(57)【要約】【課題】中温条件においても、有機物を含む廃棄物の分解効率が高く、また、下水脱水汚泥等の高濃度の廃棄物を無希釈で処理することができる中温消化槽の運転方法を提供する。【解決手段】上述した課題を解決するために、本発明の中温消化槽の運転方法は、中温条件で馴致させた中温消化汚泥を準備し、この中温消化汚泥を中温消化槽（Ｃ）に投入し、この中温消化槽を中温条件に維持し、中温消化槽に、処理すべき有機物を含む廃棄物を投入して処理する中温消化槽の運転方法において、高温条件で馴致させた高温消化汚泥を中温消化槽に投入する段階を含むことを特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中温条件で馴致させた中温消化汚泥を準備し、この中温消化汚泥を中温消化槽に投入し、この中温消化槽を中温条件に維持し、前記中温消化槽に、処理すべき有機物を含む廃棄物を投入して処理する中温消化槽の運転方法において、
高温条件で馴致させた高温消化汚泥を前記中温消化槽に投入する段階を含むことを特徴とする中温消化槽の運転方法。
【請求項２】
前記中温消化槽に投入される前記高温消化汚泥の量が、前記中温消化槽内の全汚泥容積の１／１０以上であることを特徴とする請求項１記載の中温消化槽の運転方法。
【請求項３】
前記高温消化汚泥を投入後、少なくとも１日間の処理すべき廃棄物の投入量を、前記中温消化槽の定格処理量よりも低減することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中温消化槽の運転方法。
【請求項４】
高温条件で馴致させた高温消化汚泥を種汚泥として準備する段階と、
この高温消化汚泥を中温消化槽に投入する段階と、
この中温消化槽を中温条件で運転する段階と、
前記中温消化槽に、処理すべき有機物を含む廃棄物を投入する段階と、を有することを特徴とする中温消化槽の運転方法。
【請求項５】
前記中温消化槽に、１日当たりに投入される有機物を含む廃棄物が、中温消化槽１ｍ3当たり１．０乃至２０．０ｋｇの有機物を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の中温消化槽の運転方法。
【請求項６】
前記処理すべき有機物を含む廃棄物が、下水汚泥、し尿汚泥、家畜糞尿、生ごみ、食品廃棄物、又は、食品加工廃棄物であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の中温消化槽の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水や下水汚泥等の有機物を含む廃棄物を中温で嫌気性消化する中温消化槽の運転方法に係わり、特に、汚泥等の分解効率が高い中温消化槽の運転方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
下水や下水汚泥、生ゴミ、家畜糞尿等の有機物を含む廃棄物を、メタンガスを生成する細菌の作用で醗酵・分解させ、廃棄物の量を減容させることが一般に行われている。これらの醗酵・分解作用には、３７゜Ｃ程度の中温で行われる中温嫌気性分解と、５５゜Ｃ程度の高温で行われる高温嫌気性分解等がある。従来、この中温嫌気性分解を行う中温消化槽を新しく立ち上げる場合には、他の中温消化槽で馴致させた中温消化汚泥を種汚泥として準備し、この種汚泥を新しい中温消化槽に投入して、種汚泥の温度を中温に維持する。次に、この中温消化槽で処理すべき有機物を含む廃棄物を１日当たり所定量ずつ中温消化槽に投入していく。一般的には、１日当たりに投入する有機物を含む廃棄物の量を少しずつ増加させ、最終的にその中温消化槽で１日当たりに処理することができる定格量の有機物を含む廃棄物を投入するようにする。
【０００３】
一方、特許文献１には、固形物濃度（ＴＳ濃度）が低い汚泥を種汚泥として、それに繊維含有有機物を混合しながら高温で醗酵させることによって固形物濃度を上昇させる乾式メタン醗酵立ち上げ方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４５８９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の中温条件における中温消化槽の運転方法においては、十分な有機物の分解速度が得られず、廃棄物の処理効率が悪いという問題がある。また、高温消化槽では、中温消化槽よりも効率良く有機物を分解することができるものの、高温消化槽は中温消化槽よりも運転コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
さらに、従来の中温条件及び高温条件における消化槽では、下水や固形物濃度が低い下水汚泥を処理することは可能であったが、固形物濃度が高い下水脱水汚泥や生ごみ、家畜糞尿等を無希釈で処理することが困難であるという問題がある。これは、下水脱水汚泥等を分解すると、その分解過程で発生するアンモニア（ＮＨ４−Ｎ）や揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）の濃度が高くなり、消化槽内の細菌が阻害を受け嫌気性消化反応の効率を低下させ、或いは停止させてしまうためと考えられている。これは中温条件に比べ高温条件で顕著である。
【０００７】
従って、本発明は、運転コストの低い中温条件でありながら、有機物を含む廃棄物の分解効率が高い、中温消化槽の運転方法を提供することを目的としている。
また、本発明は、中温条件において、下水脱水汚泥等の高濃度の廃棄物を無希釈で処理することができる中温消化槽の運転方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の中温消化槽の運転方法は、中温条件で馴致させた中温消化汚泥を準備し、この中温消化汚泥を中温消化槽に投入し、この中温消化槽を中温条件に維持し、中温消化槽に、処理すべき有機物を含む廃棄物を投入して処理する中温消化槽の運転方法において、高温条件で馴致させた高温消化汚泥を中温消化槽に投入する段階を含むことを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、中温消化槽に中温消化汚泥を投入して中温条件で運転し、有機物を含む廃棄物を処理する中温消化槽の運転方法において、中温消化槽に高温条件で馴致させた高温消化汚泥が投入される。ここで、中温消化槽に高温消化汚泥を投入する時期は、中温消化槽に中温消化汚泥を投入した後、中温消化汚泥の投入と同時、又は、中温消化汚泥を投入する前の何れであっても良い。即ち、中温消化汚泥を種汚泥として中温消化槽を立ち上げ、その直後に高温消化汚泥を投入しても良いし、中温消化槽の立ち上げ後、有機物を含む廃棄物を分解処理した後に高温消化汚泥を投入しても良い。逆に、高温消化汚泥を種汚泥として中温消化槽を立ち上げ、その直後に中温消化汚泥を投入しても良いし、高温消化汚泥によって中温消化槽を立ち上げた後、有機物を含む廃棄物を分解処理し、その後、中温消化汚泥を投入しても良い。或いは、中温消化汚泥と高温消化汚泥を同時に投入することによって中温消化槽を立ち上げても良い。このように構成された本発明によれば、中温条件においても有機物の処理効率を向上させることができる。
【００１０】
好ましくは、中温消化槽に投入される高温消化汚泥の量は、中温消化槽内の全汚泥容積の１／１０以上とする。
中温消化汚泥と高温消化汚泥との割合をこのようにすることで、高温消化汚泥に含まれる細菌を中温消化槽内に維持することができ、中温消化槽の廃棄物処理効率を十分に向上させることができる。
【００１１】
また、高温消化汚泥を投入後、少なくとも１日間の処理すべき廃棄物の投入量は、中温消化槽の定格処理量よりも低減するのが良い。
中温消化槽をこのように運転することによって、高温消化汚泥を中温消化槽内で十分に馴致させることができる。
【００１２】
さらに、本発明の中温消化槽の運転方法は、高温条件で馴致させた高温消化汚泥を種汚泥として準備する段階と、この高温消化汚泥を中温消化槽に投入する段階と、この中温消化槽を中温条件で運転する段階と、中温消化槽に、処理すべき有機物を含む廃棄物を投入する段階と、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、高温条件で馴致させた高温消化汚泥だけを種汚泥として使用して中温消化槽を立ち上げ、有機物を含む廃棄物を分解し、処理する。
このように構成された本発明によって、中温消化槽による有機物の処理効率を、中温消化汚泥のみによって立ち上げた中温消化槽よりも高くすることができる。
【００１４】
また、中温消化槽に、１日当たりに投入される有機物を含む廃棄物は、中温消化槽１ｍ3当たり１．０乃至２０．０ｋｇの有機物を含んでいるのが良い。
【００１５】
さらに、中温消化槽において処理すべき有機物を含む廃棄物は、下水汚泥、し尿汚泥、家畜糞尿、生ごみ、食品廃棄物、又は、食品加工廃棄物であっても良い。
このように構成された本発明によって、従来、無希釈では分解処理することが難しかった下水脱水汚泥を中温消化槽によって処理することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態による中温消化槽の運転方法を説明する。図１は、本発明の実施形態による中温消化槽の運転方法を実施するための装置のブロック図を示す。図２は、中温消化槽に投入した有機物（ＶＳ：Volatile Solid）の容積負荷と運転日数との関係を示すグラフであり、図３は、中温消化槽に投入した有機物１ｋｇ当たりのガス発生量と、運転日数との関係を示すグラフである。
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施形態による中温消化槽の運転方法では、まず、他の消化槽において中温条件で馴致させた中温消化汚泥を、種汚泥として中温消化槽Ｃに投入する。次いで、中温消化槽Ｃを、中温条件である約３７゜Ｃに維持する。さらに、処理すべき有機物を含む廃棄物を、種汚泥を馴養している中温消化槽Ｃに所定量ずつ投入する。廃棄物中の有機物が分解されることによって発生したメタンガス等のガスは、中温消化槽Ｃから排出される。また、中温消化槽Ｃに所定期間滞留して有機物が分解された廃棄物は、中温消化槽Ｃから引き抜かれる。
【００１８】
中温消化汚泥に含まれる、メタンガス等のガスを生成する代表的な細菌として、Methanosarcina barkeri、Methanosarcina mazei、Methanosarcina acetivorans、Methanosarcina vacuolata、Methanobacterium formicicum、Methanobacterium uliginosum、Methanobacterium alcaliphilum等を挙げることができる。
【００１９】
中温消化槽Ｃを所定期間運転した後、他の消化槽において高温条件である約５５゜Ｃで馴致させた高温消化汚泥を、中温消化槽Ｃに投入する。中温消化槽Ｃに投入される高温消化汚泥の量は、中温消化槽Ｃの中にある汚泥の容積の少なくとも１／１０以上、望ましくは１／３以上とするのが良い。中温消化槽Ｃに高温消化汚泥を投入した後も、中温消化槽Ｃの温度条件は中温のままとする。また、高温消化汚泥を投入した後の少なくとも１日間、望ましくは７日間程度は、中温消化槽Ｃに投入する廃棄物の量を、高温消化汚泥を投入する前の投入量である定格処理量より低減し、望ましくは５０乃至７０％とする。この期間を経過した後は、定格処理量の廃棄物を中温消化槽Ｃに投入する。本実施形態による中温消化槽の運転方法によれば、例えば、下水汚泥、し尿汚泥、家畜糞尿、生ごみ、食品廃棄物、食品加工廃棄物等を処理することができる。
【００２０】
高温消化汚泥に含まれる、メタンガス等のガスを生成する代表的な細菌として、Methanosarcina thermophila、Methanobacterium thermautotrophicum、Methanobacterium wolfei、Methanobacterium thermoformicicum、Methanobacterium thermalcaliphilum等を挙げることができる。
【００２１】
図２は、中温消化槽Ｃに投入した廃棄物の量と消化槽の運転日数との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、１日当たりに中温消化槽Ｃの容積１ｍ3当たりに投入する有機物（ＶＳ）の質量を表す。図２に示す通り、本実施形態では、中温消化槽Ｃの運転開始後、中温消化槽Ｃに投入する廃棄物の量を、約３０日間少しずつ増加させ、この中温消化槽Ｃの定格処理量である２．４ｋｇＶＳ／ｍ3／日に達した後、廃棄物の投入量を一定にした。
【００２２】
さらに、中温消化槽Ｃの運転開始後３７日後に、高温消化汚泥を中温消化槽Ｃに投入した。その後７日間、中温消化槽Ｃに投入する廃棄物の量を定格処理量の１／２にした。従って、この期間は、１日当たり約１．２ｋｇＶＳ／ｍ3の有機物を含む廃棄物が投入された。運転開始後４３日後からは、再び１日当たり約２．４ｋｇＶＳ／ｍ3の有機物を含む廃棄物を投入した。なお、本実施形態の中温消化槽においては、中温消化槽１ｍ3当たり１．０乃至２０．０ｋｇの有機物を含む廃棄物を処理することが可能である。
【００２３】
図３は、中温消化槽Ｃ内で発生したガスの量と消化槽の運転日数との関係を表すグラフである。グラフの縦軸は、１日当たり、投入した有機物１ｋｇにつき発生したガスの量をｍ3で表したものである。図３に示すように、ガスの発生量は、運転開始後約４０日間は約０．３５ｍ3／ｋｇＶＳ／日、即ち、有機物１ｋｇ当たり１日０．３５ｍ3程度のメタンガスが発生するが、高温消化汚泥投入後は、約０．６ｍ3／ｋｇＶＳ／日で推移している。このことは、一日当たり中温消化槽Ｃ内で細菌によって分解される有機物の量が増加したこと、即ち、有機物の処理効率が上昇したことを示している。これは、中温消化槽Ｃに高温消化汚泥を添加すると、消化槽の運転立ち上げ時に種汚泥とした中温消化汚泥に含まれていた細菌に加え、高温消化汚泥に含まれている細菌も中温消化槽Ｃ内で繁殖し、これにより有機物をメタンガスに分解する分解経路が増加したためと考えられる。
【００２４】
また、本発明の実施形態による中温消化槽の運転方法において、高温消化汚泥を投入した後の中温消化槽Ｃには、処理すべき廃棄物として下水脱水汚泥を無希釈で投入することもできる。従来、中温消化槽で効率的に処理できなかった下水脱水汚泥が、本実施形態における中温消化槽Ｃで処理できるのは、高温消化汚泥に含まれる細菌が、中温消化汚泥に含まれる細菌に比べて、有機物をガス化する速度が速いためと考えられる。また、一般に、高温条件においては、アンモニアの解離平衡の関係から遊離アンモニア（ＮＨ３）の濃度が中温条件よりも高いため、高温消化汚泥に含まれる細菌は、中温消化汚泥に含まれる細菌よりもアンモニア耐性が高いことも原因として考えられる。
【００２５】
本発明の実施形態の中温消化槽の運転方法によれば、高温消化汚泥を１回投入するだけで、投入後、廃棄物中に含まれる有機物の処理効率を高めることができる。また、本実施形態の中温消化槽の運転方法によれば、従来の中温消化槽では効率的な処理が困難であった下水脱水汚泥を、無希釈で処理することができる。また、従来の中温消化槽の運転方法においては、処理すべき廃棄物に含まれる固形物の濃度が高くなると、ガスの発生量が低下する傾向が見られた。これに対して、本実施形態による中温消化槽の運転方法では、固形物の濃度が高い場合にもガスの発生量はあまり変化せず、有機物の分解効率が低下しにくいという傾向がある。
【００２６】
また、上述した実施形態においては発明の効果を説明するために、中温消化槽Ｃに中温消化汚泥を種汚泥として投入し、その後中温消化槽Ｃを４０日間運転した後、高温消化汚泥を投入しているが、種汚泥の中温消化汚泥を投入した直後に高温消化汚泥を投入しても良い。或いは、変形例として、中温消化汚泥と高温消化汚泥を同時に中温消化槽Ｃに投入しても良いし、先に高温消化汚泥を投入し、その後中温消化汚泥を中温消化槽Ｃに投入しても良い。また、高温消化汚泥の投入は複数回行っても良い。
【００２７】
次に、本発明の中温消化槽の運転方法の他の実施形態を説明する。この実施形態では、高温消化汚泥だけを種汚泥として使用する。この場合には、中温消化槽Ｃに種汚泥として高温消化汚泥を投入し、中温消化槽Ｃを中温条件で運転する。この中温消化槽Ｃに、処理すべき有機物を含んだ廃棄物を投入し、廃棄物を高温消化汚泥に含まれる細菌によって分解する。
【００２８】
本実施形態の中温消化槽の運転方法によれば、中温消化汚泥のみを種汚泥として中温消化槽を立ち上げた場合よりも、有機物の分解効率を高めることができる。また、本実施形態においては、容積負荷を高くした場合でも、ガスの発生量を維持できるとの結果も得られている。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の中温消化槽の運転方法によれば、中温条件における中温消化槽の有機物を含む廃棄物の分解効率を高めることができる。
【００３０】
本発明の中温消化槽の運転方法によれば、中温条件において、下水脱水汚泥等の高濃度の廃棄物を無希釈で処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による中温消化槽の運転方法を実施するための装置のブロック図である。
【図２】中温消化槽に投入した有機物の容積負荷と運転日数との関係を示すグラフである。
【図３】中温消化槽に投入した有機物１ｋｇ当たりのガス発生量と、運転日数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｃ      中温消化槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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