(57)【要約】【課題】  セルロ−ス系炭水化物を含む有機性排水及び／又は有機性廃棄物を、高い有機物負荷において安定したメタン発酵処理できる方法と装置を提供する。【解決手段】  セルロ−ス系炭水化物を含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物をメタン発酵処理する方法において、該メタン発酵処理を、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加して行うか、又は、加水分解・酸発酵処理を行なった後にタン発酵処理する方法おいて、該加水分解・酸発酵処理を、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加して行うこととしたものであり、前記メタン発酵処理は、５０〜６０℃の高温で行うのがよく、また、前記無機塩又は該無機塩を含む有機物の添加は、プロピオン酸の生成が多くなった場合に行うのがよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロ−ス系炭水化物を含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物をメタン発酵処理する方法において、該メタン発酵処理を、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加して行うことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
セルロ−ス系炭水化物を含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物を、加水分解・酸発酵処理を行なった後にメタン発酵処理する方法において、該加水分解・酸発酵処理を、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加して行うことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記メタン発酵処理は、５０〜６０℃の高温で行うことを特徴とする請求項１又は２記載のメタン発酵処理方法。
【請求項４】
前記無機塩又は該無機塩を含む有機物の添加は、プロピオン酸の生成が多くなった場合に行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載のメタン発酵処理方法。
【請求項５】
セルロ−ス系炭水化物を多く含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物を、メタン発酵槽又は加水分解・酸発酵槽とメタン発酵槽とで順次処理するメタン発酵処理装置において、前記メタン発酵槽又は加水分解・酸発酵槽に、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加する手段を有することを特徴とするメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵処理に係り、特に、下水汚泥、し尿汚泥、家畜糞尿、食品廃棄物及び紙パルプ工場の有機性廃棄物等の有機性廃水及び／又は有機性廃棄物をメタン発酵処理する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロ-スを多く含む有機性廃棄物（有機物中のセルロースの含む割合が３０％以上）としては、例えば、食品廃棄物ではコ−ヒ−粕、下水汚泥では最初沈殿地汚泥、家畜糞尿では牛糞尿等が挙げられる。
図４に、メタン発酵処理が進行するフロー概念図を示す。メタン発酵処理は、図４で示される逐次的な反応で進行する。セルロ-スのメタン発酵処理では、セルロースの加水分解（Ａ１からＡ２）、プロピオン酸などの有機酸発酵（Ａ２からＡ３）、酢酸からメタン菌によるメタンガスへの分解（Ａ３からＡ４）となる。セルロース分解は、高温（５０〜５５℃）のクロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属の嫌気性菌により分解されやすい。ところが、加水分解から酸発酵工程でプロピオン酸の生成が顕著になると、メタン発酵まで反応が進みにくくなる。これは、次の理由による。
（１）プロピオン酸から酢酸への生物反応が進みにくい。
（２）有機酸生成に伴い、メタン発酵槽のｐＨが低下する。
後者は、特に炭水化物を多く含む有機性廃棄物のメタン発酵処理では良く起こる。
【０００３】
この対策として、図５に示すようにメタン発酵処理水を循環して、アルカリ度の補給を行う方法、図６に示すようにメタン発酵槽にＮａＯＨなどのアルカリ剤を補給するなどの方法があるが、有機酸生成量が多いと十分な対応ができない。
セルロ-スは，グルコ−スがグルコシド結合した多糖類で，メタン発酵処理では加水分解、酸発酵段階が反応律速となり、これらの微生物がセルロ−スを分解する過程で，プロピオン酸等の有機酸がメタン発酵槽で残存し、メタン発酵槽のｐＨが下がり、不安定なメタン発酵処理になることがしばしばあった。
【特許文献１】特開平１１−２０７３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点を改善し、セルロ−ス系炭水化物を多く含む有機性排水及び／又は有機性廃棄物を安定してメタン発酵処理できる方法と装置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】
上記課題を解決するために、本発明では、セルロ−ス系炭水化物を含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物をメタン発酵処理する方法において、該メタン発酵処理を、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加して行うことを特徴とするメタン発酵処理方法、又は、セルロ−ス系炭水化物を含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物を、加水分解・酸発酵処理を行なった後にメタン発酵処理する方法において、該加水分解・酸発酵処理を、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加して行うことを特徴とするメタン発酵処理方法としたものである。
また、本発明では、セルロ−ス系炭水化物を多く含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物を、メタン発酵槽又は加水分解・酸発酵槽とメタン発酵槽とで順次処理するメタン発酵処理装置において、前記メタン発酵槽又は加水分解・酸発酵槽に、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加する手段を有することを特徴とするメタン発酵処理装置としたものである。
前記本発明において、メタン発酵処理は、５０〜６０℃の高温で行うのがよく、より好ましくは５２〜５７℃の高温で行うのがよい。また、前記無機塩又は該無機塩を含む有機物の添加は、プロピオン酸の生成が多くなった場合に行うのがよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、セルロ−ス系炭水化物を多く含む有機性廃水及び／又は有機性廃棄物のメタン発酵処理において、硫酸イオンを含む無機塩又は該無機塩を含む有機物を添加してメタン発酵処理を行うことにより、高い有機物負荷において安定したメタン発酵処理が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１、図２に、本発明のメタン発酵処理のフロー構成図を示す。図１は、メタン発酵槽に原水１と共にＳＯ４塩６を添加し、メタン発酵処理する。ここで、ＳＯ４２−塩は、硫酸ばんど、ポリ鉄、硫酸第一鉄等の硫酸イオンを含む無機塩ならばどれでも使用できるが、価格面で安価な鉄、アルミ塩を用いた方が良い。また、前記無機凝集剤を使用して有機性廃水を凝集処理した時には、発生する汚泥あるいは、脱水処理により発生する有機汚泥等のＳＯ４２−を含む有機汚泥ならどれでも使用できる。
【０００８】
硫酸塩の添加量は有機物濃度にもよるが、ＳＯ４２−として５０〜２０００ｍｇ/Ｌ、好ましくは２００〜１０００ｍｇ/Ｌ程度で良い。ＳＯ４２−の添加により硫酸還元菌が増殖し、ＳＯ４２−がＨ２Ｓに還元される時、プロピオン酸の水素供与体が利用され、プロピオン酸は酢酸に変換される。したがって、メタン発酵槽にプロピオン酸の蓄積は起こらず、セルロ-スはメタンガスに変換できる。
図２は、加水分解・酸発酵槽に硫酸塩を添加する場合である。このように、槽を分離した多段槽のメタン発酵処理にも本発明は適用できる。このとき、槽内のプロピオン酸濃度が多くなった場合、好ましくは２５０ｍｇ/Ｌ〜１０００ｍｇ/Ｌ以上、より好ましくは２５０〜５００ｍｇ/Ｌ以上の硫酸塩の添加を行う。
【実施例】
【０００９】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが。
実施例１
セルロ-ス粉末を基質とした人工原水を用いた高温メタン発酵実験を行った。表１に原水組成を示す。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
メタン発酵槽の有効容量５Ｌを用い、上記原水組成にて初めにＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏを添加しない期間（対照期間：０〜８０日目）と添加した期間（本発明８０〜１８０日目）に分けて実験を行った。結果を図３に示す。
対照期間においては、実験開始後４０日目になるとプロピオン酸の増加が顕著となり、最大２０００ｍｇ/Ｌとなり発生ガス量が減少し、運転不能となった。８０日目に種汚泥を入れ替え、原水中に硫酸塩を添加し実験を再開した。その結果、プロピオン酸の増加は見られず、ＶＳ負荷４ｋｇ/ｍ３・日の条件で安定したメタン発酵処理ができた。
【００１２】
実施例２
コ−ヒ−粕を微粉砕（５０〜７０μ以下）にした試料について高温メタン発酵実験を行った。表２に原料性状を示す。
【００１３】
【表２】
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【００１４】
メタン発酵槽の有効容量１０Ｌを用い、表２の原料組成にてはじめはＡｌ２(ＳＯ４)３・１８Ｈ２Ｏを添加しない期間（対照期間０〜１２０日目）と添加した期間（本発明１２０〜１８０日目）に分けて実験を行った。
その結果を表３に示す。
【００１５】
【表３】
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対照期間では処理水プロピオン酸濃度１５００ｍｇ／Ｌ、ＶＳ分解率４０％であったものが、Ａｌ２(ＳＯ４)３・１８Ｈ２Ｏ添加により、処理水プロピオン酸濃度１００ｍｇ／Ｌ、ＶＳ分解率５５％となり、安定したメタン発酵処理が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のメタン発酵処理方法の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明のメタン発酵処理方法の他の例を示すフロー構成図。
【図３】実施例１のメタン発酵実験結果を示すグラフ。
【図４】メタン発酵処理が進行するフロー概念図。
【図５】公知のメタン発酵処理方法の一例を示すフロー構成図。
【図６】公知のメタン発酵処理方法の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
【００１７】
１：原水（有機性廃棄物）、２：メタン発酵処理水、３：処理水循環、４：メタン発酵槽、５：アルカリ剤、６：ＳＯ4塩、７：加水分解・酸発酵槽、８：酸発酵処理水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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