有機性排水処理装置および処理方法
【課題】低濃度有機性排水が低水温であってもメタン発酵処理を適用できる有機性排水処理装置、および、有機性排水処理方法を提供する。
【解決手段】有機性排水処理装置１０１は、低濃度有機性排水１を固液分離し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分ける固液分離装置１０と；第１の濃縮汚泥３を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽２０と；固液分離水２と酸発酵槽２０で処理された酸発酵処理水４を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽３０と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽４０とを備える。
【解決手段】有機性排水処理装置１０１は、低濃度有機性排水１を固液分離し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分ける固液分離装置１０と；第１の濃縮汚泥３を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽２０と；固液分離水２と酸発酵槽２０で処理された酸発酵処理水４を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽３０と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽４０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水、下水等の低濃度有機性排水をメタン発酵処理する、酸発酵槽を備えた有機性排水処理装置、および有機性排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水をメタン発酵処理する技術は、有機性排水を好気性生物処理する技術に比べて、（１）汚泥発生量が少ない、（２）ブロワ−などの電気代が不要なためランニングコストがかからない、（３）発生したメタンガスを有効利用できる、等のメリットがあるため、近年、ＣＯＤｃｒ濃度２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上の有機性排水を対象に普及している。メタン発酵処理には、ＵＡＳＢ（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket（上向流嫌気性汚泥床）の略）法、固定床法、流動床法等のメタン発酵処理方式が用いられる。特に、ＵＡＳＢ法は、嫌気性微生物の自己造粒機能を利用して、沈降性の優れたグラニュ−ル汚泥を槽内に高濃度に保持できるため、ＣＯＤｃｒ負荷１０〜３０ｋｇ／ｍ３／ｄというような高い負荷をかけることができる。上記理由により、ＵＡＳＢ法は国内外の有機性排水をメタン発酵処理する方法として最も普及している。
【０００３】
一方で、ブラジル、インド、東南アジア等の温暖化地域においては、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水を対象とし、好気性生物処理（具体的には活性汚泥処理）の前処理としてＵＡＳＢ処理するケ−スが見られる。
【０００４】
しかし、日本のように冬期の気温が０〜１０℃に下がる地域では、処理対象である下水の温度が５〜１５℃と低い。そのため、下水をＵＡＳＢ処理すると、ＵＡＳＢ槽内の温度も５〜１５℃と低温になり槽内の嫌気性菌の活動が抑制される。また、ＵＡＳＢ槽内に懸濁物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ、以下ＳＳとする）が溜まり、ＵＡＳＢ処理ができない状態となる。なお、図８に従来のメタン発酵処理装置の構成図を示す。
【０００５】
また、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合、ＵＡＳＢ槽の加温に多量のエネルギ−を必要とし、ＣＯＤｃｒ濃度１０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上の有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合に比べ経済的ではない。こうした理由のため、寒冷地では、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水にメタン発酵処理を適用することができなかった。このため、下水等の有機性排水の処理には活性汚泥処理法が適用されてきた。このように従来技術では、活性汚泥処理でのブロワ−などの電気代、汚泥処理費等のランニングコストがかかっていた。
【０００６】
ところで、接触効率が良好で負荷が大きくとれるＵＡＳＢ処理をするために、排水中の固形成分を固形分離し、分離汚泥を可溶化処理した後メタン発酵処理する例として特許文献１が挙げられる。特許文献１には、でんぷん工場廃液、ビール工場廃液、酸発酵廃液等の高濃度有機性排水（一般的に、ＣＯＤｃｒ濃度が２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上）を対象とした嫌気性消化処理装置であって、可溶化槽を備えた嫌気性消化処理装置が開示されている。この装置では、有機性排水を沈殿槽で固液分離し、分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、可溶化槽で高温条件（５０〜９０℃）で可溶化し、可溶化処理液と沈殿槽の上澄み液を嫌気性処理装置（メタン発酵処理槽）に導入する（段落０００８、図３）。さらに、嫌気性処理装置で発生したメタンガスを燃焼させ、生じた熱により可溶化槽を加温する（段落００１１）。
【０００７】
しかし、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水をメタン発酵処理した場合は、ＣＯＤｃｒ濃度２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上の有機性排水をメタン発酵処理した場合と比べ、発生するメタンガスの量が少ない。また、グラニュール汚泥を維持するために通水速度に制限があり、ＵＡＳＢ槽での有機物負荷を取れない。また、発生したメタンガスの一部は有機性排水中に溶存メタンとして存在し、結果として、回収できるメタンガスの量がさらに少なくなる。このため、特許文献１に開示された嫌気性消化処理装置を用いて、下水等の有機性排水を処理しようとしても、回収したメタンガスだけでは可溶化槽を高温条件（５０〜９０℃）に維持できない。高温条件に維持するためには別途熱エネルギーが必要であり、かえってコスト高となり好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、低濃度有機性排水をメタン発酵処理する、酸発酵槽を備えた有機性排水処理装置であって、有機性排水が低水温であってもメタン発酵処理を適用できる有機性排水処理装置、および、有機性排水処理方法を提供することを目的とする。なお、「低水温」とは、メタン発酵処理槽中の水温であって、２０℃以下、特に１０〜１５℃の水温をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様に係る有機性排水処理装置１０１は、例えば図１に示すように、低濃度有機性排水１を固液分離し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分ける固液分離装置１０と；第１の濃縮汚泥３を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽２０と；固液分離水２と酸発酵槽２０で処理された酸発酵処理水４を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽３０と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽４０とを備える。
なお、本明細書において、「低濃度有機性排水」とは、ＣＯＤｃｒ値が１０００ｍｇ／Ｌ以下の有機性排水をいう。「所定の温度」とは、好ましくは２０〜３５℃、下水水温と発生ガスの熱エネルギ−から判断するとより好ましくは２０〜２５℃の範囲である。「酸発酵処理」とは、有機物中の多糖や蛋白質、脂質などの高分子物質がまず、単糖やアミノ酸、その他の単位構成分子に加水分解され、その後、酢酸、プロピオン酸等の揮発性脂肪酸や乳酸、コハク酸、更にはエタノ−ルなどのアルコ−ル類、水素、二酸化炭素などに分解される一連の処理を含む。酸生成に関与する微生物は通性嫌気菌である。「メタン発酵処理」とは、ＯＲＰが−３３０ｍＶ以下の範囲で行なう嫌気性生物学的処理をいう。「発酵ガス」とは、主にＣＯ２ガスであり、一部Ｈ２ガスを含む。
【００１１】
このように構成すると、固液分離装置により低濃度有機性排水に含まれる汚泥を分離し濃縮することができる。そのため、所定の温度に維持された酸発酵槽での濃縮汚泥の加温において、有機性排水を直接加温する場合に比べ、加温に必要なエネルギーを減らすことができる。さらに、酸発酵槽において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵槽において発生する発酵ガスを混合槽において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理槽に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。すなわち、酸発酵槽の汚泥濃度は１００００ｍｇ／Ｌから２００００ｍｇ／Ｌと高いため、発酵ガスの一部は汚泥と共に同伴する。そのため、その状態で固液分離水と混合し、ＵＡＳＢ槽に投入すると、ＵＡＳＢ槽内でスカム発生の原因となる。したがって、混合槽において固液分離水や流入下水と混合した際、酸発酵処理汚泥に同伴した発酵ガスを分離する必要がある。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る有機性排水処理装置１０２は、例えば図３に示すように、メタン発酵処理槽４０から排出された第２の濃縮汚泥７を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽２０と；低濃度有機性排水１および酸発酵槽２０で処理された酸発酵処理水４’を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽３０と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５’をメタン発酵処理する、メタン発酵処理槽４０とを備える。
【００１３】
このように構成すると、低濃度有機性排水の水温によりメタン発酵処理槽内にＳＳ分が溜まり、汚泥の界面が上昇する場合であっても、槽内の濃縮汚泥を排出させることにより界面の上昇を防ぐことができる。また、酸発酵槽において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵槽において発生する発酵ガスを混合槽において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理槽に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の第３の態様に係る有機性排水処理方法は、例えば図１に示すように、低濃度有機性排水１を固液分離し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分ける分離工程と；第１の濃縮汚泥３を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；固液分離水２と酸発酵工程で処理された酸発酵処理水４を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える。
【００１５】
このように構成すると、分離工程により低濃度有機性排水に含まれる汚泥を分離し濃縮することができる。そのため、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程での濃縮汚泥の加温において、有機性排水を直接加温する場合に比べ、加温に必要なエネルギーを減らすことができる。さらに、酸発酵工程において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵工程において発生する発酵ガスを混合工程において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理工程に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第４の態様に係る有機性排水処理方法は、例えば図３に示すように、メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥７を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；低濃度有機性排水１および酸発酵工程で処理された酸発酵処理水４’を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５’をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える。
【００１７】
このように構成すると、低濃度有機性排水の水温によりメタン発酵処理工程においてＳＳ分が溜まり、汚泥の界面が上昇する場合であっても、濃縮汚泥を排出させることにより界面の上昇を防ぐことができる。また、酸発酵工程において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発
酵工程において発生する発酵ガスを混合工程において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理工程に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第５の態様に係る有機性排水処理装置１０３は、上記本発明の第１の態様に係る有機性排水処理装置１０１において、例えば図５に示すように、固液分離装置１０で分離された第１の濃縮汚泥３を酸発酵槽２０に移送する流路に、流路を開閉する第１の開閉装置５１と；メタン発酵処理槽４０から排出された第２の濃縮汚泥７を酸発酵槽２０に移送する流路に、流路を開閉する第２の開閉装置５２と；メタン発酵槽４０内の温度を計測する温度測定装置と；メタン発酵槽４０内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備え；前記温度測定装置と前記高さ測定装置の測定値に基づいて、第１の開閉装置５１と第２の開閉装置５２を開閉する。
【００１９】
このように構成すると、酸発酵槽において第１の濃縮汚泥と第２の濃縮汚泥のどちらも酸発酵処理することができる。また、メタン発酵槽４０内の水温およびメタン発酵槽４０内の汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することにより、メタン発酵槽４０内の水温およびメタン発酵槽４０内の汚泥界面の高さに合わせたメタン発酵処理が可能となる。
【００２０】
本発明の第６の態様に係る有機性排水処理方法は、上記本発明の第３の態様に係る有機性排水処理方法において、例えば図５に示すように、前記メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥７を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；前記メタン発酵処理工程での処理温度と、前記メタン発酵処理工程での汚泥界面の高さに基づいて、第１の濃縮汚泥３または第２の濃縮汚泥７を前記酸発酵工程への移送する工程とを備える。
【００２１】
このように構成すると、酸発酵工程において第１の濃縮汚泥と第２の濃縮汚泥のどちらも酸発酵処理することができる。また、メタン発酵処理工程での処理温度と汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することにより、メタン発酵処理工程での処理温度と汚泥界面の高さに合わせたメタン発酵処理が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、固形物の酸発酵処理とメタン発酵処理とを組み合わせて、低濃度の有機性排水を低水温においてもメタン発酵処理に適用することができる。そのため、低濃度の有機性排水を活性汚泥単独処理する場合に比べて、設備の電気代、汚泥処理費等のランニングコストを大幅に削減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１の構成図である。
【図２】有機性排水処理装置１０１が備える混合槽３０およびＵＡＳＢ槽４０の概略図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０２の構成図である。
【図４】有機性排水処理装置１０２が備える混合槽３０およびＵＡＳＢ槽４０の概略図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０３の構成図である。
【図６】図１、図３、図５、図８の各装置を選択する判断基準を示すフロ−チャ−トである。
【図７】有機性排水処理装置１０１に溶存メタン回収槽６０を追加した有機性排水処理装置１０１’の構成図である。
【図８】従来のメタン発酵処理装置の構成図である。
【図９】実施例１、２、３、４、比較例１、２、３、４で用いた原水性状の表（表１）を示す図である。
【図１０】実施例１、２、３、４、比較例１、２、３、４で用いた装置の仕様の表（表２）を示す図である。
【図１１】実施例１、２、比較例１、２の実験条件の表（表３）を示す図である。
【図１２】実施例１、２、比較例１、２の実験結果の表（表４）を示す図である。
【図１３】Ｒｕｎ１の実験結果を示すグラフである。
【図１４】Ｒｕｎ２の実験結果を示すグラフである。
【図１５】実施例３、４、比較例３、４の実験結果の表（表５）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一または相当する部分には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。特に、メタン発酵処理には、ＵＡＳＢ法、固定床法、流動床法のいずれも適用できる。以下の実施の形態では、メタン発酵処理に最も適しているＵＡＳＢ法を例にとり説明する。
【００２５】
本発明の有機性排水処理装置および有機性排水処理方法は、低濃度有機性排水が低水温であってもメタン発酵処理を適用するという目的を、酸発酵槽（酸発酵工程）を備えるという構成により実現した。
【００２６】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１について説明する。有機性排水処理装置１０１は、固液分離装置１０、酸発酵槽２０、混合槽３０、メタン発酵処理槽としてのＵＡＳＢ槽４０を備える。図１に示すように、低濃度有機性排水としての下水１は、固液分離装置１０に入り、排水中の沈降性の良いＳＳ分が沈降し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分離される。第１の濃縮汚泥３は、酸発酵槽２０に供給され、酸発酵処理される。酸発酵処理された酸発酵処理水４と、固液分離水２は、混合槽３０に供給され混合される。混合された混合槽出口水５は、ＵＡＳＢ槽４０に供給され、メタン発酵処理される。なお、下水１、固液分離水２、濃縮汚泥３、酸発酵処理水４、混合槽出口水５、メタン発酵処理水６等が通過する流路は、これらを移送できる流路として、例えば配管を用いることができる。
【００２７】
固液分離装置１０には、沈殿池、遠心分離機、スクリーン、スクリュープレス等の固液分離装置が好ましい。下水のような大水量で低ＳＳ濃度の固形物を無薬注にて固液分離するためには、設備面、維持管理面からみてスケ−ルアップ容易であること、ランニングコストが低く、維持管理が容易であること等から沈殿池が適している。よって、処理対象となる有機性排水が水量の多い下水の場合は、沈殿池が特に好ましい。すなわち、固液分離装置１０は、従来の活性汚泥処理で用いられている最初沈殿池であってもよい。
【００２８】
酸発酵槽２０は、汚泥の撹拌が可能な槽であればよい。撹拌には、撹拌機を設置してもよく、空気等のガスを曝気してもよい。また、酸発酵槽２０は外部熱源を備える。加熱用の熱源には、ＵＡＳＢ槽４０から回収されたメタンガスｇ１をボイラーで蒸気に変換して利用することができる。酸発酵槽２０内の温度は、好ましくは２０〜３５℃、下水水温と発生ガスの熱エネルギ−から判断するとより好ましくは２０〜２５℃の範囲である。このように、酸発酵槽２０に流入した第１の濃縮汚泥３は、外部熱源により２０℃以上に加温され、酸発酵処理される。酸発酵槽２０では、有機性排水中に含まれる、そのままの状態では微生物が分解できない固形物（ＳＳ分）が、酸生成菌による有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（プロピオン酸、酢酸等）に変換される。
【００２９】
酸発酵処理が行なわれる酸発酵槽２０のＨＲＴ（Hydraulic Retention Time：水理学的滞留時間）は、溶解性有機物濃度（Ｓ−ＣＯＤｃｒ）および酢酸・プロピオン酸・乳酸等の揮発性脂肪酸濃度（Volatile Fatty Acid、以下ＶＦＡと略す）により決定する。すなわち、ＣＯＤｃｒの可溶化比（Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比が一定値を示したときのＨＲＴを最適ＨＲＴとする。
例えば、最初沈殿池汚泥の場合、酸発酵処理におけるＨＲＴを２日とすると、酸発酵槽の温度２０℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１５〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．３〜０．４、酸発酵槽の温度２５℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１５〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒは０．５５〜０．６５となる。一方、ＵＡＳＢの濃縮汚泥の場合、酸発酵処理におけるＨＲＴを２日とすると、酸発酵槽の温度２０℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１０〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．１３〜０．２０、酸発酵槽の温度２５℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１０〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．３５〜０．４５となる。このように、最初沈殿池汚泥、ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥共に酸発酵槽の温度が高くなると酸生成菌の活性が上がるため、ＨＲＴは短縮され、水温２０℃で最適ＨＲＴは２〜３日、水温２５℃で最適ＨＲＴは１〜２日、水温３０℃で最適ＨＲＴは０．５〜１．５日となる。ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥は排水中の有機物がＵＡＳＢ槽で嫌気性菌により一部分解された後のものなので、最初沈殿池汚泥とＵＡＳＢ槽では、濃縮汚泥のＳ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は、共にＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥の方が小さい値になる。
【００３０】
酸発酵槽２０の濃縮汚泥の撹拌は、連続的あるいは間欠撹拌にて行なうことが好ましい。酸発酵槽２０内のＭＬＳＳ濃度が２００００〜４００００ｍｇ／Ｌと高濃度であるため、汚泥を均一に撹拌するための動力がかかる。しかし、撹拌が強いと生成した有機酸が揮発あるいは酸化され減少する。したがって、酸発酵槽の撹拌は間欠に行なう。１〜２時間の間隔で、５〜１５分の間欠撹拌を行なうことが好ましい。
【００３１】
図２に、混合槽３０において固液分離水２と酸発酵処理水４を混合した後、混合槽出口水５をＵＡＳＢ槽４０に通水する様子を示す。混合槽３０では、図２に示すように、混合槽としての分配槽３０に混合水を一時的に滞留させ、大気と接触させることにより、酸発酵処理によって生じた発酵ガスを混合水から分離する。分配槽３０では、混合水を迂流、自然流下、オーバーフロー等させて、含有する発酵ガスを分離してもよい。また、混合槽３０は、内部に撹拌機を備えても良い。発酵ガスを分離することにより、ＵＡＳＢ槽４０内において発酵ガスによるスカムの発生を抑制し、ＵＡＳＢ処理を良好に行なうことができる。
【００３２】
ＵＡＳＢ槽４０は、内部にＧＳＳ４１（気固液分離部）、汚泥床４２を有する。さらに、汚泥床４２中の濃縮汚泥（第２の濃縮汚泥）を脱水工程へ移送する流路、例えば配管を有する。ＵＡＳＢ処理では、低濃度有機性排水に含まれた有機物や、酸発酵により生成した溶解性有機物、酢酸・プロピオン酸等の有機酸が、ＵＡＳＢ槽４０内の嫌気性菌により、メタンと二酸化炭素に分解される。
【００３３】
なお、下水は一般的にＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの低濃度有機性排水であるため、メタン発酵処理槽（ＵＡＳＢ槽）でのＣＯＤｃｒ容積負荷が１ｋｇ／ｍ３／ｄと低い。そのため、食品製造排水のような高濃度有機性排水のメタン発酵処理に比べ、発生メタンガスの量は少ない。また、低濃度有機性排水のメタン発酵処理では、メタン発酵処理槽で発生したメタンガスの４０〜６０％はメタン発酵処理水に溶存し、系外に排出される。したがって、低濃度有機性排水のメタン発酵処理で得られるメタンガスからの熱エネルギー量には制約がある。下水のＳＳ濃度は通常２００ｍｇ／Ｌであり、この状態で、メタン発酵で発生したガスをボイラ−にて蒸気に変換し加温エネルギ−として利用しても水温を上げることは難しい。その点、ＳＳを固液分離して濃縮汚泥濃度（２００００〜４００００ｍｇ／Ｌ）として、約１００〜２００倍に濃縮すれば、酸発酵槽内の温度を5〜１０℃上昇させることができる。したがって、酸発酵槽の温度を２０℃以上にするためには、メタン発酵処理において固液分離装置としての最初沈殿池やメタン発酵処理槽の温度が、１０〜１５℃以上であることが好ましい。
【００３４】
また、下水のような低濃度有機性排水のＵＡＳＢ処理では、ＣＯＤｃｒ容積負荷は１ｋｇ／ｍ３／ｄである。一方で、食品産業排水のような高濃度有機性排水のＵＡＳＢ処理では、ＣＯＤｃｒ容積負荷は１０〜２０ｋｇ／ｍ３／ｄである。すなわち、低濃度有機性排水は、高濃度有機性排水に比べ有機物負荷が１／１０〜１／２０と低く、嫌気性菌の密度が低くなり、汚泥床のグラニュール汚泥の粒径は０．１〜０．５ｍｍと小さなものになる。グラニュ−ル汚泥の沈降速度と流入ＳＳの沈降速度の差が、高濃度有機性排水に適用されている従来のＵＡＳＢグラニュ−ル汚泥に比べて小さいため、流入するＳＳ濃度、排水の性状によっては、ＵＡＳＢ槽内でのスカムの発生が多くなり、ＵＡＳＢ槽内の汚泥の維持が困難になる場合がある。こうした理由から、固液分離水２と酸発酵処理水４とを混合した後の混合水は、ＳＳ濃度を２０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましく、特に１０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましい。
【００３５】
図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０２について説明する。有機性排水処理装置１０２は、酸発酵槽２０、混合槽３０、メタン発酵処理槽としてのＵＡＳＢ槽４０を備える。図３に示すように、低濃度有機性排水としての下水１は、混合槽３０に供給される。一方で、ＵＡＳＢ槽４０内から排出される第２の濃縮汚泥７は、酸発酵槽２０に供給され、酸発酵処理される。処理された酸発酵処理水４’は、混合槽３０に供給される。混合槽３０では、下水１と酸発酵処理水４’が混合され、混合槽出口水５’がＵＡＳＢ槽４０に供給されメタン発酵処理される。
なお、有機性排水処理装置１０１について記載した理由と同様の理由から、流入下水１と酸発酵処理水４’とを混合した後の混合水は、ＳＳ濃度を２０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましく、特に１０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましい。
【００３６】
図４に、混合槽３０において下水１と酸発酵処理水４’を混合した後、混合槽出口水５’をＵＡＳＢ槽４０に通水する様子を示す。図４では、ＵＡＳＢ槽４０内から排出される第２の濃縮汚泥７を酸発酵槽２０に供給する流路を、第２の濃縮汚泥７を脱水工程へ移送する流路から分岐させているが、これらの流路は別々に備えてもよい。
【００３７】
冬期等に下水１の温度が１５〜２０℃以下に下がると、ＵＡＳＢ槽４０内の嫌気性菌の活性が低下する。嫌気性菌の中で、特に酸生成菌が水温の影響を受けると、下水１中のＳＳ分は酸発酵しにくくなり、ＳＳ分が汚泥床に多く蓄積し、汚泥床の界面が上昇する。このため、有機性排水処理装置１０２では図３に示すように、ＵＡＳＢ槽４０下部の汚泥濃度の高い箇所（ＭＬＳＳ２０，０００〜４０，０００ｍｇ／Ｌ）から汚泥を排出させ、酸発酵槽２０に供給する。酸発酵槽２０では、外部熱源を用いて汚泥を２０℃以上に加温し、酸発酵処理する。酸発酵処理水４’は、下水１と混合されＵＡＳＢ槽４０に供給される。酸発酵により、溶解性有機物、酢酸・プロピオン酸等の有機酸が生成される。これらの有機物は、ＵＡＳＢ槽４０内の嫌気性菌により、メタンと二酸化炭素に分解される。
【００３８】
年間を通して外気温が低い地域（例えば、日本では北海道、海外ではドイツ、デンマーク等の北ヨーロッパ）では、下水をメタン発酵処理すると、メタン発酵処理槽（例えばＵＡＳＢ槽）の温度は、１５〜２０℃以下になる場合が多く、メタン発酵処理槽内で流入ＳＳ分の蓄積が多くなる。したがって、このような地域では、第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１（図１）を適用する。
一方で、年間を通して外気温が１５℃以上の温暖化地域（例えば、日本では四国南部、九州南部等、海外では東南アジア、インド、ブラジル等）では、下水をメタン発酵処理すると、メタン発酵処理槽（例えばＵＡＳＢ槽）の温度は、１５〜２０℃以上になる場合が多く、メタン発酵処理槽内での汚泥の蓄積は少なくなる。しかし、このような地域でも、気象条件の変化により冬期での急激な気温低下や流入ＳＳ濃度変化によりＵＡＳＢ槽内に汚泥が蓄積する場合が考えられる。また、メタン発酵処理での発生ガス量を増やす目的で、ＵＡＳＢ槽内に残存した有機物の一部を酸発酵処理することは有効な方法である。以上のような場合には、第２の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０２（図３）を適用する。
【００３９】
図５を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０３について説明する。有機性排水処理装置１０３は、図１に示す有機性排水処理装置１０１において、移送装置６３（移送先：酸発酵槽２０）によって、ＵＡＳＢ処理槽４０から第２の濃縮汚泥７が排出され、酸発酵槽２０に供給されて酸発酵処理される。すなわち、有機性排水処理装置１０１（図１）と有機性排水処理装置１０２（図３）の両装置の構成を備える。さらに、有機性排水処理装置１０３では、固液分離装置１０で分離された第１の濃縮汚泥３は、移送装置６１（移送先：酸発酵槽２０）によって酸発酵２０に供給され酸発酵処理される。固液分離装置１０から酸発酵槽２０にいたる流路には、流路を開閉する第１の開閉装置としてのバルブ５１と、ＵＡＳＢ槽４０から排出された第２の濃縮汚泥７を酸発酵槽２０に移送する流路には、流路を開閉する第２の開閉装置としてのバルブ５２とを備える。また、低濃度有機性排水である下水１から固液分離装置１０にいたる流路、および固液分離装置１０前で該流路から分岐し固液分離装置１０をバイパスして混合槽３０にいたる流路にそれぞれ、第３の開閉装置としてのバルブ５３、第４の開閉装置としてのバルブ５４を備える。さらに、ＵＡＳＢ槽４０内の温度を計測する温度測定装置としての温度計と、ＵＡＳＢ槽４０内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備える。
【００４０】
有機性排水処理装置１０３では、制御装置５０を備えることにより、温度計と高さ測定装置の測定値に基づいて、をオン・オフする制御も制御装置５０により行われる。酸発酵処理水４（４’）を移送するポンプ６２は、酸発酵槽２０の液レベル（図示せず）によりオン・オフ制御される。すなわち、酸発酵槽２０の液レベルがある一定以上のレベル（高レベル）になった時に移送ポンプ６２はオンとなり、酸発酵処理水４（４’）を混合槽３０に移送する。酸発酵槽２０の液レベルがある一定未満のレベル（低レベル）になった時に移送ポンプ６２はオフとなる。
なお、ＵＡＳＢ槽の水温は気温の影響を受け、月単位の長いスパンで変化する。したがって、第１の開閉装置としてのバルブ５１、第３の開閉装置としてのバルブ５３、第４の開閉装置としてのバルブ５４の開閉は、常に自動制御により行なう必要はなく、手動により開閉可能なものであってもよい。同様に、第２の開閉装置としてのバルブ５２も必要に応じて手動により開閉可能であってもよい。
【００４１】
このように、有機性排水処理装置１０３では、ＵＡＳＢ槽４０内の水温およびＵＡＳＢ槽４０内の汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することができる。なお、流路とは、処理水や汚泥を移送できればよく、例えば配管を用いることができる。
また、有機性排水処理装置１０１（図１）および有機性排水処理装置１０２（図３）では、バルブ５１、５２、５３、および移送ポンプ６１、６２、６３は省略されている。
【００４２】
図６にＵＡＳＢ槽内温度、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さによる、濃縮汚泥の酸発酵槽への供給ケースを示す。ＵＡＳＢ槽内温度が適正であり、さらにＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正な場合は前処理（酸発酵処理）なし（図８）となる。ＵＡＳＢ槽内温度が適正であるが、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正でない場合は、ＵＡＳＢ槽内汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水とを混合後ＵＡＳＢ槽に供給する（図３）。ＵＡＳＢ槽内温度が適正でないが、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正な場合は、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する（図１）。ＵＡＳＢ槽内温度が適正でなく、さらにＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正でない場合は、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する。さらに、ＵＡＳＢ槽汚泥の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する（図５）。
ここで、ＵＡＳＢ槽内温度が適正な場合とはＵＡＳＢ水温１５℃以上、好ましくは２０℃以上として設定する。適正なＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さとは、有効水深５ｍの場合、汚泥界面高さ２．０〜３．０ｍ（有効水深の４０〜６０％）が適正といえる。汚泥界面高さが３．５ｍ（有効水深の７０％）以上になった場合は、濃縮汚泥を酸発酵処理する必要がある。
ＵＡＳＢ槽内温度は、槽底部から１．０ｍ、槽底部から３ｍの箇所２箇所に温度計を設置し、その平均温度が適正温度範囲かどうかを判断することが好ましい。汚泥界面高さはＭＬＳＳ濃度計（光電式）等を用いて測定する。
【００４３】
図７に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１は、ＵＡＳＢ槽４０の下流に溶存メタン回収槽７０を備えてもよい。有機性排水処理装置１０２、１０３についても同様である。
酸発酵に関与する酸生成菌は、通性嫌気性菌である。よって、図７に示すように、酸発酵槽２０において汚泥の撹拌の代わりに空気ｇ２を吹き込み、汚泥の撹拌と同時に酸発酵処理を進める。酸発酵処理により空気中の酸素は消費され、二酸化炭素が生成される。酸発酵槽２０からの排ガスｇ３をメタン発酵処理槽４０の後段に配置された溶存メタン回収槽７０に吹き込み、メタン発酵処理水６中の溶存メタンを追い出しメタンガスを含む混合ガスｇ４として回収する。なお、空気ｇ２の代わりに酸素を含有する気体を用いてもよい。
【実施例】
【００４４】
以下に本発明の実施例を説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図９の表１に本実施例に用いた原水の性状を示す。平均値を見ると、ＳＳ濃度１６２ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤｃｒ４０２ｍｇ／Ｌ、Ｓ−ＣＯＤｃｒ９６ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ１６５ｍｇ／Ｌ、Ｓ−ＢＯＤ３９ｍｇ／Ｌであった。
図１０の表２に本実施例で用いた装置の仕様を示す。メタン発酵には、ＵＡＳＢ槽（有効容量９４０Ｌ）を用いた。酸発酵には、酸発酵槽（有効容量６０Ｌ）を用いた。ＵＡＳＢ槽本体は鋼板製であり、ＧＳＳ部分は透明塩ビ製である。ＵＡＳＢ槽内の温度調整はバンドヒーターと温度コントローラーを用いて行なった。酸発酵槽内の撹拌は撹拌機で行なった。酸発酵槽内の温度調整は、ＵＡＳＢ槽と同様にバンドヒーターと温度コントローラーを用いて行なった。
【００４５】
［実施例１／比較例１］
図１１の表３に実施例１と比較例１の条件を示す。実施例１、比較例１ともに原水水量２．８２ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ槽のＨＲＴ８ｈ、ＵＡＳＢ槽内温度１０〜２０℃（Ｒｕｎ１−１：２０℃、Ｒｕｎ１−２：１５℃、Ｒｕｎ１−３：１０℃）の条件で実験を行なった。実施例１のＲｕｎ１−１（ＵＡＳＢ水温２０℃）では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。Ｒｕｎ１−２（ＵＡＳＢ水温１５℃）、Ｒｕｎ１−３（ＵＡＳＢ水温１０℃）では、図１に示す有機性排水処理装置１０１の処理フローを用いた。最初沈殿池（固液分離装置）の水面積負荷は３２．５ｍ３／ｍ２／ｄ、最初沈殿池からの濃縮汚泥量は０．０３０ｍ３／ｄ、濃縮汚泥濃度は２００００ｍｇ／Ｌであった。酸発酵槽の温度は、２５℃、ＨＲＴは２ｄとした。比較例１のＲｕｎ１−１〜Ｒｕｎ１−３では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。
【００４６】
図１２に実験結果のまとめ（１）および図１３に実験結果（１）を示す。比較例１では、Ｒｕｎ１−１（ＵＡＳＢ水温２０℃）、Ｒｕｎ１−２（ＵＡＳＢ水温１５℃）、Ｒｕｎ１−３（ＵＡＳＢ水温１０℃）と段階的にＵＡＳＢ槽の水温が低下するのに伴い、ガス発生量の顕著な低下（実験経過後６０日目：１９２Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：１２０Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：６０Ｌ／ｄ）が見られた。メタン発酵処理が水温の影響を受けたためであり、その結果、ＵＡＳＢ槽内の未分解のＳＳ分が増え、汚泥界面の上昇が顕著となった（実験経過後６０日目：２．６ｍ、実験経過後１２０日目：３．３ｍ、実験経過後１８０日目：４．５ｍ）。
一方で、実施例１ではＲｕｎ１−２（ＵＡＳＢ水温１５℃）から、原水を固液分離装置としての最初沈殿池に供給して固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵槽に供給した。酸発酵槽は水温２５℃、ＨＲＴ２ｄの条件で、酸発酵処理した後、固液分離装置の分離水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給した。その結果、ＵＡＳＢ槽内温度が１０〜１５℃に低下した期間においても、ガス発生量の顕著な低下は見られず、メタン発酵処理は良好に行なわれた（実験経過後６０日目：１９１Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：１９１Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：１６０Ｌ／ｄ）。さらに、ＵＡＳＢ槽内の未分解ＳＳ分の増加はなく、汚泥界面の上昇は見られなかった（実験経過後６０日目：２．７ｍ、実験経過後１２０日目：２．７ｍ、実験経過後１８０日目：２．８ｍ）。
【００４７】
［実施例２／比較例２］
図１１の表３に実施例２と比較例２の条件を示す。実施例２、比較例２ともに原水水量２．８２ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ槽のＨＲＴ８ｈ、ＵＡＳＢ槽内温度１５〜２５℃（Ｒｕｎ２−１：２５℃、Ｒｕｎ２−２：２０℃、Ｒｕｎ２−３：１５℃）の条件で実験を行なった。実施例２のＲｕｎ２−１（ＵＡＳＢ水温２５℃）、Ｒｕｎ２−２（ＵＡＳＢ水温２０℃）では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。Ｒｕｎ２−３（ＵＡＳＢ水温１５℃）では、図３に示す有機性排水処理装置１０２の処理フローを用いた。ＵＡＳＢ槽底部から１ｍの箇所にある排出汚泥管よりＵＡＳＢ槽内の汚泥を排出させた。ＵＡＳＢ槽からの濃縮汚泥の排出量は０．０１５ｍ３／ｄ、濃縮汚泥濃度は４００００ｍｇ／Ｌであった。酸発酵槽の温度は２５℃、ＨＲＴは２ｄとした。比較例２のＲｕｎ２−１〜Ｒｕｎ２−３では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。
【００４８】
図１２に実験結果のまとめ（１）および図１４に実験結果（２）を示す。比較例２では、Ｒｕｎ２−１（ＵＡＳＢ水温２５℃）、Ｒｕｎ２−２（ＵＡＳＢ水温２０℃）まではガス発生量の低下は見られなかった。しかし、Ｒｕｎ２−３（ＵＡＳＢ水温水温１５℃）になると、ガス発生量の低下（実験経過後６０日目：２１１Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：１９０Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：１３０Ｌ／ｄ）が見られた。メタン発酵処理が水温の影響を受けたためであり、その結果この期間は、ＵＡＳＢ槽内の未分解のＳＳ分が増え、汚泥界面の上昇が見られた（実験経過後６０日目：３．２ｍ、実験経過後１２０日目：３．４、実験経過後１８０日目：４．０ｍ）。
一方で、実施例２ではＲｕｎ２−３（ＵＡＳＢ水温１５℃）になった時点で、ＵＡＳＢ槽底部から１．０ｍの位置から汚泥を０．０１５ｍ３／ｄ排出させ、酸発酵槽に供給した。酸発酵槽は水温２５℃、ＨＲＴ２ｄの条件で、酸発酵処理した後、原水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給した。その結果、ＵＡＳＢ槽内温度が１５℃に低下した期間においても、ガス発生量の低下は見られず、メタン発酵処理は良好に行なわれた（実験経過後６０日目：２３０Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：２１０Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：１９８Ｌ／ｄ）。さらに、ＵＡＳＢ槽内の未分解ＳＳ分の増加はなく、汚泥界面の上昇は見られなかった（実験経過後６０日目：３．１ｍ、実験経過後１２０日目：３．２ｍ、実験経過後１８０日目：３．４ｍ）。
【００４９】
図１５に実験結果のまとめ（２）を示す。以下、図６に示す「図３：ＵＡＳＢ槽汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給する」ケース（実施例３）、および図６に示す「図５：流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する。ＵＡＳＢ槽内汚泥の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給する」ケース（実施例４）に関し説明する。
【００５０】
［実施例３／比較例３］
ＵＡＳＢ槽内温度は２０℃であったため、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローで処理を行っていたが、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面の許容値を超えたため（界面４ｍ）、実施例３では、ＵＡＳＢ槽汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水とを混合後ＵＡＳＢ槽に供給した。すなわち、図５に示す第２の開閉装置５２を開にし、ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥（第２の濃縮汚泥）の移送ポンプ６３、酸発酵処理水の移送ポンプ６２を制御装置５０を介してオン・オフ運転を行うようにした。比較例３では図８の処理フロ−のままで処理を行った。
実験開始後６０日目において、実施例３では、汚泥界面は４．０ｍから３．５ｍに低下し、発生ガス量１９８Ｌ／日で安定した。一方、比較例３では汚泥界面は４．０ｍから４．５ｍに上昇し、ＵＡＳＢ処理水に汚泥が流出し、処理水ＳＳ濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上の高い数値となった。また同時にＧＳＳ部にスカムが溜まり発生ガス配管が閉塞し、ＧＳＳからのガス回収が不可能となり、発生ガスはＵＡＳＢ処理水と共に系外に排出されていた。
【００５１】
［実施例４／比較例４］
ＵＡＳＢ槽内温度が１３℃であったため、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥（第１の濃縮汚泥）を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給していた（図1に示す有機性排水処理装置１０１の処理フロー：すなわち、図５に示す第３の開閉装置５３は開、第４の開閉装置５４は閉、第１の開閉装置５１は開、第２の開閉装置５２は閉、移送ポンプ６１、移送ポンプ６２はオン・オフ運転中、移送ポンプ６３はオフ）。ＵＡＳＢ槽内汚泥界面の許容値３．８ｍを超えたため、実施例４では、ＵＡＳＢ槽内汚泥濃縮汚泥（第２の濃縮汚泥）の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給した（すなわち、第２の開閉装置５２を開、移送ポンプ６３をオン・オフ運転）。比較例４では図１の処理フローのままで処理を行った。
実験開始後３０日目において、実施例４では、汚泥界面は３．８ｍから３．３ｍに低下し、発生ガス量１５７Ｌ／日で安定した。一方、比較例４では、汚泥界面は３．８ｍから４．５ｍに上昇し、ＵＡＳＢ処理水に汚泥が流出し、処理水ＳＳ濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上の高い数値となった。また同時にＧＳＳ部にスカムが溜まり発生ガス配管が閉塞し、ＧＳＳからのガス回収が不可能となり、発生ガスはＵＡＳＢ処理水と共に系外に排出されていた。
【符号の説明】
【００５２】
１ 低濃度有機性排水、下水
２ 固液分離水
３ 第１の濃縮汚泥
４、４’酸発酵処理水
５、５’混合槽出口水
６ メタン発酵処理水、ＵＡＳＢ処理水
７ 第２の濃縮汚泥
８ メタン回収槽処理水
１０ 固液分離装置
２０ 酸発酵槽
３０ 混合槽、分配槽
４０ メタン発酵処理槽、ＵＡＳＢ槽
４１ ＧＳＳ（気固液分離部）
４２ 汚泥床
５０ 制御装置
５１ 第１の開閉装置、バルブ
５２ 第２の開閉装置、バルブ
５３ 第３の開閉装置、バルブ
５４ 第４の開閉装置、バルブ
６１ 移送装置（第１の濃縮汚泥３の移送ポンプ、移送先：酸発酵槽２０）
６２ 移送装置（酸発酵処理水４（４’）の移送ポンプ、移送先：混合槽３０）
６３ 移送装置（第２の濃縮汚泥７の移送ポンプ、移送先：酸発酵槽２０）
７０ 溶存メタン回収槽
１０１、１０１’、１０２、１０３ 有機性排水処理装置
２０１ 従来のメタン発酵処理装置
ｇ１ メタンガス
ｇ２ 空気
ｇ３ 排ガス
ｇ４ 混合ガス
ｈ１ ＵＡＳＢ槽における有効水深（ｈ１＝ｈ２＋ｈ３＋ｈ４）
ｈ２ ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥を酸発酵槽へ送る配管位置（有効水深５ｍの場合は通常１ｍとする。）
ｈ２＋ｈ３ ＵＡＳＢ槽内における限界汚泥界面高さ（ｈ３＝２．５〜３ｍ、有効水深５ｍの場合）
ｈ４ ＵＡＳＢ槽の上部水面から限界汚泥界面までの距離（ＵＡＳＢ槽上部水面から汚泥界面計を用いて測定した場合の実測値）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水、下水等の低濃度有機性排水をメタン発酵処理する、酸発酵槽を備えた有機性排水処理装置、および有機性排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水をメタン発酵処理する技術は、有機性排水を好気性生物処理する技術に比べて、（１）汚泥発生量が少ない、（２）ブロワ−などの電気代が不要なためランニングコストがかからない、（３）発生したメタンガスを有効利用できる、等のメリットがあるため、近年、ＣＯＤｃｒ濃度２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上の有機性排水を対象に普及している。メタン発酵処理には、ＵＡＳＢ（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket（上向流嫌気性汚泥床）の略）法、固定床法、流動床法等のメタン発酵処理方式が用いられる。特に、ＵＡＳＢ法は、嫌気性微生物の自己造粒機能を利用して、沈降性の優れたグラニュ−ル汚泥を槽内に高濃度に保持できるため、ＣＯＤｃｒ負荷１０〜３０ｋｇ／ｍ３／ｄというような高い負荷をかけることができる。上記理由により、ＵＡＳＢ法は国内外の有機性排水をメタン発酵処理する方法として最も普及している。
【０００３】
一方で、ブラジル、インド、東南アジア等の温暖化地域においては、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水を対象とし、好気性生物処理（具体的には活性汚泥処理）の前処理としてＵＡＳＢ処理するケ−スが見られる。
【０００４】
しかし、日本のように冬期の気温が０〜１０℃に下がる地域では、処理対象である下水の温度が５〜１５℃と低い。そのため、下水をＵＡＳＢ処理すると、ＵＡＳＢ槽内の温度も５〜１５℃と低温になり槽内の嫌気性菌の活動が抑制される。また、ＵＡＳＢ槽内に懸濁物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ、以下ＳＳとする）が溜まり、ＵＡＳＢ処理ができない状態となる。なお、図８に従来のメタン発酵処理装置の構成図を示す。
【０００５】
また、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合、ＵＡＳＢ槽の加温に多量のエネルギ−を必要とし、ＣＯＤｃｒ濃度１０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上の有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合に比べ経済的ではない。こうした理由のため、寒冷地では、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水にメタン発酵処理を適用することができなかった。このため、下水等の有機性排水の処理には活性汚泥処理法が適用されてきた。このように従来技術では、活性汚泥処理でのブロワ−などの電気代、汚泥処理費等のランニングコストがかかっていた。
【０００６】
ところで、接触効率が良好で負荷が大きくとれるＵＡＳＢ処理をするために、排水中の固形成分を固形分離し、分離汚泥を可溶化処理した後メタン発酵処理する例として特許文献１が挙げられる。特許文献１には、でんぷん工場廃液、ビール工場廃液、酸発酵廃液等の高濃度有機性排水（一般的に、ＣＯＤｃｒ濃度が２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上）を対象とした嫌気性消化処理装置であって、可溶化槽を備えた嫌気性消化処理装置が開示されている。この装置では、有機性排水を沈殿槽で固液分離し、分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、可溶化槽で高温条件（５０〜９０℃）で可溶化し、可溶化処理液と沈殿槽の上澄み液を嫌気性処理装置（メタン発酵処理槽）に導入する（段落０００８、図３）。さらに、嫌気性処理装置で発生したメタンガスを燃焼させ、生じた熱により可溶化槽を加温する（段落００１１）。
【０００７】
しかし、下水等のＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの有機性排水をメタン発酵処理した場合は、ＣＯＤｃｒ濃度２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ以上の有機性排水をメタン発酵処理した場合と比べ、発生するメタンガスの量が少ない。また、グラニュール汚泥を維持するために通水速度に制限があり、ＵＡＳＢ槽での有機物負荷を取れない。また、発生したメタンガスの一部は有機性排水中に溶存メタンとして存在し、結果として、回収できるメタンガスの量がさらに少なくなる。このため、特許文献１に開示された嫌気性消化処理装置を用いて、下水等の有機性排水を処理しようとしても、回収したメタンガスだけでは可溶化槽を高温条件（５０〜９０℃）に維持できない。高温条件に維持するためには別途熱エネルギーが必要であり、かえってコスト高となり好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、低濃度有機性排水をメタン発酵処理する、酸発酵槽を備えた有機性排水処理装置であって、有機性排水が低水温であってもメタン発酵処理を適用できる有機性排水処理装置、および、有機性排水処理方法を提供することを目的とする。なお、「低水温」とは、メタン発酵処理槽中の水温であって、２０℃以下、特に１０〜１５℃の水温をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様に係る有機性排水処理装置１０１は、例えば図１に示すように、低濃度有機性排水１を固液分離し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分ける固液分離装置１０と；第１の濃縮汚泥３を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽２０と；固液分離水２と酸発酵槽２０で処理された酸発酵処理水４を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽３０と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽４０とを備える。
なお、本明細書において、「低濃度有機性排水」とは、ＣＯＤｃｒ値が１０００ｍｇ／Ｌ以下の有機性排水をいう。「所定の温度」とは、好ましくは２０〜３５℃、下水水温と発生ガスの熱エネルギ−から判断するとより好ましくは２０〜２５℃の範囲である。「酸発酵処理」とは、有機物中の多糖や蛋白質、脂質などの高分子物質がまず、単糖やアミノ酸、その他の単位構成分子に加水分解され、その後、酢酸、プロピオン酸等の揮発性脂肪酸や乳酸、コハク酸、更にはエタノ−ルなどのアルコ−ル類、水素、二酸化炭素などに分解される一連の処理を含む。酸生成に関与する微生物は通性嫌気菌である。「メタン発酵処理」とは、ＯＲＰが−３３０ｍＶ以下の範囲で行なう嫌気性生物学的処理をいう。「発酵ガス」とは、主にＣＯ２ガスであり、一部Ｈ２ガスを含む。
【００１１】
このように構成すると、固液分離装置により低濃度有機性排水に含まれる汚泥を分離し濃縮することができる。そのため、所定の温度に維持された酸発酵槽での濃縮汚泥の加温において、有機性排水を直接加温する場合に比べ、加温に必要なエネルギーを減らすことができる。さらに、酸発酵槽において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵槽において発生する発酵ガスを混合槽において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理槽に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。すなわち、酸発酵槽の汚泥濃度は１００００ｍｇ／Ｌから２００００ｍｇ／Ｌと高いため、発酵ガスの一部は汚泥と共に同伴する。そのため、その状態で固液分離水と混合し、ＵＡＳＢ槽に投入すると、ＵＡＳＢ槽内でスカム発生の原因となる。したがって、混合槽において固液分離水や流入下水と混合した際、酸発酵処理汚泥に同伴した発酵ガスを分離する必要がある。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る有機性排水処理装置１０２は、例えば図３に示すように、メタン発酵処理槽４０から排出された第２の濃縮汚泥７を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽２０と；低濃度有機性排水１および酸発酵槽２０で処理された酸発酵処理水４’を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽３０と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５’をメタン発酵処理する、メタン発酵処理槽４０とを備える。
【００１３】
このように構成すると、低濃度有機性排水の水温によりメタン発酵処理槽内にＳＳ分が溜まり、汚泥の界面が上昇する場合であっても、槽内の濃縮汚泥を排出させることにより界面の上昇を防ぐことができる。また、酸発酵槽において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵槽において発生する発酵ガスを混合槽において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理槽に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の第３の態様に係る有機性排水処理方法は、例えば図１に示すように、低濃度有機性排水１を固液分離し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分ける分離工程と；第１の濃縮汚泥３を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；固液分離水２と酸発酵工程で処理された酸発酵処理水４を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える。
【００１５】
このように構成すると、分離工程により低濃度有機性排水に含まれる汚泥を分離し濃縮することができる。そのため、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程での濃縮汚泥の加温において、有機性排水を直接加温する場合に比べ、加温に必要なエネルギーを減らすことができる。さらに、酸発酵工程において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発酵工程において発生する発酵ガスを混合工程において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理工程に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第４の態様に係る有機性排水処理方法は、例えば図３に示すように、メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥７を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；低濃度有機性排水１および酸発酵工程で処理された酸発酵処理水４’を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；発酵ガスが分離された混合槽出口水５’をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える。
【００１７】
このように構成すると、低濃度有機性排水の水温によりメタン発酵処理工程においてＳＳ分が溜まり、汚泥の界面が上昇する場合であっても、濃縮汚泥を排出させることにより界面の上昇を防ぐことができる。また、酸発酵工程において、濃縮汚泥中に含まれる固形物（ＳＳ分）の一部は、加水分解、有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（酢酸、プロピオン酸等）に変換される。そのため、こうした物質の存在によりメタン菌の活性を維持し、低水温の有機性排水であってもメタン発酵処理を良好に行なうことができる。また、酸発
酵工程において発生する発酵ガスを混合工程において混合水から分離することができる。そのため、発酵ガスがメタン発酵処理工程に流入し、スカムを発生させるのを防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第５の態様に係る有機性排水処理装置１０３は、上記本発明の第１の態様に係る有機性排水処理装置１０１において、例えば図５に示すように、固液分離装置１０で分離された第１の濃縮汚泥３を酸発酵槽２０に移送する流路に、流路を開閉する第１の開閉装置５１と；メタン発酵処理槽４０から排出された第２の濃縮汚泥７を酸発酵槽２０に移送する流路に、流路を開閉する第２の開閉装置５２と；メタン発酵槽４０内の温度を計測する温度測定装置と；メタン発酵槽４０内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備え；前記温度測定装置と前記高さ測定装置の測定値に基づいて、第１の開閉装置５１と第２の開閉装置５２を開閉する。
【００１９】
このように構成すると、酸発酵槽において第１の濃縮汚泥と第２の濃縮汚泥のどちらも酸発酵処理することができる。また、メタン発酵槽４０内の水温およびメタン発酵槽４０内の汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することにより、メタン発酵槽４０内の水温およびメタン発酵槽４０内の汚泥界面の高さに合わせたメタン発酵処理が可能となる。
【００２０】
本発明の第６の態様に係る有機性排水処理方法は、上記本発明の第３の態様に係る有機性排水処理方法において、例えば図５に示すように、前記メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥７を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；前記メタン発酵処理工程での処理温度と、前記メタン発酵処理工程での汚泥界面の高さに基づいて、第１の濃縮汚泥３または第２の濃縮汚泥７を前記酸発酵工程への移送する工程とを備える。
【００２１】
このように構成すると、酸発酵工程において第１の濃縮汚泥と第２の濃縮汚泥のどちらも酸発酵処理することができる。また、メタン発酵処理工程での処理温度と汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することにより、メタン発酵処理工程での処理温度と汚泥界面の高さに合わせたメタン発酵処理が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、固形物の酸発酵処理とメタン発酵処理とを組み合わせて、低濃度の有機性排水を低水温においてもメタン発酵処理に適用することができる。そのため、低濃度の有機性排水を活性汚泥単独処理する場合に比べて、設備の電気代、汚泥処理費等のランニングコストを大幅に削減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１の構成図である。
【図２】有機性排水処理装置１０１が備える混合槽３０およびＵＡＳＢ槽４０の概略図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０２の構成図である。
【図４】有機性排水処理装置１０２が備える混合槽３０およびＵＡＳＢ槽４０の概略図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０３の構成図である。
【図６】図１、図３、図５、図８の各装置を選択する判断基準を示すフロ−チャ−トである。
【図７】有機性排水処理装置１０１に溶存メタン回収槽６０を追加した有機性排水処理装置１０１’の構成図である。
【図８】従来のメタン発酵処理装置の構成図である。
【図９】実施例１、２、３、４、比較例１、２、３、４で用いた原水性状の表（表１）を示す図である。
【図１０】実施例１、２、３、４、比較例１、２、３、４で用いた装置の仕様の表（表２）を示す図である。
【図１１】実施例１、２、比較例１、２の実験条件の表（表３）を示す図である。
【図１２】実施例１、２、比較例１、２の実験結果の表（表４）を示す図である。
【図１３】Ｒｕｎ１の実験結果を示すグラフである。
【図１４】Ｒｕｎ２の実験結果を示すグラフである。
【図１５】実施例３、４、比較例３、４の実験結果の表（表５）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一または相当する部分には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。特に、メタン発酵処理には、ＵＡＳＢ法、固定床法、流動床法のいずれも適用できる。以下の実施の形態では、メタン発酵処理に最も適しているＵＡＳＢ法を例にとり説明する。
【００２５】
本発明の有機性排水処理装置および有機性排水処理方法は、低濃度有機性排水が低水温であってもメタン発酵処理を適用するという目的を、酸発酵槽（酸発酵工程）を備えるという構成により実現した。
【００２６】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１について説明する。有機性排水処理装置１０１は、固液分離装置１０、酸発酵槽２０、混合槽３０、メタン発酵処理槽としてのＵＡＳＢ槽４０を備える。図１に示すように、低濃度有機性排水としての下水１は、固液分離装置１０に入り、排水中の沈降性の良いＳＳ分が沈降し、固液分離水２と第１の濃縮汚泥３に分離される。第１の濃縮汚泥３は、酸発酵槽２０に供給され、酸発酵処理される。酸発酵処理された酸発酵処理水４と、固液分離水２は、混合槽３０に供給され混合される。混合された混合槽出口水５は、ＵＡＳＢ槽４０に供給され、メタン発酵処理される。なお、下水１、固液分離水２、濃縮汚泥３、酸発酵処理水４、混合槽出口水５、メタン発酵処理水６等が通過する流路は、これらを移送できる流路として、例えば配管を用いることができる。
【００２７】
固液分離装置１０には、沈殿池、遠心分離機、スクリーン、スクリュープレス等の固液分離装置が好ましい。下水のような大水量で低ＳＳ濃度の固形物を無薬注にて固液分離するためには、設備面、維持管理面からみてスケ−ルアップ容易であること、ランニングコストが低く、維持管理が容易であること等から沈殿池が適している。よって、処理対象となる有機性排水が水量の多い下水の場合は、沈殿池が特に好ましい。すなわち、固液分離装置１０は、従来の活性汚泥処理で用いられている最初沈殿池であってもよい。
【００２８】
酸発酵槽２０は、汚泥の撹拌が可能な槽であればよい。撹拌には、撹拌機を設置してもよく、空気等のガスを曝気してもよい。また、酸発酵槽２０は外部熱源を備える。加熱用の熱源には、ＵＡＳＢ槽４０から回収されたメタンガスｇ１をボイラーで蒸気に変換して利用することができる。酸発酵槽２０内の温度は、好ましくは２０〜３５℃、下水水温と発生ガスの熱エネルギ−から判断するとより好ましくは２０〜２５℃の範囲である。このように、酸発酵槽２０に流入した第１の濃縮汚泥３は、外部熱源により２０℃以上に加温され、酸発酵処理される。酸発酵槽２０では、有機性排水中に含まれる、そのままの状態では微生物が分解できない固形物（ＳＳ分）が、酸生成菌による有機酸発酵を経て、溶解性の有機物（プロピオン酸、酢酸等）に変換される。
【００２９】
酸発酵処理が行なわれる酸発酵槽２０のＨＲＴ（Hydraulic Retention Time：水理学的滞留時間）は、溶解性有機物濃度（Ｓ−ＣＯＤｃｒ）および酢酸・プロピオン酸・乳酸等の揮発性脂肪酸濃度（Volatile Fatty Acid、以下ＶＦＡと略す）により決定する。すなわち、ＣＯＤｃｒの可溶化比（Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比が一定値を示したときのＨＲＴを最適ＨＲＴとする。
例えば、最初沈殿池汚泥の場合、酸発酵処理におけるＨＲＴを２日とすると、酸発酵槽の温度２０℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１５〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．３〜０．４、酸発酵槽の温度２５℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１５〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒは０．５５〜０．６５となる。一方、ＵＡＳＢの濃縮汚泥の場合、酸発酵処理におけるＨＲＴを２日とすると、酸発酵槽の温度２０℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１０〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．１３〜０．２０、酸発酵槽の温度２５℃で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１０〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．３５〜０．４５となる。このように、最初沈殿池汚泥、ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥共に酸発酵槽の温度が高くなると酸生成菌の活性が上がるため、ＨＲＴは短縮され、水温２０℃で最適ＨＲＴは２〜３日、水温２５℃で最適ＨＲＴは１〜２日、水温３０℃で最適ＨＲＴは０．５〜１．５日となる。ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥は排水中の有機物がＵＡＳＢ槽で嫌気性菌により一部分解された後のものなので、最初沈殿池汚泥とＵＡＳＢ槽では、濃縮汚泥のＳ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は、共にＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥の方が小さい値になる。
【００３０】
酸発酵槽２０の濃縮汚泥の撹拌は、連続的あるいは間欠撹拌にて行なうことが好ましい。酸発酵槽２０内のＭＬＳＳ濃度が２００００〜４００００ｍｇ／Ｌと高濃度であるため、汚泥を均一に撹拌するための動力がかかる。しかし、撹拌が強いと生成した有機酸が揮発あるいは酸化され減少する。したがって、酸発酵槽の撹拌は間欠に行なう。１〜２時間の間隔で、５〜１５分の間欠撹拌を行なうことが好ましい。
【００３１】
図２に、混合槽３０において固液分離水２と酸発酵処理水４を混合した後、混合槽出口水５をＵＡＳＢ槽４０に通水する様子を示す。混合槽３０では、図２に示すように、混合槽としての分配槽３０に混合水を一時的に滞留させ、大気と接触させることにより、酸発酵処理によって生じた発酵ガスを混合水から分離する。分配槽３０では、混合水を迂流、自然流下、オーバーフロー等させて、含有する発酵ガスを分離してもよい。また、混合槽３０は、内部に撹拌機を備えても良い。発酵ガスを分離することにより、ＵＡＳＢ槽４０内において発酵ガスによるスカムの発生を抑制し、ＵＡＳＢ処理を良好に行なうことができる。
【００３２】
ＵＡＳＢ槽４０は、内部にＧＳＳ４１（気固液分離部）、汚泥床４２を有する。さらに、汚泥床４２中の濃縮汚泥（第２の濃縮汚泥）を脱水工程へ移送する流路、例えば配管を有する。ＵＡＳＢ処理では、低濃度有機性排水に含まれた有機物や、酸発酵により生成した溶解性有機物、酢酸・プロピオン酸等の有機酸が、ＵＡＳＢ槽４０内の嫌気性菌により、メタンと二酸化炭素に分解される。
【００３３】
なお、下水は一般的にＣＯＤｃｒ濃度４００〜１０００ｍｇ／Ｌの低濃度有機性排水であるため、メタン発酵処理槽（ＵＡＳＢ槽）でのＣＯＤｃｒ容積負荷が１ｋｇ／ｍ３／ｄと低い。そのため、食品製造排水のような高濃度有機性排水のメタン発酵処理に比べ、発生メタンガスの量は少ない。また、低濃度有機性排水のメタン発酵処理では、メタン発酵処理槽で発生したメタンガスの４０〜６０％はメタン発酵処理水に溶存し、系外に排出される。したがって、低濃度有機性排水のメタン発酵処理で得られるメタンガスからの熱エネルギー量には制約がある。下水のＳＳ濃度は通常２００ｍｇ／Ｌであり、この状態で、メタン発酵で発生したガスをボイラ−にて蒸気に変換し加温エネルギ−として利用しても水温を上げることは難しい。その点、ＳＳを固液分離して濃縮汚泥濃度（２００００〜４００００ｍｇ／Ｌ）として、約１００〜２００倍に濃縮すれば、酸発酵槽内の温度を5〜１０℃上昇させることができる。したがって、酸発酵槽の温度を２０℃以上にするためには、メタン発酵処理において固液分離装置としての最初沈殿池やメタン発酵処理槽の温度が、１０〜１５℃以上であることが好ましい。
【００３４】
また、下水のような低濃度有機性排水のＵＡＳＢ処理では、ＣＯＤｃｒ容積負荷は１ｋｇ／ｍ３／ｄである。一方で、食品産業排水のような高濃度有機性排水のＵＡＳＢ処理では、ＣＯＤｃｒ容積負荷は１０〜２０ｋｇ／ｍ３／ｄである。すなわち、低濃度有機性排水は、高濃度有機性排水に比べ有機物負荷が１／１０〜１／２０と低く、嫌気性菌の密度が低くなり、汚泥床のグラニュール汚泥の粒径は０．１〜０．５ｍｍと小さなものになる。グラニュ−ル汚泥の沈降速度と流入ＳＳの沈降速度の差が、高濃度有機性排水に適用されている従来のＵＡＳＢグラニュ−ル汚泥に比べて小さいため、流入するＳＳ濃度、排水の性状によっては、ＵＡＳＢ槽内でのスカムの発生が多くなり、ＵＡＳＢ槽内の汚泥の維持が困難になる場合がある。こうした理由から、固液分離水２と酸発酵処理水４とを混合した後の混合水は、ＳＳ濃度を２０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましく、特に１０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましい。
【００３５】
図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０２について説明する。有機性排水処理装置１０２は、酸発酵槽２０、混合槽３０、メタン発酵処理槽としてのＵＡＳＢ槽４０を備える。図３に示すように、低濃度有機性排水としての下水１は、混合槽３０に供給される。一方で、ＵＡＳＢ槽４０内から排出される第２の濃縮汚泥７は、酸発酵槽２０に供給され、酸発酵処理される。処理された酸発酵処理水４’は、混合槽３０に供給される。混合槽３０では、下水１と酸発酵処理水４’が混合され、混合槽出口水５’がＵＡＳＢ槽４０に供給されメタン発酵処理される。
なお、有機性排水処理装置１０１について記載した理由と同様の理由から、流入下水１と酸発酵処理水４’とを混合した後の混合水は、ＳＳ濃度を２０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましく、特に１０００ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましい。
【００３６】
図４に、混合槽３０において下水１と酸発酵処理水４’を混合した後、混合槽出口水５’をＵＡＳＢ槽４０に通水する様子を示す。図４では、ＵＡＳＢ槽４０内から排出される第２の濃縮汚泥７を酸発酵槽２０に供給する流路を、第２の濃縮汚泥７を脱水工程へ移送する流路から分岐させているが、これらの流路は別々に備えてもよい。
【００３７】
冬期等に下水１の温度が１５〜２０℃以下に下がると、ＵＡＳＢ槽４０内の嫌気性菌の活性が低下する。嫌気性菌の中で、特に酸生成菌が水温の影響を受けると、下水１中のＳＳ分は酸発酵しにくくなり、ＳＳ分が汚泥床に多く蓄積し、汚泥床の界面が上昇する。このため、有機性排水処理装置１０２では図３に示すように、ＵＡＳＢ槽４０下部の汚泥濃度の高い箇所（ＭＬＳＳ２０，０００〜４０，０００ｍｇ／Ｌ）から汚泥を排出させ、酸発酵槽２０に供給する。酸発酵槽２０では、外部熱源を用いて汚泥を２０℃以上に加温し、酸発酵処理する。酸発酵処理水４’は、下水１と混合されＵＡＳＢ槽４０に供給される。酸発酵により、溶解性有機物、酢酸・プロピオン酸等の有機酸が生成される。これらの有機物は、ＵＡＳＢ槽４０内の嫌気性菌により、メタンと二酸化炭素に分解される。
【００３８】
年間を通して外気温が低い地域（例えば、日本では北海道、海外ではドイツ、デンマーク等の北ヨーロッパ）では、下水をメタン発酵処理すると、メタン発酵処理槽（例えばＵＡＳＢ槽）の温度は、１５〜２０℃以下になる場合が多く、メタン発酵処理槽内で流入ＳＳ分の蓄積が多くなる。したがって、このような地域では、第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１（図１）を適用する。
一方で、年間を通して外気温が１５℃以上の温暖化地域（例えば、日本では四国南部、九州南部等、海外では東南アジア、インド、ブラジル等）では、下水をメタン発酵処理すると、メタン発酵処理槽（例えばＵＡＳＢ槽）の温度は、１５〜２０℃以上になる場合が多く、メタン発酵処理槽内での汚泥の蓄積は少なくなる。しかし、このような地域でも、気象条件の変化により冬期での急激な気温低下や流入ＳＳ濃度変化によりＵＡＳＢ槽内に汚泥が蓄積する場合が考えられる。また、メタン発酵処理での発生ガス量を増やす目的で、ＵＡＳＢ槽内に残存した有機物の一部を酸発酵処理することは有効な方法である。以上のような場合には、第２の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０２（図３）を適用する。
【００３９】
図５を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０３について説明する。有機性排水処理装置１０３は、図１に示す有機性排水処理装置１０１において、移送装置６３（移送先：酸発酵槽２０）によって、ＵＡＳＢ処理槽４０から第２の濃縮汚泥７が排出され、酸発酵槽２０に供給されて酸発酵処理される。すなわち、有機性排水処理装置１０１（図１）と有機性排水処理装置１０２（図３）の両装置の構成を備える。さらに、有機性排水処理装置１０３では、固液分離装置１０で分離された第１の濃縮汚泥３は、移送装置６１（移送先：酸発酵槽２０）によって酸発酵２０に供給され酸発酵処理される。固液分離装置１０から酸発酵槽２０にいたる流路には、流路を開閉する第１の開閉装置としてのバルブ５１と、ＵＡＳＢ槽４０から排出された第２の濃縮汚泥７を酸発酵槽２０に移送する流路には、流路を開閉する第２の開閉装置としてのバルブ５２とを備える。また、低濃度有機性排水である下水１から固液分離装置１０にいたる流路、および固液分離装置１０前で該流路から分岐し固液分離装置１０をバイパスして混合槽３０にいたる流路にそれぞれ、第３の開閉装置としてのバルブ５３、第４の開閉装置としてのバルブ５４を備える。さらに、ＵＡＳＢ槽４０内の温度を計測する温度測定装置としての温度計と、ＵＡＳＢ槽４０内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備える。
【００４０】
有機性排水処理装置１０３では、制御装置５０を備えることにより、温度計と高さ測定装置の測定値に基づいて、をオン・オフする制御も制御装置５０により行われる。酸発酵処理水４（４’）を移送するポンプ６２は、酸発酵槽２０の液レベル（図示せず）によりオン・オフ制御される。すなわち、酸発酵槽２０の液レベルがある一定以上のレベル（高レベル）になった時に移送ポンプ６２はオンとなり、酸発酵処理水４（４’）を混合槽３０に移送する。酸発酵槽２０の液レベルがある一定未満のレベル（低レベル）になった時に移送ポンプ６２はオフとなる。
なお、ＵＡＳＢ槽の水温は気温の影響を受け、月単位の長いスパンで変化する。したがって、第１の開閉装置としてのバルブ５１、第３の開閉装置としてのバルブ５３、第４の開閉装置としてのバルブ５４の開閉は、常に自動制御により行なう必要はなく、手動により開閉可能なものであってもよい。同様に、第２の開閉装置としてのバルブ５２も必要に応じて手動により開閉可能であってもよい。
【００４１】
このように、有機性排水処理装置１０３では、ＵＡＳＢ槽４０内の水温およびＵＡＳＢ槽４０内の汚泥界面の高さを考慮して酸発酵処理する汚泥を選択することができる。なお、流路とは、処理水や汚泥を移送できればよく、例えば配管を用いることができる。
また、有機性排水処理装置１０１（図１）および有機性排水処理装置１０２（図３）では、バルブ５１、５２、５３、および移送ポンプ６１、６２、６３は省略されている。
【００４２】
図６にＵＡＳＢ槽内温度、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さによる、濃縮汚泥の酸発酵槽への供給ケースを示す。ＵＡＳＢ槽内温度が適正であり、さらにＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正な場合は前処理（酸発酵処理）なし（図８）となる。ＵＡＳＢ槽内温度が適正であるが、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正でない場合は、ＵＡＳＢ槽内汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水とを混合後ＵＡＳＢ槽に供給する（図３）。ＵＡＳＢ槽内温度が適正でないが、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正な場合は、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する（図１）。ＵＡＳＢ槽内温度が適正でなく、さらにＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さが適正でない場合は、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する。さらに、ＵＡＳＢ槽汚泥の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する（図５）。
ここで、ＵＡＳＢ槽内温度が適正な場合とはＵＡＳＢ水温１５℃以上、好ましくは２０℃以上として設定する。適正なＵＡＳＢ槽内汚泥界面高さとは、有効水深５ｍの場合、汚泥界面高さ２．０〜３．０ｍ（有効水深の４０〜６０％）が適正といえる。汚泥界面高さが３．５ｍ（有効水深の７０％）以上になった場合は、濃縮汚泥を酸発酵処理する必要がある。
ＵＡＳＢ槽内温度は、槽底部から１．０ｍ、槽底部から３ｍの箇所２箇所に温度計を設置し、その平均温度が適正温度範囲かどうかを判断することが好ましい。汚泥界面高さはＭＬＳＳ濃度計（光電式）等を用いて測定する。
【００４３】
図７に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る有機性排水処理装置１０１は、ＵＡＳＢ槽４０の下流に溶存メタン回収槽７０を備えてもよい。有機性排水処理装置１０２、１０３についても同様である。
酸発酵に関与する酸生成菌は、通性嫌気性菌である。よって、図７に示すように、酸発酵槽２０において汚泥の撹拌の代わりに空気ｇ２を吹き込み、汚泥の撹拌と同時に酸発酵処理を進める。酸発酵処理により空気中の酸素は消費され、二酸化炭素が生成される。酸発酵槽２０からの排ガスｇ３をメタン発酵処理槽４０の後段に配置された溶存メタン回収槽７０に吹き込み、メタン発酵処理水６中の溶存メタンを追い出しメタンガスを含む混合ガスｇ４として回収する。なお、空気ｇ２の代わりに酸素を含有する気体を用いてもよい。
【実施例】
【００４４】
以下に本発明の実施例を説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図９の表１に本実施例に用いた原水の性状を示す。平均値を見ると、ＳＳ濃度１６２ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤｃｒ４０２ｍｇ／Ｌ、Ｓ−ＣＯＤｃｒ９６ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ１６５ｍｇ／Ｌ、Ｓ−ＢＯＤ３９ｍｇ／Ｌであった。
図１０の表２に本実施例で用いた装置の仕様を示す。メタン発酵には、ＵＡＳＢ槽（有効容量９４０Ｌ）を用いた。酸発酵には、酸発酵槽（有効容量６０Ｌ）を用いた。ＵＡＳＢ槽本体は鋼板製であり、ＧＳＳ部分は透明塩ビ製である。ＵＡＳＢ槽内の温度調整はバンドヒーターと温度コントローラーを用いて行なった。酸発酵槽内の撹拌は撹拌機で行なった。酸発酵槽内の温度調整は、ＵＡＳＢ槽と同様にバンドヒーターと温度コントローラーを用いて行なった。
【００４５】
［実施例１／比較例１］
図１１の表３に実施例１と比較例１の条件を示す。実施例１、比較例１ともに原水水量２．８２ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ槽のＨＲＴ８ｈ、ＵＡＳＢ槽内温度１０〜２０℃（Ｒｕｎ１−１：２０℃、Ｒｕｎ１−２：１５℃、Ｒｕｎ１−３：１０℃）の条件で実験を行なった。実施例１のＲｕｎ１−１（ＵＡＳＢ水温２０℃）では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。Ｒｕｎ１−２（ＵＡＳＢ水温１５℃）、Ｒｕｎ１−３（ＵＡＳＢ水温１０℃）では、図１に示す有機性排水処理装置１０１の処理フローを用いた。最初沈殿池（固液分離装置）の水面積負荷は３２．５ｍ３／ｍ２／ｄ、最初沈殿池からの濃縮汚泥量は０．０３０ｍ３／ｄ、濃縮汚泥濃度は２００００ｍｇ／Ｌであった。酸発酵槽の温度は、２５℃、ＨＲＴは２ｄとした。比較例１のＲｕｎ１−１〜Ｒｕｎ１−３では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。
【００４６】
図１２に実験結果のまとめ（１）および図１３に実験結果（１）を示す。比較例１では、Ｒｕｎ１−１（ＵＡＳＢ水温２０℃）、Ｒｕｎ１−２（ＵＡＳＢ水温１５℃）、Ｒｕｎ１−３（ＵＡＳＢ水温１０℃）と段階的にＵＡＳＢ槽の水温が低下するのに伴い、ガス発生量の顕著な低下（実験経過後６０日目：１９２Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：１２０Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：６０Ｌ／ｄ）が見られた。メタン発酵処理が水温の影響を受けたためであり、その結果、ＵＡＳＢ槽内の未分解のＳＳ分が増え、汚泥界面の上昇が顕著となった（実験経過後６０日目：２．６ｍ、実験経過後１２０日目：３．３ｍ、実験経過後１８０日目：４．５ｍ）。
一方で、実施例１ではＲｕｎ１−２（ＵＡＳＢ水温１５℃）から、原水を固液分離装置としての最初沈殿池に供給して固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵槽に供給した。酸発酵槽は水温２５℃、ＨＲＴ２ｄの条件で、酸発酵処理した後、固液分離装置の分離水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給した。その結果、ＵＡＳＢ槽内温度が１０〜１５℃に低下した期間においても、ガス発生量の顕著な低下は見られず、メタン発酵処理は良好に行なわれた（実験経過後６０日目：１９１Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：１９１Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：１６０Ｌ／ｄ）。さらに、ＵＡＳＢ槽内の未分解ＳＳ分の増加はなく、汚泥界面の上昇は見られなかった（実験経過後６０日目：２．７ｍ、実験経過後１２０日目：２．７ｍ、実験経過後１８０日目：２．８ｍ）。
【００４７】
［実施例２／比較例２］
図１１の表３に実施例２と比較例２の条件を示す。実施例２、比較例２ともに原水水量２．８２ｍ３／ｄ、ＵＡＳＢ槽のＨＲＴ８ｈ、ＵＡＳＢ槽内温度１５〜２５℃（Ｒｕｎ２−１：２５℃、Ｒｕｎ２−２：２０℃、Ｒｕｎ２−３：１５℃）の条件で実験を行なった。実施例２のＲｕｎ２−１（ＵＡＳＢ水温２５℃）、Ｒｕｎ２−２（ＵＡＳＢ水温２０℃）では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。Ｒｕｎ２−３（ＵＡＳＢ水温１５℃）では、図３に示す有機性排水処理装置１０２の処理フローを用いた。ＵＡＳＢ槽底部から１ｍの箇所にある排出汚泥管よりＵＡＳＢ槽内の汚泥を排出させた。ＵＡＳＢ槽からの濃縮汚泥の排出量は０．０１５ｍ３／ｄ、濃縮汚泥濃度は４００００ｍｇ／Ｌであった。酸発酵槽の温度は２５℃、ＨＲＴは２ｄとした。比較例２のＲｕｎ２−１〜Ｒｕｎ２−３では、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローを用いた。
【００４８】
図１２に実験結果のまとめ（１）および図１４に実験結果（２）を示す。比較例２では、Ｒｕｎ２−１（ＵＡＳＢ水温２５℃）、Ｒｕｎ２−２（ＵＡＳＢ水温２０℃）まではガス発生量の低下は見られなかった。しかし、Ｒｕｎ２−３（ＵＡＳＢ水温水温１５℃）になると、ガス発生量の低下（実験経過後６０日目：２１１Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：１９０Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：１３０Ｌ／ｄ）が見られた。メタン発酵処理が水温の影響を受けたためであり、その結果この期間は、ＵＡＳＢ槽内の未分解のＳＳ分が増え、汚泥界面の上昇が見られた（実験経過後６０日目：３．２ｍ、実験経過後１２０日目：３．４、実験経過後１８０日目：４．０ｍ）。
一方で、実施例２ではＲｕｎ２−３（ＵＡＳＢ水温１５℃）になった時点で、ＵＡＳＢ槽底部から１．０ｍの位置から汚泥を０．０１５ｍ３／ｄ排出させ、酸発酵槽に供給した。酸発酵槽は水温２５℃、ＨＲＴ２ｄの条件で、酸発酵処理した後、原水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給した。その結果、ＵＡＳＢ槽内温度が１５℃に低下した期間においても、ガス発生量の低下は見られず、メタン発酵処理は良好に行なわれた（実験経過後６０日目：２３０Ｌ／ｄ、実験経過後１２０日目：２１０Ｌ／ｄ、実験経過後１８０日目：１９８Ｌ／ｄ）。さらに、ＵＡＳＢ槽内の未分解ＳＳ分の増加はなく、汚泥界面の上昇は見られなかった（実験経過後６０日目：３．１ｍ、実験経過後１２０日目：３．２ｍ、実験経過後１８０日目：３．４ｍ）。
【００４９】
図１５に実験結果のまとめ（２）を示す。以下、図６に示す「図３：ＵＡＳＢ槽汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給する」ケース（実施例３）、および図６に示す「図５：流入原水を固液分離し、濃縮汚泥を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給する。ＵＡＳＢ槽内汚泥の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給する」ケース（実施例４）に関し説明する。
【００５０】
［実施例３／比較例３］
ＵＡＳＢ槽内温度は２０℃であったため、図８に示す有機性排水処理装置２０１の処理フローで処理を行っていたが、ＵＡＳＢ槽内汚泥界面の許容値を超えたため（界面４ｍ）、実施例３では、ＵＡＳＢ槽汚泥の一部を酸発酵処理し、流入原水と酸発酵処理水とを混合後ＵＡＳＢ槽に供給した。すなわち、図５に示す第２の開閉装置５２を開にし、ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥（第２の濃縮汚泥）の移送ポンプ６３、酸発酵処理水の移送ポンプ６２を制御装置５０を介してオン・オフ運転を行うようにした。比較例３では図８の処理フロ−のままで処理を行った。
実験開始後６０日目において、実施例３では、汚泥界面は４．０ｍから３．５ｍに低下し、発生ガス量１９８Ｌ／日で安定した。一方、比較例３では汚泥界面は４．０ｍから４．５ｍに上昇し、ＵＡＳＢ処理水に汚泥が流出し、処理水ＳＳ濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上の高い数値となった。また同時にＧＳＳ部にスカムが溜まり発生ガス配管が閉塞し、ＧＳＳからのガス回収が不可能となり、発生ガスはＵＡＳＢ処理水と共に系外に排出されていた。
【００５１】
［実施例４／比較例４］
ＵＡＳＢ槽内温度が１３℃であったため、流入原水を固液分離し、濃縮汚泥（第１の濃縮汚泥）を酸発酵し、固液分離水と酸発酵処理水を混合後ＵＡＳＢ槽に供給していた（図1に示す有機性排水処理装置１０１の処理フロー：すなわち、図５に示す第３の開閉装置５３は開、第４の開閉装置５４は閉、第１の開閉装置５１は開、第２の開閉装置５２は閉、移送ポンプ６１、移送ポンプ６２はオン・オフ運転中、移送ポンプ６３はオフ）。ＵＡＳＢ槽内汚泥界面の許容値３．８ｍを超えたため、実施例４では、ＵＡＳＢ槽内汚泥濃縮汚泥（第２の濃縮汚泥）の一部を酸発酵処理し、固液分離水と酸発酵処理水と混合後ＵＡＳＢ槽に供給した（すなわち、第２の開閉装置５２を開、移送ポンプ６３をオン・オフ運転）。比較例４では図１の処理フローのままで処理を行った。
実験開始後３０日目において、実施例４では、汚泥界面は３．８ｍから３．３ｍに低下し、発生ガス量１５７Ｌ／日で安定した。一方、比較例４では、汚泥界面は３．８ｍから４．５ｍに上昇し、ＵＡＳＢ処理水に汚泥が流出し、処理水ＳＳ濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上の高い数値となった。また同時にＧＳＳ部にスカムが溜まり発生ガス配管が閉塞し、ＧＳＳからのガス回収が不可能となり、発生ガスはＵＡＳＢ処理水と共に系外に排出されていた。
【符号の説明】
【００５２】
１ 低濃度有機性排水、下水
２ 固液分離水
３ 第１の濃縮汚泥
４、４’酸発酵処理水
５、５’混合槽出口水
６ メタン発酵処理水、ＵＡＳＢ処理水
７ 第２の濃縮汚泥
８ メタン回収槽処理水
１０ 固液分離装置
２０ 酸発酵槽
３０ 混合槽、分配槽
４０ メタン発酵処理槽、ＵＡＳＢ槽
４１ ＧＳＳ（気固液分離部）
４２ 汚泥床
５０ 制御装置
５１ 第１の開閉装置、バルブ
５２ 第２の開閉装置、バルブ
５３ 第３の開閉装置、バルブ
５４ 第４の開閉装置、バルブ
６１ 移送装置（第１の濃縮汚泥３の移送ポンプ、移送先：酸発酵槽２０）
６２ 移送装置（酸発酵処理水４（４’）の移送ポンプ、移送先：混合槽３０）
６３ 移送装置（第２の濃縮汚泥７の移送ポンプ、移送先：酸発酵槽２０）
７０ 溶存メタン回収槽
１０１、１０１’、１０２、１０３ 有機性排水処理装置
２０１ 従来のメタン発酵処理装置
ｇ１ メタンガス
ｇ２ 空気
ｇ３ 排ガス
ｇ４ 混合ガス
ｈ１ ＵＡＳＢ槽における有効水深（ｈ１＝ｈ２＋ｈ３＋ｈ４）
ｈ２ ＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥を酸発酵槽へ送る配管位置（有効水深５ｍの場合は通常１ｍとする。）
ｈ２＋ｈ３ ＵＡＳＢ槽内における限界汚泥界面高さ（ｈ３＝２．５〜３ｍ、有効水深５ｍの場合）
ｈ４ ＵＡＳＢ槽の上部水面から限界汚泥界面までの距離（ＵＡＳＢ槽上部水面から汚泥界面計を用いて測定した場合の実測値）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と第１の濃縮汚泥に分ける固液分離装置と；
前記第１の濃縮汚泥を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽と；
前記固液分離水と前記酸発酵槽で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽とを備える；
有機性排水処理装置。
【請求項２】
メタン発酵処理槽から排出された第２の濃縮汚泥を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽と；
低濃度有機性排水および前記酸発酵槽で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理する、前記メタン発酵処理槽とを備える；
有機性排水処理装置。
【請求項３】
低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と第１の濃縮汚泥に分ける分離工程と；
前記第１の濃縮汚泥を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；
前記固液分離水と前記酸発酵工程で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える；
有機性排水処理方法。
【請求項４】
メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；
低濃度有機性排水および前記酸発酵工程で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理する前記メタン発酵処理工程とを備える；
有機性排水処理方法。
【請求項５】
前記固液分離装置で分離された前記第１の濃縮汚泥を前記酸発酵槽に移送する流路に、流路を開閉する第１の開閉装置と；
前記メタン発酵処理槽から排出された第２の濃縮汚泥を前記酸発酵槽に移送する流路に、流路を開閉する第２の開閉装置と；
前記メタン発酵槽内の温度を計測する温度測定装置と；
前記メタン発酵槽内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備え；
前記温度測定装置と前記高さ測定装置の測定値に基づいて、前記第１の開閉装置と前記第２の開閉装置を開閉する；
請求項１に記載の有機性排水処理装置。
【請求項６】
メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；
前記メタン発酵処理工程での処理温度と、前記メタン発酵処理工程での汚泥界面の高さに基づいて、前記第１の濃縮汚泥または前記第２の濃縮汚泥を前記酸発酵工程へ移送する工程を備える；
請求項３に記載の有機性排水処理方法。
【請求項１】
低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と第１の濃縮汚泥に分ける固液分離装置と；
前記第１の濃縮汚泥を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽と；
前記固液分離水と前記酸発酵槽で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理するメタン発酵処理槽とを備える；
有機性排水処理装置。
【請求項２】
メタン発酵処理槽から排出された第２の濃縮汚泥を酸発酵処理する、所定の温度に維持された酸発酵槽と；
低濃度有機性排水および前記酸発酵槽で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合槽と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理する、前記メタン発酵処理槽とを備える；
有機性排水処理装置。
【請求項３】
低濃度有機性排水を固液分離し、固液分離水と第１の濃縮汚泥に分ける分離工程と；
前記第１の濃縮汚泥を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；
前記固液分離水と前記酸発酵工程で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程とを備える；
有機性排水処理方法。
【請求項４】
メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；
低濃度有機性排水および前記酸発酵工程で処理された酸発酵処理水を混合し、該混合水中に含まれる発酵ガスを分離する混合工程と；
発酵ガスが分離された混合槽出口水をメタン発酵処理する前記メタン発酵処理工程とを備える；
有機性排水処理方法。
【請求項５】
前記固液分離装置で分離された前記第１の濃縮汚泥を前記酸発酵槽に移送する流路に、流路を開閉する第１の開閉装置と；
前記メタン発酵処理槽から排出された第２の濃縮汚泥を前記酸発酵槽に移送する流路に、流路を開閉する第２の開閉装置と；
前記メタン発酵槽内の温度を計測する温度測定装置と；
前記メタン発酵槽内の汚泥界面の高さを計測する高さ測定装置とを備え；
前記温度測定装置と前記高さ測定装置の測定値に基づいて、前記第１の開閉装置と前記第２の開閉装置を開閉する；
請求項１に記載の有機性排水処理装置。
【請求項６】
メタン発酵処理工程から排出された第２の濃縮汚泥を、所定の温度で酸発酵処理する酸発酵工程と；
前記メタン発酵処理工程での処理温度と、前記メタン発酵処理工程での汚泥界面の高さに基づいて、前記第１の濃縮汚泥または前記第２の濃縮汚泥を前記酸発酵工程へ移送する工程を備える；
請求項３に記載の有機性排水処理方法。
【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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１２−８１４０３（Ｐ２０１２−８１４０３Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９１３８（Ｐ２０１０−２２９１３８）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度から２０年度の独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構との共同研究“無曝気・省エネルギー型次世代水資源循環技術の開発”、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５９１０３０６５１）水ｉｎｇ株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度から２０年度の独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構との共同研究“無曝気・省エネルギー型次世代水資源循環技術の開発”、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５９１０３０６５１）水ｉｎｇ株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
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