(57)【要約】【課題】メタン発酵液を処理するに際し、添加する凝集剤の量を削減することのできるメタン発酵液処理方法を提供すること。【解決手段】本発明のメタン発酵廃液の処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵槽内でメタン発酵し、前記メタン発酵槽内でメタン発酵したメタン発酵廃液を活性汚泥法で浄化処理する方法において、前記メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持、あるいは加温して曝気処理し、凝集処理することを特徴とする。本発明のメタン発酵液処理方法においては、メタン発酵廃液を加熱することにより、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持、あるいはメタン発酵槽の温度条件より高温にしてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵槽内でメタン発酵し、前記メタン発酵槽内でメタン発酵したメタン発酵廃液を活性汚泥法で浄化処理する方法において、
前記メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持、あるいは加温して曝気処理し、凝集処理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】
前記メタン発酵廃液を加熱することにより、前記メタン発酵廃液を前記メタン発酵槽内の温度に保持する、あるいは前記メタン発酵槽内の温度より高温にする、請求項１に記載のメタン発酵廃液の処理方法。
【請求項３】
有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内でメタン発酵したメタン発酵廃液を曝気処理する曝気槽と、曝気処理されたメタン発酵廃液と凝集剤とを反応させ凝集処理を施す凝集混和槽と、該凝集混和槽の後段に設けられた固液分離手段と、前記曝気槽内の温度を保持する保温装置とを有することを特徴とするメタン発酵廃液処理装置。
【請求項４】
前記曝気槽を加熱する加熱装置を備える、請求項３に記載のメタン発酵廃液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、牛、豚などの糞尿、生ゴミなどの有機性廃棄物のメタン発酵廃液を処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
牛舎、豚舎等の畜舎から排出される、牛、豚などの糞尿を含む畜産排水や、生ゴミなどの有機性廃棄物は、一般にメタン発酵処理される場合、発酵処理された後の廃液は、堆肥として土壌に散布されるかもしくは浄化処理を行った後、河川等に放流される。廃液を浄化処理する場合には、メタン発酵廃液を凝集し、脱水処理して、ある程度の固形分を除去した後、下水処理などを行い、用いられる活性汚泥法によって生物学的処理されることが一般的である（例えば、非特許文献１参照）。メタン発酵は、嫌気性微生物の作用によって有機物を主としてメタンガスと炭酸ガスとに分解する処理方法であり、分解生成物であるメタンガスを回収し、これを熱エネルギーとして活用できるという利点を有する。
【０００３】
図３に、従来より一般的に行われているメタン発酵廃液処理設備の概要要部構成を示す概略構成図を示す。図３に示す装置は、主として、有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽１，メタン発酵槽１から排出されるメタン発酵廃液２を一時貯留する貯留槽３１、メタン発酵廃液２と凝集剤とを反応させる凝集混和槽７、固液分離を行う脱水機８、脱水機８から排出される脱水ろ液９を活性汚泥処理する活性汚泥槽１０、メタン発酵槽１から排出されるメタンガス１２を利用して発電を行う発電機１３から構成されている。
【０００４】
メタン発酵廃液２は、固形分及び液体の共存するスラリー状であるが、固形分と液分とが分離し難いため、凝集混和槽７に凝集剤を添加して固形分を固めた後、脱水機により固液分離し、固形分の分離除去を行っている。脱水機により大部分の固形分が除去された脱水ろ液９は活性汚泥槽１０に送られ、活性汚泥槽１０内の微生物の力を利用して更に浄化処理が行われ河川などに放流される。一方、固形分である脱水汚泥はコンポスト処理等が行われ、堆肥として利用される。また、発電機１３としては、ガスエンジンや燃料電池等が挙げられ、発電機１３により発電した電気は処理装置内の機器の運転に利用される。発電した電機に余剰分がある場合には売電することも可能である。
【０００５】
従来より用いられているメタン発酵処理液の処理方法として、例えば特許文献１（特開平１０−５７８９号公報）に開示されたものがある。特許文献１に開示されたメタン発酵処理液の処理方法は、メタン発酵法による処理液を活性汚泥法で処理する方法において、アンモニアストリッピング法で処理したのち、活性汚泥処理するものである。特許文献１には、メタン発酵処理して得られる発酵廃液はアンモニア濃度が非常に高いので、メタン発酵処理により２５℃以上の温度となっている発酵廃液をアルカリ性に調整して曝気することによって溶存しているアンモニアが気相に放散し、発酵廃液中のアンモニア濃度を低減することができることが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２（特開平１１−２７７０９８号公報）には、メタン発酵を阻害することなく充分に脱リンするためのメタン発酵処理液の処理方法が開示されている。特許文献２に開示された方法は、液状の有機性廃棄物を嫌気性条件下と好気性条件下とに順次導入して、嫌気性発酵工程で発生した消化汚泥を、ｐＨ調整しつつ無機凝集剤、有機高分子凝集剤を添加して脱水機により脱水するものである。
【０００７】
上記特許文献１及び特許文献２に開示された方法においては、メタン発酵廃液を処理する際にメタン発酵廃液中の固形分と液分とを分離するために凝集剤を添加している。有機性廃棄物は、ＢＯＤ及び全窒素量が非常に高いが、全窒素のうちアンモニア態窒素の占める割合も高いという特徴を有している。このように、アンモニアを高濃度で含むメタン発酵廃液においては、凝集剤が懸濁粒子へ均一分散される前に金属水酸化物が形成されてしまい、凝集剤が大量に消費されるため、添加する凝集剤が大量に必要となり、処理コストが増大する大きな原因となっていた。
【０００８】
【非特許文献１】
道宗  直昭著  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＪＳＥＳ（日本太陽エネルギー学会誌）１９９９年Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．６  Ｐ２６〜３０
【特許文献１】
特開平１０−５７８９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２７７０９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、メタン発酵廃液を処理するに際し、添加する凝集剤の量を削減することのできるメタン発酵廃液処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持、あるいは加温して曝気処理した後、凝集処理を施すことにより、上記目的を達成し得るという知見を得た。
【００１１】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、有機性廃棄物をメタン発酵槽内でメタン発酵し、前記メタン発酵槽内でメタン発酵したメタン発酵廃液を活性汚泥法で浄化処理する方法において、前記メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持、あるいは加温して曝気処理し、凝集処理することを特徴とするメタン発酵廃液の処理方法を提供するものである。
上記メタン発酵廃液の処理方法によれば、メタン発酵槽内でメタン発酵されたメタン発酵廃液のアルカリ度を低下することができ、凝集剤の消費量を低減することが可能となる。
上記メタン発酵廃液の処理方法においては、メタン発酵廃液を加熱することにより、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持するか、あるいはメタン発酵槽内の温度より高い温度に加温してもよい。
【００１２】
また、本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内でメタン発酵したメタン発酵廃液を曝気処理する曝気槽と、曝気処理されたメタン発酵廃液と凝集剤とを反応させ凝集処理を施す凝集混和槽と、該凝集混和槽の後段に設けられた固液分離手段と、前記曝気槽内の温度を保持する保温装置とを有することを特徴とするメタン発酵廃液処理装置を提供するものである。
上記メタン発酵廃液処理装置は、上記曝気槽を加熱する加熱装置を備えてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のメタン発酵廃液の処理方法について説明する。
本発明のメタン発酵廃液の処理方法は、牛、豚などの糞尿、生ゴミなどの有機性廃棄物をメタン発酵槽内でメタン発酵し、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持、あるいは加温して曝気処理した後、凝集処理を施すことを特徴としている。
【００１４】
有機性廃棄物をメタン発酵して得られるメタン発酵廃液を凝集処理する前に、メタン発酵槽内の温度に保持、あるいは加温して曝気処理する理由は以下の通りである。
牛、豚などの糞尿、生ゴミなどの有機性廃棄物は、ＢＯＤ及び全窒素濃度が非常に高いばかりでなく、全窒素のうちアンモニア態窒素の占める割合が大きいという特質を有する。また、有機性廃棄物をメタン発酵処理すると、有機性廃棄物中に含まれるタンパク質が分解してアンモニアが生成し、メタン発酵廃液中のアンモニア濃度が上昇し、このため、有機性廃棄物をメタン発酵して得られるメタン発酵廃液はアルカリ度が非常に高いものとなる。
【００１５】
有機性廃棄物をメタン発酵して得られたメタン発酵廃液は凝集処理され、固液分離され、脱水ろ液と脱水汚泥とに分離され、脱水ろ液が活性汚泥処理される。凝集処理を行う場合、ポリ塩化アルミニウムや塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などの無機凝集剤により廃液中の微細な粒子を凝集させ、次いでポリアクリルアミド系凝集剤などの有機高分子凝集剤により更に凝集フロックを成長させる操作を行うことが多い。ここで、無機凝集剤により凝集処理を行う場合、処理されるメタン発酵廃液のアルカリ度は凝集作用に影響を及ぼす重要な因子の一つである。すなわち、メタン発酵廃液のアルカリ度が高いと、凝集剤が懸濁粒子に均一に分散される前に、金属水酸化物が形成され、無機凝集剤が無駄に消費されるため、添加する無機凝集剤が大量に消費されることとなる。従って、メタン発酵廃液中のアンモニア態窒素を可能な限り除去しておくことが、添加する凝集剤の量を削減するために必要である。
【００１６】
本発明のメタン発酵廃液の処理方法においては、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持して曝気処理することによって、メタン発酵廃液中のアンモニア成分が揮散するので、メタン発酵廃液のアルカリ度が低下する。メタン発酵廃液中のアンモニアを揮散させるためには、温度が高い状態であることが好ましい。メタン発酵槽内の温度は、通常は常温より高い温度（例えば３０〜５５℃程度）になっており、従って、メタン発酵廃液の温度は常温より高くなっているので、その温度条件を維持したままで曝気処理することが好ましい。メタン発酵槽内の温度に保持するとは、好ましくはメタン発酵槽内の温度より１０℃低い温度から１０℃高い温度を意味し、更に好ましくはメタン発酵槽内の温度より１０℃高い温度までの範囲であることを意味する。
【００１７】
メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持する方法としては特に制限はなく、従来公知の技術により実施することができる。例えば、メタン発酵廃液を加熱することにより実施することもできる。なお、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持して曝気処理する時間は、好ましくは１〜４８時間であり、更に好ましくは１〜２４時間である。メタン発酵廃液を曝気処理するための曝気槽を保温できるようにしてもよく、更に、曝気槽を加熱するようにしてもよい。なお、保温、加熱するためには、他の装置から排出される廃熱を利用することもできる。
【００１８】
曝気処理により揮散したアンモニアは、環境への影響を考慮し、何らかの処理をすることが必要である。アンモニアの処理方法に特に制限はないが、例えば触媒を使用して処理する方法、薬液を使用して処理する方法、生物を使用して処理する方法等が挙げられる。中でも、触媒を使用してアンモニアガスを窒素ガスに変化させる処理方法が、環境への付加削減という観点から好ましい。
【００１９】
本発明のメタン発酵廃液の処理方法においては、上述の如く、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持、あるいは加温して曝気処理した後、凝集処理を施す。この凝集処理は特に制限はなく、従来公知の方法で実施することができる。メタン発酵廃液を凝集するために用いられる凝集剤としては、例えば上述した無機凝集剤及び有機高分子凝集剤が用いられる。凝集剤は、先ず無機凝集剤を添加することによりメタン発酵廃液中の微細な粒子を凝集させ、次いで有機高分子凝集剤を添加して、その他の粒子を凝集させ、凝集フロックを成長させることができる。
次いで、例えば脱水機等の固液分離手段によって脱水処理を施し、脱水汚泥と脱水ろ液とに分離し、脱水ろ液はその後、活性汚泥処理される。固液分離手段は、特に脱水に限るものではなく、沈殿と上澄み液との分離によるものであってもよい。なお、脱水濾液をそのままの状態で排出することができる場合には、活性汚泥処理をしなくてもよい。
【００２０】
次に、本発明のメタン発酵廃液処理装置について説明する。
本発明のメタン発酵廃液処理装置は、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽、メタン発酵槽内でメタン発酵したメタン発酵廃液を曝気処理する曝気槽、曝気処理されたメタン発酵廃液と凝集剤とを反応させ凝集処理を施す凝集混和槽、該凝集混和槽の後段に設けられた固液分離手段、メタン発酵槽内でメタン発酵したメタン発酵廃液を活性汚泥法で浄化処理する活性汚泥槽、及び上記曝気槽内を一定の温度に保持する保温装置を有する。一定の温度とは、本発明の目的を達成するために、メタン発酵槽内の温度あるいは、それより高い設定温度であればよい。
上記メタン発酵廃液処理装置は、更に曝気槽を加熱する加熱装置を備えていることが好ましい。
本発明のメタン発酵廃液処理装置は、上述した本発明のメタン発酵廃液処理方法を実施するために好適に用いることができる。
【００２１】
次に、本発明のメタン発酵廃液処理方法について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態に係るメタン発酵廃液処理方法を実施するためのメタン発酵廃液処理装置の要部構成を示す概略構成図である。
図１に示すメタン発酵廃液処理装置は、有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽１、メタン発酵槽１内で生成し、メタン発酵槽１から排出されるメタン発酵廃液２を曝気処理するための曝気槽３、曝気槽３に接続して設けられた曝気装置５、曝気槽３を保温するための保温装置４、曝気槽内でメタン発酵廃液２を曝気処理することにより発生したアンモニアを分解処理するための触媒接触装置６、曝気処理したメタン発酵廃液２と凝集剤とを反応させる凝集混和槽７、凝集混和槽７内でメタン発酵廃液２を凝集させて生成された脱水ろ液９と脱水汚泥とを分離する固液分離手段である脱水機８、脱水機８で脱水汚泥と分離された脱水ろ液９を活性汚泥処理する活性汚泥槽１０から主に構成されている。
【００２２】
図１に示すメタン発酵廃液処理装置を用いて、有機性廃棄物をメタン発酵処理して生成されたメタン発酵廃液を処理する方法について説明する。先ず、牛、豚などの糞尿を含む畜産排水や生ゴミなどの有機性廃棄物をメタン発酵槽１に導入し、メタン発酵処理を行う。有機性廃棄物はメタン発酵槽１内でメタン発酵処理され、主にメタンガス及び二酸化炭素が発生する。図には示していないが、発生したメタンガスを利用して発電を行う発電機を接続してもよい。
【００２３】
有機性廃棄物をメタン発酵処理する際、メタン発酵槽１内の温度は、３０〜５５℃程度まで上昇している。
メタン発酵槽１内でメタン発酵処理され、生成したメタン発酵廃液２は、曝気槽３に導入される。曝気槽３には、曝気槽３の内部を一定温度に保温することのできる保温装置４が接触して設けられている。また、曝気槽３には曝気装置５が接続されている。曝気装置５としては、従来公知のものを特に制限なく用いることができる。例えば、曝気装置５としては、例えば、ブロワー及び散気管が挙げられる。ブロワー及び散気管によって曝気槽３内に連続的又は間欠的に空気を供給することによって曝気を実施する。曝気用の気体としては、空気の他、酸素富化空気、純酸素などを用いてもよい。
【００２４】
保温装置４は、曝気槽３の内部に導入されたメタン発酵廃液２を一定の温度に保温することのできる装置である。この保温装置４が備えられているため、メタン発酵槽１内でメタン発酵処理されたメタン発酵廃液がメタン発酵槽１内の温度に保温される。このように、保温装置４によって、曝気槽３の内部に導入されたメタン発酵廃液２の温度がメタン発酵槽１内の温度に保温されたまま、曝気装置５により供給される空気によって１〜４８時間の曝気処理を行う。
なお、図には示していないが、メタン発酵槽１と曝気槽３との間には、メタン発酵廃液２中に含まれる固形物を除去するためのスクリーンを設けてもよい。
【００２５】
この曝気処理により、メタン発酵廃液２中のアンモニア成分が揮散し、メタン発酵廃液２のアルカリ度が低下する。曝気槽３内で発生したアンモニアは、触媒接触装置６へ導入される。接触装置６内へ導入されたアンモニアは窒素ガスに変換された後、大気中へ放出される。
【００２６】
曝気槽３内で曝気処理されたメタン発酵廃液２は凝集混和槽７に導入される。凝集混和槽７には、凝集剤が導入され、メタン発酵廃液２と凝集剤とが反応し、フロックが形成される。凝集混和槽７でフロックが形成されたメタン発酵廃液は、次いで固液分離手段である脱水機８に送られ、脱水機８によって脱水汚泥と脱水ろ液９とに分離される。脱水機８としては、従来公知のものを特に制限なく用いることができ、例えば、遠心脱水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス、回転円盤方脱水機等が用いられる。脱水汚泥は、図示していないが、コンポスト工程などを経て、あるいはそのまま系外へ搬出され、肥料や固形燃料や乾燥汚泥として回収される。また、脱水ろ液９は活性汚泥槽１０に導入され、活性汚泥処理が施される。
【００２７】
活性汚泥処理には従来公知の好気的活性汚泥処理法が使用可能である。例えば、ブロワー及び散気管によって脱水ろ液９に連続的又は間欠的に空気を供給すると共に活性汚泥と接触させることにより、脱水ろ液９の分解・消化を更に進行させる。活性汚泥処理の方式には、例えば、活性汚泥を活性汚泥槽１０内で自由に流動させる浮遊曝気式、活性汚泥を活性汚泥槽１０内に固定したろ材に付着させる接触曝気式、活性汚泥を付着させたろ材を活性汚泥槽１０内で回転させる回転ろ床式などがある。本発明においてはいずれの方式を用いてもよく、実施状況に応じて適宜選択して用いればよい。活性汚泥処理された後は、図示していないが、沈殿槽へ導かれ、混在している活性汚泥の固形物を沈殿分離させ、上澄み液のみを放流する。
【００２８】
次に、本発明の第二の実施の形態に係るメタン発酵廃液処理方法について図面を参照しつつ説明する。
図２は、本発明の第二の実施の形態に係るメタン発酵廃液処理方法を実施するためのメタン発酵廃液処理装置の要部構成を示す概略構成図である。
図２に示すメタン発酵廃液処理装置は、図１に示すメタン発酵廃液処理装置とほぼ同様である。図２に示す構成部品のうち、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
図２に示すメタン発酵廃液処理装置は、曝気槽３の内部の温度を加熱するための加熱装置１１が備えられている。この加熱装置１１により、メタン発酵廃液２の温度をメタン発酵槽１内の温度に保持、あるいはメタン発酵槽の温度条件より高温にするようになっている。加熱装置１１の熱源としては、上述したメタンガスを利用して発電を行う発電機を用いてもよい。また、熱源としては、上述の発電機でなく、外部からの熱源を用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のメタン発酵廃液処理方法は、メタン発酵廃液をメタン発酵槽内の温度に保持して曝機処理し、凝集処理するので、メタン発酵廃液中のアンモニアが放散し、メタン発酵廃液のアルカリ度が低下する。これにより、凝集剤が無駄に消費されることを防止でき、添加する凝集剤の量を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係るメタン発酵廃液処理方法を実施するための装置の要部構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態に係るメタン発酵廃液処理方法を実施するための装置の要部構成を示す概略構成図である。
【図３】従来より一般的に行われているメタン発酵廃液処理設備の概要要部構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  メタン発酵槽
２  メタン発酵廃液
３  曝気槽
４  保温装置
５  曝気装置
６  触媒接触装置
７  凝集混和槽
８  脱水機
９  脱水ろ液
１０    活性汚泥槽
１１    加温装置
１２  メタンガス
１３  発電機
３１  貯留槽
【図１】
2005021839.tif 000003
【図２】
2005021839.tif 000004
【図３】
2005021839.tif 000005