JPH0278493A - メタン発酵におけるｐＨ調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、メタン発酵におけるｐＨ調整方法に関するも
のであって、有機物を含有する廃水（汚水）の嫌気性処
理に特に利用されるものである。

（従来の技術） 有機物を含有する廃水（汚水）をメタン発酵法で処理す
るに際して１発酵槽に多量の有機物（通常ＴＯＣ，ＢＯ
Ｄ、　Ｃ０Ｄｃｒで表示される）を負荷して、処理効果
を向上させようとする場合、酢酸、プロピオン酸、酪酸
等の有機酸が生ずるため、発酵槽内液のρ］（が低下し
、メタン生成菌の活性を阻害し、満足に処理が行われな
くなる。

従って、アルカリを注入して発酵槽内液のｐＨを６．８
〜７．５の範囲に調整する手段が採られるのが普通であ
るが、そのためには多量のアルカリを必要とするため、
処理コス１−が嵩むことになる。

この欠点を改得するため処理工程を酸発酵槽とメタン発
酵槽の２段の工程に分割して、酸発酵槽で廃水に含まれ
る有機物の加水分解および有機酸の生成を行わせた後、
メタン発酵槽においてガス化を行わせて処理する方法が
実施されている（７化学大辞典９」共立出版（昭３７−
７−３１）ρ、１２５）。

具体的には、この２段階法としては例えば第３図に図示
した装置を用いてメタン発酵が行われている。廃水貯槽
５５から、廃水を、廃水ポンプ５７及び廃水供給管６２
を介してミキサー５４に送液する。

イ也方、アルカリタンク５６から、アルカリを、アルカ
リポンプ５９及びアルカリ供給管６８を介してミキサー
５４に送液して、廃水のｐＨ′？Ａ整を行う。

ｐ＋＋調整した廃水は、混合液供給管６３を経て酸発酵
リアクター５１に送液して、廃水中の有機物を低級脂肪
酸等の低分子体に分解する。次いで、これを、酸発酵リ
アクター流出管６・１から取り出してサージタンク５３
に入れ、サージタンク流出管６５を介してメタン発酵リ
アクター５２に送液する。

メタン発酵リアクター５２内で、低級脂肪酸類を最終的
にメタンと炭酸ガスに分解する。これらのガスは、メタ
ン発酵リアクター排気管７０から取り出す。一方、処理
水の方は、メタン発酵リアクター流出管６６から取り出
し、河川に放流したりあるいは他の用途に使用したりす
る。

図中、５８は循環ポンプ、６０はｐ＋＋指示調節計、６
１はρＩＩ指示警報計、６７は酸発酵処理水返送管、６
９は酸発酵リアクター排気管をそれぞれ表わす。

また、前記した既知の１段階法としては、例えば第４図
に図示した装置を用いてメタン発酵が行われている。廃
水貯槽７４から、廃水を、廃水ポンプ７６及び廃水供給
管８１を介してミキサー７３に送液する。他方、アルカ
リを、アルカリタンク７５からアルカリポンプ７８及び
アルカリ供給管８６を介してミキサー７３に送液して、
廃水のρ［１調整を行う。

ρ１１調整した廃水は、混合液供給管８２を経てメタン
発酵リアクター７１に送液して、廃水中の有機物を低級
脂肪Ｖ類を経て最終的にメタンと炭酸ガスに分解する。

これらのガスは、メタン発酵リアクター排出管８７から
取り出す。一方、処理水の方は。

メタン発酵リアクター流出管８３及びサージタンク７２
を経て処理水流出管８４から取り出す。

図中、７７は循環ポンプ、７９はＰｉ＋指示調節計、８
０はｐｏ指示警報計及び８５は処理水返送管をそれぞれ
表わす。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、１段階法はもちろんのことこの２段式メ
タン発酵法においても有機負荷量を例えばＴＯＣ負荷Ｍ
３ｋｇ／ｒｎ’・日（ＢＯＤ負荷ｆｉｋ　５　ｋｇ／　
ｒｎ’　・日）以上で運転する場合、ｐ＋＋調整のため
にアルカリの注入が必要となり、ｐＨ３１整を行わない
と酸発酵槽における有機酸生成も不充分となり、装置全
体の処理効果も低下するか、処理が行えなくなる結果を
招来する。このように、メタン発酵処理を効果的に進行
させるためには、まず廃水に含まれる高分子有機物を有
機酸に転化させることが必要であるが、酸発酵、または
メタン発酵リアクターで高負荷運転を行い、多量の有機
酸を生成させると、　ｐＨ調整には生成有機酸量に相当
する大量のアルカリが必要である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、メタン発酵におけるｐＨ調整用アルカリの低
減をはかり、処理コストの低減を計ることを目的とする
ものである。

そこで各方面から鋭意研究の結果、廃水をリアクターに
供給する以前に予めアルカリを加えてｐＨの予備調整を
行ったところ、ガス化反応が促進されるために、有機酸
濃度が低下し、その結果、ｐＨ調整に要するアルカル量
が低減することをはじめて発見した。そしてこの有用な
新知見を基礎として更に検討した結果、上記目的を達成
するには次の３点が特に重要であることをはじめて発見
し、この新知見を基礎として更に研究の結果、本発明の
完成に到ったのである： （１）メタン発酵処理において添加する全アルカリ量は
メタン生成が円滑に行われ得るｐＨ値、（例えば６．８
〜７．５）が保たれるように設定する。

（２）装置に添加する全アルカリ量の大部分（例えば５
０〜７０％）を処理対象廃水が工場工程から排出された
後、可及的速やかに添加してｐＨの予備調整を行う。

（３）酸発酵及び／又はメタン発酵リアクターに供給す
る際に、処理対象廃水量の０．５〜２０倍址の酸発酵及
び／又はメタン発酵処理水を返送して、廃水と混合し、
同時に、残りのアルカリをｐＨ調節計に連動するポンプ
で添加して微調整を行う。

本発明を実施するのに適した装置の１例を参照しながら
、本発明を詳述する。

第１図を参照されたい。廃水を廃水流入管２２から廃水
貯槽５に送液するが、その途中で、第２アルカリポンプ
２１及び第２アルカリ供給管２３を介してアルカリタン
ク６からアルカリを添加供給して。

廃水ｐＨの予備調整を行う。このようにしてｐＨの予備
調整を行った廃水は、廃水貯槽５から、廃水ポンプ７及
び廃水供給管１２を介してミキサー４に送液する。また
同じくミキサー４には、酸発酵リアクター１及び／又は
メタン発酵リアクター２からの処理水を一部取り出して
返送する（本図においては、サージタンク３、循環ポン
プ８及び酸発酵処理水返送管１７を介して返送する場合
を図示）。

ミキサー４内には、アルカリタンク６からアルカリポン
プ９及びアルカリ供給管１８を介してアルカリを注入し
て、廃水ｐＨの微調整を更、に行う。ｐＨコントロール
はｐＨ指示調節計１０を用いて行う。

ｐＨ調整した廃水は、混合液供給管１３を介して酸発酵
リアクター１に送入し、リアクター１内において複雑な
有機物を酢酸、プロピオン酸、酪酸等の低級脂肪酸に分
解し、メタン発酵槽２内でのメタン発酵を可能ならしめ
る。本発明によれば、この酸発酵リアクター１において
も、生成した有機酸の一部がメタン及び二酸化炭素に転
化されるので、これを含むガスを酸発酵リアクター排気
管１９から取り出す。

リアクター１で処理された処理水は、酸発酵リアクター
流出管１４を介してリアクター１から取り出してサージ
タンク３に送水する。１１はｐＨ指示警報計である。次
いで処理水は、サージタンク流出管１５を通ってメタン
発酵リアクター２に供給され、その中に含まれている有
機物は、最終的にはメタンと二酸化炭素に分解される。

このようにしてリアクター２内で生成した気体は、メタ
ン発酵リアクター排気管２０から取り出す。一方、リア
クター２で処理された処理水は、メタン発酵リアクター
流出管１６から取り出し、そのままあるいは必要に応じ
て更に処理をした後、河川に放流したり他の用途に使用
したりする。必要ある場合は、酸発酵リアクター及び／
又はメタン発酵リアクターは、複数基、直列ないし並列
に設けてもよい・。

第２図は、本発明実施用装置の他の１例を図示したもの
である。

廃水を廃水流入管４９から廃水貯槽３４に送液するが、
その途中で、第２アルカリポンプ４８及び第２アルカリ
供給管５０を介してアルカリタンク３５からアルカリを
添加供給して、廃水ｐＨの予備調整を行う。

このようにしてｐＨの予備調整を終えた廃水は。

廃水貯槽３４から、廃水ポンプ３６及び廃水供給管４１
を介してミキサー３３に送液する。また同じくミキサー
３３には、メタン発酵リアクター３１からの処理水を一
部取り出して、リアクターから直接、又は図示したよう
に、サージタンク３２、循環ポンプ３７及び処理水返送
管４５を介して、返送する。

ミキサー３３内には、アルカリタンク３５からアルカリ
ポンプ３８及びアルカリ供給管４６を介してアルカリを
注入して、廃水ｐＨの微調整を更に行う。ｐＨコントロ
ールはｐＨ指示調節計３９を用いて行う。

ｐＨ調整した廃水は、混合液供給管４２を介してメタン
発酵リアクター３１に送入し、リアクター３１内におい
て複雑な有機物を低級脂肪酸等を経てメタン及び二酸化
炭素にまで分解し、これを含むガスをメタン発酵リアク
ター排気管４７から取り出す。

一方、リアクター３１で処理された処理水は、メタン発
酵リアクター流出管４３を介してリアクター３１から取
り出してサージタンク３２に送水する。４０はｐＨ指示
警報計である。次いで処理水は、処理水流出管４４から
取り出した後、河川に放流したり又は他の用途に使用す
る。

このようにして、第１図、第２図に例示した装置を用い
て廃水の処理を行うのであるが、処理対象廃水にアルカ
リ（通常ＮａＯＨ１またはＮａ、ＣＯ，液を使用）を添
加する場合、廃水貯槽（５または３４）に流入させる以
前（例えば廃水流入管（２２または４９））に添加する
のが望ましい。廃水貯槽の容積は廃水処理装置を連続運
転するため１日当り排水する水量の８〜２４時間分を貯
留できる大きさに建設される場合が普通なので実用的な
効果が奏される。

予め廃水に添加するアルカリの量はｐＨ調整に要する全
アルカリ量のうち、出来るだけ多くすることが望ましく
　（例えば全アルカリ添加量の５０〜７０％）、廃水貯
槽内のｐＨをメタン発酵に適切なｐＨ以下で出来るだけ
高目にするのが、廃水に含まれる蛋白質の凝固を防止し
、有機物の加水分解を促進し、酸生成効果を向上させる
のに効果的である。

廃水をリアクターに流入させる以前に行うｐｔ１ｍ調整
はメタン発酵リアクターのｐＨが、メタン発酵が円滑に
進行する６、８〜７．５に調整する。（従って。

第１図の如く、酸発酵とメタン発酵を分割して行う場合
で、酸発酵リアクター１流入以前にｐＨ微調整を行う場
合、酸発酵とメタン発酵リアクターの差異を適切に保つ
必要がある。） ｐｌ＋微調整は、処理対象廃水と、その０．５〜２０倍
量の酸発酵またはメタン発酵処理水を返送して、ミキサ
ー（４または３３）で混合し、同時にｐＨ指示調節計（
１０または３９）に連動するアルカリポンプ（９または
３３）でアルカリを添加し実施する。リアクターのｐｏ
は、ρ１（指示警報計（１１または４０）で監視する。

このようにすれば、従来の直接ｐｌ＋調整を行う方法に
比べて消費アルカリ量を３０％以上節減でき、更に酸発
酵、およびメタン発酵リアクターにおける処理効果を向
上させることができる。

実施例 第１図に示した装置を用い、供試廃水として、殿粉とコ
ーンステープリカーを水道水にとかして調製し、予めＮ
　ａ　０１１を添加したものと、添加しない合成廃水を
１０℃に保冷し、３７℃、ｐＨ５，３の条件で処理を行
った。酸発酵リアクターの処理水Ｎａ７７１度と、リア
クターのガス発生量を比較し、第５図及び第６図の結果
を得た。この結果、予め１１１ａＯＨを添加した廃水を
処理した場合がＮａ濃度が低く且つ、ガス発生率も高率
であることが判った。これは、廃水に含まれる有機酸を
Ｎａ塩に変えることによって、有機酸生成における生産
物阻害を排除し有機酸の生成ガス化作用を促進するため
であると考えられ、廃水が常温（２０℃）に保持された
場合、この効果は第１表からも明らかなように、更に向
上した。

供試原水の経時的変化の状況は、具体的には、次の第１
表に示すとおりであった。

（発明の効果） 本発明は、ｐＨの予備調整、ｐＨの微調整及び処理水の
一部返送という工程を新規に案出しただけでなく、これ
らの工程を有機的に結合するという全く新規な構成をは
じめて採用したものである。

そしてこのような構成を採用したことによって、ｐＨ調
整用のアルカリ量を大巾に減少させなおかつメタン発酵
の処理効果を大巾に促進増大せしめることにはじめて成
功したものである。

このような廃水処理施設は非常にスケールの大きいもの
が多く、したがって高価なアルカリを多用することは廃
水処理のコストを大巾に高めるだけでなくアルカリ資源
の浪費にもつながり、また大量のアルカリは取扱上非常
に危険であって安全性からも問題があった。

本発明は、これらの問題点を一挙に解決したものであっ
て、非常にすぐれたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明方法を実施するためのメタ
ン発酵装置の１例を図示したものである。 第３図及び第４図は、従来のメタン発酵装置を図示した
ものである。 第５図は酸発酵におけるｐＨ５，３調整に要するＮ　ａ
　ＯＨ量（３７℃）を図示した図面であり、第６図は酸
発酵リアクターのガス発生率（３７℃、ρ１１５．３）
を図示した図面である。図中、・、Ｘ及び（）はそれぞ
れ次の意味を表わす。 ・　原水調整時Ｎ　ａ　ＯＨ無添加（１０°Ｃ保冷）×
　原水調整時０．７ｇ／　（ｌ　ＮａＯＨ前添加（１０
℃保冷） （）ａＯＯ負荷量 代理人　弁理士　戸　１）親　男 第　　２　　図 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 廃水処理に先立ち、処理対象廃水にアルカリを添加して
   ｐＨの予備調整を行った後、返送された酸発酵及び／又
   はメタン発酵処理水と混合するとともにアルカリによる
   ｐＨ調整を更に行うこと、を特徴とするメタン発酵にお
   けるｐＨ調整方法。