(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、微生物が付着した担体を用いて嫌気性微生物による嫌気性処理を行う嫌気処理装置及び嫌気処理方法において、担体上での微生物の増殖を促進し、装置の立ち上げに要する時間を更に短縮することである。【解決手段】  上記課題を解決するために、被処理水を嫌気性処理する嫌気処理部と、凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、を備え、凝集剤添加手段が、嫌気処理部の下部に被処理水を供給する供給ライン、又は、嫌気処理部から排出された処理水を嫌気処理部の下部に戻す循環ラインに設けられている嫌気処理装置を提供する。これにより、担体と微生物が混在する中に、高濃度の凝集剤を添加することができるため、担体の表面又は内部で微生物が凝集し、担体への微生物の付着が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体を用いて被処理水を嫌気性処理する嫌気処理装置において、
前記被処理水を嫌気性処理する嫌気処理部と、凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、を備え、
前記凝集剤添加手段が、
前記嫌気処理部の下部に前記被処理水を供給する供給ライン、又は、前記嫌気処理部から排出された処理水を前記嫌気処理部の下部に戻す循環ラインに設けられていることを特徴とする嫌気処理装置。
【請求項２】
前記循環ラインは、前記供給ラインに連結することにより、前記処理水を前記嫌気処理部の下部に戻す循環経路として形成され、
前記凝集剤添加手段は、前記循環経路に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の嫌気性処理装置。
【請求項３】
前記嫌気性処理部は、筒体の下部に逆さ截頭錐体の底面を備えた形状からなり、
前記供給ライン又は前記循環ラインは、逆さ截頭錐体の頂部に連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の嫌気性処理装置。
【請求項４】
担体を用いて被処理水を嫌気性処理する嫌気処理方法において、
嫌気処理部で前記被処理水を嫌気性処理する工程と、
凝集剤を添加する工程と、を備え、
前記凝集剤は、前記被処理水を前記嫌気性処理部の下部に供給する供給ライン、又は、前記嫌気処理部から排出された処理水を前記嫌気処理部の下部に戻す循環ラインに添加することを特徴とする嫌気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品工場等の排水や下水等の有機性排水を嫌気性微生物により生物学的に処理するための嫌気処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品工場等の排水や下水等の有機性排水を処理する方法として、嫌気性微生物による生物処理が知られている。嫌気性微生物による生物処理は、メタンガスを回収することが可能であるため、広く産業排水の処理方法として普及している。中でも、沈降性が良好なグラニュールを形成し、有機性排水を上向流で通水して高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性スラッジブランケット）法は、特に中〜高濃度排水を処理する方法として発展している。また、このＵＡＳＢ法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いてさらに高流速で通水し、高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Expanded Granule Sludge Blanket）法も実用化されている。
【０００３】
また、固定床担体や流動床担体を使用する方法も知られている。固定床担体は、生物膜を保持する支持床を反応槽内部に固定し、その表面に生育する微生物を利用するものであり、流動床担体は比重や大きさを調整した担体を反応槽内部で流動させて、担体に生物を増殖させて処理を行うものである。
【０００４】
しかし、固定床担体、流動床担体を問わず、担体を用いる場合には、担体上での微生物の増殖に時間がかかり、結果として装置の立ち上げに多大な時間を要するという欠点があった。そのため、担体上での微生物の増殖を促進する方法が検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、担体を保持する反応槽の立ち上げに際し、種汚泥として平均粒径が１０μｍ以上４５０μｍ以下のメタン菌凝集物を、担体１Ｌあたり１〜９００ｇの範囲で投入することにより、装置の立ち上げに要する時間を大幅に短縮する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１００６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、装置の立ち上げに要する時間を更に短縮するため、担体上での微生物の増殖を促進することが可能な嫌気処理装置及び嫌気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】
【０００８】
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、凝集剤を添加することにより、嫌気性微生物と担体の付着が促進され、担体上での微生物の増殖速度が高まることを見いだして、本発明を完成した。
具体的には、以下の嫌気処理装置又は嫌気処理方法である。
【０００９】
上記課題を解決するための本願発明の嫌気処理装置とは、担体を用いて被処理水を嫌気性処理する嫌気処理装置において、前記被処理水を嫌気性処理する嫌気処理部と、凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、を備え、前記凝集剤添加手段が、前記嫌気処理部の下部に前記被処理水を供給する供給ライン、又は、前記嫌気処理部から排出された処理水を前記嫌気処理部の下部に戻す循環ラインに設けられていることを特徴とする嫌気処理装置である。
【００１０】
この嫌気処理装置によると、担体の表面又は内部において、凝集剤が嫌気性微生物を凝集させるため、微生物と担体の付着が促進され、担体上での微生物の増殖速度を高めることができる。
【００１１】
また、この嫌気処理装置では、凝集剤を、嫌気処理部の下部に連結された供給ライン又は循環ラインに添加する。そのため、凝集剤は、嫌気処理部の下部の供給ライン又は循環ラインから高濃度の状態で流入して、嫌気処理部の内部を拡散するように供給される。一方、担体は、嫌気処理部の下部に沈降し、凝集剤が高濃度で流入する位置に堆積するため、高濃度の凝集剤が担体と混合され、微生物と担体の付着を更に促進することができる。
【００１２】
更に、循環ラインは、供給ラインに連結することにより、処理水を嫌気処理部の下部に戻す循環経路として形成され、凝集剤添加手段は、この循環経路に設けられているという特徴を有する。
この構成によれば、循環ラインと供給ラインの一部を用いて循環経路が形成されるため、装置を簡略化することができる。
【００１３】
更に、嫌気性処理部は、筒体の下部に逆さ截頭錐体の底面を備えた形状からなり、供給ライン又は前記循環ラインは、逆さ截頭錐体の頂部に連結されているという特徴を有する。
この構成によれば、すべての担体が順に流動するため、滞留して凝集剤と接触しない担体が発生しない。よって、すべての担体の上に均等に微生物を付着させることができる。
【００１４】
上記課題を解決するための本願発明の嫌気処理方法とは、担体を用いて被処理水を嫌気性処理する嫌気処理方法において、嫌気処理部で前記被処理水を嫌気性処理する工程と、凝集剤を添加する工程と、を備え、前記凝集剤は、前記被処理水を前記嫌気性処理部の下部に供給する供給ライン、又は、前記嫌気処理部から排出された処理水を前記嫌気処理部の下部に戻す循環ラインに添加することを特徴とする嫌気処理方法である。
【００１５】
この嫌気処理方法によると、上記本願発明の嫌気処理装置と同様、凝集剤が嫌気性微生物と担体の付着を促進するため、担体上の微生物の増殖速度を高めることができる。
また、凝集剤を、嫌気処理部の下部に連結された供給ライン又は循環ラインに添加するため、高濃度の凝集剤が担体と混合され、生物と担体の付着が更に促進される。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明の嫌気処理装置及び嫌気処理方法によると、嫌気性微生物の担体上への付着が促進されるため、担体上での微生物の増殖速度が高まり、装置の立ち上げに要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施態様の嫌気処理装置１ａの構造を示す概略説明図である。
【図２】本発明の第２の実施態様の嫌気処理装置１ｂの構造を示す概略説明図である。
【図３】本発明の第３の実施態様の嫌気処理装置１ｃの構造を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の嫌気処理装置及び嫌気処理方法について説明する。
【００１９】
本発明の嫌気処理装置は、微生物が付着した担体を用いて被処理水を嫌気性処理し、処理水として排出する装置である。
ここで、本発明の被処理水としては、食品工場等から排出される産業排水、生活排水、下水等の有機物を含有する有機性排水が挙げられる。
【００２０】
（嫌気性処理）
嫌気性処理とは、嫌気条件下による生物処理であれば、どのような微生物を利用してもよい。例えば、有機物を分解してメタンを生成するメタン生成菌や、硝酸・亜硝酸等を窒素に還元する脱窒菌、硫酸等を還元する硫酸還元菌、水素イオンの還元を行う水素生成菌等が挙げられる。メタンを燃料等に再利用できることから、メタン生成菌による生物処理が好ましい。
【００２１】
（担体）
担体としては、微生物が付着する固体であれば、どのような物質でもよい。例えば、ケイ砂、セラミックス、活性炭、ポリマー、粘土、焼却灰、高炉水砕スラグ等が挙げられる。担体は、嫌気処理部の内部に固定した固定床や、内部を流動する流動床として使用することができる。担体への微生物の付着を均等にするため、流動床を使用することが好ましい。
また、流動床を使用する場合には、沈降性に優れるという観点から、被処理水の比重より大きい担体を用いることが好ましい。
【００２２】
担体の形状は、どのような形状でもよく、例えば、球状、ペレット状、ハニカム状、小円筒状、チューブ状、立方体状等が挙げられる。微生物が付着しやすいという観点から、スポンジ状のように空隙率の高い担体を使用することが好ましい。
【００２３】
流動床に使用する担体としては、１〜５ｍｍ径の粒状担体であり、沈降性、付着性等を勘案すると、３〜４ｍｍ径の球状であることが好ましい。なお、粒状担体の径とは、粒状物１００粒について最大径を測定した平均値である。最大径の測定は、電子顕微鏡を使用する。
【００２４】
流動床における担体の使用量としては、嫌気処理部内の被処理水の容量に対して、１０〜５０％であり、好ましくは、１０〜３０％である。１０％未満の場合には、微生物の付着した担体が少ないため、被処理水の嫌気処理速度が低下する。一方、５０％を超える場合には、流動状態が悪くなり、担体への微生物の付着が不均一となる恐れがある。
なお、担体の容量を測定する方法としては、例えば、嫌気処理部内に先に投入された被処理水中に担体を投入し、被処理水が増加した容量分を担体の容量として算出する方法や、担体のかさ密度から容量を算出する方法を利用すればよい。
【００２５】
（凝集剤）
本発明の嫌気処理装置では、担体と微生物を付着させる際に、凝集剤を使用する。担体と微生物が混在する中に凝集剤が供給され、担体の表面又は内部において微生物が凝集することにより、担体上への微生物の付着を促進する。
【００２６】
凝集剤としては、微生物を凝集させることができれば、どのような物質でもよい。例えば、カチオン系、ノニオン系、アニオン系、両生系の凝集剤が挙げられ、処理条件に応じて適宜選択される。微生物は、多くの場合、負に帯電しているため、カチオン系凝集剤を使用することが好ましい。さらに好ましくは、カチオン系凝集剤とノニオン系凝集剤を併用する方法であり、特に好ましくは、カチオン系凝集剤を適用後、ノニオン系凝集剤を適用する方法である。ノニオン系凝集剤を併用することにより、凝集効果が高まり、担体への微生物の付着をより促進することができる。
【００２７】
カチオン系凝集剤としては、例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ポリシリカ鉄、ポリ塩化アルミニウム等の無機凝集剤、ポリアミノアルキルメタクリレート、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、キトサン、尿素−ホルマリン樹脂等の高分子凝集剤が挙げられる。凝集性に優れる点から、高分子凝集剤を使用することが好ましい。
ノニオン系凝集剤としては、例えば、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。
アニオン系凝集剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド、ポリ（２−アクリルアミド）−２−メチルプロパン硫酸塩等が挙げられる。
両性系凝集剤としては、例えば、アクリルアミドとアミノアルキルメタクリレートとアクリル酸ナトリウムの共重合体等が挙げられる。
【００２８】
凝集剤の使用量は、微生物の原料として配合される種汚泥の固形分量に対して、０．１質量％以上であり、好ましくは、０．１〜１０質量％であり、特に好ましくは、０．１〜１質量％である。０．１質量％未満の場合には、十分な凝集効果を得ることができない。また、１０質量％を超えて使用しても、凝集効果があまり高くならない。
【００２９】
（種汚泥）
担体と混在させる微生物は、上記嫌気性処理により得られた嫌気汚泥や、グラニュール汚泥を種汚泥として使用すればよい。
種汚泥の配合量は、固形分量として１０００〜１００００ｍｇ／Ｌであり、好ましくは、３０００〜５０００ｍｇ／Ｌである。１０００ｍｇ／Ｌ未満の場合には、担体に付着する微生物の量が少ないため、担体上における微生物の増殖速度が遅くなる。一方、１００００ｍｇ／Ｌを超えて配合しても、嫌気性微生物の担体上への付着が促進されるという本願発明の効果がほとんど高くならない。
【００３０】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施態様］
図１は、本発明の第１の実施態様の嫌気処理装置１ａを示す概略説明図である。
本発明の第１の実施態様の嫌気処理装置１ａは、嫌気性微生物による生物処理が施される嫌気処理部２、被処理水Ｗ０を嫌気処理部２の底面に供給する供給ラインＬ１、処理水Ｗ１を排出する排出ラインＬ３、供給ラインＬ１に連結され、処理水の一部を嫌気処理部２の底面に戻すための循環経路Ｒを形成する循環ラインＬ２、循環ラインＬ２に凝集剤を添加する凝集剤添加手段３を備えている。
また、嫌気処理部２の内部には、粒状の担体Ｃが保持されている。
【００３１】
（嫌気処理部）
本発明の第１の実施態様における嫌気処理部２は、円筒体の本体に、逆さ截頭円錐体の底面を備えた形状であり、逆さ截頭円錐体の下端の頂部は、円筒体の本体の断面略中心に位置している。下端の頂部には、被処理水Ｗ０を供給するための供給ラインＬ１が連結されており、被処理水Ｗ０が該頂部から流入し、嫌気処理部２の内部に上向流を形成する。
【００３２】
粒状の担体Ｃは、嫌気処理部２の略中心に形成された上向流により上方向へ流動し、嫌気処理部２の上部に至ると、周方向に拡散して上向流の周囲を沈降する（図面の破線矢印を参照。）。そして、沈降した担体Ｃは、順次、上向流に乗って流動する。この流動状態によれば、流動せずに滞留する担体が生じないため、すべての担体Ｃに高濃度の凝集剤を接触させることができる。
【００３３】
なお、微生物と担体Ｃが混在する中に、高濃度の凝集剤を流入させるという本願発明の本質を鑑みれば、嫌気処理部２の形状は、その内部に被処理水ＷＳの上向流が形成される形状であればよく、円筒体だけでなく、楕円や多角形の筒体でもよい。担体Ｃの均等な流動状態を維持するという観点から、円筒体であることが好ましい。
【００３４】
また、底面の形状も、上部の筒体の形状に合わせた逆さ截頭円錐体、逆さ截頭楕円錐体、逆さ截頭多角錐体等の逆さ截頭錐体だけでなく、水平面や、斜平面でもよい。担体Ｃを滞留させないという観点から、底面の形状は、逆さ截頭錐体であることが好ましい。特に好ましくは、逆さ截頭円錐体である。
【００３５】
さらに、これらの逆さ截頭錐体については、頂点が重心から外れた斜錐体でもよいが、担体間で均等に凝集剤と接触させるためには、頂点は略中心に設けることが好ましい。
【００３６】
（供給ライン）
供給ラインＬ１は、被処理水Ｗ０である有機性排水を嫌気処理部２に供給するための配管であり、嫌気処理部２の底面の下端に連結されている。
なお、第１の実施態様の供給ラインＬ１は、担体Ｃの良好な流動状態を考慮して、嫌気処理部２の底面の下端に連結しているが、供給ラインＬ１は、被処理水Ｗ０が担体Ｃに接触後、上方の排水ラインＬ１から流出するように連結すればよいため、嫌気処理部２の下方に設ければよい。更に詳しくは、担体Ｃのベッドの上端より下方に連結すればよい。
【００３７】
（循環ライン）
第１の実施態様における循環ラインＬ２は、嫌気処理部２を通過した処理水Ｗ１の一部を供給ラインＬ１に戻し、循環経路Ｒを構成するための配管である。循環ラインを設けることにより、担体上に微生物を増殖させる際に、新たな被処理水Ｗ０を供給することなく、嫌気処理部２内に上向流を形成することができる。また、被処理水Ｗ０の処理時においても、被処理水Ｗ０の流量を補助して、担体Ｃの良好な流動状態を維持することができる。
【００３８】
なお、後述する第２の実施態様のように、循環ラインＬ２は設けなくてもよい。その場合、担体上に微生物を増殖させる際には、被処理水Ｗ０を流通すればよい。
また、後述する第３の実施態様のように、供給ラインＬ１と循環ラインＬ２を別々の配管で構成してもよい。但し、第１の実施態様のように、供給ラインＬ１と循環ラインＬ２を連結して循環経路を形成した方が、装置が簡素化されるため好ましい。
【００３９】
（凝集剤添加手段）
循環ラインＬ２には、凝集剤添加手段３が連結されており、循環ラインＬ２内に凝集剤を添加することができる。添加された凝集剤は、循環する処理水と共に嫌気処理部２の底面の下端から流入し、担体Ｃと接触する。この構成により、高濃度の凝集剤を担体Ｃに接触させることができる。
【００４０】
凝集剤添加手段３は、高濃度の凝集剤を担体Ｃに接触させることができればよいため、供給ラインＬ１及び循環ラインＬ２のいずれに設けてもよい。循環ラインＬ２又は循環経路Ｒに凝集剤添加手段３を設けると、複数の凝集剤を添加する場合など、循環流で担体上に微生物を増殖させている途中で凝集剤を添加する際に、供給ラインＬ１を作動させることなく凝集剤を添加することができるため、操作が容易となる。
【００４１】
（排水ライン）
排水ラインＬ３は、嫌気処理装置１ａの上部に設けられ、処理水Ｗ１は、溢流により排水ラインＬ３から流出する。排水ラインＬ３は、循環ラインＬ２から分岐して構成してもよい。
【００４２】
（嫌気処理方法）
次に、第１の実施態様の嫌気処理装置１ａにおける嫌気処理方法について説明する。この嫌気処理方法では、（ａ）嫌気処理部２に被処理水Ｗ０を投入する工程、（ｂ）嫌気処理部２に担体Ｃを投入する工程、（ｃ１）嫌気処理部２に種汚泥を投入する工程、（ｄ）循環ラインＬ２のポンプを稼働して処理水Ｗ１を循環する工程、（ｅ１）循環ラインＬ２に凝集剤を添加する工程、（ｆ１）処理水Ｗ１を循環させながら担体Ｃ上で微生物を増殖させる工程、（ｇ）担体Ｃ上に生物膜が形成後、供給ラインＬ１を稼働して被処理水Ｗ０を生物処理する工程、を備えている。
この嫌気処理方法によると、（ｆ１）処理水Ｗ１を循環させながら担体Ｃ上で微生物を増殖させる工程の時間を短縮することができる。
【００４３】
［第２の実施態様］
図２は、本発明の第２の実施態様の嫌気処理装置１ｂを示す概略説明図である。
第２の実施態様では、循環ラインＬ２を設けておらず、凝集剤添加手段３は、供給ラインＬ１に凝集剤を添加する構成となっている。
この構成によると、循環ラインＬ２を有さないため、装置を簡素化することができる。
【００４４】
次に、第２の実施態様の嫌気処理装置１ｂにおける嫌気処理方法について説明する。この嫌気処理方法では、（ａ）嫌気処理部２に被処理水Ｗ０を投入する工程、（ｂ）嫌気処理部２に担体Ｃを投入する工程、（ｃ２）供給ラインＬ１に種汚泥を投入する工程、（ｅ２）供給ラインＬ１に凝集剤を添加する工程、（ｆ２）被処理水Ｗ０を供給しながら担体Ｃ上で微生物を増殖させる工程、（ｇ）担体Ｃ上に生物膜が形成後、供給ラインＬ１を稼働して被処理水Ｗ０を生物処理する工程、を備えている。
なお、この嫌気処理方法では、投入された種汚泥は、排水ラインＬ３から排出されてしまうため、担体Ｃと微生物と凝集剤を接触できるように、種汚泥は、供給ラインＬ１に投入する必要がある。
【００４５】
［第３の実施態様］
図３は、本発明の第３の実施態様の嫌気処理装置１ｃを示す概略説明図である。
第３の実施態様は、供給ラインＬ１と循環ラインＬ２が独立した配管により構成された例である。なお、凝集剤添加手段３は、循環ラインＬ２に設置されているが、供給ラインＬ１に設置してもよい。
この装置を用いた嫌気処理方法は、第１の実施態様と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の嫌気処理装置及び嫌気処理方法は、嫌気性処理を行う排水処理に利用される。例えば、食品工場等の産業排水や、家庭などから排出される汚水、下水等の有機性排水の排水処理に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ，１ｂ，１ｃ  嫌気処理装置、２  嫌気処理部、３  凝集剤添加手段、Ｐ  ポンプ、Ｌ１  供給ライン、Ｌ２  循環ライン、Ｌ３  排水ライン、Ｃ  担体、Ｒ  循環経路、Ｗ０  被処理水、Ｗ１  処理水
【図１】
2016185523.tif 000003
【図２】
2016185523.tif 000004
【図３】
2016185523.tif 000005