JPH08173993A

JPH08173993A - 嫌気性処理の制御方法

Info

Publication number: JPH08173993A
Application number: JP32415994A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsunaga; 旭松永
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】嫌気性処理により有機性廃棄物及び廃水を処
理する際の反応槽への最適な原水投入量制御方法を提供
することを目的とする。【構成】有機性廃棄物及び廃水を嫌気性処理する際
に、反応槽１への原水２投入量の指標として、有機物・
酢酸資化性メタン細菌濃度測定手段７によって測定され
た制御因子が適正範囲にあるように原水ポンプ３による
原水の流量を調節するようにした嫌気性処理の制御方法
を提供する。上記有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷
は、請求項２に記載された（１）式を用いて計算され、
更にこの式（１）に有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷
の制御目標値を代入して原水２の流量を算出し、この原
水流量からＨＲＴ及び有機物容積負荷の適正値を決定す
るようにした方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は有機性廃棄物及び廃水の
嫌気性処理方法における反応槽への原水投入量制御方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機性の廃棄物及び廃水の嫌気性処理
は、嫌気性微生物が関与する生物分解反応，例えばメタ
ン発酵槽が用いられている。図３は有機性基質の固形物
含量及び潜在エネルギー量とそれに対応する嫌気性処理
方法を示している（稲森悠平，須藤隆一；用水と廃水，
25(10)3(1983)より抜粋）。

【０００３】図３によると、固形物含量が高い汚泥とか
家畜のふん尿等の嫌気性処理としては標準方法が適して
いる一方、固形物含量が低い有機性廃水を対象とした場
合には、嫌気性ろ床法とか嫌気性流動床法、ＵＡＳＢ法
が適している。

【０００４】これらの嫌気性処理の諸方式における基質
投入量の制御は、一般的にはＨＲＴ（水理学的滞留時
間）と有機物容積負荷によって行われる。但し固形物含
量が低い場合には、有機物容積負荷の代わりにＴＯＣ
（総有機炭素量），ＣＯＤ（化学的酸素要求量），ＢＯ
Ｄ（生物化学的酸素要求量）等の容積負荷が用いられ
る。

【０００５】例えば汚泥を対象とした標準発酵方式にお
ける基質投入量制御では、中温発酵においてＨＲＴを２
０〜３０日、有機物容積負荷を３（ｋｇ／ｍ³・日）以下
にするのが一般的である。又、産業廃水を対象にしたＵ
ＡＳＢ法ではＣＯＤ容積負荷を１０〜１５（ｋｇ／ｍ³・
日）以下にすることが多い。

【０００６】このように基質の種類と処理方式によって
投入量の制御目標値も異なるので、各ケース毎にＨＲＴ
や有機物、或いはＴＯＣ，ＣＯＤ，ＢＯＤ負荷の目標値
を決定しているのが現状である。尚、嫌気性反応槽への
基質の投入量の他の制御方法として、有機物容積負荷と
槽内汚泥量に対するＦ／Ｍ比の制御とか、汚泥負荷を制
御する方法も知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】嫌気性処理の基質投入
量制御は、前記したようにＨＲＴと有機物容積負荷によ
って目標範囲に入るような制御が行われており、ＨＲＴ
は処理対象とする原水の性状とか処理方法によって経験
的に決定される。しかしながらＨＲＴを一定にして運転
した場合に、原水の組成変動とか有機物の容積負荷が変
動した時に処理効率に影響を与えることがあり、例えば
原水の有機物濃度が高すぎる場合は有機物濃度の上昇と
かｐＨの低下及びガス発生量の減少が起こり、処理不能
に陥ることもある。逆に原水の有機物濃度が低くなった
場合には、ＨＲＴを短縮して高負荷処理が可能であるの
に低負荷で運転を継続することになるため、経済的に不
利であるという問題がある。

【０００８】又、前記Ｆ／Ｍ比制御とか汚泥負荷を制御
する方法の場合、具体的な表現方法として有機物負荷
率，即ち原水中の有機物量／タンク内汚泥有機物量と
か、槽内汚泥有機物をＶＳＳと呼称した場合のＴＯＣ
（ＣＯＤ，ＢＯＤ）・ＶＳＳ負荷がある。しかしＦ／Ｍ
比制御とか汚泥負荷制御方法では、タンク内汚泥の有機
物は微生物体の外にも投入原水中の非分解性の有機物を
も含むため、厳密にはＦ／Ｍ比制御とは言えない点があ
り、そのため各ケース毎に適正な汚泥負荷の目標値を決
定する必要がある。更に汚泥微生物濃度が変動した場合
には、上記目標値を変更する必要性も生じる。

【０００９】このように従来から知られている嫌気性処
理の基質投入量制御方法は、各ケース毎に経験的に制御
目標値を決定する必要があるため、経験不足に起因して
必要以上に長いＨＲＴを設定したり、或いは低有機物負
荷で開始してから手探りで適正制御範囲を求める等の手
段に頼らざるをえないため、定常運転を行うには長い時
間を要してしまうという問題点がある。

【００１０】有機物負荷が過大になる原因としては二つ
のケースが考えられ、第１はＨＲＴを一定にして運転し
ていても原水の組成の変動に伴って高濃度の原水が流入
した場合であり、この場合には前記Ｆ／Ｍ比，即ち槽内
汚泥有機物（以下ＶＳＳと略称）に対するＴＯＣが上昇
する。これを換言すれば、ＴＯＣ・ＶＳＳ負荷が上昇す
る。

【００１１】第２は汚泥の沈降性悪化により、汚泥が槽
外に流出して槽内汚泥量が減少した場合であり、有機物
容積負荷は不変でもＴＯＣ・ＶＳＳ負荷が上昇する。こ
のような汚泥の沈降性変化は原水のｓｓ濃度が上昇した
場合とかＨＲＴの急変時に起こる傾向がある。経験的に
は特に原水の供給が長時間停止した場合に汚泥が浮上す
る現象が観察される。

【００１２】そこで本発明はこのような従来の嫌気性処
理における基質投入量制御手段が有している課題を解消
して、有機性廃棄物及び廃水を嫌気性処理する際の反応
槽への最適な原水投入量制御方法を提供することを目的
とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、有機性廃棄物及び廃水を嫌気性処理する
際に、反応槽への原水投入量の指標として、有機物・酢
酸資化性メタン細菌負荷という制御因子を求めて、この
制御因子が適正範囲にあるように原水の流量を調節する
ことを特徴とする嫌気性処理の制御方法を提供する。

【００１４】上記有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷
は、請求項２に記載された（１）式を用いて計算され、
更に式（１）に有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷の制
御目標値を代入して原水の流量を算出し、この原水流量
からＨＲＴ及び有機物容積負荷の適正値を決定するよう
にした方法を提供する。

【００１５】

【作用】かかる嫌気性処理の制御方法によれば、反応槽
に付設された酢酸資化性メタン細菌濃度測定手段の測定
値に基づいて、式（１）を用いて有機物・酢酸資化性メ
タン細菌負荷が計算され、この結果から反応槽に対する
原水流量の最適な制御が実施される。特に上記有機物・
酢酸資化性メタン細菌負荷が適正な範囲に入らない場合
には、適正な範囲に入るような原水の流量を計算により
求めて、原水ポンプの流量を調節する制御が実施可能と
なる。

【００１６】更に負荷の指標として有機物・酢酸資化性
メタン細菌負荷を用いたことにより、Ｆ／Ｍ比とか汚泥
負荷の厳密な制御が行われ、過負荷によるプロセス不良
とか未消化等の現象が防止される。この酢酸資化性メタ
ン細菌の量はメタン発生に直接関係する主要な活性微生
物の指標であるため、従来から処理経験がない基質とか
処理方式に対しても制御目標範囲を容易に予測すること
ができる。

【００１７】この有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷の
制御目標範囲からＨＲＴとか有機物容積負荷の適正範囲
を決定することができるので、運転の開始から定常運転
までの時間が短縮されるという作用が得られる。

【００１８】

【実施例】以下本発明にかかる嫌気性処理の制御方法の
具体的な実施例を説明する。本実施例では嫌気性処理に
おける原水投入量の指標として、有機物・酢酸資化性メ
タン細菌負荷という概念を定めて、これが一定範囲に入
るような制御方法を利用したことが特徴の一つとなって
いる。

【００１９】上記の有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷
とはＦ／Ｍ比の一種であり、下記の（１）式を用いて計
算される。

【００２０】

【数２】

【００２１】（１）式において投入原水有機物濃度とし
てＶＳ，ＴＯＣ，ＣＯＤ，ＢＯＤ等が用いられる。嫌気
性処理におけるタンク内の酢酸資化性メタン細菌濃度
は、文献（D.Valche,W.Verstraete Journal WPCE,55(9)
1191,1983）に記載された方法によって測定された酢酸
資化性メタン細菌濃度とタンク内汚泥のＶＳＳの比につ
いては、下水生汚泥の標準発酵で６〜８％、産業廃水の
ＵＡＳＢ法では３０〜６０％という値が報告されてい
る。

【００２２】本実施例を適用した有機物・酢酸資化性メ
タン細菌負荷を目標とした制御システムを図１に示す。
図１において、１は嫌気性処理反応槽（発酵タンク）、
２は流入原水、３は原水ポンプ、４は有機物測定手段、
５は流量計、６は反応槽内汚泥のＶＳＳ測定手段、７は
酢酸資化性メタン細菌濃度測定手段、８は制御装置、９
はガスホルダ、１０は処理水である。

【００２３】上記有機物測定手段４、流量計５、汚泥の
ＶＳＳ測定手段６及び酢酸資化性メタン細菌濃度測定手
段７の各測定値に基づいて制御装置８によって前記
（１）式を用いて有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷を
計算することができる。この結果により原水ポンプ３の
最適な駆動が制御される。

【００２４】即ち、本実施例では上記有機物・酢酸資化
性メタン細菌負荷が適正な範囲に入らない場合には、適
正な範囲に入るような原水２の流量を計算によって求め
て、原水ポンプ３の流量を調節することが特徴となって
いる。

【００２５】メタン細菌は酢酸資化性と水素資化性の二
つに大別されるが、通常の有機物の嫌気性分解ではその
７０％が酢酸を経由して分解することが知られている。
従って原水投入量の制御において、酢酸資化性と水素資
化性との両者を測定しなくても酢酸資化性メタン細菌だ
け測定すれば十分であるものと考えられる。

【００２６】有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷の適正
範囲に関しては、実データに基づいて以下に記す実施例
１，２のようにして算出した。

【００２７】〔実施例１〕下水生汚泥を基質として用い
た標準方式嫌気性消化において、３５℃でＨＲＴ＝３０
日の条件で連続運転を行った場合の有機物・酢酸資化性
メタン細菌負荷を計算した。タンクの有効容積は９リッ
トルとした。この時の汚泥性状は表１に示す通りであ
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】消化汚泥の酢酸資化性メタン細菌濃度の測
定値は７６９（ｍｇ／ｌ）であり、有機物・酢酸資化性
メタン細菌負荷は

【００３０】

【数３】

【００３１】である。一方、同じ基質を用いた場合には
ＨＲＴは２０日まで短縮可能である。この時の有機物・
酢酸資化性メタン細菌負荷は

【００３２】

【数４】

【００３３】即ち、下水濃縮生汚泥の中温標準方式嫌気
性処理における適正な有機物・酢酸資化性メタン細菌負
荷の範囲は１.７〜２.５（ｋｇ／ｋｇ・日）となる。

【００３４】〔実施例２〕酢酸、グルコース、ペプト
ン、メタノール酵母エキス、無機塩酸等から構成され
て人工基質を用いたＵＡＳＢ室内実験のデータによって
適正な有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷を推定した。
この場合、３５℃において適正なＴＯＣ・ＶＳＳ負荷は
０.３〜０.７（ｋｇ／ｋｇ・ＶＳＳ・日）であった。

【００３５】ＵＡＳＢ法において、酢酸資化性メタン細
菌／ＶＳＳの比率が３０〜６０％の範囲にあることが多
いので、この例でもＶＳＳの３０〜６０％が酢酸資化性
メタン細菌であると仮定した。

【００３６】上記ＵＡＳＢ法は上昇流式嫌気性スラッジ
ブランケット法（Upflow anaerobicsludge blanket rea
ctor process）の略であり、Lettinga（1980），Froste
ll（1981）等によって開発された付着担体を用いないで
汚泥自身のペレット状もしくはグラニュール増殖によっ
て沈降性の優れた嫌気性微生物を高濃度に反応器に保持
して高容積負荷を許容しようとする高速嫌気性処理技術
であって自己固定化菌体法ともいえる方法である。

【００３７】ＴＯＣ・ＶＳＳ負荷が０.７（ｋｇＴＯＣ
／ｋｇ・ＶＳＳ・日）の場合には、ＴＯＣ酢酸資化性メタ
ン細菌負荷は 0.7×{１／(0.3〜0.6）}＝1.17〜2.33（ｋｇＴＯＣ／ｋｇ・日）である。ここで使用した人工基質では有機物の３７％が
炭素であるため、ＴＯＣを有機物重量に換算してから有
機物・酢酸資化性メタン細菌負荷に換算すると、（1.17〜2.33）×（１／0.37）＝3.15〜6.30（ｋｇ／ｋｇ・日）ＴＯＣ・ＶＳＳ負荷の下限の０.３（ｋｇＴＯＣ／ｋｇ・
ＶＳＳ・日）では、ＴＯＣ酢酸資化性メタン細菌負荷
は、 0.3×{１／(0.3〜0.6）}＝１〜0.5（ｋｇＴＯＣ／ｋｇ・日）更にＴＯＣを有機物換算すると、（1〜0.5）×（１／0.37）＝2.70〜1.35（ｋｇ／ｋｇ・日）となる。即ち、ＵＡＳＢ法では有機物・酢酸資化性メタ
ン細菌負荷の適正範囲は、０.５〜２.３（ｋｇＴＯＣ／
ｋｇ・日）又は１.３５〜６.３０（ｋｇ有機物／ｋｇ・
日）ということになる。これはＵＡＳＢ法の方が標準方
式よりも有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷が高くなる
のは基質の分解速度が異なるためと考えられる。

【００３８】以上説明したように、嫌気性処理の投入量
の制御において、負荷の指標として有機物・酢酸資化性
メタン細菌負荷を用いたことにより、Ｆ／Ｍ比又は汚泥
負荷のより厳密な制御を行うことが可能となり、これに
伴って過負荷によるプロセス不良または未消化を未然に
防止することができる。

【００３９】Ｆ／Ｍ比又は汚泥負荷の制御指標としては
有機物負荷率とかＴＯＣ（ＣＯＤ，ＢＯＤ）・ＶＳＳ負
荷等があるが、これらにおいてはタンク内汚泥の有機物
は微生物体の外に投入原水中の非分解性有機物を含むた
め厳密なＦ／Ｍ比にならない。これに対して本実施例の
場合には、メタン発生に直接関係する主要な活性微生物
である酢酸資化性メタン細菌の量をＭとしているため、
Ｆ／Ｍ比又は汚泥負荷により近い表現となって嫌気性処
理方式の相違によりＨＲＴとか有機物容積負荷の適正範
囲が大いに異なるのに対して、有機物・酢酸資化性メタ
ン細菌負荷は処理方式の相違を超越して共通性のある指
標となり、従来から処理の経験がない基質とか処理方式
に対しても制御目標範囲を予測できる利点がある。

【００４０】又、有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷の
制御目標範囲からＨＲＴとか有機物容積負荷の適正範囲
を計算することができるという利点があり、これに伴っ
て開始から定常運転までの時間を短縮することが可能と
なる。

【００４１】他方で、嫌気性汚泥中の酢酸資化性メタン
細菌の菌体量を推定する実用的方法（D.Valche,W.Verst
raete Journal WPCE,55(9)1191,1983）によれば、メタ
ン発酵に基づくメタン生成量の７０％又はそれ以上は酢
酸が前駆体となっている。酢酸をメタンと二酸化炭素に
変換できるメタン菌の種類は限られており、一例として
Methanobacter;Soehngenii;Methanosarcina bacter;Met
hanosarcina strain227等がある。

【００４２】混液とか流入液中の酢酸資化性メタン細菌
数の測定は嫌気性消化においてしばしば問題となってお
り、菌体数を推定するいくつかの方法が提案されてき
た。しかしこれらの方法は間接的であるか、或いは操作
が複雑であるという問題がある。

【００４３】ここで提案する方法は、一連の汚泥処理に
対して酢酸塩の添加量を増加させることによって混液１
リットル当たりの最大メタン発生速度を測定するもので
ある。即ち、本方法は最大２４時間のインキュベーショ
ン内では生物体の成長は最小であり、酢酸変換速度は０
次反応式に従い、ある範囲内では基質濃度による影響を
受けないという知見に基づいている。

【００４４】更に最大酢酸変換速度を酢酸分解性メタン
菌数に変換するため、本測定条件では最大比活性（菌重
量当たりメタン生成速度）が得られるものと仮定した。

【００４５】酢酸資化性メタン細菌の最大比活性に関し
ては、無菌性培養或いは準無菌増菌（強化）培養リアク
ターにおけるデータ数は少ない。本実施例では嫌気性消
化槽、とりわけ酢酸性基質を主として供給する消化槽の
制御に用いて有効である。

【００４６】表２にメタン菌の無菌培養及び酢酸塩で生
育したメタン汚泥の酢酸資化性メタン細菌の最大比活性
（ｍｌ・ＣＨ₄／ｇ・ＶＳＳ・日）を計算した数例を示す。
これらの数値は全て非対数増殖細胞数と相関があり、酢
酸資化性メタン細菌の菌体重量グラム／日当たり７１７
〜３０２０ｍｌのメタン０.２５〜１.０６（ｇＣＨ₃・Ｃ
ＯＤ／ｇ酢酸分解性メタン菌重量／日）が生成されるこ
とを示している。より多くのデータが必要であることは
当然であるが、表２の記載値から３０〜３５℃における
最大比活性は約１０００（ｍｌ・ＣＨ₄／ｇ・ＶＳＳ・日）
（0.35ｇＣＨ₃・ＣＯＤ／ｇ・ＶＳＳ／日）である。

【００４７】

【表２】

【００４８】以下に具体的な測定方法を説明する。先ず
材料として消化槽から比較的大量（５〜１０リットル）
の汚泥を引き抜く。この時にリアクタの汚泥濃度を代表
する試料が得られるように留意してサンプリング操作を
行う。ここで試料のｓｓ成分、ＶＳＳ、ＴＯＣを測定す
る。

【００４９】次に２.５ｇのＫＨ₂ＰＯ₄、１.０ｇのＫ₂
ＨＰＯ₄、１.０ｇのＮＨ₄Ｃｌ、０.１ｇのＭｇＣｌ₂、
０.２ｇの酵母エキス及び０.１ｇのＮａ₂Ｓ・７Ｈ₂Ｏを
１.０リットルの水に溶解して無塩基類のミネラルを含
むｐＨ６.７のストック溶液を調製する。そして前記汚
泥試料をこのストック溶液で希釈してＶＳＳ濃度が約５
（ｇ／ｌ）の混液とし、図２に示す容積が２.０リット
ルの三角フラスコ１１に上記混液を入れる。

【００５０】次いで３０℃で２４〜４８時間の馴養を実
施する。本例では三角フラスコ１１に異なる量のＮａＡ
ｃ（１ｇＨＡｃ＝１.３７ｇＮａＡｃ）を添加して汚泥
濃度を０.３〜１.０（ｇＨＡｃ／ｇ・ＶＳＳ）の範囲に
調節した。最大メタン発生速度が最高汚泥負荷において
観測された場合には、１.０ｇ（ｇＨＡｃ／ｇ・ＶＳＳ）
よりも高い汚泥負荷において試験を実施しなければなら
ない。

【００５１】上記操作中に液中に酸素が導入されないよ
うに注意する。ＮａＡｃの添加後、三角フラスコ１１内
の液は１.０ＮのＨＣｌ又は１.０ＮのＮａＯＨでｐＨ
６．７に調節する。それから窒素ガスを少なくとも１分
間通気してからマグネチックスターラ１２の上に置いて
３０分毎に５分間撹拌して３０℃で２４時間保温する。
発生したガスは１ＮのＮａＯＨ溶液１３中にバブリング
してＣＯ₂を除去し、ＣＨ₄の容積をガスコレクター１４
による水上置換により測定する。

【００５２】次に増菌培養を行う。室内実験で酢酸塩を
基質とした２つのメタン菌増菌培養ではそれぞれ９０
０，９３０（ｍｌＣＨ₄／ｇ・ＶＳＳ・日）のメタンを生
成した。両培養系は醸造廃水処理用の１２ｍ³のパイロ
ット規模消化槽から由来したものであり、この消化槽に
下水処理場の嫌気性汚泥を種汚泥として立ち上げたもの
である。

【００５３】第１の増菌培養は水浴中、第２の増菌培養
は上向流式リアクタの中で行った。両培養系における培
地には１リットル当たりに以下の重量の成分が含有され
ていた。

【００５４】ＮａＡｃ；３.０ｇ、ＫＨ₂ＰＯ₄；３.０
ｇ、Ｋ₂ＨＰＯ₄；１.０ｇ、ＣａＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ；１.０
ｇ、ＮＨ₄Ｃｌ；１.０ｇ、ＭｇＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ；０.１
ｇ、Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃；０.１ｇ、酵母エキス；０.２
ｇ、エタノール；１.５ｍｌ次に亜麻さらし工場で得られる亜麻の皮繊維からの廃水
を処理するための上向流式リアクタの汚泥を用いて本試
験方法の検証を実施した。操作は異なる濃度のＮａＡｃ
を添加して３０時間変化を観察した。その結果、２７５
〜４２５（ｍｌＣＨ₄／混液容積（Ｌ）／日）までは時
間に比例してガス生成量が増加し、汚泥濃度が高い場合
にはメタン生成速度も速くなることが判明した。しかし
ながらそれぞれの汚泥は０．４０（ｇＨＡｃ／ｇ・ＶＳ
Ｓ）以下の汚泥負荷では酢酸塩濃度が反応の律速とな
り、汚泥を５（ｇＶＳＳ／Ｌ）或いはそれ以下まで希釈
して基質非律速の条件にする必要がある。

【００５５】濃縮した汚泥に酢酸塩を大量に添加する方
法は推奨できない。何故ならｐＨとか培地の塩類濃度等
の変動が活性を低下させる原因となるからである。実際
に３.７２（ｇＨＡｃ／ｌ）以上の酢酸塩を添加しても
この汚泥ではメタン生成速度が上昇しなかった。

【００５６】酢酸資化性メタン細菌の最大比活性は、前
記表２に示したように任意の条件下において約１０００
（ｍｌＣＨ₄／ｇ・ＶＳＳ・日）になるという仮定と、表
３に示す最大比メタン生成速度の観察結果に基づいて、
酢酸資化性メタン細菌は上向流式リアクタから採取中に
汚泥のＶＳＳ中の９.９〜１０.３％を占めることにな
る。

【００５７】

【表３】

【００５８】２カ月後にこのリアクタがフル運転を開始
している時に再試験を実施したが、この時には酢酸資化
性メタン細菌はＶＳＳの３３％まで増加した。更に汚泥
が引き抜かれたリアクタのメタン生成速度（ｍ³ＣＨ₄／
ｋｇ・ＶＳＳ・日）の実測値は前記試験で得られたメタン
生成速度に相当する値が得られており、リアクタが最高
負荷に近い負荷で運転されていたことが判明した。実
際、更に負荷を高めるとＣＯＤ除去効率が急速に低下す
ることが予測される。

【００５９】２番目の汚泥として酸素生産プラントの酸
性化した廃水を処理するための１２ｍ³の上向流式メタ
ンリアクタから引き抜いたものを用いた。このリアクタ
の主要な基質は酢酸である。汚泥試料は２４.３（ｇ／
ｌ）のｓｓ成分と１６.２（ｇ／ｌ）のＶＳＳを含んで
いる。表４に示したように最大活性は３９５（ｍｌＣＨ
₄／ｇ・ＶＳＳ・日）であった

【００６０】

【表４】

【００６１】醸造廃水を処理する二相嫌気性消化槽に対
しては１０カ月間調査した。始動してから１カ月後、メ
タンリアクタ内での汚泥はもともと廃水消化槽汚泥を種
汚泥としたものであり、酢酸資化性メタン細菌のＶＳＳ
中に占める比率は８％であったが、１０カ月間の運転の
後では３１％まで上昇した。

【００６２】上向流メタンリアクタの中では最大の１５
００ｍ³の上向流リアクタは、てん菜糖工場の廃水を処
理するものである。汚泥負荷１.８ｇ（ＨＡｃ／ｇ・ＶＳ
Ｓ）、基質濃度４.３（ｇＨＡｃ／ｌ）の条件で最大ガ
ス生成速度は６３５（ｍｌＣＨ₄／ｇＶＳＳ・日）であっ
た。この数値は汚泥のＶＳＳの６３％が酢酸分解性メタ
ン細菌であることを示している。

【００６３】潜在メタン生成速度と実際のメタン生成速
度の比であるＰは、０.２７という数値が得られた。こ
のリアクタは酢酸を含む廃水をより高い負荷で処理して
も酢酸が蓄積される虞れがないことを示している。

【００６４】次に家庭用消化槽の汚泥の活性を検査し
た。１次リアクタ（Ｖ＝８０ｍ³）は２０〜３０、ＳＲ
Ｔは４７日で運転されていた。汚泥試料は４．３３（ｇ
ｓｓ／ｌ）に希釈され、ｓｓ成分の５４％がＶＳＳであ
った。メタン生成活性は低く、最高でも±８０（ｍｌＣ
Ｈ₄／ｇ・ＶＳＳ・日）であった。この数値から酢酸資化
性メタン生成菌の菌体重量はＶＳＳの８％を占めること
になる。

【００６５】第２リアクタは６５００ｍ³の卵形消化槽
であり、ＳＲＴは２６日で運転されている。このリアク
タに投入される下水汚泥は３％乾燥固形物を含む薄いも
のであり、試験の結果、この消化槽の汚泥はメタン菌濃
度が低いことが判明した（前記表４参照）。

【００６６】最後に豚のふん尿を処理する消化槽の汚泥
について試験を行った。室内実験用発酵槽にスクリーン
にかけた豚のふん尿（１５ｇ／ｌＣＯＤ，７〜９ｇ／ｌ
・ＶＳＳ）を投入した場合、１リットル当たり１.０ｇの
酢酸資化性メタン細菌濃度となった。通常の豚ふん尿を
処理するフルスケールの消化槽（５０〜６０ｇ／ｌＣＯ
Ｄ，４０〜４５ｇ／ｌ・ＶＳＳ）ではＶＳＳ中の酢酸資
化性メタン細菌の重量比はかなり低レベルであった。

【００６７】上記したようにメタン発酵は注意深い設計
と制御を必要とする微生物プロセスであり、実際の技術
者とかプラントオペレータはメタン発酵のプロセス設計
において一般的に汚泥負荷率を基準としている。しかし
ながらＶＳＳパラメータはメタン生成活性のあるバイオ
マスを表現するのと同様に生命のない有機物粒子をも表
現することができるという面で曖昧な点が多いという難
点がある。

【００６８】本実施例では迅速且つ簡単に嫌気性消化汚
泥中の酢酸分解性メタン生成菌の重量比に関する情報が
得られる。オペレータは消化槽中の活性成分量を正確に
推定することができる。

【００６９】更に特定の汚泥濃度におけるリアクタの最
大可能メタン生成速度を推定可能である。この試験では
新鮮な汚泥試料を使用する用に留意しなければならな
い。何故ならば１０〜１５℃で２〜３週間放置した汚泥
はメタン生成速度が相当低下していることが多いからで
ある。この試験において試料に対して添加する酢酸の量
は基質律速にならないようにすることが必要である。

【００７０】低活性の消化汚泥を対象とする場合のよう
に、条件によっては最初の酢酸濃度をガスクロマトグラ
フィーで測定した方が良い場合もある。しかしながら容
易に消化する汚泥中では、酢酸塩は通常基質非律速範囲
以下である。

【００７１】酢酸資化性メタン生成の最大比生成速度は
Methanosarcina bacterとMethanosarcina strain227の
み知られている。これらの微生物は嫌気性消化汚泥中で
は多分重要な菌種であると考えられる。

【００７２】最近、Zehnderらは酢酸−脱カルボキシレ
ート、非水素酸化性Methanobacteriun sohgenil様メタ
ン細菌の特性を記述した。この酢酸資化性菌の基質親和
力は、Ｋｓ≒０.４６であり、Methanosarcina strain22
7のＫｓの約５ｍＭに比較すると基質親和性が高い。生
態学的にはこの酢酸資化性菌により高効率で成長速度が
大きいsarcinaと競合する酢酸資化性微生物になり得る
ものと思われる。しかしこのメタン細菌の最大比基質変
換速度とかメタン生成速度等はまだ知られていない。

【００７３】溶解性基質を受容するリアクタ内に存在す
るＶＳＳは、主として微生物体から構成される。しかし
有機物粒子を受容するリアクタ内にあっては、ＶＳＳパ
ラメータは基質と活性微生物体の両方により構成され
る。このような場合には試験の結果は相対的な値にすぎ
ず、リアクタ中に存在するＶＳＳ存在量の何％が酢酸資
化性メタン細菌であるかを表現する後者のデータの解釈
に当たって、該リアクタを最適に操作するための言及が
行われなければならない。

【００７４】本願発明においては、下水汚泥とかスクリ
ーンで分離していない豚ふん尿のような溶解性ＣＯＤ／
ＶＳＳの比が約０.４になる２つの基質について検査し
た。これらのリアクタにおいては、ＶＳＳの６.０〜８.
０％が酢酸資化性メタン細菌の菌体であった。しかしな
がらスクリーンにより分離した豚ふん尿の場合は溶解性
ＣＯＤ／ＶＳＳの比が１.０であるが、ＶＳＳ中に占め
る酢酸資化性メタン細菌の重量比は１４％となった。完
全混合リアクタ内で任意の溶解性ＣＯＤ／ＶＳＳに対す
る酢酸資化性バイオマスの最適レベルを確立するために
は、更に実験と数学的モデリングが必要である。

【００７５】本試験条件下では０.２（ｍｇＨＡｃ／ｇ・
ＶＳＳ）程度の低汚泥負荷においてＨＡｃはＣＨ₄に化
学量論的に変換されるので、ＨＡｃ添加量ｇ当たり３５
０ｍｌのＣＨ₄が発生する。酢酸資化性メタン細菌の最
大比メタン生成速度として想定された値は１０００（ｍ
ｌ／ｇバイオマス乾重量・日）である。この値は試験条
件にも関係する。更に対数増殖している場合には対数増
殖後、或いは定常成長期の細菌に適用される値である。
実際、対数増殖期のメタン細菌は定常成長期の２〜３倍
以上の比活性を示す可能性がある。

【００７６】このことについては特にVandel Bergらに
よって報告されており、Methanosarcina strain227の存
在によるものと考えられている。この値はこのままでは
概算値であるが、上向流式リアクタの各種の汚泥を対象
として測定した結果、この値が現実的な値であることが
判明した。

【００７７】この試験は汚泥が酢酸とメタンと二酸化炭
素に変換する能力を測定することを主眼としたものであ
り、従って水素資化性メタン菌とか水素生成共生性酢酸
生成菌等の菌数については不明であり、この試験の結果
は全嫌気性菌群を集約して考えたものではない。試験は
二相廃水処理システムの上りに基質の主成分が酢酸であ
る場合の廃水処理リアクタを制御するのに役立ってい
る。他の消化槽に対しては以前に指摘したように参照消
化槽との比較、ｐＨ、酢酸よりも高級な脂肪酸濃度、Ｆ
₄₂₀その他のパラメータとの関係の中で解釈すべきであ
る。

【００７８】結論的には、リアクタ内の酢酸資化性バイ
オマスの量は、比メタン生成能と同様に単純で簡単な試
験によって求めることができる。これによって得られた
情報は消化槽の監視とか運転制御のために利用可能であ
る。

【００７９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる嫌気性処理の制御方法によれば、反応槽に付設した
酢酸資化性メタン細菌濃度測定手段の測定値に基づき、
計算式を用いて有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷が計
算され、この結果から反応槽に対する原水流量の最適な
制御を実施することができる。従って単にＨＲＴと有機
物容積負荷を指標とした従来の制御とは異なって原水の
組成変動とか有機物の容積負荷が変動した場合でも処理
効率に影響がなく、経験不足に起因して必要以上に長い
ＨＲＴを設定した低負荷運転の継続をなくして運転コス
トの面からも有利であり、有機性廃棄物及び廃水を嫌気
性処理する際の反応槽への最適な原水投入量の制御を可
能とする。

【００８０】更に負荷の指標として有機物・酢酸資化性
メタン細菌負荷を用いたことにより、Ｆ／Ｍ比とか汚泥
負荷の厳密な制御が可能となり、過負荷によるプロセス
不良とか未消化等の現象をもたらす虞れがなくなり、且
つ該酢酸資化性メタン細菌の量はメタン発生に直接関係
する主要な活性微生物の指標であるため、処理経験がな
い基質とか処理方式に対しても制御目標範囲を容易に予
測することができる。

【００８１】又、有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷の
制御目標範囲からＨＲＴとか有機物容積負荷の適正範囲
を決定することができるので、運転の開始から定常運転
までの時間が短縮されるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例を適用した制御システムを示す概要
図。

【図２】混液中の酢酸資化性メタン細菌数の測定手段の
一例を示す概略図。

【図３】有機性基質の固形物含量及び潜在エネルギー量
とそれに対応する嫌気性処理法を示すグラフ。

【符号の説明】

１…嫌気性処理反応槽２…流入原水３…原水ポンプ４…有機物測定手段５…流量計６…汚泥のＶＳＳ測定手段７…酢酸資化性メタン細菌濃度測定手段８…制御装置９…ガスホルダ１０…処理水１１…三角フラスコ１２…マグネチックスターラ１４…ガスコレクター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性廃棄物及び廃水を嫌気性処理する
際に、反応槽への原水投入量の指標として、有機物・酢
酸資化性メタン細菌負荷という制御因子を求めて、この
制御因子が適正範囲にあるように原水の流量を調節する
ことを特徴とする嫌気性処理の制御方法。
【請求項２】上記有機物・酢酸資化性メタン細菌負荷
を下記の（１）式を用いて計算するようにした請求項１
記載の嫌気性処理の制御方法。【数１】
【請求項３】上記の式（１）に有機物・酢酸資化性メ
タン細菌負荷の制御目標値を代入して原水の流量を算出
し、この原水流量からＨＲＴ及び有機物容積負荷の適正
値を決定するようにした請求項２記載の嫌気性処理の制
御方法。