排水処理装置および排水処理方法
【課題】 嫌気性処理環境において、メタン生成菌によるメタン生成処理の活性を低下させることなく排水処理を行うことが可能な排水処理装置および排水処理方法を提供する。
【解決手段】 硫酸還元菌が投入され、処理対象の排水を取り込んで硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行う硫酸還元反応槽２と、メタン生成菌が投入され、硫酸還元反応槽２で処理された排水を取り込んで、硫酸還元反応槽２で分解されなかった排水中の有機物をメタン生成菌により分解する嫌気処理を行うメタン発酵槽３と、硫黄酸化菌が投入され、硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する生物脱硫処理槽４とを有する。
【解決手段】 硫酸還元菌が投入され、処理対象の排水を取り込んで硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行う硫酸還元反応槽２と、メタン生成菌が投入され、硫酸還元反応槽２で処理された排水を取り込んで、硫酸還元反応槽２で分解されなかった排水中の有機物をメタン生成菌により分解する嫌気処理を行うメタン発酵槽３と、硫黄酸化菌が投入され、硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する生物脱硫処理槽４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業排水、下水等の排水から、有機物を除去する排水処理装置および排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業排水や下水等の排水を生物処理することにより、有機物を除去する技術がある。生物処理により排水を処理する技術を利用したものとして、例えば特許文献１に記載の排水処理装置がある。
【０００３】
この特許文献１に記載の排水処理装置１００は、図１３に示すように、嫌気性処理槽１１０において有機物の分解処理が行われた後、この嫌気性処理槽１１０における処理により発生した硫化水素を、好気性処理槽１２０および生物脱臭装置１３０において脱硫して嫌気性処理槽１１０に戻すことにより、効率的に排水処理を行っている。
【０００４】
具体的には、化１に示すように、嫌気性処理槽１１０において式（１）に示すようにまず加水分解菌により排水中の高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質）が低分子有機物へ分解された後、式（２）に示すように酸生成菌により低分子有機物が低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など）へ分解され、最終的には、式（３）に示すようにメタン生成菌により酢酸等の低級脂肪酸からメタン（ＣＨ４）と二酸化炭素（ＣＯ２）とに分解される。
【０００５】
また嫌気性処理槽１１０では、式（４）に示すように、硫酸還元菌が好気性処理槽１２０や生物脱臭装置１３０から戻される硫酸イオン（ＳＯ４２−）を還元させることにより、酢酸等の有機物が分解され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素、および水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【０００６】
そして好気性処理槽では、硫黄酸化細菌を含む好気性微生物により、嫌気性処理槽で分解しきれなかった有機物が分解される。
【０００７】
また好気性処理槽では、式（５）に示すように、硫黄酸化細菌が硫化水素を酸化させることで、硫酸イオンおよび水素イオン（Ｈ＋）が生成される。生成された硫酸イオンは嫌気性処理槽へと戻される。
【０００８】
また生物脱臭装置１３０では、好気性処理槽１２０と同様に、硫黄酸化細菌が硫化水素を酸化させることで、硫酸イオンおよび水素イオンが生成される。生成された硫酸イオンは嫌気性処理槽へと戻される。
【０００９】
［化１］
高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質） ＋ Ｈ２Ｏ
→ 低分子有機物 （１）
低分子有機物 → 低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など） （２）
ＣＨ３ＣＯＯＨ → ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （３）
ＳＯ４２− ＋ ＣＨ３ＣＯＯＨ ＋ ２Ｈ＋ → Ｈ２Ｓ ＋ ２ＣＯ２ ＋２Ｈ２Ｏ
（４）
Ｈ２Ｓ ＋ ２Ｏ２ → ＳＯ４２− ＋ ２Ｈ＋ （５）
このように嫌気性処理槽１１０において式（４）に示す反応により生成された硫化水素（Ｈ２Ｓ）が、好気性処理槽１２０および生物脱臭装置１３０において式（５）に示すように脱硫されて硫酸イオン（ＳＯ４２−）が生成され、嫌気性処理槽１１０に戻されることで、図１４に示すように硫黄循環が形成される。
【００１０】
上述した処理により、高分子、低分子、酢酸等の有機物は、メタンや二酸化炭素に分解され、排水中の有機物が低減されて公共用水域などに放流される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１４８２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述した嫌気性処理槽１１０では、メタン生成菌と硫酸還元菌とが共存しており、上記式（３）のメタン生成菌によるメタン生成処理および式（４）の硫酸還元菌による硫化水素生成処理が行われるが、これらのうち硫酸還元菌による硫化水素生成処理のほうがメタン生成菌によるメタン生成処理よりも処理速度が速いため、メタン生成菌よりも硫酸還元菌のほうが活性が優位となる。
【００１３】
また、好気性処理槽１２０と生物脱臭装置１３０で生成された硫酸イオンが嫌気性処理槽１１０に戻され、硫酸還元菌の基質である硫酸イオン濃度が高くなるため、さらに硫酸還元菌の活性が高くなる。
【００１４】
しかし、硫化水素（Ｈ２Ｓ）は人体に有毒であるとともに排水処理装置１００内のダクト等を腐食させる原因になるため硫酸還元菌の活性を加速させることは好ましくなく、硫化水素生成処理と基質が競合するメタン生成菌によるメタン生成処理の活性を上げることが望まれている。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、嫌気性処理環境において、メタン生成菌によるメタン生成処理の活性を低下させることなく排水処理を行うことが可能な排水処理装置および排水処理方法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】
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の排水処理装置は、硫酸還元菌が投入され、処理対象の排水を取り込んで前記硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行う硫酸還元反応槽と、メタン生成菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を前記メタン生成菌により分解する嫌気処理を行うメタン発酵槽と、硫黄酸化菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで前記硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する生物脱硫処理槽とを有することを特徴とする。
【００１７】
またこの排水処理装置は、前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を、当該硫酸還元反応槽の排水中に散気することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第１硫黄ストリッピング手段と、前記硫酸還元反応槽で処理された排水を、当該硫酸還元反応槽の気相中に散水することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第２硫黄ストリッピング手段とをさらに設けてもよい。
【００１８】
またこの排水処理装置は、好気性菌が投入され、前記メタン発酵槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽および前記メタン発酵槽で分解されなかった排水中の有機物を前記好気性菌により分解する好気処理を行う好気性処理槽をさらに設けてもよい。
【００１９】
またこの排水処理装置は、前記メタン発酵槽で処理された排水を、前記生物脱硫処理槽へ供給する排水供給手段をさらに設けてもよい。
【００２０】
またこの排水処理装置は、前記硫酸還元反応槽の上流に、浮遊物質を除去するろ過手段またはたんぱく質を分解する熱処理手段をさらに設けてもよい。
【００２１】
またこの排水処理装置は、前記硫酸還元反応槽に、硫黄を供給する硫黄供給手段をさらに設けてもよい。
【００２２】
またこの排水処理装置の前記硫酸還元反応槽には硫酸還元菌が付着された担体が投入され、前記メタン発酵槽にはメタン生成菌の塊が投入され、前記生物脱硫処理槽には担体に付着された硫黄酸化菌が投入されるようにしてもよい。
【００２３】
また本発明の排水処理方法は、排水処理装置が、硫酸還元反応槽に処理対象の排水を取り込んで、当該硫酸還元反応槽に投入された硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行い、メタン発酵槽に前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を、当該メタン発酵槽に投入されたメタン生成菌により分解する嫌気処理を行い、生物脱硫処理槽に前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで、当該生物脱硫処理槽に投入された硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の排水処理装置および排水処理方法によれば、嫌気性処理環境において、メタン生成菌によるメタン生成処理の活性を低下させることなく安定した排水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態による排水処理装置の硫酸還元反応槽の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態による排水処理装置のメタン発酵槽の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態による排水処理装置の生物脱硫処理槽の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による排水処理装置の生物脱硫処理槽の硫黄酸化細菌付着担体の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態による排水処理装置の第１の硫黄ストリッピング手段を設けた硫酸還元反応槽の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態による排水処理装置の第２の硫黄ストリッピング手段を設けた硫酸還元反応槽の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第６実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１３】従来の排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１４】従来の排水処理装置により行われる生物分解の内容を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
《第１実施形態》
本発明の第１実施形態による排水処理装置１Ａの構成について、図１を参照して説明する。
【００２７】
本実施形態による排水処理装置１Ａは、硫酸還元反応槽２と、メタン発酵槽３と、生物脱硫処理槽４とを有する。
【００２８】
この硫酸還元反応槽２には、処理対象の排水を流入するための管１１が連結されている。また硫酸還元反応槽２とメタン発酵槽３とは、排水を送水するための管１２で連結されている。また硫酸還元反応槽２の上部と生物脱硫処理槽４の下部とは、ガスの通路となるガス管１３により連結されている。またメタン発酵槽３には、排水を下水道に流出させるための管１４が連結されている。またメタン発酵槽３の上部と生物脱硫処理槽４の下部とは、ガスの通路となるガス管１５により連結されている。また生物脱硫処理槽４には、反応に用いる水を流入するための管１６、および空気を流入するためのガス管１７が連結されている。また生物脱硫処理槽４の上部には、発生したメタンガスを放出するためのガス管１８が連結されている。また生物脱硫処理槽４と硫酸還元反応槽２とは、処理水を送水するための管１９で連結されている。
【００２９】
また、硫酸還元反応槽２内には、図２に示すように硫酸還元菌２０１を付着させた比重１．５の球形のプラスチック担体２０２が投入されている。硫酸還元反応槽２内では硫酸還元菌が優位に働いているが、硫酸還元菌の他、加水分解菌、酸生成菌等が含まれている。
【００３０】
また、メタン発酵槽３内には、図３に示すようにメタン生成菌を塊とした粒状汚泥であり、粒子径１〜１０ｍｍ、沈降速度１〜３０ｍ／ｈのグラニュール３０１が投入されている。メタン発酵槽３内ではメタン生成菌が優位に働いているが、メタン生成菌の他、硫酸還元菌、加水分解菌、酸生成菌等が含まれている。
【００３１】
これらの硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３内では、上向流嫌気性スラッジブランケット法（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ：ＵＡＳＢ）法を用いた嫌気処理を行うように構成されている。この上向流嫌気性スラッジブランケット法とは、上向流により嫌気性微生物が自己造粒して粒状汚泥を形成することを利用し、その粒状汚泥を用いて嫌気性消化槽内に高濃度に分解微生物を維持する事により、高効率に排水中の有機物を分解処理する方法である。
【００３２】
また、生物脱硫処理槽４内には、図４に示すように中段に硫黄酸化細菌付着担体４０１が投入されている。この硫黄酸化細菌付着担体４０１は、図５に示すように円筒形に形成された担体４０１Ａの外側や内側に、硫黄酸化細菌４０１Ｂが付着されて構成されている。
【００３３】
本実施形態による排水処理装置１Ａにより、処理対象の排水が生物処理により有機物分解処理が行われるときの処理工程について説明する。
【００３４】
まず、硫酸還元反応槽２において連結された管１１から処理対象の排水が流入され、下記式（１）に示すようにまず加水分解菌により排水中の高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質）が低分子有機物へ分解された後、式（２）に示すように酸生成菌により低分子有機物が低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など）へ分解される。
【００３５】
さらに硫酸還元反応槽２では、後述するように生物脱硫処理槽４から管１９を通って送水された硫酸溶液（Ｈ２ＳＯ４（ｌ））に含まれる硫酸イオン（ＳＯ４２−）が、プラスチック担体２０２に付着された硫酸還元菌により還元されることで酢酸等の有機物が分解され、式（４）に示すように、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素、および水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【００３６】
［化２］
高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質） ＋ Ｈ２Ｏ
→ 低分子有機物 （１）
低分子有機物 → 低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など） （２）
ＣＨ３ＣＯＯＨ → ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （３）
ＳＯ４２− ＋ ＣＨ３ＣＯＯＨ ＋ ２Ｈ＋ → Ｈ２Ｓ ＋ ２ＣＯ２ ＋２Ｈ２Ｏ
（４）
Ｈ２Ｓ ＋ ２Ｏ２ → ＳＯ４２− ＋ ２Ｈ＋ （５）
式（４）の反応により生成された硫化水素は、主に気相中へ硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））として放出されるかまたは、排水のｐＨにより解離されて硫化物イオン（Ｓ２−）として排水中に放出される。
【００３７】
そして、硫酸還元反応槽２において気相中へ放出された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））はガス管１３を通って生物脱硫処理槽４に送出され、硫化物イオン（Ｓ２−）および硫酸還元反応槽２で分解しきれなかった有機物を含有する排水は、管１２を通ってメタン発酵槽３に送水される。
【００３８】
メタン発酵槽３では、硫酸還元反応槽２で硫酸還元菌による生物処理が行われ送水された排水が取り込まれ、硫酸還元反応槽２で分解しきれなかった有機物が上記式（１）に示すように加水分解菌により排水中の高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質）が低分子有機物へ分解された後、式（２）に示すように酸生成菌により低分子有機物が低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など）へ分解される。
【００３９】
さらにメタン発酵槽３では、上記式（４）に示すように、メタン発酵槽３内の硫酸還元菌により酢酸等の有機物が分解され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素、および水（Ｈ２Ｏ）が生成されるとともに、メタン発酵槽３内のグラニュール３０１により、上記式（３）に示すように酢酸等の低級脂肪酸がメタンガス（ＣＨ４（ｇ））と二酸化炭素（ＣＯ２）とに分解される。
【００４０】
そして、メタン発酵槽３において式（４）の反応により生成された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））および式（３）の反応により生成されたメタンガス（ＣＨ４（ｇ））は気相中に放出され、ガス管１５を通って生物脱硫処理槽４に送出される。
【００４１】
また、メタン発酵槽３で有機物が分解された処理済みの排水は、管１４を通って下水道に流出される。
【００４２】
次に生物脱硫処理槽４では、硫酸還元反応槽２から送出された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））と、メタン発酵槽３から送出された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））およびメタンガス（ＣＨ４（ｇ））が取り込まれるとともに、管１６から水が取り込まれ、さらに管１７から脱硫に必要な酸素を供給するための空気が取り込まれ、生物脱硫処理槽４内の硫黄酸化細菌付着担体４０１の硫黄酸化細菌４０１Ｂにより、上記式（５）に示すように硫化水素（Ｈ２Ｓ）の脱硫が行われ、硫酸イオン（ＳＯ４２−）を含む硫酸溶液（Ｈ２ＳＯ４（ｌ））が生成される。
【００４３】
生成された硫酸溶液（Ｈ２ＳＯ４（ｌ））は管１９を通って、硫酸還元反応槽２に送水され、硫酸還元菌による酢酸等の還元反応に利用される。
【００４４】
また、生物脱硫処理槽４において脱硫が行われた後、取り込まれたメタンガス（ＣＨ４（ｇ））は、ガス管１８から排出される。
【００４５】
以上の第１実施形態によれば、嫌気性処理環境において有機物分解処理を行う硫酸還元菌とメタン生成菌とを、それぞれが優位に働く硫酸還元反応槽とメタン発酵槽とに分けて排水処理を行うように構成したことにより、メタン生成菌によるメタン生成処理の活性を低下させることなく安定した排水処理を行うことが可能になる。
【００４６】
またこのとき、硫酸還元菌が優位に働く硫酸還元反応槽では、硫酸還元菌を付着させ且つ比重が大きいプラスチック担体を用いたため、排水の上向流速度よりもこのプラスチック担体の沈降速度が大きくなり、硫酸還元菌の槽外への流出を防止することができる。これにより、硫酸還元反応槽における硫酸還元処理の処理効率が安定化する。
【００４７】
また、メタン生成菌が優位に働くメタン発酵槽では、メタン生成菌の塊であり粒子径および沈降速度が大きいグラニュールを用いたため、硫酸還元反応槽で処理された排水の上向流速度よりもこのグラニュールの沈降速度が大きくなり、メタン生成菌の槽外への流出を防止することができる。これにより、メタン発酵槽におけるメタン発酵処理の処理効率が安定化する。
【００４８】
また、生物脱硫処理槽では、硫黄酸化細菌を付着させた硫黄酸化細菌付着担体を用いたため、硫酸還元反応槽およびメタン発酵槽から取り込まれた硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））と硫黄酸化細菌との接触効率が高まり、脱硫速度を向上させることができる。
【００４９】
また、本実施形態においては、硫酸還元反応槽で使用したプラスチック担体が球形の場合について説明したが、これには限定されず、他の形状、例えばひも状担体としてもよい。また、メタン発酵槽で使用したメタン生成菌はグラニュールとする他、日本国内の下水処理場に多く存在し安価な消化汚泥を使用することも可能である。また、生物脱硫処理槽で使用した担体が筒状の場合について説明したが、これには限定されず、他の形状で構成してもよい。
【００５０】
《第２実施形態》
本発明の第２実施形態による排水処理装置１Ｂの構成について、図６〜８を参照して説明する。
【００５１】
第１実施形態において説明したように、硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３内において処理された排水中には硫化物イオン（Ｓ２−）が溶存しているが、この硫化物イオン（Ｓ２−）は硫酸還元菌やメタン生成菌の働きを阻害しこれらの菌による反応速度を遅延させることになる。
【００５２】
そのため第２実施形態においては、第１実施形態の排水処理装置１Ａに硫黄ストリッピングを行う手段をさらに設け、これにより排水中に溶存する硫化物イオン（Ｓ２−）を硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））として気相中に放出させ反応効率を高めるようにする。
【００５３】
この硫黄ストリッピングを行う第１の手段として、硫酸還元反応槽２と生物脱硫処理槽４とを連結するガス管１３から分岐して硫酸還元反応槽２に連結するガス管２０と、ガス管１３からガス管２０に硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））を取り込むポンプ２１と、ポンプ２１で取り込んだ硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））を硫酸還元反応槽２内の排水中に投入されているプラスチック担体よりも上部の水面に近い位置にバブリングする散気管２２とを有する。
【００５４】
このように形成された第１の硫黄ストリッピング手段により、硫酸還元反応槽２で生成された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））が、ガス管１３および２０を通って硫酸還元反応槽２に戻されバブリングされることで、排水中の硫化物イオン（Ｓ２−）が硫化水素ガスとして気相中へ追い出される。
【００５５】
また硫黄ストリッピングを行う第２の手段として、硫酸還元反応槽２とメタン発酵槽３とを連結する管１２から分岐して硫酸還元反応槽２に連結する管２３と、管１２から管２３に排水を取り込むポンプ２４と、ポンプ２４で取り込んだ排水を硫酸還元反応槽内の気相中に散水する散水装置２５とを有する。
【００５６】
このように形成された第２の硫黄ストリッピング手段により、硫酸還元反応槽２で処理され硫化物イオン（Ｓ２−）を含む排水が、管１２および２３を通って硫酸還元反応槽２に戻され散水されることで、排水中の硫化物イオン（Ｓ２−）が硫化水素ガスとして気相中へ追い出される。
【００５７】
また、メタン発酵槽３にも硫酸還元反応槽２と同様に、硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））をメタン発酵槽３内に戻すためのガス管２６、処理した排水をメタン発酵槽３内に戻すための管２７等により第１および第２の硫黄ストリッピング手段を設けることで、排水中の硫化物イオン（Ｓ２−）が硫化水素ガスとして気相中へ追い出される。
【００５８】
この硫黄ストリッピング以外の排水処理装置１Ｂにおける処理は、第１実施形態における排水処理装置１Ａにおける処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５９】
以上の第２実施形態によれば、第１実施形態で得られる効果に加え、硫酸還元反応槽において硫黄ストリッピングを行うことにより、排水処理装置内の硫黄循環効率が高まるとともに、硫酸還元反応槽内における硫化物イオン（Ｓ２−）による硫酸還元菌の働きの阻害（生物阻害）を防止することができ、排水処理の効率を高めることができる。
【００６０】
また、メタン発酵槽においても硫黄ストリッピングを行うことにより、排水処理装置内の硫黄循環効率がさらに高まるとともに、メタン発酵槽内における硫化物イオン（Ｓ２−）によるメタン生成菌の働きの阻害（生物阻害）を防止することができ、排水の処理効率をさらに高めることができる。
【００６１】
また、第１の硫黄ストリッピング手段では、槽内に投入された担体よりも上部の水面に近い位置にバブリングを行うようにしたため、菌の流動に外乱を与えることがなく、安定した排水処理を行うことができる。
【００６２】
また、第２の硫黄ストリッピング手段では、槽内の気相の高い位置から排水を散水することにより、硫黄ストリッピング効果を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施形態においては、硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３の第１の硫黄ストリッピング手段においては、それぞれの槽で生成された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））を戻し入れることでバブリングを行う場合について説明したが、窒素などの水処理に影響を与えないガスを硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３に注入してバブリングを行うようにしてもよい。
【００６４】
また、第１および第２の硫黄ストリッピング手段においてポンプの代わりにそれぞれの管に開閉弁を設け、これを制御することにより硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３にガスや排水を送出するようにしてもよい。
【００６５】
《第３実施形態》
本発明の第３実施形態による排水処理装置１Ｃの構成について、図９を参照して説明する。
【００６６】
本実施形態による排水処理装置１Ｃは、第１実施形態の排水処理装置１Ａまたは第２実施形態の排水処理装置１Ｂのメタン発酵槽３の下流に、好気性処理槽５を加えた構成となっている。
【００６７】
排水処理装置１Ｃの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態または第２実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６８】
好気性処理槽５では、好気性菌が投入されており、メタン発酵槽３で処理された排水を取り込み、この処理済みの排水の中の分解しきれなかった有機物を、好気性菌によりさらに分解する。
【００６９】
この好気性処理槽５で実行される分解処理には、「（社）日本下水道協会、高度処理施設設計マニュアル、平成６年」および「（社）日本下水道協会、下水道維持管理指針、２００３年版」に記載の“活性汚泥法”、“嫌気−好気活性汚泥法”と“嫌気−無酸素−好気法”などを適用することが考えられる。
【００７０】
この“活性汚泥法”を適用する場合は、好気性微生物による有機物の除去が可能となる。
【００７１】
また“膜分離式活性汚泥法”を適用する場合は、有機物除去に加えて、好気性処理槽５内に設置した精密ろ過膜（ＭＦ膜）により浮遊物質（ＳＳ）を除去することで、後段の沈殿池での固液分離を十分に行うことが可能となる。“嫌気−好気法”とした場合は、有機物除去に加えてリンを除去することが可能となる。
【００７２】
また“嫌気−無酸素−好気法”を適用する場合は、有機物除去に加えて窒素とリンを除去することが可能となる。
【００７３】
以上の第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態で得られる効果に加え、好気性処理槽における処理で排水の水質をさらに向上させることができるため、硫酸還元反応槽およびメタン発酵槽により処理された排水が放流水質基準に適合していない場合にも、好気性処理槽の処理により適合させることが可能になる。
【００７４】
《第４実施形態》
本発明の第４実施形態による排水処理装置１Ｄの構成について、図１０を参照して説明する。
【００７５】
本実施形態による排水処理装置１Ｄの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態〜第３実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７６】
本実施形態による排水処理装置１Ｄは、第１実施形態の排水処理装置１Ａ〜第３実施形態の排水処理装置１Ｃの生物脱硫処理槽４に水を流入する管１６の代わりに、メタン発酵槽３で処理された排水を流出させる管１４から分岐した管２８を連結することにより、アルカリ度の高い排水を生物脱硫処理槽４に流入する排水供給手段を加えた構成となっている。
【００７７】
このように排水供給手段を設けることにより、メタン発酵槽３で処理されたアルカリ度の高い排水が生物脱硫処理槽４に供給され、生物脱硫処理槽４内における硫酸生成処理に用いられる。
【００７８】
以上の第４実施形態によれば、第１実施形態〜第３実施形態で得られる効果に加え、生物脱硫処理槽４における脱硫処理をアルカリ度の高い排水を利用して行うことで、硫化水素ガスの吸収を高めて脱硫処理の速度を加速させ、排水の処理効率をさらに高めることができる。
【００７９】
《第５実施形態》
本発明の第５実施形態による排水処理装置１Ｅの構成について、図１１を参照して説明する。
【００８０】
本実施形態による排水処理装置１Ｅは、第１実施形態の排水処理装置１Ａ〜第４実施形態の排水処理装置１Ｄの硫酸還元反応槽２の上流に、前処理槽６を加えた構成となっている。
【００８１】
排水処理装置１Ｅの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態〜第４実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８２】
前処理槽６では、硫酸還元反応槽２に排水を流入する前に前処理を行い、硫酸還元反応槽２における硫酸還元処理やメタン発酵槽３におけるメタン発酵処理に悪影響を与える物質を予め除去する。
【００８３】
この前処理には、原水水質に応じて様々な方法がある。例えば、下水や浮遊物質（ＳＳ）が多く含まれる場合は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）によるろ過や、砂ろ過などの適用が考えられる。また、たんぱく質が多く含まれる場合は熱処理などが考えられる。
【００８４】
精密ろ過膜（ＭＦ膜）とした場合は、懸濁物質や細菌、超微粒子など、おおむね０．１ 〜 １０（μｍ）の物質を除去することができる。また、限外ろ過膜（ＵＦ膜）とした場合は、たんぱく質や酸素、細菌類やウイルスなど１ 〜 １００（ｎｍ）の物質を除去することができる。また、砂ろ過とした場合は、ｍｍオーダ以上の比較的大きな浮遊物質を除去することができる。
【００８５】
熱処理とした場合は、食品排水などに含まれるたんぱく質を７０（℃）程度に加熱し凝固させ、これを取除くことで排水中のたんぱく質を分解することができる。
【００８６】
以上の第５実施形態によれば、第１実施形態〜第４実施形態で得られる効果に加え、前処理槽において硫酸還元反応槽およびメタン発酵槽に悪影響を与える物質を予め除去することで、排水の処理効率、特に硫酸還元反応槽における硫酸還元処理の処理効率をさらに高めることができる。
【００８７】
《第６実施形態》
本発明の第６実施形態による排水処理装置１Ｆの構成について、図１２を参照して説明する。
【００８８】
本実施形態による排水処理装置１Ｆは、第１実施形態の排水処理装置１Ａ〜第５実施形態の排水処理装置１Ｅの硫酸還元反応槽２に、管２９から硫黄を供給する硫黄供給手段を加えた構成となっている。
【００８９】
排水処理装置１Ｆの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態〜第５実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００９０】
本実施形態においては、硫黄供給手段により硫酸還元反応槽２に管２９から硫黄が供給され、硫酸還元反応槽２における硫酸還元反応に利用される。
【００９１】
以上の第６実施形態によれば、硫酸還元反応槽に硫黄を供給する硫黄供給手段を設けることにより、排水中に硫黄が含まれていない場合であっても、この硫黄供給手段により一度硫黄を供給することで排水処理装置内に硫黄循環が形成されるようになり、効率のよい排水処理の実行が可能になる。
【符号の説明】
【００９２】
１Ａ〜１F…排水処理装置
２…硫酸還元反応槽
３…メタン発酵槽
４…生物脱硫処理槽
５…好気性処理槽
６…前処理槽
１１〜２０，２３，２６，２７〜２９…管
２１…ポンプ
２２…散気管
２４…ポンプ
２５…散水装置
２０１…硫酸還元菌
２０２…プラスチック担体
３０１…グラニュール
４０１…硫黄酸化細菌付着担体
４０１Ａ…担体
４０１Ｂ…硫黄酸化細菌
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業排水、下水等の排水から、有機物を除去する排水処理装置および排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業排水や下水等の排水を生物処理することにより、有機物を除去する技術がある。生物処理により排水を処理する技術を利用したものとして、例えば特許文献１に記載の排水処理装置がある。
【０００３】
この特許文献１に記載の排水処理装置１００は、図１３に示すように、嫌気性処理槽１１０において有機物の分解処理が行われた後、この嫌気性処理槽１１０における処理により発生した硫化水素を、好気性処理槽１２０および生物脱臭装置１３０において脱硫して嫌気性処理槽１１０に戻すことにより、効率的に排水処理を行っている。
【０００４】
具体的には、化１に示すように、嫌気性処理槽１１０において式（１）に示すようにまず加水分解菌により排水中の高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質）が低分子有機物へ分解された後、式（２）に示すように酸生成菌により低分子有機物が低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など）へ分解され、最終的には、式（３）に示すようにメタン生成菌により酢酸等の低級脂肪酸からメタン（ＣＨ４）と二酸化炭素（ＣＯ２）とに分解される。
【０００５】
また嫌気性処理槽１１０では、式（４）に示すように、硫酸還元菌が好気性処理槽１２０や生物脱臭装置１３０から戻される硫酸イオン（ＳＯ４２−）を還元させることにより、酢酸等の有機物が分解され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素、および水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【０００６】
そして好気性処理槽では、硫黄酸化細菌を含む好気性微生物により、嫌気性処理槽で分解しきれなかった有機物が分解される。
【０００７】
また好気性処理槽では、式（５）に示すように、硫黄酸化細菌が硫化水素を酸化させることで、硫酸イオンおよび水素イオン（Ｈ＋）が生成される。生成された硫酸イオンは嫌気性処理槽へと戻される。
【０００８】
また生物脱臭装置１３０では、好気性処理槽１２０と同様に、硫黄酸化細菌が硫化水素を酸化させることで、硫酸イオンおよび水素イオンが生成される。生成された硫酸イオンは嫌気性処理槽へと戻される。
【０００９】
［化１］
高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質） ＋ Ｈ２Ｏ
→ 低分子有機物 （１）
低分子有機物 → 低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など） （２）
ＣＨ３ＣＯＯＨ → ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （３）
ＳＯ４２− ＋ ＣＨ３ＣＯＯＨ ＋ ２Ｈ＋ → Ｈ２Ｓ ＋ ２ＣＯ２ ＋２Ｈ２Ｏ
（４）
Ｈ２Ｓ ＋ ２Ｏ２ → ＳＯ４２− ＋ ２Ｈ＋ （５）
このように嫌気性処理槽１１０において式（４）に示す反応により生成された硫化水素（Ｈ２Ｓ）が、好気性処理槽１２０および生物脱臭装置１３０において式（５）に示すように脱硫されて硫酸イオン（ＳＯ４２−）が生成され、嫌気性処理槽１１０に戻されることで、図１４に示すように硫黄循環が形成される。
【００１０】
上述した処理により、高分子、低分子、酢酸等の有機物は、メタンや二酸化炭素に分解され、排水中の有機物が低減されて公共用水域などに放流される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１４８２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述した嫌気性処理槽１１０では、メタン生成菌と硫酸還元菌とが共存しており、上記式（３）のメタン生成菌によるメタン生成処理および式（４）の硫酸還元菌による硫化水素生成処理が行われるが、これらのうち硫酸還元菌による硫化水素生成処理のほうがメタン生成菌によるメタン生成処理よりも処理速度が速いため、メタン生成菌よりも硫酸還元菌のほうが活性が優位となる。
【００１３】
また、好気性処理槽１２０と生物脱臭装置１３０で生成された硫酸イオンが嫌気性処理槽１１０に戻され、硫酸還元菌の基質である硫酸イオン濃度が高くなるため、さらに硫酸還元菌の活性が高くなる。
【００１４】
しかし、硫化水素（Ｈ２Ｓ）は人体に有毒であるとともに排水処理装置１００内のダクト等を腐食させる原因になるため硫酸還元菌の活性を加速させることは好ましくなく、硫化水素生成処理と基質が競合するメタン生成菌によるメタン生成処理の活性を上げることが望まれている。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、嫌気性処理環境において、メタン生成菌によるメタン生成処理の活性を低下させることなく排水処理を行うことが可能な排水処理装置および排水処理方法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】
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の排水処理装置は、硫酸還元菌が投入され、処理対象の排水を取り込んで前記硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行う硫酸還元反応槽と、メタン生成菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を前記メタン生成菌により分解する嫌気処理を行うメタン発酵槽と、硫黄酸化菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで前記硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する生物脱硫処理槽とを有することを特徴とする。
【００１７】
またこの排水処理装置は、前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を、当該硫酸還元反応槽の排水中に散気することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第１硫黄ストリッピング手段と、前記硫酸還元反応槽で処理された排水を、当該硫酸還元反応槽の気相中に散水することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第２硫黄ストリッピング手段とをさらに設けてもよい。
【００１８】
またこの排水処理装置は、好気性菌が投入され、前記メタン発酵槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽および前記メタン発酵槽で分解されなかった排水中の有機物を前記好気性菌により分解する好気処理を行う好気性処理槽をさらに設けてもよい。
【００１９】
またこの排水処理装置は、前記メタン発酵槽で処理された排水を、前記生物脱硫処理槽へ供給する排水供給手段をさらに設けてもよい。
【００２０】
またこの排水処理装置は、前記硫酸還元反応槽の上流に、浮遊物質を除去するろ過手段またはたんぱく質を分解する熱処理手段をさらに設けてもよい。
【００２１】
またこの排水処理装置は、前記硫酸還元反応槽に、硫黄を供給する硫黄供給手段をさらに設けてもよい。
【００２２】
またこの排水処理装置の前記硫酸還元反応槽には硫酸還元菌が付着された担体が投入され、前記メタン発酵槽にはメタン生成菌の塊が投入され、前記生物脱硫処理槽には担体に付着された硫黄酸化菌が投入されるようにしてもよい。
【００２３】
また本発明の排水処理方法は、排水処理装置が、硫酸還元反応槽に処理対象の排水を取り込んで、当該硫酸還元反応槽に投入された硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行い、メタン発酵槽に前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を、当該メタン発酵槽に投入されたメタン生成菌により分解する嫌気処理を行い、生物脱硫処理槽に前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで、当該生物脱硫処理槽に投入された硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の排水処理装置および排水処理方法によれば、嫌気性処理環境において、メタン生成菌によるメタン生成処理の活性を低下させることなく安定した排水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態による排水処理装置の硫酸還元反応槽の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態による排水処理装置のメタン発酵槽の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態による排水処理装置の生物脱硫処理槽の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による排水処理装置の生物脱硫処理槽の硫黄酸化細菌付着担体の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態による排水処理装置の第１の硫黄ストリッピング手段を設けた硫酸還元反応槽の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態による排水処理装置の第２の硫黄ストリッピング手段を設けた硫酸還元反応槽の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第６実施形態による排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１３】従来の排水処理装置の構成を示す説明図である。
【図１４】従来の排水処理装置により行われる生物分解の内容を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
《第１実施形態》
本発明の第１実施形態による排水処理装置１Ａの構成について、図１を参照して説明する。
【００２７】
本実施形態による排水処理装置１Ａは、硫酸還元反応槽２と、メタン発酵槽３と、生物脱硫処理槽４とを有する。
【００２８】
この硫酸還元反応槽２には、処理対象の排水を流入するための管１１が連結されている。また硫酸還元反応槽２とメタン発酵槽３とは、排水を送水するための管１２で連結されている。また硫酸還元反応槽２の上部と生物脱硫処理槽４の下部とは、ガスの通路となるガス管１３により連結されている。またメタン発酵槽３には、排水を下水道に流出させるための管１４が連結されている。またメタン発酵槽３の上部と生物脱硫処理槽４の下部とは、ガスの通路となるガス管１５により連結されている。また生物脱硫処理槽４には、反応に用いる水を流入するための管１６、および空気を流入するためのガス管１７が連結されている。また生物脱硫処理槽４の上部には、発生したメタンガスを放出するためのガス管１８が連結されている。また生物脱硫処理槽４と硫酸還元反応槽２とは、処理水を送水するための管１９で連結されている。
【００２９】
また、硫酸還元反応槽２内には、図２に示すように硫酸還元菌２０１を付着させた比重１．５の球形のプラスチック担体２０２が投入されている。硫酸還元反応槽２内では硫酸還元菌が優位に働いているが、硫酸還元菌の他、加水分解菌、酸生成菌等が含まれている。
【００３０】
また、メタン発酵槽３内には、図３に示すようにメタン生成菌を塊とした粒状汚泥であり、粒子径１〜１０ｍｍ、沈降速度１〜３０ｍ／ｈのグラニュール３０１が投入されている。メタン発酵槽３内ではメタン生成菌が優位に働いているが、メタン生成菌の他、硫酸還元菌、加水分解菌、酸生成菌等が含まれている。
【００３１】
これらの硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３内では、上向流嫌気性スラッジブランケット法（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ：ＵＡＳＢ）法を用いた嫌気処理を行うように構成されている。この上向流嫌気性スラッジブランケット法とは、上向流により嫌気性微生物が自己造粒して粒状汚泥を形成することを利用し、その粒状汚泥を用いて嫌気性消化槽内に高濃度に分解微生物を維持する事により、高効率に排水中の有機物を分解処理する方法である。
【００３２】
また、生物脱硫処理槽４内には、図４に示すように中段に硫黄酸化細菌付着担体４０１が投入されている。この硫黄酸化細菌付着担体４０１は、図５に示すように円筒形に形成された担体４０１Ａの外側や内側に、硫黄酸化細菌４０１Ｂが付着されて構成されている。
【００３３】
本実施形態による排水処理装置１Ａにより、処理対象の排水が生物処理により有機物分解処理が行われるときの処理工程について説明する。
【００３４】
まず、硫酸還元反応槽２において連結された管１１から処理対象の排水が流入され、下記式（１）に示すようにまず加水分解菌により排水中の高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質）が低分子有機物へ分解された後、式（２）に示すように酸生成菌により低分子有機物が低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など）へ分解される。
【００３５】
さらに硫酸還元反応槽２では、後述するように生物脱硫処理槽４から管１９を通って送水された硫酸溶液（Ｈ２ＳＯ４（ｌ））に含まれる硫酸イオン（ＳＯ４２−）が、プラスチック担体２０２に付着された硫酸還元菌により還元されることで酢酸等の有機物が分解され、式（４）に示すように、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素、および水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【００３６】
［化２］
高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質） ＋ Ｈ２Ｏ
→ 低分子有機物 （１）
低分子有機物 → 低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など） （２）
ＣＨ３ＣＯＯＨ → ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （３）
ＳＯ４２− ＋ ＣＨ３ＣＯＯＨ ＋ ２Ｈ＋ → Ｈ２Ｓ ＋ ２ＣＯ２ ＋２Ｈ２Ｏ
（４）
Ｈ２Ｓ ＋ ２Ｏ２ → ＳＯ４２− ＋ ２Ｈ＋ （５）
式（４）の反応により生成された硫化水素は、主に気相中へ硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））として放出されるかまたは、排水のｐＨにより解離されて硫化物イオン（Ｓ２−）として排水中に放出される。
【００３７】
そして、硫酸還元反応槽２において気相中へ放出された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））はガス管１３を通って生物脱硫処理槽４に送出され、硫化物イオン（Ｓ２−）および硫酸還元反応槽２で分解しきれなかった有機物を含有する排水は、管１２を通ってメタン発酵槽３に送水される。
【００３８】
メタン発酵槽３では、硫酸還元反応槽２で硫酸還元菌による生物処理が行われ送水された排水が取り込まれ、硫酸還元反応槽２で分解しきれなかった有機物が上記式（１）に示すように加水分解菌により排水中の高分子有機物（炭水化物、たんぱく質、脂質）が低分子有機物へ分解された後、式（２）に示すように酸生成菌により低分子有機物が低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸など）へ分解される。
【００３９】
さらにメタン発酵槽３では、上記式（４）に示すように、メタン発酵槽３内の硫酸還元菌により酢酸等の有機物が分解され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素、および水（Ｈ２Ｏ）が生成されるとともに、メタン発酵槽３内のグラニュール３０１により、上記式（３）に示すように酢酸等の低級脂肪酸がメタンガス（ＣＨ４（ｇ））と二酸化炭素（ＣＯ２）とに分解される。
【００４０】
そして、メタン発酵槽３において式（４）の反応により生成された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））および式（３）の反応により生成されたメタンガス（ＣＨ４（ｇ））は気相中に放出され、ガス管１５を通って生物脱硫処理槽４に送出される。
【００４１】
また、メタン発酵槽３で有機物が分解された処理済みの排水は、管１４を通って下水道に流出される。
【００４２】
次に生物脱硫処理槽４では、硫酸還元反応槽２から送出された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））と、メタン発酵槽３から送出された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））およびメタンガス（ＣＨ４（ｇ））が取り込まれるとともに、管１６から水が取り込まれ、さらに管１７から脱硫に必要な酸素を供給するための空気が取り込まれ、生物脱硫処理槽４内の硫黄酸化細菌付着担体４０１の硫黄酸化細菌４０１Ｂにより、上記式（５）に示すように硫化水素（Ｈ２Ｓ）の脱硫が行われ、硫酸イオン（ＳＯ４２−）を含む硫酸溶液（Ｈ２ＳＯ４（ｌ））が生成される。
【００４３】
生成された硫酸溶液（Ｈ２ＳＯ４（ｌ））は管１９を通って、硫酸還元反応槽２に送水され、硫酸還元菌による酢酸等の還元反応に利用される。
【００４４】
また、生物脱硫処理槽４において脱硫が行われた後、取り込まれたメタンガス（ＣＨ４（ｇ））は、ガス管１８から排出される。
【００４５】
以上の第１実施形態によれば、嫌気性処理環境において有機物分解処理を行う硫酸還元菌とメタン生成菌とを、それぞれが優位に働く硫酸還元反応槽とメタン発酵槽とに分けて排水処理を行うように構成したことにより、メタン生成菌によるメタン生成処理の活性を低下させることなく安定した排水処理を行うことが可能になる。
【００４６】
またこのとき、硫酸還元菌が優位に働く硫酸還元反応槽では、硫酸還元菌を付着させ且つ比重が大きいプラスチック担体を用いたため、排水の上向流速度よりもこのプラスチック担体の沈降速度が大きくなり、硫酸還元菌の槽外への流出を防止することができる。これにより、硫酸還元反応槽における硫酸還元処理の処理効率が安定化する。
【００４７】
また、メタン生成菌が優位に働くメタン発酵槽では、メタン生成菌の塊であり粒子径および沈降速度が大きいグラニュールを用いたため、硫酸還元反応槽で処理された排水の上向流速度よりもこのグラニュールの沈降速度が大きくなり、メタン生成菌の槽外への流出を防止することができる。これにより、メタン発酵槽におけるメタン発酵処理の処理効率が安定化する。
【００４８】
また、生物脱硫処理槽では、硫黄酸化細菌を付着させた硫黄酸化細菌付着担体を用いたため、硫酸還元反応槽およびメタン発酵槽から取り込まれた硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））と硫黄酸化細菌との接触効率が高まり、脱硫速度を向上させることができる。
【００４９】
また、本実施形態においては、硫酸還元反応槽で使用したプラスチック担体が球形の場合について説明したが、これには限定されず、他の形状、例えばひも状担体としてもよい。また、メタン発酵槽で使用したメタン生成菌はグラニュールとする他、日本国内の下水処理場に多く存在し安価な消化汚泥を使用することも可能である。また、生物脱硫処理槽で使用した担体が筒状の場合について説明したが、これには限定されず、他の形状で構成してもよい。
【００５０】
《第２実施形態》
本発明の第２実施形態による排水処理装置１Ｂの構成について、図６〜８を参照して説明する。
【００５１】
第１実施形態において説明したように、硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３内において処理された排水中には硫化物イオン（Ｓ２−）が溶存しているが、この硫化物イオン（Ｓ２−）は硫酸還元菌やメタン生成菌の働きを阻害しこれらの菌による反応速度を遅延させることになる。
【００５２】
そのため第２実施形態においては、第１実施形態の排水処理装置１Ａに硫黄ストリッピングを行う手段をさらに設け、これにより排水中に溶存する硫化物イオン（Ｓ２−）を硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））として気相中に放出させ反応効率を高めるようにする。
【００５３】
この硫黄ストリッピングを行う第１の手段として、硫酸還元反応槽２と生物脱硫処理槽４とを連結するガス管１３から分岐して硫酸還元反応槽２に連結するガス管２０と、ガス管１３からガス管２０に硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））を取り込むポンプ２１と、ポンプ２１で取り込んだ硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））を硫酸還元反応槽２内の排水中に投入されているプラスチック担体よりも上部の水面に近い位置にバブリングする散気管２２とを有する。
【００５４】
このように形成された第１の硫黄ストリッピング手段により、硫酸還元反応槽２で生成された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））が、ガス管１３および２０を通って硫酸還元反応槽２に戻されバブリングされることで、排水中の硫化物イオン（Ｓ２−）が硫化水素ガスとして気相中へ追い出される。
【００５５】
また硫黄ストリッピングを行う第２の手段として、硫酸還元反応槽２とメタン発酵槽３とを連結する管１２から分岐して硫酸還元反応槽２に連結する管２３と、管１２から管２３に排水を取り込むポンプ２４と、ポンプ２４で取り込んだ排水を硫酸還元反応槽内の気相中に散水する散水装置２５とを有する。
【００５６】
このように形成された第２の硫黄ストリッピング手段により、硫酸還元反応槽２で処理され硫化物イオン（Ｓ２−）を含む排水が、管１２および２３を通って硫酸還元反応槽２に戻され散水されることで、排水中の硫化物イオン（Ｓ２−）が硫化水素ガスとして気相中へ追い出される。
【００５７】
また、メタン発酵槽３にも硫酸還元反応槽２と同様に、硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））をメタン発酵槽３内に戻すためのガス管２６、処理した排水をメタン発酵槽３内に戻すための管２７等により第１および第２の硫黄ストリッピング手段を設けることで、排水中の硫化物イオン（Ｓ２−）が硫化水素ガスとして気相中へ追い出される。
【００５８】
この硫黄ストリッピング以外の排水処理装置１Ｂにおける処理は、第１実施形態における排水処理装置１Ａにおける処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５９】
以上の第２実施形態によれば、第１実施形態で得られる効果に加え、硫酸還元反応槽において硫黄ストリッピングを行うことにより、排水処理装置内の硫黄循環効率が高まるとともに、硫酸還元反応槽内における硫化物イオン（Ｓ２−）による硫酸還元菌の働きの阻害（生物阻害）を防止することができ、排水処理の効率を高めることができる。
【００６０】
また、メタン発酵槽においても硫黄ストリッピングを行うことにより、排水処理装置内の硫黄循環効率がさらに高まるとともに、メタン発酵槽内における硫化物イオン（Ｓ２−）によるメタン生成菌の働きの阻害（生物阻害）を防止することができ、排水の処理効率をさらに高めることができる。
【００６１】
また、第１の硫黄ストリッピング手段では、槽内に投入された担体よりも上部の水面に近い位置にバブリングを行うようにしたため、菌の流動に外乱を与えることがなく、安定した排水処理を行うことができる。
【００６２】
また、第２の硫黄ストリッピング手段では、槽内の気相の高い位置から排水を散水することにより、硫黄ストリッピング効果を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施形態においては、硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３の第１の硫黄ストリッピング手段においては、それぞれの槽で生成された硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ（ｇ））を戻し入れることでバブリングを行う場合について説明したが、窒素などの水処理に影響を与えないガスを硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３に注入してバブリングを行うようにしてもよい。
【００６４】
また、第１および第２の硫黄ストリッピング手段においてポンプの代わりにそれぞれの管に開閉弁を設け、これを制御することにより硫酸還元反応槽２およびメタン発酵槽３にガスや排水を送出するようにしてもよい。
【００６５】
《第３実施形態》
本発明の第３実施形態による排水処理装置１Ｃの構成について、図９を参照して説明する。
【００６６】
本実施形態による排水処理装置１Ｃは、第１実施形態の排水処理装置１Ａまたは第２実施形態の排水処理装置１Ｂのメタン発酵槽３の下流に、好気性処理槽５を加えた構成となっている。
【００６７】
排水処理装置１Ｃの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態または第２実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６８】
好気性処理槽５では、好気性菌が投入されており、メタン発酵槽３で処理された排水を取り込み、この処理済みの排水の中の分解しきれなかった有機物を、好気性菌によりさらに分解する。
【００６９】
この好気性処理槽５で実行される分解処理には、「（社）日本下水道協会、高度処理施設設計マニュアル、平成６年」および「（社）日本下水道協会、下水道維持管理指針、２００３年版」に記載の“活性汚泥法”、“嫌気−好気活性汚泥法”と“嫌気−無酸素−好気法”などを適用することが考えられる。
【００７０】
この“活性汚泥法”を適用する場合は、好気性微生物による有機物の除去が可能となる。
【００７１】
また“膜分離式活性汚泥法”を適用する場合は、有機物除去に加えて、好気性処理槽５内に設置した精密ろ過膜（ＭＦ膜）により浮遊物質（ＳＳ）を除去することで、後段の沈殿池での固液分離を十分に行うことが可能となる。“嫌気−好気法”とした場合は、有機物除去に加えてリンを除去することが可能となる。
【００７２】
また“嫌気−無酸素−好気法”を適用する場合は、有機物除去に加えて窒素とリンを除去することが可能となる。
【００７３】
以上の第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態で得られる効果に加え、好気性処理槽における処理で排水の水質をさらに向上させることができるため、硫酸還元反応槽およびメタン発酵槽により処理された排水が放流水質基準に適合していない場合にも、好気性処理槽の処理により適合させることが可能になる。
【００７４】
《第４実施形態》
本発明の第４実施形態による排水処理装置１Ｄの構成について、図１０を参照して説明する。
【００７５】
本実施形態による排水処理装置１Ｄの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態〜第３実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７６】
本実施形態による排水処理装置１Ｄは、第１実施形態の排水処理装置１Ａ〜第３実施形態の排水処理装置１Ｃの生物脱硫処理槽４に水を流入する管１６の代わりに、メタン発酵槽３で処理された排水を流出させる管１４から分岐した管２８を連結することにより、アルカリ度の高い排水を生物脱硫処理槽４に流入する排水供給手段を加えた構成となっている。
【００７７】
このように排水供給手段を設けることにより、メタン発酵槽３で処理されたアルカリ度の高い排水が生物脱硫処理槽４に供給され、生物脱硫処理槽４内における硫酸生成処理に用いられる。
【００７８】
以上の第４実施形態によれば、第１実施形態〜第３実施形態で得られる効果に加え、生物脱硫処理槽４における脱硫処理をアルカリ度の高い排水を利用して行うことで、硫化水素ガスの吸収を高めて脱硫処理の速度を加速させ、排水の処理効率をさらに高めることができる。
【００７９】
《第５実施形態》
本発明の第５実施形態による排水処理装置１Ｅの構成について、図１１を参照して説明する。
【００８０】
本実施形態による排水処理装置１Ｅは、第１実施形態の排水処理装置１Ａ〜第４実施形態の排水処理装置１Ｄの硫酸還元反応槽２の上流に、前処理槽６を加えた構成となっている。
【００８１】
排水処理装置１Ｅの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態〜第４実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８２】
前処理槽６では、硫酸還元反応槽２に排水を流入する前に前処理を行い、硫酸還元反応槽２における硫酸還元処理やメタン発酵槽３におけるメタン発酵処理に悪影響を与える物質を予め除去する。
【００８３】
この前処理には、原水水質に応じて様々な方法がある。例えば、下水や浮遊物質（ＳＳ）が多く含まれる場合は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）によるろ過や、砂ろ過などの適用が考えられる。また、たんぱく質が多く含まれる場合は熱処理などが考えられる。
【００８４】
精密ろ過膜（ＭＦ膜）とした場合は、懸濁物質や細菌、超微粒子など、おおむね０．１ 〜 １０（μｍ）の物質を除去することができる。また、限外ろ過膜（ＵＦ膜）とした場合は、たんぱく質や酸素、細菌類やウイルスなど１ 〜 １００（ｎｍ）の物質を除去することができる。また、砂ろ過とした場合は、ｍｍオーダ以上の比較的大きな浮遊物質を除去することができる。
【００８５】
熱処理とした場合は、食品排水などに含まれるたんぱく質を７０（℃）程度に加熱し凝固させ、これを取除くことで排水中のたんぱく質を分解することができる。
【００８６】
以上の第５実施形態によれば、第１実施形態〜第４実施形態で得られる効果に加え、前処理槽において硫酸還元反応槽およびメタン発酵槽に悪影響を与える物質を予め除去することで、排水の処理効率、特に硫酸還元反応槽における硫酸還元処理の処理効率をさらに高めることができる。
【００８７】
《第６実施形態》
本発明の第６実施形態による排水処理装置１Ｆの構成について、図１２を参照して説明する。
【００８８】
本実施形態による排水処理装置１Ｆは、第１実施形態の排水処理装置１Ａ〜第５実施形態の排水処理装置１Ｅの硫酸還元反応槽２に、管２９から硫黄を供給する硫黄供給手段を加えた構成となっている。
【００８９】
排水処理装置１Ｆの硫酸還元反応槽２、メタン発酵槽３、および生物脱硫処理槽４において行われる処理については、第１実施形態〜第５実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００９０】
本実施形態においては、硫黄供給手段により硫酸還元反応槽２に管２９から硫黄が供給され、硫酸還元反応槽２における硫酸還元反応に利用される。
【００９１】
以上の第６実施形態によれば、硫酸還元反応槽に硫黄を供給する硫黄供給手段を設けることにより、排水中に硫黄が含まれていない場合であっても、この硫黄供給手段により一度硫黄を供給することで排水処理装置内に硫黄循環が形成されるようになり、効率のよい排水処理の実行が可能になる。
【符号の説明】
【００９２】
１Ａ〜１F…排水処理装置
２…硫酸還元反応槽
３…メタン発酵槽
４…生物脱硫処理槽
５…好気性処理槽
６…前処理槽
１１〜２０，２３，２６，２７〜２９…管
２１…ポンプ
２２…散気管
２４…ポンプ
２５…散水装置
２０１…硫酸還元菌
２０２…プラスチック担体
３０１…グラニュール
４０１…硫黄酸化細菌付着担体
４０１Ａ…担体
４０１Ｂ…硫黄酸化細菌
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸還元菌が投入され、処理対象の排水を取り込んで前記硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行う硫酸還元反応槽と、
メタン生成菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を前記メタン生成菌により分解する嫌気処理を行うメタン発酵槽と、
硫黄酸化菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで前記硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する生物脱硫処理槽と、
を有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を、当該硫酸還元反応槽の排水中に散気することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第１硫黄ストリッピング手段と、
前記硫酸還元反応槽で処理された排水を、当該硫酸還元反応槽の気相中に散水することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第２硫黄ストリッピング手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
好気性菌が投入され、前記メタン発酵槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽および前記メタン発酵槽で分解されなかった排水中の有機物を前記好気性菌により分解する好気処理を行う好気性処理槽をさらに有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記メタン発酵槽で処理された排水を、前記生物脱硫処理槽へ供給する排水供給手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記硫酸還元反応槽の上流に、浮遊物質を除去するろ過手段またはたんぱく質を分解する熱処理手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記硫酸還元反応槽に、硫黄を供給する硫黄供給手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記硫酸還元反応槽には硫酸還元菌が付着された担体が投入され、前記メタン発酵槽にはメタン生成菌の塊が投入され、前記生物脱硫処理槽には担体に付着された硫黄酸化菌が投入される
ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項８】
排水処理装置が、
硫酸還元反応槽に処理対象の排水を取り込んで、当該硫酸還元反応槽に投入された硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行い、
メタン発酵槽に前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を、当該メタン発酵槽に投入されたメタン生成菌により分解する嫌気処理を行い、
生物脱硫処理槽に前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで、当該生物脱硫処理槽に投入された硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項１】
硫酸還元菌が投入され、処理対象の排水を取り込んで前記硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行う硫酸還元反応槽と、
メタン生成菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を前記メタン生成菌により分解する嫌気処理を行うメタン発酵槽と、
硫黄酸化菌が投入され、前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで前記硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する生物脱硫処理槽と、
を有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を、当該硫酸還元反応槽の排水中に散気することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第１硫黄ストリッピング手段と、
前記硫酸還元反応槽で処理された排水を、当該硫酸還元反応槽の気相中に散水することで排水中の硫黄ストリッピングを行う第２硫黄ストリッピング手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
好気性菌が投入され、前記メタン発酵槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽および前記メタン発酵槽で分解されなかった排水中の有機物を前記好気性菌により分解する好気処理を行う好気性処理槽をさらに有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記メタン発酵槽で処理された排水を、前記生物脱硫処理槽へ供給する排水供給手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記硫酸還元反応槽の上流に、浮遊物質を除去するろ過手段またはたんぱく質を分解する熱処理手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記硫酸還元反応槽に、硫黄を供給する硫黄供給手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記硫酸還元反応槽には硫酸還元菌が付着された担体が投入され、前記メタン発酵槽にはメタン生成菌の塊が投入され、前記生物脱硫処理槽には担体に付着された硫黄酸化菌が投入される
ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項８】
排水処理装置が、
硫酸還元反応槽に処理対象の排水を取り込んで、当該硫酸還元反応槽に投入された硫酸還元菌により排水中の硫酸イオンを還元することで有機物を分解するとともに硫化水素を生成する嫌気処理を行い、
メタン発酵槽に前記硫酸還元反応槽で処理された排水を取り込んで、前記硫酸還元反応槽で分解されなかった排水中の有機物を、当該メタン発酵槽に投入されたメタン生成菌により分解する嫌気処理を行い、
生物脱硫処理槽に前記硫酸還元反応槽で生成された硫化水素を取り込んで、当該生物脱硫処理槽に投入された硫黄酸化菌により脱硫処理を行うことで硫酸を生成し、生成した硫酸を前記硫酸イオンの還元に利用させるために硫酸還元反応槽に送水する
ことを特徴とする排水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２１２６２２（Ｐ２０１１−２１２６２２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８４９２０（Ｐ２０１０−８４９２０）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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