(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気槽に導入される水にアルカリを添加してｐＨ調整した後、水に含まれる有機物を嫌気槽で生物分解する嫌気性処理法において、嫌気槽から発生するガスのメタンガス濃度、炭酸ガス濃度又は発熱量を計測し、この計測結果に基いて、下記（１）の制御方法により、前記ｐＨ調整後の前記ｐＨ値を制御して、該嫌気槽から発生するガス中のメタンガス濃度を所定濃度とすることを特徴とする嫌気性処理法。
（１） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の調整ｐＨ値を高くし、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の調整ｐＨ値を低くする。
【請求項２】
嫌気槽に導入される水を脱炭酸した後、アルカリを添加してｐＨ調整した後、水に含まれる有機物を嫌気槽で生物分解する嫌気性処理法において、嫌気槽から発生するガスのメタンガス濃度、炭酸ガス濃度又は発熱量を計測し、この計測結果に基いて、下記（１）及び／又は（２）の制御方法により、前記脱炭酸による脱炭酸量とｐＨ調整後の前記ｐＨ値との少なくとも一方を制御して、該嫌気槽から発生するガス中のメタンガス濃度を所定濃度とすることを特徴とする嫌気性処理法。
（１） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の調整ｐＨ値を高くし、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の調整ｐＨ値を低くする。
（２） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の脱炭酸量を増加し、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の脱炭酸量を低減する。
【請求項３】
原水が導入される酸生成槽と、該酸生成槽の流出水が導入される脱炭酸槽と、該脱炭酸槽の流出水をｐＨ調整するｐＨ調整手段と、ｐＨ調整された液が導入され、メタン生成菌により前記酸生成槽で生成した有機酸が嫌気条件下メタンに分解される嫌気槽とを備える嫌気性処理法装置において、
前記嫌気槽から発生するガスのメタンガス濃度、炭酸ガス濃度又は発熱量を計測する手段と、この計測結果に基いて、下記（１）及び／又は（２）の制御方法により、前記脱炭酸槽における脱炭酸量とｐＨ調整手段による調整ｐＨ値との少なくとも一方を制御して、該嫌気槽から発生するガス中のメタンガス濃度を所定濃度とする手段とを備えることを特徴とする嫌気性処理法装置。
（１） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合はｐＨ調整手段の調整ｐＨ値を高くし、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合はｐＨ調整手段の調整ｐＨ値を低くする。
（２） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合は脱炭酸槽における脱炭酸量を増加し、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合は脱炭酸槽における脱炭酸量を低減する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket ；上向流嫌気性汚泥床）方式嫌気性処理装置や固定床型嫌気性処理装置による排水の嫌気性処理に当り、装置から発生するバイオガス（嫌気ガス）をより有効に利用するための嫌気性処理法及び嫌気性処理法装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品排水などの産業排水の処理には嫌気性処理法が適用されている。
【０００３】
嫌気性処理は、嫌気条件下において、酸生成菌により排水中の有機物を有機酸に変換する酸生成工程と、生成した有機酸を嫌気条件下においてメタン生成菌によりメタンに分解するメタン生成工程の２工程からなる。この嫌気性処理装置には、酸生成工程とメタン生成工程とを別の槽内で行う２槽方式のものと、これらを単一の槽で行う１槽方式のものとがある。
【０００４】
２槽方式の嫌気性処理装置は、主に酸生成槽及び嫌気槽で構成され、嫌気槽の入口側にはアルカリ添加手段が設けられている。即ち、メタン生成菌の好適ｐＨは６〜８であるため、嫌気槽の流入水にはアルカリを添加してｐＨ調整を行う。また、嫌気槽入口に脱炭酸槽を設ける場合もあり、この場合、この脱炭酸槽では、酸生成槽の流出水を曝気して脱炭酸処理し、アルカリを消費する炭酸を予め除去することにより、アルカリ添加手段でのアルカリ添加量の低減を図るようにしている。
【０００５】
嫌気槽の処理水は一部が酸生成槽に返送され、残部は系外へ排出され、更に好気性処理装置などで高度処理が行われる。
【０００６】
この嫌気槽から酸生成槽への処理水返送は、酸生成菌の返送（汚泥を返送して酸生成槽内の汚泥量を維持することにより、酸生成反応が安定し、水量や負荷変動に対応できる。）と、原水の希釈（原水の濃度が高いと微生物阻害を起こすため、返送処理水で希釈する。）と、酸生成槽のｐＨ調整（メタン生成工程の処理水にはメタン生成反応で生成したＣＯ2の一部がＨＣＯ3の形で溶解しているので、これを酸生成槽に戻して有機酸と反応させることにより、酸生成槽のｐＨの低下を防止でき、酸生成効率を高めることができる。）とを目的として行われる。従って、この処理水返送は、原水の水質、その他の処理条件等に応じて実施され、原水の有機物濃度によっては、酸生成槽への返送が行われないこともある。一般に、高濃度の原水を処理する場合ほど、この処理水返送量は多くなる。
【０００７】
一方、１槽方式の嫌気性処理装置では、嫌気槽内液を抜き出して再びこの嫌気槽に戻す循環ラインが設けられ、この循環ラインに脱炭酸槽及びアルカリ添加手段を設けることができる。
【０００８】
嫌気性処理法は、活性汚泥などの好気性処理と比較して余剰汚泥の発生が少ない、動力消費量が小さいなどの利点がある上に、嫌気槽から発生するバイオガスは、メタンを５０〜９０％程度含むため、ボイラーなどの燃料として有効利用できるという優れた特長を有する。
【０００９】
ところで、このバイオガスをコジェネレーションシステム等の発電用燃料に使用する場合、発生したバイオガス中のメタン（ＣＨ4）ガス濃度がほぼ一定に維持され、バイオガスによる発熱量（カロリー）が安定していることが、当該バイオガスを燃料として適用する設備の安定かつ効率的な運転のために、非常に重要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、嫌気槽から発生するバイオガスのメタン含有率は原水の水質や運転状況によって大きく変動する。即ち、例えば、通常、７０〜８０％程度のメタン含有率のバイオガスが発生している場合であっても、有機物負荷量が増大すると、炭酸ガス濃度が上昇し、相対的にメタンガス含有率が低下してメタンガス含有率５０％程度になってしまう場合もある。このような場合には、発電機の効率が低下し、また、エンジンが効率良く稼働できないことがあり、メタンガス含有率の変化に応じて点火のタイミング等の調整が必要となっているのが現状である。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、嫌気槽から発生するバイオガス中のメタンガスの割合をほぼ一定に保つことができる嫌気性処理法及び嫌気性処理法装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の嫌気性処理法は、嫌気槽に導入される水を必要により脱炭酸した後、アルカリを添加してｐＨ調整した後、水に含まれる有機物を嫌気槽で生物分解する嫌気性処理法において、嫌気槽から発生するガスのメタンガス濃度、炭酸ガス濃度又は発熱量を計測し、この計測結果に基いて、下記（１）及び／又は（２）の制御方法により、前記脱炭酸による脱炭酸量とｐＨ調整後の前記ｐＨ値との少なくとも一方を制御して、該嫌気槽から発生するガス中のメタンガス濃度を所定濃度とすることを特徴とする。
（１） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の調整ｐＨ値を高くし、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の調整ｐＨ値を低くする。
（２） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の脱炭酸量を増加し、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合は嫌気槽に導入される水の脱炭酸量を低減する。
本発明の嫌気性処理法装置は、原水が導入される酸生成槽と、該酸生成槽の流出水が導入される脱炭酸槽と、該脱炭酸槽の流出水をｐＨ調整するｐＨ調整手段と、ｐＨ調整された液が導入され、メタン生成菌により前記酸生成槽で生成した有機酸が嫌気条件下メタンに分解される嫌気槽とを備える嫌気性処理法装置において、前記嫌気槽から発生するガスのメタンガス濃度、炭酸ガス濃度又は発熱量を計測する手段と、この計測結果に基いて、下記（１）及び／又は（２）の制御方法により、前記脱炭酸槽における脱炭酸量とｐＨ調整手段による調整ｐＨ値との少なくとも一方を制御して、該嫌気槽から発生するガス中のメタンガス濃度を所定濃度とする手段とを備えることを特徴とする。
（１） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合はｐＨ調整手段の調整ｐＨ値を高くし、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合はｐＨ調整手段の調整ｐＨ値を低くする。
（２） 前記計測結果より、嫌気槽から発生するガスの炭酸ガス濃度が増加（メタンガス濃度が低減）する傾向にある場合は脱炭酸槽における脱炭酸量を増加し、逆に該炭酸ガス濃度が低減（メタンガス濃度が増加）する傾向にある場合は脱炭酸槽における脱炭酸量を低減する。
【００１３】
本発明では、嫌気槽から発生するガス中のメタンガス濃度が一定となるように制御しても良く、このメタンガス濃度が所定範囲となるように制御しても良い。
【００１４】
嫌気槽から発生するバイオガスは、メタン（ＣＨ4）ガスと炭酸ガス（ＣＯ2）が主成分であり、通常、両ガスでバイオガス全体の９９％を占める。場合によっては、ガス中の水素ガスが多くなることもあるが、この場合でも水素ガス含有率は数％以下であり、バイオガスはメタンと炭酸ガスで構成されていると考えてよい。
【００１５】
従って、バイオガス中のメタン又はＣＯ2の濃度を一定とすることにより、バイオガスの発熱量を一定にすることができる。
【００１６】
このバイオガスのＣＯ2濃度は、嫌気槽に導入される水のｐＨ値を制御することにより、また、嫌気槽に導入される水に含まれる炭酸量を制御することにより増減できる。炭酸量の制御は、アルカリ剤の添加量低減のために脱炭酸槽を設置している嫌気性処理装置においては、その脱炭酸槽を利用して行うことができる。
【００１７】
即ち、例えば、脱炭酸槽の曝気量を増やすなどして脱炭酸量を増加させると、嫌気槽流入水の炭酸成分濃度及びバイオガスのＣＯ2濃度が低減する。逆に、この脱炭酸量を低減するとバイオガスのＣＯ2濃度が増加する。
【００１８】
また、ｐＨ調整手段の調整ｐＨ値を高くすると、嫌気槽における炭酸成分の溶解量が増加するため、バイオガスのＣＯ2濃度は低減する。逆に、この調整ｐＨ値を低くすると、バイオガスのＣＯ2濃度が増加する。
【００１９】
本発明では、バイオガスのＣＨ4濃度、ＣＯ2濃度又は発熱量に対応して、脱炭酸槽の脱炭酸量とｐＨ調整手段の調整ｐＨ値の少なくとも一方を制御して、バイオガス中のＣＯ2濃度を一定とすることによりＣＨ4濃度を一定とし、バイオガスの発熱量を一定にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の嫌気性処理法及び嫌気性処理法装置の実施の形態例を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の嫌気性処理法の実施の形態を示す嫌気性処理装置の系統図である。
【００２２】
図１に示す嫌気性処理装置は、２槽式のものであり、食品工場排水、紙パルプ工場排水などの産業排水、下水、し尿、汚泥、有機性廃棄物などの有機物含有排水等の原水は、まず、酸生成槽１に導入され、嫌気条件下に酸生成菌と混合されることにより、液中の有機物が酢酸、プロピオン酸、乳酸などの有機酸に変換される。この酸生成槽１では、有機酸の生成によりｐＨが低下し、通常、槽内ｐＨは４〜６となる。この酸生成槽１の滞留時間は通常の場合、２〜４８時間程度である。
【００２３】
酸生成槽１の流出水は次いで脱炭酸槽２に導入される。この脱炭酸槽２では、ブロワ３により曝気が行われ、これにより脱炭酸（ストリッピング）が行われる。
【００２４】
脱炭酸槽２の流出水は、中和槽４でｐＨ調整された後、嫌気槽７に導入される。この中和槽４には、ｐＨ計５とこれに連動するＮａＯＨ水溶液等のアルカリの薬注ポンプ６よりなるアルカリ添加手段（ｐＨ調整手段）が設けられており、アルカリの添加により、液ｐＨは、メタン生成菌の好適ｐＨであるｐＨ６〜８程度に調整される。
【００２５】
中和槽４でｐＨ調整された液は嫌気槽７に導入され、メタン生成菌により、酸生成槽１で生成した有機酸が嫌気条件下メタンに分解される。この嫌気槽１の滞留時間は通常、５〜７２時間程度である。
【００２６】
嫌気槽７の処理水のうちの一部は必要に応じて酸生成菌の返送、原水の希釈、ｐＨ調整の目的で、酸生成槽１に返送され、残部は系外へ排出されて好気性処理等の高度処理に供される。
【００２７】
嫌気槽７で生成するバイオガスは、ガスホルダ８を経て系外へ排出され、発電機等の燃料として使用される。
【００２８】
図１に示す装置では、このガスホルダ８へのガス移送配管に、計測器９が設けられており、この計測器９の計測結果に基いて制御器１０で、ｐＨ計５の設定ｐＨ（ｐＨ調整値）及びブロワ３の空気曝気量の制御を行う。
【００２９】
この計測器９としては、具体的には、可燃性ガスセンサー（燃料ガス計）、炭酸ガス計、炭酸ガス用ガス検知管等を用いることができる。
【００３０】
この計測器９の計測結果から、バイオガス中のＣＯ2濃度即ち、ＣＨ4濃度が変動する傾向があると判断された場合には、次の(1)及び／又は(2)の制御を行って、バイオガス中のＣＯ2濃度ないしＣＨ4濃度を一定に保つ。
【００３１】
(1)  脱炭酸槽２での脱炭酸量を制御する。脱炭酸槽２での脱炭酸量が多く、嫌気槽６に流入する液の炭酸成分が少ないと、バイオガス中のＣＯ2濃度も低減し、相対的にＣＨ4濃度が増加するため、バイオガス中のＣＯ2濃度が増加（ＣＨ4濃度が低減）する傾向にある場合には、脱炭酸槽２の脱炭酸量を増加する。逆に、バイオガス中のＣＯ2濃度が低減（ＣＨ4濃度が増加）する傾向にある場合には、脱炭酸槽２の脱炭酸量を低減する。この脱炭酸槽２の脱炭酸量の増減には、曝気量の増減又は曝気のＯＮ／ＯＦＦ操作を行えば良く、従って、制御器９でブロワ３による空気送給量又は空気送給の有無を制御する。また、脱炭酸効率は、脱炭酸槽２のｐＨを低くすると、例えば、ｐＨ４．８以下の低ｐＨ領域とすると高くなるため、酸生成槽１のｐＨが４．８以下になるように嫌気槽７からの返送液量を設定したり、酸生成槽１に酸を添加したりして、脱炭酸槽２の流入液のｐＨを低下させて脱炭酸効率を高め、これにより脱炭酸量を高めることもできる。
【００３２】
(2)  ポンプ６によるアルカリ添加量を調整して嫌気槽流入液の調整ｐＨ値を制御する。
【００３３】
嫌気槽７のｐＨが高いと、嫌気槽７における溶解炭酸成分量が多くなり、結果としてバイオガス中のＣＯ2濃度は低減し、相対的にＣＨ4濃度が増加する。このため、バイオガス中のＣＯ2濃度が増加（ＣＨ4濃度が低減）する傾向にある場合には、調整ｐＨ値を高くし、アルカリ添加量を増やす。逆に、バイオガス中のＣＯ2濃度が低減（ＣＨ4濃度が増加）する傾向にある場合には、調整ｐＨ値を低くし、アルカリ添加量を減らす。
【００３４】
このようにして、バイオガス中のＣＯ2濃度を一定に保つことにより、ＣＨ4濃度を一定に保ち、バイオガスの発熱量を一定に保つことが可能となる。
【００３５】
本発明において、嫌気槽の形式は、浮遊式、ＵＡＳＢ式、担体を使用する流動床式、固定床式のいずれでも良い。
【００３６】
また、図１では、酸生成槽と嫌気槽との２槽式のものを示したが、酸生成槽を設けない１槽式のものであっても良い。
【００３７】
この場合には、循環ラインに設けられた脱炭酸槽の脱炭酸量及び／又はｐＨ調整手段の調整ｐＨ値を制御すれば良い。
【００３８】
なお、図１では、中和槽４を設けてｐＨ調整を行っているが、このｐＨ調整は、脱炭酸後、嫌気槽の入口までの間で行えば良く、脱炭酸槽２から嫌気槽７へ液を移送する配管にアルカリを直接流入してｐＨ調整しても良い。
【００３９】
本発明において、バイオガス中のＣＯ2濃度の増加（即ち、ＣＨ4濃度の低減）が認められるときに、脱炭酸槽の脱炭酸量を増加するか、調整ｐＨ値を高くしてバイオガス中のＣＯ2濃度の増加を防止する場合、調整ｐＨ値による制御のみではアルカリ添加量の増加によりランニングコストが増大するので、アルカリ添加と脱炭酸量増大とを組み合せて行うのが好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４１】
実施例１，２
図１に示す装置により、ビールの仕込み系排水（ＣＯＤCr：２５，０００ｍｇ／Ｌ）の連続通水処理を行った。
【００４２】
嫌気槽７は、ＵＡＳＢ方式の嫌気槽（φ１０ｃｍ×１２０ｃｍＨ：有効容量約７Ｌ）であり、酸生成槽１の容量は２Ｌ、脱炭酸槽２の容量は５００ｍＬ、中和槽４の容量は２００ｍＬである。嫌気槽７の処理水の一部は一定量酸生成槽１に返送した。
【００４３】
ビール仕込み系排水を、図２（ａ）に示すように流量変動（１．０〜２．９ｍＬ／ｍｉｎ＝５〜１５ｋｇ−ＣＯＤCr／ｍ3 ／ｄａｙに相当）を与えながら通液し、発生するバイオガス中のＣＯ2 濃度を経時的に測定し、この結果に基き、次の条件で中和槽４における調整ｐＨ値（実施例１）又は脱炭酸槽２の脱炭酸量（実施例２）の制御を行った。
【００４４】
[実施例１の場合]
バイオガス中のＣＯ2濃度の上昇率と同じ割合だけ、中和槽４の調整ｐＨ値を高める。即ち、例えば、バイオガス中のＣＯ2濃度が２０％から２５％に５ポイント上昇した場合には、調整ｐＨ値を６．５から７．２に百分率換算で５ポイント（ｐＨのフルスケールが１４であり、この１４の５％としての０．７だけ）上昇させる。
【００４５】
なお、このとき、脱炭酸槽２の曝気は停止している。
【００４６】
[実施例２の場合]
バイオガス中のＣＯ2濃度２％上昇を判断基準として、脱炭酸槽２の曝気のＯＮ／ＯＦＦを行った。なお、中和槽のｐＨは６．５となるように制御した。
【００４７】
このようにして制御を行ったときのバイオガス中のＣＯ2濃度の変化を図２（ｂ）に示した。
【００４８】
比較例１実施例１において、調整ｐＨ値の制御を行わず、中和槽４における調整ｐＨ値は約６．５で一定としたこと以外は同様に行って、バイオガス中のＣＯ2濃度の変化を図２（ｂ）に示した。
【００４９】
図２より、本発明によれば、バイオガス中のＣＯ2濃度が安定し、これにより常に一定のＣＨ4濃度で発熱量の安定したバイオガスを回収することができることが明らかである。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の嫌気性処理法及び嫌気性処理法装置によれば、嫌気槽から発生するバイオガスの発熱量を一定に保つことができ、これにより、バイオガスを燃料とする設備の運転の安定化、効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の嫌気性処理法の実施の形態を示す嫌気性処理装置の系統図である。
【図２】  図２（ａ）は実施例１，２及び比較例１における通液量の変化を示すグラフであり、図２（ｂ）は同バイオガス中のＣＯ2濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  酸生成槽
２  脱炭酸槽
３  ブロワ
４  中和槽
５  ｐＨ計
６  ポンプ
７  嫌気槽
８  ガスホルダ
９  計測器
１０  制御器
【図１】
0004206504.tif 000002
【図２】
0004206504.tif 000003