(57)【要約】【課題】メタン発酵装置から沈殿汚泥を引抜く場合にも、槽内の汚泥濃度を高く維持すること。【解決手段】処理対象排水を導入する導入部Ｌ２および、処理済み処理水を排出する排出部Ｌ４、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部Ｌ４を備えたメタン発酵槽を設け、メタン発酵槽の内部を攪拌する攪拌装置を設けてなるメタン発酵装置の運転方法であって、メタン発酵槽に導入された処理対象排水を攪拌しつつ第一所定時間メタン発酵させるメタン発酵工程の後、攪拌装置を停止して第二所定時間静置する攪拌停止工程を行い、攪拌停止工程後汚泥引抜部から汚泥を引抜く汚泥引抜工程を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象排水を導入する導入部および、処理済み処理水を排出する排出部、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部を備えたメタン発酵槽を設け、前記メタン発酵槽の内部を攪拌する攪拌装置を設けてなるメタン発酵装置の運転方法であって、
メタン発酵槽に導入された処理対象排水を攪拌しつつ第一所定時間メタン発酵させるメタン発酵工程の後、前記攪拌装置を停止して第二所定時間静置する攪拌停止工程を行い、攪拌停止工程後前記汚泥引抜部から汚泥を引抜く汚泥引抜工程を行うメタン発酵装置の運転方法。
【請求項２】
処理対象排水を導入する導入部および、処理済み処理水を排出する排出部、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部を備えたメタン発酵槽を設け、前記メタン発酵槽の内部を攪拌する攪拌装置を設けてなるメタン発酵装置であって、
メタン発酵槽に導入された処理対象排水を攪拌しつつ第一所定時間メタン発酵させるメタン発酵工程の後、前記攪拌装置を停止して第二所定時間静置する攪拌停止工程を行い、攪拌停止工程後前記汚泥引抜部から汚泥を引抜く汚泥引抜工程を行う運転制御部を備えたメタン発酵装置。
【請求項３】
前記運転制御部が、前記汚泥引抜工程の後、前記導入部から処理対象排水の供給を行う排水供給工程を行い、ついでメタン発酵工程、攪拌停止工程、汚泥引抜工程を順に行う請求項２に記載のメタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象排水を導入する導入部および、処理済み処理水を排出する排出部、汚泥を引抜く汚泥引抜部を備えたメタン発酵槽を設け、前記メタン発酵槽の内部を攪拌する攪拌装置を設けてなるメタン発酵装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタン発酵は、排水処理の重要なユニットプロセスとして古くから知られているが、設備が嵩だかいという問題があり、比較的規模の大きな水処理設備としての導入が検討される場合が多い。このような場合、メタン発酵槽としては、処理対象排水を導入する導入部および、処理済み処理水を排出する排出部、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部を備えたメタン発酵槽を設け、前記メタン発酵槽の内部を攪拌する攪拌装置を設けて構成される。
【０００３】
メタン発酵の高効率化を図る手だてとしては、高温発酵、汚泥の加熱処理、汚泥の高濃度化が考えられるが、これら高温発酵、汚泥の加熱処理は熱収支の点と深くかかわっており、これらを良好に実施するには加熱エネルギが必要となるので、結局は汚泥の高濃度化が最重要事項となる。
【０００４】
そこで、メタン発酵を行った処理水に汚泥が混入して流出してしまうのを防止すべく汚泥を沈降しやすい顆粒状にしておくことにより、メタン発酵槽内の汚泥濃度が低下するのを抑制することが考えられている。（たとえば特許文献１）
【０００５】
なお、上述の従来のメタン発酵装置では、できる限り槽内の水処理条件を均質に維持するように、前記撹拌装置を常時稼動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２１８２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、メタン発酵槽は、処理対象排水のメタン発酵に伴って、余剰となる汚泥が増加するとともに、槽内に処理対象排水の残渣が発生し、沈殿汚泥として沈殿する。すると、槽内の汚泥濃度が際限なく上昇してしまうため、汚泥引抜部から汚泥の引抜操作を行って、メタン発酵に寄与しない汚泥や余剰に増殖した菌体を定期的に槽外に排出することが行われている。ここで、通常、メタン発酵槽内のメタン発酵条件を均質に保つべく、前記撹拌装置を稼動して汚泥の引抜操作を行う。
【０００８】
このような汚泥を引抜く操作を行うと、前記メタン発酵に寄与しない汚泥、余剰に増殖した菌体を槽外に引抜くと同時に、槽内のメタン発酵活性の高いメタン細菌を主成分とする汚泥まで不可避的に引抜かれてしまうという実情がある。
すると、汚泥の除去によりメタン発酵槽内のメタン細菌の活性をあげたとしても、汚泥濃度自体が低下してメタン発酵槽内全体としてメタン発酵する能力が低下してしまうという問題が生じ、汚泥の高濃度化およびメタン発酵の高効率化を困難とする一因になっている。
【０００９】
したがって、本発明は上記実情に鑑み、メタン発酵装置から沈殿汚泥を引抜く場合にも、槽内の汚泥濃度を高く維持する技術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】
【００１０】
〔構成１〕
上記目的のための本発明のメタン発酵装置の運転方法の特徴構成は、処理対象排水を導入する導入部および、処理済み処理水を排出する排出部、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部を備えたメタン発酵槽を設け、前記メタン発酵槽の内部を攪拌する攪拌装置を設けてなるメタン発酵装置の運転方法であって、
メタン発酵槽に導入された処理対象排水を攪拌しつつ第一所定時間メタン発酵させるメタン発酵工程の後、前記攪拌装置を停止して第二所定時間静置する攪拌停止工程を行い、攪拌停止工程後前記汚泥引抜部から汚泥を引抜く汚泥引抜工程を行う点にある。
【００１１】
〔作用効果１〕
前記メタン発酵装置は、メタン発酵槽に導入された処理対象排水を、槽内の汚泥(メタン細菌)により嫌気分解するとともに、浄化された処理水を排出する。また、このとき発生した汚泥や嫌気分解できない残渣等を沈殿汚泥として槽内下部に沈殿させ、汚泥引抜部より引抜くことができる。なお、沈殿汚泥は、槽内下部に沈殿するので、通常、メタン発酵槽下方の汚泥引抜部から汚泥を引抜く。
【００１２】
ここで、通常、メタン発酵槽内のメタン発酵条件を均質に保つべく、前記撹拌装置を稼動を維持して汚泥の引抜操作を行うのであるが、本発明者らは、あえてこの撹拌操作を停止したところ、前記撹拌装置の停止中には、前記メタン発酵に寄与しない残渣と活性の高い汚泥との比重分離が図られ、比較的短い時間で残渣を優先的に沈殿させることができることを見出した。そして、この比較的短い撹拌装置の停止期間中のメタン発酵の停滞よりも、活性の高い汚泥が残渣とともに流出するのを抑制することによるメタン発酵槽全体の活性の維持の方がメタン発酵効率の向上に寄与していることを実験的にあきらかにした。
【００１３】
すなわち、メタン発酵槽に導入された処理対象排水を攪拌しつつ第一所定時間メタン発酵させるメタン発酵工程の後、前記攪拌装置を停止して第二所定時間静置する攪拌停止工程を行い、攪拌停止工程後前記汚泥引抜部から汚泥を引抜く汚泥引抜工程を行うことにより、撹拌停止工程中に優先的に沈殿した残渣を主体とする沈殿汚泥を優先的に引抜き、活性の高い汚泥を引抜かない状態でメタン発酵を継続することができるから、メタン発酵槽全体の活性を高く維持して、メタン発酵槽を運転することができるようになった。
【００１４】
〔構成２〕
また、本発明のメタン発酵装置の特徴構成は、処理対象排水を導入する導入部および、処理済み処理水を排出する排出部、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部を備えたメタン発酵槽を設け、前記メタン発酵槽の内部を攪拌する攪拌装置を設けてなり、
メタン発酵槽に導入された処理対象排水を攪拌しつつ第一所定時間メタン発酵させるメタン発酵工程の後、前記攪拌装置を停止して第二所定時間静置する攪拌停止工程を行い、攪拌停止工程後前記汚泥引抜部から汚泥を引抜く汚泥引抜工程を行う運転制御部を備えた点にある。
【００１５】
〔作用効果２〕
上記構成によると、前記運転制御部がメタン発酵槽から汚泥を引抜く汚泥引抜工程を攪拌停止工程の最後に行うことができるので、前記第二所定時間を適切に設定することによって、確実に沈殿汚泥と活性の高い汚泥とを比重差により分離することができる。
【００１６】
この第二所定時間は、前記メタン発酵槽の大きさ、処理対象排水の性状や量によって異なるが、メタン発酵槽および処理対象排水に基づいて適宜決定することができるものである。典型的な処理対象排水では、撹拌停止後１０分程度の静置では残渣も汚泥もほとんど沈殿しないので比重分離することは困難であるが、１０分経過後次第に残渣が先行して沈殿し始めるとともに、無機物の含有率が多くなり高密度化し活性の低くなった汚泥も優先的に沈殿し始める。なお、３０分経過した頃には通常の汚泥まで沈殿し始めるので、１０分経過後３０分経過まえに沈殿した沈殿物を沈殿汚泥として引抜くことによって、メタン発酵活性の高い汚泥をあまり引抜くことなく残渣を主成分とする沈殿汚泥を主に引抜くことができることが経験的にあきらかになっている。
【００１７】
したがって、前記運転制御部の運転制御により、メタン発酵槽内の活性の高い汚泥の濃度を低下させることなく、槽内で不要になった沈殿汚泥のみを槽外に除去して、メタン発酵槽の高い発酵効率を維持することができるようになった。
【００１８】
〔構成３〕
なお上記構成において、前記運転制御部が、前記汚泥引抜工程の後、前記導入部から処理対象排水の供給を行う排水供給工程を行い、ついでメタン発酵工程、攪拌停止工程、汚泥引抜工程を順に行うもとのすることができる。
【００１９】
〔作用効果３〕
つまり、先述の構成における汚泥引抜工程の後、前記メタン発酵槽内に引抜かれた沈殿汚泥に替えて処理対象排水が供給されると、メタン発酵が進行して、メタン発酵されるべき有機物が減少した排水がメタン発酵槽外に排出された後、メタン発酵されるべき有機物を豊富に含む処理対象排水が、槽内に維持されてなるメタン発酵を行う汚泥に接触させられるので、前記有機物が効率よくメタン発酵させられる処理手順を連続的に行えることになる。ここで、処理対象排水が導入され、前記汚泥と接触した後は、攪拌を伴うメタン発酵工程が行われるので、メタン発酵槽内では、高い発酵効率を発揮し続けることができる。
【発明の効果】
【００２０】
したがって、前記メタン発酵槽では、メタン発酵装置から沈殿汚泥を引抜く場合にも、槽内の汚泥濃度を高く維持することができ、効率のよいメタン発酵工程が維持できるとともに、処理対象排水の高効率な処理により、排水から高効率でエネルギを回収することができるとともに、排水の環境負荷を効率よく低下させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のメタン発酵装置のフロー図
【図２】メタン発酵装置の運転工程図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明のメタン発酵装置を説明する。なお、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２３】
〔メタン発酵装置〕
本発明のメタン発酵装置は、図１に示すように、
処理対象排水としての生ごみやコーヒー粕を嫌気性条件下に可溶化する可溶化槽１を備えるとともに、可溶化した処理対象排水をメタン発酵するメタン発酵槽２を備える。なお、生ごみやコーヒー粕のような固形分を高濃度に含有する処理対象排水を対象とする場合には前記可溶化槽１を設ける方が好ましいが、処理対象排水の性状が、固形分の少ないものであれば、あえて可溶化槽１を設けることなく、直接処理対象排水をメタン発酵槽２に流入させる構成としてもよい。
【００２４】
〔可溶化槽〕
前記可溶化槽１は、処理対象排水をメタン発酵汚泥と混合して処理液として受ける混合槽１０からなり、前記混合槽１０には、上部に処理液供給部からの生ごみやコーヒー粕を受け入れる受入路Ｌ１が接続されるとともに、処理液のうち分散化した画分をメタン発酵槽２に移送する移送路Ｌ２を接続して備える。また、前記可溶化槽１の底部には、処理液中の生ごみやコーヒー粕の固形分に富む画分を破砕等の可溶化処理に供するために引抜路Ｌ３を備える。また、前記可溶化槽１には内部の処理液を６０℃〜８０℃に加熱する加熱部１１を備えてもよい。
【００２５】
また、前記混合槽１０には、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）などのアルカリを添加するためのｐＨ調整部１２が設けられている。このｐＨ調整部１２におけるアルカリ添加量は、後述のメタン発酵槽２における処理液のｐＨに応じて決定され、前記メタン発酵槽２内部のｐＨが６．５〜８．５程度の範囲に維持されるように調整される。
【００２６】
加熱部１１における加熱には、重油、都市ガス、電力等をエネルギ源として利用してもよいが、後述するメタン発酵工程で発生するメタンガスを用いて、熱と電力を得るコジェネレーション手段（ガスエンジン、燃料電池等）により得られる排熱を利用することが望ましい。
【００２７】
処理液中の生ごみやコーヒー粕の可溶化処理は、生ごみやコーヒー粕とメタン発酵汚泥またはその液体画分との共存下、即ちこれらを混合した状態で加熱処理することにより行われる。生ごみやコーヒー粕と、メタン発酵汚泥またはその液体画分との混合比については、特に制限されるものではないが、生ごみやコーヒー粕の乾燥重量１００重量部当たり、メタン発酵汚泥またはその液体画分を１０〜１０００重量部、好ましくは５０〜５００重量部、さらに好ましくは１００〜３００重量部が例示される。
【００２８】
可溶化処理時の温度条件については、３０℃以上であればよいが、生ごみやコーヒー粕の可溶化効率をさらに向上させるには、好ましくは７０〜９５℃程度、さらに好ましくは７０〜８０℃程度があげられる。メタン発酵汚泥には、固形物を分解する可溶化菌、酸発酵菌と、有機酸をメタン化するメタン細菌が含まれる。一般的に、６０℃以上の温度条件ではメタン細菌は生育できないため、６０℃以上の温度条件によって行われる可溶化処理では、メタン発酵汚泥またはその液体画分中のメタン細菌以外の微生物（可溶化菌、酸発酵菌）または物質によって、生ごみやコーヒー粕の可溶化が行われると考えられる。
【００２９】
また、可溶化処理時の加熱時間としては、生ごみやコーヒー粕とメタン発酵汚泥またはその液体画分との混合比、加熱温度等に応じて適宜設定されるが、たとえば、１〜７２時間、好ましくは４〜４８時間、さらに好ましくは１２〜２４時間が例示される。
【００３０】
これにより処理液は可溶化処理を受けて性状が液中固形成分において粒径１ｍｍ以上が１０％以下のスラリーとなり、生ごみやコーヒー粕に含まれる固形有機物が、メタン発酵可能な程度にまで低分子化され、可溶化される。
【００３１】
〔メタン発酵槽〕
前記メタン発酵槽２は、処理対象排水を導入する導入部として、上記可溶化槽から移送路Ｌ２を備える処理槽２０からなり、処理槽２０内部において、メタン細菌を用いて生ごみやコーヒー粕をメタン発酵処理する。一般的にメタン細菌として嫌気性のものが用いられる。前記処理槽２０には、処理済み処理水を排出する排出部および、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部としての引抜路Ｌ４を備え、引抜路Ｌ４には、メタン発酵汚泥を処理液とともに引抜き、脱水する遠心分離部３が接続されている。また、前記処理槽上部には、メタン発酵により生成したメタンガスを回収するメタン回収路Ｌ５を備える。なお、処理済み処理水を排出する排出部、沈殿汚泥を引抜く汚泥引抜部は、共通の配管で構成されていてもよく、別系統の配管で構成されていてもよい。たとえば、後述の遠心分離部のように引抜かれた汚泥から処理済みの処理水を分離する手段を別途設けない場合には、処理槽２０において沈殿分離された上澄液を排出する排出路を設けて処理済み処理水を排出する排出部とすることができる。
【００３２】
また、前記処理槽２０には、処理槽２０内に供給された可溶化液を加熱して高温メタン発酵可能にする加熱部２１が設けられている。前記加熱部２１は、メタン発酵槽２を、４０℃以上６０℃以下に維持してメタン発酵工程が行われるように調整する。
【００３３】
さらに、前記メタン発酵槽２内部には、撹拌翼２２ａを備えた撹拌装置２２を設けてあり、前記撹拌翼２２ａの下端が、沈殿汚泥の堆積する領域のやや上方に位置するように配置されている、この撹拌装置２２には、撹拌翼２２ａを間欠的に回転駆動する運転制御部２３を接続して設けてあり、第一所定時間の撹拌を行うメタン発酵工程と、第二所定時間の撹拌停止工程とを交互に繰り返す運転を行う。撹拌翼２２ａの回転速度は、メタン発酵工程において、残渣は沈殿するが汚泥が沈殿しない程度の速度を維持する。
【００３４】
この状態でメタン発酵工程を行う場合には、図２（ａ）に示すように、メタン発酵工程におけるメタン発酵効率を高く維持することができるとともに、比重の大きな残渣を沈殿させることができ、その後、撹拌停止工程を行うと、容易にメタン発酵する活性の高い汚泥と、活性が低く高密度に凝集した汚泥とを固液分離し、活性の低い汚泥を優先的に沈殿させることができ、ここで沈殿分離された沈殿汚泥を汚泥引抜工程により引抜くことによって、メタン発酵槽２内の汚泥濃度をあまり低下させることなく、むしろメタン発酵槽２内の異物を除去し、槽内のメタン細菌の増殖を助け、メタン発酵効率を高く維持することができるようになる。
【００３５】
また、運転制御部２３は、前記メタン発酵槽２の撹拌停止工程からメタン発酵工程への切換のタイミングで、引抜路Ｌ４から沈殿汚泥をメタン発酵排水とともに汚泥引抜工程を行うとともに、その汚泥引抜工程開始直後に前記移送路Ｌ２から処理対象排水の可溶化液を供給する排水供給工程を開始する。これにより、メタン発酵槽２内では断続的に処理対象排水をメタン発酵させて順次排水するとともに、汚泥引抜工程の後、前記導入部から処理対象排水の供給を行う排水供給工程を行うことにより断続的な水処理が行える。
【００３６】
前記メタン発酵処理において、メタン発酵の形式は特に制限されず、回分式、固定床式等のメタン発酵において利用されている公知のいずれの形式であってもよい。また、上記可溶化により得られた可溶化物の供給と、メタン発酵槽２内のメタン発酵処理物の抜き取りとを、連続的にまたは断続的に行うことにより実施してもよい。上記可溶化物の供給と上記メタン発酵処理物の抜き取りを連続的または断続的に行う場合、その可溶化物の供給速度およびメタン発酵処理物の抜き取り速度は、該可溶化物のメタン発酵槽内平均滞留時間が上記発酵処理時間となるように適宜設定すればよい。
【００３７】
これにより、処理水は、メタン発酵を受け、ＣＯＤ換算１ｋｇあたり２００〜３５０ｍ3のメタンガスを生産でき、生産されたメタンガスは回収・利用される。また、前記引抜路Ｌ４から汚泥とともに排出される処理液排水は５０００〜２００００ｍｇＣＯＤ／Ｌ程度の排水となり外部に放出される。
【００３８】
具体的には第一所定時間として５．５時間のメタン発酵工程、第二所定時間として３０分間の撹拌停止工程を交互に繰り返す運転条件で、撹拌停止工程終了時にメタン発酵槽２の容積の約５％の容積の汚泥を引抜くとともに、同量の新たな処理対象排水を可溶化してメタン発酵槽２に供給する汚泥引抜工程を行うメタン発酵を行うと、常時撹拌を行いながら、６時間毎に汚泥引抜工程を行う従来のメタン発酵運転（図２（ｂ））に比べて、メタン発生量が１０％程度増加し、メタン発酵効率が向上することがあきらかになった。
【００３９】
〔遠心分離部〕
前記遠心分離部３は、引抜路Ｌ４を介して供給されるメタン発酵汚泥および処理液を遠心分離により固液分離する遠心分離装置３０を備えるとともに遠心分離により回収される固相の一部をメタン発酵槽２に返送する返送路Ｌ６を備える。また、残余のメタン発酵汚泥および処理液は廃棄路Ｌ７より廃棄される。
【００４０】
ここで、遠心分離装置３０としては、たとえば上部排出型遠心分離器が用いられ、前記遠心分離部３は、負荷１０ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ3発酵槽・日のメタン発酵槽２からの汚泥を、遠心分離装置３０に供給し、前記汚泥遠心分離された汚泥を投入される処理水量の２．５倍で引抜き、（遠心力２０００ｇ、滞留時間１０分となる遠心分離条件）前記返送路Ｌ６から全量返送するように処理水を循環させる。これにより、メタン発酵槽内の汚泥濃度は、１％〜５％〜１０％に維持される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
したがって、効率のよいメタン発酵工程が維持できるとともに、処理対象排水の高効率な処理により、排水の環境負荷を効率よく低下させることができるメタン発酵槽として種々の排水を処理できる。
【符号の説明】
【００４２】
１        ：可溶化槽
１０      ：混合槽
１１      ：加熱部
１２      ：ｐＨ調整部
２        ：メタン発酵槽
２０      ：処理槽
２２      ：撹拌装置
２２ａ    ：撹拌翼
２３      ：運転制御部
３        ：遠心分離部
３０      ：遠心分離装置
Ｌ１      ：受入路
Ｌ２      ：移送路
Ｌ３      ：引抜路
Ｌ４      ：引抜路
Ｌ５      ：メタン回収路
Ｌ６      ：返送路
Ｌ７      ：廃棄路
【図１】
2014065007.tif 000003
【図２】
2014065007.tif 000004