(57)【要約】【課題】  嫌気性菌を系内に大量に保持し、また、被処理液成分による毒性を低減し、効率の高い排水処理装置および排水処理方法を提供すること。【解決手段】  塔状の反応器に、嫌気性菌が存在する担体を充填し上面および下面を気体または液体が通過可能な状態にした容器を鉛直方向に２つ以上配置し、原水を前記塔状の反応器内で嫌気性菌と接触させる排水処理方法であって、原水を反応器内の複数の容器の上流側に導入する排水処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔状の反応器に、嫌気性菌が存在する担体を充填し上面および下面を気体または液体が通過可能な状態にした容器を鉛直方向に２つ以上配置し、原水を前記塔状の反応器内で嫌気性菌と接触させる排水処理方法であって、原水を反応器内の複数の容器の上流側に導入する排水処理方法。
【請求項２】
容器を通過した被処理液を容器の下流側から、塔状の反応器内の上流側に返送する請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
原水を塔状の反応器内で嫌気性菌と接触させる排水処理装置であって、塔状の反応器に、嫌気性菌が存在する担体を充填し上面および下面を気体または液体が通過可能な状態にした容器を鉛直方向に２つ以上配置し、原水を反応器内の複数の容器の上流側に導入する配管を有する排水処理装置。
【請求項４】
容器を通過した被処理液を容器の下流側から、塔状の反応器内の上流側に返送する配管を有する請求項３に記載の排水処理装置。
【請求項５】
容器が塔状の反応器から着脱可能でかつ、容器同士が互いに入れ替え可能である、請求項３または４に記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は嫌気性排水処理において、高効率の処理を行う排水処理方法および排水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排水中の有機物や窒素を効率的に除去するための開発が積極的に行なわれている。従来、活性汚泥法などの好気処理が主体であったが、曝気動力の不要な嫌気処理も増えつつある。有機物処理の場合にはＵＰＦＬＯＷ  ＡＮＡＥＲＯＢＩＣ  ＳＬＵＤＧＥ  ＢＬＡＮＫＥＴ（上向流嫌気性汚泥床法、以下、ＵＡＳＢ法と略記することがある。）のようなメタン菌を使った嫌気処理、窒素処理の場合には独立栄養性脱窒微生物（ＡＮＡＭＭＯＸ菌、以下、アナモックス菌と略記することがある。）を使った嫌気処理が注目されている。嫌気処理にはさまざまなものがあるが、以下、窒素除去を例に挙げて説明する。
【０００３】
従来の窒素除去方法は、アンモニア性窒素を好気条件で亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に酸化する硝化と、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を無酸素条件で窒素ガスにする脱窒という２段階の反応で排水中から除去する方法が一般的である。この方法は、硝化工程では曝気動力が必要であること、また脱窒工程では、水素供与体である有機物が必要であるといった欠点がある。
【０００４】
これらを改善する方法として、嫌気条件下でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を反応させ、窒素ガスを生成することができるアナモックス菌を利用して脱窒する方法がある。アナモックス菌は独立栄養性のため水素供与体としての有機物は不要であり、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含む被処理液は１つの反応器で脱窒することができる。しかし、この方法では、アナモックス菌の増殖速度が小さいこと、被処理液がアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素という毒性物質であるため高濃度では活性が低下するという欠点がある。このような欠点を改善するために、グラニュール化したアナモックス菌を用いる方法が公知である（たとえば、特許文献１参照）。しかし、この方法ではグラニュールが条件によって崩壊するとアナモックス菌が流出し活性を失うという問題がある。
【０００５】
また、アナモックス菌を担持させた担体を反応器に充填し流動させる方法も公知である（たとえば、特許文献２参照）。しかし、この方法では担体を流動させるためには担体の充填率を下げなければならず、担体流動のための動力が必要となり、嫌気処理で曝気動力が不要というメリットを生かせない。また、単に反応塔へ担体を大量に充填しただけでは、被処理液が担体全体に接触せずにショートパスするうえ、生成する窒素が抜けにくいという問題が生じる。
【０００６】
また、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素は毒性を有するため、高濃度のアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を含有する被処理液が流入する部分には菌が増殖しにくく、逆に反応器の出口付近ではアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素が消費されてしまい、この部分も菌が増殖しにくい。したがって、せっかく担体をたくさん充填しても一部分しか使われないため処理能力を十分に高められないという欠点がある。
【０００７】
この発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２００４−７４１１１号公報
【特許文献２】特開２００２−２２４６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、嫌気性菌を系内に大量に保持し、また、被処理液成分による毒性を低減し、効率の高い排水処理装置および排水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは鋭意検討の結果、本発明に至った。その方法および装置は次のとおりである。
１．塔状の反応器に、嫌気性菌が存在する担体を充填し上面および下面を気体または液体が通過可能な状態にした容器を鉛直方向に２つ以上配置し、原水を前記塔状の反応器内で嫌気性菌と接触させる排水処理方法であって、原水を反応器内の複数の容器の上流側に導入する排水処理方法。
２．原水を塔状の反応器内で嫌気性菌と接触させる排水処理装置であって、塔状の反応器に、嫌気性菌が存在する担体を充填し上面および下面を気体または液体が通過可能な状態にした容器を鉛直方向に２つ以上配置し、原水を反応器内の複数の容器の上流側に導入する配管を有する排水処理装置。
【００１０】
この方法は、担体を用いることにより、嫌気性菌の棲息性を高めるだけでなく、塔状の反応器に担体を充填することで担体の充填量を増加させることが可能となり、流動床に比べて反応器あたりの能力を高めることができ、さらに、反応器内において生物反応を行う部分を少なくとも２つ以上の容器を鉛直方向に配置して分割することにより、充填塔の問題点である反応によって発生するガスが抜けにくいという問題を解決するものである。
【００１１】
また、原水を反応器内の複数の容器の上流側に導入することにより、容器に充填した担体全体に菌を増殖させることができ、反応器全体の能力をさらに高めることができる。
【００１２】
さらに、容器を通過した被処理液を、容器の下流側から、塔状の反応器内の、前記容器の上流側にある別の容器の上流側といった、上流側に返送することにより、容器に流入する液の濃度を均一化することができ、特にアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素の濃度が高い場合に生じる濃度阻害を緩和させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、嫌気性菌の棲息性を高めるだけでなく、反応によって生成するガスが抜けにくいという問題を解決し、被処理液の濃度阻害を緩和させることができるため、反応器全体の効率を大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図１を参考にして説明する。本発明における担体として、公知の各種の担体を使用することができるが、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体から選ばれた１種類の担体、あるいはこれらの担体の２種類以上を組み合せた担体を使用することが好ましい。中でも、処理性能の高さの点から、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体が特に好ましい。
【００１５】
本発明における担体の充填量は、容器の上面および下面を気体または液体が通過可能な状態に保持できる限りにおいて、および担体が流動により散逸しない限りにおいて特には限定されるものではない。本発明においては、担体を容器内で流動させる必要がないため、担体を流動させるために担体の充填量を一定量以下に抑える必要のある流動床と比較して、担持される嫌気性菌量を多量にすることが可能であり、処理能力を向上させることができる。好適な担体の充填量は、容器の容量比で、５０容量％以上である。
【００１６】
本発明において処理すべき原水１は、メタン菌による嫌気処理の場合には、産業排水、下水、し尿などの有機性排水、アナモックス菌による嫌気処理の場合には、下水、し尿、食品排水、産業排水、汚泥処理脱離液、廃棄物処分場浸出水など窒素を含む液が挙げられる。アナモックス菌による嫌気処理の場合には、本発明の処理方法および装置で処理する前に原水に好気処理等を行い、アンモニア性窒素および亜硝酸性窒素を含有させる必要があり、有機物を含む場合はあらかじめ嫌気性処理または好気性処理により分解させておく。また、固形分はできるだけ除去する。
【００１７】
本発明において嫌気処理に用いる菌は、目的とする排水処理をしている反応器から種汚泥として採取するのが望ましいが、下水汚泥や産業排水の汚泥などを種汚泥として用い、必要な菌が増殖するのを待つ方法でもよい。
【００１８】
本発明に用いられる塔状の反応器５においては、反応器の最下部を含めた反応器内の複数の容器（図１では４―１〜４―４の４個）の上流側に原水を導入し、嫌気性菌が存在する担体を充填する上面および下面を気体または液体が通過可能な状態にした、鉛直方向に少なくとも２つ以上配置した容器を経て、反応器の最上部から処理水６および排出ガス７を排出する構成が用いられる。このような塔状の反応器５の構成により、原水１または嫌気処理が行なわれる被処理水が、反応器５内を下方から上方へと移動し、その課程で上面および下面を気体または液体が通過可能な状態の容器（４―１〜４―４）内を下から上へと移動し、容器（４―１〜４―４）内で嫌気性菌と接触し、嫌気反応が行われる。また、嫌気反応により発生する気体状窒素も、原水または被処理液と同様に塔状の反応器内を下方から上方へと移動するため、反応器内の物質の流れが乱されることがなく好ましい。
【００１９】
塔状の反応器５に、嫌気性菌が存在する担体を充填する上面および下面を気体または液体が通過可能な状態にした容器（４―１〜４―４）を鉛直方向に少なくとも２つ以上配置する方法としては、たとえば、反応器５内部の被処理液の通過方向と垂直の方向に金網等を固定して容器とし、反応器自身を少なくとも２つ以上の容器に分割し、分割したそれぞれの容器に担体を充填する方法がある。また、容器として反応器が鉛直方向を高さ方向とする円柱状であった場合、反応器断面の内径よりやや小さい円柱状のカセット（４−１〜４−４）を用い、担体が流出しないよう少なくとも下面を金網等で被覆し、その円柱状のカセットの中に担体を充填し、これを必要数反応器５の中に積み重ねる方法も考えられる。
このようなカセットにすれば、菌が増殖した部分とそうでない部分が生じた場合などに、それぞれの容器の位置を入れ換えて、菌の増殖を均一にし、反応器全体の能力を高めることが可能である。また、別の場所で新たに排水処理を開始する場合、同じ形の反応器を作成すれば、従来稼動している排水処理の容器の１つを持ってくることにより、排水処理能力の立ち上がりを早めることができる。
【００２０】
次に、原水１を反応器５内の複数の容器の上流側に導入する方法としては、上述のように塔状の反応器５の壁面の各容器の上流側に相当する部分に原水の導入口を取り付け、ポンプ３等で原水１を導入することにより、原水１を反応器内の複数の容器の上流側に導入することができる。例えば、図１では、原水はカセット４−１およびカセット４−３の上流側に導入される。全ての容器の上流側に原水を導入してもよいが、それらの一部から導入してもよい。
【００２１】
被処理液のアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素の濃度が高い場合には、その毒性を緩和するために、容器を通過した被処理液を容器の下流側から、塔状の反応器５内の上流側に返送してもよい。上記返送の方法としては、塔状の反応器の壁面の各容器の下流側に相当する部分に片口を取り付け、ポンプ３等で上流側に返送する方法があげられる。この場合、上流側とは、例えば前記容器の上流側にある別の容器の上流側をさす。図１では、カセット４−３の下流側の片口からポンプ３を介してカセット４−１の上流側に、また、カセット４−３の下流側の片口からポンプ３を介してカセット４−１の上流側にカセット４−４の下流側の片口からポンプ３を介してカセット４−２の上流側に、それぞれ返送している。この返送は１ヵ所でもよいが、２ヵ所以上から返送してもよい。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明を具体例を挙げて説明するが、これにより本発明が限定されるものではない。
【００２３】
実験室内で行なっているアナモックス反応試験の被処理液にポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ、比重１．０２５）をみかけ体積で１．４Ｌ浸漬させ、種付けを行なった。この種付けを行なった担体を３５０ｍＬずつ、直径１０ｃｍ、高さ６ｃｍの円筒状容器（以後、カセットと略す）に入れ、上下に見開き２．５ｍｍの金網を張ったものを４個作成した。これらを内径約１０ｃｍ、高さ３０ｃｍの塔状の反応器（有効容量２．２Ｌ）に鉛直方向に直列に配置し図１のような装置とした。原水はアンモニア性窒素２５０ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素３３０ｍｇ／Ｌを含む液でこれを反応器の最上流側でかつ第１カセットの上流側にあたる第１部分および第３カセットの上流側かつ第２カセットの下流側にあたる第３部分の２ヶ所の入口に導入した。流量は、徐々に上げていき、最終的に第１カセット部は１２Ｌ／日、第３カセット部は４Ｌ／日で導入した。このときの窒素除去量は３．４ｋｇ／ｍ３−槽・日であった。このとき、反応器内で発生した窒素ガスは各カセット内外部をスムーズに上昇していき、問題はなかった。また、最大能力に達したとき、担体の色が第１カセットの中央部から第２カセットの中央部、および第３カセットの中央部から第４カセットの中央部にかけて赤い色がつき、アナモックス菌がほぼ全てのカセットで均一に増殖していることが観察された。
【実施例２】
【００２４】
実験室内で行なっているアナモックス反応試験の被処理液にポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ、比重１．０２５）をみかけ体積で１．４Ｌ浸漬させ、種付けを行なった。この種付けを行なった担体を３５０ｍＬずつ、直径１０ｃｍ、高さ６ｃｍのカセットに入れ、上下に見開き２．５ｍｍの金網を張ったものを４個作成した。これらを内径約１０ｃｍ、高さ３０ｃｍの塔状の反応器（有効容量２．２Ｌ）に鉛直方向に直列に配置し図１のような装置とした。原水はアンモニア性窒素１０００ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素１３００ｍｇ／Ｌを含む液でこれを第１カセット部、第３カセット部の入口に導入し、徐々に流量を上げていき、最終的に第１カセット部は５Ｌ／日、第３カセット部は１Ｌ／日で導入した。また、第３カセット部の出口から第１カセット部の入口へ返送し、返送流量も原水の導入量とともに上げていき、最終的に６Ｌ／日で返送した。このときの窒素除去量は５．０ｋｇ／ｍ３−槽・日であった。このとき、反応器内で発生した窒素ガスは各カセット内外部をスムーズに上昇していき、問題はなかった。また、最大能力に達したとき、担体の色は第１カセット部から第４カセット部までほぼ均一に赤くなっており、アナモックス菌が担体全体で増殖していることが観察された。
【実施例３】
【００２５】
実験室内で行なっているメタン菌による嫌気処理試験の被処理液にポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ、比重１．０２５）をみかけ体積で１．４Ｌ浸漬させ、種付けを行なった。この種付けを行なった担体を３５０ｍＬずつ、直径１０ｃｍ、高さ６ｃｍのカセットに入れ、上下に見開き２．５ｍｍの金網を張ったものを４個作成した。これらを内径約１０ｃｍ、高さ３０ｃｍの塔状の反応器（有効容量２．２Ｌ）に鉛直方向に直列に配置し図１のような装置とした。ＣＯＤ−Ｍｎが３０００ｍｇ／Ｌの原水を第１カセット部、第３カセット部の入口に導入し、かつ、第１カセットと第２カセットおよび第３カセットと第４カセットを適宜入れ替え、各カセットを通過する被処理液濃度を均一にする方式で徐々に流量を上げていき、最終的に第１カセット部および第３カセット部に各４Ｌ／日で導入した。このときのＣＯＤ−Ｍｎ除去量は９．８ｋｇ／ｍ３−槽・日であった。このとき、反応器内で発生したガスは各カセット内外部をスムーズに上昇していき、問題はなかった。また、各カセット内の担体を取り出し付着した菌数を測定したところ何れも同程度付着していることが確認された。
【００２６】
比較例１
実験室内で行なっているアナモックス反応試験の被処理液にポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ、比重１．０２５）をみかけ体積で１．４Ｌ浸漬させ、種付けを行なった。この種付けを行なった担体を内径約１０ｃｍ、高さ３０ｃｍの塔状の反応器（有効容量２．２Ｌ）に全量投入した。原水はアンモニア性窒素１０００ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素１３００ｍｇ／Ｌを含む液を反応器の下部から導入し、徐々に流量を上げていったが、最終的に２Ｌ／日以上に上げると能力がダウンした。このときの窒素除去量は１．４ｋｇ／ｍ３−槽・日であった。窒素ガスは担体の隙間からスムーズには抜けず、時々急激にガスが吹き上がり、担体が少量流出するという問題があった。また、最大能力に達したとき、担体の色は第１部分の中央部のみが赤くなっており、アナモックス菌が一部分にしか増殖していないことが観察された。
【００２７】
比較例２
実験室内で行なっているアナモックス反応試験の被処理液にポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ、比重１．０２５）をみかけ体積で０．４Ｌ浸漬させ、種付けを行なった。この種付けを行なった担体を内径約１０ｃｍ、高さ３０ｃｍの塔状の反応器（有効容量２．２Ｌ）に全量投入した。担体が流動するように、反応器の下部から窒素ガスを４Ｌ／分で曝気を行なった。アンモニア性窒素１０００ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素１３００ｍｇ／Ｌを含む原水を反応器の下部から導入し、徐々に流量を上げていったが、最終的に１．９Ｌ／日以上に上げると能力がダウンした。このときの窒素除去量は１．３ｋｇ／ｍ３−槽・日であった。流動床のため、窒素ガスの抜けは問題がなかった。また、最大能力に達したとき、担体の色はほぼ均一に赤くなっており、アナモックス菌は担体全体で増殖していた。流動床のため、担体の充填量を上げられないため能力が上がらなかったものと考えられる。
【００２８】
比較例３
実験室内で行なっているメタン菌による嫌気処理試験の被処理液にポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ、比重１．０２５）をみかけ体積で１．４Ｌ浸漬させ、種付けを行なった。この種付けを行なった担体を内径約１０ｃｍ、高さ３０ｃｍの塔状の反応器（有効容量２．２Ｌ）に全量投入した。ＣＯＤ−Ｍｎが３０００ｍｇ／Ｌの原水を反応器の下部から導入し、徐々に流量を上げていったが、最終的に２Ｌ／日以上に上げると能力がダウンした。このときのＣＯＤ−Ｍｎ除去量は２．５ｋｇ／ｍ３−槽・日であった。反応器内で発生したガスは担体の隙間からスムーズには抜けず、時々急激にガスが吹き上がり、担体が少量流出するという問題があった。また、最大能力に達したとき、反応器内の担体を下部、中部、上部で採取し担体に付着した菌数を測定したところ、下部が最も菌数が多く、中部および上部は殆ど菌が付着していなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、嫌気性菌による生物反応の用途、具体的には、メタン菌による嫌気処理の場合には、産業排水、下水、し尿などの有機性排水、アナモックス菌による嫌気処理の場合には、下水、し尿、食品排水、産業排水、汚泥処理脱離液、廃棄物処分場浸出水など窒素を含む排水の処理を行う用途に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施態様の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      原水
２      原水受け槽
３      原水送液ポンプ
４−１  担体を充填した第１カセット
４−２  担体を充填した第２カセット
４−３  担体を充填した第３カセット
４−４  担体を充填した第４カセット
５      搭状の反応器
６      被処理液
７      排出ガス  
８      スラッジ抜き口
９      ガス供給口
１０    ｐＨコントローラ
１１    温度コントローラ
１２    温度計
【図１】
2008221033.tif 000003