JP3600815B2

JP3600815B2 - Anaerobic fermentation system for organic waste

Info

Publication number: JP3600815B2
Application number: JP2002025332A
Authority: JP
Inventors: 篤宮田; 省吾武野; 修一吉田; 博和坪井; 裕一池田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003225697A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ処理を利用した有機性廃棄物の嫌気性発酵システムの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場などから発生する有機性汚泥など有機廃棄物の処理方法として、嫌気性発酵処理法が知られている。この方法は、有機廃棄物を嫌気性消化槽で酸発酵およびメタン発酵させることにより有機物を分解すると同時に、有価資源であるメタンガスを回収することができる利点がある。
【０００３】
本出願人は、この嫌気性発酵処理の前段において、アルカリ処理を行い、有機廃棄物中の有機物の可溶化を促進して嫌気性消化処理能力を向上させる方法を先に開発し、既に特許登録第２１３６８２６号、第２６５９８９５号を取得済みである。
また、これらの処理方法において、処理すべき有機性汚泥の濃度が高くなり過ぎると引き起こされるアンモニア阻害による嫌気性消化効率低下を解消するための手段を特願２０００−３７５７２２号「有機性汚泥の消化処理方法及び装置」として提案している。
【０００４】
この方法は、図６に例示するように、有機性汚泥など廃棄物をアルカリ処理槽１１でアルカリ処理した後、発生したアンモニアをアンモニア除去装置１２で除去してから消化槽１３で嫌気性消化処理するものであり、かくして消化処理に及ぼすアンモニアの悪影響を排除しようとする方法である。
【０００５】
この場合、アルカリ処理汚泥スラリからアンモニアを分離、除去するには、前記スラリから遊離したアンモニアガスあるいはアンモニア態窒素（以下、単にアンモニアという）を嫌気性ガス（窒素ガスなど）でパージして取り出す、吸引ブロワで吸引して取り出す、あるいは前記スラリの流路に沿って嫌気性ガスを吹き込んで気液接触させて、アンモニアを嫌気性ガス側に放散分離するなど、同出願発明に開示した方法が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した有機廃棄物の嫌気性発酵システムにおける、処理可能な有機物濃度を高めようとする研究に基づいてなされたものであり、嫌気性発酵処理とアルカリ処理との組合せにおける発生アンモニアを可能な限り反応系から除去して、処理有機物の濃度を高めることを可能とする有機性廃棄物の嫌気性発酵システムを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（第１発明）
上記の問題は、第１発明であるところの、有機廃棄物を消化槽において嫌気性消化し、消化ガスを取り出すとともに、排出した消化汚泥を次工程に送るようにした嫌気性発酵システムであって、その消化汚泥の一部をアルカリ処理工程、次いでアンモニア除去工程の各工程で処理した後、当該消化槽に返送して循環させることを特徴とする、本発明の有機廃棄物の嫌気性発酵システムによって、解決することができる。
【０００８】
（第２発明）
また上記の問題は、第２発明であるところの、有機廃棄物を酸発酵槽において酸発酵し、排出した酸発酵汚泥を次工程に送るようにした嫌気性発酵システムであって、その酸発酵汚泥の一部をアルカリ処理工程、次いでアンモニア除去工程の各工程で処理した後、当該酸発酵槽に返送して循環させることを特徴とする、本発明の有機廃棄物の嫌気性発醗酵システムによって解決され得る。
【０００９】
この第２発明は、前記酸発酵汚泥を次工程のメタン発酵工程でメタン発酵させ消化ガスを取り出すようにした形態の有機廃棄物の嫌気性発酵システムとして具体化でき、さらに、アンモニア除去したアルカリ処理汚泥スラリに、前記消化ガス中の炭酸ガスを吸収、移行させる炭酸ガス吸収工程を付加した形態の有機廃棄物の嫌気性発酵システムといして、好ましく具体化される。
【００１０】
（第３発明）
また、上記の問題は、第３発明であるところの、有機廃棄物を酸発酵槽において酸発酵させ、次いでメタン発酵槽でメタン発酵させ、消化ガスを取り出すとともに、排出したメタン発酵汚泥を次工程に送るようにした嫌気性発酵システムであって、そのメタン発酵汚泥の一部をアルカリ処理工程、次いでアンモニア除去工程の各工程で処理した後、前記メタン発酵槽に返送して循環させることを特徴とする、本発明の有機廃棄物の嫌気性発酵システムによって解決することができる。
この第３発明は、アンモニアを除去したアルカリ処理汚泥スラリに、前記消化ガス中の炭酸ガスを吸収、移行させる炭酸ガス吸収工程を付加した形態に具体化するのが好ましい。
【００１１】
（第４発明）
さらに、上記の問題は、第４発明であるところの、有機廃棄物を酸発酵槽において酸発酵させ、次いでメタン発酵させ、消化ガスを取り出すとともに、排出したメタン発酵汚泥を次工程に送るようにした嫌気性発酵システムであって、そのメタン発酵汚泥の一部をアルカリ処理工程、次いでアンモニア除去工程の各工程で処理した後、当該酸発酵槽に返送して循環させることを特徴とする、本発明の有機廃棄物の嫌気性発酵システムによって解決できる。
そして、この発明は、アンモニアを除去したアルカリ処理汚泥スラリに、前記消化ガス中の炭酸ガスを吸収、移行させる炭酸ガス吸収工程を付加した形態に好ましく具体化される。
【００１２】
以上の本発明によれば、いずれも嫌気性酸発酵、メタン発酵の少なくとも一方に発酵処理汚泥をアルカリ処理し、アンモニア除去する循環工程を付加したので、アルカリ処理工程で発生するアンモニアのみならず、前記酸発酵あるいはメタン発酵で発生するアンモニアについても、アンモニア除去工程で除去することができるので、アンモニア性窒素による嫌気性発酵に対する障害が緩和される結果、処理有機物の高濃度化が可能となるのである。
【００１３】
また、本発明では、アンモニア除去工程後に炭酸ガス吸収工程を設けた形態では、消化ガス中の炭酸ガスが除去されるので、ガス中のメタンが濃縮された状態で取り出される。さらに、炭酸ガスを吸収したアルカリ処理汚泥スラリは嫌気性発酵工程に返送され、水素資化メタン生成菌の働きによりメタンに変換されるので、メタンの収量が増加するという利点がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の有機廃棄物の嫌気性発酵システムに係る実施形態について、図１〜５を参照しながら説明する。
（第１発明）
先ず、本発明の第１発明は、図１に例示するフローで示される。
処理対象の有機廃棄物ａを消化槽２で嫌気性消化処理し、発生するメタンガスなどは消化ガスｂとして分離し、また処理後の消化汚泥ｃは、次の処理工程に送られる嫌気性発酵システムであって、消化槽２から消化汚泥の一部を取り出して、アルカリ処理槽３に送り、そこでアルカリ処理により有機分の可溶化を促進し、次いでアンモニア除去装置４においてアルカリ処理汚泥中のアンモニアを除去する。そしてアンモニアを除去したアルカリ処理汚泥は前記消化槽２に返送し循環させるシステムである。このように、第１発明では、消化槽２、アルカリ処理槽３、アンモニア除去装置４が循環経路を形成している点に特徴がある。
【００１５】
かくして、第１発明によれば、アルカリ処理によって発生するアンモニア分は勿論、嫌気消化処理で発生するアンモニア分をもアンモニア除去装置４によって繰り返し除去されるので、消化効率が低下しないから、高濃度の有機物を処理できるようになる利点が得られるのである。
【００１６】
なお、ここで、本発明の処理対象の有機廃棄物ａは、下水処理場から発生する初沈汚泥、余剰汚泥や、し尿汚泥、生ゴミ、食品工場等から発生する蛋白含有汚泥などの有機性汚泥が該当する。また、アルカリ処理槽３、あるいはアンモニア除去装置４としては、前述したような装置が適宜に採用され得る。
【００１７】
（第２発明）
次に、本発明の第２発明は、図２、３に例示するフローで示される。
図２のフローは、有機廃棄物ａを酸発酵槽２１において酸発酵し、排出した酸発酵汚泥ｄを次の処理工程に送るようにした嫌気性発酵システムであって、その酸発酵槽２１から酸発酵汚泥ｄの一部を抜き出してアルカリ処理槽３でアルカリ処理を行い、次いでアンモニア除去装置４で処理汚泥中のアンモニアを除去した後、前記酸発酵槽２１に返送して循環させるシステムである。このように、第２発明においても、酸発酵槽２１、アルカリ処理槽３、アンモニア除去装置４が循環経路を形成している点に特徴がある。
【００１８】
この第２発明においても、第１発明に同じく、各工程で発生するアンモニア分がアンモニア除去装置４によって繰り返し除去されるので、消化効率が低下しないから第１発明同様の効果が得られる利点がある。
ここで、酸発酵汚泥ｄは、次の実施形態のようにメタン発酵工程で消化される他に、水熱処理による完全分解や触媒を用いた有機化合物の合成に供せられるのである。
【００１９】
（第２発明、第２の実施形態）
この第２発明は、図３に示すように、酸発酵汚泥ｄをメタン発酵槽２２に送って、メタン発酵させる工程を付加したフローのシステムに好ましく具体化できる。
この場合、アルカリ処理槽３、アンモニア除去装置４、酸発酵槽２１の順の循環経路中において、アンモニア除去装置４と酸発酵槽２１との間に、炭酸ガス吸収装置５を付加し、この炭酸ガス吸収装置５には、前記メタン発酵槽２２で発生する消化ガスｂを通過させ、消化ガスｂ中に含まれる炭酸ガスをアンモニア除去したアルカリ処理汚泥スラリに吸収、移行させるのが、好適である。
【００２０】
ここで、炭酸ガス吸収装置５では、消化ガスとアルカリ処理汚泥スラリとを気液接触させる手段、例えば、消化ガス中にアルカリ処理汚泥スラリを流下させたり、滴下させる、またはアルカリ処理汚泥スラリ中に消化ガスを吹き込むなどの手段によって、炭酸ガスはアルカリと反応して容易に液側に移行させることができる。
【００２１】
この第２発明の実施形態によれば、アルカリ処理槽３、アンモニア除去装置４、酸発酵槽２１の順の循環経路を設けたことによる消化効率の低下防止に加えて、消化ガス中から炭酸ガスが除去できるので、メタンガスなど有用なガスを高濃度に取り出せる利点と、除去吸収した炭酸ガスが嫌気性発酵工程に返送されるので、発生する消化ガス量が増大するという利点が併せ得られる。
【００２２】
（第３発明）
次に、本発明の第３発明は、図４に例示するフローで示される。
第３発明の有機廃棄物の嫌気性発酵システムは、有機廃棄物ａを酸発酵槽２１において酸発酵させ、次いでメタン発酵槽２２に送り込んでメタン発酵させ、消化ガスｂを取り出すとともに、排出したメタン発酵汚泥ｅを次工程に送るようにした嫌気性発酵システムを基本的フローとしている。
【００２３】
そして、第３発明は、そのメタン発酵槽２２からメタン発酵汚泥ｅの一部を抜き出してアルカリ処理槽３でアルカリ処理した後、アンモニア除去装置４において処理物中のアンモニアを分離除去して、前記メタン発酵槽２２に返送して循環させる点に特徴付けられる。すなわち、メタン発酵槽２２、アルカリ処理槽３、アンモニア除去装置４が循環経路を形成している点が要点である。
【００２４】
この第３発明は、メタン発酵槽２２、アルカリ処理槽３、アンモニア除去装置４が形成する循環経路において、アンモニア除去装置４とメタン発酵槽２２との間に、炭酸ガス吸収装置５を付加するよう具体化できるのは、第２発明に類似している。すなわち、この場合も炭酸ガス吸収装置５によって、前記メタン発酵槽２２で発生する消化ガスｂ中に含まれる炭酸ガスをアンモニア除去したアルカリ処理汚泥スラリに、吸収、移行させて、メタンガスなど有用なガスを高濃度に取り出すことができるのである。
【００２５】
（第４発明）
次に、本発明の第４発明は、図５に例示するフローで示される。
第４発明の嫌気性発酵システムは、有機廃棄物ａを酸発酵槽２１において酸発酵させ、次いでメタン発酵槽２２でメタン発酵させ、消化ガスｂを取り出すとともに、排出したメタン発酵汚泥ｅを次工程に送るようにしたシステムを基本的フローとしている。
【００２６】
そして、その特徴とするところは、そのメタン発酵槽２２から引き抜かれたメタン発酵汚泥ｅの一部をアルカリ処理槽３においてアルカリ処理を行い、次いでアンモニア除去装置４においてアンモニアを除去した後、前記酸発酵槽２１に返送して循環させる点にある。このように、メタン発酵槽２２、アルカリ処理槽３、アンモニア除去装置４、酸発酵槽２１が循環経路を形成している点がその要点である。
【００２７】
なお、この場合、図５に例示するように、アンモニア除去装置４と、酸発酵槽２１との間に、炭酸ガス吸収装置５を付加するよう具体化できるのは、第２、３発明にも類似している。すなわち、この炭酸ガス吸収装置５によって、前記メタン発酵槽２２で発生する消化ガスｂ中に含まれる炭酸ガスをアルカリ処理汚泥スラリに吸収、移行させて、メタンガスなど有用なガスを高濃度に取り出すことができるようにするのが好ましい。
【００２８】
【実施例】
次に、本願各発明のそれぞれについて、本発明外の比較例とともに、実施例を以下に例示する。
この実施例によれば、本発明では、有機物消化率が比較例の最大４５％のものが５４％〜６１％になるなどの大幅な改善効果が認められた。かくして、本発明によれば、より高濃度の有機物を処理できることとなる。
【００２９】
（実施例１：第１発明、図１参照）
１０Ｌ嫌気性消化槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥を遠心濃縮して調製）を１Ｌ／日で供給する。また、この消化槽から１Ｌ／日の消化汚泥を引き抜き、１Ｌアルカリ処理槽（ｐＨ１０．５、７０℃に調整）でアルカリ処理し、次いでアンモニア除去装置でアンモニアを除去し、それを消化槽に返送する。
【００３０】
その結果を次に要約する。
有機物負荷：６ｋｇ／（ｍ^３日）
消化槽条件：ｐＨ７．５、３７℃
アンモニア除去量：２５６０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：５６％
発生消化ガス：ＣＨ_４１８．７Ｌ／日、ＣＯ_２３．３Ｌ／日（ＣＨ_４濃度８５．０％）
【００３１】
（実施例２：第２発明、図２参照）
２Ｌの嫌気性酸発酵槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥を遠心濃縮して調製）を１Ｌ／日で供給し、また、この酸発酵槽から１Ｌ／日の消化汚泥を引き抜き、１Ｌのアルカリ処理槽（ｐＨ１０．５、７０℃に調整）でアルカリ処理し、次いでアンモニア除去装置でアンモニアを除去し、それを酸発酵槽に返送する。
【００３２】
その結果を次に要約する。
有機物負荷：３０ｋｇ／（ｍ^３日）
酸発酵槽条件：ｐＨ６．８、５０℃
アンモニア除去量：２４９０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の酸発酵率：５８％
酸発酵汚泥中有機酸濃度：３４８００ｍｇ／Ｌ
【００３３】
（実施例３：第２発明、図３参照）
２Ｌの嫌気性酸発酵槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥を遠心濃縮して調製）を１Ｌ／日で供給し、また、この酸発酵槽から１Ｌ／日の汚泥を引き抜き、１Ｌのアルカリ処理槽（ｐＨ１０．５、７０℃に調整）でアルカリ処理し、次いでアンモニア除去装置アンモニアを除去した後、炭酸ガス吸収装置で消化ガスと気液接触させて、消化ガス中の炭酸ガスを吸収させ、それを酸発酵槽に返送する。酸発酵槽から得られた酸発酵汚泥１Ｌ／日を８Ｌの嫌気性メタン発酵槽で処理する。
【００３４】
その結果を次に要約する。
有機物負荷：酸発酵：３０ｋｇ／（ｍ^３日）、メタン発酵：７．５ｋｇ／（ｍ^３日）
酸発酵槽条件：ｐＨ６．８、５０℃
メタン発酵槽条件：ｐＨ７．２、３７℃
アンモニア除去量：２７９０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：６１％
ＣＨ_４濃縮消化ガス：ＣＨ_４：２１．６Ｌ／日、ＣＯ_２：２．４Ｌ／日（ＣＨ_４濃度：９０．０％）
【００３５】
（実施例４：第３発明、図４参照）
２Ｌの嫌気性酸発酵槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥を遠心濃縮して調製）を１Ｌ／日で供給し、得られた酸発酵汚泥１Ｌ／日を８Ｌ嫌気性メタン発酵槽で処理する。また、このメタン発酵槽から１Ｌ／日の汚泥を引き抜き、１Ｌのアルカリ処理槽（ｐＨ１０．５、７０℃に調整）でアルカリ処理し、次いでアンモニア除去装置でアンモニアを除去した後、それをメタン発酵槽に返送する。
【００３６】
その結果を次に要約する。
有機物負荷：酸発酵：３０ｋｇ／（ｍ^３日）、メタン発酵：７．５ｋｇ／（ｍ^３日）
酸発酵槽条件：ｐＨ６．８、５０℃
メタン発酵槽条件：ｐＨ７．２、３７℃
アンモニア除去量：２４７０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：５４％
ＣＨ_４濃縮消化ガス：ＣＨ_４：１７．６Ｌ／日、ＣＯ_２：３．４Ｌ／日（ＣＨ_４濃度８３．８％）
【００３７】
（実施例５：第４発明、図５参照）
２Ｌの嫌気性酸発酵槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥を遠心濃縮して調製）を１Ｌ／日で供給し、得られた酸発酵汚泥１Ｌ／日を８Ｌ嫌気性メタン発酵槽で処理する。また、このメタン発酵槽から１Ｌ／日の汚泥を引き抜き、１Ｌのアルカリ処理槽（ｐＨ１０．５、７０℃に調整）でアルカリ処理し、次いでアンモニア除去装置でアンモニアを除去した後、炭酸ガス吸収装置で消化ガスと気液接触させて、消化ガス中の炭酸ガスを吸収させ、それを酸発酵槽に返送する。
【００３８】
その結果を次に要約する。
有機物負荷：酸発酵：３０ｋｇ／（ｍ^３日）、メタン発酵：７．５ｋｇ／（ｍ^３日）
酸発酵槽条件：ｐＨ６．８、５０℃
メタン発酵槽条件：ｐＨ７．２、３７℃
アンモニア除去量：２６００ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：５９％
ＣＨ_４濃縮消化ガス：ＣＨ_４：１９．６Ｌ／日、ＣＯ_２：３．５Ｌ／日（ＣＨ_４濃度８４．８％）
【００３９】
（比較例１：記述した先願記載の方法、図６参照）
１Ｌのアルカリ処理槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥の遠心濃縮により調製）を１Ｌ／日で供給し、ｐＨ１０．５、７０℃に調整してアルカリ処理し、次いでアンモニア除去装置でアンモニアを除去し、それを１０Ｌの消化槽で嫌気性発酵する。その結果を次に要約する。
有機物負荷：６ｋｇ／（ｍ^３日）
消化槽条件：ｐＨ８、３７℃
アンモニア除去量：６５０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：４５％
発生消化ガス：ＣＨ_４：１５．３Ｌ／日、ＣＯ_２：１．７Ｌ／日（ＣＨ_４濃度９０．０％）
【００４０】
（比較例２：図６例示のフローからアンモニア除去を行わない公知のアルカリ消化の場合）
１Ｌのアルカリ処理槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥を遠心濃縮して調製）を１Ｌ／日で供給し、ｐＨ１０．５、７０℃に調製してアルカリ処理し、次いで１０Ｌの消化槽で直接、嫌気性発酵する。その結果を次に要約する。
有機物負荷：６ｋｇ／（ｍ^３日）
消化槽条件：ｐＨ８、３７℃
アンモニア除去量：０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：２５％
発生消化ガス：ＣＨ_４：８．３Ｌ／日、ＣＯ_２：１．０Ｌ／日（ＣＨ_４濃度８９．２％）
【００４１】
（比較例３：アルカリ処理を行わない通常の消化方法でＶＳが高濃度（６％）の場合）１０Ｌの嫌気性消化槽にＶＳ６％の有機性汚泥（下水余剰汚泥の遠心濃縮により調製）を１Ｌ／日で供給する。その結果を次に要約する。
有機物負荷：６ｋｇ／（ｍ^３日）
アンモニア除去量：０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：１３％
発生消化ガス：ＣＨ_４：３．１Ｌ／日、ＣＯ_２：２．０Ｌ／日（ＣＨ_４濃度：６０．８％）
【００４２】
（比較例４：比較例３の通常消化でＶＳが通常濃度（２％）の場合）
・１０Ｌ嫌気性消化槽にＶＳ２％の有機性汚泥を１Ｌ／日で供給。その結果を次に要約する。
有機物負荷：２ｋｇ／（ｍ^３日）
アンモニア除去量：０ｍｇ−Ｎ／日
有機物の消化率：４５％
発生消化ガス：ＣＨ_４：３．５Ｌ／日、ＣＯ_２：２．４Ｌ／日（ＣＨ_４濃度：５９．３％）
【００４３】
【発明の効果】
本発明の有機廃棄物の嫌気性発酵システムは、以上説明したように構成されているので、嫌気性発酵工程の障害となるアンモニア態窒素が系外に除去できるので、発酵処理有機物の濃度を高めることができ、嫌気性発酵システムのより効率的な運転が可能となる。また、炭酸ガス吸収工程を付加すれば、消化ガス中のメタンを濃縮してメタン成分の濃度の高い消化ガスを得ることができる、さらに吸収した炭酸ガスを発酵工程に返送してメタンの収量を増加できるなどという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した有機廃棄物の嫌気性発酵システムとして、工業的価値はきわめて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願第１発明を説明するための要部フロー図。
【図２】本願第２発明を説明するための要部フロー図。
【図３】本願第２発明を説明するための要部フロー図。
【図４】本願第３発明を説明するための要部フロー図。
【図５】本願第４発明を説明するための要部フロー図。
【図６】本発明の基礎となる嫌気性消化方法の要部フロー図。
【符号の説明】
２消化槽、２１酸発酵槽、２２メタン発酵槽、３アルカリ処理槽、４アンモニア除去装置、５炭酸ガス吸収装置、ａ有機廃棄物、ｂ消化ガス、ｃ消化汚泥、ｄ酸発酵汚泥。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement in an anaerobic fermentation system for organic waste using an alkali treatment.
[0002]
[Prior art]
An anaerobic fermentation treatment method is known as a method for treating organic waste such as organic sludge generated from a sewage treatment plant or the like. This method has an advantage in that organic waste is decomposed by acid fermentation and methane fermentation in an anaerobic digester to decompose organic matter, and at the same time, methane gas, which is a valuable resource, can be recovered.
[0003]
The applicant has previously developed a method for improving the anaerobic digestion treatment capacity by performing alkali treatment in the preceding stage of the anaerobic fermentation treatment to promote the solubilization of organic substances in organic waste, and has already registered a patent. No. 2136826 and No. 2659895 have been acquired.
In these treatment methods, Japanese Patent Application No. 2000-375722 discloses a method for eliminating a decrease in anaerobic digestion efficiency caused by ammonia inhibition caused by an excessively high concentration of organic sludge to be treated. Processing method and apparatus ".
[0004]
In this method, as shown in FIG. 6, after treating waste such as organic sludge with alkali in an alkali treatment tank 11, the generated ammonia is removed in an ammonia removing device 12 and then anaerobic digestion treatment in a digestion tank 13. This is a method for eliminating the adverse effect of ammonia on digestion.
[0005]
In this case, in order to separate and remove ammonia from the alkali-treated sludge slurry, ammonia gas or ammonia nitrogen (hereinafter, simply referred to as ammonia) released from the slurry is removed by purging with an anaerobic gas (nitrogen gas or the like). The method disclosed in the invention of the same application is used, such as suctioning out with a suction blower, or blowing anaerobic gas along the slurry flow path to make gas-liquid contact, and separating and separating ammonia to the anaerobic gas side. Can be
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made based on a study to increase the concentration of organic substances that can be treated in the above-described anaerobic fermentation system for organic waste, and the ammonia generated in the combination of the anaerobic fermentation treatment and the alkali treatment has been developed. Provided is an anaerobic fermentation system for organic waste, which removes as much as possible from the reaction system and makes it possible to increase the concentration of treated organic matter.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(First invention)
The above problem is an anaerobic fermentation system according to the first invention, wherein anaerobic digestion of organic waste is performed in a digestion tank, digestion gas is taken out, and the discharged digested sludge is sent to the next step. An anaerobic fermentation system for organic waste according to the present invention, wherein a part of the digested sludge is treated in each step of an alkali treatment step and then an ammonia removal step, and then returned to the digestion tank and circulated. Can solve it.
[0008]
(Second invention)
Further, the above problem is an anaerobic fermentation system according to the second invention, wherein the organic waste is subjected to acid fermentation in an acid fermentation tank and the discharged acid fermentation sludge is sent to the next step. The anaerobic fermentation system for organic waste of the present invention, characterized in that a part of the sludge is treated in each step of the alkali treatment step and then the ammonia removal step, and then returned to the acid fermentation tank and circulated. Can be solved.
[0009]
The second invention can be embodied as an anaerobic fermentation system for organic waste in a form in which the acid fermented sludge is subjected to methane fermentation in the next step of methane fermentation to take out digestion gas, and further, an alkali treatment with ammonia removed. It is preferably embodied as an organic waste anaerobic fermentation system in which a sludge slurry is added with a carbon dioxide absorption step of absorbing and transferring carbon dioxide in the digested gas.
[0010]
(Third invention)
In addition, the above problem is the third invention, wherein the organic waste is subjected to acid fermentation in an acid fermentation tank, and then to methane fermentation in a methane fermentation tank to take out digestion gas and to discharge the discharged methane fermentation sludge in the next step. An anaerobic fermentation system designed to be sent to a methane fermentation sludge, wherein part of the methane fermentation sludge is treated in each step of an alkali treatment step and then an ammonia removal step, and then returned to the methane fermentation tank and circulated. The anaerobic fermentation system for organic waste of the present invention can solve the problem.
It is preferable that the third invention is embodied in a form in which a carbon dioxide absorption step for absorbing and transferring carbon dioxide in the digested gas is added to the alkali-treated sludge slurry from which ammonia has been removed.
[0011]
(4th invention)
Further, the above problem is the fourth invention, wherein the organic waste is subjected to acid fermentation in an acid fermentation tank, then to methane fermentation, to take out digestion gas, and to send the discharged methane fermentation sludge to the next step. An anaerobic fermentation system, wherein a part of the methane fermentation sludge is treated in each step of an alkali treatment step and then an ammonia removal step, and then returned to the acid fermentation tank and circulated. The problem can be solved by the organic waste anaerobic fermentation system of the invention.
The present invention is preferably embodied in a form in which a carbon dioxide absorption step of absorbing and transferring carbon dioxide in the digested gas is added to the alkali-treated sludge slurry from which ammonia has been removed.
[0012]
According to the present invention described above, any of the anaerobic acid fermentation and at least one of the methane fermentation is subjected to alkali treatment of the fermentation-treated sludge and a circulation step of removing ammonia is added. Ammonia generated in the acid fermentation or methane fermentation can also be removed in the ammonia removal step, so that the obstruction to anaerobic fermentation due to ammonia nitrogen is reduced, so that the concentration of the treated organic matter can be increased. is there.
[0013]
Further, in the present invention, in the embodiment in which the carbon dioxide gas absorbing step is provided after the ammonia removing step, the carbon dioxide gas in the digested gas is removed, and thus the methane in the gas is extracted in a concentrated state. Further, the alkali-treated sludge slurry that has absorbed the carbon dioxide gas is returned to the anaerobic fermentation step, and is converted into methane by the action of hydrogen-utilizing methane-producing bacteria, so that there is an advantage that the yield of methane increases.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of an anaerobic fermentation system for organic waste of the present invention will be described with reference to FIGS.
(First invention)
First, the first invention of the present invention is shown by a flow illustrated in FIG.
The organic waste a to be treated is subjected to anaerobic digestion treatment in the digestion tank 2, the generated methane gas and the like are separated as digestion gas b, and the digested sludge c after treatment is sent to the next treatment step in an anaerobic fermentation system. Then, a part of the digested sludge is taken out from the digestion tank 2 and sent to the alkali treatment tank 3, where the solubilization of organic components is promoted by alkali treatment. Remove. The alkali-treated sludge from which ammonia has been removed is returned to the digestion tank 2 and circulated. Thus, the first invention is characterized in that the digestion tank 2, the alkali treatment tank 3, and the ammonia removing device 4 form a circulation path.
[0015]
Thus, according to the first invention, not only the ammonia generated by the alkali treatment, but also the ammonia generated by the anaerobic digestion treatment is repeatedly removed by the ammonia removing device 4, so that the digestion efficiency does not decrease. The advantage is that organic matter can be treated.
[0016]
Here, the organic waste a to be treated in the present invention includes organic sludge such as primary sludge generated from a sewage treatment plant, excess sludge, human waste sludge, garbage, and protein-containing sludge generated from food factories. Sludge is applicable. Further, as the alkali treatment tank 3 or the ammonia removing device 4, the above-described device can be appropriately adopted.
[0017]
(Second invention)
Next, the second invention of the present invention is shown by a flow illustrated in FIGS.
The flow of FIG. 2 is an anaerobic fermentation system in which organic waste a is subjected to acid fermentation in the acid fermentation tank 21 and the discharged acid fermentation sludge d is sent to the next processing step. This is a system in which a part of the acid fermentation sludge d is withdrawn, subjected to alkali treatment in the alkali treatment tank 3, and then the ammonia in the treated sludge is removed by the ammonia removing device 4, and then returned to the acid fermentation tank 21 for circulation. . As described above, the second invention is also characterized in that the acid fermentation tank 21, the alkali treatment tank 3, and the ammonia removing device 4 form a circulation path.
[0018]
Also in the second invention, as in the first invention, the ammonia generated in each step is repeatedly removed by the ammonia removing device 4, so that there is an advantage that the same effect as the first invention can be obtained because the digestion efficiency does not decrease. .
Here, the acid fermentation sludge d is not only digested in the methane fermentation step as in the following embodiment, but also subjected to complete decomposition by hydrothermal treatment and synthesis of organic compounds using a catalyst.
[0019]
(2nd invention, 2nd embodiment)
As shown in FIG. 3, this second invention can be preferably embodied in a flow system in which an acid fermentation sludge d is sent to a methane fermentation tank 22 and a methane fermentation step is added.
In this case, a carbon dioxide absorption device 5 is added between the ammonia removal device 4 and the acid fermentation tank 21 in the circulation path of the alkali treatment tank 3, the ammonia removal device 4, and the acid fermentation tank 21 in this order. It is preferable that the gas absorption device 5 allows the digestion gas b generated in the methane fermentation tank 22 to pass therethrough, and absorbs and transfers the carbon dioxide contained in the digestion gas b to the alkali-treated sludge slurry from which ammonia has been removed. .
[0020]
Here, in the carbon dioxide absorption device 5, means for bringing the digested gas and the alkali-treated sludge slurry into gas-liquid contact, for example, allowing the alkali-treated sludge slurry to flow down or drop into the digested gas, or By means of blowing a digestive gas or the like, the carbon dioxide gas can react with the alkali and be easily transferred to the liquid side.
[0021]
According to the embodiment of the second invention, in addition to preventing the digestion efficiency from being lowered by providing the circulation route of the alkali treatment tank 3, the ammonia removing device 4, and the acid fermentation tank 21, the carbon dioxide gas is removed from the digested gas. Can be removed, so that a useful gas such as methane gas can be taken out to a high concentration, and the removed and absorbed carbon dioxide gas is returned to the anaerobic fermentation step, so that the amount of generated digestive gas increases.
[0022]
(Third invention)
Next, the third invention of the present invention is shown by a flow illustrated in FIG.
In the anaerobic fermentation system for organic waste of the third invention, the organic waste a is subjected to acid fermentation in the acid fermentation tank 21 and then sent to the methane fermentation tank 22 for methane fermentation. The basic flow is an anaerobic fermentation system in which the fermented sludge e is sent to the next step.
[0023]
Then, in the third invention, a part of the methane fermentation sludge e is extracted from the methane fermentation tank 22 and alkali-treated in the alkali treatment tank 3, and then the ammonia in the treated material is separated and removed in the ammonia removing device 4, It is characterized in that it is returned to the methane fermentation tank 22 and circulated. That is, the point is that the methane fermentation tank 22, the alkali treatment tank 3, and the ammonia removing device 4 form a circulation path.
[0024]
In the third invention, a carbon dioxide absorption device 5 is added between the ammonia removal device 4 and the methane fermentation tank 22 in the circulation path formed by the methane fermentation tank 22, the alkali treatment tank 3, and the ammonia removal device 4. What can be embodied is similar to the second invention. That is, also in this case, the carbon dioxide absorbing device 5 absorbs and transfers the carbon dioxide contained in the digested gas b generated in the methane fermentation tank 22 to the alkali-treated sludge slurry from which ammonia has been removed, and thereby provides useful gas such as methane gas. Can be taken out at a high concentration.
[0025]
(4th invention)
Next, the fourth invention of the present invention is shown by a flow illustrated in FIG.
In the anaerobic fermentation system of the fourth invention, the organic waste a is subjected to acid fermentation in the acid fermentation tank 21 and then to methane fermentation in the methane fermentation tank 22 to take out the digestion gas b and discharge the discharged methane fermentation sludge e in the next step. The basic flow of the system is to send it to
[0026]
A feature of the method is that a part of the methane fermentation sludge e withdrawn from the methane fermentation tank 22 is subjected to alkali treatment in the alkali treatment tank 3 and then ammonia is removed in the ammonia removing device 4 and then the acid is removed. The point is that it is returned to the fermenter 21 and circulated. Thus, the point is that the methane fermentation tank 22, the alkali treatment tank 3, the ammonia removing device 4, and the acid fermentation tank 21 form a circulation path.
[0027]
In this case, as illustrated in FIG. 5, the second embodiment can be embodied to add the carbon dioxide absorbing device 5 between the ammonia removing device 4 and the acid fermentation tank 21. Similar. That is, the carbon dioxide gas contained in the digestion gas b generated in the methane fermentation tank 22 is absorbed and transferred to the alkali-treated sludge slurry by the carbon dioxide gas absorption device 5, and useful gas such as methane gas is taken out at a high concentration. Preferably.
[0028]
【Example】
Next, with respect to each of the inventions of the present application, examples will be described below together with comparative examples other than the present invention.
According to this example, in the present invention, a remarkable improvement effect was observed such that the organic matter digestibility was at most 45% of that of the comparative example being 54% to 61%. Thus, according to the present invention, a higher concentration of organic matter can be treated.
[0029]
(Example 1: First invention, see FIG. 1)
A 10 L anaerobic digester is supplied with 1 L / day of 6% VS organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge). Also, 1 L / day of digested sludge is withdrawn from this digestion tank, alkali-treated in a 1 L alkaline treatment tank (pH 10.5, adjusted to 70 ° C.), and then ammonia is removed by an ammonia removing device and returned to the digestion tank. I do.
[0030]
The results are summarized below.
Organic matter load: 6 kg / (m ³ days)
Digestion tank conditions: pH 7.5, 37 ° C
Ammonia removal amount: 2560 mg-N / day Organic matter digestibility: 56%
Generating digester gas: _CH 4 18.7L / _day, CO 2 3.3 L / day (CH ₄ concentration 85.0%)
[0031]
(Example 2: Second invention, see FIG. 2)
VS 6% organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge) is supplied at a rate of 1 L / day to a 2 L anaerobic acid fermentation tank, and 1 L / day of digested sludge is extracted from the acid fermentation tank. Alkaline treatment is carried out in a 1 L alkali treatment tank (pH 10.5, adjusted to 70 ° C.), then ammonia is removed by an ammonia removing device, and the ammonia is returned to the acid fermentation tank.
[0032]
The results are summarized below.
Organic matter load: 30 kg / (m ³ days)
Acid fermentation tank conditions: pH 6.8, 50 ° C
Ammonia removal amount: 2490 mg-N / day Acid fermentation rate of organic matter: 58%
Organic acid concentration in acid fermentation sludge: 34800 mg / L
[0033]
(Example 3: Second invention, see FIG. 3)
VS 6% organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge) is supplied at a rate of 1 L / day to a 2 L anaerobic acid fermentation tank, and 1 L / day of sludge is withdrawn from the acid fermentation tank. After alkali treatment in an alkali treatment tank (adjusted to pH 10.5, 70 ° C.) and then removing ammonia, the carbon dioxide gas in the digestion gas is brought into gas-liquid contact with the digestion gas by a carbon dioxide absorption device. Absorb and return it to the acid fermentor. 1 L / day of acid fermentation sludge obtained from the acid fermentation tank is treated in an 8 L anaerobic methane fermentation tank.
[0034]
The results are summarized below.
Organic matter load: acid fermentation: 30 kg / (m ³ days), methane fermentation: 7.5 kg / (m ³ days)
Acid fermentation tank conditions: pH 6.8, 50 ° C
Methane fermentation tank conditions: pH 7.2, 37 ° C
Ammonia removal amount: 2790 mg-N / day Organic matter digestibility: 61%
CH ₄ concentrated digestion gas: CH ₄ : 21.6 L / day, CO ₂ : 2.4 L / day (CH ₄ concentration: 90.0%)
[0035]
(Example 4: Third invention, see FIG. 4)
1 L / day of 6% VS organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge) is supplied to a 2 L anaerobic acid fermentation tank, and 1 L / day of the obtained acid fermentation sludge is supplied to an 8 L anaerobic methane fermentation tank. To process. Also, 1 L / day of sludge is withdrawn from this methane fermentation tank, alkali-treated in a 1 L alkali treatment tank (pH 10.5, adjusted to 70 ° C.), and then ammonia is removed by an ammonia removing device. Return to tank.
[0036]
The results are summarized below.
Organic matter load: acid fermentation: 30 kg / (m ³ days), methane fermentation: 7.5 kg / (m ³ days)
Acid fermentation tank conditions: pH 6.8, 50 ° C
Methane fermentation tank conditions: pH 7.2, 37 ° C
Ammonia removal amount: 2470 mg-N / day Organic matter digestibility: 54%
CH ₄ concentrated digestion gas: CH ₄ : 17.6 L / day, CO ₂ : 3.4 L / day (CH ₄ concentration 83.8%)
[0037]
(Example 5: Fourth invention, see FIG. 5)
1 L / day of 6% VS organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge) is supplied to a 2 L anaerobic acid fermentation tank, and 1 L / day of the obtained acid fermentation sludge is supplied to an 8 L anaerobic methane fermentation tank. To process. Also, 1 L / day of sludge is withdrawn from this methane fermentation tank, treated with alkali in a 1 L alkali treatment tank (pH 10.5, adjusted to 70 ° C.), and then ammonia is removed by an ammonia removing device. And gas-liquid contact with the digestion gas to absorb carbon dioxide in the digestion gas and return it to the acid fermentation tank.
[0038]
The results are summarized below.
Organic matter load: acid fermentation: 30 kg / (m ³ days), methane fermentation: 7.5 kg / (m ³ days)
Acid fermentation tank conditions: pH 6.8, 50 ° C
Methane fermentation tank conditions: pH 7.2, 37 ° C
Ammonia removal amount: 2600 mg-N / day Organic matter digestibility: 59%
CH ₄ concentrated digestion gas: CH ₄ : 19.6 L / day, CO ₂ : 3.5 L / day (CH ₄ concentration 84.8%)
[0039]
(Comparative Example 1: Method described in the earlier application described above, see FIG. 6)
VS 6% organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge) is supplied at a rate of 1 L / day to a 1 L alkali treatment tank, adjusted to pH 10.5, 70 ° C., alkali-treated, and then treated with an ammonia removing device. The ammonia is removed and it is anaerobically fermented in a 10 L digester. The results are summarized below.
Organic matter load: 6 kg / (m ³ days)
Digestion tank conditions: pH 8, 37 ° C
Ammonia removal amount: 650 mg-N / day Organic matter digestibility: 45%
Generating digester gas: _CH 4: 15.3L / _day, CO 2: 1.7 L / day (CH ₄ concentration 90.0%)
[0040]
(Comparative Example 2: Known alkaline digestion without removing ammonia from the flow illustrated in FIG. 6)
VS 6% organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge) is supplied at a rate of 1 L / day to a 1 L alkali treatment tank, adjusted to pH 10.5, 70 ° C., alkali-treated, and then digested with 10 L. Performs anaerobic fermentation directly in the tank. The results are summarized below.
Organic matter load: 6 kg / (m ³ days)
Digestion tank conditions: pH 8, 37 ° C
Ammonia removal amount: 0 mg-N / day Organic matter digestibility: 25%
Generating digester gas: _CH 4: 8.3L / _day, CO 2: 1.0L / day (CH ₄ concentration 89.2%)
[0041]
(Comparative Example 3: VS with high concentration (6%) by a normal digestion method without alkali treatment) 6% VS organic sludge (prepared by centrifugal concentration of excess sewage sludge) in a 10 L anaerobic digestion tank Is supplied at 1 L / day. The results are summarized below.
Organic matter load: 6 kg / (m ³ days)
Ammonia removal amount: 0 mg-N / day Organic matter digestibility: 13%
Generating biogas: _CH 4: 3.1 L / _day, CO 2: 2.0L / day (CH ₄ concentration: 60.8%)
[0042]
(Comparative Example 4: VS with Normal Concentration (2%) in Normal Digestion of Comparative Example 3)
・ Supply 10% anaerobic digestion tank with 2% VS organic sludge at 1L / day. The results are summarized below.
Organic matter load: 2 kg / (m ³ days)
Ammonia removal amount: 0 mg-N / day Organic matter digestibility: 45%
Generating biogas: _CH 4: 3.5 L / _day, CO 2: 2.4 L / day (CH ₄ concentration: 59.3%)
[0043]
【The invention's effect】
Since the anaerobic fermentation system for organic waste of the present invention is configured as described above, ammonia nitrogen, which is an obstacle to the anaerobic fermentation process, can be removed from the system. The anaerobic fermentation system can be operated more efficiently. If a carbon dioxide absorption step is added, methane in the digestion gas can be concentrated to obtain a digestion gas with a high concentration of methane components.The absorbed carbon dioxide gas is returned to the fermentation step to reduce the methane yield. There is an excellent effect that it can be increased. Therefore, the present invention has an extremely high industrial value as an anaerobic fermentation system for organic waste which has solved the conventional problems.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part flowchart for explaining the first invention of the present application.
FIG. 2 is a main part flowchart for explaining a second invention of the present application.
FIG. 3 is a main part flowchart for explaining the second invention of the present application.
FIG. 4 is a main part flowchart for explaining the third invention of the present application.
FIG. 5 is a main part flowchart for explaining a fourth invention of the present application.
FIG. 6 is a main part flow chart of an anaerobic digestion method on which the present invention is based.
[Explanation of symbols]
2 digestion tank, 21 acid fermentation tank, 22 methane fermentation tank, 3 alkali treatment tank, 4 ammonia removal equipment, 5 carbon dioxide absorption equipment, a organic waste, b digestion gas, c digestion sludge, d acid fermentation sludge.

Claims

An anaerobic fermentation system in which organic waste is anaerobically digested in a digestion tank, and digested gas is taken out, and the discharged digested sludge is sent to the next step. An anaerobic fermentation system for organic waste, characterized in that after being treated in each step of the ammonia removal step, it is returned to the digestion tank and circulated.

An anaerobic fermentation system in which organic waste is subjected to acid fermentation in an acid fermentation tank, and the discharged acid fermentation sludge is sent to the next step. An anaerobic fermentation system for organic waste, wherein the anaerobic fermentation system for organic wastes is returned to the acid fermentation tank and circulated after treatment in each step.

3. The anaerobic fermentation system for organic waste according to claim 2, wherein the acid fermentation sludge is methane fermented in the next methane fermentation step to extract digestive gas.

The anaerobic fermentation system for organic waste according to claim 3, further comprising a carbon dioxide absorption step of absorbing and transferring carbon dioxide in the digested gas to the alkali-treated sludge slurry from which ammonia has been removed. system.

An anaerobic fermentation system in which organic waste is subjected to acid fermentation in an acid fermentation tank and then methane fermentation in a methane fermentation tank to extract digestive gas and send discharged methane fermentation sludge to the next step. An anaerobic fermentation system for organic waste, wherein a part of fermented sludge is treated in each of an alkali treatment step and an ammonia removal step, and then returned to the methane fermentation tank and circulated.

The anaerobic fermentation system for organic waste according to claim 5, further comprising a carbon dioxide absorption step of absorbing and transferring carbon dioxide in the digested gas to the alkali-treated sludge slurry from which ammonia has been removed. Fermentation system.

An anaerobic fermentation system in which organic waste is subjected to acid fermentation in an acid fermentation tank, followed by methane fermentation, digestion gas is taken out, and the discharged methane fermentation sludge is sent to the next step. An anaerobic fermentation system for organic waste, comprising treating a part in each step of an alkali treatment step and then an ammonia removal step, and then returning it to the acid fermentation tank for circulation.

The anaerobic fermentation system for organic waste according to claim 7, further comprising a carbon dioxide absorption step for absorbing and transferring carbon dioxide in the digested gas to the alkali-treated sludge slurry from which ammonia has been removed. Fermentation system.