JPH0218916B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、上向流式嫌気性汚泥床法によりし尿
系汚水を処理する方法に関する。 〔従来の技術〕 上向流式嫌気性汚泥床法（以下、UASB法と
略記する）は、廃水をメタン発酵するための方法
として近年開始された方法であつて、原廃水を発
酵槽の下部より上向流として流入させ、菌の付着
担体を用いることなく、汚泥（菌）をフロツク化
若しくは粒状化せしめることにより汚泥床（スラ
ツジベツド）を形成させ、発酵槽中の高濃度の微
生物を確保することにより高容積負荷を許容しう
る嫌気的微生物処理技術であつて、その装置とし
ては低負荷時の被処理液の短絡を防止するために
底部に被処理液を均一に流入させるための分配流
入管を備え、かつ、上部にガス−固−液の三相分
離装置を備えたものである（下水道協会誌
Vol.22、No.255、1985／８ 67〜77頁）。 このUASB法は、廃液の質的差異により採用
できる場合と採用できない場合のあることが知ら
れており、この方法をし尿系廃水のメタン発酵に
利用できるかどうかを検討した報告例はこれまで
のところ皆無である。 〔発明の目的〕 本発明は、し尿系汚水をUASB法により処理
する方法を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕 本発明はし尿系汚水を、予め酸発酵させると共
に含有するSSをスカムとして除去した後、底部
に分配流入管を、上部に気−固−液分離部を有す
る汚泥床式メタン発酵反応槽中に上向流で通水し
てメタン発酵処理を行なうに際し、し尿系汚水に
直接又は汚泥床式メタン発酵反応槽に酸発酵され
た被処理水を導入するまでの間に、し尿系汚水中
のアンモニア性窒素濃度に応じて塩酸を添加する
ことを特徴とするし尿系汚水の処理方法である。 従来のし尿系汚水のメタン発酵処理は、メタン
発酵槽内におけるできるだけ長いし尿滞留時間を
硬保するために、長時間滞留可能な完全混合式消
化槽、固定床式上向流嫌気性反応槽及び流動床式
嫌気性反応槽が用いられている。これらは何れも
メタン菌等の嫌気性菌のフロツク（径約0.5mm以
下）の形成が、これらの菌の担体に対する付着能
力を利用して構成された処理方法であつて、基質
としてのし尿はこれらの菌のフロツクの形成や担
体への付着に対し悪影響を与えることがないの
で、非効率ながらし尿系汚水を希釈することなく
そのまま処理することが可能であつた。 一方、UASB法は、メタン菌等の嫌気性菌の
発酵槽内における保持力ないしは保持量を大とす
るために、担体等の菌の付着媒体を用うることな
く、菌体自身を自己固定化せしめ、即ち菌体が
0.5mm〜５mm程度の顆粒状に凝集したグラニユー
ルを形成せしめ、該グラニユールにより、汚泥床
（汚泥のブランケツト層）を形成させ、該汚泥床
中に上向流で廃水を通してメタン発酵を行う方法
であつて、特定の有機性廃水を高効率で処理でき
る方法である。 本発明者らは、特定の有機性廃水に対してでは
あるが、高効率でメタン発酵処理を行ないうる
UASB法にし尿を直接適用することを試みたが、
汚泥床を形成している菌体が顆粒状に凝集してい
るグラニユールがスカムと共に浮上し流失されて
しまい所期の目的を達成しえないことを見いだし
た。 そこで、UASB反応槽を２基直列に連結して
使用し、前段のUASB反応槽において酸発酵と
し尿中のSSのスカム化による浮上分離を行なわ
せ、後段のUASB反応槽によつてSS濃度がほぼ
5000mg／以下に減少した酸発酵し尿を処理した
ところ、後段のUASB反応槽でグラニユールが
流出することなく、順調にメタン発酵することが
できたが、UASB反応槽より流出するメタン発
酵処理流出水中にはなお2500mg／以上の揮発性
有機酸が残在し、供試し尿として用いたBOD濃
度に対しBOD除去率は70％を越えることはなく、
平均除去率は68％であつた。この結果であつても
十分に満足できる処理成積ではあるものの、後段
のUASB法にかかる負荷を低減させ高度処理を
行ない処理コストを下げるためには、BOD除去
率を更に増加させることが有効であると考え、更
に前記の揮発性有機酸の残在率が高い理由につい
て検討を行なつた。 前記二段階処理法においては、前段の発酵槽は
必らずしもUASB反応槽を用いる必要はないが、
上向流反応槽とし酸発酵と共にスカムの発生を促
進する必要がある。従つて、流入SSの大径のフ
ロツクを形成させる必要上ガス撹拌や機械撹拌等
を行なうことなく、発生するガスによつてのみ穏
和に撹拌することにより、フロツクの解体を防ぎ
つつスカムの発生を促がすため、発生ガスは短時
間に一過流的に該前段の反応槽中を上昇するに過
ぎず、十分な気液接触が行なわれないので、発生
ガス中の炭酸ガスが酸発酵液中に十分に吸収され
ないこととなる。その結果後段のUASB反応槽
においてはし尿中のアンモニアを中和するのに十
分な酸濃度が不足し、もし揮発性有機酸濃度０と
なつた場合の推定値は8.7とメタン発酵菌にとつ
て好ましいPH条件（6.9〜8.2）から大幅にはずれ
た値となる。 事実、後段のUASB反応槽に極めて活性の高
いメタン発酵菌のグラニユールを充填してし尿の
処理実験を開始したところ、実験開始直後はメタ
ン発酵菌の作用が活発であるため揮発性有機酸が
多量に分解されるため、流出する処理水中の揮発
性有機酸濃度が低く、従つてBOD除去率も80％
と高かつた。しかしながら、時間の経過と共に処
理水中の揮発性有機酸濃度の増加が見られ、処理
水中の揮発性有機酸濃度約2700mg／で定常状態
となつた。 この時のPHは、残在揮発性有機酸濃度とアンモ
ニアとの中和平衡によつて約8.2で安定していた
が、BOD除去率は67％と低い状態で推移した。 その原因は、実験開始直後の菌の活性が高い段
階においてBOD除去率が高く、従つて処理水中
の揮発性有機酸濃度が低い段階において、処理水
のPH即ち反応槽内のPHがメタン発酵菌にとつて好
ましいPHよりも高くなり、従つてメタン発酵菌の
活性が低下し、この活性の低下に伴ない処理水中
の有機酸濃度が次第に高くなり、2700mg／で定
常状態に達したものと解される。 事実、実験開始直後の処理水のPHは高く、最高
8.4に達した。 以上の結果から、第１段階においてし尿系廃水
の有機酸発酵とSSの除去を行なつた後第２段階
においてUASB処理を行なう二段式のUASB法
において、外部よりPH調節を行なわない場合に
は、後段のUASB反応において揮発性有機酸が
必らず残留することにより、メタン発酵の生じう
るPH8.2以下に発酵槽内の液が維持されることが
わかつた。 以上の結果から、酸成分として無機酸を添加す
ることにより、いかなる場合にもUASB反応槽
におけるPHをメタン発酵菌の活性に好ましいPH条
件に保持しうるようにすれば揮発性有機酸の分解
を促進し処理液中の揮発性有機酸濃度を低減しう
るのではないかと考えられたので、各種の無機酸
を添加して実験を行なつた。 なお、該実験においては、グラニユール化した
菌体１を保有する全容量3.5のUASB反応槽
（発酵槽部2.0、気−固−液分離部1.5）に、
し尿のBOD濃度に応じて発酵槽部に対するBOD
容積負荷が10ｇ／・日となるようにUASB反
応槽底部に表−１中に示した量の無機酸を添加し
たし尿を導入し、上向流で通水して33℃の加温条
件下で発酵処理を行つた。 結果を表−１に示す。

【表】 表１からわかるように、し尿系汚水中のアンモ
ニア性窒素濃度が1200mg／の場合塩酸を500
mg／以上添加することによつて、前記二段式
UASB処理における処理水中の揮発性有機酸濃
度は100mg／にまで低下し、BOD除去率は86％
にまで高められた。また同様の効果を得るために
は、し尿系汚水のアンモニア性窒素が3000mg／
の場合には添加塩酸量を2000mg／以上とする必
要があり、し尿中のアンモニア性窒素が7000mg／
の場合では5000mg／以上の塩酸を添加するこ
とによつて処理水中の揮発性有機酸濃度を150
mg／以下にすることが可能となり、BOD除去
率も85％以上とすることが可能であつた。 塩酸以外に添加した無機酸は硫酸とリン酸であ
つたが、リン酸の場合には塩酸と同一濃度添加の
条件下で処理水揮発性有機酸の減少効果として塩
酸の効果の約1/2にすぎなかつた。またリン酸の
添加を行う場合には、不溶性SSが多量に発生す
るというマイナス効果が見られた。一方硫酸を塩
酸と同濃度に添加した条件では、逆にメタン発酵
に対する阻害作用が見られ、後段UASB反応槽
でのメタンガス発生量の減少と、処理水有機酸濃
度の増加によつてBOD除去率はアンモニア性窒
素3000mg／のし尿系汚水を処理した場合で68％
から28％〜37％にまで低下してしまつた。この結
果より、添加すべき無機酸としては塩酸が最も適
していることがわかつた。また塩酸を添加するに
当たつては原水としてのし尿系汚水中に添加する
ことの他に、酸発酵処理後の後段UASB反応槽
への流入し尿に添加することも同様な効果を得る
ことが可能であつた。 本発明方法においてし尿系汚水処理の処理効率
が改善された理由として、前記のように処理水に
残在する揮発性有機酸濃度を減少せしめることが
できることの他に、UASB法特有の改善効果が
ある。すなわち、高PHとそれによつて生じる遊離
アンモニアの阻害作用によつて、UASB法がメ
タン発酵プロセスとして成立するうえで最も重要
なメタン菌によるグラニユールの形成が十分にな
されないという欠点を克服できたことである。こ
のことにはUASB法を採用するうえできわめて
重要な意義が存在する。PH中和をなんら行なわず
に酸発酵後のし尿系汚水を後段のUASB反応槽
に通水した場合には、処理開始当初充填したグラ
ニユール化汚泥は十分な活性を維持しつつ保持さ
れたが、少なくともそこでのグラニユール化汚泥
の増加が見られなかつた。 したがつて、この方法によつては、処理装置運
転の始動に当たつて必らずグラニユール化したメ
タン発酵汚泥を入手する必要があるがその入手の
ためには相当の費用を必要とする。これに対して
本発明の方法では、当初充填したメタン発酵汚泥
がグラニユール化したものでなかつたにもかかわ
らず、後段UASB反応槽内において徐々にメタ
ン発酵汚泥のグラニユール化が進み、最終的には
PH調整を行なわなかつたそれの３倍のグラニユー
ル化汚泥層が形成され、グラニユール化汚泥を用
いることなく、し尿処理用のUASBプロセスを
始動させることが可能であつた。また処理性能的
には、塩酸添加によつてPH中和を行なわずに運転
した二段式し尿処理UASBプロセスの全滞留時
間が2.5日であつたのに対して、本発明の方法に
よつて達成できた全滞留時間は1.0日とさらに高
負荷、高速処理プロセス化することができ、また
処理成積も前述のようにさらに優れたものであつ
た。このようなし尿系汚水の処理時間は、従来実
用されているし尿嫌気性消化槽のそれが平均30日
であることと比較すれば、本発明の方法が実に20
倍〜30倍の高負荷処理、高速処理を達成しうるも
のであり、その実用上の効果はきわめて大きいも
のである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ し尿系汚水を予め酸発酵させると共に含有す
   るSSをスカムとして除去した後、底部に分配流
   入管を、上部に気−固−液分離部を有する汚泥床
   式メタン発酵反応槽中に上向流で通水してメタン
   発酵処理を行なうに際し、し尿系汚水に直接又は
   汚泥床式メタン発酵反応槽に酸発酵された被処理
   水を導入するまでの間に、し尿系汚水中のアンモ
   ニア性窒素濃度に応じて塩酸を添加することを特
   徴とするし尿系汚水の処理方法。 ２ 処理水のPHを6.9〜8.2の範囲に保持しうる量
   の塩酸を添加する特許請求の範囲第１項記載のし
   尿系汚水の処理方法。 ３ 塩酸の添加量がし尿系汚水１当りHClとし
   て0.5〜５ｇの範囲内の量である特許請求の範囲
   第１項記載のし尿系汚水の処理方法。