JP2017056452A - 高濃度有機溶液の処理方法および処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便かつ低コストで、高濃度有機溶液を生物処理するにあたって、高濃度有機溶液を希釈しても発酵阻害が生じにくいように処理する技術を提供すること。【解決手段】高濃度有機溶液１ａを希釈水により希釈して希釈溶液３ａを得る希釈部３と、希釈溶液３ａを生物処理する生物処理部（４，５，６，８）とを備え、希釈部３に、高濃度有機溶液１ａと低濃度溶液２ａとを浸透膜３０を介して接触させ、低濃度溶液側から高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させて、浸透水を希釈水とする正浸透膜法により、高濃度有機溶液１ａを希釈した希釈溶液３ａを得る。【選択図】図１

Description

本発明は、高濃度有機溶液を希釈水により希釈して希釈溶液を得る希釈工程を行い、希釈溶液を生物処理する生物処理工程を順次行う高濃度有機溶液の処理方法、および、高濃度有機溶液を希釈水により希釈して希釈溶液を得る希釈部を備え、希釈溶液を生物処理する生物処理部を備えた高濃度有機溶液の処理装置に関する。

たとえば、石鹸製造業における高濃度有機溶液は、グリセリン、脂肪酸等の有機物が含まれているが、従来、この高濃度有機溶液は有価な有機物を回収、再生した後廃棄されていた。しかし、バイオディーゼルフューエル製造副産物としてのグリセリンが大量に流通する昨今、高濃度有機溶液からのグリセリンの回収がコスト的に見合わなくなってきており、近年ではこのような高濃度有機溶液を焼却処理等により処分することが主流になってきている。

しかし、このような処理を行うと、エネルギー的に無駄が多く、環境負荷が高いなどの問題があるため、高濃度有機溶液中の有機物を有効利用することが検討されている。高濃度有機溶液中の有機物の利用形態としては、回収、再生を除けば、他に微生物によるメタン発酵を利用してメタンガスとしてエネルギーを回収することが考えられる。ただし、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの高濃度有機溶液は、メタン発酵を行う微生物が活動する環境としては好ましくなく、上記石鹸製造業における高濃度有機溶液などには適用できないという実情があった。

これに対して、先に、本出願人らは、このような高濃度有機溶液を適切に希釈し、ｐＨ調整することによって生物処理する技術を開発している（特許文献１参照）。この技術により、比較的簡単な工程の付加のみで、入手容易な排水を低濃度溶液として有効利用し、低コストで高濃度有機溶液を生物処理できるようになった。

尚、以下では、主に石鹸製造廃液を例に説明を行うが、特許文献１に示すように、バイオディーゼル製造業など各種産業廃液についても同様の問題点を抱えており、この種の廃液中の有機物からメタンを生成することが検討されている。そのため本願では、これらの廃液を高濃度有機溶液と総称するものとする。

特開２０１２−１５２６７５号公報

ところが、本発明者らによると、入手容易な低濃度溶液をそのまま高濃度有機溶液の希釈に用いた場合に、生物処理に悪影響を与えることがあることが明らかになってきている。例えば、低濃度溶液として用いられる設備の冷却水や洗浄排水中には、洗浄に用いた界面活性剤や、設備の汚れとして付着していた金属錆から生じた重金属イオンなどが溶解しているものと考えられる。このような溶解成分の中には、メタン発酵や酸発酵に利用される種々の微生物の増殖を阻害して、発酵阻害の原因となる物質が含まれている場合があるものと考えられる。

そこで、低濃度溶液からこれらの溶解成分を除去して希釈に用いることが考えられるが、上記溶解成分は、凝集沈殿処理などでは取り除けない場合が多い。また、低濃度溶液を逆浸透膜法により処理することにより、清浄な希釈用の水を得ることも考えられる。しかし、逆浸透膜法による処理を行うには、低濃度溶液の浸透圧に逆らって高圧を付与する必要があり、エネルギーのかかる工程を付加することになり、簡便かつ低コストで高濃度有機溶液を生物処理するという本来の目的が達成できなくなる。

したがって、本発明は上記実情に鑑み、簡便かつ低コストで、高濃度有機溶液を生物処理するにあたって、高濃度有機溶液を希釈しても発酵阻害が生じにくいように処理する技術を提供することを目的とする。

〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の高濃度有機溶液の処理方法の特徴構成は、
高濃度有機溶液を希釈水により希釈して希釈溶液を得る希釈工程を行い、
前記希釈溶液を生物処理する生物処理工程を順次行う高濃度有機溶液の処理方法であって、
前記希釈工程において、前記高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、前記低濃度溶液側から前記高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させて、前記浸透水を前記希釈水とする正浸透膜法により、前記高濃度有機溶液を希釈した前記希釈溶液を得る点にある。

〔作用効果１〕
高濃度有機溶液に含まれる溶解成分が微生物の生育を阻害する虞のある高濃度であっても、高濃度有機溶液を希釈すると、その溶解成分の濃度を微生物が生育しやすい濃度にまで低下させることができる。そのため、希釈工程後の希釈溶液を生物処理する生物処理工程を好適に行えるようになると考えられる。

ここで、希釈工程を、低濃度溶液により行うと、希釈水として水道水を用いる場合等に比べて、希釈水に要するコストを低減できるとともに、低濃度溶液の処理も同時に行えることから好ましいと考えられる。この場合、先述のように、低濃度溶液に含まれる溶解成分に、メタン発酵や酸発酵に利用される種々の微生物の増殖を阻害して、発酵阻害の原因となる物質が含まれている場合がある。しかし、本発明者らによると、前記高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、前記低濃度溶液側から前記高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させる、いわゆる正浸透膜法を利用することにより、低濃度溶液から発酵阻害の原因となる物質を除去された浸透水が得られることが明らかになった。

そのため、得られた浸透水を希釈水とする希釈工程を行うことができ、生物処理工程において発酵阻害を生じにくくできる。また、高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、低濃度溶液側から高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させ、得られた浸透水を希釈水とする正浸透膜法であるから、逆浸透膜法により発酵阻害の原因となる物質を除去するのに比べて、特に大きなエネルギーを付与する必要はなく、簡便かつ低コストで浸透水を得ることができる。

したがって、低濃度溶液を用いて簡便かつ低コストで、高濃度有機溶液を生物処理工程に供することができるように希釈することができる。

〔構成２〕
また、前記高濃度有機溶液が、石鹸製造廃液を主成分としてもよい。

〔作用効果２〕
また、石鹸製造廃液としては、石鹸製造設備における塩析工程などから排出される廃液が、大量のグリセリンや塩化ナトリウムを含有するため、高濃度（高ＣＯＤかつ高塩濃度）かつ高ｐＨであることが知られている。そのため、高濃度有機溶液の処理方法により処理する高濃度有機溶液として好適であり、きわめて高効率で石鹸製造設備の廃液を有効に利用しながら有価物を生産することができる。

〔構成３〕
また、前記低濃度溶液が、前記高濃度有機溶液を発生する設備における冷却水あるいは洗浄水を主成分としてもよい。

〔作用効果３〕
また、石鹸製造設備における冷却水や洗浄排水は、石鹸製造設備における種々工程における熱交換器に流通される冷却水や、配管等の洗浄排水が低濃度（低ＣＯＤかつ低塩濃度）かつ低ｐＨであることが知られている。そのため、高濃度有機溶液の処理方法により処理する低濃度溶液として好適であり、きわめて高効率で石鹸製造設備の排水を有効に利用しながら有価物を生産することができる。

特に、高濃度有機溶液が、石鹸製造廃液を主成分とするものであり、かつ、低濃度溶液が、高濃度有機溶液を発生する設備における冷却水あるいは洗浄水を主成分とするものである場合には、同一設備から発生する２種類の廃液や排水を組み合わせて有効利用し、同時に処理できるようになるため好ましい。

〔構成４〕
上記目的を達成するための本発明の高濃度有機溶液の処理装置の特徴構成は、
高濃度有機溶液を希釈水により希釈して希釈溶液を得る希釈部と、前記希釈溶液を生物処理する生物処理部とを備えた高濃度有機溶液の処理装置であって、
前記希釈部が、前記高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、前記低濃度溶液側から前記高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させて、前記浸透水を前記希釈水とする正浸透膜法により、前記高濃度有機溶液を希釈した前記希釈溶液を得る構成である点にある。

〔作用効果４〕
高濃度有機溶液に含まれる溶解成分が微生物の生育を阻害する虞のある高濃度であっても、高濃度有機溶液を希釈すると、その溶解成分の濃度を微生物が生育しやすい濃度にまで低下させることができる。そのため、希釈部において得られた希釈溶液を生物処理する生物処理工程を好適に行えるようになると考えられる。

ここで、希釈水を、低濃度溶液とすると、希釈水として水道水を用いる場合等に比べて、希釈水に要するコストを低減できるとともに、低濃度溶液の処理も同時に行えることから好ましいと考えられる。この場合、先述のように、低濃度溶液に含まれる溶解成分に、メタン発酵や酸発酵に利用される種々の微生物の増殖を阻害して、発酵阻害の原因となる物質が含まれている場合がある。しかし、本発明者らによると、前記高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、前記低濃度溶液側から前記高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させる、いわゆる正浸透膜法を利用することにより、低濃度溶液から発酵阻害の原因となる物質を除去された浸透水が得られることが明らかになった。

そのため、得られた浸透水を希釈水とすることができ、生物処理において発酵阻害を生じにくくできる。また、高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、低濃度溶液側から高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させ、得られた浸透水を希釈水とするものであるから、逆浸透膜法により発酵阻害の原因となる物質を除去するのに比べて、特に大きなエネルギーを付与する必要はなく、簡便かつ低コストで浸透水を得られる。

したがって、低濃度溶液を用いて簡便かつ低コストで、高濃度有機溶液を生物処理することができるように希釈できるようになった。

尚、上述のように、浸透膜による処理を行うと、低濃度溶液から発酵阻害の原因となる物質を除去された浸透水が得られるが、発酵阻害の原因となる物質としては、界面活性剤や、重金属イオン、有機化合物が想定されている。詳細にどのような物質が実際の発酵阻害を生じているのかは定かではないが、本発明者らは、これらの物質群を除去することにより、発酵阻害を抑制できることを見出している。そこで、これらの物質群を膜分離できる浸透膜であれば、発酵阻害を抑制することができることが明らかである。

上記界面活性剤や、重金属イオン、有機化合物は、一般に、正浸透膜（ＦＯ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）、ナノフィルター（ＮＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）により膜分離することができるものと考えられており、これらの膜は、上記正浸透膜法に用いられる浸透膜として有用である。

なお、本発明において、
逆浸透膜（ＲＯ膜）とは、分画分子量６０Ｄａ以上〜３５０Ｄａ未満程度の分子量（分画分子量）の物質などを対象として分離する膜をいい、
正浸透膜（ＦＯ膜）とは、６０Ｄａ以上〜１０００Ｄａ未満程度の分子量の物質などを対象として分離する膜をいい、
ナノフィルター（ＮＦ膜）とは、３５０Ｄａ以上１０００Ｄａ未満程度の分子量の物質などを対象として分離する膜をいい、
限外ろ過膜（ＵＦ膜）とは、１０００Ｄａ以上３０００００Ｄａ未満程度の分子量の物質などを対象として分離する膜をいい、
精密ろ過膜（ＭＦ膜）とは分画分子量３０００００Ｄａ以上の分子量の物質などを対象として分離する膜をいう。

〔構成５〕
前記生物処理部が、希釈溶液を酸発酵する酸発酵部と、
前記酸発酵部で酸発酵された酸発酵溶液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和処理部と、
前記中和処理部でｐＨ５．５〜８．５となった中和溶液を、メタン発酵してメタン発酵溶液とするメタン発酵部と、を備えてもよい。

〔作用効果５〕
上記生物処理部として、酸発酵部により希釈部で希釈された希釈溶液を酸発酵すると、酸生成菌が希釈溶液中の有機物を資化して、希釈溶液を酸発酵させ、その希釈溶液をより流動化させるとともに、含有される有機物をメタン発酵に適したものとできる。また、酸発酵により生成した酸は、希釈溶液の高ｐＨ条件を緩和する役割も担う。

また、中和処理部により、酸発酵溶液をｐＨ５．５〜８．５に中和すると、中和された中和溶液は、メタン生成菌の生育に適した環境に整えられる。尚、中和処理はｐＨ５．５〜８．５としておけば、微生物の活動に支障が生じにくくかつ、微生物の働きによって、中和溶液のｐＨがさらに変動したとしても適度な微生物育成環境が維持されるので好ましい。ここで、中和溶液は、酸発酵工程を経たものであるから、有機物が適度に低分子化され、メタン発酵が効率よく行われる条件まで消化されていることになり、安定的にメタン発酵を行うことができる。

特に酸発酵部に関して、希釈の後、酸発酵を行わず、中和しただけの中和溶液をメタン発酵部に供すると、ｐＨを低下させる酸発酵と、有機酸を分解してｐＨを上昇させるメタン発酵とが同時に起こる。そのため、ｐＨが不安定になりやすく、安定的にメタン発酵を起こさせることが困難となる場合がある。そのため、酸発酵部を経た酸発酵溶液をメタン発酵工程に供することにより、ｐＨを安定させることが可能となり、良好にメタン発酵が行えることがわかった。

なお、酸発酵とは、酸素の存在しない嫌気状態において酸生成菌により有機物が分解されることである。つまり、酸発酵によると、有機物は無酸素状態において、酸生成菌が生産する酵素の加水分解、脱アミノ作用により低分子化され、有機酸、アルコール、アンモニア等が生成する。このような酸発酵は、汚泥の可溶化、油分の発酵処理等の目的でメタン発酵処理の前処理として行われる場合がある。

〔構成６〕
前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽であってもよい。

〔作用効果６〕
生物処理法としては、嫌気処理法で一般にメタンを生成することができるので、メタン発酵部としていずれの形態を採用してもかまわないが、メタン発酵部としてＵＡＳＢ法を行うＵＡＳＢ反応槽を採用すると、高濃度有機溶液中の有機物量に対するメタン転換能力が高く、かつ、反応処理速度も速いので好適である。

尚、メタン発酵の方法として知られている、ＵＡＳＢ法（上向流嫌気性汚泥床法（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ））によるＵＡＳＢ反応槽は汚泥保持濃度が高く、高負荷処理が可能であることから、近年、食品排水を中心に急速に普及している。ＵＡＳＢ法は、原水を反応槽の下部より上向流で流入させ、菌の付着担体を用いることなく、汚泥をブロック化または粒状化させて粒径１〜数ｍｍのグラニュール汚泥の汚泥床（スラッジブランケット）を形成させ、反応槽中に高濃度の微生物を保持して、高負荷処理を行う方法である。この方法は、好気性活性汚泥法に比べて、反応槽容積当りの有機物負荷が１０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ³／ｄａｙ以上と非常に高い。しかも、曝気のためのエネルギーが不要である；メタンガスとしてエネルギーの回収が可能である；余剰汚泥発生量が少ない；等の優れた特徴も備えている。

したがって、簡便かつ低コストで、高濃度有機溶液を発酵阻害が生じにくいように生物処理できるようになった。

高濃度有機溶液の処理装置のフロー図

以下に、本発明の実施形態にかかる高濃度有機溶液の処理方法および処理装置を説明する。尚、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

〔高濃度有機溶液の処理装置〕
高濃度有機溶液の処理装置は、図１に示すように、
高濃度有機溶液１ａを希釈水により希釈して希釈溶液３ａを得る希釈部３を備え、
希釈溶液３ａを生物処理する生物処理部４，５，６，８を備え、
希釈部３に、高濃度有機溶液１ａと低濃度溶液２ａとを、浸透膜３０を介して接触させ、低濃度溶液２ａと接触する一方面側３０Ａから高濃度有機溶液１ａと接触する他方面側３０Ｂに浸透水３０ａを取り出す正浸透膜装置を設けて構成してある。

また、図１に示す実施形態において、生物処理部４，５，６，８は、希釈溶液３ａを酸発酵して酸発酵溶液４ａを得る酸発酵部４と、酸発酵部４で酸発酵された酸発酵溶液４ａを、ｐＨ５．５〜８．５に中和して中和溶液５ａを得る中和処理部５と、中和処理部５でｐＨ５．５〜８．５となった中和溶液５ａを、メタン発酵してメタン発酵溶液６ａとするメタン発酵部６とを備え、さらに、メタン発酵部６で処理されたメタン発酵溶液６ａを好気的に生物処理して好気処理溶液８ａとする好気処理部８を備える構成としている。なお、好気処理部８は、メタン発酵部６での水処理状況（排水の水質）に応じて設ければよく、メタン発酵部６での処理状況によっては、好気処理部８は備えなくても構わない。
また、高濃度有機溶液１ａを貯留する高濃度有機溶液貯留部１、低濃度溶液２ａを貯留する低濃度溶液貯留部２およびメタン発酵部６で得られるメタンガス６ｂを燃料として消費するガス消費部７を設けてある。
これらの構成により、高濃度有機溶液１ａとしての石鹸製造廃液を、低濃度溶液２ａとしての石鹸製造設備における冷却水や洗浄排水から得られた浸透水３０ａにより希釈して生物処理することができる。

〔高濃度有機溶液貯留部、低濃度溶液貯留部〕
本実施形態において、高濃度有機溶液貯留部１では、たとえば、高濃度有機溶液１ａとしての石鹸製造廃液を貯留する。また、低濃度溶液貯留部２では、石鹸製造設備における冷却水や洗浄排水を低濃度溶液２ａとして貯留する。ここで、高濃度有機溶液としては、石鹸製造設備における塩析工程などから排出される石鹸製造廃液が、大量のグリセリンや塩化ナトリウムを含有するため、高濃度（高ＣＯＤかつ高塩濃度）かつ高ｐＨであることが知られている。また、低濃度溶液としては、石鹸製造設備における冷却水や洗浄排水として、石鹸製造設備における種々工程における熱交換器に流通される冷却水や、配管等の洗浄排水が、石鹸製造配廃液にくらべて十分低濃度（低ＣＯＤかつ低塩濃度）かつ低ｐＨであることが知られている。以下にこれらの性状の一例を示す。

石鹸製造廃液：
ＣＯＤＣｒ ；４００００〜１２００００ｍｇ／Ｌ
陽イオン濃度；３００００〜６００００ｍｇ／Ｌ
ｐＨ ；９〜１３
溶解成分 ；グリセリン、塩化ナトリウム
溶解成分量 ；グリセリン１１％
塩化ナトリウム１２％

洗浄排水：
ＣＯＤＣｒ ；１００〜５０００ｍｇ／Ｌ
陽イオン濃度；５０〜５００ｍｇ／Ｌ
ｐＨ ；６〜８
溶解成分 ；界面活性剤（陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤）、金属イオン（鉄イオン、銅イオン）、ベンゼンメタノール、メチルベンゼンメタノール、ジメチルベンゼンエタノール、２，２−ジメトキシエチルベンゼン、ｔ−ブチルシクロヘキサノール、ジメチルベンゼンプロパノール、トリクロサン、イソプロピルメチルフェノール、フェノキシエタノール、安息香酸ナトリウム、パラオキシ安息香酸メチル、エチルヘキシルグリセリン、カプリン酸グリセリル、１，２−ペンタンジオール、エタノール、パラオキシ安息香酸プロピル、パラオキシ安息香酸イソプロピル、ブタンジオール、１，２−オクタンジオール、サリチル酸、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）
溶解成分量 ；ＣＯＤＣｒ濃度１２０ｍｇ／Ｌ

〔希釈部〕
希釈部３は、低濃度溶液供給路３１と、濃縮溶液排出路３２と、高濃度有機溶液供給路３３と、希釈溶液排出路３４と、を備えてなる正浸透膜装置を備える。つまり、低濃度溶液供給路３１にて、低濃度溶液貯留部２からの低濃度溶液２ａを受け入れる。濃縮溶液排出路３２にて、受け入れた低濃度溶液２ａを浸透膜３０の一方面側３０Ａに接触させて浸透水３０ａを取り出したのち濃縮溶液３ｃとして排出する。高濃度有機溶液供給路３３にて、高濃度有機溶液貯留部１からの高濃度有機溶液１ａを受け入れる。希釈溶液排出路３４にて、受け入れた高濃度有機溶液１ａを浸透膜３０の他方面側３０Ｂに接触させて浸透水３０ａにより希釈したのち希釈溶液３ａとして排出する。これにより、前記高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、前記低濃度溶液側から前記高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させられる。

浸透膜３０としては、本実施形態においては、正浸透膜（ＦＯ）膜が用いられる。より具体的には、たとえばＭＷＣＯ（分画分子量）６０Ｄａ程度の正浸透膜（ＨＴＩ社ＴＦＣ膜）を用いる。

これらの構成により希釈部３内の浸透膜３０の他方面側３０Ｂの塩濃度が所定値（たとえば２．０％）以下、（さらに好ましくは、１．５％以下）となるように浸透水３０ａにて希釈して、その希釈された希釈溶液３ａを外部に排出する希釈工程を行うことができるように構成してある。

〔酸発酵部〕
酸発酵部４は、希釈部３からの希釈溶液３ａを酸発酵する酸発酵槽４０を備え、酸発酵槽４０に、希釈溶液３ａを受ける希釈溶液供給部４１を備えるとともに、酸発酵済みの酸発酵溶液４ａを排出する排出部４２を備えて構成される。酸発酵部４では、内部に通性嫌気性菌（酸生成菌）を主体とする汚泥を収容するとともに、酸発酵槽内に導入された希釈溶液３ａを酸発酵して酢酸等の有機酸を生成する酸発酵工程を行うことができる構成となっている。

〔中和処理部〕
中和処理部５は、酸発酵溶液４ａを中和する中和反応処理のための中和反応槽５０に、酸発酵溶液４ａを供給する酸発酵溶液供給部５１を備え、アルカリ（たとえば水酸化ナトリウム水溶液）５ｂを投入するためのアルカリ添加部５２を備え、酸発酵部４からの酸発酵溶液４ａを受けて内部で混合反応させ、中和する中和工程を行うことができる構成としてある。この反応は、所定の反応効率を維持するために、アルカリ添加部５２からのアルカリ５ｂの添加による中和反応により反応を促進させることができる。そして、中和反応槽５０内のｐＨが所定範囲（たとえばｐＨ５．５〜８．５）になると、その中和した中和溶液５ａを溶液排出部５３から中和反応槽５０外へ排出できるように構成してある。

〔メタン発酵部〕
メタン発酵部６は、図１に示すように、ＵＡＳＢ反応槽６０を備えて構成してあり、ＵＡＳＢ反応槽６０は、下部に嫌気性菌（ＵＡＳＢ菌）を主体とする汚泥のグラニュール６０ａを充填されるスラッジベッド６１を備えるとともに、中和処理部５から排出された中和溶液５ａをメタン発酵液６０ｂとして分散供給する高濃度有機溶液供給部６２を備える。これにより、導入されるメタン発酵液６０ｂの上向流が形成されるとともに、内部のメタン発酵液６０ｂの循環を促し、流動するグラニュール６０ａにより有機物をメタン発酵するメタン発酵工程が行われる。スラッジベッド６１の上部には、グラニュール６０ａの流失を防止するとともに処理済みの上澄液および生成したメタンガス６ｂを上方に移流させる分離板６３を設けてある。分離板６３上方に移流した処理済みのメタン発酵溶液６ａは、オーバーフロー部６４よりＵＡＳＢ反応槽６０外へ取出されるとともに、生成したメタンガス６ｂは、ガス回収部６５よりＵＡＳＢ反応槽６０外へ取出される構成となっている。また、オーバーフロー部６４にはメタン発酵溶液６ａの一部６ｃを高濃度有機溶液供給部６２に循環させる循環処理液循環路６６を設けて、必要な滞留時間を維持しながら、塔内の液線速度を適切な値に設定できる構成としている。塔内の液線速度は、速すぎるとグラニュール６０ａが磨耗あるいは流出し、遅すぎると分解速度が遅くなったり、グラニュール以外の懸濁物質が蓄積されやすくなるため、３ｍ／ｈ程度とすることが好ましい。

〔ガス消費部〕
ガス消費部７は、可燃性ガス７ａを、ガス回収部６５から回収されたメタンガス６ｂとともに混合して燃料ガスとして供給する燃料ガス供給部７０を備え、燃料ガスを燃料として消費して蒸気や動力７ｂを発生するボイラ、エンジン、タービン等からなる。ここで発生した蒸気や動力７ｂは、たとえば、石鹸製造プラントの熱源や動力源として用いられ、有効利用される。

〔好気処理部〕
好気処理部８は、活性汚泥槽、接触曝気槽等の種々公知の廃水処理槽を適用でき、メタン発酵部６から供給されるメタン発酵溶液６ａをさらに好気分解処理して、清浄な好気処理溶液８ａとして排出可能にする好気処理工程を行う。

ここで、生物処理部４，５，６，８で行われる酸発酵工程、中和工程、メタン発酵工程、好気処理工程が、それぞれ生物処理工程に該当するものである。

尚、中和処理部５には、アルカリ添加部５２のほかに、希釈部３で希釈された希釈溶液３ａの一部３ｂを、酸発酵部４を経ずにバイパス路３５より直接供給する原液供給部５４を設けて、アルカリ添加部５２から供給すべきアルカリ５ｂの一部または全部を希釈溶液３ａの一部３ｂで代用して酸発酵を受けた酸発酵溶液４ａを中和処理可能に構成してある。

また、同様に、中和処理部５には、好気処理部８からの好気処理溶液８ａの一部８ｂを返送路８１より返送供給する好気処理溶液返送部５５を設けアルカリ添加部５２から供給すべきアルカリ５ｂの一部または全部を好気処理溶液８ａの一部８ｂで置換して酸発酵を受けた酸発酵溶液４ａを中和処理可能に構成することもできる。

以下に、具体的な高濃度有機溶液を上記高濃度有機溶液処理装置に供給した場合のメタン生成効率を検討した実施例を示す。以下に示す実施例は、本発明を具体的に示すためのものであって、本発明は、以下の実施例に限られるものではない。

〔実施例１〕
希釈部３の高濃度有機溶液供給路３３に高濃度有機溶液１ａを供給するとともに、低濃度溶液供給路３１に低濃度溶液２ａを供給し、高濃度有機溶液１ａがどの程度希釈されるかを調べた。

希釈部３は、浸透膜３０として、膜面積４２ｃｍ²の正浸透膜（ＨＴＩ社ＴＦＣ膜）を備えるものとした。また、高濃度有機溶液１ａとして、界面活性剤及び重金属イオンを含まない、グリセリン濃度１１％（ＣＯＤＣｒ１３４０００ｍｇ／Ｌ相当）（以下特記なき限り％は質量％を示す）、塩化ナトリウム濃度１２％、ｐＨ１３の石鹸製造廃液を用いた。また、低濃度溶液２ａとして、溶解成分として、ＣＯＤＣｒ１２０ｍｇ／Ｌの石鹸製造設備における洗浄排水を用いた。

この希釈部３に対して、高濃度有機溶液供給路３３に高濃度有機溶液１ａを３００ｍＬ／分で供給するとともに、低濃度溶液供給路３１に低濃度溶液２ａを３００ｍＬ／分で供給したところ、常圧下で外部動力を用いることなく、低濃度溶液２ａと接触する一方面側３０Ａからの浸透水３０ａが高濃度有機溶液１ａと接触する他方面側３０Ｂに取り出され、高濃度有機溶液１ａが、６．７倍に希釈されることが分かった。このとき、透過量は１０〜１５ＬＭＨ（Ｌ／ｍ²／ｈ）程度であり、塩分（ＮａＣｌ）の逆拡散は０．１〜０．４ｍｏｌ／ｍ²／ｈ、グリセリンの漏れは１％未満であった。
〔実施例２〕
また、洗浄排水に含まれる阻害成分の除去性能を調べるために、実施例１の方法と同様に試験を行い、ただし、高濃度有機溶液の代わりに、ＣＯＤＣｒ０ｍｇ／Ｌ、塩化ナトリウム濃度１２％、ｐＨ１３の模擬高濃度溶液を用い、低濃度溶液２ａには実施例１と同様に石鹸製造設備の洗浄排水を用いた。
このとき、低濃度溶液２ａと得られた希釈溶液３ａに含まれる有機物質を固相吸着ＧＣ／ＭＳ法により比較したところ、希釈溶液３ａでは以下の表のように、ベンゼンメタノール、メチルベンゼンメタノール、ジメチルベンゼンエタノール、２，２−ジメトキシエチルベンゼン、ｔ−ブチルシクロヘキサノール、ジメチルベンゼンプロパノールが、５ｍｇ／Ｌ未満で検出されない、または大幅に濃度を下げられることが明らかとなった。

〔実施例３〕
実施例１で得られた希釈溶液３ａを用いて、酸発酵槽４０から採取した酸発酵菌を培養したところ、１日培養後に遺伝子量が１２０％に増大していることが、１６ＳｒＲＮＡ遺伝子解析により明らかになった。

これに対して、実施例１の高濃度有機溶液１ａを希釈部３を経由していない実施例１の低濃度溶液２ａで６．７倍に希釈したものを用いて、酸発酵槽４０から採取した酸発酵菌を培養したところ、１日培養後に遺伝子量が１０％に低下していることが、１６ＳｒＲＮＡ遺伝子解析により明らかになった。

すなわち、低濃度溶液２ａに含まれる有機化合物のなかには、酸発酵における発酵阻害物質となる物質が含まれていることが明らかになった。

〔実施例４〕
実施例１の方法と同様に、高濃度溶液を模擬した１２％のＮａＣｌ溶液でＮａＯＨにてｐＨを１３に調整した水を２００ｍｌ、阻害物質を含んだ低濃度溶液を模擬したエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）を１００ｍｇ／Ｌの水１０００ｍｌを作成し、これらの液を膜面積４２ｃｍ²の正浸透膜（ＨＴＩ社ＴＦＣ膜）を用いて、希釈処理を実施した。なお、ＥＤＴＡは、微生物に有効な微量栄養金属をキレートする効果があり、長期的に微生物の活性を阻害するとされる。希釈処理後、約８００ｍｌの水が低濃度溶液側から高濃度溶液側に移動し、このとき、高濃度溶液に含まれるＥＤＴＡの総量は７ｍｇ、低濃度溶液に含まれるＥＤＴＡ総量は９３ｍｇであった。以上から、本過程において、低濃度溶液に含まれる阻害物質であるＥＤＴＡの約９３％の移動を阻止しながら高濃度溶液を希釈できることを確認した。これにより、ＥＤＴＡをはじめとした阻害物質の混入を低減し、後段の生物処理への影響を小さくできることが示唆される。
実施例１〜４より、浸透膜３０を備えた希釈部３を用いて高濃度有機溶液１ａを、微生物の活性を阻害する物質が含まれている低濃度溶液２ａを使用したとしても、簡便かつ低コストで生物処理可能に希釈できることが明らかになった。

本発明は、微生物への阻害物質が含まれている低濃度溶液であっても高濃度有機溶液に悪影響を与えることなくともに生物処理できることが予想され、実際に行った連続のＵＡＳＢでの処理性能評価試験において、希釈水に水道水を用いたものと本発明を用いたものとを比較して、数カ月間何ら差がなく処理できていることが確認できている。このことから、たとえば、石鹸製造業における廃液や、バイオディーゼルフューエル製造業における廃液等、種々の高濃度有機溶液を生物処理してメタンガスとして回収するのに利用することができる。

１ａ ：高濃度有機溶液
２ａ ：低濃度溶液
３ ：希釈部
３ａ ：希釈溶液
４ ：酸発酵部（生物処理部）
４ａ ：酸発酵溶液
５ ：中和処理部（生物処理部）
５ａ ：中和溶液
６ ：メタン発酵部（生物処理部）
６ａ ：メタン発酵溶液
８ ：好気処理部（生物処理部）
３０ ：浸透膜
３０ａ ：浸透水
６０ ：反応槽

Claims (6)

1. 高濃度有機溶液を希釈水により希釈して希釈溶液を得る希釈工程を行い、
   前記希釈溶液を生物処理する生物処理工程を順次行う高濃度有機溶液の処理方法であって、
   前記希釈工程において、前記高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、前記低濃度溶液側から前記高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させて、前記浸透水を前記希釈水とする正浸透膜法により、前記高濃度有機溶液を希釈した前記希釈溶液を得る高濃度有機溶液の処理方法。
2. 前記高濃度有機溶液が、石鹸製造廃液を主成分とするものである請求項１に記載の高濃度有機溶液の処理方法。
3. 前記低濃度溶液が、前記高濃度有機溶液を発生する設備における冷却水あるいは洗浄水を主成分とするものである請求項１または２に記載の高濃度有機溶液の処理方法。
4. 高濃度有機溶液を希釈水により希釈して希釈溶液を得る希釈部と、前記希釈溶液を生物処理する生物処理部とを備えた高濃度有機溶液の処理装置であって、
   前記希釈部が、前記高濃度有機溶液と低濃度溶液とを浸透膜を介して接触させ、前記低濃度溶液側から前記高濃度有機溶液側に浸透水を浸透させて、前記浸透水を前記希釈水とする正浸透膜法により、前記高濃度有機溶液を希釈した前記希釈溶液を得る構成である高濃度有機溶液の処理装置。
5. 前記生物処理部が、前記希釈溶液を酸発酵する酸発酵部と、前記酸発酵部で酸発酵された酸発酵溶液をｐＨ５．５〜８．５に中和する中和処理部と、前記中和処理部でｐＨ５．５〜８．５となった中和溶液をメタン発酵してメタン発酵溶液とするメタン発酵部とを備える請求項４に記載の高濃度有機溶液の処理装置。
6. 前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽を備える請求項５に記載の高濃度有機溶液の処理装置。

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