(57)【要約】【課題】安全性が高く且つ処理効率の高い有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法を提供する。【解決手段】嫌気性処理装置１は、有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽１２と、酸生成槽１２で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽３０と、上向流式嫌気性処理槽３０で処理された処理水の一部を酸生成槽１２に返送する返送ラインＬ６と、返送ラインＬ６を通して返送される処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置５０と、を備える。【選択図】図１
2005329378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽と、
前記酸生成槽で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽と、
前記上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を前記酸生成槽に返送する返送ラインと、
前記返送ラインを通して返送される処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置と、
を備える嫌気性処理装置。
【請求項２】
有機性廃水を酸生成槽において酸生成菌により処理する工程と、
前記酸生成槽で処理された処理水を上向流式嫌気性処理槽において嫌気性処理する工程と、
前記上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を前記酸生成槽に返送する工程と、
前記上向流式嫌気性処理槽から前記酸生成槽に返送される処理水に紫外線を照射する工程と、
を備える嫌気性処理方法。
【請求項３】
前記酸生成槽内又は該酸生成槽と前記上向流式嫌気性処理槽とを接続する送液ライン内で処理水中の有機酸濃度を計測する工程を更に備え、
計測した前記有機酸濃度に基づいて、前記紫外線の照射強度を調整することを特徴とする請求項２に記載の嫌気性処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品、飲料、医薬品、パルプ等の製造設備からは、有機物を含有する有機性廃水が排出される。これら有機性廃水を処理する方法として、近年、省エネルギー等の観点から嫌気性処理方法が多く採用されている。メタン発酵などの嫌気性発酵による有機性廃水の処理は、活性汚泥法などの好気性処理に比べて、汚泥発生量が少ない、曝気動力が不要、エネルギー源として利用できるメタンガスを回収できる、などの多くの利点を有している。
【０００３】
その中でも、高密度で沈降性の良い嫌気性グラニュール状汚泥を使用するUASB（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法やEGSB（Expanded Granular Sludge Bed）法は、有機性廃水を高負荷高速で処理することが可能であるため、よく採用されている。
【０００４】
しかしながら、通常の嫌気性処理方法やUASB法等のいずれの嫌気性処理方法においても、硫酸イオン等の硫黄化合物を多く含有する廃水を処理する場合には、硫酸還元菌の作用により生成する硫化水素がメタン発酵を阻害するため、十分な処理を行うことができない場合がある。また、回収されるメタンガス中に硫化水素が混入するため、硫化水素を除去する脱硫処理が必要となったり、硫化水素により装置が腐食したり、処理水に溶解した硫化水素により配水管が腐食したり臭気が発生したりする、といった種々の問題がある。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載の方法では、メタン発酵槽内に空気などの酸素含有気体を供給し、硫酸還元菌を不活性化して、硫化水素の発生を抑制しようとしている。
【特許文献１】特開２００３−１３６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の方法では、メタン発酵槽に空気などの酸素含有気体を供給するため、絶対嫌気性細菌であるメタン生成菌の活性をも低下させ、結局は廃水の処理効率を低下させるおそれがあった。また、回収されるメタンガス中に酸素が混入し、ガス爆発を起こすおそれもあった。
【０００７】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、安全性が高く且つ処理効率の高い有機性廃水の嫌気性処理装置、及び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】
【０００８】
本発明に係る嫌気性処理装置は、有機性廃水を酸生成菌により処理する酸生成槽と、酸生成槽で処理された処理水を嫌気性処理する上向流式嫌気性処理槽と、上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を酸生成槽に返送する返送ラインと、返送ラインを通して返送される処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を備える。
【０００９】
本発明に係る嫌気性処理方法は、有機性廃水を酸生成槽において酸生成菌により処理する工程と、酸生成槽で処理された処理水を上向流式嫌気性処理槽において嫌気性処理する工程と、上向流式嫌気性処理槽で処理された処理水の一部を酸生成槽に返送する工程と、上向流式嫌気性処理槽から酸生成槽に返送される処理水に紫外線を照射する工程と、を備える。
【００１０】
この嫌気性処理装置及び方法では、返送ラインを通して上向流式嫌気性処理槽から酸生成槽に処理水の一部を返送している。このとき、メタン生成菌は上向流式嫌気性処理槽内に留まるため、返送ラインを通して流出するおそれが低い。従って、返送される処理水に対して紫外線を照射することで、メタン生成菌に影響を与えることなく、硫酸還元菌の代謝を阻害し不活性化ないし活性の低下を図ることができる。その結果、メタン発酵を阻害する硫化水素の発生を極めて効率よく抑制することができ、有機性廃水の処理効率を高くすることができる。また、紫外線を照射して硫酸還元菌の活性の低下を図っているため、従来のようにメタンガス中に酸素が混入するおそれがなく、安全性が高い。
【００１１】
本発明に係る嫌気性処理方法は、酸生成槽内又は酸生成槽と上向流式嫌気性処理槽とを接続する送液ライン内で処理水中の有機酸濃度を計測する工程を更に備え、計測した有機酸濃度に基づいて、紫外線の照射強度を調整すると好ましい。このようにすれば、酸生成菌の活性を維持して、有機性廃水の処理効率をより確実に高く維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、安全性が高く且つ処理効率の高い有機性廃水の嫌気性処理装置、及び嫌気性処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る嫌気性処理装置の構成を示す概略図である。
【００１５】
嫌気性処理装置１は、原水槽１０と、酸生成槽１２と、上向流式嫌気性処理槽３０と、紫外線照射装置５０と、を備えている。
【００１６】
原水槽１０は、原水流入管Ｌ１を通ってきた有機性廃水を受け入れ、一時的に貯留する。この原水槽１０は、原水送水管Ｌ２により酸生成槽１２と接続されている。
【００１７】
酸生成槽１２は、原水送水管Ｌ２を通して受け入れた有機性廃水に含まれる有機物を、酸生成菌によりプロビオン酸、絡酸、乳酸などの低級脂肪酸に分解し、更には酢酸まで分解する。酸生成槽１２の上壁には、酸生成槽１２内で生成されたガスや臭気を排出する第１ガス排出ラインＬ３が接続されている。また酸生成槽１２には、槽内の処理水に含まれる有機酸の濃度を測定する有機酸濃度測定器１１が設けられている。有機酸濃度測定器１１としては、例えばガスクロマトグラフィ分析計などが挙げられる。この酸生成槽１２は、送水管Ｌ４により上向流式嫌気性処理槽（以下、単に嫌気性処理槽ともいう。）３０と接続されている。
【００１８】
嫌気性処理槽３０は、有機性廃水を上向きに流動させてグラニュール状の汚泥（以下、「グラニュール汚泥」と称す）Ｇからなる汚泥層に通すことによって、有機性廃水を嫌気性処理する。この嫌気性処理槽３０は、筒状の側壁を含む有底容器を有する。この嫌気性処理槽３０の下部には、送水管Ｌ４に連絡しており有機性廃水を嫌気性処理槽３０内に流入させる流入部３１が設けられている。流入部３１は、例えば、長手方向に均一に穴部が設けられた管である。また、嫌気性処理槽３０の下部には、有機性廃水を嫌気性処理するグラニュール汚泥Ｇからなる汚泥層３２が形成されている。
【００１９】
嫌気性処理槽３０では、その下部に設けられた流入部３１から有機性廃水を内部に導入することによって上向きの流動を生じさせ、汚泥層３２に有機性廃水を通して、有機性廃水を嫌気性処理する。これにより、汚泥層３２の上方には、嫌気性処理された処理水を含む液層３３が形成される。液層３３の処理水には、嫌気性処理によって発生したメタンガスや炭酸ガスなどのガスが含まれる。
【００２０】
嫌気性処理槽３０の上部には、嫌気性処理槽３０を密閉するカバー３４が設けられている。カバー３４は、液層３３の液面よりも上方であって嫌気性処理槽３０の側壁３５の上端よりも下方に位置する。カバー３４の中央部には、処理水からガスを分離するための分離槽３６が設けられている。分離槽３６は、その上端部がカバー３４から突出し、その下端部が液層３３内に含まれるように配置されている。
【００２１】
分離槽３６の下端部には、処理水を分離槽３６の内部に導入する導入口が形成されている。この導入口に処理水を導くために、分離槽３６の下方には、分離槽３６の底部に沿った導入板３７が設けられている。導入板３７には、導入口の下方において、導入口に導入されなかった処理水を下方に返送するための返送口が形成されている。
【００２２】
上記分離槽３６と導入管３７との配置関係によって、汚泥層３２を通過し上向きに流動している処理水は、導入板３７と分離槽３６との間に形成された導入路３８に、液層３３の液面側から流入する。その際に、処理水に含まれるガスは、カバー３４と液面との間に出ていくため、分離槽３６、カバー３４、側壁３５及び液面によって画される空間は、ガス溜り部３９となる。ガス溜り部３９に溜ったガスは、例えば、側壁３５から第２ガス排出ラインＬ５を通して嫌気性処理槽３０外に排出される。上記導入路３８を通った処理水の一部は、導入口から分離槽３６内に流入し、他の部分は、導入板３７の返送口から下方に流れる。
【００２３】
分離槽３６内に流入した処理水は、分離槽３６の側壁からあふれ出て、分離槽３６、カバー３４及び側壁３５によって形成される領域に溜るため、その領域は、処理水溜り部４０となる。処理水溜り部４０には処理水の一部を酸生成槽１２に返送する処理水返送管（返送ライン）Ｌ６と、処理水の残りを排水する排水管Ｌ７とが接続されている。
【００２４】
紫外線照射装置５０は、処理水返送管Ｌ６上に設けられている。この紫外線照射装置５０は、電源部５１と光照射ランプ５２を有している。光照射ランプ５２としては、殺菌灯、低圧水銀灯、高圧水銀灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、エキシマレーザなど紫外線を発生するものを使用することができる。紫外線の照射方式としては、処理水が流れる水路中又は配管内に光照射ランプ５２を置く内部照射式、或いは、紫外線を透過する石英ガラス製やテフロン（登録商標）などのプラスチック製の配管の内側に処理水を流し、外部より照射する外部照射式のいずれをも使用することができる。或いは、処理水が流れる水路の上方に光照射ランプ５２を配置して、外部から照射することもできる。
【００２５】
次に、上記嫌気性処理装置１を用いた有機性廃水の嫌気性処理方法について説明する。
【００２６】
まず、原水流入管Ｌ１を通して有機性廃水を原水槽１０に受け入れる。次に、原水送水管Ｌ２を通して酸生成槽１２に有機性廃水を流入させる。次に、酸生成槽１２において、酸生成菌によって、有機性廃水に含まれる有機物を酢酸等の有機酸に分解する。このとき、有機酸の生成により酸生成槽１２内が酸性化するため、必要に応じて水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤を添加すると好ましい。そして、酸生成槽１２において処理された処理水を、送水管Ｌ４を通して嫌気性処理槽３０内に導入する。なお、酸生成槽１２において生成されたガスや臭気は、第１ガス排出ラインＬ３を通して図示しない処理手段に排出する。
【００２７】
次に、流入部３１から流入した有機性廃水を、嫌気性処理槽３０内で上向きに流動させる。これにより、有機性廃水が汚泥層３２を通過し、嫌気性処理される。すなわち、有機性廃水中の有機酸が、グラニュール汚泥Ｇに含まれるメタン生成菌などの嫌気性菌によってメタンや炭酸ガスなどに変換される。
【００２８】
嫌気性処理された処理水は、ガス溜り部３９にガスを放出しつつ導入路３８に流入する。ガス溜まり部３９に溜まったガスは、第２ガス排出ラインＬ５を通して図示しないガス捕集タンク等に排出される。そして、ガスの含有量が低減された処理水が分離槽３６の下端部から分離槽３６内に流入する。分離槽３６に流入した処理水は、処理水溜り部４０に排出される。この処理水溜り部４０に溜った処理水は、一部が処理水返送管Ｌ６を通って酸生成槽１２に返送されるとともに、残りが排水管Ｌ７を通って排水される。なお、排水管Ｌ７を通って排水された処理水は、更に好気性処理を施した後に又は直接系外に排水される。
【００２９】
ここで排水管Ｌ７を通って排水する処理水と、処理水返送管Ｌ６を通って酸生成槽１２に返送する処理水との割合は、原水流入管Ｌ１を通して流入される有機性廃水の有機物濃度などの組成に基づいて決定すると好ましい。通常、嫌気性処理槽３０で処理された処理水の２０％程度を、処理水返送管Ｌ６を通して酸生成槽１２に返送する。
【００３０】
次に、処理水返送管Ｌ６を通して酸生成槽１２に返送される処理水に対し、紫外線照射装置５０により紫外線を照射する。ここで、メタン生成菌は沈降性の良いグラニュール状汚泥であり嫌気性処理槽３０内に留まるため、処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水中には、メタン生成菌は実質的に含まれていない。従って、紫外線照射により、メタン生成菌に影響を与えることなく、処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水に含まれる硫酸還元菌を選択的に損傷或いは死滅させて、不活性化ないし活性の低下を図ることができる。
【００３１】
紫外線照射された処理水は、処理水返送管Ｌ６を通して酸生成槽１２に返送されるが、硫酸還元菌の不活性化ないし活性の低下が図られているため、酸生成槽１２内での硫化水素の発生が抑制される。同様に、嫌気性処理槽３０内においても、硫酸還元菌が酸生成槽１２から供給されないため、硫化水素の発生が抑制される。その結果、嫌気性処理槽３０内でメタン発酵処理を効率的に行うことができる。
【００３２】
ここで、紫外線照射装置５０による紫外線の照射強度は、有機酸濃度計測器１１により計測した有機酸濃度に基づいて調整すると好ましい。紫外線の照射が過度に過ぎると、処理水返送管Ｌ６を通して酸生成槽１２に返送される処理水に含まれる酸生成菌も損傷したり死滅したりするおそれがある。従って、有機酸濃度計測器１１により有機酸濃度を計測することにより、有機酸濃度が基準値よりも高いときは処理がうまく進んでいない（つまり、酸生成菌まで不活性化している可能性がある）と判断し、紫外線の照射強度を低減したり、照射を中断したりする。これにより、酸生成菌の活性を維持することができ、有機性廃水の処理効率をより確実に高く維持することができる。
【００３３】
以上詳述したように本実施形態では、処理水返送管Ｌ６を通して返送される処理水に対して紫外線を照射することで、メタン生成菌に影響を与えることなく、硫酸還元菌の代謝を阻害し不活性化ないし活性の低下を図ることができる。その結果、メタン発酵を阻害する硫化水素の発生を極めて効率よく抑制することができ、有機性廃水の処理効率を高くすることができる。また、紫外線を照射して硫酸還元菌の活性の低下を図っているため、従来のようにメタンガス中に酸素が混入するおそれがなく、安全性が高い。
【００３４】
また、嫌気性処理槽３０で得られるメタンガスの脱硫処理が簡素化ないし不要になり、装置の腐食、処理水の臭気の問題等も解決することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、図２に示すように、原水槽１０と酸生成槽１２とを接続する原水送水管Ｌ２にも紫外線照射装置５０を設けてもよい。このようにすれば、原水槽１０内における貯留中に増殖した有機性廃水中の硫酸還元菌を紫外線により損傷または死滅させることができる。その結果、酸生成槽１２や嫌気性処理槽３０での硫化水素の発生がより効果的に抑えられ、有機性廃水の処理効率をより一層高くすることができる。
【００３６】
また、有機酸濃度計測器１１を酸生成槽１２にではなく送水管Ｌ４に設け、送液管Ｌ４を通る処理水の有機酸濃度に基づいて、紫外線照射装置５０による紫外線の照射強度を調整してもよい。
【００３７】
また、排水管Ｌ７でも処理水のサンプリングを行い、成分分析を行ってプロピオン酸、絡酸、酢酸の濃度傾向を見て、酸生成槽１２乃至送液管Ｌ４でのサンプリング結果と照らし合し、その結果に基づいて、紫外線照射装置５０による紫外線の照射強度を調整してもよい。例えば、排水管Ｌ７から排水される処理水では、処理が良好であるときはプロピオン酸及び絡酸の濃度が低くなり、酢酸の濃度が高くなる傾向がある。一方、処理が不良であるときは、プロピオン酸及び絡酸の濃度が高くなり、酢酸の濃度が低くなる傾向がある。これは、処理が良好であるときは、高分子であるプロピオン酸及び絡酸が十分に分解され、低分子の酢酸の形態にまで処理されるからである。逆に、処理が不良であるときは、酢酸まで分解されずにプロピオン酸及び絡酸の形態のまま処理水に残るからである。
【実施例１】
【００３８】
以下、上記した実施形態に係る嫌気性処理方法の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３９】
有機分として水溶性ＣＯＤｃｒを６００ｍｇ／ｌ、硫黄分としてＳＯ４２−を１０００ｍｇ／ｌ含有する有機性廃水を、図１に示す嫌気性処理装置１に０．６９ｍ３／ｈで供給すると共に、嫌気性処理槽嫌気性３０（有効容積１ｍ３）での処理水の一部を、紫外線を照射する光照射ランプ５２（０．２４ｋＷ）が内部に浸漬された紫外線照射装置５０に滞留時間０．１秒の速さで通過させ、酸生成槽１２（有効容積１ｍ３）に返送した。酸生成槽１２はｐＨ６〜７に調整し、また嫌気性処理槽３０内は約３８℃とし、酸生成槽１２から嫌気性処理槽３０に有機性廃水を０．８３ｍ３／ｈで供給した。
【００４０】
その結果、硫化水素によるメタン発酵の阻害は起こらず、処理効率の高い良好な処理が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に係る嫌気性処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】嫌気性処理装置の構成の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…嫌気性処理装置、１２…酸生成槽、３０…上向流式嫌気性処理槽、５０…紫外線照射装置、Ｌ６…処理水返送管。
【図１】
2005329378.tif 000003
【図２】
2005329378.tif 000004