排水処理装置
【課題】 嫌気性環境において、性能の高い有機物分解処理能力を保持しながらも、処理速度を高めることが可能な排水処理装置を提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、排水処理装置は、嫌気性処理槽と、硫酸塩貯留槽と、硫酸塩添加装置と、硫酸塩添加量制御装置とを有する。嫌気性処理槽は、メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、流入された排水を浄化する。硫酸塩貯留槽は、硫酸塩を貯留する。硫酸塩添加装置は、嫌気性処理槽に流入する排水に、硫酸塩貯留槽に貯留された硫酸塩を添加する。硫酸塩添加量制御装置は、嫌気性処理槽内にメタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させた状態を維持するために、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があると判断したときには、この判断結果に基づいて硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を調整する。
【解決手段】 実施形態によれば、排水処理装置は、嫌気性処理槽と、硫酸塩貯留槽と、硫酸塩添加装置と、硫酸塩添加量制御装置とを有する。嫌気性処理槽は、メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、流入された排水を浄化する。硫酸塩貯留槽は、硫酸塩を貯留する。硫酸塩添加装置は、嫌気性処理槽に流入する排水に、硫酸塩貯留槽に貯留された硫酸塩を添加する。硫酸塩添加量制御装置は、嫌気性処理槽内にメタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させた状態を維持するために、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があると判断したときには、この判断結果に基づいて硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、排水処理装置に関する。
【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排水処理技術があり、この生物処理による排水処理方法には好気性処理と嫌気性処理がある。
【０００３】
好気性処理は酸素を必要とする微生物が有機物を二酸化炭素と水とに分解し、嫌気性処理では酸素を必要としない微生物が有機物をメタンガスと二酸化炭素とに分解する。
【０００４】
また嫌気性処理では、メタン生成菌により酢酸等の低級脂肪酸が分解されメタンガスが生成されるメタン生成処理が行われるとともに、排水中に硫酸イオンが含まれる場合は、この硫酸イオンが硫酸還元菌により還元されることで酢酸等の低級脂肪酸が分解され硫化水素が生成される硫化水素生成処理が行われる。
【０００５】
このように、メタン生成処理と硫化水素生成処理とは、酢酸等の基質を巡って競合関係にある。また、硫酸還元菌による還元で生成される硫化水素は、硫酸還元菌やメタン生成菌の活性を阻害し有機物分解の処理効率の低下を招く。
【０００６】
そこで、硫酸イオンを多量に含む排水を嫌気性処理により適切に処理する技術として、特許文献１に記載の嫌気性水処理装置がある。
【０００７】
この特許文献１に記載の嫌気性水処理装置は、嫌気性細菌を用いて反応槽で排水を浄化し、この反応槽上部の気相部に放出された硫化水素ガスを吸収、除去することで、液相中の硫化水素濃度を低減させている。このように液相中の硫化水素濃度を低減させることにより、有機物分解性能が高いメタン生成菌への阻害作用を減じ、メタンガスを効率的に生成させることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−２７８８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、嫌気性処理は酸素を利用せずに有機物を分解するため、好気性処理と比較して処理速度が遅いといった課題がある。特に、メタン生成菌を主体とした処理では、処理速度が遅く、また、特にメタン生成菌は硫化水素や濃度などの阻害に弱い。
【００１０】
そのため、有機物分解性能の高いメタン生成菌によるメタン生成処理と、嫌気性処理の中でも阻害に強く比較的処理速度が速いとされる硫酸還元菌による硫化水素生成処理とを好適に共存させることで、従来のメタン生成菌を主体とした場合よりも効率良く排水処理を行うことが望まれる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、嫌気性環境において、性能の高い有機物分解処理能力を保持しながらも、処理速度を高めることが可能な排水処理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】
【００１２】
上記目的を達成するための実施形態によれば、実施形態によれば、排水処理装置は、嫌気性処理槽と、硫酸塩貯留槽と、硫酸塩添加装置と、硫酸塩添加量制御装置とを有する。嫌気性処理槽は、メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、流入された排水を浄化する。硫酸塩貯留槽は、硫酸塩を貯留する。硫酸塩添加装置は、嫌気性処理槽に流入する排水に、硫酸塩貯留槽に貯留された硫酸塩を添加する。硫酸塩添加量制御装置は、嫌気性処理槽内にメタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させた状態を維持するために、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があると判断したときには、この判断結果に基づいて硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を調整する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図２】第１実施形態〜第３実施形態による排水処理装置における、溶存硫化物濃度と、ＴＯＣ除去率との関係およびメタン濃度との関係を示すグラフである。
【図３】第１実施形態〜第３実施形態による排水処理装置における、溶存硫化物濃度と、グラニュールＶＳＳ量との関係、およびＴＯＣ除去量との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図５】第３実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図６】第４実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図７】第５実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
《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。
【００１５】
本実施形態による排水処理装置１Ａは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫化物イオン濃度計６と、硫酸塩添加量制御装置７Ａと、添加装置８とを有する。
【００１６】
排水貯留槽２は、処理対象の排水を貯留する。
【００１７】
送水装置３は、あらかじめ設定された流量で排水貯留槽２に貯留された排水を、嫌気性処理槽４に送水する。
【００１８】
嫌気性処理槽４は、メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、送水装置３の送水により流入された排水を浄化する。
【００１９】
硫酸塩貯留槽５は、嫌気性処理槽４に送水される排水に添加するための硫酸塩を貯留する。
【００２０】
硫化物イオン濃度計６は、嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度（Ｓ2-）を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ａに送信する。
【００２１】
硫酸塩添加量制御装置７Ａは、嫌気性処理槽４内の排水が、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌を共存させる硫化物濃度を維持するために、硫化物イオン濃度計６から送信された嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度に基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００２２】
添加装置８は、硫酸塩添加量制御装置７Ａの制御により、硫酸塩貯留槽５の硫酸塩を、嫌気性処理槽４に流入する排水に添加する。
【００２３】
このように構成された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。
【００２４】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００２５】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００２６】
ここで嫌気性処理槽４では、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌が共存することが望ましい。
【００２７】
メタン濃度と硫酸還元菌との関係、および有機物分解性能を示す値としてのＴＯＣ（Total Organic Carbon）除去率と溶存硫化物濃度との関係について、図２を参照して説明する。
【００２８】
図２は、処理対象の排水にさまざまな量の硫酸塩を添加して溶存硫化物濃度を変化させた場合のメタン濃度の変化、およびＴＯＣ除去率の変化を示したグラフである。
【００２９】
ここで排水中では、硫酸塩が添加されることにより馴致された硫酸還元菌で有機物が分解され、硫化水素が生成される。そしてこの生成された硫化水素が、気液平衡により液相に溶解されて溶存硫化物となる。
【００３０】
図２に示すように、溶存硫化物濃度が増加するにつれ、メタン濃度が低下するとともにＴＯＣ除去率も低下している。これは、メタン生成菌が溶存硫化物により阻害を受けたことが原因である。
【００３１】
特に、溶存硫化物濃度が300(mg／L)を超えたあたりから、メタン濃度は急激に低下して20(%)未満となり、最終的にメタン生成菌は完全に死滅し0(%)となっていることが分かる。そして、メタン生成菌は完全に死滅したときにも、ＴＯＣ除去率は50 〜 60(%)であることから、硫酸還元菌により有機物除去が行われていることがわかり、硫酸還元菌はメタン生成菌よりも溶存硫化物による阻害に強いことが確認できる。
【００３２】
また図２より、溶存硫化物濃度が低い程ＴＯＣ除去率は高く（溶存硫化物濃度0(%)の時が最も高い）、メタン生成菌のみで処理した方が有機物分解性能は高いことが示唆される。
【００３３】
次に、有機物分解処理速度に基づく、メタン生成菌と硫酸還元菌との好適な割合について、図３を参照して説明する。
【００３４】
図３は、溶存硫化物濃度が0(mg／L)の時、すなわちメタン生成菌のみで有機物分解処理をした場合、および、溶存硫化物濃度80(mg／L)の時、すなわちメタン生成菌と硫酸還元菌とが共存する状態で有機物分解処理した場合の、菌体量（メタン生成菌量＋硫酸還元菌量）を示すグラニュールVSS量とＴＯＣ除去量の変化とを示すグラフである。
【００３５】
図３に示すように、溶存硫化物濃度の増加に伴い、嫌気性処理槽内の菌相がメタン生成菌のみから、メタン生成菌＋硫酸還元菌の共存に変わり、グラニュールVSS量（菌体量）が減少している反面、単位菌体量あたりのＴＯＣ除去量は増加している。これにより、処理槽内にメタン生成菌のみが存在する状態よりも、メタン生成菌と硫酸還元菌とが共存する状態のときのほうが、処理速度が速く有機物分解性能が高いことがわかる。
【００３６】
ここで菌体量の減少は、菌相の変化により、嫌気性処理槽から主に硫酸還元菌の流出したことが考えられる。そのため、嫌気性処理槽４に堰を設けるなどして菌の流出を防止する手段を設けることでさらにＴＯＣ除去量を増加させ、結果的にＴＯＣ除去率を上昇させることが可能になることが推察される。
【００３７】
また、溶存硫化物濃度をさらに増加させ、例えば400(mg／L)にした時、すなわち硫酸還元菌のみで処理した場合、菌体量の減少はさらに顕著になり、また単位菌体量あたりのＴＯＣ除去量はさらに増加することが推察される。
【００３８】
以上より、嫌気性処理槽４からの菌の流出を防止することで、嫌気性処理槽４内へ菌体量を保持し、メタン生成菌と硫酸還元菌とを好適に共存させた環境で排水を処理させることで、メタンガスを生成して高い有機物分解性能を示す処理を行いながらも、メタン生成菌のみによる処理よりも処理速度を向上させることが期待できる。
【００３９】
ここで本実施形態においては、一般的には排水の生物処理におけるＴＯＣ除去率は80(%)以上が要求されているため、図２より、ＴＯＣ除去率が80(%)以上となる最大の溶存硫化物濃度である約200(mg／L)を、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度の上限管理値とする。また、嫌気性処理槽４内の気相のメタンガス濃度が落ち込み始めるとき、つまりメタンガス濃度が所定値（例えば65％程度）以上となる最大の溶存硫化物濃度値である約100(mg／L)を、溶存硫化物濃度の下限管理値とする。
【００４０】
そして、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度がこの上限管理値（200(mg／L)）と下限管理値（100(mg／L)）との間の範囲に収まるように管理されることで、メタンガス濃度が高い状態（60％以上）が確保されて高いＴＯＣ除去率（80％以上）が確保されるとともに、メタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させてメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるための好適な処理環境が維持される。
【００４１】
したがって、硫化物イオン濃度計６で測定された嫌気性処理槽４内の硫化物イオン濃度が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ａにより排水への硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００４２】
ただし、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度の上限管理値200(mg／L)と下限管理値100(mg／L)は、これらの値に限定されず、メタン生成菌と硫酸還元菌とが共存できる環境であれば、任意に設定可能である。
【００４３】
硫酸塩添加量制御装置７Ａにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００４４】
以上の本実施形態によれば、嫌気性処理槽４内の液相の硫化物イオン濃度の計測値によりフィードバック制御をして溶存硫化物濃度が100 〜200(mg／L)になるように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００４５】
《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４を参照して説明する。
【００４６】
本実施形態による排水処理装置１Ｂは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫酸塩添加量制御装置７Ｂと、添加装置８と、硫酸イオン濃度計９と、流量計１０とを有する。
【００４７】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、および添加装置８は、第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
硫酸イオン濃度計９は、排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度（ＳＯ42-）を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ｂに送信する。
【００４９】
流量計１０は、排水貯留槽２から送水装置３により嫌気性処理槽４に送水される排水の流量を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ｂに送信する。
【００５０】
硫酸塩添加量制御装置７Ｂは、嫌気性処理槽４内の液相が、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌を共存させる溶存硫化物濃度を維持するために、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量とに基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００５１】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｂ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。
【００５２】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００５３】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００５４】
ここで第１実施形態と同様に、嫌気性処理槽４の溶存硫化物濃度が上限管理値（200(mg／L)）と下限管理値（100(mg／L)）との間の範囲に収まるようにして高い有機物分解性能（ＴＯＣ除去率が80%以上）を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌（メタン濃度約65％以上）と硫酸還元菌を共存させるために、硫酸塩添加量制御装置７Ｂにおいて排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かが判断される。
【００５５】
このとき硫酸塩添加量制御装置７Ｂでは、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量との積に基づいて嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度を予測し、この予測値が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ｂにより硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００５６】
硫酸塩添加量制御装置７Ｂにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００５７】
以上の本実施形態によれば、排水貯留槽２内の硫酸イオン濃度の計測値および排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量の計測値によりフィードフォワード制御をして、嫌気性処理槽４内の液相の溶存硫化物濃度が100 〜200(mg／L)になるように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００５８】
《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５を参照して説明する。
【００５９】
本実施形態による排水処理装置１Ｃは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫化物イオン濃度計６と、硫酸塩添加量制御装置７Ｃと、添加装置８と、硫酸イオン濃度計９と、流量計１０とを有する。
【００６０】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、硫化物イオン濃度計６、および添加装置８は第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有し、硫酸イオン濃度計９、および流量計１０は第２実施形態の排水処理装置１Ｂのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００６１】
硫酸塩添加量制御装置７Ｃは、嫌気性処理槽４内の排水が、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌を共存させる硫化物濃度を維持するために、硫化物イオン濃度計６から送信された嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度と、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量とに基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００６２】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｃ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。
【００６３】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００６４】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００６５】
ここで第１実施形態と同様に、嫌気性処理槽４の溶存硫化物濃度が上限管理値（200(mg／L)）と下限管理値（100(mg／L)）との間の範囲に収まるようにして高い有機物分解性能（ＴＯＣ除去率が80%以上）を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌（メタン濃度約65％以上）と硫酸還元菌を共存させるために、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かが判断される。
【００６６】
このとき硫酸塩添加量制御装置７Ｃでは、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量との積に基づいて嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度の予測値を算出し、この予測値が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにより硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００６７】
硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００６８】
硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整され、排水へ添加した硫酸塩が嫌気性処理槽４に流入し、硫酸還元菌により処理されて硫酸イオンが溶存硫化物となった後に、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて硫化物イオン濃度計６から嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度が取得される。そして、この取得された硫化物イオン濃度が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにより排水への硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００６９】
硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００７０】
以上の本実施形態によれば、排水貯留槽２内の硫酸イオン濃度の計測値および排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量の計測値によりフィードフォワード制御をするとともに、嫌気性処理槽４内の硫化物イオン濃度の計測値によりフィードバック制御をして、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度が100 〜200(mg／L)になるように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００７１】
《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６を参照して説明する。
【００７２】
本実施形態による排水処理装置１Ｄは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫酸塩添加量制御装置７Ｄと、添加装置８と、排水成分分析装置１１とを有する。
【００７３】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、および添加装置８は、第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
排水成分分析装置１１は、処理対象の排水の成分分析を行い、分析結果を硫酸塩添加量制御装置７Ｄに送信する。
【００７５】
硫酸塩添加量制御装置７Ｄは、排水成分分析装置１１から送信された排水の分析結果に基づいて、水質の変化等により排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００７６】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｄ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。
【００７７】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００７８】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００７９】
ここで排水貯留槽２に流入される排水の水質が変化し、例えばメタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が多量に含まれるようになった場合には、嫌気性処理槽４における硫酸還元菌の割合を高めたほうが、浄化処理効率が高くなる。
【００８０】
そこで、硫酸塩添加量制御装置７Ｄにより、排水成分分析装置１１から送信された排水の分析結果に基づいて、排水中に、メタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が所定値以上になり多量に含まれるようになったときには、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００８１】
硫酸塩添加量制御装置７Ｄにおいて硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量が調整される。
【００８２】
以上の本実施形態によれば、排水中に、メタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が多量に含まれるようになったときに、排水への硫酸添加量を増やすように管理することで、高い有機物分解処理を行いながら処理速度が高くなるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００８３】
《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７を参照して説明する。
【００８４】
本実施形態による排水処理装置１Ｅは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫酸塩添加量制御装置７Ｅと、添加装置８と、メタンガス濃度計１２とを有する。
【００８５】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、および添加装置８は、第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００８６】
メタンガス濃度計１２は、嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ｅに送信する。
【００８７】
硫酸塩添加量制御装置７Ｅは、嫌気性処理槽４の液相中のメタン生成菌と硫酸還元菌とを好適な割合を維持して共存させることができるように、メタンガス濃度計１２から送信された嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度に基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００８８】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｅ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。
【００８９】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００９０】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００９１】
ここで嫌気性処理槽４において、液相中のメタン生成菌と硫酸還元菌とを好適な割合を維持して共存させて性能の高い有機物分解処理を行いながらも早い速度で処理を実行させるために、硫酸塩添加量制御装置７Ｅにおいて排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かが判断される。
【００９２】
このとき硫酸塩添加量制御装置７Ｅでは、メタンガス濃度計１２から送信された嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度が、予め設定された下限管理値よりも低く、メタン生成菌が消滅し硫酸還元菌のみの処理になりつつあると判断されたとき、例えば送信されたメタンガス濃度がメタン生成菌のみで浄化処理を行った場合の50%を下回ったときには硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断される。また、メタンガス濃度計１２から送信された嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度が、予め設定された上限管理値よりも高く、硫酸還元菌が消滅しメタン生成菌のみの処理になりつつあると判断されたとき、例えば送信されたメタンガス濃度がメタン生成菌のみで浄化処理を行った場合の90%を上回ったときには硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。このメタン生成菌のみで浄化処理を行った場合のメタンガス濃度は、予め試験により取得され硫酸塩添加量制御装置７Ｅに保持されている。
【００９３】
硫酸塩添加量制御装置７Ｅにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００９４】
以上の本実施形態によれば、嫌気性処理槽４内の気相のメタンガス濃度の計測値によりフィードバック制御をしてメタン生成菌と硫酸還元菌とが好適な割合で共存するように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を維持することができる。
【００９５】
以上第１実施形態〜第５実施形態について説明したが、これらを適宜組み合わせて排水処理装置を構成するようにしてもよい。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
１Ａ〜１Ｅ…排水処理装置
２…排水貯留槽
３…送水装置
４…嫌気性処理槽
５…硫酸塩貯留槽
６…硫化物イオン濃度計
７Ａ〜７Ｅ…硫酸塩添加量制御装置
８…添加装置
９…硫酸イオン濃度計
１０…流量計
１１…排水成分分析装置
１２…メタンガス濃度計
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、排水処理装置に関する。
【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排水処理技術があり、この生物処理による排水処理方法には好気性処理と嫌気性処理がある。
【０００３】
好気性処理は酸素を必要とする微生物が有機物を二酸化炭素と水とに分解し、嫌気性処理では酸素を必要としない微生物が有機物をメタンガスと二酸化炭素とに分解する。
【０００４】
また嫌気性処理では、メタン生成菌により酢酸等の低級脂肪酸が分解されメタンガスが生成されるメタン生成処理が行われるとともに、排水中に硫酸イオンが含まれる場合は、この硫酸イオンが硫酸還元菌により還元されることで酢酸等の低級脂肪酸が分解され硫化水素が生成される硫化水素生成処理が行われる。
【０００５】
このように、メタン生成処理と硫化水素生成処理とは、酢酸等の基質を巡って競合関係にある。また、硫酸還元菌による還元で生成される硫化水素は、硫酸還元菌やメタン生成菌の活性を阻害し有機物分解の処理効率の低下を招く。
【０００６】
そこで、硫酸イオンを多量に含む排水を嫌気性処理により適切に処理する技術として、特許文献１に記載の嫌気性水処理装置がある。
【０００７】
この特許文献１に記載の嫌気性水処理装置は、嫌気性細菌を用いて反応槽で排水を浄化し、この反応槽上部の気相部に放出された硫化水素ガスを吸収、除去することで、液相中の硫化水素濃度を低減させている。このように液相中の硫化水素濃度を低減させることにより、有機物分解性能が高いメタン生成菌への阻害作用を減じ、メタンガスを効率的に生成させることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−２７８８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、嫌気性処理は酸素を利用せずに有機物を分解するため、好気性処理と比較して処理速度が遅いといった課題がある。特に、メタン生成菌を主体とした処理では、処理速度が遅く、また、特にメタン生成菌は硫化水素や濃度などの阻害に弱い。
【００１０】
そのため、有機物分解性能の高いメタン生成菌によるメタン生成処理と、嫌気性処理の中でも阻害に強く比較的処理速度が速いとされる硫酸還元菌による硫化水素生成処理とを好適に共存させることで、従来のメタン生成菌を主体とした場合よりも効率良く排水処理を行うことが望まれる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、嫌気性環境において、性能の高い有機物分解処理能力を保持しながらも、処理速度を高めることが可能な排水処理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】
【００１２】
上記目的を達成するための実施形態によれば、実施形態によれば、排水処理装置は、嫌気性処理槽と、硫酸塩貯留槽と、硫酸塩添加装置と、硫酸塩添加量制御装置とを有する。嫌気性処理槽は、メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、流入された排水を浄化する。硫酸塩貯留槽は、硫酸塩を貯留する。硫酸塩添加装置は、嫌気性処理槽に流入する排水に、硫酸塩貯留槽に貯留された硫酸塩を添加する。硫酸塩添加量制御装置は、嫌気性処理槽内にメタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させた状態を維持するために、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があると判断したときには、この判断結果に基づいて硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を調整する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図２】第１実施形態〜第３実施形態による排水処理装置における、溶存硫化物濃度と、ＴＯＣ除去率との関係およびメタン濃度との関係を示すグラフである。
【図３】第１実施形態〜第３実施形態による排水処理装置における、溶存硫化物濃度と、グラニュールＶＳＳ量との関係、およびＴＯＣ除去量との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図５】第３実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図６】第４実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【図７】第５実施形態による排水処理装置の構成を示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
《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。
【００１５】
本実施形態による排水処理装置１Ａは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫化物イオン濃度計６と、硫酸塩添加量制御装置７Ａと、添加装置８とを有する。
【００１６】
排水貯留槽２は、処理対象の排水を貯留する。
【００１７】
送水装置３は、あらかじめ設定された流量で排水貯留槽２に貯留された排水を、嫌気性処理槽４に送水する。
【００１８】
嫌気性処理槽４は、メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、送水装置３の送水により流入された排水を浄化する。
【００１９】
硫酸塩貯留槽５は、嫌気性処理槽４に送水される排水に添加するための硫酸塩を貯留する。
【００２０】
硫化物イオン濃度計６は、嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度（Ｓ2-）を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ａに送信する。
【００２１】
硫酸塩添加量制御装置７Ａは、嫌気性処理槽４内の排水が、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌を共存させる硫化物濃度を維持するために、硫化物イオン濃度計６から送信された嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度に基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００２２】
添加装置８は、硫酸塩添加量制御装置７Ａの制御により、硫酸塩貯留槽５の硫酸塩を、嫌気性処理槽４に流入する排水に添加する。
【００２３】
このように構成された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。
【００２４】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００２５】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００２６】
ここで嫌気性処理槽４では、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌が共存することが望ましい。
【００２７】
メタン濃度と硫酸還元菌との関係、および有機物分解性能を示す値としてのＴＯＣ（Total Organic Carbon）除去率と溶存硫化物濃度との関係について、図２を参照して説明する。
【００２８】
図２は、処理対象の排水にさまざまな量の硫酸塩を添加して溶存硫化物濃度を変化させた場合のメタン濃度の変化、およびＴＯＣ除去率の変化を示したグラフである。
【００２９】
ここで排水中では、硫酸塩が添加されることにより馴致された硫酸還元菌で有機物が分解され、硫化水素が生成される。そしてこの生成された硫化水素が、気液平衡により液相に溶解されて溶存硫化物となる。
【００３０】
図２に示すように、溶存硫化物濃度が増加するにつれ、メタン濃度が低下するとともにＴＯＣ除去率も低下している。これは、メタン生成菌が溶存硫化物により阻害を受けたことが原因である。
【００３１】
特に、溶存硫化物濃度が300(mg／L)を超えたあたりから、メタン濃度は急激に低下して20(%)未満となり、最終的にメタン生成菌は完全に死滅し0(%)となっていることが分かる。そして、メタン生成菌は完全に死滅したときにも、ＴＯＣ除去率は50 〜 60(%)であることから、硫酸還元菌により有機物除去が行われていることがわかり、硫酸還元菌はメタン生成菌よりも溶存硫化物による阻害に強いことが確認できる。
【００３２】
また図２より、溶存硫化物濃度が低い程ＴＯＣ除去率は高く（溶存硫化物濃度0(%)の時が最も高い）、メタン生成菌のみで処理した方が有機物分解性能は高いことが示唆される。
【００３３】
次に、有機物分解処理速度に基づく、メタン生成菌と硫酸還元菌との好適な割合について、図３を参照して説明する。
【００３４】
図３は、溶存硫化物濃度が0(mg／L)の時、すなわちメタン生成菌のみで有機物分解処理をした場合、および、溶存硫化物濃度80(mg／L)の時、すなわちメタン生成菌と硫酸還元菌とが共存する状態で有機物分解処理した場合の、菌体量（メタン生成菌量＋硫酸還元菌量）を示すグラニュールVSS量とＴＯＣ除去量の変化とを示すグラフである。
【００３５】
図３に示すように、溶存硫化物濃度の増加に伴い、嫌気性処理槽内の菌相がメタン生成菌のみから、メタン生成菌＋硫酸還元菌の共存に変わり、グラニュールVSS量（菌体量）が減少している反面、単位菌体量あたりのＴＯＣ除去量は増加している。これにより、処理槽内にメタン生成菌のみが存在する状態よりも、メタン生成菌と硫酸還元菌とが共存する状態のときのほうが、処理速度が速く有機物分解性能が高いことがわかる。
【００３６】
ここで菌体量の減少は、菌相の変化により、嫌気性処理槽から主に硫酸還元菌の流出したことが考えられる。そのため、嫌気性処理槽４に堰を設けるなどして菌の流出を防止する手段を設けることでさらにＴＯＣ除去量を増加させ、結果的にＴＯＣ除去率を上昇させることが可能になることが推察される。
【００３７】
また、溶存硫化物濃度をさらに増加させ、例えば400(mg／L)にした時、すなわち硫酸還元菌のみで処理した場合、菌体量の減少はさらに顕著になり、また単位菌体量あたりのＴＯＣ除去量はさらに増加することが推察される。
【００３８】
以上より、嫌気性処理槽４からの菌の流出を防止することで、嫌気性処理槽４内へ菌体量を保持し、メタン生成菌と硫酸還元菌とを好適に共存させた環境で排水を処理させることで、メタンガスを生成して高い有機物分解性能を示す処理を行いながらも、メタン生成菌のみによる処理よりも処理速度を向上させることが期待できる。
【００３９】
ここで本実施形態においては、一般的には排水の生物処理におけるＴＯＣ除去率は80(%)以上が要求されているため、図２より、ＴＯＣ除去率が80(%)以上となる最大の溶存硫化物濃度である約200(mg／L)を、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度の上限管理値とする。また、嫌気性処理槽４内の気相のメタンガス濃度が落ち込み始めるとき、つまりメタンガス濃度が所定値（例えば65％程度）以上となる最大の溶存硫化物濃度値である約100(mg／L)を、溶存硫化物濃度の下限管理値とする。
【００４０】
そして、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度がこの上限管理値（200(mg／L)）と下限管理値（100(mg／L)）との間の範囲に収まるように管理されることで、メタンガス濃度が高い状態（60％以上）が確保されて高いＴＯＣ除去率（80％以上）が確保されるとともに、メタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させてメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるための好適な処理環境が維持される。
【００４１】
したがって、硫化物イオン濃度計６で測定された嫌気性処理槽４内の硫化物イオン濃度が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ａにより排水への硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００４２】
ただし、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度の上限管理値200(mg／L)と下限管理値100(mg／L)は、これらの値に限定されず、メタン生成菌と硫酸還元菌とが共存できる環境であれば、任意に設定可能である。
【００４３】
硫酸塩添加量制御装置７Ａにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００４４】
以上の本実施形態によれば、嫌気性処理槽４内の液相の硫化物イオン濃度の計測値によりフィードバック制御をして溶存硫化物濃度が100 〜200(mg／L)になるように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００４５】
《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４を参照して説明する。
【００４６】
本実施形態による排水処理装置１Ｂは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫酸塩添加量制御装置７Ｂと、添加装置８と、硫酸イオン濃度計９と、流量計１０とを有する。
【００４７】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、および添加装置８は、第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
硫酸イオン濃度計９は、排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度（ＳＯ42-）を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ｂに送信する。
【００４９】
流量計１０は、排水貯留槽２から送水装置３により嫌気性処理槽４に送水される排水の流量を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ｂに送信する。
【００５０】
硫酸塩添加量制御装置７Ｂは、嫌気性処理槽４内の液相が、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌を共存させる溶存硫化物濃度を維持するために、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量とに基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００５１】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｂ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。
【００５２】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００５３】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００５４】
ここで第１実施形態と同様に、嫌気性処理槽４の溶存硫化物濃度が上限管理値（200(mg／L)）と下限管理値（100(mg／L)）との間の範囲に収まるようにして高い有機物分解性能（ＴＯＣ除去率が80%以上）を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌（メタン濃度約65％以上）と硫酸還元菌を共存させるために、硫酸塩添加量制御装置７Ｂにおいて排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かが判断される。
【００５５】
このとき硫酸塩添加量制御装置７Ｂでは、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量との積に基づいて嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度を予測し、この予測値が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ｂにより硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００５６】
硫酸塩添加量制御装置７Ｂにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００５７】
以上の本実施形態によれば、排水貯留槽２内の硫酸イオン濃度の計測値および排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量の計測値によりフィードフォワード制御をして、嫌気性処理槽４内の液相の溶存硫化物濃度が100 〜200(mg／L)になるように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００５８】
《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５を参照して説明する。
【００５９】
本実施形態による排水処理装置１Ｃは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫化物イオン濃度計６と、硫酸塩添加量制御装置７Ｃと、添加装置８と、硫酸イオン濃度計９と、流量計１０とを有する。
【００６０】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、硫化物イオン濃度計６、および添加装置８は第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有し、硫酸イオン濃度計９、および流量計１０は第２実施形態の排水処理装置１Ｂのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００６１】
硫酸塩添加量制御装置７Ｃは、嫌気性処理槽４内の排水が、高い有機物分解性能を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌と硫酸還元菌を共存させる硫化物濃度を維持するために、硫化物イオン濃度計６から送信された嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度と、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量とに基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００６２】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｃ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。
【００６３】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００６４】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００６５】
ここで第１実施形態と同様に、嫌気性処理槽４の溶存硫化物濃度が上限管理値（200(mg／L)）と下限管理値（100(mg／L)）との間の範囲に収まるようにして高い有機物分解性能（ＴＯＣ除去率が80%以上）を示すとともに処理速度が速くなるような割合でメタン生成菌（メタン濃度約65％以上）と硫酸還元菌を共存させるために、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かが判断される。
【００６６】
このとき硫酸塩添加量制御装置７Ｃでは、硫酸イオン濃度計９から送信された排水貯留槽２の排水中の硫酸イオン濃度と、流量計１０から送信された排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量との積に基づいて嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度の予測値を算出し、この予測値が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにより硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００６７】
硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００６８】
硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整され、排水へ添加した硫酸塩が嫌気性処理槽４に流入し、硫酸還元菌により処理されて硫酸イオンが溶存硫化物となった後に、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて硫化物イオン濃度計６から嫌気性処理槽４の液相中の硫化物イオン濃度が取得される。そして、この取得された硫化物イオン濃度が上限管理値の200(mg／L)よりも高いときには、硫酸塩添加量制御装置７Ｃにより排水への硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断され、下限管理値100(mg／L)よりも低い場合は、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００６９】
硫酸塩添加量制御装置７Ｃにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００７０】
以上の本実施形態によれば、排水貯留槽２内の硫酸イオン濃度の計測値および排水貯留槽２から嫌気性処理槽４へ送水される排水の流量の計測値によりフィードフォワード制御をするとともに、嫌気性処理槽４内の硫化物イオン濃度の計測値によりフィードバック制御をして、嫌気性処理槽４内の溶存硫化物濃度が100 〜200(mg／L)になるように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００７１】
《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６を参照して説明する。
【００７２】
本実施形態による排水処理装置１Ｄは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫酸塩添加量制御装置７Ｄと、添加装置８と、排水成分分析装置１１とを有する。
【００７３】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、および添加装置８は、第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
排水成分分析装置１１は、処理対象の排水の成分分析を行い、分析結果を硫酸塩添加量制御装置７Ｄに送信する。
【００７５】
硫酸塩添加量制御装置７Ｄは、排水成分分析装置１１から送信された排水の分析結果に基づいて、水質の変化等により排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００７６】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｄ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。
【００７７】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００７８】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００７９】
ここで排水貯留槽２に流入される排水の水質が変化し、例えばメタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が多量に含まれるようになった場合には、嫌気性処理槽４における硫酸還元菌の割合を高めたほうが、浄化処理効率が高くなる。
【００８０】
そこで、硫酸塩添加量制御装置７Ｄにより、排水成分分析装置１１から送信された排水の分析結果に基づいて、排水中に、メタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が所定値以上になり多量に含まれるようになったときには、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。
【００８１】
硫酸塩添加量制御装置７Ｄにおいて硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量が調整される。
【００８２】
以上の本実施形態によれば、排水中に、メタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が多量に含まれるようになったときに、排水への硫酸添加量を増やすように管理することで、高い有機物分解処理を行いながら処理速度が高くなるように、嫌気性処理槽４内の環境を好適に維持することができる。
【００８３】
《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７を参照して説明する。
【００８４】
本実施形態による排水処理装置１Ｅは、排水貯留槽２と、送水装置３と、嫌気性処理槽４と、硫酸塩貯留槽５と、硫酸塩添加量制御装置７Ｅと、添加装置８と、メタンガス濃度計１２とを有する。
【００８５】
このうち、排水貯留槽２、送水装置３、嫌気性処理槽４、硫酸塩貯留槽５、および添加装置８は、第１実施形態の排水処理装置１Ａのこれらの構成部分と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
【００８６】
メタンガス濃度計１２は、嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度を測定し、測定した計測値を硫酸塩添加量制御装置７Ｅに送信する。
【００８７】
硫酸塩添加量制御装置７Ｅは、嫌気性処理槽４の液相中のメタン生成菌と硫酸還元菌とを好適な割合を維持して共存させることができるように、メタンガス濃度計１２から送信された嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度に基づいて、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かを判断し、判断結果により添加装置８の動作を制御する。
【００８８】
このように構成された本実施形態による排水処理装置１Ｅ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。
【００８９】
まず、排水貯留槽２に貯留された排水が送水装置３によりあらかじめ設定された流量で送水され、嫌気性処理槽４に流入される。
【００９０】
嫌気性処理槽４では、流入された排水が、保持されたメタン生成菌および硫酸還元菌により有機物分解処理され浄化処理され、処理済みの排水および生成されたバイオガスは嫌気性処理槽４から排出される。
【００９１】
ここで嫌気性処理槽４において、液相中のメタン生成菌と硫酸還元菌とを好適な割合を維持して共存させて性能の高い有機物分解処理を行いながらも早い速度で処理を実行させるために、硫酸塩添加量制御装置７Ｅにおいて排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があるか否かが判断される。
【００９２】
このとき硫酸塩添加量制御装置７Ｅでは、メタンガス濃度計１２から送信された嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度が、予め設定された下限管理値よりも低く、メタン生成菌が消滅し硫酸還元菌のみの処理になりつつあると判断されたとき、例えば送信されたメタンガス濃度がメタン生成菌のみで浄化処理を行った場合の50%を下回ったときには硫酸塩添加量を減少させる必要があると判断される。また、メタンガス濃度計１２から送信された嫌気性処理槽４の気相中のメタンガス濃度が、予め設定された上限管理値よりも高く、硫酸還元菌が消滅しメタン生成菌のみの処理になりつつあると判断されたとき、例えば送信されたメタンガス濃度がメタン生成菌のみで浄化処理を行った場合の90%を上回ったときには硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断される。このメタン生成菌のみで浄化処理を行った場合のメタンガス濃度は、予め試験により取得され硫酸塩添加量制御装置７Ｅに保持されている。
【００９３】
硫酸塩添加量制御装置７Ｅにおいて硫酸塩添加量を減少または増加させる必要があると判断されたときには、この判断結果に基づいて添加装置８が制御され、硫酸塩貯留槽５から排水への硫酸塩添加量の増減が調整される。
【００９４】
以上の本実施形態によれば、嫌気性処理槽４内の気相のメタンガス濃度の計測値によりフィードバック制御をしてメタン生成菌と硫酸還元菌とが好適な割合で共存するように管理することで、メタン生成菌と硫酸還元菌による性能の高い有機物分解処理を行いながら、従来のメタン生成菌のみの処理よりも速い速度で処理を実行させるように、嫌気性処理槽４内の環境を維持することができる。
【００９５】
以上第１実施形態〜第５実施形態について説明したが、これらを適宜組み合わせて排水処理装置を構成するようにしてもよい。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
１Ａ〜１Ｅ…排水処理装置
２…排水貯留槽
３…送水装置
４…嫌気性処理槽
５…硫酸塩貯留槽
６…硫化物イオン濃度計
７Ａ〜７Ｅ…硫酸塩添加量制御装置
８…添加装置
９…硫酸イオン濃度計
１０…流量計
１１…排水成分分析装置
１２…メタンガス濃度計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、流入された排水を浄化する処理槽と、
硫酸塩を貯留する硫酸塩貯留槽と、
前記処理槽に流入する排水に、前記硫酸塩貯留槽に貯留された硫酸塩を添加する硫酸塩添加装置と、
前記処理槽内にメタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させた状態を維持するために、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があると判断したときには、この判断結果に基づいて前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を調整する硫酸塩添加量制御装置と
を備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記処理槽内の硫化物イオン濃度を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する硫化物イオン濃度計をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、前記処理槽内の有機物除去率が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を上限管理値とし、メタンガス濃度が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を下限管理値とし、
前記硫化物イオン濃度計から送信された硫化物イオン濃度の計測値が、前記上限管理値よりも高いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を減少させる必要があると判断し、
前記硫化物イオン濃度計から送信された硫化物イオン濃度の計測値が、前記下限管理値よりも低いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を増加させる必要があると判断する
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】
前記処理槽に流入する排水中の硫酸イオン濃度を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する硫酸イオン濃度計と、
前記処理槽に流入する排水の流量を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する流量計と
をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、前記処理槽内の有機物除去率が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を上限管理値とし、メタンガス濃度が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を下限管理値とし、
前記硫酸イオン濃度計から送信された硫酸イオン濃度の計測値と前記流量計から送信された流量とから前記処理槽内の溶存硫化物濃度の予測値を算出し、算出された予測値が前記上限管理値よりも高いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を減少させる必要があると判断し、
前記予測値が前記下限管理値よりも低いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を増加させる必要があると判断する
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】
前記処理槽に流入する排水の成分を分析し、分析結果を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する排水成分分析装置をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、排水中に、メタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が所定値以上含まれるようになったときには、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断する
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】
前記処理槽の気相のメタンガス濃度を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信するメタンガス濃度計をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、
前記メタンガス濃度計から送信されたメタンガス濃度が、予め保持された下限管理値よりも低いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を減少させる必要があると判断し、
前記メタンガス濃度計から送信されたメタンガス濃度が、予め保持された上限管理値よりも高いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を増加させる必要があると判断する
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１】
メタン生成菌と硫酸還元菌とを内部に保持し、流入された排水を浄化する処理槽と、
硫酸塩を貯留する硫酸塩貯留槽と、
前記処理槽に流入する排水に、前記硫酸塩貯留槽に貯留された硫酸塩を添加する硫酸塩添加装置と、
前記処理槽内にメタン生成菌と硫酸還元菌とを共存させた状態を維持するために、排水への硫酸塩添加量を増加または減少させる必要があると判断したときには、この判断結果に基づいて前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を調整する硫酸塩添加量制御装置と
を備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記処理槽内の硫化物イオン濃度を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する硫化物イオン濃度計をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、前記処理槽内の有機物除去率が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を上限管理値とし、メタンガス濃度が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を下限管理値とし、
前記硫化物イオン濃度計から送信された硫化物イオン濃度の計測値が、前記上限管理値よりも高いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を減少させる必要があると判断し、
前記硫化物イオン濃度計から送信された硫化物イオン濃度の計測値が、前記下限管理値よりも低いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を増加させる必要があると判断する
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】
前記処理槽に流入する排水中の硫酸イオン濃度を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する硫酸イオン濃度計と、
前記処理槽に流入する排水の流量を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する流量計と
をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、前記処理槽内の有機物除去率が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を上限管理値とし、メタンガス濃度が所定値以上になる最大の溶存硫化物濃度を下限管理値とし、
前記硫酸イオン濃度計から送信された硫酸イオン濃度の計測値と前記流量計から送信された流量とから前記処理槽内の溶存硫化物濃度の予測値を算出し、算出された予測値が前記上限管理値よりも高いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を減少させる必要があると判断し、
前記予測値が前記下限管理値よりも低いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を増加させる必要があると判断する
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】
前記処理槽に流入する排水の成分を分析し、分析結果を前記硫酸塩添加量制御装置に送信する排水成分分析装置をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、排水中に、メタン生成菌では処理が困難だが硫酸還元菌では浄化処理が可能な成分が所定値以上含まれるようになったときには、排水への硫酸塩添加量を増加させる必要があると判断する
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】
前記処理槽の気相のメタンガス濃度を計測し、計測値を前記硫酸塩添加量制御装置に送信するメタンガス濃度計をさらに有し、
前記硫酸塩添加量制御装置は、
前記メタンガス濃度計から送信されたメタンガス濃度が、予め保持された下限管理値よりも低いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を減少させる必要があると判断し、
前記メタンガス濃度計から送信されたメタンガス濃度が、予め保持された上限管理値よりも高いときには、前記硫酸塩添加装置による硫酸塩の添加量を増加させる必要があると判断する
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７９５４５（Ｐ２０１２−１７９５４５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３８３０（Ｐ２０１１−４３８３０）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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