがある）の処理方法として、メタンガスの回収、再利用が可能な嫌気処理法が広く産業排水の処理方法として広く用いられている。なかでも沈降性が良好なグラニュールを形成させ、有機性排水を上向流で通水し、高負荷高速処理を行うUASB（Upflow Anaerobic Sludge Blanket；上向流嫌気性スラッジブランケット）法は、特に中〜高濃度の排水を処理する方法として発展してきた。このUASB法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いて、さらに高流速で通水し、高負荷で嫌気性処理を行うEGSB（Expanded Granule Sludge Blanket）法も実用化されている。
【０００３】
また、有機性排水の処理方法として、固定床担体や流動床担体を使用する方法も用いられている。固定床担体を使用する方法は、生物膜を保持する支持床を反応槽内部に固定し、その表面に生育する微生物を利用して生物学的に排水を処理するものである。一方、流動床担体を使用する方法は、比重や大きさを調整した担体を反応槽内部で流動させて、担体に生物を増殖させて、当該担体に担持された微生物を利用して生物学的に排水を処理するものである。
【０００４】
流動床担体など微生物を担持させる担体を使用する場合には、担体への微生物増殖に時間が掛かり、装置の立ち上げに時間を要することが問題となる。
【０００５】
担体への微生物増殖を促進する手法として排水処理装置を立ち上げる際にグラニュールなどのメタン菌凝集物を種菌として添加する手法が知られている。特許文献１や特許文献２には担体を用いた嫌気処理方法において、処理槽の立ち上げに際してグラニュールと担体を共存させた状態で排水通水を開始し、担体上でのメタン菌増殖を促進させる手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１１０８２１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１００６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように担体とメタン菌凝集物を共存させて装置を立ち上げる際に注意すべき点は担体とメタン菌凝集物の接触効率であり、接触効率が不十分であると担体への微生物移行が停滞して、装置の立ち上げが遅くなる。
【０００８】
一般的に嫌気処理槽は撹拌機などを用いる完全混合型反応槽と排水を上向流で通水させる上向流型反応槽の２つがある。上向流型反応槽は完全混合型反応槽と比較して撹拌力が弱いため、担体とメタン菌凝集物との接触効率が低く立ち上げに時間が掛かる問題があった。上記の特許文献では完全混合型反応槽や上向流型反応槽について言及はあるものの、上向流型反応槽における立上げ時間の短縮には未だ改善の余地がある。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡便な方法により上向流型反応槽においてメタン菌凝集物と担体の接触効率を向上し、担体上のメタン菌の増殖が促進され、排水処理装置が早く立ち上がる方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、有機物を含有する排水を、担体を保持する上向流型反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の立ち上げに際して、該担体および種菌としてのメタン菌凝集物を共存させ、該反応槽内の該メタン菌凝集物が該担体の下方に位置した状態で有機性排水の供給を開始することを特徴とする有機性排水の処理方法を提供することによって解決される。
【００１１】
このとき、前記メタン菌凝集物と担体の投入方法としては該反応槽上方に位置する投入口から、最初に該メタン菌凝集物を投入し、次に該担体を投入することが好ましい。
【００１２】
また、前記メタン菌凝集物がメタン菌グラニュールまたはメタン菌グラニュールの一部または全部を破砕したものであることが好ましい。
【００１３】
前記担体がポリビニルアルコールゲル担体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上向流型嫌気反応槽を簡便に立ち上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】上向流型反応槽を備えた処理装置の一例を示すブロック図である。
【図２】上向流型反応槽の前段に酸生成槽を備えた処理装置の一例を示すブロック図である
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の有機性排水の処理方法は、有機物を含有する排水を、担体を保持する上向流型反応槽に通水して、該担体に増殖した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の立ち上げに際して、該担体及び種菌としてのメタン菌凝集物を共存させ、該反応槽内の該メタン菌凝集物が該担体の下方に位置した状態で有機性排水の供給を開始することを特徴とする。
【００１７】
完全混合型反応槽であれば撹拌機などの機械撹拌により積極的に混合されるため、担体とメタン菌凝集物の接触効率も高いが、上向流型反応槽内は一般的に通水流速と嫌気性微生物が有機物を分解した際に発生するメタンガスなどの気体による撹拌のみのため、撹拌力が弱く接触効率が低い。また、担体上に嫌気性微生物が増殖して運転が安定化した後は担体上でもガスが発生、付着し、見かけ比重が軽くなることで流動しやすくなるが、立ち上げ初期は担体に嫌気性微生物が付着していないため流動しにくい状態である。
【００１８】
上記のようにメタン菌凝集物を担体の下方に位置させることで通水開始時はメタン菌凝集物が処理を行いガスが発生する。このガス発生により担体とメタン菌凝集物が混和すること及び上向流によりメタン菌凝集物が浮上する過程で担体と接触することで効率的に担体とメタン菌凝集物が接触し担体上の微生物の増殖を促進する効果を奏する。また、メタン菌凝集物と担体を均一混和した形で通水を開始できれば接触効率を高く保つことができるが、撹拌機や水中ポンプなどの撹拌手段を備える必要があるため作業の煩雑性やコスト面で不利である。
【００１９】
ここで、メタン菌凝集物が担体の下方に位置するとは、メタン菌凝集物の層（集合物）と前記反応槽の底部との間に実質的に担体が存在せず、メタン菌凝集物の層上に担体の層が存在する状態をいう。実質的に担体が存在しない、とはメタン菌凝集物の層に対して５体積％以下であればよい。この状態があれば、前記反応槽の底部から順に、メタン菌凝集物、担体、メタン菌凝集物、担体のように担体やメタン菌凝集物の層が複数存在する構成であってもよいし、メタン菌凝集物の集合体の中に担体が包摂される形であってもよい。ただし、最も上方にある担体の層（集合体）と反応槽の天井部との間に実質的にメタン菌凝集物が存在しないことが好ましい。メタン菌凝集物を担体の上方に位置させてしまうとガス発生により担体とメタン菌凝集物が混和すること及び上向流によりメタン菌凝集物が浮上する過程で担体と接触することによる担体上の微生物の増殖を促進する効果が得られにくく、馴養期間が長くなってしまったり、上方にあるメタン菌凝集物が反応槽外に流出しやすくなったりする傾向がある。立上げの際の簡便性と馴養期間の短縮の両立の観点から、前記反応槽の底部から順に、メタン菌凝集物の層と担体の層が一層ずつ存在する構成が好ましい。
【００２０】
メタン菌凝集物を担体の下方に位置させる方法としては上向流型反応槽の上部の投入口から最初にメタン菌凝集物、次に担体を投入する方法が好ましい。ここで言う上向流型反応槽の上部の投入口とはメタン菌凝集物及び担体の見かけ体積と上向流型反応槽の有効体積からメタン菌凝集物及び担体の充填高さを算出し、その高さ以上に配置された投入口を指す。
【００２１】
本発明において種菌として使用するメタン菌凝集物はメタン菌を含んでいれば特に限定されないが、ＵＡＳＢ法やＥＧＳＢ法で使用されているグラニュールまたはそのグラニュールを一部または全部を破砕したものであることが好ましい。
【００２２】
本発明に用いることができる担体としては、ゲル状担体、プラスチック担体、セラミックス担体などが挙げられるが、微生物棲息性に優れた高分子ゲル状担体、特にポリビニルアルコール系ゲル状担体が好ましい。担体の平均粒径は１〜１０ｍｍ、特に２〜６ｍｍであることが好ましい。担体の平均粒径は、ノギスなどを使用して直接測定することもできるし、担体の実体積を測定し換算で求めることもできる。例えば、担体が球状の場合、担体１００個を水が１０ｍｌ入ったメスシリンダーに加え、上がった水位から担体１個当たりの実体積を算出し、球相当径として平均粒径を算出する。球相当径とは担体の体積と等しい体積を有する球の直径のことである。
【００２３】
担体の形状は、限定されるものではなく、立方体、直方体、円柱状、球状、マカロニ状など任意の形状をとることができる。メタン菌凝集物との接触効率を考えると球状が好ましい。
【００２４】
担体の比重は水よりわずかに大きく、上向流型反応槽から流失しない程度に、流動することができる比重であることが好ましい。本発明の処理方法において、比重が水よりわずかに大きい担体を用いることにより、担体を流出させることなくより安定的に排水を処理することができる。かかる観点から、担体の比重は、１．００１以上であることが好ましく、１．００５以上であることがより好ましい。一方、比重は、１．２以下であることが好ましく、１．１以下であることがより好ましく、１．０５以下であることがさらに好ましい。
【００２５】
メタン菌凝集物を効率よく保持するためには、担体の表面から内部に連通孔があいていることが好ましい。担体の表面から内部に連通する孔における孔径は、自由にコントロールできるが、バクテリアのみが担体内部に棲息できるものが好ましく、表面付近の孔径は０．１μｍ以上１００μｍ以下のものが好ましく、０．５μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。表面付近の孔径が０．１μｍよりも小さいとバクテリアが内部に進入できないなどの問題があり、１００μｍよりも大きいとバクテリア以外の大きな生物が侵入し効率が低下する場合がある。担体中心付近の孔径については特に制限はない。
【００２６】
本発明における上向流型反応槽の運転条件はメタン発酵が好適に起こる条件であればよく、例えばｐＨは６．５〜８．０であることが好ましく、必要に応じて酸又はアルカリを添加しｐＨ調整を行なう。また温度は２５〜４０℃、特に３０〜３８℃とすることが好ましい。温度の調整は槽内にスチームを投入する、ヒーターで加温するなどの方法が適宜選択される。
【００２７】
本発明の処理方法によって処理される原水のＣＯＤcr濃度は特に限定されない。しかしながら、本発明の処理方法は、ＣＯＤcr濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは、３０００ｍｇ／Ｌ以上の原水を用いた処理に適している。一方、処理される原水のＣＯＤcr濃度の上限は、通常、５００００ｍｇ／Ｌ以下であり、３００００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
【００２８】
本発明においては立ち上げ初期の容積負荷として１〜５ｋｇ−ＣＯＤCr／ｍ3・日で排水を通水することが好ましい。上向流型反応槽の負荷は、処理性を見ながら選択することができる。たとえば、５〜５０ｋｇ−ＣＯＤCr／ｍ3・日と高負荷をかけることも可能である。
【００２９】
本発明において、上向流型反応槽に投入される担体の量は特に限定されないが、通常、上向流型反応槽の槽容量に対して５〜５０容量％であることが好ましく、５〜４０容量％であることがより好ましく、１０〜３０容量％であることがさらに好ましい。
【００３０】
本発明において、上向流型反応槽に投入されるメタン菌凝集物の量は特に限定されないが、上向流型反応槽の槽容量に対して５〜４０容量％であることが好ましく、１０〜３０容量％であることがより好ましい。
【００３１】
本発明において、上向流型反応槽の上向流速は内部の混和性を確認しながら適宜選択されるが、混和を促進する観点から０．５ｍ／ｈｒ以上が好ましい。また、上向流速が速過ぎるとメタン菌凝集物のウォッシュアウトが促進されるため好ましくない。よって１０ｍ／ｈｒ以下が好ましく６ｍ／ｈｒ以下がさらに好ましい。上向流速を適宜制御する方法としては、上向流型反応槽から排出される処理水を上向流型反応槽前段に返送する方法や上向流型反応槽の内部循環により制御する方法がある。ここで言う上向流速とは上向流型反応槽底部に通水される総水量を上向流型反応槽の断面積で除した値である。
【００３２】
上向流型反応槽の前段には排水性状によって酸生成槽やｐＨ調整槽を設けることができる。例えば排水中にタンパク質やアミノ酸などのメタン発酵菌が直接資化できない物質が含有されているときは上向流型反応槽の前段に酸生成槽を設置し、酸生成菌によって有機物を有機酸に分解し、上向流型反応槽でメタン発酵菌が有機酸を分解しメタンガスを生成する。排水のｐＨがメタン発酵の好適な範囲を外れている場合は前段でｐＨ調整を行うことができる。
【００３３】
以上に述べた通り、本発明によれば、担体を保持する上向流型反応槽の立ち上げでメタン菌凝集物を種菌として共存させる場合に上向流型反応槽内のメタン菌凝集物が担体の下方に位置した状態で有機性排水の供給を開始することで、両者の接触効率が向上し、担体上のメタン菌増殖が促進され装置を早く立ち上げることが可能となる。
【実施例】
【００３４】
［実施例１］
図２に示す嫌気性排水処理装置を用い、下記に示す条件で嫌気性排水処理を実施した。図２に示す装置は酸生成槽２５と上向流型反応槽２０を有するものである。
【００３５】
（条件）
原水：糖類含有排水
酸生成槽の容量：７．５Ｌ
上向流型反応槽の容量：１０Ｌ（直径：１５ｃｍ、高さ：５７ｃｍの円筒形容器）
上向流型反応槽におけるグラニュールの充填量：１０容量％（槽容積に対する）
上向流型反応槽における担体の充填量：３０容量％（槽容積に対する）
原水のＣＯＤCr濃度：５０００ｍｇ／Ｌ
【００３６】
初めに、図２に示す装置において、メタン菌凝集物としてグラニュールを槽容積１０Ｌの上向流型反応槽２０の天井部より添加し、底部に堆積させた。次に平均粒径が約４ｍｍのポリビニルアルコール系ゲル状担体（比重１．０２）を上向流型反応槽２０の天井部よりグラニュールの上方に添加した。その後、原水を酸生成槽２５、上向流型反応槽２０の順に流入させた。当該原水に含まれる糖類などの有機化合物は酸生成槽２５で有機酸に分解され、酸生成槽２５で前処理された排水は上向流型反応槽２０へ流入し、グラニュールおよび担体に担持されたメタン菌により処理される。このときの各槽のｐＨは６．５〜８．０となるように酸生成槽２５に苛性ソーダで適宜調整した。また水温は３２〜３８℃となるように調整した。装置の立ち上げは原水流量２Ｌ／日（ＣＯＤCr容積負荷１．０ｋｇ／ｍ3・日）で開始し、徐々に原水流量を上げて容積負荷を上げていった。このとき、上向流型反応槽２０の上向流速が１ｍ／ｈｒになるように上向流型反応槽２０への流入量を処理水の返送量で適宜調整した。途中、微細化したグラニュールが処理水に混入していることが観察され徐々にグラニュール自体は減っていったが担体に菌が増殖していった。その結果、約１．５か月でＣＯＤCr容積負荷２０ｋｇ／ｍ3・日に到達し、除去率は８５％と良好であった。なお、ＣＯＤCr容積負荷は原水のＣＯＤCrと上向流型反応槽の容積から計算した。
【００３７】
［比較例１］
初めに上向流型反応槽２０の天井部より担体を添加し底部に堆積させた後に、担体の上方にグラニュールを添加した以外は実施例１と同様の条件で立ち上げを開始した。ＣＯＤCr容積負荷１．０〜５．０ｋｇ／ｍ3・日では除去率８５％と安定的に推移していたが、それ以上の負荷を掛けると除去率が低下し、約１．５か月ではＣＯＤCr容積負荷２０ｋｇ／ｍ3・日に到達しなかった。実施例１と同様にＣＯＤCr容積負荷を上げる過程で微細化したグラニュールが徐々に流出していたが、大部分のグラニュールが担体より上方にあったため担体との接触効率が低く担体への菌の付着が進まなかったため立ち上げが遅くなったと考えられる。
【００３８】
［比較例２］
上向流型反応槽２０にグラニュールと担体を入れて、槽内を撹拌、静置した後に原水の通水を開始した以外は実施例１と同様の条件で立ち上げを開始した。実施例１と同様に途中で微細化したグラニュールの流出が確認されたが、約１．５か月でＣＯＤCr容積負荷１．０〜２０ｋｇ／ｍ3・日に到達し、除去率は８５％であった。これは最初に担体とグラニュールを撹拌し均一化された状態で通水を開始することで、担体とグラニュールの接触性が高い状態で担体の馴養が行われるため実施例１と同等の結果となると考えられる。一方、大型の設備になると初期に撹拌し均一混和することは容易ではない。
【００３９】
以上の結果から、上向流型反応槽の立ち上げの際にメタン菌凝集物が担体の下方に位置した状態で有機性排水の供給を開始することで、両者の接触効率が向上し、担体上のメタン菌増殖が促進されることが確認でき簡便な方法で装置を早く立ち上げることができた。
【符号の説明】
【００４０】
１０、２０  上向流型反応槽
１１、２４  原水
１２、２２  処理水
１３、２３  返送される処理水
２１  酸生成槽から上向流型反応槽に導入される排水
２５  酸生成槽
【図１】
2020000950.tif 000003
【図２】
2020000950.tif 000004