JP2011050910A - 生物学的排水処理方法及び生物学的排水処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】生物処理槽での高負荷運転が可能となる生物学的排水処理方法、及び、生物学的排水処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】例えばEFB(Empty Fruit Bunch)又はFiber又はPKS(Palm Kernel Shell)等のバイオマスの燃焼により発生した灰は、例えばPOME(PalmOil Mill Effluent)等の有機排水に不足し例えばメタン発酵処理等の生物処理を行うのに必要な微量栄養元素を含んでいることから、当該灰を有機排水に添加することによって、有機排水に対して微量栄養元素を補充し、その結果、例えばメタン発酵槽4等の生物処理槽での高負荷運転を可能とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、生物学的排水処理方法及び生物学的排水処理装置に関する。
従来、有機排水を生物処理する方法の一つとして、メタン発酵処理が知られている。このようなメタン発酵処理として、以下の特許文献1には、有機性廃棄物を生物処理槽であるメタン発酵槽でメタン発酵し、このメタン発酵した消化汚泥を濃縮装置で濃縮し、この濃縮汚泥の一部をメタン発酵槽に返送することで、メタン発酵槽内の汚泥濃度を高め、メタン発酵槽での高負荷運転を可能とする技術が開示されている。
特開2001−29997号公報
ここで、上記メタン発酵処理にあっては、さらなる高負荷運転が求められている。
特に、FFB(FreshFruit Bunch)を原料として、CPO(Crude Palm Oil)を生産するパームオイル工場(POM;Palm Oil Mill)にあっては、EFB(EmptyFruit Bunch)、Fiber、PKS(Palm Kernel Shell)等の副産物(バイオマス)が発生すると共に、POME(Palm OilMill Effluent)と呼ばれる有機排水が発生するが、このPOMEを導入したメタン発酵槽での高負荷運転が困難である。
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、有機排水に対してメタン発酵処理を始めとした生物処理を行う生物学的排水処理にあって、生物処理槽での高負荷運転が可能となる生物学的排水処理方法及び生物学的排水処理装置を提供することを目的とする。また、換言すれば、生物処理槽での高負荷運転が可能となる結果、生物処理槽の小型化が図られ、イニシャルコストの低減が可能となる生物学的排水処理方法及び生物学的排水処理装置を提供することを目的とする。
本発明による生物学的排水処理方法は、有機排水を生物処理槽で生物処理する生物学的排水処理方法において、バイオマスを燃焼して発生した灰を、有機排水に添加することを特徴としている。
また、本発明による生物学的排水処理装置は、有機排水を生物処理する生物処理槽を備えた生物学的排水処理装置において、バイオマスを燃焼するバイオマス燃焼手段と、バイオマスの燃焼により発生した灰を、有機排水に添加する灰添加手段と、を備えたことを特徴としている。
このような本発明によれば、バイオマスの燃焼により発生した灰には、有機排水に不足し生物処理を行うのに必要な微量栄養元素が含まれているため、当該灰が有機排水に添加されることによって、有機排水に対して微量栄養元素が補充され、その結果、生物処理槽での高負荷運転が可能とされる。
ここで、上記作用を効果的に奏する生物処理としては、具体的には、メタン発酵処理又は活性汚泥処理が挙げられる。
また、生物処理槽の下流に沈殿槽を配置し当該沈殿槽において生物処理槽からの汚泥を沈降分離し、この沈降分離した汚泥を生物処理槽又は生物処理槽より上流に返送する構成であるのが好ましい。このような構成を採用した場合、灰は無機質であるため、生物処理槽下流の沈殿槽での汚泥の無機分が高まって沈降性が高められ、この沈降性が高められて濃縮された汚泥が、生物処理槽又は生物処理槽より上流に返送されるため、生物処理槽内の汚泥濃度が高められ、生物処理槽でのさらなる高負荷運転が可能とされる。
また、生物処理槽の下流に脱水機を配置し当該脱水機において生物処理槽からの汚泥を脱水する構成であると、添加された灰によって脱水機での脱水性が高められ、脱水ケーキ含水率を低くすることが可能とされる。
また、上記作用を効果的に奏するバイオマスとしては、具体的には、POM(Palm Oil Mill)でFFB(Fresh Fruit Bunch)から発生したEFB(Empty Fruit Bunch)又はFiber又はPKS(PalmKernel Shell)が挙げられ、また、上記作用を効果的に奏する有機排水としては、具体的には、POME(Palm Oil Mill Effluent)が挙げられる。
このように本発明によれば、生物処理槽での高負荷運転が可能となる。換言すれば、生物処理槽を小さくでき、イニシャルコストの低減が可能となる。
本発明の第1実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。 本発明の第2実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。 本発明の第3実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。 本発明の第4実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。 実施例におけるCOD容積負荷の経時変化のグラフであり、灰添加なしの状態から始めCOD容積負荷が限界となったところで灰を添加したグラフである。 図5に対応するVFAの経時変化のグラフである。 図5及び図6に対応するバイオガス発生量の経時変化のグラフである。 図5〜図7に対応する滞留時間の経時変化のグラフである。
以下、本発明による生物学的排水処理方法及び生物学的排水処理装置の好適な実施形態について図1〜図4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の符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。
図1に示す生物学的排水処理装置は、原料であるFFB(Fresh Fruit Bunch)からCPO(Crude Palm Oil)を生産するパームオイル工場(POM;Palm OilMill)に採用されているものであり、バイオマスを燃焼するボイラ1と、このボイラ1で発生した蒸気により運転を行う蒸気タービン2と、有機排水と灰とを混合する混合装置3と、この混合装置3で混合された灰混合有機排水をメタン発酵処理するメタン発酵槽4と、を具備すると共に、ボイラ1で発生した焼却灰を混合装置3で有機排水と混合すべく混合装置3に移送し添加する灰添加ライン(灰添加手段)L1と、メタン発酵槽4で生成したバイオガスをボイラ1に供給するバイオガスラインL2と、を備えている。
ボイラ1は、CPOの生産にあたってFFBから副産物として発生するEFB(Empty Fruit Bunch)又はFiber又はPKS(Palm Kernel Shell)等のバイオマスを燃料とし、当該バイオマスをバイオガスラインL2からのバイオガスと共に燃焼し、蒸気を発生すると共に焼却灰を発生する。
蒸気タービン2は、ボイラ1で発生した蒸気により稼動し発電を行う。
混合装置3は、CPOの生産にあたってFFBから副産物として発生するPOME(Palm Oil Mill Effluent)と呼ばれる有機排水を導入し、これに灰添加ラインL1からの焼却灰を添加し、POMEと焼却灰とを例えば機械的撹拌又は液撹拌又はガス撹拌等により十分に混合する。
メタン発酵槽4は、焼却灰を混合したPOMEを導入してメタン発酵処理を行い、このメタン発酵処理により有機物を分解し、メタンと二酸化炭素を主成分としたボイラ1で用いるためのバイオガスを生成する。なお、バイオガスは、以前は大気に放出されていたが、地球温暖化防止やエネルギー有効利用等の観点から、このようにボイラ1等に対して用いるのが好ましい。
このような生物学的排水処理装置によれば、前述したバイオマスがボイラ1で燃焼され、このボイラ1で発生した蒸気により蒸気タービン2が運転されて発電が行われる一方で、ボイラ1で発生した焼却灰が混合装置3でPOMEに添加されて混合され、この混合物がメタン発酵槽4でメタン発酵処理される。
ここで、バイオマスの燃焼によりボイラ1で発生した焼却灰には、有機排水であるPOMEに不足しメタン発酵処理を行うのに必要な微量栄養元素が含まれている。このため、この焼却灰がPOMEに添加されることによって、POMEに対して微量栄養元素が補充されることになり、その結果、メタン発酵槽4で高負荷運転を行うことができる。換言すれば、メタン発酵槽4を小さくでき、イニシャルコストを低減することができる。
因みに、従前のPOMEのメタン発酵処理にあっては、運転時間が長くなる程に不調になる場合が多く、これは、メタン発酵処理を行うのに必要な微量栄養元素が、POMEに不足していることが最大の原因と考えられる。
図2は、本発明の第2実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。
この第2実施形態が第1実施形態と違う点は、メタン発酵槽4の後段に沈殿槽5を配設すると共に、この沈殿槽5で沈降分離した汚泥をメタン発酵槽4に返送する汚泥返送ラインL3を設けた点である。
このような第2実施形態によれば、メタン発酵槽4からの汚泥は沈殿槽5で沈降分離され、この沈降分離された汚泥はメタン発酵槽4に返送される。ここで、POMEに添加された焼却灰は無機質であるため、沈殿槽5での汚泥の無機分が高まって沈降性が高められ、この沈降性が高められ濃縮された汚泥が、メタン発酵槽4に返送される。従って、メタン発酵槽4内の汚泥濃度が高められ、メタン発酵槽4でさらなる高負荷運転を行うことができる。
なお、ここでは、沈殿槽5で沈降分離した汚泥をメタン発酵槽4に返送するようにしているが、メタン発酵槽4より上流に返送するようにしても勿論良い。
図3は、本発明の第3実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。
この第3実施形態が第1実施形態と違う点は、メタン発酵槽4の後段に脱水機6を配設した点である。
このような第3実施形態によれば、メタン発酵槽4からの汚泥は脱水機6で脱水されて分離液と脱水汚泥とに分離されるが、このとき、POMEに添加された焼却灰によって脱水機6での脱水性が高められるため、脱水ケーキ含水率を低くすることができる。
図4は、本発明の第4実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す構成図である。
この第4実施形態が第1実施形態と違う点は、第1実施形態に第2実施形態の沈殿槽5と第3実施形態の脱水機6を加えた点である。
すなわち、メタン発酵槽4の後段に沈殿槽5を配設すると共に、この沈殿槽5で沈降分離した汚泥の一部をメタン発酵槽4に返送する汚泥返送ラインL3を設け、さらに、沈殿槽5で沈降分離した汚泥の残部を脱水する脱水機6を設けた点である。
このような第4実施形態によれば、POMEに添加された焼却灰によって沈殿槽5での沈降性が高められた汚泥が、メタン発酵槽4に返送されて槽4内の汚泥濃度が高められるため、メタン発酵槽4で高負荷運転を行うことができると共に、POMEに添加された焼却灰によって脱水機6での脱水性が高められるため、脱水ケーキ含水率を低くすることができる。
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く、例えば、上記実施形態においては、バイオガスをボイラ1に供給するようにしているが、ガスエンジンの運転に用いるようにしても良い。また、ボイラ1に代えて、例えば焼却炉等のバイオマス燃焼手段によりバイオマスを燃焼するようにしても良い。
また、上記実施形態においては、バイオマスを燃焼して発生した焼却灰を、例えば灰添加ラインL1等の灰添加手段によってPOMEに添加するようにしているが、作業者が手作業で添加することも可能である。
また、上記実施形態においては、パームオイル工場を対象としているため、バイオマスを、EFB、Fiber、PKSとしているが、パームオイル工場以外であれば、キャッサバ(タピオカの絞りかす)、砂糖黍の絞りかす、稲藁等であっても良く、さらに、他の農業系固形廃棄物であっても良く、有機排水もPOMEに限定されるものではない。
また、上記実施形態においては、バイオマスを燃焼する例えばボイラ1等のバイオマス燃焼手段を備えているが、別の設備でバイオマスを燃焼して発生した灰を購入や搬入により生物学的排水処理装置に導入し、当該灰を有機排水に添加するようにしても良い。
また、上記実施形態においては、特に効果的であるとして、生物処理をメタン発酵処理としているが、活性汚泥処理に対しても適用可能であり、この場合は、メタン発酵槽に代えて活性汚泥処理槽を設け、メタン発酵処理の場合と同様に、バイオマスを燃焼して発生した灰を有機排水に添加すれば良く、メタン発酵処理の場合とほぼ同様な作用・効果を奏する。
以下、上記効果を確認すべく本発明者が実施した実施例について述べる。
EFBをボイラで燃焼し発生した灰を、有機排水であるPOMEに0.26%添加し、混合した。
そして、上記灰混合排水をメタン発酵処理した結果を図5〜図8に示す。図5は、COD容積負荷の経時変化のグラフ(縦軸はCOD容積負荷、横軸は運転日数)であって、灰添加なしの状態から始めCOD容積負荷が限界となったところで灰を添加したグラフ、図6は、図5に対応するVFAの経時変化のグラフ(縦軸はVFA、横軸は運転日数)、図7は、図5及び図6に対応するバイオガス発生量の経時変化のグラフ(縦軸はバイオガス発生量、横軸は運転日数)、図8は、図5〜図7に対応する滞留時間の経時変化のグラフ(縦軸は滞留時間、横軸は運転日数)である。
図5に示すように、灰添加なしの場合にあっては、COD容積負荷9.8kg/m・dで、図6に示すように、VFA(揮発性脂肪酸)が大幅に増加し、COD容積負荷が限界に達した。また、図8に示すように、最短の滞留時間は7日であった。
一方、灰添加ありの場合にあっては、図5に示すように、COD容積負荷13.8kg/m・d近くまで処理可能で、COD容積負荷14.5kg/m・dで、図7に示すように、バイオガス発生量が低下し、図6に示すように、VFAが蓄積した。また、図8に示すように、最短の滞留時間は5日であった。
このように、EFBを燃焼して発生した灰を、POMEに添加すると、COD容積負荷が高められ、メタン発酵槽での高負荷運転が可能となることが確認できた。
1…ボイラ(バイオマス燃焼手段)、4…メタン発酵槽(生物処理槽)、5…沈殿槽、6…脱水機、L1…灰添加ライン(灰添加手段)、L3…汚泥返送ライン。

Claims (6)

  1. 有機排水を生物処理槽で生物処理する生物学的排水処理方法において、
    バイオマスを燃焼して発生した灰を、前記有機排水に添加することを特徴とする生物学的排水処理方法。
  2. 前記生物処理は、メタン発酵処理又は活性汚泥処理であることを特徴とする請求項1記載の生物学的排水処理方法。
  3. 前記生物処理槽の下流に沈殿槽を配置し当該沈殿槽において前記生物処理槽からの汚泥を沈降分離し、
    この沈降分離した汚泥を前記生物処理槽又は前記生物処理槽より上流に返送することを特徴とする請求項1又は2記載の生物学的排水処理方法。
  4. 前記生物処理槽の下流に脱水機を配置し当該脱水機において前記生物処理槽からの汚泥を脱水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生物学的排水処理方法。
  5. 前記バイオマスは、パームオイル工場でFFB(Fresh Fruit Bunch)から発生したEFB(Empty Fruit Bunch)又はFiber又はPKS(PalmKernel Shell)であり、
    前記有機排水は、POME(Palm Oil Mill Effluent)であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の生物学的排水処理方法。
  6. 有機排水を生物処理する生物処理槽を備えた生物学的排水処理装置において、
    バイオマスを燃焼するバイオマス燃焼手段と、
    前記バイオマスの燃焼により発生した灰を、前記有機排水に添加する灰添加手段と、を備えたことを特徴とする生物学的排水処理装置。
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