JP2997833B2 - 下水汚泥の嫌気性消化方法 - Google Patents
下水汚泥の嫌気性消化方法Info
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- C02F11/02—Biological treatment
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/40—Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing
Description
【０００１】
発明の分野 本発明は、下水汚泥をエネルギー資源化するための下水
汚泥の高効率嫌気性消化方法に関するものである。
汚泥の高効率嫌気性消化方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】下水汚泥のメタン発酵は、下水処理の重要
なユニットプロセスとして古くから知られているが、設
備が嵩だかく、また消化率も低く、能率が悪いのが欠点
とされ、そのために敬遠され勝ちである。最近、地球環
境意識の高まりとともに、再生可能なエネルギー資源で
ある下水汚泥のメタン発酵の重要性が見直されている
が、下水汚泥をエネルギー資源化するためには新しい発
想に基く技術革新が必要である。
なユニットプロセスとして古くから知られているが、設
備が嵩だかく、また消化率も低く、能率が悪いのが欠点
とされ、そのために敬遠され勝ちである。最近、地球環
境意識の高まりとともに、再生可能なエネルギー資源で
ある下水汚泥のメタン発酵の重要性が見直されている
が、下水汚泥をエネルギー資源化するためには新しい発
想に基く技術革新が必要である。
【０００３】メタン発酵の高効率化を図る手だてとして
は、高温発酵、汚泥の加熱処理、汚泥の高濃度化
が考えられるが、は熱収支の点でと深くかかわっ
ており、を実施するにはが必要となるので、結局
はの汚泥の高濃度化が最重要事項となる。
は、高温発酵、汚泥の加熱処理、汚泥の高濃度化
が考えられるが、は熱収支の点でと深くかかわっ
ており、を実施するにはが必要となるので、結局
はの汚泥の高濃度化が最重要事項となる。
【０００４】従来、こうした点から、下水汚泥の嫌気性
消化方法として、図１１に示すように、メタン発酵後の
消化汚泥の一部を廃棄すると共に残部を循環させ、この
循環消化汚泥に生汚泥を添加しメタン発酵させる方法で
あって、前記生汚泥を１０％以上の固形分濃度に脱水
し、得られた脱水汚泥を１２０〜１８０℃の温度で加熱
処理し、この加熱処理汚泥を前記循環消化汚泥に添加し
て均一に混合し、この混合物をメタン発酵させる方法が
知られている（特開平２−３１８９８号公報参照）。
消化方法として、図１１に示すように、メタン発酵後の
消化汚泥の一部を廃棄すると共に残部を循環させ、この
循環消化汚泥に生汚泥を添加しメタン発酵させる方法で
あって、前記生汚泥を１０％以上の固形分濃度に脱水
し、得られた脱水汚泥を１２０〜１８０℃の温度で加熱
処理し、この加熱処理汚泥を前記循環消化汚泥に添加し
て均一に混合し、この混合物をメタン発酵させる方法が
知られている（特開平２−３１８９８号公報参照）。
【０００５】しかし、この方法では、汚泥の加熱処理は
汚泥の脱水の後に行われるため、余剰汚泥を多く含む下
水汚泥の場合には汚泥濃度１０％以上の脱水汚泥を加熱
処理すると、加熱処理によって生じた可溶性の含窒素有
機化合物は全量加熱処理汚泥に含まれることになり、こ
れが嫌気性消化により高濃度のＮＨ3 に転化するために
ＮＨ3 濃度障害により消化率が低く抑えられるという問
題があった。
汚泥の脱水の後に行われるため、余剰汚泥を多く含む下
水汚泥の場合には汚泥濃度１０％以上の脱水汚泥を加熱
処理すると、加熱処理によって生じた可溶性の含窒素有
機化合物は全量加熱処理汚泥に含まれることになり、こ
れが嫌気性消化により高濃度のＮＨ3 に転化するために
ＮＨ3 濃度障害により消化率が低く抑えられるという問
題があった。
【０００６】
【発明の概要】本発明の目的は、上記の点に鑑み、下水
汚泥の嫌気性消化プロセスにおいて、消化槽の容量を減
じながらガスの発生効率を向上する方法を提供すること
にある。
汚泥の嫌気性消化プロセスにおいて、消化槽の容量を減
じながらガスの発生効率を向上する方法を提供すること
にある。
【０００７】本発明による下水汚泥の嫌気性消化方法
は、上記目的を達成すべく工夫されたものであり、余剰
汚泥をあらかじめ６０℃以上の温度で加熱処理した後、
脱水して１０〜２５重量％の脱水汚泥とし、この脱水汚
泥を脱水汚泥メタン発酵槽から引抜いた消化汚泥と混合
し、得られた混合物を脱水汚泥メタン発酵槽に供給する
と共に、脱水汚泥の供給量に見合った量の消化汚泥を廃
棄することを特徴とするものである。
は、上記目的を達成すべく工夫されたものであり、余剰
汚泥をあらかじめ６０℃以上の温度で加熱処理した後、
脱水して１０〜２５重量％の脱水汚泥とし、この脱水汚
泥を脱水汚泥メタン発酵槽から引抜いた消化汚泥と混合
し、得られた混合物を脱水汚泥メタン発酵槽に供給する
と共に、脱水汚泥の供給量に見合った量の消化汚泥を廃
棄することを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明による他の下水汚泥の嫌気性
消化方法は、余剰汚泥をあらかじめ６０℃以上の温度で
加熱処理した後、脱水すると共に別途、初沈汚泥も脱水
し、これら脱水汚泥を混合してその濃度を１０〜２５重
量％とし、この脱水汚泥を脱水汚泥メタン発酵槽から引
抜いた消化汚泥と混合し、得られた混合物を脱水汚泥メ
タン発酵槽に供給すると共に、脱水汚泥の供給量に見合
った量の消化汚泥を廃棄するものである。この場合、加
熱処理を余剰汚泥と初沈汚泥の混合物に対して行っても
よい。
消化方法は、余剰汚泥をあらかじめ６０℃以上の温度で
加熱処理した後、脱水すると共に別途、初沈汚泥も脱水
し、これら脱水汚泥を混合してその濃度を１０〜２５重
量％とし、この脱水汚泥を脱水汚泥メタン発酵槽から引
抜いた消化汚泥と混合し、得られた混合物を脱水汚泥メ
タン発酵槽に供給すると共に、脱水汚泥の供給量に見合
った量の消化汚泥を廃棄するものである。この場合、加
熱処理を余剰汚泥と初沈汚泥の混合物に対して行っても
よい。
【０００９】本発明による下水汚泥の嫌気性消化方法の
別の実施形態によれば、該熱処理余剰汚泥の脱水によっ
て得られた脱離水、またはこの脱離水と初沈汚泥の脱水
によって得られた脱離水との混合水、もしくは余剰汚泥
と初沈汚泥の混合物の加熱後の脱水によって得られた脱
離水、および／または廃棄すべき消化汚泥の脱水によっ
て得られた脱離水を嫌気性処理することもできる。
別の実施形態によれば、該熱処理余剰汚泥の脱水によっ
て得られた脱離水、またはこの脱離水と初沈汚泥の脱水
によって得られた脱離水との混合水、もしくは余剰汚泥
と初沈汚泥の混合物の加熱後の脱水によって得られた脱
離水、および／または廃棄すべき消化汚泥の脱水によっ
て得られた脱離水を嫌気性処理することもできる。
【００１０】また、本発明による下水汚泥の嫌気性消化
方法のもう１つの実施形態によれば、メタン発酵によっ
て発生した消化ガスを発電のエネルギーソースとして用
い電力を得ると共に、発電に伴って生じた蒸気および／
または温水を上記余剰汚泥、場合によっては余剰汚泥と
初沈汚泥の混合物の加熱の熱源として用いることもでき
る。
方法のもう１つの実施形態によれば、メタン発酵によっ
て発生した消化ガスを発電のエネルギーソースとして用
い電力を得ると共に、発電に伴って生じた蒸気および／
または温水を上記余剰汚泥、場合によっては余剰汚泥と
初沈汚泥の混合物の加熱の熱源として用いることもでき
る。
【００１１】本発明による下水汚泥の嫌気性消化方法の
さらにもう１つの実施形態によれば、廃棄すべき消化汚
泥を脱水し焼却処理してもよい。
さらにもう１つの実施形態によれば、廃棄すべき消化汚
泥を脱水し焼却処理してもよい。
【００１２】本発明による下水汚泥の嫌気性消化方法に
おいて、余剰汚泥の加熱処理温度は６０℃以上、例えば
１００℃以上、好ましくは１４０℃以上、より好ましく
は１６０℃以上である。加熱処理時間は処理温度にもよ
るが、例えば温度１５０℃の場合０．５〜１．０時間で
ある。
おいて、余剰汚泥の加熱処理温度は６０℃以上、例えば
１００℃以上、好ましくは１４０℃以上、より好ましく
は１６０℃以上である。加熱処理時間は処理温度にもよ
るが、例えば温度１５０℃の場合０．５〜１．０時間で
ある。
【００１３】脱水汚泥の濃度は１０〜２５重量％、好ま
しくは１２〜１３重量％以上、より好ましくは約１５重
量％である。
しくは１２〜１３重量％以上、より好ましくは約１５重
量％である。
【００１４】脱水汚泥メタン発酵槽としては、偏流防止
のためにチューブを束ねた構造であり、従来のものとは
全く異なるコンパクトな形式のものが好ましい。このチ
ューブの中を種付けされた汚泥がゆっくりと移動しなが
らメタン発酵が進行する。
のためにチューブを束ねた構造であり、従来のものとは
全く異なるコンパクトな形式のものが好ましい。このチ
ューブの中を種付けされた汚泥がゆっくりと移動しなが
らメタン発酵が進行する。
【００１５】脱離水の嫌気性処理には、顆粒状メタン生
成菌によるＵＡＳＢ法などの有機物水溶液の嫌気性消化
技術として公知の方法が適用できる。
成菌によるＵＡＳＢ法などの有機物水溶液の嫌気性消化
技術として公知の方法が適用できる。
【００１６】メタン発酵の汚泥濃度については、現実的
には攪拌技術上の理由から５〜６（ＤＳ）％が限界であ
ると考えられている。
には攪拌技術上の理由から５〜６（ＤＳ）％が限界であ
ると考えられている。
【００１７】他方、家庭ゴミや、ビート滓、ポテト滓、
野菜屑、藁、アルコール蒸留廃液等の農産廃棄物は、２
０重量％以上の高い固型分濃度でもメタン発酵できると
する文献はあるが、本発明者らは２０重量％の下水汚泥
をメタン発酵させると日毎にガス発生量が減り、やがて
は発酵が停止することを経験した。
野菜屑、藁、アルコール蒸留廃液等の農産廃棄物は、２
０重量％以上の高い固型分濃度でもメタン発酵できると
する文献はあるが、本発明者らは２０重量％の下水汚泥
をメタン発酵させると日毎にガス発生量が減り、やがて
は発酵が停止することを経験した。
【００１８】これは、下水汚泥が上記のごとき家庭ゴミ
や農産廃棄物に比べて高いＮ含有量および低いＣ／Ｎ
（炭素含量／窒素含量）比たとえば６〜１０を有するこ
とに起因する。脱水により必要以上に濃度が高くされた
生汚泥中の窒素化合物は、メタン発酵により高濃度のＮ
Ｈ3 に転化するので、この高濃度ＮＨ3 がメタン発酵に
関与する微生物の活性を阻害するようになる。一方、ビ
ート滓、ポテト滓、野菜屑、藁、アルコール蒸留廃液等
の農産廃棄物および家庭ゴミの窒素化合物含有量は、た
とえば下水汚泥の約４分の１以下であり、Ｃ／Ｎ比はた
とえば約４倍以上であるので、上記のようにメタン発酵
ができると考えられる。
や農産廃棄物に比べて高いＮ含有量および低いＣ／Ｎ
（炭素含量／窒素含量）比たとえば６〜１０を有するこ
とに起因する。脱水により必要以上に濃度が高くされた
生汚泥中の窒素化合物は、メタン発酵により高濃度のＮ
Ｈ3 に転化するので、この高濃度ＮＨ3 がメタン発酵に
関与する微生物の活性を阻害するようになる。一方、ビ
ート滓、ポテト滓、野菜屑、藁、アルコール蒸留廃液等
の農産廃棄物および家庭ゴミの窒素化合物含有量は、た
とえば下水汚泥の約４分の１以下であり、Ｃ／Ｎ比はた
とえば約４倍以上であるので、上記のようにメタン発酵
ができると考えられる。
【００１９】高濃度の下水汚泥のメタン発酵に関する詳
しい実験によると、投入汚泥濃度は８（ＤＳ）％以上
でもメタン発酵が可能であり、発酵槽内の汚泥濃度が
増すとともに固体有機物（ＶＳＳ）の可溶化が促進さ
れ、発酵槽内の汚泥濃度が増すとともにＮＨ3 濃度障
害が生じる危険性があり、汚泥を発酵槽に投入する際
に種付けが充分に均一であれば完全混合槽による槽内攪
拌が不要であることがわかった。
しい実験によると、投入汚泥濃度は８（ＤＳ）％以上
でもメタン発酵が可能であり、発酵槽内の汚泥濃度が
増すとともに固体有機物（ＶＳＳ）の可溶化が促進さ
れ、発酵槽内の汚泥濃度が増すとともにＮＨ3 濃度障
害が生じる危険性があり、汚泥を発酵槽に投入する際
に種付けが充分に均一であれば完全混合槽による槽内攪
拌が不要であることがわかった。
【００２０】すなわち、窒素成分の少い初沈汚泥主体の
下水汚泥では汚泥濃度が１５〜２０重量％でも支障なく
メタン発酵ができるが、窒素分の多い余剰汚泥を多く含
む下水汚泥では１２〜１３重量％以上の高濃度でメタン
発酵を安定して行うことは困難であることがわかった。
下水汚泥では汚泥濃度が１５〜２０重量％でも支障なく
メタン発酵ができるが、窒素分の多い余剰汚泥を多く含
む下水汚泥では１２〜１３重量％以上の高濃度でメタン
発酵を安定して行うことは困難であることがわかった。
【００２１】
【作用】余剰汚泥を多く含む下水汚泥をあらかじめ加熱
処理した後に、加熱処理汚泥を脱水することによって、
窒素成分を脱離水に移し、脱水汚泥中の窒素成分を減じ
ることができる。そして、このようにして得られた脱水
汚泥は１０〜２５重量％の高濃度でもメタン発酵を安定
して行うことができる。
処理した後に、加熱処理汚泥を脱水することによって、
窒素成分を脱離水に移し、脱水汚泥中の窒素成分を減じ
ることができる。そして、このようにして得られた脱水
汚泥は１０〜２５重量％の高濃度でもメタン発酵を安定
して行うことができる。
【００２２】脱水汚泥メタン発酵はコンパクト化の点で
非常に優れているが、ＮＨ3 濃度障害を生じる危険性を
はらんでいる。本発明の方法によれば、ＮＨ3 濃度障害
は余剰汚泥をあらかじめ加熱処理して脱水することによ
って克服することができる。また余剰汚泥の加熱処理操
作には蛋白質を熱変成してメタン発酵しやすくする働き
があり、その結果として消化率を従来の４０〜５０％か
ら７０％に高める効果がある一方、汚泥の脱水性がよく
なるために、加熱処理は汚泥の脱水法として実用されて
いたが、処理の厄介な大量の有機性廃水を発生すると言
う欠点のために最近では実用されなくなっている。しか
し、この有機性廃水問題は最近技術の進歩がめざましい
顆粒状メタン生成菌によるＵＡＳＢ法を適用することに
よって解消することができる。
非常に優れているが、ＮＨ3 濃度障害を生じる危険性を
はらんでいる。本発明の方法によれば、ＮＨ3 濃度障害
は余剰汚泥をあらかじめ加熱処理して脱水することによ
って克服することができる。また余剰汚泥の加熱処理操
作には蛋白質を熱変成してメタン発酵しやすくする働き
があり、その結果として消化率を従来の４０〜５０％か
ら７０％に高める効果がある一方、汚泥の脱水性がよく
なるために、加熱処理は汚泥の脱水法として実用されて
いたが、処理の厄介な大量の有機性廃水を発生すると言
う欠点のために最近では実用されなくなっている。しか
し、この有機性廃水問題は最近技術の進歩がめざましい
顆粒状メタン生成菌によるＵＡＳＢ法を適用することに
よって解消することができる。
【００２３】すなわち、ａ）汚泥の高濃度化によって発
酵槽をコンパクト化することができるが、ＮＨ3 濃度障
害の危険性をはらむ脱水汚泥メタン発酵プロセスと、
ｂ）蛋白質を熱変成することによってメタン発酵をしや
すくし、余剰汚泥の脱水性をよくする反面、処理の厄介
な高濃度の有機廃水を大量に発生する余剰汚泥の加熱処
理プロセスと、ｃ）有機物水溶液のメタン発酵には威力
を発揮するが、ＶＳＳを主体とする下水汚泥の処理には
出番がなかった顆粒状メタン生成菌によるＵＡＳＢプロ
セスとの３つの特徴あるユニットプロセスをシステム化
することによって、相互に弱点を補完しながら相乗効果
を引き出し、その上に消化ガス発電によるコージェネレ
ーションシステムを組み込むことによってエネルギー
的、経済的に優れた汚泥処理システムが構築できる。
酵槽をコンパクト化することができるが、ＮＨ3 濃度障
害の危険性をはらむ脱水汚泥メタン発酵プロセスと、
ｂ）蛋白質を熱変成することによってメタン発酵をしや
すくし、余剰汚泥の脱水性をよくする反面、処理の厄介
な高濃度の有機廃水を大量に発生する余剰汚泥の加熱処
理プロセスと、ｃ）有機物水溶液のメタン発酵には威力
を発揮するが、ＶＳＳを主体とする下水汚泥の処理には
出番がなかった顆粒状メタン生成菌によるＵＡＳＢプロ
セスとの３つの特徴あるユニットプロセスをシステム化
することによって、相互に弱点を補完しながら相乗効果
を引き出し、その上に消化ガス発電によるコージェネレ
ーションシステムを組み込むことによってエネルギー
的、経済的に優れた汚泥処理システムが構築できる。
【００２４】
実施例１ 本発明の実施例によるフロースキームを図１に示す。
【００２５】図１において、濃度５％、ＶＴＳ約７０％
の余剰汚泥を温度１５０℃で１時間加熱処理した。この
加熱処理汚泥を遠心脱水し、１５％の脱水汚泥を得た。
また、濃度４％、ＶＴＳ約８７％の初沈汚泥を約１２０
℃で滅菌処理した後、遠心脱水し、１５％の脱水汚泥を
得た。余剰汚泥の１５％脱水汚泥と、初沈汚泥の１５％
脱水汚泥とを４（余剰）：６（初沈）の割合で合わせ、
この脱水汚泥を混合槽へ送った。混合槽において、この
脱水汚泥を、後述する脱水汚泥メタン発酵槽から引抜い
た消化汚泥と混合し、得られた混合物を脱水汚泥メタン
発酵槽に供給した。これと共に、脱水汚泥メタン発酵槽
への脱水汚泥の供給量に見合った量の消化汚泥を同発酵
槽から抜き取った。
の余剰汚泥を温度１５０℃で１時間加熱処理した。この
加熱処理汚泥を遠心脱水し、１５％の脱水汚泥を得た。
また、濃度４％、ＶＴＳ約８７％の初沈汚泥を約１２０
℃で滅菌処理した後、遠心脱水し、１５％の脱水汚泥を
得た。余剰汚泥の１５％脱水汚泥と、初沈汚泥の１５％
脱水汚泥とを４（余剰）：６（初沈）の割合で合わせ、
この脱水汚泥を混合槽へ送った。混合槽において、この
脱水汚泥を、後述する脱水汚泥メタン発酵槽から引抜い
た消化汚泥と混合し、得られた混合物を脱水汚泥メタン
発酵槽に供給した。これと共に、脱水汚泥メタン発酵槽
への脱水汚泥の供給量に見合った量の消化汚泥を同発酵
槽から抜き取った。
【００２６】脱水汚泥メタン発酵槽の１例を図５に示
す。
す。
【００２７】図５において、ジャケット(21)には複数の
チューブ(22)が入れられている。これらのチューブ(22)
はたとえば直径０．２〜１．０ｍ、長さ１０〜３０ｍの
ものである。発酵槽の底部には汚泥供給口(23)が設けら
れており、汚泥供給口(23)には各チューブ(22)の下端に
至る複数の汚泥分配管(24)が接続されている。また、ジ
ャケット(21)の底部には温水入口(27)が、頂部には温水
出口(28)がそれぞれ設けられている。発酵槽の頂部には
槽内で発生した消化ガスを抜出すための消化ガス出口(2
6)が設けられている。
チューブ(22)が入れられている。これらのチューブ(22)
はたとえば直径０．２〜１．０ｍ、長さ１０〜３０ｍの
ものである。発酵槽の底部には汚泥供給口(23)が設けら
れており、汚泥供給口(23)には各チューブ(22)の下端に
至る複数の汚泥分配管(24)が接続されている。また、ジ
ャケット(21)の底部には温水入口(27)が、頂部には温水
出口(28)がそれぞれ設けられている。発酵槽の頂部には
槽内で発生した消化ガスを抜出すための消化ガス出口(2
6)が設けられている。
【００２８】上記の構成において、汚泥供給口(23)から
供給された汚泥は、汚泥分配管(24)によって各チューブ
(22)内に押し出される。チューブ(22)内では汚泥が徐々
に押し上げられ、チューブ(22)の上端では汚泥が溢れ、
今度はチューブ(22)の外壁に沿って下降する。こうして
下降した汚泥は、汚泥出口(25)から排出され、一部は廃
棄され、残部は混合槽へ循環される。
供給された汚泥は、汚泥分配管(24)によって各チューブ
(22)内に押し出される。チューブ(22)内では汚泥が徐々
に押し上げられ、チューブ(22)の上端では汚泥が溢れ、
今度はチューブ(22)の外壁に沿って下降する。こうして
下降した汚泥は、汚泥出口(25)から排出され、一部は廃
棄され、残部は混合槽へ循環される。
【００２９】汚泥は、チューブ(22)内を上昇し、かつチ
ューブ(22)の外壁に沿って下降する間に消化される。こ
のような方式を採用することにより、チューブ内での汚
泥の移動速度を均一にすることができ、短絡流のような
汚泥の移動の不均一を防止することができる。
ューブ(22)の外壁に沿って下降する間に消化される。こ
のような方式を採用することにより、チューブ内での汚
泥の移動速度を均一にすることができ、短絡流のような
汚泥の移動の不均一を防止することができる。
【００３０】実施例２ 図２において、この実施例では、実施例１と同様の操作
を行い、ついで加熱処理余剰汚泥の脱水によって生じた
脱離水をＵＡＳＢメタン発酵槽に送った。また、廃棄す
べき消化汚泥を脱水し、得られた脱離水をやはりＵＡＳ
Ｂメタン発酵槽に送った。これらの脱離水をここで顆粒
状メタン生成菌によって処理し、ＵＡＳＢメタン発酵槽
から出る処理水は廃棄した。
を行い、ついで加熱処理余剰汚泥の脱水によって生じた
脱離水をＵＡＳＢメタン発酵槽に送った。また、廃棄す
べき消化汚泥を脱水し、得られた脱離水をやはりＵＡＳ
Ｂメタン発酵槽に送った。これらの脱離水をここで顆粒
状メタン生成菌によって処理し、ＵＡＳＢメタン発酵槽
から出る処理水は廃棄した。
【００３１】実施例３ 図３において、この実施例では、実施例２と同様の操作
を行い、ついで脱水汚泥メタン発酵槽およびＵＡＳＢメ
タン発酵槽から出た消化ガスを、消化ガス発電装置に送
ってそのエネルギーソースとして使用し、電力を得た。
また、ここで生じた蒸気ないしは温水は上記余剰汚泥お
よび初沈汚泥の加熱処理用熱源として使用した。 実施例４ 図４において、この実施例では、実施例３と同様の操作
を行い、ついで廃棄すべき消化汚泥を脱水し、焼却処理
した。
を行い、ついで脱水汚泥メタン発酵槽およびＵＡＳＢメ
タン発酵槽から出た消化ガスを、消化ガス発電装置に送
ってそのエネルギーソースとして使用し、電力を得た。
また、ここで生じた蒸気ないしは温水は上記余剰汚泥お
よび初沈汚泥の加熱処理用熱源として使用した。 実施例４ 図４において、この実施例では、実施例３と同様の操作
を行い、ついで廃棄すべき消化汚泥を脱水し、焼却処理
した。
【００３２】図６は、本発明による消化方法に従って、
余剰汚泥を加熱処理し次いで脱水したものを、図１に示
すフローで、図６に示す条件で処理した場合の、運転日
数と累積ガス発生量の関係を示したものである。
余剰汚泥を加熱処理し次いで脱水したものを、図１に示
すフローで、図６に示す条件で処理した場合の、運転日
数と累積ガス発生量の関係を示したものである。
【００３３】図７は、従来技術として図１１に示す特開
平２−３１８９８号の方法に従って、余剰汚泥を脱水し
次いで加熱処理したものを、図７に示す条件で処理した
場合の、運転日数と累積ガス発生量の関係を示したもの
である。
平２−３１８９８号の方法に従って、余剰汚泥を脱水し
次いで加熱処理したものを、図７に示す条件で処理した
場合の、運転日数と累積ガス発生量の関係を示したもの
である。
【００３４】図６と図７の比較から明らかなように、図
７では運転日数２日以降は累積ガス発生量は頭打ち状態
であるのに対し、図６では運転日数と共に累積ガス発生
量も増大することが認められる。
７では運転日数２日以降は累積ガス発生量は頭打ち状態
であるのに対し、図６では運転日数と共に累積ガス発生
量も増大することが認められる。
【００３５】実施例５ この実施例ではスケールを大きくし、図８に示すフロー
に従って、連続実験を行った。
に従って、連続実験を行った。
【００３６】連続実験は先ず１５（ＤＳ）％の初沈汚泥
について行い、続いて１５０℃で１時間加熱処理した余
剰汚泥の脱水ケーキと初沈汚泥とをＤＳ基準で４０％、
６０％の割合で混合し、汚泥濃度を１５（ＤＳ）％に調
整した混合汚泥について行った。
について行い、続いて１５０℃で１時間加熱処理した余
剰汚泥の脱水ケーキと初沈汚泥とをＤＳ基準で４０％、
６０％の割合で混合し、汚泥濃度を１５（ＤＳ）％に調
整した混合汚泥について行った。
【００３７】１）連続実験方法 図８において、消化槽は温水ジャケット付き３５リット
ル（内径２０８ｍｍ×高さ１０４６ｍｍ）の槽である。
この消化槽にし尿処理場から提供を受けた高温発酵の消
化汚泥を遠心脱水して６．５（ＤＳ）％に調整したもの
を種汚泥として約１５リットル仕込んだ。次いで分流式
の下水処理場から提供を受けた初沈汚泥（ＶＴＳ８７
％）を約１２０℃で滅菌（作業環境のため）した後、遠
心脱水して１５（ＤＳ）％に調整し、実験用モーノポン
プの閉塞を防ぎかつ定量供給を円滑に行うためにカッタ
ーミキサーで繊維質を砕き、さらに消化槽から引抜いた
消化汚泥をあらかじめ１（初沈）：２（消化）の割合で
混合した種付け汚泥を冷水ジャケット付の給泥タンクに
張込んだ。
ル（内径２０８ｍｍ×高さ１０４６ｍｍ）の槽である。
この消化槽にし尿処理場から提供を受けた高温発酵の消
化汚泥を遠心脱水して６．５（ＤＳ）％に調整したもの
を種汚泥として約１５リットル仕込んだ。次いで分流式
の下水処理場から提供を受けた初沈汚泥（ＶＴＳ８７
％）を約１２０℃で滅菌（作業環境のため）した後、遠
心脱水して１５（ＤＳ）％に調整し、実験用モーノポン
プの閉塞を防ぎかつ定量供給を円滑に行うためにカッタ
ーミキサーで繊維質を砕き、さらに消化槽から引抜いた
消化汚泥をあらかじめ１（初沈）：２（消化）の割合で
混合した種付け汚泥を冷水ジャケット付の給泥タンクに
張込んだ。
【００３８】消化槽内の汚泥は循環モーノポンプで約５
０ｍｌ／ｍｉｎで循環した。この循環ライン中に種付け
汚泥を約２ｍｌ／ｍｉｎで給汚タンクから注入し、ライ
ンミキサーを通して消化槽内に供給した。そして供給汚
泥の供給量に見合った量の消化汚泥を溢流管から間欠的
に抜き出した。
０ｍｌ／ｍｉｎで循環した。この循環ライン中に種付け
汚泥を約２ｍｌ／ｍｉｎで給汚タンクから注入し、ライ
ンミキサーを通して消化槽内に供給した。そして供給汚
泥の供給量に見合った量の消化汚泥を溢流管から間欠的
に抜き出した。
【００３９】消化槽の循環部分は１２．５リットル、静
置部分は５．０リットルであり、発酵温度は５２±２℃
になるように制御した。
置部分は５．０リットルであり、発酵温度は５２±２℃
になるように制御した。
【００４０】他方、余剰汚泥の連続実験は合流式の下水
処理場から提供を受けた余剰汚泥（４〜５（ＤＳ）％、
ＶＴＳ約７０％）をオートクレーブで１５０℃、１時間
加熱処理した後、遠心脱水した。
処理場から提供を受けた余剰汚泥（４〜５（ＤＳ）％、
ＶＴＳ約７０％）をオートクレーブで１５０℃、１時間
加熱処理した後、遠心脱水した。
【００４１】この脱水ケーキと前記のカッターミキサー
で砕いた初沈汚泥の脱水物とをＤＳ基準で４（余剰）：
６（初沈）の割合になるように混合した後、１５（Ｄ
Ｓ）％に調整して供給タンクに張り込んだ。１５（Ｄ
Ｓ）％の初沈汚泥で７日間馴致した消化槽の汚泥循環ラ
インに初沈／余剰混合汚泥を約０．８ｍｌ／ｍｉｎで給
泥タンクから注入し、ラインミキサーを通して消化槽内
に供給した。
で砕いた初沈汚泥の脱水物とをＤＳ基準で４（余剰）：
６（初沈）の割合になるように混合した後、１５（Ｄ
Ｓ）％に調整して供給タンクに張り込んだ。１５（Ｄ
Ｓ）％の初沈汚泥で７日間馴致した消化槽の汚泥循環ラ
インに初沈／余剰混合汚泥を約０．８ｍｌ／ｍｉｎで給
泥タンクから注入し、ラインミキサーを通して消化槽内
に供給した。
【００４２】２）連続実験結果と考察 図９に１５（ＤＳ）％の初沈汚泥脱水物の連続メタン発
酵データを示す。ＴＯＣ、ＮＨ3 −Ｎ濃度の経時変化か
らすると、経過日数２０日あたりから安定した運転が行
われていることが見受けられる。懸念されたアンモニア
態窒素濃度は１５００〜１６００ｐｐｍのレベルで安定
しており、２ケ月の運転でもこの値が大幅に変ることは
なかった。
酵データを示す。ＴＯＣ、ＮＨ3 −Ｎ濃度の経時変化か
らすると、経過日数２０日あたりから安定した運転が行
われていることが見受けられる。懸念されたアンモニア
態窒素濃度は１５００〜１６００ｐｐｍのレベルで安定
しており、２ケ月の運転でもこの値が大幅に変ることは
なかった。
【００４３】また有機物負荷は３５日平均で５〜８ｇ
（ＶＳＳ）／リットル・ｄａｙが確保できた。
（ＶＳＳ）／リットル・ｄａｙが確保できた。
【００４４】図１０に１５（ＤＳ）％の初沈／熱処理余
剰混合汚泥の連続メタン発酵データを示す。ＴＯＣ、Ｎ
Ｈ3 −Ｎ濃度の経時変化からすると、経過日数３０日あ
たりから安定した運転が行われているように見受けられ
る。この実験で最も気懸りであったＮＨ3 −Ｎ濃度は余
剰汚泥を熱処理することによって窒素成分をあらかじめ
減量しておいたおかげで２０００ｐｐｍ以下に押え込む
ことができた（混合生汚泥の脱水ケーキを滅菌のために
１２０℃で加熱処理したものを脱水しないで使った場合
には、日毎にガス発生量が減少し、やがて発酵は停止し
た）。
剰混合汚泥の連続メタン発酵データを示す。ＴＯＣ、Ｎ
Ｈ3 −Ｎ濃度の経時変化からすると、経過日数３０日あ
たりから安定した運転が行われているように見受けられ
る。この実験で最も気懸りであったＮＨ3 −Ｎ濃度は余
剰汚泥を熱処理することによって窒素成分をあらかじめ
減量しておいたおかげで２０００ｐｐｍ以下に押え込む
ことができた（混合生汚泥の脱水ケーキを滅菌のために
１２０℃で加熱処理したものを脱水しないで使った場合
には、日毎にガス発生量が減少し、やがて発酵は停止し
た）。
【００４５】し尿処理場でのメタン発酵ではＮＨ3 態窒
素濃度２３００〜３２００ｐｐｍで操業している例が報
告されているので、２０００ｐｐｍ以下の値は許容しう
るものである。
素濃度２３００〜３２００ｐｐｍで操業している例が報
告されているので、２０００ｐｐｍ以下の値は許容しう
るものである。
【００４６】この実験は３６日目で中断したが、２ケ月
ほど続けると有機物負荷は初沈汚泥の場合と同様に１０
ｇ／（ＶＳＳ）／リットル・ｄａｙが確保できるものと
思われる。
ほど続けると有機物負荷は初沈汚泥の場合と同様に１０
ｇ／（ＶＳＳ）／リットル・ｄａｙが確保できるものと
思われる。
【００４７】なお初沈汚泥と初沈／熱処理余剰混合汚泥
の連続実験では相方共にＴＯＣ濃度レベルが２０００〜
３０００ｐｐｍであり、通常（２〜５（ＤＳ）％）のメ
タン発酵では、ＴＯＣが数１００ｐｐｍであるのと比べ
るとかなり高い。これは脱水汚泥メタン発酵では、ＶＳ
Ｓの可溶化が促進されるためにメタン発酵の律速段階が
可溶化工程からメタン生成工程に移ったことを意味する
ものであるが、長期間連続実験を続ければＴＯＣに見合
ったメタン生成菌の増殖が起り、高レベルＴＯＣ問題は
やがては解消するのではないかと思われる。しかし仮に
そうでなくても、顆粒状メタン生成菌によるＵＡＳＢプ
ロセスとの組み合わせによって高レベルＴＯＣは効率よ
く処理することができる。
の連続実験では相方共にＴＯＣ濃度レベルが２０００〜
３０００ｐｐｍであり、通常（２〜５（ＤＳ）％）のメ
タン発酵では、ＴＯＣが数１００ｐｐｍであるのと比べ
るとかなり高い。これは脱水汚泥メタン発酵では、ＶＳ
Ｓの可溶化が促進されるためにメタン発酵の律速段階が
可溶化工程からメタン生成工程に移ったことを意味する
ものであるが、長期間連続実験を続ければＴＯＣに見合
ったメタン生成菌の増殖が起り、高レベルＴＯＣ問題は
やがては解消するのではないかと思われる。しかし仮に
そうでなくても、顆粒状メタン生成菌によるＵＡＳＢプ
ロセスとの組み合わせによって高レベルＴＯＣは効率よ
く処理することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上の次第で、本発明の消化方法によれ
ば、余剰汚泥を多く含む下水汚泥をあらかじめ加熱処理
した後に、加熱処理汚泥を脱水することによって、窒素
成分を脱離水に移し、脱水汚泥中の窒素成分を減じるこ
とができる。そして、このようにして得られた脱水汚泥
は１０〜２５重量％の高濃度でもメタン発酵を安定して
行うことができる。
ば、余剰汚泥を多く含む下水汚泥をあらかじめ加熱処理
した後に、加熱処理汚泥を脱水することによって、窒素
成分を脱離水に移し、脱水汚泥中の窒素成分を減じるこ
とができる。そして、このようにして得られた脱水汚泥
は１０〜２５重量％の高濃度でもメタン発酵を安定して
行うことができる。
【００４９】こうして、脱水汚泥の濃度を高めてもメタ
ン発酵は可能であり、またメタン発酵の濃度を上げるこ
とによってメタン発酵工程のみならず、汚泥処理システ
ム全体をコンパクト化し、それによって下水汚泥をエネ
ルギー資源化することが可能となり、また汚泥処理原価
も大幅に低廉化することができる。
ン発酵は可能であり、またメタン発酵の濃度を上げるこ
とによってメタン発酵工程のみならず、汚泥処理システ
ム全体をコンパクト化し、それによって下水汚泥をエネ
ルギー資源化することが可能となり、また汚泥処理原価
も大幅に低廉化することができる。
【００５０】このように、ＮＨ3 濃度障害が生じる危険
性があるが窒素分の多い余剰汚泥を予め加熱処理して脱
水しておくことによって、ＮＨ3 濃度障害を回避するこ
とができる。また、醗酵槽の容量は従来の１／３〜１／
１０でよく、総合消化率は７０％に達する。そして、汚
泥を発酵槽に投入する際に種付けが十分に均一に行われ
れば、汚泥の攪拌が不要になる。
性があるが窒素分の多い余剰汚泥を予め加熱処理して脱
水しておくことによって、ＮＨ3 濃度障害を回避するこ
とができる。また、醗酵槽の容量は従来の１／３〜１／
１０でよく、総合消化率は７０％に達する。そして、汚
泥を発酵槽に投入する際に種付けが十分に均一に行われ
れば、汚泥の攪拌が不要になる。
【図１】実施例１によるフロースキームである。
【図２】実施例２によるフロースキームである。
【図３】実施例３によるフロースキームである。
【図４】実施例４によるフロースキームである。
【図５】脱水汚泥メタン発酵槽の１例を示す切欠斜視図
である。
である。
【図６】実施例１の消化方法に従って汚泥処理を行った
場合の、運転日数と累積ガス発生量の関係を示すグラフ
である。
場合の、運転日数と累積ガス発生量の関係を示すグラフ
である。
【図７】特開平２−３１８９８号の方法に従って汚泥処
理を行った場合の、運転日数と累積ガス発生量の関係を
示すグラフである。
理を行った場合の、運転日数と累積ガス発生量の関係を
示すグラフである。
【図８】実施例５の連続実験の概略図である。
【図９】１５（ＤＳ）％の初沈汚泥脱水物の連続メタン
発酵データを示すグラフである。
発酵データを示すグラフである。
【図１０】１５（ＤＳ）％の初沈／熱処理余剰混合汚泥
の連続メタン発酵データを示すグラフである。
の連続メタン発酵データを示すグラフである。
【図１１】特開平２−３１８９８号の方法によるフロー
スキームである。
スキームである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02F 11/00 - 11/20
Claims (6)
- 【請求項１】 余剰汚泥をあらかじめ６０℃以上の温度
で加熱処理した後、脱水して１０〜２５重量％の脱水汚
泥とし、この脱水汚泥を脱水汚泥メタン発酵槽から引抜
いた消化汚泥と混合し、得られた混合物を脱水汚泥メタ
ン発酵槽に供給すると共に、脱水汚泥の供給量に見合っ
た量の消化汚泥を廃棄することを特徴とする下水汚泥の
嫌気性消化方法。 - 【請求項２】 余剰汚泥をあらかじめ６０℃以上の温度
で加熱処理した後、脱水すると共に別途、初沈汚泥も脱
水し、これら脱水汚泥を混合してその濃度を１０〜２５
重量％とし、この脱水汚泥を脱水汚泥メタン発酵槽から
引抜いた消化汚泥と混合し、得られた混合物を脱水汚泥
メタン発酵槽に供給すると共に、脱水汚泥の供給量に見
合った量の消化汚泥を廃棄することを特徴とする下水汚
泥の嫌気性消化方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の嫌気性消化方法におい
て、該加熱処理を余剰汚泥と初沈汚泥の混合物に対して
行うことを特徴とする下水汚泥の嫌気性消化方法 - 【請求項４】 請求項１〜３の内いずれか１記載の嫌気
性消化方法において、該熱処理余剰汚泥の脱水によって
得られた脱離水、または脱離水と初沈汚泥の脱水によっ
て得られた脱離水との混合水、もしくは余剰汚泥と初沈
汚泥の混合物の加熱後の脱水によって得られた脱離水、
および／または廃棄すべき消化汚泥の脱水によって得ら
れた脱離水を嫌気性処理することを特徴とする下水汚泥
の嫌気性消化方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４の内いずれか１記載の嫌気
性消化方法において、メタン発酵によって発生した消化
ガスを発電のエネルギーソースとして用い電力を得ると
共に、発電に伴って生じた蒸気および／または温水を上
記余剰汚泥、場合によっては余剰汚泥と初沈汚泥の混合
物の加熱の熱源として用いることを特徴とする下水汚泥
の嫌気性消化方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５の内いずれか１記載の嫌気
性消化方法において、廃棄すべき消化汚泥を脱水し焼却
処理することを特徴とする下水汚泥の嫌気性消化方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33555193A JP2997833B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 下水汚泥の嫌気性消化方法 |
| EP95903977A EP0737651B1 (en) | 1993-12-28 | 1994-12-26 | Method of anaerobic digestion of sewage sludge |
| CA 2180157 CA2180157A1 (en) | 1993-12-28 | 1994-12-26 | Method of anaerobic digestion of sewage sludge |
| PCT/JP1994/002238 WO1995018073A1 (fr) | 1993-12-28 | 1994-12-26 | Procede de digestion anaerobie de boues d'egouts |
| US08/669,450 US5723048A (en) | 1993-12-28 | 1994-12-26 | Method of anaerobic digestion of sewage sludge |
| DE1994627094 DE69427094T2 (de) | 1993-12-28 | 1994-12-26 | Methode zum anaeroben abbau von klärschlamm |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33555193A JP2997833B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 下水汚泥の嫌気性消化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07185595A JPH07185595A (ja) | 1995-07-25 |
| JP2997833B2 true JP2997833B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=18289849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33555193A Expired - Fee Related JP2997833B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 下水汚泥の嫌気性消化方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5723048A (ja) |
| EP (1) | EP0737651B1 (ja) |
| JP (1) | JP2997833B2 (ja) |
| CA (1) | CA2180157A1 (ja) |
| DE (1) | DE69427094T2 (ja) |
| WO (1) | WO1995018073A1 (ja) |
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