JPS6377600A - 有機性汚泥の嫌気性消化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は下水汚泥などの有機性汚泥を合理的に嫌気性消
化する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

嫌気性消化法は次のような理由から、下水汚泥処理の分
野では古くから一般的なものとなってきた。

（イ）　低コストで、大量の希薄な有機性スフリーを安
定化できる。

（ロ）汚泥生成欧が少ない。

（ハ）病源菌が高速で殺菌される。

に）　土壌改良剤として、消化汚泥を利用し得る。

（ホ）さらに、汚泥中の有機性炭素をメタンを主成分と
するガスに転換できるという魅力がある。

このような数多い利点があるにもかかわらず、嫌気性消
化プロセスは末だ、その充分な潜在的能力を発揮させ得
る段階には到達していない。

それは次のような理由によるものである。

（イ）物理的、化学的および生化学的相互作用に関する
知識の欠如。

（ロ）　消化槽の設計および運伝が慣習的方法に捉われ
ている。

ｅ）　消化システムの基本的特性に関する基礎的研究が
十分に行われないまま経験的な設計方法が採用されてい
る。

本発明は、このような問題意識に基すいて検討を進めた
結果完成されたもので、１９７５年にＧｏｓｈによって
提案された二相消化法すなわち酸発酵とメタン発酵の２
相に分離して嫌気性消化する方法をさらに改善すること
によって、合理的に有機性汚泥を嫌気性消化する技術を
確立したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の下水汚泥の嫌気性消化法で大きな問題点となって
いるのは、大容量の消化、清を必要とするという点以外
に、嫌気性消化工程からＳ　Ｓとリンが下水処理工程ヘ
ゲ返流されるというバックロートドフグμである。すな
わち、嫌気性消化工程から、キャリオバーしたもはやガ
ス発生ポテンシャμをもだない３３が下水処理工程の最
初沈殿池に流入し、そこで沈殿し再び嫌気性消化工程に
流入してくる悪循環現象がＳＳの返流トップμである。

また、リンの返流トップｙとは、リンを含有する汚泥は
嫌気性消化によって、リンをノ容出するが、従来の嫌気
性消化法はいずれもリンを除去する能力をまったく持っ
ていない。したがって、溶出したリンは、再び下水処理
工程に流入してしまうことである。

ある研究者によれば、下水処理水のリン濃度を高めてい
る主因は嫌気性消化工程からのリンのパックロードであ
ると報告している。

本発明は、このような、ＳＳおよびリンのバックロート
ドフグｙを解決すると同時に嫌気性消化工程を著しくコ
ンパクト化することを解決課題としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、下水汚泥などの有機性汚泥に。

Ｍｆ（ＯＨ）ｍ、　ＭｆＯ，ＭＳ’ＨＣＯ３，ＭＳ’Ｃ
Ｏｓ　　などのマグネシウム塩基を添加して酸発酵させ
たのち、該工程流出汚泥に少なくともプラスの電荷をも
つ凝集剤を添加して固液分離し、さらに該分順液を固定
化されたメタン生成菌によってメタン発酵することより
なる有機性汚泥の嫌気性消化方法である。

メタン発酵工程としては、ＵＡｉ’３Ｂ法（上向流嫌気
性スフツジプヲンケット法）が最も好適な実施囚様であ
る。

以下第１図を参照しながら、下水汚泥への適用を例にと
って本発明の一実施例を詳しく説明する。

下水汚泥１は、Ｍｔ（ＯＨ）鵞もしくはＭｆＯ２を添加
されて、温度３５℃、滞留日数４日の酸発酵槽３に流入
する。酸発酵槽（Ａｃｔｄ　Ｒｅａｔｏｒ　）　３では
酸発酵菌によって、汚泥固形物の可溶化と酢酸、酪酸な
どの揮発性有機酸生成反応が進行する。

酸発酵槽のＤＨは酸発酵の最適ＤＨである３、５に維持
される。

しかし、酢酸−酢酸塩系のＴ）Ｈ緩衛可能範囲はり）（
４〜Ｓ８の間であるので、最適ｐＨａ５に維持するには
生成した酢酸、酪酸など有機酸の約８０％をなんらかの
塩基で中和する必要がある。

しかしｃａ（Ｏｆ（）ｔを酸発酵槽に添加する方法では
後続するメタン発酵槽において、添加されたＣａ針イオ
ンがＣａ　ＣＯＨとして沈殿し、汚泥発生量が著しく増
加するという問題があることが認められた。

本発明は、次のような新しい知見にもとづくものである
。

すなわち、汚泥に＞、ｔｒ（ｏＨ）ｚ又はＭｆＯなどの
マグネシウム塩基を添加して、ＯＨ″′イオンによって
酸発酵槽３のｐＨ；Ｊ整を行なうと、後続するメタン発
酵槽４において、添加されたＭｆ”イオンが、汚泥から
溶出した？ｔＨ’＋イオン及びＰＯ４イオンと沈殿生成
反応を起し、ＮＨ４ＭＩＦＰＯ，の沈殿が生成し、ＰＯ
４イオンが除去される。しかもＭｔＣＯｓの溶解度はＣ
ａ　Ｃ０３よりも大きいので油側に溶存し汚泥発生量を
増加させないという三重の効果が発揮されることが見い
だされた。

Ｃａ（ＯＨ）ｌ中和法では、有効に利用されるのはＯＨ
″″イオンだけであり、Ｃａ”“イオンは何ら有効に使
われず、むしろメタン発酵槽内でＣａＣＯ３を生成する
という逆効果を招いていたことと比較すると本発明法の
効果（＞、＋ｙＺ”イオンを有効利用する）は非常に対
照的である。しかして、酸発酵槽から流出する汚泥５は
カチオンポリマー。

Ｆ　ｅ　ＣＡｓ　ｅ　　ポリ硫酸鉄などの凝集剤６を添
加したのちべμドブレス、遠心脱水機などの汚泥脱水機
７によって、脱水ケーキ８と脱水分離水９に分離される
。脱水分離水９中には、酸発酵槽３において生成した酢
酸、酪酸などの有機酸が高４度に含まれておシ、８８は
ほとんど含まれていない。

このように、本発明では、酸発酵汚泥に凝集剤を添加し
て、凝集分離するので、ＳＳの除去率が高く、かつ安定
しており、後続するメタン発酵工程４に常に低ＳＳの液
を供給することが出来る。

この点は、極めて重要であシ、本発明によってＳＳを多
量に含む液には不適当な、ＵＡ８　Ｂ法などの固定化微
生物によるメタン発酵法を効果的に適用することが初め
て可能になった。

メタン発酵工程４としては、メタン生成菌の自己固定化
作用を利用するＵＡＳＢ法が最適であるが、粒状セラミ
ックなどのメタン菌付着媒体を用いる嫌気性流動層法、
嫌気性固定床を採用することもできる。

図面にはメタン醗酵槽として、ＵＡ８Ｂ槽を月いた例を
例示しである。

しかして、高濃度の有機酸を含んだ脱水分離水９はＵＡ
８Ｂ！Ｊアクタ−の底部から上向流で流入し、該有機酸
はりアクタ−内に高濃度のスフツジプランゲットを形成
している粒径１〜２雪のメタン生成菌グラニューｆｖ（
クラニューｙ内部は高密度なＭｅｔｈａｎｏｔｈｒｔｘ
属のメタン菌で構成され、その表面を薄い粘質物が覆っ
ている。）によって高速にメタン発酵される。

本発明者らの実験結果によれば、４０に９ＣＯＤｃｒ／
ｍ”・ｄという高負荷が安定して可能であシ、固形物濃
度３％程度の下水汚泥を第１図に示すフローによって処
理する場合中温消化による、ＵＡＳＢ！Ｊアクタ−の所
要滞留日数は、余裕を含めても１日で充分であることが
確認された。

酸発酵槽とＵＡＳＢ！Ｊアクタ−の両者の合計所要滞留
日数は５日であり、従来のコンベンンヨナμな消化タン
クによる方法の２５〜３０日と比較すると、本発明法の
卓越的高速処理効果が明確である。

ＵＡ８Ｂリアクター内に維持されているメタン菌グラニ
ューμの濃度は、７５０００〜５ｏｏｏ。

ｒＩｑ／　ｔと極めて高濃度であった。このことが有機
酸を極めて高速にメタン発酵できる理由であると考えら
れる。

ＵＡＳＢリアクター４内では有機酸がメタンに転換され
る結果　ｐＨは酸発酵槽３のｐＨよりも上昇し、　ｐＨ
７，０〜ｚ５となる。酸発酵槽３に添加されたＭＮ＋イ
オンは、ＵＡＳＢリアクター４内において、ＰＯｎ、Ｎ
Ｈ−イオンと沈殿生成反応を起し、ＮＨ４ＭｆＰＯ４の
結晶状沈殿を生成し、脱水分離水９中の溶解状リンを８
０〜９０％除去できる。

ＮＨ４ＭＰＰＯ４の溶解度は酸性側では高く、アルカリ
側で低下するので、ｐａの低い酸発酵槽３においては、
ＮＨ４）ｌｆＰＯａの沈殿はほとんど生成せず、ＵＡＳ
Ｂリアクター４内で生成する。

このことは、重要であシ、緻密なＮＨ４ＭｆＰＯａ沈殿
の一部がメタン菌のグラニューｙの核としての役割を果
す。

メタン昭グラニューｙにとりこまれなかったＮＨ４ＭＰ
ＰＯ，沈殿は沈降性が良好であるので、管路１０によっ
てＵＡＳＢリアクター底部から抜き出し、酸発酵槽流出
汚泥５に混合して、脱水ケーキ８中にとりこんで系内か
ら除去する。

ＮＨ４ＭｆＰＯ４は肥料として有名な物質であるので、
脱水ケーキ８は、肥効成分に富む有機質肥料として利用
できる。

なお、ｐＨがアルカリ側にあるＵ　Ａ　ＳＢリアクター
流出水１１の一部１１′を酸発酵槽３にリサイクμする
と、酸発酵槽に株化するｐＨ１調整用アμカリ剤２の添
加量を削減できるという効果がある。

１２は消化ガス抜き出し管、１３は消化ガス捕集チャン
バーである。

〔発明の効果〕

１、有機性汚泥を高速にメタンガスに転換できる。

この結果、装置容積を通常の方法（下水道施設基準に記
載のもの）の約％に縮少できる。

２、嫌気性消化工程からのＳＳおよびリンの返流トラブ
ルを解決できる。

３、肥効成分に富む汚泥脱水ケーキが得られる。

４、ＵＡＳＢリアクター内で生成するＮＨ，ＭｆＰＯ４
がメタン菌グラニューｙの核になるので、沈降性の良い
グツニューｙが生成し、ＵＡＳＢリアクター内のメタン
菌濃度を高めるはたらきをする。

３、酸発酵槽に添加するｐＨ調整剤をリン除去剤として
も利用できるという複合効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法で用いる装置の一例の概略フロー図
を示す。 １・・・下水汚泥、２・・・マグネシウム塩基、３・・
・酸発酵槽、４・・・ＵＡＳＢメタン発酵槽、６・・・
凝集剤、７・・・汚泥脱水機

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機性汚泥にＭｇ（ＯＨ）＿２、ＭｇＨＣＯ＿２な
   どのマグネシウム塩基を添加して酸発酵させたのち、該
   工程流出汚泥に少なくともプラスの電荷をもつ凝集剤を
   添加して固液分離し、さらに該分離液を固定化されたメ
   タン生成菌によつてメタン発酵することを特徴とする有
   機性汚泥の嫌気性消化方法。 ２、メタン発酵流出液の一部を、酸発酵工程に循環する
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、固液分離工程に汚泥脱水機を用いる特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ４、メタン発酵工程においてＵＡＳＢ法を用いる特許請
   求の範囲第１項記載の方法。