JP2004290921A

JP2004290921A - Methane fermentation method and system

Info

Publication number: JP2004290921A
Application number: JP2003090131A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Tomiuchi; 芳昌富内; Yutaka Mori; 豊森
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a methane fermentation method capable of improving a treatment efficiency of activated sludge by promoting denitrification of an activated sludge tank while optimally maintaining operation efficiency of a methane fermentation tank, and its system. <P>SOLUTION: In the methane fermentation method, organic waste is slurried and charged into the methane fermentation tank 11, the waste is subjected to methane fermentation with anaerobic bacteria to be taken out as a digestive, and the digestive is treated in the activated sludge tank 12. In the method, the concentration of organic acid in the methane fermentation tank 11 is measured by an organic acid measuring device 17. When a measured value is a predetermined value or higher, a part of the slurry containing organic acid is taken out, and is subjected to solid/liquid separation with a separation membrane 14. The slurry is subjected to an organic acid addition process for adding solution containing organic acid to the activated sludge tank 12, thus maintaining the concentration of organic acid in the methane fermentation tank 11 bellow a predetermined value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嫌気性微生物を用いて、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するメタン発酵処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
牛、豚などの畜産糞尿や生ゴミ等の有機性廃棄物をメタン発酵処理する場合、発酵処理した後の廃液は、堆肥として土壌に散布するか、もしくは浄化処理を行ない河川等に放流される。
【０００３】
ここで、浄化処理を行う場合には、下水処理などで用いられる活性汚泥法を主体とする生物学的処理が一般的に行われており、この活性汚泥処理工程において、メタン発酵処理後の消化液から、主に有機物と窒素除去が行われる。
【０００４】
図７には、このような活性汚泥処理を用いた従来のメタン発酵処理方法の一例が示されている。
【０００５】
有機性廃棄物は、スラリー化されてメタン発酵槽５１に投入され、ここでメタン発酵処理が行なわれた後に消化液として排出され、活性汚泥槽５２において、活性汚泥によって有機物、窒素が除去される。なお、活性汚泥槽５２には、窒素除去を進行させるためのメタノール貯留槽５３、メタノール注入ポンプ５４が設けられており、活性汚泥槽５２内にメタノールを添加できるようになっている。
【０００６】
活性汚泥処理工程後の処理液は、最終沈殿池５５において重力沈降によって活性汚泥が分離され、活性汚泥処理水が得られる、なお、最終沈殿池５５で沈降した活性汚泥は、返送汚泥ポンプ５６によって活性汚泥槽５２に返送できるように構成されている。
【０００７】
ここで、活性汚泥槽５２内にメタノールを添加する理由は以下の通りである。メタン発酵後の消化液中の有機物は、活性汚泥を構成する微生物の食物となり分解除去される。窒素は好気性の条件下で硝化菌の働きによりＮＨ_４−Ｎ（アンモニア性窒素）がＮＯ_３−Ｎ（硝酸性窒素）に酸化され、ついで嫌気性の条件下で脱窒菌の働きによりＮＯ_３−ＮがＮ_２（窒素ガス）に還元されて除去される。
【０００８】
上記の窒素除去工程のうち、脱窒素反応では水素供与体として有機物が必要となる。一般に脱窒素には窒素の３〜４倍の有機物が必要であり、通常の下水処理であればこの範疇にあり問題は無いが、メタン発酵後の消化液の場合、メタン発酵工程で多くの有機物が消費され、脱窒素に必要な有機物が十分存在しないため反応が進行せず、窒素除去が不良となる。このため、除去する窒素に対して有機物が十分でないメタン発酵廃液などを処理する場合は、活性汚泥槽に有機物としてメタノールを注入し、このメタノールを水素源として脱窒素反応を進行させるものである（非特許文献１参照）。
【０００９】
一方、メタン発酵槽５１内における発酵プロセス管理としては、有機物が分解してできる際の有機酸、特にプロピオン酸の蓄積が問題となる。プロピオン酸は、単独では分解反応が進行し難く、硫酸還元細菌による硫酸還元、水素資化性メタン生成古細菌による水素の消費が密接に関係し、高負荷時には、プロピオン酸が蓄積しやすく、このプロピオン酸がある濃度を越えるとメタン発酵の代謝全体を阻害して発酵が不安定になる。このため、負荷を増加させていく馴養に長い時間を要したり、処理できる負荷容量を低下させたりするという問題があった。
【００１０】
このプロピオン酸に代表されるような、メタン発酵槽内に蓄積する有機酸を除去する方法として、例えば、特開平９−２３９３９７号公報には、メタン発酵タンクにｐＨ計と揮発性有機酸の成分別測定器及び基質投入量制御手段を設置して、液相ｐＨ値の測定及び成分別測定器によって酢酸以外の非電離揮発性有機酸の測定を行ってから計算手段によって非電離の揮発性有機酸濃度を求め、これを指標として該非電離揮発性有機酸濃度が１５〜２０（ｍｇ／ｌ）を越えないようにメタン発酵タンクへの投入基質量を制御することが開示されている。
【００１１】
また、特開平５−３２８９９４号公報には、有機性排水をメタン発酵処理した処理水中に残留する有機酸濃度を測定する方法であって、前記処理水の一部をモニタリング反応槽に通水してメタン発酵処理し、単位通水量当りに発生するメタンガス量を求め、このメタンガス量から該処理水中の残留有機酸濃度を算出し、この濃度に基づいて、原水流量やメタン発酵槽の温度を制御して有機酸濃度を調整することが開示されている。
【００１２】
【非特許文献１】
村田恒夫編，「下水の高度処理技術」，理工図書，平成４年５月１０日発行，ｐ２０２−２０３
【特許文献１】
特開平９−２３９３９７号公報
【特許文献２】
特開平５−３２８９９４７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術のうち、メタン発酵後の消化液を処理する活性汚泥処理工程にメタノールを注入する方法は、通常の下水処理の窒素除去に比較して処理コストが大きくなるという問題点を有していた。また、メタン発酵槽内の有機酸量を同時に低下させる点については開示されていない。
【００１４】
一方、特開平９−２３９３９７号公報、特開平５−３２８９９４７号公報の方法においては、メタン発酵槽内の有機酸量を低下させる方法が開示されているが、有機酸濃度に応じて、メタン発酵槽内へのスラリー投入量、メタン発酵槽内の温度等の調整によって有機酸濃度を制御していることから、メタン発酵処理の効率が低下し易く制御が不充分であるという問題点があった。また、取り除いた有機酸の利用についても検討されていない。
【００１５】
このように、上記の従来技術においては、活性汚泥槽における脱窒素促進と、メタン発酵槽における有機酸の除去が別々に検討されており、メタン発酵槽と活性汚泥槽の両方について、同時に処理効率を向上させる方法については検討されていない。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、上記の問題を解決して、メタン発酵槽の運転効率を最適に維持しつつ、同時に活性汚泥槽の脱窒素を促進させて活性汚泥処理の効率も向上させることができる、メタン発酵処理方法及び装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて消化液として取り出し、この消化液を活性汚泥槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を測定し、この測定値が所定値以上の場合に、前記メタン発酵槽内から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出し、この有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加工程を行ない、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を所定値未満に維持することを特徴とする。
【００１８】
メタン発酵工程においては、まず、主として酸生成菌と呼ばれる通性嫌気性菌群の作用で、有機性廃棄物中の炭水化物、たんぱく質、脂肪等の高分子有機物を、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の揮発性有機酸と低級アルコール類とに加水分解する。次に絶対嫌気性細菌であるメタン生成菌の作用によって、この有機酸や低級アルコール類がメタンや二酸化炭素、アンモニアなどの最終生成物に分解される。よって、メタン発酵で生成される揮発性有機酸や低級アルコール類は、上述した窒素除去を行うための脱窒素反応に必要な水素供与体としても利用可能である。
【００１９】
したがって、本発明の方法によれば、このスラリーに含まれる有機酸や低級アルコール類を活性汚泥槽に添加することで、メタン発酵槽内の有機酸濃度を所定値未満に維持して、発酵効率の低下を防止できるとともに、活性汚泥槽内に添加された有機酸や低級アルコール類が水素源となり脱窒素が促進され、活性汚泥槽の処理効率も向上できる。このようにスラリー中の有機酸等を有効利用することによって、メタノールの添加が不要となるか又は添加量を削減でき、処理コストを低減することができる。また、取り除いた有機酸の後処理も不要となる。
【００２０】
本発明の方法においては、前記測定する有機酸がプロピオン酸であって、前記有機酸添加工程を、前記プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上の場合に行なうことが好ましい。
【００２１】
これによれば、有機酸のなかでプロピオン酸は、特にメタン発酵の代謝全体を阻害し、発酵が不安定になりやすいので、この濃度を２０００ｐｐｍ未満とすることにより、安定したメタン発酵を維持することができる。
【００２２】
また、本発明の方法においては、前記測定する有機酸がプロピオン酸及び酢酸であって、前記有機酸添加工程を、前記酢酸濃度に対する前記プロピオン酸濃度の比が４以上の場合に行なうことも好ましい。
【００２３】
メタン発酵において負荷を増加させていく馴養期間においては、絶対菌数が槽内に不足しているので、プロピオン酸だけでなく、その分解物である酢酸も蓄積する。そして、菌の増殖とともに、酢酸、プロピオン酸ともに、蓄積量が減少する。したがって、酢酸とプロピオン酸の比率があるバランスをとっている場合は、両者が蓄積しても、発酵は順調に進行する。しかし、酢酸の蓄積量が少ないのに、プロピオン酸濃度のみ増大する場合は、プロピオン酸を代謝する菌のバランスが崩れ、特にメタン発酵の代謝全体を阻害し、発酵が不安定になりやすいので、上記の比を４未満とすることにより、安定したメタン発酵を維持することができる。
【００２４】
更に、本発明の方法においては、前記有機酸添加工程を行なう間、前記メタン発酵槽内への前記有機性廃棄物の投入量を減じることが好ましい。これによれば、プロピオン酸を代謝する菌が増殖し、負荷量に見合った処理を行なえるようになり発酵が安定する。
【００２５】
また、本発明の方法においては、前記有機酸添加工程において、前記有機酸を含むスラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を前記活性汚泥槽に添加し、前記分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送することが好ましい。これによれば、有機酸を含む溶液のみが活性汚泥槽に添加されるので、活性汚泥処槽に余剰汚泥量が増加することがなく活性汚泥槽の処理効率をより向上することができる。
【００２６】
更に、本発明の方法においては、前記活性汚泥槽に添加する、前記有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液の温度が４０℃以下となるように調節することが好ましい。活性汚泥槽内の菌は４０℃を超えると死滅する。このため、発酵温度が５５〜６０℃になる高温メタン発酵の場合には、前記有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液の温度を、活性汚泥槽への添加前に４０℃以下に調節することにより、活性汚泥中の微生物を維持することができる。
【００２７】
一方、本発明のメタン発酵処理装置は、嫌気性微生物によって分解可能な有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽に導入するための有機性廃棄物供給手段と、前記有機性廃棄物をメタン発酵させるためのメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を検出するための有機酸検出手段と、前記メタン発酵後の消化液を処理するための活性汚泥槽とを備え、
前記有機酸検出手段によって所定値以上の値を検出した場合に、前記メタン発酵槽から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出して、前記スラリー又は前記スラリーから分離された溶液として、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加手段が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の装置によれば、有機酸添加手段によって、スラリー中の有機酸を有効利用でき、これによって活性汚泥工程の嫌気工程中に通常加えているメタノール量を不要とし、又は使用量を抑制することが可能となるので、ランニングコストが安く、かつ高い有機物負荷のメタン発酵の運転が可能なメタン発酵装置の実現が可能となる。
【００２９】
また、本発明の装置においては、前記有機酸添加手段は、前記取り出された有機酸を含むスラリーを固液分離する分離膜と、分離後の前記溶液を前記活性汚泥槽に添加する溶液添加手段と、分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送するための固形分返送手段とを備えることが好ましい。これによれば、分離膜によって有機酸を含む溶液のみが活性汚泥槽に添加されるので、活性汚泥処槽に余剰汚泥量が増加することがなく活性汚泥槽の処理効率をより向上することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の概略構成図が示されている。
【００３１】
まず、図１の処理装置について説明すると、この処理装置は、有機性廃棄物をスラリー化して貯留するスラリー調整槽１０と、メタン発酵槽１１と、メタン発酵処理後の消化液を処理するための活性汚泥槽１２と、活性汚泥を分離するための最終沈殿池１３とで主に構成されている。
【００３２】
貯留槽１０は、配管２１によってメタン発酵槽１１に連結されている。更に、メタン発酵槽１１の底部は、発酵後のスラリーを消化液として取り出すための配管２２を介して活性汚泥槽１２に連結されており、更に配管２３を介して最終沈殿池１３に連結されている。なお、最終沈殿池１３で沈降した活性汚泥は、返送汚泥ポンプ１８によって活性汚泥槽１２に返送できるように構成されている。
【００３３】
なお、貯留槽１０の周囲には、後述する、取り出したスラリーの一部の温度を低下させるための熱交換ユニット１０ａが設けられている。
【００３４】
メタン発酵槽１１には、有機酸測定装置１７が接続されており、メタン発酵槽１１内の有機酸濃度が測定可能となっている。ここで、有機酸測定装置１７としては、例えば、従来公知のＦＩＤガスクロマトグラフ等を用いることができる。
【００３５】
一方、メタン発酵槽１１からスラリーの一部を取り出すために、メタン発酵槽１１の底部には配管３１が接続されており、この配管３１は、スラリー調整槽１０の熱交換ユニット１０ａを介して分離膜１４に連結されている。
【００３６】
分離膜１４としては、消化液を固液分離できるのであればよく、例えば、ＭＦ（マイクロフィルタレーション）膜や不織布等の接触ろ材等が使用できる。
【００３７】
分離膜１４で分離された溶液は、有機酸貯留槽１５を介した後、活性汚泥槽１２へ有機酸注入ポンプ１６によって注入可能なように、配管３３が構成されている。一方、分離膜１４で分離された固形分は、配管３４によってメタン発酵槽１１へ返送可能なように構成されている。
【００３８】
次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵処理方法について説明する。
【００３９】
図１において、牛、豚などの畜産糞尿や生ゴミ等の有機性廃棄物は、破砕、粉砕されスラリー調整槽１０に貯留され、ここで適度な水で希釈されてスラリー化される。スラリー化は、固形物濃度が１０〜２０質量％となるように調整することが好ましい。
【００４０】
次に、このスラリーは、図示しないポンプにより配管２１を介してメタン発酵槽１１に投入されてメタン発酵が行なわれる。
【００４１】
このメタン発酵槽１１には、メタン菌等の嫌気性微生物が付着・担持された固定化微生物を充填した固定ろ床等が設置されており、ここでスラリーのメタン発酵が行なわれ、嫌気性微生物による有機性廃棄物の分解が行われる。メタン発酵における温度は５０〜６０℃で行なうことが好ましい。これによれば、より活性の高い、高温メタン菌での発酵が行なえるので、有機性廃棄物の分解速度を更に向上することができる。
【００４２】
なお、メタン発酵槽１１内では、図示しない攪拌羽根等によって、スラリーの攪拌が行なわれる。なお、スラリーの攪拌方法としては、他にポンプによりスラリーを循環させてもよく、また、バイオガスの一部をポンプによりメタン発酵槽１１の下部に吹き込んでバブリングして攪拌してもよい。
【００４３】
また、メタン発酵槽処理中に、例えばニッケル、コバルト等の金属を供給してもよい。これによって、メタン菌の活性を充分に向上して、安定した発酵状態を長期間にわたって維持することができる。ニッケル化合物としては、塩化ニッケル、塩化ニッケル・四水和物、塩化ニッケル・六水和物等が挙げられる。また、コバルト化合物としては、塩化コバルト、塩化コバルト・四水和物、塩化コバルト・六水和物等が挙げられる。
【００４４】
なお、一定時間毎に供給されるスラリーと同量の消化液が、配管２２を介してメタン発酵槽１１から引き抜かれ、メタン発酵槽１１内は、常に一定量のスラリーで満たされている。なお、発酵により生成したバイオガスは、図示しないガスホルダーに回収され、燃料電池発電装置、ガスエンジン等の発電機やボイラーの燃料として有効利用されるようになっている。
【００４５】
メタン発酵槽１１から排出されるメタン発酵廃液である消化液は、通常、配管２２を介して、好気性発酵で廃液処理を行う活性汚泥槽１２に投入され微生物によって有機物、窒素が除去された後、活性汚泥槽１２から、最終沈殿地１３に送られ、重力沈降によって活性汚泥が分離されて、最終的な活性汚泥処理水が得られる。なお、最終沈殿池１３で沈降した活性汚泥は、返送汚泥ポンプ１８で活性汚泥槽１２に返送される。
【００４６】
ここで、本発明においては、メタン発酵槽１１内において、一定時間毎に有機酸測定装置１７による有機酸濃度の測定が行なわれ、この測定値が所定値以上の場合に、メタン発酵槽１１内から有機酸を含むスラリーの一部を取り出し、この有機酸を含むスラリー、又はスラリーから分離した有機酸を含む溶液を、活性汚泥槽１２に添加する有機酸添加工程を行ない、メタン発酵槽１１内の有機酸濃度を所定値未満に維持することを特徴としている。
【００４７】
すなわち、この実施形態においては、有機酸測定装置１７の測定値が所定値以上の場合に、メタン発酵槽１１内の消化液の一部が、配管３１を介して取り出される。次いで、スラリー調整槽１０の熱交換ユニット１０ａを通過することによって熱交換されて冷却された後、分離膜１４によって固液分離される。これによって、分離膜１４を通過しない固形分は、配管３４を介してメタン発酵槽１１内に返送される。
【００４８】
一方、分離膜を通過したプロピオン酸を始めとする有機酸や低級アルコールは有機酸貯留槽１５に送られ、活性汚泥槽１２へ適量が注入される。これによって、有機酸が水素源となるので、活性汚泥槽１２における脱窒素反応が速やかに進行し、活性汚泥処理の効率を高めることができる。
【００４９】
メタン発酵槽１１内において測定する有機酸の種類としては、プロピオン酸濃度、又は酢酸濃度に対するプロピオン酸濃度の比が好ましく用いられる。
【００５０】
プロピオン酸濃度を測定する場合、上記の有機酸添加工程を開始する測定値としては、プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上になった場合に開始することが好ましい。プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上の状態が続くと、ｐＨが低下し、これによって発酵阻害による酢酸濃度が上昇し、これによってｐＨの更なる低下が生じ、最終的には発酵が停止するので好ましくない。また、有機酸添加工程の終了は、プロピオン酸濃度が１５００ｐｐｍ以下になるまで行なうことが好ましい。
【００５１】
また、上記のプロピオン酸濃度の代わりに、酢酸濃度に対するプロピオン酸濃度の比を測定してもよい。この場合、上記の有機酸添加工程を開始する測定値としては、上記の比が４以上になった場合に開始することが好ましい。また、有機酸添加工程の終了は、上記の比が３以下になるまで行なうことが好ましい。
【００５２】
有機酸貯留槽１５から活性汚泥槽１２に添加する有機酸を含む溶液の添加量としては、活性汚泥の量によって適宜決定できるが、Ｃ／Ｎ比が、１．３〜１．５となるように調整しつづけるように添加することが好ましい。
【００５３】
また、活性汚泥槽１２に添加する有機酸を含む温度は４０℃以下となるように調節することが好ましい。図２には、嫌気性消化汚泥のＮＨ_４−ＮからＮＯ_３−Ｎへの変化率（％）が示されている。図２より、処理温度が４０℃になると、硝化がほとんど進行しなくなることがわかるので、添加する液温を４０℃以下にすることにより、活性汚泥槽１２内の菌が死滅して汚泥処理効率が低下するのを防止できる。なお、添加する液温は３７℃以下とすることがより好ましい。
【００５４】
また、スラリー調整槽１０からメタン発酵槽１１に導入するスラリーの量は、適宜調整可能であり、例えば、有機酸貯留槽１５中のＢＯＤ（生物学的酸素要求量）と、活性汚泥槽１２の窒素負荷から計算してもよい。また、有機酸添加工程を行なう間、前記メタン発酵槽内への前記有機性廃棄物の投入量を減じてもよい。
【００５５】
なお、本発明においては、分離膜１４を用いずに、消化液の一部をそのまま活性汚泥槽１２へ消化液を添加してもよく、これによっても窒素除去は進行する。しかし、固形分も同時に添加されるため、活性汚泥処理で生成される余剰汚泥量が増加するので、上記の実施形態のように、分離膜１４を通して固液分離し、有機酸を含む溶液として活性汚泥槽１２に添加することが好ましい。
【００５６】
また、本発明においては、上述の図７に示したような、メタノールの注入を併用してもよい。この場合にも、メタノールの使用量を抑制でき、ランニングコストを低下させることができる。
【００５７】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５８】
実施例
図１に示すような処理装置を用い、本発明のメタン発酵処理方法を用いて連続運転を行なった。メタン発酵槽１１としては容量１０リットルの発酵槽を使用し、発酵温度は５５℃とした。
【００５９】
有機性廃棄物としては表１に示す組成の生ゴミ原料を使用した。なお、表１におけるＴＳは固形分濃度、ＶＳは有機物濃度、Ｔ−ＣＯＤは全化学的酸素要求量、Ｔ−Ｎは全窒素である。
【００６０】
【表１】

【００６１】
また、有機酸測定装置１７として、ＦＩＤ検出器ガスクロマトグラフを使用して、プロピオン酸及び酢酸濃度をモニターし、プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上になった際に、メタン発酵槽１１からの消化液の抜き取りを開始し、１０００ｐｐｍになった際に抜き取りを終了するようにした。
【００６２】
また、この消化液は分離ＭＦ膜（ＥＤ−０３ＳＰＨ：株式会社ユアサメンブレンシステム製）で固液分離した後、固形分はメタン発酵槽１１に返送した。なお、分離した有機酸を含む溶液は、Ｃ／Ｎ比が、１．３〜１．５となるように調整して活性汚泥槽１２に添加した。
【００６３】
比較例
実施例において、有機酸濃度にかかわらず、上記のメタン発酵槽１１からの消化液の抜き取りを行なわなかった以外は、実施例と同様の条件でメタン発酵処理を行なった。
【００６４】
試験例
上記の条件で運転した際の、メタン発酵槽１１内の酢酸濃度の変化、プロピオン酸濃度の変化、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比、ｐＨの変化をそれぞれ、図３〜６にまとめて示す。図中ＨＲＴは滞留日数を示す。
【００６５】
図３〜６の結果より、実施例においては、運転６０日においても順調にメタン発酵処理が行なわれており、酢酸濃度、プロピオン酸濃度のいずれも１０００ｐｐｍ以下であり、また、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比も３以下に維持されていた。また、ｐＨも７．５〜８付近に維持されていた。
【００６６】
また、活性汚泥槽１２においては、有機酸を含む溶液の添加によって、脱窒素が充分に進行していることが確認でき、活性汚泥の処理も同時に行なうことが可能であった。
【００６７】
一方、比較例においては、運転１０日足らずで、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比が４を超え、また、運転１３日付近で、プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍを超えて発酵が悪化し、１８日目にｐＨが６以下になって酸敗による発酵停止に陥った。
【００６８】
更に、活性汚泥槽１２においては、脱窒素が不充分であり、活性汚泥処理の効率が低下していることが確認できた。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機酸濃度を所定値以下に維持して、メタン菌の活性を充分に向上して安定した発酵状態を長期間維持できるとともに、活性汚泥槽の処理効率も同時に向上させることができるメタン発酵処理方法及び装置を提供することができる。したがって、本発明は、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するために好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタン発酵処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】嫌気性消化汚泥のＮＨ_４−ＮからＮＯ_３−Ｎへの変化率（％）と、温度との関係を示す図表である。
【図３】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、酢酸濃度の変化を測定した図表である。
【図４】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、プロピオン酸濃度の変化を測定した図表である。
【図５】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、プロピオン酸濃度／酢酸濃度の比を測定した図表である。
【図６】実施例及び比較例の発酵槽の運転期間中における、ｐＨの変化及び有機物負荷を測定した図表である。
【図７】従来のメタン発酵処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０スラリー調整槽
１０ａ熱交換ユニット
１１メタン発酵槽
１２活性汚泥槽
１３最終沈殿池
１４分離膜
１５有機酸貯留槽
１６有機酸注入ポンプ
１７有機酸測定装置
１８返送汚泥ポンプ
２１、２２、２３、２４、３１、３３、３４配管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a methane fermentation treatment method and apparatus for treating organic waste such as manure, garbage, food processing residues, and the like using anaerobic microorganisms.
[0002]
[Prior art]
When methane fermentation of organic waste such as livestock manure or garbage such as cattle and pigs, the waste liquid after fermentation is sprayed on the soil as compost or purified and discharged into rivers etc. .
[0003]
Here, when performing a purification treatment, a biological treatment mainly using an activated sludge method used in sewage treatment or the like is generally performed. In this activated sludge treatment step, digestion after methane fermentation treatment is performed. The organic matter and nitrogen are mainly removed from the liquid.
[0004]
FIG. 7 shows an example of a conventional methane fermentation treatment method using such activated sludge treatment.
[0005]
The organic waste is slurried and put into the methane fermentation tank 51, where the methane fermentation treatment is performed, and the methane fermentation tank is discharged as a digestion liquid. In the activated sludge tank 52, organic matter and nitrogen are removed by the activated sludge. . Note that the activated sludge tank 52 is provided with a methanol storage tank 53 and a methanol injection pump 54 for promoting nitrogen removal, so that methanol can be added into the activated sludge tank 52.
[0006]
After the activated sludge treatment step, the activated sludge is separated by gravity sedimentation in the final sedimentation basin 55 to obtain activated sludge treated water. The activated sludge settled in the final sedimentation basin 55 is returned by the return sludge pump 56. It is configured so that it can be returned to the activated sludge tank 52.
[0007]
Here, the reason for adding methanol into the activated sludge tank 52 is as follows. The organic matter in the digested liquid after the methane fermentation becomes the food of the microorganisms constituting the activated sludge and is decomposed and removed. Nitrogen oxidizes NH ₄ —N (ammonia nitrogen) to NO ₃ —N (nitrate nitrogen) under the aerobic condition by the action of nitrifying bacteria, and then NO ₃ by the action of the denitrifying bacteria under anaerobic conditions. -N is removed is reduced to _{N 2} (nitrogen gas).
[0008]
In the above-described nitrogen removal step, the denitrification reaction requires an organic substance as a hydrogen donor. Generally, denitrification requires 3 to 4 times as much organic matter as nitrogen, and there is no problem in ordinary sewage treatment in this category, but in the case of digested liquid after methane fermentation, many organic substances are required in the methane fermentation process. Is consumed, and there is not enough organic matter required for denitrification, so that the reaction does not proceed and nitrogen removal becomes poor. Therefore, when treating a methane fermentation waste liquid or the like in which organic substances are not enough for nitrogen to be removed, methanol is injected as an organic substance into an activated sludge tank, and the methanol is used as a hydrogen source to advance a denitrification reaction ( Non-Patent Document 1).
[0009]
On the other hand, as for the fermentation process management in the methane fermenter 51, accumulation of organic acids, particularly propionic acid, when organic matter is decomposed is a problem. The decomposition reaction of propionic acid alone does not easily progress, and the reduction of sulfate by sulfate-reducing bacteria and the consumption of hydrogen by hydrogen-utilizing methane-producing archaea are closely related to each other.At high loads, propionic acid tends to accumulate. If the concentration of propionic acid exceeds a certain concentration, the whole metabolism of methane fermentation is inhibited and the fermentation becomes unstable. For this reason, there is a problem that a long time is required for acclimatization to increase the load, and a load capacity that can be processed is reduced.
[0010]
As a method for removing organic acids accumulated in a methane fermentation tank such as propionic acid, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H9-239393 discloses a method in which a methane fermentation tank is equipped with a pH meter and volatile organic acid components. A separate measuring device and a substrate charge control means are installed, and a non-ionizing volatile organic acid other than acetic acid is measured by a liquid phase pH value measurement and a component-specific measuring device, and then the non-ionizing volatile organic acid is calculated by the calculating means. It is disclosed that an acid concentration is determined, and the mass of the non-ionized volatile organic acid is controlled using the index as an index so as not to exceed 15 to 20 (mg / l).
[0011]
JP-A-5-328994 discloses a method for measuring the concentration of an organic acid remaining in treated water obtained by subjecting organic wastewater to methane fermentation, wherein a part of the treated water is passed through a monitoring reaction tank. Methane fermentation process to determine the amount of methane gas generated per unit water flow, calculate the residual organic acid concentration in the treated water from this methane gas amount, and control the raw water flow rate and the temperature of the methane fermentation tank based on this concentration It is disclosed that the concentration of the organic acid is adjusted by the above method.
[0012]
[Non-patent document 1]
Tsuneo Murata, “Advanced Sewage Treatment Technology”, Science and Engineering Books, published on May 10, 1992, p202-203
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H9-239393 [Patent Document 2]
JP-A-5-3289947
[Problems to be solved by the invention]
Among the above conventional techniques, the method of injecting methanol into the activated sludge treatment step for treating digestion liquid after methane fermentation has a problem that the treatment cost is increased as compared with nitrogen removal in ordinary sewage treatment. I was Further, it does not disclose that the amount of organic acid in the methane fermentation tank is reduced at the same time.
[0014]
On the other hand, JP-A-9-239393 and JP-A-5-3289947 disclose methods for reducing the amount of organic acids in a methane fermentation tank. Since the concentration of organic acid is controlled by adjusting the amount of slurry charged into the tank and the temperature in the methane fermentation tank, there is a problem that the efficiency of the methane fermentation treatment is easily reduced and the control is insufficient. . Also, the use of the removed organic acid has not been studied.
[0015]
As described above, in the above-described conventional technology, promotion of denitrification in the activated sludge tank and removal of the organic acid in the methane fermentation tank are separately studied, and the treatment efficiency of both the methane fermentation tank and the activated sludge tank is simultaneously examined. There is no study on how to improve this.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to improve the efficiency of activated sludge treatment by simultaneously promoting the denitrification of the activated sludge tank while maintaining the optimum operating efficiency of the methane fermentation tank. It is an object of the present invention to provide a methane fermentation treatment method and apparatus that can perform the method.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
That is, in the methane fermentation treatment method of the present invention, the organic waste is slurried, put into a methane fermentation tank, methane fermented by anaerobic microorganisms, taken out as digestion liquid, and this digestion liquid is treated in an activated sludge tank. Methane fermentation treatment method,
The organic acid concentration in the methane fermentation tank is measured, and when the measured value is equal to or more than a predetermined value, a part of the slurry containing the organic acid is taken out of the methane fermentation tank, and the slurry containing the organic acid, or An organic acid adding step of adding the solution containing the organic acid separated from the slurry to the activated sludge tank is performed to maintain the organic acid concentration in the methane fermentation tank below a predetermined value.
[0018]
In the methane fermentation process, first, high-molecular-weight organic substances such as carbohydrates, proteins, and fats in organic wastes are converted into acetic acid, propionic acid, butyric acid, etc. Hydrolyzes to volatile organic acids and lower alcohols. Next, by the action of methanogens, which are obligately anaerobic bacteria, these organic acids and lower alcohols are decomposed into final products such as methane, carbon dioxide, and ammonia. Therefore, volatile organic acids and lower alcohols generated by methane fermentation can also be used as a hydrogen donor necessary for the denitrification reaction for removing nitrogen described above.
[0019]
Therefore, according to the method of the present invention, by adding the organic acids and lower alcohols contained in the slurry to the activated sludge tank, the organic acid concentration in the methane fermentation tank is maintained below a predetermined value, and the fermentation efficiency is reduced. In addition to preventing the decrease of the water content, the organic acid and the lower alcohols added to the activated sludge tank serve as a hydrogen source to promote the denitrification and improve the treatment efficiency of the activated sludge tank. By effectively utilizing the organic acid and the like in the slurry in this manner, the addition of methanol becomes unnecessary or the amount of methanol can be reduced, and the processing cost can be reduced. Further, the post-treatment of the removed organic acid is not required.
[0020]
In the method of the present invention, it is preferable that the organic acid to be measured is propionic acid, and the organic acid adding step be performed when the propionic acid concentration is 2000 ppm or more.
[0021]
According to this, propionic acid among the organic acids particularly inhibits the entire metabolism of methane fermentation, and the fermentation tends to be unstable. Therefore, by keeping this concentration below 2000 ppm, stable methane fermentation is maintained. be able to.
[0022]
In the method of the present invention, it is also preferable that the organic acid to be measured is propionic acid and acetic acid, and the organic acid adding step is performed when the ratio of the propionic acid concentration to the acetic acid concentration is 4 or more. .
[0023]
During the acclimatization period in which the load is increased in methane fermentation, the absolute number of bacteria is insufficient in the tank, so that not only propionic acid but also acetic acid, a decomposition product thereof, accumulates. Then, as the bacteria grow, the accumulated amount of both acetic acid and propionic acid decreases. Therefore, when the ratio of acetic acid and propionic acid is in a certain balance, fermentation proceeds smoothly even if both accumulate. However, when the amount of acetic acid accumulated is small, but only the concentration of propionic acid increases, the balance of the bacteria that metabolize propionic acid is disrupted, particularly inhibiting the entire metabolism of methane fermentation, and the fermentation tends to be unstable, By setting the above ratio to less than 4, stable methane fermentation can be maintained.
[0024]
Further, in the method of the present invention, it is preferable to reduce the amount of the organic waste charged into the methane fermentation tank during the organic acid addition step. According to this, the bacterium that metabolizes propionic acid proliferates, and can perform a treatment corresponding to the load, thereby stabilizing the fermentation.
[0025]
In the method of the present invention, in the organic acid addition step, a solution containing the organic acid separated from the slurry containing the organic acid is added to the activated sludge tank, and the solid content after the separation is subjected to the methane fermentation. It is preferable to return it to the tank. According to this, since only the solution containing the organic acid is added to the activated sludge tank, the treatment efficiency of the activated sludge tank can be further improved without increasing the amount of excess sludge in the activated sludge treatment tank.
[0026]
Further, in the method of the present invention, the temperature of the slurry containing the organic acid or the solution containing the organic acid separated from the slurry, which is added to the activated sludge tank, may be adjusted to be 40 ° C. or less. preferable. Bacteria in the activated sludge tank die when the temperature exceeds 40 ° C. For this reason, in the case of high temperature methane fermentation in which the fermentation temperature is 55 to 60 ° C., the temperature of the slurry containing the organic acid or the solution containing the organic acid separated from the slurry is added to the temperature of the slurry before addition to the activated sludge tank. By controlling the temperature to 40 ° C. or lower, the microorganisms in the activated sludge can be maintained.
[0027]
On the other hand, the methane fermentation treatment apparatus of the present invention comprises an organic waste supply means for slurrying organic waste decomposable by anaerobic microorganisms and introducing the slurry into a methane fermentation tank, and methane fermentation of the organic waste. A methane fermentation tank for causing, comprising an organic acid detection means for detecting the organic acid concentration in the methane fermentation tank, and an activated sludge tank for treating the digested liquid after the methane fermentation,
When a value equal to or greater than a predetermined value is detected by the organic acid detection means, a part of the slurry containing the organic acid is taken out of the methane fermentation tank, and the activated sludge is extracted as the slurry or a solution separated from the slurry. An organic acid adding means for adding to the tank is provided.
[0028]
According to the apparatus of the present invention, the organic acid in the slurry can be effectively used by the organic acid adding means, whereby the amount of methanol normally added during the anaerobic step of the activated sludge step becomes unnecessary or the amount used is suppressed. Therefore, it is possible to realize a methane fermentation apparatus that can run methane fermentation with a low running cost and a high organic substance load.
[0029]
In the apparatus of the present invention, the organic acid adding means includes a separation membrane for solid-liquid separating the slurry containing the extracted organic acid, and a solution adding means for adding the separated solution to the activated sludge tank. And a solid content returning means for returning the separated solid content into the methane fermentation tank. According to this, since only the solution containing the organic acid is added to the activated sludge tank by the separation membrane, it is possible to further improve the treatment efficiency of the activated sludge tank without increasing the amount of excess sludge in the activated sludge processing tank. it can.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a methane fermentation treatment apparatus that can be used in the methane fermentation treatment method of the present invention.
[0031]
First, the processing apparatus shown in FIG. 1 will be described. This processing apparatus is a slurry adjusting tank 10 for slurrying and storing organic waste, a methane fermentation tank 11, and a methane fermentation tank 11 for processing digested liquid after methane fermentation. It is mainly composed of an activated sludge tank 12 and a final sedimentation basin 13 for separating activated sludge.
[0032]
The storage tank 10 is connected to the methane fermentation tank 11 by a pipe 21. Further, the bottom of the methane fermentation tank 11 is connected to the activated sludge tank 12 via a pipe 22 for taking out the slurry after fermentation as a digestion liquid, and further connected to the final sedimentation tank 13 via a pipe 23. I have. The activated sludge settled in the final sedimentation tank 13 is configured to be returned to the activated sludge tank 12 by the return sludge pump 18.
[0033]
A heat exchange unit 10a, which will be described later, is provided around the storage tank 10 to lower the temperature of a part of the extracted slurry.
[0034]
An organic acid measurement device 17 is connected to the methane fermentation tank 11 so that the concentration of the organic acid in the methane fermentation tank 11 can be measured. Here, as the organic acid measuring device 17, for example, a conventionally known FID gas chromatograph or the like can be used.
[0035]
On the other hand, in order to take out a part of the slurry from the methane fermentation tank 11, a pipe 31 is connected to the bottom of the methane fermentation tank 11, and this pipe 31 is separated via the heat exchange unit 10a of the slurry adjustment tank 10. It is connected to the membrane 14.
[0036]
The separation membrane 14 only needs to be capable of solid-liquid separation of a digestive fluid, and for example, a contact filter such as an MF (microfiltration) membrane or a nonwoven fabric can be used.
[0037]
The pipe 33 is configured so that the solution separated by the separation membrane 14 can be injected into the activated sludge tank 12 by the organic acid injection pump 16 after passing through the organic acid storage tank 15. On the other hand, the solid content separated by the separation membrane 14 is configured to be returned to the methane fermentation tank 11 through a pipe 34.
[0038]
Next, the methane fermentation treatment method of the present invention using this treatment device will be described.
[0039]
In FIG. 1, organic waste such as livestock manure and garbage such as cows and pigs is crushed and pulverized and stored in a slurry adjusting tank 10, where it is diluted with a suitable amount of water to form a slurry. The slurry is preferably adjusted so that the solid concentration is 10 to 20% by mass.
[0040]
Next, this slurry is put into the methane fermentation tank 11 via a pipe 21 by a pump (not shown), and methane fermentation is performed.
[0041]
The methane fermentation tank 11 is provided with a fixed filter bed or the like filled with immobilized microorganisms to which anaerobic microorganisms such as methane bacteria are attached and supported, where methane fermentation of the slurry is performed, and Decomposes organic waste. The methane fermentation is preferably performed at a temperature of 50 to 60 ° C. According to this, the fermentation with higher activity, high temperature methane bacteria can be performed, so that the decomposition rate of organic waste can be further improved.
[0042]
In the methane fermentation tank 11, the slurry is stirred by a stirring blade (not shown) or the like. In addition, as a method of stirring the slurry, the slurry may be circulated by a pump, or a part of the biogas may be blown into the lower portion of the methane fermentation tank 11 by a pump to stir.
[0043]
During the methane fermentation tank treatment, a metal such as nickel or cobalt may be supplied. Thereby, the activity of methane bacteria can be sufficiently improved, and a stable fermentation state can be maintained for a long period of time. Examples of the nickel compound include nickel chloride, nickel chloride tetrahydrate, nickel chloride hexahydrate and the like. Examples of the cobalt compound include cobalt chloride, cobalt chloride tetrahydrate, and cobalt chloride hexahydrate.
[0044]
Note that the same amount of digested liquid as the slurry supplied at regular intervals is withdrawn from the methane fermentation tank 11 via the pipe 22, and the inside of the methane fermentation tank 11 is always filled with a constant amount of slurry. The biogas generated by the fermentation is collected in a gas holder (not shown), and is effectively used as a fuel for a power generator such as a fuel cell power generator, a gas engine, or a boiler.
[0045]
The digestion liquid, which is a methane fermentation waste liquid discharged from the methane fermentation tank 11, is usually supplied via a pipe 22 to an activated sludge tank 12, which performs waste liquid treatment by aerobic fermentation, and after organic substances and nitrogen are removed by microorganisms. The activated sludge is sent from the activated sludge tank 12 to the final sedimentation place 13, where the activated sludge is separated by gravity sedimentation to obtain final activated sludge treated water. The activated sludge settled in the final sedimentation tank 13 is returned to the activated sludge tank 12 by the return sludge pump 18.
[0046]
Here, in the present invention, in the methane fermentation tank 11, the organic acid concentration is measured by the organic acid measuring device 17 at regular intervals, and when the measured value is equal to or more than a predetermined value, the methane fermentation tank 11 A part of the slurry containing the organic acid is taken out of the slag, and the slurry containing the organic acid or the solution containing the organic acid separated from the slurry is added to the activated sludge tank 12 to perform an organic acid addition step. Is characterized in that the organic acid concentration is maintained below a predetermined value.
[0047]
That is, in this embodiment, when the measured value of the organic acid measuring device 17 is equal to or more than a predetermined value, a part of the digested liquid in the methane fermentation tank 11 is taken out via the pipe 31. Next, after passing through the heat exchange unit 10a of the slurry adjusting tank 10 and heat-exchanged and cooled, the liquid is separated into solid and liquid by the separation membrane 14. As a result, solids that do not pass through the separation membrane 14 are returned to the methane fermentation tank 11 via the pipe 34.
[0048]
On the other hand, the organic acid such as propionic acid and the lower alcohol which have passed through the separation membrane are sent to the organic acid storage tank 15, and an appropriate amount is injected into the activated sludge tank 12. As a result, the organic acid serves as a hydrogen source, so that the denitrification reaction in the activated sludge tank 12 proceeds promptly, and the efficiency of the activated sludge treatment can be increased.
[0049]
As the type of the organic acid measured in the methane fermentation tank 11, a propionic acid concentration or a ratio of the propionic acid concentration to the acetic acid concentration is preferably used.
[0050]
When measuring the propionic acid concentration, it is preferable that the measurement value for starting the organic acid adding step is started when the propionic acid concentration becomes 2000 ppm or more. If the concentration of propionic acid continues to be 2,000 ppm or more, the pH will decrease, which will increase the acetic acid concentration due to fermentation inhibition, which will cause a further decrease in the pH, which will eventually stop fermentation, which is not preferred. The organic acid addition step is preferably completed until the propionic acid concentration becomes 1500 ppm or less.
[0051]
Further, instead of the above-mentioned propionic acid concentration, the ratio of the propionic acid concentration to the acetic acid concentration may be measured. In this case, it is preferable that the measurement value for starting the organic acid addition step be started when the above ratio becomes 4 or more. Preferably, the organic acid addition step is completed until the above ratio becomes 3 or less.
[0052]
The amount of the organic acid-containing solution to be added from the organic acid storage tank 15 to the activated sludge tank 12 can be appropriately determined depending on the amount of the activated sludge, but the C / N ratio is set to be 1.3 to 1.5. It is preferable to add so as to keep the adjustment.
[0053]
Further, it is preferable that the temperature including the organic acid added to the activated sludge tank 12 is adjusted to be 40 ° C. or less. FIG. 2 shows the rate of change (%) of anaerobic digested sludge from NH ₄ —N to NO ₃ —N. From FIG. 2, it can be seen that when the treatment temperature reaches 40 ° C., nitrification hardly progresses. Therefore, by setting the temperature of the liquid to be added to 40 ° C. or less, the bacteria in the activated sludge tank 12 are killed and the sludge treatment efficiency is reduced. Can be prevented from decreasing. It is more preferable that the temperature of the liquid to be added be 37 ° C. or lower.
[0054]
The amount of the slurry introduced from the slurry adjusting tank 10 to the methane fermentation tank 11 can be appropriately adjusted. For example, the BOD (biological oxygen demand) in the organic acid storage tank 15 and the amount of the slurry in the activated sludge tank 12 can be adjusted. It may be calculated from the nitrogen load. Further, during the organic acid addition step, the input amount of the organic waste into the methane fermentation tank may be reduced.
[0055]
In the present invention, the digestion liquid may be added to the activated sludge tank 12 with a part of the digestion liquid as it is without using the separation membrane 14, and the nitrogen removal also proceeds. However, since the solid content is also added at the same time, the amount of excess sludge generated in the activated sludge treatment increases, so that the solid-liquid separation is performed through the separation membrane 14 as in the above-described embodiment, and the solution containing the organic acid is activated. It is preferable to add it to the sludge tank 12.
[0056]
Further, in the present invention, injection of methanol as shown in FIG. 7 described above may be used together. Also in this case, the amount of methanol used can be suppressed, and the running cost can be reduced.
[0057]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
[0058]
Example A continuous operation was carried out using the treatment apparatus as shown in FIG. 1 and using the methane fermentation treatment method of the present invention. A fermenter with a capacity of 10 liters was used as the methane fermenter 11, and the fermentation temperature was 55 ° C.
[0059]
Raw garbage raw materials having the composition shown in Table 1 were used as the organic waste. In Table 1, TS is the solid content concentration, VS is the organic matter concentration, T-COD is the total chemical oxygen demand, and TN is the total nitrogen.
[0060]
[Table 1]

[0061]
In addition, the concentration of propionic acid and acetic acid was monitored using an FID detector gas chromatograph as the organic acid measuring device 17, and when the concentration of propionic acid became 2000 ppm or more, the digestion liquid was withdrawn from the methane fermentation tank 11. Was started, and when 1000 ppm was reached, the extraction was terminated.
[0062]
Further, this digested solution was subjected to solid-liquid separation using a separation MF membrane (ED-03SPH: manufactured by Yuasa Membrane System Co., Ltd.), and the solid content was returned to the methane fermentation tank 11. The solution containing the separated organic acid was adjusted to have a C / N ratio of 1.3 to 1.5 and added to the activated sludge tank 12.
[0063]
Comparative Example A methane fermentation treatment was performed under the same conditions as in the example, except that the digestion liquid was not extracted from the methane fermentation tank 11 regardless of the organic acid concentration.
[0064]
Test Example Changes in acetic acid concentration, changes in propionic acid concentration, the ratio of propionic acid concentration / acetic acid concentration, and changes in pH in the methane fermentation tank 11 when operated under the above conditions are summarized in FIGS. Show. In the figure, HRT indicates the number of stay days.
[0065]
From the results of FIGS. 3 to 6, in the example, the methane fermentation treatment was performed smoothly even on the 60th day of operation, and both the acetic acid concentration and the propionic acid concentration were 1000 ppm or less. The concentration ratio was maintained at 3 or less. Also, the pH was maintained at around 7.5 to 8.
[0066]
In addition, in the activated sludge tank 12, it was confirmed that the denitrification had sufficiently proceeded by the addition of the solution containing the organic acid, and the activated sludge could be treated at the same time.
[0067]
On the other hand, in the comparative example, the ratio of propionic acid concentration / acetic acid concentration exceeded 4 in less than 10 days after the operation, and the propionic acid concentration exceeded 2000 ppm in the vicinity of the 13th operation, and the fermentation deteriorated. Then, the pH became 6 or less, and the fermentation was stopped due to rancidity.
[0068]
Furthermore, in the activated sludge tank 12, it was confirmed that the denitrification was insufficient and the efficiency of the activated sludge treatment was reduced.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the organic acid concentration can be maintained at a predetermined value or less, the activity of methane bacteria can be sufficiently improved, a stable fermentation state can be maintained for a long time, and the treatment of the activated sludge tank is performed. It is possible to provide a methane fermentation treatment method and apparatus capable of simultaneously improving the efficiency. Therefore, the present invention is suitably used for treating organic wastes such as manure, garbage, food processing residues, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a methane fermentation treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a chart showing the relationship between the rate of change (%) of anaerobic digested sludge from NH ₄ —N to NO ₃ —N and temperature.
FIG. 3 is a table showing measured changes in acetic acid concentration during the operation of the fermenters of Examples and Comparative Examples.
FIG. 4 is a chart showing changes in the concentration of propionic acid during the operation of the fermenters of Examples and Comparative Examples.
FIG. 5 is a table showing the ratio of propionic acid concentration / acetic acid concentration measured during the operation of the fermenters of Examples and Comparative Examples.
FIG. 6 is a chart showing a change in pH and an organic substance load measured during the operation of the fermenters of Examples and Comparative Examples.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional methane fermentation treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Slurry adjusting tank 10a Heat exchange unit 11 Methane fermentation tank 12 Activated sludge tank 13 Final sedimentation tank 14 Separation membrane 15 Organic acid storage tank 16 Organic acid injection pump 17 Organic acid measuring device 18 Returned sludge pumps 21, 22, 23, 24, 31, 33, 34 piping

Claims

有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽内に投入し、嫌気性微生物によりメタン発酵させて消化液として取り出し、この消化液を活性汚泥槽にて処理するメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を測定し、この測定値が所定値以上の場合に、前記メタン発酵槽内から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出し、この有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加工程を行ない、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を所定値未満に維持することを特徴とするメタン発酵処理方法。In a methane fermentation treatment method in which organic waste is slurried and put into a methane fermentation tank, methane fermented by an anaerobic microorganism and taken out as a digested liquid, and the digested liquid is treated in an activated sludge tank,
The organic acid concentration in the methane fermentation tank is measured, and when the measured value is equal to or more than a predetermined value, a part of the slurry containing the organic acid is taken out of the methane fermentation tank, and the slurry containing the organic acid, or Methane fermentation, wherein an organic acid addition step of adding a solution containing the organic acid separated from the slurry to the activated sludge tank is performed to maintain an organic acid concentration in the methane fermentation tank below a predetermined value. Processing method.

前記測定する有機酸がプロピオン酸であって、前記有機酸添加工程を、前記プロピオン酸濃度が２０００ｐｐｍ以上の場合に行なう請求項１記載のメタン発酵処理方法。2. The methane fermentation treatment method according to claim 1, wherein the organic acid to be measured is propionic acid, and the organic acid adding step is performed when the propionic acid concentration is 2000 ppm or more.

前記測定する有機酸がプロピオン酸及び酢酸であって、前記有機酸添加工程を、前記酢酸濃度に対する前記プロピオン酸濃度の比が４以上の場合に行なう請求項１記載のメタン発酵処理方法。The methane fermentation treatment method according to claim 1, wherein the organic acids to be measured are propionic acid and acetic acid, and the organic acid adding step is performed when the ratio of the propionic acid concentration to the acetic acid concentration is 4 or more.

前記有機酸添加工程を行なう間、前記メタン発酵槽内への前記有機性廃棄物の投入量を減じる請求項１〜３のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。The methane fermentation treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein an input amount of the organic waste into the methane fermentation tank is reduced during the organic acid addition step.

前記有機酸添加工程において、前記有機酸を含むスラリーから分離した前記有機酸を含む溶液を前記活性汚泥槽に添加し、前記分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送する請求項１〜４のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。In the organic acid addition step, a solution containing the organic acid separated from the slurry containing the organic acid is added to the activated sludge tank, and the solid content after the separation is returned to the methane fermentation tank. 4. The methane fermentation treatment method according to any one of 4.

前記活性汚泥槽に添加する、前記有機酸を含むスラリー、又は該スラリーから分離した前記有機酸を含む溶液の温度が４０℃以下となるように調節する請求項１〜５のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。The slurry containing the organic acid to be added to the activated sludge tank, or the temperature of the solution containing the organic acid separated from the slurry is adjusted so as to be 40 ° C. or less. The methane fermentation treatment method according to the above.

嫌気性微生物によって分解可能な有機性廃棄物をスラリー化してメタン発酵槽に導入するための有機性廃棄物供給手段と、前記有機性廃棄物をメタン発酵させるためのメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の有機酸濃度を検出するための有機酸検出手段と、前記メタン発酵後の消化液を処理するための活性汚泥槽とを備え、
前記有機酸検出手段によって所定値以上の値を検出した場合に、前記メタン発酵槽から前記有機酸を含むスラリーの一部を取り出して、前記スラリー又は前記スラリーから分離された溶液として、前記活性汚泥槽に添加する有機酸添加手段が設けられていることを特徴とするメタン発酵処理装置。An organic waste supply means for slurrying organic waste decomposable by anaerobic microorganisms and introducing the slurry into a methane fermentation tank; a methane fermentation tank for methane fermenting the organic waste; and the methane fermentation. Organic acid detection means for detecting the organic acid concentration in the tank, comprising an activated sludge tank for treating the digestion solution after the methane fermentation,
When a value equal to or greater than a predetermined value is detected by the organic acid detecting means, a part of the slurry containing the organic acid is taken out of the methane fermentation tank, and the activated sludge is extracted as the slurry or a solution separated from the slurry. A methane fermentation treatment apparatus, comprising means for adding an organic acid to be added to a tank.

前記有機酸添加手段は、前記取り出された有機酸を含むスラリーを固液分離する分離膜と、分離後の前記溶液を前記活性汚泥槽に添加する溶液添加手段と、分離後の固形分を前記メタン発酵槽内に返送するための固形分返送手段とを備える請求項７に記載のメタン発酵処理装置。The organic acid adding means, a separation membrane for solid-liquid separation of the slurry containing the extracted organic acid, a solution adding means for adding the separated solution to the activated sludge tank, and the solid content after the separation The methane fermentation treatment apparatus according to claim 7, further comprising: a solid content returning means for returning the solid content to the methane fermentation tank.