JPS5930478B2

JPS5930478B2 - 有機性廃液の嫌気性消化方法

Info

Publication number: JPS5930478B2
Application number: JP51145584A
Authority: JP
Inventors: 昌彦石田; 良一芳賀; 蓉二緒田原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1984-07-27
Also published as: JPS5370550A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は有機性廃液の嫌気性消化プロセスに係り、特に
純度の高いメタンガス及び炭酸ガスを回収するに適した
嫌気消化プロセスに関するものである。

下水、畜産廃水などの二次処理施設が普及するに伴い、
大量の余剰活性汚泥が発生しつつある。

また、家庭厨芥の排出量もかなりの量にのぼっている。

このため、これら有機性廃液（固形物も含める）を無公
害的に効率よく処理することが望まれる。

現在、これらの廃棄物は焼却、埋立て、海洋投棄などで
処分されているが、各種の２次公害を引きおこしている
ことは周知の通りである。

従来、余剰活性汚泥や採尿などの有機性廃液は嫌気性消
化法により処理されてきた。

この方法は副産物のメタンガスを消化設備の動力として
使えること、消化汚泥は良好な有機質肥料にできること
等の利点を有している。

ところで、嫌気性消化のメカニズムとしては、主として
二つ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醋酸、プロピオン酸、
ｎ−酪酸などの揮発性脂肪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
菌群な同一槽内での共存状態で３０〜５０日といった長
い期間かげて処理する方式がとられている。

そのため、上記の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、現在では採尿処理に
用いられている程度である。

最近、上記の利点が再評価されはじめ、−大欠点である
処理効率の低さを改善すべく米国等で研究が進められつ
つある。

ごく最近、人工廃液を用いた実験で、上記２反応が分離
し５ることが証明され、また各反応の最適化をはかるこ
とにより従来の並行複発酵方式よりも処理期間をかなり
短縮しうろことが報告された。

発明者らは各種有機性廃液につき追試を行なったところ
、上記の処理期間を短縮できる効果の他に、ガス化工程
で得られるガス中のメタン含量を従来の並行複発酵方式
が４０〜６０％であるのに対し７０〜９０％にまで高め
うろことを発見した。

これは、液化工程で炭酸ガスが出るため、その分だけガ
ス化工程での炭酸ガス発生が減ることによるものと考え
られる。

従来、嫌気性消化で発生するメタンガスは消化プラント
の保温用及び攪拌動力用の燃料として自己消費されるだ
けでなく、残りは発電用燃料等にも使われてきた。

近い将来、下水汚泥とか厨芥といった廃棄物の処理量が
ふえるにつれ、回収メタンガス量も増えて（るものと予
想されるが、メタン純度が高くないと、高カロリーの天
然ガス、石油からの合成ガスにくらべ用途が著しく限定
されてしまう。

以上のことから、さらにメタンの純度を向上させること
が望まれる。

一方、上記の２段処理方式は高速処理、メタン純度の向
上が可能になる代りに、液化反応で生成する有機酸を中
和して中性〜微酸性条件下で反応させねばならず、この
とき中和剤としてアルカリを消費する欠点がある。

従って、２段処理方式では中和に用する費用を低減させ
、処理コストへの影響を極力抑える必要がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな（し、２
段処理方式での発生ガスのメタン純度向上と液化工程で
の中和コストを低減しうる嫌気性消化方法を提供するに
ある。

しかして、本発明の特徴の一つは、嫌気性消化を液化工
程とガス化工程との２段階に分けることである。

このようにすることによって処理効率を向上せしめるこ
とができる。

第２の特徴は、ガス化槽で発生するメタンと炭酸ガスを
主体とするガスを消石灰、炭酸ナトリウム、生石灰若し
くは苛性ソーダの溶液等アルカリ性溶液（含、スラリー
）と接触させることにより炭酸ガスを吸収させて純度の
高いメタンを得ることである。

第３の特徴は、上記の炭酸ガスを吸収した結果生成せる
炭酸のカルシウム塩もしくはソーダ塩を液化反応の中和
剤として液化槽に投入し、中和により発生した炭酸ガス
を液化反応で発生する炭酸ガスを主体とするガスと合せ
て回収することである。

以上により、ガス洗浄の際の副産物である炭酸のカルシ
ウム塩もしくはソーダ塩を液化工程での中和剤として極
めて有効に利用できる。

この他、液化反応で発生する炭酸ガスと上記中和の際に
発生する炭酸ガスとを合せて捕集することができる。

また、脱炭酸の際、ガス化種発生ガス中に含まれる硫化
水素も吸収されるため、通常メタンガスの貯留前に必要
とされる脱硫塔が不要になる。

次いで、図面に本発明なるプロセスの一例を示し、以下
工程順に詳しく説明する。

まず、有機性廃液１、例えば、余剰活性汚泥、人畜深床
、アルコール蒸溜廃液、農産加工廃液及び廃棄物、食品
製造廃液及び廃棄物は固形物を含む場合、破砕機２によ
り破砕処理される。

もちろん、固形物を含まないかあるいは、後続工程での
スラリーの移送、槽内攪拌などによる支障がない場合は
破砕工程を省略することができる。

次に、破砕処理した廃液は一旦有機性廃液貯槽４に貯え
られ、しかる後液化槽５に投入され、液化菌と接触され
る。

そして、嫌気性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。

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。

液化の温度は３０〜７５°Ｃ，、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。

また、液化中、中和剤を添加して液中ｐＨが低下しない
様に上記好適ｐＨ範囲内に調整することが必要である。

中和剤としては、後述する如く、ガス化工程で発生する
メタンに富むガスのアルカリ洗浄に際し副生じてくる炭
酸のカルシウム塩やソーダ塩を使用する。

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、エシェリヒア属、スタフィロコッカス属などであ
る。

これらは通常、単一菌株よりも菌群として使われる場合
が多い。

液化槽で発生するガスは炭酸ガス７０〜９０％を含み、
他に窒素、水素の他硫化水素を少量含んでいる。

このガスは脱硫器７により硫化水素を除いたのちガス貯
留槽８に貯留される。

液化の終了した液化処理スラリー６はガス化槽１０に投
入され、ガス化菌の作用により有機酸がメタンと炭酸ガ
スに転換される。

このガス化を効率よく行わせるには嫌気的雰囲気中で十
分攪拌しながら３０〜７５°Ｃ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られる方
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シナ属、メタノコツカス属
、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％のメタンと１０〜
４０％の炭酸ガスとで、他は硫化水素、窒素、水素が微
量含まれている。

これらガス化工程で発生したガスはガス化種発生ガス移
送配管１２を介して炭酸ガス吸収塔１３中のアルカリ性
物質の水溶液もしくは懸濁液中に散気され脱炭酸されメ
タンガス貯留槽１６に貯留される。

本発明で使用できるアルカリ性物質としては例えば消石
灰、生石灰、苛性ソーダのいずれかもしくは二種以上の
混合、もしくは上記成分を含むもの、例えば消石灰の代
りにカーバイド残渣等を用いてもよい。

脱炭酸は上記アルカリ性物質の液とガスとを接触できれ
ばよく、その方法は特に限定されるものではない。

例えば、上記の如くアルカリ性物質の液中にガスを散気
してもよいし、あるいは吸収塔上部からアルカリ液を降
らせガスを向流でくぐらせてもよい。

１５は石灰乳調整槽である。

脱炭酸する際の温度は５〜１００℃の範囲で可能である
が、好ましくは常温以上の方が吸収に効果的である。

アルカリの濃度としては特に限定されないが、石灰使用
の場合にはあまり高濃度にするとガスの散気や液の移送
に不便であるため２５％以下であることが好ましい。

上記工程で炭酸ガスを吸収したアルカリ性物質の液１４
は炭酸飽和石灰乳移送配管９により液化槽５に返送され
、ｐＨ調節用中和剤として使用される。

炭酸ガスを吸収したアルカリ液が液化槽５中に投入され
ると、液化槽中のスラリーに含まれる有機酸のために炭
酸ガスを発生して中和剤として作用する。

液化反応自体で発生する炭酸ガスと中和反応で発生する
炭酸ガスとは混合した状態で脱硫器７により硫化水素を
除去したのち、ガス貯留槽８に貯留される。

一方、ガス化反応を終えたガス化処理スラリー１１は固
液分離槽１７に導き、脱離水１８と消化汚泥１９とに分
離され、それぞれ最終処分される。

なお、原料の有機性廃液を液化処理する前や、液化処理
とガス化処理との間に適当な単位工程を挿入してもよい
。

例えば、液化に先たち、酸性〜アルカリ性条件下で加温
処理して発酵しやすくするとか、液化処理のあと液化さ
れない残渣を除去して液のみガス化処理するとかがあげ
られる。

次に本発明の実施例を示しさらに詳しく説明する。

実施例１都市下水処理の余剰活性汚泥を回分式であらかじめ加熱
処理してから嫌気性消化を行った。

加熱処理は次のような操作によった。

都市下水の余剰活性汚泥５ゆ（固形分濃度３％ｗｔ／ｗ
ｔ、有機物含量２．１％ｗｔ／ｗｔ）に３５％濃塩酸を
攪攪しなから２３ｒＩＬｌ添加し、ｐＨを２．１に調整
した。

これを攪拌機とジャケット附きのステンレス製加熱処理
槽に投入し、６０℃で２４時間保持した。

次いで、上記処理を行ったスラリーな有機物負荷３０ｇ
／ｄで、攪拌機、ジャケット、ｐＨ自動調節装置を附し
た有効容積１０１の円筒形ステンレス製容器に投入した
。

これを攪拌速度２００ｒｐｍ１温度６０℃、ｐＨ５，８
、滞留時間４ｄの条件にて連続的に液化処理を行った。

ｐＨ調整のためのアルカリ剤としては後述するガス化槽
から発生するガスを洗浄した１０％（ｗｔ／ｗｔ）消石
灰スラリーを用いた。

液化槽から発生するガスは平均１４１／ｄで炭酸ガス９
５％（ｖ／ｖ）、水素２％、窒素２％の他硫化水素を０
．０５％程度含んでいる。

なお、液化用の種菌は上記条件下で少なくとも２週間以
上液化処理して得られた液化汚泥を用いている。

次に、上記の液化処理スラリーを有効容積２０１のガス
化槽に送りガス化処理を行った。

ガス化槽も液化槽と同じく、攪拌機、ジャケット１．Ｈ
自動調節装置を装備している。

ガス化の条件は滞留日数８ｄ、温度６０°Ｃ，ｐＨ７，
８（６ＮＨＣｌ使用）で行った。

ガス化槽からのガス発生速度は平均１８．９１／ｄで、
組成はメタン８０％、炭酸ガス２０％の他、０．０４％
の硫化水素を含んでいる。

上記の発生ガスは５％（ｗｔ／ｗｔ）の石灰乳の入った
円筒状ガラス製吸収槽の底部から散気させ、発生ガス中
の炭酸ガスを吸収させ、メタン９８％、炭酸ガス１％、
硫化水素０．００１％以下のガスを１５．５１／ｄで得
た。

なお、ガス化槽から発生するガスを炭酸ガス吸収塔を通
さないで液化工程の中和剤として５％消石灰を用いて試
験をも行った。

この場合、液化槽から、炭酸ガス９４％（ｖ／ｖ）、水
素３％、窒素２．２％の発生ガスを１０１／ｄ、ガス化
槽からメタン８０％（ｖ／ｖ）、炭酸ガス２０％、硫化
水素０．０３％を含むガスを１８．９１／ｄ得られる。

上記の試験結果は、ガス化槽から得られる発生ガスのメ
タン濃度が格段に向上するとともに、ガス洗浄で用いた
石灰液が液化反応の中和にも効果的に用いられること、
かつ吸収した炭酸ガスを液化反応で発生するガスと合せ
て回収しうろことを示している。

また、脱硫化水素も同時に効果的に行われていることも
明らかである。

実施例２家庭厨芥な肉挽機で径５ｍｍφに破砕して水を加え、有
機物濃度２．３％のスラリーとした。

上記スラリーを有機物負荷２９ｇ／ｄで攪拌機、ジャ
ケット、ｐＨ自動調節装置を附した有効容積５１の円筒
形ステンレス製容器に投入し、攪拌速度２５０ｒｐｍ、
温度６０℃、ｐＨ５，４、滞留時間４ｄの条件にて連続
的に液化処理を行った。

ｐＨ調整のためのアルカリ剤としては、後述するガス化
槽から発生するガスを洗浄した８％（ｗｔ／ｗｔ）苛性
ソーダ溶液を用いた。

液化槽から発生するガスは、炭酸ガス９４％（ｖ／ｖ）
、水素２％、窒素２％、硫化水素０．０４％を含んでお
り発生量はｌ／ｄである。

液化用の種菌としては上記条件下で少なくとも２週間以
上液化処理して得られた液化汚泥を用いている。

次に、上記の液化処理スラリーを有効容積１０１のガス
化槽に送り、ガス化処理を行った。

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日数８ｄ、温度６０℃、ｐＨ７，８
（６Ｎ）ＨＣｌ使用）で行った。

ガス化槽からのガス発生速度は平均３１．７１．／ｄで
メタン８１％（ｖ／ｖ）、炭酸ガス１９％、硫化水素０
．０２％を含んでいる。

上記発生ガスを、直径５の、長さ１ｍの管底から上昇さ
せ、管上から８％（ｗｔ／ｗｔ）の苛性ソーダ溶液０．
５１をポンプで循環させながら散液することにより炭酸
ガス及び硫化水素を吸収した。

その結果、メタ７９９．５％（ｖ／ｖ）、炭酸ガス０．
５％、硫化水素ｏ、ｏｏｉ％以下のガスが２５．８１／
ｄで得られた。

なお、ガス化種発生ガスを炭酸ガス吸収塔を通さないで
、液化工程の中和剤として８％（ｗｔ／ｗｔ）の苛性
ソーダ溶液を用いた場合、液化槽から、炭酸ガス９５％
（ｖ／ｖ）、水素３．０％、窒素２６０％、硫化水素０
．０２％の発生ガスを１０７／ｄで、またガス化槽から
、メタン８１％、炭酸ガス１９％、硫化水素０．０２％
の発生ガスを３１．７１／ｄで得た。

上記の試験結果は、ガス化槽からの発生ガスのメタン純
度が著しく向上し、また脱炭酸の“みでな（、脱硫化水
素も行えることを示している。

本発明により、従来の液化ガス化２段方式にくらべ、ガ
ス化工程から生成するメタンガスの純度を大巾に向上さ
せかつ脱硫化水素も同時に行える。

さらに、使用ずみの炭酸ガスを吸収したアルカリを液化
の中和剤として用いるため、中和の際に発生する炭酸ガ
スをも、液化で生成する炭酸ガスと合せて回収すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例になるプロセスのフローシート
である。符号の説明、２・・・・・・破砕機、４・・・・・・有
機性廃液貯槽、５・・・・・・液化槽、７・・・・・・
脱硫器、８・・・・・・ガス貯留槽、１０・・・・・・
ガス化槽、１３・・・・・・炭酸ガス吸収塔、１５・・
・・・・石灰乳調整槽、１６・・・・・・メタンガス貯
留槽、１７・・・・・・固液分離槽。

Claims

【特許請求の範囲】１有機性廃液を液化菌による液化処理工程と、ガス化
菌によるガス化処理工程との２段処理方式で嫌気的に処
理する方法において、前記ガス化処理工程で発生するメ
タンと炭酸ガスを主体とするガスをアルカリ液と接触さ
せて炭酸ガスを吸収除去し、且つこの炭酸ガスを吸収し
たアルカリ液を液化処理槽中の液に添加し、該液化処理槽で発生する炭酸ガスを主体とするガスを回
収することを特徴とする有機性廃液の嫌気性消化方法。