(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性微生物を担持する担体を反応槽に投入し、好気性微生物を含む活性汚泥の存在下に、排水を好気性処理する方法において、
好気性微生物を担持する担体として、嫌気性微生物を含むグラニュール汚泥またはその破砕物を反応槽に投入して槽内の活性汚泥と混合し、
担体を添加した反応槽に被処理液を導入して曝気することにより、
担体表面に好気性微生物の生物膜を形成し、
反応槽内に保持できる好気性微生物量を増加させて好気性処理する方法であって、
前記好気性微生物を担持する担体として、メタン発酵において形成されるグラニュール汚泥またはその破砕物を用いる
ことを特徴とする排水の好気性処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水の好気性処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥処理法などのように、好気性微生物の作用を利用して、有機性排液を好気条件で処理する好気性生物処理方法は、処理コストが安く、処理性能も優れているため、一般に広く利用されている。このような好気性処理方法では、曝気槽内の好気性微生物の保持量を多くしたり、滞留時間を長くする目的で担体を投入することが行われており、担体としてスポンジ、プラスチック、高分子ゲルなどが用いられている。曝気槽に担体を添加することにより、担体表面に好気性微生物の生物膜が形成されるので、曝気槽内に高濃度の汚泥を保持することができる。
【０００３】
しかし、従来使用されている担体は担体自体の製造コストがかかるため、処理コストが高くなるという問題点がある。また担体表面の性状によっては好気性微生物の膜が形成されるまでに長時間を要し、このため運転立ち上げに長期間を要する場合もある。さらに担体原料がプラスチックなどの人工物の場合、廃棄の問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来の担体添加法における問題点を解決するため、担体自体の製造コストはかからず、微生物膜の形成が速く、廃棄の問題もない担体を用いて、低コストで効率よく処理することができる排水の好気性処理方法を提案することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の排水の好気性処理方法である。
（１）  好気性微生物を担持する担体を反応槽に投入し、好気性微生物を含む活性汚泥の存在下に、排水を好気性処理する方法において、
好気性微生物を担持する担体として、嫌気性微生物を含むグラニュール汚泥またはその破砕物を反応槽に投入して槽内の活性汚泥と混合し、
担体を添加した反応槽に被処理液を導入して曝気することにより、
担体表面に好気性微生物の生物膜を形成し、
反応槽内に保持できる好気性微生物量を増加させて好気性処理する方法であって、
前記好気性微生物を担持する担体として、メタン発酵において形成されるグラニュール汚泥またはその破砕物を用いる
ことを特徴とする排水の好気性処理方法。
【０００６】
本発明において処理の対象となる排水は、好気性生物処理により処理可能な排水であれば制限されず、例えば有機性排液またはアンモニア含有排水などがあげられる。有機性排液には難生物分解性の有機物または無機物が含有されていてもよく、またアンモニア性窒素等が含有されていてもよい。排水の具体的なものとしては、下水、し尿、食品工場排水その他の産業排液などがあげられる。
【０００７】
本発明で用いる担体は、嫌気性微生物を含む汚泥が微生物の自己造粒作用により粒状化したグラニュール汚泥またはその破砕物である。このようなグラニュール汚泥またはその破砕物としては、メタン発酵において形成されるグラニュール汚泥またはその破砕物が用いられ、ＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ  Ａｎａｅｒｏｂｉｃ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｌａｎｋｅｔ；上向流嫌気性スラッジブランケット）法もしくはＥＧＳＢ（Ｅｘｐａｎｄｅｄ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｅｄ；膨張粒状汚泥床）法でメタン発酵が行われている反応器中で形成されるグラニュール汚泥、これらの反応器から排出されたグラニュール汚泥などがあげられる。通常これらのグラニュール汚泥は沈降性が良好である。
【０００８】
ＵＡＳＢもしくはＥＧＳＢ法においては、有機酸発酵とメタン発酵は通常別々の反応器で行われ、有機酸発酵による酸生成液を、グラニュール汚泥からなるスラッジブランケットを形成したＵＡＳＢ方式のメタン発酵槽に上向流で通液してメタン発酵が行われるが、本発明ではこのように有機酸発酵とメタン発酵とを二段階に分離して行う二相式のメタン発酵で形成されるグラニュール汚泥が好ましいが、有機酸発酵とメタン発酵を一個の反応器で行う一相式のメタン発酵で形成されるグラニュール汚泥を使用することもできる。
【０００９】
本発明で使用するグラニュール汚泥は特別な装置、操作、条件などを選択して粒状化したグラニュール汚泥である必要はなく、公知の方法で一般的にメタン発酵が行われている処理系において発生するグラニュール汚泥がそのまま使用できる。例えば、高温メタン発酵、中温メタン発酵のいずれのものでもよい。
【００１０】
通常のＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ法において形成されるグラニュール汚泥は酢酸資化性のMethanosaeta属の微生物が骨格を形成し、水素資化性メタン細菌、酢酸生成細菌、酸生成細菌などが共存し、一種の生態系を構成している。また、糖質、脂質、タンパク等を分解する酸生成菌は、粘質物を産出してバクテリア同士の結合力を強める働きをしており、糖基質の場合に最も強度の強いグラニュール汚泥が形成される。通常の下水その他の有機性排水は糖質その他の高分子の有機物を含有しており、これを嫌気性処理すると上記の嫌気性微生物により有機酸が生成し、この有機酸は順次低分子化して酢酸となり、さらにメタンと炭酸ガスに分解される。このため上記各種の嫌気性微生物が増殖し、強度の大きいグラニュール汚泥が形成される。
【００１１】
ＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ法におけるグラニュール汚泥の成長過程は明確ではないが、粒径０．１ｍｍ付近の微小な無機性のＳＳの表面やカルシウムやマグネシウムを含んだスケール成分の表面に嫌気性微生物が付着し、その微少なＳＳやスケールを核としながら年輪状に新たな嫌気性微生物が増殖、付着し、数か月間以上を要して平均粒径０．３〜５ｍｍのグラニュール汚泥に成長するとされている。成長したグラニュール汚泥は反応槽内の水流やガスの発生に伴う流動により破砕され、破砕された微小な粒子や破片が核となって、次のグラニュール汚泥が成長するとされている。
【００１２】
本発明において担体として使用するグラニュール汚泥の大きさは平均粒径が０．３〜５ｍｍ程度、好ましくは０．５〜２ｍｍのものが望ましいが、カッターポンプ、ミル、ホモジナイザなどの破砕装置により破砕したグラニュールを使用することもできる。
【００１３】
担体を用いた好気性処理においては、酸素の拡散が主な律速段階となっている場合がある。酸素の生物膜へ浸透する深さは通常の空気を用いた曝気の場合には最大でも１００μｍ程度であり、高い負荷を処理するためには表面積を増やすか、曝気ガス中の酸素分圧を増加させる必要がある。担体の表面積を増やすためには、担体の大きさを小さくすることが有効であり、この点からも前記平均粒径を超えるグラニュール汚泥をそのまま利用するよりも破砕を行って、粒径を小さくして表面積を大きくするのが好ましい。また粒径の大きなグラニュール汚泥は内部に空隙が形成され、沈降性が低下している場合があるので、このようなグラニュール汚泥も破砕して使用するのが好ましい。
【００１４】
担体は曝気槽などの反応槽に投入して使用する。担体を反応槽に投入して槽内の活性汚泥と混合して好気性処理を行うことにより、好気性微生物が担体表面で生物膜を形成する。生物膜の形成は、担体を添加した反応槽に被処理液を導入して曝気する通常の好気性生物処理と同様の操作を行うことにより自然発生的に形成される。生物膜の形成を促進させるために、生物処理汚泥を植種源として投入することもできる。なお担体上で膜を形成した好気性微生物は増殖により一部が剥離し、浮遊活性汚泥となる。
担体の添加量は、反応槽１ｍ3当たり５〜８０体積％、好ましくは１０〜５０体積％とするのが望ましい。
【００１５】
本発明の処理方法は、反応槽に前記担体を投入した状態で、公知の好気性処理方法を採用して行うことができる。好気性処理における反応槽としてはあらゆる反応器が使用できる。また固液分離装置としては沈殿槽、膜分離装置、遠心分離装置等が使用できる。また反応槽内にＧＳＳ（ガス固形分セパレータ）を設け、好気性処理と固液分離とを１個の反応槽で行う好気性処理装置を採用することもできる。担体を投入した状態で好気性処理することにより、反応槽内に保持できる好気性微生物量を増加させることができ、処理の効率および処理水質を向上させることができる。具体的な好気性処理としては、曝気槽において排水を返送汚泥とともに曝気処理し、曝気液を固液分離槽で固液分離して、分離汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法、およびその種々の変法などが採用できる。
【００１６】
グラニュール汚泥は通常のフロックよりも沈降速度が速いため、曝気槽と沈殿槽を有する分散型の曝気槽にグラニュール汚泥を添加し、フロックと担体とを共存させることも可能である。この場合、曝気槽内に保持できる汚泥量が担体を単独で使用する場合に比べてさらに増加するため、汚泥滞留時間を長く取ることができ、余剰汚泥量の削減と処理水質の向上が見込める。
【００１７】
本発明では担体として元々微生物の固まりであるグラニュール汚泥を使用しているので、担体と微生物との親和性が非常によく、このため生物膜の生成速度が人工の担体に比べて速くなる。本発明ではこのような担体を使用しているので、運転立ち上げ期間を短くすることができる。
また本発明では、嫌気性処理において発生する余剰のグラニュール汚泥をそのまま使用することができるので、担体の製造コストはかからず、低コストでの処理が可能となる。
【００１８】
また本発明では、グラニュール汚泥は嫌気性微生物の固まりであるため、通常の嫌気性処理の運転と同じように反応槽内の担体量を制御することができる。引き抜いた担体は人工物を含んでいないので、通常の余剰汚泥の処理、例えば脱水、嫌気性消化、コンポスト等で処理することができ、廃棄物として処理する場合にも生物由来の余剰汚泥として処分できる。
【００１９】
長期間の運転においてはグラニュール汚泥が破壊し、ＳＳとして処理水中に流出することが考えられるが、担体自体が微生物に由来しているので環境に与える負荷は通常の好気性汚泥の流出と何ら変わらない。
また流出などにより反応槽中の担体量が減少した場合は、グラニュール汚泥を追加投入することができる。
【００２０】
また本発明では、担体を添加することにより活性汚泥のＳＲＴが長くなり、例えば１０日以上にすることができるので、硝化細菌を保持することも可能になり、好気性処理系において、有機物の分解に加えて、硝化も同時に行うことが可能となり、生物学的硝化脱窒処理を行う場合に有利となる。
【００２１】
以上の通り、本発明では、好気性微生物を担持する担体としてグラニュール汚泥を使用しているので、次のような効果を得ることができる。
１）担体への付着性がよく、立ち上げ期間を短縮できる。
２）担体の製造コストがかからないので、処理コストを削減できる。
３）沈降性がよく、固液分離が容易である。
４）廃棄を行う際にもすべて有機汚泥として処分できる。
５）運転条件に応じて担体の大きさや量を制御することができる。
６）脱窒効果を持たせることが可能である。
７）浮遊汚泥と組み合せることにより、処理装置の性能を向上させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の排水の好気性処理方法は、好気性微生物を担持する担体として、嫌気性微生物を含むグラニュール汚泥またはその破砕物を反応槽に投入して槽内の活性汚泥と混合し、担体を添加した反応槽に被処理液を導入して曝気することにより、担体表面に好気性微生物の生物膜を形成し、反応槽内に保持できる好気性微生物量を増加させて好気性処理する方法であって、好気性微生物を担持する担体として、メタン発酵において形成されるグラニュール汚泥またはその破砕物を用いるので、担体自体の製造コストはかからず、微生物膜の形成が速く、廃棄の問題もない担体を用いて、低コストで効率よく排水を好気性処理することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１は実施例の有機性排水の好気性処理方法を示すフローシートである。
図１において、１は曝気槽、２は担体としてのグラニュール汚泥、３は沈殿槽である。
【００２４】
図１の処理方法では、運転開始時においては、原水路４から原水を曝気槽１に導入するとともにグラニュール汚泥２を投入し、空気供給路５から空気を送り、散気装置６から散気して曝気を行い、グラニュール汚泥２の表面に好気性微生物の生物膜を形成させる。この場合、自然発生的に生物膜を形成させることもできるし、他の処理系の生物処理汚泥を植種源として投入して生物膜の形成を促進させることもできる。グラニュール汚泥２は微生物との親和性が非常によく、生物膜の生成速度が速いので、スポンジなどの人工物からなる担体を用いた場合に比べて運転立ち上げ期間を短くすることができ、早期に定常状態に移行することができる。
【００２５】
グラニュール汚泥２の表面に好気性微生物の生物膜が形成された後の定常状態においては、原水路４から原水を曝気槽１に導入し、グラニュール汚泥２、汚泥返送路７から返送される返送汚泥、および曝気槽１内の浮遊活性汚泥と混合し、空気供給路５から空気を送り、散気装置６から散気して曝気を行い、好気性処理を行う。この際、グラニュール汚泥２は曝気槽１内を流動する。
【００２６】
曝気槽１の混合液は一部ずつ取り出し、連絡路８から沈殿槽３に導入して固液分離を行う。分離液は処理水路９から処理水として排出し、グラニュール汚泥２および浮遊活性汚泥を含む分離汚泥は汚泥返送路７から返送汚泥として曝気槽１に返送する。グラニュール汚泥２は沈降性がよく、固液分離は良好に行われる。残部は余剰汚泥として汚泥排出路１０から系外に排出する。
流出などにより曝気槽１中のグラニュール汚泥２が減少した場合は、グラニュール汚泥２を曝気槽１に追加投入する。
【００２７】
このようにして好気性処理することにより、曝気槽１には、好気性微生物がグラニュール汚泥２に担持されて多量に保持されているので、好気性処理性能は効率よく行われ、高水質の処理水が得られる。また何らかの理由により、グラニュール汚泥２などのＳＳが処理水中に流出した場合にも、グラニュール汚泥２は微生物に由来しているので、環境に与える負荷は従来の好気性処理における活性汚泥の流出と何ら変わらない。
【００２８】
図１ではすでに生物膜が形成されたグラニュール汚泥を投入することができるし、また担体を使用しないで好気性処理が定常状態で行われている曝気槽にグラニュール汚泥を投入することもできる。
また図１では、沈殿槽３の代わりに膜分離装置、その他の汚泥分離装置を使用することもできる。
【００２９】
図２は他の実施例の有機性排水の好気性処理方法を示す好気性処理装置の断面図である。図２の装置は、グラニュール汚泥の良好な沈降性を利用し、固液分離装置を省略して、１個の反応槽で有機性排水の好気性処理を行う装置である。
図２において、１１は反応槽、１２は担体としてのグラニュール汚泥であり、槽内の上部にロート状の傾斜分離板１３、その下部に開口部をほぼ塞ぐように笠状のガス分離板１４が設けられ、これらにより槽内が反応部１５と固液分離部１６とに区画され、反応部１５で好気性処理を行い、固液分離部１６でグラニュール汚泥１２を沈降分離するように構成されている。傾斜分離板１３およびガス分離板１４がガス固形分セパレータを構成している。
【００３０】
図２の装置で好気性処理するには、原水路２１から原水を反応槽１１下部に導入するとともに、空気供給路２２から空気を送り、散気装置２３から散気して曝気を行う。原水は多孔板２４を通過し、上昇流Ａとなり反応部１５を上昇したのち、反転流Ｂとなり反応部１５を下降する。この間に、反応部１５内のグラニュール汚泥１２および浮遊活性汚泥と混合されて接触し、有機物が酸化分解される。
【００３１】
反応部１５内の混合液の一部はグラニュール汚泥１２を同伴し、上昇流Ｃとして傾斜分離板１３の下端とガス分離板１４との隙間を通り、さらに円筒形の整流板２５の内側を通って固液分離部１６に入るが、ガス分離板１４により曝気空気の進入は遮断されているので、グラニュール汚泥１２は固液分離部１６で沈降分離され、傾斜分離板１３の下部と整流板２５の外周との間で形成される整流通路２６を通って反応部１５に戻る。グラニュール汚泥１２が分離された分離液はオーバーフローして処理水取出部２７に入り、処理水として処理水路２８から系外に排出する。
【００３２】
図２の方法によれば、反応槽１１内に設けた固液分離部１６でグラニュール汚泥１２を効率よく沈降分離しながら、反応部１５内にグラニュール汚泥１２の表面に生物膜を形成した好気性微生物を多量に保持し、１個の反応槽で効率よく好気性処理することができる。
【００３３】
図２の装置では円筒形の反応槽１１を用いているが、長方形の反応槽を用いることもできる。またロート状の傾斜分離板１３の代わりに下端開口部が上端開口部よりも大きい逆ロート状の傾斜分離板を用い、ガス分離板を反応槽の内壁側に設けて、傾斜分離板の外側を固液分離部、内側を反応部とする装置を用いることもできる。
【００３４】
図３はさらに他の実施例の排水の好気性処理方法を示す好気性処理装置の断面図である。図３の装置は、固液分離装置を省略して、１個の反応器でアンモニア含有水の硝化を行う装置である。
図３において、３１は円柱状のエアリフトリアクタであり、下部に原水路３２および空気供給路３３が連絡し、上部に処理水路３４が連絡している。エアリフトリアクタ３１内には両端が開口したドラフトチューブ３５が設けられ、下端開口部には散気板３６が設けられて空気供給路３３が連絡し、ドラフトチューブ３５内に散気するように構成されている。ドラフトチューブ３５の上端開口部付近からエアリフトリアクタ３１の内径が大きくなり固液分離部３７が形成され、その下部が反応部３８を構成する。固液分離部３７にはドラフトチューブ３５の上端開口部を覆うように、ガス分離板３９を有するガス捕集器４０が設けられている。
【００３５】
図３の装置で硝化を行うには、原水路３２からアンモニア含有水をエアリフトリアクタ３１下部に導入するとともに、空気供給路３３から空気を送り、散気板３６からドラフトチューブ３５内に散気する。空気の上昇に伴ってドラフトチューブ３５内には上昇流が発生し、ドラフトチューブ３５内液はグラニュール汚泥４０、空気４１および浮遊活性汚泥と混合され、上端開口部を通ってドラフトチューブ３５外に流出するとともに、下端開口部からドラフトチューブ３５外液がドラフトチューブ３５内に流入する。このようにしてドラフトチューブ３５内に上昇流、ドラフトチューブ３５外に下降流が形成され、反応器内液はドラフトチューブ３５の内外を循環する。この間に、グラニュール汚泥４０、空気４１および浮遊活性汚泥と接触し、グラニュール汚泥４０の表面に生物膜を形成した硝化細菌により硝化が行われる。
【００３６】
ドラフトチューブ３５の内液は上昇流となって上端開口部から流出するが、固液分離部３７の内径は広くなっているので上昇流の流速は小さくなり、このためグラニュール汚泥４０は自重により沈降し、ドラフトチューブ３５外液側に移行して反応部３８を循環する。空気４１はガス分離板３９によりガス捕集器４０に捕集し、空気排出路４２から排出する。グラニュール汚泥４０が沈降分離されるとともに空気４１が分離された処理水は処理水路３４から排出する。
【００３７】
図３の装置では、グラニュール汚泥４０の表面に硝化細菌を多量に保持するとともにＳＲＴを長くして、効率よく硝化を行うことができ、しかも固液分離装置を省略することができる。
【００３８】
【実施例】
実施例１
図３の装置によりアンモニア含有水を好気性条件下に硝化処理を行った。担体としては、平均粒径２．０ｍｍのＵＡＳＢグラニュール汚泥をそのまま用いた。エアリフトリアクタ３１に流入する流入水のアンモニア濃度、および処理水水質の経日変化を図４に示す。
【００３９】
比較例１
実施例１においてグラニュール汚泥の代わりに、３ｍｍ角の立方体の形状のポリプロピレン製のスポンジを用いた以外は実施例１と同じ方法で硝化処理を行った。なおスポンジの添加量はエアリフトリアクタ３１体積当たりの担体表面積が実施例１と同じになるように投入した。結果を図５に示す。
【００４０】
図４および図５の結果からわかるように、担体としてＵＡＳＢグラニュール汚泥を投入した実施例１（図４）では、スポンジを投入した比較例１（図５）に比べて生物膜の形成が速く、アンモニアを硝酸にまで酸化するために必要な立ち上げ期間を短縮することが可能であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の排水の好気性処理方法を示すフローシートである。
【図２】他の実施例の排水の好気性処理方法を示す好気性処理装置の断面図である。
【図３】さらに他の実施例の排水の好気性処理方法を示す好気性処理装置の断面図である。
【図４】実施例１の結果を示すグラフである。
【図５】比較例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  曝気槽
２、１２、４０  グラニュール汚泥
３  沈殿槽
４、２１、３２  原水路
５、２２、３３  空気供給路
６、２３  散気装置
７  汚泥返送路
８  連絡路
９、２８、３４  処理水路
１０  汚泥排出路
１１  反応槽
１３  傾斜分離板
１４、３９  ガス分離板
１５  反応部
１６  固液分離部
２４  多孔板
２５  整流板
２６  整流通路
２７  処理水取出部
３１  エアリフトリアクタ
３５  ドラフトチューブ
３６  散気板
３７  固液分離部
３８  反応部
４０  ガス捕集器
４１  空気
４２  空気排出路
【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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