(57)【要約】【課題】高濃度の有機性排水の嫌気性処理において、安定的な運転の立ち上げとその後の高負荷運転を実現するとともに、希釈水の使用量を削減する方法を提供する。【解決手段】ＣＯＤｃｒ濃度が１５，０００ｍｇ／Ｌ以上の原水を反応槽内で嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法であって、原水を所定のＣＯＤｃｒ濃度まで希釈して被処理水を得た後に、反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷（ｋｇ／ｍ３・日）が定常運転時の値以上で運転する第１工程と、連続的又は段階的に前記被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上げ、最終的に前記原水の希釈を停止する第２工程と、原水を希釈せずに定常運転を行う第３工程とを有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯＤｃｒ濃度が１５，０００ｍｇ／Ｌ以上の原水を反応槽内で嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法であって；
前記原水を所定のＣＯＤｃｒ濃度まで希釈して被処理水を得た後に、前記反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷（ｋｇ／ｍ３・日）が定常運転時の値以上で運転する第１工程と、
連続的又は段階的に前記被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上げ、最終的に前記原水の希釈を停止する第２工程と、
前記原水を希釈せずに定常運転を行う第３工程とを有することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項２】
前記反応槽に担体を添加し、該担体に担持された嫌気性微生物により前記被処理水を処理する請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記担体がポリビニルアルコールゲル担体である請求項２に記載の処理方法。
【請求項４】
第２工程において、１回につき前記原水のＣＯＤｃｒ濃度に対して５〜５０％の割合で段階的に前記被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させる請求項１〜３のいずれかに記載の処理方法。
【請求項５】
第２工程において、水理学的滞留時間後にＣＯＤｃｒ除去率が８０％以上であることを確認した後、前記被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させる請求項１〜４のいずれかに記載の処理方法。
【請求項６】
第１工程において、前記反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷が定常運転時の値の１．１倍以上になるまで運転する請求項１〜５のいずれかに記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機物を含有する排水（以下、有機性排水と略記することがある）の処理方法に関する。詳しくは、有機性排水を、嫌気性微生物により生物学的に処理する排水処理方法において、運転の立ち上げに際して微生物の増殖を促進させることにより、排水処理装置の立ち上げに要する時間を大幅に短縮すると共に、排水処理装置の立ち上げ後においても効率的な処理を行うことのできる有機性排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の処理方法として、メタンガスの回収、再利用が可能な嫌気処理法が産業排水の処理方法として広く用いられている。なかでも沈降性が良好なグラニュールを形成させ、有機性排水を上向流で通水し、高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ法（Ｕｐ−ｆｌｏｗ  Ａｎａｅｒｏｂｉｃ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｌａｎｋｅｔ；上向流嫌気性汚泥床法）は、特に中〜高濃度の排水を処理する方法として発展してきた。このＵＡＳＢ法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いて、さらに高流速で通水し、高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ法（Ｅｘｐａｎｄｅｄ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｅｄ；膨張汚泥床法）も実用化されている。
【０００３】
また、有機性排水の処理方法として、固定床担体や流動床担体を使用する方法も用いられている。固定床担体を使用する方法は生物膜を保持する支持床を反応槽内部に固定し、その表面に生育する微生物を利用して生物学的に排水を処理するものである。一方、流動床担体を使用する方法は比重や大きさを調整した担体を反応槽内部で流動させて、担体に生物を増殖させて、当該担体に担持された微生物を利用して生物学的に排水を処理するものである。
【０００４】
いずれの嫌気性処理方法においても、有機物濃度の高い排水の嫌気性処理では、中間体として生じる有機酸の濃度が高くなるため、その後のメタン生成反応が阻害されてしまうという課題があった。
【０００５】
特許文献１には、高濃度の有機性排水の嫌気性処理において、高濃度の原水を、加温された希釈水でＣＯＤｃｒ濃度を３０，０００ｍｇ／Ｌ以下に希釈してから処理することにより、反応槽内での有機酸阻害による処理性能低下を回避する報告がされている。しかしながら特許文献１に記載の方法では、多量の希釈水を必要とするため、被処理水の液量が増えるという問題があった。また、希釈されて液量の増加した被処理水を加温しなければならないため、加温スチームなどの加温装置が必要となりコストがかかるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０４−１１００９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高濃度の有機性排水の嫌気性処理において、安定的な運転の立ち上げとその後の高負荷運転を実現するとともに、希釈水の使用量を削減する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】
【０００８】
上記課題は、ＣＯＤｃｒ濃度が１５，０００ｍｇ／Ｌ以上の原水を反応槽内で嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法であって；前記原水を所定のＣＯＤｃｒ濃度まで希釈して被処理水を得た後に、前記反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷（ｋｇ／ｍ３・日）が定常運転時の値以上になるまで運転する第１工程と、連続的又は段階的に前記被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上げ、最終的に前記原水の希釈を停止する第２工程と、前記原水を希釈せずに定常運転を行う第３工程とを有することを特徴とする有機性排水の処理方法を提供することによって解決される。
【０００９】
このとき、前記反応槽に担体を添加し、該担体に担持された嫌気性微生物により前記被処理水を処理することが好ましい。また、前記担体がポリビニルアルコールゲル担体であることが好ましい。
【００１０】
第２工程において、１回につき前記原水のＣＯＤｃｒ濃度に対して５〜５０％の割合で段階的に前記被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させることが好ましい。また、第２工程において、水理学的滞留時間後にＣＯＤｃｒ除去率が８０％以上であることを確認した後、前記被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させることも好ましい。
【００１１】
第１工程において、前記反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷が定常運転時の値の１．１倍以上になるまで運転することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の処理方法によれば、高濃度の有機性排水の嫌気性処理において、安定的な運転の立ち上げとその後の高負荷運転を実現するとともに、希釈水の使用量を削減する方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ＣＯＤｃｒ濃度が１５，０００ｍｇ／Ｌ以上の原水を反応槽内で嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法に関する。
【００１４】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ＣＯＤｃｒ濃度が１５，０００ｍｇ／Ｌ以上という高濃度の有機性排水を嫌気性処理する方法において、立ち上げ運転に際して、原水を所定のＣＯＤｃｒ濃度まで希釈して被処理水を得た後に、反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷（ｋｇ／ｍ３・日）が定常運転時の値以上で運転し、その後、連続的又は段階的に被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上げ、最終的に原水の希釈を停止させることによって上記課題を解決できることを見出した。ここで、本明細書における原水とは、下水や各種工場などから発生する排水のことをいう。一方、被処理水とは、反応槽に導入される液のことをいう。したがって、原水と希釈水を反応槽に別個に導入する場合には、それらを混合したときのＣＯＤｃｒ濃度が被処理水のＣＯＤｃｒ濃度ということになる。また、原水に対して希釈などの処理をしなければ、原水自体が被処理水となる。
【００１５】
本発明の処理方法は、第１工程〜第３工程を備えることを特徴とするものである。以下、各工程について説明する。
【００１６】
第１工程において、原水を所定のＣＯＤｃｒ濃度まで希釈して被処理水を得た後に、前記反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷（ｋｇ／ｍ３・日）が定常運転時の値以上で運転する。このとき、通常１５，０００ｍｇ／Ｌ未満まで原水を希釈して被処理水を得る。好適には、通常１０，０００ｍｇ／Ｌ以下になるまで希釈し、より好適には５，０００ｍｇ／Ｌ以下になるまで希釈する。一方、原水を希釈し過ぎると、処理槽内での水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が不十分となり処理能力が低下し、立ち上げ運転後において容積負荷を十分に上げることができないおそれがある。かかる観点から、ＣＯＤｃｒ濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。
【００１７】
原水としては、下水や、食品工場（調味料製造工業、アルコール工場）、化学工場排水、農畜産廃棄物の処理により発生する排水等が挙げられる。
【００１８】
処理槽に導入される被処理水のｐＨは６．５〜７．５程度であることが好ましい。また、反応槽内の温度も特に限定されないが、通常のメタン発酵の条件と同様で、通常２５〜４０℃であり、３０〜３８℃とすることが好ましい。
【００１９】
原水を所定のＣＯＤｃｒ濃度まで希釈して被処理水を得る方法としては、反応槽に希釈水を直接流入させる方法や、原水を予め希釈水で希釈する方法が挙げられる。このとき用いられる希釈水としては、通常、水道水が用いられるが、ＣＯＤｃｒ濃度が低いものであれば処理後の排水を用いることもできる。
【００２０】
次に、原水を所定のＣＯＤｃｒ濃度まで希釈した後に、反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷（ｋｇ／ｍ３・日）が定常運転時の値以上で運転する。このとき、十分な微生物量を確保して、定常運転において効率良く排水を処理するために、原水を希釈してＣＯＤｃｒ濃度が低下した被処理水を得た後に、反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷が定常運転時の値の１．１倍以上で運転することが好ましい。より好適には、１．３倍以上であり、さらに好適には１．５倍以上である。このように、反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷を上げると、定常運転に至るまでの立ち上げ運転に要する期間が短くなる。一方、上限は特に限定されないが、通常、反応槽のＣＯＤｃｒ容積負荷は定常運転時の値の２倍以下である。
【００２１】
ここで、定常運転時のＣＯＤｃｒ容積負荷は、主に排水の含有物質、有機物濃度、排水量、嫌気性処理装置の処理能力により決定される。ＣＯＤｃｒ容積負荷を５〜５０ｋｇ／ｍ３・日とすることが可能である。
【００２２】
第２工程において、連続的又は段階的に被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上げ、最終的に原水の希釈を停止する。段階的に濃度を上げる場合、１回につき原水のＣＯＤｃｒ濃度に対して５〜５０％の割合で段階的に被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させることが好ましい。このようにすることで、菌体の活性を保ちながら高濃度排水への馴養を進めることができる。
【００２３】
被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させる割合が５％未満の場合、定常運転に至るまでに時間を要してしまうおそれがある。かかる観点から、１回につき原水のＣＯＤｃｒ濃度に対して８％以上の割合で段階的に被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させることがより好ましく、１０％以上の割合であることがさらに好ましい。一方、被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させる割合が５０％を超える場合、反応槽内の有機酸濃度が大幅に上昇して、菌体の活性が低下して処理能力が低下するおそれがある。かかる観点から、１回につき原水のＣＯＤｃｒ濃度に対して２５％以下の割合で段階的に被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させることがより好ましく、２０％以下の割合であることがさらに好ましい。
【００２４】
このとき、被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上昇させるタイミングは、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）後にＣＯＤｃｒ除去率が８０％以上であることを確認した後に行うことが好ましい。ＣＯＤｃｒ除去率が８０％未満のときにＣＯＤｃｒ濃度を上昇させると濃度阻害により更に除去率が低下するおそれがある。ＣＯＤｃｒ除去率は８５％以上であることを確認した後に濃度を上昇されることがより好ましい。
【００２５】
本発明の処理方法において、処理装置の管の閉塞が起こりにくく、微生物との接触効率に優れている観点から、反応槽に担体を添加し、該担体に担持された嫌気性微生物により被処理水を処理することが好ましい。このとき用いられる担体としては、ポリビニルアルコールゲル担体であることが好ましい。ポリビニルアルコールゲル担体は、多数の水酸基を有しているために親水性が高く、生体との親和性も高いことから微生物担体として好適である。
【００２６】
また、ポリビニルアルコールゲル担体は、スポンジなどの発泡体と異なり、外力が加わり変形したとしても容易には水分が放出されず微生物の棲息に適した環境を提供することができる。
【００２７】
担体の球相当径は、１〜１０ｍｍであることが好ましく、２〜６ｍｍであることがより好ましい。担体の比重は水よりわずかに大きく、反応槽から流失しない程度に、当該反応槽の中で揺動させることができる比重であることが好ましい。そのため、担体の比重は、１．００１以上であることが好ましく、１．００５以上であることがより好ましい。一方、比重は、１．２以下であることが好ましく、１．１以下であることがより好ましい。
【００２８】
本発明におけるポリビニルアルコールゲル担体は、微生物の保持量を増大させることができると共に、繰り返し使用における耐久性を確保することができる観点から、アセタール化されたポリビニルアルコールゲル担体であることがより好ましい。
【００２９】
アセタール化されたポリビニルアルコールゲル担体は、既存の方法で得ることができるが、微生物の保持に適した構造となる点で、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性高分子多糖類とが溶解した水溶液とを、多価金属イオンを含む水溶液中に滴下することによって球状に成形し、次いでアルデヒドを用いてアセタール化処理する方法が好ましい。中でも、グルタルアルデヒドなどのジアルデヒドを用いてアセタール化処理されたポリビニルアルコールゲル担体が好ましい。
【００３０】
このように、本発明の処理方法によれば、高濃度の有機性排水の嫌気性処理において排水処理装置の立ち上げに要する時間を大幅に短縮するとともに、安定的な運転の立ち上げと高負荷運転を実現することができる。また、希釈水の使用量を削減することができる。これは上述したように、原水を希釈して被処理水を得た後に、連続的又は段階的に当該被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上げ、最終的に被処理水の希釈を停止するという新たな方法により達成できたものである。これにより、原水を希釈せずに定常運転を行うことができる。本発明者らは、連続的又は段階的に被処理水のＣＯＤｃｒ濃度を上げることで、菌体の活性を保ちながら高濃度の有機物含有排水への馴養を進めることができたためと考えている。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００３２】
（反応槽の仕様）
反応槽：容量５Ｌ
槽内温度：２５〜４０℃
反応槽における担体の充填量：２０容量％（槽容積に対する）
【００３３】
（反応槽に充填する担体）
反応槽に充填する担体は、グルタルアルデヒドでアセタール化したポリビニルアルコールゲル担体であり、球相当径が４．０ｍｍ、比重は１．０２５、含水率は９３質量％である。
【００３４】
（排水の処理条件）
原水のＣＯＤｃｒ濃度：４０,０００ｍｇ／Ｌ  （ｐＨ：７．０）
定常運転時のＣＯＤｃｒ容積負荷：２０ｋｇ／ｍ３・日
ＣＯＤｃｒの測定はＪＩＳ Ｋ ０１０２に従い行った。
【００３５】
実施例１
第１工程として、ＣＯＤｃｒ濃度が４０,０００ｍｇ／Ｌの原水を、水道水によってＣＯＤｃｒ濃度が５,０００ｍｇ／Ｌになるまで希釈した後に、希釈された原水を反応槽に供給し、嫌気性処理を開始した。このときのＣＯＤｃｒ容積負荷は３０ｋｇ／ｍ３・日（１．５倍）とした。そして、ＣＯＤｃｒ除去率が９０％以上であることを確認して次の第２工程に進んだ。ＣＯＤｃｒ除去率が９０％以上であることが確認されるまで４０日であった。すなわち、第１工程を４０日行った。
【００３６】
その後、第２工程として、ＣＯＤｃｒ容積負荷を２０ｋｇ／ｍ３・日に維持しながら、反応槽に導入される排水のＣＯＤｃｒ濃度が５,０００ｍｇ／Ｌ（原水のＣＯＤｃｒ濃度４０，０００ｍｇ／Ｌに対して１２．５％）ずつ上がるように希釈率を下げた。排水のＣＯＤｃｒ濃度の引き上げは、各濃度での水理学的滞留時間（ＨＲＴ）経過後、ＣＯＤｃｒ除去率が９０％以上であることを確認して行った。
【００３７】
２ヵ月後に希釈を停止し、ＣＯＤｃｒ濃度４０,０００ｍｇ／Ｌの原水を直接反応槽に供給して処理を行う定常運転に至ったが、良好な処理が継続できた。なお、ＣＯＤｃｒ除去率は９０％以上を推移し、良好であった。
【００３８】
比較例１
ＣＯＤｃｒ濃度４０,０００ｍｇ／Ｌの原水を、水道水によってＣＯＤｃｒ濃度５,０００ｍｇ／Ｌになるまで希釈した後に、希釈された原水を反応槽に供給し、嫌気性処理を開始し、１ヶ月後にＣＯＤｃｒ容積負荷を２０ｋｇ／ｍ３・日とした。この立ち上げ運転の間、ＣＯＤｃｒ除去率は９０％以上を推移し、良好であった。しかし、常に原水流量の７倍量の希釈水とその加温用のスチームが必要であり高コストであった。
【００３９】
比較例２
ＣＯＤｃｒ濃度が４０,０００ｍｇ／Ｌの原水を、希釈せずに反応槽に供給し、嫌気性処理を開始した。定常運転時のＣＯＤｃｒ容積負荷を２０ｋｇ／ｍ３・日と設定し、上記容積負荷を目指した。２ヵ月後、ＣＯＤｃｒ容積負荷７ｋｇ／ｍ３・日に到達した。この間、ＣＯＤｃｒ除去率は常に８０％以上を推移した。しかし、その後、ＣＯＤｃｒ容積負荷９ｋｇ／ｍ３・日に上げたところＣＯＤｃｒ除去率は７０％以下まで大きく低下した。無希釈の高濃度有機物含有排水の処理では、立ち上げ運転に期間が長く掛かるばかりではなく、十分な処理性が得られなかった。
【００４０】
比較例３
第１工程として、ＣＯＤｃｒ濃度が４０,０００ｍｇ／Ｌの原水を、水道水によってＣＯＤｃｒ濃度１,０００ｍｇ／Ｌになるまで希釈した後に、希釈された原水を反応槽に供給し、嫌気性処理を開始し、ＣＯＤｃｒ容積負荷２０ｋｇ／ｍ３・日（定常運転時と同じ負荷）とした。その後、第２工程として、ＣＯＤｃｒ容積負荷を２０ｋｇ／ｍ３・日に維持しながら、一度に希釈を停止した。その後、ＣＯＤｃｒ除去率は８０％以下まで大きく低下した。第２工程での段階的な希釈を行わない場合には、無希釈での高濃度有機物含有排水の処理に対して十分な処理性が得られなかった。