JP2009183848A - 生物処理装置及び生物処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】処理対象物を生物処理してガスを発生させる生物処理槽12と、前記処理対象物と接触するように生物処理槽12内に配置され、ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段14と、ガス分離手段14の内部を減圧する減圧手段16とを備えていることを特徴とする生物処理装置10。
【選択図】図1
Description
また、嫌気性微生物による廃水処理によって発生し、気相に放出されたメタンガスと炭酸ガスの混合ガスを回収し、該混合ガスから分離膜を用いてメタンガスを分離して利用する装置が示されている(特許文献2)。
そのため、廃棄物や廃水中で消費されたり、残存したりしていたガスを回収できる方法が望まれている。
また、前記分離膜が非透水性分離膜であることが好ましい。
また、前記分離膜が気体選択透過性分離膜であることが好ましい。
また、本発明の生物処理方法は、前記分離膜の表面に生物層を形成させることが好ましい。
本発明の生物処理装置は、処理対象物を生物処理してガスを発生させる生物処理槽と、前記処理対象物と接触するように前記生物処理槽内に配置され、ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段と、前記ガス分離手段の内部を減圧する減圧手段とを備えていることを特徴とする装置である。
図1は、本発明の生物処理装置の一例を示す構成図である。生物処理装置10は、生物処理槽12と、生物処理槽12内に配置されたガス分離手段14と、ガス分離手段14に接続された減圧手段16と、ガス分離手段14の表面又は表面近傍に設けられた微生物担持機構18と、生物処理槽12の上部のガス排出口20および減圧手段16から排出されるガスを貯留するガス貯留手段22とを備える。
ガス分離手段14としては、公知の分離膜モジュール(中空糸膜モジュール、平膜モジュール等)が挙げられる。
分離膜としては、中空糸膜、平膜等が挙げられ、表面積が大きく充填率を高くできる点から、中空糸膜が好ましい。
生物処理槽12内に処理対象物を入れ、処理対象物を生物処理し、ガスを発生させる。同時に、減圧手段16を作動させてガス分離手段14内を減圧にし、処理対象物中で発生したガスを透過して分離する。生物処理槽12の上部のガス排出口20および減圧手段16から排出されるガスは、ガス貯留手段22に回収される。処理対象物の生物処理を続けるうちに、微生物担持機構18に生物が付着し、ガス分離手段14の表面に生物層が形成される。
生物処理としては、嫌気条件下で嫌気性微生物によって処理対象物に含まれる有機物を発酵させる処理が挙げられる。
生物処理を行う際は、微生物を処理対象物に新たに加えてもよく、処理対象物に元から存在する微生物を利用してもよい。
また、ガス分離手段14の表面又は表面近傍に生物層を形成することにより、生物層中の生物反応により発生したガスを分離膜に透過して分離することが容易になる。また、生物層の内部側、すなわち生物層における最も分離膜に近い側は、より高度な嫌気条件になりやすく、処理対象物の生物処理活性が向上する。生物層は、処理対象物を生物処理する間に自然に形成されるようにしてもよく、予め生物層を形成させたガス分離手段14を用いてもよい。
また、以上説明した生物処理方法にあっては、ガス分離手段を前記処理対象物に接触させるため、処理対象物中で消費されたり、残存したりしていたガスを回収できる。
図2は、本発明の生物処理装置の他の例を示す構成図である。生物処理装置30において生物処理装置10と同じ部分については同符号を付して説明を省略する。生物処理装置30は、生物処理槽32と、生物処理槽32内に配置されたガス分離手段34と、ガス分離手段34に接続された減圧手段16と、ガス分離手段34の表面又は表面近傍に設けられた微生物担持機構36と、生物処理槽32の上部のガス排出口38と、減圧手段16から排出されるガスを貯留するガス貯留手段22と、生物処理槽32の底部側の処理対象物流入口40(以下、流入口40という)および上部側の処理対象物流出口42(以下、流出口42という)を備える。
生物処理槽32は、処理対象物が液状である場合に好適である。
ガス分離手段34としては、公知の分離膜モジュール(中空糸膜モジュール、平膜モジュール等)が挙げられる。
中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜(分離膜44)と集気管46とを備え、中空糸膜の少なくとも一方の端部が集気管46に連通した状態で集気管46に固定されたものである。中空糸膜の他方の端部は同様に集気管に連通した状態で固定されたものでもよく、端部が封止されたものであってもよく、ループ状に折り返したものであってもよい。
生物処理槽32内に処理対象物を入れ、処理対象物を生物処理し、ガスを発生させる。同時に、減圧手段16を作動させてガス分離手段34内を減圧にし、処理対象物中で発生したガスを透過して分離する。生物処理槽32の上部のガス排出口38および減圧手段16から排出されるガスは、ガス貯留手段22に回収される。処理対象物の生物処理を続けるうちに、微生物担持機構36に生物が付着し、ガス分離手段34の表面に生物層が形成される。
嫌気性微生物としては、第1の実施形態で挙げた微生物と同じものが挙げられる。生物処理を行う際は、微生物を処理対象物に新たに加えてもよく、処理対象物に元から存在する微生物を利用してもよい。
また、ガス分離手段34の表面又は表面近傍に生物層を形成することにより、生物層中の生物により発生したガスを透過して分離することが容易になる。また、生物層の内側はより高度な嫌気条件になりやすく、処理対象物の生物処理活性が向上する。
また、以上説明した生物処理方法にあっては、ガス分離手段を前記処理対象物に浸漬させるため、処理対象物中で消費されたり、残存したりしていたガスを回収できる。
本発明の生物処理装置は、廃棄物や廃水等の廃棄物処理装置として用いてもよく、処理対象物から特定のガスを製造するガス製造装置として用いてもよい。
本実施例では、図1に例示した生物処理装置10を用いた。生物処理槽12として縦100mm×横200mm×高さ300mmで有効容積6Lの角型生物反応リアクターを用いた。
中空糸膜は、ポリウレタン製の気体分離層(厚さ1μm)をポリエチレン製の多孔質支持層(厚さ20μm)で挟み込んだ三層構造を有し、外径が280μmであるガス選択性の中空糸膜(三菱レイヨン社製)を用いた。該中空糸膜の有効膜面積は0.1m2であった。
mg/L
NaHCO3 1000
K2HPO4 50
(NH4)2HPO4 28
KCl 28
NH4Cl 32
FeCl3・6H2O 16
MgCl2・6H2O 32
MnSO4・6H2O 0.2
CuSO4・6H2O 0.2
CoCl2・6H2O 0.2
Ni 0.2
Zn 0.2
粉ミルク 1250
嫌気性微生物は処理対象物に新たに添加せず、処理対象物中にもともと存在する嫌気性微生物を利用した。
前記生物処理槽10を用いて、処理廃水量を2L/日、処理時間5日、処理温度35℃の条件下で前記模擬廃水の処理を行った。また、処理期間中は、流出口12から流出した模擬廃水が流入口11から流入するようにして、8L/分で生物処理槽10内を循環させた。また、処理期間中、分離膜21である中空糸膜の内部は、減圧ポンプ(図示せず)により0.05MPaまで減圧した。
模擬廃水の処理中、中空糸膜モジュールから取り出されるガスの組成をガスクロマトグラフィー分析により測定した結果を表1に示す。
処理対象物である模擬廃水から気相に放出されたガスを、生物処理槽10の上部に設けられたガス流出口13から取り出すこと以外は、実施例1と同様にして生物処理を行い、得られたガスの組成を測定した。
一方、比較例1では、模擬廃水中で消費されたり、残存したりしてしまうガスを分離することができず、得られたガス中に占めるメタンガスの割合が小さかった。
Claims (6)
- 処理対象物を生物処理してガスを発生させる生物処理槽と、
前記処理対象物と接触するように前記生物処理槽内に配置され、ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段と、
前記ガス分離手段の内部を減圧する減圧手段とを備えていることを特徴とする生物処理装置。 - 前記ガス分離手段が、前記分離膜の表面又はその近傍に微生物担持機構を備えた、請求項1に記載の生物処理装置。
- 前記分離膜が非透水性分離膜である、請求項1又は2に記載の生物処理装置。
- 前記分離膜が気体選択透過性分離膜である、請求項1〜3のいずれかに記載の生物処理装置。
- 処理対象物を生物処理してガスを発生させる生物処理方法において、
ガスを透過する分離膜を有するガス分離手段を前記処理対象物に接触させ、前記ガス分離手段の内部を減圧して、前記処理対象物から前記ガスを分離することを特徴とする生物処理方法。 - 前記分離膜の表面に生物層を形成させる、請求項5に記載の生物処理方法。
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