JP4368171B2 - Method and apparatus for anaerobic treatment of liquid containing organic matter - Google Patents
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Description
本発明は有機物含有液の嫌気処理方法及び装置に関し、とくに有機性廃水や有機性廃棄物スラリー等の有機物含有液をメタン生成菌その他の嫌気性微生物群によりバイオガスに分解処理する方法及び装置に関する。 The present invention relates to an anaerobic treatment method and apparatus for organic matter-containing liquids, and more particularly to a method and device for decomposing organic matter-containing liquids such as organic wastewater and organic waste slurries into biogas by methanogens and other anaerobic microorganisms. .
従来から下水処理場の汚泥処理やし尿処理等では、メタン生成菌を主体とする嫌気性微生物群を用いた嫌気性消化処理(以下、単に嫌気処理という。)が提案されている。また最近では、一般家庭やホテル・レストラン等から排出される生ごみ、食品工場等から排出される食品製造残さ、農業・林業・畜産・水産の生産施設や加工解体施設・製紙パルプ工場等から排出される動植物性残さ等の有機性廃棄物についても、スラリー状に粉砕した上で嫌気性微生物群により嫌気処理する技術が開発され普及が進められている。嫌気性微生物群による嫌気処理は、焼却処分・埋め立て処分が難しい高水分の有機性廃棄物を分解すると共に、電力エネルギー・熱エネルギー源として利用可能なバイオガスを生成できるので、有機性廃棄物を有価資源としてリサイクルする循環型社会の形成に寄与する技術として普及が期待されている。 Conventionally, anaerobic digestion treatment (hereinafter simply referred to as anaerobic treatment) using an anaerobic microorganism group mainly composed of methanogens has been proposed for sludge treatment and human waste treatment at a sewage treatment plant. In addition, recently, food waste from ordinary households, hotels and restaurants, food production residue from food factories, etc., agricultural, forestry, livestock, fishery production facilities, processing demolition facilities, and pulp and paper mills, etc. As for organic wastes such as animal and plant residues, a technology for anaerobic treatment with anaerobic microorganisms after pulverization into a slurry has been developed and spread. Anaerobic treatment with anaerobic microorganisms decomposes high-moisture organic waste that is difficult to incinerate and landfill, and can produce biogas that can be used as a source of power and thermal energy. It is expected to spread as a technology that contributes to the formation of a recycling society that is recycled as valuable resources.
しかし従来の嫌気処理は、有機性廃水や有機性廃棄物の粉砕スラリー(以下、これらを纏めて有機物含有液という。)の有機物濃度(COD負荷)や固形物(SS)濃度が高い場合に、希釈水を添加するため反応槽の容積が大きくなり、反応槽の加熱等に要するエネルギーが増大して全体的なエネルギー回収効率が低下する問題点があった。 However, the conventional anaerobic treatment is performed when the organic waste water or organic waste pulverized slurry (hereinafter collectively referred to as the organic matter-containing liquid) has a high organic matter concentration (COD load) or solid matter (SS) concentration. Since the dilution water is added, the volume of the reaction tank increases, and there is a problem that the energy required for heating the reaction tank increases and the overall energy recovery efficiency decreases.
特許文献1は、比較的粒度が大きい高濃度有機物含有液(例えば、生ごみスラリー)を高温菌群により嫌気処理する方法を提案している。この処理方法は、図6に示すように有機性廃棄物Sをディスポーザー21等でスラリー状に粉砕し、高温菌群が付着したガラス繊維製の中空筒状担体10を設けた発酵槽20Aへ粉砕後の廃棄物S(有機物含有液L)を送り、高温菌群が活性を示す温度で有機物含有液Lと高温菌群とを接触させて分解する。図示例では、有機物含有液Lと高温菌群とを効率的に接触させるため、発酵槽20Aの外側の循環流路23及び循環ポンプ22を介して有機物含有液Lを発酵槽20Aの底部から上部へ循環させ、発酵槽20A内に緩やかな下降流を形成している。循環流路23上に設けた保温手段24(例えば、高温流体Hが還流する熱交換器等)により、有機物含有液Lを高温菌群が活性を示す温度に保温する。
特許文献1で用いる高温菌群は、比較的高い温度(50〜60℃)で活性を示す高温メタン生成菌を含む。高温メタン生成菌は、34〜38℃が活性温度の中温メタン生成菌に比し処理速度及びガス発生率が高いので、COD負荷やSS濃度が高い有機物含有液Lを効率的に分解できる。高温菌群は増殖速度が遅いものの、ガラス繊維製の中空筒状担体10を用いれば発酵槽20A内に高温菌群を高濃度に保持することが可能である。特許文献1の嫌気処理方法によれば、発酵槽20Aの小型化を図り、発酵槽20Aの保温費及び設備費を削減し、全体的なエネルギー回収効率の改善が期待できる。
The thermophilic bacterium group used in
また特許文献2は、有機物含有液Lを撹拌手段25で撹拌しながら高温菌群により分解処理する方法及び装置を提案している。例えば図7に示すように、高温菌群が付着したガラス繊維製の中空筒状担体10を配設した発酵槽20B内の底部に撹拌手段25を設け、有機物含有液Lを発酵槽20Bへ装填し、発酵槽20B内の温度を保温手段24により高温菌が活性を示す温度に保ち、撹拌手段25により有機物含有液Lを撹拌しつつ高温菌群と接触させて分解処理する。図示例の撹拌手段25は、発酵槽20Bの底部に設けた磁性体製の回転形撹拌部材26と、発酵槽20B内の鉛直軸線の回りの回転磁界を形成する攪拌駆動装置27とを含む。発酵槽20Bの底壁を介して撹拌部材26と対向する攪拌駆動装置27の形成する回転磁界に応じて発酵槽20B内の撹拌部材26が鉛直軸線の回りに回転し、発酵槽20B内の有機物含有液Lに渦流を形成する。
特許文献1の方法では、長期に亘り処理を継続した場合に、たとえ循環ポンプ22で有機物含有液Lを適当に循環していても発酵槽20Aの底部に汚泥が経時的に滞留し、処理効率が徐々に低下することが経験された。とくにスケールアップ時すなわち有機物含有液Lの処理量や有機物濃度を増やした場合に、処理効率の低下が認められた。これに対し特許文献2の方法によれば、発酵槽20Bの底部の撹拌により汚泥の沈殿・堆積を阻止し、浮遊した汚泥を発酵処理で生じたガス気泡により拡散させることができるので、スケールアップ等を伴う長期運転に際しても処理効率の低下を防止できる。
In the method of
しかし、特許文献2の発酵槽20Bの底部の撹拌手段25は、汚泥の沈殿・堆積の抑制に効果があるものの、有機物含有液Lを昇降させる流れの形成にはあまり寄与しない。すなわち特許文献2の方法では、撹拌手段25のみによって高温菌群と有機物含有液Lとを効率的に接触させることが難しく、効率的な接触を確保するためには例えば特許文献1のような循環ポンプ22を併設して発酵槽20B内に含有液Lの下降流又は上昇流を形成する必要がある。撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した嫌気処理は、有機物含有液Lの沈殿抑制と効率的な微生物接触とによる長期間安定的な連続処理が可能であるものの、複数の動力源を必要とするのでランニング・コストが嵩む問題点がある。嫌気処理の普及を図るため、長期間安定的な連続運転を低コストで実現できるシステムの開発が望まれている。
However, although the stirring means 25 at the bottom of the
また特許文献2の方法は、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した場合でも、発酵槽20B内の有機物含有液Lの水理学的滞留時間(Hydraulic Retention Time;以下、HRTということがある。)が短くなると効率的処理が難しくなる。図8は、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した発酵槽20Bに有機物含有液Lを連続的に投入しながら嫌気処理を50日間継続し、投入量を徐々に増やしてHRTを段階的に短縮したときに残留処理液E(図7参照)中の揮発性固形物(VSS)濃度の変化を測定した実験結果のグラフを示す。この実験では、実験開始後26日間はHRT≒5日とし、27〜38日の間はHRT≒3日とし、39日目以降はHRT≒2日とした。同グラフから分かるように、HRTが3日以上あればVSSをある程度効率的に分解できるが、HRTが2日になると未分解のVSSが急激に増加する。すなわち撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した嫌気処理では、有機物含有液Lの有機物濃度や固形物濃度にもよるが、HRTを2日以下に短縮すると有機物含有液Lの効率的な分解が難しくなる。ランニング・コストを削減するためにはHRTを短くすることが有利であり、有機物含有液Lを短時間で効率的に分解できる嫌気処理技術の開発が望まれている。
In addition, the method of
そこで本発明の目的は、有機物含有液を短時間で分解できる省エネルギー型の嫌気処理方法及び装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an energy-saving anaerobic treatment method and apparatus that can decompose an organic substance-containing liquid in a short time.
有機物含有液Lの嫌気処理は、先ず炭水化物・タンパク質・脂肪等の高分子有機物が加水分解細菌により比較的低分子の有機酸やアルコール等に分解され、更に有機酸等がメタン生成菌によりバイオガスに分解される2段階で進行することが知られている(非特許文献1参照)。第1段階の反応を酸生成、第2段階の反応をメタン生成という。 The anaerobic treatment of the organic substance-containing liquid L involves firstly degrading high-molecular organic substances such as carbohydrates, proteins, and fats into relatively low-molecular organic acids and alcohols by hydrolyzing bacteria, and further converting the organic acids and the like into biogas by methane producing bacteria. It is known that the reaction proceeds in two stages that are decomposed into (see Non-Patent Document 1). The first stage reaction is called acid production, and the second stage reaction is called methane production.
特許文献1及び2の嫌気処理において、嫌気性微生物群の大部分は担体10に付着して嫌気処理に寄与し、嫌気性微生物群の一部分は有機物含有液L中に浮遊しつつ嫌気処理に寄与すると考えられる。本発明者は、嫌気処理に寄与する微生物群を分子生物学的手法により解析したところ、担体10には酸生成を担う微生物群よりもメタン生成を担う微生物群(有機酸分解メタン生成菌群)が多く存在しているとの知見を得た。すなわち、詳細には更なる分析が必要であるが、発酵槽内の担体に付着した微生物(以下、付着微生物ということがある。)と有機物含有液L中に浮遊している微生物(以下、浮遊微生物ということがある。)とは嫌気処理に寄与する作用が同一ではなく、メタン生成は付着微生物及び浮遊微生物の両者が担っているが、酸生成は主に浮遊微生物が担っていると予想される。従来から効率的な嫌気処理のためには、担体によって嫌気性微生物群を発酵槽内に高濃度で保持することが有効であると指摘されているが(例えば非特許文献1のp36参照)、浮遊微生物の作用を充分に発揮させることにより嫌気処理の効率を更に改善できる可能性がある。本発明は、この知見に基づく更なる研究開発の結果、完成に至ったものである。
In the anaerobic treatment of
図1の実施例を参照するに、本発明による有機物含有液の嫌気処理方法は、下向き凸の半球状底壁1Bと嫌気性微生物群が付着する固定床6と嫌気性微生物群が浮遊可能な固定床6下方の下部空間7とを有する嫌気発酵槽1内に有機物含有液Lを装填し、底壁1B内面中央に半径方向軸線回りに回転する撹拌流Rを形成し、下部空間7内の含有液Lを前記撹拌流により固定床6を貫いて循環するように撹拌してなるものである。
Referring to the embodiment of FIG. 1, the method for anaerobic treatment of an organic substance-containing liquid according to the present invention is capable of floating anaerobic microorganisms and a
好ましくは、撹拌流Rにより下部空間7内の含有液L中の高分子有機物を当該空間7内で回動させ、底壁内面周縁に沿って上昇する撹拌流Rにより下部空間7内の含有液L中の低分子有機物を固定床6に循環させる。更に好ましくは、固定床6に複数の縦貫流路11(図1(B)参照)を形成し、低分子有機物を縦貫流路11経由で昇降させる。この場合、固定床6の中央の縦貫流路11C内に下降流Dの駆動スクリュー12を設け、底壁1bの内面中央の撹拌流Rと固定床6の中央の下降流Dとにより低分子有機物を循環させることができる。
Preferably, the polymer organic matter in the liquid L contained in the
また図1の実施例を参照するに、本発明による有機物含有液の嫌気処理装置は、下向き凸の半球状底壁1Bと嫌気性微生物群が付着する固定床6と当該微生物群が浮遊可能な固定床6下方の下部空間7とを有し且つ有機物含有液Lが装填される嫌気発酵槽1、及び発酵槽1の底壁1B内面中央で半径方向軸線回りに回転する撹拌子14Aを備え、下部空間7内の含有液Lを撹拌子14Aにより固定床6を貫いて循環するように撹拌してなるものである。
Further, referring to the embodiment of FIG. 1, the anaerobic treatment apparatus for organic substance-containing liquid according to the present invention is capable of floating the microorganism group in a downwardly convex semispherical bottom wall 1B, the
好ましくは、撹拌子14Aにより下部空間7内の含有液Lを、含有液L中の高分子有機物が下部空間7内で回動し且つ含有液L中の低分子有機物が底壁内面周縁に沿って上昇して固定床6に循環するように撹拌させる。更に好ましくは、固定床6に複数の縦貫流路11(図1(B)参照)を形成し、固定床6の中央の縦貫流路11C内に下降流駆動スクリュー12を設ける。
Preferably, the liquid L in the
本発明による有機物含有液の嫌気処理方法及び装置は、下向き凸の半球状底壁1Bを有する嫌気発酵槽1内に嫌気性微生物群が付着する固定床を設けると共に、その固定床の下方に(固定床に付着していない)嫌気性微生物群が浮遊可能な下部空間を設け、底壁1B内面中央に半径方向軸線回りに回転する撹拌流Rを形成して下部空間内の有機物含有液を撹拌しながら固定床を貫いて循環させるので、次の顕著な効果を奏する。
An anaerobic treatment method and apparatus for an organic substance-containing liquid according to the present invention is provided with a fixed bed to which anaerobic microorganisms adhere in an
(イ)固定床の下方に含有液と浮遊微生物とを接触させる下部空間を設け、固定床の付着微生物だけでなく下部空間の浮遊微生物を積極的に利用して有機物含有液を分解するので、有機物分解の短時間化及び効率改善が期待できる。
(ロ)下部空間内の撹拌によって有機物含有液を循環させるので、従来のポンプによる含有液の循環に比し循環流の均質化を図り、有機物含有液と固定床との接触の一様化を図り、固定床による有機物分解の効率化が期待できる。
(ハ)従来のポンプ等による有機物含有液の循環に比し、循環のための駆動エネルギーを削減できるので、ランニング・コストが低い経済的な嫌気処理が実現できる。
(ニ)下部空間の浮遊微生物を活用するので、発酵槽内の担体充填量を削減できる可能性があり、発酵槽の小型化が図れる。
(B) Since the lower space where the contained liquid and floating microorganisms are brought into contact with each other below the fixed bed and the floating microorganisms in the lower space are actively utilized to decompose the liquid containing organic matter, It can be expected to shorten the organic matter decomposition time and improve the efficiency.
(B) Since the organic substance-containing liquid is circulated by stirring in the lower space, the circulation flow is homogenized compared to the circulation of the contained liquid by a conventional pump, and the contact between the organic substance-containing liquid and the fixed bed is made uniform. It can be expected to improve the efficiency of organic matter decomposition by fixed bed.
(C) Compared with the circulation of the organic substance-containing liquid by a conventional pump or the like, the driving energy for the circulation can be reduced, so that an economical anaerobic treatment with a low running cost can be realized.
(D) Since the floating microorganisms in the lower space are utilized, there is a possibility that the amount of carrier filling in the fermenter can be reduced, and the fermenter can be downsized.
(ホ)また、固定床内に有機物含有液の保温機能付き縦貫流路を設け、発酵槽内に保温手段を内蔵することができるので、発酵槽の更なる小型化が図れる。
(ヘ)発酵槽の小型化を図ることにより、発酵槽の保温費及び設備費を削減し、全体的なエネルギー回収効率の改善が期待できる。
(ト)効率的で省エネルギー型の小型嫌気処理装置が実現できるので、嫌気処理の普及による循環型社会の形成への寄与が期待できる。
(E) Moreover, since the vertical flow path with the heat retaining function of the organic substance-containing liquid is provided in the fixed bed and the heat retaining means can be built in the fermenter, the fermenter can be further miniaturized.
(F) By reducing the size of the fermenter, it is possible to reduce the heat retention costs and equipment costs of the fermenter and improve the overall energy recovery efficiency.
(G) Since an efficient and energy-saving small anaerobic treatment device can be realized, it can be expected to contribute to the formation of a recycling-oriented society through the spread of anaerobic treatment.
図1は本発明の嫌気処理装置の一実施例を示す。図示例の嫌気処理装置は、有機物含有液Lを装填する嫌気発酵槽1と、発酵槽1内に保持した嫌気性微生物群が付着する固定床6と、固定床6の下方の発酵槽1内に設けた嫌気性微生物群が浮遊可能な下部空間7とを有する。本発明の1つの特徴は、有機物含有液Lと(固定床6に付着していない)浮遊微生物とを接触させるに充分な容積の下部空間7を固定床6の下方に設けることにある。
FIG. 1 shows an embodiment of the anaerobic treatment apparatus of the present invention. The anaerobic treatment apparatus of the illustrated example includes an
固定床6の種類は特に限定されず、嫌気性微生物群が高濃度に付着可能な従来の適当な担体、例えばガラスビーズ・溶融スラグ・酢酸セルロース・活性炭繊維・スポンジ・ほっき貝・発泡させた石・ゼオライト等を使用できる。図示例の固定床6は、担体10として、例えば図4に示すガラス繊維製又は炭素繊維製の多孔質周壁10bを、型枠としてのエポキシ樹脂製の枠体10cに保持して形成した中空筒状担体10aを規則的に並べたものである。ガラス繊維製又は炭素繊維製の織布又は不織布で形成した多孔質周壁10bは、内部に数μm〜数百μm径の無数の小空隙を有し、その空隙に微生物が付着して高濃度に増殖できるので嫌気性微生物群を効率よく担持できる。例えば多孔質周壁10bを低密度の不織布製とすることにより、微生物が増殖する充分な空隙を確保する。また炭素繊維は、ガラス繊維に比し酸に対する強度劣化が少ないので、発酵槽1内が酸性化し易い嫌気処理の微生物担体にとくに適している(特許文献3参照)。また、図示例の担体10としての中空筒状担体10aは、筒体の径の大きさを調節することにより固形分濃度の高い有機物含有液L中でも閉塞を避けることができる。
The type of the fixed
固定床6は、適当な支持部材9により発酵槽1内の下部空間7の上方に支持することができる。図示例では、発酵槽1の内側の所要高さ部位に水平に張設した通水性支持板を支持部材9とし、その支持部材9上に中空筒状担体10を規則的に縦向き並列に載置して固定床6としている(図1(B)参照)。但し、支持部材9の構造は図示例に限定されず、例えば発酵槽1の周壁1Sへの係止又は周壁1Sの頂端からの吊り下げ等により固定床6を下部空間7の上方に支持してもよい。
The fixed
下部空間7には、有機物含有液Lを撹拌する撹拌手段14を設ける。撹拌手段14の撹拌強さを適当に調節し、含有液L中の高分子有機物を下部空間7内で回動させ、含有液L中の低分子有機物を上方の固定床6へ送り込む。撹拌手段14の撹拌によって含有液Lと浮遊微生物とを接触させることにより、上述した浮遊微生物による酸生成機能を促進し、下部空間7において含有液L中の高分子有機物を低分子有機物に分解することが期待できる。また、従来の嫌気処理では有機物含有液Lの全体を固定床6の付着微生物と接触させていたのに対し、本発明では含有液L中の低分子有機物をいわば選択的に固定床6の付着微生物と接触させることができる。
The
図示例の撹拌手段14は、発酵槽1の下向き凸の半球状底壁1Bと、底壁1Bの内面中央で半径方向軸線回りに回転する撹拌子14Aとを含む。撹拌子14Aの回転により下部空間7内に半径方向軸線回りの撹拌流Rを形成し、撹拌流Rの無限遠方向の遠心力により底壁1Bの内面周縁に沿って上昇する上昇流Uを形成する。上昇流Uの強さを調節することにより、比較的重い高分子有機物を上昇流Uに抗して下部空間7内で回動させ、比較的軽い低分子有機物を固定床6へ送り込む。本発明の他の特徴は、下部空間7内の撹拌手段14により固定床6を貫く有機物含有液Lの循環流を形成することにある。
The stirring means 14 in the illustrated example includes a downward convex hemispherical bottom wall 1B of the
図示例では、固定床6に複数の上下方向の縦貫流路11を設け、撹拌手段14により形成された上昇流Uを外側(周縁側又は発酵槽1の周壁1S側)の縦貫流路11経由で固定床6の上部空間8へ送り、上部空間8の有機物含有液Lを内側の縦貫流路11経由で下部空間7へ下降させ、固定床6を貫く含有液Lの循環流を形成している。図示例の縦貫流路11は、例えば筒状担体10の中空路を利用して形成することができる。好ましくは、図示例のように固定床6の中央の縦貫流路11C内に下降流Dを形成する駆動スクリュー12を設け、底壁1bの内面中央の(下部空間7内の半径方向軸線回りの)撹拌流Rと固定床6の中央の下降流Dとにより含有液Lを循環させる。撹拌子14とスクリュー12とを単独の回転軸に取り付けることができ、単独の駆動力で両者を同時に駆動することができる。但し、スクリュー12は本発明に必須のものではなく、撹拌手段14だけで固定床6を貫く含有液Lの循環流を形成することも可能である。
In the illustrated example, the fixed
図示例の撹拌手段14と縦貫流路11付き固定床6との組み合わせによれば、単独の駆動力で発酵槽1内に有機物含有液Lの循環流を形成できるので、撹拌手段と循環ポンプとを併設した従来の嫌気処理方法に比し少ないエネルギーで含有液Lと固定床6とを効率的に接触させることができる。また、循環ポンプによる含有液Lの循環に比し、撹拌手段14の回転軸線からの距離に応じて含有液Lの上昇流U及び下降流Dの強さを揃えて循環流の均質化を図り、発酵槽1内における含有液Lと固定床6との接触のバラツキを少なくし、固定床6の付着微生物による安定的な反応を期待できる。但し、本発明で用いる撹拌手段14は図示例に限定されず、撹拌強さの調節により高分子有機物を下部空間7内で回動させ且つ低分子有機物を固定床6へ送り込めるものであれば足りる。また、固定床6も通水性であれば含有液Lを貫通させることができるので、縦貫流路11の構造も図示例に限定されない。
According to the combination of the stirring means 14 and the fixed
嫌気処理に際し、発酵槽1内の固定床6に酸生成及びメタン生成用の嫌気性微生物群を付着させ、取入口(図示せず)から発酵槽1内に有機物含有液Lを取り入れる。含有液Lが有機性廃棄物スラリーである場合は、有機物を平均数100ミクロン程度に細かく粉砕し、等量ないし2倍程度の希釈水Wと混合して含有液Lを調製することが望ましい。発酵槽1の小型化及びバイオガス発生量の効率化の観点からは希釈水は余り多くない方が望ましく、含有液Lの有機物濃度をCODcr値で10〜30万mg/L程度とするのがよい。嫌気性微生物群として高温菌群を使用する場合は、発酵槽1内を高温メタン生成菌の活性温度(54〜56℃)に保温する。次いで撹拌手段14を駆動し、含有液L中の高分子有機物を下部空間7で回動させつつ浮遊微生物と接触させ、含有液L中の低分子有機物を固定床6と交差させて循環させることにより、含有液Lを付着微生物と接触させてバイオガスGに分解する。
In the anaerobic treatment, anaerobic microorganism groups for acid generation and methane generation are attached to the fixed
[実験例1]
本発明による嫌気処理の効率を確認するため、図2に示す容積5リットルの下部空間7付き発酵槽1を試作して実験を行った。図示例の発酵槽1は、下部空間7の下方の発酵槽底壁1Bを下向き凸の半球状とし、下部空間7の上方の通水性支持部材9によりガラス繊維製又は炭素繊維製の中空筒状担体10を規則的に並べた固定床6を保持し、固定床6の中央に縦貫流路11Cを形成したものである。発酵槽1の上方から頂壁及び縦貫流路11Cを貫いて底壁1Bに至る鉛直回転軸15を設け、回転軸15の底壁1B側端に撹拌子14Aを取り付け、縦貫流路11Cの内面と対向する回転軸15上の部位に下降流Dの駆動スクリュー12を取り付けた。固定床6には図8の実験(特許文献2参照)と同様の高温菌群を付着させ、取入口18から図8の実験と同様の有機物含有液L(T-COD濃度=24900mg/リットル、SS濃度=16700mg/リットル)を連続的に投入し、回転駆動装置15Aにより回転軸15を回転させて撹拌子14A及びスクリュー12を駆動しながら嫌気処理を継続し、処理液排出口19から排出される処理液E中の揮発性固形物(VSS)濃度を継続的に測定した。
[Experiment 1]
In order to confirm the efficiency of the anaerobic treatment according to the present invention, a
本実験では、発酵槽1による嫌気処理を80日間継続し、投入量を徐々に増やしてHRT(水理学的滞留時間)を段階的に短縮したときに処理液E中のVSS濃度の変化を測定した。本実験結果を図3に示す。実験開始後30日間はHRT≒5日とし、31〜43日の間はHRT≒3日とし、44〜58日の間はHRT≒2日とし、59日目以降はHRT≒1日とした。図3のグラフと図8のグラフとの比較から、本発明の嫌気処理装置によればHRTを2日程度に短縮してもVSSの効率的な分解が可能であり、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した従来の下部空間7なしの嫌気処理装置に比し同じ濃度の有機物含有液Lを短時間で処理できることを確認できた。また、従来の嫌気処理ではHRT=5日程度であっても処理液E中に濃度2000mg/リットル程度のVSSが残るのに対し、本発明の嫌気処理ではHRT=5日程度とすれば処理液E中のVSS濃度を1000mg/リットル程度に減少することが可能であり、従来の嫌気処理に比しVSSの除去効率が高いことが確認できた。
In this experiment, the anaerobic treatment in
すなわち、本発明の嫌気処理によれば、従来の嫌気処理に比し有機物含有液Lを短時間で効率的に分解処理できることを実験的に確認できた。この理由の1つは、固定床6の下方に含有液Lと浮遊微生物とを接触させる下部空間7を設けたことにより、下部空間7の浮遊微生物による含有液Lの分解反応、例えば酸生成を促進できたことにあると考えられる。また、他の理由として、下部空間7内の撹拌手段14のみによって発酵槽1内に均質な循環流を形成するので、従来の循環ポンプによる含有液Lの循環に比し固定床6の付着微生物と含有液Lとの均質で安定的な接触を確保し、付着微生物による反応を促進できたことにあると考えられる。
[実験例2]
That is, according to the anaerobic treatment of the present invention, it was experimentally confirmed that the organic substance-containing liquid L can be efficiently decomposed in a short time as compared with the conventional anaerobic treatment. One reason for this is that a
[Experimental example 2]
次に、下部空間7内の撹拌手段14によって有機物含有液Lを循環させる効果を確認するため、含有液Lとして表1の有機酸溶液を用い、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した従来の嫌気処理装置による有機酸除去効率(T-CODcr分解率)と、本発明の嫌気処理装置による有機酸除去効率(T-CODcr分解率)を比較する実験を行った。本実験では、含有液LのT-CODcr負荷量(kg/m3/day)を徐々に上昇させながら嫌気処理を継続し、含有液LのT-CODcr負荷量の上昇に応じたT-CODcr分解率の変化を測定した。
Next, in order to confirm the effect of circulating the organic substance-containing liquid L by the stirring means 14 in the
従来の嫌気処理による実験結果を図5(A)に示し、本発明の嫌気処理による実験結果を同図(B)に示す。同図(A)の実験結果から、従来の嫌気処理では有機物含有液LのT-CODcr負荷量が60(kg/m3/day)を越えると急激に分解率が低下し始め、T-CODcr負荷量が70(kg/m3/day)を越えると分解率が50%以下に低下することが分かる。これに対し同図(B)の実験結果からは、本発明の嫌気処理ではT-CODcr負荷量を100(kg/m3/day)程度に上昇させても分解率が70%以上に保たれ、T-CODcr負荷量が120(kg/m3/day)以上となってはじめて分解率が50%以下に低下することが確認できた。これらの実験結果から、嫌気性微生物群による嫌気処理では、固定床6の下方に下部空間7を設け、下部空間7内の撹拌手段14によって含有液Lを循環させることが、有機酸等の低分子有機物の効率的分解に極めて有効であることが確認できた。しかも、従来の嫌気処理では、例えば高さ10mの発酵槽1内に7.5リットル/分程度の流量で含有液Lを環流するために約18.5kWの駆動エネルギーが必要であるのに対し、本発明の嫌気処理では含有液Lの循環の駆動エネルギーを約1/3の5.5kW程度に削減できる。
The experimental result by the conventional anaerobic process is shown in FIG. 5 (A), and the experimental result by the anaerobic process of the present invention is shown in FIG. 5 (B). From the experimental results shown in Fig. 3 (A), when the T-CODcr load of the organic substance-containing liquid L exceeds 60 (kg / m 3 / day) in the conventional anaerobic treatment, the decomposition rate starts to decrease rapidly, and T-CODcr It can be seen that when the load exceeds 70 (kg / m 3 / day), the decomposition rate decreases to 50% or less. On the other hand, from the experimental results in FIG. 5B, the anaerobic treatment of the present invention kept the decomposition rate at 70% or higher even when the T-CODcr load was increased to about 100 (kg / m 3 / day). It was confirmed that the degradation rate decreased to 50% or less only when the T-CODcr loading amount was 120 (kg / m 3 / day) or more. From these experimental results, in the anaerobic treatment with the anaerobic microorganism group, it is possible to provide the
こうして本発明の目的である「有機物含有液を短時間で分解できる省エネルギー型の嫌気処理方法及び装置」の提供を達成できる。 Thus, it is possible to achieve the “energy-saving anaerobic treatment method and apparatus capable of decomposing an organic substance-containing liquid in a short time”, which is an object of the present invention.
図2の実施例では、固定床6に設けた縦貫流路11cの周壁に、所定温度の流体Hとして、例えば高温流体Hが還流する間隙16付き二重伝熱壁17を設け、縦貫流路11経由で昇降する有機物含有液Lを所定温度の流体Hとの熱交換により嫌気性微生物群の活性温度に保温している。図示例では、固定床6の中央の縦貫流路11cの周壁を二重伝熱壁17とし、二重伝熱壁17の間隙16に連通する(高温)流体入口13A及び出口13Bを設け、入口13Aから流体Hを間隙16に充填し、間隙16通過後の流体Hを出口13Bへ還流させている。含有液Lは、スクリュー12によって縦貫流路11Cを下降する際に、伝熱壁17を介して流体Hにより加熱される。所定温度の流体Hとして、例えばガス抜き口28を通じて得たバイオガスGから回収した熱エネルギーを利用できる。但し、二重伝熱壁17は固定床6の中央の縦貫流路11Cに限らず、固定床6の適当な縦貫流路11に設けることができる。発酵槽1内の縦貫流路11で含有液Lを保温することにより、図6に示す発酵槽1の外側に保温手段24を設ける従来方法に比し、発酵槽1の更なる小型化を図ることが可能となる。また、含有液Lの保温を確実なものとするため、発酵槽1の外側に保温手段として、例えば断熱材製の保温ジャケット又は図7のような保温手段24を設けることができるのは言うまでもない。
In the embodiment of FIG. 2, for example, a double
1…嫌気発酵槽 1B…(下向きの半球凸状)底壁
1S…周壁 3…高分子有機物
5…低分子有機物 6…固定床
7…下部空間 8…上部空間
9…固定床支持部材 10…(中空筒状)担体
10a…中空筒状担体 10b…多孔質周壁
10c…(樹脂製)枠体 11、11c…縦貫流路
12…下降流駆動スクリュー
13A…(高温)流体入口
13B…(高温)流体出口
14…撹拌手段 14A…撹拌子
15…回転軸 15A…回転駆動装置
16…間隙 17…二重伝熱壁
18…取入口 19…処理液排出口
20A、20B…発酵槽 21…ディスポーザー
22…循環ポンプ 23…循環流路
24…保温手段 25…撹拌手段
26…撹拌部材 28…ガス抜き口
27…撹拌駆動装置 29…脱硫装置
D…下降流 E…(残留)処理液
G…バイオガス H…(高温)流体
L…有機物含有液 R…撹拌流
S…有機性廃棄物 U…上昇流
1 ... Anaerobic fermenter 1B ... (downward hemispherical convex) Bottom wall
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1S ...
10a ... Hollow
10c ... (Resin)
12 ... Downflow drive screw
13A ... (High temperature) Fluid inlet
13B… (High temperature) Fluid outlet
14 ... Stirring means 14A ... Stirring bar
15 ...
16 ...
18 ...
20A, 20B ...
22 ...
24 ... Insulation means 25 ... Agitation means
26… Stirring
27 ... Stirring
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