(57)【要約】      （修正有）【課題】微生物による懸濁物質（ＳＳ）の分解に必要な滞留時間を確保し、ＳＳ以外の成分に係る処理効率の低下を抑制することで有機性排水の処理効率を向上させた、排水処理装置及び排水処理方法の提供。【解決手段】ＳＳが嫌気処理槽３内に滞留する時間を確保し、かつ第１処理水Ｗ１はＳＳの阻害を受けずに嫌気処理を進行させる排水処理装置１ａで、嫌気処理槽３と嫌気処理槽３に流入する被処理水ＷＯをＳＳと第１処理水に固液分離する分離部２とを備え、嫌気処理槽へのＳＳの投入位置は、第１処理水の供給位置よりも、第２処理水の排出部から見て遠い構成の排水処理装置１ａ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を嫌気処理する排水処理装置において、
嫌気処理槽と、
前記嫌気処理槽に流入する被処理水を、懸濁物質と第１処理水に固液分離する分離部と、を備え、
前記分離部で分離した懸濁物質を前記嫌気処理槽に投入する位置は、前記第１処理水を前記嫌気処理槽に供給する位置よりも、前記嫌気処理槽から排出される第２処理水の排出部から見て遠いことを特徴とする、排水処理装置。
【請求項２】
有機性排水を嫌気処理する排水処理装置において、
嫌気処理槽と、
前記嫌気処理槽に流入する被処理水を、懸濁物質と第１処理水に固液分離する分離部と、を備え、
前記分離部で分離した懸濁物質を前記嫌気処理槽に投入する位置は、前記第１処理水を前記嫌気処理槽に供給する位置よりも、鉛直方向下方であることを特徴とする、排水処理装置。
【請求項３】
前記嫌気処理槽は、懸濁物質を保持する保持層を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記嫌気処理槽は、多孔質体と嫌気微生物が積層されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記嫌気処理槽に対する前記懸濁物質の投入量及び前記第１処理水の供給量を、それぞれ制御する制御機構を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【請求項６】
有機性排水を嫌気処理する排水処理方法において、
嫌気処理槽で被処理水を嫌気処理する嫌気処理ステップと、
前記嫌気処理ステップに流入する被処理水を、懸濁物質と第１処理水に固液分離する分離ステップと、を備え、
前記分離ステップで分離した懸濁物質を前記嫌気処理槽に投入する位置は、前記第１処理水を前記嫌気処理槽に供給する位置よりも、前記嫌気処理槽から排出される第２処理水の排出部から見て遠いことを特徴とする、排水処理方法。
【請求項７】
有機性排水を嫌気処理する排水処理方法において、
嫌気処理槽で被処理水を嫌気処理する嫌気処理ステップと、
前記嫌気処理ステップに流入する被処理水を、懸濁物質と第１処理水に固液分離する分離ステップと、を備え、
前記分離ステップで分離した懸濁物質を前記嫌気処理槽に投入する位置は、前記第１処理水を前記嫌気処理槽に供給する位置よりも、鉛直方向下方であることを特徴とする、排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気処理を行う排水処理装置及び排水処理方法に関するものである。特に、懸濁物質を含む排水の嫌気処理を行う排水処理装置及び排水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機物を含む排水（有機性排水）を処理する方法として、種々の微生物を利用した生物処理が知られている。特に、嫌気的な環境下での生物処理（以下、「嫌気処理」と呼ぶ）は、曝気動力が不要で、余剰汚泥がほとんど発生しないことなど、導入に係るメリットが高いことが挙げられる。
【０００３】
このような嫌気処理によって、固形分として懸濁物質（以下、「ＳＳ」という。）を含む有機性排水を処理することが行われている。
一方、ＳＳを含む有機性排水を微生物が付着した担体（以下、「微生物保持担体」という。）を用いて処理する場合、ＳＳは生物難分解性であるため、微生物保持担体と排水中のＳＳ以外の成分（有機物）との接触を低下させ、処理効率を低下させることが知られている。
【０００４】
特許文献１には、ＳＳを含む有機性排水の処理方法として、嫌気性微生物が付着した微生物保持担体を充填した充填床を有する反応槽の上部から、被処理水（ＳＳを含む有機性排水）を流入し、ＳＳは充填床の吸着・濾過効果で除去し、被処理水中の溶解成分（有機物）は嫌気性微生物により処理を行うとともに、ＳＳの吸着による充填床の閉塞を代謝ガス又は不活性ガスの吹き込みにより除去し、反応槽外に排出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２７７１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された処理方法においては、ＳＳは微生物保持担体に対して付着しにくくなっているため、排水中の有機物の処理効率の低下は抑制されるものと考えられる。しかし、特許文献１に記載された処理方法では、ＳＳについては反応槽外に排出するため、別途ＳＳの処理を行う必要があり、処理に係るコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
一方、ＳＳは生物難分解性ではあるが、十分な滞留時間を設けることで、微生物によるＳＳの分解（以下、単に「ＳＳ分解」ともいう。）が進行する。したがって、ＳＳを含む有機性排水中の有機物及びＳＳの処理を嫌気処理により行う場合、ＳＳ分解に必要な滞留時間を確保することと、排水中のＳＳ以外の成分（有機物）に係る処理に対するＳＳによる阻害を抑制することを同時に行う必要がある。
【０００８】
本発明の課題は、有機性排水に対して嫌気処理を行う排水処理装置及び排水処理方法において、微生物によるＳＳの分解に必要な滞留時間を確保するとともに、有機性排水中のＳＳ以外の成分に係る処理効率の低下を抑制することで、ＳＳを含む有機性排水の処理効率を向上させることができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、被処理水としてＳＳを含む有機性排水に対して嫌気処理を行う排水処理装置及び排水処理方法において、被処理水をＳＳと処理水に分離し、分離したＳＳと処理水を嫌気処理槽に対して別々に投入することで、嫌気処理槽内でＳＳと処理水の処理を効果的及び効率的に行うことができることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の排水処理装置及び排水処理方法である。
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の排水処理装置は、有機性排水を嫌気処理する排水処理装置において、嫌気処理槽と、嫌気処理槽に流入する被処理水を、ＳＳと第１処理水に固液分離する分離部と、を備え、分離部で分離したＳＳを嫌気処理槽に投入する位置は、第１処理水を嫌気処理槽に供給する位置よりも、嫌気処理槽から排出される第２処理水の排出部から見て遠いという特徴を有する。
本発明の排水処理装置によれば、被処理水をＳＳ及び第１処理水に分離し、嫌気処理槽へのＳＳの投入位置を第１処理水の供給位置よりも第２処理水の排出部から遠くすることで、ＳＳが嫌気処理槽内に滞留する時間を確保し、かつ第１処理水はＳＳの阻害を受けずに嫌気処理を進行させることができる。これにより、ＳＳを含む排水を効果的及び効率的に処理することが可能となる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための本発明の排水処理装置は、有機性排水を嫌気処理する排水処理装置において、嫌気処理槽と、嫌気処理槽に流入する被処理水を、ＳＳと第１処理水に固液分離する分離部と、を備え、分離部で分離したＳＳを嫌気処理槽に投入する位置は、第１処理水を嫌気処理槽に供給する位置よりも、鉛直方向下方であるという特徴を有する。
本発明の排水処理装置によれば、被処理水をＳＳ及び第１処理水に分離し、嫌気処理槽へのＳＳの投入位置を第１処理水の供給位置よりも鉛直方向下方にすることで、ＳＳが嫌気処理槽内に滞留する時間を確保し、かつ第１処理水はＳＳの阻害を受けずに嫌気処理を進行させることができる。これにより、ＳＳを含む排水を効果的及び効率的に処理することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、嫌気処理槽は、ＳＳを保持する保持層を有しているという特徴を有する。
この特徴によれば、ＳＳが嫌気処理槽内に滞留する時間をより確実に確保し、ＳＳ分解をより効果的に行うことが可能となる。
【００１３】
また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、嫌気処理槽は、多孔質体と嫌気微生物が積層されているという特徴を有する。
この特徴によれば、ＳＳを投入してＳＳ分解を行う領域と、第１処理水を供給して嫌気処理を行う領域を区画することができる。これにより、それぞれの領域における処理効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、嫌気処理槽に対する懸濁物質の投入量及び第１処理水の供給量を、それぞれ制御する制御機構を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、嫌気処理槽に対するＳＳの投入量及び第１処理水の供給量を制御することで、第１処理水の処理効率を高い状態で維持するとともに、ＳＳが保持層から剥離することを抑制し、ＳＳ分解に必要な滞留時間をより確保することが可能となる。
【００１５】
上記課題を解決するための本発明の排水処理方法は、有機性排水を嫌気処理する排水処理方法において、嫌気処理槽で被処理水を嫌気処理する嫌気処理ステップと、嫌気処理ステップに流入する被処理水を、懸濁物質と第１処理水に固液分離する分離ステップと、を備え、分離ステップで分離した懸濁物質を嫌気処理槽に投入する位置は、第１処理水を嫌気処理槽に供給する位置よりも、嫌気処理槽から排出される第２処理水の排出部から見て遠いという特徴を有する。
本発明の排水処理方法によれば、被処理水をＳＳ及び第１処理水に分離し、嫌気処理槽へのＳＳの投入位置を第１処理水の供給位置よりも第２処理水の排出部から遠くすることで、ＳＳが嫌気処理槽内に滞留する時間を確保し、かつ第１処理水はＳＳの阻害を受けずに嫌気処理を進行させることができる。これにより、ＳＳを含む排水を効果的及び効率的に処理することが可能となる。
【００１６】
また、上記課題を解決するための本発明の排水処理方法は、有機性排水を嫌気処理する排水処理方法において、嫌気処理槽で被処理水を嫌気処理する嫌気処理ステップと、嫌気処理ステップに流入する被処理水を、懸濁物質と第１処理水に固液分離する分離ステップと、を備え、分離ステップで分離した懸濁物質を嫌気処理槽に投入する位置は、第１処理水を嫌気処理槽に供給する位置よりも、鉛直方向下方であるという特徴を有する。
本発明の排水処理方法によれば、被処理水をＳＳ及び第１処理水に分離し、嫌気処理槽へのＳＳの投入位置を第１処理水の供給位置よりも鉛直方向下方にすることで、ＳＳが嫌気処理槽内に滞留する時間を確保し、かつ第１処理水はＳＳの阻害を受けずに嫌気処理を進行させることができる。これにより、ＳＳを含む排水を効果的及び効率的に処理することが可能となる
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、有機性排水に対して嫌気処理を行う排水処理装置及び排水処理方法において、微生物によるＳＳの分解に必要な滞留時間を確保するとともに、有機性排水中のＳＳ以外の成分に係る処理効率の低下を抑制することで、ＳＳを含む有機性排水の処理効率を向上させることができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施態様に係る排水処理装置の概略説明図である。
【図２】本発明の第１の実施態様に係る排水処理装置の別の態様を示す概略説明図で    ある。
【図３】本発明の第２の実施態様に係る排水処理装置の概略説明図である。
【図４】本発明の第３の実施態様に係る排水処理装置の概略説明図である。
【図５】本発明の第４の実施態様に係る排水処理装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の排水処理装置及び排水処理方法は、有機性排水の嫌気処理において利用されるものである。特に、ＳＳを含む有機性排水の嫌気処理に好適に利用されるものである。
【００２０】
本発明におけるＳＳは、水中に浮遊または懸濁している直径２ｍｍ以下の粒子状物質であって、特に生物難分解性の有機物又は有機物の凝集体を指すものである。このようなＳＳの具体的な例としては、例えば、油脂や、糖類及びタンパク質等が凝集したものなどが挙げられる。なお、ＳＳはこれに限定されるものではなく、嫌気処理が可能なＳＳであれば、本発明におけるＳＳに相当する。
【００２１】
また、本発明の処理対象であるＳＳを含む有機性排水とは、食品工場、化学工場、紙パルプ工場等の各種工場から排出される工業排水や、下水などの生活排水が挙げられる。なお、ＳＳを含む有機性排水はこれに限定されるものではなく、嫌気処理が可能な有機物及びＳＳを含む排水であれば、本発明の処理対象となる。このような排水としては、例えば、家畜糞尿、汚泥（余剰汚泥）を含む有機性排水などが挙げられる。
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る排水処理装置及び排水処理方法の実施態様を詳細に説明する。なお、本発明の排水処理方法については、以下の本発明に係る排水処理装置の構造及び作動の説明に置き換えるものとする。また、実施態様に記載する排水処理装及び排水処理方法については、本発明に係る排水処理装置及び排水処理方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
【００２３】
［第１の実施態様］
図１は、本発明の第１の実施態様の排水処理装置の概略説明図である。
本発明に係る排水処理装置１ａは、図１に示すように、ＳＳを含む有機性排水を被処理水ＷＯとし、被処理水ＷＯをＳＳと第１処理水Ｗ１に固液分離する分離部２と、分離部２で分離したＳＳと第１処理水Ｗ１を導入して嫌気処理を行い、第２処理水Ｗ２を排出する嫌気処理槽３を備えるものである。ここで、分離部２で固液分離された処理水を第１処理水Ｗ１、嫌気処理槽３で嫌気処理された処理水を第２処理水Ｗ２として区別している。
また、分離部２に対して被処理水ＷＯを導入するための導入配管であるラインＬ１と、分離部２で分離したＳＳを嫌気処理槽３に対して導入するための導入配管であるラインＬ２と、分離部２で分離した第１処理水Ｗ１を嫌気処理槽３に対して導入するための導入配管であるラインＬ３と、嫌気処理槽３から排出される第２処理水Ｗ２を系外に排出するための排出配管であるラインＬ４を有している。
なお、図１の矢印は水の流れを示すものである。
【００２４】
分離部２は、被処理水ＷＯをＳＳと第１処理水Ｗ１に分離する分離ステップを行うためのものである。また、分離部２は、分離槽２１を備えている。なお、被処理水ＷＯは、嫌気処理槽３に直接あるいは間接的に流入するものを指しており、図１で示したように、工場などから排出されるＳＳを含む有機性排水や、後述する図２で示すような嫌気処理槽３で一度処理された第２処理水Ｗ２を返送したものが挙げられる。
【００２５】
図１に示すように、ラインＬ１を介して被処理水ＷＯが分離槽２１内に供給される。分離槽２１内では、被処理水ＷＯをＳＳとＳＳ以外の成分（第１処理水Ｗ１）に分離する。
【００２６】
分離槽２１内での分離手段は特に限定されない。例えば、被処理水ＷＯを分離槽２１内に供給した後、静置することで、ＳＳを分離槽２１内の上部（水面）に浮上させることや、分離槽２１内の下部に自然沈降させることが挙げられる。また、ＳＳの浮上又は自然沈降が遅い場合や、ＳＳの含有量が多い場合には、凝集剤を添加してＳＳの沈降を促進させるものとすることや、気体又は加圧水の供給によってＳＳの浮上を促進させることなどが挙げられる。なお、気体や加圧水を供給してＳＳを浮上分離する場合、嫌気処理への影響を鑑み、不活性ガスなどのような酸素を含まないものを用いることが好ましい。
【００２７】
分離槽２１で分離された後のＳＳは、分離槽２１の上部側及び底部側に設けられたラインＬ２を介して、嫌気処理槽３へ投入される。また、分離槽２１で分離された第１処理水Ｗ１は、分離槽２１の中央部又は中央部近傍に設けられたラインＬ３を介して、嫌気処理槽３へ供給される。なお、ラインＬ３の配置及び本数は、ＳＳが除去された第１処理水Ｗ１を回収し、嫌気処理槽３に供給することができるものであれば特に限定されない。例えば、分離槽２１に対して複数のラインＬ３を設け、分離槽２１内の水位に合わせて第１処理水Ｗ１が回収できるようにすることなどが挙げられる。
【００２８】
嫌気処理槽３は、分離部２から導入されるＳＳ及び第１処理水Ｗ１を嫌気処理する嫌気処理ステップを行うための反応槽である。
嫌気処理槽３は、図１に示すように、ＳＳの投入部であるＳＳ投入口３１、第１処理水Ｗ１の供給部である第１処理水供給口３２、及び第２処理水Ｗ２の排出部である第２処理水排出口３３を備えている。なお、ＳＳ投入口３１、第１処理水供給口３２、第２処理水排出口３３の位置関係は、ＳＳと第１処理水Ｗ１を導入する位置がそれぞれ異なっており、ＳＳが嫌気処理槽３に滞留する時間を確保することができるものであればよい。
例えば、図１に示すように、ＳＳ投入口３１は、第１処理水供給口３２よりも、第２処理水排出口３３から見て遠い位置にあるように配置されることが挙げられる。また、このとき、ＳＳ投入口３１は第１処理水供給口３２よりも嫌気処理槽３の鉛直方向下方に配置することが挙げられる。これにより、ＳＳは第１処理水Ｗ１よりも嫌気処理槽３内に長く滞留することが可能となる。
【００２９】
図１に示すように、嫌気処理槽３の下部に設けられたＳＳ投入口３１からラインＬ２を介してＳＳが嫌気処理槽３に投入される。また、ＳＳ供給口３１よりも嫌気処理槽３の鉛直方向上方に設けられた第１処理水供給口３２からラインＬ３を介して第１処理水Ｗ１が嫌気処理槽３内に供給される。
嫌気処理槽３では、内部に収容する嫌気性微生物Ｍにより、ＳＳ及び第１処理水中に含まれる成分の分解が行われる。嫌気処理後の第２処理水Ｗ２は、嫌気処理槽３の上部に設けられた第２処理水排出口３３からラインＬ４を介して嫌気処理槽３から排出される。
なお、嫌気処理槽３は、密閉系とし、嫌気的環境を維持することが好ましい。また、嫌気処理槽３内で安定した上向流を形成するように、ラインＬ２〜Ｌ４にポンプを設けるものとしてもよい（不図示）。
【００３０】
嫌気処理槽３内には、ＳＳを保持する保持層３４が形成されている。
保持層３４は、嫌気処理槽３の下部に形成されており、ＳＳ投入口３１からＳＳが投入されるものである。なお、保持層３４には有機物の嫌気処理やＳＳ分解に係る嫌気性微生物Ｍも存在している。
【００３１】
嫌気性微生物Ｍは、有機物の嫌気処理及びＳＳ分解を行うことができる微生物であればよく、微生物の具体的な種類及び組み合わせについては特に限定されない。例えば、嫌気処理としてメタン発酵処理を行う場合、嫌気性微生物Ｍとしては酸生成菌及びメタン生成菌が挙げられる。なお、酸生成菌には、ＳＳ分解に用いられる油脂、糖、タンパク質などの分解菌等も含まれる。その他の嫌気性微生物Ｍとしては、硝酸・亜硝酸の還元を行う脱窒処理に用いられる脱窒菌や、硫酸の還元を行う硫酸還元処理に用いられる硫酸還元菌等が挙げられる。
【００３２】
本実施態様の嫌気性微生物Ｍとしては、単離された微生物を用いるものであってもよく、他の排水処理設備等からの種汚泥を用いるものであってもよい。また、被処理水ＷＯ中や第１処理水Ｗ１中に含まれる嫌気性微生物Ｍを活用するものであってもよい。
【００３３】
保持層３４としては、ＳＳの吸着性が高く、かつ水よりも比重が大きい担体を用いることが挙げられる。また、担体としては、多孔質体Ｐを用いることが好ましい。
多孔質体Ｐとしては、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカ、珪藻土、カオリンなどの無機吸着剤や、ゲル状吸着剤、ＰＶＡなどの有機吸着剤が挙げられる。なお、ゲル状吸着剤や有機吸着剤に比重調整剤を添加したものとしてもよい。特に、多孔質体Ｐとしては、ＳＳを吸着する能力に加えて、嫌気性微生物Ｍを保持する能力が高いものを用いることが好ましい。このような多孔質体Ｐとしては、活性炭が挙げられる。
【００３４】
また、多孔質体Ｐの形態（形状、サイズ等）としては、特に限定されない。例えば、微粒子として用いるものであってもよく、成形体として用いるものであってもよい。成形体の形状としては、例えば、球状、ペレット状、ハニカム状、小円筒状、チューブ状、立方体状、直方体状等が挙げられる。また、複数の形状を組み合わせるものであってもよい。
【００３５】
保持層３４として用いる担体（多孔質体Ｐ）の比重を水よりも大きくすることで、嫌気処理槽３の下部に保持層３４を安定して形成することが可能となる。また、担体にＳＳを吸着させることで、嫌気処理槽３下部にＳＳを保持し、ＳＳ分解に必要な滞留時間を確保することが可能となる。このとき、保持層３４は、微生物保持担体としても機能するため、ＳＳ分解を効果的かつ効率的に促進することが可能となる。
【００３６】
また、嫌気処理槽３には、第１処理水供給口３２から第１処理水Ｗ１が供給される。なお、第１処理水Ｗ１を供給する箇所は、ＳＳを投入する箇所よりも第２処理水排出口３３に近く、ＳＳ投入口３１よりも鉛直方向上方であれば特に限定されない。例えば、第１処理水Ｗ１を保持層３４内の上部に供給することや、第１処理水Ｗ１を保持層３４の上部に別途設けられた嫌気性微生物又は微生物保持担体などの層に供給することなどが挙げられる。なお、保持層３４の上部に別途層を設けることについては別態様として後述する。
【００３７】
本実施態様として、第１処理水Ｗ１を保持層３４内に供給する場合について説明する。
本実施態様における排水処理装置１ａでは、図１に示すように、ＳＳが投入される保持層３４ａよりも上方側の保持層３４ｂに第１処理水Ｗ１が供給される。これにより、保持層３４ａでは、ＳＳ分解に係る処理が進行し、保持層３４ｂでは、ＳＳによる阻害を受けることなく第１処理水Ｗ１中のＳＳ以外の成分（有機物）の嫌気処理が進行する。また、保持層３４ａでＳＳ分解されたものは、保持層３４ｂを経て第２処理水排出口３３から排出されるため、嫌気処理に係る処理効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
また、本実施態様の排水処理装置１ａにおいて、第２処理水排出口３３から排出された第２処理水Ｗ２の一部を、分離部２又は嫌気処理槽３に返送し、循環させるものとしてもよい（不図示）。これにより、被処理水ＷＯの処理効率をより向上させることが可能となる。
なお、第２処理水Ｗ２を嫌気処理槽３に返送する場合、第２処理水Ｗ２の返送箇所は、ＳＳ投入口３１よりも鉛直方向上方とし、返送された第２処理水Ｗ２を保持層３４ｂに供給することが好ましい。また、第２処理水Ｗ２を返送する返送ラインをラインＬ３に接続し、第１処理水Ｗ１と同じ箇所（第１処理水供給口３２）から第２処理水Ｗ２を供給するものとしてもよい。これにより、ＳＳ成分の少ない第２処理水Ｗ２についても、第１処理水Ｗ１と同様、ＳＳによる阻害を受けることなく嫌気処理を進行させることが可能となる。
【００３９】
本実施態様における排水処理装置における嫌気処理ステップとして、メタン発酵処理を行う場合について説明する。
嫌気処理槽３でメタン発酵処理を行う場合、嫌気処理槽３内部に収容する酸生成菌により、嫌気処理槽３内に供給される被処理水ＷＯ（第１処理水Ｗ１及びＳＳ）中の糖、タンパク質及び油脂などの固体や高分子有機物を分解して、単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸を生成する酸生成工程と、嫌気処理槽３内部に収容するメタン生成菌により、被処理水ＷＯ（第１処理水Ｗ１及びＳＳ）中の単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸等の炭素源からメタンを生成するメタン生成工程により、メタン発酵が進行する。
【００４０】
まず、嫌気処理槽３内に投入されたＳＳは、保持層３４ａ内の多孔質体Ｐと接触することで、多孔質体Ｐ表面に付着する。また、多孔質体Ｐには、ＳＳ分解に係る嫌気性微生物Ｍ（酸生成菌、油脂分解菌、メタン菌等）が付着、保持されているため、多孔質体Ｐ周辺においてＳＳ分解及び酸生成、メタン発酵工程が進行する。
【００４１】
一方、嫌気処理槽３内に供給された第１処理水Ｗ１は、保持層３４ｂ内の嫌気性微生物Ｍと接触する。ここで、嫌気性微生物Ｍとして、酸生成菌及びメタン生成菌が含まれる。したがって、第１処理水Ｗ１中の有機物に対して、酸生成工程及びメタン生成工程が進行し、メタン発酵処理が行われる。つまり、保持層３４ｂは、嫌気処理領域として機能する。また、保持層３４ｂには、保持層３４ａでＳＳ分解処理されたものが供給される。したがって、分解されたＳＳは、さらにメタン発酵処理を行うことができるため、ＳＳの処理効率が向上する。
【００４２】
このように、嫌気処理槽３内に嫌気性微生物Ｍを収容した保持層３４を形成し、ＳＳと第１処理水Ｗ１をそれぞれ保持層３４内の別の箇所（保持層３４ａ及び３４ｂ）に導入することで、保持層３４ａではＳＳ分解に必要な滞留時間を確保して処理を行うとともに、保持層３４ｂにはＳＳが流入しないため、ＳＳによる阻害を抑制した状態でＳＳ以外の成分（第１処理水Ｗ１及びＳＳ分解処理されたもの）に対するメタン発酵処理を行うことが可能となる。また、多孔質体Ｐが嫌気性微生物Ｍを保持する担体としても機能することで、保持層３４ａ及び保持層３４ｂはそれぞれの処理工程に適した嫌気性微生物Ｍを高濃度に保持した処理領域となり、嫌気処理全体としての処理効率が向上する。
【００４３】
なお、本実施態様における嫌気処理槽３は、さらに付帯する各種設備を設けることができる。例えば、嫌気処理槽３に、内部の水温調整手段、ｐＨ調整剤の投入手段、微生物が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい。特に、嫌気処理として酸生成菌及びメタン生成菌によるメタン発酵を行う場合、嫌気処理槽３に付帯する設備として、メタンガスの回収、精製及び貯留を行う手段を備えるものとすることが好ましい。また、嫌気処理槽３内の上部に、メタンガス、処理水及び固体（多孔質体Ｐや嫌気性微生物Ｍの凝集体等）を分離する分離装置を備えることが好ましい。
また、本実施態様において、嫌気処理ステップとして酸生成菌及びメタン生成菌によるメタン発酵について説明したが、これに限定されるものではなく、他の微生物による嫌気処理を行うものとしてもよい。
【００４４】
本実施態様における排水処理装置１ａとして、図１には、分離部２を嫌気処理槽３の前段に設けるものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、分離部２を嫌気処理槽３の後段に設けるものであってもよい。
【００４５】
排水処理装置１ａの別の態様として、分離部２を嫌気処理槽３の後段に設け、嫌気処理槽３からの第２処理水Ｗ２を被処理水ＷＯとして、ＳＳと第１処理水Ｗ１に固液分離し、ラインＬ２及びラインＬ３を介して嫌気処理槽３に供給するものが挙げられる。
処理条件などによって嫌気処理時にＳＳが形成されることもあるため、嫌気処理槽３内で形成されたＳＳが第２処理水Ｗ２に混入することも考えられる。したがって、分離部２を嫌気処理槽３の後段に設けることで、被処理水ＷＯとして、嫌気処理槽３から排出されるＳＳを含む処理水を処理対象とすることができる。
【００４６】
図２は、本実施態様における排水処理装置の別の態様を示すものである。
図２に示すように、嫌気処理槽３にラインＬ１を介して有機性排水が導入され、嫌気処理槽３で嫌気処理される。そして、嫌気処理槽３からの第２処理水Ｗ２を被処理水ＷＯとして、分離部に２に導入する。分離槽２１で分離されたＳＳは、ラインＬ２を介してＳＳ投入口３１から嫌気処理槽３に投入される。また、分離槽２１で分離された第１処理水Ｗ１は、ラインＬ３及びラインＬ１を介して第１処理水供給口３２から嫌気処理槽３に供給される。また、第１処理水Ｗ１の一部はラインＬ３から分岐して系外に排出されるものとする。
これにより、嫌気処理槽３からＳＳを含む処理水が排出される場合において、排出されたＳＳを分離して嫌気処理槽３に返送することにより、ＳＳの処理を行うことが可能となる。
【００４７】
また、排水処理装置１ａの別の態様として、分離部２を嫌気処理槽３の前後に設けるものとしてもよい。これにより、本発明の排水処理装置１ａは、工場などから排出されるＳＳを含む有機性排水に加えて、嫌気処理槽３で発生するＳＳを含む処理水についても処理を行うことが可能となる。
【００４８】
以上のように、本実施態様の排水処理装置１ａ及び排水処理方法により、嫌気処理槽に流入する被処理水をＳＳと第１処理水に分離し、分離したＳＳと第１処理水を嫌気処理槽に対して別々の箇所に投入することで、嫌気処理槽内でＳＳ分解に必要な滞留時間を確保するとともに、ＳＳ以外の成分に係る処理に対するＳＳによる阻害を抑制することができる。これにより、ＳＳを含む排水の嫌気処理を効果的及び効率的に行うことが可能となる。
【００４９】
［第２の実施態様］
図３は、本発明の第２の実施態様の排水処理装置１ｂの概略説明図である。
本実施態様に係る排水処理装置１ｂは、図３に示すように、第１の実施態様の排水処理装置１ａにおいて、保持層３４の上部に嫌気処理層３５を設けるものである。
なお、本実施態様における排水処理装置１ｂの構成のうち、第１の実施態様の排水処理装置１ａの構成と同じものについては、説明を省略する。
【００５０】
本実施態様の嫌気処理槽３は、保持層３４としての多孔質体Ｐの上部に、嫌気処理層３５として嫌気性微生物Ｍが積層されている。図３に示すように、嫌気処理槽３の底部から見て、多孔質体Ｐ、嫌気性微生物Ｍの順に積層されている。ここで、ＳＳはラインＬ２及びＳＳ投入口３１を介して保持層３４に投入される。また、第１処理水Ｗ１はラインＬ３及び第１処理水供給口３２を介して嫌気処理層３５に供給される。なお、ＳＳ及び第１処理水Ｗ１は、保持層３４及び嫌気処理層３５にて処理された後、第２処理水Ｗ２としてラインＬ４から嫌気処理槽３外に排出される。
【００５１】
本実施態様の嫌気処理層３５である嫌気性微生物Ｍの形態としては、特に限定されない。例えば、グラニュールと呼ばれる直径０．３〜３ｍｍ程度の微生物の造粒物を用いるものとすることが挙げられる。グラニュールは、自己固定化作用（Self-immobilization）を利用した微生物塊であり、高い菌体濃度を維持することが可能である。また、嫌気性微生物Ｍの別の形態としては、多孔質体Ｐよりも比重の軽い担体に嫌気性微生物Ｍを保持させた微生物保持担体とすることが挙げられる。嫌気性微生物Ｍとしてグラニュール又は微生物保持担体を用いることで、嫌気性微生物Ｍを高濃度に維持した嫌気処理層３５が嫌気処理槽３内に形成される。
【００５２】
本実施態様における多孔質体Ｐと嫌気性微生物Ｍは、それぞれの比重が異なるものを用いる。これにより、多孔質体Ｐと嫌気性微生物Ｍを嫌気処理槽３に導入することで、特段の操作を必要とせず、嫌気処理槽３内において多孔質体Ｐの層（保持層３４）と嫌気性微生物Ｍの層（嫌気処理層３５）が自然に積層状態を形成する。本実施態様における排水処理装置１ｂのように、嫌気処理槽３において被処理水ＷＯ（第１処理水Ｗ１及びＳＳ）が上向流で通過する場合、多孔質体Ｐの比重に対して、嫌気性微生物Ｍの比重が小さくなるような組み合わせのものを用いる。これにより、嫌気処理槽３内で、多孔質体Ｐの層の上に嫌気性微生物Ｍの層が形成された積層状態とすることが可能となる。
【００５３】
多孔質体Ｐと嫌気性微生物Ｍの組み合わせを選択する手段については、特に限定されない。例えば、それぞれの比重を直接測定あるいは算出することが可能な場合においては、得られた比重の値に基づき、多孔質体Ｐと嫌気性微生物Ｍの組み合わせを選択するものとしてもよい。例えば、嫌気性微生物Ｍとして微生物保持担体を用いた場合、用いた担体の比重から、嫌気性微生物Ｍの比重を推計することができ、比重の測定又は算出が容易となる。また、それぞれの比重が直接測定あるいは算出できない場合においては、試験的に多孔質体Ｐと嫌気性微生物Ｍを混合し、二層に分離する組み合わせを選択し、嫌気処理槽３に投入するようにしてもよい。
【００５４】
嫌気処理槽３内に投入する多孔質体Ｐの使用量と嫌気性微生物Ｍの使用量の比率は、特に限定されない。例えば、被処理水ＷＯ中に含有される成分の種類や有機物濃度に応じて決定するものとしてもよく、嫌気処理効率と投入する多孔質体Ｐ及び嫌気性微生物Ｍの使用量に係る処理コストとのバランスに応じて決定するものであってもよい。
【００５５】
本実施態様により、嫌気処理槽に流入する被処理水をＳＳと第１処理水に分離し、分離したＳＳと第１処理水を嫌気処理槽内の別々の層に投入することで、嫌気処理槽内でＳＳ分解に必要な滞留時間を確保するとともに、ＳＳ以外の成分に係る処理に対するＳＳによる阻害を抑制することができる。これにより、ＳＳを含む排水の嫌気処理を効果的及び効率的に行うことが可能となる。
【００５６】
［第３の実施態様］
図４は、本発明の第３の実施態様の排水処理装置１ｃの概略説明図である。
本実施態様に係る排水処理装置１ｃは、図４に示すように、第１の実施態様の排水処理装置１ａにおいて、ＳＳの投入量及び第１処理水Ｗ１の供給量を制御するための制御機構４を備えるものである。
図４における一点破線の矢印は、制御可能に接続されていることを示している。
なお、本実施態様における排水処理装置１ｃの構成のうち、第１の実施態様の排水処理装置１ａの構成と同じものについては、説明を省略する。
【００５７】
制御機構４は、ラインＬ２及びラインＬ３から嫌気処理槽３に導入するＳＳ及び第１処理水Ｗ１の量を制御するためのものである。分離部２で分離されたＳＳと第１処理水Ｗ１では、第１処理水Ｗ１のほうが生成量は多くなる。したがって、嫌気処理槽３には主に第１処理水Ｗ１を供給し、ＳＳの投入量を少なくするように制御することが好ましい。これにより、嫌気処理槽３における第１処理水の処理量を多くし、第１処理水の高い処理効率を維持することができる。また、ＳＳの投入量を少なくすることで、保持層３４ａにおける流量（線速度）を低くしてせん断力を小さくし、多孔質体Ｐに付着したＳＳが剥離することを抑制し、さらにＳＳの滞留時間を確保することが可能となる。
【００５８】
制御機構４としては、ラインＬ２及びラインＬ３の流量を制御できるものであればよく、具体的な構造については特に限定されない。例えば、図４に示すように、ラインＬ２及びラインＬ３に流量調整のための流量調節弁４１、４２と、流量調節弁４１、４２に係る制御部４３を設けることが挙げられる。なお、流量調節弁４１、４２としては、流量調整が可能な機能を有するものであればよく、他の流量調整手段に置き換えるものとしてもよい。
【００５９】
制御部４３では、流量調節弁４１、４２の制御を行い、ラインＬ２及びラインＬ３から嫌気処理槽３に導入されるＳＳ及び第１処理水Ｗ１の量を調整する。
制御部４３における制御の一例としては、嫌気処理槽３に導入する被処理水ＷＯの全体量（第１処理水Ｗ１の供給量とＳＳの投入量の合計）に対して、第１処理水Ｗ１の供給量及びＳＳの投入量の比を設定して調整することや、第１処理水Ｗ１の供給量に対してＳＳの投入量を調整することなどが挙げられる。このとき、第１処理水Ｗ１の供給量に対してＳＳの投入量が１／１００〜１／５程度となるようにすることが好ましい。これにより、第１処理水Ｗ１の処理効率の維持及びＳＳ分解に必要な滞留時間を確保することが可能となる。また、第１処理水Ｗ１の供給量とＳＳの投入量の間に相関関係を持たせず、それぞれを独立して制御するものとしてもよい。
【００６０】
本実施態様により、嫌気処理槽に対するＳＳの投入量及び第１処理水の供給量を制御することで、第１処理水の処理効率を維持するとともに、ＳＳが保持層から剥離することを抑制し、ＳＳ分解に必要な滞留時間を確保することが可能となる。
【００６１】
［第４の実施態様］
図５は、本発明の第４の実施態様の排水処理装置１ｄの概略説明図である。
本実施態様に係る排水処理装置１ｄは、図４に示すように、第３の実施態様の排水処理装置１ｃにおいて、分離部２にＳＳ検出部４４を設け、ＳＳ検出部４４の検出結果に基づき、制御機構４による制御を行うものである。
なお、本実施態様における排水処理装置１ｄの構成のうち、第３の実施態様の排水処理装置１ｃの構成と同じものについては、説明を省略する。
【００６２】
ＳＳ検出部４４は、分離部２の分離槽２１に設けられ、分離槽２１内で分離されたＳＳを検出するためのものである。
ＳＳ検出部４４は、図５に示すように、分離槽２１の上部と下部に設けられている。また、図５に示すように、ＳＳ検出部４４は、分離槽２１の上部に２カ所（ＳＳ検出部４４ａ及び４４ｂ）、下部に２カ所（ＳＳ検出部４４ｃ及び４４ｄ）ずつ、所定間隔をあけて設けられている。分離槽２１の上部に設けられたＳＳ検出部４４ａ及び４４ｂにより、浮上分離したＳＳの量を推計することが可能となる。また、分離槽２１の下部に設けられたＳＳ検出部４４ｃ及び４４ｄにより、沈降分離したＳＳの量を推計することが可能となる。これにより、分離槽２１内におけるＳＳの量に係る情報を得ることができる。
【００６３】
ＳＳ検出部４４としては、ＳＳを検出することができるものであれば特に限定されない。例えば、濁度計のほかに、分離槽２１の上部に設けられたＳＳ検出部４４ａ及び４４ｂとしては界面計を用いることが挙げられる。
【００６４】
制御部４３は、ＳＳ検出部４４で得られた検出結果に基づき、分離槽２１内のＳＳの量に応じて流量調節弁４１を制御することでＳＳの投入量を制御する。例えば、ＳＳ検出部４４ａ及び４４ｂでのＳＳの検出がないときや、ＳＳ検出部４４ｃでのＳＳの検出がないときなど、分離槽２１内で分離されたＳＳの量が少ない場合に、ラインＬ２からの投入量を減少させ、ＳＳ分解に係る処理負荷が減少することで嫌気処理槽３における処理効率を向上させることが可能となる。一方、ＳＳ検出部４４ａ及び４４ｂでＳＳが検出されたときや、ＳＳ検出部４４ｃでＳＳが検出されたときなど、分離槽２１内のＳＳの量が多い場合に、ラインＬ２からの投入量を増加させ、必要なＳＳ分解処理を進行させることが可能となる。
【００６５】
また、制御部４３によって流量調節弁４１を制御し、ＳＳの投入量を制御する際、第１処理水Ｗ１の供給量も制御するものとしてもよい。例えば、第３の実施態様において説明したように、ＳＳの投入量と第１処理水Ｗ１の供給量の相関関係に基づき、流量調節弁４２の制御を行うものとすることが挙げられる。これにより、嫌気処理槽３に導入するＳＳの投入量及び第１処理水Ｗ１の供給量を最適化し、嫌気処理槽３における嫌気処理効率を高い状態で維持することが可能となる。
【００６６】
本実施態様により、嫌気処理槽に対するＳＳの投入量及び第１処理水の供給量を制御することで、第１処理水の処理効率を維持するとともに、ＳＳが保持層から剥離することを抑制し、ＳＳ分解に必要な滞留時間を確保することが可能となる。これにより、嫌気処理槽における処理効率を高い状態で維持することが可能となる。
【００６７】
なお、上述した実施態様は排水処理装置及び排水処理方法の一例を示すものである。本発明に係る排水処理装置及び排水処理方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る排水処理装置及び排水処理方法を変形してもよい。
【００６８】
本発明の排水処理装置は、実施態様において例示した排水処理装置を組み合わせてなるものとしてもよい。例えば、第２の実施態様の排水処理装置に対して、第３及び第４の実施態様の制御機構を組み合わせるものとしてもよい。これにより、第２の実施態様の保持層及び嫌気処理層に対して導入されるＳＳ及び第１処理水の量を制御することが可能となり、それぞれの層における処理効率を向上させることが可能となる。
【００６９】
また、例えば、本実施態様の排水処理装置において、保持層と嫌気処理層の間に仕切り板を設け、保持層と嫌気処理層を区画するものとしてもよい。これにより、多孔質体により形成される保持層と、嫌気性微生物により形成される嫌気処理層の境界をより明確化し、それぞれの層における処理効率を向上させることが可能となる。
【００７０】
また、本実施態様の排水処理装置において、嫌気性微生物の流出を抑制するために、嫌気処理層の上方に流出抑制機構を設けるものとしてもよい。このような流出抑制機構として、例えば、仕切り板の構成を用いることが挙げられる。これにより、処理槽内での保持層と嫌気処理層の積層状態を保ち、かつ嫌気性微生物が嫌気処理槽外に流出することを抑制することが可能となる。
【００７１】
また、本実施態様の排水処理装置において、保持層を複数の担体から形成するものとしてもよい。例えば、担体として互いの性質（材質、サイズ、比重など）が異なる多孔質体を用いて積層させることで、ＳＳを投入する箇所と第１処理水を供給する箇所を区画することが挙げられる。これにより、それぞれの箇所における処理効率を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の排水処理装置及び排水処理方法は、有機性排水の嫌気処理に利用される。特に、本発明の排水処理装置及び排水処理方法は、ＳＳを含む有機性排水の嫌気処理に対して好適に利用される。
【符号の説明】
【００７３】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  排水処理装置、２  分離部、２１  分離槽、３  嫌気処理槽、３１  ＳＳ投入口、３２  第１処理水供給口、３３  第２処理水排出口、３４  保持層、３５  嫌気処理層、４  制御機構、４１，４２  流量調節弁、４３  制御部、４４ａ〜４４ｄ  ＳＳ検出部、Ｌ１〜Ｌ４  ライン、Ｍ  嫌気性微生物、Ｐ  多孔質体、ＷＯ  被処理水、Ｗ１  第１処理水、Ｗ２  第２処理水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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