(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化する可溶化槽と、該可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備え、
前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）が、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にあることを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。
【請求項２】
有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化するとともに酸発酵させる可溶化・酸発酵槽と、該可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化・酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。
【請求項３】
有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化する調整・可溶化槽と、該調整・可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。
【請求項４】
有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化し、さらに酸発酵させる調整・可溶化・酸発酵槽と、該調整・可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記調整・可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化・酸発酵槽に循環する循環路とを備えたことを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。
【請求項５】
前記水処理系列は、好気性条件下において硝化反応処理を行う硝化槽と、嫌気性条件下において脱窒素処理を行う脱窒素槽とを備えてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の脱窒素・メタン発酵装置。
【請求項６】
前記水処理系列は、間欠曝気がなされることによって好気性条件下で硝化反応処理を行うとともに嫌気性条件下で脱窒素処理を行う、硝化・脱窒素槽を備えてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の脱窒素・メタン発酵装置。
【請求項７】
メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）が、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送される分離液の比率と水処理系列での脱窒素反応とが制御されてなることを特徴とする請求項５又は６記載の脱窒素・メタン発酵装置。
【請求項８】
前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）が、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にあることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の脱窒素・メタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物を処理する装置に係り、詳しくはメタン発酵を行わせることによって廃棄物をエネルギー化するようにした、脱窒素・メタン発酵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
資源循環社会を構築することが世界的課題となるなかで、資源の乏しい日本では、廃棄物の再利用、再資源化が焦眉の急となっている。とりわけ、農業系廃棄物、生活系廃棄物、食品廃棄物などの有機性廃棄物は、最も重要なリサイクル資源である。これらの再資源化の手法としては、
（１）メタン発酵によるメタン（エネルギー源）の生産
（２）コンポスト（堆肥）の生産、飼料の生産
（３）生分解性プラスチックの生産
などが挙げられている。中でも、古くて新しい手法であるメタンの生産については、メタンがエネルギー源としてのみならず化学原料としても利用し得るところから最も注目されている。エネルギー源として原子力、水力、化石燃料系火力等が、資源上、環境上の問題を抱えているところから、エコエネルギー源としてバイオマスが、世界的に脚光をあびてきているのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のメタン発酵法とその残渣の処分については、以下に示すような課題があった。
（１）発生ガスの量と質が安定しない。
（２）メタン発酵槽から排出され、さらに固液分離された後の脱離液の処理部分に、設備費、ランニングコストとも多額を要してしまう。すなわち、発酵後の前記脱離液中に含まれる窒素分（特にアンモニア性窒素）が１０００〜３０００ｍｇ／ｌと高いため、これの９５〜９９％を除去しないと河川や公共下水道に放流することができず、したがってこの水処理に要する設備費が高くなってしまうのである。具体的には、この水処理のための設備費がプラント全体の１／３〜１／４を占めてしまい、しかもこの水処理には例えば脱窒素処理にメタノール等の薬剤を必要とするため、これのランニングコストも多額を要してしまう。
（３）発酵中に生成する主としてアンモニア性窒素がメタン発酵を阻害し、メタン発酵速度、有機物の分解率を低下させてしまう。
（４）発生するメタンガスの品位が低い（メタン濃度が低く、不純物が含まれる。）
これらの課題のうち、（１）〜（３）、特に（２）、（３）は廃棄物中に含まれる窒素分（主としてタンパク質及びふん尿起因）が分解の結果生じるアンモニア性窒素（ＮＨ4+−Ｎ及びＮＨ3 −Ｎ）に起因する。
【０００４】
また、余剰の家畜ふん尿による、農用地を中心とする土壌の窒素汚染は、世界的に問題となっている。特に、国土が狭く、飼料の多くを輸入に依存している日本においては、その対策が迫られている。飼料（ふん尿）起因の窒素分は、日本の農業（広く牧場等を含む）に必要な窒素肥料の１５０％を越えており、発生場所と需要地が平均的に離れているため、コンポスト等の肥料の形で国土に還元するには限界があるのである。
【０００５】
１９９９年１１月「家畜排せつ物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」が施行され、家畜排せつ物は一旦三面張の貯槽内へ貯留されるようになったため、ここ数年間のうちには土壌への直接浸透に起因する土壌汚染は防止される予定である。しかしながら、前述した背景があるため、脱離液からの窒素除去対策が不可欠であることには変わりがないのである。
【０００６】
また、メタン発酵処理工程では、Ｃ（炭素）分はその５０〜６５（〜７０）％がＣＨ4 に転換し、Ｎ分の多くはアンモニア性窒素（ＮＨ4 −Ｎ）に分解する。分解された有機物のうち微生物細胞に転換されるのは２〜５％程度であるため、細胞内の窒素構成割合から計算しても、分解した大部分の窒素はメタン発酵槽内の液体中にアンモニア性窒素として溶出する。アンモニア性窒素は、前記したようにアンモニユームイオン（ＮＨ4+）とアンモニア（ＮＨ3 ）として存在するが、その平衡関係は液中のｐＨと温度に依存し、以下の式に従う。
（ＮＨ3−Ｎ）＝（ＮＨ4+−Ｎ）×１０x ／（１＋１０x ）
ただし、ｘ＝ｐＨ−ｐＫ１  （ここで、ｐＫ１はアンモニアの解離定数）
ｐＫ１＝２８３５．７６／Ｔ＋０．００１２２５Ｔ−０．６３２２
（ここで、Ｔは絶対温度（Ｋ））
【０００７】
すなわち、液中に溶解しているＮＨ3 とガス中に離脱するＮＨ3 との比率は、ヘンリーの法則に従う。そして、メタン発酵処理工程においてメタン発酵菌の活性を阻害するのは、アンモニユームイオン（ＮＨ4+−Ｎ）とアンモニア（ＮＨ3 −Ｎ）からなるアンモニア性窒素のうち、ＮＨ3 そのものであることが判明している。（加藤明徳，野地達也、農畜産廃棄物の嫌気性消化処理−ｐＨ制御によるアンモニアの消化阻害対策−，工業用水、第４９０号、平成１１年）
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特にメタン発酵槽から排出される脱離液に対する水処理の負荷を軽減し、またアンモニア性窒素に起因してメタン発酵槽でのメタン発酵効率が低下するのを防止し、高い効率でメタン発酵を行えるようにした、脱窒素・メタン発酵装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明における請求項１記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化する可溶化槽と、該可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１０】
この脱窒素・メタン発酵装置によれば、酸発酵槽から取り出された処理液の一部が移送路を介して水処理系列に移送され水処理系列ないしはバイオガス系列で循環脱窒素されるので、酸発酵槽を出る分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによる、メタン発酵菌の活性阻害が、全量をメタン発酵槽を経由して循環する場合に比べて軽減され、同時に増殖速度の遅いメタン発酵菌がメタン発酵層からウオッシュアウトしてしまうのが抑えられる。
また、酸発酵槽での酸発酵（酸生成）に適した酸化還元電位（ＯＲＰ）ゾーンと、脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンとがいずれも−１００〜−２００ｍＶと同じ範囲にあるため、脱窒素菌の共存が可能となり、水処理系列で硝化反応され循環路を介して循環された循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンは、酸発酵槽等で脱窒素反応させられるようになる。また、このように酸発酵槽で脱窒素反応が起こることにより、ここにアルカリが放出されるため、酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられ、酸発酵反応が円滑に進行する。また、酸発酵槽を酸生成に最適なｐＨ範囲に維持するため、アルカリを添加する場合に必要なアルカリ量を低減することができる。
また、調整槽、可溶化槽、酸発酵槽をそれぞれ独立させていることにより、例えば可溶化槽を５０℃以上、あるいは７０℃以上といった高温にすることによって可溶化処理を高温で行うことが可能となる。
【００１１】
本発明における請求項２記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化するとともに酸発酵させる可溶化・酸発酵槽と、該可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化・酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１２】
この脱窒素・メタン発酵装置にあっても、処理液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害が軽減され、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのが抑えられ、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンが可溶化・酸発酵槽等で脱窒素反応させられるようになり、また可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられて酸発酵反応が円滑に進行するようになる。
さらに、特に調整槽を独立させていることにより、有機性廃棄物の種類等に応じた調整を行うことが可能になる。
【００１３】
本発明における請求項３記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化する調整・可溶化槽と、該調整・可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記酸発酵槽から取り出された処理液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１４】
この脱窒素・メタン発酵装置にあっても、酸生成槽までの処理液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害が軽減され、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのが抑えられ、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンが酸発酵槽等で脱窒素反応させられるようになり、また酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられて酸発酵反応が円滑に進行するようになる。
さらに、特に酸発酵槽を独立させていることにより、前記の酸発酵槽での脱窒素反応等が十分円滑になされる。
【００１５】
本発明における請求項４記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化し、さらに酸発酵させる調整・可溶化・酸発酵槽と、該調整・可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記調整・可溶化・酸発酵槽から取り出された処理液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化・酸発酵槽に循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１６】
この脱窒素・メタン発酵装置にあっても、調製・可溶化・酸発酵槽の処理液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害が軽減され、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのが抑えられ、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンが調整・可溶化・酸発酵槽で脱窒素反応させられるようになり、また調整・可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられて酸発酵反応が円滑に進行するようになる。
さらに、調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを一体化した調整・可溶化・酸発酵槽を採用していることにより、建設費の削減ができる。
【００１７】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の上流側に位置する少なくとも一つの槽が、５０℃以上の温度で処理するものであるのが好ましい。
このようにすれば、特に可溶化反応が促進されるなど処理の効率が高まる。
【００１８】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の直前に位置する槽と、メタン発酵槽との間に被処理物を濃縮する濃縮装置を設け、該濃縮装置から分離された液の少なくとも一部を、前記処理液の一部として移送路を介して前記水処理系列に移送するのが好ましい。
前記脱窒素・メタン発酵装置に濃縮装置を設けない場合、酸生成槽から取り出された処理液は、その一部が水処理系列を介して循環されるため、メタン発酵槽に移送される被処理液中のＴＳ（総固形分）の濃度が薄まり、メタン発酵槽でのガス発生量が少なくなってしまうが、前記のように濃縮装置を設ければ、メタン発酵槽に移送する被処理液中のＴＳ濃度を高め、メタン発酵槽へのＴＳ負荷を高めることができ、これによりメタン発酵槽でのガス発生量をより多くすることが可能となる。
【００１９】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する処理液の比率と濃縮装置による濃縮比とを制御するのが好ましい。
このようにすれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率が十分に高いものとなる。
【００２０】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列が、好気性条件下において硝化反応処理を行う硝化槽と、嫌気性条件下において脱窒素処理を行う脱窒素槽とを備えてなるのが好ましい。
このようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷が軽減され、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能になる。
【００２１】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列は、間欠曝気がなされることによって好気性条件下で硝化反応処理を行うとともに嫌気性条件下で脱窒素処理を行う、硝化・脱窒素槽を備えてなるのが好ましい。
このようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷が軽減され、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能になる。
【００２２】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する分離液の比率と水処理系列での脱窒素反応とを制御するのが好ましい。
このようにすれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率が十分に高いものとなる。
【００２３】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）を、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にするのが好ましい。
このようにすれば、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽より上流側に位置する槽内で、脱窒素反応が良好に進行する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第１の例を示す図であり、図１中符号１は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置１は、有機性廃棄物をメタン発酵させてエネルギー化するようにしたもので、バイオガス生成系列２と水処理系列３とを備えて構成されたものである。
【００２５】
バイオガス生成系列２は、有機性廃棄物を貯留する調整槽４と、該調整槽４から移送された被処理物を可溶化する可溶化槽５と、該可溶化槽５から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽６と、該酸発酵槽６から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽７と、該メタン発酵槽７から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置８とを有してなるものである。
【００２６】
調整槽４は、供給源から送られてきた有機性廃棄物を貯留してこれを調整するためのもので、一槽タイプのものでも多槽タイプのものでもよい。多槽タイプとした場合には、有機性廃棄物の種類別にこれらを貯留しておき、あるいはそれぞれの槽を異なる貯留時間（滞留時間）となるように有機性廃棄物を貯留することができ、したがって調整槽４での有機性廃棄物の調整を高い自由度で行うことができることから、以下の脱窒素・メタン発酵を効率良く行うことができるようになる。
【００２７】
可溶化槽５は、調整槽４から移送された被処理物を可溶化するためのものである。可溶化とは、被処理物中の固形分が液中に溶解する反応、加水分解反応、さらには一部が酸発酵する反応を全て含むもので、これらの反応が段階的にあるいは並行して起こることにより、可溶化がなされる。ここで、可溶化反応を促進するため、可溶化槽５を５０℃以上、好ましくは７０℃以上に加温するのが好ましい。５０℃以上に加温すれば、前記の可溶化反応が促進され、処理効率の向上を図ることができる。また、７０℃以上とすれば、可溶化の促進に加え、滅菌や種子の死滅処理などをも行うことができる。なお、可溶化槽５を７０℃程度とすれば、調整槽４からの被処理物を例えばここに１時間程度おくことにより、殺菌効果を得ることができる。また、可溶化槽５での可溶化を促進するため、例えば加熱に代えてアルカリ等の薬品を加え、ｐＨを９〜１０程度調整するようにしてもよく、このようなｐＨ調整によっても可溶化を十分に促進することができる。
【００２８】
酸発酵槽６は、可溶化された有機性廃棄物、すなわち炭水化物、脂肪、タンパク質といった高分子有機物を嫌気性分解し、低分子中間生成物（アルコールや有機酸）に変えて溶解性とするものである。ここで、このような反応は、例えば炭水化物については図２中の第１段階として示すように行われる。すなわち、炭水化物は、嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下で酵母、乳酸菌、プロピオン酸菌などによってアルコール類や酢酸等の脂肪酸類に分解する。
【００２９】
また、脂肪については、図３中の第１段階として示すように行われる。すなわち、脂肪は、嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下で脂肪分解菌及び酵母によってアルコール類や酢酸等の酸類に分解する。タンパク質については、図４中の第１段階として示すように行われる。すなわち、タンパク質は、嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下でタンパク質分解微生物によってアンモニアや炭酸ガスとアミノ酸や脂肪酸に分解する。
【００３０】
ここで、タンパク質の分解によってアンモニアが発生することから、この酸発酵槽６での被処理物をメタン発酵槽７にそのまま移送すると、メタン発酵菌の活性が阻害されることが分かる。したがって、本発明においては、酸発酵槽６からの処理液については、全部をメタン発酵槽７に移送することなく、後述するようにその一部を水処理系列３に移送するようにしている。
【００３１】
なお、酸発酵槽６では、通常酸発酵（酸生成）に適した酸化還元電位（ＯＲＰ）ゾーンである−１００〜−２００ｍＶとなるように槽内の状態が調整されるが、この酸化還元電位ゾーンは、後述するように脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンに一致したものとなっている。また、特に酸発酵槽６での処理温度を３５℃前後の中温で行うようにすれば、後述する水処理系列３における高効率に運転できる硝化工程と同じ温度とすることができ、したがって熱効率的に有利となる。ここで、硝化反応は５〜３８℃までの範囲では温度が高い程効率が高くなるが、４０℃を越えると効率が急速に低下する。
【００３２】
メタン発酵槽７は、酸発酵槽６で炭水化物、脂肪、タンパク質といった高分子有機物から分解されて生成したアルコールや酸を、図２、図３、図４に示したように嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下でメタン菌（メタン発酵菌）により炭酸ガスとメタンとに分解生成するものである。なお、このようなメタン菌によるメタン発酵については、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）が、メタン発酵至適範囲となる５〜３０、好ましくは１０〜３０の範囲に入るよう、後述するように水処理系列３に移送する酸発酵槽６からの分離液の比率と、水処理系列３での脱窒素反応とを制御するのが望ましい。
【００３３】
メタン発酵槽７には、配管（図示せず）を介して発生したメタンガスや炭酸ガス等のバイオガスを捕集し、これを貯留する貯槽（図示せず）が接続されている。また、メタン発酵槽７には固液分離装置８が接続されている。この固液分離装置８としては、遠心脱水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス、回転円盤型脱水機等の脱水機、あるいは濾過膜による分離装置、さらには沈降分離装置などが用いられる。この固液分離装置８で固液分離されて得られる固形分は、例えばコンポストに形成されることによって有効利用されるようになっている。
【００３４】
固液分離装置８からの脱離液と酸発酵槽６からの分離液の一部とは、移送路９ａ、９ｂを介して水処理系列３に移送される。水処理系列３は、本例においては、図５に示すように硝化槽１０、脱窒素槽１１、硝化槽１２、固液分離装置１３を有して構成されたものとなっている。
【００３５】
硝化槽１０は、好気性条件下において硝化反応処理、すなわち以下の式に示すようにアンモニユームイオン（およびアンモニア）を亜硝酸イオンや硝酸イオンに酸化する硝化反応を行うものである。なお、このような硝化反応処理は、通常常温から３８℃の範囲で行われる。
ＮＨ4+（ＮＨ3 ）→ＮＯ2-、ＮＯ3-
また、脱窒素槽１１は、硝化槽１０で生成した亜硝酸イオンや硝酸イオンを、嫌気性条件下において以下に式に示すように窒素（Ｎ2 ）として被処理物中から除去するものである。
ＮＯ2-、ＮＯ3- →Ｎ2 ↑
この脱窒素槽１１での脱窒素反応には、炭素源が必要となることから、例えばこの脱窒素槽１１に炭素源としてメタノールなどを添加する必要がある。したがって、このような脱窒素槽１１での脱窒素反応には比較的多額のランニングコストがかかってしまうのである。ただし、本発明では、酸発酵槽６からの処理液の一部が直接水処理系列３に移送されるので、脱窒素槽１１にも有機酸や糧類等の有機性廃棄物の分解による生成物が流入するようになっており、したがって脱窒素槽１１において添加する炭素源の量が十分に低減されたものとなっている。
【００３６】
脱窒素槽１１の後段の硝化槽１２は、脱窒素槽１１から移送された被処理物中に残存するアンモニュームイオンやアンモニアを再度硝化し、例えば河川や一般下水道への排出基準に適合する濃度にまでアンモニア性窒素を除去すると同時に、ＢＯＤやＣＯＤについてもこれらを低減するものである。すなわち、前段の硝化槽１０に流入する被処理物中のアンモニア性窒素の濃度は１０００〜３０００ｍｇ／ｌ程度と高くなっているため、例えばこれの９５〜９９％を除去しないとそのまま放流することはできない。しかして、このような高い比率でアンモニア性窒素を硝化し脱窒素して除去するのは実際上困難なため、硝化槽１２を設けることによって残存するアンモニア性窒素を除去するようにし、併せてＢＯＤやＣＯＤも除去しているのである。
【００３７】
固液分離装置１３は、濾過膜による分離装置あるいは沈降分離装置などからなるものである。この固液分離装置１３で固液分離された液分については、必要に応じてｐＨ調整等の処理を行った後、河川や一般下水道に放流されるようになっており、一方、得られた固形分については、例えばコンポストに形成するべく回収されるようになっている。
【００３８】
脱窒素槽１１および硝化槽１２には、これらの槽で水処理した後の処理液を前記バイオガス生成系列２に循環させるための循環路１４ａ、１４ｂが設けられている。これら循環路１４ａ、１４ｂは、本例において図１に示したように調整槽４に繋がる循環路１４ｃ、可溶化槽５に繋がる循環路１４ｄ、酸発酵槽６に繋がる循環路１４ｅにそれぞれ連結している。このような構成のもとに、脱窒素槽１１で脱窒素処理がなされ、また硝化槽１２で残存するアンモニア性窒素が硝化された処理液は、調整槽４、可溶化槽５、酸発酵槽６にそれぞれ循環させられるようになっている。
【００３９】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置１によって有機性廃棄物を脱窒素・メタン発酵させるには、有機性廃棄物を調整槽４に供給してここで適宜に調整を行い、以下、可溶化槽５、酸発酵槽６に順次被処理物を移送して可溶化、酸発酵をなさせる。このようにして可溶化し酸発酵させると、特にタンパク質の酸発酵によってアンモニアが生成し、被処理物中にアンモニア性窒素として存在するようになる。また、被処理物中には、し尿やふん尿等の有機性廃棄物からも直接アンモニア性窒素が持ち込まれる。したがって、このようにメタン発酵菌の活性を阻害するアンモニア性窒素（特にＮＨ3 −Ｎ）が酸発酵槽６からの被処理物、すなわち分離液中に多く存在することになる。
【００４０】
そこで、本発明においては、前述したように酸発酵槽６からの処理液を、全部メタン発酵槽７に移送することなく、その一部を水処理系列３に移送するようにしている。有機性廃棄物の調整槽４への供給量をＱとし、水処理系列３からの循環液の循環量をｒＱ（＝ｒ1 Ｑ＋ｒ2 Ｑ＋ｒ3 Ｑ）とすると、酸発酵槽６からメタン発酵槽７に移送する分離液の量はＱ、また酸発酵槽６から水処理系列３に直接移送する分離液の量はｒＱとなる。ここで、ｒは０．５〜２．０の範囲とされる。このような被処理物（分離液）の移送により、酸発酵槽６から直接水処理系列３に移送され、さらに循環させられる循環液の量が、後述するようにほぼ一定に保持されるようになっている。
【００４１】
ｒを０．５〜２．０の範囲とするのは、このような範囲にすることにより、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０、好ましくは１０〜３０の範囲に入るように調整し易くなるからである。なお、メタン発酵至適範囲となるための調整については、後述するように水処理系列３での脱窒素反応についてもこれを制御する必要があり、このような酸発酵槽６から直接水処理系列３に移送する分離液の比率と、水処理系列３での脱窒素反応とを共に制御することにより、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲に調整することができるのである。
【００４２】
このようにしてメタン発酵槽７に被処理物（分離液）の一部を移送すると、結果としてメタン発酵槽７に流入するアンモニア性窒素の量が制限されることにより、メタン発酵菌の活性阻害が抑えられ、これにより高い効率でメタン発酵がなされるようになる。
また、メタン発酵槽７で処理されたアンモニア性窒素を含む被処理物は、固液分離装置８で固液分離され、固形分は例えばコンポストに形成され、一方、脱離液は酸発酵槽６からの分離液の一部とともに水処理系列３に移送される。
【００４３】
水処理系列３に移送された脱離液と処理液の一部とについては、まず、これらを硝化槽１０において好気性条件下で硝化反応処理することにより、液中のアンモニア性窒素を亜硝酸イオンや硝酸イオンに酸化する。続いて、脱窒素槽１１において嫌気性条件下で脱窒素反応処理することにより、硝化槽１０で生成した亜硝酸イオンや硝酸イオンを窒素（Ｎ2 ）とし、被処理物中から除去する。
【００４４】
次いで、脱窒素槽１１での被処理物の一部を硝化槽１２に移送し、ここで被処理物中に残存するアンモニア性窒素を再度硝化することにより、河川や一般下水道への排出基準に適合する濃度にまでアンモニア性窒素を除去すると同時に、ＢＯＤやＣＯＤについてもこれらを低減する。  このようにして硝化槽１２で再度硝化処理して得られた被処理物については、その一部を固液分離装置１３に移送し、ここで固液分離処理する。固液分離処理後の液分については河川や一般下水道に放流し、また、固形分については例えばコンポストに形成するべく回収するようにする。
【００４５】
なお、この固液分離装置１３によって処理、分離される被処理物の固形分の量と、先に固液分離装置８で処理、分離された固形分の量との合計が、可溶化分を除けば前記したＱ中の固形分の量にほぼ相当するようになり、これによって有機廃棄物の供給量であるＱがこれら固液分離装置８、１３で最終的に処理され、一方、循環液の循環量ｒＱは前述したように一定に保持されるようになっている。
【００４６】
また、前記の脱窒素槽１１での被処理物の残部と、硝化槽１２での被処理物の残部とについては、図１に示したように循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを介してバイオバス生成系列２に循環液として循環させる。ここで、各循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを介して循環させる循環液については、循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが繋がるバイオガス生成系列２のうち、最も上流側の槽となる調整槽４中の有機性炭素量と、循環路１４ｃを通って調整槽４中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）を、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にするのが好ましい。このような範囲にすれば、後述するように酸発酵槽６でのみ脱窒素反応を起こさせるだけでなく、バイオガス生成系列２において循環液が循環させられる全ての槽で脱窒素菌による脱窒素反応を起こさせることができ、したがって水処理系列３の脱窒素槽での脱窒素処理の負担を軽減することができる。
【００４７】
このようにして循環液を循環させると、循環液中の亜硝酸イオンや硝酸イオン、すなわち脱窒素槽１１において脱窒素処理しきれずに残留した亜硝酸イオンや硝酸イオン、さらには硝化槽１２で新たに生成された亜硝酸イオンや硝酸イオンは、特に酸発酵槽６が前述したように脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンとなっていることにより、この酸発酵槽６を中心として脱窒素反応処理がなされるようになる。
【００４８】
ここで、酸発酵槽６での脱窒素反応は、調整槽４に供給された有機性廃棄物から生成する有機酸類や糧類を炭素源としてなされることから、前述したように水処理系列３の脱窒素槽１１が炭素源としてメタノールなどを必要としているのに比べ、ランニングコストが全くかからない極めて経済的な処理となる。そして、この酸発酵槽６やバイオガス生成系列２における他の槽での脱窒素反応により、循環液中に残留していた亜硝酸イオンや硝酸イオンの大部分は窒素ガスとして酸発酵槽６やメタン発酵槽７で生成するバイオガス中に揮散し、被処理物（循環液）中から除去されることになる。
また、このように酸発酵槽６で脱窒素反応が起こることにより、この槽６内にアルカリが放出されるようになり、したがってこの酸発酵槽６での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられ、酸発酵反応がより円滑に進行するようになる。
【００４９】
なお、前述したようにメタン発酵槽７がメタン発酵至適範囲となるための調整について、脱窒素槽１１での脱窒素反応の制御が必要であるとしたが、脱窒素槽１１での脱窒素の反応率を調整し、ここでの脱窒素の割合と酸発酵槽６等での脱窒素の割合とを適宜に調整することにより、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲に調整することができるのである。
【００５０】
このような脱窒素・メタン発酵装置１にあっては、酸発酵槽６から取り出された分離液の一部を水処理系列３に移送するので、酸発酵槽６を出る処理液中に含まれるアンモニア性窒素が高濃度にメタン発酵槽内に流入してしまい、メタン発酵菌の活性を阻害するといった不都合を軽減することができ、したがってメタン発酵槽７でのメタン発酵効率を高めることができる。
また、酸発酵槽６からの分離液の一部を水処理系列３に移送するので、水処理系列３の脱窒素槽１１にも有機酸や糧類等の有機性廃棄物の分解による生成物が流入するようになり、したがって脱窒素槽１１において添加する炭素源の量を低減して処理に要するランニングコストの低減化を図ることができる。
【００５１】
また、メタン発酵槽７から固液分離装置８を経て水処理系列に移送された脱離液の一部を、循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを介して再びバイオガス生成系列２に循環させているので、増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、これによりメタン発酵槽７でのメタン発酵効率を高めることができる。  また、水処理系列３から循環された循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを、酸発酵槽６等で脱窒素処理することができるので、水処理系列３の脱窒素槽１１での処理に要するランニングコストを低減することができ、したがって経済的に格段に有利なものとなる。
【００５２】
図６は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第２の例を示す図であり、図６中符号２０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置２０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、可溶化槽と酸発酵槽とを別に設けることなく、可溶化と酸発酵の両方の処理を行う可溶化・酸発酵槽２１を設けた点にある。
【００５３】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置２０にあっても、可溶化・酸発酵槽２１から取り出された処理液の一部を、メタン発酵槽７に移送することなく直接水処理系列３に移送することにより、図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１の場合と同様の効果を得ることができる。
また、特に可溶化槽と酸発酵槽とを一体化して可溶化・酸発酵槽２１としたことにより、可溶化槽から酸発酵槽に被処理物を移送する手間が省け、操作の簡略化が図れる。
【００５４】
図７は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第３の例を示す図であり、図７中符号３０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置３０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、調整槽と可溶化槽とを別に設けることなく、調整と可溶化の両方の処理を行う調整・可溶化槽３１を設けた点にある。
【００５５】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置３０にあっても、酸発酵槽６から取り出された処理液の一部を、メタン発酵槽７に移送することなく直接水処理系列３に移送することにより、図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１の場合と同様の効果を得ることができる。
また、特に調整槽と可溶化槽とを一体化して調整・可溶化槽３１としたことにより、調整槽から可溶化槽に被処理物を移送する手間が省け、操作の簡略化が図れる。
【００５６】
図８は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第４の例を示す図であり、図８中符号４０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置４０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを別に設けることなく、調整と可溶化と酸発酵の全ての処理を行う調整・可溶化・酸発酵槽４１を設けた点にある。
【００５７】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置４０にあっても、調整・可溶化・酸発酵槽４１から取り出された処理液の一部を、メタン発酵槽７に移送することなく直接水処理系列３に移送することにより、図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１の場合と同様の効果を得ることができる。
また、特に調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを一体化して調整・可溶化・酸発酵槽４１としたことにより、調整槽から可溶化槽に、また可溶化槽から酸発酵槽にそれぞれ被処理物を移送する手間が省け、操作の簡略化が図れる。
【００５８】
図９は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第５の例を示す図であり、図９中符号５０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置５０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、酸発酵槽６とメタン発酵槽７との間に被処理物を濃縮する濃縮装置１５が設けられ、該濃縮装置１５から分離された液が、前記分離液の一部として移送路９ｃを介して前記水処理系列３に移送される点である。
【００５９】
濃縮装置１５は、酸発酵槽６から取り出された被処理物の固形分を濃縮し、濃縮後の液、すなわち固形分が薄められた液の少なくとも一部を分離液として水処理系列３に移送するよう構成されたものである。この濃縮装置１５として具体的には、前述した固液分離装置８（１３）と同様の機構のものが用いられるが、特に沈降分離によるもの、あるいは膜分離法が、連続運転が可能になるなどの点で好ましい。
【００６０】
この濃縮装置１５による濃縮比については、水処理系列３に直接移送する分離液の比率とともに予め設定した値になるよう調整を行う。具体的には、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０、好ましくは１０〜３０の範囲に入るように調整するのが好ましいのである。
【００６１】
このような脱窒素・メタン発酵装置５０にあっては、酸生成槽から取り出された処理液の一部が水処理系列を介して循環されるため、メタン発酵槽７に移送される被処理液中のＴＳ（総固形分）の濃度が薄まり、メタン発酵槽７でのガス発生量が少なくなってしまうが、濃縮装置１５を設けたことにより、メタン発酵槽７に移送する処理液中のＴＳ濃度を高め、メタン発酵槽７へのＴＳ負荷を高めることができ、これによりメタン発酵槽７でのガス発生量をより多くすることが可能となる。
【００６２】
なお、図９に示した濃縮装置１５については、図６、図７、図８に示した各脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）のいずれにも設けることが可能である。これら脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）にそれぞれ濃縮装置１５を設けた場合、いずれの装置においても前述したようにメタン発酵槽７でのメタン発酵効率の低下を防止してメタン発酵効率を十分に高めることができる。
【００６３】
図１０は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第６の例を示す図であり、図１０中符号６０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置６０が図１、図５に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、水処理系列６１の構成にある。
【００６４】
すなわち、図１０に示した脱窒素・メタン発酵装置６０においては、その水処理系列６１に、図５に示した硝化槽１０と脱窒素槽１１とに代えて、硝化・脱窒素槽６２が設けられている。この硝化・脱窒素槽６２は、電磁弁を有した散気管などの間欠曝気手段（図示せず）が備えられたもので、間欠曝気手段によって曝気がなされることにより好気性条件下となっている間、硝化反応処理を行い、また曝気が停止させられたことにより嫌気性条件下となっている間、脱窒素処理を行うよう構成されたものである。
【００６５】
なお、このような硝化・脱窒素槽６２の後段側には、図５に示した水処理系列３と同様に硝化槽１２と固液分離装置１３とが設けられており、硝化・脱窒素槽６２を出た被処理物は水処理系列３の場合と同様にして硝化反応処理され、さらに固液分離処理される。
このような脱窒素・メタン発酵装置６０にあっては、図１、図５に示した脱窒素・メタン発酵装置１と同様に、水処理系列６１でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列２に循環した循環液中の脱窒素の負荷を軽減することができ、またこの水処理系列６１からの一般河川等への排水も行えるようにすることができる。
【００６６】
なお、図１０に示した水処理系列６１については、図６、図７、図８に示した各脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）、さらには図９に示した脱窒素・メタン発酵装置５０や、この脱窒素・メタン発酵装置５０に用いた濃縮装置１５を前記脱窒素・メタン発酵装置２０、３０、４０に設けた形態の装置にも適用可能であり、これらの装置における水処理系列３に代えて、水処理系列６１を備えることができる。その場合にも、水処理系列６１でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列２に循環した循環液中の脱窒素の負荷を軽減することができ、またこの水処理系列６１からの一般河川等への排水も行えるようにすることができる。
【００６７】
図１１は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第７の例を示す図であり、図１１中符号７０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置６０が図１、図５に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、水処理系列７１の構成にある。
すなわち、図１１に示した脱窒素・メタン発酵装置７０においてその水処理系列７１は、基本的に図５に示した硝化槽１０と固形分離装置１３とを備えるのみで、嫌気性条件下で脱窒素処理を行う槽を備えていない点にある。
【００６８】
このような脱窒素・メタン発酵装置７０にあっては、水処理系列７１では脱窒素処理を行わないものの、バイオガス生成系列２の酸発酵槽６などにおいて脱窒素処理を行うことができることから、メタン発酵槽７でのメタン発酵に悪影響を与えることなく、また固形分離装置１３を経て最終的に排水される液についても十分に脱窒素がなされたものとすることができる。
【００６９】
なお、図１１に示した水処理系列７１についても、図１０に示した水処理系列６１と同様に、図６、図７、図８に示した各脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）、さらには図９に示した脱窒素・メタン発酵装置５０や、この脱窒素・メタン発酵装置５０に用いた濃縮装置１５を前記脱窒素・メタン発酵装置２０、３０、４０に設けた形態の装置にも適用可能であり、これらの装置における水処理系列３に代えて、水処理系列７１を備えることができる。その場合にも、バイオガス生成系列２の酸発酵槽６などにおいて脱窒素処理を行うことができることから、メタン発酵槽７でのメタン発酵に悪影響を与えることなく、また固形分離装置１３を経て最終的に排水される液についても十分に脱窒素がなされたものとすることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明における請求項１記載の脱窒素・メタン発酵装置は、酸発酵槽から取り出された分離液の一部を移送路を介して水処理系列に移送し、水処理系列ないしはバイオガス系列で循環脱窒素するようにしたものであるから、酸発酵槽を出る分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減することができ、したがって全量をメタン発酵槽を経由して循環する場合に比べ、メタン発酵槽でのメタン発酵効率を高めることができる。また、増殖速度の遅いメタン発酵菌がメタン発酵槽からウオッシュアウトしてしまうのを抑えることもできる。
また、酸発酵槽での酸発酵（酸生成）に適した酸化還元電位（ＯＲＰ）ゾーンと、脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンとがいずれも−１００〜−２００ｍＶと同じ範囲にあるため脱窒素菌の共存が可能になり、水処理系列で硝化反応され循環路を介して循環された循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを、酸発酵槽等で脱窒素反応させることができる。また、このように酸発酵槽で脱窒素反応を起こさせるので、ここにアルカリが放出されるため、酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えることができ、したがって酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
また、調整槽、可溶化槽、酸発酵槽をそれぞれ独立させているので、例えば可溶化槽を５０℃以上、あるいは７０℃以上といった高温にすることによって可溶化処理を高温で行い、これにより可溶化を促進することができる。
【００７１】
本発明における請求項２記載の脱窒素・メタン発酵装置は、前記脱窒素・メタン発酵装置と同様に可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部を移送路を介して水処理系列に移送するようにしたものであるから、分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減し、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを可溶化・酸発酵槽等で脱窒素反応させることができ、また可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えて酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
さらに、特に調整槽を独立させていることにより、有機性廃棄物の種類等に応じた調整を行うことができる。
【００７２】
本発明における請求項３記載の脱窒素・メタン発酵装置は、前記脱窒素・メタン発酵装置と同様に酸発酵槽から取り出された分離液の一部を移送路を介して水処理系列に移送するようにしたものであるから、分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減し、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを酸発酵槽等で脱窒素反応させることができ、また酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えて酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
さらに、特に酸発酵槽を独立させていることにより、前記の酸発酵槽での脱窒素反応等を十分円滑になされることができる。
【００７３】
本発明における請求項４記載の脱窒素・メタン発酵装置は、分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減し、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを調整・可溶化・酸発酵槽で脱窒素反応させることができ、また調整・可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えて酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
さらに、調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを一体化した調整・可溶化・酸発酵槽を採用していることにより、設置面積が縮小することから特に狭小地などへの設置に有利なものとなる。
【００７４】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の上流側に位置する少なくとも一つの槽を、５０℃以上の温度で処理するものとすれば、特に可溶化反応が促進されるなど処理の効率を高めることができる。
【００７５】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の直前に位置する槽と、メタン発酵槽との間に被処理物を濃縮する濃縮装置を設け、該濃縮装置から分離された液の少なくとも一部を、前記分離液の一部として移送路を介して前記水処理系列に移送するようにすれば、分離液の一部をメタン発酵槽に直接移送することなく、水処理系列を介して循環していることにより、メタン発酵槽に移送される被処理物中のＴＳ（総固形分）の濃度が減少してメタン発酵効率が低下するのを、前記のように濃縮装置を設けたことによってＴＳ濃度を高めることができ、これによりメタン発酵槽でのメタン発酵効率を高めることができる。すなわち、前記脱窒素・メタン発酵装置に濃縮装置を設けない場合、酸生成槽から取り出された処理液は、その一部が水処理系列を介して循環されるため、メタン発酵槽に移送される被処理液中のＴＳ（総固形分）の濃度が薄まり、メタン発酵槽でのガス発生量が少なくなってしまうが、前記のように濃縮装置を設ければ、メタン発酵槽に移送する被処理液中のＴＳ濃度を高め、メタン発酵槽へのＴＳ負荷を高めることができ、これによりメタン発酵槽でのガス発生量をより多くすることが可能となる。
【００７６】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する処理液の比率と濃縮装置による濃縮比とを制御すれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率を十分に高くすることができる。
【００７７】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列が、好気性条件下において硝化反応処理を行う硝化槽と、嫌気性条件下において脱窒素処理を行う脱窒素槽とを備えてなるようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷を軽減し、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能にすることができる。
【００７８】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列は、間欠曝気がなされることによって好気性条件下で硝化反応処理を行うとともに嫌気性条件下で脱窒素処理を行う、硝化・脱窒素槽を備えてなるようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷が軽減し、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能にすることができる。
【００７９】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する分離液の比率と水処理系列での脱窒素反応とを制御するようにすれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率を十分に高くすることができる。
【００８０】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）を、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にすれば、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽より上流側に位置する槽内で、脱窒素反応を良好に進行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第１の例の、概略構成を説明するための図である。
【図２】  炭水化物の嫌気性分解を説明するための図である。
【図３】  脂肪の嫌気性分解を説明するための図である。
【図４】  タンパク質の嫌気性分解を説明するための図である。
【図５】  図１に示した脱窒素・メタン発酵装置における、水処理系列を説明するための図である。
【図６】  本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第２の例の、概略構成を説明するための図である。
【図７】  本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第３の例の、概略構成を説明するための図である。
【図８】  本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第４の例の、概略構成を説明するための図である。
【図９】  本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第５の例の、概略構成を説明するための図である。
【図１０】  本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第６の例の、概略構成を説明するための図であって、水処理系列を説明するための図である。
【図１１】  本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第７の例の、概略構成を説明するための図であって、水処理系列を説明するための図である。
【符号の説明】
１、２０、３０、４０、５０、６０、７０…脱窒素・メタン発酵装置
２…バイオガス生成系列、３、６１、７１…水処理系列、
４…調整槽、５…可溶化槽、６…酸発酵槽、７…メタン発酵槽、
８…固液分離装置、９ａ、９ｂ、９ｃ…移送路、１０…硝化槽、
１１…脱窒素槽、１２…硝化槽、１３…固液分離装置、
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ…循環路、１５…濃縮装置、
２１…可溶化・酸発酵槽、３１…調整・可溶化槽、
４１…調整・可溶化・酸発酵槽、６２…硝化・脱窒素槽
【図１】
0004527325.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004527325.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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