JPH0487698A

JPH0487698A - 廃水処理方法

Info

Publication number: JPH0487698A
Application number: JP2201435A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Doi; 土井　忠愛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-19
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3085966B2

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〕本発明は濃厚な有機性廃水、特に家畜の法服などの畜産
廃棄物を含む有機性廃水を処理する方法に関する。

〔従来の技術］従来、家畜の凍原などの畜産廃水は高濃度で有機成分を
含み生物学的酸素要求量すなわちＢＯＤが極めて高いた
めに、活性汚泥法などの通常の汚水処理法によって処理
しようとすると処理設備が大規模となって経済的でない
から、メタン醗酵法を利用するのが適当であると考えら
れている。

かかるメタン醗酵法に用いられる醗酵装置としては、メ
タン細菌の活動に適した温度が比較的に高いために保温
性を良好にする必要があって、例えば径が高さより大き
い円筒形あるいは卵形などで体積に比べて表面積が小さ
い大型の醗酵槽を保温材で覆い、また内部を嫌気性雰囲
気に保つために密閉して加圧状態で運転するものが普通
であった。

そしてこのような装置では、内容物の濃度が高いことか
ら浮上や沈殿などの分離現象が起こりやすく、機械的攪
拌のみではかかる分離現象を抑制して内容物を均質化し
、円滑な醗酵反応を進めることは困難であるから、発生
するメタンガスを再び醗酵槽の底部から吹き込み、内容
物の上下対流を促進する方法を併用することも行われて
いる。

また、このような従来のメタン醗酵装置においては、は
ぼ定常的に発生する畜産廃水等を大きな醗酵槽に高濃度
のまま次々に装入して滞留時間を長くとることによって
醗酵速度の遅さを補うという考え方が採用されていたの
で、例えば醗酵槽の容積は畜産廃水の発生量の３０日分
以上となるように設計され、毎日の装入量に見合った消
化汚泥液をその度に抜き出すような運転方法を採ること
が普通であった。

しかしこのような醗酵槽から抜き出された消化汚泥液は
まだ８００４度が高く、例えば３３ｏ。

ｐｐｍにも達することが普通であった。そのため２個の
醗酵槽を直列に結合して、前段を酸工程にまた後段をメ
タン生成工程に使用する、いわゆる−相メタン醗酵法も
提案されている。

しかしかかる従来のメタン醗酵法では、醗酵槽内でスカ
ムが浮上して効率的な醗酵消化を妨げ、あるいは醗酵槽
の運転の障害となるなどの種々の問題があり、内容物を
完全に醗酵消化することは困難であって、消化汚泥液は
なおりＯＤ濃度が高く、そのまま排出することはできな
かった。

〔発明が解決しようとする課題］このようなりＯＤＩ度の高い消化汚泥液は、排水の水質
基準に合わせるためには更に二次処理が必要であるもの
の、活性汚泥処理装置での廃水処理を行おうとすると極
めて大規模な装置が必要となるという不利がある。そし
てまた、かがるメタン醗酵消化汚泥液を更に二次のメタ
ン醗酵槽で処理しようとすると、これまた醗酵効率が極
めて悪く、水質基準に適合した廃水処理は極めて困難で
あった。

従って、メタン醗酵法はエネルギー回収の面では有利で
あるものの消化汚泥液を廃棄可能な程度まで浄化しよう
とすることは経済的でなく、消化汚泥液の肥料その他へ
有利に利用することができないかぎりメタン醗酵法は経
済的に成立しないものとされていた。

そこで本発明は、メタン醗酵効率が高く、また塩分や肥
料分などを含まない完全に無害の清浄な処理水を分離回
収することができる、改良された廃水処理方法を提供す
ることを目的としたものである。

［課題を解決するための手段〕かかる本発明の目的は、断面積の平方根の３倍以上の高
さを有する縦型筒状容器からなる醗酵槽であってその側
壁部に加熱手段を設けるとともにその底部に内容物を側
壁に沿って上方に送出することができる対流促進手段を
設けたメタン醗酵装置を用いて、有機性廃水を醗酵処理
してメタンを回収するとともに醗酵液を得る第−ｌ工程
と、該醗酵液を限外濾過装置により処理して固形分を除
去した第１濾液を得る第２工程と、該第１濾液を逆浸透
装置により処理して脱塩した第２濾液を得る第３工程と
、該第２濾液をイオン交換装置により処理して脱アンモ
ニアした清浄な処理水を得る第４工程とからなることを
特徴とする廃水処理方法によって達成することができる
。

そして更に、第２工程の限外濾過装置から得た第１濃縮
残液をメタン醗酵装置へ返送して醗酵処理し、また第３
工程の逆浸透装置から得た第２濃縮残液を固形肥料製造
用原料の一部として用いることによって更に優れた処理
効率と経済効果を期待することができる。

本発明の廃水処理方法の第１工程に用いられるメタン醗
酵装置は、その高さが断面積の平方根の３倍以上である
縦型筒状容器からなる醗酵槽であって、発生するメタン
の圧力に耐える密閉構造を有し、更に耐食性であること
が望ましい。このように断面積が比較的に小さいことは
、後述のようなスカム破砕手段と内容物循環手段の働き
と相まってスカムが分離浮上するために生ずる種々の問
題を解決して迅速かつ高度な醗酵反応を達成するのに有
効である。

またかかる醗酵槽の側壁部に設けられる加熱手段は、例
えば温水などを流通させることができるジャケットやコ
イルなどであってよい。更に醗酵槽の底部に設けられる
対流促進手段は、底部に滞留しやすい内容物を攪拌しつ
つ側壁方向に移動させるとともに側壁に沿って上方に送
出する機能を持つものであればよく、例えばジェットノ
ズル式の対流促進装置などが好ましいが、スパイラルス
クリュー形の攪拌機などであっても構わない。これらの
加熱手段と対流促進手段とは、内容物が醗酵槽内で効果
的な対流を起こすのに協同作用してその均一混合を達成
するのに有効である。

更に本発明における醗酵槽には、その制限液面の上方の
所定位置にスカム破砕手段を設けることが好ましい。か
かるスカム破砕手段は、ガスを含んで浮上するスカムが
間化することを防いで、内容物と分離することなく均一
に分散混合したまま対流し、あるいは後述のように系内
を循環できるようにするためのもので、例えば多数のス
リットなどを有する翼を設けた機械的な攪拌手段などが
好ましく用いられ、また密閉型のモーターに直結した環
状の破砕翼を備えたものが特に好ましい。

本発明において用いられるメタン醗酵装置にあっては、
第１図に示すように、前記のような醗酵槽ａに並べて従
反応塔すを設け、これらそれぞれの上部を連絡管Ｃで連
通して醗酵槽から内容物が流入できるようにし、従反応
塔す内で醗酵した内容物からメタンガスが分離するとと
もに液状の内容物を該塔の下部から醗酵槽の下部へ循環
移送する手段ｄを設けて構成することが好ましい。この
ような内容物循環手段ｄとしては例えばスラリーポンプ
などを用いることができるが、瞬間的な空転状態に耐え
る構造を有するものであることが必要である。更に醗酵
槽への戻りラインを前記のジェットノズル式の対流促進
装ｇｅなどに結合し、ポンプの吐出力を利用して醗酵槽
内に対流を発生させることが更に好ましい。

更にまた本発明におけるメタン醗酵装置は、上記のよう
に構成された醗酵槽ないしそのシステムを複数セット直
列多段に結合して装置を構成することができる。このよ
うに多段構成とすることにより、メタン醗酵における各
反応段階、すなわち有機物の加水分解による低分子化、
低分子有機物の酢酸、メタノール、二酸化炭素、水素な
どへの分解、更にこれらの低分子物質からのメタンへの
転化のそれぞれの段階に対応して、効率的な醗酵反応を
進めることができる。

本発明の廃水処理方法の第２工程に用いられる限外濾過
装置は、たとえば平板状やチューブ状などの限外濾過膜
を用いたクロスフロー型の装置が好ましく、醗酵槽から
流出する醗酵液を貯留する限外濾過処理槽ｉと、限外濾
過機ｊと、限外濾過処理槽ｉ中の醗酵液を加圧して限外
濾過機ｊに供給する加圧ポンプにとを備え、濾過膜を通
過して菌体その他の固形分が除かれた第１濾液を次の逆
浸透装置に送るとともに濃縮された液を限外濾過処理槽
ｉに回収するように構成されることが望ましい。また、
必要に応じて醗酵液を凝集処理するための凝集剤槽１な
どを設けても良い。

なお、この第２工程で残った第１濃縮残液は菌体その他
の固形分が濃縮されているので、返送ラインｍによって
第１工程のメタン醗酵装置、例えばその最前段の醗酵槽
等へ一括返送し、再び醗酵処理されるように構成するこ
とが望ましい。

また、本発明の廃水処理方法の第３工程に用いられる逆
浸透装置は、たとえば平板状、チューブ状、中空糸状な
どの半透膜を用いたクロスフロー型の装置が好ましく、
限外濾過機ｊから流出する第１濾液を貯留する逆浸透処
理槽ｎと逆浸透濾過機０と逆浸透処理槽ｎ中の第１濾液
を加圧して逆浸透濾過機０に供給する加圧ポンプｐとを
備え、逆浸透膜を通過して脱塩された第２濾液を次のイ
オン交換装置に送るとともに濃縮された液を逆浸透処理
槽ｎに回収するように構成されることが望ましい。

なお、この第３工程で得た塩類やアンモニアの他有機物
質などが濃縮された第２濃縮残液は、必要に応じて堆肥
やコンポストの製造などに原材料の一部として利用する
ことができる。

更に、本発明の廃水処理方法の第４工程に用いられるイ
オン交換装置は、たとえば筒状容器にゼオライトやイオ
ン交換樹脂などのアンモニア吸着剤を充填したアンモニ
ア除去塔ｑとアンモニアを吸着した吸着剤からアンモニ
アを脱着させるための再生剤、例えば食塩水や酸溶液な
どを準備するための再生剤槽ｒとを備えたものであるこ
とが好ましい。この際必要があれば、再生剤を再生剤槽
ｒからアンモニア除去塔ｑへ送り、或いは循環させるた
めのポンプＳなどを必要に応じて設けてもよい。

前記の第３工程で脱塩処理を受けて得られた第２濾液は
、この第４工程で更に脱アンモニア処理をうけ、清浄な
処理水となる。

〔作　用〕

本発明の廃水処理方法においては、例えば牛や豚の凍原
のような畜産廃棄物等の有機性廃水をあらかしめ径が所
定の大きさ以上の固形分とより細かい固形分を含む液状
分とに分離し、固形分は例えばコンポスト化装置などで
処理するとともに液状分のみをメタン醗酵装置に供給す
るのが適当である。

第１工程のメタン醗酵装置では、例えば醗酵槽に装入さ
れた原液が対流促進手段によって側壁に沿って上昇し、
更に加熱手段によって加熱されて上昇対流をおこして醗
酵槽内を対流循環する。その一方で、醗酵槽の上部に設
けたスカム破砕手段および併設した従反応塔を経由する
内容物の循環によって、醗酵液の均質化はさらに良好と
なる。

こうして効率的な醗酵反応が進められるが、例えば−昼
夜運転されたのちに、−日分の新たな原液が例えば醗酵
槽下部から装入され、これに見合った量の醗酵液が例え
ば醗酵槽上部から次段の醗酵槽へ移送される。

次段の醗酵槽では上記と同様にして醗酵が進められ、更
に必要に応して三段目の醗酵槽に移送される。このよう
にして得られた消化汚泥液は、必要に応じて例えば沈殿
分離や浮上分離等の処理を行ない、分離された固形分を
第１段の醗酵槽へ返送して再びメタン醗酵処理をしても
よい。しかしながら限外濾過処理に支障を生じなければ
、汚泥等の固形分を分離することなく、醗酵液をそのま
ま或いは凝集処理を加えただけで第２工程へ送って処理
することもできる。

第２工程では、限外濾過処理によって醗酵液に含まれる
固形分を濃縮して得た第１濃縮残液はメタン醗酵装置に
返送し、固形分を含まない第１濾液は第３工程へ送って
処理するが、かかる第１濾液はなお相当量の有機物質や
塩類などを含んでいる。しかし第３工程の逆浸透処理に
よって、アンモニアなどの極めて限られた低分子量物質
しか含まれていない第２濾液が得られる。

かかる第３工程で得られた塩類やアンモニア或いは有機
物質などが濃縮された第２濃縮残液は、堆肥やコンポス
トを製造するにあたって微生物の栄養物や水分を補給す
るための原材料の一部として利用することができ、また
同時に得られた第２濾液は、第４工程で脱アンモニアを
主としたイオン交換処理を受け、清浄な処理水となる。

こうして得られた処理水は極めて良好な水質を持つもの
で、水質汚濁防止法の排水水質基準はもちろんのこと、
水道法の水質基準にも充分に合格するものである。

〔実施例〕

第１工程径２．１ｍ、高さ１　’０．６　ｍの鋼板製で内面を防
食処理した円筒状の第１８酵槽ａ１に、温水を流通でき
る加熱コイルｆ、をその側壁内面に沿って設け、また上
方に向かう噴き出しノズルを周囲に備えた環状の対流促
進装置ｅ１をその底部内に取付け、更に格子状板で形成
された回転翼を備えたスカム破砕機ｇ１を上部空間内に
取付けた。

次に、この第１酩酵槽ａ、と、径１．０ｍ、高さ１０、
４　ｍの鋼板製で防食処理した第１従反応塔すとを、間
隔約１ｍを隔てて併設し、第１醗酵槽の高さ９．０ｍの
側面位置と第１従反応塔ｂ１の同高側面位置とを水平管
路Ｃ１で結合した。また第１従反応塔ｂ１の底からスラ
リーポンプｄ、を経て第１醗酵槽ａ、の底部の対流促進
装置ｅ、まで醗酵液循環ラインｈ、を設けた。そして更
に、第１醜酵槽ａ、の底部には原液供給ラインを、液面
直下位置には醗酵液抜き出しラインを、また頂部にはメ
タン抜き出しラインをそれぞれ接続して、第１段反応器
系を構成した。

一方、径が３．２ｍで高さが１４．６　ｒｒｒである他
は第１醜酵槽ａ、と同様な構造を有する第２醗酵槽ａ２
と、第１従反応塔す、と同様な構造を有する第２従反応
塔ｂ２とを、第１段反応器系と同様に水平管路ｃ２と醗
酵液循環ラインｈ２とで結合して第２段反応器系を構成
するとともに、第１醜酵槽ａ、の醗酵液抜き出しライン
を第２醗酵槽ａ２の原液供給口に接続した。

また更に、第２段反応器系と全く同じ構造の第３段反応
器系を、第２段反応器系の後ろに同じように接続した。

なお、これらの機器はすべて保温材で被覆しである。

このように構成されたメタン醗酵装置の第１段反応器系
に、豚の凍原１日量１０ト、と牛の法服１日ＩＩ）、と
洗浄廃水とを均一に混合した原料を２４メソシユの金網
で濾過して粗大固形分を分離除去した後、ＰＨを７．０
〜７．６の範囲に調整した第１表に示すような性状の処
理原液の約１日分の２０ト、を装入し、加熱コイルに約
３５°Ｃの温水を流通させながらスラリーポンプを運転
して、第１＠酵槽ａ、内の液が内部で上下対流しながら
一部が溢流して第１従反応塔ｂ１へ入り、更に第１従反
応塔す、下部から抜き出された液を第１醜酵槽ａ、の対
流促進装７１ｉ　ｅ　、の噴き出しノズルから噴出すよ
うにして、第１醗酵槽ａ、内の液が側壁に沿ＯＤＯＤＯＣ −Ｎ第　　１　　表調整処理原液分析値３９０００■／１５９５００■／１２７０００■／！６０６０■／ｌった上昇対流を起こすように循環させた。

こうして−昼夜運転したのち、これに調整処理原液の約
１日分２０ト、を供給するとともに、はぼ同量の醗酵液
を抜き出して第２段反応器系に移した。

以後、同様にして運転を継続して、４日後には第２段反
応器系が正常な運転を開始できるようになった。そこで
、第２段反応器系から抜き出された醗酵液は更に第３段
反応器系に移して同様に運転を継続し、更に４日後には
第３段反応器系も正常な運転が開始できるようになった
。

こうして第３段反応器系から抜き出された醗酵液は、運
転開始からほぼ１１日後には一定した性状を示すに至っ
た。このように定常運転に入ったときの調整処理原液供
給量は２０）、／日、メタン発生量は６００ｒｒｆ／日
であった。

この醗酵液（本発明）の分析値を、従来の円筒型槽から
なるメタン醗酵装置（稼働容量が処理原液発生量の３０
日分に相当する）から得られた醗酵液（対照）の分析値
と比較して、第２表に示した。

第２表第１工程醗酵液分析値分析項目　　　　　本発明　　　　対照ｐ　Ｈ７，４６
，４Ｂ　ＯＤ　　　　　　　１０００　　　　　３２００Ｃ
ＯＤ　　　　　　　２０００　　　　　１２００ＳＳ　
　　　　　　、　　１２０　　　　　９５０蒸発残量　
　　　　　２１７色度　　　　　　　１００＜　　　　　１００＜第２工
程基準分画分装置が２×ｌＯ“である限外濾過膜（濾過面
積２．０ｒｒｆ）を有するクロスフロー型の加圧濾過機
ｊに対し、本発明の第１工程で得た第２表に示す性状の
醗酵液３００１を収容した限外濾過処理槽ｉから、７　
ｋｇ／ｃｄの圧力で１２００１／Ｈの割合で醗酵液を連
続的に供給しながら濾過を行い、得られる濾液を逆浸透
処理槽ｎに送りながら濃縮残液を限外濾過処理槽ｉに循
環回収した。

こうして３時間の限外濾過運転を行った結果、２４０１
．の第１濾液と６０１の第１濃縮残液とを得た。この第
１濃縮残液は限外濾過運転が終了した後、全量を第１醗
酵槽ａ、に返送した。

一方、従来の円筒型槽からなるメタン醗酵装置からの醗
酵液に５％の鉄系凝集剤を加えて同様に濾過処理し、対
照の第１濾液を得た。

これらの第１濾液を分析した結果をそれぞれ第３表に示
した。

第　　３　　表ｐ　Ｈ７，７Ｂ　ＯＤ　　　　　　　　　　　２９０ＣＯＤ　　　　
　　　　　　　６１０ＳＳ　　　　　　　　　　　　　　５＜アンモニア性Ｎ第３工程塩除去率が９８％であり、透水率が４０１／ｒｒｒＨで
ある逆浸透膜（濾過面積１４ボ）を有するクロスフロー
型の逆浸透濾過機０に対し、第２工程で得た第３表に示
す性状の本発明による第１濾液２４０！を収容した逆浸
透処理槽ｎから２５ｋｇ／Ｃａｌの圧力で１．１００ｆ
ｆｉ／Ｈの割合で第１濾液を連続的に供給しながら逆浸
透濾過を行い、得られる濾液を受液槽ｔに送りながら濃
縮残液を逆浸透処理槽ｎに循環回収した。こうして４５
分間の逆浸透濾過運転を行った結果、２２７！の第２濾
液と１３１の第２濃縮残液とを得た。濃縮倍率は約１８
倍であった。

この第２濃縮残液は別途に設置されたコンポスト製造装
置に送り、製造中のコンポストの上に噴霧して醗酵熱に
より気化させ、醗酵温度維持のために利用した。

また、同様な方法で第３表の対照のａムこ示した第１濾
液を逆浸透濾過処理したところ、１６３１の第２濾液と
７７１の第２濃縮残液とを得た。濃縮倍率は約３倍に止
まり、それ以上の濾過運転は不可能であった。

これらの第２濾液についての分析値をそれぞれ第４表に
示した。

第４表ｐ　Ｈ７，８９，３８ＯＤ　　　　　　　　　　　　２．１　　　　　　１
２０ＣＯＤ　　　　　　　　　　　　８．５　　　　　
　　８３ｓｓ　　　　　　　　　　　　　ｏ　　　　　
　　　　　。

アンモニア性Ｎ　　　３１０　　　　　２６０第４工程モルデナイトとクリノプチロライトの混合体からなる粒
径１．８〜３．１閣のゼオライト系材料（日本ドレイフ
タラン■、ＤＲＡＫＥＩＪＴＥ　）を０．５　ｋｇ充填
したアンモニア除去塔ｑに対し、第３工程で得た第４表
に示す性状の第２濾液をポンプＵを用いてそれぞれ受液
槽りから３００１！、／Ｈの割合で供給しながらイオン
交換を行い、脱アンモニア処理を実施して処理水を得た
。

この処理水の分析値を、前記の第４表に示した本発明の
第２濾液を用いたときと対照の第２濾液を用いたときと
をそれぞれ比較して、第５表に示した。

第５表第４工程処理水分析値ＨＯＤＯＤＳアンモニア性Ｎこれらの結果を見ると、本発明の廃水処理方法により極
めて水質の良好な処理水が得られることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明の廃水処理方法は、従来のメタン醗酵を利用した
廃水処理方法に比較して効率が高く、極めて水質の良好
な処理水が得られるうえに、濃縮された塩分や有機質分
などは肥料等として容易に処理でき、廃棄物等を完全に
無害で価値ある製品に転化できる特長があり、経済的で
あるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の廃水処理方法を実施する装置の構成を
示すフローシートである。ａ・・・醗酵槽、ｂ・・・従反応塔、Ｃ・・・連絡管、
ｄ・・・内容物循環手段、ｅ・・・対流促進装置、ｆ・
・・加熱手段、ｇ・・・スカム破砕手段、ｈ・・・醗酵
液循環ライン、ｉ・・・限外濾過処理槽、ｊ・・・限外
濾過機、ｋ・・・加圧ポンプ、■・・・凝集剤槽、ｍ・
・・返送ライン、ｎ・・・逆浸透処理槽、０・・・逆浸
透濾過機、ｐ・・・加圧ポンプ、ｑ・・・アンモニア除
去塔、ｒ・・・再生剤槽、Ｓ・・・ポンプ、ｔ・・・受
液槽、Ｕ・・・ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）断面積の平方根の３倍以上の高さを有する縦型筒
状容器からなる醗酵槽であってその側壁部に加熱手段を
設けるとともにその底部に内容物を側壁に沿って上方に
送出することができる対流促進手段を設けたメタン醗酵
装置を用いて、有機性廃水を醗酵処理してメタンを回収
するとともに醗酵液を得る第１工程と、該醗酵液を限外
濾過装置により処理して固形分を除去した第１濾液を得
る第２工程と、該第１濾液を逆浸透装置により処理して
脱塩した第２濾液を得る第３工程と、該第２濾液をイオ
ン交換装置により処理して脱アンモニアした清浄な処理
水を得る第４工程とからなることを特徴とする廃水処理
方法。
（２）第２工程の限外濾過装置から得た第１濃縮残液を
メタン醗酵装置へ返送して醗酵処理する請求項（１）記
載の廃水処理方法。
（３）第３工程の逆浸透装置から得た第２濃縮残液を固
形肥料製造用原料の一部として用いる請求項（１）また
は請求項（２）記載の廃水処理方法。