JP2007098273A - 有機酸生成方法及び有機酸生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機酸の生成効率を向上する有機酸生成方法及び有機酸生成装置を提供すること。
【解決手段】前処理装置１で固液分離し酸素に曝しメタン菌の活性を抑制した分離汚泥を酸発酵槽２に導入し、この酸発酵槽２でメタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行って有機酸を生成し、この酸発酵槽２で生成した有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とを有機酸分離装置３で分離し、酸発酵を行う酸生成菌体含有汚泥を、曝露装置５で酸素に曝しメタン菌の活性を抑制して酸発酵槽２に導入し、当該酸発酵槽２で、導入する分離汚泥及び酸生成菌体含有汚泥のメタン発酵を抑制しつつ酸発酵を促進させて有機酸を効率的に生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生汚泥から有機酸を生成する方法及び装置に関する。

従来、流入下水を最初沈殿池に導入し、この最初沈殿池に鉄又はアルミニウム系の無機凝集剤か有機高分子凝集剤を添加して固液分離し、沈降した汚泥を酸発酵槽に移送しｐＨ調整して有機酸を生成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３０１４９９号公報

しかしながら、上記技術にあっては、有機酸の生成効率が十分では無い。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、有機酸の生成効率が向上される有機酸生成方法及び有機酸生成装置を提供することを目的とする。

ここで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、有機酸の生成効率が不十分なのは、酸発酵槽へ導入される汚泥にはメタン菌が生息しているため、当該酸発酵槽でメタン菌が活性化し、有機酸が生成してもさらにメタン発酵も進行してしまうからであることを見出した。

また、本発明者らは、このメタン発酵を抑止するには、汚泥を酸素に曝すことが特に有効であることを見出した。

そこで、本発明による有機酸生成方法は、生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成方法において、生汚泥を固液分離中又は後に酸素に曝す第１工程と、この第一工程で処理した分離汚泥を酸発酵槽に導入して酸発酵し有機酸を生成する第２工程と、生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離して有機酸溶液を回収する第３工程と、酸生成菌体含有汚泥を酸素に曝して酸発酵槽に導入する第４工程と、を備えることを特徴としている。

また、本発明による有機酸生成装置は、生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成装置において、生汚泥を、加圧浮上濃縮する又は固液分離してから酸素に曝す前処理装置と、この前処理装置で処理した分離汚泥を酸発酵し有機酸を生成する酸発酵槽と、この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離する有機酸分離装置と、この有機酸分離装置で分離された有機酸溶液を回収する回収ラインと、酸生成菌体含有汚泥を酸素に曝す曝露装置と、この曝露装置で処理された酸生成菌体含有汚泥を酸発酵槽に導入する導入ラインと、を具備したことを特徴としている。

このような有機酸生成方法及び有機酸生成装置によれば、固液分離され酸素に曝されメタン菌の活性が抑制された分離汚泥が酸発酵槽に導入され、この酸発酵槽でメタン発酵が抑制されつつ酸発酵が行われて有機酸が生成され、この酸発酵槽で生成された有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とが分離され、酸発酵を行う酸生成菌体含有汚泥が、酸素に曝されメタン菌の活性が抑制されて酸発酵槽に導入される。このため、酸発酵槽では、導入される分離汚泥及び酸生成菌体含有汚泥のメタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進され、有機酸が効率的に生成され、有機酸が効率的に回収される。

ここで、第１工程の好適な方法としては、具体的には、生汚泥を好気性雰囲気にて固液分離する方法が挙げられる。

また、第１工程の好適な方法として、より具体的には、生汚泥を加圧浮上濃縮し空気中の酸素に曝しながら固液分離する方法が挙げられる。

また、第４工程の好適な方法としては、具体的には、酸生成菌体含有汚泥を曝気して酸発酵槽に導入する方法が挙げられる。

また、第４工程の好適な他の方法としては、具体的には、酸生成菌体含有汚泥を重力濃縮しながら酸素に曝し酸発酵槽に導入する方法が挙げられる。

また、第４工程の好適な他の方法としては、具体的には、酸生成菌体含有汚泥を重力濃縮しながら酸素に曝し、この濃縮した酸生成菌体含有汚泥を酸素密封槽に導入した後に、酸発酵槽に導入する方法が挙げられる。

このように本発明によれば、有機酸の生成効率を向上することが可能となる。

以下、本発明による有機酸生成方法及び有機酸生成装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の実施形態に係る有機酸生成装置を備えた排水処理設備を示す概略構成図であり、例えば下水処理場等に採用されるものである。

図１に示すように、排水処理設備１００は、下水に対して生物学的リン除去及び生物学的窒素除去を含む高度処理を行う設備である。この排水処理設備１００は、最初沈殿池１０、生物処理槽２０、最終沈殿池３０と共に有機酸生成装置５０を備えている。

排水処理設備１００にあっては、下水処理場の粗目スクリーンにて粗大な木切れ等が除去され、沈砂池で比較的粒径が大きい固形物が沈降分離され、布、空き缶、ビニール類等の篩渣がスクリーンにて除去され、ポンプ井よりポンプアップされた流入下水が、ラインＬ１を通じて最初沈殿池１０に導入される。ラインＬ１からの流入下水は、大部分が嫌気性の状態で導入されるため、メタン菌が生殖している。このため、酸発酵を行う際には、メタン菌の活性を抑制する必要が生じてくる。

この流入下水は、ラインＬ１より最初沈殿池１０に導入され、重力沈降により最初沈殿池１０の底部に沈降する生汚泥とそれ以外の上澄み液とに分離される。この最初沈殿池１０は、重力沈降分離が十分に行われる表面積負荷を要した容量に構成されている。ここで分離された生汚泥は図示しない汚泥掻寄機で汚泥溜まり部に掻き寄せられて、ラインＬ１１を通じて有機酸生成装置５０に送られ、一方、上澄み液は被処理水としてラインＬ２を通じて生物処理槽２０に送られる。詳細は後述するが、有機酸生成装置５０は、生汚泥を酸発酵し、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸といった有機酸を含んだ有機酸溶液をラインＬ２０から排出する。

生物処理槽２０は、例えば、Ａ２Ｏ法と呼ばれる活性汚泥法による生物処理を行う槽であり、嫌気槽２０ａ、無酸素槽２０ｂ、好気槽２０ｃをこの順に備えている。ラインＬ２から嫌気槽２０ａに導入された上澄み液である被処理水は、嫌気槽２０ａ、無酸素槽２０ｂ、好気槽２０ｃの順に送られながら、それぞれの槽で嫌気性処理、無酸素処理、好気性処理が行われ、この嫌気槽２０ａに、有機酸生成装置５０からラインＬ２０を通じて有機酸溶液が供給されることで脱リンが促進され、好気槽２０ｃの滞留液が無酸素槽２０ｂに導入されることで生物学的脱窒が促進される。

ラインＬ３を介して最終沈殿池３０に送られた生物処理水は、浮遊する活性汚泥を沈降分離させた後、ラインＬ５を通じて排出され、図示しない設備において三次処理や滅菌処理が行われた後、河川等に放流される。沈降した活性汚泥の一部はラインＬ４を通じて嫌気槽２０ａに導入され、残りは、図示しない汚泥処理槽に送られて処理される。

上記有機酸生成装置５０は、加圧浮上濃縮槽１、酸発酵槽２、有機酸分離槽３をこの順にラインＬ７、ラインＬ８を介して備えると共に、この有機酸分離槽３の分離液側にラインＬ９を介して有機酸貯槽４を、分離汚泥側にラインＬ１０を介して汚泥曝気槽５を各々備えている。この汚泥曝気槽５には、ラインＬ１２を介して酸発酵槽２が接続され、有機酸貯槽４には、上記ラインＬ２０を介して嫌気槽２０ａが接続され、さらに、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３の排出側にはラインＬ１３が接続されている。

加圧浮上濃縮槽（前処理装置）１は、導入される生汚泥を空気中の酸素に曝しながら固液分離するもので、大別して全量加圧法、部分加圧法、循環加圧法によるものがある。

全量加圧法によるものは、生汚泥を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合し、浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、部分加圧法によるものは、生汚泥の一部を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合した後、生汚泥の残量と共に、浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、循環加圧法によるものは、浮上槽１で分離された分離液を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合した後、例えばエジェクター等により生汚泥と混合して浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、生汚泥の採取量等によりランニングコストを低減する方法が適宜採用される。

酸発酵槽２は、加圧浮上濃縮槽１からの分離汚泥を槽内に導入し、撹拌機により撹拌しながら、汚泥中の有機物を酸生成菌により酸発酵させて有機酸を生成するものである。

有機酸分離槽（有機酸分離装置）３は、ここでは沈殿槽であり、酸発酵槽２で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離するものである。なお、この沈殿槽に代えて例えば膜分離槽（膜分離装置）等の固液分離装置を用いることができる。

有機酸貯槽４は、有機酸分離槽３で分離された有機酸溶液を回収し一旦貯留するためのものであり、上流の有機酸分離槽３と有機酸貯槽４とを接続するラインＬ９が、有機酸溶液を回収する回収ラインに相当する。

汚泥曝気槽（曝露装置）５は、有機酸分離槽３で分離された酸生成菌体含有汚泥を曝気するものであり、この汚泥曝気槽５と酸発酵槽２とを接続するラインＬ１２が、曝気した酸生成菌体含有汚泥を酸発酵槽２に導入する導入ラインに相当する。

また、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３に接続されるラインＬ１３は、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３の残渣を系外へ排出するためのものである。この残渣は、例えば脱水―焼却等の処理に供される。

このように構成された有機酸生成装置５０にあっては、ラインＬ１１を介して加圧浮上濃縮槽１に生汚泥が導入される。この生汚泥には、前述したように、メタン菌が生息しており、加圧浮上濃縮槽１において、空気中の酸素に曝されながら固液分離される。

このように生汚泥が加圧浮上濃縮槽１での固液分離時に酸素に曝されるため、メタン菌の活性が抑制される。その理由について以下に説明する。

図２は、本発明者らによる実験結果であって、曝気した生汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図である。横軸は時間（ｈ）を表し、縦軸はメタンガス発生量（ｍｌ）を表している。この図中にあって、×印は、曝気をせずに酸化還元電位が−４００ｍＶの場合を、黒三角印は、酸化還元電位を−７０ｍＶに保持して曝気した場合を、三角印は、酸化還元電位を−５０ｍＶに保持して曝気した場合を、四角印は酸化還元電位を−２３ｍＶに保持して曝気した場合を各々示している。

図２より明らかなように、汚泥を曝気しない×印の場合には、メタン菌が直ぐ増殖し始め、約１５時間後には殆どがメタンガス化する。一方、酸化還元電位を−７０ｍＶに保持した黒三角印の場合には、徐々にメタン菌が増殖し、約１５時間後には、曝気しない場合の約１／６までメタンガスの発生が抑制され、約４５時間後においても、曝気しない場合の約１／３のメタンガスの発生となる。また、酸化還元電位を−５０ｍＶに保持した三角印、酸化還元電位を−２３ｍＶに保持した四角印の場合には、メタンガスの発生が極端に少なく、曝気しない場合の約１／１０までメタンガスの発生が抑制される。

このように、酸素雰囲気下では、汚泥中のメタン菌の活性が抑制されているのが分かる。

そして、加圧浮上濃縮槽１は、汚泥の分離回収とメタン菌の活性の抑制を一度に両方できるため好適である。

この加圧浮上濃縮槽１からのメタン菌の活性が抑制された分離汚泥は、図１に示すように、ラインＬ７を介して酸発酵槽２に導入され、当該酸発酵槽２でメタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進されて有機酸が効率的に生成される。

この酸発酵槽２で生成された有機酸溶液は、ラインＬ８を介して有機酸分離槽３に導入され、当該有機酸分離槽３で、有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とに分離され、分離液である有機酸溶液はラインＬ９を介して回収され、ラインＬ２０を介して嫌気槽２０ａに供給されて脱リンに利用される。

一方、有機酸分離槽３での分離汚泥である酸生成菌体含有汚泥は、ラインＬ１０を介して汚泥曝気槽５に導入され、当該汚泥曝気槽５で曝気されて酸素に曝される。従って、嫌気性状況にある酸発酵槽２、有機酸分離槽３を経る間にメタン菌が増殖している虞がある酸生成菌体含有汚泥中のメタン菌は、その活性が抑制される。

そして、酸発酵を行う酸生成菌体含有汚泥は、メタン菌の活性が抑制されて、ラインＬ１２を介して酸発酵槽２に導入される。従って、当該酸発酵槽２では、ラインＬ７を通して導入される分離汚泥及びラインＬ１２を通して導入される酸生成菌体含有汚泥のメタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進されて有機酸が効率的に生成され、この効率的に生成された有機酸がラインＬ９を通して回収される。

このように、本実施形態においては、酸発酵槽２に導入される分離汚泥及び酸生成菌体含有汚泥を、酸素に曝してから導入するようにしているため、酸発酵槽２では、分離汚泥及び酸生成菌体含有汚泥のメタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進されて有機酸が効率的に生成される。このため、有機酸を効率的に回収できる。

図３は、本発明の他の実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この実施形態の有機酸生成装置６０が先の実施形態の有機酸生成装置５０と違う点は、汚泥曝気槽５に代えて、重力濃縮装置（曝露装置）６を用いた点である。

この重力濃縮装置６は、機械式重力濃縮装置であり、ここでは、ベルト走行式の濃縮装置が用いられている。このベルト走行式濃縮装置６は、複数のプーリー６ａにより回転する濾布６ｂ上に、ラインＬ１０からの酸生成菌体含有汚泥を導入し、当該酸生成菌体含有汚泥を空気中の酸素に曝しながら重力濃縮し濃縮汚泥を酸発酵槽２に導入するものである。また、このベルト走行式濃縮装置６で生じる濾液は、濾液パン６ｃに集合されて酸発酵槽２に導入される。

このように構成しても、先の実施形態と同様に、酸発酵槽２に導入される酸生成菌体含有汚泥が、酸素に曝されてから導入されるため、先の実施形態と同様な効果を得ることができるというのはいうまでもない。なお、重力濃縮装置は他の重力濃縮装置であっても勿論良い。

図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この実施形態の有機酸生成装置７０が先の実施形態の有機酸生成装置６０と違う点は、重力濃縮装置６と酸発酵槽２との間に、酸素密封槽（曝露装置）７を設けた点である。

そして、この第３実施形態によれば、重力濃縮装置６で酸素に曝された濃縮汚泥が、酸素密封槽７にてさらに酸素に曝されてラインＬ１２を通して酸発酵槽２に導入されるため、先の実施形態に比して、一層メタン菌の活性が抑制され、その結果、有機酸が一層効率的に生成される。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、酸生成菌体含有汚泥を酸発酵槽２に直接導入するようにしているが、例えば、加圧浮上濃縮槽１と酸発酵槽２とを接続するラインＬ７に導入するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、汚泥の分離回収とメタン菌の活性の抑制を一度に両方でき特に好適であるとして加圧浮上濃縮槽１を用いているが、この加圧浮上濃縮槽１に代えて、生汚泥を固液分離する固液分離手段と、この固液分離手段で分離された分離汚泥を酸素に曝す曝露手段とを有する前処理装置を用いることも可能である。

本発明の実施形態に係る有機酸生成装置を備えた排水処理設備を示す概略構成図である。 曝気した生汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図である。 本発明の他の実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１…加圧浮上濃縮装置（前処理装置）、２…酸発酵槽、３…有機酸分離装置、５…汚泥曝気槽（曝露装置）、６…重力濃縮装置（曝露装置）、７…酸素密封槽（曝露装置）、５０，６０，７０…有機酸生成装置、１００…排水処理設備、Ｌ９…回収ライン、Ｌ１２…導入ライン。

Claims (7)

1. 生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成方法において、
   前記生汚泥を固液分離中又は後に酸素に曝す第１工程と、この第一工程で処理した分離汚泥を酸発酵槽に導入して酸発酵し有機酸を生成する第２工程と、生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離して有機酸溶液を回収する第３工程と、前記酸生成菌体含有汚泥を酸素に曝して前記酸発酵槽に導入する第４工程と、を備えることを特徴とする有機酸生成方法。
2. 前記第１工程は、前記生汚泥を好気性雰囲気にて固液分離することを特徴とする請求項１記載の有機酸生成方法。
3. 前記第１工程は、前記生汚泥を加圧浮上濃縮し空気中の酸素に曝しながら固液分離することを特徴とする請求項１又は２記載の有機酸生成方法。
4. 前記第４工程は、前記酸生成菌体含有汚泥を曝気して前記酸発酵槽に導入することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成方法。
5. 前記第４工程は、前記酸生成菌体含有汚泥を重力濃縮しながら酸素に曝し前記酸発酵槽に導入することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成方法。
6. 前記第４工程は、前記酸生成菌体含有汚泥を重力濃縮しながら酸素に曝し、この濃縮した酸生成菌体含有汚泥を酸素密封槽に導入した後に、前記酸発酵槽に導入することを特徴とする請求項５記載の有機酸生成方法。
7. 生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成装置において、
   前記生汚泥を、加圧浮上濃縮する又は固液分離してから酸素に曝す前処理装置と、
   この前処理装置で処理した分離汚泥を酸発酵し有機酸を生成する酸発酵槽と、
   この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離する有機酸分離装置と、
   この有機酸分離装置で分離された有機酸溶液を回収する回収ラインと、
   前記酸生成菌体含有汚泥を酸素に曝す曝露装置と、
   この曝露装置で処理された酸生成菌体含有汚泥を前記酸発酵槽に導入する導入ラインと、を具備した有機酸生成装置。

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