(57)【要約】【課題】低温条件下での早期安定運転を可能とする。【解決手段】本実施形態に係る嫌気性処理システム１においては、水素発酵槽１１を設け、水素発酵槽１１において水素と炭酸ガスとを含む有機性排水である１次処理水Ｗ１を生成し、酸生成槽１２において、有機性排水及び／又は１次処理水Ｗ１を酸生成処理した２次処理水Ｗ２を生成し、１次処理水Ｗ１及び／又は２次処理水Ｗ２からなる嫌気性処理槽流入排水Ｗ３を嫌気性処理槽１３に投入する構成を有する。１次処理水Ｗ１に含まれる水素や炭酸ガスは、低温耐性を有する嫌気性菌の基質となり、嫌気性菌の増殖を早めることができる。これにより、嫌気性処理槽１３において低温耐性を有する嫌気性菌が優勢となって安定運転を行うまでの期間を短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を導入し、水素と炭酸ガスとを含有する１次処理水を排出する水素発酵槽と、
前記有機性排水及び／又は前記１次処理水を酸生成し、２次処理水を排出する酸生成槽と、
前記１次処理水及び前記２次処理水からなる嫌気性処理槽流入排水を嫌気性処理する嫌気性処理槽と、
を備えたことを特徴とする嫌気性処理システム。
【請求項２】
前記水素発酵槽は、水素発酵反応を優先化したグラニュール汚泥を収容することを特徴とする請求項１記載の嫌気性処理システム。
【請求項３】
水素発酵槽において、有機性排水を導入し、水素と炭酸ガスとを含有する１次処理水を排出する水素発酵工程と、
酸生成槽において、前記有機性排水及び／又は前記１次処理水を酸生成し、２次処理水を排出する酸生成工程と、
嫌気性処理槽において、前記１次処理水及び前記２次処理水からなる嫌気性処理槽流入排水を嫌気性処理する嫌気性処理工程と、
を備えたことを特徴とする嫌気性処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物を含む有機性排水の処理方法として、曝気動力がかかり、余剰汚泥発生量も多い活性汚泥法に代えて、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性汚泥床）法やＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed：膨張粒状汚泥床）法などの高速メタン発酵法が普及してきている。これらのメタン発酵法等の嫌気性処理を用いた排水処理システムとしては、例えば特許文献１記載のものがある。特許文献１記載の排水処理システムのように、メタン発酵槽では、嫌気性のメタン生成菌によって有機酸がメタンガスや炭酸ガス等のバイオガスに変換され、これにより処理水の水質向上が図られる。また、回収されたバイオガスは回収エネルギーとして使用することができる。
【０００３】
特許文献１記載のような嫌気性処理におけるメタン発酵は、一般的に中温域（３０〜４０℃）や高温域（５０〜６０℃）に有機性排水を加温して実施される。この場合、有機性排水を加温するためのエネルギーとしてメタン発酵により発生したバイオガスの一部が利用される。しかしながら、例えば低濃度の有機性排水を嫌気性処理する場合には、高濃度の排水の場合と比較してバイオガスの発生量が少なく、したがって、バイオガスのエネルギーだけでは有機性排水を十分に加温できないという問題がある。これに対して、近年では、有機性排水を加温せずに低温域（５〜２０℃）の条件で嫌気性処理を行う方法が検討されている。この低温条件下での嫌気性処理には、自己造粒した粒状汚泥やグラニュール汚泥を用いたＵＡＳＢ法やＥＧＳＢ法が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６３０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
低温条件下で嫌気性処理を行う場合、嫌気性処理槽内で低温耐性を有する嫌気性菌を増殖し、この嫌気性菌を優勢にする必要がある。しかしながら、低温耐性を有する嫌気性菌を優勢にするためには、数ヶ月の低温条件での準備運転が必要であり、システム立ち上げから安定運転までの期間が長くなり、その期間短縮が望まれる。
【０００６】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、低温条件下での早期安定運転を可能とする嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る嫌気性処理システムは、有機性排水を導入し、水素と炭酸ガスとを含有する１次処理水を排出する水素発酵槽と、有機性排水及び／又は前記1次処理水を導入し、酸生成処理した２次処理水を排出する酸生成槽と、前記１次処理水及び前記２次処理水からなる嫌気性処理槽流入排水を嫌気性処理する嫌気性処理槽と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る嫌気性処理方法は、水素発酵槽において、有機性排水を導入し、水素と炭酸ガスとを含有する１次処理水を排出する水素発酵工程と、酸生成槽において、有機性排水及び／又は前記1次処理水を導入し、酸生成処理した２次処理水を排出する酸生成工程と、嫌気性処理槽において、前記１次処理水及び前記２次処理水からなる嫌気性処理槽流入排水を嫌気性処理する嫌気性処理工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記の嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法では、水素発酵槽において、水素と炭酸ガスとを含有する有機性排水である１次処理水が生成され、これを用いて嫌気性処理槽において嫌気性処理が行われる。このような構成を有することで、１次処理水に含まれる水素や炭酸ガスが低温耐性を有する嫌気性菌の基質となることから増殖を早めることができ、これにより、嫌気性処理槽において低温耐性を有する嫌気性菌が優勢となって安定運転を行うまでの期間を短縮することができる。
【００１０】
ここで、前記水素発酵槽は、水素発酵反応を優先化したグラニュール汚泥を収容する態様とすることができる。
【００１１】
このように、沈降性が高いグラニュール汚泥を水素発酵槽において用いることで水素発酵反応を優先化した汚泥が、後段の酸生成槽又は嫌気性処理槽に流入することを防止することができ、水素発酵槽における水素と炭酸ガスとの生成をより好適に行うことができる。
【００１２】
また、水素発酵が進み水素と炭酸ガスとを含有した１次処理水と、前記１次処理水を酸生成した２次処理水と、のいずれか又は両方を、嫌気性処理流入排水として嫌気性処理槽へ投入することができ、低温条件下での安定運転の実現をより早めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低温条件下での早期安定運転を可能とする嫌気性処理システム及び嫌気性処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る嫌気性処理システムの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る嫌気性処理システムの構成を示す概略図である。嫌気性処理システム１は、原水流入管Ｌ１を通ってきた有機性排水を受け入れる水素発酵槽１１と、その後段の酸生成槽１２と、更にその後段の嫌気性処理槽１３と、を備える。
【００１７】
水素発酵槽１１は、水素生成菌により有機性排水に含まれる有機物を分解し、水素と炭酸ガスとを生成する。水素発酵槽１１の内部には、水素発酵反応を優先化させた汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥が収容され、その下方に原水流入管Ｌ１が接続されると共に、上方に送水管Ｌ２及び送水管Ｌ３が接続される。原水流入管Ｌ１には、原水流入管Ｌ１から分岐して後段の酸生成槽１２へと接続する送水管Ｌ４がさらに接続される。有機性排水は、原水流入管Ｌ１を通って水素発酵槽１１に流入する、或いは、有機性排水の一部は、原水流入管Ｌ１から分岐した送水管Ｌ４を通って酸生成槽１２へ流入する。これにより、水素と炭酸ガスとが含有された有機性排水である１次処理水Ｗ１が生成される。１次処理水Ｗ１は、上方に接続された送水管Ｌ２によって上向流式の嫌気性処理槽１３に流入する、及び／又は、上方に接続された送水管Ｌ３によって酸生成槽１２に流入するようになっている。
【００１８】
酸生成槽１２は、酸生成菌により送水管Ｌ３を通って流入する１次処理水Ｗ１に含まれる有機物、及び／又は、原水流入管Ｌ１から分岐した送水管Ｌ４を通って流入する有機性排水に含まれる有機物を酢酸等に分解する。また、酸生成槽１２において、中和剤としてアルカリ剤（例えば、水酸化ナトリウム）を添加することも好ましい。これにより、酸生成槽１２内の有機性排水が酸生成された２次処理水Ｗ２が生成される。２次処理水Ｗ２は、酸生成槽１２に接続された送水管Ｌ５によって、送水管Ｌ２に合流し、１次処理水Ｗ１及び／又は２次処理水Ｗ２からなる嫌気性処理槽流入排水Ｗ３として嫌気性処理槽１３に流入するようになっている。
【００１９】
なお、水素発酵槽１１に収容される「水素発酵反応を優先化したグラニュール汚泥」とは、嫌気性汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥と比較して、汚泥中のメタン生成菌の割合を減らして、水素生成菌の割合を増やすと共に水素生成菌の絶対数を増やしたグラニュール汚泥のことをいう。このようなグラニュール汚泥を用いることで、水素発酵槽１１内ではメタン発酵の進行は抑制され、水素発酵が優先される。なお、水素発酵反応を優先化させたグラニュール汚泥は、例えば、後述の嫌気性処理槽に投入される嫌気性汚泥が粒状化されたグラニュール汚泥を５０〜６０℃というメタン生成菌が生存しづらく水素生成菌が生存しやすい温度条件で加熱することで、得ることができる。
【００２０】
嫌気性処理槽１３は、直方体状の容器や円柱状の容器等からなり、ＥＧＳＢ（Expanded  Granular  Sludge  Bed）反応槽などと呼ばれるタイプの水処理槽である。嫌気性処理槽１３の下部には、流入部１４が設けられている。流入部１４は、送水管Ｌ２に連絡しており、嫌気性処理槽流入排水Ｗ３を嫌気性処理槽１３内に流入させる。流入部１４は、例えば、長手方向に均一に穴部が設けられた送水管である。嫌気性処理槽１３内には、嫌気性汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥が収納されている。嫌気性処理槽流入排水Ｗ３は、グラニュール汚泥に接触することにより、グラニュール汚泥中の嫌気性菌によって嫌気性処理される。このようなグラニュール汚泥が、有機性排水中で下部に沈降して溜まることにより、嫌気性処理槽１３の下部にはグラニュール汚泥層１５が形成されている。
【００２１】
嫌気性処理槽１３では、その下部に設けられた流入部１４から、嫌気性処理槽流入排水Ｗ３を内部に導入することによって上向きの流動を生じさせ、嫌気性微生物が凝集しているグラニュール汚泥層１５に水素と炭酸ガスとが含有された嫌気性処理槽流入排水Ｗ３を通して、嫌気性処理槽流入排水Ｗ３を嫌気性処理する。グラニュール汚泥層１５の上部には、当該グラニュール汚泥層１５を通過し嫌気性処理を経た３次処理水Ｗ４の液層が形成されている。この液層の３次処理水Ｗ４には、グラニュール汚泥層１５から浮上した浮上グラニュール汚泥や、嫌気性処理によって発生したバイオガス（例えば、メタンガス）が含まれている。なお、浮上グラニュール汚泥は、グラニュール汚泥が浮いたものであり、例えば、グラニュール汚泥にガスが付着したり、ガスが内包されたりなどしたものである。バイオガスの主な構成成分はメタンと二酸化炭素であり、硫化水素、窒素、水素等の他の成分も少量含まれる。
【００２２】
また、嫌気性処理槽１３の上部には、３次処理水Ｗ４と浮上グラニュール汚泥とバイオガスとを分離するための三相分離部１８が、配置されている。
【００２３】
三相分離部１８の下端部には、３次処理水Ｗ４を三相分離部１８の内部に導入する導入口１８ａが形成されている。この導入口１８ａに３次処理水Ｗ４を導くために、三相分離部１８の下方であって導入口１８ａの周囲には、三相分離部１８の底部に沿って設置された導入板１９が設けられている。また、導入板１９には、導入口１８ａに導入されなかった３次処理水Ｗ４を下側に返送するための返送口１９ａが形成されている。また、導入板１９の更に下方には、導入板１９の返送口１９ａを通って返送される３次処理水Ｗ４の流れを整えるための整流板２０が設けられている。
【００２４】
嫌気性処理槽流入排水Ｗ３は、上記グラニュール汚泥層１５を通過する。嫌気性処理槽流入排水Ｗ３が嫌気性処理された３次処理水Ｗ４は、嫌気性処理槽１３内を上向きに流動し、導入板１９によって導入板１９と三相分離部１８との間に形成された導入路に外側から流入する。上記導入路を通った３次処理水Ｗ４の一部は、導入口１８ａから三相分離部１８内に流入し、他の部分は、導入板１９の返送口１９ａから下側に流れるようになっている。
【００２５】
三相分離部１８内に流入した３次処理水Ｗ４は、三相分離部１８の側壁１８ｂから外側に溢れ、処理水として処理水排出部２３に集められる。側壁１８ｂの上端の高さに、３次処理水Ｗ４の液面Ｈが形成される。処理水排出部２３の処理水の一部は、処理水返送路Ｌ６を通じて酸生成槽１１に返送され、処理水排出部２３の処理水の残部は、排水管Ｌ７を通じて系外に排出される。三相分離部１８において、三相分離部１８の側壁１８ｂの内側には、導入口１８ａから流入した３次処理水Ｗ４が直接処理水排出部２３に流入しないようにするための隔壁２４が設けられている。
【００２６】
また、嫌気性処理槽１３内で、液面Ｈよりも上方の閉鎖空間３１には、前述のバイオガスが一時的に貯留される。液面Ｈ下の嫌気性処理空間３３には、３次処理水Ｗ４が貯留される。
【００２７】
嫌気性処理槽１３では、グラニュール汚泥層１５で３次処理水Ｗ４の嫌気性処理が行われ、バイオガスが発生する。当該バイオガスが浮上し液面Ｈまで到達することで、ガス貯留空間３１にバイオガスが一時的に貯留される。ガス貯留空間３１のバイオガスは、ガス回収ラインＬ８を通じて外部に排出され有用なエネルギー源として回収される。
【００２８】
続いて、上記嫌気性処理システム１による嫌気性処理方法について説明する。
【００２９】
（水素発酵工程）
有機性排水が水素発酵槽１１に導入されると、水素発酵槽１１では、水素生成菌を含むグラニュール汚泥と有機性排水とが接触することで、水素生成菌により有機性排水に含まれる有機物が分解され、水素や炭酸ガスが発生する。これにより水素や炭酸ガスを含有する１次処理水Ｗ１が、水素発酵槽１１から酸生成槽１２及び又は嫌気性処理槽１３に送られる。
【００３０】
（酸生成槽処理工程）
水素発酵槽１１からの１次処理水Ｗ１及び／又は送水管Ｌ３からの有機性排水が酸生成槽１２に対し導入されると、酸生成槽１２では、酸生成菌により有機性排水に含まれる有機物が酢酸等に分解される。これにより、１次処理水Ｗ１由来の水素や炭酸ガスを含有しつつ、酢酸等の有機酸を多く含む２次処理水Ｗ２が、１次処理水Ｗ１及び／又は２次処理水Ｗ２からなる嫌気性処理槽流入排水Ｗ３として嫌気性処理槽１３に送られる。
【００３１】
ここで、水素発酵槽１１は、３０〜１００ｋｇＣＯＤ／（ｍ３・ｄ）の容積負荷で運転することが好ましい。水素発酵槽１１における容積負荷を３０ｋｇＣＯＤ／（ｍ３・ｄ）より小さくすると、水素発酵槽１１においてメタン発酵が進みやすい環境となる。また、水素発酵槽１１における容積負荷を１００ｋｇＣＯＤ／（ｍ３・ｄ）より大きくすると、水素発酵槽１１における水素発酵が不十分となる可能性があり、十分に水素と炭酸ガスが含有された有機性排水を嫌気性処理槽流入排水Ｗ３として嫌気性処理槽１３に投入することが困難となる。
【００３２】
（嫌気性処理工程）
嫌気性処理槽１３の流入部１４から導入された嫌気性処理槽流入排水Ｗ３は、嫌気性処理空間３３内を上向きに流動する。このとき、嫌気性処理槽流入排水Ｗ３は、グラニュール汚泥層１５を通過しながらグラニュール汚泥に接触し、嫌気性処理される。
【００３３】
（処理水排出工程）
嫌気性処理槽流入排水Ｗ３が嫌気性処理され、液面Ｈまで到達した３次処理水Ｗ４は、側壁１８ｂの上端を越えて処理水排出部２３に溢れ、処理水として排水管Ｌ７を通じて系外に排出される。なお、排出された処理水には、後段で更なる所定の水処理が施される。
【００３４】
（ガス回収工程）
上記嫌気性処理工程では、嫌気性反応によるバイオガス（メタンガス、二酸化炭素等）が発生し、液面Ｈまで浮上することでガス貯留空間３１に一時的に貯留され、バイオガスの量が増加すると、ガス回収ラインＬ８を流動し排出される。
【００３５】
続いて、以上説明した嫌気性処理システム１及び嫌気性処理方法による作用効果について説明する。
【００３６】
従来の嫌気性処理槽における嫌気性処理は、上述のように、回収したバイオガスのうちの一部を利用した加温を行いつつ、中温域又は高温域で実施されるのが一般的である。しかしながら、例えばＣＯＤＣｒ濃度で２０００ｍｇ／ｌ以下である有機物濃度が低い排水を嫌気性処理する場合には、嫌気性処理槽１３から回収し、加温に利用することができるバイオガスが少なくなり、バイオガスを利用した加温だけでは不十分となる場合がある。このため、本実施形態に係る嫌気性処理システム１では、有機性処理水を加温せず、例えば５〜２０℃の低温条件で嫌気性処理を行う。この場合には、低温耐性を有する嫌気性菌が増殖して槽内で優勢となることで、低温条件下における嫌気性処理を好適に進めることができる安定運転となる。
【００３７】
ここで、グラニュール汚泥を用いた低温条件下での嫌気性処理を採用した場合には、グラニュール汚泥の沈降性が非常に高いため、嫌気性処理槽内での汚泥の滞留時間を長くすることができ、増殖速度が遅い微生物を優勢にすることができる。低温条件下における嫌気性処理を行うためには、低温耐性を有する嫌気性菌（メタン生成菌）であるＭｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ．ｓｐが嫌気性処理槽内で優勢となることが好ましいが、この嫌気性菌を優勢にするためには、数ヶ月の低負荷運転を行う必要があり、低温耐性を有する嫌気性菌が槽内で優勢となって安定運転となるまでにそれだけの時間がかかる。
【００３８】
これに対して、本実施形態に係る嫌気性処理システム１においては、嫌気性処理槽１３の前段に水素発酵槽１１と酸生成槽１２とを設け、水素発酵槽１１において水素と炭酸ガスとを含む有機性排水である１次処理水Ｗ１を生成し、その後段の酸生成槽１２において有機物を作さん等に分解した有機性排水である２次処理水Ｗ２を生成し、１次処理水Ｗ１及び／又は２次処理水Ｗ２からなる嫌気性処理槽流入排水Ｗ３を嫌気性処理槽１３に投入する構成を有する。嫌気性処理槽流入排水Ｗ３に含まれる水素や炭酸ガスは、低温耐性を有する嫌気性菌の基質となり、嫌気性菌の増殖を早めることができる。これにより、嫌気性処理槽１３において低温耐性を有する嫌気性菌が優勢となって安定運転を行うまでの期間を短縮することができる。
【００３９】
また、低温耐性を有する嫌気性菌を優勢とするまでの期間を短縮するためには、嫌気性処理槽１３に対して外部から水素や炭酸ガスを供給する方法も考えられるが、本実施形態に係る嫌気性処理システム１のように水素発酵槽１１を設けることで、外部からのエネルギー供給をすることなく、安定運転までの期間短縮を実現することができる。
【００４０】
また、上記の水素発酵槽１１には、水素発酵反応を優先化したグラニュール汚泥を用いられる。水素発酵槽１１において沈降性が高いグラニュール汚泥を用いることで水素発酵反応を優先化した汚泥が後段の酸生成槽１２又は嫌気性処理槽１３に流入することを防止することができ、水素発酵槽１１における水素と炭酸ガスとの生成をより好適に行うことができる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、有機物を含有する排水等が十分にメタン発酵に適している場合等には、嫌気性処理槽１３よりも前段に酸生成槽１２を設けなくてもよい。また、例えば、嫌気性処理槽１３は、ＥＧＳＢ反応槽に限られず、例えばＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）反応槽であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…嫌気性処理システム、９…調整槽、１１…酸生成槽、１２…水素発酵槽、１３…嫌気性処理槽、Ｗ１…１次処理水、Ｗ２…２次処理水、Ｗ３…嫌気性処理槽流入排水、Ｗ４…３次処理水。
【図１】
2014184386.tif 000003