JP2014100679A - 担体を利用した嫌気性排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機物を含有する排水を、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生物学的に処理する方法において、すでに一定の処理能力に達した排水処理の処理能力が低下した場合、または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した反応槽に対し、さらなる担体への微生物増殖および基質との接触効率を促進させることにより処理能力を向上させる。
【解決手段】処理能力が低下した反応槽または、嫌気性消化汚泥で一定の処理能力に達した担体を保持する反応槽にメタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を添加した後、有機性排水の通水を行なう。添加するメタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物の量は担体１Ｌあたり１〜９００ｇの範囲が好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は有機性排水の処理方法に関する。詳しくは、有機物を含有する排水を、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生物学的に処理する排水処理方法において、すでに一定の処理能力に達した該反応槽の処理能力が低下した場合に、担体への微生物増殖および基質との接触効率を促進させることにより処理能力を回復させる／または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した該反応槽に対し、さらなる担体への微生物増殖および基質との接触効率を促進させることにより処理能力を向上させる方法に関する。

有機物を含有する排水（有機性排水）の処理方法として、メタンガスの回収、再利用が可能な嫌気処理法は、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 Granule Sludge Blanket）法も実用化されている。

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、担体に生物を増殖させて処理を行なうものである。

担体を用いる場合には高い処理能力が期待できるものの、固定床担体、流動床担体を問わず、立ち上げ及び処理能力維持・回復等には、嫌気性消化汚泥が使用されており、その排水処理能力は十分ではなかった（特許文献１および２）。

具体的には、何らかの理由で処理能力が低下した場合には、再び担体へ微生物を増殖させなければならないが、その際に嫌気性消化汚泥を使用した場合、能力回復に多大の時間を要するという大きな欠点があった。また、立ち上げ後の処理能力も十分ではなかった。

特開２０１２−７６０００号公報 特開２０１２−１１０８２０号公報

本発明は、有機物を含有する排水を、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生物学的に処理する方法において、一定の処理能力に達した該反応槽の処理能力が低下した場合に、担体への微生物増殖および基質との接触効率を促進させることにより処理能力を回復させる方法および嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した該反応槽に対し、さらなる担体への微生物増殖および基質との接触効率を促進させることにより処理能力を向上させる方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、すでに一定の処理能力に達した該反応槽の処理能力が低下または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した反応槽に対し、該反応槽にメタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を、適切な量添加し、効率よくメタン菌を増殖させる運転条件を採用することにより、上記課題を解決することができることを見出した。

本発明について、以下具体的に説明する。

［１］有機物を含有する排水を、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生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、すでに運転されている反応槽にメタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を添加することを特徴とする有機性排水の処理方法。

［２］メタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を、担体１Ｌあたり１〜９００ｇの範囲で存在させることを特徴とする、請求項１に記載の有機性排水の処理方法。

［３］担体がポリビニルアルコール系担体である、請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法。

本発明によれば、有機物を含有する排水を、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生物学的に処理する方法において、すでに一定の処理能力に達した該反応槽の処理能力が低下した場合、または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した該反応槽に対し、担体への微生物増殖および基質との接触効率を促進させることにより処理能力を回復させることができる。

従来、担体法で処理能力が低下した場合には、一旦その担体で処理できる負荷まで通水量を下げ、担体への微生物増殖に合わせて徐々に通水量を上げていく方法をとる。
しかし、嫌気性消化汚泥に含まれるメタン菌の場合には、菌の増殖速度が非常に小さいため、能力回復に１〜３ヵ月かかるのが常であった。
また、嫌気性消化汚泥を種汚泥として使用した場合において、メタン菌以外の菌や固形物も多く含まれるため、種汚泥としては効率的でない。ちなみに嫌気性消化とは下水やし尿汚泥処理において発生する汚泥・固形分を、酸素との接触を断って嫌気性細菌によって分解することを指し、その汚泥を嫌気性消化汚泥と呼ぶ。自治体や管理者の許可が得られれば入手しやすいというメリットがあり、種汚泥としてよく利用されている。

本発明においては、すでに一定の処理能力に達した該反応槽の処理能力が低下した場合、または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した該反応槽に対し、メタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を、担体１Ｌあたり１〜９００ｇの範囲で添加することにより短期間で処理能力を回復させることができる、または、さらなる担体への微生物増殖および基質との接触効率を促進させることにより処理能力を向上させることができる。

反応槽に投入されたメタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物は、能力回復時においては、有機性排水の分解に寄与すると同時に種汚泥として担体への微生物の増殖を促進する。

以上説明したとおり、本発明によれば、処理能力が低下した場合の処理能力回復に要する時間を大幅に短縮すると共に、処理能力回復後においても効率的な処理を行うことが可能、または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した該反応槽の処理能力をさらに向上させることが可能となる。

実施例および比較例で用いた生物処理装置の構成を示す系統図である。 実施例１、比較例１及び比較例２における処理能力の経時変化を示すグラフである。 実施例２、比較例３及び比較例４における処理能力の経時変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の有機性排水の処理方法は、有機物を含有する排水を、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生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、すでに一定の処理能力に達した該反応槽の処理能力が低下した場合、または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した反応槽に対し、メタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を、担体１Ｌあたり１〜９００ｇの範囲で添加することを特徴とする。

処理能力低下の原因としては、さまざまなケースが考えられるが、たとえば、微生物に対して毒性のある物質が混入した場合、反応槽内が酸性またはアルカリ性になった場合、酸素が混入し嫌気性雰囲気が損なわれた場合、原水濃度や流量が大きく変動した場合、窒素・リンなどの栄養塩やカルシウム、マグネシウムなどのミネラルが不足した場合、反応槽内に揮発性有機酸が蓄積した場合などで、必要なＣＯＤ除去能力が得られない場合である。
また、嫌気性消化汚泥を種汚泥として立ち上げた場合、嫌気性消化汚泥は先に述べた通り、メタン菌以外の菌や固形物も多く含まれるため、担体に菌を増殖させるための種汚泥としては効率的でない。

まずは、上記のような能力がダウンした原因を取り除き、正常な運転条件にすることが必要であるが、一旦担体に棲息する微生物がダメージを受けてしまうと容易に処理能力を回復させることができない。
また、嫌気性消化汚泥を種汚泥として立ち上げた場合、担体の排水処理能力はあるところで頭打ちとなってしまう。

本発明では担体を保持しすでに一定の処理能力に達した反応槽で、処理能力が低下した後、または、嫌気性消化汚泥を種汚泥として一定の処理能力に達した反応槽に対し、メタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を所定量添加することで担体への微生物の増殖を促進する効果を奏する。

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ＣＯＤ濃度・種類に規定はないが、具体的には、食品工場等の製造排水、化学工場等の有機性排水、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。

反応槽に投入するメタン菌グラニュールは、特に限定されるものではないが、ＵＡＳＢ法やＥＧＳＢ法で使用されているグラニュール（平均粒径０．５〜３．０ｍｍ）は嫌気処理を行なっているためメタン菌を多く含んでいるので、これらを用いるのが好ましい。また、担体との接触効率を上げるためにこれらのグラニュールを平均粒径４５０μｍ以下に粉砕したものを用いてもよい。またグラニュールと平均粒径４５０μｍ以下に粉砕したグラニュールを両方用いてもよい。
反応槽に投入するメタン菌としては、一般的に下水消化汚泥やグラニュールなどが挙げられるが、下水消化汚泥よりグラニュールの方がメタン比活性が高いことが知られている。よって、下水消化汚泥より、グラニュールの方が好ましい。
グラニュールを平均粒径４５０μｍ以下に粉砕させる場合の方法は特に限定されるものではないが、ボールミル等で粉砕させる方法、ポンプを通過させて粉砕させる方法、撹拌により粉砕させる方法が挙げられる。

本発明においては、メタン菌グラニュールを、担体１Ｌあたり１〜９００ｇの範囲で存在させることが好ましく、担体１Ｌあたり１〜５００ｇの範囲で存在させることがより好ましく、担体１Ｌあたり１〜１５０ｇの範囲で存在させることがさらに好ましい。ここで、メタン菌グラニュールの量は、揮発性浮遊性物質（Volatile Suspended Solid：ＶＳＳ）の量のことである。ＶＳＳとは、有機性固形物の総量の目安となる指標をいう。担体１Ｌあたり１ｇよりもメタン菌グラニュールの投入量が少ないと本発明の効果を十分に得ることができず、担体１Ｌあたり９００ｇよりも多いと粘度が上昇し撹拌が困難となる可能性がある。また、反応槽内からのメタン菌グラニュールの流出が多く、処理水の悪化が懸念されるため好ましくない。

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。
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、バクテリア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よりも小さいとバクテリアが内部に進入できないなどの問題があり、１００μｍよりも大きいとバクテリア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。

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。

原水の有機物濃度は特に限定されるものではなく、ＣＯＤＣｒ５００〜５００００ｍｇ／Ｌなど幅広く適用できる。反応槽に流入する際の原液のｐＨは６．５〜７．５程度であることが好ましく、従って、原水は必要に応じてｐＨ調整を行ってから反応槽に通水することが好ましい。

反応槽の負荷も特に限定はないが、５〜５０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日と高負荷をかけることも可能である。また、反応槽内の温度は通常のメタン発酵の条件と同様で２５〜４０℃、特に３０〜３８℃とすることが好ましい。

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１］
図１に示すフローに従って、食品会社Ｆの実排水による嫌気性排水処理を実施した。反応槽の仕様並びに処理条件は下記の通りとした。

・反応槽の仕様
反応槽：容量８Ｌ
槽内温度：３５〜３７℃
反応槽に充填する担体：アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル状担体（直径約４ｍｍ，比重１．０２５）
反応槽担体充填量：４０容量％（槽容積に対する。）
・処理条件
原水ＣＯＤＣｒ濃度：５０００ｍｇ／Ｌ

担体を使用した嫌気性流動床として、上記反応槽の仕様および処理条件にて容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日で連続運転を実施している系列において、高濃度の原水が流入し、反応槽内に揮発性有機酸が蓄積したことによって処理能力が低下し、容積負荷１３ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日まで下げざるを得ない状況となった。その際、グラニュールを１５（ｇ−ＶＳＳ／Ｌ−担体）投入した。結果、数日間で元の容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日まで回復することができた。更に１ヶ月以上連続運転を継続したが、処理能力の低下は起こらず、ＣＯＤＣｒ除去率は、常に９０％以上を推移し、非常に良好であった。

［比較例１］
図１に示すフローに従い、反応槽の仕様槽容量および処理条件を実施例１と同じとし、容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日で連続運転を実施している系列において、高濃度の原水が流入し、反応槽内に揮発性有機酸が蓄積したことによって処理能力が低下し、容積負荷１３ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日まで下げざるを得ない状況となった。そのまま運転を継続したところ、徐々に処理能力が低下していき、３０日後には運転を継続することが困難となった。

［比較例２］
図１に示すフローに従い、反応槽の仕様槽容量および処理条件を実施例１と同じとし、容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日で連続運転を実施している系列において、高濃度の原水が流入し、反応槽内に揮発性有機酸が蓄積したことによって処理能力が低下し、容積負荷１３ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日まで下げざるを得ない状況となった。その際、嫌気性消化汚泥を１５（ｇ−ＶＳＳ／Ｌ−担体）投入した。結果、１０日程度で容積負荷１７ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日まで回復したものの、その後、徐々に処理能力が低下していった。

［実施例２］
図１に示すフローに従い、反応槽の仕様槽容量および処理条件を実施例１と同じとし、嫌気性消化汚泥を種汚泥として使用し立上げ、最大容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日で連続運転を実施している系列において、更に処理能力を上昇させるために、グラニュールを１５（ｇ−ＶＳＳ／Ｌ−担体）投入した。結果、１週間程度で容積負荷３０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日に到達した。その後、同負荷にて更に１ヶ月以上連続運転を実施したが、処理能力の低下は起こらず、ＣＯＤＣｒ除去率は、常に９０％以上を推移し、非常に良好であった。なお、４０日間の積算した除去量は１０７２ｋｇ−ＣＯＤＣｒであった。

［比較例３］
図１に示すフローに従い、反応槽の仕様槽容量および処理条件を実施例１と同じとし、嫌気性消化汚泥を種汚泥として使用し立上げ、最大容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日で連続運転を実施している系列をそのまま運転し続けた。なお、４０日間の積算した除去量は８１１ｋｇ−ＣＯＤＣｒであった。

［比較例４］
図１に示すフローに従い、反応槽の仕様槽容量および処理条件を実施例１と同じとし、嫌気性消化汚泥を種汚泥として使用し立上げ、最大容積負荷２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日で連続運転を実施している系列において、嫌気性消化汚泥を１５（ｇ−ＶＳＳ／Ｌ−担体）投入した。結果、１週間程度で容積負荷２３ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ^３・日には到達したものの、その後、徐々に処理能力が低下していった。なお、４０日間の積算した除去量は８５８ｋｇ−ＣＯＤＣｒであった。

１・・・原水
２・・・嫌気反応槽
３・・・反応ガス
４・・・処理水

Claims (3)

1. 有機物を含有する排水を、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生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、すでに運転されている反応槽にメタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を添加することを特徴とする有機性排水の処理方法。
   
2. メタン菌グラニュールおよび／またはその粉砕物を、担体１Ｌあたり１〜９００ｇの範囲で存在させることを特徴とする、請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
3. 担体がポリビニルアルコール系担体である、請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法。

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