(57)【要約】【課題】固形状の有機性廃棄物をＢＯＤ成分として利用するに際して、水等の添加および破砕により液状化させるために設備や装置を増設する必要がなく、既存の設備を用いて簡便な方法で優れた水素供与体として機能するＢＯＤ成分を得る方法を提供すること。【解決手段】メタン発酵廃水の脱窒処理方法であって、（１）受入槽に受け入れられた有機性廃棄物を破砕した有機性廃棄物破砕物を貯留槽に貯留する貯留工程と、（２）受入槽または貯留槽における有機性廃棄物または有機性廃棄物破砕物の貯留時に発生する有機汚水を、回収槽に回収する有機汚水回収工程と、（３）有機汚水が回収された後の有機性廃棄物破砕物をメタン発酵するメタン発酵工程と、（４）該メタン発酵工程により発生するメタン発酵廃水に、上記有機汚水を添加して脱窒する脱窒工程とを含むことを特徴とするメタン発酵廃水の脱窒処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵処理後の廃水から窒素成分を除去する、メタン発酵廃水の脱窒処理方法であって、
（１）受入槽に受け入れられた有機性廃棄物を破砕した有機性廃棄物破砕物を貯留槽に貯留する貯留工程と、
（２）受入槽または貯留槽における有機性廃棄物または有機性廃棄物破砕物の貯留時に発生する有機汚水を、回収槽に回収する有機汚水回収工程と、
（３）有機汚水が回収された後の有機性廃棄物破砕物をメタン発酵するメタン発酵工程と、
（４）該メタン発酵工程により発生するメタン発酵廃水に、前記有機汚水を添加して脱窒する脱窒工程とを含むことを特徴とするメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【請求項２】
前記貯留工程における貯留期間が、少なくとも１日である請求項１記載のメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【請求項３】
前記脱窒工程は、
（４−１）メタン発酵廃水を流量調整槽に受け入れる廃水受入工程と、
（４−２）前記流量調整槽に前記有機汚水を添加する有機汚水添加工程と、
（４−３）有機汚水添加後のメタン発酵廃水を、脱窒および硝化する硝化脱窒工程とを含むことを特徴とする請求項１または２記載のメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【請求項４】
前記脱窒槽に、前記有機汚水が添加されてなる請求項３記載のメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【請求項５】
前記脱窒槽に、メタノールが添加されてなる請求項３または４記載のメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【請求項６】
前記有機性廃棄物破砕物は、
有機性廃棄物を破砕するか、
有機性廃棄物を含む有機性廃棄物含有物を破砕選別することにより得られることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【請求項７】
前記有機汚水回収工程において回収された有機汚水を固形物分離した後に、脱窒工程でメタン発酵廃水に添加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【請求項８】
前記有機汚水の生物化学的酸素要求量が、１００００〜６００００（ｍｇ／Ｌ）である請求項１〜７のいずれか１項に記載のメタン発酵廃水の脱窒処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵廃水の脱窒処理方法に関する。さらに詳しくは、有機性廃棄物より得られる有機汚水を利用することにより、脱窒処理において水素供与体として汎用されるメタノールの添加量を削減するメタン発酵廃水の脱窒処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生ごみ等の高濃度に有機物を含む廃棄物（有機性廃棄物）よりバイオガスを発生するメタン発酵技術が注目されている。得られるバイオガスは、ガスエンジン発電だけでなく、燃料電池、自動車の燃料をはじめ、多種多様な用途に利用できる。
【０００３】
ここで、有機性廃棄物をメタン発酵処理した場合、発酵後の廃水を処理しなければならないところ、メタン発酵後の廃水中には窒素が主にアンモニアの形で存在する。そのため、廃水を放流または再利用するためには窒素を除去する必要がある。
【０００４】
廃水中の窒素を除去する方法としては、生物学的硝化脱窒法が一般的である。生物学的硝化脱窒法とは、典型的には、生物が行う生物学的反応を利用して硝化反応と脱窒反応を行うものであり、その硝化反応および脱窒反応とは次の式で表される反応にまとめられることが知られている。
【０００５】
（硝化反応）・・・ＮＨ4+  →  ＮＯ3-
（脱窒反応）・・・ＮＯ3-  →  Ｎ2
【０００６】
硝化反応は、水中に含まれるアンモニア形態の窒素を、酸素を用いて酸化する反応であり、独立栄養細菌（たとえば、アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌など）によって行われる。硝化反応は、好気条件下（溶存酸素がある状態）で溶存酸素を利用して行われる。脱窒反応は、窒素と結合した酸素を細菌の呼吸に用いる生物学的な反応であり、無酸素条件下において、主に、従属栄養細菌の中のそうした能力を有する細菌（たとえば、脱窒菌など）によって行われる。該脱窒反応は、無酸素条件下（溶存酸素がない状態）で結合酸素（ＮＯ3の中のＯ）を利用して行われるが、結局は、水素を利用しての還元反応であるため、反応の進行には水素供与体としての有機物が必要とされる。
【０００７】
水素供与体としては、廃水中に残存するＢＯＤ成分（生物化学的酸素要求量）が有効であるが、メタン発酵を経たメタン発酵廃水中に充分な量のＢＯＤ成分が残存していることは一般的に少ない。そのため、ＢＯＤ成分が脱窒に必要な濃度よりも小さい場合には、メタノールなどの薬品を添加することにより水素供与体の不足を補填することが行われている。図６に、従来のメタン発酵廃水の脱窒工程を示す。参照符号９は流量調整槽を示し、参照符号１０は脱窒槽を示し、参照符号１１は硝化槽を示し、参照符号１２は二次脱窒槽を示し、参照符号１３は再曝気槽を示し、参照符号１４は沈殿槽を示している。図６に示されるように、従来は、脱窒槽１０や２次脱窒槽１２にメタノールを添加することによりメタン発酵廃水を脱窒している。
【０００８】
しかしながら、水素供与体として添加されるメタノールは高価であり、コストが高くなるという問題がある。そのため、メタノールに代わる水素供与体として、有機性廃棄物を利用する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００９】
特許文献１によれば、有機性廃棄物を破砕機により粗砕し、粉砕選別機により、粗砕した有機性廃棄物と水とを受け入れて混合しながら、有機性廃棄物を粉砕すると共に、重量不適物および軽量不適物を除去して重質有機スラリーを得、固液分離機により、得られた重質有機スラリーから固形分を一部除去して軽質有機スラリーを得、得られた軽質有機スラリーを水素供与体として用いる廃水処理方法が提案されている。当該廃水処理方法によれば、水素供与体としてメタノールを必要としない、とのことである。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は、有機性廃棄物が生ごみのような固形状の廃棄物の場合、液状化して使用する必要があり、加水分解や酸発酵を行うにあたり、設備や装置の増設が必要であり、かつ、システムが複雑化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２９９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、固形状の有機性廃棄物をＢＯＤ成分として利用するに際して、水等の添加および破砕により液状化させるために設備や装置を増設する必要がなく、既存の設備を用いて簡便な方法で優れた水素供与体として機能するＢＯＤ成分を得る方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のメタン発酵廃水の脱窒処理方法は、
メタン発酵処理後の廃水から窒素成分を除去する、メタン発酵廃水の脱窒処理方法であって、
（１）受入槽に受け入れられた有機性廃棄物を破砕した有機性廃棄物破砕物を貯留槽に貯留する貯留工程と、
（２）受入槽または貯留槽における有機性廃棄物または有機性廃棄物破砕物の貯留時に発生する有機汚水を、回収槽に回収する有機汚水回収工程と、
（３）有機汚水が回収された後の有機性廃棄物破砕物をメタン発酵するメタン発酵工程と、
（４）該メタン発酵工程により発生するメタン発酵廃水に、上記有機汚水を添加して脱窒する脱窒工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、かかる構成を有することにより、固形状の有機性廃棄物をＢＯＤ成分として利用するに際して、水等の添加および破砕により液状化させるために設備や装置を増設する必要がなく、既存の設備を用いて簡便な方法で優れた水素供与体として機能するＢＯＤ成分を得る方法を提供することができる。
【００１５】
上記貯留工程における貯留期間が、少なくとも１日であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、かかる構成を有することにより、回収槽において充分な量の有機汚水を回収することができる。
【００１７】
上記脱窒工程は、
（４−１）メタン発酵廃水を流量調整槽に受け入れる廃水受入工程と、
（４−２）上記流量調整槽に上記有機汚水を添加する有機汚水添加工程と、
（４−３）有機汚水添加後のメタン発酵廃水を、脱窒および硝化する硝化脱窒工程とを含むことが好ましい。
【００１８】
流量調整槽は、廃水処理設備に定量的に廃水を投入するために流量を調整するための槽であり、１〜３日分程度の廃水を貯留する容量を有している。そのため、本発明は、かかる構成を有することにより、有機汚水をたとえばバッチで流量調整槽に添加、混合した場合に、流量調整槽において有機汚水の濃度が均一化され、後続の硝化脱窒工程に濃度の安定した有機汚水を適量送ることができる。
【００１９】
上記脱窒槽に、上記有機汚水が添加されてなることが好ましい。
【００２０】
本発明は、かかる構成を有することにより、硝化脱窒工程にあるメタン発酵廃水の脱窒状況に応じて、有機汚水を追加的に添加することが可能であり、その結果、メタン発酵廃水中の窒素含有量を所望の値まで減少させることができるよう有機汚水の添加量を調整できる。
【００２１】
上記脱窒槽に、メタノールが添加されてなることが好ましい。
【００２２】
本発明は、かかる構成を有することにより、仮に有機汚水のみの添加では脱窒が充分でない場合や有機汚水のみの添加では到達できないレベルまで脱窒する必要がある場合に有効である。
【００２３】
上記有機性廃棄物破砕物は、
有機性廃棄物を破砕するか、
有機性廃棄物を含む有機性廃棄物含有物を破砕選別することにより得られることが好ましい。
【００２４】
本発明は、かかる構成を有することにより、プラスチック類、紙などの固形物を含む有機性廃棄物であっても有効に利用することができる。
【００２５】
上記有機汚水回収工程において回収された有機汚水を固形物分離した後に、脱窒工程でメタン発酵廃水に添加することが好ましい。
【００２６】
本発明は、かかる構成を有することにより、仮に有機汚水中に固形物などの不純物が混在していたとしても、それらを除去して使用することができる。また、不純物が除去される結果、廃水処理設備内で詰まり、堆積、浮遊などの問題発生が回避できる。
【００２７】
上記有機汚水の生物化学的酸素要求量が、２００００〜１０００００（ｍｇ／Ｌ）であることが好ましい。
【００２８】
本発明は、かかる構成を有することにより、脱窒に使用可能な有機汚水と判断でき、かつ、メタン発酵に供される有機性廃棄物破砕物から得られる有機汚水の量および濃度として適切なものとなる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、固形状の有機性廃棄物をＢＯＤ成分として利用するに際して、水等の添加および破砕により液状化させるために設備や装置を増設する必要がなく、既存の設備を用いて簡便な方法で優れた水素供与体として機能するＢＯＤ成分を得るメタン発酵廃水の脱窒処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる有機汚水の回収箇所を説明するための説明図
【図２】本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる有機汚水の回収と、廃水処理設備への流れを説明する説明図
【図３】本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる有機汚水の添加箇所を説明するための説明図
【図４】本発明の一実施形態（実施の形態２）にかかる有機汚水の回収箇所を説明するための説明図
【図５】本発明の一実施形態（実施の形態３）にかかる有機汚水の添加箇所を説明するための説明図
【図６】従来の脱窒処理を説明するための説明図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態にかかるメタン発酵廃水の脱窒処理方法を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態における有機汚水の回収箇所を説明するための説明図であり、メタン発酵の流れを説明する説明図である。図２は、本実施の形態の有機汚水の回収と、廃水処理設備への流れを説明する説明図である。図３は、本実施の形態における有機汚水の添加箇所を説明するための説明図であり、廃水処理設備の一例を示している。
【００３２】
本実施の形態にかかるメタン発酵廃水の脱窒処理方法は、
メタン発酵処理後の廃水から窒素成分を除去する、メタン発酵廃水の脱窒処理方法であって、
（１）受入槽に受け入れられた有機性廃棄物を破砕した有機性廃棄物破砕物を貯留槽に貯留する貯留工程と、
（２）受入槽または貯留槽における有機性廃棄物または有機性廃棄物破砕物の貯留時に発生する有機汚水を、回収槽に回収する有機汚水回収工程と、
（３）有機汚水が回収された後の有機性廃棄物破砕物をメタン発酵するメタン発酵工程と、
（４）該メタン発酵工程により発生するメタン発酵廃水に、上記有機汚水を添加して脱窒する脱窒工程とを含むことを特徴とする。図１を参照しながら、有機性廃棄物粉砕物が、家庭の台所やレストランの厨房から排出される生ごみ、スーパーから排出される食品廃棄物、食品工場や醸造工業の廃棄物等の有機性廃棄物の破砕物である場合について説明する。
【００３３】
（貯留工程について）
貯留工程について説明する。貯留工程は、図１に示されるフローに基づいて、貯留槽３に有機性廃棄物破砕物を貯留する工程である。図１に示されるように、有機性廃棄物は、まず、受入槽１に受け入れられる。受入槽１は、有機性廃棄物を一時的に受け入れるための槽である。受入槽１の容積としては特に限定されず、メタン発酵処理設備の規模や、当該設備に搬入される有機性廃棄物の１〜５日分の分量を受け入れることのできる容量があればよい。本実施の形態では、有機性廃棄物として、１日あたり３トンを受け入れることのできる受入槽１を例に説明する。
【００３４】
受入槽１に受け入れられた有機性廃棄物は、即座にまたは１日〜７日程度貯留されたのち、破砕装置２ａに搬入される。破砕装置２ａとしては、たとえば２本の回転刃を備えたもので、破砕処理物である有機性廃棄物を剪断する形式のものを採用することができる。また、有機性廃棄物が厨芥等の場合には、ごみ袋に詰められていることがあるので、この場合は破砕機によりごみ袋を破袋するとともに、大きな形状の有機性廃棄物を破砕する。破砕後の有機性廃棄物破砕物の大きさとしては、２０〜１００ｍｍ程度が例示される。
【００３５】
破砕装置２ａにより破砕して作成された有機性廃棄物破砕物は、破砕装置２ａの出口近傍に一体的または別体的に設けられたコンベアやシュートにより、貯留槽３に搬入される。
【００３６】
貯留槽３は、有機性廃棄物破砕物を定量的にメタン発酵槽５へ投入するため一時貯留（滞留）させる目的で設置するが、貯留されている期間に有機性廃棄物の酸発酵が進行する。すなわち、本発明では、有機性廃棄物は破砕こそされるものの、別途、水などの溶媒を加えることなく、固形の形状のまま貯留槽３に貯留され、堆積物を形成することを特徴とする。有機性廃棄物破砕物を貯留することにより、有機汚水が生じる。
【００３７】
（有機汚水回収工程について）
有機汚水回収工程について説明する。有機汚水回収工程は、有機性廃棄物破砕物の貯留時に生じる有機汚水を、回収槽４に回収する工程である。図２に示されるように、貯留槽３における酸発酵を経た有機性廃棄物破砕物は、堆積物の底部近傍より、酢酸やプロピオン酸、乳酸等の有機酸を含む有機汚水を生じる。なお、これら酸の種類、割合は、有機性廃棄物の組成により変動するため一概には決定することはできない。酸発酵を促すために貯留槽３に貯留される期間としては、１日以上が好ましく、２日以上がより好ましい。貯留期間の限度としては特に限定されず、メタン発酵設備を効率的に運転できる範囲であれば、３日以上であっても貯留期間を適宜調整することができる。
【００３８】
有機汚水について説明する。有機汚水は、有機性廃棄物破砕物の貯留時に生じ、ごみ汁とも呼ばれる液組成物である。有機性廃棄物破砕物は、上記のとおり生ごみや食品廃棄物を破砕したものであり、その成分中には約５０〜９５重量％の水が含有される。また、貯留時には、微生物反応を主体として酸発酵が進行し、酢酸やプロピオン酸、乳酸等の有機酸を生じる。自重や堆積された際の圧力等により、成分中の水は、ＢＯＤ成分（有機酸等）を含む有機汚水として流出する。成分中の有機酸およびこれらＢＯＤ成分の量は、貯留される有機性廃棄物破砕物の組成により変動するが、たとえば、２トンの有機性廃棄物破砕物を２日間貯留した場合には、酢酸を３０００〜１５０００ｍｇ／Ｌ、プロピオン酸を５０〜２００ｍｇ／Ｌ、乳酸を５００〜３００００ｍｇ／Ｌ含み、ＢＯＤ成分が、１００００〜６００００ｍｇ／Ｌ、全窒素（Ｔ−Ｎ）が１００〜１５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが４．０〜５．０程度である有機汚水が、２０〜１００ｋｇ程度得られる。このように、有機汚水はＢＯＤ成分が多量に含まれており、水素供与体としてメタノールに代替することができる。なお、得られる有機汚水は、余剰が出れば、図２における破線で示すように、後述するメタン発酵工程においてメタン発酵槽５への投入原料としてもよく、焼却設備が併設されている場合には、焼却炉内で焼却してもよい。
【００３９】
貯留槽３にて有機性廃棄物破砕物より生じた有機汚水は、貯留槽３の後段に設けられた回収槽４に回収される。回収槽４への有機汚水の回収は、図２に示されるように、貯留槽３の底部近傍に設けられた有機汚水排出口より有機汚水を流出させ、同じく貯留槽３の有機汚水排出口の近傍に設けられた有機汚水一時貯留槽６に流入させ、その後、ポンプＰを使用して、ストレーナ７および回収槽４に有機汚水を送ることにより行われる。
【００４０】
貯留槽３における有機汚水排出口の構成は特に限定されず、たとえば生じた有機汚水が自重により流入するよう貯留槽３の下部側壁に開口部を設けるだけでもよく、開口部を格子状として排出口としてもよい。すなわち、固形の有機性廃棄物破砕物が流れ出ることなく、液状の有機汚水のみが流出される機構を採用すればよい。
【００４１】
有機汚水一時貯留槽６は、有機汚水を、後段に配置されたストレーナ７および回収槽４にポンプＰを経由させて送るために、有機汚水を一時的に貯留するために設けられた槽である。すなわち、有機汚水は有機性廃棄物破砕物より経時的に生じるものであり、固形物を不純物として含む。そのため、回収槽４に直接回収するのではなく、一時的に有機汚水一時貯留槽６に貯留させ、ポンプＰを使用してストレーナ７を通して固形物を除去した後に回収槽４へ回収する構成を採用している。なお、有機性廃棄物破砕物の組成によってはストレーナ７を介さずに回収してもよい場合がある。その場合には、上記したストレーナ７を省略してもよい。このように、ストレーナ７を介して有機汚水の固形物分離をすることにより、廃水処理設備内で詰まり、堆積、浮遊などの問題発生が回避できる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、貯留槽３の後段に回収槽４を設ける場合について説明したが、本発明はかかる構成に限定されず、受入槽１の後段に別の回収槽を設けて、受入槽１での貯留時に生じる有機汚水を回収してもよい。また、受入槽１の後段に別の回収槽４を設けずとも、図１において破線で示されるように、回収槽４へと続く有機汚水回収路を設け、貯留槽３で生じる有機汚水と混合させるよう構成してもよい。
【００４３】
（メタン発酵工程について）
メタン発酵工程について説明する。メタン発酵工程は、有機汚水が回収された後の有機性廃棄物破砕物をメタン発酵し、バイオガスを取り出す工程である。
【００４４】
図１に示されるように、貯留槽３において有機汚水が回収された後の有機性廃棄物破砕物は、必要に応じて水（すでにメタン発酵を経た場合の廃水（排水）を使用する場合を含む）と混合して希釈されたのち、投入装置８によりメタン発酵槽５に投入される。投入方法としては特に限定されず、希釈された有機性廃棄物破砕物をミキサー等で混合し、ピストン等で加圧してメタン発酵槽５に搬入する方法等を採用することができる。
【００４５】
投入された有機性廃棄物破砕物は、主に廃棄物中に存在する微生物の働きによって可溶化され、メタン発酵の原料となる有機酸および有機酸の前駆体となる高級脂肪酸、アミノ酸、糖類等の有機物に生成される。メタン発酵槽５内では、メタン生成菌の働きにより、有機酸からメタン約６０％、二酸化炭素約４０％のガス（バイオガス）が生成される。生成されたガスは、生成ガスラインを経由してガスホルダに貯留された後、主に燃料として利用される。
【００４６】
発酵後の廃水（メタン発酵廃水）のうち、脱水機により脱水された脱水ろ液は、必要に応じて一部が上記した水分調整用の水として再利用され、残部は、後述する脱窒工程に送られる。また、脱水ろ液以外の脱水汚泥は排出され、通常、コンポスト化されて肥料として利用されるか、または単純に焼却処理される場合が多い。
【００４７】
（脱窒工程について）
脱窒工程について説明する。脱窒工程は、メタン発酵工程により発生するメタン発酵廃水に、有機汚水を添加して脱窒する工程である。背景技術等で述べたとおり、メタン発酵廃水には多量の窒素が含まれているため、脱窒を経て廃水する必要がある。図３に示されるように、メタン発酵廃水は、
（４−１）メタン発酵廃水を流量調整槽９に受け入れる廃水受入工程と、
（４−２）上記流量調整槽９に上記有機汚水を添加する有機汚水添加工程と、
（４−３）有機汚水添加後のメタン発酵廃水を、脱窒および硝化する硝化脱窒工程とを含む。以下、それぞれの工程について説明する。
【００４８】
（廃水受入工程について）
廃水受入工程は、メタン発酵廃水を流量調整槽９に受け入れる工程である。流量調整槽９は、メタン発酵廃水を脱窒する際に、効率よく脱窒が行われるよう、硝化脱窒工程に送られるメタン発酵廃水の流量を調整するために設けられている。また、流量調整槽９に、たとえば１日程度の期間、一時的に貯留することにより、メタン発酵廃水の成分を均一化するために設けられている。
【００４９】
図３に示されるように、メタン発酵廃水は、流量調整槽９に流入される。流量調整槽９の容量としては特に限定されず、メタン発酵処理設備の規模等により決定される。本実施の形態では、容量がメタン発酵廃水量の２日分である流量調整槽９を採用している。流量は、流量計により監視することにより、流量は一定に調整される。
【００５０】
（有機汚水添加工程について）
有機汚染添加工程は、流量調整槽９において、有機排水を添加する工程である。このように、流量調整槽９に有機汚水を添加することにより、流量調整槽９内で有機汚水が均一に混合される。有機汚水の添加方法としては特に限定されず、たとえばバッチ法によりバッチごとの所定量の有機汚水（たとえば２０ｋｇ程度）を添加してもよい。なお、上記のとおり有機汚水にも全窒素が含まれるが、有機汚水の全窒素は１００〜１５００ｍｇ／Ｌ程度であるため、上記容量を持つメタン発酵廃水と混合したとしても、全窒素量の増加はほぼ影響がない。有機汚水が添加されたメタン発酵廃水は、後続する硝化脱窒工程に供される。
【００５１】
（硝化脱窒工程について）
硝化脱窒工程は、有機汚水添加後のメタン発酵廃水を、脱窒および硝化する工程である。メタン発酵廃水中の、主にアンモニアとして存在する窒素は、図３に示される脱窒槽１０および硝化槽１１を循環する硝化脱窒法により、Ｎ2に変換され除去される。脱窒および硝化における化学反応は、上記したとおりである。メタン発酵廃水中の全窒素は、硝化脱窒工程を経ることにより、約１００ｍｇ／Ｌ程度にまで低減される。硝化脱窒工程において脱窒処理の状況の確認は、従来公知の管理方法により確認することができ、たとえば硝酸態窒素（ＮＯ3−Ｎ）濃度やｐＨを指標として管理する方法により確認することができる。その際、たとえば脱窒に必要なＢＯＤ成分が不足すると判断されれば、図３において破線で示されるように、有機汚水を脱窒槽１０に追加的に添加してもよく、メタノールを添加してもよい。有機汚水を追加的に添加することにより、メタン発酵廃水中の窒素含有量を所望の値まで減少させることができるよう有機汚水の添加量を調整できる。また、有機汚水中に含まれる全窒素の影響を無視できない程度にまで脱窒する必要がある場合には、メタノールを添加することにより、有機汚水のみの添加では到達できないレベルまで脱窒することが可能である。脱窒処理を終えたメタン発酵廃水は、必要に応じ、ＳＳ（浮遊物質）分離、リン除去などの処理を行い放流される。また、施設内で原料調整水としてなどに再利用される。
【００５２】
以上、本実施の形態によれば、固形状の有機性廃棄物をＢＯＤ成分として利用するに際して、水等の添加および破砕により液状化させるために設備や装置を増設する必要がなく、既存の設備を用いて簡便な方法で優れた水素供与体として機能するＢＯＤ成分を得るメタン発酵廃水の脱窒処理方法を提供することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
本実施の形態にかかるメタン発酵廃水の脱窒処理方法を、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態における有機汚水の回収箇所を説明するための説明図であり、メタン発酵の流れを説明する説明図である。
【００５４】
本実施の形態では、有機性廃棄物破砕物が、プラスチック類、紙などの固形物を含む生ごみ等である以外は、実施の形態１と同じであり、重複する工程については説明を省略する。図４を参照しながら、有機性廃棄物粉砕物が、紙質を含む生ごみ等の有機性廃棄物の破砕物である場合について説明する。
【００５５】
（貯留工程について）
貯留工程について説明する。貯留工程は、図４に示されるフローに基づいて、貯留槽３に有機性廃棄物破砕物を貯留する工程である。図４に示されるように、有機性廃棄物は、まず、受入槽１に搬入される。受入槽１は、実施の形態１で述べたものと同じであるため、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５６】
受入槽１に受け入れられた有機性廃棄物は、即座にまたは１〜７日程度貯留されたのち、破砕選別装置２ｂに搬入される。破砕選別装置２ｂは、紙質を含む生ごみ等である有機性廃棄物から、プラスチック類などメタン発酵に資することができない異物を予めある程度除去（選別）し、破砕するための装置である。破砕選別された有機性廃棄物破砕物は、実施の形態１と同様に貯留槽３に搬入され、上記したと同様の手順により有機汚水が回収され、有機汚水が回収された有機性廃棄物破砕物は、メタン発酵処理に供される。メタン発酵廃水の脱窒処理についても実施の形態１で述べたものと同じである。
【００５７】
（実施の形態３）
本実施の形態にかかるメタン発酵廃水の脱窒処置方法を、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態における有機汚水の添加箇所を説明するための説明図であり、廃水処理設備の一例を示している。
【００５８】
本実施の形態では、図５に示されるように、硝化脱窒工程において、硝化槽１１の後段に、２次脱窒槽１２、再曝気槽１３、沈殿槽１４が設けられている以外は、実施の形態１と同じであり、重複する工程については説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態では、上記のとおり、２次脱窒槽１２、再曝気槽１３、沈殿槽１４が設けられている。これは、脱窒処理後のメタン発酵廃水を、たとえば河川に排水する場合等、排水中の全窒素量を、より低減させなければならない場合を想定している。すなわち、河川に排水するためには、たとえば水質汚濁防止法の排水基準に沿って、全窒素の量を６０ｍｇ／Ｌ（日間平均）以下に低減させなければならないためにこれらの設備が設けられている。
【００６０】
２次脱窒槽１２は、硝化槽１１を経てある程度脱窒が完了したメタン発酵廃水を、さらに高度に脱窒するために設けられている。２次脱窒槽１２で添加されるＢＯＤ成分としては、有機汚水やメタノールを使用することができるが、有機汚水中の全窒素の影響が無視できないため、メタノールを添加することが好ましい。
【００６１】
再曝気槽１３は、前段の２次脱窒槽１２において添加されたＢＯＤ成分が過剰であった場合に、その過剰分を空気酸化し、放流基準以下に調整するなどのために設けられている。
【００６２】
沈殿槽１４は、硝化脱窒された排水からＳＳを分離し、分離したＳＳを濃縮した汚泥として回収するために設けられている。沈殿槽１４では、再曝気槽１３で再曝気されたメタン発酵廃水のＳＳは沈降分離される。沈殿槽１４で沈殿したＳＳは、返送汚泥もしくは余剰汚泥として排出される。一方、上澄は排水される。
【実施例】
【００６３】
次に、本発明のメタン発酵廃水の脱窒処理方法を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００６４】
（実施例１）
図１に示されるフローに基づいて、有機汚水を回収するとともに、メタン発酵廃水を得た。まず、有機性廃棄物を受入槽１（容量３トン）に２トン搬入し、即座に破砕装置２ａ（２軸剪断方式）を用いて生ごみ成分を破砕し、３０ｍｍ程度に破砕した有機性廃棄物破砕物を得た。得られた有機性廃棄物破砕物は、コンベアを用いて貯留槽３に搬出した。貯留槽３（容量６トン）において、２トンの有機性廃棄物破砕物を、約２日間貯留し、貯留時に発生した有機汚水を回収した。使用した有機性廃棄物および得られた有機汚水の性状は以下のとおりである。有機汚水回収後の有機性廃棄物は、希釈水を添加して原料調整を行った後、メタン発酵槽５に投入し、メタン発酵に供した。メタン発酵の条件は以下のとおりである。メタン発酵処理後、固液分離し、上澄であるメタン発酵廃水を２トン得た。得られたメタン発酵廃水の性状は以下のとおりである。
＜実施例１で使用した有機性廃棄物（１トンあたり）＞
固形分濃度        ２５％
水分量            ７５％
有機汚水回収量    ２０ｋｇ
＜実施例１で得られた有機汚水＞
酢酸        １３０００ｍｇ／Ｌ
プロピオン酸    １００ｍｇ／Ｌ
乳酸                データなし
ｐＨ            ４．６
Ｔ−Ｎ        １１００ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ成分  ４１０００ｍｇ／Ｌ
＜実施例１のおけるメタン発酵の条件＞
高温乾式メタン発酵（発酵温度：５５℃）
＜実施例１で得られたメタン発酵廃水（１トンあたり）＞
Ｔ−Ｎ        ３０００ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ成分    ７０００ｍｇ／Ｌ
【００６５】
本実施例ではメタン発酵廃水１トン中の全窒素（Ｔ−Ｎ）は、３０００ｍｇ／Ｌである。したがって、上記窒素を脱窒するためには、
３０００ｍｇ／Ｌ×２．８６＝８５８０ｍｇ／Ｌ
（全窒素１ｇあたり２．８６ｇのＢＯＤ成分が必要であるとして換算）
のＢＯＤ成分が必要である。メタン発酵廃水中には、７０００ｍｇ／ＬのＢＯＤ成分が含まれているため、
８５８０ｍｇ／Ｌ−７０００ｍｇ／Ｌ＝１５８０ｍｇ／Ｌ
のＢＯＤ成分が不足した。
【００６６】
本実施例では、ＢＯＤ成分が４１０００ｍｇ／Ｌ含まれる有機汚水２０ｋｇを、メタン発酵廃水１トンに添加すると、
ＢＯＤ濃度は、
（７０００ｍｇ／Ｌ×１０００ｋｇ＋４１０００ｍｇ／Ｌ×２０ｋｇ）／１０２０ｋｇ＝７６７０ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ濃度は、
（３０００ｍｇ／Ｌ×１０００ｋｇ＋１１００ｍｇ／Ｌ×２０ｋｇ）／１０２０ｋｇ＝２９６０ｍｇ／Ｌ
となり、Ｔ−Ｎ２９６０ｍｇ／Ｌを脱窒するために必要なＢＯＤ成分（ＢＯＤ不足分）は、
２９６０ｍｇ／Ｌ×２．８６−７６７０ｍｇ／Ｌ＝７９６ｍｇ／Ｌ
となる。このＢＯＤ不足分は、その他の有機汚水またはメタノールで補えばよい。仮に、本実施例で生じるメタン発酵廃水を、すべてメタノールで脱窒処理に供するとすると、約１３２０ｇのメタノールが必要であるが、本実施例のように有機汚水を併用することにより、約６８０ｇのメタノールで足りる。
【００６７】
（実施例２）
図１に示されるフローに基づいて、有機汚水を回収するとともに、メタン発酵廃水を得た。まず、有機性廃棄物を受入槽１（容量３トン）に２トン搬入し、即座に破砕装置２ａ（２軸剪断方式）を用いて生ごみ成分を破砕し、３０ｍｍ程度に破砕した有機性廃棄物破砕物を得た。得られた有機性廃棄物破砕物は、コンベアを用いて貯留槽３に搬出した。貯留槽３（容量６トン）において、２トンの有機性廃棄物破砕物を、約２日間貯留し、貯留時に発生した有機汚水を回収した。使用した有機性廃棄物および得られた有機汚水の性状は以下のとおりである。有機汚水回収後の有機性廃棄物は、希釈水を添加して原料調整を行った後、メタン発酵槽５に投入し、メタン発酵に供した。メタン発酵の条件は以下のとおりである。メタン発酵処理後、固液分離し、上澄であるメタン発酵廃水を２トン得た。得られたメタン発酵廃水の性状は以下のとおりである。
＜実施例２で使用した有機性廃棄物（１トンあたり）＞
固形分濃度          ９％
水分量            ９１％
有機汚水回収量    ４０ｋｇ
＜実施例２で得られた有機汚水＞
酢酸          ５５００ｍｇ／Ｌ
プロピオン酸    １００ｍｇ／Ｌ
乳酸        ２５０００ｍｇ／Ｌ
ｐＨ            ４．４
Ｔ−Ｎ          ４００ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ成分  ３３０００ｍｇ／Ｌ
＜実施例２のおけるメタン発酵の条件＞
高温乾式メタン発酵（発酵温度：５５℃）
＜実施例２で得られたメタン発酵廃水（１トンあたり）＞
Ｔ−Ｎ        １３００ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ成分    ２７００ｍｇ／Ｌ
【００６８】
本実施例ではメタン発酵廃水１トン中の全窒素（Ｔ−Ｎ）は、１３００ｍｇ／Ｌである。したがって、上記窒素を脱窒するためには、
１３００ｍｇ／Ｌ×２．８６＝３７２０ｍｇ／Ｌ
（全窒素１ｇあたり２．８６ｇのＢＯＤ成分が必要であるとして換算）
のＢＯＤ成分が必要である。メタン発酵廃水中には、２７００ｍｇ／ＬのＢＯＤ成分が含まれているため、
３７２０ｍｇ／Ｌ−２７００ｍｇ／Ｌ＝１０２０ｍｇ／Ｌ
のＢＯＤ成分が不足した。
【００６９】
本実施例では、ＢＯＤ成分が３３０００ｍｇ／Ｌ含まれる有機汚水４０ｋｇを、メタン発酵廃水１トンに添加すると、
ＢＯＤ濃度は、
（２７００ｍｇ／Ｌ×１０００ｋｇ＋３３０００ｍｇ／Ｌ×４０ｋｇ）／１０４０ｋｇ＝３８７０ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ濃度は、
（１３００ｍｇ／Ｌ×１０００ｋｇ＋４００ｍｇ／Ｌ×４０ｋｇ）／１０４０ｋｇ＝１２７０ｍｇ／Ｌ
となり、Ｔ−Ｎ１２７０ｍｇ／Ｌを脱窒するために必要なＢＯＤ成分は、
１２７０ｍｇ／Ｌ×２．８６＝３６３０ｍｇ／Ｌ
となる。上記のとおりＢＯＤ濃度は３８７０ｍｇ／Ｌであるため、本実施例では、その他の有機汚水またはメタノールを添加する必要はない。
【００７０】
以上、本発明によれば、固形状の有機性廃棄物をＢＯＤ成分として利用するに際して、水等の添加および破砕により液状化させるために設備や装置を増設する必要がなく、既存の設備を用いて簡便な方法で優れた水素供与体として機能するＢＯＤ成分を得るメタン発酵廃水の脱窒処理方法を提供することができる。これにより、従来使用していたメタノールの使用量を低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のメタン発酵廃水の脱窒処理方法によれば、有機性廃棄物より得られる有機汚水を利用することにより、脱窒処理において水素供与体として汎用されるメタノールの添加量を削減することができるため、たとえば生ごみ等をメタン発酵処理した際に生じるメタン発酵廃水を脱窒する分野等で好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  受入層
２ａ  破砕装置
２ｂ  破砕選別装置
３  貯留槽
４  回収槽
５  メタン発酵槽
６  有機汚水一時貯留槽
７  ストレーナ
８  投入装置
９  流量調整槽
１０  脱窒槽
１１  硝化槽
１２  ２次脱窒槽
１３  再曝気槽
１４  沈殿槽
Ｐ  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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