(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、この発酵液を脱窒処理する廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の電気伝導率と、前記スラリー調整槽内の電気伝導率とを測定し、前記発酵槽測定値と、前記スラリー調整槽内の電気伝導率である調整槽測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵槽内の電気伝導率を測定した前記発酵槽測定値と、前記スラリー調整槽内のスラリー塩濃度から求めたスラリー調整槽内の電気伝導率である調整槽測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施す請求項１に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項３】
有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、この発酵液を脱窒処理する廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の電気伝導率と、前記廃液処理槽内の電気伝導率とを測定し、前記メタン発酵槽測定値と、前記廃液処理槽内の電気伝導率である廃液処理槽測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項４】
有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の電気伝導率と、前記メタン発酵槽から取り出した発酵液の一部を脱気部に流入し、脱気処理後の前記脱気部内の電気伝導率を測定し、前記メタン発酵槽測定値と前記脱気部測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項５】
有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽から発酵液の一部を取り出し、脱気部へ投入した後、廃液処理槽へ送り、脱気処理前後の前記脱気部の電気伝導率を測定し、前記脱気部での脱気処理前後の測定値の差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項６】
前記測定値の差が９ｍＳ／ｃｍ以上の場合に、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施す請求項１〜５のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
【請求項７】
前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段として、前記廃液処理槽内の処理水又は外部からの供給水を、希釈水として前記メタン発酵槽内へ供給する請求項１〜６のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性微生物を用いて、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するメタン発酵処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ、消化汚泥等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋め立て処分されているが、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋め立て処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するために、有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが開発されている。
【０００３】
このメタン発酵は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気性のため曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法であり、しかも副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。
【０００４】
メタン発酵処理においては、有機性廃棄物を粉砕、スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換する。そして、投入原料の性状や運転条件などにより様々な処理方法、発酵槽が提案されている。
【０００５】
メタン発酵においては、発酵が安定しているときは、生ゴミ等の有機性廃棄物が規定量投入されていればバイオガスが一定量生成する。しかし、発酵温度やゴミ投入量の変動によって発酵状態も変動し、この変動は発酵性能を低下させる要因となる。発酵性能が低下するのは、主としてメタン発酵に関係する嫌気性細菌群の活性が低下するためであり、活性の低下要因としては、ｐＨや温度の他にアンモニアなどの阻害物質の生成がある。したがって、このアンモニア、特にアンモニア性窒素濃度が所定濃度以下になるように発酵状態を制御する技術が知られている。
【０００６】
例えば、下記の特許文献１には、有機性廃水をメタン発酵処理する際に、槽内のアンモニア性窒素の濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下になるよう有機性廃水を希釈することが開示されている。
【０００７】
また、下記の特許文献２には、有機性廃棄物を処理するメタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を検出部にて検知し、この濃度が５０００ｍｇ／Ｌ以下となるように発酵槽内へ水を供給し、希釈することが開示されている。
【０００８】
更に、下記の特許文献３には、廃水処理槽で脱窒素処理した廃水を希釈水として生ゴミに注入し、メタン発酵槽内のアンモニア濃度を低下させることが開示されている。
【特許文献１】特公平７−１１５０３０号公報
【特許文献２】特開２００３−３９０３９号公報
【特許文献３】特開平１１−５７６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、メタン発酵の阻害物質の一つであるアンモニアは、メタン発酵に関わる菌の活動を阻害し、その発酵性能を著しく低下させるため、発酵液中のアンモニア性窒素濃度の検知及び制御は非常に重要である。そして、上記の従来技術においても、希釈水によってアンモニア性窒素濃度を低下させることが開示されている。
【００１０】
しかし、上記の特許文献１〜３においては、アンモニア性窒素濃度の検出方法については詳細に開示されていない。通常、検出方法としては、イオンクロマトグラフィーなどの分析機器を用いてアンモニア性窒素を検出することが考えられる。しかし、この測定法では高価な精密測定機器が必要であり、管理、保守にもコストがかかる。また、検出に要する時間も長く、手間もかかることから常時監視には不適である。
【００１１】
このため、メタン発酵処理中に常時アンモニア性窒素濃度をモニタリングしながら、希釈によってアンモニア性窒素濃度を最適範囲にコントロールすることは実用的には困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、従来よりも簡易的な測定方法によって、メタン発酵槽におけるアンモニア性窒素濃度を監視して、メタン発酵を安定に行なうことができるメタン発酵処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明のメタン発酵処理方法の第１は、有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、この発酵液を脱窒処理する廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の電気伝導率と、前記スラリー調整槽内の電気伝導率とを測定し、前記発酵槽測定値と、前記スラリー調整槽内の電気伝導率である調整槽測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とする。
【００１４】
本発明の方法によれば、液体中の塩濃度は電気伝導率として表示されるため、塩基であるアンモニウムイオンも電気伝導率として表示される。本発明者らは、有機性廃棄物の性状が安定している場合には、メタン発酵槽におけるアンモニア性窒素濃度と電気伝導率との間には正の相関があることを見出した。そこで、アンモニア性窒素濃度の指標として、メタン発酵槽中の電気伝導率を用いることにより、ガスクロロマトグラフィーのような複雑で高価な分析機器を用いることなく、アンモニア性窒素濃度を、低コスト、短時間で簡単に測定することができ、常時監視することが可能となることがわかった。このように、本発明によれは、電気伝導率を指標としてアンモニア性窒素濃度を監視でき、この電気伝導度を所定値未満に維持することによってメタン発酵状態を良好に維持することができる。
【００１７】
また、例えば、メタン発酵処理システムに投入される、生ゴミ等の有機性廃棄物に当初から含まれる、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ等が塩濃度に該当するため、未発酵の生ゴミ自体も電気伝導率を有している。また、メタン発酵槽で生成されるアンモニウムイオンも、上記の通り塩基であるため電気伝導率として表示されるが、メタン発酵槽に存在するアンモニア性窒素分を精度よく電気伝導率として換算するためには、投入有機性廃棄物に当初から存在する塩濃度を電気伝導率として計測して、上記の発酵槽測定値から除く必要がある。そこで、本発明の第１においては、メタン発酵槽に投入する前のスラリー調整槽の電気伝導率を調整槽測定値として求め、発酵槽測定値から減ずることで、アンモニア性窒素濃度と相関の取れた電気伝導率値が得られるようにした。
【００１８】
以上より、メタン発酵槽とスラリー調整槽との電気伝導率の差を指標として用いることにより、より正確にメタン発酵槽内の発酵状態を安定に維持できる。したがって、この態様は、特に原料の有機性廃棄物が生ゴミの場合に好適に用いることができる。
【００１９】
また、本発明の第２において、メタン発酵槽内の電気伝導率を測定した発酵槽測定値と、スラリー調整槽内のスラリー塩濃度から求めたスラリー調整槽内の電気伝導率である調整槽測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことが好ましい。
【００２０】
例えば、厨芥のような調理済みの生ゴミの場合、食塩を多く含んでいるため、有機性廃棄物に含まれる塩は、主にＮａであり、有機性廃棄物中の塩濃度はＮａ濃度として近似することができる。表１にＮａ濃度から計算により求めた電気伝導率と、電気伝導率計で実測した電気伝導率を示すが、１ｍＳ／ｃｍ程度の差しか生じていない。よって、電気伝導率計を使用しなくても、Ｎａ濃度から、スラリーの電気伝導率を導き出すことは可能であり、この計算により求めたスラリー調整槽内の電気伝導率と、メタン発酵槽内の電気伝導率との差を指標として用いることで、メタン発酵槽内の発酵状態を安定に維持できる。
【００２１】
【表１】
0003630165.tif 000002
【００２２】
本発明のメタン発酵処理方法の第３は、有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、この発酵液を脱窒処理する廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の電気伝導率と、前記廃液処理槽内の電気伝導率とを測定し、前記メタン発酵槽測定値と、前記廃液処理槽内の電気伝導率である廃液処理槽測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とする。
【００２３】
この態様によれば、例えば、し尿などのアンモニア成分を多く含む有機性廃棄物の場合には、スラリー調整槽内の未発酵の有機性廃棄物の電気伝導率が変動しやすい。このため、上記のように、メタン発酵槽とスラリー調整槽との電気伝導率の差がそのまま発酵性能の指標とならない。このため、メタン発酵槽と廃液処理槽との電気伝導率の差を指標として用いることにより、より正確にメタン発酵槽内の発酵状態を安定に維持できる。したがって、特に原料の有機性廃棄物が、アンモニア成分を含むし尿などの場合に好適に用いることができる。
【００２４】
本発明のメタン発酵処理方法の第４は、有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽から取り出した発酵液の一部を脱気部に流入し、脱気処理後の前記脱気部内の電気伝導率を測定し、前記メタン発酵槽測定値と前記脱気部測定値との差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とする。
【００２５】
この態様によれば、発酵液のアンモニア性窒素は、空気を導入して曝気することにより、アンモニアガスとして気相に放散し、除去することができる。よって、メタン発酵槽と、脱気処理後の脱気部との電気伝導率の差は、脱気処理により除去したアンモニアガスに起因する電気伝導率値を示しており、前記電気伝導率の差を指標として用いることで、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を把握することができ、メタン発酵槽内の発酵状態を安定に維持することができる。
【００２６】
本発明のメタン発酵処理方法の第５は、有機性廃棄物をスラリー調整槽にてスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、廃液処理槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽から発酵液の一部を取り出し、脱気部へ投入した後、廃液処理槽へ送り、脱気処理前後の前記脱気部の電気伝導率を測定し、前記脱気部での脱処理前後の測定値の差が所定値以上のときに、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことを特徴とする。
【００２７】
この態様によれば、脱気処理前後の発酵液の電気伝導率の差を指標として用いることで、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を把握することが出来るため、脱気部内の発酵液の電気伝導率の監視だけで発酵状態を安定に維持できる。
【００２８】
本発明の第１〜第５において、前記測定値の差が９ｍＳ／ｃｍ以上の場合に、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段を施すことが好ましい。
【００２９】
この態様によれば、測定した電気伝導率の差が９ｍＳ／ｃｍ以上の場合、メタン発酵槽内の電気伝導率を低下させることにより、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を、上記の阻害領域である１５００ｍｇ／Ｌ以下に維持できる。
【００３０】
また、本発明の第１〜第５において、前記メタン発酵槽内の電気伝導率を下げる手段として、前記廃液処理槽内の処理水又は外部からの供給水を、希釈水として前記メタン発酵槽内へ供給することが好ましい。
【００３１】
この態様によれば、上記の電気伝導率の測定値又は測定値の差に基づいて、廃液処理槽内の処理水又は外部からの供給水を、希釈水として前記メタン発酵槽内へ供給することにより、従来よりも簡易的かつ確実に、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を所定値以下に維持でき、メタン発酵の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、メタン発酵槽内の電気伝導率を指標とすることで、メタン発酵槽におけるアンモニア性窒素濃度を監視し、メタン発酵槽と、スラリー調整槽、もしくは廃液処理槽、あるいは脱気部との電気伝導率の差を用いることで、原料となる有機性廃棄物の性状に応じたアンモニア性窒素濃度の監視と、増加の制御ができ、嫌気性細菌の活性阻害が起こらないように運転できるため、安定な発酵状態を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の実施形態(i)の概略構成図が示されている。
【００３４】
まず、図１の処理装置について説明すると、この処理装置は、有機性廃棄物をスラリー化して貯留するスラリー調整槽１０と、メタン発酵槽１１と、メタン発酵処理後の発酵液を処理するための廃液処理槽１２とで主に構成されている。
【００３５】
スラリー調整槽１０からの配管は、スラリー供給ポンプ２１を介してメタン発酵槽１１に連結されている。そして、メタン発酵槽１１からの配管は廃液処理槽１２に連結されており、更に廃液処理槽１２からの配管が、処理液循環ポンプ２２を介してメタン発酵槽１１に連結されており、廃液処理槽１２において脱窒素処理した処理水の一部がメタン発酵槽１１に返送できるように構成されている。
【００３６】
廃液処理槽１２としては脱窒処理が可能であればよく、例えば、微生物によって有機物や窒素を除去する生物処理法を行なうための活性汚泥槽や、アンモニアを脱気処理した後に空気と触媒燃焼して窒素ガスに無害化するアンモニアストリッピング法を行なう装置等を用いることができる。
【００３７】
メタン発酵槽１１の底部からは、メタン発酵処理後のスラリーを引き抜くための配管が、スラリー引き抜きポンプ２３を介して接続されている。また、メタン発酵槽１１の底部には、供給ポンプ２４を介して水道水タンク１３が接続されており、水道水タンク１３の希釈水をメタン発酵槽１１内に供給できるように構成されている。
【００３８】
更に、メタン発酵槽１１の上部には、発生したバイオガスを取り出すための配管が接続されており、このバイオガスは、図示しないガスホルダーで回収される。
【００３９】
スラリー調整槽１０及びメタン発酵槽１１には、電気伝導率計３０、３１がそれぞれ接続されており、スラリー調整槽１０内及びメタン発酵槽１１内の電気伝導率が測定可能となっている。ここで、電気伝導率計３０、３１としては従来公知のものを用いることができ特に限定されない。
【００４０】
この電気伝導率計３０、３１からの測定値は、演算器であるＰＬＣ４０（プログラマブルロジックコントローラ）に入力されるように構成されており、演算器ＰＬＣ４０では、図２のフローチャートに示した処理が行われている。
【００４１】
ＰＬＣ４０による演算処理及び制御を図２を用いて説明する。まずステップＳ１で、電気伝導率計３０を用いて測定されたスラリー調整槽１０内の電気伝導率がＰＬＣ４０へ測定値として入力される。次にステップＳ２で、電気伝導率計３１を用いて測定されたメタン発酵槽１１内の発酵液の電気伝導率がＰＬＣ４０へ測定値として入力される。ステップＳ１及びＳ２の工程は、ほぼ同時に行なわれている。
【００４２】
そして、ステップＳ３へ進み、測定値の差が所定範囲内かどうかの判断が行われる。測定値が所定の範囲内であるかの判断が行われ、所定の範囲内であるならば、ステップＳ４に進み、そのままメタン発酵が継続される。前記測定値の差が所定範囲を超えた場合、ステップＳ５もしくはステップＳ６へ移る。このステップＳ５、ステップＳ６の処理はどちらであっても好ましく用いることができる。
【００４３】
ステップＳ５では、供給ポンプ２４を作動させて、メタン発酵槽１１へ上水を供給させ、メタン発酵槽１１内の発酵液の希釈を行なう。ステップＳ６では、処理液循環ポンプ２２を作動させて、メタン発酵槽１１へ処理水を供給させ、メタン発酵槽１１内の発酵液の希釈を行なう。
【００４４】
このようにＰＬＣ４０内では、スラリーの電気伝導率が所定値範囲内での制御が行なえるよう構成されている。
【００４５】
次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵処理方法について説明する。      
図１において、牛、豚などの畜産糞尿や生ゴミ等の有機性廃棄物は、破砕、粉砕されスラリー調整槽１０に貯留され、ここで適度な水で希釈されてスラリー化される。スラリー化は、固形物濃度が１０〜２０質量％となるように調整することが好ましい。なお、図１の実施形態は、特に有機性廃棄物が生ゴミである場合に好ましく適用できる例である。
【００４６】
次に、このスラリーは、スラリー供給ポンプ２１によってメタン発酵槽１１に投入されてメタン発酵が行なわれる。
【００４７】
メタン発酵槽１１には、図示しないメタン菌等の嫌気性微生物が付着・担持された固定化微生物を充填した固定ろ床等が設置されており、ここでスラリーのメタン発酵が行なわれ、嫌気性微生物による有機性廃棄物の分解が行われる。メタン発酵における温度は５０〜６０℃で行なうことが好ましい。これによれば、より活性の高い、高温メタン菌での発酵が行なえるので、有機性廃棄物の分解速度を更に向上することができる。
【００４８】
なお、一定時間毎に供給されるスラリーと同量の発酵液が、スラリー引抜きポンプ２３によってメタン発酵槽１１の底部から引き抜かれ、メタン発酵槽１１内は、常に一定量のスラリーで満たされている。なお、発酵により生成したバイオガスは、図示しないガスホルダーに回収され、燃料電池発電装置、ガスエンジン等の発電機やボイラーの燃料として有効利用されるようになっている。
【００４９】
ここで、本発明においては、スラリー調整槽１０及びメタン発酵槽１１において、電気伝導率計３０、３１による電気伝導率の測定が行なわれ、それぞれ調整槽測定値、発酵槽測定値が得られ、これがＰＬＣ４０に入力される。
【００５０】
そして、ＰＬＣ４０においては、調整槽測定値と発酵槽測定値との電気伝導率の差が演算され、この測定値の差に基づいて、必要に応じて処理液循環ポンプ２２を作動させて、廃液処理槽１２中の脱窒素された処理水の一部をメタン発酵槽１１内へ供給して希釈し、電気伝導率計の差が所定値未満となるように維持する。ここで、廃液処理槽１２で処理された処理水は脱窒工程を経ているので、アンモニア性窒素濃度は発酵液の1割以下まで低下している。
【００５１】
このように、本発明は、アンモニア性窒素濃度の代わりに、電気伝導率の測定値をメタン発酵槽の監視指標として利用することを特徴としている。この電気伝導率は、発酵液全体のイオン性塩濃度に対応するので、電気伝導率の測定値はアンモニウムイオンと相関がある。
【００５２】
図３及び表２には、あらかじめ電気伝導率計をメタン発酵槽の発酵液部に浸漬し、その電気伝導率と、イオンクロマトグラフ法から測定したアンモニア性窒素濃度との相関性を測定した結果である。
【００５３】
【表２】
0003630165.tif 000003
【００５４】
図３及び表２より、メタン発酵槽内の発酵液の電気伝導率はアンモニア性窒素と高い相関性があることがわかる。したがって、電気伝導率の測定値をメタン発酵槽内のアンモニア性窒素の監視指標として利用することが可能である。なお、図３において、イオンクロマドグラフ法によるアンモニア性窒素濃度がゼロの場合にも電気伝導率が５．５ｍＳ／ｃｍとなっているのは、アンモニウムイオン以外のイオン成分が原因である。
【００５５】
アンモニアによる、メタン菌などの嫌気性細菌の阻害は、主に非解離アンモニア（ＮＨ３）のほうがアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）より強い。しかし、イオンクロマトグラフ法などでアンモニウムイオンを測定し、アンモニア性窒素として換算した濃度がある一定値を超えると阻害領域となることが知られている(K.H.Hansenら,Water Research, vol.32,No.1,p5-12(1998))。この文献によれば、アンモニアによる阻害は、アンモニア性窒素濃度が４０００ｍｇ／Ｌで起こり、馴養を行っていない場合は、１５００〜２０００ｍｇ／Ｌでも生じるとされている。
【００５６】
したがって、アンモニア性窒素濃度を上記の１５００ｍｇ／Ｌ以下とすれば安定なメタン発酵が維持できると考えられるので、図３の回帰式から得られるアンモニア性窒素濃度１５００ｍｇ／Ｌのときの電気伝導率である１４．８ｍＳ／ｃｍを基準として、メタン発酵槽内の電気伝導率が１４ｍＳ／ｃｍ以下となるように維持すれば、安定したメタン発酵状態を維持できることになる。
【００５７】
なお、上記のように、この実施形態においては有機性廃棄物が生ゴミの場合を想定している。この場合、スラリー調整槽では窒素成分がまだアンモニアになってないため、アンモニウムイオンに相当する電気伝導率として検出されない。しかし、生ゴミは、それ自体が５〜６ｍＳ／ｃｍの電気伝導率を有している。したがって、上記のスラリー調整槽１０内の電気伝導率計３０によって、この未発酵の生ゴミ自体の電気伝導率を測定し、上記のメタン発酵槽１１内の電気伝導率との差をＰＬＣ４０によって演算する。
【００５８】
そして、この電気伝導率の差が所定値以上の場合になった場合に、上記の希釈水を供給する。この場合、図３より、安定なメタン発酵状態が得られるアンモニア性窒素濃度１５００ｍｇ／Ｌ以下に相当する電気伝導率が１４ｍＳ／ｃｍ以下であり、生ゴミ自体の電気伝導率が５〜６ｍＳ／ｃｍであることから、両者の差をとって、電気伝導率の差が９ｍＳ／ｃｍ以上の場合に希釈水を供給し、電気伝導率の差が９ｍＳ／ｃｍ未満となるように維持することが好ましい。
【００５９】
なお、有機性廃棄物の成分が単一の場合には、メタン発酵槽１１内の電気伝導率計３１の測定値のみを用い、この発酵槽測定値が１４ｍＳ／ｃｍを超えた場合には、処理液循環ポンプ２２を作動させて、廃液処理槽中の脱窒素された処理水の一部をメタン発酵槽１１内へ供給して希釈し、電気伝導率計３１の測定値が１４ｍＳ／ｃｍ以下となるように維持してもよい。
【００６０】
なお、希釈水としては、処理液循環ポンプ２２の代わりに供給ポンプ２４を作動させてもよく、これによって水道水タンク１３内の水道水の一部をメタン発酵槽１１内へ供給して希釈してもよい。
【００６１】
図４には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の実施形態(ii)の概略構成図が示されている。なお、以下の実施形態の説明においては、前記実施形態と同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。
【００６２】
この実施形態においては、スラリー調整槽１０内の電気伝導率計３０に代わって、イオンメーター３５が設けられており、イオンメーター３５によるスラリー調整槽内のＮａ濃度値と、電気伝導率計３１によるメタン発酵槽内の電気伝導率値が演算器であるＰＬＣ４１（プログラマブルロジックコントローラ）に入力され、演算器ＰＬＣ４１では、図５のフローチャートに示した処理が行われている。
【００６３】
次にＰＬＣ４１による演算処理及び制御を、図５を用いて説明する。ステップＳ２及び４〜６の処理については前記実施形態と同一であるため、ここでは省略する。
【００６４】
ステップＳ７ではイオンメーター３５を用いてスラリー調整槽内のイオン濃度が測定され、ＰＬＣ４１内へ入力され、ステップＳ８へ進み、イオン濃度から電気伝導率値への変換が行われる。
【００６５】
そして、ステップＳ９では、ステップＳ２とステップＳ８での電気伝導率の差が所定範囲内かどうかの判断が行われる。所定の範囲内であるならば、ステップＳ４に進みメタン発酵が継続されるが、所定の範囲外であるならば、ステップＳ５もしくはステップＳ６へ移り、メタン発酵槽１１内の発酵液の希釈が行われる。
【００６６】
すなわち、ＰＬＣ４１では、スラリー調整槽内の電気伝導率をスラリーのＮａ濃度より測定するような構成となっており、更には、スラリー調整槽１０内とメタン発酵槽１１内の電気伝導率差を所定値以下とするような構成となっている。
【００６７】
この実施形態は、有機性廃棄物が例えば、厨芥ゴミのように、主に一種類の塩成分からなるようなものの場合、好適に用いることができる。また、塩濃度から電気伝導率値へ変換させるためには、モル濃度（ｍｏｌ／ｌ）へ変換した後、物質及び濃度に固有のモル伝導率（Ｓｃｍ２／ｍｏｌ）を乗ずることで容易に変換することが出来る。このモル伝導率は例えば、社団法人日本化学会編、「化学便覧基礎編II」、改訂４版、丸善株式会社、平成５年９月３０日、第４４７ページに記載されている。
【００６８】
スラリー調整槽内の電気伝導率とメタン発酵槽内の電気伝導率の差が９ｍＳ／ｃｍ未満となるようにメタン発酵槽内の電気伝導率を調整することで、安定したメタン発酵状態を維持することができるが、スラリー調整槽内の電気伝導率はスラリーの塩濃度より求めることができるため、安定したメタン発酵状態を維持するのに必要な設備費用、及び維持費用を削減することができる。
【００６９】
図６には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の実施形態(iii)の概略構成図が示されている。なお、以下の実施形態の説明においては、前記実施形態と同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。
【００７０】
この実施形態においては、廃液処理槽１２内に電気伝導率計３２が設けられており、電気伝導率計３１、３２からの測定値が、演算器であるＰＬＣ４２（プログラマブルロジックコントローラ）に入力さている。
【００７１】
次にＰＬＣ４２による演算処理及び制御を、図７を用いて説明する。ステップＳ２および４〜６の処理については前記実施形態と同一であるため、ここでは省略する。
【００７２】
ステップＳ１０では電気伝導率計３２を用いて測定された廃液処理槽１２内の処理水の電気伝導率がＰＬＣ４２へ測定値として入力される。
【００７３】
そして、ステップＳ１１へ進み、測定値の差が所定範囲内かどうかの判断が行われる。測定値が所定の範囲内であるかの判断が行われ、所定の範囲内であるならば、ステップＳ４に進みメタン発酵が継続されるが、所定の範囲外であるならば、ステップＳ５もしくはステップＳ６へ移り、メタン発酵槽１１内の発酵液の希釈が行われる。
【００７４】
すなわち、ＰＬＣ４２では、メタン発酵槽１１内と廃液処理槽１２内の電気伝導率差を所定値以下とするような構成となっている。
【００７５】
この実施形態は、有機性廃棄物がし尿などであってアンモニア成分が多い場合に好適に用いられる。すなわち、原料となる有機性廃棄物中にアンモニア成分を多く含むと、スラリー調整槽内の電気伝導率が変動するため、上記の実施形態のように電気伝導率の差がそのまま発酵性能の指標とならない。このため、メタン発酵槽１１と廃液処理槽１２との電気伝導率の差を指標として用い、この電気伝導率の差が、上記の実施形態と同様の９ｍＳ／ｃｍ以上の場合に希釈水の供給を行なうことにより、メタン発酵槽１１内のアンモニア性窒素濃度を１５００ｍｇ／Ｌ以下に維持できる。
【００７６】
図８には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の実施形態(iv)の概略構成図が示されている。なお、以下の実施形態の説明においては、前記実施形態と同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。
【００７７】
脱気処理を行なうための脱気部１４がメタン発酵槽１１と配管を介して接続されており、発酵液の一部を脱気部１４に取り出せるよう構成されている。
【００７８】
脱気部１４にはブロアー２５が設置されており、ブロアー２５から送り込まれる空気により、発酵液の脱気処理が行われ、アンモニア性窒素の除去をおこなうことができる。また、脱気部１４には電気伝導率計３３が設置されており、脱気部内の電気伝導率が測定できるよう構成されている。そして、電気伝導率計３１によるメタン発酵槽内の電気伝導率値、及び電気伝導率計３３による脱気処理後の脱気部１４内の電気伝導率値が演算器であるＰＬＣ４３（プログラマブルロジックコントローラ）に入力され、演算器ＰＬＣ４３では、図９のフローチャートに示した処理が行われている。
【００７９】
次にＰＬＣ４３による演算処理及び制御を、図９を用いて説明する。ステップＳ２および４〜６の処理については前記実施形態と同一であるため、ここでは省略する。
【００８０】
ステップＳ１２では電気伝導率計３３を用いて測定された脱気部１４内の脱気処理後の電気伝導率がＰＬＣ４３へ測定値として入力される。そして、ステップＳ１３へ進み、測定値の差が所定範囲内かどうかの判断が行われる。所定の範囲内であるならば、ステップＳ４に進みメタン発酵が継続されるが、所定の範囲外であるならば、ステップＳ５もしくはステップＳ６へ移り、メタン発酵槽１１内の発酵液の希釈が行われる。
【００８１】
ＰＬＣ４３では、メタン発酵槽内の電気伝導率と脱気処理後の脱気部内の電気伝導率の差を所定値以下とするような構成となっている。
【００８２】
脱気部での発酵液の脱気処理は、脱気部に空気を導入し、発酵液を曝気させ、発酵液中のアンモニア性窒素を大気中へアンモニアガスとして拡散させている。例えば、発酵液１Ｌを曝気流量１Ｌ／Ｌ／ｍｉｎの条件でアンモニア性窒素除去した場合、４８時間でほぼ完全に除去でき、その詳細な数値を表３に示す。また、０．５Ｌを曝気流量５Ｌ／Ｌ／ｍｉｎとすると、２時間ほどで除去することができ、脱気部に入れる発酵液の量と曝気流量を調整する事で、発酵液のアンモニア除去を短時間で実施することができる。
【００８３】
【表３】
0003630165.tif 000004
【００８４】
この実施形態では脱気処理後の脱気部の電気伝導率を測定し、メタン発酵槽内の電気伝導率との差を求め、この電気伝導率の差を所定範囲となるよう調整することでメタン発酵状態を維持している。この電気伝導率の差は、上記の他の実施形態と同様、９ｍＳ／ｃｍ以上の場合に希釈水の供給を行なうことにより、メタン発酵槽１１内のアンモニア性窒素濃度を１５００ｍｇ／Ｌ以下に維持できる。
【００８５】
また、メタン発酵槽内の発酵液と脱気部内の発酵液は固形分濃度など性状がほぼ同一である液体であるため、前記電気伝導率の差は精度の良いアンモニア性窒素を示すことができる。
【００８６】
図１０には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の実施形態(v)の概略構成図が示されている。
【００８７】
図８に示した実施形態（iv）同様、脱気処理を行なうための脱気部１４がメタン発酵槽１１と配管を介して接続されており、発酵液の一部を脱気部１４に取り出せるような構成されているが、電気伝導率計は脱気部１４内のみの配置となっている。
【００８８】
メタン発酵槽１１から脱気部１４へ発酵液を投入直後、及び脱気処理直後の電気伝導率が、ＰＬＣ４４へ測定値が入力できるような構成となっており、ＰＬＣ４４内では図１１のフローチャートに示した処理が行われている。
【００８９】
次にＰＬＣ４４による演算処理及び制御を、図１１を用いて説明する。ステップＳ２および４〜６の処理については前記実施形態と同一であるため、ここでは省略する。
【００９０】
ステップＳ１４では電気伝導率計３３を用いて、メタン発酵槽１１からの発酵液が投入された直後の電気伝導率がＰＬＣ４４へ測定値として入力され、発酵液の脱気処理が開始される。そして、ステップＳ１５へと進み、所定時間脱気処理後の脱気部１４内の電気伝導率が電気伝導率がＰＬＣ４４へ測定値として入力される。
【００９１】
そして、ステップＳ１６へと進み、先程入力された測定値の差が所定範囲内かどうかの判断が行われる。所定の範囲内であるならば、ステップＳ４に進みメタン発酵が継続されるが、所定の範囲外であるならば、ステップＳ５もしくはステップＳ６へ移り、メタン発酵槽１１内の発酵液の希釈が行われる。
【００９２】
すなわち、ＰＬＣ４４内では脱気部内の脱気処理前後の電気伝導率差が所定値となるような構成となっている。
【００９３】
この実施形態では脱気処理前後における脱気部の電気伝導率差を、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度の指標としており、そのため、発酵液の脱気処理に要する時間を測定し、把握しておく必要がある。しかし、前記電気伝導率の差は脱気処理により除去された発酵液中のアンモニア性窒素をあらわしており、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度をより精度よく示すことができ、他の実施形態と同様に、この電気伝導率の差が、上記の実施形態と同様の９ｍＳ／ｃｍ以上の場合に希釈水の供給を行なうことにより、メタン発酵槽１１内のアンモニア性窒素濃度を１５００ｍｇ／Ｌ以下に維持できる。また、安定したメタン発酵状態を維持するためには、脱気部内の電気伝導率を監視するだけ済み、設備費用、及び維持費用を削減することができる。
【００９４】
このように、本発明によれば、有機性廃棄物の性状が異なっても、電気伝導率の監視個所を適宜選択することで、常時発酵性能を安定に維持できる。なお、本発明における電気伝導率の測定は連続的に行ってもよく、必要に応じて間欠的に行ってもよい。
【実施例】
【００９５】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００９６】
実施例１
図１に示すような処理装置を用い、本発明のメタン発酵処理方法を用いて連続運転を行なった。メタン発酵槽１１としては容量１０リットルの発酵槽を使用し、発酵温度は５５℃とした。電気伝導率計としては、ＨＯＲＩＢＡ社製の導電率計ＥＳ−５１を用いた。
【００９７】
有機性廃棄物としては表４に示す性状のたんぱく質の多い生ゴミ原料を使用した。表４におけるＴＳは固形分濃度である。
【００９８】
【表４】
0003630165.tif 000005
【００９９】
なお、電気伝導率計３０の測定値と、電気伝導率計３１の測定値との差が９ｍＳ／ｃｍを超えた場合に、廃液処理槽１２から脱窒素された処理水を０．５〜１Ｌ供給し、９ｍＳ／ｃｍ未満となるように維持した。なお、希釈水の添加割合と電気伝導率の低下割合は比例するので、例えば、容量１０Ｌに対して希釈水１Ｌを添加することにより、電気伝導率は１０％の低下が見込める。図１２には、運転中の電気伝導率の差と、イオンクロマトグラフ法から求めたメタン発酵槽のアンモニア性窒素の経時変化、表５にはその詳細数値をまとめて示す。
【０１００】
【表５】
0003630165.tif 000006
【０１０１】
図１２、表５の結果より、窒素分の多いスラリーを投入後、徐々に電気伝導率の差は上昇し、それに伴いアンモニア性窒素が増加している。電気伝導率の差が９ｍＳ／ｃｍを超えたとき（９日目）、廃液処理槽から処理液を循環し、９ｍＳ／ｃｍ未満に下げた結果、アンモニア性窒素濃度を１５００ｍｇ／Ｌ未満に下げることができ、メタン発酵も順調に行われた。
【０１０２】
実施例２
図４に示すような処理装置を用い、本発明のメタン発酵処理方法を用いて連続運転を行なった。メタン発酵槽１１としては容量６０リットルの発酵槽を使用し、発酵温度は５５℃とした。イオンメーターとしては、ＨＯＲＩＢＡ社製のナトリウムイオン計Ｃ−１２２を用いた。有機性廃棄物としては厨芥ゴミを使用し、連続運転をおこなった。また、新しいスラリーは、運転５日おきにメタン発酵槽１１へ投入した。図１３には、スラリーのＮａ濃度から計算したスラリー調整槽の電気伝導率と、電気伝導率計３１で測定したメタン発酵槽内の電気伝導率、及びイオンクロマトグラフ法から求めた発酵槽のアンモニア性窒素の経時変化を、表６にはその詳細数値を示す。
【０１０３】
【表６】
0003630165.tif 000007
【０１０４】
図１３、表６の結果より、電気伝導率差が９ｍＳ／ｃｍ以下では、アンモニア性窒素濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以下であり、一方、電気伝導率差が９ｍＳ／ｃｍ以上では、アンモニア性窒素濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以上となるという結果が得られ、電気伝導率の差を９ｍＳ／ｃｍ以下となるよう制御することで、安定したメタン発酵状態を維持することができる。
【０１０５】
実施例３
図６に示すような処理装置を用い、有機性廃棄物として表２の生ゴミ原料１質量部に対して、０．１〜０．５質量部のし尿を混合したものを使用した以外は、実施例１と同様の条件で連続運転を行った。図１４には、運転中の電気伝導率の差と、イオンクロマトグラフ法から求めた発酵槽のアンモニア性窒素の経時変化、表７にはその詳細数値を示す。
【０１０６】
【表７】
0003630165.tif 000008
【０１０７】
図１４、表７の結果より、実施例１と同様に、アンモニア性窒素濃度を１５００ｍｇ／Ｌ未満に維持でき、メタン発酵も順調に行われた。
【０１０８】
実施例４
図８に示すような処理装置を用い、本発明のメタン発酵処理方法を用いて連続運転を行なった。メタン発酵槽１１としては容量１００リットルの発酵槽を使用し、発酵温度は５５℃とした。また、脱気部１４としては容量１リットルの脱気部を使用し、メタン発酵槽１１からの発酵液０．５Ｌを脱気部１４へ流入させ、ブロアー２５からの空気流量３Ｌ／Ｌ／ｍｉｎで脱気処理を実施した。電気伝導率計としては、ＨＯＲＩＢＡ社製の導電率計ＥＳ−５１を用いた。
【０１０９】
上記方法で脱気処理し、図１５には脱気部１４及びメタン発酵槽内の電気伝導率、図１６にはイオンクロマトグラフ法から求めた脱気部１４及びメタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度の経時変化を、表８にはその詳細数値を示す。
【０１１０】
【表８】
0003630165.tif 000009
【０１１１】
図１６及び表８の結果より、上記脱気処理方法では２時間でほぼ完全に発酵液中のアンモニアを除去することができ、また、脱気処理２時間後の脱気部の電気伝導率とメタン発酵槽内の電気伝導率との差を求めることで、発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を監視することができ、電気伝導率差を９ｍＳ／ｃｍ以下となるよう制御することで、安定したメタン発酵状態を維持することができる。
【０１１２】
実施例５
図１０に示すような処理装置を用い、本発明のメタン発酵処理方法を用いて連続運転を行なった。メタン発酵槽１１としては容量１００リットルの発酵槽を使用し、発酵温度は５５℃とした。また、脱気部１４としては容量１リットルの脱気部を使用し、実施例４と同条件で脱気処理を行った。電気伝導率計としては、ＨＯＲＩＢＡ社製の導電率計ＥＳ−５１を用いた。
【０１１３】
実施例４より、発酵液０．５Ｌ、空気流量３Ｌ／Ｌ／ｍｉｎの条件の脱気処理では２時間でほぼ完全に発酵液中のアンモニア性窒素を除去できるため、脱気処理２時間経過後、脱気部内の発酵液の交換をおこなった。
【０１１４】
図１７には脱気部１４内の電気伝導率の変化を。表９にはその詳細数値を示す。
【０１１５】
【表９】
0003630165.tif 000010
【０１１６】
脱気処理２時間後の発酵液はアンモニア性窒素がほぼ完全に除去されているため、発酵液の投入直後、及び２時間後の脱気部の電気伝導率を測定し、その差を求めることでメタン発酵槽中のアンモニア性窒素濃度を監視することができ、前記電気伝導率差を９ｍＳ／ｃｍ以下となるよう制御することで、安定したメタン発酵状態を維持することができる。また、２時間毎に発酵液を交換し、観測するような構成となっているため、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を常時観測することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明のメタン発酵処理方法は、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するために好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に用いるメタン発酵処理装置の一実施形態(i)を示す概略構成図である。
【図２】ＰＬＣ４０内の演算処理を示すフローチャート図である。
【図３】電気伝導率とアンモニア性窒素濃度の相関を求めたグラフである。
【図４】本発明に用いるメタン発酵処理装置の実施形態(ii)を示す概略構成図である。
【図５】ＰＬＣ４１内の演算処理を示すフローチャート図である。
【図６】本発明に用いるメタン発酵処理装置の実施形態(iii)を示す概略構成図である。
【図７】ＰＬＣ４２内の演算処理を示すフローチャート図である。
【図８】本発明に用いるメタン発酵処理装置の実施形態(iv)を示す概略構成図である。
【図９】ＰＬＣ４３内の演算処理を示すフローチャート図である。
【図１０】本発明に用いるメタン発酵処理装置の実施形態(v)を示す概略構成図である。
【図１１】ＰＬＣ４４内の演算処理を示すフローチャート図である。
【図１２】実施例１における電気伝導率の差とメタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度の経時変化を測定したグラフである。
【図１３】実施例２における電気伝導率の差とメタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度の経時変化を測定したグラフである。
【図１４】実施例３における電気伝導率の差とメタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度の経時変化を測定したグラフである。
【図１５】実施例４における脱気部内とメタン発酵槽内の電気伝導率の経時変化を測定したグラフである。
【図１６】実施例４における脱気部内とメタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度の経時変化を測定したグラフである。
【図１７】実施例５における脱気部内電気伝導率の経時変化を測定したグラフである。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  スラリー調整槽
１１  メタン発酵槽
１２  廃液処理槽
１３  水道水タンク
１４  脱気部
２１  スラリー供給ポンプ
２２  処理液循環ポンプ
２３  スラリー引抜きポンプ
２４  供給ポンプ
２５  ブロアー
３０、３１、３２、３３  電気伝導率計
４０、４１、４２、４３、４４、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）
３５  イオンメーター
【要約】
【課題】  簡易的な測定方法によってメタン発酵槽内におけるアンモニア性窒素濃度を監視して、メタン発酵を安定して行うことができるメタン発酵処理方法を提供する。
【解決手段】  有機性廃棄物をスラリー調整槽１０にてスラリー化してメタン発酵槽１１内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵液として取り出し、この発酵液を廃液処理槽１２にて脱窒処理するメタン発酵処理方法において、電気伝導率計３１によりメタン発酵槽１１内の電気伝導率を測定し、この発酵槽測定値が所定値以上の場合に、例えば、廃液処理槽１２内の処理水を希釈水としてメタン発酵槽１１内へ供給し、メタン発酵槽１１内の電気伝導率を低下させる。
【選択図】  図１
【図１】
0003630165.tif 000011
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003630165.tif 000016
【図８】
0003630165.tif 000017
【図９】
0003630165.tif 000018
【図１０】
0003630165.tif 000019
【図１１】
0003630165.tif 000020
【図３】
0003630165.tif 000021
【図１２】
0003630165.tif 000022
【図１３】
0003630165.tif 000023
【図１４】
0003630165.tif 000024
【図１５】
0003630165.tif 000025
【図１６】
0003630165.tif 000026
【図１７】
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