特許 6491406 嫌気性生物処理方法および嫌気性生物処理装置

(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】6491406

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】嫌気性生物処理方法および嫌気性生物処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/28 20060101AFI20190318BHJP

   C02F 3/10 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/28 B

   C02F3/28 A

   C02F3/10 A

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-167335(P2012-167335)

(22)【出願日】2012年7月27日

(65)【公開番号】特開2014-24032(P2014-24032A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年4月13日

【審判番号】不服2017-662(P2017-662/J1)

【審判請求日】2017年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江口 正浩

(72)【発明者】

【氏名】恵良 彰

(72)【発明者】

【氏名】市川 雄基

(72)【発明者】

【氏名】草野 真一

【合議体】

【審判長】 豊永 茂弘

【審判官】 中澤 登

【審判官】 山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７４２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８４１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８８４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１８３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−３１５１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１０８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９３４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１０８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１４２６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Ｋｈａｎｈ Ｄｏ Ｐｈｕｏｎｇ， ｅｔ ａｌ， Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ＰＶＡ／ＰＥＧ Ｂｅａｄｓ ａｓ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｃａｒｒｉｅｒｓ， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１年９月，Ｖｏｌ．０４，Ｎｏ．０５，ｐｐ．２２２−２２９

【文献】 製造元株式会社クラレ 販売元クレアアクア株式会社、「クラゲール」のカタログ 微生物固定化担体ＰＶＡゲル

【文献】 株式会社クラレ／クラレアクア株式会社、微生物固体化担体による排水処理システム、月刊「産業と環境」、発行所株式会社産業と環境、２０１２年５月１日発行、５月号、通巻４７４号、９５−９８ページ

【文献】 Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １０２（２０１１）１１１４７−１１１５４

【文献】 Ｄｕ Ｐｈｕｏｎｇ Ｋｈａｎｈ， ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ＣＯＤ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｐｏｌｙ（Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｈｏｌ）−Ｇｅｌ Ｂｅａｄｓ ａｓ Ｂｉｏｍ ａｓｓ Ｃａｒｒｉｅｒ ｉｎ ＵＡＳＢ Ｒｅａｃｔｏｒ，熊本大学学術レポジトリ（２０１２−０３−２３）

【文献】 栗田工業株式会社プラントグループ 北川幹夫等、高効率型嫌気性処理の開発と応用事例、紙パ技協誌、１９９０年６月、第４４巻第６号、６７２−６８５頁

【文献】 神鋼フアウドラー 野中等、生物膜ろ過（ＢＣＦ）による研摩排水処理、神鋼フアウドラー技報、１９８７／３、Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．１、４０−４４頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

C02F 3/28

C02F 3/10

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素数６以下の有機物が有機物全体の５０重量％以上含有されている排水を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理方法であって、
酸発酵槽を含まない一槽式の嫌気反応槽においてポリビニルアルコール製のゲル状の担体の存在下で、水温２０〜３０℃で担体あたりのＴＯＣ負荷９ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理を行う生物処理工程を含み、
前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽内を撹拌する撹拌装置を備えることを特徴とする嫌気性生物処理方法。

【請求項2】

請求項１に記載の嫌気性生物処理方法であって、
前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽の内部に略垂直に設置され上下が開口したドラフトチューブを備え、
前記撹拌装置は、前記ドラフトチューブ内に下向流を形成し、前記ドラフトチューブと前記嫌気反応槽の内壁面との間に上向流を形成することを特徴とする嫌気性生物処理方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の嫌気性生物処理方法であって、
前記ゲル状の担体の沈降速度は、１００〜１５０ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性生物処理方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理方法であって、
前記有機物は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドおよびメタノールのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする嫌気性生物処理方法。

【請求項5】

炭素数６以下の有機物が有機物全体の５０重量％以上含有されている排水を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理装置であって、
酸発酵槽を含まない一槽式の嫌気反応槽においてポリビニルアルコール製のゲル状の担体の存在下で、水温２０〜３０℃で担体あたりのＴＯＣ負荷９ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理を行う生物処理手段を備え、
前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽内を撹拌する撹拌装置を備えることを特徴とする嫌気性生物処理装置。

【請求項6】

請求項５に記載の嫌気性生物処理装置であって、
前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽の内部に略垂直に設置され上下が開口したドラフトチューブを備え、
前記撹拌装置は、前記ドラフトチューブ内に下向流を形成し、前記ドラフトチューブと前記嫌気反応槽の内壁面との間に上向流を形成することを特徴とする嫌気性生物処理装置。

【請求項7】

請求項５または６に記載の嫌気性生物処理装置であって、
前記ゲル状の担体の沈降速度は、１００〜１５０ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性生物処理装置。

【請求項8】

請求項５〜７のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理装置であって、
前記有機物は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドおよびメタノールのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする嫌気性生物処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機物を含有する排水を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理方法および嫌気性生物処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電子産業工場やパルプ製造工場、化学工場等から排出される有機物を主成分とする排水を嫌気処理する場合、グラニュール汚泥が解体して微細化して、汚泥量が減少するため、処理が不安定になる場合があった。特に、水温が３５℃未満、さらには３０℃未満という低水温の条件において、嫌気処理をすることが困難であった。

【0003】

嫌気処理の適温は３５〜３７℃とされており、この場合、嫌気処理により発生するバイオガス（メタンガス）を利用して嫌気処理装置を加温していたが、原水濃度が低い場合や処理不良などで、実際には外部からスチーム等のエネルギーを投入しており、問題となっていた。また、設備として、専用のメタンガスボイラの設備費用、スチームや他のガスボイラの初期費用がかかる問題もあった。

【0004】

一方、担体を用いた嫌気流動床は一般に生物付着量の制御が難しく高負荷が取れないため、嫌気グラニュール装置が新たに開発され、世界的に普及しており、現在、担体を用いた嫌気処理はほとんど実用化されていない（非特許文献１参照）。

【0005】

このことから、有機物を主成分とする排水の嫌気処理においても、担体を用いた処理ではなく、嫌気グラニュール汚泥を用いて、凝集剤や高分子有機物を添加して、グラニュール汚泥の維持、高負荷処理することが検討されてきた。

【0006】

このようなグラニュール汚泥の維持、高負荷処理の具体例としては、例えば、高分子凝集剤を添加する方法（例えば、特許文献１参照）、亜硝酸や硝酸を添加する方法（例えば、特許文献２参照）、酢酸を添加する方法（例えば、特許文献３参照）、デンプンやグルコースを添加する方法（例えば、特許文献４，５参照）、糖蜜やアルコールを添加する方法等が提案されている（例えば、特許文献６参照）。

【0007】

また、有機性排水を嫌気性下でメタン発酵させて生物処理した後、ろ過膜により固液分離処理する方法が提案されている（例えば、特許文献７，８参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４１９３３１０号公報

【特許文献2】特開２００８−２７９３８３号公報

【特許文献3】特許第２５６３００４号公報

【特許文献4】特開２００８−２７９３８５号公報

【特許文献5】特開２００９−２５５０６７号公報

【特許文献6】特開２０１０−２７４２０７号公報

【特許文献7】特開２０１０−１７６１４号公報

【特許文献8】特開２０１０−１７６１５号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】「水環境保全のための生物学」、第１版、株式会社産業用水調査会、２００４年発行、ｐ．１７８−１７９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、有機物を含有する排水を嫌気性下で、低水温の条件においても高負荷で安定してメタン発酵する嫌気性生物処理方法および嫌気性生物処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、炭素数６以下の有機物が有機物全体の５０重量％以上含有されている排水を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理方法であって、酸発酵槽を含まない一槽式の嫌気反応槽においてポリビニルアルコール製のゲル状の担体の存在下で、水温２０〜３０℃で担体あたりのＴＯＣ負荷９ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理を行う生物処理工程を含み、前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽内を撹拌する撹拌装置を備える嫌気性生物処理方法である。前記嫌気性生物処理方法において、前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽の内部に略垂直に設置され上下が開口したドラフトチューブを備え、前記撹拌装置は、前記ドラフトチューブ内に下向流を形成し、前記ドラフトチューブと前記嫌気反応槽の内壁面との間に上向流を形成することが好ましい。また、本発明は、炭素数６以下の有機物を含有する排水を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理方法であって、ポリビニルアルコール製のゲル状の担体の存在下で、水温３５℃未満で担体あたりのＴＯＣ負荷９ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理を行う生物処理工程を含み、前記ゲル状の担体の沈降速度は、１００〜１５０ｍ／ｈｒである嫌気性生物処理方法である。

【0013】

また、前記嫌気性生物処理方法において、前記有機物は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドおよびメタノールのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

【0014】

また、前記嫌気性生物処理方法において、前記生物処理工程において、ＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上またはＴＭＡＨ負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理を行うことが好ましい。

【0015】

また、本発明は、炭素数６以下の有機物が有機物全体の５０重量％以上含有されている排水を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理装置であって、酸発酵槽を含まない一槽式の嫌気反応槽においてポリビニルアルコール製のゲル状の担体の存在下で、水温２０〜３０℃で担体あたりのＴＯＣ負荷９ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理を行う生物処理手段を備え、前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽内を撹拌する撹拌装置を備える嫌気性生物処理装置である。前記嫌気性生物処理装置において、前記嫌気反応槽は、前記嫌気反応槽の内部に略垂直に設置され上下が開口したドラフトチューブを備え、前記撹拌装置は、前記ドラフトチューブ内に下向流を形成し、前記ドラフトチューブと前記嫌気反応槽の内壁面との間に上向流を形成することが好ましい。また、本発明は、炭素数６以下の有機物を含有する排水を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理装置であって、ポリビニルアルコール製のゲル状の担体の存在下で、水温３５℃未満で担体あたりのＴＯＣ負荷９ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理を行う生物処理手段を備え、前記ゲル状の担体の沈降速度は、１００〜１５０ｍ／ｈｒである嫌気性生物処理装置である。

【0017】

また、前記嫌気性生物処理装置において、前記有機物は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドおよびメタノールのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

【0018】

また、前記嫌気性生物処理装置において、前記生物処理手段において、ＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上またはＴＭＡＨ負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上で嫌気性生物処理が行われることが好ましい。

【発明の効果】

【0019】

本発明では、有機物を含有する排水をゲル状の担体の存在下で嫌気性生物処理を行うことにより、水温３５℃未満の低水温の条件においても高負荷で安定してメタン発酵する嫌気性生物処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る嫌気性生物処理装置の一例を示す概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る嫌気性生物処理装置の他の例を示す概略構成図である。

【図3】本発明の実施形態に係る嫌気性生物処理装置の他の例を示す概略構成図である。

【図4】本発明の実施形態に係る嫌気性生物処理装置の他の例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

【0022】

本発明者らは、有機物を含有する排水（以下、「有機物含有排水」と呼ぶ場合がある）を嫌気性下でメタン発酵する嫌気性生物処理において、ゲル状の担体を用いることで、水温３５℃未満の低水温の条件でもグラニュール汚泥を用いる処理と同等以上の処理速度が得られることを見出し、本発明に至った。

【0023】

従来のグラニュール汚泥を用いる処理では、水温が低いとグラニュールが崩れて処理不良となるため、水温を３５℃以上に維持する必要があった。本発明者らは、このような技術動向の中、凝集剤や高分子有機物等を添加せずに、有機物含有排水を安定して処理する技術を開発することを目的に、改めて３５℃未満の条件で各種担体を用いて嫌気性生物処理の検討を行い、有機物を分解するメタン発酵菌の担体付着性と処理速度について鋭意検討した。この結果、通常の排水処理の生物処理や浄化槽で使用されているプラスチック製担体、樹脂製担体、スポンジ状担体では、処理速度が低い、または担体が浮上するなどの問題があり高負荷処理が困難であるのに対し、ゲル状担体を用い、流動状態を適切に維持することで、グラニュール汚泥の維持に必要であったデンプン、糖蜜等の添加をしなくても、担体処理において水温３５℃未満の低水温の条件でもグラニュール汚泥を用いた処理速度と同等以上の高負荷で長期に安定して処理できることを見出した。

【0024】

詳細は不明であるが、高分子ポリマーを産出しないメタン発酵菌がゲル状担体の３次元の網目構造の孔に入り込む、またはゲル状担体の形状、荷電等の関係で付着しやすいことで、担体を用いた嫌気処理では負荷が低いという従来の当業界の常識とは異なり、グラニュール汚泥を用いる処理と同等以上の高負荷で処理が可能となると考えられる。

【0025】

本発明の実施形態に係る嫌気性生物処理装置の一例の概略構成を図１に示し、その構成について説明する。嫌気性生物処理装置１は、ドラフトチューブ型の嫌気性生物処理装置であり、生物処理手段としての嫌気反応槽１０と、嫌気反応槽１０の内部に略垂直に設置され上下が開口したドラフトチューブ１２と、撹拌手段として撹拌羽根等を有する撹拌装置１４とを備える。嫌気反応槽１０には、ゲル状担体１６が投入されている。嫌気反応槽１０の前段には原水を貯留する原水槽を備えてもよい。

【0026】

本実施形態に係る嫌気性生物処理方法および嫌気性生物処理装置１の動作について説明する。

【0027】

有機物を含有する排水である原水が、嫌気反応槽１０の入口より嫌気反応槽１０に導入される。嫌気反応槽１０には、ゲル状担体１６が投入され、種汚泥として嫌気性汚泥が添加される。嫌気反応槽１０において、撹拌装置１４により撹拌されながら、３５℃未満の水温で嫌気性生物処理が行われる（生物処理工程）。撹拌装置１４により撹拌されることにより、ドラフトチューブ１２内に下向流が形成され、ドラフトチューブ１２と嫌気反応槽１０内壁面との間に上向流が形成される。嫌気性生物処理が行われた処理水は、嫌気反応槽１０の出口より排出される。

【0028】

ゲル状担体を用いることにより、有機物含有排水のメタン発酵を伴う嫌気生物処理において、汚泥が微細化しても、ゲル状担体に有機物を分解できるメタン発酵細菌が付着、または担体内部に固定化されることで、長期間安定した高負荷処理を行うことができると考えられる。従来のグラニュール汚泥を用いる処理で必要であった高分子化合物の添加、また加温がない条件でも安定処理が可能であり、経済的な処理方法を提供することが可能となる。

【0029】

本実施形態で用いられるゲル状担体としては、特に限定されるものではないが、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリウレタン等を含んでなる吸水性高分子ゲル状担体等が挙げられる。

【0030】

ゲル状担体以外の担体では付着、浮上等の問題で処理速度が低く実用的ではない。通常の排水処理の生物処理や浄化槽等に使用されているプラスチック製担体では、有機物を分解できるメタン発酵菌が付着しにくく処理速度が低い。微生物を付着しやすくする、または表面積を大きくするために、プラスチック製担体の表面を研磨した粗面加工処理やポリエチレンイミン等の菌体が付着しやすい表面処理を行っても、メタン発酵菌が付着しにくく処理速度が低い。スポンジ状担体は、比較的微生物が付着するが、浮上して嫌気反応槽の上部に溜まりやすく、安定した運転が困難である。

【0031】

ゲル状担体の細孔径が大きいほど、有機物が担体内部まで拡散しやすく、担体内部でのガス発生が起こり易いため、浮上しやすく、脱泡しにくいので、ゲル状担体の細孔径はできるだけ小さいもの（例えば、１μｍ〜２０μｍ程度）が好ましい。

【0032】

ゲル状担体の形状は、特に限定されるものではないが、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の径の球状または立方体状（キューブ状）、長方体、円筒状等のものが好ましい。特に、３〜８ｍｍ程度の径の球状、または円筒状のゲル状担体が好ましい。ゲル状担体の径が０．５ｍｍ未満の場合、担体同士が汚泥で固着し処理性が悪化する場合がある。また、担体と処理水を分離するスクリーン等のセパレータで目詰まりが生じやすくなる。ゲル状担体の径が１０ｍｍを超える場合、表面積が小さくなり処理速度が低くなる場合がある。

【0033】

嫌気反応槽１０内部に流動状態を形成するために、ゲル状担体の比重は少なくとも１．０より大きく、真比重として、１．１以上、あるいは見かけ比重として１．０１以上のものが好ましい。

【0034】

嫌気反応槽１０へのゲル状担体の投入量は、嫌気反応槽１０の容積に対して１０〜５０％の範囲が好ましい。ゲル状担体の投入量が嫌気反応槽１０の容積に対して１０％未満であると反応速度が小さくなる場合があり、５０％を超えるとゲル状担体が流動しにくくなり、長期運転において汚泥による閉塞等で原水がショートパスし処理水質が悪くなる場合がある。

【0035】

ゲル状担体の沈降速度は、１００〜１５０ｍ／ｈｒであることが好ましい。ゲル状担体の沈降速度が１００ｍ／ｈｒ未満であると、担体が浮上し、嫌気反応槽１０から流出しやすくなり、また、分離スクリーンの閉塞が発生する可能性がある。１５０ｍ／ｈｒを超えると、流動状態が悪くなり、担体がショートパスしたり、撹拌のエネルギーが大きくなる場合がある。

【0036】

本実施形態では、嫌気反応槽１０内の水温を３５℃未満、好ましくは２０℃以上３５℃未満となるように温度調整することが好ましい。通常、２８℃以上３５℃未満の範囲となるように温度調整することが好ましいが、本実施形態ではグラニュール汚泥が崩れる懸念がほとんどないため、従来の嫌気グラニュール法では安定処理ができない２０〜３０℃、２０〜２８℃、または２０〜２５℃で運転することが可能となり、経済的に処理する観点で好ましい。嫌気性生物処理による有機物の分解は、２０℃未満でも可能であるが、２０℃未満であると、分解反応速度が低下する傾向にあるため、水温を上記範囲に調整することが好ましい。

【0037】

嫌気反応槽１０内の水温の温度調整方法は、特に制限されるものではないが、例えば、蒸気を原水槽に供給することで、嫌気反応槽１０内の水温を調整してもよいし、嫌気反応槽１０にヒータ等の加熱装置を設置して、ヒータ等の熱により嫌気反応槽１０内の水温を調整してもよい。また、例えば、加温した希釈水を供給することで、嫌気反応槽１０内の水温を調整してもよい。また、例えば、有機物の分解によりメタンガスが発生するが、通常の嫌気処理と同様に脱硫処理を実施後、メタンガスボイラで熱エネルギーとして回収し、その熱エネルギーを嫌気反応槽１０に供給し、水温を調整してもよい。より低温で処理可能であれば、加熱に要するエネルギー等が不要または少なくてすむ。

【0038】

嫌気反応槽１０の形状は、角型であっても円筒型であってもよく、特に限定されるものではない。嫌気反応槽１０の槽底角部へのゲル状担体の堆積を抑制するために、図１に示すように、嫌気反応槽１０の槽底角部にはテーパーが付けられていることが好ましく、特に４５度以上のテーパーテーパーが付けられていることが好ましい。

【0039】

嫌気反応槽１０の他の構成例を図２〜４に示す。図２に示す嫌気性生物処理装置２は、撹拌型の嫌気性生物処理装置であり、ドラフトチューブを備えておらず、撹拌手段として撹拌羽根等を有する撹拌装置１４を備え、撹拌装置１４により、嫌気反応槽１０内が撹拌される。

【0040】

図３に示す嫌気性生物処理装置３は、水中撹拌型の嫌気性生物処理装置であり、ドラフトチューブ１２の下方に撹拌手段として水中撹拌機１８を備え、水中撹拌機１８により上方から水を吸引し、側方から吐出することによって、ドラフトチューブ１２内に下向流が形成され、ドラフトチューブ１２と嫌気反応槽１０内壁面との間に上向流が形成される。

【0041】

図４に示す嫌気性生物処理装置４は、塔型の嫌気性生物処理装置であり、生物処理手段である反応塔としての嫌気反応槽１０と、固液分離手段として嫌気反応槽１０の上部に斜めに配置された固液分離部２０とを備える。有機物含有排水である原水が、嫌気反応槽１０の下部入口より嫌気反応槽１０に導入される。嫌気反応槽１０には、ゲル状担体１６が充填され、種汚泥として嫌気性汚泥が添加される。嫌気反応槽１０において、上向流でゲル状担体１６に通液され、３５℃未満の水温で嫌気性生物処理が行われる（生物処理工程）。嫌気性生物処理が行われた処理水は、嫌気反応槽１０の出口より排出される。嫌気性生物処理装置４において、固液分離部２０を備えなくてもよい。また、担体の流動性を確保するために、循環ライン２２により処理水を循環して塔内の通水流速を上げることが好ましい。

【0042】

嫌気反応槽１０内を嫌気状態に維持するために、また、有機物含有排水のメタン発酵処理等に用いる場合には発生したメタンガスや硫化水素ガス等を捕集し、適切に処理するために、嫌気反応槽１０の上部は実質的に外気と遮断されている密閉構造であることが好ましい。

【0043】

本実施形態では、装置の立ち上げ時に嫌気反応槽１０内にゲル状担体と共に消化汚泥や嫌気グラニュール等を少なくとも１，０００ｍｇ／Ｌ以上投入することが好ましく、１，０００〜１０，０００ｍｇ／Ｌ投入することがより好ましい。嫌気反応槽１０内の汚泥濃度が１０，０００ｍｇ／Ｌを超えると、ゲル状担体にグラニュール汚泥等が付着しにくく、担体を投入する効果が小さくなる場合がある。

【0044】

本実施形態では、有機物含有排水を生物処理するに当たり、排水のｐＨは６．５〜９．０の範囲が好ましく、７．０〜８．０の範囲がより好ましい。排水のｐＨ調整は、例えば、ｐＨ調整剤供給ライン（図示せず）から原水槽（図示せず）にｐＨ調整剤を供給することにより行われる。有機物含有排水のｐＨが上記範囲外であると、生物処理による有機物の分解反応速度が低下する場合がある。また、従来、嫌気性生物処理する場合においては、アンモニア阻害を抑制するために、ｐＨ６．５〜７の弱酸性が好ましいとされていたが、ＴＭＡＨ等のアルキルアンモニウム塩の処理に関しては、ｐＨ７〜８の弱アルカリ側で、最も処理性能が良くなる。

【0045】

ｐＨ調整剤としては、塩酸等の酸剤、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤等、特に制限されるものではない。また、ｐＨ調整剤は、例えば、緩衝作用を持つ重炭酸ナトリウム、燐酸緩衝液等であってもよい。

【0046】

生物処理工程において、嫌気性生物汚泥の分解活性を良好に維持するために、例えば、栄養剤供給ライン（図示せず）から原水槽（図示せず）に栄養剤を供給することが好ましい。栄養剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、炭素源、窒素源、その他無機塩類（Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等）等が挙げられる。

【0047】

本実施形態に係る嫌気性生物処理の処理対象となる排水は、例えば、電子産業工場やパルプ製造工場、化学工場等から排出される有機物を主成分とする排水である。排水中に含まれる有機物としては、特に制限はない。本実施形態に係る嫌気性生物処理は、有機物のうち炭素数６以下の有機物が、全体の有機物の５０重量％以上含まれている排水の処理に、特に有効である。

【0048】

従来、電子産業工場やパルプ製造工場、化学工場から排出される炭素数６以下、具体的にはメタノール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（以下、ＴＭＡＨと呼ぶ場合がある）、エタノール、アセトアルデヒド、酢酸等の有機物を主成分とする排水を嫌気処理する場合、グラニュール汚泥が解体して微細化して、汚泥量が減少するため、処理が不安定になる場合があった。

【0049】

通常の嫌気処理では、高分子の糖質、タンパク質、脂質等を低分子に分解する嫌気性加水分解菌や有機酸を生成する酸生成細菌が生成するバイオポリマ等の架橋効果がグラニュールの生成、維持に重要な働きをしていると考えられている。さらに、糸状性のメタン生成細菌であるＭｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ属がグラニュール化の骨格となるとも言われており、グラニュール形成に重要な存在である。

【0050】

ところが、炭素数の小さい有機物を分解する場合、嫌気性加水分解菌や酸生成細菌が少なく、メタン生成細菌が主要な生物相となる。特に、メタノールやＴＭＡＨ等では、酸発酵の段階を経ることなくメタン発酵するため、グラニュールの維持が困難である。さらに、メタノールやＴＭＡＨ等では糸状性のメタン生成細菌であるＭｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ属より、糸状性でないメタン生成細菌であるＭｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属やＭｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｕ属が優占し易く、グラニュール汚泥が微細化し崩れる傾向がある。グラニュール汚泥が微細化し崩れると反応槽内の汚泥が流出し処理が不安定となる。

【0051】

このため、炭素数の小さい有機物を処理する場合、負荷が高く取れず嫌気反応槽が大きくなる場合や運転管理が不安定になる場合があった。特に、通常の嫌気処理としては、原水濃度が１，０００ｍｇＣＯＤｃｒ／Ｌ以下と低濃度や水温が３５℃未満、特に３０℃未満と低水温の条件において、嫌気処理をすることが困難である。

【0052】

本実施形態に係る嫌気性生物処理によれば、ゲル状の担体を用いることで、炭素数６以下の有機物を含有する排水を処理対象とし、水温３５℃未満の低水温の条件でも、グラニュール汚泥を用いる処理と同等以上の処理速度が得られる。

【0053】

炭素数６以下の有機物としては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルジエチルアンモニウムヒドロキシド、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、メタノール、モノエタノールアミン、酢酸、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、アセトアルデヒド等が挙げられる。本実施形態に係る嫌気性生物処理では、特に、半導体製造工場等から排出されるテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、メタノールの処理に好適である。

【0054】

前述したように、炭素数６以下の有機物を含有する排水としては、嫌気反応槽１０に供給される排水中に、炭素数６以下の単一の有機物、例えばＴＭＡＨが、全体の有機物の５０重量％以上含まれていれば、その他の炭素数６以下の有機物や、炭素数７以上の有機物を含んでいてもよい。

【0055】

本実施形態に係る嫌気性生物処理において、生物処理工程では、ＣＯＤｃｒ負荷１０ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上またはＴＭＡＨ負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄで生物処理が行われる場合に特に有効である。

【0056】

また、グラニュール汚泥が崩れる懸念がほとんどないため、嫌気処理としては原水濃度が低い条件（例えば、１，０００ｍｇＣＯＤｃｒ／Ｌ以下、５００ｍｇＴＭＡＨ／Ｌ以下）での処理に、特に有効である。

【実施例】

【0057】

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0058】

（実施例１）
実施例１の試験は図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて行った。実施例１において生物処理される排水は、半導体工場や液晶工場から排出されたＴＭＡＨ含有排水であり、全体の有機物の９０重量％以上がＴＭＡＨとなるように分別されたものである。そして、この排水中のＴＭＡＨ濃度を２，０００ｍｇＴＭＡＨ／Ｌになるように調整した。次に、内容積１．５Ｌの嫌気反応槽に、球状のポリビニルアルコール製ゲル状担体（細孔径２０μｍ、径４ｍｍ、比重１．０２５、沈降速度４ｃｍ／ｓｅｃ）を嫌気反応槽の容積に対して３０％投入し、種汚泥として嫌気性汚泥（汚泥濃度５，０００ｍｇ／Ｌ）を添加した後、上記排水を、処理水質を見ながら５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄ以上（ＴＯＣ負荷では２．７ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ以上）のＴＭＡＨ負荷で通水した。嫌気反応槽に排水を通水する際の温度は反応槽表面の温水循環による加温により２５〜３０℃に調整し、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、塩酸（ＨＣｌ）によりｐＨは７〜８となるように調整した。また、栄養剤（８５％リン酸）を０．１６ｍＬ、微量元素（オルガノ（株）製のオルガミン１０）を５ｍＬ／Ｌ、Ｎｉ、Ｃｏを各０．４ｍｇ／Ｌ添加した。この結果、ＴＭＡＨ ５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の負荷で処理可能であることを確認した。

【0059】

（参考例２）
参考例２では図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて、担体にはポリウレタンゲル状担体（細孔径５μｍ、径４ｍｍ、比重１．０２、沈降速度２．９ｃｍ／ｓｅｃ）を嫌気反応槽の容積に対して４０％投入し、その他の処理条件は実施例１と同様にして処理を行った。この結果、ＴＭＡＨ ５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の負荷で処理可能であることを確認した。

【0060】

（参考例３）
参考例３では図４に示す嫌気性生物処理装置を用いて、担体にはポリエチレングリコールゲル状担体（径４ｍｍ、比重１．０２）を嫌気反応槽の容積に対して４０％投入し、その他の処理条件は実施例１と同様にして処理を行った。この結果、ＴＭＡＨ ５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の負荷で処理可能であることを確認した。

【0061】

（実施例４）
実施例４では図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて、嫌気反応槽に排水を通水する際の水温は加温せず、２０〜２５℃で通水処理した。その他の処理条件は、実施例１と同様にして処理を行った。この結果、ＴＭＡＨ ５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の負荷で処理可能であることを確認した。

【0062】

（参考例５）
参考例５では図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて、嫌気反応槽に排水を通水する際の水温は３０〜３４℃で通水処理した。その他の処理条件は、実施例１と同様にして処理を行った。この結果、ＴＭＡＨ ５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の負荷で処理可能であることを確認した。

【0063】

（参考例６）
参考例６では図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて、担体にはポリエチレングリコールゲル状担体（径４ｍｍ、比重１．０２）を嫌気反応槽の容積に対して４０％投入し、その他の処理条件は実施例１と同様にして処理を行った。この結果、ＴＭＡＨ ５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の負荷で処理可能であることを確認した。

【0064】

（比較例１）
比較例１では、嫌気性グラニュールを用いた上向流嫌気性スラッジブランケット（ＵＡＳＢ）処理装置に、実施例１と同じ排水を通水して排水処理を行った。なお、ＵＡＳＢから排出される処理水をＵＡＳＢ処理装置に流入する際の排水に供給して、排水中のＴＭＡＨ濃度を２，０００ｍｇＴＭＡＨ／Ｌになるように調整した。処理装置立ち上げ時のＴＭＡＨ負荷を１ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄとし、処理状況を確認しながら増加させた。その他の処理条件は、実施例１と同様にして処理を行った。

【0065】

（比較例２）
比較例２では図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて、嫌気反応槽内にポリエチレン樹脂製の中空円筒系担体３×５ｍｍ（表面メルトフラクチャ状態）（比重０．１６２）を投入した以外は、実施例１と同様にして処理を行った。この結果、担体に嫌気汚泥が付着せず、原水を流すと共に汚泥が流出し、ＴＭＡＨは処理されない状況であった。

【0066】

（比較例３）
比較例３では図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて、嫌気反応槽内にスポンジ状の担体５×５ｍｍ比重０．０４）を投入した以外は、実施例１と同様にして処理を行った。この結果、スポンジ状担体はメタンガスの生成と共に、浮上してしまい処理が継続できない状況となった。

【0067】

（比較例４）
比較例４では図１に示す嫌気性生物処理装置を用いて、嫌気反応槽に排水を通水する際に水温を加温し、３５〜３７℃で通水処理した。その他の処理条件は、実施例１と同様にして処理を行った。

【0068】

表１に実施例１，４、参考例２，３，５，６と比較例１〜４のＴＭＡＨ処理結果を示す。ＴＭＡＨ除去速度が５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄ以上であれば「○」、５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄ未満であれば「×」とした。

【0069】

【表1】

【0070】

ポリビニルアルコール製ゲル状担体を用いた実施例１では、低分子の有機物を分解するメタン発酵菌が付着、固定化し、高負荷処理可能なメタン発酵菌を嫌気反応槽内に保持し、安定した処理が可能であることを確認した。他のゲル状担体を用いた参考例２，３，６においても低分子の有機物を分解するメタン発酵菌が付着、固定化し、高負荷処理可能なメタン発酵菌を嫌気反応槽内に保持し、安定した処理が可能であることを確認した。また、水温を加温せずに２０〜２５℃で実施した実施例４の実験においても、５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄ以上の安定した処理を確認した。

【0071】

一方、比較例１では、通水開始から１０日程度までは、３ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄのＴＭＡＨ負荷で運転可能であったが、通水開始から１４日以降では、ＵＡＳＢ処理装置内の嫌気性グラニュールが微細化して、ＵＡＳＢ処理装置から流出し、ＵＡＳＢ処理装置から排出された処理水中のＴＭＡＨ濃度は上昇してＴＭＡＨ除去率は５０％程度に低下し、安定した処理を行うことができなかった。また、ゲル状担体以外での比較例２においては、好気処理等で通常使用されるポリエチレン中空円筒担体を投入したが、低分子のＴＭＡＨを分解するメタン発酵菌の付着がほとんど見られず、処理速度も５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄには到達しなかった。比較例３のポリウレタンスポンジ状担体においては、メタン発酵菌の付着が見られ、一時５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄ程度の処理は可能であったが、スポンジ担体が浮上、汚泥の閉塞などが見られ、最終的に処理速度は５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄ以下となった。３５〜３７℃で実施した比較例４の実験では、５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ^３／ｄ以上で処理することができたが、加温による多くのエネルギーが必要であった。

【0072】

（実施例７）
実施例７において生物処理される排水は、メタノール排水であり、全体の有機物の９０重量％以上がメタノールである。そして、メタノール濃度を１，０００ｍｇ／Ｌになるように調整した。次に、内容積１．５Ｌの図１の嫌気反応槽に実施例１で用いたポリビニルアルコールゲル状担体を嫌気反応槽の容積に対して３０％投入し、種汚泥として嫌気性汚泥（汚泥濃度５，０００ｍｇ／Ｌ）を添加した後、上記実排水を１２ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ^３／ｄ（ＴＯＣ負荷では３．２ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄ）のＣＯＤｃｒ負荷で通水した。嫌気反応槽に排水を通水する際の温度は３０℃、ｐＨは７〜８となるように調整した。また、栄養剤（オルガノ（株）製、オルガミンＮＰ−５１）を０．３ｇ／Ｌ、微量元素（オルガノ（株）製のオルガミン１０）を３ｍＬ／Ｌ、Ｎｉ、Ｃｏを各０．３ｍｇ／Ｌ添加した。

【0073】

（比較例５）
嫌気反応槽内の担体を比較例２で用いたポリエチレン中空円筒担体３０％にした以外は、実施例７と同様に実験を行った。

【0074】

表２に実施例７と比較例５のメタノール処理結果を示す。ＭｅＯＨ除去速度が１０ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ^３／ｄ以上であれば「○」、１０ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ^３／ｄ未満であれば「×」とした。

【0075】

【表2】

【0076】

ポリビニルアルコール製ゲル状担体を用いた実施例７では、１０ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ^３／ｄ以上の安定した処理を確認した。一方、好気処理等で通常使用されるポリエチレン中空円筒担体を用いた比較例５では、安定した処理を行うことができなかった。

【0077】

以上の通り、実施例の処理では、有機物を含有する排水をゲル状の担体の存在下で嫌気性生物処理を行うことにより、水温３５℃未満の低水温の条件においても高負荷で安定してメタン発酵する嫌気性生物処理を行うことができた。

【符号の説明】

【0078】

１，２，３，４ 嫌気性生物処理装置、１０ 嫌気反応槽、１２ ドラフトチューブ、１４ 撹拌装置、１６ ゲル状担体、１８ 水中撹拌機、２０ 固液分離部、２２ 循環ライン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】