(57)【要約】【課題】  ブロア等の動力を必要とすることなく、低濃度廃水を処理する場合でも十分な槽内の攪拌を行うことを可能とした廃水の嫌気性処理方法および処理装置を提供する。【解決手段】  酸生成槽１と、例えば、ＵＡＳＢタイプの嫌気性反応槽２とを有する処理装置において、酸生成槽１や嫌気性反応槽２で発生したガスを排出管４１〜４３、供給管４４を通じてガス貯留槽３に貯留しておき、反応槽２の底部に設けられた散気管２２の散気ノズル２２ａから導入することで、反応槽２のグラニュール汚泥床２０をガスリフト効果によって攪拌する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を酸生成槽内で酸生成菌により有機酸に分解し、該酸生成槽の被処理水を反応槽へ導入し、反応槽内のグラニュール汚泥床によって嫌気性処理する廃水の嫌気性処理方法において、
前記酸生成槽と前記反応槽の少なくともいずれか一方で発生したガスを該槽の気相部からガス貯留槽に導き、前記ガス貯留槽から圧力を調整して前記反応槽下部へと導き、前記グラニュール汚泥床を攪拌することを特徴とする廃水の嫌気性処理方法。
【請求項２】
前記ガス貯留槽から前記反応槽へと移送中の処理水に前記ガス貯留槽からの導入ガスを合流させることを特徴とする請求項１記載の廃水の嫌気性処理方法。
【請求項３】
前記反応槽へと導くガス流量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の廃水の嫌気性処理方法。
【請求項４】
前記反応槽を中心とする廃水処理システムの許容容積負荷が２０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ３／日以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃水の嫌気性処理方法。
【請求項５】
酸生成菌を有する酸生成槽と、グラニュール汚泥床を有する反応槽と、前記酸生成槽から前記反応槽へとポンプにより被処理水を移送する移送ラインと、多数の開孔を有し、前記反応槽の下層部に配置され、前記移送ラインに接続されることで前記反応槽内に被処理水を注入するノズル部と、を備えている廃水の嫌気性処理装置において、
前記酸生成槽と前記反応槽の少なくともいずれか一方で発生したガスを該槽の三相分離部の気相部から導いて貯留するガス貯留槽と、
前記ガス貯留槽で調圧されたガスを前記反応槽の下部に導入するガス移送ラインとを備えていることを特徴とする廃水の嫌気性処理装置。
【請求項６】
多数の開孔を有し、前記反応槽の下層部に配置され、前記ガス移送ラインに接続されることで前記反応槽へとガスを注入する第２のノズル部をさらに備えていることを特徴とする請求項５記載の廃水の嫌気性処理装置。
【請求項７】
前記ガス移送ラインは、前記移送ラインの途中に接続されていることを特徴とする請求項５記載の廃水の嫌気性処理装置。
【請求項８】
前記ガス移送ライン上に弁を配置していることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の廃水の嫌気性処理装置。
【請求項９】
前記ガス移送ライン上に配置された弁は流量調整弁であることを特徴とする請求項８記載の廃水の嫌気性処理装置。
【請求項１０】
許容容積負荷が２０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ３／日以下であることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の廃水の嫌気性処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の処理方法および処理装置に関し、特に、廃水を嫌気性処理により処理する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビール製造、紙パルプ製造、食品加工および畜産加工などの分野で排出される高濃度有機性廃水を処理する方法として、上向流嫌気性汚泥床（ＵＡＳＢ：Upflow Anaerobic Sludge Bed）や膨張粒状汚泥床（ＥＧＳＢ：Expanded Granular Sludge Bed）を用いた方法が知られている。両者は原理が共通するため、以下、ＵＡＳＢについて述べる。
【０００３】
ＵＡＳＢ反応槽では、反応槽内にメタン菌などの嫌気性微生物が自己凝集して微粒子化した汚泥（グラニュール汚泥と称する。）を充填することでグラニュール汚泥床を形成し、被処理水を反応槽の底部から供給してグラニュール汚泥と接触させることで処理を行う。グラニュール汚泥床には、微生物を高濃度に保持することができるため、高濃度の有機性廃水を効率的に処理することができる。
【０００４】
グラニュール汚泥の生物汚泥床の効果を発揮させるためには、供給される被処理水の短絡流を防止し、被処理水とグラニュール汚泥との接触効率を増大させる必要がある。グラニュール汚泥床は静置された状態では硬く厚くなり、被処理水との接触がその表面のみにとどまったり、グラニュール汚泥床に部分的に流路（孔）が形成されると、その部分のみから被処理水が短絡してしまい、被処理水と汚泥との接触が十分に行われないからであり、これを解消する必要がある。
【０００５】
ＵＡＳＢタイプの反応槽では、被処理水が底部から供給されるので、被処理水の上向流によって汚泥床を膨張させる効果が得られるが、それのみで十分な膨張・攪拌効果が得られるわけではない。有機物の分解によって発生するガス（メタンガスや炭酸ガスなど）のガスリフトによる攪拌効果によって、グラニュール汚泥床がさらに膨張することで、グラニュールと被処理水との接触が効率的に行われるのである。
【０００６】
特にガス発生量が２０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ３／日を超えるような高濃度廃水においては、十分なガスリフト効果が得られ、さらに濃度が高い場合には、反応槽内の処理水の流れを乱すほどのガスリフト効果を得ることができる。
【０００７】
しかしながら、低濃度廃水（例えば、ＣＯＤｃｒが５００ｍｇ／ｌ）を高負荷処理（例えば、２０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ３／日）する場合には、発生するガス量が少なく、ガスリフト効果による攪拌が不十分で、処理効率が低下するという問題がある。
【０００８】
このように発生ガス量が少ない場合でもグラニュール汚泥と被処理水との接触を効果的に行う技術として、特許文献１記載の技術が知られている。この技術では、槽内底部に供給される被処理水の供給流路（供給ノズル）を上下２段に分岐配置し、それぞれの供給ノズルより槽内に被処理水を供給して槽内を攪拌することにより、被処理水とグラニュール汚泥とを効率よく接触させることができる旨記載されている。
【特許文献１】特開平７−３０８６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、被処理水の供給によって槽内を十分に攪拌するためには、大量の処理水を供給する必要があり、被処理水の反応槽内での滞留時間が短くなって処理効率が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
また、他の攪拌方法として、下水汚泥の消化などに使用されているスラリー用発酵槽の攪拌で使用されている、回収ガスをブロア等を用いて槽内へと吹き込む方法が考えられるが、この方法では、ブロアを駆動するための動力を必要とする。
【００１１】
本発明は、ブロア等の動力を必要とすることなく、低濃度廃水を処理する場合でも十分な槽内の攪拌を行うことを可能とした廃水の嫌気性処理方法および処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る廃水の嫌気性処理方法は、被処理水を酸生成槽内で酸生成菌により有機酸に分解し、この酸生成槽の被処理水を反応槽へ導入し、反応槽内のグラニュール汚泥床によって嫌気性処理する廃水の嫌気性処理方法において、酸生成槽と反応槽の少なくともいずれか一方で発生したガスを気相部からガス貯留槽に導き、ガス貯留槽から圧力を調整して反応槽の下部へと導き、グラニュール汚泥床を攪拌することを特徴とする。
【００１３】
一方、本発明に係る廃水の嫌気性処理装置は、酸生成菌を有する酸生成槽と、グラニュール汚泥床を有する反応槽と、酸生成槽から反応槽へとポンプにより被処理水を移送する移送ラインと、多数の開孔を有し、反応槽の下層部に配置され、移送ラインに接続されることで反応槽内に被処理水を注入するノズル部と、を備えている廃水の嫌気性処理装置において、酸生成槽と反応槽の少なくともいずれか一方で発生したガスを槽の三相分離部の気相部から導いて貯留するガス貯留槽と、ガス貯留槽で調圧されたガスを反応槽の下部に導入するガス移送ラインとを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、酸生成槽や反応槽で発生したガスを貯留しておき、この貯留したガスを調圧して反応槽の下部へと導入する。下部に導入されたガスは、反応槽内で新たに発生するガスとともにガスリフト効果により、反応槽内を攪拌することにより、グラニュール汚泥床の膨潤と攪拌を行う。
【００１５】
ここで、ガス移送ラインは、移送ラインの途中に接続され、ガス貯留槽から反応槽へと移送中の処理水にガス貯留槽からの導入ガスを合流させるようにしてもよいし、多数の開孔を有し、反応槽の下層部に配置され、ガス移送ラインに接続されることで反応槽へとガスを注入する第２のノズル部をさらに備えていることでガスと処理水とを別々に導入するようにしてもよい。
【００１６】
ここで、ガス移送ライン上に弁を配置していると好ましい。この弁が開閉弁であれば、開閉を時間的に切り換えることで、反応槽へと導くガス流量が調整される。さらに、流量調整弁であると細かい調整を行える。
【００１７】
この反応槽を中心とする廃水処理システムの許容容積負荷は、２０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ３／日以下を対象とするものである。２０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ３／日を超える高濃度廃水の場合には、発生するガスのみで十分なガスリフト効果が得られるため、ガスリフトを促進する必要がないからである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸生成槽や反応槽で発生したガス（メタンガスや炭酸ガス）を反応漕底部へと導入することで、反応槽内の循環を効率よく行うことができ、微生物と処理水との接触効率が向上し、低濃度廃水においても処理能力が向上する。また、この種の処理施設では、酸生成槽や反応槽で発生したガスを処理する施設が必要であるから、これに調圧機能と、移送ラインとを設置するだけで良く、新設の場合のほか、既存施設の改良の場合にも設備費の増加が少ない。
【００１９】
ガス移送ラインを被処理水の移送ラインへと接続すると、特に、既存施設への導入が容易である。一方、反応槽内に処理水の供給ノズルとは別の散気ノズルを設けると、散気、処理水供給のそれぞれに最適な位置、形状のノズルを選択することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明に係る廃水の嫌気性処理装置の第１の実施形態を示すブロック構成図である。この処理装置１００は、酸生成菌を保有する酸生成槽１と、ＵＡＳＢタイプでグラニュール汚泥床２０を有する反応槽２と、発生したガスを貯留する貯留槽３およびガスホルダ４を備えている。
【００２２】
酸生成槽１と反応槽２の下部は、被処理水の移送ラインである送液管１１で接続されており、この送液管１１上には被処理水を反応槽２へと輸送するポンプＰが配置されている。また、反応槽２内には送液管１１に接続された供給管２１が配置されており、この供給管２１上には、送られてきた被処理水を反応槽２の底部へと均一に分配供給するための開孔である給水ノズル２１ａが所定の位置に配置されている。この給水ノズル２１ａの孔径は処理水中に混入する懸濁物質（ＳＳ）によるノズルの詰まりを防止するために、１０ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２３】
酸生成槽１の上部には、被処理水を導入する廃水導入管１０が接続されている。一方、反応槽２の液相上部には、発生ガス、処理液、固形物（汚泥等）をそれぞれ分離する三相分離部２３が設けられており、三相分離部２３の液相分離部２３ａには、分離された処理液を排出する排出管２５が接続されている。この排出管２５からは、送液管２６が分岐されて酸生成槽１へと接続され、処理液の一部を酸生成槽１へと返送可能な構成となっている。
【００２４】
酸生成槽１、反応槽２の気相部にはガス排出管４１、４２がそれぞれ接続されており、これらはガス排出管４３に合流している。ガス排出管４３は、回収ガスを貯蔵するガスホルダ４に接続されている。一方、ガス排出管４３からは、ガス供給管４４が分岐されており、ガス貯留槽３に接続されている。そして、ガス貯留槽３には、反応槽２に接続されたガス供給管４５が接続されている。
【００２５】
ガス排出管４３のガス供給管４５への分岐部とガスホルダ４との間、および、ガス供給管４４、４５上には、それぞれ弁Ｖ１〜Ｖ３が配置されている。このうち、Ｖ１は開閉弁、Ｖ２は逆止弁または開閉弁、Ｖ３は流量調節弁であることが好ましい。ガス供給管４５上には、さらに図示していない別の逆止弁または開閉弁やガス流量計、圧力計を配置してもよい。また、Ｖ３は開閉弁であってもよい。
【００２６】
反応槽２内の供給管２１の下部には、ガス供給管４５に接続された散気管２２が接続されている。この散気管２２上には送られてきたガスを反応槽２内へと供給する開孔である散気ノズル２２ａが所定の位置に配置されている。この散気ノズル２２ａの孔径は、圧力の低いガスを長時間連続して噴出することができるよう、上述の給水ノズル２１ａの孔径に比べて十分に小さくすることが好ましく、例えば、１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２７】
次に、本実施形態の動作、すなわち、本発明に係る廃水の嫌気性処理方法について具体的に説明する。処理対象の有機性廃水（被処理水）は、導入管１０を通じて酸生成槽１へと導入される。廃水中の有機物は、酸生成槽１内の酸生成菌等の作用により、有機酸等に分解される。有機酸の一部は、送液管２６を通じて反応槽２から酸生成槽１へと送られてきたメタン菌により分解され、メタンや炭酸ガスが発生する。これらの発生ガスはガス排出管４１を通じて排出される。なお、酸生成槽１には、必要に応じてライン５０から中和のためのアルカリ剤等を投入することが可能である。
【００２８】
酸生成槽１内の被処理水は、ポンプＰによって送液管１１を通じて反応槽２へと移送される。このとき、被処理水は、供給管２１上の給水ノズル２１ａから反応槽２の底部へと送り込まれる。一方、後述するようにガス貯留槽３には、酸生成槽１と反応槽２で発生したガスの一部が貯留されている。このガスが後述するように適宜の間隔でガス供給管４５から散気管２２へと送られ、散気ノズル２２ａより反応槽２へと送り込まれることで、そのガスリフト効果によって上向流が形成され、グラニュール汚泥床２０は攪拌される。これにより、被処理水とグラニュール汚泥との接触が促進され、グラニュールを形成するメタン生成菌などによる有機性廃水中の有機酸分解が促進される。この結果、メタンや炭酸ガス等が生成される。
【００２９】
こうして、有機分が分解された処理水は、三相分離部２３により発生ガス等の気相分やグラニュール汚泥等の固形分から分離され、液相分離部２３ａに接続された排出管２５によって排出される。処理水の一部は、酸生成槽１内の酸生成菌の維持や酸生成槽１に投入する中和剤の節約、さらには、排出される処理水中の有機物濃度のさらなる低減を狙いとして、送液管２６により酸生成槽１へと戻される。
【００３０】
酸生成槽１および反応槽２で発生したガスは、それぞれガス排出管４１、４２を通じて排出され、ガス排出管４３を通じてガスホルダ４へと送られる。このうち、一部はガス供給管４４によりガス貯留槽３へと送られる。弁Ｖ１を閉じ、弁Ｖ２を開けることでガス貯留槽３へとガスを貯留し、貯留槽内の圧力を高めることができる。一方、弁Ｖ２を閉じ、Ｖ１を開けると、発生ガス（循環ガスを含む。）は、ガスホルダ４へと送られることになる。ここで、弁Ｖ１とガスホルダ４の間には、図示していないが、ガス洗浄装置を設け、臭気成分等を除去することが好ましい。ガスホルダ４へ貯留されたガスは、燃料や原料として再利用される。
【００３１】
ガス貯留槽３の圧力が所定圧力（散気ノズル２２ａ部分における水圧より高い所定の圧力である。）を超えたら、弁Ｖ２を閉じ、Ｖ３を開くことで、ガス貯留槽３内のガスは、ガス供給管４５、散気管２２、散気ノズル２２ａを経て、反応槽２の底部へと送り込まれる。このとき、Ｖ２を閉じておくことで、ガス供給管４４と排出管４１〜４３を通じて反応槽２や酸生成槽１の気相部へと貯留ガスが逆流するのを効果的に予防することができる。もちろん、Ｖ２の上流または下流、あるいはＶ２に代えて逆止弁を設けておいてもよい。この所定圧力は、０．７〜１ｋｇ／ｃｍ２（約７０〜１００ｋＰａ）程度である。これ以上のガス圧を実現するには、反応槽２、ガス貯留槽３に耐圧性の容器が必要となるため、好ましくない。
【００３２】
散気ノズル２２ａにより反応槽２の底部へと供給されるガスが供給開始時に一気に流れ込むことで、反応槽２のグラニュール汚泥床２０が不用意に攪乱されるのを防止するため、ガス流量を流量調節弁Ｖ３により調整することが好ましい。なお、Ｖ３が単なる開閉弁である場合には、Ｖ３を適宜、間欠的に開閉することで流量調整を行うとよい。
【００３３】
反応槽２へと貯留ガスを供給することでガス貯留槽３の圧力が、例えば、反応槽２の水深に相当する圧力（水圧）程度（水深５ｍなら０．５ｋｇ／ｃｍ２＝約５０ｋＰａ程度）まで低下したら、弁Ｖ３およびＶ１を閉じ、Ｖ２を開くことで、再度、ガス貯留槽３にガスを貯留する。これを繰り返すことで、反応槽２の底部へのガス供給を行う。
【００３４】
これらの弁Ｖ１〜Ｖ３の操作は、シーケンスを組んで、制御装置によりガス貯留槽３に配置した圧力計の信号を基にして行ってもよい。
【００３５】
本実施形態によれば、低濃度廃水を高負荷処理するようなガス発生量の少ない場合でも、散気ノズル２２ａから供給するガスによって十分なガスリフト効果を得ることができるので、グラニュール汚泥床２０を十分に膨張させることができ、被処理水とグラニュール汚泥との接触効率を高め、その処理効率を十分に発揮することができる。一方、ガス発生量の多い高負荷廃水の場合には、発生ガスのみで十分なガスリフト効果を得ることができるから、散気ノズル２２ａからのガス供給を停止するだけですむ。
【００３６】
このため、低負荷廃水から高負荷廃水まで同一の設備により処理することが可能となり、負荷変動の大きな廃水処理設備に対してもＵＡＳＢタイプの嫌気性処理装置の適用が可能となる。
【００３７】
また、低負荷のガス発生量が少ない場合でも、散気により反応槽２内の十分な攪拌が行われるので、有機性廃水とともに大量の懸濁物質が流入した場合でも、ガスリフト効果により、この懸濁物質がグラニュールに付着するのを防止し、処理水とともに排出することができる。このため、反応槽２底部への懸濁物質の蓄積を防止することができ、処理能力が低下することがない。
【００３８】
さらに、散気を行うガス配管上にポンプやブロアのような動力源を設ける必要がないため、無動力で効果的な攪拌を行うことができ、処理プラントの動力費の低減に役立つ。
【００３９】
ここでは、ガス供給管４４をガス排出管４３から分岐したが、ガス排出管４１または４２から分岐させてもよい。これらの場合には、酸生成槽１または反応槽２のいずれか一方のみから排出されたガスのみを散気用のガスとして用いることになる。
【００４０】
図２は、第１の実施形態の変形例における供給管と散気管の配置例を示す図である。この変形例では、複数の散気管２２ｘ〜２２ｚのそれぞれが反応槽２の底部の深さの異なる位置に配置されている点が第１の実施形態と相違している。
【００４１】
ガス供給管４５は、分岐管４５ｘ〜４５ｚを介して各散気管２２ｘ〜２２ｚへと接続され、分岐管４５ｘ〜４５ｚ上には、それぞれ弁Ｖｘ〜Ｖｚが配置される。ここでは、３つの深度にそれぞれ散気管を配置する例を示したが、２つまたは４つ以上の深度に配置を行ってもよい。各散気管２２ｘ〜２２ｚの散気ノズルの孔径は同一であってもよいが、深度に合わせて異ならせてもよい。
【００４２】
本変形例の場合には、ガス貯留槽３の圧力や反応槽２の運転条件に応じて、例えば、弁Ｖｘ〜Ｖｚのうち一つを開き、他を閉じることで、散気位置を調整することが可能となる。ここでは、散気管２２ｘ〜２２ｚのうち有効な散気管をいずれか一つとして切り換えて使用する例を説明したが、例えば、真ん中の散気管２２ｙを常に有効とし、これに散気管２２ｘ、２２ｚのいずれかを追加して有効とするようにしてもよい。あるいは、３つの散気管それぞれの有効／無効の組み合わせを変更するようにしてもよい。２つ、または４つ以上の散気管を有する場合にも考え方は同様である。
【００４３】
図３は、本発明に係る廃水の嫌気性処理装置の第２の実施形態を示すブロック構成図である。この実施形態では、ガス貯留槽３から延びるガス供給管４５を、ポンプＰ下流の送液管１１へと接続しており、図１に示される第１の実施形態では存在した専用の散気管２２が存在しない。
【００４４】
この実施形態では、既存の反応槽２の給水ノズル２１ａを利用してガス供給を行うことができるため、既存の施設を改造して付加的に設置することが容易であるという利点がある。本実施形態においても、散気によりガスリフト効果を高め、グラニュール汚泥床２０の効果的な攪拌を行うことができるなど、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
以上の説明では、ＵＡＳＢタイプの嫌気性反応槽を用いた廃水処理装置および廃水処理方法について説明してきたが、本発明はＥＧＳＢタイプなどの他の上向流嫌気性処理装置に対しても好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る廃水の嫌気性処理装置の第１の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】第１の実施形態の変形例における供給管と散気管の配置例を示す図である。
【図３】本発明に係る廃水の嫌気性処理装置の第２の実施形態を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…酸生成槽、２…反応槽、３…ガス貯留槽、４…ガスホルダ、１０…廃水導入管、１１…送液管、２０…グラニュール汚泥床、２１…供給管、２１ａ…給水ノズル、２２ａ…散気ノズル、２２、２２ｘ〜２２ｚ…散気管、２３…三相分離部、２３ａ…液相分離部、２５…排出管、２６…送液管、４１〜４３…ガス排出管、４４、４５…ガス供給管、４５ｘ〜４５ｚ…分岐管、５０…ライン、１００…廃水処理装置、Ｐ…ポンプ、Ｖ１〜Ｖ３、Ｖｘ〜Ｖｚ…弁。
【図１】
2007014864.tif 000003
【図２】
2007014864.tif 000004
【図３】
2007014864.tif 000005