(57)【要約】    【課題】  アンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、アンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる嫌気処理方法等を提供することを課題としている。    【解決手段】  有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥とを生じさせるメタン発酵工程と、単位量あたりの窒素量が異なる被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求め、該相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する設定工程と、メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるアンモニア低減工程と、を備える嫌気処理方法等を提供する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥とを生じさせるメタン発酵工程と、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求め、該相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する設定工程と、
前記メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるアンモニア低減工程と、を備える、嫌気処理方法。
【請求項２】
前記アンモニア低減工程では、前記メタン発酵工程の消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を下げるために、前記消化汚泥を収容した消化槽から消化汚泥の少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥を消化槽に戻す、請求項１に記載の嫌気処理方法。
【請求項３】
有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥とを生じさせるメタン発酵部を備え、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から求めた相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定するように構成され、
前記メタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるように構成された、嫌気処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスを生じさせる、嫌気処理方法及び嫌気処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の嫌気処理方法では、被処理物の有機態窒素が分解され、メタン発酵細菌などによってバイオガスが生じる。一方、有機態窒素の少なくとも一部が分解された消化汚泥も生じる。消化汚泥には、有機態窒素から生じたアンモニア性窒素が含まれる。アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵を行うメタン発酵細菌の生育がアンモニア性窒素によって抑えられて、メタン発酵が阻害され、メタン発酵によって生じるバイオガスの量が不十分になる。
【０００３】
これに対して、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制するために、希釈によってアンモニア性窒素の濃度を下げてからメタン発酵を行う嫌気処理方法が知られている（特許文献１）。
【０００４】
詳しくは、特許文献１に記載の嫌気処理方法は、有機態窒素を含む被処理物を酸発酵する工程と、酸発酵によって生じた発酵液を希釈水で希釈する工程と、希釈後の液を固液分離する工程と、固液分離後の分離液をメタン発酵処理する工程とを備える。特許文献１に記載の嫌気処理方法では、発酵液が希釈された分、メタン発酵においてアンモニア性窒素の濃度が低くなり、メタン発酵が阻害されることを抑制できる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の嫌気処理方法は、希釈後の分離液におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低くしてメタン発酵の阻害を抑制するために、少なくとも希釈される前の発酵液において、アンモニア性窒素の濃度を測定する必要があるという問題を有する。斯かる測定には、比較的長い時間が費やされてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５２７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点等に鑑み、アンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、アンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる、嫌気処理方法及び嫌気処理設備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】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明に係る嫌気処理方法は、有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥とを生じさせるメタン発酵工程と、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求め、該相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する設定工程と、
メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるアンモニア低減工程と、を備える。
【０００９】
上記構成からなる嫌気処理方法では、メタン発酵によって被処理物の有機態窒素からアンモニア性窒素が生じる。メタン発酵に伴って、アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵が阻害され、得られるバイオガスの量が設定量未満になり得る。バイオガスの設定量は、上記の相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの基準窒素量から設定されている。被処理物の基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして求めることができることから、得られるバイオガスが設定量未満になったときは、アンモニア性窒素の濃度がメタン発酵を阻害する濃度になっていると考えることができる。そこで、メタン発酵によって生じたバイオガスが設定量未満になったときに、アンモニア低減工程を行うことによって、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。
【００１０】
本発明に係る嫌気処理方法のアンモニア低減工程では、前記メタン発酵工程の消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を下げるために、前記消化汚泥を収容した消化槽から消化汚泥の少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥を消化槽に戻すことが好ましい。これにより、メタン発酵細菌を含む消化汚泥が消化槽に戻される。従って、消化槽内のメタン発酵細菌が減ってメタン発酵の効率が下がることを抑制できる。しかも、消化槽に戻す消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度が下がった分、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。
【００１１】
本発明に係る嫌気処理設備は、有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥とを生じさせるメタン発酵部を備え、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から求めた相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定するように構成され、
前記メタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る嫌気処理方法及び嫌気処理設備は、アンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、アンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の嫌気処理設備の概略図。
【図２】相関関係を求めるためのグラフの一例を示す図。
【図３】メタン発酵によって生じたバイオガス量を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る嫌気処理設備の一実施形態について説明する。
【００１５】
本実施形態の嫌気処理設備１０は、有機態窒素を含む被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥Ｓとを生じさせるメタン発酵部１を備える。
【００１６】
本実施形態の嫌気処理設備１０は、単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から求めた相関関係に基づいて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定するように構成されている。また、メタン発酵部１によるメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物Ｎから生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるように構成されている。
【００１７】
詳しくは、本実施形態の嫌気処理設備１０は、図１に示すように、有機態窒素を含む被処理物Ｎからメタン発酵によって生じた消化汚泥Ｓを収容する消化槽１ａを有する上記のメタン発酵部１と、消化汚泥Ｓを収容した消化槽１ａから消化汚泥Ｓの少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻すことによって、メタン発酵部１の消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度を下げるアンモニア低減部２と、を備える。
【００１８】
前記嫌気処理設備１０は、設備外から供給された上記の被処理物Ｎを消化槽１ａに収容し、消化槽１ａ内で被処理物Ｎをメタン発酵させるように構成されている。また、被処理物Ｎの少なくとも一部が微生物によって分解されることで生じた消化汚泥Ｓを消化槽１ａ内に収容しつつ、バイオガスを得るように構成されている。前記嫌気処理設備１０は、アンモニア低減部２によって消化槽１ａ内から取り出した消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻すように構成されている。
【００１９】
メタン発酵部１の消化槽１ａに供給される、有機態窒素を含む被処理物Ｎとしては、例えば、下水汚泥、糞尿、生ごみなどが挙げられる。上記の被処理物Ｎとしては、より確実な上記の相関関係を求めることができるという点で、下水汚泥が好ましい。上記の被処理物Ｎは、通常、タンパク質、アミノ酸などを有機態窒素として含有する。上記の被処理物Ｎは、アンモニアなどの無機態窒素を含み得る。上記の被処理物Ｎは、通常、炭水化物や油分といった窒素を含まない有機物をさらに含む。メタン発酵部１は、水によって希釈された被処理物Ｎを消化槽１ａに収容するように構成されてもよい。
【００２０】
メタン発酵部１は、被処理物Ｎを消化槽１ａに収容するように構成されている。メタン発酵部１は、消化槽１ａ内に供給された上記被処理物Ｎの有機態窒素の少なくとも一部が分解して消化汚泥Ｓを生じさせるように構成されている。また、有機態窒素以外の有機物を分解するように構成されている。
【００２１】
メタン発酵部１は、例えばタンパク質やアミノ酸などの有機態窒素が、消化槽１ａ内で、酸発酵、酢酸発酵、又はメタン発酵されることにより、バイオガスを生じさせるように構成されている。酸発酵は、例えば、酸発酵細菌によって行われ、酢酸発酵は、例えば、酢酸発酵細菌によって行われ、メタン発酵は、例えば、メタン発酵細菌によって行われる。また、メタン発酵部１は、有機態窒素以外の有機物が、酸発酵、酢酸発酵、又はメタン発酵されることにより、バイオガスが生じるように構成されている。バイオガスは、主成分としてメタンガスを含み、その他、二酸化炭素、硫化水素、水分などを含み得る。
【００２２】
消化槽１ａは、メタン発酵を効率よく行うため、嫌気的条件となるように構成されている。
【００２３】
アンモニア低減部２は、メタン発酵部１の消化槽１ａから取り出した消化汚泥Ｓに希釈水Ｗを供給する希釈水供給部２ａと、希釈された消化汚泥Ｓを濃縮して濃縮消化汚泥と分離液とに分離する濃縮部２ｂと、濃縮消化汚泥を消化槽１ａに返送する返送部２ｃと、を有する。
【００２４】
アンモニア低減部２は、消化槽１ａから消化汚泥Ｓの少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥Ｓに希釈水供給部２ａから希釈水Ｗを供給するように構成されている。また、希釈水Ｗを供給することによって、アンモニア性窒素を消化汚泥Ｓから溶出させるように構成されている。また、希釈された消化汚泥Ｓを濃縮部２ｂで濃縮することによって消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を下げるように構成されている。また、消化槽１ａ内の消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度を下げるために、濃縮部２ｂの濃縮によって濃縮された濃縮消化汚泥を、返送部２ｃによって消化槽１ａへ戻すように構成されている。
【００２５】
希釈水供給部２ａは、例えば、消化槽１ａから取り出した消化汚泥Ｓに希釈水Ｗを供給する希釈水供給経路を有する。希釈水供給部２ａは、希釈水供給経路から供給された希釈水Ｗと、取り出された消化汚泥Ｓとを混合するように構成されている。
希釈水Ｗとしては、例えば、水道水、下水処理水などが挙げられる。
【００２６】
濃縮部２ｂは、例えば、希釈水Ｗによって希釈された消化汚泥Ｓを固液分離する固液分離装置を有する。濃縮部２ｂは、希釈された消化汚泥Ｓを固液分離装置によって固液分離して、固液分離によって濃縮された濃縮消化汚泥と、分離液とを得るように構成されている。そして、希釈前の消化汚泥Ｓよりも、濃縮消化汚泥の方で、アンモニア性窒素の濃度を低くするように構成されている。
なお、濃縮部２ｂは、分離液を設備外へ排出するように構成されてもよい。
【００２７】
返送部２ｃは、濃縮部２ｂの固液分離によって得られた濃縮消化汚泥を、メタン発酵部１の消化槽１ａへ返送する返送経路を有する。返送部２ｃは、希釈前の消化汚泥Ｓよりもアンモニア性窒素の濃度が低くなった、少なくともメタン発酵細菌を含む濃縮消化汚泥を、返送経路によって消化槽１ａへ返送するように構成されている。
【００２８】
本実施形態の嫌気処理設備１０は、単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べた結果を基にして、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から相関関係を求める演算部を備える。演算部は、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定するように構成されている。なお、基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして決めることができる。アンモニア性窒素は、主に有機態窒素が分解されることによって生じるため、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度とは、通常、正の比例関係を有する。従って、例えば、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度の所定値を決め、斯かる所定値から、被処理物Ｎの単位量あたりの基準窒素量を算出することができる。
【００２９】
演算部は、メタン発酵によって生じたバイオガスの量が、上記のごとく設定した設定量よりも少なくなったときに、メタン発酵によって前記被処理物Ｎから生じたアンモニア性窒素の消化汚泥Ｓにおける濃度を下げるため、消化槽１ａから消化汚泥Ｓを取り出す指令をアンモニア低減部２へ送るように構成されている。演算部によって、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定することができる。
【００３０】
本実施形態の嫌気処理設備１０では、メタン発酵によって被処理物の有機態窒素からアンモニア性窒素が生じる。メタン発酵に伴って、アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵が阻害され、得られるバイオガスの量が設定量未満になり得る。バイオガスの設定量は、上記の相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの基準窒素量から設定されている。被処理物の基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして求めることができることから、得られるバイオガスが設定量未満になったときは、アンモニア性窒素の濃度がメタン発酵を阻害する濃度になっていると考えることができる。そこで、メタン発酵によって生じたバイオガスが設定量未満になったときに、アンモニア低減工程を行うことによって、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。
【００３１】
続いて、本発明に係る嫌気処理方法の一実施形態について説明する。本実施形態の嫌気処理方法は、上記の嫌気処理設備１０を用いて実施することができる。
【００３２】
本実施形態の嫌気処理方法は、有機態窒素を含む被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥Ｓとを生じさせるメタン発酵工程と、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求め、該相関関係に基づいて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する設定工程と、
メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物Ｎから生じたアンモニア性窒素の消化汚泥Ｓにおける濃度を下げるアンモニア低減工程と、を備える。
【００３３】
本実施形態の嫌気処理方法では、メタン発酵によってバイオガスを得ることができるものの、メタン発酵によって被処理物の有機態窒素からアンモニア性窒素が生じる。メタン発酵に伴って、アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵が阻害され、得られるバイオガスの量が設定量未満になり得る。バイオガスの設定量は、上記の相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの基準窒素量から設定されている。被処理物の基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして求めることができることから、得られるバイオガスが設定量未満になったときは、アンモニア性窒素の濃度がメタン発酵を阻害する濃度になっていると考えることができる。そこで、メタン発酵によって生じたバイオガスが設定量未満になったときに、アンモニア低減工程を行うことによって、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。
【００３４】
メタン発酵工程では、消化槽１ａ内に供給された上記の被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、被処理物Ｎの有機態窒素の少なくとも一部が分解された消化汚泥Ｓと、メタン発酵細菌のメタン発酵によって生じるバイオガスとを得る。例えば、メタン発酵によってアミノ酸などからアンモニア性窒素とバイオガスとが生じる。
なお、消化槽１ａ内では、メタン発酵以外にも、上記の被処理物Ｎに含まれる有機物を低級脂肪酸に分解する酸発酵、斯かる低級脂肪酸を酢酸に分解する酢酸発酵なども行われる。即ち、消化汚泥Ｓは、メタン発酵細菌以外にも、酸発酵細菌や酢酸発酵細菌などを含む。
【００３５】
メタン発酵工程では、例えば、消化槽１ａ内に供給された上記の被処理物Ｎを撹拌しつつメタン発酵を行う。メタン発酵工程でのメタン発酵は、通常、中温発酵では３０℃〜４０℃、高温発酵では５０℃〜６０℃で行う。
【００３６】
メタン発酵工程では、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が中温発酵では３０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、２５００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。高温発酵では２０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、１５００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が中温発酵では３０００ｍｇ／Ｌ以下（高温発酵では２０００ｍｇ／Ｌ以下）であることにより、メタン発酵細菌の生育阻害を抑制することができ、バイオガスをより十分に得ることができる。
【００３７】
メタン発酵工程は、消化槽１ａ内に上記の被処理物Ｎを連続的に供給する連続式で行ってもよく、消化槽１ａ内に供給された設定量の上記被処理物Ｎから所望量以上のバイオガスが生じるまでメタン発酵を続けるバッチ式で行ってもよい。
【００３８】
設定工程では、単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求める。
【００３９】
設定工程では、例えば、被処理物Ｎにおける単位量あたりの窒素量として、被処理物Ｎの単位有機物量あたりの総窒素量（Ｔ−Ｎ）を採用する。被処理物Ｎの有機物量は、例えば、強熱減量（ＶＳ）によって求めることができる。総窒素量は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ４５．１又は４５．２によって求めることができる。具体的には、被処理物Ｎの単位有機物量あたりの総窒素量（Ｔ−Ｎ）は、例えば、０．０５〜１．００［Ｔ−Ｎ／ＶＳ］となる。
【００４０】
設定工程では、例えば、被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量として、被処理物Ｎの単位有機物量あたりのバイオガス容積（０℃、１気圧）を採用することができる。斯かるバイオガスの量は、例えば、２００〜６００Ｎｍ３／ｔ−ＶＳとなる。
【００４１】
設定工程で求める相関関係は、数式によって表すことができる。相関関係は、例えば、被処理物Ｎにおける単位量あたりの窒素量と、生じたバイオガス量との一次関数式によって表すことができる。斯かる一次関数式は、例えば最小二乗法によって求めることができる。具体的には、被処理物Ｎにおける単位量あたりの窒素量が増えるほど、バイオガス量が減る直線式によって相関関係を表すことができる。
【００４２】
設定工程では、求めた相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する。
被処理物の単位量あたりの基準窒素量は、例えば、メタン発酵の阻害が起こり始めるアンモニア性窒素の濃度から算出することができる。有機態窒素を含む被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、有機態窒素から所定の変換率でアンモニア性窒素が生じるところ、被処理物の種類によってこの変換率はおよそ決まっていることから、アンモニア性窒素の濃度の所定値を決めると、斯かる所定値から、被処理物の単位量あたりの基準窒素量を算出することができる。
【００４３】
例えば、被処理物Ｎが特定のもの（例えば下水汚泥）である場合、下水汚泥の総窒素量（Ｔ−Ｎ）を基にして、下水汚泥から生じるアンモニア性窒素量（ＮＨ４−Ｎ）を予測することができる。被処理物Ｎが下水汚泥である場合、総窒素量からアンモニア性窒素量への転換率は、例えば４５％程度となる。これらを基にして計算することにより、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が所定値となる、被処理物Ｎ（下水汚泥）の単位量あたりの基準窒素量（総窒素濃度）を知ることができる。
例えば、アンモニア性窒素の濃度（メタン発酵の阻害が起こり始める濃度）を２５００ｍｇ／Ｌにした場合、上記の転換率が４５％であり、汚泥濃度が８％であれば、下水汚泥の基準窒素量（総窒素量Ｔ−Ｎ）は、０．０８〜０．０９（Ｔ−Ｎ／ＶＳ）となる。そして、上記のごとく求めた相関関係に基づいて、基準窒素量が０．０８〜０．０９（Ｔ−Ｎ／ＶＳ）であるときの、バイオガスの設定量を設定する。斯かる設定量が例えば４５０Ｎｍ３／ｔ−ｖｓであれば、生じたバイオガスの量が４５０Ｎｍ３／ｔ−ｖｓよりも少なくなったときに、アンモニア低減工程を行い、アンモニア性窒素の濃度を下げることとなる。
【００４４】
アンモニア低減工程では、メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなったときに、前記メタン発酵工程の消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度を下げるために、例えば、前記消化汚泥Ｓを収容した消化槽１ａから消化汚泥Ｓの少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻す。これにより、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥Ｓが消化槽１ａに戻される。従って、消化槽１ａ内のメタン発酵細菌が減ってメタン発酵の効率が下がることを抑制できる。しかも、消化槽１ａに戻す消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度が下がった分、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。
【００４５】
アンモニア低減工程は、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が中温発酵では３０００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことが好ましく、２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことがより好ましい。高温発酵では２０００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことが好ましく、１５００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことがより好ましい。
【００４６】
アンモニア低減工程では、通常、消化槽１ａ内の消化汚泥Ｓの１〜２０容量％を取り出す。また、希釈水Ｗ（例えば、取り出した消化汚泥Ｓと同容量の希釈水）で、消化汚泥を希釈することができる。希釈した分、より多くのアンモニア性窒素を水分に溶解させることができる。続いて、例えば固液分離処理などの濃縮処理を行うことによって、分離液と濃縮消化汚泥とを得ることができる。濃縮消化汚泥では、単位量あたりのアンモニア性窒素の量が、取り出す前の消化汚泥Ｓよりも、少なくなっている。アンモニア性窒素の量が少なくなった消化汚泥（濃縮物）を、消化槽１ａに戻し、消化槽１ａ内に残っている消化汚泥と混合する。これにより、取り出される前の消化汚泥よりも、混合した後の消化汚泥における単位量あたりのアンモニア性窒素の量を減らすことができる。
【００４７】
また、アンモニア低減工程では、上記のごとく、いったん取り出した消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻すことによって、メタン発酵細菌を含む消化汚泥Ｓが減ることを防止できる。消化汚泥Ｓが減ることを防止できる分、メタン発酵細菌によるメタン発酵を十分に行うことができ、メタン発酵工程でバイオガスを十分に得ることができる。
なお、アンモニア低減工程では、取り出した消化汚泥Ｓの全てを消化槽１ａに返送することが好ましいが、取り出した消化汚泥Ｓの一部を返送してもよい。
【００４８】
アンモニア低減工程では、希釈水Ｗとして、水道水、下水処理水などを用いることができる。また、上記のごとき濃縮処理として、固液分離処理、遠心分離処理、膜分離処理などを採用することができる。
【００４９】
本発明は、上記例示の嫌気処理方法および嫌気処理設備に限定されるものではない。
また、一般の嫌気処理方法および嫌気処理設備において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
【００５０】
例えば、上記の実施形態では、消化槽１ａからいったん取り出した消化汚泥Ｓを希釈した後、濃縮して、濃縮した消化汚泥を、アンモニア低減部２によって消化槽１ａに返送するアンモニア低減工程について説明した。しかしながら、本発明の嫌気処理設備及び嫌気処理方法においては、消化槽１ａに水を加えることによって、消化槽１ａ内の消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度を下げてもよい。
【００５１】
例えば、上記の実施形態では、上記の消化槽１ａ内で酸発酵、酢酸発酵、メタン発酵を行う嫌気処理設備及び嫌気処理方法について説明した。しかしながら、本発明の嫌気処理設備及び嫌気処理方法においては、メタン発酵を行う槽の前段に酸発酵や酢酸発酵などを行う１つ又は複数の槽を設けて、前段の槽で酸発酵や酢酸発酵を行い、後段の槽でメタン発酵を行ってバイオガスを生じさせてもよい。
【実施例】
【００５２】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
以下のようにして、有機態窒素を含む被処理物として、下水汚泥（初沈汚泥と余剰汚泥との混合物）を用い、メタン発酵を行って、嫌気処理方法を実施した。
【００５４】
（試験例１）
・設定工程
詳細を下記に示す。
単位有機物量あたりの窒素量：０．０７０〜０．０９５［Ｔ−Ｎ／ＶＳ］の７種
窒素量：総窒素量（ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ４５．１により測定）
有機物量：強熱減量（ＶＳ）により測定
バイオガス発生量：発生量を［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］に換算
相関関係：プロットしたグラフから最小二乗法によって一次関数を求めた
求めた相関関係を表すグラフを図２に示す。メタン発酵がアンモニア性窒素によって阻害される濃度を３０００ｍｇ／Ｌ（ＮＨ４−Ｎ）とした。このとき、基準窒素量は、およそ０．０８〜０．０９の範囲（Ｔ−Ｎ／ＶＳ）となる。この窒素量の範囲におけるバイオガスの発生量は、求めた相関関係に基づくと、４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］であった。従って、メタン発酵におけるバイオガス発生量が４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］よりも少なくなった場合に、アンモニア低減工程を実施することとした。
・メタン発酵工程
下水汚泥を連続的に消化槽に供給することにより、メタン発酵工程を行った。メタン発酵工程を続けつつバイオガスを得た。メタン発酵工程の条件の詳細を下記に示す。
方式：一槽式（メタン発酵の他、酸発酵や酢酸発酵も消化槽内で行う）
消化汚泥量：８Ｌ
下水汚泥の固形物濃度（ＴＳ）：８％
原料滞留時間（ＨＲＴ）：１５日（被処理物の投入量は５３３ｇ／ｄ）
・アンモニア低減工程
メタン発酵におけるバイオガス発生量が４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］よりも少なくなったときに、アンモニア低減工程を行った。アンモニア低減工程の詳細は、下記の通りである。
消化汚泥の取り出し量は、例えば、下記のようにして求めることができる。
アンモニア性窒素の濃度を３０００ｍｇ／Ｌから２５００ｍｇ／Ｌへ減少させるために、下記の計算を行った。消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度が３０００ｍｇ／Ｌであれば、被処理物（下水汚泥）を消化槽に供給することによって生じるアンモニア性窒素は、
５３３ｍＬ／ｄ  ×  ３０００ｍｇ／Ｌ  から１．６０ｇ／ｄ程度となる。
一方、消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／Ｌであれば、被処理物（下水汚泥）を消化槽に供給することによって生じるアンモニア性窒素は、
５３３ｍＬ／ｄ  ×  ２５００ｍｇ／Ｌ  から１．３３ｇ／ｄ程度となる。
アンモニア性窒素の濃度を３０００ｍｇ／Ｌから２５００ｍｇ／Ｌへ減少させるためには、１．６０−１．３３＝０．２７ｇ／ｄのアンモニア性窒素を消化槽から引き抜く必要がある。消化汚泥量に換算すると、［０．２７ｇ／ｄ］／［２５００ｍｇ／Ｌ］から１０８ｇ／ｄの消化汚泥を引き抜くことになる。
ここで、算出した消化汚泥の倍量の消化汚泥を引き抜き、実際に引き抜いた消化汚泥と同量の水と混合し、固液分離によって固形分を戻し、分離水を捨てた。これにより、０．２７ｇ／ｄのアンモニア性窒素を除くことができた。なお、消化汚泥の引き抜き量は、
［２１６ｇ／ｄ（２×１０８ｇ／ｄ）］／８０００ｍＬ（％）＝２．７（％）となる。
【００５５】
上記の嫌気処理方法を実施し、発生したバイオガスの量を経時的に表したグラフを図３に示す。図３の矢印で示すように、バイオガス発生量が４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］よりも少なくなったときに、アンモニア低減工程を行うことにより、メタン発酵の阻害を抑制することができた。これにより、経時的に低下していたバイオガス発生量を上昇させることができた。このように、上記の嫌気処理方法を実施することによって、アンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制でき、バイオガスを十分に得ることができた。
【符号の説明】
【００５６】
１０：嫌気処理設備、
１：メタン発酵部、
１ａ：消化槽、
２：アンモニア低減部、
２ａ：希釈水供給部、  ２ｂ：濃縮部、  ２ｃ：返送部、
Ｎ：有機態窒素を含む被処理物、  Ｓ：消化汚泥、  Ｗ：希釈水。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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