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発明の名称 発酵装置および排水処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−149985(P2001−149985A)
公開日 平成13年6月5日(2001.6.5)
出願番号 特願平11−342173
出願日 平成11年12月1日(1999.12.1)
代理人
発明者 郡 悌之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 有機排水の流入する一つ以上の初期沈殿槽とその初期沈殿槽に連結された二つ以上の発酵槽とから成り、最終の発酵槽から発生する発酵ガスが最終の発酵槽より前に連結された発酵槽に導入され、その発酵槽より回収される構造を有していることを特徴とする発酵装置。
【請求項2】 請求項1に記載の発酵装置における最終の発酵槽の後に、曝気槽もしくは嫌気槽と曝気槽または嫌気槽、曝気槽および最終沈殿槽が連結されて成ることを特徴とする排水処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、厨芥やし尿、畜産廃棄物等の有機性廃棄物を嫌気的に微生物分解して発酵ガスを発生させるための発酵装置およびその発酵装置を用いた排水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、高濃度の有機排水を処理する方法として、嫌気処理により発酵ガス(メタンガス)を発生させる方法が実施され、し尿処理場の排水や有機産業排水等の処理に広く利用されている。この方法で用いられる排水処理装置は第一発酵槽と第二発酵槽とを有し、処理方法としては排水を第一発酵槽で処理した後、第二発酵槽で発生したメタンガスを回収利用すると共に、第二発酵槽で処理した排水をさらに通常の好気処理等により処理排出する方法が一般的である。この場合、第二発酵槽として例えばUASB型のような高速処理型の上向式嫌気槽が用いられることもある。
【0003】しかし、これら従来の排水処理装置においてはメタンガスを高効率で回収するためには、大型の嫌気槽が必要であり、その処理速度も最速のものでも1〜2日を要するという問題点がある。また、家庭用の合併浄化槽にもメタンガス発酵が検討されているが、これまではメタンガスの有効利用よりもむしろ高濃度の排水処理に目的が置かれており、実際に利用可能な程度にまで高濃度のメタンガスを回収する結果は得られていない。
【0004】メタンガス発酵を利用する排水処理装置として、例えば、特開昭57−207599号公報では、「有機物質を嫌気的に分解してメタンガスを発生させる発酵槽と、発酵を終えた脱離液を受け入れこれを好気的に処理する浄化槽とを備え、浄化槽の底面が発酵槽の底面よりもやや高くなるように浄化槽を発酵槽の側方に配置し、浄化槽の底面近傍に発酵槽と連通する連通路を設けて浄化槽の底面にたまる余剰汚泥を発酵槽に移送できるようにし、その連通路に発酵槽内の水頭が浄化槽内の水頭より低くなったときに発酵槽側に開く逆止弁を設けたメタン発酵槽」が開示されている。
【0005】しかし、上記メタン発酵槽の場合、排水が発酵槽に直接流入するようにされているので、流入排水の水量変動や排水中の溶存酸素等の影響を受け易く、高濃度のメタンガスを安定的に回収することが困難であるという問題点がある。
【0006】また、特公昭60−17598号公報では、「1つの外槽を隔壁でメタン発酵槽と浄化槽とに仕切るとともに、前記隔壁の一部に両端開口がそれぞれ前記メタン発酵槽と浄化槽の各液面下に位置する逆U字形の移流管を貫設し、前記メタン発酵槽の上部より液面下に汚水投入筒を垂設するとともに、前記浄化槽内に回流板を設けて浄化槽を曝気室と沈殿室とに仕切り、前記移流管の浄化槽側下端開口を前記曝気室内の内底部近くに位置させ、この下端開口より上方に散気管を設け、さらに前記回流板の下端の高さが前記移流管の下端開口と散気管との間にあるメタン発酵槽付浄化槽」が開示されている。
【0007】上記メタン発酵槽付浄化槽の場合、連結する曝気室からの曝気空気の逆流を防止するための処理水移送用U字管と汚水導入部の配管出口を発酵槽の水面下に位置させることにより、発酵槽内への酸素混入を防ぐと記載されているが、この方法では逆に汚水の流入時に混入する空気が嫌気性微生物に直接触れるため、嫌気発酵が不安定となり、高効率のメタン発酵を実施することが困難であるという問題点がある。
【0008】上述したように従来の発酵装置は、複雑且つ大がかりな装置であるにもかかわらず、高効率のメタン発酵を行って高濃度のメタンガスを回収し有効利用できるものではなく、また、特に生活排水を処理する合併浄化槽用の発酵装置とは言い難いものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、発酵槽への溶存酸素の混入防止機能や発酵槽内における脱窒素反応の抑制機能(硝酸イオン濃度や亜硝酸イオン濃度の低減機能)に優れるので高効率のメタンガス発酵が可能であり、従って高濃度のメタンガスを回収して有効利用することが出来るコンパクトで簡便な発酵装置およびその発酵装置を用いた排水処理装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発酵装置は、有機排水の流入する一つ以上の初期沈殿槽とその初期沈殿槽に連結された二つ以上の発酵槽とから成り、最終の発酵槽から発生する発酵ガスが最終の発酵槽より前に連結された発酵槽に導入され、その発酵槽より回収される構造を有していることを特徴とする。
【0011】また、請求項2に記載の排水処理装置は、上記請求項1に記載の発酵装置における最終の発酵槽の後に、曝気槽もしくは嫌気槽と曝気槽または嫌気槽、曝気槽および最終沈殿槽が連結されて成ることを特徴とする。
【0012】以下、図面に基づいて、本発明の発酵装置および排水処理装置を詳しく説明する。図1は本発明の発酵装置および排水処理装置の一例を示す構成図である。
【0013】図1に示す発酵装置は、有機排水の流入する初期沈殿槽2とその初期沈殿槽2に連結された第一発酵槽7と第二発酵槽9とから成る。
【0014】先ず有機排水(以下、単に「排水」と略記する)は排水流入口1を経由して初期沈殿槽2に流入する。初期沈殿槽2の上部には排水中の固形物と上澄み液を分離するための傾斜板3または濾材4を設置しておくことが好ましい。上記濾材4は一般的に排水処理装置に用いられるものであれば如何なるものであっても良いが、固形物による閉塞を起こし難い程度の大きさの間隙を有するものであることが好ましい。
【0015】上記初期沈殿槽2の上部の一端には流入する低濃度の排水を嫌気処理するための嫌気槽14や曝気処理するための曝気槽15が設けられ、それぞれ次の槽へ移送するための移送口5や移送管6が設けられている。また、初期沈殿槽2の底部には適度な傾斜が設けられており、固形物が初期沈殿槽2の底部から第一発酵槽7に流入するような構造と成されている。さらに、初期沈殿槽2には固形物の可溶化を促進するために必要に応じて小型の粉砕機や小型の曝気装置が設置されていても良い。
【0016】発酵装置による発酵の後処理として曝気処理を行うと余剰汚泥が発生するが、この余剰汚泥を引き抜き、固形物として発酵処理する場合には、初期沈殿槽2の排水流入口1の近くに返送汚泥流入口を設置して返送された余剰汚泥を初期沈殿槽2内に流入させ、第一発酵槽7で発酵処理を行えば良い。これは、返送された余剰汚泥中に含まれる窒素酸化物(硝酸イオンや亜硝酸イオン含有物)が第二発酵槽9へ流入するのを可及的に防止するためであり、このような方法を採ることにより、第一発酵槽7までの段階で窒素酸化物(硝酸イオンや亜硝酸イオン含有物)は低減もしくは除去される。しかし、窒素酸化物(硝酸イオンや亜硝酸イオン含有物)の流入量が多い場合には第二発酵槽9での発酵処理(メタンガス発酵)が阻害されるため、余剰汚泥の引き抜き量を減少させるか、初期沈殿槽2または第一発酵槽7の容量を大きくすることが好ましい。
【0017】第一発酵槽7の底部には散気管8が設置され、第二発酵槽9で発生したメタンガスが第一発酵槽7に流入し散気されるように成されている。上記散気管8の構造は流入排水に対し可及的に均一に散気できるものであることが好ましい。また、排水中に残留している溶存酸素を低減もしくは除去するために、第一発酵槽7内に散気を拡散するための拡散板等が設置されていても良い。
【0018】第一発酵槽7においては、メタンガスの散気により排水中に残留している溶存酸素が低減もしくは除去される。この際、排水中の溶存酸素量は0.1mg/L(排水)以下であることが好ましい。
【0019】第一発酵槽7は上部に向かって開放されたガス排出口を有するガス回収管11を備えており、散気されたメタンガスが回収されるように成されている。
【0020】また、第一発酵槽7の底部には適度な傾斜が設けられており、堆積した固形物が第二発酵槽9の方へ徐々に自然流動するように成されている。さらに、第一発酵槽7で溶存酸素を除去された濃厚排水は第二発酵槽9に流入し、完全嫌気状態でメタンガス発酵が進行する。
【0021】第二発酵槽9には発酵促進のために例えばヒーター13等の加熱補助装置が設置されていても良い。また、発酵時に生成したグラニューの流出を防止するために、適度な傾斜を有し槽下向きの対流を生じさせ得る流出防止板を第二発酵槽9の上部の壁面もしくは排水液界面近傍に設置しても良い。
【0022】第二発酵槽9は上部が密閉された構造を有しており、発生したメタンガスの一部もしくは全部は細管10により第一発酵槽7へ導入され、散気管8により散気された後、ガス排出口を備えたガス回収管11により回収される。また、第二発酵槽9には上澄み排水を嫌気槽14に移送するための第二移送管12が設けられている。上記第二移送管12には固形物の流出を防ぎ、第二発酵槽9内を高濃度溶液に保つための分離膜等の分離装置や濃縮装置等が設けられていても良い。
【0023】次に、本発明の排水処理装置は、本発明の発酵装置における最終の発酵槽の後に、曝気槽もしくは嫌気槽と曝気槽または嫌気槽、曝気槽および最終沈殿槽が連結されて成る。上記曝気槽および嫌気槽は排水中の有機物をさらに処理するためのものであって、最終処理後の排水の水質基準を満足させ得るものであれば如何なるものであっても良く、一般的な好気処理曝気槽や窒素の高度処理が可能な嫌気処理嫌気槽もしくは好気処理曝気槽等が好適に用いられる。
【0024】図1に示す排水処理装置は、図1に示す発酵装置における第二発酵槽9の後に嫌気槽14と曝気槽15が連結されて成る。
【0025】移送口5、移送管6および第二発酵槽9に設けられた第二移送管12より送られた排水は嫌気槽14で嫌気処理される。上記嫌気槽14には脱窒素反応を促進するための例えば接触濾材等の担体が設置されていても良いし、排水のピーク流入に対応するための流量調整装置が設置されていても良い。また、嫌気槽14には曝気槽15で発生した硝酸イオンや亜硝酸イオンを含む処理水を嫌気槽14に返送するための処理水返送用配管16や嫌気処理した排水を曝気槽15に移送するための移送管6が設置されている。
【0026】曝気槽15には曝気処理するための散気管20が設置されている。また、曝気槽15内には曝気処理の効率を高めるために流動担体や固定式接触担体等が設置されていても良い。さらに、濾過膜式の曝気槽15の場合、曝気槽15の底部に堆積した汚泥を引き抜くための排出口を曝気槽15の底部近傍に設け、この排出口から汚泥引き抜き物を回収して初期沈殿槽2に返送する。
【0027】曝気槽15で曝気処理された排水は最終沈殿槽17に送られる。この最終沈殿槽17の底部には堆積した汚泥を引き抜き、返送するための汚泥返送用配管18が設けられていても良いし、最終沈殿槽17に堆積した汚泥と曝気槽15に堆積した汚泥を同時に引き抜き、返送するために曝気槽15の底部と連結されていても良い。また、処理水中の窒素分を除去すべく処理水を返送するための処理水返送用配管16が設けられていても良い。さらに、上記最終沈殿槽17の後には処理水を殺菌消毒するための薬剤投入が可能な殺菌消毒槽19を設置しておくことが好ましい。
【0028】
【作用】本発明の発酵装置は、先ず排水を一つ以上の初期沈殿槽に導入し、固液分離した後に二つ以上の発酵槽に送る構造と成されているので、排水を直接発酵槽に流入させる場合に比較して、排水の水量変動を受け難いと共に、排水中への空気の混入による溶存酸素量の増大を抑制することが出来る。従って、次工程である発酵槽におけるメタンガス発酵を効率的且つ安定的に行うことが出来る。
【0029】また、二つ以上の発酵槽に送られた排水は、最終の発酵槽(例えば第二発酵槽)でガス発酵され、このガスは最終の発酵槽より前に連結された発酵槽(例えば第一発酵槽)内において散気管により散気されると共に、排水中の硝酸イオンや亜硝酸イオンが可及的に低減もしくは除去されているので、ガス中のメタンガス含有量は極めて高いものとなり、従って高濃度のメタンガスを回収して有効利用することが出来る。
【0030】さらに、本発明の発酵装置は、コンパクトで簡便なものであり、設備投資面でも有利である。
【0031】本発明の排水処理装置は、上記発酵装置を用いて成るので、高濃度のメタンガスを回収して有効利用することが出来ると共に、コンパクトで簡便なものであり、特に生活排水(有機排水)の処理用として好適である。
【0032】
【発明の実施の形態】本発明をさらに詳しく説明するため、図1に示す発酵装置および排水処理装置を用いて行った実施例を以下に挙げるが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0033】(実施例1)内容量15Lの初期沈殿槽2に内容量5Lの第一発酵槽7および内容量20Lの第二発酵槽9がこの順に連結されて成る発酵装置の第二発酵槽9の上部より連結管を配置し、さらに第二発酵槽9の後に内容量10Lの嫌気槽14、内容量30Lの曝気槽15および内容量10Lの最終沈殿槽17をこの順に連結して排水処理装置を作製した。
【0034】有機固形物の含有量が5重量%であり、BODが5000mg/Lである有機排水を排水流入口1から流量1L/時間で初期沈殿槽2内に連続的に流入させた。また、ヒーター13により第二発酵槽9内の液温を38±2℃の一定に維持して、ガス発酵および排水処理を行った。
【0035】その結果、第二発酵槽9より発生するガス量は約1L/時間であった。このガスを第一発酵槽7内に導入し、ガス回収管11から回収した。回収したガス中のメタンガス含有量は65容量%であった。また、第二発酵槽9より発生するガス中のメタンガス含有量は68容量%であった。さらに、第二発酵槽9内の滞留物中の溶存酸素量は0.03mg/Lであり、硝酸イオン濃度は1μg/L以下であった。
【0036】(実施例2)実施例1の場合と同様の発酵装置および排水処理装置を用いた。実施例1の場合と同様の手順および条件に加うるに、最終沈殿槽17内で対流する汚泥を流量1L/時間で発酵装置中の初期沈殿槽2内に返送して、ガス発酵および排水処理を行った。尚、上記汚泥中の硝酸イオン濃度は10μg/Lであった。
【0037】その結果、第二発酵槽9より発生するガス量は約1.2L/時間であった。このガスを第一発酵槽7内に導入し、ガス回収管11から回収した。回収したガス中のメタンガス含有量は68容量%であった。また、第二発酵槽9より発生するガス中のメタンガス含有量は70容量%であった。さらに、第二発酵槽9内の滞留物中の溶存酸素量は0.03mg/Lであり、硝酸イオン濃度は0.1μg/L以下であった。
【0038】(比較例1)実施例1の場合と同様の発酵装置および排水処理装置を用いた。第二発酵槽9より発生するガスを、第一発酵槽7内に導入することなく、そのまま第二発酵槽9から回収したこと以外は実施例1の場合と同様にして、ガス発酵および排水処理を行った。
【0039】その結果、第二発酵槽9より回収したガスの発生量は約0.9L/時間であり、回収したガス中のメタンガス含有量は30容量%であった。また、第二発酵槽9内の滞留物中の溶存酸素量は0.8mg/Lであり、硝酸イオン濃度は13μg/L以下であった。
【0040】(比較例2)実施例1の場合と同様の発酵装置および排水処理装置を用いた。第二発酵槽9より発生するガスを、第一発酵槽7内に導入することなく、そのまま第二発酵槽9から回収したこと以外は実施例2の場合と同様にして、ガス発酵および排水処理を行った。
【0041】その結果、第二発酵槽9より回収したガスの発生量は約1.1L/時間であり、回収したガス中のメタンガス含有量は10容量%であった。また、第二発酵槽9内の滞留物中の溶存酸素量は1.2mg/Lであり、硝酸イオン濃度は3μg/L以下であった。
【0042】実施例1と比較例1との対比から明らかなように、第二発酵槽9より発生するガスを第一発酵槽7内に導入し、散気管8で散気させることにより、ガス中のメタンガス含有量を高めることが出来た。その結果、回収されたガスはメタンガス濃度の高いものであった。
【0043】また、実施例2と比較例2との対比から明らかなように、返送汚泥により硝酸イオンが高濃度で流入した場合でも、高効率でメタンガスが発生し、回収されたガスはメタンガス濃度の高いものであった。これは溶存酸素および硝酸イオンの第二発酵槽9への流入や発生が効果的に抑制出来たことによる。
【0044】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の発酵装置は、コンパクトで簡便な装置であるにもかかわらず、高効率のメタンガス発酵が可能であるので、高濃度のメタンガスを回収して有効利用することが出来る。
【0045】また、本発明の排水処理装置は、上記発酵装置を用いて作製されているので、コンパクトで簡便な装置であるにもかかわらず、高濃度のメタンガスを回収して有効利用することが可能であり、特に生活排水(有機排水)用の排水処理装置として好適に用いられる。
【0046】




 

 


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