JP2005144306A - メタン発酵処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 メタン発酵後の発酵廃液の間欠曝気処理において、硝化工程に必要な空気量を削減し、更に、脱窒工程での有機物必要量も削減できる方法を提供する。
【解決手段】 有機性廃棄物をメタン発酵槽１内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵廃液として取り出した後、この発酵廃液を間欠曝気槽３に投入して間欠曝気処理を行なうメタン発酵処理方法であって、空気曝気において、間欠曝気槽３内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように、空気曝気の時間及び温度を調整して、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させる。
【選択図】 図１
【解決手段】 有機性廃棄物をメタン発酵槽１内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵廃液として取り出した後、この発酵廃液を間欠曝気槽３に投入して間欠曝気処理を行なうメタン発酵処理方法であって、空気曝気において、間欠曝気槽３内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように、空気曝気の時間及び温度を調整して、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、嫌気性微生物を用いて、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するメタン発酵処理に関し、更に詳しくは、メタン発酵した発酵廃液の処理方法に関する。
生ごみ等や下水の余剰汚泥などの有機性廃棄物をメタン発酵し、メタンガスとしてエネルギーを回収する方法が省資源、循環型社会形成の一環とて採用されている。
メタン発酵は有機物をメタンと炭酸ガスに分解するが、１００％分解されるわけではなく、発酵廃液中には高濃度の有機成分が残っている。また、発酵廃液中には、発酵残渣もしくはメタン発酵槽で増殖した菌体としての汚泥があり、この汚泥中には高濃度の窒素成分が含まれる。更に、有機物の分解生成物であるアンモニアも高濃度に含まれる。したがって、発酵廃液はそのまま下水道や河川には放流できず、有機物と窒素成分を分解除去する処理が必要である。
上記のメタン発酵廃液の処理方法として、活性汚泥処理法の一つである間欠曝気式活性汚泥法（以下、間欠曝気法ともいう）が知られている。この間欠曝気法では、メタン発酵廃液中の有機物は、活性汚泥を構成する微生物の食物となり分解除去される。
窒素は空気で曝気した好気性条件で、廃液中のアンモニアをアンモニア酸化菌によって亜硝酸に酸化され、この亜硝酸が亜硝酸酸化菌によって硝酸に酸化される（硝化反応）。続いて、空気曝気を停止した嫌気性条件で、亜硝酸もしくは硝酸中の酸素を使い発酵廃液中の有機物を酸化する脱窒菌の作用により、亜硝酸もしくは硝酸は還元され、窒素ガスとして除去（脱窒反応）される。窒素除去と微生物の関係を整理すると以下の表１のようになる。
このような間欠曝気処理を効率よく行うために、例えば、下記の特許文献１には、間欠曝気処理が行われる反応槽内のｐＨ変化を計測してその屈曲点から硝化反応の終了を検知するとともに、得られた硝化時間から原水窒素濃度を推定し、この原水窒素濃度から反応槽の窒素負荷を一定にするために原水流量を制御する窒素含有排水の処理方法が開示されている。
更に、下記の特許文献２には、単独反応槽において好気と嫌気処理を繰り返す間欠曝気処理方法において、反応槽内の温度、ｐＨを基準にして、好気時間と嫌気時間の比率を設定し、制御する方法が開示されている。
更にまた、下記の特許文献３には、間欠曝気式活性汚泥法により有機系廃水の脱窒処理を行うに当たり、処理水pＨを記憶手段に逐次記憶させ、記憶されたpＨ値の経時的変化より各好気的微生物処理および嫌気的微生物処理におけるpＨ変化速度ならびにpＨ変化幅を演算手段に演算させて、pＨ変化速度が標準速度に達したのち事実上０になる時点の出現の有無に基づき、硝化反応および脱窒反応の進行状況を診断することが開示されている。
特開平１１−２５３９９０号公報
特開平１０−２４９３８６号公報
特開平８−３２３３９４号公報
上記のように、間欠曝気法は、廃水中の有機物を使って亜硝酸もしくは硝酸を還元し窒素ガスにするので、窒素量に見合う有機物量が必要である。
しかし、メタン発酵においては、発酵廃液はメタン発酵過程で有機物が分解されているため脱窒工程に必要な有機物量が不足しやすくなる。このため、別途有機物源としてメチルアルコールなどの添加が必要になるという問題があった。また、硝化反応を進めるために空気曝気を行う際には曝気動力が必要となり、この空気を供給する曝気の動力が必要となるのでコストがかかるという問題があった。
また、上記の特許文献１〜３においては、反応槽内のｐＨ変化によって好気性反応の終了時を検知しているものの、この検知を利用して空気曝気の時間や温度を最適に制御し、嫌気性反応時の脱窒素に必要な有機物量や、好気性反応時の曝気空気量を減少する点については検討されていない。
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、間欠曝気槽内の硝化反応を亜硝酸型で制御することにより、硝化工程で必要な空気量を削減でき、更に、脱窒工程での有機物必要量を削減できる方法を提供することにある。
すなわち、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵廃液として取り出した後、この発酵廃液を活性汚泥槽に投入して空気曝気と曝気停止とを交互に繰り返す間欠曝気処理を行い、前記発酵廃液中のアンモニアを窒素ガスに転換して除去するメタン発酵処理方法であって、
前記空気曝気において、前記活性汚泥槽内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように、前記空気曝気の時間及び温度を調整して、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させることを特徴とする。
前記空気曝気において、前記活性汚泥槽内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように、前記空気曝気の時間及び温度を調整して、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させることを特徴とする。
一般に、アンモニアの硝化反応と脱窒反応は以下の（１）〜（４）式に従って進行する。このうち（１）、（２）式が空気曝気における好気性反応（硝化反応）であり、（３）、（４）式は曝気停止時の嫌気性反応（脱窒反応）である。
NH4 +＋3/2O2→NO2 −＋H2O・・・・・・・・・・（１）
NO2 −＋1/2O2→NO3 −・・・・・・・・・・・・（２）
2NO2 −＋6H→N2＋2H2O＋2OH−・・・・・・・・（３）
2NO3 −＋10H→N2＋4H2O＋2OH− ・・・・・・・（４）
ここで、本発明の方法によれば、活性汚泥槽内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように空気曝気の時間及び温度を調整したので、上記の反応のうち、硝化反応においては、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させる（１）式の反応のみが進行して亜硝酸で止まり（２）式の反応が進行しなくなる。したがって、（２）式の酸素分が不要となるので、空気曝気に必要な酸素量（空気量）を最大２５％削減できる。
NO2 −＋1/2O2→NO3 −・・・・・・・・・・・・（２）
2NO2 −＋6H→N2＋2H2O＋2OH−・・・・・・・・（３）
2NO3 −＋10H→N2＋4H2O＋2OH− ・・・・・・・（４）
ここで、本発明の方法によれば、活性汚泥槽内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように空気曝気の時間及び温度を調整したので、上記の反応のうち、硝化反応においては、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させる（１）式の反応のみが進行して亜硝酸で止まり（２）式の反応が進行しなくなる。したがって、（２）式の酸素分が不要となるので、空気曝気に必要な酸素量（空気量）を最大２５％削減できる。
また、これにより脱窒反応においては、硝酸から脱窒する（４）式の反応が進行しなくなり、（３）式の亜硝酸からの脱窒のみが進行する。ここで（３）式と（４）式とを比べると（３）式のほうが必要な水素が４０％少ない。この水素は系内に供給される有機物から得ているため、（３）式の亜硝酸からの脱窒のほうが、少ない有機物量で脱窒を行うことができる。したがって、脱窒に必要な有機物量を減らすことができ、脱窒素時のメタノールの添加を不要とするか、又はメタノール添加量を減らすことができる。
また、本発明においては、前記空気曝気の時間を、前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間の１〜１．５倍とすることが好ましい。また、この場合、前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間を、前記活性汚泥槽内のｐＨ、溶存酸素、アンモニア濃度より選択される少なくとも１つを測定することにより決定することが好ましい。
アンモニア酸化菌／亜硝酸酸化菌の増殖速度の比は、比較的温度が高い条件においては１．５程度となる。したがって、空気曝気の時間を、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間を最小とし、この１．５倍を最大とすることで、亜硝酸酸化菌が系内に維持できない条件とできる。したがって、上記の（１）式の反応のみが進行して亜硝酸で止まり（２）式の反応が進行しなくなるようにすることができる。また、上記の（１）式の終点は、アンモニウムイオンの存在量で検出できるので、ｐＨ、溶存酸素、アンモニア濃度より選択される少なくとも１つによって、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間を容易に検出することができる。
更に、本発明においては、前記空気曝気の時間の上限値及び下限値をあらかじめ設定しておき、前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間が、この上限値又は下限値を超えた場合に前記空気曝気を終了させることが好ましい。
この態様によれば、上限値は、例えば、運転する温度および窒素負荷、脱窒速度から嫌気時間において脱窒が完了する時間をあらかじめ計算し、その時間が１サイクル中に確保できるように設定する。また、下限値は文献値などのアンモニア酸化菌の増殖速度より、運転する温度条件における必要な好気時間を計算しあらかじめ設定する。これによって、１サイクル内で間欠曝気処理を終了することができる。
更に、本発明においては、前記空気曝気を、前記アンモニア酸化菌の増殖速度が前記亜硝酸酸化菌の増殖速度より高くなる温度で行うことが好ましく、前記空気曝気を２５〜３５℃で行うことがより好ましい。アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌との増殖速度には温度依存性があり、１５℃程度以上の温度条件においては、亜硝酸酸化菌よりアンモニア酸化菌の増殖速度の方が速く、高温条件ほどその差は大きくなることが知られている。したがって、この態様によれば、硝化反応において、亜硝酸酸化菌のみが減少してゆき、亜硝酸から硝酸への反応が進行しなくなり、短時間で硝化反応を亜硝酸までで止めることができる。
また、本発明においては、前記空気曝気と曝気停止とを交互に繰り返すサイクルが１〜４時間であることが好ましい。この態様によれば、１サイクルを１時間以上とすることにより、アンモニアから亜硝酸への反応が終了する時間の誤検出を防止できる。すなわち、１サイクルが短い場合は１日に入る原水量が少なくなり、好気、嫌気でのアンモニア、亜硝酸の濃度変動が小さくなり、終了点を捉え難くなるが、これを防止できる。また、１サイクルを４時間以下とすることで、アンモニア、亜硝酸の濃度変動が大きくなり、このアンモニア、亜硝酸の濃度が高くなり過ぎて硝化反応に阻害が起きるのを防止できる。
本発明によれば、間欠曝気槽内の硝化反応を亜硝酸型で制御することができ、これによって硝化工程における必要な空気量を削減でき、曝気に要するコストを低減できる。また、脱窒工程における有機物必要量も削減できるので、有機物源として別途メチルアルコールなどの添加が不要とするか、添加量を削減でき、脱窒工程のコストも低減できる。
以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明の方法に用いるメタン発酵処理装置の一実施形態の概略構成図が示されている。
図１の処理装置は、メタン発酵槽１と、メタン発酵後の発酵廃液を処理するための間欠曝気槽３とから主に構成されている。そして、メタン発酵槽１からの配管は、供給ポンプ２を介して間欠曝気槽３に接続されており、間欠曝気槽３には処理水を排出するための配管が接続されている。
間欠曝気槽３内の底部には、酸素を含む気体（通常空気）で発酵廃液を曝気可能なように曝気装置７が設けられている。曝気装置７としては従来公知のものが使用可能であり特に限定されない。一方、間欠曝気槽３内の上部には、攪拌機５が設けられており、攪拌羽根によって発酵廃液を攪拌可能になっている。攪拌機５としても従来公知のものが使用可能であり特に限定されない。
間欠曝気槽３の上部には温度計４が接続されており、この測定値に基づいて間欠曝気槽３内の温度を調節するように温度調節装置８が設けられている。温度調節装置８としては従来公知のヒーター等が使用できる。
また、間欠曝気槽３の上部にはｐＨ計が接続されており、後述する方法によって、発酵廃液中のｐＨを監視して曝気時間の決定が行えるようになっている。
次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵処理方法について説明すると、図１において、牛、豚などの畜産糞尿や生ゴミ等の有機性廃棄物は、あらかじめ破砕、粉砕され、必要に応じて適度な水で希釈されてスラリー化された後、メタン発酵槽１に投入される。
メタン発酵槽１ではスラリーのメタン発酵が行なわれ、嫌気性微生物による有機性廃棄物の分解が行われる。メタン発酵温度は特に限定されないが、例えば５０〜６０℃で行なうことができる。これによれば、より活性の高い、高温メタン菌での発酵が行なえるので、有機性廃棄物の分解速度を更に向上することができる。そして、一定時間毎に供給されるスラリーと同量の発酵液が、供給ポンプ２によってメタン発酵槽１から引き抜かれて間欠曝気槽３に送られる。なお、メタン発酵槽１で生成したバイオガスは、図示しないガスホルダーに回収され、燃料電池発電装置、ガスエンジン等の発電機やボイラーの燃料として有効利用されるようになっている。
次に、間欠曝気槽３内では、活性汚泥法による間欠曝気処理が行われる。すなわち、まず、曝気装置７によって曝気ガスである空気が供給され、好気性条件下で上記の硝化反応が行われる。
このとき、本発明においては、空気曝気において、間欠曝気槽３内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように、空気曝気の時間及び温度を調整することを特徴としている。
上記のように、空気曝気は、アンモニア酸化菌によってアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させる下記（１）式と、亜硝酸酸化菌によって前記亜硝酸性窒素を硝酸性窒素に転換させる下記（２）式とからなる酸化反応で進行する。
NH4 +＋3/2O2→NO2 −＋H2O・・・・・・・・・・（１）
NO2 −＋1/2O2→NO3 −・・・・・・・・・・・・（２）
硝化反応に関係する微生物は、アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌である。アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌の増殖速度には違いがあり、１５℃程度以上の温度条件においては、亜硝酸酸化菌よりアンモニア酸化菌の増殖速度の方が速く、高温条件ほどその差は大きくなることが知られている（L.G.J.M.van Dongen, M.S.M.Jetten, M.C.M.van Loosdrecht, The Combined Sharon/Anammox Process, STOWA Report, IWA Publishing, 2001, p8）。
NO2 −＋1/2O2→NO3 −・・・・・・・・・・・・（２）
硝化反応に関係する微生物は、アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌である。アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌の増殖速度には違いがあり、１５℃程度以上の温度条件においては、亜硝酸酸化菌よりアンモニア酸化菌の増殖速度の方が速く、高温条件ほどその差は大きくなることが知られている（L.G.J.M.van Dongen, M.S.M.Jetten, M.C.M.van Loosdrecht, The Combined Sharon/Anammox Process, STOWA Report, IWA Publishing, 2001, p8）。
したがって、アンモニア酸化菌が増殖するスピードより遅く、かつ、亜硝酸酸化菌が増殖するスピードより早く間欠曝気槽より各菌を流出させれば、亜硝酸酸化菌のみが減少してゆき、亜硝酸から硝酸への反応が進行しなくなり、硝化反応は亜硝酸までで止まることになる。
したがって、本発明においては、空気曝気を、アンモニア酸化菌の増殖速度が前記亜硝酸酸化菌の増殖速度より高くなる温度で行うことが好ましく、具体的には、温度計４によって温度を計測し、温度調節装置８を用いて２５〜３５℃に制御しながら空気曝気を行うことがより好ましい。
温度が２５℃未満では、アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌の増殖速度の差が小さく、安定した運転ができないので好ましくない。また、３５℃を超えると菌の活性が低下して処理効率が低下するので好ましくない。
また、本発明においては、空気曝気の時間は前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間の１〜１．５倍とすることが好ましい。
本発明における間欠曝気法は、好気性条件と嫌気条件を繰返し行うことにより窒素の除去を行っているが、上記のアンモニアや亜硝酸を酸化する微生物は、好気条件では増殖することができるが、嫌気条件では増殖できずに死滅のみが進行する。ここで、アンモニアを酸化するアンモニア酸化菌の増殖速度は、系内のアンモニア濃度に依存せずにほぼ一定と考えることができるので、間欠曝気槽内が安定して運転されている条件においては、好気条件のアンモニア酸化が終了する時間（アンモニア濃度が低下してゼロとなるまでの時間）が、アンモニア酸化菌に対して系内に菌を維持するのに必要な最低時間となる。
一方、亜硝酸酸化菌については、上述のようにアンモニア酸化菌より増殖速度が遅いため、アンモニア酸化菌の増殖に必要な好気時間ぎりぎりで運転することにより、死滅および系外に流出する量が勝るため、亜硝酸酸化菌は系内に維持できなくなり、結果としてアンモニアの酸化は亜硝酸までで停止する。
空気曝気を、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間未満（１倍未満）で行った場合、アンモニア酸化菌は増殖するより、死滅および系外に流出する量が勝ってしまうため、アンモニア酸化菌は徐々に減少してゆき、アンモニアの酸化が進行しなくなるので好ましくない。
また、アンモニア酸化菌／亜硝酸酸化菌の増殖速度の比は、上記のように比較的温度が高い条件においてが最大１．５程度である。したがって、空気曝気の時間を、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間の１．５倍以下とすることで、亜硝酸酸化菌を系内に維持できない条件とすることができる。逆に１．５倍を超えると、亜硝酸酸化菌も増殖できる条件となり、亜硝酸から硝酸への反応が進むので好ましくない。
なお、この実施形態においては、ｐＨ計６によって、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間を測定して決定する。
間欠曝気槽３内では、好気条件において硝化反応の進行に伴いｐＨが低下していき、アンモニアがなくなるとｐＨの低下が止まり、その後、炭酸ガスが脱気されるためｐＨは逆に上昇傾向を示す。したがって、このｐＨの屈曲点から、上記（１）式の終了が判定できる。
図２は、上記のｐＨの屈曲点から、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間を検出する制御ブロック図の一例である。
まず、ｐＨ計６からの信号（ステップＳ１）を一次遅れフィルタによりノイズ除去（ステップＳ２）した後、微分器で微分演算を行なう（ステップＳ３）。微分値はアンモニアが無くなる点において、マイナスからプラスに変化するため（ステップＳ４）、この変化が起こった時間をTaとして検出する（ステップＳ５）。このTaに対して1〜1.5を乗じた値をT（pH）とし（ステップＳ６）、好気条件の経過時間（T）とT（pH）を比較し（ステップＳ７）、T＞T（pH）となった時点で曝気装置８を停止させ（ステップＳ８）、好気条件を完了させればよい。
図３は上記のｐＨの屈曲点から、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間を検出する制御ブロック図の他の例である。この例では、上記のＳ３、Ｓ４のように微分点を検出する代わりに、Ｓ９、Ｓ１０においてｐＨの差分計算を行い、その差分が正か負かによって変化点を検出する点が図２と異なっている。
すなわち、ｐＨ計６からの信号（ステップＳ１）を一次遅れフィルタによりノイズ除去（ステップＳ２）した後、この値を一旦メモリに格納する（ステップＳ９）。その後、所定の時間、例えば６０〜１８０秒後の値と比較して差分を計算する（ステップＳ１０）。
例えば、差分＝（現在のｐＨ）−（メモリ格納値）とすれば、この差分が負のときはｐＨが低下している好気工程の硝化過程中であり、差分が正のときはｐＨが上昇しているので硝化過程は終了している。よって、この差分が負から正に転じる変化点を判定して（ステップＳ１１）、この変化点が起こった時間をTaとして検出すればよく（ステップＳ５）、以後は図２と同様に、このTaに対して1〜1.5を乗じた値をT（pH）とし（ステップＳ６）、好気条件の経過時間（T）とT（pH）を比較し（ステップＳ７）、T＞T（pH）となった時点で曝気装置８を停止させ（ステップＳ８）、好気条件を完了させてもよい。
なお、この好気時間には、あらかじめ上限値と下限値を設定しておき、T（pH）がこの上下限値の範囲外の場合は、上限値または下限値で好気時間を終了することが好ましい。
上限値としては、例えば、運転する温度および窒素負荷、脱窒速度から嫌気時間において脱窒が完了する時間を計算し、その時間が１サイクル中に確保できるように設定する。また、下限値としては、文献値などのアンモニア酸化菌の増殖速度より、運転する温度条件における必要な空気曝気の時間を計算し設定する。
上記の空気曝気終了後、攪拌機５を動かし、供給ポンプ２より一定量の発酵廃液を供給する。この状態で間欠曝気槽３は溶存酸素が無い状態となり、上記の（３）式の反応である亜硝酸からの脱窒反応が進行する。そして、このとき、好気反応において硝酸が生成していなので、脱窒反応における上記の（４）式の反応も進行せず、結果として、上記の（１）、（３）式の反応のみが優勢に進行して硝酸が生成しない状態となる。
なお、好気時間と嫌気時間の合計は、タイマー等によって１〜４時間にサイクル時間を設定することが好ましい。この結果、この実施形態においては、このサイクル時間と、上記の方法によって求められた空気曝気時間との差が嫌気条件の時間となる。
図４には、本発明の方法に用いることができるメタン発酵処理装置の他の実施形態の概略構成図が示されている。なお、以下の実施形態の説明においては、前記実施形態と同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。
この実施形態においては、上記の実施形態におけるｐＨ計６の代わりに溶存酸素計９を用いている点のみが、上記の実施形態と異なっている。
この場合、まず、溶存酸素計（ＤＯ計）９による溶存酸素濃度が０．５〜２ｍｇ／Ｌとなるように曝気装置７を制御する。そして、間欠曝気槽３内にアンモニアが残存している状態では、アンモニア酸化による酸素の消費が大きいが、アンモニアが無くなると、酸素消費量が急減して溶存酸素計９の検出値が急増する、この増加を検知することによって上記（１）式の終了が判定できる。このように、本発明においては、溶存酸素濃度を測定することにより、上記（１）式の終了を判定してもよい。
図５には、本発明の方法に用いることができるメタン発酵処理装置の更に他の実施形態の概略構成図が示されている。この実施形態においては、上記の第１の実施形態におけるｐＨ計６の代わりにアンモニア計１０を用いている点のみが、上記の第１の実施形態とことなっている。
この場合、アンモニア計１０により間欠曝気槽３内のアンモニア濃度を計測し、このアンモニア濃度がゼロとなるまでの時間を検出することにより、上記（１）式の終了が判定できる。このように、本発明においては、直接アンモニア濃度を測定することにより、上記（１）式の終了を判定してもよい。
図１に示すような構成の装置を用い、メタン発酵処理後の発酵廃液を間欠曝気槽３で処理した。その結果を図６に示す。図６（ａ）は間欠曝気処理中における各種窒素化合物の経時変化を求めたグラフであり、図６（ｂ）は、そのときのｐＨの変化を示したグラフである。
まず、曝気装置７を稼動させた。その結果、図６（ｂ）に示すように、好気工程が開始されると硝化反応により間欠曝気槽３内のｐＨが徐々に減少し、経過時間４０分で屈曲点になり上昇に転じた。このｐＨの変化点を検出し、その検出時間に基づいて曝気装置７を６０分まで運転した後に停止し、その後、攪拌機５を動かしながら、供給ポンプ２で一定量のメタン発酵液を間欠曝気槽３に供給した。なお、ｐＨの変化点の検出には図３の制御方法を用いた。
その結果、図６（ａ）に示すように、間欠曝気槽内のアンモニア濃度（ＮＨ４−Ｎ）は徐々に減少して４０分後にゼロとなり、これとは逆に、亜硝酸濃度（ＮＯ２−Ｎ）は４０分後に一定となった。その後６０分以降の嫌気状態では、アンモニア濃度は再度上昇し、亜硝酸濃度は徐々に減少した。
そして、このときの硝酸濃度（ＮＯ３−Ｎ）は常にほぼゼロであったことから、上記のアンモニアの硝化反応と脱窒反応において、（１）式と（３）式のみが進行しており、硝酸を生成する（２）式、（４）式は進行していないことがわかる。
本発明のメタン発酵処理方法は、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するために好適に用いられる。
１ メタン発酵槽
２ 供給ポンプ
３ 間欠曝気槽
４ 温度計
５ 攪拌機
６ ｐＨ計
７ 曝気装置
８ 温度調節装置
９ 溶存酸素計
１０ アンモニア計
２ 供給ポンプ
３ 間欠曝気槽
４ 温度計
５ 攪拌機
６ ｐＨ計
７ 曝気装置
８ 温度調節装置
９ 溶存酸素計
１０ アンモニア計
Claims (7)
- 有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて発酵廃液として取り出した後、この発酵廃液を活性汚泥槽に投入して空気曝気と曝気停止とを交互に繰り返す間欠曝気処理を行い、前記発酵廃液中のアンモニアを窒素ガスに転換して除去するメタン発酵処理方法であって、
前記空気曝気において、前記活性汚泥槽内のアンモニア酸化菌の菌数が増加し、かつ、亜硝酸酸化菌の菌数が減少するように、前記空気曝気の時間及び温度を調整して、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に転換させることを特徴とするメタン発酵処理方法。 - 前記空気曝気の時間を、前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間の１〜１．５倍とする請求項１に記載のメタン発酵処理方法。
- 前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間を、前記活性汚泥槽内のｐＨ、溶存酸素、アンモニア濃度より選択される少なくとも１つを測定することにより決定する請求項２に記載のメタン発酵処理方法。
- 前記空気曝気の時間の上限値及び下限値をあらかじめ設定しておき、前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間が、この上限値又は下限値を超えた場合に前記空気曝気を終了させる請求項２又は３のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
- 前記空気曝気を、前記アンモニア酸化菌の増殖速度が前記亜硝酸酸化菌の増殖速度より高くなる温度で行う請求項１〜４のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
- 前記空気曝気を２５〜３５℃で行う請求項１〜５のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
- 前記空気曝気と曝気停止とを交互に繰り返すサイクルが１〜４時間である請求項１〜６のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
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