(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸生成菌及びメタン生成菌を含有するグラニュールが充填されたグラニュール充填層を有するグラニュール槽が設けられてなり、該グラニュール槽の下部から該グラニュール槽内に有機物含有廃水が供給され、前記グラニュール槽内において酸生成菌及びメタン生成菌により有機物含有廃水を嫌気処理して嫌気処理水が得られ、前記グラニュール槽の上部からグラニュール槽外へ前記嫌気処理水が排出されるように構成されてなる嫌気処理装置であって、
前記グラニュール槽の上下方向に沿って延びる回転軸を有し、該回転軸の周方向に前記グラニュール充填層の下部の水を撹拌する撹拌装置が備えられてなり、前記グラニュール充填層の下部には、該撹拌装置による撹拌によって水が前記周方向に撹拌される撹拌領域が形成され、該撹拌領域において前記グラニュール槽内に前記有機物含有廃水が供給され、該撹拌領域の上方には、水が上向流で流れる上向流領域が形成されるように構成されてなり、
前記グラニュール槽より排出された嫌気処理水を、該嫌気処理水よりもグラニュールの含有率が低い固液分離処理水と、該嫌気処理水よりもグラニュールの含有率が高い濃縮水とに固液分離する固液分離部が備えられ、前記撹拌領域を介さずに前記上向流領域に前記濃縮水を返送するように構成されてなることを特徴とする嫌気処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の嫌気処理装置を用いて、有機物含有廃水から有機物を除去することを特徴とする嫌気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気処理装置及び嫌気処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、有機物含有廃水（例えば、し尿廃水、下水、工場廃水（食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場からの廃水）等）の浄化処理においては、嫌気性微生物（例えば、酸生成菌、メタン生成菌等）を含有するグラニュール状の汚泥（以下、「グラニュール」ともいう。）を有するグラニュール槽内で有機物含有廃水を嫌気性微生物によって嫌気処理することにより、有機物含有廃水から有機物を除去することが行われている。嫌気処理においては、例えば、有機物含有廃水中の有機物（例えば、たんぱく質や多糖類等）が、加水分解による低分子化および酸生成菌による有機酸（例えば、酢酸等）の生成を経てメタン生成菌によりガス（例えば、メタンガス、炭酸ガス等）に分解されることにより、有機物含有廃水から有機物が除去される。
【０００３】
嫌気処理装置としては、例えば、図３に示すように、グラニュールが充填されたグラニュール充填層１０２ａを有するグラニュール槽１０２と、該グラニュール充填層１０２ａ全体を撹拌する撹拌装置１０３とが設けられてなり、前記グラニュール槽１０２の下部から該グラニュール槽１０２内に有機物含有廃水１００Ａが供給され、前記グラニュール槽１０２内において嫌気性微生物により有機物含有廃水１００Ａを嫌気処理して嫌気処理水１００Ｂが得られ、前記グラニュール槽１０２の上部から該グラニュール槽１０２外へ前記嫌気処理水１００Ｂが排出されるように構成されてなり、嫌気処理により生じたガス１００Ｃである気泡が付着することによってグラニュール槽１０２の水中で浮力により上昇したグラニュールから、ガス１００Ｃが取り除かれることにより、グラニュールを沈降させるガスドーム１０４が備えられてなる嫌気処理装置１０１が知られている（例えば、特許文献１）。
この嫌気処理装置１０１は、前記撹拌装置１０３によって前記グラニュール充填層１０２ａ全体を撹拌することにより、有機物及び嫌気性微生物の接触効率が高められて嫌気処理を促進する構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９５２３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、斯かる嫌気処理装置では、有機物含有廃水から有機物を十分に効率良く除去することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、有機物含有廃水から有機物を十分に効率良く除去することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、酸生成菌及びメタン生成菌を含有するグラニュールが充填されたグラニュール充填層を有するグラニュール槽が設けられてなり、該グラニュール槽の下部から該グラニュール槽内に有機物含有廃水が供給され、前記グラニュール槽内において酸生成菌及びメタン生成菌により有機物含有廃水を嫌気処理して嫌気処理水が得られ、前記グラニュール槽の上部からグラニュール槽外へ前記嫌気処理水が排出されるように構成されてなる嫌気処理装置であって、
前記グラニュール槽の上下方向に沿って延びる回転軸を有し、該回転軸の周方向に前記グラニュール充填層の下部の水を撹拌する撹拌装置が備えられてなり、前記グラニュール充填層の下部には、該撹拌装置による撹拌によって水が前記周方向に撹拌される撹拌領域が形成され、該撹拌領域において前記グラニュール槽内に前記有機物含有廃水が供給され、該撹拌領域の上方には、水が上向流で流れる上向流領域が形成されるように構成されてなることを特徴とする嫌気処理装置にある。
【０００８】
斯かる嫌気処理装置によれば、前記撹拌装置による撹拌により、前記グラニュール充填層の下部（撹拌領域）では、有機物（例えば、たんぱく質や多糖類等）と酸生成菌とが接触されやすくなり、酸生成菌が優先種となり、有機酸の生成が良好に行われる条件にできる。また、前記グラニュール充填層全体を均一には撹拌しないため、上向流領域には、前記グラニュール充填層の下部で生成した有機酸が順次供給され、メタン発酵が良好に行われる条件にできる。よって、反応効率が向上する。さらに、アルカリ等のｐＨ調整薬剤の使用量も削減できる。
従って、斯かる嫌気処理装置によれば、まず前記撹拌領域では前記上向流領域に比して有機酸の生成が活発に行われ、一方前記上向流領域ではメタンの生成が活発に行われるため、有機物含有廃水から有機物を十分に効率良く除去し得る。また、有機物を十分に効率良く除去し得るため、グラニュール槽をコンパクト化し得るという利点もある。
【０００９】
これに対して、特許文献１の如く、撹拌装置によりグラニュール充填層全体を撹拌する嫌気処理装置では、撹拌装置によりグラニュールが存在する領域全体の撹拌によって、グラニュール充填層が有機酸の生成が活発に行われる領域と、メタンの生成が活発に行われる領域とに分かれ難くなる。従って、斯かる嫌気処理装置では、有機物含有廃水から有機物を効率良く除去することができない。
また、撹拌装置が設けられていない嫌気処理装置では、グラニュール槽内のうち、有機物含有廃水が供給された部分付近に於いて、有機物の濃度が高まり酸生成菌により有機酸が生成されやすくなり、その結果、局所的にｐＨが低下して、局所的にｐＨが低下した部分のメタン生成菌の活性が低下してしまう。さらに、有機物と嫌気性微生物との接触効率が低い。従って、斯かる嫌気処理装置では、有機物含有廃水から有機物を効率良く除去することができない。
【００１０】
また、本発明に係る嫌気処理装置においては、前記グラニュール槽より排出された嫌気処理水を、該嫌気処理水よりもグラニュールの含有率が低い固液分離処理水と、該嫌気処理水よりもグラニュールの含有率が高い濃縮水とに固液分離する固液分離部が備えられ、前記撹拌領域を介さずに前記上向流領域に前記濃縮水を返送するように構成されてなる。
【００１１】
前記グラニュール槽より排出された処理水中のグラニュールは、撹拌領域に比して、酸生成菌の量に対するメタン生成菌の量の比が大きいものであるため、斯かる嫌気処理装置によれば、前記上向流領域に於いて、メタン生成菌の濃度が高まり、有機酸や単糖類がメタン生成菌に接触されやすくなりメタンガスや、炭酸ガスにまで分解され、その結果、有機物含有廃水から有機物をより一層効率よく除去し得るという利点がある。
【００１２】
また、本発明は、前記嫌気処理装置を用いて、有機物含有廃水から有機物を除去することを特徴とする嫌気処理方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、有機物含有廃水から有機物を十分に効率良く除去し得るという効果が奏される。
【００１４】
また、通常のグラニュール槽を用いる嫌気性処理装置では、底部のグラニュールや有機物の濃度を均一化させるべく、グラニュール槽内に原水を均等に流入させるための分配機構を設置することが多いが、本発明によれば、分配機構を簡素化した場合であっても撹拌装置により底部のグラニュールや有機物の濃度を均一化し得るという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る嫌気処理装置の概略図。
【図２】一実施形態に係る嫌気処理装置における嫌気処理部の概略図。
【図３】従来の嫌気処理装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の嫌気処理装置１は、酸生成菌及びメタン生成菌が含有されたグラニュールが充填されたグラニュール充填層２１ａを有するグラニュール槽２１が設けられ、該グラニュール槽２１内において酸生成菌及びメタン生成菌により有機物含有廃水Ａが嫌気処理されて嫌気処理水及びバイオガスＤを得る嫌気処理部２が備えられてなる。一方で、前記グラニュール槽２１には、ガスドーム、即ち、気固液分離手段が備えられていない。
前記嫌気処理は、酸素を介さずに、前記有機物含有廃水Ａに含まれる有機物を酸生成菌及びメタン生成菌で分解する処理を意味し、嫌気処理では、前記バイオガスＤとしてメタン、炭酸ガス等を含有するガスが生成される。
【００１８】
また、本実施形態の嫌気処理装置１は、前記グラニュール槽２１より排出された嫌気処理水を、該嫌気処理水よりもグラニュールの含有率が低い固液分離処理水Ｂ、及び該嫌気処理水よりもグラニュールの含有率が高い濃縮水Ｃに固液分離する固液分離部３が備えられてなる。
【００１９】
さらに、本実施形態の嫌気処理装置１は、前記グラニュール槽２１の下部から該グラニュール槽２１内に有機物含有廃水Ａが供給されるように構成されてなる。
また、本実施形態の嫌気処理装置１は、前記グラニュール槽２１の上部からグラニュール槽２１外へ前記嫌気処理水が排出されるように構成されてなる。具体的には、嫌気処理水中のグラニュールからガスを取り除く処理がグラニュール槽２１内で意図的には行われずに、前記グラニュール槽２１の上部からグラニュール槽２１外へ前記嫌気処理水が排出されるように構成されてなる。
【００２０】
また、本実施形態の嫌気処理装置１は、前記グラニュール槽２１から排出された嫌気処理水が固液分離部３に移送され、固液分離処理水Ｂが固液分離処理水貯留槽（図示せず）に移送され、濃縮水Ｃが濃縮水貯留槽（図示せず）及びグラニュール槽２１に移送され、バイオガスＤがバイオガス貯留槽（図示せず）に移送されるように構成されてなる。
【００２１】
さらに、本実施形態の嫌気処理装置１は、有機物含有廃水Ａをグラニュール槽２１に移送する廃水移送経路４ａと、嫌気処理水を固液分離部３に移送する嫌気処理水移送経路４ｂと、固液分離処理水Ｂを固液分離処理水貯留槽（図示せず）に移送する固液分離処理水移送経路４ｃと、濃縮水Ｃを濃縮水貯留槽（図示せず）に移送する濃縮水移送経路４ｄと、濃縮水Ｃを嫌気処理部２に移送（返送）する濃縮水返送経路４ｅと、バイオガスＤをバイオガス貯留槽（図示せず）に移送するバイオガス移送経路４ｆとを備えてなる。
【００２２】
前記有機物含有廃水Ａは、前記嫌気性微生物により生物分解され得る有機物等を含有する廃水であれば、特に限定されるものではないが、該有機物含有廃水Ａとしては、例えば、し尿廃水、下水、工場廃水（食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場からの廃水）等が挙げられる。前記グラニュール槽２１入口（有機物含有廃水Ａのグラニュール槽内への流入口）における前記有機物含有廃水ＡのＢＯＤ濃度は、例えば、１０〜１００００ｍｇ／Ｌ以下であり、より具体的には２０〜２０００ｍｇ／Ｌである。また、前記グラニュール槽２１入口における前記有機物含有廃水ＡのＣＯＤｃｒ濃度は、２０〜２００００ｍｇ／Ｌ以下であり、より具体的には４０〜４０００ｍｇ／Ｌである。
【００２３】
前記嫌気処理部２は、前記グラニュール槽２１に於いて、グラニュールが、好ましくは、運転時（廃水供給時）に、底部から水面の高さの３／４以上充填され、より好ましくは槽内の略全体に充填されるように構成されてなる。
【００２４】
前記嫌気処理部２は、前記グラニュール槽２１の上下方向に伸びる回転軸２２ａを有し、該回転軸の周方向に前記グラニュール充填層２１ａの下部の水が撹拌されて撹拌領域２３を形成する撹拌装置２２が備えられてなる。前記回転軸２２ａは、軸回転するように構成されてなる。
【００２５】
前記グラニュール槽２１は、円筒状に形成されてなる。
【００２６】
前記嫌気処理部２は、前記回転軸２２ａと、円筒状のグラニュール槽２１における仮想軸とが略同軸となるように形成されてなる。
【００２７】
さらに、前記嫌気処理部２は、前記グラニュール充填層２１ａの下部に、該撹拌装置２２による撹拌によって水が前記周方向に撹拌される撹拌領域２３が形成され、該撹拌領域２３において前記グラニュール槽２１内に前記有機物含有排水Ａが供給され、該撹拌領域２３の上方に、水が上向流で流れる上向流領域２４を形成するように構成されてなる。前記嫌気処理部２は、斯かる構成を有することにより、前記撹拌領域２３におけるメタン生成菌の量に対する酸生成菌の量の比が前記上向流領域２４における比に対して相対的に大きい酸生成菌層を前記撹拌領域２３に形成し、且つ前記上向流領域２４における酸生成菌量に対するメタン生成菌の量の比が前記撹拌領域２３における比に対して相対的に大きいメタン生成菌層を前記上向流領域２４に形成し得る。
前記グラニュール充填層２１ａにおいて、前記撹拌領域２３および前記上向流領域２４のグラニュールの濃度は、好ましくは２００００〜１０００００ｍｇ-ＳＳ／Ｌ、より好ましくは３００００〜１０００００ｍｇ-ＳＳ／Ｌである。
【００２８】
また、前記嫌気処理部２は、必要に応じて、撹拌領域２３の原水供給部付近、撹拌領域２３と上向流領域２４との境目付近、上向流領域２４の処理水流出部付近のｐＨを測定するｐＨ計（図示せず）がそれぞれ設けられ、ｐＨを測定するように構成されてなる。また、前記嫌気処理部２は、撹拌領域２３、及び上向流領域２４にｐＨ調整用の薬剤を添加するｐＨ調整薬剤添加機構（図示せず）を備えてなることが好ましい。ｐＨ調整用の薬剤添加口の位置は、撹拌領域２３及び上向流領域２４に設けて各領域毎に調整するのが好ましい。ｐＨの範囲は、上向流領域２４では６〜８に調整するが、撹拌領域２３では６以下となっても問題はない。
【００２９】
前記撹拌装置２２は、パドル状の羽根板が、面が垂直方向となるように設置された撹拌翼２２ｂを備えてなる。該羽根板は、前記回転軸２２ａの軸回転により、該回転軸２２ａの周方向に水を押し出すように構成されてなる。
【００３０】
また、前記嫌気処理部２は、好ましくは前記グラニュール槽２１の槽内側底面部から水面高さＬの１／３の高さ、より好ましくは１／４の高さまでの範囲内に、前記撹拌翼２２ｂ全体が収まるように構成されてなる（寸法の符号は図２に示す。）。
【００３１】
さらに、前記嫌気処理部２は、前記グラニュール槽２１の水深（槽内側底面部から水面までの高さ）Ｌに対する、前記撹拌翼２２ｂの翼高（撹拌翼２２ｂの上辺と下辺との距離）ｈの比が、好ましくは０．１〜０．４、より好ましくは０．１５〜０．２である。
本実施形態の嫌気処理装置１は、Ｌ／ｈが０．１以上であることにより、前記グラニュール槽２１の水を収容しうる部分に対して撹拌翼２２ｂを大きくすることができるため、前記グラニュール槽２１内の下部の水を十分に撹拌することができるという利点がある。
また、本実施形態の嫌気処理装置１は、Ｌ／ｈが０．４以下であることにより、前記グラニュール槽２１内の上部の水が撹拌され難くなるため、グラニュール槽２１の水の上下方向の混合が生じ難くなり、メタン生成菌の量に対する酸生成菌の量の比に関して、酸生成菌層とメタン生成菌層との差を大きくすることができるという利点がある。また、前記グラニュール槽２１の槽内側底面部に撹拌翼２２ｂが接触し難くなり、グラニュールの破壊を極力抑制できるという利点がある。
【００３２】
また、前記嫌気処理部２は、前記グラニュール槽２１の内径Ｄに対する、前記撹拌翼２２ｂの翼径（回転軸２２ａの軸から撹拌翼２２ｂの先端までの距離）ｄの比（ｄ／Ｄ）が、好ましくは０．６〜０．９、より好ましくは０．７〜０．８である。
本実施形態の嫌気処理装置１は、ｄ／Ｄが０．６以上であることにより、前記グラニュール槽２１の水を収容しうる部分に対して撹拌翼２２ｂを大きくすることができるため、前記グラニュール槽２１内の下部の水を十分に撹拌することができるという利点がある。また、ｄ／Ｄが０．９以下であることにより、グラニュール槽２１の内周壁面に撹拌翼２２ｂが接触し難くなり、グラニュールの破壊を極力抑制できるという利点がある。
【００３３】
前記撹拌翼２２ｂの回転数は、好ましくは１〜３０ｒｐｍ、より好ましくは２〜２０ｒｐｍである。
本実施形態の嫌気処理装置１は、該回転数が１ｒｐｍ以上であることにより、前記グラニュール槽２１内の下部の水を十分に撹拌することができるという利点がある。
また、本実施形態の嫌気処理装置１は、該回転数が３０ｒｐｍ以下であることにより、撹拌翼２１ｂがグラニュールに衝突することにより生じる衝撃力が抑制されるため、グラニュールが潰れ難くなるという利点がある。また、グラニュール槽２１の撹拌翼の上部の水の上下方向の混合が生じ難くなり、メタン生成菌の量に対する酸生成菌の量の比に関して、酸生成菌層とメタン生成菌層との差を大きくすることができるという利点がある。
【００３４】
前記固液分離部３は、グラニュールの重力沈降により、嫌気処理水から固液分離処理水Ｂと濃縮水Ｃとを生成する重力沈降槽３１が備えられてなる。
【００３５】
本実施形態の嫌気処理装置１は、前記重力沈降槽３１に移送されたグラニュールに付着しており且つ重力沈降槽３１内で分離されたバイオガスＤと、前記重力沈降槽３１内での嫌気処理により生じたバイオガスＤとが、バイオガス貯留槽（図示せず）に移送されるように構成されてなる。
【００３６】
また、本実施形態の嫌気処理装置１は、撹拌領域２３を介さずに、上向流領域２４に濃縮水Ｃを返送するように構成されてなる。具体的には、濃縮水Ｃを撹拌翼の上端部より高い位置に返送するように構成されている。
【００３７】
本実施形態の嫌気処理装置は、上記の如く構成されてなるが、次ぎに、本実施形態の嫌気処理方法について説明する。
【００３８】
本実施形態の嫌気処理方法では、本実施形態の固液分離装置１を用いて、有機物含有廃水Ａから有機物を除去する。
具体的には、本実施形態の嫌気処理方法では、前記グラニュール槽２１の下部から該グラニュール槽２１内に有機物含有廃水Ａを供給する。次に、前記撹拌装置２２による撹拌によって、前記グラニュール槽２１の下部に、該撹拌装置２２による撹拌によって水が前記周方向に撹拌される撹拌領域２３を形成し、該撹拌領域２３の上方に、水が上向流で流れる上向流領域２４を形成しながら、酸生成菌及びメタン生成菌により有機物含有廃水Ａを嫌気処理して嫌気処理水を得る。
【００３９】
本実施形態の嫌気処理装置及び嫌気処理方法は、上記のように構成されているので、撹拌領域２３と上向流領域２４との機能分担による処理の効率化に加えて、以下の利点を有するものである。
【００４０】
即ち、本実施形態の嫌気処理装置１は、前記嫌気処理水中のグラニュールからガスを取り除く処理が前記グラニュール槽内で意図的には行われずに、前記グラニュール槽２１の上部からグラニュール槽２１外へ前記嫌気処理水が排出されるように構成されてなることにより、即ち、気固液分離手段が備えられないことにより、最大でグラニュール槽２１の水面直下までグラニュールを充填することができ、反応領域が拡大する結果、前記グラニュール槽２１の単位容積当りの処理量を大きくすることができる。
これに対して、グラニュール槽内に気固液分離手段が備えられてなる嫌気処理装置では、グラニュールが存在せず有機物の分解に寄与しない領域の比率が大きい分、単位容積当りの処理量は小さくなる。
従って、本実施形態の嫌気処理装置では、有機物含有廃水から有機物を効率良く除去することができる。
【００４１】
尚、本実施形態の嫌気処理装置及び嫌気処理方法は、上記構成を有するものであったが、本発明の嫌気処理装置及び嫌気処理方法は、上記構成に限定されず、適宜設計変更可能である。
例えば、前記撹拌翼２２ｂは、１段の垂直パドル翼に限らず、２段交差パドル翼、格子翼、門型翼、傾斜パドル翼、プロペラ翼、三枚後退翼であってもよい。
【００４２】
また、本実施形態の嫌気処理装置１は、撹拌領域２３と上向流領域２４とをより確実に分けるために、撹拌領域２３と上向流領域２４との間に水の上下方向の流れを抑制する部材（邪魔板、棒状部材等）が設けられても良い。
【００４３】
さらに、本実施形態の嫌気処理装置１は、前記嫌気処理水中のグラニュールからガスを取り除く処理が前記グラニュール槽２１内で意図的には行われないように構成されてなるが、本発明の嫌気処理装置１は、前記嫌気処理水中のグラニュールからガスを取り除く処理が前記グラニュール槽２１内で意図的に行われるように構成されてもよい。即ち、本発明の嫌気処理装置１は、グラニュールからガスを取り除く気固液分離手段が前記グラニュール槽２１内に備えられてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１：嫌気処理装置、２：嫌気処理部、３：固液分離部、４ａ：廃水移送経路、４ｂ：嫌気処理水移送経路、４ｃ：固液分離処理水移送経路、４ｄ：濃縮水移送経路、４ｅ：濃縮水返送経路、４ｆ：バイオガス移送経路、２１：グラニュール槽、２１ａ：グラニュール充填層、２２：撹拌装置、２２ａ：回転軸、２２ｂ：撹拌翼、２３：撹拌領域、２４：上向流領域、３１：重力沈降槽、Ａ：有機物含有廃水、Ｂ：固液分離処理水、Ｃ：濃縮水、Ｄ：バイオガス、１０１：嫌気処理装置、１０２：グラニュール槽、１０２ａ：グラニュール充填層、１０３：撹拌装置、１０４：ガスドーム、１００Ａ：有機物含有廃水、１００Ｂ：嫌気処理水、１００Ｃ：ガス
【図１】
0005453196.tif 000002
【図２】
0005453196.tif 000003
【図３】
0005453196.tif 000004