(57)【要約】【課題】  メタン発酵廃液の性状に応じて必要最小限の量の水素供与体を添加することにより効率よく硝化脱窒処理を行うことができ、更には、水素供与体としてメタン発酵システムで余剰となった有機物等を有効に活用できる、低コストでコンパクトなメタン発酵廃液の処理方法と処理装置を提供する。【解決手段】  メタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度を測定し、このアンモニア性窒素濃度の値とメタン発酵廃液の投入量とから演算される値に基づいて、メタン発酵廃液に水素供与体として添加する有機物の量を調整する。前記アンモニア性窒素濃度の値の代わりに、メタン発酵廃液の硝化工程終了時点における硝酸性窒素濃度の値を利用することもできる。前記水素供与体として添加する有機物として、余剰汚泥を物理化学的に可溶化した溶液、あるいはメタン発酵処理する有機性廃棄物を固液分離したろ液を用いることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液に含まれる窒素化合物を、水素供与体を用いて生物学的に硝化脱窒処理する方法において、
廃液処理槽に投入する前記メタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度を測定し、このアンモニア性窒素濃度の値と、前記メタン発酵廃液の投入量とから演算される値に基づいて、前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を調整することを特徴とするメタン発酵廃液の処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液に含まれる窒素化合物を、水素供与体を用いて生物学的に硝化脱窒処理する方法において、
廃液処理槽に投入した前記メタン発酵廃液に含まれるアンモニア性窒素を好気性条件下で亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に変換する硝化工程を行い、該硝化工程終了時点における前記メタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定し、この硝酸性窒素濃度の値と、前記メタン発酵廃液の投入量とから演算される値に基づいて、前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を調整することを特徴とするメタン発酵廃液の処理方法。
【請求項３】
前記水素供与体として添加する有機物の量を、下記式（１）〜（３）に基づいて計算する、請求項１又は２に記載のメタン発酵廃液の処理方法。
ｃ＝ａ×ｂ×３（ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇＮ）…（１）
ａ：廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度（ｇ／Ｌ）、あるいは廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液の硝化工程終了時点における硝酸性窒素濃度（ｇ／Ｌ）
ｂ：廃液処理槽へのメタン発酵廃液の投入量（Ｌ）
ｃ：廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液の脱窒に必要なＢＯＤ成分量（ｇ）
ｅ＝ｃ−（ｄ×ｂ）…（２）
上式（２）中、ｂ、ｃは前記と同じ意味
ｄ：廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液に含まれるＢＯＤ成分濃度（ｇ／Ｌ）
ｅ：廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液を脱窒する際に不足するＢＯＤ成分量（ｇ）
ｇ＝ｅ÷ｆ…（３）
上式（３）中、ｅは前記と同じ意味
ｆ：水素供与体として用いる有機物のＢＯＤ成分濃度（ｇ／Ｌ）
ｇ：水素供与体として添加する有機物の量（Ｌ）
【請求項４】
前記水素供与体として添加する有機物として、前記廃液処理槽から排出される余剰汚泥を物理化学的に可溶化した溶液を用いる、請求項１〜３のいずれか一つに記載のメタン発酵廃液の処理方法。
【請求項５】
前記水素供与体として添加する有機物として、メタン発酵処理する有機性廃棄物を固液分離したろ液を用いる、請求項１〜３のいずれか一つに記載のメタン発酵廃液の処理方法。
【請求項６】
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、
前記メタン発酵槽から排出されるメタン発酵廃液の流量を測定するための流量測定手段と、
該メタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度を測定するためのアンモニア性窒素濃度測定手段と、
前記メタン発酵廃液を硝化脱窒処理するための廃液処理槽と、
前記アンモニア性窒素濃度測定手段によって測定された前記メタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度及び前記メタン発酵廃液流量測定手段によって測定された前記廃液処理槽への前記メタン発酵廃液の投入量とから前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を演算する演算手段と、
前記演算手段によって計算された値に基づいて、前記廃液処理槽から排出される余剰汚泥の一部を取り出して物理化学的に可溶化した溶液、あるいはメタン発酵処理する前記有機性廃棄物の一部を取り出して固液分離したろ液を、水素供与体として前記廃液処理槽に所定量添加する水素供与体添加手段とを備えていることを特徴とするメタン発酵廃液の処理装置。
【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、
前記メタン発酵槽から排出されるメタン発酵廃液の流量を測定するための流量測定手段と、
前記メタン発酵廃液を硝化脱窒処理するための廃液処理槽と、
前記廃液処理槽内のメタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定するための硝酸性窒素濃度測定手段と、
前記硝酸性窒素濃度測定手段によって測定された前記メタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度及び前記メタン発酵廃液流量測定手段によって測定された前記廃液処理槽への前記メタン発酵廃液の投入量とから前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を演算する演算手段と、
前記演算手段によって計算された値に基づいて、前記廃液処理槽から排出される余剰汚泥の一部を取り出して物理化学的に可溶化した溶液、あるいはメタン発酵処理する前記有機性廃棄物の一部を取り出して固液分離したろ液を、水素供与体として前記廃液処理槽に所定量添加する水素供与体添加手段とを備えていることを特徴とするメタン発酵廃液の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厨芥等の有機性廃棄物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液に含まれるアンモニア等の窒素化合物を効率よく低コストで硝化脱窒処理する方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、厨芥や畜産廃棄物等の有機性廃棄物を処理する方法の一つとして、嫌気性細菌等を利用してメタン発酵を行い、メタン発酵後に排出される消化廃液（本発明では、メタン発酵廃液という）を浄化処理するメタン発酵処理システムが知られている。
【０００３】
このメタン発酵処理システムにおけるメタン発酵廃液の浄化処理では、メタン発酵廃液に含まれる有機物を除去するだけでなく、高濃度の窒素化合物を除去する必要がある。一般にメタン発酵廃液中の窒素化合物を除去する方法として、生物学的硝化脱窒処理方法が知られている。この生物学的硝化脱窒処理は、メタン発酵廃液に含まれるアンモニア性窒素を好気性条件下で硝化菌の働きにより亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素にする硝化工程と、生成した亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を嫌気性条件下で脱窒菌の働きにより窒素ガスに還元して除去する脱窒工程からなる。
【０００４】
上記脱窒工程においては、亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を窒素ガスに還元するための水素を供給する水素供与体が必要とされ、通常、メタン発酵廃液に含まれる有機物が水素供与体として利用される。また、有機物は、脱窒菌のエネルギー源としても必要であるため、脱窒工程を効率よく行うためにはメタン発酵廃液中に適量の有機物が残っていなければならない。
【０００５】
一般に生物学的硝化脱窒処理を効率よく行うためには、除去する窒素の約３倍量の有機物が必要であるが、メタン発酵廃液は、メタン発酵工程で多くの有機物が消費されており、窒素除去に必要な有機物が十分存在しないため、脱窒反応が進行せず、窒素除去が不良となってしまう。
【０００６】
そのため、図３に示すような従来のメタン発酵処理装置では、メタン発酵廃液に有機物としてメタノールを添加し、このメタノールを水素供与体として利用し、脱窒反応を効率よく進行させている。図３に示すように、有機性廃棄物は、粉砕分別機１でプラスチックや金属等が除去されてスラリー化された後、移送ポンプ２でメタン発酵槽３に投入され、撹拌ポンプ４によりスラリーを循環させながらメタン発酵処理が行われる。メタン発酵により発生したバイオガスは、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。
【０００７】
メタン発酵槽３から排出されたメタン発酵廃液は、廃液処理槽５に投入され、撹拌機７により撹拌しながら、曝気装置６により間欠的に曝気することにより、硝化脱窒処理が行われる。その際、廃液処理槽５内に、メタノール貯留槽８からメタノール注入ポンプ９によりメタノールが添加されるようになっている。
【０００８】
硝化脱窒処理後のメタン発酵廃液は膜分離槽１０に送られ、膜ユニット１１により固形分（活性汚泥）が分離された後、処理水として排出される。一方、分離された活性汚泥は、汚泥返送ポンプ１２によって廃液処理槽５に返送され、活性汚泥の一部は、余剰汚泥排出ポンプ１３により余剰汚泥として排出される。
【０００９】
また、廃水中の窒素化合物を生物学的に除去する他の方法として、例えば、下記特許文献１には、廃水中に含まれる窒素含有物質を、水素供与体を用いて生物学的に硝化脱窒素処理する廃水処理方法において、前記水素供与体として、有機性廃棄物を湿式粉砕して得られる有機スラリーを用いることを特徴とする廃水処理方法が開示されている。
【００１０】
また、下記特許文献２には、ＮＯｘ−Ｎを含有する窒素含有排水を、脱窒槽を含む窒素除去系において処理する方法において、ＮＯｘ−Ｎを含有する排水を脱窒槽に導入して窒素を生物学的に脱窒する脱窒工程と、窒素除去系において生成する生物汚泥の一部を引き抜いて易生物分解性に改質処理したのち、この改質汚泥を前記脱窒槽に導入する改質工程とを含み、前記脱窒槽において、脱窒槽流出水のＮＯｘ−Ｎ濃度が５ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となるように脱窒する窒素含有排水の処理方法が開示されている。
【００１１】
また、下記特許文献３には、水を選択的に透過させる逆浸透膜の一次側に、被処理水を加圧して導入することにより硝酸性窒素を除去する水道原水中の硝酸性窒素の除去方法において、処理工程で生じる硝酸性窒素の濃縮排水に対し、脱窒菌と有機物を加え、該脱窒菌の還元作用によって硝酸性窒素を窒素ガスに還元するとともに、前記逆浸透膜の洗浄により生じる薬品洗浄排水を、前記脱窒菌に必要な有機物源として使用することを特徴とする水道原水中の硝酸性窒素の除去方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２９９９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２１８９号公報
【特許文献３】特開２００２−１８４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したようにメタン発酵廃液中の窒素化合物を生物学的に除去しようとする場合は、メタン発酵廃液中の窒素化合物や有機物の濃度に応じて水素供与体として有機物を添加する必要があるが、有機物を必要以上に添加すると処理水に余剰の有機物が残留してしまったり、逆に有機物の添加量が不足すると硝化脱窒処理が十分に行われなくなってしまう。そのため、上記従来の方法では、メタン発酵廃液中の窒素化合物や有機物の濃度に応じて有機物の添加量を調整することが難しかった。なお、上記特許文献３においては、生物学的脱窒反応槽内の被処理水のＯＲＰ（酸化還元電位）を測定し、その値に基づいてメタノールの添加量を調整することが記載されているが、この方法では間接的に硝酸性窒素濃度を測定しているため、安定性や信頼性に欠け、安定して脱窒処理が行えないという心配があった。
【００１３】
また、一般に水素供与体として用いられるメタノールは高価であるため、処理コストが高くなるという欠点があった。そのため、上記特許文献１においては、厨芥等の有機物を湿式粉砕して得られる有機スラリーを脱窒処理の水素供与体として用いている。しかしながら、この有機スラリーには固形分が多く含まれているので、処理装置の負荷が大きくなり、廃液処理槽の容積もそれに応じて大きくする必要があるだけでなく、廃液処理槽から排出される活性汚泥の量も増加してしまうという欠点があった。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、メタン発酵廃液中の窒素化合物を生物学的硝化脱窒する際に、メタン発酵廃液の性状に応じて必要最小限の量の水素供与体を添加することにより効率よく硝化脱窒処理を行うことができ、更には、水素供与体としてメタン発酵システムで余剰となった有機物等を有効に活用できる、低コストでコンパクトなメタン発酵廃液の処理方法と処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵廃液の処理方法の一つは、有機性廃棄物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液に含まれる窒素化合物を、水素供与体を用いて生物学的に硝化脱窒処理する方法において、廃液処理槽に投入する前記メタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度を測定し、このアンモニア性窒素濃度の値と、前記メタン発酵廃液の投入量とから演算される値に基づいて、前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を調整することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のメタン発酵廃液の処理方法のもう一つは、有機性廃棄物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液に含まれる窒素化合物を、水素供与体を用いて生物学的に硝化脱窒処理する方法において、廃液処理槽に投入した前記メタン発酵廃液に含まれるアンモニア性窒素を好気性条件下で亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に変換する硝化工程を行い、該硝化工程終了時点における前記メタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定し、この硝酸性窒素濃度の値と、前記メタン発酵廃液の投入量とから演算される値に基づいて、前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を調整することを特徴とする。
【００１７】
本発明の方法によれば、廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度あるいは硝化工程終了時点におけるメタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定し、この値と前記メタン発酵廃液の投入量とから演算される値に基づいて、前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を調整することにより、必要最小限の量の有機物を添加することができるので、効率よく硝化脱窒処理を行うことができる。
【００１８】
本発明の方法においては、前記水素供与体として添加する有機物の量を、下記式（１）〜（３）に基づいて計算することが好ましい。
【００１９】
ｃ＝ａ×ｂ×３（ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇＮ）…（１）
ａ：廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度（ｇ／Ｌ）、あるいは廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液の硝化工程終了時点における硝酸性窒素濃度（ｇ／Ｌ）
ｂ：廃液処理槽へのメタン発酵廃液の投入量（Ｌ）
ｃ：廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液の脱窒に必要なＢＯＤ成分量（ｇ）
【００２０】
ｅ＝ｃ−（ｄ×ｂ）…（２）
上式（２）中、ｂ、ｃは前記と同じ意味      
ｄ：廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液に含まれるＢＯＤ成分濃度（ｇ／Ｌ）
ｅ：廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液を脱窒する際に不足するＢＯＤ成分量（ｇ）
【００２１】
ｇ＝ｅ÷ｆ…（３）
上式（３）中、ｅは前記と同じ意味      
ｆ：水素供与体として用いる有機物のＢＯＤ成分濃度（ｇ／Ｌ）
ｇ：水素供与体として添加する有機物の量（Ｌ）
【００２２】
また、本発明の方法においては、前記水素供与体として添加する有機物として、前記廃液処理槽から排出される余剰汚泥を物理化学的に可溶化した溶液、あるいはメタン発酵処理する有機性廃棄物を固液分離したろ液を用いることが好ましい。これによれば、水素供与体としてメタノールに比べて安価な有機物を用いるので、ランニングコストを低減することができる。また、余剰汚泥を物理化学的に可溶化した溶液を利用することで、余剰汚泥の廃棄処理費も削減することができる。
【００２３】
一方、本発明のメタン発酵廃液の処理装置の一つは、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、前記メタン発酵槽から排出されるメタン発酵廃液の流量を測定するための流量測定手段と、該メタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度を測定するためのアンモニア性窒素濃度測定手段と、前記メタン発酵廃液を硝化脱窒処理するための廃液処理槽と、前記アンモニア性窒素濃度測定手段によって測定された前記メタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度及び前記メタン発酵廃液流量測定手段によって測定された前記廃液処理槽への前記メタン発酵廃液の投入量とから前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を演算する演算手段と、前記演算手段によって計算された値に基づいて、前記廃液処理槽から排出される余剰汚泥の一部を取り出して物理化学的に可溶化した溶液、あるいはメタン発酵処理する前記有機性廃棄物の一部を取り出して固液分離したろ液を、水素供与体として前記廃液処理槽に所定量添加する水素供与体添加手段とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のメタン発酵廃液の処理装置のもう一つは、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、前記メタン発酵槽から排出されるメタン発酵廃液の流量を測定するための流量測定手段と、前記メタン発酵廃液を硝化脱窒処理するための廃液処理槽と、前記廃液処理槽内のメタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定するための硝酸性窒素濃度測定手段と、前記硝酸性窒素濃度測定手段によって測定された前記メタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度及び前記メタン発酵廃液流量測定手段によって測定された前記廃液処理槽への前記メタン発酵廃液の投入量とから前記メタン発酵廃液に前記水素供与体として添加する有機物の量を演算する演算手段と、前記演算手段によって計算された値に基づいて、前記廃液処理槽から排出される余剰汚泥の一部を取り出して物理化学的に可溶化した溶液、あるいはメタン発酵処理する前記有機性廃棄物の一部を取り出して固液分離したろ液を、水素供与体として前記廃液処理槽に所定量添加する水素供与体添加手段とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の処理装置によれば、前記流量測定手段と、前記アンモニア性窒素濃度測定手段あるいは前記硝酸性窒素濃度測定手段とにより、硝化脱窒処理に付されるメタン発酵廃液の性状を把握することができ、前記演算手段により、メタン発酵廃液を脱窒処理するために必要な水素供与体の量を正確に計算することができる。その結果、メタン発酵廃液に必要最小限の量の水素供与体を添加することができ、効率よく硝化脱窒処理を行うことができるようになり、廃液処理槽をコンパクトにすることができる。
【００２６】
また、水素供与体として、前記廃液処理槽から排出される余剰汚泥の一部を取り出して物理化学的に可溶化した溶液、あるいはメタン発酵処理する前記有機性廃棄物の一部を取り出して固液分離したろ液を用いるので、ランニングコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、メタン発酵廃液を硝化脱窒処理する際に、廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液の流量と、メタン発酵廃液中のアンモニア性窒素濃度あるいは硝化工程終了時点におけるメタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定し、これらの測定値に基づいて脱窒に必要な水素供与体の量を計算することにより、水素供与体の添加量を必要最小限にすることができるので、硝化脱窒処理を効率よく行うことができる。
【００２８】
また、水素供与体として、メタン発酵システムで余剰となった有機物を有効に活用できるので、ランニングコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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廃液の処理方法に用いることができる処理装置の概略構成図が示されている。なお、図中、破線で示す経路は信号線を、実線は廃液等の流体の流れを示す。
【００３０】
まず、図１の処理装置は、有機性廃棄物を粉砕する粉砕分別機２１、メタン発酵を行うメタン発酵槽２３、メタン発酵廃液の流量を測定する流量計２５、メタン発酵廃液中のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア計２６、メタン発酵廃液の処理を行う廃液処理槽２７、廃液処理槽内２７のメタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定するＮＯ３計３０、処理水と活性汚泥を分離する膜分離槽３１、余剰汚泥の一部を物理化学的に可溶する可溶化槽３７、水素供与体として添加する有機物の量を算出すると共に可溶化槽３７への余剰汚泥の投入量を調整する演算装置３５とから主に構成されている。
【００３１】
粉砕分別機２１は、配管５１を介してメタン発酵槽２３に連結されており、メタン発酵槽２３は、配管５３を介して廃液処理槽２７に連結されている。そして、配管５３の途中には、演算装置３５に接続された流量計２５とアンモニア計２６が設けられており、廃液処理槽２７に投入されるメタン発酵廃液の量とアンモニア性窒素濃度を測定し、演算装置３５に各測定値を送信できるようになっている。なお、メタン発酵槽２３には、メタン発酵を効率よく行うために、配管５２を介して撹拌ポンプ２４が設けられている。また、廃液処理槽２７には、硝化脱窒処理を効率よく行うために曝気装置２８と撹拌機２９が設けられている。
【００３２】
流量計２５としては、通常の流量計であれば特に制限なく用いることができる。また、アンモニア計２６としては、連続計測できる濃度計が好ましく、例えば、隔膜式アンモニア電極等が使用できる。
【００３３】
更に、廃液処理槽２７は配管５４を介して膜分離槽３１に連結されており、配管５４の途中には、演算装置３５に接続されたＮＯ３計３０が設けられており、廃液処理槽２７内のメタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定し、演算装置３５に測定値を送信できるようになっている。
【００３４】
ＮＯ３計３０としては、連続計測できる濃度計が好ましく、例えば、紫外線吸収式硝酸性窒素濃度計やイオン電極等が使用できる。
【００３５】
膜分離槽３１には、膜ユニット３２が設置されており、分離したろ過液を処理水として排出するための配管５８と、分離した活性汚泥の一部を余剰汚泥として排出するための配管５５が設けられている。また、配管５５から分岐した配管５６が可溶化槽３７に連結されており、余剰汚泥の一部を余剰汚泥移送ポンプ３６により可溶化槽３７に投入できるようになっている。更に、膜分離槽３１は、配管５８を介して廃液処理槽２７と連結されており、分離した活性汚泥を汚泥返送ポンプ３３により廃液処理槽２７に返送できるようになっている。
【００３６】
膜ユニット３２としては、硝化脱窒したメタン発酵廃液を固液分離できるものであればよく、例えば、ＭＦ（マイクロフィルタレーション）膜等が使用できる。
【００３７】
余剰汚泥移送ポンプ３６は、演算装置３５に接続されており、演算装置２３からの信号によって稼動時間を制御できるようになっている。ここで、演算装置３５は、廃液処理槽２７に投入されるメタン発酵廃液の量と、アンモニア性窒素濃度あるいは硝酸性窒素濃度の値とから、メタン発酵廃液中の窒素化合物を除去するために必要な有機物の量を算出すると共に、その結果に基づいて余剰汚泥移送ポンプ３６の稼働時間を制御して可溶化槽２５に投入する余剰汚泥の量を調整できるようにプログラムされている。
【００３８】
可溶化槽３７は、配管５７を介して廃液処理槽２７と連結されており、余剰汚泥を物理化学的に可溶化した溶液を廃液処理槽２７に添加できるようになっている。可溶化槽３７には、余剰汚泥を物理化学的に可溶化するために、例えば、オゾン添加手段や加熱手段等が設けられている。なお、本発明でいう余剰汚泥の物理化学的な可溶化とは、余剰汚泥中の微生物の細胞壁を壊して可溶化することを意味する。
【００３９】
次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵廃液の処理方法について説明する。  図１に示すように、厨芥等の有機性廃棄物は、粉砕分別装機２１で細かく粉砕されると共に発酵不適物であるプラスチック等の異物が分離除去された後、図示しない経路から希釈水が投入されてスラリー化され、メタン発酵に適した固形分濃度（通常、固形物濃度１０〜２０質量％）に調整される。
【００４０】
スラリー化された有機性廃棄物（有機性スラリー）は、移送ポンプ２２によりメタン発酵槽２３に投入されてメタン発酵が行われる。メタン発酵槽２３には撹拌ポンプ２４が設けられており、これによりメタン発酵槽内の有機性スラリーの循環撹拌が行われる。そして、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。
【００４１】
メタン発酵槽２３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、ここで有機性スラリーのメタン発酵が行われ、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】
メタン発酵槽１１から排出されたメタン発酵廃液は、窒素化合物を除去するために廃液処理槽２７に投入される。この時、メタン発酵廃液中の窒素化合物を脱窒するために必要な量の有機物（余剰汚泥を物理化学的に可溶化した溶液）も同時に添加される。
【００４３】
本発明においては、廃液処理槽２７にメタン発酵廃液を投入する際に、メタン発酵廃液の投入量とアンモニア性窒素濃度が、流量計２５及びアンモニア計３０により測定されて演算装置３５に送信され、メタン発酵廃液中の窒素化合物を脱窒するために必要な有機物の量が算出される。なお、アンモニア性窒素濃度の代わりにＮＯ３計３０により測定される硝酸性窒素濃度を利用することもできる。
【００４４】
メタン発酵廃液中の窒素化合物を脱窒するために必要な有機物の量の計算は、具体的には下記式（１）〜（３）に基づいて行われる。
【００４５】
ｃ＝ａ×ｂ×３（ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇＮ）…（１）
ａ：廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液のアンモニア性窒素濃度（ｇ／Ｌ）、あるいは廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液の硝化工程終了時点における硝酸性窒素濃度（ｇ／Ｌ）
ｂ：廃液処理槽へのメタン発酵廃液の投入量（Ｌ）
ｃ：廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液の脱窒に必要なＢＯＤ成分量（ｇ）
【００４６】
ｅ＝ｃ−（ｄ×ｂ）…（２）
上式（２）中、ｂ、ｃは前記と同じ意味
ｄ：廃液処理槽に投入するメタン発酵廃液に含まれるＢＯＤ成分濃度（ｇ／Ｌ）
ｅ：廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液を脱窒する際に不足するＢＯＤ成分量（ｇ）
【００４７】
ｇ＝ｅ÷ｆ…（３）
上式（３）中、ｅは前記と同じ意味      
ｆ：水素供与体として用いる有機物のＢＯＤ成分濃度（ｇ／Ｌ）
ｇ：水素供与体として添加する有機物の量（Ｌ）
【００４８】
すなわち、上記式（１）において、パラメーターａは、アンモニア計３０あるいはＮＯ３計３０により測定されたアンモニア性窒素濃度あるいは硝酸性窒素濃度であり、パラメーターｂは、流量計２５により測定されたメタン発酵廃液の投入量である。そして、上記式（１）により、メタン発酵廃液の脱窒に必要なＢＯＤ（生物学的酸素要求量）成分の全量（ｃ）が求められる。なお、本発明において、ＢＯＤ成分とは、水中の好気性微生物によって分解可能な有機物を意味する。
【００４９】
次に、上記式（２）により、廃液処理槽に投入したメタン発酵廃液を脱窒する際に不足するＢＯＤ成分の量、すなわち、メタン発酵廃液に添加すべきＢＯＤ成分の量が求められる。
【００５０】
そして、上記式（３）により、実際にメタン発酵廃液に添加される有機物の量が求められる。
【００５１】
上記計算式により算出された値に基づいて、演算装置３５が余剰汚泥移送ポンプ３６の稼働時間を制御し、所定量の余剰汚泥が可溶化槽３７に投入される。可溶化槽３７に投入された余剰汚泥は、該槽内で可溶化されてから廃液処理槽２７に投入される。例えば、余剰汚泥の可溶化を加熱により行う場合は、８０〜１００℃で１〜２時間加熱することにより行うことができる。
【００５２】
廃液処理槽２７には、硝化菌や脱窒菌等を含む活性汚泥が入っており、所定量の有機物が添加されたメタン発酵廃液は、曝気装置２８により間欠的に曝気されて嫌気状態と好気状態が交互に繰り返されることにより、好気条件下ではメタン発酵廃液に含まれるアンモニア性窒素が硝化菌により硝化されて亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に変換され、生成した亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素は、嫌気条件下でメタン発酵廃液中の有機物を水素供与体として脱窒菌により窒素ガスに還元され大気に放出される。メタン発酵廃液は、嫌気状態のときに廃液処理槽２７に投入され、通常、１０〜３５℃の条件下で、嫌気状態０．５〜１．５時間、好気状態１．５〜０．５時間を交互に繰り返しながら、５〜１０日間廃液処理槽２７内に滞留され、生物学的硝化脱窒処理が行われる。
【００５３】
硝化脱窒処理されたメタン発酵廃液は、廃液処理槽２７から排出され、膜分離槽１２に送られ、膜ユニット１３によって残存する固形分（活性汚泥）が分離された後、ろ過液は処理水として排出される。一方、分離された活性汚泥は、再び廃液処理槽２７に返送されるが、その一部は余剰汚泥として上記のように可溶化槽３７に投入される、あるいは余剰汚泥排出ポンプ３４により系外に排出され、脱水等の処理を行ったのち廃棄物として処分される。
【００５４】
図２には、本発明のメタン発酵廃液の処理方法に用いることができる別の処理装置の概略構成図が示されている。なお、以下の説明においては、図１と基本的に同一の部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
図２の処理装置は、水素供与体添加手段として、余剰汚泥移送ポンプ３６と余剰汚泥の一部を物理化学的に可溶する可溶化槽３７の代わりに、有機性スラリーを固液分離する脱水機３８、有機性スラリーのろ液を貯留するろ液槽３９、ろ液移送ポンプ４０を有している点で図１に示す処理装置と相違する。
【００５６】
粉砕分別機２１は、配管６０を介してメタン発酵槽２３に連結されており、途中で分岐した配管６１は脱水機３８に連結されている。そして、メタン発酵槽２３は、配管６４を介して廃液処理槽２７に連結されている。配管６４の途中には、演算装置３５に接続された流量計２５とアンモニア計２６が設けられており、廃液処理槽２７に投入されるメタン発酵廃液の量とアンモニア性窒素濃度を測定し、演算装置３５に各測定値を送信できるようになっている。
【００５７】
廃液処理槽２７は配管６５を介して膜分離槽３１に連結されており、配管６５の途中には、演算装置３５に接続されたＮＯ３計３０が設けられており、廃液処理槽２７内のメタン発酵廃液の硝酸性窒素濃度を測定し、演算装置３５に測定値を送信できるようになっている。
【００５８】
膜分離槽３１には、膜ユニット３２が設置されており、分離したろ過液を処理水として排出するための配管６７と、分離した活性汚泥の一部を余剰汚泥として排出するための配管６６が設けられている。更に、膜分離槽３１は、配管６８を介して廃液処理槽２７と連結されており、分離した活性汚泥を汚泥返送ポンプ３３により廃液処理槽２７に返送できるようになっている。
【００５９】
この装置においては、脱水機３８により分離されたろ液はろ液槽３９に貯留され、ろ液移送ポンプ４０によって、配管６９を通って廃液処理槽２７に投入できるようになっている。ろ液移送ポンプ４０は、演算装置３５に接続されており、該演算装置により稼働時間を制御できるようになっている。一方、分離された固形物は、配管６２により粉砕分別機２１に返送されるようになっている。
【００６０】
脱水機３８としては、有機性スラリーを固液分離できるものであればよく、例えば、遠心分離脱水機やスクリュープレス脱水機等が使用できる。
【００６１】
次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵廃液の処理方法について説明する。  図２に示すように、厨芥等の有機性廃棄物は、粉砕分別装機２１で細かく粉砕されると共に発酵不適物であるプラスチック等の異物が分離除去された後、図示しない経路から希釈水が投入されてスラリー化される。
【００６２】
有機性スラリーは、移送ポンプ２２によりメタン発酵槽２３に投入されてメタン発酵が行われ、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。
【００６３】
また、有機性スラリーの一部は、脱水機３８に送られて固液分離される。分離された固形分を含まないろ液はろ液槽３９に貯留され、分離された固形分は、粉砕分別機２１に返送される。
【００６４】
メタン発酵槽１１から排出されたメタン発酵廃液は、窒素化合物を除去するために廃液処理槽２７に投入される。この時、メタン発酵廃液中の窒素化合物を脱窒するために必要な量の有機物（メタン発酵の原料となる有機性スラリーを固液分離したろ液）も同時に添加される。
【００６５】
本発明においては、廃液処理槽２７にメタン発酵廃液を投入する際に、メタン発酵廃液の投入量とアンモニア性窒素濃度が、流量計２５及びアンモニア計３０により測定されて演算装置３５に送信され、上述したようにメタン発酵廃液中の窒素化合物を脱窒するために必要な有機物の量が算出される。なお、アンモニア性窒素濃度の代わりにＮＯ３計３０により測定される硝酸性窒素濃度を利用することもできる。
【００６６】
そして、算出された値に基づいて、演算装置３５がろ液移送ポンプ４０の稼働時間を制御し、所定量のろ液が廃液処理槽２７に投入される。
【００６７】
硝化脱窒処理されたメタン発酵廃液は、廃液処理槽２７から排出され、膜分離槽１２に送られ、膜ユニット１３によって残存する固形分（活性汚泥）が分離された後、ろ過液は処理水として排出される。一方、分離された活性汚泥は、再び廃液処理槽２７に返送されるが、その一部は余剰汚泥として余剰汚泥排出ポンプ３４により系外に排出され、脱水等の処理を行ったのち廃棄物として処分される。
【００６８】
このような装置構成及び運転を行うことにより、生物学的硝化脱窒の水素供与体として一般的に用いられていた高価なメタノールの代わりに、従来、廃棄物として処分されていた余剰汚泥の可溶化溶液、あるいはメタン発酵の原料である有機性スラリーのろ液を用いることができ、ランニングコストの低減が可能となる。また、その添加量も、メタン発酵廃液量と、アンモニア性窒素濃度あるいは硝酸性窒素濃度の測定値に基づいて算出するので、メタン発酵廃液に含まれる窒素化合物を除去できる必要最小限な有機物量とすることができ、効率よく硝化脱窒処理を行うことができ、過剰な有機物を廃液処理槽で処理する必要がない。したがって、廃液処理槽の容積もコンパクトにすることができる。
【実施例１】
【００６９】
図２に示す構成の処理装置により、本発明のメタン発酵処理廃液の処理方法を用いて牛糞尿及び生ゴミを含む有機性廃棄物のメタン発酵処理を行った。なお、メタン発酵は５５℃で行い、メタン発酵槽２３内での滞留時間は１０日間とした。
【００７０】
そして、メタン発酵槽２３から排出されたメタン発酵廃液を１００ｍ３／日の流量で廃液処理槽２７に投入すると同時に、有機性スラリーを固液分離して得られたろ液（ＢＯＤ濃度９８，０００ｍｇ／Ｌ）を２．８６ｍ３／日投入して硝化脱窒処理を行った。表１に、メタン発酵廃液の性状を示す。
【００７１】
【表１】
2005087853.tif 000002
【００７２】
なお、上記ろ液の投入量は、上記式（１）〜（３）に基づいて算出されたものである。また、硝化脱窒処理は２０℃で行い、曝気装置２８により間欠的に曝気を行いながら、廃液処理槽２７内に１０日間滞留させた。
【００７３】
そして、廃液処理槽２７から排出された硝化脱窒処理済みのメタン発酵廃液を、膜分離槽１２に送り、膜ユニット１３によって残存する固形分（活性汚泥）を分離した後、ろ過液を処理水として排出（１００ｍ３／日）した。表２に処理水の性状を示す。
【００７４】
【表２】
2005087853.tif 000003
【００７５】
表２から、メタン発酵廃液中の有機物及び窒素化合物が十分に除去されていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を嫌気性微生物を用いてメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液中の有機物及び窒素化合物の除去に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明のメタン発酵廃液の処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明のメタン発酵廃液の処理装置の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】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】
【００７８】
２１．粉砕分別機
２２．移送ポンプ
２３．メタン発酵槽
２４．撹拌ポンプ
２５．流量計
２６．アンモニア計
２７．廃液処理槽
２８．曝気装置
２９．撹拌機
３０．ＮＯ３計
３１．膜分離槽
３２．膜ユニット
３３．汚泥返送ポンプ
３４．余剰汚泥排出ポンプ
３５．演算装置
３６．余剰汚泥移送ポンプ
３７．可溶化槽
３８．脱水機
３９．ろ液槽
４０．ろ液移送ポンプ
【図１】
2005087853.tif 000004
【図２】
2005087853.tif 000005
【図３】
2005087853.tif 000006