有機酸生成装置及び有機酸生成方法
【課題】有機酸の生成効率を向上する有機酸生成装置及び有機酸生成方法を提供すること。
【解決手段】酸発酵槽２を多段に構成して生汚泥を各槽２ａ，２ｂで順次酸発酵して有機酸を生成し、酸発酵槽２で生成した有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とを有機酸分離装置３で分離し、酸発酵を行う酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽２を構成する各槽２ａ，２ｂの何れかの槽に導入することで、当該酸生成菌体含有汚泥を導入する槽を含む下流側の各槽にあって、汚泥量／槽容積の関係から、槽を１槽として容積を同じ（多段槽の各槽の合計と同じ）とし生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥を同量導入する１槽の酸発酵槽に比して、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態を形成し、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を促進させて、有機酸を効率的に生成する。
【解決手段】酸発酵槽２を多段に構成して生汚泥を各槽２ａ，２ｂで順次酸発酵して有機酸を生成し、酸発酵槽２で生成した有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とを有機酸分離装置３で分離し、酸発酵を行う酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽２を構成する各槽２ａ，２ｂの何れかの槽に導入することで、当該酸生成菌体含有汚泥を導入する槽を含む下流側の各槽にあって、汚泥量／槽容積の関係から、槽を１槽として容積を同じ（多段槽の各槽の合計と同じ）とし生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥を同量導入する１槽の酸発酵槽に比して、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態を形成し、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を促進させて、有機酸を効率的に生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生汚泥から有機酸を生成する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流入下水を最初沈殿池に導入し、この最初沈殿池に鉄又はアルミニウム系の無機凝集剤か有機高分子凝集剤を添加して固液分離し、沈降した汚泥を酸発酵槽に移送しｐＨ調整して有機酸を生成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０１５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記技術にあっては、有機酸の生成効率が十分では無い。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、有機酸の生成効率が向上される有機酸生成装置及び有機酸生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、有機酸の生成効率が不十分なのは、酸発酵槽へ導入される汚泥にはメタン菌が生息しているため、当該酸発酵槽でメタン菌が活性化し、有機酸が生成してもさらにメタン発酵も進行してしまうからであることを見出した。
【０００６】
また、本発明者らは、このメタン発酵を抑止するには、酸発酵槽で汚泥の高負荷状態を形成する（汚泥量／槽容積を高める）ことが特に有効であることを見出した。
【０００７】
そこで、本発明による有機酸生成装置は、生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成装置において、多段に構成され各槽で生汚泥を順次酸発酵し有機酸を生成する酸発酵槽と、この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離する有機酸分離装置と、有機酸分離装置で分離された有機酸溶液を回収する有機酸溶液回収ラインと、有機酸分離装置で分離された酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入する酸生成菌体含有汚泥導入ラインと、を具備した。
【０００８】
また、本発明による有機酸生成方法は、生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成方法において、生汚泥を、多段に構成された酸発酵槽の各槽で順次酸発酵して有機酸を生成し、この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離して有機酸溶液を回収し、酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入することを特徴としている。
【０００９】
このような有機酸生成装置及び有機酸生成方法によれば、酸発酵槽が多段に構成されて生汚泥が各槽で順次酸発酵して有機酸が生成され、酸発酵槽で生成された有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とが分離され、酸発酵を行う酸生成菌体含有汚泥が、酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入される。このため、酸生成菌体含有汚泥が導入される槽を含む下流側の各槽にあっては、汚泥量／槽容積の関係から、槽を１槽として容積を同じ（多段槽の各槽の合計と同じ）とし生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥を同量導入する１槽の酸発酵槽に比して、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成され、メタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進されて、有機酸が効率的に生成され、有機酸が効率的に回収される。
【００１０】
ここで、酸生成菌体含有汚泥導入ラインは、酸発酵槽を構成する最上流の槽に酸生成菌体含有汚泥を導入する構成であると、酸発酵槽を構成する各槽にあって、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成されるため、有機酸が最も効率的に回収される。
【００１１】
また、本発明者らは、メタン発酵を抑止するのは、汚泥を酸素に曝すことが有効であることを見出した。
【００１２】
そこで、酸発酵槽の前段に、生汚泥を加圧浮上濃縮する又は固液分離してから酸素に曝す前処理装置と、この前処理装置で処理した分離汚泥を酸発酵槽に導入する分離汚泥導入ラインと、を備えていると、前処理装置で固液分離され酸素に曝されメタン菌の活性が抑制された分離汚泥が、酸発酵槽に導入される。このため、酸発酵槽ではメタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００１３】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽のｐＨ値を検出し、このｐＨ値に基づいて、導入槽のｐＨ調整を行うｐＨ調整装置を備えていると、当該ｐＨ調整装置により、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適なｐＨ値に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。なお、このｐＨの調整は付加的なものであるから、酸性剤やアルカリ剤の消費量は少なく済む。
【００１４】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の酸化還元電位を検出し、この酸化還元電位に基づいて、曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えていると、汚泥を酸素に曝す曝気装置による曝気量を調整しメタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な酸化還元電位に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００１５】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の溶存酸素量を検出し、この溶存酸素量に基づいて、曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えていると、汚泥を酸素に曝す曝気装置による曝気量を調整しメタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な溶存酸素量に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００１６】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽の硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度を検出し、このイオン濃度に基づいて、導入槽に、該当するイオンを含んだ薬品をその量を調整して供給する薬品供給装置を備えていると、硫酸イオン、硝酸イオンは酸生成菌を生息可能とし、アンモニアイオンはメタン発酵を抑制することから、その供給量を最適に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、有機酸の生成効率を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による有機酸生成装置及び有機酸生成方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の第１実施形態に係る有機酸生成装置を備えた排水処理設備を示す概略構成図であり、例えば下水処理場等に採用されるものである。
【００１９】
図１に示すように、排水処理設備１００は、下水に対して生物学的リン除去及び生物学的窒素除去を含む高度処理を行う設備である。この排水処理設備１００は、最初沈殿池１０、生物処理槽２０、最終沈殿池３０と共に有機酸生成装置５０を備えている。
【００２０】
排水処理設備１００にあっては、下水処理場の粗目スクリーンにて粗大な木切れ等が除去され、沈砂池で比較的粒径が大きい固形物が沈降分離され、布、空き缶、ビニール類等の篩渣がスクリーンにて除去され、ポンプ井よりポンプアップされた流入下水が、ラインＬ１を通じて最初沈殿池１０に導入される。ラインＬ１からの流入下水は、大部分が嫌気性の状態で導入されるため、メタン菌が生殖している。このため、酸発酵を行う際には、メタン菌の活性を抑制する必要が生じてくる。
【００２１】
この流入下水は、ラインＬ１より最初沈殿池１０に導入され、重力沈降により最初沈殿池１０の底部に沈降する生汚泥とそれ以外の上澄み液とに分離される。この最初沈殿池１０は、重力沈降分離が十分に行われる表面積負荷を要した容量に構成されている。ここで分離された生汚泥は図示しない汚泥掻寄機で汚泥溜まり部に掻き寄せられて、ラインＬ１１を通じて有機酸生成装置５０に送られ、一方、上澄み液は被処理水としてラインＬ２を通じて生物処理槽２０に送られる。詳細は後述するが、有機酸生成装置５０は、生汚泥を酸発酵し、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸といった有機酸を含んだ有機酸溶液をラインＬ２０から排出する。
【００２２】
生物処理槽２０は、例えば、Ａ２Ｏ法と呼ばれる活性汚泥法による生物処理を行う槽であり、嫌気槽２０ａ、無酸素槽２０ｂ、好気槽２０ｃをこの順に備えている。ラインＬ２から嫌気槽２０ａに導入された上澄み液である被処理水は、嫌気槽２０ａ、無酸素槽２０ｂ、好気槽２０ｃの順に送られながら、それぞれの槽で嫌気性処理、無酸素処理、好気性処理が行われ、この嫌気槽２０ａに、有機酸生成装置５０からラインＬ２０を通じて有機酸溶液が供給されることで脱リンが促進され、好気槽２０ｃの滞留液が無酸素槽２０ｂに導入されることで生物学的脱窒が促進される。
【００２３】
ラインＬ３を介して最終沈殿池３０に送られた生物処理水は、浮遊する活性汚泥を沈降分離させた後、ラインＬ５を通じて排出され、図示しない設備において三次処理や滅菌処理が行われた後、河川等に放流される。沈降した活性汚泥の一部はラインＬ４を通じて嫌気槽２０ａに導入され、残りは、図示しない汚泥処理槽に送られて処理される。
【００２４】
上記有機酸生成装置５０は、酸発酵槽２、有機酸分離槽３をこの順にラインＬ８を介して備えると共に、この有機酸分離槽３の分離液側にラインＬ９を介して有機酸貯槽４を備えている。この有機酸貯槽４には、上記ラインＬ２０を介して嫌気槽２０ａが接続されている。また、有機酸分離槽３の分離汚泥側にはラインＬ１０を介して酸発酵槽２が接続され、さらに、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３の排出側にはラインＬ１３が接続されている。
【００２５】
酸発酵槽２は、特に本実施形態の特徴を成すもので、多段（本実施形態では２段）に構成され前段槽２ａ及び後段槽２ｂを備える構成とされている。この酸発酵槽２は、ラインＬ１１から前段槽２ａ、後段槽２ｂに順次導入される生汚泥を、各々の槽２ａ，２ｂに設けられている撹拌機２ｃ，２ｄにより撹拌しながら、汚泥中の有機物を酸生成菌により酸発酵させて有機酸を生成するものである。
【００２６】
有機酸分離槽（有機酸分離装置）３は、ここでは沈殿槽であり、酸発酵槽２で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離するものである。なお、この沈殿槽に代えて例えば膜分離槽（膜分離装置）等の固液分離装置を用いることができる。
【００２７】
有機酸貯槽４は、有機酸分離槽３で分離された有機酸溶液を回収し一旦貯留するためのものであり、上流の有機酸分離槽３と有機酸貯槽４とを接続するラインＬ９が、有機酸溶液を回収する有機酸溶液回収ラインに相当する。
【００２８】
また、有機酸分離槽３の分離汚泥側と酸発酵槽２とを接続するラインＬ１０は、酸生成菌体含有汚泥導入ラインであり、有機酸分離槽３で分離した酸生成菌体含有汚泥を酸発酵槽２に導入するためのものである。
【００２９】
また、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３に接続されるラインＬ１３は、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３の残渣を系外へ排出するためのものである。この残渣は、例えば脱水―焼却等の処理に供される。
【００３０】
このように構成された有機酸生成装置５０にあっては、ラインＬ１１を介して酸発酵槽２に生汚泥が導入される。この生汚泥には、前述したように、メタン菌が生息している。この生汚泥は、酸発酵槽２の前段槽２ａ、後段槽２ｂで順次酸発酵され有機酸が生成される。
【００３１】
この酸発酵槽２で生成された有機酸溶液は、ラインＬ８を介して有機酸分離槽３に導入され、当該有機酸分離槽３で、有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とに分離され、分離液である有機酸溶液はラインＬ９を介して回収され、ラインＬ２０を介して嫌気槽２０ａに供給されて脱リンに利用される。
【００３２】
一方、有機酸分離槽３での分離汚泥である酸生成菌体含有汚泥は、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０を介して酸発酵槽２の前段槽２ａに導入される。従って、前段槽２ａは、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽に相当し、前段槽２ａには、上記生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥が導入される。そして、各槽（酸生成菌体含有汚泥が導入される槽を含む下流側の各槽）２ａ，２ｂにあっては、汚泥量／槽容積の関係から、槽を１槽として容積を同じ（前段槽２ａ、後段槽２ｂの合計と同じ）とし生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥を同量導入する１槽の酸発酵槽に比して、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成される。
【００３３】
ここで、本発明者らの実験によると、酸発酵槽で汚泥の高負荷状態を形成する（汚泥量／槽容積を高める）と、メタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進されることが確認されている。従って、この多段に構成した酸発酵槽２では、有機酸が効率的に生成され、この効率的に生成された有機酸がラインＬ９を通して回収される。
【００３４】
このように、本実施形態においては、酸発酵槽２が多段に構成されて、酸発酵槽２で生成され有機酸分離槽３で分離された酸生成菌体含有汚泥が、酸発酵槽２の前段槽２ａに導入されるため、各槽２ａ，２ｂでは生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成され、メタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進され、有機酸が効率的に生成される。
【００３５】
図２は、本発明の第２実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第２実施形態の有機酸生成装置６０が、第１実施形態の有機酸生成装置５０と違う点は、酸発酵槽２の前段に、ラインＬ１１からの生汚泥を固液分離し酸素に曝す前処理装置１を設け、この前処理装置１で分離した分離汚泥を酸発酵槽２に導入する分離汚泥導入ラインＬ７を設けた点である。
【００３６】
ここで、本実施形態にあっては、前処理装置１として加圧浮上濃縮槽が用いられている。この加圧浮上濃縮槽１は、導入される生汚泥を空気中の酸素に曝しながら固液分離するもので、大別して全量加圧法、部分加圧法、循環加圧法によるものがある。
【００３７】
全量加圧法によるものは、生汚泥を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合し、浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、部分加圧法によるものは、生汚泥の一部を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合した後、生汚泥の残量と共に、浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、循環加圧法によるものは、浮上槽１で分離された分離液を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合した後、例えばエジェクター等により生汚泥と混合して浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、生汚泥の採取量等によりランニングコストを低減する方法が適宜採用される。
【００３８】
このように構成された有機酸生成装置６０にあっては、ラインＬ１１からの生汚泥が、空気中の酸素に曝されながら固液分離される。この導入される生汚泥には、前述したようにメタン菌が生息しているが、加圧浮上濃縮槽１での固液分離時に酸素に曝されるため、メタン菌の活性が抑制される。その理由について以下に説明する。
【００３９】
図３は、本発明者らによる実験結果であって、曝気した生汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図である。横軸は時間（ｈ）を表し、縦軸はメタンガス発生量（ｍｌ）を表している。この図中にあって、×印は、曝気をせずに酸化還元電位が−４００ｍＶの場合を、黒三角印は、酸化還元電位を−７０ｍＶに保持して曝気した場合を、三角印は、酸化還元電位を−５０ｍＶに保持して曝気した場合を、四角印は酸化還元電位を−２３ｍＶに保持して曝気した場合を各々示している。
【００４０】
図３より明らかなように、汚泥を曝気しない×印の場合には、メタン菌が直ぐ増殖し始め、約１５時間後には殆どがメタンガス化する。一方、酸化還元電位を−７０ｍＶに保持した黒三角印の場合には、徐々にメタン菌が増殖し、約１５時間後には、曝気しない場合の約１／６までメタンガスの発生が抑制され、約４５時間後においても、曝気しない場合の約１／３のメタンガスの発生となる。また、酸化還元電位を−５０ｍＶに保持した三角印、酸化還元電位を−２３ｍＶに保持した四角印の場合には、メタンガスの発生が極端に少なく、曝気しない場合の約１／１０までメタンガスの発生が抑制される。
【００４１】
このように、酸素雰囲気下では、汚泥中のメタン菌の活性が抑制されているのが分かる。そして、加圧浮上濃縮槽１は、汚泥の分離回収とメタン菌の活性の抑制を一度に両方できるため好適である。なお、前処理装置１として、汚泥の分離回収とメタン菌の活性の抑制を一度に両方でき特に好適であるとして加圧浮上濃縮槽を用いているが、この加圧浮上濃縮槽に代えて、生汚泥を固液分離する固液分離手段と、この固液分離手段で分離された分離汚泥を酸素に曝す曝露手段とを有する前処理装置を用いることも可能である。また、例えば冬季等にあっては、前処理装置１で分離された分離液を酸発酵槽２に導入するようにしても良い。
【００４２】
そして、加圧浮上濃縮槽１からのメタン菌の活性が抑制された分離汚泥は、図２に示すように、ラインＬ７を介して、多段に構成された酸発酵槽２に導入される。
【００４３】
従って、多段槽２ａ，２ｂとすることよりメタン菌の活性が抑制される効果に加えて、最初沈殿池１０からの生汚泥が、酸発酵槽２の導入前に酸素に曝されてメタン菌の活性が抑制されるため、酸発酵槽２では、メタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成される。
【００４４】
図４は、本発明の第３実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第３実施形態の有機酸生成装置７０が、第２実施形態の有機酸生成装置６０と違う点は、酸発酵槽２の前段槽２ａ（酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽）のｐＨ値を検出し、このｐＨ値に基づいて、前段槽２ａのｐＨ調整を行うｐＨ調整装置７５を設けた点である。
【００４５】
このｐＨ調整装置７５は、前段槽２ａのｐＨ値を検出するｐＨセンサ７５ａと、例えば塩酸等の酸性剤７５ｂ、例えば水酸化ナトリウム等のアルカリ剤７５ｃを前段槽２ａに供給する酸性剤／アルカリ剤供給部７５ｄと、ｐＨセンサ７５ａで検出したｐＨ値に基づいて、酸性剤／アルカリ剤供給部７５ｄの供給を制御しｐＨを調整する制御手段７５ｅと、を備えている。
【００４６】
このようなｐＨ調整装置７５によれば、ｐＨセンサ７５ａにより前段槽２ａのｐＨ値が検出され、このｐＨ値に基づいて、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適なｐＨ値となるように、制御手段７５ｅにより酸性剤／アルカリ剤供給部７５ｄの供給が制御されて酸性剤７５ｂ／アルカリ剤７５ｃが前段槽２ａに供給される。
【００４７】
ここで、ｐＨ値は液温にもよるが、ｐＨ４．５〜５．５とするのが好ましく、ｐＨ４．５〜４．８とするのがより好ましい。
【００４８】
そして、酸発酵槽２にあっては、多段槽２ａ，２ｂとすることによりメタン菌の活性が抑制される効果に加えて、最初沈殿池１０側の汚泥中のメタン菌、及び、嫌気性状況にある酸発酵槽２、有機酸分離槽３を経る間にメタン菌が増殖している虞があるラインＬ１０からの酸生成菌体含有汚泥中のメタン菌の活性が、ｐＨ調整により抑制されるため、酸発酵槽２では、メタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成される。なお、このｐＨの調整は付加的なものであるから、酸性剤やアルカリ剤の消費量は少なく済む。
【００４９】
図５は、本発明の第４実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第４実施形態の有機酸生成装置８０が、第３実施形態の有機酸生成装置７０と違う点は、前段槽２ａのｐＨ値を調整するｐＨ調整装置７５に代えて、前段槽２ａを曝気すると共にその曝気量を調整する曝気量調整装置８５を用いた点である。
【００５０】
この曝気量調整装置８５は、前段槽２ａの酸化還元電位を検出するＯＲＰ計（酸化還元電位検出計）８５ａと、前段槽２ａに設けられる散気管８５ｂにブロア８５ｃを接続して成る曝気装置８５ｄと、ＯＲＰ計８５ａで検出した酸化還元電位に基づいて、曝気装置８５ｄのブロア８５ｃの駆動を制御し曝気量を調整する制御手段８５ｅと、を備えている。
【００５１】
このような曝気量調整装置８５によれば、ＯＲＰ計８５ａにより前段槽２ａの酸化還元電位が検出され、この酸化還元電位に基づいて、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な酸化還元電位となるように、制御手段８５ｅによりブロア８５ｃの駆動が制御されて前段槽２ａが曝気される。
【００５２】
ここで、先に図３を用いて説明したように、酸化還元電位が約−５０ｍＶ（三角印）〜約−２３ｍＶ（四角印）となるように曝気量を調整し酸素に曝すのが好ましい。
【００５３】
そして、酸発酵槽２にあっては、多段槽２ａ，２ｂとすることによりメタン菌の活性が抑制される効果に加えて、最初沈殿池１０側の汚泥中のメタン菌、及び、嫌気性状況にある酸発酵槽２、有機酸分離槽３を経る間にメタン菌が増殖している虞があるラインＬ１０からの酸生成菌体含有汚泥中のメタン菌の活性が、曝気量の調整により抑制されるため、酸発酵槽２では、メタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成される。
【００５４】
なお、ＯＲＰ計８５ａに代えて、溶存酸素量を検出するＤＯ計（溶存酸素量検出計）を用いると共に、制御手段８５ｅに代えて、ＤＯ計で検出した溶存酸素量に基づいて、曝気装置８５ｄのブロア８５ｃの駆動を制御し曝気量を調整する制御手段を用いるようにしても良い。
【００５５】
このような構成によれば、ＤＯ計により前段槽２ａの溶存酸素量が検出され、この溶存酸素量に基づいて、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な溶存酸素量となるように、制御手段によりブロア８５ｃの駆動が制御されて前段槽２ａが曝気される。
【００５６】
ここで、溶存酸素量が＋０．０となるように曝気量を調整し酸素に曝すのが好ましい。
【００５７】
そして、このような構成であっても、前述した酸化還元電位に基づく曝気の場合と同様な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。
【００５８】
図６は、本発明の第５実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第５実施形態の有機酸生成装置９０が、第３実施形態の有機酸生成装置７０と違う点は、前段槽２ａのｐＨ値を調整するｐＨ調整装置７５に代えて、前段槽２ａに所定の薬品をその量を調整して供給する薬品供給装置９５を用いた点である。
【００５９】
この薬品供給装置９５は、前段槽２ａの硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度を検出するイオン分析計９５ａと、該当するイオンを含む薬品を前段槽２ａに供給する薬品供給部９５ｂと、イオン分析計９５ａで検出したイオン濃度に基づいて、薬品供給部９５ｂの供給を制御しその供給量を調整する制御手段９５ｃと、を備えている。
【００６０】
このような薬品供給装置９５によれば、イオン分析計９５ａにより前段槽２ａの硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度が検出され、このイオン濃度に基づいて、制御手段９５ｃにより薬品供給部９５ｂの供給が制御されて該当するイオンを含む薬品が前段槽２ａに供給される。
【００６１】
ここで、硫酸イオン、硝酸イオンは酸生成菌を生息可能とし、アンモニアイオンはメタン発酵を抑制する。これらのイオン濃度としては、硫酸イオンでは約１％以上、硝酸イオンでは約０．５％以上、アンモニアイオンでは約０．５％以上とするのが好ましい。
【００６２】
そして、酸発酵槽２にあっては、多段槽２ａ，２ｂによるメタン菌の活性の抑制効果に加えて、薬品の供給量を最適に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００６３】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽２への汚泥導入ラインＬ１１又は分離汚泥導入ラインＬ７に導入するようにしているが、酸発酵槽２の前段槽２ａに直接導入するようにしても良い。
【００６４】
また、上記第３〜第５実施形態においては、最初沈殿池１０からの生汚泥のメタン菌の活性を抑制し特に好ましいとして、酸発酵槽２の前段に前処理装置１を設けているが、第１実施形態のように前処理装置１が無くても本発明効果が妨げられるものでは無い。
【００６５】
また、上記実施形態においては、２段の酸発酵槽２に対する適用を述べているが、３段以上の酸発酵槽に対しても適用可能である。
【００６６】
また、上記実施形態においては、特に効果が顕著にあるとして、酸生成菌体含有汚泥を酸発酵槽を構成する最上流の槽に導入するようにしているが、酸発酵槽を構成する他の槽に導入するようにしても良い。しかしながら、上流側の槽に導入するのがより好ましい。この場合には、上記ｐＨ調整装置７５、曝気量調整装置８５、薬品供給装置９５を、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽に対して設けることが好ましい。
【実施例】
【００６７】
以下、上記効果を確認すべく本発明者が実施した実施例１及び比較例１について述べる。結果は表１に示す。
【００６８】
（実施例１）
図７に示すように、上記第１実施形態の基本型の有機酸生成装置を採用すると共に酸発酵槽を３段の槽１２とし、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥を最上流である１段目の槽１２ａに導入するようにした。各槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃの容量を各々Ｑ／３とし酸発酵槽全体の容量をＱとした。酸発酵槽１２の滞留時間を４．５日、液温度を３０°Ｃ、ｐＨを５．５とし、テストは３回行いテスト１〜３とした。
【００６９】
（比較例１）
図８に示すように、実施例１の酸発酵槽１２を１槽の酸発酵槽１１２とした点以外は実施例１と同様とし、酸発酵槽１１２の容量をＱとした。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表１より明らかなように、実施例１は、１段目の槽１２ａのメタンガス発生量が極端に少なく、３槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃより発生するメタンガスのトータル量が、比較例１に比して大幅に少ないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機酸生成装置を備えた排水処理設備を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図３】曝気した生汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図７】実施例１の構成を示す概略図である。
【図８】比較例１の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…加圧浮上濃縮装置（前処理装置）、２，１２…酸発酵槽、２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…酸発酵槽の各槽、３…有機酸分離装置、５０，６０，７０，８０，９０…有機酸生成装置、７５…ｐＨ調整装置、７５ａ…ｐＨセンサ、７５ｄ…酸性剤／アルカリ剤供給部、７５ｅ…ｐＨ調整装置の制御手段、８５…曝気量調整装置、８５ａ…ＯＲＰ計（ＤＯ計）、８５ｂ…散気管（曝気装置）、８５ｃ…ブロア（曝気装置）、８５ｄ…曝気装置、８５ｅ…曝気量調整装置の制御手段、９５…薬品供給装置、９５ａ…イオン分析計、９５ｂ…薬品供給部、９５ｃ…薬品供給装置の制御手段、１００…排水処理設備、Ｌ７…分離汚泥導入ライン、Ｌ９…有機酸溶液回収ライン、Ｌ１０…酸生成菌体含有汚泥導入ライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生汚泥から有機酸を生成する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流入下水を最初沈殿池に導入し、この最初沈殿池に鉄又はアルミニウム系の無機凝集剤か有機高分子凝集剤を添加して固液分離し、沈降した汚泥を酸発酵槽に移送しｐＨ調整して有機酸を生成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０１５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記技術にあっては、有機酸の生成効率が十分では無い。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、有機酸の生成効率が向上される有機酸生成装置及び有機酸生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、有機酸の生成効率が不十分なのは、酸発酵槽へ導入される汚泥にはメタン菌が生息しているため、当該酸発酵槽でメタン菌が活性化し、有機酸が生成してもさらにメタン発酵も進行してしまうからであることを見出した。
【０００６】
また、本発明者らは、このメタン発酵を抑止するには、酸発酵槽で汚泥の高負荷状態を形成する（汚泥量／槽容積を高める）ことが特に有効であることを見出した。
【０００７】
そこで、本発明による有機酸生成装置は、生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成装置において、多段に構成され各槽で生汚泥を順次酸発酵し有機酸を生成する酸発酵槽と、この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離する有機酸分離装置と、有機酸分離装置で分離された有機酸溶液を回収する有機酸溶液回収ラインと、有機酸分離装置で分離された酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入する酸生成菌体含有汚泥導入ラインと、を具備した。
【０００８】
また、本発明による有機酸生成方法は、生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成方法において、生汚泥を、多段に構成された酸発酵槽の各槽で順次酸発酵して有機酸を生成し、この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離して有機酸溶液を回収し、酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入することを特徴としている。
【０００９】
このような有機酸生成装置及び有機酸生成方法によれば、酸発酵槽が多段に構成されて生汚泥が各槽で順次酸発酵して有機酸が生成され、酸発酵槽で生成された有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とが分離され、酸発酵を行う酸生成菌体含有汚泥が、酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入される。このため、酸生成菌体含有汚泥が導入される槽を含む下流側の各槽にあっては、汚泥量／槽容積の関係から、槽を１槽として容積を同じ（多段槽の各槽の合計と同じ）とし生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥を同量導入する１槽の酸発酵槽に比して、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成され、メタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進されて、有機酸が効率的に生成され、有機酸が効率的に回収される。
【００１０】
ここで、酸生成菌体含有汚泥導入ラインは、酸発酵槽を構成する最上流の槽に酸生成菌体含有汚泥を導入する構成であると、酸発酵槽を構成する各槽にあって、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成されるため、有機酸が最も効率的に回収される。
【００１１】
また、本発明者らは、メタン発酵を抑止するのは、汚泥を酸素に曝すことが有効であることを見出した。
【００１２】
そこで、酸発酵槽の前段に、生汚泥を加圧浮上濃縮する又は固液分離してから酸素に曝す前処理装置と、この前処理装置で処理した分離汚泥を酸発酵槽に導入する分離汚泥導入ラインと、を備えていると、前処理装置で固液分離され酸素に曝されメタン菌の活性が抑制された分離汚泥が、酸発酵槽に導入される。このため、酸発酵槽ではメタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００１３】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽のｐＨ値を検出し、このｐＨ値に基づいて、導入槽のｐＨ調整を行うｐＨ調整装置を備えていると、当該ｐＨ調整装置により、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適なｐＨ値に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。なお、このｐＨの調整は付加的なものであるから、酸性剤やアルカリ剤の消費量は少なく済む。
【００１４】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の酸化還元電位を検出し、この酸化還元電位に基づいて、曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えていると、汚泥を酸素に曝す曝気装置による曝気量を調整しメタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な酸化還元電位に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００１５】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の溶存酸素量を検出し、この溶存酸素量に基づいて、曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えていると、汚泥を酸素に曝す曝気装置による曝気量を調整しメタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な溶存酸素量に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００１６】
また、酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽の硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度を検出し、このイオン濃度に基づいて、導入槽に、該当するイオンを含んだ薬品をその量を調整して供給する薬品供給装置を備えていると、硫酸イオン、硝酸イオンは酸生成菌を生息可能とし、アンモニアイオンはメタン発酵を抑制することから、その供給量を最適に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、有機酸の生成効率を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による有機酸生成装置及び有機酸生成方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の第１実施形態に係る有機酸生成装置を備えた排水処理設備を示す概略構成図であり、例えば下水処理場等に採用されるものである。
【００１９】
図１に示すように、排水処理設備１００は、下水に対して生物学的リン除去及び生物学的窒素除去を含む高度処理を行う設備である。この排水処理設備１００は、最初沈殿池１０、生物処理槽２０、最終沈殿池３０と共に有機酸生成装置５０を備えている。
【００２０】
排水処理設備１００にあっては、下水処理場の粗目スクリーンにて粗大な木切れ等が除去され、沈砂池で比較的粒径が大きい固形物が沈降分離され、布、空き缶、ビニール類等の篩渣がスクリーンにて除去され、ポンプ井よりポンプアップされた流入下水が、ラインＬ１を通じて最初沈殿池１０に導入される。ラインＬ１からの流入下水は、大部分が嫌気性の状態で導入されるため、メタン菌が生殖している。このため、酸発酵を行う際には、メタン菌の活性を抑制する必要が生じてくる。
【００２１】
この流入下水は、ラインＬ１より最初沈殿池１０に導入され、重力沈降により最初沈殿池１０の底部に沈降する生汚泥とそれ以外の上澄み液とに分離される。この最初沈殿池１０は、重力沈降分離が十分に行われる表面積負荷を要した容量に構成されている。ここで分離された生汚泥は図示しない汚泥掻寄機で汚泥溜まり部に掻き寄せられて、ラインＬ１１を通じて有機酸生成装置５０に送られ、一方、上澄み液は被処理水としてラインＬ２を通じて生物処理槽２０に送られる。詳細は後述するが、有機酸生成装置５０は、生汚泥を酸発酵し、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸といった有機酸を含んだ有機酸溶液をラインＬ２０から排出する。
【００２２】
生物処理槽２０は、例えば、Ａ２Ｏ法と呼ばれる活性汚泥法による生物処理を行う槽であり、嫌気槽２０ａ、無酸素槽２０ｂ、好気槽２０ｃをこの順に備えている。ラインＬ２から嫌気槽２０ａに導入された上澄み液である被処理水は、嫌気槽２０ａ、無酸素槽２０ｂ、好気槽２０ｃの順に送られながら、それぞれの槽で嫌気性処理、無酸素処理、好気性処理が行われ、この嫌気槽２０ａに、有機酸生成装置５０からラインＬ２０を通じて有機酸溶液が供給されることで脱リンが促進され、好気槽２０ｃの滞留液が無酸素槽２０ｂに導入されることで生物学的脱窒が促進される。
【００２３】
ラインＬ３を介して最終沈殿池３０に送られた生物処理水は、浮遊する活性汚泥を沈降分離させた後、ラインＬ５を通じて排出され、図示しない設備において三次処理や滅菌処理が行われた後、河川等に放流される。沈降した活性汚泥の一部はラインＬ４を通じて嫌気槽２０ａに導入され、残りは、図示しない汚泥処理槽に送られて処理される。
【００２４】
上記有機酸生成装置５０は、酸発酵槽２、有機酸分離槽３をこの順にラインＬ８を介して備えると共に、この有機酸分離槽３の分離液側にラインＬ９を介して有機酸貯槽４を備えている。この有機酸貯槽４には、上記ラインＬ２０を介して嫌気槽２０ａが接続されている。また、有機酸分離槽３の分離汚泥側にはラインＬ１０を介して酸発酵槽２が接続され、さらに、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３の排出側にはラインＬ１３が接続されている。
【００２５】
酸発酵槽２は、特に本実施形態の特徴を成すもので、多段（本実施形態では２段）に構成され前段槽２ａ及び後段槽２ｂを備える構成とされている。この酸発酵槽２は、ラインＬ１１から前段槽２ａ、後段槽２ｂに順次導入される生汚泥を、各々の槽２ａ，２ｂに設けられている撹拌機２ｃ，２ｄにより撹拌しながら、汚泥中の有機物を酸生成菌により酸発酵させて有機酸を生成するものである。
【００２６】
有機酸分離槽（有機酸分離装置）３は、ここでは沈殿槽であり、酸発酵槽２で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離するものである。なお、この沈殿槽に代えて例えば膜分離槽（膜分離装置）等の固液分離装置を用いることができる。
【００２７】
有機酸貯槽４は、有機酸分離槽３で分離された有機酸溶液を回収し一旦貯留するためのものであり、上流の有機酸分離槽３と有機酸貯槽４とを接続するラインＬ９が、有機酸溶液を回収する有機酸溶液回収ラインに相当する。
【００２８】
また、有機酸分離槽３の分離汚泥側と酸発酵槽２とを接続するラインＬ１０は、酸生成菌体含有汚泥導入ラインであり、有機酸分離槽３で分離した酸生成菌体含有汚泥を酸発酵槽２に導入するためのものである。
【００２９】
また、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３に接続されるラインＬ１３は、酸発酵槽２及び有機酸分離槽３の残渣を系外へ排出するためのものである。この残渣は、例えば脱水―焼却等の処理に供される。
【００３０】
このように構成された有機酸生成装置５０にあっては、ラインＬ１１を介して酸発酵槽２に生汚泥が導入される。この生汚泥には、前述したように、メタン菌が生息している。この生汚泥は、酸発酵槽２の前段槽２ａ、後段槽２ｂで順次酸発酵され有機酸が生成される。
【００３１】
この酸発酵槽２で生成された有機酸溶液は、ラインＬ８を介して有機酸分離槽３に導入され、当該有機酸分離槽３で、有機酸溶液と酸生成菌体含有汚泥とに分離され、分離液である有機酸溶液はラインＬ９を介して回収され、ラインＬ２０を介して嫌気槽２０ａに供給されて脱リンに利用される。
【００３２】
一方、有機酸分離槽３での分離汚泥である酸生成菌体含有汚泥は、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０を介して酸発酵槽２の前段槽２ａに導入される。従って、前段槽２ａは、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽に相当し、前段槽２ａには、上記生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥が導入される。そして、各槽（酸生成菌体含有汚泥が導入される槽を含む下流側の各槽）２ａ，２ｂにあっては、汚泥量／槽容積の関係から、槽を１槽として容積を同じ（前段槽２ａ、後段槽２ｂの合計と同じ）とし生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥を同量導入する１槽の酸発酵槽に比して、生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成される。
【００３３】
ここで、本発明者らの実験によると、酸発酵槽で汚泥の高負荷状態を形成する（汚泥量／槽容積を高める）と、メタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進されることが確認されている。従って、この多段に構成した酸発酵槽２では、有機酸が効率的に生成され、この効率的に生成された有機酸がラインＬ９を通して回収される。
【００３４】
このように、本実施形態においては、酸発酵槽２が多段に構成されて、酸発酵槽２で生成され有機酸分離槽３で分離された酸生成菌体含有汚泥が、酸発酵槽２の前段槽２ａに導入されるため、各槽２ａ，２ｂでは生汚泥及び酸生成菌体含有汚泥の高負荷状態が形成され、メタン発酵が抑制されつつ酸発酵が促進され、有機酸が効率的に生成される。
【００３５】
図２は、本発明の第２実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第２実施形態の有機酸生成装置６０が、第１実施形態の有機酸生成装置５０と違う点は、酸発酵槽２の前段に、ラインＬ１１からの生汚泥を固液分離し酸素に曝す前処理装置１を設け、この前処理装置１で分離した分離汚泥を酸発酵槽２に導入する分離汚泥導入ラインＬ７を設けた点である。
【００３６】
ここで、本実施形態にあっては、前処理装置１として加圧浮上濃縮槽が用いられている。この加圧浮上濃縮槽１は、導入される生汚泥を空気中の酸素に曝しながら固液分離するもので、大別して全量加圧法、部分加圧法、循環加圧法によるものがある。
【００３７】
全量加圧法によるものは、生汚泥を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合し、浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、部分加圧法によるものは、生汚泥の一部を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合した後、生汚泥の残量と共に、浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、循環加圧法によるものは、浮上槽１で分離された分離液を加圧ポンプで加圧して圧縮空気と混合した後、例えばエジェクター等により生汚泥と混合して浮上槽１に導入して浮上濃縮するものであり、生汚泥の採取量等によりランニングコストを低減する方法が適宜採用される。
【００３８】
このように構成された有機酸生成装置６０にあっては、ラインＬ１１からの生汚泥が、空気中の酸素に曝されながら固液分離される。この導入される生汚泥には、前述したようにメタン菌が生息しているが、加圧浮上濃縮槽１での固液分離時に酸素に曝されるため、メタン菌の活性が抑制される。その理由について以下に説明する。
【００３９】
図３は、本発明者らによる実験結果であって、曝気した生汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図である。横軸は時間（ｈ）を表し、縦軸はメタンガス発生量（ｍｌ）を表している。この図中にあって、×印は、曝気をせずに酸化還元電位が−４００ｍＶの場合を、黒三角印は、酸化還元電位を−７０ｍＶに保持して曝気した場合を、三角印は、酸化還元電位を−５０ｍＶに保持して曝気した場合を、四角印は酸化還元電位を−２３ｍＶに保持して曝気した場合を各々示している。
【００４０】
図３より明らかなように、汚泥を曝気しない×印の場合には、メタン菌が直ぐ増殖し始め、約１５時間後には殆どがメタンガス化する。一方、酸化還元電位を−７０ｍＶに保持した黒三角印の場合には、徐々にメタン菌が増殖し、約１５時間後には、曝気しない場合の約１／６までメタンガスの発生が抑制され、約４５時間後においても、曝気しない場合の約１／３のメタンガスの発生となる。また、酸化還元電位を−５０ｍＶに保持した三角印、酸化還元電位を−２３ｍＶに保持した四角印の場合には、メタンガスの発生が極端に少なく、曝気しない場合の約１／１０までメタンガスの発生が抑制される。
【００４１】
このように、酸素雰囲気下では、汚泥中のメタン菌の活性が抑制されているのが分かる。そして、加圧浮上濃縮槽１は、汚泥の分離回収とメタン菌の活性の抑制を一度に両方できるため好適である。なお、前処理装置１として、汚泥の分離回収とメタン菌の活性の抑制を一度に両方でき特に好適であるとして加圧浮上濃縮槽を用いているが、この加圧浮上濃縮槽に代えて、生汚泥を固液分離する固液分離手段と、この固液分離手段で分離された分離汚泥を酸素に曝す曝露手段とを有する前処理装置を用いることも可能である。また、例えば冬季等にあっては、前処理装置１で分離された分離液を酸発酵槽２に導入するようにしても良い。
【００４２】
そして、加圧浮上濃縮槽１からのメタン菌の活性が抑制された分離汚泥は、図２に示すように、ラインＬ７を介して、多段に構成された酸発酵槽２に導入される。
【００４３】
従って、多段槽２ａ，２ｂとすることよりメタン菌の活性が抑制される効果に加えて、最初沈殿池１０からの生汚泥が、酸発酵槽２の導入前に酸素に曝されてメタン菌の活性が抑制されるため、酸発酵槽２では、メタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成される。
【００４４】
図４は、本発明の第３実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第３実施形態の有機酸生成装置７０が、第２実施形態の有機酸生成装置６０と違う点は、酸発酵槽２の前段槽２ａ（酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽）のｐＨ値を検出し、このｐＨ値に基づいて、前段槽２ａのｐＨ調整を行うｐＨ調整装置７５を設けた点である。
【００４５】
このｐＨ調整装置７５は、前段槽２ａのｐＨ値を検出するｐＨセンサ７５ａと、例えば塩酸等の酸性剤７５ｂ、例えば水酸化ナトリウム等のアルカリ剤７５ｃを前段槽２ａに供給する酸性剤／アルカリ剤供給部７５ｄと、ｐＨセンサ７５ａで検出したｐＨ値に基づいて、酸性剤／アルカリ剤供給部７５ｄの供給を制御しｐＨを調整する制御手段７５ｅと、を備えている。
【００４６】
このようなｐＨ調整装置７５によれば、ｐＨセンサ７５ａにより前段槽２ａのｐＨ値が検出され、このｐＨ値に基づいて、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適なｐＨ値となるように、制御手段７５ｅにより酸性剤／アルカリ剤供給部７５ｄの供給が制御されて酸性剤７５ｂ／アルカリ剤７５ｃが前段槽２ａに供給される。
【００４７】
ここで、ｐＨ値は液温にもよるが、ｐＨ４．５〜５．５とするのが好ましく、ｐＨ４．５〜４．８とするのがより好ましい。
【００４８】
そして、酸発酵槽２にあっては、多段槽２ａ，２ｂとすることによりメタン菌の活性が抑制される効果に加えて、最初沈殿池１０側の汚泥中のメタン菌、及び、嫌気性状況にある酸発酵槽２、有機酸分離槽３を経る間にメタン菌が増殖している虞があるラインＬ１０からの酸生成菌体含有汚泥中のメタン菌の活性が、ｐＨ調整により抑制されるため、酸発酵槽２では、メタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成される。なお、このｐＨの調整は付加的なものであるから、酸性剤やアルカリ剤の消費量は少なく済む。
【００４９】
図５は、本発明の第４実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第４実施形態の有機酸生成装置８０が、第３実施形態の有機酸生成装置７０と違う点は、前段槽２ａのｐＨ値を調整するｐＨ調整装置７５に代えて、前段槽２ａを曝気すると共にその曝気量を調整する曝気量調整装置８５を用いた点である。
【００５０】
この曝気量調整装置８５は、前段槽２ａの酸化還元電位を検出するＯＲＰ計（酸化還元電位検出計）８５ａと、前段槽２ａに設けられる散気管８５ｂにブロア８５ｃを接続して成る曝気装置８５ｄと、ＯＲＰ計８５ａで検出した酸化還元電位に基づいて、曝気装置８５ｄのブロア８５ｃの駆動を制御し曝気量を調整する制御手段８５ｅと、を備えている。
【００５１】
このような曝気量調整装置８５によれば、ＯＲＰ計８５ａにより前段槽２ａの酸化還元電位が検出され、この酸化還元電位に基づいて、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な酸化還元電位となるように、制御手段８５ｅによりブロア８５ｃの駆動が制御されて前段槽２ａが曝気される。
【００５２】
ここで、先に図３を用いて説明したように、酸化還元電位が約−５０ｍＶ（三角印）〜約−２３ｍＶ（四角印）となるように曝気量を調整し酸素に曝すのが好ましい。
【００５３】
そして、酸発酵槽２にあっては、多段槽２ａ，２ｂとすることによりメタン菌の活性が抑制される効果に加えて、最初沈殿池１０側の汚泥中のメタン菌、及び、嫌気性状況にある酸発酵槽２、有機酸分離槽３を経る間にメタン菌が増殖している虞があるラインＬ１０からの酸生成菌体含有汚泥中のメタン菌の活性が、曝気量の調整により抑制されるため、酸発酵槽２では、メタン発酵が一層抑制されつつ酸発酵が行われ、有機酸が一層効率的に生成される。
【００５４】
なお、ＯＲＰ計８５ａに代えて、溶存酸素量を検出するＤＯ計（溶存酸素量検出計）を用いると共に、制御手段８５ｅに代えて、ＤＯ計で検出した溶存酸素量に基づいて、曝気装置８５ｄのブロア８５ｃの駆動を制御し曝気量を調整する制御手段を用いるようにしても良い。
【００５５】
このような構成によれば、ＤＯ計により前段槽２ａの溶存酸素量が検出され、この溶存酸素量に基づいて、メタン発酵を抑制しつつ酸発酵を行う最適な溶存酸素量となるように、制御手段によりブロア８５ｃの駆動が制御されて前段槽２ａが曝気される。
【００５６】
ここで、溶存酸素量が＋０．０となるように曝気量を調整し酸素に曝すのが好ましい。
【００５７】
そして、このような構成であっても、前述した酸化還元電位に基づく曝気の場合と同様な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。
【００５８】
図６は、本発明の第５実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。この第５実施形態の有機酸生成装置９０が、第３実施形態の有機酸生成装置７０と違う点は、前段槽２ａのｐＨ値を調整するｐＨ調整装置７５に代えて、前段槽２ａに所定の薬品をその量を調整して供給する薬品供給装置９５を用いた点である。
【００５９】
この薬品供給装置９５は、前段槽２ａの硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度を検出するイオン分析計９５ａと、該当するイオンを含む薬品を前段槽２ａに供給する薬品供給部９５ｂと、イオン分析計９５ａで検出したイオン濃度に基づいて、薬品供給部９５ｂの供給を制御しその供給量を調整する制御手段９５ｃと、を備えている。
【００６０】
このような薬品供給装置９５によれば、イオン分析計９５ａにより前段槽２ａの硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度が検出され、このイオン濃度に基づいて、制御手段９５ｃにより薬品供給部９５ｂの供給が制御されて該当するイオンを含む薬品が前段槽２ａに供給される。
【００６１】
ここで、硫酸イオン、硝酸イオンは酸生成菌を生息可能とし、アンモニアイオンはメタン発酵を抑制する。これらのイオン濃度としては、硫酸イオンでは約１％以上、硝酸イオンでは約０．５％以上、アンモニアイオンでは約０．５％以上とするのが好ましい。
【００６２】
そして、酸発酵槽２にあっては、多段槽２ａ，２ｂによるメタン菌の活性の抑制効果に加えて、薬品の供給量を最適に調整することで、有機酸が一層効率的に生成され、有機酸が一層効率的に回収される。
【００６３】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、酸生成菌体含有汚泥を、酸発酵槽２への汚泥導入ラインＬ１１又は分離汚泥導入ラインＬ７に導入するようにしているが、酸発酵槽２の前段槽２ａに直接導入するようにしても良い。
【００６４】
また、上記第３〜第５実施形態においては、最初沈殿池１０からの生汚泥のメタン菌の活性を抑制し特に好ましいとして、酸発酵槽２の前段に前処理装置１を設けているが、第１実施形態のように前処理装置１が無くても本発明効果が妨げられるものでは無い。
【００６５】
また、上記実施形態においては、２段の酸発酵槽２に対する適用を述べているが、３段以上の酸発酵槽に対しても適用可能である。
【００６６】
また、上記実施形態においては、特に効果が顕著にあるとして、酸生成菌体含有汚泥を酸発酵槽を構成する最上流の槽に導入するようにしているが、酸発酵槽を構成する他の槽に導入するようにしても良い。しかしながら、上流側の槽に導入するのがより好ましい。この場合には、上記ｐＨ調整装置７５、曝気量調整装置８５、薬品供給装置９５を、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽に対して設けることが好ましい。
【実施例】
【００６７】
以下、上記効果を確認すべく本発明者が実施した実施例１及び比較例１について述べる。結果は表１に示す。
【００６８】
（実施例１）
図７に示すように、上記第１実施形態の基本型の有機酸生成装置を採用すると共に酸発酵槽を３段の槽１２とし、酸生成菌体含有汚泥導入ラインＬ１０により酸生成菌体含有汚泥を最上流である１段目の槽１２ａに導入するようにした。各槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃの容量を各々Ｑ／３とし酸発酵槽全体の容量をＱとした。酸発酵槽１２の滞留時間を４．５日、液温度を３０°Ｃ、ｐＨを５．５とし、テストは３回行いテスト１〜３とした。
【００６９】
（比較例１）
図８に示すように、実施例１の酸発酵槽１２を１槽の酸発酵槽１１２とした点以外は実施例１と同様とし、酸発酵槽１１２の容量をＱとした。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表１より明らかなように、実施例１は、１段目の槽１２ａのメタンガス発生量が極端に少なく、３槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃより発生するメタンガスのトータル量が、比較例１に比して大幅に少ないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機酸生成装置を備えた排水処理設備を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図３】曝気した生汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る有機酸生成装置を示す概略構成図である。
【図７】実施例１の構成を示す概略図である。
【図８】比較例１の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…加圧浮上濃縮装置（前処理装置）、２，１２…酸発酵槽、２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…酸発酵槽の各槽、３…有機酸分離装置、５０，６０，７０，８０，９０…有機酸生成装置、７５…ｐＨ調整装置、７５ａ…ｐＨセンサ、７５ｄ…酸性剤／アルカリ剤供給部、７５ｅ…ｐＨ調整装置の制御手段、８５…曝気量調整装置、８５ａ…ＯＲＰ計（ＤＯ計）、８５ｂ…散気管（曝気装置）、８５ｃ…ブロア（曝気装置）、８５ｄ…曝気装置、８５ｅ…曝気量調整装置の制御手段、９５…薬品供給装置、９５ａ…イオン分析計、９５ｂ…薬品供給部、９５ｃ…薬品供給装置の制御手段、１００…排水処理設備、Ｌ７…分離汚泥導入ライン、Ｌ９…有機酸溶液回収ライン、Ｌ１０…酸生成菌体含有汚泥導入ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成装置において、
多段に構成され各槽で前記生汚泥を順次酸発酵し有機酸を生成する酸発酵槽と、
この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離する有機酸分離装置と、
前記有機酸分離装置で分離された有機酸溶液を回収する有機酸溶液回収ラインと、
前記有機酸分離装置で分離された酸生成菌体含有汚泥を、前記酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入する酸生成菌体含有汚泥導入ラインと、を具備した有機酸生成装置。
【請求項２】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインは、前記酸発酵槽を構成する最上流の槽に前記酸生成菌体含有汚泥を導入することを特徴とする請求項１記載の有機酸生成装置。
【請求項３】
前記酸発酵槽の前段に、前記生汚泥を加圧浮上濃縮する又は固液分離してから酸素に曝す前処理装置と、
この前処理装置で処理した分離汚泥を前記酸発酵槽に導入する分離汚泥導入ラインと、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の有機酸生成装置。
【請求項４】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽のｐＨ値を検出し、このｐＨ値に基づいて、前記導入槽のｐＨ調整を行うｐＨ調整装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項５】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の酸化還元電位を検出し、この酸化還元電位に基づいて、前記曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項６】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の溶存酸素量を検出し、この溶存酸素量に基づいて、前記曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項７】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽の硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度を検出し、このイオン濃度に基づいて、前記導入槽に、該当するイオンを含んだ薬品をその量を調整して供給する薬品供給装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項８】
生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成方法において、
前記生汚泥を、多段に構成された酸発酵槽の各槽で順次酸発酵して有機酸を生成し、
この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離して有機酸溶液を回収し、
前記酸生成菌体含有汚泥を、前記酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入することを特徴とする有機酸生成方法。
【請求項１】
生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成装置において、
多段に構成され各槽で前記生汚泥を順次酸発酵し有機酸を生成する酸発酵槽と、
この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離する有機酸分離装置と、
前記有機酸分離装置で分離された有機酸溶液を回収する有機酸溶液回収ラインと、
前記有機酸分離装置で分離された酸生成菌体含有汚泥を、前記酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入する酸生成菌体含有汚泥導入ラインと、を具備した有機酸生成装置。
【請求項２】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインは、前記酸発酵槽を構成する最上流の槽に前記酸生成菌体含有汚泥を導入することを特徴とする請求項１記載の有機酸生成装置。
【請求項３】
前記酸発酵槽の前段に、前記生汚泥を加圧浮上濃縮する又は固液分離してから酸素に曝す前処理装置と、
この前処理装置で処理した分離汚泥を前記酸発酵槽に導入する分離汚泥導入ラインと、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の有機酸生成装置。
【請求項４】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽のｐＨ値を検出し、このｐＨ値に基づいて、前記導入槽のｐＨ調整を行うｐＨ調整装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項５】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の酸化還元電位を検出し、この酸化還元電位に基づいて、前記曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項６】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽を曝気する曝気装置を有すると共に、当該導入槽の溶存酸素量を検出し、この溶存酸素量に基づいて、前記曝気装置の曝気量を調整する曝気量調整装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項７】
前記酸生成菌体含有汚泥導入ラインにより前記酸生成菌体含有汚泥が導入される導入槽の硫酸イオン、硝酸イオン、アンモニアイオンの少なくとも一つのイオン濃度を検出し、このイオン濃度に基づいて、前記導入槽に、該当するイオンを含んだ薬品をその量を調整して供給する薬品供給装置を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の有機酸生成装置。
【請求項８】
生汚泥から有機酸を生成する有機酸生成方法において、
前記生汚泥を、多段に構成された酸発酵槽の各槽で順次酸発酵して有機酸を生成し、
この酸発酵槽で生成した有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とを分離して有機酸溶液を回収し、
前記酸生成菌体含有汚泥を、前記酸発酵槽を構成する各槽の何れかの槽に導入することを特徴とする有機酸生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−９８２７５（Ｐ２００７−９８２７５Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９１２７２（Ｐ２００５−２９１２７２）
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５９１０４３５８１）東京都 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５９１０４３５８１）東京都 (107)
【Ｆターム（参考）】
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