嫌気性dhsリアクターによる 産業廃水処理技術«Œ気性dhs(downflow hanging sponge)...
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嫌気性DHSリアクターによる 産業廃水処理技術
香川高等専門学校 建設環境工学科 准教授 多川 正
Innovation of Industrial Wastewater Treatment Technology by Novel Anaerobic DHS Reactor
KAGAWA NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY, JAPAN
背景：生物学的廃水処理 好気 vs. 嫌気
好気処理
嫌気処理
有機廃水 リアクター
CH4 CO2
有機廃水
処理水
空気
曝気槽＋
沈殿槽 余剰汚泥
処理水
余剰汚泥
CO2
嫌気性生物処理の特徴 • 有機物をメタンガスに変換 • 曝気が不要 • 高負荷処理が可能 • 余剰汚泥発生量少 ↓ • 省エネルギー • 設備小型化 • 廃棄物少 ↓ • コスト削減＆環境保全
好気性産業廃水処理 活性汚泥法の課題
C6H12O6 + 6O2 → ΔX + 6CO2 + 6H2O 100g 50g(余剰汚泥) 余剰汚泥：99%程度の水分を含み、脱水処理が必要
例：グルコースの酸化
嫌気性産業廃水処理の導入状況
17.2
12.3
7.4 6.2 33.2
8.0 6.0 4.6 5.2
ビール 蒸留 食品・果物 糖 その他 (食品系) 紙パルプ 化学 下水 その他 (非食品系)
１．適応廃水種類
嫌気性産業廃水処理の導入状況
58.311.1
4.6
4.1
3.9
1.4
10.5
6.2
UASBAFICEGSBHybridAFBACLow rate
Reactor type
UASB: 775 plants
２．嫌気性処理装置
UASB(Upflow Anaerobic Sludge Bed)法が 嫌気性廃水処理装置の中核技術（全体の6割）
中核の嫌気性産業廃水処理 UASB法
気固液分離装置 (GSS)
生成ガス（メタン、炭酸ガス)
増殖汚泥
グラニュール
汚泥床
排水（有機物)
処理水
C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH (乳酸発酵) + ΔX1 ・・・① CH3CHOHCOO- +2H2O → CH3COO- + H+ + 2H2 + HCO3
- + ΔX2 ・・・② 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O + ΔX3 ・・・③ CH3COO- + H2O → CH4 + HCO3
- + ΔX4 ・・・④ Sum ①～④ C6H12O6 → 3CH4 (メタンエネルギー回収）+ 3CO2 + Δ(X1～X4) 増殖菌体量は5%程度
グラニュール汚泥
ガスを抱えている
汚泥浮上や微細化・崩壊が時々観察
UASB法の弱点-1 グラニュール汚泥保持
Biogas (CH4, CO2, H2S...)
Anaerobes
Wastewaterfeed
Treated effluent
・廃水性状 有機物濃度、栄養塩・微量元素、阻害性物質濃度 ・グラニュール汚泥の馴養 難分解性成分の分解に関与する微生物の発現？優占？ グラニュールの形状維持、増殖？ ・運転パターン、付帯設備 定修時の対応、臭気・VOC対策、材質など
UASB法の弱点-2 化学系廃水処理
嫌気性DHS(Downflow Hanging Sponge) システムの開発 適応CASE-1 嫌気性DHS単独にて有機物除去 →小規模・高濃度なさぬきうどん製造廃水 適応CASE-2 UASBが苦手とする廃水の前処理 高濃度SS、油分、脂肪含有廃水 →嫌気性DHS内を循環することで 加水分解（低分子化）、酸生成 適応CASE-3 阻害性があり、グラニュールの長期 保持に対して問題がある廃水 →油分、高分子ポリマー、界面活性剤、防腐剤 Na（高濃度・変動）、廃水変動
新技術 嫌気性廃水処理の適応性の拡大
嫌気性DHS法の特徴と用途
嫌気性DHS法の特徴 ・既存施設を有効的に活用しながら、安価に処理が可能 ・従来技術であるUASB法よりも適応可能廃水種が拡大 ・連続処理、回分処理などあらゆる運転条件に適応可能
想定される用途 ・排水量は少ないが汚濁負荷の高い業種（小規模事業場など） ・難分解な物質を含有する化学系廃水処理 ・廃水からの有価物・エネルギー回収
嫌気性DHSシステムの開発事例
第1段階 さぬきうどん製造廃水 リアクター容量：200Lタンク改造 処理排水量：200L/d（連続処理） 後段にUASB付加
第2段階 醤油製造廃水（廃液） リアクター容量：2m3薬液タンク改造 処理排水量：2m3/d（連続処理）
UASB法
生分解性の高い産業廃水に対し高速処理可能
低コスト・創エネルギー型廃水処理技術
課題点
高濃度SS・油分含有廃水の安定的な処理は可能か？
香川県小豆島の醤油製造工場 工場内より高濃度残渣が発生 島外搬出され焼却処分 コスト, 環境負荷等の観点より問題視
島内での処理に向けて
高濃度食品廃水・廃棄物への適応例
醤油製造廃水原液を 40-100倍希釈（w. /v.） 原水貯留槽にてpH調整(7.0-7.5)後通水 処理水量・原水濃度を段階的に上昇
醤油製造廃水処理フロー
実験結果 COD容積負荷＆COD濃度
嫌気性DHSシステムの開発-2
第3段階 水溶性切削油排水 リアクター容量：200Lタンク改造 処理排水量：200L（バッチ処理）
可搬式 後段に好気性処理を付加
水溶性切削油廃水と処分方法
切削加工 • 精密金属部品加工 • 目的:潤滑,冷却 • 水溶性油剤を使用
20~30倍希釈後使用
廃水 年間約100万kLの 切削油廃水を排出 水分:90~98% 有機性汚濁 化学物質: 界面活性剤, 消泡剤,防腐剤 etc
処理 •物理化学的,生物学的
処理等では不十分 • 7割以上が焼却処分
NOx,Soxの発生 化石燃料消費
処理
安価(低コスト) 低環境負荷 安定処理が可能な 代替処理方法が必要
0
25
50
75
100
0
2000
4000
6000
8000
0 60 120 180 240
CODC
r濃度
(mg/
L)
原水CODcr 処理水CODcr CODcr除去率 経過日数(日)
COD Cr
除去
率(%
)
実験結果 CODCr濃度と除去率
条件① 条件② 条件③
実用化の状況
適応・実験中の廃水種 ・さぬきうどん製造廃水（高濃度有機物・小規模事業場） ・醤油製造廃棄物・廃水（油分、SSが高濃度のスラリー） ・水溶性切削油廃水（防腐剤、界面活性剤含有） ・佃煮製造廃水（超高濃度有機物CODcr 500,000mg/L） など
課題点 ・廃水の種類によっては、立ち上げに時間がかかる ・回収されたバイオガスの活用方法 （小規模事業場の場合、有効利用が難しい）
本技術に関する知的財産権, 主要論文
・発明の名称 ：嫌気性処理装置およびこれを備えた 廃水処理システム ・出願番号 ：特許公開2011-152708 ・出願人 ：独立行政法人国立高等専門学校機構 ・発明者 ：多川 正 ・多川ら, 嫌気性DHS+UASB法を用いた小規模さぬきうどん 製造排水処理, 用水と廃水, vol.54, No.2, pp.153-160, 2012
嫌気性DHS開発に関する助成経歴
・さぬきうどん製造廃水の経済的浄化システムの開発, 2009, 公益信託エスペック地球環境研究・技術基金
・水溶性切削廃液の処理における処理剤の評価及び難分解性物質の調査・除去方法, 2009, ものづくり中小企業製品開発等支援補助事業
・省エネ・脱炭素社会を実現する次世代型化学廃水処理システムの開発, 2009-2010, 科学研究費補助金 若手研究(B) ・資源循環・低炭素社会を実現する新規排水処理システムの開発, 2009-2010, 経済産業省戦略的技術支援事業（地域イノベーション創出研究開発事業）
お問い合わせ先
香川高等専門学校 地域イノベーションセンター 地域人材開発本部 関 丈夫 コーディネーター TEL： 087-869-3965 FAX： 087-869-3967 E-mail: [email protected] 香川高等専門学校 建設環境工学科 准教授 多川 正 TEL: 087-869-3928 FAX: 087-869-3929 E-mail: [email protected]