JPH05309400A - 嫌気性処理装置 - Google Patents

嫌気性処理装置

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JPH05309400A
JPH05309400A JP11349292A JP11349292A JPH05309400A JP H05309400 A JPH05309400 A JP H05309400A JP 11349292 A JP11349292 A JP 11349292A JP 11349292 A JP11349292 A JP 11349292A JP H05309400 A JPH05309400 A JP H05309400A
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acid
tank
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methane
forming tank
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 有機性排水の二槽反応方式による嫌気性処理
において、水素とメタンとを別々に生産回収して、エネ
ルギーの有効利用、処理効率の改善及び運転の安定化を
図る。 【構成】 有機性排水を受け入れ酸生成するための酸生
成槽1と、酸生成槽1の流出液の一部を受け入れメタン
生成を行なうためのメタン生成槽2と、酸生成槽1の流
出液の残部を受け入れ、減圧して溶存ガスを気相に移行
させるための減圧槽3と、減圧槽3内の液を酸生成槽に
戻す手段(配管14)と、減圧槽3から排出される気相
から水素を回収する手段(加圧容器4,水素吸蔵合金4
A)とを備えたことを特徴とする嫌気性処理装置。 【効果】 水素とメタンとを各々別々に回収してエネル
ギーの有効利用を図ると共に、酸生成槽の水素濃度を最
適値に調整することにより、酸生成槽における酢酸生成
効率及びメタン生成槽におけるメタン生成効率を大幅に
改善して、安定かつ効率的な嫌気性処理を行なうことが
可能とされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は嫌気性処理装置に係り、
特に、濃厚な有機性排水や汚泥、下水汚泥等を嫌気性処
理して無機安定化する際に、水素とメタンとを別々に生
産回収してエネルギーの有効利用を図ると共に、処理効
率の改善及び運転の安定化を可能とする嫌気性処理装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、下水、産業排水、汚泥などの有機
性排水は、嫌気性醗酵(メタン醗酵)槽で無機安定化さ
れており、ここで生成したメタンガスを回収する方法が
広く普及している。
【0003】例えば、下水処理場の二槽式汚泥処理に見
られるメタン醗酵では、まず、酸醗酵段階で有機性排水
中の有機物が低級脂肪酸に分解され、この際、水素と二
酸化炭素が発生する。この酸醗酵の後段のメタン醗酵段
階は、低級脂肪酸の最も安定化した形の酢酸からメタン
が生成される経路(約75%)と水素と二酸化炭素から
メタンが生成される経路(約25%)で構成されてい
る。
【0004】従って、従来の二槽反応方式の処理におい
ては、酢酸と同様、水素についても効率的にメタン醗酵
段階に移行するように、微生物の菌種間水素伝達を効率
良く行なわせるために、微生物同士を密接して生息させ
るような方法を採用してきているが、積極的な水素制御
はできていない。従って、できるだけ水素と二酸化炭素
から効率良くメタンが生成するような反応条件を整備す
る方法を採用している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、二槽反応
方式において、酸醗酵段階で発生した水素を効率的にメ
タン醗酵段階に送給することは難しく、このことがメタ
ン醗酵効率を高めることができない原因となっていた。
即ち、水素が効率良くメタン醗酵段階に廻らず、酸醗酵
段階に蓄積すると、酸生成菌(酪酸、プロピオン酸の分
解菌)が水素濃度上昇に敏感であることから、酸醗酵段
階において、酪酸、プロピオン酸の段階で有機酸生成が
停止し、酢酸の生成が行なわれなくなる。これは、酪
酸、プロピオン酸が分解して酢酸が生成する際に副生さ
れる水素が蓄積して水素分圧が上昇するため、生産物阻
害の状態となって、酪酸、プロピオン酸の分解菌の活動
が停止することによる。
【0006】このように、酸醗酵段階において、酪酸、
プロピオン酸が蓄積し、酢酸生成が停止すると、結果と
して、メタン醗酵段階でメタン生成ができなくなり、安
定かつ効率的な処理を行なえなくなる。
【0007】なお、酸醗酵段階における水素の働きは複
雑で、高分子物質が分解される過程で、発生した水素が
2重結合部分に付加して飽和脂肪酸になり、更に低分子
物質に分解される反応等にも利用されることから、酸醗
酵段階における水素の存在は重要である。従って、二槽
反応方式においては、酸醗酵段階における必要水素濃度
を維持して、不要な水素を効率的に取り除くことが必要
となる。
【0008】一方、一槽式の嫌気性処理槽を減圧して液
中に水素が蓄積するのを防止し、ガス生成を促進させる
ことも提案されている(京都大学環境衛生工学研究会第
13回シンポジウム講演論文集(1991)第186頁〜第
189頁)。しかし、この方法では、大型の処理槽を減
圧するためのシールが困難であるという問題があり、ま
た、減圧のために大型の真空ポンプを必要とし、設備費
が嵩むなどの問題もある。
【0009】本発明は上記従来の問題点を解決し、有機
性排水の二槽反応方式による嫌気性処理において、水素
とメタンとを別々に生産回収することにより、酸醗酵段
階における水素濃度を最適条件に調整し、エネルギーの
有効利用、処理効率の改善及び運転の安定化を図る嫌気
性処理装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の嫌気性処理装置
は、有機性排水を受け入れ酸生成するための酸生成槽
と、酸生成槽の流出液の一部を受け入れメタン生成を行
なうためのメタン生成槽と、酸生成槽の流出液の一部を
受け入れ、減圧して溶存ガスを気相に移行させるための
減圧槽と、減圧槽内の液を酸生成槽に戻す手段と、減圧
槽から排出される気相から水素を回収する手段とを備え
たことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の嫌気性処理装置においては、有機性排
水を受け入れ酸生成するための酸生成槽と、酸生成槽の
流出液を受け入れメタン生成を行なうためのメタン生成
槽とを備える二槽反応方式の嫌気性処理装置において、
減圧槽にて、酸生成槽の流出液の一部を受け入れて減圧
し、溶存する水素を分離する。このため、酸生成槽にお
ける濃度を酢酸生成に適当な濃度に制御することがで
き、酸生成槽における水素の蓄積に起因する酪酸、プロ
ピオン酸の蓄積、酢酸生成の停止が防止され、酸生成槽
においては、酸分解が円滑に進行して酢酸が効率的に生
成する。
【0012】従って、このように、有機成分が酢酸にま
で十分に分解された酸生成槽をメタン生成槽でメタン醗
酵させることにより、効率的な処理を行なって、メタン
を高収率にて回収することができる。
【0013】なお、減圧槽で分離された水素は水素回収
手段で効率的に回収され、メタン、水素共に、エネルギ
ー源として有効に利用することができる。
【0014】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。
【0015】図1は本発明の嫌気性処理装置の一実施例
を示す系統図である。
【0016】図示の如く、本実施例の嫌気性処理装置
は、配管11より有機性排水を受け入れ酸生成するため
の酸生成槽1と、酸生成槽1の流出液の一部を配管12
より受け入れメタン生成を行なうためのメタン生成槽2
と、酸生成槽1の流出液の残部を循環ポンプP1 を備え
る配管13より受け入れ、減圧して溶存ガスを気相に移
行させるための、撹拌機3Aを備える減圧容器3と、減
圧容器3内の液を酸生成槽1に戻す配管14と、減圧容
器3から真空ポンプP2 を備える配管15を経て排出さ
れる気相からH2 を回収する、水素吸蔵合金4Aを内蔵
する加圧容器4とを備える。図中、16はガス排出配
管、17はメタン生成槽2で生成したCH4をガス貯留
槽5に送給する配管、18は処理水の排出配管であり、
19、20は余剰汚泥の排出配管である。
【0017】本実施例の嫌気性処理装置においては、有
機性排水(汚泥を含む)を配管11より酸生成槽1に供
給して酸生成を行なう。酸生成槽1では、後述の如く、
減圧容器3における水素分離により、水素濃度が酢酸生
成に最適な濃度に調整されているため、有機性排水中の
有機物は効率的に酢酸に分解される。
【0018】酸生成槽1の流出液の一部は配管12より
メタン生成槽2に送給され、含有させる酢酸がメタンに
効率的に分解される。同時に、若干のH2 及びCO2
らもメタンが生成し、生成したメタンは配管17よりガ
ス貯留槽に回収貯留され、処理水は配管18より系外へ
排出される。このメタン生成槽2は、常圧にて運転され
る。
【0019】一方、酸生成槽1の流出液の残部は配管1
3より減圧容器3に送給され、この減圧容器3内で減圧
下撹拌される。これにより、液中に含有されるH2 やC
2等のガス成分が気相側へ移行する。このH2 を含む
ガス成分は、配管15より加圧容器4に送給され、H2
は加圧容器4内の水素吸蔵合金4Aに吸蔵され、その他
のガスは配管16より抜き出される。また、減圧容器3
内でH2 等のガス成分が分離された液は、配管14より
酸生成槽1に返送される。本実施例において、減圧容器
3の内部圧力が高過ぎると、H2 を効率的に液相から気
相側へ分離させることができないが、逆に、低過ぎる
と、酸生成槽1内での酢酸生成に必要な水素をも分離し
てしまうこととなるため、減圧容器3の内部圧力は、酸
生成槽1内のH2 濃度が酢酸生成が円滑に進行し得る程
度となるように適宜設定することが重要である。通常の
場合、減圧容器3の内部圧力は0.1〜0.9atm程
度とするのが好ましい。
【0020】また、同様な理由から、酸生成槽1と減圧
容器3との容積比や、流出液の循環流量や循環速度等に
ついても適宜調整し、H2 の分離割合を最適な値とする
のが好ましい。通常の場合、酸生成槽1と減圧容器3と
の容積比は10〜100倍程度とするのが好ましい。
【0021】減圧容器3で分離されたガス中に含有され
るH2 は、上述の如く、加圧容器4内の水素吸蔵合金4
Aに吸蔵されるが、この水素吸蔵合金4Aに吸蔵された
2は、水素吸蔵合金4Aを減圧下で処理することによ
り、容易に回収、再利用することができる。
【0022】なお、水素吸蔵合金としては市販の種々の
組成、品種のものが使用できるが、耐腐食性の強いラン
タン・ニッケル系合金(例えばLaNi5 Hx)が特に
好ましい。水素吸蔵合金の形状は、ガスとの接触効率を
高めるため微小な粒子状(粒径0.05〜10mm)、
又は表面積の広い充填材の表面に合金をコーティングし
たものが好ましい。例えば、粒径0.05〜10.0m
mのゼオライトや砂などの表面に水素吸蔵合金をコーテ
ィングしたものが好ましい。一般に水素吸蔵合金の水素
吸蔵反応は、加圧下ほど進行しやすいので、本実施例に
おいて、加圧容器4の圧力は、用いる水素吸蔵合金の性
能によっても異なるが、ガス温度25℃において、1.
5〜5.0atm程度とするのが好ましい。
【0023】なお、図1に示す嫌気性処理装置は、本発
明の嫌気性処理装置の一実施例であって、本発明は何ら
図示のものに限定されるものではない。例えば、減圧槽
や水素回収手段、その他において、他の構成を採用する
こともできる。
【0024】以下に実験例及び実施例を挙げて、本発明
をより詳細に説明する。
【0025】実験例1 本発明の嫌気性処理装置による水素回収の効果を確認す
る実験を行なった。有効容積9リットルのアクリル製実
験反応槽を3槽準備し、それぞれ気体部分を真空圧0.
13atm、0.5atm、1.0atmにして、下水
処理場から回収した嫌気性汚泥を入れて、グルコースを
主体とする人工廃水を25℃で嫌気性処理した。その結
果、真空圧の異なる反応槽毎に異なるガス生成が起こっ
た。即ち、汚泥滞留時間が22日の運転で、実験開始後
37日の安定した時点で、水素:メタン:二酸化炭素の
成分構成比(%)は、1.0atmの反応槽で0:4
0:60、0.13atmの反応槽で6:7:87であ
るのに対し、0.5atmの反応槽で10:0.5:8
9.5となった。
【0026】このことから、真空圧を適度に調整すると
液相内の水素濃度が調節され、結果としてメタンを発生
させないで水素を主として発生させることができること
がわかった。この実験結果では、0.5atmの運転で
反応槽内の酢酸濃度が他の真空圧の反応槽より高くな
り、水素制御により酢酸生成を主とする微生物群で反応
槽を構成することができたことが証明された。より強い
真空圧の運転条件0.13atmでは水素制御が強く働
き過ぎて、酸生成過程で適度に水素が必要な条件を満た
すことができないことが確認された。
【0027】実施例1 図1に示す嫌気性処理装置により処理を行なった。即
ち、グルコース濃度18.0g/リットルを主体とする
人工廃液を1リットル/日の流量で与えたところ、酸生
成槽1で酸生成反応が起こり、加圧容器4の水素吸蔵合
金4Aに約0.084g/日の水素が回収された。一
方、メタン生成槽2でメタン醗酵が起こり、約6.08
g/日のメタンが回収され、水素の回収と共に、効率的
なメタン醗酵が行なえることが確認された。
【0028】なお、減圧容器3の内部圧力は0.5at
mとし、加圧容器4の圧力は25℃で2.0atm、メ
タン生成槽2は常圧とした。また、酸生成槽1と減圧容
器3との容積比は24倍とし、酸生成槽1〜減圧容器3
の循環流量7リットル/日、酸生成槽1からメタン生成
槽2への給液量1リットル/日とした。
【0029】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の嫌気性処理
装置によれば、水素とメタンとを各々別々に回収してエ
ネルギーの有効利用を図ると共に、酸生成槽の水素濃度
を最適値に調整することにより、酸生成槽における酢酸
生成効率及びメタン生成槽におけるメタン生成効率を大
幅に改善して、安定かつ効率的な嫌気性処理を行なうこ
とが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の嫌気性処理装置の一実施例を示す系統
図である。
【符号の説明】
1 酸生成槽 2 メタン生成槽 3 減圧容器 4 加圧容器 4A 水素吸蔵合金 5 ガス貯留槽

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機性排水を受け入れ酸生成するための
    酸生成槽と、 酸生成槽の流出液の一部を受け入れメタン生成を行なう
    ためのメタン生成槽と、 酸生成槽の流出液の一部を受け入れ、減圧して溶存ガス
    を気相に移行させるための減圧槽と、 減圧槽内の液を酸生成槽に戻す手段と、 減圧槽から排出される気相から水素を回収する手段とを
    備えたことを特徴とする嫌気性処理装置。
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