JP2008155072A - 嫌気性処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い処理効率が得られる嫌気性処理装置及び処理方法を提供する。
【解決手段】嫌気性処理装置１は、メタノールを含むクラフトパルプ排水Ｗ１の濃度を調整する前処理槽３と、前処理槽３からの被処理水Ｗ２をメタン発酵するメタン発酵槽５と、メタン発酵槽５で処理された処理水Ｗ３を上記前処理槽３に返送する返送ラインＬ５と、上記メタン発酵槽５に導入される被処理水Ｗ２のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないように上記返送ラインで上記前処理槽３に返送される上記処理水Ｗ３の流量を調整するバルブＶ５と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタン発酵処理を用いて原水を処理する嫌気性処理装置及び処理方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の排水処理方法が知られている。この文献に記載された方法では、高負荷で安定した排水のメタン発酵処理を行うため、被処理水に酢酸基質を添加して酸生成菌とメタン生成菌とのバランスが良くなったグラニュール汚泥を形成させる方法が提案されている。
特開平４−３１０２９４号公報

しかしながら、この種のメタン発酵処理を用いた排水の処理においては、更に高負荷の処理を可能にして処理効率を向上することが求められている。そこで、本発明は、高い処理効率が得られる嫌気性処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

嫌気性処理装置においては、メタン発酵槽に導入される被処理水中に、例えば硫黄などのメタン発酵反応を阻害する化合物が含まれる場合がある。そのような阻害性をもつ化合物の中でも、本発明者らは、特に、被処理水中のメタノールによるメタン発酵反応の阻害に着目した。そして、本発明者らは、鋭意研究により、メタン発酵槽に導入される被処理水のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないようにすれば、メタノールによるメタン発酵反応の阻害が抑えられ、メタン発酵槽において高負荷で安定したメタン発酵処理が行われることを見出した。

この知見に基づき、本発明の嫌気性処理装置は、メタノールを含む原水を前処理調整する前処理槽と、該前処理槽からの被処理水をメタン発酵するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽で処理された処理水を上記前処理槽に返送する返送ラインと、上記メタン発酵槽に導入される被処理水のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないように、上記返送ラインで上記前処理槽に返送される上記処理水の流量を調整するメタノール濃度調整手段と、を有することを特徴とする。

この嫌気性処理装置によれば、返送ラインからの処理水によって前処理槽の被処理水が希釈され、メタノール濃度が低下する。また、返送ラインにより前処理槽とメタン発酵槽との間に循環経路が形成され、この循環経路においてメタノール分解菌が馴養される。従って、前処理槽にも十分なメタノール分解菌が循環することになるので、前処理槽におけるメタノールの分解も行われ、上記被処理水のメタノール濃度を更に低下させる作用も奏する。そして、メタノール濃度調整手段によりこの返送ラインの処理水の流量が調整されることで、上記前処理槽からメタン発酵槽に送られる被処理水のメタノール濃度は、５００ｍｇ／Ｌを超えないように抑えられる。その結果、メタノールによるメタン発酵反応の阻害が抑えられるので、メタン発酵槽において高負荷で安定したメタン発酵処理が行われ、高い処理効率が得られる。

また、本発明の嫌気性処理方法は、メタノールを含む原水を前処理調整する前処理槽において、該前処理槽からの被処理水をメタン発酵するメタン発酵槽で処理された処理水を、前処理槽に返送することにより、メタン発酵槽に導入される被処理水のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないようにすることを特徴とする。この処理方法によれば、メタン発酵槽に導入される被処理水のメタノール濃度が、５００ｍｇ／Ｌを超えないように抑えられる。その結果、メタノールによるメタン発酵反応の阻害が抑えられるので、メタン発酵槽において高負荷で安定したメタン発酵処理が行われ、高い処理効率が得られる。

本発明の嫌気性処理装置及び処理方法によれば、高い処理効率が得られる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る嫌気性処理装置及び処理方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１に示す嫌気性処理装置１は、メタノールを多く含んだ原水の嫌気的な処理を行う装置であり、ここでは、パルプの製造時に発生するクラフトパルプ排水Ｗ１が処理される。この嫌気性処理装置１は、クラフトパルプ排水Ｗ１が導入される前処理槽３と、前処理槽３の後段に設けられたメタン発酵槽５とを備えている。なお、前処理槽３に導入するクラフトパルプ排水Ｗ１は、更に前段の設備において前処理されてもよい。

前処理槽３には、排水導入ラインＬ１を通じて排水Ｗ１が導入され、前処理槽３内の嫌気性菌が、排水Ｗ１に含まれるメタノールの他の有機物を酸生成菌によりプロピオン酸、酪酸、乳酸などの有機酸に分解する（前処理調整）。そして、メタノールと有機酸を含む処理後の水は、ポンプＰによってラインＬ２を通じ、メタン発酵槽５の被処理水Ｗ２として送出される。

メタン発酵槽５は、いわゆるＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic SludgeBlanket）法やＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）法を用いた処理を行う上向流式嫌気性処理装置を構成している。このメタン発酵槽５では、槽の底部にグラニュール汚泥Ｇが沈殿してなる汚泥床が形成されており、槽の下部から導入された被処理水Ｗ２は、この汚泥床を通過しながら上向きに流動する。このとき、グラニュール汚泥Ｇに含まれるメタン菌により被処理水Ｗ２中の有機物がメタンガスや炭酸ガスに分解処理される。有機物が低減された被処理水は、槽上部の処理水回収部５ａに到達し、ラインＬ３を通じて処理水Ｗ３として排出される。また、発生したメタンガスや炭酸ガスは、槽上部まで上昇した後ラインＬ４を通じて回収される。

ここで、嫌気性処理装置１の処理対象であるクラフトパルプ排水Ｗ１は多くのメタノールを含んでいるので、メタン発酵槽５においては、メタノールによって上記メタン発酵反応が阻害され、良好な排水処理が行われないおそれがある。そこで、嫌気性処理装置１は、過剰のメタノールがメタン発酵槽５に導入されないように、以下のように構成されている。

この嫌気性処理装置１には、メタン発酵槽５から排出される処理水Ｗ３の一部を前処理槽３に返送するため、ラインＬ３から分岐した返送ラインＬ５が設けられている。この返送ラインＬ５を通じて処理水Ｗ３が前処理槽３に導入されると、前処理槽３では、排水Ｗ１が返送ラインＬ５からの処理水Ｗ３により希釈され、メタノール濃度が低下する。また、この返送ラインＬ５により前処理槽３とメタン発酵槽５との間に水の循環経路が形成され、この循環経路においてメタノール分解菌が馴養される。そして、馴養されたメタノール分解菌により、前処理槽３においてもメタノールの分解が行われるので、メタン発酵槽５に導入される被処理水Ｗ２のメタノール濃度の低下を更に容易にすることができる。

更に、返送ラインＬ５上には、流量調整バルブＶ５が設けられており、処理水Ｗ３の流量が調整されることにより、前処理槽３内におけるメタノール濃度が調整され、被処理水Ｗ２のメタノール濃度が調整される。また、ラインＬ２上には、メタン発酵槽５に導入される直前の被処理水Ｗ２をサンプリングするための抜取りラインＬ６及び抜取りバルブＶ６が設けられている。

このような構成において、この嫌気性処理装置１の運転時においては、定期的に抜取りラインＬ６から被処理水Ｗ２がサンプリングされ、メタノール濃度が測定される。この測定の結果、被処理水Ｗ２中のメタノール濃度が規定値を超えていれば、上記流量調整バルブＶ５が操作され返送ラインＬ５における処理水Ｗ３の流量が増加され、前処理槽３に導入される処理水Ｗ３が増加される。処理水Ｗ３の増加により、前処理槽３では、排水Ｗ１が更に希釈され、被処理水Ｗ２のメタノール濃度が低下する。なお、上記規定値は、５００ｍｇ／Ｌ未満の値に設定される。このようなフィードバック制御により、メタン発酵槽５に導入される被処理水Ｗ２のメタノール濃度は、常に、５００ｍｇ／Ｌを超えないように抑えられることになる。このように、上記返送ラインＬ５及びバルブＶ５は、メタン発酵槽５に導入される被処理水Ｗ２のメタノール濃度が規定値を超えないように調整を行うメタノール濃度調整手段を構成する。

ここで、本発明者らの排水処理試験（後述する）によれば、メタン発酵槽５に導入される被処理水Ｗ２のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないようにすれば、メタノールによるメタン発酵反応の阻害が十分に抑えられ、メタン発酵槽５において高負荷で安定したメタン発酵処理が可能になることが判った。従って、この嫌気性処理装置１及び上記の運転方法によれば、メタン発酵槽５において安定した処理を維持しながら容積負荷を高めることができ、その結果、高い効率で排水Ｗ１を処理することができる。また、この場合、被処理水Ｗ２のメタノール濃度を低下させるために、簡素な返送ラインＬ５を利用しているので、装置１全体の複雑化を抑制することができる。

なお、この嫌気性処理装置１では、ラインＬ６からのサンプリングにより被処理水Ｗ２のメタノール濃度測定を行っているが、ラインＬ２上にメタノール濃度センサを設けて被処理水Ｗ２のメタノール濃度を直接自動的に測定してもよい。また、この場合、上記メタノール濃度センサから得られた濃度信号に基づいて自動的にバルブＶ５の開度を操作する制御部を設け、被処理水Ｗ２のメタノール濃度が規定値を超えないように自動的にフィードバック制御されるように構成してもよい。

以下、本発明者らが行った排水処理試験について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、嫌気性処理装置１を用いて、メタノールを含有するクラフトパルプ排水Ｗ１を処理した結果を示すグラフである。図２（ａ）は、この排水処理における容積負荷の推移を示し、図２（ｂ）は、クラフトパルプ排水（原水）Ｗ１、前処理槽３内、処理水Ｗ３それぞれのメタノール濃度の推移を示している。また、図２（ｃ）は、処理水Ｗ３のＣＯＤｃｒ除去率の推移を示している。

図２（ｂ）に示すように、試験１〜２８日目では、調整及びバルブＶ５の操作により、前処理槽３におけるメタノール濃度（すなわち、メタン発酵槽５に導入される被処理水Ｗ２のメタノール濃度）が５００ｍｇ／Ｌを超えないようにした。その結果、図２（ｃ）に示すように、処理水Ｗ３のＣＯＤｃｒ除去率は９０％以上で安定しており、図２（ａ）に示すように、容積負荷も徐々に上げていくことができた。

次に、図２（ｂ）に示すように、試験２９〜３０日目において、クラフトパルプ排水Ｗ１のメタノール濃度を上昇させ、前処理槽３におけるメタノール濃度を２０００ｍｇ／Ｌ程度まで上昇させた。その結果、被処理水Ｗ２のメタノール濃度の上昇に連動し、試験３４〜３７日目には、図２（ｃ）に示すように処理水Ｗ３のＣＯＤｃｒ除去率が低下してしまったことが判る。その後、バルブＶ５の操作を適切に行うことで、前処理槽３におけるメタノール濃度を低下させ、試験３５日目以降は、再び２００〜３００ｍｇ／Ｌ程度で安定させた。その結果、図２（ｃ）に示すように、処理水Ｗ３のＣＯＤｃｒ除去率は９０％以上で再び安定し、図２（ａ）に示すように、容積負荷も徐々に上げていくことができた。また、試験９０日目以降では、原水中のメタノール濃度を上昇させたが、馴養が進んだ結果、前処理槽３で希釈倍率以上にメタノールが除去されたことを示している。

以上の試験の結果より、メタン発酵槽５に導入される被処理水Ｗ２のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないようにすれば、メタン発酵槽５において高負荷で安定したメタン発酵処理が可能になることが判った。

本発明に係る嫌気性処理装置の一実施形態を示す図である。 （ａ）は、排水処理試験における容積負荷の推移を示すグラフであり、（ｂ）は、各位置のメタノール濃度の推移を示すグラフであり、（ｃ）は、処理水Ｗ３のＣＯＤｃｒ除去率の推移を示すグラフである。

符号の説明

１…嫌気性処理装置、３…前処理槽、５…メタン発酵槽、Ｌ５…返送ライン、Ｖ５…流量調整バルブ（メタノール濃度調整手段）Ｌ６…抜取りライン、Ｖ６…抜取りバルブ、Ｗ１…クラフトパルプ排水（原水）、Ｗ２…被処理水、Ｗ３…処理水。

Claims (2)

1. メタノールを含む原水を前処理調整する前処理槽と、
   該前処理槽からの被処理水をメタン発酵するメタン発酵槽と、
   該メタン発酵槽で処理された処理水を前記前処理槽に返送する返送ラインと、
   前記メタン発酵槽に導入される前記被処理水のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないように、前記返送ラインで前記前処理槽に返送される前記処理水の流量を調整するメタノール濃度調整手段と、を有することを特徴とする嫌気性処理装置。
2. メタノールを含む原水を前処理調整する前処理槽において、該前処理槽からの被処理水をメタン発酵するメタン発酵槽で処理された処理水を、前記前処理槽に返送することにより、前記メタン発酵槽に導入される前記被処理水のメタノール濃度が５００ｍｇ／Ｌを超えないようにすることを特徴とする嫌気性処理方法。

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