JPH04341397A - メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法 - Google Patents
メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業廃水、下水汚泥な
どのメタノールを主成分とする有機性廃水に含まれる有
機物をメタン発酵関連菌によって分解処理する際に採用
されて好適なメタン発酵処理装置およびメタン発酵処理
方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、有機物をメタンに変換する性質を
有するメタン生成細菌（メタン発酵関連菌）を利用した
メタン発酵による有機性廃水の処理は、曝気のためのエ
ネルギーが不要である、余剰汚泥の発生量が少ない、生
成するメタンガスをエネルギーとして利用可能であるな
どの点で、活性汚泥法等の好気性処理に比べ、エネルギ
ー的に有利な方法とされている。 【０００３】ところが、メタン生成細菌は増殖が遅いう
えに、これらの菌体の沈降性が悪いために、せっかく増
殖した菌体が処理水とともに系外へ流出してしまうとい
う問題がある。そこで、これらの問題を解決するために
開発された方法の一つに固定床法がある。固定床法は、
メタン発酵関連菌を固定するための固定床担体となる抗
火石などを導入し、この抗火石にメタン発酵関連菌を固
定化してメタン発酵を行うというもので、この固定床法
の開発に伴って、メタン発酵用のバイオリアクター内の
菌体濃度をある程度高濃度に保持することが可能となる
。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
メタン生成細菌を用いて、メタノールを主成分とする有
機性廃水をメタン発酵処理するに際し、メタン発酵用バ
イオリアクター内には、メタン生成細菌の他に、硫酸還
元菌等その他の細菌類が共存している。ところが、メタ
ン発酵処理を高効率で運転するためには、できるだけメ
タン生成細菌のみを選択的に成育させることが望ましい
。 【０００５】硫酸還元菌は、メタン生成細菌Ｍｅｔｈａ
ｎｏｓａｒｃｉｎａｓｐに比べると比較的大型で、鞭毛
を有している等の理由で、固定床担体には付着し易い。 一方、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓｐは、球菌
であり、固定床担体には付着しにくい。したがって、Ｍ
ｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓｐは系外へ流出し易
く、高負荷、高効率のメタン発酵処理が難しいという問
題を抱えている。 【０００６】また従来、このようなメタン発酵処理を行
うに際しては、栄養塩類として、窒素（Ｎ）およびリン
（Ｐ）を添加することが必要とされている。そして、こ
れらの栄養塩類の添加は、一般に、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１
００：５：１の割合で行なわれている。ところが、メタ
ン発酵処理では、通常高濃度の有機性廃水を処理するた
め、有機性廃水中の有機物濃度が高ければ高い程、それ
に応じて窒素およびリンの添加濃度も高くする必要があ
る。 このため、費用が高くつくうえ、処理水中にもこれらの
窒素およびリンが高濃度に残留するなどの問題がある。 【０００７】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であって、特に請求項１および請求項２では、メタン生
成細菌を優先的に循環水中に成育させて、高負荷、高効
率のメタン発酵処理を可能とするようなメタン発酵処理
装置およびメタン発酵処理方法を提供することを目的と
している。 【０００８】また、請求項３では、栄養塩類としての窒
素およびリンの添加量の最適値を求めて無駄を省いて、
高効率のメタン発酵処理を可能とするようなメタン発酵
処理方法を提供することを目的としている。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のメタン発酵処理装置は、メタン発酵用のバイオリアク
ター内に、固定床担体を充填して、メタン生成細菌およ
び硫酸還元菌を固定するとともに、該バイオリアクター
には、循環配管を介して、分離膜その他、遠心分離等の
汚泥の分離機能を備えた分離槽を接続してなることを特
徴とする。 【００１０】また、請求項２に記載のメタン発酵処理方
法は、有機性廃水を、メタン発酵用バイオリアクターと
、分離機能を備えた分離槽との間を循環させることによ
って、循環水中にはメタン生成細菌を主菌として存在さ
せることを特徴とする。 【００１１】また、請求項３に記載のメタン発酵処理方
法は、有機性廃水中に栄養塩類として窒素（Ｎ）および
リン（Ｐ）を、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．４〜１．
０：０．０５〜０．２の割合で添加することを特徴とす
る。 【００１２】 【作用】本発明の請求項１および請求項２に記載のメタ
ン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法によれば、バ
イオリアクターと、分離膜等の分離機能を備えた分離槽
との間に、有機性廃水を循環させるので、循環水中に含
有される菌体が選択濃縮される。その結果、バイオリア
クター内の固定床担体には硫酸還元菌とメタン生成細菌
が保持され、また循環水中には、メタン生成細菌が主菌
として存在することになる。したがって、循環水中の基
質を素早く取り込んで高負荷、高効率のメタン発酵処理
を実現できる。 【００１３】また請求項３に記載のメタン発酵処理方法
によれば、栄養塩類としての窒素およびリンの添加量の
最適値が定められているので、無駄を省いて、効率的に
高負荷のメタン発酵処理を実現することができる。 【００１４】 【実施例】以下、実施例を示して、本発明のメタン発酵
処理装置およびメタン発酵処理方法について説明する。 【００１５】図１は、請求項１に記載のメタン発酵処理
装置の一実施例を示すものである。この装置は、概略、
有機性廃水の原料タンク１と、ｐＨ調整槽２と、メタン
発酵用のバイオリアクター３と、レベル調整槽４と、分
離槽５とを主体として構成されている。原料タンク１と
ｐＨ調整槽２とは、原料酌み上げポンプ６を有する原料
配管７によって連結されている。ｐＨ調整槽２、バイオ
リアクター３、レベル調整槽４および分離槽５とは、循
環ポンプ８を備えた循環配管９によって輪状に連結され
、循環可能とされている。バイオリアクター３内部には
、固定床担体として抗火石が充填され、該固定床担体に
はメタン生成細菌Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓ
ｐが保持されている。またこのバイオリアクター３には
、該バイオリアクター３内の水温を最適に保持して基質
と菌体との接触を良好にするため、ヒーター１０が設け
られている。分離槽５には、分画分子量１０万の限外濾
過（ＵＦ）膜、その他の分離装置が設けられている。レ
ベル調整槽４にはレベルセンサー１１が設けられるとと
もに、このレベルセンサー１１は、分離槽５近傍に設け
られた排水ポンプ１２に連動可能とされ、これによって
、系内への供給量を越える処理水を排出して、系内の水
量を常に一定に保つように構成されている。また、分離
槽５の近傍には、分離膜循環ポンプ１３が設けられてお
り、系内を循環する循環水を分離槽５に通したり通さな
いように適宜変更可能とされている。また、バイオリア
クター３の上部には、脱硫装置１４が設けられ、ガス容
器１５を経て焼却手段に連結されている。 【００１６】次に、請求項２に記載のメタン発酵処理方
法について、図１を参照して説明する。 【００１７】まず、原料酌み上げポンプ６を作動させて
、原料タンク１からｐＨ調整槽２内に、原料配管７を通
じて有機性廃水を導入する。ｐＨ調整槽２内で、水酸化
ナトリウム等のアルカリ剤を添加するなどの方法により
ｐＨを６．８〜７．０程度に調整した後、循環ポンプ８
により、この有機性廃水を、上向流でバイオリアクター
３内に供給する。バイオリアクター３内の線速度は１ｍ
／ｈｒ程度に調整する。バイオリアクター３内の水温は
、基質（メタノール）と菌体の接触を良好に維持するた
めに、５３℃程度に保たれるようにそのヒーター１０を
調整する。その後、循環配管９を通じて、バイオリアク
ター３、レベル調整槽４、分離槽５およびｐＨ調整槽２
との間を循環させる。バイオリアクター３内では、メタ
ノールを基質としてメタノール発酵が進み、メタンガス
が生成する。分離槽５には分離膜等の分離装置が設けら
れているので、これを通過する循環水中に含まれる菌体
のうちメタン生成細菌Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ
ｓｐは循環水とともに通過し、また硫酸還元菌はこの
分離膜等によって濾別される。このため、有機性廃水が
連続循環処理される間には、循環水中には、硫酸還元菌
はほとんど残存しなくなり、メタン生成細菌が主菌とし
て存在するようになる。また、レベル調整槽４に設けら
れたレベルセンサー１１と排水ポンプ１２によって、系
内に供給される供給量を越える量の循環水は系外へ排出
され、系内の水量は常に一定に保たれる。また、バイオ
リアクター３内で発生した硫化水素等のガスは、上部の
脱硫装置１４に捕集され、系外へ排気される。 【００１８】このように、請求項１および請求項２に記
載のメタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法によ
れば、バイオリアクター３と、分離膜等の分離装置を備
えた分離槽５との間に、有機性廃水を循環させるので、
この循環水中に含有される菌体が分離膜等によって選択
濃縮される。その結果、バイオリアクター３内の固定床
担体には硫酸還元菌とメタン生成細菌が保持され、また
循環水中には、メタン生成細菌が主菌として存在するこ
とになる。したがって、循環水中の基質（メタノール等
）を素早く取り込んで高負荷、高効率のメタン発酵処理
が実現される。 【００１９】また、前記実施例では、バイオリアクター
３の前段にｐＨ調整槽２が設けられているので、このｐ
Ｈ調整槽２に供給された有機性廃水は、既に系内を循環
してきた循環水によって希釈されることとなる。したが
って、この有機性廃水には、メタノール生成細菌Ｍｅｔ
ｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓｐが優先的に存在してお
り、基質としてのメタノールや酢酸をより素早く取り込
むことができる。 【００２０】次に、実験例を示して、このメタン発酵処
理装置およびメタン発酵処理方法の効果について明らか
にする。 【００２１】実験は、図１に示した装置を用いて行うと
ともに、分離槽５の複合されていない装置を用意して、
比較して行った。両装置とも、バイオリアクター３内の
水温は５３℃、バイオリアクター３内の線速度は１ｍ／
ｈｒに調整した。また、ｐＨ調整槽２内は、ｐＨ６．８
〜７．０に保持した。分離槽５内の分離膜には、分画分
子量１０万の限外濾過（ＵＦ）膜（有効膜面積１．０ｍ
２）を使用し、膜面流速１．０ｍ／ｓｅｃ、人工圧力１
．５ｋｇ／ｃｍ２の条件で、この分離膜の運転を実施し
、結果を表１に示す。 【００２２】表１の結果より、分離膜を複合しなかった
比較例の装置を用いた場合には、ＢＯＤ容積負荷が３０
．６ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙ以上では、処理後の処理水
中にメタノールが残留することによりＴＯＣ除去率の低
下が認められた。これに対し、分離膜を複合した実施例
の装置を用いた場合には、ＢＯＤ容積負荷が６９．８ｇ
−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙまではメタノールの残留はなく、
分離膜を複合することにより２倍以上の負荷での運転が
可能であった。 【００２３】また、これらの原因を調査するために、実
施例の装置におけるバイオリアクター３内の汚泥の状況
を調べた。結果を表２に示す。 【００２４】 【表１】 【００２５】表２の結果より、固定床担体に付着した汚
泥のメタノール消費速度は、２．８９ｇ−ＢＯＤ／ｄ−
ＭＬＶＳＳ／ｄａｙ、ガス発生量は１．５５ｌ／ｇ−Ｍ
ＬＶＳＳ／ｄａｙであったのに対し、浮遊汚泥のメタノ
ール消費速度は、６．３３ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＭＬＶＳＳ
／ｄａｙ、ガス発生量は、３．７７ｌ／ｇ−ＭＬＶＳＳ
／ｄａｙと、固定床担体に付着した汚泥の２倍以上の能
力を有していた。また、各汚泥の硫酸イオンの消費は、
固定床担体に付着した汚泥の方が著しく、浮遊汚泥では
消費率が６２．７％であったのに対し、固定床担体に付
着した汚泥では９８．３％であった。 【００２６】以上の結果から、固定床担体に付着した汚
泥には、メタン生成細菌の他に硫酸還元菌等の種々の細
菌が存在し、浮遊汚泥にはメタン生成細菌が主菌として
存在していることが明らかとなった。 【００２７】 【表２】 【００２８】次に、本発明の請求項３に記載のメタン発
酵処理方法について説明する。 【００２９】図２は、請求項３に記載のメタン発酵処理
方法において用いられるメタン発酵処理装置の一例を示
すものである。この装置は、概略、有機性廃水の原料タ
ンク２１と、ｐＨ調整槽２２と、メタン発酵用のバイオ
リアクター２３と、レベル調整槽２４とを主体として構
成されている。原料タンク２１とｐＨ調整槽２２とは、
原料酌み上げポンプ２６を有する原料配管２７によって
連結されている。ｐＨ調整槽２２、バイオリアクター２
３およびレベル調整槽２４とは、循環ポンプ２８を備え
た循環配管２９によって輪状に連結され、循環可能とさ
れている。バイオリアクター２３内部には、固定床担体
として抗火石が充填され、該固定床担体にはメタン生成
細菌Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａｓｐが保持されてい
る。またこのバイオリアクター２３には、該バイオリア
クター２３内の水温を最適に保持して基質と菌体との接
触を良好にするため、ヒーター３０が設けられている。 また、前記循環配管２９には、該循環水を系外へ排出す
るための排水管３１が接続されている。また、バイオリ
アクター２３の上部には、脱硫装置３４が設けられ、ガ
ス容器３５を経て焼却手段に連結されている。 【００３０】次に、このようにしてなる装置を用いてメ
タン発酵処理を行う方法について説明する。 【００３１】まず、原料酌み上げポンプ２６を作動させ
て、原料タンク２１からｐＨ調整槽２２内に、原料配管
２７を通じて有機性廃水を導入する。ｐＨ調整槽２２内
には、栄養塩類として、窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）を
添加する。ここで、窒素（Ｎ）としては硫酸アンモニウ
ムなどを添加し、リン（Ｐ）としては各種リン酸塩など
を添加する。窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）の添加は、Ｂ
ＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．４〜１．０：０．０５〜０
．２の割合で行い、好ましくはＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００
：０．７〜１．０：０．１〜０．２の割合で行う。さら
に、ｐＨ調整槽２２内で、水酸化ナトリウム等のアルカ
リ剤を添加するなどの方法によりｐＨを６．８〜７．０
程度に調整した後、循環ポンプ２８により、この有機性
廃水を、上向流でバイオリアクター２３内に供給する。 バイオリアクター２３内の線速度は１ｍ／ｈｒ程度に調
整する。バイオリアクター２３内の水温は、基質（メタ
ノール）と菌体の接触を良好に維持するために、５３℃
程度に保たれるようにそのヒーター３０を調整する。そ
の後、循環配管２９を通じて、バイオリアクター２３、
レベル調整槽２４およびｐＨ調整槽２２との間を循環さ
せる。バイオリアクター２３内では、メタノールを基質
としてメタノール発酵が進み、メタンガスが生成する。 また、メタン発酵処理後の処理水は、排水管３１より系
外へ排出される。また、バイオリアクター２３内で発生
した硫化水素等のガスは、上部の脱硫装置３４に捕集さ
れ、系外へ排気される。 【００３２】ここで、前記栄養塩類として添加される窒
素（Ｎ）およびリン（Ｐ）の添加量を前記範囲に限定し
たのは、窒素（Ｎ）の添加量が０．４未満、あるいはリ
ン（Ｐ）の添加量が０．０５未満であると、処理水中に
多量のメタノールが残留するとともに酢酸およびプロピ
オン酸が生成し、メタン発酵が十分に進まないためであ
り、窒素（Ｎ）の添加量が１．０を越えたり、あるいは
リン（Ｐ）の添加量が０．２を越えたりした場合には、
それ以上のメタン発酵促進効果が得られずに、窒素ある
いはリンが処理水中に残留してしまうためである。 【００３３】このように、請求項３に記載のメタン発酵
処理方法によれば、窒素およびリンの添加量を前記範囲
に限定したので、メタン発酵が十分に促進されて、高負
荷、高効率のメタン発酵が可能となる。また、このこと
により、処理水中に残留するメタノールの濃度が低いば
かりでなく、窒素およびリンもほとんど残留しないので
、無駄が省けて経済的でもある。 【００３４】次に、実験例を示して、このメタン発酵処
理方法の効果について明らかにする。 【００３５】まず、有機性廃水中の基質であるメタノー
ルを効率良くメタンに変換するため、メタノール発酵処
理に必要な窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）の最適添加量を
把握する実験を行った。 【００３６】実験は、図２に示した装置を用いて行い、
有機性廃水には、表３に示す組成の合成有機性廃水を用
いた。バイオリアクター２３内の水温は５３℃、バイオ
リアクター２３内の線速度は１ｍ／ｈｒに調整した。ま
た、ｐＨ調整槽２２内は、ｐＨ６．８〜７．０に保持し
た。リン（Ｐ）の添加量を、ＢＯＤ：Ｐ＝１００：０．
２に調整して、ＢＯＤ容積負荷１０〜２０ｇ−ＢＯＤ／
ｌ／ｄａｙの条件下で運転を行い、硫酸アンモニウムを
添加することにより、窒素（Ｎ）濃度を適宜変化させて
運転した。結果を、図３に示す。また、リン（Ｐ）の最
適添加量は、処理水中の残留リン酸濃度を測定すること
により把握した。 【００３７】図２に示すように、合成有機性廃水中の窒
素（Ｎ）あるいはリン（Ｐ）の添加を停止した状態では
、処理水中に急激にメタノールが残留するとともに、酢
酸およびプロピオン酸の生成が認められた。このことか
ら、メタノールを基質とする合成有機性廃水をメタン発
酵処理するためには、栄養塩類として窒素およびリンの
添加が不可欠であることが明らかとなった。 【００３８】また、窒素（Ｎ）の添加を、ＢＯＤ：Ｎ＝
１００：０．３５以下の割合で行った場合には、急激に
酢酸およびプロピオン酸の生成が多くなるが、ＢＯＤ：
Ｎ＝１００：１．０以上の割合で行った場合には、酢酸
およびプロピオン酸の生成はほとんど認められなかった
。 このことから、窒素の添加量は、ＢＯＤ：Ｎ＝１００：
０．４〜１．０、好ましくはＢＯＤ：Ｎ＝１００：０．
７〜１．０が最適であると判断された。 【００３９】また、この時のリン酸濃度は、供給水２４
０ｍｇ／ｌに対して、処理水中には１４０ｍｇ／ｌであ
り、なお添加量は過剰であることが認められた。リンの
消費量から、リン酸の添加量は、ＢＯＤ：Ｐ＝１００：
０．０５〜０．２、好ましくはＢＯＤ：Ｐ＝１００：０
．１〜０．２が最適であると判断された。 【００４０】次に、バイオリアクター２３の最大負荷運
転時の状況を把握するための実験を行った。 【００４１】実験は、窒素（Ｎ）濃度およびリン（Ｐ）
濃度を、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．７：０．１とな
るように調整したメタノールを基質とする合成有機性廃
水を使用して実施した。その結果、ＢＯＤ容積負荷が３
３．７ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙの高負荷運転が可能であ
ることが 確認された。最大負荷運転時の運転状況を
表４に示す。 【００４２】 【表３】 【００４３】表４の結果より、供給水中の
ほとんどの硫酸アンモニウムが消費されていることが明
らかとなった。処理水中には、メタノールの残留がなく
、酢酸およびプロピオン酸も低濃度で維持されていた。 【００４４】以上の結果より、従来のメタノール発酵で
は、ＢＯＤ容積負荷は最大１０ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙ
での運転が大半であったのに対し、本発明の請求項３に
記載のメタン発酵処理方法では、栄養塩類（窒素および
リン）の濃度を最適範囲に管理することにより、ＢＯＤ
容積負荷が３０ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙ以上の高負荷運
転が可能となった。 【００４５】 【表４】 【００４６】なお、本発明のメタン発酵処理装置および
メタン発酵処理方法は、前記実施例に限られず、具体的
構成要件は実施に当たり適宜変更可能とされる。 【００４７】例えば、前記実施例では、メタノール廃水
のメタン発酵へ適用した例を示したが、酢酸廃水のメタ
ン発酵への適用はもちろん、二相式メタン発酵における
酸発酵相の後段メタン発酵槽への適用や、あるいは酸生
成細菌への適用なども可能であり、またその他のすべて
の有機性廃水のメタン発酵への適用が可能である。 【００４８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
および請求項２に記載のメタン発酵処理装置およびメタ
ン発酵処理方法によれば、バイオリアクターと、分離膜
を備えた分離槽との間に、有機性廃水を循環させるので
、循環水中に含有される菌体が選択濃縮される。したが
って、バイオリアクター内の固定床担体には硫酸還元菌
とメタン生成細菌が保持され、また循環水中には、メタ
ン生成細菌が主菌として高濃度に存在することとなる。 よって、循環水中の基質を素早く取り込んで高負荷、高
効率のメタン発酵処理を行うことが可能となる。 【００４９】また請求項３に記載のメタン発酵処理方法
によれば、栄養塩類としての窒素およびリンの添加量の
最適値が定められているので、無駄を省いて効率的に、
高負荷、高効率のメタン発酵処理を行うことが可能とな
る。
どのメタノールを主成分とする有機性廃水に含まれる有
機物をメタン発酵関連菌によって分解処理する際に採用
されて好適なメタン発酵処理装置およびメタン発酵処理
方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、有機物をメタンに変換する性質を
有するメタン生成細菌（メタン発酵関連菌）を利用した
メタン発酵による有機性廃水の処理は、曝気のためのエ
ネルギーが不要である、余剰汚泥の発生量が少ない、生
成するメタンガスをエネルギーとして利用可能であるな
どの点で、活性汚泥法等の好気性処理に比べ、エネルギ
ー的に有利な方法とされている。 【０００３】ところが、メタン生成細菌は増殖が遅いう
えに、これらの菌体の沈降性が悪いために、せっかく増
殖した菌体が処理水とともに系外へ流出してしまうとい
う問題がある。そこで、これらの問題を解決するために
開発された方法の一つに固定床法がある。固定床法は、
メタン発酵関連菌を固定するための固定床担体となる抗
火石などを導入し、この抗火石にメタン発酵関連菌を固
定化してメタン発酵を行うというもので、この固定床法
の開発に伴って、メタン発酵用のバイオリアクター内の
菌体濃度をある程度高濃度に保持することが可能となる
。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
メタン生成細菌を用いて、メタノールを主成分とする有
機性廃水をメタン発酵処理するに際し、メタン発酵用バ
イオリアクター内には、メタン生成細菌の他に、硫酸還
元菌等その他の細菌類が共存している。ところが、メタ
ン発酵処理を高効率で運転するためには、できるだけメ
タン生成細菌のみを選択的に成育させることが望ましい
。 【０００５】硫酸還元菌は、メタン生成細菌Ｍｅｔｈａ
ｎｏｓａｒｃｉｎａｓｐに比べると比較的大型で、鞭毛
を有している等の理由で、固定床担体には付着し易い。 一方、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓｐは、球菌
であり、固定床担体には付着しにくい。したがって、Ｍ
ｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓｐは系外へ流出し易
く、高負荷、高効率のメタン発酵処理が難しいという問
題を抱えている。 【０００６】また従来、このようなメタン発酵処理を行
うに際しては、栄養塩類として、窒素（Ｎ）およびリン
（Ｐ）を添加することが必要とされている。そして、こ
れらの栄養塩類の添加は、一般に、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１
００：５：１の割合で行なわれている。ところが、メタ
ン発酵処理では、通常高濃度の有機性廃水を処理するた
め、有機性廃水中の有機物濃度が高ければ高い程、それ
に応じて窒素およびリンの添加濃度も高くする必要があ
る。 このため、費用が高くつくうえ、処理水中にもこれらの
窒素およびリンが高濃度に残留するなどの問題がある。 【０００７】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であって、特に請求項１および請求項２では、メタン生
成細菌を優先的に循環水中に成育させて、高負荷、高効
率のメタン発酵処理を可能とするようなメタン発酵処理
装置およびメタン発酵処理方法を提供することを目的と
している。 【０００８】また、請求項３では、栄養塩類としての窒
素およびリンの添加量の最適値を求めて無駄を省いて、
高効率のメタン発酵処理を可能とするようなメタン発酵
処理方法を提供することを目的としている。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のメタン発酵処理装置は、メタン発酵用のバイオリアク
ター内に、固定床担体を充填して、メタン生成細菌およ
び硫酸還元菌を固定するとともに、該バイオリアクター
には、循環配管を介して、分離膜その他、遠心分離等の
汚泥の分離機能を備えた分離槽を接続してなることを特
徴とする。 【００１０】また、請求項２に記載のメタン発酵処理方
法は、有機性廃水を、メタン発酵用バイオリアクターと
、分離機能を備えた分離槽との間を循環させることによ
って、循環水中にはメタン生成細菌を主菌として存在さ
せることを特徴とする。 【００１１】また、請求項３に記載のメタン発酵処理方
法は、有機性廃水中に栄養塩類として窒素（Ｎ）および
リン（Ｐ）を、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．４〜１．
０：０．０５〜０．２の割合で添加することを特徴とす
る。 【００１２】 【作用】本発明の請求項１および請求項２に記載のメタ
ン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法によれば、バ
イオリアクターと、分離膜等の分離機能を備えた分離槽
との間に、有機性廃水を循環させるので、循環水中に含
有される菌体が選択濃縮される。その結果、バイオリア
クター内の固定床担体には硫酸還元菌とメタン生成細菌
が保持され、また循環水中には、メタン生成細菌が主菌
として存在することになる。したがって、循環水中の基
質を素早く取り込んで高負荷、高効率のメタン発酵処理
を実現できる。 【００１３】また請求項３に記載のメタン発酵処理方法
によれば、栄養塩類としての窒素およびリンの添加量の
最適値が定められているので、無駄を省いて、効率的に
高負荷のメタン発酵処理を実現することができる。 【００１４】 【実施例】以下、実施例を示して、本発明のメタン発酵
処理装置およびメタン発酵処理方法について説明する。 【００１５】図１は、請求項１に記載のメタン発酵処理
装置の一実施例を示すものである。この装置は、概略、
有機性廃水の原料タンク１と、ｐＨ調整槽２と、メタン
発酵用のバイオリアクター３と、レベル調整槽４と、分
離槽５とを主体として構成されている。原料タンク１と
ｐＨ調整槽２とは、原料酌み上げポンプ６を有する原料
配管７によって連結されている。ｐＨ調整槽２、バイオ
リアクター３、レベル調整槽４および分離槽５とは、循
環ポンプ８を備えた循環配管９によって輪状に連結され
、循環可能とされている。バイオリアクター３内部には
、固定床担体として抗火石が充填され、該固定床担体に
はメタン生成細菌Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓ
ｐが保持されている。またこのバイオリアクター３には
、該バイオリアクター３内の水温を最適に保持して基質
と菌体との接触を良好にするため、ヒーター１０が設け
られている。分離槽５には、分画分子量１０万の限外濾
過（ＵＦ）膜、その他の分離装置が設けられている。レ
ベル調整槽４にはレベルセンサー１１が設けられるとと
もに、このレベルセンサー１１は、分離槽５近傍に設け
られた排水ポンプ１２に連動可能とされ、これによって
、系内への供給量を越える処理水を排出して、系内の水
量を常に一定に保つように構成されている。また、分離
槽５の近傍には、分離膜循環ポンプ１３が設けられてお
り、系内を循環する循環水を分離槽５に通したり通さな
いように適宜変更可能とされている。また、バイオリア
クター３の上部には、脱硫装置１４が設けられ、ガス容
器１５を経て焼却手段に連結されている。 【００１６】次に、請求項２に記載のメタン発酵処理方
法について、図１を参照して説明する。 【００１７】まず、原料酌み上げポンプ６を作動させて
、原料タンク１からｐＨ調整槽２内に、原料配管７を通
じて有機性廃水を導入する。ｐＨ調整槽２内で、水酸化
ナトリウム等のアルカリ剤を添加するなどの方法により
ｐＨを６．８〜７．０程度に調整した後、循環ポンプ８
により、この有機性廃水を、上向流でバイオリアクター
３内に供給する。バイオリアクター３内の線速度は１ｍ
／ｈｒ程度に調整する。バイオリアクター３内の水温は
、基質（メタノール）と菌体の接触を良好に維持するた
めに、５３℃程度に保たれるようにそのヒーター１０を
調整する。その後、循環配管９を通じて、バイオリアク
ター３、レベル調整槽４、分離槽５およびｐＨ調整槽２
との間を循環させる。バイオリアクター３内では、メタ
ノールを基質としてメタノール発酵が進み、メタンガス
が生成する。分離槽５には分離膜等の分離装置が設けら
れているので、これを通過する循環水中に含まれる菌体
のうちメタン生成細菌Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ
ｓｐは循環水とともに通過し、また硫酸還元菌はこの
分離膜等によって濾別される。このため、有機性廃水が
連続循環処理される間には、循環水中には、硫酸還元菌
はほとんど残存しなくなり、メタン生成細菌が主菌とし
て存在するようになる。また、レベル調整槽４に設けら
れたレベルセンサー１１と排水ポンプ１２によって、系
内に供給される供給量を越える量の循環水は系外へ排出
され、系内の水量は常に一定に保たれる。また、バイオ
リアクター３内で発生した硫化水素等のガスは、上部の
脱硫装置１４に捕集され、系外へ排気される。 【００１８】このように、請求項１および請求項２に記
載のメタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法によ
れば、バイオリアクター３と、分離膜等の分離装置を備
えた分離槽５との間に、有機性廃水を循環させるので、
この循環水中に含有される菌体が分離膜等によって選択
濃縮される。その結果、バイオリアクター３内の固定床
担体には硫酸還元菌とメタン生成細菌が保持され、また
循環水中には、メタン生成細菌が主菌として存在するこ
とになる。したがって、循環水中の基質（メタノール等
）を素早く取り込んで高負荷、高効率のメタン発酵処理
が実現される。 【００１９】また、前記実施例では、バイオリアクター
３の前段にｐＨ調整槽２が設けられているので、このｐ
Ｈ調整槽２に供給された有機性廃水は、既に系内を循環
してきた循環水によって希釈されることとなる。したが
って、この有機性廃水には、メタノール生成細菌Ｍｅｔ
ｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｓｐが優先的に存在してお
り、基質としてのメタノールや酢酸をより素早く取り込
むことができる。 【００２０】次に、実験例を示して、このメタン発酵処
理装置およびメタン発酵処理方法の効果について明らか
にする。 【００２１】実験は、図１に示した装置を用いて行うと
ともに、分離槽５の複合されていない装置を用意して、
比較して行った。両装置とも、バイオリアクター３内の
水温は５３℃、バイオリアクター３内の線速度は１ｍ／
ｈｒに調整した。また、ｐＨ調整槽２内は、ｐＨ６．８
〜７．０に保持した。分離槽５内の分離膜には、分画分
子量１０万の限外濾過（ＵＦ）膜（有効膜面積１．０ｍ
２）を使用し、膜面流速１．０ｍ／ｓｅｃ、人工圧力１
．５ｋｇ／ｃｍ２の条件で、この分離膜の運転を実施し
、結果を表１に示す。 【００２２】表１の結果より、分離膜を複合しなかった
比較例の装置を用いた場合には、ＢＯＤ容積負荷が３０
．６ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙ以上では、処理後の処理水
中にメタノールが残留することによりＴＯＣ除去率の低
下が認められた。これに対し、分離膜を複合した実施例
の装置を用いた場合には、ＢＯＤ容積負荷が６９．８ｇ
−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙまではメタノールの残留はなく、
分離膜を複合することにより２倍以上の負荷での運転が
可能であった。 【００２３】また、これらの原因を調査するために、実
施例の装置におけるバイオリアクター３内の汚泥の状況
を調べた。結果を表２に示す。 【００２４】 【表１】 【００２５】表２の結果より、固定床担体に付着した汚
泥のメタノール消費速度は、２．８９ｇ−ＢＯＤ／ｄ−
ＭＬＶＳＳ／ｄａｙ、ガス発生量は１．５５ｌ／ｇ−Ｍ
ＬＶＳＳ／ｄａｙであったのに対し、浮遊汚泥のメタノ
ール消費速度は、６．３３ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＭＬＶＳＳ
／ｄａｙ、ガス発生量は、３．７７ｌ／ｇ−ＭＬＶＳＳ
／ｄａｙと、固定床担体に付着した汚泥の２倍以上の能
力を有していた。また、各汚泥の硫酸イオンの消費は、
固定床担体に付着した汚泥の方が著しく、浮遊汚泥では
消費率が６２．７％であったのに対し、固定床担体に付
着した汚泥では９８．３％であった。 【００２６】以上の結果から、固定床担体に付着した汚
泥には、メタン生成細菌の他に硫酸還元菌等の種々の細
菌が存在し、浮遊汚泥にはメタン生成細菌が主菌として
存在していることが明らかとなった。 【００２７】 【表２】 【００２８】次に、本発明の請求項３に記載のメタン発
酵処理方法について説明する。 【００２９】図２は、請求項３に記載のメタン発酵処理
方法において用いられるメタン発酵処理装置の一例を示
すものである。この装置は、概略、有機性廃水の原料タ
ンク２１と、ｐＨ調整槽２２と、メタン発酵用のバイオ
リアクター２３と、レベル調整槽２４とを主体として構
成されている。原料タンク２１とｐＨ調整槽２２とは、
原料酌み上げポンプ２６を有する原料配管２７によって
連結されている。ｐＨ調整槽２２、バイオリアクター２
３およびレベル調整槽２４とは、循環ポンプ２８を備え
た循環配管２９によって輪状に連結され、循環可能とさ
れている。バイオリアクター２３内部には、固定床担体
として抗火石が充填され、該固定床担体にはメタン生成
細菌Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａｓｐが保持されてい
る。またこのバイオリアクター２３には、該バイオリア
クター２３内の水温を最適に保持して基質と菌体との接
触を良好にするため、ヒーター３０が設けられている。 また、前記循環配管２９には、該循環水を系外へ排出す
るための排水管３１が接続されている。また、バイオリ
アクター２３の上部には、脱硫装置３４が設けられ、ガ
ス容器３５を経て焼却手段に連結されている。 【００３０】次に、このようにしてなる装置を用いてメ
タン発酵処理を行う方法について説明する。 【００３１】まず、原料酌み上げポンプ２６を作動させ
て、原料タンク２１からｐＨ調整槽２２内に、原料配管
２７を通じて有機性廃水を導入する。ｐＨ調整槽２２内
には、栄養塩類として、窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）を
添加する。ここで、窒素（Ｎ）としては硫酸アンモニウ
ムなどを添加し、リン（Ｐ）としては各種リン酸塩など
を添加する。窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）の添加は、Ｂ
ＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．４〜１．０：０．０５〜０
．２の割合で行い、好ましくはＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００
：０．７〜１．０：０．１〜０．２の割合で行う。さら
に、ｐＨ調整槽２２内で、水酸化ナトリウム等のアルカ
リ剤を添加するなどの方法によりｐＨを６．８〜７．０
程度に調整した後、循環ポンプ２８により、この有機性
廃水を、上向流でバイオリアクター２３内に供給する。 バイオリアクター２３内の線速度は１ｍ／ｈｒ程度に調
整する。バイオリアクター２３内の水温は、基質（メタ
ノール）と菌体の接触を良好に維持するために、５３℃
程度に保たれるようにそのヒーター３０を調整する。そ
の後、循環配管２９を通じて、バイオリアクター２３、
レベル調整槽２４およびｐＨ調整槽２２との間を循環さ
せる。バイオリアクター２３内では、メタノールを基質
としてメタノール発酵が進み、メタンガスが生成する。 また、メタン発酵処理後の処理水は、排水管３１より系
外へ排出される。また、バイオリアクター２３内で発生
した硫化水素等のガスは、上部の脱硫装置３４に捕集さ
れ、系外へ排気される。 【００３２】ここで、前記栄養塩類として添加される窒
素（Ｎ）およびリン（Ｐ）の添加量を前記範囲に限定し
たのは、窒素（Ｎ）の添加量が０．４未満、あるいはリ
ン（Ｐ）の添加量が０．０５未満であると、処理水中に
多量のメタノールが残留するとともに酢酸およびプロピ
オン酸が生成し、メタン発酵が十分に進まないためであ
り、窒素（Ｎ）の添加量が１．０を越えたり、あるいは
リン（Ｐ）の添加量が０．２を越えたりした場合には、
それ以上のメタン発酵促進効果が得られずに、窒素ある
いはリンが処理水中に残留してしまうためである。 【００３３】このように、請求項３に記載のメタン発酵
処理方法によれば、窒素およびリンの添加量を前記範囲
に限定したので、メタン発酵が十分に促進されて、高負
荷、高効率のメタン発酵が可能となる。また、このこと
により、処理水中に残留するメタノールの濃度が低いば
かりでなく、窒素およびリンもほとんど残留しないので
、無駄が省けて経済的でもある。 【００３４】次に、実験例を示して、このメタン発酵処
理方法の効果について明らかにする。 【００３５】まず、有機性廃水中の基質であるメタノー
ルを効率良くメタンに変換するため、メタノール発酵処
理に必要な窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）の最適添加量を
把握する実験を行った。 【００３６】実験は、図２に示した装置を用いて行い、
有機性廃水には、表３に示す組成の合成有機性廃水を用
いた。バイオリアクター２３内の水温は５３℃、バイオ
リアクター２３内の線速度は１ｍ／ｈｒに調整した。ま
た、ｐＨ調整槽２２内は、ｐＨ６．８〜７．０に保持し
た。リン（Ｐ）の添加量を、ＢＯＤ：Ｐ＝１００：０．
２に調整して、ＢＯＤ容積負荷１０〜２０ｇ−ＢＯＤ／
ｌ／ｄａｙの条件下で運転を行い、硫酸アンモニウムを
添加することにより、窒素（Ｎ）濃度を適宜変化させて
運転した。結果を、図３に示す。また、リン（Ｐ）の最
適添加量は、処理水中の残留リン酸濃度を測定すること
により把握した。 【００３７】図２に示すように、合成有機性廃水中の窒
素（Ｎ）あるいはリン（Ｐ）の添加を停止した状態では
、処理水中に急激にメタノールが残留するとともに、酢
酸およびプロピオン酸の生成が認められた。このことか
ら、メタノールを基質とする合成有機性廃水をメタン発
酵処理するためには、栄養塩類として窒素およびリンの
添加が不可欠であることが明らかとなった。 【００３８】また、窒素（Ｎ）の添加を、ＢＯＤ：Ｎ＝
１００：０．３５以下の割合で行った場合には、急激に
酢酸およびプロピオン酸の生成が多くなるが、ＢＯＤ：
Ｎ＝１００：１．０以上の割合で行った場合には、酢酸
およびプロピオン酸の生成はほとんど認められなかった
。 このことから、窒素の添加量は、ＢＯＤ：Ｎ＝１００：
０．４〜１．０、好ましくはＢＯＤ：Ｎ＝１００：０．
７〜１．０が最適であると判断された。 【００３９】また、この時のリン酸濃度は、供給水２４
０ｍｇ／ｌに対して、処理水中には１４０ｍｇ／ｌであ
り、なお添加量は過剰であることが認められた。リンの
消費量から、リン酸の添加量は、ＢＯＤ：Ｐ＝１００：
０．０５〜０．２、好ましくはＢＯＤ：Ｐ＝１００：０
．１〜０．２が最適であると判断された。 【００４０】次に、バイオリアクター２３の最大負荷運
転時の状況を把握するための実験を行った。 【００４１】実験は、窒素（Ｎ）濃度およびリン（Ｐ）
濃度を、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．７：０．１とな
るように調整したメタノールを基質とする合成有機性廃
水を使用して実施した。その結果、ＢＯＤ容積負荷が３
３．７ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙの高負荷運転が可能であ
ることが 確認された。最大負荷運転時の運転状況を
表４に示す。 【００４２】 【表３】 【００４３】表４の結果より、供給水中の
ほとんどの硫酸アンモニウムが消費されていることが明
らかとなった。処理水中には、メタノールの残留がなく
、酢酸およびプロピオン酸も低濃度で維持されていた。 【００４４】以上の結果より、従来のメタノール発酵で
は、ＢＯＤ容積負荷は最大１０ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙ
での運転が大半であったのに対し、本発明の請求項３に
記載のメタン発酵処理方法では、栄養塩類（窒素および
リン）の濃度を最適範囲に管理することにより、ＢＯＤ
容積負荷が３０ｇ−ＢＯＤ／ｌ／ｄａｙ以上の高負荷運
転が可能となった。 【００４５】 【表４】 【００４６】なお、本発明のメタン発酵処理装置および
メタン発酵処理方法は、前記実施例に限られず、具体的
構成要件は実施に当たり適宜変更可能とされる。 【００４７】例えば、前記実施例では、メタノール廃水
のメタン発酵へ適用した例を示したが、酢酸廃水のメタ
ン発酵への適用はもちろん、二相式メタン発酵における
酸発酵相の後段メタン発酵槽への適用や、あるいは酸生
成細菌への適用なども可能であり、またその他のすべて
の有機性廃水のメタン発酵への適用が可能である。 【００４８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
および請求項２に記載のメタン発酵処理装置およびメタ
ン発酵処理方法によれば、バイオリアクターと、分離膜
を備えた分離槽との間に、有機性廃水を循環させるので
、循環水中に含有される菌体が選択濃縮される。したが
って、バイオリアクター内の固定床担体には硫酸還元菌
とメタン生成細菌が保持され、また循環水中には、メタ
ン生成細菌が主菌として高濃度に存在することとなる。 よって、循環水中の基質を素早く取り込んで高負荷、高
効率のメタン発酵処理を行うことが可能となる。 【００４９】また請求項３に記載のメタン発酵処理方法
によれば、栄養塩類としての窒素およびリンの添加量の
最適値が定められているので、無駄を省いて効率的に、
高負荷、高効率のメタン発酵処理を行うことが可能とな
る。
【図１】本発明の請求項１に記載のメタン発酵処理装置
の一実施例を示す概念図である。
の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の請求項３に記載のメタン発酵処理方法
において用いられるメタン発酵処理装置の一例を示す概
念図である。
において用いられるメタン発酵処理装置の一例を示す概
念図である。
【図３】請求項３に記載のメタン発酵処理方法にしたが
ってメタン発酵を行った時の窒素の添加量と処理水中の
ＶＦＡ（酢酸およびプロピオン酸）濃度との関係を示す
図である。
ってメタン発酵を行った時の窒素の添加量と処理水中の
ＶＦＡ（酢酸およびプロピオン酸）濃度との関係を示す
図である。
３ バイオリアクター
５ 分離槽
９ 循環配管
２３ バイオリアクター
Claims (3)
- 【請求項１】 メタン発酵用のバイオリアクター内に
は、固定床担体が充填されて、メタン生成細菌および硫
酸還元菌が固定されるとともに、該バイオリアクターは
、循環配管を介して、分離膜等の分離機能を備えた分離
槽に接続されてなることを特徴とするメタン発酵処理装
置。 - 【請求項２】 有機性廃水をメタン発酵処理するに際
し、この有機性廃水を、メタン発酵用バイオリアクター
と、分離膜等の分離機能を備えた分離槽との間を循環さ
せることによって、循環水中にはメタン生成細菌を主菌
として存在させることを特徴とするメタン発酵処理方法
。 - 【請求項３】 有機性廃水をメタン発酵処理するに際
し、この有機性廃水中に栄養塩類として窒素（Ｎ）およ
びリン（Ｐ）を、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．４〜１
．０：０．０５〜０．２の割合で添加することを特徴と
するメタン発酵処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3143816A JPH04341397A (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3143816A JPH04341397A (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04341397A true JPH04341397A (ja) | 1992-11-27 |
Family
ID=15347632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3143816A Withdrawn JPH04341397A (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04341397A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH078989A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-01-13 | Denka Consult & Eng Co Ltd | 着色廃水の脱色方法及び装置 |
| JP2004290729A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-21 | Kurita Water Ind Ltd | 有機性廃液の消化処理装置 |
| JP2006035094A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-02-09 | Takashi Yamaguchi | 高濃度排水処理方法及び装置 |
| JP2012205990A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Kurita Water Ind Ltd | 有機性排水の処理装置 |
| JP2019107609A (ja) * | 2017-12-18 | 2019-07-04 | 株式会社クラレ | 嫌気処理用担体、嫌気処理装置および嫌気処理方法 |
| WO2022050025A1 (ja) * | 2020-09-02 | 2022-03-10 | オルガノ株式会社 | 有機性排水の処理方法及び有機性排水の処理装置 |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP3143816A patent/JPH04341397A/ja not_active Withdrawn
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| WO2022050025A1 (ja) * | 2020-09-02 | 2022-03-10 | オルガノ株式会社 | 有機性排水の処理方法及び有機性排水の処理装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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