(57)【要約】【課題】早く安定的にグラニュールを形成できる嫌気性水処理方法を提供する。【解決手段】嫌気性微生物が粒状化してなるグラニュールが下部に沈殿された処理槽に対して、グラニュールの沈殿状態が保たれるように処理槽の下部から廃水を注水しながら、廃水を嫌気性微生物に反応させる、嫌気性水処理方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性微生物が粒状化してなるグラニュールが下部に沈殿された処理槽に対して、前記グラニュールの沈殿状態が保たれるように前記処理槽の下部から廃水を注水しながら、前記廃水を前記嫌気性微生物に反応させる、嫌気性水処理方法。
【請求項２】
前記処理槽への注水が完了した後、前記廃水を静置して前記廃水を前記嫌気性微生物に反応させる、請求項１に記載の嫌気性水処理方法。
【請求項３】
前記嫌気性水処理方法は回分式であり、互いに独立した複数の前記処理槽に時間をずらして前記廃水を注水する、請求項１または２に記載の嫌気性水処理方法。
【請求項４】
前記嫌気性水処理方法は、前記処理槽を加熱しないで行う、請求項１から３のいずれか一項に記載の嫌気性水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性微生物を使った廃水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１などに、有機物を含む廃水の処理方法として、グラニュール状の嫌気性微生物を用いたＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法やＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）法が知られている。これらの方法では、嫌気性水処理装置に含まれる処理槽において、高密度で沈降性のよいグラニュール状の嫌気性微生物からなる層に、処理槽の下部から上部に向かうように廃水を通すことにより、廃水を嫌気性処理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2003-326294号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで特許文献１に記載の処理方法は、処理槽の内部で処理された水を取り出し、再び処理槽に戻している。特許文献１では、グラニュールによる処理槽への供給口の閉塞を防止するため、および供給口付近のグラニュールを絶えず展開しておくために、水を循環させている。特許文献１に記載の処理方法のほかにも、嫌気性微生物を使った廃水の処理方法において、処理槽内で舞い上がって外部に流れ出すグラニュールを処理槽内に戻すため、あるいは、未処理の有機物が含まれている水に再度処理を施すために、水を循環させることが一般的に行われている。
【０００５】
しかし本発明者らは、このように処理された水を処理槽内に再び戻してしまうと、処理槽内の有機物の濃度が低下してしまうことに着目した。つまり処理槽に注入した有機物を高濃度で含む廃水が、処理槽内に戻される低濃度の水により希釈されてしまい、処理槽内全体の有機物の濃度が低下してしまう。このように有機物の濃度が低いと、安定的なグラニュールを早く形成できない。
【０００６】
そこで本発明は早く安定的なグラニュールを形成できる嫌気性水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決することのできる本発明の嫌気性水処理方法は、
嫌気性微生物が粒状化してなるグラニュールが下部に沈殿された処理槽に対して、前記グラニュールの沈殿状態が保たれるように前記処理槽の下部から廃水を注水しながら、前記廃水を前記嫌気性微生物に反応させる。
【０００８】
本発明に係る嫌気性水処理方法によれば、グラニュールの沈殿状態が保たれるように処理槽の下部から廃水を注水すると、有機物を高濃度に含む廃水がグラニュールに接触する。この状態で廃水を嫌気性微生物に反応させることで、高濃度の廃水に接したグラニュールを早く安定化させることができる。
【０００９】
上記本発明に係る嫌気性水処理方法において、
前記処理槽への注水が完了した後、前記廃水を静置して前記廃水を前記嫌気性微生物に反応させてもよい。
【００１０】
上記本発明に係る嫌気性水処理方法において、
前記嫌気性水処理方法は回分式であり、互いに独立した複数の前記処理槽に時間をずらして前記廃水を注水してもよい。
【００１１】
上記本発明に係る嫌気性水処理方法は前記処理槽を加熱しないで行ってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、早く安定的なグラニュールを形成できる嫌気性水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る嫌気性水処理方法を適用できる処理装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る嫌気性水処理方法の各工程を示す模式図である。
【図３】グラニュールへの有機物の浸透イメージ図である。
【図４】本発明の変形例に係る嫌気性水処理方法を適用できる処理装置の模式図である。
【図５】本発明の変形例に係る嫌気性水処理方法のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜処理装置＞
まず、本発明の一実施形態に係る嫌気性水処理方法を適用可能な嫌気性水処理装置について、図１を参照して説明する。
【００１５】
図１は嫌気性水処理装置（以降、単に処理装置という）１０の模式図である。処理装置１０は、有機物を含む廃水を嫌気性微生物に反応させて、有機物をメタンガス、二酸化炭素、水素などに分解し、清浄な水を取り出す装置である。処理装置１０は、酸生成槽２０と、処理槽３０とを備えている。
【００１６】
酸生成槽２０には酸生成菌が収容されている。酸生成槽２０は、流入管Ｌ１を通ってきた廃水を受け入れる。酸生成槽２０は、酸生成菌により廃水中に含まれる有機物を酢酸等に分解する。また、酸生成槽２０に中和剤として、水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤が添加されていてもよい。酸生成槽２０には送水管Ｌ２が接続されている。送水管Ｌ２にはポンプＰが設けられている。酸生成槽２０内の廃水は送水管Ｌ２を介して処理槽３０へ流される。送水管Ｌ２には、処理槽３０への廃水の送水を止めることができるバルブＬ２ａが設けられている。
【００１７】
処理槽３０は、図１に示すように縦長の容器である。処理槽３０の下部には、送水管Ｌ２に連結された流入部３１が設けられている。送水管Ｌ２を介して流れてきた廃水は流入部３１を介して処理槽３０の内部に注水される。流入部３１は、例えば長手方向に等間隔に開口する複数の穴を備えたパイプにより形成することができる。本実施形態では、流入部３１から処理槽３０の底面に向かって下向きに廃水を流出させて、廃水に処理槽の最下層から上方に向かう水流を作り出している。
あるいは、流入部３１の上方に、複数の細孔が設けられた多孔整流板を設けてもよい。この多孔整流板は、流入部３１を含む下方領域と、それより上方の上方領域に、処理槽３０を仕切っている。これにより、処理槽３０の上方領域において、下方から上方に向けて均一な水流を作り出すことができる。
【００１８】
また、処理槽３０の下部には、グラニュールを含有するスラッジブランケット層３２が形成されている。グラニュールとは、複数の嫌気性微生物が集まって形成する微小な粒である。グラニュールの直径はおよそ０．５〜５．０ｍｍである。多数のグラニュールが沈殿してスラッジブランケット層３２を形成している。
【００１９】
グラニュールに含まれる嫌気性微生物としては、Methanosaetaを含み、Methanosarcinaなどのメタン菌を含むものである。Methanosaetaは糸状に増殖し、また他の物質を付着させやすい性質を備えている。このため、Methanosaetaに適度な水流を与えながら、餌となる有機物を与えると、Methanosaetaは糸玉形状のグラニュールを形成する。このときに、Methanosaetaは、Methanosarcinaなどの他のメタン菌も巻き込みながらグラニュールを形成する。なお、本実施形態でいう嫌気性微生物とは、細菌類のゾーグレア  ラミゲラ、細菌類のスフェロチルス  ナタンス、鞭毛虫類のモナス  アメービナといった好気性微生物とは異なる微生物である。
【００２０】
処理槽３０の縦方向の中央近傍には、取出管Ｌ３が設けられている。より具体的には、取出管Ｌ３の処理槽３０側の開口は、スラッジブランケット層３２の上方であってスラッジブランケット層３２の上端面の近傍に設けられている。取出管Ｌ３には、管路を開閉するバルブＬ３ａが設けられている。このバルブＬ３ａを開けることにより、処理槽３０にて処理が完了した水を取出管Ｌ３を通じて外部に取り出すことができる。
【００２１】
処理槽３０の上方には、分離部３３が設けられている。分離部３３は、廃水から、微生物の作用により生じたメタンガスなどの気体と、微生物などの固形物と、水とを分離する。廃水から分離されたメタンガスは図示せぬ配管を介して外部に取り出される。
【００２２】
この処理槽３０の上方はカバー３４により密閉されている。これにより、外部から酸素が廃水中に溶け込むことを防止し、処理槽３０の内部を嫌気性微生物の活動に適した環境に維持している。
【００２３】
また、処理槽３０は、分離部３３と酸生成槽２０とを接続する循環管Ｌ４を備えている。送水管Ｌ２に設けられたポンプＰを作動させることにより、分離部３３で気体および固形物が分離された水を酸生成槽２０に戻すことができる。
【００２４】
＜処理方法＞
次に、本実施形態に係る処理装置１０を用いた処理方法を図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る処理方法の工程を示す図である。
【００２５】
（注水処理工程）
図２の（ａ）は、注水開始工程を示す。図２の（ａ）に示したように、処理槽３０への注水を開始前にも、処理槽３０にはグラニュールとともにある程度の水が入っている。まず、バルブＬ２ａを開いて、酸生成槽２０から送水管Ｌ２を介して処理槽３０内に有機物を高濃度で含んでいる廃水を注水する。このとき、グラニュールが下部に沈殿されてスラッジブランケット層３２が形成された処理槽３０に対して、流入部３１を介して処理槽３０の下部から廃水を注水しながら、廃水に嫌気性微生物を反応させる（注水処理工程）。このとき、沈殿されたグラニュールの沈殿状態が保たれるように、穏やかに廃水を注水する。これにより、廃水がスラッジブランケット層３２を通過する間に廃水中の有機物の分解が進み、廃水が処理槽の上方に流れるにつれて廃水中の有機物の濃度が低下していく。
【００２６】
なお、グラニュールの沈殿状態が保たれるように、とは、完全にグラニュールがまきあげられない状態を維持することのみを言うのではない。例えば水流によって一部の軽いグラニュールが上方に移動し、スラッジブランケット層３２中のグラニュールの密度が小さくなりながらも、全体としてグラニュールがスラッジブランケット層３２を形成し続ける状態を維持することを含む。このため、処理槽３０中に注水する廃水の水流は、水流によってグラニュールが少なくとも廃水の液面までまきあげられない程度とする。
【００２７】
処理層３０への廃水の注入が進むと、スラッジブランケット層３２の上面よりも上方に形成されている上澄み層ａの水位が上昇する。このとき、グラニュールを攪拌させないように廃水を注水するために、注水処理工程では廃水を処理槽３０内に穏やかに注水している。
【００２８】
具体的には、処理槽３０内および分離部３３内の廃水中に生じる上向き流の流速がグラニュールの沈降速度よりも遅くなるように、廃水の処理槽３０への流量が設定されている。このため、上澄み層ａおよび分離部３３においてグラニュールが激しく舞い上がることがない。なおこのとき、流入部３１での廃水中の有機物の濃度をＣａ、スラッジブランケット層３２の上端面での有機物の濃度Ｃｂとしたとき、（Ｃａ−Ｃｂ）／Ｃａが６０％以下となっていることが好ましい。
【００２９】
（静置処理工程）
次に図２の（ｂ）に示すように、処理槽３０へ所定量の廃水が注入されたら、送水管Ｌ２のバルブＬ２ａを閉めて、廃水の処理槽３０への注水が完了する。また、処理槽３０中の廃水を一定時間この状態で静置して、嫌気性微生物によって、主にスラッジブランケット層３２に含まれる廃水中の有機物の分解を進ませる（静置処理工程）。なお、処理槽３０への廃水の注水に要する時間が、嫌気性微生物による有機物の分解に要する時間よりも長い場合には、この静置処理工程を省略することもできる。例えば嫌気性微生物が高活性な場合や、少ない流量で廃水を処理槽３０に注水する場合には、静置処理工程を省略できる。
【００３０】
（仕上げ攪拌工程）
スラッジブランケット層３２の上部に形成された上澄み層ａ中には、注水処理工程および静置処理工程では嫌気性微生物により分解されなかった有機物が残っていることがある。そこで図２の（ｃ）に示すように、循環管Ｌ４のポンプＰを作動させる。これにより、分離部３３で気体および固形物が分離された水を循環管Ｌ４を介して処理層３０から取り出し、取り出した水を送水管Ｌ２および流入部３１を介して処理槽３０に注水する。つまり、廃水を処理槽３０、循環管Ｌ４、送水管Ｌ２の内部で循環させる。なおこのとき、送水管Ｌ２のバルブＬ２ａは閉じたままである。
【００３１】
このとき、処理槽３０内でグラニュールがまきあげられて攪拌されるように、流入部３１から早い流速で廃水を流出させる。これにより、スラッジブランケット層３２が上澄み層ａと混合されて、処理槽３０内の廃水中に均一にグラニュールが分布する。これにより、上澄み層ａ中に含まれていた有機物もグラニュールにより分解される。そして、処理槽３０内の廃水の有機物の濃度が所望の値となるまで水を循環させつづける。これにより、処理槽３０中の廃水全体に含まれている有機物の濃度を低下させることができる。
【００３２】
（沈殿工程）
廃水中の有機物の濃度が所望の値となるまで、仕上げ攪拌工程を行ったら、ポンプＰを停止して廃水の循環を止めて、図２の（ｄ）に示すように、一定時間処理槽３０を静置する。これにより、廃水中に含まれるグラニュールを沈殿させて処理槽３０の下部にスラッジブランケット層３２を、処理槽３０の上部に上澄み層ａを形成させる。なお、ここの沈殿工程において形成される上澄み層ａの有機物濃度は、上述した静置処理工程で形成される上澄み層ａの有機物濃度よりも低くなっている。
【００３３】
（取り出し工程）
上澄み層ａとスラッジブランケット層３２とが分離したら、取出管Ｌ３のバルブＬ３ａを開いて、所望の値より低い有機物濃度となった上澄み層ａを形成している水を外部に取り出す。これにより、嫌気性微生物による廃水の処理が完了する。
【００３４】
なお、酸生成槽２０中に未処理の廃水が残存している場合には、取り出し工程の後に注水処理工程に戻って上述した各工程を繰り返すことにより、必要な量の廃水を処理することができる。
【００３５】
＜作用・効果＞
このように、本実施形態に係る嫌気性水処理方法によれば、注水処理工程において、グラニュールの沈殿状態を保つように処理槽の下部から廃水を注水しながら嫌気性微生物を廃水に反応させている。廃水の注水時にグラニュールは不要に攪拌されないため、グラニュールはあまり動かされず、略一定の位置に居続けることになる。この状態で廃水の注水が続けられると、流入部３１の近傍に位置するグラニュールには常に有機物が高濃度に含まれる廃水に接することになる。これにより、処理槽３０内の高さ方向の有機物濃度について、処理槽３０の下部では高く、下部から上方に向かうにつれて下がる勾配が形成されている。
【００３６】
これとは対照的に、特許文献１のように処理槽内で廃水を循環させながら廃水に嫌気性微生物を反応させる場合には、嫌気性微生物の作用により有機物の濃度が低下した水が、再び処理槽に戻されることになる。つまり、処理槽内の上部も下部も有機物の濃度は均一になるが、その濃度は酸生成槽から流入してきた廃水（原水とも呼ぶ）の濃度よりも低くなってしまう。つまり、処理槽の高さ方向の有機物の濃度は一定であり、その濃度は原水の濃度よりも低い。
【００３７】
図３は、グラニュールへの有機物の浸透イメージ図である。図３の（ａ）はグラニュールに高濃度の基質を含む廃水を接触させた場合、図３の（ｂ）はグラニュールに低濃度の基質を含む廃水を接触させた場合を示す。図３の（ｃ）は、図３の（ａ）に示したグラニュールにおいて表面から中心に向かう距離と、その位置での有機物の濃度を示す。図３の（ｄ）は、図３の（ｂ）に示したグラニュールにおいて表面から中心に向かう距離と、その位置での有機物の濃度を示す。
【００３８】
図３の（ａ）および（ｃ）に示したように、高濃度の有機物を含む廃水を接触させた場合には、グラニュールの内部まで有機物が浸透する。このため、グラニュールの内部に位置する嫌気性微生物にも有機物を与えることができる。これとは異なり、図３の（ｂ）および（ｄ）に示したように、低濃度の有機物を含む廃水を接触させた場合には、グラニュールの表層に位置する嫌気性微生物にしか有機物を与えることができない。
【００３９】
嫌気性微生物に多くの有機物を与えることで、嫌気性微生物は安定的なグラニュールを形成する。このため本発明者らは、高濃度の有機物を含む廃水をグラニュールに接触させれば、グラニュール全体の嫌気性微生物に有機物を供給させることができ、安定的なグラニュールを早く形成できることに着目した。そこで、本実施形態に係る嫌気性水処理方法のように、有機物の濃度が最も高い原水をそのまま嫌気性微生物に与えれば、その嫌気性微生物の活性が高まり早く安定的なグラニュールを形成することに、本発明者らは気がついた。これにより、処理装置の立ち上げ時間を短くし、また、高効率で廃水処理をすることができる。
【００４０】
なお、本発明の嫌気性水処理方法は、前述した実施形態および変形例に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
【００４１】
例えば、静置処理工程の段階で、上澄み層ａ中の有機物濃度が所望の値よりも低くなっている場合には、仕上げ攪拌工程は省略できる。またこの場合、静置処理工程の段階で既に上澄み層ａが形成されているため、沈殿工程も省略して、直ちに取り出し工程にて処理の完了した水を外部に取り出すことができる。
【００４２】
さらに、注水処理工程の段階で形成される上澄み層ａ中の有機物濃度が所望の値よりも低くなるように設定した場合には、取り出し分３４から直接、処理が完了した水を取り出せるので、連続的に廃水を処理槽に注水しながら嫌気性水処理を行うことができる。
【００４３】
また、上述した実施形態に係る嫌気性水処理方法は、処理槽を温めて行う加熱式の嫌気性水処理方法、処理槽を温めずに行う無加熱式の嫌気性水処理方法のいずれにも適用できる。
もっとも、加熱式であれば嫌気性微生物の活性が高いので、有機物濃度が低い環境でもグラニュールの形成が進みやすい。しかし、無加熱式の場合には嫌気性微生物の活性が低いので、有機物濃度が低い環境ではグラニュールの形成が進みにくい。このため、無加熱式の嫌気性水処理方法に本発明を適用すると、早く安定的なグラニュールを形成するのに特に有効である。もっとも、加熱式の嫌気性水処理方法に本発明を適用した場合でも、更にグラニュールの形成速度を高めることができ、有効である。
【００４４】
＜変形例＞
また上述の実施形態では、単一の処理槽を有する処理装置を例に挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、図４に示すように、複数の処理槽を有する処理装置にも本発明に係る嫌気性水処理方法を好適に適用できる。
【００４５】
図４は、本発明の変形例に係る嫌気性水処理方法に用いられる処理装置の模式図である。また、図５は図４に示した各々の処理槽で実行する工程のタイムチャートを示している。
【００４６】
本変形例に係る処理装置１０Ａは、図４に示したように、互いに独立した第一の処理部４０Ａ，第二の処理部４０Ｂ，第三の処理部４０Ｃを備えている。これら第一から第三の処理部４０Ａ〜４０Ｃのそれぞれは、上述した実施形態に係る処理装置１０である。つまり、第一の処理部４０Ａは、第一の処理槽３０Ａと、第一の酸生成槽２０Ａとを備えている。第二の処理部４０Ｂも同様に、第二の処理槽３０Ｂと、第二の酸生成槽２０Ｂとを備えている。第三の処理部４０Ｃについても、同様に、第三の処理槽３０Ｃと、第三の酸生成槽２０Ｃとを備えている。これら３つの処理部４０Ａ〜４０Ｃの酸生成槽２０Ａ〜２０Ｃの上流側は、３方切換弁Ｌ２ｂを介して、調整槽２５に接続されている。調整槽２５は、処理装置１０Ａに流入する廃水を一時的に貯留することができる槽である。
【００４７】
第一の処理槽３０Ａ、第二の処理装置３０Ｂ、第三の処理装置３０Ｃについて、それぞれ上記したように、グラニュールの沈殿状態を保つように処理槽３０Ａ〜３０Ｃの下部から廃水を注水しながら嫌気性微生物を廃水に反応させ、処理された水を取り出す。また、必要に応じて、上述した静止処理工程、仕上げ攪拌工程、沈殿工程を行う。
【００４８】
このとき、例えば注水処理工程は６０分、静置処理工程は２０分、仕上げ攪拌工程は２０分、沈殿工程は１０分、取り出し工程は１０分、とすることができる。そこで、図５に示したように、調整槽２５に受け入れた廃水に対して各処理槽で行う工程を時間的にずらし、複数の処理槽に時間をずらして廃水を注水することが好ましい。
【００４９】
図５に示した例においては、第一の処理槽３０Ａにて注水処理工程の半分が経過した時点で、第二の処理槽３０Ｂにも注水処理工程を開始する。また、第一の処理槽３０Ａにて注水処理工程が完了し第二の処理槽３０Ｂの注水処理工程の半分が経過した時点で、第三の処理槽３０Ｃにも注水処理工程を開始する。各処理槽３０Ａ〜３０Ｃで、上述した注水処理工程から取り出し工程を繰り返す。
【００５０】
すると調整層２５からは常に二つの処理槽に注水することができる。これにより、各処理槽においては回分式の処理を行っているが、処理装置１０Ａ全体としては常に連続的に廃水を処理することができる。また、常に二つの処理槽に注水しているので、処理能力を高めることができる。
【００５１】
なお、各工程の所要時間は、廃水の量、有機物の種類や濃度、嫌気性微生物の種類、処理槽の大きさなどに応じて最適な値に設定する。例えば、反応効率を高めるために、注水処理工程を長時間に設定したり、あるいは廃水の負荷が高い場合には、仕上げ処理を長時間に設定することができる。また、各工程の所要時間に応じて、効率的に処理を進めることができるように、各処理槽のタイムチャートを設定することが望ましい。
【００５２】
このように、複数の処理槽３０Ａ〜３０Ｃを備えた処理装置において、回分式の処理を行う場合、特定の処理槽へ注水処理工程を行っている間に、他の処理槽で他の工程を実行させることが好ましい。特にグラニュールを攪拌しないように小さい流速で廃水を処理槽に注水する場合には、注水処理工程に時間を要するため、この注水処理工程の時間に他の処理槽で他の工程を実行させると、効率的に嫌気性水処理を行うことができる。
【００５３】
本変形例に係る３つの処理槽３０Ａ〜３０Ｃを備えた処理装置を用いて回分式の処理を行ったところ、従来安定的なグラニュールを形成するために１ヶ月を要していたところ、３週間で安定的なグラニュールを形成することができた。これにより、本変形例によれば安定的なグラニュールを早く形成できることが確認できた。
【符号の説明】
【００５４】
１０：処理装置、２０：酸生成槽、３０：処理槽、３１：流入部、３２：スラッジブランケット層、３３：分離部、３４：カバー、Ｌ１：流入管、Ｌ２：送水管、Ｌ２ａ：バルブ、Ｌ３：取出管、Ｌ４：循環管
【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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