(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置であって、有機性固形物含有廃水を沈殿分離するための沈殿槽と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物の少ない上澄液を嫌気性消化処理するための上向流嫌気性汚泥床処理装置と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽とから構成し、前記可溶化槽で可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに前記沈殿槽に導入して沈殿分離した後に、上向流嫌気性汚泥床処理装置に導入するように構成したことを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置。
【請求項２】
生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置であって、有機性固形物含有廃水を沈殿分離するための沈殿槽と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物の少ない上澄液を嫌気性消化処理するための固定床式嫌気性処理装置と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽とから構成し、前記可溶化槽で可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに前記沈殿槽に導入して沈殿分離した後に、固定床式嫌気性処理装置に導入するように構成したことを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置。
【請求項３】
生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消処理方法であって、有機性固形物含有廃水を沈殿槽で沈殿分離した後、分離した有機性固形物の少ない上澄液を、上向流嫌気性汚泥床処理装置にて嫌気性消化処理するとともに、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽で可溶化した後、可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに前記沈殿槽で沈殿分離した後に、上向流嫌気性汚泥床処理装置に導入することを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法。
【請求項４】
生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消処理方法であって、有機性固形物含有廃水を沈殿槽で沈殿分離した後、分離した有機性固形物の少ない上澄液を、固定床式嫌気性処理装置にて嫌気性消化処理するとともに、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽で可溶化した後、可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに前記沈殿槽で沈殿分離した後に、固定床式嫌気性処理装置に導入することを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法。
【請求項５】
前記可溶化処理を、60〜80℃の温度範囲となるような条件で操作することを特徴とする請求項３又は４記載の高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有機性汚泥、例えば、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び生物性汚泥、食品工場、化学工場などの排水処理プロセスなどから排出される有機性高濃度汚泥などの、生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための嫌気性消化処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、でんぷん工場廃液、ビール工場廃液、酸発酵廃液等の生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水を処理する場合には、メタン発酵槽にて３０〜３７℃の中温若しくは５０〜５５℃の高温に維持してメタン発酵してメタン等のガスに転換する嫌気消化する方法が知られている。この場合、メタン発酵槽としては、固定床式処理装置と上向流嫌気性汚泥床処理装置（  以下「ＵＡＳＢ」と言う）  が用いられている。固定床式処理装置は、ビーズなどの担体に微生物を固定して処理する装置であるのに対して、ＵＡＳＢは、図２に示したように、微生物の自己造粒作用を利用してグラニュールを形成させて処理する装置である。
【０００３】
ところで、ＵＡＳＢは、微生物を大量に維持できるうえ、単位体積当たりの接触面積が大きく接触効率が良好で負荷が大きくとれるため好ましいが、有機性廃水に固形分（ＳＳ）が多量に含まれる場合には、ＵＡＳＢでは、グラニュールが固形物に同伴して流出してしまい、グラニュールを系内に維持できない場合がある。このために、通常は、図４に示したように、有機性固形物含有廃水を沈殿槽で分離した後、その上澄液をＵＡＳＢに導入して処理するようにしている。しかしながら、この場合、沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液（汚泥）は、濃縮、消化、脱水、コンポスト化、焼却といった工程を経て処理されるため、このような処理に手間と費用がかかり好ましくなかった。
【０００４】
このため、有機性廃水に固形分（ＳＳ）が多量に含まれる場合には、固定床式処理装置が用いられているが、固定床式処理装置では、槽内廃水線流速が極端に遅いために、沈降性の高い固形物が廃水と同伴して流出することができず、固形物が担体の間隙に捕捉されて、目詰まりを起こし、液体分の通路を塞いでしまう。この目詰まり箇所が増えるに伴って、液体分の通路が減少し、目詰まりのない箇所しか液体分が流れなくなるために、液体と担体との接触が十分に行われなくなる「液体分の短絡現象」が生じることとなる。そのため、可溶化性有機物のガス化を目的とするメタン発酵槽では、この液体分の短絡現象によって、廃水の滞留時間が短くなって処理効率が極端に低下することになる。従って、この場合には逆洗などで目詰まりを解消しているが、逆洗の期間処理を停止することとなるうえ、多大な経費を要している現状にある。このため、図５に示したように、有機性固形物含有廃水を、熱アルカリ法、酵素添加法などの物理化学的方法によって可溶化する方法も提案されてはいるが、薬品費用などが嵩んでかえってコスト高となり好ましくなかった。
【０００５】
従って、本発明は、このような実情に鑑みて、生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水を処理する場合において、有機性廃水に含まれる固形分（ＳＳ）を可溶化処理することによって、接触効率が良好で負荷が大きくとれる上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）を用いて処理することが可能な高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、このような実情に鑑みて、生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水を処理する場合において、有機性廃水に含まれる固形分（ＳＳ）を可溶化処理することによって、固定床式処理装置を用いて逆洗頻度が少なくて処理することが可能な高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための処理装置を提供することをも目的とする。
【０００7】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための処理装置は、前述した課題及び目的を達成するために発明なされたものであって、下記の（１）〜（５）をその要旨とするものである。
【０００８】
（１）生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置であって、有機性固形物含有廃水を沈殿分離するための沈殿槽と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物の少ない上澄液を嫌気性消化処理するための上向流嫌気性汚泥床処理装置と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽とから構成し、前記可溶化槽で可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに前記沈殿槽に導入して沈殿分離した後に、上向流嫌気性汚泥床処理装置に導入するように構成したことを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置。
【００１３】
（２）生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置であって、有機性固形物含有廃水を沈殿分離するための沈殿槽と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物の少ない上澄液を嫌気性消化処理するための固定床式嫌気性処理装置と、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽とから構成し、前記可溶化槽で可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに前記沈殿槽に導入して沈殿分離した後に、固定床式嫌気性処理装置に導入するように構成したことを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理装置。
【００１４】
（３）生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消処理方法であって、有機性固形物含有廃水を沈殿槽で沈殿分離した後、分離した有機性固形物の少ない上澄液を、上向流嫌気性汚泥床処理装置にて嫌気性消化処理するとともに、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽で可溶化処理した後、可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに沈殿槽で沈殿分離した後に、上向流嫌気性汚泥床処理装置に導入することを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法。
【００１９】
（４）生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水の嫌気性消処理方法であって、有機性固形物含有廃水を沈殿槽で沈殿分離した後、分離した有機性固形物の少ない上澄液を、固定床式嫌気性処理装置にて嫌気性消化処理するとともに、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、高温条件で好熱菌により可溶化処理をするための可溶化槽で可溶化処理した後、可溶化した可溶化処理液を、前記有機性固形物含有廃水とともに沈殿槽で沈殿分離した後に、固定床式嫌気性処理装置に導入することを特徴とする高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法。
【００２０】
（５）前記可溶化処理を、60〜80℃の温度範囲となるような条件で操作することを特徴とする前述の（３）又は（４）記載の高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法。
【００２１】
すなわち、本発明者等が鋭意研究を行った結果、有機性固形物含有廃水を沈殿分離した後、有機性固形物の少ない上澄液を嫌気性消化処理するための上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）にて処理するとともに、沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を高温条件で可溶化処理して、ＵＡＳＢに導入することにより、固形分を嫌うＵＡＳＢに適用可能な水質とすることができることを知見して本発明を完成したものである。
【００２２】
また、有機性固形物含有廃水を沈殿分離した後、有機性固形物の少ない上澄液を嫌気性消化処理するための固定床式処理装置にて処理するとともに、沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を高温条件で可溶化処理して、固定床式処理装置に導入することにより、目詰まりを起こす原因となり、逆洗が必要となる沈降性の高い固形分を嫌う固定床式処理装置適用可能な水質とすることができることを知見して本発明を完成したものである。
【００２３】
【実施例】
本発明では、有機性汚泥、例えば、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び生物性汚泥、或いは食品工場、化学工場などの排水処理プロセスから排出されるでんぷん工場廃液、ビール工場廃液、酸発酵廃液等の有機性高濃度汚泥などの、生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水（以下「原廃水」と言う）を対象とする。
【００２４】
図１に示したように、これらの原廃水貯留槽１０に貯留された原廃水が、経路１２を介して沈殿槽１４に導入され、有機性固形物含有廃水が沈殿分離され、沈殿分離された有機性固形物の少ない上澄液Ａが、経路１６を介して、嫌気性消化処理するための上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）１８に導入されるようになっている。この場合、ＵＡＳＢ１８としては、図２に示したようなものが使用可能であり、これにより嫌気処理された処理水Ｂは、放流先の基準値により必要であれば、さらに活性汚泥法などにより処理した後、下水若しくは河川などに放流されるようになっている。
【００２５】
一方、沈殿槽１４で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液Ｃは、還流経路２０を介して可溶化槽２４に導入され、高温条件で嫌気的若しくは好気的に有機性汚泥の可溶化が行われる。この場合、高温条件において用いられる嫌気性若しくは好気性微生物の接種菌体（好熱菌）は、例えば、従来の好気性若しくは嫌気性消化槽又は下水処理場活性汚泥余剰汚泥などから微生物を培養することによって得られるものである。また、可溶化槽２４の最適温度は、好ましくは、５０〜９０℃の温度範囲となるような条件で操作するが、その高温処理対象である沈殿固形物濃縮液Ｃに含まれる有機性固形物を分解する好熱菌の種類によって異なるものであり、例えば、下水余剰汚泥から分離した好熱菌の場合には、微生物（好熱菌）による可溶化反応と熱による物理化学的な熱分解の両作用が同時に効率良く十分に生じうるように、高温条件における温度汚泥を６０℃〜８０℃の範囲、好ましくは７０℃の範囲で操作するようにする。何れにしても、微生物（好熱菌）による可溶化反応と熱による物理化学的な熱分解の両作用が同時に効率良く十分に生じうるように、微生物の種類に応じて、５０〜９０℃の温度範囲となるように設定すればよい。
【００２６】
さらに、可溶化槽２４で好気的に微生物分解をするための装置として、従来の散気装置を具備してなるもの、嫌気性で微生物分解をするための装置としては、（１）槽内の液を循環することにより撹拌する方法、（２）生成ガスを循環曝気することにより撹拌する方法、（３）撹拌翼などの撹拌機を設置する方法、（４）活性微生物固定手段を有するなど、活性微生物と処理対象汚泥とを効率的に接触させる手段を具備したものであれば使用可能である。なお、この場合、反応槽としては、バッチ式でも、連続方式の何れも使用可能である。
【００２７】
このように、可溶化槽２４で可溶化した可溶化処理液Ｄは、経路２６を介して、還流経路２０に設けられた熱交換器２８を経由し、経路３０を介して、経路１２に合流されて有機性固形物含有廃水とともに沈殿槽１４に導入して沈殿分離され、前述したように処理サイクルが繰り返されるようになっている。なお、熱交換器２８では、沈殿槽１４で沈殿分離した沈殿固形物濃縮液Ｃを、可溶化槽２４で可溶化された可溶化処理液Ｄで加温することにより、熱損失を極力抑えるようになっている。また、可溶化槽２４で可溶化した可溶化処理液Ｄは、ＵＡＳＢ１８によって再負荷できるように固形分（ＳＳ）が３０００ｐｐｍ  以下となっている。
【００２８】
さらに、ＵＡＳＢ１８において発生したメタンガスＥは、経路３２を介してメタンガス燃焼装置３４に導入され、メタンガス燃焼装置３４においてメタンガスの燃焼により生じた熱が、加温経路３６を介して可溶化槽２４を加温するように構成されている。
【００２９】
この場合、メタンガス燃焼装置３４としては特に限定されるものではなく、通常のガスバーナーを具備した自然通風式炉内燃焼型燃焼塔などの燃焼装置が使用可能である。このように、可溶化槽２４での放熱分のエネルギーが、ＵＡＳＢ１８での嫌気処理によって発生する余剰メタンの燃焼によって補充されることになるので、エネルギー的にも非常に効率が良い。
【００３０】
また、沈殿槽１４で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液（汚泥）の一部は、系内に生物難分解性固形物又は無機性固形物が蓄積しないように、経路１５を介して適宜排出され、濃縮、脱水処理が行われ、廃棄するようになっている。この場合、排出される汚泥は、高温槽である可溶化槽２４を通過しているために、溶存ガスが少なく沈降性の優れた汚泥であるので、濃縮脱水処理が容易である。
【００３１】
図３は、本発明の高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための嫌気性消化処理装置の第２の実施例の概略を示す図である。
【００３２】
本実施例は、基本的には前述した第１の実施例と同様な構成であり、同じ構成部材には同一の参照番号を示している。第１の実施例と相違するとところは、第１の実施例において可溶化槽２４で可溶化した可溶化処理液Ｄを、経路２６を介して、還流経路２０に設けられた熱交換器２８を経由し、経路３０を介して、経路１２に合流されて有機性固形物含有廃水とともに沈殿槽１４に導入して沈殿分離された後に、上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）１８に導入する代わりに、本実施例では、可溶化処理液Ｄを直接、経路３０’  を介して、上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）１８に導入するようにした点が相違する。すなわち、可溶化槽２４で可溶化が十分に行わる場合には、沈殿分離の必要がないためである。
【００３３】
なお、上述した第１及び第２の実施例では、嫌気性消化処理装置として、上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）１８を用いたが、固定床式処理装置を用いることが可能であり、その場合、目詰まりを起こす沈降性の高い固形物が流入することがないので、逆洗頻度が少なくてすみ、操業効率が上昇可能である。
【００３４】
実施例１
内径１００ｍｍ  、高さ１ｍの耐熱塩化ビニル製の熱媒を循環させるジャケット方式の円筒型反応槽を用いて、温度７０℃、通気量０．１ｖｖｍ、反応液量４Ｌで運転した。処理廃液は、でんぷん工場廃水を３０分沈殿分離した沈殿物（沈殿率ＳＶ３０＝１０％、固形物濃度ＳＳ＝１．３  ％、揮発性有機物質含有割合ＶＳＳ／ＳＳ＝９８％）を用い、２日毎に種汚泥０．８Ｌに対して沈殿固形物３．２Ｌを添加した。２．５  日の滞留時間で、約６０％の不溶性でんぷん固形物が可溶化された。なお、３０分沈殿の上澄み液中にもかなりの固形物（ＳＳ  として２３００ｐｐｍ）が残留するが、これらは粒子径が小さく、長時間静置してもほとんど沈降することなく、固定床処理装置において目詰まりの原因となる可能性はきわめて少ないものであった
一方、従来法との比較を下記の表１に示した。表１の結果から明らかなように、本発明のように、好熱菌によって可溶化処理を行った方が、固定床処理装置において目詰まりの原因となる即沈降性固形物の割合を１／２以下に減ずることができることが判明した。
【００３５】
【表１】
0003614515.tif 000002
【００３６】
【発明の作用・効果】
本発明の高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための処理装置によれば、有機性固形物含有廃水を沈殿分離した後、有機性固形物の少ない上澄液を嫌気性消化処理するための、上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）又は固定床式処理装置などの嫌気性処理装置にて処理するとともに、沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を高温条件で可溶化処理して、これを有機性固形物含有廃水とともに沈殿分離して、嫌気性処理装置に導入するように構成したので、以下のような顕著で特有な作用効果を奏する極めて優れた発明である。
【００３７】
（１）生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水を処理する場合において、処理すべき有機性廃水中の固形分（ＳＳ）が可溶化され少量になり、ＵＡＳＢでも、グラニュールが固形物に同伴して流出することがなく、グラニュールを系内に維持でき、接触効率が良好で負荷が大きくとれる上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）を用いて処理することが可能である。
【００３８】
（２）沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液（汚泥）は、高温槽である可溶化槽を通過しているために、溶存ガスが少なく沈降性の優れた汚泥であるので、濃縮、脱水処理が容易で、コスト低減などが図れる。
【００３９】
（３）生物分解性有機性固形物を含む高濃度有機性廃水を処理する場合において、処理すべき有機性廃水中の固形分が、目詰まりを起こす原因となる沈降性の高い固形分がほとんど含まれないので、目詰まりによる液体分の短絡現象が生じることがなく、そのため、逆洗などの操作が不要となり、処理効率が低下することがない。
【００４０】
（４）沈殿槽で沈殿分離した沈殿固形物濃縮液を可溶化槽で可溶化された可溶化処理液で加温するための熱交換器を、沈殿槽から可溶化槽に至る還流経路に設けた構成のものでは、熱損失を極力抑えることが可能である。
【００４１】
（５）嫌気性処理装置で発生したメタンガスを燃焼するためのメタンガス燃焼装置を設けるとともに、該メタンガス燃焼装置により生じた熱によって、可溶化槽を加温するための加温経路を設けた可溶化槽での放熱分のエネルギーが、ＵＡＳＢでの嫌気処理によって発生する余剰メタンの燃焼によって補充されることになるので、エネルギー的にも非常に効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための嫌気性消化処理装置の実施例の概略を示す図である。
【図２】図２は、上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）の概略図である。
【図３】図３は、本発明の高濃度有機性廃水の嫌気性消化処理方法及びそのための嫌気性消化処理装置の第２の実施例の概略を示す図である。
【図４】図４は、従来の上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）の使用状態を示す概略図である。
【図５】図５は、従来の固定床式処理装置の使用状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１０・・・  原廃水貯留槽
１４・・・  沈殿槽
１８・・・  上向流嫌気性汚泥床処理装置（ＵＡＳＢ）
２０・・・  還流経路
２４・・・  可溶化槽
２８・・・  熱交換器
３４・・・  メタンガス燃焼装置
Ａ・・・  上澄液
Ｂ・・・  処理水
Ｃ・・・  沈殿固形物濃縮液
Ｄ・・・  可溶化処理液
【図１】
0003614515.tif 000003
【図２】
0003614515.tif 000004
【図３】
0003614515.tif 000005
【図４】
0003614515.tif 000006
【図５】
0003614515.tif 000007