JP2000015230A

JP2000015230A - アンモニア除去方法

Info

Publication number: JP2000015230A
Application number: JP18953498A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ueno; 将上野; Masashi Moro; 正史師; Yuji Soeda; 祐二添田; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; Toshiyuki Shibata; 敏行柴田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】嫌気性発酵後も残存するアンモニアを速やか
にかつ効率よく除去できる有機性廃棄物の処理方法を提
供する。【解決手段】有機性廃棄物の細粒子状物６と脱水汚泥
２との混合物を無酸素槽１０と嫌気性発酵槽１２とに順
次導いて酸発酵およびメタン発酵させ、発生した消化汚
泥９を固液分離手段１３により固液分離して、アンモニ
アを含んだ分離液１４を導出し、導出した分離液１４を
硝化槽１５に導いて硝化し、この硝化液１６の一部を無
酸素槽１０に循環して微生物により脱窒する。これによ
り、嫌気性発酵の後段で硝化脱窒を行う従来の方法のよ
うにメタノールなどのＢＯＤ源を別途に供給することな
く、生物学的にアンモニアを除去できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃棄物を嫌
気性条件下でメタン発酵させるに際し、有機性廃棄物に
伴われるアンモニアを除去するアンモニア除去方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より有機性廃棄物の再資源化が図ら
れており、たとえば特開平９−２０１６９９号には、し
尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿、生
ごみ、食品廃棄物など、性状や濃度が異なる有機性廃棄
物を同一システムにおいて処理して有用物質を回収し、
資源化する方法が開示されている。

【０００３】この方法は、図４に示したようなものであ
り、し尿、浄化槽汚泥、農集汚泥、下水汚泥、家畜ふん
尿を除渣工程＃３１において除渣し、固液分離工程＃３
２において液状廃棄物３１と脱水汚泥３２とに分離し、
液状廃棄物３１は、生物処理工程＃３３でＢＯＤ分解並
びに必要に応じて脱窒素し、固液分離工程＃３４で浮遊
物を除去し、高度処理工程＃３５でＣＯＤや色素成分や
鉄・マンガンなどの重金属類を除去し、消毒して放流水
または再利用水としている。

【０００４】一方、生ごみや食品廃棄物は、破砕・分別
工程＃３６において破砕し、プラスチック袋やトレーな
どを分別した後に、上記した脱水汚泥３２と混合して、
嫌気性発酵工程＃３７において発酵させ、発生したメタ
ンガス３３を回収して、発電工程＃３８などにより電気
や熱の形態として使用に供するとともに、消化汚泥３４
を脱水工程＃３９で脱水汚泥３５とし、コンポスト化工
程＃４０などに送って肥料や固形燃料や乾燥汚泥として
回収しており、脱水濾液３６は生物処理工程＃３３へ送
って処理している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、嫌気性発酵
工程＃３７に持ち込まれる有機性廃棄物にはアンモニア
が含まれているが、この工程でアンモニアを除去するこ
とはできず、そのために、上記した処理系でも消化汚泥
３４から脱離した脱水濾液３６を生物処理工程＃３３へ
送るようにしている。その他、脱水濾液３６を、嫌気性
発酵工程＃３７の後段に別途に設けた水処理工程におい
て硝化脱窒したり、あるいはアンモニアストリッピング
法によって脱アンモニアするなどの方法も一般に行われ
ている。

【０００６】しかしながら、嫌気性発酵工程＃３７にア
ンモニアが存在すること自体、発酵阻害要因となりう
る；嫌気性発酵工程＃３７でＢＯＤ成分が取り出される
ため、後段の水処理工程で脱窒に必要なＢＯＤ成分が不
足し、メタノールなどのＢＯＤ源を添加しなくてはなら
ない；アンモニアストリッピング法は、苛性ソーダなど
のアルカリ剤でｐＨを１１〜１２に上昇させ、蒸気を吹
き込むことによりアンモニアを放散させる方法であるた
め、作業が危険であり、ランニングコストもかさむ、と
いった種々の問題がある。

【０００７】本発明は上記問題を解決するもので、嫌気
性発酵後も残存するアンモニアを速やかにかつ効率よく
除去できるアンモニア除去方法を提供することを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明のアンモニア除去方法は、有機性廃棄物を嫌
気性条件下でメタン発酵させるに際し、有機性廃棄物に
伴われるアンモニアを除去するアンモニア除去方法であ
って、有機性廃棄物を無酸素槽と嫌気性発酵槽とに順次
導いて酸発酵およびメタン発酵させ、発生した消化汚泥
を固液分離手段により固液分離して、アンモニアを含ん
だ分離液を導出し、導出した分離液を硝化槽に導いて硝
化し、硝化液の一部を無酸素槽に返送して微生物により
脱窒することを特徴とする。

【０００９】上記した構成によれば、嫌気性発酵槽の消
化汚泥から分離した分離液に含まれるアンモニアを、嫌
気性発酵槽の後段に設けた硝化槽において硝化し、嫌気
性発酵槽の前段に設けた無酸素槽において、槽内の有機
性廃棄物をＢＯＤ源として窒素まで還元して除去するこ
とができ、嫌気性発酵の後段で硝化脱窒する従来の方法
のようにメタノールなどのＢＯＤ源を別途に供給するこ
となく、生物学的にアンモニアを除去できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１において、し尿、浄化槽汚
泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿などのスラリー状
の有機性廃棄物は、除渣工程＃１において、含まれるし
渣の大きさに応じた適当なスクリーンで除渣する。この
除渣工程＃１は後段の脱水機等の保護のために行うもの
で、必要のない場合は省略可能である。

【００１１】除渣した有機性廃棄物１を固液分離工程＃
２に導き、性状によっては有機高分子凝集剤を添加して
固液分離し、脱水汚泥２と分離液３とする。この固液分
離工程＃２は、所望の汚泥含水率に応じて、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、あるいは濃縮スクリーンや重力
濃縮槽などによって行うもので、必要のない場合は省略
可能である。

【００１２】分離液３（あるいは液状の有機性廃棄物）
を生物処理工程＃３へ導入して、ＢＯＤ分解および必要
に応じて脱窒素し、生物処理水４は図示を省略した後段
の処理に導いて従来と同様にして処理し、余剰汚泥５は
固液分離工程＃２へ返送する。

【００１３】一方、生ごみ、食品廃棄物など、プラスチ
ック類などの発酵不適物を含んでいたり、不均質な固形
分を含んでいたりする、その他の有機性廃棄物は、破砕
・分別工程＃４に導く。そして、一軸破砕機のような粗
破砕機によって、たとえば粒径２０〜１００ｍｍ以下に
粗破砕し、次に２００〜２５０ｋｇ／ｃｍ²の高圧を瞬
間的に負荷する圧縮破砕機によって、粒径１〜２ｍｍ以
下の細粒子状（破砕対象物の性状によりペースト状ある
いはフレークス状となる）に圧縮破砕して、機外へ排出
される細粒子状物６と、機内に残留する破砕不能なし
渣、プラスチック類、金属類、石・砂などの発酵不適物
７とに自動的に同時に分別する。生ごみ、食品廃棄物の
性状によっては粗破砕を省略することも可能である。

【００１４】圧縮破砕された細粒子状物６と脱水汚泥２
とを混合し、必要に応じて生物処理水４などを加えて濃
度調整したうえで、嫌気性発酵工程＃５に導いてメタン
発酵させる。

【００１５】嫌気性発酵工程＃５では、図２に示したよ
うに、細粒子状物６と脱水汚泥２との混合物を無酸素槽
８に導いて酸発酵させ、酸発酵液９を嫌気性発酵槽１０
に導いてメタン発酵させ、発生したメタンガス１１を回
収し、脱硫などして、従来と同様にして電気や熱とす
る。

【００１６】嫌気性発酵槽１０で発生した消化汚泥１２
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１３により固液分離
し、分離された脱水ケーキ１４の一部は嫌気性発酵槽１
０内のメタン菌や汚泥の濃度を調整するために返送し、
残りの脱水ケーキ１４はコンポスト化工程などへ送って
肥料や固形燃料や乾燥汚泥とする。

【００１７】脱水機１３で分離された分離液１５はアン
モニア（アンモニア態窒素）などを含んでいるので硝化
槽１６に導いて硝化し、硝化槽１６より流出する硝化液
１７（あるいは硝化液１７から微生物を分離したもの）
の一部を無酸素槽８に循環返送して、硝化液１７中の硝
酸態窒素を微生物により還元し、窒素ガス１８として除
去し、残りの硝化液１７は生物処理工程＃３（別途に設
けた生物処理工程でもよい）へ導いて残存するＢＯＤや
窒素分を除去する。

【００１８】このとき、嫌気性発酵槽１０内のアンモニ
アなどをモニターし、アンモニア濃度に応じた量の消化
汚泥１２を引き抜いて固液分離するとともに、無酸素槽
８への硝化液１７の循環返送量を増減させ、それによ
り、嫌気性発酵槽１０におけるアンモニア濃度を適当濃
度に調節し、アンモニアによる発酵阻害を防止する。嫌
気性発酵槽１０への脱水ケーキ１４の返送量も硝化液１
７の循環返送量に見合った量とする。

【００１９】なおこのとき、酸発酵が起きている無酸素
槽８はｐＨ４程度であり、このｐＨでは脱窒反応はほと
んど進行しないので、アルカリ剤１９を添加して一時的
にｐＨを６程度に上げ、それにより脱窒効率を高める。
ｐＨの上昇により、酸発酵も促進され、結果としてメタ
ン発酵も促進される。

【００２０】このようにして処理することにより、嫌気
性発酵槽１０の後段で硝化脱窒を行う従来法のようにＢ
ＯＤ源を別途に供給することなく、生物学的にアンモニ
アを除去することができ、嫌気性発酵槽１０の後段の水
処理工程をコンパクトにできる。

【００２１】その際に、硝化液１７を嫌気性発酵槽１０
ではなく無酸素槽８に返送するようにしたので、嫌気性
発酵槽１０を嫌気性状態に維持することができる。また
嫌気性発酵槽１０内のアンモニアが逐次除去されるの
で、アンモニアによる発酵阻害は生じにくい。これらの
結果、メタン発酵効率が高まる。

【００２２】図３に示したように、嫌気性発酵工程＃５
において、嫌気性発酵槽１０で発生した消化汚泥１２の
一部を、外圧型有機平膜や管状セラミック膜を配列して
なる膜分離装置２０を設置した膜分離槽２１に導いて膜
分離し、膜透過液２２を硝化槽１６へ送り、槽２１内の
濃縮汚泥２３を嫌気性発酵槽１０へ返送するか、あるい
は槽１０内に膜分離装置２０を設置して膜透過液２２を
硝化槽１６へ送るようにしてもよく、これらの方法によ
れば、アンモニア濃度の変動に容易に対応できる。

【００２３】硝化槽１６は、固定床式のもの、固定化担
体法あるいは浮遊活性汚泥法を行うものなど、いずれの
方式のものでもよく、上述した生物処理工程＃３のもの
を流用してもよい。

【００２４】無酸素槽８の前段に混合槽を設けて、細粒
子状物６と脱水汚泥２とを混合するようにしてもよく、
その場合には混合槽でも酸発酵が起こるので、硝化液１
７を混合槽に返送するようにしてもよい。

【００２５】なお、嫌気性発酵工程＃５では、細粒子状
物６が上記したように細粒子化され、細胞膜が破壊され
ているため生物分解性が非常に大きく、また生ごみ、食
品廃棄物と、し尿、浄化槽汚泥などとが有する互いに異
質の成分、たとえば微量元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等）が
混合されることによる効果もあって、効率よく発酵が起
こる。また、従来は破砕困難であるとして排除されてい
た有機性廃棄物や、発酵不適物７に付着して排除されて
いた有機性廃棄物も細粒子状物６の中に含まれるため
に、有機成分の回収率は非常に高い。

【００２６】脱水汚泥２は発酵しにくいので、予め液状
化、低分子量化する可溶化処理を行うことで発酵を促進
することもでき、それにより細粒子状物６の発酵も促進
できる。可溶化処理としては、約７０〜８０℃で３日間
維持する；７０℃，０．３ＭＰａ程度の高温高圧に維持
する；苛性ソーダや消石灰等のアルカリを添加して７０
℃程度に維持する；オゾンガスを吹き込む；１３０〜１
７５℃に維持するなどの種々の手法が挙げられる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、有機性
廃棄物を無酸素槽と嫌気性発酵槽とに順次導いて酸発酵
およびメタン発酵させ、発生した消化汚泥よりアンモニ
アを含んだ液状分を分離して、硝化槽において硝化し、
硝化液の一部を無酸素槽に循環して生物脱窒するように
したので、ＢＯＤ源を別途に添加することなく脱窒する
ことができ、嫌気性発酵槽の後段の水処理工程もコンパ
クト化できる。

【００２８】その際に、硝化液を単に前段の嫌気性発酵
槽へ返送するのではなく無酸素槽に返送するようにした
ので、嫌気性発酵槽を嫌気性状態に維持することができ
る。また嫌気性発酵槽内のアンモニアが逐次除去される
ので発酵阻害を生じにくい。これらの結果、メタン発酵
効率が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における有機性廃棄物の処
理方法を説明するフローチャートである。

【図２】図１に示した有機性廃棄物の処理方法における
嫌気性発酵工程の装置構成を示した説明図である。

【図３】図１に示した有機性廃棄物の処理方法における
嫌気性発酵工程の別の装置構成を示した説明図である。

【図４】従来の有機性廃棄物の処理フローを示したフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

２脱水汚泥６細粒子状物９酸発酵液８無酸素槽 10 嫌気性発酵槽 11 メタンガス 12 消化汚泥 13 脱水機 15 分離液 16 消化槽 17 硝化液 18 窒素ガス 21 膜分離槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者添田祐二大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号株式会社クボタ内 (72)発明者山本哲也大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号株式会社クボタ内 (72)発明者柴田敏行大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号株式会社クボタ内Ｆターム(参考） 4D040 AA02 BB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発
酵させるに際し、有機性廃棄物に伴われるアンモニアを
除去するアンモニア除去方法であって、有機性廃棄物を
無酸素槽と嫌気性発酵槽とに順次導いて酸発酵およびメ
タン発酵させ、発生した消化汚泥を固液分離手段により
固液分離して、アンモニアを含んだ分離液を導出し、導
出した分離液を硝化槽に導いて硝化し、硝化液の一部を
無酸素槽に返送して微生物により脱窒することを特徴と
するアンモニア除去方法。