JP4527325B2 - Denitrification and methane fermentation equipment - Google Patents

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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物を処理する装置に係り、詳しくはメタン発酵を行わせることによって廃棄物をエネルギー化するようにした、脱窒素・メタン発酵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
資源循環社会を構築することが世界的課題となるなかで、資源の乏しい日本では、廃棄物の再利用、再資源化が焦眉の急となっている。とりわけ、農業系廃棄物、生活系廃棄物、食品廃棄物などの有機性廃棄物は、最も重要なリサイクル資源である。これらの再資源化の手法としては、
（１）メタン発酵によるメタン（エネルギー源）の生産
（２）コンポスト（堆肥）の生産、飼料の生産
（３）生分解性プラスチックの生産
などが挙げられている。中でも、古くて新しい手法であるメタンの生産については、メタンがエネルギー源としてのみならず化学原料としても利用し得るところから最も注目されている。エネルギー源として原子力、水力、化石燃料系火力等が、資源上、環境上の問題を抱えているところから、エコエネルギー源としてバイオマスが、世界的に脚光をあびてきているのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のメタン発酵法とその残渣の処分については、以下に示すような課題があった。
（１）発生ガスの量と質が安定しない。
（２）メタン発酵槽から排出され、さらに固液分離された後の脱離液の処理部分に、設備費、ランニングコストとも多額を要してしまう。すなわち、発酵後の前記脱離液中に含まれる窒素分（特にアンモニア性窒素）が１０００〜３０００ｍｇ／ｌと高いため、これの９５〜９９％を除去しないと河川や公共下水道に放流することができず、したがってこの水処理に要する設備費が高くなってしまうのである。具体的には、この水処理のための設備費がプラント全体の１／３〜１／４を占めてしまい、しかもこの水処理には例えば脱窒素処理にメタノール等の薬剤を必要とするため、これのランニングコストも多額を要してしまう。
（３）発酵中に生成する主としてアンモニア性窒素がメタン発酵を阻害し、メタン発酵速度、有機物の分解率を低下させてしまう。
（４）発生するメタンガスの品位が低い（メタン濃度が低く、不純物が含まれる。）
これらの課題のうち、（１）〜（３）、特に（２）、（３）は廃棄物中に含まれる窒素分（主としてタンパク質及びふん尿起因）が分解の結果生じるアンモニア性窒素（ＮＨ4 +−Ｎ及びＮＨ3 −Ｎ）に起因する。
【０００４】
また、余剰の家畜ふん尿による、農用地を中心とする土壌の窒素汚染は、世界的に問題となっている。特に、国土が狭く、飼料の多くを輸入に依存している日本においては、その対策が迫られている。飼料（ふん尿）起因の窒素分は、日本の農業（広く牧場等を含む）に必要な窒素肥料の１５０％を越えており、発生場所と需要地が平均的に離れているため、コンポスト等の肥料の形で国土に還元するには限界があるのである。
【０００５】
１９９９年１１月「家畜排せつ物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」が施行され、家畜排せつ物は一旦三面張の貯槽内へ貯留されるようになったため、ここ数年間のうちには土壌への直接浸透に起因する土壌汚染は防止される予定である。しかしながら、前述した背景があるため、脱離液からの窒素除去対策が不可欠であることには変わりがないのである。
【０００６】
また、メタン発酵処理工程では、Ｃ（炭素）分はその５０〜６５（〜７０）％がＣＨ4 に転換し、Ｎ分の多くはアンモニア性窒素（ＮＨ4 −Ｎ）に分解する。分解された有機物のうち微生物細胞に転換されるのは２〜５％程度であるため、細胞内の窒素構成割合から計算しても、分解した大部分の窒素はメタン発酵槽内の液体中にアンモニア性窒素として溶出する。アンモニア性窒素は、前記したようにアンモニユームイオン（ＮＨ4 +）とアンモニア（ＮＨ3 ）として存在するが、その平衡関係は液中のｐＨと温度に依存し、以下の式に従う。
（ＮＨ3−Ｎ）＝（ＮＨ4 +−Ｎ）×１０x ／（１＋１０x ）
ただし、ｘ＝ｐＨ−ｐＫ１ （ここで、ｐＫ１はアンモニアの解離定数）
ｐＫ１＝２８３５．７６／Ｔ＋０．００１２２５Ｔ−０．６３２２
（ここで、Ｔは絶対温度（Ｋ））
【０００７】
すなわち、液中に溶解しているＮＨ3 とガス中に離脱するＮＨ3 との比率は、ヘンリーの法則に従う。そして、メタン発酵処理工程においてメタン発酵菌の活性を阻害するのは、アンモニユームイオン（ＮＨ4 +−Ｎ）とアンモニア（ＮＨ3 −Ｎ）からなるアンモニア性窒素のうち、ＮＨ3 そのものであることが判明している。（加藤明徳，野地達也、農畜産廃棄物の嫌気性消化処理−ｐＨ制御によるアンモニアの消化阻害対策−，工業用水、第４９０号、平成１１年）
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特にメタン発酵槽から排出される脱離液に対する水処理の負荷を軽減し、またアンモニア性窒素に起因してメタン発酵槽でのメタン発酵効率が低下するのを防止し、高い効率でメタン発酵を行えるようにした、脱窒素・メタン発酵装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明における請求項１記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化する可溶化槽と、該可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１０】
この脱窒素・メタン発酵装置によれば、酸発酵槽から取り出された処理液の一部が移送路を介して水処理系列に移送され水処理系列ないしはバイオガス系列で循環脱窒素されるので、酸発酵槽を出る分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによる、メタン発酵菌の活性阻害が、全量をメタン発酵槽を経由して循環する場合に比べて軽減され、同時に増殖速度の遅いメタン発酵菌がメタン発酵層からウオッシュアウトしてしまうのが抑えられる。
また、酸発酵槽での酸発酵（酸生成）に適した酸化還元電位（ＯＲＰ）ゾーンと、脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンとがいずれも−１００〜−２００ｍＶと同じ範囲にあるため、脱窒素菌の共存が可能となり、水処理系列で硝化反応され循環路を介して循環された循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンは、酸発酵槽等で脱窒素反応させられるようになる。また、このように酸発酵槽で脱窒素反応が起こることにより、ここにアルカリが放出されるため、酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられ、酸発酵反応が円滑に進行する。また、酸発酵槽を酸生成に最適なｐＨ範囲に維持するため、アルカリを添加する場合に必要なアルカリ量を低減することができる。
また、調整槽、可溶化槽、酸発酵槽をそれぞれ独立させていることにより、例えば可溶化槽を５０℃以上、あるいは７０℃以上といった高温にすることによって可溶化処理を高温で行うことが可能となる。
【００１１】
本発明における請求項２記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化するとともに酸発酵させる可溶化・酸発酵槽と、該可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化・酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１２】
この脱窒素・メタン発酵装置にあっても、処理液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害が軽減され、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのが抑えられ、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンが可溶化・酸発酵槽等で脱窒素反応させられるようになり、また可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられて酸発酵反応が円滑に進行するようになる。
さらに、特に調整槽を独立させていることにより、有機性廃棄物の種類等に応じた調整を行うことが可能になる。
【００１３】
本発明における請求項３記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化する調整・可溶化槽と、該調整・可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記酸発酵槽から取り出された処理液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１４】
この脱窒素・メタン発酵装置にあっても、酸生成槽までの処理液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害が軽減され、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのが抑えられ、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンが酸発酵槽等で脱窒素反応させられるようになり、また酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられて酸発酵反応が円滑に進行するようになる。
さらに、特に酸発酵槽を独立させていることにより、前記の酸発酵槽での脱窒素反応等が十分円滑になされる。
【００１５】
本発明における請求項４記載の脱窒素・メタン発酵装置では、有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化し、さらに酸発酵させる調整・可溶化・酸発酵槽と、該調整・可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、前記調整・可溶化・酸発酵槽から取り出された処理液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化・酸発酵槽に循環する循環路とを備えたことを前記課題の解決手段とした。
【００１６】
この脱窒素・メタン発酵装置にあっても、調製・可溶化・酸発酵槽の処理液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害が軽減され、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのが抑えられ、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンが調整・可溶化・酸発酵槽で脱窒素反応させられるようになり、また調整・可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられて酸発酵反応が円滑に進行するようになる。
さらに、調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを一体化した調整・可溶化・酸発酵槽を採用していることにより、建設費の削減ができる。
【００１７】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の上流側に位置する少なくとも一つの槽が、５０℃以上の温度で処理するものであるのが好ましい。
このようにすれば、特に可溶化反応が促進されるなど処理の効率が高まる。
【００１８】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の直前に位置する槽と、メタン発酵槽との間に被処理物を濃縮する濃縮装置を設け、該濃縮装置から分離された液の少なくとも一部を、前記処理液の一部として移送路を介して前記水処理系列に移送するのが好ましい。
前記脱窒素・メタン発酵装置に濃縮装置を設けない場合、酸生成槽から取り出された処理液は、その一部が水処理系列を介して循環されるため、メタン発酵槽に移送される被処理液中のＴＳ（総固形分）の濃度が薄まり、メタン発酵槽でのガス発生量が少なくなってしまうが、前記のように濃縮装置を設ければ、メタン発酵槽に移送する被処理液中のＴＳ濃度を高め、メタン発酵槽へのＴＳ負荷を高めることができ、これによりメタン発酵槽でのガス発生量をより多くすることが可能となる。
【００１９】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する処理液の比率と濃縮装置による濃縮比とを制御するのが好ましい。
このようにすれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率が十分に高いものとなる。
【００２０】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列が、好気性条件下において硝化反応処理を行う硝化槽と、嫌気性条件下において脱窒素処理を行う脱窒素槽とを備えてなるのが好ましい。
このようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷が軽減され、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能になる。
【００２１】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列は、間欠曝気がなされることによって好気性条件下で硝化反応処理を行うとともに嫌気性条件下で脱窒素処理を行う、硝化・脱窒素槽を備えてなるのが好ましい。
このようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷が軽減され、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能になる。
【００２２】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する分離液の比率と水処理系列での脱窒素反応とを制御するのが好ましい。
このようにすれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率が十分に高いものとなる。
【００２３】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）を、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にするのが好ましい。
このようにすれば、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽より上流側に位置する槽内で、脱窒素反応が良好に進行する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第１の例を示す図であり、図１中符号１は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置１は、有機性廃棄物をメタン発酵させてエネルギー化するようにしたもので、バイオガス生成系列２と水処理系列３とを備えて構成されたものである。
【００２５】
バイオガス生成系列２は、有機性廃棄物を貯留する調整槽４と、該調整槽４から移送された被処理物を可溶化する可溶化槽５と、該可溶化槽５から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽６と、該酸発酵槽６から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽７と、該メタン発酵槽７から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置８とを有してなるものである。
【００２６】
調整槽４は、供給源から送られてきた有機性廃棄物を貯留してこれを調整するためのもので、一槽タイプのものでも多槽タイプのものでもよい。多槽タイプとした場合には、有機性廃棄物の種類別にこれらを貯留しておき、あるいはそれぞれの槽を異なる貯留時間（滞留時間）となるように有機性廃棄物を貯留することができ、したがって調整槽４での有機性廃棄物の調整を高い自由度で行うことができることから、以下の脱窒素・メタン発酵を効率良く行うことができるようになる。
【００２７】
可溶化槽５は、調整槽４から移送された被処理物を可溶化するためのものである。可溶化とは、被処理物中の固形分が液中に溶解する反応、加水分解反応、さらには一部が酸発酵する反応を全て含むもので、これらの反応が段階的にあるいは並行して起こることにより、可溶化がなされる。ここで、可溶化反応を促進するため、可溶化槽５を５０℃以上、好ましくは７０℃以上に加温するのが好ましい。５０℃以上に加温すれば、前記の可溶化反応が促進され、処理効率の向上を図ることができる。また、７０℃以上とすれば、可溶化の促進に加え、滅菌や種子の死滅処理などをも行うことができる。なお、可溶化槽５を７０℃程度とすれば、調整槽４からの被処理物を例えばここに１時間程度おくことにより、殺菌効果を得ることができる。また、可溶化槽５での可溶化を促進するため、例えば加熱に代えてアルカリ等の薬品を加え、ｐＨを９〜１０程度調整するようにしてもよく、このようなｐＨ調整によっても可溶化を十分に促進することができる。
【００２８】
酸発酵槽６は、可溶化された有機性廃棄物、すなわち炭水化物、脂肪、タンパク質といった高分子有機物を嫌気性分解し、低分子中間生成物（アルコールや有機酸）に変えて溶解性とするものである。ここで、このような反応は、例えば炭水化物については図２中の第１段階として示すように行われる。すなわち、炭水化物は、嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下で酵母、乳酸菌、プロピオン酸菌などによってアルコール類や酢酸等の脂肪酸類に分解する。
【００２９】
また、脂肪については、図３中の第１段階として示すように行われる。すなわち、脂肪は、嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下で脂肪分解菌及び酵母によってアルコール類や酢酸等の酸類に分解する。タンパク質については、図４中の第１段階として示すように行われる。すなわち、タンパク質は、嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下でタンパク質分解微生物によってアンモニアや炭酸ガスとアミノ酸や脂肪酸に分解する。
【００３０】
ここで、タンパク質の分解によってアンモニアが発生することから、この酸発酵槽６での被処理物をメタン発酵槽７にそのまま移送すると、メタン発酵菌の活性が阻害されることが分かる。したがって、本発明においては、酸発酵槽６からの処理液については、全部をメタン発酵槽７に移送することなく、後述するようにその一部を水処理系列３に移送するようにしている。
【００３１】
なお、酸発酵槽６では、通常酸発酵（酸生成）に適した酸化還元電位（ＯＲＰ）ゾーンである−１００〜−２００ｍＶとなるように槽内の状態が調整されるが、この酸化還元電位ゾーンは、後述するように脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンに一致したものとなっている。また、特に酸発酵槽６での処理温度を３５℃前後の中温で行うようにすれば、後述する水処理系列３における高効率に運転できる硝化工程と同じ温度とすることができ、したがって熱効率的に有利となる。ここで、硝化反応は５〜３８℃までの範囲では温度が高い程効率が高くなるが、４０℃を越えると効率が急速に低下する。
【００３２】
メタン発酵槽７は、酸発酵槽６で炭水化物、脂肪、タンパク質といった高分子有機物から分解されて生成したアルコールや酸を、図２、図３、図４に示したように嫌気性条件（暗黒で溶存酸素の存在しない状態）下でメタン菌（メタン発酵菌）により炭酸ガスとメタンとに分解生成するものである。なお、このようなメタン菌によるメタン発酵については、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）が、メタン発酵至適範囲となる５〜３０、好ましくは１０〜３０の範囲に入るよう、後述するように水処理系列３に移送する酸発酵槽６からの分離液の比率と、水処理系列３での脱窒素反応とを制御するのが望ましい。
【００３３】
メタン発酵槽７には、配管（図示せず）を介して発生したメタンガスや炭酸ガス等のバイオガスを捕集し、これを貯留する貯槽（図示せず）が接続されている。また、メタン発酵槽７には固液分離装置８が接続されている。この固液分離装置８としては、遠心脱水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス、回転円盤型脱水機等の脱水機、あるいは濾過膜による分離装置、さらには沈降分離装置などが用いられる。この固液分離装置８で固液分離されて得られる固形分は、例えばコンポストに形成されることによって有効利用されるようになっている。
【００３４】
固液分離装置８からの脱離液と酸発酵槽６からの分離液の一部とは、移送路９ａ、９ｂを介して水処理系列３に移送される。水処理系列３は、本例においては、図５に示すように硝化槽１０、脱窒素槽１１、硝化槽１２、固液分離装置１３を有して構成されたものとなっている。
【００３５】
硝化槽１０は、好気性条件下において硝化反応処理、すなわち以下の式に示すようにアンモニユームイオン（およびアンモニア）を亜硝酸イオンや硝酸イオンに酸化する硝化反応を行うものである。なお、このような硝化反応処理は、通常常温から３８℃の範囲で行われる。
ＮＨ4 +（ＮＨ3 ）→ＮＯ2 -、ＮＯ3 -
また、脱窒素槽１１は、硝化槽１０で生成した亜硝酸イオンや硝酸イオンを、嫌気性条件下において以下に式に示すように窒素（Ｎ2 ）として被処理物中から除去するものである。
ＮＯ2 -、ＮＯ3 - →Ｎ2 ↑
この脱窒素槽１１での脱窒素反応には、炭素源が必要となることから、例えばこの脱窒素槽１１に炭素源としてメタノールなどを添加する必要がある。したがって、このような脱窒素槽１１での脱窒素反応には比較的多額のランニングコストがかかってしまうのである。ただし、本発明では、酸発酵槽６からの処理液の一部が直接水処理系列３に移送されるので、脱窒素槽１１にも有機酸や糧類等の有機性廃棄物の分解による生成物が流入するようになっており、したがって脱窒素槽１１において添加する炭素源の量が十分に低減されたものとなっている。
【００３６】
脱窒素槽１１の後段の硝化槽１２は、脱窒素槽１１から移送された被処理物中に残存するアンモニュームイオンやアンモニアを再度硝化し、例えば河川や一般下水道への排出基準に適合する濃度にまでアンモニア性窒素を除去すると同時に、ＢＯＤやＣＯＤについてもこれらを低減するものである。すなわち、前段の硝化槽１０に流入する被処理物中のアンモニア性窒素の濃度は１０００〜３０００ｍｇ／ｌ程度と高くなっているため、例えばこれの９５〜９９％を除去しないとそのまま放流することはできない。しかして、このような高い比率でアンモニア性窒素を硝化し脱窒素して除去するのは実際上困難なため、硝化槽１２を設けることによって残存するアンモニア性窒素を除去するようにし、併せてＢＯＤやＣＯＤも除去しているのである。
【００３７】
固液分離装置１３は、濾過膜による分離装置あるいは沈降分離装置などからなるものである。この固液分離装置１３で固液分離された液分については、必要に応じてｐＨ調整等の処理を行った後、河川や一般下水道に放流されるようになっており、一方、得られた固形分については、例えばコンポストに形成するべく回収されるようになっている。
【００３８】
脱窒素槽１１および硝化槽１２には、これらの槽で水処理した後の処理液を前記バイオガス生成系列２に循環させるための循環路１４ａ、１４ｂが設けられている。これら循環路１４ａ、１４ｂは、本例において図１に示したように調整槽４に繋がる循環路１４ｃ、可溶化槽５に繋がる循環路１４ｄ、酸発酵槽６に繋がる循環路１４ｅにそれぞれ連結している。このような構成のもとに、脱窒素槽１１で脱窒素処理がなされ、また硝化槽１２で残存するアンモニア性窒素が硝化された処理液は、調整槽４、可溶化槽５、酸発酵槽６にそれぞれ循環させられるようになっている。
【００３９】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置１によって有機性廃棄物を脱窒素・メタン発酵させるには、有機性廃棄物を調整槽４に供給してここで適宜に調整を行い、以下、可溶化槽５、酸発酵槽６に順次被処理物を移送して可溶化、酸発酵をなさせる。このようにして可溶化し酸発酵させると、特にタンパク質の酸発酵によってアンモニアが生成し、被処理物中にアンモニア性窒素として存在するようになる。また、被処理物中には、し尿やふん尿等の有機性廃棄物からも直接アンモニア性窒素が持ち込まれる。したがって、このようにメタン発酵菌の活性を阻害するアンモニア性窒素（特にＮＨ3 −Ｎ）が酸発酵槽６からの被処理物、すなわち分離液中に多く存在することになる。
【００４０】
そこで、本発明においては、前述したように酸発酵槽６からの処理液を、全部メタン発酵槽７に移送することなく、その一部を水処理系列３に移送するようにしている。有機性廃棄物の調整槽４への供給量をＱとし、水処理系列３からの循環液の循環量をｒＱ（＝ｒ1 Ｑ＋ｒ2 Ｑ＋ｒ3 Ｑ）とすると、酸発酵槽６からメタン発酵槽７に移送する分離液の量はＱ、また酸発酵槽６から水処理系列３に直接移送する分離液の量はｒＱとなる。ここで、ｒは０．５〜２．０の範囲とされる。このような被処理物（分離液）の移送により、酸発酵槽６から直接水処理系列３に移送され、さらに循環させられる循環液の量が、後述するようにほぼ一定に保持されるようになっている。
【００４１】
ｒを０．５〜２．０の範囲とするのは、このような範囲にすることにより、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０、好ましくは１０〜３０の範囲に入るように調整し易くなるからである。なお、メタン発酵至適範囲となるための調整については、後述するように水処理系列３での脱窒素反応についてもこれを制御する必要があり、このような酸発酵槽６から直接水処理系列３に移送する分離液の比率と、水処理系列３での脱窒素反応とを共に制御することにより、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲に調整することができるのである。
【００４２】
このようにしてメタン発酵槽７に被処理物（分離液）の一部を移送すると、結果としてメタン発酵槽７に流入するアンモニア性窒素の量が制限されることにより、メタン発酵菌の活性阻害が抑えられ、これにより高い効率でメタン発酵がなされるようになる。
また、メタン発酵槽７で処理されたアンモニア性窒素を含む被処理物は、固液分離装置８で固液分離され、固形分は例えばコンポストに形成され、一方、脱離液は酸発酵槽６からの分離液の一部とともに水処理系列３に移送される。
【００４３】
水処理系列３に移送された脱離液と処理液の一部とについては、まず、これらを硝化槽１０において好気性条件下で硝化反応処理することにより、液中のアンモニア性窒素を亜硝酸イオンや硝酸イオンに酸化する。続いて、脱窒素槽１１において嫌気性条件下で脱窒素反応処理することにより、硝化槽１０で生成した亜硝酸イオンや硝酸イオンを窒素（Ｎ2 ）とし、被処理物中から除去する。
【００４４】
次いで、脱窒素槽１１での被処理物の一部を硝化槽１２に移送し、ここで被処理物中に残存するアンモニア性窒素を再度硝化することにより、河川や一般下水道への排出基準に適合する濃度にまでアンモニア性窒素を除去すると同時に、ＢＯＤやＣＯＤについてもこれらを低減する。 このようにして硝化槽１２で再度硝化処理して得られた被処理物については、その一部を固液分離装置１３に移送し、ここで固液分離処理する。固液分離処理後の液分については河川や一般下水道に放流し、また、固形分については例えばコンポストに形成するべく回収するようにする。
【００４５】
なお、この固液分離装置１３によって処理、分離される被処理物の固形分の量と、先に固液分離装置８で処理、分離された固形分の量との合計が、可溶化分を除けば前記したＱ中の固形分の量にほぼ相当するようになり、これによって有機廃棄物の供給量であるＱがこれら固液分離装置８、１３で最終的に処理され、一方、循環液の循環量ｒＱは前述したように一定に保持されるようになっている。
【００４６】
また、前記の脱窒素槽１１での被処理物の残部と、硝化槽１２での被処理物の残部とについては、図１に示したように循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを介してバイオバス生成系列２に循環液として循環させる。ここで、各循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを介して循環させる循環液については、循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが繋がるバイオガス生成系列２のうち、最も上流側の槽となる調整槽４中の有機性炭素量と、循環路１４ｃを通って調整槽４中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）を、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にするのが好ましい。このような範囲にすれば、後述するように酸発酵槽６でのみ脱窒素反応を起こさせるだけでなく、バイオガス生成系列２において循環液が循環させられる全ての槽で脱窒素菌による脱窒素反応を起こさせることができ、したがって水処理系列３の脱窒素槽での脱窒素処理の負担を軽減することができる。
【００４７】
このようにして循環液を循環させると、循環液中の亜硝酸イオンや硝酸イオン、すなわち脱窒素槽１１において脱窒素処理しきれずに残留した亜硝酸イオンや硝酸イオン、さらには硝化槽１２で新たに生成された亜硝酸イオンや硝酸イオンは、特に酸発酵槽６が前述したように脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンとなっていることにより、この酸発酵槽６を中心として脱窒素反応処理がなされるようになる。
【００４８】
ここで、酸発酵槽６での脱窒素反応は、調整槽４に供給された有機性廃棄物から生成する有機酸類や糧類を炭素源としてなされることから、前述したように水処理系列３の脱窒素槽１１が炭素源としてメタノールなどを必要としているのに比べ、ランニングコストが全くかからない極めて経済的な処理となる。そして、この酸発酵槽６やバイオガス生成系列２における他の槽での脱窒素反応により、循環液中に残留していた亜硝酸イオンや硝酸イオンの大部分は窒素ガスとして酸発酵槽６やメタン発酵槽７で生成するバイオガス中に揮散し、被処理物（循環液）中から除去されることになる。
また、このように酸発酵槽６で脱窒素反応が起こることにより、この槽６内にアルカリが放出されるようになり、したがってこの酸発酵槽６での酸の生成によるｐＨの低下が抑えられ、酸発酵反応がより円滑に進行するようになる。
【００４９】
なお、前述したようにメタン発酵槽７がメタン発酵至適範囲となるための調整について、脱窒素槽１１での脱窒素反応の制御が必要であるとしたが、脱窒素槽１１での脱窒素の反応率を調整し、ここでの脱窒素の割合と酸発酵槽６等での脱窒素の割合とを適宜に調整することにより、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲に調整することができるのである。
【００５０】
このような脱窒素・メタン発酵装置１にあっては、酸発酵槽６から取り出された分離液の一部を水処理系列３に移送するので、酸発酵槽６を出る処理液中に含まれるアンモニア性窒素が高濃度にメタン発酵槽内に流入してしまい、メタン発酵菌の活性を阻害するといった不都合を軽減することができ、したがってメタン発酵槽７でのメタン発酵効率を高めることができる。
また、酸発酵槽６からの分離液の一部を水処理系列３に移送するので、水処理系列３の脱窒素槽１１にも有機酸や糧類等の有機性廃棄物の分解による生成物が流入するようになり、したがって脱窒素槽１１において添加する炭素源の量を低減して処理に要するランニングコストの低減化を図ることができる。
【００５１】
また、メタン発酵槽７から固液分離装置８を経て水処理系列に移送された脱離液の一部を、循環路１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを介して再びバイオガス生成系列２に循環させているので、増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、これによりメタン発酵槽７でのメタン発酵効率を高めることができる。 また、水処理系列３から循環された循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを、酸発酵槽６等で脱窒素処理することができるので、水処理系列３の脱窒素槽１１での処理に要するランニングコストを低減することができ、したがって経済的に格段に有利なものとなる。
【００５２】
図６は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第２の例を示す図であり、図６中符号２０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置２０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、可溶化槽と酸発酵槽とを別に設けることなく、可溶化と酸発酵の両方の処理を行う可溶化・酸発酵槽２１を設けた点にある。
【００５３】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置２０にあっても、可溶化・酸発酵槽２１から取り出された処理液の一部を、メタン発酵槽７に移送することなく直接水処理系列３に移送することにより、図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１の場合と同様の効果を得ることができる。
また、特に可溶化槽と酸発酵槽とを一体化して可溶化・酸発酵槽２１としたことにより、可溶化槽から酸発酵槽に被処理物を移送する手間が省け、操作の簡略化が図れる。
【００５４】
図７は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第３の例を示す図であり、図７中符号３０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置３０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、調整槽と可溶化槽とを別に設けることなく、調整と可溶化の両方の処理を行う調整・可溶化槽３１を設けた点にある。
【００５５】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置３０にあっても、酸発酵槽６から取り出された処理液の一部を、メタン発酵槽７に移送することなく直接水処理系列３に移送することにより、図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１の場合と同様の効果を得ることができる。
また、特に調整槽と可溶化槽とを一体化して調整・可溶化槽３１としたことにより、調整槽から可溶化槽に被処理物を移送する手間が省け、操作の簡略化が図れる。
【００５６】
図８は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第４の例を示す図であり、図８中符号４０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置４０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを別に設けることなく、調整と可溶化と酸発酵の全ての処理を行う調整・可溶化・酸発酵槽４１を設けた点にある。
【００５７】
このような構成の脱窒素・メタン発酵装置４０にあっても、調整・可溶化・酸発酵槽４１から取り出された処理液の一部を、メタン発酵槽７に移送することなく直接水処理系列３に移送することにより、図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１の場合と同様の効果を得ることができる。
また、特に調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを一体化して調整・可溶化・酸発酵槽４１としたことにより、調整槽から可溶化槽に、また可溶化槽から酸発酵槽にそれぞれ被処理物を移送する手間が省け、操作の簡略化が図れる。
【００５８】
図９は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第５の例を示す図であり、図９中符号５０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置５０が図１に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、酸発酵槽６とメタン発酵槽７との間に被処理物を濃縮する濃縮装置１５が設けられ、該濃縮装置１５から分離された液が、前記分離液の一部として移送路９ｃを介して前記水処理系列３に移送される点である。
【００５９】
濃縮装置１５は、酸発酵槽６から取り出された被処理物の固形分を濃縮し、濃縮後の液、すなわち固形分が薄められた液の少なくとも一部を分離液として水処理系列３に移送するよう構成されたものである。この濃縮装置１５として具体的には、前述した固液分離装置８（１３）と同様の機構のものが用いられるが、特に沈降分離によるもの、あるいは膜分離法が、連続運転が可能になるなどの点で好ましい。
【００６０】
この濃縮装置１５による濃縮比については、水処理系列３に直接移送する分離液の比率とともに予め設定した値になるよう調整を行う。具体的には、メタン発酵槽７に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０、好ましくは１０〜３０の範囲に入るように調整するのが好ましいのである。
【００６１】
このような脱窒素・メタン発酵装置５０にあっては、酸生成槽から取り出された処理液の一部が水処理系列を介して循環されるため、メタン発酵槽７に移送される被処理液中のＴＳ（総固形分）の濃度が薄まり、メタン発酵槽７でのガス発生量が少なくなってしまうが、濃縮装置１５を設けたことにより、メタン発酵槽７に移送する処理液中のＴＳ濃度を高め、メタン発酵槽７へのＴＳ負荷を高めることができ、これによりメタン発酵槽７でのガス発生量をより多くすることが可能となる。
【００６２】
なお、図９に示した濃縮装置１５については、図６、図７、図８に示した各脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）のいずれにも設けることが可能である。これら脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）にそれぞれ濃縮装置１５を設けた場合、いずれの装置においても前述したようにメタン発酵槽７でのメタン発酵効率の低下を防止してメタン発酵効率を十分に高めることができる。
【００６３】
図１０は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第６の例を示す図であり、図１０中符号６０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置６０が図１、図５に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、水処理系列６１の構成にある。
【００６４】
すなわち、図１０に示した脱窒素・メタン発酵装置６０においては、その水処理系列６１に、図５に示した硝化槽１０と脱窒素槽１１とに代えて、硝化・脱窒素槽６２が設けられている。この硝化・脱窒素槽６２は、電磁弁を有した散気管などの間欠曝気手段（図示せず）が備えられたもので、間欠曝気手段によって曝気がなされることにより好気性条件下となっている間、硝化反応処理を行い、また曝気が停止させられたことにより嫌気性条件下となっている間、脱窒素処理を行うよう構成されたものである。
【００６５】
なお、このような硝化・脱窒素槽６２の後段側には、図５に示した水処理系列３と同様に硝化槽１２と固液分離装置１３とが設けられており、硝化・脱窒素槽６２を出た被処理物は水処理系列３の場合と同様にして硝化反応処理され、さらに固液分離処理される。
このような脱窒素・メタン発酵装置６０にあっては、図１、図５に示した脱窒素・メタン発酵装置１と同様に、水処理系列６１でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列２に循環した循環液中の脱窒素の負荷を軽減することができ、またこの水処理系列６１からの一般河川等への排水も行えるようにすることができる。
【００６６】
なお、図１０に示した水処理系列６１については、図６、図７、図８に示した各脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）、さらには図９に示した脱窒素・メタン発酵装置５０や、この脱窒素・メタン発酵装置５０に用いた濃縮装置１５を前記脱窒素・メタン発酵装置２０、３０、４０に設けた形態の装置にも適用可能であり、これらの装置における水処理系列３に代えて、水処理系列６１を備えることができる。その場合にも、水処理系列６１でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列２に循環した循環液中の脱窒素の負荷を軽減することができ、またこの水処理系列６１からの一般河川等への排水も行えるようにすることができる。
【００６７】
図１１は本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第７の例を示す図であり、図１１中符号７０は脱窒素・メタン発酵装置である。この脱窒素・メタン発酵装置６０が図１、図５に示した脱窒素・メタン発酵装置１と異なるところは、水処理系列７１の構成にある。
すなわち、図１１に示した脱窒素・メタン発酵装置７０においてその水処理系列７１は、基本的に図５に示した硝化槽１０と固形分離装置１３とを備えるのみで、嫌気性条件下で脱窒素処理を行う槽を備えていない点にある。
【００６８】
このような脱窒素・メタン発酵装置７０にあっては、水処理系列７１では脱窒素処理を行わないものの、バイオガス生成系列２の酸発酵槽６などにおいて脱窒素処理を行うことができることから、メタン発酵槽７でのメタン発酵に悪影響を与えることなく、また固形分離装置１３を経て最終的に排水される液についても十分に脱窒素がなされたものとすることができる。
【００６９】
なお、図１１に示した水処理系列７１についても、図１０に示した水処理系列６１と同様に、図６、図７、図８に示した各脱窒素・メタン発酵装置２０（３０、４０）、さらには図９に示した脱窒素・メタン発酵装置５０や、この脱窒素・メタン発酵装置５０に用いた濃縮装置１５を前記脱窒素・メタン発酵装置２０、３０、４０に設けた形態の装置にも適用可能であり、これらの装置における水処理系列３に代えて、水処理系列７１を備えることができる。その場合にも、バイオガス生成系列２の酸発酵槽６などにおいて脱窒素処理を行うことができることから、メタン発酵槽７でのメタン発酵に悪影響を与えることなく、また固形分離装置１３を経て最終的に排水される液についても十分に脱窒素がなされたものとすることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明における請求項１記載の脱窒素・メタン発酵装置は、酸発酵槽から取り出された分離液の一部を移送路を介して水処理系列に移送し、水処理系列ないしはバイオガス系列で循環脱窒素するようにしたものであるから、酸発酵槽を出る分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減することができ、したがって全量をメタン発酵槽を経由して循環する場合に比べ、メタン発酵槽でのメタン発酵効率を高めることができる。また、増殖速度の遅いメタン発酵菌がメタン発酵槽からウオッシュアウトしてしまうのを抑えることもできる。
また、酸発酵槽での酸発酵（酸生成）に適した酸化還元電位（ＯＲＰ）ゾーンと、脱窒素に適した酸化還元電位ゾーンとがいずれも−１００〜−２００ｍＶと同じ範囲にあるため脱窒素菌の共存が可能になり、水処理系列で硝化反応され循環路を介して循環された循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを、酸発酵槽等で脱窒素反応させることができる。また、このように酸発酵槽で脱窒素反応を起こさせるので、ここにアルカリが放出されるため、酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えることができ、したがって酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
また、調整槽、可溶化槽、酸発酵槽をそれぞれ独立させているので、例えば可溶化槽を５０℃以上、あるいは７０℃以上といった高温にすることによって可溶化処理を高温で行い、これにより可溶化を促進することができる。
【００７１】
本発明における請求項２記載の脱窒素・メタン発酵装置は、前記脱窒素・メタン発酵装置と同様に可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部を移送路を介して水処理系列に移送するようにしたものであるから、分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減し、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを可溶化・酸発酵槽等で脱窒素反応させることができ、また可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えて酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
さらに、特に調整槽を独立させていることにより、有機性廃棄物の種類等に応じた調整を行うことができる。
【００７２】
本発明における請求項３記載の脱窒素・メタン発酵装置は、前記脱窒素・メタン発酵装置と同様に酸発酵槽から取り出された分離液の一部を移送路を介して水処理系列に移送するようにしたものであるから、分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減し、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを酸発酵槽等で脱窒素反応させることができ、また酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えて酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
さらに、特に酸発酵槽を独立させていることにより、前記の酸発酵槽での脱窒素反応等を十分円滑になされることができる。
【００７３】
本発明における請求項４記載の脱窒素・メタン発酵装置は、分離液中に含まれるアンモニア性窒素がメタン発酵槽内に流入することによるメタン発酵菌の活性阻害を軽減し、また増殖速度の遅いメタン発酵菌がウオッシュアウトしてしまうのを抑え、また循環液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを調整・可溶化・酸発酵槽で脱窒素反応させることができ、また調整・可溶化・酸発酵槽での酸の生成によるｐＨの低下を抑えて酸発酵反応をより円滑に進行させることができる。
さらに、調整槽と可溶化槽と酸発酵槽とを一体化した調整・可溶化・酸発酵槽を採用していることにより、設置面積が縮小することから特に狭小地などへの設置に有利なものとなる。
【００７４】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の上流側に位置する少なくとも一つの槽を、５０℃以上の温度で処理するものとすれば、特に可溶化反応が促進されるなど処理の効率を高めることができる。
【００７５】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記バイオガス生成系列においてメタン発酵槽の直前に位置する槽と、メタン発酵槽との間に被処理物を濃縮する濃縮装置を設け、該濃縮装置から分離された液の少なくとも一部を、前記分離液の一部として移送路を介して前記水処理系列に移送するようにすれば、分離液の一部をメタン発酵槽に直接移送することなく、水処理系列を介して循環していることにより、メタン発酵槽に移送される被処理物中のＴＳ（総固形分）の濃度が減少してメタン発酵効率が低下するのを、前記のように濃縮装置を設けたことによってＴＳ濃度を高めることができ、これによりメタン発酵槽でのメタン発酵効率を高めることができる。すなわち、前記脱窒素・メタン発酵装置に濃縮装置を設けない場合、酸生成槽から取り出された処理液は、その一部が水処理系列を介して循環されるため、メタン発酵槽に移送される被処理液中のＴＳ（総固形分）の濃度が薄まり、メタン発酵槽でのガス発生量が少なくなってしまうが、前記のように濃縮装置を設ければ、メタン発酵槽に移送する被処理液中のＴＳ濃度を高め、メタン発酵槽へのＴＳ負荷を高めることができ、これによりメタン発酵槽でのガス発生量をより多くすることが可能となる。
【００７６】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する処理液の比率と濃縮装置による濃縮比とを制御すれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率を十分に高くすることができる。
【００７７】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列が、好気性条件下において硝化反応処理を行う硝化槽と、嫌気性条件下において脱窒素処理を行う脱窒素槽とを備えてなるようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷を軽減し、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能にすることができる。
【００７８】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記水処理系列は、間欠曝気がなされることによって好気性条件下で硝化反応処理を行うとともに嫌気性条件下で脱窒素処理を行う、硝化・脱窒素槽を備えてなるようにすれば、水処理系列でも脱窒素処理を行うことにより、バイオガス生成系列に循環した循環液中の脱窒素の負荷が軽減し、また水処理系列からの一般河川等への排水も可能にすることができる。
【００７９】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）を、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送する分離液の比率と水処理系列での脱窒素反応とを制御するようにすれば、メタン発酵槽でのメタン発酵効率を十分に高くすることができる。
【００８０】
また、前記脱窒素・メタン発酵装置においては、前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）を、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にすれば、バイオガス生成系列においてメタン発酵槽より上流側に位置する槽内で、脱窒素反応を良好に進行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第１の例の、概略構成を説明するための図である。
【図２】 炭水化物の嫌気性分解を説明するための図である。
【図３】 脂肪の嫌気性分解を説明するための図である。
【図４】 タンパク質の嫌気性分解を説明するための図である。
【図５】 図１に示した脱窒素・メタン発酵装置における、水処理系列を説明するための図である。
【図６】 本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第２の例の、概略構成を説明するための図である。
【図７】 本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第３の例の、概略構成を説明するための図である。
【図８】 本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第４の例の、概略構成を説明するための図である。
【図９】 本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第５の例の、概略構成を説明するための図である。
【図１０】 本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第６の例の、概略構成を説明するための図であって、水処理系列を説明するための図である。
【図１１】 本発明の脱窒素・メタン発酵装置の第７の例の、概略構成を説明するための図であって、水処理系列を説明するための図である。
【符号の説明】
１、２０、３０、４０、５０、６０、７０…脱窒素・メタン発酵装置
２…バイオガス生成系列、３、６１、７１…水処理系列、
４…調整槽、５…可溶化槽、６…酸発酵槽、７…メタン発酵槽、
８…固液分離装置、９ａ、９ｂ、９ｃ…移送路、１０…硝化槽、
１１…脱窒素槽、１２…硝化槽、１３…固液分離装置、
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ…循環路、１５…濃縮装置、
２１…可溶化・酸発酵槽、３１…調整・可溶化槽、
４１…調整・可溶化・酸発酵槽、６２…硝化・脱窒素槽[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for treating organic waste, and more particularly to a denitrogenation / methane fermentation apparatus in which waste is converted into energy by performing methane fermentation.
[0002]
[Prior art]
In Japan, where resources are scarce, building waste-recycling society is a global issue, and the reuse and recycling of waste is eager. In particular, organic waste such as agricultural waste, living waste, and food waste is the most important recycling resource. These recycling methods include:
(1) Production of methane (energy source) by methane fermentation
(2) Compost production and feed production
(3) Production of biodegradable plastics
Etc. are mentioned. Above all, the production of methane, which is an old and new method, has received the most attention because methane can be used not only as an energy source but also as a chemical raw material. Since nuclear power, hydropower, fossil fuel-based thermal power, etc. as energy sources have problems in terms of resources and environment, biomass as an eco-energy source is gaining attention worldwide.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, there existed the subject as shown below about the conventional methane fermentation method and disposal of the residue.
(1) The quantity and quality of the generated gas are not stable.
(2) A large amount of both equipment costs and running costs are required for the treated portion of the desorbed liquid after being discharged from the methane fermentation tank and further subjected to solid-liquid separation. That is, since the nitrogen content (particularly ammonia nitrogen) contained in the effluent after fermentation is as high as 1000 to 3000 mg / l, it may be discharged into rivers and public sewers unless 95 to 99% is removed. Therefore, the equipment cost required for this water treatment becomes high. Specifically, the equipment costs for this water treatment account for 1/3 to 1/4 of the entire plant, and this water treatment requires chemicals such as methanol for denitrification, for example. This running cost is also expensive.
(3) Ammonia nitrogen mainly produced during fermentation inhibits methane fermentation, and reduces the rate of methane fermentation and the decomposition rate of organic matter.
(4) The quality of the generated methane gas is low (the methane concentration is low and impurities are included).
Among these problems, (1) to (3), in particular, (2) and (3) are ammonia nitrogen (NH) produced as a result of decomposition of nitrogen contained in waste (mainly due to protein and manure).Four +-N and NHThree-N).
[0004]
In addition, nitrogen contamination of soil, mainly agricultural land, due to excess livestock excreta is a global problem. Especially in Japan, where the country is small and most of the feed is dependent on imports, measures are being taken. Nitrogen content derived from feed (manure) exceeds 150% of the nitrogen fertilizer necessary for Japanese agriculture (including ranches), and the place where it is generated is far from the demand area on average. There is a limit to returning it to the land in the form of fertilizer.
[0005]
In November 1999, the “Law Concerning Management and Promotion of Use of Livestock Excretion” was enacted, and livestock excrement was once stored in a three-sided storage tank. Soil contamination due to direct infiltration of water will be prevented. However, because of the background described above, it is essential to take measures for removing nitrogen from the desorbed liquid.
[0006]
In the methane fermentation process, 50 to 65 (-70)% of the C (carbon) content is CH.FourMost of the N content is ammoniacal nitrogen (NHFourDecomposes into -N). Since about 2 to 5% of the decomposed organic matter is converted to microbial cells, even if it is calculated from the nitrogen composition ratio in the cells, most of the decomposed nitrogen is in the liquid in the methane fermenter. Elutes as ammoniacal nitrogen. As described above, ammoniacal nitrogen is ammonium ion (NH).Four +) And ammonia (NHThreeThe equilibrium relationship depends on the pH and temperature in the liquid, and follows the following formula.
(NHThree-N) = (NHFour +-N) × 10x/ (1 + 10x)
Where x = pH−pK1 (where pK1 is the dissociation constant of ammonia)
pK1 = 2835.76 / T + 0.001225T-0.6322
(Where T is the absolute temperature (K))
[0007]
That is, NH dissolved in the liquidThreeAnd NH leaving the gasThreeThe ratio follows the Henry's law. In the methane fermentation treatment process, the activity of methane fermentation bacteria is inhibited by ammonium ion (NHFour +-N) and ammonia (NHThree-N) among ammoniacal nitrogenThreeIt turns out to be. (Atonori Kato, Tatsuya Noji, Anaerobic digestion treatment of agricultural and livestock waste -Measures to inhibit digestion of ammonia by pH control-, Industrial water, No. 490, 1999)
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to reduce the load of water treatment especially on the effluent discharged from the methane fermentation tank, and to reduce methane due to ammonia nitrogen. An object of the present invention is to provide a denitrification / methane fermentation apparatus capable of preventing methane fermentation efficiency from being lowered in a fermenter and performing methane fermentation with high efficiency.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the denitrogenation / methane fermentation apparatus according to claim 1 of the present invention, an adjustment tank for storing organic waste, a solubilization tank for solubilizing an object to be treated transferred from the adjustment tank, and the solubilization tank An acid fermenter for acid fermentation of the object to be processed transferred from the methane fermenter for methane fermentation of the object to be processed transferred from the acid fermenter, A biogas production line having a solid-liquid separation device to separate, and a water treatment line having at least a tank for performing a nitrification reaction treatment, a part of the separated liquid taken out from the acid fermentation tank, A transfer path for transferring the desorbed liquid from the solid-liquid separator to the water treatment series, and a treatment liquid treated with water in the water treatment series is at least one of the adjustment tank, the solubilization tank, and the acid fermentation tank. And a means for solving the above-mentioned problems. It was.
[0010]
According to this denitrification / methane fermentation apparatus, a part of the treatment liquid taken out from the acid fermentation tank is transferred to the water treatment series via the transfer path, and is circulated and denitrified in the water treatment series or biogas series. Inhibition of methane fermentation activity due to ammonia nitrogen contained in the separation liquid leaving the acid fermenter flowing into the methane fermenter is reduced compared to the case where the entire amount is circulated through the methane fermenter. At the same time, it is possible to prevent methane fermentation bacteria having a slow growth rate from washing out from the methane fermentation layer.
Moreover, since both the oxidation-reduction potential (ORP) zone suitable for acid fermentation (acid production) in an acid fermenter and the oxidation-reduction potential zone suitable for denitrification are in the same range as −100 to −200 mV, Nitrogen-decomposing bacteria can coexist, and nitrate and nitrite ions in the circulating solution nitrified in the water treatment system and circulated through the circulation path can be denitrified in an acid fermenter or the like. Moreover, since the denitrification reaction occurs in the acid fermenter in this manner, alkali is released here, so that a decrease in pH due to acid generation in the acid fermenter is suppressed, and the acid fermentation reaction proceeds smoothly. . Moreover, in order to maintain an acid fermenter in the pH range optimal for acid production | generation, when adding an alkali, the amount of alkalis required can be reduced.
Moreover, by making the adjustment tank, the solubilization tank, and the acid fermentation tank independent from each other, for example, the solubilization treatment can be performed at a high temperature by setting the solubilization tank to a high temperature of 50 ° C. or higher, or 70 ° C. or higher. It becomes.
[0011]
In the denitrogenation / methane fermentation apparatus according to claim 2 of the present invention, an adjustment tank for storing organic waste, and a solubilization / acid fermentation for solubilizing the material transferred from the adjustment tank and acid-fermenting it A tank, a methane fermentation tank for methane fermentation of the treatment object transferred from the solubilization / acid fermentation tank, and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the treatment object transferred from the methane fermentation tank A biogas generation series and a water treatment series having at least a tank for performing a nitrification reaction treatment, and a part of the separated liquid taken out from the solubilization / acid fermentation tank and the desorption from the solid-liquid separation device. A transfer path for transferring the separated liquid to the water treatment series, and a circulation path for circulating the treatment liquid water-treated in the water treatment series to at least one of the adjustment tank and the solubilization / acid fermentation tank. The provision of the present invention is used as a means for solving the problems.
[0012]
Even in this denitrification and methane fermentation apparatus, the activity inhibition of methane fermentation bacteria caused by the inflow of ammoniacal nitrogen contained in the processing liquid into the methane fermentation tank is reduced, and methane fermentation bacteria with a slow growth rate are reduced. Washout is suppressed, and nitrate and nitrite ions in the circulating fluid can be denitrified in a solubilizing / acid fermenter, etc. The decrease in pH due to production is suppressed and the acid fermentation reaction proceeds smoothly.
Furthermore, it becomes possible to make adjustments according to the type of organic waste and the like by making the adjustment tank independent.
[0013]
In the denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 3 of the present invention, an organic waste is stored and an adjustment / solubilization tank for solubilizing the organic waste, and an object to be processed transferred from the adjustment / solubilization tank An acid fermenter for acid fermentation, a methane fermentation tank for methane fermentation of an object transferred from the acid fermenter, and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the object transferred from the methane fermentation tank A part of the processing liquid taken out from the acid fermentation tank and desorption from the solid-liquid separation device. A transfer path for transferring the liquid to the water treatment series, and a circulation path for circulating the treatment liquid water-treated in the water treatment series to at least one of the adjustment / solubilization tank and the acid fermentation tank. This is the means for solving the problems.
[0014]
Even in this denitrification and methane fermentation apparatus, the inhibition of the activity of methane fermentation bacteria caused by the ammonia nitrogen contained in the treatment liquid up to the acid generation tank flowing into the methane fermentation tank is reduced, and the growth rate is reduced. Slow methane fermentation bacteria are prevented from being washed out, and nitrate and nitrite ions in the circulating fluid can be denitrogenated in acid fermenters, etc., and acid generation in acid fermenters The decrease in pH due to the acid is suppressed, and the acid fermentation reaction proceeds smoothly.
Furthermore, by making the acid fermenter independent, the denitrification reaction in the acid fermenter is sufficiently smoothly performed.
[0015]
In the denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 4 of the present invention, an organic waste is stored and solubilized, and further adjusted / solubilized / acid fermenter for acid fermentation, and the adjusted / solubilized A biogas production line having a methane fermentation tank for methane fermentation of a workpiece transferred from the acid fermentation tank, and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the workpiece transferred from the methane fermentation tank; A water treatment system having a tank for performing a nitrification reaction treatment, and a part of the treatment liquid taken out from the adjustment / solubilization / acid fermentation tank and a desorption liquid from a solid-liquid separation device Means for solving the above-mentioned problems include a transfer path for transferring to the water treatment series and a circulation path for circulating the treatment liquid water-treated in the water treatment series to the adjustment / solubilization / acid fermentation tank.
[0016]
Even in this denitrification / methane fermentation apparatus, the inhibition of the activity of methane fermentation bacteria due to the ammonia nitrogen contained in the treatment liquid of the preparation / solubilization / acid fermentation tank flowing into the methane fermentation tank is reduced, In addition, washout of methane-fermenting bacteria with a slow growth rate is suppressed, and nitrate and nitrite ions in the circulating fluid can be adjusted, solubilized, and denitrified in an acid fermenter. The decrease in pH due to the acid generation in the adjustment / solubilization / acid fermentation tank is suppressed, and the acid fermentation reaction proceeds smoothly.
Furthermore, construction costs can be reduced by employing an adjustment / solubilization / acid fermentation tank in which the adjustment tank, the solubilization tank, and the acid fermentation tank are integrated.
[0017]
Moreover, in the denitrification / methane fermentation apparatus, it is preferable that at least one tank located upstream of the methane fermentation tank in the biogas generation series is treated at a temperature of 50 ° C. or higher.
In this way, the efficiency of the treatment is enhanced, for example, solubilization reaction is promoted.
[0018]
Further, in the denitrogenation / methane fermentation apparatus, a concentrating apparatus for concentrating the object to be processed is provided between a tank located immediately before the methane fermentation tank in the biogas generation series and the methane fermentation tank, and the concentration apparatus It is preferable that at least a part of the liquid separated from the liquid is transferred to the water treatment system via a transfer path as a part of the treatment liquid.
When the denitrification / methane fermentation apparatus is not provided with a concentrating device, the treatment liquid taken out from the acid generation tank is partly circulated through the water treatment series, so that it is transferred to the methane fermentation tank. Although the concentration of TS (total solids) in the liquid is reduced and the amount of gas generated in the methane fermentation tank is reduced, if a concentration device is provided as described above, The TS concentration of the methane fermentation tank can be increased, and the TS load on the methane fermentation tank can be increased, thereby increasing the amount of gas generated in the methane fermentation tank.
[0019]
Moreover, in the said denitrification and methane fermentation apparatus, the ratio (C / N) of the organic carbon and total nitrogen in the to-be-processed liquid transferred to a methane fermenter becomes 5-30 which becomes methane fermentation optimal range. It is preferable to control the ratio of the treatment liquid transferred to the water treatment series and the concentration ratio by the concentrator so as to fall within the range.
In this way, the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank is sufficiently high.
[0020]
In the denitrification / methane fermentation apparatus, the water treatment system includes a nitrification tank that performs nitrification reaction treatment under an aerobic condition and a denitrification tank that performs denitrification treatment under an anaerobic condition. Is preferred.
In this way, the denitrification treatment is also performed in the water treatment series, so that the denitrification load in the circulating liquid circulated to the biogas generation series is reduced, and drainage from the water treatment series to general rivers is also performed. It becomes possible.
[0021]
Further, in the denitrification / methane fermentation apparatus, the water treatment system is configured to perform nitrification / denitrification by performing nitrification reaction treatment under aerobic conditions and denitrification treatment under anaerobic conditions by intermittent aeration. A nitrogen tank is preferably provided.
In this way, the denitrification treatment is also performed in the water treatment series, so that the denitrification load in the circulating liquid circulated to the biogas generation series is reduced, and drainage from the water treatment series to general rivers is also performed. It becomes possible.
[0022]
Moreover, in the said denitrification and methane fermentation apparatus, the ratio (C / N) of the organic carbon and total nitrogen in the to-be-processed liquid transferred to a methane fermenter becomes 5-30 which becomes methane fermentation optimal range. It is preferable to control the ratio of the separation liquid transferred to the water treatment line and the denitrification reaction in the water treatment line so as to fall within the range.
In this way, the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank is sufficiently high.
[0023]
In the denitrification / methane fermentation apparatus, the amount of organic carbon in the most upstream tank in the biogas generation series to which the circulation path is connected is circulated into the tank through the circulation path. The ratio (C / N) of the nitrogen oxides in the circulating liquid to the total amount of nitrogen is preferably in the range of 2 to 30 suitable for denitrification reaction.
In this way, the denitrification reaction proceeds well in the tank located upstream from the methane fermentation tank in the biogas generation series.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
FIG. 1 is a view showing a first example of a denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a denitrification / methane fermentation apparatus. This denitrogenation / methane fermentation apparatus 1 is an apparatus for methane fermentation of organic wastes to produce energy, and comprises a biogas generation series 2 and a water treatment series 3.
[0025]
The biogas generation system 2 includes an adjustment tank 4 for storing organic waste, a solubilization tank 5 for solubilizing an object to be processed transferred from the adjustment tank 4, and a target to be transferred from the solubilization tank 5. Solid-liquid separation of the acid fermenter 6 for acid fermentation of the processed product, the methane fermenter 7 for methane fermentation of the material transferred from the acid fermenter 6, and the material transferred from the methane fermenter 7 And a solid-liquid separation device 8 that performs the same.
[0026]
The adjustment tank 4 is for storing and adjusting the organic waste sent from the supply source, and may be one tank type or multi tank type. In the case of a multi-tank type, these can be stored according to the type of organic waste, or the organic waste can be stored so that each tank has a different storage time (residence time), Therefore, since the organic waste can be adjusted in the adjustment tank 4 with a high degree of freedom, the following denitrification / methane fermentation can be performed efficiently.
[0027]
The solubilization tank 5 is for solubilizing the object to be processed transferred from the adjustment tank 4. Solubilization includes all the reactions in which the solid content in the material to be treated dissolves in the liquid, hydrolysis reactions, and some reactions in which some of them undergo acid fermentation. These reactions can be performed stepwise or in parallel. What happens is solubilization. Here, in order to promote the solubilization reaction, it is preferable to warm the solubilization tank 5 to 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher. When the temperature is raised to 50 ° C. or higher, the solubilization reaction is promoted, and the treatment efficiency can be improved. Moreover, if it is set to 70 degreeC or more, in addition to acceleration | stimulation of solubilization, sterilization, a seed killing process, etc. can be performed. In addition, if the solubilization tank 5 shall be about 70 degreeC, the bactericidal effect can be acquired by putting the to-be-processed object from the adjustment tank 4 here for about 1 hour, for example. Further, in order to promote solubilization in the solubilization tank 5, for example, a chemical such as an alkali may be added instead of heating, and the pH may be adjusted by about 9 to 10, and solubilization is also possible by such pH adjustment. Can be promoted sufficiently.
[0028]
The acid fermenter 6 anaerobically decomposes solubilized organic waste, that is, high-molecular organic matter such as carbohydrates, fats, and proteins, into low-molecular intermediate products (alcohols and organic acids) to make them soluble. It is. Here, such a reaction is performed as shown in the first stage in FIG. 2, for example, for carbohydrates. That is, carbohydrates are decomposed into fatty acids such as alcohols and acetic acid by yeast, lactic acid bacteria, propionic acid bacteria, and the like under anaerobic conditions (in the dark and in the absence of dissolved oxygen).
[0029]
In addition, fat is performed as shown in the first stage in FIG. That is, fat is decomposed into acids such as alcohols and acetic acid by lipolytic bacteria and yeast under anaerobic conditions (dark and in the absence of dissolved oxygen). The protein is performed as shown in the first stage in FIG. That is, proteins are decomposed into ammonia, carbon dioxide, amino acids and fatty acids by proteolytic microorganisms under anaerobic conditions (in the dark and in the absence of dissolved oxygen).
[0030]
Here, since ammonia is generated by the decomposition of the protein, it is understood that the activity of the methane fermentation bacteria is inhibited when the material to be treated in the acid fermentation tank 6 is transferred to the methane fermentation tank 7 as it is. Therefore, in the present invention, the processing liquid from the acid fermenter 6 is not transferred entirely to the methane fermenter 7 but part thereof is transferred to the water treatment system 3 as described later.
[0031]
In addition, in the acid fermentation tank 6, although the state in a tank is adjusted so that it may become -100--200 mV which is a redox potential (ORP) zone normally suitable for acid fermentation (acid production), this oxidation reduction potential. The zone corresponds to a redox potential zone suitable for denitrification as described later. In particular, if the treatment temperature in the acid fermenter 6 is set at an intermediate temperature of about 35 ° C., the temperature can be the same as that of the nitrification step that can be operated with high efficiency in the water treatment series 3 to be described later. Is advantageous. Here, the efficiency of the nitrification reaction increases as the temperature increases in the range of 5 to 38 ° C, but when it exceeds 40 ° C, the efficiency decreases rapidly.
[0032]
The methane fermenter 7 is an acid fermenter 6 that generates alcohol and acid generated by decomposition from high-molecular organic substances such as carbohydrates, fats, and proteins, under anaerobic conditions (in the dark) as shown in FIGS. Under the condition that no dissolved oxygen is present), it is decomposed into carbon dioxide and methane by methane bacteria (methane fermentation bacteria). In addition, about the methane fermentation by such methane bacteria, ratio (C / N) of the organic carbon and total nitrogen in the to-be-processed liquid transferred to the methane fermentation tank 7 becomes the methane fermentation optimal range. The ratio of the separated liquid from the acid fermenter 6 transferred to the water treatment system 3 and the denitrification reaction in the water treatment system 3 are controlled so as to be within a range of ˜30, preferably 10-30, as will be described later. Is desirable.
[0033]
The methane fermentation tank 7 is connected to a storage tank (not shown) for collecting and storing biogas such as methane gas and carbon dioxide generated through a pipe (not shown). In addition, a solid-liquid separator 8 is connected to the methane fermentation tank 7. As the solid-liquid separation device 8, a dehydrator such as a centrifugal dehydrator, a belt press dehydrator, a filter press, a rotary disk dehydrator, a separation device using a filtration membrane, a sedimentation separation device, or the like is used. The solid content obtained by solid-liquid separation by the solid-liquid separation device 8 is effectively used by being formed, for example, in compost.
[0034]
The desorbed liquid from the solid-liquid separator 8 and a part of the separated liquid from the acid fermentation tank 6 are transferred to the water treatment system 3 via transfer paths 9a and 9b. In this example, the water treatment system 3 has a nitrification tank 10, a denitrification tank 11, a nitrification tank 12, and a solid-liquid separator 13 as shown in FIG.
[0035]
The nitrification tank 10 performs a nitrification reaction treatment under aerobic conditions, that is, a nitrification reaction that oxidizes ammonium ions (and ammonia) to nitrite ions and nitrate ions as shown in the following equation. Such a nitrification reaction treatment is usually performed in the range of normal temperature to 38 ° C.
NHFour +(NHThree→ NO2 -, NOThree -
Further, the denitrification tank 11 converts nitrite ions and nitrate ions generated in the nitrification tank 10 into nitrogen (N2) To be removed from the workpiece.
NO2 -, NOThree -→ N2↑
Since a carbon source is required for the denitrification reaction in the denitrification tank 11, for example, methanol or the like needs to be added to the denitrification tank 11 as a carbon source. Therefore, a relatively large running cost is required for such a denitrification reaction in the denitrification tank 11. However, in the present invention, since a part of the treatment liquid from the acid fermentation tank 6 is directly transferred to the water treatment system 3, it is also generated in the denitrification tank 11 by decomposition of organic waste such as organic acids and foods. Therefore, the amount of the carbon source added in the denitrification tank 11 is sufficiently reduced.
[0036]
The nitrification tank 12 subsequent to the denitrification tank 11 nitrifies again the ammonia ions and ammonia remaining in the object transferred from the denitrification tank 11 and has a concentration suitable for, for example, a discharge standard for rivers and general sewers. At the same time as removing ammonia nitrogen, BOD and COD are also reduced. That is, since the concentration of ammonia nitrogen in the object to be processed flowing into the nitrification tank 10 in the preceding stage is as high as about 1000 to 3000 mg / l, for example, if 95 to 99% of this is not removed, it can be discharged as it is. Can not. Therefore, it is practically difficult to nitrify and remove nitrogenous ammonia nitrogen at such a high ratio. Therefore, the remaining ammoniacal nitrogen is removed by providing the nitrification tank 12 together with BOD. And COD are also removed.
[0037]
The solid-liquid separation device 13 includes a separation device using a filtration membrane or a sedimentation separation device. About the liquid component separated into solid and liquid by this solid-liquid separation device 13, after performing treatments such as pH adjustment as necessary, it is discharged into rivers and general sewers. About solid content, it collect | recovers, for example in order to form in compost.
[0038]
The denitrification tank 11 and the nitrification tank 12 are provided with circulation paths 14 a and 14 b for circulating the treatment liquid after water treatment in these tanks to the biogas generation series 2. These circulation paths 14a and 14b are connected to the circulation path 14c connected to the adjustment tank 4, the circulation path 14d connected to the solubilization tank 5, and the circulation path 14e connected to the acid fermentation tank 6 as shown in FIG. ing. Under such a configuration, the denitrification tank 11 is denitrified, and the treatment liquid in which the ammonia nitrogen remaining in the nitrification tank 12 is nitrified is the adjustment tank 4, the solubilization tank 5, and the acid fermentation tank. 6 to be circulated.
[0039]
In order to denitrify and methane ferment organic waste with the denitrification and methane fermentation apparatus 1 having such a configuration, the organic waste is supplied to the adjustment tank 4 and adjusted accordingly. The material to be treated is sequentially transferred to the solubilization tank 5 and the acid fermentation tank 6 to solubilize and perform acid fermentation. When solubilized and acid-fermented in this way, ammonia is produced, in particular, by acid fermentation of proteins, and is present as ammoniacal nitrogen in the material to be treated. In addition, ammonia nitrogen is directly brought into the material to be treated from organic waste such as human waste and manure. Therefore, ammonia nitrogen (particularly NHThree-N) is present in a large amount in the object to be treated from the acid fermenter 6, that is, in the separated liquid.
[0040]
Therefore, in the present invention, as described above, a part of the treatment liquid from the acid fermentation tank 6 is transferred to the water treatment system 3 without being transferred to the methane fermentation tank 7. The supply amount of the organic waste to the adjustment tank 4 is Q, and the circulation amount of the circulating liquid from the water treatment system 3 is rQ (= r1Q + r2Q + rThreeIf Q), the amount of the separation liquid transferred from the acid fermentation tank 6 to the methane fermentation tank 7 is Q, and the amount of the separation liquid transferred directly from the acid fermentation tank 6 to the water treatment system 3 is rQ. Here, r is in the range of 0.5 to 2.0. By such transfer of the object to be treated (separated liquid), the amount of the circulating liquid that is directly transferred from the acid fermentation tank 6 to the water treatment system 3 and further circulated is maintained substantially constant as will be described later. It has become.
[0041]
By setting r in the range of 0.5 to 2.0, the ratio of organic carbon and total nitrogen in the liquid to be treated transferred to the methane fermentation tank 7 (C / It is because it becomes easy to adjust N) so that it may fall in the range of 5-30, preferably 10-30, which is the optimum range for methane fermentation. In addition, about adjustment for becoming the methane fermentation optimal range, it is necessary to control this also about the denitrification reaction in the water treatment series 3, as will be described later. The ratio of the organic carbon and the total nitrogen in the liquid to be treated transferred to the methane fermentation tank 7 by controlling both the ratio of the separated liquid transferred to 3 and the denitrification reaction in the water treatment series 3 ( C / N) can be adjusted to the optimum range for methane fermentation.
[0042]
Thus, when a part of to-be-processed object (separation liquid) is transferred to the methane fermentation tank 7, the amount of ammonia nitrogen which flows into the methane fermentation tank 7 is limited as a result, thereby inhibiting the activity of the methane fermentation bacteria. Is suppressed, and methane fermentation is performed with high efficiency.
Moreover, the to-be-processed object containing the ammonia nitrogen processed by the methane fermentation tank 7 is solid-liquid separated by the solid-liquid separator 8, and solid content is formed in compost, for example, On the other hand, a desorption liquid is the acid fermentation tank 6 The water is transferred to the water treatment system 3 together with a part of the separated liquid.
[0043]
The desorbed liquid transferred to the water treatment system 3 and a part of the treated liquid are first subjected to a nitrification reaction treatment under aerobic conditions in the nitrification tank 10, thereby converting ammonia nitrogen in the liquid to nitrous acid. Oxidizes to ions and nitrate ions. Subsequently, by performing a denitrification reaction treatment under anaerobic conditions in the denitrification tank 11, nitrite ions and nitrate ions generated in the nitrification tank 10 are converted into nitrogen (N2And remove from the object to be processed.
[0044]
Next, a part of the object to be treated in the denitrification tank 11 is transferred to the nitrification tank 12, where the ammonia nitrogen remaining in the object to be treated is again nitrified to meet the discharge standard for rivers and general sewers. Ammonia nitrogen is removed to a suitable concentration, and at the same time, BOD and COD are reduced. A part of the object obtained by nitrification again in the nitrification tank 12 in this way is transferred to the solid-liquid separation device 13 where the solid-liquid separation process is performed. The liquid component after the solid-liquid separation treatment is discharged into a river or a general sewer, and the solid component is recovered to form, for example, compost.
[0045]
The total of the solid content of the object to be processed and separated by the solid-liquid separator 13 and the solid content previously processed and separated by the solid-liquid separator 8 is the solubilized content. If it removes, it will become substantially equivalent to the amount of solid content in Q mentioned above, and thereby Q which is the supply amount of organic waste is finally processed by these solid-liquid separators 8 and 13, while circulating liquid The circulation amount rQ is kept constant as described above.
[0046]
Further, the remaining part of the object to be processed in the denitrification tank 11 and the remaining part of the object to be processed in the nitrification tank 12 are connected to the biobus via the circulation paths 14c, 14d and 14e as shown in FIG. It is made to circulate through the production line 2 as a circulating liquid. Here, about the circulating fluid circulated through each circulation path 14c, 14d, and 14e, in the adjustment tank 4 used as the most upstream tank among the biogas production | generation series 2 to which the circulation paths 14c, 14d, and 14e are connected. The ratio (C / N) of the amount of organic carbon and the total amount of nitrogen oxides in the circulating liquid circulated in the adjustment tank 4 through the circulation path 14c is 2-30 suitable for denitrification reaction. It is preferable to be within the range. In such a range, not only the denitrification reaction is caused only in the acid fermentation tank 6 as will be described later, but also denitrification by denitrifying bacteria in all the tanks in which the circulating liquid is circulated in the biogas production series 2. The reaction can be caused, and therefore the burden of denitrification treatment in the denitrification tank of the water treatment series 3 can be reduced.
[0047]
When the circulating liquid is circulated in this way, nitrite ions and nitrate ions in the circulating liquid, that is, nitrite ions and nitrate ions remaining in the denitrification tank 11 without being completely denitrified, and further in the nitrification tank 12 are newly added. The nitrite ions and nitrate ions produced in the denitrification reaction treatment centered on the acid fermenter 6, in particular, because the acid fermenter 6 is a redox potential zone suitable for denitrification as described above. Will be made.
[0048]
Here, since the denitrification reaction in the acid fermentation tank 6 is performed using organic acids and foods generated from the organic waste supplied to the adjustment tank 4 as a carbon source, as described above, the water treatment series 3 Compared with the case where the denitrification tank 11 requires methanol or the like as a carbon source, it is an extremely economical process with no running cost. And most of the nitrite ions and nitrate ions remaining in the circulating liquid by the denitrification reaction in the acid fermenter 6 and other tanks in the biogas production series 2 are converted into nitrogen gas as the acid fermenter 6 and It volatilizes in the biogas produced in the methane fermentation tank 7 and is removed from the object to be treated (circulating liquid).
In addition, when the denitrification reaction occurs in the acid fermentation tank 6 in this manner, alkali is released into the tank 6, and thus a decrease in pH due to acid generation in the acid fermentation tank 6 can be suppressed. The acid fermentation reaction proceeds more smoothly.
[0049]
As described above, regarding the adjustment for the methane fermentation tank 7 to be within the optimum range for methane fermentation, it is necessary to control the denitrification reaction in the denitrification tank 11, but the denitrification in the denitrification tank 11 is necessary. The organic content in the liquid to be treated transferred to the methane fermentation tank 7 is adjusted by appropriately adjusting the ratio of denitrification here and the ratio of denitrification in the acid fermentation tank 6 and the like. The ratio of carbon to total nitrogen (C / N) can be adjusted to the optimum range for methane fermentation.
[0050]
In such a denitrification / methane fermentation apparatus 1, since a part of the separated liquid taken out from the acid fermentation tank 6 is transferred to the water treatment system 3, it is included in the treatment liquid exiting the acid fermentation tank 6. The inconvenience that ammonia nitrogen flows into the methane fermentation tank at a high concentration and inhibits the activity of the methane fermentation bacteria can be reduced. Therefore, the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank 7 can be increased.
In addition, since a part of the separated liquid from the acid fermentation tank 6 is transferred to the water treatment series 3, the denitrification tank 11 of the water treatment series 3 also has a product resulting from decomposition of organic waste such as organic acids and foods. Therefore, the amount of carbon source added in the denitrification tank 11 can be reduced to reduce the running cost required for the treatment.
[0051]
In addition, a part of the desorbed liquid transferred from the methane fermentation tank 7 to the water treatment system via the solid-liquid separator 8 is circulated again to the biogas generation system 2 via the circulation paths 14c, 14d, and 14e. Therefore, washout of methane fermentation bacteria having a slow growth rate can be suppressed, and thereby the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank 7 can be increased. In addition, since nitrate ions and nitrite ions in the circulating liquid circulated from the water treatment series 3 can be denitrified in the acid fermentation tank 6 and the like, the treatment in the denitrification tank 11 of the water treatment series 3 is possible. The running cost required can be reduced, and therefore it is very advantageous economically.
[0052]
FIG. 6 is a view showing a second example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and reference numeral 20 in FIG. 6 denotes a denitrification / methane fermentation apparatus. This denitrification / methane fermentation apparatus 20 differs from the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 in that both the solubilization and acid fermentation treatments are performed without providing a solubilization tank and an acid fermentation tank separately. The solubilization / acid fermentation tank 21 is provided.
[0053]
Even in the denitrification / methane fermentation apparatus 20 having such a configuration, a part of the treatment liquid taken out from the solubilization / acid fermentation tank 21 is directly transferred to the water treatment system 3 without being transferred to the methane fermentation tank 7. By transferring, the same effect as in the case of the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 can be obtained.
In particular, the solubilization tank and the acid fermentation tank are integrated to form the solubilization / acid fermentation tank 21, thereby eliminating the trouble of transferring the workpiece from the solubilization tank to the acid fermentation tank and simplifying the operation. I can plan.
[0054]
FIG. 7 is a view showing a third example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and reference numeral 30 in FIG. 7 denotes a denitrification / methane fermentation apparatus. This denitrification / methane fermentation apparatus 30 is different from the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 in that adjustment and solubilization processing are performed without providing a separate adjustment tank and solubilization tank. -It exists in the point which provided the solubilization tank 31. FIG.
[0055]
Even in the denitrification / methane fermentation apparatus 30 having such a configuration, a part of the treatment liquid taken out from the acid fermentation tank 6 is directly transferred to the water treatment system 3 without being transferred to the methane fermentation tank 7. Thus, the same effect as in the case of the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 can be obtained.
In particular, the adjustment tank and the solubilization tank are integrated to form the adjustment / solubilization tank 31, so that it is possible to save the trouble of transferring the object to be processed from the adjustment tank to the solubilization tank and simplify the operation.
[0056]
FIG. 8 is a view showing a fourth example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and reference numeral 40 in FIG. 8 denotes a denitrification / methane fermentation apparatus. The denitrification / methane fermentation apparatus 40 is different from the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 in that the adjustment, solubilization, and acid fermentation are not provided separately from the adjustment tank, the solubilization tank, and the acid fermentation tank. The adjustment / solubilization / acid fermentation tank 41 for performing all of the above processes is provided.
[0057]
Even in the denitrification / methane fermentation apparatus 40 having such a configuration, a part of the treatment liquid taken out from the adjustment / solubilization / acid fermentation tank 41 is directly transferred to the methane fermentation tank 7 without being transferred to the methane fermentation tank 7. By transferring to 3, the same effect as in the case of the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 can be obtained.
In particular, the adjustment tank, the solubilization tank, and the acid fermentation tank are integrated into the adjustment / solubilization / acid fermentation tank 41 so that the adjustment tank is changed to the solubilization tank, and the solubilization tank is changed to the acid fermentation tank. This saves the trouble of transferring the workpiece and simplifies the operation.
[0058]
FIG. 9 is a view showing a fifth example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and reference numeral 50 in FIG. 9 denotes a denitrification / methane fermentation apparatus. The denitrification / methane fermentation apparatus 50 is different from the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 in that a concentrating device 15 for concentrating the object to be treated is provided between the acid fermentation tank 6 and the methane fermentation tank 7. The liquid separated from the concentrating device 15 is transferred to the water treatment system 3 through the transfer path 9c as a part of the separated liquid.
[0059]
The concentration device 15 concentrates the solid content of the object to be processed taken out from the acid fermentation tank 6, and transfers the concentrated liquid, that is, at least a part of the thinned liquid to the water treatment system 3 as a separated liquid. It is comprised so that it may do. Specifically, the concentrator 15 has a mechanism similar to that of the solid-liquid separator 8 (13) described above, but in particular, a method using sedimentation separation or a membrane separation method enables continuous operation. This is preferable.
[0060]
About the concentration ratio by this concentration apparatus 15, it adjusts so that it may become a preset value with the ratio of the separation liquid directly transferred to the water treatment system 3. Specifically, the ratio (C / N) of organic carbon and total nitrogen in the liquid to be treated transferred to the methane fermentation tank 7 is 5 to 30, preferably 10 to 30 within the optimum range for methane fermentation. It is preferable to adjust so that it may fall in this range.
[0061]
In such a denitrification / methane fermentation apparatus 50, a part of the treatment liquid taken out from the acid generation tank is circulated through the water treatment series, so that the liquid to be treated transferred to the methane fermentation tank 7 is used. Although the concentration of TS (total solid content) in the methane fermentation tank 7 is reduced and the amount of gas generated in the methane fermentation tank 7 is reduced, the TS in the processing liquid transferred to the methane fermentation tank 7 by providing the concentration device 15. The concentration can be increased, and the TS load on the methane fermentation tank 7 can be increased, whereby the amount of gas generated in the methane fermentation tank 7 can be increased.
[0062]
The concentrating device 15 shown in FIG. 9 can be provided in any of the denitrification / methane fermentation apparatuses 20 (30, 40) shown in FIGS. When each of these denitrogenation / methane fermentation apparatuses 20 (30, 40) is provided with a concentrating apparatus 15, the methane fermentation efficiency is prevented by preventing the methane fermentation tank 7 from lowering the methane fermentation efficiency as described above. Can be increased sufficiently.
[0063]
FIG. 10 is a view showing a sixth example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and reference numeral 60 in FIG. 10 denotes a denitrification / methane fermentation apparatus. The denitrification / methane fermentation apparatus 60 is different from the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 5 in the configuration of the water treatment series 61.
[0064]
That is, in the denitrification / methane fermentation apparatus 60 shown in FIG. 10, a nitrification / denitrogenation tank 62 is provided in the water treatment system 61 instead of the nitrification tank 10 and the denitrification tank 11 shown in FIG. It has been. The nitrification / denitrification tank 62 is provided with intermittent aeration means (not shown) such as a diffuser tube having a solenoid valve, and aerobic conditions are obtained by aeration by the intermittent aeration means. The nitrification reaction process is performed while the aeration is stopped, and the denitrification process is performed while the anaerobic condition is caused by the aeration being stopped.
[0065]
A nitrification tank 12 and a solid-liquid separation device 13 are provided on the rear side of the nitrification / denitrification tank 62 as in the water treatment system 3 shown in FIG. The to-be-processed object which left 62 is nitrification-reacted like the case of the water treatment series 3, and is further solid-liquid-separated.
In such a denitrification / methane fermentation apparatus 60, as in the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIG. 1 and FIG. It is possible to reduce the load of denitrification in the circulating fluid circulated in the series 2, and it is also possible to drain water from the water treatment series 61 to a general river or the like.
[0066]
In addition, about the water treatment series 61 shown in FIG. 10, each denitrification and methane fermentation apparatus 20 (30, 40) shown in FIG.6, FIG.7, FIG.8, and also the denitrification and methane shown in FIG. The fermentation apparatus 50 and the concentration apparatus 15 used in the denitrification / methane fermentation apparatus 50 can also be applied to apparatuses of the form provided in the denitrification / methane fermentation apparatuses 20, 30, 40, and the water in these apparatuses. Instead of the treatment series 3, a water treatment series 61 can be provided. Even in that case, by performing the denitrification process also in the water treatment series 61, the load of denitrification in the circulating liquid circulated to the biogas generation series 2 can be reduced. Drainage to rivers can be performed.
[0067]
FIG. 11 is a view showing a seventh example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and reference numeral 70 in FIG. 11 denotes a denitrification / methane fermentation apparatus. The denitrification / methane fermentation apparatus 60 is different from the denitrification / methane fermentation apparatus 1 shown in FIGS.
That is, in the denitrification / methane fermentation apparatus 70 shown in FIG. 11, the water treatment system 71 basically includes only the nitrification tank 10 and the solid separation apparatus 13 shown in FIG. It is in the point which is not equipped with the tank which performs nitrogen treatment.
[0068]
In such a denitrification / methane fermentation apparatus 70, although the denitrification process is not performed in the water treatment series 71, the denitrification process can be performed in the acid fermentation tank 6 of the biogas production series 2, etc. The liquid finally drained through the solid separator 13 can be sufficiently denitrified without adversely affecting the methane fermentation in the methane fermentation tank 7.
[0069]
In addition, also about the water treatment series 71 shown in FIG. 11, similarly to the water treatment series 61 shown in FIG. 10, each denitrification / methane fermentation apparatus 20 (30, 40) shown in FIGS. In addition, the denitrification / methane fermentation apparatus 50 shown in FIG. 9 and the concentration apparatus 15 used in the denitrification / methane fermentation apparatus 50 are provided in the denitrification / methane fermentation apparatuses 20, 30, 40. The present invention can be applied to apparatuses, and a water treatment series 71 can be provided instead of the water treatment series 3 in these apparatuses. Even in that case, since denitrification treatment can be performed in the acid fermentation tank 6 of the biogas generation series 2 or the like, the methane fermentation in the methane fermentation tank 7 is not adversely affected and the final separation is performed through the solid separation device 13. Also, the liquid drained can be sufficiently denitrified.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, the denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 1 of the present invention transfers a part of the separated liquid taken out from the acid fermenter to the water treatment system via the transfer path, and the water treatment system or Since it is designed to circulate and denitrify in the biogas series, alleviate the activity inhibition of methane fermentation bacteria caused by ammonia nitrogen contained in the separation liquid leaving the acid fermentation tank flowing into the methane fermentation tank. Therefore, the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank can be increased as compared with the case where the entire amount is circulated via the methane fermentation tank. It is also possible to prevent methane fermentation bacteria having a slow growth rate from being washed out from the methane fermentation tank.
In addition, since the redox potential (ORP) zone suitable for acid fermentation (acid generation) in the acid fermenter and the redox potential zone suitable for denitrification are both in the same range as −100 to −200 mV, deoxidation is possible. Nitrogen bacteria can coexist, and nitrate ions and nitrite ions in the circulating fluid nitrified in the water treatment system and circulated through the circulation path can be denitrified in an acid fermenter or the like. In addition, since the denitrification reaction is caused in the acid fermenter in this way, the alkali is released here, so that a decrease in pH due to the acid generation in the acid fermenter can be suppressed, and thus the acid fermentation reaction can be further improved. It can proceed smoothly.
In addition, since the adjustment tank, the solubilization tank, and the acid fermentation tank are independent of each other, the solubilization treatment is performed at a high temperature by, for example, setting the solubilization tank to a high temperature of 50 ° C. or higher, or 70 ° C. or higher. Solubilization can be promoted.
[0071]
The denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 2 of the present invention is a water treatment system in which a part of the separated liquid taken out from the solubilization / acid fermentation tank is transferred through a transfer path in the same manner as the denitrification / methane fermentation apparatus. Since the ammonia nitrogen contained in the separated liquid flows into the methane fermenter, the activity inhibition of the methane fermenting bacteria is reduced, and the slow growth rate of the methane fermenting bacteria is washed. It is possible to suppress the outflow of nitrate, nitrite ions in the circulating fluid can be denitrified in a solubilizing / acid fermenting tank, etc., and the pH due to acid generation in the solubilizing / acid fermenting tank It is possible to make the acid fermentation reaction proceed more smoothly while suppressing the decrease in.
Furthermore, the adjustment according to the kind etc. of organic waste can be performed especially by making the adjustment tank independent.
[0072]
The denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 3 of the present invention transfers a part of the separated liquid taken out from the acid fermenter to the water treatment system via a transfer path in the same manner as the denitrification / methane fermentation apparatus. As a result, the inhibition of the activity of methane fermenting bacteria caused by the ammonia nitrogen contained in the separation liquid flowing into the methane fermentation tank is reduced, and the slow growth rate of methane fermenting bacteria is washed out. In addition, the nitrate and nitrite ions in the circulating fluid can be denitrogenated in an acid fermenter, etc., and the acid fermentation reaction can be carried out by suppressing the decrease in pH due to acid generation in the acid fermenter. It can be made to proceed more smoothly.
Furthermore, by making the acid fermenter independent, the denitrification reaction and the like in the acid fermenter can be performed sufficiently smoothly.
[0073]
The denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 4 of the present invention reduces the activity inhibition of methane fermentation bacteria caused by the ammonia nitrogen contained in the separated liquid flowing into the methane fermentation tank, and has a slow growth rate. Methane-fermenting bacteria are prevented from washing out, and nitrate and nitrite ions in the circulating fluid can be adjusted, solubilized, and denitrified in an acid fermenter, and adjusted, solubilized, and acid fermentation The acid fermentation reaction can be caused to proceed more smoothly by suppressing the decrease in pH due to the acid generation in the tank.
In addition, the adjustment, solubilization, and acid fermentation tanks that integrate the adjustment tank, the solubilization tank, and the acid fermentation tank are adopted, and the installation area is reduced, which is particularly advantageous for installation in narrow spaces. It will be a thing.
[0074]
Further, in the denitrification / methane fermentation apparatus, if at least one tank located upstream of the methane fermentation tank in the biogas production series is treated at a temperature of 50 ° C. or more, the solubilization reaction is particularly achieved. The efficiency of the process can be increased by being promoted.
[0075]
Further, in the denitrogenation / methane fermentation apparatus, a concentrating apparatus for concentrating the object to be processed is provided between a tank located immediately before the methane fermentation tank in the biogas generation series and the methane fermentation tank, and the concentration apparatus If at least a part of the liquid separated from the liquid is transferred to the water treatment system as a part of the separation liquid via the transfer path, a part of the separation liquid is not directly transferred to the methane fermentation tank. As described above, by circulating through the water treatment series, the concentration of TS (total solids) in the workpiece to be transferred to the methane fermentation tank decreases and the methane fermentation efficiency decreases. By providing a concentrating device, the TS concentration can be increased, whereby the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank can be increased. That is, when a concentration device is not provided in the denitrification / methane fermentation apparatus, the treatment liquid taken out from the acid generation tank is transferred to the methane fermentation tank because a part of the treatment liquid is circulated through the water treatment system. Although the concentration of TS (total solids) in the liquid to be treated is diminished and the amount of gas generated in the methane fermentation tank is reduced, if the concentration device is provided as described above, the treatment to be transferred to the methane fermentation tank The TS concentration in the liquid can be increased and the TS load on the methane fermenter can be increased, which makes it possible to increase the amount of gas generated in the methane fermenter.
[0076]
Moreover, in the said denitrification and methane fermentation apparatus, the ratio (C / N) of the organic carbon and total nitrogen in the to-be-processed liquid transferred to a methane fermenter becomes 5-30 which becomes methane fermentation optimal range. If the ratio of the treatment liquid transferred to the water treatment system and the concentration ratio by the concentrator are controlled so as to fall within the range, the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank can be sufficiently increased.
[0077]
In the denitrification / methane fermentation apparatus, the water treatment system includes a nitrification tank that performs nitrification reaction treatment under an aerobic condition and a denitrification tank that performs denitrification treatment under an anaerobic condition. By doing so, denitrification treatment is also performed in the water treatment series, thereby reducing the denitrification load in the circulating liquid circulated in the biogas production series, and draining from the water treatment series to general rivers is also possible Can be.
[0078]
Further, in the denitrification / methane fermentation apparatus, the water treatment system is configured to perform nitrification / denitrification by performing nitrification reaction treatment under aerobic conditions and denitrification treatment under anaerobic conditions by intermittent aeration. If a nitrogen tank is provided, denitrification treatment is also performed in the water treatment series, thereby reducing the denitrification load in the circulating liquid circulated in the biogas generation series, and the general river from the water treatment series It is also possible to drain to
[0079]
Moreover, in the said denitrification and methane fermentation apparatus, the ratio (C / N) of the organic carbon and total nitrogen in the to-be-processed liquid transferred to a methane fermenter becomes 5-30 which becomes methane fermentation optimal range. If the ratio of the separation liquid transferred to the water treatment system and the denitrification reaction in the water treatment system are controlled so as to fall within the range, the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank can be sufficiently increased. .
[0080]
In the denitrification / methane fermentation apparatus, the amount of organic carbon in the most upstream tank in the biogas generation series to which the circulation path is connected is circulated into the tank through the circulation path. If the ratio (C / N) of the nitrogen oxides in the circulating liquid to the total amount of nitrogen (C / N) is in the range of 2 to 30 suitable for the denitrification reaction, it will be located upstream from the methane fermenter in the biogas production series. The denitrification reaction can be favorably progressed in the tank to be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a first example of a denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining anaerobic degradation of carbohydrates.
FIG. 3 is a diagram for explaining anaerobic decomposition of fat.
FIG. 4 is a diagram for explaining anaerobic degradation of proteins.
FIG. 5 is a diagram for explaining a water treatment sequence in the denitrification / methane fermentation apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram for explaining a schematic configuration of a second example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a schematic configuration of a third example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a schematic configuration of a fourth example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a schematic configuration of a fifth example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining a schematic configuration of a sixth example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and is a diagram for explaining a water treatment sequence;
FIG. 11 is a diagram for explaining a schematic configuration of a seventh example of the denitrification / methane fermentation apparatus of the present invention, and is a diagram for explaining a water treatment sequence;
[Explanation of symbols]
1, 20, 30, 40, 50, 60, 70 ... denitrification and methane fermentation equipment
2 ... biogas generation series, 3, 61, 71 ... water treatment series,
4 ... adjustment tank, 5 ... solubilization tank, 6 ... acid fermentation tank, 7 ... methane fermentation tank,
8 ... solid-liquid separator, 9a, 9b, 9c ... transfer path, 10 ... nitrification tank,
11 ... Denitrification tank, 12 ... Nitrification tank, 13 ... Solid-liquid separator,
14a, 14b, 14c, 14d, 14e ... circuit, 15 ... concentrator,
21 ... Solubilization / acid fermentation tank, 31 ... Adjustment / solubilization tank,
41 ... adjustment / solubilization / acid fermentation tank, 62 ... nitrification / denitrification tank

Claims (8)

有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化する可溶化槽と、該可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備え、
前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）が、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にあることを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。An adjustment tank for storing organic waste, a solubilization tank for solubilizing the object to be processed transferred from the adjustment tank, an acid fermentation tank for acid-fermenting the object to be processed transferred from the solubilization tank, A biogas production line having a methane fermentation tank for methane fermentation of the treatment object transferred from the acid fermentation tank, and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the treatment object transferred from the methane fermentation tank;
A water treatment system having at least a tank for performing nitrification reaction treatment,
A part of the separation liquid taken out from the acid fermentation tank, a transfer path for transferring the desorption liquid from the solid-liquid separator to the water treatment series, and a treatment liquid water-treated in the water treatment series A circulation path that circulates in at least one of an adjustment tank, a solubilization tank, and an acid fermentation tank ,
The amount of organic carbon in the most upstream tank of the biogas generation series to which the circulation path is connected, and the total amount of nitrogen oxides in the circulating liquid circulated in the tank through the circulation path The denitrification / methane fermentation apparatus , wherein the ratio (C / N) is in the range of 2 to 30 suitable for the denitrification reaction . 有機性廃棄物を貯留する調整槽と、該調整槽から移送された被処理物を可溶化するとともに酸発酵させる可溶化・酸発酵槽と、該可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整槽、可溶化・酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。An adjustment tank for storing organic waste, a solubilization / acid fermentation tank for solubilizing and acid-fermenting an object to be processed transferred from the adjustment tank, and an object to be processed transferred from the solubilization / acid fermentation tank A biogas production line having a methane fermentation tank for methane fermentation of a product, and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of an object transferred from the methane fermentation tank;
A water treatment system having at least a tank for performing nitrification reaction treatment,
A part of the separation liquid taken out from the solubilization / acid fermentation tank and a transfer path for transferring the desorbed liquid from the solid-liquid separation device to the water treatment series, and a treatment subjected to water treatment in the water treatment series A denitrogenation / methane fermentation apparatus comprising a circulation path for circulating the liquid to at least one of the adjustment tank and the solubilization / acid fermentation tank. 有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化する調整・可溶化槽と、該調整・可溶化槽から移送された被処理物を酸発酵させる酸発酵槽と、該酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化槽、酸発酵槽のうちの少なくとも一つに循環する循環路とを備えたことを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。An adjustment / solubilization tank for storing organic waste and solubilizing the organic waste, an acid fermentation tank for acid-fermenting the material transferred from the adjustment / solubilization tank, and a transfer from the acid fermentation tank A biogas production line having a methane fermentation tank for subjecting a workpiece to methane fermentation, and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the workpiece transferred from the methane fermentation tank,
A water treatment system having at least a tank for performing nitrification reaction treatment,
A part of the separation liquid taken out from the acid fermentation tank, a transfer path for transferring the desorption liquid from the solid-liquid separator to the water treatment series, and a treatment liquid water-treated in the water treatment series A denitrification / methane fermentation apparatus comprising a circulation path that circulates in at least one of an adjustment / solubilization tank and an acid fermentation tank. 有機性廃棄物を貯留するとともにこれを可溶化し、さらに酸発酵させる調整・可溶化・酸発酵槽と、該調整・可溶化・酸発酵槽から移送された被処理物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から移送された被処理物を固液分離する固液分離装置とを有したバイオガス生成系列と、
少なくとも硝化反応処理を行う槽を有した水処理系列とを備えてなり、
前記調整・可溶化・酸発酵槽から取り出された分離液の一部と、固液分離装置からの脱離液とを前記水処理系列に移送する移送路と、該水処理系列で水処理された処理液を前記調整・可溶化・酸発酵槽に循環する循環路とを備えたことを特徴とする脱窒素・メタン発酵装置。A methane fermentation that stores organic waste, solubilizes it, and further adjusts it to acid fermentation, solubilization, acid fermentation tank, and methane fermentation of the treated material transferred from the adjustment, solubilization, acid fermentation tank A biogas production line having a tank and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the workpiece transferred from the methane fermentation tank;
A water treatment system having at least a tank for performing nitrification reaction treatment,
A part of the separation liquid taken out from the adjustment / solubilization / acid fermentation tank and a desorption liquid from the solid-liquid separation device are transferred to the water treatment system, and the water treatment system is used for water treatment. A denitrification / methane fermentation apparatus comprising a circulation path for circulating the treated liquid to the adjustment / solubilization / acid fermentation tank. 前記水処理系列は、好気性条件下において硝化反応処理を行う硝化槽と、嫌気性条件下において脱窒素処理を行う脱窒素槽とを備えてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の脱窒素・メタン発酵装置。The said water treatment series is equipped with the nitrification tank which performs a nitrification reaction process on aerobic conditions, and the denitrification tank which performs a denitrification process on anaerobic conditions, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The denitrification / methane fermentation apparatus according to crab. 前記水処理系列は、間欠曝気がなされることによって好気性条件下で硝化反応処理を行うとともに嫌気性条件下で脱窒素処理を行う、硝化・脱窒素槽を備えてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の脱窒素・メタン発酵装置。The water treatment system includes a nitrification / denitrogenation tank that performs nitrification reaction treatment under aerobic conditions and denitrification treatment under anaerobic conditions by intermittent aeration. Item 5. The denitrification / methane fermentation apparatus according to any one of Items 1 to 4 . メタン発酵槽に移送される被処理液中の有機性炭素と全窒素との比（Ｃ／Ｎ）が、メタン発酵至適範囲となる５〜３０の範囲に入るよう、水処理系列に移送される分離液の比率と水処理系列での脱窒素反応とが制御されてなることを特徴とする請求項５又は６記載の脱窒素・メタン発酵装置。It is transferred to the water treatment system so that the ratio (C / N) of organic carbon and total nitrogen in the liquid to be transferred transferred to the methane fermentation tank falls within the range of 5 to 30 which is the optimum range for methane fermentation. The denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 5 or 6 , wherein the ratio of the separated liquid and the denitrification reaction in the water treatment series are controlled. 前記循環路が繋がるバイオガス生成系列のうちの最も上流側の槽中の有機性炭素量と、前記循環路を通って該槽中に循環させられる循環液中の窒素酸化物の窒素合量との比（Ｃ／Ｎ）が、脱窒素反応に適した２〜３０の範囲内にあることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の脱窒素・メタン発酵装置。The amount of organic carbon in the most upstream tank of the biogas generation series to which the circulation path is connected, and the total amount of nitrogen oxides in the circulating liquid circulated in the tank through the circulation path The denitrification / methane fermentation apparatus according to claim 2 , wherein the ratio (C / N) is in the range of 2 to 30 suitable for denitrification reaction.
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