説明

有機性排水の処理方法

【課題】固形有機物を多く含有する有機性排水を、有機酸発酵及びメタン発酵により効率的に処理する。
【解決手段】酸発酵液を希釈した後固液分離し、分離液をメタン発酵処理する。酸醗酵液を希釈することにより、分離液中のアンモニア性窒素(NH−N)濃度を下げ、メタン発酵におけるメタン細菌のNH−N阻害を防止して、安定かつ効率的なメタン発酵処理を行える。酸発酵液を希釈することにより、酸発酵液の固液分離に際して、酸発酵液中の溶解性有機物を効率的に分離液側に回収することができるようになり、この結果、メタン発酵に供される溶解性有機物量が増え、メタンガスの回収効率も向上する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、固形有機物を多く含有する有機性排水を、有機酸発酵及びメタン発酵により効率的に処理する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、有機性排水は、一般に、活性汚泥法等の好気性生物処理法で処理されてきた。
しかし、好気性生物処理法は、有機物の生分解に酸素を必要とし、このために曝気等を行うことから、省エネルギーな処理法と言えない。また、好気性細菌は汚泥転換率が高いために、余剰汚泥の発生量が多いという問題もある。
【0003】
この問題を解決する方法として、嫌気性生物処理法がある。嫌気性生物処理法は、有機物をメタンガスとしてエネルギー回収できることや有機物の分解に酸素を必要としないため曝気動力を要しないこと等、省エネルギーな方法であり、且つ余剰汚泥発生量が少ないという利点もある。
しかし、メタン菌は、増殖速度が非常に遅いことから、細菌当りの負荷は好気性細菌より高くとれず、菌体量の確保が重要となる。また、メタン菌はアンモニア等による阻害も受けやすいため、十分な運転条件の調整が必要となる。
【0004】
嫌気性生物処理法としては、現在、以下のような方法が主として採用されている。
(1) UASB法(Upflow Anaerobic Sludge Blanket;上向流式嫌気性汚泥床法):この処理法は自己造粒した嫌気性微生物のペレット(グラニュールと称す)が展開している汚泥床中に有機性排水を通水し、有機物をメタンガス化するものである。この方法は、メタン菌等の嫌気性微生物をグラニュールに固定化しており、そのグラニュールは沈降性が非常に良いことから、固液分離装置が不要である、微生物濃度を非常に高く保つことができるので、高負荷運転が可能である、といった利点がある。
【0005】
しかし、UASB法は、主として溶解性有機物の処理を対象とするものであり、UASB法による固形有機物の分解は難しく、また、固形有機物がグラニュールの沈降性を阻害するおそれもある。従って、従来は、固形有機物を多く含む有機性排水をUASB法で処理する場合には、UASB反応槽の前段で有機性排水を固液分離し、その分離液のみをUASB反応槽に導入して処理することが行われている。
【0006】
また、菌体を固定化したUASB法以外に、以下のような浮遊性の嫌気性処理法も提案され、実用化されている。
(2) 一過式のメタン発酵法:この方法は、下水余剰汚泥やし尿処理で用いられてきた方法であり、固形有機物も処理可能である。一過式なので固液分離が不要で、省エネルギーである反面、菌体濃度を高く保てないことから大容量のメタン発酵槽が必要となるという欠点がある。
(3) 汚泥返送を行うメタン発酵法:上記一過式における大容量の発酵槽を必要とするという問題点を解決するために、メタン発酵槽内汚泥を抜き出して遠心分離等で濃縮して返送することにより、発酵槽内の汚泥濃度を高める方法である。この方法では、メタン細菌の回収のために凝集剤(カチオンポリマー)を必要することや遠心濃縮機等の使用で、多大の薬剤費と動力費及び建設費が必要となるため、一般的にはあまり普及していないのが実状である。
【0007】
固形有機物を多く含む有機性排水を固液分離し、その分離液のみをUASB法で嫌気性処理する場合、有機性排水の固液分離で有機性の濃縮汚泥が発生する。この汚泥処理には通常活性汚泥法が用いられているが、活性汚泥法は、上記のように省エネルギーな処理法といえず、且つ曝気槽での発泡や沈殿槽での汚泥浮上等の運転上のトラブルも多い。
【0008】
一方、この固形有機物を多く含む有機性排水の固液分離で得られた濃縮汚泥を嫌気性生物処理した場合には、次のような問題がある。即ち、例えば、食品製造排水等の有機性排水は、固形有機物を多く含み且つその固形物中に有機体窒素を多く含む。従って、濃縮した固形有機物を嫌気性生物処理した場合、固形有機物を分解するに従い、アンモニア性窒素(NH−N)が高濃度に生成する。メタン細菌(中温;35℃)のNH−Nの阻害濃度は約1,000mg/L(500〜2,000mg/L)で、運転に際してはこの阻害濃度以下に希釈する必要がある。この希釈により、メタン発酵槽への流入水量は大幅に増加し(数倍〜10倍程度)となり、前記一過式メタン発酵槽の場合には膨大な容量が必要となる。
また、汚泥返送を行うメタン発酵法でも、固液分離に供される水量が増加し、固液分離装置が大規模になり、且つ凝集剤、電気代等の運転経費も高騰する。
【0009】
一方、メタン発酵の前処理として、有機酸発酵を行う二相処理法も提案されている。二相処理法であれば、次のような利点がある。
即ち、固形有機物の嫌気性生物処理において、固形有機物は、加水分解され低分子化し、糖、アミノ酸等になり、次いで、酸生成細菌により有機酸(低級脂肪酸)となり、更に酢酸生成菌により酢酸となる。メタン発酵では、更にメタン生成菌によって酢酸がメタンと二酸化炭素となる。
【0010】
この微生物反応では、メタン生成細菌の増殖が著しく遅いので種々の阻害も受けやすく且つ回復も遅く、その維持管理が難しいが、有機酸発酵とメタン発酵とを分離して行う二相処理法では、前段の有機酸発酵で、有機酸生成ないし酢酸生成までを、種々の細菌で行うため、メタン細菌に比較して阻害を受けにくく、回復しやすい。
例えば、アンモニア性窒素(NH−N)による阻害を受けるNH−N濃度も、上述の如く、中温メタン細菌が1,000mg/L程度であるのに対して、酸生成菌は5,000mg/L以上と言われている。更に、NH−N阻害はNHイオンよりもガス化したNHによるものと言われているが、酸発酵槽内をpH5〜6の弱酸性としてNHの生成を防止することにより阻害を受けにくくすることもできる。
【0011】
酸発酵に伴う余剰汚泥の生成は、メタン細菌に比較しては2〜3倍と大きいが、好気処理に比較しては約1/2〜1/3と少ない。従って、二相処理法による処理系統全体としての余剰汚泥の生成量は、好気性生物処理よりも非常に少ない。
なお、酸発酵処理pHを弱酸性、例えばpH5〜6(望ましくはpH5.0〜5.5)とすることで、メタン細菌の活動が阻害されるので、酸発酵槽でのメタンガスの発生を抑えることもできる。
【0012】
このように、固形有機物は、高分子→低分子→酸生成の過程を経て、メタン発酵されるが、この固形有機物の処理を酸発酵工程とメタン発酵工程とに分離して行うことで、固形有機物をより省エネルギー的に分解処理し、また、より多くのエネルギー回収を行うことができるようになる。
【0013】
従来、このような二相処理法による有機性排水の処理では、有機酸発酵で得られた酸発酵液は、通常、希釈や固液分離を行うことなく、全量をメタン発酵処理(通常一過式)に供しているが、特許文献1には、酸発酵液を固液分離し、分離液をメタン発酵することが記載されている。
この特許文献1では、酸発酵液中に多く含まれる固形分(SS)がメタン発酵槽に流入すると、槽内でSSが蓄積し、例えばUASB法では、グラニュール汚泥の系内流出を引き起こし、また、固定床法では濾材の閉塞を引き起こし、いずれの場合も処理効率が低下することから、この問題を解決するために、酸発酵液を固液分離し、分離液をメタン発酵に供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】特許第2587301号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
しかし、特許文献1の方法のように、酸発酵液を単に固液分離して分離液をメタン発酵に供する方法では、次のような問題がある。
【0016】
(1) 固形有機物はタンパク質等の多くの窒素分を含んでおり、この固形有機物を有機酸発酵すると、アンモニア性窒素(NH−N)となるが、このNH−Nは、前述のようにメタン細菌に対して阻害作用がある。酸発酵液を単に固液分離して分離液をメタン発酵に供するのみでは、有機酸発酵で生成したNH−Nをメタン細菌の阻害濃度で含む液がメタン発酵槽に流入するようになり、メタン発酵効率が低下する。
【0017】
(2) 酸発酵液は、原水である有機性排水由来の固形無機物を含み、このため固形物濃度(SS)10000mg/L以上の高濃度SS含有液となる。このような酸発酵液をそのまま固液分離した場合、液中に大量に含まれるSS分に溶解性有機物が付着して汚泥と共に分離されることとなり、有機酸発酵で生成した溶解性有機物を効率的に分離液中に回収することができず、濃縮汚泥側に含有されて系外に排出される溶解性有機物量が多くなる。この場合には、メタン発酵に供される溶解性有機物量の低減で、メタンガスの回収効率が低下する。
【0018】
なお、特許文献1では、メタン発酵処理水の一部を酸発酵槽に循環しているが、これは単なる処理水の循環処理であり、酸発酵工程からの酸発酵液の希釈には該当しない。
【0019】
本発明は上記従来の問題点を解決し、固形有機物を多く含有する有機性排水を二相処理法により効率的に処理する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】
【0020】
本発明(請求項1)の有機性排水の処理方法は、固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、該希釈工程の希釈液を固液分離する固液分離工程と、該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程とを有することを特徴とする。
【0021】
本発明(請求項2)の有機性排水の処理方法は、固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、該希釈工程の希釈液を凝集処理する凝集工程と、該凝集工程の凝集処理液を固液分離する固液分離工程と、該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程とを有することを特徴とする。
【0022】
請求項3の有機性排水の処理方法は、請求項1又は2において、前記固形有機物を含有する有機性排水を固液分離する固液分離工程を有し、該固液分離工程の分離汚泥が前記酸発酵工程で有機酸発酵されることを特徴とする。
【0023】
請求項4の有機性排水の処理方法は、請求項3において、前記固液分離工程の分離液を生物処理する生物処理工程を有し、該生物処理工程の処理水を、前記希釈水として用いることを特徴とする。
【0024】
請求項5の有機性排水の処理方法は、請求項1ないし3のいずれか1項において、前記希釈工程における希釈倍率が5〜20倍であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0025】
本発明では、酸発酵液を希釈した後固液分離することにより、分離液中のアンモニア性窒素(NH−N)濃度を下げ、メタン発酵工程におけるメタン細菌のNH−N阻害を防止して、安定かつ効率的なメタン発酵処理を行える。
また、酸発酵液を希釈することにより、酸発酵液のSS濃度を下げることで酸発酵液の固液分離に際して、酸発酵液中の溶解性有機物を効率的に分離液側に回収することができるようになり、この結果、メタン発酵工程に供される溶解性有機物量が増え、メタンガスの回収効率も向上する。
【0026】
本発明においては、酸発酵液の希釈液を凝集処理した後固液分離しても良く、これにより、より一層効率的な固液分離を行える(請求項2)。
【0027】
また、固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する前に固液分離し、分離汚泥を有機酸発酵するようにしても良く、これにより、酸発酵槽の容量の小型化を図り、菌体を安定に維持して効率的な有機酸発酵を行える(請求項3)。
【0028】
また、このように有機性排水を固液分離する場合、固液分離液を生物処理し、生物処理水を酸発酵液の希釈水として利用しても良い(請求項4)。
【0029】
また、本発明において、酸発酵液の希釈は、液量の過度な増加を抑えた上で、希釈による上記効果を十分に得るために、5〜20倍の希釈倍率で行うことが好ましい(請求項5)。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の有機性排水の処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【図2】本発明の有機性排水の処理方法の他の実施の形態を示す系統図である。
【図3】本発明を固形有機物濃度の高い濃厚な有機性排水の処理に適用した場合の適用例を示す系統図である。
【図4】本発明を固形有機物濃度の高い濃厚な有機性排水の処理に適用した場合の適用例を示す系統図である。
【図5】実験例1の結果(酸醗酵槽のHRTと可溶化率等との関係)を示すグラフである。
【図6】実験例2の結果(酸醗酵槽のHRTと固液分離におけるSS回収率との関係)を示すグラフである。
【図7】実験例3の結果(酸醗酵液の固液分離におけるPAC添加率と上澄液SSとの関係)を示すグラフである。
【図8】実験例4の結果(希釈液の遠心分離における遠心力とSS回収率等との関係)を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0032】
図1,2は本発明の有機性排水の処理方法の実施の形態を示す系統図である。
図1の方法では、原水である固形有機物を含有する有機性排水は、配管11より第1の沈殿槽1に導入されて固液分離され、分離液は、配管12より他の生物処理装置10に送給され、活性汚泥法等の好気性生物処理法、又はUASB法等の嫌気性生物処理法で処理される。生物処理装置10の処理水の一部は配管13より後述の希釈水として希釈槽3に送給され、残部は配管14より系外へ排出される。一方、第1の沈殿槽1の分離汚泥は、配管15より酸発酵槽2に送給される。
【0033】
第1の沈殿槽は、原水中の固形分(SS)を濃縮してより高濃度とすることにより、酸発酵槽2の水槽容量を小さくすると共に、菌体維持の安定化や処理効率の向上を図るために設けられる。即ち、酸発酵槽2の必要容量は、有機物負荷ではなく、滞留時間で決められるため、原水は有機酸発酵に先立ち、固液分離してSS濃度を高めることが好ましい。
【0034】
本発明の有機性排水の処理方法が適用される有機性排水は、一般的に、SS濃度が500〜5000mg/L程度の工場排水等であるが、本発明では、このように前濃縮を行うことにより、SS濃度10g/L以上、特にSS濃度30g/L以上、例えば30〜40g/L程度に濃縮して酸発酵槽2に導入することが好ましい。
原水のSS濃度が上記濃度以上であれば、この第1の沈殿槽1による前濃縮は不要となる。
【0035】
この原水の前濃縮のための固液分離手段としては特に制限はなく、沈殿槽による重力濃縮の他、遠心濃縮や加圧浮上等の手段も採用することができるが、省エネルギーの面から、重力濃縮による方法が好ましい。
【0036】
原水の固液分離に際しては、固液分離性の向上のために凝集剤を用いても良い。凝集剤としては、PAC(ポリ塩化アルミニウム)、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等の無機凝集剤や、カチオン性高分子凝集剤(カチオンポリマー)、アニオン性高分子凝集剤(アニオンポリマー)等の高分子凝集剤を用いることができる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
【0037】
酸発酵槽2に導入された第1の沈殿槽1の分離汚泥は、酸発酵槽2内で有機酸発酵され、溶解性有機物となる。具体的には、固形有機物が加水分解で低分子量化された後、酸生成細菌により有機酸(低級脂肪酸)となり、更に酢酸生成菌により酢酸となる。
【0038】
この酸発酵槽2は、装置の簡略化の面から、通常一過式で運転される。
【0039】
酸発酵は2は、撹拌機2A、pH計2B、中和剤注入手段2C、温度計2D、加温手段(図1では、蒸気注入手段)2Eを備えるが、中和剤注入手段2C、加温手段2Eについては、不要な場合もある。
【0040】
酸発酵槽2では、槽内SSが沈降しないように撹拌機2Aで緩やかに撹拌する。撹拌機型式は、撹拌羽根によるものでも水中撹拌機でも構わない。
また、固形有機物の酸発酵により有機酸が生成し、pHが低下するため、酸発酵が可能なpH以下になる場合には、中和剤注入手段2CよりNaOH等のアルカリを中和剤として添加し、pH計2Bで槽内のpHが5〜6程度に維持されるように制御する。
また、有機酸発酵の温度条件は水温20〜55℃が望ましく、従って、水温が低い場合には温度計2Dで監視制御しながら、必要に応じて加温手段2Eより蒸気の吹込を行ったり、その他の間接加熱手段等で槽内の水温を所定の水温に保つ。
【0041】
十分に高い固形有機物の分解効率を得る上で、酸発酵槽2の滞留時間(HRT)は3日以上、特に5日以上、例えば5〜10日とすることが好ましい。
【0042】
なお、後段に、後処理としての好気性生物処理工程がある場合には、その余剰汚泥をこの酸発酵槽2に返送して処理することも可能である。また、後段の第2の沈殿槽4の分離汚泥を返送しても良い。更には、前述の生物処理装置10の余剰汚泥を導入しても良い。酸発酵槽2の滞留時間を適切に調整することにより、これらの余剰汚泥中の固形有機物についても30〜60%程度を酸発酵により溶解性有機物に分解することができる。
【0043】
酸発酵槽2における処理では、前述のようにメタン発酵まで行われないため、ガスの発生が非常に少ない。しかし、酸生成菌や硫酸還元菌の活動等で硫化水素や二酸化炭素等が僅かに発生するので、酸発酵槽2では臭気捕集と排ガス処理を行うことが好ましい。排ガス処理法は、好気処理の曝気槽への吹き込みや薬品脱臭等いずれの方法でも構わない。
【0044】
酸発酵槽2の処理液(酸発酵液)は、次いで配管16より希釈槽3に送給され、配管13からの希釈水で希釈される。
【0045】
本発明では、このように、酸発酵液を固液分離してメタン発酵処理するに先立ち、希釈水で希釈することを特徴とする。
【0046】
本発明における希釈の目的は、以下の通りである。
【0047】
(1) 固形有機物はタンパク質の多くの窒素分を含んでおり、この固形有機物を可溶化するとNH−Nとなる。このNH−Nは、前述のようにメタン細菌に対して阻害作用がある。このため、本発明では、酸発酵液の固液分離に先立ち、酸発酵液を希釈して、NH−N濃度をメタン細菌の阻害濃度以下(例えば、食品排水の場合、約1000mg/L以下)とする。
(2) 酸発酵液は、原水由来の固形無機物が残留するため、固形物濃度(SS)は、10000mg/L以上である。このため、酸発酵液をそのまま固液分離しても、酸発酵槽2で可溶化された溶解性有機物を効果的に分離液中に得ることができない。酸発酵液を希釈することにより多くの溶解性有機物を分離液中に得ることができる。
【0048】
酸発酵液の希釈の程度(希釈倍率)は、低過ぎると希釈による上記効果を十分に得ることができず、高過ぎると、後段の固液分離手段の水量負荷が増大し、例えば沈殿槽であれば水面積負荷が大きくなり、好ましくない。
従って、希釈倍率は、後段の固液分離手段や酸発酵液のSS濃度にもよるが、通常、5〜20倍、特に10〜15倍とすることが好ましい。ただし、後段の固液分離手段が遠心分離又は膜分離による場合には、5倍以下、例えば2〜5倍程度の希釈倍率とするこができる。
【0049】
酸発酵液の希釈に用いる希釈水としては、SSの少ない水であれば良く、特に制限はない。図1では、生物処理装置10の処理水を希釈水としているが、後段のメタン発酵槽5の処理水等、他系統の処理水であっても良い。また、SS濃度が低ければ、他系統の希薄排水であっても良い。
【0050】
図1では、希釈槽3を設け、希釈槽3内で酸発酵液と希釈水を撹拌機3Aにより混合して希釈しているが、希釈槽3を省略して酸発酵液の移送配管16に直接希釈水を注入して希釈しても良い。
【0051】
希釈槽3の希釈液は次いで配管17より第2の沈殿槽4に送給されて固液分離され、溶解性有機物を含む分離液が配管18よりメタン発酵槽5に送給され、分離汚泥(可溶化残渣)は配管19より系外へ排出される。
【0052】
希釈液の固液分離手段としては特に制限はなく、沈殿槽による重力式の沈降分離の他、遠心分離や加圧浮上、膜分離等の手段も採用することができるが、省エネルギーの面から、重力式の沈降分離による方法が好ましい。
【0053】
なお、遠心分離や膜分離であれば、後述の凝集処理が不要となり、また、希釈水量が少なくて十分な効果を得ることができる。
【0054】
希釈液の固液分離に際しては凝集剤は無添加でも良いが、分離液のSS濃度を低くしたい場合、或いは酸発酵槽2の滞留時間が比較的短いなどの理由でフロックが形成し難く、固液分離性が悪い場合、後段のメタン発酵槽としてのUASB槽へのSSの流入が好ましくない場合などには、凝集剤を添加して凝集処理を行っても良い。凝集剤としては、PAC等の前述の無機凝集剤とアニオンポリマーとの併用、カチオンポリマー単独、或いはアニオンポリマーとカチオンポリマーとの併用などが好適である。
【0055】
図1において、第2の沈殿槽4には撹拌機4Aが設けられているが、撹拌機4Aの設置は、槽底部を安息角以上にすること等で対応できるので必須条件ではない。
【0056】
第2の沈殿槽4における好適な水面積負荷は、凝集剤の添加の有無により異なり、凝集剤無添加の場合は0.5〜2m/m/hr、凝集剤添加の場合は1〜4m/m/hr程度である。
【0057】
なお、希釈液の固液分離手段として、遠心分離機を用いる場合、凝集剤は原則として無添加で、遠心力1000〜2100G程度で行うのが好ましい。
【0058】
第2の沈殿槽4からの、溶解性有機物を含む分離液は、配管18よりメタン発酵槽5に送給されてメタン発酵処理される。このメタン発酵手段としては特に制限はないが、高負荷かつ高速で効率的なメタン発酵が可能である上に処理後の固液分離も不要であり、省スペース、省エネルギーで、メタンガスとしてのエネルギー回収効率も高いことから、UASB槽を用いることが好ましい。
【0059】
メタン発酵槽5の処理水は、配管20より系外へ排出される。
【0060】
一方、第2の沈殿槽4の分離汚泥は、系外へ排出され、好気性生物処理、仕上げのメタン発酵処理等に供されるが、そのまま脱水処理しても良い。ただし、この分離汚泥には、有機酸発酵における中間分解物が多く含まれているので、脱水薬剤を多く要したり、臭気が問題となる場合がある。その場合には、前段の希釈工程における希釈水量を十分に用い、有機酸発酵で発生する残査を洗浄することで、脱水薬剤低減や脱水ケーキの臭気低減を図ることができる。
【0061】
第2の沈殿槽4の分離汚泥を好気性生物処理やメタン発酵処理等で処理しても、本発明では、原水中の固形有機物の大部分が酸発酵により溶解性有機物となり、この溶解性有機物の殆どが分離液中に移行しているため、第2の沈殿槽4の分離汚泥の処理における負荷量は著しく小さくて済み、原水を直接好気性生物処理する場合に比べて、処理設備の規模は大幅に低減される。
【0062】
なお、前述の如く、酸発酵槽2は、通常、一過式で運転され、第2の沈殿槽4の分離汚泥(可溶化残渣)の返送の必要はない。しかし、以下等の場合には必要な菌体量確保等の目的で第2の沈殿槽4の分離汚泥の一部を酸発酵槽2に返送しても良い。
(1) 酸発酵槽2に導入される原水又はその固液分離汚泥の固形有機物(VSS)濃度が薄い場合。
(2) 固形有機物の酸生成度合いを高くしたい場合。
(3) 固形有機物の生分解が遅い場合。
【0063】
図2に示す方法は、希釈液の固液分離に先立ち、第1の凝集槽6で配管21からの無機凝集剤により凝集処理した後、第2の凝集槽7で配管22からのアニオンポリマーによりフロックの粗大化を図り、このようにして凝集処理した凝集処理液について固液分離を行う点が、図1に示す方法と異なり、その他の構成、手順は同様である。図2において、図1に示す部材と同様の機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【0064】
即ち、前述の如く、酸発酵液の希釈液の固液分離性が悪い場合や、メタン発酵槽5に送給する固液分離液のSS濃度を下げたい場合には、希釈液の固液分離に先立ち凝集処理を行う。
【0065】
図2の方法では、希釈槽3からの希釈液を配管17Aを介して第1の凝集槽6に導入して、無機凝集剤を添加し撹拌機6Aで急速撹拌する。ここで、通常の無機凝集剤添加量であればpHは適正なものとなるが、凝集に最適なpHとならない場合には、アルカリ剤や酸によりpH調整を行なう。無機凝集剤による凝集処理液は、次いで、配管17Bより、第2の凝集槽7に導入し、アニオンポリマーを添加し、撹拌機7Aで援速撹拌してフロックを形成させる。この第2の凝集槽7の凝集処理液を配管17より第2の沈殿槽4に送給して固液分離する。
【0066】
このように希釈液を凝集処理する場合、凝集剤としては、
・無機凝集剤とアニオンポリマーとの併用
・アニオンポリマーとカチオンポリマーとの併用
・カチオンポリマーの単独使用
などが挙げられる。通常は、無機凝集剤とアニオンポリマーの併用が用いられるが、無機凝集剤によるSSの生成を避けるために、ポリマーのみを用いる場合もある。
【0067】
希釈液の凝集処理に好適な凝集剤と、その好適な添加量は以下の通りである。
無機凝集剤:pH5〜6前後の弱酸性域で凝集し且つ硫酸根を含まない塩化第二鉄やポリ塩化アルミニウム(PAC)等が好ましく、好適な添加量は25〜50mg/L程度である。
アニオンポリマー:アクリル酸塩系等のものが好ましく、好適な添加量は1〜3mg/L程度である。
カチオンポリマー:ジメチルアミノエチルアクリレート(DAA系)、ジメチルアミノエチルメタアクリレート(DAM系)、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド(DADMAC系)、ジアミン系、キトサン系のものが好ましく、好適な添加量は3〜5mg/L程度である。
【0068】
次に、本発明を、固形有機物濃度の高い濃厚な有機性排水の処理に適用した場合の適用例を、図3,4を参照して説明する。
【0069】
図3では、原水の固形有機物濃度が高いため、前濃縮することなく、直接酸発酵槽21に導入し、酸発酵液の移送配管に希釈水を注入して希釈した後、固液分離手段22に送給して固液分離する。固液分離手段22の分離液はUASB槽23に送給してメタン発酵処理し、UASB処理水と固液分離手段22の分離汚泥とを更に好気性生物処理装置24で処理する。本例では、この好気性生物処理装置24の処理水の一部を希釈水として前段に返送し、残部は後処理した後、放流する。また、好気性生物処理装置24の余剰汚泥は一部を酸発酵槽21に返送し、残部を脱水機25で脱水処理し、脱水ケーキは系外へ排出する。
【0070】
なお、固液分離手段22の分離液の移送配管及びUASB処理水の移送配管には、それぞれSS濃度調整及び併合処理のために希薄排水が注入されている。
【0071】
食品系排水は濃厚な排水と希薄排水が混合され総合排水となっている場合が多い。図4は、この場合の適用例を示すものである。図4では、前濃縮手段31の濃縮汚泥を酸発酵槽32で有機酸発酵した後、希釈水で希釈し、固液分離手段33で固液分離する。固液分離手段33の分離液は、前濃縮手段31の入口側或いはUASB槽34の入口側或いは別途設けたUASB槽36に送給されてUASB処理された後、好気性生物処理装置35で好気性生物処理される。
【0072】
固液分離手段33の分離汚泥は、UASB槽34の後段の好気性生物処理装置35で好気性生物処理されるか(この好気性生物処理の前にメタン発酵処理しても良い。)、そのまま脱水処理される。
【0073】
一方、前濃縮手段31の分離液はUASB槽35で処理され、UASB処理水の一部は、希釈水として酸発酵槽32の移送配管に送給され、残部は好気性生物処理装置35に送給されて好気性生物処理され、この処理水は更に後処理された後放流される。なお、酸液の希釈水としては、好気性生物処理装置35の処理水を用いても良い。
【0074】
いずれの場合も、固形有機物を含む有機性排水をそのまま好気性生物処理又はUASB処理する場合に比べて、曝気動力や余剰汚泥発生量を大幅に低減して、また、UASB槽でのSSによる不具合を引き起こすことなく、省スペースかつ省エネルギーで効率的な処理を行って、エネルギー回収を図ることができる。
【実施例】
【0075】
以下に実施例に対応する実験例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0076】
[実験例1]
A社B工場から排出されるジャガイモ加工排水を重力沈降法で固液分離して得られた下記水質の分離液について、有機酸発酵実験を行った。
【0077】
<分離液水質>
SS:約30〜40g/L
VSS:約25〜34g/L
VSS/SS:75〜85%
CODCr:約40〜55g/L
【0078】
試験装置としては、1Lのジャーファメンターを用い、水温は35℃±1℃で温度調節した。
運転方法は、バッチ運転・一過式とした(処理液引き抜きと原水投入を1回/日実施)。
槽内の固形有機物(VSS)が、可溶化、酸生成するに従って、槽内液のpHが低下するので、pH計の指示でNaOHを用いてpH5.0〜5.5に槽内液を調整した。
【0079】
この処理において、水理学的滞留時間(HRT)を変えた場合の、VSSの分解(可溶化)の効果を図5に示す。なお、溶解性物質の分析は、槽内液を孔径0.45μmの精密濾過膜で濾過した液について行った。また、可溶化率とはVSSの分解(減少)率である。
【0080】
図5より、HRTを長くするに従ってVSSは減少し、VSSの分解に伴って溶解性の有機酸(CODCr)が増加し、たんぱく質の分解からのNH−Nも増加してくることが分かる。
また、VSSの分解は、HRTを3日以上、望ましくは5日以上とすることで、効果的に行うことができ、VSS分解率から、固形VSS分解に伴う菌体増殖が少ないことが分かる。
【0081】
[実験例2]
実験例1で得られた酸発酵液の固液分離実験を行った。
各HRTでの酸発酵液に水道水を加えて10倍に希釈した希釈液(希釈後のMLSSは、約3.5〜1.2g/L)を1Lメスシリンダーに入れて、静置30分後に沈降したSS量を測定し、結果を図6に示した。
【0082】
図6より、酸発酵槽でのHRTが長くなるに従って、酸発酵液の希釈液のSSは沈降しやすくなり、HRT5日程度以上でSSの多くが沈降分離でき、溶解性有機物の多い分離液をメタン発酵に供することができることが分かる。
【0083】
[実験例3]
実験例2に示すように、凝集剤無添加での沈降分離でも大部分のSSは沈降分離できるが、その沈降速度は充分でなく大きな沈降槽が必要となる。更に、分離液中にはSSが多く残っており、直接UASB処理するには、不適当である。
これらを解消するために、希釈液の凝集処理実験を行った。
【0084】
実験例1において、HRT5日の酸発酵液を水道水で10倍に希釈した希釈液(水質はpH5.3,SS=1.4g/L,VSS/SS=54%)に無機凝集剤としてPACを種々の添加量で添加した後、アニオンポリマー(アクリル酸塩系ポリマー)を0.5〜1.0mg/L添加して凝集処理した後、実験例2と同様にして静置による固液分離を行い、分離液のSS濃度を測定し、結果を図7に示した。
【0085】
図7より、酸発酵液の10倍希釈液に対してPAC添加率25〜50mg/Lで良好なフロックを形成し、分離液中のSSも200〜300mg/Lが得られた。
なお、カチオンポリマー(DAA系)単独での凝集処理でも、この10倍希釈液に対してポリマー添加率3〜5mg/Lで良好なフロックを形成し、分離液中のSSも200〜300mg/Lが得られることが確認された。
【0086】
[実験例4]
酸発酵液の希釈液の遠心分離機による固液分離実験を行った。
実験例1と同様にして得られたSS=15.38g/L、可溶化率約72%程度の酸発酵液を水道水で2倍に希釈した後、凝集剤無添加で遠心分離機により固液分離した。
このときの遠心分離機の遠心力と得られた濾液のSS濃度、水回収率、SS回収率との関係を図8に示した。
【0087】
図8に示すように、なお、酸発酵で可溶化した有機物は、水回収率から95%以上が濾液側に移行していることが分かる。また、分離汚泥は、SS約150g/L前後(含水率約85%前後)が得られた。
なお、この遠心分離機による固液分離に当たり、カチオンポリマー(DAA系)をSS当り約0.3〜0.5重量%添加することで、含水率80〜83%の分離汚泥を得ることができ、これは脱水ケーキとして処分することが可能であった。
【符号の説明】
【0088】
1 第1の沈殿槽
2 酸発酵槽
3 希釈槽
4 第2の沈殿槽
5 メタン発酵槽
6 第1の凝集槽
7 第2の凝集槽

【特許請求の範囲】
【請求項1】
固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、
該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、
該希釈工程の希釈液を固液分離する固液分離工程と、
該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程と
を有することを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
【請求項2】
固形有機物を含有する有機性排水を有機酸発酵する酸発酵工程と、
該酸発酵工程の酸発酵液を希釈水で希釈する希釈工程と、
該希釈工程の希釈液を凝集処理する凝集工程と、
該凝集工程の凝集処理液を固液分離する固液分離工程と、
該固液分離工程の分離液をメタン発酵するメタン発酵工程と
を有することを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
【請求項3】
請求項1又は2において、前記固形有機物を含有する有機性排水を固液分離する固液分離工程を有し、該固液分離工程の分離汚泥が前記酸発酵工程で有機酸発酵されることを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
【請求項4】
請求項3において、前記固液分離工程の分離液を生物処理する生物処理工程を有し、該生物処理工程の処理水を、前記希釈水として用いることを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。
【請求項5】
請求項1ないし3のいずれか1項において、前記希釈工程における希釈倍率が5〜20倍であることを特徴とする固形有機物を含有する有機性排水の処理方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate


【公開番号】特開2012−152721(P2012−152721A)
【公開日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−16393(P2011−16393)
【出願日】平成23年1月28日(2011.1.28)
【出願人】(000001063)栗田工業株式会社 (1,536)
【Fターム(参考)】