(57)【要約】【課題】非酸化性ガスの気泡により槽内液の混合を促進することができる嫌気性処理方法を提供する。【解決手段】反応槽５内に大きさ１．０〜５．０ｍｍ、沈降速度２００〜５００ｍ／ｈの非生物担体を充填し、非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で排水を処理する方法において、反応槽５に、バイオガス又は不活性ガスを溶解させた加圧水を注入し、反応槽５内部で気泡を発生させながら嫌気処理を行う。ガス発生が少ない条件下においても反応槽５内の混合を行うことができ、良好な処理を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽内に非生物担体を充填し、該反応槽内に原水を供給し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で原水を処理する方法であって、
該非生物担体の平均粒径が１．０〜５．０ｍｍであり、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈである嫌気性処理方法において、
原水又は反応槽内に、非酸化性ガスを溶解させた加圧水を注入し、嫌気反応槽内部で非酸化性ガスの気泡を発生させながら嫌気処理を行うことを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記非酸化性ガスはバイオガス又は不活性ガスであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、原水の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が３００〜２０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記反応槽の水深が３〜１５ｍであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記反応槽内の下部に原水散布管が設置されており、該原水散布管の平均間隔が５００〜３０００ｍｍであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記反応槽内のガスＬＶが０．０５〜２．２ｍ／ｈである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、原水（有機性排液）を非生物担体の表面に形成した生物膜と接触させて嫌気性処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排液の嫌気性処理方法として、反応槽内に高密度で沈降性の大きいグラニュール汚泥を形成し、溶解性ＢＯＤを含む有機性排液を上向流通液して、スラッジブランケットを形成した状態で接触させて高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow  Anaerobic  Sludge  Blanket：上向流嫌気性スラッジブランケット）が採用されている。この方法は、消化速度の遅い固形有機物を分離して別途処理し、消化速度の速い溶解性有機物のみを、嫌気性微生物密度の高いグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理によって高負荷で高速処理する方法である。また、このＵＡＳＢ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液し、スラッジブランケットを高展開率で展開して、さらに高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Expanded  Granule  Sludge  Blanket）も行われている。
【０００３】
これらのＵＡＳＢ、ＥＧＳＢなどのグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理は、嫌気性微生物を含む汚泥をグラニュール状に維持、増殖させて処理する方法である。この方法は、完全混合型反応槽に浮遊性微生物を保持して処理する浮遊法と比較して、高い汚泥保持濃度が達成できるため高負荷運転が可能であり、またすでに稼働中の処理系から余剰汚泥を調達することにより短期間で立上げが可能であり、最も効率的な嫌気性処理法として一般にも認識されている。
【０００４】
しかし、このようなグラニュールを用いる嫌気性処理方法は、排水のＣＯＤ濃度が高い（概ねＣＯＤＣｒ濃度２０００ｍｇ／Ｌ以上）場合には非常に効率が高いが、ＣＯＤ濃度が低い場合（概ねＣＯＤＣｒ濃度２０００ｍｇ／Ｌ未満）には反応槽に多くの水量を流す必要が生じ、グラニュールが流出し易くなり、安定した性能を発揮しづらくなる傾向がある。
【０００５】
また、グラニュールが形成されにくい原水の場合には、初期に投入したグラニュールが徐々に解体してしまい、運転不能となる場合もある。
【０００６】
担体として非生物担体を用いる嫌気性処理装置では、スクリーン等の機械的な担体流出防止構造によって担体の流出を防ぐことができ、また、担体表面は常に微生物の生育場所として確保できるため、ＣＯＤ濃度が低い原水や、グラニュールが解体してしまうような原水であっても安定して処理することができる。
【０００７】
また、非生物担体として、比重、大きさが異なる種々の担体が用いられている。グラニュールよりも沈降速度が非常に大きい非生物担体を反応槽に充填した嫌気性処理装置では、グラニュール法で必要であった、グラニュール汚泥の流出を防止するための固液分離機構（ＧＳＳ）が不要となり、反応槽の有効体積を大きくすることができるとともに、建設コストを大幅に抑えることができる。
【０００８】
嫌気性処理装置は、通常、反応槽下部から原水を供給し、反応槽上部から処理水を流出させる構造を取ることが多い。反応槽内の液は、流入する原水の水勢によって、及び／又は反応槽内で発生したガスの上昇によって、混合される。
【０００９】
反応槽に高い有機物負荷がかかっている場合（即ち、流入する有機物量が多い場合）には、反応に伴って発生するバイオガス量が多く、担体層から排出されて反応槽内を上昇するバイオガス気泡によって反応槽液が混合される。有機物負荷が低い場合にはバイオガスの発生量が少ないため、ガスによる混合は弱いものとなる。特に、バイオガスは６０〜９０％のメタン、及び１０〜４０％の炭酸ガスを含んでおり、メタン、炭酸ガスが水中に溶解するため、特に原水の有機物濃度が低い場合には、反応槽内における気泡発生量が少なくなり、ガスによる混合が弱くなる。
【００１０】
担体を用いる嫌気性処理装置の場合には、グラニュール法で必要であったＧＳＳが不要となり、比較的水深が浅い水槽も嫌気性処理設備として利用可能である。しかしながら、水深が浅い水槽は、槽容積が同一の深い水槽と比べて、同じ有機物負荷にて原水を処理している場合でも、単位底面積当りのバイオガス発生量が深い水槽よりも少ないので、ガスＬＶが低下する。このため、浅い水槽ではバイオガスによる混合が弱くなり、混合不良が発生しやすい。
【００１１】
嫌気性反応槽内にガスを供給して槽内を混合する方法が知られている。最も単純にはガスを粗気泡として注入する方法があるが、粗気泡を用いるとガス上昇のスピードが速すぎて生物膜を剥離させてしまうという問題点がある。
【００１２】
特開２００５−２２４６９２には、バイオガスをエゼクタで混相流として嫌気性反応槽に導入してガスリフトする排水処理装置が記載されている。この排水処理装置では、処理水にＳＳが含まれるため、処理水をエゼクタに循環供給するとエゼクタが閉塞する恐れがある。また、エゼクタによる気液混合液では気泡径が大きすぎて、反応槽内で上向流となりやすい上に、気泡の横方向への拡散距離が短いため、槽内の液を均一に混合するのは難しい。
【００１３】
特開昭５４−１１３９５５には、メタン発酵消化液の固液分離方法として、消化ガスの燃焼排ガスを加圧溶解させた加圧水を消化液中に導入して汚泥浮上分離することが記載されている。しかしながら、特開昭５４−１１３９５５には、嫌気処理槽内の液をガスで混合する技術は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−２２４６９２
【特許文献２】特開昭５４−１１３９５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
沈降性を有する担体を反応槽内に充填して原水を嫌気処理する嫌気性処理槽では、担体はある程度沈降してわずかに流動する程度の状態（固定床に近い状態）であるため、槽内液の対流の阻害となり、槽内液は均一に混合されにくい。本発明は、かかる担体を用いた嫌気性処理方法において、非酸化性ガスの気泡により槽内液の混合を促進することができる嫌気性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】
【００１６】
本発明の嫌気性処理方法は、反応槽内に非生物担体を充填し、該反応槽内に原水を供給し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で原水を処理する方法であって、該非生物担体の平均粒径が１．０〜５．０ｍｍであり、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈである嫌気性処理方法において、原水又は反応槽内に、非酸化性ガスを溶解させた加圧水を注入し、嫌気反応槽内部で非酸化性ガスの気泡を発生させながら嫌気処理を行うことを特徴とするものである。
【００１７】
前記非酸化性ガスはバイオガス又は不活性ガスが好ましい。
【００１８】
原水の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度は３００〜２０００ｍｇ／Ｌが好ましい。
【００１９】
前記反応槽の水深は３〜１５ｍが好ましい。前記反応槽内の下部に原水散布管が設置されており、該原水散布管の平均間隔が５００〜３０００ｍｍであることが好ましい。前記反応槽内のガスＬＶは０．０５〜２．２ｍ／ｈが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の嫌気性処理方法では、非酸化性ガスを加圧溶解させた加圧水を槽内に導入して槽内で非酸化性ガスの微細気泡を発生させ、この微細気泡により槽内液の混合を促進する。
【００２１】
本発明方法は、原水負荷が小さく、バイオガス発生が少ない場合に特に有効である。また、本発明方法は、反応槽の縦横比が低い（水深が浅い、又は横幅が大きい）、或いは原水の散布管の間隔が広い、といった反応槽の場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例を示すフロー図である。
【図２】比較例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明が処理対象とする原水としては、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下、特に３００〜２０００ｍｇ／Ｌの有機性排液が好適であり、例えば食品工場排水、化学工場排水、電子部品製造工場排水、製薬工場排水等の排水が例示される。処理対象となる原水中に含まれる有機物成分の種類、濃度により、必要に応じて低分子化を行う酸生成槽を反応槽の前段に設置してもよい。
【００２４】
本発明では、嫌気反応槽内に大きさ１．０〜５．０ｍｍ、沈降速度２００〜５００ｍ／ｈの非生物担体を充填し、非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で排水を処理する。
【００２５】
担体の大きさとは、通常「粒径」と称されるものであり、例えば直方体形状の担体であればその長辺の長さを表わし、立方体形状の担体であればその一辺の長さを表わし、円柱形状の担体であれば直径又は円柱の高さのうちいずれか大きい方を表わす。また、これらの形状以外の異形形状の担体であれば、担体を２枚の平行な板で挟んだときに、この板の間隔が最も大きくなる部位の板の間隔を表わす。
【００２６】
非生物担体の材質に特に制限はない。非生物担体の材質の一例として、ポリオレフィン系樹脂を３０〜９５重量％、セルロース系粉末の親水化剤を５〜７０重量％含む発泡体であって、該発泡体の表面がメルトフラクチャー状態を有する担体、ポリオレフィン系樹脂を３０〜９５重量％、セルロース系粉末の親水化剤を４〜６９重量％、無機粉末を１〜３０重量％含む発泡体であって、該発泡体の表面がメルトフラクチャー状態を有する担体が挙げられる。
【００２７】
嫌気性処理を行うための反応槽としては、グラニュール法と類似の上向流式反応槽を利用することができる。担体を用いる本発明方法の場合、グラニュール法と異なり、グラニュール汚泥流出防止用固液分離機構は不要であり、担体流出防止用固液分離機構として簡素なものを設置すれば足りる。反応槽の深さは３〜１５ｍ特に５〜１２ｍ程度が好ましい。反応槽に大きな固液分離機構を設置する必要がないところから、例えば水深５ｍ程度の浅い反応槽でも槽負荷１５〜２０ｋｇＣＯＤ／ｍ３／ｄ以上の高負荷処理を行うことができる。
【００２８】
反応槽下部には、反応槽内に原水を均等に行き渡らせるための散布管を設置するのが好ましい。散布管の形状は特に制限は無いが、配管に穴をあけた構造、又は配管出口に円盤を設置して水平方向に均等に水を噴出させる構造、等を有するものを用いることができる。散布管の平均間隔は５００〜３０００ｍｍ、特に１０００〜２０００ｍｍ程度が好ましい。
【００２９】
反応槽の内部を中性域に維持することが好ましいため、ｐＨ調整槽やライン混合装置を用いてｐＨ調整薬剤の注入を行うのが好ましい。
【００３０】
本発明では、原水又は嫌気反応槽内にバイオガス又は不活性ガス等の非酸化性ガスを溶解させた加圧水を注入し、嫌気反応槽内部で非酸化性ガスの気泡を発生させ、反応槽内の混合を行う。
【００３１】
水に加圧溶解させて加圧水を調製するための非酸化性ガスとしては、嫌気微生物の活性に影響を与えないガスを使用することができ、嫌気処理で発生するバイオガスのほか、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。
【００３２】
非酸化性ガスを加圧溶解させた加圧水の作成方法としては、ガスを圧縮するコンプレッサと水にガスを溶解させる気体溶解槽を設ける方式や、渦流ポンプを用いる方式、等が利用できる。非酸化性ガスを溶解させるための水としては、反応槽から得られる嫌気処理水が好ましい。嫌気処理水以外の水を用いると、被処理水量が増えてしまうこと、及び溶存する酸素が嫌気槽に影響を与える可能性がある。
【００３３】
加圧水は、原水に添加されてもよく、反応槽内の下部に原水とは別に供給されてもよい。前記の通り、反応槽の下部に散布管が設けられている場合には、散布管に供給される原水に加圧水を添加してもよく、散布管に加圧水を注入してもよい。この場合、散布管１本１本に対して加圧水を注入しても良いし、散布管のヘッダ配管部分に注入しても良い。加圧水は、圧力が開放されると徐々に気泡が発生し、気泡の会合が起こり泡が大きくなっていくが、通常の加圧水では水中からの気泡発生が終了するまでの時間は数十秒以上あるため、原水に微細気泡が混じった状態で原水と一緒に反応槽内に拡散させることが可能である。
【００３４】
加圧水は、容積負荷５〜１０ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄで稼働している嫌気処理設備のガス発生量と同等の気泡が発生するように、かつ該嫌気処理設備のガスＬＶと同等の気泡が発生するように注入されるのが好ましい。
【００３５】
例えば、水深５ｍ、槽容量１ｍ３の嫌気処理反応槽において、ＣＯＤＣｒの除去率８０％、メタンガスの生成割合０．３５ｍ３ＣＨ４／ｋｇＣＯＤＣｒ、メタンガスの割合を８０％と仮定すると、流入負荷とガス発生量、ガスＬＶの関係は表１の様になる。容積負荷２ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄの反応槽を５ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄと同等のガス混合状態とするためには、８．８−３．５＝５．３ｍ３／ｄのガスを発生させるように加圧水を注入するのが好ましい。
【００３６】
担体層からのガス発生を高負荷時と同様に多くすることにより、ガス気泡の上昇に伴う混合が促進され、混合不足に起因する性能低下や汚泥の固着を防ぐことが可能となる。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
図１は実施形態に係る嫌気性処理方法に用いられる嫌気処理装置のフロー図である。原水は酸生成槽１内に供給され、原水中の糖、タンパク等の高分子成分が細菌の作用により酢酸やプロピオン酸などの低分子有機酸まで分解される。酸生成槽１の処理条件は、原水中の高分子成分の生分解性等の条件によっても異なるが、ｐＨ５〜８、好ましくは５．５〜７．０、温度２０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃、ＨＲＴ２〜２４時間、好ましくは２〜８時間が適当である。このような酸生成槽１での処理により原水中の高分子成分の低分子化が十分に進行していると、後段の嫌気性反応槽における処理が良好に進行するようになる。
【００３９】
酸生成槽１で処理された液は、ｐＨ調整槽２に導入され、酸又はアルカリが添加されることにより好ましくはｐＨ６〜８特に６．５〜７．２程度にｐＨ調整された後、ポンプ３によって散布管ヘッダ４に供給され、反応槽５内の底部に設置された散布管（図示略）に供給される。反応槽５内には非生物担体の充填層５ａが形成されている。
【００４０】
反応槽５内で嫌気処理された処理水の一部は、返送配管６を介して酸生成槽１に返送される。処理水の残部は、処理水取出配管７を介して系外に取り出される。反応槽５内で発生したバイオガスや、加圧水から分離した窒素ガスは、塔頂のガス排気管８から排出される。
【００４１】
ｐＨ調整槽２でｐＨ調整された水の一部は、配管１０によって加圧水ユニット１１に送水される。この配管１０又は加圧水ユニット１１に窒素ガスボンベ等の窒素ガス源から窒素ガスが配管１２を介して供給される。加圧水ユニット１１で製造された加圧水は、配管１３を介してポンプ３よりも後段側に供給され、原水と混合されて散布管から反応槽５内に供給される。なお、窒素ガスの代りに、反応槽５で発生したバイオガスを用いてもよい。
【実施例】
【００４２】
以下、比較例及び実施例について説明する。図２は、次に説明する比較例１，２のフローであり、加圧水ユニット１１及び各配管１０，１２，１３を省略したこと以外は図１と同一の構成となっており、同一符号は同一部分を示している。
【００４３】
［比較例１］
食品工場の排水（ＣＯＤＣｒ約２０００ｍｇ／Ｌ）よりなる原水を、図２のフローに従って処理した。酸生成槽１の容量は６ｍ３、反応槽５の容量は５ｍ３、水深は５ｍである。担体として大きさ３ｍｍ、沈降速度３００ｍ／ｈでポリオレフィン系樹脂とセルロース系粉末の親水化剤を混合した発泡体であり、表面がメルトフラクチャー状態を有するものを反応槽容量に対して４０％投入した。原水供給量を５０ｍ３／ｄ、酸生成槽１の滞留時間を約３時間、反応槽５へのＣＯＤＣｒ流入負荷を２０ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄとした。その結果、ＣＯＤＣｒの除去率８０〜８５％、除去負荷として１６〜１７ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄでの処理が可能であった。
【００４４】
［比較例２＜低負荷での運転＞］
通水量を比較例１の１／１０の５ｍ３／ｄ（ＣＯＤＣｒ流入負荷として２ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄ）としたこと以外は実施例１と同一条件で運転を行ったところ、有機物の処理は行えたが、担体層内にＳＳ、及び菌体が蓄積してデッドゾーンが形成され、担体同士が固着し、浮上する現象が発生した。
【００４５】
［実施例１：＜加圧水を注入した運転（フロー：図１）＞］
図１のフローに従い、原水を比較例２と同様に通水量５ｍ３／ｄの条件で通水した。加圧ユニット１１では、窒素ガスを嫌気処理水と混合して圧力０．４５ＭＰａまで加圧して加圧水を調製した。この加圧水を２．８ｍ３／ｈにて散布管ヘッダ４に注入した。散布管は、配管出口に円盤を設置して水平方向に均等に水を噴出させる構造を有したものを底面に対し均一に４箇所配置した。散布管の平均間隔は５００ｍｍである。その他の条件は比較例２と同一として運転を行ったところ、担体同士の固着、浮上現象は発生せず、良好に処理を行うことができた。加圧水は窒素ガスを８０〜９０Ｎ−ｍＬ／ｍ３溶解しており、５．３〜６．０ｍ３／ｄにて窒素ガスが反応槽５に供給された。反応槽５内のガスＬＶは０．３５ｍ／ｈである。これは容積負荷として約５ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄで運転した反応槽とほぼ同等のガス量に相当する。
【図１】
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【図２】
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