WO2012017834A1 - 嫌気性消化方法 - Google Patents

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WO2012017834A1
WO2012017834A1 PCT/JP2011/066611 JP2011066611W WO2012017834A1 WO 2012017834 A1 WO2012017834 A1 WO 2012017834A1 JP 2011066611 W JP2011066611 W JP 2011066611W WO 2012017834 A1 WO2012017834 A1 WO 2012017834A1
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sludge
fixed bed
carrier
anaerobic digestion
digestion method
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昭 中林
真由美 森田
圭祐 松田
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月島機械株式会社
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Definitions

  • the present invention contains sewage sludge, sludge generated from industrial waste treatment facilities, sludge containing organic matter of livestock waste such as chicken manure, and a large amount (5000 mg / L or more) of suspended solids (SS).
  • the present invention relates to an anaerobic digestion method in which organic wastewater is anaerobically digested by a fixed bed.
  • anaerobic digestion method a method of reducing the volume by anaerobic digestion by introducing sewage sludge into a digestion tank is known. This method is provided with gas stirring or mechanical stirring means inside the digestion tank, and is put into the sewage sludge or the like without any special pretreatment, and is subjected to anaerobic digestion by thoroughly mixing with the stirring means. It is.
  • sludge is conditioned to at least fluid high-concentration slurry containing organic matter-containing solids, and the conditioned sludge is used as a fluid medium, with a true specific gravity of 2.0 or more and
  • a method of digesting in an anaerobic digester having a fluidized bed formed by flowing a carrier having an average particle size of 2.0 to 5.0 mm ⁇ is disclosed (for example, see Patent Document 1). This method prevents clogging in the digestion tank and outflow of the carrier to the outside of the tank, improves the contact efficiency between the methane bacteria fixed on the carrier and sludge, and enhances the sludge digestion reaction. It is an object.
  • anaerobic digestion method in addition to the method disclosed in Patent Document 1, a method is disclosed in which the ratio of the flow stop time to the flow time is set to 30 or less, and the fluidized bed is operated intermittently. (For example, refer to Patent Document 2).
  • This method aims to reduce the energy required for flow while maintaining the significant shortening of the digestion days, which is an advantage of the fluidized bed method.
  • anaerobic digestion method in an anaerobic fluidized bed bioreactor using a bioadhesive carrier, by performing primary treatment within 10 days of digestion, the methane bacteria group is added to the suspended sludge in the anaerobic fluidized bed.
  • a method is disclosed in which a secondary treatment is carried out using a floating sludge-type anaerobic bioreactor using this methanogen group (see, for example, Patent Document 3). The purpose of this method is to provide a low-cost process that can reduce the number of days of digestion, obtain high reaction efficiency.
  • the carrier is flowed in order to improve the contact efficiency between the supplied sludge and the bioadhesive carrier, the necessary pump capacity is increased and the processing cost is increased. Further, when the carrier flows, the carriers come into contact with each other, and the methane bacteria grown on the surface of the carrier are peeled off, the concentration of the retained methane bacteria is lowered, and the digestion reaction is hindered. Furthermore, since the carriers are in contact with each other, the carriers themselves are worn. In order to reduce the wear of the carrier due to flow, the carrier is required to have strength, so that the carrier that can be used is limited, and a carrier having a large porosity cannot be used. As a result, processing efficiency decreases.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and sludge and biofouling can be achieved by uniformly dispersing sludge without clogging the fixed layer composed of the biofouling carrier constituting the lower layer of the fixed bed. It is an object of the present invention to provide an anaerobic digestion method that improves the contact efficiency with methane bacteria held on a carrier, improves the sludge digestion reaction rate, and prevents wear of the bioadhesive carrier.
  • the anaerobic digestion method treats sediment sludge obtained by precipitating sewage or waste liquid, sludge composed of livestock waste sludge, or organic waste water containing 5000 mg / L or more of suspended solids.
  • the target is a method of biological treatment using a fixed bed using a bioadhesive carrier made of a spherical porous body.
  • a part of the processing target supplied to the fixed bed is extracted from the upper layer of the fixed bed, and the extracted processing target is supplied to the fixed layer made of a bioadhesive carrier that constitutes the lower layer of the fixed bed,
  • a bioadhesive carrier composed of a spherical porous body having an average particle size of 4.0 mm or more
  • the treatment target is uniformly dispersed without causing the bioadhesive carrier to flow or clogging the fixed layer.
  • the object to be treated is circulated in the fixed bed.
  • the filling rate of the bioadhesive carrier with respect to the total volume of the fixed bed is preferably 30 to 70%.
  • the biological adhesion carrier preferably has a true specific gravity of 1.5 to 4.0 g / cm 3 .
  • the bioadhesive carrier preferably has an average particle size of 4.0 mm to 15.0 mm.
  • the bioadhesive carrier preferably has a porosity of 40 to 70%.
  • the speed at which the treatment target is circulated in the fixed bed is preferably 0.1 m / hr to 10 m / hr.
  • the treatment target is biologically treated.
  • the digestion gas or nitrogen gas generated in the fixed bed is supplied to the treatment target supply pipe of the fixed bed or the lower part of the fixed bed, and the bioadhesive carrier is stirred by the digestion gas or the nitrogen gas. Good.
  • the supply speed of the digestion gas or the nitrogen gas supplied to the processing target supply pipe or the lower part of the fixed layer is 5 to 40 m / hr.
  • a part of the processing target is extracted from the upper layer of the fixed bed, and the extracted processing target is supplied to the fixed layer composed of the bioadhesive carrier that constitutes the lower layer of the fixed bed. Circulate the subject.
  • the treatment target can be made uniform without causing the bioadhesive carrier to flow and without blocking the fixed layer. Can be dispersed. As a result, the contact efficiency between the treatment target and the methane bacteria held on the bioadhesive carrier is improved, and the solid matter contained in the treatment target is further refined when passing through the fixed layer.
  • Digestion reaction rate is improved.
  • the bioadhesive carrier does not flow, the growth of methane bacteria on the bioadhesive carrier is promoted, and the bioadhesive carrier constituting the fixed layer is retained at a high concentration. Therefore, methane bacteria are held at a high concentration in the fixed bed in the fixed bed, the digestion reaction rate in the fixed bed is increased, and the operation can be highly efficient.
  • part of the methane bacteria grown on the bioadhesive carrier and held at a high concentration is peeled off and supplied to the object to be treated. Therefore, if a complete mixing tank is provided after the fixed bed, complete mixing Methane fermentation is maintained in the tank, and biological treatment proceeds.
  • the bioadhesive carrier does not flow due to the flow to be treated, it is possible to prevent the bioadhesive carriers from rubbing against each other and wearing out.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an anaerobic digester used in an anaerobic digestion method according to an embodiment of the present invention.
  • the anaerobic digester 10 of the present embodiment is generally configured from a fixed bed 20 and a complete mixing tank 30 connected thereto.
  • the fixed bed 20 accommodates sludge (treatment target) and performs a digestion treatment, a biological adhesion carrier 22, a sludge supply pipe 23 (treatment target supply pipe), a sludge outflow pipe 24, and a sludge circulation pipe. 25, a circulation pump 26, a stirrer 27, and a gas supply pipe 29.
  • the complete mixing tank 30 is generally composed of a processing tank 31 that stores sludge discharged from the fixed bed 20 and performs a digestion process, a sludge discharge pipe 32, and a stirrer 33.
  • a large number of spherical biofouling carriers 22 are filled in the lower part of the treatment tank 21.
  • the fixed layer 28 made of the bioadhesive carrier 22 constitutes the lower layer of the fixed bed 20.
  • the bioadhesive carrier 22 holds methane bacteria that produce methane from organic substances under anaerobic conditions.
  • the sludge supply pipe 23 supplies (introduces) sludge to the inside from the outside of the treatment tank 21.
  • a nozzle 23 a provided at the tip of the sludge supply pipe 23 is disposed in the fixed layer 28.
  • the sludge outflow pipe 24 causes sludge to flow out from the upper layer of the fixed bed 20 to the outside (specifically, the complete mixing tank 30).
  • the sludge outflow pipe 24 is provided from the upper part of the treatment tank 21 to the treatment tank 31 of the complete mixing tank 30.
  • the sludge circulation pipe 25 is provided for extracting a part of the sludge from the upper layer of the fixed bed 20 and supplying the extracted sludge to the fixed layer 28 uniformly.
  • the sludge circulation pipe 25 is provided from the upper part of the processing tank 21 to the sludge supply pipe 23 as a base end, and is connected to the sludge supply pipe 23 outside the processing tank 21.
  • tube 25 of the processing tank 21 is located in the perpendicular direction lower side rather than the connection location with the sludge outflow pipe
  • the sludge circulation pipe 25 is connected to the sludge supply pipe 23, but the tip of the sludge circulation pipe 25 may be directly disposed in the fixed layer 28.
  • a circulation pump 26 is provided for extracting a part of the sludge from the upper layer of the fixed bed 20 and supplying the extracted sludge to the fixed layer 28.
  • the stirrer 27 stirs the sludge in the upper layer of the fixed bed 20.
  • the stirrer 27 is provided in the upper part of the processing tank 21.
  • the stirring blade 27 a of the stirrer 27 is disposed in the upper part (upper layer of the fixed bed 20) in the processing tank 21.
  • the gas supply pipe 29 is branched into two on the way.
  • One of the two branched gas supply pipes 29 is connected to the sludge supply pipe 23.
  • a nozzle 29a is provided at the other end of the gas supply pipe 29 branched into two.
  • the nozzle 29 a is disposed in the lower part in the fixed layer 28.
  • the gas supply pipe 29 is separated from the digested gas generated in the fixed bed 20 or the fixed bed 20 below the sludge supply pipe 23 (specifically, the nozzle 23 a) or the fixed bed 28 constituting the lower layer of the fixed bed 20. Supply nitrogen gas from the body gas supply.
  • the sludge discharge pipe 32 discharges the digested sludge from the upper layer of the complete mixing tank 30 to the outside.
  • the sludge discharge pipe 32 is provided in the upper part of the processing tank 31.
  • the stirrer 33 stirs the sludge in the treatment tank 31 uniformly.
  • the stirrer 33 is provided in the upper part of the processing tank 31.
  • the stirring blade 33 a of the stirrer 33 is disposed in the central portion in the processing tank 31.
  • the sludge 41 to be treated is supplied from the outside of the fixed bed 20 into the treatment tank 21 through the sludge supply pipe 23.
  • the sludge 41 consists of sedimentation sludge obtained by precipitating sewage or waste liquid, or livestock waste sludge.
  • the sludge 41 supplied into the treatment tank 21 via the sludge supply pipe 23 is uniformly supplied to the fixed layer 28 from the nozzle 23 a provided at the tip of the sludge supply pipe 23.
  • the sludge 41 is discharged from the nozzles 23a so as to be in direct contact with the large number of biofouling carriers 22 constituting the fixed layer 28.
  • the temperature of the sludge 41 in the treatment tank 21 is preferably adjusted to 30 to 38 ° C.
  • the temperature of the sludge 41 may be 50 to 55 ° C.
  • the supply of the sludge 41 from the outside of the fixed bed 20 is stopped.
  • a part of the sludge 41 supplied to the fixed bed 20 is extracted from the upper layer of the fixed bed 20 through the sludge circulation pipe 25, and the extracted sludge 41 is fixed through the sludge circulation pipe 25 and the sludge supply pipe 23.
  • the sludge 41 is circulated in the fixed bed 20. That is, the sludge 41 in the treatment tank 21 is circulated in the order of the fixed layer 28, the upper layer of the fixed floor 20, the sludge circulation pipe 25, the sludge supply pipe 23, and the fixed layer 28.
  • the sludge 41 passes through the fixed layer 28. More specifically, the sludge 41 passes between a large number of biofouling carriers 22 constituting the fixed layer 28. As the sludge 41 passes between the large number of biological adhesion carriers 22, the solid matter contained in the sludge 41 is refined.
  • the circulation of the sludge 41 in the fixed bed 20 is performed very slowly so that the biofouling carrier 22 does not flow due to the flow of the sludge 41. That is, the speed (superficial speed) for circulating the sludge 41 from the upper layer of the fixed bed 20 to the fixed bed 28 is preferably 0.1 m / hr to 10 m / hr, more preferably 0.12 m / hr to 3 m. / Hr. If the speed at which the sludge 41 is circulated is within this range, the sludge 41 does not normally block the fixed layer 28 in the bioadhesive carrier 22 having a particle size (details will be described later) used in the present invention.
  • the sludge 41 is almost uniformly dispersed in the fixed layer 28 and hardly causes a drift (channeling). Therefore, the contact efficiency between the sludge 41 and the methane bacteria held by the bioadhesive carrier 22 is improved, and the digestion efficiency of the sludge 41 is improved. In addition, since the bioadhesive carrier 22 does not flow, peeling of the methane bacterium from the bioadhesive carrier 22 due to the contact between the many bioadhesive carriers 22 is prevented. Therefore, the growth of methane bacteria on the bioadhesion carrier 22 is promoted, and the methane bacteria are held at a high concentration on the bioadhesion carrier 22.
  • the digestion efficiency of the sludge 41 in the fixed bed 28 in which methane bacteria are held at a high concentration is improved. Furthermore, since the biofouling carrier 22 does not flow due to the flow of the sludge 41, the biofouling carriers 22 are not rubbed with each other and the biofouling carrier 22 is not worn. Since the bioadhesive carriers 22 do not come into contact with each other, the strength condition required for the carriers can be relaxed, and a carrier having a large porosity can be used. Therefore, it becomes possible to hold many methane bacteria by the carrier.
  • rate which circulates the sludge 41 is less than 0.1 m / hr, the flow rate of the sludge 41 which passes the inside of the fixed bed 28 will become very slow. Therefore, the sludge 41 does not pass through the entire fixed layer 28, causing drift (channeling), which may reduce digestion efficiency.
  • the speed at which the sludge 41 is circulated exceeds 10 m / hr, the amount of methane bacteria peeled off from the bioadhesive carrier 22 increases, making it difficult for the methane bacteria to be maintained at a high concentration and reducing the digestion efficiency of the sludge 41. There is sex.
  • the bioadhesive carrier 22 flows due to the flow of the sludge 41, the bioadhesive carriers 22 may rub against each other and the bioadhesive carrier 22 may be worn. Furthermore, the energy consumption of the circulation pump 26 increases.
  • the filling rate of the bioadhesive carrier 22 with respect to the total volume of the fixed bed 20, that is, the total volume of the treatment tank 21, is preferably 30 to 70%, and more preferably 40 to 60%. If the filling rate of the biofouling carrier 22 is within this range, the sludge 41 and the biofouling carrier 22 in the treatment tank 21 are completely separated at the upper part of the treatment tank 21, and the biofouling carrier 22 is placed in the sludge circulation pipe 25. Inflow is prevented. Further, the contact efficiency between the sludge 41 and the methane bacteria held on the bioadhesive carrier 22 is improved, and the digestion efficiency of the sludge 41 is improved.
  • the filling rate of the biofouling carrier 22 is less than 30%, the contact efficiency between the sludge 41 in the treatment tank 21 and the methane bacteria held in the biofouling carrier 22 may be reduced, and the digestion efficiency of the sludge 41 may be reduced. There is.
  • the filling rate of the biofouling carrier 22 exceeds 70%, the sludge 41 and the biofouling carrier 22 are not completely separated at the upper part of the treatment tank 21, and the biofouling carrier 22 flows into the sludge circulation pipe 25, and the circulation pump. There is a possibility that the biofouling carrier 22 is damaged at 26.
  • a spherical porous body formed by sintering a clay-based material is used as the bioadhesive carrier 22.
  • clay-based materials include kaolin, bentonite, and barley stone.
  • the bioadhesive carrier 22 preferably has a true specific gravity of 1.5 to 4.0 g / cm 3 , more preferably 1.6 to 2.7 g / cm 3 . If the true specific gravity of the bioadhesion carrier 22 is within this range, the bioadhesion carrier 22 will not flow due to the flow of the sludge 41, and the bioadhesion carriers 22 will rub against each other and wear out. There is no. Moreover, since the porosity of the bioadhesive carrier 22 can be set within a predetermined range, methane bacteria can be held in the bioadhesive carrier 22 at a high concentration.
  • the biofouling carrier 22 is completely separated from the sludge 41 in the treatment tank 21 at the upper part of the treatment tank 21, and the biofouling carrier 22 is prevented from flowing into the sludge circulation pipe 25.
  • the adhesion carrier 22 is not damaged.
  • the sludge 41 and the biofouling carrier 22 are completely separated at the upper part of the treatment tank 21 and the biofouling carrier 22 does not flow out into the complete mixing tank 30, the methane bacteria can be kept at a high concentration in the treatment tank 21. .
  • the biofouling carrier 22 may flow due to the flow of the sludge 41, and the biofouling carriers 22 may rub against each other to wear the biofouling carrier 22. is there. Further, the bioadhesion carrier 22 is not completely separated from the sludge 41 in the treatment tank 21 at the upper part of the treatment tank 21, and the bioadhesion carrier 22 flows into the sludge circulation pipe 25, and the biofouling carrier 22 is supplied by the circulation pump 26. May be damaged. On the other hand, if the true specific gravity of the bioadhesive carrier 22 exceeds 4 g / cm 3 , it cannot be manufactured with a normal clay-based inexpensive material, and is not practical from an economical viewpoint.
  • the bioadhesive carrier 22 preferably has an average particle size of 4.0 mm to 15.0 mm, more preferably 5.0 mm to 10.0 mm. If the average particle diameter of the biofouling carrier 22 is within this range, the sludge 41 can be uniformly dispersed in the fixed layer 28 without the sludge 41 blocking the fixed layer 28. Therefore, the contact efficiency between the sludge 41 in the treatment tank 21 and the methane bacteria retained on the biological adhesion carrier 22 is improved, and the digestion efficiency of the sludge 41 is improved.
  • the biofouling carrier 22 is completely separated from the sludge 41 in the treatment tank 21 at the upper part of the treatment tank 21, and the biofouling carrier 22 is prevented from flowing into the sludge circulation pipe 25. Thus, the biofouling carrier 22 is not damaged.
  • the sludge 41 may block the fixed layer 28 and bridging may occur, or the sludge 41 may cause a drift (channeling) in the fixed layer 28. .
  • the bioadhesion carrier 22 is not completely separated from the sludge 41 in the treatment tank 21 at the upper part of the treatment tank 21, and the bioadhesion carrier 22 wraps around the sludge circulation pipe 25, and the biofouling carrier 22 is circulated by the circulation pump 26. May be damaged.
  • the surface area of the bioadhesive carrier 22 becomes small, and the sludge 41 in the treatment tank 21 contacts the methane bacteria held in the bioadhesive carrier 22. Efficiency may fall and the digestion efficiency of the sludge 41 may fall. Moreover, even if the solid matter contained in the sludge 41 passes between the biofouling carriers 22, the interval between the biofouling carriers 22 is too large, and thus the solid matter may not be refined.
  • the bioadhesive carrier 22 preferably has a porosity of 30 to 70%, more preferably 40 to 60%. If the porosity of the bioadhesive carrier 22 is within this range, the bioadhesive carrier 22 retains methane bacteria at a high concentration, and the digestion efficiency of the sludge 41 is improved. If the porosity of the bioadhesive carrier 22 is less than 30%, it is difficult for the bioadhesive carrier 22 to hold methane bacteria at a high concentration, and the digestion efficiency of the sludge 41 may be reduced. On the other hand, if the porosity of the bioadhesive carrier 22 exceeds 70%, the strength of the bioadhesive carrier 22 is reduced, and the bioadhesive carrier 22 may be worn or damaged over time. .
  • the sludge 41 is normally circulated continuously at all times. However, preferably, when the supply of sludge from the outside into the treatment tank 21 is short, the circulation of the sludge 41 is stopped. The reason is that when the sludge 41 is circulated in the treatment tank 21, the sludge 41 in the treatment tank 21 is very well mixed and is almost completely mixed. In this case, when the sludge is newly supplied into the treatment tank 21, the amount that can be accommodated in the treatment tank 21 is constant. Therefore, a sludge amount equal to the supplied sludge amount flows out of the treatment tank 21 and is completely mixed. It is supplied to the tank 30.
  • the sludge 41 in the upper layer of the fixed bed 20 is stirred intermittently by the stirrer 27 during the sludge digestion process.
  • sponge cake-like sludge called scum formed in the upper layer of the fixed floor 20 can be destroyed, and gas generated by digestion of the sludge 41 can be easily removed.
  • the frequency of stirring the sludge 41 with the stirrer 27 is preferably every 5 minutes to 1 hour. Further, the stirring time per one time is preferably 1 minute to 5 minutes. Further, when the circulation of the sludge 41 is stopped during the supply of sludge from the outside to the treatment tank 21, the stirring by the stirrer 27 may be stopped in order to maintain the pushing flow of the treatment tank 21. preferable.
  • the sludge 41 circulation in the fixed bed 20 that is, the digestion of the sludge 41 has progressed
  • the sludge 41 flows out from the fixed bed 20 and the sludge 41 is introduced into the treatment tank 31 of the complete mixing tank 30.
  • the sludge 42 in the treatment tank 31 is uniformly stirred and mixed by the stirrer 33 so that the sludge is partially separated from the methane bacteria held at a high concentration in the fixed layer 28 in the treatment tank 21. 42 is biologically processed.
  • the temperature of the sludge 42 in the treatment tank 31 is preferably adjusted to 30 to 38 ° C. However, the temperature of the sludge 42 may be 50 to 55 ° C. In the treatment tank 31, the sludge 42 is constantly stirred uniformly.
  • a part of the sludge 41 is extracted from the upper layer of the fixed bed 20, and the extracted sludge 41 is composed of the bioadhesive carrier 22 constituting the lower layer of the fixed bed 20.
  • the sludge 41 is circulated in the fixed bed 20. For this reason, the contact efficiency between the sludge 41 and the methane bacteria held at a high concentration in the bioadhesive carrier 22 is improved, and the solid matter contained in the sludge 41 is further refined when passing through the fixed layer 28.
  • the digestion reaction speed of the sludge 41 is improved.
  • the sludge 41 can be uniformly dispersed in the fixed layer 28 without blocking the fixed layer 28. . Therefore, a high concentration of methane bacteria can be retained on the bioadhesive carrier 22, the concentration of methane bacteria that is the rate-limiting factor for methane fermentation is increased, the digestion efficiency of the sludge 41 is improved, and the digestion reaction of the sludge 41 is eventually achieved. Increases speed. Therefore, the digestion time can be shortened to 1 to 2 days in the present embodiment, whereas the digestion of sludge conventionally takes 4 to 30 days. Thereby, the installation cost of a digester can be reduced significantly.
  • the capacity of the circulation pump 26 can be reduced to 1/50 to 1/100 of the conventional one. Therefore, the initial cost and running cost of the circulation pump can be significantly reduced. Further, since the sludge 41 is circulated very slowly and the bioadhesive carrier 22 does not flow due to the flow of the sludge 41, it is possible to prevent the bioadhesive carriers 22 from rubbing against each other and wearing out the bioadhesive carrier 22. .
  • digestion can be performed more efficiently by treating the sludge 41 treated in the fixed bed 20 in the complete mixing tank 30.
  • the sludge which consists of sedimentation sludge obtained by carrying out precipitation operation of sewage or a waste liquid, or livestock waste sludge was used as a process target, it is not limited to these.
  • Organic sludge containing 5000 mg / L or more of other sludge or suspended solids (SS) may be treated using the anaerobic digestion method of the present embodiment.
  • Example 1 Sludge was digested using the same device as the digester 10 shown in FIG.
  • a tank having a capacity of 2L (liter) was used as the processing tank 21 of the fixed bed 20.
  • a spherical porous ceramic ball having a true specific gravity of 1.7 g / cm 3 , a particle size of about 10 mm, and a porosity of about 50% is sintered.
  • the filling rate of the bioadhesive carrier 22 with respect to the total volume of the treatment tank 21 was set to about 50%.
  • sludge 1L of sludge with a sludge concentration (TS) of 18,500mg / L and an organic substance content (VTS) of 74% is mixed with sludge (mixed sludge) of primary sludge and surplus sludge from a sewage treatment plant. (Liter) was supplied. Moreover, the temperature of the sludge 41 in the treatment tank 21 is adjusted to 35 ° C., a part of the sludge 41 is extracted from the upper layer of the fixed bed 20, and the extracted sludge 41 is supplied to the fixed layer 28. Digestion of sludge 41 was performed. Moreover, the speed
  • the amount of gas per 1 L (liter) of input sludge generated during the digestion reaction of sludge 41 was measured by a wet gas meter manufactured by Shinagawa Co., and the sludge concentration (TS) of sludge 41 and the digestibility of sludge 41 were calculated. .
  • Table 1 The results are shown in Table 1.
  • Table 2 the average particle diameter of the solid substance contained in the sludge 41 after the process in the fixed bed 20 was measured with the wet laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method. The results are shown in Table 2.
  • the sludge 41 that has been processed in the fixed bed 20 is introduced into the treatment tank 31 of the complete mixing tank 30, the temperature of the sludge 42 in the treatment tank 31 is adjusted to 35 ° C., and the sludge 42 is removed by the stirrer 33. Uniform stirring and mixing were performed for 2 days, and the sludge 42 was digested.
  • a tank having a capacity of 2L (liter) was used as the processing tank 31 of the complete mixing tank 30 a tank having a capacity of 2L (liter) was used.
  • Example 1 The same sludge treated in Example 1 is supplied into the treatment tank of the complete mixing tank, the temperature of the sludge in the treatment tank is adjusted to 35 ° C., and the sludge is uniformly stirred and mixed by a stirrer. For 10 days to digest the sludge.
  • a tank having a capacity of 2 L (liter) was used as the treatment tank of the complete mixing tank.
  • the amount of gas per 1 liter (liter) of input sludge generated during the sludge digestion reaction was measured, and the sludge concentration (TS) and sludge digestibility were calculated.
  • Table 1 Moreover, it carried out similarly to Example 1, and measured the average particle diameter of the solid substance contained in the sludge after a process. The results are shown in Table 2.
  • Example 1 From the results of Table 1, the treatment time of the fixed bed 20 of Example 1 is 1/5 of the treatment time of the complete mixing type of Comparative Example 1, but the treatment of Example 1 is the same as that of Comparative Example 1. It was confirmed that the same amount of gas was generated as in the treatment, and the digestibility equivalent to that in the treatment of Comparative Example 1 was achieved. Moreover, in Example 1, by providing the complete mixing tank 30 in the subsequent stage of the fixed bed 20, the final gas generation amount becomes 3.8 L / L, which is significantly improved from 2.5 L / L in Comparative Example 1. Confirmed to do.
  • Example 1 From the results shown in Table 2, it was confirmed that in Example 1, the sludge passed through the fixed layer 28 and the solids contained in the sludge were being refined. Therefore, in Example 1, it is guessed that the digestive decomposition of the sludge 41 is accelerated
  • Example 2 In the treatment tank 21, sludge having a sludge concentration (TS) of 22,500 mg / L and an organic substance content (VTS) of 77% is mixed with 2 liters of sludge in a mixed sludge (mixed sludge) of primary sludge and surplus sludge from a sewage treatment plant. (Liter) was supplied. Further, a part of the sludge 41 was extracted from the upper layer of the fixed bed 20, and the extracted sludge 41 was supplied to the fixed layer 28, and the sludge 41 was digested in the same manner as in Example 1 in one day of digestion. .
  • TS sludge concentration
  • VTS organic substance content
  • Example 2 The same sludge as that treated in Example 2 is supplied into the treatment tank of the complete mixing tank, the temperature of the sludge in the treatment tank is adjusted to 35 ° C., and the sludge is uniformly stirred and mixed by a stirrer. For 10 days to digest the sludge. In the same manner as in Example 1, the amount of gas per 1 L (liter) of input sludge generated during the sludge digestion reaction was measured. The results are shown in Table 3.
  • an anaerobic digestion method that improves the digestion reaction rate of sludge and organic wastewater and prevents wear of the bioadhesive carrier.

Abstract

　この嫌気性消化方法は、下水もしくは廃液を沈殿操作して得られる沈殿汚泥、もしくは畜産廃棄物汚泥からなる汚泥、又は浮遊固形物を５０００ｍｇ／Ｌ以上含んだ有機性排水を処理対象として、球状の多孔質体からなる生物付着担体（２２）を用いた固定床（２０）により生物学的処理する方法である。また、固定床（２０）に供給された処理対象の一部を、固定床（２０）の上層から抜き取り、その抜き取った処理対象を、固定床（２０）の下層を構成する生物付着担体（２２）からなる固定層（２８）へ供給し、平均粒径が４．０ｍｍ以上の球状の多孔質体からなる生物付着担体（２２）を用いることによって、生物付着担体（２２）を流動させず、また固定層（２８）を閉塞させることなく、処理対象を均一に分散させるように、固定床（２０）において処理対象を循環させる。

Description

嫌気性消化方法
　本発明は、下水汚泥、産業廃棄物処理設備などから発生する汚泥、鶏糞などの畜産廃棄物の有機物を含有する汚泥、および、浮遊固形物（ＳＳ）を多量（５０００ｍｇ／Ｌ以上）に含んだ有機性排水を固定床により嫌気性消化する嫌気性消化方法に関する。
　本願は、２０１０年８月６日に日本に出願された特願２０１０－１７７７８０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、嫌気性消化方法としては、消化槽に下水汚泥などを投入して嫌気性消化により減容処理する方法が知られている。この方法は、消化槽の内部にガス攪拌または機械攪拌の手段を備え、下水汚泥などに特別の前処理を施すことなくそのまま投入して、攪拌手段によって完全に混合させることにより嫌気性消化させる方法である。
　嫌気性消化方法の一例としては、汚泥を、有機物含有固形物を含む少なくとも流動性のある高濃度スラリーに調質して、調質後の汚泥を流動媒体とし、真比重２．０以上でかつ平均粒径２．０～５．０ｍｍφである担体を流動させることにより形成される流動床を有する嫌気性消化槽で消化する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、消化槽内での閉塞や、担体の槽外への流出などを防止し、担体に固定したメタン菌と、汚泥との接触効率の向上を図るとともに、汚泥消化の反応を高めることを目的としている。
　嫌気性消化方法の他の例としては、特許文献１に開示されている方法に加えて、流動時間に対する流動停止時間の比を３０以下とし、流動床を間欠流動運転する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この方法は、流動床法の長所である消化日数の大幅短縮を維持しつつ、流動に必要なエネルギーを削減することを目的としている。
　嫌気性消化方法の他の例としては、生物付着担体を用いる嫌気性流動床バイオリアクターにおいて、消化日数１０日以内で１次処理することにより、嫌気性流動床内の浮遊汚泥にメタン菌群を流出させ、次いで、このメタン菌群を利用した浮遊汚泥型の嫌気性バイオリアクターを用いて２次処理する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。この方法は、消化日数を短縮でき、高い反応効率が得られ、安価なプロセスを提供することを目的としている。
特許第２７２９６２３号公報 特許第２８１９３１５号公報 特許第２９５２３０１号公報
　しかしながら、上述した従来の嫌気性消化方法では、供給汚泥と生物付着担体の接触効率を向上させるために担体を流動させることから、必要なポンプ容量が大きくなり、処理コストが高くなる。
　また、担体が流動することによって、担体同士が接触し、担体の表面で生育したメタン菌が剥離してしまい、保持されるメタン菌の濃度が低下し、消化反応が妨げられる。
　さらに、担体同士が接触するため、担体自体が摩耗する。流動による担体の摩耗を低減するためには、担体に強度が求められるので、使用可能な担体が限定されてしまい、空隙率の大きな担体を用いることができない。結果として、処理効率が低下する。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、固定床の下層を構成する生物付着担体からなる固定層を閉塞させることなく、汚泥を均一に分散させることによって、汚泥と、生物付着担体に保持されたメタン菌との接触効率を向上させて、汚泥の消化反応速度を向上させるとともに、生物付着担体の摩耗を防止する嫌気性消化方法を提供することを目的とする。
　本発明によれば、嫌気性消化方法は、下水もしくは廃液を沈殿操作して得られる沈殿汚泥、もしくは畜産廃棄物汚泥からなる汚泥、又は浮遊固形物を５０００ｍｇ／Ｌ以上含んだ有機性排水を処理対象として、球状の多孔質体からなる生物付着担体を用いた固定床により生物学的処理する方法である。また、前記固定床に供給された処理対象の一部を、前記固定床の上層から抜き取り、その抜き取った処理対象を、前記固定床の下層を構成する生物付着担体からなる固定層へ供給し、平均粒径が４．０ｍｍ以上の球状の多孔質体からなる生物付着担体を用いることによって、前記生物付着担体を流動させず、また前記固定層を閉塞させることなく、処理対象を均一に分散させるように、前記固定床において処理対象を循環させる。
　この場合、前記固定床の全容積に対する前記生物付着担体の充填率は３０～７０％であることが好ましい。
　また、前記生物付着担体は、真比重が１．５～４．０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
　また、前記生物付着担体は、平均粒径が４．０ｍｍ～１５．０ｍｍであることが好ましい。
　また、前記生物付着担体は、空隙率が４０～７０％であることが好ましい。
　また、前記固定床において処理対象を循環させる速度は０．１ｍ／ｈｒ～１０ｍ／ｈｒであることが好ましい。
　また、前記固定床の上層にある処理対象を間欠的に攪拌することが好ましい。
　また、前記固定床から前記生物付着担体と接触した処理対象を流出させて、その処理対象を、後段の完全混合槽に導入し、前記完全混合槽において処理対象を均一に攪拌、混合することにより、処理対象を生物学的処理することが好ましい。
　また、前記固定床の処理対象供給管または前記固定層の下部に、前記固定床で発生した消化ガスまたは窒素ガスを供給し、前記消化ガスまたは前記窒素ガスにより前記生物付着担体を攪拌してもよい。
　この場合、前記処理対象供給管または前記固定層の下部に供給する、前記消化ガスまたは前記窒素ガスの供給速度は５～４０ｍ／ｈｒであることが好ましい。
　本発明によれば、固定床の上層から処理対象の一部を抜き取り、その抜き取った処理対象を、固定床の下層を構成する生物付着担体からなる固定層へ供給することより、固定床において処理対象を循環させる。本発明では、平均粒径が４．０ｍｍ以上の球状の多孔質体からなる生物付着担体を用いることによって、生物付着担体を流動させず、また固定層を閉塞させることなく、処理対象を均一に分散させることができる。これにより、処理対象と、生物付着担体に保持されたメタン菌との接触効率が向上するとともに、固定層を通過する際に処理対象に含まれる固形物の微細化が進むことから、処理対象の消化反応速度が向上する。また、生物付着担体が流動しないため、生物付着担体におけるメタン菌の増殖が促進され、固定層を構成する生物付着担体に高濃度でメタン菌が保持される。そのため、固定床内の固定層にメタン菌が高濃度で保持され、固定床における消化反応速度が増加し、運転の高効率化が可能となる。また、生物付着担体にて増殖し高濃度に保持されたメタン菌の一部が剥離して、処理対象中に供給されるので、固定床の後段に完全混合槽を設けた場合、その完全混合槽においてもメタン発酵が維持され、生物学的処理が進行する。さらに、処理対象の流れによって生物付着担体が流動することがないので、生物付着担体同士が擦れ合って、生物付着担体が摩耗するのを防止できる。
本発明の実施形態における嫌気性消化方法に用いられる消化装置の概略構成図である。
　本発明の嫌気性消化方法の実施の形態について説明する。
　なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
　図１は、本発明の実施形態における嫌気性消化方法に用いられる嫌気性消化装置の概略構成図である。
　本実施形態の嫌気性消化装置１０は、固定床２０と、これに接続された完全混合槽３０とから概略構成されている。
　固定床２０は、汚泥（処理対象）を収容して消化処理を行う処理槽２１と、生物付着担体２２と、汚泥供給管２３（処理対象供給管）と、汚泥流出管２４と、汚泥循環管２５と、循環ポンプ２６と、攪拌機２７と、ガス供給管２９とから概略構成されている。
　完全混合槽３０は、固定床２０から流出させた汚泥を収容して消化処理を行う処理槽３１と、汚泥排出管３２と、攪拌機３３とから概略構成されている。
　固定床２０において、多数の球状の生物付着担体２２が、処理槽２１の下部に充填されている。また、生物付着担体２２からなる固定層２８が固定床２０の下層を構成している。生物付着担体２２には、嫌気条件で有機物からメタンを生成するメタン菌が保持される。
　汚泥供給管２３は、処理槽２１の外部から内部に汚泥を供給（導入）する。汚泥供給管２３の先端に設けられたノズル２３ａは、固定層２８内に配置されている。
　汚泥流出管２４は、固定床２０の上層から、その外部（詳細には、完全混合槽３０）に汚泥を流出させる。汚泥流出管２４は、処理槽２１の上部を基端として完全混合槽３０の処理槽３１まで設けられている。
　汚泥循環管２５は、固定床２０の上層から汚泥の一部を抜き取り、その抜き取った汚泥を固定層２８に均一に供給するために設けられる。汚泥循環管２５は、処理槽２１の上部を基端として汚泥供給管２３まで設けられており、処理槽２１の外部において汚泥供給管２３に接続されている。なお、処理槽２１の汚泥循環管２５との接続箇所は、処理槽２１の汚泥流出管２４との接続箇所よりも、鉛直方向下側に位置している。また、本実施形態では、汚泥循環管２５は汚泥供給管２３に接続されているが、汚泥循環管２５の先端が直接に固定層２８内に配置されていてもよい。
　また、汚泥循環管２５の途中には、固定床２０の上層から汚泥の一部を抜き取り、その抜き取った汚泥を固定層２８に供給するための循環ポンプ２６が設けられている。
　攪拌機２７は、固定床２０の上層にある汚泥を攪拌する。攪拌機２７は、処理槽２１の上部に設けられている。攪拌機２７の攪拌羽根２７ａは、処理槽２１内の上部（固定床２０の上層）に配置されている。
　ガス供給管２９は途中で２つに分岐されている。２つに分岐されたガス供給管２９の一方は、汚泥供給管２３の途中に接続されている。２つに分岐されたガス供給管２９の他方の先端には、ノズル２９ａが設けられている。ノズル２９ａは、固定層２８内の下部に配置されている。
　ガス供給管２９は、汚泥供給管２３（詳細には、ノズル２３ａ）または固定床２０の下層を構成する固定層２８の下部に、固定床２０で発生した消化ガス、又は固定床２０とは別体のガス供給源からの窒素ガスを供給する。これらのガスは、固定層２８が汚泥に含まれる固形物などで閉塞し、汚泥循環管２５によって循環された汚泥（循環汚泥）が固定層２８内に均一に分散せずに偏流（チャンネリング）を起こし、固定床２０の処理性能が低下した場合に、ガス供給管２９から供給される。これらのガスの供給により、固定層２８を構成する生物付着担体２２が攪拌される。
　汚泥排出管３２は、完全混合槽３０の上層から、その外部に消化処理後の汚泥を排出させる。汚泥排出管３２は、処理槽３１の上部に設けられている。
　攪拌機３３は、処理槽３１内の汚泥を均一に攪拌する。攪拌機３３は、処理槽３１の上部に設けられている。攪拌機３３の攪拌羽根３３ａは、処理槽３１内の中央部に配置されている。
　次に、この嫌気性消化装置１０を用いた嫌気性消化方法を説明する。
　まず、固定床２０の外部から処理対象である汚泥４１を、汚泥供給管２３を介して、処理槽２１内に供給する。汚泥４１は、下水もしくは廃液を沈殿操作して得られる沈殿汚泥、又は畜産廃棄物汚泥からなる。
　汚泥供給管２３を介して処理槽２１内に供給される汚泥４１は、汚泥供給管２３の先端に設けられたノズル２３ａから、固定層２８に均一に供給される。このとき、固定層２８を構成する多数の生物付着担体２２に直接、接触するように、ノズル２３ａから汚泥４１が吐出される。
　処理槽２１における汚泥４１の消化では、処理槽２１内の汚泥４１の温度を、好ましくは３０～３８℃に調節する。ただし、汚泥４１の温度は、５０～５５℃であってもよい。
　処理槽２１内への供給汚泥量が所定量に達した後、固定床２０の外部からの汚泥４１の供給を停止する。固定床２０に供給された汚泥４１の一部を、固定床２０の上層から汚泥循環管２５を介して抜き取り、その抜き取った汚泥４１を、汚泥循環管２５および汚泥供給管２３を介して、固定層２８に均一に供給することにより、固定床２０において汚泥４１を循環させる。すなわち、処理槽２１内の汚泥４１を、固定層２８、固定床２０の上層、汚泥循環管２５、汚泥供給管２３、固定層２８、の順に循環させる。これにより、汚泥４１が固定層２８を通過する。より詳細には、汚泥４１が、固定層２８を構成する多数の生物付着担体２２の間を通過する。汚泥４１が、多数の生物付着担体２２の間を通過することにより、汚泥４１に含まれる固形物が微細化される。
　ただし、固定床２０における汚泥４１の循環は、汚泥４１の流れによって生物付着担体２２が流動しないように、非常にゆっくり行われる。
　すなわち、汚泥４１を、固定床２０の上層から固定層２８へ循環させる速度（空塔速度）は０．１ｍ／ｈｒ～１０ｍ／ｈｒであることが好ましく、より好ましくは０．１２ｍ／ｈｒ～３ｍ／ｈｒである。
　汚泥４１を循環させる速度がこの範囲内であれば、本発明で用いられる粒径（詳細は後述する）の生物付着担体２２においては、通常、汚泥４１が固定層２８を閉塞することがなく、汚泥４１がほぼ均一に固定層２８内に分散し、ほとんど偏流（チャンネリング）を起こすことがない。そのため、汚泥４１と生物付着担体２２に保持されたメタン菌との接触効率が向上し、汚泥４１の消化効率が向上する。
　また、生物付着担体２２が流動しないため、多数の生物付着担体２２同士が接触することによるメタン菌の生物付着担体２２からの剥離が防止される。そのため、生物付着担体２２におけるメタン菌の増殖が促進され、生物付着担体２２にメタン菌が高濃度に保持される。よって、メタン菌が高濃度に保持された固定層２８における汚泥４１の消化効率が向上する。
　さらに、汚泥４１の流れによって生物付着担体２２が流動することがないので、生物付着担体２２同士が擦れ合って、生物付着担体２２が摩耗することがない。生物付着担体２２同士が接触しないので、担体に求められる強度の条件を緩和でき、空隙率の大きな担体を用いることができる。よって、担体により多くのメタン菌を保持することが可能となる。
　汚泥４１を循環させる速度が０．１ｍ／ｈｒ未満では、固定層２８内を通過する汚泥４１の流速が非常に遅くなる。そのため、固定層２８内全体を汚泥４１が通過せず、偏流（チャンネリング）を起こし、消化効率が低下する可能性がある。
　一方、汚泥４１を循環させる速度が１０ｍ／ｈｒを超えると、生物付着担体２２から剥離するメタン菌量が増加し、メタン菌が高濃度に保持され難くなり、汚泥４１の消化効率が低下する可能性がある。また、汚泥４１の流れによって生物付着担体２２が流動すると、生物付着担体２２同士が擦れ合って、生物付着担体２２が摩耗する可能性がある。さらに、循環ポンプ２６の消費エネルギーが増大する。
　固定床２０の全容積、すなわち、処理槽２１の全容積に対する生物付着担体２２の充填率は３０～７０％であることが好ましく、より好ましくは４０～６０％である。
　生物付着担体２２の充填率がこの範囲内であれば、処理槽２１内の汚泥４１と生物付着担体２２は、完全に処理槽２１上部で分離され、汚泥循環管２５内に生物付着担体２２が流れ込むことが防止される。また、汚泥４１と、生物付着担体２２に保持されたメタン菌との接触効率が向上し、汚泥４１の消化効率が向上する。
　生物付着担体２２の充填率が３０％未満では、処理槽２１内の汚泥４１と、生物付着担体２２に保持されたメタン菌との接触効率が低下し、汚泥４１の消化効率が低下する可能性がある。一方、生物付着担体２２の充填率が７０％を超えると、汚泥４１と生物付着担体２２が完全に処理槽２１上部で分離されず、汚泥循環管２５内に生物付着担体２２が流れ込み、循環ポンプ２６で生物付着担体２２が破損する可能性がある。
　生物付着担体２２としては、粘土系の材料を焼結してなる球状の多孔質体が用いられる。粘土系の材料としては、カオリン、ベントナイト、麦飯石などが挙げられる。
　生物付着担体２２は、真比重が１．５～４．０ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、より好ましくは１．６～２．７ｇ／ｃｍ３である。
　生物付着担体２２の真比重がこの範囲内であれば、汚泥４１の流れによって生物付着担体２２が流動することがないので、生物付着担体２２同士が擦れ合って、生物付着担体２２が摩耗することがない。また、生物付着担体２２の空隙率を所定の範囲にすることができるので、メタン菌を生物付着担体２２に高濃度に保持させることができる。
　生物付着担体２２は、処理槽２１内の汚泥４１と、完全に処理槽２１の上部で分離され、汚泥循環管２５内に生物付着担体２２が流れ込むことが防止されるため、循環ポンプ２６で生物付着担体２２が破損されない。また、汚泥４１と生物付着担体２２が完全に処理槽２１上部で分離され、完全混合槽３０に生物付着担体２２が流出しないので、処理槽２１内にメタン菌を高濃度に保持させることができる。
　生物付着担体２２の真比重が１．５ｇ／ｃｍ３未満では、汚泥４１の流れによって生物付着担体２２が流動し、生物付着担体２２同士が擦れ合って、生物付着担体２２が摩耗する可能性がある。また、生物付着担体２２は、処理槽２１内の汚泥４１と、完全に処理槽２１の上部で分離されず、汚泥循環管２５内に生物付着担体２２が流れ込み、循環ポンプ２６で生物付着担体２２が破損される可能性がある。一方、生物付着担体２２の真比重が４ｇ／ｃｍ３を超えると、通常の粘土系の安価な材料では製作できず、経済面から実用的でなくなる。
　生物付着担体２２は、平均粒径が４．０ｍｍ～１５．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５．０ｍｍ～１０．０ｍｍである。
　生物付着担体２２の平均粒径がこの範囲内であれば、汚泥４１が固定層２８を閉塞させることなく、汚泥４１を固定層２８に均一に分散させることができる。そのため、処理槽２１内の汚泥４１と、生物付着担体２２に保持されたメタン菌との接触効率が向上し、汚泥４１の消化効率が向上する。さらに、生物付着担体２２は、処理槽２１内の汚泥４１と、完全に処理槽２１の上部で分離され、汚泥循環管２５内に生物付着担体２２が流れ込むことが防止されるので、循環ポンプ２６で生物付着担体２２が破損されない。
　生物付着担体２２の平均粒径が４．０ｍｍ未満では、汚泥４１が固定層２８を閉塞させ、ブリッジングが発生したり、汚泥４１が固定層２８で偏流（チャンネリング）を起こす可能性がある。また、生物付着担体２２は、処理槽２１内の汚泥４１と、完全に処理槽２１の上部で分離されず、汚泥循環管２５内に生物付着担体２２が回り込み、循環ポンプ２６で生物付着担体２２が破損される可能性がある。
　一方、生物付着担体２２の平均粒径が１５．０ｍｍを超えると、生物付着担体２２の表面積が小さくなり、処理槽２１内の汚泥４１と、生物付着担体２２に保持されたメタン菌との接触効率が低下し、汚泥４１の消化効率が低下する可能性がある。また、汚泥４１に含まれる固形物が、生物付着担体２２の間を通過しても、生物付着担体２２間の間隔が大きすぎるために、その固形物の微細化が進まなくなる可能性がある。
　生物付着担体２２は、空隙率が３０～７０％であることが好ましく、より好ましくは４０～６０％である。
　生物付着担体２２の空隙率がこの範囲内であれば、生物付着担体２２にメタン菌が高濃度に保持され、汚泥４１の消化効率が向上する。
　生物付着担体２２の空隙率が３０％未満では、生物付着担体２２にメタン菌が高濃度に保持され難くなり、汚泥４１の消化効率が低下する可能性がある。一方、生物付着担体２２の空隙率が７０％を超えると、生物付着担体２２の強度が低下し、時間の経過に伴って、生物付着担体２２が摩耗したり、破損したりする可能性がある。
　処理槽２１内において、汚泥４１の循環は、通常、常時、連続的に行う。ただし、好ましくは、処理槽２１内への外部からの汚泥の供給が短時間の場合は、汚泥４１の循環を停止する。
　その理由は、処理槽２１において、汚泥４１が循環されている時、処理槽２１内の汚泥４１は非常に良く混合されており、完全混合状態に近い。この場合、新たに処理槽２１内へ汚泥が供給されると、処理槽２１の収容可能量は一定であるので、供給された汚泥量と等しい汚泥量が、処理槽２１から流出し、完全混合槽３０に供給される。この時、処理槽２１における汚泥の滞留時間が非常に短いため、ほとんど処理されない汚泥の一部が処理槽２１から流出する。これに対して、汚泥４１の循環を停止すると、固定層２８に供給された汚泥４１が、処理槽２１の上部へ上昇する速度が遅いため、汚泥４１の攪拌が緩やかとなり、処理槽２１では押し出し流れ（ピストン流れ）の状態になる。そのため、処理槽２１で処理された汚泥のみが処理槽２１の上部から流出するので、ほとんど処理されていない汚泥の流出が防止され、処理効率を向上できる。
　また、汚泥の消化処理の途中で、攪拌機２７によって、固定床２０の上層にある汚泥４１を間欠的に攪拌することが好ましい。これにより、固定床２０の上層に形成されたスカムと呼ばれる、スポンジケーキ状の汚泥を破壊でき、汚泥４１の消化によって発生したガスを抜けやすくすることができる。
　攪拌機２７により汚泥４１を攪拌する頻度は、５分～１時間毎であることが好ましい。
　また、１回当たりの攪拌時間は、１分～５分であることが好ましい。さらに、処理槽２１への外部からの汚泥の供給中に、汚泥４１の循環が停止されている場合には、処理槽２１の押し出し流れを維持するために、攪拌機２７による攪拌を停止することが好ましい。
　また、固定床２０における汚泥４１の循環、すなわち、汚泥４１の消化処理が進行した後、固定床２０から汚泥４１を流出させて、その汚泥４１を、完全混合槽３０の処理槽３１内に導入させる。そして、攪拌機３３によって、処理槽３１内の汚泥４２を均一に攪拌、混合することにより、処理槽２１内の固定層２８に高濃度に保持されたメタン菌から一部剥離したメタン菌によって、汚泥４２を生物学的処理する。
　処理槽３１における汚泥４２の消化では、処理槽３１内の汚泥４２の温度を、好ましくは３０～３８℃に調節する。ただし、ただし、汚泥４２の温度は、５０～５５℃であってもよい。
　処理槽３１内において、汚泥４２を常時、均一に攪拌する。
　この実施形態の嫌気性消化方法によれば、固定床２０の上層から汚泥４１の一部を抜き取り、その抜き取った汚泥４１を、固定床２０の下層を構成する生物付着担体２２からなる固定層２８へ均一に供給し、固定床２０において汚泥４１を循環させる。そのため、汚泥４１と、生物付着担体２２に高濃度に保持されたメタン菌との接触効率が向上するとともに、固定層２８を通過する際に汚泥４１に含まれる固形物の微細化が進むので、汚泥４１の消化反応速度が向上する。
　また、生物付着担体２２として、上記の真比重、平均粒径、空隙率を有するものを用いることにより、固定層２８を閉塞させることなく、汚泥４１を固定層２８に均一に分散させることができる。そのため、生物付着担体２２に高濃度のメタン菌を保持することができ、メタン発酵の律速となっているメタン菌濃度が増加し、汚泥４１の消化効率が向上し、ひいては、汚泥４１の消化反応速度が向上する。したがって、従来、汚泥の消化に４～３０日要していたのに対して、本実施形態では消化時間を１～２日に短縮することができる。これにより、消化装置の設備費を大幅に削減することができる。
　また、汚泥４１を非常にゆっくりと循環させ、さらに生物付着担体２２を流動させる必要がないので、循環ポンプ２６の容量を従来の１／５０～１／１００にすることができる。そのため、循環ポンプのイニシャルコスト、ランニングコストを大幅に削減することができる。
　また、汚泥４１を非常にゆっくりと循環させ、汚泥４１の流動によって生物付着担体２２が流動することがないので、生物付着担体２２同士が擦れ合って、生物付着担体２２が摩耗するのを防止できる。
　さらに、固定床２０にて処理した汚泥４１を、完全混合槽３０で処理することにより、より効率的に消化を行うことができる。
　なお、本実施形態では処理対象として、下水もしくは廃液を沈殿操作して得られる沈殿汚泥、又は畜産廃棄物汚泥からなる汚泥を用いたが、これらに限定されるものではない。その他の汚泥、又は浮遊固形物（ＳＳ）を５０００ｍｇ／Ｌ以上含んだ有機性排水を、本実施形態の嫌気性消化方法を用いて処理してもよい。
　以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
「実施例１」
　図１に示した消化装置１０と同様の装置を用いて、汚泥の消化を行った。
　固定床２０の処理槽２１としては、容量が２Ｌ（リットル）の槽を用いた。
　固定床２０における生物付着担体２２としては、粘土系の材料を焼結し、真比重が１．７ｇ／ｃｍ３、粒径が約１０ｍｍ、空隙率が約５０％の球状の多孔性セラミックスボールを用いた。
　固定床２０において、処理槽２１の全容積に対する生物付着担体２２の充填率を約５０％とした。
　処理槽２１に、下水処理場の初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥（混生汚泥）で、汚泥濃度（ＴＳ）１８，５００ｍｇ／Ｌ、有機物含有量（ＶＴＳ）７４％の汚泥を、１日当たり１Ｌ（リットル）供給した。また、処理槽２１内の汚泥４１の温度を３５℃に調節し、固定床２０の上層から汚泥４１の一部を抜き取り、その抜き取った汚泥４１を固定層２８に供給し、消化日数２日で、汚泥４１の消化を行った。
　また、処理槽２１内において、汚泥４１を循環させる速度を、４Ｌ／ｈｒとした。
　シナガワ社製の湿式ガスメーターにより、汚泥４１の消化反応中に発生した、投入汚泥１Ｌ（リットル）当たりのガスの量を測定し、汚泥４１の汚泥濃度（ＴＳ）、汚泥４１の消化率を算出した。結果を表１に示す。
　また、湿式のレーザ回折散乱式粒径分布測定法により、固定床２０での処理後の汚泥４１に含まれる固形物の平均粒径を測定した。結果を表２に示す。
　さらに、固定床２０における処理が進行した汚泥４１を、完全混合槽３０の処理槽３１内に導入し、処理槽３１内の汚泥４２の温度を３５℃に調節し、攪拌機３３によって、汚泥４２を均一に攪拌、混合することを２日間行い、汚泥４２の消化を行った。
　完全混合槽３０の処理槽３１としては、容量が２Ｌ（リットル）の槽を用いた。
　シナガワ社製の湿式ガスメーターにより、汚泥４２の消化反応中に発生した、投入汚泥１Ｌ（リットル）当たりのガスの量を測定し、汚泥４２の汚泥濃度（ＴＳ）、汚泥４２の消化率を算出した。結果を表１に示す。
「比較例１」
　実施例１で処理したのと同様の汚泥を、完全混合槽の処理槽内に供給し、処理槽内の汚泥の温度を３５℃に調節し、攪拌機によって、汚泥を均一に攪拌、混合することを１０日間行い、汚泥の消化を行った。
　完全混合槽の処理槽としては、容量が２Ｌ（リットル）の槽を用いた。
実施例１と同様にして、汚泥の消化反応中に発生した、投入汚泥１Ｌ（リットル）当たりのガスの量を測定し、汚泥の汚泥濃度（ＴＳ）、汚泥の消化率を算出した。結果を表１に示す。
　また、実施例１と同様にして、処理後の汚泥に含まれる固形物の平均粒径を測定した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１の結果から、実施例１の固定床２０における処理時間は、比較例１の完全混合型の処理時間の１／５であるにもかかわらず、実施例１の処理では、比較例１の処理と同等量のガスが発生し、比較例１の処理と同等の消化率が達成されたことが確認された。
　また、実施例１では、固定床２０の後段に完全混合槽３０を設けることにより、最終的なガス発生量が３．８Ｌ／Ｌとなり、比較例１の２．５Ｌ／Ｌよりも大幅に向上することが確認された。
　表２の結果から、実施例１では、汚泥が固定層２８を通過することによって、汚泥に含まれる固形物の微細化が進んでいることが確認された。したがって、実施例１では、汚泥４１の消化分解が促進されていると推察される。
「実施例２」
　処理槽２１に、下水処理場の初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥（混生汚泥）で、汚泥濃度（ＴＳ）２２，５００ｍｇ／Ｌ、有機物含有量（ＶＴＳ）７７％の汚泥を、１日当たり２Ｌ（リットル）供給した。また、固定床２０の上層から汚泥４１の一部を抜き取り、その抜き取った汚泥４１を固定層２８に供給し、消化日数１日で、実施例１と同様にして、汚泥４１の消化を行った。
　実施例１と同様にして、汚泥の消化反応中に発生した、投入汚泥１Ｌ（リットル）当たりのガスの量を測定し、汚泥の汚泥濃度（ＴＳ）、汚泥の消化率を算出した。結果を表３に示す。
「比較例２」
　実施例２で処理したのと同様の汚泥を、完全混合槽の処理槽内に供給し、処理槽内の汚泥の温度を３５℃に調節し、攪拌機によって、汚泥を均一に攪拌、混合することを１０日間行い、汚泥の消化を行った。
　実施例１と同様にして、汚泥の消化反応中に発生した、投入汚泥１Ｌ（リットル）当たりのガスの量を測定した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３の結果から、実施例２の固定床２０における処理時間は、比較例１の完全混合型の処理時間の１／１０であるにもかかわらず、固定床２０におけるガス発生量は３．４Ｌ／Ｌとなり、比較例２におけるガス発生量４．７Ｌ／Ｌの７２％であった。また、固定床２０の後段に設けた完全混合槽３０で汚泥４２の処理を行うことにより、最終的なガス発生量が４．７Ｌ／Ｌとなり、比較例２の４．７Ｌ／Ｌと同等となることが確認された。
　また、比較例２の方法による限界消化日数（最短の消化日数）は５日程度である。これに対して、実施例２の方法では、反応時間が１日であっても、生物付着担体２２に保持されたメタン菌によって、良好なメタン発酵を維持できることが判明した。
　本発明によれば、汚泥や有機性排水の消化反応速度を向上させるとともに、生物付着担体の摩耗を防止する嫌気性消化方法を提供することができる。
１０・・・消化装置
２０・・・固定床
２１・・・処理槽
２２・・・生物付着担体
２３・・・汚泥供給管
２４・・・汚泥流出管
２５・・・汚泥循環管
２６・・・循環ポンプ
２７・・・攪拌機
２８・・・固定層
２９・・・ガス供給管
３０・・・完全混合槽
３１・・・処理槽
３２・・・汚泥排出管
３３・・・攪拌機
４１，４２・・・汚泥。

Claims (10)

  1. 　下水もしくは廃液を沈殿操作して得られる沈殿汚泥、もしくは畜産廃棄物汚泥からなる汚泥、又は浮遊固形物を５０００ｍｇ／Ｌ以上含んだ有機性排水を処理対象として、球状の多孔質体からなる生物付着担体を用いた固定床により生物学的処理する嫌気性消化方法であって、
    　前記固定床に供給された処理対象の一部を、前記固定床の上層から抜き取り、その抜き取った処理対象を、前記固定床の下層を構成する生物付着担体からなる固定層へ供給し、平均粒径が４．０ｍｍ以上の球状の多孔質体からなる生物付着担体を用いることによって、前記生物付着担体を流動させず、また前記固定層を閉塞させることなく、処理対象を均一に分散させるように、前記固定床において処理対象を循環させる嫌気性消化方法。
  2. 　前記固定床の全容積に対する前記生物付着担体の充填率は３０～７０％である請求項１に記載の嫌気性消化方法。
  3. 　前記生物付着担体は、真比重が１．５～４．０ｇ／ｃｍ３である請求項１または２に記載の嫌気性消化方法。
  4. 　前記生物付着担体は、平均粒径が４．０ｍｍ～１５．０ｍｍである請求項１～３のいずれか１項に記載の嫌気性消化方法。
  5. 　前記生物付着担体は、空隙率が４０～７０％である請求項１～４のいずれか１項に記載の嫌気性消化方法。
  6. 　前記固定床において処理対象を循環させる速度は０．１ｍ／ｈｒ～１０ｍ／ｈｒである請求項１～５のいずれか１項に記載の嫌気性消化方法。
  7. 　前記固定床の上層にある処理対象を間欠的に攪拌する請求項１～６のいずれか１項に記載の嫌気性消化方法。
  8. 　前記固定床から前記生物付着担体と接触した処理対象を流出させて、その処理対象を、後段の完全混合槽に導入し、前記完全混合槽において処理対象を均一に攪拌、混合することにより、処理対象を生物学的処理する請求項１～７のいずれか１項に記載の嫌気性消化方法。
  9. 　前記固定床の処理対象供給管または前記固定層の下部に、前記固定床で発生した消化ガスまたは窒素ガスを供給し、前記消化ガスまたは前記窒素ガスにより前記生物付着担体を攪拌する請求項１～８のいずれか１項に記載の嫌気性消化方法。
  10. 　前記処理対象供給管または前記固定層の下部に供給する、前記消化ガスまたは前記窒素ガスの供給速度は５～４０ｍ／ｈｒである請求項９に記載の嫌気性消化方法。
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