(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の槽を多段に設けてなる嫌気性処理槽を用いる嫌気性消化方法において、各嫌気性処理槽の混合液を固液分離後、分離液を次の嫌気性処理槽に入れ、濃縮汚泥を元の槽に戻し、その際固液分離装置は一台のみとし、各嫌気性処理槽からの混合液の固液分離装置への投入時間をずらすことにより前記固液分離を一つの固液分離装置にて行うことを特徴とする嫌気性消化方法。
【請求項２】
メタン発酵を主体とする最終槽のアンモニア性窒素濃度がメタン菌に阻害を及ぼす濃度になった場合、アンモニア性窒素を含まない水を入れることを特徴とする請求項１記載の嫌気性消化方法。
【請求項３】
２つ以上の槽を多段に設けてなる嫌気性処理槽、一台の固液分離装置、各嫌気性処理槽から混合液を前記の固液分離装置に送る個々の送液管に接続して設けた切換え装置、前記固液分離装置で固液分離して生じた分離汚泥を元の嫌気性処理槽に戻す個々の送泥管に接続して設けた切換え装置、分離水を次の嫌気性処理槽に送る個々の送液管に接続して設けた切換え装置を有することを特徴とする嫌気性消化装置。
【請求項４】
後段の嫌気性処理槽がメタン発酵を主体として行うものであることを特徴とする請求項３記載の嫌気性消化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、し尿、食品工場及び畜産などの分野の有機性排水、有機性廃棄物の嫌気性消化処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記分野における高濃度に排出される有機性排水や有機性廃棄物等は、嫌気性処理によって分解処理される。この分解過程は、大きく分けると加水分解、酸発酵、メタン発酵と三段階に分けられる。例えばトリグリセライドを含んだ脂質の場合、リパーゼ酵素によりグリセリンと高級脂肪酸に分解する加水分解工程、高級脂肪酸を低級脂肪酸に分解する酸発酵工程、低級脂肪酸をメタンに分解するメタン発酵工程に分けられる。各過程には各々の反応に関与する酵素、種々の微生物が介在し、それぞれ最適温度、最適ｐＨ、最適滞留時間が存在する。この改良技術として、二相処理あるいは多段型嫌気性処理（図４）が挙げられるが、有機性廃棄物の嫌気性消化の場合、投入汚泥濃度が数％と高いため、嫌気性消化槽で汚泥と菌体とを分離することが困難であり、各槽での菌体濃度を上げることができないという問題点があった。
【０００３】
なお、図４において、１は有機性廃棄物流入管であり、３は嫌気性消化槽であり、これは第１嫌気性消化槽３ａ、第２嫌気性消化槽３ｂ、第３嫌気性消化槽３ｃの３段に分かれており、６は発生ガス合流管であり、これは第１嫌気性消化槽からの発生ガス抜き管６ａ、第２嫌気性消化槽からの発生ガス抜き管６ｂ、第３嫌気性消化槽からの発生ガス抜き管６ｃからなり、４は有機性廃棄物排出管である。有機性廃棄物流入管１から第１嫌気性消化槽３ａに入った有機性廃棄物２はそこで処理され、次に第２嫌気性消化槽３ｂ、第３嫌気性消化槽３ｃと順次処理されて有機性廃棄物排出管４から排出有機性廃棄物５として出て行く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかも、多段嫌気消化槽などは一過性の処理を行うため、各槽の汚泥濃度は投入汚泥濃度、各槽での汚泥分解率等に左右される。このため、槽の滞留時間を一定時間とる必要があり、分解率を上げるためには個々の槽容量を大きくするか、あるいは各槽に微生物を固定化する担体を投入する等の対策が必要となってくる。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、各槽での汚泥量を一定量に維持することで各槽での反応を安定して行える多段型嫌気性消化処理法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、通常ＣＯＤCr（以下「ＣＯＤ」と記することがある）１万ｍｇ／リットル以上の有機物濃度の高い有機性排水の多段嫌気性消化方法について鋭意研究を行い、各槽で嫌気性消化処理を行った後の混合液を固液分離後、分離液を次の槽へ送液し、濃縮汚泥を元の槽に戻すことにより、各嫌気消化槽での汚泥濃度を上げ、その結果ＣＯＤ分解率を高め、消化槽での滞留時間を短縮できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００６】
すなわち、上記課題は以下の手段で解決された。
（１）２つ以上の槽を多段に設けてなる嫌気性処理槽を用いる嫌気性消化方法において、各嫌気性処理槽の混合液を固液分離後、分離液を次の嫌気性処理槽に入れ、濃縮汚泥を元の槽に戻し、その際固液分離装置は一台のみとし、各嫌気性処理槽からの混合液の固液分離装置への投入時間をずらすことにより前記固液分離を一つの固液分離装置にて行うことを特徴とする嫌気性消化方法。
（２）メタン発酵を主体とする最終槽のアンモニア性窒素濃度がメタン菌に阻害を及ぼす濃度になった場合、アンモニア性窒素を含まない水を入れることを特徴とする前記（１）記載の嫌気性消化方法。
（３）２つ以上の槽を多段に設けてなる嫌気性処理槽、一台の固液分離装置、各嫌気性処理槽から混合液を前記の固液分離装置に送る個々の送液管に接続して設けた切換え装置、前記固液分離装置で固液分離して生じた分離汚泥を元の嫌気性処理槽に戻す個々の送泥管に接続して設けた切換え装置、分離水を次の嫌気性処理槽に送る個々の送液管に接続して設けた切換え装置を有することを特徴とする嫌気性消化装置。
（４）後段の嫌気性処理槽がメタン発酵を主体として行うものであることを特徴とする前記（３）記載の嫌気性消化装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明はこの実施形態に限定されない。
以下の本発明の実施の形態に係る図２、本発明の前提となる技術思想を示す図１及び図３においては、図４で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示す。
図１は、本発明を実施するに当り、使用に好適なリアクターの概念を示す図であり、本発明の嫌気性消化方法及び嫌気性消化装置を説明するための参考となるフローシートである。反応槽（嫌気性消化槽）３は仕切部材を２箇所設けることにより、反応槽全体内を嫌気性消化槽（「仕切槽」ともいう）３ａ、３ｂ、３ｃと３段に分ける。各嫌気性消化槽３ａ、３ｂ、３ｃにはガス抜き管６ａ、６ｂ、６ｃを配してあり、これらのガス抜き管６ａ、６ｂ、６ｃは系外に至るガス合流管６に合流している。廃棄物の性状によって異なるが、嫌気性消化槽３ａは加水分解、酸発酵が主体となり、嫌気性消化槽３ｂ、３ｃはメタン発酵が主体となる。最終的な処理の内容からこの図１に示す嫌気性消化方法をメタン発酵処理方法と呼ぶこともある。
【０００８】
リアクター近傍には有機性廃棄物２を投入する流入管１が嫌気性消化槽３ａに通じている。嫌気性消化槽３ａから固液分離装置８に配管９ａが接続されている。有機性廃棄物２はまず嫌気性消化槽３ａに投入される。廃棄物投入量に応じてポンプにて嫌気性消化槽３ａ内の混合液が配管９ａを通じて固液分離装置８に供給される。固液分離装置８により分離液と濃縮汚泥に分離され、分離液は送液配管１０ａを通じて嫌気性消化槽３ｂに送り、濃縮汚泥は戻し配管１１ａを通じて嫌気性消化槽３ａに戻される。
固液分離装置８は遠心分離機、遠心脱水機、膜分離、沈殿池等混合液を分離できる設備であればすべてのものが使用できる。固形成分の回収率、仕切槽の汚泥濃度、廃棄物の投入条件等に応じて選択する必要がある。固形成分の回収率を上げる目的でポリマー等の薬剤を添加することも必要に応じて行う。
嫌気性消化槽３ａ内の汚泥濃度が高くなった場合は、余剰汚泥排出管１３から余剰汚泥を排出する。排出汚泥は、後段の活性汚泥処理設備あるいは嫌気性消化槽３ｂにて処理される。
嫌気性消化槽３ｂ、嫌気性消化槽３ｃにおいても嫌気性消化槽３ａと同様の設備が設置してある。仕切槽の数は対象廃棄物、廃水により異なるが、２〜３槽が適している。
【０００９】
図２は、本発明による固液分離装置８を１台のみにした場合を説明する概略説明図であり、上記（１）の嫌気性消化方法及び（３）の消化装置を説明するためのフローシートである。嫌気性消化槽３ａ、３ｂ、３ｃから固液分離装置８までの配管９ａ、９ｂ、９ｃの途中に切換え装置（切換え弁）１４があり、弁の切替えにより各槽の混合液を配管９を通じて固液分離装置８に送られる。固液分離装置８で分離された分離液は送液管１０の先端の切換え装置（切換え弁）１５により送液配管１０ａ、１０ｂ、１０ｃを選択し、分離液が送られる。濃縮汚泥も戻し配管１１の先端の切換え弁１６により汚泥戻し配管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び排泥管１３を選択し、濃縮汚泥が送られる。切換え装置（切換え弁）１６は、電磁弁、電動弁等の機器のいずれも使用できる。各仕切槽から固液分離装置、固液分離装置から各仕切槽への切換えは投入時間をずらして行う。有機性廃棄物流入管１、発生ガス抜き管６ａ、６ｂ、６ｃ等は図１と同様である。
【００１０】
図３は、希釈水１７を嫌気性消化槽３ｃに導入するケースを説明するフローシートである。有機性廃棄物濃度が高く、あるいは蛋白質含有率の高い場合、蛋白質の分解に伴い、液中にアンモニア性窒素が増加する。メタン発酵処理においてアンモニアが増加すると水温、ｐＨによって異なるが遊離アンモニアが増加し、メタン菌に阻害を及ぼす。この対応策としてアンモニアを含まない液を嫌気性消化槽３ｃに添加する。増えた混合液は固液分離装置８により分離液と混合液（汚泥液）に分けられ、嫌気性消化槽３ｃ内の液量を調整する。
本発明の実施にあたり、各嫌気性消化槽３ａ〜３ｃで使用する嫌気性菌は、環境温度３０〜３５℃を至適温度とする嫌気性菌を使用する中温メタン発酵処理、環境温度５０〜５５℃を至適温度とする嫌気性菌を使用する高温メタン発酵処理、環境温度６０〜８０℃の酸発酵処理等その反応温度も適宜選択することができる。
本発明において処理する有機性排水や有機性廃棄物としては各分野で出る各種の有機性成分を含有する排水や廃棄物を挙げることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものでない。
【００１２】
実施例
下水の余剰汚泥を対象にしたメタン発酵を実験により行った。以下にその実験の内容を示す。
実験は、図１に示すフローシートの装置で行った。第１表に実験に用いた汚泥の平均性状を示す。実験装置の容量は、第一嫌気性消化槽１ｍ3 、第二嫌気性消化槽５ｍ3 、第三嫌気性消化槽１５ｍ3 である。
上記汚泥を６ｍ3 ／日の一定流量で流し、嫌気性消化処理を行い、約２ヶ月実験を行った。各槽の温度は、第１槽６５℃、第２槽３５℃、第３槽３５℃である。。
比較対照として、図４にに示すフローシートの装置を用いて実験を行った。この比較対照系における各槽の容量は本発明の図１の場合と同一である。対照系はそれぞれの仕切槽の間に穴があいており、混合液は順次隣りの槽に流れる。
実験結果を第２表に示す。
【００１３】
【表１】
0003654492.tif 000002
【００１４】
【表２】
0003654492.tif 000003
【００１５】
本発明は対照系に比べると、槽内汚泥濃度を高めることでＣＯＤ分解率が高い値を示している。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、嫌気性消化槽の混合液を固液分離して分離液のみを次段の嫌気性消化槽へ送り、濃縮汚泥を元の嫌気性消化槽へ戻すため、各段の嫌気性消化槽の槽内汚泥濃度を高めることができるので、有機性廃棄物のＣＯＤ分解率を上げると共に反応槽容量を小さくすることができた。
また、固液分離装置を一つとして、各嫌気性消化槽で交互に共用するようにすると、固液分離装置が一つですみ、装置のコストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る嫌気性消化方法を実施する装置のフローシートを示す。
【図２】本発明に係る装置で、固液分離装置を一つとし、各段の嫌気性消化槽でそれを共有したもののフローシートを示す。
【図３】本発明に係る装置の更に別の実施例であるフローシートを示す。
【図４】従来の嫌気性消化装置の一例のフローシートを示す。
【符号の説明】
１    有機性廃棄物流入管
２    有機性廃棄物
３    嫌気性消化槽
３ａ  第１嫌気性消化槽
３ｂ  第２嫌気性消化槽
３ｃ  第３嫌気性消化槽
４    処理物排出管
５    処理物
６    発生ガス合流管
６ａ  発生ガス抜き管
６ｂ  発生ガス抜き管
６ｃ  発生ガス抜き管
７    発生ガス
８    固液分離装置
９    配管
９ａ  配管
９ｂ  配管
９ｃ  配管
１０    送液管
１０ａ  分離液を送る配管
１０ｂ  分離液を送る配管
１１    排泥管
１１ａ  濃縮汚泥を戻す配管
１１ｂ  濃縮汚泥を戻す配管
１１ｃ  濃縮汚泥を戻す配管
１２    固液分離装置の分離液を送る配管
１３    余剰汚泥排出管
１４    切換え装置
１５    切換え装置
１６    切換え装置
１７    希釈水
【図１】
0003654492.tif 000004
【図２】
0003654492.tif 000005
【図３】
0003654492.tif 000006
【図４】
0003654492.tif 000007