JPS58112095A - 廃水の嫌気処理によりメタンガスを製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、廃水を嫌気的に処理してメタ／を含む生ガス
（ｌｏｇａｓ　）　　を製造するための改良された工業
的方法、及び該方法を適用するための装置に関する。

廃水処理場において一次及び二次スラッジを安定化する
ために嫌気的消化法を用いることは古くから行われてい
る。

最近になって、嫌気的方法を廃水の直接処理に用いるこ
とがますます盛んｋなっている。

実際Ｋ、例えば活性スラッジを用いる好気的処理に較べ
た場合、１５００〜／！以上の化学的酸素要求量（ＯＯ
Ｄ　）の工業廃水に対する嫌気的処理には多くの根本的
利点が認められ、その中で最も重要なものを拾い上げる
と次のとおりである二−二ネルイー消費量が少なくてす
む一方、エネルギー富化の生ガスが多量に得られる、−
過剰のスラッジ生成がきわめて低い、−栄養素の必要量
がきわめて低い、 一作業中断後長期に亘ってスラッジの活性が不変に保た
れ、従ってキャンペーン操作 （ｃａｍｐａｌｇｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　　）が可能
である。

そのほか、活性スラッジ法又は他の好気的廃水処理法に
較べ、適用しうる処理量が高いのが常である。

通常廃水の嫌気発酵は一工程で行われる。ということは
、全プロセスを１個の反応器内で行うことを意味する。

一般にこれらの反応器には四つの異なるタイプのものが
用いら１れる： （リ　低負荷及び高負荷の発酵槽船用い、定期的に混合
液を除去すると共Ｋ、これに相ｉする量の未処理の廃水
を供給する。処理量は１日当り罵３当り揮発性有機物０
．５〜５ｋｌ？である。

（２）　　コンタクト反応器、この場合除去される混合
液はデカンテーシヨンされ、そしてスラッジを　−再循
環させる。最高スラッジ処理量はやはり揮発性固形分５
ｋｌ？／１３／　日である。

（３）嫌気フィルター、これｋよるときは、嫌気性菌が
その上だ固定された充填材をつめたフィルターを通して
廃水が送りこまれる。

（４）嫌気性アツゾフロー反応−１これｋよるときは、
嫌気性スラッジの膨張床を通しそ廃水を流し１次に特殊
の方法を用いて清澄廃水、ガス及びスラッジに分離する
。スラッジは沈殿させて反応器に戻す。最大容積処理量
は揮発性有機物１５ゆ／ｓ３／日　Ｋ達する。

しかしながら、現在まで使用されている上記の古いメタ
ン消化装置には、制御及び調節が困難であるという大き
な欠点がある。この信頼性に欠けるという欠点があるた
め、嫌気的廃水処理法は大規模に採用されるに到らなか
ったのである。

今日までプロセスの適用は経験的データに籾って行われ
、そして反応器の調節は−の読みとメタン生成量とによ
ってなされてきた。これらの問題は、発酵プロセスの反
応機構についての知識の欠如に主として起因するもので
あり、また１個の反応器内でプロセスを遂行することに
も起因している。いくつかの欠点は、このような事実の
結果として起きている。まず第一に、同じ操作条件下で
まったく異なる生化学的プロセスが進行する結果、早暁
混乱が生じるのをさけるわけにはいかない。

このことは、最もデリケートなプロセス段階、すなわち
、メタン生成段階が制御されなくなり、早期反応を起こ
してしまうことを意味する。その結果、揮発性脂肪酸、
アンモニア等のような中間代謝生成物が蓄積する。これ
らの生成物がある濃度にまで達すると、それらの中間生
成物がメタン生成菌を直接妨害し、もしくは他の条件、
特に−に変化を与えることによって、メタン生成菌をも
はや機能し得ないものにすることにより、メタン生成プ
ロセスを停止させるに到る。第二に、流入する廃水に伴
５毒性からプロセスを保護することが難しいことがあげ
られる。実際に、毒性シ璽ツクによりて全プロセスを停
止せざるを得ない場合があり、そのような際には数週間
に及び再始動期間が必要とされる。第三として、プロセ
スが動本の超過負荷及び変動による有機物に対して保証
されておらず、効率の著るしい低下を招くことである。

本発明は前記の゛欠点を解消する発明であって、メタン
生成プロセスの基本理論を理解した方法によってそれら
の欠点を解消しようとするものである。

本発明の特徴を明確にするため、嫌気的発酵プロセスの
基本理論について詳しく説明するととにする。

嫌気的発酵は、二段階式生物学的方法とし【記載される
。第１段階において、複合有機基質が発酵微生物によっ
て可溶化された後１代謝によって主として揮発性脂肪酸
、乳酸、エタノール、二酸化炭素及び水素を生成する。

次いで後者の中間生成物がメタンダン菌によってメタン
と二酸化炭素とに分解される。

これらの中間生成物のうち、メタノデンによって直接利
用、され５るのはメタノール、水素、蟻酸及び酢酸のみ
であって、それ以外の中間生成物、いわゆるエレクトロ
ンシンク化合物は、第三のまったく特別の群に属する微
生物によって、これらの物質に変換させなくてはならな
いことが最近認められた。これらの微生物は、いわゆる
真正水素生成アセトデン性（０ＨＰＡ　）　　菌である
。この後者の菌は、メタノダン菌ときわめて密接に連合
して増殖する。事実、メタノダンは、その栄養共生体（
５ｕｎｔｈｒｏｐｈ　）の０ＨＰＡ　画用に対する熱力
学的条件を有利にするためｋは、０ＨＰＡ　菌によって
生成される水素を直接除去しなくてはならない。

従って、技術的には０ＨＰＡ　　菌とメタノダンとは。

物理的近傍内、すなわち、１個の反応器内に存在させな
くてはならない。実際には、可溶化反応及び酸性化反応
も同じ反応器内□で行われる。一つは可溶化−加水分解
及び酸性化が行われる段階であり、他の一つはアセト−
メタノｒ二シス段階（ａｃｅｔｏ　−ｍ＠ｔｈａｎｏｇ
ｅｎｅｓｉｓ　ｐｈａｓｅ　　）である二股のための理
由は、二つの主な群に属する細ＩＩ（すなわち、酸形成
菌及びメタン生成菌）が実質的に異なる生理学的条件、
栄養素条件、成長速度及び最適プロセス条件を有すると
いう事実に基づくものであった。

本発明の基本をなす新規な概念は、段階を分離すること
により、可溶化−加水分解及び酸性化の段階を調節して
、限定された中間生成物、すなわち、エレクトロンシン
ク化合物の生成に方向づけ、それｋより第２の、すなわ
ち、メタノダン段階が最適条件下で行われるようｋする
ものである。

純粋培養条件下にあっては、特定タイプの微生物を用い
ることによって、きわめて容易に発酵パターンの方向づ
けを行うことができる。例えば、乳酸菌ならば主に乳酸
を生成する。しかしながら、混合状態の非純粋培養シス
テムを周込た場合には。

酵パターンの方向づけを行うことができる。その場合、
まず第一の疑問として起こることは、メタン細菌にとっ
て最も好ましい中間生成物とは何であるかということで
あり、第二の疑問は、それらの中間生成物を最高比率で
生成するには、いかなる条件の下で加水分解を実施すべ
きであるかということである。第一の疑問に対する解答
として、メタン細菌にとって最も好ましい中間生成物を
決定する目的の下に、熱力学的計算に基づく理論的研究
が行われた（　Ｐｉｐｙｎ及びｖｅｒｓｔｒａｅｔｅ　
。

１９８１年）。この研究から、メタノデン段階の細菌（
０１ｉＰＡ　菌＋メタノｒン性菌＝栄養共生体）にとっ
て、エタノールと乳酸とが最もエネルギーに富む基質で
あることが明らかになった。

理論的には、酢酸と比較した場合、エタノール及び乳酸
から生じるメタン１単位当り、栄養共生体はそれぞれ９
２９！及び１２２９６余計にエネルギーを利用できる。

このエネルギーは、生成メタン（ＣＨ４）　１モル当り
のに、Ｔ　　で表わされ、酢酸については３１．０．ゾ
ロピオン酸については３２．３、酪酸については５２．
７、エタノールについ℃は５９．５そして乳酸について
は６８．８の値に達す本もし、ぶど５糖のような炭水化
物から出発する発酵を考えるならば、２段階系の第１段
階で生じる中間生成物に応じて、栄養共生体に行くエネ
ルギー量が異なるととに気がつくであろう。もし、第１
段階が酢酸、ゾロピオン酸又は酪酸の生成に方向づけら
れるとすれば、前記のエネルギー量は、下記の生化学仄
応忙対応する合計自由エネルｒ−変化の１５．４．１１
．３及び２０．２鴫にそれぞれ達する。（このことは、
酸性化段階のガスをメタノダン段階に再循環させないも
のとしてのはなしである。） ０、Ｈ１２０，＋５　ＨＩ！Ｏ→５０Ｈ４＋　３　ＨＯ
Ｏａ　十３　”　−４０４，３ｋ、ｒ しかしながら、屯し酸性化（すなわち、コンディジ田二
ング）段階がエタノール及び乳酸の生成に方向づけられ
るならば、この憾はそれぞれ４４．１１及び５１．１１
１に上昇する。従って、混合脂肪酸発酵の代りｋ、エタ
ノール及び（又は）乳酸発酵がメタン生成段ｐａｋおけ
る主要発酵を占めるなら）ＬＯＨＰム菌及びメタン細菌
に行くエネルギー量が３倍になることが判る。

このことは、乳酸及びエタノールを生じるように操作さ
れたコンディショニング反応器（ヘテロ乳酸発＃）の流
出液を第一のメタン発酵槽に導入した場合の効果と、揮
発性の脂肪酸が生じるように操作されたコンディショニ
ング反応器の流出液を第二のメタン発酵槽に導入した場
合の効果とを比較することによりて＊ｇされた（　Ｐｉ
ｐｙｎ及びＶ＠ｒｓｔｒａｅｔｅ　、　１９８１年）。

これらツメタン発酵槽には、−次ガスースラツジー液体
分離装置が内蔵されたアップフロー屋のものを用いた。

乳酸／エタノール発酵の利点は次のように明らかである
：（１）無反応性（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　　）のプロ
ピオン酸含有量が低いので、ＯＯＤの分解が大であり。

（２）　メタン発酵槽にスラッジがよく留保されて。

流出液中に含まれる懸濁固警分電が５０憾低下し。

（３）脂肪酸、４ＩＫ酪酸の形成によつ【通常起こる不
快臭の量が最低限に抑えられる。

一段階発酵又は制御されない二段階発酵を行うと、メタ
ン反応器への流出液中の無反応性のプロピオン酸（ＯＨ
１’Ａ　菌にとって熱力学的に劣悪である）濃度が高ま
ることが今や明らかである。このことは実際面において
知られており、一般に水処理工場における効率の低下を
きたしている。

第２の疑問に対する解答、すなわち、いかにして最適の
中間生成物を得るかということに関し、Ｐｉｐｙｎ及び
Ｖ＠ｒｓｔｒａｔ、ｓ　（１９８１年）は、非純粋培養
条件であるにも拘らず、糖みつの発酵を主として乳酸及
びエタノールに方向づけること（ヘテロ乳酸発酵）ｋ成
功した。このことは、−を７から４に低下させると共に
、不連続で高度のスラッジ負荷率が得られる不連続又は
パッチ方式の原料供給を行うことによってなされた（　
Ｐｉｐｙｎ　。

Ｖｓｒｓｔｒａｅｔｅ、Ｒｙｇｏｌａ、１９７９年）。

しかしながら、連続操作による発酵槽についてさらに研
究した結果、ヘテロ乳酸発酵パターンを長期の連続操作
を通して維持することは不可能であることが認められた
。

動水及び細胞の滞留時間、ｐＦｌ及び処理量に応じて種
々の一発酵パターンが生じる。長期の細胞滞留時間（数
週間）・を許容し、かつ、−を中性に保つか、又は酸性
化段階を基質かく乱（５ｕｂｓｔｒａｔｅｄｉｓｔｕｒ
ｂａｎｏｉｅａ　）下に行うときには、７”　ｏ　１’
　オフ酸が主要生成−となる。細胞滞留時間を短縮し。

かつ、ＰＨをわずかに酸性にすると、発酵パターンは酪
酸生成に傾く。酢酸が主要生成物を占める安定な発酵パ
ターンは、細胞滞留時間を動水滞留時間と同じにしく例
えば１０時間）、−を５．２〜５．５とシ、゛そして処
理量を基質飽和（５ｕｂｒｔｒａｔｅｓａｔｕｒａｔｉ
ｏｎ　　）　Ｋ近づけること（＝エネルギーの制限なし
）Ｋよって得られる。非純粋培養条件下において、ｐＨ
を５以下附近で約４に等しくなるよ５Ｖｃ調節し、そし
て細胞滞留時間を数日間にすると、エタノール発酵が得
られる。

０ＨＰＡ　　菌の機能を助長する別の方法は、中間生成
物を極力減らす方向に酸発酵を行うことである（　ＬＳ
Ｉ（！ｕｒｇｅ及びＢｏｕｒｌｅｔ、１９７９年）。そ
れらの結果によると、形成する揮発性の脂肪酸の種類が
多いと、０ＨＰＡ菌の機能が複雑化されることが示唆さ
れている。この点については、１種類又はごく少ない主
要中間生成物が・得られるよ５に発酵を制御すべきであ
ると教示されている。その！ことは、例えばきわめて高
度のスラッジ負荷、低−１短期細胞滞留時間、高温等と
いった極端な操作パラメーターを適用することによって
可能となろう。

本発明は、二段階式の嫌気的発酵法を利用して。

有機化合物の水溶液を処理してメタンガスを擬造する方
法に関するものである。第１段階は主として生物学的コ
ンディショニング及びコントロール槽、すなわち、ＢＯ
ＯＶ　　であって、以下に述べる種種の手段によって極
力最適、かつ、一定の供給を第２段階に送る働らきなす
る。第２段階は主としてメタン反応器であって、コンデ
ィショニングされた供給物からメタンガスを生成する。

本発明の方・法に従ってプラント操作を行った結果は次
のとおりであるニ ーメタン反応器が安定、かつ、信頼性を亀って操作され
、 一メタン反応器の容積処理量が向上し、−比メタン生成
量（５ｐｅｃｉｆｉｃ　ｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔ
ｉｏｎ　　）が高くなり、−総合処理効率が上昇する。

ｔｇ１ｓ階のコントロール及びコンディショニングに用
いられる方法は次のよ５ｉＣ要約することができる： コンディショニング ー最適条件下における可溶化及び加水分解。

−特殊なプロセス条件により、所望の代謝生成物の量が
最大限度となるような脂肪酸、乳酸。

エタノールの生産、 一流人液の流入量及び濃度の緩衝処理。

−栄養素の添加。

−Ｈ２８の消去。

−ＮＯ，及びＮｏ、　の消去 一アンモニアの消去。

調節 ｍ−の調節、 一温度の調節。

−ＢＯＯＶ　の前後における一部（△−）及びメタン反
応器の前後における△−に応じてＢ＜）ＯＶへの供給調
節。

一懸濁固形盆含有量の調節。

流入液の品質に応じて上記手段の１種又はそれ以上を用
いる。そのことについては後で記載する。

本発明によれば、ＢＯｅＶ　の後でスラッジ分離装置を
用いることｋより、可溶化−加水分解が刺激される（骸
分離装置は、平行プレート分離装置によるｌ力沈降法又
は他の方法を利用したものであってよい）。そして細胞
外酵素に富み、可溶化及び加水分解促進能力を有する分
離されたスラッジの一部又は全部をＢＯＯＶ　　＆Ｃ再
循環させる。また。

可溶化−加水分解をＢＯＯＶ　への酵素プレバレージョ
ンの添加によって促進することもできる。

本発明によれば、下記の方法の１種又はそれ以上を利用
することにより、メタン生成に最も適した代謝生成物の
５生成量を最大にすることができる。

第１の方法は、ｉｌ性−（６，０以下の値）、１０日以
下の細胞滞留時間、及び基質の温度と性質とに応じて１
５〜２５　ｋ＃　ＣＯＤ　／馬３／日以上の容積処理量
（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｒａｔｅ　
）で操作することにより、ゾロピオン酸の生成を最低限
度忙抑えることである。

第２の方法は、５．０〜６．５の範囲内の−及び２〜１
０日間の細胞滞留時間で操作し、酪酸が生成しゃすいよ
５にすることである。

第３の方法は、−を５．２〜５．５に保ち、容積処理量
を約１５ｋｙｏＯＤ／ｍ３／日、にしてＢＯＯＶ　内ｆ
ｉおける酢酸の生成を促進することである。

第４の方法は、不連続的に基質を供給し１次いで−を中
性から完全な酸性条件（〜ｐ）１４）＆Ｃ低下させるこ
とＫより、ホモ乳酸発酵又はへテロ乳酸発酵（乳酸への
発酵又は乳酸十エタノールへの発＃）を得ることである
。細胞滞留時間は動水滞留時間に等しくすべきであり、
基質の濃度に応じて数時間ないし２日とすべきである。

このことは、２基のＢＯＯＶ　を並列で操作し、交互に
原料を供給することによって実現可能である。゛ 第５の方法は、完全に酸性の−（〜ｐ）１４）及び積極
的なスラッジ分離と再循環とによる長期の細胞滞留時間
（数日間）の下で操作するととにより、エタノール発酵
を得ることである。

本発明によれば、水性基質の品質の均等化は。

５ｏａｖ　内における機械的攪拌によって達成される。

不連続供給における量の緩衝処理は、流量及び霞度をは
とんと一定にして第２段階に供給できるようＫ　ＢＯＯ
Ｖ　内で液面変動（１ｉｑｕｉｌ　１ｅｖｅｌｆｌｌｌ
ｃｔｕａｔｌｏｎ　）を行うととｋよって達成される。

本発明によれば、窒素及び燐のような必須栄養素は、細
菌集団が必要とする条件に応じて、供給原料もしくはＢ
ＯｆｆＶ　の流出液又はその両者に添加される。

本発明によれば、流入液中の高濃度の硫酸塩は、第１段
階におりて硫化物に還元され、次いで除去される。第２
段階におけるメタン発酵を最適にし。

生成する生ガスの品質を改善する目的で、酸性−におい
てストリップ処理を行うととｋよって前記のことは達成
される。

本発明によれば、流入液中の高濃度の硝酸塩及び亜硝酸
塩は、第１段階において窒素ガスに還元され、それによ
り、第２段階におけるメタン発酵に及ぼす有害影響を完
全に回避する。

本発明によれば、流入液に含まれる有毒量のアンモニア
、又は有機窒素化合物の分解で形成される諌アンモニア
による第１段階及び第２段階での生化学反応に対する部
分的又は全体的な阻害作用は、ＮＨ３の消去によって回
避される。これは、５ｏｃｖ　の前後いずれか、ただし
、第２段階に先立って、アルカリ性の−におけるＮＨ３
ストリップ処理その他の方法で達成することができる。

本発明によれば、メタン生成プロセスの信頼性は、調節
及び自動化技術によってさらに保証される。

ｎｃａｖ　　内の最適−は、必要に応じて酸又はアルカ
リの添加が行われる一調節装置によって維持される。第
２段階への供給物の最適−は、必要に応じて酸又はアル
カリの添加が：行°われる、Ｂｅ　０７　の流出液用の
第２の一調節装置によって維持される。

ＢＯＯＶ　　内の所望の温度は、熱菱換器内で加熱又は
冷却を行５、供給物用の温度調節装置によって維持され
る。同様に、第２段階の最適温度は、第２の温度調節装
置によって維持される。

ＢＯＯＶ　への供給液とそれから出る流出液との間の一
変化、すなわち、Δ−は、形成される有機酸の量をはか
る目安である。供給物の濃度、緩衝能力及び発酵性に応
じて、この△−は大きくもなり、又小さくもなる。

本発明によれば、△−を利用することにより。

発酵性物質の＾常負荷の原因となる供給物の生物学的品
質の変化を検知し、又有毒物質の存在を検知し、そして
場合によっては供給を停止する。

処理すべき水性基質が有機酸に変換可能な生成物を含ん
でおらず、すでに有機酸の形態となったものを含む場合
に直面することが実際にはある（例えば、亜麻浸水作業
の廃水、＃！糖工場における砂糖大根の洗浄水回路から
の廃水）。

本発ｆｊＪＩＫよれば、ぶどう糖その他の奔解じゃすい
物質を滴下供給する小形のバイパス反応器を利用するこ
とｋよって、供給物の生物学的品質の変化を検知及び予
測することができる。正常な条件下においては、ぶどう
糖の発酵によって監視用反応器内では−の定常的低下が
生じるのであるが、この発酵は毒性ショックによって阻
害され、−が変化しなくなる。この作用を利用して供給
物の監視を行い、メタン反応器内において毒性ショック
が起きる前に原料供給を停止する。

一方、第２段階の供給物と流出液との間のΔ−は、メタ
ン発酵の効率をはかる目安である。有機代謝生成物の緩
衝能力及び濃度に応じて、とのΔ−は大きくもなるし、
又小さくもなる。

本発明によれば、との△−を利用することにより、メタ
ン反応器への供給流量を調節し、そして場合によっては
供給を停止する。

本発ｌＪ１によれば、メタン反応器への供給物に含まれ
る懸濁固形分の量が、可溶性００Ｄ含有量の０．２〜０
．２５倍以下に調節される（化学的酸素要求量は有機物
含有量をはかる目安である）。これは、第１段階に関し
て述べたと同・じスラッジ分離装置を用い、そして分離
されたスラッジの全部又は一部を調節的に廃棄すること
によって達成される。

本発明による第２段階の処理においては、第１段階から
のコンディショニングされた流出液が膨張スラッジ床を
通して供給される。このスラッジには、メタン発酵の第
２及び第３の理論的段階に関与する細菌、すなわち、０
ＨＰＡ　　−とメタノダン菌とが含まれている。このこ
とはメタン反応器内で起こる。メタン反応器は、スラッ
ジを洗い流さないようＫして膨張スラッジ床内な流入液
が上昇するように組立てられた檜で構成されている。さ
らに、メタン反応器には、ガス−液体−スラッジ混合物
が分離でき、重力によってスラッジがスラッジ床に再循
環されうるような内部分離装置が取付けられている。こ
のタイプのメタン反応器は嫌気的な「アップフロー反応
器」又は［アップフロー嫌気性スラッジブランケットＪ
（ＵＡ８Ｂ）反応器と称されている。

本発明の変法によれば、第１段階からのコンディショニ
ングされた流出液は、メタノデン菌がその上に固定され
た不活性物質で充填されたメタン反応器に供給される。

この固定は、いわゆる嫌気的フィルター内において固定
充填材に対して行うこともできるし、あるいは又いわゆ
る流動床反応器内圧おいて自由懸濁不活性物質に対して
行うこともできる。

実際問題として、メタノダン性スラッジの本来の性質に
起因し〔−高級微生物が不存在であって細菌のみである
ため、凝結能力（ｆｌｏａｃｕｌａｔｉｏｎｃａｐａｃ
ｉｔｙ　　）が劣る〕、流出液を経由して重大なスラッ
ジの損失が起こりうる。この作用は、もし第２段階に基
質かく乱が持ちこまれた時にＩ￥ｌ顕著である。このス
ラッジの損失は、スラッジの増殖に等しいか、又はそれ
以上になり５るものであって、最終的にはメタン反応器
の効率の低下を招くＯ 従って１本発明においては、メタン反応器の後にスラッ
ジ、分離段階（平行プレート分離器を用いた重力沈降法
その他の技法によるものであってよい）を設け１分離さ
れたメタノダン性スラッジを一部又は全部メタン反応器
に再循環できるようにしている。実際にアップフロー反
応器とコンタクト反応器との組合せであるこの方法は混
成反応器（ｈｙｂｒｉｄ　ｒｅａｃｔｏｒ　）　　と称
される。

本発明によれば、このスラッジ分離段階におけるスラッ
ジの分離は、メタン反応器からの流出液に対する予備ガ
ス抜きによって促進される。これは、一連の交互水平プ
レート上に流出液を下方に向けて流すカスケードタワー
で達成される。また。

酸素ショックによる細菌不動態化を促進するために行う
、メタン反応器流出液に対する短期間の空気吹込み（２
〜６分間）によってもこれは達成される。

また本発ｇＡｌＣよれば、スラッジ分離段階におけるス
ラッジの分離は、少量のポリ電解質、より詳しくは強力
チオン性の有機ポリ電解質の添加によってさら忙促進さ
れる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の詳細な説明す
る。前にも述べたとおり、個々の条件次第では１種又は
それ以上の構成要素を省略することができる。

装置への供給物１は、温度調節用の第１熱交換器２を経
てＢＯＧＶ３［送りこまれる。一般に供給物１は、分解
可能な有機化合物や任意の水性基質である。本方法は、
製糖工場、糠みつ加工、酵母工場、蒸留工場及びアルコ
ール生産工場、酪農工業、野菜果実の加工１缶詰工場、
ポテトの加工及び殿粉工業、亜麻処理工業、醸造業、製
紙工場、大豆乳製造１層敏場及び動物残渣の加工、なら
びに若干の石油化学及び製薬工業／ｊどに用いられるこ
とを目的としている。Ｂ口Ｏｖ・３は絶えず又は間欠的
に攪拌される。もし必−要であれば、生物触媒４、栄養
素５及び−調節剤６を添加する。ＢＯＧＶ内において、
　ＣＯ，を主とし、水素、１１．８及び微量の有機酸を
含むガスが発生する。悪臭を消すため。

脱臭装置７でこのガスを処理してもよい。ＢＯ０７の流
出液はスラッジ分離装置８に送りこまれる。

分離されたスラッジはＢＯＧＶ−３に再循環され、そし
て残りは１０から排出される。スラッジ分離装置８から
出るガスも脱臭装置７に導入することができる。

ｇｏｏｖ　　Ｂ内における滞留時間は約１時間ないし２
日であり、１８当りタンク容量ＩＷＬ５　　当りの００
Ｄの種数で表わした処理量は約５〜１５０に９００Ｄｚ
−７日である。大抵の場合、　ＢＯＯ’Ｖは３時間ない
し１Ｂ、そし′Ｃ１０〜６Ｑ　ｋｇ　００Ｄ　／　ｍ”
　７日で操作される。温度範囲は１０〜６５℃であるが
、大抵２５〜５５℃の範囲内である。

スラッジ分離装置８の流出液は、温度調箪用の第２熱交
換器１１に送られ、次いで必須栄養素５及び−調節剤６
を添加した後、メタン反応器１２に導入される。この反
応器で生成されたメタン富化の生ガスは、ガス浄化装置
１３Ｖｃ導入し、不純物を除去して発熱量を高めた後（
ＣｏＲ，Ｈ，８、Ｈ，Ｏ、・・・・・・の消去）、消費
者１４に供給される。

メタン反応器の流出液は、場合によっては短期間の空気
吹込みを行った後、１５において最初にガス抜きを行っ
たうえ、スラッジ分離装置１６に送りこまれる。分離さ
れたスラツ、ジの全部又は一部はメタン反応器１２に戻
され、残りは１８を経て処分される。

処理の終わった流出液１９は、スラッジ分離装置１６か
ら取出して排出処分するか、又は地域ごとの規制条件に
応じてさらに処理する。

メタン反応器内の滞留時間は約３時間ないし４日であり
、１日当りタンク容量１ｒｎ３　　当りのＣＯＤのゆ数
で表わした処理量は約１〜３０に９である。

大抵の場合、反応器の操作は、６時間ないし２日、そし
て８〜２５　ｋｇ　ＯＯＤ　／　簿３／日の範囲内で行
われる。温度は２８〜６０℃にすることができるが、通
常３０〜４０℃の範囲内である。

１日当り反応器容量１ｍ３　当りの生ガスのＮｍ３数で
表わした死生ガス生産量（５ｐｅｃｉｆｉｃ　ｂｉｏｇ
ａｓｐｒｏｄｕｏｔｉｏｎ　　）は約３〜１ＯＮＦ１１
３／ＦＭ５／日であり、４〜７　Ｎｍ３　／　ｗｈ　３
７日であるのが普通である。

ＢＯＯＶ　又はメタン反応器１２ＦＣついての△−に応
じ、供給物１を緊急受入れ′１槽２０ＩＣ排出すること
によって、装置の保護をはかる。これは、容易に分解可
能な物質を滴下供給する小形のモニター用ＢＯＯＶ　を
並列゛に設け、その△−を測定するととによっても実施
できる（）ｐ−シートには示してない）。この後者の方
法は、完全に酸性化された供給物の場合に有効である。

また、毒性濃度のアンモニアの場合に行５．ＢＯＯ’Ｖ
　の前又はメタン反応器の前におけるアンモニアの消去
もフローシートに示してない。また、第１段階における
毒性水準ノ８０．　、　Ｂ２−　、　Ｎｏ３及びＮＯ２
１１Ｃライ”Ｃ（Ｆ）　Ｍｏ１ｌ消去についてもフロー
トシートに示してない。

パイロットプラントを用いて得られた１本発明による方
法め二つの代表的な実際応用の結果を次の第１表に示す
。

第１表

【図面の簡単な説明】

図は１本発明の一般的な方法を示す簡単なフローシート
である。 図中、１・・・・・・供給物、２・・・・・・第１熱交
換器、３・・・・・・ＢＯＯＶ、　　４・・・・・・生
物触媒、５・・・・・・必須栄養素、６・・・・・・−
調節剤、Ｔ・・・・・・脱臭装置、８・・・・・・スラ
ッジ分離装置、９・・・・・・分離されたスラッジ、１
１・・・・・・第２熱交換器、１２・・・・・・メタン
反応器、１３・・・・・・ガス浄化装置、１４・・・・
・・消費者、１５・・・・・・ガス抜き処理、１６・・
・・・・スラッジ分離装置、１９・・・・・・処理の終
わまた流出液、２０・・・・・・緊急受入れ檜。 代理人　浅　村　　　皓 外４名 第１頁の続き ■出　願　人　リュクスニベルシテイト・ゲント ベルギー国ゲント・エン・クー ブレ５３３ ■出　願　人　ゲブリューダー・ズルツアー・アクチェ
ンゲゼルシャフト スイス国ウィンターツール（番 地なし） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和３２年特許願第７２メンＪ）２弓 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和よｉ年ノ　月ツタ日 ６、補正により増加する発明の数 ７、　　補正（’１対象ｒｔｎ古の特許出願人（υ〕、
）代表者氏名の欄　。 委任状、及びその１文各１通

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　嫌気発酵法により有機化合物を含む水性基質
   を処理し、骸基質からメタンガスを製造する方法であっ
   て、この方法は、二つの異なる段階で遂行され、第１段
   階、すなわち、コンディショニング段階は、第２段階へ
   の供給物を可能な限り最適、かつ、一定に保つように水
   性基質の平均的特性１例えば−、温度、懸濁固形分含有
   量、流量、濃度及び化学的組成を調節することによって
   達成され、第２段階は、コンディショニングされた供給
   物からより高度の処理量、より高度の処理効率、より高
   度の比メタン生産量においてメタンが生成さ汰しかもこ
   のことが安定であって信頼性に富んだ状態でなされるこ
   とを特徴とする上記方法。
2. （２）第１段階が生物学的コンディショニング及びコン
   トロール槽（ＢＯＯＶ　）　　で主として構成され、そ
   して第２檜階が「アップフロー」又はｌ”ｔｌＡＢＢ　
   Ｊタイプのメタン反応器で構成され、誼反応器は、メタ
   ン生成スラッジの膨張床を通過して基質が流′れる反応
   器であり、メタン反応器の願頂部において、三相分離装
   置により生ガスの捕集と内部スラッジ再循環とが可能と
   なる特許請求の範囲（１）に記載の方法。
3. （３）第１段階が生物学的＝ンデイショニング及びコン
   トロール槽（ｎｏｃｖ　）　　で主として構成され。 そして第２段階が、その上にメタン細菌を固定した不活
   性物質で充填されたメタン反応器で構成される特許請求
   の範囲（１）Ｋ記載の方法。
4. （４）第２段階（メタン反応器）が嫌気フィルターで構
   成される特許請求の範囲（３）ｋ記載の方法。
5. （５）第２段階が流動床反応器で構成される特許請求の
   範囲（３）に記載の方法。
6. （６）　　ＢＯＯＶ　からのスラッジを分離すること、
   及びスラッジの一部又は全部を再循環して槽に戻すこと
   により、第１段階における可溶化反応及び加水分解反応
   を助長する特許請求の範囲（１）〜（５）のいずれか１
   項に記載の方法。
7. （７）酵素プレバレージョンを添加することにより。 第１段階の可溶化及び加水分解反応を促進する特許請求
   の範囲（１１〜（６）のいずれか１項に記載の方法。
8. （８）第１段階において、６以下の−及び１０日以下の
   細胞滞留時間又は１５〜２５　ｋ＆　ＣＯＤ　／　ｍ３
   ／日以上の容積処理量でＢＯＯＶ　を操作してプロピオ
   ン酸の生成を抑制することにより、酸形成発酵菌による
   メタン生成用の真正代謝生成物の生成量を特徴とする特
   許請求の範囲（１）〜（７）のいずれか１項に記載の方
   法。
9. （９）第１段階において、５〜６．５の−及び２〜１０
   日の細胞滞留時間でＢＯＯＶ　　を操作して酪酸の生成
   を促進するととにより、酸形成発酵菌によるメタン生成
   用の真正代謝生成物の生成量を特徴とする特許請求の範
   囲（１）〜（８）のいずれか１項に記載の方法。　　　
   　　　　　　　“″ αａ　第１段階において、５．２〜５．５の−及び約１
   ５ゆＯＯＤ　／屡３／日の容積処理量でｎｃｃｖ　を操
   作して酢酸の生成を促進することｋより、酸形成発酵菌
   によるメタン生成用の真正代謝生成物の生成量を特徴と
   する特許請求の範囲（１）〜（９）のいずれか１項に記
   載の方法。 ａυ　第１段階において、　ｇｏｃｖ　　に不連続的に
   原料を供給して乳酸及びエタノールの生成を促進すると
   とにより、酸形成発酵菌によるメタン生成用の真正代謝
   生成物の生成量を最大にし、これは、２基のＢＯＯＶ　
   の操作を並列で行い、そして交互に原料を供給するとと
   Ｋよって達成され、ＢＯＯＶ　　内における動水の滞留
   時間は３時間ないし２日とする特許請求の範囲（１）〜
   α〔のいずれか１項に記載の方法。 （１２第１段階において、約４の−と、積極的なスラッ
   ジ分離及び再循環で達成される長期の細胞滞留時間との
   下でＢＯ０７を操作してエタノールの生成を促進するこ
   とにより、酸形成発酵菌によるメタン生成用の真正代謝
   生成物の生成量を特徴とする特許請求の範囲（１）〜ａ
   υのいずれか１項に記載の方法。 （１１第１段階における水性基質の質と量との均一化を
   、可能な限り一定な供給を第２段階に行ない、ｂｏｏｖ
   　内における機械的攪拌及び（又は）液面変動によって
   実現する特許請求の範囲（１）〜ａ２のいずれか１項に
   記載の方法。 （１４ＢＯＯＶ　内べおける硫酸塩の還元及びこれに続
   く酸性−におけるストリップ処理により、有毒量の硫酸
   塩及び硫化物を除去する特許請求の範囲（１，）〜（１
   ３のいずれか１項に記載の方法。 ａ！９　　有毒量の硝酸塩及び亜硝酸塩をＢＯＯＶ　内
   で窒素に還元する特許請求の範囲（１）〜（１４）のい
   ずれか１項に記載の街法。 ？ ｕｓ　　ｐｌ（の上昇及びＨＨｒｓのストリップ処理に
   よるか、又は他の方法により、　ＢＯＯＶ　　の前後い
   ずれかにおいて有毒濃度のブンモニアを除去する特許請
   求の範囲（１）〜ａ鴎のいずれか１項に記載の方法。 ａ′０　　下記の自動調節方法ニ ー　ＢＯＯＶ　内における一調節、 −第２段階′への原料供給の調節、 −ＢＯＯＶ　への供給原料の温度調節。 −第２段階への供給原料の温度調節 を行うととＫより、第２段階の操作の信頼性を高める特
   許請求の範囲（１）〜αｅのいずれか１項に記載の方法
   。 篩　供給原料の生物学的分解のパラメーターとして、　
   ＢＯＯＶ　への供給物とＢｏｏｔ　からの流出液との間
   の、及び（又は）メタン反応器への供給物とその流出液
   との間の−の差を測定し、受入れ不能な品質の場合には
   、装置への原料供給を遮断し、場合によっては緊急受入
   れ槽に供給物を導く特許請求の範囲（１）〜ａηのいず
   れか１項に記載の方法。 ａ値　　完全に酸性化された供給原料の場合、メタン生
   成段階への原料供給と平行させて小形の監視用Ｂｏｏｔ
   　　を設置し１分解しやすい基質を添加した後。 小形ＢＯ０７の前後におけるΔ−を測定すれば、それは
   供給原料の生物学的品質を示す値であり、もし、受入れ
   不′能な品質であれば、原料の供給を遮断し、場合によ
   っては緊急受入れ檜に導入する特許請求の範囲（１）〜
   ａ砂のいずれか１、項に記載の方法。 ■　メタン反応器の前後におけるΔ−の関数として第２
   段階への原料供給を調節するととｋより、所望のメタン
   発酵収率な確保する特許請求の範囲（１）〜ａ９のいず
   れか１項に記載の方法。 Ｑυ　第２段階への供給原料の懸濁固形分含有量を、可
   溶性００Ｄ含有量の約０．２〜０．２５倍の値に調節し
   ％ｍａａｖ　の後でスラッジを分離すること、及びスラ
   ッジの一部を廃棄することによって達成される特許請求
   の範囲（１）〜圓のいずれか１項に記載の方法。 ＠　メタン反応器からの、偶発的なスラッジ損失を相殺
   するため、反応器を出た後に外部スラッジ分離装置を取
   付け、分離されたスラッジの全部又は一部を再循環させ
   る特許請求の範囲（１）〜Ｑυのいずれか１項に記載の
   方法。 （ハ）　カスケードタワー内で予備ガス抜きを行うとと
   ｋより、スラッジ分離の効率を高める特許請求の範囲（
   ２）に記載の方法。 （財）　２〜５分間に亘る短期の１！予備空気吹込みＫ
   より、スラッジ分離の効率をさらに高める特許請求の範
   囲一に記載の方法。 （ハ）少量のポリ電解質を添加することにより、スラッ
   ジ分離の効率をさらに高める特許請求の範囲（２）に記
   載の方法６ 翰　流入液を第１熱交換器に供給して温度調節を行うこ
   とによって第１段階が主として構成され、ＢＯＯＶ　へ
   の流入液の供給、及びＢＯＯＶ　からスラッジ分離装置
   への流入液の供給、その際分離されたスラッジの一部又
   は全部なりＯｅＶ　に再循環させる特許請求の範囲（１
   ）〜（ハ）のいずれか１項に記載の方法。 ＠　　ＢＯＯＶ　　で混合が行われ、必要であれば、Ｂ
   ＯＯＶ内において生物触媒、栄養素及び−調節剤を供給
   する特許請求の範囲ｗＥ記載の方法。 ＠　　ＢＯＯＶ　　内で生じた生ガスを脱臭装置に導入
   する特許請求の範囲（１）〜（財）のいずれか１項に記
   載の方法。 ＠　　ＢＯＯＶ　の流出液をメタン反応器に供給し、メ
   タン反応器からの流出液をガス抜きしてスラッジ分離装
   置に供給することによって第２段階が主とし℃構成され
   、分離されたスラッジの一部又は全部をメタン反応器に
   再循環させる特許請求の範囲（１）〜四のいずれか１項
   に記載の方法。 （至）流出液をメタン反応器に供給する前に温度調節を
   行う特許請求の範囲＠に記載の方法。 ６１）後者の流出液をメタン反応器に供給する前Ｋ、栄
   養素及び…調節剤を該流出液に添加する特許請求の範囲
   一又は（７）に記載の方法。 Ｇ７Ｊ　　メタン反応器で生じた生ガスを処理工場に導
   く特許請求の範囲一〜Ｇυのいずれか１項に記載の方法
   。 （至）生物学的コンディショニング及びコントロール槽
   （：　ＢＯＯＶ　）　　及びメタン反応器で主として構
   成されることを特徴とする特許請求の範囲（１１〜（３
   りのいずれか１項に記載の方法を適用するための装置口 （ロ）　メタン反応器が「アップフロー」又は［ＵＡＳ
   ＢＪタイプのものであり、これは、メタノダン性スラッ
   ジの膨張床火通して基質を導入する反応器であり、反応
   器の上部には、ガス−水−スラッジ分離装置を設け、ス
   ラッジを内部再循環させるものとする特許請求の範囲（
   至）Ｋ記載の装置。 （至）　メタン反応器が嫌気フィルターである特許請求
   の範囲（至）ｋ記載の装置。 （至）　メタン反応器が流動床式反応器である特許請求
   の範囲（２）に記載の装置。 ｃ３７）主として本文に記載し、かつ、図面に示すよう
   な嫌気発酵法を用い、有機成分を含む水性基質を処理し
   て該基質からメタンガスを生成するための装置及び方法
   。