JP6512571B2

JP6512571B2 - 嫌気性処理システム、及び嫌気性処理方法

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Publication number: JP6512571B2
Application number: JP2014050620A
Authority: JP
Inventors: 典之藤本; 珠坪　一晃; 一晃珠坪
Original assignee: National Institute for Environmental Studies; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: National Institute for Environmental Studies; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: US20140305852A1; JP2014223611A

Description

本発明は、嫌気性処理システム、及び嫌気性処理方法に関するものである。

従来、有機成分が含まれる有機性排水を嫌気的に処理して処理水を得る嫌気性処理システム、及び嫌気性処理方法として、例えば下記特許文献１に記載のものが知られている。この嫌気性処理システムは、有機性排水を前処理槽に導入して前処理を行った後、嫌気性処理槽においてメタン発酵処理を行うことで有機物を分解し、有機物濃度を低下させた処理水を得ている。

特開２００８−１８８５０４号公報

ここで、従来の有機性排水を嫌気性処理する嫌気性処理システムにおいては、汚泥中の嫌気性菌の至適温度の中温条件（例えば３０〜４０℃）または高温条件（例えば５０〜６０℃）に温度制御して嫌気性処理が行われていた。一般的な産業排水などの有機性排水は、例えば１０〜２０℃の低温であるため、有機性排水を加熱して嫌気性処理が行われていた。一方、低温条件にて嫌気性処理を行うことによって、エネルギーを削減するような処理も行われている（例えば、無加温メタン発酵排水処理）。しかしながら、低温条件における嫌気性処理は、有機性排水の状態の変化（例えば負荷変動）の影響を受けやすく、状態の変化（例えば、負荷の急上昇）に対応できない場合がある。従って、エネルギーの削減を可能としつつも、有機性排水の状態の変化にも対応可能な嫌気性処理システム、及び嫌気性処理方法が求められていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、エネルギーの削減を可能としつつも、有機性排水の状態の変化にも対応可能な嫌気性処理システム、及び嫌気性処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る嫌気性処理システムは、低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水を嫌気性処理する嫌気性処理槽と、嫌気性処理槽に対する有機性排水の状態を評価する状態評価部と、嫌気性処理槽に流入する有機性排水を加熱する加熱部と、を備え、状態評価部で加熱が必要と判断された時に、加熱部によって有機性排水の温度を上昇させる。

本発明に係る嫌気性処理システムは、低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水を嫌気性処理する嫌気性処理槽を備えている。従って、有機性排水の状態の安定時（例えば、負荷の安定時）においては、低温条件にて有機性排水の処理を可能とすることによって、エネルギーを削減することができる。一方、嫌気性処理システムは、状態評価部で加熱が必要と判断された時に、加熱部によって有機性排水の温度を上昇させることができる。低温条件に馴養された汚泥は、一時的に温度が上昇すると、活性が一時的に上昇する。従って、加熱が必要な時（例えば、有機性排水の負荷が上昇したとき）は、加熱部によって有機性排水の温度を上昇させて一時的に活性を上げることで、状態が変化した時（例えば、負荷の急上昇時）においても、安定した処理を行うことが可能となる。以上によって、エネルギーの削減を可能としつつも、有機性排水の状態の変化にも対応可能とすることができる。

本発明に係る嫌気性処理システムは、嫌気性処理槽で発生したバイオガスを回収する回収部を更に備え、状態評価部は、回収部で回収されたバイオガスの量に基づいて評価を行ってよい。バイオガスの発生量は、有機性排水の負荷の変動によって増減するものであるため、状態評価部は、バイオガスの量に基づいて有機性排水の状態を評価することができる。これによって、有機性排水の状態を直接計測するための構成を省略することができる。

本発明に係る嫌気性処理方法は、低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水を嫌気性処理槽で嫌気性処理する嫌気性処理工程と、嫌気性処理槽に対する有機性排水の状態を評価する状態評価工程と、嫌気性処理槽に流入する有機性排水を加熱する加熱工程と、を備え、状態評価工程で加熱が必要と判断された時に、加熱工程において有機性排水の温度を上昇させる。

本発明に係る嫌気性処理方法は、低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水を嫌気性処理する嫌気性処理工程を備えている。従って、有機性排水の状態の安定時（例えば、負荷の安定時）においては、低温条件にて有機性排水の処理を可能とすることによって、エネルギーを削減することができる。一方、嫌気性処理方法は、状態評価工程で加熱が必要と判断された時に、加熱工程において有機性排水の温度を上昇させることができる。低温条件に馴養された汚泥は、一時的に温度が上昇すると、活性が一時的に上昇する。従って、加熱が必要な時（例えば、有機性排水の負荷が上昇したとき）は、加熱部によって有機性排水の温度を上昇させて一時的に活性を上げることで、状態が変化した時（例えば、負荷の急上昇時）においても、安定した処理を行うことが可能となる。以上によって、エネルギーの削減を可能としつつも、有機性排水の状態の変化にも対応可能とすることができる。

本発明によれば、エネルギーの削減を可能としつつも、有機性排水の状態の変化にも対応可能となる。

本発明の実施形態に係る嫌気性処理システムの構成を示す概略図である。制御部による制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。有機性排水の負荷と温度の変動の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る嫌気性処理システムの構成を示す概略図である。嫌気性処理システム１は、原水流入管Ｌ１を通ってきた有機性排水Ｗを受け入れる調整槽９と、その後段の酸生成槽１１と、更にその後段の嫌気性処理槽１２と、を備えている。

調整槽９は、後段に送出する有機性排水Ｗの流量調整処理を行う槽である。調整槽９からは、送水管Ｌ２を通じて酸生成槽１１に所定の流量で有機性排水Ｗが送られる。酸生成槽１１は、酸生成菌により有機性排水Ｗに含まれる有機物を酢酸等に分解する。また、酸生成槽１１において、中和剤としてアルカリ剤（例えば、水酸化ナトリウム）を添加することも好ましい。酸生成槽１１には、送水管Ｌ３が接続されており、当該送水管Ｌ３に設けられたポンプによって、酸生成槽１１内の有機性排水Ｗが上向流式の嫌気性処理槽１２に流入するようになっている。

嫌気性処理槽１２は、直方体状の容器等からなり、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）反応槽などと呼ばれるタイプの水処理槽である。嫌気性処理槽１２の下部には、流入部１３が設けられている。流入部１３は、送水管Ｌ３に連絡しており有機性排水Ｗを嫌気性処理槽１２内に流入させる。流入部１３は、例えば、長手方向に均一に穴部が設けられた送水管である。嫌気性処理槽１２内には、嫌気性汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥が収納されている。有機性排水Ｗは、グラニュール汚泥に接触することにより、グラニュール汚泥中の嫌気性菌によって嫌気性処理される。このようなグラニュール汚泥が、有機性排水Ｗ中で下部に沈降して溜まることにより、嫌気性処理槽１２の下部にはグラニュール汚泥層１４が形成されている。

嫌気性処理槽１２では、その下部に設けられた流入部１３から有機性排水Ｗを内部に導入することによって上向きの流動を生じさせ、グラニュール汚泥層１４に有機性排水Ｗを通して、有機性排水Ｗを嫌気性処理する。グラニュール汚泥層１４の上部には、当該グラニュール汚泥層１４を通過し嫌気性処理を経た有機性排水Ｗの液層が形成されている。この液層の有機性排水Ｗには、嫌気性処理によって発生したバイオガス（例えば、メタンガス）や、バイオガスの上昇に伴って巻き上げられたグラニュール汚泥が含まれている。

また、嫌気性処理槽１２の上部には、有機性排水Ｗとグラニュール汚泥とバイオガスとを分離するための三相分離部１８が、配置されている。三相分離部１８は、液層の有機性排水Ｗに浮上グラニュールが存在した場合でも、グラニュールを分離することができる。なお、浮上グラニュール汚泥は、グラニュール汚泥が浮いたものであり、例えば、グラニュール汚泥にガスが付着したり、ガスが内包されたりなどしたものである。

三相分離部１８の下端部には、有機性排水Ｗを三相分離部１８の内部に導入する導入口１８ａが形成されている。この導入口１８ａに有機性排水Ｗを導くために、三相分離部１８の下方であって導入口１８ａの周囲には、三相分離部１８の底部に沿って設置された導入板１９が設けられている。また、導入板１９には、導入口１８ａに導入されなかった有機性排水Ｗを下側に返送するための返送口１９ａが形成されている。また、導入板１９の更に下方には、バイオガスが返送口１９ａ、導入口１８ａを通って三相分離部１８に侵入することを防止するための整流板２０が設けられている。

有機性排水Ｗは、上記グラニュール汚泥層１４を通過し上向きに移動し、導入板１９によって導入板１９と三相分離部１８との間に形成された導入路に外側から流入する。上記導入路を通った有機性排水Ｗの一部は、導入口１８ａから三相分離部１８内に流入し、他の部分は、導入板１９の返送口１９ａから下側に流れるようになっている。

三相分離部１８内に流入した有機性排水Ｗは、三相分離部１８の側壁１８ｂから外側に溢れ、処理水として処理水排出部２３に集められる。側壁１８ｂの上端の高さに、有機性排水Ｗの液面Ｈが形成される。処理水排出部２３の処理水の一部は、処理水返送路Ｌ４を通じて酸生成槽１１に返送され、処理水排出部２３の処理水の残部は、排水管Ｌ５を通じて系外に排出される。三相分離部１８において、三相分離部１８の側壁１８ｂの内側に異物流出防止用のバッフル板を設けても良い。これにより、異物の流出を防止することができる。

また、嫌気性処理槽１２内で、液面Ｈよりも上方の閉鎖空間には、前述のバイオガスが一時的に貯留される。この液面Ｈよりも上方の閉鎖空間を、以下、ガス貯留空間３１と呼ぶ。これに対し、液面Ｈ下の有機性排水Ｗが貯留された空間を、以下、嫌気性処理空間３３と呼ぶ。

嫌気性処理槽１２では、嫌気性処理空間３３で有機性排水Ｗの嫌気性処理が行われ、バイオガスが発生する。当該バイオガスが浮上し液面Ｈまで到達することで、ガス貯留空間３１にバイオガスが一時的に貯留される。ガス貯留空間３１のバイオガスは、回収部４０のガス回収ラインＬ６を通じて外部に排出され有用なエネルギー源として回収される。なお、回収部４０の詳細な説明については、後述する。

続いて、上記嫌気性処理システム１による嫌気性処理方法の基本動作について説明する。

（酸生成槽処理工程）
調整槽９で調整された流量で、酸生成槽１１に対し有機性排水Ｗが導入されると、酸生成槽１１では、酸生成菌により有機性排水Ｗに含まれる有機物が酢酸等に分解される。これにより酢酸等の有機酸を多く含む有機性排水Ｗが、酸生成槽１１から嫌気性処理槽１２に送られる。

（嫌気性処理工程）
嫌気性処理槽１２の流入部１３から導入された有機性排水Ｗは、嫌気性処理空間３３内を上向きに流動する。このとき、有機性排水Ｗは、グラニュール汚泥層１４を通過しながらグラニュール汚泥に接触し、嫌気性処理される。

（処理水排出工程）
その後、液面Ｈまで到達した有機性排水Ｗは、側壁１８ｂの上端を越えて処理水排出部２３に溢れ、処理水として排水管Ｌ５を通じて系外に排出される。なお、排出された処理水には、後段で更なる所定の水処理が施される。

（ガス貯留工程）
上記嫌気性処理工程では、嫌気性反応によるバイオガス（メタンガス、二酸化炭素等）が発生し、液面Ｈまで浮上することでガス貯留空間３１に一時的に貯留される。ガス貯留空間３１に貯留されたバイオガスは、回収部４０にて回収される。

次に、本実施形態に係る嫌気性処理システム１の構成について、更に詳細に説明する。

本実施形態に係る嫌気性処理システム１は、嫌気性処理槽１２で発生したバイオガスを回収する回収部４０と、嫌気性処理槽１２に対する有機性排水Ｗの負荷を評価する負荷評価部（有機性排水の状態を評価する状態評価部）５０と、嫌気性処理槽１２に流入する有機性排水Ｗを加熱する加熱部６０と、を備えている。また、嫌気性処理システム１は、嫌気性処理システム１の運転制御を実行すると共に、各種演算を行う制御部７０を備えている。本実施形態に係る嫌気性処理システム１は、低温条件に馴養された汚泥（すなわち、低温条件に馴養されたグラニュール汚泥中の嫌気性菌）によって、嫌気性処理槽１２内にて有機性排水Ｗを嫌気性処理する。

嫌気性菌として、「Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａｓｐ．」、「Ｍｅｔｈａｎｏｓａｅｔａｓｐ．」、「Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐ．」等のメタン生成細菌が適用される。このような嫌気性菌の至適温度は、中温であるが、低温条件で馴養することによって、低温であっても活性を高くすることができる。更に、低温条件で馴養した嫌気性菌を上昇させると（例えば中温条件とする）と、活性が上昇する。なお、嫌気性菌の温度条件において、「低温」とは１０〜２５℃や、１０〜２０℃の範囲の温度が一般的である。「中温」とは３０〜４０℃や、３５〜３８℃の範囲の温度が一般的である。また、「馴養」とは、活性汚泥法やメタン発酵法（嫌気性処理）などの生物処理においては、これまでとは異なった排水、あるいは異なった環境などの条件下で、従来と同じ処理活性を維持したり、新しい処理能力を獲得することである。また、馴養とは、所定の微生物群を、ある条件下、環境下におくことで、微生物群の中で優勢種であった微生物に替り、当該条件・環境にあった微生物が優勢種となることである。馴養の一般的な例としては、例えば、中温の排水を処理するのに利用されていた活性汚泥のような微生物群において、低温や高温の排水を処理するようになった場合に、微生物群の中で優勢種であった微生物に替り、低温や高温でも分解速度等が大きく低下しない微生物が優勢種となり、低温や高温の排水でも、従来と同等の処理速度を維持することが挙げられる。また、例えば、フェノールを含まない排水を処理していた活性汚泥のような微生物群に対して、フェノール含有排水が流入した場合に、最初はフェノールを分解できない状態であるが、微生物群に含まれていたフェノール分解菌が増殖を始め、徐々に微生物群の中で優勢種となり、フェノールを分解処理できるようにすることなどが挙げられる。本実施形態では、嫌気性菌を低温条件で馴養している。具体的には、例えば、嫌気性菌を低温条件下（外気の自然な変化に任せておくと、冬場とかに自然に低温条件となる）において、有機性排水Ｗを所定の期間をかけて低負荷から高負荷に徐々に変化させながら（例えば、３ｋｇ−ＣＯＤ／（ｍ^３・ｄ）から２０ｋｇ−ＣＯＤ／（ｍ^３・ｄ）に変化させる）排水処理を行うことによって、すなわち、一旦、負荷が低くなるように抑制しておき、馴養具合を監視しながら徐々に負荷を上げていく（負荷を抑える前の状態に戻す）ような制御を行うことで、嫌気性菌が「低温条件で馴養」された状態となる。

低温条件で馴養された嫌気性菌は、一時的にでも温度を上昇させれば、活性を一時的に上昇させることができる。また、一時的に上昇させた温度を短い期間内に低温条件に戻せば、もとの活性に戻る。ここでの「短い期間」とは、１〜１０日程度以下の期間である。本実施形態に係る嫌気性処理システム１は、通常時においては低温条件で馴養された状態の嫌気性菌にて嫌気性処理を行うことで、エネルギーを削減した状態で処理を行いつつも、有機性排水Ｗの負荷が（一時的に）上昇したときは、温度を（一時的に）上昇させることで活性を高め、負荷が上昇した有機性排水Ｗを確実に処理するものである。なお、有機性排水Ｗの負荷とは、例えば容積負荷（ｋｇ−ＣＯＤｃｒ／（ｍ^３・ｄ））であり、単位容積当り、単位時間当たりに嫌気性処理槽１２に流入する有機物の量である。有機性排水Ｗの負荷が上昇する場合とは、有機性排水Ｗ中の有機物の濃度が上昇する場合や、（濃度が同じでも）有機性排水Ｗ自体の量が増加する場合などが該当する。なお、本実施形態による嫌気性処理システム１００を用いることで、有機性排水Ｗの負荷が通常時よりも１０〜１００％上昇したとしても、安定した処理が可能となる。

具体的に、回収部４０は、嫌気性処理槽１２のガス貯留空間３１に接続されたガス回収ラインＬ６と、当該ガス回収ラインＬ６に設けられたポンプ４１と、ポンプ４１を制御する制御部７０と、によって構成される。ポンプ４１は、制御部７０に電気的に接続されており、当該制御部７０の制御信号に基づいて運転される。

負荷評価部５０は、本実施形態においては、回収部４０で回収されたバイオガスの量に基づいて、有機性排水Ｗの負荷の評価を行う。具体的には、負荷評価部５０は、ガス回収ラインＬ６上に設けられたガスメーターなどのバイオガス検出器５１と、バイオガス検出器５１の検出結果を取得する制御部７０と、によって構成される。バイオガス検出器５１は、制御部７０に電気的に接続されており、当該制御部７０に検出結果を送信する。ここで、有機性排水Ｗの負荷が上昇した場合、嫌気性処理槽１２内で処理される有機物の量が増加することによって、バイオガスの発生量が増加する。従って、制御部７０は、バイオガス検出器５１の検出結果を参照することによって、有機性排水Ｗの負荷の増減を評価することができる。制御部７０は、バイオガス検出器５１で検出されたバイオガスの量が増加したときに、有機性排水Ｗの負荷が上昇していると評価することができる。また、制御部７０は、バイオガス検出器５１で検出されたバイオガスの量が一定のときは有機性排水Ｗの負荷が一定であると評価し、バイオガスの量が減少したときは有機性排水Ｗの負荷が減少していると評価することができる。

加熱部６０は、バイオガスを燃焼させるボイラ６１と、ボイラ６１で加熱された加熱媒体を流通させるラインＬ７と、ラインＬ７を通過させる加熱媒体の量を調整するバルブ６２と、によって構成される。

ボイラ６１は、ラインＬ６から流入するバイオガスを燃焼させて加熱媒体を加熱する。加熱媒体として、例えば水を用いることができ、加熱することで水蒸気としてラインＬ７を通過させることができる。なお、ボイラ６１は、バイオガスを燃焼させる燃焼部の上流に、脱硫器と、バイオガスを貯めておくホルダなどを備えていてよい。この場合、ボイラ６１の仕様によってはポンプ４１を設置しなくてもよい。ボイラ６１は、制御部７０と電気的に接続されており、制御部７０の制御信号に基づいて運転が行われる。

ラインＬ７は、ボイラ６１からの加熱媒体（水蒸気）を介して、嫌気性処理槽１２に流入する有機性排水Ｗに加熱エネルギーを供給する。具体的には、ラインＬ７は、嫌気性処理槽１２の上流側に接続されており、当該位置において、加熱媒体を介して加熱エネルギーを有機性排水Ｗに供給する。図１に示す例では、ラインＬ７は、酸生成槽１１に加熱媒体を供給している。なお、加熱エネルギーは、有機性排水Ｗに直接加熱媒体が導入されることによって、有機性排水Ｗに供給されてもよく、槽周辺（または槽内を通過する管など）を加熱媒体で加熱することによって間接的に有機性排水Ｗに供給されてよい。なお、ラインＬ７が加熱エネルギーを供給する位置は酸生成槽１１に限定されず、例えば、調整槽９、ライン（原水流入管）Ｌ１、ライン（送水管）Ｌ２、またはライン（送水管）Ｌ３などであってもよい。また、複数位置に加熱エネルギーが供給されてよい。ラインＬ７には、ラインＬ８が設けられる。ラインＬ８は、バルブ６２よりも上流側でラインＬ７から分岐している。バルブ６２は、制御部７０と電気的に接続されている。

制御部７０は、バルブ６２の開閉を制御することによって、ラインＬ７を流れて有機性排水Ｗを加熱する加熱媒体の量と、ラインＬ８を流れて他の用途に用いられる（例えば排水処理以外の生産工程など）加熱媒体の量とを調整することができる。制御部７０は、バルブ６２を開くことで有機性排水Ｗへ供給する加熱エネルギーを増加させることができる。一方、有機性排水Ｗの負荷が通常の場合、または通常より負荷が低い場合、制御部７０はバルブ６２を閉じておくことで有機性排水Ｗの加熱を停止しておくことができる（あるいは、バルブ６２の開度を小さくしておいて、無加温状態としておく）。これによって、嫌気性処理槽１２では、低温条件に馴養された嫌気性菌にて有機性排水Ｗの処理が行われる。また、寒冷地などのように無加温状態とした場合に低温条件よりも温度が下がってしまう環境下での運転時には、制御部７０は、有機性排水Ｗを加熱して低温条件が保持されるように保温してよい。なお、「負荷が通常の場合」とは、嫌気性処理システム１００に供給される有機性排水Ｗの平均的な負荷である場合のことである。

一方、制御部７０は、負荷評価部５０によって有機性排水Ｗの負荷が上昇したと評価された場合（状態評価部で加熱が必要と判定された時）、ボイラ６１及びバルブ６２を制御することによって、有機性排水Ｗの温度を上昇させる。制御部７０は、中温条件になるまで加熱してよい。ここでは図示しないが、温度をモニタして高温とならないように制御してもよい。また、負荷の増加量によっては、中温条件まで至らないまでも、有機性排水Ｗの温度を上昇させることで、嫌気性菌の活性を向上できる。制御部７０は、有機性排水Ｗの負荷が高い状態が継続していると判断した場合は、有機性排水Ｗの加熱を継続する。制御部７０は、有機性排水Ｗの負荷が通常時に戻ったと評価した場合は、加熱を停止させ、あるいは加熱量を減少させて保温状態とする。すなわち、制御部７０は、加熱が必要でなくなった場合は、加熱を停止してよい。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る嫌気性処理システム１００による嫌気性処理方法の一例について説明する。図２は、制御部７０による制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図２に示す制御の内容は一例に過ぎず、当該フローチャートに限定されるものではない。

図２に示すように、制御部７０は、バイオガス検出器５１の検出結果に基づいて、有機性排水Ｗの負荷を評価する（ステップＳ１０、負荷評価工程（状態評価工程））。Ｓ１０の評価結果に基づいて、制御部７０は、有機性排水Ｗの負荷が上昇したと評価されたか否かを判定する（ステップＳ２０、負荷評価工程（状態評価工程））。Ｓ２０において、有機性排水Ｗの負荷が上昇したと評価されなかった場合、制御部７０は有機性排水Ｗの加熱を行うことなく図２に示す処理を終了する（あるいは、有機性排水Ｗを保温している場合は、当該保温状態を継続する）。これによって、嫌気性処理槽１２によって、低温条件で馴養された汚泥（嫌気性菌）で有機性排水Ｗの処理が行われる（嫌気性処理工程）。その後、再びＳ１０から処理を開始する。図３に示すような負荷の変動が生じる場合、負荷の変動が小さい領域Ｅ１，Ｅ２などでは加熱は行われず、無加温状態（あるいは積極的に熱を与えて、所定の温度に保温してもよい）とする。また、負荷が低下する領域Ｅ３でも、活性を上昇させる必要はないので、無加温状態や保温状態としてもよい。

一方、Ｓ２０において、有機性排水Ｗの負荷が上昇したと評価された場合、制御部７０は、加熱部６０を制御して嫌気性処理槽１２に流入する有機性排水Ｗを加熱する（ステップＳ３０、加熱工程）。例えば、図３に示すように、負荷が上昇する領域Ｅ４では、加熱部６０による加熱によって、有機性排水Ｗの温度を上昇させる。なお、有機性排水Ｗの負荷が上昇したと評価する評価方法は特に限定されない。例えば、バイオガスの量が所定の閾値を超えたタイミングで負荷が上昇したと評価してもよく、バイオガスの量の増加率が所定の閾値を超えたタイミングで負荷が上昇したと評価してもよい。なお、制御部７０は、負荷の上昇度合いなどを考慮することによって、加熱部６０で供給する熱量などを制御してよい。例えば、負荷が大きく急上昇する場合は速やかに活性を上げるために、加熱部６０が供給する熱量を大きくしてよい。あるいは、制御部７０は、演算を容易にするために、負荷の上昇度合いによらず、一定の熱量を供給するように制御してもよい。

Ｓ３０の処理の後、制御部７０は再び有機性排水Ｗの負荷を評価する（ステップＳ４０）。Ｓ４０の評価結果に基づいて、制御部７０は、有機性排水Ｗの負荷が低下したと評価されたか否かを判定する（ステップＳ５０）。Ｓ５０において、有機性排水Ｗの負荷が低下したと評価されなかった場合（例えば、負荷が高い状態で維持されている場合や負荷が更に上昇する場合）、Ｓ３０へ戻り、加熱部６０による加熱が続行される。

一方、Ｓ５０において、有機性排水Ｗの負荷が低下したと評価された場合、制御部７０は、加熱部６０による加熱を停止する（ステップＳ６０）。すなわち、制御部７０は、加熱の必要がなくなったと判断された時、加熱部６０による加熱を停止する。あるいは、制御部７０は、直ちに加熱部６０による加熱を停止するのではなく、加熱量を徐々に低下させて行って、最終的に停止するような制御をしてもよい。また、通常時においても保温のために加熱を行っているときは、当該保温のための加熱量まで低下させる。例えば、図３に示すように、負荷の低下が開始する領域Ｅ５では、加熱部６０による加熱を停止して、温度を通常時における低温条件に係る温度まで低下させる。なお、有機性排水Ｗの負荷が低下したと評価する評価方法は特に限定されない。例えば、バイオガスの量が前回の評価時よりも所定量低下したタイミングで負荷が低下したと評価してもよく、バイオガスの量の減少率が所定の閾値を超えたタイミングで負荷が低下したと評価してもよい。なお、制御部７０は、負荷の低下度合いなどを考慮することによって、加熱部６０で供給する熱量の減少度合いや停止態様などを制御してよい。例えば、負荷が大きく急低下する場合は速やかに加熱を停止してもよく、緩やかに低下する場合は徐々に加熱量を低下させてよい。あるいは、制御部７０は、演算を容易にするために、負荷の低下度合いによらず、直ちに加熱を停止（あるいは所定の加熱量まで減少）するように制御してもよい。Ｓ６０の処理が終了したら、図２に示す処理を終了する。その後、再びＳ１０から処理を開始する。

次に、本実施形態に係る嫌気性処理システム１００の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る嫌気性処理システム１００は、低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水Ｗを嫌気性処理する嫌気性処理槽１２を備えている。従って、有機性排水Ｗの負荷の安定時においては、加熱エネルギーを供給する必要なく（あるいは低温条件に保温する程度の低い加熱エネルギーを供給すればよい）、低温条件にて有機性排水Ｗの処理を可能とすることによって、エネルギーを削減することができる。一方、嫌気性処理システム１００は、負荷評価部５０によって負荷が上昇したと評価された場合、加熱部６０によって有機性排水Ｗの温度を上昇させることができる。低温条件に馴養された汚泥は、一時的に温度が上昇すると、活性が一時的に上昇する。従って、有機性排水Ｗの負荷が上昇したときだけ、加熱部６０によって有機性排水Ｗの温度を上昇させて一時的に活性を上げることで、負荷の急上昇時においても、安定した処理を行うことが可能となる。そして、有機性排水の負荷が通常時に戻った時は、低温条件に戻すことで、エネルギーを削減した状態での処理を可能とする。以上によって、エネルギーの削減を可能としつつも、有機性排水Ｗの負荷の急上昇にも対応可能とすることができる。

本実施形態に係る嫌気性処理システム１００は、嫌気性処理槽１２で発生したバイオガスを回収する回収部４０を更に備え、負荷評価部５０は、回収部４０で回収されたバイオガスの量に基づいて評価を行ってよい。バイオガスの発生量は、有機性排水Ｗの負荷の変動によって増減するものであるため、負荷評価部５０は、バイオガスの量に基づいて有機性排水Ｗの負荷を評価することができる。これによって、有機性排水Ｗの負荷を直接計測するための構成を省略することができる。

また、本実施形態に係る嫌気性処理方法は、低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水Ｗを嫌気性処理する嫌気性処理工程を備えている。従って、有機性排水Ｗの負荷の安定時においては、低温条件にて有機性排水Ｗの処理を可能とすることによって、エネルギーを削減することができる。一方、嫌気性処理方法は、負荷評価工程において負荷が上昇したと評価された場合、加熱工程において有機性排水Ｗの温度を上昇させることができる。低温条件に馴養された汚泥は、一時的に温度が上昇すると、活性が一時的に上昇する。従って、有機性排水Ｗの負荷が上昇したときは、加熱部６０によって有機性排水Ｗの温度を上昇させて一時的に活性を上げることで、負荷の急上昇時においても、安定した処理を行うことが可能となる。以上によって、エネルギーの削減を可能としつつも、有機性排水Ｗの負荷の急上昇にも対応可能とすることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば嫌気性処理槽の構成は上述のような構成に限定されず、嫌気性処理を行うことができる限り、適宜構成を変更してよい。例えば、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic SludgeBlanket）の反応槽に限らず、ＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）の反応槽や、担体、膜分離を用いた嫌気性処理であってもよい。

また、上述の実施形態では、バイオガスの量に基づいて有機性排水Ｗの負荷を評価していた。しかし、有機性排水Ｗの負荷を評価可能な方法であれば、あらゆる方法を採用してよく、嫌気性処理槽１２に流入する有機性排水Ｗの負荷を直接検出する検出器を用いて評価を行ってよい。例えば、嫌気性処理槽１２よりも上流側（例えば、調整槽９、酸生成槽１１、ラインＬ１、ラインＬ２、またはラインＬ３など）に有機性排水Ｗの負荷を直接的に検出する検出器を設けてもよく、またはメタンの量に基づいて評価を行っても良い。

また、本実施形態においては、請求項における「状態評価部」の一例として有機性排水Ｗの負荷を評価する負荷評価部を採用した場合について説明した。ただし、状態評価部は、有機性排水Ｗの加熱が必要な状態であるかどうかの、あらゆる状態について評価してよい。また、嫌気性処理システムは、状態評価部で加熱が必要と判断された時に、加熱部によって有機性排水Ｗの温度を上昇させてよい。なお、状態評価部が「加熱が必要」と判断する条件として、処理状態の悪化、処理水（有機性排水）の水質の悪化、処理水有機物濃度の上昇、処理水の有機酸（酢酸・プロピオン酸等）濃度の上昇、バイオガス発生量の低下、メタン発生量の低下など、様々な条件が挙げられる。

１…嫌気性処理システム、１２…嫌気性処理槽、４０…回収部、５０…負荷評価部（状態評価部）、６０…加熱部、７０…制御部。

Claims

通常時において、１０〜２５℃の低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水を嫌気性処理する嫌気性処理槽と、
前記嫌気性処理槽に対する前記有機性排水の加熱が必要な状態であるか否かを評価する状態評価部と、
前記嫌気性処理槽に流入する前記有機性排水を加熱する加熱部と、を備え、
前記状態評価部において、通常時に対しての、前記有機性排水の負荷の上昇、及び前記嫌気性処理槽の処理状態の悪化の少なくとも一方であると判断され、加熱が必要と評価された時に、前記加熱部によって前記有機性排水の温度を前記低温条件より高い温度となるまで上昇させる制御がなされ、前記状態評価部において加熱の必要がなくなったと評価された時に、前記加熱部によって前記有機性排水の温度が通常時における前記低温条件に係る温度に戻される制御がなされる、嫌気性処理システム。
前記嫌気性処理槽で発生したバイオガスを回収する回収部を更に備え、
前記状態評価部は、前記回収部で回収された前記バイオガスの量に基づいて評価を行う、請求項１に記載の嫌気性処理システム。
前記加熱部は、前記有機性排水の温度を上昇させた後、１０日以下の期間内に前記有機性排水の温度を前記低温条件に戻す、請求項１又は２に記載の嫌気性処理システム。
通常時において、１０〜２５℃の低温条件に馴養された汚泥によって有機性排水を嫌気性処理槽で嫌気性処理する嫌気性処理工程と、
前記嫌気性処理槽に対する前記有機性排水の加熱が必要な状態であるか否かを評価する状態評価工程と、
前記嫌気性処理槽に流入する前記有機性排水を加熱する加熱工程と、を備え、
前記状態評価工程において、通常時に対しての、前記有機性排水の負荷の上昇、及び前記嫌気性処理槽の処理状態の悪化の少なくとも一方であると判断され、加熱が必要と評価された時に、前記加熱工程において前記有機性排水の温度を前記低温条件より高い温度となるまで上昇させる制御がなされ、前記状態評価工程において加熱の必要がなくなったと評価された時に、前記有機性排水の温度が通常時における前記低温条件に係る温度に戻される制御がなされる、嫌気性処理方法。
前記加熱工程では、前記有機性排水の温度を上昇させた後、１０日以下の期間内に前記有機性排水の温度を前記低温条件に戻す、請求項４に記載の嫌気性処理方法。