(57)【要約】  【課題】  アルカリ剤等の薬品によるアルカリ成分の供給を行わずに、あるいはアルカリ剤等の薬品によるアルカリ成分の供給が極めて少量であっても、活性汚泥槽におけるメタン発酵廃液の浄化処理を安定して行うことができるメタン発酵処理方法を提供すること。  【解決手段】  有機性廃棄物をメタン発酵槽に投入し、メタン発酵させて発酵廃液を取り出し、この発酵廃液を活性汚泥槽に投入し、硝化及び脱窒反応させて前記発酵廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去するメタン発酵処理方法において、前記活性汚泥槽内のｐＨが所定値以下となったときに、前記メタン発酵槽に堆積している発酵汚泥を前記活性汚泥槽に供給する。  【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槽に投入し、メタン発酵させて発酵廃液を取り出し、この発酵廃液を活性汚泥槽に投入し、硝化及び脱窒反応させて前記発酵廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去するメタン発酵処理方法において、
前記活性汚泥槽内のｐＨが所定値以下となったときに、前記メタン発酵槽に堆積している発酵汚泥を前記活性汚泥槽に供給することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記活性汚泥槽内のｐＨが、ｐＨ６．５〜７．０の間で定められた下限値以下となったときに、前記メタン発酵槽に堆積している発酵汚泥を前記活性汚泥槽に供給し、前記活性汚泥槽内のｐＨが、ｐＨ７．０〜９．０の間で定められた設定値に達したときに、前記発酵汚泥の供給を停止する請求項１に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記活性汚泥槽内への前記発酵汚泥の供給量が所定値を超えても、前記活性汚泥槽内のｐＨが前記設定値に達しないときには、前記発酵汚泥の供給を停止して、前記活性汚泥槽内のｐＨが前記設定値に達するまで、アルカリ剤を添加する請求項２記載のメタン発酵処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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メタン発酵処理する有機性廃棄物の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ等や下水の余剰汚泥等の有機性廃棄物をメタン発酵し、メタンガスとしてエネルギーを回収する方法が省資源、循環型社会形成の一環として採用されている。
【０００３】
メタン発酵は有機物をメタンと炭酸ガス（ＣＯ２）に分解するが、１００％分解されるわけではなく、メタン発酵廃液中には高濃度の有機物成分が残っている。また、該発酵廃液中には、発酵残渣もしくはメタン発酵槽で増殖した菌体としての汚泥があり、この汚泥中には高濃度の窒素成分が含まれている。更に、有機物の分解生成物であるアンモニアも高濃度含まれている。したがって、メタン発酵廃液はそのまま下水道や河川には放流できず、有機物と窒素成分を分解除去する処理が必要である。
【０００４】
上記のメタン発酵廃液の処理方法として、活性汚泥処理法の一つである間欠曝気式活性汚泥処理（以下、「間欠曝気処理」とも記す）等が知られている。
【０００５】
この間欠曝気処理とは、上記メタン発酵廃液のようなアンモニア性窒素を含有する原水（以下、「窒素含有廃液」とも記す）に、空気曝気と曝気停止を交互に繰り返し、窒素含有廃液中のアンモニアと有機物とを、活性汚泥に培養させた微生物の食物として利用して分解除去する処理方法である。すなわち、窒素含有廃液中のアンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化させ、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化させる硝化工程と、硝化工程で得られた亜硝酸性窒素もしくは硝酸性窒素中の酸素を使い、窒素含有廃液中の有機物を酸化する脱窒菌の作用により、亜硝酸性窒素もしくは硝酸性窒素は還元して、窒素ガスにまで分解する脱窒工程とからなる２段階の生物反応によって、窒素含有廃液中のアンモニアを窒素ガスとして除去する方法である。
【０００６】
この間欠曝気処理には、例えば、下記特許文献１に開示されているような、単一の活性汚泥槽において、好気条件と嫌気条件とを繰り返し、時間的に区分して処理する方法や、下記非特許文献１に開示されているような、好気条件と嫌気条件とを活性汚泥槽内を区画し、空間的に区分して処理する方法等が知られている。
【０００７】
また、活性汚泥処理により、窒素含有廃液から脱アンモニア処理による浄化処理を行うに際し、処理する窒素含有廃液の性状によっては、経時で活性汚泥槽内のｐＨが徐々に低下していき、酸性となってしまうことがある。そのような場合、活性汚泥槽の微生物は槽内のｐＨによる影響を受けて、その活性が低下しやすい。例えば、硝化菌の活性は、ｐＨ８〜９程度で最も活性が高くなるが、ｐＨ６ではその活性が３０％程度まで低下してしまうことが知られている。
【０００８】
そこで、下記特許文献２、３に開示されているように、炭酸カルシウム塩等のアルカリ剤を定期的に投入して活性汚泥槽内のｐＨを維持し、窒素含有廃液の処理効率を向上させるといった試みが一般的になされている。
【特許文献１】特開平４−１０４８９６号公報
【特許文献２】特開平６-１７０３９２号公報
【特許文献３】特開平７-２４１５９６号公報
【非特許文献１】下水道施設計画・設計指針と解説  後編（２００１年度版  Ｐ２１７〜２１８  社団法人日本下水道協会）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
窒素含有廃液の浄化処理効率を向上させるため、上記特許文献２、３のように、定期的にアルカリ剤等を添加して、槽内のｐＨを所定値に維持する必要があるが、メタン発酵廃液等の窒素含有廃液の性状、装置スケールによっては、アルカリ剤等の使用量が多くなりがちで、処理コスト増加の要因となる問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、アルカリ剤等の薬品によるアルカリ成分の供給を行わずに、あるいはアルカリ剤等の薬品によるアルカリ成分の供給が極めて少量であっても、活性汚泥槽におけるメタン発酵廃液の浄化処理を安定して行うことができるメタン発酵処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵槽に投入し、メタン発酵させて発酵廃液を取り出し、この発酵廃液を活性汚泥槽に投入し、硝化及び脱窒反応するメタン発酵処理方法において、前記活性汚泥槽内のｐＨが所定値以下となったときに、前記メタン発酵槽に堆積している発酵汚泥を前記活性汚泥槽に供給することを特徴とする。
【００１２】
メタン発酵槽に堆積するメタン発酵汚泥には、砂や大きな固形物の他にメタン発酵槽内で不溶化した炭酸カルシウムなどのカルシウム塩が多く含まれている。カルシウム塩は、液中に溶解することで液中にアルカリ分を供給することとなるので、メタン発酵に伴い生じた発酵汚泥を活性汚泥槽に投入することで活性汚泥槽内のｐＨを上昇させることができ、メタン発酵廃液の浄化処理効率を安定化するにあたって必要となるアルカリ剤等の薬品の使用量を低減できる。
【００１３】
本発明においては、前記活性汚泥槽内のｐＨが、ｐＨ６．５〜７．０の間で定められた下限値以下となったときに、前記メタン発酵槽に堆積している発酵汚泥を前記活性汚泥槽に供給し、前記活性汚泥槽内のｐＨが、ｐＨ７．０〜９．０の間で定められた設定値に達したときに、前記発酵汚泥の供給を停止することが好ましい。また、前記活性汚泥槽内への前記発酵汚泥の供給量が所定値を超えても、前記活性汚泥槽内のｐＨが前記設定値に達しないときには、前記発酵汚泥の供給を停止して、前記活性汚泥槽内のｐＨが前記設定値に達するまで、アルカリ剤を添加することがより好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、メタン発酵廃液の浄化処理を安定して行うに際し、アルカリ剤等の薬品によるアルカリ成分の供給を低減できることから、メタン発酵処理における処理コストの低減が図れる。また、メタン発酵槽に堆積した発酵汚泥を定期的に引き抜くこととなるので、堆積物による発酵槽配管閉塞等のトラブルを抑制でき、長期間安定したメタン発酵状態を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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に用いる処理装置の一実施形態の概略構成図が示されている。
【００１６】
この処理装置は、有機性廃棄物をメタン発酵処理するためのメタン発酵槽１と、メタン発酵槽１内のメタン発酵廃液を硝化脱窒処理して浄化処理するための活性汚泥槽２と、活性汚泥槽２で浄化処理された活性汚泥処理液を固液分離処理して分離汚泥と分離液とに固液分離する固液分離槽３とで主に構成されている。
【００１７】
メタン発酵槽１としては、特に限定はなく、３０〜４０℃で運転する中温発酵槽、５０〜６０℃で運転する高温発酵いずれのタイプであってもよい。
【００１８】
メタン発酵槽１には、図示しない前処理装置及びスラリー調整槽によって処理されたスラリー状の有機性廃棄物がスラリー供給管１１を介して供給されるようになっている。また、メタン発酵槽１の底部には、発酵汚泥取り出し口１７が設けられており、メタン発酵処理に伴い堆積した発酵汚泥の一部を活性汚泥槽２へ供給できるように、発酵汚泥取り出し口１７から伸びた発酵汚泥取出し管１２は、ポンプ１３を介して活性汚泥槽２に連結されている。また、メタン発酵槽１の側壁には、発酵廃液取出し管１４が連結され、この発酵廃液取出し管１４は、ポンプ１５を介して活性汚泥槽２に連結されている。また、メタン発酵槽１の上部には、発酵によって発生するバイオガスを取出すバイオガス取出し管１６が接続されている。
【００１９】
活性汚泥槽２としては、発酵廃液中の有機物や窒素を微生物によって硝化及び脱窒するための処理槽であって、好気槽又は間欠曝気槽である。そして、活性汚泥槽２から伸びた活性汚泥処理液取出し管２１はポンプ２２を介して固液分離槽３に連結されている。なお、発酵廃液取出し管１４から一定時間毎に供給されるメタン発酵廃液と同量の活性汚泥処理液が、活性汚泥処理液取出し管２１から引き抜かれて固液分離槽３に送られるように構成されており、活性汚泥槽２内は、常に一定量のメタン発酵廃液で満たされている。また、活性汚泥槽２から固液分離槽３への活性汚泥処理液の移送は自然流下でもよく、ポンプ２２は省略される場合もある。
【００２０】
固液分離槽３としては、固液分離できるような構成を有するものであれば特に限定はなく、従来より知られている、重力沈澱槽、膜分離装置等の固液分離装置を広く利用できる。
【００２１】
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。
【００２２】
図示しない前処理装置及びスラリー調整槽を通して供給されるスラリー状の有機性廃棄物は、スラリー供給管１１を通してメタン発酵槽１に供給され、メタン発酵槽１内の嫌気性微生物によりメタン発酵される。メタン発酵によって発生したバイオガスは、バイオガス取出し管１６を通して取り出されて図示しない発電機等に送られる。また、槽内の発酵廃液は、発酵廃液取出し管１４を通して活性汚泥槽２に供給され、間欠曝気処理などの生物処理による硝化及び脱窒反応によって、有機成分や溶解性窒素成分等が分解処理され、浄化処理される。
【００２３】
ここで、活性汚泥槽２内の微生物は、ｐＨによってその活性が影響されやすく、例えば、硝化菌の活性は、ｐＨ８〜９程度で最も活性が高く、ｐＨ６ではその活性がｐＨ８〜９の状態の３０％程度まで低下してしまう。また、ｐＨ９を超える場合も、硝化菌の活性は低下する。そこで、微生物の活性を向上させ、発酵廃液の浄化処理効率を向上させるにあたって、槽内のｐＨを所定の範囲に維持する必要がある。
【００２４】
本発明においては、ｐＨ計などで、活性汚泥槽２内のｐＨをモニタリングし、ｐＨが所定値以下となった時点で、ポンプ１３を作動させて、発酵汚泥取出し管１２から活性汚泥槽２へ、メタン発酵槽１に堆積した発酵汚泥を供給し、好ましくは、ｐＨ６．５〜７．０の間で定めた下限値以下となったときに供給する。
【００２５】
図２に、活性汚泥槽２として容積８．５ｍ３の処理槽を用い、アンモニア性窒素濃度１５００〜２０００ｍｇ／Ｌのメタン発酵廃液を、活性汚泥槽２での滞留時間を５．２〜１３日として処理した場合の活性汚泥槽２におけるメタン発酵廃液の硝化速度と、活性汚泥槽２内のｐＨとの関係を示す。
【００２６】
ｐＨ７．０より低い領域の硝化速度は、ｐＨ７．０以上の場合より少なくとも１／２程度まで硝化速度が低下しており、処理にほぼ余裕のない状態であった。これよりも更に低いｐＨ領域では、さらに硝化速度の低下が予想され、上述のｐＨ範囲で、発酵汚泥を投入することが好ましい。
【００２７】
この発酵汚泥には、メタン発酵槽１内で不溶化して析出した炭酸カルシウムなどのカルシウム塩が、発酵廃液に比べて多く含まれている。カルシウム塩は、液中に溶解することでアルカリ分を供給することとなるので、発酵汚泥を活性汚泥槽２に投入することで活性汚泥槽２のｐＨを上昇させることができる。
【００２８】
活性汚泥槽２内に発酵汚泥を供給開始し始めてから、活性汚泥槽２のｐＨを設定値とするまでに供給する発酵汚泥の総量は、メタン発酵槽１の容積の２０％以下とすることが好ましく、より好ましくは１％以下である。活性汚泥槽２へ供給する発酵汚泥の供給量総量が、メタン発酵槽１の容積の２０％を超えると、メタン発酵槽での処理効率が低下する虞れがある。
【００２９】
そして、活性汚泥槽２へ供給した発酵汚泥の総量が、上記所定値を超えても活性汚泥槽２のｐＨを目的の値に調整できない場合においては、発酵汚泥の供給を停止して、アルカリ剤を投入して目的のｐＨとなるように調整することが好ましい。
【００３０】
アルカリ剤としては、水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウム（重曹）などを用いることができる。
【００３１】
また、活性汚泥槽２における発酵廃液の浄化処理温度は、１０〜３０℃が好ましく、２０〜３０℃がより好ましい。
【００３２】
浄化処理時温度が１０〜３０℃であれば、活性汚泥槽２内の処理液中に発酵汚泥内のカルシウム塩が溶解してアルカリ度が供給しやすくなるので、ｐＨを上昇させやすくなる。
【００３３】
そして、このようにして浄化処理した活性汚泥処理液を固液分離槽３にて、分離液と分離汚泥とに固液分離を行う。
【００３４】
活性汚泥槽２から引き抜かれた活性汚泥処理液には、活性汚泥槽２内の菌体と、有機分とが合成・付着して生成されたＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ）などが含まれており、そのまま下水放流することはできないことがある。そのため、固液分離槽３にて、活性汚泥処理液を、分離液と分離汚泥とに固液分離処理し、活性汚泥処理液から固形分を除去することが好ましい。
【００３５】
活性汚泥処理液の固液分離方法としては、特に限定はなく、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などの鉄塩や、ポリ塩化アルミニウムなどといった無機系凝集剤や、ポリメタクリル酸エステル系、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド系等の、カチオン系、アニオン系、ノニオン系高分子凝集剤などの凝集剤を攪拌添加し、活性汚泥処理液中の固形分をフロック形成させて、重力沈殿や膜分離によって固液分離する方法などが挙げられる。
【００３６】
このようにして、活性汚泥処理液を固液分離した分離液は、アンモニアの含有量が極めて少なく、また、固形分濃度も極めて少ないので、下水放流することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、生ゴミ、食品加工残滓等の、有機性廃棄物のメタン発酵処理に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のメタン発酵処理に用いる処理装置の一実施形態の概略構成図である。
【図２】硝化速度とｐＨの関係線図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：メタン発酵槽
２：活性汚泥槽
３：固液分離槽
１１：スラリー供給管
１２：発酵汚泥取出し管
１３、１５、２２：ポンプ
１４：発酵廃液取出し管
１６：バイオガス取出し管
１７：発酵汚泥取り出し口
２１：活性汚泥処理液取出し管
【図１】
2007044661.tif 000002
【図２】
2007044661.tif 000003