(57)【要約】      【課題】  運転開始時には、固液分離性能を高めると共にメタン菌の成長を促進し、汚泥の流入量が多くなったときには、水溶性有機物の除去量を増やすことができ、しかも、構造や操作が複雑化することがないメタン発酵装置、嫌気性処理装置及び嫌気性処理方法を提供する。      【解決手段】  汚泥沈降体の昇降により反応域及び分離域を拡縮可能とし、運転開始時には前記反応域を縮小し、前記有機廃棄物の流入量が増加したときには、前記反応域を拡張することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を上向流で流通させて処理する上向流嫌気性汚泥床型であって、汚泥沈降体をメタン発酵槽内に配設することにより、前記汚泥沈降体の下方に、生物汚泥床が形成される反応域を、該汚泥沈降体の上方に、汚泥−処理水−生成ガスに分離する分離域をそれぞれ形成し、
前記汚泥沈降体の昇降により前記反応域及び前記分離域が拡縮可能となるように構成したことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項２】
前記汚泥沈降体は、複数の汚泥分離板を所定の間隙をもって積層して構成されたことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
【請求項３】
前記反応域の底部に汚泥供給口を設け、該汚泥供給口の上方の反応域内にドラフトチューブを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のメタン発酵装置。
【請求項４】
前記有機廃棄物を酸生成菌により酸生成反応を行わせる酸発酵装置と、該酸発酵装置を経た前記有機廃棄物をメタン生成菌によりガス生成反応を行わせる請求項１から３のいずれかに記載のメタン発酵装置と、を備えた嫌気性処理装置。
【請求項５】
前記有機廃棄物を易生物分解性に改質するための加熱装置を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の嫌気性処理装置。
【請求項６】
前記加熱装置は、比熱接触槽又は熱交換器により構成されていることを特徴とする請求項５に記載の嫌気性処理装置。
【請求項７】
前記加熱装置を酸発酵装置に組込んだことを特徴とする請求項５又は６に記載の嫌気性処理装置。
【請求項８】
前記酸発酵装置を構成する酸発酵槽内で有機廃棄物を酸生成菌により酸生成反応を行わせた後、反応域及び分離域が形成されるメタン発酵槽で該有機廃棄物をメタン生成菌によりガス生成反応を行わせる嫌気性処理方法において、
運転開始時には前記反応域を縮小することを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項９】
運転開始時には前記分離域を拡張することを特徴とする請求項８に記載の嫌気性処理方法。
【請求項１０】
前記有機廃棄物の流入量が増加したときには、前記反応域を拡張することを特徴とする請求項８又は９に記載の嫌気性処理方法。
【請求項１１】
前記有機廃棄物の流入量が増加したときには、前記分離域を縮小することを特徴とする請求項１０に記載の嫌気性処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として下水処理場で発生する汚泥等の有機廃棄物を処理して減容化すると共に、余剰汚泥からメタンガスを発生させるためのメタン発酵装置、嫌気性処理装置及び嫌気性処理方法するに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機廃棄物を処理する装置のひとつとして、メタン発酵能を有する嫌気性の微生物を粒子化して高密度に保持し、生物反応槽の下方に生物汚泥床を形成して、廃水を上向流通させて処理するＵＡＳＢ方式による嫌気性処理装置が用いられている。有機廃棄物は、嫌気性微生物（メタン菌）の作用により、メタン、二酸化炭素に分解し、自己造粒した嫌気性微生物の担体（グラニュール）を充填したメタン発酵装置に、底部から上向流で排水を通過させて処理する。そして、微生物を高密度で保持して処理できるため、高濃度の有機性廃水を効率的に処理することができ、装置設置面積の縮小化や、発生するメタンガスの有効利用を計ることができることにより、急速に普及してきている（特許文献１等）。
【特許文献１】実開平６−１９９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
嫌気性処理装置は、運転開始時には、固液分離性能を高めると共に、メタン菌の成長を促進する必要があり、また、汚泥の流入量が多くなった場合には、水溶性有機物の除去量を増やす必要があるが、かかる点についての考慮はされていなかった。
【０００４】
そこで、本発明は、これらの問題点の解決が図れ、しかも、構造や操作が複雑化することがないメタン発酵装置、嫌気性処理装置及び嫌気性処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねて完成されたものである。
１．有機廃棄物を上向流で流通させて処理する上向流嫌気性汚泥床型であって、汚泥沈降体をメタン発酵槽内に配設することにより、前記汚泥沈降体の下方に、生物汚泥床が形成される反応域を、該汚泥沈降体の上方に、汚泥−処理水−生成ガスに分離する分離域をそれぞれ形成し、前記汚泥沈降体の昇降により前記反応域及び前記分離域が拡縮可能となるように構成したことを特徴とするメタン発酵装置を提供する。
２．前記汚泥沈降体は、複数の分離板を所定の間隙をもって積層して構成されたことを特徴とする前記１に記載のメタン発酵装置を提供する。
３．前記反応域の底部に汚泥供給口を設け、該汚泥供給口の上方の反応域内にドラフトチューブを設けたことを特徴とする前記１又は２に記載のメタン発酵装置を提供する。
４．前記有機廃棄物を酸生成菌により酸生成反応を行わせる酸発酵装置と、該酸発酵装置を経た前記有機廃棄物をメタン生成菌によりガス生成反応を行わせる前記１から３のいずれかに記載のメタン発酵装置と、を備えた嫌気性処理装置を提供する。
５．前記有機廃棄物を易生物分解性に改質するための加熱装置を更に備えたことを特徴とする前記４に記載の嫌気性処理装置を提供する。
６．前記加熱装置は、比熱接触槽又は熱交換器により構成されていることを特徴とする前記５に記載の嫌気性処理装置を提供する。
７．前記加熱装置を酸発酵装置に組込んだことを特徴とする前記５又は６に記載の嫌気性処理装置を提供する。
８．前記酸発酵装置を構成する酸発酵槽内で有機廃棄物を酸生成菌により酸生成反応を行わせた後、反応域及び分離域が形成されるメタン発酵槽で該有機廃棄物をメタン生成菌によりガス生成反応を行わせる嫌気性処理方法において、運転開始時には前記反応域を縮小することを特徴とする嫌気性処理方法を提供する。
９．運転開始時には前記分離域を拡張することを特徴とする前記８に記載の嫌気性処理方法を提供する。
１０．前記有機廃棄物の流入量が増加したときには、前記反応域を拡張することを特徴とする前記８又は９に記載の嫌気性処理方法を提供する。
１１．前記有機廃棄物の流入量が増加したときには、前記分離域を縮小することを特徴とする前記１０に記載の嫌気性処理方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のメタン発酵装置、嫌気性処理装置及び嫌気性処理方法によれば、以下の効果を奏する。
運転開始時に汚泥沈降体を降下させることにより、メタン発酵槽の分離域を拡大して微粒グラニュールの滞留時間が長くなって固液分離性能が向上する一方、メタン発酵槽の反応域を縮小して有機物濃度が高くなってメタン菌の成長が促進され、その結果、嫌気性処理を円滑に行うことができる。
【０００７】
また、汚泥の流入量の増加に伴って処理水の水質が悪化し、かつ、悪化の原因が反応部の過負荷であるときには、汚泥沈降体を上昇させることにより、総活性菌の量を増やして水溶性有機物の除去量を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
嫌気性処理装置は、余剰汚泥槽１と、余剰汚泥槽１から送られてくる汚泥中の有機物を酸生成菌により可溶化酸生成反応を行う酸発酵装置２と、該酸発酵装置２を経ることにより可溶化が進行した汚泥中の有機物を、メタン生成菌によりガス生成反応を行わせるメタン発酵装置３と、各部を制御する図外の制御装置と、を備えている。なお、図中のＰはポンプである。
【００１０】
メタン発酵装置３は、有機廃棄物を上向流で流通させて処理する上向流嫌気性汚泥床型であり、メタン発酵槽３１と、該メタン発酵槽３１内に図外の昇降手段により昇降自在に配設される汚泥沈降体３２と、ドラフトチューブ３３と、を備えている。
【００１１】
汚泥沈降体３２の下方には生物汚泥床が形成される反応域Ａが、該汚泥沈降体３２の上方には汚泥−処理水−生成ガスを分離する分離域Ｂがそれぞれ形成され、汚泥沈降体３２の昇降により反応域Ａ及び分離域Ｂが拡縮してそれらの大きさが調整されるようになっている。前記昇降手段は昇降シリンダーには限定はされず、手動式のものであっても良い。
【００１２】
汚泥沈降体３２は、截頭円錐形状に形成され、多数の傾斜した汚泥分離板３２ａが所定の間隙をもって積層され、該積層体３２ｂの上下に上カバー３２ｃと多数の透孔３２ｄが形成された下カバー３２ｅとを配設して構成されている。なお、汚泥沈降体３２は、ハニカム構造の傾斜管を多数配列して構成しても良い。
【００１３】
酸発酵装置２の酸発酵槽２１からメタン発酵槽３１に汚泥を供給するための汚泥供給管４の端部には汚泥供給口４１が形成され、該汚泥供給口４１は反応域Ａの底部から上方に向けて開口している。
【００１４】
また、メタン発酵装置３には、メタン発酵槽３１の分離域Ｂの汚泥を反応域Ａに戻すための内部返送管３４が備わり、該内部返送管３４の汚泥供給口３４ａも、反応域Ａの底部から上方に向けて開口している。なお、酸発酵槽２１にも上部の汚泥を下部に戻すための内部返送管２２が備わっている。
【００１５】
ドラフトチューブ３３は、汚泥供給管４及び内部返送管３４の汚泥供給口４１，３４ａの上方の反応域Ａ内に位置しており、該ドラフトチューブ３３は円柱状または角柱状の筒状に形成され、ドラフトチューブ３３内の汚泥とドラフトチューブ３３外の汚泥とに区画する。
【００１６】
また、メタン発酵槽３１の中間部の内壁には汚泥沈降体３２をガイドするためのガイドレールが設けられ、メタン発酵槽３１の上部には処理水排出手段３５が形成されている。図中の符号５は酸発酵槽２１及びメタン発酵槽３１からメタンガスを取り出すための取り出し管であり、符号６はメタン発酵槽３１の汚泥床の汚泥を余剰汚泥槽１へ返送するための返送管である。
【００１７】
嫌気性処理装置は、酸発酵装置２の混合液を固液分離して濃縮汚泥を酸生成工程に返送する図外の固液分離装置と、汚泥中の有機物を易生物分解性に改質するための加熱装置７を更に備えている。
【００１８】
加熱装置７は、余剰汚泥槽１から酸発酵装置２に送られる汚泥を加熱するものであって、比熱接触槽（ヒーター）や多重管式やプレート式の熱交換器により構成されている。また、酸発酵槽３１及びメタン発酵槽３１の内部にも図外の加熱装置が組み込まれている。これらの加熱装置は、固形物を可溶化して減容効果を大きくするものである。
【００１９】
かかる構成の嫌気性処理装置は、余剰汚泥槽１内の汚泥は汚泥供給管６を通って酸発酵装置２の酸発酵槽２１に供給され、該汚泥供給管６を通る間に加熱装置７で加熱され、更に酸発酵槽２１に組み込まれた加熱装置７で加熱されることにより酸発酵槽２１内の汚泥温度が約５０℃〜約６５℃に維持されて酸発酵が行われる。
【００２０】
酸発酵装置２を経た汚泥は汚泥供給管４でメタン発酵装置３に供給され、メタン発酵槽３１内の汚泥温度は加熱装置で約５０℃〜約６５℃に維持されたメタン発酵が行われる。
【００２１】
メタン発酵槽３１において、汚泥供給管４の供給口４１から供給される汚泥は、ドラフトチューブ３３の下端の開口部を通ってドラフトチューブ３３内に供給される。これによりドラフトチューブ３３内では上昇流が発生してドラフトチューブ３３の上端の開口部からドラフトチューブ３３の外に汚泥が流出し、ドラフトチューブ３３の下端の開口部から汚泥がドラフトチューブ３３内に流入する。その結果メタン発酵槽３１内の汚泥がドラフトチューブ３３内外を循環し、グラニュールに菌体が絡め取られてグラニュールの成長が促進される。
【００２２】
また、汚泥沈降体３２の下カバー３２ｅの透孔３２ｄ及び汚泥分離板３２ａの間隙を流通して汚泥沈降体３２内を上昇する反応液は、汚泥分離板３２ａ間の短い沈降距離による効果で効率よくグラニュ−ルが分離沈降され、分離されたグラニュ−ルは、汚泥分離板３２ａに沿って下降して汚泥床に溜まる。
【００２３】
一方、メタン発酵槽３１の上澄水を運転者が目視して残留するＳＳを基準にして汚泥沈降体３２を昇降させる。
【００２４】
運転開始時には、汚泥沈降体３２を降下させて分離域Ｂを拡大することにより、微粒グラニュールの滞留時間が長くなって固液分離性能が向上する一方、反応域Ａが縮小されることにより有機物濃度が高くなってメタン菌の成長が促進される。また、汚泥の流入量が多くなったときには、汚泥沈降体３２を上昇させて反応域Ａを拡大することにより、総活性菌の量を増やして水溶性有機物の除去量を増やす。
【００２５】
メタン発酵装置３で分離した嫌気性汚泥は、余剰汚泥槽１に返送して再処理を行い、酸発酵装置２及びメタン発酵装置３で発生するメタンガスは、燃料として利用される。
【００２６】
なお、図外の泥質改善槽で、メタン発酵装置３から発生する汚泥を散気して好気性汚泥にして熱接触装置に返送し、この返送率を調整することにより汚泥をほとんど出さないシステムも可能である。すなわち、嫌気処理で残った有機物は好気性の菌で分解されてエネルギーが取り出され、同化された有機物は嫌気処理され、菌体が利用できない無機物のみが汚泥として残ることにより、汚泥をほとんど出さないシステムも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のメタン発酵装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の嫌気性処理装置の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１        余剰汚泥槽
２        酸発酵装置
２１      酸発酵槽
３        メタン発酵装置
３１      メタン発酵槽
３２      汚泥沈降体
３３      ドラフトチューブ
【図１】
2006167627.tif 000003
【図２】
2006167627.tif 000004