(57)【要約】【課題】外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、有機性排水のｐＨの調整を適切に行うことができ、且つ、硫化水素阻害を抑制することができるメタン発酵設備及びメタン発酵方法を提供すること。【解決手段】本発明のメタン発酵設備１は、外部から導入される有機性排水を酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成槽２と、有機性排水のｐＨを調整するｐＨ調整手段５，６，７と、酸生成槽２から導入される有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵槽３と、メタン発酵槽３の処理水の一部を酸生成槽２へ返送する返送ラインＬ２と、を備え、ｐＨ調整手段５，６，７は、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、酸生成槽２内のアルカリを中和すると共にメタン発酵槽３で生じる硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じる化合物を投入する化合物投入手段７を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から導入される有機性排水を酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成槽と、
有機性排水のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、
前記酸生成槽から導入される有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽の処理水の一部を前記酸生成槽へ返送する返送ラインと、を備え、
前記ｐＨ調整手段は、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、前記酸生成槽内のアルカリを中和すると共に前記メタン発酵槽で生じる硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じる化合物を投入する化合物投入手段を含むことを特徴とする、メタン発酵設備。
【請求項２】
前記化合物は、ＦｅＣｌ３である、請求項１記載のメタン発酵設備。
【請求項３】
外部から供給される有機性排水は、クラフトパルプ製造工程おいて黒液を濃縮処理する際に発生する排水である、請求項１又は２記載のメタン発酵設備。
【請求項４】
外部から導入される有機性排水を酸生成槽及びメタン発酵槽で処理するメタン発酵方法において、
有機性排水を前記酸生成槽内に導入し、酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成工程と、
有機性排水のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、
前記酸生成槽から有機性排水を前記メタン発酵槽内に導入し、メタン発酵させるメタン発酵工程と、
前記メタン発酵槽の処理水の一部を前記酸生成槽に返送する返送工程と、を有し、
前記ｐＨ調整工程は、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、前記酸生成槽内のアルカリを中和すると共に前記メタン発酵槽で生じる硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じる化合物を投入する化合物投入工程を含むことを特徴とする、メタン発酵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵設備及びメタン発酵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性排水の処理方法として、メタン発酵が利用されている。メタン発酵は一般に、酸生成槽及びメタン発酵槽を備えるメタン発酵設備において実施される。酸生成槽では、外部から導入された有機性排水を酸生成菌で処理することにより有機物が分解され、酢酸等の有機酸が生成する。そして、その有機酸が含まれた有機性排水をメタン発酵槽内に導入してメタン発酵させることにより、メタンが生成する。ここでは、酸生成菌の流出回避及び有機性排水の希釈の観点から、メタン発酵槽の処理水の一部がメタン発酵槽から酸生成槽へ返送される。
【０００３】
酸生成槽においては、上記のとおり有機酸が生成するため、有機性排水のｐＨが低下する。ｐＨが低下すると酸生成菌の活性が低下するため、有機性排水のｐＨを酸生成菌にとって至適な範囲に維持することが望まれる。そこで、酸生成槽にアルカリ剤を投入して、ｐＨの低下を抑制する方法（特許文献１）、及び、メタン発酵槽の処理水の一部を酸生成槽へ返送するときに、処理水のｐＨを高めてアルカリ性にした後に返送する方法（特許文献２）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３８３７８号公報
【特許文献２】特開平１１−３４７５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メタン発酵設備では、酸生成槽に導入されるべき有機性排水を排出する設備が定修期間に入ること等により、有機性排水の導入が停止される期間が生じる。この期間中、メタン発酵設備は稼働を緩めた状態とされる。この期間及びこの前後の期間においては、通常稼働時と比べて有機性排水のｐＨの変動が大きく、特にアルカリ性側へ傾く傾向がある。ｐＨが大きく変動すると、通常稼働時において酸生成及びメタン発酵の効率が低下してしまう。
【０００６】
一方、メタン発酵においては、メタン生成菌と共生している硫酸還元菌により有機性排水中の硫酸等が還元されることによって、メタンと同時に硫化水素が生成する。硫化水素はメタンの不純物となるうえ、メタン生成菌の活性を低下させる「硫化水素阻害」を引き起こす。従って、メタン発酵の効率向上のために、硫化水素阻害を抑制することが望まれている。
【０００７】
そこで本発明は、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、有機性排水のｐＨの調整を適切に行うことができ、且つ、硫化水素阻害を抑制することができるメタン発酵設備及びメタン発酵方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、外部から導入される有機性排水を酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成槽と、有機性排水のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、酸生成槽から導入される有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵槽と、メタン発酵槽の処理水の一部を酸生成槽へ返送する返送ラインと、を備え、ｐＨ調整手段は、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、酸生成槽内のアルカリを中和すると共にメタン発酵槽で生じる硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じる化合物を投入する化合物投入手段を含むことを特徴とするメタン発酵設備を提供する。
【０００９】
また、本発明は、外部から導入される有機性排水を酸生成槽及びメタン発酵槽で処理するメタン発酵方法において、有機性排水を酸生成槽内に導入し、酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成工程と、有機性排水のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、酸生成槽から有機性排水をメタン発酵槽内に導入し、メタン発酵させるメタン発酵工程と、メタン発酵槽の処理水の一部を酸生成槽に返送する返送工程と、を有し、ｐＨ調整工程は、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、酸生成槽内のアルカリを中和すると共にメタン発酵槽で生じる硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じる化合物を投入する化合物投入工程を含むことを特徴とするメタン発酵方法を提供する。
【００１０】
メタン発酵装置では、上記のとおり、外部からの有機性排水の導入が停止される期間及びこの前後の期間において、酸生成槽内の有機性排水がアルカリ性側へ傾く傾向があり、通常稼働時において酸生成及びメタン発酵の効率が低下する。また、メタン発酵では硫化水素の同時生成により、硫化水素阻害が引き起こされるおそれがある。そこで、本発明のメタン発酵設備及びメタン発酵方法では、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、所定の化合物を酸生成槽に投入する。この化合物は、酸生成槽内のアルカリを中和すると共にメタン発酵槽で生じる硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じる化合物である。このため、本発明によれば、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、有機性排水のｐＨの調整を適切に行うことができ、且つ、硫化水素阻害を抑制することができる。
【００１１】
ここで、有機性排水の導入が停止される期間中に投入する化合物は、ＦｅＣｌ３であることが好ましい。有機性排水のｐＨの調整を適切に行うこと、及び、硫化水素阻害を抑制する観点から、化合物の中でもＦｅＣｌ３が、コスト面及び効果面から優れている。
【００１２】
また、本発明において、外部から供給される有機性排水は、クラフトパルプ製造工程おいて黒液を濃縮処理する際に発生する排水であることが好ましい。黒液を濃縮処理する際に発生する排水としては、ファールドレン（高臭気排水）とクリーンドレン（低臭気排水）とが挙げられるが、本発明における好ましい排水の態様としては、ファールドレンのみからなる排水であってもよく、クリーンドレンのみからなる排水であってもよく、ファールドレンとクリーンドレンの混合排水であってもよい。また、これら排水は、当然の如く、適宜希釈されていてもよい。クラフトパルプ製造工程おいて黒液を濃縮処理する際に発生する排水は、ｐＨの緩衝作用を担うべき無機塩等が蒸留により除かれているため、元々ｐＨの変動が大きい液体であることが知られている。本発明のメタン発酵設備及びメタン発酵方法では、上記のとおり有機性排水のｐＨの調整を適切に行うことができるため、有機性排水がクラフトパルプ製造工程おいて黒液を濃縮処理する際に発生する排水である場合に特に有用である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、有機性排水のｐＨの調整を適切に行うことができ、且つ、硫化水素阻害を抑制することができるメタン発酵設備及びメタン発酵方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態のメタン発酵設備の概要を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
はじめに、本実施形態のメタン発酵設備の基本構成と、通常稼働時の機能とを併せて説明する。図１は、本実施形態のメタン発酵設備の概要を示す概略構成図である。メタン発酵設備１は、例えばクラフトパルプ製造工程おいて黒液を濃縮処理する際に発生する排水等の有機性排水を処理すると共に、生成するメタンを回収する設備であり、外部から有機性排水が導入される酸生成槽２と、酸生成槽２の後段にラインＬ１を介して位置するメタン発酵槽３と、メタン発酵槽３における処理水の一部を酸生成槽２へ返送する返送ラインＬ２とを備えている。
【００１７】
酸生成槽２は、内部に収容する酸生成菌により有機物を分解して低級脂肪酸を生成する槽である。この酸生成槽２には、有機性排水のｐＨを計測するｐＨ計測器４、並びに、ｐＨを調整するｐＨ調整手段としてアルカリ供給源５及び酸供給源６が設けられている。また、ｐＨ調整手段としては、後に詳述するＦｅＣｌ３等の化合物を投入する化合物投入手段７も設けられている。
【００１８】
メタン発酵槽３は、酸生成槽２で処理された有機性排水、すなわち低級脂肪酸を豊富に含んだ有機性排水をラインＬ１を通じて導入し、内部に収容したメタン生成菌により低級脂肪酸を分解してメタンを生成する槽である。ここでは、メタン発酵槽３としては、メタン生成菌が自己凝集して粒状化したグラニュール状の嫌気性汚泥を槽内の下部に有し、有機性排水がメタン発酵槽内の下部から導入されるＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性汚泥床）処理装置を採用している。
【００１９】
次に、メタン発酵設備１の通常稼働時の作用を説明する。このメタン発酵設備１にあっては、外部から有機性排水が酸生成槽２に導入されると、酸生成槽２の内部に収容された酸生成菌によって有機性排水中の有機物が分解され、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の低級脂肪酸が生成する（酸生成工程）。低級脂肪酸が生成するにつれて、酸生成槽２内の有機性排水のｐＨが徐々に低下する。ｐＨが著しく低下すると酸生成菌の活性が低下するため、有機性排水のｐＨを酸生成菌にとって至適な範囲（例えばｐＨ＝６〜８）に維持する必要がある。このため、酸生成槽２においてはｐＨ計測器４でｐＨをモニタリングし、ｐＨが例えば６未満になった場合にアルカリ供給源５からＮａＯＨ等のアルカリ剤を投入してｐＨを調整する。反対に、ｐＨが高くなりすぎた場合には、酸供給源６からＨ３ＰＯ４等の酸剤を投入してｐＨを調整する（ｐＨ調整工程）。
【００２０】
そして、メタン発酵槽３では、内部に収容されたメタン生成菌によって、酸生成槽２から導入された有機性排水に含まれる低級脂肪酸を分解するメタン発酵が行われ、メタンを含むバイオガスが生成する（メタン発酵工程）。ここで、ＵＡＳＢ処理装置たるメタン発酵槽３内の下部にはグラニュール汚泥によるグラニュール汚泥床が保持されているため、有機性排水中の低級脂肪酸を当該グラニュール汚泥により分解することができる。生成したバイオガスはメタン発酵槽３の上部から回収され、処理水は後段に排出される。また、処理水の一部は、酸生成菌の流出回避及び酸生成槽２内の有機性排水の希釈の観点から、返送ラインＬ２を通じて酸生成槽２へ返送される（返送工程）。
【００２１】
次に、このようにして通常稼働を行うメタン発酵設備１に対し、外部からの有機性排水の導入が停止される期間におけるメタン発酵設備１の機能について説明する。
【００２２】
メタン発酵設備１では、酸生成槽２に導入されるべき有機性排水を排出する設備が定修期間に入ること等により、有機性排水の導入が停止される期間が生じる。この期間中、メタン発酵設備１では稼働を緩めた状態、例えばメタン発酵槽３からの処理水の排出を止めて、酸生成槽２及びメタン発酵槽３内の撹拌のみを行う状態とされる。この期間及びこの前後の期間においては、通常稼働時と比べて有機性排水のｐＨの変動が大きく、特にアルカリ性側へ傾く傾向がある。ｐＨが大きく変動すると、通常稼働を再開したときに、酸生成及びメタン発酵の効率が低下してしまう。
【００２３】
有機性排水の導入が停止される期間において、酸生成槽２内の有機性排水がアルカリ性側へ傾いた場合、そのアルカリを中和するための化合物を、化合物投入手段７から酸生成槽２に投入する（ｐＨ調整工程、化合物投入工程）。当該化合物は、酸生成槽２においてはアルカリを中和し、一部がメタン発酵槽３に移行したときには、メタン発酵槽３内の硫化水素と反応して、硫化物の沈殿を生じる。
【００２４】
化合物投入手段７から酸生成槽２に投入する化合物としては、水溶液とされたときに酸性を示し、且つ硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じ得る化合物であれば特に限定されず、例えば、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｈｇ及びＡｇのうち少なくとも１種の元素を含む化合物が挙げられる。これらのうち、有機性排水のｐＨの調整を適切に行うこと、及び、コストを抑制する観点から、ＦｅＣｌ３（塩化鉄（III）（慣用名：塩化第二鉄））が好ましく、コスト面及び効果面においても優れている。ＦｅＣｌ３は、硫化水素と反応して硫化鉄の沈殿を生じる。また、投入する化合物として、酸生成菌やメタン生成菌の栄養のためにメタン発酵設備１内に常時添加導入している化合物を利用することもでき、この場合、コスト面で有利である。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態のメタン発酵設備１は、外部からの有機性排水の導入が停止される期間及びこの前後の期間において、酸生成槽２内の有機性排水がアルカリ性側へ傾いた場合に、これを中和するための化合物を投入してｐＨを酸生成菌の至適範囲に調整することができる。また、メタン発酵では硫化水素の同時生成により硫化水素阻害が引き起こされるおそれがあるところ、投入した当該化合物の一部はメタン発酵槽３に移行して、硫化水素と反応して硫化物の沈殿を生じるため、槽内の硫化水素を低減することができる。このため、本実施形態のメタン発酵設備１によれば、外部からの有機性排水の導入が停止される期間中に、有機性排水のｐＨの調整を適切に行うことができ、且つ、硫化水素阻害を抑制することができる。
【００２６】
また、一般にクラフトパルプ製造工程おいて黒液を濃縮処理する際に発生する排水は、ｐＨの緩衝作用を担うべき無機塩等が蒸留により除かれているため、元々ｐＨの変動が大きい液体である。従って、外部から導入される有機性排水がクラフトパルプ製造工程おいて黒液を濃縮処理する際に発生する排水である場合は、上記のとおり有機性排水のｐＨの調整を適切に行うことができる本実施形態のメタン発酵設備１は、特に有用である。
【００２７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではｐＨ計測器４を酸生成槽２に設けているが、これをラインＬ１に設けてもよい。また、上記実施形態では化合物を化合物投入手段７から酸生成槽２に投入しているが、これをラインＬ１内に投入してもよい。また、酸供給源６が化合物投入手段７を兼ねてもよく、酸生成菌やメタン生成菌に栄養を与えるために利用しているラインを化合物投入手段として利用してもよい。
【００２８】
また、上記実施形態ではメタン発酵槽３としてＵＡＳＢ処理装置を採用しているが、これに替えて、グラニュール汚泥床の粒状化を更に促進させて膨張させることにより有機性排水との接触効率を向上するようにしたＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed：膨張粒状汚泥床）処理装置を採用してもよい。
【００２９】
また、外部からの有機性排水の導入が停止される期間としては、有機性排水を排出する設備が定修期間に入る場合のほか、メタン発酵設備１自身が定修期間に入る場合等であってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１…メタン発酵設備、２…酸生成槽、３…メタン発酵槽、５…アルカリ供給源（ｐＨ調整手段）、６…酸供給源（ｐＨ調整手段）、７…化合物投入手段（ｐＨ調整手段）、Ｌ２…返送ライン。
【図１】
2014023984.tif 000003