(57)【要約】      （修正有）【課題】有機物を含有する排水を低温条件下で高負荷かつ安定的に嫌気性排水処理を行う方法の提供。【解決手段】担体１４を保持する反応槽１０に有機性排水を通水し、有機性排水を担体１４と接触させて低温条件下で嫌気性処理を行うに際し、反応槽全体で反応槽１０の中心部近傍と壁面内面近傍で上下逆方向の流動が生じるように有機性排水を撹拌することにより、槽内が均一に撹拌され、担体１４と基質の接触効率が向上させ、低温条件下においても高負荷かつ安定的な処理が可能とする嫌気性排水処理方法。好ましくは、前記担体がポリビニルアルコール系ゲルである処理方法。反応槽の中心部近傍が上向流で側壁内面近傍が下降流となる様に有機性排水を撹拌する処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性の担体を保持する反応槽を有する嫌気性排水処理装置により有機性排水を嫌気性処理する方法において、
該反応槽内の水温が３５℃未満であり、
該反応槽の中心部近傍と側壁内面近傍とで上下逆方向の流動が生じるように有機性排水を撹拌することを特徴とする有機性排水の嫌気性処理方法。
【請求項２】
前記担体がポリビニルアルコール系ゲル担体である請求項１に記載の有機性排水の嫌気性処理方法。
【請求項３】
反応槽の中心部近傍が上向流、側壁内面近傍が下向流となるように有機性排水を撹拌することを特徴とする請求項１または２に記載の有機性排水の嫌気性処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機性排水の処理方法に関する。詳しくは、低温条件下で、担体を保持する反応槽に通水して該担体に増殖した嫌気性微生物により嫌気性処理する方法において、該反応槽内の流動性を確保し、担体と基質の接触効率を向上させ、高負荷かつ安定的な処理を行う嫌気性排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物を含有する有機性排水の処理方法として、メタンガスの回収および再利用が可能な嫌気性処理方法は、広く産業排水の処理方法として用いられている。なかでも沈降性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、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きた。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  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｅｄ：膨張粒状汚泥床）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用いられている。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、担体に微生物を増殖させて処理を行なうものである。
【０００４】
一般的に嫌気性処理は３５〜３８℃の中温領域で行われており、反応槽内を適温に保つために排水や反応槽の加温が必要となる。加温には嫌気性処理で発生するバイオガスを利用する方法もあるが、スチーム等の外部エネルギーが必要な場合も多数あり、ランニングコストアップにつながっていた。また、付帯設備も必要となるため、イニシャルコストアップや設置面積が大きくなる。
【０００５】
一方、低温領域で嫌気性処理をする場合、微生物の活性が低下するため、高負荷での運転ができず、反応槽容積が大きくなる。このように低温では低負荷で運転する必要があるが、グラニュールを用いるＵＡＳＢ法などでは低負荷であるとグラニュールの解体、流出が起こり排水処理に必要なバイオマス量を確保できない。この問題を解決するために、特許文献１にはＵＡＳＢ様の反応槽において、処理水の循環を間欠的に行い、バイオマスの維持及び微生物と基質の接触効率を向上させ、低温条件でも安定的な処理が可能となる方法が報告されている。しかし、処理水循環停止時は排水の短絡を招きやすく、循環運転時は有機物分解速度が低下するという問題がある。
【０００６】
また、一般的に、有機酸をメタン、二酸化炭素に分解する嫌気性微生物であるメタン生成細菌は糖、タンパク質などを有機酸に分解する嫌気性微生物である酸生成細菌以上に温度の影響を受けやすいため、メタン生成細菌が有機酸を分解する以上の速さで酸生成細菌が有機酸を生成してしまい、有機酸による阻害やｐＨ低下を招き、処理が不安定となるという問題もある（非特許文献１参照）。これは、ＵＡＳＢ法などの上向流型処理装置において、微生物近傍に高濃度の有機酸が蓄積される恐れがある点で、特に問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０３６５２９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「産業廃水処理のための嫌気性バイオテクノロジー」Ｒ．Ｅ．Ｓｐｅｅｃｅ  原著、松井三郎・高島正信  監訳、技報堂出版、ｐ．３８−３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の問題から、有機物を含有する排水を低温条件下で高負荷かつ安定的に嫌気性排水処理を行う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】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、低温条件下で担体を保持する反応槽において、槽内を上下流により撹拌することで、槽内が均一に混合され上記課題を解決することができることを見出した。
【００１１】
本発明について、以下に具体的に説明する。
【００１２】
流動性の担体を保持する反応槽を有する嫌気性排水処理装置により有機性排水を嫌気性処理する方法において、該反応槽内の水温が３５℃未満であり、該反応槽の中心部近傍と側壁内面近傍とで上下逆方向の流動が生じるように有機性排水を撹拌することを特徴とする。
【００１３】
前記担体がポリビニルアルコール系ゲル担体であることが好ましい。
【００１４】
反応槽の中心部近傍が上向流、側壁内面近傍が下向流となるように有機性排水を撹拌することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明は、有機性排水を嫌気性処理する方法において、流動性の担体を保持する反応槽を上下逆方向の流動（上下流）により撹拌することで、槽内が均一に混合され、担体と基質の接触効率を向上し、低温条件下でも高負荷かつ安定的な処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る排水処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】従来の排水処理装置の例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明では担体を保持する反応槽に有機性排水を通水し、有機性排水を担体と接触させて低温条件下で嫌気性処理を行う。その際、反応槽全体で反応槽の中心部近傍と壁面内面近傍で上下逆方向の流動が生じるように有機性排水を撹拌する。このような撹拌を行うことで、槽内が均一に撹拌され、担体と基質の接触効率が向上するため、低温条件下においても高負荷かつ安定的な処理が可能となる。
【００１８】
本発明では、反応槽内の水温は３５℃未満であり、好ましくは２０℃以上３５℃未満である。反応槽に通水する有機性排水の温度は、季節や前処理の条件によっても異なるが、２０℃より低い場合が多い。そのため、嫌気性処理を効率的に行うためには加温する必要がある。本発明では、中温領域（３５〜３８℃）まで加温する必要がないため、エネルギー面やコスト面で優れている。加温する方法としては特に限定されないが、例えば、反応槽をヒーター等の加熱装置で温度調整する方法や反応槽に流入する排水を加熱装置で温度調整する方法を用いても良い。
【００１９】
使用する担体としては、特に制限は無いが微生物棲息性に優れた高分子ゲル状担体、特にポリビニルアルコール系ゲル担体が好ましい。担体の平均粒径は１〜１０ｍｍ、特に２〜６ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
担体の表面から内部に連通する孔における孔径は、自由にコントロールできるが、微生物のみが担体内部に棲息できるものが好ましく、表面付近の孔径は０．１μｍ以上１００μｍ以下のものが好ましく、０．５μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。表面付近の孔径が０．１μｍよりも小さいと微生物が内部に進入できないなどの問題があり、１００μｍよりも大きいと微生物以外の大きな生物が侵入し効率が低下する場合がある。担体中心付近の孔径については特に制限はない。
【００２１】
担体の形状は、限定されるものではなく、立方体、直方体、円柱状、球状、マカロニ状など任意の形状をとることができる。メタン菌との接触効率を考えると球状が好ましい。
【００２２】
担体と排水を分離する担体分離部が反応槽の上部に存在する場合などでは、反応槽の中心部近傍が上向流、側壁内面近傍が下向流となるように有機性排水を撹拌することが好ましい。
【００２３】
反応槽内を撹拌する手段としては、反応槽全体で反応槽の中心部近傍と側壁内面近傍で上下逆方向の流動が生じるように撹拌される手段であれば、特に限定はされない。例えば反応槽底部に静翼を備え、反応槽内の液面下方付近に回転翼を備える装置を使用すれば、反応槽の中心部近傍を上向流、壁面近傍を下向流となるように撹拌することができる。より詳細には、反応槽底部の静翼は、直線状の帯状板からなり底部に放射状に固定される。また、反応槽内の液面下方付近の回転翼は、中心が回転軸の下端に固定され、モータ（図示しない）の駆動により回転軸を介して反応槽内の液面下方付近において回転する。
【００２４】
本発明において、処理対象とする有機性排水は、嫌気性微生物により処理可能な有機物を含むものであればよく、そのＣＯＤｃｒ濃度・種類に規定はないが、具体的には、食品工場や化学工場の製造排水、一般下水等が挙げられる。しかし、何らこれらに限定されるものではない。
【００２５】
有機性排水の主成分が有機酸などの酸生成反応が不要な成分である場合、本発明の担体を保持した反応槽のみで処理が可能である。酸生成反応が不要な有機物としては、酢酸、プロピオン酸、吉草酸などの低分子有機酸やメタノールなどが挙げられる。本発明のような、槽内を均一に撹拌する方法であれば、局所的に有機酸濃度が高くなることを防ぐことができるため、微生物に対する阻害性やｐＨの変動を抑制することも可能となる。
【００２６】
一方、糖などの分解に酸生成反応が必要な有機物が主成分である場合、担体を保持した反応槽の前段に酸生成槽を設けることが好ましい。酸生成反応が必要な有機物としては糖、タンパク質、油脂、アミノ酸などが挙げられる。
低温条件下では酸生成反応速度も遅いため、酸生成槽を設ける場合でも酸生成を受けずに糖などの有機物が反応槽に流入する。反応槽でこれら有機物の酸生成反応が起こると酸生成細菌の作用により、担体上で生物膜が発生し、肥大化による閉塞や浮上の原因となる。この場合でも、本発明のような上下流による混合を行えば、肥大化した生物膜の物理的な剥離や、浮上する担体を均一に流動させる効果があり、長時間の安定的な処理が可能となる。
【００２７】
原水の有機物濃度は特に限定されるものではなく、ＣＯＤｃｒ＝５００〜５００００ｍｇ／Ｌなど幅広く適用できる。低温条件での処理が良好に進行する点から、低濃度領域での適用が好ましい。また、反応槽に流入する際の原液のｐＨに特に限りは無いが、６．５〜７．５程度であることが好ましい。ｐＨ調整方法については、原水のｐＨ調整を行ってから反応槽に通水することが好ましい。ｐＨ調整はｐＨ調整槽を設けて薬注する方法や配管中で行う方法などいずれの方法でもよい。酸生成槽を設ける場合のｐＨ調整は、酸生成槽の前段で行う、酸生成槽中で行う、または酸生成槽と反応槽の間で行う、のいずれかの方法を選択または組み合わせて行うことが出来る。
【００２８】
反応槽の負荷も特に限定はないが、５〜３０ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／ｍ３・日と高負荷をかけることも可能である。
【００２９】
また、処理水質の更なる向上のために、嫌気性処理を行う反応槽の後段に好気性処理を行う反応槽を設けてもよい。好気性処理は一般的に用いられている活性汚泥槽法や担体法であればよいが、なんらこれらに限定されない。
【００３０】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない、
【実施例】
【００３１】
［実施例１］
図１に示す嫌気性排水処理装置を用い、下記に示す条件で嫌気性排水処理を実施した。
【００３２】
排水種：糖類含有排水
酸生成槽容量：５Ｌ
反応槽容量：５Ｌ
槽内温度：２０±２℃
反応槽に充填する担体：ポリビニルアルコール系ゲル担体（平均粒径４ｍｍ）
反応槽担体充填量：４０容量％（槽容積に対する）
排水ＣＯＤｃｒ濃度：１０００ｍｇ／L
【００３３】
ＣＯＤｃｒ容積負荷５〜２０ｋｇ／ｍ３・日で安定的に処理することができ、除去率は８０％以上を推移した。約３ヶ月間、ＣＯＤｃｒ容積負荷２０ｋｇ／ｍ３・日で運転したが、問題なく処理することができた。この間、担体上で生物膜の肥大化や担体浮上は見られなかった。
【００３４】
［比較例１］
図２に示す嫌気性排水処理装置を用い、下記に示す条件で、実施例１と同様の排水による嫌気性排水処理を実施した。
【００３５】
排水種：糖類含有排水
酸生成槽容量：５Ｌ
反応槽容量：５Ｌ
槽内温度：２０±２℃
反応槽に充填する担体：ポリビニルアルコール系ゲル担体（平均粒径４ｍｍ）
反応槽担体充填量：４０容量％（槽容積に対する）
排水ＣＯＤｃｒ濃度：１０００ｍｇ／L
【００３６】
反応槽全体を十分に撹拌できないため、一部の担体は液面付近に浮上し、一部の担体は反応槽底部に沈降した。容積負荷を５〜２０ｋｇ／ｍ３・日と段階的にあげる過程で、徐々に除去率の低下が見られ、容積負荷２０ｋｇ／ｍ３・日では除去率が６０％以下となった。
【００３７】
以上の結果から、意図的に反応槽内の中心部近傍と壁面内面近傍で逆方向の流動が生じるよう制御することで、低温条件下においても高負荷かつ安定的に処理できることが確認された。
【符号の説明】
【００３８】
１，２    排水処理装置
１０      反応槽
１１      撹拌翼（固定）
１２      撹拌翼
１３      担体分離部
１４      担体
【図１】
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【図２】
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