(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水をガス、液、固液分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床装置により処理する方法において、各ガス、液、固液分離部の下部に原水の送液管を接続し、該送液管は、グラニュール汚泥中に位置し、該送液管により原水の一部を一番下のガス、液、固液分離部に供給し、原水の残りの部分を上の各ガス、液、固液分離部に供給するように分配し、その分配割合は原水の基質組成、有機物の濃度により調整して、各ガス、液、固液分離部の下部に通水することにより、ｐＨ調整用のアルカリ剤の消費量を軽減し、安定したメタン発酵を行わせることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項２】
前記有機性排水のＣＯＤ濃度は３０００ｍｇ／Ｌ〜１００００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１に記載の嫌気性処理方法。
【請求項３】
原水を、同時または間欠的に各ガス、液、固液分離部へ通水することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の嫌気性処理方法。
【請求項４】
ガス、液、固液分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置において、該ガス、液、固液分離部には各々発生ガスをガス利用設備に接続する配管を有し、各ガス液、固液分離部の下部に原水を導入する送液管が接続されていて、該送液管により原水の一部を一番下のガス、液、固液分離部に供給し、原水の残りの部分を上の各ガス、液、固液分離部に供給するように分配し、その分配割合は原水の基質組成、有機物の濃度によりその分配割合を調整して供給し、該送液管はグラニュール汚泥中に位置することにより、ｐＨ調整用のアルカリ剤の消費量を軽減し、安定したメタン発酵を行わせることを特徴とする上向流嫌気性処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工場、下水、し尿、畜産業施設等より排出される有機性の廃水又は有機性の廃棄物等を対象とし、これを無害化する嫌気性汚泥床処理方法及び装置に関し、更に詳しくは特にガス、液、固液分離部（以後、ＧＳＳ部とも記す）を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性の廃水あるいは有機性の廃棄物等は、嫌気性処理によって分解処理されることがある。こうした分解処理方法として、例えば上向流嫌気性汚泥床法（以後ＵＡＳＢとも記す）がある。これは近年普及してきた方法で、メタン菌等の嫌気性菌をグラニュール状に造粒化することにより、リアクター内のメタン菌の濃度を高濃度に維持できるという特徴があり、その結果、廃水中の有機物の濃度が相当高い場合でも効率よく処理できる。例えば、この方法を具体化した装置では、重クロム酸カリウムを酸化剤として測定したＣＯＤcr（以後ＣＯＤと記す）の容積負荷が１０〜１５kg/m3.dの廃水、廃棄物でも効率よく運転できるという特徴がある。
【０００３】
有機性廃水および有機性廃棄物を対象とした嫌気性処理の嫌気性菌には、環境温度により大きく分けて２種類ある。例えば、環境温度３０〜３５℃の中温域を至適温度とする中温嫌気性菌、５０〜５５℃の高温域を至適温度とする高温嫌気性菌などがある。一方、これら嫌気性菌の働きを利用したＵＡＳＢ法の場合、分解する有機物の負荷量が高くなると（例えばＣＯＤ容積負荷が１５kg/m3.d以上）、発生するガス量が多くなる。この際リアクター内からのガス抜きを随時確実に行っていかないと、ガス排出時の吹き出し等によりグラニュール状の汚泥の流出が目立つようになり、リアクター内にグラニュール汚泥を留めておくことが難しくなる。
【０００４】
こうした場合の処理対策として、処理装置そのものを多段にし、発生ガスを分散して系外に排出する方法が提案されている。図２は、多段にした嫌気性処理装置の模式図である（引用文献：G. Lettinga(1995) Anaerrobic digestion and wastewater treatment system. Antonie van Leeuwenhoek 67:3-28)。下端に原水流入管１を接続した筒状のリアクター２内部に複数の邪魔板３を設け、スラッジゾーンを区分した区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅをそれぞれの箇所に多段に形成している。区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅの各上端コーナーはＧＳＳ部５を形成し、その内で反応が開始すると反応ガスが集合する気相部５ａには発生ガス回収配管６が接続している。発生ガス回収配管６は外部の水封槽７に通じている。
多段化したＵＡＳＢ装置では、分解反応で発生するガスを複数のＧＳＳ部５より分割して系外に排出できるため、リアクター２上部のＧＳＳ部５でのグラニュール汚泥の流出を防ぐことができる。このため、リアクター２内で高濃度にグラニュール汚泥を維持でき、高いＣＯＤ容積負荷（１５kg/m3.d以上）の廃水、廃棄物処理も可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多段化したＵＡＳＢ装置は、いまなお以下に示すような課題がある。
（１）  流入水の有機物濃度が高くなった時はリアクター前段で、アルカリ剤あるいは処理水循環によるｐＨ調整が必要となる。
（２）  有機物濃度が高くなればなるほど、ｐＨ調整時のアルカリ量が多く必要になる。
（３）  ガスを分散して系外に排出しているが各ＧＳＳ毎の液線流速は同一であるため、一定負荷条件下で流入有機物濃度が低くなった時、液線流速が高くなるため、リアクター内のグラニュール汚泥量を安定して維持できない。
こうしたことから本発明は、有機物濃度が高くなった時に必要になるｐＨ調整用のアルカリ剤の消費量を軽減し、流入有機物濃度が低下し、供給廃水量が増大した時でも安定したメタン発酵処理を行うことのできる嫌気性処理方法とそのような装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は以下の手段で達成される。
（１）有機性排水をガス、液、固液分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床装置により処理する方法において、各ガス、液、固液分離部の下部に原水の送液管を接続し、該送液管は、グラニュール汚泥中に位置し、該送液管により原水の一部を一番下のガス、液、固液分離部に供給し、原水の残りの部分を上の各ガス、液、固液分離部に供給するように分配し、その分配割合は原水の基質組成、有機物の濃度により調整して、各ガス、液、固液分離部の下部に通水することにより、ｐＨ調整用のアルカリ剤の消費量を軽減し、安定したメタン発酵を行わせることを特徴とする嫌気性処理方法。
（２）前記有機性排水のＣＯＤ濃度は３０００ｍｇ／Ｌ〜１００００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする前記（１）に記載の嫌気性処理方法。
（３）原水を、同時または間欠的に各ガス、液、固液分離部へ通水することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の嫌気性処理方法。
（４）ガス、液、固液分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置において、該ガス、液、固液分離部には各々発生ガスをガス利用設備に接続する配管を有し、各ガス液、固液分離部の下部に原水を導入する送液管が接続されていて、該送液管により原水の一部を一番下のガス、液、固液分離部に供給し、原水の残りの部分を上の各ガス、液、固液分離部に供給するように分配し、その分配割合は原水の基質組成、有機物の濃度によりその分配割合を調整して供給し、該送液管はグラニュール汚泥中に位置することにより、ｐＨ調整用のアルカリ剤の消費量を軽減し、安定したメタン発酵を行わせることを特徴とする上向流嫌気性処理装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。
図１は、嫌気性処理方法を実施するのに好ましい本発明の上向流嫌気性処理装置の一形態の概要を例示した図である。
原水送液管１が連通し、上下を閉塞した筒状のリアクター２を設けてある。リアクター２内部の左右両側壁には、それぞれに一方の端部を固定し、他方の端部を反対側の側壁方向に向かって下降しながら延ばしている邪魔板３を設けてある。邪魔板３は、上下方向に５箇所左右交互に設けてあって、リアクター側壁との間にそれぞれ鋭角の区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅを多段に形成している。
リアクター２側壁と邪魔板３との間にできた区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅには、図示外のポンプとつながっていてそれぞれの区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅに原水を分注する分注管１ａ〜１ｅの吐出口が開口している。区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅ上部はＧＳＳ部５を形成し、反応が開始すると発生ガスが集まる気相部５ａには、外部と通じる発生ガス回収配管６の排出口を設けてある。
【０００８】
なお、気相部５ａから接続されている発生ガス回収配管６の吐出口は、水を充填した水封槽７の水中内で開口している。開口位置は水圧が異なる適宜な水深位にあり、水封槽７には発生ガス回収配管６から吐き出されたガス流量を測定するガスメータ８を設けてある。ガスメータ８の先には、こうしたガスを利用する所定の利用設備が設けられている。
また、リアクター２上端には上澄み液を排出する処理水配管９が開口している。
【０００９】
リアクター２は嫌気性菌からなるグラニュール汚泥を投入して使用する。本発明の対象となる嫌気性処理は、３０℃〜３５℃を至適温度とした中温メタン発酵処理、５０℃〜５５℃を至適温度とした高温メタン発酵処理など全ての温度範囲の嫌気性処理を対象としている。嫌気性菌からなるグラニュール汚泥を投入し、有機性廃棄物などを含んだ原水を分注管１ａ〜１ｅからリアクター２の各区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅに分注して導入する。これによって原水はＧＳＳ部５の下部に導入される。原水の導入は、各区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅに同時に行うか、あるいは間欠的に行う。間欠注入は図示外の一台のポンプを用い、タイマーで流入弁を制御しながら行う。各区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅへの通水割合は、流入水の基質組成、有機物の濃度等に応じて調整する。
【００１０】
リアクター２内では嫌気性菌からなるグラニュール汚泥の介在によって有機性廃棄物が分解し、分解ガスが発生する。発生したガスは、各区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅ上端のＧＳＳ部５に別れて集まり、それぞれに気相部５ａを形成し、発生ガス回収配管６を通じて水封槽７に至る。こうした発生ガスは、ガスメータ８でその排出量が記録され、必要なガス利用設備に送られる。発生ガスの一部は、区分スラッジゾーン４ａ〜４ｅ内でグラニュール汚泥に付着し、その見かけ比重を軽減させるとともに、グラニュール汚泥を同伴してＧＳＳ部５の水面に達する。こうした発生ガスは、気泡を形成して水面気泡部５ｂに一時的に滞留する。水面気泡部５ｂに集合した気泡はやがて破裂し、発生ガスとグラニュール汚泥とが分離され、グラニュール汚泥はもとの比重を回復して水中に潜り、発生ガスは発生ガス回収配管６から水封槽７を経由して、系外に排出される。有機物が分解して清澄になって水はリアクター上端から、処理水配管９を経由して系外に排出される。
【００１１】
各ＧＳＳ部５の気相部５ａのガス圧は異なるので、その差圧は水封槽７で調整するとよい。原水送液側に近い順に水封圧は高く保つ必要がある。ガス回収の圧調整は水封槽７を使う方法以外にも多くの方法がある。例えば圧力弁等を使用してもよい。
本発明の嫌気性処理方法では、各区分スラッジゾーン毎にそこで発生する発生ガスを回収できるため、リアクターの単位断面積当たりの発生ガス量が少なくなる。同時に、流入原水を分注するため、各ＧＳＳの液線流速も小さくなる。特に上澄み液として処理水を流出させる処理水配管９に最も近い側の最上段のＧＳＳ部５におけるリアクターの単位断面積当たりのガス量、液線速度が小さくなる。そのため、グラニュール汚泥の系外流出量は非常に少なくすることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
図３，図４に、多段型嫌気性処理方法の実験に用いた装置の概要を示す。Ａ系列は原水を分注しない系列（従来法）、Ｂ系列は原水を分注する系列（本発明に基づく案）である。
ここで使用した実験装置は、Ａ系列、Ｂ系列共に８つの区分スラッジゾーン４ａ〜４ｈを有する多段ＵＡＳＢ装置である。リアクター２内には傾斜する邪魔板３を、区分スラッジゾーン４ａ〜４ｈごとに設けてある。区分スラッジゾーン４ａ〜４ｈの上部は、反応が開始すると気泡及び発生ガスが集まるＧＳＳ部５を有し、その上端には外部と通じる発生ガス回収配管６の排出口を設けてある。リアクター２上部には、上澄み液を放出する処理水管９が接続している。
Ａ系列ではリアクター２下端に原水送液管１が接続し、Ｂ系では複数の区分スラッジゾーン４ａ〜４ｈに原水を分注する分注管１ａ〜１ｄがそれぞれポンプを備えて接続している。
【００１３】
液槽部の有効容量は８リットルある。各ＧＳＳ部５より発生したガスの量は、水封槽７に設けたガスメータ８で計測した。
リアクター２は５５℃になるように温度制御されている。なお、Ｂ系の原水分注箇所は４箇所あり、分注比率は流入側から順に４：３：２：１とした。
原水には、アルコール蒸留廃水原液（ＣＯＤ４２０ｇ／リットル）を水道水で希釈し、ＣＯＤ３０００mg／リットルに調整したものに、さらに無機栄養塩（窒素、リン、マグネシウム、カルシウムなど）を添加したものを用いた。アルカリ度の補給としてＮaＨＣＯ3を１５００mg／リットル添加した。流入ＣＯＤ濃度は連続実験期間中３０００、６０００、８０００、１００００mg／リットルの４段階に設定した。
リアクター２への植種は、中温ＵＡＳＢ汚泥を種汚泥とした。
【００１４】
図５に実験経過とＣＯＤ処理成績の変化を示す。両系列とも処理水ＣＯＤ濃度、処理水有機酸濃度を見ながら有機物負荷量を徐々に上げた。実験経過後１００日目まではほぼ同じ負荷で処理ができた。約１００日目以降、ＣＯＤ負荷が１００kg／m3.dとなると、Ａ系列では、処理水ＣＯＤ、処理水有機酸濃度が高くなると同時に、処理水ｐＨの低下が起こった。原水を分注しないＡ系列では、高負荷になると、流入側のＧＳＳで酸発酵により、アルカリが多く消費されるため、後段のＧＳＳのｐＨも低くなり、メタン発酵処理が不安定となることが分かった。このため、ＣＯＤ容積負荷を７５kg／m3.dに下げた。一方、Ｂ系列ではＣＯＤ負荷が１００kg／m3.dにおいて、安定した処理ができた。
表１に定常状態における処理成績の比較を示す。
【００１５】
【表１】
0004080046.tif 000002
【００１６】
本発明に基づくＢ系列ではＣＯＤ負荷１００kg／m3.d、ＣＯＤ除去率９５％、処理水ＶＳＳ２００〜３００mg／リットル処理水ｐＨ７．５であった。一方、Ａ系列の従来法ではＣＯＤ負荷７５kg／m3.d、ＣＯＤ除去率８５〜９０％、処理水ＶＳＳ４００〜５００mg/リットル、処理水ｐＨ６．５であった。このように、本発明に基づく方法では、従来法に比べて高いＣＯＤ負荷で安定したＣＯＤ除去率を得ることができた。
Ｂ系列の本発明に基づく方法では、従来法より高いＣＯＤ容積負荷で運転しているにもかかわらず、処理水ＣＯＤ処理成績が安定していた。また、処理水ＶＳＳ濃度も従来法より低く、ＵＡＳＢ槽内におけるグラニュール汚泥量も安定して維持できていた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明では、原水を二つ以上に分配し、各ガス、液、固液分離部の下部にそれを通水するから、有機物濃度が高くなった時に必要になるｐＨ調整用のアルカリ剤の消費量を軽減し、一定負荷条件下で流入有機物濃度が低くなり供給廃水量が増加した時でも安定したメタン発酵処理を行うことのできる嫌気性処理方法とそのような装置を提供することができる。高い有機物負荷のＵＡＳＢの運転においても安定した有機物処理成績が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の上向流嫌気性処理装置の一形態を例示した模式図である。
【図２】従来の上向流嫌気性処理装置を例示した模式図である。
【図３】実験に用いた従来の上向流嫌気性処理装置の概要を示した図である。
【図４】実験に用いた本発明の上向流嫌気性処理装置の概要を示した図である。
【図５】実験経過とＣＯＤ処理成績の変化を示す図である。
【符号の説明】
１  原水送液管
１ａ〜１ｄ  分注管
２  リアクター
３  邪魔板
４ａ〜４ｈ  区分スラッジゾーン
５  ＧＧＳ部
５ａ  気相部
５ｂ  気泡部
６  発生ガス回収配管
７  水封槽
８  ガスメータ
９  処理水配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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