有機性廃棄物の処理システムおよび方法
【課題】温暖化ポテンシャルの高い亜酸化窒素の大気中への放出を低減し、さらにメタン発酵液中の窒素含有量を低減して土壌や地下水の窒素汚染を低減することを簡単の構造によって実現することができる有機性廃棄物の処理システムを提供する。
【解決手段】メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽の処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽と、前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給可能にする発酵液送給ラインと、前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成部と、前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を求める第１センサーと、前記脱窒処理槽内の処理液のｐＨを求める第２センサーと、前記第１センサー及び第２センサーの検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部とを備える。
【解決手段】メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽の処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽と、前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給可能にする発酵液送給ラインと、前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成部と、前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を求める第１センサーと、前記脱窒処理槽内の処理液のｐＨを求める第２センサーと、前記第１センサー及び第２センサーの検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽で消化処理された処理液（硝化後発酵液）を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽とを備える、硝化・脱窒法を利用した有機性廃棄物の処理システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６に基づいて、従来の有機性廃棄物の処理システムの構成を説明する。図６において、符号１はメタン発酵槽を示し、該メタン発酵槽１は家畜糞尿等の有機性廃棄物をメタン発酵する。メタン発酵によってバイオガスを生成すると共に、発酵液２が生じる。発酵液２は、次段の消化処理槽３に送られ好気的な硝化処理がなされて硝化発酵液４となる。ここで、硝化発酵液４は、前記発酵液２中のアンモニア態窒素がアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌による生物学的な酸化（硝化）を受けて亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素に変わっている状態のものである。符号５は消化処理槽３内を好気的状態に維持するためのエアレーション用のポンプを示し、符号Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は開閉弁を示す。
【０００３】
硝化発酵液４は、次段の脱窒処理槽６に送られ嫌気的な脱窒処理を受けて脱窒発酵液７となる。ここで、脱窒発酵液７は、前記硝化発酵液４中の前記亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素が、酸素受容体である有機物の存在下、脱窒菌により生物学的な還元（脱窒）を受けて窒素ガスとなって放出された状態のものである。
【０００４】
そして、脱窒発酵液７は、次段の調整槽８に送られ、好気的な条件で放出のための浄化処理がなされ、系外に放出される。符号９は調整槽８内を好気的状態に維持するためのエアレーション用のポンプを示す。
【０００５】
しかし、脱窒処理槽６における脱窒処理は安定性に欠け、前記亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素が窒素ガス（Ｎ２）になり切れずに、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）で反応が終わり、大気中に亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が放出される問題がある。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は、二酸化炭素の３２０倍の温室効果ガスとしての高いポテンシャルを有すると言われており、更に大気中での寿命も長いため、地球温暖化防止の観点から、その発生量を削減することは重要な課題である。
【０００６】
また、脱窒処理を抑制すると亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を多く含む処理液を放出することになり、土壌や地下水の窒素汚染につながる問題がある。水資源の枯渇や湖沼などの富栄養化による水質劣化は深刻化してきており、自然生態系を守る意味でも窒素などを豊富に含有する水を浄化処理することが重要な課題となっている。特に、家畜糞尿による土壌や地下水に対する窒素汚染の問題は、重要な解決すべき課題となっている。
【０００７】
そこで、上記問題に鑑み、従来においても特許文献１に記載のバイオリアクタが提供されている。このバイオリアクタは、アンモニア酸化細菌を担持した微生物電極の電極電位を制御することによって、アンモニアの亜硝酸化を行い、さらに亜硝酸とアンモニアから共脱窒を行えるようにして、亜酸化窒素の大気中への放出を低減し、さらに排水中の窒素含有量を低減し、窒素汚染の問題をなくすことが意図されている。
【特許文献１】特開２００８−９３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、微生物電極の電極電位の制御や亜硝酸とアンモニアから窒素を生成する共脱窒反応を安定性をもって実行するには未だ改良すべき点が残されている。
【０００９】
本発明の目的は、温暖化ポテンシャルの高い亜酸化窒素の大気中への放出を低減し、さらにメタン発酵の発酵液中の窒素含有量を低減して土壌や地下水の窒素汚染を低減することを簡単な構造によって実現することができる有機性廃棄物の処理システムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第１の態様は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽の処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽と、前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給可能にする発酵液送給ラインと、前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成部と、前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を求める第１センサーと、前記脱窒処理槽内の処理液のｐＨを求める第２センサーと、前記第１センサー及び第２センサーの検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明は、脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨの値が、亜酸化窒素発生等の副反応が起こりにくい範囲内と言える酸化還元電位は水素基準電極で−３００ｍＶ〜＋４００ｍＶ、ｐＨは６．５〜９．０にあると、脱窒反応は高い収率で進行し、前記亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を生成せずほとんどが窒素ガスに変わり、同時に系外に放出する発酵液（最終処理液）中の窒素含有量も低減できるとの試験結果に基づくものである。この試験結果に基づいて、酸化還元電位Ｅの設定下限値Ｅｍｉｎ（例えば−３００ｍＶ）と、設定上限値Ｅｍａｘ（例えば＋４００ｍＶ）が決められ、更にｐＨの設定範囲（ｐＨ：例えば６．５〜９．０）が決められる。
【００１２】
本発明において、脱窒処理槽内の処理液の前記酸化還元電位値が水素基準電極で−２００ｍＶ〜＋２００Ｖ、前記ｐＨが７．５〜８．０の範囲であると一層好ましい。更には、ｐＨを横軸、酸化還元電位を縦軸にとったときに（６．５，＋４００ｍＶ）（９．０，＋２００ｍＶ）（９．０，−３００ｍＶ）（６．５，−２００ｍＶ）の四点で囲まれた範囲にするのがよい。
【００１３】
本態様によれば、前記制御部が前記第１センサー（脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位）及び第２センサー（脱窒処理槽内の処理液のｐＨ）の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する。前記発酵液は、その酸化還元電位が水素基準電極で通常−２００ｍＶより卑であり、ほとんどが−３００ｍＶより卑である。ｐＨは７．０〜９．０であり、ほとんどは７．５〜８．５である。
【００１４】
従って、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定下限値Ｅｍｉｎ以下のときは、前段の前記硝化処理槽に送る酸素の供給量を増やすことで、該硝化処理槽内の処理液の酸化還元電位を上昇させることができ、このように酸化還元電位が上昇した状態で処理液が次段の脱窒処理槽に送られることで、当該脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を上昇することができる。
一方、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定上限値Ｅｍａｘ以上であるときは、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に前記発酵液を送給することにより、当該発酵液の低い酸化還元電位によって脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を下げることができる。
【００１５】
また、前記検出されたｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：６．５〜９．０）から外れているときは前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に前記発酵液を送給することで、当該発酵液のｐＨ値（ｐＨ：７．５〜８．５）によって脱窒処理槽内の処理液のｐＨを修正することができる。
【００１６】
すなわち、前記制御部が前記第１センサー（脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位）及び第２センサー（脱窒処理槽内の処理液のｐＨ）の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整するので、脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨの値を適正範囲内に保持した状態で、脱窒反応を進行させることができる。従って、温暖化ポテンシャルの高い亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の大気中への放出を低減し、さらに処理液（メタン発酵液）中の窒素含有量を低減して土壌や地下水の窒素汚染の問題を低減することを構造簡単にして実現することができる。
【００１７】
また、脱窒菌による脱窒反応は、水素を利用しての還元反応であるため、反応の進行には水素供与体としての有機物が必要である。この有機物は前記発酵液中に豊富に含まれている。
本発明によれば、該発酵液が脱窒処理槽に送給されるため、別に水素供与体としての有機物を添加しなくても、前記発酵液中に含まれている有機物が水素供与体となって脱窒反応を進行させることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、前記第１の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記脱窒処理槽には有機物の供給部が設けられ、前記制御部によって前記有機物の供給量が調整されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
発酵液中に含まれている有機物の量は変動する。有機物が少ない場合には脱窒反応の効率が低下する虞がある。
本態様によれば、前記脱窒処理槽には例えばメタノール等の有機物の供給部が設けられているので、例えば該供給部から有機物の一定量を脱窒処理槽内に適宜供給するようにすることで、発酵液中の有機物の含有量の変動の影響を防止でき、水素供与体を不足無く存在させた状態で脱窒反応を安定して効率的に進行させることができる。しかも、供給部からの有機物の供給は、発酵液中に含まれる有機物が少ない場合にそれを補填することが主たる役割になるので、当該供給部からの有機物の供給量は少量に抑えることができ、コストアップを防止できる。
【００２０】
本発明の第３の態様は、前記第１の態様又は第２の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記硝化処理槽は、前記メタン発酵槽で生じる発酵液をｐＨ調整剤として利用するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
硝化処理槽内では、硝化反応の進行により発酵液のアルカリ度が消費されてｐＨが低下していく傾向がある。ｐＨが低下すると硝化反応の効率が低下する。
本態様によれば、硝化処理槽は、前記メタン発酵槽で生じる発酵液をｐＨ調整剤として利用するように構成されているので、硝化処理槽内の処理液のｐＨの低下を抑制でき、硝化反応を安定して進行させることができる。
【００２２】
本発明の第４の態様は、前記第１の態様から第３の態様のいずれか一つに係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、各槽に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されていることを特徴とするものである。
【００２３】
前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽には、それぞれ最適な滞留時間があり、滞留時間として長時間を要する槽、短時間で足りる槽等がある。具体的には、前記メタン発酵槽の必要な滞留時間が、ある処理量に対して１５日間である場合、同量の処理量に対して硝化処理槽での滞留時間は約１日、次の脱窒処理槽での滞留時間は半日程度で足りる場合が通常である。滞留時間が短時間でよいものは長時間要するものより容積を小さくすることが可能である。
本態様によれば、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、各槽に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されているので、各槽が適切な容積に設定されており、無駄がなく効率的な処理システムを実現することができる。
【００２４】
本発明の第５の態様は、前記第４の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、単一の槽を分割して構成され、前記各槽は連通部によって互いに連通されていることを特徴とするものである。
【００２５】
本態様によれば、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、単一の槽を分割して構成され、前記各槽は連通部によって互いに連通されているので、当該処理システムをコンパクト化することができる。更に、各槽の容積をそれぞれ最適に設定することを容易且つ構造簡単にして実行することができる。
【００２６】
本発明の第６の態様に係る有機性廃スラリー処理方法は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理工程と、前記硝化処理工程を経た処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理工程と、前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給する発酵液送給工程と、前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成工程とを備え、前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨを検出し、検出された前記酸化還元電位の値が設定下限値以下のときは前記硝化処理槽に送る酸素の供給量を増やし、前記値が設定上限値以上であるときは、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やし、前記検出されたｐＨの値が設定範囲外であるときは前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすことを特徴とするものである。
本態様によれば、前記第１の態様と同様の作用効果が得られる。
【００２７】
ここで、「硝化処理槽に送る酸素の供給量を増やす」とは、酸素が全く供給されていない状態から供給を開始することと、酸素がある供給量で供給されている状態から更に供給量を増やすことの両方を含む意味で使われている。また、「メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やす」における「発酵液の送給量を増やす」とは、発酵液が全く送給されていない状態から送給を開始することと、発酵液がある送給量で送給されている状態から更に送給量を増やすことの両方を含む意味で使われている。
【００２８】
本発明の第７の態様は、前記第６の態様に係る有機性廃スラリー処理方法において、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすときは、該脱窒処理槽に有機物を供給することを特徴とするものである。
本態様によれば、前記第２の態様と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、前記制御部が前記第１センサー（脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位）及び第２センサー（脱窒処理槽内の処理液のｐＨ）の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整するので、脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨの値を適正範囲内に保持した状態で、脱窒反応を進行させることができる。従って、温暖化ポテンシャルの高い亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の大気中への放出を低減し、さらに処理液（メタン発酵液）中の窒素含有量を低減して土壌や地下水の窒素汚染の問題を低減することを構造簡単にして実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１の実施形態］
本発明に係る有機性廃棄物の処理システムおよび方法の第１の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第１の実施形態を示す構成図、図２は同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【００３１】
本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムは、メタン発酵槽１で生じる発酵液２を受けて硝化処理を行う硝化処理槽３と、該硝化処理槽３の硝化処理液４を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽６と、前記メタン発酵槽１から発酵液２を前記脱窒処理槽６に送給可能にする発酵液送給ライン１０と、前記硝化処理槽３内に酸素を供給する好気状態形成部５と、前記脱窒処理槽６の次段設けられた調整槽８とを備えている。調整槽８は図５に示した従来のものと同様の構造である。
【００３２】
メタン発酵槽１は、家畜糞尿等の有機性廃棄物を原料としてメタン発酵する。発酵温度は中温発酵（至適温度：約３７℃）、高温発酵（至適温度：約５５℃）、さらに高温の発酵（約６０〜７０℃）のいずれも適用できる。メタン発酵槽１では、メタン発酵によってバイオガス（ＣＨ４、ＣＯ２）を生成すると共に、発酵液２が生じる。発酵液２は有機廃棄物の発酵残渣であり、窒素がアンモニア態窒素（ＮＨ３又はＮＨ４＋）や有機態窒素（ケルダール窒素）の形で含まれている。発酵液２は、その酸化還元電位は水素基準電極で通常−２００ｍＶより卑であり、ほとんどが−３００ｍＶより卑である。ｐＨは７．０〜９．０であり、ほとんどは７．５〜８．５である。
【００３３】
硝化処理槽３は、メタン発酵槽１から発酵液２が送られ、該発酵液２に対して好気的な硝化処理を行い硝化処理液４とする。硝化処理液４は、前記発酵液２中のアンモニア態窒素がアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌による生物学的な酸化（硝化）を受けて亜硝酸態窒素（ＮＯ２−）及び硝酸態窒素（ＮＯ３−）に変わっている状態のものである。
【００３４】
脱窒処理槽６は、前記硝化処理槽３から硝化処理液４が送られ、該硝化処理液４に対して嫌気的な脱窒処理を行い脱窒処理液７とする。脱窒処理液７は、前記硝化処理液４中の前記亜硝酸態窒素（ＮＯ２−）及び硝酸態窒素（ＮＯ３−）が、酸素受容体である有機物の存在下、脱窒菌により生物学的な還元（脱窒）を受けて窒素ガスとなって放出された状態のものである。
【００３５】
前記発酵液送給ライン１０には発酵液２を送給するためのポンプ１１が設けられている。また、好気状態形成部５は、エアレーション用のポンプから成り、硝化処理槽３内に空気を供給することで、好気状態を形成するようになっている。ポンプ１１およびエアレーション用のポンプ５のいずれも、後述する制御部１４から制御信号が送られて、その操作が制御されるようになっている。
【００３６】
更に、本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムは、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位を求める酸化還元電位計である第１センサー１２と、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７のｐＨを求めるｐＨ計である第２センサー１３と、前記第１センサー１２及び第２センサー１３の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽１から前記脱窒処理槽６に送る前記発酵液２の送給量と、前記硝化処理槽３に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部１４とを備えている。
【００３７】
制御部１４は、その記憶部（図示せず）に、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位とｐＨを適正範囲に保持できるように制御を実行するための酸化還元電位Ｅの設定下限値Ｅｍｉｎ（−３００ｍＶ）と、設定上限値Ｅｍａｘ（＋４００ｍＶ）、更にｐＨの設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）が記憶されている。尚、この数値に限定されないことは勿論であり、その目的を達成できる範囲において変更できる。
【００３８】
次に、図２のフローチャートに基づいて制御部１４の制御内容を説明しつつ、本実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システムの作用を説明する。
先ず、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７のその時点における酸化還元電位ＥとｐＨを、第１センサー１２と第２センサー１３により検出する（ステップＳ１）。制御部１４は、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定下限値Ｅｍｉｎ以下のときは（ステップＳ２）、前記エアレーション用のポンプ５に制御信号を送り、前段の前記硝化処理槽３に送る前記酸素の供給量を増やす（ステップＳ３）ことで、該硝化処理槽３内の硝化処理液４の酸化還元電位Ｅを上昇させる。このように酸化還元電位Ｅが上昇した状態で硝化処理液４が次段の脱窒処理槽６に送られることで、当該脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位Ｅが上昇する。脱窒処理液７の酸化還元電位Ｅが上昇して、Ｅ＞Ｅｍｉｎとなったときは（ステップＳ４）、前記酸素の供給量を初期状態に戻す（ステップＳ５）。
【００３９】
一方、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定上限値Ｅｍａｘ以上であるときは（ステップＳ２）、制御部１４は、ポンプ１１に制御信号を送り、前記メタン発酵槽１から前記脱窒処理槽６に送る前記発酵液２の送給量を増やす（ステップＳ６）ことにより、当該発酵液２の低い酸化還元電位によって脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位を下げることができる。これにより、脱窒処理液７の酸化還元電位Ｅが小さくなって、Ｅ＜Ｅｍａｘとなったときは（ステップＳ７）、前記発酵液２の送給量を初期状態に戻す（ステップＳ８）。
【００４０】
ステップＳ２において、検出された前記酸化還元電位Ｅの値がＥｍｉｎ≦Ｅ≦Ｅｍａｘであるときは、現状維持となる（ステップＳ９）。
【００４１】
また、前記検出されたｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）から外れているときは（ステップＳ１０）、前記メタン発酵槽１から前記脱窒処理槽６に送る前記発酵液２の送給量を増やす（ステップＳ１１）ことで、当該発酵液２のｐＨ値（ｐＨ：７．５〜８．０）によって脱窒処理槽６内の脱窒処理液７のｐＨを修正することができる。これにより、脱窒処理液７のｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）内になったときは（ステップＳ１２）、前記発酵液２の送給量を初期状態に戻す（ステップＳ１３）。
【００４２】
ステップ１０において、検出されたｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）内であるときは、現状維持となる（ステップＳ１４）。
【００４３】
［第２の実施形態］
本発明に係る有機性廃棄物の処理システムおよび方法の第２の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図３は本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第２の実施形態を示す構成図、図４は同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【００４４】
本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムにおいては、前記脱窒処理槽６には有機物であるメタノールの供給部２０が設けられ、前記制御部１４によって前記メタノールの供給量が調整されるように構成されている。
【００４５】
発酵液２中に含まれている有機物の量は有機性廃棄物の種類や状態によって変動する。有機物が少ない場合には脱窒処理槽６における脱窒反応の効率が低下する虞がある。
この実施の形態では、前記脱窒処理槽６にはメタノールの供給部２０が設けられているので、例えば該供給部２０からメタノールの一定量を脱窒処理槽６内に適宜供給するようにしておくことで、発酵液２中の有機物の含有量が少なくて、それだけでは水素供与体の量が不足するような場合でも、その影響を防止できる。すなわち、水素供与体を不足無く存在させた状態で脱窒反応を安定して効率的に進行させることができる。ここで、供給部２０からのメタノールの供給は、発酵液２中に含まれる有機物が少ない場合にそれを補填することが主たる役割になるので、当該供給部２０からのメタノールの供給量は少量に抑えることができ、コストアップを防止できる。
【００４６】
更に、本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムにおいては、前記硝化処理槽３は、前記メタン発酵槽１で生じる発酵液２をｐＨ調整剤として利用するように構成されている。具体的には、ｐＨ計３０を備えており、該ｐＨ計によって測定されたｐＨの値が小さい（酸性）ときは、制御部１４から開閉弁Ｂ１に制御信号が送られて、発酵液２が硝化処理槽３内に流入するように構成されている。
【００４７】
硝化処理槽３内では、硝化反応の進行により発酵液２のアルカリ度が消費されてｐＨが低下していく傾向があり、ｐＨが低下すると硝化反応の効率が低下する。
本実施の形態では、硝化処理槽３は、前記メタン発酵槽１で生じる発酵液２をｐＨ調整剤として利用するので、硝化処理槽３内の硝化処理液４のｐＨの低下を防止でき、硝化反応を安定して進行させることができる。
【００４８】
その他の構成は、図１に示した第１の実施形態と同様なので、同一部分に同一符号を付して、その説明は省略する。
図４のフローチャートも、第１の実施形態におけるステップＳ２とステップＳ６の間、およびにステップＳ１０とステップＳ１１の間に、メタノール（有機物）を脱窒処理槽６内に一定量供給する工程（ステップ２１）（ステップ２２）がそれぞれ追加されたことの他に違いはないため、図示をもって説明は省略する。
【００４９】
［第３の実施形態］
本発明に係る有機性廃棄物の処理システムおよび方法の第３の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図５は本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第３の実施形態を示す構成図である。
【００５０】
本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムにおいては、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、各槽１，３，６，８に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されている。本実施例では、更に、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、単一の槽１５を分割して構成されている。そして、前記各槽１，３，６，８は連通部１７，１８，１９によって互いに連通されている。
【００５１】
尚、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、図５の実施例のように単一の槽１５で構成されるのではなく、各容積が前記の如く個別に設定された別個の槽でそれぞれ形成され、各槽１，３，６，８がそれぞれ連通流路で連通されている構成でもよい。
【００５２】
前記メタン発酵槽１の必要な滞留時間が、ある処理量に対して１５日間である場合、同量の処理量に対して硝化処理槽３での滞留時間は約１日、次の脱窒処理槽６での滞留時間は半日程度、更に調整槽８では８時間程度で足りる。滞留時間が短時間でよいものは長時間要するものより容積を小さくすることが可能である。
【００５３】
そこで、本実施例では、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、各槽１，３，６，８に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が図５に示した如く、大小異ならせて最適な大きさで個別に設定されている。これにより、無駄がなく効率的な処理システムが実現されている。
【００５４】
更に、本実施例では、上記したように前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、単一の槽１５を分割して構成されているので、当該処理システムをコンパクト化することができ、当該知りシステムの運転管理、及びメンテナンスが簡単に行えるようになっている。
尚、図５において、制御部１４は図示を省略されている。
【００５５】
［実施例１］
廃乳を主成分とする有機性スラリー（トータル窒素：８００ｍｇ／Ｌ）を第３の実施の形態の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該有機性スラリーはメタン発酵槽１へ３Ｌ／日の割合で供給した。メタン発酵槽１（発酵温度５５℃、容量５０Ｌ）における滞留時間は１５日間、硝化処理槽３（容量３Ｌ）における滞留時間は１日間、脱窒処理槽６（容量１．５Ｌ）における滞留時間は半日、調整槽８（容量１Ｌ）における滞留時間は８時間となるように設定されている。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素を測定したところ３０ｍｇ／Ｌに減少し、また脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は１０ｐｐｂ以下であった。
【００５６】
尚、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の四槽の容量を同じにして、各槽における滞留時間を同じに設定してもよい。
【００５７】
［実施例２］
搾乳牛の糞尿（トータル窒素：０．４４ｗｔ％）を第１の実施の形態の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該有機性スラリーはメタン発酵槽１へ２Ｌ／日の割合で供給し、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の各槽における滞留時間は実施例１と同じになるように設定した。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素は０．０８ｗｔ％に減少し、脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は１０ｐｐｂであった。
【００５８】
［比較例］
搾乳牛の糞尿（トータル窒素：０．４４ｗｔ％）を図５の従来構造の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該有機性スラリーはメタン発酵槽１へ３Ｌ／日の割合で供給し、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の各槽における滞留時間は実施例１と同じになるように設定した。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素は０．２９ｗｔ％であり、脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は６２００ｐｐｍであった。
【００５９】
［実施例３］
活性汚泥の余剰汚泥（トータル窒素：０．２ｗｔ％）を第１の実施の形態の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該活性汚泥の余剰汚泥はメタン発酵槽１へ２Ｌ／日の割合で供給し、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の各槽における滞留時間は実施例１と同じになるように設定した。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素は０．０３ｗｔ％に減少し、脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は５ｐｐｂであった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽の処理液（硝化後発酵液）を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽とを備える、硝化・脱窒法を利用した有機性廃棄物の処理システム及び方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【図３】本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第２の実施形態を示す構成図である。
【図４】同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第３の実施形態を示す構成図である。
【図６】従来の有機性廃棄物の処理システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ メタン発酵槽、 ２ 発酵液、 ３ 硝化処理槽、 ４ 硝化処理液、 ５ 好気状態形成部、 ６ 脱窒処理槽、 ７ 脱窒処理液、 ８ 調整槽、 ９ ポンプ、 １０ 発酵液送給ライン、 １１ ポンプ、 １２ 第１センサー（酸化還元電位計）、 １３ 第２センサー（ｐＨ計）、 １４ 制御部、 １５ 単一の槽、 １７，１８，１９ 連通部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽で消化処理された処理液（硝化後発酵液）を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽とを備える、硝化・脱窒法を利用した有機性廃棄物の処理システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６に基づいて、従来の有機性廃棄物の処理システムの構成を説明する。図６において、符号１はメタン発酵槽を示し、該メタン発酵槽１は家畜糞尿等の有機性廃棄物をメタン発酵する。メタン発酵によってバイオガスを生成すると共に、発酵液２が生じる。発酵液２は、次段の消化処理槽３に送られ好気的な硝化処理がなされて硝化発酵液４となる。ここで、硝化発酵液４は、前記発酵液２中のアンモニア態窒素がアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌による生物学的な酸化（硝化）を受けて亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素に変わっている状態のものである。符号５は消化処理槽３内を好気的状態に維持するためのエアレーション用のポンプを示し、符号Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は開閉弁を示す。
【０００３】
硝化発酵液４は、次段の脱窒処理槽６に送られ嫌気的な脱窒処理を受けて脱窒発酵液７となる。ここで、脱窒発酵液７は、前記硝化発酵液４中の前記亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素が、酸素受容体である有機物の存在下、脱窒菌により生物学的な還元（脱窒）を受けて窒素ガスとなって放出された状態のものである。
【０００４】
そして、脱窒発酵液７は、次段の調整槽８に送られ、好気的な条件で放出のための浄化処理がなされ、系外に放出される。符号９は調整槽８内を好気的状態に維持するためのエアレーション用のポンプを示す。
【０００５】
しかし、脱窒処理槽６における脱窒処理は安定性に欠け、前記亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素が窒素ガス（Ｎ２）になり切れずに、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）で反応が終わり、大気中に亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が放出される問題がある。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は、二酸化炭素の３２０倍の温室効果ガスとしての高いポテンシャルを有すると言われており、更に大気中での寿命も長いため、地球温暖化防止の観点から、その発生量を削減することは重要な課題である。
【０００６】
また、脱窒処理を抑制すると亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を多く含む処理液を放出することになり、土壌や地下水の窒素汚染につながる問題がある。水資源の枯渇や湖沼などの富栄養化による水質劣化は深刻化してきており、自然生態系を守る意味でも窒素などを豊富に含有する水を浄化処理することが重要な課題となっている。特に、家畜糞尿による土壌や地下水に対する窒素汚染の問題は、重要な解決すべき課題となっている。
【０００７】
そこで、上記問題に鑑み、従来においても特許文献１に記載のバイオリアクタが提供されている。このバイオリアクタは、アンモニア酸化細菌を担持した微生物電極の電極電位を制御することによって、アンモニアの亜硝酸化を行い、さらに亜硝酸とアンモニアから共脱窒を行えるようにして、亜酸化窒素の大気中への放出を低減し、さらに排水中の窒素含有量を低減し、窒素汚染の問題をなくすことが意図されている。
【特許文献１】特開２００８−９３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、微生物電極の電極電位の制御や亜硝酸とアンモニアから窒素を生成する共脱窒反応を安定性をもって実行するには未だ改良すべき点が残されている。
【０００９】
本発明の目的は、温暖化ポテンシャルの高い亜酸化窒素の大気中への放出を低減し、さらにメタン発酵の発酵液中の窒素含有量を低減して土壌や地下水の窒素汚染を低減することを簡単な構造によって実現することができる有機性廃棄物の処理システムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第１の態様は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽の処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽と、前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給可能にする発酵液送給ラインと、前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成部と、前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を求める第１センサーと、前記脱窒処理槽内の処理液のｐＨを求める第２センサーと、前記第１センサー及び第２センサーの検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明は、脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨの値が、亜酸化窒素発生等の副反応が起こりにくい範囲内と言える酸化還元電位は水素基準電極で−３００ｍＶ〜＋４００ｍＶ、ｐＨは６．５〜９．０にあると、脱窒反応は高い収率で進行し、前記亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を生成せずほとんどが窒素ガスに変わり、同時に系外に放出する発酵液（最終処理液）中の窒素含有量も低減できるとの試験結果に基づくものである。この試験結果に基づいて、酸化還元電位Ｅの設定下限値Ｅｍｉｎ（例えば−３００ｍＶ）と、設定上限値Ｅｍａｘ（例えば＋４００ｍＶ）が決められ、更にｐＨの設定範囲（ｐＨ：例えば６．５〜９．０）が決められる。
【００１２】
本発明において、脱窒処理槽内の処理液の前記酸化還元電位値が水素基準電極で−２００ｍＶ〜＋２００Ｖ、前記ｐＨが７．５〜８．０の範囲であると一層好ましい。更には、ｐＨを横軸、酸化還元電位を縦軸にとったときに（６．５，＋４００ｍＶ）（９．０，＋２００ｍＶ）（９．０，−３００ｍＶ）（６．５，−２００ｍＶ）の四点で囲まれた範囲にするのがよい。
【００１３】
本態様によれば、前記制御部が前記第１センサー（脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位）及び第２センサー（脱窒処理槽内の処理液のｐＨ）の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する。前記発酵液は、その酸化還元電位が水素基準電極で通常−２００ｍＶより卑であり、ほとんどが−３００ｍＶより卑である。ｐＨは７．０〜９．０であり、ほとんどは７．５〜８．５である。
【００１４】
従って、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定下限値Ｅｍｉｎ以下のときは、前段の前記硝化処理槽に送る酸素の供給量を増やすことで、該硝化処理槽内の処理液の酸化還元電位を上昇させることができ、このように酸化還元電位が上昇した状態で処理液が次段の脱窒処理槽に送られることで、当該脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を上昇することができる。
一方、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定上限値Ｅｍａｘ以上であるときは、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に前記発酵液を送給することにより、当該発酵液の低い酸化還元電位によって脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を下げることができる。
【００１５】
また、前記検出されたｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：６．５〜９．０）から外れているときは前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に前記発酵液を送給することで、当該発酵液のｐＨ値（ｐＨ：７．５〜８．５）によって脱窒処理槽内の処理液のｐＨを修正することができる。
【００１６】
すなわち、前記制御部が前記第１センサー（脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位）及び第２センサー（脱窒処理槽内の処理液のｐＨ）の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整するので、脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨの値を適正範囲内に保持した状態で、脱窒反応を進行させることができる。従って、温暖化ポテンシャルの高い亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の大気中への放出を低減し、さらに処理液（メタン発酵液）中の窒素含有量を低減して土壌や地下水の窒素汚染の問題を低減することを構造簡単にして実現することができる。
【００１７】
また、脱窒菌による脱窒反応は、水素を利用しての還元反応であるため、反応の進行には水素供与体としての有機物が必要である。この有機物は前記発酵液中に豊富に含まれている。
本発明によれば、該発酵液が脱窒処理槽に送給されるため、別に水素供与体としての有機物を添加しなくても、前記発酵液中に含まれている有機物が水素供与体となって脱窒反応を進行させることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、前記第１の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記脱窒処理槽には有機物の供給部が設けられ、前記制御部によって前記有機物の供給量が調整されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
発酵液中に含まれている有機物の量は変動する。有機物が少ない場合には脱窒反応の効率が低下する虞がある。
本態様によれば、前記脱窒処理槽には例えばメタノール等の有機物の供給部が設けられているので、例えば該供給部から有機物の一定量を脱窒処理槽内に適宜供給するようにすることで、発酵液中の有機物の含有量の変動の影響を防止でき、水素供与体を不足無く存在させた状態で脱窒反応を安定して効率的に進行させることができる。しかも、供給部からの有機物の供給は、発酵液中に含まれる有機物が少ない場合にそれを補填することが主たる役割になるので、当該供給部からの有機物の供給量は少量に抑えることができ、コストアップを防止できる。
【００２０】
本発明の第３の態様は、前記第１の態様又は第２の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記硝化処理槽は、前記メタン発酵槽で生じる発酵液をｐＨ調整剤として利用するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
硝化処理槽内では、硝化反応の進行により発酵液のアルカリ度が消費されてｐＨが低下していく傾向がある。ｐＨが低下すると硝化反応の効率が低下する。
本態様によれば、硝化処理槽は、前記メタン発酵槽で生じる発酵液をｐＨ調整剤として利用するように構成されているので、硝化処理槽内の処理液のｐＨの低下を抑制でき、硝化反応を安定して進行させることができる。
【００２２】
本発明の第４の態様は、前記第１の態様から第３の態様のいずれか一つに係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、各槽に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されていることを特徴とするものである。
【００２３】
前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽には、それぞれ最適な滞留時間があり、滞留時間として長時間を要する槽、短時間で足りる槽等がある。具体的には、前記メタン発酵槽の必要な滞留時間が、ある処理量に対して１５日間である場合、同量の処理量に対して硝化処理槽での滞留時間は約１日、次の脱窒処理槽での滞留時間は半日程度で足りる場合が通常である。滞留時間が短時間でよいものは長時間要するものより容積を小さくすることが可能である。
本態様によれば、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、各槽に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されているので、各槽が適切な容積に設定されており、無駄がなく効率的な処理システムを実現することができる。
【００２４】
本発明の第５の態様は、前記第４の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、単一の槽を分割して構成され、前記各槽は連通部によって互いに連通されていることを特徴とするものである。
【００２５】
本態様によれば、前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、単一の槽を分割して構成され、前記各槽は連通部によって互いに連通されているので、当該処理システムをコンパクト化することができる。更に、各槽の容積をそれぞれ最適に設定することを容易且つ構造簡単にして実行することができる。
【００２６】
本発明の第６の態様に係る有機性廃スラリー処理方法は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理工程と、前記硝化処理工程を経た処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理工程と、前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給する発酵液送給工程と、前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成工程とを備え、前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨを検出し、検出された前記酸化還元電位の値が設定下限値以下のときは前記硝化処理槽に送る酸素の供給量を増やし、前記値が設定上限値以上であるときは、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やし、前記検出されたｐＨの値が設定範囲外であるときは前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすことを特徴とするものである。
本態様によれば、前記第１の態様と同様の作用効果が得られる。
【００２７】
ここで、「硝化処理槽に送る酸素の供給量を増やす」とは、酸素が全く供給されていない状態から供給を開始することと、酸素がある供給量で供給されている状態から更に供給量を増やすことの両方を含む意味で使われている。また、「メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やす」における「発酵液の送給量を増やす」とは、発酵液が全く送給されていない状態から送給を開始することと、発酵液がある送給量で送給されている状態から更に送給量を増やすことの両方を含む意味で使われている。
【００２８】
本発明の第７の態様は、前記第６の態様に係る有機性廃スラリー処理方法において、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすときは、該脱窒処理槽に有機物を供給することを特徴とするものである。
本態様によれば、前記第２の態様と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、前記制御部が前記第１センサー（脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位）及び第２センサー（脱窒処理槽内の処理液のｐＨ）の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整するので、脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨの値を適正範囲内に保持した状態で、脱窒反応を進行させることができる。従って、温暖化ポテンシャルの高い亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の大気中への放出を低減し、さらに処理液（メタン発酵液）中の窒素含有量を低減して土壌や地下水の窒素汚染の問題を低減することを構造簡単にして実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１の実施形態］
本発明に係る有機性廃棄物の処理システムおよび方法の第１の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第１の実施形態を示す構成図、図２は同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【００３１】
本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムは、メタン発酵槽１で生じる発酵液２を受けて硝化処理を行う硝化処理槽３と、該硝化処理槽３の硝化処理液４を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽６と、前記メタン発酵槽１から発酵液２を前記脱窒処理槽６に送給可能にする発酵液送給ライン１０と、前記硝化処理槽３内に酸素を供給する好気状態形成部５と、前記脱窒処理槽６の次段設けられた調整槽８とを備えている。調整槽８は図５に示した従来のものと同様の構造である。
【００３２】
メタン発酵槽１は、家畜糞尿等の有機性廃棄物を原料としてメタン発酵する。発酵温度は中温発酵（至適温度：約３７℃）、高温発酵（至適温度：約５５℃）、さらに高温の発酵（約６０〜７０℃）のいずれも適用できる。メタン発酵槽１では、メタン発酵によってバイオガス（ＣＨ４、ＣＯ２）を生成すると共に、発酵液２が生じる。発酵液２は有機廃棄物の発酵残渣であり、窒素がアンモニア態窒素（ＮＨ３又はＮＨ４＋）や有機態窒素（ケルダール窒素）の形で含まれている。発酵液２は、その酸化還元電位は水素基準電極で通常−２００ｍＶより卑であり、ほとんどが−３００ｍＶより卑である。ｐＨは７．０〜９．０であり、ほとんどは７．５〜８．５である。
【００３３】
硝化処理槽３は、メタン発酵槽１から発酵液２が送られ、該発酵液２に対して好気的な硝化処理を行い硝化処理液４とする。硝化処理液４は、前記発酵液２中のアンモニア態窒素がアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌による生物学的な酸化（硝化）を受けて亜硝酸態窒素（ＮＯ２−）及び硝酸態窒素（ＮＯ３−）に変わっている状態のものである。
【００３４】
脱窒処理槽６は、前記硝化処理槽３から硝化処理液４が送られ、該硝化処理液４に対して嫌気的な脱窒処理を行い脱窒処理液７とする。脱窒処理液７は、前記硝化処理液４中の前記亜硝酸態窒素（ＮＯ２−）及び硝酸態窒素（ＮＯ３−）が、酸素受容体である有機物の存在下、脱窒菌により生物学的な還元（脱窒）を受けて窒素ガスとなって放出された状態のものである。
【００３５】
前記発酵液送給ライン１０には発酵液２を送給するためのポンプ１１が設けられている。また、好気状態形成部５は、エアレーション用のポンプから成り、硝化処理槽３内に空気を供給することで、好気状態を形成するようになっている。ポンプ１１およびエアレーション用のポンプ５のいずれも、後述する制御部１４から制御信号が送られて、その操作が制御されるようになっている。
【００３６】
更に、本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムは、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位を求める酸化還元電位計である第１センサー１２と、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７のｐＨを求めるｐＨ計である第２センサー１３と、前記第１センサー１２及び第２センサー１３の検出結果に基いて、前記メタン発酵槽１から前記脱窒処理槽６に送る前記発酵液２の送給量と、前記硝化処理槽３に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部１４とを備えている。
【００３７】
制御部１４は、その記憶部（図示せず）に、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位とｐＨを適正範囲に保持できるように制御を実行するための酸化還元電位Ｅの設定下限値Ｅｍｉｎ（−３００ｍＶ）と、設定上限値Ｅｍａｘ（＋４００ｍＶ）、更にｐＨの設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）が記憶されている。尚、この数値に限定されないことは勿論であり、その目的を達成できる範囲において変更できる。
【００３８】
次に、図２のフローチャートに基づいて制御部１４の制御内容を説明しつつ、本実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システムの作用を説明する。
先ず、前記脱窒処理槽６内の脱窒処理液７のその時点における酸化還元電位ＥとｐＨを、第１センサー１２と第２センサー１３により検出する（ステップＳ１）。制御部１４は、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定下限値Ｅｍｉｎ以下のときは（ステップＳ２）、前記エアレーション用のポンプ５に制御信号を送り、前段の前記硝化処理槽３に送る前記酸素の供給量を増やす（ステップＳ３）ことで、該硝化処理槽３内の硝化処理液４の酸化還元電位Ｅを上昇させる。このように酸化還元電位Ｅが上昇した状態で硝化処理液４が次段の脱窒処理槽６に送られることで、当該脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位Ｅが上昇する。脱窒処理液７の酸化還元電位Ｅが上昇して、Ｅ＞Ｅｍｉｎとなったときは（ステップＳ４）、前記酸素の供給量を初期状態に戻す（ステップＳ５）。
【００３９】
一方、検出された前記酸化還元電位Ｅの値が設定上限値Ｅｍａｘ以上であるときは（ステップＳ２）、制御部１４は、ポンプ１１に制御信号を送り、前記メタン発酵槽１から前記脱窒処理槽６に送る前記発酵液２の送給量を増やす（ステップＳ６）ことにより、当該発酵液２の低い酸化還元電位によって脱窒処理槽６内の脱窒処理液７の酸化還元電位を下げることができる。これにより、脱窒処理液７の酸化還元電位Ｅが小さくなって、Ｅ＜Ｅｍａｘとなったときは（ステップＳ７）、前記発酵液２の送給量を初期状態に戻す（ステップＳ８）。
【００４０】
ステップＳ２において、検出された前記酸化還元電位Ｅの値がＥｍｉｎ≦Ｅ≦Ｅｍａｘであるときは、現状維持となる（ステップＳ９）。
【００４１】
また、前記検出されたｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）から外れているときは（ステップＳ１０）、前記メタン発酵槽１から前記脱窒処理槽６に送る前記発酵液２の送給量を増やす（ステップＳ１１）ことで、当該発酵液２のｐＨ値（ｐＨ：７．５〜８．０）によって脱窒処理槽６内の脱窒処理液７のｐＨを修正することができる。これにより、脱窒処理液７のｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）内になったときは（ステップＳ１２）、前記発酵液２の送給量を初期状態に戻す（ステップＳ１３）。
【００４２】
ステップ１０において、検出されたｐＨの値が設定範囲（ｐＨ：７．５〜８．５）内であるときは、現状維持となる（ステップＳ１４）。
【００４３】
［第２の実施形態］
本発明に係る有機性廃棄物の処理システムおよび方法の第２の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図３は本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第２の実施形態を示す構成図、図４は同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【００４４】
本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムにおいては、前記脱窒処理槽６には有機物であるメタノールの供給部２０が設けられ、前記制御部１４によって前記メタノールの供給量が調整されるように構成されている。
【００４５】
発酵液２中に含まれている有機物の量は有機性廃棄物の種類や状態によって変動する。有機物が少ない場合には脱窒処理槽６における脱窒反応の効率が低下する虞がある。
この実施の形態では、前記脱窒処理槽６にはメタノールの供給部２０が設けられているので、例えば該供給部２０からメタノールの一定量を脱窒処理槽６内に適宜供給するようにしておくことで、発酵液２中の有機物の含有量が少なくて、それだけでは水素供与体の量が不足するような場合でも、その影響を防止できる。すなわち、水素供与体を不足無く存在させた状態で脱窒反応を安定して効率的に進行させることができる。ここで、供給部２０からのメタノールの供給は、発酵液２中に含まれる有機物が少ない場合にそれを補填することが主たる役割になるので、当該供給部２０からのメタノールの供給量は少量に抑えることができ、コストアップを防止できる。
【００４６】
更に、本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムにおいては、前記硝化処理槽３は、前記メタン発酵槽１で生じる発酵液２をｐＨ調整剤として利用するように構成されている。具体的には、ｐＨ計３０を備えており、該ｐＨ計によって測定されたｐＨの値が小さい（酸性）ときは、制御部１４から開閉弁Ｂ１に制御信号が送られて、発酵液２が硝化処理槽３内に流入するように構成されている。
【００４７】
硝化処理槽３内では、硝化反応の進行により発酵液２のアルカリ度が消費されてｐＨが低下していく傾向があり、ｐＨが低下すると硝化反応の効率が低下する。
本実施の形態では、硝化処理槽３は、前記メタン発酵槽１で生じる発酵液２をｐＨ調整剤として利用するので、硝化処理槽３内の硝化処理液４のｐＨの低下を防止でき、硝化反応を安定して進行させることができる。
【００４８】
その他の構成は、図１に示した第１の実施形態と同様なので、同一部分に同一符号を付して、その説明は省略する。
図４のフローチャートも、第１の実施形態におけるステップＳ２とステップＳ６の間、およびにステップＳ１０とステップＳ１１の間に、メタノール（有機物）を脱窒処理槽６内に一定量供給する工程（ステップ２１）（ステップ２２）がそれぞれ追加されたことの他に違いはないため、図示をもって説明は省略する。
【００４９】
［第３の実施形態］
本発明に係る有機性廃棄物の処理システムおよび方法の第３の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図５は本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第３の実施形態を示す構成図である。
【００５０】
本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムにおいては、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、各槽１，３，６，８に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されている。本実施例では、更に、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、単一の槽１５を分割して構成されている。そして、前記各槽１，３，６，８は連通部１７，１８，１９によって互いに連通されている。
【００５１】
尚、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、図５の実施例のように単一の槽１５で構成されるのではなく、各容積が前記の如く個別に設定された別個の槽でそれぞれ形成され、各槽１，３，６，８がそれぞれ連通流路で連通されている構成でもよい。
【００５２】
前記メタン発酵槽１の必要な滞留時間が、ある処理量に対して１５日間である場合、同量の処理量に対して硝化処理槽３での滞留時間は約１日、次の脱窒処理槽６での滞留時間は半日程度、更に調整槽８では８時間程度で足りる。滞留時間が短時間でよいものは長時間要するものより容積を小さくすることが可能である。
【００５３】
そこで、本実施例では、前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、各槽１，３，６，８に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が図５に示した如く、大小異ならせて最適な大きさで個別に設定されている。これにより、無駄がなく効率的な処理システムが実現されている。
【００５４】
更に、本実施例では、上記したように前記メタン発酵槽１、前記硝化処理槽３及び前記脱窒処理槽６、更に調整槽８は、単一の槽１５を分割して構成されているので、当該処理システムをコンパクト化することができ、当該知りシステムの運転管理、及びメンテナンスが簡単に行えるようになっている。
尚、図５において、制御部１４は図示を省略されている。
【００５５】
［実施例１］
廃乳を主成分とする有機性スラリー（トータル窒素：８００ｍｇ／Ｌ）を第３の実施の形態の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該有機性スラリーはメタン発酵槽１へ３Ｌ／日の割合で供給した。メタン発酵槽１（発酵温度５５℃、容量５０Ｌ）における滞留時間は１５日間、硝化処理槽３（容量３Ｌ）における滞留時間は１日間、脱窒処理槽６（容量１．５Ｌ）における滞留時間は半日、調整槽８（容量１Ｌ）における滞留時間は８時間となるように設定されている。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素を測定したところ３０ｍｇ／Ｌに減少し、また脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は１０ｐｐｂ以下であった。
【００５６】
尚、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の四槽の容量を同じにして、各槽における滞留時間を同じに設定してもよい。
【００５７】
［実施例２］
搾乳牛の糞尿（トータル窒素：０．４４ｗｔ％）を第１の実施の形態の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該有機性スラリーはメタン発酵槽１へ２Ｌ／日の割合で供給し、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の各槽における滞留時間は実施例１と同じになるように設定した。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素は０．０８ｗｔ％に減少し、脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は１０ｐｐｂであった。
【００５８】
［比較例］
搾乳牛の糞尿（トータル窒素：０．４４ｗｔ％）を図５の従来構造の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該有機性スラリーはメタン発酵槽１へ３Ｌ／日の割合で供給し、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の各槽における滞留時間は実施例１と同じになるように設定した。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素は０．２９ｗｔ％であり、脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は６２００ｐｐｍであった。
【００５９】
［実施例３］
活性汚泥の余剰汚泥（トータル窒素：０．２ｗｔ％）を第１の実施の形態の有機性廃棄物の処理システムで処理した。該活性汚泥の余剰汚泥はメタン発酵槽１へ２Ｌ／日の割合で供給し、メタン発酵槽１、硝化処理槽３、脱窒処理槽６、調整槽８の各槽における滞留時間は実施例１と同じになるように設定した。調整槽８から放出された最終処理液のトータル窒素は０．０３ｗｔ％に減少し、脱窒処理槽６から放出される気体中の亜酸化窒素濃度は５ｐｐｂであった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、前記硝化処理槽の処理液（硝化後発酵液）を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽とを備える、硝化・脱窒法を利用した有機性廃棄物の処理システム及び方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【図３】本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第２の実施形態を示す構成図である。
【図４】同処理システムにおける制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの第３の実施形態を示す構成図である。
【図６】従来の有機性廃棄物の処理システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ メタン発酵槽、 ２ 発酵液、 ３ 硝化処理槽、 ４ 硝化処理液、 ５ 好気状態形成部、 ６ 脱窒処理槽、 ７ 脱窒処理液、 ８ 調整槽、 ９ ポンプ、 １０ 発酵液送給ライン、 １１ ポンプ、 １２ 第１センサー（酸化還元電位計）、 １３ 第２センサー（ｐＨ計）、 １４ 制御部、 １５ 単一の槽、 １７，１８，１９ 連通部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、
前記硝化処理槽の処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽と、
前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給可能にする発酵液送給ラインと、
前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成部と、
前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を求める第１センサーと、
前記脱窒処理槽内の処理液のｐＨを求める第２センサーと、
前記第１センサー及び第２センサーの検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部と、を備えていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記脱窒処理槽には有機物の供給部が設けられ、
前記制御部によって前記有機物の供給量が調整されるように構成されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記硝化処理槽は、前記メタン発酵槽で生じる発酵液をｐＨ調整剤として利用するように構成されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、各槽に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、単一の槽を分割して構成され、前記各槽は連通部によって互いに連通されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項６】
メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理工程と、
前記硝化処理工程を経た処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理工程と、
前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給する発酵液送給工程と、
前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成工程と、を備え、
前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨを検出し、
検出された前記酸化還元電位の値が設定下限値以下のときは前記硝化処理槽に送る前記酸素の供給量を増やし、前記値が設定上限値以上であるときは、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やし、
前記検出されたｐＨの値が設定範囲外であるときは前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の有機性廃棄物の処理方法において、
前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすときは、該脱窒処理槽に有機物を供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項１】
メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理槽と、
前記硝化処理槽の処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理槽と、
前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給可能にする発酵液送給ラインと、
前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成部と、
前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位を求める第１センサーと、
前記脱窒処理槽内の処理液のｐＨを求める第２センサーと、
前記第１センサー及び第２センサーの検出結果に基いて、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量と、前記硝化処理槽に供給する前記酸素の供給量とを調整する制御部と、を備えていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記脱窒処理槽には有機物の供給部が設けられ、
前記制御部によって前記有機物の供給量が調整されるように構成されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記硝化処理槽は、前記メタン発酵槽で生じる発酵液をｐＨ調整剤として利用するように構成されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、各槽に対応した処理液の滞留時間になるように各容積が個別に設定されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽、前記硝化処理槽及び前記脱窒処理槽は、単一の槽を分割して構成され、前記各槽は連通部によって互いに連通されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項６】
メタン発酵槽で生じる発酵液を受けて硝化処理を行う硝化処理工程と、
前記硝化処理工程を経た処理液を受けて脱窒処理を行う脱窒処理工程と、
前記メタン発酵槽から発酵液を前記脱窒処理槽に送給する発酵液送給工程と、
前記硝化処理槽内に酸素を供給する好気状態形成工程と、を備え、
前記脱窒処理槽内の処理液の酸化還元電位とｐＨを検出し、
検出された前記酸化還元電位の値が設定下限値以下のときは前記硝化処理槽に送る前記酸素の供給量を増やし、前記値が設定上限値以上であるときは、前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やし、
前記検出されたｐＨの値が設定範囲外であるときは前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の有機性廃棄物の処理方法において、
前記メタン発酵槽から前記脱窒処理槽に送る前記発酵液の送給量を増やすときは、該脱窒処理槽に有機物を供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１１０７０６（Ｐ２０１０−１１０７０６Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６３０６（Ｐ２００８−２８６３０６）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（５０４３０００８８）国立大学法人帯広畜産大学 (96)
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（５０４３０００８８）国立大学法人帯広畜産大学 (96)
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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