(57)【要約】【課題】大掛かりな付帯設備やエネルギーを投入することなく、有機性汚泥のガス変換率を高効率化でき、消化滞留時間を短縮することができる汚泥処理装置、及び汚泥処理方法を提供することである。【解決手段】汚泥処理装置１は、培地が溜められた基質槽２と、この基質槽２から前記培地が供給され、生体触媒を培養する生体触媒培養槽３と、有機性汚泥を嫌気性消化処理し、バイオガスに変換する消化槽４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培地が溜められた基質槽と、
この基質槽から前記培地が供給され、生体触媒を培養する生体触媒培養槽と、
有機性汚泥を嫌気性消化処理し、バイオガスに変換する消化槽と、
を備えたことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、有機性汚泥の構成成分を分解する酵素を提示したものである請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
更に、前記生体触媒により有機性汚泥を可溶化する可溶化槽を備えた請求項１又は２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
更に、前記可溶化槽と前記消化槽の間に、前記生体触媒に含まれる酵素を失活させる酵素失活槽を備えた請求項３に記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
更に、前記酵素失活槽と前記消化槽の間、又は、前記生体触媒培養槽と前記可溶化槽の間に、有機性汚泥中の微生物を死滅させる滅菌装置を備えた請求項４に記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
更に、前記可溶化槽と前記消化槽の間に、生体触媒を回収するための分離装置を備えた請求項３〜５のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
【請求項７】
更に、前記消化槽から排出された消化汚泥の一部を前記可溶化槽に返送する消化汚泥返送管を備えた請求項３〜６のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
【請求項８】
生体触媒に培地を供給し、該生体触媒を培養する工程と、
前記生体触媒を用いて有機性汚泥を可溶化する工程と、
前記有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程と、
を有することを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項９】
前記生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、有機性汚泥の構成成分を分解する酵素を提示したものである請求項８に記載の汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、汚泥処理装置、及び汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、日本では下水処理過程で発生する有機性汚泥量が年間約２３０万tにも達している。図１１に示すように、有機性汚泥の処理方法として、有機廃水処理施設から発生した有機性汚泥を消化槽へ導入し、消化槽内の加水分解菌、酸生成菌、メタン菌等、嫌気性微生物の働きにより、有機性汚泥を消化処理する方法が一般的に行われている。この消化処理に付随して生じるバイオガスは、非枯渇性の再生可能資源である。
このバイオガスは、６０〜７０％のメタンガスを含有するため、ボイラーや発電等に必要な燃焼エネルギーとして再利用されている。分解されない消化汚泥は、消化槽から排出された後、脱水し、焼却、埋め立て処分される他、堆肥としても利用されている。
しかし、汚泥中有機物のメタンガス変換率が低い（４０〜５０％）、また消化の滞留時間が長い（２０〜３０日）ことによる消化槽の大型化などの課題がある。
また、現状では下水汚泥のエネルギー利用率は１３．０％に留まっており、下水汚泥のガス変換率向上と消化滞留時間短縮する汚泥可溶化技術が求められている。
【０００３】
汚泥の可溶化技術として、特許文献１に開示されるように、余剰汚泥を消化槽に導入する前に、加熱処理の前処理を行うことにより、汚泥の可溶化率を向上させる方法がある。
また、特許文献２〜４には、それぞれ、オゾン、アルカリ剤投入、超音波破砕による前処理を行うことで、汚泥を可溶化し、ガス変換率の向上や消化滞留時間の短縮を図った方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６９３２９号公報
【特許文献２】特開２００１−３２７９９８号公報
【特許文献３】特開２００８−２６４６５０号公報
【特許文献４】特開２００４−８８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら特許文献に記載の方法は、いずれも物理化学な処理方法で、多大なエネルギー投入、薬品投入が必要である。ランニングコストの増加や多くの付帯設備の投入が必要で、これらの技術が実用的に利用されているのは少ないのが現状である。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、大掛かりな付帯設備やエネルギーを投入することなく、有機性汚泥のガス変換率を高効率化でき、消化滞留時間を短縮することができる汚泥処理装置、及び汚泥処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の汚泥処理装置は、培地が溜められた基質槽と、この基質槽から前記培地が供給され、生体触媒を培養する生体触媒培養槽と、有機性汚泥を嫌気性消化処理し、バイオガスに変換する消化槽と生体触媒培養槽、を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施形態に好適に用いられる生体触媒の説明図である。
【図３】第２の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図４】第３の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図５】第４の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図６】第５の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図７】第６の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図８】第７の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図９】第８の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第９の実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【図１１】従来の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態の汚泥処理装置を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置１は、図１に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。また、消化槽４には、有機性汚泥を導入するための配管８が配設されている。
【００１１】
生体触媒培養槽３は、生体触媒の培養生産を行う槽である。生体触媒としては、生物により作り出される触媒又は該触媒を作り出す生物自体が挙げられる。生物により作り出される触媒としては、酵素等のタンパク質が挙げられ、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素が好ましく、加水分解酵素がより好ましい。
加水分解酵素としては、アミノアシラーゼ、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、セルラーゼ、インベルターゼ、カルボキシペプチダーゼ、ロイシンアミノペプチダーゼ、ペニシリンアミダーゼ、ＡＭＰデアミナーゼ、プロテアーゼ、リゾチーム、パパイン、キチナーゼ、コレステロールエステルヒドロラーゼ、アルカリホスファターゼ、β−グルコシダーゼ、β−Ｄ−ガラクトシダーゼ、アスパラギナーゼ、グルタミナーゼ、ウレアーゼ、ペニシリナーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、クレアチンデイミナーゼ、ペクチナーゼ、カタラーゼ、リパーゼ、ヘミセルラーゼ、アミノペプチターゼ、キモトリプシン、ウロキナーゼ、ウレアーゼ、アミダーゼ、グルコースフォスファターゼ、リボヌクレアーゼ、各種制限酵素（エンドデオキシリボヌクレアーゼ）、フォスフォリパーゼ、サッカラーゼ等が挙げられ、アミラーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ、リゾチームが好ましい。
【００１２】
生体触媒を作り出す生物自体としては、微生物が挙げられる。微生物としては、Pseudomonas alcaligenes 、P. putida、P. dacunhae 等のPseudomonas 属のグラム陰性細菌；Gluconobacter melanogenes 、G. oxydans等のGluconobacter 属のグラム陰性細菌；Alcaligenes eutrophus 等のAlcaligenes 属のグラム陰性細菌；Acetobacter suboxydans等の酢酸菌；Escherichia coli、E. freundii 、Enterobacter aerogenes等の大腸菌群細菌；Erwinia carotovora、Serratia marcescens 、Protaminobacter rubrum、Proteus mirabilis 等のその他のグラム陰性細菌などを挙げることができる。
また、Streptococcus faecalis、Leuconostoc mensenteroides、Lactobacillus delbruckii等の乳酸菌；Bacillus subtilis 、B. megaterium 等のBacillus属のグラム陽性細菌；Clostridium acetobutylicum、C. beijerinckii 等のClostridium 属のグラム陽性細菌；Arthrobacter simplex等のArthrobacter属のグラム陽性細菌；Corynebacterium glutamicum、Brevibacterium ammoniagenes 、B. flavum 、Propionibacterium sp. 等のその他のグラム陽性細菌などを挙げることができる。
さらに、Nocardia rhodocrous 、Streptomyces phaeochromogenes 、S. rimosus、S. roseochromogenes 、S. tendae 、S. rimosus等の放線菌、Saccharomyces sp. 、Hansenula jadinii 、Candida tropicalis、Rhodotorula minuta等の酵母、Rhizopus nigricans、R. stolonofer 、Curvularia lunata 、Aspergillusochraceus 、A. niger、Penicillium chrysogenum 等の糸状菌などを挙げることができる。
上述した微生物の内、生体触媒として２種以上の異なる微生物を用いてもよい。
【００１３】
本実施形態において、生体触媒は、宿主細胞に上記有機性汚泥の構成成分を分解する酵素を発現させたものが好ましい。微生物は所有している遺伝子情報（ＤＮＡ）を基に、酵素の合成を行っている。そこで特定の微生物に汚泥分解酵素の情報をコードしている遺伝子を人為的に導入（遺伝子組み換え）することで、目的の酵素を上記微生物に作らせることが可能である。目的の酵素は分泌型であってもよい。
【００１４】
更に、生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、上記酵素を提示させたものがより好ましい。図２（ａ）に示すように、汚泥分解酵素遺伝子に微生物の細胞表面に提示する指令配列を加えることで、合成された汚泥分解酵素を細胞表層に提示（アーミング）することができる。
宿主細胞に上記酵素を提示させる方法としては、一例として、遺伝子操作により汚泥分解酵素と細胞表層提示タンパクをコードしている遺伝子を特定の微生物に導入する方法が挙げられる。遺伝子の発現により、微生物の細胞内から汚泥分解酵素が合成された後、細胞表層に提示される。汚泥分解酵素が提示された微生物は生体触媒となり、汚泥の低分子化に作用する。上記技術を利用して、特定の微生物、例えば、一般的に利用される酵母、大腸菌等を使い、上記方法で汚泥低分子化能を持つ生体触媒を作製し、汚泥の低分子化処理に用いることが可能である。
また、生体触媒として、酵母等の有価物生産をする微生物を用いる場合、これらの微生物自身も低分子された汚泥を餌として利用でき、例えば、酵母表層に提示されたセルラーゼの働きにより、汚泥中のセルロースが低分子糖に分解され、酵母がこの低分子糖を利用し、アルコール発酵を行い、バイオエタノールを生産するように、有価物を生産することが可能となる。宿主細胞に発現させる酵素は、一種類でも複数種類でもよい。発現効率の観点からは一種類のタンパク質を発現させることが好ましく、複数の宿主細胞にそれぞれ異なる種類のタンパク質を一種類ずつ発現させることがより好ましい。
生体触媒の表層に難分解目標の分解に適した酵素を提示することによって、生体触媒の汚泥低分子化効率を向上させることができる。
【００１５】
生体触媒培養槽３は、宿主細胞が好適に増殖するための手段を備えている。係る手段としては、一例として温度制御手段、ｐＨ制御手段、濁度計等の基質濃度制御手段、圧力制御手段、攪拌手段等が挙げられる。
一例として、宿主細胞として酵母を用いる場合、生体触媒培養槽３は、槽内環境が２０〜３０℃、ｐＨ４〜７となるように制御される。
【００１６】
生体触媒を用いることの利点として以下の点が挙げられる。１）生体触媒である微生物が死滅しても、酵素は槽中に残るため、汚泥可溶化剤として継続的な利用が可能である。また、２）生体触媒を一旦設計できれば、餌とする有機物を与えるだけで、生体触媒を対数的に増やすこと可能で、触媒の生成コストが非常に低い。更に、３）バイオガス以外に、他の有価物を回収することが可能である。
【００１７】
基質槽２は、生体触媒培養槽３に供給するための培地が溜められている槽である。培地としては、生体触媒培養槽３中の微生物等を培養できるものであれば特に限定されず、炭素源、窒素源、無機塩類等を含有するものが好ましい。
炭素源としては、グルコース、フルクトース、シュークロース等の糖類；デンプン又はデンプン加水分解物等の炭水化物が挙げられる。
窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等の無機酸または有機酸のアンモニウム塩、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティーブリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕、大豆粕加水分解物、各種発酵菌体消化物等が挙げられる。
無機塩類としては、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。
【００１８】
消化槽４は、メタン生成菌を主とする種々の嫌気性微生物（加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌等）が定着した槽であり、配管８を介してポンプ９より導入される有機性汚泥を、嫌気性消化処理し、バイオガス、及び消化汚泥に変換するための槽である。消化槽４は、回転式の撹拌翼を備えたものなど攪拌装置を備えることが好ましい。消化槽で消化された消化汚泥は、配管１２を介して脱水機５へ送られる。
【００１９】
脱水機５は、消化槽４から導入された消化汚泥を脱水処理するための手段を備えたものであれば特に限定されず、遠心脱水機、圧縮脱水機等が挙げられる。脱水処理された汚泥は、焼却処理または乾燥処理を経て廃棄される。
【００２０】
次に、図１に示す汚泥処理装置１を用いた汚泥処理方法の一例について説明する。
先ず、生体触媒培養槽３中の生体触媒を、配管７を介してポンプ６により消化槽４に投入する。次いで、有機性汚泥を、配管８を介してポンプ９により消化槽４に導入する。導入された有機性汚泥は、生体触媒培養槽３中で培養された生体触媒と合流する。例えば、生体触媒表層に提示された、アミラーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ、リゾチーム等汚泥分解酵素の働きにより、有機性汚泥が低分子化、可溶化される。
次いで、消化槽４内に定着している加水分解菌により、有機性汚泥中の炭水化物、タンパク質、脂質等の高分子有機物が低分子有機物へ分解された後、消化槽４内に定着している酸生成菌により低分子有機物が、酢酸、プロピオン酸等の低級脂肪酸へ分解され、最終的には、消化槽４内に定着しているメタン生成菌により酢酸等の低級脂肪酸からメタンと二酸化炭素とに分解される。
【００２１】
消化槽４の運転温度としては、メタン生成菌の活性温度に依存して設定されることが好ましく、中温菌及び高温菌の活性温度である３７℃〜５５℃が好ましく、生体触媒の至適温度を考慮して、３７℃がより好ましい。また、備え付けの攪拌装置により適宜攪拌されることが有機性汚泥の温度分布の均一化の観点から好ましい。
消化槽４内の処理液のｐＨは、嫌気消化の最適ｐＨである８．５〜９．５の範囲が好ましく、嫌気消化開始時には消石灰等を用いて８．５〜９．０に調整を行うことがより好ましい。
【００２２】
上述したように、低分子化された有機性汚泥は消化槽４中の加水分解菌および酸生成菌の餌となる。加水分解による更なる低分子化と酸発酵を行い、酢酸などの低分子有機酸が生成される。この低分子有機酸がメタン菌に利用され、メタン発酵が行われる。最終的に消化槽４からメタンガス含有率６０〜７０％のバイオガスを回収することができる。
また、生体触媒培養槽３から消化槽４へ導入された生体触媒量の相当量の培地が基質槽２から配管１０を介してポンプ１１により生体触媒培養槽３に導入される。生体触媒培養槽３内で生体触媒の培養が行われ、消化槽４へ導入された生体触媒量の生体触媒が増殖する。
【００２３】
消化槽４に投入される有機性汚泥には、多くの有機物と微生物が含まれている。代表的な微生物としてズーグレア属細菌が挙げられる。ズーグレア属細菌は粘性物質を分泌し、自己または他の微生物を粘性物質の中に閉じ込める習性がある。図２（ｂ）に示すように、これらの微生物が上記粘性物質によって守られているため、消化槽４において汚泥の消化が進まず、多大な処理時間がかかる大きな原因となっている。
【００２４】
粘性物質は主にタンパク質、多糖類によって構成されているため、例えば、タンパク質分解酵素であるプロテアーゼ、並びに、多糖類分解酵素であるアミラーゼ、及びセルラーゼを生体触媒の表層に提示することによって、生体触媒に粘性物質分解能を付与することができ、粘性物質がこれらの酵素によって分解される。
さらに上記ズーグレア属細菌等の微生物の可溶化が必要であるため、例えば、細胞壁のペプチドグリカン構造を低分子化できる酵素リゾチーム、及び細胞膜の主成分である脂質を分解するリパーゼを生体触媒に提示することにより、有機性汚泥中の微生物を可溶化し、有機性汚泥の可溶化効率を高める。
【００２５】
有機性汚泥はほとんど高分子有機物質や微生物によって構成されているため、通常の消化槽では、有機性汚泥の低分子化に長い分解時間を要する。一方、生体触媒は短時間で有機性汚泥の低分子化が可能であるため、有機性汚泥をメタンまで分解する時間を短縮できる。
【００２６】
次いで、消化槽４から出る消化汚泥に対して、脱水機５によって脱水を行う。液分は返流水として下水処理施設に返流される。塩素、オゾン、紫外線等の消毒により返流水中に含まれる生体触媒を死滅させることができるため、環境中に生体触媒が漏洩することがない。脱水された消化汚泥も焼却と１２０℃以上の乾燥により生体触媒を完全に死滅させることが可能である。また乾燥した消化汚泥を発酵して、肥料として利用することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、１）生体触媒の汚泥分解酵素の働きによって、本来分解されにくい汚泥成分の分解も可能となり、バイオガス発生量を増加させることができる。また、２）併せて消化汚泥の減量が可能となり、汚泥の処分コストが低減できる。また、３）生体触媒の汚泥分解酵素の働きによって、汚泥の低分子化反応時間が短縮され、消化槽のコンパクト化が可能となる。また、４）消化槽のコンパクト化に伴い、メタン発酵のための消化槽加温コストと汚泥攪拌コストの低減が可能となる。また、
５）オゾン処理、超音波処理、水熱処理等の物理、化学的な処理で使われる大掛かりの機器、装置が不要のため、イニシャルコスト、ランニングコストが非常に低い。
【００２８】
（第２の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置２０は、図３に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽１２、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。本実施形態の汚泥処理装置２０は、消化槽４の前段に、生体触媒により有機性汚泥を可溶化する可溶化槽１２が配設され、可溶化槽１２に有機性汚泥を導入するための配管８が配設されている点で、図１に示す汚泥処理装置１と相違し、その他の構成は汚泥処理装置１と同じである。
尚、図３において、図１に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
【００２９】
可溶化槽１２は、配管８ａを介してポンプ９によって導入される有機性汚泥を、配管７ａを介してポンプ６ａによって導入される生体触媒により、低分子化、可溶化するための槽である。低分子化された有機性汚泥は、ポンプ６ｂにより、配管７ｂを介して消化槽４に導入される。消化槽４にて、酸発酵、メタン発酵が行われ、バイオガスが回収される。その後第１実施形態と同様に、消化汚泥を脱水し、焼却処分や肥料として再利用される。
【００３０】
本実施形態において、可溶化槽１２は前処理槽として機能する。可溶化槽１２は、生体触媒の酵素等が活性化するための手段を備えている。係る手段としては、一例として温度制御手段、ｐＨ制御手段、攪拌手段等が挙げられる。
一例として、生体触媒がリゾチームを有する場合、可溶化槽１２は、槽内環境が４０〜６０℃、ｐＨ４〜８となるように制御される。
【００３１】
本実施形態によれば、１）可溶化槽を導入することによって、消化槽での汚泥低分子化反応時間の必要がなくなり、消化槽のコンパクト化が可能となる。また、２）上記効果１）に伴い、消化槽加温コストと汚泥攪拌コストの低減が可能となる。また、３）メタン生成菌をはじめとする消化槽内の嫌気性菌が、生体触媒により、活性を失うリスクを低減できる。
【００３２】
尚、本実施形態では、可溶化槽１２と消化槽４との間に脱水機を設けてもよい。
可溶化槽で有機性汚泥中の粘性物質が分解され、汚泥の脱水性がよくなるため、消化槽４に導入される前に、脱水工程を設けて、濃度の高い汚泥を消化槽４に投入することが可能である。脱水工程に伴い、汚泥の体積を低減できるため、消化槽の加温コストと攪拌コストを低減させることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置３０は、図３に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽１２、酵素失活槽３１、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。  本実施形態の汚泥処理装置３０は、可溶化槽１２と消化槽４の間に、生体触媒に含まれる酵素を失活させる酵素失活槽３１が配設されている点で、図２に示す汚泥処理装置２０と相違し、その他の構成は汚泥処理装置２０と同じである。
尚、図３において、図２に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
【００３４】
酵素失活槽３１は、汚泥分解酵素を失活させる手段を備えたものであれば特に限定されず、加温手段、ｐＨ調整手段、中和抗体投入手段を備えたものが挙げられる。
前処理槽１２で可溶化された有機性汚泥に多くの汚泥分解酵素が含まれているため、そのまま有機性汚泥を消化槽４に投入すると、消化槽４中の嫌気微生物の活性を低下する可能性がある。そのために、上記汚泥が消化槽４に投入される前に、酵素失活槽３１を通過させ、汚泥分解酵素、特に微生物の細胞壁、細胞膜を分解する酵素を失活させることによって、消化槽内の嫌気性微生物の活性低下を阻止できる。
酵素を失活させる方法としては、上述した手段による、加温による酵素の変性、ｐＨ調整による酵素の変性、中和抗体の投入による酵素活性中心の不活性化などが挙げられるが、汚泥分解酵素を失活できる方法であれば、特に限定されない。
本実施形態によれば、汚泥分解酵素を失活させることにより、消化槽内の嫌気性微生物の活性を低下させることなく、酸発酵、メタン発酵を進行させることができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置４０は、図５に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽１２、酵素失活槽３１、滅菌装置４１、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。本実施形態の汚泥処理装置４０は、酵素失活槽３１と消化槽４の間に、有機性汚泥中の微生物を死滅させる滅菌装置４１が配設されている点で、図４に示す汚泥処理装置３０と相違し、その他の構成は汚泥処理装置３０と同じである。
尚、図５において、図４に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
【００３６】
滅菌装置４１は、有機性汚泥中の微生物を死滅させる手段を備えたものであれば特に限定されず、加温手段、ｐＨ調整手段、圧力制御手段等を備えたものが挙げられる。オートクレーブのように、高温高圧の飽和水蒸気による滅菌手段を備えたものであってもよい。
生体触媒として微生物を用いる場合、消化槽４に生体触媒が混入した有機性汚泥を投入すると、主に有機酸等のメタン発酵を行うメタン菌の餌を消費する可能性があり、バイオガスの発生量を低減させてしまう可能性がある。
そのため、本実施形態によれば、可溶化槽１２で可溶化した汚泥を消化槽４に投入する前に、滅菌装置４１により生体触媒を死滅させ、消化槽４内のメタン菌等の有用微生物への影響を無くし、メタン発酵反応を促進できる。
また、生体触媒を死滅させることにより、生体触媒の環境中への流出防止の観点からの返流水の消毒が不要となり、脱水された消化汚泥の埋め立てや、直接の肥料への利用が可能となる。
尚、滅菌装置４１は、生体触媒培養槽３と可溶化槽１２の間に設けられていてもよい。係る配置は、有機性汚泥を滅菌処理に供する必要がなく、滅菌効率の観点から好ましい。
【００３７】
（第５の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置５０は、図６に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽１２、分離装置５１、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。本実施形態の汚泥処理装置５０は、可溶化槽１２と消化槽４の間に、固液分離により、生体触媒を回収するための分離装置５１が配設されている点で、図３に示す汚泥処理装置２０と相違し、その他の構成は汚泥処理装置３０と同じである。
尚、図６において、図３に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
【００３８】
分離装置５１は、生体触媒と汚泥が分離する手段を備えたものであれば特に限定されず、生体触媒の直径より細かい孔径の膜を備えたものや、生体触媒を特異的に吸着する吸着剤、カラム、抗体等を備えたものが挙げられる。
生体触媒と汚泥を分離する方法としては、上述した手段を用いた方法が挙げられる。
本実施形態によれば、分離された生体触媒をポンプ５１ｂにより、配管５１ａを介して前処理槽１２に戻し、継続的に汚泥を可溶化することができる。これにより、生体触媒の消費量が減少し、培養コスト、基質コストが軽減される。
また、第４の実施形態と同様に、消化槽４に生体触媒が混入することがないため、メタン発酵の進行にも影響がなく、返流水の消毒や汚泥の乾燥工程が不要となる。
【００３９】
（第６の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置６０は、図７に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽１２、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。本実施形態の汚泥処理装置６０は、消化槽４と可溶化槽１２の間に、消化槽４から排出された消化汚泥の一部を可溶化槽１２に返送するポンプ６２を備えた消化汚泥返送管６１が配設されている点で、図３に示す汚泥処理装置２０と相違し、その他の構成は汚泥処理装置３０と同じである。
尚、図７において、図３に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
【００４０】
可溶化槽１２に返送される消化汚泥の割合としては、消化槽から排出される全量の内、１０〜２０％が好ましい。
本実施形態によれば、消化槽４から排出される消化汚泥の一部を前処理槽１２に返送し、消化槽４で分解されなかった汚泥を、更に前処理槽１２中の生体触媒により有機性汚泥の可溶化率を向上させ、汚泥全体の分解率、バイオガスの発生量を増加させることができる。また消化汚泥の発生量が少なくなるため、消化汚泥処分コストの低減が可能となる。
【００４１】
（第７の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置７０は、図８に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽１２、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。本実施形態の汚泥処理装置７０は、脱水機５と可溶化１２の間に、脱水機５で脱水された消化汚泥の一部を前処理槽１２に返送するポンプ６２ａを備えた消化汚泥返送管６１ａが配設されている点で、図３に示す汚泥処理装置２０と相違し、その他の構成は汚泥処理装置３０と同じである。
尚、図８において、図３に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
【００４２】
本実施形態によれば、消化槽で分解されなかった汚泥を、更に生体触媒により有機性汚泥の可溶化率を向上させ、汚泥全体の分解率、バイオガス発生量を増加させることができる。また消化汚泥の発生量が少なくなるため、消化汚泥処分コストの低減が可能となる。
効果として、以下が挙げられる。
【００４３】
（第８の実施形態）
図９は、本実施形態の汚泥処理装置の概略構成を示す図である。
本実施形態の汚泥処理装置８０は、図９に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽８１、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。
本実施形態の汚泥処理装置８０は、消化槽４に配設された有機性汚泥を導入するための配管８に、消化槽４から排出された消化汚泥の一部を、可溶化槽８１を介して、消化槽４へ返送し循環させる、ポンプ８２を備えた消化汚泥返送管８３が配設されている。更に、生体触媒培養槽は消化槽ではなく、可溶化槽と配管を介して連結している。これらの点が図１に示す汚泥処理装置１と相違し、その他の構成は汚泥処理装置１と同じである。
【００４４】
本実施形態において、可溶化槽８１は、配管８３を介してポンプ８２によって導入され、消化槽４から排出された消化汚泥の一部を、配管７ａを介してポンプ６ａによって導入される生体触媒により、低分子化するための槽である。
消化槽から排出される消化汚泥の一部を、可溶化槽を介して循環させることにより、従来では消化されなかった汚泥を可溶化槽中の生体触媒の働きによって、可溶化できる。本実施形態によれば、汚泥全体の分解率、ガスの発生量を増加させることができる。また消化汚泥の発生量が少なくなるため、消化汚泥処分コストの低減が可能となる。
【００４５】
（第９の実施形態）
本実施形態の汚泥処理装置９０は、図１０に示すように、基質槽２、生体触媒培養槽３、可溶化槽８１、消化槽４、及び脱水機５が配管を介して配設されてなる。
本実施形態の汚泥処理装置９０は、脱水機５で脱水された消化汚泥の一部を、可溶化槽８１を介して、消化槽４へ返送し循環させる、ポンプ９２を備えた消化汚泥返送管９３が配設されている点で図９に示す汚泥処理装置８０と相違し、その他の構成は汚泥処理装置８０と同じである。
脱水機で脱水された消化汚泥の一部を、可溶化槽を介して循環させることにより、従来法で消化されなかった汚泥を可溶化槽にある生体触媒の働きによって、可溶化できる。本実施形態によれば、汚泥全体の分解率、ガスの発生量を増加させることができる。また消化汚泥の発生量が少なくなるため、汚泥の処分コストの低減が可能となる。
【００４６】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１…汚泥処理装置、２…基質槽、３…生体触媒培養槽、４…消化槽、５…脱水機、７，８…配管、９…ポンプ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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