(57)【要約】【課題】メタン発酵槽の運転効率を最適に維持しつつ、同時に活性汚泥槽の脱窒素を促進させて活性汚泥処理の効率も向上させることができる、メタン発酵処理方法及び装置を提供する。【解決手段】有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽１１内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて消化液として取り出し、この消化液を活性汚泥槽１２にて処理するメタン発酵処理方法において、有機酸測定装置１７によってメタン発酵槽１１内の有機酸濃度を測定し、この測定値が所定値以上の場合に、有機酸を含むスラリーの一部を取り出し、分離膜１４で固液分離した後、有機酸を含む溶液を活性汚泥槽１２に添加する有機酸添加工程を行ない、メタン発酵槽１１内の有機酸濃度を所定値未満に維持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて消化液として取り出し、この消化液を活性汚泥槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を測定し、この測定値が所定値以上の場合に、前記メタン発酵槽内から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出し、この有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加工程を行ない、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を所定値未満に維持することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記測定する有機酸がプロピオン酸であって、前記有機酸添加工程を、前記プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上の場合に行なう請求項１記載のメタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記測定する有機酸がプロピオン酸及び酢酸であって、前記有機酸添加工程を、前記酢酸濃度に対する前記プロピオン酸濃度の比が４以上の場合に行なう請求項１記載のメタン発酵処理方法。
【請求項４】
前記有機酸添加工程を行なう間、前記メタン発酵槽内への前記有機性廃棄物の投入量を減じる請求項１〜３のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
【請求項５】
前記有機酸添加工程において、前記有機酸を含むスラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を前記活性汚泥槽に添加し、前記分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送する請求項１〜４のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
【請求項６】
前記活性汚泥槽に添加する、前記有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液の温度が４０℃以下となるように調節する請求項１〜５のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
【請求項７】
嫌気性微生物によって分解可能な有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽に導入するための有機性廃棄物供給手段と、前記有機性廃棄物をメタン発酵させるためのメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を検出するための有機酸検出手段と、前記メタン発酵後の消化液を処理するための活性汚泥槽とを備え、
前記有機酸検出手段によって所定値以上の値を検出した場合に、前記メタン発酵槽から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出して、前記スラリー又は前記スラリーから分離された溶液として、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加手段が設けられていることを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項８】
前記有機酸添加手段は、前記取り出された有機酸を含むスラリーを固液分離する分離膜と、分離後の前記溶液を前記活性汚泥槽に添加する溶液添加手段と、分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送するための固形分返送手段とを備える請求項７に記載のメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嫌気性微生物を用いて、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するメタン発酵処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
牛、豚などの畜産糞尿や生ゴミ等の有機性廃棄物をメタン発酵処理する場合、発酵処理した後の廃液は、堆肥として土壌に散布するか、もしくは浄化処理を行ない河川等に放流される。
【０００３】
ここで、浄化処理を行う場合には、下水処理などで用いられる活性汚泥法を主体とする生物学的処理が一般的に行われており、この活性汚泥処理工程において、メタン発酵処理後の消化液から、主に有機物と窒素除去が行われる。
【０００４】
図７には、このような活性汚泥処理を用いた従来のメタン発酵処理方法の一例が示されている。
【０００５】
有機性廃棄物は、スラリー化されてメタン発酵槽５１に投入され、ここでメタン発酵処理が行なわれた後に消化液として排出され、活性汚泥槽５２において、活性汚泥によって有機物、窒素が除去される。なお、活性汚泥槽５２には、窒素除去を進行させるためのメタノール貯留槽５３、メタノール注入ポンプ５４が設けられており、活性汚泥槽５２内にメタノールを添加できるようになっている。
【０００６】
活性汚泥処理工程後の処理液は、最終沈殿池５５において重力沈降によって活性汚泥が分離され、活性汚泥処理水が得られる、なお、最終沈殿池５５で沈降した活性汚泥は、返送汚泥ポンプ５６によって活性汚泥槽５２に返送できるように構成されている。
【０００７】
ここで、活性汚泥槽５２内にメタノールを添加する理由は以下の通りである。メタン発酵後の消化液中の有機物は、活性汚泥を構成する微生物の食物となり分解除去される。窒素は好気性の条件下で硝化菌の働きによりＮＨ４−Ｎ（アンモニア性窒素）がＮＯ３−Ｎ（硝酸性窒素）に酸化され、ついで嫌気性の条件下で脱窒菌の働きによりＮＯ３−ＮがＮ２（窒素ガス）に還元されて除去される。
【０００８】
上記の窒素除去工程のうち、脱窒素反応では水素供与体として有機物が必要となる。一般に脱窒素には窒素の３〜４倍の有機物が必要であり、通常の下水処理であればこの範疇にあり問題は無いが、メタン発酵後の消化液の場合、メタン発酵工程で多くの有機物が消費され、脱窒素に必要な有機物が十分存在しないため反応が進行せず、窒素除去が不良となる。このため、除去する窒素に対して有機物が十分でないメタン発酵廃液などを処理する場合は、活性汚泥槽に有機物としてメタノールを注入し、このメタノールを水素源として脱窒素反応を進行させるものである（非特許文献１参照）。
【０００９】
一方、メタン発酵槽５１内における発酵プロセス管理としては、有機物が分解してできる際の有機酸、特にプロピオン酸の蓄積が問題となる。プロピオン酸は、単独では分解反応が進行し難く、硫酸還元細菌による硫酸還元、水素資化性メタン生成古細菌による水素の消費が密接に関係し、高負荷時には、プロピオン酸が蓄積しやすく、このプロピオン酸がある濃度を越えるとメタン発酵の代謝全体を阻害して発酵が不安定になる。このため、負荷を増加させていく馴養に長い時間を要したり、処理できる負荷容量を低下させたりするという問題があった。
【００１０】
このプロピオン酸に代表されるような、メタン発酵槽内に蓄積する有機酸を除去する方法として、例えば、特開平９−２３９３９７号公報には、メタン発酵タンクにｐＨ計と揮発性有機酸の成分別測定器及び基質投入量制御手段を設置して、液相ｐＨ値の測定及び成分別測定器によって酢酸以外の非電離揮発性有機酸の測定を行ってから計算手段によって非電離の揮発性有機酸濃度を求め、これを指標として該非電離揮発性有機酸濃度が１５〜２０（ｍｇ／ｌ）を越えないようにメタン発酵タンクへの投入基質量を制御することが開示されている。
【００１１】
また、特開平５−３２８９９４号公報には、有機性排水をメタン発酵処理した処理水中に残留する有機酸濃度を測定する方法であって、前記処理水の一部をモニタリング反応槽に通水してメタン発酵処理し、単位通水量当りに発生するメタンガス量を求め、このメタンガス量から該処理水中の残留有機酸濃度を算出し、この濃度に基づいて、原水流量やメタン発酵槽の温度を制御して有機酸濃度を調整することが開示されている。
【００１２】
【非特許文献１】
村田恒夫編，「下水の高度処理技術」，理工図書，平成４年５月１０日発行，ｐ２０２−２０３
【特許文献１】
特開平９−２３９３９７号公報
【特許文献２】
特開平５−３２８９９４７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術のうち、メタン発酵後の消化液を処理する活性汚泥処理工程にメタノールを注入する方法は、通常の下水処理の窒素除去に比較して処理コストが大きくなるという問題点を有していた。また、メタン発酵槽内の有機酸量を同時に低下させる点については開示されていない。
【００１４】
一方、特開平９−２３９３９７号公報、特開平５−３２８９９４７号公報の方法においては、メタン発酵槽内の有機酸量を低下させる方法が開示されているが、有機酸濃度に応じて、メタン発酵槽内へのスラリー投入量、メタン発酵槽内の温度等の調整によって有機酸濃度を制御していることから、メタン発酵処理の効率が低下し易く制御が不充分であるという問題点があった。また、取り除いた有機酸の利用についても検討されていない。
【００１５】
このように、上記の従来技術においては、活性汚泥槽における脱窒素促進と、メタン発酵槽における有機酸の除去が別々に検討されており、メタン発酵槽と活性汚泥槽の両方について、同時に処理効率を向上させる方法については検討されていない。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、上記の問題を解決して、メタン発酵槽の運転効率を最適に維持しつつ、同時に活性汚泥槽の脱窒素を促進させて活性汚泥処理の効率も向上させることができる、メタン発酵処理方法及び装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて消化液として取り出し、この消化液を活性汚泥槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を測定し、この測定値が所定値以上の場合に、前記メタン発酵槽内から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出し、この有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加工程を行ない、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を所定値未満に維持することを特徴とする。
【００１８】
メタン発酵工程においては、まず、主として酸生成菌と呼ばれる通性嫌気性菌群の作用で、有機性廃棄物中の炭水化物、たんぱく質、脂肪等の高分子有機物を、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の揮発性有機酸と低級アルコール類とに加水分解する。次に絶対嫌気性細菌であるメタン生成菌の作用によって、この有機酸や低級アルコール類がメタンや二酸化炭素、アンモニアなどの最終生成物に分解される。よって、メタン発酵で生成される揮発性有機酸や低級アルコール類は、上述した窒素除去を行うための脱窒素反応に必要な水素供与体としても利用可能である。
【００１９】
したがって、本発明の方法によれば、このスラリーに含まれる有機酸や低級アルコール類を活性汚泥槽に添加することで、メタン発酵槽内の有機酸濃度を所定値未満に維持して、発酵効率の低下を防止できるとともに、活性汚泥槽内に添加された有機酸や低級アルコール類が水素源となり脱窒素が促進され、活性汚泥槽の処理効率も向上できる。このようにスラリー中の有機酸等を有効利用することによって、メタノールの添加が不要となるか又は添加量を削減でき、処理コストを低減することができる。また、取り除いた有機酸の後処理も不要となる。
【００２０】
本発明の方法においては、前記測定する有機酸がプロピオン酸であって、前記有機酸添加工程を、前記プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上の場合に行なうことが好ましい。
【００２１】
これによれば、有機酸のなかでプロピオン酸は、特にメタン発酵の代謝全体を阻害し、発酵が不安定になりやすいので、この濃度を２０００ｐｐｍ未満とすることにより、安定したメタン発酵を維持することができる。
【００２２】
また、本発明の方法においては、前記測定する有機酸がプロピオン酸及び酢酸であって、前記有機酸添加工程を、前記酢酸濃度に対する前記プロピオン酸濃度の比が４以上の場合に行なうことも好ましい。
【００２３】
メタン発酵において負荷を増加させていく馴養期間においては、絶対菌数が槽内に不足しているので、プロピオン酸だけでなく、その分解物である酢酸も蓄積する。そして、菌の増殖とともに、酢酸、プロピオン酸ともに、蓄積量が減少する。したがって、酢酸とプロピオン酸の比率があるバランスをとっている場合は、両者が蓄積しても、発酵は順調に進行する。しかし、酢酸の蓄積量が少ないのに、プロピオン酸濃度のみ増大する場合は、プロピオン酸を代謝する菌のバランスが崩れ、特にメタン発酵の代謝全体を阻害し、発酵が不安定になりやすいので、上記の比を４未満とすることにより、安定したメタン発酵を維持することができる。
【００２４】
更に、本発明の方法においては、前記有機酸添加工程を行なう間、前記メタン発酵槽内への前記有機性廃棄物の投入量を減じることが好ましい。これによれば、プロピオン酸を代謝する菌が増殖し、負荷量に見合った処理を行なえるようになり発酵が安定する。
【００２５】
また、本発明の方法においては、前記有機酸添加工程において、前記有機酸を含むスラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を前記活性汚泥槽に添加し、前記分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送することが好ましい。これによれば、有機酸を含む溶液のみが活性汚泥槽に添加されるので、活性汚泥処槽に余剰汚泥量が増加することがなく活性汚泥槽の処理効率をより向上することができる。
【００２６】
更に、本発明の方法においては、前記活性汚泥槽に添加する、前記有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液の温度が４０℃以下となるように調節することが好ましい。活性汚泥槽内の菌は４０℃を超えると死滅する。このため、発酵温度が５５〜６０℃になる高温メタン発酵の場合には、前記有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液の温度を、活性汚泥槽への添加前に４０℃以下に調節することにより、活性汚泥中の微生物を維持することができる。
【００２７】
一方、本発明のメタン発酵処理装置は、嫌気性微生物によって分解可能な有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽に導入するための有機性廃棄物供給手段と、前記有機性廃棄物をメタン発酵させるためのメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を検出するための有機酸検出手段と、前記メタン発酵後の消化液を処理するための活性汚泥槽とを備え、
前記有機酸検出手段によって所定値以上の値を検出した場合に、前記メタン発酵槽から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出して、前記スラリー又は前記スラリーから分離された溶液として、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加手段が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の装置によれば、有機酸添加手段によって、スラリー中の有機酸を有効利用でき、これによって活性汚泥工程の嫌気工程中に通常加えているメタノール量を不要とし、又は使用量を抑制することが可能となるので、ランニングコストが安く、かつ高い有機物負荷のメタン発酵の運転が可能なメタン発酵装置の実現が可能となる。
【００２９】
また、本発明の装置においては、前記有機酸添加手段は、前記取り出された有機酸を含むスラリーを固液分離する分離膜と、分離後の前記溶液を前記活性汚泥槽に添加する溶液添加手段と、分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送するための固形分返送手段とを備えることが好ましい。これによれば、分離膜によって有機酸を含む溶液のみが活性汚泥槽に添加されるので、活性汚泥処槽に余剰汚泥量が増加することがなく活性汚泥槽の処理効率をより向上することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の概略構成図が示されている。
【００３１】
まず、図１の処理装置について説明すると、この処理装置は、有機性廃棄物をスラリー化して貯留するスラリー調整槽１０と、メタン発酵槽１１と、メタン発酵処理後の消化液を処理するための活性汚泥槽１２と、活性汚泥を分離するための最終沈殿池１３とで主に構成されている。
【００３２】
貯留槽１０は、配管２１によってメタン発酵槽１１に連結されている。更に、メタン発酵槽１１の底部は、発酵後のスラリーを消化液として取り出すための配管２２を介して活性汚泥槽１２に連結されており、更に配管２３を介して最終沈殿池１３に連結されている。なお、最終沈殿池１３で沈降した活性汚泥は、返送汚泥ポンプ１８によって活性汚泥槽１２に返送できるように構成されている。
【００３３】
なお、貯留槽１０の周囲には、後述する、取り出したスラリーの一部の温度を低下させるための熱交換ユニット１０ａが設けられている。
【００３４】
メタン発酵槽１１には、有機酸測定装置１７が接続されており、メタン発酵槽１１内の有機酸濃度が測定可能となっている。ここで、有機酸測定装置１７としては、例えば、従来公知のＦＩＤガスクロマトグラフ等を用いることができる。
【００３５】
一方、メタン発酵槽１１からスラリーの一部を取り出すために、メタン発酵槽１１の底部には配管３１が接続されており、この配管３１は、スラリー調整槽１０の熱交換ユニット１０ａを介して分離膜１４に連結されている。
【００３６】
分離膜１４としては、消化液を固液分離できるのであればよく、例えば、ＭＦ（マイクロフィルタレーション）膜や不織布等の接触ろ材等が使用できる。
【００３７】
分離膜１４で分離された溶液は、有機酸貯留槽１５を介した後、活性汚泥槽１２へ有機酸注入ポンプ１６によって注入可能なように、配管３３が構成されている。一方、分離膜１４で分離された固形分は、配管３４によってメタン発酵槽１１へ返送可能なように構成されている。
【００３８】
次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵処理方法について説明する。
【００３９】
図１において、牛、豚などの畜産糞尿や生ゴミ等の有機性廃棄物は、破砕、粉砕されスラリー調整槽１０に貯留され、ここで適度な水で希釈されてスラリー化される。スラリー化は、固形物濃度が１０〜２０質量％となるように調整することが好ましい。
【００４０】
次に、このスラリーは、図示しないポンプにより配管２１を介してメタン発酵槽１１に投入されてメタン発酵が行なわれる。
【００４１】
このメタン発酵槽１１には、メタン菌等の嫌気性微生物が付着・担持された固定化微生物を充填した固定ろ床等が設置されており、ここでスラリーのメタン発酵が行なわれ、嫌気性微生物による有機性廃棄物の分解が行われる。メタン発酵における温度は５０〜６０℃で行なうことが好ましい。これによれば、より活性の高い、高温メタン菌での発酵が行なえるので、有機性廃棄物の分解速度を更に向上することができる。
【００４２】
なお、メタン発酵槽１１内では、図示しない攪拌羽根等によって、スラリーの攪拌が行なわれる。なお、スラリーの攪拌方法としては、他にポンプによりスラリーを循環させてもよく、また、バイオガスの一部をポンプによりメタン発酵槽１１の下部に吹き込んでバブリングして攪拌してもよい。
【００４３】
また、メタン発酵槽処理中に、例えばニッケル、コバルト等の金属を供給してもよい。これによって、メタン菌の活性を充分に向上して、安定した発酵状態を長期間にわたって維持することができる。ニッケル化合物としては、塩化ニッケル、塩化ニッケル・四水和物、塩化ニッケル・六水和物等が挙げられる。また、コバルト化合物としては、塩化コバルト、塩化コバルト・四水和物、塩化コバルト・六水和物等が挙げられる。
【００４４】
なお、一定時間毎に供給されるスラリーと同量の消化液が、配管２２を介してメタン発酵槽１１から引き抜かれ、メタン発酵槽１１内は、常に一定量のスラリーで満たされている。なお、発酵により生成したバイオガスは、図示しないガスホルダーに回収され、燃料電池発電装置、ガスエンジン等の発電機やボイラーの燃料として有効利用されるようになっている。
【００４５】
メタン発酵槽１１から排出されるメタン発酵廃液である消化液は、通常、配管２２を介して、好気性発酵で廃液処理を行う活性汚泥槽１２に投入され微生物によって有機物、窒素が除去された後、活性汚泥槽１２から、最終沈殿地１３に送られ、重力沈降によって活性汚泥が分離されて、最終的な活性汚泥処理水が得られる。なお、最終沈殿池１３で沈降した活性汚泥は、返送汚泥ポンプ１８で活性汚泥槽１２に返送される。
【００４６】
ここで、本発明においては、メタン発酵槽１１内において、一定時間毎に有機酸測定装置１７による有機酸濃度の測定が行なわれ、この測定値が所定値以上の場合に、メタン発酵槽１１内から有機酸を含むスラリーの一部を取り出し、この有機酸を含むスラリー、又はスラリーから分離した有機酸を含む溶液を、活性汚泥槽１２に添加する有機酸添加工程を行ない、メタン発酵槽１１内の有機酸濃度を所定値未満に維持することを特徴としている。
【００４７】
すなわち、この実施形態においては、有機酸測定装置１７の測定値が所定値以上の場合に、メタン発酵槽１１内の消化液の一部が、配管３１を介して取り出される。次いで、スラリー調整槽１０の熱交換ユニット１０ａを通過することによって熱交換されて冷却された後、分離膜１４によって固液分離される。これによって、分離膜１４を通過しない固形分は、配管３４を介してメタン発酵槽１１内に返送される。
【００４８】
一方、分離膜を通過したプロピオン酸を始めとする有機酸や低級アルコールは有機酸貯留槽１５に送られ、活性汚泥槽１２へ適量が注入される。これによって、有機酸が水素源となるので、活性汚泥槽１２における脱窒素反応が速やかに進行し、活性汚泥処理の効率を高めることができる。
【００４９】
メタン発酵槽１１内において測定する有機酸の種類としては、プロピオン酸濃度、又は酢酸濃度に対するプロピオン酸濃度の比が好ましく用いられる。
【００５０】
プロピオン酸濃度を測定する場合、上記の有機酸添加工程を開始する測定値としては、プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上になった場合に開始することが好ましい。プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上の状態が続くと、ｐＨが低下し、これによって発酵阻害による酢酸濃度が上昇し、これによってｐＨの更なる低下が生じ、最終的には発酵が停止するので好ましくない。また、有機酸添加工程の終了は、プロピオン酸濃度が１５００ｐｐｍ以下になるまで行なうことが好ましい。
【００５１】
また、上記のプロピオン酸濃度の代わりに、酢酸濃度に対するプロピオン酸濃度の比を測定してもよい。この場合、上記の有機酸添加工程を開始する測定値としては、上記の比が４以上になった場合に開始することが好ましい。また、有機酸添加工程の終了は、上記の比が３以下になるまで行なうことが好ましい。
【００５２】
有機酸貯留槽１５から活性汚泥槽１２に添加する有機酸を含む溶液の添加量としては、活性汚泥の量によって適宜決定できるが、Ｃ／Ｎ比が、１．３〜１．５となるように調整しつづけるように添加することが好ましい。
【００５３】
また、活性汚泥槽１２に添加する有機酸を含む温度は４０℃以下となるように調節することが好ましい。図２には、嫌気性消化汚泥のＮＨ４−ＮからＮＯ３−Ｎへの変化率（％）が示されている。図２より、処理温度が４０℃になると、硝化がほとんど進行しなくなることがわかるので、添加する液温を４０℃以下にすることにより、活性汚泥槽１２内の菌が死滅して汚泥処理効率が低下するのを防止できる。なお、添加する液温は３７℃以下とすることがより好ましい。
【００５４】
また、スラリー調整槽１０からメタン発酵槽１１に導入するスラリーの量は、適宜調整可能であり、例えば、有機酸貯留槽１５中のＢＯＤ（生物学的酸素要求量）と、活性汚泥槽１２の窒素負荷から計算してもよい。また、有機酸添加工程を行なう間、前記メタン発酵槽内への前記有機性廃棄物の投入量を減じてもよい。
【００５５】
なお、本発明においては、分離膜１４を用いずに、消化液の一部をそのまま活性汚泥槽１２へ消化液を添加してもよく、これによっても窒素除去は進行する。しかし、固形分も同時に添加されるため、活性汚泥処理で生成される余剰汚泥量が増加するので、上記の実施形態のように、分離膜１４を通して固液分離し、有機酸を含む溶液として活性汚泥槽１２に添加することが好ましい。
【００５６】
また、本発明においては、上述の図７に示したような、メタノールの注入を併用してもよい。この場合にも、メタノールの使用量を抑制でき、ランニングコストを低下させることができる。
【００５７】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５８】
実施例
図１に示すような処理装置を用い、本発明のメタン発酵処理方法を用いて連続運転を行なった。メタン発酵槽１１としては容量１０リットルの発酵槽を使用し、発酵温度は５５℃とした。
【００５９】
有機性廃棄物としては表１に示す組成の生ゴミ原料を使用した。なお、表１におけるＴＳは固形分濃度、ＶＳは有機物濃度、Ｔ−ＣＯＤは全化学的酸素要求量、Ｔ−Ｎは全窒素である。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
また、有機酸測定装置１７として、ＦＩＤ検出器ガスクロマトグラフを使用して、プロピオン酸及び酢酸濃度をモニターし、プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上になった際に、メタン発酵槽１１からの消化液の抜き取りを開始し、１０００ｐｐｍになった際に抜き取りを終了するようにした。
【００６２】
また、この消化液は分離ＭＦ膜（ＥＤ−０３ＳＰＨ：株式会社ユアサメンブレンシステム製）で固液分離した後、固形分はメタン発酵槽１１に返送した。なお、分離した有機酸を含む溶液は、Ｃ／Ｎ比が、１．３〜１．５となるように調整して活性汚泥槽１２に添加した。
【００６３】
比較例
実施例において、有機酸濃度にかかわらず、上記のメタン発酵槽１１からの消化液の抜き取りを行なわなかった以外は、実施例と同様の条件でメタン発酵処理を行なった。
【００６４】
試験例
上記の条件で運転した際の、メタン発酵槽１１内の酢酸濃度の変化、プロピオン酸濃度の変化、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比、ｐＨの変化をそれぞれ、図３〜６にまとめて示す。図中ＨＲＴは滞留日数を示す。
【００６５】
図３〜６の結果より、実施例においては、運転６０日においても順調にメタン発酵処理が行なわれており、酢酸濃度、プロピオン酸濃度のいずれも１０００ｐｐｍ以下であり、また、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比も３以下に維持されていた。また、ｐＨも７．５〜８付近に維持されていた。
【００６６】
また、活性汚泥槽１２においては、有機酸を含む溶液の添加によって、脱窒素が充分に進行していることが確認でき、活性汚泥の処理も同時に行なうことが可能であった。
【００６７】
一方、比較例においては、運転１０日足らずで、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比が４を超え、また、運転１３日付近で、プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍを超えて発酵が悪化し、１８日目にｐＨが６以下になって酸敗による発酵停止に陥った。
【００６８】
更に、活性汚泥槽１２においては、脱窒素が不充分であり、活性汚泥処理の効率が低下していることが確認できた。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機酸濃度を所定値以下に維持して、メタン菌の活性を充分に向上して安定した発酵状態を長期間維持できるとともに、活性汚泥槽の処理効率も同時に向上させることができるメタン発酵処理方法及び装置を提供することができる。したがって、本発明は、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するために好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタン発酵処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】嫌気性消化汚泥のＮＨ４−ＮからＮＯ３−Ｎへの変化率（％）と、温度との関係を示す図表である。
【図３】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、酢酸濃度の変化を測定した図表である。
【図４】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、プロピオン酸濃度の変化を測定した図表である。
【図５】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比を測定した図表である。
【図６】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、ｐＨの変化及び有機物負荷を測定した図表である。
【図７】従来のメタン発酵処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０  スラリー調整槽
１０ａ  熱交換ユニット
１１  メタン発酵槽
１２  活性汚泥槽
１３  最終沈殿池
１４  分離膜
１５  有機酸貯留槽
１６  有機酸注入ポンプ
１７  有機酸測定装置
１８  返送汚泥ポンプ
２１、２２、２３、２４、３１、３３、３４  配管
【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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