JP6829956B2 - Anaerobic treatment method and anaerobic treatment equipment - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスを生じさせる、嫌気処理方法及び嫌気処理設備に関する。 The present invention relates to an anaerobic treatment method and an anaerobic treatment facility that generate biogas by, for example, methane fermentation of an object to be treated containing organic nitrogen.
従来、この種の嫌気処理方法では、被処理物の有機態窒素が分解され、メタン発酵細菌などによってバイオガスが生じる。一方、有機態窒素の少なくとも一部が分解された消化汚泥も生じる。消化汚泥には、有機態窒素から生じたアンモニア性窒素が含まれる。アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵を行うメタン発酵細菌の生育がアンモニア性窒素によって抑えられて、メタン発酵が阻害され、メタン発酵によって生じるバイオガスの量が不十分になる。 Conventionally, in this kind of anaerobic treatment method, organic nitrogen of the object to be treated is decomposed, and biogas is generated by methane-fermenting bacteria and the like. On the other hand, digestive sludge in which at least a part of organic nitrogen is decomposed is also produced. Digestive sludge contains ammoniacal nitrogen generated from organic nitrogen. When the concentration of ammoniacal nitrogen is relatively high, the growth of methane-fermenting bacteria that perform methane fermentation is suppressed by ammoniacal nitrogen, methane fermentation is inhibited, and the amount of biogas produced by methane fermentation becomes insufficient.
これに対して、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制するために、希釈によってアンモニア性窒素の濃度を下げてからメタン発酵を行う嫌気処理方法が知られている（特許文献１）。 On the other hand, in order to suppress the inhibition of methane fermentation by ammoniacal nitrogen, there is known an anaerobic treatment method in which methane fermentation is performed after reducing the concentration of ammoniacal nitrogen by dilution (Patent Document 1). ..
詳しくは、特許文献１に記載の嫌気処理方法は、有機態窒素を含む被処理物を酸発酵する工程と、酸発酵によって生じた発酵液を希釈水で希釈する工程と、希釈後の液を固液分離する工程と、固液分離後の分離液をメタン発酵処理する工程とを備える。特許文献１に記載の嫌気処理方法では、発酵液が希釈された分、メタン発酵においてアンモニア性窒素の濃度が低くなり、メタン発酵が阻害されることを抑制できる。 Specifically, the anaerobic treatment method described in Patent Document 1 includes a step of acid-fermenting an object to be treated containing organic nitrogen, a step of diluting a fermented liquid produced by acid fermentation with diluting water, and a liquid after dilution. It includes a step of solid-liquid separation and a step of methane fermentation treatment of the separated liquid after solid-liquid separation. In the anaerobic treatment method described in Patent Document 1, the concentration of ammoniacal nitrogen in methane fermentation is lowered by the amount of dilution of the fermentation broth, and it is possible to suppress the inhibition of methane fermentation.
しかしながら、特許文献１に記載の嫌気処理方法は、希釈後の分離液におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低くしてメタン発酵の阻害を抑制するために、少なくとも希釈される前の発酵液において、アンモニア性窒素の濃度を測定する必要があるという問題を有する。斯かる測定には、比較的長い時間が費やされてしまう。 However, in the anaerobic treatment method described in Patent Document 1, in order to relatively lower the concentration of ammoniacal nitrogen in the diluted separation solution and suppress the inhibition of methane fermentation, at least in the fermentation solution before dilution. There is a problem that it is necessary to measure the concentration of ammoniacal nitrogen. A relatively long time is spent on such measurements.
本発明は、上記問題点等に鑑み、アンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、アンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる、嫌気処理方法及び嫌気処理設備を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention can adjust the concentration of ammoniacal nitrogen to a relatively low level without measuring the concentration of ammoniacal nitrogen, and can suppress the inhibition of methane fermentation by ammoniacal nitrogen. An object is to provide an anaerobic treatment method and an anaerobic treatment facility.
上記課題を解決すべく、本発明に係る嫌気処理方法は、有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥とを生じさせるメタン発酵工程と、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求め、該相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する設定工程と、
メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるアンモニア低減工程と、を備える。
In order to solve the above problems, the anaerobic treatment method according to the present invention includes a methane fermentation step of producing biogas and digestive sludge containing ammoniacal nitrogen by methane fermentation of an object to be treated containing organic nitrogen. ,
The amount of biogas produced by methane fermentation is investigated for each object to be treated with a different amount of nitrogen per unit amount, and the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated and the biogas produced by methane fermentation of the object to be treated A setting step of obtaining a correlation with the amount and setting a set amount of biogas generated when the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated is the reference nitrogen amount based on the correlation.
The methane fermentation step includes an ammonia reduction step of reducing the concentration of ammoniacal nitrogen generated from the object to be treated in digestive sludge when the amount of biogas produced by methane fermentation is less than the set amount.
上記構成からなる嫌気処理方法では、メタン発酵によって被処理物の有機態窒素からアンモニア性窒素が生じる。メタン発酵に伴って、アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵が阻害され、得られるバイオガスの量が設定量未満になり得る。バイオガスの設定量は、上記の相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの基準窒素量から設定されている。被処理物の基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして求めることができることから、得られるバイオガスが設定量未満になったときは、アンモニア性窒素の濃度がメタン発酵を阻害する濃度になっていると考えることができる。そこで、メタン発酵によって生じたバイオガスが設定量未満になったときに、アンモニア低減工程を行うことによって、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。 In the anaerobic treatment method having the above structure, ammoniacal nitrogen is generated from the organic nitrogen of the object to be treated by methane fermentation. If the concentration of ammoniacal nitrogen becomes relatively high with methane fermentation, methane fermentation may be inhibited and the amount of biogas obtained may be less than the set amount. The set amount of biogas is set from the reference nitrogen amount per unit amount of the object to be treated based on the above correlation. Since the reference nitrogen amount of the object to be treated can be obtained based on the concentration of ammoniacal nitrogen that inhibits methane fermentation, when the obtained biogas becomes less than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen becomes methane. It can be considered that the concentration is such that it inhibits fermentation. Therefore, when the amount of biogas produced by methane fermentation becomes less than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge is not measured by performing the ammonia reduction step. Can be adjusted to a relatively low level, and the inhibition of methane fermentation by ammoniacal nitrogen can be suppressed.
本発明に係る嫌気処理方法のアンモニア低減工程では、前記メタン発酵工程の消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を下げるために、前記消化汚泥を収容した消化槽から消化汚泥の少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥を消化槽に戻すことが好ましい。これにより、メタン発酵細菌を含む消化汚泥が消化槽に戻される。従って、消化槽内のメタン発酵細菌が減ってメタン発酵の効率が下がることを抑制できる。しかも、消化槽に戻す消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度が下がった分、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。 In the ammonia reduction step of the anaerobic treatment method according to the present invention, in order to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge in the methane fermentation step, at least a part of the digestive sludge is taken out from the digestive tank containing the digestive sludge and taken out. It is preferable to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge and return the digested sludge having the reduced concentration of ammoniacal nitrogen to the digestion tank. As a result, digestive sludge containing methane-fermenting bacteria is returned to the digestive tank. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of methane fermentation due to a decrease in methane-fermenting bacteria in the digestion tank. Moreover, since the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge returned to the digestion tank is reduced, it is possible to suppress the inhibition of methane fermentation by the ammoniacal nitrogen.
本発明に係る嫌気処理設備は、有機態窒素を含む被処理物をメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥とを生じさせるメタン発酵部を備え、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から求めた相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定するように構成され、
前記メタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるように構成されている。
The anaerobic treatment equipment according to the present invention includes a methane fermentation unit that produces biogas and digestive sludge containing ammoniacal nitrogen by methane fermentation of an object to be treated containing organic nitrogen.
The amount of biogas produced by methane fermentation is investigated for each object to be treated with a different amount of nitrogen per unit amount, and the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated and the biogas produced by methane fermentation of the object to be treated Based on the amount and the correlation obtained from, it is configured to set the set amount of biogas generated when the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated is the reference nitrogen amount.
When the amount of biogas produced by the methane fermentation becomes smaller than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen generated from the object to be treated in the digested sludge is reduced.
本発明に係る嫌気処理方法及び嫌気処理設備は、アンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、アンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できるという効果を奏する。 The anaerobic treatment method and the anaerobic treatment equipment according to the present invention can adjust the concentration of ammoniacal nitrogen to a relatively low level without measuring the concentration of ammoniacal nitrogen, and suppress the inhibition of methane fermentation by the ammoniacal nitrogen. It has the effect of being able to do it.
以下、本発明に係る嫌気処理設備の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the anaerobic treatment equipment according to the present invention will be described.
本実施形態の嫌気処理設備１０は、有機態窒素を含む被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥Ｓとを生じさせるメタン発酵部１を備える。 The anaerobic treatment equipment 10 of the present embodiment includes a methane fermentation unit 1 that produces biogas and digestive sludge S containing ammoniacal nitrogen by methane fermentation of the object N containing organic nitrogen.
本実施形態の嫌気処理設備１０は、単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から求めた相関関係に基づいて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定するように構成されている。また、メタン発酵部１によるメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物Ｎから生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるように構成されている。 The anaerobic treatment facility 10 of the present embodiment examines the amount of biogas produced by methane fermentation for each object N having a different amount of nitrogen per unit amount, and determines the amount of nitrogen per unit amount of the object N to be treated and the amount of nitrogen. Setting of the generated biogas when the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated N is the reference nitrogen amount based on the correlation obtained from the amount of biogas produced by methane fermentation of the object to be treated N. It is configured to set the amount. Further, when the amount of biogas produced by methane fermentation by the methane fermentation unit 1 becomes smaller than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen generated from the object N to be treated is reduced in the digested sludge. There is.
詳しくは、本実施形態の嫌気処理設備１０は、図１に示すように、有機態窒素を含む被処理物Ｎからメタン発酵によって生じた消化汚泥Ｓを収容する消化槽１ａを有する上記のメタン発酵部１と、消化汚泥Ｓを収容した消化槽１ａから消化汚泥Ｓの少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻すことによって、メタン発酵部１の消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度を下げるアンモニア低減部２と、を備える。 Specifically, as shown in FIG. 1, the anaerobic treatment facility 10 of the present embodiment has the above-mentioned methane fermentation having a digestion tank 1a for accommodating the digestion sludge S generated by methane fermentation from the object N containing organic nitrogen. At least a part of the digestive sludge S is taken out from the part 1 and the digestion tank 1a containing the digestive sludge S, the concentration of the ammoniacal nitrogen in the taken out digestive sludge S is lowered, and the digestive sludge S in which the concentration of the ammoniacal nitrogen is lowered is removed. It is provided with an ammonia reducing unit 2 that reduces the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge S of the methane fermentation unit 1 by returning it to the digestion tank 1a.
前記嫌気処理設備１０は、設備外から供給された上記の被処理物Ｎを消化槽１ａに収容し、消化槽１ａ内で被処理物Ｎをメタン発酵させるように構成されている。また、被処理物Ｎの少なくとも一部が微生物によって分解されることで生じた消化汚泥Ｓを消化槽１ａ内に収容しつつ、バイオガスを得るように構成されている。前記嫌気処理設備１０は、アンモニア低減部２によって消化槽１ａ内から取り出した消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻すように構成されている。 The anaerobic treatment facility 10 is configured to accommodate the object to be treated N supplied from outside the facility in the digestion tank 1a and to ferment the object to be treated N in the digestion tank 1a with methane. Further, it is configured to obtain biogas while accommodating the digestive sludge S generated by decomposing at least a part of the object N to be treated by microorganisms in the digestion tank 1a. The anaerobic treatment equipment 10 is configured to return the digestive sludge S taken out from the digestion tank 1a by the ammonia reducing unit 2 to the digestion tank 1a.
メタン発酵部１の消化槽１ａに供給される、有機態窒素を含む被処理物Ｎとしては、例えば、下水汚泥、糞尿、生ごみなどが挙げられる。上記の被処理物Ｎとしては、より確実な上記の相関関係を求めることができるという点で、下水汚泥が好ましい。上記の被処理物Ｎは、通常、タンパク質、アミノ酸などを有機態窒素として含有する。上記の被処理物Ｎは、アンモニアなどの無機態窒素を含み得る。上記の被処理物Ｎは、通常、炭水化物や油分といった窒素を含まない有機物をさらに含む。メタン発酵部１は、水によって希釈された被処理物Ｎを消化槽１ａに収容するように構成されてもよい。 Examples of the object N containing organic nitrogen supplied to the digestion tank 1a of the methane fermentation unit 1 include sewage sludge, manure, and kitchen waste. As the object to be treated N, sewage sludge is preferable in that a more reliable correlation can be obtained. The above-mentioned object N to be treated usually contains proteins, amino acids and the like as organic nitrogen. The object to be treated N may contain inorganic nitrogen such as ammonia. The object to be treated N usually further contains nitrogen-free organic substances such as carbohydrates and oils. The methane fermentation unit 1 may be configured to accommodate the object N diluted with water in the digestion tank 1a.
メタン発酵部１は、被処理物Ｎを消化槽１ａに収容するように構成されている。メタン発酵部１は、消化槽１ａ内に供給された上記被処理物Ｎの有機態窒素の少なくとも一部が分解して消化汚泥Ｓを生じさせるように構成されている。また、有機態窒素以外の有機物を分解するように構成されている。 The methane fermentation unit 1 is configured to accommodate the object N to be treated in the digestion tank 1a. The methane fermentation unit 1 is configured so that at least a part of the organic nitrogen of the object to be treated N supplied into the digestion tank 1a is decomposed to generate digestive sludge S. It is also configured to decompose organic substances other than organic nitrogen.
メタン発酵部１は、例えばタンパク質やアミノ酸などの有機態窒素が、消化槽１ａ内で、酸発酵、酢酸発酵、又はメタン発酵されることにより、バイオガスを生じさせるように構成されている。酸発酵は、例えば、酸発酵細菌によって行われ、酢酸発酵は、例えば、酢酸発酵細菌によって行われ、メタン発酵は、例えば、メタン発酵細菌によって行われる。また、メタン発酵部１は、有機態窒素以外の有機物が、酸発酵、酢酸発酵、又はメタン発酵されることにより、バイオガスが生じるように構成されている。バイオガスは、主成分としてメタンガスを含み、その他、二酸化炭素、硫化水素、水分などを含み得る。 The methane fermentation unit 1 is configured to generate biogas by acid fermentation, acetic acid fermentation, or methane fermentation of organic nitrogen such as proteins and amino acids in the digestion tank 1a. Acid fermentation is carried out, for example, by acid-fermenting bacteria, acetic acid fermentation is carried out, for example, by acetic acid-fermenting bacteria, and methane fermentation is carried out, for example, by methane-fermenting bacteria. Further, the methane fermentation unit 1 is configured so that biogas is generated by acid fermentation, acetic acid fermentation, or methane fermentation of organic substances other than organic nitrogen. The biogas contains methane gas as a main component, and may also contain carbon dioxide, hydrogen sulfide, water and the like.
消化槽１ａは、メタン発酵を効率よく行うため、嫌気的条件となるように構成されている。 The digestion tank 1a is configured to be in an anaerobic condition in order to efficiently carry out methane fermentation.
アンモニア低減部２は、メタン発酵部１の消化槽１ａから取り出した消化汚泥Ｓに希釈水Ｗを供給する希釈水供給部２ａと、希釈された消化汚泥Ｓを濃縮して濃縮消化汚泥と分離液とに分離する濃縮部２ｂと、濃縮消化汚泥を消化槽１ａに返送する返送部２ｃと、を有する。 The ammonia reduction unit 2 includes a diluted water supply unit 2a that supplies diluted water W to the digested sludge S taken out from the digestive tank 1a of the methane fermentation unit 1, and a concentrated digested sludge and a separated liquid that concentrates the diluted digested sludge S. It has a concentration unit 2b that separates into and a return unit 2c that returns the concentrated digested sludge to the digestion tank 1a.
アンモニア低減部２は、消化槽１ａから消化汚泥Ｓの少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥Ｓに希釈水供給部２ａから希釈水Ｗを供給するように構成されている。また、希釈水Ｗを供給することによって、アンモニア性窒素を消化汚泥Ｓから溶出させるように構成されている。また、希釈された消化汚泥Ｓを濃縮部２ｂで濃縮することによって消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を下げるように構成されている。また、消化槽１ａ内の消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度を下げるために、濃縮部２ｂの濃縮によって濃縮された濃縮消化汚泥を、返送部２ｃによって消化槽１ａへ戻すように構成されている。 The ammonia reducing unit 2 is configured to take out at least a part of the digested sludge S from the digestion tank 1a and supply the diluted water W from the diluted water supply unit 2a to the taken out digestive sludge S. Further, by supplying the diluted water W, the ammoniacal nitrogen is eluted from the digestive sludge S. Further, the diluted digestive sludge S is concentrated in the concentrating section 2b to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge. Further, in order to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge S in the digestion tank 1a, the concentrated digestive sludge concentrated by the concentration of the concentration unit 2b is returned to the digestion tank 1a by the return unit 2c. ..
希釈水供給部２ａは、例えば、消化槽１ａから取り出した消化汚泥Ｓに希釈水Ｗを供給する希釈水供給経路を有する。希釈水供給部２ａは、希釈水供給経路から供給された希釈水Ｗと、取り出された消化汚泥Ｓとを混合するように構成されている。
希釈水Ｗとしては、例えば、水道水、下水処理水などが挙げられる。
The diluted water supply unit 2a has, for example, a diluted water supply path for supplying the diluted water W to the digested sludge S taken out from the digestion tank 1a. The diluted water supply unit 2a is configured to mix the diluted water W supplied from the diluted water supply path and the digested sludge S taken out.
Examples of the diluted water W include tap water and treated sewage water.
濃縮部２ｂは、例えば、希釈水Ｗによって希釈された消化汚泥Ｓを固液分離する固液分離装置を有する。濃縮部２ｂは、希釈された消化汚泥Ｓを固液分離装置によって固液分離して、固液分離によって濃縮された濃縮消化汚泥と、分離液とを得るように構成されている。そして、希釈前の消化汚泥Ｓよりも、濃縮消化汚泥の方で、アンモニア性窒素の濃度を低くするように構成されている。
なお、濃縮部２ｂは、分離液を設備外へ排出するように構成されてもよい。
The concentrating unit 2b has, for example, a solid-liquid separation device that solid-liquid separates digestive sludge S diluted with diluted water W. The concentrating unit 2b is configured to solid-liquid separate the diluted digested sludge S by a solid-liquid separation device to obtain concentrated digested sludge concentrated by solid-liquid separation and a separated liquid. The concentrated digested sludge is configured to have a lower concentration of ammoniacal nitrogen than the digested sludge S before dilution.
The concentrating unit 2b may be configured to discharge the separated liquid to the outside of the equipment.
返送部２ｃは、濃縮部２ｂの固液分離によって得られた濃縮消化汚泥を、メタン発酵部１の消化槽１ａへ返送する返送経路を有する。返送部２ｃは、希釈前の消化汚泥Ｓよりもアンモニア性窒素の濃度が低くなった、少なくともメタン発酵細菌を含む濃縮消化汚泥を、返送経路によって消化槽１ａへ返送するように構成されている。 The return unit 2c has a return route for returning the concentrated digested sludge obtained by the solid-liquid separation of the concentration unit 2b to the digestion tank 1a of the methane fermentation unit 1. The return unit 2c is configured to return the concentrated digested sludge containing at least methane-fermenting bacteria, which has a lower concentration of ammoniacal nitrogen than the digested sludge S before dilution, to the digestion tank 1a by a return route.
本実施形態の嫌気処理設備１０は、単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べた結果を基にして、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から相関関係を求める演算部を備える。演算部は、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定するように構成されている。なお、基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして決めることができる。アンモニア性窒素は、主に有機態窒素が分解されることによって生じるため、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度とは、通常、正の比例関係を有する。従って、例えば、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度の所定値を決め、斯かる所定値から、被処理物Ｎの単位量あたりの基準窒素量を算出することができる。 The anaerobic treatment facility 10 of the present embodiment per unit amount of the object N to be treated is based on the result of examining the amount of biogas generated by methane fermentation for each object N having a different amount of nitrogen per unit amount. A calculation unit for obtaining a correlation between the amount of nitrogen and the amount of biogas produced by methane fermentation of the object N to be treated is provided. The calculation unit is configured to set a set amount of biogas generated when the amount of nitrogen per unit amount of the object N to be processed is the reference nitrogen amount. The reference nitrogen amount can be determined based on the concentration of ammoniacal nitrogen that inhibits methane fermentation. Since ammoniacal nitrogen is mainly generated by the decomposition of organic nitrogen, the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated N and the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge S are usually in a positive proportional relationship. Has. Therefore, for example, a predetermined value of the concentration of ammoniacal nitrogen that inhibits methane fermentation can be determined, and the reference nitrogen amount per unit amount of the object to be treated N can be calculated from such a predetermined value.
演算部は、メタン発酵によって生じたバイオガスの量が、上記のごとく設定した設定量よりも少なくなったときに、メタン発酵によって前記被処理物Ｎから生じたアンモニア性窒素の消化汚泥Ｓにおける濃度を下げるため、消化槽１ａから消化汚泥Ｓを取り出す指令をアンモニア低減部２へ送るように構成されている。演算部によって、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定することができる。 When the amount of biogas produced by methane fermentation becomes less than the set amount set as described above, the calculation unit determines the concentration of ammoniacal nitrogen generated from the object N by methane fermentation in the digested sludge S. It is configured to send a command to take out the digestive sludge S from the digestion tank 1a to the ammonia reduction unit 2 in order to lower the amount. The calculation unit can set the set amount of biogas generated when the amount of nitrogen per unit amount of the object N to be processed is the reference nitrogen amount.
本実施形態の嫌気処理設備１０では、メタン発酵によって被処理物の有機態窒素からアンモニア性窒素が生じる。メタン発酵に伴って、アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵が阻害され、得られるバイオガスの量が設定量未満になり得る。バイオガスの設定量は、上記の相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの基準窒素量から設定されている。被処理物の基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして求めることができることから、得られるバイオガスが設定量未満になったときは、アンモニア性窒素の濃度がメタン発酵を阻害する濃度になっていると考えることができる。そこで、メタン発酵によって生じたバイオガスが設定量未満になったときに、アンモニア低減工程を行うことによって、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。 In the anaerobic treatment equipment 10 of the present embodiment, ammoniacal nitrogen is generated from the organic nitrogen of the object to be treated by methane fermentation. If the concentration of ammoniacal nitrogen becomes relatively high with methane fermentation, methane fermentation may be inhibited and the amount of biogas obtained may be less than the set amount. The set amount of biogas is set from the reference nitrogen amount per unit amount of the object to be treated based on the above correlation. Since the reference nitrogen amount of the object to be treated can be obtained based on the concentration of ammoniacal nitrogen that inhibits methane fermentation, when the obtained biogas becomes less than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen becomes methane. It can be considered that the concentration is such that it inhibits fermentation. Therefore, when the amount of biogas produced by methane fermentation becomes less than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge is not measured by performing the ammonia reduction step. Can be adjusted to a relatively low level, and the inhibition of methane fermentation by ammoniacal nitrogen can be suppressed.
続いて、本発明に係る嫌気処理方法の一実施形態について説明する。本実施形態の嫌気処理方法は、上記の嫌気処理設備１０を用いて実施することができる。 Subsequently, an embodiment of the anaerobic treatment method according to the present invention will be described. The anaerobic treatment method of the present embodiment can be carried out using the anaerobic treatment equipment 10 described above.
本実施形態の嫌気処理方法は、有機態窒素を含む被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、バイオガスと、アンモニア性窒素を含む消化汚泥Ｓとを生じさせるメタン発酵工程と、
単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求め、該相関関係に基づいて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する設定工程と、
メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物Ｎから生じたアンモニア性窒素の消化汚泥Ｓにおける濃度を下げるアンモニア低減工程と、を備える。
The anaerobic treatment method of the present embodiment includes a methane fermentation step of producing biogas and digestive sludge S containing ammoniacal nitrogen by methane fermentation of the object N containing organic nitrogen.
The amount of biogas produced by methane fermentation is investigated for each object N having a different amount of nitrogen per unit amount, and the amount of nitrogen per unit amount of the object N to be processed and the amount of nitrogen to be processed N are produced by methane fermentation. A setting step of obtaining a correlation with the amount of biogas and setting a set amount of biogas generated when the amount of nitrogen per unit amount of the object N to be treated is the reference nitrogen amount based on the correlation. When,
The methane fermentation step includes an ammonia reduction step of reducing the concentration of ammoniacal nitrogen generated from the object N in the digested sludge S when the amount of biogas produced by the methane fermentation is less than the set amount. ..
本実施形態の嫌気処理方法では、メタン発酵によってバイオガスを得ることができるものの、メタン発酵によって被処理物の有機態窒素からアンモニア性窒素が生じる。メタン発酵に伴って、アンモニア性窒素の濃度が比較的高くなると、メタン発酵が阻害され、得られるバイオガスの量が設定量未満になり得る。バイオガスの設定量は、上記の相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの基準窒素量から設定されている。被処理物の基準窒素量は、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして求めることができることから、得られるバイオガスが設定量未満になったときは、アンモニア性窒素の濃度がメタン発酵を阻害する濃度になっていると考えることができる。そこで、メタン発酵によって生じたバイオガスが設定量未満になったときに、アンモニア低減工程を行うことによって、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、消化汚泥におけるアンモニア性窒素の濃度を比較的低く調整でき、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。 In the anaerobic treatment method of the present embodiment, biogas can be obtained by methane fermentation, but ammoniacal nitrogen is generated from the organic nitrogen of the object to be treated by methane fermentation. If the concentration of ammoniacal nitrogen becomes relatively high with methane fermentation, methane fermentation may be inhibited and the amount of biogas obtained may be less than the set amount. The set amount of biogas is set from the reference nitrogen amount per unit amount of the object to be treated based on the above correlation. Since the reference nitrogen amount of the object to be treated can be obtained based on the concentration of ammoniacal nitrogen that inhibits methane fermentation, when the obtained biogas becomes less than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen becomes methane. It can be considered that the concentration is such that it inhibits fermentation. Therefore, when the amount of biogas produced by methane fermentation becomes less than the set amount, the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge is not measured by performing the ammonia reduction step. Can be adjusted to a relatively low level, and the inhibition of methane fermentation by ammoniacal nitrogen can be suppressed.
メタン発酵工程では、消化槽１ａ内に供給された上記の被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、被処理物Ｎの有機態窒素の少なくとも一部が分解された消化汚泥Ｓと、メタン発酵細菌のメタン発酵によって生じるバイオガスとを得る。例えば、メタン発酵によってアミノ酸などからアンモニア性窒素とバイオガスとが生じる。
なお、消化槽１ａ内では、メタン発酵以外にも、上記の被処理物Ｎに含まれる有機物を低級脂肪酸に分解する酸発酵、斯かる低級脂肪酸を酢酸に分解する酢酸発酵なども行われる。即ち、消化汚泥Ｓは、メタン発酵細菌以外にも、酸発酵細菌や酢酸発酵細菌などを含む。
In the methane fermentation step, digestive sludge S in which at least a part of the organic nitrogen of the object N is decomposed by methane fermentation of the above-mentioned object N supplied into the digestion tank 1a and methane-fermenting bacteria To obtain the biogas produced by methane fermentation. For example, methane fermentation produces ammoniacal nitrogen and biogas from amino acids and the like.
In the digestive tank 1a, in addition to methane fermentation, acid fermentation that decomposes the organic matter contained in the object to be treated N into lower fatty acids, acetic acid fermentation that decomposes such lower fatty acids into acetic acid, and the like are also performed. That is, the digested sludge S contains not only methane-fermenting bacteria but also acid-fermenting bacteria and acetic acid-fermenting bacteria.
メタン発酵工程では、例えば、消化槽１ａ内に供給された上記の被処理物Ｎを撹拌しつつメタン発酵を行う。メタン発酵工程でのメタン発酵は、通常、中温発酵では３０℃〜４０℃、高温発酵では５０℃〜６０℃で行う。 In the methane fermentation step, for example, methane fermentation is performed while stirring the above-mentioned object N supplied into the digestion tank 1a. Methane fermentation in the methane fermentation step is usually carried out at 30 ° C. to 40 ° C. for medium temperature fermentation and 50 ° C. to 60 ° C. for high temperature fermentation.
メタン発酵工程では、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が中温発酵では３０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、２５００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。高温発酵では２０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、１５００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が中温発酵では３０００ｍｇ／Ｌ以下（高温発酵では２０００ｍｇ／Ｌ以下）であることにより、メタン発酵細菌の生育阻害を抑制することができ、バイオガスをより十分に得ることができる。 In the methane fermentation step, the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge S is preferably 3000 mg / L or less, more preferably 2500 mg / L or less in the medium temperature fermentation. In high temperature fermentation, it is preferably 2000 mg / L or less, and more preferably 1500 mg / L or less. When the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge S is 3000 mg / L or less in medium-temperature fermentation (2000 mg / L or less in high-temperature fermentation), it is possible to suppress the growth inhibition of methane-fermenting bacteria, and biogas is more sufficiently used. Obtainable.
メタン発酵工程は、消化槽１ａ内に上記の被処理物Ｎを連続的に供給する連続式で行ってもよく、消化槽１ａ内に供給された設定量の上記被処理物Ｎから所望量以上のバイオガスが生じるまでメタン発酵を続けるバッチ式で行ってもよい。 The methane fermentation step may be carried out in a continuous manner in which the above-mentioned object N to be processed is continuously supplied into the digestion tank 1a, and the desired amount or more from the set amount of the above-mentioned object N to be processed supplied into the digestion tank 1a. It may be carried out in a batch system in which methane fermentation is continued until the biogas is produced.
設定工程では、単位量あたりの窒素量が異なる被処理物Ｎごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、被処理物Ｎの単位量あたりの窒素量と、該被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求める。 In the setting step, the amount of biogas produced by methane fermentation is investigated for each object N having a different amount of nitrogen per unit amount, and the amount of nitrogen per unit amount of the object N to be processed and the object N to be processed are methane. The correlation with the amount of biogas produced by fermentation is determined.
設定工程では、例えば、被処理物Ｎにおける単位量あたりの窒素量として、被処理物Ｎの単位有機物量あたりの総窒素量（Ｔ−Ｎ）を採用する。被処理物Ｎの有機物量は、例えば、強熱減量（ＶＳ）によって求めることができる。総窒素量は、例えば、ＪＩＳ Ｋ０１０２ ４５．１又は４５．２によって求めることができる。具体的には、被処理物Ｎの単位有機物量あたりの総窒素量（Ｔ−Ｎ）は、例えば、０．０５〜１．００［Ｔ−Ｎ／ＶＳ］となる。 In the setting step, for example, the total amount of nitrogen (TN) per unit organic matter amount of the object to be treated N is adopted as the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated N. The amount of organic matter in the object N to be treated can be determined by, for example, ignition loss (VS). The total amount of nitrogen can be determined by, for example, JIS K0102 45.1 or 45.2. Specifically, the total amount of nitrogen (TN) per unit organic matter amount of the object N to be treated is, for example, 0.05 to 1.00 [TN / VS].
設定工程では、例えば、被処理物Ｎをメタン発酵させて生じるバイオガスの量として、被処理物Ｎの単位有機物量あたりのバイオガス容積（０℃、１気圧）を採用することができる。斯かるバイオガスの量は、例えば、２００〜６００Ｎｍ３／ｔ−ＶＳとなる。 In the setting step, for example, the biogas volume (0 ° C., 1 atm) per unit organic matter amount of the object to be treated N can be adopted as the amount of biogas produced by methane fermentation of the object to be treated N. The amount of such biogas is, for example, 200 to 600 Nm 3 / t-VS.
設定工程で求める相関関係は、数式によって表すことができる。相関関係は、例えば、被処理物Ｎにおける単位量あたりの窒素量と、生じたバイオガス量との一次関数式によって表すことができる。斯かる一次関数式は、例えば最小二乗法によって求めることができる。具体的には、被処理物Ｎにおける単位量あたりの窒素量が増えるほど、バイオガス量が減る直線式によって相関関係を表すことができる。 The correlation obtained in the setting process can be expressed by a mathematical formula. The correlation can be expressed, for example, by a linear function formula of the amount of nitrogen per unit amount in the object N to be treated and the amount of biogas generated. Such a linear function expression can be obtained by, for example, the least squares method. Specifically, the correlation can be expressed by a linear equation in which the amount of biogas decreases as the amount of nitrogen per unit amount in the object N to be treated increases.
設定工程では、求めた相関関係に基づいて、被処理物の単位量あたりの窒素量が基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する。
被処理物の単位量あたりの基準窒素量は、例えば、メタン発酵の阻害が起こり始めるアンモニア性窒素の濃度から算出することができる。有機態窒素を含む被処理物Ｎをメタン発酵させることによって、有機態窒素から所定の変換率でアンモニア性窒素が生じるところ、被処理物の種類によってこの変換率はおよそ決まっていることから、アンモニア性窒素の濃度の所定値を決めると、斯かる所定値から、被処理物の単位量あたりの基準窒素量を算出することができる。
In the setting step, the set amount of biogas generated when the amount of nitrogen per unit amount of the object to be treated is the reference nitrogen amount is set based on the obtained correlation.
The reference nitrogen amount per unit amount of the object to be treated can be calculated from, for example, the concentration of ammoniacal nitrogen at which inhibition of methane fermentation begins to occur. Ammonia nitrogen is produced from organic nitrogen at a predetermined conversion rate by methane fermentation of the object N containing organic nitrogen. Since this conversion rate is approximately determined by the type of object to be treated, ammonia. When a predetermined value of the concentration of sex nitrogen is determined, the reference nitrogen amount per unit amount of the object to be treated can be calculated from such a predetermined value.
例えば、被処理物Ｎが特定のもの（例えば下水汚泥）である場合、下水汚泥の総窒素量（Ｔ−Ｎ）を基にして、下水汚泥から生じるアンモニア性窒素量（ＮＨ４−Ｎ）を予測することができる。被処理物Ｎが下水汚泥である場合、総窒素量からアンモニア性窒素量への転換率は、例えば４５％程度となる。これらを基にして計算することにより、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が所定値となる、被処理物Ｎ（下水汚泥）の単位量あたりの基準窒素量（総窒素濃度）を知ることができる。
例えば、アンモニア性窒素の濃度（メタン発酵の阻害が起こり始める濃度）を２５００ｍｇ／Ｌにした場合、上記の転換率が４５％であり、汚泥濃度が８％であれば、下水汚泥の基準窒素量（総窒素量Ｔ−Ｎ）は、０．０８〜０．０９（Ｔ−Ｎ／ＶＳ）となる。そして、上記のごとく求めた相関関係に基づいて、基準窒素量が０．０８〜０．０９（Ｔ−Ｎ／ＶＳ）であるときの、バイオガスの設定量を設定する。斯かる設定量が例えば４５０Ｎｍ３／ｔ−ｖｓであれば、生じたバイオガスの量が４５０Ｎｍ３／ｔ−ｖｓよりも少なくなったときに、アンモニア低減工程を行い、アンモニア性窒素の濃度を下げることとなる。
For example, if the object to be treated N specific ones (eg sewage sludge), and the total nitrogen content of the sewage sludge (T-N) based ammoniacal nitrogen content resulting from sewage sludge (NH 4 -N) Can be predicted. When the object N to be treated is sewage sludge, the conversion rate from the total amount of nitrogen to the amount of ammoniacal nitrogen is, for example, about 45%. By calculating based on these, it is possible to know the reference nitrogen amount (total nitrogen concentration) per unit amount of the object to be treated N (sewage sludge) at which the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge S becomes a predetermined value. it can.
For example, when the concentration of ammoniacal nitrogen (the concentration at which inhibition of methane fermentation begins to occur) is 2500 mg / L, the above conversion rate is 45%, and if the sludge concentration is 8%, the reference nitrogen amount of sewage sludge (Total nitrogen amount TN) is 0.08 to 0.09 (TN / VS). Then, based on the correlation obtained as described above, the set amount of biogas when the reference nitrogen amount is 0.08 to 0.09 (TN / VS) is set. If the set amount is, for example, 450 Nm 3 / tvs, when the amount of biogas generated becomes less than 450 Nm 3 / tvs, an ammonia reduction step is performed to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen. It will be.
アンモニア低減工程では、メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が設定量よりも少なくなったときに、前記メタン発酵工程の消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度を下げるために、例えば、前記消化汚泥Ｓを収容した消化槽１ａから消化汚泥Ｓの少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻す。これにより、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥Ｓが消化槽１ａに戻される。従って、消化槽１ａ内のメタン発酵細菌が減ってメタン発酵の効率が下がることを抑制できる。しかも、消化槽１ａに戻す消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度が下がった分、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制できる。 In the ammonia reduction step, for example, in order to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge S of the methane fermentation step when the amount of biogas produced by the methane fermentation of the methane fermentation step becomes less than the set amount, for example. At least a part of the digested sludge S is taken out from the digestive tank 1a containing the digestive sludge S, the concentration of ammoniacal nitrogen in the taken out digestive sludge S is lowered, and the digestive sludge S having the lowered concentration of ammoniacal nitrogen is taken out in the digestive tank 1a. Return to. As a result, the digestive sludge S having a reduced concentration of ammoniacal nitrogen is returned to the digestion tank 1a. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of methane fermentation due to a decrease in methane-fermenting bacteria in the digestion tank 1a. Moreover, it is possible to suppress the inhibition of methane fermentation by the ammoniacal nitrogen by the amount that the concentration of the ammoniacal nitrogen in the digestive sludge S returned to the digestion tank 1a is lowered.
アンモニア低減工程は、消化汚泥Ｓにおけるアンモニア性窒素の濃度が中温発酵では３０００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことが好ましく、２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことがより好ましい。高温発酵では２０００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことが好ましく、１５００ｍｇ／Ｌ以下となるように行うことがより好ましい。 The ammonia reduction step is preferably carried out so that the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge S is 3000 mg / L or less in the medium temperature fermentation, and more preferably 2500 mg / L or less. The high temperature fermentation is preferably carried out so as to be 2000 mg / L or less, and more preferably 1500 mg / L or less.
アンモニア低減工程では、通常、消化槽１ａ内の消化汚泥Ｓの１〜２０容量％を取り出す。また、希釈水Ｗ（例えば、取り出した消化汚泥Ｓと同容量の希釈水）で、消化汚泥を希釈することができる。希釈した分、より多くのアンモニア性窒素を水分に溶解させることができる。続いて、例えば固液分離処理などの濃縮処理を行うことによって、分離液と濃縮消化汚泥とを得ることができる。濃縮消化汚泥では、単位量あたりのアンモニア性窒素の量が、取り出す前の消化汚泥Ｓよりも、少なくなっている。アンモニア性窒素の量が少なくなった消化汚泥（濃縮物）を、消化槽１ａに戻し、消化槽１ａ内に残っている消化汚泥と混合する。これにより、取り出される前の消化汚泥よりも、混合した後の消化汚泥における単位量あたりのアンモニア性窒素の量を減らすことができる。 In the ammonia reduction step, 1 to 20% by volume of digested sludge S in the digestion tank 1a is usually taken out. Further, the digested sludge can be diluted with diluted water W (for example, diluted water having the same volume as the extracted digested sludge S). The diluted amount can dissolve more ammoniacal nitrogen in water. Subsequently, a separation liquid and concentrated digested sludge can be obtained by performing a concentration treatment such as a solid-liquid separation treatment. In the concentrated digested sludge, the amount of ammoniacal nitrogen per unit amount is smaller than that in the digested sludge S before removal. The digested sludge (concentrate) having a low amount of ammoniacal nitrogen is returned to the digestive tank 1a and mixed with the digestive sludge remaining in the digestive tank 1a. This makes it possible to reduce the amount of ammoniacal nitrogen per unit amount in the digested sludge after mixing as compared with the digested sludge before it is taken out.
また、アンモニア低減工程では、上記のごとく、いったん取り出した消化汚泥Ｓを消化槽１ａに戻すことによって、メタン発酵細菌を含む消化汚泥Ｓが減ることを防止できる。消化汚泥Ｓが減ることを防止できる分、メタン発酵細菌によるメタン発酵を十分に行うことができ、メタン発酵工程でバイオガスを十分に得ることができる。
なお、アンモニア低減工程では、取り出した消化汚泥Ｓの全てを消化槽１ａに返送することが好ましいが、取り出した消化汚泥Ｓの一部を返送してもよい。
Further, in the ammonia reduction step, as described above, by returning the digested sludge S once taken out to the digestion tank 1a, it is possible to prevent the digested sludge S containing methane-fermenting bacteria from being reduced. Since the reduction of digestive sludge S can be prevented, methane fermentation by methane-fermenting bacteria can be sufficiently performed, and sufficient biogas can be obtained in the methane fermentation step.
In the ammonia reduction step, it is preferable to return all of the digested sludge S taken out to the digestion tank 1a, but a part of the digested sludge S taken out may be returned.
アンモニア低減工程では、希釈水Ｗとして、水道水、下水処理水などを用いることができる。また、上記のごとき濃縮処理として、固液分離処理、遠心分離処理、膜分離処理などを採用することができる。 In the ammonia reduction step, tap water, treated sewage water, or the like can be used as the diluted water W. Further, as the concentration treatment as described above, a solid-liquid separation treatment, a centrifugation treatment, a membrane separation treatment and the like can be adopted.
本発明は、上記例示の嫌気処理方法および嫌気処理設備に限定されるものではない。
また、一般の嫌気処理方法および嫌気処理設備において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
The present invention is not limited to the above-exemplified anaerobic treatment method and anaerobic treatment equipment.
In addition, various aspects used in general anaerobic treatment methods and anaerobic treatment equipment can be adopted as long as the effects of the present invention are not impaired.
例えば、上記の実施形態では、消化槽１ａからいったん取り出した消化汚泥Ｓを希釈した後、濃縮して、濃縮した消化汚泥を、アンモニア低減部２によって消化槽１ａに返送するアンモニア低減工程について説明した。しかしながら、本発明の嫌気処理設備及び嫌気処理方法においては、消化槽１ａに水を加えることによって、消化槽１ａ内の消化汚泥Ｓのアンモニア性窒素の濃度を下げてもよい。 For example, in the above embodiment, the ammonia reduction step of diluting the digestive sludge S once taken out from the digestion tank 1a, concentrating it, and returning the concentrated digestive sludge to the digestion tank 1a by the ammonia reduction unit 2 has been described. .. However, in the anaerobic treatment equipment and the anaerobic treatment method of the present invention, the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge S in the digestive tank 1a may be lowered by adding water to the digestive tank 1a.
例えば、上記の実施形態では、上記の消化槽１ａ内で酸発酵、酢酸発酵、メタン発酵を行う嫌気処理設備及び嫌気処理方法について説明した。しかしながら、本発明の嫌気処理設備及び嫌気処理方法においては、メタン発酵を行う槽の前段に酸発酵や酢酸発酵などを行う１つ又は複数の槽を設けて、前段の槽で酸発酵や酢酸発酵を行い、後段の槽でメタン発酵を行ってバイオガスを生じさせてもよい。 For example, in the above embodiment, an anaerobic treatment facility and an anaerobic treatment method for performing acid fermentation, acetic acid fermentation, and methane fermentation in the digestion tank 1a have been described. However, in the anaerobic treatment equipment and the anaerobic treatment method of the present invention, one or more tanks for performing acid fermentation or acetic acid fermentation are provided in front of the tank for methane fermentation, and acid fermentation or acetic acid fermentation is performed in the tank in the previous stage. And methane fermentation may be carried out in the subsequent tank to generate biogas.
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
以下のようにして、有機態窒素を含む被処理物として、下水汚泥（初沈汚泥と余剰汚泥との混合物）を用い、メタン発酵を行って、嫌気処理方法を実施した。 As described below, sewage sludge (a mixture of initial sediment sludge and surplus sludge) was used as the object to be treated containing organic nitrogen, and methane fermentation was carried out to carry out an anaerobic treatment method.
（試験例１）
・設定工程
詳細を下記に示す。
単位有機物量あたりの窒素量：０．０７０〜０．０９５［Ｔ−Ｎ／ＶＳ］の７種
窒素量：総窒素量（ＪＩＳ Ｋ０１０２ ４５．１により測定）
有機物量：強熱減量（ＶＳ）により測定
バイオガス発生量：発生量を［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］に換算
相関関係：プロットしたグラフから最小二乗法によって一次関数を求めた
求めた相関関係を表すグラフを図２に示す。メタン発酵がアンモニア性窒素によって阻害される濃度を３０００ｍｇ／Ｌ（ＮＨ４−Ｎ）とした。このとき、基準窒素量は、およそ０．０８〜０．０９の範囲（Ｔ−Ｎ／ＶＳ）となる。この窒素量の範囲におけるバイオガスの発生量は、求めた相関関係に基づくと、４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］であった。従って、メタン発酵におけるバイオガス発生量が４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］よりも少なくなった場合に、アンモニア低減工程を実施することとした。
・メタン発酵工程
下水汚泥を連続的に消化槽に供給することにより、メタン発酵工程を行った。メタン発酵工程を続けつつバイオガスを得た。メタン発酵工程の条件の詳細を下記に示す。
方式：一槽式（メタン発酵の他、酸発酵や酢酸発酵も消化槽内で行う）
消化汚泥量：８Ｌ
下水汚泥の固形物濃度（ＴＳ）：８％
原料滞留時間（ＨＲＴ）：１５日（被処理物の投入量は５３３ｇ／ｄ）
・アンモニア低減工程
メタン発酵におけるバイオガス発生量が４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］よりも少なくなったときに、アンモニア低減工程を行った。アンモニア低減工程の詳細は、下記の通りである。
消化汚泥の取り出し量は、例えば、下記のようにして求めることができる。
アンモニア性窒素の濃度を３０００ｍｇ／Ｌから２５００ｍｇ／Ｌへ減少させるために、下記の計算を行った。消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度が３０００ｍｇ／Ｌであれば、被処理物（下水汚泥）を消化槽に供給することによって生じるアンモニア性窒素は、
５３３ｍＬ／ｄ × ３０００ｍｇ／Ｌ から１．６０ｇ／ｄ程度となる。
一方、消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／Ｌであれば、被処理物（下水汚泥）を消化槽に供給することによって生じるアンモニア性窒素は、
５３３ｍＬ／ｄ × ２５００ｍｇ／Ｌ から１．３３ｇ／ｄ程度となる。
アンモニア性窒素の濃度を３０００ｍｇ／Ｌから２５００ｍｇ／Ｌへ減少させるためには、１．６０−１．３３＝０．２７ｇ／ｄのアンモニア性窒素を消化槽から引き抜く必要がある。消化汚泥量に換算すると、［０．２７ｇ／ｄ］／［２５００ｍｇ／Ｌ］から１０８ｇ／ｄの消化汚泥を引き抜くことになる。
ここで、算出した消化汚泥の倍量の消化汚泥を引き抜き、実際に引き抜いた消化汚泥と同量の水と混合し、固液分離によって固形分を戻し、分離水を捨てた。これにより、０．２７ｇ／ｄのアンモニア性窒素を除くことができた。なお、消化汚泥の引き抜き量は、
［２１６ｇ／ｄ（２×１０８ｇ／ｄ）］／８０００ｍＬ（％）＝２．７（％）となる。
(Test Example 1)
-Details of the setting process are shown below.
Nitrogen amount per unit organic matter: 7 types of 0.070 to 0.095 [TN / VS] Nitrogen amount: Total nitrogen amount (measured by JIS K0102 45.1)
Amount of organic matter: Measured by intense heat loss (VS) Biogas generation: Convert the amount generated to [Nm 3 / t-VS] Correlation: The linear function was obtained from the plotted graph by the least squares method. The graph represented is shown in FIG. The concentration at which methane fermentation was inhibited by ammoniacal nitrogen was set to 3000 mg / L (NH 4- N). At this time, the reference nitrogen amount is in the range of about 0.08 to 0.09 (TN / VS). The amount of biogas generated in this nitrogen amount range was 450 [Nm 3 / t-VS] based on the obtained correlation. Therefore, when the amount of biogas generated in methane fermentation is less than 450 [Nm 3 / t-VS], the ammonia reduction step is to be carried out.
-Methane fermentation process A methane fermentation process was performed by continuously supplying sewage sludge to the digestion tank. Biogas was obtained while continuing the methane fermentation process. Details of the conditions of the methane fermentation process are shown below.
Method: One-tank type (In addition to methane fermentation, acid fermentation and acetic acid fermentation are also performed in the digestion tank)
Amount of digested sludge: 8L
Solids concentration (TS) of sewage sludge: 8%
Raw material residence time (HRT): 15 days (the amount of the object to be treated is 533 g / d)
-Ammonia reduction step Ammonia reduction step was performed when the amount of biogas generated in methane fermentation was less than 450 [Nm 3 / t-VS]. The details of the ammonia reduction step are as follows.
The amount of digested sludge taken out can be determined, for example, as follows.
The following calculations were performed to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen from 3000 mg / L to 2500 mg / L. If the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge is 3000 mg / L, the ammoniacal nitrogen generated by supplying the object to be treated (sewage sludge) to the digestion tank will be
It is about 1.60 g / d from 533 mL / d × 3000 mg / L.
On the other hand, if the concentration of ammoniacal nitrogen in the digested sludge is 2500 mg / L, the ammoniacal nitrogen generated by supplying the object to be treated (sewage sludge) to the digestion tank will be
From 533 mL / d x 2500 mg / L to about 1.33 g / d.
In order to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen from 3000 mg / L to 2500 mg / L, it is necessary to extract 1.60-1.33 = 0.27 g / d of ammoniacal nitrogen from the digestive tub. When converted to the amount of digested sludge, 108 g / d of digested sludge is extracted from [0.27 g / d] / [2500 mg / L].
Here, twice as much digestive sludge as the calculated digestive sludge was extracted, mixed with the same amount of water as the actually extracted digestive sludge, the solid content was returned by solid-liquid separation, and the separated water was discarded. As a result, 0.27 g / d of ammoniacal nitrogen could be removed. The amount of digested sludge extracted is
[216 g / d (2 × 108 g / d)] / 8000 mL (%) = 2.7 (%).
上記の嫌気処理方法を実施し、発生したバイオガスの量を経時的に表したグラフを図３に示す。図３の矢印で示すように、バイオガス発生量が４５０［Ｎｍ３／ｔ−ＶＳ］よりも少なくなったときに、アンモニア低減工程を行うことにより、メタン発酵の阻害を抑制することができた。これにより、経時的に低下していたバイオガス発生量を上昇させることができた。このように、上記の嫌気処理方法を実施することによって、アンモニア性窒素の濃度を測定しなくても、アンモニア性窒素によってメタン発酵が阻害されることを抑制でき、バイオガスを十分に得ることができた。 FIG. 3 shows a graph showing the amount of biogas generated by carrying out the above anaerobic treatment method over time. As shown by the arrow in FIG. 3, when the amount of biogas generated was less than 450 [Nm 3 / t-VS], the inhibition of methane fermentation could be suppressed by performing the ammonia reduction step. .. As a result, it was possible to increase the amount of biogas generated, which had decreased over time. As described above, by carrying out the above anaerobic treatment method, it is possible to suppress the inhibition of methane fermentation by ammoniacal nitrogen without measuring the concentration of ammoniacal nitrogen, and it is possible to sufficiently obtain biogas. did it.
１０：嫌気処理設備、
１：メタン発酵部、
１ａ：消化槽、
２：アンモニア低減部、
２ａ：希釈水供給部、 ２ｂ：濃縮部、 ２ｃ：返送部、
Ｎ：有機態窒素を含む被処理物、 Ｓ：消化汚泥、 Ｗ：希釈水。
10: Anaerobic treatment equipment,
1: Methane fermentation department,
1a: digestive tub,
2: Ammonia reduction part,
2a: Diluted water supply part, 2b: Concentration part, 2c: Return part,
N: Object to be treated containing organic nitrogen, S: Digestive sludge, W: Diluted water.
Claims (3)
単位量あたりの窒素量が異なる前記被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べて、前記被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、の相関関係を求め、該相関関係に基づいて、前記被処理物の単位量あたりの窒素量が、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして算出された基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する設定工程と、
前記メタン発酵工程のメタン発酵によって生じたバイオガスの量が前記設定量よりも少なくなった場合に、前記被処理物から生じたアンモニア性窒素の消化汚泥における濃度を下げるアンモニア低減工程と、を備える、嫌気処理方法。 A methane fermentation process that produces biogas and digestive sludge containing ammoniacal nitrogen by methane fermentation of an object to be treated containing organic nitrogen.
The amount of nitrogen per unit amount differs by examining the amount of biogas generated by the methane fermentation for each object to be processed, bio arising said nitrogen per unit weight of the object, the該被treated by methane fermentation determined the amount of gas, the correlation, based on the correlation relationship, the amount of nitrogen per unit weight of the object to be processed, based nitrogen concentration of ammonium nitrogen to inhibit methane fermentation are calculated based on The setting process to set the set amount of biogas generated when it is the amount,
The methane fermentation step includes an ammonia reduction step of reducing the concentration of ammoniacal nitrogen generated from the object to be treated in the digested sludge when the amount of biogas produced by the methane fermentation becomes smaller than the set amount. , Anaerobic treatment method.
前記消化汚泥を収容した消化槽から消化汚泥の少なくとも一部を取り出し、取り出した消化汚泥のアンモニア性窒素の濃度を下げ、アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥を消化槽に戻すこと、又は、
前記消化汚泥を収容した消化槽に水を加えること、を実施する、請求項１に記載の嫌気処理方法。 In the ammonia reduction step, in order to reduce the concentration of ammoniacal nitrogen in the digestive sludge of the methane fermentation step,
At least a part of the digestion sludge is taken out from the digestion tank containing the digestion sludge, the concentration of ammoniacal nitrogen in the taken out digestion sludge is lowered, and the digestion sludge having the lowered concentration of ammoniacal nitrogen is returned to the digestion tank, or
The anaerobic treatment method according to claim 1, wherein water is added to the digestion tank containing the digestive sludge.
前記メタン発酵部から前記消化汚泥の少なくとも一部を取り出し、取り出した前記消化汚泥の前記アンモニア性窒素の濃度を下げ、前記アンモニア性窒素の濃度が下がった消化汚泥を前記メタン発酵部に戻すことによって、前記メタン発酵部の前記消化汚泥における前記アンモニア性窒素の濃度を下げるアンモニア低減部と、
単位量あたりの窒素量が異なる前記被処理物ごとにメタン発酵によって生じるバイオガスの量を調べた結果を基にして、前記被処理物の単位量あたりの窒素量と、該被処理物をメタン発酵させて生じるバイオガスの量と、から求めた相関関係に基づいて、前記被処理物の単位量あたりの窒素量が、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素の濃度を基にして算出された基準窒素量であるときの、生じるバイオガスの設定量を設定する演算部と、を備え、
前記演算部は、前記メタン発酵によって生じたバイオガスの量が前記設定量よりも少なくなったときに、前記メタン発酵部から前記消化汚泥を取り出す指令を前記アンモニア低減部へ送るように構成され、
前記メタン発酵によって生じたバイオガスの量が前記設定量よりも少なくなった場合に、前記メタン発酵部の前記消化汚泥における前記アンモニア性窒素の濃度を、前記アンモニア低減部によって下げるように構成された、嫌気処理設備。 A methane fermentation section that produces biogas and digestive sludge containing ammoniacal nitrogen by methane fermentation of an object to be treated containing organic nitrogen.
By taking out at least a part of the digested sludge from the methane fermentation section, lowering the concentration of the ammoniacal nitrogen in the taken out digestive sludge, and returning the digested sludge having the lowered concentration of the ammoniacal nitrogen to the methane fermentation section. , An ammonia reducing part that lowers the concentration of the ammoniacal nitrogen in the digested sludge of the methane fermentation part,
The results of nitrogen per volume unit has investigated the amount of biogas generated by the methane fermentation for different said object to be treated based on the amount of nitrogen per unit weight of the object to be treated, the該被treated methane the amount of biogas produced by fermentation, based on the correlation obtained from the amount of nitrogen per unit weight of the object to be processed, which is calculated based on the concentration of ammonium nitrogen to inhibit methane fermentation reference It is equipped with a calculation unit that sets the set amount of biogas generated when it is the amount of nitrogen.
The calculation unit is configured to send a command to take out the digested sludge from the methane fermentation unit to the ammonia reduction unit when the amount of biogas generated by the methane fermentation becomes less than the set amount.
When the amount of biogas produced by the methane fermentation becomes smaller than the set amount, the concentration of the ammoniacal nitrogen in the digestive sludge of the methane fermentation unit is reduced by the ammonia reduction unit. , Anaerobic treatment equipment.
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