JPS5814278B2

JPS5814278B2 - ユウキセイハイエキノケンキセイシヨウカホウホウ

Info

Publication number: JPS5814278B2
Application number: JP50081808A
Authority: JP
Inventors: 緒田原蓉二; 石田昌彦; 芳賀良一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1983-03-18
Also published as: JPS525959A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は有機性廃液の処理方法、特に有機性廃液を嫌気
的に消化する嫌気性消化方法に関する。

最近、下水、蓄産排水などの二次処理施設が普及するに
ともない、かなり大量の余剰活性汚泥が副成しつつある
。

また、家庭厨芥の排出量もかなりの量に昇る。

このため、将来ともこれら動植物細胞や微生物を主成分
とする有機性廃液を無公害的に効率よく処理することは
極めて重要なこととなってきている。

現在、これらの廃棄物は焼却、埋立て、海洋投棄などで
処理されているが、各種の二次公害の原因になっている
ことは衆知の通りである。

このうち、焼却法は埋立て、海洋投棄の法的規制が強ま
るに伴い目下広く普及しつつあるが、これとても排煙、
悪臭、焼却灰の処理など新しい問題を生じつつある。

従来、余剰海性汚泥などの有機性廃液は嫌気性消化方法
により処理されてきた。

嫌気性消化は主として二種の反応によることが知られて
いる。

すなわち、まず廃液中の有機物が嫌気性液化菌群（腐敗
菌群）の作用により低分子化して錯酸、プロビオン酸、
酪酸などの揮発性有機酸となる液化反応と、これら生成
した有機酸がガス化菌群（メタン菌群）によりメタンに
転換する反応である。

そして、通常行なわれている嫌気性消化はこれら両方の
菌群が共存状態でもしくはゆっくりした勢力交代の過程
で消化分解が進行していくものと考えられている。

このようなことから嫌気性消化は通常３０〜５０日とい
った長い処理期間を要する。

そのため、無公害的かつ省エネルギー的特徴を有するに
もかかわらず、年々斜陽化し、現在我国では床尿処理に
若干用いられている程度である。

最近上記の無公害的、且つ省エネルギー的特徴が再評価
されはじめ、一犬欠点である処理効率を向上させるべく
研究が進められはじめてきた。

ごく最近、人工廃液を用いた実験で、上記二反応を分離
しうろことが証明され、また各反応の最適化をはかるこ
とにより従来の並行複醗酵的方式よりも処理期間をかな
り短縮できることが報告されているその概念図を第１図
に示す。

ここで、液化の終った処理液は何らかの固液分離方法に
より有機酸を含む上澄液と液化菌体とに分離されたあと
、上澄液はガス化工程に移され、液化菌体は一部を液化
槽に種母として返送し残りは系外に引き抜かれている。

本発明者らがこの二段階処理方法を追試した結果、処理
効率は向上するが、ガス収率は従来法にくらべ１０〜３
０％減少することがわかったその原因を検討したところ
有機物の一部が副生する液化菌体の形で系外に出てしま
うためであることがわかった。

嫌気性消化による有機物処理において、その処理効率の
向上はもちろん重要であるが、省エネルギー性を要求さ
れる現今、副生ずる消化ガスを用い処理施設の熱源、動
力源をまかない、さらには余剰ガスの有効利用をする点
でも、ガス収率の向上が望まれる。

一方、液化菌体には酢酸、プロビオン酸、ｎ−酪酸とい
った揮発有機酸やＨ２Ｓなど代表的悪臭成分を含むため
、菌体を系外に抜き出すことははなはだ好ましくない。

ｔまた、液化菌は微生物のうちで最も微少なバクテリア類
に属し、通常の沈降分離や沢過法では分離効率が低い。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改善し、効
率よく消化率の高い有機性廃液の嫌気性消化方法を提供
するにある。

しかして、本発明は嫌気性消化を液化工程とガス化工程
の二段階に分け、液化工程を経た廃液中の未液化残渣と
、液化菌体ならびに揮発性有機酸が含まれる液とに分離
し、次いで、これらの液からさらに液化菌体、ガス化菌
体を分離回収せんとするものである。

一般に汚泥、厨芥といった固形物を多く含む廃液では、
セルロース等の難分解性の固形成分があって、液化工程
でも比較的分解しにくい粗大な未液化残渣として液化槽
中に残留しており、この時点に於ける未液化残渣は極め
て悪臭の強い状態にある。

ここで、未液化残渣を液化菌体を一緒に液化汚泥として
固液分離しこれを再液化しようとすると、液化函体にく
らべ未液化残渣の方か分解されにくいことから、未液化
残渣が液化槽中に蓄積しやすくなる欠点を生じる。

一方、未液化残渣は液化菌体よりも粒度が太きいため、
極く容易に固液分離することができる。

このようなことから、未液化残渣を分離し、次に液化菌
体を回収して再液化するようにしたものである。

また、回収した未液化残渣は直接ガス化工程に投入され
る。

上記した如く、未液化残渣は悪臭がつよく液化されにく
いことから、これをガス化工程に投入し附着した有機酸
をガス化させてから悪臭のない消化汚泥として系外に排
出するものである。

液化菌体はその生埋活性をそこなわせずに分離回収され
、その一部を液化工程に返送して液化速度を高めるため
に供される。

このため、液化処理して未液化残渣を除いて得られる液
化菌含有廃液に液化もしくは後述のガス化工程で発生す
るガスを吹き込み泡沫を形成させ、形成した泡沫を分離
することにより液化菌体を廃液中に、濃縮させ、もって
液化菌体を廃液より分離するものである。

さらに本発明では、液化を行なうまえの有機性廃液に酸
を加えて加熱する前処理を施すようにしたものである。

余剰活性汚泥を含め一徹の有機性廃液は一種の親水性コ
ロイドであり、水相ゲルの状態に近い。

このため、固形分濃度５％程度でもかわ状もしくはペー
スト状を呈し、液化を促進させるためには大きな攪拌動
力を要する。

このような有機性廃液でも酸性条件下で加熱処理を施す
ことにより、高分子成分を変性もしくは部分的に加水分
解すると同時に粘度を大巾に低下させ、かつ液化菌、ガ
ス化菌の活動に必要なビタミン、アミノ酸、核酸関連物
質等の生育促進因子を抽出せしめ、後続の消化過程を容
易にして処理効率、ガス収率をともに向上させるこ，と
ができる。

生理活性を有するま又で分離回収された液化菌体はその
一部を液化槽へ返送し残りの大部分を酸加熱前処理工程
に返送し、再原料化する。

酸加熱前処理工程に送られた生の液化菌はこ匁でその生
埋活性を失なうことはもちろん原料廃液中の動植物細胞
と同じく成分抽出、部分分解をうけ効果的に原料化され
る。

他の特徴は、ガス化の終了した廃液中の未消化残渣と、
ガス化菌を含む液とを分離し、未消化残渣はそのまゝ系
外に排出するとともに、次いで、この液からガス化菌体
を分離回収せんとするものである。

液化工程で液化されなかった未液化残渣はガス化槽でさ
らに部分的分解をうけかつ附着していた揮発性有機酸が
除かれて、最終産物の一つである悪臭のない消化残渣、
すなわち消化汚泥と−ナる。

一方、ガス化は液化にくらべ時間がか匁るため、ガス化
の処理効率により嫌気性消化全体の効率に太き《影響す
る。

そのため、前述の液化菌の返送の場合と同様、ガス化菌
をその生理活性をそこなわせずに分離回収しガス化槽に
返送使用することが極めて重要となる。

この際、ガス化の終った廃液を未液化残渣を含むま瓦で
分解して返送すると、返送汚泥中のガス化菌はそれだけ
うずまるため、返送用ポンプの動力を消費するし、液化
槽中の汚泥濃度が高くなり攪拌装置への負担も増加する
。

一方、未液化残渣は液化菌体よりも粒度が大きく、極く
容易に固液分離することができる。

このように、上記欠点を除き、効率よくガス化菌体を回
収し返送する目的で、まず未液化残渣を分離除去し、次
にガス化菌体を回収するものである。

さらには、液化菌を生埋活性を有するまゝで回収するの
と同様、ガス化菌についても同じ方法で分離回収し、ガ
ン化槽に返送することである。

分離するには、液化菌の場体と同じく、沈降分離法、遠
心分離法などでもよいが、上述した泡沫生成による分離
方法が最も効果的である。

また、液化菌体の場合と同じく、回収したガス化菌のう
ち、返送した残りの余剰分を酸加熱前処理して再原料化
してしまうことである。

これにより、さらにガス収率を向上させることができる
。

第２図に本発明なるプロセスの１例を示し、以下工程順
に詳しく説明する。

廃液貯槽１に貯えられた有機性廃液、例えば余剰活性汚
泥、厨芥、人蓄採尿、アルコール蒸溜発液、食品工業濃
厚廃液は酸加熱前処理槽２に投入され酸性条件下で加熱
処理される。

もちろん、厨芥など粗大な固形物を含むものの場合には
適宜破砕しスラリー状にした方が装置の故障防止、処理
効率の向上という点で好ましいことは言うまでもない。

この酸前処理における有効ｐＨ領域は３．５以下であれ
ばよく、ｐＨが低いほど効果的である。

しかし、経済性を加味すればｐＨ１．０〜３．０が好適
である。

特に抗性物質の醗酵廃液を嫌気消化をする際、液化菌、
ガス化菌の活動を阻害するものが多いが、上記の如く酸
性で加熱すればほとんどの種類の抗性物質はその効力を
失うため、本工程は極めて効果的である。

酸化性化するのに用いらる酸としては、硫酸、塩酸等の
鉱酸の他、酢酸、クエン酸等の有機酸も有効テある。

経済的には硫酸、塩酸が適しており、かつ高濃度の酸を
使用した方が稀釈が少なく便利である。

添加量は原料の種類、濃度、酸の種類によりかなり異な
るが、一般に上記有効ｐＨに達するには３５％ＨＣＩ
で０．１〜１％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲内にある。

中性では１５０℃以上の高温下でなければ粘度低下はそ
れほどでもない。

またアルカリ性ではかえって粘度の上昇をきたし適当で
はない。

酸性での加熱処理は澱粉製造廃液や製粉廃液のような澱
粉を含む廃液の際の粘度低下にも極めて効果的である。

加熱は少なくとも、６０℃以上で１分以上行なうことが
必要である。

たゞし、必要以上に高温下で長時間、例えば１７０℃、
２０分処理すると消化を阻害する分解生成物が生じるた
め、せいぜい１６０℃、１０分以内にとゞめるべきであ
る。

酸加熱前処理をした廃液は液化槽３に投入され液化菌と
接触される。

そして、嫌気的条件下でかつ一定温度で攪拌しながら数
日間保持される。

この液化工程で高分子物質は低分子化され、生成した低
分子化合物はさらに揮発性脂肪酸にまで分解される。

温度は３０〜５０℃、ｐＨは４〜７が好適であり、廃液
の種類、使用する液化菌により適宜選択することができ
る。

液化中、中和剤を添加して液中ｐＨを好適範囲に調整す
ることは極めて好ましい。

中和剤としてＮａＯＨ，ＫＯＨ、Ｎａ２Ｃ０３、Ｃａ（
ＯＨ）２、ＣａＣＯ３が用いられる。

液化菌、攪拌、保温等については従来の嫌気性消化法で
採用されてきたものが十分用いられる。

例えば、液化菌としては、クロストリジウム属、バシル
ス属、エシエリヒア属、スタフイロコッカス属などであ
る。

これらは通常、単菌よりも菌群として使われる場合も多
い。

液化槽で発生するガスの組成は原料の種類、処理条件に
よりかなり変化するが、一般的には、ＣＯ２、７０〜９
０％、Ｈ２、１〜５％を主成分とし、他に少量のＮ２、
Ｈ２Ｓを含んでいる。

これら液化ガスは、後続工程のガδ化の際発生するＣＨ
４に富む高カロリーガスの稀釈に用いるが、後述の液化
菌体を分離回収する際のガスとして用いるか、第二鉄塩
により脱硫を行なったあと嫌気性消化プラントの燃料と
して用いたり、液化槽、ガス化槽の通気攪拌のため循環
用気体としても使用される。

次に液化を終了した液化菌体や未液化残渣を含む廃液は
未液化残渣分離槽４に導かれ、未液化残渣と、液化菌体
及び有機酸を含む廃液とに分離される。

こゝで用いうる固液分離法は液化菌体の生埋的活性をそ
こなわない方法であれば、例えば沈降分離法沢過法、遠
心分離法など公知の方法が十分適用できる。

特に未液化残渣は短時間の静置においても容易に沈澱す
ることから沈降分離法で十分目的が達せられる場合が多
い。

もちろん、廃液の種類によっては未液化残渣がほとんど
生じない場合もあり、この場合には特にこの工程を省く
こともできる。

分離された未液化残渣はこれ以上あまり液化されに《い
こと瓦、悪臭を有し系外にそのま匁排出できないことか
ら後述するガス化槽に投入される。

このガス化槽で持ち込みの有機酸がガス化し脱臭され最
終的には消化汚泥として排出される。

一方、未液化残渣を除いた液化菌体を含む廃液は液化菌
体分離器５に投入される。

こＮで、嫌気性消化の過程で発生するガスを吹き込み発
泡させ、泡を溢流させる。

液化菌体は残留液画分に最高１０％程度のスラリー状に
まで濃縮される。

液化廃液は通常それほど発泡性が強くないが、泡沫が消
え泡沫画分液がそられにくい場合には、回転翼やガス噴
出ノズルを有する泡破砕機を使うと好都合である。

なお、吹き込まれたガスは第２図に示すごとく循環使用
される。

泡沫の径は約３ｍｍ以上とするのが好ましい。

一方、上記方法により回収された液化菌体の一部は液化
槽に返送される。

また、残りの大部分は酸加熱前処理槽２に返送され再原
料化される。

なお、連続的に長期間運転すると液化菌の余剰分が出て
くるから、その場合はガス化槽６にそのまゝ投入しても
よい。

次に、液化菌を除いた有榛酸を含む液化脱離液はガス化
槽６に投入され、ガス化菌の作用により有機酸がメタン
とＣＯ２に転換される。

このガス化を効率よく行なわせるには嫌気的雰囲気中で
十分攪拌しながら３０〜５５℃に加温し、かつｐＨを７
〜８に調整することが必要である。

加温及び攪拌の方法は前述した液化工程で用いうる方法
と同じ方法により十分達成できる。

ｐＨの調整は塩酸、硫酸や有機酸の添加によって行なわ
れる。

ガス化菌としてはメタノサルソーナ属、メタノコッカス
属、メタノバクテリウム属等の従来使用されてきたガス
化菌が十分使用できる。

生成するガスの主成分は６０〜９０％のＣＨ，と１０〜
４０％のＣＯ２とで、他はＨ２Ｓ，Ｎ２、Ｈ２が微量
含まれる。

これらガス化工程で発生したガスは液化工程でのガスと
混合しガスタンク９に貯留される。

貯留ガスは従来の消化法の場合と同じく、装置の保温熱
源及び攪拌動力源に用いられる。

さらには、液化槽、ガス化槽の通気攪拌のための循環用
気体として使用できる。

ガス化を終えた廃液は未消化残渣分離槽７に投入され未
液化残渣が分離される。

こ〜での固液分離法は、未液化残渣の分離と同様、沈降
分離法、沢過法などの常法により容易に達成される。

なかでも沈降分離法は、経済的にも最も有利であり、滞
留時間も０．５〜２時間程度で十分である。

分離された未消化残渣１１は若干の下水臭とアンモニア
臭を有するだけであり、系外に抜き出して脱水乾燥して
有機質肥料等に使用できる。

未液化残渣を除去された液は、次にガス化菌体分離器８
に入り、液化菌の場合と同様、発生ガスを吹き込み泡沫
を生成させる方法によりガス化菌体は分離濃縮される。

残留液画分として得られるガス化菌体のスラリーは一部
をガス化槽６に返送し、残りを酸加熱前処理槽２に返送
し再原料化される。

泡沫の破砕により得られる脱離液１０は、まだ少量のＳ
Ｓ、及びＢＯＤ等の残留成分を含むため、従来法の場
合と同様、活性汚泥処理等により後処理したあと放流さ
れる。

実施例１余剰活性汚泥をあらかじめ回分式で酸加熱前処理してか
ら嫌気性消化を行なった。

酸加熱前処理は次の様に行なった。

余剰活性汚泥５ｋｇ（固形分濃度３．０％、有機物
含量２．１％）に３５％塩酸を攪拌しながら２３ｍｌ添
加しｐＨを２．０に調整した。

これを攪拌機とジャケットつきのステンレス製加熱槽に
入れ９５℃で５分間保持後、４０℃に冷却した。

次いで、上記処理を行った汚泥を有機物負荷３０ｇ／ｌ
、日で、攪拌機、ジャケット、ｐＨ自動調節装置を附し
た有効容積１０ｌの円筒形ステンレス製容器を液化槽に
投入し、攪拌速度２００ｒｐｍ，温度４Ｏ℃，ｐＨ５．
８（ＮａＯＨ溶液使用）滞留時間４０日の条件にて連続
的に液化処理を行なった。

液化用の種菌は少なくとも２週間以上、上記条件下で液
化処理して得られる液化汚泥を用いた。

液化した廃液は有効容積０．５ｌの沈澱槽に導き、３．
８時間滞留させることにより未液化残渣と液とに分離し
た。

この未液化残渣は後述するガス化槽にすべて投入した。

次に上記の未液化残渣を除いて得られる液中から液化菌
体を回分式で分離濃縮を行なった。

まず上記の液３００ｍｌを下端に栓した直径３．６ｃｍ
、長さ１ｍのガラス円筒に入れ、底部につけた直径０．
５ｍｍの単孔ノズルから窒素カスをポンプで３ｌ
／ｍｉｎの速度で約１０分間通気した。

ガラス管を上昇して溢流する泡を管上部に直径３．６ｃ
ｍのガラス管で水平に接続した２ｌの円筒ガラス容器に
導き、自然破泡して得られる泡画分液即ち液化脱離液を
２５０ｍｌ得た。

残留液画分には原液菌濃度の５倍にまで液化菌体が濃縮
された。

この残留液画分すなわち液化菌濃縮液は４ｇ／ｌ日の速
度で液化槽に返送使用された。

一方、残りの液化菌体は２ｌ毎にバッチ式で酸加熱前処
理され液化槽に原料汚泥と同様に投入された。

酸加熱前処理の条件は原料汚泥の際と同一である。

次いで、液化脱離液は有効容積２０ｌのガス化槽に送り
ガス化を行った。

ガス化槽も液化槽と同じく、攪拌機、ジャケット、ｐＨ
自動調節装置を有している。

ガス化の条件は滞留時間８日、温度４０℃、ｐＨ７．５
（ＨＣｌ溶液使用）で行なった。

液化、ガス化によるガス発生量は上記ガス貯留槽中の食
塩水溢流量により測定した。

ガス化に用いる種菌は少くとも２週間以上連続的にガス
化処理をして得られる消化汚泥を用いた。

ガス化処理の終った液は有効容積０．５ｌの沈澱槽に
導き、３．８時間滞留させることにより未消化残渣とガ
ス化菌体を含む液とに分離した。

次いで、上記の未消化残渣を除いて得られる液中からガ
ス化菌体を回分式で分離濃縮した。

まず、上記の液３００ｍｌを下端に栓をした直径３．６
ｃｍ、長さ１ｍのガラス円筒に入れ、底部につげた直径
０．５ｍｍの単孔ノズルから、窒素カスをポンプで
４ｌ／ｍｉｎの速度で約１０分間通気した。

ガラス管を上昇して溢流する泡を、管上部に上記円筒と
同口径のガラス管で水平に接続した２ｌの円筒ガラス容
器中に導き、自然破泡して得られる泡両分液、すなわち
脱離液を２６０ｍｇ得た。

残留液画分に原液菌濃度の約５倍にまでガス化菌が濃縮
された。

この残留液すなわちガス化菌濃縮液に有機物として４ｇ
／ｌ、日の速度でガス化槽に返送使用された。

一方、残りの菌体は２ｌ毎にバッチ式で酸加熱前処理さ
れ液化槽に原料汚泥と同様に投入された。

ガス化菌体の返送は有機物として１．０ｇ／ｌ、日とし
た。

上記試験の結果、投入有機物量から消化汚泥と脱離液中
に残存する有機物を減じて求めた消化率は７０．５％で
あった。

また、ガス収率は有機物ｙあたり５３８ｍｌ（標準状態
に換算）で組成はＣＨ４：７２％（Ｖ／Ｖ）ＣＯ２：
２７％（Ｖ／Ｖ）であった。

以上本発明によれば、効率よく、消化率の高い有機性廃
液の嫌気性消化方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二段階処理方式を示すフローシート図、
第２図は本発明の実施例に係わるフローシート図である
。符号の説明、１……廃液貯槽、２……酸加熱前処理槽、
３……液化槽、４……未液化残渣分離槽、５……液化菌
体分離器、６……ガス化槽、７……未消化残渣分離槽、
８……ガス化菌体分離器、９……ガスタンク。

Claims

【特許請求の範囲】１有機性廃液を液化菌により嫌気的に処理して高分子
物質を低分子化するとともに有機成分を揮発性有機酸に
転換する第１工程と、第１工程で得られる廃液中の未液
化残渣を、液化菌体及び揮発性有機酸を含む液から分離
する第２工程と、第２工程で得られる液を固液分離して
液化菌体と液化脱離液とに分離する第３工程と、第３工
程で得られる液化脱離液および余剰分の液化菌体ならび
に前記第２工程で得られる未液化残渣をガス化菌により
嫌気的に処理してメタン及び炭酸ガスを発生させる第４
工程とより構成したことを特徴とする有機性廃液の嫌気
性消化方法。２前記第１工程に導びかれる有機性廃液に酸を加えて
加熱前処理する第５工程を備えたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の有機性廃液の嫌気性消化方法
。３前記第４工程で得られる廃液中の未消化残渣を、ガ
ス化菌体を含む液から分離すると共に、得られる液を固
液分離してガス化菌体と脱離液とに分離する第６工程を
備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
有機性廃液の嫌気性消化方法。