JP2011167593A

JP2011167593A - 有機廃液処理装置

Info

Publication number: JP2011167593A
Application number: JP2010031413A
Authority: JP
Inventors: Shojiro Osumi; 省二郎大隅
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を安価にかつ効率よく生物学的に処理し、メタン発酵させて有価物として利用する。
【解決手段】高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を中和処理してｐＨ９以下とする中和処理部３を設け、中和処理部３で中和された有機廃液３ａを塩化ナトリウム濃度の低い有機排水２ａで希釈する希釈部４を設け、希釈部４で希釈された有機廃液４ａをメタン発酵するメタン発酵部５を設け、メタン発酵部５で得られるメタンガス５ｂを燃料として消費するガス消費部６を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を処理する方法に関し、その有機廃液をメタン発酵させて有価物として利用する技術に関する。

たとえば、石鹸製造業における廃液は、グリセリン、脂肪酸等の有機物が含まれているが、従来、この廃液は有機物を回収、再生した後廃棄されていた。しかし、バイオディーゼル製造副産物としてのグリセリンが大量に流通する昨今、廃液からのグリセリンの回収がコスト的に見合わなくなってきており、近年ではこのような廃液を焼却処理等により処分することが主流になってきている。

しかし、このような処理を行うと、エネルギー的に無駄が多く、環境負荷が高いことなどの理由で廃液中の有機物を有効利用することが検討されている。廃液中の有機物の利用形態としては、回収、再生を除けば、他に微生物によるメタン発酵を利用してメタンガスとしてエネルギーを回収することが考えられるが、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの廃液は、メタン発酵を行う微生物が活動する環境としては好ましくなく、上記石鹸製造業における廃液などには適用することができないという実情があった。

尚、本発明では、主に石鹸製造廃液を例に説明を行うが、バイオディーゼル製造業など各種産業廃液についても同様の問題点を抱えており、廃液中の有機物からメタンを生成することが検討されている（特許文献１）。本発明においては、これらの廃液を有機廃液と総称するものとする。さらに、このような石鹸製造業等では、塩濃度の低い有機排水も同時に発生している場合が多く、これを有機廃液とは区別して有機排水と称するものとする。

特開2003-027075号公報

上記実情に鑑み、本発明は、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を安価にかつ効率よく生物学的に処理し、メタン発酵させて有価物として利用することを目的とする。

尚、メタン発酵の方法としては、ＵＡＳＢ法（上向流嫌気性汚泥床法（Upflow Anaerobic Sludge Blanket)）が知られており、ＵＡＳＢによる嫌気性処理装置は汚泥保持濃度が高く、高負荷処理が可能であることから、近年、食品排水を中心に急速に普及している。ＵＡＳＢ法は、原水を反応槽の下部より上向流で流入させ、菌の付着担体を用いることなく、汚泥をブロック化又は粒状化させて粒径１〜数ｍｍのグラニュール汚泥の汚泥床（スラッジブランケット）を形成させ、反応槽中に高濃度の微生物を保持して、高負荷処理を行う方法であり、好気性活性汚泥法に比べて、反応槽容積当りの有機物負荷が１０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ³／ｄａｙ以上と非常に高い。しかも、曝気のためのエネルギーが不要である；メタンガスとしてエネルギーの回収が可能である；余剰汚泥発生量が少ない；等の優れた特長も備えている。

〔構成〕
上記目的を達成するための本発明の有機廃液処理装置の特徴構成は、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を中和処理してｐＨ９以下とする中和処理部を設け、
前記中和処理部で中和された有機廃液を塩化ナトリウム濃度の低い有機排水で希釈する希釈部を設け、
前記希釈部で希釈された有機廃液をメタン発酵するメタン発酵部を設け、
前記メタン発酵部で得られるメタンガスを燃料として消費するガス消費部を設けた点にある。

〔作用効果〕
つまり、中和処理部で有機廃液を中和処理するとメタン発酵を行うに当たって微生物にとって好ましくない環境の高アルカリ条件を緩和することができる。また、希釈部を設け、塩化ナトリウム濃度（以下単に塩濃度と称する）の低い有機排水で希釈するから、有機廃液の塩濃度は低下させられ、メタン発酵をする微生物が活動するのに好ましい環境を整えることができる。尚、中和処理はｐＨ９以下としておけば、微生物の活動に支障が生じにくくかつ、微生物の働きによって、有機廃液のｐＨがさらに変動したとしても適度な微生物育成環境が維持されるので好ましい。

ここで希釈に用いる液として、前記有機廃液とは別に得られる塩濃度の低い有機排水を用いると、有機廃液の塩濃度を低下させるとともに、その有機排水中の有機物も同時にメタン発酵に供することができるようになり、２種類の有機廃液、有機排水を同時に処理できることになって効率がよい。

また、希釈部で希釈された有機廃液は、メタン発酵部においてメタン発酵させて、メタンを生成させられるので、効率良く有機廃液中の有機物を利用することが出来る。そして、メタン発酵部にて高効率で生成されたメタンガスは、ガス消費部において燃料として用いられ、たとえば石鹸製造プラントの動力として利用できる。したがって、必要とされるエネルギーを有機廃液から補充し、かつ、有機廃液の廃棄にかかるコストを抑えることができるので、効率の良い有機廃液処理装置として運用することができる。

〔構成〕
また、前記中和処理部に、前記ガス消費部から発生する排ガスを導入する排ガス導入部を設け、前記排ガスを前記有機廃液と接触させることにより中和処理を行うことが好ましい。

〔作用効果〕
前記中和処理部では、たとえば硫酸等の酸を用いて有機廃液のアルカリを中和することも出来るが、前記ガス消費部からの排ガスは二酸化炭素を含むので、この排ガスを用いることによっても中和することができる。これにより、排ガスとして外部に排出される環境汚染物質を低減させながら中和処理を行え、かつ、中和に要する酸量を減少させることができるので好ましい。

〔構成〕
また、前記有機廃液が、石鹸製造塩析工程の廃液であり、前記有機排水が、冷却水や洗浄排水の混合排水であることが好ましい。

〔作用効果〕
石鹸製造業においては、塩析工程において高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液が発生し、各工程における冷却水や洗浄排水として塩濃度の低い有機排水が発生するので、これらの有機廃液および有機排水を組み合わせることにより、石鹸製造設備の排水を有効に利用しながら有価物を生産することができるようになり、２種類の有機廃液、有機排水を同時に処理できることになって効率がよい。

尚、石鹸製造業における排水の組成は、おおよそ表１のようになっている。表中の高濃度排水が塩析工程における排水で、本発明では有機廃液と称し、低濃度排水が各工程における冷却水や洗浄排水として発生する排水で、本発明で有機排水と称するものに該当している。また、参考に、バイオディーゼルフューエル製造業における排水の物性についても同様に表１に示す。

〔構成〕
また、前記希釈部において有機廃液を塩化ナトリウム濃度が１．５％以下になるように希釈することが好ましい。

〔作用効果〕
通常のＵＡＳＢで用いられる嫌気性菌は、塩濃度の高い環境下であまり高い活性を示さないが、本発明者らの検討の結果、１．５％以下程度の低塩濃度環境では、十分メタン発酵活性を示すことが後述の実施例より明らかになっている。そのため、前記希釈部において有機廃液を塩化ナトリウム濃度が１．５％以下になるように希釈すると、あまり希釈率を上げることなく、高い活性でＵＡＳＢ処理部を働かせて効率よくメタンを生成することができるようになる。

〔構成〕
また、前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽を備えるものであることが好ましい。

〔作用効果〕
生物処理法としては、嫌気処理法で一般にメタンを生成することができるので、メタン発酵部としていずれの形態を採用してもかまわないが、メタン発酵部としてＵＡＳＢ法を採用すると、有機廃液中の有機物量に対するメタン転換能力が高く、かつ、反応処理速度も速いので好適である。

〔構成〕
前記メタン発酵部でメタン発酵された有機廃液を、さらに好気性箘により分解する好気処理部を設けることが好ましい。

〔作用効果〕
メタン発酵部において有機物をメタン発酵させてメタンガスに転換したとしても、実際には処理しきれなかった有機物などが有機廃液中に残存することになる。そこで、これらを好気性菌によって分解することによって、残存有機物を二酸化炭素と水に転換してしまえば、環境負荷の少ない比較的清浄な有機排水のみを排出すればよいことになる。したがって、好気処理部を設けることにより、有機廃液をさらに高度に処理することができる有機廃液処理装置を提供することができた。

本発明の有機廃液処理装置の全体図である。メタン発酵部としてのＵＡＳＢ処理槽を示す詳細図である。各実検例における塩濃度とメタン転換率との関係を示す図である。

図１は本発明の有機廃液処理装置の一例を示す。尚、以下に、示す有機廃液処理装置は、本発明を具体的に説明するための例示であって、本発明は、この記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成の変更、追加が可能であることは言うまでも無い。

図１に示すように、本発明の有機廃液処理装置は、有機廃液貯留部１、有機排水貯留部２、中和処理部３、希釈部４、メタン発酵部５、ガス消費部６、好気処理部７を備え、たとえば、有機廃液１ａとしての石鹸製造廃液を処理する構成としてある。

前記有機廃液貯留部１は、有機廃液１ａを貯留するタンク１０からなり、たとえば、石鹸製造プラントにおける塩析工程の廃液を有機廃液１ａとして一時貯留するものである。この有機廃液１ａは、通常、高濃度塩化ナトリウム含有で高ｐＨとなっており、有機物として高濃度のグリセリンを含んでいる（ＣＯＤＣｒ４００００〜１２００００ｍｇ／Ｌ程度）。

また、前記有機排水貯留部２は有機排水２ａを貯留するタンク２０からなり、たとえば、石鹸製造プラントにおける各工程における冷却水や洗浄排水として発生する排水を有機排水２ａとして一時貯留するものである。この有機排水２ａは、通常、塩化ナトリウムをほとんど含有せず、ほぼ中性となっており、有機物としてグリセリンを含んでいる（ＣＯＤＣｒ１００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度）。

前記中和処理部３は、前記有機廃液１ａを中和する中和反応処理のための反応槽３０に、有機廃液１ａを供給する供給部３１を備え、酸（たとえば硫酸）を投入するための酸添加部３２およびボイラ、エンジン、タービン等からなるガス消費部６の排気ガス６ａを前記反応槽３０内の有機廃液１ａに接触自在に流通させる排ガス導入部３３および排ガス排出部３４を備え、前記有機廃液貯留部１からの有機廃液１ａを受けて内部で混合反応させ、中和する構成としてある。この反応は、前記排気ガス６ａに含まれる二酸化炭素より行われるが、所定の反応効率を維持するために、前記酸添加部３２からの硫酸３ｂの添加による中和反応を併用して反応を促進させることができる。そして、反応槽３０内のｐＨが所定値（たとえばｐＨ９）以下になると、その中和した有機廃液３ａを廃液排出部３５から反応槽３０外へ排出できるように構成してある。

前記希釈部４は、前記中和処理部３からの有機廃液３ａを受けて、前記有機排水貯留部２からの有機排水２ａにより希釈する希釈槽４０を備えてなり、希釈槽４０内の塩濃度が所定値(たとえば１．５％)以下となるように混合希釈すると、その希釈された有機廃液４ａを希釈槽４０外へ排出できるように構成してある。

前記メタン発酵部５は、図２に示すように、前記ＵＡＳＢ反応槽５０は、下部に嫌気性菌（ＵＡＳＢ菌）を主体とする汚泥のグラニュール５０ａを充填されるスラッジベッド５１を備えるとともに、希釈部４から排出された有機廃液４ａを分散供給する有機廃液供給部５２を備える反応槽５０からなる。これにより、導入される有機廃液４ａの上向流が形成されるとともに、内部の有機廃液４ａの循環を促し、流動するグラニュールにより有機物のメタン発酵が行われる。前記スラッジベッド５１の上部には、グラニュール５０ａの流失を防止するとともに処理済みの上澄液および生成したメタンガスを上方に移流させる分離板５３を設けてある。分離板５３上方に移流した処理済みの有機廃液５ａは、オーバーフロー部５４より反応槽５０外へ取出されるとともに、生成したメタンガス５ｂは、ガス回収部５５より反応槽５０外へ取出される構成となっている。また、オーバーフロー部には処理液循環路５６を設けて、必要な滞留時間を維持しながら、塔内の液線速度を適切な値に設定できる構成としている。塔内の液線速度は、速すぎるとグラニュールが磨耗し、遅すぎるとグラニュール以外の懸濁物質が蓄積されやすくなるため、３ｍ／ｈ程度とすることが好ましい。

前記ガス消費部６は、可燃性ガス６ｂを、前記ガス回収部５５から回収されたメタンガス５ｂとともに混合して燃料ガスとして供給する燃料ガス供給部６１を備え、燃料ガスを消費して蒸気や動力を発生するボイラ、エンジン、タービン等からなる。ここで発生した蒸気や動力は、たとえば、石鹸製造プラントの熱源や動力源として用いられ、有効利用される。また、前記ガス消費部６における燃料ガスの燃焼した排気ガス６ａは、前記中和処理部３の排ガス導入部３３に供給される。

前記好気処理部７は、活性汚泥槽、接触曝気槽等の種々公知の廃水処理槽を適用でき、前記メタン発酵部５から供給される有機廃液５ａをさらに好気分解処理して、清浄な排水７ａとして排出可能に構成する。

以下に、具体的な廃液を上記有機廃液処理装置に供給した場合のメタン生成効率を検討した実験例を示す。以下に示す実験例は、本発明を具体的に示すためのものであって、本発明は、以下の実施例に限られるものではない。

〔実験例〕
模擬有機廃液および模擬有機排水として、下記性状の有機廃液および有機排水を用意した。

有機廃液：
ＣＯＤＣｒ：１３００００（ｍｇ／Ｌ）
Ｎａ⁺ ：３．９（％）
ｐＨ：１２

有機排水：
ＣＯＤＣｒ：５００（ｍｇ／Ｌ）
Ｎａ⁺ ：０（％）
ｐＨ：７．２

〔実験１〕
上記有機廃液に硫酸を加えてｐＨ７．５に中和した後、上記有機排水と容量比１：９となるように混合した。得られた混合液８ｍＬを２００ｍＬ容のバイアル瓶に採り、ＵＡＳＢ反応槽の汚泥１０ｍＬを加え、気相部分を窒素で置換した上で密封し、５５℃で１３日間培養した。培養後のバイアル瓶気相部分のガスを採取し、量、メタンガス濃度を測定した結果、添加したＣＯＤの９９．９％がメタンに転換されたことが明らかになった。

〔実験２〕
実験１における中和後の有機廃液に有機排水を容量比で１：４となるように混合した混合液４ｍＬを２００ｍＬ容のバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの９０．１％がメタンに転換されたことが明らかになった。

〔実験３〕
実験１における中和後の有機廃液に有機排水を容量比で１：１となるように混合した混合液１．６ｍＬを２００ｍＬ容のバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの６３．７％がメタンに転換されたことが明らかになった。

〔実験４〕
実験１における中和後の有機廃液のみ０．８ｍＬを２００ｍＬ容のバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの２８．１％がメタンに転換されたことが明らかになった。

実験１〜４の結果を、横軸：Ｎａ⁺濃度（塩濃度）（％）、縦軸：メタン転換率（％）としてプロットすると図３のようになった。

図３より、本発明でいう有機廃液を有機排水で希釈する場合には、塩濃度を１．５％以下となるように希釈すれば、少ない希釈率でかつ高いメタン転換率を実現できることが示唆された。

尚、本実施の形態においては、中和処理部における目標ｐＨ値を９としたが、これに限らず、有機廃液の性状に対応して適宜変更することができる。また、希釈部における塩濃度に関しても同様である。

１有機廃液貯留部
１ａ有機廃液
１０タンク
２有機排水貯留部
２ａ有機排水
２０タンク
３中和処理部
３ａ有機廃液
３ｂ硫酸
３０反応槽
３１供給部
３２酸添加部
３３排ガス導入部
３４排ガス排出部
３５廃液排出部
４希釈部
４ａ有機廃液
４０希釈槽
５メタン発酵部
５ａ有機廃液
５ｂメタンガス
５０ＵＡＳＢ反応槽
５０ａグラニュール
５１スラッジベッド
５２有機廃液供給部
５３分離板
５４オーバーフロー部
５５ガス回収部
５６処理液循環路
６ガス消費部
６ａ排気ガス
６ｂ可燃性ガス
７好気処理部
７ａ排水

Claims

高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を中和処理してｐＨ９以下とする中和処理部を設け、
前記中和処理部で中和された有機廃液を塩化ナトリウム濃度の低い有機排水で希釈する希釈部を設け、
前記希釈部で希釈された有機廃液をメタン発酵するメタン発酵部を設け、
前記メタン発酵部で得られるメタンガスを燃料として消費するガス消費部を設けた
有機廃液処理装置。
前記中和処理部に、前記ガス消費部から発生する排ガスを導入する排ガス導入部を設け、前記排ガスを前記有機廃液と接触させることにより中和処理を行う請求項１に記載の有機廃液処理装置。
前記有機廃液が、石鹸製造における塩析工程の廃液であり、前記有機排水が、冷却水や洗浄排水の混合排水である請求項１または２に記載の有機廃液処理装置。
前記希釈部において有機廃液を塩化ナトリウム濃度が１．５％以下になるように希釈する請求項１〜３のいずれかに記載の有機廃液処理装置。
前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽を備えるものである請求項１〜４のいずれかに記載の有機廃液処理装置。
前記メタン発酵部でメタン発酵された有機廃液を、さらに好気性箘により分解する好気処理部を設けた請求項１〜５のいずれかに記載の有機廃液処理装置。