JP2003001299A - 余剰汚泥の処理方法 - Google Patents
余剰汚泥の処理方法Info
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- JP2003001299A JP2003001299A JP2001183043A JP2001183043A JP2003001299A JP 2003001299 A JP2003001299 A JP 2003001299A JP 2001183043 A JP2001183043 A JP 2001183043A JP 2001183043 A JP2001183043 A JP 2001183043A JP 2003001299 A JP2003001299 A JP 2003001299A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
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- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 主として汚泥微生物からなる余剰汚泥を、短
期間でかつ効率よくメタンに変換することができる、メ
タン発酵による余剰汚泥の効率的な処理方法を提供する
こと。 【解決手段】 余剰汚泥に、余剰汚泥中の有機性炭素を
完全に酸化するために必要な酸素量の計算値の４０％の
酸素を添加し、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以下の圧力下で１
５０℃から１７０℃の温度に攪拌下加熱する前処理を行
なった後、高温メタン発酵を行う。
期間でかつ効率よくメタンに変換することができる、メ
タン発酵による余剰汚泥の効率的な処理方法を提供する
こと。 【解決手段】 余剰汚泥に、余剰汚泥中の有機性炭素を
完全に酸化するために必要な酸素量の計算値の４０％の
酸素を添加し、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以下の圧力下で１
５０℃から１７０℃の温度に攪拌下加熱する前処理を行
なった後、高温メタン発酵を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性汚泥法など好
気性処理槽から排出される余剰汚泥を高速度・高消化率
でメタン発酵させる余剰汚泥の処理方法に関する。
気性処理槽から排出される余剰汚泥を高速度・高消化率
でメタン発酵させる余剰汚泥の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】下水処理場においては、第一沈殿池で汚
れを沈殿させた後、曝気槽において汚泥微生物により下
水に含まれる有機物の酸化分解がなされるとともに、フ
ロックとして凝集した余剰汚泥を第二沈殿池で沈殿させ
ることにより、下水から汚染物質が除去され、浄化が行
なわれている。それぞれの沈殿池で生じる初沈汚泥及び
余剰汚泥は、年間約８,５００万トン（固形物濃度２
％）に達しており、これら余剰汚泥等は、現在、メタン
発酵又は焼却により減容化が図られている。しかしなが
ら、メタン発酵による初沈及び余剰汚泥の消化率は３０
〜５０％と低く、この原因は、曝気槽から排出される余
剰汚泥の大部分を占める、硬い細胞壁を有しているバク
テリアの消化率の低下であるとされている。消化率を５
０％に近づけるためには、加温式では３０日の処理日数
が、無加温式では６０〜８０日の処理日数が必要とされ
ている。
れを沈殿させた後、曝気槽において汚泥微生物により下
水に含まれる有機物の酸化分解がなされるとともに、フ
ロックとして凝集した余剰汚泥を第二沈殿池で沈殿させ
ることにより、下水から汚染物質が除去され、浄化が行
なわれている。それぞれの沈殿池で生じる初沈汚泥及び
余剰汚泥は、年間約８,５００万トン（固形物濃度２
％）に達しており、これら余剰汚泥等は、現在、メタン
発酵又は焼却により減容化が図られている。しかしなが
ら、メタン発酵による初沈及び余剰汚泥の消化率は３０
〜５０％と低く、この原因は、曝気槽から排出される余
剰汚泥の大部分を占める、硬い細胞壁を有しているバク
テリアの消化率の低下であるとされている。消化率を５
０％に近づけるためには、加温式では３０日の処理日数
が、無加温式では６０〜８０日の処理日数が必要とされ
ている。
【０００３】また、食品工場において、活性汚泥槽から
も余剰汚泥が排出されているが、活性汚泥槽から排出さ
れるこれらの余剰汚泥も、従来の加温式メタン発酵で
は、余剰汚泥が混入するために消化率が４０〜５０％と
低かった。このため、企業の活性汚泥槽から排出される
余剰汚泥は、自社で処分することなく委託処分している
のが現状である。
も余剰汚泥が排出されているが、活性汚泥槽から排出さ
れるこれらの余剰汚泥も、従来の加温式メタン発酵で
は、余剰汚泥が混入するために消化率が４０〜５０％と
低かった。このため、企業の活性汚泥槽から排出される
余剰汚泥は、自社で処分することなく委託処分している
のが現状である。
【０００４】このような下水処理場および企業の活性汚
泥槽から排出される余剰汚泥量（固形物２％）は、それ
ぞれ約３０００万トン、約１２００万トンといわれてい
る。これらの余剰汚泥はロンドン条約により海洋投棄で
きなくなったために、下水汚泥についてはメタン発酵に
よる処理がなされているが、メタン発酵処理では通常長
時間を要し、かつ分解・消化も充分でないことから、東
京や大阪などの大都市では焼却処分に頼っている。しか
し、焼却処分ではダイオキシンなどの二次汚染が問題と
なっている。一方、焼却施設をもたない地方の下水処理
場ではなすすべもなく、メタン発酵の後脱水し、その脱
水汚泥の処理に大きな費用を費やしている。また、企業
の活性汚泥槽から排出される余剰汚泥は、直接あるいは
中間処理により減容した後、埋立処分されており、余剰
汚泥の処理が経営を圧迫しているともいわれている。
泥槽から排出される余剰汚泥量（固形物２％）は、それ
ぞれ約３０００万トン、約１２００万トンといわれてい
る。これらの余剰汚泥はロンドン条約により海洋投棄で
きなくなったために、下水汚泥についてはメタン発酵に
よる処理がなされているが、メタン発酵処理では通常長
時間を要し、かつ分解・消化も充分でないことから、東
京や大阪などの大都市では焼却処分に頼っている。しか
し、焼却処分ではダイオキシンなどの二次汚染が問題と
なっている。一方、焼却施設をもたない地方の下水処理
場ではなすすべもなく、メタン発酵の後脱水し、その脱
水汚泥の処理に大きな費用を費やしている。また、企業
の活性汚泥槽から排出される余剰汚泥は、直接あるいは
中間処理により減容した後、埋立処分されており、余剰
汚泥の処理が経営を圧迫しているともいわれている。
【０００５】また、メタン発酵による余剰汚泥の処理効
率を向上させるため、超臨界により完全酸化分解するか
亜臨界水酸化によりほぼ完全に液化するか、あるいは操
作圧８０ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ、２８０℃の条件下に放置す
る触媒湿式酸化により酸化分解しようとする研究開発例
は知られているが、機材や触媒等の設備コストを含め処
理コストが非常に高くつくことから実用化に至っていな
い。なお，触媒無添加の湿式酸化（ジンプロと呼ばれて
いる。）は，汚泥の酸化分解に採用されているが，操作
条件が厳しく（８０ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ、２８０℃），さ
らに完全に酸化分解されないためにフェントン酸化や微
生物による好気処理，もしくは両者の組み合わせにより
処理されている。そのために普及するに至っていない。
また，これらの処理法では余剰汚泥中の有機酸素の大部
分が酸化されるので，バイオガスの回収としては適した
前処理法とは言えない。
率を向上させるため、超臨界により完全酸化分解するか
亜臨界水酸化によりほぼ完全に液化するか、あるいは操
作圧８０ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ、２８０℃の条件下に放置す
る触媒湿式酸化により酸化分解しようとする研究開発例
は知られているが、機材や触媒等の設備コストを含め処
理コストが非常に高くつくことから実用化に至っていな
い。なお，触媒無添加の湿式酸化（ジンプロと呼ばれて
いる。）は，汚泥の酸化分解に採用されているが，操作
条件が厳しく（８０ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ、２８０℃），さ
らに完全に酸化分解されないためにフェントン酸化や微
生物による好気処理，もしくは両者の組み合わせにより
処理されている。そのために普及するに至っていない。
また，これらの処理法では余剰汚泥中の有機酸素の大部
分が酸化されるので，バイオガスの回収としては適した
前処理法とは言えない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、主と
して汚泥微生物からなる余剰汚泥を、短期間でかつ効率
よくメタンに変換することができる、メタン発酵による
余剰汚泥の効率的な処理方法を提供することにある。
して汚泥微生物からなる余剰汚泥を、短期間でかつ効率
よくメタンに変換することができる、メタン発酵による
余剰汚泥の効率的な処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、下水処理
場や食品工場等の好気性処理槽から排出される余剰汚泥
を、短期間でかつ効率よくメタンに変換することができ
るメタン発酵処理について鋭意研究し、主として汚泥微
生物からなる余剰汚泥を処理するには、メタン発酵工程
よりもその前段階である前処理工程で、余剰汚泥中の汚
泥微生物を消化されやすい形態とすることが重要である
との知見を得た。また、実用性の観点から、かかる前処
理も温和な条件で実施することが重要であると考えた。
そこで、余剰汚泥に酸素を添加し、低圧条件下で低温加
熱処理を施すと、余剰汚泥中の汚泥微生物の凝集形態が
変化するとともに、硬い細胞壁の部分破壊が生じ、かか
る前処理済みの余剰汚泥を高温メタン発酵すると、多量
のメタンを含むバイオガスが短期間かつ高収率で発生す
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
場や食品工場等の好気性処理槽から排出される余剰汚泥
を、短期間でかつ効率よくメタンに変換することができ
るメタン発酵処理について鋭意研究し、主として汚泥微
生物からなる余剰汚泥を処理するには、メタン発酵工程
よりもその前段階である前処理工程で、余剰汚泥中の汚
泥微生物を消化されやすい形態とすることが重要である
との知見を得た。また、実用性の観点から、かかる前処
理も温和な条件で実施することが重要であると考えた。
そこで、余剰汚泥に酸素を添加し、低圧条件下で低温加
熱処理を施すと、余剰汚泥中の汚泥微生物の凝集形態が
変化するとともに、硬い細胞壁の部分破壊が生じ、かか
る前処理済みの余剰汚泥を高温メタン発酵すると、多量
のメタンを含むバイオガスが短期間かつ高収率で発生す
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】すなわち本発明は、余剰汚泥に、酸素を添
加し、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下で１００〜２
００℃の温度に加熱する前処理を行なった後、中温又は
高温メタン発酵させることを特徴とする余剰汚泥の処理
方法（請求項１）や、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇの圧力
下が、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下であることを
特徴とする請求項１記載の余剰汚泥の処理方法（請求項
２）や、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下が、８ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下であることを特徴とする請求項２
記載の余剰汚泥の処理方法（請求項３）や、１００〜２
００℃の温度が、１３０〜１７０℃であることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかの記載の余剰汚泥の処理方
法（請求項４）や、１３０〜１７０℃の温度が、１５０
℃であることを特徴とする請求項４記載の余剰汚泥の処
理方法（請求項５）や、攪拌下に前処理を行うことを特
徴とする請求項１〜５のいずれか記載の余剰汚泥の処理
方法（請求項６）や、余剰汚泥中の有機性炭素を完全に
酸化するために必要な酸素量の計算値の２０〜６０％の
酸素を添加することを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か記載の余剰汚泥の処理方法（請求項７）や、２０〜６
０％の酸素が、４０％の酸素であることを特徴とする請
求項７記載の余剰汚泥の処理方法（請求項８）や、中温
又は高温メタン発酵が、高温メタン発酵であることを特
徴とする請求項１〜８いずれか記載の余剰汚泥の処理方
法（請求項９）に関する。
加し、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下で１００〜２
００℃の温度に加熱する前処理を行なった後、中温又は
高温メタン発酵させることを特徴とする余剰汚泥の処理
方法（請求項１）や、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇの圧力
下が、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下であることを
特徴とする請求項１記載の余剰汚泥の処理方法（請求項
２）や、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下が、８ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下であることを特徴とする請求項２
記載の余剰汚泥の処理方法（請求項３）や、１００〜２
００℃の温度が、１３０〜１７０℃であることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかの記載の余剰汚泥の処理方
法（請求項４）や、１３０〜１７０℃の温度が、１５０
℃であることを特徴とする請求項４記載の余剰汚泥の処
理方法（請求項５）や、攪拌下に前処理を行うことを特
徴とする請求項１〜５のいずれか記載の余剰汚泥の処理
方法（請求項６）や、余剰汚泥中の有機性炭素を完全に
酸化するために必要な酸素量の計算値の２０〜６０％の
酸素を添加することを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か記載の余剰汚泥の処理方法（請求項７）や、２０〜６
０％の酸素が、４０％の酸素であることを特徴とする請
求項７記載の余剰汚泥の処理方法（請求項８）や、中温
又は高温メタン発酵が、高温メタン発酵であることを特
徴とする請求項１〜８いずれか記載の余剰汚泥の処理方
法（請求項９）に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の余剰汚泥の処理方法とし
ては、余剰汚泥に、酸素を添加し、５〜１５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 Ｇの圧力下で、１００〜２００℃の温度に加熱する
前処理を所定時間行なった後、中温又は高温メタン発酵
させる処理方法であれば、特に限定されるものではな
く、このような低圧低温湿式酸化により、図１に示す余
剰汚泥中の汚泥微生物の凝集形態を変化させたり、硬い
細胞壁の一部を破壊することができ、しかも、メタン発
酵により発生するバイオガスを減少させることがなく、
余剰汚泥の消化処理を容易にすることができる。また、
本発明において余剰汚泥とは、活性汚泥法などで用いら
れる曝気槽等の好気性処理槽から排出される、主として
汚泥微生物からなる汚泥や該汚泥の濃縮処理物をいい、
汚泥微生物としては、主としてズーグレア（Zooglea）
というバクテリアの集団を挙げることができるが、この
他、みずわた（Sphaerotilus）、ポルミディウム（Phor
midium）、スチゲオクロニナム（Stigeocloninum）等も
挙げることができる。
ては、余剰汚泥に、酸素を添加し、５〜１５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 Ｇの圧力下で、１００〜２００℃の温度に加熱する
前処理を所定時間行なった後、中温又は高温メタン発酵
させる処理方法であれば、特に限定されるものではな
く、このような低圧低温湿式酸化により、図１に示す余
剰汚泥中の汚泥微生物の凝集形態を変化させたり、硬い
細胞壁の一部を破壊することができ、しかも、メタン発
酵により発生するバイオガスを減少させることがなく、
余剰汚泥の消化処理を容易にすることができる。また、
本発明において余剰汚泥とは、活性汚泥法などで用いら
れる曝気槽等の好気性処理槽から排出される、主として
汚泥微生物からなる汚泥や該汚泥の濃縮処理物をいい、
汚泥微生物としては、主としてズーグレア（Zooglea）
というバクテリアの集団を挙げることができるが、この
他、みずわた（Sphaerotilus）、ポルミディウム（Phor
midium）、スチゲオクロニナム（Stigeocloninum）等も
挙げることができる。
【００１０】本発明の余剰汚泥の処理方法においては、
余剰汚泥は酸素が添加され、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ
という低圧条件下で、１００〜２００℃という低温での
加熱処理が施されるが、かかる低圧条件としては、６〜
１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下が好ましく、８ｋｇｆ／
ｃｍ2 Ｇ程度の圧力下がより好ましい。圧力が１５ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 Ｇを超えて高くなると、余剰汚泥中の有機性
炭素の分解が進み、メタンガスの生成率が低下する上
に、耐圧性容器などの設備コストが高くなることから好
ましくない。他方、圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ未満にな
ると、本発明の効果が充分に享受できないことから好ま
しくない。また、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以下の圧力下の
処理であれば、特別な高圧容器を必要とせず、低圧湿式
酸化を容易に行なうことができる。また、上記１００〜
２００℃での加熱処理としては、１３０〜１７０℃での
加熱処理が好ましく、特に１５０℃程度の加熱処理が好
ましい。加熱温度が２００℃を超えると、余剰汚泥中の
有機性炭素の分解が進み、メタンガスの生成率が低下す
る上に、耐熱性容器などの設備コストが高くなることか
ら好ましくない。他方、加熱温度が１００℃未満になる
と、本発明の効果が充分に享受できないことから好まし
くない。
余剰汚泥は酸素が添加され、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ
という低圧条件下で、１００〜２００℃という低温での
加熱処理が施されるが、かかる低圧条件としては、６〜
１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下が好ましく、８ｋｇｆ／
ｃｍ2 Ｇ程度の圧力下がより好ましい。圧力が１５ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 Ｇを超えて高くなると、余剰汚泥中の有機性
炭素の分解が進み、メタンガスの生成率が低下する上
に、耐圧性容器などの設備コストが高くなることから好
ましくない。他方、圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ未満にな
ると、本発明の効果が充分に享受できないことから好ま
しくない。また、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以下の圧力下の
処理であれば、特別な高圧容器を必要とせず、低圧湿式
酸化を容易に行なうことができる。また、上記１００〜
２００℃での加熱処理としては、１３０〜１７０℃での
加熱処理が好ましく、特に１５０℃程度の加熱処理が好
ましい。加熱温度が２００℃を超えると、余剰汚泥中の
有機性炭素の分解が進み、メタンガスの生成率が低下す
る上に、耐熱性容器などの設備コストが高くなることか
ら好ましくない。他方、加熱温度が１００℃未満になる
と、本発明の効果が充分に享受できないことから好まし
くない。
【００１１】上記余剰汚泥の前処理、すなわち、酸素を
添加し、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下で、１００
〜２００℃の温度に加熱する前処理における添加する酸
素としては、純酸素ガスの他、空気等の酸素含有ガスを
用いることができる。添加する酸素量としては、余剰汚
泥中の有機性炭素を完全に酸化するために必要な酸素量
の計算値の１０〜１２０％、好ましくは２０〜６０％、
より好ましくは約４０％程度であり、例えば、４０％程
度酸素を添加すると、前処理後のメタン発酵によるバイ
オガス発生量を１．５〜２．０倍程度増加させることが
できる。かかる酸素の添加により、効率よく、余剰汚泥
中の汚泥微生物の凝集形態を変化させたり、硬い細胞壁
の一部を破壊することができることからして好ましい。
また、上記前処理を攪拌下において実施することが好ま
しく、かかる攪拌には公知の攪拌手段を用いることがで
きる。
添加し、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下で、１００
〜２００℃の温度に加熱する前処理における添加する酸
素としては、純酸素ガスの他、空気等の酸素含有ガスを
用いることができる。添加する酸素量としては、余剰汚
泥中の有機性炭素を完全に酸化するために必要な酸素量
の計算値の１０〜１２０％、好ましくは２０〜６０％、
より好ましくは約４０％程度であり、例えば、４０％程
度酸素を添加すると、前処理後のメタン発酵によるバイ
オガス発生量を１．５〜２．０倍程度増加させることが
できる。かかる酸素の添加により、効率よく、余剰汚泥
中の汚泥微生物の凝集形態を変化させたり、硬い細胞壁
の一部を破壊することができることからして好ましい。
また、上記前処理を攪拌下において実施することが好ま
しく、かかる攪拌には公知の攪拌手段を用いることがで
きる。
【００１２】本発明は、余剰汚泥に上記の前処理を所定
時間施した後、中温又は高温メタン発酵することを特徴
とし、前処理時間としては、例えば、加熱温度が１５０
℃の場合、３０分以上、好ましくは１時間以上を例示す
ることができ、上記メタン発酵としては従来公知のメタ
ン発酵法を適用することができるが、余剰汚泥の消化を
効率よく促進するには、５０℃以上でメタン発酵を行わ
せる高温メタン発酵や、３０℃以上でメタン発酵を行わ
せる中温メタン発酵が低温メタン発酵よりも好ましい。
例えば、余剰汚泥に含まれる有機性炭素を完全に酸化す
るのに必要な酸素量の計算値の４０％の酸素を添加し
て、約８ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下、１５０℃以下の温
度で２時間加熱して酸素を添加する前処理を行なった
後、処理日数２〜４日で連続式高温メタン発酵を行なう
と、消化率７５％となり、バイオガス発生量は、有機物
１トンあたり、前処理を行なわない従前の場合には４０
０〜５００Ｎｍ3であったものを、７００〜８００Ｎｍ3
とすることができる。
時間施した後、中温又は高温メタン発酵することを特徴
とし、前処理時間としては、例えば、加熱温度が１５０
℃の場合、３０分以上、好ましくは１時間以上を例示す
ることができ、上記メタン発酵としては従来公知のメタ
ン発酵法を適用することができるが、余剰汚泥の消化を
効率よく促進するには、５０℃以上でメタン発酵を行わ
せる高温メタン発酵や、３０℃以上でメタン発酵を行わ
せる中温メタン発酵が低温メタン発酵よりも好ましい。
例えば、余剰汚泥に含まれる有機性炭素を完全に酸化す
るのに必要な酸素量の計算値の４０％の酸素を添加し
て、約８ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下、１５０℃以下の温
度で２時間加熱して酸素を添加する前処理を行なった
後、処理日数２〜４日で連続式高温メタン発酵を行なう
と、消化率７５％となり、バイオガス発生量は、有機物
１トンあたり、前処理を行なわない従前の場合には４０
０〜５００Ｎｍ3であったものを、７００〜８００Ｎｍ3
とすることができる。
【００１３】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明するが、本
発明の技術的範囲はかかる実施例により何ら制限される
ものではない。 実施例１（高温メタン発酵によるガス発生量の計測方
法） ガス発生量の計測は、図２に示す回分式ガス発生試験装
置を用いて行った。ガス発生試験装置は、余剰汚泥を収
納する５００ｍＬ容試薬瓶からなる反応槽１と、反応槽
１が収納された恒温槽２と、反応槽１から発生するガス
を捕集するガスホルダー３と、反応槽１とガスホルダー
３を連結する塩化ビニールチューブ４とから構成されて
いる。上記反応槽１に、固形分含量４％に濃縮した余剰
濃縮汚泥（以下「余剰濃縮汚泥」という）５０ｍＬ又は
前処理した余剰濃縮汚泥５０ｍＬと、余剰濃縮汚泥で馴
養していた高温嫌気性消化シード（余剰濃縮汚泥を用い
た回分式メタン発酵槽内液）３５０ｍＬを入れ、反応温
度５４℃、一定速度（IUCHI、MULTI MAGNETIC STIRRER、H
SD-6Sの目盛り６）で撹拌して、回分式ガス発生試験を
行った。発生したガスはガスホルダーに導入し、ガス発
生量を毎日計測した。
発明の技術的範囲はかかる実施例により何ら制限される
ものではない。 実施例１（高温メタン発酵によるガス発生量の計測方
法） ガス発生量の計測は、図２に示す回分式ガス発生試験装
置を用いて行った。ガス発生試験装置は、余剰汚泥を収
納する５００ｍＬ容試薬瓶からなる反応槽１と、反応槽
１が収納された恒温槽２と、反応槽１から発生するガス
を捕集するガスホルダー３と、反応槽１とガスホルダー
３を連結する塩化ビニールチューブ４とから構成されて
いる。上記反応槽１に、固形分含量４％に濃縮した余剰
濃縮汚泥（以下「余剰濃縮汚泥」という）５０ｍＬ又は
前処理した余剰濃縮汚泥５０ｍＬと、余剰濃縮汚泥で馴
養していた高温嫌気性消化シード（余剰濃縮汚泥を用い
た回分式メタン発酵槽内液）３５０ｍＬを入れ、反応温
度５４℃、一定速度（IUCHI、MULTI MAGNETIC STIRRER、H
SD-6Sの目盛り６）で撹拌して、回分式ガス発生試験を
行った。発生したガスはガスホルダーに導入し、ガス発
生量を毎日計測した。
【００１４】参考例１（前処理における温度の影響）
余剰濃縮汚泥１リットル（Ｌ）を、総容積２Ｌの加熱処
理容器(ＴＡＳ−２型反応装置：TAIATU TECHNO CO.,LT
D)に投入し、温度１２０℃、撹拌速度２３７ｒｐｍの条
件で熱処理を行った。また、加熱処理容器内の圧力は、
コントロールすることなく成り行きに任せた。この１２
０℃に保持した状態で１時間反応を行った後、加熱処理
容器を冷却水により速やかに冷却し、前処理を終了し
た。また、処理温度を１５０℃、１７０℃、２００℃と
する以外は上記１２０℃の場合と同様にして前処理を終
了した。加熱温度１２０℃、１５０℃、１７０℃、２０
０℃の各前処理終了後のサンプルのそれぞれについて、
固形分有機炭素（ＶＳＳ）消化率と、全有機炭素（ＴＯ
Ｃ）回収率を求めた。ＶＳＳ消化率はオートマチック電
気炉TMF5T（トーマス科学社製）を用い、ＴＯＣ回収率
はＴＯＣ自動計測器TOC-V（島津製作所製）を用いて求
めた。結果を表１に示す。
理容器(ＴＡＳ−２型反応装置：TAIATU TECHNO CO.,LT
D)に投入し、温度１２０℃、撹拌速度２３７ｒｐｍの条
件で熱処理を行った。また、加熱処理容器内の圧力は、
コントロールすることなく成り行きに任せた。この１２
０℃に保持した状態で１時間反応を行った後、加熱処理
容器を冷却水により速やかに冷却し、前処理を終了し
た。また、処理温度を１５０℃、１７０℃、２００℃と
する以外は上記１２０℃の場合と同様にして前処理を終
了した。加熱温度１２０℃、１５０℃、１７０℃、２０
０℃の各前処理終了後のサンプルのそれぞれについて、
固形分有機炭素（ＶＳＳ）消化率と、全有機炭素（ＴＯ
Ｃ）回収率を求めた。ＶＳＳ消化率はオートマチック電
気炉TMF5T（トーマス科学社製）を用い、ＴＯＣ回収率
はＴＯＣ自動計測器TOC-V（島津製作所製）を用いて求
めた。結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】次に、上記加熱温度１２０℃、１５０℃、
１７０℃、２００℃の各サンプル５０ｍＬのそれぞれに
ついて、実施例１記載の回分式高温メタン発酵によるガ
ス発生量の計測方法によりガス発生量を求めた。結果を
図３及び上記表１に示す。表１及び図３からわかるよう
に、処理温度を１２０℃から２００℃まで段階的に上昇
させた結果、ＶＳＳ消化率（分解率）は１６％から６４
％まで向上し，ガス発生量も１５０℃、１７０℃と処理
温度が高くなるほど向上したが、処理温度２００℃では
ＴＯＣ回収率が低下し、ガス発生量も前処理しないブラ
ンクよりも悪かった。これは２００℃で処理することに
より有機性炭素の約１５％が酸化分解され、また難分解
性物質の生成や阻害物質の生成によるものと考えられ
る。
１７０℃、２００℃の各サンプル５０ｍＬのそれぞれに
ついて、実施例１記載の回分式高温メタン発酵によるガ
ス発生量の計測方法によりガス発生量を求めた。結果を
図３及び上記表１に示す。表１及び図３からわかるよう
に、処理温度を１２０℃から２００℃まで段階的に上昇
させた結果、ＶＳＳ消化率（分解率）は１６％から６４
％まで向上し，ガス発生量も１５０℃、１７０℃と処理
温度が高くなるほど向上したが、処理温度２００℃では
ＴＯＣ回収率が低下し、ガス発生量も前処理しないブラ
ンクよりも悪かった。これは２００℃で処理することに
より有機性炭素の約１５％が酸化分解され、また難分解
性物質の生成や阻害物質の生成によるものと考えられ
る。
【００１７】実施例２（低圧湿式酸化処理）
余剰濃縮余剰汚泥４００ｍＬを前記総容積２Ｌの加熱処
理容器に入れ、酸素を酸素ボンベから積算流量計 (MASS
FLOWM METER SEF-1420:STEC INC社製)を通して添加
し、温度１５０℃、撹拌速度２３７ｒｐｍの条件で処理
した。酸素添加量は、余剰濃縮汚泥４００ｍＬ中に含ま
れる有機性炭素を完全酸化できる理論酸素必要量に対し
て、それぞれ０％、４０％、８０％、１２０％を供給
し、１５０℃に保持した状態で２時間反応を行った。こ
の時のそれぞれの操作圧は５，８，１０，１４ｋｇｆ／
ｃｍ2 Ｇであった。その後、加熱処理容器を冷却水によ
り速やかに冷却し、前処理を終了した。前処理終了直後
に酸素添加量０％、４０％、８０％、１２０％の各サン
プルのＶＳＳ分解率、ＴＯＣの回収率を求めた。結果を
表１に示す。表１に示されるように、酸素添加量を高め
ることによりＶＳＳ分解率は向上するが、有機性炭素は
ほとんど酸化されなかった。次に、上記低圧湿式酸化し
た酸素添加量０％、４０％、８０％、１２０％の各サン
プル５０ｍＬのそれぞれについて、実施例１記載の高温
メタン発酵によるガス発生量の計測方法によりガス発生
量を求めた。結果を図４及び表１に示した。図４からわ
かるように、酸素添加量が理論必要量の４０％のとき、
ガス発生速度及びガス発生量は、他の酸素添加量のとき
に比べて２倍近く高く、繰り返し試験により、この結果
には再現性があることがわかった。
理容器に入れ、酸素を酸素ボンベから積算流量計 (MASS
FLOWM METER SEF-1420:STEC INC社製)を通して添加
し、温度１５０℃、撹拌速度２３７ｒｐｍの条件で処理
した。酸素添加量は、余剰濃縮汚泥４００ｍＬ中に含ま
れる有機性炭素を完全酸化できる理論酸素必要量に対し
て、それぞれ０％、４０％、８０％、１２０％を供給
し、１５０℃に保持した状態で２時間反応を行った。こ
の時のそれぞれの操作圧は５，８，１０，１４ｋｇｆ／
ｃｍ2 Ｇであった。その後、加熱処理容器を冷却水によ
り速やかに冷却し、前処理を終了した。前処理終了直後
に酸素添加量０％、４０％、８０％、１２０％の各サン
プルのＶＳＳ分解率、ＴＯＣの回収率を求めた。結果を
表１に示す。表１に示されるように、酸素添加量を高め
ることによりＶＳＳ分解率は向上するが、有機性炭素は
ほとんど酸化されなかった。次に、上記低圧湿式酸化し
た酸素添加量０％、４０％、８０％、１２０％の各サン
プル５０ｍＬのそれぞれについて、実施例１記載の高温
メタン発酵によるガス発生量の計測方法によりガス発生
量を求めた。結果を図４及び表１に示した。図４からわ
かるように、酸素添加量が理論必要量の４０％のとき、
ガス発生速度及びガス発生量は、他の酸素添加量のとき
に比べて２倍近く高く、繰り返し試験により、この結果
には再現性があることがわかった。
【００１８】実施例３（メタン発酵）
実施例２の酸素添加量が理論必要量の４０％という条件
下で低圧湿式酸化処理（操作圧８ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ，１
５０℃，２時間）した余剰濃縮汚泥及び未低圧湿式酸化
処理の余剰濃縮汚泥について、実容積4Ｌの機械攪拌槽
を用いて、間欠投入による連続式高温メタン発酵による
嫌気性処理試験（装置図を図５に示す）を行ったとこ
ろ、未低圧湿式酸化処理の余剰濃縮汚泥の場合、有機物
負荷２ｇ／Ｌ・日においても有機酸が約２０００ｍｇ／
Ｌ残存し、有機物負荷８ｇ／Ｌ・日においては７５００
ｍｇ／Ｌの有機酸が残存し、有機物負荷１２、１４ｇ／
Ｌ・日と段階的にあげてもほぼ同一濃度の有機酸が残存
した。しかし、有機物負荷１６ｇ／Ｌ・日にすると分解
率が３０％以下と極端に低下した。一方、低圧湿式酸化
処理した余剰濃縮汚泥の場合、有機物負荷８ｇ／Ｌ・
日、１２ｇ／Ｌ・日、１６ｇ／Ｌ・日においても有機酸
濃度は２０００ｍｇ／Ｌ以下で消化率は７５％、ガス発
生量は投入有機物１グラムあたり７００〜８００ｍＬと
約２倍に向上した。これらの負荷量を処理日数に換算す
るとそれぞれ３．６日、２．４日、２．０５日となり、
従来法の３０日の約１／１０に短縮された。また、消化
率も従来法の４０〜５０％から低圧湿式酸化処理によ
り、７５％までに向上した。
下で低圧湿式酸化処理（操作圧８ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ，１
５０℃，２時間）した余剰濃縮汚泥及び未低圧湿式酸化
処理の余剰濃縮汚泥について、実容積4Ｌの機械攪拌槽
を用いて、間欠投入による連続式高温メタン発酵による
嫌気性処理試験（装置図を図５に示す）を行ったとこ
ろ、未低圧湿式酸化処理の余剰濃縮汚泥の場合、有機物
負荷２ｇ／Ｌ・日においても有機酸が約２０００ｍｇ／
Ｌ残存し、有機物負荷８ｇ／Ｌ・日においては７５００
ｍｇ／Ｌの有機酸が残存し、有機物負荷１２、１４ｇ／
Ｌ・日と段階的にあげてもほぼ同一濃度の有機酸が残存
した。しかし、有機物負荷１６ｇ／Ｌ・日にすると分解
率が３０％以下と極端に低下した。一方、低圧湿式酸化
処理した余剰濃縮汚泥の場合、有機物負荷８ｇ／Ｌ・
日、１２ｇ／Ｌ・日、１６ｇ／Ｌ・日においても有機酸
濃度は２０００ｍｇ／Ｌ以下で消化率は７５％、ガス発
生量は投入有機物１グラムあたり７００〜８００ｍＬと
約２倍に向上した。これらの負荷量を処理日数に換算す
るとそれぞれ３．６日、２．４日、２．０５日となり、
従来法の３０日の約１／１０に短縮された。また、消化
率も従来法の４０〜５０％から低圧湿式酸化処理によ
り、７５％までに向上した。
【００１９】比較例１（フェントン酸化処理）
過酸化水素は、アルカリ側では酸化力が弱いが、酸性側
でＦｅ2+が共存するとヒドロキシラジカルの生成により
強い酸化力を示す。これは、フェントン試薬として知ら
れており、難分解性有機物の処理、フェノールの処理、
染色の脱色に有効であると報告されている。そこで、Ｆ
ｅ2+と過酸化水素の反応によって発生したヒドロキシラ
ジカルが有機物を分解する反応機構に基づいて、余剰汚
泥のフェントン酸化処理を次のように行った。まず、ｐ
Ｈ６．０に調整した余剰濃縮汚泥１００ｍＬを３００ｍ
Ｌ容三角フラスコに移し、硫酸鉄(II)七水和物（ナカラ
イテスク株式会社製、純度９９．０〜１０２％)と３０
％過酸化水素（三徳化学工業株式会社製、試薬特級）を
８１ｍＬ（過酸化水素／余剰汚泥＝０．６１ｇ／ｇ）及
び１２２ｍＬ（過酸化水素／余剰汚泥＝０．９２ｇ／
ｇ）添加し、軽く振り混ぜた。その後、三角フラスコに
アルミホイルで蓋をし、反応槽で１０５℃、２時間の条
件で反応させた。それぞれについてＶＳＳ消化率とＴＯ
Ｃ回収率を求め、ガス発生量についても調べた。結果を
表１に示す。ＶＳＳ消化率は両条件において低く、しか
も有機性炭素の一部は酸化されていた。そのため過酸化
水素を０．９２グラム添加したものは無添加（ブラン
ク）のものよりガス発生量は若干低かった。
でＦｅ2+が共存するとヒドロキシラジカルの生成により
強い酸化力を示す。これは、フェントン試薬として知ら
れており、難分解性有機物の処理、フェノールの処理、
染色の脱色に有効であると報告されている。そこで、Ｆ
ｅ2+と過酸化水素の反応によって発生したヒドロキシラ
ジカルが有機物を分解する反応機構に基づいて、余剰汚
泥のフェントン酸化処理を次のように行った。まず、ｐ
Ｈ６．０に調整した余剰濃縮汚泥１００ｍＬを３００ｍ
Ｌ容三角フラスコに移し、硫酸鉄(II)七水和物（ナカラ
イテスク株式会社製、純度９９．０〜１０２％)と３０
％過酸化水素（三徳化学工業株式会社製、試薬特級）を
８１ｍＬ（過酸化水素／余剰汚泥＝０．６１ｇ／ｇ）及
び１２２ｍＬ（過酸化水素／余剰汚泥＝０．９２ｇ／
ｇ）添加し、軽く振り混ぜた。その後、三角フラスコに
アルミホイルで蓋をし、反応槽で１０５℃、２時間の条
件で反応させた。それぞれについてＶＳＳ消化率とＴＯ
Ｃ回収率を求め、ガス発生量についても調べた。結果を
表１に示す。ＶＳＳ消化率は両条件において低く、しか
も有機性炭素の一部は酸化されていた。そのため過酸化
水素を０．９２グラム添加したものは無添加（ブラン
ク）のものよりガス発生量は若干低かった。
【００２０】
【発明の効果】本発明の余剰汚泥の処理方法によれば、
メタン発酵によるバイオガスの発生量を高く保持し、し
かもメタン発酵の処理時間を著しく短縮することができ
るため、下水処理場における下水処理や、食品工場の余
剰汚泥を効率よくかつ低廉に処理し得るばかりでなく、
ダイオキシンの発生を防止して環境保護を図ることがで
きる。
メタン発酵によるバイオガスの発生量を高く保持し、し
かもメタン発酵の処理時間を著しく短縮することができ
るため、下水処理場における下水処理や、食品工場の余
剰汚泥を効率よくかつ低廉に処理し得るばかりでなく、
ダイオキシンの発生を防止して環境保護を図ることがで
きる。
【図１】低圧湿式酸化処理による余剰汚泥中の汚泥微生
物の凝集形態の変化を示す走査型顕微鏡観察結果を示す
図である。
物の凝集形態の変化を示す走査型顕微鏡観察結果を示す
図である。
【図２】回分式ガス発生装置を示す図である。
【図３】加熱処理した余剰濃縮汚泥の回分式ガス発生試
験の結果を示す図である。
験の結果を示す図である。
【図４】本発明の低圧湿式酸化処理した余剰濃縮汚泥の
回分式ガス発生試験の結果を示す図である。
回分式ガス発生試験の結果を示す図である。
【図５】本発明に使用した間欠投入による連続式高温メ
タン発酵による嫌気性処理試験装置を示す図である。
タン発酵による嫌気性処理試験装置を示す図である。
Claims (9)
- 【請求項１】 余剰汚泥に、酸素を添加し、５〜１５ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下で１００〜２００℃の温度に加
熱する前処理を行なった後、中温又は高温メタン発酵さ
せることを特徴とする余剰汚泥の処理方法。 - 【請求項２】 ５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇの圧力下が、
６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下であることを特徴と
する請求項１記載の余剰汚泥の処理方法。 - 【請求項３】 ６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下が、
８ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの圧力下であることを特徴とする請
求項２記載の余剰汚泥の処理方法。 - 【請求項４】 １００〜２００℃の温度が、１３０〜１
７０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
の記載の余剰汚泥の処理方法。 - 【請求項５】 １３０〜１７０℃の温度が、１５０℃で
あることを特徴とする請求項４記載の余剰汚泥の処理方
法。 - 【請求項６】 攪拌下に前処理を行うことを特徴とする
請求項１〜５のいずれか記載の余剰汚泥の処理方法。 - 【請求項７】 余剰汚泥中の有機性炭素を完全に酸化す
るために必要な酸素量の計算値の２０〜６０％の酸素を
添加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載
の余剰汚泥の処理方法。 - 【請求項８】 ２０〜６０％の酸素が、４０％の酸素で
あることを特徴とする請求項７記載の余剰汚泥の処理方
法。 - 【請求項９】 中温又は高温メタン発酵が、高温メタン
発酵であることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載
の余剰汚泥の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183043A JP2003001299A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 余剰汚泥の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183043A JP2003001299A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 余剰汚泥の処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003001299A true JP2003001299A (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=19023047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001183043A Pending JP2003001299A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 余剰汚泥の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003001299A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007069053A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-22 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 有機汚泥の処理方法及び有機汚泥処理設備 |
| WO2011013655A1 (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-03 | Kobayashi Yoshio | 水分抜き取り式メタン発酵 |
-
2001
- 2001-06-18 JP JP2001183043A patent/JP2003001299A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007069053A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-22 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 有機汚泥の処理方法及び有機汚泥処理設備 |
| WO2011013655A1 (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-03 | Kobayashi Yoshio | 水分抜き取り式メタン発酵 |
| JP4768881B2 (ja) * | 2009-07-31 | 2011-09-07 | 義雄 小林 | 水分抜き取り式メタン発酵 |
| JPWO2011013655A1 (ja) * | 2009-07-31 | 2013-01-07 | 小林 義雄 | 水分抜き取り式メタン発酵 |
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