JP2003300096A

JP2003300096A - 高濃度汚泥の嫌気性消化方法及びその装置

Info

Publication number: JP2003300096A
Application number: JP2003027714A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Omura; 友章大村; Nobuyuki Ukai; 展行鵜飼; Yoshitake Shindo; 義剛進藤; Tomoyoshi Maeda; 智愛前田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2003-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高い汚泥濃度を有する汚泥であってもメタン
発酵処理を可能にすることができるとともに、メタン発
酵槽がコンパクト化して、敷地面積を低減することがで
きる高濃度汚泥の嫌気性消化方法及びその装置を提供す
る。【解決手段】高濃度汚泥１と返送汚泥３とを混合する
前混合工程１０と、この混合された汚泥をメタン発酵さ
せて発酵汚泥２とメタンガスを得るメタン発酵工程２０
とを含み、該発酵汚泥２の一部を該返送汚泥３として該
前混合工程１０に返送することを特徴とする。高濃度汚
泥１は、前混合工程１０にて返送汚泥３と混合されて、
流動性が向上するため、汚泥の混合に必要な攪拌動力を
低減することができるとともに、返送汚泥３中に存在す
るメタン発酵細菌が高濃度汚泥１中に均一に分散され、
メタン発酵が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理等の水処
理において発生する汚泥を濃縮や脱水することによって
得られる高濃度汚泥の嫌気性消化方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】有機系廃棄物を嫌気性細菌でメタン発酵
して処理する嫌気性消化は、メタン発酵により発生する
メタンガスをエネルギーとして有効に利用できるので、
新エネルギー技術として注目を浴びている。しかし、有
機系廃棄物として、例えば、下水汚泥のように汚泥濃度
が５％程度と低い汚泥を処理する場合、含水率が高いの
で処理液量が増加し、滞留時間の関係よりメタン発酵槽
の容積も必然的に大きくなるという問題がある。また、
メタン発酵槽の温度は約３０〜４０℃（中温発酵）又は
約５０〜６０℃（高温発酵）に維持する必要があり、こ
の熱源には回収したメタンガスを使用するのが一般的で
あるが、発生するメタンガスの量と比較して、処理液量
および発酵槽の容積が増加すると、メタンガスの使用量
が増加するので、熱量バランスが悪くなり、メタンガス
の有効利用ができないという問題がある。一方、汚泥濃
度が高いと、汚泥の流動性が悪く、メタン発酵槽に攪拌
動力が必要になるとともに、メタンガスの発生量も低
く、安定した発酵をすることができないという問題があ
る。よって、汚泥濃度が約１０％以上の高濃度の汚泥に
関しては、現在、嫌気性消化による処理はなされていな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑み、高い汚泥濃度を有する汚泥であってもメタン
発酵処理を可能にすることができ、これにより、処理液
量が減少し、熱量バランスが改善され、メタンガスの有
効利用ができるとともに、メタン発酵槽がコンパクト化
して、敷地面積を低減することができる高濃度汚泥の嫌
気性消化方法及びその装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】また、本発明は、下水等の処理排水であっ
ても汚泥濃度を高めて高濃度汚泥とした後に、コンパク
トな装置によりメタン発酵処理に供することができる、
高濃度汚泥の嫌気性消化方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る高濃度汚泥の嫌気性消化方法は、高濃
度汚泥と返送汚泥とを混合する前混合工程と、この混合
された汚泥をメタン発酵させて発酵汚泥とメタンガスを
得るメタン発酵工程とを含み、該発酵汚泥の一部を該返
送汚泥として該前混合工程に返送することを特徴とす
る。このように、汚泥濃度が低下した発酵汚泥を返送し
て高濃度汚泥と前混合することにより、流動性が向上す
るとともに、返送汚泥中にはメタン発酵細菌が存在し、
前混合により高濃度汚泥中に細菌が均一に分散すること
により、メタンガス発生量を増加させることができるの
で、高濃度汚泥を安定してメタン発酵処理することがで
きる。

【０００６】ここで、本発明の処理対象である高濃度汚
泥とは、初沈汚泥および余剰汚泥などを、体積を減少さ
せるために、凝集剤（高分子系、ポリ硫酸鉄等）などを
用いて濃縮及び又は脱水した汚泥をいい、濃縮・脱水汚
泥ともいう。高濃度汚泥の汚泥濃度は、特に限定されな
いが、約１０％〜約２５％である。ここで、汚泥濃度と
は、総重量に対して汚泥が占める重量の割合をいい、Ｔ
Ｓ（ＴｏｔａｌＳｏｌｉｄ）と表されることもある。
高濃度汚泥は、微細な微生物の死骸粒子と共に、生物体
の分解性生物である多糖類やペプチドなどの水溶性高分
子が粘結材となって存在するため、ほとんどケーキ状の
超高粘度を呈する。初沈汚泥とは、下水やし尿、浄化槽
汚泥、農村集落汚泥の処理において、最初沈殿地で発生
する汚泥をいう。また、余剰汚泥とは、廃棄物処理、下
水処理、各種排水処理などで行われる生物処理におい
て、微生物の繁殖のために、水溶性栄養源が消費される
結果として、水相が浄化され、その代わり微生物体が汚
泥となって蓄積したものをいう。

【０００７】上記前混合工程において、返送汚泥／高濃
度汚泥を容量比で３以上にすることが好ましい。これに
より、高濃度汚泥のメタンガス発生量を顕著に増加させ
ることができる。

【０００８】上記前混合工程において、片持ち式の多段
パドル翼で汚泥を攪拌することが好ましい。高濃度汚泥
は、返送汚泥と混合されても依然として粘性が高いの
で、片持ち式にすることで、上下の循環流が発生し、高
濃度汚泥と返送汚泥とを均一に混合することができる。

【０００９】上記メタン発酵工程において、汚泥を機械
的に攪拌しなくても良い。前混合工程で既に高濃度汚泥
と返送汚泥を混合し、メタンガスが十分に発生するよう
になっているので、メタン発酵工程で連続的に攪拌して
も更に大きな効果は得られない。よって、機械的な攪拌
を行わないことにより、装置のコンパクト化および攪拌
動力を低減して省エネルギー化が図られる。

【００１０】上記メタン発酵工程において、メタン発酵
槽の底部から汚泥を引き抜いて、該槽の上部に循環させ
ることが好ましい。メタン発酵槽の高さが、例えば、１
０ｍを超えると、圧力が２ａｔｍ以上となりメタンガス
の回収率が低下する。よって、水圧のかかる底部から汚
泥を引き抜き、大気圧に戻すことで、メタンガスの回収
率を向上させることができる。

【００１１】上記メタン発酵工程において、発生したメ
タンガスをメタン発酵槽の底部に吹き込むことが好まし
い。このように、メタンガスを底部から吹き込むこと
で、気液界面が増大し、メタンガスの回収率を向上させ
ることができる。

【００１２】上記メタン発酵工程において、メタン発酵
槽内の絶対圧力を４００ｍｍＨｇ以下にすることが好ま
しい。メタン発酵槽内の圧力が大気圧を超えると、メタ
ンガスの発生量が著しく低下する。よって、発酵槽内を
陰圧にすることが好ましい。特に、絶対圧力を４００ｍ
ｍＨｇ以下にすることで、発酵槽底部の絶対圧力が陰圧
にしないときの発酵槽上部の絶対圧力とほぼ同じになる
ため、メタンガス回収の効率を向上させることができ
る。

【００１３】上記の高濃度汚泥の嫌気性消化方法には、
返送汚泥以外の発酵汚泥を脱水する脱水工程を、更に加
えることができる。加えて、上記脱水工程により脱水さ
れた汚泥を炭化又はコンポスト化する後処理工程を、更
に加えることもできる。また、上記脱水工程により発生
した上澄み液を放流できるように水処理する水処理工程
を、更に加えることもできる。

【００１４】また、本発明の前混合工程は、前記高濃度
汚泥を高温高圧処理した後に返送汚泥と混合することを
特徴とする。高濃度汚泥を高温高圧処理することで、メ
タン発酵反応において汚泥中の有機物の分解を促進する
ことができるため、メタン発酵反応の反応効率が向上し
て、より多くのメタンガスを生成させることができる。

【００１５】また、本発明の高濃度汚泥は、下水等の処
理水を沈殿池に導入して濃縮処理する高濃度汚泥生成工
程により生成されることを特徴とする。処理水とは、下
水、し尿、浄化槽や農村集落から発生する各種の排水を
いう。

【００１６】また、本発明は、別の側面として、高濃度
汚泥の嫌気性消化装置であり、高濃度汚泥と返送汚泥と
を混合する前混合槽と、混合された汚泥をメタン発酵さ
せて発酵汚泥とメタンガスを生成するメタン発酵槽と、
該メタン発酵槽から発酵汚泥の一部を該前混合槽に返送
するラインとを含むことを特徴とする。

【００１７】上記前混合槽は、片持ち式の多段パドル翼
を備えることが好ましい。一方、上記メタン発酵槽は、
汚泥を機械的に攪拌する手段を備えなくても良い。ま
た、上記メタン発酵槽は、メタン発酵槽の上部と下部を
つなぐ流体用の配管及び／又はガス用の配管を備えるこ
とが好ましい。

【００１８】また、本発明に係る高濃度汚泥の嫌気性消
化装置は、上記発酵汚泥の一部を脱水する脱水手段と、
該脱水槽で脱水された汚泥を炭化又はコンポスト化する
後処理手段と、該脱水手段により発生した上澄み液を放
流できるように水処理する水処理手段とを更に含むこと
が好ましい。

【００１９】本発明の高濃度汚泥の嫌気性消化装置は、
下水等の処理水を沈殿し濃縮処理する沈殿手段によって
生成されることを特徴とする。また、本発明の高濃度汚
泥の嫌気性消化装置は、さらに、前記高濃度汚泥を高温
高圧処理する高温高圧処理手段を備えることを特徴とす
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しなが
ら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に
係る高濃度汚泥の嫌気性消化方法の一実施の形態を示す
フロー図である。図１に示すように、本実施の形態は、
高濃度汚泥１と返送汚泥３を混合する前混合工程１０
と、混合された汚泥をメタン発酵させて発酵汚泥２とメ
タンガスを得るメタン発酵工程２０と、発酵汚泥２の一
部を脱水して汚泥４と上澄み液５に固液分離する脱水工
程３０と、汚泥４を炭化又はコンポスト化する後処理工
程４０と、上澄み液５を放流できるまで水処理する水処
理工程５０とを含む。そして、発酵汚泥２の一部は、返
送汚泥３として前混合工程１０に返送するように構成さ
れている。

【００２１】前混合工程１０としては、例えば、図２に
示すように、汚泥を攪拌するため、回転軸に片持ちのパ
ドルが多段に構成された片持ちパドル翼１４を備えた前
混合槽１２を用いることが好ましい。パドル翼を片持ち
式にすることで、上下の循環流を発生させ、粘度の高い
汚泥であっても均一に攪拌することができる。

【００２２】メタン発酵工程２０としては、嫌気性のメ
タン生成細菌により有機物質をＣＯ２還元および酢酸分
解し、メタンを生成するメタン発酵槽を用いることがで
きる。また、図３に示すように、メタン発酵槽２１に
は、ポンプ２３を介して槽２１の上部と下部をつなぐ流
体用の配管２２を設けることができ、また、ポンプ２６
を介して槽２１の上部と底部をつなぐガス用の配管２５
を設けることもできる。ここで、メタン発酵槽２１に
は、機械的な攪拌手段を設けなくても良い。汚泥は前混
合工程１０で均一に攪拌され、既にメタンガスの発生量
が十分にあるので、機械的な攪拌手段を設けても、得ら
れる効果が小さい。逆に、設けないことで、攪拌動力を
低減することができ、省エネルギー化が図られる。

【００２３】メタン発酵工程２０で発生した発酵汚泥２
を脱水工程３０に送るため、両工程は汚泥輸送ラインで
つながれている。この汚泥輸送ラインには、発酵汚泥２
の一部を返送汚泥３として前混合工程１０に返送するた
め、前混合工程１０につながる汚泥返送ラインが設けら
れている。これらのラインには、図示しないが、ポンプ
等の動力手段や、返送汚泥３の流量を調整することがで
きる流量調整手段が設けられている。

【００２４】脱水工程３０としては、特に限定されず、
スクリュープレス式脱水機、加圧式脱水機、遠心分離
機、真空ろ過機、限外ろ過（ＵＦ）や精密ろ過（ＭＦ）
などの膜分離装置などを用いることができる。後処理工
程４０としては、炭化処理またはコンポスト化処理が好
ましい。炭化処理の場合、炭化炉としてロータリーキル
ン等を用いることができる。また、コンポスト化処理の
場合、好気性の発酵槽などを用いて、リサイクル可能な
堆肥を得ることができる。水処理工程５０としては、好
気性微生物を利用した調整槽や、ばっ気槽、脱窒槽、膜
ろ過槽などを用いたり、オゾン脱色などをして、ＢＯＤ
や窒素などの排水基準を満たすことができる。また、Ｍ
ＡＰ処理やヒドロキシアパタイト処理、さらにはアンモ
ニアストリッピングを用いることもできる。

【００２５】このような構成によれば、先ず、高濃度汚
泥１は、前混合工程１０にて返送汚泥３と混合されて、
流動性が向上するため、汚泥の混合に必要な攪拌動力を
低減することができるとともに、返送汚泥３中に存在す
るメタン発酵細菌が高濃度汚泥１中に均一に分散され、
メタン発酵が可能となる。前混合工程では、約３０〜４
０℃で約４〜８時間にわたり片持ちパドル翼１４等で汚
泥の攪拌が行われる。

【００２６】混合された汚泥は、メタン発酵工程２０に
導入され、約３０〜４０℃（中温発酵）又は約５０〜６
０℃（高温発酵）で約２０〜３０日にわたりメタン発酵
処理が行われる。メタン発酵工程２０では、図３に示す
ように、ポンプ２３によりメタン発酵槽２１の下部の汚
泥を引き抜き、配管２２を介して上部に循環させ、汚泥
を大気圧に戻すことで、メタンガスの回収率を向上させ
ることができる。また、メタン発酵により生成したメタ
ンガス２７を、配管２５を介してポンプ２６でメタン発
酵槽２１の底部から汚泥中に吹き込むことで、気液界面
を増大させて、メタンガスの回収率を向上させることが
できる。さらに、メタン発酵槽２１内の絶対圧力を陰圧
に、好ましくは４００ｍｍＨｇ以下にすることで、さら
にメタンガス回収を効率良く行うことができる。

【００２７】メタン発酵処理された発酵汚泥２は、一部
を返送汚泥３として前混合工程１０に返送し、残りを脱
水工程３０に送る。このとき、返送汚泥３の流量（ｍ３
／日）は、前混合工程１０に導入される高濃度汚泥１の
流量の約３倍以上であることが好ましい。流量を３倍以
上にして前混合工程１０で混合すると、返送汚泥３中に
存在するメタン生成菌が高濃度汚泥１中に充分にかつ均
一に分散され、メタンガスの発生量を著しく増加させる
ことができる。一方、発生したメタンガスは、ボイラや
コジェネレーション設備に利用することができるとも
に、メタンガスを水素ガスに改質して燃料電池に利用す
ることもできる。このように、含水率の低い高濃度汚泥
１をメタン発酵処理することができるので、処理液量が
少なくて済み、メタン発酵槽の温度維持などにかかる熱
量が低減することから、生成したメタンガスにより得ら
れるエネルギーを有効に利用することができる。

【００２８】脱水工程３０では、発酵汚泥２が脱水処理
によって汚泥４と上澄み液５に分離され、汚泥５は後処
理工程４０へ、また、上澄み液５は水処理工程５０へ送
られる。後処理工程４０では、汚泥４を焼却又はコンポ
スト化して適宜処理する。水処理工程５０では、上澄み
液５を脱窒素処理等した後、放流する。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。〔実施例１〕汚泥濃度１８％の高濃度汚泥と、汚泥濃度
１０％でメタン生成細菌を含む返送汚泥とを、混合比
（返送汚泥／高濃度汚泥）が０〜９の各整数（容量比）
となるようにそれぞれ混合した。そして、これらの混合
汚泥を約３５℃で１５日間静置し、発生したメタンガス
をそれぞれ回収した。汚泥の混合比とメタンガス発生量
（Ｌ／高濃度汚泥ｋｇ）の関係を図４に示す。図４に示
すように、返送汚泥の混合割合が増加すると、メタンガ
ス発生量が増加した。特に、混合比が３の場合は、混合
比が２の場合と比べ、メタンガス発生量が４倍以上に増
加した。よって、混合比は３以上が好ましいということ
が確認できた。

【００３０】〔実施例２〕実施例１で調整した混合比０
の高濃度汚泥のみと、混合比３の混合汚泥をメタン発酵
槽に投入し、約３５℃で約１５日にわたりメタン発酵処
理をそれぞれ行った。また、混合比３の混合汚泥は、メ
タン発酵中に連続的な攪拌をしなかった場合と、連続的
に攪拌した場合とを試験した。そして、それぞれ発生し
たメタンガスを回収した。上記の各条件のおけるメタン
ガス発生量を図５に示す。図５に示すように、混合比３
で前混合した混合汚泥は、前混合しない高濃度汚泥のみ
に比べて、約２倍以上のメタンガスが発生した。しか
し、前混合した汚泥においては、連続的に攪拌した場合
でも、しなかった場合でも、メタンガスの発生量に大き
な違いはなかった。よって、メタン発酵中に連続的な攪
拌しなくとも、十分にメタンガスが回収できることが確
認できた。

【００３１】〔実施例３〕実施例１で調整した混合比３
の混合汚泥をメタン発酵槽に投入し，メタン発酵槽内の
圧力を１．０、１．５、２．０および２．５ａｔｍに調
整し、各圧力で発生したメタンガスをそれぞれ回収し
た。メタン発酵処理は約１５日間にわたり行ったが、処
理中にメタンガス発生により変化した圧力は、適宜、初
期の設定圧力に調整した。メタン発酵槽内の圧力とメタ
ンガス発生量の関係を図６に示す。図６に示すように、
大気圧である１．０ａｔｍを超えると、メタンガス発生
量が著しく減少した。よって、メタン発酵槽内の圧力を
陰圧にすることが好ましいということが確認できた。

【００３２】次に、本発明の実施例をさらに詳細に説明
する。〔実施例４〕図7は、本発明の実施例４を示している。
上述したように、本発明の一実施の形態を示すフロー図
を図１に示しているが、実施例４における前混合槽は図
１のフローにおける前混合工程に相当する。以下同様
に、メタン発酵槽はメタン発酵工程に、脱水処理は脱水
工程に、焼却処理は後処理に相当する。また、実施例４
では、第１沈殿池、曝気槽及び第２沈殿池からなる高濃
度汚泥生成工程がある。実施例４では、まず、処理対象
である下水を第一沈殿池に導入し重力濃縮によってＴＳ
２％の第一沈殿汚泥を得る。第一沈殿池の上澄み液は、
曝気後第二沈殿池に導入され、濃縮し脱水処理する濃縮
・脱水処理によりＴＳ１０から２０％の第二沈殿汚泥と
処理水に分離される。前混合槽では第一沈殿汚泥、第二
沈殿汚泥と、メタン発酵後の汚泥を返送する返送汚泥が
混合された後、メタン発酵槽にてメタン発酵反応に供せ
られる。メタン発酵反応とは、嫌気性雰囲気下、メタン
発酵細菌によって汚泥をメタンガスに変換する反応をい
い、主として、汚泥中に含まれる有機物を分解する分解
反応過程と、その分解生成物からメタンガスを生成する
メタン生成反応過程とからなる。メタン発酵反応により
生じたメタンガスは、水素ガスに改質された後ガス発電
の燃料として用いられる。また、メタン発酵後の発酵汚
泥は脱水処理されて、上澄み液は返流水として第一沈殿
池に戻され、脱水処理後の汚泥は焼却処理される。実施
例４では、流量１０万ｍ３／ｄの下水を処理するために
メタン発酵槽に導入される汚泥の量は２００ｍ３／ｄ、
メタン発酵槽の容量は５７００ｍ３／ｄであった。ま
た、脱水後の上澄み液はアンモニア濃度３０００ｐｐ
ｍ、リン濃度５００ｐｐｍといずれも高くなり、また返
流水の流量は１６０ｍ３／ｄであった。

【００３３】〔比較例〕図８は、比較例を示している。
比較例では、実施例４と比較して、第二沈殿池において
濃縮・脱水処理をすることなく単に機械濃縮を行うこと
で、ＴＳ４％の第二沈殿汚泥を得る。比較例では、流量
１０万ｍ３／ｄの下水を処理するために、メタン発酵槽
に導入される汚泥の量は６５０ｍ３／ｄであった。ま
た、メタン発酵槽の容量は９７００ｍ３／ｄ必要となっ
た。さらに、脱水後の上澄み液はアンモニア濃度９００
ｐｐｍ、リン濃度１５０ｐｐｍといずれも低く、また、
返流水の流量は６１０ｍ３／ｄであった。

【００３４】実施例４と比較例を比べると、実施例４で
は第二沈殿汚泥を濃縮・脱水処理して、ＴＳ１０―２０
％の高濃度汚泥としたことから、メタン発酵槽に導入さ
れる汚泥の流量、メタン発酵槽の容積及び返流水の流量
のいずれも低減することができた。また、メタン発酵槽
の容積は９７００ｍ３から５７００ｍ３まで小さくでき
るため、装置のコンパクト化を達成することができた。

【００３５】〔実施例５〕図９は、本発明の実施例５を
示している。実施例５では、第二沈殿池で得られる汚泥
は濃縮・脱水処理されて、ＴＳ１０から２０％の高濃度
汚泥とされた後、高温高圧処理槽にて１７０℃、７ｋｇ
ｆ／ｃｍ２まで昇温・昇圧される。また、前混合槽には
第一沈殿汚泥と、高温高圧処理された第二沈殿汚泥及び
メタン発酵後の発酵汚泥の一部である返送汚泥が導入さ
れる。第二沈殿汚泥の昇温は、メタンガスを用いて行う
ガス発電や、脱水後の発酵汚泥の焼却処理によって生ず
る排熱を利用して、熱交換器で熱交換することにより行
う。また、第二沈殿汚泥の昇圧はポンプに拠るが、汚泥
の粘性が高いときにはスラリーポンプを用いても良い。
実施例５では、実施例４及び比較例と比較して、メタン
発酵槽から生成するメタンガス発生量を増加させること
ができた。次に、これにつき説明する。

【００３６】比較例、実施例４及び実施例５のそれぞれ
において、メタン発酵反応により生ずるメタンガス量を
図１０に示す。縦軸に示したガス発生量（Ｌ／ｋｇ）
は、メタン発酵槽に投入された単位重量あたりの汚泥か
ら発生する、メタンガス量である。メタン発酵槽内で
は、槽内に投入された汚泥が、嫌気的な雰囲気の下でメ
タン発酵細菌によってメタンガスへと分解されている。
したがって、メタン発酵槽から生ずるメタンガス量を、
槽内に投入された汚泥の重量に対して比較すれば、汚泥
からどれくらいのメタンガスが発生しているか、換言す
れば、メタン発酵反応の反応効率を比較することができ
る。メタンガスの発生量は、比較例（第二沈殿汚泥のＴ
Ｓを４％とする）では０．２Ｌ／ｋｇであるが、実施例
４（第二沈殿汚泥をＴＳ１０から２０％とする）では約
０．５Ｌ／ｋｇまで増加し、さらに、実施例５（第二沈
殿汚泥をＴＳ１０から２０％とし、さらに、高温高圧処
理する）では約０．８Ｌ／ｋｇとなった。以上の結果か
ら、実施例４と比較例を比べると、実施例４では第二沈
殿汚泥を高濃度汚泥とすることで、メタン発酵効率が向
上することが分かった。さらに、実施例５では高濃度汚
泥を高温高圧処理することにより、メタン発酵反応の反
応効率が一層向上することが分かった。このように、実
施例５においてメタン発酵効率が向上した理由は、高濃
度汚泥を高温高圧処理していわゆる亜臨界状態とするこ
とにより、汚泥に含まれる微生物の細胞壁などが破壊さ
れて、メタン発酵細菌によって容易に分解され得る状態
となって、汚泥中の有機物を分解する分解反応過程が促
進されたためである。なお、実施例５では温度・圧力条
件を１７０℃、７ｋｇｆ／ｃｍ２としたが、温度１５０
〜２００℃、圧力５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲であれ
ば同程度の効果が得られることが分かった。

【００３７】〔実施例６〕図１１は、本発明の実施例６
を示している。実施例６は、前混合槽に第一沈殿汚泥、
高温高圧処理した第二沈殿汚泥、さらにメタン発酵後の
発酵汚泥の一部である返送汚泥が導入され、メタン発酵
反応に供される。この点は実施例５と同様である。一
方、実施例６では、発酵汚泥の脱水により生じた排水か
ら排水中に含まれるリンやアンモニアを回収する点が、
実施例５と相異する。リンの回収はＭＡＰ処理やヒドロ
キシアパタイト処理により行う。ＭＡＰ処理やヒドロキ
シアパタイト処理は、リン濃度が１５０ｐｐｍ程度と低
いときには回収効率が低くなるため、従来行われてきた
汚泥処理では用いられることはなかった（比較例参
照）。これまで、排水中に含まれる低濃度のリンを回収
するためには硝化脱窒素反応を利用していたが、硝化脱
窒反応によりリンを回収するためには外部からメタノー
ルなどの有機物を投入する必要があるので、回収可能な
リンの量に比べて処理コストが高くなっていた。本実施
例では、濃縮・脱水した高濃度汚泥を高温高圧処理した
後にメタン発酵反応させることとしたため、反応に供さ
れる処理量が減少し、比較例と比べて、脱水後の上澄み
液に含まれるリン濃度が増加している。よって、ＭＡＰ
処理やヒドロキシアパタイト処理により効率よく、リン
を回収することができる。アンモニアの回収は、アンモ
ニアストリッピングにより行う。アンモニアストリッピ
ングはＭＡＰまたはヒドロキシルアパタイト処理の前に
行う。ストリッピングに用いる熱源は、メタンガスを利
用したガス発電ないしは発酵汚泥の焼却処理により生ず
る排熱を用いる。

【００３８】

【発明の効果】上記したところから明らかなように、本
発明によれば、高い汚泥濃度を有する汚泥であってもメ
タン発酵処理を可能にすることができ、これにより、処
理液量が減少し、熱量バランスが改善され、メタンガス
の有効利用ができるとともに、メタン発酵槽がコンパク
ト化して、敷地面積を低減することができる高濃度汚泥
の嫌気性消化方法及びその装置を提供することができ
る。

【００３９】また、本発明によれば、下水等の処理水で
あっても汚泥濃度を高めて高濃度汚泥とした後に、コン
パクトな装置によりメタン発酵処理に供することができ
る、高濃度汚泥の嫌気性消化方法及びその装置を提供す
ることができる。

【００４０】特に、本発明によれば、高濃度汚泥を高温
高圧処理した後にメタン発酵反応に供することで、メタ
ン発酵反応効率を向上させて、メタンガス発生量を増加
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高濃度汚泥の嫌気性消化方法の一
実施の形態を示すフロー図である。

【図２】本発明に係る前混合槽の一実施の形態を示す概
要図である。

【図３】本発明に係るメタン発酵槽の一実施の形態を示
す概要図である。

【図４】高濃度汚泥と返送汚泥の混合比とメタンガス発
生量の関係を示すグラフである。

【図５】メタン発酵処理における連続攪拌の有無とメタ
ンガス発生量の関係を示すグラフである。

【図６】メタン発酵槽内の圧力とメタンガス発生量の関
係を示すグラフである。

【図７】本発明に係る高濃度汚泥の嫌気性消化方法の一
実施例を示すフロー図である。

【図８】本発明に係る高濃度汚泥の嫌気性消化方法の実
施例の比較例を示すフロー図である。

【図９】本発明に係る高濃度汚泥の嫌気性消化方法の一
実施例を示すフロー図である。

【図１０】メタンガス発生量の関係を示すグラフであ
る。

【図１１】本発明に係る高濃度汚泥の嫌気性消化方法の
一実施例を示すフロー図である。

【符号の説明】

１…高濃度汚泥２…発酵汚泥３…返送汚泥４…汚泥５…上澄み液１０…前混合工程１２…前混合槽１４…片持ちパドル翼２０…メタン発酵工程２１…メタン発酵槽２２、２５…配管２３、２６…ポンプ２４…汚泥２７…メタンガス３０…脱水工程４０…後処理工程５０…水処理工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 11/12 Ｃ０２Ｆ 11/12 ＣＺ (72)発明者前田智愛神奈川県横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 4D059 AA03 BA01 BA12 BA34 BA48 BE01 BE15 BE26 BE38 BJ01 BK12 CA21 CA22 CC01 4G078 AA01 AB20 BA05 CA01 CA12 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高濃度汚泥と返送汚泥とを混合する前混
合工程と、この混合された汚泥をメタン発酵させて発酵
汚泥とメタンガスを得るメタン発酵工程とを含み、該発
酵汚泥の一部を該返送汚泥として該前混合工程に返送す
ることを特徴とする高濃度汚泥の嫌気性消化方法。
【請求項２】上記前混合工程において、返送汚泥／高
濃度汚泥が容量比で３以上であることを特徴とする請求
項１に記載の高濃度汚泥の嫌気性消化方法。
【請求項３】上記前混合工程において、片持ち式の多
段パドル翼を用いて汚泥を攪拌することを特徴とする請
求項１又は２に記載の高濃度汚泥の嫌気性消化方法。
【請求項４】上記メタン発酵工程において、汚泥を機
械的に攪拌しないことを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の高濃度汚泥の嫌気性消化方法。
【請求項５】上記メタン発酵工程において、メタン発
酵槽の底部から汚泥を引き抜いて、該槽の上部に循環さ
せることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
高濃度汚泥の嫌気性消化方法。
【請求項６】上記メタン発酵工程において、発生した
メタンガスをメタン発酵槽の底部に吹き込むことを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載の高濃度汚泥の嫌
気性消化方法。
【請求項７】上記メタン発酵工程において、メタン発
酵槽内の絶対圧力を４００ｍｍＨｇ以下にすることを特
徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高濃度汚泥の
嫌気性消化方法。
【請求項８】上記返送汚泥以外の発酵汚泥を脱水する
脱水工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜７のい
ずれかに記載の高濃度汚泥の嫌気性消化方法。
【請求項９】上記脱水工程により脱水された汚泥を炭
化又はコンポスト化する後処理工程を更に含むことを特
徴とする請求項８に記載の高濃度汚泥の嫌気性消化方
法。
【請求項１０】上記脱水工程により発生した上澄み液
を放流できるように水処理する水処理工程を更に含むこ
とを特徴とする請求項８又は９に記載の高濃度汚泥の嫌
気性消化方法。
【請求項１１】前記高濃度汚泥は、下水等の処理水を
沈殿池に導入して、濃縮し脱水処理する高濃度汚泥生成
工程により生成されることを特徴とする、請求項１〜１
０に記載の高濃度汚泥の嫌気性消火方法。
【請求項１２】前記高濃度汚泥は、高温高圧処理した
後に返送汚泥と混合されることを特徴とする、請求項１
〜１１に記載の高濃度汚泥の嫌気性消火方法。
【請求項１３】高濃度汚泥と返送汚泥とを混合する前
混合槽と、混合された汚泥をメタン発酵させて発酵汚泥
とメタンガスを生成するメタン発酵槽と、該メタン発酵
槽から発酵汚泥の一部を該前混合槽に返送するラインと
を含むことを特徴とする高濃度汚泥の嫌気性消化装置。
【請求項１４】上記前混合槽が、片持ち式の多段パド
ル翼を備えることを特徴とする請求項１３に記載の高濃
度汚泥の嫌気性消化装置。
【請求項１５】上記メタン発酵槽が、汚泥を機械的に
攪拌する手段を備えないことを特徴とする請求項１３又
は１４に記載の高濃度汚泥の嫌気性消化装置。
【請求項１６】上記メタン発酵槽が、メタン発酵槽の
上部と下部をつなぐ流体用の配管及び／又はガス用の配
管を備えることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれ
かに記載の高濃度汚泥の嫌気性消化装置。
【請求項１７】上記発酵汚泥の一部を脱水する脱水手
段と、該脱水槽で脱水された汚泥を炭化又はコンポスト
化する後処理手段と、該脱水手段により発生した上澄み
液を放流できるように水処理する水処理手段とを更に含
むことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載
の高濃度汚泥の嫌気性消化装置。
【請求項１８】前記高濃度汚泥は、下水等の処理水を
沈殿し濃縮処理する沈殿手段によって生成されることを
特徴とする、請求項１３〜１７に記載の高濃度汚泥の嫌
気性消化装置。
【請求項１９】請求項１３〜１８に記載の高濃度汚泥
の嫌気性消化装置であって、さらに、前記高濃度汚泥を
高温高圧処理する高温高圧処理手段を備えることを特徴
とする高濃度汚泥の嫌気性消化装置。