(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カリウムイオンと窒素化合物とを含み、Ｋ＋濃度が０．０２５Ｍ〜０．０５Ｍで、ＮＨ４＋濃度がＫ＋濃度の１／２モル倍以上の有機性排水を、グラニュールを用いる嫌気性処理で処理する方法において、
該有機性排水中のカリウムイオンに対するナトリウムイオン量が１／５０〜１モル倍であって、更に、該有機性排水のナトリウムイオン濃度が１〜５０ｍＭとなるように該有機性排水にナトリウムイオン源を添加した後、嫌気性処理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】
請求項１において、嫌気性処理水を更に好気性処理することを特徴とする有機性排水の嫌気性処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性排水の嫌気性処理方法に係り、特に、カリウムイオンを高濃度に含有する有機性排水を安定かつ効率的に嫌気性処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品排水などの産業排水の処理には嫌気性処理法が適用されている。
【０００３】
嫌気性処理は、嫌気条件下において、酸生成菌により排水中の有機物を有機酸に変換する酸発酵工程と、生成した有機酸を嫌気条件下においてメタン生成菌によりメタンに分解するメタン発酵工程の２工程からなる。この嫌気性処理装置には、酸発酵工程とメタン発酵工程とを別の槽内で行う二相式のものと、これらを単一の槽で行う一相式のものとがある。
【０００４】
二相式の嫌気性処理装置は、主に酸発酵槽とその後段のメタン発酵槽で構成され、メタン発酵槽の処理水は場合により一部が酸発酵槽に返送され、残部は系外へ排出され、更に好気性処理装置などで高度処理が行われる。
【０００５】
一方、一相式の嫌気性処理装置では、嫌気槽内液を抜き出して再びこの嫌気槽に戻す循環ラインが設けられ、処理水の循環処理が行われる。
【０００６】
嫌気性処理法は、活性汚泥などの好気性処理と比較して余剰汚泥の発生が少なく、動力消費量が小さいなどの利点がある上に、嫌気性処理で発生するバイオガスは、メタンを５０〜９０％程度含むため、ボイラなどの燃料として有効利用できるという優れた特長を有する。
【０００７】
なお、嫌気性処理の反応形式としては、微生物の担持型式により、ＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ、流動床、固定床などの高負荷型のものが処理効率の面から好適である。このうち、ＵＡＳＢ法、即ち、上向流嫌気性汚泥床法（Upflow Anaerobic Sludge Blanket Process）は、メタン生成菌を、付着担体を用いることなく自己造粒又は核となる物質に造粒させてなる造粒汚泥（グラニュール）の汚泥床（スラッジブランケット）を形成した反応槽に、原水を上向流で通水して処理する方法であり、また、ＥＧＳＢ法、即ち、嫌気性膨張グラニュール床法（Expanded Granular Sludge Bed Process）は、同様にスラッジブランケットを形成した反応槽に高流速で上向流通水して処理する方法であり、これらはいずれも反応槽中に１５０００〜７００００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌ程度の高濃度の微生物を保持することが可能であることから、０．４〜１．５ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ程度の高いメタン活性を得て高負荷処理にて有機性排水中の有機物を効率良く分解除去することができるという利点を有する。
【０００８】
ところで、カリウムイオン（Ｋ＋）やナトリウムイオン（Ｎａ＋）などの一価の陽イオンは、これが排水中に高濃度で存在すると、嫌気性処理や好気的な生物処理に対して阻害作用があることが知られている。特に、嫌気性処理や硝化脱窒素などの微生物に関与する独立栄養細菌であるメタン生成菌や硝化細菌は、これらの陽イオンに対して通常の他栄養細菌と比較して敏感であることが知られている。また、一般的にＫ＋、Ｎａ＋などの阻害濃度領域は０．１〜０．２Ｍ以上であり、０．１Ｍ以下では、殆ど影響はないとされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが、有機性排水の嫌気性処理並びに嫌気性処理後の好気性処理について種々検討を行った結果、グラニュールを用いるＵＡＳＢやＥＧＳＢなどの高負荷型嫌気性処理では、Ｋ＋は従来、阻害が生じるとされている濃度よりもかなり低い０．０２５Ｍ程度でも、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）がＫ＋の１／２モル程度以上共存すると阻害が発現することを知見した。
【００１０】
本発明は、このようなＮＨ４＋共存下でのＫ＋による微生物阻害を防止して、有機性排水の嫌気性処理を安定且つ効率的に行って、高水質の処理水を得る方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性排水の嫌気性処理方法は、カリウムと窒素化合物とを含み、Ｋ＋濃度が０．０２５Ｍ〜０．０５Ｍで、ＮＨ４＋濃度がＫ＋濃度の１／２モル倍以上の有機性排水を、グラニュールを用いる嫌気性処理で処理する方法において、該有機性排水中のカリウムイオンに対するナトリウムイオン量が１／５０〜１モル倍であって、更に、該有機性排水のナトリウムイオン濃度が１〜５０ｍＭとなるように該有機性排水にナトリウムイオン源を添加した後、嫌気性処理することを特徴とする。
【００１２】
即ち、本発明者らは、嫌気性処理におけるＫ＋による微生物阻害の問題を解決すべく更に検討を重ねた結果、Ｋ＋に対して１／５０〜１モル倍のＮａ＋を共存させることで、Ｋ＋による微生物阻害を緩和することができ、嫌気性処理を安定かつ効率的に行うことができること、このＮａ＋による効果は、嫌気性処理のみならず、嫌気性処理後のＢＯＤ除去のための好気性処理工程や脱窒素のための硝化脱窒工程にも有効であることを見出し、本発明を完成させた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の有機性排水の嫌気性処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の有機性排水の嫌気性処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１５】
図示の方法は、酸発酵工程とメタン発酵工程とを別の槽内で行う二相式の嫌気性処理を行った後、好気性処理を行う方法であり、原水（有機性排水）は酸発酵槽１及びメタン発酵槽２で嫌気性処理される。メタン発酵槽２の処理水の一部は酸発酵槽１に循環され、残部は曝気槽３で好気性処理され、処理水は系外へ排出される。
【００１６】
酸発酵槽１における処理は、浮遊性分散汚泥を用いて攪拌下で行っても良く、攪拌を行わずにＳＳの沈殿分離槽を兼ねる槽であっても良い。この酸発酵槽１の処理条件は次のような条件とするのが好ましい。
【００１７】
〔酸発酵槽処理条件〕
ｐＨ      ：４〜８
温度      ：２５〜４０℃
滞留時間  ：１〜４８ｈｒ
メタン発酵槽２はＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ等の高負荷型、特にグラニュール汚泥を用いて高負荷処理が可能なＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ槽が好ましく、このメタン発酵槽２の処理条件は次のような条件とするのが好ましい。
【００１８】
〔メタン発酵槽処理条件〕
ｐＨ      ：６〜８．５
温度      ：２５〜４０℃
滞留時間  ：２〜４８ｈｒ
有機物負荷：４〜３０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ
このメタン発酵槽２の処理水は一部が酸発酵槽１に返送される。即ち、酸発酵槽１では通常、酸の生成でｐＨが低下し、一方、メタン発酵槽２では処理によりｐＨが上昇するため、メタン発酵槽２の処理水の一部を酸発酵槽１に循環することによりｐＨ調整を行うことができるが、この循環は必ずしも必要とされずメタン発酵槽２の処理水の全量を曝気槽３に送給しても良い。
【００１９】
曝気槽３は活性汚泥により好気性処理を行ってＢＯＤを除去するための槽であり、次のような処理条件が採用される。
【００２０】
〔曝気槽処理条件〕
ｐＨ      ：５〜７
温度      ：１５〜３５℃
滞留時間  ：４〜４８ｈｒ
有機物負荷：０．５〜３ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ
本発明においては、このような処理において、嫌気性処理される原水中のＫ＋の濃度に対してＮａ＋濃度が１／５０〜１モル倍となるようにＮａ＋源を添加する。このＮａ＋源としては、ＮａＯＨ、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ３等を用いることができる。
【００２１】
ＮＨ４＋共存下のＫ＋による微生物阻害は、原水中に含まれるアンモニア又は嫌気性処理により有機性窒素（タンパク質）の分解で生じるアンモニアがＫ＋の１／２モル以上共存する条件下でのメタン発酵阻害であるため、メタン発酵系内に上記のようなＮａ＋が存在するようにＮａ＋源が添加されれば良く、その添加箇所は図１において、酸発酵槽１の入口（丸数字の１）、酸発酵槽１（丸数字の２）、メタン発酵槽２入口（丸数字の３）、メタン発酵槽３（丸数字の４）のいずれであっても良い。
【００２２】
メタン発酵系内のＮａ＋濃度がＫ＋濃度の１／５０モル倍未満では微生物阻害を十分に防止し得ない。Ｎａ＋濃度がＫ＋濃度の等モル倍よりも多いと、Ｎａ＋イオンが嫌気性微生物の活性を阻害する恐れがある。
【００２３】
従って、Ｎａ＋源は、Ｎａ＋濃度がＫ＋濃度の１／５０〜１モル倍、好ましくは１／２５〜１／５モル倍となるように添加する。
【００２４】
このようなＮａ＋源の添加で嫌気性処理系内の微生物阻害を防止して、嫌気性処理により十分に有機物を分解した嫌気性処理水を好気性処理することにより、好気性処理においても高いＢＯＤ除去効率を得ることができる。
【００２５】
なお、図1に示す方法は本発明の有機性排水の嫌気性処理方法の実施の形態の一例であって本発明は何ら図示の方法に限定されるものではない。例えば、酸発酵槽１とメタン発酵槽２との間に脱炭酸槽を設け、脱炭酸処理を行っても良く、酸発槽１とメタン発酵槽２との間にｐＨ調整槽を設けても良い。
【００２６】
また、嫌気性処理は、図示の二相式に限らず酸発酵とメタン発酵とを同一の槽内で行う一相式であっても良い。更に、嫌気性処理水を好気性処理する他、脱窒（嫌気）と硝化（好気）を組み合わせて窒素除去するものであっても良い。
【００２７】
このような本発明の方法は、Ｋ＋濃度が０．０２５Ｍ（９７５ｍｇ／Ｌ）以上で、嫌気性処理によってアンモニア性窒素に転換される窒素を含んでメタン発酵処理時のＮＨ４＋濃度がＫ＋濃度の１／２モル倍以上で、Ｎａ＋濃度がＫ＋濃度に比べて著しく低く、例えば、０．００１Ｍ以下であるような有機性排水の処理に特に有効である。
【００２８】
【実施例】
以下に実施例、比較例及び参考例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２９】
［試験１］
実施例１〜７、比較例１〜３
市水に酢酸とアンモニアを添加して、酢酸濃度３００ｍｇ／Ｌ、アンモニア濃度０．０２５Ｍとし、ＫＯＨでｐＨ７に調整し、更にＫＣｌを添加してＫ濃度０．０５Ｍとした合成排水を用いて以下の実験を行った。
【００３０】
上記の合成排水を容量５００ｍＬの三角フラスコにＶＳＳとして約１ｇ添加したグラニュール汚泥と接触させ、恒温水槽内で３５℃にて嫌気的に攪拌しながら処理し、ＮａＣｌの添加量を変えてガス発生速度を調べた。グラニュール汚泥はビール工場の総合排水処理用ＵＡＳＢ槽から採取したものを用い、汚泥濃度はＶＳＳとして約５００００ｍｇ／Ｌであった。
【００３１】
ガス発生速度とフラスコ内の汚泥量からＶＳＳあたりのガス発生速度を求め、酢酸資化性メタン生成活性を比較した。
【００３２】
実施例１〜７及び比較例１〜３のＮａＣｌ添加量（Ｎａ濃度）とメタン生成活性は表１に示す通りであった。
【００３３】
【表１】
0004972817.tif 000002
【００３４】
表１より次のことが明らかである。
【００３５】
ＮａＣｌの添加量が１ｍＭ以上、即ち、Ｋ＋に対し、モル比で０．０２倍以上のＮａを添加した場合には、活性を増大させる効果が認められた。しかし、ＮａＣｌの添加量が２０ｍＭ以上では活性は低下傾向にあり、添加量が５０ｍＭを超えると活性は０．４ｇ−ＣＯＤＣｒ／ｇ−ＶＳＳ／ｄａｙに達しなかった。
【００３６】
［試験２］
実施例８，９、比較例４，５
以下に示す性状の合成排水を図２で示すフローで処理した。
【００３７】
ただし、実施例８及び９では原水にＮａＣｌを５８５ｍｇ／Ｌ（０．０１Ｍ）添加し、比較例４，５では原水にＮａＣｌを添加せずに処理した。
【００３８】
［合成排水性状］
エタノール  ：１００００ｍｇ／Ｌ
酵母エキス  ：５００ｍｇ／Ｌ
ＮＨ４−Ｎ  ：３００ｍｇ／Ｌ（ＮＨ４Ｃｌとして１１７０ｍｇ／Ｌ）
ＰＯ４−Ｐ  ：５０ｍｇ／Ｌ（ＫＨ２ＰＯ４として２２０ｍｇ／Ｌ）
ＫＣｌ    ：３７２５ｍｇ／Ｌ（Ｋ＋として０．０５Ｍ）
ｐＨ      ：７．５
各槽の仕様及び処理条件は以下の通りであり、ＵＡＳＢ槽５の処理水は原水量の３倍を酸発酵槽４に循環した。また、ＵＡＳＢ槽５では槽内の上昇流速を０．５ｍ／ｈｒに維持するために自己循環を行った。
【００３９】
嫌気性処理の後処理の好気性処理としては循環法による硝化・脱窒処理を行った。硝化槽７の処理水は原水量の５倍を脱窒槽６に循環し、沈殿槽８で分離した汚泥は脱窒槽６へ返送した。返送汚泥量は原水量の５倍とした。
【００４０】
［酸醗酵槽］
容量      ：２Ｌ
温度      ：３０〜３５℃
内部をポンプで攪拌し、メタン菌の活性維持のための微量金属としてＦｅ２＋を１０ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋をそれぞれ０．１ｍｇ／Ｌ添加した。
【００４１】
［ＵＡＳＢ槽］
内径      ：１０ｃｍ
高さ      ：１２０ｃｍ
有効容量  ：８．５Ｌ
内部にビール工場排水を処理している実装置から採取したグラニュール汚泥４Ｌを汚泥濃度がＶＳＳとして５００００ｍｇ／Ｌとなるように充填した。
【００４２】
［脱窒槽］
容量      ：３Ｌ
温度      ：室温（約２５℃）
［硝化槽］
容量      ：４Ｌ
温度      ：室温（約２５℃）
［沈殿槽］
容量      ：２Ｌ
通水条件を表２に示すように変えて２週間処理し、後半の１週間での処理水質の平均値を表３に示した。
【００４３】
【表２】
0004972817.tif 000003
【００４４】
【表３】
0004972817.tif 000004
【００４５】
表３から次のことが明らかである。
【００４６】
負荷が高い場合、低い場合のいずれの場合も原水にＮａＣｌを添加した方がＮａＣｌを添加しない場合に比して嫌気、好気とも処理が良好であった。特に、高負荷での処理を行う場合において、ＮａＣｌを添加する場合としない場合との差が顕著であった。
【００４７】
また、実施例８と比較例４は嫌気処理水の水質は同程度であるにも関わらず好気処理水の水質は実施例８が比較例４より良好で、ＮａＣｌの添加が後段の好気性処理の処理効率を向上させることが示された。
【００４８】
［試験３］
参考例１
試験１で用いた合成排水のＫＣｌの添加量を変えて異なったＫ濃度とし、それぞれの濃度でアンモニアを添加した場合と添加しない場合とでメタン生成活性の違いを比較した。実験は、Ｋ濃度及びＮＨ４の有無以外は試験１と同様にし、アンモニアを添加する場合のＮＨ４濃度は０．０２５Ｍとした。
【００４９】
結果は、表４に示す通りであった。
【００５０】
【表４】
0004972817.tif 000005
【００５１】
表４から以下のことが明らかである。
【００５２】
ＮＨ４が共存する場合もしない場合もＫ濃度が高くなるに従ってメタン生成活性は低下する。また、活性の低下は、ＮＨ４が共存する場合の方が、ＮＨ４が共存しない場合より著しく、特にＫ濃度が０.０３モル以上存在する場合、ＮＨ４による阻害は顕著となった。
【００５３】
［試験４］
参考例２
参考例１において、Ｋ濃度を０．０５Ｍとし、ＮＨ４の添加濃度を変えてメタン活性の違いを比較した。結果は表５に示す通りであり、ＮＨ４濃度が０．０２Ｍを超えると活性が急激に低下した。
【００５４】
【表５】
0004972817.tif 000006
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性排水の嫌気性処理方法によれは、ＮＨ４＋共存下でのＫ＋による微生物阻害を防止して、有機性排水の嫌気性処理を安定且つ効率的に行って、高水質の処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性排水の嫌気性処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】実施例８，９及び比較例４，５で用いた試験装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１，４  酸発酵槽
２  メタン発酵槽
３  曝気槽
５  ＵＡＳＢ槽
６  脱窒槽
７  硝化槽
８  沈殿槽
【図１】
0004972817.tif 000007
【図２】
0004972817.tif 000008