JPH06154785A - 高温嫌気性処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温領域における上向流スラッジブランケッ
ト法で有機性排液を嫌気性処理する際、高密度で沈降性
が大きく、高活性のグラニュール汚泥を安定して増殖さ
せ、これにより高負荷で効率よく高温嫌気性処理を行
う。 【構成】 有機性排液を酸生成槽２において酸生成菌と
嫌気性下に接触させて酸生成させ、分割注入路７から有
機性排液の一部を分割注入して、酸生成排液の糖／ＣＯ
Ｄ_Cr（重量比）を０．１〜０．５に調整し、これをメタ
ン生成槽３に上向流通液してグラニュール汚泥のスラッ
ジブランケットを形成し、５０〜６５℃で高温嫌気性処
理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機性排液を高温領域
でＵＡＳＢ（上向流スラッジブランケット）法により嫌
気性処理する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機性排液の嫌気性処理方法として、古
くから実施されている嫌気性消化法と、この嫌気性消化
法の処理効率を改善するための高負荷嫌気性処理法とが
ある。このうち嫌気性消化法は、有機性排液を固形物を
含む状態で消化槽に導入し、嫌気性状態に保って有機物
を分解する方法であり、有機性固形物の消化速度が遅い
ため、１５〜３０日間の長い滞留時間を必要とする。

【０００３】これに対して高負荷嫌気性処理法は、消化
速度の遅い有機性固形物を予め除去し、溶解性有機物を
主として含む排液を嫌気性細菌と接触させて、高負荷か
つ高速度で有機物を分解する方法である。この高負荷嫌
気性処理法は、嫌気性細菌の自己固定化現象を利用し
て、嫌気性細菌特にメタン生成菌を高濃度に固定化し、
これに溶解性有機物を接触させて分解する方法であり、
ＵＡＳＢ法、流動床法、固定床法などがある。

【０００４】このうちＵＡＳＢ法は、嫌気性細菌特にメ
タン生成菌を固定化して高密度で、かつ沈降性が極めて
高い粒状のグラニュール汚泥を形成し、これをスラッジ
ブランケットとして反応槽内に維持する方法であり、固
定床や流動床と比較して、保持汚泥濃度が高いこと、汚
泥と排水の接触が良好なこと、閉塞の心配がないことな
どから、近年では排水の嫌気性処理法の主流となってい
る。

【０００５】この方法では、固形分を除去して溶解性有
機物を主として含む排液を酸生成菌と接触させて有機酸
発酵を行い、排液中の有機物のほとんどを有機酸等の酸
に変換したのち、メタン生成菌を高濃度で含む粒状汚泥
からなるスラッジブランケット中を上向流で通液して接
触させることによりメタン発酵を行い、有機酸をメタン
と二酸化炭素に分解する。

【０００６】ところが従来のＵＡＳＢ法では、嫌気性細
菌特にメタン生成菌として、３５℃付近に増殖の最適温
度が位置する中温菌を利用したものだけが実用化されて
おり、５０〜６５℃に最適温度域を有する高温菌の利用
はまだ行われていない。高温菌は中温菌と比較して３倍
程度の活性を有しているため、グラニュール汚泥が生成
して、中温ＵＡＳＢ法と同程度の汚泥濃度が保持できれ
ば、中温ＵＡＳＢ法の３倍の有機物負荷に耐えうる処理
方法となりうる画期的な技術である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高温菌
は中温領域と比較して、かなり環境の変化に対して敏感
であることから、高温域でのグラニュール汚泥の生成お
よび維持は、中温ＵＡＳＢ法と比較して極めて困難であ
る。特に高温領域では、基質によるグラニュール汚泥の
生成・増殖の差異が著しく、場合によってはグラニュー
ル汚泥が生成されなかったり、生成に長期間を要するこ
とがある。また、他の装置で生成したグラニュール汚泥
を移送して運転を開始したとしても、場合によっては汚
泥が増殖せず、反対に流出して汚泥量が減少してしま
い、高負荷運転が不能となる場合もある。

【０００８】本発明の目的は、上記のような問題点を解
決し、ＵＡＳＢ法により高温領域でメタン生成を行う
際、高活性で沈降性のグラニュール汚泥を安定して増殖
させることができ、これにより高負荷で効率よく有機物
を分解できる高温嫌気性処理方法および装置を提案する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は次の高温嫌気性
処理方法および装置である。 （１）有機性排液を嫌気性下に酸生成菌と接触させて酸
を生成する酸生成工程と、高温メタン生成菌を含むグラ
ニュール汚泥からなるスラッジブランケットに、酸生成
排液を嫌気性下に上向流で通液して接触させ、メタンを
生成させるメタン生成工程とを含む嫌気性処理方法にお
いて、メタン生成工程に導入する酸生成排液中の糖／Ｃ
ＯＤ_Cr（重量比）を０．１〜０．５に調整し、かつ５０
〜６５℃でメタン生成を行うことを特徴とする高温嫌気
性処理方法。 （２）有機性排液を導入し嫌気性下に酸生成菌と接触さ
せて酸を生成させる酸生成槽と、高温メタン生成菌を含
むグラニュール汚泥からなるスラッジブランケットを形
成し、酸生成排液を嫌気性下に上向流で通液し、５０〜
６５℃で接触させてメタンを生成させるメタン生成槽
と、有機性排液の供給源から有機性排液の一部を、酸生
成させることなく直接メタン生成槽に分割注入する分割
注入路とを有することを特徴とする高温嫌気性処理装
置。

【００１０】本発明において処理対象となる有機性排液
は、溶解性有機物を主として含む有機性排液であり、少
量の固形有機物を含んでいてもよい。このような有機性
排液としては、食品系産業排液、し尿、下水、その他の
排液があげられる。このうち固形有機物を多量に含む排
液は、予め固形物の大部分を除去して本発明の処理に供
する。

【００１１】本発明では、このような溶解性有機物を主
として含む有機性排液を、嫌気性下に酸生成菌と接触さ
せて酸生成したのち、高温メタン生成菌を含むグラニュ
ール汚泥からなるスラッジブランケットに上向流で通液
して接触させ、高温下にメタン発酵を行って、酸をメタ
ンおよび二酸化炭素に分解する。

【００１２】高温ＵＡＳＢに、有機酸を主成分とする排
水を通液すると、汚泥の増殖量は非常に少なく、高負荷
条件では流出する汚泥と増殖量がバランスしてしまい、
見かけ上汚泥が増殖しない場合も生ずる。これに対して
糖を主成分とする排水を通液すると、グラニュール汚泥
は生成するが、グラニュール汚泥は密度が低くバルキー
である。また汚泥のメタン菌の生息密度が低いため、汚
泥の活性が低く、汚泥量活性で評価すると、１０ｋｇＣ
ＯＤ_Cr／ｍ³／ｄａｙと中温ＵＡＳＢと同等の負荷しか
とることができない。

【００１３】そこで本発明の高温嫌気性処理方法では、
有機性排液の酸生成工程において、糖類その他の有機物
を分解して、有機酸、酢酸等の酸を生成させ、この酸生
成排液を５０〜６５℃の高温ＵＡＳＢに供給する際、糖
／ＣＯＤ_Cr（重量比）を０．１〜０．５、好ましくは
０．２〜０．４に調整することにより、高活性でかつ増
殖可能なグラニュール汚泥を生成させる。酸生成排液中
の糖濃度は、フェノール−硫酸法、アンスロン法などに
より、グルコース等を標準試料として定量することがで
きる。

【００１４】一般に酸生成の速度はｐＨ、温度、滞留時
間（ＨＲＴ）などの要因によって決定されるが、通常、
設計上重要な要素はＨＲＴであり、ＨＲＴが長いほど糖
の分解率は高く、逆に短ければ分解率は低い。この場
合、通常の排水処理の設計の根底にある「余裕」という
考え方は逆にマイナスであり、余裕をとりすぎ、または
排液量が設計値よりも少ないと、残留する糖成分が少な
くなりすぎて、グラニュール汚泥の増殖ができなくな
る。

【００１５】酸生成工程におけるｐＨは５〜８、好まし
くは５．５〜７、温度は５０〜６５℃、好ましくは５５
〜６０℃、ＨＲＴは４〜２４時間、好ましくは６〜１２
時間が適当である。酸生成工程をこのような条件に維持
することにより、酸生成排液の糖／ＣＯＤ _Cr（重量比）
を前記範囲に調整することは可能である。

【００１６】しかし、高温条件では糖から有機酸を生成
する反応は比較的制御しにくく、どちらかというと有機
酸生成反応が行き過ぎて、糖成分が完全に消失する場合
が多い。こうなるとグラニュール汚泥が増殖せず、安定
した処理を行うことができなくなる。従って有機性排液
の供給源から、有機性排液の一部を分割してバイパスさ
せ、酸生成排液と混合して、酸生成排液中の糖／ＣＯＤ
_Cr（重量比）を前記範囲に調整するのが好ましい。

【００１７】メタン生成工程においては、糖／ＣＯＤ_Cr
を前記範囲に調整して、グラニュール汚泥中を上向流で
通液してスラッジブランケットを形成し、嫌気性下５０
〜６５℃、好ましくは５５〜６０℃で接触させることに
より、高密度で沈降性に優れ、かつ高温メタン生成菌が
多量に含まれ、高活性でメタン発酵を行うことができる
グラニュール汚泥を増殖させることが可能となる。

【００１８】高温ＵＡＳＢにおいて生成するグラニュー
ル汚泥は中温のそれと同様に、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｒｉ
ｘ属のメタン生成細菌がその骨格を形成するが、菌同士
の接合または絡み合いの強度が中温ＵＡＳＢのグラニュ
ール汚泥と比較して弱い。このため有機酸生成菌が産出
する粘質物（バイオポリマー）が十分存在し、バインダ
ーとして機能する状況下でないと、増殖した菌のほとん
どがグラニュール汚泥の増殖に寄与せずに流出する。す
なわち、中温ＵＡＳＢでは有機酸基質でも十分グラニュ
ール汚泥は増殖するが、高温環境でのグラニュレーショ
ンにおける有機酸生成菌の役割は、中温条件とは比較に
ならないぐらい重要である。

【００１９】本発明では、メタン生成工程における高温
ＵＡＳＢに供給する酸生成排液中に糖類を存在させるこ
とにより、グラニュール汚泥中に高温メタン生成菌とと
もに酸生成菌を生育させ、その酸生成菌が産出する粘質
物の粘着性により、増殖する菌をグラニュール汚泥中に
保持し、グラニュール汚泥の増殖を可能にする。そして
糖類の量を一定量に制限することにより、酸生成菌の割
合を必要最低限に抑え、これにより高温メタン生成菌の
量を多くして、高活性に維持する。

【００２０】ここで過度の糖質の流入は、グラニュール
汚泥の膨化、メタン生成活性の低下などマイナスの作用
を及ぼすので、糖成分の上限値は越ないように注意する
必要がある。メタン生成工程における上向流速は０．５
〜２ｍ／ｈｒ、好ましくは１〜１．５ｍ／ｈｒ、滞留時
間は４〜４８時間、好ましくは６〜２４時間、ＣＯＤ_Cr
の槽容積負荷は２０〜５０ｋｇＣＯＤ_Cr／ｍ³・日が適
当である。

【００２１】

【作用】本発明の高温嫌気性処理装置においては、処理
すべき有機性排液の一部を酸生成槽に導入して、嫌気性
下に酸生成菌と接触させ、有機酸等の酸を生成させる。
そして有機性排液供給源から分注される有機性排液を酸
生成排液と混合して、酸生成排液中の糖／ＣＯＤ_Crを調
整する。これをメタン生成槽に導入して、上向流でスラ
ッジブランケット中を通液し、嫌気性下に５０〜６５℃
で接触させ、メタンを生成させる。

【００２２】メタン生成槽では、酸生成排液中の有機酸
はグラニュール汚泥中の高温メタン生成菌の作用により
メタンと二酸化炭素に分解される。酸生成排液中には糖
類が存在するため、これを基質とする酸生成菌がグラニ
ュール汚泥中に増殖して、その酸生成菌の産出する粘質
物により、増殖する菌がグラニュール汚泥中に保持さ
れ、高密度で沈降性の優れたグラニュール汚泥が増殖す
る。

【００２３】ここでは糖類は酸生成菌により酸に転換さ
れ、生成する酸はメタン生成菌によりメタンと二酸化炭
素に分解される。グラニュール汚泥中には、高活性の高
温メタン生成菌が多量に生育するため、メタン生成活性
は高く、効率のよい嫌気性処理が行われる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は実施例の高温嫌気性処理装置を示す流れ図である。
図において、１は排液貯槽、２は酸生成槽、３はメタン
生成槽である。

【００２５】排液貯槽１は排液導入路４から有機性排液
を導入して貯留し、移送路５から酸生成槽２に供給する
ように構成されている。酸生成槽２は内部に酸生成菌を
増殖させ、導入した有機性排液と嫌気性下に接触させて
酸発酵を行い酸生成排液を移送路６からメタン生成槽３
に移送するように構成されている。

【００２６】７は分割注入路であって、バルブ８を有
し、排液貯槽１の排液の一部をバイパスさせて、メタン
生成槽３に分割注入するようになっている。メタン生成
槽３は、内部にグラニュール汚泥を収容し、移送路６か
らの酸生成排液および分割注入路７からの有機性排液を
混合した状態で上向流で通液してスラッジブランケット
を形成し、嫌気性下に接触させてメタン発酵を行い、生
成するメタン、二酸化炭素等の消化ガスをガス排出路９
から排出し、嫌気性処理液を処理液排出路１０から排出
するように構成されている。

【００２７】上記構成の高温嫌気性処理装置による高温
嫌気性処理方法は、まず排液導入路４から有機性排液を
排液貯槽１に導入して貯留し、負荷および流量変動を調
整する。排液貯槽１では温度制御、ｐＨ制御等は行う必
要はない。

【００２８】排液貯槽１内の排液を移送路５から酸生成
槽２に移送して、酸生成菌と嫌気性下に接触させて、有
機酸等の酸を生成させ、酸生成排液を移送路６からメタ
ン生成槽３に移送する。酸生成槽２内に存在させる酸生
成菌は、有機性排液を嫌気性状態に維持することによ
り、自然発生させることができる。

【００２９】酸生成槽２における負荷および処理条件が
一定している場合には、滞留時間を短くして、酸生成が
完全に進行しない状態で酸生成排液を移送することによ
り、酸生成排液中の糖／ＣＯＤ_Cr（重量比）を調整する
ことができる場合があり、このときは分割注入路７から
有機性排液の分割注入は不要である。

【００３０】酸生成槽２における酸生成が完全に近く進
行する場合には、バルブ８を開いて排液貯槽１の有機性
排液を分割注入路７からメタン生成槽３に分割注入し、
メタン生成槽３に導入する酸生成排液中の糖／ＣＯＤ_Cr
（重量比）を０．１〜０．５に調整する。分割注入路７
から導入する有機性排液と酸生成排液の混合は、移送路
６、メタン生成槽３、その他の場所のいずれにおいて行
ってもよい。

【００３１】糖／ＣＯＤ_Cr（重量比）を調整し、メタン
生成槽３に導入した酸生成排液は、グラニュール汚泥中
を上向流で通液することによりスラッジブランケットを
形成し、５０〜６５℃で嫌気性下に接触させることによ
り、有機酸をメタンと二酸化炭素に高活性で分解する。
糖類は酸に転換されたのち、同様にメタンと二酸化炭素
に分解する。生成する消化ガスはガス排出路９から排出
し、処理液は処理液排出路１０から排出する。

【００３２】メタン生成槽３では、上記条件で処理を行
うことにより、高密度で沈降性に優れ、かつ高活性で増
殖可能なグラニュール汚泥を、自然発生的に生成させる
ことができるが、最初は中温ＵＡＳＢにより生成させて
もよく、また他の処理施設から移送したものを用いても
よい。

【００３３】上記により生成するグラニュール汚泥は高
密度で沈降性が大きいため、酸生成排液を高流速で上向
流通液しても、スラッジブランケットを均一に形成する
ことができ、高負荷により、短い滞留時間での処理を可
能にする。また高活性の高温メタン生成菌を保持するた
め、高活性で効率のよい処理が可能になる。そして酸生
成菌の産出する粘質物により、生成する菌が保持され、
グラニュール汚泥の増殖を可能にする。

【００３４】実施例１ 直径１０ｃｍ、高さ約１ｍ、容量約９ literのガラス製
小型ＵＡＳＢリアクターを用いて、糖／ＣＯＤ_Cr（重量
比）のグラニュール汚泥の増殖に与える影響を調べた。
基質は酢酸３，０００ｍｇ／ｌ、プロピオン酸３，００
０ｍｇ／ｌ、乳酸３，０００ｍｇ／ｌ、酵母エキス５０
０ｍｇ／ｌで、これにＮＨ₄ＣｌおよびＫＨ₂ＰＯ₄を添
加してＣＯＤ_Cr：Ｎ：Ｐ＝１０００：１０：２に調整し
た。またこの他にシュークロース１０，０００ｍｇ／
ｌ、酵母エキス５００ｍｇ／ｌ、およびＮ、Ｐからなる
糖基質を添加して、糖／ＣＯＤ_Cr（重量比）を０、０．
１、０．２、０．４、０．５、０．６に調整した６試料
をグラニュール汚泥に上向流通液し、温度５５℃、ＣＯ
Ｄ_Cr負荷３０ｋｇ／ｍ³／ｄａｙで３０日間連続運転を
行った。種グラニュール汚泥は、別の高濃度ビール製造
排水を用いて生成した高温グラニュール汚泥を２ liter
（８４ｇＶＳＳ）使用し、温度５５℃の条件で運転し
た。１カ月後の槽内の汚泥総量および汚泥の酢酸資化性
メタン生成活性を評価し、表１に示す結果を得た。

【００３５】

【表１】

【００３６】糖／ＣＯＤ_Cr＝０の系では実験終了時に汚
泥量は開始時と比較して減少したが、糖／ＣＯＤ_Crの値
が大きくなる系ほど、グラニュール汚泥の増加が著しか
った。しかし、糖／ＣＯＤ_Crが大きくなりすぎると、グ
ラニュール汚泥中の酸生成菌の割合が増加するため、メ
タン生成活性は逆に低下する。活性×汚泥濃度の指標か
ら、糖／ＣＯＤ_Crは０．１〜０．５、特に０．２〜０．
４が良いことがわかる。

【００３７】実施例２ 高濃度ビール仕込系排液（ＣＯＤ_Cr：２０，０００ｍｇ
／ｌ、成分は麦芽糖）を酸生成槽（１ｍ³）、高温ＵＡ
ＳＢメタン生成槽（１．４ｍ³）のパイロットプラント
にて５５℃で高温嫌気性処理した。グラニュール汚泥は
中温グラニュール汚泥を種汚泥として徐々に高温条件に
順化させて、高温グラニュール汚泥とした。運転開始後
約４カ月は、酸生成槽を経由させてＵＡＳＢに排液を供
給したが（酸生成後の残留糖はほとんどゼロ）、汚泥量
は増加しなかった。そこで運転開始後１２０日を経過し
た時点で排液の一部をバイパスしてＵＡＳＢメタン生成
槽に供給し、酸生成排液の糖／ＣＯＤ_Cr（重量比）を
０．２〜０．３に調整した。その結果、グラニュール汚
泥量は１カ月で約１．５倍に増加した。結果を図２に示
す。

【００３８】

【発明の効果】本発明の高温嫌気性処理方法によれば、
メタン生成工程に導入する酸生成排液の糖／ＣＯＤ_Crを
調整したため、高密度で沈降性が大きく、かつ活性が高
い高温メタン生成菌を含む高活性のグラニュール汚泥を
安定して増殖させることができ、これにより高負荷で効
率よく嫌気性処理を行うことができる。

【００３９】本発明の高温嫌気性処理装置によれば、有
機性排液の一部を分割注入することにより、酸生成排液
の糖／ＣＯＤ_Crを調整できるようにしたので、酸生成排
液の糖／ＣＯＤ_Crを容易かつ正確に調整することがで
き、これにより、グラニュール汚泥中の酸生成菌を安定
して生育させ、グラニュール汚泥を安定して増殖させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の嫌気性処理装置の流れ図である。

【図２】実施例２の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 排液貯槽 ２ 酸生成槽 ３ メタン生成槽 ４ 排液導入路 ５、６ 移送路 ７ 分割注入路 ８ バルブ ９ ガス排出路 １０ 処理液排出路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性排液を嫌気性下に酸生成菌と接触
   させて酸を生成する酸生成工程と、 高温メタン生成菌を含むグラニュール汚泥からなるスラ
   ッジブランケットに、酸生成排液を嫌気性下に上向流で
   通液して接触させ、メタンを生成させるメタン生成工程
   とを含む嫌気性処理方法において、 メタン生成工程に導入する酸生成排液中の糖／ＣＯＤ_Cr
   （重量比）を０．１〜０．５に調整し、かつ５０〜６５
   ℃でメタン生成を行うことを特徴とする高温嫌気性処理
   方法。
2. 【請求項２】 有機性排液を導入し嫌気性下に酸生成菌
   と接触させて酸を生成させる酸生成槽と、 高温メタン生成菌を含むグラニュール汚泥からなるスラ
   ッジブランケットを形成し、酸生成排液を嫌気性下に上
   向流で通液し、５０〜６５℃で接触させてメタンを生成
   させるメタン生成槽と、 有機性排液の供給源から有機性排液の一部を、酸生成さ
   せることなく直接メタン生成槽に分割注入する分割注入
   路とを有することを特徴とする高温嫌気性処理装置。