(57)【要約】本発明は、汚泥粒子の良好な流動状態、即ち、汚泥粒子と有機物の良好な接触を妨げず、汚泥粒子全体を処理に対して有効に使う多段化したＵＡＳＢ装置において、ＧＳＳ部内部での発生ガスの安定した回収を行うことで、高いＣＯＤ負荷においても安定した廃水処理を行うことのできる嫌気性処理装置を提供する。かかる課題を解決する手段として、本発明の一態様は、嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板の占有面積が処理槽の断面積の２分の１以上であり、処理槽内に消泡剤を供給する手段を有することを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板の占有面積が処理槽の断面積の２分の１以上であり、処理槽内に消泡剤を供給する手段を有することを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置。
【請求項２】
嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板が、処理槽内壁との間の角度が３５度以下となるように取り付けられており、且つその占有面積が処理槽の断面積の２分の１以上であることを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置。
【請求項３】
処理槽内に消泡剤を供給する手段を更に有する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板が、処理槽内壁との間の角度が３５度以下となるように取り付けられており、処理槽内に消泡剤を供給する手段を有することを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置。
【請求項５】
気液固分離部の内部若しくは下方に酸素を含有しない気体を吹き込むための気体供給管が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
気液固分離部が、処理槽の上部５０％の範囲内に取り付けられている請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
処理槽内での原水通水量が１〜５ｍ／ｈに制御される請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、各種工場、下水、し尿、畜産業施設等より排出される有機性の廃水又は有機性の廃棄物等を無害化処理するために用いられる嫌気性汚泥床処理装置に関し、更に詳しくは、ガス・液・固（気液固）分離部（Ｇａｓ−Ｓｏｌｉｄ  Ｓｅｐａｒａｔｏｒ；以下、ＧＳＳ部とも言う）を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置に関する。
背景技術
有機性の廃水あるいは有機性の廃棄物等は、嫌気性処理によって分離処理されることがある。こうした分解処理方法として、例えば上向流嫌気性汚泥床法（Ｕｐ  ｆｌｏｗ  Ａｎａｅｒｏｂｉｃ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｌａｎｋｅｔ；以後、ＵＡＳＢ法とも言う）がある。これは近年普及してきた方法で、リアクター内に、メタン菌等の嫌気性菌を主体とした微生物が粒子化した汚泥（汚泥粒子）を充填し、有機性廃水を、リアクター内を上向流で流通させることにより、廃水中の有機物を嫌気条件下で生物学的に分解するというものである。このＵＡＳＢ法は、嫌気性菌をグラニュール状に造粒化することにより、リアクター内のメタン菌の濃度を高濃度に維持できるという特徴があり、その結果、廃水中の有機物の濃度が相当高い場合でも効率よく処理できる。例えば、この方法を具体化した装置では、重クロム酸カリウムを酸化剤として測定したＣＯＤＣｒ（以下、ＣＯＤと言う）の容積負荷が１０〜１５ｋｇ／ｍ３／ｄの廃水・廃棄物でも効率よく運転できるという特徴がある。
有機性廃水及び有機性廃棄物を対象とした嫌気性処理の嫌気性菌には、環境温度により大きく分けて２種類ある。例えば、環境温度３０〜３５℃の中温域を至適温度とする中温嫌気性菌、５０〜５５℃の高温域を至適温度とする高温嫌気性菌などがある。一方、これら嫌気性菌の働きを利用したＵＡＳＢ法の場合、分解する有機物の負荷量が高くなると（例えばＣＯＤ容積負荷が１５ｋｇ／ｍ３／ｄ以上）、発生するガス量が多くなる。この際、リアクター内からのガス抜きを随時確実に行っていかないと、ガス排出時の吹き出し等によりグラニュール状の汚泥粒子の流出が目立つようになり、リアクター内に汚泥粒子を留めておくことが難しくなる。
こうした場合の処理対策として、ＵＡＳＢ装置そのものを多段にし、発生ガスを分散して系外に排出する方法が提案されている。図１は、ＵＡＳＢを多段にした嫌気性処理装置の模式図である（Ｇ．Ｌｅｔｔｉｎｇａ（１９９５）Ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ，Ａｎｔｏｎｉｅ  ｖａｎ  Ｌｅｅｕｗｅｎｈｏｅｋ  ６７：３−２８）。図１に示されている装置は、下端に原水流入管１を接続した筒状のリアクター２の内部に、下向きに傾斜した複数の邪魔板３を交互に設けて、リアクター内を区分けした区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅをそれぞれの箇所に多段に形成している。区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅのそれぞれの上端の角部（即ち、邪魔板によって形成される閉塞部）はＧＳＳ部５を形成している。リアクター内部には、グラニュール状の汚泥粒子が充填される。このような装置の下端から有機性廃水（原水）が投入されると、内部に存在するグラニュール状の汚泥粒子内の嫌気性微生物の働きによって原水中の有機物が分解され、ガスが発生する。リアクターの下部においては、高負荷状態のためにガスが多く発生するため、発生ガスが汚泥粒子に付着してその見かけ比重を低下させると共に、付着したガスが汚泥粒子を同伴して、上向きの水流に沿って上方に汚泥粒子が流動する。ガスに同伴された汚泥粒子は、邪魔板３によって形成されたＧＳＳ部５に捕捉され、水面で気泡となり、気泡部５ｂを形成する。気泡はやがて破裂し、ガスがＧＳＳ部５に集積して気相部５ａが形成される。気相部５ａが形成される箇所には、発生ガス回収配管６が接続されていて、ガスが回収される。発生ガス回収配管６は外部の水封槽７に接続されており、水封槽７にガスがトラップされる。気泡の破裂によって、ガスと汚泥粒子とが分離され、汚泥粒子はもとの比重を回復して、重力によって沈降する。邪魔板３の上に沈降した汚泥粒子は、邪魔板３の表面上を滑り落ちながら更に沈降する。沈降した汚泥粒子は再び原水流中の有機物と接触して、汚泥粒子中の嫌気性微生物が有機物を分解することによってガスを発生させ、汚泥粒子はガスに同伴されて上昇する。
リアクターの内部では、上記のような汚泥粒子の循環運動が起こるのであるが、リアクター下方で発生したガスはリアクター下方のＧＳＳで回収されるため、リアクターの上方にいくに従って、リアクター下方で発生したガスによる汚泥粒子の流動に与える影響が小さくなり、有機物の負荷量が徐々に小さくなるので、ガス発生量が低下し、これに伴って流動する汚泥粒子の見かけ比重が大きくなり、ガスに同伴される汚泥粒子の上昇流の速度が小さくなる、即ち、汚泥粒子の流動が緩やかになる。
このようにして有機物が嫌気性処理された処理水は、リアクター２の上端部より溢流して、処理水配管９により排出される。上記のように、汚泥粒子の流動はリアクターの上方にいくにしたがって緩やかに、即ち静置状態に近くなるので、リアクターの上端からの溢流内に汚泥粒子が含まれることはなく、清浄な処理水が得られる。
しかしながら、多段化したＵＡＳＢ装置は、いまなお以下に示すような課題がある。
（１）廃水の性状によっては、ＧＳＳ部内部で発泡を生じ、ＧＳＳ部内部あるいは発生ガス捕集配管の閉塞を招き、発生ガスの捕集が困難となる。
（２）廃水の性状によっては、ＧＳＳ部内部でスカムを形成し、発生ガスの捕集が困難となる。とりわけ、負荷が低く、発生ガス量が少ない場合には、発生ガスによるスカムの破壊・除去効果が小さく、スカムを形成しやすい。
（３）前記（１）、（２）の結果、多段化したＵＡＳＢ装置の特長である発生ガスを分散して系外に排出する効果を失い、汚泥の多大な流出を招き、処理悪化の原因となる。
（４）ＧＳＳ部を構成する邪魔板の設置角度が緩やかな場合には、邪魔板の上に汚泥が堆積して汚泥のデッドスペースが生じ、リアクター内の汚泥粒子の全体を有効に使えない場合がある。
（５）ＧＳＳ部を装置をリアクターの下部まで形成した場合、汚泥粒子の良好な流動を妨げ、汚泥粒子と有機物との接触が不十分もしくは不良となる場合がある。
（６）リアクター内の通水速度が低い場合には短絡流が生じ、逆に通水速度が高い場合には汚泥の流出を引き起こすために、処理結果を悪化させる原因となる場合がある。
このような実情に鑑み、本発明は、汚泥粒子の良好な流動状態、即ち、汚泥粒子と有機物の良好な接触を妨げず、汚泥粒子全体を処理に対して有効に使う多段化したＵＡＳＢ装置において、ＧＳＳ部内部での発生ガスの安定した回収を行うことで、高いＣＯＤ負荷においても安定した廃水処理を行うことのできる嫌気性処理装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の各態様に係る嫌気性処理装置を提供する。
本発明の請求項１の発明は、嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板の占有面積が処理槽の断面積の２分の１以上であり、処理槽内に消泡剤を供給する手段を有することを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置に関する。
本発明の請求項２の発明は、嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板が、処理槽内壁との間の角度が３５度以下となるように取り付けられており、且つその占有面積が処理槽の断面積の２分の１以上であることを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置に関する。
本発明の請求項３の発明は、処理槽内に消泡剤を供給する手段を更に有する請求項２に記載の装置に関する。
本発明の請求項４の発明は、嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板が、処理槽内壁との間の角度が３５度以下となるように取り付けられており、処理槽内に消泡剤を供給する手段を有することを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置に関する。
本発明の請求項５の発明は、気液固分離部の内部若しくは下方に酸素を含有しない気体を吹き込むための気体供給管が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置に関する。
本発明の請求項６の発明は、気液固分離部が、処理槽の上部５０％の範囲内に取り付けられている請求項１〜５のいずれかに記載の装置に関する。
本発明の請求項７の発明は、処理槽内での原水通水量が１〜５ｍ／ｈに制御される請求項１〜６のいずれかに記載の装置に関する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。図２は、本発明の第一の態様に係る多段ＵＡＳＢ装置の一形態例の概要を示す図である。なお、添付の図においては、同じ構成要素については同じ参照番号を付す。
図２に示されている本発明の一態様に係る多段ＵＡＳＢ装置においては、下端に原水流入管１を接続した筒状のリアクター２の内部に、複数の邪魔板３を設けることによって、リアクター２の内部を区分した区分スラッジゾーンが多段に形成されている。邪魔板３は、一方の端部がリアクター２の内壁に固定され、もう一方の端部が反対側の内壁方向に向かって、下向きに傾斜して伸長する。図２においては、下向きに傾斜した邪魔板３を２枚配置して二つのスラッジゾーン４ａ、４ｂを多段に形成した構成例を示す。区分スラッジゾーン４ａ、４ｂのそれぞれの上端の角部（邪魔板３によって形成される閉塞部）にＧＳＳ部５が形成されている。リアクター内部には、グラニュール状の汚泥粒子が充填されている。有機性廃水（原水）は、供給管２５を通してまず原水調整槽／酸発酵槽２３で調整された後、原水流入管１を通してリアクター２の下端から投入する。なお原水調整槽／酸発酵槽２３は、必ずしも配置する必要はなく、原水を直接リアクター２に供給してもよい。また、特に必要ない場合には、槽２３において原水の調整を行わなくともよい。
リアクター２内には、嫌気性菌からなるグラニュール汚泥粒子が充填される。本発明の対象となる嫌気性処理は、３０℃〜３５℃を至適温度とした中温メタン発酵処理、５０℃〜５５℃を至適温度とした高温メタン発酵処理など全ての温度範囲の嫌気性処理を対象としている。嫌気性菌からなるグラニュール汚泥粒子が充填されたリアクター２の下端に、有機性廃棄物などを含んだ原水を、送液管１を通して導入する。原水は、必要に応じて、処理水の循環液や系外から供給する希釈水等により適宜希釈した後、リアクターに供給することができる。流入原水の量は、リアクター２内部での通水速度が１〜５ｍ／ｈとなるように調節することが好ましい。
リアクター２内では、嫌気性菌を含むグラニュール汚泥粒子の介在によって有機性廃棄物が分解し、分解ガスが発生する。発生したガスは、各区分スラッジゾーン４ａ、４ｂの上端のＧＳＳ部５に別れて集まり、それぞれに気泡部５ｂ及び気相部５ａを形成し、気相部５ａから発生ガス回収配管６を通じて水封槽７に回収される。回収された発生ガスについて、ガスメータ８でその排出量が記録される。リアクター内で発生したガスの一部は、区分スラッジゾーン４ａ、４ｂ内でグラニュール汚泥粒子に付着し、その見かけ比重を軽減させるとともに、グラニュール汚泥粒子を同伴してＧＳＳ部５の水面に達する。このように、発生ガスは気泡を形成して水面気泡部５ｂに一時的に滞留する。水面気泡部５ｂに集合した気泡はやがて破裂し、発生ガスとグラニュール汚泥粒子とが分離され、グラニュール汚泥粒子はもとの比重を回復して水中に沈降し、一方発生ガスは気相部５ａを形成して、ここに接続されている発生ガス回収配管６から水封槽７を経由して、系外に排出される。有機物が分解して清澄になった処理水は、リアクター上端から溢流し、処理水配管９を経由して系外に排出される。
また、図２に示すように、処理水配管９を分岐して処理水循環配管２１を構成し、配管２４を介して原水調整槽／酸発酵槽２３に循環して、必要に応じて再調整を行った後に、再びリアクター２に再循環することができる。また、バイパス管２２を配置して、処理水をそのままリアクター２に再循環することができる。
各ＧＳＳ部５の気相部５ａのガス圧は異なるので、その差圧は水封槽７で調整するとよい。原水送液側に近い順に（即ち下方のＧＳＳ部ほど）水封圧は高く保つ必要がある。これは、下方のＧＳＳ部に接続されている発生ガス回収配管６の水封槽７内での開口部位置を低くすることにより達成することができる（図２参照）。ガス回収の圧調整は、水封槽７を使う方法以外にも多くの方法があり、例えば圧力弁等を使用してもよい。本発明の嫌気性処理においては、各区分スラッジゾーン毎に、そこで発生する発生ガスを回収できるため、リアクターの単位断面積当たりの発生ガス量が少なくなる。特に処理水を流出させる処理水配管９に最も近い所ではリアクターの単位断面積当たりのガス量が非常に小さくなる。そのため、グラニュール汚泥粒子の系外流出量は非常に少なくすることができる。
ここで、リアクター２の内部に配置する邪魔板３は、その占有面積が、処理槽の断面積の１／２以上になるような寸法とすることが好ましい。邪魔板３の占有面積が処理槽の断面積の１／２以下であると、リアクター内で発生したガスの邪魔板による捕捉が不十分となり、気液固の分離に不具合を生ずる。つまり、リアクターの中心部分よりガスが上方へ抜けてしまい、ＧＳＳ部５にガスを十分に集積することができなくなる。
また、処理すべき原水が発泡性の場合には、ＧＳＳ部５内の気相部５ａ及び発生ガス回収配管６が閉塞し、発生ガスの回収が困難となることがある。従って、本発明の一態様においては、リアクター２内に消泡剤を供給することで、ＧＳＳ部５内での発泡を抑えることができ、支障なく処理を行うことができる。リアクター２内に消泡剤を供給する手段としては、例えば、図２に示すように、消泡剤注入配管１０を原水送液管１に接続して、原水中に予め消泡剤を加えることができる。また、他の形態として、消泡剤は、原水調整槽／酸発酵槽２３に滴下又は噴霧することによって供給したり（図２の▲２▼）、処理水循環配管に供給したり（図２の▲５▼、▲６▼又は▲７▼）、リアクター２に直接滴下又は噴霧することによって投入したり（図２の▲４▼）、或いはリアクターのＧＳＳ部５に滴下又は噴霧することによって供給したりすることができる（図２の▲３▼）。消泡剤としては、原水の性状に応じた消泡効果を有し、発酵液の消泡に適した、中温（３０℃〜３５℃）あるいは高温（５０℃〜５５℃）において消泡効果をなくすことのない消泡剤を使用することが好ましい。本発明において用いることのできる消泡剤としては、シリコーン系消泡剤、アルコール系消泡剤の何れも適用が可能である。
本発明の第一の態様は、上記のような特徴を有する嫌気性処理装置に関する。即ち、本発明の第一の態様は、嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板の占有面積が処理槽の断面積の２分の１以上であり、処理槽内に消泡剤を供給する手段を有することを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置に関する。
また、本発明の第二の態様は、邪魔板を、処理槽内壁との間の角度が３５度以下になるように取り付けたことを特徴とするものである。即ち、本発明の第二の態様は、嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板が、処理槽内壁との間の角度が３５度以下となるように取り付けられており、且つその占有面積が処理槽の断面積の２分の１以上であることを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置に関する。
図２を参照して本発明の第二の態様を説明すると、かかる態様においては、リアクター２の内壁と邪魔板３との間の角度θを３５度以下として邪魔板３を反対側の内壁に向かって下向きに傾斜するように取り付けることにより、スラッジゾーン４ａ、４ｂを形成する邪魔板３の上に、上方から沈降してくるグラニュール汚泥粒子が沈積して流動性が不十分となって汚泥粒子のデッドスペースが生じるという問題がなくなる。リアクター２の内壁と邪魔板３との間の角度が３５度以上であると、上記のように汚泥粒子の堆積が生じて、汚泥粒子のデッドスペースが生じやすくなるため、３０ｋｇ／ｍ３／ｄ以上の高負荷処理が困難となる。邪魔板３とリアクター２の内壁との間の角度θが３５度以下であると、汚泥粒子の安息角を超えた傾斜が邪魔板によって形成されるので、邪魔板の上に沈降した汚泥粒子は邪魔板の表面上を滑り落ちながら流下するので、邪魔板の上に汚泥が堆積することがない。この邪魔板とリアクター内壁との間の角度は、３０度以下であることがより好ましく、２７度以下であることが更に好ましい。
また、本発明の第二の態様においても、リアクター２の内部に配置する邪魔板３は、その占有面積が、処理槽の断面積の１／２以上になるような寸法とすることが好ましい。邪魔板３の占有面積が処理槽の断面積の１／２以下であると、リアクター内で発生したガスの邪魔板による捕捉が不十分となり、気液固の分離に不具合を生ずる。つまり、リアクターの中心部分よりガスが上方へ抜けてしまい、ＧＳＳ部５にガスを十分に集積することができなくなる。
なお、本発明の第二の態様においては、消泡剤を添加することは必須要件ではない。しかしながら、第一の態様と同様に、リアクター内に消泡剤を供給して、ＧＳＳ部５内での発泡を抑えれば、より好ましい。
更に本発明の第三の態様は、嫌気性処理槽と、該処理槽内に取り付けられた複数の邪魔板によって形成される多段の気液固分離部を有する上向流嫌気性汚泥床処理装置であって、それぞれの邪魔板が、処理槽内壁との間の角度が３５度以下となるように取り付けられており、処理槽内に消泡剤を供給する手段を有することを特徴とする有機性廃水又は廃棄物を嫌気性処理するための装置に関する。
また、原水が高ＳＳである等の理由により、スカムを形成しやすい場合には、ＧＳＳ部５内の気泡部表面５ｂ及び内部にスカムが形成され、発生ガスの回収が困難となる場合がある。このような場合には、気体供給管をＧＳＳ部５の内部若しくは下方に配置して、気体を供給することにより、スカムの破壊したり、或いはスカムの形成を防止することができる。このような目的で用いることのできる気体としては、窒素ガス等の酸素を含まない、メタン発酵等の生物処理に影響を与えない気体を用いることができる。また、嫌気性処理によって発生したガスを、スカム破壊又は形成防止用の気体として使用することができる。かかる形態の嫌気性処理装置の構成例を図３に示す。
図３に示す装置においては、発生ガス回収配管６及び水封槽７を通して回収された発生ガスを、ガスホルダー１１に貯留し、そこから、発生ガス供給配管１３を通して、各ＧＳＳ部の下方に設置された散気管１２に供給してＧＳＳ部の下方より気泡として供給するか、或いは発生ガス回収配管６に供給してＧＳＳ部の内部に直接供給することによって、ＧＳＳ部内でのスカムの破壊或いはスカムの形成防止を達成している。
発生ガス供給配管１３を、それぞれのＧＳＳ部の発生ガス回収配管６に接続し、ＧＳＳ部５−１内のスカムを破壊・除去する場合は、バルブ１４ａを閉じ、発生ガスをＧＳＳ部５−１内に吹き込むことによりＧＳＳ部５−１内全体を気相部５−１ａとし、気泡部５−１ｂを下に押し下げて、ＧＳＳ部５−１からスカムを排出することができる。この排出されたスカムは、その上のＧＳＳ部５−２内にトラップされるので、次にバルブ１４ｂを閉じ、同様に発生ガスをＧＳＳ部５−２内に吹き込むことによりＧＳＳ部５−２内全体を気相部５−２ａとし、気泡部５−２ｂを下に押し下げて、ＧＳＳ部５−２からスカムを排出し、これを処理水と共に流出させることができる。
また、発生ガス供給配管１３を、各ＧＳＳ部の下方に配置された散気管１２に接続する場合には、散気管１２から吹き込まれる気泡によりスカムが破壊され、破壊されたスカムはリアクター２内の液の流れと共に処理水として排出される。この手法の場合には、バルブ１４の開閉は問わない。バルブ１４を開けて上記の操作を行うと、散気管１２から吹き込まれた気体は発生ガス回収配管６より回収される。一方、バルブ１４を閉じて上記の操作を行うと、散気管１２から吹き込まれる気泡によるスカムの破壊効果に加え、発生ガス回収配管を通してＧＳＳ部の内部に直接ガスを供給することによるスカム排出効果も期待できる。スカムの破壊或いはスカムの形成防止の目的でＧＳＳ部５内若しくは散気管にガスを供給する頻度は、処理される廃水の性状にもよるが、１日に１回から１週間に１回とすることでＧＳＳ部５内部のスカムを破壊・除去する効果がある。
なお、本発明に係る多段ＵＡＳＢ装置においては、気液固分離部が、処理槽の上部のみに形成されているとより好ましい。これは、気液固分離部が処理槽の下部にまで取り付けられていると、処理槽内での汚泥粒子の良好な流動が妨げられ、汚泥と有機物との接触が不良となって、処理が不安定になる場合があるからである。この観点から、本発明に係る多段ＵＡＳＢ装置においては、気液固分離部が、処理槽の上部７０％の範囲内、より好ましくは上部５０％の範囲内、更に好ましくは上部３０％の範囲内に取り付けられていることが好ましい。
また、本発明の多段ＵＡＳＢ装置においては、処理槽内での原水通水量を１〜５ｍ／ｈに制御することが好ましい。槽内での通水量が小さすぎると、汚泥層で短絡流が生じて、汚泥層全体を有効に使用することができなくなる場合がある。また、槽内での通水量が大きすぎると、グラニュール汚泥粒子の沈降速度よりも液の上昇流速度が大きくなり、グラニュール汚泥粒子が処理水と共に流出してしまうために、槽内に汚泥を安定して保持することができず、処理が不安定になる場合がある。この見地から、処理槽内での原水通水量は、１〜５ｍ／ｈに制御することが好ましく、２〜３ｍ／ｈが更に好ましい。
以下、本発明の各種態様を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例１
図２に示す装置を用いて、廃水の嫌気処理を行った。断面積０．１６ｍ２、高さ６．２５ｍ（槽容量１ｍ３）の円筒形リアクター２内に、それぞれの占有断面積が０．１１２ｍ２（リアクターの断面積の７０％）となるように邪魔板３を２枚下向きに傾斜させて取り付けた。邪魔板３の取り付け角度（θ）は４５度であった。リアクター２内の水温は３５℃になるように温度制御した。リアクター２内にはグラニュール状の汚泥粒子を充填した。
原水として、発泡性の清涼飲料廃水の酸発酵処理水（ＣＯＤ＝１０，０００ｍｇ／Ｌ；ＳＳ＝５００ｍｇ／Ｌ）を用いた。リアクター２の上端から溢流する処理水を循環液として原水と共にリアクター２に流入させることで通水速度を２ｍ／ｈに設定した。原水流量と処理水循環水量の割合をＣＯＤ負荷に応じて設定した。
原液送液管１に接続した消泡剤注入配管１０から、消泡剤としてシリコーン系消泡剤をリアクター流入水量あたり１０ｍｇ／Ｌの割合で注入した。対照データとして、消泡剤の注入を行わずに同様の実験を行った。定常状態における処理成績を表１に示す。
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上記表の結果から、本発明に従って、多段ＵＡＳＢ処理装置において消泡剤を処理槽内に供給することにより、優れた処理性能が得られたことが分かる。消泡剤を供給しない場合には、負荷の上昇によりＧＳＳ部の内部での発泡が生じ、処理性能が低下した。
実施例２
図２に示す嫌気処理装置において、リアクター２として、図４及び図５に示す構造のものを用いて実験を行った。図４に示すリアクター２においては、傾斜する邪魔板３を２箇取り付け、装置側壁と邪魔板３との角度（θ）を３０度とした。邪魔板３は、リアクター２の上部５０％の部所にのみ配置されるようにした。一方、図５に示すリアクター２においては、傾斜する邪魔板３を、リアクター２の全高に亘って５箇取り付け、装置側壁と邪魔板３との角度（θ）を４５度とした。
いずれも、リアクターの断面積は、０．１６ｍ２、高さ６．２５ｍ（容量１ｍ３）、ＧＳＳ部を形成する邪魔板の断面積は０．１１２ｍ２（リアクター断面積の７０％）で実験した。
リアクター２内にはグラニュール状の汚泥粒子を充填した。原水を、リアクター２の下端に接続した原水送液管１より流入し、リアクター２上部の処理水管９より処理水を得た。
リアクター２内には、邪魔板によって有機物を分解、浄化する際に発生したガスが集まるＧＳＳ部５を形成し、その上端に外部と通じる発生ガス回収配管６の排出口を設けた。各ＧＳＳ部５より発生したガスの量は、水封槽７に設けたガスメータ８で計測した。リアクター２内の水温は３５℃になるように温度制御した。原水としては、糖質系廃水の酸発酵処理水（ＣＯＤ＝７０００ｍｇ／Ｌ）に、無機栄養塩類（窒素、リン等）を添加したものを用いた。処理水を循環液として、原水と共にリアクター２へ流入させることで、通水速度を２ｍ／ｈに設定した。原水流量と処理水循環水量の割合をＣＯＤ負荷に応じて設定した。図４のリアクター２（邪魔板の取り付け角度が３０度）を用いて得られた結果をＢ系列、図５のリアクター２（邪魔板の取り付け角度が４５度）を用いて得られた結果をＡ系列として以下に報告する。
図６に実験経過とＣＯＤの処理成績の変化を示す。両系列とも処理水ＣＯＤ濃度を見ながら、有機物負荷量を徐々に上げた。
実験経過後、約１２０日目までは略々同じ負荷量で処理できた。約１２０日以降、ＣＯＤ負荷が３０ｋｇ／ｍ３／ｄ以上になると、Ａ系列では処理水ＣＯＤが高くなった。
傾斜する邪魔板を５個取り付け、リアクター２の内壁と邪魔板３との角度を４５度としたＡ系列では、図５に示されるように、邪魔板３の上に堆積汚泥によるデッドスペースが生じ、汚泥粒子全体を有効に使えないため処理が不安定になった。このため、ＣＯＤ負荷を２５ｋｇ／ｍ３／ｄに下げた。
一方、Ｂ系列では、ＣＯＤ負荷が３５ｋｇ／ｍ３／ｄにおいて、安定した処理ができた。表２に安定状態における処理成績の比較を示す。
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邪魔板の取り付け角度を３０°としたＢ系列では、ＣＯＤ負荷３５ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９０％、処理水ＶＳＳ＝３００〜４００ｍｇ／Ｌであった。一方、邪魔板の取り付け角度を４５°としたＡ系列では、ＣＯＤ負荷２５ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９０％、処理水ＶＳＳ＝３００〜４００ｍｇ／Ｌであった。このように、邪魔板の取り付け角度を３５度以下にすることによって、邪魔板の取り付け角度を４５度とした場合と比べて高いＣＯＤ除去率を得ることができた。
Ｂ系列の方法では、高いＣＯＤ負荷で運転しているにも拘らず、処理水ＣＯＤ処理成績は安定していた。また、処理水ＶＳＳ濃度は、Ａ系列の方法と略々同じであり、Ａ系列の方法に比べＧＳＳ部の数が少ない場合でも上向流嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ）槽内におけるグラニュール汚泥量も安定していた。これは、処理水を流出させる処理水配管９に最も近い所では、リアクターの単位断面積当たりのガス量が小さくなり、グラニュール汚泥の系外流出量が少なかったためである。
次に、Ｂ系列を用いて、原水ＣＯＤ濃度７０００ｇ／Ｌ、ＣＯＤ負荷３０ｋｇ／ｍ３／ｄ、通水速度０．５〜７ｍ／ｈで処理を行ったときの定常状態における処理成績の比較を表３に示す。
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邪魔板とリアクター内壁との角度を３０度としたＢ系列では、ＣＯＤ除去率８５％以上の安定した処理を行うためには、通水速度を１〜５ｍ／ｈ、好ましくはＣＯＤ除去率９０％以上とする場合には通水速度を２〜３ｍ／ｈに設定することが好ましいことが分かった。これは、通水速度が１ｍ／ｈより少ない場合には、汚泥層で短絡流が生じるため、汚泥層全体を有効に使用し得ないためである。また、通水速度が５ｍ／ｈより高い場合には、処理水のＶＳＳが１５００ｍｇ／Ｌ以上となり、リアクター２内の汚泥量を安定して維持できないために、処理性が悪化した。
実施例３
リアクター２として、図７に示す種々の形態のものを用いた。Ａ系列は、傾斜する邪魔板を２ケ取り付け、リアクター２の内壁と邪魔板３との角度を３０度とした。Ｂ系列は、Ａ系列のリアクター２の原水送液管１に消泡剤注入配管１０を接続して、消泡剤としてシリコーン系消泡剤をリアクター流入水量あたり１０ｍｇ／Ｌの割合で原水に加えた。Ｃ系列は、Ｂ系列のリアクター２に更に散気管１２を取り付け、発生ガスを発生ガス供給配管１３を通して供給することによって、ＧＳＳ部内でのスカムの破壊・除去を行った。いずれも、ＧＳＳ部は、リアクター２の上部５０％の範囲内に配置されるようにした。
実験には図３に示す装置を用いた。リアクター２内にはグラニュール状の汚泥粒子を充填した。原水を、リアクター２の下端に接続した原水送液管１より供給し、リアクター２上部の処理水管９より処理水を得た。リアクター２内には、有機物を分解、浄化する際に発生したガスが集まるＧＳＳ部５が邪魔板３によって形成され、その上端には発生ガス回収配管６を接続した（図３参照）。
いずれの系列においても、リアクターの断面積は、０．１６ｍ２、高さ６．２５ｍ（容量１ｍ３）、ＧＳＳ部を形成する邪魔板の断面積は０．１１２ｍ２（リアクター断面積の７０％）であった。各ＧＳＳ部５より発生したガスの量は、水封槽７に設けたガスメータ８で計測した。リアクター２内の水温は３５℃になるように温度制御した。原水として、発泡性の清涼飲料廃水の酸発酵処理水（ＲＵＮ１；ＣＯＤ＝１０，０００ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝５００ｍｇ／Ｌ）及びスカムを形成しやすい食品製造廃水の酸発酵処理水（ＲＵＮ２；ＣＯＤ＝１０，０００ｍｇ／Ｌ、ＳＳ＝３００ｍｇ／Ｌ）に無機栄養塩類（窒素、リンなど）を添加したものを用いた。処理水を循環液として原水とともにリアクター２に流入させることで通水速度を２ｍ／ｈに設定した。原水流量と処理水循環水量の割合をＣＯＤ負荷に応じて設定した。
図８、図９に、実験経過とＣＯＤ処理成績の変化を示す。両系列とも処理水ＣＯＤ濃度を見ながら有機物負荷量を徐々に上げた。
清涼飲料廃水を用いたＲＵＮ１（図８）では、実験経過後約８０日目まではほぼ同じ負荷量で処理ができた。約８０日目以降、ＣＯＤ負荷が２０ｋｇ／ｍ３／ｄとなると、Ａ系列では処理水ＣＯＤが高くなった。消泡剤を添加していないＡ系列では、負荷の上昇により、発生ガス量が増大し、ＧＳＳ部５内部で発泡を生じ、ＧＳＳ部５及び発生ガス回収配管６が閉塞した。そのため、発生ガスはＧＳＳ部で回収されないため、リアクター２上部より大気へと放出された。その結果、リアクター２内のグラニュール汚泥量が大量に流出し、リアクター２内の汚泥を安定に保持できないため、処理性能が低下した。そのため、ＣＯＤ負荷を１５ｋｇ／ｍ３／ｄに下げ、発泡をなくしたが、ＧＳＳ部５内部にスカムが形成されていたため、ＧＳＳ部５で発生ガスは回収されず、前記のとおり、処理性能は低下したままであった。一方、消泡剤を添加したＢ、Ｃ系列ではＣＯＤ負荷が３５ｋｇ／ｍ３／ｄにおいて、安定した処理ができた。比較的スカムを形成しにくい廃水の場合、消泡剤の添加より、高負荷処理が可能となり、発生ガス量が増加するため、この発生ガスによるＧＳＳ部５内部のスカム形成の防止効果がある。そのため、Ｂ系列とＣ系列の処理性能は同じであった。表４に定常状態における処理成績の比較を示す。
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消泡剤を添加したＢ系列では、ＣＯＤ負荷３５ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９０％、処理水ＶＳＳ＝３００〜４００ｍｇ／Ｌであった。一方、消泡剤を添加しなかったＡ系列では、ＣＯＤ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９０％、処理水ＶＳＳ＝３００〜４００ｍｇ／Ｌであった。このように、消泡剤を添加することにより、消泡剤を用いない場合と比べて高いＣＯＤ除去率を得ることができた。消泡剤を添加したＢ系列の方法では、高いＣＯＤ負荷で運転しているにもかかわらず処理水ＣＯＤ処理成績が安定していた。また、処理水ＶＳＳ濃度は、消泡剤を添加しない場合とほぼ同じであった。
次に、食品製造廃水を用いたＲＵＮ２（図９）では実験経過後約８０日目以降、ＣＯＤ負荷が１５ｋｇ／ｍ３／ｄ以上になると、消泡剤を添加しないＡ系列では、処理水ＣＯＤが高くなった。これはＧＳＳ部５内での発泡及びスカムの形成により、上記のように発生ガスの回収が不十分となったため、リアクター２内の汚泥量を安定して保持できないため、処理性能が低下したためであると考えられる。そのため、ＣＯＤ負荷を１０ｋｇ／ｍ３／ｄに下げ、発泡をなくしたが、ＧＳＳ部５内部にスカムが形成されていたため、処理性能は低下したままであった。
消泡剤を添加したＢ系列では、実験経過後約１１０日目にＣＯＤ負荷を２０ｋｇ／ｍ３／ｄに設定した。１１０日目〜１２０日目にかけて、ＧＳＳ内部にスカムが形成し始め、次第に処理が悪くなり、１２０日目以降では処理水ＣＯＤが高くなった。これはＧＳＳ部５内部での発泡は抑制できたが、次第にスカムが形成され、前記のように、発生ガスの回収が不十分となったため、リアクター２内の汚泥量を安定して保持できず、処理性能が低下したためであると考えられる。
ＧＳＳ部の下部からガスを供給したＣ系列では、ＣＯＤ負荷が３５ｋｇ／ｍ３／ｄにおいて、安定した処理ができた。スカムを形成しやすい廃水の場合、消泡剤の添加に加え、発生ガスの吹き込みによるＧＳＳ部５内のスカムの破壊・除去を行うことで高負荷処理が可能となる。表５に定常状態における処理成績の比較を示す。
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消泡剤を添加したＢ系列では、ＣＯＤ負荷３５ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９０％、処理水ＶＳＳ＝３００〜４００ｍｇ／Ｌであった。一方、消泡剤を添加しなかったＡ系列では、ＣＯＤ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９０％、処理水ＶＳＳ＝３００〜４００ｍｇ／Ｌであった。更に、スカムの形成防止を行ったＣ系列の方法では、高いＣＯＤ負荷で運転しているにもかかわらず処理水ＣＯＤ処理成績が安定していた。また、処理水ＶＳＳ濃度は従来法とほぼ同じであった。
産業上の利用の可能性
本発明の第一の態様によれば、処理槽内に邪魔板によって形成される気液固分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置において、処理槽内に消泡剤を供給することにより、高いＣＯＤ負荷においても安定した嫌気処理を行うことができる。また、本発明の第二の態様によれば、気液固分離部を形成する邪魔板と処理槽内壁との間の角度を３５度以下にすることにより、邪魔板の上に汚泥粒子が堆積して汚泥粒子のデッドスペースが生じることが防止され、汚泥粒子の良好な流動状態を保ち、汚泥粒子全体を処理に対して有効に活用することができる。更に、邪魔板と処理槽内壁との間の角度を３５度以下とすると共に、処理槽内に消泡剤を供給することで、より一層の安定処理を図ることができる。更には、スカムの形成防止手段を更に配置することにより、高いＣＯＤ負荷においても一層安定した処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の多段ＵＡＳＢ装置の構成例を示す図である。
図２は、本発明の一態様に係る多段ＵＡＳＢ装置の構成例を示す図である。
図３は、本発明の他の態様に係る多段ＵＡＳＢ装置の構成例を示す図である。
図４は、実施例２で用いた本発明の一態様に係る多段ＵＡＳＢ装置の構成を示す図である。
図５は、実施例２で用いた比較用の多段ＵＡＳＢ装置の構成を示す図である。
図６は、実施例２での、経過時間に伴うＣＯＤ処理成績の変化を示すグラフである。
図７は、実施例３で用いた各種多段ＵＡＳＢ装置の構成を示す図である。
図８は、実施例３での、清涼飲料廃水を用いた実験（ＲＵＮ１）における経過時間に伴うＣＯＤ処理成績の変化を示すグラフである。
図９は、実施例３での、食品廃水を用いた実験（ＲＵＮ２）における経過時間に伴うＣＯＤ処理成績の変化を示すグラフである。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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