JP2005238185A - 高効率総合有機性排水廃棄物処理システム及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱水汚泥の十分な低減化が可能である、高効率な有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法、並びにその処理装置を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵させる乾式嫌気性消化装置４と、有機性排水を嫌気性排水処理する嫌気性排水処理装置５とを用いる処理方法であって、（ａ）有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵により減容化する工程、及び／又は（ｂ）有機性排水を嫌気性排水処理する工程を有し、工程（ａ）で生じた滲出水を装置５に供し、工程（ｂ）で生じた汚泥を装置４に供する、有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法、並びに有機性廃棄物１，２を乾式嫌気性メタン発酵させる乾式嫌気性消化装置４と、有機性排水を嫌気性排水処理する嫌気性排水処理装置５と、乾式嫌気性消化装置４で生じた滲出水６を嫌気性排水処理装置５に導入する手段と、嫌気性排水処理装置５で生じた汚泥７を乾式嫌気性消化装置４に導入する手段とを有する有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法、並びに有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理装置に関する。

現在、全世界の活性汚泥処理場より脱水汚泥が日夜莫大量排出されている。脱水汚泥は、通常、焼却・埋立て、セメント原料化、コンポスト化により処理されているが、埋立地の確保や販路の拡大が困難な状況であり、その根本的処理法の開発が切に望まれている。

産業排水及び一般排水（下水）の現状の代表的処理プロセスを図8に示す。このプロセスでは、産業排水3及び下水29を好気浄化装置12に導入し、浄化水11は河川放流され、一方、生じた汚泥13は、そのまま若しくは嫌気消化槽14で処理されて減容化汚泥15となり、次いで脱水され脱水汚泥1に処理される。

好気浄化装置12では一般に活性汚泥法に代表される好気性処理が行われており、かかる処理では汚泥が大量に発生する。該汚泥は約98重量％の含水率をもち、脱水され最終的には含水率約80重量％に減容化される。この脱水汚泥は日本全体では毎年170万トン（乾物基準）が発生しており、その約8割が焼却又は埋立て処理されている。しかし、焼却による処理は、ダイオキシン等の有害物質の発生の可能性や大量の燃料を要する問題がある。また、埋立てに必要な埋立地の確保も困難になっており、その処理コストは年々増加している。また、近年、コンポストは全国的にほぼ需要を満たしつつある。

また、好気性処理では、エアポンプを用いて大量の酸素をエアレーション槽に供給し、該槽で排水をエアレーション処理するため、通気・撹拌動力に大きなエネルギーを必要とする問題がある。そのエネルギー消費量は、日本全体の消費電力の約1％に相当すると言われている。しかも、空気を排水全体に充分に供給するためにはエアレーション槽を深くできないので、処理施設設置面積が非常に大きくなり、広い敷地を要する問題もある。

脱水汚泥の減容化を図る産業排水等の好気性処理技術としては高温微生物処理方式等が検討されている。例えば、高温条件で微生物により汚泥を酸化分解し、中温条件を経過して活性汚泥槽に再度投入することにより汚泥の部分分解を図ることで汚泥を減容化する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかし、この方式では、高温と中温の2段階の処理が必要であり、プロセスが複雑で、かつ設備規模も大きくなり、汚泥分解を好気性処理に頼るため運転コスト（エネルギー消費）の大幅な上昇も避けられない。

排水処理場で現在、最も広く普及している汚泥減容化技術に嫌気消化法がある。図8においては嫌気消化槽14にて該方法による処理が行われる。嫌気消化法とは、汚泥を嫌気的に微生物分解することにより、汚泥の減容化・安定化とメタン回収を可能にする技術である。嫌気消化法は、前記エアレーション処理が不要であり、設計が単純で管理が容易である利点があるが、処理に3〜4週間を必要とする。また、脱水前の高含水率の汚泥を処理するため非常に大型の処理槽を必要とする。さらに、汚泥は運搬が困難であるので各処理施設ごとに嫌気消化装置を要し、汚泥の集中処理が困難であることから、生成メタンガスの有効利用を図ることができない。

また、嫌気消化法としては、乾式嫌気消化法が知られている。これは、処理対象の含水率を約80重量％程度に調整して嫌気消化する方法である。かかる方法としては、例えば、乾式メタン発酵処理において、有機性廃棄物中の成分比率であるC/N（炭素含量／窒素含量）比を制御して処理の高効率化を図る方法が提案されている（特許文献４参照）。しかし、該方法では汚泥の減容化はそれほど達成されていない。

一方、排水処理時の汚泥減容化に関しては、例えば、硝化及び脱窒の反応により窒素化合物を除去する、有機性排水の嫌気性処理による減容化方法が提案されている（特許文献５参照）。しかし、脱窒菌による処理のみでは汚泥減容化は不十分である。

このように、現状の産業排水等の処理において、好気性処理では、例えば、１）大量の汚泥の発生、２）エネルギーの浪費、３）広い敷地の必要性等の問題があり、一方、嫌気性処理では、例えば、１）遅い処理速度、２）集中処理が困難等の問題があった。
特許第3188372号明細書 特開平8-155496号公報 特開平8-229595号公報 特開2001-347247号公報 特開2002-136989号公報

本発明は、産業排水等の処理における前記問題を解決し得、脱水汚泥の十分な低減化が可能である、高効率な有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法、並びに有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、（１）有機性廃棄物の乾式嫌気性メタン発酵による減容化と、（２）有機性排水の嫌気性排水処理とを組み合わせることで前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、
〔１〕 有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵させる乾式嫌気性消化装置Ａと、有機性排水を嫌気性排水処理する嫌気性排水処理装置Ｂとを用いる、有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法であって、
（ａ）有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵により減容化する工程、及び／又は（ｂ）有機性排水を嫌気性排水処理する工程を有し、工程（ａ）で生じた滲出水を装置Ｂに供し、工程（ｂ）で生じた汚泥を装置Ａに供する、有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法、
〔２〕 工程（ａ）において、有機性廃棄物を、予め乾式の嫌気性又は好気性の条件下で可溶化した後に乾式嫌気性メタン発酵により減容化する、前記〔１〕記載の方法、
〔３〕 工程（ｂ）における嫌気性排水処理が、ＵＡＳＢ法による処理と硫酸還元菌、硫黄酸化菌及び脱窒菌による処理との組み合わせからなる、前記〔１〕又は〔２〕記載の方法、並びに
〔４〕 有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵させる乾式嫌気性消化装置と、有機性排水を嫌気性排水処理する嫌気性排水処理装置と、前記乾式嫌気性消化装置で生じた滲出水を前記嫌気性排水処理装置に導入する手段と、前記嫌気性排水処理装置で生じた汚泥を前記乾式嫌気性消化装置に導入する手段とを有する有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理装置、に関する。

本発明によれば、これまで別々に処理しなければならなかった有機性廃棄物と有機性排水とを一括して狭い敷地（小さな処理面積）で高処理速度で集中処理でき、しかも脱水汚泥を十分に減容化することができる。また、従来の好気性処理法に比べ大幅な省エネルギー化を達成し得、ひいてはCO₂削減に大きく寄与することができる。

本発明は、排水処理分野で広く採用されている活性汚泥法に取って代わりうる、画期的な完全嫌気有機物除去プロセス(Complete Anaerobic Organic Matter Removal Process, CARPプロセス)を提供するものである。

なお、本明細書において「低減化」、「減容化」及び「減量化」はそれぞれ実質的に同意義を有する用語として使用される。

本発明の有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法は、（ａ）有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵により減容化する工程と（ｂ）有機性排水を嫌気性排水処理する工程との組み合わせに大きな１つの特徴とする。

工程（ａ）における有機性廃棄物の減容化は、有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵させる、後述の乾式嫌気性消化装置Ａ（Ａとの記載は、以下、省略）において乾式嫌気性メタン発酵により行われるが、そのような方法による有機性廃棄物の減容化は、従来、一般的には行われていない。その理由としては、従来行われている湿式嫌気性メタン発酵と比べて処理速度が遅いため、装置が大型化してしまうこと等が挙げられる。

本発明においては、乾式嫌気性メタン発酵を有機性廃棄物の減容化に採用することで、意外にも脱水汚泥の十分な減容化を達成することができた。乾式嫌気性メタン発酵によれば、有機性廃棄物の有機成分を完全にメタン発酵させることができ、有機性廃棄物はメタンガスと、リン、カルシウム等の無機物となり、それらの生成物はいずれも資源として有効利用され得る。

また、工程（ｂ）では、有機性排水を嫌気性排水処理する、後述の嫌気性排水処理装置Ｂ（Ｂとの記載は、以下、省略）において有機性排水を嫌気性排水処理するが、具体的には、微生物による硫黄酸化・還元サイクルの活性化法により、好ましくはＵＡＳＢ(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)法と該活性化法との組み合わせにより、有機性排水を処理する。有機性排水を前記方法により嫌気性排水処理することで高効率な排水処理が達成されるが、これは本発明において初めて見出されたことであり、これまでに例がない。この理由としては、１）嫌気性処理が中高濃度排水・廃棄物処理法としてのみ強く認識され、低濃度排水・廃棄物処理を含む一般的な排水・廃棄物処理への適用については全く動機付けがなかったこと、２）増殖速度の遅い嫌気性微生物を至適増殖温度（35℃程度）からはずれた低温条件下で利用することは難しいと考えられ、低温での排水・廃棄物処理を含む一般的な排水・廃棄物処理への適用を試みる上での阻害要因となっていたこと、並びに３）近年になるまで嫌気性処理を担う微生物の生態に関する知見が少なかったため、新規プロセスの開発が不可能であったこと等が挙げられる。

本発明の嫌気性排水処理によれば、従来の活性汚泥法と比較して、汚泥排出、エネルギー消費を、例えば、従来の1/6〜1/2程度に低減でき、かつ処理速度も、例えば、従来の2〜4倍に高めることができる。特に、本発明者らが開発した微生物の硫黄酸化・還元サイクル機能の活性化法が処理効率に大きく寄与するものと考えられる。本発明の嫌気性排水処理によれば、従来困難であった低温・低濃度排水の処理も可能である。

さらに、本発明の処理方法では、工程（ａ）で生じた滲出水を前記嫌気性排水処理装置に供することで、河川放流基準を満足する水質で滲出水を河川等に放流することができ、一方、工程（ｂ）で生じた汚泥を前記乾式嫌気性消化装置に供することで、前記の通り、メタンガスと無機物とに処理することができる。すなわち、本発明においては、有機性廃棄物及び／又は有機性排水を、上記の２つの嫌気性処理方式の組み合わせからなる完全クローズドサイクルにより高効率に処理することができ、資源として有効利用可能なメタンガス等の有価物を取り出すことができる。

このような本発明の処理方法によれば、最終的に汚泥発生量を従来の活性汚泥法の1/100程度にすることができる。従って、現在の下水汚泥処理がほとんど不要になり、例えば、埋立て処理や焼却処理を実質的に省くことができる。また、活性汚泥法で不可欠な空気の通気混合が不要であり、運転コストの低減を図ることができるので省エネルギー化を達成できる（例えば、従来の1/2〜1/6程度）。また、通気混合が不要であることから処理設備を三次元的に非常にコンパクトに設計でき、例えば、塔形リアクターを採用することができ、省スペース化が可能である（例えば、従来の1/2〜1/4程度）。さらに、本発明における２つの嫌気性処理方式においては、微生物を発酵槽に高密度に充填することができ、高処理速度を達成できる。また、汚泥の集中処理が可能であるので、生成メタンガス等のエネルギー源としての有効利用を図ることができる。

本発明の処理方法における、有機性廃棄物としては、含水率が、好ましくは60〜90重量％程度、より好ましくは75〜95重量％程度のものであれば特に限定はなく、例えば、下水、産業排水を下水処理等で処理した時に大量に発生する汚泥、脱水汚泥、生ごみ、各種製造工程からの有機性廃液、厨芥、食品廃棄物等の産業廃棄物が挙げられる。また、有機性排水とは、例えば、下水、産業排水をいうが、これらのみに限定されるものではない。なお、含水率は、有機性廃棄物の初期重量と水分蒸発後の残留物の重量とを測定し、その重量差（初期重量−残留物重量）を初期重量で除して１００を乗ずることにより求めることができる。蒸発条件としては、１０５〜１１０℃で２時間が挙げられる。

以下、本発明の処理方法について詳細に説明するが、各説明において使用される発酵槽とは、乾式嫌気性消化装置又は嫌気性排水処理装置を構成する発酵槽をいう。

本発明の工程（ａ）における有機性廃棄物の乾式嫌気性メタン発酵は、具体的には該廃棄物の分解・酸（有機酸）生成とメタン生成とを組み合わせて行われる。このような二相式の乾式メタン発酵は、本発明において初めて採用された方式である。すなわち、有機性廃棄物をそのまま該発酵に供し、その際、該廃棄物の分解・酸生成とメタン生成のそれぞれのプロセスを最適にしかも連続的に制御することにより発酵を促進し、効率的に汚泥を減容化する。

例えば、所望により、有機性廃棄物にビタミン等の栄養分や凝水剤を添加し、若しくは無添加で、又はC/N比の調整等を行い、使用する微生物に応じて、水分量、温度、ｐＨ、滞留時間等の分解・酸生成条件を最適化し、好ましくは約50重量％の固形分（有機成分）を減量化すると共に、酢酸などの有機酸へ変換する。生じた酢酸等は、メタン発酵における直接の基質となるので、メタン生成菌を集積することにより非常に高速なメタン発酵が可能になる。好適には、有機性廃棄物を、分解・酸生成相とメタン生成相それぞれで条件が最適化された２相式発酵により処理することで、高効率にメタン発酵及び残渣低減を行うことができる。この場合、分解・酸生成相は、好気性雰囲気であっても嫌気性雰囲気であってもよい。

使用される分解・酸生成菌としては、特に限定されるものではないが、例えば、Clostridium属、Bacteroides属、Butyrivibrio属、Fusobacterium属、Enterobacter属、Streptococcus属、Peptococcus属細菌等が好適である。分解・酸生成相の温度としては、通常、３０〜６０℃程度、ｐＨとしては、通常、５〜９程度である。該相における被処理物の滞留時間としては、通常、１０〜３０日程度とすればよい。また、メタン生成菌としては、特に限定されるものではないが、例えば、Methanobacterium属、Methanococcus属、Methanosarcina属、Methanosaeta属、Methanogenium属、Methanospirillum属細菌等が好適に使用される。メタン生成相の温度としては、通常、３０〜６０℃程度、ｐＨとしては、通常、６〜８程度である。該相における被処理物の滞留時間としては、通常、１０〜３０日程度とすればよい。

前記微生物は、より小さな処理面積で高効率な処理を可能にする観点から、乾式嫌気性メタン発酵を行う発酵槽内で、任意の担体に担持されているのが好ましい。

分解・酸生成を促進するという観点からは、有機性廃棄物を、予め乾式の嫌気性又は好気性の条件下で可溶化した後に乾式嫌気消化法により減容化するのが好ましい。かかる可溶化は、公知の方法、例えば、高温加熱、オゾン処理、超音波処理、機械的方法等により行うことができる。また、メタン発酵を促進させる観点から、分解・酸生成相から生じる有機酸滲出液及びメタン生成相から生じるメタン生成馴養汚泥の一部をメタン生成相に返送する汚泥返送手法を採用するのが好ましい。

本発明の工程（ａ）では有機性廃棄物を低含水率の状態で嫌気性メタン発酵するため、発酵槽内において高濃度の微生物菌体を保持することが容易となり、現状の汚泥嫌気性消化法と比較すると、例えば、脱水汚泥は約1/5に減容化でき（現状と比較すると約2倍の減容化）、かつ設置面積を約1/10に、処理速度を約2倍に向上させることができる。

本発明の工程（ｂ）における有機性排水の嫌気性排水処理は、微生物による硫黄酸化・還元サイクルの活性化法による処理、好ましくは嫌気性メタン発酵のＵＡＳＢ法による処理と微生物による硫黄酸化・還元サイクルの活性化法による処理との組み合わせからなる。以下においては、好ましい態様である２つの処理を組み合わせた場合について説明する。

ＵＡＳＢ法とは、付着担体等を使用せず嫌気性微生物のもつ自己固定化作用を利用して汚泥をグラニュール状に増殖させ、それにより、有機性排水の処理を行う発酵槽内への微生物の高濃度保持を実現し、排水の高速処理を可能にする排水処理方法である（例えば、Lettinga, G. et al., Use of the upflow sludge blanket(UASB) reactor concept for biological wastewater treatment especially for anaerobic treatment. Biotechnol.Bioeng., 22, 699(1980)参照）。具体的には、有機性排水は、例えば、複合微生物系ではあるが、加水分解・酸生成菌として、Clostridium属細菌等、酢酸生成菌として、Acetobacterium属細菌等、メタン生成菌として、Methanosaeta属、Methanobacterium属細菌等を用い、温度が、通常、３０〜６０℃程度、ｐＨが、通常、６〜８程度、滞留時間が２〜４８時間程度の条件でメタン発酵処理される。かかる処理により、例えば、生化学的酸素要求量（BOD）が数千〜数万ppmと非常に高い排水であっても1000ppm未満程度にまで処理することができる。

次いで、処理排水を、硫酸還元菌、硫黄酸化菌及び脱窒菌が高密度に保持された発酵槽でさらに処理する。それぞれ特に限定されるものではないが、硫酸還元菌としては、例えば、Desulfovibrio属、Desulfotomaculum属、Desulfobacterium属細菌等が、硫黄酸化菌としては、例えば、Halothiobacillus属、Thiobacillus属、Sulfolobus属、Thiobacterium属細菌等が、脱窒菌としては、例えば、Pseudomonas属、Bacillus属、Paracoccus属、Thiobacillus属細菌等が用いられる。これらの微生物は、より小さな処理面積で高効率な処理を可能にする観点から、発酵槽内で、任意の担体に担持されているのが好ましい。発酵槽内の温度としては、通常、１５〜４０℃程度、ｐＨとしては、通常、４〜８程度が好適である。また、発酵槽内での被処理物の滞留時間としては、通常、４〜１０時間程度とすればよい。

本発酵槽では、硫酸還元菌の働きにより硫酸塩は硫化物に変換され、同時に有機性成分(BOD)が除去される。生じた硫化物は、硫黄酸化菌により硫酸塩に再生されるが、その際、同時に硝酸塩が脱窒菌により脱窒される。再生された硫酸塩は再びBOD除去のドライビング・フォースとして活用される。

以上のようにして有機性排水を嫌気性排水処理することにより、汚泥発生量を従来の1/20程度に低減することができる。

さらに、工程（ａ）で生じた滲出水は嫌気性排水処理装置に供され、工程（ｂ）で生じた汚泥は乾式嫌気性消化装置に供される。従って、上記の２つの嫌気性処理方式が組み合わされた完全クローズドサイクルが形成され、これまで別々に処理しなければならなかった有機性廃棄物と有機性排水とを一括して狭い敷地（小さな処理面積）で高処理速度で集中処理でき、しかも脱水汚泥を十分に減容化することができる。

本発明の処理方法は、少なくとも以上の通りの構成を有するが、後述する実施例に記載するような種々の構成をとることができ、より効率的な有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理を達成することができる。以下において説明する本発明の処理装置についても同様である。

本発明の別の一態様として、本発明の前記処理方法の実施に好適な有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理装置を提供する。かかる装置は、有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵させる乾式嫌気性消化装置と、有機性排水を嫌気性排水処理する嫌気性排水処理装置と、前記乾式嫌気性消化装置で生じた滲出水を前記嫌気性排水処理装置に導入する手段と、前記嫌気性排水処理装置で生じた汚泥を前記乾式嫌気性消化装置に導入する手段とを有してなる。

乾式嫌気性消化装置は、例えば、乾式嫌気性メタン発酵に使用される前記微生物を公知の方法（Young, J.C. et al., The anaerobic filter for waste treatment. J. Water Pollution Control Fed., 41, 161(1969)等）に従ってプラスチック製のろ材等の任意の担体に担持させ、それを、例えば、スチール製の筐体等からなる発酵槽内に保持させることにより製造することができる。かかる装置としては、発酵槽内の入口側から出口側に向けて被処理物を移送するための移送手段、発酵槽内の被処理物を攪拌可能な攪拌機構、微生物の繁殖を促進可能にする加熱手段、容器内温度調節機構、容器内温度計測機構、容器内ｐＨ計測機構等を備えたものであってもよい。また、嫌気性排水処理装置は、例えば、嫌気性排水処理に使用される前記微生物を用いて、前記乾式嫌気性消化装置と同様にして製造することができる。

乾式嫌気性消化装置で生じた滲出水を嫌気性排水処理装置に導入する手段、及び嫌気性排水処理装置で生じた汚泥を乾式嫌気性消化装置に導入する手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、ドレンパイプによる自然重力流れ、スクリューポンプ等からなる公知の任意の配管、並びに前記滲出水及び汚泥の各装置への導入を可能にする公知の任意のポンプを用いて構成することができる。

本発明の装置は、具体的には、乾式嫌気性消化装置と嫌気性排水処理装置とが、乾式嫌気性消化装置で生じた滲出水を嫌気性排水処理装置に導入する手段と嫌気性排水処理装置で生じた汚泥を乾式嫌気性消化装置に導入する手段とを介して連結された構造を有する。例えば、有機性廃棄物を乾式嫌気性消化装置に導入すると、メタンと無機物に処理され、その際、生じた滲出水は嫌気性排水処理装置に導入され、浄化水に処理される。また、有機性排水を嫌気性排水処理装置に導入すると、浄化水に処理され、その際、生じた汚泥は乾式嫌気性消化装置に導入され、メタンと無機物に処理され、その際、生じた滲出水はさらに嫌気性排水処理装置に導入され、浄化水に処理される。このようにして本発明の処理装置で有機性廃棄物及び／又は有機性排水を処理することで、最終的に発生する汚泥量を大幅に減らすことが可能である。

本発明は、現在大量に排出されている汚泥を効率的に減容化し得る、省エネルギー型の極めて経済的な新しい排水・廃棄物処理法である。今後は、ディスポーザーの普及で、生活排水も高濃度化することが予想され、国内でもここ数年で、数万戸にディスポーザーが設置されている。かかる状況においては、従来の好気性処理（活性汚泥法、合併浄化槽）では、前記の通りの産業排水処理等の問題が加速されることになる。本発明の処理方法は、高濃度化した排水の処理にも、低温・低濃度の排水の処理にも利用できることから、今後の排水・廃棄物処理にとって非常に有効な方法と考えられる。

また、本発明の処理装置は、一通り整備された大規模都市下水処理施設だけでなく、下水未整備地域への小規模排水施設としても導入可能であり、地域の総合汚泥処理施設としての機能を果たさせることが可能である。

以下、非限定的な具体例を挙げて、本発明の有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法及び処理装置による有機性廃棄物及び有機性排水の処理を説明する。

実施例１
図1は、本発明の処理装置の一例を示す模式図である。また、図2及び図3は、それぞれ乾式嫌気性消化装置及び嫌気性排水処理装置の一例を示す模式図である。なお、図中、矢頭は物質の流れを示す。

含水率が約80％の脱水汚泥1（従来の活性汚泥法で発生する汚泥は含水率が約98重量％であることから、これを用いた消化法を湿式消化法と呼ぶのに対し、本発明における脱水汚泥は低含水率であることから乾式消化法と呼ばれる）や生ごみ2等の有機性廃棄物を乾式嫌気性消化装置4に導入して処理する。乾式嫌気性消化装置4は、図2に示すように、分解・酸生成相16とメタン生成相17の2相からなる。分解・酸生成相16では、温度、pＨ、滞留時間等の処理条件を制御して有機物を分解し、酢酸等の有機酸に変換する。この場合、所望により調整ライン28からビタミン等の栄養分や凝水剤を添加したり、生ゴミ等を添加してC/N比の組成調整等を行い、有機酸への変換が最適になるように分解条件を調整してもよい。生成した酢酸等の有機酸はメタン生成における直接の基質となるのでメタン生成菌を集積したメタン生成相17で非常に高速にメタン発酵が行われる。両者のプロセスはいずれも嫌気性雰囲気で処理する。乾式嫌気性消化装置4において有機性廃棄物の有機成分をメタン発酵させ、メタンガス8とリン、カルシウム等の無機物9に処理される。それらは、いずれも有用資源として活用できる。

また、図２の装置では、有機酸滲出液及びメタン生成馴養汚泥の一部をメタン生成相17の前流側に有機酸滲出液返送ライン19及びメタン生成馴養汚泥ライン18を介して返送し、酸溶解後のメタン発酵を促進させる、いわゆる汚泥返送手法を採用している。メタン生成相17で生じた滲出水6は嫌気性排水処理装置5に導入されて処理され、浄化水11として下水道もしくは河川等の公共用水域に放流される。

一方、下水29、産業排水3は、嫌気性排水処理装置5に導入して処理する。図3には嫌気性排水処理装置の一例を示すが、本装置は、前段の高速メタン発酵槽21と後段の硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22の2槽から構成されている。前段の高速メタン発酵槽21において、ＵＡＳＢ法によるメタン生成菌により濃度数千〜数万ppmのBODを1000ppm未満まで分解してメタンガス8を発生させる。次に、後段の硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22において、高濃度に保持した硫酸還元菌、硫黄酸化菌及び脱窒菌によりBODは実質的に20ppm以下になる。その際、二酸化炭素20が発生する。なお、下水29等は、後段の硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22に直接投入してもよい。嫌気性排水処理装置5での処理により、汚泥を従来の1/20程度に減容化することができる。

前段の高速メタン発酵槽21においては、前述したように，UASB法を採用するので微生物担持担体は特に使用しなくても汚泥をグラニュール状に増殖させて微生物を高濃度に担持できる。一方、後段の硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22の微生物は任意の担体に担持するのが好ましい。該担体としては、通常使用されるプラスチック製のろ材等、硫酸還元菌、硫黄酸化菌及び脱窒菌を高濃度に担持できる担体であれば特に限定するものではない。

嫌気性排水処理装置5で発生する少量の汚泥7は上記乾式嫌気性消化装置4に戻して処理されるが、その場合、所望により、上記乾式嫌気性消化装置4に戻す前に、公知の方法、例えば、高温加熱、オゾン処理、超音波処理、機械的方法等により可溶化処理を行ってもよい。

すなわち、脱水汚泥1、生ごみ2等の有機性廃棄物、産業排水3、下水29等の有機性排水は、上記２つの嫌気性処理方式の組み合わせからなる完全クローズドサイクルにおいて処理され、メタンガス8等の有価物が取り出されることになる。メタンガス8は、都市ガス・電力・熱10の原料として利用される。

実施例２
本発明の処理装置の他の一例を図4に示す。実施例２では、上記実施例１において、乾式嫌気性消化装置4の分解・酸生成相16を好気性雰囲気とし、有機物を完全に有機酸に分解・酸生成させる。後続のメタン生成相17は実施例１と同様、嫌気性雰囲気とする。分解・酸生成相16を好気性雰囲気で処理することから、当然、水分量、温度、pＨ、滞留時間等は上記嫌気性処理とは異なった条件となり、それは調整ライン28で適宜所望の成分を添加して調整する。

実施例３
本発明の処理装置の他の一例における嫌気性排水処理装置の模式図を図5に示す。実施例３では、上記実施例１における嫌気性排水処理装置5において、硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22にて処理した滲出水6の後段に担体にスポンジを用いた散水ろ床型排水処理装置23を設け硝化を促進する。更に、下水放流あるいは河川放流する場合の排水基準を満足すべく沈殿ろ過槽・砂ろ過槽24を設け、散水ろ床型排水処理装置23の出口水の一部を、戻りライン25を用いて硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22の入り口に戻して硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22に流入するBODを希釈する。これにより、高濃度の硫黄酸化・硝化菌及びBOD酸化菌保持が可能であるスポンジ型ろ床により、BOD除去、窒素除去効率が向上すると共に、散水方式を採用することで動力使用量を低減でき，電力使用量は従来の20％程度とできる。

実施例４
本発明の処理装置の他の一例における嫌気性排水処理装置の模式図を図6に示す。実施例４では、上記実施例１における嫌気性排水処理装置5において、高速メタン発酵槽21と硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22との中間に更にもう一段UASB装置26を設け、UASB装置26からの排出水の一部を戻りライン27を介して前段の高速メタン発酵槽21の入口の産業排水3、滲出水6、下水29に戻す。これにより、高速メタン発酵槽21の入口の産業排水3等のBOD濃度を希釈してBODの除去性能を向上させると共に，後段の硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽22の処理負荷が軽減できる。高速メタン発酵槽21で未消化であるBODの処理が促進される。

実施例５
本発明の処理装置の他の一例における嫌気性排水処理装置の模式図を図7に示す。実施例５では、嫌気性排水処理装置5を上記実施例３及び実施例４に記載の該装置を組み合わせて構成し、産業排水3等の処理を行う。

本発明は、(1)農漁村集落排水処理分野（全国で年間300基程度新設）、(2)都市下水処理分野、(3)集合住宅、ニュータウン、団地等のコミュニティ・プラント分野、(4)事業系浄化槽分野、(5)食品産業汚泥・排水処理等の食品産業分野、(6)家畜糞尿処理等の畜産分野、(7)開発途上国の廃水処理分野等の各産業分野において大きく寄与し得る。

本発明の処理装置の一例を示す模式図である。 本発明の乾式嫌気性消化装置の一例を示す模式図である。 本発明の嫌気性排水処理装置の一例を示す模式図である。 本発明の処理装置の他の一例を示す模式図である。 本発明の処理装置の他の一例における嫌気性排水処理装置を示す模式図である。 本発明の処理装置の他の一例における嫌気性排水処理装置を示す模式図である。 本発明の処理装置の他の一例における嫌気性排水処理装置を示す模式図である。 産業排水及び下水の現状の代表的処理プロセスを示す模式図である。

符号の説明

１ 脱水汚泥
２ 生ごみ
３ 産業排水
４ 乾式嫌気性消化装置
５ 嫌気性排水処理装置
６ 滲出水
７ 汚泥
８ メタンガス
９ 無機物
１０ 都市ガス・電力（燃料電池）・熱
１１ 浄化水
１２ 好気浄化装置（活性汚泥法等）
１３ 汚泥
１４ 嫌気消化槽
１５ 減容化汚泥
１６ 分解・酸生成相
１７ メタン生成相
１８ メタン生成馴養汚泥ライン
１９ 有機酸滲出液返送ライン
２０ 二酸化炭素
２１ 高速メタン発酵槽
２２ 硫酸還元・硫黄酸化脱窒槽
２３ 散水ろ床型排水処理装置
２４ 沈殿ろ過槽・砂ろ過槽
２５ 戻りライン
２６ ＵＡＳＢ装置
２７ 戻りライン
２８ 調整ライン
２９ 下水

Claims (4)

1. 有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵させる乾式嫌気性消化装置Ａと、有機性排水を嫌気性排水処理する嫌気性排水処理装置Ｂとを用いる、有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法であって、
   （ａ）有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵により減容化する工程、及び／又は（ｂ）有機性排水を嫌気性排水処理する工程を有し、工程（ａ）で生じた滲出水を装置Ｂに供し、工程（ｂ）で生じた汚泥を装置Ａに供する、有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理方法。
2. 工程（ａ）において、有機性廃棄物を、予め乾式の嫌気性又は好気性の条件下で可溶化した後に乾式嫌気性メタン発酵により減容化する、請求項１記載の方法。
3. 工程（ｂ）における嫌気性排水処理が、ＵＡＳＢ法による処理と硫酸還元菌、硫黄酸化菌及び脱窒菌による処理との組み合わせからなる、請求項１又は２記載の方法。
4. 有機性廃棄物を乾式嫌気性メタン発酵させる乾式嫌気性消化装置と、有機性排水を嫌気性排水処理する嫌気性排水処理装置と、前記乾式嫌気性消化装置で生じた滲出水を前記嫌気性排水処理装置に導入する手段と、前記嫌気性排水処理装置で生じた汚泥を前記乾式嫌気性消化装置に導入する手段とを有する有機性廃棄物及び／又は有機性排水の処理装置。

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