JP2009082811A - 廃液処理装置および廃液処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ｐＨの屈曲点を的確に捉え、間欠曝気処理を最適に制御できる廃液処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、単一の処理槽で好気的微生物処理と嫌気的微生物処理を繰返す間欠曝気式活性汚泥法によって窒素含有有機性廃液を処理する廃液処理装置において、前記間欠曝気式活性汚泥法による処理に先立ち前記窒素含有有機性廃液に溶存する炭酸ガスを除去するバブリングブロア４を備える。このバブリングブロア４によって、発酵廃液中に空気を吹き込むことにより発酵廃液中に溶在する炭酸ガスを除去し、発酵廃液のｐＨを８．０以上としている。
【選択図】図３

Description

本発明は、嫌気性微生物を用いた生ごみ、厨芥、食品残渣等の有機性廃棄物を処理する際に生じる廃液の処理装置および廃液処理方法に関する。

一般家庭やホテルなどから排出される生ごみ等の有機性廃棄物は、これまで地中埋設、焼却といった方法で処分されてきた。しかし処理費用がかさむことや、環境保全の見地から、微生物を用いた分解処理が着目されている。特に嫌気性微生物を用いてメタン発酵と呼ばれる微生物処理を行うことは、エネルギーソースであるメタンガスを回収できることから、環境調和型の廃棄物処理方法として大いに注目されている。

メタン発酵では、有機性廃棄物がメタンと炭酸ガスに分解される。しかし、有機物のすべてが分解されるわけではなく、発酵過程で生じる廃液には高濃度の有機物が残留している。また、メタン発酵では副生成物としてアンモニアを生じることから、これも高濃度で廃液中に存在する。さらに、発酵過程で増殖した嫌気性微生物も、汚泥として廃液中に存在しており、これには窒素成分が多量に含まれる。このようにメタン発酵で生じた廃水には、多量の有機物、窒素成分が含まれており、直接河川や下水に放流することはできない。したがって、何らかの処理を行い、有機物と窒素成分を分解除去することが必須となっている。

このような窒素含有有機性廃水の処理方法として、活性汚泥処理を好気条件と嫌気条件で交互に繰返す間欠曝気式活性汚泥法（以下、間欠曝気法と記す）が一般的に知られている（特許文献１、特許文献２参照）。
特開平１０−２４９３８６号公報 特開平１１−２５３９９０号公報

間欠曝気法では、好気条件で硝化反応（アンモニア性窒素が硝酸性窒素に変換される）、嫌気条件で脱窒反応（硝酸性窒素や亜硝酸が窒素ガス変換される）が、それぞれ進行することで、廃水中の窒素成分を分解除去することができる。また、有機物は活性汚泥に資化・消化されることにより分解される。

間欠曝気法を効率よく行うためには、適切な原水供給量、好気条件とするための曝気量や、嫌気条件の維持時間、好気と嫌気の切り替えのタイミングなどが重要である。そのための指標として、ｐＨの変化に着目した発明がいくつか行われている。例えば上述した特許文献１では、ｐＨの屈曲点を検出した時点で嫌気処理を終了させることで間欠曝気法を効率よく実施する方法が開示されている。また、特許文献２ではｐＨ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、原水供給量を制御する方法が開示されている。

このように間欠曝気法において、ｐＨ屈曲点の確認は効率運転に欠かせないファクターとなっている。ここでいう屈曲点とは、好気状態においてｐＨが低下から上昇へと変化する点であり、ｐＨ差分が負から正になる変わる過程でゼロとなる点として確認される。

図１は、従来法であるメタン発酵の廃液を間欠曝気法で処理する装置の概略図である。図２は、従来法でメタン発酵の廃液を間欠曝気法に供した場合のｐＨ変化である。従来法では、図１のように、メタン発酵において生じた廃液を、間欠曝気法において処理する場合、メタン発酵槽１から供給された廃液を間欠曝気槽７へ導入し、ここでｐＨ計９、溶存酸素計１０などをモニターしながら曝気装置８を制御し、好気状態と嫌気状態とを作り出す。

しかしながら、実際の厨芥等をメタン発酵した廃液に間欠曝気法を試みた場合、図２にあるように好気条件におけるｐＨの急激な低下が見られず、ｐＨの屈曲点が確認できないといった事態を生じていた。前述したようにｐＨ屈曲点の確認は効率運転に欠かせないファクターであり、何らかの解決が必要であった。

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、ｐＨの屈曲点を的確に捉え、間欠曝気処理を最適に制御できる廃液処理装置および廃液処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の廃液処理装置は、単一の処理槽で好気的微生物処理と嫌気的微生物処理を繰返す間欠曝気式活性汚泥法によって窒素含有有機性廃液を処理する廃液処理装置において、前記間欠曝気式活性汚泥法による処理に先立ち前記窒素含有有機性廃液に溶存する炭酸ガスを除去する除去手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、廃液中に含まれる炭酸ガスがｐＨ屈曲点を生じさせない原因と考え、あらかじめ廃液中の炭酸ガスを除き、ｐＨを中性側よりアルカリ側として、ｐＨの屈曲点を的確に捉えることができるようにすることで、間欠曝気処理を最適に制御することができる。

前記除去手段は、前記窒素含有有機性廃液のｐＨを８．０以上とする構成を採用できる。特に廃液のｐＨを８．０以上にすることで、確実に屈曲点を出現させることができ、効果的な廃液処理を行うことができる。

前記除去手段は、前記窒素含有有機性廃液に空気を吹き込むことにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する構成を採用できる。本発明の発酵処理装置は、前記窒素含有有機性廃液を貯留する貯留槽をさらに備え、前記除去手段は、前記貯留槽内を減圧することにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する構成を採用できる。

本発明の廃液処理装置は、前記貯留槽の周囲に設けられ超音波を発生する超音波発生装置をさらに備える。本発明によれば、短時間で脱気を進行させることができる。前記処理槽は、有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入して嫌気性微生物によりメタン発酵させた後に生成する発酵廃液に含まれる有機物と窒素成分の分解除去を行う。本発明によれば、メタン発酵の廃液を確実に間欠曝気処理する場合に、本発明は非常に有効であり、間欠曝気法のメタン発酵廃液への適用に大きく寄与するものである。

本発明の廃液処理方法は、単一の処理槽で好気的微生物処理と嫌気的微生物処理を繰返す間欠曝気法によって窒素含有有機性廃液を処理する廃液処理方法において、前記間欠曝気法による処理に先立ち前記窒素含有有機性廃液に溶存する炭酸ガスを除去する除去工程を有する。本発明によれば、あらかじめ廃液中の炭酸ガスを除き、ｐＨを中性側よりアルカリ側として、ｐＨの屈曲点を的確に捉えることのできるようにすることで、間欠曝気処理を最適に制御することができる。

前記除去工程は、前記窒素含有有機性廃液のｐＨを８．０以上とすることを特徴とする。特に廃液のｐＨを８．０以上にすることで、確実に屈曲点を出現させることができ、効果的な廃液処理を行うことができる。

前記除去工程は、前記窒素含有有機性廃液に空気を吹き込むことにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する工程を含む。前記除去工程は、前記窒素含有有機性廃液を貯留する貯留槽内を減圧することにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する工程を含む。

本発明の廃液処理方法は、前記貯留槽の周囲に設けられ超音波発生装置によって超音波を発生させる工程をさらに含む。本発明によれば、短時間で脱気を進行させることができる。前記窒素含有有機性廃液は、有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入して嫌気性微生物によりメタン発酵させた後に生成される発酵廃液である。本発明によれば、メタン発酵の廃液を確実に間欠曝気処理する場合に、本発明は非常に有効であり、間欠曝気法のメタン発酵廃液への適用に大きく寄与するものである。

本発明によれば、ｐＨの屈曲点を的確に捉え、間欠曝気処理を最適に制御できる廃液処理装置および廃液処理方法を提供することができる。

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３は、本発明の実施形態に係るメタン発酵の廃液を間欠曝気法で処理するメタン発行処理装置の概略図である。図３に示すように、メタン発酵処理装置１００は、メタン発酵槽１、供給ポンプ２、脱気槽３、バブリングブロア４、ｐＨ計５、供給ポンプ６、間欠曝気槽７、曝気装置８、ｐＨ計９、溶在酸素計１０及び攪拌装置１１を備えている。

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は、投入された有機性廃棄物を嫌気性微生物によりメタン発酵を行う。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窒素含有有機性廃液（以下、「発酵廃液」という）が、供給ポンプ２によってメタン発酵槽１から引き抜かれて脱気槽３に送られる。

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。

脱気槽３は、発酵廃液を貯留する貯留部であり、間欠曝気法による処理に先立ち発酵廃液に溶存する炭酸ガスを除去する。ここでは、バブリングブロア４によって、発酵廃液に空気を吹き込むことで発酵廃液に溶在する炭酸ガスを液外に追い出して除去している。

ｐＨ計５は、脱気槽３の上部に設けられ、発酵廃液中のｐＨを監視するものである。供給ポンプ６は、ｐＨ計５によっては脱気槽３内の発酵廃液のｐＨが８．０を超えたことを確認したのち、脱気槽３内の発酵廃液を間欠曝気槽７に導入する。これにより、あらかじめｐＨが８．０以上になるように発酵廃液を曝気等したところ、ｐＨ屈曲点が出現し、効率的な廃液処理を行うことができる。

間欠曝気槽７では、好気的微生物処理と嫌気的微生物処理を繰返す間欠曝気法により発酵廃液の処理を行う。具体的には、間欠曝気槽７内では、好気条件で、アンモニア性窒素が硝酸性窒素に変換される硝化反応が行われ、嫌気条件で硝酸性窒素や亜硝酸が窒素ガス変換される脱窒反応が行われ、それぞれ進行することで、発酵廃液中の窒素成分を分解除去することができる。

曝気装置８は、間欠曝気槽７内の底部に設けられ、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する。ｐＨ計９は、間欠曝気槽７の上部に設けられ、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。溶在酸素計１０は、発酵廃液中に溶在する酸素を計測するものである。攪拌装置１１は、間欠曝気槽７内の上部に設けられ、攪拌羽根１１ａによって発酵廃液を攪拌可能になっている。

そして、間欠曝気槽７では、ｐＨ計９、溶存酸素計１０からの値に基づいて曝気装置８や攪拌装置１１が制御、運転され、好気条件と嫌気条件を交互に作り出している。本実施形態では、間欠曝気処理の前段で、発酵廃液中の炭酸ガスを除くことにより、ｐＨを中性側よりアルカリ側にすることで、ｐＨの屈曲点を的確に捉えることのできるようにして、間欠曝気処理を最適に制御することができるようにしている。

次に、他の本発明の変形例について説明する。図４は、本発明であるメタン発酵の発酵廃液を間欠曝気法で処理する装置の別例の概略図である。図４に示すように、メタン発酵処理装置１０１は、メタン発酵槽１、供給ポンプ２、脱気槽３、ｐＨ計５、供給ポンプ６、間欠曝気槽７、曝気装置８、ｐＨ計９、溶在酸素計１０、攪拌装置１１、真空ポンプ１２及び超音波発生装置１３を備えている。なお、図３で既に説明した箇所については同一符号を付してその説明を省略する。

メタン発酵槽１から排出された発酵廃液は、供給ポンプ２によって脱気槽３に導入される。ここで真空ポンプ１２によって減圧することで、発酵廃液中に溶解している炭酸ガスを液外に追い出し、ｐＨを８．０以上とする。なお、短時間で脱気を進行させるために、脱気槽３の周囲に超音波発生装置１３を設置することも効果的である。

このようにして、間欠曝気処理の前段で、発酵廃液中の炭酸ガスを除くことにより、ｐＨを中性側よりアルカリ側にすることで、ｐＨの屈曲点を的確に捉えることのできるようにして、間欠曝気処理を最適に制御することができる。

図５は、本発明でメタン発酵の廃液を間欠曝気法に供した場合のｐＨ変化である。メタン発酵では有機性廃棄物をメタンと炭酸ガスに分解することから、発生した炭酸ガスの多くが廃水中に溶解していると考えられる。これを間欠曝気槽に移行し、好気処理を行った場合、硝化反応の進行に伴うｐＨの低下と、溶存炭酸ガスの脱離によるｐＨ上昇が同時に起こる。したがって、図２に示したように好気条件にも関わらずｐＨが変化せず、屈曲点も確認できなかったものと推測した。そこで、本実施形態では、例えば図３で説明したように、あらかじめ発酵廃液に空気を吹き込んで、溶存している炭酸ガスを液外に追い出した後、間欠曝気法を適用した結果、図５にあるようにｐＨ屈曲点が出現することを確認した。特に廃液のｐＨを８．０以上にすることで、確実に屈曲点が出現することを見出した。これによって、メタン発酵では炭酸ガスが発生するために、間欠曝気を行う際の重要なパラメーターであるｐＨ屈曲点が出現しないという問題点が解決できる。

以上本発明の実施形態によれば、間欠曝気法は一般的に廃水の処理に利用される方法ではあるが、その多くが下水処理や特定の廃水処理を対象としたものであり、メタン発酵の廃液を対象としたケースはあまりない。今回、メタン発酵時に生成する炭酸ガスが、ｐＨの屈曲点を不明瞭にするという従来法の課題が明らかになったが、空気の吹き込みというきわめて簡単な方法でｐＨを８．０以上にすれば、容易にこの課題が解決できることが確認できた。そこで、メタン発酵の発酵廃液を確実に間欠曝気処理する場合に、本発明は非常に有効であり、間欠曝気法のメタン発酵廃液への適用に大きく寄与するものである。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。上記実施形態では、メタン発酵処理装置が廃液処理装置に相当すると共に、メタン発酵処理装置が廃液処理方法を実現する。また、上記実施形態では、本発明の廃液処理装置をメタン発酵処理装置に適用した例であるが本発明はこれらに限定されず廃水を出すものであれば様々な廃液処理装置に適用することができる。また、上記実施形態では、発酵廃液中から炭酸ガスを除去する手段として、空気を吹き込む場合と減圧する場合を例にとって説明したが他の方法によって発酵廃液中から炭酸ガスを除去するようにしてもよい。

従来法であるメタン発酵の廃液を間欠曝気法で処理する装置の概略図である。 従来法でメタン発酵の廃液を間欠曝気法に供した場合のｐＨ変化である。 本発明の実施形態に係るメタン発酵の廃液を間欠曝気法で処理するメタン発行処理装置の概略図である。 本発明であるメタン発酵の廃液を間欠曝気法で処理する装置の別例の概略図である。 本発明でメタン発酵の廃液を間欠曝気法に供した場合のｐＨ変化である。

符号の説明

１ ・・・ メタン発酵槽
２ ・・・ 供給ポンプ
３ ・・・ 脱気槽
４ ・・・ バブリングブロア
５ ・・・ ｐＨ計
６ ・・・ 供給ポンプ
７ ・・・ 間欠曝気槽
８ ・・・ 曝気装置
９ ・・・ ｐＨ計
１０ ・・・ 溶存酸素計
１１ ・・・ 攪拌装置
１２ ・・・ 真空ポンプ
１３ ・・・ 超音波発生装置

Claims (12)

1. 単一の処理槽で好気的微生物処理と嫌気的微生物処理を繰返す間欠曝気式活性汚泥法によって窒素含有有機性廃液を処理する廃液処理装置において、
   前記間欠曝気式活性汚泥法による処理に先立ち前記窒素含有有機性廃液に溶存する炭酸ガスを除去する除去手段を備えることを特徴とする廃液処理装置。
2. 前記除去手段は、前記窒素含有有機性廃液のｐＨを８．０以上とすることを特徴とする請求項１に記載の廃液処理装置。
3. 前記除去手段は、前記窒素含有有機性廃液に空気を吹き込むことにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の廃液処理装置。
4. 前記窒素含有有機性廃液を貯留する貯留槽をさらに備え、
   前記除去手段は、前記貯留槽内を減圧することにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の廃液処理装置。
5. 前記貯留槽の周囲に設けられ超音波を発生する超音波発生装置をさらに備える、ことを特徴とする請求項４に記載の廃液処理装置。
6. 前記処理槽は、有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入して嫌気性微生物によりメタン発酵させた後に生成する発酵廃液に含まれる有機物と窒素成分の分解除去を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の廃液処理装置。
7. 単一の処理槽で好気的微生物処理と嫌気的微生物処理を繰返す間欠曝気式活性汚泥法によって窒素含有有機性廃液を処理する廃液処理方法において、
   前記間欠曝気式活性汚泥法による処理に先立ち前記窒素含有有機性廃液に溶存する炭酸ガスを除去する除去工程を有することを特徴とする廃液処理方法。
8. 前記除去工程は、前記窒素含有有機性廃液のｐＨを８．０以上とすることを特徴とする請求項７に記載の廃液処理方法。
9. 前記除去工程は、前記窒素含有有機性廃液に空気を吹き込むことにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する工程を含む、ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の廃液処理方法。
10. 前記除去工程は、前記窒素含有有機性廃液を貯留する貯留槽内を減圧することにより前記窒素含有有機性廃液に溶在する炭酸ガスを除去する工程を含む、ことを特徴とする請求項６から請求項９の何れか一項に記載の廃液処理方法。
11. 前記貯留槽の周囲に設けられ超音波発生装置によって超音波を発生させる工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の廃液処理方法。
12. 前記窒素含有有機性廃液は、有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入して嫌気性微生物によりメタン発酵させた後に生成される発酵廃液である、ことを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載の廃液処理方法。

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