JP2016034619A - 嫌気性処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グラニュールの外部への流出を抑制する。
【解決手段】嫌気性処理装置１００は、グラニュール層ＧＬを収容する反応槽１１０と、グラニュール層の下方から被処理液を導入する被処理液導入部１２０と、グラニュール層で処理された処理後液が越流する越流部１３０と、グラニュール層から越流部に向かう処理後液の上昇経路上に、処理後液の上昇を邪魔するように配され、複数の孔が形成されたフィルタ部を有し、処理後液とともに上昇した浮上グラニュールを、ガスとグラニュールとに分離させ、ガスを堰き止めて一時的に貯留する気固液分離部１５０と、気固液分離部に貯留されたガスを外部に排出するガス排出口１６２と、を備え、フィルタ部は、鉛直方向に対して傾斜しており、フィルタ部の孔の孔径は、ガスおよびグラニュールを通過不可能または通過困難とし、被処理物を通過可能または通過容易とする大きさである。
【選択図】図１

Description

本発明は、嫌気性生物を用いて排水中の被処理物（有機物）を分解する嫌気性処理装置に関する。

従来、下水処理、し尿処理、飲料や食品の製造過程で生じる産業排水の処理等に嫌気性処理装置が利用されている（例えば、非特許文献１）。嫌気性処理装置は、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法の場合、嫌気性生物のグラニュールで構成されるグラニュール層が収容された反応槽で構成されており、グラニュール層の下方から被処理液（排水）が導入され、導入された被処理液はグラニュール層を通って反応槽の上部から外部へ越流する。被処理液中の被処理物（有機物）は、グラニュールによって分解されるため、被処理液がグラニュール層を通過する際に、被処理液から被処理物が除去されることとなる。

嫌気性処理装置において、グラニュールによって被処理物が分解されると、メタンや二酸化炭素といったガスや、有機酸、エタノールといった低分子炭素化合物が生成される。こうして生成されたガスはグラニュールに付着し、ガスとグラニュールの集合体（以下、「浮上グラニュール」と称する）が反応槽内で生成されることとなる。グラニュールは、被処理液より質量密度が大きいため、通常は被処理液の流れに逆らって沈降するが、ガスが付着した浮上グラニュールは、被処理液の流れに乗って上昇し、反応槽の上部から越流してしまうことがある。反応槽内のグラニュールが減少すると、被処理物の分解効率が低下するため、グラニュールを反応槽内に留めておく必要がある。

そこで、従来の嫌気性処理装置では、反応槽におけるグラニュール層の上方に、浮上グラニュールをガスとグラニュールに分離する気固液分離部が設けられている（例えば、非特許文献２、特許文献１、特許文献２）。気固液分離部は、下面が開放され、側面を構成する側板を含んで構成され、側板の少なくとも一部が鉛直方向に対して傾斜している。被処理液の流れに乗って上昇した浮上グラニュールは、気固液分離部の傾斜した側板の下面に衝突することで、ガスと、グラニュールに分離される。こうして分離されたガスは、気固液分離部の側板に囲繞された領域（以下、「囲繞領域」と称する）に一旦貯留された後、気固液分離部に設けられたガス排出口を通じて外部に排出される。一方、分離されたグラニュールは、自重でグラニュール層まで沈降して再利用されることとなる。

特公平２−３６３１９号公報 特許第４４６８７７１号公報

原田秀樹、ＵＡＳＢ式嫌気性排水処理法 水質汚濁研究、Vol.10，No.11，pp.661-665（１９８７） 茂木浩一、ＩＨＩ−ＵＡＳＢ法による食品排水処理について 食品機械装置，pp.65-79（１９９１）

しかし、被処理液中に固形の被処理物（以下、「固形被処理物」と称する）が高濃度に含まれる場合、固形被処理物は完全には分解されないため、未分解の固形被処理物がグラニュール層に蓄積され、グラニュール層が膨張することとなる。グラニュール層が膨張しすぎると、気固液分離部の囲繞領域が固形被処理物を含んだグラニュール層で埋まってしまうことがある。この場合、気固液分離部の囲繞領域に進入できない浮上グラニュールが生じ、当該浮上グラニュールが被処理液の流れに乗って、反応槽の上部から越流してしまい、反応槽内のグラニュールが減少して被処理物の分解効率が低下する。

そこで、囲繞領域からグラニュール層を引き抜くことも考えられるが、かかる手段によっても、結局反応槽内のグラニュールが減少することになり、被処理物の分解効率の低下を抑制することはできない。

そこで、本発明は、気固液分離部の形状を工夫することで、グラニュールの外部への流出を抑制することができ、反応槽における被処理物の分解効率の低下を防止することが可能な嫌気性処理装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の嫌気性処理装置は、嫌気性生物によって被処理物を分解する嫌気性処理装置であって、嫌気性生物のグラニュールで構成されるグラニュール層を収容し、少なくともグラニュール層で被処理物を、ガスおよび被処理物の分子量より分子量の小さい炭素化合物に分解させる反応槽と、反応槽におけるグラニュール層の下部、または、グラニュール層の下方から、被処理物を含む被処理液を導入する被処理液導入部と、反応槽におけるグラニュール層の上方に設けられ、グラニュール層で処理された被処理液である処理後液が越流する越流部と、グラニュール層から越流部に向かう処理後液の上昇経路上に、処理後液の上昇を邪魔するように配され、複数の孔が形成されたフィルタ部を有し、処理後液とともに上昇した、ガスとグラニュールとの集合体である浮上グラニュールを、ガスとグラニュールとに分離させ、ガスを堰き止めて一時的に貯留する気固液分離部と、気固液分離部に貯留されたガスを外部に排出するガス排出口と、を備え、フィルタ部は、鉛直方向に対して傾斜しており、フィルタ部の孔の孔径は、ガスおよびグラニュールを通過不可能または通過困難とし、被処理物を通過可能または通過容易とする大きさであることを特徴とする。

また、ガスおよびグラニュールを通過不可能または通過困難とし、被処理物を通過可能または通過容易とする大きさは、０．０２ｍｍ〜２ｍｍのうち、予め設定された大きさであるとしてもよい。

また、気固液分離部内に滞留した、被処理液または処理後液を引き抜く引き抜き部をさらに備えるとしてもよい。

また、ガス排出口を通じて排出されたガスを、気固液分離部の下方から導入するガス導入部をさらに備えるとしてもよい。

本発明によれば、グラニュールの外部への流出を抑制することができ、反応槽における被処理物の分解効率の低下を防止することが可能となる。

実施形態にかかる嫌気性処理装置を説明するための図である。 実施形態にかかる嫌気性処理装置を説明するための図である。 気固液分離部の斜視図である。 気固液分離部による浮上グラニュールの分離を説明するための図である。 比較例の気固液分離部と、本実施形態の気固液分離部の機能を説明するための図である。 変形例の嫌気性処理装置を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（嫌気性処理装置１００）
図１、図２は、本実施形態にかかる嫌気性処理装置１００を説明するための図であり、図１は、嫌気性処理装置１００の斜視図を示し、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線のＸＺ断面図を示す。本実施形態の図１、図２では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、理解を容易にするために、図１中、反応槽を透明で、液面（液体と気体の界面）を破線で、グラニュール層ＧＬの界面を一点鎖線で示す。さらに、図１、図２中、グラニュールを黒丸で、ガスを白丸で示し、図２中、液（被処理液、処理後液）をグレーの塗りつぶしで示す。

嫌気性処理装置１００は、被処理液に含まれる被処理物（有機物）を嫌気性生物によって、ガスと、被処理物の分子量より分子量の小さい炭素化合物（例えば、有機酸やエタノール等のアルコール、以下、「低分子炭素化合物」と称する）に分解する装置である。図１、図２に示すように、嫌気性処理装置１００は、嫌気性生物（例えば、メタン生成菌）のグラニュール（複数の嫌気性生物または通性嫌気性生物の集合体を主体とする大きさ０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度の塊状の粒子）と、被処理液（被処理物を含んだ液）を収容する反応槽１１０を備えている。グラニュールは、被処理液より質量密度が大きいため、反応槽１１０の下部に沈降している。このため、反応槽１１０の下部において、グラニュールで構成されるグラニュール層ＧＬが形成されることとなる。

被処理液導入部１２０は、不図示のポンプと、導入管とを含んで構成され、被処理液供給源から反応槽１１０へ被処理液を導入する。本実施形態において、被処理液導入部１２０は、反応槽１１０におけるグラニュール層ＧＬの下部、または、グラニュール層ＧＬの下方から被処理液を導入する。

反応槽１１０におけるグラニュール層ＧＬの上方には、越流部１３０が設けられている。被処理液導入部１２０から導入された被処理液は、グラニュール層ＧＬを通って、最終的に越流部１３０に到達する。嫌気性生物は、被処理物をガスと低分子炭素化合物とに分解する機能を有するため、被処理液導入部１２０から導入された被処理液が、グラニュール層ＧＬを通過する過程で、被処理液中の被処理物はガスと低分子炭素化合物に分解されることとなる。

したがって、越流部１３０には、グラニュール層ＧＬで処理（被処理物をガスと低分子炭素化合物とに分解する処理）された被処理液（以下、単に「処理後液」と称する）が到達することとなり、越流部１３０は、処理後液を処理後液流通部１４０に越流させる。つまり、被処理液や処理後液は、上昇流となって反応槽１１０内を移動することとなる。

こうして、処理後液流通部１４０に到達した処理後液は、処理後液排出口１４２を通じて、外部へ排出されることとなる。

上述したように、グラニュールは、被処理物をガスと低分子炭素化合物とに分解するため、グラニュールによる被処理液中の被処理物の分解が進むと、反応槽１１０に収容された液には、ガスが分散されることとなる。そうすると、ガスがグラニュールに付着して、浮上グラニュール（ガスとグラニュールの集合体）が反応槽１１０内で生成されることとなる。上述したように、グラニュールは、被処理液より質量密度が大きいため、通常では沈降してグラニュール層ＧＬを形成するが、ガスが付着した浮上グラニュールは、被処理液や処理後液の流れ（上昇流）に乗って上昇し、反応槽１１０の上部に形成された越流部１３０から越流してしまうことがある。そうすると、反応槽１１０内のグラニュールが減少し、被処理物の分解効率が低下する事態が生じてしまう。

そこで、嫌気性処理装置１００では、グラニュール層ＧＬから越流部１３０に向かう処理後液の上昇経路上に、処理後液の上昇を邪魔する（処理後液を迂回させる）ように配され、浮上グラニュールをガスとグラニュールに分離する気固液分離部１５０（図１、図２中、１５０ａ〜１５０ｅで示す）を備えている。

図３は、気固液分離部１５０ａの斜視図である。なお、ここでは、気固液分離部１５０ａについて説明するが、気固液分離部１５０ｂ〜１５０ｅについては、気固液分離部１５０ａと実質的に構成が等しいため、説明を省略する。

気固液分離部１５０ａは、フィルタ部１５２と、枠部１５４と、支持部１５６とを含んで構成される。フィルタ部１５２は、複数の孔が形成された平面形状のものであり、例えば、ナイロン、ポリエチレン等で形成された濾布である。枠部１５４は、フィルタ部１５２同士を連結するとともに、フィルタ部１５２が鉛直方向に対して傾斜する（例えば、フィルタ部１５２と水平面との為す角が４５°程度、もしくは、４５°以上となる）ように、フィルタ部１５２を保持する。

支持部１５６は、枠部１５４から延在した棒形状のものであり、フィルタ部１５２の形状を維持する。本実施形態において支持部１５６は、フィルタ部１５２を上方から、すなわち、フィルタ部１５２に対して、液の流れ方向の下流側からフィルタ部１５２を支持している。

図４は、気固液分離部１５０による浮上グラニュールＦＧの分離を説明するための図であり、図２の円ＩＩＩの拡大図である。また、図４中、グラニュールを黒丸で、ガスを白丸で示す。

図４（１）に示すように、浮上グラニュールＦＧは、処理後液もしくは被処理液の流れに乗って鉛直上方に浮上する。気固液分離部１５０は、グラニュール層ＧＬから越流部１３０に向かう処理後液の上昇経路上に配されているため、図４（２）に示すように、浮上グラニュールＦＧは、上昇過程において、気固液分離部１５０のフィルタ部１５２に衝突することとなる。そして、浮上グラニュールＦＧは、フィルタ部１５２と衝突した後、フィルタ部１５２の傾斜に沿って上方に浮上する。

フィルタ部１５２との衝突、もしくは、衝突後のフィルタ部１５２の傾斜に沿った上昇過程におけるフィルタ部１５２との摩擦によって、浮上グラニュールＦＧは、ガスと、グラニュールとに分離される。こうして分離されたガスは、図４（３）に示すようにフィルタ部１５２の傾斜に沿って上昇し、気固液分離部１５０、仕切板１６０、反応槽１１０を構成する壁で囲繞された領域ＳＡ（以下、「囲繞領域ＳＡ」と称する）に一時的に貯留された後、仕切板１６０に形成されたガス排出口１６２を通って、反応槽１１０のガス貯留領域１７０（図１参照）に移動する。こうして、ガス貯留領域１７０に貯留されたガスは、ガス排出管１７２（図１参照）を通じて外部へ排出されることとなる。

一方、気固液分離部１５０で分離されたグラニュールは、図４（４）に示すように自重で沈降し、グラニュール層ＧＬで再利用されることとなる。

なお、グラニュールが付着していないガスは、フィルタ部１５２に衝突することなく、ガス排出口１６２に導かれるか、フィルタ部１５２に衝突した後にガス排出口１６２に導かれることとなる。

続いて、比較例の気固液分離部１５と、その問題点について説明する。図５は、比較例の気固液分離部１５と、本実施形態の気固液分離部１５０の機能を説明するための図である。また、図５中、グラニュールを黒丸で、ガスを白丸で、固形被処理物ＰＭを黒い塗りつぶしの四角で示す。

図５（ａ）に示すように、比較例の気固液分離部１５は、フィルタ部１５２に代えて、鉛直方向に対して傾斜した傾斜板１６を含んで構成される。したがって、図５（ａ）に示すように、処理後液の流れに乗って上昇した浮上グラニュールＦＧは、本実施形態の気固液分離部１５０と同様に、傾斜板１６の下面に衝突することで、ガスと、グラニュールに分離される。

ここで、導入された被処理液中に固形被処理物ＰＭが高濃度に含まれる場合、固形被処理物ＰＭは完全には分解されないため、未分解の固形被処理物ＰＭがグラニュール層に蓄積され、グラニュール層が膨張することとなる。グラニュール層が膨張しすぎると、図５（ｂ）に示すように、気固液分離部１５の囲繞領域ＳＢが、固形被処理物ＰＭを含むグラニュール層で埋まってしまうことがある。そうすると、浮上グラニュールＦＧは気固液分離部１５の囲繞領域ＳＢに入りこむことができず、分離されることなく、越流部まで到達してしまうこととなる。浮上グラニュールＦＧが液（処理後液または被処理液）の流れに乗って、越流部から外部に排出されると、反応槽１１０内のグラニュールが減少して固形被処理物ＰＭの分解効率が低下する。したがって、比較例の気固液分離部１５を備えた、従来の嫌気性処理装置では、高濃度の固形被処理物ＰＭを含む被処理液を処理できないという問題があった。

そこで、本実施形態の気固液分離部１５０では、図５（ｃ）に示すように、従来の傾斜板１６に代えて、複数の孔が形成されたフィルタ部１５２を備える。フィルタ部１５２は、孔の孔径が、ガスおよびグラニュールを通過不可能または通過困難とし、固形被処理物ＰＭを通過可能または通過容易とする大きさ（具体的には、０．０２ｍｍ〜２ｍｍのうち、予め設定された大きさ）になるように形成される。

気固液分離部１５０が上記孔径の孔が形成されたフィルタ部１５２を備える構成により、図５（ｃ）に示すように、固形被処理物ＰＭを通過させて、気固液分離部１５０の上方へ導くことができる。これにより、囲繞領域ＳＡが固形被処理物ＰＭで埋まってしまう事態を回避することが可能となる。したがって、浮上グラニュールＦＧが気固液分離部１５０の囲繞領域ＳＡに入り込むことができなくなるという事態を回避することができ、確実に浮上グラニュールＦＧを囲繞領域ＳＡに進入させることが可能となる。これにより、固形被処理物ＰＭが高濃度に含まれる被処理液が導入される場合であっても、気固液分離部１５０は、浮上グラニュールＦＧをガスとグラニュールに分離させることが可能となり、浮上グラニュールＦＧの越流部１３０への到達を抑制することができる。

また、フィルタ部１５２の孔は、ガスおよびグラニュールを通過不可能または通過困難とする大きさであるため、ガスおよびグラニュールを堰き止めることができる。したがって、ガスおよびグラニュールがフィルタ部１５２を通過して、越流部１３０へ到達してしまう事態を回避することが可能となる。

図１に戻って説明すると、引き抜き部１８０は、不図示のポンプまたは弁と引き抜き管とで構成され、気固液分離部１５０内に滞留した液（グラニュールが分散した処理後水や、被処理液）を引き抜く。なお、図１では、理解を容易にするために、気固液分離部１５０ｃにのみ引き抜き部１８０が配される図を示しているが、実際は、すべての気固液分離部１５０（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ）に引き抜き部１８０が配されている。

引き抜き部１８０を備える構成により、上記のポンプ稼働または弁の開放によって気固液分離部１５０に一時的に下降流を形成することができ、気固液分離部１５０のフィルタ部１５２の孔がグラニュール等で閉塞された場合であっても、孔からグラニュール等を除去することができ、フィルタ部１５２の孔の閉塞を解消することが可能となる。

なお、引き抜き部１８０によって引き抜かれた液は、被処理液が含まれているため、被処理液供給源に返送されることとなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる嫌気性処理装置１００によれば、気固液分離部１５０における分離機能を担う傾斜板に孔を形成して、フィルタ部１５２とすることで、分離機能を維持したまま、囲繞領域ＳＡにおける固形被処理物ＰＭの蓄積を防止することができる。これにより、気固液分離部１５０の分離機能の阻害を防止することができ、グラニュールの外部への流出を抑制することが可能となる。したがって、反応槽１１０における被処理物（被処理液に溶存した被処理物および固形被処理物ＰＭ）の分解効率の低下を防止することができる。

（変形例）
上記実施形態では、嫌気性処理装置１００が引き抜き部１８０を備える構成について説明した。しかし、引き抜き部１８０に代えて、ガス排出口１６２を通じて排出されたガスの一部を、気固液分離部１５０の下方から導入するガス導入部を備えるとしてもよい。

ガス導入部を備える構成により、気固液分離部１５０のフィルタ部１５２の孔が固形被処理物ＰＭやグラニュール等で閉塞された場合であっても、フィルタ部１５２に接する液をガスで撹拌することによって、固形被処理物ＰＭやグラニュール等を孔から除去することができ、フィルタ部１５２の孔の閉塞を解消することが可能となる。なお、ガス導入部が、空気ではなく、ガス排出口１６２を通じて排出されたガス、すなわち、反応槽１１０内で生成されたガスを導入しているため、メタンと酸素の共存による爆発の危険性を排除できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態において、フィルタ部１５２が、平面形状である場合を例に挙げて説明したが、フィルタ部１５２は、鉛直方向に対して傾斜していればよく、湾曲していてもよい。

また、上記実施形態において、すべての気固液分離部１５０（１５０ａ〜１５０ｅ）がフィルタ部１５２を備える構成について説明した。しかし、気固液分離部１５０のうち、少なくとも一部の気固液分離部１５０がフィルタ部１５２を備えていればよく、その他の気固液分離部１５０は、フィルタ部１５２に代えて傾斜板を備えるとしてもよい。

また、被処理液導入部１２０から反応槽１１０に流入する液は、被処理液と処理後液との混合液でも構わない。

また、上記実施形態において、被処理液や処理後液を反応槽１１０内で循環させないタイプの嫌気性処理装置１００について説明した。しかし、図６に示すように、整流板２５０を備え、図６中、白抜き矢印で示すように被処理液や処理後液を循環させるタイプの嫌気性処理装置２００に、上記実施形態で説明したフィルタ部１５２を備える気固液分離部１５０を設けるとしてもよい。

本発明は、嫌気性生物を用いて排水中の有機物を分解する嫌気性処理装置に利用することができる。

ＧＬ グラニュール層
１００ 嫌気性処理装置
１１０ 反応槽
１２０ 被処理液導入部
１３０ 越流部
１５０（１５０ａ〜１５０ｅ） 気固液分離部
１５２ フィルタ部
１６２ ガス排出口
１８０ 引き抜き部
２００ 嫌気性処理装置

Claims (4)

1. 嫌気性生物によって被処理物を分解する嫌気性処理装置であって、
   嫌気性生物のグラニュールで構成されるグラニュール層を収容し、少なくとも該グラニュール層で前記被処理物を、ガスおよび該被処理物の分子量より分子量の小さい炭素化合物に分解させる反応槽と、
   前記反応槽における前記グラニュール層の下部、または、該グラニュール層の下方から、前記被処理物を含む被処理液を導入する被処理液導入部と、
   前記反応槽における前記グラニュール層の上方に設けられ、該グラニュール層で処理された被処理液である処理後液が越流する越流部と、
   前記グラニュール層から前記越流部に向かう前記処理後液の上昇経路上に、該処理後液の上昇を邪魔するように配され、複数の孔が形成されたフィルタ部を有し、該処理後液とともに上昇した、ガスとグラニュールとの集合体である浮上グラニュールを、該ガスと該グラニュールとに分離させ、該ガスを堰き止めて一時的に貯留する気固液分離部と、
   前記気固液分離部に貯留された前記ガスを外部に排出するガス排出口と、
   を備え、
   前記フィルタ部は、鉛直方向に対して傾斜しており、
   前記フィルタ部の孔の孔径は、前記ガスおよび前記グラニュールを通過不可能または通過困難とし、前記被処理物を通過可能または通過容易とする大きさであることを特徴とする嫌気性処理装置。
2. 前記ガスおよび前記グラニュールを通過不可能または通過困難とし、前記被処理物を通過可能または通過容易とする大きさは、０．０２ｍｍ〜２ｍｍのうち、予め設定された大きさであることを特徴とする請求項１に記載の嫌気性処理装置。
3. 前記気固液分離部内に滞留した、前記被処理液または前記処理後液を引き抜く引き抜き部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の嫌気性処理装置。
4. 前記ガス排出口を通じて排出されたガスを、前記気固液分離部の下方から導入するガス導入部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の嫌気性処理装置。