有機廃液処理装置
【課題】高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を安価にかつ効率よく生物学的に処理し、メタン発酵させて有価物として利用する。
【解決手段】高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈工程、塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を酸発酵する酸発酵工程、酸発酵された有機廃液を中和する中和工程、中和によりｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液をメタン発酵するメタン発酵工程、を順に行う。
【解決手段】高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈工程、塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を酸発酵する酸発酵工程、酸発酵された有機廃液を中和する中和工程、中和によりｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液をメタン発酵するメタン発酵工程、を順に行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を処理する方法に関し、その有機廃液をメタン発酵させて有価物として利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、石鹸製造業における廃液は、グリセリン、脂肪酸等の有機物が含まれているが、従来、この廃液は有価な有機物を回収、再生した後廃棄されていた。しかし、バイオディーゼル製造副産物としてのグリセリンが大量に流通する昨今、廃液からのグリセリンの回収がコスト的に見合わなくなってきており、近年ではこのような廃液を焼却処理等により処分することが主流になってきている。
【０００３】
しかし、このような処理を行うと、エネルギー的に無駄が多く、環境負荷が高いことなどの理由で廃液中の有機物を有効利用することが検討されている。廃液中の有機物の利用形態としては、回収、再生を除けば、他に微生物によるメタン発酵を利用してメタンガスとしてエネルギーを回収することが考えられるが、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの廃液は、メタン発酵を行う微生物が活動する環境としては好ましくなく、上記石鹸製造業における廃液などには適用することができないという実情があった。
【０００４】
尚、本発明では、主に石鹸製造廃液を例に説明を行うが、バイオディーゼル製造業など各種産業廃液についても同様の問題点を抱えており、廃液中の有機物からメタンを生成することが検討されている（特許文献１）。本発明においては、これらの廃液を有機廃液と総称するものとする。
【０００５】
尚、メタン発酵の方法としては、ＵＡＳＢ法（上向流嫌気性汚泥床法（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ））が知られており、ＵＡＳＢによる嫌気性処理装置は汚泥保持濃度が高く、高負荷処理が可能であることから、近年、食品排水を中心に急速に普及している。ＵＡＳＢ法は、原水を反応槽の下部より上向流で流入させ、菌の付着担体を用いることなく、汚泥をブロック化または粒状化させて粒径１〜数ｍｍのグラニュール汚泥の汚泥床（スラッジブランケット）を形成させ、反応槽中に高濃度の微生物を保持して、高負荷処理を行う方法であり、好気性活性汚泥法に比べて、反応槽容積当りの有機物負荷が１０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ3／ｄａｙ以上と非常に高い。しかも、曝気のためのエネルギーが不要である；メタンガスとしてエネルギーの回収が可能である；余剰汚泥発生量が少ない；等の優れた特長も備えている。
【０００６】
また、酸発酵とは、酸素の存在しない嫌気状態において酸生成菌により有機物が分解されることである。つまり、酸発酵によると、有機物は無酸素状態において、酸生成菌が生産する酵素の加水分解、脱アミノ作用により低分子化され、有機酸、アルコール、アンモニア等が生成する。このような酸発酵は、通常、汚泥の可溶化、油分の発酵処理等の目的でメタン発酵処理の前処理として行われる場合がある（特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０２７０７５号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７７８７号公報
【特許文献３】特開２０００−２７１５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記実情に鑑み、本発明は、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を安価にかつ効率よく生物学的に処理し、メタン発酵させて有価物として利用することを目的とする。
【０００９】
尚、酸発酵を行う酸生成菌は、特殊な菌ではなく、自然環境中に広く分布する通性および絶対嫌気性細菌であり、増殖に必要なエネルギーを酸発酵により得ているものである。このような酸発酵により有機酸が生成する。
ここで、酸発酵を行う酸生成菌としては、通常の嫌気性処理で用いられる種々のものを使用可能であり、たとえば、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ属、Ｖｉｂｒｉｏ属、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｂｕｔｙｒｉｖｉｂｒｉｏ属、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ属、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｐｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ属等の菌体が例示される。たとえば、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属菌では、Ｃ．ｆｏｒｍｉｃｏａａｃｅｔｉｕｍ，Ｃ．ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ ＡＴＣＣ ６０１４，Ｃ．ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｕｍ，Ｃ．ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ，Ｃ．ｔｈｅｒｍｏｈｙｄｒｏ−ｓｕｌｆｕｒｉｃｕｍ等；Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ属菌では、Ｌ．ｃａｓｅｉ ＩＦＯ ３９１４、Ｌ．ｂｒｅｖｉｓ ＩＦＯ １３１０９等の菌が用いられることが知られている。これら微生物は、たとえば、下水処理場の下水汚泥等に含まれる菌体をそのまま利用することができる。
【００１０】
また、メタン発酵を行うメタン生成菌としては、特に限定されるものではないが、たとえば、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ属細菌等が好適に使用される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の有機廃液処理方法の特徴構成は、
高濃度塩化ナトリウムを含有し、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈工程、
前記希釈工程で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵工程、
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和工程、
前記中和工程でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵工程、
を順に行う点にある。
【００１２】
〔作用効果２〕
希釈工程により、高濃度塩化ナトリウムを含有し、高ｐＨの有機廃液を希釈すると、微生物の生育に好ましくない高い塩化ナトリウム濃度（以下単に塩濃度と称する）を微生物がメタン発酵活性を示す濃度に低下させることができる。
【００１３】
酸発酵工程により前記希釈工程で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵すると、酸生成菌が有機廃液中の有機物を資化して、前記有機廃液を酸発酵させ、その有機廃液をより流動化させるとともに、含有される有機物をメタン発酵に適したものとすることができる。また、酸発酵により生成した酸は、前記有機廃液の高ｐＨ条件を緩和する役割も担う。
【００１４】
中和工程により、前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和すると、中和された有機廃液は、メタン生成菌の生育に適した環境に整えられる。尚、中和処理はｐＨ５．５〜８．５としておけば、微生物の活動に支障が生じにくくかつ、微生物の働きによって、有機廃液のｐＨがさらに変動したとしても適度な微生物育成環境が維持されるので好ましい。ここで、前記有機廃液は、酸発酵工程を経たものであるから、有機物が適度に低分子化され、メタン発酵の効率よく行われる条件まで消化されていることになり、安定的にメタン発酵を行うことができる。
【００１５】
具体的には、希釈工程の後、酸発酵工程を行わず、中和工程により中和しただけの有機廃液をメタン発酵工程に供すると、ｐＨを低下させる酸発酵と、有機酸を分解してｐＨを上昇させるメタン発酵とが同時に起こるため、ｐＨが不安定になりやすく、安定的にメタン発酵を起こさせることが困難である。酸発酵工程を経た有機廃液をメタン発酵工程に供することにより、ｐＨを安定させることが可能となり、良好にメタン発酵が行えることがわかった。
【００１６】
〔構成２〕
また、前記メタン発酵工程でメタン発酵された有機廃液を、さらに好気性菌により分解する好気処理工程を行うことが好ましい。
【００１７】
〔作用効果２〕
メタン発酵工程において有機物をメタン発酵させてメタンガスに転換したとしても、実際には処理しきれなかった有機物などが有機廃液中に残存することになる。そこで、これらを好気性菌によって分解することによって、残存有機物を二酸化炭素と水に転換してしまえば、環境負荷の少ない比較的清浄な有機排水のみを排出すればよいことになる。したがって、好気処理工程により、有機廃液をさらに高度に処理することができる有機廃液処理装置を提供することができた。
【００１８】
〔構成３〕
また、前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、好気処理工程で得られた有機廃液を混合して、前記中和工程を行うことができる。
【００１９】
〔作用効果３〕
酸発酵工程を経た有機廃液は、通常、酸性である。一方、好気処理工程を経た有機廃液は酸発酵工程を経た有機廃液を中和するために添加したアルカリ等により、通常アルカリ性化している。そこで、前記中和工程において、酸発酵工程を経た酸性の有機廃液を中和するのに、前記好気処理工程で得られた有機廃液を用いると、中和工程で用いるべきアルカリの量を減量しつつ中和工程を行えるとともに、外部に放流される好気処理工程を経た有機廃液の液性を、より無害化すべく中和処理するような場合にもその中和処理に要する酸性物質量を少なくすることができる。
【００２０】
〔構成４〕
また、前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、酸発酵前の有機廃液を混合して前記中和工程を行うことができる。
【００２１】
〔作用効果４〕
先述のように酸発酵工程を経た有機廃液は、通常、酸性である。これに対し、酸発酵前の有機廃液は、高ｐＨである。したがって、前記中和工程において、酸発酵工程を経た酸性の有機廃液を中和するのに、前記酸発酵前の有機廃液を用いることによっても、中和工程で用いるべき酸の量を減量しつつ中和工程を行える。尚、このとき、前記酸発酵前の有機廃液としては、希釈前のものであっても、希釈後のものであってもかまわないが、後続の工程での塩濃度の影響を避けるためには、希釈後の有機廃液を用いることが好ましい。尚、ここで用いられる有機廃液は、中和工程後に酸発酵を経ることなくメタン発酵工程に供されることになるので、メタン発酵工程におけるｐＨ変動を考慮して、使用量を制限して設定することが望ましい。
【００２２】
〔構成５〕
また、前記希釈工程において、有機廃液を塩化ナトリウム濃度が２．０％以下になるように希釈することが好ましい。
【００２３】
〔作用効果５〕
通常のＵＡＳＢで用いられる嫌気性菌は、塩濃度の高い環境下であまり高い活性を示さないが、本発明者らの検討の結果、２．０％以下程度の低塩濃度環境では、十分メタン発酵活性を示すことが後述の実施例より明らかになっている。そのため、前記希釈部において有機廃液を塩化ナトリウム濃度が２．０％以下になるように希釈すると、高い活性のＵＡＳＢでメタン発酵工程を行い、メタンを生成することができるようになる。
【００２４】
〔構成６〕
上記目的を達成するための本発明の有機廃液処理装置の特徴構成は、
高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈部、
前記希釈部で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵部、
前記酸発酵部で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和処理部、
前記中和部でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵部、
を設け、前記メタン発酵部で得られるメタンガスを燃料として消費するガス消費部を設けた点にある。
【００２５】
〔作用効果６〕
上記有機廃液処理装置によると、先述の有機廃液処理方法における希釈工程を希釈部において行うことができ、酸発酵工程を酸発酵部で行うことができ、中和工程を中和処理部で行うことができ、メタン発酵処理をメタン発酵部で行うことができる。すなわち、有機廃液処理装置によると、先述の有機廃液処理方法における高効率な有機廃液処理が行える。また、ガス消費部を設けてあるから、このようにして生成したメタンガスを、有効に消費することができる。
【００２６】
〔構成７〕
また、前記希釈部に低濃度塩化ナトリウム含有排水を供給する排水供給部を備えてもよい。
【００２７】
〔作用効果７〕
高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液の発生する環境では、低濃度塩化ナトリウム含有排水も同時に発生する場合が多い。これらの有機廃液および有機排水を組み合わせることにより、排水中の有機物を効率よくメタン発酵処理部に供給することができるようになり、排水に含まれる有機物もあわせて有効に利用しながら有価物を生産することができるようになり、２種類の有機廃液、有機排水を同時に処理できることになって効率がよい。
【００２８】
〔構成８〕
また、前記低濃度塩化ナトリウム含有排水が、石鹸製造塩析工程の冷却水や洗浄排水の混合排水であってもよい。
【００２９】
〔作用効果８〕
たとえば、石鹸製造業においては、各工程における冷却水や洗浄排水として塩濃度の低い有機排水が発生する。このような石鹸製造設備の排水は、有機物を高濃度に含有しつつ、塩濃度が低く、ｐＨも中性に近いので、上記低濃度塩化ナトリウム含有排水として前記希釈部に供給するのに適する。
【００３０】
〔構成９〕
前記有機廃液が、石鹸製造における塩析工程の廃液であってもよい。
【００３１】
〔作用効果９〕
また、石鹸製造業においては、塩析工程において高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液が発生し、かつ、高濃度の有機物を含有するので、上記有機廃液処理装置で先述の有機廃液処理方法により処理する廃液として好適である。尚、石鹸製造業において、各工程における冷却水や洗浄排水として発生する塩濃度の低い有機排水と組み合わせると、きわめて高効率で石鹸製造設備の排水を有効に利用しながら有価物を生産することができる
【００３２】
〔構成１０〕
また、前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽を備えることが好ましい。
【００３３】
〔作用効果１０〕
生物処理法としては、嫌気処理法で一般にメタンを生成することができるので、メタン発酵部としていずれの形態を採用してもかまわないが、メタン発酵部としてＵＡＳＢ法を採用すると、有機廃液中の有機物量に対するメタン転換能力が高く、かつ、反応処理速度も速いので好適である。
【００３４】
尚、石鹸製造業における排水の組成は、おおよそ表１のようになっている。表中の高濃度排水が塩析工程における排水に相当し、本発明では有機廃液と称している。一方、低濃度排水が各工程における冷却水や洗浄排水として発生する排水に相当し、本発明で有機排水と称している。また、参考に、バイオディーゼルフューエル製造業における排水の物性についても同様に表１に示す。
【００３５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の有機廃液処理装置の全体図である。
【図２】各実験例における塩濃度とメタン転換率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は本発明の有機廃液処理装置の一例を示す。尚、以下に、示す有機廃液処理装置は、本発明を具体的に説明するための例示であって、本発明は、この記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成の変更、追加が可能であることは言うまでも無い。
【００３８】
図１に示すように、本発明の有機廃液処理装置は、有機廃液貯留部１、排水供給部として機能する有機排水貯留部２、希釈部３、酸発酵部４、中和処理部５、メタン発酵部６、ガス消費部７、好気処理部８を備え、たとえば、有機廃液１ａとしての石鹸製造廃液を処理する構成としてある。
【００３９】
前記有機廃液貯留部１は、有機廃液１ａを貯留するタンク１０からなり、たとえば、石鹸製造プラントにおける塩析工程の廃液を有機廃液１ａとして一時貯留するものである。この有機廃液１ａは、通常、先に示した表１に示すように、高濃度塩化ナトリウム含有で高ｐＨとなっており、有機物として高濃度のグリセリンを含んでいる（ＣＯＤＣｒ４００００〜１２００００ｍｇ／Ｌ程度）。
【００４０】
また、前記有機排水貯留部２は有機排水２ａを貯留するタンク２０からなり、たとえば、石鹸製造プラントにおける各工程における冷却水や洗浄排水として発生する排水を有機排水２ａとして一時貯留するものである。この有機排水２ａは、通常、表１に示すように、塩化ナトリウムをほとんど含有せず、ほぼ中性となっており、有機物としてグリセリンを含んでいる（ＣＯＤＣｒ１００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度）。
【００４１】
前記希釈部３は、前記有機廃液貯留部１からの有機廃液１ａを受けて、前記有機排水貯留部２からの有機排水２ａにより希釈する希釈槽３０を備えてなり、希釈槽３０内の塩濃度が所定値（たとえば２．０％）以下、（さらに好ましくは、１．５％以下）となるように混合希釈して、その希釈された有機廃液３ａを希釈槽３０外へ排出する希釈工程を行うことができるように構成してある。
【００４２】
前記酸発酵部４は、前記希釈部３からの有機廃液３ａを酸発酵する酸発酵槽４０を備え、前記酸発酵槽４０に、有機廃液３ａを受ける供給部４１を備えるとともに、酸発酵済みの有機廃液４ａを排出する排出部４２を備えて構成される。酸発酵部４では、内部に通性嫌気性菌（酸生成菌）を主体とする汚泥を収容するとともに、酸発酵槽内の有機廃液４ａを酸発酵して酢酸等の有機酸を生成する酸発酵工程を行うことができる構成となっている。
【００４３】
前記中和処理部５は、前記有機廃液４ａを中和する中和反応処理のための反応槽５０に、有機廃液４ａを供給する供給部５１を備え、アルカリ（たとえば水酸化ナトリウム水溶液）５ｂを投入するためのアルカリ添加部５２を備え、前記酸発酵部４からの有機廃液４ａを受けて内部で混合反応させ、中和する中和工程を行うことができる構成としてある。この反応は、所定の反応効率を維持するために、前記アルカリ添加部５２からのアルカリ５ｂの添加による中和反応により反応を促進させることができる。そして、反応槽５０内のｐＨが所定範囲（たとえばｐＨ５．５〜８．５）になると、その中和した有機廃液５ａを廃液排出部５３から反応槽５０外へ排出できるように構成してある。
【００４４】
前記メタン発酵部６は、図１に示すように、前記ＵＡＳＢ反応槽６０を備えて構成してあり、前記ＵＡＳＢ反応槽６０は、下部に嫌気性菌（ＵＡＳＢ菌）を主体とする汚泥のグラニュール６０ａを充填されるスラッジベッド６１を備えるとともに、中和処理部５から排出された有機廃液５ａを分散供給する有機廃液供給部６２を備える。これにより、導入される有機廃液５ａの上向流が形成されるとともに、内部の有機廃液５ａの循環を促し、流動するグラニュール６０ａにより有機物をメタン発酵するメタン発酵工程が行われる。前記スラッジベッド６１の上部には、グラニュール６０ａの流失を防止するとともに処理済みの上澄液および生成したメタンガス６ｂを上方に移流させる分離板６３を設けてある。分離板６３上方に移流した処理済みの有機廃液６ａは、オーバーフロー部６４よりＵＡＳＢ反応槽６０外へ取出されるとともに、生成したメタンガス６ｂは、ガス回収部６５よりＵＡＳＢ反応槽６０外へ取出される構成となっている。また、オーバーフロー部６４には有機廃液の一部６ｃを有機廃液供給部６２に循環させる循環処理液循環路６６を設けて、必要な滞留時間を維持しながら、塔内の液線速度を適切な値に設定できる構成としている。塔内の液線速度は、速すぎるとグラニュール６０ａが磨耗あるいは流出し、遅すぎると分解速度が遅くなったり、グラニュール以外の懸濁物質が蓄積されやすくなるため、３ｍ／ｈ程度とすることが好ましい。
【００４５】
前記ガス消費部７は、可燃性ガス７ａを、前記ガス回収部６５から回収されたメタンガス６ｂとともに混合して燃料ガスとして供給する燃料ガス供給部７０を備え、燃料ガスを燃料として消費して蒸気や動力７ｂを発生するボイラ、エンジン、タービン等からなる。ここで発生した蒸気や動力７ｂは、たとえば、石鹸製造プラントの熱源や動力源として用いられ、有効利用される。
【００４６】
前記好気処理部８は、活性汚泥槽、接触曝気槽等の種々公知の廃水処理槽を適用でき、前記メタン発酵部６から供給される有機廃液６ａをさらに好気分解処理して、清浄な排水８ａとして排出可能に構成する。
【００４７】
尚、中和処理部５には、アルカリ添加部５２のほかに、前記希釈部で希釈された有機廃液の一部３ｂを、酸発酵部４を経ずにバイパス路３１より直接供給する原液供給部５４を設けて、アルカリ添加部５２から供給すべきアルカリ５ｂの一部または全部を前記有機廃液の一部３ｂで代用して前記酸発酵を受けた有機廃液４ａを中和処理可能に構成してある。
【００４８】
また、同様に、中和処理部５には、好気処理部８からの排水の一部８ｂを返送路８１より返送供給する排水返送部５５を設けアルカリ添加部５２から供給すべきアルカリ５ｂの一部または全部を前記排水の一部８ｂで代用して前記酸発酵を受けた有機廃液４ａを中和処理可能に構成することもできる。
【００４９】
以下に、具体的な廃液を上記有機廃液処理装置に供給した場合のメタン生成効率を検討した実験例を示す。以下に示す実験例は、本発明を具体的に示すためのものであって、本発明は、以下の実施例に限られるものではない。
【００５０】
〔実験例〕
模擬有機廃液および模擬有機排水として、下記性状の有機廃液および有機排水を用意した。
【００５１】
有機廃液：
ＣＯＤＣｒ：１３００００（ｍｇ／Ｌ）
塩濃度 ：９．９（％）
ｐＨ ：１２
【００５２】
有機排水：
ＣＯＤＣｒ：５００（ｍｇ／Ｌ）
塩濃度 ：０（％）
ｐＨ ：７．２
【００５３】
〔実験１〕
上記有機廃液に硫酸を加えてｐＨ７．５に中和した後、上記有機排水と容量比１：９となるように混合した。得られた混合液８ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採り、ＵＡＳＢ反応槽の汚泥１０ｍＬを加え、気相部分を窒素で置換した上で密封し、５５℃で１３日間培養した。培養後のバイアル瓶気相部分のガスを採取し、量、メタンガス濃度を測定した結果、添加したＣＯＤの９９．９％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５４】
〔実験２〕
実験１における中和後の有機廃液に有機排水を容量比で１：４となるように混合した混合液４ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの９０．１％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５５】
〔実験３〕
実験１における中和後の有機廃液に有機排水を容量比で１：１となるように混合した混合液１．６ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの６３．７％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５６】
〔実験４〕
実験１における中和後の有機廃液のみ０．８ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの２８．１％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５７】
実験１〜４の結果を、横軸：塩濃度（％）、縦軸：メタン転換率（％）としてプロットすると図２のようになった。
【００５８】
図２より、本発明でいう有機廃液を有機排水で希釈する場合には、塩濃度を２．０％以下となるように希釈すれば、少ない希釈率でかつ高いメタン転換率を実現でき、また、塩濃度はさらに低下させて、１．５％以下となるように希釈することが望ましいことが示唆された。
〔実機運転例〕
図１に示した有機廃液処理装置に、表１に示す石鹸製造業における有機廃液および有機排水を供給した。
【００５９】
希釈部３における希釈工程は、有機廃液１ａを５０ｔに対し、有機排水２ａを２８０ｔ混合して希釈することにより、塩濃度が１５０００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ１２、ＣＯＤが１００００Ｃｒ（ｍｇ／Ｌ）程度に希釈された有機廃液３ａを得ることができた。
【００６０】
次に酸発酵部４における酸発酵工程を行うと、投入された有機廃液３ａのｐＨは約５まで低下し、低分子化された有機廃液４ａが得られていることがわかった。
【００６１】
次に中和処理部５における中和工程では、希釈された有機廃液の一部３ｂを添加して有機廃液４ａの中和を図るとともに、最終的なｐＨをアルカリ（水酸化ナトリウム）５ｂの添加により目標ｐＨ７に調製した。
【００６２】
得られた有機廃液５ａはメタン発酵部６においてメタン発酵工程に供したところ発酵阻害を生じることなくメタンガス６ｂを生成し、ガス消費部７に供給することにより蒸気や動力７ｂに変換して有効利用することができた。
【００６３】
また、このメタン発酵工程から流出する有機廃液６ａはｐＨ約７であった。前記有機廃液６ａは好気処理部８によって好気処理工程に供され、さらに有機物の除去された清浄な排水８ａとすることができた。尚、排水８ａのＰＨは約９であり、酸（硫酸など）を添加することにより中性化して外部に放流することができた。
【００６４】
尚、本実施の形態においては、中和処理部５における目標ｐＨ値を５．５〜８．５としたが、これに限らず、有機廃液の性状に対応して適宜変更することができる。また、希釈部３における塩濃度に関しても同様である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ：有機廃液貯留部
１ａ ：有機廃液
１０ ：タンク
２ ：有機排水貯留部
２ａ ：有機排水
２０ ：タンク
３ ：希釈部
３ａ ：有機廃液
３ｂ ：有機廃液の一部
３０ ：希釈槽
３１ ：バイパス路
４ ：酸発酵部
４ａ ：有機廃液
４０ ：酸発酵槽
４１ ：供給部
４２ ：排出部
５ ：中和処理部
５ａ ：有機廃液
５ｂ ：アルカリ
５０ ：反応槽
５１ ：供給部
５２ ：アルカリ添加部
５３ ：廃液排出部
５４ ：原液供給部
５５ ：排水返送部
６ ：メタン発酵部
６ａ ：有機廃液
６ｂ ：メタンガス
６ｃ ：有機廃液の一部
６０ ：ＵＡＳＢ反応槽
６０ａ ：グラニュール
６１ ：スラッジベッド
６２ ：有機廃液供給部
６３ ：分離板
６４ ：オーバーフロー部
６５ ：ガス回収部
６６ ：循環処理液循環路
７ ：ガス消費部
７ａ ：可燃性ガス
７ｂ ：蒸気や動力
７０ ：燃料ガス供給部
８ ：好気処理部
８ａ ：排水
８ｂ ：排水の一部
８１ ：返送路
【技術分野】
【０００１】
本発明は高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を処理する方法に関し、その有機廃液をメタン発酵させて有価物として利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、石鹸製造業における廃液は、グリセリン、脂肪酸等の有機物が含まれているが、従来、この廃液は有価な有機物を回収、再生した後廃棄されていた。しかし、バイオディーゼル製造副産物としてのグリセリンが大量に流通する昨今、廃液からのグリセリンの回収がコスト的に見合わなくなってきており、近年ではこのような廃液を焼却処理等により処分することが主流になってきている。
【０００３】
しかし、このような処理を行うと、エネルギー的に無駄が多く、環境負荷が高いことなどの理由で廃液中の有機物を有効利用することが検討されている。廃液中の有機物の利用形態としては、回収、再生を除けば、他に微生物によるメタン発酵を利用してメタンガスとしてエネルギーを回収することが考えられるが、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの廃液は、メタン発酵を行う微生物が活動する環境としては好ましくなく、上記石鹸製造業における廃液などには適用することができないという実情があった。
【０００４】
尚、本発明では、主に石鹸製造廃液を例に説明を行うが、バイオディーゼル製造業など各種産業廃液についても同様の問題点を抱えており、廃液中の有機物からメタンを生成することが検討されている（特許文献１）。本発明においては、これらの廃液を有機廃液と総称するものとする。
【０００５】
尚、メタン発酵の方法としては、ＵＡＳＢ法（上向流嫌気性汚泥床法（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ））が知られており、ＵＡＳＢによる嫌気性処理装置は汚泥保持濃度が高く、高負荷処理が可能であることから、近年、食品排水を中心に急速に普及している。ＵＡＳＢ法は、原水を反応槽の下部より上向流で流入させ、菌の付着担体を用いることなく、汚泥をブロック化または粒状化させて粒径１〜数ｍｍのグラニュール汚泥の汚泥床（スラッジブランケット）を形成させ、反応槽中に高濃度の微生物を保持して、高負荷処理を行う方法であり、好気性活性汚泥法に比べて、反応槽容積当りの有機物負荷が１０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ3／ｄａｙ以上と非常に高い。しかも、曝気のためのエネルギーが不要である；メタンガスとしてエネルギーの回収が可能である；余剰汚泥発生量が少ない；等の優れた特長も備えている。
【０００６】
また、酸発酵とは、酸素の存在しない嫌気状態において酸生成菌により有機物が分解されることである。つまり、酸発酵によると、有機物は無酸素状態において、酸生成菌が生産する酵素の加水分解、脱アミノ作用により低分子化され、有機酸、アルコール、アンモニア等が生成する。このような酸発酵は、通常、汚泥の可溶化、油分の発酵処理等の目的でメタン発酵処理の前処理として行われる場合がある（特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０２７０７５号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７７８７号公報
【特許文献３】特開２０００−２７１５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記実情に鑑み、本発明は、高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を安価にかつ効率よく生物学的に処理し、メタン発酵させて有価物として利用することを目的とする。
【０００９】
尚、酸発酵を行う酸生成菌は、特殊な菌ではなく、自然環境中に広く分布する通性および絶対嫌気性細菌であり、増殖に必要なエネルギーを酸発酵により得ているものである。このような酸発酵により有機酸が生成する。
ここで、酸発酵を行う酸生成菌としては、通常の嫌気性処理で用いられる種々のものを使用可能であり、たとえば、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ属、Ｖｉｂｒｉｏ属、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｂｕｔｙｒｉｖｉｂｒｉｏ属、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ属、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｐｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ属等の菌体が例示される。たとえば、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属菌では、Ｃ．ｆｏｒｍｉｃｏａａｃｅｔｉｕｍ，Ｃ．ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ ＡＴＣＣ ６０１４，Ｃ．ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｕｍ，Ｃ．ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ，Ｃ．ｔｈｅｒｍｏｈｙｄｒｏ−ｓｕｌｆｕｒｉｃｕｍ等；Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ属菌では、Ｌ．ｃａｓｅｉ ＩＦＯ ３９１４、Ｌ．ｂｒｅｖｉｓ ＩＦＯ １３１０９等の菌が用いられることが知られている。これら微生物は、たとえば、下水処理場の下水汚泥等に含まれる菌体をそのまま利用することができる。
【００１０】
また、メタン発酵を行うメタン生成菌としては、特に限定されるものではないが、たとえば、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ属細菌等が好適に使用される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の有機廃液処理方法の特徴構成は、
高濃度塩化ナトリウムを含有し、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈工程、
前記希釈工程で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵工程、
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和工程、
前記中和工程でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵工程、
を順に行う点にある。
【００１２】
〔作用効果２〕
希釈工程により、高濃度塩化ナトリウムを含有し、高ｐＨの有機廃液を希釈すると、微生物の生育に好ましくない高い塩化ナトリウム濃度（以下単に塩濃度と称する）を微生物がメタン発酵活性を示す濃度に低下させることができる。
【００１３】
酸発酵工程により前記希釈工程で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵すると、酸生成菌が有機廃液中の有機物を資化して、前記有機廃液を酸発酵させ、その有機廃液をより流動化させるとともに、含有される有機物をメタン発酵に適したものとすることができる。また、酸発酵により生成した酸は、前記有機廃液の高ｐＨ条件を緩和する役割も担う。
【００１４】
中和工程により、前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和すると、中和された有機廃液は、メタン生成菌の生育に適した環境に整えられる。尚、中和処理はｐＨ５．５〜８．５としておけば、微生物の活動に支障が生じにくくかつ、微生物の働きによって、有機廃液のｐＨがさらに変動したとしても適度な微生物育成環境が維持されるので好ましい。ここで、前記有機廃液は、酸発酵工程を経たものであるから、有機物が適度に低分子化され、メタン発酵の効率よく行われる条件まで消化されていることになり、安定的にメタン発酵を行うことができる。
【００１５】
具体的には、希釈工程の後、酸発酵工程を行わず、中和工程により中和しただけの有機廃液をメタン発酵工程に供すると、ｐＨを低下させる酸発酵と、有機酸を分解してｐＨを上昇させるメタン発酵とが同時に起こるため、ｐＨが不安定になりやすく、安定的にメタン発酵を起こさせることが困難である。酸発酵工程を経た有機廃液をメタン発酵工程に供することにより、ｐＨを安定させることが可能となり、良好にメタン発酵が行えることがわかった。
【００１６】
〔構成２〕
また、前記メタン発酵工程でメタン発酵された有機廃液を、さらに好気性菌により分解する好気処理工程を行うことが好ましい。
【００１７】
〔作用効果２〕
メタン発酵工程において有機物をメタン発酵させてメタンガスに転換したとしても、実際には処理しきれなかった有機物などが有機廃液中に残存することになる。そこで、これらを好気性菌によって分解することによって、残存有機物を二酸化炭素と水に転換してしまえば、環境負荷の少ない比較的清浄な有機排水のみを排出すればよいことになる。したがって、好気処理工程により、有機廃液をさらに高度に処理することができる有機廃液処理装置を提供することができた。
【００１８】
〔構成３〕
また、前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、好気処理工程で得られた有機廃液を混合して、前記中和工程を行うことができる。
【００１９】
〔作用効果３〕
酸発酵工程を経た有機廃液は、通常、酸性である。一方、好気処理工程を経た有機廃液は酸発酵工程を経た有機廃液を中和するために添加したアルカリ等により、通常アルカリ性化している。そこで、前記中和工程において、酸発酵工程を経た酸性の有機廃液を中和するのに、前記好気処理工程で得られた有機廃液を用いると、中和工程で用いるべきアルカリの量を減量しつつ中和工程を行えるとともに、外部に放流される好気処理工程を経た有機廃液の液性を、より無害化すべく中和処理するような場合にもその中和処理に要する酸性物質量を少なくすることができる。
【００２０】
〔構成４〕
また、前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、酸発酵前の有機廃液を混合して前記中和工程を行うことができる。
【００２１】
〔作用効果４〕
先述のように酸発酵工程を経た有機廃液は、通常、酸性である。これに対し、酸発酵前の有機廃液は、高ｐＨである。したがって、前記中和工程において、酸発酵工程を経た酸性の有機廃液を中和するのに、前記酸発酵前の有機廃液を用いることによっても、中和工程で用いるべき酸の量を減量しつつ中和工程を行える。尚、このとき、前記酸発酵前の有機廃液としては、希釈前のものであっても、希釈後のものであってもかまわないが、後続の工程での塩濃度の影響を避けるためには、希釈後の有機廃液を用いることが好ましい。尚、ここで用いられる有機廃液は、中和工程後に酸発酵を経ることなくメタン発酵工程に供されることになるので、メタン発酵工程におけるｐＨ変動を考慮して、使用量を制限して設定することが望ましい。
【００２２】
〔構成５〕
また、前記希釈工程において、有機廃液を塩化ナトリウム濃度が２．０％以下になるように希釈することが好ましい。
【００２３】
〔作用効果５〕
通常のＵＡＳＢで用いられる嫌気性菌は、塩濃度の高い環境下であまり高い活性を示さないが、本発明者らの検討の結果、２．０％以下程度の低塩濃度環境では、十分メタン発酵活性を示すことが後述の実施例より明らかになっている。そのため、前記希釈部において有機廃液を塩化ナトリウム濃度が２．０％以下になるように希釈すると、高い活性のＵＡＳＢでメタン発酵工程を行い、メタンを生成することができるようになる。
【００２４】
〔構成６〕
上記目的を達成するための本発明の有機廃液処理装置の特徴構成は、
高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈部、
前記希釈部で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵部、
前記酸発酵部で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和処理部、
前記中和部でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵部、
を設け、前記メタン発酵部で得られるメタンガスを燃料として消費するガス消費部を設けた点にある。
【００２５】
〔作用効果６〕
上記有機廃液処理装置によると、先述の有機廃液処理方法における希釈工程を希釈部において行うことができ、酸発酵工程を酸発酵部で行うことができ、中和工程を中和処理部で行うことができ、メタン発酵処理をメタン発酵部で行うことができる。すなわち、有機廃液処理装置によると、先述の有機廃液処理方法における高効率な有機廃液処理が行える。また、ガス消費部を設けてあるから、このようにして生成したメタンガスを、有効に消費することができる。
【００２６】
〔構成７〕
また、前記希釈部に低濃度塩化ナトリウム含有排水を供給する排水供給部を備えてもよい。
【００２７】
〔作用効果７〕
高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液の発生する環境では、低濃度塩化ナトリウム含有排水も同時に発生する場合が多い。これらの有機廃液および有機排水を組み合わせることにより、排水中の有機物を効率よくメタン発酵処理部に供給することができるようになり、排水に含まれる有機物もあわせて有効に利用しながら有価物を生産することができるようになり、２種類の有機廃液、有機排水を同時に処理できることになって効率がよい。
【００２８】
〔構成８〕
また、前記低濃度塩化ナトリウム含有排水が、石鹸製造塩析工程の冷却水や洗浄排水の混合排水であってもよい。
【００２９】
〔作用効果８〕
たとえば、石鹸製造業においては、各工程における冷却水や洗浄排水として塩濃度の低い有機排水が発生する。このような石鹸製造設備の排水は、有機物を高濃度に含有しつつ、塩濃度が低く、ｐＨも中性に近いので、上記低濃度塩化ナトリウム含有排水として前記希釈部に供給するのに適する。
【００３０】
〔構成９〕
前記有機廃液が、石鹸製造における塩析工程の廃液であってもよい。
【００３１】
〔作用効果９〕
また、石鹸製造業においては、塩析工程において高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液が発生し、かつ、高濃度の有機物を含有するので、上記有機廃液処理装置で先述の有機廃液処理方法により処理する廃液として好適である。尚、石鹸製造業において、各工程における冷却水や洗浄排水として発生する塩濃度の低い有機排水と組み合わせると、きわめて高効率で石鹸製造設備の排水を有効に利用しながら有価物を生産することができる
【００３２】
〔構成１０〕
また、前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽を備えることが好ましい。
【００３３】
〔作用効果１０〕
生物処理法としては、嫌気処理法で一般にメタンを生成することができるので、メタン発酵部としていずれの形態を採用してもかまわないが、メタン発酵部としてＵＡＳＢ法を採用すると、有機廃液中の有機物量に対するメタン転換能力が高く、かつ、反応処理速度も速いので好適である。
【００３４】
尚、石鹸製造業における排水の組成は、おおよそ表１のようになっている。表中の高濃度排水が塩析工程における排水に相当し、本発明では有機廃液と称している。一方、低濃度排水が各工程における冷却水や洗浄排水として発生する排水に相当し、本発明で有機排水と称している。また、参考に、バイオディーゼルフューエル製造業における排水の物性についても同様に表１に示す。
【００３５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の有機廃液処理装置の全体図である。
【図２】各実験例における塩濃度とメタン転換率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は本発明の有機廃液処理装置の一例を示す。尚、以下に、示す有機廃液処理装置は、本発明を具体的に説明するための例示であって、本発明は、この記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成の変更、追加が可能であることは言うまでも無い。
【００３８】
図１に示すように、本発明の有機廃液処理装置は、有機廃液貯留部１、排水供給部として機能する有機排水貯留部２、希釈部３、酸発酵部４、中和処理部５、メタン発酵部６、ガス消費部７、好気処理部８を備え、たとえば、有機廃液１ａとしての石鹸製造廃液を処理する構成としてある。
【００３９】
前記有機廃液貯留部１は、有機廃液１ａを貯留するタンク１０からなり、たとえば、石鹸製造プラントにおける塩析工程の廃液を有機廃液１ａとして一時貯留するものである。この有機廃液１ａは、通常、先に示した表１に示すように、高濃度塩化ナトリウム含有で高ｐＨとなっており、有機物として高濃度のグリセリンを含んでいる（ＣＯＤＣｒ４００００〜１２００００ｍｇ／Ｌ程度）。
【００４０】
また、前記有機排水貯留部２は有機排水２ａを貯留するタンク２０からなり、たとえば、石鹸製造プラントにおける各工程における冷却水や洗浄排水として発生する排水を有機排水２ａとして一時貯留するものである。この有機排水２ａは、通常、表１に示すように、塩化ナトリウムをほとんど含有せず、ほぼ中性となっており、有機物としてグリセリンを含んでいる（ＣＯＤＣｒ１００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度）。
【００４１】
前記希釈部３は、前記有機廃液貯留部１からの有機廃液１ａを受けて、前記有機排水貯留部２からの有機排水２ａにより希釈する希釈槽３０を備えてなり、希釈槽３０内の塩濃度が所定値（たとえば２．０％）以下、（さらに好ましくは、１．５％以下）となるように混合希釈して、その希釈された有機廃液３ａを希釈槽３０外へ排出する希釈工程を行うことができるように構成してある。
【００４２】
前記酸発酵部４は、前記希釈部３からの有機廃液３ａを酸発酵する酸発酵槽４０を備え、前記酸発酵槽４０に、有機廃液３ａを受ける供給部４１を備えるとともに、酸発酵済みの有機廃液４ａを排出する排出部４２を備えて構成される。酸発酵部４では、内部に通性嫌気性菌（酸生成菌）を主体とする汚泥を収容するとともに、酸発酵槽内の有機廃液４ａを酸発酵して酢酸等の有機酸を生成する酸発酵工程を行うことができる構成となっている。
【００４３】
前記中和処理部５は、前記有機廃液４ａを中和する中和反応処理のための反応槽５０に、有機廃液４ａを供給する供給部５１を備え、アルカリ（たとえば水酸化ナトリウム水溶液）５ｂを投入するためのアルカリ添加部５２を備え、前記酸発酵部４からの有機廃液４ａを受けて内部で混合反応させ、中和する中和工程を行うことができる構成としてある。この反応は、所定の反応効率を維持するために、前記アルカリ添加部５２からのアルカリ５ｂの添加による中和反応により反応を促進させることができる。そして、反応槽５０内のｐＨが所定範囲（たとえばｐＨ５．５〜８．５）になると、その中和した有機廃液５ａを廃液排出部５３から反応槽５０外へ排出できるように構成してある。
【００４４】
前記メタン発酵部６は、図１に示すように、前記ＵＡＳＢ反応槽６０を備えて構成してあり、前記ＵＡＳＢ反応槽６０は、下部に嫌気性菌（ＵＡＳＢ菌）を主体とする汚泥のグラニュール６０ａを充填されるスラッジベッド６１を備えるとともに、中和処理部５から排出された有機廃液５ａを分散供給する有機廃液供給部６２を備える。これにより、導入される有機廃液５ａの上向流が形成されるとともに、内部の有機廃液５ａの循環を促し、流動するグラニュール６０ａにより有機物をメタン発酵するメタン発酵工程が行われる。前記スラッジベッド６１の上部には、グラニュール６０ａの流失を防止するとともに処理済みの上澄液および生成したメタンガス６ｂを上方に移流させる分離板６３を設けてある。分離板６３上方に移流した処理済みの有機廃液６ａは、オーバーフロー部６４よりＵＡＳＢ反応槽６０外へ取出されるとともに、生成したメタンガス６ｂは、ガス回収部６５よりＵＡＳＢ反応槽６０外へ取出される構成となっている。また、オーバーフロー部６４には有機廃液の一部６ｃを有機廃液供給部６２に循環させる循環処理液循環路６６を設けて、必要な滞留時間を維持しながら、塔内の液線速度を適切な値に設定できる構成としている。塔内の液線速度は、速すぎるとグラニュール６０ａが磨耗あるいは流出し、遅すぎると分解速度が遅くなったり、グラニュール以外の懸濁物質が蓄積されやすくなるため、３ｍ／ｈ程度とすることが好ましい。
【００４５】
前記ガス消費部７は、可燃性ガス７ａを、前記ガス回収部６５から回収されたメタンガス６ｂとともに混合して燃料ガスとして供給する燃料ガス供給部７０を備え、燃料ガスを燃料として消費して蒸気や動力７ｂを発生するボイラ、エンジン、タービン等からなる。ここで発生した蒸気や動力７ｂは、たとえば、石鹸製造プラントの熱源や動力源として用いられ、有効利用される。
【００４６】
前記好気処理部８は、活性汚泥槽、接触曝気槽等の種々公知の廃水処理槽を適用でき、前記メタン発酵部６から供給される有機廃液６ａをさらに好気分解処理して、清浄な排水８ａとして排出可能に構成する。
【００４７】
尚、中和処理部５には、アルカリ添加部５２のほかに、前記希釈部で希釈された有機廃液の一部３ｂを、酸発酵部４を経ずにバイパス路３１より直接供給する原液供給部５４を設けて、アルカリ添加部５２から供給すべきアルカリ５ｂの一部または全部を前記有機廃液の一部３ｂで代用して前記酸発酵を受けた有機廃液４ａを中和処理可能に構成してある。
【００４８】
また、同様に、中和処理部５には、好気処理部８からの排水の一部８ｂを返送路８１より返送供給する排水返送部５５を設けアルカリ添加部５２から供給すべきアルカリ５ｂの一部または全部を前記排水の一部８ｂで代用して前記酸発酵を受けた有機廃液４ａを中和処理可能に構成することもできる。
【００４９】
以下に、具体的な廃液を上記有機廃液処理装置に供給した場合のメタン生成効率を検討した実験例を示す。以下に示す実験例は、本発明を具体的に示すためのものであって、本発明は、以下の実施例に限られるものではない。
【００５０】
〔実験例〕
模擬有機廃液および模擬有機排水として、下記性状の有機廃液および有機排水を用意した。
【００５１】
有機廃液：
ＣＯＤＣｒ：１３００００（ｍｇ／Ｌ）
塩濃度 ：９．９（％）
ｐＨ ：１２
【００５２】
有機排水：
ＣＯＤＣｒ：５００（ｍｇ／Ｌ）
塩濃度 ：０（％）
ｐＨ ：７．２
【００５３】
〔実験１〕
上記有機廃液に硫酸を加えてｐＨ７．５に中和した後、上記有機排水と容量比１：９となるように混合した。得られた混合液８ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採り、ＵＡＳＢ反応槽の汚泥１０ｍＬを加え、気相部分を窒素で置換した上で密封し、５５℃で１３日間培養した。培養後のバイアル瓶気相部分のガスを採取し、量、メタンガス濃度を測定した結果、添加したＣＯＤの９９．９％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５４】
〔実験２〕
実験１における中和後の有機廃液に有機排水を容量比で１：４となるように混合した混合液４ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの９０．１％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５５】
〔実験３〕
実験１における中和後の有機廃液に有機排水を容量比で１：１となるように混合した混合液１．６ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの６３．７％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５６】
〔実験４〕
実験１における中和後の有機廃液のみ０．８ｍＬを容積２００ｍＬのバイアル瓶に採った以外は実験１と同様の実験を行った。その結果、添加したＣＯＤの２８．１％がメタンに転換されたことが明らかになった。
【００５７】
実験１〜４の結果を、横軸：塩濃度（％）、縦軸：メタン転換率（％）としてプロットすると図２のようになった。
【００５８】
図２より、本発明でいう有機廃液を有機排水で希釈する場合には、塩濃度を２．０％以下となるように希釈すれば、少ない希釈率でかつ高いメタン転換率を実現でき、また、塩濃度はさらに低下させて、１．５％以下となるように希釈することが望ましいことが示唆された。
〔実機運転例〕
図１に示した有機廃液処理装置に、表１に示す石鹸製造業における有機廃液および有機排水を供給した。
【００５９】
希釈部３における希釈工程は、有機廃液１ａを５０ｔに対し、有機排水２ａを２８０ｔ混合して希釈することにより、塩濃度が１５０００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ１２、ＣＯＤが１００００Ｃｒ（ｍｇ／Ｌ）程度に希釈された有機廃液３ａを得ることができた。
【００６０】
次に酸発酵部４における酸発酵工程を行うと、投入された有機廃液３ａのｐＨは約５まで低下し、低分子化された有機廃液４ａが得られていることがわかった。
【００６１】
次に中和処理部５における中和工程では、希釈された有機廃液の一部３ｂを添加して有機廃液４ａの中和を図るとともに、最終的なｐＨをアルカリ（水酸化ナトリウム）５ｂの添加により目標ｐＨ７に調製した。
【００６２】
得られた有機廃液５ａはメタン発酵部６においてメタン発酵工程に供したところ発酵阻害を生じることなくメタンガス６ｂを生成し、ガス消費部７に供給することにより蒸気や動力７ｂに変換して有効利用することができた。
【００６３】
また、このメタン発酵工程から流出する有機廃液６ａはｐＨ約７であった。前記有機廃液６ａは好気処理部８によって好気処理工程に供され、さらに有機物の除去された清浄な排水８ａとすることができた。尚、排水８ａのＰＨは約９であり、酸（硫酸など）を添加することにより中性化して外部に放流することができた。
【００６４】
尚、本実施の形態においては、中和処理部５における目標ｐＨ値を５．５〜８．５としたが、これに限らず、有機廃液の性状に対応して適宜変更することができる。また、希釈部３における塩濃度に関しても同様である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ：有機廃液貯留部
１ａ ：有機廃液
１０ ：タンク
２ ：有機排水貯留部
２ａ ：有機排水
２０ ：タンク
３ ：希釈部
３ａ ：有機廃液
３ｂ ：有機廃液の一部
３０ ：希釈槽
３１ ：バイパス路
４ ：酸発酵部
４ａ ：有機廃液
４０ ：酸発酵槽
４１ ：供給部
４２ ：排出部
５ ：中和処理部
５ａ ：有機廃液
５ｂ ：アルカリ
５０ ：反応槽
５１ ：供給部
５２ ：アルカリ添加部
５３ ：廃液排出部
５４ ：原液供給部
５５ ：排水返送部
６ ：メタン発酵部
６ａ ：有機廃液
６ｂ ：メタンガス
６ｃ ：有機廃液の一部
６０ ：ＵＡＳＢ反応槽
６０ａ ：グラニュール
６１ ：スラッジベッド
６２ ：有機廃液供給部
６３ ：分離板
６４ ：オーバーフロー部
６５ ：ガス回収部
６６ ：循環処理液循環路
７ ：ガス消費部
７ａ ：可燃性ガス
７ｂ ：蒸気や動力
７０ ：燃料ガス供給部
８ ：好気処理部
８ａ ：排水
８ｂ ：排水の一部
８１ ：返送路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度塩化ナトリウムを含有し、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈工程、
前記希釈工程で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵工程、
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和工程、
前記中和工程でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵工程、
を順に行う有機廃液処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵工程でメタン発酵された有機廃液を、さらに好気性菌により分解する好気処理工程を行う請求項１に記載の有機廃液処理方法。
【請求項３】
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、好気処理工程で得られた有機廃液を混合して、前記中和工程を行う請求項２に記載の有機廃液処理方法。
【請求項４】
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、酸発酵前の有機廃液を混合して前記中和工程を行う請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機廃液処理方法。
【請求項５】
前記希釈工程において、有機廃液を塩化ナトリウム濃度が２．０％以下になるように希釈する請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機廃液処理方法。
【請求項６】
高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈部、
前記希釈部で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵部、
前記酸発酵部で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和処理部、
前記中和処理部でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵部、
を設け、前記メタン発酵部で得られるメタンガスを燃料として消費するガス消費部を設けた有機廃液処理装置。
【請求項７】
前記希釈部に低濃度塩化ナトリウム含有排水を供給する排水供給部を備えた請求項６に記載の有機廃液処理装置。
【請求項８】
前記低濃度塩化ナトリウム含有排水が、石鹸製造塩析工程の冷却水や洗浄排水の混合排水である請求項７に記載の有機廃液処理装置。
【請求項９】
前記有機廃液が、石鹸製造における塩析工程の廃液である請求項６〜８のいずれか一項に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１０】
前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽を備えるものである請求項６〜９のいずれか一項に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１】
高濃度塩化ナトリウムを含有し、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈工程、
前記希釈工程で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵工程、
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和工程、
前記中和工程でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵工程、
を順に行う有機廃液処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵工程でメタン発酵された有機廃液を、さらに好気性菌により分解する好気処理工程を行う請求項１に記載の有機廃液処理方法。
【請求項３】
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、好気処理工程で得られた有機廃液を混合して、前記中和工程を行う請求項２に記載の有機廃液処理方法。
【請求項４】
前記酸発酵工程で酸発酵された有機廃液に、酸発酵前の有機廃液を混合して前記中和工程を行う請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機廃液処理方法。
【請求項５】
前記希釈工程において、有機廃液を塩化ナトリウム濃度が２．０％以下になるように希釈する請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機廃液処理方法。
【請求項６】
高濃度塩化ナトリウム含有、高ｐＨの有機廃液を希釈する希釈部、
前記希釈部で塩化ナトリウム濃度が希釈された有機廃液を、酸発酵する酸発酵部、
前記酸発酵部で酸発酵された有機廃液を、ｐＨ５．５〜８．５に中和する中和処理部、
前記中和処理部でｐＨ５．５〜８．５となった有機廃液を、メタン発酵するメタン発酵部、
を設け、前記メタン発酵部で得られるメタンガスを燃料として消費するガス消費部を設けた有機廃液処理装置。
【請求項７】
前記希釈部に低濃度塩化ナトリウム含有排水を供給する排水供給部を備えた請求項６に記載の有機廃液処理装置。
【請求項８】
前記低濃度塩化ナトリウム含有排水が、石鹸製造塩析工程の冷却水や洗浄排水の混合排水である請求項７に記載の有機廃液処理装置。
【請求項９】
前記有機廃液が、石鹸製造における塩析工程の廃液である請求項６〜８のいずれか一項に記載の有機廃液処理装置。
【請求項１０】
前記メタン発酵部が、ＵＡＳＢ法によりメタン発酵を行うＵＡＳＢ反応槽を備えるものである請求項６〜９のいずれか一項に記載の有機廃液処理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１５２６７５（Ｐ２０１２−１５２６７５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２２８１（Ｐ２０１１−１２２８１）
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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