JP4423389B2 - 有機性汚泥の処理方法、その処理装置及び新菌株 - Google Patents
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Description
しかし、この方法は、消化速度が遅い、有機物分解率が悪い、大量の汚泥が発生するなどの問題があった。
しかし、この方法では、大量の汚泥を高温の120℃程度にまで加温しなければならず、圧力容器も必要でコストもかかり、エネルギーのロスが大きいなどの問題があった。
(1)ジオバチルス属に属する有機性汚泥分解菌のGeobacillus strain AT1(FERM AP−20049)を有機性汚泥に加えて好気的に増殖させ、有機性汚泥を好気的に分解することを特徴とする汚泥処理方法。
(2)ジオバチルス属に属する有機性汚泥分解菌のGeobacillus strain AT1(FERM AP−20049)を有機性汚泥に加えて好気的に増殖させ、有機性汚泥を好気的に分解し、次いで嫌気的に消化することを特徴とする汚泥処理方法。
(3)好気的に分解するのを、酸素含有ガスの存在下で行う前記(1)又は(2)記載の方法。
(4)さらに別の好気性分解菌の存在下で行う前記(3)記載の方法。
(5)嫌気的に消化するのを、分解が促進された有機性汚泥について嫌気性消化汚泥の存在下で行う前記(2)ないし(4)のいずれかに記載の方法。
(6)消化で生成するメタン含有気相部を回収し、必要に応じ燃料として利用する前記(2)ないし(5)のいずれかに記載の方法。
(7)消化で得られる嫌気性消化処理汚泥を直接又は固液分離により回収し、必要に応じ肥料及び/又は肥料の原料として利用する前記(2)ないし(6)のいずれかに記載の方法。
(8)ジオバチルス属に属する有機性汚泥分解菌のGeobacillus strain AT1(FERM AP−20049)を有機性汚泥と酸素供給下或いは曝気下に混合する好気性汚泥分解槽を備えたことを特徴とする有機性汚泥処理装置。
(9)好気性汚泥分解槽に酸素含有ガス供給コンプレッサーを付設する前記(8)記載の装置。
(10)さらに好気性汚泥分解槽からの分解生成物を嫌気的に消化する嫌気性消化槽を備える前記(8)ないし(9)のいずれかに記載の装置。
(11)嫌気性消化槽が、分解の促進された有機性汚泥を嫌気性消化汚泥の存在下で嫌気的に消化するものである前記(10)記載の装置。
(12)さらに嫌気性消化槽からの消化生成物のうちのガス分を貯留する消化ガス貯留槽及び該消化生成物のうちの固体分と液体分とを分離する固液分離槽を備える前記(10)又は(11)記載の装置。
(13)Geobacillus strain AT1(FERM AP−20049)であるジオバチルス属菌株。
このジオバチルスAT1株は、茨城県土浦市下水場の下水汚泥中から単離し、このように命名した菌株である。この菌株は後記する細菌学的性質をもとに、Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology volume 1(1984)を参考に同定したところ、ジオバチルス属に属する新菌株であり、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに「FERM AP−20049(受領番号)」として寄託されている。
ジオバチルスAT1株の細菌学的性質は以下に示す通りである。なお、菌学的性質の試験は前記Bergey’s Manual of Systematic Bacteriologyに基づいて行い、+は陽性、−は陰性を示す。
形態:桿菌、大きさ:幅0.7〜0.9μm、長さ4〜5μm、運動性:+、鞭毛の着生状態:周鞭毛内生、胞子:+
(B)培養的性質
65℃で、24時間培養して得たコロニーについての状態や性状。
色:クリーム色、形態:円形、周縁巻き毛状、低凸状、光沢:+
(C)生理学的性質
グラム染色性:不定、硝酸塩の還元:−、オキシダーゼ反応活性:+、カタラーゼ反応活性:+、生育温度37℃:−、生育温度45℃:+、生育pH:7.0、ガラクトース発酵性:−、グルコースからの酸生成:−、グルコースからのガス生成:−、O/Fテスト(酸化/発酵):−/−
本発明方法においては、まず、有機性汚泥に、有機性汚泥分解菌としてのジオバチルス菌株のGeobacillus strain AT1(FERM AP−20049)を添加、混合し、好気性分解処理する。
当該菌については、最初は純粋培養した当該菌を種菌として使用する必要があるが、その後は、この当該菌を汚泥と混合して好気性処理が施された後の処理済み汚泥を種菌源として利用することができる。上記純粋培養には、好気性培養法、例えば振とう培養法等が用いられ、それにより上記当該菌を増殖させることができ、該培養法には、培地として通常用いられるもの、例えばF−JX合成液体培地[酵母エキス0.1%(w/v)、トリプチケースペプトン0.1%(w/v)、pH7.0]等が用いられ、また、培養温度は通常45〜80℃、好ましくは55〜70℃の範囲で選ばれる。
また、好気性雰囲気を維持するためには、酸素や空気などの酸素含有ガスを曝気供給することが望ましいが、振とう法や回転円盤法等を用いることもできる。酸素含有ガスについては、供給量は0.01〜1vvm、好ましくは0.05〜0.2vvmの範囲で、酸素濃度は1〜100質量%、好ましくは20〜100質量%の範囲で選ぶのがよい。
有機性汚泥については、水分含量が通常80〜99.9質量%、好ましくは90〜99質量%の範囲にあるものが用いられる。
上記汚泥分解処理は、好気性分解のみを通常0.1〜15日、好ましくは0.5〜10日行ってもよいが、好気性分解を通常0.1〜7日、好ましくは0.5〜5日で止め、さらに嫌気性消化微生物と嫌気性雰囲気で接触させるなどして嫌気性消化するのが、メタン等の有機性有価物を取得しうるので、好ましい。
嫌気性消化槽としては、通常の完全混合型、固定床、流動床、膜分離型などの方法を使用することができる。この嫌気性消化処理工程においては、嫌気性消化槽内には空気及び/又は酸素は、硫化水素発生を抑制する場合以外には供給しない。
また、嫌気性消化した際に発生するメタンを含む消化ガスは、気相部として回収することができ、これらはボイラー燃料、消化ガス発電、マイクロガスタービンや水素への改質後燃料電池の燃料として利用することも可能である。
また、その有機物分解率が高いため、嫌気性消化後に発生する残滓(処理された固相部)の発生量が少なくなり、最終的な汚泥処理量が低減される。
さらに、本発明によれば、最終的に発生する残滓(処理された固相部)や処理液にはアンモニアやリン酸が含有されているので、アンモニアやリン酸を多く含む有機性肥料や液肥を生産することができる。
また、本発明方法で生じる残滓から得られる有機性肥料は、好気的なコンポスト法によって生産される有機性肥料に比べ塩分濃度が低いという利点を有する。
図1は本発明の嫌気性消化処理装置の説明図である。図1において、1は有機性汚泥貯留タンク、2は有機性汚泥配管、3は好気性分解促進槽、4は酸素含有ガス供給配管、5はコンプレッサー、6は好気性分解物配管、7は嫌気性消化槽、8は消化ガス配管、9は消化ガス貯留タンク、10は嫌気性分解物配管、11は固液分離装置、12は処理液相部配管、13は処理液相部貯留タンク、14は処理固相部配管、15は処理固相部貯留タンクを示す。
この好気性分解促進槽3において、有機性汚泥分解菌のジオバチルスAT1株により汚泥中の微生物の細胞壁や細胞膜が破壊され有機性汚泥の分解が進む。このとき、槽内を好気的に保つために、酸素含有ガス供給コンプレッサー5から酸素含有ガス供給配管4を通って空気を供給する。
固液分離装置11に導入された消化処理汚泥は液相部と固相部に分離され、液相部はその配管12を通って、処理液相部貯留タンク13に貯留される。処理液相部(廃水)は、通常溶存有機物や溶存無機物の濃度の低いものであり、必要に応じ廃水処理後放流される。固相部はその配管14を通って処理固相部貯留タンク15に貯留される。固相部は、有機物の分解が十分に行われており、同時にアンモニアやリン酸を多く含むので、そのまま有機肥料及び/又は肥料の原料となる。また、含水率が下がり十分減量化されているので、焼却処分してもよい。前記固液分離装置11は、濾過器や遠心分離機、沈降槽等からなる。
実施例1の分解促進汚泥に代えて蒸留水を用いた以外は実施例1に同様にして嫌気性処理し、ガス生成量、メタン濃度を測定した。
実施例1の分解促進汚泥に代えて未処理下水汚泥を用いた以外は実施例1に同様にして嫌気性処理し、ガス生成量、メタン濃度を測定した。
増殖させたジオバチルスAT1株を種菌として用いた実施例1では、培養21日後の累積メタンガス生成量は43ml/リアクタであったのに対し、蒸留水を添加した比較例1の累積メタンガス生成量は、22ml/リアクタであった。ジオバチルスAT1株の作用により、消化下水汚泥中の有機物分解・ガス化が促進されたことが分る。
増殖させたジオバチルスAT1株を種菌として用いた実施例1では、培養21日後の累積メタンガス生成量は43ml/リアクタであったのに対し、未処理下水汚泥を添加した比較例2の累積メタンガス生成量は、28ml/リアクタであった。ジオバチルスAT1株の作用により、消化下水汚泥の有機物分解・ガス化が促進され、その分解促進効果は下水汚泥中に含まれる微生物には存在しないもので、ジオバチルスAT1株に特異な効果であることが分る。
2 有機性汚泥配管
3 好気性分解促進槽
4 酸素含有ガス供給配管
5 酸素含有ガス供給コンプレッサー
6 分解促進汚泥配管
7 嫌気性消化槽
8 消化ガス配管
9 消化ガス貯留タンク
10 消化物配管
11 固液分離装置
12 処理液相部配管
13 処理液相部貯留タンク
14 処理固相部配管
15 処理固相部貯留タンク
Claims (13)
- ジオバチルス属に属する有機性汚泥分解菌のGeobacillus strain AT1(FERM AP−20049)を有機性汚泥に加えて好気的に増殖させ、有機性汚泥を好気的に分解することを特徴とする汚泥処理方法。
- ジオバチルス属に属する有機性汚泥分解菌のGeobacillus strain AT1(FERM AP−20049)を有機性汚泥に加えて好気的に増殖させ、有機性汚泥を好気的に分解し、次いで嫌気的に消化することを特徴とする汚泥処理方法。
- 好気的に分解するのを、酸素含有ガスの存在下で行う請求項1又は2記載の方法。
- さらに別の好気性分解菌の存在下で行う請求項3記載の方法。
- 嫌気的に消化するのを、分解が促進された有機性汚泥について嫌気性消化汚泥の存在下で行う請求項2ないし4のいずれかに記載の方法。
- 消化で生成するメタン含有気相部を回収し、必要に応じ燃料として利用する請求項2ないし5のいずれかに記載の方法。
- 消化で得られる嫌気性消化処理汚泥を直接又は固液分離により回収し、必要に応じ肥料及び/又は肥料の原料として利用する請求項2ないし6のいずれかに記載の方法。
- ジオバチルス属に属する有機性汚泥分解菌のGeobacillus strain AT1(FERM AP−20049)を有機性汚泥と酸素供給下或いは曝気下に混合する好気性汚泥分解槽を備えたことを特徴とする有機性汚泥処理装置。
- 好気性汚泥分解槽に酸素含有ガス供給コンプレッサーを付設する請求項8記載の装置。
- さらに好気性汚泥分解槽からの分解生成物を嫌気的に消化する嫌気性消化槽を備える請求項8又は9記載の装置。
- 嫌気性消化槽が、分解の促進された有機性汚泥を嫌気性消化汚泥の存在下で嫌気的に消化するものである請求項10記載の装置。
- さらに嫌気性消化槽からの消化生成物のうちのガス分を貯留する消化ガス貯留槽及び該消化生成物のうちの固体分と液体分とを分離する固液分離槽を備える請求項10又は11記載の装置。
- Geobacillus strain AT1(FERM AP−20049)であるジオバチルス属菌株。
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