(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酒類製造時に発生する残さから凝縮水を生成し、これを生物と共存した排水に添加し、排水中の窒素およびリンを除去する方法。
【請求項２】
焼酎製造時に発生する残さから凝縮水を生成し、これを生物と共存した排水に添加し、排水中の窒素およびリンを除去する方法。
【請求項３】
活性汚泥反応槽の温度が５〜４０℃、凝縮水を添加した混合排水の有機物量はＢＯＤ容積負荷で０．１〜２．０ｇ−ＢＯＤ／ｌ・日、混合排水の窒素量は窒素容積負荷で０．０１〜１．０ｇ−Ｎ／ｌ・日、混合排水の活性汚泥反応槽内での滞留時間が４〜４８時間、反応後の沈降時間が２〜１０時間、活性汚泥反応槽のｐＨを５〜１０、生物が微生物を馴養したものである請求項１または請求項２のいずれかの方法。
【請求項４】
活性汚泥処理施設の後処理として、活性汚泥を投入して馴養した微生物を共存させた活性汚泥処理水に酒類製造時に発生する残さからの凝縮水を添加することからなる活性汚泥処理水中の窒素およびリンを除去する方法。
【請求項５】
生物が微生物でリン蓄積菌、硝化菌および脱窒菌から選ばれた少なくとも一つを含むことからなる請求項１または請求項２のいずれかの方法。
【請求項６】
脱窒反応槽および硝化反応槽の容量比が１：１〜１：１０である一定温度に保った硝化液循環脱窒装置を用いて、酒類製造時に発生する残さからの凝縮水を添加した混合排水と硝化反応槽からの循環硝化液とを混合し、これを脱窒反応槽に流入し、リン蓄積菌を含む脱窒菌による脱窒反応をし、反応後にＢＯＤが３００ｍｇ／ｌ以下である脱窒処理水を硝化反応槽に流入し、ｐＨを調整しながら硝化菌による硝化反応をし、反応後の一部を処理水として放出すると共に残部を循環硝化液とすることからなる排水中の窒素およびリンを除去する方法。
【請求項７】
反応槽の温度が５〜４０℃、排水に酒類製造時に発生する残さからの凝縮水を添加した混合排水と硝化反応槽からの循環硝化液との容量比が１：１〜１：２０、脱窒反応槽での滞留時間が０．５〜２４時間、硝化反応槽での滞留時間が１．５〜９６時間であり、硝化反応槽のｐＨを５〜１０に調整することからなる請求項６に記載の排水中の窒素およびリンを除去する硝化液循環脱窒方法。
【請求項８】
硝化液循環脱窒装置を多段に連結してなる請求項６または請求項７に記載の排水中の窒素およびリンを除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
生活排水、工場排水、畜産排水等の窒素またはリン成分を多く含む排水を生物処理して窒素またはリン除去の利用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排水処理施設では主に微生物を利用して汚染源となる有機物を除去している。しかし排水中に窒素やリンなどの栄養塩類が多く含まれると、その栄養成分が残ったまま公共水域へ排出され、湖沼や閉鎖性海域等での富栄養化が大きな環境問題となっている。これらの対策としては薬剤が使用され、窒素除去にはメタノールが、リン除去にはアルミニウム・鉄系凝集剤が使用されているのは刊行物や文献等で公知である。
一方、酒類製造時に発生する残さは、肥料や飼料としての利用が検討されているが、その大部分は産業廃棄物として海洋投棄などの処理がなされて環境問題を引き起こしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、従来の排水処理施設から公共水域へ排出される高濃度の窒素やリンなどを減少すること、並びに産業廃棄物として酒類残さを有効活用することなどの点である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酒類残さを乾燥し濃縮して凝縮水を生成し、得られた凝縮水と生物とを用いて、高濃度の窒素またはリンを含む排水から窒素またはリンを減少・除去する方法である。本来除去すべきＢＯＤなどを多く含有する凝縮水をさらに添加するという新しい発想に基づく、高濃度の窒素またはリンを含む排水から窒素またはリンを減少・除去する方法である。すなわち、
【０００５】
酒類製造時に発生する残さから凝縮水を生成し、これを生物と共存した排水に添加し、排水中の窒素またはリンを除去する方法であり、焼酎製造時に発生する残さから凝縮水を生成し、これを生物と共存した排水に添加し、排水中の窒素またはリンを除去する方法とすることも好ましい。共存させる生物が微生物、好ましくは活性汚泥を馴養したものである。あるいは生物が微生物、好ましくはリン蓄積菌、硝化菌または脱窒菌から選ばれた少なくとも一つを含むことからなるこれらの方法であってもよい。
【０００６】
活性汚泥処理施設に直接的に凝縮水を添加する方法であっても、また活性汚泥処理施設の後処理として活性汚泥を馴養したものを共存させた活性汚泥処理水に凝縮水を添加する方法であってもよい。この方法において、保温温度が５〜４０℃、好ましくは２０〜３０℃であり、凝縮水を添加した混合排水の有機物量はＢＯＤ容積負荷で０．１〜２．０ｇ−ＢＯＤ／ｌ・日、好ましくは０．３〜０．８ｇ−ＢＯＤ／ｌ・日であり、混合排水の窒素量は窒素容積負荷が０．０３〜１．０ｇ−Ｎ／ｌ・日、好ましくは０．１〜０．３ｇ−Ｎ／ｌ・日で、混合排水の活性汚泥反応槽での滞留時間が４〜４８時間、好ましくは６〜２４時間であり、反応後の沈降時間が２〜１０時間、好ましくは４〜８時間であり、活性汚泥反応槽のｐＨを５〜１０、好ましくは６．５〜８．５に調整することからなるこれらの排水中の窒素またはリンを除去する方法はより好ましい。
【０００７】
さらに、排水処理施設の前処理として、脱窒反応槽および硝化反応槽の容量比が１：１〜１：１０である一定温度に保った硝化液循環脱窒装置を用いて、凝縮水を添加した混合排水と硝化反応槽からの循環硝化液とを混合し、これをリン蓄積菌を含む脱窒反応槽に流入し、脱窒菌による脱窒反応をし、反応後にＢＯＤが１５０ｍｇ／ｌ以下である脱窒処理水を硝化反応槽に流入し、ｐＨを調整しながら硝化菌による硝化反応をし、反応後の一部を処理水として放出すると共に残部を循環硝化液とすることからなる排水中の窒素またはリンを除去する方法でもよい。
【０００８】
この方法において、反応温度が５〜４０℃、好ましくは２５〜３７℃であり、凝縮水を添加した混合排水の有機物量はＢＯＤ容積負荷で０．１〜２．０ｇ−ＢＯＤ／ｌ・日、好ましくは０．３〜０．８ｇ−ＢＯＤ／ｌ・日であり、混合排水の窒素量は窒素容積負荷が０．０１〜１．０ｇ−Ｎ／ｌ・日、好ましくは０．０３〜０．３ｇ−Ｎ／ｌ・日で、凝縮水を添加した混合排水と硝化反応槽からの循環硝化液との容量比が１：１〜１：２０、好ましくは１：３〜１：５であり、脱窒反応槽での滞留時間が０．５〜２４時間、好ましくは１〜１２時間であり、硝化反応槽内での滞留時間が１．５〜９６時間、好ましくは５〜３６時間であり、硝化反応槽のｐＨを５〜１０、好ましくは６．５〜８．５に調整することからなるこれらの排水中の窒素またはリンを除去する方法はより好ましい。ＢＯＤが３００ｍｇ／ｌ以上になると硝化菌は優占種となりがたい。
【０００９】
酒類製造時に発生する残さを乾燥機・濃縮機を用いて乾燥し濃縮する。そのとき蒸発気体を凝縮することにより凝縮水を得る。
排水処理施設から公共水域へ排出される窒素やリン濃度が排水基準値を超えると、希釈するか再度排水処理施設に戻していた。高濃度の排水を硝化液循環脱窒装置で処理した一次処理水が基準に達しない場合は、さらに同型の硝化液循環脱窒装置を連結して多段式にした装置を用いて処理した二次処理水の窒素やリン濃度を基準値以下に減少・除去することができる。
【００１０】
酒類として、清酒、ビール、リキュール、雑酒、焼酎などが挙げられる。焼酎として、芋焼酎、麦焼酎、米焼酎、ごま焼酎、ひえ焼酎、とうもろこし焼酎、黒糖焼酎などが挙げられる。
乾燥機として、蒸気薄膜間接乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、ドラムドライヤ、スプレードライヤ、赤外線乾燥機、熱風乾燥機、定温乾燥機、送風乾燥機などが挙げられる。濃縮機として、減圧濃縮機、減圧蒸留濃縮機などが挙げられる。
【００１１】
得られた凝縮水は、有機性炭素（ＴＯＣ）、酢酸、エタノールを主に含む水溶液であり、ｐＨとして３〜５の値を示し、化学的酸素消費量（ＣＯＤ）は１０００〜９０００ｍｇ／ｌ、生物学的酸素消費量（ＢＯＤ）は３０００〜２５０００ｍｇ／ｌである。無機性炭素（ＩＣ）、全窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）などは極めて少ない。
生物は、ほてい、葦、芦、微生物、細菌、活性汚泥などであり、微生物として、リン蓄積菌、硝化菌または脱窒菌、あるいは活性汚泥から選ばれた少なくとも一つを含むものが好ましい。
排水は、生活排水、工場排水、農業排水、畜産排水、メタン発酵処理排水などをいい、高濃度の窒素またはリン成分を含有する排水処理施設からの処理水を含む。また、排水は廃水も含むものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
窒素やリンなどの栄養塩類を多く含む排水において、凝縮水をさらに添加混合して生物処理で窒素やリンを効率的に除去できることを実現した。
以下、本発明方法を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１３】
【実施例】
〔実施例１〕
蒸気薄膜間接乾燥機（装置：サイクロンドライヤー、（株）オカドラ製造）を用いて芋焼酎残さ１００ｋｇを９０℃で乾燥した。このとき発生する蒸気を２０℃で凝縮し、収集し、いわゆる凝縮水を８２ｌ得た。液体クロマトグラフ、ガスクロマトグラフ、窒素・リン分析装置、全炭素・全窒素分析装置を用いて、ＪＩＳ  Ｋ  １０２に準拠して、得られた凝縮水を分析した。その結果を表１に示した。
【００１４】
〔実施例２〕
減圧濃縮機を用いて缶内圧力４５０ｍｍＨｇ，品温７０℃で麦焼酎残さ５０kgを濃縮した。このとき発生する蒸気を２０℃で凝縮し、収集し、いわゆる凝縮水を３５ｌ得た。液体クロマトグラフ、ガスクロマトグラフ、窒素・リン分析装置、全炭素・全窒素分析装置を用いて、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２に準拠して、得られた凝縮水を分析した。その結果を表１に示した。
【００１５】
【表１】
0003797114.tif 000002
【００１６】
〔実施例３〕
食肉工場から採取した活性汚泥２．０ｌをアクリル製の回分式活性汚泥反応槽３．０ｌに入れた。実施例1で得た芋焼酎残さからの凝縮水３．０lを７倍に希釈し、これをメタン発酵排水と混合した。この混合排水ＢＯＤ濃度１３００ｍｇ／ｌに調整した。これを反応槽に０．３ｌ入れ、７日間馴養した。次に窒素濃度２３４ｍｇ／ｌ、リン濃度１７．１ｍｇ／ｌ含有の上記混合排水を毎日１．０ｌ供給し、１６時間通気させ生物処理した。８時間静置沈降後、上澄液１．０ｌを排出させ、また新たに混合排水を１．０ｌ投入して生物処理を７日間行った。
その結果、混合排水は窒素４９ｍｇ／ｌとリン濃度４．０ｍｇ／ｌの処理水となり、窒素・リンそれぞれ７９％、７７％除去できた。
【００１７】
〔比較例１〕
ＢＯＤ濃度を同一とし，窒素濃度１１７０ｍｇ／ｌリン濃度８５ｍｇ／ｌの、凝縮水未添加の排水を調整した。この排水を毎日１．０ｌずつ投入して１６時間通気させ生物処理した。８時間静置沈降後、その上澄液１．０ｌを排出させ、また新たに排水を１．０ｌ投入して生物処理を７日間行った。その結果、窒素・リンはそれぞれ１１％、５％除去できた。
【００１８】
〔実施例４〕
実施例1で得た芋焼酎残さからの凝縮水２．０lを９倍に希釈し、これとメタン発酵排水と混合してＢＯＤ濃度１１００ｍｇ／ｌに調整した以外は、実施例３と同様な処理をした。窒素濃度１１７ｍｇ／ｌ、リン濃度８．５ｍｇ／ｌの混合排水を生物処理した結果、処理水の窒素濃度２２ｍｇ／ｌ、リン濃度０．８ｍｇ／ｌとなり、それぞれ除去率８１％、９１％とさらに高い効率で除去されている。
【００１９】
〔実施例５〕
硝化液循環脱窒装置は、脱窒反応槽と硝化反応槽を連結した装置であり、これを図２に示す。脱窒反応槽は図２に示した容積０．４５ｌ、高さ５５ｃｍの塔型リアクターである。実施例２で得た麦焼酎残さからの凝縮水を添加した混合排水をタイマー制御した送液ポンプで脱窒反応槽へ供給した。この槽の温度を保温水で３５〜３７℃に保った。し尿処理場の活性汚泥を投入して、脱窒菌を３週間馴養した。
硝化反応槽は、硝化菌を固定させるため固定材としてその材質がポリプロピレンとポリスチレン製からなる径１０ｍｍ、長さ１５ｍｍの網目構造円筒体（頭髪用カール）を用いた浸水ろ床型硝化反応槽で、空隙率９０％・反応容積１．３５ｌである。し尿処理場の活性汚泥２．５ｌを硝化槽２．５ｌに投入し、硝化菌を３週間馴養した。なお、硝化反応槽内温度はセラミックヒータで２８〜３０℃に保温し、５％炭酸水素ナトリウム溶液または１規定塩酸溶液を使用してｐＨを７．４〜８．０にコントロールした。硝化反応槽の溶存酸素は２ｍｇ／ｌ以上にコントロールした。
上記の麦凝縮水とメタン発酵排水を混合した、ＢＯＤ濃度２０８０ｍｇ／ｌの混合排水を毎日０．９ｌ硝化液循環脱窒装置に供給した。脱窒反応槽と硝化反応槽で処理したのち循環硝化液として４．５ｌ／日（容量比１：５）循環し、混合排水と合流させて再び脱窒反応槽へ供給して生物処理を行い、窒素とリンの除去率を求めた。その結果、窒素除去率８０％、リン除去率４６％であった。
【００２０】
〔実施例６〕
実施例２で得た麦焼酎残さからの凝縮水を畜産排水（窒素濃度２６５０ｍｇ／ｌ）に添加混合し、ＢＯＤ濃度１６８０ｍｇ／ｌ、窒素濃度５３０ｍｇ／ｌ、リン濃度１６ｍｇ／ｌの混合排水に調整した。この調整した混合排水を、毎日０．９ｌずつ脱窒反応槽に供給し、次に、脱窒反応槽から硝化反応槽に送り、その処理水のうち循環硝化液として３．６ｌ／日（容量比１：４）循環させ、混合排水と合流後再び脱窒反応に供給し、生物処理を行って窒素とリンの除去試験を行った。
処理水の窒素濃度は１３２ｍｇ／ｌで除去率７５％、リン濃度９．２ｍｇ／ｌ、除去率４３％であった。
【００２１】
〔実施例７〕
実施例６と同一の混合排水を調整した。この調整した混合排水を、毎日０．９ｌずつ脱窒反応槽に供給し、次に、脱窒反応槽から硝化反応槽に送り、その処理水のうち循環硝化液として１４．４ｌ／日（容量比１：１６）循環させ、混合排水と合流後再び脱窒反応に供給し生物処理を行った。その結果、処理水の窒素除去率６５％、リン除去率３０％であった。
【００２２】
〔比較例２〕
畜産排水を普通の水で希釈し、ＢＯＤ濃度７５０ｍｇ／ｌ、窒素濃度  ５３０ｍｇ／ｌ、リン濃度１６ｍｇ／ｌに調整した以外は、実施例６と同様に処理した。処理水の窒素濃度は４０８ｍｇ／ｌで除去率２３％、その他は硝酸性窒素として多く処理水中に残存した。また、リン濃度１４．２ｍｇ／ｌでリン除去率１１％であった。この結果，凝縮水未添加は１／３の低い除去であった。
【００２３】
〔実施例８〕
麦焼酎残さを間接乾燥機で乾燥して得られた凝縮水を用いた。この凝縮水と工場排水を混合し、ＢＯＤ濃度１５００ｍｇ／ｌ、窒素濃度を１７０ｍｇ／ｌ、リン濃度１７．１ｍｇ／ｌを含む混合排水を調整した。毎日１.０ｌずつ混合試料を回分式活性汚泥反応槽に投入して１６時間通気させ生物処理したのち、８時間静置沈降後その上澄液１.０ｌ排出させ，また新たに混合排水を１.０ｌ投入して生物処理を７日間行った。７日目の処理水の結果は、窒素濃度２５．５mg/lで除去率は８５％、リン濃度４．０ｍｇ／ｌで除去率は７７％を示した。
【００２４】
〔比較例３〕
工場排水を普通の水で希釈し、ＢＯＤ濃度５５０ｍｇ／ｌ、窒素濃度  ２７６ｍｇ／ｌ、リン濃度１６．５ｍｇ／ｌに調整した以外は、実施例７と同様に処理した。処理水の窒素濃度は１７１ｍｇ／ｌで除去率３８％、リン濃度１３．８ｍｇ／ｌで１６％除去であった。
【００２５】
〔実施例９〕
多段式の硝化液循環脱窒装置を図３に示した。これは実施例５の装置をさらに連結した装置である。排水と凝縮水を混合した第一混合排水は第一脱窒反応槽と第一硝化反応槽で生物処理され一次処理水となる。さらに凝縮水を添加混合して第二混合排水とし、第二脱窒反応槽と第二硝化反応槽で生物処理し、二次処理水となる。その二次処理水を循環させ第二混合排水と合流後再び第二脱窒反応に供給し、生物処理した。なお二次処理水の窒素濃度が規制値以下では循環しない。脱窒反応槽の脱窒菌や硝化反応槽の硝化菌はそれぞれ実施例５と同様に馴養させて生物処理を行った。水産加工排水に芋焼酎からの凝縮水を添加してＢＯＤ濃度１４００ｍｇ／ｌ、窒素濃度３５１ｍｇ／ｌ、リン濃度２５．６ｍｇ／ｌの混合排水を毎日０．９ｌ供給し、生物処理を行った。脱窒反応槽と硝化反応槽で生物処理された一次処理水は窒素濃度１０５ｍｇ／ｌ、リン濃度１４．７ｍｇ／ｌであった。この一次処理水にさらに前記の凝縮水を添加混合してＢＯＤ濃度９３０ｍｇ／ｌに再調整した第二混合排水を生物処理した。その結果、窒素濃度９．０ｍｇ／ｌとリン濃度９．５ｍｇ／ｌの二次処理水となり、それぞれ大きく除去することができた。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、従来の排水処理施設から公共水域へ排出される高濃度の窒素やリンなどを減少することができ、かつ産業廃棄物として海洋投棄されていた酒類残さを有効活用することができた。
本発明は、酒類残さを乾燥し濃縮して凝縮水を生成し、得られた凝縮水と生物とを用いて、高濃度の窒素またはリンを含む排水から窒素またはリンを減少・除去する方法であることが分かる。このことは、従来の排水処理装置にこの方法を適用することで、窒素やリン除去の高度処理が可能となる。この結果、赤潮やアオコなどの発生を抑制でき、富栄養化対策や水質浄化で環境保全に大きく貢献できることになる。
本来除去すべきＢＯＤなどを多く含有する凝縮水をさらに添加するという新しい発想に基づく、高濃度の窒素またはリンを含む排水から窒素またはリン成分を減少・除去する方法であることが分かる。
産業廃棄物として酒類残さは海洋投棄され大きな環境問題を引き起こしている。例えば九州地区では４６万トンありその処理に苦慮している。この酒類残さから得られる凝縮水は３６万トンであり、鹿児島県の畜産排水量６００万トン〜７００万トンを処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回分式活性汚泥法を用いた図である。
【図２】硝化液循環脱窒法を用いた図である。
【図３】多段式硝化液循環脱窒法を用いた工程図である。
【符号の説明】
１１  活性汚泥反応槽
１２  散気菅
１３  コンプレッサ
２１  排水
２２  凝縮水
２３  混合排水
２４  送液ポンプ
２５  脱窒反応槽
２６  保温水
２７  脱窒処理水
２８  硝化反応槽
２９  硝化槽
３０  ｐＨコントローラ
３１  セラミックヒータ
３２  散気菅
３３  コンプレッサ
３４  循環硝化液
３５  送液ポンプ
３６  処理水
【図１】
0003797114.tif 000003
【図２】
0003797114.tif 000004
【図３】
0003797114.tif 000005