JP2005161173A

JP2005161173A - たんぱく質含有排水のメタン発酵処理方法と装置

Info

Publication number: JP2005161173A
Application number: JP2003402433A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Suzuki; 隆幸鈴木; Satoshi Yano; 聡矢野; Norio Yamada; 紀夫山田; Yutaka Niida; 豊新飯田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】アンモニア・硫化水素によるメタン菌の阻害を緩和し、ｐＨ調整剤と脱硫剤費用の低減、及び処理水窒素濃度を低減することができるたんぱく質含有排水のメタン発酵処理方法と装置を提供する。
【解決手段】たんぱく質含有排水１をメタン発酵処理する方法において、該たんぱく質含有排水１を乳酸発酵２してｐＨを低下せしめ、該排水中のたんぱく質を凝固して分離３したのちに、該分離水をメタン発酵処理５することとしたものであり、また、たんぱく質含有排水をメタン発酵処理する装置において、該たんぱく質含有排水を乳酸発酵する乳酸発酵槽と、乳酸発酵した排水から凝固したたんぱく質を分離するたんぱく質分離装置と、たんぱく質を分離した分離水をメタン発酵するメタン発酵槽とを有することとしたものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、メタン発酵処理に係り、特に、たんぱく質を含有する排水をメタン発酵処理する方法及び装置に関する。

メタン発酵は、古くから濃厚排水、汚泥の省エネルギー的処理技術として採用されてきたが、処理日数が比較的長時間を要することが短所であった。この処理日数を大幅に短縮する方法として、高負荷処理が可能なＵＡＳＢ（上向流嫌気性汚泥床）方式が開発されたのち、浮遊物の少ない食品排水等に多く採用されるようになった。また、最近では、メタン発酵は、バイオマスからのエネルギー（メタン）回収技術として着目され、適用範囲が拡大されている。
メタン発酵法は、水温的には中温（３５〜３８℃）発酵と高温（５５℃）発酵とに大別される。発酵速度は、高温発酵の方が大きいが、中温発酵に比較して温度保持に要するエネルギー消費量が多くなる。メタン発酵の短所として、高濃度の遊離アンモニアが存在すると、メタン菌の活性が低下する。特に、自己固定化型のメタン発酵方式（ＵＡＳＢ方式）では、メタン菌の自己固定化が高濃度のアンモニアによって著しく阻害される。したがって、アンモニアイオンから遊離アンモニアに平衡が移動する高ｐＨ、高水温では、アンモニアの悪影響が強くなる。

廃水中にたんぱく質が存在すると、嫌気的条件下で次第に低分子化し、その際に、たんぱく質中の有機性窒素が無機化してアンモニアを発生する。また、メタン発酵は、嫌気性処理であり、アンモニアが処理工程で除去できないため、メタン発酵処理水中にアンモニアがそのまま残存し、放流水系に窒素規制がある場合には、処理水のアンモニアをさらに窒素処理工程に導入しなければならず、多額の処理費用が必要となる。
メタン発酵装置への有機物負荷軽減、アンモニア濃度の上昇を防止するため、予め前処理でたんぱく質分離が実施されているが、この方法は、硫酸を添加してｐＨを低下してたんぱく質を凝集したのちに分離する方法である。しかしながら、この方法は、メタン発酵が円滑に進行するｐＨ中性領域を維持するために、苛性ソーダなどのアルカリ剤が必要であり、また、硫酸イオンが、嫌気的条件下に維持されているメタン発酵槽内で、メタン菌に有害な硫化水素に還元されると共に、バイオガス中の硫化水素濃度を上昇するため、バイオガス利用に際して配備される有価の脱硫剤の消費量を増加することになる。
特開平５−３８４９９号公報

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、アンモニア・硫化水素によるメタン菌の阻害を緩和し、ｐＨ調整剤と脱硫剤費用の低減、及び処理水窒素濃度を低減することができるたんぱく質含有排水のメタン発酵処理方法と装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明では、たんぱく質含有排水をメタン発酵処理する方法において、該たんぱく質含有排水を乳酸発酵してｐＨを低下せしめ、該排水中のたんぱく質を凝固して分離したのちに、該分離水をメタン発酵処理することを特徴とするたんぱく質含有排水のメタン発酵処理方法としたものである。
また、本発明では、たんぱく質含有排水をメタン発酵処理する装置において、該たんぱく質含有排水を乳酸発酵する乳酸発酵槽と、乳酸発酵した排水から凝固したたんぱく質を分離するたんぱく質分離装置と、たんぱく質を分離した分離水をメタン発酵するメタン発酵槽とを有することを特徴とするたんぱく質含有排水のメタン発酵処理装置としたものである。
本発明において、乳酸発酵は、乳酸菌培養装置で、糖質を培養基質として乳酸菌を培養蓄積したものを添加して行うことができる。

従来の硫酸添加方法でも、たんぱく質分離によってメタン発酵工程への有機物負荷を軽減でき、アンモニア発生量の低減、たんぱく質資源の回収が可能であるが、本発明によって、以下のような従来技術では不可能な経済的効果を得ることができる。
（ａ）ｐＨ低下用の硫酸添加が不要で、またｐＨ中和用の苛性ソーダ添加量も大幅削減が可能なため、著しく経済的なたんぱく質分離を達成することができる。
（ｂ）メタン発酵工程内において、添加硫酸に起因する硫化水素の発生を防止でき、また、バイオガスから硫化水素を除去するための脱硫剤の消費量を削減することができる。

本発明を、図１のフロー構成図に基づいて詳細に説明する。
図１において、たんぱく質含有排水１は、乳酸発酵工程２に導入され、乳酸によるｐＨ低下により凝集したたんぱく質は、次の分離工程３において凝集たんぱく質が分離される。たんぱく質を分離した分離水４中の有機物は、嫌気的条件下にあるメタン発酵工程５でバイオガス６に変換される。メタン発酵処理水７は、必要に応じて、さらに残存するＢＯＤ，窒素、リン等が活性汚泥処理装置８等によって処理される。バイオガス６は、脱硫装置１０で硫化水素が除去されたのちにガスホルダー１１に貯留され、燃料としてボイラー、ガスエンジン発電機等によって利用される。

乳酸発酵工程２においては、乳酸発酵を円滑に進行させるために、乳酸菌培養装置１３で廃糖蜜等の糖質を培養基質として乳酸菌を培養蓄積して、適宜乳酸発酵工程２に添加すればよい。該培養装置１３は、耐食性のステンレス製が推奨される。本発明の排水１自体に乳酸菌の基質となる有機物濃度が高い場合は、乳酸発酵工程２で十分ｐＨ低下の効果を得ることができる。本発明の方法を実施する際には、予め原水１に乳酸菌を添加して室内規模で乳酸発酵試験を行うと良い。
凝集たんぱく質の分離工程３では、沈降分離、浮上分離、遠心分離、スクリーン等公知の分離技術を利用することができる。分離に際し、ポリマー（有機性高分子凝集剤）等の凝集剤を添加することによって分離効率を向上することができる。また、分離たんぱく質の有効利用用途によっては、鉄塩等無機系凝集剤を添加しても良い。添加量は、室内規模の凝集試験を実施することが装置設計上必要である。
また、たんぱく質の性状によって、凝集するｐＨ範囲が異なるので、たんぱく質分離率も予め確認しておくことが必要である。

たんぱく質分離水４は、メタン発酵工程５に導入され、嫌気的条件下でバイオガスに分解される。メタン発酵は、高負荷処理可能なＵＡＳＢ等の自己固定化メタン菌を利用した方式が推奨されるが、浮遊式メタン発酵法の採用も可能である。浮遊式メタン発酵法では、機械撹拌、ガス撹拌、水流撹拌等の撹拌を定期的に行わなければならない。水温は、中温発酵、高温発酵いずれでもよい。装置容積は、ＵＡＳＢの場合、ＣＯＤＣｒ（化学的酸素要求量）で２０〜４０ｋｇ／ｍ^３・日の負荷で設計すると良い。また、図示していないが、メタン発酵処理水７をメタン発酵工程５に循環することによって、ＵＡＳＢの流入液上昇速度とＣＯＤＣｒ負荷のバランスを調整することができ、また、循環によってアルカリ度分が補給されるので、メタン発酵工程５の緩衝作用によりｐＨ変動が緩和される。なお、たんぱく質分離液４中の乳酸は、メタン発酵工程５で分解されるため、ｐＨが中性付近まで上昇するが、上昇範囲が不十分な場合のことも想定して、メタン発酵工程７にアルカリ剤を注入させる装置を配備しておくと良い。浮遊式メタン発酵の場合は、中温発酵で２０〜３０日の滞留日数でメタン発酵が可能である。

バイオガスは、利用機器の防食及び排ガス中のＳＯｘ低減のために、硫化水素を除去する場合は、鉄系の吸収剤を充填した塔式の脱硫装置１０が簡便でかつ確実である。ガスホルダー１１は、フロートタンク、プラスチック球形タンク等公知のものを採用し、一日に発生するバイオガスを貯留する容積が望ましい。
メタン発酵施設の設置場所が、窒素、リンの放流規制が設置されている場合は、生物学的脱窒装置、無機凝集剤による凝集装置など、公知の窒素リン除去装置でメタン発酵処理水９をさらに処理すると良い。
本発明による処理対象排水としては、食品加工排水、でん粉排水等のたんぱく質含有排水に有効である。

本発明のメタン発酵処理方法の一例を示すフロー構成図。

符号の説明

１：たんぱく質含有排水、２：乳酸発酵工程、３：分離工程、４：分離水、５：メタン発酵工程、６：バイオガス、７：メタン発酵処理水、８：活性汚泥処理装置、１０：脱硫装置、１１：ガスホルダー、１３：乳酸菌培養装置

Claims

たんぱく質含有排水をメタン発酵処理する方法において、該たんぱく質含有排水を乳酸発酵してｐＨを低下せしめ、該排水中のたんぱく質を凝固して分離したのち、該分離水をメタン発酵処理することを特徴とするたんぱく質含有排水のメタン発酵処理方法。
前記乳酸発酵は、糖質を培養基質として乳酸菌を培養蓄積したものを添加して行うことを特徴とする請求項１記載のたんぱく質含有排水のメタン発酵処理方法。
たんぱく質含有排水をメタン発酵処理する装置において、該たんぱく質含有排水を乳酸発酵する乳酸発酵槽と、乳酸発酵した排水から凝固したたんぱく質を分離するたんぱく質分離装置と、たんぱく質を分離した分離水をメタン発酵するメタン発酵槽とを有することを特徴とするたんぱく質含有排水のメタン発酵処理装置。
前記乳酸発酵槽には、乳酸菌を培養蓄積する乳酸菌培養装置が付設されていることを特徴とする請求項３記載のたんぱく質含有排水のメタン発酵処理装置。