JP6005547B2 - メタン発酵システム及びメタン発酵方法 - Google Patents
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Description
本発明は、メタン発酵システム及びメタン発酵方法に関する。
従来、有機性排水の処理方法として、メタン発酵が利用されている。メタン発酵は一般に、酸生成槽及びメタン発酵槽を備えるメタン発酵設備において実施される。酸生成槽では、外部から導入された有機性排水を酸生成菌で処理することにより有機物が分解され、酢酸等の有機酸が生成する。そして、この有機酸が含まれた有機性排水をメタン発酵槽内に導入してメタン発酵させることにより、メタンが生成する。
難分解性の基質を含む有機性排水を対象としたメタン発酵は、有機物の除去率が低いことが知られており、その改善が望まれている。ここで、例えば特許文献１記載のように、メタン発酵に先立ち、油脂分の加水分解酵素等を添加して難分解性の基質を分解する方法が知られている。
しかしながら、特許文献１記載のメタン発酵方法は、酵素等を添加するシステムをメタン発酵設備に新たに追加しなければならないこと、及び、酵素等が高価であることから、コスト高である。
そこで本発明は、コストを抑制しながら、メタン発酵設備におけるメタン発酵の効率を高め、有機性排水中の有機物の除去率を向上させることができるメタン発酵システム及びメタン発酵方法を提供することを目的とする。
本発明は、導入される有機性排水を第１の酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成槽、及び、酸生成槽からの処理水が導入され処理水をメタン発酵させるメタン発酵槽を有するメタン発酵設備と、第２の酸生成菌が含まれる好気汚泥を収容し好気処理する好気処理槽と、好気処理槽から好気汚泥の一部を酸生成槽又はその上流へ供給するラインと、を備えるメタン発酵システムを提供する。
また、本発明は、導入される有機性排水を、酸生成槽及びメタン発酵槽を備えるメタン発酵設備で処理するメタン発酵方法において、有機性排水を酸生成槽内に導入し、第１の酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成工程と、酸生成槽からの処理水をメタン発酵槽内に導入し、メタン発酵させるメタン発酵工程と、第２の酸生成菌が含まれる好気汚泥を収容し好気処理する好気処理槽から、好気汚泥の一部を酸生成槽又はその上流へ供給する供給工程と、を有するメタン発酵方法を提供する。
このメタン発酵システム及びメタン発酵方法では、好気処理槽に収容されている好気汚泥の一部を酸生成槽又はその上流へ供給することにより、好気汚泥に含まれる第２の酸生成菌が酸生成槽内に移送される。これにより、酸生成槽内の第１の酸生成菌のみでは分解することが困難であった難分解性の基質が第２の酸生成菌により分解されるため、酸生成槽内での有機酸の生成効率が高まる。そして、有機酸の生成効率が高まることにより、メタン発酵槽内でのメタン発酵の効率を高めることができる。また、このメタン発酵システム及びメタン発酵方法では、既存の槽構成及び好気汚泥を利用するため、新たな薬液タンクを設けたり、特別な添加剤を用いたりする必要もない。すなわち本発明のメタン発酵システム及びメタン発酵方法によれば、コストを抑制しながら、メタン発酵設備におけるメタン発酵の効率を高め、有機性排水中の有機物の除去率を向上させることができる。
ここで、メタン発酵設備と好気処理槽とは、直列に配置されていてもよいし、並列に配置されていてもよい。すなわち、好気処理槽は、メタン発酵設備の後段に配置されメタン発酵槽からの処理水が導入されるものであってもよく、好気処理槽は、メタン発酵設備と並列に配置され、有機性排水を導入して好気処理し、好気汚泥の一部を酸生成槽又はその上流へ供給するものであってもよい。いずれの態様であっても上記効果が奏される。
また、上記メタン発酵方法において、供給工程により供給される好気汚泥の量は、酸生成槽に導入される有機性排水の１体積％以下であることが好ましい。これによれば、メタン発酵設備におけるメタン発酵の効率が一層高められる。
本発明によれば、メタン発酵設備におけるメタン発酵の効率を高め、有機性排水中の有機物の除去率を向上させることができるメタン発酵システム及びメタン発酵方法を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
［第１の実施形態］
図１に示されるように、メタン発酵システム１は、外部から導入される有機性排水をメタン発酵するメタン発酵設備２と、メタン発酵設備２の後段に配置され、メタン発酵設備２から排出された処理水を好気処理する好気処理槽３と、好気処理槽３内の好気汚泥の一部をメタン発酵設備２側へ返送するラインＬ５とを備える。
図１に示されるように、メタン発酵システム１は、外部から導入される有機性排水をメタン発酵するメタン発酵設備２と、メタン発酵設備２の後段に配置され、メタン発酵設備２から排出された処理水を好気処理する好気処理槽３と、好気処理槽３内の好気汚泥の一部をメタン発酵設備２側へ返送するラインＬ５とを備える。
メタン発酵設備２は、有機性排水をメタン発酵し、生成したメタンを回収するための設備であり、外部から有機性排水が導入される酸生成槽４と、酸生成槽４の後段にラインＬ１を介して接続されたメタン発酵槽５と、メタン発酵槽５における処理水の一部を酸生成槽４へ返送するラインＬ２とを有している。
酸生成槽４は、内部に収容する第１の酸生成菌（主として嫌気性の酸生成菌）により有機物を分解して低級脂肪酸を生成する槽である。
メタン発酵槽５は、酸生成槽４で処理された有機性排水、すなわち低級脂肪酸を豊富に含んだ処理水をラインＬ１を通じて導入し、内部に収容したメタン生成菌により低級脂肪酸を分解してメタンを生成する槽である。
好気処理槽３は、第２の酸生成菌（主として好気性の酸生成菌）が含まれる好気汚泥を収容しており、好気汚泥を曝気撹拌しながら、ラインＬ３を通じて導入された処理水を好気処理する槽である。好気処理槽３には、好気処理槽３で処理された処理水を外部へ排出するラインＬ４が接続されており、ラインＬ４には、当該ラインＬ４から分岐し好気処理槽３から好気汚泥の一部を酸生成槽４へ返送するラインＬ５が接続されている。
ここで、ラインＬ５により酸生成槽４に返送される好気汚泥の量は、ラインＬ５に設けられた流量調整弁Ｖ１により、酸生成槽４に外部から導入される有機性排水の１体積％以下とされる。
以上のように構成されたメタン発酵システム１では、まず、外部から有機性排水が酸生成槽４に導入されると、酸生成槽４の内部に収容された第１の酸生成菌によって有機性排水中の有機物が分解され、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の低級脂肪酸が生成する（酸生成工程）。次に、メタン発酵槽５において、酸生成槽４から導入された処理水に含まれる低級脂肪酸を分解するメタン発酵が行われ、メタンを含むバイオガスが生成する（メタン発酵工程）。生成したバイオガスはメタン発酵槽５の上部から回収され、処理水は好気処理槽３へ排出される。また、処理水の一部は、第１の酸生成菌の流出回避及び酸生成槽４内の有機性排水の希釈の観点から、ラインＬ２を通じて酸生成槽４へ返送される。
好気処理槽３では、第２の酸生成菌によりメタン発酵槽５からの処理水が好気処理される。そして、好気処理槽３に収容されている好気汚泥の一部をラインＬ５を通じて酸生成槽４へ返送することにより、好気汚泥に含まれる第２の酸生成菌が酸生成槽４内に移送される（供給工程）。酸生成槽４では、酸生成槽４内の第１の酸生成菌のみでは分解することが困難であった難分解性の基質（例えば、パラトルイル酸、ポリビニルアルコール等）が第２の酸生成菌により分解される。このため、酸生成槽４内での有機酸の生成効率が高まる。そして、低級脂肪酸の生成効率が高まることにより、メタン発酵槽５内でのメタン発酵の効率を高めることができる。
特許文献１記載のメタン発酵方法では、酵素等を添加するシステムをメタン発酵設備に新たに追加しなければならず、また、添加する酵素等が高価であることから、コスト高であった。これに対し、このメタン発酵システムでは、既存の槽構成及び好気汚泥を利用するため、新たな薬液タンクを設けたり、特別な添加剤を用いたりする必要もなく、低コストである。
上記のとおり、このメタン発酵システム１によれば、コストを抑制しながら、メタン発酵設備２におけるメタン発酵の効率を高め、有機性排水中の有機物の除去率を向上させることができる。ここで、有機物の除去率とは、ＣＯＤやＢＯＤ等の指標として表されるものである。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態として、メタン発酵システムの他の形態について説明する。図２に示されるように、第２の実施形態のメタン発酵システム１１は、第１の実施形態のメタン発酵システム１と比べて、好気処理槽３が、メタン発酵設備２と並列に配置されている点が異なる。
本発明の第２の実施形態として、メタン発酵システムの他の形態について説明する。図２に示されるように、第２の実施形態のメタン発酵システム１１は、第１の実施形態のメタン発酵システム１と比べて、好気処理槽３が、メタン発酵設備２と並列に配置されている点が異なる。
ここで、好気処理槽３へは、酸生成槽４に導入される有機性排水と共通の有機性排水が導入される。第１の実施形態と同様に、好気処理槽３には第２の酸生成菌を含む好気汚泥が収容されており、好気処理槽３で処理された処理水は、ラインＬ４から外部へ排出される。そして、ラインＬ４から分岐したラインＬ５を通じて、好気汚泥の一部が酸生成槽４へ供給される。この第２の実施形態の場合も、第１の実施形態と同様の効果が奏される。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、好気処理槽の後段に沈殿槽を設け、ここから好気汚泥を抜き出して好気処理槽３に返送するように構成してもよい。また、ラインＬ５により好気汚泥を供給する場合、酸生成槽４ではなく、酸生成槽４の上流に供給してもよい。
１…メタン発酵システム、２…メタン発酵設備、３…好気処理槽、４…酸生成槽、５…メタン発酵槽、Ｌ５…ライン。
Claims (5)
- 導入される有機性排水を第１の酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成槽、及び、前記酸生成槽からの処理水が導入され前記処理水をメタン発酵させるメタン発酵槽を有するメタン発酵設備と、
第２の酸生成菌が含まれる好気汚泥を収容し好気処理する好気処理槽と、
前記好気処理槽から前記好気汚泥の一部を前記酸生成槽又はその上流へ供給するラインと、を備えるメタン発酵システム。 - 前記好気処理槽は、前記メタン発酵設備の後段に配置され、前記メタン発酵槽からの処理水が導入されるものである、請求項１記載のメタン発酵システム。
- 前記好気処理槽は、前記メタン発酵設備と並列に配置され、前記有機性排水を導入して好気処理し、前記好気汚泥の一部を前記酸生成槽又はその上流へ供給するものである、請求項１記載のメタン発酵システム。
- 導入される有機性排水を、酸生成槽及びメタン発酵槽を備えるメタン発酵設備で処理するメタン発酵方法において、
前記有機性排水を前記酸生成槽内に導入し、第１の酸生成菌で処理して酸を生成させる酸生成工程と、
前記酸生成槽からの処理水を前記メタン発酵槽内に導入し、メタン発酵させるメタン発酵工程と、
第２の酸生成菌が含まれる好気汚泥を収容し好気処理する好気処理槽から、前記好気汚泥の一部を前記酸生成槽又はその上流へ供給する供給工程と、を有するメタン発酵方法。 - 前記供給工程により供給される好気汚泥の量は、前記酸生成槽に導入される有機性排水の１体積％以下である、請求項４記載のメタン発酵方法。
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