嫌気性処理方法及び装置
【課題】酸発酵菌を固定化した酸発酵槽を用い効率的な酸発酵が行える嫌気性処理方法とその装置を提供することである。
【解決手段】装置本体側壁と邪魔板により形成されるガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置による酸発酵菌を固定化した酸発酵槽を用い、酸発酵工程及びメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理で有機性廃水又は有機性廃棄物を処理する嫌気性処理方法とその装置。
【解決手段】装置本体側壁と邪魔板により形成されるガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置による酸発酵菌を固定化した酸発酵槽を用い、酸発酵工程及びメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理で有機性廃水又は有機性廃棄物を処理する嫌気性処理方法とその装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種工場等より排出される有機性の廃水又は有機性の廃棄物等を対象とし、これを無害化する嫌気性汚泥床処理方法及び装置に関し、更に詳しくは酸発酵工程とメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性の廃水あるいは有機性の廃棄物等は、嫌気性処理によって分解処理されることがある。こうした分解処理方法として、例えば上向流嫌気性汚泥床法（以後、ＵＡＳＢとも記す）がある。これは近年普及してきた方法で、メタン菌等の嫌気性菌をグラニュール状に造粒化することにより、リアクター内のメタン菌の濃度を高濃度に維持できるという特徴があり、その結果、廃水中の有機物の濃度が相当高い場合でも効率よく処理できる。例えば、この方法を具体化した装置では、重クロム酸カリウムを酸化剤として測定したＣＯＤｃｒ（以後ＣＯＤと記す）の容積負荷が１０〜１５ｋｇ／ｍ３／ｄの廃水、廃棄物でも効率よく運転できるという特徴がある。
【０００３】
嫌気微生物による処理法は一般に酸発酵工程とメタン発酵工程に分けられる。メタン発酵では主に酢酸などの有機酸を基質として処理が行われるため、廃水中の有機物を有機酸に転換する酸発酵工程が重要となる。このときのメタン発酵工程には嫌気微生物を浮遊状態で保持する嫌気性消化法や嫌気微生物を固定床充填材の表面に生物膜として保持する嫌気性ろ床法、嫌気微生物を砂等の流動性担体表面に保持する嫌気性流動床法、前記ＵＡＳＢ法が用いられることが多い。
【０００４】
嫌気微生物を用いた処理装置の従来例を図２に示す。図２の（ａ）では原水１を直接メタン発酵処理している。このような処理方式は原水中の有機物が有機酸あるいは比較的低分子の有機物廃水である場合に適している。高分子の有機物を含む原水を図２の（ａ）の処理方式で処理する場合、高分子の有機物の酸発酵過程が律速条件となるためメタン発酵槽４で滞留時間を長くとるため、設備が過大となりとなり、効率の良い処理が行われない。高分子の有機物を含む原水を対象とする場合には、図２の（ｂ）に示すようにメタン発酵槽４の前段に酸発酵槽２を設け、酸発酵槽２で高分子の有機物を有機酸あるいは比較的低分子な有機酸へ転換させる場合が多い。これによって、メタン発酵槽４の滞留時間が短くなり、図２の（ａ）に比べて効率の良い処理が実現できる。
比較的高分子の有機物としては、タンパク質や脂質等が例として挙げられる。また、マルチトールやキシリトール等の糖アルコール等の難発酵成分も高分子の有機物と同様に酸発酵過程が律速となる場合が多い。
【０００５】
図２の（ｂ）の処理方式の酸発酵は、酸発酵菌を浮遊状態で保持する浮遊式の処理装置であるため、微生物の高濃度化が難しく、大容量の設備となる場合がある。このような問題点を解決する試みとして、酸発酵槽２に微生物を固定化する充填材を酸発酵槽２に充填した嫌気性流動床型や嫌気性ろ床型の酸発酵槽２が提案されている。
例えば、「非特許文献１」では、同一形状の酸発酵槽２とメタン発酵槽４の二相式処理方式により、両槽ともに担体として０．１〜０．３ｍｍの砂を使用し、線流速（以下、通水速度とも記す）８〜２０ｍ／ｈで運転している嫌気性流動床の例が紹介されている。「特許文献１」は、酸発酵槽内に酸発酵菌が付着する担体を充填した嫌気性ろ床であり、微生物の増殖により、充填層が閉塞しやすいという問題点をメタンガスで適宜曝気洗浄することで閉塞の不具合を起こさない処理方法である。また、「特許文献２」は、槽中央部に無機担体を充填した固定床を設け、槽下部を酸発酵部、槽上部をメタン発酵部とし、槽中央部の固定床を定期的に洗浄する処理方式である。
【特許文献１】特開平５−１２３６９３号公報
【特許文献２】特開平５−１６９０８６号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｊ．Ｈｅｉｊｎｅｎら，‘ＡＮＡＥＲＯＢＩＣ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ Ａ ＧＲＯＷＮ−ＵＰ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＱＵＡＴＥＣＨ’８６，ｐ．１５９−１７３（１９８６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、酸発酵菌を固定化した酸発酵槽を用いた二相式処理方式には以下に示すような問題点がある。
（イ）嫌気性流動床型酸発酵槽では担体の流動化に多大なエネルギーを要する。
（ロ）嫌気性流動床型酸発酵槽では担体に過剰に生物が付着した場合、酸発酵槽内の生物付着担体を引き抜き、付着生物と担体を分離した後、担体を酸発酵槽内へ戻す付着生物剥離設備が必要となる。あるいは、酸発酵槽内の生物付着担体を引き抜き、これを処分し、新たに担体を供給する必要がある。
【０００７】
（ハ）嫌気性固定床型酸発酵では洗浄を行うことで、固定床の閉塞を回避できるが、常時、流入廃水と生物との接触を良好に保つことが難しく、また、短絡流が生じる可能性もある。
（ニ）嫌気性流動床型酸発酵槽及び嫌気性固定床型酸発酵槽では浮遊式の酸発酵槽と異なり、ｐＨの調整が難しく、ｐＨ調整の不具合により効率的な処理が行えない場合がある。
こうしたことから、本発明は、酸発酵菌を固定化した酸発酵槽を用い効率的な酸発酵が行える嫌気性処理方法とその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】
【０００８】
本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
（１）有機性廃水又は有機性廃棄物を酸発酵工程及びメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理する方法において、該酸発酵工程にグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（２）前記メタン発酵工程がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする前記（１）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（３）前記酸発酵工程のｐＨが５〜６．５、前記メタン発酵工程のｐＨが６．５〜８．５であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【０００９】
（４）前記メタン発酵工程の流出水又はメタン発酵工程の槽内液を前記酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内の二箇所以上に分配し、供給することを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（５）酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内へメタン発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内のグラニュール汚泥を供給することを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（６）酸発酵工程流入水の有機物濃度、ｐＨ、アルカリ度、酸発酵工程の流出水又は酸発酵工程の槽内液のｐＨ、アルカリ度、メタン発酵工程流出水のアルカリ度のうち、一つ以上の項目を基に、原水及び／又は酸発酵工程でのアルカリ剤供給量を制御することを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【００１０】
（７）酸発酵槽及びメタン発酵槽により有機性廃水又は有機性廃棄物を処理する装置において、該酸発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床を有する酸発酵槽であることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
（８）前記メタン発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする前記（７）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理装置。
（９）前記メタン発酵槽内の槽内液又は前記メタン発酵槽の処理水を前記酸発酵槽へ返送する返送配管を設けたことを特徴とする前記（７）又は（８）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【００１１】
（１０）前記返送配管が２箇所以上で分岐していることを特徴とする前記（７）乃至（９）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
（１１）前記酸醗酵槽からメタン醗酵槽への導入配管内の酸醗酵処理液又は前記酸発酵槽内の酸発酵液を前記酸発酵槽の下方に返送する返送管と、前記メタン醗酵槽からのメタン醗酵処理水を送る配管内又は前記メタン発酵槽内の槽内液又はメタン醗酵処理水を前記メタン発酵槽の下方に返送する配管とを設けたことを特徴とする前記（７）乃至（１０）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
（１２）前記酸発酵槽及び／又は前記メタン発酵槽は、装置本体側壁と邪魔板により形成されるガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする前記（７）乃至（１１）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【００１２】
本発明の骨子は、有機性廃水又は有機性廃棄物、特に、比較的高分子の有機物や難発酵成分を含み、酸発酵過程が律速となる有機性廃水又は有機性廃棄物を対象として酸発酵処理を行う酸発酵工程において、微生物付着担体として酸発酵菌の固定化能力に優れたグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を適用することにある。酸発酵菌の固定化担体として酸発酵菌の固定能力に優れたグラニュール汚泥を用いることで、酸発酵槽内の酸発酵菌の保持量が増え、さらに、砂等の担体よりも比重の小さいグラニュール汚泥により構成される汚泥層の流動が良好な状態、即ち、汚泥と基質の良好な接触を妨げず、汚泥層全体を処理に対して有効に使うことで、高い負荷においても安定した処理を行うことにある。また、メタン発酵工程においてもグラニュール汚泥を保持した上向流嫌気性汚泥床処理法を適用する場合には、酸発酵槽とメタン発酵槽内の汚泥はともにグラニュール汚泥であるため、メタン発酵槽内のグラニュール汚泥を酸発酵槽に新規担体として供給することが容易となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有機性廃水又は有機性廃棄物、特に、比較的高分子の有機物や難発酵成分を含み、酸発酵過程が律速となる有機性廃水又は有機性廃棄物を対象として酸発酵処理を行う酸発酵工程の微生物付着担体として酸発酵菌の固定能力に優れたグラニュール汚泥を用いることで、酸発酵槽内の酸発酵菌の保持量が増え、さらに、砂等の担体よりも比重の小さいグラニュール汚泥により構成される汚泥層の流動が良好な状態、即ち、汚泥と基質の良好な接触を妨げず、汚泥層全体を処理に対して有効に使うことで、高い負荷においても安定した処理を行うことができる。また、メタン発酵工程においてもグラニュール汚泥を保持した上向流嫌気性汚泥床処理法を適用する場合には、酸発酵槽とメタン発酵槽内の汚泥はともにグラニュール汚泥であるため、メタン発酵槽内のグラニュール汚泥を酸発酵槽に新規担体として供給することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。図１は、嫌気性処理方法を実施するのに好ましい本発明の上向流嫌気性処理装置により構成される二相式処理方式での一形態の概要を例示した図である。
酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４（メタン発酵槽）は、嫌気性菌からなるグラニュール汚泥を投入して使用する。本発明の対象となる嫌気性処理は、３０℃〜３５℃を至適温度とした中温メタン発酵処理、５０℃〜５５℃を至適温度とした高温メタン発酵処理など全ての温度範囲の嫌気性処理を対象とする。嫌気性菌からなるグラニュール汚泥を投入し、有機性廃水などを含んだ原水１を酸発酵槽２へ上向流で導入し、酸発酵槽２からの酸発酵処理水３をＵＡＳＢ４へ上向流で導入する。
【００１５】
酸発酵槽２からＵＡＳＢ４への送水は、ポンプ圧送による送水でも良いし、酸発酵槽２の水位をＵＡＳＢ４の水位よりも高くすることによる水頭差による送水でも良い。原水１をＵＡＳＢ４から出るＵＡＳＢ処理水５の循環液９や系外から供給する希釈水等により必要に応じて適宜希釈を行う、あるいは、酸発酵槽２では酸発酵処理水３の循環を、ＵＡＳＢ４ではＵＡＳＢ処理水５の循環を行うことで、酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４内部での通水速度が０．１〜２ｍ／ｈとなるように調節する。後述の気液固分離装置を多段に配置したリアクター１４ではリアクター内の通水速度を０．１〜１０ｍ／ｈとなるように調節する。酸発酵槽２では酸発酵処理水３の循環を、ＵＡＳＢ４ではＵＡＳＢ処理水５の循環を行うことで酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４において、各々適切な通水速度に調節することが可能となる。
【００１６】
酸発酵槽２、ＵＡＳＢ４は各々１槽でもよいし、各々複数槽から構成されても良い。酸発酵槽２を複数槽とする場合には、前段の酸発酵槽で比較的酸発酵及び低分子化が容易な成分の反応が進行し、後段の酸発酵槽で、比較的酸発酵しにくい成分の酸発酵が進行する。この場合、前段の酸発酵槽と後段の酸発酵槽ではそれぞれの処理に適した菌相が形成される。
酸発酵菌を含む嫌気性菌から形成されるグラニュール汚泥は、その表面に酸発酵菌を固定化するのに適した生物担体であり、固定化された酸発酵菌の付着力は砂や活性炭等の担体への酸発酵菌の付着力よりも強く、安定している。また、グラニュール汚泥中にも酸発酵菌が含まれているため、嫌気性流動床や嫌気性固定床に比べ、酸発酵菌の菌体保持量が増加する。
グラニュール汚泥の比重は１．０５程度であり、砂や活性炭等の担体の比重に比べて小さいため、少ないエネルギーで良好な流動状態が得やすい。
【００１７】
酸発酵及びメタン発酵の至適ｐＨの観点から、酸発酵槽内のｐＨが５〜８、ＵＡＳＢ槽内のｐＨを６．５〜８．５に設定されることが多い。酸発酵槽内でもメタン発酵が、メタン発酵槽であるＵＡＳＢ槽内でも酸発酵が起こるが、酸発酵槽２及びＵＡＳＢ槽４の機能がより効果的に発揮できるように、酸発酵槽４のｐＨを５．５〜６．５に設定する。つまり、比較的高分子の有機物や難発酵成分を含み、酸発酵過程が律速となる有機性廃水又は有機性廃棄物を対象として酸発酵処理を行う酸発酵工程ではメタン発酵が起こりにくいｐＨ６．５以下とし、酸発酵処理を積極的に進行させることで、ＵＡＳＢ内で良好なメタン発酵処理が行え、効率的な嫌気性処理が達成できることになる。ＵＡＳＢ４ではメタン発酵の進行によりアルカリ度を生成し、ｐＨが上昇するため、酸発酵槽２のｐＨを５．５〜６．５に設定することで、ＵＡＳＢ槽内のｐＨは６．５〜８．５に保たれる。
【００１８】
酸発酵槽内で増殖した酸発酵菌を表面に付着したグラニュール汚泥（以下、酸発酵菌付着汚泥と称す）を適宜引き抜き、処理処分を行う。酸発酵菌付着汚泥を酸発酵槽２に多量に保有していると、酸発酵槽２から一度に大量に流出した酸発酵菌付着汚泥が、ＵＡＳＢ４に流入することで、ＵＡＳＢ４の処理性能の低下を招く恐れがあるため、酸発酵槽２の酸発酵菌付着汚泥を適宜引き抜く必要がある。この酸発酵菌付着汚泥は有機汚泥であるため、活性汚泥処理設備の余剰汚泥などと共に汚泥処理することが可能である。増殖した酸発酵菌付着汚泥を適宜引き抜くため、新たに酸発酵菌付着担体としてグラニュール汚泥を供給する必要がある。このグラニュール汚泥としてＵＡＳＢ内で増殖したグラニュール汚泥を用いることができる。ＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥をそのまま酸発酵槽内へ移送しても良いし（返送汚泥８）、ＵＡＳＢ４で増殖した余剰グラニュールを別途保管しておき、この余剰グラニュール汚泥を酸発酵槽内へ移送しても良い。
【００１９】
また、ＵＡＳＢ処理水５を酸発酵槽２へ循環する場合には、ＵＡＳＢ処理水５中に含まれるＵＡＳＢ４からの流出グラニュール汚泥が酸発酵槽２へ供給され、このグラニュール汚泥が新たな酸発酵菌付着担体となる。ＵＡＳＢ処理水循環水から酸発酵槽２に供給されるグラニュール汚泥量は、ＵＡＳＢ処理水中のグラニュール汚泥濃度とＵＡＳＢ処理水循環水量により決まる。酸発酵槽２への１日当たりの流入グラニュール量を酸発酵槽内汚泥量の０．０１％以上とすることで、別途、新規担体としてグラニュール汚泥を供給せずに運転が可能である。また、酸発酵槽２への１日当たりの流入グラニュール量を酸発酵槽内汚泥量が多くなると酸発酵処理に影響はないが、酸発酵槽２からの余剰酸発酵菌付着汚泥の引き抜き頻度が増える。
【００２０】
酸発酵槽２の発生ガス量は、ＵＡＳＢ槽４の発生ガス量に比べ、１／２０〜１／５と少ないため、ＵＡＳＢ４を流出し、酸発酵槽２へ流入するグラニュール汚泥は、酸発酵槽内に留まりやすく、酸発酵菌付着担体として機能できる。また、酸発酵槽２での発生ガス量を抑えるためにも、酸発酵槽２のｐＨを６．５以下に設定し、酸発酵槽内でのメタン発酵を抑制することは効果的である。
【００２１】
酸発酵槽２での過負荷による生物付着量の増大やｐＨ制御の不具合等の理由により、担体であるグラニュール汚泥の粒状化凝集体の維持が困難となり、担体としての機能を失う場合がある。このような場合には、ＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥あるいはＵＡＳＢで増殖した余剰グラニュール汚泥を新たに酸発酵菌付着担体として酸発酵槽内へ移送することで、速やかに酸発酵槽での処理性能を回復することが可能となる。
ＵＡＳＢ処理水５を酸発酵槽２へ循環する場合、その循環先を酸発酵槽流入部あるいは酸発酵槽内部とする。酸発酵槽２ではアルカリ度を消費する酸発酵処理が進行し、またＵＡＳＢ４ではアルカリ度を生成するメタン発酵が進行するため、アルカリ度の高いメタン発酵処理水であるＵＡＳＢ処理水９を酸発酵槽２へ循環することにより、ＵＡＳＢ４で生成したアルカリ度を有効に利用できる。ＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥を酸発酵槽２に返送する場合も、ＵＡＳＢ４で生成したアルカリ度を酸発酵で利用する効果は得られる。
【００２２】
酸発酵槽２として上向流嫌気性ろ床法や上向流嫌気性流動床法、上向流嫌気性汚泥床法を用いる場合、槽下部で有機物濃度が高いため、酸発酵の進行及びアルカリ度の消費の度合いが大きくなり、酸発酵槽内部でｐＨ勾配やアルカリ度の勾配及びが形成され易く、アルカリ度の不足やｐＨ調整の困難さ等の理由により、効率的な酸発酵が行われない場合がある。この傾向は上向流嫌気性ろ床法で顕著である。酸発酵槽２内部でのｐＨ勾配やアルカリ度の勾配を解消する手段としては、アルカリ度の高いＵＡＳＢ処理水５の循環位置を酸発酵槽の高さが異なる位置に分注することが有効である。ＵＡＳＢ処理水循環９の分注位置においてアルカリ度が供給されるため、酸発酵が促進される。ＵＡＳＢ処理水５の分注比は、酸発酵槽２の有機物負荷や分注位置などを考慮して決定する。
【００２３】
酸発酵槽２で安定した酸発酵処理を行うために、必要に応じてアルカリ剤７を添加する。アルカリ剤７としてはＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２等があるが、ｐＨ制御の容易さ及び取り扱いの容易さを考慮して、ＮａＯＨを用いることが多い。酸発酵処理水のｐＨの値により、酸発酵槽流入部やＵＡＳＢ処理水循環配管へのアルカリ剤注入量を制御する。また、原水中の有機物濃度から必要アルカリ剤量を算出し、アルカリ剤注入量を制御することが可能である。
【００２４】
この場合、ＵＡＳＢ処理水循環水由来のアルカリ度＋供給アルカリ剤由来のアルカリ度で供給されるアルカリ度が、原水（中和処理後）のＴＯＣ１ｋｇ当たりのＭ−アルカリ度として０．３〜１．５ｋｇ、好ましくは０．６〜１．０ｋｇとなるようにアルカリ剤７を注入し、さらに、ＵＡＳＢ処理水のアルカリ度、ＵＡＳＢ処理水循環流量、原水ＴＯＣを連続的に測定することで、アルカリ剤注入量を制御することができる。原水中の有機物濃度によりアルカリ剤注入量を制御する場合でも、前述の酸発酵処理水ｐＨ値によるアルカリ剤注入量の注入制御を行うことが好ましい。アルカリ剤注入時には酸発酵槽内での局所的なｐＨの上昇による処理性能の低下を避けるために、アルカリ剤注入後の酸発酵槽流入箇所でのｐＨが９．５以下になるようにすることが好ましい。また、原水が高ｐＨや低ｐＨの廃水である場合は酸またはアルカリを注入し、事前に中和を行うことが好ましい。
【００２５】
酸発酵槽２で発生するバイオガスと、ＵＡＳＢ４で発生するバイオガスと共に捕集されてバイオガス６が得られるが、そのバイオガス６にはカロリーの高いメタン、水素が含まれているので、回収して有効利用を図ることが好ましく、また、可燃性ガスに対する保安面からも望ましい。酸発酵槽２での有機物負荷が低い場合には酸発酵槽内でメタン発酵が進行し、メタンガスの発生割合が高くなるが、この場合でも本発明の機能を損ねることはない。
【００２６】
酸発酵槽２、ＵＡＳＢ４とともに、発生バイオガスと処理水、グラニュール汚泥を分離回収する気液固分離装置（以下、「ＧＳＳ」と記す）が槽上部に設置されている。このＧＳＳを多段に配置することで、酸発酵菌付着汚泥及びグラニュール汚泥の保持性能、つまり、リアクター（酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４をいう）内の菌体の保持量が高まり、酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４の処理性能が高まる。ＧＳＳ１７を多段に配置した装置を図３に示す。ＧＳＳ１７を多段に配置することで発生するバイオガス６を槽内で回収できるため、槽単位断面積当たりの発生ガス量が少なくなり、特に処理水１５を流出させる処理水配管に最も近い所ではリアクター１４の単位断面積当たりのガス量が小さくなる。そのため、グラニュール汚泥の系外流出量を非常に少なくすることができる。
【００２７】
槽内部の左右両側壁には、それぞれに一方の端部を固定し、他方の端部を反対側の側壁方向に向かって下降しながら延ばしている邪魔板１６を設けてある。邪魔板１６は、上下方向に３箇所左右交互に設けてある。装置本体側壁と邪魔板１６のなす角度θを３５度以下の鋭角とすることで、邪魔板上でのグラニュール汚泥の堆積による槽内のデッドスペースの形成を防ぐことが可能となり、より好ましい形態になる。なお、邪魔板１６の占有面積が槽断面積の１／２以下であると、上昇する発生ガス６の捕捉が不十分となり、気液固分離に不具合が生じる。つまり、槽中心部より発生ガス６が上方へ抜けてしまいＧＳＳ部１７で十分に発生ガス６を捕集できなくなる。各ＧＳＳ部の気相部のガス圧は異なるので、その差圧は水封槽１９で調整するとよい。原水送液側に近い順に水封圧は高く保つ必要がある。
【００２８】
発泡性の原水の場合には、ＧＳＳ内及び発生ガス回収配管が閉塞し、発生ガスの回収が困難となる。このような場合、リアクター流入水１２に予め消泡剤１３を加えることで、ＧＳＳ１７内での発泡を抑えることができる（図３）。この場合の消泡剤１３の注入箇所は酸発酵槽２流入箇所のみでも良いし、酸発酵槽２流入箇所及びＵＡＳＢ流入箇所としても良い。リアクター流入水１２に予め消泡剤１３を加える方法は、ＧＳＳ１７内に消泡剤１３を滴下、噴霧する方法に比べ、本手法は密閉空間での消泡に効果的である。消泡剤１３は原水性状に応じた消泡効果を有し、発酵液の消泡に適した、中温（３０〜３５℃）あるいは高温（５０〜５５℃）において消泡効果をなくすことのない消泡剤を使用する。消泡剤１３の種類としてはシリコーン系消泡剤、アルコール系消泡剤の何れも適用が可能である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【００３０】
実施例１
図４〜図６に実験に用いた装置の概要を示す。図４に示すＡ系列は浮遊式の酸発酵槽２の後段でＵＡＳＢ処理を行う系列（従来法）である。図５に示すＢ系列は酸発酵槽２に生物付着担体としてグラニュール汚泥を投入し、上向流嫌気性汚泥床処理を行った後、ＵＡＳＢ処理を行う系列（本発明に基づく案）である。図６に示すＣ系列はＢ系列の酸発酵槽容量を１／２とした系列（本発明に基づく案）である。
【００３１】
Ａ系列の酸発酵槽２の容量は１．５ｍ３である。各系列のＵＡＳＢ４及びＢ系列の酸発酵槽２はＧＳＳ１０を槽上部に備えた同一の構造であり、容量は１．５ｍ３（０．５ｍ×０．５ｍ×６ｍ）である。Ｃ系列の酸発酵槽２はＧＳＳを槽上部に備えた構造であり、容量は０．７４ｍ３（０．３５ｍ×０．３５ｍ×６ｍ）である。各系列ともに処理水の循環は行わず、一過性の処理とした。各槽の温度は３５℃になるように制御した。原水にはタンパク質やマルチトールを含んだ食品製造廃水（ＣＯＤｃｒ１００００ｍｇ／Ｌ）の中和処理水を使用した。原水には窒素、リン等を栄養剤として加えた。消泡剤は予め原水に加えた。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨを注入した。
【００３２】
処理成績を第１表に示す。各槽のＣＯＤｃｒ負荷は原水の流量及びＣＯＤＣｒ濃度を基に算出した（以下、同様）。各条件とも、１ヶ月間運転を行った。
Ｂ系列では、原水流量０．７５〜１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷５〜１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％の良好な処理であった。Ｃ系列では、原水流量０．７５〜１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷５〜１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤＣｒ除去率９０％の良好な処理であった。一方、Ａ系列では原水流量０．７５ｍ３／ｄ、ＣＯＤＣｒ負荷５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤＣｒ除去率８０％、原水流量１．５ｍ３／ｄ、ＣＯＤＣｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤＣｒ除去率７０％の処理であった。
【００３３】
【表１】
【００３４】
従来法であるＡ系列に比べ、酸発酵槽に生物付着担体としてグラニュール汚泥を投入し、酸発酵菌の保持量を高めた本発明法であるＢ系列及びＣ系列では、高い有機物除去性能が得られた。また、酸発酵菌の保持量を高めた結果、従来の酸発酵槽容量を従来法の１／２とし、酸発酵槽のＣＯＤＣｒ負荷を高めたＣ系列においても、高い有機物除去性能が得られた。
【００３５】
実施例２
実験に用いた装置は、Ｃ系列と図７に示すＤ系列の装置である。Ｃ系列は実施例１のＣ系列と同様である。Ｄ系列は、酸発酵槽２の生物付着担体として平均粒径０．３ｍｍの粒状活性炭を充填し、嫌気性流動床処理を行った後、ＵＡＳＢ処理を行う系列である。両系列の酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４はＧＳＳ１７を槽上部に備えた構造であり、容量は酸発酵槽２が０．７４ｍ３（０．３５ｍ×０．３５ｍ×６ｍ）、ＵＡＳＢ２が１．５ｍ３（０．５ｍ×０．５ｍ×６ｍ）である。Ｃ系列では処理水５の循環を行わず一過性の処理とした。Ｄ系列では、酸発酵槽内部の担体の流動化を促すために、酸発酵処理水３を酸発酵槽流入部へ循環し、酸発酵槽２の通水速度が６ｍ／ｈとなるように調整した。Ｃ系列のＵＡＳＢ４では処理水５の循環は行わなかった。
【００３６】
両系列の酸発酵槽２では、酸発酵菌の増殖により生物付着担体が酸発酵槽容量の１／３以上になった段階で担体の引き抜きを行い、新規担体としてＣ系列ではＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥を移送し、Ｄ系列では粒径０．３ｍｍの粒状活性炭を供給した。１回当たりの担体引き抜き量は酸発酵槽容量の１０％とし、１回当たりの担体補充量は酸発酵槽容量の５％とした。各槽の温度は３５℃になるように制御した。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨを注入した。原水１は実施例１と同様の廃水であり、栄養剤と消泡剤を添加した。
処理成績を第２表に示す。各条件とも、１ヶ月間運転を行った。
【００３７】
【表２】
【００３８】
Ｃ系列では、原水流量１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％であり、また原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率８３％の処理であった。Ｄ系列では原水流量１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率８８％であり、原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率７０％の処理であった。
ＵＡＳＢ４のＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄではＣ系列、Ｄ系列ともにＣＯＤｃｒ除去率８８〜９０％の良好な処理であったが、ＵＡＳＢ４のＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄではＤ系列のＣＯＤｃｒ除去率は７０％に低下した。酸発酵槽２の酸発酵菌保持量の多いＣ系列では、高負荷処理が達成できた。
【００３９】
酸発酵槽２の通水速度は、Ｃ系列で０．５１〜０．７７ｍ／ｈ、Ｄ系列では６ｍ／ｈであり、酸発酵槽２の生物付着担体として平均粒径０．３ｍｍの粒状活性炭を充填したＤ系列では、担体を流動させるエネルギーがより多く必要となる。
酸発酵槽２の生物付着担体の引き抜きはＣ系列では１回／月、Ｄ系列では１回／３ヶ月であった。酸発酵菌の保持量の多いＣ系列では、Ｄ系列に比べ、生物付着担体の引き抜き頻度が高くなったが、補充担体をＵＡＳＢ４の余剰グラニュールとしたため、補充担体のコストはかからなかった。Ｃ系列ではＵＡＳＢ４でのグラニュール汚泥増殖量＞酸発酵槽へのグラニュール汚泥供給量であるため、ＵＡＳＢ処理に影響を及ぼすことは無かった。
【００４０】
実施例３
実験に用いた装置は、Ｃ系列と、図８に示すＥ系列と、図９に示すＦ系列の装置である。Ｃ系列は実施例１のＣ系列と同様である。Ｅ系列及びＦ系列の酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４の装置仕様は実施例１のＣ系列と同様であり、酸発酵槽２の生物付着担体としてグラニュール汚泥を使用した。
各系列の酸発酵槽では、酸発酵菌の増殖により生物付着担体が酸発酵槽容量の１／３以上になった段階で担体の引き抜きを行った。１回当たりの担体引き抜き量は酸発酵槽容量の１０％とした。Ｃ系列では新規担体としてＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥を移送し、１回当たりの担体補充量を酸発酵槽の５％とした。Ｅ系列及びＦ系列ではＵＡＳＢ２からのグラニュール汚泥の移送は行わなかった。Ｃ系列及びＦ系列では処理水の循環を行わず一過性の処理とした。Ｅ系列では、ＵＡＳＢ処理水を酸発酵槽流入部へ循環し、酸発酵槽２の通水速度が１ｍ／ｈとなるように調整した。各槽の温度は３５℃になるように制御した。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨを注入した。原水は実施例１と同様の廃水であり、栄養剤と消泡剤を添加した。
処理成績を第３表に示す。各条件共に１０ヶ月運転を行った。
【００４１】
【表３】
【００４２】
Ｃ系列では、原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％であった。Ｅ系列では原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ処理水循環流量０．６９ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％の処理であった。Ｆ系列では原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率７０％の処理であった。
運転期間後半の３ヶ月では、酸発酵槽内の汚泥濃度はＣ系列が６〜７％、Ｅ系列が５〜６％、Ｆ系列は３〜４％であった。各系列の酸発酵菌付着汚泥の引き抜き頻度は１回／１〜２月であった。この期間での各系列の酸発酵槽４のＣＯＤ汚泥負荷はＣ系列：１．３〜１．５ｋｇ−ＣＯＤ／ｋｇ−ＳＳ／ｄ、Ｅ系列：１．５〜１．８ｋｇ−ＣＯＤ／ｋｇ−ＳＳ／ｄ、Ｆ系列：２．３〜３ｋｇ−ＣＯＤ／ｋｇ−ＳＳ／ｄであった。
【００４３】
酸発酵菌付着汚泥の引き抜きを行った後、生物付着担体としてのグラニュール汚泥の新規投入が無かったＦ系列では、酸発酵槽内で酸発酵菌が増殖しても、汚泥濃度は３〜４％であり、Ｃ系列及びＥ系列の汚泥濃度よりも低く、酸発酵槽２でのＣＯＤ汚泥負荷が高くなったため、酸発酵の進行が不十分であり、ＣＯＤＣｒ除去率が低下した。
ＵＡＳＢ４よりグラニュール汚泥を移送したＣ系列及びＵＡＳＢ４からの流出グラニュール汚泥がＵＡＳＢ処理水循環液とともに酸発酵槽２へ流入するＥ系列では、生物付着担体としてのグラニュール汚泥が供給されていたため、安定した処理が可能であった。
安定した処理を行うためには、ＵＡＳＢ４から酸発酵槽２へのグラニュールの移送やＵＡＳＢ処理水循環による酸発酵槽２へのグラニュール汚泥の供給が有効であった。
【００４４】
実施例４
実験に用いた装置は、図１０に示すＧ系列の装置である。Ｇ系列は実施例３のＥ系列にＮａＯＨ７注入制御を行った系列である。Ｇ系列の原水１は実施例１の原水と同様であるが、ＣＯＤｃｒが６０００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌで変動した。原水の流量は１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷は６〜１５ｋｇ／ｍ３／ｄであった。
ＮａＯＨ７の注入量制御は以下の方法で行った。原水１の流量を流量計２０で、原水１のＴＯＣ濃度をＴＯＣ計２１で、ＵＡＳＢ処理水のＭ−アルカリ度をアルカリ度計２２で、ＵＡＳＢ処理水循環流量を流量計２０で連続的に測定し、ＮａＯＨ注入量の制御を行った。ＵＡＳＢ処理水循環水由来のＭ−アルカリ度＋供給ＮａＯＨ由来のＭ−アルカリ度で供給されるアルカリ度が、原水１のＴＯＣ１ｋｇ当たりのＭ−アルカリ度として０．８ｋｇとなるようにアルカリ剤７を注入した。
【００４５】
この結果、原水ＣＯＤｃｒが６０００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤｃｒ負荷が６〜１５ｋｇ／ｍ３／ｄで変動した場合でも、酸発酵槽流出水のｐＨは５．５〜６．５の範囲で維持され、ＣＯＤｃｒ除去率は約９０％の安定した処理が継続できた。
ＵＡＳＢ処理水のアルカリ度、ＵＡＳＢ処理水循環流量、原水ＴＯＣ、原水流量を連続的に測定し、ＮａＯＨ注入量を制御することで流入有機物負荷変動による酸発酵槽２でのアルカリ度不足による処理性能の低下を回避することが可能であった．
【００４６】
実施例５
実験に用いた装置はＥ系列の装置と、図１１に示すＨ系列の装置である。Ｅ系列は実施例３のＥ系列と同様である。Ｈ系列は酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４に邪魔板を３ヶ取り付け、装置側壁と邪魔板との角度を３０度としたＧＳＳを多段に配置した系列である。Ｈ系列の容量は酸発酵槽２が０．７４ｍ３（０．３５ｍ×０．３５ｍ×６ｍ）、ＵＡＳＢが１．５ｍ３（０．５ｍ×０．５ｍ×６ｍ）である。Ｈ系列では、ＵＡＳＢ処理水を酸発酵槽流入部へ循環し、酸発酵槽２の通水速度が３ｍ／ｈとなるように調整した。各槽の温度は３５℃になるように制御した。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨ７を注入した。原水は実施例１と同様の廃水であり、栄養剤と消泡剤を添加した。処理成績を第４表に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
Ｅ系列では、原水流量２．７ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤＣｒ負荷１８ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率８５％であった。Ｈ系列では原水流量４．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ処理水循環流量４．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤＣｒ負荷３０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％の処理であった。
Ｈ系列ではＧＳＳを多段に配置したことで気液固分離性能が向上し、汚泥保持量が増加したことにより、高負荷処理が達成できた。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法とその装置は、高い負荷においても安定した処理を行うことができるので、廃水処理場で本発明のシステムが実用化される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】嫌気性処理方法を実施するのに好ましい本発明の上向流嫌気性処理装置により構成される二相式処理方式での一形態の概要を例示した図である。
【図２】従来の嫌気性処理装置の概略図である。
【図３】本発明の気液固分離装置（ＧＳＳ）が槽上部に設置された酸発酵槽及びＵＡＳＢ槽の概略図である。
【図４】実施例１で用いた従来法のＡ系列の処理装置の概要を示す。
【図５】本発明の嫌気性処理に用いたＢ系列の処理装置の概要を示す。
【図６】本発明の嫌気性処理に用いたＣ系列の処理装置の概要を示す。
【図７】本発明の嫌気性処理に用いたＤ系列の処理装置の概要を示す。
【図８】本発明の嫌気性処理に用いたＥ系列の処理装置の概要を示す。
【図９】本発明の嫌気性処理に用いたＦ系列の処理装置の概要を示す。
【図１０】本発明の嫌気性処理に用いたＧ系列の処理装置の概要を示す。
【図１１】本発明の嫌気性処理に用いたＨ系列の処理装置の概要を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１ 原水
２ 酸発酵槽
３ 酸発酵処理水
４ メタン発酵槽（ＵＡＳＢ）
５ メタン発酵処理水（ＵＡＳＢ処理水）
６ バイオガス（メタンガス）
７ アルカリ剤（ＮａＯＨ）
８ 返送汚泥
９ ＵＡＳＢ処理水循環
１０ 酸醗酵処理水（内部循環）
１１ ＵＡＳＢ処理水（内部循環）
１２ 流入水
１３ 泡消剤
１４ リアクター
１５ 処理水
１６ 邪魔板
１７ ＧＳＳ
１８ 発生ガス
１９ 水封槽
２０ 流量計
２１ ＴＯＣ計
２２ アルカリ度計
Ａ 導入配管
Ｂ 導入配管
Ｃ 流出配管
Ｄ 返送配管
Ｅ 循環配管
Ｆ 循環配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種工場等より排出される有機性の廃水又は有機性の廃棄物等を対象とし、これを無害化する嫌気性汚泥床処理方法及び装置に関し、更に詳しくは酸発酵工程とメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性の廃水あるいは有機性の廃棄物等は、嫌気性処理によって分解処理されることがある。こうした分解処理方法として、例えば上向流嫌気性汚泥床法（以後、ＵＡＳＢとも記す）がある。これは近年普及してきた方法で、メタン菌等の嫌気性菌をグラニュール状に造粒化することにより、リアクター内のメタン菌の濃度を高濃度に維持できるという特徴があり、その結果、廃水中の有機物の濃度が相当高い場合でも効率よく処理できる。例えば、この方法を具体化した装置では、重クロム酸カリウムを酸化剤として測定したＣＯＤｃｒ（以後ＣＯＤと記す）の容積負荷が１０〜１５ｋｇ／ｍ３／ｄの廃水、廃棄物でも効率よく運転できるという特徴がある。
【０００３】
嫌気微生物による処理法は一般に酸発酵工程とメタン発酵工程に分けられる。メタン発酵では主に酢酸などの有機酸を基質として処理が行われるため、廃水中の有機物を有機酸に転換する酸発酵工程が重要となる。このときのメタン発酵工程には嫌気微生物を浮遊状態で保持する嫌気性消化法や嫌気微生物を固定床充填材の表面に生物膜として保持する嫌気性ろ床法、嫌気微生物を砂等の流動性担体表面に保持する嫌気性流動床法、前記ＵＡＳＢ法が用いられることが多い。
【０００４】
嫌気微生物を用いた処理装置の従来例を図２に示す。図２の（ａ）では原水１を直接メタン発酵処理している。このような処理方式は原水中の有機物が有機酸あるいは比較的低分子の有機物廃水である場合に適している。高分子の有機物を含む原水を図２の（ａ）の処理方式で処理する場合、高分子の有機物の酸発酵過程が律速条件となるためメタン発酵槽４で滞留時間を長くとるため、設備が過大となりとなり、効率の良い処理が行われない。高分子の有機物を含む原水を対象とする場合には、図２の（ｂ）に示すようにメタン発酵槽４の前段に酸発酵槽２を設け、酸発酵槽２で高分子の有機物を有機酸あるいは比較的低分子な有機酸へ転換させる場合が多い。これによって、メタン発酵槽４の滞留時間が短くなり、図２の（ａ）に比べて効率の良い処理が実現できる。
比較的高分子の有機物としては、タンパク質や脂質等が例として挙げられる。また、マルチトールやキシリトール等の糖アルコール等の難発酵成分も高分子の有機物と同様に酸発酵過程が律速となる場合が多い。
【０００５】
図２の（ｂ）の処理方式の酸発酵は、酸発酵菌を浮遊状態で保持する浮遊式の処理装置であるため、微生物の高濃度化が難しく、大容量の設備となる場合がある。このような問題点を解決する試みとして、酸発酵槽２に微生物を固定化する充填材を酸発酵槽２に充填した嫌気性流動床型や嫌気性ろ床型の酸発酵槽２が提案されている。
例えば、「非特許文献１」では、同一形状の酸発酵槽２とメタン発酵槽４の二相式処理方式により、両槽ともに担体として０．１〜０．３ｍｍの砂を使用し、線流速（以下、通水速度とも記す）８〜２０ｍ／ｈで運転している嫌気性流動床の例が紹介されている。「特許文献１」は、酸発酵槽内に酸発酵菌が付着する担体を充填した嫌気性ろ床であり、微生物の増殖により、充填層が閉塞しやすいという問題点をメタンガスで適宜曝気洗浄することで閉塞の不具合を起こさない処理方法である。また、「特許文献２」は、槽中央部に無機担体を充填した固定床を設け、槽下部を酸発酵部、槽上部をメタン発酵部とし、槽中央部の固定床を定期的に洗浄する処理方式である。
【特許文献１】特開平５−１２３６９３号公報
【特許文献２】特開平５−１６９０８６号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｊ．Ｈｅｉｊｎｅｎら，‘ＡＮＡＥＲＯＢＩＣ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ Ａ ＧＲＯＷＮ−ＵＰ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＱＵＡＴＥＣＨ’８６，ｐ．１５９−１７３（１９８６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、酸発酵菌を固定化した酸発酵槽を用いた二相式処理方式には以下に示すような問題点がある。
（イ）嫌気性流動床型酸発酵槽では担体の流動化に多大なエネルギーを要する。
（ロ）嫌気性流動床型酸発酵槽では担体に過剰に生物が付着した場合、酸発酵槽内の生物付着担体を引き抜き、付着生物と担体を分離した後、担体を酸発酵槽内へ戻す付着生物剥離設備が必要となる。あるいは、酸発酵槽内の生物付着担体を引き抜き、これを処分し、新たに担体を供給する必要がある。
【０００７】
（ハ）嫌気性固定床型酸発酵では洗浄を行うことで、固定床の閉塞を回避できるが、常時、流入廃水と生物との接触を良好に保つことが難しく、また、短絡流が生じる可能性もある。
（ニ）嫌気性流動床型酸発酵槽及び嫌気性固定床型酸発酵槽では浮遊式の酸発酵槽と異なり、ｐＨの調整が難しく、ｐＨ調整の不具合により効率的な処理が行えない場合がある。
こうしたことから、本発明は、酸発酵菌を固定化した酸発酵槽を用い効率的な酸発酵が行える嫌気性処理方法とその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】
【０００８】
本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
（１）有機性廃水又は有機性廃棄物を酸発酵工程及びメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理する方法において、該酸発酵工程にグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（２）前記メタン発酵工程がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする前記（１）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（３）前記酸発酵工程のｐＨが５〜６．５、前記メタン発酵工程のｐＨが６．５〜８．５であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【０００９】
（４）前記メタン発酵工程の流出水又はメタン発酵工程の槽内液を前記酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内の二箇所以上に分配し、供給することを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（５）酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内へメタン発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内のグラニュール汚泥を供給することを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
（６）酸発酵工程流入水の有機物濃度、ｐＨ、アルカリ度、酸発酵工程の流出水又は酸発酵工程の槽内液のｐＨ、アルカリ度、メタン発酵工程流出水のアルカリ度のうち、一つ以上の項目を基に、原水及び／又は酸発酵工程でのアルカリ剤供給量を制御することを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【００１０】
（７）酸発酵槽及びメタン発酵槽により有機性廃水又は有機性廃棄物を処理する装置において、該酸発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床を有する酸発酵槽であることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
（８）前記メタン発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする前記（７）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理装置。
（９）前記メタン発酵槽内の槽内液又は前記メタン発酵槽の処理水を前記酸発酵槽へ返送する返送配管を設けたことを特徴とする前記（７）又は（８）に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【００１１】
（１０）前記返送配管が２箇所以上で分岐していることを特徴とする前記（７）乃至（９）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
（１１）前記酸醗酵槽からメタン醗酵槽への導入配管内の酸醗酵処理液又は前記酸発酵槽内の酸発酵液を前記酸発酵槽の下方に返送する返送管と、前記メタン醗酵槽からのメタン醗酵処理水を送る配管内又は前記メタン発酵槽内の槽内液又はメタン醗酵処理水を前記メタン発酵槽の下方に返送する配管とを設けたことを特徴とする前記（７）乃至（１０）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
（１２）前記酸発酵槽及び／又は前記メタン発酵槽は、装置本体側壁と邪魔板により形成されるガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする前記（７）乃至（１１）のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【００１２】
本発明の骨子は、有機性廃水又は有機性廃棄物、特に、比較的高分子の有機物や難発酵成分を含み、酸発酵過程が律速となる有機性廃水又は有機性廃棄物を対象として酸発酵処理を行う酸発酵工程において、微生物付着担体として酸発酵菌の固定化能力に優れたグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を適用することにある。酸発酵菌の固定化担体として酸発酵菌の固定能力に優れたグラニュール汚泥を用いることで、酸発酵槽内の酸発酵菌の保持量が増え、さらに、砂等の担体よりも比重の小さいグラニュール汚泥により構成される汚泥層の流動が良好な状態、即ち、汚泥と基質の良好な接触を妨げず、汚泥層全体を処理に対して有効に使うことで、高い負荷においても安定した処理を行うことにある。また、メタン発酵工程においてもグラニュール汚泥を保持した上向流嫌気性汚泥床処理法を適用する場合には、酸発酵槽とメタン発酵槽内の汚泥はともにグラニュール汚泥であるため、メタン発酵槽内のグラニュール汚泥を酸発酵槽に新規担体として供給することが容易となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有機性廃水又は有機性廃棄物、特に、比較的高分子の有機物や難発酵成分を含み、酸発酵過程が律速となる有機性廃水又は有機性廃棄物を対象として酸発酵処理を行う酸発酵工程の微生物付着担体として酸発酵菌の固定能力に優れたグラニュール汚泥を用いることで、酸発酵槽内の酸発酵菌の保持量が増え、さらに、砂等の担体よりも比重の小さいグラニュール汚泥により構成される汚泥層の流動が良好な状態、即ち、汚泥と基質の良好な接触を妨げず、汚泥層全体を処理に対して有効に使うことで、高い負荷においても安定した処理を行うことができる。また、メタン発酵工程においてもグラニュール汚泥を保持した上向流嫌気性汚泥床処理法を適用する場合には、酸発酵槽とメタン発酵槽内の汚泥はともにグラニュール汚泥であるため、メタン発酵槽内のグラニュール汚泥を酸発酵槽に新規担体として供給することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。図１は、嫌気性処理方法を実施するのに好ましい本発明の上向流嫌気性処理装置により構成される二相式処理方式での一形態の概要を例示した図である。
酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４（メタン発酵槽）は、嫌気性菌からなるグラニュール汚泥を投入して使用する。本発明の対象となる嫌気性処理は、３０℃〜３５℃を至適温度とした中温メタン発酵処理、５０℃〜５５℃を至適温度とした高温メタン発酵処理など全ての温度範囲の嫌気性処理を対象とする。嫌気性菌からなるグラニュール汚泥を投入し、有機性廃水などを含んだ原水１を酸発酵槽２へ上向流で導入し、酸発酵槽２からの酸発酵処理水３をＵＡＳＢ４へ上向流で導入する。
【００１５】
酸発酵槽２からＵＡＳＢ４への送水は、ポンプ圧送による送水でも良いし、酸発酵槽２の水位をＵＡＳＢ４の水位よりも高くすることによる水頭差による送水でも良い。原水１をＵＡＳＢ４から出るＵＡＳＢ処理水５の循環液９や系外から供給する希釈水等により必要に応じて適宜希釈を行う、あるいは、酸発酵槽２では酸発酵処理水３の循環を、ＵＡＳＢ４ではＵＡＳＢ処理水５の循環を行うことで、酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４内部での通水速度が０．１〜２ｍ／ｈとなるように調節する。後述の気液固分離装置を多段に配置したリアクター１４ではリアクター内の通水速度を０．１〜１０ｍ／ｈとなるように調節する。酸発酵槽２では酸発酵処理水３の循環を、ＵＡＳＢ４ではＵＡＳＢ処理水５の循環を行うことで酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４において、各々適切な通水速度に調節することが可能となる。
【００１６】
酸発酵槽２、ＵＡＳＢ４は各々１槽でもよいし、各々複数槽から構成されても良い。酸発酵槽２を複数槽とする場合には、前段の酸発酵槽で比較的酸発酵及び低分子化が容易な成分の反応が進行し、後段の酸発酵槽で、比較的酸発酵しにくい成分の酸発酵が進行する。この場合、前段の酸発酵槽と後段の酸発酵槽ではそれぞれの処理に適した菌相が形成される。
酸発酵菌を含む嫌気性菌から形成されるグラニュール汚泥は、その表面に酸発酵菌を固定化するのに適した生物担体であり、固定化された酸発酵菌の付着力は砂や活性炭等の担体への酸発酵菌の付着力よりも強く、安定している。また、グラニュール汚泥中にも酸発酵菌が含まれているため、嫌気性流動床や嫌気性固定床に比べ、酸発酵菌の菌体保持量が増加する。
グラニュール汚泥の比重は１．０５程度であり、砂や活性炭等の担体の比重に比べて小さいため、少ないエネルギーで良好な流動状態が得やすい。
【００１７】
酸発酵及びメタン発酵の至適ｐＨの観点から、酸発酵槽内のｐＨが５〜８、ＵＡＳＢ槽内のｐＨを６．５〜８．５に設定されることが多い。酸発酵槽内でもメタン発酵が、メタン発酵槽であるＵＡＳＢ槽内でも酸発酵が起こるが、酸発酵槽２及びＵＡＳＢ槽４の機能がより効果的に発揮できるように、酸発酵槽４のｐＨを５．５〜６．５に設定する。つまり、比較的高分子の有機物や難発酵成分を含み、酸発酵過程が律速となる有機性廃水又は有機性廃棄物を対象として酸発酵処理を行う酸発酵工程ではメタン発酵が起こりにくいｐＨ６．５以下とし、酸発酵処理を積極的に進行させることで、ＵＡＳＢ内で良好なメタン発酵処理が行え、効率的な嫌気性処理が達成できることになる。ＵＡＳＢ４ではメタン発酵の進行によりアルカリ度を生成し、ｐＨが上昇するため、酸発酵槽２のｐＨを５．５〜６．５に設定することで、ＵＡＳＢ槽内のｐＨは６．５〜８．５に保たれる。
【００１８】
酸発酵槽内で増殖した酸発酵菌を表面に付着したグラニュール汚泥（以下、酸発酵菌付着汚泥と称す）を適宜引き抜き、処理処分を行う。酸発酵菌付着汚泥を酸発酵槽２に多量に保有していると、酸発酵槽２から一度に大量に流出した酸発酵菌付着汚泥が、ＵＡＳＢ４に流入することで、ＵＡＳＢ４の処理性能の低下を招く恐れがあるため、酸発酵槽２の酸発酵菌付着汚泥を適宜引き抜く必要がある。この酸発酵菌付着汚泥は有機汚泥であるため、活性汚泥処理設備の余剰汚泥などと共に汚泥処理することが可能である。増殖した酸発酵菌付着汚泥を適宜引き抜くため、新たに酸発酵菌付着担体としてグラニュール汚泥を供給する必要がある。このグラニュール汚泥としてＵＡＳＢ内で増殖したグラニュール汚泥を用いることができる。ＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥をそのまま酸発酵槽内へ移送しても良いし（返送汚泥８）、ＵＡＳＢ４で増殖した余剰グラニュールを別途保管しておき、この余剰グラニュール汚泥を酸発酵槽内へ移送しても良い。
【００１９】
また、ＵＡＳＢ処理水５を酸発酵槽２へ循環する場合には、ＵＡＳＢ処理水５中に含まれるＵＡＳＢ４からの流出グラニュール汚泥が酸発酵槽２へ供給され、このグラニュール汚泥が新たな酸発酵菌付着担体となる。ＵＡＳＢ処理水循環水から酸発酵槽２に供給されるグラニュール汚泥量は、ＵＡＳＢ処理水中のグラニュール汚泥濃度とＵＡＳＢ処理水循環水量により決まる。酸発酵槽２への１日当たりの流入グラニュール量を酸発酵槽内汚泥量の０．０１％以上とすることで、別途、新規担体としてグラニュール汚泥を供給せずに運転が可能である。また、酸発酵槽２への１日当たりの流入グラニュール量を酸発酵槽内汚泥量が多くなると酸発酵処理に影響はないが、酸発酵槽２からの余剰酸発酵菌付着汚泥の引き抜き頻度が増える。
【００２０】
酸発酵槽２の発生ガス量は、ＵＡＳＢ槽４の発生ガス量に比べ、１／２０〜１／５と少ないため、ＵＡＳＢ４を流出し、酸発酵槽２へ流入するグラニュール汚泥は、酸発酵槽内に留まりやすく、酸発酵菌付着担体として機能できる。また、酸発酵槽２での発生ガス量を抑えるためにも、酸発酵槽２のｐＨを６．５以下に設定し、酸発酵槽内でのメタン発酵を抑制することは効果的である。
【００２１】
酸発酵槽２での過負荷による生物付着量の増大やｐＨ制御の不具合等の理由により、担体であるグラニュール汚泥の粒状化凝集体の維持が困難となり、担体としての機能を失う場合がある。このような場合には、ＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥あるいはＵＡＳＢで増殖した余剰グラニュール汚泥を新たに酸発酵菌付着担体として酸発酵槽内へ移送することで、速やかに酸発酵槽での処理性能を回復することが可能となる。
ＵＡＳＢ処理水５を酸発酵槽２へ循環する場合、その循環先を酸発酵槽流入部あるいは酸発酵槽内部とする。酸発酵槽２ではアルカリ度を消費する酸発酵処理が進行し、またＵＡＳＢ４ではアルカリ度を生成するメタン発酵が進行するため、アルカリ度の高いメタン発酵処理水であるＵＡＳＢ処理水９を酸発酵槽２へ循環することにより、ＵＡＳＢ４で生成したアルカリ度を有効に利用できる。ＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥を酸発酵槽２に返送する場合も、ＵＡＳＢ４で生成したアルカリ度を酸発酵で利用する効果は得られる。
【００２２】
酸発酵槽２として上向流嫌気性ろ床法や上向流嫌気性流動床法、上向流嫌気性汚泥床法を用いる場合、槽下部で有機物濃度が高いため、酸発酵の進行及びアルカリ度の消費の度合いが大きくなり、酸発酵槽内部でｐＨ勾配やアルカリ度の勾配及びが形成され易く、アルカリ度の不足やｐＨ調整の困難さ等の理由により、効率的な酸発酵が行われない場合がある。この傾向は上向流嫌気性ろ床法で顕著である。酸発酵槽２内部でのｐＨ勾配やアルカリ度の勾配を解消する手段としては、アルカリ度の高いＵＡＳＢ処理水５の循環位置を酸発酵槽の高さが異なる位置に分注することが有効である。ＵＡＳＢ処理水循環９の分注位置においてアルカリ度が供給されるため、酸発酵が促進される。ＵＡＳＢ処理水５の分注比は、酸発酵槽２の有機物負荷や分注位置などを考慮して決定する。
【００２３】
酸発酵槽２で安定した酸発酵処理を行うために、必要に応じてアルカリ剤７を添加する。アルカリ剤７としてはＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２等があるが、ｐＨ制御の容易さ及び取り扱いの容易さを考慮して、ＮａＯＨを用いることが多い。酸発酵処理水のｐＨの値により、酸発酵槽流入部やＵＡＳＢ処理水循環配管へのアルカリ剤注入量を制御する。また、原水中の有機物濃度から必要アルカリ剤量を算出し、アルカリ剤注入量を制御することが可能である。
【００２４】
この場合、ＵＡＳＢ処理水循環水由来のアルカリ度＋供給アルカリ剤由来のアルカリ度で供給されるアルカリ度が、原水（中和処理後）のＴＯＣ１ｋｇ当たりのＭ−アルカリ度として０．３〜１．５ｋｇ、好ましくは０．６〜１．０ｋｇとなるようにアルカリ剤７を注入し、さらに、ＵＡＳＢ処理水のアルカリ度、ＵＡＳＢ処理水循環流量、原水ＴＯＣを連続的に測定することで、アルカリ剤注入量を制御することができる。原水中の有機物濃度によりアルカリ剤注入量を制御する場合でも、前述の酸発酵処理水ｐＨ値によるアルカリ剤注入量の注入制御を行うことが好ましい。アルカリ剤注入時には酸発酵槽内での局所的なｐＨの上昇による処理性能の低下を避けるために、アルカリ剤注入後の酸発酵槽流入箇所でのｐＨが９．５以下になるようにすることが好ましい。また、原水が高ｐＨや低ｐＨの廃水である場合は酸またはアルカリを注入し、事前に中和を行うことが好ましい。
【００２５】
酸発酵槽２で発生するバイオガスと、ＵＡＳＢ４で発生するバイオガスと共に捕集されてバイオガス６が得られるが、そのバイオガス６にはカロリーの高いメタン、水素が含まれているので、回収して有効利用を図ることが好ましく、また、可燃性ガスに対する保安面からも望ましい。酸発酵槽２での有機物負荷が低い場合には酸発酵槽内でメタン発酵が進行し、メタンガスの発生割合が高くなるが、この場合でも本発明の機能を損ねることはない。
【００２６】
酸発酵槽２、ＵＡＳＢ４とともに、発生バイオガスと処理水、グラニュール汚泥を分離回収する気液固分離装置（以下、「ＧＳＳ」と記す）が槽上部に設置されている。このＧＳＳを多段に配置することで、酸発酵菌付着汚泥及びグラニュール汚泥の保持性能、つまり、リアクター（酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４をいう）内の菌体の保持量が高まり、酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４の処理性能が高まる。ＧＳＳ１７を多段に配置した装置を図３に示す。ＧＳＳ１７を多段に配置することで発生するバイオガス６を槽内で回収できるため、槽単位断面積当たりの発生ガス量が少なくなり、特に処理水１５を流出させる処理水配管に最も近い所ではリアクター１４の単位断面積当たりのガス量が小さくなる。そのため、グラニュール汚泥の系外流出量を非常に少なくすることができる。
【００２７】
槽内部の左右両側壁には、それぞれに一方の端部を固定し、他方の端部を反対側の側壁方向に向かって下降しながら延ばしている邪魔板１６を設けてある。邪魔板１６は、上下方向に３箇所左右交互に設けてある。装置本体側壁と邪魔板１６のなす角度θを３５度以下の鋭角とすることで、邪魔板上でのグラニュール汚泥の堆積による槽内のデッドスペースの形成を防ぐことが可能となり、より好ましい形態になる。なお、邪魔板１６の占有面積が槽断面積の１／２以下であると、上昇する発生ガス６の捕捉が不十分となり、気液固分離に不具合が生じる。つまり、槽中心部より発生ガス６が上方へ抜けてしまいＧＳＳ部１７で十分に発生ガス６を捕集できなくなる。各ＧＳＳ部の気相部のガス圧は異なるので、その差圧は水封槽１９で調整するとよい。原水送液側に近い順に水封圧は高く保つ必要がある。
【００２８】
発泡性の原水の場合には、ＧＳＳ内及び発生ガス回収配管が閉塞し、発生ガスの回収が困難となる。このような場合、リアクター流入水１２に予め消泡剤１３を加えることで、ＧＳＳ１７内での発泡を抑えることができる（図３）。この場合の消泡剤１３の注入箇所は酸発酵槽２流入箇所のみでも良いし、酸発酵槽２流入箇所及びＵＡＳＢ流入箇所としても良い。リアクター流入水１２に予め消泡剤１３を加える方法は、ＧＳＳ１７内に消泡剤１３を滴下、噴霧する方法に比べ、本手法は密閉空間での消泡に効果的である。消泡剤１３は原水性状に応じた消泡効果を有し、発酵液の消泡に適した、中温（３０〜３５℃）あるいは高温（５０〜５５℃）において消泡効果をなくすことのない消泡剤を使用する。消泡剤１３の種類としてはシリコーン系消泡剤、アルコール系消泡剤の何れも適用が可能である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【００３０】
実施例１
図４〜図６に実験に用いた装置の概要を示す。図４に示すＡ系列は浮遊式の酸発酵槽２の後段でＵＡＳＢ処理を行う系列（従来法）である。図５に示すＢ系列は酸発酵槽２に生物付着担体としてグラニュール汚泥を投入し、上向流嫌気性汚泥床処理を行った後、ＵＡＳＢ処理を行う系列（本発明に基づく案）である。図６に示すＣ系列はＢ系列の酸発酵槽容量を１／２とした系列（本発明に基づく案）である。
【００３１】
Ａ系列の酸発酵槽２の容量は１．５ｍ３である。各系列のＵＡＳＢ４及びＢ系列の酸発酵槽２はＧＳＳ１０を槽上部に備えた同一の構造であり、容量は１．５ｍ３（０．５ｍ×０．５ｍ×６ｍ）である。Ｃ系列の酸発酵槽２はＧＳＳを槽上部に備えた構造であり、容量は０．７４ｍ３（０．３５ｍ×０．３５ｍ×６ｍ）である。各系列ともに処理水の循環は行わず、一過性の処理とした。各槽の温度は３５℃になるように制御した。原水にはタンパク質やマルチトールを含んだ食品製造廃水（ＣＯＤｃｒ１００００ｍｇ／Ｌ）の中和処理水を使用した。原水には窒素、リン等を栄養剤として加えた。消泡剤は予め原水に加えた。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨを注入した。
【００３２】
処理成績を第１表に示す。各槽のＣＯＤｃｒ負荷は原水の流量及びＣＯＤＣｒ濃度を基に算出した（以下、同様）。各条件とも、１ヶ月間運転を行った。
Ｂ系列では、原水流量０．７５〜１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷５〜１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％の良好な処理であった。Ｃ系列では、原水流量０．７５〜１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷５〜１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤＣｒ除去率９０％の良好な処理であった。一方、Ａ系列では原水流量０．７５ｍ３／ｄ、ＣＯＤＣｒ負荷５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤＣｒ除去率８０％、原水流量１．５ｍ３／ｄ、ＣＯＤＣｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤＣｒ除去率７０％の処理であった。
【００３３】
【表１】
【００３４】
従来法であるＡ系列に比べ、酸発酵槽に生物付着担体としてグラニュール汚泥を投入し、酸発酵菌の保持量を高めた本発明法であるＢ系列及びＣ系列では、高い有機物除去性能が得られた。また、酸発酵菌の保持量を高めた結果、従来の酸発酵槽容量を従来法の１／２とし、酸発酵槽のＣＯＤＣｒ負荷を高めたＣ系列においても、高い有機物除去性能が得られた。
【００３５】
実施例２
実験に用いた装置は、Ｃ系列と図７に示すＤ系列の装置である。Ｃ系列は実施例１のＣ系列と同様である。Ｄ系列は、酸発酵槽２の生物付着担体として平均粒径０．３ｍｍの粒状活性炭を充填し、嫌気性流動床処理を行った後、ＵＡＳＢ処理を行う系列である。両系列の酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４はＧＳＳ１７を槽上部に備えた構造であり、容量は酸発酵槽２が０．７４ｍ３（０．３５ｍ×０．３５ｍ×６ｍ）、ＵＡＳＢ２が１．５ｍ３（０．５ｍ×０．５ｍ×６ｍ）である。Ｃ系列では処理水５の循環を行わず一過性の処理とした。Ｄ系列では、酸発酵槽内部の担体の流動化を促すために、酸発酵処理水３を酸発酵槽流入部へ循環し、酸発酵槽２の通水速度が６ｍ／ｈとなるように調整した。Ｃ系列のＵＡＳＢ４では処理水５の循環は行わなかった。
【００３６】
両系列の酸発酵槽２では、酸発酵菌の増殖により生物付着担体が酸発酵槽容量の１／３以上になった段階で担体の引き抜きを行い、新規担体としてＣ系列ではＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥を移送し、Ｄ系列では粒径０．３ｍｍの粒状活性炭を供給した。１回当たりの担体引き抜き量は酸発酵槽容量の１０％とし、１回当たりの担体補充量は酸発酵槽容量の５％とした。各槽の温度は３５℃になるように制御した。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨを注入した。原水１は実施例１と同様の廃水であり、栄養剤と消泡剤を添加した。
処理成績を第２表に示す。各条件とも、１ヶ月間運転を行った。
【００３７】
【表２】
【００３８】
Ｃ系列では、原水流量１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％であり、また原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率８３％の処理であった。Ｄ系列では原水流量１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率８８％であり、原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ２のＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率７０％の処理であった。
ＵＡＳＢ４のＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ３／ｄではＣ系列、Ｄ系列ともにＣＯＤｃｒ除去率８８〜９０％の良好な処理であったが、ＵＡＳＢ４のＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄではＤ系列のＣＯＤｃｒ除去率は７０％に低下した。酸発酵槽２の酸発酵菌保持量の多いＣ系列では、高負荷処理が達成できた。
【００３９】
酸発酵槽２の通水速度は、Ｃ系列で０．５１〜０．７７ｍ／ｈ、Ｄ系列では６ｍ／ｈであり、酸発酵槽２の生物付着担体として平均粒径０．３ｍｍの粒状活性炭を充填したＤ系列では、担体を流動させるエネルギーがより多く必要となる。
酸発酵槽２の生物付着担体の引き抜きはＣ系列では１回／月、Ｄ系列では１回／３ヶ月であった。酸発酵菌の保持量の多いＣ系列では、Ｄ系列に比べ、生物付着担体の引き抜き頻度が高くなったが、補充担体をＵＡＳＢ４の余剰グラニュールとしたため、補充担体のコストはかからなかった。Ｃ系列ではＵＡＳＢ４でのグラニュール汚泥増殖量＞酸発酵槽へのグラニュール汚泥供給量であるため、ＵＡＳＢ処理に影響を及ぼすことは無かった。
【００４０】
実施例３
実験に用いた装置は、Ｃ系列と、図８に示すＥ系列と、図９に示すＦ系列の装置である。Ｃ系列は実施例１のＣ系列と同様である。Ｅ系列及びＦ系列の酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４の装置仕様は実施例１のＣ系列と同様であり、酸発酵槽２の生物付着担体としてグラニュール汚泥を使用した。
各系列の酸発酵槽では、酸発酵菌の増殖により生物付着担体が酸発酵槽容量の１／３以上になった段階で担体の引き抜きを行った。１回当たりの担体引き抜き量は酸発酵槽容量の１０％とした。Ｃ系列では新規担体としてＵＡＳＢ内のグラニュール汚泥を移送し、１回当たりの担体補充量を酸発酵槽の５％とした。Ｅ系列及びＦ系列ではＵＡＳＢ２からのグラニュール汚泥の移送は行わなかった。Ｃ系列及びＦ系列では処理水の循環を行わず一過性の処理とした。Ｅ系列では、ＵＡＳＢ処理水を酸発酵槽流入部へ循環し、酸発酵槽２の通水速度が１ｍ／ｈとなるように調整した。各槽の温度は３５℃になるように制御した。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨを注入した。原水は実施例１と同様の廃水であり、栄養剤と消泡剤を添加した。
処理成績を第３表に示す。各条件共に１０ヶ月運転を行った。
【００４１】
【表３】
【００４２】
Ｃ系列では、原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％であった。Ｅ系列では原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ処理水循環流量０．６９ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％の処理であった。Ｆ系列では原水流量２．２５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷１５ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率７０％の処理であった。
運転期間後半の３ヶ月では、酸発酵槽内の汚泥濃度はＣ系列が６〜７％、Ｅ系列が５〜６％、Ｆ系列は３〜４％であった。各系列の酸発酵菌付着汚泥の引き抜き頻度は１回／１〜２月であった。この期間での各系列の酸発酵槽４のＣＯＤ汚泥負荷はＣ系列：１．３〜１．５ｋｇ−ＣＯＤ／ｋｇ−ＳＳ／ｄ、Ｅ系列：１．５〜１．８ｋｇ−ＣＯＤ／ｋｇ−ＳＳ／ｄ、Ｆ系列：２．３〜３ｋｇ−ＣＯＤ／ｋｇ−ＳＳ／ｄであった。
【００４３】
酸発酵菌付着汚泥の引き抜きを行った後、生物付着担体としてのグラニュール汚泥の新規投入が無かったＦ系列では、酸発酵槽内で酸発酵菌が増殖しても、汚泥濃度は３〜４％であり、Ｃ系列及びＥ系列の汚泥濃度よりも低く、酸発酵槽２でのＣＯＤ汚泥負荷が高くなったため、酸発酵の進行が不十分であり、ＣＯＤＣｒ除去率が低下した。
ＵＡＳＢ４よりグラニュール汚泥を移送したＣ系列及びＵＡＳＢ４からの流出グラニュール汚泥がＵＡＳＢ処理水循環液とともに酸発酵槽２へ流入するＥ系列では、生物付着担体としてのグラニュール汚泥が供給されていたため、安定した処理が可能であった。
安定した処理を行うためには、ＵＡＳＢ４から酸発酵槽２へのグラニュールの移送やＵＡＳＢ処理水循環による酸発酵槽２へのグラニュール汚泥の供給が有効であった。
【００４４】
実施例４
実験に用いた装置は、図１０に示すＧ系列の装置である。Ｇ系列は実施例３のＥ系列にＮａＯＨ７注入制御を行った系列である。Ｇ系列の原水１は実施例１の原水と同様であるが、ＣＯＤｃｒが６０００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌで変動した。原水の流量は１．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤｃｒ負荷は６〜１５ｋｇ／ｍ３／ｄであった。
ＮａＯＨ７の注入量制御は以下の方法で行った。原水１の流量を流量計２０で、原水１のＴＯＣ濃度をＴＯＣ計２１で、ＵＡＳＢ処理水のＭ−アルカリ度をアルカリ度計２２で、ＵＡＳＢ処理水循環流量を流量計２０で連続的に測定し、ＮａＯＨ注入量の制御を行った。ＵＡＳＢ処理水循環水由来のＭ−アルカリ度＋供給ＮａＯＨ由来のＭ−アルカリ度で供給されるアルカリ度が、原水１のＴＯＣ１ｋｇ当たりのＭ−アルカリ度として０．８ｋｇとなるようにアルカリ剤７を注入した。
【００４５】
この結果、原水ＣＯＤｃｒが６０００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤｃｒ負荷が６〜１５ｋｇ／ｍ３／ｄで変動した場合でも、酸発酵槽流出水のｐＨは５．５〜６．５の範囲で維持され、ＣＯＤｃｒ除去率は約９０％の安定した処理が継続できた。
ＵＡＳＢ処理水のアルカリ度、ＵＡＳＢ処理水循環流量、原水ＴＯＣ、原水流量を連続的に測定し、ＮａＯＨ注入量を制御することで流入有機物負荷変動による酸発酵槽２でのアルカリ度不足による処理性能の低下を回避することが可能であった．
【００４６】
実施例５
実験に用いた装置はＥ系列の装置と、図１１に示すＨ系列の装置である。Ｅ系列は実施例３のＥ系列と同様である。Ｈ系列は酸発酵槽２及びＵＡＳＢ４に邪魔板を３ヶ取り付け、装置側壁と邪魔板との角度を３０度としたＧＳＳを多段に配置した系列である。Ｈ系列の容量は酸発酵槽２が０．７４ｍ３（０．３５ｍ×０．３５ｍ×６ｍ）、ＵＡＳＢが１．５ｍ３（０．５ｍ×０．５ｍ×６ｍ）である。Ｈ系列では、ＵＡＳＢ処理水を酸発酵槽流入部へ循環し、酸発酵槽２の通水速度が３ｍ／ｈとなるように調整した。各槽の温度は３５℃になるように制御した。酸発酵槽流出部でのｐＨが５．５〜６．５になるように酸発酵槽流入部にＮａＯＨ７を注入した。原水は実施例１と同様の廃水であり、栄養剤と消泡剤を添加した。処理成績を第４表に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
Ｅ系列では、原水流量２．７ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤＣｒ負荷１８ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率８５％であった。Ｈ系列では原水流量４．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ処理水循環流量４．５ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢのＣＯＤＣｒ負荷３０ｋｇ／ｍ３／ｄでＣＯＤｃｒ除去率９０％の処理であった。
Ｈ系列ではＧＳＳを多段に配置したことで気液固分離性能が向上し、汚泥保持量が増加したことにより、高負荷処理が達成できた。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法とその装置は、高い負荷においても安定した処理を行うことができるので、廃水処理場で本発明のシステムが実用化される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】嫌気性処理方法を実施するのに好ましい本発明の上向流嫌気性処理装置により構成される二相式処理方式での一形態の概要を例示した図である。
【図２】従来の嫌気性処理装置の概略図である。
【図３】本発明の気液固分離装置（ＧＳＳ）が槽上部に設置された酸発酵槽及びＵＡＳＢ槽の概略図である。
【図４】実施例１で用いた従来法のＡ系列の処理装置の概要を示す。
【図５】本発明の嫌気性処理に用いたＢ系列の処理装置の概要を示す。
【図６】本発明の嫌気性処理に用いたＣ系列の処理装置の概要を示す。
【図７】本発明の嫌気性処理に用いたＤ系列の処理装置の概要を示す。
【図８】本発明の嫌気性処理に用いたＥ系列の処理装置の概要を示す。
【図９】本発明の嫌気性処理に用いたＦ系列の処理装置の概要を示す。
【図１０】本発明の嫌気性処理に用いたＧ系列の処理装置の概要を示す。
【図１１】本発明の嫌気性処理に用いたＨ系列の処理装置の概要を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１ 原水
２ 酸発酵槽
３ 酸発酵処理水
４ メタン発酵槽（ＵＡＳＢ）
５ メタン発酵処理水（ＵＡＳＢ処理水）
６ バイオガス（メタンガス）
７ アルカリ剤（ＮａＯＨ）
８ 返送汚泥
９ ＵＡＳＢ処理水循環
１０ 酸醗酵処理水（内部循環）
１１ ＵＡＳＢ処理水（内部循環）
１２ 流入水
１３ 泡消剤
１４ リアクター
１５ 処理水
１６ 邪魔板
１７ ＧＳＳ
１８ 発生ガス
１９ 水封槽
２０ 流量計
２１ ＴＯＣ計
２２ アルカリ度計
Ａ 導入配管
Ｂ 導入配管
Ｃ 流出配管
Ｄ 返送配管
Ｅ 循環配管
Ｆ 循環配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水又は有機性廃棄物を酸発酵工程及びメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理する方法において、該酸発酵工程にグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵工程がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項３】
前記酸発酵工程のｐＨが５〜６．５、前記メタン発酵工程のｐＨが６．５〜８．５であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項４】
前記メタン発酵工程の流出水又はメタン発酵工程の槽内液を前記酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内の二箇所以上に分配し、供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項５】
酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内へメタン発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内のグラニュール汚泥を供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項６】
酸発酵工程流入水の有機物濃度、ｐＨ、アルカリ度、酸発酵工程の流出水又は酸発酵工程の槽内液のｐＨ、アルカリ度、メタン発酵工程流出水のアルカリ度のうち、一つ以上の項目を基に、原水及び／又は酸発酵工程でのアルカリ剤供給量を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項７】
酸発酵槽及びメタン発酵槽により有機性廃水又は有機性廃棄物を処理する装置において、該酸発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床を有する酸発酵槽であることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項８】
前記メタン発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする請求項７に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理装置。
【請求項９】
前記メタン発酵槽内の槽内液又は前記メタン発酵槽の処理水を前記酸発酵槽へ返送する返送配管を設けたことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１０】
前記返送配管が２箇所以上で分岐していることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１１】
前記酸醗酵槽からメタン醗酵槽への導入配管内の酸醗酵処理液又は前記酸発酵槽内の酸発酵液を前記酸発酵槽の下方に返送する返送管と、前記メタン醗酵槽からのメタン醗酵処理水を送る配管内又は前記メタン発酵槽内の槽内液又はメタン醗酵処理水を前記メタン発酵槽の下方に返送する配管とを設けたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１２】
前記酸発酵槽及び／又は前記メタン発酵槽は、装置本体側壁と邪魔板により形成されるガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１】
有機性廃水又は有機性廃棄物を酸発酵工程及びメタン発酵工程からなる二相式嫌気性処理する方法において、該酸発酵工程にグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵工程がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理法を用いることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項３】
前記酸発酵工程のｐＨが５〜６．５、前記メタン発酵工程のｐＨが６．５〜８．５であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項４】
前記メタン発酵工程の流出水又はメタン発酵工程の槽内液を前記酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内の二箇所以上に分配し、供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項５】
酸発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内へメタン発酵工程を構成する上向流嫌気性汚泥床装置内のグラニュール汚泥を供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項６】
酸発酵工程流入水の有機物濃度、ｐＨ、アルカリ度、酸発酵工程の流出水又は酸発酵工程の槽内液のｐＨ、アルカリ度、メタン発酵工程流出水のアルカリ度のうち、一つ以上の項目を基に、原水及び／又は酸発酵工程でのアルカリ剤供給量を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
【請求項７】
酸発酵槽及びメタン発酵槽により有機性廃水又は有機性廃棄物を処理する装置において、該酸発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床を有する酸発酵槽であることを特徴とする有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項８】
前記メタン発酵槽がグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする請求項７に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の嫌気性処理装置。
【請求項９】
前記メタン発酵槽内の槽内液又は前記メタン発酵槽の処理水を前記酸発酵槽へ返送する返送配管を設けたことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１０】
前記返送配管が２箇所以上で分岐していることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１１】
前記酸醗酵槽からメタン醗酵槽への導入配管内の酸醗酵処理液又は前記酸発酵槽内の酸発酵液を前記酸発酵槽の下方に返送する返送管と、前記メタン醗酵槽からのメタン醗酵処理水を送る配管内又は前記メタン発酵槽内の槽内液又はメタン醗酵処理水を前記メタン発酵槽の下方に返送する配管とを設けたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１２】
前記酸発酵槽及び／又は前記メタン発酵槽は、装置本体側壁と邪魔板により形成されるガス・液・固分離部を多段に有する上向流嫌気性汚泥床処理装置を用いることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の有機性廃水又は有機性廃棄物の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１４８７０５（Ｐ２００９−１４８７０５Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２８７８５（Ｐ２００７−３２８７８５）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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