JPS5851992A - メタン発酵槽の液投入，引き抜き方法 - Google Patents

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】 本発明は、メタン発酵法の改良、詳しくはメタン発酵を
効率良く行なうための原液供給及び処理液引き抜き方法
の改良に関するものである。

廃水、廃泥等の有機性廃棄物を処理するに当たり従来よ
り用いられているメタン発酵法（嫌気性消化法）は、嫌
気性細菌群の固有の代謝能力を主として利用することに
よって有機物をメタンガスへと転換することで安定化を
はかるものである。

このようなメタン発酵法は、廃液処理によく用いられる
好気性生物処理法に比較して曝気のための動力が不要で
あることおよびエネルギー利用の可能なメタンガスを回
収できることなどから省エネルギープロセスとして評価
されている。しかるに一方では、メタン発酵に関与する
嫌気性細菌群の増殖速度が好気性菌のそれに比較してか
々り小さく、従来法による処理時間は通常１５日以上と
、好気性菌を用いて数時間で処理を完了させる場合に比
べ迅速な処理ができない欠点を有している。

上記欠点を改めるべく、近年メタン発酵に対す　２− る種々の技術的検討がなされ、効率改善をはかるプロセ
スが開発されている。それらのうち代表的なものを記せ
ば次のようである。

（１）嫌気性接触法；活性汚泥法と同じく、一般にはメ
タン発酵槽の後に脱ガス装置と沈殿槽を設け、沈降濃縮
した生物性の汚泥をメタン発酵槽に返送する。

（２）上向流嫌気性Ｐ床法；浸漬した沢材または嫌気性
汚泥層に、上向流的に被処理水を通過することによって
メタン発酵を行なうとともに菌体を捕捉しておく。

（３）嫌気性半回分式接触法；同一槽内にて攪拌混合に
よる高率メタン発酵と嫌気性菌体の静置沈降分離を交互
に行なし菌体な発酵槽内に残留せしめる。

これらのプロセスはいずれも増殖速度の遅いメタン菌を
何らかの物理的方法によって処理系内に留保せしめ廃液
滞留時間のみを短縮することによって高速処理をはかろ
うとするものである。

本発明のメタン発酵槽からの処理液引き抜き方法は、上
記各種プロセスがそれぞれ装置的な複雑、さや、操作上
の煩雑さを伴うのに対して、嫌気性菌体のメタン発酵槽
内での保持を簡単な付加構造物によって、しかも簡易な
操作によって達成することを可能としたものである。

本発明の一実施態様を第１図に従って説明すれば次のよ
うである。メタン発酵槽６は攪拌混合機構を有する気密
構造の生物反応槽で、通常は２０℃〜６５℃の間の一定
液温に維持され、またｐＨも５．５〜８．５の間に制御
されることが多い。またこの図示例では攪拌羽根による
機械攪拌方式を示しであるが、消化ガス循環によるガス
攪拌や混合液循環による液流攪拌を採用することもでき
る。いずれにおいても、この攪拌流動は連続的に行なう
ことが生物反応を促進する点で好ましい。原廃液１はパ
ルプ１０　、１４が開の状態、バルブ１１　、１３　、
１５が閉の状態においてポンプ２０によって槽内に送り
込まれるが、途中でｐ材充填層８を備えた濾過塔７を上
向流的に通過する。なお、原廃液１とは、都市又ｔス各
種産業分野から発生する有機性廃水若しくは廃泥である
。

本発明の特徴は、原廃液１がこのように上向流的にｒ材
を通過した後にメタン発酵槽６に投、入されることであ
るが、これは、このＰ材充填層８を逆洗しつつメタン発
酵槽混合液から流出した嫌気性菌体等の捕捉汚泥を再び
メタン発酵槽６へ原廃液１とともに随伴返送することを
主眼としたものである。したがって、原廃液１の流入流
速はこの沢材充填層８の層膨張を生ずるに十分な上向流
速をとる必要があるが、その流速は充填したＰ材の比重
および粒径、さらには捕捉されている生物性汚泥の質お
よび量に応じて適宜決定される。Ｆ材としては、ｆ材充
填層８の層膨張と層膨張後の捕捉汚泥とｆ材の分離の面
から、比重１．２以上かつ粒径０．０５〜１００ｙｙ＋
ｍ程度のものが好ましい。

本発明においては、上記の如くｒ材の選定とそれによる
原廃液１の流入流速の決定が特に重要となるが、捕捉汚
泥のみをメタン発酵槽６へ流入させｒ材はこの濾過塔７
内に留まるようにすることが肝要であり、したがって、
この沢材は捕捉した生物性の汚泥よりも比重および沈降
速度の点で上わまわる必要がある。上記条件を満たすた
めには、濾過塔７の形状も重要である。％に塔の内断面
積。

高さ、Ｐ材充填層８の高さと廃液投入時の濾過塔７にお
ける下部流入口から上部流出口までの高さの比などを最
も適切な範囲におさえる必要がある。

この目的のために濾過塔７の内断面積を変化させ、例え
ば沢材充填層８より上部に向けてテーパーをつけて内断
面積を増加させ、上向流速を上方に向かって段階的に減
少させｆ材の随伴上昇を抑制することは有効である。

さらにはメタン発酵槽６への流入連結部付近の塔内断面
積を再び減少させ、生物性汚泥のメタン発酵槽６への逆
流が容易とする方法も取りうる。

このように濾過塔７の形状および寸法に関しては多様に
選定することができ、ここに述べた以外にも捕捉汚泥の
逆流洗浄、またそれによる生物性汚泥の返送にとって好
ましいと考えられる方法は、本発明において有効に利用
・しうるものである。

上記の如き原廃液１の投入操作の後、パルプ１０は手動
もしくは自動で締められ、その直後にパルプ１３が手動
もしくは自動で開とされる。これと同時かもしくは投入
原廃液１のメタン化処理が十分進行するための時間経過
後パルプ１１が手動もしくは自動的に開かれ処理済の混
合液はｆ材充填層８を下向流的に通過し、嫌気性菌体は
ｆ材に捕捉されｔ液が処理液２として系外へ引き抜かれ
る。この引き抜き操作は予め定められた時間の間バルブ
１１の調節によって一定量となる壕で行なうことを簡易
な方法として取りうるが、その他にもｅ材充填層８の閉
塞の程度に応じたｒ過流量の変動をモニターしたうえで
一定量引き抜く方法もとりうる。

なお、Ｐ材充填層８の閉塞の程度がそれほど大きくない
場合に原廃液１の流入を本発明のｆ過塔７を通過させる
経路と該沢過塔７を通過させることなく、第２図例のよ
うにパルプ】２を有するバイパス経路を併用してもよい
。また逆にｆ材充填層８の閉塞の程度がはなはだしく、
原戻液１のみの流入逆洗作用のみでは不十分で、ガスメ
タン発酵層６内の生物濃度が過剰である場合には、原廃
液１の代わりに他の逆洗水を用いてｒ材充填層８を上向
流式に通し逆洗廃水４として系外に取り出すことも有効
である。この場合には原廃液流入操作中のパルプ１４は
閉とされ代わりにパルプ１５を開として逆洗廃水４はメ
タン発酵槽６へは入れずに系外に引き抜く態様をとるこ
とが妥当であるが、このこと自体は本発明の必須構成要
素ではない。

上記の如くｆ過すべき処理混合液の生物性固形物濃度が
過大となる場合には、沢材充填層８の逆洗頻度をかなり
上げなければならない。これを緩和する方法として、沢
材粒度分布の適正選択も重要なことではあるが、他には
メタン発酵槽６内混合液の生物性固形物濃度を適正範囲
に調整することが効果的である。

この濃度は５００〜１ｏｏｏｏＷＶｔの範囲に制御され
るととが望ましく、制御方法としては、パルプ１６を開
としてポンプ２１によって余剰となった生物体を含む余
剰生物性汚泥３を系外に引き抜く方法が最も簡易である
。最も好ましくは、このような余剰生物体の引き抜きに
先だって一時メタン発酵槽６の攪拌を停止し生物体をメ
タン発酵槽６内にて沈殿濃縮せしめた後にこの濃縮生物
性沈殿物を余剰生物体として引き抜く方法が、生物体の
発酵槽内滞留時間を調節するうえで有利な方法となる。

本発明方法をより有効に活用する応用形態として、従来
技術である半回分式接触消化法と本発明法との組合せ法
をとることは、各々の単独技術の欠点を互いに補いそれ
らの利点を倍加させる点できわめて効果的である。

その組合せ技術とは、前記沢過塔７を介して投入された
原廃液１はガス化がほぼ完了するまでメタン発酵槽６内
で攪拌されつつ分解浄化され、その後槽内攪拌が停止さ
れ混合液中の生物性固形物は沈降し上澄液が形成され、
この上澄液を沢過塔７を介して処理水として引き抜く方
法である。この場合、メタン発酵槽６の流出口の位置は
沈降汚泥界面よりも高くする必要があり、この位置は、
メタン発酵槽６内の生物体濃度、汚泥界面沈降速度に応
じて適宜決定される。これにより半回分式接触消化槽で
の沈降分離だけでは沈殿せず系外へ流出してしまう特定
の生物種を沢材充填層８にて捕捉し、これを再びメタン
発酵槽６内に戻しうろことによってメタン発酵槽６内の
生物相をより多様にでき、結果的に分解除去すべき多様
な有機物を含む廃液に対して半回分式接触消化法を適用
可能なものとし得る。

一方、Ｐ材充填層８にとっては、メタン発酵槽６内の混
合液をそのまま通す場合に比べはるかに逆洗頻度が少な
くなる点および投入引き抜き量がメタン発酵槽６内の生
物性固形物濃度とは無関係に設定できるため、メタン発
酵槽６内に２０００〜５００００１Ｖｔもの生物体を保
有せしめることが可能であり、結果的に高負荷処理を可
能とできる点において利用効果の高い方法である。また
半回分式接触消化槽からの流出水は元来清澄度の高いも
のであるがゆえにこの液を利用してＰ材充填層８の逆流
洗浄を行なうことも可能である。なお、第１図中５は生
成ガス、９は攪拌モータである。

前記半回分式接触消化法は本発明者らの開発した嫌気性
消化法であり、嫌気性消化槽に原有機性廃棄物膜人後そ
のガス発生状況を見定めたうえで処理工程の順次操作を
決定し、第一操作としては原廃棄物の投入を、第二操作
としては消化槽の混合攪拌を行ないつつガス発生をほぼ
完了するまで進行せしめ、第三操作としては攪拌を停止
して嫌気性菌体の沈降後の上澄液を処理水として引き抜
くことを特徴とするものであり、単−嫌気性槽を発酵槽
兼沈殿槽として用いるところの高濃度菌体保持型の高率
嫌気性消化法である。

以上述べてきた如く、本発明は清澄な嫌気性処理液の生
成方法であるとともに、流出生物体の返送方法として従
来技術には見られない特徴を有するものである。

従来より生物体の返送方法としてとり入れられている技
術形態は発酵槽後段に沈殿槽を設は発酵槽より流出する
生物体を重力沈降分離せしめこの沈降生物体を発酵槽に
戻す方法、あるいは沈殿槽に代わって遠心分離機もしく
は浮上濃縮器を用いて強制的に生物体を分離せしめ、こ
れを発酵槽に返送する方法などである。

また本発明方法に用いたものに一見類似する、逆洗濾過
塔（たとえば通常の砂濾過塔）が使用されることのある
好気性生物処理水をさらに清澄化するためのｐ過処理法
は、これが流出生物体の返送技術としての利用形態を、
とり得ていない点（即ちＰ材充填層への捕捉生物体は逆
洗廃水とともに系外へと廃棄される）、および濾過塔内
の自由水面が大気に開放されており嫌気的条件が保たれ
ることの々い点において別種の技術であって分子状酸素
に曝されることを嫌うメタン発酵法での生物体返送手段
としては利用しえない。

単なるｒ過メデアを通して嫌気性処理液を生成する方法
は古来用いられている技術である。特に近年では発酵生
産技術の中で透析（ダイアリンス）による生物分離技術
が開発され有機性廃棄物のメタン発酵法においても相分
離技法として用いられ、特に二相消化法なるプロセスで
は重要である。しかるに、との種の技術は増殖生物体−
による濾過メデアの閉塞という問題を常にかかえており
、定期的なｒ過メデアの交換ないしは洗浄を行なう必要
がある。メタン発酵槽は内部が嫌気的に維持されている
ことを必須要件とする装置であるがために、濾過メデア
の交換ないし洗浄は通常技術では困難である。

本発明方法は、嫌気的逆洗濾過塔という装置と、投入す
べき原廃液によって沢材充填層を逆洗しｒ過能力を再生
する方法と、逆洗の障碍られる生物体を再びメタン発酵
槽に返送する方法とによって、従来技術に比べてｆ過メ
デアの再生維持管理を容易にするとともにメタン発酵槽
内の活性生物体量を増加せしめ高負荷・高速処理を達成
するうえでも簡易な方法であるため、従来技術よりも実
用上の効果がはるかに高い方法となりえた。

次に本発明の一実施例として、食品加工廃液処理に適用
した場合について示す。

この食品加工廃液は、製麺廃水で原廃液のＢＯＤ濃度１
０５０ｉ／ｉ（平均）、浮遊性固形物４３０％（平均）
、　ｐＨ６，２（平均）の性状を示すものであった。

用いた装置は第２図に示すように基本的には第１図に示
したものと同一形態であるが、運転条件を従来の単槽式
メタン発酵槽と同一にしうるよう、処理水の引き抜き口
を２つ設けうち１つ（処理液流出口１９）は従来法の如
く処理水をメタン発酵槽混合液として引き抜くために用
いた。このメタン発酵槽６の内容積は１２０　？Ｆ／で
あり液の張込み量は１００Ｒとした。濾過塔７の高さは
ｒ材支持体から液面高まで２．５　ｍ　、初期Ｐ材充填
層高さ０．５ｍ、　濾過塔内径０．２　ｍとし、充填Ｐ
材として３〜１０メツシユのアンスラサイトを用いた。

なお、濾過塔７は密閉構造となっている。

原廃液１の投入は１時間に１回５分間で行なうものとし
、処理液（２又は２′）の引き抜きは同じく１時間に１
回３０分間をかけて行なうようにタイマー設定によって
本処理装置を運転したが、メタン発酵槽６内の攪拌は常
時性なった。との装置は消化下水汚泥による種付の後５
５℃の加温下で当初本発明法に基づいて廃水滞留時間２
．０日、メタン発酵槽内混合液の有機性浮遊性固形物濃
度（ＭＬＶＳＳ）３０００”Ｐ／ｚ、　ＢＯＤ容積負荷
量５．３〜０日、　ＢＯＤ−ＭＬＶＳＳ負荷量１．７５
慢−日の条件下で４ケ月間運転し、ＢＯＤ除去率に関し
て第３図のような処理成績を得た。

その後、他の条件は同一としてこの装置を本発明方法か
ら従来法の単なる連続攪拌槽に切り変え、す々わち原廃
液１の流入は常にパルプ１２を経由するバイパス経路を
通るようにし、処理液２′は処理液流出口１９より流出
するようにして運転した。しかるに廃液滞留時間２，５
日においては運転経過日数７日目にてメタン発酵槽６内
のＭＬＶＳＳ濃度は当初の３０００７ｎＶｔから８５０
Ｖｔへ低下し、メタンガスの発生はほぼ完全に停止しで
しまい、ＢＯＤの除去率はわずか７．８％に減少してし
１つだ。

このメタン発酵槽６を消化下水汚泥にて再植種し廃液滞
留時間を５．０日として処理を再開したところ、１２２
日目では順調であったがその後次第にガス発止が低下し
、１７７日目は前と同様ＢＯＤ除去は殆どｋしえない状
態となった。その後消化下水汚泥による再植種を行ない
、廃液滞留時間を７．５日とした場合においてこの装置
のＢＯＤ除去能を継続することが可能となり、はぼ本発
明法に匹敵する除去率か得られたが、ＢＯＤの除去速度
は本発明法のこのような運転経緯の後、廃液の投入はパ
ルプ　　１２を経由するバイパス経路を通して行ない、
処理液の引き抜きはｒ材充填層８を下向流的に通るよう
に流路を構成し、Ｐ材充填層８の逆洗は地下水によって
行ない逆洗廃水はメタン発酵槽６内にではなくパルプ１
５を経由して外部に棄てるようにし゛て運転したところ
、廃液の滞留時間は４．０日、メタン発酵槽内混合液温
度５５℃の前述の本発明方法に基づく運転条件と同じ条
件ではメタン発酵処理が維持できず９日目には当初８７
％であったＢＯＤ除去率が１４チにまで低下してしまい
、この時点でのメタン発酵槽内のＭＬＶＳＳは初期の３
０００　”ｇ４から９４０シへ低下していた。

このようにメタン発酵処理液に対する従来の逆洗ｒ過塔
を介する引き抜きでは、処理液の清澄化は期待できるも
のの、本発明法のごとき原廃液の投入に伴う沢材充填層
８での捕捉生物体のメタン発酵槽６への返送がなされな
いがゆえに、メタン発酵法のＢＯＤ負荷を高めたりある
いは廃液処理時１５− 間を短縮するうえでは寄与しえないものであった。

なお、第２図中１７　、１８はパルプ、２２はガスタン
ク、２３は水蒸気吹込み管である。

上記実施例から知られるように、本発明のメタン発酵槽
に対する廃液の投入、処理水の引き抜き方法は、好気性
処理法のように生物体の増殖速度が本来大きく、廃液滞
留時間を数時間に設定できるようなものとは異なって、
活性生物体の系内残留を行なうための手段としてきわめ
て有効であって、またこのことによって廃液処理時間を
大幅に減少させることができ、処理効率の改善にとって
有力な手段となりうるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施態様を示す系統説明図、第２図
は本発明の一実施例に使用した装置の系統説明図、第３
図は該実施例の結果を示すグラフである。 １・・・原廃液、２，２′・・・処理液、３・・・余剰
生物性汚泥、４・・・逆洗廃水、５・・・生成ガス、６
・・・メタン発酵槽、７・・沢過塔、８・・・ｒ材充填
層、９・・・攪拌１６− モータ、１０〜１８・・・パルプ、１９・・・処理液流
出口、２ｏ。 ２１・・・ポンプ、２２・・・ガスタンク、ｎ・・・水
蒸気吹込み管。 特許出願人　荏原インフィルコ株式会社代理人弁理士　
端　　山　　五　　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　有機性廃液をメタン発酵処理するに際し、メタン
   発酵槽とは別に、ｆ材充填層を備え内部空間が大気から
   遮断された濾過塔を設け、前記メタン発酵槽への有機性
   廃液投入時には前記濾過塔内のＰ材を逆洗しつつ上向流
   に通水し、処理液引き抜き時には前記濾過塔を下向流に
   通水することを特徴とするメタン発酵槽の液投入、引き
   抜き方法。 ２、　前記ｆ材として、比重１．２以上、平均粒径０９
   ０５〜１００ｍｍの粒子を使用する特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、　前記メタン発酵槽内の生物性固形物濃度を５００
   〜１００００％／Ａに維持してメタン発酵処理を行なう
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 １　　　　　　　　　　　　　ｓ１％１