JP2003047996A - 汚泥処理装置および汚泥浄化処理方法 - Google Patents
汚泥処理装置および汚泥浄化処理方法Info
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- 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】 海水および淡水底面の汚泥を、環境に負
荷をかけることなく、簡便かつ高効率に、工業的規模で
処理するための浄化処理装置を提供する。 【解決手段】 海水または淡水底面の汚泥を浄化処理す
るための装置であって、少なくとも、海底汚泥を含有す
る汚泥を充填し、ビタミン類を添加して分解反応を行う
ための第１反応槽と、該汚泥に酸素非含有気体を通気す
るための通気管と、該汚泥の上澄み液であって、汚泥の
分解反応により生成する有機酸を含有する上澄み液を抜
き取るための送液手段と、該上澄み液を供給し、有機酸
の分解反応を行うための反応槽であって、有機酸分解能
を有する微生物を含有する第２反応槽と、有機酸の分解
により発生した気体を第２反応槽から除去する手段と、
有機酸を分解した後の排出液を放出する手段を有するこ
とを特徴とする汚泥処理装置とする。
荷をかけることなく、簡便かつ高効率に、工業的規模で
処理するための浄化処理装置を提供する。 【解決手段】 海水または淡水底面の汚泥を浄化処理す
るための装置であって、少なくとも、海底汚泥を含有す
る汚泥を充填し、ビタミン類を添加して分解反応を行う
ための第１反応槽と、該汚泥に酸素非含有気体を通気す
るための通気管と、該汚泥の上澄み液であって、汚泥の
分解反応により生成する有機酸を含有する上澄み液を抜
き取るための送液手段と、該上澄み液を供給し、有機酸
の分解反応を行うための反応槽であって、有機酸分解能
を有する微生物を含有する第２反応槽と、有機酸の分解
により発生した気体を第２反応槽から除去する手段と、
有機酸を分解した後の排出液を放出する手段を有するこ
とを特徴とする汚泥処理装置とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、海洋、湖
沼、河川等の底面に堆積する汚泥を浄化処理するための
処理装置に関するものである。さらに詳しくは、この出
願の発明は、汚泥、とくに海底に体積した汚泥を含有す
る混合汚泥を分解し、海砂や川砂を海底あるいは川底に
戻すことを可能とする工業的価値の高い汚泥処理装置と
それを用いた汚泥の浄化処理方法に関するものである。
沼、河川等の底面に堆積する汚泥を浄化処理するための
処理装置に関するものである。さらに詳しくは、この出
願の発明は、汚泥、とくに海底に体積した汚泥を含有す
る混合汚泥を分解し、海砂や川砂を海底あるいは川底に
戻すことを可能とする工業的価値の高い汚泥処理装置と
それを用いた汚泥の浄化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年、大きな社会問題となっ
ている海洋汚染では、その発生源として、有害化学物
質、油類、放射性物質、廃棄物の投棄、富栄養価物など
が知られている。
ている海洋汚染では、その発生源として、有害化学物
質、油類、放射性物質、廃棄物の投棄、富栄養価物など
が知られている。
【０００３】中でも富栄養価物による汚染は、水中植物
の栄養源として知られる有機物、窒素、リンなどが、工
場や家庭あるいは農地から多量に排出されることによる
ものである。これらの栄養源は、通常、海洋や湖沼には
適量しか存在しない。したがって、これらが多量に流出
されると、水中の植物プランクトンや水中植物が急増
し、赤潮、青潮が発生するのである。そしてプランクト
ンや水中植物の死骸で水中の溶存酸素が減少し、大量の
魚介類が酸欠死し、水質汚濁、悪臭発生などが起こる。
つまり、栄養源であるこれらの物質も、多量に排出され
れば、海洋汚染の原因となるのである。
の栄養源として知られる有機物、窒素、リンなどが、工
場や家庭あるいは農地から多量に排出されることによる
ものである。これらの栄養源は、通常、海洋や湖沼には
適量しか存在しない。したがって、これらが多量に流出
されると、水中の植物プランクトンや水中植物が急増
し、赤潮、青潮が発生するのである。そしてプランクト
ンや水中植物の死骸で水中の溶存酸素が減少し、大量の
魚介類が酸欠死し、水質汚濁、悪臭発生などが起こる。
つまり、栄養源であるこれらの物質も、多量に排出され
れば、海洋汚染の原因となるのである。
【０００４】特に牡蠣を初めとする魚貝類の養殖場の多
くは、都市周辺の沿岸部に存在するため、このような有
機物やリン等を含む富栄養化物による被害が深刻なもの
となっている。牡蠣養殖場の海底には、富栄養化物を含
む汚泥が２〜３メートルにも堆積しており、赤潮の発生
により、養殖牡蠣が斃死する自体が頻繁に起こっている
のである。
くは、都市周辺の沿岸部に存在するため、このような有
機物やリン等を含む富栄養化物による被害が深刻なもの
となっている。牡蠣養殖場の海底には、富栄養化物を含
む汚泥が２〜３メートルにも堆積しており、赤潮の発生
により、養殖牡蠣が斃死する自体が頻繁に起こっている
のである。
【０００５】このような事態を解決するために、汚泥を
オゾンガスで酸化分解する方法や、汚泥を仮焼し、多孔
質セラミックスとして回収しようとする試みがなされて
いる。しかし、いずれも処理コストが高く、経済的に成
立しないため、これまで実用化には至っていないのが実
情である。
オゾンガスで酸化分解する方法や、汚泥を仮焼し、多孔
質セラミックスとして回収しようとする試みがなされて
いる。しかし、いずれも処理コストが高く、経済的に成
立しないため、これまで実用化には至っていないのが実
情である。
【０００６】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点
を解消し、海水および淡水底面の汚泥を、環境に負荷を
かけることなく、簡便かつ高効率に、工業的規模で処理
するための浄化処理装置を提供することを課題としてい
る。
の事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点
を解消し、海水および淡水底面の汚泥を、環境に負荷を
かけることなく、簡便かつ高効率に、工業的規模で処理
するための浄化処理装置を提供することを課題としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者らは、これまで、
汚泥を生物学的手法により分解し、清浄化した海砂を海
底に戻す方法と、有機物を分解して得られた可燃性ガス
をエネルギー源として利用するとともに、分解に利用さ
れたバクテリア中に蓄積するリンやビタミン類を回収す
る方法について研究を行ってきた（Kenji Takeno et.a
l., Journal ofBioscience and Bioengineering, Vol.8
8, No.4, 410-415 (1999)）。そして、汚泥中に存在す
る嫌気性バクテリアを活性化させることにより、汚泥中
の有機物を酢酸等の有機酸に分解させ、生成したこれら
の有機酸をさらに光合成バクテリア（Rhodobacter spha
eroides IL106）やメタン発酵菌により分解させれば、
可燃性気体を得ることができることを明らかにしてい
る。また、発明者らは、とくに牡蠣養殖場底面を始めと
する海底の汚泥中に存在するバクテリアが有機物の分解
により酢酸のみを生成すること、バクテリアによる汚泥
の分解がビタミン類を共存させることにより進行するこ
と等を明らかにした。
汚泥を生物学的手法により分解し、清浄化した海砂を海
底に戻す方法と、有機物を分解して得られた可燃性ガス
をエネルギー源として利用するとともに、分解に利用さ
れたバクテリア中に蓄積するリンやビタミン類を回収す
る方法について研究を行ってきた（Kenji Takeno et.a
l., Journal ofBioscience and Bioengineering, Vol.8
8, No.4, 410-415 (1999)）。そして、汚泥中に存在す
る嫌気性バクテリアを活性化させることにより、汚泥中
の有機物を酢酸等の有機酸に分解させ、生成したこれら
の有機酸をさらに光合成バクテリア（Rhodobacter spha
eroides IL106）やメタン発酵菌により分解させれば、
可燃性気体を得ることができることを明らかにしてい
る。また、発明者らは、とくに牡蠣養殖場底面を始めと
する海底の汚泥中に存在するバクテリアが有機物の分解
により酢酸のみを生成すること、バクテリアによる汚泥
の分解がビタミン類を共存させることにより進行するこ
と等を明らかにした。
【０００８】発明者らは、さらに、淡水性の前記光合成
バクテリアやメタン発酵菌を海水中で好適に作用させる
べく鋭意研究を進めた結果、前記バクテリアが海水中の
ＮａＣｌの影響を受けず、ＣＯＤMn、ＮＯ3-−Ｎおよび
ＰＯ4 3-の除去をも行うことを明らかにした。また、Rho
dobacter sphaeroides IL106の同化を助け、増殖速度を
高めるために、ＮＨ4 +−Ｎとして（ＮＨ4）2ＳＯ4を添
加することが効果的であることも、発明者らによって明
らかにされた。
バクテリアやメタン発酵菌を海水中で好適に作用させる
べく鋭意研究を進めた結果、前記バクテリアが海水中の
ＮａＣｌの影響を受けず、ＣＯＤMn、ＮＯ3-−Ｎおよび
ＰＯ4 3-の除去をも行うことを明らかにした。また、Rho
dobacter sphaeroides IL106の同化を助け、増殖速度を
高めるために、ＮＨ4 +−Ｎとして（ＮＨ4）2ＳＯ4を添
加することが効果的であることも、発明者らによって明
らかにされた。
【０００９】発明者らは、以上のような汚泥の分解反応
に関する知見を元に、さらなる鋭意研究を進めた結果、
牡蠣養殖場の汚泥を他の領域から採取した汚泥と混合し
て用いても同様の機構で汚泥の分解処理が行えることを
見出し、処理条件の最適化を行って、工業的価値の高い
汚泥処理装置としての本願発明に至ったのである。
に関する知見を元に、さらなる鋭意研究を進めた結果、
牡蠣養殖場の汚泥を他の領域から採取した汚泥と混合し
て用いても同様の機構で汚泥の分解処理が行えることを
見出し、処理条件の最適化を行って、工業的価値の高い
汚泥処理装置としての本願発明に至ったのである。
【００１０】すなわち、この出願の発明は、上記の課題
を解決するものとして、第１には、少なくとも海底の汚
泥を含有する汚泥を充填し、ビタミン類を添加して海水
または淡水中の汚泥の分解反応を行うための第１反応槽
と、該汚泥に酸素非含有気体を通気するための通気管
と、該汚泥の上澄み液であって、汚泥の分解反応により
生成する有機酸を含有する上澄み液を抜き取るための送
液手段と、該上澄み液を供給し、有機酸の分解反応を行
うための反応槽であって、有機酸分解能を有する微生物
を含有する第２反応槽と、有機酸の分解により発生した
気体を第２反応槽から除去する手段と、有機酸を分解し
た後の排出液を放出する手段を有することを特徴とする
汚泥処理装置を提供する。
を解決するものとして、第１には、少なくとも海底の汚
泥を含有する汚泥を充填し、ビタミン類を添加して海水
または淡水中の汚泥の分解反応を行うための第１反応槽
と、該汚泥に酸素非含有気体を通気するための通気管
と、該汚泥の上澄み液であって、汚泥の分解反応により
生成する有機酸を含有する上澄み液を抜き取るための送
液手段と、該上澄み液を供給し、有機酸の分解反応を行
うための反応槽であって、有機酸分解能を有する微生物
を含有する第２反応槽と、有機酸の分解により発生した
気体を第２反応槽から除去する手段と、有機酸を分解し
た後の排出液を放出する手段を有することを特徴とする
汚泥処理装置を提供する。
【００１１】第２には、この出願の発明は、海底汚泥が
牡蠣養殖場底面から採取される汚泥である前記の汚泥処
理装置を提供する。
牡蠣養殖場底面から採取される汚泥である前記の汚泥処
理装置を提供する。
【００１２】この出願の発明は、第３には、第２反応槽
で発生した気体の少なくとも一部を酸素非含有気体とし
て第１反応槽に循環させる手段を有すること、第４に
は、第２反応槽において発生した排出液の少なくとも一
部をビタミン類含有液として第１反応槽に循環させる手
段を有することを前記の汚泥処理装置の態様として提供
する。
で発生した気体の少なくとも一部を酸素非含有気体とし
て第１反応槽に循環させる手段を有すること、第４に
は、第２反応槽において発生した排出液の少なくとも一
部をビタミン類含有液として第１反応槽に循環させる手
段を有することを前記の汚泥処理装置の態様として提供
する。
【００１３】さらに、この出願の発明は、第５には、反
応槽が恒温手段を有する汚泥処理装置を、第６には、第
２反応槽から放出される排出液を酸化処理する手段を有
する汚泥処理装置を提供する。
応槽が恒温手段を有する汚泥処理装置を、第６には、第
２反応槽から放出される排出液を酸化処理する手段を有
する汚泥処理装置を提供する。
【００１４】この出願の発明は、第７には、いずれかの
汚泥処理装置を用いて海水または淡水底面の汚泥を浄化
処理する方法であって、第１反応槽に少なくとも第１反
応槽に少なくとも海底汚泥を含有する汚泥を充填した
後、通気管から酸素非含有気体を通気し、ビタミン類を
添加し、汚泥の分解反応により生成した有機酸を含む上
澄み液を第２反応槽に送液して、さらに第２反応槽中で
メタン発酵菌と接触させ、有機酸を分解してメタン／二
酸化炭素混合気体と排出液に変換することを特徴とする
汚泥浄化処理方法をも提供する。
汚泥処理装置を用いて海水または淡水底面の汚泥を浄化
処理する方法であって、第１反応槽に少なくとも第１反
応槽に少なくとも海底汚泥を含有する汚泥を充填した
後、通気管から酸素非含有気体を通気し、ビタミン類を
添加し、汚泥の分解反応により生成した有機酸を含む上
澄み液を第２反応槽に送液して、さらに第２反応槽中で
メタン発酵菌と接触させ、有機酸を分解してメタン／二
酸化炭素混合気体と排出液に変換することを特徴とする
汚泥浄化処理方法をも提供する。
【００１５】また、この出願の発明は、第８には、前記
のいずれかの汚泥処理装置を用いて海水または淡水底面
の汚泥を処理する方法であって、第１反応槽に少なくと
も海底汚泥を含有する汚泥を充填した後、通気管から酸
素非含有気体を通気し、ビタミン類を添加し、汚泥の分
解反応により生成した有機酸を含む上澄み液を第２反応
槽に送液して、さらに第２反応槽中で光合成菌と接触さ
せ、有機酸を分解して気体と有価物を含有する排出液に
変換することを特徴とする汚泥浄化処理方法を提供す
る。
のいずれかの汚泥処理装置を用いて海水または淡水底面
の汚泥を処理する方法であって、第１反応槽に少なくと
も海底汚泥を含有する汚泥を充填した後、通気管から酸
素非含有気体を通気し、ビタミン類を添加し、汚泥の分
解反応により生成した有機酸を含む上澄み液を第２反応
槽に送液して、さらに第２反応槽中で光合成菌と接触さ
せ、有機酸を分解して気体と有価物を含有する排出液に
変換することを特徴とする汚泥浄化処理方法を提供す
る。
【００１６】この出願の発明は、第９には、海底汚泥
は、牡蠣養殖場底面から採取される汚泥である前記の汚
泥浄化処理方法を提供する。
は、牡蠣養殖場底面から採取される汚泥である前記の汚
泥浄化処理方法を提供する。
【００１７】第１０には、この出願の発明は、有機酸の
分解により生成した気体と排出液を第１反応槽に循環さ
せ、一連の操作を繰り返す前記いずれかの汚泥浄化処理
方法を提供する。
分解により生成した気体と排出液を第１反応槽に循環さ
せ、一連の操作を繰り返す前記いずれかの汚泥浄化処理
方法を提供する。
【００１８】この出願の発明は、さらに、第１１には、
第１反応槽を２０〜４０℃に恒温する前記のいずれかの
汚泥浄化処理方法を、第１２には、反応槽におけるｐＨ
は６〜８とする前記のいずれかの汚泥浄化処理方法を、
第１３には、ビタミン類は、水溶性ビタミン類から選択
される２種以上のビタミンである前記のいずれかの汚泥
浄化処理方法を、そして、第１４には、ビタミン類は、
汚泥量に対して１ｍＬ／Ｌ以上添加する前記のいずれか
の汚泥浄化処理方法を提供する。
第１反応槽を２０〜４０℃に恒温する前記のいずれかの
汚泥浄化処理方法を、第１２には、反応槽におけるｐＨ
は６〜８とする前記のいずれかの汚泥浄化処理方法を、
第１３には、ビタミン類は、水溶性ビタミン類から選択
される２種以上のビタミンである前記のいずれかの汚泥
浄化処理方法を、そして、第１４には、ビタミン類は、
汚泥量に対して１ｍＬ／Ｌ以上添加する前記のいずれか
の汚泥浄化処理方法を提供する。
【００１９】この出願の発明は、さらに、第１５には、
排出液を酸化処理した後、系外に放出する前記の汚泥浄
化処理方法を提供する。
排出液を酸化処理した後、系外に放出する前記の汚泥浄
化処理方法を提供する。
【００２０】そして、この出願の発明は、第１６には、
第１反応槽の反応速度と第２反応槽の反応速度が、次の
式（Ｉ）： ｋ1×Ｌ1 ≦ ｋ2×Ｌ2 （Ｉ） （ただし、ｋ1は第１反応槽における有機酸生成速度
（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ1は第１反応槽における液
（汚泥）容量（Ｌ）、ｋ2は第２反応槽における有機酸
分解速度（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ2は第２反応槽にお
ける液（汚泥）容量（Ｌ）を示す）で表される関係を有
する前記いずれかの汚泥浄化処理方法をも提供する。
第１反応槽の反応速度と第２反応槽の反応速度が、次の
式（Ｉ）： ｋ1×Ｌ1 ≦ ｋ2×Ｌ2 （Ｉ） （ただし、ｋ1は第１反応槽における有機酸生成速度
（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ1は第１反応槽における液
（汚泥）容量（Ｌ）、ｋ2は第２反応槽における有機酸
分解速度（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ2は第２反応槽にお
ける液（汚泥）容量（Ｌ）を示す）で表される関係を有
する前記いずれかの汚泥浄化処理方法をも提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】この出願の発明の汚泥処理装置に
おいて、その構成は、図１に例示されるとおりである。
すなわち、この出願の発明の汚泥処理装置は、海水また
は淡水底面の汚泥を浄化処理するための装置であり、少
なくとも、 ａ．海底汚泥を含有する汚泥（１１）を充填し、ビタミ
ン類を添加して分解反応を行うための第１反応槽（１） ｂ．該汚泥（１１）に酸素非含有気体を通気するための
通気管（３）と、 ｃ．該汚泥（１１）の上澄み液（１２）であって、汚泥
（１１）の分解反応により生成する有機酸を含有する上
澄み液（１２）を抜き取るための送液手段（４）と、 ｄ．該上澄み液（１２）を供給し、有機酸の分解反応を
行うための反応槽であって、有機酸分解能を有する有機
酸分解微生物（２１）を含有する第２反応槽（２）と、 ｅ．有機酸の変換により発生した気体を第２反応槽
（２）から除去する手段（５２）と、 ｆ．有機酸を変換した後の排出液（２２）を放出する手
段（６）を有するものである。
おいて、その構成は、図１に例示されるとおりである。
すなわち、この出願の発明の汚泥処理装置は、海水また
は淡水底面の汚泥を浄化処理するための装置であり、少
なくとも、 ａ．海底汚泥を含有する汚泥（１１）を充填し、ビタミ
ン類を添加して分解反応を行うための第１反応槽（１） ｂ．該汚泥（１１）に酸素非含有気体を通気するための
通気管（３）と、 ｃ．該汚泥（１１）の上澄み液（１２）であって、汚泥
（１１）の分解反応により生成する有機酸を含有する上
澄み液（１２）を抜き取るための送液手段（４）と、 ｄ．該上澄み液（１２）を供給し、有機酸の分解反応を
行うための反応槽であって、有機酸分解能を有する有機
酸分解微生物（２１）を含有する第２反応槽（２）と、 ｅ．有機酸の変換により発生した気体を第２反応槽
（２）から除去する手段（５２）と、 ｆ．有機酸を変換した後の排出液（２２）を放出する手
段（６）を有するものである。
【００２２】この出願の発明の汚泥処理装置では、ま
ず、第１反応槽（１）に汚泥供給管（７）等から汚泥
（１１）を供給する。この汚泥（１１）に、ビタミン類
供給管（８）からビタミン類を添加し、通気管（３）か
ら酸素非含有気体を通気しながら恒温器（９１）により
加温することにより、汚泥（１１）中のバクテリアが活
性化され、汚泥（１１）中の有機物の嫌気性分解が起こ
る。
ず、第１反応槽（１）に汚泥供給管（７）等から汚泥
（１１）を供給する。この汚泥（１１）に、ビタミン類
供給管（８）からビタミン類を添加し、通気管（３）か
ら酸素非含有気体を通気しながら恒温器（９１）により
加温することにより、汚泥（１１）中のバクテリアが活
性化され、汚泥（１１）中の有機物の嫌気性分解が起こ
る。
【００２３】このとき、第１反応槽（１）内の温度は、
２０〜４０℃とすることが好ましい。とくに、３０〜４
０℃では、前記の嫌気性分解の反応速度が上昇し、好ま
しい。また、添加するビタミン類は、チアミン、ニコチ
ン酸、ビオチン、リボフラビン等の水溶性ビタミン類か
ら選択される２種以上、より好ましくは、３種以上とす
る。このとき、添加されるビタミン類の添加量は、汚泥
（１１）の量に対して１ｍＬ／Ｌ以上とすることが好ま
しい。ビタミン類の添加量が１ｍＬ／Ｌ未満の場合に
は、汚泥（１１）のバクテリアによる嫌気性分解は進行
しない。さらに、第１反応槽（１）中の汚泥（１１）の
ｐＨは、６〜８とすることが好ましい。とくにｐＨ７〜
８では、嫌気性分解の反応速度が上昇し、好ましい。第
１反応槽（１）は、さらに、通気された酸素非含有気体
を排気するための排気管（５１）を有する。
２０〜４０℃とすることが好ましい。とくに、３０〜４
０℃では、前記の嫌気性分解の反応速度が上昇し、好ま
しい。また、添加するビタミン類は、チアミン、ニコチ
ン酸、ビオチン、リボフラビン等の水溶性ビタミン類か
ら選択される２種以上、より好ましくは、３種以上とす
る。このとき、添加されるビタミン類の添加量は、汚泥
（１１）の量に対して１ｍＬ／Ｌ以上とすることが好ま
しい。ビタミン類の添加量が１ｍＬ／Ｌ未満の場合に
は、汚泥（１１）のバクテリアによる嫌気性分解は進行
しない。さらに、第１反応槽（１）中の汚泥（１１）の
ｐＨは、６〜８とすることが好ましい。とくにｐＨ７〜
８では、嫌気性分解の反応速度が上昇し、好ましい。第
１反応槽（１）は、さらに、通気された酸素非含有気体
を排気するための排気管（５１）を有する。
【００２４】以上のとおりの汚泥の嫌気性分解により有
機酸を生成する汚泥（１１）中のバクテリアとしては、
酢酸生成菌（Acetobacterium woodii、 Eubacterium li
mosumなど）や蟻酸生成菌（Oxalobacter formigenes、B
acteroides sp.、Escherichia、Klebsiella、Enterobac
ter等）が挙げられる。発明者らの鋭意研究によれば、
牡蠣養殖場底面を始めとする海底から採取される汚泥中
には、酢酸のみを生成するバクテリアが存在することが
確認されている（Kenji Takeno et.al., Journal of Bi
oscience and Bioengineering, Vol.88, No.4, 410-415
(1999)）。また、牡蠣養殖場底面の汚泥単独、他の海
域の汚泥単独、あるいは複数の異なる海域から採取され
た汚泥を任意に混合したものでも、効率よく汚泥全体が
浄化処理される。したがって、本願発明の汚泥処理装置
における第１反応槽（１）において、この汚泥（１１）
は、牡蠣養殖場から採取された汚泥を始めとする海底汚
泥を含んでいればよく、牡蠣養殖場等の海域から採取さ
れた汚泥単独であっても、複数の海水あるいは淡水領域
中から採取された汚泥に海底から採取された汚泥を混合
した混合汚泥であってもよい。そして、第１反応槽
（１）では、汚泥（１１）が分解され、酢酸が生成し、
汚泥（１１）の上澄み液（１２）中に混在することとな
る。
機酸を生成する汚泥（１１）中のバクテリアとしては、
酢酸生成菌（Acetobacterium woodii、 Eubacterium li
mosumなど）や蟻酸生成菌（Oxalobacter formigenes、B
acteroides sp.、Escherichia、Klebsiella、Enterobac
ter等）が挙げられる。発明者らの鋭意研究によれば、
牡蠣養殖場底面を始めとする海底から採取される汚泥中
には、酢酸のみを生成するバクテリアが存在することが
確認されている（Kenji Takeno et.al., Journal of Bi
oscience and Bioengineering, Vol.88, No.4, 410-415
(1999)）。また、牡蠣養殖場底面の汚泥単独、他の海
域の汚泥単独、あるいは複数の異なる海域から採取され
た汚泥を任意に混合したものでも、効率よく汚泥全体が
浄化処理される。したがって、本願発明の汚泥処理装置
における第１反応槽（１）において、この汚泥（１１）
は、牡蠣養殖場から採取された汚泥を始めとする海底汚
泥を含んでいればよく、牡蠣養殖場等の海域から採取さ
れた汚泥単独であっても、複数の海水あるいは淡水領域
中から採取された汚泥に海底から採取された汚泥を混合
した混合汚泥であってもよい。そして、第１反応槽
（１）では、汚泥（１１）が分解され、酢酸が生成し、
汚泥（１１）の上澄み液（１２）中に混在することとな
る。
【００２５】この出願の発明の汚泥処理装置では、次
に、汚泥（１１）の嫌気性分解反応により生成した酢酸
を含有する上澄み液（１２）を、送液手段（４）により
第２反応槽（２）に供給する。このような送液手段
（４）としては、ポンプ等を用いてもよいが、そのよう
な装置を用いなくても、第１反応槽（１）と第２反応槽
（２）の液面高さの差による水頭差を利用し、図１に示
されるような送液管（４）とすればよい。
に、汚泥（１１）の嫌気性分解反応により生成した酢酸
を含有する上澄み液（１２）を、送液手段（４）により
第２反応槽（２）に供給する。このような送液手段
（４）としては、ポンプ等を用いてもよいが、そのよう
な装置を用いなくても、第１反応槽（１）と第２反応槽
（２）の液面高さの差による水頭差を利用し、図１に示
されるような送液管（４）とすればよい。
【００２６】上澄み液が供給される第２反応槽（２）に
は、酢酸を分解する酢酸分解性菌（２１）を充填してお
く。このような酢酸分解性菌（２１）としては、メタン
発酵菌や光合成菌が知られている。メタン発酵菌は、有
機酸をメタンと二酸化炭素に分解する。また、光合成菌
は、光の存在下でリンや窒素を吸収しながらカロチノイ
ド、ビタミンＢ１２、ユビキノン等を生成、蓄積する。
このような光合成菌としては、Rhodobacter sphaeroide
s IL106が好ましく例示されるが、もちろんこれに限定
されず、様々な公知あるいは未知の光合成菌を適用でき
る。酢酸分解性菌（２１）として光合成菌を用いる場合
には、第２反応槽（２）は、処理液（２２）に光を照射
することが必要となるため、光透過性のものとすること
が好ましい。また、第２反応槽（２）内に光を照射する
ための光源（１０）を設置してもよい。さらに、これら
の微生物は、溶液、粉末、顆粒等の各種の形態であって
よい。例えば、微生物を多孔質担体に担持したもの等が
好適に用いられる。
は、酢酸を分解する酢酸分解性菌（２１）を充填してお
く。このような酢酸分解性菌（２１）としては、メタン
発酵菌や光合成菌が知られている。メタン発酵菌は、有
機酸をメタンと二酸化炭素に分解する。また、光合成菌
は、光の存在下でリンや窒素を吸収しながらカロチノイ
ド、ビタミンＢ１２、ユビキノン等を生成、蓄積する。
このような光合成菌としては、Rhodobacter sphaeroide
s IL106が好ましく例示されるが、もちろんこれに限定
されず、様々な公知あるいは未知の光合成菌を適用でき
る。酢酸分解性菌（２１）として光合成菌を用いる場合
には、第２反応槽（２）は、処理液（２２）に光を照射
することが必要となるため、光透過性のものとすること
が好ましい。また、第２反応槽（２）内に光を照射する
ための光源（１０）を設置してもよい。さらに、これら
の微生物は、溶液、粉末、顆粒等の各種の形態であって
よい。例えば、微生物を多孔質担体に担持したもの等が
好適に用いられる。
【００２７】第２反応槽（２）における酢酸の分解反応
により生成した気体は、排気管（５２）から系外へ除去
できる。このような気体は、主にメタンおよび二酸化炭
素からなる混合ガスであり、天然ガスと同様の組成（メ
タン／ＣＯ2＝８０／２０）を有するものであることか
ら、燃料として使用できる。したがって、気体は、排気
管（５２）からそのまま周辺環境に放出せずに、周辺の
工場、焼却施設等へ搬送し、利用することが好ましい。
また、光合成菌を用いて酢酸の分解を行った場合に生成
されるカロチノイド、ビタミンＢ１２、ユビキノン等
は、回収し、養殖魚等の餌として利用することができ
る。すなわち、この出願の発明の汚泥処理装置は、リサ
イクル、省エネルギー、コスト削減等の観点からも工業
的利用価値が高いといえる。
により生成した気体は、排気管（５２）から系外へ除去
できる。このような気体は、主にメタンおよび二酸化炭
素からなる混合ガスであり、天然ガスと同様の組成（メ
タン／ＣＯ2＝８０／２０）を有するものであることか
ら、燃料として使用できる。したがって、気体は、排気
管（５２）からそのまま周辺環境に放出せずに、周辺の
工場、焼却施設等へ搬送し、利用することが好ましい。
また、光合成菌を用いて酢酸の分解を行った場合に生成
されるカロチノイド、ビタミンＢ１２、ユビキノン等
は、回収し、養殖魚等の餌として利用することができ
る。すなわち、この出願の発明の汚泥処理装置は、リサ
イクル、省エネルギー、コスト削減等の観点からも工業
的利用価値が高いといえる。
【００２８】さらに、酢酸が分解された排出液（２２）
は、放流経路（６）から系外に放出されてもよいが、化
学的酸素要求量（ＣＯＤ）が環境基準よりも高い場合に
は、酸化処理することによりＣＯＤを除去し、湖沼、河
川、海洋等のもとの環境に戻すことができる。
は、放流経路（６）から系外に放出されてもよいが、化
学的酸素要求量（ＣＯＤ）が環境基準よりも高い場合に
は、酸化処理することによりＣＯＤを除去し、湖沼、河
川、海洋等のもとの環境に戻すことができる。
【００２９】以上のとおりのこの出願の発明の汚泥処理
装置においては、第２反応槽（２）から第１反応槽
（１）の通気管（３）と接続された循環経路（６１）を
設置し、第２反応槽（２）で発生した気体の少なくとも
一部を酸素非含有気体として第１反応槽（１）に循環さ
せてもよい。このような循環経路（６１）を設置するこ
とにより、第２反応槽（２）で発生したメタンや二酸化
炭素等のガスを再利用でき、汚泥処理のコスト削減につ
ながる。また、このような循環経路（６１）により、排
出液（２２）をも第１反応槽（２）に戻せば、添加され
るビタミン類の再利用が可能となり、ビタミン類の総添
加量を削減でき、コスト上昇を抑えることが可能とな
る。
装置においては、第２反応槽（２）から第１反応槽
（１）の通気管（３）と接続された循環経路（６１）を
設置し、第２反応槽（２）で発生した気体の少なくとも
一部を酸素非含有気体として第１反応槽（１）に循環さ
せてもよい。このような循環経路（６１）を設置するこ
とにより、第２反応槽（２）で発生したメタンや二酸化
炭素等のガスを再利用でき、汚泥処理のコスト削減につ
ながる。また、このような循環経路（６１）により、排
出液（２２）をも第１反応槽（２）に戻せば、添加され
るビタミン類の再利用が可能となり、ビタミン類の総添
加量を削減でき、コスト上昇を抑えることが可能とな
る。
【００３０】この出願の発明では、以上のとおりの汚泥
処理装置を用いて海水あるいは淡水底面の汚泥を浄化処
理する方法をも提供する。具体的な浄化処理方法は上述
のとおりである。とくに、第１反応槽（１）と第２反応
槽（２）における各反応速度について、次の（Ｉ）式 ｋ1×Ｌ1 ≦ ｋ2×Ｌ2 （Ｉ） （ただし、ｋ1は第１反応槽における酢酸生成速度（ｍ
ｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ1は第１反応槽における液（汚
泥）容量（Ｌ）、ｋ2は第２反応槽における酢酸分解速
度（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ2は第２反応槽における液
容量（Ｌ）を示す）で表される関係が成立するとき、こ
の出願の発明の汚泥処理装置を用いた汚泥の浄化処理が
スムーズに進行する。そして、このような条件を制御す
ることにより、この出願の発明の汚泥処理装置をシステ
ムとして自動化することも可能となるのである。
処理装置を用いて海水あるいは淡水底面の汚泥を浄化処
理する方法をも提供する。具体的な浄化処理方法は上述
のとおりである。とくに、第１反応槽（１）と第２反応
槽（２）における各反応速度について、次の（Ｉ）式 ｋ1×Ｌ1 ≦ ｋ2×Ｌ2 （Ｉ） （ただし、ｋ1は第１反応槽における酢酸生成速度（ｍ
ｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ1は第１反応槽における液（汚
泥）容量（Ｌ）、ｋ2は第２反応槽における酢酸分解速
度（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ2は第２反応槽における液
容量（Ｌ）を示す）で表される関係が成立するとき、こ
の出願の発明の汚泥処理装置を用いた汚泥の浄化処理が
スムーズに進行する。そして、このような条件を制御す
ることにより、この出願の発明の汚泥処理装置をシステ
ムとして自動化することも可能となるのである。
【００３１】すなわち、式（Ｉ）は、直列に接続された
第１反応槽（１）と第２反応槽（２）について、第２反
応槽（２）では、第１反応槽（１）で生成される酢酸を
十分に分解させるだけの反応条件が必要となることを示
す式である。具体的に、この式に則って汚泥処理装置の
制御を行うためには、例えば第２反応槽（２）から放出
されるガス量をガス流量計（５３）等によりモニターす
ることができる。第２反応槽（２）から放出されるガス
量は、酢酸分解量、すなわちｋ2×Ｌ2に比例する（ただ
し、ｋ2およびＬ2は前記のとおりである）ことから、こ
の値を第１反応槽における酢酸生成量ｋ1×Ｌ1と比較
し、前記の関係式が成立するように、循環経路（６１）
の循環ポンプ（６２）の吐出量やバルブ（６３）を調整
して液循環量を制御すればよい。また、放出ガス量が分
かれば、第１反応槽（１）に供給する汚泥量（Ｌ1）と
第２反応槽（２）に供給する液量（Ｌ2）から各ｋ1およ
びｋ2を求めることができる。そして、この出願の発明
の汚泥処理装置の運転において、これらの反応速度の絶
対値が小さい場合には、前記式（Ｉ）の関係を維持しな
がら、第１反応槽（１）における反応速度ｋ1に影響を
及ぼす因子（温度、ｐＨ，ビタミン添加量）や第２反応
槽（２）における反応速度ｋ2に影響を及ぼす因子（温
度、ｐＨ、光照射量、添加バクテリア量）を調整すれば
よい。
第１反応槽（１）と第２反応槽（２）について、第２反
応槽（２）では、第１反応槽（１）で生成される酢酸を
十分に分解させるだけの反応条件が必要となることを示
す式である。具体的に、この式に則って汚泥処理装置の
制御を行うためには、例えば第２反応槽（２）から放出
されるガス量をガス流量計（５３）等によりモニターす
ることができる。第２反応槽（２）から放出されるガス
量は、酢酸分解量、すなわちｋ2×Ｌ2に比例する（ただ
し、ｋ2およびＬ2は前記のとおりである）ことから、こ
の値を第１反応槽における酢酸生成量ｋ1×Ｌ1と比較
し、前記の関係式が成立するように、循環経路（６１）
の循環ポンプ（６２）の吐出量やバルブ（６３）を調整
して液循環量を制御すればよい。また、放出ガス量が分
かれば、第１反応槽（１）に供給する汚泥量（Ｌ1）と
第２反応槽（２）に供給する液量（Ｌ2）から各ｋ1およ
びｋ2を求めることができる。そして、この出願の発明
の汚泥処理装置の運転において、これらの反応速度の絶
対値が小さい場合には、前記式（Ｉ）の関係を維持しな
がら、第１反応槽（１）における反応速度ｋ1に影響を
及ぼす因子（温度、ｐＨ，ビタミン添加量）や第２反応
槽（２）における反応速度ｋ2に影響を及ぼす因子（温
度、ｐＨ、光照射量、添加バクテリア量）を調整すれば
よい。
【００３２】したがって、この出願の発明の汚泥浄化処
理方法では、各配管に流量計や自動弁を設けたり、反応
槽に温度計、ｐＨ計等を設けたりすることにより、前記
の汚泥処理装置をシステム化し、自動運転することも可
能となる。このようなシステムの具体例は、後述の実施
例において述べる。
理方法では、各配管に流量計や自動弁を設けたり、反応
槽に温度計、ｐＨ計等を設けたりすることにより、前記
の汚泥処理装置をシステム化し、自動運転することも可
能となる。このようなシステムの具体例は、後述の実施
例において述べる。
【００３３】以上のとおりのこの出願の発明の汚泥処理
装置および汚泥処理方法では、汚泥は浄化処理され、海
砂と水（淡水あるいは海水）となる。浄化された海砂
は、第１反応槽の浄化海砂放流経路（１３）から放出す
ればよく、浄化された水は、放流弁（６４）を開放して
放流すればよい。すなわち、このような汚泥処理装置を
用いることにより、低コストで簡便、かつ環境負荷の極
めて小さい方法で汚泥を浄化することが可能となる。
装置および汚泥処理方法では、汚泥は浄化処理され、海
砂と水（淡水あるいは海水）となる。浄化された海砂
は、第１反応槽の浄化海砂放流経路（１３）から放出す
ればよく、浄化された水は、放流弁（６４）を開放して
放流すればよい。すなわち、このような汚泥処理装置を
用いることにより、低コストで簡便、かつ環境負荷の極
めて小さい方法で汚泥を浄化することが可能となる。
【００３４】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。もちろん、この発明は以下の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。もちろん、この発明は以下の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
【００３５】
【実施例】＜実施例１＞この出願の発明の汚泥処理装置
に各種制御システムを設け、自動運転を行った。汚泥処
理システムの概略を図２に示した。
に各種制御システムを設け、自動運転を行った。汚泥処
理システムの概略を図２に示した。
【００３６】この例では、第１反応槽（１）は、汚泥
（１１）の温度を制御するための恒温器（９１）と液面
計（１０１）を有する。この第１反応槽（１）の上澄み
液（１２）を送液するための送液管（４）には、液流量
計（４１）が設置されており、送液流量を計測できる。
また、生成酢酸量を酢酸濃度計（４２）により測定し、
これらの値から第１反応槽（１）において単位時間あた
りに生成した酢酸の総量、すなわち前記式（Ｉ）におけ
るｋ1×Ｌ1をｋ1Ｌ1算出器（１０４）で計算することが
できるのである。一方、液面計（１０１）の値から液面
算出器（１０２）によりＬ1が求められ、先に得られた
ｋ1×Ｌ1からｋ1を算出することができる。
（１１）の温度を制御するための恒温器（９１）と液面
計（１０１）を有する。この第１反応槽（１）の上澄み
液（１２）を送液するための送液管（４）には、液流量
計（４１）が設置されており、送液流量を計測できる。
また、生成酢酸量を酢酸濃度計（４２）により測定し、
これらの値から第１反応槽（１）において単位時間あた
りに生成した酢酸の総量、すなわち前記式（Ｉ）におけ
るｋ1×Ｌ1をｋ1Ｌ1算出器（１０４）で計算することが
できるのである。一方、液面計（１０１）の値から液面
算出器（１０２）によりＬ1が求められ、先に得られた
ｋ1×Ｌ1からｋ1を算出することができる。
【００３７】第２反応槽（２）には、同様に液温度を制
御するための恒温器（９２）と液面計（２０１）が設置
されており、第２反応槽（２）から単位時間あたりに発
生する全ガス量をガス流量計（５３）より求めることが
できる。この全ガス量は、酢酸分解量ｋ2×Ｌ2に相当す
ることから、ｋ2Ｌ2算出器（２０４）が構成される。さ
らに、第１反応槽の場合と同様に、液面計（２０１）の
値から液面算出器（２０２）によりＬ2が求められ、先
に得られたｋ2×Ｌ2からｋ2を算出することができる。
御するための恒温器（９２）と液面計（２０１）が設置
されており、第２反応槽（２）から単位時間あたりに発
生する全ガス量をガス流量計（５３）より求めることが
できる。この全ガス量は、酢酸分解量ｋ2×Ｌ2に相当す
ることから、ｋ2Ｌ2算出器（２０４）が構成される。さ
らに、第１反応槽の場合と同様に、液面計（２０１）の
値から液面算出器（２０２）によりＬ2が求められ、先
に得られたｋ2×Ｌ2からｋ2を算出することができる。
【００３８】得られたこれらｋ1×Ｌ1およびｋ2×Ｌ2の
値を比較器（２０７）で比較し、その出力に応じて第２
反応槽（２）から第１反応槽（１）への排出液（２２）
の循環量を制御するべく、循環ポンプ（６２）の回転数
や自動弁（６３）の開度を変化させた。具体的には、ｋ
1×Ｌ1＋ε＝ｋ2×Ｌ2（ただし、εは、制御対象に応じ
て選択される微少量）の場合には、安定運転が維持さ
れ、ｋ1×Ｌ1＋ε＜ｋ2×Ｌ2の場合には、液循環量を増
加させて、第１反応槽（１）における酢酸生成量を増加
させた。さらに、ｋ1×Ｌ1＋ε＞ｋ2×Ｌ2の場合には、
液循環量を減少させて第１反応槽（１）における酢酸生
成量を減少させた。
値を比較器（２０７）で比較し、その出力に応じて第２
反応槽（２）から第１反応槽（１）への排出液（２２）
の循環量を制御するべく、循環ポンプ（６２）の回転数
や自動弁（６３）の開度を変化させた。具体的には、ｋ
1×Ｌ1＋ε＝ｋ2×Ｌ2（ただし、εは、制御対象に応じ
て選択される微少量）の場合には、安定運転が維持さ
れ、ｋ1×Ｌ1＋ε＜ｋ2×Ｌ2の場合には、液循環量を増
加させて、第１反応槽（１）における酢酸生成量を増加
させた。さらに、ｋ1×Ｌ1＋ε＞ｋ2×Ｌ2の場合には、
液循環量を減少させて第１反応槽（１）における酢酸生
成量を減少させた。
【００３９】以上のとおりにしてこの汚泥処理装置にお
ける安定運転が継続された。しかし、何らかの外乱によ
り各反応槽における酢酸生成量または酢酸分解量が所定
の目標値から大きくそれることも考えられるため、第１
反応装置には、ｋ1目標値設定器（１０５）に目標とす
るｋ1値を入力し、酢酸生成速度算出器（１０３）より
得られたｋ1の値と比較器（１０６）で比較して、その
値が小さい場合には、恒温器（９１）の温度を上昇させ
るようにした。反対に、第２反応槽では、ｋ2目標値設
定器（２０５）に目標ｋ2値を入力し、メタン生成速度
算出器（２０３）より得られたｋ2と比較器（２０６）
で比較して、その値が小さい場合には、恒温装置（９
２）の温度を上昇させるようにした。
ける安定運転が継続された。しかし、何らかの外乱によ
り各反応槽における酢酸生成量または酢酸分解量が所定
の目標値から大きくそれることも考えられるため、第１
反応装置には、ｋ1目標値設定器（１０５）に目標とす
るｋ1値を入力し、酢酸生成速度算出器（１０３）より
得られたｋ1の値と比較器（１０６）で比較して、その
値が小さい場合には、恒温器（９１）の温度を上昇させ
るようにした。反対に、第２反応槽では、ｋ2目標値設
定器（２０５）に目標ｋ2値を入力し、メタン生成速度
算出器（２０３）より得られたｋ2と比較器（２０６）
で比較して、その値が小さい場合には、恒温装置（９
２）の温度を上昇させるようにした。
【００４０】さらに、酢酸濃度計（４２）の替わりにｐ
Ｈ計（４２）を用いることを検討した。
Ｈ計（４２）を用いることを検討した。
【００４１】図２に示されるとおりの本願発明の汚泥処
理システムにおける酢酸濃度とｐＨとの関係を測定し、
結果を図３に示した。
理システムにおける酢酸濃度とｐＨとの関係を測定し、
結果を図３に示した。
【００４２】図３より、酢酸濃度と反応槽内のｐＨがほ
ぼ直線的な関係にあることが示された。したがって、酢
酸濃度測定を行うよりも、安価で信頼性の高いｐＨ計を
用いれば、より簡便に精度高く汚泥処理の自動運転が可
能となることが示唆された。 ＜実施例２＞図１に示される汚泥処理装置（ただし、各
反応槽（１、２）は等しい底面積（１０ｃｍφ）を有す
る）において、第１反応槽（１）の液面高さが２０ｃｍ
となるように汚泥（１１）を供給し、Ｂ１−ＨＣｌ（１
ｇ／Ｌ）、ニコチン酸（１ｇ／Ｌ）、およびビオチン
（１０ｍｇ／Ｌ）からなるビタミン溶液を汚泥に対して
１ｍＬ／Ｌ添加し、二酸化炭素を供給した。まず、第１
反応槽（１）の液を分析し、酢酸濃度を測定した。
ぼ直線的な関係にあることが示された。したがって、酢
酸濃度測定を行うよりも、安価で信頼性の高いｐＨ計を
用いれば、より簡便に精度高く汚泥処理の自動運転が可
能となることが示唆された。 ＜実施例２＞図１に示される汚泥処理装置（ただし、各
反応槽（１、２）は等しい底面積（１０ｃｍφ）を有す
る）において、第１反応槽（１）の液面高さが２０ｃｍ
となるように汚泥（１１）を供給し、Ｂ１−ＨＣｌ（１
ｇ／Ｌ）、ニコチン酸（１ｇ／Ｌ）、およびビオチン
（１０ｍｇ／Ｌ）からなるビタミン溶液を汚泥に対して
１ｍＬ／Ｌ添加し、二酸化炭素を供給した。まず、第１
反応槽（１）の液を分析し、酢酸濃度を測定した。
【００４３】図４に第１反応槽（１）内のｐＨの変化を
示した。
示した。
【００４４】図４より、ビタミン類の添加により酢酸の
生成が開始することが確認された。 ＜実施例３＞次に、送液管（４）により第１反応槽
（１）から光合成細菌Rhodobacter sphaeroides IL106
を含有する第２反応槽（２）へ、第２反応槽（２）にお
ける液面高さが１４ｃｍとなるように上澄み液を供給
し、酢酸の分解反応を行った。
生成が開始することが確認された。 ＜実施例３＞次に、送液管（４）により第１反応槽
（１）から光合成細菌Rhodobacter sphaeroides IL106
を含有する第２反応槽（２）へ、第２反応槽（２）にお
ける液面高さが１４ｃｍとなるように上澄み液を供給
し、酢酸の分解反応を行った。
【００４５】図５に第２反応槽（２）出口における酢酸
濃度の変移を示した。
濃度の変移を示した。
【００４６】図５より、酢酸濃度は、最初高い値を示し
ているが、徐々に低下し、反応開始から６日後にはほぼ
０になることが示された。また、図５の酢酸分解の傾き
より最大酢酸分解速度（ｋ2）＝１４ｍｍｏｌ／Ｌ・ｄ
が得られた。 ＜実施例４＞次に、顆粒状のメタン発酵菌を、次のとお
りの方法で調製した：海底から採取した汚泥２００ｇを
１Ｌの海水に懸濁し、ビタミン類溶液を３ｍＬ／Ｌ添加
した後、この懸濁液４００ｍＬを７２０ｍＬのバイアル
ビンに入れ、３７℃で３０日間嫌気的に馴養した。この
汚泥を第２反応槽（２）の体積の３０％（Ｖ／Ｖ）とな
るように充填した。次にビタミン類溶液１ｍＬ／Ｌを添
加した２００ｇ汚泥／Ｌの懸濁液で４〜５日嫌気培養
し、酢酸を生成させ、遠心分離で上澄み液を得た後、海
水で酢酸濃度が４０ｍＭとなるように希釈し、これを第
１反応槽（１）に充填した。この液を３７℃で希釈率
０．８ｄ-1として第２反応槽（２）へ連続的に通液し、
第２反応槽（２）中に顆粒状のメタン発酵菌を得た。
ているが、徐々に低下し、反応開始から６日後にはほぼ
０になることが示された。また、図５の酢酸分解の傾き
より最大酢酸分解速度（ｋ2）＝１４ｍｍｏｌ／Ｌ・ｄ
が得られた。 ＜実施例４＞次に、顆粒状のメタン発酵菌を、次のとお
りの方法で調製した：海底から採取した汚泥２００ｇを
１Ｌの海水に懸濁し、ビタミン類溶液を３ｍＬ／Ｌ添加
した後、この懸濁液４００ｍＬを７２０ｍＬのバイアル
ビンに入れ、３７℃で３０日間嫌気的に馴養した。この
汚泥を第２反応槽（２）の体積の３０％（Ｖ／Ｖ）とな
るように充填した。次にビタミン類溶液１ｍＬ／Ｌを添
加した２００ｇ汚泥／Ｌの懸濁液で４〜５日嫌気培養
し、酢酸を生成させ、遠心分離で上澄み液を得た後、海
水で酢酸濃度が４０ｍＭとなるように希釈し、これを第
１反応槽（１）に充填した。この液を３７℃で希釈率
０．８ｄ-1として第２反応槽（２）へ連続的に通液し、
第２反応槽（２）中に顆粒状のメタン発酵菌を得た。
【００４７】実施例３と同様の操作を、光合成菌の替わ
りにこの顆粒状のメタン発酵菌を充填して行った。
りにこの顆粒状のメタン発酵菌を充填して行った。
【００４８】顆粒状メタン発酵菌を含有する第２反応槽
（２）において発生したガスおよび排出液（２２）を循
環経路（６１）により第１反応槽（１）に戻し、汚泥処
理装置の連続運転を行った。
（２）において発生したガスおよび排出液（２２）を循
環経路（６１）により第１反応槽（１）に戻し、汚泥処
理装置の連続運転を行った。
【００４９】第２反応槽（２）内の液を２日毎に分析
し、希釈率、ｐＨ、酢酸濃度、メタン生成速度をそれぞ
れ測定した。
し、希釈率、ｐＨ、酢酸濃度、メタン生成速度をそれぞ
れ測定した。
【００５０】図６にこれらの経時変化を示した。
【００５１】図６より、第２反応槽における酢酸分解速
度（ｋ2）を、消費酢酸量に希釈率をかけて計算したと
ころ、最大酢酸分解速度（ｋ2）＝６０〜７０ｍｍｏｌ
／Ｌ・ｄであることが明らかになった。 ＜実施例５＞図１に示した汚泥処理装置（ただし、各反
応槽（１、２）は等しい底面積（１０ｃｍφ）を有す
る）において、第１反応槽（１）の液面高さを２０ｃｍ
以下に保持し、第２反応槽（２）の液面高さを１４ｃｍ
以上に保持しながら第１反応槽から第２反応槽への上澄
み液（１２）の供給量を変化させた。このとき、第２反
応槽（２）から第１反応槽への循環量は、第１反応槽に
おける嫌気性ガスの攪拌効果や反応時間を考慮して、１
時間あたりの循環量が第２反応槽の容量のほぼ１／１０
０となるように、４．４×１０-2Ｌ／ｈとした。
度（ｋ2）を、消費酢酸量に希釈率をかけて計算したと
ころ、最大酢酸分解速度（ｋ2）＝６０〜７０ｍｍｏｌ
／Ｌ・ｄであることが明らかになった。 ＜実施例５＞図１に示した汚泥処理装置（ただし、各反
応槽（１、２）は等しい底面積（１０ｃｍφ）を有す
る）において、第１反応槽（１）の液面高さを２０ｃｍ
以下に保持し、第２反応槽（２）の液面高さを１４ｃｍ
以上に保持しながら第１反応槽から第２反応槽への上澄
み液（１２）の供給量を変化させた。このとき、第２反
応槽（２）から第１反応槽への循環量は、第１反応槽に
おける嫌気性ガスの攪拌効果や反応時間を考慮して、１
時間あたりの循環量が第２反応槽の容量のほぼ１／１０
０となるように、４．４×１０-2Ｌ／ｈとした。
【００５２】第２反応槽出口における酢酸濃度は、ほぼ
０となることが確認されたことから、この出願の発明の
汚泥処理装置では、汚泥中の有機物をほぼ完全に分解で
きることが確認された。 ＜実施例６＞図１に示す汚泥処理装置を用いて、汚泥処
理を行ったとき、反応速度（ｋ1）に及ぼす温度、ｐ
Ｈ、およびビタミン添加量の影響を測定した。
０となることが確認されたことから、この出願の発明の
汚泥処理装置では、汚泥中の有機物をほぼ完全に分解で
きることが確認された。 ＜実施例６＞図１に示す汚泥処理装置を用いて、汚泥処
理を行ったとき、反応速度（ｋ1）に及ぼす温度、ｐ
Ｈ、およびビタミン添加量の影響を測定した。
【００５３】表１に結果を示した。
【００５４】
【表１】
【００５５】表より、同一のｐＨおよびビタミン添加量
では、温度３０〜３７℃の範囲でとくに反応速度が高い
ことが示された。
では、温度３０〜３７℃の範囲でとくに反応速度が高い
ことが示された。
【００５６】また、同一の温度およびビタミン添加量で
は、ｐＨ７でとくに高い反応速度が得られることが示さ
れた。
は、ｐＨ７でとくに高い反応速度が得られることが示さ
れた。
【００５７】さらに、同一の温度およびｐＨでは、ビタ
ミンの添加量を汚泥量に対して１ｍｌ／Ｌ以上とすると
き、とくに反応速度が高いことが示された。 ＜実施例７＞実施例６と同様に汚泥処理装置の運転を行
い、ビタミン添加量の変化による第１反応槽（１）のｐ
Ｈおよび酢酸濃度変化を測定した。
ミンの添加量を汚泥量に対して１ｍｌ／Ｌ以上とすると
き、とくに反応速度が高いことが示された。 ＜実施例７＞実施例６と同様に汚泥処理装置の運転を行
い、ビタミン添加量の変化による第１反応槽（１）のｐ
Ｈおよび酢酸濃度変化を測定した。
【００５８】図７に結果を示した。
【００５９】図より、汚泥に対して１ｍｌ／Ｌ以上のビ
タミンを添加することにより、酢酸生成（すなわち汚泥
の分解）反応が進むことが確認された。
タミンを添加することにより、酢酸生成（すなわち汚泥
の分解）反応が進むことが確認された。
【００６０】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この発明に
よって、低コストで簡便、かつ環境負荷の極めて小さい
方法で汚泥を浄化することが可能となる汚泥処理装置が
提供される。このような汚泥処理装置を用いた海水ある
いは淡水底面の汚泥の浄化処理方法では、汚泥を分解す
ることにより、燃料となりうるガスや養殖魚の飼料とな
りうる有価物等が得られることから、リサイクル、省エ
ネルギー、コスト削減等の観点からも工業的利用価値が
高い。
よって、低コストで簡便、かつ環境負荷の極めて小さい
方法で汚泥を浄化することが可能となる汚泥処理装置が
提供される。このような汚泥処理装置を用いた海水ある
いは淡水底面の汚泥の浄化処理方法では、汚泥を分解す
ることにより、燃料となりうるガスや養殖魚の飼料とな
りうる有価物等が得られることから、リサイクル、省エ
ネルギー、コスト削減等の観点からも工業的利用価値が
高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の汚泥処理装置の構成を例示した概略
模式図である。
模式図である。
【図２】この発明の汚泥処理装置およびその制御システ
ムを例示した概略模式図である。
ムを例示した概略模式図である。
【図３】この発明の汚泥処理装置の一例における酢酸濃
度とｐＨとの関係を示す図である。
度とｐＨとの関係を示す図である。
【図４】この発明の実施例において、第１反応槽（１）
内のｐＨの経時変化を示した図である。（Ａ：ビタミン
類未添加、Ｂ：ビタミン類添加）
内のｐＨの経時変化を示した図である。（Ａ：ビタミン
類未添加、Ｂ：ビタミン類添加）
【図５】この発明の実施例において、光合成細菌を含有
する第２反応槽（２）へ、第１反応槽（１）からの酢酸
含有上澄み液を供給した際の出口における酢酸濃度の経
時変化を示した図である。
する第２反応槽（２）へ、第１反応槽（１）からの酢酸
含有上澄み液を供給した際の出口における酢酸濃度の経
時変化を示した図である。
【図６】この発明の実施例において、顆粒状メタン発酵
菌を含有する第２反応槽（２）において発生したガスお
よび排出液（２２）を第１反応槽（１）に戻し、汚泥処
理装置の連続運転を行った際の第２反応槽（２）内の液
の希釈率、ｐＨ、酢酸濃度、メタン生成速度の経時変化
を示した図である。（◆：供給液、黒四角：排出液）
菌を含有する第２反応槽（２）において発生したガスお
よび排出液（２２）を第１反応槽（１）に戻し、汚泥処
理装置の連続運転を行った際の第２反応槽（２）内の液
の希釈率、ｐＨ、酢酸濃度、メタン生成速度の経時変化
を示した図である。（◆：供給液、黒四角：排出液）
【図７】この発明の実施例において、ビタミン添加量の
変化による第１反応槽（１）のｐＨおよび酢酸濃度変化
を示した図である。
変化による第１反応槽（１）のｐＨおよび酢酸濃度変化
を示した図である。
１ 第１反応槽
１１ 汚泥
１２ 上澄み液
１３ 浄化海砂放流経路
２ 第２反応槽
２１ 有機酸分解微生物、酢酸分解菌（メタン発酵菌、
光合成菌） ２２ 処理液、排出液 ３ 通気管 ４ 送液手段、送液管 ５ 排気管 ５１ 排気管（第１反応槽） ５２ 排気管（第２反応槽） ５３ ガス流量計 ６ 放流経路 ６１ 循環経路 ６２ 循環ポンプ ６３ バルブ、自動弁 ６４ 放流弁 ７ 汚泥供給管 ８ ビタミン類供給管 ９ 反応槽恒温器 ９１ 恒温器（第１反応槽） ９２ 恒温器（第２反応槽） １０ 光源 ４１ 液流量計 ４２ 酢酸濃度計、ｐＨ計 １０１ 液面計（第１反応槽） １０２ 液面算出器（第１反応槽） １０３ 酢酸生成速度算出器 １０４ ｋ1Ｌ1算出器 １０５ ｋ1目標値設定器、ｐＨ目標値設定器 １０６ 比較器 ２０１ 液面計（第２反応槽） ２０２ 液面算出器（第２反応槽） ２０３ メタン生成速度算出器 ２０４ ｋ2Ｌ2算出器 ２０５ ｋ2目標値設定器、ｐＨ目標値設定器 ２０６ 比較器 ２０７ 比較器
光合成菌） ２２ 処理液、排出液 ３ 通気管 ４ 送液手段、送液管 ５ 排気管 ５１ 排気管（第１反応槽） ５２ 排気管（第２反応槽） ５３ ガス流量計 ６ 放流経路 ６１ 循環経路 ６２ 循環ポンプ ６３ バルブ、自動弁 ６４ 放流弁 ７ 汚泥供給管 ８ ビタミン類供給管 ９ 反応槽恒温器 ９１ 恒温器（第１反応槽） ９２ 恒温器（第２反応槽） １０ 光源 ４１ 液流量計 ４２ 酢酸濃度計、ｐＨ計 １０１ 液面計（第１反応槽） １０２ 液面算出器（第１反応槽） １０３ 酢酸生成速度算出器 １０４ ｋ1Ｌ1算出器 １０５ ｋ1目標値設定器、ｐＨ目標値設定器 １０６ 比較器 ２０１ 液面計（第２反応槽） ２０２ 液面算出器（第２反応槽） ２０３ メタン生成速度算出器 ２０４ ｋ2Ｌ2算出器 ２０５ ｋ2目標値設定器、ｐＨ目標値設定器 ２０６ 比較器 ２０７ 比較器
Claims (16)
- 【請求項１】 海水または淡水中の汚泥を浄化処理する
ための装置であって、 少なくとも海底の汚泥を含有する汚泥を充填し、ビタミ
ン類を添加して海水または淡水中の汚泥の分解反応を行
うための第１反応槽と、 該汚泥に酸素非含有気体を通気するための通気管と、 該汚泥の上澄み液であって、汚泥の分解反応により生成
する有機酸を含有する上澄み液を抜き取るための送液手
段と、 該上澄み液を供給し、有機酸の分解反応を行うための反
応槽であって、有機酸分解能を有する微生物を含有する
第２反応槽と、 有機酸の分解により発生した気体を第２反応槽から除去
する手段と、 有機酸を分解した後の排出液を放出する手段を有するこ
とを特徴とする汚泥処理装置。 - 【請求項２】 海底の汚泥は、牡蠣養殖場の底面から採
取される汚泥である請求項１の汚泥処理装置。 - 【請求項３】 第２反応槽において発生した気体の少な
くとも一部を酸素非含有気体として第１反応槽に循環さ
せる手段を有する請求項１または２のいずれかの汚泥処
理装置。 - 【請求項４】 第２反応槽において発生した排出液の少
なくとも一部をビタミン類含有液として第１反応槽に循
環させる手段を有する請求項１ないし３のいずれかの汚
泥処理装置。 - 【請求項５】 反応槽は、恒温手段を有する請求項１な
いし４のいずれかの汚泥処理装置。 - 【請求項６】 第２反応槽から放出される排出液を、酸
化処理する手段を有する請求項１ないし５のいずれかの
汚泥処理装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかの汚泥処理
装置を用いて海水または淡水底面の汚泥を浄化処理する
方法であって、第１反応槽に少なくとも海底の汚泥を含
有する汚泥を充填した後、通気管から酸素非含有気体を
通気し、ビタミン類を添加し、汚泥の分解反応により生
成した有機酸を含む上澄み液を第２反応槽に送液して、
さらに第２反応槽中でメタン発酵菌と接触させ、有機酸
を分解してメタン／二酸化炭素混合気体と排出液に変換
することを特徴とする汚泥浄化処理方法。 - 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかの汚泥処理
装置を用いて海水または淡水底面の汚泥を浄化処理する
方法で、第１反応槽に少なくとも海底の汚泥を含有する
汚泥を充填した後、通気管から酸素非含有気体を通気
し、ビタミン類を添加し、汚泥の分解反応により生成し
た有機酸を含む上澄み液を第２反応槽に送液して、さら
に第２反応槽中で光合成菌と接触させ、有機酸を分解し
て気体と有価物を含有する排出液に変換することを特徴
とする汚泥浄化処理方法。 - 【請求項９】 海底の汚泥は、牡蠣養殖場底面から採取
される汚泥である請求項７または８のいずれかの汚泥浄
化処理方法。 - 【請求項１０】 有機酸の分解により生成した気体と排
出液を第１反応槽に循環させ、一連の操作を繰り返す請
求項７ないし９のいずれかの汚泥浄化処理方法。 - 【請求項１１】 第１反応槽は２０〜４０℃に恒温する
請求項７ないし１０のいずれかの汚泥浄化処理方法。 - 【請求項１２】 第１反応槽におけるｐＨは６〜８とす
る請求項７ないし１１のいずれかの汚泥浄化処理方法。 - 【請求項１３】 ビタミン類は、水溶性ビタミン類から
選択される２種以上のビタミンである請求項７ないし１
２のいずれかの汚泥浄化処理方法。 - 【請求項１４】 ビタミン類は、汚泥量に対して１ｍＬ
／Ｌ以上添加する請求項７ないし１３のいずれかの汚泥
浄化処理方法。 - 【請求項１５】 排出液は、酸化処理した後、系外に放
出される請求項７ないし１４の汚泥浄化処理方法。 - 【請求項１６】 第１反応槽の反応速度と第２反応槽の
反応速度は、次の式（Ｉ）： ｋ1×Ｌ1 ≦ ｋ2×Ｌ2 （Ｉ） （ただし、ｋ1は第１反応槽における有機酸生成速度
（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ1は第１反応槽における液
（汚泥）容量（Ｌ）、ｋ2は第２反応槽における有機酸
分解速度（ｍｍｏｌ／Ｌ・ｈ）、Ｌ2は第２反応槽にお
ける液（汚泥）容量（Ｌ）を示す）で表される関係を有
する請求項７ないし１５の汚泥浄化処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001237346A JP3683518B2 (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 汚泥処理装置および汚泥浄化処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001237346A JP3683518B2 (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 汚泥処理装置および汚泥浄化処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003047996A true JP2003047996A (ja) | 2003-02-18 |
| JP3683518B2 JP3683518B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=19068441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001237346A Expired - Fee Related JP3683518B2 (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 汚泥処理装置および汚泥浄化処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3683518B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2139313A1 (en) * | 2007-04-23 | 2010-01-06 | University Of Maryland Biotechnology Institute | Methods for the conversion of fish waste from aquaculture systems to methane via a modified uasb reactor |
-
2001
- 2001-08-06 JP JP2001237346A patent/JP3683518B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2139313A1 (en) * | 2007-04-23 | 2010-01-06 | University Of Maryland Biotechnology Institute | Methods for the conversion of fish waste from aquaculture systems to methane via a modified uasb reactor |
| JP2010532246A (ja) * | 2007-04-23 | 2010-10-07 | ユニバーシティー オブ メリーランド バイオテクノロジー インスティテュート | 水産養殖システムから出る魚廃棄物を改変ｕａｓｂリアクタを用いてメタンに変換する方法 |
| EP2139313A4 (en) * | 2007-04-23 | 2011-02-23 | Univ Maryland Biotech Inst | PROCESSES FOR CONVERTING FISH WASTE FROM AQUACULTURE SYSTEMS USING A MODIFIED UASB REACTOR |
| US9637402B2 (en) | 2007-04-23 | 2017-05-02 | University Of Maryland Baltimore County | Methods for the conversion of fish waste from aquaculture systems to methane via a modified UASB reactor |
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|---|---|
| JP3683518B2 (ja) | 2005-08-17 |
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