JPH10277583A - メタン発酵制御方法 - Google Patents
メタン発酵制御方法Info
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- JPH10277583A JPH10277583A JP8614597A JP8614597A JPH10277583A JP H10277583 A JPH10277583 A JP H10277583A JP 8614597 A JP8614597 A JP 8614597A JP 8614597 A JP8614597 A JP 8614597A JP H10277583 A JPH10277583 A JP H10277583A
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- methane
- specific
- hrt
- measuring means
- sludge
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 廃棄物を利用したメタン発酵タンク内での異
常発酵（システムフェイリュアー）が起こる兆候を早い
時期に察知して、適切な対策をとることができるメタン
発酵制御方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 メタン発酵タンク１にメタン生成速度測
定手段２、濃縮生汚泥投入量測定手段３、濃縮生汚泥の
ＶＳ（強熱減量）及びＣＯＤ（化学的酸素要求量）測定
手段４、消化汚泥引抜量測定手段５及び消化汚泥ＶＳＳ
（粗浮遊物質）測定手段６を設置して、各測定手段から
入力される測定データに基づいて演算制御手段７により
比メタン生成活性と有機物容積負荷を演算し、この有機
物容積負荷をＣＯＤ容積負荷に換算して比メタン転化率
を求め、この比メタン転化率が目標とする数値範囲内に
あるように制御するようにしたメタン発酵制御方法を提
供する。
常発酵（システムフェイリュアー）が起こる兆候を早い
時期に察知して、適切な対策をとることができるメタン
発酵制御方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 メタン発酵タンク１にメタン生成速度測
定手段２、濃縮生汚泥投入量測定手段３、濃縮生汚泥の
ＶＳ（強熱減量）及びＣＯＤ（化学的酸素要求量）測定
手段４、消化汚泥引抜量測定手段５及び消化汚泥ＶＳＳ
（粗浮遊物質）測定手段６を設置して、各測定手段から
入力される測定データに基づいて演算制御手段７により
比メタン生成活性と有機物容積負荷を演算し、この有機
物容積負荷をＣＯＤ容積負荷に換算して比メタン転化率
を求め、この比メタン転化率が目標とする数値範囲内に
あるように制御するようにしたメタン発酵制御方法を提
供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は有機性の廃水とか廃
棄物のメタン発酵制御方法に関し、特にはメタン発生速
度、硝化汚泥の粗浮遊物質（ＶＳＳ）濃度、基質有機物
濃度及び投入量を測定して、これらをもとにして比メタ
ン生成活性と比メタン生成活性／ＣＯＤ負荷（以下比メ
タン転化率と称する）を算出して、これが実験的に得ら
れた特定の数値の範囲に入るように水理学的滞留時間
（ＨＲＴ）の制御を行うようにしたメタン発酵制御方法
に関するものである。
棄物のメタン発酵制御方法に関し、特にはメタン発生速
度、硝化汚泥の粗浮遊物質（ＶＳＳ）濃度、基質有機物
濃度及び投入量を測定して、これらをもとにして比メタ
ン生成活性と比メタン生成活性／ＣＯＤ負荷（以下比メ
タン転化率と称する）を算出して、これが実験的に得ら
れた特定の数値の範囲に入るように水理学的滞留時間
（ＨＲＴ）の制御を行うようにしたメタン発酵制御方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】有機性の廃水及び廃棄物を嫌気性処理に
よってメタン発酵を行う場合の制御項目として、温度、
撹拌状態、ｐＨ，ＨＲＴ（水理学的滞留時間），有機物
容積負荷等がある。通常温度と撹拌状態は一定の条件に
設定する。ｐＨは異常が発生した場合に酸やアルカリを
添加することがあるが、通常ｐＨ制御は実施しないのが
普通である。
よってメタン発酵を行う場合の制御項目として、温度、
撹拌状態、ｐＨ，ＨＲＴ（水理学的滞留時間），有機物
容積負荷等がある。通常温度と撹拌状態は一定の条件に
設定する。ｐＨは異常が発生した場合に酸やアルカリを
添加することがあるが、通常ｐＨ制御は実施しないのが
普通である。
【０００３】メタン発酵の制御において、ＨＲＴ制御は
最も容易であるため、一般的に採用されている。有機物
容積負荷は基質の有機物濃度とか生分解性によって決定
されるので、有機物容積負荷を制御するためには、基質
の性状、例えば有機物組成や有機物濃度に対応してＨＲ
Ｔを制御することになる。従ってメタン発酵の制御とい
えば、実質的にはＨＲＴ制御を指しているのが実状であ
り、基質の性状に応じてＨＲＴをある一定の範囲内に調
整する制御方法が行われている。下水汚泥を基質とする
場合には、通常行われている中温発酵の条件下ではＨＲ
Ｔを２０日〜３０日の範囲に調整する。
最も容易であるため、一般的に採用されている。有機物
容積負荷は基質の有機物濃度とか生分解性によって決定
されるので、有機物容積負荷を制御するためには、基質
の性状、例えば有機物組成や有機物濃度に対応してＨＲ
Ｔを制御することになる。従ってメタン発酵の制御とい
えば、実質的にはＨＲＴ制御を指しているのが実状であ
り、基質の性状に応じてＨＲＴをある一定の範囲内に調
整する制御方法が行われている。下水汚泥を基質とする
場合には、通常行われている中温発酵の条件下ではＨＲ
Ｔを２０日〜３０日の範囲に調整する。
【０００４】ここでメタン発酵について簡単に説明する
と、メタン生成に直接関わるメタン生成菌は、酢酸又は
水素と二酸化炭素を基質にしており、これ以外の基質は
加水分解と有機性生成を経て酢酸，水素，二酸化炭素等
を生成してからメタン化される。ある種のメタン生成菌
はメタノールを直接資化してメタンを生成することが知
られている。
と、メタン生成に直接関わるメタン生成菌は、酢酸又は
水素と二酸化炭素を基質にしており、これ以外の基質は
加水分解と有機性生成を経て酢酸，水素，二酸化炭素等
を生成してからメタン化される。ある種のメタン生成菌
はメタノールを直接資化してメタンを生成することが知
られている。
【０００５】本出願人は先に特願平６−３２４１５９号
により、有機性廃棄物及び廃水を嫌気性処理する際に、
反応槽への原水投入量の指標として、有機物・酢酸資化
性メタン細菌負荷という制御因子を求めて、この制御因
子が適正範囲にあるように原水の流量を調節するように
した嫌気性処理の制御方法を提案した。更に特願平７−
２６６５５５号により、基本培地に汚泥消化槽から採取
した汚泥と種汚泥としての消化汚泥を加え、これに基質
としてエタノールを添加し、更に重炭酸ナトリウムを添
加しｐＨを調整してから適宜の温度条件下でメタンを発
生させるようにしたエタノールを基質としたメタン発酵
方法を提案した。
により、有機性廃棄物及び廃水を嫌気性処理する際に、
反応槽への原水投入量の指標として、有機物・酢酸資化
性メタン細菌負荷という制御因子を求めて、この制御因
子が適正範囲にあるように原水の流量を調節するように
した嫌気性処理の制御方法を提案した。更に特願平７−
２６６５５５号により、基本培地に汚泥消化槽から採取
した汚泥と種汚泥としての消化汚泥を加え、これに基質
としてエタノールを添加し、更に重炭酸ナトリウムを添
加しｐＨを調整してから適宜の温度条件下でメタンを発
生させるようにしたエタノールを基質としたメタン発酵
方法を提案した。
【０００６】これを簡単に説明すると、一般に嫌気性処
理の諸方式における基質投入量の制御は、ＨＲＴ（水理
学的滞留時間）と有機物容積負荷によって行われる。但
し固形物含量が低い場合には、有機物容積負荷の代わり
にＴＯＣ（総有機炭素量），ＣＯＤ（化学的酸素要求
量），ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）等の容積負荷が
用いられる。
理の諸方式における基質投入量の制御は、ＨＲＴ（水理
学的滞留時間）と有機物容積負荷によって行われる。但
し固形物含量が低い場合には、有機物容積負荷の代わり
にＴＯＣ（総有機炭素量），ＣＯＤ（化学的酸素要求
量），ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）等の容積負荷が
用いられる。
【０００７】上記の特願平６−３２４１５９号によれ
ば、反応槽に付設された酢酸資化性メタン細菌濃度測定
手段の測定値に基づいて、式を用いて有機物・酢酸資化
性メタン細菌負荷が計算され、この結果から反応槽に対
する原水流量の最適な制御が実施される。特に上記有機
物・酢酸資化性メタン細菌負荷が適正な範囲に入らない
場合には、適正な範囲に入るような原水の流量を計算に
より求めて、原水ポンプの流量を調節する制御が実施可
能となる。
ば、反応槽に付設された酢酸資化性メタン細菌濃度測定
手段の測定値に基づいて、式を用いて有機物・酢酸資化
性メタン細菌負荷が計算され、この結果から反応槽に対
する原水流量の最適な制御が実施される。特に上記有機
物・酢酸資化性メタン細菌負荷が適正な範囲に入らない
場合には、適正な範囲に入るような原水の流量を計算に
より求めて、原水ポンプの流量を調節する制御が実施可
能となる。
【０００８】又、特願平７−２６６５５５号によれば、
基質としてエタノールを添加し、更に重炭酸ナトリウム
ＮａＨＣＯ3を添加してｐＨを調整することにより、エ
タノールを基質としたメタン発酵において低ｐＨ条件で
も正常なメタン発酵を進行させることが可能となり、重
炭酸ナトリウムを添加することによって水素と炭酸ガス
からのメタン生成が促進されるとともに、エタノールか
らのＶＦＡ生成を促進する作用が得られる。
基質としてエタノールを添加し、更に重炭酸ナトリウム
ＮａＨＣＯ3を添加してｐＨを調整することにより、エ
タノールを基質としたメタン発酵において低ｐＨ条件で
も正常なメタン発酵を進行させることが可能となり、重
炭酸ナトリウムを添加することによって水素と炭酸ガス
からのメタン生成が促進されるとともに、エタノールか
らのＶＦＡ生成を促進する作用が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このようなメタン発酵
の処理においては、処理すべき基質の量とか性状の変化
があり、処理設備の容積に余裕がない場合にはＨＲＴを
一定にした制御では処理が間に合わず、ＨＲＴを短縮す
る必要が生じるケースがある。発酵温度の上昇によって
ＨＲＴを短縮することが可能であるが、発酵温度の変化
とか有機物過負荷がきっかけとなって、加水分解、酸生
成、メタン生成の速度が不均衡となり、システムフェイ
リュアー（異常発酵）が起こり易くなる。
の処理においては、処理すべき基質の量とか性状の変化
があり、処理設備の容積に余裕がない場合にはＨＲＴを
一定にした制御では処理が間に合わず、ＨＲＴを短縮す
る必要が生じるケースがある。発酵温度の上昇によって
ＨＲＴを短縮することが可能であるが、発酵温度の変化
とか有機物過負荷がきっかけとなって、加水分解、酸生
成、メタン生成の速度が不均衡となり、システムフェイ
リュアー（異常発酵）が起こり易くなる。
【００１０】このシステムフェイリュアーが起きると、
回復するまでに長時間を要する上、メタン発酵処理設備
の処理能力が低下して対応に苦慮するという不都合が生
じる。従ってＨＲＴを短縮する必要性が生じた場合で
も、発酵温度はなるべく変化させずにシステムフェイリ
ュアーを起こさない程度にＨＲＴを制御する方法があれ
ば、メタン発酵制御方法として用いて有効であるものと
考えられる。
回復するまでに長時間を要する上、メタン発酵処理設備
の処理能力が低下して対応に苦慮するという不都合が生
じる。従ってＨＲＴを短縮する必要性が生じた場合で
も、発酵温度はなるべく変化させずにシステムフェイリ
ュアーを起こさない程度にＨＲＴを制御する方法があれ
ば、メタン発酵制御方法として用いて有効であるものと
考えられる。
【００１１】下水濃縮生汚泥のＨＲＴ制御を図８に示す
室内での嫌気性消化実験として行った。実験は遠心濃縮
及び重力濃縮生汚泥を基質として、フィルアンドドロー
方式によりＨＲＴを次第に短縮して実施した。
室内での嫌気性消化実験として行った。実験は遠心濃縮
及び重力濃縮生汚泥を基質として、フィルアンドドロー
方式によりＨＲＴを次第に短縮して実施した。
【００１２】図８における１は汚泥消化タンク１、８は
温水、９はインペラー、１０は撹拌機、１６は外部循環
付き恒温水槽、１７は温水循環ポンプ、１８は投入基質
容器、１９はローラポンプ、２０は引抜汚泥容器、２１
はローラポンプ、２２は有水式ガスホルダ、２３は食塩
水、２４はガス組成測定器である。
温水、９はインペラー、１０は撹拌機、１６は外部循環
付き恒温水槽、１７は温水循環ポンプ、１８は投入基質
容器、１９はローラポンプ、２０は引抜汚泥容器、２１
はローラポンプ、２２は有水式ガスホルダ、２３は食塩
水、２４はガス組成測定器である。
【００１３】汚泥消化タンク１の有効容積は１０リット
ルであり、消化温度を３４℃に設定してインペラー９を
用いて７０ｒｐｍで連続撹拌を行った。実験期間は最短
でもＨＲＴの１.５倍以上とし、ＨＲＴが５日では３週
間とした。表１に濃縮混合生汚泥の平均的化学性状を示
す。
ルであり、消化温度を３４℃に設定してインペラー９を
用いて７０ｒｐｍで連続撹拌を行った。実験期間は最短
でもＨＲＴの１.５倍以上とし、ＨＲＴが５日では３週
間とした。表１に濃縮混合生汚泥の平均的化学性状を示
す。
【００１４】
【表１】
【００１５】この実験において、物質分解の速度は、次
のようにＣＯＤ換算して表示した。メタン生成速度は１
（ｍ2／タンク容積(ｍ2)・日）を２.８５７（ｋｇＣＯ
Ｄ／ｍ3・日）とした。酸生成速度はメタン生成速度と揮
発性有機酸（以下ＶＦＡと略称する）濃度の変化速度の
和として、ＶＦＡは酢酸換算濃度に１.０６を乗じてＣ
ＯＤ換算した。加水分解速度は固形物ＣＯＤの変化速度
として算出した。
のようにＣＯＤ換算して表示した。メタン生成速度は１
（ｍ2／タンク容積(ｍ2)・日）を２.８５７（ｋｇＣＯ
Ｄ／ｍ3・日）とした。酸生成速度はメタン生成速度と揮
発性有機酸（以下ＶＦＡと略称する）濃度の変化速度の
和として、ＶＦＡは酢酸換算濃度に１.０６を乗じてＣ
ＯＤ換算した。加水分解速度は固形物ＣＯＤの変化速度
として算出した。
【００１６】表２に下水濃縮混合生汚泥の半連続消化室
内実験におけるガス発生速度及び物質分解の状況を示
す。
内実験におけるガス発生速度及び物質分解の状況を示
す。
【００１７】
【表２】
【００１８】遠心濃縮混合生汚泥投入系ではＨＲＴ；３
０〜１０日の範囲では正常な消化が進行したが、ＨＲ
Ｔ；５日では時間の経過とともにガス発生速度の低下と
ｐＨの低下及びＶＦＡの上昇が進行し、前記システムフ
ェイリュアーが起きた。一方、重力濃縮混合生汚泥投入
系では、ＨＲＴ；２０日と１５日の場合において正常な
消化が進行した。
０〜１０日の範囲では正常な消化が進行したが、ＨＲ
Ｔ；５日では時間の経過とともにガス発生速度の低下と
ｐＨの低下及びＶＦＡの上昇が進行し、前記システムフ
ェイリュアーが起きた。一方、重力濃縮混合生汚泥投入
系では、ＨＲＴ；２０日と１５日の場合において正常な
消化が進行した。
【００１９】図９は異なるＨＲＴ条件下における反応速
度を示す。ＨＲＴ；３０〜１０日の範囲では、加水分
解、酸生成、メタン生成の速度は三者とも近似してお
り、ＨＲＴを短縮すると上昇した。ＨＲＴ；５日におい
ては時間の経過に伴って酸生成速度とメタン生成速度が
加水分解速度に比例して低下し、三者の反応速度の不均
衡が顕著となった。又、酸生成速度はメタン生成速度よ
り高く、時間の経過とともに両者の差が拡大してＶＦＡ
が蓄積する現象がみられた。
度を示す。ＨＲＴ；３０〜１０日の範囲では、加水分
解、酸生成、メタン生成の速度は三者とも近似してお
り、ＨＲＴを短縮すると上昇した。ＨＲＴ；５日におい
ては時間の経過に伴って酸生成速度とメタン生成速度が
加水分解速度に比例して低下し、三者の反応速度の不均
衡が顕著となった。又、酸生成速度はメタン生成速度よ
り高く、時間の経過とともに両者の差が拡大してＶＦＡ
が蓄積する現象がみられた。
【００２０】通常の中温消化の許容有機物負荷は３（ｋ
ｇ／ｍ3・日）といわれており、ＨＲＴ；５日では有機物
容積負荷は７.１（ｋｇ／ｍ3・日）で過負荷となる。実
際の消化タンクではＨＲＴを２０日以下にすることはま
ずないが、この実験結果から判断すると、ＨＲＴ；１０
日で有機物容積負荷が３.６６（ｋｇ／ｍ3・日）とな
り、許容有機物負荷を超える場合でも正常な消化が進行
しているといえる。
ｇ／ｍ3・日）といわれており、ＨＲＴ；５日では有機物
容積負荷は７.１（ｋｇ／ｍ3・日）で過負荷となる。実
際の消化タンクではＨＲＴを２０日以下にすることはま
ずないが、この実験結果から判断すると、ＨＲＴ；１０
日で有機物容積負荷が３.６６（ｋｇ／ｍ3・日）とな
り、許容有機物負荷を超える場合でも正常な消化が進行
しているといえる。
【００２１】ＨＲＴを２０日から１０日に短縮すると、
消化タンクの処理能力は２倍に上昇することになり、実
際には安全を見越してＨＲＴ；１０日は無理であっても
昇温なしで２０日と１０日の中間程度までは短縮するこ
とが可能となる。
消化タンクの処理能力は２倍に上昇することになり、実
際には安全を見越してＨＲＴ；１０日は無理であっても
昇温なしで２０日と１０日の中間程度までは短縮するこ
とが可能となる。
【００２２】投入基質の性状の変化が少ない場合は、一
般にＨＲＴの短縮によって有機物容積負荷が上昇する。
それに伴ってメタン発生速度も上昇するが、加水分解、
酸生成、メタン生成の三者の反応速度の不均衡はメタン
生成速度が最高速度に達する以前から起こるのが普通で
ある。従って反応速度の不均衡の結果として、メタン生
成速度が低下し始める時には既に手遅れとなる。この状
況をより明確に知ることができることを図１０と図１１
に示す。
般にＨＲＴの短縮によって有機物容積負荷が上昇する。
それに伴ってメタン発生速度も上昇するが、加水分解、
酸生成、メタン生成の三者の反応速度の不均衡はメタン
生成速度が最高速度に達する以前から起こるのが普通で
ある。従って反応速度の不均衡の結果として、メタン生
成速度が低下し始める時には既に手遅れとなる。この状
況をより明確に知ることができることを図１０と図１１
に示す。
【００２３】図１０は下水汚泥ＨＲＴ制御実験における
有機物容積負荷と比メタン生成活性の関係をグラフであ
り、下水消化汚泥の比メタン生成活性は、０.０４〜０.
１１（ｋｇＣＨ4-ＣＯＤ／ｋｇＶＳＳ・日）の範囲にあ
ると報告されており、有機物容積負荷が比較的高い範囲
ではこの報告と一致する。比メタン生成活性は有機物容
積負荷と正の相関があり、有機物容積負荷；７.１（ｋ
ｇ／ｍ3・日，ＨＲＴ；５日）の鎖線で囲まれた部分の２
例を除外して算出した相関回帰式は、 Ｙ＝８.１５６×１０-3Ｘ＋０.０１８０（Ｒ＝０.９３
７８，Ｎ＝８） であった。有機物容積負荷；７.１（ｋｇ／ｍ3・日，Ｈ
ＲＴ；５日）における鎖線で囲まれた部分は、２〜３週
間経過してシステムフェイリュアーが起きた例である
が、鎖線の外側にあり回帰直線に近い一点ではメタン生
成速度が最高となり、反応速度の不均衡がまだ顕著には
現れていない。
有機物容積負荷と比メタン生成活性の関係をグラフであ
り、下水消化汚泥の比メタン生成活性は、０.０４〜０.
１１（ｋｇＣＨ4-ＣＯＤ／ｋｇＶＳＳ・日）の範囲にあ
ると報告されており、有機物容積負荷が比較的高い範囲
ではこの報告と一致する。比メタン生成活性は有機物容
積負荷と正の相関があり、有機物容積負荷；７.１（ｋ
ｇ／ｍ3・日，ＨＲＴ；５日）の鎖線で囲まれた部分の２
例を除外して算出した相関回帰式は、 Ｙ＝８.１５６×１０-3Ｘ＋０.０１８０（Ｒ＝０.９３
７８，Ｎ＝８） であった。有機物容積負荷；７.１（ｋｇ／ｍ3・日，Ｈ
ＲＴ；５日）における鎖線で囲まれた部分は、２〜３週
間経過してシステムフェイリュアーが起きた例である
が、鎖線の外側にあり回帰直線に近い一点ではメタン生
成速度が最高となり、反応速度の不均衡がまだ顕著には
現れていない。
【００２４】図１１は下水汚泥ＨＲＴ制御実験における
非電離ＶＦＡ濃度と比メタン生成活性の関係を示す。遠
心濃縮生汚泥投入系においては非電離ＶＦＡが９.２
（ｍｇ／ｌ）において比メタン生成活性が最高値を示
し、９.２（ｍｇ／ｌ）では比メタン生成活性が低下し
た。
非電離ＶＦＡ濃度と比メタン生成活性の関係を示す。遠
心濃縮生汚泥投入系においては非電離ＶＦＡが９.２
（ｍｇ／ｌ）において比メタン生成活性が最高値を示
し、９.２（ｍｇ／ｌ）では比メタン生成活性が低下し
た。
【００２５】従ってＨＲＴ；５日，有機物容積負荷；
７.１（ｋｇ／ｍ3・日）の条件では、第１週は比メタン
生成活性が最高となるが、この時に非電離ＶＦＡ濃度は
９.２（ｍｇ／ｌ）となり、第２週以降は比メタン生成
活性が低下し、非電離ＶＦＡ濃度が上昇する。非電離Ｖ
ＦＡ濃度が１０（ｍｇ／ｌ）以上になるとメタン生成菌
が阻害されるといわれており、この例ではメタン生成速
度が最高になる時期と非電離ＶＦＡによるメタン生成菌
の阻害が始まる時期が重なることを示している。
７.１（ｋｇ／ｍ3・日）の条件では、第１週は比メタン
生成活性が最高となるが、この時に非電離ＶＦＡ濃度は
９.２（ｍｇ／ｌ）となり、第２週以降は比メタン生成
活性が低下し、非電離ＶＦＡ濃度が上昇する。非電離Ｖ
ＦＡ濃度が１０（ｍｇ／ｌ）以上になるとメタン生成菌
が阻害されるといわれており、この例ではメタン生成速
度が最高になる時期と非電離ＶＦＡによるメタン生成菌
の阻害が始まる時期が重なることを示している。
【００２６】反応速度の不均衡が起こる一歩手前の状態
でＨＲＴあるいは有機物容積負荷を調整して、メタン生
成速度を最高に維持することができれば処理効率を高め
ることが可能となるが、実際には消化の状態を評価する
適当な指標がないので、このようなＨＲＴ制御は従来か
ら実行困難であると考えられていた。
でＨＲＴあるいは有機物容積負荷を調整して、メタン生
成速度を最高に維持することができれば処理効率を高め
ることが可能となるが、実際には消化の状態を評価する
適当な指標がないので、このようなＨＲＴ制御は従来か
ら実行困難であると考えられていた。
【００２７】そこで本発明は上記に鑑みてなされたもの
であって、メタン発酵槽に設置した測定手段から入力さ
れる測定データに基づいて演算式により比メタン生成活
性と有機物容積負荷を演算して比メタン転化率を求め、
この比メタン転化率が目標とする数値範囲内にあるよう
に制御することにより、システムフェイリュアーが起こ
る兆候を早い時期に察知して適切な対策をとることがで
きるメタン発酵制御方法を提供することを目的とするも
のである。
であって、メタン発酵槽に設置した測定手段から入力さ
れる測定データに基づいて演算式により比メタン生成活
性と有機物容積負荷を演算して比メタン転化率を求め、
この比メタン転化率が目標とする数値範囲内にあるよう
に制御することにより、システムフェイリュアーが起こ
る兆候を早い時期に察知して適切な対策をとることがで
きるメタン発酵制御方法を提供することを目的とするも
のである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、先ず請求項１により、メタン発酵タンク
にメタン生成速度測定手段、濃縮生汚泥投入量測定手
段、濃縮生汚泥のＶＳ（強熱減量）及びＣＯＤ（化学的
酸素要求量）測定手段、消化汚泥引抜量測定手段及び消
化汚泥ＶＳＳ（粗浮遊物質）測定手段を設置して、各測
定手段から入力される測定データに基づいて演算式によ
り比メタン生成活性と有機物容積負荷を演算し、この有
機物容積負荷をＣＯＤ容積負荷に換算して比メタン転化
率を求め、この比メタン転化率が目標とする数値範囲内
にあるように制御するようにしたメタン発酵制御方法を
提供する。
成するために、先ず請求項１により、メタン発酵タンク
にメタン生成速度測定手段、濃縮生汚泥投入量測定手
段、濃縮生汚泥のＶＳ（強熱減量）及びＣＯＤ（化学的
酸素要求量）測定手段、消化汚泥引抜量測定手段及び消
化汚泥ＶＳＳ（粗浮遊物質）測定手段を設置して、各測
定手段から入力される測定データに基づいて演算式によ
り比メタン生成活性と有機物容積負荷を演算し、この有
機物容積負荷をＣＯＤ容積負荷に換算して比メタン転化
率を求め、この比メタン転化率が目標とする数値範囲内
にあるように制御するようにしたメタン発酵制御方法を
提供する。
【００２９】前記比メタン転化率が目標とする数値範囲
から外れた場合には、現在の比メタン生成活性の数値を
固定したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻るよ
うなＣＯＤ容積負荷を算出し、更に有機物容積負荷とＨ
ＲＴを計算してＨＲＴに基づいた生汚泥投入量と消化汚
泥引抜量を算出し、これらの量を調節することによりＨ
ＲＴ制御を実施する。
から外れた場合には、現在の比メタン生成活性の数値を
固定したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻るよ
うなＣＯＤ容積負荷を算出し、更に有機物容積負荷とＨ
ＲＴを計算してＨＲＴに基づいた生汚泥投入量と消化汚
泥引抜量を算出し、これらの量を調節することによりＨ
ＲＴ制御を実施する。
【００３０】更に請求項３により、ＵＡＳＢタンクにメ
タン生成速度測定手段、基質投入量測定手段、基質のＴ
ＯＣ（総有機炭素量）またはＣＯＤ測定手段、グラニュ
ール汚泥容量測定手段及びグラニュール汚泥ＶＳＳ測定
手段を設置して、各測定手段から入力される測定データ
に基づいて演算式により比メタン生成活性とＣＯＤ容量
負荷を演算し、またはＴＯＣ容積負荷からＣＯＤ容積負
荷に換算して比メタン転化率を求め、この比メタン転化
率が目標とする数値範囲内にあるように制御することを
特徴とするメタン発酵制御方法。
タン生成速度測定手段、基質投入量測定手段、基質のＴ
ＯＣ（総有機炭素量）またはＣＯＤ測定手段、グラニュ
ール汚泥容量測定手段及びグラニュール汚泥ＶＳＳ測定
手段を設置して、各測定手段から入力される測定データ
に基づいて演算式により比メタン生成活性とＣＯＤ容量
負荷を演算し、またはＴＯＣ容積負荷からＣＯＤ容積負
荷に換算して比メタン転化率を求め、この比メタン転化
率が目標とする数値範囲内にあるように制御することを
特徴とするメタン発酵制御方法。
【００３１】前記比メタン転化率が目標とする数値範囲
よりも低い場合には、現在の比メタン生成活性の数値は
固定したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻るよ
うなＣＯＤ容積負荷を算出し、更にＴＯＣ容積負荷とＨ
ＲＴを計算してＨＲＴに基づいた基質投入量を算出し、
これらの量を調節することによりＨＲＴ制御を実施す
る。
よりも低い場合には、現在の比メタン生成活性の数値は
固定したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻るよ
うなＣＯＤ容積負荷を算出し、更にＴＯＣ容積負荷とＨ
ＲＴを計算してＨＲＴに基づいた基質投入量を算出し、
これらの量を調節することによりＨＲＴ制御を実施す
る。
【００３２】かかる請求項１記載のメタン発酵制御方法
によれば、比メタン転化率を実験データから定めた値よ
りも高い値になるようにＨＲＴを制御することにより、
タンクを昇温することなく過負荷が原因となって起きる
システムフェイリュアーを未然に防止し、且つ通常のＨ
ＲＴ制御目標値よりも短いＨＲＴでメタン発酵タンクの
運転が可能となる。
によれば、比メタン転化率を実験データから定めた値よ
りも高い値になるようにＨＲＴを制御することにより、
タンクを昇温することなく過負荷が原因となって起きる
システムフェイリュアーを未然に防止し、且つ通常のＨ
ＲＴ制御目標値よりも短いＨＲＴでメタン発酵タンクの
運転が可能となる。
【００３３】請求項３記載のＵＡＳＢ法の制御によれ
ば、中温ＵＡＳＢ法ではシステムフェイリュアーが起き
るかどうかを判断する目安となる比メタン転化率よりも
低下しないようにＨＲＴを制御することにより、過負荷
が原因となって起きるシステムフェイリュアーを未然に
防止し、且つ処理能力を最大限度まで発揮できるＨＲＴ
で処理することができる。
ば、中温ＵＡＳＢ法ではシステムフェイリュアーが起き
るかどうかを判断する目安となる比メタン転化率よりも
低下しないようにＨＲＴを制御することにより、過負荷
が原因となって起きるシステムフェイリュアーを未然に
防止し、且つ処理能力を最大限度まで発揮できるＨＲＴ
で処理することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下本発明にかかるメタン発酵制
御方法の具体的な各種実施例を説明する。
御方法の具体的な各種実施例を説明する。
【００３５】〔実施例１〕比メタン生成活性が有機物容
積負荷に比例することから、有機物容積負荷の高低に関
わりなく、消化タンクのＶＳＳの単位重量から発生する
メタンの量の多少を評価する指標として、比メタン生成
活性／ＣＯＤ容積負荷をとりあげ、これを便宜的に比メ
タン転化率と称する。ＣＯＤ容積負荷は有機物容積負荷
に基質として用いた濃縮生汚泥のＣＯＤ／ＶＳの平均値
である１.６を乗じて算出した。
積負荷に比例することから、有機物容積負荷の高低に関
わりなく、消化タンクのＶＳＳの単位重量から発生する
メタンの量の多少を評価する指標として、比メタン生成
活性／ＣＯＤ容積負荷をとりあげ、これを便宜的に比メ
タン転化率と称する。ＣＯＤ容積負荷は有機物容積負荷
に基質として用いた濃縮生汚泥のＣＯＤ／ＶＳの平均値
である１.６を乗じて算出した。
【００３６】比メタン転化率は単位重量当たりのＶＳＳ
が基質ＣＯＤをメタンに転化する能力と考えることがで
きる。又、この比メタン転化率が高いほど、メタン菌／
ＶＳＳの重量比が高いか、あるいは単位重量当たりのメ
タン菌のメタン生成能力が高いと考えられる。温度が一
定の場合には、比メタン転化率が高いほどメタン菌／Ｖ
ＳＳの重量比が高いと考えられる。
が基質ＣＯＤをメタンに転化する能力と考えることがで
きる。又、この比メタン転化率が高いほど、メタン菌／
ＶＳＳの重量比が高いか、あるいは単位重量当たりのメ
タン菌のメタン生成能力が高いと考えられる。温度が一
定の場合には、比メタン転化率が高いほどメタン菌／Ｖ
ＳＳの重量比が高いと考えられる。
【００３７】次に比メタン転化率が有機物容積負荷や非
電離ＶＦＡ濃度の変化に対してどのように応答するか検
討した。図２は下水汚泥消化ＨＲＴ制御実験における有
機物容積負荷と比メタン転化率の関係を示す。有機物容
積負荷；７.１（ｋｇ／ｍ3・日）の鎖線に囲まれた２例
を除外した場合の相関係数は、−０.７９０であり、有
機物容積負荷が高いほど比メタン転化率は低下する傾向
がみられた。
電離ＶＦＡ濃度の変化に対してどのように応答するか検
討した。図２は下水汚泥消化ＨＲＴ制御実験における有
機物容積負荷と比メタン転化率の関係を示す。有機物容
積負荷；７.１（ｋｇ／ｍ3・日）の鎖線に囲まれた２例
を除外した場合の相関係数は、−０.７９０であり、有
機物容積負荷が高いほど比メタン転化率は低下する傾向
がみられた。
【００３８】有機物容積負荷が１.２〜１.４（ｋｇ／ｍ
3・日，ＨＲＴ；１５日〜３０日の場合）では、比メタン
転化率は０.０１３〜０.０１６（ｋｇＶＳＳ-1）の範囲
にあり、有機物容積負荷が２.１〜３.７（ｋｇ／ｍ3・
日，ＨＲＴ；２０日〜１０日の場合）では、比メタン転
化率は０.００９〜０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）の範囲に
あった。これに対して有機物容積負荷が７.１（ｋｇ／
ｍ3・日，ＨＲＴ；５日）の場合には、比メタン転化率は
第１週は０.００６、第２週は０.００５、第３週は０.
００２（ｋｇＶＳＳ-1）と低下している。
3・日，ＨＲＴ；１５日〜３０日の場合）では、比メタン
転化率は０.０１３〜０.０１６（ｋｇＶＳＳ-1）の範囲
にあり、有機物容積負荷が２.１〜３.７（ｋｇ／ｍ3・
日，ＨＲＴ；２０日〜１０日の場合）では、比メタン転
化率は０.００９〜０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）の範囲に
あった。これに対して有機物容積負荷が７.１（ｋｇ／
ｍ3・日，ＨＲＴ；５日）の場合には、比メタン転化率は
第１週は０.００６、第２週は０.００５、第３週は０.
００２（ｋｇＶＳＳ-1）と低下している。
【００３９】図２から分かるように過負荷によりメタン
生成が阻害される場合は必ずメタン転化率は低下してい
る。又、有機物容積負荷が低いためにメタン生成速度や
比メタン生成活性が低い場合でも比メタン転化率は高く
なっている。
生成が阻害される場合は必ずメタン転化率は低下してい
る。又、有機物容積負荷が低いためにメタン生成速度や
比メタン生成活性が低い場合でも比メタン転化率は高く
なっている。
【００４０】前記システムフェイリュアーが起きるかど
うかを判断する目安となる比メタン転化率は０.０１
（ｋｇＶＳＳ-1）と推定することができる。
うかを判断する目安となる比メタン転化率は０.０１
（ｋｇＶＳＳ-1）と推定することができる。
【００４１】図３は下水汚泥消化ＨＲＴ制御実験におけ
る非電離ＶＦＡ濃度と比メタン転化率の関係を示す。比
メタン転化率が０.０１（ｋｇＶＳＳ-1）以上の場合と
０.００９〜０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）の場合は、非電
離ＶＦＡ濃度はそれぞれ０.９〜２.０（ｍｇ／ｌ）の範
囲にあった。一方、比メタン転化率が０.００６（ｋｇ
ＶＳＳ-1）以下の場合には、非電離ＶＦＡ濃度は９（ｍ
ｇ／ｌ）以上となり、比メタン転化率が０.００９〜０.
０１０（ｋｇＶＳＳ-1）の範囲より低下した場合は非電
離ＶＦＡの上昇と関連付けることができる。
る非電離ＶＦＡ濃度と比メタン転化率の関係を示す。比
メタン転化率が０.０１（ｋｇＶＳＳ-1）以上の場合と
０.００９〜０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）の場合は、非電
離ＶＦＡ濃度はそれぞれ０.９〜２.０（ｍｇ／ｌ）の範
囲にあった。一方、比メタン転化率が０.００６（ｋｇ
ＶＳＳ-1）以下の場合には、非電離ＶＦＡ濃度は９（ｍ
ｇ／ｌ）以上となり、比メタン転化率が０.００９〜０.
０１０（ｋｇＶＳＳ-1）の範囲より低下した場合は非電
離ＶＦＡの上昇と関連付けることができる。
【００４２】このことから比メタン転化率をメタン生成
の指標として、この比メタン転化率が一定の数値以下に
ならないように制御を実施すればシステムフェイリュア
ーを未然に防止し、且つ通常のＨＲＴ制御目標値よりも
短いＨＲＴで消化タンクの運転制御が可能になる。又、
実験結果から判断すると、下水濃縮生汚泥を対象とした
消化では比メタン転化率の目標制御範囲は０.００９〜
０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）乃至これよりも高い値に保
つことが必要である。
の指標として、この比メタン転化率が一定の数値以下に
ならないように制御を実施すればシステムフェイリュア
ーを未然に防止し、且つ通常のＨＲＴ制御目標値よりも
短いＨＲＴで消化タンクの運転制御が可能になる。又、
実験結果から判断すると、下水濃縮生汚泥を対象とした
消化では比メタン転化率の目標制御範囲は０.００９〜
０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）乃至これよりも高い値に保
つことが必要である。
【００４３】図１は上記に基づく比メタン転化率を指標
とした実施例１の汚泥消化制御システムを示し、同図に
おいて１はメタン発酵タンクとしての汚泥消化タンク、
２はメタン生成速度測定手段、３は濃縮生汚泥投入量測
定手段、４は濃縮生汚泥のＶＳ（強熱減量）及びＣＯＤ
測定手段、５は消化汚泥引抜量測定手段、６は消化汚泥
ＶＳＳ測定手段、７は演算制御装置である。
とした実施例１の汚泥消化制御システムを示し、同図に
おいて１はメタン発酵タンクとしての汚泥消化タンク、
２はメタン生成速度測定手段、３は濃縮生汚泥投入量測
定手段、４は濃縮生汚泥のＶＳ（強熱減量）及びＣＯＤ
測定手段、５は消化汚泥引抜量測定手段、６は消化汚泥
ＶＳＳ測定手段、７は演算制御装置である。
【００４４】上記の演算制御手段７は各測定手段から入
力される測定データに基づいて演算式により比メタン生
成活性と有機物容積負荷を演算し、この有機物容積負荷
をＣＯＤ容積負荷に換算して比メタン転化率を求め、こ
の比メタン転化率が目標とする数値範囲内にあるように
制御する。
力される測定データに基づいて演算式により比メタン生
成活性と有機物容積負荷を演算し、この有機物容積負荷
をＣＯＤ容積負荷に換算して比メタン転化率を求め、こ
の比メタン転化率が目標とする数値範囲内にあるように
制御する。
【００４５】比メタン転化率が目標とする数値範囲から
外れた場合には、現在の比メタン生成活性の数値は固定
したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻るような
ＣＯＤ容積負荷を算出し、更に有機物容積負荷とＨＲＴ
を計算して、計算したＨＲＴに基づいた生汚泥投入量と
消化汚泥引抜量を算出して、これらの量を調節すること
によりＨＲＴ制御を実施する。
外れた場合には、現在の比メタン生成活性の数値は固定
したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻るような
ＣＯＤ容積負荷を算出し、更に有機物容積負荷とＨＲＴ
を計算して、計算したＨＲＴに基づいた生汚泥投入量と
消化汚泥引抜量を算出して、これらの量を調節すること
によりＨＲＴ制御を実施する。
【００４６】実施例１によれば、下水汚泥消化の制御に
おいて、比メタン転化率を実験データから定めた０.０
０９〜０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）乃至これよりも高い
値になるようにＨＲＴを制御することにより、汚泥消化
タンク１を昇温することなく過負荷が原因となって起き
るシステムフェイリュアーを未然に防止し、且つ通常の
ＨＲＴ制御目標値よりも短い、例えば２０日〜１０日で
汚泥消化タンク１の運転が可能となる。
おいて、比メタン転化率を実験データから定めた０.０
０９〜０.０１０（ｋｇＶＳＳ-1）乃至これよりも高い
値になるようにＨＲＴを制御することにより、汚泥消化
タンク１を昇温することなく過負荷が原因となって起き
るシステムフェイリュアーを未然に防止し、且つ通常の
ＨＲＴ制御目標値よりも短い、例えば２０日〜１０日で
汚泥消化タンク１の運転が可能となる。
【００４７】〔実施例２〕比メタン転化率を指標とした
メタン発酵の制御方法が、下水汚泥消化だけでなく、他
のメタン発酵方式でも適用できることを確認するため、
ＵＡＳＢ法による室内実験の結果を用いて比メタン転化
率が負荷や非電離ＶＦＡの変化に対してどのように応答
するかを検討した。
メタン発酵の制御方法が、下水汚泥消化だけでなく、他
のメタン発酵方式でも適用できることを確認するため、
ＵＡＳＢ法による室内実験の結果を用いて比メタン転化
率が負荷や非電離ＶＦＡの変化に対してどのように応答
するかを検討した。
【００４８】有機性廃水の嫌気性処理方法の一つである
上昇流式嫌気性スラッジブランケット法（ＵＡＳＢ法，
Upflow anaerobic sludge blanket reactor process）
とは、付着担体を用いないで汚泥自身のペレット状もし
くはグラニュール増殖によって沈降性の優れた嫌気性微
生物を高濃度に反応器に保持して高容積負荷を許容しよ
うとする高速嫌気性処理技術である。
上昇流式嫌気性スラッジブランケット法（ＵＡＳＢ法，
Upflow anaerobic sludge blanket reactor process）
とは、付着担体を用いないで汚泥自身のペレット状もし
くはグラニュール増殖によって沈降性の優れた嫌気性微
生物を高濃度に反応器に保持して高容積負荷を許容しよ
うとする高速嫌気性処理技術である。
【００４９】このＵＡＳＢ法は、基質をＵＡＳＢタンク
の底部から供給して嫌気性微生物のフロック（汚泥）と
接触させ、有機物の嫌気性分解によって発生したガスを
ＵＡＳＢタンクの上部に設置した気液分離装置により気
液分離してからガスはトラップで凝結水とか気泡が除か
れて放出される一方、処理液はトラップを介して流出さ
せる方法である。ガスが分離した汚泥は沈降性が良く、
高い有機物負荷においてもガス生成量が高いので、良好
な処理性能が得られ、且つ全体的な構造が簡単であると
いう特徴がある。
の底部から供給して嫌気性微生物のフロック（汚泥）と
接触させ、有機物の嫌気性分解によって発生したガスを
ＵＡＳＢタンクの上部に設置した気液分離装置により気
液分離してからガスはトラップで凝結水とか気泡が除か
れて放出される一方、処理液はトラップを介して流出さ
せる方法である。ガスが分離した汚泥は沈降性が良く、
高い有機物負荷においてもガス生成量が高いので、良好
な処理性能が得られ、且つ全体的な構造が簡単であると
いう特徴がある。
【００５０】ＵＡＳＢ法による実験は酢酸を主成分とす
る人工基質を用いて、容積２リットルのＵＡＳＢタンク
２本により４８℃〜５１℃の高温条件と３４℃〜３６℃
の中温条件で行った。ＴＯＣからＣＯＤの換算は、ＴＯ
Ｃに３.１を乗じて行った。
る人工基質を用いて、容積２リットルのＵＡＳＢタンク
２本により４８℃〜５１℃の高温条件と３４℃〜３６℃
の中温条件で行った。ＴＯＣからＣＯＤの換算は、ＴＯ
Ｃに３.１を乗じて行った。
【００５１】図５はＵＡＳＢ法の実験におけるＴＯＣ容
積負荷と比メタン生成活性の関係を示している。比メタ
ン生成活性はＴＯＣ容積負荷と相関が認められたが、温
度により勾配が異なり、高温ＵＡＳＢ法の方が中温ＵＡ
ＳＢ方よりも勾配が３倍程度高かった。
積負荷と比メタン生成活性の関係を示している。比メタ
ン生成活性はＴＯＣ容積負荷と相関が認められたが、温
度により勾配が異なり、高温ＵＡＳＢ法の方が中温ＵＡ
ＳＢ方よりも勾配が３倍程度高かった。
【００５２】中温ＵＡＳＢ法においてはＴＯＣ容積負荷
が６.３（ｋｇ／ｍ3・日）において比メタン生成活性が
低下してシステムフェイリュアーが起きた。
が６.３（ｋｇ／ｍ3・日）において比メタン生成活性が
低下してシステムフェイリュアーが起きた。
【００５３】図６はＵＡＳＢ法による実験におけるＴＯ
Ｃ容積負荷と比メタン転化率の関係を示す。ＴＯＣ容積
負荷が上昇すると、高温発酵では比メタン転化率が上昇
するのに対して、低温発酵では比メタン転化率が低下し
ている。
Ｃ容積負荷と比メタン転化率の関係を示す。ＴＯＣ容積
負荷が上昇すると、高温発酵では比メタン転化率が上昇
するのに対して、低温発酵では比メタン転化率が低下し
ている。
【００５４】図７はＵＡＳＢ法における非電離ＶＦＡ濃
度と比メタン転化率の関係を示す。中温ＵＡＳＢ法では
相関係数が−０.８８８となり、比メタン転化率が最高
値に対して５０％に低下する非電離ＶＦＡ濃度は１７
（ｍｇ／ｌ）となった。高温ＵＡＳＢ法では比メタン転
化率が最高となる非電離ＶＦＡ濃度は１.５（ｍｇ／
ｌ）であり、これ以上の濃度では比メタン転化率が低下
する傾向がある。特にＴＯＣ容積負荷が同じ程度でも発
酵温度によって比メタン転化率が異なるのはメタン菌単
位重量当たりのメタン生成活性とメタン菌の増殖速度が
異なるためと考えられる。
度と比メタン転化率の関係を示す。中温ＵＡＳＢ法では
相関係数が−０.８８８となり、比メタン転化率が最高
値に対して５０％に低下する非電離ＶＦＡ濃度は１７
（ｍｇ／ｌ）となった。高温ＵＡＳＢ法では比メタン転
化率が最高となる非電離ＶＦＡ濃度は１.５（ｍｇ／
ｌ）であり、これ以上の濃度では比メタン転化率が低下
する傾向がある。特にＴＯＣ容積負荷が同じ程度でも発
酵温度によって比メタン転化率が異なるのはメタン菌単
位重量当たりのメタン生成活性とメタン菌の増殖速度が
異なるためと考えられる。
【００５５】従って中温ＵＡＳＢ法では前記システムフ
ェイリュアーが起きるかどうかを判断する目安となる比
メタン転化率は０.１（ｋｇＶＳＳ-1）として、これよ
りも低下しないように制御すればよい。
ェイリュアーが起きるかどうかを判断する目安となる比
メタン転化率は０.１（ｋｇＶＳＳ-1）として、これよ
りも低下しないように制御すればよい。
【００５６】図４はＵＡＳＢ法における比メタン転化率
を指標とした制御システムを示す。尚、図１に示した汚
泥消化制御システムと同一の構成部分には同一の符号を
付して表示してある。図４において１１はＵＡＳＢタン
ク、２はメタン生成速度測定手段、１２は基質投入量測
定手段、１３は基質のＴＯＣまたはＣＯＤ測定手段、１
４はグラニュール汚泥容量測定手段、１５はグラニュー
ル汚泥ＶＳＳ測定手段、７は演算制御装置である。
を指標とした制御システムを示す。尚、図１に示した汚
泥消化制御システムと同一の構成部分には同一の符号を
付して表示してある。図４において１１はＵＡＳＢタン
ク、２はメタン生成速度測定手段、１２は基質投入量測
定手段、１３は基質のＴＯＣまたはＣＯＤ測定手段、１
４はグラニュール汚泥容量測定手段、１５はグラニュー
ル汚泥ＶＳＳ測定手段、７は演算制御装置である。
【００５７】具体的にはＵＡＳＢタンク１１内のグラニ
ュール汚泥と液相の界面の位置から汚泥相とＵＡＳＢタ
ンク１１の長さとの比率にＵＡＳＢタンク１１の容量を
乗じてグラニュール汚泥容量を算出する。グラニュール
汚泥ＶＳＳ測定手段１５はグラニュール汚泥を採取して
ＶＳＳを測定し、演算制御装置７に入力する。演算制御
手段７は各測定手段から入力される測定データに基づい
て演算式により比メタン生成活性とＣＯＤ容量負荷を演
算し、またはＴＯＣ容積負荷からＣＯＤ容積負荷に換算
して比メタン転化率を求め、この比メタン転化率が目標
とする数値範囲よりも低い場合には、現在の比メタン生
成活性の数値は固定したまま、比メタン転化率が目標値
の範囲に戻るようなＣＯＤ容積負荷を算出し、更にＴＯ
Ｃ容積負荷とＨＲＴを計算して、計算したＨＲＴに基づ
いた基質投入量を算出して、これらの量を調節すること
によりＨＲＴ制御を実施する。
ュール汚泥と液相の界面の位置から汚泥相とＵＡＳＢタ
ンク１１の長さとの比率にＵＡＳＢタンク１１の容量を
乗じてグラニュール汚泥容量を算出する。グラニュール
汚泥ＶＳＳ測定手段１５はグラニュール汚泥を採取して
ＶＳＳを測定し、演算制御装置７に入力する。演算制御
手段７は各測定手段から入力される測定データに基づい
て演算式により比メタン生成活性とＣＯＤ容量負荷を演
算し、またはＴＯＣ容積負荷からＣＯＤ容積負荷に換算
して比メタン転化率を求め、この比メタン転化率が目標
とする数値範囲よりも低い場合には、現在の比メタン生
成活性の数値は固定したまま、比メタン転化率が目標値
の範囲に戻るようなＣＯＤ容積負荷を算出し、更にＴＯ
Ｃ容積負荷とＨＲＴを計算して、計算したＨＲＴに基づ
いた基質投入量を算出して、これらの量を調節すること
によりＨＲＴ制御を実施する。
【００５８】本実施例では、上記比メタン転化率は発酵
条件により異なり、目標値の定型化した設定方法はない
ため、実測データを解析して決定する方法を採用してい
る。実施例２によれば、ＵＡＳＢ法の制御において、中
温ＵＡＳＢ法ではシステムフェイリュアーが起きるかど
うかを判断する目安となる比メタン転化率は０.１（ｋ
ｇＶＳＳ-1）として、これよりも低下しないようにＨＲ
Ｔを制御することにより、過負荷が原因となって起きる
システムフェイリュアーを未然に防止し、且つ処理能力
を最大限度まで発揮できるＨＲＴで処理できる。この場
合のＨＲＴは２０.５日〜１５.０ＨｒでＴＯＣ容積負荷
は３.６〜４.９（ｋｇ／ｍ3・日）となる。
条件により異なり、目標値の定型化した設定方法はない
ため、実測データを解析して決定する方法を採用してい
る。実施例２によれば、ＵＡＳＢ法の制御において、中
温ＵＡＳＢ法ではシステムフェイリュアーが起きるかど
うかを判断する目安となる比メタン転化率は０.１（ｋ
ｇＶＳＳ-1）として、これよりも低下しないようにＨＲ
Ｔを制御することにより、過負荷が原因となって起きる
システムフェイリュアーを未然に防止し、且つ処理能力
を最大限度まで発揮できるＨＲＴで処理できる。この場
合のＨＲＴは２０.５日〜１５.０ＨｒでＴＯＣ容積負荷
は３.６〜４.９（ｋｇ／ｍ3・日）となる。
【００５９】高温発酵の場合には、ＨＲＴが３０〜１５
Ｈｒ、ＴＯＣ容積負荷が１.５〜４.９（ｋｇ／ｍ3・日）
の範囲ではＨＲＴを時間の経過とともに短縮した場合、
比メタン転化率が０.１５〜０.２（ｋｇＶＳＳ-1）の範
囲で上昇する傾向がみられ、この範囲では安定した処理
性能が得られる。
Ｈｒ、ＴＯＣ容積負荷が１.５〜４.９（ｋｇ／ｍ3・日）
の範囲ではＨＲＴを時間の経過とともに短縮した場合、
比メタン転化率が０.１５〜０.２（ｋｇＶＳＳ-1）の範
囲で上昇する傾向がみられ、この範囲では安定した処理
性能が得られる。
【００６０】ＨＲＴを１１.７Ｈｒにしたところ、ＴＯ
Ｃ容積負荷は６.３（ｋｇ／ｍ3・日）となり、比メタン
転化率は高温発酵では０.１９４（ｋｇＶＳＳ-1）であ
ったが、中温発酵では０.０５１（ｋｇＶＳＳ-1）に低
下してシステムフェイリュアーが起きた。
Ｃ容積負荷は６.３（ｋｇ／ｍ3・日）となり、比メタン
転化率は高温発酵では０.１９４（ｋｇＶＳＳ-1）であ
ったが、中温発酵では０.０５１（ｋｇＶＳＳ-1）に低
下してシステムフェイリュアーが起きた。
【００６１】上記のＵＡＳＢ法と汚泥消化タンク法では
比メタン転化率が一桁異なるのはＶＳＳに含まれるメタ
ン菌数がＵＡＳＢ法の方が多いためであり、比メタン転
化率はメタン菌数と相関があると考えられるので、一般
に測定が困難とされているメタン菌に代えて制御指標と
して用いることができる。
比メタン転化率が一桁異なるのはＶＳＳに含まれるメタ
ン菌数がＵＡＳＢ法の方が多いためであり、比メタン転
化率はメタン菌数と相関があると考えられるので、一般
に測定が困難とされているメタン菌に代えて制御指標と
して用いることができる。
【００６２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かるメタン発酵制御方法は、メタン発酵槽に設置した測
定手段から入力される測定データに基づいて演算式によ
り比メタン生成活性と有機物容積負荷を演算して比メタ
ン転化率を求め、この比メタン転化率が目標とする数値
範囲内にあるように制御することにより、反応速度の不
均衡が起こる一歩手前の状態でＨＲＴあるいは有機物容
積負荷を調整して、メタン生成速度を最高に維持するこ
とにより、システムフェイリュアー（異常発酵）を早期
に察知して、適切な対策をとることが可能となる。
かるメタン発酵制御方法は、メタン発酵槽に設置した測
定手段から入力される測定データに基づいて演算式によ
り比メタン生成活性と有機物容積負荷を演算して比メタ
ン転化率を求め、この比メタン転化率が目標とする数値
範囲内にあるように制御することにより、反応速度の不
均衡が起こる一歩手前の状態でＨＲＴあるいは有機物容
積負荷を調整して、メタン生成速度を最高に維持するこ
とにより、システムフェイリュアー（異常発酵）を早期
に察知して、適切な対策をとることが可能となる。
【００６３】特に請求項１，２記載の制御によれば、発
酵温度の変化とか有機物過負荷をきっかけとする加水分
解、酸生成、メタン生成の速度が不均衡となることに起
因するシステムフェイリュアーを防止して、処理すべき
基質の量とか性状の変化があっても比メタン転化率を指
標として通常のＨＲＴ制御目標値よりも短いＨＲＴでメ
タン発酵タンクの運転が可能となる。
酵温度の変化とか有機物過負荷をきっかけとする加水分
解、酸生成、メタン生成の速度が不均衡となることに起
因するシステムフェイリュアーを防止して、処理すべき
基質の量とか性状の変化があっても比メタン転化率を指
標として通常のＨＲＴ制御目標値よりも短いＨＲＴでメ
タン発酵タンクの運転が可能となる。
【００６４】更に請求項３，４記載の制御によれば、シ
ステムフェイリュアーが起きるかどうかを判断する目安
となる比メタン転化率よりも低下しないようにＨＲＴを
制御することにより、過負荷が原因となって起きるシス
テムフェイリュアーを未然に防止し、且つ処理能力を最
大限度まで発揮することができる。
ステムフェイリュアーが起きるかどうかを判断する目安
となる比メタン転化率よりも低下しないようにＨＲＴを
制御することにより、過負荷が原因となって起きるシス
テムフェイリュアーを未然に防止し、且つ処理能力を最
大限度まで発揮することができる。
【図１】比メタン転化率を指標とした本発明の実施例１
の汚泥消化制御システムを示す概要図。
の汚泥消化制御システムを示す概要図。
【図２】下水汚泥消化ＨＲＴ制御実験における有機物容
積負荷と比メタン転化率の関係を示すグラフ。
積負荷と比メタン転化率の関係を示すグラフ。
【図３】下水汚泥消化ＨＲＴ制御実験における非電離Ｖ
ＦＡ濃度と比メタン転化率の関係を示すグラフ。
ＦＡ濃度と比メタン転化率の関係を示すグラフ。
【図４】比メタン転化率を指標とした本発明の実施例２
の汚泥消化制御システムを示す概要図。
の汚泥消化制御システムを示す概要図。
【図５】ＵＡＳＢ法におけるＴＯＣ容積負荷と比メタン
生成活性の関係を示すグラフ。
生成活性の関係を示すグラフ。
【図６】ＵＡＳＢ法におけるＴＯＣ容積負荷と比メタン
転化率の関係を示すグラフ。
転化率の関係を示すグラフ。
【図７】ＵＡＳＢ法における非電離ＶＦＡ濃度と比メタ
ン転化率の関係を示すグラフ。
ン転化率の関係を示すグラフ。
【図８】室内での嫌気性消化実験による下水濃縮生汚泥
のＨＲＴ制御例を示すグラフ。
のＨＲＴ制御例を示すグラフ。
【図９】異なるＨＲＴ条件下における反応速度を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図１０】下水汚泥ＨＲＴ制御実験における有機物容積
負荷と比メタン生成活性の関係をグラフ。
負荷と比メタン生成活性の関係をグラフ。
【図１１】下水汚泥ＨＲＴ制御実験における非電離ＶＦ
Ａ濃度と比メタン生成活性の関係を示すグラフ。
Ａ濃度と比メタン生成活性の関係を示すグラフ。
１…汚泥消化タンク ２…メタン生成速度測定手段 ３…濃縮生汚泥投入量測定手段 ４…濃縮生汚泥のＶＳ（強熱減量）及びＣＯＤ測定手段 ５…消化汚泥引抜量測定手段 ６…消化汚泥ＶＳＳ測定手段 ７…演算制御装置 １１…ＵＡＳＢタンク １２…基質投入量測定手段 １３…基質のＴＯＣまたはＣＯＤ測定手段 １４…グラニュール汚泥容量測定手段 １５…グラニュール汚泥ＶＳＳ測定手段
Claims (4)
- 【請求項１】 メタン発酵タンクにメタン生成速度測定
手段、濃縮生汚泥投入量測定手段、濃縮生汚泥のＶＳ
（強熱減量）及びＣＯＤ（化学的酸素要求量）測定手
段、消化汚泥引抜量測定手段及び消化汚泥ＶＳＳ（粗浮
遊物質）測定手段を設置して、各測定手段から入力され
る測定データに基づいて演算式により比メタン生成活性
と有機物容積負荷を演算し、この有機物容積負荷をＣＯ
Ｄ容積負荷に換算して比メタン転化率を求め、この比メ
タン転化率が目標とする数値範囲内にあるように制御す
ることを特徴とするメタン発酵制御方法。 - 【請求項２】 前記比メタン転化率が目標とする数値範
囲から外れた場合には、現在の比メタン生成活性の数値
を固定したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻る
ようなＣＯＤ容積負荷を算出し、更に有機物容積負荷と
ＨＲＴを計算してＨＲＴに基づいた生汚泥投入量と消化
汚泥引抜量を算出し、これらの量を調節することにより
ＨＲＴ制御を実施することを特徴とする請求項１に記載
のメタン発酵制御方法。 - 【請求項３】 ＵＡＳＢタンクにメタン生成速度測定手
段、基質投入量測定手段、基質のＴＯＣ（総有機炭素
量）またはＣＯＤ測定手段、グラニュール汚泥容量測定
手段及びグラニュール汚泥ＶＳＳ測定手段を設置して、
各測定手段から入力される測定データに基づいて演算式
により比メタン生成活性とＣＯＤ容量負荷を演算し、ま
たはＴＯＣ容積負荷からＣＯＤ容積負荷に換算して比メ
タン転化率を求め、この比メタン転化率が目標とする数
値範囲内にあるように制御することを特徴とするメタン
発酵制御方法。 - 【請求項４】 前記比メタン転化率が目標とする数値範
囲よりも低い場合には、現在の比メタン生成活性の数値
は固定したまま、比メタン転化率が目標値の範囲に戻る
ようなＣＯＤ容積負荷を算出し、更にＴＯＣ容積負荷と
ＨＲＴを計算してＨＲＴに基づいた基質投入量を算出
し、これらの量を調節することによりＨＲＴ制御を実施
することを特徴とする請求項３に記載のメタン発酵制御
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8614597A JPH10277583A (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | メタン発酵制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8614597A JPH10277583A (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | メタン発酵制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277583A true JPH10277583A (ja) | 1998-10-20 |
Family
ID=13878576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8614597A Pending JPH10277583A (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | メタン発酵制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10277583A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005111344A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | メタン発酵処理装置 |
| JP2005279411A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Kurita Water Ind Ltd | グリセリンの高速メタン発酵方法 |
| JP2006026461A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Toray Ind Inc | メタンガスを生成する嫌気性水処理設備の制御方法および制御装置 |
| JP2006110424A (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Ebara Corp | 有機性廃水の処理方法及び処理装置 |
| CN113156072A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-07-23 | 上海应用技术大学 | 一种废水厌氧生化单元cod容积负荷的评价方法 |
-
1997
- 1997-04-04 JP JP8614597A patent/JPH10277583A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005111344A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | メタン発酵処理装置 |
| JP2005279411A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Kurita Water Ind Ltd | グリセリンの高速メタン発酵方法 |
| JP2006026461A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Toray Ind Inc | メタンガスを生成する嫌気性水処理設備の制御方法および制御装置 |
| JP2006110424A (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Ebara Corp | 有機性廃水の処理方法及び処理装置 |
| CN113156072A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-07-23 | 上海应用技术大学 | 一种废水厌氧生化单元cod容积负荷的评价方法 |
| CN113156072B (zh) * | 2020-11-03 | 2023-09-26 | 上海应用技术大学 | 一种废水厌氧生化单元cod容积负荷的评价方法 |
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