特許 5873736 有機性排水の処理方法及び処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5873736

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】有機性排水の処理方法及び処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/30 20060101AFI20160216BHJP

   C02F 3/28 20060101ALI20160216BHJP

   C02F 11/04 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/30 ZZAB

   C02F3/28 Z

   C02F11/04 Z

【請求項の数】11

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-43298(P2012-43298)

(22)【出願日】2012年2月29日

(65)【公開番号】特開2013-176746(P2013-176746A)

(43)【公開日】2013年9月9日

【審査請求日】2014年4月11日

【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

(73)【特許権者】

【識別番号】591030651

【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000707

【氏名又は名称】特許業務法人竹内・市澤国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米山 豊

(72)【発明者】

【氏名】岡田 滋

(72)【発明者】

【氏名】松本 直秀

【審査官】 井上 能宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３２６２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０５８２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９６８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００３／０８６９９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−０００６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９２３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８９９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０２７６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９８００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４９３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５２６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２５２５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３６５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１４０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０６２４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１７５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−００７０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１８２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４２３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８１４０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ３／２８− ３／３４

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

嫌気性生物を用いて被処理水をメタン発酵処理して、メタンガスを含む発生ガス、メタン発酵処理水及びメタン発酵処理汚泥を得るメタン発酵処理工程と、好気性生物を用いて前記メタン発酵処理水を生物学的酸化分解処理して好気性生物処理水及び好気性生物処理汚泥を得る好気性生物処理工程と、前記好気性生物処理汚泥の一部又は全部を酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得る酸発酵処理工程と、該酸発酵処理汚泥を、混合脱ガス槽で発酵ガスを分離した後、前記メタン発酵処理工程の入り口側に、前記メタン発酵処理工程におけるスカムの発生を抑制するために供給する工程と、を備えた有機性排水の処理方法。

【請求項2】

前記メタン発酵処理汚泥の一部又は全部を脱水処理して脱水ケーキを得る脱水処理工程を備えた請求項１に記載の有機性排水の処理方法。

【請求項3】

メタン発酵槽内の水温が１８℃以上となる場合に実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性排水の処理方法。

【請求項4】

前記メタン発酵処理汚泥の一部又は全部を、酸発酵処理工程の入り口側に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性排水の処理方法。

【請求項5】

メタン発酵槽内の水温が１３℃以上１８℃未満の場合に実施することを特徴とする請求項４に記載の有機性排水の処理方法。

【請求項6】

被処理水（原水）を固液分離して分離水と分離汚泥を得、該分離汚泥或いは該分離汚泥を濃縮した濃縮分離汚泥を、好気性生物処理汚泥の一部とともに酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得、該酸発酵処理汚泥を前記分離水と共にメタン発酵処理工程の入り口側に供給することを請求項１又は２に記載の有機性排水の処理方法。

【請求項7】

メタン発酵槽内の水温が１３℃未満の場合に実施することを特徴とする請求項６に記載の有機性排水の処理方法。

【請求項8】

上向流汚泥床式メタン発酵水槽と、該メタン発酵水槽から出たメタン発酵処理水を、好気性生物を用いて生物学的酸化分解処理する好気性生物処理槽と、好気性生物処理槽から出た好気性生物処理汚泥の一部を酸発酵処理する酸発酵処理槽と、該酸発酵処理槽から出た酸発酵処理汚泥を、混合脱ガス槽に供給して発酵ガスを分離した後、メタン発酵処理槽の入り口側に、前記メタン発酵処理槽におけるスカムの発生を抑制するために供給する供給手段と、を備えた有機性排水の処理装置。

【請求項9】

メタン発酵処理槽から出たメタン発酵処理汚泥の一部又は全部を脱水処理して脱水ケーキを得る脱水処理装置を備えた請求項８に記載の有機性排水の処理装置。

【請求項10】

メタン発酵処理槽から出たメタン発酵処理汚泥の一部又は全部を酸発酵処理槽の入り口側に供給することを特徴とする請求項８又は９に記載の有機性排水の処理装置。

【請求項11】

上向流汚泥床式メタン発酵水槽の入り口側に、被処理水を固液分離して分離水と分離汚泥を得る固液分離装置を配置し、該分離汚泥或いは該分離汚泥を濃縮した濃縮分離汚泥を、好気性生物処理汚泥の一部とともに酸発酵処理槽に供給し、酸発酵処理槽から出た酸発酵処理汚泥を、前記分離水と共に前記メタン発酵処理槽の入り口側に供給することを請求項８〜１０の何れかに記載の有機性排水の処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生活排水や下水など、低濃度有機排水の処理方法及び処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

有機性排水の処理方法として、好気性生物処理、嫌気性生物処理が挙げられる。嫌気性生物処理の中でメタン発酵処理は、酸素のない嫌気性環境下で生育する嫌気性微生物の代謝反応を利用して、有機物をメタンガスや炭酸ガスなどに分解する生物処理方法である。

【0003】

メタン発酵処理は、好気性生物処理と比べて、汚泥発生量が少なく、ブロワ−（曝気）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。また、発生したメタンガスを有効利用できたりするなどのメリットがあるため、近年、下水処理、し尿処理、産業排水処理等の分野などで普及している。

【0004】

メタン発酵処理の種類としては、例えばＵＡＳＢ（Upflow 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などが知られている。中でも、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、ＣＯＤｃｒ負荷１０〜３０ｋｇ／ｍ³／ｄのような高い負荷をかけることができため、有機性排水の処理方法として国内外で普及している方法である。

【0005】

メタン発酵処理は、前述のように好気性生物処理と比較して、曝気が不要なため運転動力費用が安価であるばかりか、生成したメタンガスを各種発電設備の燃料として利用できるなどのメリットがある。その一方で、メタン発酵処理のみでは、有機物が残存するため河川などに直接放流できる水質までに浄化することができないというデメリットを抱えていた。
このため、メタン発酵処理後、活性汚泥法などの好気性生物処理を行ない、放流基準を満足する水質まで浄化した後、河川に放流することが提案されている。

【0006】

メタン発酵処理と好気性生物処理とを組み合わせた処理として、例えば特許文献１には、工場等から排出される排水を、嫌気性微生物を利用した嫌気性処理工程において排水中の有機物をメタンガスに分解することで燃料としての再利用を図った後、好気性微生物を利用した好気性生物処理工程においてリンや窒素などの無機物を除去し、環境への悪影響を与える化学物質を除去した上で放流する方法が開示されている。

【0007】

特許文献２には、被処理水をメタン発酵処理し、処理後の消化液を活性汚泥法による好気性生物処理する有機性排水処理方法であって、前記被処理水の有機物濃度が、設定濃度以上であればメタン発酵処理を行い、前記設定濃度に達しない場合は前記消化液と共に好気性生物処理することを特徴とする有機性排水処理方法が開示されている。

【0008】

特許文献３には、排水に対して酸生成工程とメタン発酵工程と好気性生物処理工程とを順次行う排水の処理方法において、前記酸生成工程に供給される排水を、前記メタン発酵工程が終了し前記好気性生物処理工程に送出される処理水と熱交換させることにより予熱することを特徴とする排水の処理方法が開示されている。

【0009】

このようにメタン発酵処理と好気性生物処理とを組合わせることにより、比較的安価に有機性排水を放流基準に適合する水質まで浄化することができるばかりか、燃料などとして利用可能なメタンを回収することができるため、環境的なメリットと経済的なメリットの両面で利点があった。しかし、後工程の好気性生物処理方法では、微生物は、取り込んだ有機物の一部を酸化分解し、残りの有機物は汚泥に変換されて余剰汚泥として排出されることになり、難脱水性の余剰汚泥が大量に生成するという課題を抱えていた。

【0010】

そこで従来から、このような余剰汚泥の減容化を行う処理方法として、例えば、曝気槽又は沈殿槽から余剰汚泥を引き抜き、この引抜汚泥をオゾン処理、加熱処理、酸またはアルカリ処理等の改質処理により易生物分解性に改質し、改質された汚泥を曝気槽に返送して生物分解させる方法などが提案されている（例えば特許文献４）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００３−７１４８６号公報

【特許文献2】特開２００４−２５０５１号公報

【特許文献3】特開２００８−１７３６１４号公報

【特許文献4】特開平７−１１６６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、被処理水としての有機性排水を、先ずメタン発酵処理した後、好気性生物処理を行なって処理水を十分に浄化する処理方法に関して、好気性生物処理から生じる難脱水性の余剰汚泥の減容化を図るとともに、エネルギー回収率をさらに高めることができる、新たな有機性排水の処理方法及び処理装置を提供せんとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、図１に示すように、嫌気性生物を用いて被処理水をメタン発酵処理して、メタンガスを含む発生ガス、メタン発酵処理水及びメタン発酵処理汚泥を得るメタン発酵処理工程と、好気性生物を用いて前記メタン発酵処理水を生物学的酸化分解処理して好気性生物処理水及び好気性生物処理汚泥を得る好気性生物処理工程と、前記好気性生物処理汚泥の一部又は全部を酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得る酸発酵処理工程と、該酸発酵処理汚泥を、混合脱ガス槽で発酵ガスを分離した後、前記メタン発酵処理工程の入り口側に、前記メタン発酵処理工程におけるスカムの発生を抑制するために供給する工程と、を備えた有機性排水の処理方法を提案するものである。

【0014】

本発明が提案する有機性排水の処理方法によれば、好気性生物処理から生じる好気性生物処理汚泥、すなわち難脱水性の余剰汚泥を、酸発酵処理工程に供給してメタン発酵し易い有機酸等に変換した後、メタン発酵処理工程に戻すことができるので、最終的に系外へ排出する汚泥の減容化を図ることができる。しかも、前記難脱水性の余剰汚泥をその後にメタン発酵工程に戻すことになるため、当該余剰汚泥からエネルギー源としてのメタンを回収することができ、エネルギー回収率をさらに高めることができる。
また、上述した従来の処理方法、すなわち被処理水を先ず酸発酵処理した後、メタン発酵処理し、好気性生物処理する処理方法に比べると、本発明では、酸発酵処理工程で処理する被処理量が少なくて済むため、該被処理水を加熱する加熱エネルギー量が顕著に少なくて済み、処理工程全体の消費エネルギー及び処理コストを抑えることができる。

【0015】

本発明はまた、酸発酵工程で生じた酸発酵処理汚泥を、そのままメタン発酵処理工程に戻すのではなく、酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを分離するガス分離槽を通した後、該酸発酵処理汚泥をメタン発酵処理工程に戻すことをも提案する。
酸発酵処理汚泥には発酵ガスが含まれており、この酸発酵処理汚泥をそのままメタン発酵処理工程に戻すと、発酵ガスによって反応槽下方にあるスラッジソーンが反応槽内を上昇してしまって上層部にスカムが発生することになる。そこで、酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを分離するガス分離槽を通した後、メタン発酵処理工程に戻すようにすれば、スカムの発生を抑えることができる。

【0016】

ところで、日本においては冬期下水の温度が１８℃未満まで下がる場合、このような低温の下水を被処理水としてメタン発酵処理すると、槽内の嫌気性菌の活性が下がり、槽内に懸濁物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ、以下ＳＳとする）が溜まって、メタン発酵が進行しないようになり、発酵槽内の汚泥界面が上昇して最終的には溢れることになってしまう。この際、被処理水としての下水を加温するには、通水量が多いために多量のエネルギーが必要となるため、現実的ではない。

【0017】

そこで本発明は、例えば被処理水の水温が１３℃以上１８℃未満（なお、被処理水の水温はメタン発酵槽内の水温とほぼ同じ。）の場合に適切な処理方法として、前記メタン発酵処理汚泥の一部又は全部を、酸発酵処理工程の入り口側に供給することを提案する。
このように、メタン発酵処理汚泥の一部又は全部を、メタン発酵槽から抜き出して酸発酵処理工程に供給するようにすれば、発酵槽内の汚泥界面の上昇を抑えることができるばかりか、酸発酵処理工程で該メタン発酵処理汚泥をメタン発酵し易い有機酸等に変換し、再びメタン発酵処理工程に戻すことができるので、水温が低くて嫌気性菌の活性が下がっていてもメタン発酵処理を促進させることができる。

【0018】

また本発明は、例えば被処理水の水温が１３℃未満の場合に適切な処理方法として、被処理水を固液分離して分離水と分離汚泥を得、該分離汚泥或いは該分離汚泥を濃縮した濃縮分離汚泥を、好気性生物処理汚泥の一部とともに酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得、該酸発酵処理汚泥を前記分離水と共にメタン発酵処理工程の入り口側に供給することを提案する。
被処理水の水温が１３℃未満の場合は、嫌気性菌の活性がさらに下がることになる。そこで、被処理水を先ずは固液分離して、分離汚泥或いは該分離汚泥を濃縮した濃縮分離汚泥を酸発酵処理工程に供給してメタン発酵し易い有機酸等に変換した上でメタン発酵処理工程に供給することにより、水温がさらに低くて嫌気性菌の活性がさらに下がっていてもメタン発酵処理を促進させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一例に係る有機性排水の処理方法の装置並びに工程を示した図である。

【図2】本発明の実施形態の一例に係る有機性排水の処理方法Ａの装置並びに工程を示した図である。

【図3】本発明の実施形態の一例に係る有機性排水の処理方法Ｂの装置並びに工程を示した図である。

【図4】本発明の実施形態の一例に係る有機性排水の処理方法Ｃの装置並びに工程を示した図である。

【図5】メタン発酵処理装置の一例として、上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）を実施することができるＵＡＳＢ装置の一例を示した図である。

【図6】ＵＡＳＢ装置の他例を示した図である。

【図7】ＵＡＳＢ装置のさらなる他例を示した図である。

【図8】図７に示したＵＡＳＢ装置におけるメタン発酵槽の上部を上方から見た平面図である。

【図9】実施例及び比較例を評価するために行った評価基準処理方法、すなわち、現在行われている通常の下水処理方法の処理工程を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

＜本処理方法Ａ＞
図２は、本実施形態の一例に係る有機性排水の処理方法Ａ（「本処理方法Ａ」と称する）の装置並びに工程の一例を示した図である。

【0021】

本処理方法Ａは、酸発酵処理工程から供給される酸発酵処理汚泥と被処理水（原水）とを混合すると共に、当該酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを抜いて脱ガス混合水を得る混合脱ガス工程と、脱ガス混合水をメタン発酵処理し、メタンガスを含む発生ガス、メタン発酵処理水及びメタン発酵処理汚泥を得るメタン発酵処理工程と、メタン発酵処理水を好気性生物処理して、好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥を得る好気性生物処理工程と、好気性生物処理汚泥の一部（余剰汚泥）を必要に応じて濃縮して濃縮余剰汚泥を得る余剰汚泥濃縮工程と、好気性生物処理汚泥若しくは濃縮余剰汚泥を酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得、該酸発酵処理汚泥を前記混合脱ガス工程に供給する酸発酵処理工程と、を備えた有機性排水の処理方法である。

【0022】

本処理方法Ａを実施するための装置としては、例えば、混合脱ガス槽１、メタン発酵処理装置２、好気性生物処理装置３及び酸発酵処理装置４を備えており、被処理水（原水）を供給する被処理水供給管５が混合脱ガス槽１の入り口側に接続され、混合脱ガス槽１の出口側には混合水供給管６を介してメタン発酵処理装置２が接続され、メタン発酵処理槽２の出口側には発生ガス排出管７、メタン発酵処理水供給管８及びメタン発酵処理汚泥排出管９が接続され、当該発生ガス排出管７は発生ガス処理装置１０に接続され、当該メタン発酵処理水供給管８は好気性生物処理装置３の入り口側に接続され、当該メタン発酵処理汚泥排出管９は脱水装置１１に接続され、好気性生物処理装置３の出口側には好気性生物処理液排出管１２が接続され、当該好気性生物処理液排出管１２は固液分離装置１３の入り口側に接続され、固液分離装置１３の出口側には好気性生物処理水排出管１４と好気性生物処理汚泥供給管１５が接続され、好気性生物処理汚泥供給管１５は途中で分岐して、一方は、好気性生物処理装置３の入り口側に接続され、他方は濃縮装置１６に接続され、この濃縮汚泥供給管１７は酸発酵処理装置４の入り口側に接続され、酸発酵処理装置４の出口側には酸発酵処理汚泥供給管１８が接続され、この酸発酵処理汚泥供給管１８は前記混合脱ガス槽１の入り口側に接続されてなる構成を備えた装置を挙げることができる。
但し、上記濃縮装置１６は必要に応じて設置すればよく、常に必要である訳ではない。

【0023】

以下、各工程及びそれを実施するための設備について詳述する。

【0024】

（原水）
被処理水(原水)としては、低濃度有機性排水、具体的にはＣＯＤｃｒ値が１０００ｍｇ／Ｌ以下、特に３００ｍｇ／Ｌ以上或いは６００ｍｇ／Ｌ以下の有機性排水が本処理方法に適している。
ちなみに、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。

【0025】

また、本処理方法Ａは、比較的低温の水温でも効果的に実施できる特徴を有しているものの、メタン発酵槽内の水温が１８℃以上の場合、特に２０〜２５℃以上である場合に実施するのが特に好ましい。
同様の観点から、被処理水(原水)が１８℃以上、特に２０〜２５℃以上であるのが特に好ましい。

【0026】

（混合脱ガス工程及び装置）
混合脱ガス工程では、被処理水供給管５を通じて混合脱ガス槽１に供給されてきた被処理水（原水）と、酸発酵処理工程から酸発酵処理汚泥供給管１８を通じて混合脱ガス槽１に供給されてきた酸発酵処理汚泥とを、混合脱ガス槽１において混合すると共に、酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを抜き、得られた脱ガス混合水を、混合水供給管６を通じてメタン発酵処理装置２に供給する。

【0027】

混合脱ガス槽１は、発酵ガスを分離するガス分離手段を備えているのが好ましい。発酵ガスとは、主にＣＯ_２ガスであり、一部Ｈ_２ガスを含むガスである。発酵ガスがメタン発酵処理装置２に流入すると、汚泥の浮上が促進されるため、汚泥と嫌気性生物が十分に接触しないうちに汚泥が浮上することになり、メタン発酵処理装置２内でスカムの発生が促されることになる。そこで、メタン発酵処理工程の前工程で、予め酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを分離除去することにより、メタン発酵処理装置２でのスカムの発生を抑制することができる。

【0028】

ここで、発酵ガスを分離するガス分離手段としては、例えば、被処理水（原水）と酸発酵処理汚泥とを混合する混合槽に該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、該混合水から発酵ガスを分離除去できるようにした構成のものを挙げることができる。さらに、混合水を迂流、自然流下、オーバーフロー等させて、含有する発酵ガスの分離を促進させるようにしてもよい。また、混合槽内部に撹拌機を設けるようにしてもよい。

【0029】

（メタン発酵処理工程及び装置）
メタン発酵処理工程では、混合脱ガス槽１から供給された脱ガス混合水を、メタン発酵処理装置２においてメタン発酵処理し、メタンガスを含む発生ガス、メタン発酵処理水及びメタン発酵処理汚泥を得、前記発生ガスを発生ガス排出管７を通じて発生ガス処理装置１０に供給する一方、前記メタン発酵処理水を、メタン発酵処理水供給管８を通じて好気性生物処理装置３に供給し、前記メタン発酵処理汚泥をメタン発酵処理汚泥排出管９を通じて脱水装置１１に供給する。

【0030】

ここで、メタン発酵処理とは、ＯＲＰが−４００ｍＶ以下の範囲で行なう嫌気性生物学的処理であり、嫌気性微生物によって有機物をメタンガスと二酸化炭素まで分解し、発生したメタンガスをエネルギーとして有効利用できるようにする処理である。

【0031】

本処理方法Ａのメタン発酵処理法としては、例えば上向流嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ）、固定床法、流動床法など公知の方法を適宜採用可能である。中でも、上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）を採用するのが好ましい。

【0032】

上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）は、嫌気性微生物の集塊作用を利用して活性の高い菌体をグラニュール（直径２〜３ｍｍの粒状汚泥、糸状性の酢酸資化性メタン生成属細菌が中心となった緻密なフロック）として反応槽に大量に保持する方法で，反応槽の下部から排水（被処理水）を注入して嫌気状態で排水中の有機物を分解させる方法である。
上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）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ール汚泥を槽内に高濃度で保持できるため、ＣＯＤｃｒ負荷を高めることができる。しかも、通常の嫌気性処理に比べて、比較的低濃度の排水にも適用できるうえ、高速の処理が可能で、且つ曝気を必要としないため、わずかな電力で運転でき、副産物として大量のメタンガスを生成することができる。その反面、低濃度排水の場合には、ＣＯＤｃｒ負荷を高くとるために、多量の排水を槽内に供給する必要があり、この排水の水流によってメタン発酵槽内の汚泥床が系外に流出してしまう場合がある。そこで、メタン発酵槽内の汚泥床を高濃度に維持するためには、メタン発酵槽への通水量を制限するのが好ましい。ＵＡＳＢ槽内のグラニュール汚泥を維持させるためには、通水速度を０．５〜２．０ｍ／ｈとするのが好ましく、特に０．７５〜１．５ｍ／ｈとするのがより一層好ましい。
したがって、ＵＡＳＢ法をＣＯＤｃｒ１０００ｍｇ／Ｌ以下の低濃度排水に適用した場合、通水速度を下げる必要があるため、ＣＯＤｃｒ負荷は１〜２ｋｇ／ｍ³／ｄと低くなる。

【0033】

メタン発酵処理装置２の好ましい一例として、図５に示すような、上向流嫌気性汚泥ろ床法（ＵＡＳＢ）を実施することのできるメタン発酵槽３０（「ＵＡＳＢ装置３０」とも称する）を挙げることができる。
メタン発酵槽３０は、その内部に、汚泥床３２、気固液分離部（ＧＳＳ）３３およびメタン発酵処理水を分離する越流堰３４を備え、メタン発酵槽３０の上部を覆う覆蓋３５を備え、さらに、混合脱ガス槽１からの脱ガス混合水を供給する混合水供給管６がメタン発酵槽３０の底部に接続され、汚泥を移送するメタン発酵処理汚泥排出管９がメタン発酵槽３０の下部に接続され、越流堰３４内に流入するメタン発酵処理水を好気性生物処理装置３に供給するメタン発酵処理水供給管８が越流堰３４に接続され、発生ガスを発生ガス処理装置１０に供給する発生ガス排出管７が気固液分離部（ＧＳＳ）３３に接続されてなる構成を備えている。

【0034】

メタン発酵槽３０においては、混合脱ガス槽１からの脱ガス混合水がメタン発酵槽３０の下部から流入し、汚泥床３２すなわち下部に沈殿しているグラニュールの層に均一に拡散して、被処理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は、メタン発酵槽３０内の嫌気性菌によってメタンガスと二酸化炭素ガスに分解される。そして、これらの発生ガスとグラニュールは、処理水とともに浮上し、気固液分離部（ＧＳＳ）３３よって発生ガス、メタン発酵処理汚泥（グラニュール）、メタン発酵処理水などに分離される。そして、前記発生ガスは、発生ガス排出管７を通じて発生ガス処理装置１０に供給され、エネルギー源として利用される。前記メタン発酵処理水は、メタン発酵処理水供給管８を通じて好気性生物処理装置３に供給され、前記メタン発酵処理汚泥はメタン発酵処理汚泥排出管９を通じて脱水装置１１に供給されて減容化されて系外に排出される。

【0035】

本処理方法Ａでは、前述したように、混合脱ガス槽１にて、予め酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを分離除去しているため、メタン発酵槽３０でのスカム（浮上汚物）の発生を抑制することができる。

【0036】

下水のような低濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合には、汚泥床（スラッジゾーン）を確保するために通水速度が制限されるため、ＣＯＤｃｒ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３／ｄと低い有機物負荷となる。一方、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／ｍ^３／ｄと高い有機物負荷となる。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。
このように低濃度有機性排水をＵＡＳＢ処理する場合には、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、メタン発酵槽３０内でのスカムの発生量が多くなり、メタン発酵槽３０内の汚泥の維持が困難になる可能性がある。
こうした理由から、メタン発酵処理の被処理水、すなわち脱ガス混合水のＳＳ濃度は２０００ｍｇ／Ｌ以下であるのが好ましく、中でも１０００ｍｇ／Ｌ以下であるのが特に好ましい。そして、脱ガス混合水のＳＳ濃度を２０００ｍｇ／Ｌ以下、中でも１０００ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。

【0037】

前述のようにＵＡＳＢ法を低濃度排水に適用すると、汚泥床のグラニュール汚泥の粒径は０．１〜０．５ｍｍと小さくなり、沈降速度も小さくなるため、流入ＳＳ濃度の影響を受けやすくなる。そのため、以下の２つの改善方法のいずれかを採用するのが好ましい。但し、必ずしも採用しなくてもよい。
（１）沈降性のよい粒径０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜０．７ｍｍの砂やゼオライト、活性炭等の担体を、汚泥床容量に対して１〜１０％、好ましくは５〜７％の割合で汚泥床に添加する。
（２）有機性排水に由来する被処理水に、Ｆｅ塩を好ましくは１〜２０ｍｇ／Ｌ（ａｓＦｅ）、中でも好ましくは５〜１０ｍｇ／Ｌ（ａｓＦｅ）の割合で添加する。

【0038】

前記（１）の方法では、担体に嫌気性菌を付着させることで、汚泥床における嫌気性菌の割合を高めることが可能となる。
前記（２）の方法では、Ｆｅ塩以外にＣａ塩なども適用することができる。

【0039】

メタン発酵槽３０内の水温は、１８℃以上であるのが好ましく、特に２０℃以上、中でも特に２０〜３０℃であるのが好ましい。
また、メタン生成の段階で中心的役割を果たすメタン生成菌は、中性付近のｐＨを好むため、好ましくはｐＨ６〜８に調整するのが好ましい。

【0040】

また、メタン生成細菌には、活性温度によっていくつかの種類に分類されるが、本処理方法Ａでは、活性温度が２０〜３０℃のメタン生成菌を用いるのが好ましい。

【0041】

図６は、メタン発酵処理装置の変形例としてのメタン発酵槽４０を示した図である。
メタン発酵槽４０は、図５に示したメタン発酵槽３０と対比すると、メタン発酵槽４０内部に気固液分離部（ＧＳＳ）３３を設けず、気体を透過しない材料からなる屋根材４１でメタン発酵槽３０の上部を密閉被覆し、屋根材４１とメタン発酵槽３０との接続部分にガス排気口４２を設け、このガス排気口４２に発生ガス排出管７を連結して反応ガスを排出可能とした構成を備えた装置である。
但し、ガス排気口４２を設ける位置は任意に設計可能である。例えば屋根材４１のいずれかに設けてもよいし、メタン発酵槽３０の上部に設けてもよい。

【0042】

被処理水(原水)が下水である場合、上述のように一般的に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／ｍ^３／ｄと低く、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、発生ガスの量は少ない。そのため、図５に示した装置のような気固液分離部（ＧＳＳ）３３を設けなくても、発生ガス回収し排出することができる。

【0043】

図７は、メタン発酵処理装置のさらなる変形例としてのメタン発酵槽５０を示した図である。
メタン発酵槽５０は、図６に示したメタン発酵槽４０と対比すると、メタン発酵槽５０内部の超流堰３４と同じ高さであって、超流堰３４の内側部分に、スカムを集めるスカム捕集枠５１を設けた構成を備えた装置である。

【0044】

スカム捕集枠５１は、図８に示すように、メタン発酵槽５０の対向する内壁に渡って固定するようにしてもよいし、また、スカム捕集枠５１に昇降手段５２を設け、必要に応じてスカム捕集枠５１を超流堰３４と同じ高さに配置したり、液面の上方に配置したりするように構成することもできる。

【0045】

（好気性生物処理工程及び装置）
好気性生物処理工程では、メタン発酵処理水供給管８を通じて供給されたメタン発酵処理水を、好気性生物処理装置３において、好気性生物を用いて前記メタン発酵処理水を生物学的酸化分解処理し、得られた好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥の混合処理液を、好気性生物処理液排出管１２を通じて固液分離装置１３に供給し、固液分離装置１３において、好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥に分離し、前者の好気性生物処理水は好気性生物処理水排出管１４を通じて系外に排出し、後者の好気性生物処理汚泥は、好気性生物処理汚泥供給管１５を通じて、その一部を好気性生物処理装置３の入り口側に返送し、他方（これを「余剰汚泥」と称する）を濃縮装置１６若しくは酸発酵処理装置４に供給する。

【0046】

好気性生物処理は、溶存酸素が十分ある環境下で、好気性微生物によって、有機性物質、アンモニア性窒素等を酸化分解する方法である。
本処理方法Ａが採用し得る好気性処理方法としては、例えば曝気によって生物フロックを浮遊させた状態で有機物質を生物学的酸化分解する方法（活性汚泥法に代表される）や、担体に微生物を付着増殖させて生物膜を形成させ、これを排水に接触させて生物学的酸化分解する方式（生物膜法に代表される）など、公知のいずれの方法も採用可能である。
中でも、本処理方法Ａでは、下水などの低濃度有機性排水を好適に処理できる観点から活性汚泥法が好ましい。活性汚泥法は、活性汚泥と呼ばれるさまざまな好気性微生物や有機性物質や無機性物質などからなるゼラチン状のフロックを用いた処理方法である。

【0047】

好適な好気性生物処理装置３としては、微生物による有機物の酸化分解によって消費される酸素を大量に供給するための曝気装置を付属した処理槽と、汚泥と処理水とを分離する汚泥沈殿槽とを備えたものを挙げることができる。
例えば、被処理水中の浮遊物質など除去する最初沈殿池と、活性汚泥と混合すると共に曝気し、微生物の代謝によって有機物を分解する曝気槽と、汚泥と処理水とを分離するための汚泥沈殿槽とを備えた好気性生物処理装置３を例示することができる。但し、公知の好気性生物処理装置であれば採用可能である。

【0048】

次に、固液分離装置１３としては、例えば沈殿池、遠心分離機、膜分離等の固液分離装置を挙げることができる。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などから、沈殿池が適している。固液分離装置１３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。

【0049】

また、通常の好気性生物処理装置３では、好気性生物が好気性生物処理汚泥と共に流出（wash out）してしまうため、本処理方法Ａでは、固液分離装置１３において、好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥に分離し、図２に示すように、好気性生物処理汚泥の一部を好気性生物処理装置３の入り口側に返送するのが好ましい。

【0050】

（余剰汚泥濃縮工程）
固液分離装置１３で分離された好気性生物処理汚泥の一部（余剰汚泥）は、必要に応じて濃縮装置１６に供給され、濃縮装置１６において濃縮して濃縮余剰汚泥とし、濃縮汚泥供給管１７を通じて酸発酵処理装置４に供給する。

【0051】

なお、当該余剰汚泥濃縮工程は必ずしも必要な工程ではない。例えば膜分離活性汚泥法（Membrane Bioreactor：ＭＢＲと略す）のように沈殿池のかわりに精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）を使う場合には、曝気槽のＭＬＳＳ濃度が５０００〜１００００ｍｇ／Ｌに高濃度になるため、余剰汚泥濃縮工程は必ずしも必要とならない。通常は沈殿池を用いる場合が多いため、余剰汚泥を濃縮した上で酸発酵処理工程に供給するのが好ましい。

【0052】

（酸発酵処理工程及び装置）
酸発酵処理装置４では、好気性生物処理汚泥（余剰汚泥）若しくは濃縮余剰汚泥を酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得、該酸発酵処理汚泥を、酸発酵処理汚泥供給管１８を通じて混合脱ガス槽１に供給する。

【0053】

酸発酵処理では、好気性生物処理汚泥若しくは濃縮余剰汚泥中の有機物の一部を、酢酸、プロピオン酸等の有機酸に低分子化することができる。

【0054】

酸発酵処理において、酸生成に関与する微生物は通性嫌気菌であり、ＯＲＰが−２００〜５０ｍＶの範囲で生育させるのが好ましい。

【0055】

酸発酵処理装置４は、汚泥を撹拌することができる手段を備えているのが好ましい。撹拌手段としては、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。

【0056】

酸発酵処理装置４は、酸発酵槽内を加温する手段を備えているものが好ましい。この際、加熱用の熱源として、メタン発酵槽３０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もできる。
酸発酵処理工程で被処理物を加温することは、例えばメタン発酵処理装置２において被処理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。そればかりか、酸発酵槽においては、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。

【0057】

酸発酵処理装置４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、酸発酵処理装置４に流入した好気性生物処理汚泥若しくは濃縮余剰汚泥は、外部熱源により２０℃以上に加温して酸発酵処理するのが好ましい。こうして、酸発酵処理装置４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。

【0058】

酸発酵処理での酸発酵処理槽の最適なＨＲＴ（Hydraulic Retention Time：水理学的滞留時間）は、溶解性有機物濃度（Ｓoluble ＣＯＤcr：Ｓ−ＣＯＤｃｒと略す）および酢酸・プロピオン酸・乳酸等の有機酸の生成量により決定するのが好ましい。
すなわち、固形性有機物が可溶化した割合をＣＯＤｃｒの可溶化比（Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ）と定義し、溶解性有機酸ＣＯＤｃｒ中に含有する有機酸の割合を（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比として定義した場合において、ＣＯＤｃｒの可溶化比及び有機酸（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比が一定値を示したときのＨＲＴを最適ＨＲＴとするのが好ましい。

【0059】

例えば、最初沈殿池汚泥の場合、酸発酵槽の温度２０℃、ＨＲＴ２日〜３日で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１５〜０．２０（−）、有機酸（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．３〜０．４となり、酸発酵槽の温度２５℃、ＨＲＴ１日〜２日では、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、酸発酵槽の温度２０℃、ＨＲＴ２日〜３日で、Ｓ−ＣＯＤｃｒ／ＣＯＤｃｒ比は０．１０〜０．２０（−）、ＶＦＡ（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は０．１３〜０．２０となり、酸発酵槽の温度２５℃、ＨＲＴ１日〜２日で、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、有機酸（ａｓＣＯＤｃｒ）／Ｓ−ＣＯＤｃｒ比は、共にＵＡＳＢ槽の濃縮汚泥の方が小さい値になる。

【0060】

酸発酵処理装置４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。酸発酵処理装置４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のが好ましい。例えば１〜２時間の撹拌停止後、５〜１５分撹拌を行うような間欠撹拌を行なうことが好ましい。

【0061】

＜本処理方法Ｂ＞
図３は、本実施形態の一例に係る有機性排水の処理方法Ｂ（「本処理方法Ｂ」と称する）の装置並びに工程を示した図である。

【0062】

本処理方法Ｂを実施するための装置は、図２に示した本処理方法Ａを実施するための装置において、メタン発酵処理汚泥排出管９を分岐し、分岐した一方を脱水装置１１に接続し、他方の分岐管２０が酸発酵処理装置４の入り口側に接続されている点以外、図２に示した本処理方法Ａを実施するための装置と同様である。

【0063】

本処理方法Ｂは、上記本処理方法Ａにおいて、メタン発酵処理装置２で生じたメタン発酵処理汚泥の一部又は全部を、分岐管２０を通じて酸発酵処理装置４に供給し、酸発酵処理装置４において、前記メタン発酵処理汚泥の一部又は全部と好気性生物処理汚泥（余剰汚泥）若しくは濃縮余剰汚泥とを混合し、この混合物を酸発酵処理するようにしている点以外は、上記本処理方法Ａと同様である。

【0064】

冬期の日本のように下水の温度が下がる場合、低温の下水を被処理水として本処理方法Ａを実施すると、槽内の嫌気性菌の活性が下がり、槽内に懸濁物質（ＳＳ）が溜まって、メタン発酵が進行しないようになり、発酵槽内の汚泥界面が上昇して最終的には溢れる可能性がある。この際、被処理水としての下水を加温するには、通水量が多いために多量のエネルギーが必要となるため、現実的ではない。
そこで、本処理方法Ｂのように、メタン発酵処理汚泥の一部又は全部を、メタン発酵槽から抜き出して酸発酵処理工程に供給するようにすれば、発酵槽内の汚泥界面の上昇を抑えることができるばかりか、酸発酵処理工程で該メタン発酵処理汚泥をメタン発酵し易い酸に変換し、再びメタン発酵処理工程に戻すことができるので、水温が低くて嫌気性菌の活性が下がっていてもメタン発酵処理を促進させることができる。
よって、本処理方法Ｂは、被処理水（原水）の水温、好ましくはメタン発酵槽内の水温が１３℃以上１８℃未満の場合に実施するのが特に好ましい。

【0065】

＜本処理方法Ｃ＞
図４は、本実施形態の一例に係る有機性排水の処理方法Ｃ（「本処理方法Ｃ」と称する）の装置並びに工程を示した図である。

【0066】

本処理方法Ｃを実施するための装置は、図２に示した本処理方法Ａを実施するための装置において、混合脱ガス槽１の上流側に固液分離装置２１を設け、被処理水（原水）を供給する被処理水供給管５を当該固液分離装置２１の入り口側に接続し、当該固液分離装置２１の出口側に接続された分離水供給管２２を混合脱ガス槽１の入り口側に接続する一方、当該固液分離装置２１の出口側に接続された分離汚泥供給管２３を酸発酵処理装置４の入り口側に接続している点以外は、図２に示した本処理方法Ａを実施するための装置と同様である。

【0067】

本処理方法Ｃは、被処理水（原水）を固液分離装置２１で固液分離し、得られた分離水を混合脱ガス槽１に供給し、混合脱ガス槽１では、当該分離水と酸発酵処理汚泥とを混合すると共に酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを抜く処理を行い、得られた混合水を、混合水供給管６を通じてメタン発酵処理装置２に供給する一方、固液分離装置２１で得られた分離汚泥は、分離汚泥供給管２３を通じて酸発酵処理装置４に供給し、当該分離汚泥と好気性生物処理汚泥の一部（余剰汚泥）とともに酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得、該酸発酵処理汚泥を混合脱ガス槽１に供給する点以外は、上記本処理方法Ａと同様である。

【0068】

被処理水の水温が１３℃未満の場合、前述した場合よりも嫌気性菌の活性がさらに下がることになる。そこで、被処理水を先ずは固液分離して、分離汚泥或いは該分離汚泥を濃縮した濃縮分離汚泥を酸発酵処理工程に供給してメタン発酵し易い酸に変換した上でメタン発酵処理工程に供給することにより、水温がさらに低くて嫌気性菌の活性がさらに下がっていてもメタン発酵処理を促進させることができる。

【0069】

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。また、下水のＳＳ濃度は通常２００ｍｇ／Ｌの低濃度であり、この状態（ＳＳ２００ｍｇ／Ｌ）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倍に濃縮した濃縮汚泥量は少容量となるため、発生ガス中のメタンガスを利用して酸発酵槽内の温度を５℃前後上昇させることは可能となる。

【0070】

＜語句の説明＞
本明細書において「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ，Ｙは任意の数字）と表現する場合、特にことわらない限り「Ｘ以上Ｙ以下」の意と共に、「好ましくはＸより大きい」或いは「好ましくはＹより小さい」の意も包含する。
また、「Ｘ以上」（Ｘは任意の数字）或いは「Ｙ以下」（Ｙは任意の数字）と表現した場合、「Ｘより大きいことが好ましい」或いは「Ｙ未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。

【実施例】

【0071】

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。ただし、本発明がここで説明する実施例に限定されるものではない。

【0072】

比較例１及び実施例１〜４では、次の低濃度有機性廃水を原水として、季節（１月〜２月、３月〜５月、６月〜１０月、１１月〜１２月）ごとに処理方法を適宜変えながら処理を行い、得られた脱水ケーキ量を比較した。

【0073】

（原水）
実施例及び比較例で処理した原水、すなわち低濃度有機性廃水の性状を表１に示す。

【0074】

【表1】

【0075】

（実施例１）
本実施例では、図２に示した有機性排水の処理方法Ａにおいて、酸発酵処理後の発酵ガスのガス抜きをせずに処理を行い、脱水ケーキ量（乾燥重量）を毎日測定し、一日当たりの脱水ケーキ量を求めた。
処理期間は次の期間である。
・中水温期間：３月〜５月及び１１月〜１２月（ＵＡＢＢ槽内水温１３℃以上１８℃未満）
・高水温期間：６月〜１０月（ＵＡＢＢ槽内水温１８℃以上２５℃未満）

【0076】

なお、原水の温度とＵＡＢＢ槽内水温はほぼ同じ温度であったので、ＵＡＢＢ槽内水温のみを記載する。この点は、後述する実施例、比較例でも同様である。

【0077】

具体的には、低濃度有機性排水（原水)と、後述する酸発酵処理装置で処理して得た酸発酵処理汚泥とを、通水速度０．５ｍ／ｈで、図５に示すようなＵＡＳＢ槽（容量９００Ｌ）内に供給し、該槽内のＣＯＤｃｒ負荷を１．０ｋｇ／ｍ³／ｄとし、メタン発酵処理を行った。なお、種汚泥は、下水の中温消化汚泥を種汚泥としてＵＡＳＢ法で約一年間馴到した汚泥を用いた。

【0078】

次に、好気性生物処理装置にて、活性汚泥を用いて前記メタン発酵処理水を生物学的酸化分解処理した。この際、好気性生物処理装置３としては、最初沈殿池、曝気槽及び汚泥沈殿槽を備えた好気性生物処理装置３を使用した。
そして、得られた好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥の混合処理液を、固液分離装置に供給して、好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥に分離し、後者の好気性生物処理汚泥の一部を好気性生物処理装置の入り口側に返送する一方、残りの好気性生物処理汚泥（余剰汚泥）を濃縮装置において濃縮して濃縮余剰汚泥として得た。

【0079】

次に、前記のようにして得た濃縮余剰汚泥を、酸発酵処理装置において、濃縮余剰汚泥を２５℃に加熱すると共に撹拌して、ＯＲＰが−２００〜５０ｍＶの範囲で酸発酵処理して酸発酵処理汚泥を得、該酸発酵処理汚泥を前記の混合脱ガス槽に供給した。
この際、酸発酵処理装置としては、酸発酵処理槽（容量１０Ｌ）と、汚泥を撹拌する手段と、加熱手段を備えたものを使用し、酸発酵処理槽のＨＲＴ２日とし、酸発酵槽の撹拌は、１時間の撹拌停止後、５分間撹拌を行うような間欠撹拌を行なった。

【0080】

（実施例２）
本実施例は、図２に示した有機性排水の処理方法Ａにおいて、酸発酵処理後の発酵ガスのガス抜きを行い、脱水ケーキ量（乾燥重量）を毎日測定し、一日当たりの脱水ケーキ量を求めた。
処理期間は次の期間である。
・中水温期間：３月〜５月及び１１月〜１２月（ＵＡＢＢ槽内水温１３℃以上１８℃未満）
・高水温期間：６月〜１０月（ＵＡＢＢ槽内水温１８℃以上２５℃未満）

【0081】

具体的には、ＣＯＤｃｒ値３１５〜５２０ｍｇ／Ｌである低濃度有機性排水（原水)を被処理水とし、先ず混合脱ガス槽において、当該被処理水と、後述する酸発酵処理装置で処理して得た酸発酵処理汚泥とを混合すると共に、酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを抜き、脱ガス混合水（ＳＳ濃度５００〜１５０００ｍｇ／Ｌ）を得た。そして、この脱ガス混合水を、通水速度０．５ｍ／ｈで、図５に示すようなＵＡＳＢ装置のＵＡＳＢ槽（容量２００Ｌ）内に供給し、後の工程は、実施例２と同様に処理した。

【0082】

（実施例３）
本実施例は図３に示した有機性排水の処理方法Ｂにおいて、酸発酵処理後の発酵ガスのガス抜きを行った実施例である。
処理期間は次の期間である。
・低水温期間：１月〜２月（ＵＡＢＢ槽内水温１３℃未満）
・中水温期間：３月〜５月及び１１月〜１２月（ＵＡＢＢ槽内水温１３℃以上１８℃未満）

【0083】

本実施例では、上記実施例２において、メタン発酵処理汚泥の一部（５〜３０質量％）を酸発酵処理装置に供給し、酸発酵処理装置において、前記メタン発酵処理汚泥の一部と前記濃縮余剰汚泥とを混合し、この混合物を酸発酵処理するようにしている点以外は、上記実施例１と同様に処理を行った。
なお、メタン発酵処理汚泥の一部と濃縮余剰汚泥との混合割合は質量比率で１：１０〜１：３であった。

【0084】

（実施例４）
本実施例は、図４に示した有機性排水の処理方法Ｃにおいて、酸発酵処理後の発酵ガスのガス抜きを行い、脱水ケーキ量（乾燥重量）を毎日測定し、一日当たりの脱水ケーキ量を求めた。
処理期間は次の期間である。
・低水温期間：１月〜２月（ＵＡＢＢ槽内水温１３℃未満）

【0085】

本実施例は、上記実施例２において、混合脱ガス槽の上流側に固液分離装置を配置し、被処理水（原水）を当該固液分離装置で固液分離し、得られた分離水を混合脱ガス槽に供給し、混合脱ガス槽において、当該分離水と酸発酵処理汚泥とを混合すると共に酸発酵処理汚泥中の発酵ガスを抜く処理を行う一方、前記固液分離装置で得られた分離汚泥を酸発酵処理装置に供給し、当該分離汚泥と濃縮余剰汚泥とをともに酸発酵処理した以外は、上記実施例２と同様に処理を行った。
なお、分離汚泥と濃縮余剰汚泥との混合割合は質量比率で０．５：１〜２：１であった。

【0086】

（比較例１）
比較例１は、図１に示した有機性排水の処理方法において、酸発酵処理工程のない場合の例であり、脱水ケーキ量（乾燥重量）を毎日測定し、一日当たりの脱水ケーキ量を求めた。
処理期間は次の期間である。
・中水温期間：３月〜５月及び１１月〜１２月（ＵＡＢＢ槽内水温１３℃以上１８℃未満）
・高水温期間：６月〜１０月（ＵＡＢＢ槽内水温１８℃以上２５℃未満）

【0087】

具体的には、低濃度有機性排水（原水)を、通水速度０．５ｍ／ｈで、図５に示すようなＵＡＳＢ装置のＵＡＳＢ槽（容量２００Ｌ）内に供給し、該槽内のＣＯＤｃｒ負荷を１ｋｇ／ｍ³／ｄとしてメタン発酵処理を行い、メタンガスを含む発生ガス、メタン発酵処理水及びメタン発酵処理汚泥を得た。

【0088】

次に、前記のようにして得たメタン発酵処理汚泥を、好気性生物処理装置にて、好気性生物を用いて前記メタン発酵処理水を生物学的酸化分解処理した。この際、好気性生物処理装置３としては、最初沈殿池、曝気槽及び汚泥沈殿槽を備えた好気性生物処理装置３を使用した。
そして、得られた好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥の混合処理液を、固液分離装置に供給して、好気性生物処理水と好気性生物処理汚泥に分離し、後者の好気性生物処理汚泥の一部を好気性生物処理装置の入り口側に返送する一方、残りの好気性生物処理汚泥（余剰汚泥）を濃縮装置において濃縮して濃縮余剰汚泥として得た。

【0089】

＜評価方法＞
前記実施例・比較例と同様の低濃度有機性排水（原水)を、図９に示した処理方法(メタン発酵処理を含まない通常の下水の活性汚泥処理)で、一年を通じて処理し、この処理方法で得られた脱水ケーキ量（乾燥重量）を測定した。
そして、この方法で得られた一日当たりの平均脱水ケーキ量（乾燥重量）を１００として、前記実施例及び比較例の値と比較して評価を行った（表３）。
なお、図９に示した実験装置の使用を表２に示す。

【0090】

【表2】

【0091】

【表3】

【0092】

比較例１では、メタン発酵槽の水温１３℃以上１８℃未満においては、嫌気性菌の活性が低下したため槽内に汚泥が蓄積した。頻繁に汚泥処理を行う必要があった。このため、汚泥発生量の測定は８０であった。メタン発酵槽の水温１８℃以上２５℃未満（中水温期間）では嫌気性菌の活性が上がったため、汚泥発生量は６０となった。

【0093】

他方、実施例１では、脱ガス槽を設けなかったため、いずれの温度条件においてもメタン発酵槽内でスカムが発生し、ＵＡＳＢ槽内の汚泥床濃度が安定せず、汚泥発生量は中水温期間で７８、高水温期間で５８であった。
実施例２は、脱ガス槽を設けることで、中水温期間における汚泥発生量が７２となり、高水温期間における汚泥発生量が５５となった。しかし、水温１８℃未満の中水温期間では、嫌気性菌の活性が低下したためメタン発酵槽内に汚泥が蓄積した。そのため、頻繁に汚泥処理を行う必要があった。このように水温１８℃以上の高水温期間においては、脱ガス槽を設けることで、ＵＡＳＢ槽内の汚泥床の汚泥濃度が安定したため処理が安定した。しかしながら、高水温期間に比べて中水温期間の汚泥発生量は多くなる傾向にあった。

【0094】

実施例３では、ＵＡＳＢ槽内の汚泥の一部を酸発酵処理することで、中水温期間における汚泥発生量は５８となった。実施例２の中水温期間における汚泥発生量７２に比べて低くなった。他方、水温１３℃未満の低水温期間になると、嫌気性菌の活性度がさらに低下したため、メタン発酵槽内の汚泥が蓄積した。このため頻繁に汚泥処理を行う必要があった。低水温期間における汚泥発生量は８０となり、中水温期間に比べると増加した。
実施例４では、処理方法Ｃ（図４）を適用した。その結果、低水温期間における汚泥発生量は６５となり、実施例３の低水温期間に比べて汚泥発生量は低下した。

【符号の説明】

【0095】

１ 混合脱ガス槽
２ メタン発酵処理装置
３ 好気性生物処理装置
４ 酸発酵処理装置
５ 被処理水供給管
６ 混合水供給管
７ 発生ガス排出管
８ メタン発酵処理水供給管
９ メタン発酵処理汚泥排出管
１０ 発生ガス処理装置
１１ 脱水装置
１２ 好気性生物処理液排出管
１３ 固液分離装置
１４ 好気性生物処理水排出管
１５ 好気性生物処理汚泥供給管
１６ 濃縮装置
１７ 濃縮汚泥供給管
１８ 酸発酵処理汚泥供給管
２０ 分岐管
２１ 固液分離装置
２２ 分離水供給管
２３ 分離汚泥供給管
３０ メタン発酵槽（ＵＡＳＢ装置）
３２ 汚泥床
３３ 気固液分離部（ＧＳＳ）
３４ 越流堰
３５ 覆蓋
４０ メタン発酵槽（ＵＡＳＢ装置）
４１ 屋根材
４２ ガス排気口
５０ メタン発酵槽（ＵＡＳＢ装置）
５１ スカム捕集枠
５２ 昇降手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】