JP2004337667A - 有機性物質のメタン発酵処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メタン発酵工程におけるアンモニア性窒素濃度を低く維持して発酵させると共に、その際にメタン発酵菌の濃度が発酵槽内で不足せず、メタン発酵効率の向上のための調整とその安定化を計れるメタン発酵処理法とし、また同工程に用いる装置を小型化できるようにすることである。
【解決手段】生ゴミなどの有機性物質を可溶化し、この可溶化液を貯留する。この可溶化液をメタン発酵させて生成したメタンガスや二酸化炭素を分取すると共に、この分取後に残る発酵液を固液分離操作で濃縮し、この濃縮物をメタン発酵工程に返送する。固液分離操作を行なう際には、最終の固液分離操作される濃縮物に水を添加して、１．５倍以上に稀釈して濃縮物中のアンモニア性窒素濃度を前記液状物中の窒素濃度より低くする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生ゴミや食品廃棄物などの有機性物質を含む廃棄物の嫌気的処理方法である有機性物質のメタン発酵処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性物質の有効的な処理方法として、メタン発酵処理があり、得られたメタンガスなどをバイオガスとして、再利用することができる処理方法である。
【０００３】
通常、メタン発酵は、有機物が種々の微生物に資化されてメタン（ＣＨ_４）に変換される一連の過程をいい、段階的には、先ず、固形有機物が炭水化物、アミノ酸、脂肪酸などの水溶性低分子物質に分解される過程（可溶化過程）、さらに分解されて酢酸、プロピオン酸、酪酸などの低級脂肪酸を生成する過程、酢酸や水素ガスなどに分解される過程、酢酸や水素ガスからメタンが生成する過程である。
【０００４】
実際には、可溶化後に一つの槽内で微生物群が共生系をつくり、一連の反応としてメタン発酵が進行している。
【０００５】
メタン発酵が進行する条件としては、温度（中温消化法３６〜３８℃、高温消化法４５〜５６℃）、有機物組成、比較的高いｐＨなどであるが、特に重要な条件は、原料有機物のＣ／Ｎ比（炭素と窒素原子の比）であり、通常Ｃ／Ｎ比は、１０〜２０が最も良いメタン発酵条件である。このような発酵条件で原料有機物中の窒素（Ｎ）が多い場合は、メタン発酵液中のアンモニア性窒素濃度が高くなり、発酵阻害が起こる。
【０００６】
この発酵阻害を回避するために、アンモニア性窒素濃度を、中温発酵では４０００ｍｇ／リットル、高温発酵では２０００ｍｇ／リットル程度以下の濃度にすることが望ましいとされている。
【０００７】
図３に示すように、従来のメタン発酵処理においては、適正なアンモニア性窒素濃度を維持するために、メタン発酵工程から排出される発酵液（消化液）を固液分離工程で濃縮し、分取した固形分をメタン発酵工程に戻す際に、分取した液分からアンモニア性窒素分を脱窒処理装置によって除去し、その処理液を別途メタン発酵槽へ返送するようにしていた（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２２１５４８号公報（特許請求の範囲）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の有機性物質のメタン発酵処理方法では、脱窒処理した処理液と、固液分離された固形分の一部とをそれぞれメタン発酵槽へ返送するようにしているので、固形分に含まれるメタン発酵菌の濃度が発酵槽内で不足するという問題が起こる。
【００１０】
この問題を解決するために、メタン発酵槽に対して固形分の全量を返送すると共に、その希釈のために適量な水（固形分の２倍量以上）を返送すると、発酵槽を大型化しなければならなくなり、また発酵槽内のｐＨ条件や発酵温度を適当に保つことが容易でないという問題が起こる。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、メタン発酵工程におけるアンモニア性窒素濃度を低く維持すると共に、その際にメタン発酵菌の濃度が発酵槽内で不足せず、メタン発酵効率の向上とその安定化のためのアンモニア性窒素濃度の調整を計りやすいメタン発酵処理法とし、また同工程に用いる装置を小型化できるようにすることである。
【００１２】
なお、固液分離装置として濃縮槽を用い、この濃縮槽に凝集液（助剤）を加える際には慣用的に水と混合される場合があるが、その際に使用する水は、少量であり、このような水は凝集液の溶剤として作用するに過ぎず、必ずしもアンモニア性窒素濃度を適正に維持することができなかった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は上記の課題を解決するために、有機性物質の可溶化液をメタン発酵させて生成ガスを分取すると共に、この分取後に残る発酵液を固液分離操作で濃縮し、この濃縮物を前記メタン発酵の工程に返送するメタン発酵処理方法において、前記固液分離操作される前記液状物に水を添加して１．５倍以上に稀釈することからなる有機性物質のメタン発酵処理方法としたのである。
【００１４】
上記した工程からなるこの発明のメタン発酵処理方法では、発酵液（発酵生成物を含む液状物をいう。）に所定量の水を添加してから固液分離操作を行なう。この固液分離操作により分離された濃縮物（固形分）のアンモニア性窒素濃度は、前記液状物中の窒素濃度より低くなり、この低アンモニア性窒素濃度の濃縮物をメタン発酵工程に返送するので、メタン発酵工程でのアンモニア性窒素濃度を下げることができ、メタン発酵槽内での発酵状態も良好な状態で安定し、発酵装置は、それに直接に多量の水を供給する必要がなくなることから、比較的小型化できる。
【００１５】
また、前記の課題をより確実に解決するために、上記の工程からなる有機性物質のメタン発酵処理方法において、発酵液に対し、固液分離操作を複数回行なうと共に、最終の固液分離操作される濃縮物に水を添加して、１．５倍以上に稀釈するメタン発酵処理方法としたのである。
【００１６】
上記したように構成されるこの発明の処理方法では、例えば２つまたはそれ以上に複数の固液分離装置を直列に接続し、発酵液に対する固液分離操作を複数回行なうことにより、総排水量を減らすことができる。また、１基の固液分離装置により、固液分離操作を複数回行なうこともできる。
【００１７】
また、このとき固液分離装置で生成した濃縮物のアンモニア性窒素濃度を充分に低減させるために、最終の固液分離操作される濃縮物に水を添加して、２倍以上に稀釈する、すなわち可溶化液と同体積以上の水を添加する前記の有機性物質のメタン発酵処理方法とすることが好ましい。
【００１８】
また、前記の有機性物質のメタン発酵処理方法において、水が固液分離操作で分取された水を脱窒処理した水である場合に、排水を再利用すれば、さらに総排水量を少なくできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態は、生ゴミなどの有機廃棄物を可溶化し、この可溶化液を貯留している。これをメタン発酵させて生成したメタンガスや二酸化炭素を分取すると共に、発酵液を固液分離操作で濃縮し、この濃縮物をメタン発酵工程に返送する。
【００２０】
固液分離操作を行なう際には、後述の所定量の水を添加して濃縮物中のアンモニア性窒素濃度を前記液状物中の窒素濃度より低くする。
【００２１】
前記した有機廃棄物は、例えば、し尿、下水汚泥、家畜糞尿、農産廃棄物、水産廃棄物、その他食品廃棄物、家庭生ゴミその他の動植物性の有機物を含有する廃棄物であり、この発明では特に限定なく採用される被処理物をいう。
【００２２】
可溶化工程においては、固形有機物を好気性菌などにより、炭水化物、アミノ酸、脂肪酸などの水溶性低分子物質になるように分解させ、生成した可溶化液をタンクに貯留して後の工程に安定的に供給する。たとえば、脱水汚泥は、７０〜８０℃程度で約３日間維持することによって成分が可溶化する。
【００２３】
メタン発酵工程においては、可溶化工程で生成された水溶性低分子物質を嫌気性菌により酢酸や水素に分解すると共に、これらをメタン発酵菌により資化させてメタンガスなどを生成させる。この工程は、中温発酵（３５〜４０℃）では１５〜３０日間、高温メタン発酵では７〜１５日間発酵条件を維持することにより行なわれることが多い。
【００２４】
次の固液分離工程では、濃縮槽、遠心分離機、ベルトもしくはフィルタプレス型脱水機、またはろ過膜などによる周知の固液分離装置を用いて分離操作を行なうことにより、配管内を流動可能な流動性のある濃縮物（固形分）と、排水（液分）を得る。
【００２５】
メタン発酵工程より引き抜かれた発酵液に対する固液分離操作を行なう際には、固液分離操作される前記液状物に水を添加して１．５倍以上（例えば１．５〜１０倍、１．５〜５倍、１．５〜３倍または１．５〜２倍など）に稀釈し、すなわち前記の所定量としては、発酵液の５０体積％以上の水を添加する。５０体積％以上の水を添加すれば、濃縮物中のアンモニア性窒素濃度は、発酵液の６７％以下（＝１／１．５以下）に低下し、メタン発酵工程でのアンモニア性窒素濃度を低く維持でき、発酵阻害を抑制できる。
【００２６】
なお、返送汚泥の量は、発酵液の半分を目安とする。これは発酵液の総固形物濃度の２倍に濃縮してメタン発酵工程に戻すためであり、これによりメタン発酵菌のほぼ全量が戻される。また最終の固液分離操作の際に添加する水の量が、少なくとも可溶化液と同体積以上の水量とし、２倍以上に稀釈することがより好ましい。
【００２７】
固液分離操作時に添加する水は、アンモニア性窒素の少ない水、または含まれていない水が用いられ、このような水として、固液分離操作で分取された水を、膜分離による脱窒素処理または沈殿池などを用いた生物学的に脱窒処理した水を採用することもでき、そのようにして排水の総排出量を少なくすることが好ましい。
【００２８】
固液分離操作時には、周知の高分子凝集剤や無機凝集剤などの凝集剤を添加してもよい。
【００２９】
図２に示すように、この発明の第２実施形態は、前記した第１実施形態において、発酵液に対する固液分離操作を２回行ない、最終の固液分離操作の際に、可溶化液の５０体積％以上の水を添加したこと以外は、全く同様にした有機性物質のメタン発酵処理方法である。
【００３０】
【実施例】
〔実施例１〕
第１実施形態の工程に従って生ゴミなどの有機廃棄物を水中に溶ける程度に可溶化し、この可溶化液を貯留した。この可溶化液中の全窒素濃度は４０００ｍｇ／リットルであった。これを１０００リットル／日の速度でメタン発酵槽に送り、３６〜３８℃の中温メタン発酵工程で２０日間のメタン発酵させ、生成したメタンガスや二酸化炭素を分取すると共に、発酵液を２０００リットル／日の速度で固液遠心分離装置に供給すると共に、また２０００リットル／日の水を固液遠心分離装置に供給し、得られた濃縮物を１０００リットル／日の速度でメタン発酵工程に返送した。また、固液分離操作によって分離された排水は３０００リットル／日であった。メタン発酵工程に返送された濃縮物中のアンモニア性窒素濃度（ＮＨ_４−Ｎ）は１０００ｍｇ／リットルであり、前記可溶化液中の全窒素濃度中の経験的に全窒素量の７５％と予測されるアンモニア性窒素濃度（ＮＨ_４−Ｎ）３０００ｍｇ／リットルより充分に低いものであった。これにより、メタン発酵工程でアンモニア性窒素濃度を低減させることができた。
【００３１】
〔実施例２〕
実施例１おいて、１０００リットル／日の水を固液遠心分離装置に供給し、固液分離操作によって分離した排水を２０００リットル／日としたこと以外は、全く同様にしてメタン発酵を行なった。メタン発酵工程に返送された濃縮物中のアンモニア性窒素濃度（ＮＨ_４−Ｎ）は１０００ｍｇ／リットルであり、前記可溶化液中の全窒素濃度中に予測されるアンモニア性窒素濃度（ＮＨ_４−Ｎ）３０００ｍｇ／リットルより充分に低いものであった。これによりメタン発酵工程でアンモニア性窒素濃度を低減させることができた。
【００３２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、メタン発酵処理方法において、固液分離操作工程に所定量の水を添加して濃縮物中のアンモニア性窒素濃度を所定濃度より低くする有機性物質のメタン発酵処理方法としたので、メタン発酵工程へ適当な濃度の濃縮汚泥の返送量を少量から多量まで自在に調整できるようになり、すなわち返送する汚泥の濃度は常に固液分離操作によって安定し、そのためメタン発酵工程でアンモニア性窒素濃度が低く維持されて発酵を順調に行なえようになると共に、メタン発酵菌の濃度が発酵槽内で不足せず、メタン発酵効率の向上のための調整とその安定化を計れるメタン発酵処理法となり、発酵工程に用いる装置を小型化できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の有機性物質のメタン発酵処理工程を説明する流れ図
【図２】第２実施形態の有機性物質のメタン発酵処理工程を説明する流れ図
【図３】従来の有機性物質のメタン発酵処理工程を説明する流れ図

Claims (4)

1. 有機性物質の可溶化液をメタン発酵させて生成ガスを分取すると共に、この分取後に残る発酵液を固液分離操作で濃縮し、この濃縮物を前記メタン発酵の工程に返送するメタン発酵処理方法において、
   前記固液分離操作される前記液状物に水を添加して１．５倍以上に稀釈することからなる有機性物質のメタン発酵処理方法。
2. 発酵液に対し、固液分離操作を複数回行なうと共に、最終の固液分離操作される濃縮物に水を添加して、１．５倍以上に稀釈することからなる請求項１に記載の有機性物質のメタン発酵処理方法。
3. 最終の固液分離操作される濃縮物に水を添加して、２倍以上に稀釈することからなる請求項２に記載の有機性物質のメタン発酵処理方法。
4. 水が、固液分離操作で分取された水を脱窒処理した水である請求項１〜３のいずれかに記載の有機性物質のメタン発酵処理方法。

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