(57)【要約】【課題】  嫌気性処理環境において硫化物による硫酸還元菌の阻害を防止し、硫酸還元菌を好適に増殖させることで、高速に有機物を分解させることが可能な排水処理装置および排水処理方法を提供する。【解決手段】  処理対象の排水の有機物濃度を測定する有機物濃度測定装置３と、硫酸イオン濃度が、測定した有機物濃度の１／３よりも高くなるように、硫酸塩５ａを処理対象の排水に添加する注入ポンプ５ｂと、嫌気性菌を保持し、処理対象の排水を取り込んで有機物を分解させる反応槽２と、反応槽２において有機物の分解処理が行われた処理水の硫化物濃度を測定する硫化物濃度測定装置６と、測定した硫化物濃度が、予め設定された閾値よりも高いときに反応槽２に窒素ガスボンベ８ａから窒素ガスを吹き込み、閾値よりも低いときには窒素ガスの吹き込みを停止するブロア８ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の排水の有機物濃度を測定する有機物濃度測定装置と、
硫酸イオン濃度が、前記有機物濃度測定装置で測定した有機物濃度の１／３よりも高くなるように、硫酸塩を前記処理対象の排水に添加する硫酸塩添加装置と、
嫌気性菌を保持し、前記処理対象の排水を取り込んで有機物を分解させる反応槽と、
前記反応槽において有機物の分解処理が行われた処理水の硫化物濃度を測定する硫化物濃度測定装置と、
前記硫化物濃度測定装置で測定した硫化物濃度が、予め設定された閾値よりも高いときに前記反応槽に不活性ガスを吹き込み、前記閾値よりも低いときには不活性ガスの吹き込みを停止するガス供給装置と、
を備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記処理対象の排水の硫黄濃度を測定する硫黄濃度測定装置をさらに有し、
前記硫酸塩添加装置は、前記硫黄濃度測定装置で測定された硫黄濃度と添加する硫酸塩とを合わせることにより、硫酸イオン濃度が、前記有機物濃度測定装置で測定された有機物濃度の１／３よりも高い値になるように硫酸塩を添加する
ことを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記反応槽内に設置された分離膜と、前記分離膜の下部に設置された散気装置と、前記反応槽から、有機物の分解処理が行われた処理水を前記分離膜を経由して流出させるポンプとをさらに有し、
前記ガス供給装置は、前記硫化物濃度測定装置で測定した硫化物濃度が予め設定された閾値よりも高いとき、または前記ポンプが稼働するときに、不活性ガスを前記散気装置から散気させることで反応槽に吹き込む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
排水処理装置が、
処理対象の排水の有機物濃度を測定し、
硫酸イオン濃度が、前記有機物濃度測定装置で測定した有機物濃度の１／３よりも高くなるように、硫酸塩を前記処理対象の排水に添加し、
嫌気性菌を保持した反応槽に、前記処理対象の排水を取り込んで有機物を分解させ、
前記反応槽において有機物の分解処理が行われた処理水の硫化物濃度を測定し、
前記測定した硫化物濃度が、予め設定された閾値よりも高いときに前記反応槽に不活性ガスを吹き込み、前記閾値よりも低いときには不活性ガスの吹き込みを停止する、
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
前記処理対象の排水の硫黄濃度を測定し、
前記硫酸塩を添加するときに、測定された硫黄濃度と添加する硫酸塩とを合わせることにより、硫酸イオン濃度が、前記測定された有機物濃度の１／３よりも高い値になるように添加する
ことを特徴とする請求項４に記載の排水処理方法。
【請求項６】
前記反応槽に不活性ガスを吹き込むときは、前記測定した硫化物濃度が予め設定された閾値よりも高いとき、または前記反応槽内に設置された分離膜を経由して処理水を流出させるポンプが稼働するときに、不活性ガスを前記分離膜の下部に設置された散気装置から散気させることで反応槽に吹き込む
ことを特徴とする請求項４または５に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業排水、下水等の排水から、有機物を除去する排水処理装置および排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業排水や下水等の排水を生物処理することにより有機物を除去する排水処理技術があり、この生物処理による排水処理方法には好気性処理と嫌気性処理がある。
【０００３】
好気性処理は酸素を必要とする微生物が有機物を炭酸ガスと水とに分解し、嫌気性処理では酸素を必要としない微生物が有機物をメタンと二酸化炭素とに分解する。
【０００４】
一般的に処理後の水質は好気性処理が優れるが、好気性処理を行うには酸素を供給するための動力を要し、費用が高くなることから、下水のような比較的有機物が低濃度の排水処理に用いられている。一方嫌気性処理は、畜産業や食品業施設から排出される有機物が高濃度の排水処理に用いられ、その処理水は要求される放流水質に応じて好気性処理等で後処理されることが多い。
【０００５】
また嫌気性処理では、メタン生成菌により酢酸等の低級脂肪酸が分解されメタンが生成されるメタン生成処理が行われるとともに、排水中に硫酸イオンが含まれる場合は、この硫酸イオンが硫酸還元菌により還元されることで酢酸等の低級脂肪酸が分解され硫化水素が生成される硫化水素生成処理が行われる。
【０００６】
そのため、このメタン生成処理と硫化水素生成処理とは、酢酸等の基質を巡って競合関係にある。また、硫酸還元菌による還元で生成される硫化水素は、硫酸還元菌やメタン生成菌の活性を阻害し、有機物分解の処理効率の低下を招く。
【０００７】
そこで、硫酸イオンを多量に含む排水を嫌気性処理により適切に処理する技術として、特許文献１に記載の嫌気性水処理装置がある。
【０００８】
この特許文献１に記載の嫌気性水処理装置は、嫌気性細菌を用いて反応槽で排水を浄化し、この反応槽上部の気相部に放出された硫化水素ガスを吸収、除去することで、液相中の硫化水素濃度を低減させている。このように液相中の硫化水素濃度を低減させることにより、メタン生成菌への阻害作用を減じ、良好な排水処理を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−２７８８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで硫酸還元菌には、水素、アルコール類、酢酸やプロピオン酸などの低級脂肪酸に加え、Ｃ１８までの高級脂肪酸、芳香族、ブドウ糖、果糖などの基質を利用して硫酸還元処理の進行可能な菌種があることから、メタン生成菌よりも阻害に強く、有機物の分解を高速に行うことが期待できる。
【００１１】
そこで、嫌気性処理において排水に硫酸塩を添加することで、硫化水素生成処理が活性化され、これにより硫酸還元菌が増殖して優占種として働き、有機物の分解速度が高くなるものと示唆される。
【００１２】
しかし、上述したように硫酸還元菌による還元で生成される硫化水素は、硫酸還元菌の活性も阻害するため、硫酸塩の添加のみでは硫酸還元菌を十分に増殖させるには不十分である。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、嫌気性処理環境において硫化物による硫酸還元菌の阻害を防止し、硫酸還元菌を好適に増殖させることで、高速に有機物を分解させることが可能な排水処理装置および排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】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の排水処理装置は、処理対象の排水の有機物濃度を測定する有機物濃度測定装置と、硫酸イオン濃度が、前記有機物濃度測定装置で測定した有機物濃度の１／３よりも高くなるように、硫酸塩を前記処理対象の排水に添加する硫酸塩添加装置と、嫌気性菌を保持し、前記処理対象の排水を取り込んで有機物を分解させる反応槽と、前記反応槽において有機物の分解処理が行われた処理水の硫化物濃度を測定する硫化物濃度測定装置と、前記硫化物濃度測定装置で測定した硫化物濃度が、予め設定された閾値よりも高いときに前記反応槽に不活性ガスを吹き込み、前記閾値よりも低いときには不活性ガスの吹き込みを停止するガス供給装置とを備えることを特徴とする。
【００１５】
またこの排水処理装置は、前記処理対象の排水の硫黄濃度を測定する硫黄濃度測定装置をさらに有し、前記硫酸塩添加装置は、前記硫黄濃度測定装置で測定された硫黄濃度と添加する硫酸塩とを合わせることにより、硫酸イオン濃度が、前記有機物濃度測定装置で測定された有機物濃度の１／３よりも高い値になるように硫酸塩を添加するようにしてもよい。
【００１６】
またこの排水処理装置は、前記反応槽内に設置された分離膜と、前記分離膜の下部に設置された散気装置と、前記反応槽から、有機物の分解処理が行われた処理水を前記分離膜を経由して流出させるポンプとをさらに有し、前記ガス供給装置は、前記硫化物濃度測定装置で測定した硫化物濃度が予め設定された閾値よりも高いとき、また前記ポンプが稼働するときに、不活性ガスを前記散気装置から散気させることで反応槽に吹き込むようにしてもよい。
【００１７】
また本発明の排水処理方法は、排水処理装置が、処理対象の排水の有機物濃度を測定し、硫酸イオン濃度が、前記有機物濃度測定装置で測定した有機物濃度の１／３よりも高くなるように、硫酸塩を前記処理対象の排水に添加し、嫌気性菌を保持した反応槽に、前記処理対象の排水を取り込んで有機物を分解させ、前記反応槽において有機物の分解処理が行われた処理水の硫化物濃度を測定し、前記測定した硫化物濃度が、予め設定された閾値よりも高いときに前記反応槽に不活性ガスを吹き込み、前記閾値よりも低いときには不活性ガスの吹き込みを停止することを特徴とする。
【００１８】
またこの排水処理方法は、前記処理対象の排水の硫黄濃度を測定し、前記硫酸塩を添加するときに、測定された硫黄濃度と添加する硫酸塩とを合わせることにより、硫酸イオン濃度が、前記測定された有機物濃度の１／３よりも高い値になるように添加するようにしてもよい。
【００１９】
またこの排水処理方法は、前記反応槽に不活性ガスを吹き込むときは、前記測定した硫化物濃度が予め設定された閾値よりも高いとき、また前記反応槽内に設置された分離膜を経由して処理水を流出させるポンプが稼働するときに、不活性ガスを前記分離膜の下部に設置された散気装置から散気させることで反応槽に吹き込むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排水処理装置および排水処理方法によれば、嫌気性処理環境において硫化物による硫酸還元菌の阻害を防止し、硫酸還元菌を好適に増殖させることで、高速に有機物を分解させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態による排水処理装置を模擬的に形成した装置の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態による排水処理装置を模擬的に形成した装置で排水処理を行ったときの、各種分析結果を示す表である。
【図４】本発明の第１実施形態による排水処理装置を模擬的に形成した装置で排水処理を行ったときのガス発生量を測定するガス測定装置の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による排水処理装置を模擬的に形成した装置で人工排水の排水処理を行ったときのガス発生量を測定した測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態による排水処理装置を模擬的に形成した装置で工場排水の排水処理を行ったときのガス発生量を測定した測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第３実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
《第１実施形態》
本発明の第１実施形態として、硫黄が含まれないか、微量であるか、または予め硫黄濃度が判明しているかあるいは経験的に推察可能な排水を処理する排水処理装置１Ａについて説明する。
【００２３】
本発明の第１実施形態による排水処理装置１Ａの構成について、図１を参照して説明する。
【００２４】
本実施形態による排水処理装置１Ａは、メタン生成菌、硫酸還元菌等の嫌気性菌が保持され、処理対象の排水を取り込んで有機物を分解処理させる反応槽２と、排水の有機物濃度を測定する有機物濃度測定装置３と、有機物濃度測定装置３で測定した有機物濃度に基づいて硫酸塩の添加量を算出し、この添加量の硫酸塩を添加するよう制御する硫酸塩添加制御装置４と、硫酸塩添加制御装置４の制御により硫酸塩を排水に添加する硫酸塩添加装置５と、反応槽２で処理した処理水の硫化物濃度を測定する硫化物濃度測定装置６と、硫化物濃度測定装置６で測定した硫化物濃度に基づいて窒素ガスの供給の要否を判定し、判定結果により窒素ガスの供給ON/OFFを制御するガス供給制御装置７と、ガス供給制御装置７の制御により反応槽２に窒素ガスを供給するガス供給装置８とを有する。このうち硫酸塩添加装置５は、硫酸塩５ａおよび注入ポンプ５ｂにより構成され、ガス供給装置８は、窒素ガスボンベ８ａおよびブロア８ｂにより構成される。
【００２５】
この排水処理装置１Ａにおいて排水処理が開始されると、有機物濃度測定装置３において処理対象の排水の有機物濃度が測定される。
【００２６】
次に硫酸塩添加制御装置４において、硫酸イオン濃度が有機物濃度測定装置３で測定された有機物濃度の１／３よりも高い値になるように、硫酸塩添加量が算出される。このとき、本実施形態においては排水中に硫黄が含まれないか、微量であるか、または予め硫黄濃度が判明しているかあるいは推察可能であるため、これらに基づいて予め設定された硫黄濃度値に基づいて硫酸塩添加量が算出される。
【００２７】
そして硫酸塩添加制御装置４により、算出された添加量の硫酸塩が排水に添加されるように硫酸塩添加装置５が制御される。
【００２８】
このように硫酸イオン濃度が有機物濃度の１／３よりも高い値になるように硫酸塩が排水に添加されることにより、反応槽２内に排水が流入され嫌気性菌により有機物が分解される浄化処理が行われたときに、硫酸還元菌との競合でメタン生成菌が減少する一方硫酸還元菌が増殖し、有機物を分解する反応速度が高速化される。
【００２９】
また、硫化物濃度測定装置６では反応槽２で処理された処理水の硫化物濃度が測定される。
【００３０】
次にガス供給制御装置７において、この測定された硫化物濃度が予め設定された閾値と比較され、測定された硫化物濃度がこの閾値よりも高いときには窒素ガスの供給が必要であり、測定された硫化物濃度がこの閾値よりも低いときには窒素ガスの供給が不要であると判定される。
【００３１】
そして、ガス供給制御装置７における判定結果により、窒素ガスの供給が必要であると判定されたときには、ガス供給装置８により反応槽２に窒素ガスが供給されるように制御され、窒素ガスの供給が不要であると判定されたときには、窒素ガスの供給を停止するように制御される。
【００３２】
このように硫化物濃度が高いときに窒素ガスが供給されることにより、硫酸還元菌により生成された解離状態の硫化物イオンを非解離状態の硫化水素ガスとして放出させ、硫酸を添加したことによる、硫化水素による阻害が防止される。
【００３３】
（実施例１）
実施例１として、上述した第１実施形態による排水処理装置１Ａを模擬的に形成した図２に示す排水処理装置２０により、以下のとおり、試薬を調整した模擬排水を浄化処理させる試験を実施した。
【００３４】
本実施例においては、既存の嫌気処理施設から採取した消化汚泥を種汚泥とし、試薬を調製した液を模擬排水とし、排水処理装置２０により連続排水処理運転を行った。本実施例では、試験期間は約１ヶ月とし、RUN1（比較例）、RUN2（比較例）、RUN3（比較例）、RUN4（本願発明に該当）、RUN5（本願発明に該当）の５パターンの条件で排水処理試験を実施した。
【００３５】
図２において、種汚泥となる消化汚泥２１は有機性浮遊物濃度が10000mg/lとなるように調製し、反応槽２２に収めた。
【００３６】
反応槽２２は、恒温水槽２３内に保持され、恒温水槽２３には恒温水の温度を計測する温度計２４および恒温水の温度を制御する温度コントローラ２５が接続され、恒温水槽２３の中には温度コントローラ２５の制御により作動するヒーター２７が設置されている。本実施例に際しては、温度コントローラ２５により、恒温水槽２３内の温度が３７℃になるように、恒温水槽２３内の温度を計測する温度計２６の計測値を監視しながらヒーター２７を制御した。
【００３７】
また反応槽２２とは別に設けた原水槽２８内に模擬排水２９を入れ、スターラー３０により撹拌子３１を回転させて水質が一定になるように撹拌した。この模擬排水２９は、炭素源としてグルコースを、窒素源として塩化アンモニウムを、リン源としてリン酸二水素カリウムを加えた溶液に、RUN1は0mgSO4/L（添加なし）、RUN2は250mgSO4/L、RUN3およびRUN4は1000mgSO4/L、RUN5は4500 mgSO4/Lの硫酸を添加したものを用いた。また、消化汚泥２１量に対する模擬排水２９の有機物量は、0.2kg/日となるように供給した。
【００３８】
そして、原水槽２８内の模擬排水２９を原水ポンプ３２により反応槽２２に注入した。この模擬排水２９の反応槽２２への注入量および注入周期は、原水ポンプ３２の流量設定および原水ポンプ３２の作動ON/OFFを制御するタイマ３３により制御した。
【００３９】
反応槽２２に注入された模擬排水２９は、反応槽２２内を撹拌するように設置された撹拌機３４を作動させることにより、反応槽２２内の消化汚泥２１と接触させた。このとき、模擬排水２９と消化汚泥２１とが均一に混合するように目視で確認しながら、撹拌機３４の回転数を25rpmに設定した。
【００４０】
この撹拌機３４の作動ON/OFFはタイマ３５により制御しており、模擬排水２９と消化汚泥２１とを十分に接触させ排水処理させた後、少なくとも２時間は撹拌機３４を停止させ、これにより消化汚泥２１を沈殿させた。
【００４１】
そして反応槽２２内の溶液の、消化汚泥２１を沈殿させた上澄みを、処理水３６として処理水ポンプ３７により引き抜いた。この反応槽２２からの引き抜き量および周期は、処理水ポンプ３７の流量設定および処理水ポンプ３７の作動ON/OFFを制御するタイマ３８により制御した。反応槽２２から引き抜いた処理水３６は、処理水槽３９に注入した。
【００４２】
また、反応槽２２内の反応液のｐHを計測するｐH計４０を設置し、アルカリ注入ポンプ４１によりアルカリ溶液４２を注入するアルカリ注入機構が利用されることにより、反応槽２２内のｐHが中性域になるようにｐHコントローラ４３により制御した。
【００４３】
また、模擬排水２９と消化汚泥２１とを接触させたことにより反応槽２２内に生成されたバイオガス４４は、トラップ４５で凝縮水を除去した後、乾式脱硫剤を備えた脱硫装置４６で硫化水素を除去し、ガスメータ４７でガス流量を測定した。
【００４４】
また、ガスラインには別途分析サンプル採取用のガス採取口４８を分岐させて設け、ガス採取時以外はこのガス採取口４８をピンチコック４９で閉じた。
【００４５】
また、反応槽２２内の処理水から溶存硫化物を除去することを目的に、反応槽２２の溶液中に窒素ガスを吹き込む機構を設け、RUN1〜RUN3は窒素ガスを吹き込まず、RUN4およびRUN5は試験条件によって数〜100ml/min程度窒素ガスを吹き込んだ。
【００４６】
窒素ガスを反応槽２２に吹き込む機構として、窒素ガスボンベ５０から供給される窒素ガスをバブラー５１で溶液中に散気するように構成し、窒素ガスボンベ５０とバブラー５１とを接続する管上に設置された流量計５２により供給された窒素ガス量は、散気したガスの気泡が液面を揺らす程度になるように目視で確認することにより調整した。
【００４７】
このバブラー５１による散気は、流量計５２に接続されたタイマ５３によって定期的に動作するように設定し、バブラー５１の位置は消化汚泥２１の沈殿時でも消化汚泥２１が巻き上がらないような上側の高さに設定した。
【００４８】
上記のように実施した処理において、模擬排水２９を原水槽２８から採取してＣＯＤ（化学的酸素要求量）、硫酸イオン濃度の分析を行うとともに、処理後の処理水３６を処理水槽３９から採取してＣＯＤ、硫酸イオン濃度、硫化物イオン濃度の分析を行った。また、ガス採取口４８からバイオガスを採取し、硫化水素濃度、メタン含有率、二酸化炭素含有率の分析を行った。
【００４９】
各RUNの実施条件および分析結果を、図３に示す。
【００５０】
[RUN1（比較例）]
RUN1は、模擬排水２９に対し硫酸の添加および窒素ガスの供給がない条件下、つまり通常の嫌気性条件下で試験を行った場合の結果である。
【００５１】
RUN1では、処理前の模擬排水のＣＯＤが3000mg/Lであったのに対し処理後の処理水のＣＯＤが490mg/Lであることから、ＣＯＤ除去率が80％を超えており、適切に排水が浄化されたことがわかる。
【００５２】
またこの際、採取したバイオガス中のメタン含有率が69％と高い値であることから、メタン生成菌が優占種として働き排水処理が行われたことがわかる。
【００５３】
[RUN2（比較例）]
RUN2は、ＣＯＤが3000mg/Ｌの模擬排水２９に対し、硫酸を硫酸イオン濃度で250 mgSO4/L添加した場合の結果である。
【００５４】
このRUN2においても処理後の処理水のＣＯＤが490mg/LであることからＣＯＤ除去率が80％を超えており、適切に排水が浄化されたことがわかる。
【００５５】
またこの際、採取したバイオガス中に硫化水素濃度が19000ppmであるとともに、処理水中の硫化物イオン濃度が20mgS2-/Lであるため、排水中に添加された硫酸の硫酸イオンが還元され硫化水素となり、未解離の硫化水素はバイオガス中に含まれ、解離した硫化水素は硫化物イオンとして存在していることがわかる。
【００５６】
また採取したバイオガス中に含有率が含有率51％と、RUN1の場合に比べて低下したことから、メタン生成菌と硫酸還元菌が共生して排水処理が行われたことがわかる。
【００５７】
また処理水の硫酸イオン濃度が40 mgSO4/Lであり硫酸イオン除去率が80％を超えているため、添加された硫酸が適切に除去されたことがわかる。
【００５８】
[RUN3（比較例）]
RUN3は、ＣＯＤが3000mg/Ｌの模擬排水２９に対し、硫酸を硫酸イオン濃度で1000 mgSO4/L、つまり模擬排水の有機物濃度に対する硫酸イオン濃度が１／３になるように添加した場合の結果である。
【００５９】
このRUN3においては、硫酸の添加量が増加したため、採取したバイオガス中の硫化水素濃度がRUN2の場合よりも増加し25000ppmであるとともに、処理水中に硫化物イオン濃度も増加し180mgS2-/Lであるため、排水中に添加された硫酸の硫酸イオンが還元され硫化水素となり、未解離の硫化水素はバイオガス中に含まれ、解離した硫化水素は硫化物イオンとしてさらに多く存在していることがわかる。
【００６０】
また上述したようにバイオガス中の硫化水素濃度および処理水中の硫化物イオン濃度がRUN2より高くなるとともに、採取したバイオガス中のメタン含有率が31％と、RUN1、RUN2の場合に比べて低下したことから、硫酸還元菌により生成した硫化水素によりメタン生成菌が阻害を受け、メタン生成菌が減少したことが示唆される。
【００６１】
一方、処理水の硫酸イオン濃度が201 mgSO4/Lであり硫酸イオン除去率が80％であるため、添加された硫酸が適切に除去され、硫酸還元菌は硫化水素により阻害を受けていないことが示唆される。
【００６２】
しかし、このRUN3においては処理後の処理水のＣＯＤが960mg/LでありＣＯＤ除去率が68％に低下していることから、硫酸還元菌が、メタン生成菌の減少による未分解有機物を分解できるほど増殖していないことが示唆される。すなわちRUN3の場合は、生成した硫化水素によってメタン生成菌が阻害されて減少したが、硫酸還元菌の増殖も大きくないことから、硫酸還元菌に対する有機物分解処理負荷が相対的に増加し、ＣＯＤ除去率が低下したものと考えられる。
【００６３】
[RUN4（本願発明）]
RUN4は、ＣＯＤが3000mg/Ｌの模擬排水２９に対し、硫酸を硫酸イオン濃度で1000 mgSO4/L、つまり模擬排水の有機物濃度に対する硫酸イオン濃度が１／３になるように添加し、さらに窒素ガスの吹き込みを行った場合の結果である。
【００６４】
このRUN4においては、採取したバイオガス中の硫化水素濃度がさらに増加して38000ppmであるのに対し、処理水中の硫化物イオン濃度は0mgS2-/Lであり、これは硫化水素を含まない窒素ガスの吹き込みにより処理水中の硫化物イオンが、ガス中に非解離状態の硫化水素ガスとして放出されたことが示唆される。
【００６５】
したがって、RUN4においてバイオガス中のメタン含有率が低下しているが、これは硫化水素によりメタン生成菌が阻害を受けたものではなく、硫酸還元菌との基質の競合の影響でメタン生成菌が減少したものと考えられる。
【００６６】
また、処理水の硫酸イオン濃度が160 mgSO4/Lであり硫酸イオン除去率が80％を超えているため、添加された硫酸が適切に除去され、硫酸還元菌が適切に働いていることが示唆される。
【００６７】
また、このRUN4において処理後の処理水のＣＯＤが506 mg/LとRUN1、RUN2の場合と同程度の値に減少し、ＣＯＤ除去率が80％を超えたことから、硫酸還元菌が、メタン生成菌の減少による未分解有機物を分解できる程度に増殖したことが示唆される。
【００６８】
すなわちRUN4の場合は、処理水中への窒素ガスの吹き込みにより、硫酸添加量の増加による硫化水素の阻害の影響が取り除かれ、硫酸還元菌が増殖されたものと考えられる。
【００６９】
[RUN5（本願発明）]
RUN5は、ＣＯＤが3000mg/Ｌの模擬排水２９に対し、硫酸を硫酸イオン濃度で4500 mgSO4/L、つまり模擬排水の有機物濃度に対する硫酸イオン濃度が１．５倍になるように添加し、さらに窒素ガスの吹き込みを行った場合の結果である。
【００７０】
このRUN5においては、RUN4の場合と比較して処理水中の硫酸イオン濃度と硫化物イオン濃度は増加し、またバイオガス中の硫化水素濃度が増加してメタン含有量が低下した。またＣＯＤ除去率は低下したものの80％であり、硫化物イオン除去率も91％と高いことから、RUN5の場合にはRUN4の場合と同様に、処理水中への窒素ガスの吹き込みにより硫酸添加量の増加による硫化水素の阻害の影響が取り除かれて硫酸還元菌が増殖され、硫酸還元菌が優占種となり有機物が分解されているものと示唆される。
【００７１】
なお、図３の実験結果中、処理水の硫酸イオン濃度、硫化物イオン濃度、およびバイオガス中の硫化水素の硫黄濃度を集計すると排水中の硫酸添加量に基づく硫酸イオンの硫黄量よりも少ないが、排水処理装置２０の運転中に反応槽２２内部に短黄色の固形物の付着、堆積が観察されたことから、硫酸イオンが硫化水素に還元される途中で単体硫黄として析出したことにより、バイオガス中の硫黄量が少なくなったものと示唆される。
【００７２】
以上の実施例１により、排水のＣＯＤに対して硫酸イオン濃度が１／３以上になるように硫酸を添加し、且つ反応槽２２の溶液中に硫化水素を含まない窒素ガスを吹き込むことで、硫酸還元菌を増殖させて優先種とすることができ、且つ生成した硫化物イオンによりメタン生成菌や硫酸還元菌の活性が阻害されることを防止できることが示唆される。
【００７３】
また本実施例においては、模擬排水に硫酸を添加する場合について説明したが、これには限定されず、硫酸イオンを添加することができるものであれば、例えば硫酸ナトリウム等の硫酸塩溶液でも同等の効果が得られる。
【００７４】
また本実施例においては、模擬排水に窒素ガスを吹き込む場合について説明したが、これには限定されず、模擬排水中に解離状態で存在する硫化物イオンを、非解離状態の硫化水素ガスとしてガス中に放出させることができるガスであればよく、酸素など嫌気性菌の消化汚泥に阻害を与えるガスではなく、硫化水素を含まない不活性ガスであれば、使用することができる。
【００７５】
また本実施形態において、排水に常時窒素ガスを吹き込むことは経済的に好適ではないため、処理水の硫酸イオン濃度および硫化物イオン濃度が増加したときにのみ、それらが低下するまで吹き込むようにすることで、コストを低減させることができる。その際、上記実施例１によれば、窒素ガスの吹き込みの有無によりRUN3とRUN4との結果を比較すると、処理水の硫化物イオン濃度に明確な差があることから、硫化物濃度測定装置６により測定した硫化物イオン濃度を指標としてガス供給制御装置７により窒素ガスの供給の要否を判定し、窒素ガスの供給が必要であると判定されたときにガス供給装置８から供給されるようにすることで、コストを低減させて硫化水素による阻害を防止することができる。
【００７６】
（実施例２）
次に実施例２として、易分解性の排水と、分解速度が遅い排水とについて、それぞれメタン生成菌が優占種として働く場合と硫酸還元菌が優占種として働く場合の有機物分解速度を比較する試験を実施した。
【００７７】
本実施例においては、グルコースとポリペプトンとを主成分とする人工排水である易分解性の模擬排水と、これと比較して分解速度が遅いＡ工場排水とについて、実施例１のRUN1およびRUN4の２パターンの処理条件で、図４のガス測定装置６０により排水中の有機物の分解により生成されるガス量により、有機物の分解速度の比較試験を実施した。ここで、RUN1の場合にはメタン生成菌が優占種として働き、RUN4の場合には硫酸還元菌が優占種として働いていると想定される。
【００７８】
本実施例において、消化汚泥は予め図２の試験装置より瓶（図示せず）に取り、窒素パージを行って封入して保管した。
【００７９】
次に、処理対象の排水６１である模擬排水、工場排水をそれぞれ密閉可能な瓶６２に入れ、リン酸バッファーを加えた後、一度窒素パージを行って蓋を閉じた。
【００８０】
その後、消化汚泥を瓶６２に入れ、窒素パージを行って蓋を閉じた。これらの窒素パージは、本実施例で使用する消化汚泥に含まれる嫌気性微生物が空気（酸素）と接触しないようにするために行った。
【００８１】
次に、消化汚泥に対するそれぞれの排水６１の有機物量が0.2kg/kgとなるように、排水６１と消化汚泥量とを調整した。また、それぞれの排水６１についてRUN4の条件で実施する瓶６２には、排水のＣＯＤに対する硫酸イオン濃度が１／３になるように硫酸を添加した。
【００８２】
その後瓶６２を３７℃の恒温水槽６３内に保持し、瓶６２内に生成したバイオガス６４を水封したメスフラスコ６５に導入してバイオガス量を所定時間間隔で測定し、バイオガス発生速度を、評価対象の有機物分解速度として算出した。
【００８３】
人工排水を、RUN1およびRUN4の条件で処理した場合の有機物分解速度の算出結果を、図５に示す。
【００８４】
図５に示すように、人工排水の処理においては、RUN1の条件、RUN4の条件共に有機物分解速度は同程度であった。これは、人工排水が分解し易く、メタン生成菌が優占種として働く場合と硫酸還元菌が優占種として働く場合とで差が出にくかったものと考えられる。
【００８５】
また工場排水を、RUN1およびRUN4の条件で処理した場合の有機物分解速度の算出結果を、図６に示す。
【００８６】
図６に示すように、工場排水の処理においては、RUN4の条件における有機物分解速度がRUN1の条件における有機物分解速度の約２倍の速さを示した。
【００８７】
以上の実施例２により、多くの気質を利用可能な硫酸還元菌を優占種とした消化汚泥を用いることで、分解しづらい低分解性の排水に対しては、有機物分解速度が向上することが示唆された。
【００８８】
《第２実施形態》
本発明の第２実施形態として、硫黄含有量が不明であるかまたは、変化する可能性のある排水を処理する排水処理装置１Ｂについて説明する。
【００８９】
本発明の第２実施形態による排水処理装置１Ｂの構成について、図７を参照して説明する。
【００９０】
本実施形態による排水処理装置１Ｂは、第１実施形態の排水処理装置１Ａに排水中の硫黄濃度を測定する硫黄濃度測定装置９を付加した構成である。この硫黄濃度測定装置９では、全硫黄、または硫酸イオン濃度を測定する。
【００９１】
本実施形態による排水処理装置１Ｂの硫酸塩添加制御装置４は、有機物濃度測定装置３で測定した有機物濃度と、硫黄濃度測定装置９で測定した硫黄濃度とに基づいて、硫酸イオン濃度が有機物濃度測定装置３で測定された有機物濃度の１／３よりも高い値になるように、硫酸塩の添加量を算出する。つまり、硫黄濃度測定装置９で測定した硫黄濃度と添加する硫酸塩とを合わせることにより、硫酸イオン濃度が有機物濃度測定装置３で測定された有機物濃度の１／３よりも高い値になるようにする。
【００９２】
そして、硫酸塩添加制御装置４により、算出された添加量の硫酸塩５ａが硫酸塩添加装置として機能する注入ポンプ５ｂにより排水に添加されるように制御される。
【００９３】
このように硫酸イオン濃度が有機物濃度の１／３よりも高い値になるように硫酸塩５ａが排水に添加されることにより、硫酸還元菌との競合でメタン生成菌が減少する一方硫酸還元菌が増殖し、有機物を分解する反応速度が高速化される。
【００９４】
また第１実施形態における排水処理装置１Ａと同様に、硫化物濃度測定装置６において硫化物濃度が測定され、この測定値に基づいて必要であれば窒素ガスボンベ８ａの窒素ガスがガス供給装置として機能するブロア８ｂにより反応槽２に供給されることにより、硫酸還元菌により生成された解離状態の硫化物イオンを非解離状態の硫化水素ガスとして放出させ、硫酸を添加したことによる、硫化水素による阻害が防止される。
【００９５】
本実施形態において、硫化物濃度測定装置６により反応槽２内の硫化物濃度を測定する際は、反応槽２の形状により反応槽２内で濃度がほぼ均一と考えられる場合には反応槽２内の溶液で測定してもよいし、反応槽２内で濃度にむらがあると考えられる場合には反応槽２の出口付近または出口の外側で測定するようにしてもよい。
【００９６】
《第３実施形態》
本発明の第３実施形態としての排水処理装置１Ｃについて説明する。本実施形態による排水処理装置１Ｃは、第１実施形態の排水処理装置１Ａまたは第２実施形態の排水処理装置１Ｂの反応槽２内に分離膜１０および散気装置１１を付加し、さらに処理済みの処理水を分離膜１０を経由して反応槽２から流出させるポンプ１２を付加した構成である。この散気装置１１は、分離膜１０の下部から散気するように設置されている。
【００９７】
本実施形態においては、窒素ガスボンベ８ａから反応槽２に窒素ガスを供給する際に散気装置１１から散気されることにより供給するように構成し、ガス供給制御装置７により窒素ガスの供給が必要であると判定されるとき、またはポンプ１２が稼働して反応槽２から処理済みの処理水が分離膜１０を経由して流出されるときに、窒素ガスが散気装置１１から散気されることで吹き込まれるようにする。
【００９８】
このように散気装置１１およびポンプ１２を作動させることで、反応槽２から処理水を流出させる際に分離膜１０により固形物が除去され処理水の水質が向上するとともに、散気装置１１からの散気により分離膜１０の目詰まりを防止することができる。また、反応槽２からの菌の流出を防止することができ、硫酸還元菌の増殖速度を増加させることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…排水処理装置
２…反応槽
３…有機物濃度測定装置
４…硫酸塩添加制御装置
５…硫酸塩添加装置
５ａ…硫酸塩
５ｂ…注入ポンプ
６…硫化物濃度測定装置
７…ガス供給制御装置
８…ガス供給装置
８ａ…窒素ガスボンベ
８ｂ…ブロア
９…硫黄濃度測定装置
１０…分離膜
１１…散気装置
１２…ポンプ
２０…排水処理装置
２１…消化汚泥
２２…反応槽
２３…恒温水槽
２４…温度計
２５…温度コントローラ
２６…温度計
２７…ヒーター
２８…原水槽
２９…模擬排水
３０…スターラー
３１…撹拌子
３２…原水ポンプ
３３…タイマ
３４…撹拌機
３５…タイマ
３６…処理水
３７…処理水ポンプ
３８…タイマ
３９…処理水槽
４０…ｐH計
４１…アルカリ注入ポンプ
４２…アルカリ溶液
４３…ｐHコントローラ
４４…バイオガス
４５…トラップ
４６…脱硫装置
４７…ガスメータ
４８…ガス採取口
４９…ピンチコック
５０…窒素ガスボンベ
５１…バブラー
５２…流量計
５３…タイマ
６０…ガス測定装置
６１…排水
６２…瓶
６３…恒温水槽
６４…バイオガス
６５…メスフラスコ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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