JP2952301B2 - 汚泥嫌気性消化方法 - Google Patents

汚泥嫌気性消化方法

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JP2952301B2 JP2320175A JP32017590A JP2952301B2 JP 2952301 B2 JP2952301 B2 JP 2952301B2 JP 2320175 A JP2320175 A JP 2320175A JP 32017590 A JP32017590 A JP 32017590A JP 2952301 B2 JP2952301 B2 JP 2952301B2
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    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は下水汚泥、産業排水処理設備等から発生する
汚泥、鶏糞等の畜産廃棄物の有機物を含有する汚泥を嫌
気性消化する方法に関する。
〔従来の技術〕 従来、有機物除去率、ガス発生量等の効率をよくする
ために排水処理等の嫌気性処理において多段嫌気性処理
が用いられたり、嫌気性処理が加水分解処理(+有機酸
発酵)、メタン発酵と菌相の異なる処理工程を経ること
から、それぞれの菌相の最適条件で効率よく処理する2
相式多段処理が提唱されている。これらに用いられる嫌
気性リアクターは古くは浮遊汚泥型リアクターであった
が、近年は担体に微生物を付着固定化した、固定床型、
流動床型リアクター、さらには微生物を自己造粒させリ
アクター系外への流出を防いで高濃度の微生物量を維持
したリアクター(例えばUASB法)等も使用されている。
これらのシステムでは多段処理の場合、微生物固定型の
リアクターが後段の嫌気処理リアクターに採用されてい
る。その理由は、これら微生物固定型のリアクターは、
リアクター内の担体に嫌気性微生物を固定化しているた
め、処理液中に浮遊する嫌気性微生物濃度は低く、従っ
て、浮遊汚泥型リアクターは適用されない。
他方、汚泥処理用としては下水処理場で用いられてい
る消化タンクが知られており、形状としては近年撹拌効
率の良い卵型のものも提案されている。これらの消化タ
ンクは浮遊汚泥の嫌気性微生物を利用しているため、消
化日数を短縮すると、増殖速度の遅いメタン菌群は消化
槽外に排出され、処理が不安定となる。そのため、通常
消化日数は20〜30日程度が採用されている。さらに、通
常は1次消化槽の半分〜同容量の2次消化槽を設けてい
るが、その役割は固液分離、安定化が主体であり、有機
物の分解、消化ガス発生量に対する貢献度は低く、多大
の敷地面積、建設費が必要となる欠点の1要因であっ
た。この問題を解決するために本発明者らは、高効率の
汚泥用嫌気バイオリアクターを研究し、嫌気性流動床消
化方法(特願昭63−50385号参照)を開発した。しか
し、この流動床消化方法は流動用エネルギーが大きいと
いう問題を有していた。そこで、この問題を解決するた
めに本発明者らはすでに嫌気性流動床バイオリアクター
の間欠流動運動方法を開発した(特願平1−211180号参
照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
このように、通常下水処理場で用いられている消化タ
ンクは、多大な敷地面積、建設費が必要であった。この
ため、上述したように、本発明者らは嫌気性流動床消化
方法(特願昭63−50385号)を開発したが、流動用エネ
ルギーが大きい、担体を用いるため、リアクター単位容
積当りの建設費が高いという問題を有していた。そこ
で、この問題を解決するため、本発明者らは間欠流動運
動方法(特開平1−211180号)を開発した。ここにおい
て、嫌気性流動床バイオリアクターはメタン菌群が高濃
度に固定化されているため、消化日数の大幅短縮化(5
日程度)が可能であった。しかし、滞留時間分布上、反
応器としては完全混合型であるため、未反応の有機物の
流出があり、流動床1段処理では反応率(消化ガス発生
量)が低い。この反応率を上げるために流動床2段処理
を行う方法があるが、建設費が高価になるという問題が
あった。
そこで、本発明者らは、上記問題を解決するために、
鋭意研究を行った結果、1段目の流動床嫌気性リアクタ
ーで60〜80%の分解ガスを発生させ、1段目の消化日数
を10日以内(望ましくは5日程度)に制限することによ
って、担体にメタン菌群が固定化されるだけでなく、従
来法(完全混合槽)の浮遊汚泥のメタンガス生成能に近
い生成能を持つメタン菌群が浮遊汚泥中に流出すること
を発見し、2段目に浮遊汚泥型の嫌気性リアクターを適
用することの可能性があることがわかった。そして、実
験を実施することによって残留有機物から順調なガス発
生量を維持しうることが実証できた。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その
目的とするところは、消化日数を短縮でき、かつ高い反
応率が得られる上に、安価なプロセスを供給することが
できる汚泥嫌気性消化方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、生物付着担体
を用いる嫌気性流動床バイオリアクターにおいて消化日
数10日以内で1次処理することによって、嫌気性流動床
内の浮遊汚泥にメタン菌群を流出させ、次いで、このメ
タン菌群を利用した浮遊汚泥型の嫌気性バイオリアクタ
ーを用いて2次処理するものである。
〔作用〕
本発明の汚泥嫌気性消化方法にあっては、1次処理と
して、生物付着担体を用いる嫌気性流動床バイオリアク
ターを利用し、消化日数を10日以内に制限して、嫌気性
流動床内の浮遊汚泥にメタン菌群を流出させ、次いで、
2次処理として、上記流出したタンク菌群を利用して浮
遊汚泥型の嫌気性バイオリアクターにおいて嫌気性消化
を行う。
以下、本発明に至った経過と根拠について説明する。
まず、特願昭63−50385号の特許請求の範囲に記載の条
件、すなわち、担体形状がほぼ球形で粒径2〜3mmのキ
ャリア(小野田セメント株式会社製セメントボール)を
用い、空塔速度70〜100m/Hrの条件で、嫌気性流動床リ
アクター2段(同じ容量)直列のシステムを製作し、ス
ラリー濃度0.8〜3.0%の下水汚泥を供試汚泥として用い
て、実際に処理を実施した。その結果、消化日数を4〜
5日(1塔目の消化日数:2〜2.5日)に短縮しても安定
した処理が可能であった。他方、ガス発生量は1塔目で
ほぼ60〜80%出ており、2塔目の寄与率は、20〜40%と
低いことがわかった。このため、後段に処理エネルギ
ー、単位容積当り建設費の高い流動床リアクターを適用
することが必ずしも最適システムとは考えられず、最適
システムを構築することを目的とし、嫌気性流動床リア
クターの詳細な調査を実施した。
すなわち、まず、嫌気性流動床リアクター内のメタン
菌の存在量、もしくはその活性量の調査を行った。これ
は、運転開始後1年以上経過した嫌気性流動床内の微生
物固定化担体と浮遊汚泥を採取し、ビーカースケールテ
ストで、酢酸を唯一炭素源とするモデル基質を用い、基
質制限、基質阻害のない条件下(酢酸濃度:2200mg/、
酢酸負荷:0.28〜0.38g/g−VSS)で発生ガス量を測定
し、実験開始後のほぼ直線的にガスが発生している時の
単位容積当りのガス発生量を調査するもので、その結果
を表−1に示す。
ここで、嫌気性流動床リアクターの担体充填率を40%
とするとリアクター全体での単位容積当りガス発生能は 1.32×0.4+0.29×0.6=0.70/・日 この結果、次のことがわかった。
(イ)担体に酢酸資化性のメタン菌群が多量に固定化さ
れているが、嫌気性流動床リアクター内の浮遊汚泥中に
もメタン菌群が存在している(従来法の約80%[=0.29
/0.34])。
(ロ)担体に固定化されているメタン菌群と、同じリア
クター内の浮遊汚泥中と比較すると、単位容積当りの担
体+浮遊汚泥で約4倍(=1.13/0.29)のメタンガス生
成能を有している。さらに、従来法の浮遊汚泥に比較し
ても3倍強(=1.32/0.34)のメタンガス生成能を有し
ていることが確認された。また、担体の充填率が30〜40
%であることから、嫌気性流動床リアクターは従来法の
約2倍(=0.7/0.34)のメタンガス生成能を持つ計算と
なる。
次に、汚泥処理用に嫌気性流動床リアクターを1次処
理に適用した場合の、消化日数と浮遊汚泥中のメタン生
成能について調査した。その結果を表−2に示す。
これらの結果より消化日数が短いほど有機物負荷が高
いためメタン菌の増殖が盛んで、浮遊汚泥に流出するメ
タン菌が多くなる傾向となる。したがって、嫌気性流動
床リアクターで消化日数10日以内(望ましくは5日程
度)で1次処理した後、浮遊汚泥に流出するメタン菌を
使って、浮遊汚泥利用型の嫌気性リアクターで後処理で
きる可能性があることが判明した。
〔実施例〕
以下、第1図に基づいて本発明の一実施例を説明す
る。
第1図中符号1は流動床バイオリアクターであり、こ
の流動床バイオリアクター1においては、内部に担体2
が充填され、かつ循環ポンプ3が連結されている。そし
て、上部から供給汚泥4が供給され、かつ液面部から1
次処理汚泥5が取り出されて、1槽もしくは複数槽設け
られた浮遊汚泥型バイオリアクター6に導入され、この
浮遊汚泥型バイオリアクター6の液面部から2次処理汚
泥7が取り出されるようになっている。また、各バイオ
リアクター1,6の上端には、消化ガス8を収容するガス
ホルダ9が連結されている。
次に、上記のように構成された汚泥嫌気性消化装置を
用いて、具体的に実施した方法の一例について説明す
る。
実施例−1 供試汚泥:余剰汚泥(固形物濃度:0.8〜1.5%) 温度条件:中温メタン発酵(35〜37℃) 実験装置:従来型消化槽 (容積10塩ビ製完全混合槽) 流動床1段、2段:径80mm×高さ1500mm 容量22/1段 塩ビ製カラム 流動床+完全混合槽(鋼板製): 流動床 径600mm×高さ5000mm(2.5m3) 完全混合槽 径1600mm×高さ1700mm(2.5m3) 流動床用担体:セメントボールキャリア (粒径2〜3mm) 流動床空塔速度:30〜100m/Hr この実施例で明らかなように、汚泥処理に関しては嫌
気性流動床リアクター(消化日数5日)で1次処理した
後、浮遊汚泥型の嫌気性リアクター処理(消化日数5
日)することは有効であり、流動床1段処理(消化日数
10日、5日)より、投入有機物(VS)当りガス発生量が
顕著に優れていた。比較実験で実施した流動床2段処理
にはこの条件ではガス発生量は少し劣るが、実用上ほと
んど遜色の無い程度で有り、建設費、処理エネルギーの
低減が可能となった。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、生物付着担体を用い
る嫌気性流動床リアクターにおいて消化日数10日以内で
1次処理することによって、嫌気性流動床用の浮遊汚泥
にメタン菌群を流出させ、次いで、このメタン菌群を利
用した浮遊汚泥型の嫌気性バイオリアクターを用いて2
次処理するものであるから、1段目の有機物質が高い嫌
気性処理リアクターに、担体に菌体を高濃度に固定化し
た高能率な流動床リアクターを用い、2段目の有機物質
の小さいリアクターに処理エネルギー、建設費の安い浮
遊汚泥型の嫌気性リアクターを用いて、両者を組合せる
ことにより、消化日数を短縮でき、かつ処理効率を向上
させることができる上に、安価なプロセスを供給でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するために装置の一例を示
す概略構成図である。 1……流動床バイオリアクター、2……担体、6……浮
遊汚泥型バイオリアクター。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱口 利男 東京都中央区佃2丁目17番15号 月島機 械株式会社内 (72)発明者 宮野 啓一郎 東京都中央区佃2丁目17番15号 月島機 械株式会社内 (72)発明者 中林 昭 東京都中央区佃2丁目17番15号 月島機 械株式会社内 (72)発明者 角田 明彦 東京都中央区佃2丁目17番15号 月島機 械株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−31899(JP,A) 特開 昭56−161898(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 11/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下水汚泥、産業排水処理設備等から発生す
    る汚泥、ないし畜産廃棄物汚泥を処理する嫌気性消化方
    法であって、生物付着担体を用いる嫌気性流動床バイオ
    リアクターにおいて消化日数10日以内で1次処理するこ
    とによって、嫌気性流動床内の浮遊汚泥にメタン菌群を
    流出させ、次いで、このメタン菌群を利用した浮遊汚泥
    型の嫌気性バイオリアクターを用いて2次処理すること
    を特徴とする汚泥嫌気性消化方法。
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