(57)【要約】  水分を含む有機性被処理物（１）を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽（１０）に付設される溶存ガス除去装置（２０）であって、生物反応槽（１０）内での処理状況を監視する監視手段（２２）と、処理中の有機性被処理物（１）から生物処理を妨げる溶存ガス（２）を除去するガス除去手段（２４）とを有し、監視手段（２２）による監視結果に応じてガス除去手段（２４）により溶存ガス（２）を除去する溶存ガス除去装置（２０）、生物反応槽（１０）と溶存ガス除去装置（２０）を有する生物処理装置（１００）、生物処理装置（１００）を用いた有機性被処理物の生物処理方法である。
2014017466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽に付設される溶存ガス除去装置であって、
前記生物反応槽内の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水について、前記有機性被処理物もしくは前記処理水のｐＨの値、または前記有機性被処理物もしくは前記処理水が含有する物質のうち１種以上の量の値を測定する監視手段と、
前記生物反応槽内の前記有機性被処理物から生物処理を妨げる溶存ガスを除去するガス除去手段と、を有する溶存ガス除去装置。
【請求項２】
前記ガス除去手段は、前記監視手段が一定時間ごとに測定した値を各評価値とし、前記評価値の経時変化が一定のしきい値を越えた際に動作するように構成されてなる、請求項１に記載の溶存ガス除去装置。
【請求項３】
前記監視手段が、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨの値を測定するｐＨ監視手段、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度の値を測定する有機酸濃度監視手段、前記生物処理によって前記生物反応槽で発生する消化ガスの発生量の値、および前記消化スが含有するガスのうち１種以上の前記消化ガスに対する濃度の値を測定するガス監視手段からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１または２に記載の溶存ガス除去装置。
【請求項４】
前記ガス除去手段が、前記生物反応槽内の前記有機性被処理物に浸漬され、前記溶存ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段と、前記ガス分離手段の前記分離膜の二次側を減圧するように構成されてなる減圧手段と、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の溶存ガス除去装置。
【請求項５】
前記ガス除去手段が、前記生物反応槽から前記有機性被処理物を取り出し、前記生物反応槽に返送して循環させるように構成されてなる循環手段と、前記循環手段により循環している前記有機性被処理物に浸漬され前記溶存ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段と、前記ガス分離手段の前記分離膜の二次側を減圧するように構成されてなる減圧手段と、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の溶存ガス除去装置。
【請求項６】
前記消化ガスの主成分がメタンガスである請求項１から５のいずれか１項に記載の溶存ガス除去装置。
【請求項７】
前記溶存ガスが水素ガスまたは二酸化炭素ガスである請求項６に記載の溶存ガス除去装置。
【請求項８】
前記ガス除去手段により除去した前記溶存ガスを貯留するガス貯留手段を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の溶存ガス除去装置。
【請求項９】
水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽と、該生物反応槽に付設される請求項１から８のいずれか１項に記載の溶存ガス除去装置と、を有する、有機性被処理物の処理装置。
【請求項１０】
前記生物反応槽が、嫌気性細菌を担持させた保持担体を備える請求項９に記載の有機性被処理物の処理装置。
【請求項１１】
槽内に微生物を含む活性汚泥を有し前記溶存ガス除去装置が処理した被処理液中の溶存物質を生物処理するよう構成されてなる活性汚泥処理槽と、前記被処理水から前記活性汚泥を膜分離により分離する固液分離型膜ろ過手段とを備えた膜分離活性汚泥処理手段を備え、前記被処理水を前記膜分離活性汚泥処理手段に供給するよう構成されてなる請求項９または１０に記載の有機性被処理物の生物処理装置。
【請求項１２】
水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる工程と、
生物反応槽内の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水について、前記有機性被処理物もしくは前記処理水のｐＨの値、または前記有機性被処理物もしくは前記処理水が含有する物質のうち１種以上を測定する工程と、
前記測定した値を評価値とし、または前記測定した値の経時変化を評価値とし、前記評価値が一定のしきい値に達した際に前記生物処理中の前記有機性被処理物から溶存ガスを除去する工程を有する、有機性被処理物の生物処理方法。
【請求項１３】
前記測定は、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨ、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度、前記生物処理によって前記生物反応槽で発生する消化ガスの発生量、および前記消化ガスが含有するガスのうち１種以上の前記消化ガスに対する濃度の値からなる群から選ばれる少なくとも１種を測定する、請求項１２に記載の有機性被処理物の生物処理方法。
【請求項１４】
前記評価値は、前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨを測定した値で、
前記しきい値は、酸性を表すｐＨの値のうちいずれかの値である請求項１３に記載の有機性被処理物の生物処理方法。
【請求項１５】
前記評価値は、前記有機酸濃度の１日あたりの増加量で、
前記しきい値は、５０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日である請求項１３に記載の有機性被処理物の生物処理方法。
【請求項１６】
前記評価値は、前記消化ガス発生量の１時間あたりの減少量で、
前記しきい値は、３０体積％である請求項１３に記載の有機性被処理物の生物処理方法。
【請求項１７】
前記生物反応槽の気相部から前記消化ガスを回収し、前記消化ガスと、前記処理中の有機性被処理物から回収した溶存ガスを混合する工程を有する請求項１２から１６いずれかに記載の有機性被処理物の生物処理方法。
【請求項１８】
前記生物反応槽で発生する消化ガスの主成分がメタンガスである請求項１２から１７のいずれか１項に記載の有機性被処理物の生物処理方法。
【請求項１９】
前記溶存ガスは水素ガス、または二酸化炭素ガスである請求項１８に記載の有機性被処理物の生物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶存ガス除去装置、ならびに有機性被処理物の生物処理装置および生物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、し尿、浄化槽汚泥または廃水等の有機性廃棄物を生物処理（微生物等の生物により物質に化学変化等の反応を起こさせる処理）する生物処理方法が知られている。この生物処理方法では、これらの有機性廃棄物を分解および減容化すると共に、この処理において発生する有用な消化ガスを回収する。従来、こうした生物処理方法としては、例えば、以下に示す方法が知られている。
この生物処理方法では、まず、有機性廃棄物からし渣（固形物）を除去した後、有機物や窒素を除去する生物処理手段において生物処理を行う。前記生物処理手段において回収される余剰汚泥を濃縮し、厨芥等の分解され易い有機性廃棄物を破砕したものと混合槽にて混合することで、ガス回収のための有機性被処理物を得る。次いで、前記混合槽から水分量を調整した有機性被処理物をメタン発酵槽に導入し、メタン発酵を行う。メタン発酵によって生じた消化汚泥は脱水し、得られた脱水ろ液は前記生物処理手段に戻し、さらに生物処理を行う（例えば、特許文献１、２）。
この技術によれば、メタン発酵により発生したメタンガスは、発電設備等に送ることで、処理場内の電力供給の燃料として有効に利用できる。また、消化汚泥の脱水で生じた脱水ケーキは、コンポスト化することで、肥料等として有効利用できる。【０００３】
この生物処理方法で行われるメタン発酵では、嫌気条件下において、通性嫌気性細菌や絶対嫌気性細菌の作用によって、有機物が炭水化物、脂質または蛋白質等に加水分解され、次いでそれらが酢酸、プロピオン酸もしくは酪酸等の有機酸、または二酸化炭素へと酸発酵される。さらに、これらの有機酸、二酸化炭素および水素が最終的にメタンガスに転換される。
これら一連の過程では、有機物が分解してガス化するため、有機性被処理物が減容化される。また、メタン発酵は、燃料として利用可能な消化ガスが回収できるうえ、多大な電力を消費する曝気が不要であり、余剰汚泥の発生量が少ないことから、有機性被処理物の生物処理方法として省エネルギーの観点で優れている。【０００４】
このような、消化ガスを発生させる有機性被処理物の生物処理には、前記したように複数の生物反応過程が含まれる。しかし、有機物を有機酸に分解する酸発酵過程に比べて、有機酸のガス化過程は処理中にかかる負荷に弱い。具体的には、酸発酵過程に関わる微生物群は、処理中にＣＯＤ量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ、化学的酸素要求量）、温度、ｐＨまたは溶存ガス組成等の条件が変動しても活性の変化が小さい。一方、有機酸のガス化過程に関わる微生物群（以下、「ガス化菌」という。）は、それらの条件の変動に弱く、また増殖速度も遅いため、負荷変動によって有機酸をガス化する活性が低下しやすい。ガス化菌の活性が低下すると、未分解の有機酸が蓄積して生物反応槽内が酸性となるため、ガス化菌の増殖や活性がさらに阻害されて急激にガスの発生量が低下する、いわゆる酸敗状態に陥る問題がある。【０００５】
酸敗状態となることを抑制する方法としては、発酵槽を大きくし、有機性被処理物の滞留時間を長くする（３０日程度）方法が知られている。しかし、前記方法は、設備が大規模化し、また処理が非効率化するため、コスト面で不利である。
そこで、特許文献２ではまた、高い負荷がかかっても酸敗状態に陥らずに安定してガスを回収する生物処理方法として、有機性被処理物をメタン発酵するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽で発生する消化ガスの水素分圧を測定する水素分圧測定手段と、前記水素分圧測定手段の測定結果に応じて前記消化ガスから水素ガスを除去する水素ガス除去手段と、消化ガスから水素ガスを除去して得た残留ガスを前記メタン発酵槽へ還流させるガス還流手段と、を備えたメタン発酵装置を用いる方法について提案されている。
前記方法では、メタン発酵槽内において、ガス化菌の活性を低下させる水素ガスの分圧を下げることで、有機性被処理物に含まれる溶存水素ガス濃度が低くなる。その結果、ガス化菌の活性が低下することが抑制され、安定してメタンガスを回収することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２０１５９９号公報
【特許文献２】特開２００１−９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２に示されたような方法では、消化ガスから水素ガスを分離する必要があるため、高度な分離機能を有する分離膜が必要である。また、大容量施設の場合や、消化ガスの水素ガス分圧が低い場合等は、有機性被処理物中の溶存水素ガス濃度を低下させる効率が悪い。そのため、特にＣＯＤ負荷等の負荷が高いと、酸敗状態に陥ることを抑制して安定してガスを得ることが困難である。【０００８】
そこで本発明は、高度な分離機能を有する分離膜を使用しなくても、有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽において酸敗状態に陥ることを抑制する効果が高く、安定して目的のガスを得ることを可能とする溶存ガス除去装置、ならびに有機性被処理物の生物処理装置および生物処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の一態様の溶存ガス除去装置は、水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽に付設される溶存ガス除去装置であって、前記生物反応槽内の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水について、前記有機性被処理物もしくは前記処理水のｐＨの値、または前記有機性被処理物もしくは前記処理水が含有する物質のうち１種以上の量の値を測定する監視手段と、前記生物反応槽内の前記有機性被処理物から溶存ガスを除去するガス除去手段と、を有する。【００１０】
（２）前記（１）の溶存ガス除去装置において、前記ガス除去手段は、前記監視手段が一定時間ごとに測定した値を各評価値とし、前記評価値の経時変化が一定のしきい値を越えた際に動作するように構成されていてもよい。
（３）前記（１）または（２）の溶存ガス除去装置において、前記監視手段が、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨの値を測定するｐＨ監視手段、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度の値を測定する有機酸濃度監視手段、前記生物処理によって前記生物反応槽で発生する消化ガスの発生量の値、および前記消化ガスが含有するガスのうち１種以上の前記消化ガスに対する濃度の値を測定するガス監視手段からなる群から選ばれる少なくとも１種であってもよい。
（４）前記（１）から（３）のいずれかの溶存ガス除去装置において、前記生物反応槽内の前記有機性被処理物に浸漬され前記溶存ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段と、前記ガス分離手段の前記分離膜の二次側を減圧するように構成されてなる減圧手段と、を有していてもよい。
（５）前記（１）から（３）のいずれかの溶存ガス除去装置において、前記生物反応槽から前記有機性被処理物を取り出し、前記生物反応槽に返送して循環させるように構成されてなる循環手段と、前記循環手段により循環している前記有機性被処理物に浸漬され前記溶存ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段と、前記ガス分離手段の前記分離膜の二次側を減圧するように構成されてなる減圧手段と、を有していてもよい。
（６）前記（１）から（５）のいずれかの溶存ガス除去装置において、前記消化ガスの主成分がメタンガスであってもよい。
（７）前記（１）から（６）のいずれかの溶存ガス除去装置において、前記溶存ガスは水素ガスまたは二酸化炭素ガスであってもよい。
（８）前記（１）から（７）のいずれかの溶存ガス除去装置において、前記ガス除去手段により除去した前記溶存ガスを貯留するガス貯留手段を有していてもよい。【００１１】
（９）本発明の一態様の有機性被処理物の生物処理装置（有機性被処理物の処理方法）は、水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽と、前記生物反応槽に付設される前記（１）から（７）のいずれかの溶存ガス除去装置と、を有する。
（１０）前記（９）の有機性被処理物の生物処理装置において、前記生物反応槽が、嫌気性細菌を担持させた保持担体を備えていてもよい。
（１１）前記（９）または（１０）の有機性被処理物の生物処理装置において、槽内に微生物を含む活性汚泥を有し前記溶存ガス除去装置が処理した被処理液中の溶存物質を生物処理するよう構成されてなる活性汚泥処理槽と、前記被処理水から前記活性汚泥を膜分離により分離する固液分離型膜ろ過手段とを備えた前記膜分離活性汚泥処理装置槽に供給するよう構成されていてもよい。【００１２】
（１２）本発明の一態様の有機性被処理物の生物処理方法は、水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる工程と、生物反応槽内の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水について、前記有機性被処理物もしくは前記処理水のｐＨの値、または前記有機性被処理物もしくは前記処理水が含有する物質のうち１種以上の量の値を測定する工程と、前記測定した値を評価値としまたは前記測定した値の経時変化を評価値として、前記評価値が一定のしきい値に達した際に前記生物処理中の前記有機性被処理物から溶存ガスを除去する工程を有する。【００１３】
（１３）前記（１２）の有機性被処理物の生物処理方法において、前記測定は、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨ、前記生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度、前記生物処理によって前記生物反応槽で発生する消化ガスの発生量、および前記消化ガスが含有するガスのうち１種以上の前記消化ガスに対する濃度の値からなる群から選ばれる少なくとも１種の値を測定してもよい。
（１４）前記（１３）の有機性被処理物の生物処理方法において、前記評価値は、前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨを測定した値で、前記しきい値は、酸性を表すｐＨの値のうちいずれかの値であってもよい。
（１５）前記（１３）の有機性被処理物の生物処理方法において、前記評価値は、前記有機酸濃度の１日あたりの増加量で、前記しきい値は、５０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日であってもよい。
（１６）前記（１３）の有機性被処理物の生物処理方法において、前記評価値は、前記消化ガス発生量の１時間あたりの減少量で、前記しきい値は、３０体積％であってもよい。
（１７）前記（１２）から（１６）のいずれかの有機性被処理物の生物処理方法において、前記生物反応槽の気相部から前記メタンガスを回収し、前記メタンガスと、前記処理中の有機性被処理物から回収した溶存ガスを混合する工程を有し、前記溶存ガスは水素ガス、またはメタンガスを含有していてもよい。
（１８）前記（１２）から（１７）のいずれかの有機性被処理物の生物処理方法において、前記生物反応槽で発生する消化ガスの主成分がメタンガスであってもよい。
（１９）前記（１８）の有機性被処理物の生物処理方法において、前記溶存ガスは水素ガスまたは二酸化炭素ガスであってもよい。【００１４】
また、本発明の別の側面では、以下のような態様を有する。【００１５】
本発明の別の態様では、本発明の溶存ガス除去装置は、水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽に付設される溶存ガス除去装置であって、前記生物反応槽内での処理状況を監視する監視手段と、処理中の前記有機性被処理物から生物処理を妨げる溶存ガスを除去するガス除去手段と、を有し、前記監視手段による監視結果に応じて前記ガス除去手段により前記溶存ガスの除去が行われる。【００１６】
本発明の別の態様では、前記生物反応槽で発生する消化ガスがメタンガスを４０体積％以上含有する。【００１７】
本発明の別の態様では、前記生物反応槽の気相部から前記消化ガスを回収し、該気相部から回収した消化ガスと、前記処理中の有機性被処理物から除去した、水素ガス、またはメタンガスのいずれかを含有する溶存ガスとを混合する。【００１８】
本発明の別の態様では、水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽に付設される溶存ガス除去装置であって、前記生物反応槽内での処理状況を監視する監視手段と、処理中の前記有機性被処理物から生物処理を妨げる溶存ガスを除去するガス除去手段とを有する。【００１９】
本発明の別の態様では、前記ガス除去手段が、前記監視手段による監視結果に連動して運転を開始する。【００２０】
本発明の別の態様では、有機性被処理物の生物処理方法は、水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる方法であって、生物反応槽内での処理状況を監視しながら有機性被処理物を生物処理し、監視結果に応じて、処理中の前記有機性被処理物から溶存ガスを除去することを特徴とする方法である。【００２１】
本発明の別の態様では、処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨを監視する方法、処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度を監視する方法、および前記生物反応槽で発生する消化ガスの発生量またはガス組成を監視する方法からなる群から選ばれる少なくとも１種の方法で処理状況を監視する。【００２２】
本発明の別の態様では、前記処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨを監視する方法を用いて処理水のｐＨを監視した結果、処理水のｐＨが酸性に変化した場合に溶存ガス除去を駆動させる。【００２３】
本発明の別の態様では、前記処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度を監視する方法を用いて処理水の有機酸濃度を監視した結果、有機酸濃度が一日あたり５０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日以上増加した場合に溶存ガス除去を駆動させる。【００２４】
本発明の別の態様では、前記処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から発生する消化ガスの発生量またはガス組成を監視する方法を用いて処理水の有機酸濃度を監視した結果、１持間あたりの消化ガスの発生量が３０％以上減少した場合に溶存ガス除去を駆動させる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様の溶存ガス除去装置を用いれば、高度な分離機能を有する分離膜を使用しなくても、有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽において酸敗状態に陥ることを抑制する効果が高く、安定して目的のガスを得ることができる。
また、本発明の一態様の有機性被処理物の生物処理装置を用いれば、生物反応槽において酸敗状態に陥ることを抑制する効果が高く、安定して目的のガスを得ることができる。
本発明の一態様の有機性被処理物の生物処理方法によれば、高度な分離機能を有する分離膜を使用しなくても、生物反応槽において酸敗状態に陥ることを抑制する効果が高く、安定して目的のガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生物処理装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る生物処理装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜第１実施形態＞
［生物処理装置および溶存ガス除去装置］
以下、本発明の第１実施形態に係る溶存ガス除去装置の一例である溶存ガス除去装置２０を有する生物処理装置１００について、図１に基づいて説明する。
生物処理装置１００は、嫌気性条件下において有機性被処理物に対して生物処理を行うことによって消化ガス（バイオガス）を発生させる装置である。ここで生物処理とは、後述するように、微生物等の生物により物質（被処理物）に化学変化等の反応を起こさせる処理を指す。生物処理装置１００は、図１に示すように、水分を含む有機性被処理物１を生物処理してガス（消化ガス）を発生させる生物反応槽１０と、生物反応槽１０に付設される溶存ガス除去装置２０とを有する。
【００２８】
この例の生物反応槽１０は、いわゆるＵＡＳＢ（Ｕｐ−ｆｌｏｗ  Ａｎａｅｒｏｂｉｃ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｌａｎｋｅｔ）リアクターである。具体的には、生物反応槽１０には、底部に設けられた、有機性被処理物１を内部に流入させるための被処理物流入口１２と、生物反応槽１０内に収容される有機性被処理物１の液面近傍の側壁部に設けられた、生物処理を行った処理水３を排出するための処理水流出口１４と、生物反応槽１０の上部に設けられた、生物処理によって発生した消化ガス４を排出するためのガス排出口１６と、が形成されている。つまり、生物反応槽１０では、有機性被処理物１が底部の被処理物流入口１２から流入し、生物反応槽１０の内部で生物処理（生物反応槽１０の内部に収納された生物および生物処理の際の反応については後述する）が行われる。この生物処理によって発生した消化ガス４の一部が上部のガス排出口１６から排出される。処理後の処理水３の一部にはこの消化ガス４の一部が残留していることがあり、この処理水３は側壁部の上方の処理水流出口１４から排出されるように構成されている。
なお、生物反応槽１０は、有機性被処理物１を生物処理できる槽であれば前記構造及び後述するような微生物を用いたＵＡＳＢリアクターには限定されない。
【００２９】
生物反応槽１０の内部には、必要に応じて、生物処理に利用する微生物が保持されている保持担体を設けてもよい。
前記保持担体としては、生物付着性の高い微生物担持機構を有する担体を用いることができる。例えば、比表面積の高い多孔質体からなる担体、微生物の付着し易い素材からなる担体、または微生物の付着し易い素材で形成された前記多孔質体からなる担体等が挙げられる。前記保持担体としては、発泡プラスチックまたは炭素繊維等を用いてもよい。
保持担体を使用する場合、生物反応槽１０の内部に保持担体を設置した後に、嫌気性微生物等の微生物を生物反応槽１０内に供給して前記保持担体に付着させてもよく、予め微生物を付着させた保持担体を生物反応槽１０の内部に設置してもよい。
【００３０】
本実施形態の溶存ガス除去装置２０は、生物反応槽１０内での有機性被処理物１の処理状況を監視する監視手段２２と、処理中の有機性被処理物１から溶存ガス２を除去するガス除去手段２４と、ガス除去手段２４により除去した溶存ガス２を貯留するガス貯留手段３４と、を有している。ここで溶存ガス２とは、有機性被処理物１に含まれるガスのうち、後述するように、生物処理を妨げるようなガスを主に指す。溶存ガス除去装置２０は、以下に述べるように、監視手段２２が測定した値（監視結果）に応じて運転を開始するように構成されてなる。さらに具体的な監視手段２２と溶存ガス除去装置２０の作用については後述する。溶存ガス除去装置２０は、ガス除去手段２４により有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２を除去し、ガス貯留手段３４に貯留するように構成されている。
【００３１】
監視手段２２は、生物反応についてその状態を監視する手段、すなわち、生物反応槽１０内の有機性被処理物１、または、生物反応槽１０から排出される処理水について、有機性被処理物１もしくは前記処理水のｐＨの値、または有機性被処理物１もしくは前記処理水が含有する物質のうち１種以上の量の値を測定する手段である。有機性被処理物１または処理水の含有する物質の量とは、これらに溶解している物質や混合している物質の濃度、または混合している気体の量などが広く含まれる。溶解している物質としては、例えば有機酸などの酸、混合している物質としては疎水性の有機物、混合している気体としてはメタン、二酸化炭素、またはその他の溶存ガスなどが挙げられる。
監視手段２２としては、上述のｐＨや物質の濃度や量を測定することができる測定装置（監視装置、監視部）等が挙げられる。
本実施形態では、監視手段２２として、生物反応槽１０内における処理中の有機性被処理物１のｐＨを監視するｐＨ監視手段（ｐＨ監視装置、ｐＨ監視部）２６と、生物反応槽１０で発生する消化ガス４の発生量またはガス組成を監視するガス監視手段（ガス監視装置、ガス監視部）２８と、を有している。
ｐＨ監視手段２６としては、例えば、電極式ｐＨセンサー等が挙げられる。
ガス監視手段２８としては、消化ガス４のガス組成を監視する手段として、消化ガス４の１以上の特定の成分について濃度を測定する手段、特定の成分がある濃度以上であった際にその成分の存在を検知する手段などを用いることができる。例えば、湿式ガスメータ、メタンガス検知器または二酸化炭素濃度計等が挙げられる。
【００３２】
本実施形態の溶存ガス除去装置における監視手段２２は、前記ｐＨ監視手段２６またはガス監視手段２８には限定されない。例えば、ｐＨ監視手段２６によって、生物反応槽から排出される処理水のｐＨを監視するようにしてもよい。また、処理中の有機性被処理物または生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度を監視する有機酸濃度監視手段を用いてもよい。有機酸濃度監視手段としては、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）および高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）等が挙げられる。
監視手段２２としては、これらｐＨ監視手段、ガス監視手段および有機酸濃度監視手段からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いてもよい。ｐＨ監視手段またはガス監視手段を用いることで、有機性被処理物１の処理状況の測定および監視が容易である。監視手段２２は、少なくとも２種を設けることで処理状況をより正確に判別できる。本実施形態ではｐＨ監視手段２６およびガス監視手段２８の２種を設けている。
【００３３】
ガス除去手段２４は、ガス分離手段３０および減圧手段３２を有する。ガス分離手段３０は、生物反応槽１０内に、有機性被処理物１に浸漬されるように設置されている。ガス分離手段３０は、有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２を透過する分離膜を有する。減圧手段３２は、ガス分離手段３０のこの分離膜の二次側を減圧するよう構成されてなる。本実施形態では、分離膜において、溶存ガス２が分離膜を透過する際の入口側（分離膜が有機性被処理物と接触している側）を一次側、またその反対側、すなわち膜を透過した溶存ガス２が排出される出口側（溶存ガスの透過側）を二次側という。
【００３４】
分離膜としては、非透水性分離膜を用いてもよく、これを用いると水分率の高い有機性被処理物１を生物処理する場合であっても、水分を含まない溶存ガス２を分離、回収することが容易である。分離膜には非透水性中空糸膜を用いてもよく、溶存ガス２の分離、回収がより容易となる。非透水性中空糸膜としては、例えば、疎水素材からなる中空糸膜またはガス透過性の非多孔質分離層の両面を多孔質支持層で挟んだ三層複合中空糸膜等を用いることができる。
分離膜としては、気体選択透過性分離膜を用いてもよく、これを用いることで水素ガス、アンモニアガスまたはメタンガス等の有用なガスを高濃度で分離、回収することが容易になる。分離膜としては気体選択透過性中空糸膜を用いてもよく、ガスの分離、回収がより容易となる。気体選択透過性中空糸膜としては、例えば、ポリウレタン製の非多孔質分離層を有する三層複合中空糸膜等を用いることができる。
【００３５】
ガス分離手段３０の形態は、特に限定されず、公知の分離膜モジュール（中空糸膜モジュールまたは平膜モジュール等。）の各種から採用したものを適宜用いることができる。例えば中空糸膜モジュールを用いてもよく、これを用いることで簡易に内部を減圧でき、膜の比表面積が大きく充填率を高くできる。
中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜（分離膜）が束ねられた中空糸膜束と、前記中空糸膜束の少なくとも一方の端部と連通するように設けられた集気管とを有する。この中空糸膜モジュールの構造は、各々の中空糸膜を透過して分離されたガスが集気管を介して回収されるように構成されてなるものである。中空糸膜モジュールは、中空糸膜束の両方の端部にそれぞれ集気管が設けられたものでもよく、中空糸膜束の一方の端部のみに集気管が設けられ、他方の端部が封止されたものでもよい。また、中空糸膜束をループ状に折り返し、それら両方の端部が１つ集気管に連通するように接続されたものでもよい。
【００３６】
ガス分離手段３０は、生物反応槽１０内における有機性被処理物１の流れを妨げないように設置してもよい。例えば、この例では、ガス分離手段３０が分離膜として中空糸膜を有する場合は、前記中空糸膜の軸方向が生物反応槽１０の上下方向に沿うように設置されていてもよい。また、ガス分離手段３０が分離膜として平膜を有する場合は、前記平膜の平面が生物反応槽１０の上下方向に沿うように設置されていてもよい。
【００３７】
減圧手段３２はガス分離手段３０の分離膜の二次側を減圧する手段である。分離膜の二次側を減圧することで、有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２を分離膜の二次側に透過させて除去することができる。
減圧手段３２は、ガス分離手段３０の分離膜の二次側を減圧できるものであれば特に限定されず、例えば、吸引ポンプ等が挙げられる。例えば、ガス分離手段３０が、中空糸膜束の端部に集気管が連結された中空糸膜モジュールの場合、前記集気管と減圧手段３２を接続することで、集気管を介して中空糸膜の内部が減圧される。
【００３８】
ガス貯留手段３４は、減圧手段３２の下流側に接続されており、ガス分離手段３０によって分離した溶存ガス２を回収して貯留するようになっている。また、この例では、生物反応槽１０内で発生してガス排出口１６から排出された消化ガス４も回収して貯留できるようになっている。
ガス貯留手段３４としては、分離、回収したガスを貯留できるものであれば特に限定されず、アルミバッグまたは圧力容器等であってもよい。
【００３９】
以下、生物処理装置１００の作用について説明する。
生物処理装置１００では、例えば、生物反応槽１０内に生物処理に利用する微生物を収容した状態で、被処理物流入口１２から有機性被処理物１を流入させることで、生物反応槽１０内において有機性被処理物１の生物処理が行われる。生物処理によって発生した消化ガス４は、生物反応槽１０の上部のガス排出口１６から排出されてガス貯留手段３４に貯留され、生物処理後の処理水は、処理水流出口１４から排出されて次工程（図示せず）へと導かれるようになっている。
また、ｐＨ監視手段２６とガス監視手段２８によって、生物反応槽１０内における処理中の有機性被処理物１のｐＨと、生物反応槽１０で発生する消化ガス４の発生量またはガス組成を監視することで、生物反応槽１０内での有機性被処理物１の処理状況が監視される。そして、ｐＨ監視手段２６およびガス監視手段２８の監視結果、すなわち監視手段が測定した値またはその値から求めた評価値に応じて、ガス除去手段２４によって有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２が分離除去されるようになっている。例えば、有機性被処理物１のｐＨを評価値とし、この評価値が所定のしきい値に達したとき、または消化ガス４の発生量もしくは目的のガス濃度を評価値とし、またはこれらの発生量もしくはガス濃度から求めた値を評価値とし、評価値が所定のしきい値に達したしたときに、減圧手段３２が稼動され、生物処理を妨げる溶存ガス２がガス分離手段３０によって分離除去される。ガス分離手段３０によって除去された溶存ガス２は、ガス貯留手段３４に貯留される。
【００４０】
［有機性被処理物の生物処理方法］
本実施形態の有機性被処理物の生物処理方法は、水分を含む有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる方法である。以下、その一例として、前記生物処理装置１００を用いた生物処理方法について説明する。
本実施形態の生物処理とは、微生物等の生物により物質に化学変化等の反応を起こさせる処理を指す。本実施形態では反応を起こさせる物質（被処理物）は有機性被処理物１である。有機性被処理物１としては、例えば、農業、畜産業、水産業、食品業等の各種分野における廃水、下水、し尿、浄化槽汚泥または下水汚泥等の水分を含む有機性被処理物が挙げられる。有機性被処理物１の重量全体に対して水分の占める割合（水分率）は、７５重量％以上であってもよい。有機性被処理物１の水分率は、最大で水分がその重量のうち大半（１００重量％近く、例えば９５〜９９重量％）を占める場合まで考えられる。すなわち前記水分率は７５〜９５重量％、７５〜９９重量％等が考えられる。
【００４１】
本実施形態の生物処理で用いる微生物等の生物及びその反応としては、としては、例えば、メタン発酵または水素発酵等、嫌気条件下で嫌気性微生物によって有機性被処理物に含まれる有機物を発酵させる処理であってもよい。嫌気性微生物は、メタン生成古細菌等であってもよい。
本実施形態の生物処理方法は、メタン発酵または水素発酵に適用してもよい。メタン発酵では溶存ガス２が増加してＣＯＤ負荷（ＣＯＤ濃度、溶存ガス２の酸化剤による酸化に必要とされる酸素の濃度で、ここでは溶存ガス２のそれぞれの組成から必要とされる酸素濃度を求め合計したものを指すとする）が高くなると酸敗状態に陥りやすく、一旦酸敗状態に陥ると容易に回復できないが、本実施形態では溶存ガス２を除去するガス除去手段２４を設けていることでこの問題が解決されている。そのため、本実施形態の生物処理方法はメタン発酵に適用するのが特によい。本実施形態の生物処理方法は、生物反応が多段にわたる複雑な有機性被処理物の生物処理に特に有効である。
【００４２】
本実施形態の生物処理装置１００を用いた生物処理方法では、生物反応槽１０内に底部の被処理物流入口１２から有機性被処理物１を流入させ、生物反応槽１０内で有機性被処理物１を生物処理し、消化ガス４を発生させる。同時に、後述のように監視手段２２によって測定した値をもとに生物処理状況を把握し、生物処理状況の変化に応じて減圧手段３２を起動させ、ガス除去手段２４を稼動させて、有機性被処理物１に含まれている溶存ガス２を分離除去する。
生物処理に利用する微生物は、生物反応槽１０内で処理する有機性被処理物１に新たに加えてもよく、有機性被処理物１内に元から存在する微生物を利用してもよい。
有機性被処理物１を生物処理した処理水３は、処理水流出口１４から排出して次工程に導く。生物反応槽１０内で発生した消化ガス４は、上部のガス排出口１６から排出し、ガス分離手段３０によって分離除去した溶存ガス２と共にガス貯留手段３４に回収して貯留する。
【００４３】
本実施形態の生物処理方法では、被処理物流入口１２から生物反応槽１０に連続的に有機性被処理物１を供給し、ガス排出口１６から連続的に処理水３を排出する。
生物反応槽における有機性被処理物１の水理学的滞留時間は、生物処理に用いる生物反応槽の構成および微生物等の種類によっても異なり、これらに合わせて生物処理の効率が最良となるよう試行により適宜選択してよい。前記水理学的滞留時間は、処理中に変動させてもよく、一定としてもよい。
【００４４】
本実施形態の生物処理方法は、各種の嫌気性生物処理への適用が可能であり、生物処理の種類によって、処理に悪影響を及ぼす溶存ガスを適宜除去対象とすることができる。
除去対象となる溶存ガス２としては、生物処理の種類によっても異なるが、例えば、酸素ガス、二酸化炭素ガス、窒素ガス、水素ガスまたはメタンガス等が挙げられる。なお、有機性被処理物１から除去する溶存ガス２には、有機性被処理物１に溶存していた消化ガスが含まれていてもよい。
例えば、メタン発酵における除去対象の溶存ガス２としては、メタン発酵を妨げる水素ガスおよび二酸化炭素ガスが挙げられる。メタン発酵の場合、有機性被処理物１から除去する溶存ガス２には、有機性被処理物１に溶存していたメタンガスが含まれていてもよい。また、水素発酵における除去対象の溶存ガス２としては、水素発酵を妨げる二酸化炭素ガスが挙げられる。水素発酵の場合、有機性被処理物１から除去する溶存ガス２には、有機性被処理物１に溶存していた水素ガスが含まれていてもよい。
【００４５】
［監視手段と溶存ガス除去装置の作用］
溶存ガス除去装置２０は、監視手段２２が測定した値に応じて動作するよう構成されてなる。監視手段の測定した値に応じて動作するとは、溶存ガス除去装置２０が監視手段２２から直接信号を受け取って運動を開始する場合、監視手段２２からの信号を受け取った別の処理装置等（図示せず）からその信号に応じて溶存ガス除去装置２０が運動を開始する場合、別の処理装置等により信号を分析した値に基づいて溶存ガス除去装置を運動させる場合、または、装置の操作者が監視手段２２の測定した値を確認し、手動でガス除去装置２０を動作させる場合等を広く含む。
【００４６】
監視手段２２による処理状況の監視（値の測定）は、設備や監視対象に応じて、処理中に連続的に行っても、一定時間ごとに（任意の間隔で）定期的に行ってもよい。一定時間は監視手段２２により測定する状況の種類によって適宜決められ、単位時間（例えば１日や１時間）ごとの値の変化を評価する場合は一定時間はその単位時間となる。また、特に、監視手段２２による監視は生物処理中に連続的に行ってもよい。
【００４７】
監視手段２２の監視結果に応じてガス貯留手段３４を稼動させる方法としては、監視手段２２が測定した値（測定値）から評価値を求め、その評価値に応じて、ガス貯留手段３４を稼動させることが必要な値、しきい値（設定値）を予め設定しておく。評価値は、監視する測定値（生物処理中の前記有機性被処理物または前記生物反応槽から排出される処理水のｐＨや、これらが含有する物質の成分のうち１種以上の含有量等）を評価値としてもよい。評価値は、複数の測定値の比較等により求めた値、例えば、経時的に記録した測定値を比較したその変化、すなわち、測定値の単位時間あたりの増加量、減少量、増加率または減少率等から求めた値を評価値としてもよい。評価値は、常に測定値から求めてしきい値との比較を行っても（定常的な監視を行っていても）よく、一定時間（例えば単位時間）ごとに求めてしきい値との比較を行ってもよい。評価値がしきい値に達した際（評価値がしきい値以上またはしきい値以下になったとき）に、ガス貯留手段３４を稼動させる。しきい値は、ガス貯留手段３４を稼動させることで有機性被処理物１を生物処理に適した条件に維持できるように、設備や監視対象によって任意に設定できる。
【００４８】
例えば、メタン発酵においては、有機性被処理物１に含まれる溶存水素ガスおよび溶存二酸化炭素ガスの量が多すぎるとメタンガスの発生に不利となる。これらの溶存ガス２が生物処理を妨げ得る量まで増加したことは、処理中の有機性被処理物または処理後の処理水のｐＨの低下、発生する消化ガスの発生量の低下、発生する消化ガス中の水素ガス濃度の増加、処理中の有機性被処理物または処理後の処理水の有機酸濃度の増加等によって判別することができる。
そのため、処理状況を監視する方法は、処理中の有機性被処理物または生物反応槽から排出される処理水のｐＨの値を測定する方法、処理中の有機性被処理水または生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度の値を測定する方法、生物反応槽で発生するガスの発生量の値を測定する方法、および、前記消化ガスが含有するガスのうち１種以上の前記消化ガスに対する濃度の値を測定する（言い換えると、消化ガスの組成を監視する）方法からなる群から選ばれる少なくとも１種であってもよい。
【００４９】
この例のようにｐＨ監視手段２６によって処理中の有機性被処理物１のｐＨを監視する場合は、例えば、ｐＨが予め設定したｐＨのしきい値以下まで低下したときに、減圧手段３２を起動させることで、ガス除去手段２４を稼動させて有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２を除去してもよい。
具体的には、メタン発酵であれば、有機性被処理物１のｐＨが酸性を示した時、すなわちしきい値である７未満を示した時に、ガス除去手段２４を稼動させてもよい。有機性被処理物１が酸性となったときに、水素ガスやメタンガスの濃度上昇が認められるためである。また、ｐＨのしきい値を、酸性を示す約４〜７の値とし、例えばｐＨのしきい値を６．５または６として、有機性被処理物１のｐＨがその値以下になったときを目安としてガス除去手段２４を稼動させてもよい。特に、ｐＨのしきい値を５の値とし、有機性被処理物１のｐＨがその値以下となったときにガス除去手段２４を稼動させてもよい。
有機性被処理物１の前記ｐＨが前記しきい値以下となったときにガス除去手段２４を稼動させ、有機性被処理物１に含まれる溶存二酸化炭素ガスを除去することで、有機性被処理物１のｐＨを前記生物処理に適した範囲に制御でき、生物処理をより安定して行うことができる。前記生物処理後の処理水３のｐＨを監視する場合も同様である。
【００５０】
また、ガス監視手段２８によって消化ガス４のガス組成を監視する場合は、消化ガス４中の水素ガス濃度が予め設定した範囲を逸脱したとき（水素ガス濃度のしきい値以上となった、またはしきい値以下となった時）に、ガス除去手段２４を稼動させて有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２を除去してもよい。
例えば、メタン発酵であれば、消化ガス４中の水素分圧が１０−４ａｔｍ〜１０−６ａｔｍの範囲を逸脱したときにガス除去手段２４を稼動させてもよい。この操作により、有機性被処理物１に含まれる溶存水素ガスが除去されることで、生物処理における生物反応の熱力学バランスが改善され、有機酸の分解をより促進することができる。
【００５１】
また、ガス監視手段２８によって消化ガス４の発生量を監視する場合は、目的のガスの発生量が予め設定したガス発生量のしきい値以下に低下したときに、ガス除去手段２４を稼動させて有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２を除去してもよい。
例えば、メタン発酵を妨げる溶存ガス２が存在しない場合のメタンガスを含有する消化ガスの発生量の理論的な値は、有機性被処理物の含有炭素量や処理環境によって適宜予測される。しかし、生物処理に伴ってメタン発酵を妨げる溶存ガス２が増加すると、その存在により、メタンガスの発生量は減少していく。ここで、ガス監視手段２８によってメタンガスの発生量を測定し、その単位時間あたりの発生量を評価値とする。この評価値が、前記予測される発生量（理論的な値）の７５％以下まで低下したときにガス除去手段２４を稼動させてもよく、メタンガスの発生量が８５％以下まで低下したときにガス除去手段２４を稼動させてもよりよい。この操作により、有機性被処理物１に含まれる溶存水素ガスが除去されることで、生物処理における生物反応の熱力学バランスが改善され、有機酸の分解をより促進することができ、メタンガスの発生効率が高まる。
【００５２】
また、監視手段を、処理中の有機性被処理物１または処理後の処理水３の有機酸濃度を監視する有機酸濃度監視手段とする場合は、前記有機酸濃度の増加量を評価値とし、この評価値が予め設定したしきい値以上に増加したときに、ガス除去手段２４を稼動させて有機性被処理物１に含まれる溶存ガス２を除去してもよい。例えば、有機酸濃度監視手段で処理中の有機性被処理物１または処理後の処理水３の有機酸濃度を測定し、有機酸濃度の１日あたりの増加量を評価値とする。この評価値が一定のしきい値を超えた際に、ガス除去手段２４を稼動させるように設定する。
メタン発酵において監視する有機酸としては、乳酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、イソ酪酸または酪酸等が挙げられ、特にプロピオン酸濃度を監視してもよい。
例えば、メタン発酵であれば、しきい値を５０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日、すなわち１日あたり、１ＬあたりのＣＯＤの増加量が５０ｍｇとする。この際、処理中の有機性被処理物１または処理後の処理水３のプロピオン酸濃度が５０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日以上に増加したときにガス除去手段２４を稼動させる。また、しきい値を７５ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日としてもよく、前記プロピオン酸濃度が７５ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日以上に増加したときにガス除去手段２４を稼動させてもよい。この操作により、有機性被処理物１に含まれる溶存水素ガスが除去されることで、生物処理における生物反応の熱力学バランスが改善され、有機酸の分解をより促進することができ、生物反応槽１０内で発生する消化ガス４中の主成分であるメタンガスの発生効率が高まる。
【００５３】
監視手段２２について、消化ガス４の主成分がメタンガスとなるように、前記ガス監視手段２８等の、メタンガス濃度のしきい値を設定してもよい。本実施形態の生物処理方法では、メタン発酵の場合、生物反応槽１０内で発生する消化ガス４中の主成分がメタンガスであってもよい。メタンガスが主成分であるとは、消化ガス４中の成分のうち、消化ガス４の総体積に対する体積の割合で最も大きいことである。具体的には、例えばメタンガス濃度が、４０体積％以上であってもよく、５５体積％以上であってもよりよい。消化ガス４の主成分をメタンガスとするためには、消化ガス４中のメタンガス濃度が前記下限値以上となるようにＣＯＤ負荷等を設定し、監視手段２２の監視結果（測定結果）によってガス除去手段２４を稼動させて生物処理を行う。メタンガス濃度は、消化ガス４の総体積に対する体積の割合で１００体積％、すなわち消化ガス４がほぼメタンガスのみからなっている（重量と体積の比較等の通常行われる測定の精度の範囲内で、およそ１００体積％メタンガスからなっている）ものでもよい。したがって、消火ガス４の体積全体に対するメタンガス濃度は、４０〜１００体積％であってもよく、５５〜１００体積％であってもよりよい。
【００５４】
ガス除去手段２４で除去された溶存ガス２は、消化ガス４のメタンガス濃度の好ましい範囲を保つ条件であれば、消化ガス４と混合して有価ガスとすることができる。
具体的には、ガス除去手段２４によって処理中の有機性被処理物１から除去された溶存ガス２が、水素ガス、またはメタンガスのいずれかを含有する場合、除去した溶存ガス２と、ガス排出口１６を通じて生物反応槽１０の気相部から回収した消化ガス４とを混合して利用することができる。このとき、溶存ガス中の水素ガス、またはメタンガスの含有割合が２０体積％以上であると有価ガスとしてより有益なものとなる。
【００５５】
生物処理の効果を評価する際には、例えばＣＯＤ除去率は、本実施形態では以下のように計測することができる。生物反応槽に供給する前の有機性被処理物のＣＯＤと、生物反応槽から排出される処理水のＣＯＤを、下水試験方法に準じて測定し、下式（Ｉ）によりＣＯＤ除去率を算出する。
Ｘ＝（Ｙ−Ｚ）／Ｙ×１００  ・・・（Ｉ）
ただし、式（Ｉ）中、ＸはＣＯＤ除去率（％）、Ｙは生物反応槽に供給する前の有機性被処理物のＣＯＤ（ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日）、Ｚは処理水のＣＯＤ（ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日）である。
【００５６】
生物反応槽内の有機性被処理物に含まれるガスの濃度の測定としては、例えば、ヘッドスペース法により、溶存水素ガス濃度および溶存二酸化炭素ガス濃度を測定することができる。
【００５７】
生物反応槽内の有機性被処理物に含まれる有機酸濃度の測定としては、各種クロマトグラフ、例えば液体クロマトグラフ等を用いて、生物反応槽内における処理中の人工廃水の有機酸濃度（ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ）を測定することができる。この測定に用いる手段は、上述した有機酸濃度監視手段などを用いることができる。測定対象としては、乳酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、イソ酪酸、酪酸、酢酸濃度およびプロピオン酸濃度から選ばれる１種以上、またはこれらの複数の合計濃度などを測定してもよい。
【００５８】
本実施形態の生物処理装置１００は、生物処理または溶存ガスの除去に制御するための制御手段を有していてもよい。制御手段は図に示したいずれかの構成要素に内蔵されていてもよく、例えばｐＨ監視手段２６またはガス監視手段２８に内蔵された電子回路であってもよい。また図示しないが外部に設けられたコンピュータ装置やコンピュータシステム等であってもよい。制御手段は、監視手段２２（ｐＨ監視手段２６もしくはガス監視手段２８等）、または図示しないが生物反応槽１０内の温度を測定する手段などに接続され、これらの手段が測定した値が入力されるように構成されていてもよい。制御手段は、処理水流出口１４、減圧手段３２、ガス貯留手段３４、または図示しないが生物反応槽１０内の温度を調整する手段などに接続され、上述の測定した値それぞれに応じて、処理水流出口１４、減圧手段３２、ガス貯留手段３４、または温度を調整する手段などを制御し、生物反応槽１０内の生物反応の条件を制御するよう構成されていてもよい。制御手段は、ガス除去手段２４に接続されていてもよい。制御手段は、監視手段２２の測定した値より評価値を求め、この評価値が一定のしきい値に達した際にガス除去手段２４を動作させるよう構成されていてもよい。
【００５９】
＜第２実施形態＞
［生物処理装置および溶存ガス除去装置］
以下、本発明の第２実施形態に係る溶存ガス除去装置である溶存ガス除去装置２０Ａを有する生物処理装置２００について、図２に基づいて説明する。図２における図１と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。
生物処理装置２００は、図２に示すように、水分を含む有機性被処理物１を生物処理してガスを発生させる生物反応槽１０と、生物反応槽１０に付設される溶存ガス除去装置２０Ａとを有する。すなわち、生物処理装置２００は、溶存ガス除去装置２０の代わりに溶存ガス除去装置２０Ａを有する以外は、生物処理装置１００と同じである。
【００６０】
溶存ガス除去装置２０Ａは、生物反応槽１０内での有機性被処理物１の処理状況を監視する監視手段２２と、処理中の有機性被処理物１から生物処理を妨げる溶存ガス２を除去するガス除去手段２４Ａと、ガス除去手段２４Ａにより除去された溶存ガス２を貯留するガス貯留手段３４と、を有する。
ガス除去手段２４Ａは、生物反応槽１０から有機性被処理物１を取り出し、生物反応槽１０に返送して循環させる循環手段３６と、循環手段３６により循環している有機性被処理物１に浸漬されるように設置され、溶存ガス２を透過する分離膜を有するガス分離手段３０と、ガス分離手段３０の分離膜の二次側を減圧する減圧手段３２と、を有する。すなわち、ガス除去手段２４Ａは、生物反応槽１０の外部を循環させている有機性被処理物１から溶存ガス２を除去するようにガス分離手段３０が設けられている以外は、ガス除去手段２４と同じである。
溶存ガス除去装置２０Ａは、大型の生物反応槽１０の場合等、生物反応槽１０の内部に分離膜を大量に設置するのが困難な場合でも効率よく溶存ガス除去ができる点で有効である。
【００６１】
循環手段３６は、生物反応槽１０の外部で有機性被処理物１を循環させることができるものであればよく、有機性被処理物１が流通する配管と、前記配管に設けられ、有機性被処理物１を送液する送液ポンプを備えた手段等が挙げられる。
循環手段３６によって生物反応槽１０から有機性被処理物１を取り出す箇所と、有機性被処理物１を返送する箇所は、生物反応槽１０における任意の箇所にすることができるが、溶存ガスを効率良く除去して回収できる箇所を選択してもよい。
例えば、この例のように生物反応槽１０をＵＡＳＢリアクターとする場合は、溶存ガスの除去効率の点から、生物反応槽１０の上方から有機性被処理物１を取り出し、生物反応槽１０の下方に有機性被処理物１を返送してもよい。
【００６２】
生物処理装置２００における監視手段は、ｐＨ監視手段２６およびガス監視手段２８には限定されず、生物処理装置１００で挙げたものと同じものが挙げられ、好ましい態様も同じである。
【００６３】
以下、生物処理装置２００の作用について説明する。
生物処理装置２００では、生物処理装置１００と同様にして有機性被処理物１の生物処理が行われる。生物処理によって発生した消化ガス４は、生物反応槽１０の上部のガス排出口１６から排出されてガス貯留手段３４に貯留され、生物処理後の処理水は、処理水流出口１４から排出されて次工程へと導かれるようになっている。また、循環手段３６によって、生物反応槽１０内の有機性被処理物１が生物反応槽１０の外部で循環されている。
また、第１の実施形態と同様、ｐＨ監視手段２６とガス監視手段２８によって、生物反応槽１０内での有機性被処理物１の処理状況が監視（ｐＨまたはガスが含有する物質の濃度等の値が測定）され、その監視結果に応じて、ガス除去手段２４Ａによって、循環されている有機性被処理物１に含まれている溶存ガス２が分離除去されるようになっている。
【００６４】
［有機性被処理物の生物処理方法］
前記生物処理装置２００を用いた生物処理方法は、生物処理装置１００を用いる場合と同様にして行うことができ、好ましい態様も同じである。
メタン発酵の場合、生物反応槽１０内で発生する消化ガス４中のメタンガス濃度が、４０体積％以上であることが好ましく、５５体積％以上であってもよい。すなわち、消化ガス４中のメタンガス濃度が前記下限値以上となるようにＣＯＤ負荷等を設定し、監視手段２２の監視結果によってガス除去手段２４Ａを稼動させて生物処理を行ってもよい。具体的には、監視手段２２によって測定した消化ガスの発生量について、演算装置等の制御手段（図示せず）によって一時間あたりの消化ガスの値を求め、その値が一時間前と比べて４０体積％以上、より好ましくは３０体積％以上減少した場合には、ガス除去手段２４Ａを稼動させることが好ましい。
【００６５】
また、ガス除去手段２４Ａで除去された溶存ガス２は、消化ガス４のメタンガス濃度の上述された範囲を保つ条件であれば、消化ガス４と混合して有価ガスとすることができる。
具体的には、ガス除去手段２４Ａによって処理中の有機性被処理物１から除去された溶存ガス２が、水素ガス、またはメタンガスのいずれかを含有する場合、除去した溶存ガス２と、生物反応槽１０の気相部から回収した消化ガス４とを混合して利用することができる。このとき、溶存ガス２中の水素ガス、またはメタンガスの含有割合が２０体積％以上であると有価ガスとしてより有益なものとなる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態にあっては、生物処理の処理状況の監視結果に応じて、生物処理を妨げている有機性被処理物中の溶存ガスを高効率に除去することができるので、生物反応槽において酸敗状態に陥ることを抑制する効果が高く、安定して目的のガスを得ることができる。メタン発酵であれば、生物反応槽内の有機性被処理物に含まれる溶存水素ガス濃度および溶存二酸化炭素ガス濃度を容易に制御できるので、プロピオン酸、酪酸、安息香酸等の酢酸への分解が促進され、さらにガス化菌の活性低下が抑制されることで有機酸の蓄積も解消される。その結果、酸敗状態に陥ることが抑制されて、高い効率で安定してメタンガスが得られる。
また、本実施形態の生物処理方法は、ＣＯＤ負荷等の負荷の変動が生じる場合でも、生物反応槽の処理状況を把握しながら溶存ガスの除去が行えるので、良好な運転効率を達成することができる。
また、本実施形態では、消化ガス中から生物処理を妨げるガスを分離除去するのではなく、有機性被処理物中に含まれる溶存ガスを分離除去するため、高度な分離機能を有する分離膜を使用しなくても充分な分離効率が得られる。
【００６７】
なお、本実施形態の生物処理装置および溶存ガス除去装置、ならびに生物処理方法は前記したものには限定されない。
例えば、監視手段として、処理中の有機性被処理物または生物反応槽から排出される処理水に含まれる有機酸濃度を監視する有機酸濃度監視手段を備えた溶存ガス除去装置としてもよい。また、ガス除去手段によって除去して回収した溶存ガスと、生物反応槽のガス排出口から回収した消化ガスを別々に貯留するようにしてもよい。また、ガス貯留手段を有しない溶存ガス除去装置としてもよい。
また、生物反応槽において、上部から有機性被処理物を流入させ、処理水を底部から排出するようにしてもよい。
また、本実施形態は、有機性被処理物の供給と処理水の排出を連続的に行う連続式には限定されず、バッチ式としてもよい。
【００６８】
＜その他の実施形態＞
本実施形態の変更態様の例として、消化ガス及び溶存ガスを除いた処理液を廃液処理することがさらに好ましい。特にメタンガス発酵の場合、処理液にアンモニアなどの窒素化合物等の不純物が溶解または浮遊していることが多いため、活性汚泥処理による廃液処理を行うことが好ましい。その方法としては活性汚泥中の微生物の作用により、被処理水に含まれる汚濁物質を生物分解する生物処理法がある。この生物処理は、活性汚泥を有する活性汚泥処理槽（図示せず）を備え、溶存ガス除去装置により処理した被処理液を前記活性汚泥処理槽に供給するよう構成されてなる有機性被処理物の生物処理装置を用いて行ってもよい。生物処理は、前記被処理液を微生物を含む活性汚泥を有する活性汚泥処理槽内に投入し、この微生物により生物反応を行う。微生物としては好気性細菌を用いてもよい。この場合、好気性最近を含む活性汚泥を活性汚泥処理槽内に投入し、好気性細菌により窒素化合物を反応させることにより廃液処理を行う。
さらに前記生物処理と、活性汚泥を分離膜により固液分離して浮遊物のない処理水を得る膜処理とを組み合わせた膜分離活性汚泥処理法（ＭＢＲ法）を行ってもよい。この場合、生物処理装置は、膜分離活性汚泥処理法を行うための膜分離活性汚泥処理手段を有している。膜分離活性汚泥処理手段は、前記した生物処理を行う活性汚泥処理槽と、被処理水と活性汚泥とを膜分離により分離する固液分離型膜ろ過手段（分離膜）を有している。膜分離活性汚泥処理手段は、槽内に供給された被処理水に分離膜が浸漬するように備えられた膜分離槽が設けられ、前記活性汚泥処理槽（反応槽）で生物処理を行った後の被処理水を膜分離槽に供給して膜分離を行うように構成されていてもよい（いわゆる別置型）。また、膜分離活性汚泥処理手段（膜分離活性汚泥処理槽）は、前記活性汚泥処理槽内に膜分離処理ユニットが配置されていてもよい（いわゆる一体型）。別置型と一体型のいずれの場合も、分離膜に吸引ポンプが接続され、この吸引ポンプを作動させることにより被処理水を吸引ろ過し、活性汚泥と分離することにより膜処理を行ってもよい。別置型の処理装置においては、活性汚泥処理槽（反応槽）内で被処理水を送液するためのポンプ（原水ポンプ）を作動させることにより、活性汚泥処理槽で生物処理された被処理水（生物処理水）が、活性汚泥を含んだ状態で膜分離槽に送液される。膜分離槽では、活性汚泥処理槽から送られた被処理水と活性汚泥とからなる汚泥含有処理水に対して膜処理が行われ、活性汚泥が膜面で除去され、処理水（ろ過水）が得られる。得られた処理水は系外へと排出される。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例によって本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。【００７０】
以下の実施例において、ＣＯＤ除去率、溶存ガス濃度および有機酸濃度の測定は以下のようにして行った。【００７１】
［ＣＯＤ除去率］
生物反応槽に供給する前の人工廃水のＣＯＤと、生物反応槽から排出される処理水のＣＯＤを、下水試験方法に準じて測定し、下式（Ｉ）によりＣＯＤ除去率を算出した。
Ｘ＝（Ｙ−Ｚ）／Ｙ×１００  ・・・（Ｉ）
ただし、式（Ｉ）中、ＸはＣＯＤ除去率（％）、Ｙは生物反応槽に供給する前の人工廃水のＣＯＤ（ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日）、Ｚは処理水のＣＯＤ（ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日）である。【００７２】
［溶存ガス濃度の測定］
ヘッドスペース法により、生物反応槽内の人工廃水に含まれる溶存水素ガス濃度および溶存二酸化炭素ガス濃度を測定した。【００７３】
［有機酸濃度の測定］
液体クロマトグラフを用いて、生物反応槽内における処理中の人工廃水の有機酸濃度（ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ）を測定した。測定対象の有機酸濃度は、乳酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、イソ酪酸および酪酸の濃度を合計した全有機酸濃度と、酢酸濃度と、プロピオン酸濃度とした。【００７４】
［実施例１］
生物反応槽として、ベンチスケールのＵＡＳＢリアクター（高さ４０ｃｍ、直径７ｃｍの円筒形。有効容積は１．１Ｌ。）を用いた。異性化糖製造廃水を処理するＵＡＳＢリアクターから採取したグラニュール０．７Ｌを、植種汚泥として生物反応槽に投入した。
ガス除去手段の分離膜としては、約５５００本の三層複合中空糸膜（三菱レイヨン・エンジニアリング株式会社製、支持層（内層、外層）材質：ポリエチレン、中間層（脱気膜）材質：ポリウレタン、中空糸の内径：２００μｍ、中空糸の外径２８０μｍ、膜の長さ（有効長）：約３６０ｍｍ。）をＵ字状にして束ねたものを使用した。前記分離膜を、生物反応槽内の有機性被処理物中に浸漬されるように設置した。分離膜の総表面積は約１．７ｍ２であり、生物反応槽内の膜充填率は約２２％であった。減圧手段としては、エアーポンプ（イワキ、ＡＰＮ−１１０  ＫＶ−１）を使用した。
監視手段としては、生物反応槽から排出される処理水のｐＨを監視するｐＨ監視手段（電極式ｐＨセンサー、株式会社堀場製作所製）と、生物反応槽内におけるメタンガスの発生量を監視するガス監視手段（製品名「ＧＣ−１４Ｂ」、株式会社島津製作所製）を使用した。
有機性被処理物としては、粉ミルクでＣＯＤを調整した人工廃水を使用した。【００７５】
前記生物反応槽内に人工廃水を流入させ、生物反応槽の水理学的滞留時間を８時間で一定とし、メタン発酵を行った。人工廃水のＣＯＤ負荷は、１日目〜７４日目が１０ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日、７５日目〜８６日目が２５ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日、８７日目〜９７日目が３５ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日、９８日目〜１０４日目が２５ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日、１０５日目〜１０６日目が５０ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日となるように段階的に変化させた。
ガス除去手段は、メタン発酵の開始から８６日目までは稼動させなかったが、８７日目においてＣＯＤ負荷が３５ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日となったときに、処理水のｐＨが６．７となったことから、８７〜９７日目の運転では、エアーポンプを駆動させてガス除去を開始し、人工廃水に溶存する水素ガス、メタンガスおよび二酸化炭素ガスを除去しつつ、メタン発酵を継続した。
８７日目における１時間あたりのメタンガス発生量は、３８０ｍｇ−ＣＯＤ−ＣＨ４／Ｌ／ｈであって、運転当初の１時間あたりのメタンガス発生量（５００ｍｇ−ＣＯＤ−ＣＨ４／Ｌ／ｈ）に対し、３４％も低下していたが、ガス除去手段駆動後には７５０ｍｇ−ＣＯＤ−ＣＨ４／Ｌ／ｈに増加した。
その後、９８日目〜１０４日目は、ガス除去手段を稼動させずにメタン発酵を行った。さらに、１０５日目に再びｐＨが６．７となったことから、ガス除去を開始し、１０５〜１０６日目はエアーポンプを駆動させて再びガス除去手段を稼動させながらメタン発酵を行った。
また、１０６日目における１時間あたりのメタンガス発生量は、３００ｍｇ−ＣＯＤ−ＣＨ４／Ｌ／ｈであって、１０５日目の１時間あたりのメタンガス発生量（５５０ｍｇ−ＣＯＤ−ＣＨ４／Ｌ／ｈ）に対し、４６％も低下していたが、ガス除去手段駆動後は７１０ｍｇ−ＣＯＤ−ＣＨ４／Ｌ／ｈに増加した。【００７６】
［比較例１］
１日目から１０６日目まで、ｐＨが７を下回って酸性条件下となってもガス除去手段を稼動させなかった以外は、実施例１と同様にしてメタン発酵を行った。【００７７】
実施例および比較例の各期間（７５日目〜８６日目、８７日目〜９７日目、９８日目〜１０４日目、１０５日目〜１０６日目）における処理水のｐＨ、処理中の人工廃水に含まれる溶存水素ガス濃度および溶存二酸化炭素ガス濃度、メタンガス発生量、ＣＯＤ除去率、全有機酸濃度、酢酸濃度、およびプロピオン酸濃度を表１に示す。表１に示した測定結果はいずれも各期間中の平均値である。【００７８】
【表１】
2014017466.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、人工廃水のＣＯＤ負荷を３５ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日に増大させた８７日目〜９７日目では、比較例１では７５日目〜８６日目に比べて特に酢酸が蓄積し、メタンガス発生量が低下したのに対し、実施例１では有機酸の蓄積が抑えられ、ＣＯＤ負荷の増大に応じてメタンガス発生量が増加した。また、比較例１ではＣＯＤ除去率が低下したのに対し、実施例１ではＣＯＤ除去率の低下が抑制された。これは、ガス除去手段の稼動によって、実施例１における処理水のｐＨの低下、処理中の人工廃水に含まれる溶存水素ガス濃度および溶存二酸化炭素ガス濃度の増加が抑制されることで、ガス化菌の活性の低下が抑制されたためである。
９８日目〜１０４日目においては、実施例１および比較例１は、共にガス除去手段を稼動させず、人工廃水のＣＯＤ負荷を２５ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日に低下させたため、メタンガス発酵の処理状況が同等であった。
人工廃水のＣＯＤ負荷を５０ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日に増大させた１０５日目〜１０６日目では、７５日目〜８６日目と同様の傾向が見られた。具体的には、比較例１は特に酢酸が顕著に蓄積し、メタンガス発生量が大きく低下したのに対し、実施例１では有機酸の蓄積が抑えられ、ＣＯＤ負荷の増大に応じてメタンガス発生量が増加した。また、比較例１ではＣＯＤ除去率が低下したのに対し、実施例１ではＣＯＤ除去率の低下が抑制された。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の溶存ガス除去装置を用いれば、高度な分離機能を有する分離膜を使用しなくても、有機性被処理物を生物処理して消化ガスを発生させる生物反応槽において酸敗状態に陥ることを抑制する効果が高く、安定して目的のガスを得ることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  有機性被処理物
２  溶存ガス
３  処理水
４  消化ガス
１０  生物反応槽
２０，２０Ａ  溶存ガス除去装置
２２  監視手段
２４，２４Ａ  ガス除去手段
２６  ｐＨ監視手段
２８  ガス監視手段
３０  ガス分離手段
３２  減圧手段
３４  ガス貯留手段
３６  循環手段
１００，２００  生物処理装置
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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