JP2008136959A - 有機性廃液処理方法及び有機性廃液処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機性廃液を間欠曝気式汚泥法により脱窒する脱窒処理の前に必要な炭酸ガスの脱気処理工程において、炭酸ガスを一定濃度まで効率的に低減できて有機性廃液の処理効率を向上させる有機性廃液処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】有機性廃液に対して脱窒処理を実行するための間欠曝気槽３０、間欠曝気処理を施す前の有機性廃棄液に溶存する炭酸ガスを減少させる脱気処理を実行するための脱気槽２０、脱気槽２０内の有機性廃棄液ＥＬへ空気を送り込む脱気層ブロワ４０、脱気槽２０内の有機性廃棄液ＥＬのｐＨを計測するｐＨ計２１、ｐＨ計２１の計測したｐＨに基づいて脱気層ブロワ４０の動作を制御する制御装置５０等から構成されるものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃液、特に、有機性廃棄物のメタン発酵処理によって排出される発酵廃液の処理を生物的に行う廃液処理方法及び廃液処理装置に関する。

近年、生ごみ、消化汚泥等の有機性廃棄物の処理問題が表面化している。メタン発酵発電システムは、生ゴミ、消化汚泥等の有機性廃棄物を粉砕し、希釈してスラリー状にした後、発酵槽に投入して嫌気条件下でメタン菌により嫌気性発酵を行い、発生したメタンガスを利用するものである。メタン発酵においては、発酵処理後に排出される有機性廃液にアンモニア性窒素が高濃度に残留するため、そのまま下水道や河川に放流できず、有機物と窒素成分を分解除去する処理が必要である。

有機性廃液に含まれる窒素分の処理方法としては、特許文献１等に開示されているように、単一の反応槽内において空気曝気による好気過程と曝気を停止した嫌気過程とを繰り返す間欠曝気方式による処理が一般的である。
この間欠曝気方式による処理では、微生物による処理により、好気過程においてアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に変換（硝化）してさらに硝酸性窒素に変換し（好気的生物処理）、嫌気過程において亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を窒素ガスとして変換（脱窒）し（嫌気的生物処理）、この窒素を外部へ放出する。尚、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化する過程ではアンモニア酸化細菌が作用し、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素に分解する過程では亜硝酸酸化菌が作用し、さらに亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を窒素ガスに分解する嫌気過程では脱窒菌が作用する。

また、有機性廃液を所定の条件下におくことにより、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素を経ずに直接窒素ガスとして分解することも可能である。具体的には、亜硝酸性窒素を直接窒素ガスとして分解する技術として、アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌とは増殖速度に違いがあり、かつ、１５℃程度以上ではアンモニア酸化菌の増殖速度がより速いことを利用して、反応槽内の温度を１５℃程度以上に保ち、好気時間をアンモニア酸化菌の増殖に必要な限界まで短縮して運転することにより、系内にアンモニア酸化菌のみ保持し、亜硝酸酸化菌を系外に流出させることが知られている。すなわち、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素に硝化されたところで好気を終了し、嫌気に切りかえることで、硝酸性窒素を生成させず、亜硝酸性窒素のみを系内に残すことができる。これにより、曝気動力の低減によるコストダウンが可能となる。尚、アンモニア性窒素の亜硝酸性窒素への硝化の完了は、有機性廃液のｐＨをモニタリングし、このｐＨの挙動から判断することができる。

有機性廃液の効率的な間欠曝気処理を目的として、間欠曝気処理が行われる反応槽内の有機性廃液のｐＨを計測し、計測したｐＨの変化を利用して間欠曝気処理工程の管理、制御を行う技術は、特許文献２〜５等において開示されている。
特許文献２は、反応槽内の有機性廃液のｐＨの挙動をみて脱窒反応の終了時間を予測し、嫌気時間、間欠曝気槽の曝気時間、曝気風量を制御する技術を開示している。
特許文献３は、好気条件下では硝化反応が進行するのに伴ってｐＨが低下していき、硝化が終了してアンモニア性窒素がなくなった時点で硝化反応に伴って生成された炭酸ガスが脱気されてｐＨが上昇に転じることを利用して、硝化反応及び脱窒反応の進行状況を診断する技術を開示している。
特許文献４は、好気処理と嫌気処理を繰り返す間欠曝気処理の好気時間と嫌気時間との比率を反応槽内のｐＨを基準に制御する技術を開示している。
特許文献５は、有機性廃液中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に変換する硝化反応の完了する時間を間欠曝気処理の反応槽内の有機性廃液のｐＨから検出する技術を開示している。
特開平０４−１０４８９６号公報 特許第２９１２９０１号 特開平８−３２３３９４号公報 特開平１０−２４９３８６号公報 特開平１１−２５３９９０号公報

ところで、メタン発酵では、エネルギー利用可能なメタンガスのほかに、炭酸ガスが発生するため、発酵廃液には炭酸ガスが溶存しており、炭酸ガスが溶存する発酵廃液を間欠曝気処理工程に直接投入すると、好気期間中の曝気により炭酸ガスが脱気され、ｐＨが上昇する。間欠曝気処理工程におけるアンモニアの硝化はアルカリ成分を消費しｐＨを低下させる反応なので、硝化によるｐＨ低下と炭酸ガスの脱気によるｐＨ上昇が相殺され、上記したように、発酵廃液のｐＨの変化を利用して間欠曝気処理工程を管理、制御する場合に、ｐＨから硝化反応等の進行度合いを正確に判断することが困難となる。
したがって、間欠曝気処理工程において、硝化反応の進行度合いをｐＨの挙動からより正確に判断するためには、発酵廃液を直接間欠曝気槽に投入せずに、炭酸ガスを脱気するための脱気槽を設けてこの脱気槽で空気曝気を行って十分に脱気した後に、間欠曝気処理を行う必要がある。
しかしながら、脱気槽で空気曝気を行って炭酸ガスをその濃度が十分に低くなるまで脱気するには長時間を要し、又、脱気のための動力が必要になると共に有機性廃液の効率的な処理が困難となる。また、有機性廃液に含まれる炭酸ガスの濃度が一定でないと、間欠曝気処理工程における硝化反応の進行度合いを有機性廃液のｐＨの挙動から正確に判断することができず、間欠曝気処理工程の効率化も困難となる。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、有機性廃液を間欠曝気式活性汚泥法により脱窒する脱窒処理の前に必要な炭酸ガスの脱気処理工程において、炭酸ガス濃度を一定濃度まで効率的に低減できて有機性廃液の処理効率を向上させることができる有機性廃液処理方法及び装置を提供することにある。

本発明に係る有機性廃液処理方法は、単一処理槽において好気的生物処理と嫌気的生物処理とを繰り返す間欠曝気式活性汚泥法により有機性廃液に対して脱窒処理を実行する間欠曝気処理工程と、間欠曝気処理を施す前の有機性廃棄液に空気を吹き込むことにより有機性廃液中に溶存する炭酸ガスを減少させる脱気処理を実行する脱気処理工程と、を有し、脱気処理工程においては、有機性廃液のｐＨに基づいて脱気処理を制御することを特徴としている。また、間欠曝気処理工程においては、計測される有機性廃液のｐＨの値が工程管理に用いられる構成を採用できる。
この構成によれば、有機性廃液のｐＨと炭酸ガスの濃度とは相関があるので、有機性廃液のｐＨを計測することにより、炭酸ガスの濃度を制御することができ、一定の炭酸ガス濃度の有機性廃液を間欠曝気処理工程へ投入できる。これにより、間欠曝気処理工程において、継続的に計測される有機性廃液のｐＨの値を工程管理に用いた場合に、より正確な工程管理あるいは工程制御が可能となる。

上記構成において、脱気処理工程においては、有機性廃液のｐＨが所定値以上になったところで、脱気処理を終了する構成を採用できる。
この構成によれば、有機性廃液のｐＨが所定ｐＨ以上になったところで脱気処理を終了することにより、有機性廃液の炭酸ガス濃度を一定にすることができる。例えば、ｐＨが略８．０になるところでは、有機性廃液に溶存する炭酸ガス濃度が約１０％程度となることが知られている。

上記構成において、脱気処理工程においては、計測される有機性廃液のｐＨが所定値以上となるように有機性廃液への空気の吹き込み量又は吹き込み時間を制御する、構成を採用できる。
これによれば、有機性廃液のｐＨに応じて有機性廃液への空気の吹き込み量を制御することにより、有機性廃液から炭酸ガスをより効率良く脱気できる。

本発明に係る有機性廃液処理装置は、好気的生物処理と嫌気的生物処理とを繰り返す間欠曝気式活性汚泥法により有機性廃液に対して脱窒処理を実行するための間欠曝気槽と、間欠曝気処理を施す前の有機性廃棄液に溶存する炭酸ガスを減少させる脱気処理を実行するための脱気槽と、脱気槽内の有機性廃棄液へ空気を送り込む脱気層ブロワと、脱気槽内の有機性廃棄液のｐＨを計測するｐＨ計と、ｐＨ計の計測したｐＨに基づいて脱気槽ブロワの動作を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

上記構成において、制御手段は、脱気槽内の有機性廃液のｐＨが所定値以上になったところで、脱気槽ブロワの動作を停止させる構成を採用できる。

上記構成において、制御手段は、ｐＨ計が計測する有機性廃液のｐＨが所定値以上となるように有機性廃液への空気の吹き込み量又は吹き込み時間を制御する、構成を採用できる。

本発明によれば、有機性廃液を間欠曝気式活性汚泥法により脱窒する脱窒処理の前に必要な炭酸ガスの脱気処理工程において、炭酸ガス濃度を一定濃度まで効率的に低減できて、省エネルギー化が図れると共に、有機性廃液の処理効率を向上させることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る有機性廃液処理装置の概略構成図である。
この有機性廃液処理装置は、メタン発酵槽１０、脱気処理工程を実行するための脱気槽２０、間欠曝気処理工程を実行するための間欠曝気槽３０、脱気槽ブロア４０、制御装置５０、廃液投入ポンプ６０、廃液注入ポンプ７０等から構成されている。

メタン発酵槽１０は、その内部に図示しないガラス繊維などで形成された担持体が設けられており、この担持体がメタン菌を担持しており、メタン菌により投入された有機性廃棄物スラリーＳ（以下、スラリーＳという）をメタン発酵させる。尚、スラリーＳは、生ゴミ等の有機性廃棄物が図示しない粉砕分別機等により、粉砕・ペースト化された後に投入される。

脱気槽２０は、メタン発酵槽１０においてスラリーＳがメタン発酵した後に生じる有機性廃液ＥＬが配管を通じて廃液投入ポンプ６０によりその内部に投入される。そして、脱気槽２０において、有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガスを減少させる脱気処理が実行される。
また、脱気槽２０には、有機性廃液ＥＬのｐＨを計測するｐＨ計２１と、有機性廃液ＥＬにおける溶存酸素濃度（ＤＯ）を計測するＤＯ計２２とが設けられている。
ｐＨ計２１は、脱気槽２０内の有機性廃液ＥＬの検出信号２１ｓを制御装置５０へ出力する。これにより、脱気槽２０内の有機性廃液ＥＬのｐＨが常時モニタリングされる。
さらに、脱気槽２０は、脱気槽ブロア４０と接続された配管が設けられており、この配管を通じて脱気槽ブロア４０から脱気槽２０内の有機性廃液ＥＬに空気が吹き込まれることにより、有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガスの脱気が行われる。
尚、ＤＯ計２２で計測される溶存酸素濃度は、脱気槽２０内の有機性廃液ＥＬの状態を検出するのに用いられるが、詳細説明は省略する。

脱気槽ブロア４０は、有機性廃液ＥＬ中に溶存する炭酸ガスを減少させる脱気処理を行うために、脱気槽２０内の有機性廃棄液ＥＬに空気を吹き込む。尚、脱気槽ブロア４０は、制御装置５０により、その動作（作動、停止、空気の吹き込み量等）が制御される。

間欠曝気槽３０は、その内部に図示しない曝気装置、攪拌機等が設置されており、脱気槽２０において脱気された有機性廃液ＥＬが配管を通じて廃液注入ポンプ７０により注入され、好気的生物処理と嫌気的生物処理とを繰り返す間欠曝気式汚泥法により有機性廃液ＥＬに対して脱窒処理を実行する。
具体的には、有機性廃液ＥＬに対して一定時間ごとに曝気と曝気停止とを繰り返し、曝気を続ける好気的微生物処理で有機物の分解と硝化とを生じさせ、次いで、曝気を停止して間欠曝気槽３０内を嫌気的にして攪拌だけを行って脱窒反応を生じさせる。
また、間欠曝気槽３０には、有機性廃液ＥＬのｐＨを計測するｐＨ計３１と、有機性廃液ＥＬにおける溶存酸素濃度（ＤＯ）を計測するＤＯ計３２とが設けられている。

間欠曝気槽３０では、ｐＨ計３１が継続的に計測するｐＨの値が間欠曝気処理の工程管理、工程制御に用いられる。
ｐＨを利用した間欠曝気工程の管理、制御としては、例えば、間欠曝気槽３０内の硝化の進行状況をｐＨ計３１の計測するｐＨから判断し、好気時間をコントロールして硝酸性窒素を生じさせずに亜硝酸性窒素のみを間欠曝気槽３０内に残し、嫌気処理によりこれを窒素に変換するいわゆる亜硝酸型運転をする等が挙げられる。しかしながら、これに限定されるわけではなく、ｐＨを利用した種々の管理、制御方法を採用できる。
尚、ＤＯ計３２で計測される溶存酸素濃度も間欠曝気処理の工程管理、工程制御に用いることができる。

制御装置５０は、図示しないプロセッサ、メモリ等のハードウエア、所要のソフトウエア等から構成され、脱気槽２０に設けられたｐＨ計２１の検出信号２１ｓが入力されると共に、脱気槽ブロア４０の動作を制御信号ＣＳにより制御する。また、図示しないが、制御装置５０は、廃液投入ポンプ６０及び廃液注入ポンプ７０の動作を制御可能に構成されている。尚、制御装置５０の具体的な処理については後述する。

次に、制御装置５０の処理の一例について図２に示すフローチャートを参照して説明する。尚、図２に示す制御装置５０の処理は間欠曝気処理に合わせて繰り返し行われる。
先ず、制御装置５０は、スラリーＳが発酵槽１０に供給されるタイミングで廃液投入ポンプ７０を作動させ（ステップＳ１）、脱気槽２０の有機性廃液ＥＬを間欠曝気槽３０に投入する。これにより、間欠曝気槽３０において間欠曝気処理工程が実行される。

次いで、制御装置５０は、間欠曝気槽３０に有機性廃液ＥＬを投入終了後、廃液投入ポンプ６０を作動させ（ステップＳ２）、メタン発酵槽１０から有機性廃液ＥＬを脱気槽２０に投入する。

次いで、制御装置５０は、脱気槽２０に有機性廃液ＥＬを投入終了後、脱気槽ブロア４０を作動させて脱気処理を開始する（ステップＳ３）。

制御装置５０は、ｐＨ計２１により脱気槽２０内の有機性廃液ＥＬのｐＨの値のモニタリングを開始し（ステップ４）、ｐＨの値が所定の値、例えば、８．０以上かを判断する（ステップ５）。
ここで、脱気処理前の有機性廃液ＥＬは、メタン発酵槽１０におけるメタン発酵の際に発生する炭酸ガスが溶存している。このため、炭酸ガスの脱気が進むと、ｐＨの値は上昇していき、ｐＨが８．０程度になるところでは、有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガス濃度は１０％程度となることが知られている。すなわち、ｐＨが８．０以上になれば、有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガス濃度を１０％程度以下にすることができ、有機性廃液ＥＬを間欠曝気工程において好適なものとすることができる。

制御装置５０は、ステップＳ５において、ｐＨの値が８．０より小さい場合には、有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガスの脱気が十分でないと判断し、脱気を促して脱気処理に要する時間を短縮するために、脱気槽ブロア４０から有機性廃液ＥＬへの空気の吹き込み量を制御する（ステップ６）。

脱気槽ブロア４０の空気の吹き込み量の制御としては、例えば、モニタリングされるｐＨの値と所定値（８．０）との偏差を算出し、この偏差に応じて空気の吹き込み量を制御する（偏差が大きいほど空気の吹き込み量を増加させる）ことができる。また、脱気開始時のｐＨの値に応じて、脱気槽ブロア４０の空気の吹き込み量を設定することも可能である。

制御装置５０は、ステップＳ５において、ｐＨの値が８．０以上と判断した場合には、有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガスが十分に脱気されたと判断し、脱気槽ブロア４０を停止させる（ステップＳ７）。すなわち、ｐＨの値を所定値（８．０）と常時比較し、所定値（８．０）以上と判断した時点で脱気槽ブロア４０を停止させるので、脱気処理を終えた後の有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガス濃度は、１０％より低く、かつ、略一定となる。
このため、間欠曝気槽３０に投入される有機性廃液ＥＬに溶存する炭酸ガス濃度は低く、かつ、略一定となるので、間欠曝気処理工程において、炭酸ガスの脱気による有機性廃液ＥＬのｐＨの変動は小さく、かつ、その変動量は安定する。

以上のように、本実施形態によれば、間欠曝気処理を施す前の有機性廃棄液ＥＬの脱気処理を、有機性廃棄液ＥＬの計測されるｐＨに基づいて制御することにより、脱気処理に要する時間を短縮して省エネルギー化を図ることができると共に、間欠曝気処理において硝化反応の進行度合いをｐＨの挙動からより正確に判断することができる。この結果、間欠曝気処理を効率的に実行することが可能となり、有機性廃液ＥＬの処理効率を向上させることができる。

上記実施形態では、制御装置５０により脱気槽ブロア４０を自動制御する構成としたが、これに限定されるわけではなく、オペレータがｐＨを判断して脱気槽ブロア４０を操作し、脱気処理をコントロールすることも可能である。

上記実施形態では、脱気処理に要する時間を短縮するために、計測されるｐＨの値に応じて制御装置５０により脱気槽ブロア４０の空気吹き込み量を制御する場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、計測されるｐＨの値に応じて、脱気処理をするため空気の吹き込み時間を制御することも可能である。例えば、脱気処理の開始時のｐＨが比較的高い場合には、空気の吹き込み時間を相対的に短くし、ｐＨが比較的低い場合には、空気の吹き込み時間を相対的に長くする等の構成を採用できる。

本発明の一実施形態に係る有機性廃液処理装置の概略構成図である。 制御装置における処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…メタン発酵槽
２０…脱気槽
２１…ｐＨ計
２２…ＤＯ計
３０…間欠曝気槽
３１…ｐＨ計
３２…ＤＯ計
４０…脱気槽ブロア
５０…制御装置
６０…廃液投入ポンプ
７０…廃液注入ポンプ
Ｓ…有機性廃棄物スラリー
ＥＬ…有機性廃液

Claims (7)

1. 単一処理槽において好気的生物処理と嫌気的生物処理とを繰り返す間欠曝気式活性汚泥法により有機性廃液に対して脱窒処理を実行する間欠曝気処理工程と、
   前記間欠曝気処理を施す前の有機性廃棄液に空気を吹き込むことにより前記有機性廃液中に溶存する炭酸ガスを減少させる脱気処理を実行する脱気処理工程と、を有し、
   前記脱気処理工程においては、有機性廃液のｐＨに基づいて前記脱気処理を制御することを特徴とする有機性廃液処理方法。
2. 前記脱気処理工程においては、有機性廃液のｐＨが所定値以上になったところで、前記脱気処理を終了することを特徴とする請求項１に記載の有機性廃液処理方法。
3. 前記脱気処理工程においては、計測される有機性廃液のｐＨが所定値以上となるように有機性廃液への空気の吹き込み量又は吹き込み時間を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性廃液処理方法。
4. 前記間欠曝気処理工程においては、計測される有機性廃液のｐＨの値が工程管理に用いられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の有機性廃液処理方法。
5. 好気的生物処理と嫌気的生物処理とを繰り返す間欠曝気式活性汚泥法により有機性廃液に対して脱窒処理を実行するための間欠曝気槽と、
   前記間欠曝気処理を施す前の有機性廃棄液に溶存する炭酸ガスを減少させる脱気処理を実行するための脱気槽と、
   前記脱気槽内の有機性廃棄液へ空気を送り込む脱気層ブロワと、
   前記脱気槽内の有機性廃棄液のｐＨを計測するｐＨ計と、
   前記ｐＨ計の計測したｐＨに基づいて前記脱気層ブロワの動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする有機性廃液処理装置。
6. 前記制御手段は、前記脱気槽内の有機性廃液のｐＨが所定値以上になったところで、前記脱気層ブロワの動作を停止させることを特徴とする請求項５に記載の有機性廃棄液処理装置。
7. 前記制御手段は、前記ｐＨ計が計測する有機性廃液のｐＨが所定値以上となるように有機性廃液への空気の吹き込み量又は吹き込み時間を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の有機性廃液処理装置。

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