CN101360687A - 有机性废液的厌氧性消化处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使在高有机物负荷下，也不增加加温能量或凝集剂用量而可以减少有机成分的同时增大甲烷气体回收量的有机性废液的厌氧性处理装置。将有机性污泥(有机性废液)导入到高温消化槽(1)中，在45～95℃下进行厌氧性消化处理。将该高温消化槽(1)的消化污泥导入到中温消化槽(2)中，在25～40℃下进行厌氧性消化处理。抽出该中温消化槽(2)的消化污泥的一部分，用固液分离装置(3)浓缩。将来源于固液分离装置(3)的液体成分排出到系统外。将浓缩的污泥的一部分通过返送配管(4)返送到中温消化槽(2)中。此外，将来源于中温消化槽(2)的消化污泥的一部分用配管(5)抽出，用改性装置(6)改性。将改性污泥通过返送配管(7)返送到高温厌氧性消化槽(1)中。

Description

有机性废液的厌氧性消化处理方法及装置

技术领域

本发明涉及厌氧性消化有机性废液的方法以及装置，特别是涉及可以提高有机性废液的消化效率并增大甲烷气体的回收量的有机性废液的厌氧性消化处理方法以及装置。

背景技术

一直以来，进行在厌氧性微生物的存在下对有机性污泥、屎尿、食品工场废水等浆状的高浓度有机性污泥进行消化处理使其减少的方法。

在该厌氧性消化处理中，生成以未降解物质和厌氧性微生物为主体的污泥(消化污泥)。该消化污泥以往在机械脱水后，通过焚烧、掩埋等处理。

作为可以减少通过厌氧性消化处理生成的污泥，从有机性废液中回收更多的甲烷气体的装置，日本特开平9-206785号中记载了通过臭氧处理对消化污泥进行改性后，将该改性污泥返送到厌氧性消化槽中的厌氧性消化处理装置。该装置对消化污泥进行臭氧处理将其改性成易生物降解性后，使其返回到厌氧性消化槽中并作为厌氧性微生物的基质进一步降解，对于减少污泥，从有机性废液中回收更多的甲烷气体来说，是有效的装置。

但是，该装置在将下水污泥的厌氧性消化处理等中广泛使用的厌氧性消化槽内加温至30～38℃而进行的中温厌氧性消化中使用时，由于通过臭氧处理改性的污泥的消化速度低，为了进一步减少污泥并提高来源于有机性废液的甲烷气体的回收率，有必要增加改性的污泥量，结果导致臭氧用量的增加。

此外，该装置在消化速度比中温消化高的将厌氧性消化槽内加温至45～60℃而进行的高温厌氧性消化中使用时，虽然臭氧用量与中温消化相比减少，但是由于来源于改性污泥的一部分蛋白质、糖等不被高温微生物产生的酶降解，结果在槽内不进行生物降解的溶解性有机成分以比中温消化显著高的浓度释放，存在虽然固体有机成分减少但是甲烷气体回收率未提高的问题。此外，由于这些胶体状的溶解性有机成分，导致消化污泥的固液分离性变差，存在凝集剂的用量显著增加的同时对排出分离液的后段的水处理的负荷显著增加的问题。

上述日本特开平9-206785号公报中，对有机性废液在厌氧性消化槽中进行厌氧性消化处理后，将消化污泥固液分离并将分离液作为处理水释放，将分离污泥(浓缩污泥)返送到厌氧性消化槽中，此外，通过对消化污泥的一部分进行臭氧处理进行改性并返送到厌氧性消化槽中。该方法中，通过将消化污泥固液分离并将分离污泥返送到厌氧性消化槽中，确保厌氧性微生物的滞留时间的同时通过对消化污泥的其它一部分进行臭氧处理改性成易生物降解性后返送到厌氧性消化槽中，作为厌氧性微生物的基质再次降解，从而可以提高消化率(污泥的减少率)，增大甲烷气体的回收量。

上述日本特开平9-206785号公报的装置中，为了提高甲烷气体的回收率，有必要在确保污泥在厌氧性消化槽中的滞留时间并不降低厌氧性消化处理的效率的同时增加改性处理的污泥量。因此，有必要形成将消化污泥的一部分固液分离，将分离液作为处理水排出且将分离的高浓度污泥(浓缩污泥)返送到厌氧性消化槽中的结构，确保厌氧性消化槽的污泥保持量和高污泥浓度。因此，厌氧性消化槽的有机物负荷越高则越有必要增加改性的污泥量，有必要提高槽内污泥浓度。

但是，由于若厌氧性消化槽的污泥浓度增大则槽内液体的粘性急剧增大，不能对厌氧性消化槽内进行充分搅拌混合，厌氧性消化的效率降低。因此，在日本特开平9-206785号公报的装置中的厌氧性消化槽中，欲进行下水污泥的厌氧性消化处理等中广泛采用的加温至30～38℃而进行厌氧性消化的中温厌氧性消化时，有必要从消化槽中作为剩余污泥适当抽出消化污泥以使槽内污泥浓度优选维持在5～6％以下。因此，若提高厌氧性消化槽的有机物负荷则抽出污泥量增多，有机成分的减少以及甲烷气体的回收受限。

日本特开2001-205289号中记载了有机性废液的处理方法，该方法为对有机性废液在生物处理槽中进行处理后，将处理液固液分离并将分离水作为处理水释放，将分离污泥返送到生物处理槽中时，对其一部分或全部进行可溶化处理后进行返送的有机性废液的处理方法，其特征在于，利用离心力分离成有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质的比率高的污泥，将有机性浮游物质的比率低的污泥排出到系统外的同时将有机性浮游物质的比率高的污泥返送到生物处理槽中。该方法中，由于可以优先将蓄积在生物处理槽内的污泥中的无机性物质排出系统外，可以几乎不降低生物处理槽内的污泥的有机性物质的比率而维持废液的处理能力的同时，稳定地减少产生的剩余污泥的量。

专利文献1：日本特开平9-206785号公报

专利文献2：日本特开2001-205289号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供即使在高有机物负荷下也可以充分减少有机成分，同时可以增大甲烷回收量的有机性废液的厌氧性处理装置。

本发明的其它目的在于，提供在对有机性废液在厌氧性消化槽中进行厌氧性消化处理后，将消化污泥固液分离并将分离液作为处理水释放，将分离污泥(浓缩污泥)返送到厌氧性消化槽中，此外通过对消化污泥的一部分进行臭氧处理进行改性并返送到厌氧性消化槽中的有机性废液的厌氧性消化方法中，通过将蓄积在厌氧性消化槽中的无机物更有效地排出到系统外，即使在高有机物负荷下也可以充分减少有机成分，同时可以增大甲烷气体回收量的有机性废液的厌氧性处理装置。

第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其具有厌氧性消化有机性废液的厌氧性消化槽、对来源于该厌氧性消化槽的消化污泥的一部分进行改性的改性装置、将来源于该改性装置的改性污泥返送到上述厌氧性消化槽中的改性污泥返送装置、将来源于该厌氧性消化槽的消化污泥浓缩的固液分离装置、将来源于该固液分离装置的浓缩污泥返送到上述厌氧性消化槽中的浓缩污泥返送装置，其特征在于，该厌氧性消化槽具有处理温度为45～95℃的高温消化槽和导入该高温消化槽的流出液的处理温度为25～40℃的中温消化槽至少2个槽，将来源于该中温消化槽的消化污泥的至少一部分导入到上述固液分离装置中。

第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其具有厌氧性消化有机性废液的厌氧性消化槽，对来源于该厌氧性消化槽的消化污泥的一部分进行改性的改性装置，将来源于该改性装置的改性污泥返送到上述厌氧性消化槽中的改性污泥返送装置，将来源于该厌氧性消化槽的消化污泥浓缩的固液分离装置，将来源于该固液分离装置的浓缩污泥返送到上述厌氧性消化槽中的浓缩污泥返送装置，将来源于上述厌氧性消化槽的消化污泥的一部分或全部分离成有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质的比率高的污泥、将有机性浮游物质的比率低的污泥排出到系统外的污泥分离装置，将用该污泥分离装置分离的有机性浮游物质的比率高的高有机性浮游物质污泥返送到厌氧性消化槽中的高有机性浮游物质污泥返送装置，其特征在于，该厌氧性消化槽具有处理温度为45～95℃的高温消化槽和导入该高温消化槽的流出液的处理温度为25～40℃的中温消化槽至少2个槽，将来源于该中温消化槽的消化污泥的至少一部分导入到上述固液分离装置中。

而且，本发明中，“污泥的改性”指的是将难以被微生物消化的污泥中的物质或污泥细胞改性、破坏，形成易被微生物消化的形态。

第1和第2方面中，可以将来源于上述固液分离装置的浓缩污泥的至少一部分返送到上述中温消化槽中。

第1和第2方面中，可以将从上述中温消化槽抽出(引き抜いた)的消化污泥导入到上述改性装置中进行改性。

第1和第2方面中，可以将来源于上述改性装置的改性污泥的至少一部分返送到上述高温消化槽中。

第1和第2方面中，可以将上述有机性废液的至少一部分导入到上述中温消化槽中。

第1和第2方面中，可以将上述有机性废液的至少一部分导入到上述固液分离装置中。

第1和第2方面中，可以具有向用上述固液分离装置进行固液分离的消化污泥中添加凝集剂的装置。

第1和第2方面中，通过上述改性装置进行的改性处理可以为臭氧处理。

第2方面中，可以向上述污泥分离装置中导入来源于上述高温消化槽的污泥的一部分。

第2方面中，可以向上述污泥分离装置中导入来源于上述中温消化槽的污泥的一部分。

第2方面中，可以向上述污泥分离装置中导入来源于上述中温消化槽的污泥的一部分。

第3方面的有机性废液的厌氧性消化处理方法，为在厌氧性消化槽中厌氧性消化有机性废液，对来源于该厌氧性消化槽的消化污泥用改性装置进行改性，将来源于该改性装置的改性污泥返送到上述厌氧性消化槽中，将来源于该厌氧性消化槽的消化污泥的一部分用固液分离装置浓缩，将来源于该固液分离装置的浓缩污泥返送到上述厌氧性消化槽中的有机性废液的厌氧性消化处理方法，其特征在于，该厌氧性消化槽具有处理温度为45～95℃的高温消化槽和导入该高温消化槽的流出液的处理温度为25～40℃的中温消化槽至少2个槽，将来源于该中温消化槽的消化污泥的至少一部分导入到上述固液分离装置中。

第4方面的有机性废液的厌氧性消化处理方法，为在厌氧性消化槽中厌氧性消化有机性废液，对来源于该厌氧性消化槽的消化污泥的一部分用改性装置进行改性，将来源于该改性装置的改性污泥返送到上述厌氧性消化槽中，将来源于该厌氧性消化槽的消化污泥用固液分离装置浓缩，将来源于该固液分离装置的浓缩污泥返送到上述厌氧性消化槽中，将来源于上述厌氧性消化槽的消化污泥的一部分或全部分离成有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质的比率高的污泥，将有机性浮游物质的比率低的污泥排出到系统外的同时将有机性浮游物质的比率高的污泥返送到厌氧性消化槽中的有机性废液的厌氧性消化处理方法，其特征在于，该厌氧性消化槽具有处理温度为45～95℃的高温消化槽和导入该高温消化槽的流出液的处理温度为25～40℃的中温消化槽至少2个槽，将来源于该中温消化槽的消化污泥的至少一部分导入到上述固液分离装置中。

附图说明

[图1]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图2]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图3]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图4]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图5]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图6]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图7]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图8]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图9]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图10]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图11]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图12]为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图13]图13a、13b和13c为表示实施例1和比较例1、2的结果的图。

[图14]为表示实施例1和比较例1、2的消化气体量的经时变化的图。

[图15]图15a、15b和15c为表示实施例2～4的结果的图。

[图16]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图17]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图18]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图19]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图20]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图21]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图22]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图23]为表示第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置的实施方式的系统图。

[图24]为表示比较例3、4的有机性废液的厌氧性消化处理装置的系统图。

具体实施方式

在厌氧性消化槽中，在含有厌氧性微生物的污泥的存在下对有机性废液进行甲烷发酵处理。本发明的第1～第4方面中，该厌氧性消化槽由处理温度为45～95℃的高温消化槽和导入高温消化槽的流出液的处理温度为25～40℃的中温消化槽至少2个槽构成。废液中的有机成分分别在高温消化槽和中温消化槽中，利用在55℃附近具有最优温度的高温厌氧性微生物、在35℃附近具有最优温度的中温厌氧性微生物通过液化→低分子化→有机酸生成→甲烷生成的步骤转换为甲烷气体。

在高温消化槽中，如上所述，虽然比中温消化更快地进行固体有机成分的分解，但是作为胶体状的溶解性有机成分大量残留。这些胶体状的有机成分由于可以被中温微生物分解，通过将高温消化槽的流出液导入到中温消化槽中，残留的溶解性有机成分也转换为甲烷气体。因此，若根据本发明则可以在高温消化槽中以高消化速度分解固体有机成分，在中温消化槽中转换为甲烷气体。

如此，根据本发明的第1～第4方面的有机性废液的厌氧性消化处理方法和装置，厌氧性消化处理的效率提高，即使在比以往高的有机物负荷下，也不增加加温能量或凝集剂用量而可以大幅减少有机成分，同时大量回收甲烷气体。

而且，本发明中可以将有机性废液的至少一部分导入到高温消化槽、中温消化槽任意一槽中或两槽中，但是优选导入到中温消化槽中。

此外，本发明中，可以将有机性废液的至少一部分导入到固液分离装置中。如此操作的情况下，来源于中温消化槽的消化污泥通过被有机性废液稀释，凝集剂易发挥效果。此外，可以减少固液分离装置中的处理污泥量。通过该固液分离装置进行的固液分离，是为了在将有机性废液导入到处理系统中时，将消化槽的液位保持一定(不溢出)而进行的，有必要将与导入的有机性废液同体积的分离水(固液分离处理水)从该固液分离装置排出到系统外。一般地有机性废液的SS浓度比消化污泥的SS浓度低。因此，将有机性废液和消化污泥的混合液固液分离并仅取出与有机性废液导入量同体积的分离水时，与仅将消化污泥固液分离并仅取出与有机性废液导入量同体积的分离水时相比，用固液分离装置处理的污泥量减少。由此，作为固液分离装置，可以采用更小型的装置。此外，由于处理的污泥量减少，有助于节省能量。

第3、第4方面中，将来源于高温消化槽或中温消化槽的污泥的一部分通过重力沉降、离心分离等分离成有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质高的污泥，将有机性浮游物质的比率高的污泥返送到厌氧性消化槽中，将有机性浮游物质的比率低的污泥排出到系统外。

一般地，构成污泥的有机物的主要成分微生物的密度为比1.0g/m³稍大的程度，与此相对，无机成分的主要成分砂土成分的SiO₂或Al₂O₃的密度为2～4g/m³左右。因此，可以将消化污泥导入到离心分离器中并利用高速旋转产生的离心力，分离成相对于微生物砂土成分等的比率高的有机性浮游物质的比率低的污泥和与此相反的有机性浮游物质的比率高的污泥。

通过将如此得到的有机性浮游物质的比率低的污泥排出到系统外，防止无机物在厌氧性消化槽中蓄积。此外，将有机性浮游物质的比率高的污泥返送到厌氧性消化槽中。由此，有机性浮游物质的比率高的消化污泥在该厌氧性消化槽内被有效消化，剩余污泥充分减少的同时甲烷气体被大量回收。

如此，根据本发明的有机性废液的厌氧性消化处理方法和装置，厌氧性消化处理的效率提高，即使在比以往高的有机物负荷下，也不增加加温能量或凝集剂用量而可以大幅减少有机成分，同时大量回收甲烷气体。

导入到污泥分离装置中的消化污泥，可以从高温消化槽、中温消化槽任意一槽中或两槽中抽出。由于在高温消化槽中对改性的中温消化槽的污泥进行处理，污泥的有机性浮游物质的比率一般比中温低。因此，对高温消化槽的污泥进行分离处理时，易得到有机性浮游物质的比率更低的污泥，可以降低后段的脱水处理中的饼的含水率并减少要处理的饼量。另一方面，由于在中温消化槽中，将在高温消化槽中残留的溶解性有机成分转换为甲烷气体并除去，与对高温消化污泥进行分离处理时相比可以减少后段的脱水处理中的凝集剂的必要量。

通过污泥分离装置分离的有机性浮游物质的比率高的污泥，优选返送到抽出污泥的消化槽中，但是也可以返送到高温消化槽、中温消化槽任意一槽中或两槽中。

此外，可以分为使用上述固液分离装置作为污泥分离装置进行固液分离的时期和进行污泥分离的时期进行运转。

以下参照附图对本发明的实施方式进行具体的说明。

图1～12分别为表示第1方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置和第2方面的有机性废液的厌氧性消化处理方法的实施方式的系统图。图16～24为表示第3方面的有机性废液的厌氧性消化处理装置和第4方面的有机性废液的厌氧性消化处理方法的实施方式的系统图。图1～12、16～24中，在发挥相同功能的部件上附上相同符号。

[图1的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图1中，将有机性污泥(有机性废液)导入到高温消化槽1中，在45～95℃下进行厌氧性消化处理。将该高温消化槽1的消化污泥导入到中温消化槽2中，在25～40℃下进行厌氧性消化处理。抽出该中温消化槽2的消化污泥的一部分，用固液分离装置3浓缩。将来源于固液分离装置3的液体成分排出系统外。将浓缩的污泥的一部分通过返送配管4返送到中温消化槽2中。

此外，来源于中温消化槽2的消化污泥的一部分用配管5抽出，用改性装置6改性。改性污泥通过返送配管7被返送到高温厌氧性消化槽1中。而且，从中温消化槽2抽出到配管5的污泥的一部分，根据需要作为剩余消化污泥被抽出到系统外。该剩余消化污泥的抽出优选将消化槽1、2的污泥(TS)浓度维持在3～10％下进行。

[图2～4的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图2中，将有机性废液供给到中温消化槽2中，向高温消化槽1中仅导入来源于改性装置6的改性污泥。其它的结构与图1相同，同一符号表示同一部分。

图3中，将有机性废液供给到高温消化槽1和中温消化槽2两者中，图4中将有机性废液供给到固液分离装置3中。其它的结构与图1相同，同一符号表示同一部分。

[图5～8的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图5～8中，将来源于固液分离装置3的浓缩污泥都返送到高温消化槽1中。

图5～8分别对应于图1～4，图5中，将有机性废液导入到高温消化槽1中，图6中将有机性废液导入到中温消化槽2中，图7中将有机性废液导入到高温消化槽1和中温消化槽2中，图8中将有机性废液导入到固液分离装置3中。

其它的结构与图1～4相同。

[图9～12的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图9～12中，将来源于固液分离装置3的浓缩污泥通过由配管4分支的配管4a、4b返送到高温消化槽1和中温消化槽2两者中。

图9～12分别对应于图1～4，图9中将有机性废液导入到高温消化槽1中，图10中将有机性废液导入到中温消化槽2中，图11中将有机性废液导入到高温消化槽1和中温消化槽2中，图12中将有机性废液导入到固液分离装置3中。

其它结构与图1～4相同。

[图16的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图16中将有机性污泥(有机性废液)导入到高温消化槽1中，在45～95℃下进行厌氧性消化处理。将该高温消化槽1的消化污泥的一部分导入到中温消化槽2中，在25～40℃下进行厌氧性消化处理。抽出该中温消化槽2的消化污泥的一部分，用固液分离装置3浓缩。将来源于固液分离装置3的液体成分排出到系统外。将浓缩的污泥通过返送配管4返送到中温消化槽2中。

此外，来源于中温消化槽2的消化污泥的一部分用配管5抽出，用改性装置6改性。改性污泥通过返送配管7被返送到高温厌氧性消化槽1中。

该实施方式中，将来源于高温消化槽1的消化污泥的剩余部分通过配管9导入到污泥分离装置10中，通过重力沉降、离心分离等，分离为有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质高的污泥。然后，将有机性浮游物质的比率高的污泥通过配管11、7返送到高温消化槽1中，将有机性游物质的比率低的污泥排出到系统外。要说明的是，污泥可以仅通过配管11返送到高温消化槽1中。作为该污泥分离装置10，在分离效果方面优选为离心分离装置。

如上所述，构成污泥的有机物的主要成分微生物的密度为比1.0g/m³稍大的程度，与此相对，无机成分的主要成分砂土成分的SiO₂或Al₂O₃的密度为2～4g/m³左右，可以通过污泥分离装置10，分离成相对于微生物砂土成分等的比率高的有机性浮游物质的比率低的污泥和与此相反的有机性浮游物质的比率高的污泥。

使用离心分离装置作为污泥分离装置10时，对于离心分离装置的处理流量、处理时间或施加的离心力，根据导入的污泥的浓度或无机物的比率等适当设定，不特别限定。此外，可以为间歇式或连续式。

由于在高温消化槽1中对改性的中温消化槽的污泥进行处理，污泥的有机性浮游物质的比率一般比中温消化槽2低。因此，如该实施方式那样对高温消化槽1的污泥进行分离处理时，易得到有机性浮游物质的比率低的污泥，可以降低后段的脱水处理中的饼的含水率并减少要处理的饼量。

而且，通过污泥分离装置10分离的有机性浮游物质的比率高的污泥，优选返送到抽出污泥的高温消化槽1中，但是也可以返送到高温消化槽1、中温消化槽2两者中。

将在污泥分离装置10中分离的有机性浮游物质的比率低的污泥，通过配管12作为剩余消化污泥抽出到系统外。该剩余消化污泥的抽出优选将消化槽1、2的污泥(TS)浓度维持在2～12％特别是4～8％下进行。

[图17～19的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图17中将有机性废液供给到中温消化槽2中，向高温消化槽1中仅导入来源于改性装置6的改性污泥和来源于污泥分离装置10的高有机性浮游物质污泥。其它的结构与图16相同，同一符号表示同一部分。

图18中将有机性废液供给到中温消化槽2和固液分离装置3两者中，图19中将有机性废液供给到固液分离装置3中。其它结构与图16相同，同一符号表示同一部分。

[图20～23的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图20～23中将从中温消化槽2送到改性装置6中的中温消化污泥的一部分导入到污泥分离装置10中。在该污泥分离装置10中分离的高温有机性浮游物质污泥通过配管11、4被返送到中温消化槽4中。

图20～23分别对应于图16～19，图20中将有机性废液导入到高温消化槽1中，图21中将有机性废液导入到中温消化槽2中，图22中将有机性废液导入到中温消化槽2和固液分离装置3两者中，图23中将有机性废液导入到固液分离装置3中。

其它的结构与图16～20相同。

一般地在中温消化槽2中，将在高温消化槽1中残留的溶解性有机成分转换为甲烷气体并除去。因此，通过分离来源于中温消化槽2的消化污泥的一部分并送到污泥分离装置10中，与从高温消化槽1将污泥送到污泥分离装置10中进行分离处理时相比可以减少固液分离装置3的脱水处理中的凝集剂的必要量。

通过污泥分离装置分离的有机性浮游物质的比率高的污泥，优选返送到抽出污泥的中温消化槽2中，但是也可以返送到高温消化槽、中温消化槽两者中。

[进一步其它的有机性废液的厌氧性消化处理装置]

图示省略，但是本发明中，可以将来源于固液分离装置3的浓缩污泥返送到高温消化槽1中或返送到高温消化槽1和中温消化槽2两者中。

此外，优选有效利用厌氧性消化槽中产生的消化气体(甲烷气体)，提供消化槽的加温或改性装置等所必需的动力的一部分或全部。

[处理对象废液]

本发明中，成为处理的对象的有机性废液为含有通过厌氧性消化处理减少的有机物的废液，可以为含有固体物的浆状或不含有固体物的液态。此外，可以含有难生物降解性的有机物、无机物、纤维素、纸、棉、羊毛、布、屎尿中的固体物等。作为该有机性废液，可以举出下水、下水初沉污泥、屎尿、净化槽污泥、食品工场的排水或残渣、啤酒废酵母、其它的产业废液、处理这些废液时产生的剩余污泥等有机性污泥。

[消化槽1、2的结构]

在高温消化槽1和中温消化槽2中，在含有厌氧性微生物的污泥的存在下，使所述的有机性废液进行甲烷发酵而处理。含有厌氧性微生物的污泥含有产酸菌和产甲烷菌。在厌氧性消化步骤中，有机性物质利用厌氧性微生物通过液化→低分子化→有机酸生成→甲烷生成的步骤被转换、处理成甲烷气体。

高温消化槽1中，主要保持在55℃附近具有最优温度的高温产甲烷菌，中温消化槽2中，主要保持在35℃附近具有最优温度的中温产甲烷菌。中温产甲烷菌由于增殖慢而SRT增长，即有必要增大厌氧性消化槽，但是由于可以在比较低温下进行处理，可以简化用于加温和保温的设备。与此相对地，高温产甲烷菌的情况下，必需加温和保温的设备，但是由于增殖速度快而可以缩短SRT，可以减小厌氧性消化槽。

对高温消化槽1，通过吹入蒸气、导入温水、向热交换器循环污泥等进行加温以使槽内达到上述温度。中温消化槽通常可以通过高温消化槽的流出液和上述有机性废液的导入，将槽内温度保持在上述值，但是也可以进行加温或冷却。

厌氧性消化槽中的污泥滞留时间(SRT)，在高温消化槽1中为5天以上，优选为10～30天，中温消化槽2中为10天以上，优选为15～50天。各厌氧性消化槽1、2内的SS浓度为20000～120000mg/L(2～12％)，优选为40000～80000mg/L(4～8％)。

而且，SRT越长则污泥的分解率越高，但是槽的容量变大。消化槽内SS浓度越高则在相同滞留时间下改性处理的污泥量增加，分解率提高，但是难以进行槽内的搅拌混合、污泥的固液分离。

[固液分离装置3的结构]

作为用于浓缩消化污泥的固液分离装置3，若为可以对消化污泥进行固液分离、浓缩的装置即可，可以使用离心分离装置、浮上分离装置、沉淀槽、膜分离装置、过滤装置等，但是优选离心分离装置。

要说明的是，固液分离装置3优选在与大气隔断的状态下运转，例如若通过使浓缩机为密闭状态进行浓缩对污泥和氧的接触加以限制，则可以在厌氧性菌存活的状态下返送到厌氧性消化槽中，易保持、增加厌氧性消化槽的存活菌数，从而可以提高消化效率。

[从中温消化槽2向固液分离装置3抽出的消化污泥的每1天的抽出量]

从中温消化槽2向固液分离装置3抽出的消化污泥的每1天的抽出量优选为中温消化槽2内的保有污泥的1/60～1/10，特别优选为1/30～1/10左右。

[凝集剂的添加]

本发明中，可以向来源于中温消化槽2的消化污泥中添加凝集剂、优选高分子凝集剂后导入到固液分离装置3中。通过如此添加凝集剂使消化污泥中的SS成分凝集，可以提高固液分离装置3中的浓缩倍率，得到澄清的分离液。此外，可以抑制固体成分从固液分离装置3流出到系统外促进污泥有机成分的减少、向甲烷气体的转换。

而且，高温消化槽中残留的溶解性有机成分虽然使固液分离所必需的凝集剂添加量增加，但是在中温消化槽中，将这些溶解性有机成分转换为甲烷气体并除去。因此，可以在不使凝集剂添加量增加太多的条件下较好地对来源于中温消化槽2的消化污泥进行凝集处理。

为了提高该凝集处理的效果，可以在固液分离装置3的前段设置混合槽，在该混合槽中或对于流入该混合槽中的消化污泥添加凝集剂。

作为凝集剂，可以使用有机类、无机类的任意一种或这两种，但是由于可以减少添加量、在消化槽内分解而不易蓄积，优选为有机类的高分子凝集剂，特别优选为阳离子性或两性高分子凝集剂。

固液分离装置3中的消化污泥的浓缩的程度虽然依赖于使用的浓缩机的性能，但是优选为将TS(固体物)浓度3～6％左右的消化污泥浓缩至8～20％左右的糊状或高粘性的液态的程度。

固液分离装置3的浓缩分离液可以作为处理水直接释放到下水道等中，但是也可以进行需氧性生物处理、其它的后处理后释放。

固液分离时的浓缩污泥可以如图1～8那样返送到高温消化槽1、中温消化槽2的任意一槽中或如图9～12那样返送到两者中，但是优选如图1～4、16～23那样返送到中温消化槽2中。通过返送到中温消化槽2中，中温消化槽2的污泥滞留时间延长，可以将增殖慢的中温厌氧性微生物维持在槽内。

第3、4方面的情况下，优选如图20～23那样，对于返送到中温消化槽2中的浓缩消化污泥，混合来源于污泥分离装置的高温有机性浮游物质污泥并返送到中温消化槽中，但是也可以分别将两种污泥导入到中温消化槽2中。

可以将浓缩污泥与上述有机性废液或后述的改性污泥、厌氧性消化槽的消化污泥、上水、工业用水(工水)、其它有机性废液的生物处理水等混合后，返送到厌氧性消化槽中。

可以将从中温消化槽2取出并送到固液分离装置3中的消化污泥如图3、7、18、22那样与供给到该装置(厌氧性消化处理装置)中的有机性废液的一部分，或如图4、8、12、19、23那样与供给到该装置中的有机性废液的全部混合进行稀释后，进行固液分离，将含有有机性废液中的固体成分的浓缩污泥返送到厌氧性消化槽中。通过消化污泥被有机性废液稀释，除了凝集剂易发挥效果之外还可以减少固液分离装置3中的处理污泥量。

第1、2方面中，为了防止无机成分或难生物降解性有机成分在消化槽1、2中的蓄积，可以将厌氧性消化槽的消化污泥(例如如图所示，中温消化槽2的消化污泥)或上述固液分离装置3的浓缩污泥的一部分作为剩余污泥排出，进行脱水、焚烧、掩埋等处理。此时，如图所示，优选排出中温消化槽2的消化污泥。由此，可以减少进行脱水时的凝集剂的添加率，同时保持优异的脱水分离液的水质。

第3、4方面中，为了防止无机成分或难生物降解性有机成分在消化槽1、2中的蓄积，将污泥分离装置10的低有机性浮游物质污泥排出到系统外，但是也可以根据需要将高温消化槽1或中温消化槽2的消化污泥、固液分离装置3的浓缩污泥的一部分作为剩余消化污泥排出，进行脱水、焚烧、掩埋等处理。

[改性装置6的结构]

改性装置6中，对于从消化槽1或2抽出的厌氧性消化污泥通过臭氧处理、热处理、利用磨进行的破碎、酸/碱处理等进行改性。通过进行这样的改性处理，厌氧性消化污泥中的菌死亡，与其它的难降解性有机成分一起改性成易生物降解性的。通过这些易生物降解性成分在厌氧性消化槽中消化，由处理系统减少更多的有机成分，回收更多的甲烷气体。

采用臭氧处理装置作为改性装置时，在该臭氧处理装置中，通过使来源于中温消化槽2的消化污泥与臭氧接触进行改性。作为该臭氧处理装置中的与臭氧的接触方法，可以采用向臭氧处理槽中导入消化污泥并吹入臭氧的方法、通过机械搅拌进行的方法、利用填充层的方法等。作为臭氧，除了臭氧化氧气、臭氧化空气等含有臭氧的气体之外，还可以使用含有臭氧的水等，臭氧的用量通常相对于臭氧处理的消化污泥的VSS为0.01～0.08g-O₃/g-VSS，优选为0.02～0.05g-O₃/g-VSS。臭氧处理的pH优选为4～10。

而且，臭氧用量越多则降解性越高，但是由于缓慢到达顶点(不会加倍则加倍降解)，0.02～0.05g-O₃/g-VSS是有效的。改性处理的污泥量越多则受到生物降解的处理对象越多，但是由于同时降解处理对象的微生物量减少，所以总计的污泥的降解率在某一范围内存在峰值。此外，相对于降解污泥量的臭氧消耗量由于改性处理量越少则越少，即使降解率稍微降低，减少改性处理量也有可能是有效的。

本发明中，改性的消化污泥可以从高温消化槽、中温消化槽任意一槽中或从两槽中抽出，但是优选从中温消化槽2中抽出。中温消化槽2中，在高温消化槽1中残留的溶解性有机成分降解，生物降解性的有机成分更少，可以有效地进行难降解性的有机成分、微生物菌体的改性。

改性后的污泥可以返送到高温消化槽1、中温消化槽2任意一槽中或两槽中，但是优选如各图所示，返送到高温消化槽1中。通过返送到高温消化槽1中，可以以比中温更快的消化速度的高温消化快速进行改性的污泥的降解。

此外，为了进行改性，从中温消化槽2抽出的消化污泥量，为了充分确保通过改性实现的减少效果，作为消化污泥中含有的有机固体物(VSS)的量，优选为相当于导入到中温消化槽2中的有机固体物(VSS)量的1/3～5倍、优选为1/2～2倍的量。

此外，每一天改性处理的消化污泥量优选为相当于高温消化槽1和中温消化槽2的全保有有机固体物(VSS)量的1/10以下，优选1/100～1/15、更优选1/50～1/30的量。通过使每一天的改性处理量为该量，可以将厌氧性消化处理所必需的微生物量保持在消化槽1、2中，可以保持高的厌氧性消化处理的效率。

而且，本发明中，改性处理不受臭氧处理装置任何限制，若可以改性、破坏污泥细胞，改性成易被微生物消化的方式即可，除了臭氧处理之外，例如可以单独或组合2种以上采用过氧化氢等氧化力强的氧化剂，通过酸、碱等进行的化学处理，超声波处理、通过磨进行的物理上的处理，热处理等各种方法。

第1、第2方面的情况下，改性处理除了对从厌氧性消化槽抽出的消化污泥进行之外也可以对将该消化污泥浓缩得到的浓缩污泥的一部分或全部进行。

第3、第4方面的情况下，改性处理除了对从厌氧性消化槽抽出的消化污泥进行之外也可以对将该消化污泥浓缩得到的浓缩污泥的一部分或全部，从污泥分离装置返送到消化槽中的有机性浮游物质的比率高的污泥的一部分或全部，或它们的混合污泥进行。

实施例

下文举出实施例和比较例对本发明的第1方面和第2方面进行更具体的说明。

[实施例1]

使用图1的装置(高温消化槽1和中温消化槽2的容积分别为1.5L。固液分离装置3为离心分离机。)，对作为有机性废液的从下水处理场采取的混合生污泥(平均TVS浓度30g/L)在下述条件下进行处理。

作为消化槽1、2的种污泥，使用分别从下水处理场的厌氧性消化槽采取的高温消化污泥、中温消化污泥。

运转约6个月后，槽内浓度基本上恒定变化，认为系统达到稳定。其后的6个月中的TVS成分的收支如图13a所示。

高温消化槽1的温度：55℃

中温消化槽2的温度：35℃

投入污泥量：100mL/day(将全量投入到高温消化槽1中)

改性装置6：臭氧处理装置

臭氧浓度：150mg/NL

臭氧处理污泥量：60mL/day

臭氧反应率：0.03g-O₃/g-TVS

固液分离：向从中温消化槽2抽出的污泥中以表1所示的添加率添加溶解成0.1％的阳离子聚合物以使离心分离后的上清液的SS浓度为2000mg/L以下，在3000rpm下离心分离10分钟后，将污泥的约一半的液量的上清液排出到系统外(浓缩2倍)。剩余(浓缩污泥)返送到中温消化槽2中。

消化污泥的抽出：从中温消化槽2中适当抽出以使中温消化槽2的TVS浓度不超过4％。随该抽出量来调整固液分离时的上清液的排出量以使消化槽内的液量一定。

[比较例1]

用图5的装置(将投入污泥投入到高温消化槽1中，将固液分离后的浓缩污泥返送到高温消化槽1中)，将消化槽1、2都维持在35℃。其它条件与实施例1相同。

[比较例2]

在比较例1中，将消化槽1、2都维持在55℃。其它条件与实施例1相同。

作为各消化槽1、2的种污泥，使用从下水处理场采取的消化污泥，运转约6个月后的系统达到稳定时的约6个月间的TVS成分的收支如图13a、13b、13c所示。

消化率(1-抽出污泥量/投入污泥量)×100％，在比较例1中为80％、在比较例2中为92％。比较例2中抽出污泥量虽然减少至比较例1的40％，但是考虑到从分离液排出到系统外的TVS成分的气体化率，在比较例1中为72％，在比较例2中为74％，差别小。与此相对地，在实施例1中，消化率为92％且气体化率提高至83％。如图14的气体产生量的变化所示，本实施例中，消化气体量比比较例1、2增加约15％。

此外，固液分离时的凝集剂添加率的平均值，相对于比较例1的1.0g/g-TVS，在比较例2中有必要增加至2.5g/g-TVS，而实施例1中与比较例1相同为1.0g/g-TVS。

[实施例2]

除了使用图2的装置，将有机性废液的全量供给到中温消化槽2中之外在与实施例1相同的条件下对同一有机性废液(混合生污泥)进行处理。有机性废液对中温消化槽2的供给量与实施例1中的对高温消化槽1的供给量相同，为100mL/day。

[实施例3]

除了使用图3的装置，将有机性废液的1/2量供给到高温消化槽1中，将1/2量供给到中温消化槽2中之外，在与实施例1相同的条件下对同一有机性废液(混合生污泥)进行处理。对高温消化槽1和中温消化槽2的有机性废液的供给量分别为50mL/day。

[实施例4]

除了使用图4的装置，将有机性废液的全量供给到固液分离装置3中之外，在与实施例1相同的条件下对同一有机性废液(混合生污泥)进行处理。有机性废液对固液分离装置3的供给量与实施例1中的对高温消化槽1的供给量相同，为100mL/day。

实施例2～4中的投入污泥和未消化污泥(抽出和分离液)的关系如图15a、15b、15c所示。此外，期间的固液分离时的处理污泥量、凝集剂添加率、凝集剂用量的平均值如表1所示。

[考察]

实施例2～4中，都与实施例1同样，消化率(1-抽出污泥量/投入污泥量)提高到90～93％，考虑了从分离液排出到系统外的TVS成分的气体化率提高到82～83％，消化气体量比比较例1、2增加约15％。

如表1所示，实施例3中，与实施例1、2相比，可以以低凝集剂添加率得到澄清的分离液，凝集剂用量可以减少15％。

实施例4中，将消化污泥与有机性废液(混合生污泥)混合用固液分离装置3进行固液分离。因此，用固液分离装置3进行固液分离处理的污泥量减少的同时凝集剂的效率变高。因此，即使凝集剂添加率低也可以得到同等的凝集效果，凝集剂用量可以比实施例1、2减少46％。

以下举出实施例和比较例对本发明的第3、第4方面进行更具体的说明。

[实施例5]

使用图16的装置(高温消化槽1和中温消化槽2的容积分别为0.9m³。固液分离装置3为离心分离机。)，对作为有机性废液的从下水处理场采取的混合生污泥(平均TS浓度40g/L、TVS/TS比为0.83)在下述条件下进行处理。

作为消化槽1、2的种污泥，分别使用从下水处理场的厌氧性消化槽采取的高温消化污泥、中温消化污泥。

运转约6个月后，槽内浓度基本上恒定变化，认为系统达到稳定。其后的6个月中的运转实际结果如表2所示。

高温消化槽1的温度：53℃

中温消化槽2的温度：37℃

投入污泥量：60L/day(分别将一半量投入到高温消化槽1中和中温消化槽2中)

改性装置6：臭氧处理装置

臭氧浓度：150mg/NL

臭氧处理污泥量：36L/day

臭氧反应率：0.03g-O₃/g-TVS

固液分离：向从中温消化槽2抽出的污泥中添加溶解成0.2％的阳离子聚合物以使离心分离后的上清液的SS浓度为1000mg/L以下，在离心力2000G下离心分离约2.5倍。将该分离液排出到系统外。剩余(浓缩污泥)返送到中温消化槽2中。

消化污泥的抽出：从配管12适当抽出污泥分离装置10的浓缩污泥(低有机性浮游物质污泥)，以使中温消化槽2的TS浓度不超过6％。

抽出污泥的脱水：对于抽出污泥用下水二次处理水稀释至5倍得到的稀释物适当添加溶解成0.2％的阳离子聚合物，供于在面压9.8kPa、压榨时间5min的条件下进行的压榨脱水试验，求出脱水饼的含水率。

[实施例6]

除了使用图23的装置，将来源于中温消化槽2的消化污泥的一部分用污泥分离装置(与实施例5相同的离心分离机。离心减量和浓缩倍率相同)10分离，将浓缩污泥(高温有机性浮游物质污泥)供给到中温消化槽2中之外，在与实施例5相同的条件下对同一有机性废液(混合生污泥)进行处理。

[比较例3]

用图24的装置(将来源于污泥分离装置10的高温有机性浮游物质污泥和固液分离后的浓缩污泥分别返送到消化槽1A中。除此之外的流程与图20相同)，将消化槽1A、2A都维持在37℃。其它的条件与实施例5相同。

[比较例4]

在比较例3中，将消化槽1、2都维持在53℃。其它的条件与实施例5相同。

作为各消化槽1、2的种污泥，使用从下水处理场采取的消化污泥，运转约6个月后的系统达到稳定时的约6个月间的运转实际结果如表2所示。

而且，表2中的消化率为(1-抽出污泥量/投入污泥量)×100％。

[表2]

	比较例3	比较例4	实施例5	实施例6
					投入污泥量(kgTS/day)	2.4	2.4	2.4	2.4
投入污泥TVS/TS比(-)	0.83	0.83	0.83	0.83
					抽出污泥量(kgTS/day)	0.77	0.60	0.57	0.64
抽出污泥TVS/TS比(-)	0.61	0.50	0.47	0.53
					消化率(％)	76	85	86	83
甲烷气体产生量(Nm3/day)	0.72	0.70	0.82	0.79
					甲烷气体化率(％)	69	67	79	76
臭氧用量(kgO3/day)	43	36	36	36
					固液分离时的凝集剂添加率(％对TS)	0.73	2.2	0.75	0.75
脱水时的凝集剂添加率(％对TS)	0.85	1.5	1.0	0.72
					脱水饼含水率(％)	71.8	70.2	63.0	66.2
脱水饼量*(kg/day)	2.7	2.0	1.5	1.9

^*由抽出污泥量和通过压榨脱水试验求出的脱水饼含水率算出

[考察]

如表2所示，实施例5、6中，与比较例3相比，以少的臭氧用量得到高消化率、甲烷气体化率，此外与比较例4相比，固液分离时或脱水时以低凝集剂添加率得到高甲烷气体化率。

上述各实施方式都为本发明的一例，本发明不被上述各实施方式所限定。

而且，本申请基于2006年1月20日申请的日本专利申请(日本特愿2006-012783)、2006年6月28日申请的日本专利申请(日本特愿2006-178364)和2006年8月22日申请的日本专利申请(日本特愿2006-225578)，通过引用援引其全部。

Claims (14)

1.有机性废液的厌氧性消化处理装置，其具有厌氧性消化有机性废液的厌氧性消化槽、对来源于该厌氧性消化槽的消化污泥的一部分进行改性的改性装置、将来源于该改性装置的改性污泥返送到所述厌氧性消化槽中的改性污泥返送装置、将来源于该厌氧性消化槽的消化污泥浓缩的固液分离装置、将来源于该固液分离装置的浓缩污泥返送到所述厌氧性消化槽中的浓缩污泥返送装置，

其特征在于，该厌氧性消化槽具有处理温度为45～95℃的高温消化槽和导入该高温消化槽的流出液的处理温度为25～40℃的中温消化槽至少2个槽，

将来源于该中温消化槽的消化污泥的至少一部分导入到所述固液分离装置中。

2.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，将来源于所述固液分离装置的浓缩污泥的至少一部分返送到所述中温消化槽中。

3.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，将从所述中温消化槽抽出的消化污泥导入到所述改性装置中进行改性。

4.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，将来源于所述改性装置的改性污泥的至少一部分返送到所述高温消化槽中。

5.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，将所述有机性废液的至少一部分导入到所述中温消化槽中。

6.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，将所述有机性废液的至少一部分导入到所述固液分离装置中。

7.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，具有向用所述固液分离装置进行固液分离的消化污泥中添加凝集剂的装置。

8.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，通过所述改性装置进行的改性处理为臭氧处理。

9.如权利要求1所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，进一步具有将来源于所述厌氧性消化槽的消化污泥的一部分或全部分离成有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质的比率高的污泥、将有机性浮游物质的比率低的污泥排出到系统外的污泥分离装置，将用该污泥分离装置分离的有机性浮游物质的比率高的高有机性浮游物质污泥返送到厌氧性消化槽中的高有机性浮游物质污泥返送装置。

10.如权利要求9所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，向所述污泥分离装置中导入来源于所述高温消化槽的污泥的一部分。

11.如权利要求9所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，向所述污泥分离装置中导入来源于所述中温消化槽的污泥的一部分。

12.如权利要求9所述的有机性废液的厌氧性消化处理装置，其特征在于，所述污泥分离装置为利用离心力分离成有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质的比率高的污泥的装置。

13.有机性废液的厌氧性消化处理方法，其为在厌氧性消化槽中厌氧性消化有机性废液，对来源于该厌氧性消化槽的消化污泥的一部分用改性装置进行改性，将来源于该改性装置的改性污泥返送到所述厌氧性消化槽中，将来源于该厌氧性消化槽的消化污泥用固液分离装置浓缩，将来源于该固液分离装置的浓缩污泥返送到所述厌氧性消化槽中的有机性废液的厌氧性消化处理方法，

其特征在于，该厌氧性消化槽具有处理温度为45～95℃的高温消化槽和导入该高温消化槽的流出液的处理温度为25～40℃的中温消化槽至少2个槽，

将来源于该中温消化槽的消化污泥的至少一部分导入到所述固液分离装置中。

14.如权利要求13所述的有机性废液的厌氧性消化处理方法，其特征在于，将来源于所述厌氧性消化槽的消化污泥的一部分或全部分离成有机性浮游物质的比率低的污泥和有机性浮游物质的比率高的污泥，将有机性浮游物质的比率低的污泥排出到系统外的同时将有机性浮游物质的比率高的污泥返送到厌氧性消化槽中。

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