(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水又は有機性固形物をメタン発酵槽内でメタン発酵させる有機物処理方法であって、
有機物を含有する被発酵液を、並列に配置された複数のメタン発酵槽に供給し、
前記複数のメタン発酵槽のうち、ある一つの槽の有機物負荷が、他槽の有機物負荷よりも20％以上50％以下の範囲で高くなるように設定し、
前記一つの槽のメタン発酵状態が悪化して、メタン発酵槽の運転管理基準値を満たさなくなった場合、前記他槽の少なくとも一部の槽のメタン発酵処理液を前記一つの槽へと供給し、
前記一つの槽のメタン発酵状態がメタン発酵槽の運転管理基準値を満たすようになった場合、前記他槽の少なくとも一部の槽からのメタン発酵処理液の前記一つの槽への供給を停止する、ことを特徴とする、有機物処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵槽の運転管理基準値の項目が、メタン発酵槽内のpH、n-Hex抽出物質濃度、VFA濃度、NH4-N濃度、発生ガス中のメタン濃度、又はガス発生量の少なくとも１つである、請求項1に記載の有機物処理方法。
【請求項３】
前記複数のメタン発酵槽の上流側に、有機物を含有する液体を嫌気性微生物によって生物処理する嫌気性生物処理槽を設け、
前記嫌気性生物処理槽の処理液を被発酵液として並列に配置された前記複数のメタン発酵槽に供給する、請求項１又は２に記載の有機物処理方法。
【請求項４】
並列に配置された複数のメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽の運転管理基準値を検出する検出器と、
を備え、有機性廃水又は有機性固形物をメタン発酵槽内でメタン発酵させる有機物処理装置であって、
前記複数のメタン発酵槽のうち、一つの槽の有機物負荷が、他槽の有機物負荷よりも20％以上50％以下の範囲で高くなるように設定されており、
前記一つのメタン発酵槽の運転管理基準値が満たされなくなったことを前記検出器が検出した場合、前記他槽の少なくとも一部の槽の処理液を前記一つの槽に投入し、
前記一つの槽のメタン発酵状態がメタン発酵槽の運転管理基準値を満たすようになった場合、前記他槽の少なくとも一部の槽からのメタン発酵処理液の前記一つの槽への供給を停止する、ことを特徴とする、有機物処理装置。
【請求項５】
前記検出器の検出対象が、メタン発酵槽内のpH、n-Hex抽出物質濃度、VFA濃度、NH4-N濃度、発生ガス中のメタン濃度、又はガス発生量の少なくとも１つである、請求項４に記載の有機物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列に配置された複数のメタン発酵槽を用いて有機物をメタン発酵させる処理方法であって、メタン発酵槽の１槽のメタン発酵状態が悪化して、メタン発酵槽の運転管理基準値を満たさなくなった場合に、残りのメタン発酵槽のメタン発酵処理液を当該１槽へと供給する処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理汚泥又は生ごみのような有機性廃棄物の処理方法として、環境負荷が小さく、エネルギー源となるメタンガスを回収し得るメタン発酵処理が広く用いられている。メタン発酵処理においては、メタン菌のような嫌気性微生物によって、効率良く有機性廃棄物を分解し、メタンガスを回収する必要がある。そのためには、メタン発酵槽内の発酵状態を最適に保持することが重要となる。
【０００３】
メタン発酵槽において、有機物の負荷が過大となれば、有機物の分解により有機酸が生成されてメタン菌の被処理液のpHが7以下となったり、ORP（酸化還元電位）が-300mV以下になったりする。このような状態になると、メタン菌の活性が低下し、メタン発酵槽を継続して運転することが困難となる。低下したメタン発酵槽内のメタン菌の活性を回復するためには、メタン発酵槽内の菌体を入れ替える必要も生じ、長期間運転を中止せざるを得ない自体もあり得る。
【０００４】
特許文献１は、加水分解槽の後段にメタン発酵槽を並列に接続し、あるメタン発酵槽内で嫌気性微生物の活性が低下した場合には、メタン発酵槽内の内容物を入れ替えることにより、活性の低下を抑制又は回復させる方法を開示している。
【０００５】
特許文献２は、排水中の有機物を酸生成菌によって発酵処理した後、並列に設置された嫌気性処理槽を用いて嫌気性処理することにより、嫌気性処理槽の負荷の管理を容易とする方法が開示されている。
【０００６】
特許文献３は、廃水流入管路から分岐された複数の流入管路毎にそれぞれ嫌気性リアクタを設け、流入負荷分配制御装置によって各嫌気性リアクタに対する廃水分配量を調整し、嫌気性リアクタの負荷を安定化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３８９２１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９８４８４号公報
【特許文献３】特開昭６２−２８６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜３に開示されている発明においては、並列に配置された複数の嫌気性発酵槽（メタン発酵槽）を使用して有機性廃水を処理しているが、有機物の負荷が上昇した場合には、負荷を下げるように流入量を減少させるか、種汚泥を追加してメタン菌の活性を上昇させることになる。
【０００９】
しかし、流入量を減少させる場合には、その間の処理量が減少し、処理できなかった廃棄物等がそのまま産業廃棄物として処理せざるを得なくなる。また、種汚泥を投入したり、嫌気性発酵槽の内容物を入れ替えたりする場合には、多くの労力と費用がかかる。
【００１０】
本発明は、メタン発酵槽全体の処理能力を維持しつつ、容易な手段でメタン発酵の不調を発見し、メタン菌の活性を回復させ得る有機物処理方法及び有機物処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、複数のメタン発酵槽を使用して有機物を含有する被発酵液を処理する場合に、有機物負荷が上昇しても、全部のメタン発酵槽が同時に不調とならず、処理能力を落とさず、労力もかからないようにするための方法について、鋭意検討した。その結果、本発明者は、複数のメタン発酵槽のうちの１槽を、他のメタン発酵槽よりも有機物負荷が高くなるように設定すれば、その１槽のメタン発酵槽が最先に不調となるので、全部のメタン発酵槽が同時に不調となることを防止し得ることを見出した。
【００１２】
また、本発明者は、その１槽のメタン発酵槽が不調となった場合には、他のメタン発酵槽のメタン発酵処理液を不調となった１槽のメタン発酵槽へ供給することにより、正常なメタン発酵槽の性能を維持したまま、不調となった１槽のメタン発酵槽の不調の原因となる阻害物質を速やかに排出すると同時に、メタン菌を補充可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
具体的に、本発明は、
有機性廃水又は有機性固形物をメタン発酵槽内でメタン発酵させる有機物処理方法であって、
有機物を含有する被発酵液を、並列に配置された複数のメタン発酵槽に供給し、
前記複数のメタン発酵槽のうち、ある一つの槽の有機物負荷が、他槽の有機物負荷よりも20％以上50％以下の範囲で高くなるように設定し、
前記一つの槽のメタン発酵状態が悪化して、メタン発酵槽の運転管理基準値を満たさなくなった場合、前記他槽の少なくとも一部の槽のメタン発酵処理液を前記一つの槽へと供給し、
前記一つの槽のメタン発酵状態がメタン発酵槽の運転管理基準値を満たすようになった場合、前記他槽の少なくとも一部の槽からのメタン発酵処理液の前記一つの槽への供給を停止する、ことを特徴とする、有機物処理方法に関する。
【００１４】
本発明では、有機性廃水のような有機物を含有する被発酵液を、並列に配置された複数槽のメタン発酵槽によってメタン発酵させる際に、特定の１槽のみ、他のメタン発酵槽よりも有機物負荷が20％以上50％以下の範囲で高くなるように設定する。この特定の１槽以外のメタン発酵槽は、すべて有機物負荷は同じとする。この状態で被発酵液の処理を継続すると、有機物負荷が上昇した場合、有機物負荷が高く設定されている特定の１槽の処理能力が最先に限界に達する。
【００１５】
このとき、他のメタン発酵槽からメタン発酵処理液を特定の１槽へと供給することにより、特定の１槽の不調の原因となる阻害物質を速やかに排出すると同時に、メタン菌が供給されるため、特定の１槽の処理能力を回復させることが可能となる。また、この間、他のメタン発酵槽の処理能力も低下しない。
【００１６】
前記メタン発酵槽の運転管理基準値の項目は、メタン発酵槽内のpH、n-Hex（ノルマルヘキサン）抽出物質濃度、VFA（揮発性脂肪酸）濃度、NH4-N（アンモニア性窒素）濃度、発生ガス中のメタン濃度、又はガス発生量の少なくとも１つであることが好ましい。
【００１７】
前記複数のメタン発酵槽の上流側に、有機物を含有する液体を嫌気性微生物によって生物処理する嫌気性生物処理槽を設け、
前記嫌気性生物処理槽の処理液を被発酵液として並列に配置された前記複数のメタン発酵槽に供給することも好ましい。
【００１８】
本発明はまた、
並列に配置された複数のメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽の運転管理基準値を検出する検出器と、
を備え、有機性廃水又は有機性固形物をメタン発酵槽内でメタン発酵させる有機物処理装置であって、
前記複数のメタン発酵槽のうち、一つの槽の有機物負荷が、他槽の有機物負荷よりも20％以上50％以下の範囲で高くなるように設定されており、
前記一つのメタン発酵槽の運転管理基準値が満たされなくなったことを前記検出器が検出した場合、前記他槽の少なくとも一部の槽の処理液を前記一つの槽に投入し、
前記一つの槽のメタン発酵状態がメタン発酵槽の運転管理基準値を満たすようになった場合、前記他槽の少なくとも一部の槽からのメタン発酵処理液の前記一つの槽への供給を停止する、ことを特徴とする、有機物処理装置に関する。
【００１９】
前記検出器の検出対象は、メタン発酵槽内のpH、n-Hex抽出物質濃度、VFA濃度、NH4-N濃度、発生ガス中のメタン濃度、又はガス発生量の少なくとも１つであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、メタン発酵槽全体の処理能力を維持しつつ、容易な手段でメタン発酵の不調を発見し、メタン菌の活性を回復させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の有機物処理方法における、通常運転時のメタン発酵処理液のフローを示す。
【図２】本発明の有機物処理方法において、特定のメタン発酵槽1槽が不調となった場合のメタン発酵処理液のフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。
【００２３】
図１は、本発明の有機物処理方法における、通常運転時のメタン発酵処理液のフローを示す。固形、半固形又は液状の有機性廃棄物は、必要に応じて水と混合された後、原料槽内で適宜ミキサーのような粉砕装置を用いて粉砕される。原料槽内の被発酵液は、有機物濃度がメタン発酵に適した状態になるように調整された後、ポンプＰによってメタン発酵槽１及びメタン発酵槽２へと移送される。図１では、メタン発酵槽の前段に原料槽を設けられているが、メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２へと有機性廃棄物及び水を直接投入してもよい。
【００２４】
図１には図示されていないが、原料槽とメタン発酵槽１及びメタン発酵槽２との間（メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２の上流側）に、被発酵液（有機物を含有する液体）を嫌気性微生物によって生物処理する嫌気性生物処理槽を設け、嫌気性生物処理槽の処理液を被発酵液として並列に配置されたメタン発酵槽１及びメタン発酵槽２に供給するようにしてもよい。このような構成とすることにより、被発酵液中の有機性固形物を酸発酵によって生物学的に分解及び可溶化することが可能となり、後続するメタン発酵の発酵効率を向上させることが可能となる。
【００２５】
メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２は、原料槽から移送される被発酵液をメタン発酵させるために並列に設置されている。ここでは、メタン発酵槽１の有機物負荷を、メタン発酵槽２の有機物負荷の20％以上50％以下の範囲で高くなるように設定されている。すなわち、メタン発酵槽１の有機物負荷は、メタン発酵槽２の有機物負荷の120％以上150％以下の範囲に調整される。有機物負荷の調整は、例えば、投入量を計量しながら、投入ポンプの吐出量を調整することによって行うことが可能である。
【００２６】
攪拌を伴う中温消化タンクでは、低負荷のメタン発酵槽は2.4〜4.4 kgVSS/m3/dの範囲で、高負荷のメタン発酵槽は4.4〜6.4 kgVSS/m3/dの範囲で運転することが一般的である。設定負荷の差が大きい方が、高負荷であるメタン発酵槽１の異常を早く検知でき、低負荷であるメタン発酵槽２の発酵状態を確実に守ることができる。しかし、設定負荷の差が大きいと、高負荷であるメタン発酵槽１の異常が頻繁に起こる可能性がある。
【００２７】
一方、設定負荷の差が小さい場合は、メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２が同時に負荷過剰となってメタン発酵に異常を生じる可能性がある。このため、設定負荷の差は、経験的に低負荷であるメタン発酵槽の負荷の20〜50％の範囲内とすることが好ましい。
【００２８】
メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２においては、それぞれメタン菌によって有機物の嫌気性処理が行われる。メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２へと供給される被処理液の有機物負荷が、それぞれのメタン発酵槽の処理能力以下であれば、メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２の処理液は、それぞれのメタン発酵槽から取り出され、後続する処理設備へと移送される。処理液中に残存する有機物は、通常、好気性生物処理によって処理され、河川あるいは下水道等に放流される。
【００２９】
図２は、本発明の有機物処理方法において、特定のメタン発酵槽1槽が不調となった場合のメタン発酵処理液のフローを示す。メタン発酵槽１及びメタン発酵槽２へと供給される被発酵液の有機物濃度が上昇する等した場合、まず有機物負荷が高く設定されているメタン発酵槽１の有機物負荷が過大となり、メタン発酵が不調となる。メタン発酵槽１のメタン発酵状態が不調となったことは、例えば、発酵槽内pH、n-Hex抽出物質濃度、VFA濃度、NH4-N濃度、発生ガスのメタンガス濃度、又は発生ガス量等によって確認し得る。
【００３０】
メタン発酵槽のメタン発酵が不調になったことは、例えば、発酵槽内pHが7未満（7以上の場合は正常）、n-Hex抽出物質濃度が1500mg/L以上、VFAが3000mg/L以上、NH4-N濃度が2000mg/L以上、又はバイオガス中のメタン濃度が60％未満のいずれか一つ以上に該当することによって判断し得る。
【００３１】
メタン発酵処理液のpHは、n-Hex抽出物質濃度のような他の因子に影響を与えるため、pH値によって、pH以外の基準値を補正するようにしてもよい。例えば、pHが高い（アルカリ側）場合、NH4-N濃度の基準値を低くするように補正し、VFAの基準値を高くするように補正することが好ましい。
【００３２】
なお、メタン発酵槽のメタン発酵が不調になったか否かを判定するための各因子のうち、ｐH及びバイオガス中のメタンガス濃度は、連続測定可能であるため、通常1日の測定の平均値を基準値と比較することでメタン発酵の状態を確認することができる。一方、これら以外の連続測定できない因子については、分析毎に判断を行うようにすればよく、確実に判断する観点では時間をおいて2回以上測定し、平均値に基づいて判断するようにしてもよい。
【００３３】
例えば、メタン発酵槽１の発生ガス中のメタン濃度が60%未満となったような場合、メタン発酵槽１のメタン発酵状態が不調となったと判断される。この場合、図２に示されるように、メタン発酵状態が正常であるメタン発酵槽２のメタン発酵処理液の少なくとも一部を、図１において破線で描かれている配管を介して、図示されていない移送ポンプの動力によってメタン発酵槽１へと供給する。あるいは、図１において破線で描かれている配管の途中に設置されている流量制御弁（図示されていない）の開度を変化させ、流路を形成することによって、メタン発酵槽２のメタン発酵処理液の少なくとも一部をメタン発酵槽１へと供給してもよい。これにより、正常なメタン発酵槽２の処理液によって不調となったメタン発酵槽１の被発酵液を希釈することになる。その結果、メタン発酵槽２の性能低下を招くことはなく、メタン発酵槽１の被発酵液をメタン発酵槽槽２の処理液で希釈しつつ、メタン菌も補充される。また、メタン発酵槽２からの処理液をメタン発酵槽１に供給することで、メタン発酵槽１の処理液の温度が低下せず、希釈時にメタン発酵槽１を加温する必要がないため、省エネルギー効果も期待できる。
【００３４】
正常なメタン発酵槽と不調となっているメタン発酵槽の被発酵液を入れ替える従来技術の場合には、不調となっているメタン発酵槽の改善は期待できるが、正常なメタン発酵槽の性能は低下することになる。しかし、本発明の有機物処理方法によれば、正常なメタン発酵槽の性能を低下させることなく、不調となっているメタン発酵槽の発酵状態を効率よく改善させることが可能である。
【００３５】
ここで、メタン発酵槽２からメタン発酵槽１へと移送する処理液の移送量は、メタン発酵阻害物質（例えば、n-Hex抽出物質）の希釈後の予想濃度より決定する。高負荷であるメタン発酵槽１について、
原料投入量：Q（t/d）
原料の阻害物質濃度：Ni（mg/L）
原料阻害物質の分解率：D（％）
発酵槽容積：V（m3）
処理液投入後に目指す阻害物質濃度：Ne（mg/L）
とする。
【００３６】
一方、低負荷であるメタン発酵槽２について、
メタン発酵槽２から移送する処理液の移送倍率：C
処理液中の阻害物質濃度：N1（mg/L）
処理液中の阻害物質の分解率：E（％）
Ne＝{Q・Ni・(1-D/100)＋C・Q・N1・(1-E/100)−(C+1)・Q・Ne}/V
V/Q＝H（水力学的滞留時間HRT(d)）
とする。
【００３７】
すると、
C＝{(H+1)・Ne−Ni・(1-D/100)}/{N1・(1-E/100)-Ne}
となるため、低負荷槽から高負荷槽への移送量は、C・Q（t/d）と算出される。
【００３８】
図１及び図２においては、メタン発酵槽が2槽並列に設けられているが、3槽以上設けられている場合には、特定の1槽のみ有機物負荷が高くなるように設定し、他のメタン発酵槽は同一の有機物負荷に設定する。この場合にも、特定の1槽の有機物負荷は、他のメタン発酵槽1槽の有機物負荷の120％以上150％以下の範囲となるように設定する。
【００３９】
このように、並列に設けられたメタン発酵槽のうちの1槽を高負荷に設定することにより、複数のメタン発酵槽へと供給される被発酵液中の有機物負荷が上昇した場合、高負荷の1槽が最初に負荷過剰となる。従って、高負荷の1槽の発酵状態を観察し、有機物負荷過剰によって不調と判断されれば、低負荷のメタン発酵槽から処理液を高負荷の1槽へと供給する。その結果、全部のメタン発酵槽が同時に負荷過剰によって不調となることを有効に防止し、処理施設を安定して連続運転することが可能となる。
【００４０】
また、高負荷のメタン発酵槽のメタン発酵が不調と判断された場合、数日遅れて低負荷のメタン発酵槽も不調になることが予測される。このため、低負荷のメタン発酵槽へ供給する原料の希釈倍率の調整、栄養塩の添加、他原料の混合、原料投入量の減少、又はメタン菌に有害な物質の除去といった操作のいずれか一つ若しくは複数の操作を行うことにより、低負荷のメタン発酵槽のメタン発酵が不調になることを回避することができる。
【００４１】
メタン発酵槽を3槽以上設ける場合には、低負荷の1槽から高負荷の1槽へと処理液を供給してもよく、低負荷の2槽以上から高負荷の1槽へと処理液を供給してもよい。
【００４２】
メタン発酵槽１の運転管理基準値が基準値の範囲内となり、正常なメタン発酵状態に戻ったと判断されれば、メタン発酵槽２からメタン発酵槽１への処理液の移送を中止し、図１に示されるフローに戻す。メタン発酵槽１の発酵状態が不調となれば、再度図２に示されるフローに切り替え、以後、同様の操作を繰り返す。
【００４３】
メタン発酵槽１の発生ガス中のメタン濃度が60％以上に戻れば、メタン発酵槽２のメタン発酵処理液のメタン発酵槽１への供給を停止する。実務上は、変動を考慮してメタン発酵槽１の発生ガス中のメタン濃度60%以上の状態が2日継続することを確認した後、メタン発酵槽２のメタン発酵処理液のメタン発酵槽１への供給を停止することが好ましい。
【００４４】
なお、本実施形態においては、高負荷槽と低負荷槽の大きさを特に限定していないが、それぞれの槽を同じ大きさとしてもよく、異なる大きさとしてもよい。高負荷の１槽を小型にすることで、不調となった後に低負荷槽からの消化液の供給によって高負荷槽内の阻害物質を排出させやすくなるため、高負荷槽を正常な状態に復帰させやすくなる。
【００４５】
高負荷のメタン発酵槽が小型の場合、不調となる液量も少ないため、槽内のメタン発酵処理液の入れ替えが早く、早期に復旧可能であり、システム全体としても正常化させることが容易である。また、高負荷のメタン発酵槽が不調の時には、メタン発酵状態が正常に戻るまでに処理する廃棄物量（メタン発酵槽への投入量）が減少するが、本発明では不調になった高負荷のメタン発酵槽へ供給される処理量を減少させれば足りるため、高負荷槽を小型にした場合は、メタン発酵槽のメタン発酵が不調な場合にも、システム全体の処理量が大きく減少することを抑制し得る。
【００４６】
また、本実施形態においては、メタン発酵槽１が不調時に原料槽からの供給を継続しつつ、メタン発酵槽２から処理液を供給しているが、原料槽からメタン発酵槽１への供給を停止して、メタン発酵槽２からの処理液のみを供給するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の有機物処理方法は、有機性廃棄物処理又は有機性廃水処理等の技術分野において有用である。
【図１】
0006666790.tif 000002
【図２】
0006666790.tif 000003