嫌気性処理方法及び嫌気性処理装置
【課題】グラニュール汚泥を保持する反応槽にパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水を導入して嫌気性処理するに当たり、反応槽でのグラニュールの解体、流出を抑制する。
【解決手段】反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定し、この測定値に基いて、反応槽への被処理水の導入流量、栄養剤の添加量、高分子凝集剤の添加量のいずれか１以上を制御する。反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定することにより、処理水に含まれる懸濁物質（ＳＳ）量を迅速に検知することができ、このＳＳ濃度の変化に応じて、必要な制御を行うことにより、グラニュール汚泥の解体、流出を防止することができる。
【解決手段】反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定し、この測定値に基いて、反応槽への被処理水の導入流量、栄養剤の添加量、高分子凝集剤の添加量のいずれか１以上を制御する。反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定することにより、処理水に含まれる懸濁物質（ＳＳ）量を迅速に検知することができ、このＳＳ濃度の変化に応じて、必要な制御を行うことにより、グラニュール汚泥の解体、流出を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラニュール汚泥が保持されたメタン発酵反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を導入して嫌気性処理を行う方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物含有水の嫌気性処理方法として、高負荷処理が可能なＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法、及びＵＡＳＢ法よりさらに高負荷処理が可能なＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）法が知られている。
【０００３】
これらＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法では、嫌気性微生物が粒状化したグラニュール汚泥を用いており、反応槽内で嫌気性微生物を含む汚泥をグラニュール状に維持、増殖させる。グラニュール汚泥を用いる生物処理法は、担体に微生物を保持させる固定床や流動床と比較して、高い汚泥保持濃度が得られるため、高負荷運転が可能である。また、グラニュール汚泥は、微生物濃度が高く、沈降性に優れるため、処理水と汚泥との固液分離も容易である。さらに、すでに稼働中の反応槽内のグラニュール汚泥を余剰汚泥として抜き出して、新設する反応槽内に投入すれば、新設した反応槽を短期間で立ち上げて安定した処理を行えるなどの利点をも有するため、最も効率的な嫌気性処理方法として認識されている。
【０００４】
グラニュール汚泥を用いるＵＡＳＢ法等において、有機物含有水を安定的かつ良好に処理する最大のポイントは、反応槽内においてグラニュール汚泥を維持、増殖させることである。反応槽内にグラニュール汚泥を維持、増殖させることができないと、処理性能は徐々に低下し、やがて処理不能に陥ることもある。
【０００５】
グラニュール汚泥は、酢酸資化性のMethanosaeta属の微生物が骨格となって形成され、水素資化性メタン菌、酢酸生成細菌、酸生成細菌等が共存する一種の生態系を構成している。これらの微生物の中でも酸生成細菌は、糖質、脂質、タンパク等を分解し、粘質物を産出することから細菌同士の結合力を強める働きをする。よって、糖基質の培養液を用いれば、最も強度の強いグラニュール汚泥が形成される。
【０００６】
ところで、紙を製造する製紙工程は、パルプ化工程、紙化工程、塗工加工工程、及び仕上工程に大別できる。例えば、パルプ化工程では主として木材を原料とし、これを機械的方法、化学的方法、又はその両方で処理して繊維を抽出しパルプ原料を得る。紙化工程では、パルプ化工程で製造されたパルプ原料をリファイナーと呼ばれる機械で叩解し、薬品等を加えて抄紙する。塗工加工工程では、塗料を抄紙して乾燥させた紙原体に塗布し、艶出し等の仕上げを行い、これを仕上工程で断裁して製品が得られる。
【０００７】
こうした製紙工程では、様々な性状の廃液が排出される。
例えば、パルプ化工程で製造されるパルプとしては、原料を化学的に処理して繊維を抽出する化学パルプが一般的であり、特に、クラフト法により製造された化学パルプ（クラフトパルプ）が製造されることが多い。クラフトパルプは、アルカリと硫化ナトリウムとを含む薬液中で木材を砕片化したチップを加熱（蒸解）して得られる。この蒸解により得られた液体（蒸解液）は、蒸留されてアルカリ分が回収される。蒸解液の蒸留に伴い、蒸発凝縮水（エバポレータ・コンデンセート又はエバポレータドレン）と呼ばれる廃液が発生する。
【０００８】
パルプ製造工程における蒸発凝縮水の発生量はクラフトパルプの生産量の５〜７倍程度にも達する。また、この蒸発凝縮水の有機物濃度は３，０００〜１０，０００ｍｇ／Ｌで、通常の有機物含有水と異なり、メタノールを主成分（全ＣＯＤＣｒの７０質量％以上）とする有機物含有水であり、Methanosarcina属、Methanobacterium属が主たる微生物として増殖する。
【０００９】
しかし、Methanosarcina属、Methanobacterium属メタン菌はグラニュール汚泥を形成しにくいことから、これらの微生物を主とする蒸発凝縮水の嫌気性処理では、汚泥中での粘生物の産出が少なくなるため、グラニュール汚泥の増殖は芳しくなく、強度も不十分となる。このため、このようなパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水を、グラニュール汚泥を保持する反応槽の被処理液として長期間継続して運転すると、グラニュール汚泥は解体しやすくなり、微細化した汚泥が反応槽から流出してしまい、処理効率が低下すると共に、著しい場合には処理不能となる。
【００１０】
従来、蒸発凝縮水の嫌気性処理におけるグラニュール汚泥の解体を防止する方法として、反応槽に硝酸又は亜硝酸を添加する方法（特許文献１）、反応槽に製紙工程から排出された澱粉を含む澱粉含有廃液を添加する方法（特許文献２）、反応槽に糖質を添加する方法（特許文献３）が提案されている。
【００１１】
また、蒸発凝縮水の高負荷嫌気性処理方法として、蒸発凝縮水に含まれる硫黄成分を除去後、高分子炭水化物と混合したものを被処理水としてメタン発酵槽で嫌気性処理を行う方法や、蒸発凝縮水のｐＨを低くしてメタン発酵を阻害する阻害物質を凝固させて除去した後、メタン発酵槽で嫌気性処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２７９３８３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７９３８４号公報
【特許文献３】特開２００８−２７９３８５号公報
【特許文献４】特許第３１７４３６４号公報
【特許文献５】特開昭６１−１９７０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献４，５に記載される方法は、嫌気性処理に先立ち、蒸発凝縮水の処理を必要とし、処理工程が煩雑となるという欠点がある
【００１４】
特許文献１〜３に記載される方法は、蒸発凝縮水に添加剤を添加するのみで簡便にグラニュール汚泥の解体、流出を防止することができるが、グラニュール汚泥の解体傾向に係わらず、常に添加剤を所定の添加量で添加することになるため、添加剤の添加を過剰に行っている場合もある。
【００１５】
反応槽内のグラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に把握し、グラニュール汚泥解体の傾向がある場合にのみ、これらの添加剤を添加するようにすれば、このような無駄を省くことができるが、従来においては、グラニュール汚泥解体の兆候を即時的に把握する技術は提案されていなかった。
【００１６】
本発明は、グラニュール汚泥が保持された反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を導入して嫌気性処理するに当たり、グラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に検知して、グラニュール汚泥の解体を防止するための対策を講じることにより、反応槽内のグラニュール汚泥の解体及び反応槽からの流出を未然に防ぎ、高負荷高速処理を長期に亘り安定に行う方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定することにより、処理水に含まれる懸濁物質（ＳＳ）量を迅速に検知することができ、このＳＳ濃度の変化に応じて、必要な制御を行うことにより、グラニュール汚泥の解体、流出を防止することができることを見出した。
【００１８】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１９】
［１］ グラニュール汚泥が保持された反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入して嫌気性処理を行う方法において、該反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定し、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御することを特徴とする嫌気性処理方法。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【００２０】
［２］ ［１］において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理方法。
【００２１】
［３］ グラニュール汚泥が保持された反応槽と、該反応槽にパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入する手段と、該反応槽から処理水を取り出す手段と、該処理水の波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定する手段と、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御する手段とを備えることを特徴とする嫌気性処理装置。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【００２２】
［４］ ［３］において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理装置。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、グラニュールを形成しにくいパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水の嫌気性処理に当たり、形成したグラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に検知して、グラニュール汚泥の解体防止のための的確な制御を行うことにより、反応槽内でのグラニュール汚泥の解体、反応槽からの汚泥流出を確実に防止して、高負荷高速処理を長期に亘り安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の嫌気性処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の嫌気性処理装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】実施例１〜３及び比較例１における反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化を示すグラフである。
【図４】実施例１〜３及び比較例１における反応槽内グラニュール汚泥層の汚泥界面高さの経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照して本発明の嫌気性処理方法及び嫌気性処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
図１，図２は本発明の嫌気性処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２７】
図１，図２において、１は反応槽であり、反応槽１内には、グラニュール汚泥２が充填されている。また、反応槽１の上部には、気固液分離装置（ＧＳＳ）３が設けられている。ＧＳＳ３の頂部は、反応槽１内の液面から突出し、このＧＳＳ３の内側に処理水取出配管１３が連絡している。処理水取出配管１３は処理水槽５に連絡され、処理水槽５は調整槽６と下部が連通しており、調整槽６はさらにｐＨ調整槽７と下部が連通している。被処理水導入配管１１は、調整槽６に連絡されている。ｐＨ調整槽７は、調整水導入配管８で反応槽１下部に接続されている。被処理水は、調整槽６内で、連通する処理水槽５の処理水により希釈調整され、さらにｐＨ調整剤Ｃ（酸またはアルカリ）が添加されるｐＨ調整槽７でｐＨ調整され、調整水導入配管８に設けられたポンプＰにより反応槽１に導入され上向流で反応槽１内を流れる。反応槽１の上部には、ガス排出配管１２が接続されている。
【００２８】
反応槽１内において、ＧＳＳ３の内側は気固液分離部分であり、その下部はグラニュール汚泥２が展開する反応部となっている。反応部ではグラニュール汚泥２が展開してスラッジブランケットが形成される。グラニュール汚泥２は、嫌気性微生物を含む微生物が自己造粒して粒状になった汚泥であり、比較的高密度で沈降性に優れる。
【００２９】
反応槽１内での被処理水の嫌気性処理により、反応槽１で生成したガス及び増殖した汚泥を含む混合液は、ＧＳＳ３の内部で気固液分離され、ガスはガス排出配管１２から反応槽１外に取り出されてガスホルダ４に貯留される。また、汚泥が分離され清澄化された液分は、処理水取出配管１３から処理水槽５に取り出され、処理水排出配管１６を経て系外へ排出される。この処理水は、後段に設けた好気性生物処理装置（図示せず）等によりさらに処理してもよい。
【００３０】
このように、反応槽１内の上昇流速を調整してグラニュール汚泥２を適度に展開させるために、処理水槽５からの処理水の一部は、循環され、被処理水と共に反応槽１に導入される。
【００３１】
本発明においては、被処理水の濃度調整に主に処理水を使用するが、更に、処理水以外の市水、工水、井水、河川水、その他の処理系統の処理水等の被処理水よりも有機物濃度の低い水を希釈水として使用し、調整槽６に希釈水導入配管１５から流量調節バルブ１５Ｖを介してこの希釈水を導入するようにしてもよく、有機物濃度の安定した他の希釈水の併用で、反応槽１への導入水の有機物濃度を安定に調整することができるようになる。特に、処理水の水質が悪化した場合、処理水のみを希釈水として使用すると、処理水の循環量が増大し、反応槽での上昇流速が所定の範囲内となるように希釈水の水量を調節することが困難になることがある。このような場合には、処理水と有機物濃度の安定した他の希釈水とを併用するか、または有機物濃度の安定した他の希釈水のみを使用するのが好ましい。
【００３２】
処理水槽５には、処理水の吸光度を測定し、その測定値に基いて制御信号を出力する制御装置９が設けられている。
【００３３】
図１の嫌気性処理装置においては、被処理水の導入配管１１に、制御装置９に連動して被処理水の導入流量を調整するためのバルブ１１Ｖが設けられており、処理水の吸光度の測定値或いは吸光度の測定値から求められた被処理水の濁度又はＳＳ濃度に基いて調整槽６への被処理水の導入流量が制御されるように構成されている。
【００３４】
図２の嫌気性処理装置は、栄養剤又は高分子凝集剤を貯留する薬剤貯槽１０を備え、この薬剤貯槽１０内の薬剤を調整水導入配管８に薬注するための薬注配管１４に、制御装置９に連動するバルブ１４Ｖが設けられており、処理水の吸光度の測定値或いは吸光度の測定値から求められた被処理水の濁度又はＳＳ濃度に基いて、反応槽１に導入される調整水への栄養剤又は高分子凝集剤の薬注量が制御されるように構成されている。
【００３５】
このように処理水の吸光度を測定し、この測定値に基いて処理水の濁度、即ちＳＳ濃度を検知し、反応槽内のグラニュール汚泥の解体の兆候を検知することができる。
即ち、前述の如く、メタノールを主体とする蒸発凝縮水を嫌気性処理すると、Methanosarcina属、Methanobacterium属メタン菌が主たる微生物として増殖する。これらのメタン菌はグラニュールを形成しにくいため、長期的に運転を継続すると、徐々にグラニュールの強度が低下し、グラニュールが解体・微細化して反応槽より流出してしまうという問題がある。グラニュールが微細化して反応槽より流出する場合、処理水中のＳＳ濃度が通常よりも大幅に増加する。そこで、ＳＳ濃度を監視することで、グラニュール微細化の兆候を把握することができるが、このＳＳ濃度は、処理水の濁度に相関があり、また、処理水の濁度は処理水の波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度に相関があることから、処理水の吸光度を測定することにより、処理水のＳＳ濃度を検知することができる。
【００３６】
本発明においては、処理水の吸光度の測定値、或いはこの測定値から求められた処理水の濁度又はＳＳ濃度に基づいて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御することにより、反応槽内のグラニュール汚泥の解体、流出を防止する。
（１） 反応槽への被処理水の導入流量
（２） 反応槽への栄養剤の添加量
（３） 反応槽への高分子凝集剤の添加量
【００３７】
処理水の吸光度の測定、及びこの測定値に基く処理水濁度又はＳＳ濃度の換算は短時間で行うことができるため、本発明によれば、反応槽内のグラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に検知してグラニュール汚泥の解体を防止するための上記（１）〜（３）の制御を迅速に行うことができ、制御遅れによる汚泥流出を未然に防止することができる。
【００３８】
なお、処理水の吸光度の測定には、分光光度計、濁度計、汚泥濃度計などを用いることができる。
処理水の吸光度の測定は、連続的に行ってもよく、間欠的に、例えば１〜２４時間に１回の頻度で間欠的に行ってもよい。
処理水の吸光度の測定値から処理水濁度又はＳＳ濃度を求めるには、濁度又はＳＳ濃度既知の検水を調製し、この検水の吸光度と濁度又はＳＳ濃度との関係から予め作製した検量線又は計算式に従って行うことができる。
また、これらの換算を行うことなく、予め処理水の吸光度とグラニュール汚泥の解体の兆候との関係を調べておき、処理水の吸光度の測定値から直接制御を行うようにすることもできる。
【００３９】
以下に各制御方法について説明する。
【００４０】
［反応槽への被処理水の導入流量の制御］
反応槽への被処理水の導入流量の制御を行う場合には、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加し、処理水の濁度、即ち、ＳＳ濃度が高くなって、グラニュール汚泥の解体の兆候が検知された場合には、反応槽への被処理水の導入流量を低減して、被処理水内の微生物による汚泥の増殖阻害を防止する。
反応槽への被処理水の導入流量を低減し、グラニュール汚泥の解体傾向が改善され、被処理水の吸光度の測定値が低下し、処理水の濁度、即ちＳＳ濃度が低くなったと判断された場合には、再び反応槽への被処理水の導入流量を元の値に戻す。
【００４１】
この制御方法としては、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加して、処理水のＳＳ濃度が所定値以上、例えば、２０％以上増加した場合には、反応槽への被処理水の導入流量を所定の範囲、例えば、５〜１０％の範囲で低下させる；処理水の吸光度の測定値（或いは処理水濁度又はＳＳ濃度）に対して被処理水の導入流量を予め設定しておき、この設定値に基いて被処理水の導入流量を制御する；といったような制御方法を採用することができる。
【００４２】
［反応槽への栄養剤の添加量の制御］
反応槽への栄養剤の添加量の制御を行う場合には、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加し、処理水の濁度、即ち、ＳＳ濃度が高くなって、グラニュール汚泥の解体の兆候が検知された場合には、反応槽に栄養剤を添加する或いは反応槽への栄養剤の添加量を増加させて反応槽内の汚泥の増殖を促進する。
また、栄養剤の添加或いはその添加量の増量で、グラニュール汚泥の解体傾向が改善され、被処理水の吸光度の測定値が低減し、処理水の濁度、即ちＳＳ濃度が低くなったと判断される場合には、栄養剤の添加量を元の値に戻すか或いは栄養剤の添加を停止する。
【００４３】
この制御方法は、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加して、処理水のＳＳ濃度が所定値以上、例えば、２０％以上増加した場合には、栄養剤の添加量を所定の範囲、例えば５〜１０％の範囲で増加させる；処理水の吸光度の測定値（或いは処理水濁度又はＳＳ濃度）に対して栄養剤の添加量を予め設定しておき、この設定値に基いて栄養剤の添加量を制御する；といったような制御方法を採用することができる。
【００４４】
栄養剤としては、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を用いることができ、栄養剤の添加量は、被処理水中のＣＯＤＣｒ濃度に対して０．０１〜１０質量％、特に０．０２〜５質量％の範囲内とすることが好ましい。
栄養剤としての硝酸又は亜硝酸としては硝酸溶液等に限らず、被処理水等に添加されると硝酸イオン又は亜硝酸イオンを放出する物質、例えば硝酸塩又は亜硝酸塩等を用いてもよい。
また、栄養剤は、反応槽の前段で被処理水に対して添加することにより被処理水と共に反応槽に導入して添加してもよく、反応槽に直接添加してもよい。また、栄養剤は連続的に添加しても間欠的に添加してもよい。
栄養剤を間欠的に添加する場合、その添加頻度を変えることにより添加量を制御することもできる。
【００４５】
［反応槽への高分子凝集剤の添加量の制御］
反応槽への高分子凝集剤の添加量の制御を行う場合には、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加し、処理水の濁度、即ち、ＳＳ濃度が高くなって、グラニュール汚泥の解体の兆候が検知された場合には、反応槽に高分子凝集剤を添加する或いは反応槽への高分子凝集剤の添加量を増加させて反応槽内の汚泥の解体を防止する。
また、高分子凝集剤の添加或いはその添加量の増量で、グラニュール汚泥の解体傾向が改善され、被処理水の吸光度の測定値が低減し、処理水の濁度、即ちＳＳ濃度が低くなったと判断される場合には、高分子凝集剤の添加量を元の値に戻すか或いは高分子凝集剤の添加を停止する。
【００４６】
この制御方法は、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加して、処理水のＳＳ濃度が所定値以上、例えば、２０％以上増加した場合には、高分子凝集剤の添加量を所定の範囲、例えば５〜１０％の範囲で増加させる；処理水の吸光度の測定値（或いは処理水濁度又はＳＳ濃度）に対して高分子凝集剤の添加量を予め設定しておき、この設定値に基いて高分子凝集剤の添加量を制御する；といったような制御方法を採用することができる。
【００４７】
なお、高分子凝集剤としては、反応槽内のグラニュール汚泥表面に付着することでグラニュール汚泥の強度を高めることができるものであれば、添加する凝集剤の種類は限定されず、ノニオン系、カチオン系、アニオン系、両性系など処理系に適したものが使用できる。好ましい高分子凝集剤としては、ノニオン系の凝集剤としてポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等が例示できる。カチオン系としては、ポリアミノアルキルアクリレート、ポリアミノアルキルメタクリレート、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、キトサン、尿素−ホルマリン樹脂等が挙げられる。アニオン系としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド、ポリ（２−アクリルアミド）−２−メチルプロパン硫酸塩等が挙げられ、両性系としてアクリルアミドとアミノアルキルメタクリレートとアクリル酸ナトリウムの共重体等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
高分子凝集剤の添加濃度は０．０１〜１００ｍｇ／Ｌ、特に０．１〜５０ｍｇ／Ｌ程度の範囲内で制御することが好ましい。
【００４８】
高分子凝集剤は、反応槽の前段で被処理水に対して添加することにより被処理水と共に反応槽に導入して添加してもよく、反応槽に直接添加してもよい。また、高分子凝集剤は連続的に添加しても間欠的に添加してもよい。
高分子凝集剤を間欠的に添加する場合、その添加頻度を変えることにより添加量を制御することができる。
【００４９】
なお、本発明においては、前述の（１）〜（３）の制御項目を２以上採用して行ってもよい。
栄養剤と高分子凝集剤とを添加する場合、いずれを先に反応槽に導入される被処理水に添加してもよく、同時に添加してもよい。また、一方を反応槽に導入される被処理水に、他方を反応槽に直接添加してもよく、両方を反応槽に添加してもよい。
【００５０】
本発明において、嫌気性処理の条件としては、通常の条件を採用することができ、例えば、反応槽に対する有機物負荷は５〜３０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ、特に８〜２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙが好ましく、反応槽内には酸素を供給せずに嫌気的条件とし、温度は２５〜４０℃、特に３０〜３８℃とし、ｐＨは６．０〜８．０とすることが好ましい。
特に、ＵＡＳＢ方式で安定した処理を行うためには、反応槽内には平均粒径０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．８〜１．５ｍｍ程度のグラニュール汚泥のブランケットを形成することが好ましく、ＥＧＳＢ方式の場合は、反応槽内に、平均粒径０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは１．０〜１．５ｍｍ程度のグラニュール汚泥を安定的に保持することが好ましい。
【００５１】
高さ５〜７ｍ程度の反応槽内に高さ３〜５ｍ程度のスラッジブランケットを展開させるＵＡＳＢ方式では、反応槽内の上昇流速０．３〜１．５ｍ／ｈｒ程度で処理を行い、高さ７〜２０ｍ程度の反応槽内に、高さ５〜１８ｍ程度のスラッジブランケットを展開させるＥＧＳＢ方式では、反応槽内の上昇流速２〜５ｍ／ｈｒ程度の高速処理を行うことが好ましい。
【実施例】
【００５２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００５３】
なお、以下の実施例及び比較例で用いた嫌気反応槽は、内径６ｃｍ、高さ１．２ｍで、ＧＳＳが設置された部分を除く反応部の容量は３Ｌ、ＧＳＳ部を含めた部分の容量は４Ｌのものである。この反応槽内には食品工場のＵＡＳＢ式の反応槽から取り出したグラニュール汚泥を１．０Ｌ充填して負荷運転を開始した。
【００５４】
また、処理水の吸光度の測定は、荏原実業株式会社製分光光度計「Ｓｐｅｃｔｒｏ：：ｌｙｓｅｒ」を用いて行い、波長６６０ｎｍの光の吸光度を測定した。処理水のＳＳ濃度は、吸光度の測定値から、ＳＳ濃度既知の検水の吸光度を用いて予め作製した検量線により求めた。
この処理水の吸光度測定及びＳＳ濃度検出は、１２時間に１回の頻度で行った。
【００５５】
被処理水はパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水であり、その水質は、ＣＯＤＣｒとしての有機物濃度が７０００ｍｇ／Ｌで、そのうちの、メタノール濃度は３８００ｍｇ／Ｌ（ＣＯＤＣｒとしては５７００ｍｇ／Ｌ）であった。
被処理水は反応槽内での上昇流速が３ｍ／ｈｒとなるように処理水循環を行いながら通水し、反応槽内にグラニュール汚泥を展開させてスラッジブランケットを形成させた。反応槽内の温度は３０〜３５℃に維持し、ｐＨ７．０となるようにｐＨ調整を行った。ｐＨ調整はｐＨ調整槽にｐＨ調整剤Ｃ（酸またはアルカリ）を添加することによって行った。この条件で、以下の実施例１〜３及び比較例１のいずれの場合も、反応槽に対する有機物負荷は１０〜１５ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ、汚泥負荷は０．４〜０．７ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの範囲内とされた。
【００５６】
＜実施例１＞
反応槽から取り出された処理水の吸光度の測定値からＳＳ濃度を監視し、ＳＳ濃度の変動に合わせて反応槽へ流入する被処理水の流量を制御した。処理負荷は汚泥負荷０．４〜０．７ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの範囲で制御した。
具体的には、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下で被処理水流量０．６５Ｌ／ｈｒ、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌを超え１００ｍｇ／Ｌ以下で被処理水流量０．６Ｌ／ｈｒ、処理水ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌを超え１２０ｍｇ／Ｌ以下で被処理水流量０．５５Ｌ／ｈｒ、処理水ＳＳ濃度が１２０ｍｇ／Ｌを超える場合に被処理水流量０．５Ｌ／ｈｒとした。
【００５７】
この結果、グラニュール汚泥が展開されている汚泥界面については、汚泥の流出・減少による高さの急激な低下は認められず、９０日間の実験期間中、処理開始時のグラニュール汚泥量以上の量を反応槽内に維持できた。また、反応槽内のグラニュール汚泥の解体・微細化に起因する平均粒径の微細化も起こらなかった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００５８】
＜実施例２＞
反応槽から取り出された処理水の吸光度の測定値からＳＳ濃度を監視し、ＳＳ濃度の変動に合わせて、被処理水への硝酸ナトリウム溶液の添加量を変化させた。硝酸ナトリウム水溶液の添加量は、硝酸ナトリウム水溶液と被処理水とを混合した後の硝酸イオンの濃度（以下、単に「硝酸濃度」と称す。）が５００ｍｇ／Ｌ以下となる範囲とした。
具体的には、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下で硝酸濃度１３０ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌを超え１００ｍｇ／Ｌ以下で硝酸濃度２００ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌを超え１２０ｍｇ／Ｌ以下で硝酸濃度２５０ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１２０ｍｇ／Ｌを超える場合に硝酸濃度３００ｍｇ／Ｌとした。
【００５９】
この結果、グラニュール汚泥が展開されている汚泥界面については、汚泥の流出・減少による高さの低下は認められず、９０日間の実験期間中、処理開始時のグラニュール汚泥量以上の量を反応槽内に維持できた。また、反応槽内のグラニュール汚泥の解体・微細化に起因する平均粒径の微細化も起こらなかった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００６０】
＜実施例３＞
実施例２において、硝酸ナトリウム水溶液に代えて、カチオン系高分子凝集剤（ポリアミノアルキルアクリレート）を用い、処理水のＳＳ濃度の変動に合わせてその添加量を変化させた。高分子凝集剤の添加量は凝集剤と被処理水とを混合した後の凝集剤の濃度（以下、単に「凝集剤濃度」と称す。）が１５ｍｇ／Ｌ以下となる範囲で制御した。
具体的には、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下で凝集剤濃度１０ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌを超え１００ｍｇ／Ｌ以下で凝集剤濃度１１ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌを超え１２０ｍｇ／Ｌ以下で凝集剤濃度１２ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１２０ｍｇ／Ｌを超える場合に凝集剤濃度１３ｍｇ／Ｌとした。
【００６１】
この結果、グラニュール汚泥が展開されている汚泥界面については、汚泥の流出・減少による高さの低下は認められず、９０日間の実験期間中、処理開始時のグラニュール汚泥量以上の量を反応槽内に維持できた。また、反応槽内のグラニュール汚泥の解体、微細化に起因する平均粒径の微細化も起こらなかった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００６２】
＜比較例１＞
嫌気反応槽より取り出される処理水のＳＳ濃度の監視及び監視結果に基づくいずれの制御もしない条件で嫌気性処理を行った。
その結果、嫌気反応槽内のグラニュール汚泥は徐々に減少し、平均粒径も小さくなった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００６３】
以下の結果から、処理水の吸光度に基く反応槽への被処理水の導入流量、栄養剤の添加量又は高分子凝集剤の添加量の制御で、反応槽内でのグラニュール汚泥の解体、反応槽からの汚泥流出を確実に防止して、高負荷高速処理を長期に亘り安定に行うことができることが分かる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 反応槽
２ グラニュール汚泥
３ 気固液分離装置
４ ガスホルダ
５ 処理水槽
６ 調整槽
７ ｐＨ調整槽
９ 制御装置
１０ 薬剤貯槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラニュール汚泥が保持されたメタン発酵反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を導入して嫌気性処理を行う方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物含有水の嫌気性処理方法として、高負荷処理が可能なＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法、及びＵＡＳＢ法よりさらに高負荷処理が可能なＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）法が知られている。
【０００３】
これらＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法では、嫌気性微生物が粒状化したグラニュール汚泥を用いており、反応槽内で嫌気性微生物を含む汚泥をグラニュール状に維持、増殖させる。グラニュール汚泥を用いる生物処理法は、担体に微生物を保持させる固定床や流動床と比較して、高い汚泥保持濃度が得られるため、高負荷運転が可能である。また、グラニュール汚泥は、微生物濃度が高く、沈降性に優れるため、処理水と汚泥との固液分離も容易である。さらに、すでに稼働中の反応槽内のグラニュール汚泥を余剰汚泥として抜き出して、新設する反応槽内に投入すれば、新設した反応槽を短期間で立ち上げて安定した処理を行えるなどの利点をも有するため、最も効率的な嫌気性処理方法として認識されている。
【０００４】
グラニュール汚泥を用いるＵＡＳＢ法等において、有機物含有水を安定的かつ良好に処理する最大のポイントは、反応槽内においてグラニュール汚泥を維持、増殖させることである。反応槽内にグラニュール汚泥を維持、増殖させることができないと、処理性能は徐々に低下し、やがて処理不能に陥ることもある。
【０００５】
グラニュール汚泥は、酢酸資化性のMethanosaeta属の微生物が骨格となって形成され、水素資化性メタン菌、酢酸生成細菌、酸生成細菌等が共存する一種の生態系を構成している。これらの微生物の中でも酸生成細菌は、糖質、脂質、タンパク等を分解し、粘質物を産出することから細菌同士の結合力を強める働きをする。よって、糖基質の培養液を用いれば、最も強度の強いグラニュール汚泥が形成される。
【０００６】
ところで、紙を製造する製紙工程は、パルプ化工程、紙化工程、塗工加工工程、及び仕上工程に大別できる。例えば、パルプ化工程では主として木材を原料とし、これを機械的方法、化学的方法、又はその両方で処理して繊維を抽出しパルプ原料を得る。紙化工程では、パルプ化工程で製造されたパルプ原料をリファイナーと呼ばれる機械で叩解し、薬品等を加えて抄紙する。塗工加工工程では、塗料を抄紙して乾燥させた紙原体に塗布し、艶出し等の仕上げを行い、これを仕上工程で断裁して製品が得られる。
【０００７】
こうした製紙工程では、様々な性状の廃液が排出される。
例えば、パルプ化工程で製造されるパルプとしては、原料を化学的に処理して繊維を抽出する化学パルプが一般的であり、特に、クラフト法により製造された化学パルプ（クラフトパルプ）が製造されることが多い。クラフトパルプは、アルカリと硫化ナトリウムとを含む薬液中で木材を砕片化したチップを加熱（蒸解）して得られる。この蒸解により得られた液体（蒸解液）は、蒸留されてアルカリ分が回収される。蒸解液の蒸留に伴い、蒸発凝縮水（エバポレータ・コンデンセート又はエバポレータドレン）と呼ばれる廃液が発生する。
【０００８】
パルプ製造工程における蒸発凝縮水の発生量はクラフトパルプの生産量の５〜７倍程度にも達する。また、この蒸発凝縮水の有機物濃度は３，０００〜１０，０００ｍｇ／Ｌで、通常の有機物含有水と異なり、メタノールを主成分（全ＣＯＤＣｒの７０質量％以上）とする有機物含有水であり、Methanosarcina属、Methanobacterium属が主たる微生物として増殖する。
【０００９】
しかし、Methanosarcina属、Methanobacterium属メタン菌はグラニュール汚泥を形成しにくいことから、これらの微生物を主とする蒸発凝縮水の嫌気性処理では、汚泥中での粘生物の産出が少なくなるため、グラニュール汚泥の増殖は芳しくなく、強度も不十分となる。このため、このようなパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水を、グラニュール汚泥を保持する反応槽の被処理液として長期間継続して運転すると、グラニュール汚泥は解体しやすくなり、微細化した汚泥が反応槽から流出してしまい、処理効率が低下すると共に、著しい場合には処理不能となる。
【００１０】
従来、蒸発凝縮水の嫌気性処理におけるグラニュール汚泥の解体を防止する方法として、反応槽に硝酸又は亜硝酸を添加する方法（特許文献１）、反応槽に製紙工程から排出された澱粉を含む澱粉含有廃液を添加する方法（特許文献２）、反応槽に糖質を添加する方法（特許文献３）が提案されている。
【００１１】
また、蒸発凝縮水の高負荷嫌気性処理方法として、蒸発凝縮水に含まれる硫黄成分を除去後、高分子炭水化物と混合したものを被処理水としてメタン発酵槽で嫌気性処理を行う方法や、蒸発凝縮水のｐＨを低くしてメタン発酵を阻害する阻害物質を凝固させて除去した後、メタン発酵槽で嫌気性処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２７９３８３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７９３８４号公報
【特許文献３】特開２００８−２７９３８５号公報
【特許文献４】特許第３１７４３６４号公報
【特許文献５】特開昭６１−１９７０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献４，５に記載される方法は、嫌気性処理に先立ち、蒸発凝縮水の処理を必要とし、処理工程が煩雑となるという欠点がある
【００１４】
特許文献１〜３に記載される方法は、蒸発凝縮水に添加剤を添加するのみで簡便にグラニュール汚泥の解体、流出を防止することができるが、グラニュール汚泥の解体傾向に係わらず、常に添加剤を所定の添加量で添加することになるため、添加剤の添加を過剰に行っている場合もある。
【００１５】
反応槽内のグラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に把握し、グラニュール汚泥解体の傾向がある場合にのみ、これらの添加剤を添加するようにすれば、このような無駄を省くことができるが、従来においては、グラニュール汚泥解体の兆候を即時的に把握する技術は提案されていなかった。
【００１６】
本発明は、グラニュール汚泥が保持された反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を導入して嫌気性処理するに当たり、グラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に検知して、グラニュール汚泥の解体を防止するための対策を講じることにより、反応槽内のグラニュール汚泥の解体及び反応槽からの流出を未然に防ぎ、高負荷高速処理を長期に亘り安定に行う方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定することにより、処理水に含まれる懸濁物質（ＳＳ）量を迅速に検知することができ、このＳＳ濃度の変化に応じて、必要な制御を行うことにより、グラニュール汚泥の解体、流出を防止することができることを見出した。
【００１８】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１９】
［１］ グラニュール汚泥が保持された反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入して嫌気性処理を行う方法において、該反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定し、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御することを特徴とする嫌気性処理方法。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【００２０】
［２］ ［１］において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理方法。
【００２１】
［３］ グラニュール汚泥が保持された反応槽と、該反応槽にパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入する手段と、該反応槽から処理水を取り出す手段と、該処理水の波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定する手段と、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御する手段とを備えることを特徴とする嫌気性処理装置。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【００２２】
［４］ ［３］において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理装置。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、グラニュールを形成しにくいパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水の嫌気性処理に当たり、形成したグラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に検知して、グラニュール汚泥の解体防止のための的確な制御を行うことにより、反応槽内でのグラニュール汚泥の解体、反応槽からの汚泥流出を確実に防止して、高負荷高速処理を長期に亘り安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の嫌気性処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の嫌気性処理装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】実施例１〜３及び比較例１における反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化を示すグラフである。
【図４】実施例１〜３及び比較例１における反応槽内グラニュール汚泥層の汚泥界面高さの経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照して本発明の嫌気性処理方法及び嫌気性処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
図１，図２は本発明の嫌気性処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２７】
図１，図２において、１は反応槽であり、反応槽１内には、グラニュール汚泥２が充填されている。また、反応槽１の上部には、気固液分離装置（ＧＳＳ）３が設けられている。ＧＳＳ３の頂部は、反応槽１内の液面から突出し、このＧＳＳ３の内側に処理水取出配管１３が連絡している。処理水取出配管１３は処理水槽５に連絡され、処理水槽５は調整槽６と下部が連通しており、調整槽６はさらにｐＨ調整槽７と下部が連通している。被処理水導入配管１１は、調整槽６に連絡されている。ｐＨ調整槽７は、調整水導入配管８で反応槽１下部に接続されている。被処理水は、調整槽６内で、連通する処理水槽５の処理水により希釈調整され、さらにｐＨ調整剤Ｃ（酸またはアルカリ）が添加されるｐＨ調整槽７でｐＨ調整され、調整水導入配管８に設けられたポンプＰにより反応槽１に導入され上向流で反応槽１内を流れる。反応槽１の上部には、ガス排出配管１２が接続されている。
【００２８】
反応槽１内において、ＧＳＳ３の内側は気固液分離部分であり、その下部はグラニュール汚泥２が展開する反応部となっている。反応部ではグラニュール汚泥２が展開してスラッジブランケットが形成される。グラニュール汚泥２は、嫌気性微生物を含む微生物が自己造粒して粒状になった汚泥であり、比較的高密度で沈降性に優れる。
【００２９】
反応槽１内での被処理水の嫌気性処理により、反応槽１で生成したガス及び増殖した汚泥を含む混合液は、ＧＳＳ３の内部で気固液分離され、ガスはガス排出配管１２から反応槽１外に取り出されてガスホルダ４に貯留される。また、汚泥が分離され清澄化された液分は、処理水取出配管１３から処理水槽５に取り出され、処理水排出配管１６を経て系外へ排出される。この処理水は、後段に設けた好気性生物処理装置（図示せず）等によりさらに処理してもよい。
【００３０】
このように、反応槽１内の上昇流速を調整してグラニュール汚泥２を適度に展開させるために、処理水槽５からの処理水の一部は、循環され、被処理水と共に反応槽１に導入される。
【００３１】
本発明においては、被処理水の濃度調整に主に処理水を使用するが、更に、処理水以外の市水、工水、井水、河川水、その他の処理系統の処理水等の被処理水よりも有機物濃度の低い水を希釈水として使用し、調整槽６に希釈水導入配管１５から流量調節バルブ１５Ｖを介してこの希釈水を導入するようにしてもよく、有機物濃度の安定した他の希釈水の併用で、反応槽１への導入水の有機物濃度を安定に調整することができるようになる。特に、処理水の水質が悪化した場合、処理水のみを希釈水として使用すると、処理水の循環量が増大し、反応槽での上昇流速が所定の範囲内となるように希釈水の水量を調節することが困難になることがある。このような場合には、処理水と有機物濃度の安定した他の希釈水とを併用するか、または有機物濃度の安定した他の希釈水のみを使用するのが好ましい。
【００３２】
処理水槽５には、処理水の吸光度を測定し、その測定値に基いて制御信号を出力する制御装置９が設けられている。
【００３３】
図１の嫌気性処理装置においては、被処理水の導入配管１１に、制御装置９に連動して被処理水の導入流量を調整するためのバルブ１１Ｖが設けられており、処理水の吸光度の測定値或いは吸光度の測定値から求められた被処理水の濁度又はＳＳ濃度に基いて調整槽６への被処理水の導入流量が制御されるように構成されている。
【００３４】
図２の嫌気性処理装置は、栄養剤又は高分子凝集剤を貯留する薬剤貯槽１０を備え、この薬剤貯槽１０内の薬剤を調整水導入配管８に薬注するための薬注配管１４に、制御装置９に連動するバルブ１４Ｖが設けられており、処理水の吸光度の測定値或いは吸光度の測定値から求められた被処理水の濁度又はＳＳ濃度に基いて、反応槽１に導入される調整水への栄養剤又は高分子凝集剤の薬注量が制御されるように構成されている。
【００３５】
このように処理水の吸光度を測定し、この測定値に基いて処理水の濁度、即ちＳＳ濃度を検知し、反応槽内のグラニュール汚泥の解体の兆候を検知することができる。
即ち、前述の如く、メタノールを主体とする蒸発凝縮水を嫌気性処理すると、Methanosarcina属、Methanobacterium属メタン菌が主たる微生物として増殖する。これらのメタン菌はグラニュールを形成しにくいため、長期的に運転を継続すると、徐々にグラニュールの強度が低下し、グラニュールが解体・微細化して反応槽より流出してしまうという問題がある。グラニュールが微細化して反応槽より流出する場合、処理水中のＳＳ濃度が通常よりも大幅に増加する。そこで、ＳＳ濃度を監視することで、グラニュール微細化の兆候を把握することができるが、このＳＳ濃度は、処理水の濁度に相関があり、また、処理水の濁度は処理水の波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度に相関があることから、処理水の吸光度を測定することにより、処理水のＳＳ濃度を検知することができる。
【００３６】
本発明においては、処理水の吸光度の測定値、或いはこの測定値から求められた処理水の濁度又はＳＳ濃度に基づいて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御することにより、反応槽内のグラニュール汚泥の解体、流出を防止する。
（１） 反応槽への被処理水の導入流量
（２） 反応槽への栄養剤の添加量
（３） 反応槽への高分子凝集剤の添加量
【００３７】
処理水の吸光度の測定、及びこの測定値に基く処理水濁度又はＳＳ濃度の換算は短時間で行うことができるため、本発明によれば、反応槽内のグラニュール汚泥の解体の兆候を即時的に検知してグラニュール汚泥の解体を防止するための上記（１）〜（３）の制御を迅速に行うことができ、制御遅れによる汚泥流出を未然に防止することができる。
【００３８】
なお、処理水の吸光度の測定には、分光光度計、濁度計、汚泥濃度計などを用いることができる。
処理水の吸光度の測定は、連続的に行ってもよく、間欠的に、例えば１〜２４時間に１回の頻度で間欠的に行ってもよい。
処理水の吸光度の測定値から処理水濁度又はＳＳ濃度を求めるには、濁度又はＳＳ濃度既知の検水を調製し、この検水の吸光度と濁度又はＳＳ濃度との関係から予め作製した検量線又は計算式に従って行うことができる。
また、これらの換算を行うことなく、予め処理水の吸光度とグラニュール汚泥の解体の兆候との関係を調べておき、処理水の吸光度の測定値から直接制御を行うようにすることもできる。
【００３９】
以下に各制御方法について説明する。
【００４０】
［反応槽への被処理水の導入流量の制御］
反応槽への被処理水の導入流量の制御を行う場合には、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加し、処理水の濁度、即ち、ＳＳ濃度が高くなって、グラニュール汚泥の解体の兆候が検知された場合には、反応槽への被処理水の導入流量を低減して、被処理水内の微生物による汚泥の増殖阻害を防止する。
反応槽への被処理水の導入流量を低減し、グラニュール汚泥の解体傾向が改善され、被処理水の吸光度の測定値が低下し、処理水の濁度、即ちＳＳ濃度が低くなったと判断された場合には、再び反応槽への被処理水の導入流量を元の値に戻す。
【００４１】
この制御方法としては、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加して、処理水のＳＳ濃度が所定値以上、例えば、２０％以上増加した場合には、反応槽への被処理水の導入流量を所定の範囲、例えば、５〜１０％の範囲で低下させる；処理水の吸光度の測定値（或いは処理水濁度又はＳＳ濃度）に対して被処理水の導入流量を予め設定しておき、この設定値に基いて被処理水の導入流量を制御する；といったような制御方法を採用することができる。
【００４２】
［反応槽への栄養剤の添加量の制御］
反応槽への栄養剤の添加量の制御を行う場合には、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加し、処理水の濁度、即ち、ＳＳ濃度が高くなって、グラニュール汚泥の解体の兆候が検知された場合には、反応槽に栄養剤を添加する或いは反応槽への栄養剤の添加量を増加させて反応槽内の汚泥の増殖を促進する。
また、栄養剤の添加或いはその添加量の増量で、グラニュール汚泥の解体傾向が改善され、被処理水の吸光度の測定値が低減し、処理水の濁度、即ちＳＳ濃度が低くなったと判断される場合には、栄養剤の添加量を元の値に戻すか或いは栄養剤の添加を停止する。
【００４３】
この制御方法は、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加して、処理水のＳＳ濃度が所定値以上、例えば、２０％以上増加した場合には、栄養剤の添加量を所定の範囲、例えば５〜１０％の範囲で増加させる；処理水の吸光度の測定値（或いは処理水濁度又はＳＳ濃度）に対して栄養剤の添加量を予め設定しておき、この設定値に基いて栄養剤の添加量を制御する；といったような制御方法を採用することができる。
【００４４】
栄養剤としては、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を用いることができ、栄養剤の添加量は、被処理水中のＣＯＤＣｒ濃度に対して０．０１〜１０質量％、特に０．０２〜５質量％の範囲内とすることが好ましい。
栄養剤としての硝酸又は亜硝酸としては硝酸溶液等に限らず、被処理水等に添加されると硝酸イオン又は亜硝酸イオンを放出する物質、例えば硝酸塩又は亜硝酸塩等を用いてもよい。
また、栄養剤は、反応槽の前段で被処理水に対して添加することにより被処理水と共に反応槽に導入して添加してもよく、反応槽に直接添加してもよい。また、栄養剤は連続的に添加しても間欠的に添加してもよい。
栄養剤を間欠的に添加する場合、その添加頻度を変えることにより添加量を制御することもできる。
【００４５】
［反応槽への高分子凝集剤の添加量の制御］
反応槽への高分子凝集剤の添加量の制御を行う場合には、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加し、処理水の濁度、即ち、ＳＳ濃度が高くなって、グラニュール汚泥の解体の兆候が検知された場合には、反応槽に高分子凝集剤を添加する或いは反応槽への高分子凝集剤の添加量を増加させて反応槽内の汚泥の解体を防止する。
また、高分子凝集剤の添加或いはその添加量の増量で、グラニュール汚泥の解体傾向が改善され、被処理水の吸光度の測定値が低減し、処理水の濁度、即ちＳＳ濃度が低くなったと判断される場合には、高分子凝集剤の添加量を元の値に戻すか或いは高分子凝集剤の添加を停止する。
【００４６】
この制御方法は、例えば、処理水の吸光度の測定値が増加して、処理水のＳＳ濃度が所定値以上、例えば、２０％以上増加した場合には、高分子凝集剤の添加量を所定の範囲、例えば５〜１０％の範囲で増加させる；処理水の吸光度の測定値（或いは処理水濁度又はＳＳ濃度）に対して高分子凝集剤の添加量を予め設定しておき、この設定値に基いて高分子凝集剤の添加量を制御する；といったような制御方法を採用することができる。
【００４７】
なお、高分子凝集剤としては、反応槽内のグラニュール汚泥表面に付着することでグラニュール汚泥の強度を高めることができるものであれば、添加する凝集剤の種類は限定されず、ノニオン系、カチオン系、アニオン系、両性系など処理系に適したものが使用できる。好ましい高分子凝集剤としては、ノニオン系の凝集剤としてポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等が例示できる。カチオン系としては、ポリアミノアルキルアクリレート、ポリアミノアルキルメタクリレート、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、キトサン、尿素−ホルマリン樹脂等が挙げられる。アニオン系としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド、ポリ（２−アクリルアミド）−２−メチルプロパン硫酸塩等が挙げられ、両性系としてアクリルアミドとアミノアルキルメタクリレートとアクリル酸ナトリウムの共重体等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
高分子凝集剤の添加濃度は０．０１〜１００ｍｇ／Ｌ、特に０．１〜５０ｍｇ／Ｌ程度の範囲内で制御することが好ましい。
【００４８】
高分子凝集剤は、反応槽の前段で被処理水に対して添加することにより被処理水と共に反応槽に導入して添加してもよく、反応槽に直接添加してもよい。また、高分子凝集剤は連続的に添加しても間欠的に添加してもよい。
高分子凝集剤を間欠的に添加する場合、その添加頻度を変えることにより添加量を制御することができる。
【００４９】
なお、本発明においては、前述の（１）〜（３）の制御項目を２以上採用して行ってもよい。
栄養剤と高分子凝集剤とを添加する場合、いずれを先に反応槽に導入される被処理水に添加してもよく、同時に添加してもよい。また、一方を反応槽に導入される被処理水に、他方を反応槽に直接添加してもよく、両方を反応槽に添加してもよい。
【００５０】
本発明において、嫌気性処理の条件としては、通常の条件を採用することができ、例えば、反応槽に対する有機物負荷は５〜３０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ、特に８〜２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙが好ましく、反応槽内には酸素を供給せずに嫌気的条件とし、温度は２５〜４０℃、特に３０〜３８℃とし、ｐＨは６．０〜８．０とすることが好ましい。
特に、ＵＡＳＢ方式で安定した処理を行うためには、反応槽内には平均粒径０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．８〜１．５ｍｍ程度のグラニュール汚泥のブランケットを形成することが好ましく、ＥＧＳＢ方式の場合は、反応槽内に、平均粒径０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは１．０〜１．５ｍｍ程度のグラニュール汚泥を安定的に保持することが好ましい。
【００５１】
高さ５〜７ｍ程度の反応槽内に高さ３〜５ｍ程度のスラッジブランケットを展開させるＵＡＳＢ方式では、反応槽内の上昇流速０．３〜１．５ｍ／ｈｒ程度で処理を行い、高さ７〜２０ｍ程度の反応槽内に、高さ５〜１８ｍ程度のスラッジブランケットを展開させるＥＧＳＢ方式では、反応槽内の上昇流速２〜５ｍ／ｈｒ程度の高速処理を行うことが好ましい。
【実施例】
【００５２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００５３】
なお、以下の実施例及び比較例で用いた嫌気反応槽は、内径６ｃｍ、高さ１．２ｍで、ＧＳＳが設置された部分を除く反応部の容量は３Ｌ、ＧＳＳ部を含めた部分の容量は４Ｌのものである。この反応槽内には食品工場のＵＡＳＢ式の反応槽から取り出したグラニュール汚泥を１．０Ｌ充填して負荷運転を開始した。
【００５４】
また、処理水の吸光度の測定は、荏原実業株式会社製分光光度計「Ｓｐｅｃｔｒｏ：：ｌｙｓｅｒ」を用いて行い、波長６６０ｎｍの光の吸光度を測定した。処理水のＳＳ濃度は、吸光度の測定値から、ＳＳ濃度既知の検水の吸光度を用いて予め作製した検量線により求めた。
この処理水の吸光度測定及びＳＳ濃度検出は、１２時間に１回の頻度で行った。
【００５５】
被処理水はパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水であり、その水質は、ＣＯＤＣｒとしての有機物濃度が７０００ｍｇ／Ｌで、そのうちの、メタノール濃度は３８００ｍｇ／Ｌ（ＣＯＤＣｒとしては５７００ｍｇ／Ｌ）であった。
被処理水は反応槽内での上昇流速が３ｍ／ｈｒとなるように処理水循環を行いながら通水し、反応槽内にグラニュール汚泥を展開させてスラッジブランケットを形成させた。反応槽内の温度は３０〜３５℃に維持し、ｐＨ７．０となるようにｐＨ調整を行った。ｐＨ調整はｐＨ調整槽にｐＨ調整剤Ｃ（酸またはアルカリ）を添加することによって行った。この条件で、以下の実施例１〜３及び比較例１のいずれの場合も、反応槽に対する有機物負荷は１０〜１５ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ、汚泥負荷は０．４〜０．７ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの範囲内とされた。
【００５６】
＜実施例１＞
反応槽から取り出された処理水の吸光度の測定値からＳＳ濃度を監視し、ＳＳ濃度の変動に合わせて反応槽へ流入する被処理水の流量を制御した。処理負荷は汚泥負荷０．４〜０．７ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの範囲で制御した。
具体的には、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下で被処理水流量０．６５Ｌ／ｈｒ、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌを超え１００ｍｇ／Ｌ以下で被処理水流量０．６Ｌ／ｈｒ、処理水ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌを超え１２０ｍｇ／Ｌ以下で被処理水流量０．５５Ｌ／ｈｒ、処理水ＳＳ濃度が１２０ｍｇ／Ｌを超える場合に被処理水流量０．５Ｌ／ｈｒとした。
【００５７】
この結果、グラニュール汚泥が展開されている汚泥界面については、汚泥の流出・減少による高さの急激な低下は認められず、９０日間の実験期間中、処理開始時のグラニュール汚泥量以上の量を反応槽内に維持できた。また、反応槽内のグラニュール汚泥の解体・微細化に起因する平均粒径の微細化も起こらなかった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００５８】
＜実施例２＞
反応槽から取り出された処理水の吸光度の測定値からＳＳ濃度を監視し、ＳＳ濃度の変動に合わせて、被処理水への硝酸ナトリウム溶液の添加量を変化させた。硝酸ナトリウム水溶液の添加量は、硝酸ナトリウム水溶液と被処理水とを混合した後の硝酸イオンの濃度（以下、単に「硝酸濃度」と称す。）が５００ｍｇ／Ｌ以下となる範囲とした。
具体的には、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下で硝酸濃度１３０ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌを超え１００ｍｇ／Ｌ以下で硝酸濃度２００ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌを超え１２０ｍｇ／Ｌ以下で硝酸濃度２５０ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１２０ｍｇ／Ｌを超える場合に硝酸濃度３００ｍｇ／Ｌとした。
【００５９】
この結果、グラニュール汚泥が展開されている汚泥界面については、汚泥の流出・減少による高さの低下は認められず、９０日間の実験期間中、処理開始時のグラニュール汚泥量以上の量を反応槽内に維持できた。また、反応槽内のグラニュール汚泥の解体・微細化に起因する平均粒径の微細化も起こらなかった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００６０】
＜実施例３＞
実施例２において、硝酸ナトリウム水溶液に代えて、カチオン系高分子凝集剤（ポリアミノアルキルアクリレート）を用い、処理水のＳＳ濃度の変動に合わせてその添加量を変化させた。高分子凝集剤の添加量は凝集剤と被処理水とを混合した後の凝集剤の濃度（以下、単に「凝集剤濃度」と称す。）が１５ｍｇ／Ｌ以下となる範囲で制御した。
具体的には、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下で凝集剤濃度１０ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が８０ｍｇ／Ｌを超え１００ｍｇ／Ｌ以下で凝集剤濃度１１ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌを超え１２０ｍｇ／Ｌ以下で凝集剤濃度１２ｍｇ／Ｌ、処理水ＳＳ濃度が１２０ｍｇ／Ｌを超える場合に凝集剤濃度１３ｍｇ／Ｌとした。
【００６１】
この結果、グラニュール汚泥が展開されている汚泥界面については、汚泥の流出・減少による高さの低下は認められず、９０日間の実験期間中、処理開始時のグラニュール汚泥量以上の量を反応槽内に維持できた。また、反応槽内のグラニュール汚泥の解体、微細化に起因する平均粒径の微細化も起こらなかった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００６２】
＜比較例１＞
嫌気反応槽より取り出される処理水のＳＳ濃度の監視及び監視結果に基づくいずれの制御もしない条件で嫌気性処理を行った。
その結果、嫌気反応槽内のグラニュール汚泥は徐々に減少し、平均粒径も小さくなった。
このときの反応槽内グラニュール汚泥の平均粒径の経時変化、反応槽内汚泥界面高さの経時変化をそれぞれ図３，４に示す。
【００６３】
以下の結果から、処理水の吸光度に基く反応槽への被処理水の導入流量、栄養剤の添加量又は高分子凝集剤の添加量の制御で、反応槽内でのグラニュール汚泥の解体、反応槽からの汚泥流出を確実に防止して、高負荷高速処理を長期に亘り安定に行うことができることが分かる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 反応槽
２ グラニュール汚泥
３ 気固液分離装置
４ ガスホルダ
５ 処理水槽
６ 調整槽
７ ｐＨ調整槽
９ 制御装置
１０ 薬剤貯槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラニュール汚泥が保持された反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入して嫌気性処理を行う方法において、該反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定し、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御することを特徴とする嫌気性処理方法。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【請求項２】
請求項１において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項３】
グラニュール汚泥が保持された反応槽と、該反応槽にパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入する手段と、該反応槽から処理水を取り出す手段と、該処理水の波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定する手段と、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御する手段とを備えることを特徴とする嫌気性処理装置。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【請求項４】
請求項３において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理装置。
【請求項１】
グラニュール汚泥が保持された反応槽に、パルプ製造工程で排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入して嫌気性処理を行う方法において、該反応槽からの処理水について、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定し、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御することを特徴とする嫌気性処理方法。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【請求項２】
請求項１において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項３】
グラニュール汚泥が保持された反応槽と、該反応槽にパルプ製造工程から排出された蒸発凝縮水を含む被処理水を導入する手段と、該反応槽から処理水を取り出す手段と、該処理水の波長３８０〜７８０ｎｍの範囲の可視光の吸光度を測定する手段と、該吸光度の測定値に基いて、以下の（１）〜（３）のいずれか１以上を制御する手段とを備えることを特徴とする嫌気性処理装置。
（１） 該反応槽への被処理水の導入流量
（２） 該反応槽への栄養剤の添加量
（３） 該反応槽への高分子凝集剤の添加量
【請求項４】
請求項３において、前記栄養剤が、硝酸、亜硝酸、糖質、塗工廃液、カルシウム化合物、及び鉄塩からなる群より選ばれる１以上を含むことを特徴とする嫌気性処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５５６（Ｐ２０１２−５５６Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６７４４（Ｐ２０１０−１３６７４４）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００５９８０）三菱製紙株式会社 (1,550)
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００５９８０）三菱製紙株式会社 (1,550)
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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