(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵により、有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタン発酵槽と、前記メタン発酵で残渣として発生した窒素含有廃水中に残存する有機物の酸化分解処理を行う活性汚泥槽と、アナモックス微生物を用いて、前記活性汚泥槽で処理した前記窒素含有廃水の脱窒処理を行う窒素除去槽と、を少なくとも備えるともに、
前記メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくは前記バイオガスを前記窒素除去槽に供給する無機炭素供給手段を備えた有機性廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記無機炭素供給手段によって無機炭素又はバイオガスが供給されることにより、前記窒素除去槽内の無機炭素濃度が50mg/L以上に維持された請求項1記載の有機性廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記窒素除去槽内にアンモニア酸化細菌及びアナモックス微生物を保持させ、
アンモニア酸化細菌によるアンモニア性窒素の部分亜硝酸化処理と、アナモックス微生物によるアンモニア性窒素の脱窒処理と、を該窒素除去槽内で行う請求項1又は請求項2記載の有機性廃棄物処理システム。
【請求項４】
メタン発酵槽内で、有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタン発酵処理工程と、前記メタン発酵で残渣として発生した窒素含有廃水中に残存する有機物の酸化分解処理を行う活性汚泥処理工程と、アナモックス微生物を用いて、窒素除去槽内で、前記活性汚泥処理工程で処理した前記窒素含有廃水の脱窒処理を行う窒素除去工程と、を有するとともに、
前記メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくは前記バイオガスを前記窒素除去槽に供給する有機性廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵処理とアナモックス微生物による窒素除去とを行うとともに、メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくはバイオガスを窒素除去槽に供給する有機性廃棄物処理システム及び有機性廃棄物処理方法などに関連する。
【背景技術】
【０００２】
食品廃棄物、下水汚泥、し尿・浄化槽汚泥、家畜排泄物などの有機性廃棄物を処理する方法として、メタン発酵法が知られている。
【０００３】
メタン発酵法は、嫌気性条件下で、メタン発酵微生物群によって有機性廃棄物を分解させ、それによって発生するバイオガスを回収する方法である。バイオガスにはメタンと二酸化炭素が含まれ、このうち、メタンはエネルギー源として利用できるため、メタン発酵技術によって、廃棄物処理とエネルギー回収を同時に行うことができる。
【０００４】
そのため、例えば、メタン発酵で得られたメタンを燃料として発電を行い、その電力をメタン発酵設備内外の動力として利用するとともに、発電時の排熱を回収して発酵槽の温度調整などに利用するシステムなども実用化されている。これにより、未利用エネルギーを活用できるほか、有機性廃棄物より発生させたメタンを化石燃料の代替エネルギーとして利用することで、カーボンニュートラルの観点より温室効果ガスの排出量を削減できる。
【０００５】
一方、メタン発酵処理では、バイオガス回収後、発酵槽内に、廃水（メタン発酵消化液）が残渣として残る。この廃水中には、有機物などの汚濁物質が依然として含まれているほか、有機性廃棄物中に含有していた窒素なども高濃度で残存している。そのため、一般的には、この窒素含有廃水を河川などに放流する前に、活性汚泥法などによる浄化処理、及び、窒素除去などの高度処理を行う必要がある。
【０００６】
窒素除去を目的とした廃水の高度処理技術として、硝化脱窒法による処理が実用化されている。硝化脱窒法は、好気条件下で、廃水中のアンモニア性窒素を、アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌の働きにより硝酸性窒素に変換し、次に、無酸素条件下で、従属栄養的に脱窒細菌の働きにより硝酸性窒素を窒素ガスに変換する方法である。両反応により廃水中の窒素を窒素ガスに変換できる。
【０００７】
硝化脱窒法は、生物的処理により廃水中の窒素を有効に除去できる点で有用であるが、硝化工程において曝気エネルギーが、また、脱窒細菌が従属栄養細菌であるため脱窒工程で炭素源（メタノールなど）の添加が必要であり、ランニングコストが高いという課題もある。
【０００８】
近年、硝化脱窒法とは別個の窒素除去技術として、アナモックス反応（anammox；anaerobic  ammonium  oxidation、嫌気性アンモニア酸化反応）が新規に発見され、注目されている。
【０００９】
アナモックス反応は、嫌気性条件下で、アナモックス微生物により、従来の硝化脱窒反応とは全く異なる代謝経路を経て、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換する反応であり、このアナモックス反応を利用して、廃水中の窒素成分を窒素ガスとして除去する。
【００１０】
アナモックス反応によって窒素除去を進める場合、一般的に、廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素にまで部分酸化する部分亜硝酸化工程と、アナモックス反応を行うアナモックス工程とが必要となる。部分亜硝酸化工程では、通常の硝化脱窒法による場合と同様、好気性・独立栄養性であるアンモニア酸化微生物の働きにより、アンモニア性窒素の約半量を亜硝酸性窒素に変換する。アナモックス工程では、嫌気性・独立栄養性であるアナモックス微生物の働きにより、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。なお、部分亜硝酸化工程とアナモックス工程をそれぞれ別個の反応槽で行う二槽式の処理技術のほか、同一の反応槽で行う一槽式の窒素除去技術も提案されている。
【００１１】
アナモックス反応による窒素除去技術は、硝化脱窒法などの従来法と比較して、曝気エネルギーを半分程度に抑えることができるため動力コストが低い、炭素源を必要としない、窒素処理速度が速いため槽容量を小さくできる、余剰汚泥の発生が少ない、亜酸化窒素（N2O）の発生が少ない、などの利点を有している。
【００１２】
なお、例えば、特許文献1〜3には、メタン発酵処理とアナモックス処理とを組み合わせた廃水処理などが、特許文献4及び5には二槽式のアナモックス処理技術が、特許文献6には一槽式のアナモックス処理技術が、それぞれ開示されている。
【特許文献１】特開2013-17928号公報
【特許文献２】特開2007-44579号公報
【特許文献３】特開2005-74253号公報
【特許文献４】特開2007-152236号公報
【特許文献５】特開2001-104992号公報
【特許文献６】特開2006-55739号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
メタン発酵で発生した廃水の窒素除去をアナモックス反応で行う場合、上述のような、窒素処理速度が速い、動力コストが低い、などの利点がある半面、アナモックス微生物の増殖速度が遅く、菌体量が増加しにくい結果、窒素除去効率が向上しにくいという課題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、メタン発酵で発生した廃水の窒素除去をアナモックス反応で行う場合において、有効かつ効率的に窒素除去効率を向上しうる手段を提供することなどを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、メタン発酵で発生した廃水の窒素除去をアナモックス反応で行う場合において、メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくはバイオガスを窒素除去槽に供給することで、アナモックス微生物の増殖を促進し、菌体量を増加できること、並びにそれによって窒素除去効率を向上できることを新規に見出した。
【００１６】
そこで、本発明では、メタン発酵により、有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタン発酵槽と、アナモックス微生物を用いて、前記メタン発酵で生じた窒素含有廃水の脱窒処理を行う窒素除去槽と、を少なくとも備えるともに、前記メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくは前記バイオガスを前記窒素除去槽に供給する無機炭素供給手段を備えた有機性廃棄物処理システムなどを提供する。
【００１７】
メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくはバイオガスを窒素除去槽に供給することで、窒素除去槽内で処理する廃水の溶存二酸化炭素濃度を上昇させることができるため、独立栄養性であるアナモックス微生物は、必要量の炭素源を容易に獲得することができるようになる。これにより、アナモックス微生物の増殖が促進され、窒素除去槽内の菌体量が増加する。そして、窒素除去槽内の菌体量の増加によって、窒素除去槽内の窒素除去効率を向上することができる。
【００１８】
特に、メタン発酵で生じる廃水は弱アルカリ性であるため、二酸化炭素の溶解度が高い。そのため、窒素除去槽内に無機炭素を供給した場合、より高濃度の二酸化炭素を廃水中に溶存させることができ、それによって、アナモックス微生物への高効率な炭素源の供給が可能になる。そして、アナモックス微生物への炭素源の供給を高効率に行うことにより、アナモックス微生物の増殖を促進することができる。なお、バイオガスを窒素除去槽に供給した場合も、バイオガス中のメタンは廃水にほとんど溶解しない一方、二酸化炭素は廃水に溶解するため、同様に、無機炭素を高濃度に廃水中に溶存させることができる。
【００１９】
本発明では、メタン発酵により、有機性廃棄物からバイオガスを回収しているため、カーボンニュートラルの観点で、温室効果ガスの排出量削減に寄与している。加えて、本発明には、メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくはバイオガスをアナモックス微生物などの炭素源として利用することで、有機性廃棄物処理施設から排出される二酸化炭素量自体をさらに削減することができるという有利性がある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、メタン発酵で発生した廃水の窒素除去をアナモックス反応で行う場合において、アナモックス反応による窒素除去効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜本発明に係る有機性廃棄物処理システムについて＞
本発明は、メタン発酵により、有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタン発酵槽と、アナモックス微生物を用いて、前記メタン発酵で生じた窒素含有廃水の脱窒処理を行う窒素除去槽と、を少なくとも備えるともに、前記メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくは前記バイオガスを前記窒素除去槽に供給する無機炭素供給手段を備えた有機性廃棄物処理システムをすべて包含する。以下、図1、及び、図2を用いて、その例を説明する。なお、本発明は、この実施形態のみに狭く限定されない。
【００２２】
図1及び図2は、本発明に係る有機性廃棄物処理システムの例を示す構成図である。
【００２３】
図1及び図2の有機性廃棄物処理システムA、A'は、メタン発酵により有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタン発酵槽1と、メタン発酵で発生したバイオガス中のメタンを燃料として燃焼させる燃焼手段2と、メタン発酵で残渣として発生した窒素含有廃水（メタン発酵消化液など）中に残存する有機物などの酸化分解処理を行う活性汚泥槽3と、アナモックス微生物を用いて、メタン発酵で生じた窒素含有廃水の窒素除去を行う窒素除去槽4と、メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくは前記バイオガスを前記窒素除去槽に供給する無機炭素供給手段5又は5'を備えている。
【００２４】
図1の有機性廃棄物処理システムAでは、メタン発酵槽1におけるメタン発酵により発生したバイオガス（符号X1参照）又はその一部を、無機炭素供給手段5により、直接的に窒素除去槽4に供給している（符号X2参照）。また、この有機性廃棄物処理システムAでは、一槽式の窒素除去槽が採用されており、亜硝酸化処理と脱窒処理とを窒素除去槽4内で行う構成となっている。その他、メタン発酵槽1におけるメタン発酵により発生したバイオガス（符号X1参照）が無機炭素供給手段5を介して窒素除去槽4に供給された後、窒素除去槽4内の廃水中に溶解しなかった成分は、バイオガス返送手段6により、燃焼手段2に供給される構成となっている（符号X3参照）。
【００２５】
一方、図2の有機性廃棄物処理システムA’では、メタン発酵槽1でのメタン発酵処理により発生したバイオガス（符号X1参照）中のメタンを燃料手段2で燃焼した際に発生した無機炭素を、無機炭素供給手段5’で窒素除去槽4に供給している。また、この有機性廃棄物処理システムA’では、二槽式の窒素除去槽が採用されており、窒素除去槽4が、亜硝酸化槽41及びアナモックス処理槽42で構成されている。そして、燃料手段2で燃焼した際に発生した無機炭素は、無機炭素供給手段5’を介して、亜硝酸化槽41及び/又はアナモックス処理槽42に供給される（符号X4、X5参照）。
【００２６】
本発明に係るシステムA、A'では、有機性廃棄物をメタン発酵槽1に供給し、メタン発酵微生物群によって有機性廃棄物を分解させた後、それによって発生したバイオガス中のメタンを燃焼手段2に供給し、燃焼手段2でメタンを燃料として燃焼させることで、発電を行い、その電力をメタン発酵設備内外の動力として利用する。また、発電時の排熱を回収し、発酵槽の温度調整などに利用するようにしてもよい。
【００２７】
一方、本発明に係るシステムA、A'では、メタン発酵処理の際に残渣として発生した廃水の浄化処理も行う。バイオ発酵処理で生じた廃水（メタン発酵消化液など）を、活性汚泥槽3に供給し、含有する有機物などを活性汚泥処理により分解した後、その廃水を窒素除去槽4に供給し、窒素除去槽4で廃水中のアンモニア性窒素を窒素ガスに変換させる。そして、これらの処理により廃水中の窒素含有量を少なくしてから、その処理水を放流などする。
【００２８】
メタン発酵槽1は、嫌気性条件下で、メタン発酵微生物群によって有機性廃棄物を分解させる部位である。メタン発酵により、有機性廃棄物中の有機物を分解するとともに、発生するバイオガスをエネルギー資源として回収する。
【００２９】
メタン発酵は公知の方法を広く採用することができる。例えば、メタン発酵を常温で進行させてもよいし、メタン発酵の反応効率を高める観点から、投入する有機性廃棄物の温度を中温（例えば、30〜40℃）又は高温（例えば、50〜70℃）に調節してメタン発酵を進行させてもよい。
【００３０】
投入する有機性廃棄物は、有機物を含有したものであればよく、特に限定されない。例えば、生活廃棄物（台所などで生じた食品廃棄物、浴場・洗濯・清掃などで生じた廃棄物、し尿・浄化槽汚泥など）、産業廃棄物（食品工場・バイオ燃料製造工場・その他の工場などで発生した工場廃棄物、し尿・家畜排泄物などの畜産廃棄物などを含む。）、各種汚濁物質やその他の有機性廃棄物などを広く包含する。また、必要に応じ、投入する有機性廃棄物に水などを適宜適量添加したものであってもよい。
【００３１】
燃焼手段2は、メタン発酵で発生したバイオガス中のメタンを燃料として燃焼させる部位である。例えば、メタン発酵槽1でのメタン発酵処理により発生したバイオガスを燃焼手段2に供給し（符号X1参照）、バイオガス中のメタンを燃料として燃焼させることにより、メタンをエネルギー源として活用する。
【００３２】
燃焼手段2としては、公知のものを広く採用でき、特に限定されないが、例えば、公知のボイラー、ガスエンジン発電機などを用いてもよい。例えば、メタンを燃料として燃焼させて発電を行い、その電力をメタン発酵設備内外の動力として利用する。また、発電時の排熱を回収して発酵槽の温度調整などに利用してもよい。
【００３３】
なお、本発明は、メタン発酵槽1で発生したバイオガスを燃料手段2に供給する前に、脱硫処理など、前処理を行う構成が含まれている場合も広く包含される。
【００３４】
活性汚泥槽3は、好気性微生物（活性汚泥）の存在下で酸素を供給することにより、廃水中に含有する有機物を酸化分解する部位である。上述の通り、メタン発酵で残渣として発生した廃水（メタン発酵消化液など）中には、有機物などの汚濁物質が依然として含まれている。それに対し、活性汚泥槽3でその廃水の活性汚泥処理を行うことにより、廃水中の有機物含有量を少なくすることができる。
【００３５】
活性汚泥処理には公知のものを広く採用でき、特に限定されない。例えば、廃水に人為的に好気性微生物を含む汚泥を加え、曝気することにより、有機物を分解することができる。
【００３６】
なお、本発明は、例えば、活性汚泥処理又は後述する窒素除去を行う前又は後に、リンの沈殿分離など、他の処理を行う構成が含まれている場合も広く包含される。
【００３７】
窒素除去槽4は、アナモックス微生物を用いて、メタン発酵で生じた窒素含有廃水の窒素除去を行う部位である。
【００３８】
アナモックス微生物による窒素除去には公知のものを広く採用でき、特に限定されない。例えば、図1のように、一槽式の窒素除去槽を採用し、亜硝酸化処理と脱窒処理とを一つの処理槽（符号4）内で行う構成にしてもよいし、図2のように、二槽式の窒素除去槽を採用し、窒素除去槽4が、亜硝酸化槽41及びアナモックス処理槽42で形成される構成にしてもよい。
【００３９】
例えば、図1では、一槽式の窒素除去槽を採用し、同一の前記窒素除去槽4内にアンモニア酸化細菌及びアナモックス微生物を保持させ、アンモニア酸化細菌によるアンモニア性窒素の部分亜硝酸化処理と、アナモックス微生物によるアンモニア性窒素の脱窒処理と、を該窒素除去槽4内で行う構成となっている。
【００４０】
同一の窒素除去槽内にアンモニア酸化細菌とアナモックス微生物を投入すると、アンモニア酸化細菌のバイオフィルムをアナモックス微生物の周囲に形成されるとともに、アンモニア酸化細菌が酸素を消費することで、アナモックス微生物の周囲に絶対嫌気性条件が創出される。加えて、アンモニア酸化細菌がアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換し、それを基質としてアナモックス微生物に供給する。これによって、両者の共生関係が良好に構築されるとともに、絶対嫌気性であるアナモックス微生物の生育・増殖が促進されるため、一槽式でも効率的に窒素を除去することが可能である。そして、一槽式で窒素除去を行うことにより、亜硝酸化処理の設備及び工程を省略化でき、廃水中の窒素除去を、より簡易かつ効率的に進めることが可能になる。
【００４１】
この一槽式による窒素除去には公知のものを広く採用でき、特に限定されない。例えば、アンモニア酸化細菌及びアナモックス微生物を、一つの窒素除去槽4内に保持させ、その槽4内に、メタン発酵で生じた窒素含有廃水（例えば、活性汚泥処理などを行った廃水）を供給することにより、アナモックス反応で窒素成分を窒素ガスに変換させることができる。生成した窒素ガスは槽4外に排出される。
【００４２】
例えば、アナモックス微生物を含む汚泥（アナモックス汚泥）及びアンモニア酸化細菌を含む汚泥（亜硝酸化汚泥）を種汚泥として同一の窒素除去槽4に投入し、所定期間原料を連続的に供給することにより、窒素除去槽4内にアンモニア酸化細菌及びアナモックス微生物を定着させることができる。なお、窒素除去槽4には、亜硝酸化処理のための曝気手段を別途配置してもよい。曝気を行っても、主に厚いバイオフィルムの内側にアナモックス微生物の定着領域が形成されるため、アナモックス微生物の周囲領域では概ね嫌気的条件が保たれる。
【００４３】
一方、例えば、図2のように、二槽式の窒素除去槽を採用する場合は、前処理として廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素にまで部分酸化する亜硝酸化槽41と、アナモックス反応を行うアナモックス槽42と、を設ける。
【００４４】
亜硝酸化槽41は、アナモックス反応の前処理として、メタン発酵で生じた窒素含有廃水（例えば、活性汚泥処理などを行った廃水）中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素にまで部分酸化する部位である。
【００４５】
この部分亜硝酸化処理には公知のものを広く採用でき、特に限定されない。例えば、好気性・独立栄養性であるアンモニア酸化微生物を亜硝酸化槽41内に保持させ、その槽41内を曝気することにより、廃水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換させることができる。
【００４６】
例えば、部分亜硝酸化処理によって、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の比率を1:1〜1:1.5の範囲になるように調整することで、次工程のアナモックス処理の効率的な運用が可能になる。
【００４７】
アナモックス槽42は、アナモックス反応によって窒素除去を進める部位で、嫌気性条件下で、アナモックス微生物により、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。
【００４８】
このアナモックス処理には公知のものを広く採用でき、特に限定されない。例えば、嫌気性・独立栄養性であるアナモックス微生物をアナモックス槽42に保持させ、その槽42内に、部分亜硝酸化処理によりアンモニア性窒素と亜硝酸化窒素を含有した廃水を供給することにより、アナモックス反応で窒素成分を窒素ガスに変換させることができる。生成した窒素ガスは槽42外に排出される。
【００４９】
例えば、アナモックス微生物を含む汚泥（アナモックス汚泥）を種汚泥としてアナモックス槽42に投入し、所定期間原料を連続的に供給することにより、アナモックス槽42内にアナモックス微生物を定着させることができる。
【００５０】
無機炭素供給手段5又は5'は、メタン発酵から燃焼までの処理の間に発生した無機炭素を窒素除去槽4に供給する部位である。
【００５１】
例えば、図1の有機性廃棄物処理システムAのように、メタン発酵槽1におけるメタン発酵により発生したバイオガス（符号X1参照）又はその一部を、直接的に窒素除去槽4に供給する構成にしてもよい（符号X2参照）。
【００５２】
上述の通り、メタン発酵処理で発生したバイオガスには、主に、メタン及び二酸化炭素が含まれている。このうちのメタンは水にほとんど溶解しないため、バイオガスを直接的に窒素除去槽4に供給した場合、メタンは窒素除去槽4内の廃水に溶解せずに素通りし、二酸化炭素のみが窒素除去槽4内の廃水に溶解する。従って、バイオガスを直接的に窒素除去槽4に供給した場合も、独立栄養性であるアナモックス微生物が、必要量の炭素源を容易に獲得することができるようになり、これにより、アナモックス微生物の増殖が促進され、窒素除去槽内の菌体量が増加する。そして、窒素除去槽内の菌体量の増加によって、窒素除去槽内の窒素除去効率を向上することができる。
【００５３】
なお、図1のようにバイオガスを直接的に窒素除去槽4に供給する場合、窒素除去槽4内の廃水に溶解しなかったバイオガス（主にメタン）をバイオガス返送手段6で返送し（符号X3参照）、それらも燃焼手段2における燃焼の燃料として利用するようにしてもよい。その他、窒素除去槽4内にバイオガスを供給する際に、脱硫処理など、所定の前処理などを行う構成が含まれていてもよい。
【００５４】
一方、例えば、図2の有機性廃棄物処理システムA’では、メタン発酵槽1でのメタン発酵処理により発生したバイオガス（符号X1参照）中のメタンを燃料手段2で燃焼した際に発生した無機炭素を、窒素除去槽4のアナモックス処理槽42に供給している（符号X5参照）。
【００５５】
メタン発酵処理で発生したバイオガスには、主に、メタン及び二酸化炭素が含まれている。このうちのメタンを燃焼手段2で燃焼すると、燃焼エネルギーの他に、二酸化炭素が発生する。この二酸化炭素を窒素除去槽4に供給することで、窒素除去槽4内で処理する廃水の溶存二酸化炭素濃度を上昇させることができるため、独立栄養性であるアナモックス微生物は、必要量の炭素源を容易に獲得することができるようになる。これにより、アナモックス微生物の増殖が促進され、窒素除去槽内の菌体量が増加する。そして、窒素除去槽内の菌体量の増加によって、窒素除去槽内の窒素除去効率を向上することができる。
【００５６】
燃焼手段2でのメタンの燃焼により発生した二酸化炭素を、例えば、冷却してから窒素除去槽4内に供給してもよい。冷却手段は特に限定されないが、例えば、燃焼により発生した二酸化炭素をスクラバ水内に供給し、二酸化炭素（無機炭素）をスクラバ水内に溶解させ、無機炭素供給手段5’によって、その高無機炭素溶存水を窒素除去槽4に供給するようにしてもよい。これにより、燃焼によって発生した二酸化炭素を窒素除去槽4した際に、窒素除去槽4内の温度が変化することによる微生物への影響を極力回避することができるため、窒素除去効率を想定通りに向上することができる。その他、窒素除去槽4内に無機炭素を供給する際に、所定の前処理などを行う構成が含まれていてもよい。
【００５７】
例えば、図1のように一槽式の窒素除去槽を採用している場合、メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくはバイオガスを窒素除去槽4に供給することで、アンモニア酸化細菌とアナモックス微生物の両方に炭素源を供給することができる。また、図2のように二槽式の窒素除去槽を採用している場合、メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくはバイオガスを窒素除去槽4に供給する際、亜硝酸化槽41に無機炭素を供給する構成を備えていてもよい（符号X4参照）。アンモニア酸化細菌は、アナモックス微生物同様、独立栄養性であるため、槽41内の廃水に無機炭素を供給することにより、必要量の炭素源を容易に獲得することができるようになる。
【００５８】
図1及び図2の構成の場合を含め、例えば、前記無機炭素供給手段5によって無機炭素又はバイオガスが供給されることにより、前記窒素除去槽4内の無機炭素濃度が50mg/L以上、より好適には100mg/L以上、最も好適には200mg/L以上に維持された構成とすることで、アナモックス微生物が、必要量の炭素源を容易に獲得することができるようになるため、アナモックス微生物の増殖を促進することができ、窒素除去槽内の菌体量を増加させることができる。これにより、窒素除去槽内の窒素除去効率を向上することができ、窒素除去速度を速めることができ、アナモックス処理に向けた立ち上げ期間を短縮できる。
【００５９】
＜本発明に係る有機性廃棄物処理方法について＞
本発明は、メタン発酵槽内で、有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタン発酵処理工程と、アナモックス微生物を用いて、窒素除去槽内で、前記メタン発酵で生じた窒素含有廃水の脱窒処理を行う窒素除去工程と、を有するとともに、前記メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくは前記バイオガスを前記窒素除去槽に供給する有機性廃棄物処理方法を全て包含する。
【００６０】
上述のように、メタン発酵により発生したメタンを燃焼した際に発生した無機炭素、若しくはバイオガスを窒素除去槽に供給することにより、アナモックス微生物などに必要量の炭素源を容易に供給することができる。これにより、アナモックス微生物などの増殖を促進することができ、窒素除去槽内の菌体量を増加させることができる。そして、窒素除去槽内の菌体量の増加によって、窒素除去槽内の窒素除去効率を向上することができ、窒素除去速度を速めることができ、アナモックス処理に向けた立ち上げ期間を短縮できる。
【実施例１】
【００６１】
廃水処理設備としてメタン発酵設備を有し、バイオガスをボイラーで燃焼し、発電するとともに、メタン発酵消化液の窒素除去を一槽式のアナモックス処理で行うことを検討している醸造食品工場において、アナモックス処理槽にボイラーの排ガスの一部を供給し、冷却後、同処理槽内で曝気する設備を配備した。
【００６２】
アナモックス処理槽内にアナモックス汚泥を投入し、アナモックス処理槽を稼働したが、窒素除去率は向上しなかった。そこで、アナモックス処理槽内に、ボイラーの排ガスを供給した結果、廃水中の無機炭素量が約500mg/L程度まで増加した。
【００６３】
そして、アナモックス菌体のバイオマスが増加し、アナモックス処理槽内の廃水への窒素負荷を1.2kgN/m3/dayまで増加させることができ、窒素除去率約60%を達成できた。
【００６４】
なお、メタン発酵消化液のpHは約8.0であり、弱アルカリ性であったため、排ガス中の二酸化炭素を廃水中に容易に溶解させることができ、廃水中の無機炭素量を効率的に上昇させることができた。
【実施例２】
【００６５】
廃水処理設備としてメタン発酵設備を有し、バイオガスをボイラーで燃焼し、発電するとともに、メタン発酵消化液の窒素除去設備を一槽式のアナモックス処理で行うことを検討しているアルコール飲料工場において、まず、活性汚泥槽（曝気槽）でメタン発酵消化液の好気性生物処理を行った。その結果、メタン発酵消化液中の有機物は酸化分解が進行する一方、廃水中に約635mg/Lの無機炭素が存在した。
【００６６】
次に、活性汚泥処理水を亜硝酸化槽に投入し、アンモニア酸化細菌を保持させて曝気した後、亜硝酸化処理水をアナモックス処理槽に投入した。
【００６７】
その結果、亜硝酸化槽において無機炭素がアンモニア酸化細菌によって消費されたため、亜硝酸化処理水をアナモックス処理槽に投入した段階では、アナモックス処理槽内の廃水の無機炭素濃度は143mg/Lにまで低下していた。
【００６８】
そのままアナモックス処理槽を稼働したが、窒素除去率は向上しなかった。そこで、メタン発酵で発生したバイオガス（メタン：55％、二酸化炭素：45％）の一部を、曝気により、アナモックス処理槽に供給した。
【００６９】
その結果、廃水中の無機炭素量を約400mg/L程度まで増加させることができた。そして、アナモックス処理槽内の廃水への窒素負荷を0.4kgN/m3/dayまで増加させることができ、窒素除去率約60%を達成できた。
【００７０】
なお、バイオガス中のメタンは、アナモックス処理槽内の廃水にほとんど溶解しなかったため、回収し、ボイラーに再送して、燃焼・発電に利用した。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る有機性廃棄物処理システムの例を示す構成図（メタン発酵により発生したバイオガスを窒素除去槽に供給する場合）。
【図２】本発明に係る有機性廃棄物処理システムの例を示す構成図（メタン発酵処理により発生したバイオガス燃焼した際に発生した無機炭素を窒素除去槽に供給する場合）。
【符号の説明】
【００７２】
1                    メタン発酵槽
2                    燃焼手段
3                    活性汚泥槽
4                    窒素除去槽
41                    亜硝酸化槽
42                    アナモックス処理槽
5、5'                  無機炭素供給手段
6                    バイオガス返送手段
A、A'                  有機性廃棄物処理システム
【図１】
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【図２】
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