水処理装置
【課題】
より効率的かつ低コストでバイオガス、液肥を生成することができる水処理装置および水処理方法を提供する。
【解決手段】
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、前記第一の処理水を好気性処理した窒素成分を含む第二の処理水を生成する好気処理槽と、前記第二の処理水を固体成分と窒素成分を含む第三の処理水とに分離する固液分離機構と、前記第三の処理水と前記第一のバイオガスを接触させて脱窒・脱硫処理を行い、第四の処理水と第二のバイオガスを生成する脱窒・脱硫装置と、を備える水処理装置。
より効率的かつ低コストでバイオガス、液肥を生成することができる水処理装置および水処理方法を提供する。
【解決手段】
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、前記第一の処理水を好気性処理した窒素成分を含む第二の処理水を生成する好気処理槽と、前記第二の処理水を固体成分と窒素成分を含む第三の処理水とに分離する固液分離機構と、前記第三の処理水と前記第一のバイオガスを接触させて脱窒・脱硫処理を行い、第四の処理水と第二のバイオガスを生成する脱窒・脱硫装置と、を備える水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水をメタン発酵することにより、液肥として利用できる脱離（処理）水および燃料等に利用できるメタンを含んだバイオガスが生成される。
【０００３】
このメタン発酵による脱離（処理）水を液肥として利用する際には、有機物や硫化水素などの還元性物質を除去する必要がある。これらの物質を除去する方法として、微生物を用いた好気性処理にて有機（BOD）成分を除去する方式を提案している（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この方式において生成される液肥は、りんに比べ窒素成分が多く含まれており、液肥として利用する場合に好適である窒素とりんの比率を５：１〜５：２程度にするため、リン等の栄養塩を添加して調整を行っていた。
【０００５】
一方、メタン発酵にて生成されるメタンガスを主成分としたバイオガス中には有機物中に含まれる硫黄成分が硫酸還元菌により生成された硫化水素ガスが含まれており、バイオガスを有効利用するためには、その硫化水素の除去を行う必要性がある。このバイオガス中に含まれる硫化水素ガスを除去する方法としては、酸化鉄などの吸着剤を用いて吸着除去する乾式脱硫方法や、アルカリなどを用いた水溶液に吸収除去する湿式脱硫方法が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１１３６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらのシステムでは、上記で述べたように液肥を製造するためにりんを新たに添加しなければならない。
【０００８】
また、バイオガスを利用するために硫化水素ガスを除去するためには吸着剤などの薬品が必要であること等からランニングコストの上昇を招いていた。
【０００９】
上記の事情に鑑み、より効率的かつ低コストでバイオガス、液肥を生成することができる水処理装置および水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本水処理装置は、
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、
前記第一の処理水を好気性処理した窒素成分を含む第二の処理水を生成する好気処理槽と、
前記第二の処理水を固体成分と窒素成分を含む第三の処理水とに分離する固液分離機構と、
前記第三の処理水と前記第一のバイオガスを接触させて脱窒・脱硫処理を行い、第四の処理水と第二のバイオガスを生成する脱窒・脱硫装置と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図２】第１の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図３】第２の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図４】第２の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図５】第３の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図６】第３の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図７】第４の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図８】第４の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図中、点線はガスの流れ、実線は液分の流れを示している。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００１５】
本実施形態に係る水処理装置は、図１に示すようにメタン発酵槽１と、好気処理槽２と、固液分離機構３と、脱窒・脱硫装置４と、脱硫装置５を含む構成である。メタン発酵槽１と脱窒・脱硫装置４は気体を通す管１０１、脱窒・脱硫装置４と脱硫装置５は気体を通す管１０２により接続されている。またメタン発酵槽１と好気処理槽２は液体を通す管２０１、好気処理槽２と脱窒・脱硫装置４とは液体を通す管２０２で接続されている。脱窒・脱硫装置４により生成された液肥は管２０３より排出される。
【００１６】
メタン発酵槽１は、下水汚泥や生ごみなどを含む有機性排水が供給され、この有機性排水中の有機物を嫌気性微生物（例えば、加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌）により処理する槽である。下水汚泥や生ごみなどの有機物はメタン発酵槽内に存在するメタン菌群にて分解され、メタンガスを主成分とし硫化水素を含むバイオガスを生成し、管１０１より排出する。メタン菌群にて分解処理された処理液には、有機性廃棄物に含まれるたんぱく質に由来する窒素、アンモニアやりん、未分解の有機物が含まれる。たんぱく質に由来する窒素の大部分は、嫌気処理の過程で、アミノ酸を経てアンモニアまで分解される。有機性排水の例としては、食品工場からの排水、養豚場からの糞尿排水、都市下水などがあげられる。本処理過程で生成した汚泥の一部は余剰汚泥はとして、外部へ排出される。
【００１７】
好気処理槽２は、上記メタン発酵槽１から管２０１を介して供給された処理水の一部を好気性処理する槽である。好気処理槽２では、ブロア１１により散気板２１を介して空気が供給され、有機物（ＢＯＤ）酸化細菌や硝化菌の作用により上記処理水の有機物は分解除去され、アンモニアは亜硝酸（ＮＯ２−）態又は硝酸（ＮＯ３−）態に酸化される。本処理過程で生成した汚泥の一部は余剰汚泥はとして、外部へ排出される。
【００１８】
固液分離機構３は、好気処理槽２の中に設置され、好気処理槽２による処理液の液体部分の抽出に利用する膜である。抽出されたＮＯ３−を含む液体は、管２０２を介して脱窒・脱硫装置４へ供給される。なお、本実施形態では、好気処理槽２中に設置される膜として記載しているが、別途、好気処理槽２の外部に重力沈降や加圧浮上法等による固液分離槽を設けて固液分離を行う固液分離機構としてもよい。
【００１９】
脱窒・脱硫装置４は、好気処理槽２により窒素成分を好気処理した硝酸性窒素と、メタン発酵槽１により生成されたバイオガス中の硫化水素を接触させ、脱窒・脱硫を行う槽である。好気処理槽２にて生成した硝酸（ＮＯ３−）を含む水と、メタン発酵槽１により生成されメタン発酵槽１から供給されるバイオガス中の硫化水素（液中では硫化物イオン（ＨＳ−）の形態となる。）は、硫黄脱窒菌（代表的なものとして、Thiobacillus denitrificans等の微生物）の働きにより、（１）式に示す硫黄脱窒反応により硫酸（硫酸イオン）と窒素ガスを生成する。
【００２０】
５ＨＳ−＋８ＮＯ３−＋３Ｈ＋ → ５ＳＯ４２−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ （１）式
バイオガス中のメタン（ＣＨ４）と脱窒・脱硫装置４で脱硫しきれなかった硫化水素（Ｈ２Ｓ）は管１０２を介して脱硫装置５へ供給される。脱窒・脱硫装置４により処理された処理水は液肥として利用することができ、例えば農地に散布される。
【００２１】
脱硫装置５は、脱硫を行う槽である。空気、水、硫化水素ガス、メタンガスから硫黄酸化細菌等により硫化水素ガスの脱硫を行う。脱硫を行った後、メタンガスＣＨ４を排出する。
【００２２】
次に、本実施形態の動作について図２を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、メタン発酵槽１に、下水汚泥や生ごみなどを含む有機性排水が供給され、この有機性排水中の有機物をメタン菌等により処理がなされる。メタン菌群によって下水汚泥や生ごみなどの有機物が分解され、メタンガスを主成分とし硫化水素を含むバイオガスが生成される。このバイオガスは、管１０１を介して脱窒・脱硫装置４へ供給される。
【００２４】
メタン菌群にて分解処理された処理液には、有機性廃棄物に含まれるたんぱく質に由来するアンモニアやりん、未分解の有機物が含まれ、この処理水は管２０１を介して好気処理槽２へ供給される（ステップＳ１０１）。
【００２５】
次に、メタン発酵槽１からの処理水を供給された好気処理槽２は、有機物（ＢＯＤ）酸化細菌や硝化菌の作用により、有機物を分解除去し、アンモニアを亜硝酸（ＮＯ２−）態又は硝酸（ＮＯ３−）態の窒素成分に酸化させる。この好気処理槽２で処理された処理液から固液分離機構３は、液体部分の抽出を行い、抽出されたＮＯ３−を含む液体は、管２０２を介して脱窒・脱硫装置４へ供給される。（ステップＳ１０２）。
【００２６】
次に、脱窒・脱硫装置４は、メタン発酵槽１によりメタン発酵され、好気処理槽２により好気処理された窒素成分を含む処理液と、メタン発酵槽１により生成されたバイオガス中の硫化水素を接触させ、脱窒を行う。この硝酸（ＮＯ３−）を含む処理水と、バイオガス中の硫化水素（液中では硫化物イオン（ＨＳ−）の形態となる。）は、硫黄脱窒菌（代表的なものとして、Thiobacillus denitrificans等の微生物）の働きにより、（１）式に示すような硫黄脱窒反応により硫酸と窒素ガスを生成する。
【００２７】
メタン（ＣＨ４）と脱窒・脱硫装置４で脱硫しきれなかった硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含むバイオガスは脱硫装置５へ供給される。また脱窒・脱硫装置４により処理された処理水は液肥として利用することができ、例えば農地に散布される（ステップＳ１０３）。
【００２８】
硫化水素を供給された脱硫装置５は、メタン発酵槽１により生成され、脱窒・脱硫装置４を介して供給された硫化水素を除去し、供給されたバイオガスよりもメタンガスの純度が高いガスを外部へ排出する。
【００２９】
なお、本実施形態ではメタン発酵槽１より発生した硫化水素を利用したが、好気処理槽２から発生する硫化水素をさらに利用してもよい。
【００３０】
このように、メタン発酵槽で生成された硫化水素と、好気処理槽で生成された硝酸性窒素（又は亜硝酸性窒素）とを反応させ、脱窒・脱硫処理することにより、脱硫装置５で脱硫すべき硫化水素の量が減少し、ランニングコストを低減することができる。
【００３１】
また、液肥として利用する脱窒・脱硫装置４の処理液については、窒素とりんの比率調整のためりんを添加して比率を調整していたところ、脱窒により窒素とりんの比率を調整することが可能となり、添加するりんの量が少なくて済む。
【００３２】
また、上記液肥中に溶け込んだ硫化水素も硫酸に酸化されるため、植物の生育に悪影響が少なくなる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００３４】
第１の実施形態との違いは、メタン発酵槽１と脱窒・脱硫装置４を接続する管１０１に弁１１１が設置される点。弁１１１を制御する制御装置１０を新たに構成要素として含む点。脱窒・脱硫装置４から排出される液肥中の窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を検出する計測器１２１を備える点である。また、管１０１がメタン発酵槽１で生成されたバイオガスの一部を脱硫装置５へ直接供給できる点が異なる。
【００３５】
制御装置１０は、論理演算機能を有した例えばパーソナルコンピュータをいい、計測器１２１で検出された窒素成分量やりんの成分量に関する情報を取得する。また、メタン発酵槽１によるメタンおよび硫化水素の生成量および管１０１に流入するバイオガスの量に関する情報を取得する。計測器１２１で取得した情報をもとに液肥中のりんに対する窒素の割合を算出し、算出された窒素成分とりん成分の比率をもとにメタン発酵槽１から脱窒・脱硫装置４へ供給されるバイオガス（硫化水素）の量を弁１１１により調整を指示する。
【００３６】
具体的には、脱窒・脱硫装置４内で硫化水素による脱窒が必要以上に行われ液肥に含まれる窒素の割合がりんに対して、一定値以下であった場合には弁１１１に指示を出し脱窒・脱硫装置４内へ供給されるバイオガス（硫化水素）の量を減らす。これにより、脱窒・脱硫装置４内で反応する窒素量を意図的に減らすことができ、排出される液肥を、液肥として適切な窒素とりんの割合（例えば、５：１〜５：２）に調整することができる。
【００３７】
また、逆に脱窒・脱硫装置４内で硫化水素による脱窒が必要以上に行われ液肥に含まれる窒素の割合が一定値より多い場合には弁１１１に指示を出し脱窒・脱硫装置４内へ供給されるバイオガス（硫化水素）の量を増やす。
【００３８】
なお、液肥の窒素量が適切な窒素とりんの割合である旨の情報を取得した場合には、バイオガス（硫化水素）の供給量を維持する旨の指示を送る。
【００３９】
弁１１１は、管１００を通過する硫化水素量を調節する弁であり、制御装置１０からの指示により、バイオガスの通過量を増減させる。
【００４０】
計測器１２１は、脱窒・脱硫装置４から排出される液肥中の窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を検出する。また、りんの量やりんの濃度を検出する。本実施形態では計測器１２１は一台かのごとく記載しているが、窒素量、りんの量等の各量を検出する複数の検出器を供えさせてもよい。検出した値を電気信号に変換するなどして制御部１０へ通知する。
【００４１】
第２の実施形態の動作について図４を参照しながら説明する。
【００４２】
水処理装置全体としては、第１の実施形態と同様に、メタン発酵槽１は、下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物を嫌気性微生物により処理を行う。次に、好気処理槽２によりメタン発酵槽１の処理水の一部を取り出して好気性処理が行われる。脱窒・脱硫装置４は、好気処理槽２から固液分離装置３を介して供給される窒素成分と、メタン発酵槽１から供給されるバイオガス中の硫化水素を接触させ、脱窒・脱硫処理を行う。
【００４３】
上記水処理と並行して、制御装置１０は、この脱窒・脱硫処理を行う脱窒・脱硫装置４によって処理された液肥の窒素量または窒素濃度、りんの量またはりん濃度の検出を計測器１２１により行う（ステップＳ２０１）。制御装置１０は、検出される窒素成分およびりん成分に関する値から液肥中の窒素の割合を算出する。
【００４４】
（Ａ）液肥中の窒素成分の割合が、りんの２．５倍未満の場合は、脱窒、脱硫装置に供給するバイオガス（硫化水素）の供給量を増やす指示を弁１１１へ送る。この際、既にバイオガス（硫化水素）の供給量が最大である場合は、なんら指示を送らないとしてもよい（ステップＳ２０２）。
【００４５】
（Ｂ）液肥中の窒素成分の割合が、りんの２．５倍以上、５．０倍未満の場合は、弁１１１への指示はなんら行わない。またはバイオガス（硫化水素）の供給量を維持する旨の指示を送る（ステップＳ２０３）。
【００４６】
（Ｃ）液肥中の窒素成分の割合が、りんの５．０倍以上の場合は、バイオガス（硫化水素）の供給量を減らす指示を弁１１１へ送る（ステップＳ２０４）。
【００４７】
なお、本実施形態では、窒素成分の割合がりんの（Ａ）５．０倍以上、（Ｂ）２．５倍以上５，０倍未満、（Ｃ）２．５倍未満と分類したがこの倍率に限定されるわけではなく、他の倍率であってもよい。
【００４８】
このように、脱窒・脱硫装置４へ供給するバイオガス（硫化水素）の量を調節することにより、より窒素とリンの含有される割合が適切な割合の液肥を供給させることができる。
【００４９】
また、メタン発酵槽で生成された硫化水素と、好気処理槽で生成された硝酸性窒素（又は亜硝酸性窒素）とを反応させ、脱窒・脱硫処理することにより、脱硫装置５で脱硫すべき硫化水素の量が減少し、ランニングコストを低減することができる。
【００５０】
また、液肥として利用する脱窒・脱硫装置４の処理液については、窒素とりんの比率調整のためりんを添加して比率を調整していたところ、脱窒により窒素とりんの比率を調整することが可能となり、添加するりんの量が少なくて済む。
【００５１】
また、上記液肥中に溶け込んだ硫化水素も硫酸に酸化されるため、植物の生育に悪影響が少なくなる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００５３】
第２の実施形態との違いは、管１０１、管２０２に計測器１２２、計測器１２３が設置される点、管２０２に弁１１２が設置される点、制御装置１０が計測器１２１、１２２、１２３から得られる情報に基づいて、弁１１１、１１２に指示を与える点である。また、管２０２から管２０３に直接液体を通すバイパス管２０４、また、液体を排出する排出管２０５を備える点が異なる。
【００５４】
本実施形態の制御装置１０は、論理演算機能を有した例えばパーソナルコンピュータをいい、計測器１２１で検出された窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を取得する。また、計測器１２２から管１０１に流入するバイオガス（硫化水素）の量を検出し、弁１１１により脱窒・脱硫装置４へのバイオガス（硫化水素）の供給量を調節する。また、計測器１２３から管２０２へ流入する処理液の量（窒素成分量）も検出を検出し、上記バイオガス（硫化水素）の脱窒・脱硫装置４への供給量をもとに弁１１２により、好気処理槽２からの処理液の脱窒・脱硫装置４およびバイパス管２０４への流入量への調節を行う。
【００５５】
具体的には、脱窒・脱硫装置４内へのバイオガス（硫化水素）の供給量に対して好気処理槽２で生成される処理液（窒素成分量）が多い場合、弁１１２により脱窒・脱硫装置４への流入量を減らす。この場合、より確実に完全脱窒を実現するため、完全脱窒となる理論量より少なめの処理液を供給させることが好適である。
【００５６】
これにより、不完全な脱窒反応により排出する液肥中に含まれることとなる亜硝酸態（ＮＯ２−）の窒素成分を減少させることができる。
【００５７】
その他、上記完全脱窒に必要な理論値以下の処理水の供給量であれば、脱窒・脱硫装置４から生成される液肥における窒素成分とりんの値が一定の比率（例えば５：１〜５：２）となるように弁１１１、１１２を調節してもよい。
【００５８】
なお、計測器１２１から検出された窒素成分量がりんに対して少ない場合に好気処理水槽２、もしくは、管２０２〜２０４の中途部分にPAC(ポリ塩化アルミニウム)や鉄系の凝集剤によりリンを凝集沈殿させるための注入設備を配し、その凝集剤の注入量を注入する制御により窒素・リンの成分比調整する調節手段を備えさせてもよい。
【００５９】
弁１１２は、脱窒・脱硫装置４へ供給する好気処理槽２の処理液の量を調節する。また弁１１２により脱窒・脱硫装置４へ供給されない上記処理液については、バイパス管である管２０４を介して脱窒・脱硫装置４の処理液と混合され液肥として利用されることとなり、間接的にバイパス管２０４へ流入する処理液の量を調節する。また、液肥として適切な窒素成分とりん成分の比を５：１〜５：２にするために、窒素成分が過多である場合には、管２０５から処理液を排出する。排出された液体は、再度好気処理槽２へ戻されてもよいしそのまま廃棄されてもよい。
【００６０】
計測器１２２は、メタン発酵槽１から排出されるメタンガスおよび硫化水素の成分量をを検出する。検出した値を電気信号等に変換するなどして制御装置１０へ通知する。なお、硫化水素成分の検出のみとしてもよい。
【００６１】
計測器１２３は、好気処理槽２から排出される液肥中の窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を検出する。また、りんの量やりんの濃度を検出する。検出した値を電気信号に変換するなどして制御部１０へ通知する。
【００６２】
次に第３の実施形態の動作について図６を参照しながら説明する。
【００６３】
制御装置１０は、計測器１２１から窒素成分の割合を検出する（ステップＳ３０１）。
【００６４】
次に、制御装置１０はこの窒素成分の割合と、計測器１２２で検出したメタン発酵槽１によるバイオガス（硫化水素）生成量および計測器１２３で検出した好気処理槽２からの処理液（窒素成分）の生成量から脱窒・脱硫装置４で完全脱窒が行え、かつ液肥中の窒素成分とリンの割合が肥料として最適となるバイオガス（硫化水素）および処理液（窒素成分）の供給量を算出する（ステップＳ３０２）。
【００６５】
算出した値に基づき、弁１１１、１１２による脱窒・脱硫装置４へのバイオガス（硫化水素）および処理液（窒素成分）の供給量を調節する（ステップＳ３０３）。
【００６６】
これにより、液肥中に含まれる不完全な反応による亜硝酸態の窒素成分を減少させることができる。
【００６７】
また、メタン発酵槽で生成された硫化水素と、好気処理槽で生成された硝酸性窒素（又は亜硝酸性窒素）とを反応させ、脱窒・脱硫処理することにより、脱硫装置５で脱硫すべき硫化水素の量が減少し、ランニングコストを低減することができる。
【００６８】
また、液肥として利用する脱窒・脱硫装置４の処理液については、窒素とりんの比率調整のためりんを添加して比率を調整していたところ、脱窒により窒素とりんの比率を調整することが可能となり、添加するりんの量が少なくて済む。
【００６９】
また、上記液肥中に溶け込んだ硫化水素も硫酸に酸化されるため、植物の生育に悪影響が少なくなる。
【００７０】
（第４の実施形態）
図７は第４実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００７１】
本実施形態に係る水処理装置は、図７に示すようにメタン発酵槽１と、好気処理槽２と、固液分離機構３と、脱硫装置５とを含む構成である。
【００７２】
メタン発酵槽１は、下水汚泥や生ごみなどを含む有機性排水が供給され、この有機性排水中の有機物を嫌気性微生物（例えば、加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌）により処理する槽である。下水汚泥や生ごみなどの有機物はメタン発酵槽内に存在するメタン菌群にて分解され、メタンガスを主成分とし、硫化水素を含むバイオガスを生成し、管１０３より排出する。排出された硫化水素を含むバイオガスは散気板２２を介して好気処理槽２の前段へ供給され、処理液は管２０１を解して供給される。
【００７３】
好気処理槽２は、隔壁２１によりメタン発酵槽１からバイオガスを供給される前段と、個体固液分離機構３および散気板２１が設置される後段に分けられる。この前段と後段は気体のやり取りはできないが、液体については前段から後段へ流入させることができる構造である。
【００７４】
好気処理槽２の前段では、（１）式および（２）式に示す反応がなされる。
【００７５】
５ＨＳ−＋８ＮＯ３−＋３Ｈ＋→５ＳＯ４２−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ （１）式
５ＣＨＣＯＯ−＋８ＮＯ３−＋８Ｈ＋→５ＣＯ２＋５ＨＣＯ３−＋４Ｎ２＋９Ｈ２Ｏ （２）式
（１）式は、硫黄脱窒菌（代表的なものとして、Thiobacillus denitrificans等の微生物）の働きにより、硫黄脱窒反応が行われ硫酸（硫酸イオン）と窒素ガスの生成を表す式である。
【００７６】
（２）式は、脱窒菌（代表的なものとして、Preudomonas denitrificans等の微生物）の働きにより、窒素ガス等を生成を表す式である。
【００７７】
まず（２）に示す反応によりメタン発酵槽から流入する有機物成分を利用して、脱窒を行う従属栄養細菌である脱窒菌による脱窒反応が起こる。しかしながらメタン発酵処理液の有機物成分は、脱窒が必要とされる窒素成分に対する比率が低いため、供給された硝酸をすべて脱窒処理することはできない。この無酸素となった好気処理槽２前段に管１０３を介して硫化水素を含んだバイオガスを導入することにより、（１）式による硫黄脱窒反応がおこり、更なる脱窒が行われる。
【００７８】
このように、管１０３から供給されてきたバイオガスに含まれる硫化水素と、ポンプ４１を介して供給される窒素成分を含む処理水との脱窒・脱硫反応により、管１０３から供給されたバイオガスよりも硫化水素の量が少ない状態のバイオガスを脱硫装置５へ供給する。
【００７９】
好気処理槽２の後段では、上記好気処理槽２の前段から供給された処理水に対して好気性処理を行う。好気処理槽２では、有機物（ＢＯＤ）酸化細菌や硝化菌の作用により、上記処理水の有機物は分解除去され、アンモニアは亜硝酸（ＮＯ２−）態又は硝酸（ＮＯ３−）態に酸化される。この硝酸態の窒素成分はポンプ４１を介して好気処理槽２の前段へ供給される。
【００８０】
固液分離機構３は、好気処理槽２の中に設置され、好気処理槽２による処理液の液体部分の抽出に利用する板または膜である。抽出されたＮＯ３−を含む液体は、液肥として外部へ排出される。なお、本実施形態では、好気処理槽２中に設置される板または膜として記載しているが、別途、好気処理槽２の外部に固液分離槽を設けて固液分離機構としてもよい。
【００８１】
脱硫装置５は、脱硫を行う槽である。空気、水、硫化水素ガス、メタンガスから硫黄酸化細菌等により硫化水素ガスの脱硫を行う。脱硫を行った後、メタンガスＣＨ４を排出する。
【００８２】
このように、本実施の形態によれば、メタン発酵された被処理水中の窒素成分を好気性処理にて硝酸とし、好気処理槽２前段に設置された無酸素状態の槽において被処理水中の有機（ＢＯＤ）成分で脱窒反応を行うとともに、残存した硝酸をバイオガス中の硫化水素と硫黄脱窒反応させ除去することによりさらに窒素成分を除去することが可能であるため、消化液を液肥として有効利用することができる。
【００８３】
また好気性処理液内の窒素・りん濃度を測定し、バイオガスの流入量を調整するか、もしくは、循環ポンプの循環流量を調整した場合は、脱窒量をコントロールし、液肥として適正な範囲となるよう調整することができる。また、好気処理槽２後段に設置される固液分離装置３に膜分離を用いた場合は、被処理液に含まれる有害微生物なども分離することが可能なため、後段に殺菌処理を設けない液肥製造装置を提供することが可能となる。
【００８４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１ … メタン発酵槽
２ … 好気処理槽
３ … 固液分離機構
４ … 脱窒機構
５ … 好気処理槽隔壁
６ … 循環ポンプ
７ … バイオガス導入配管
１１ … ブロア
２１、２２ … 散気板
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水をメタン発酵することにより、液肥として利用できる脱離（処理）水および燃料等に利用できるメタンを含んだバイオガスが生成される。
【０００３】
このメタン発酵による脱離（処理）水を液肥として利用する際には、有機物や硫化水素などの還元性物質を除去する必要がある。これらの物質を除去する方法として、微生物を用いた好気性処理にて有機（BOD）成分を除去する方式を提案している（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この方式において生成される液肥は、りんに比べ窒素成分が多く含まれており、液肥として利用する場合に好適である窒素とりんの比率を５：１〜５：２程度にするため、リン等の栄養塩を添加して調整を行っていた。
【０００５】
一方、メタン発酵にて生成されるメタンガスを主成分としたバイオガス中には有機物中に含まれる硫黄成分が硫酸還元菌により生成された硫化水素ガスが含まれており、バイオガスを有効利用するためには、その硫化水素の除去を行う必要性がある。このバイオガス中に含まれる硫化水素ガスを除去する方法としては、酸化鉄などの吸着剤を用いて吸着除去する乾式脱硫方法や、アルカリなどを用いた水溶液に吸収除去する湿式脱硫方法が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１１３６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらのシステムでは、上記で述べたように液肥を製造するためにりんを新たに添加しなければならない。
【０００８】
また、バイオガスを利用するために硫化水素ガスを除去するためには吸着剤などの薬品が必要であること等からランニングコストの上昇を招いていた。
【０００９】
上記の事情に鑑み、より効率的かつ低コストでバイオガス、液肥を生成することができる水処理装置および水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本水処理装置は、
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、
前記第一の処理水を好気性処理した窒素成分を含む第二の処理水を生成する好気処理槽と、
前記第二の処理水を固体成分と窒素成分を含む第三の処理水とに分離する固液分離機構と、
前記第三の処理水と前記第一のバイオガスを接触させて脱窒・脱硫処理を行い、第四の処理水と第二のバイオガスを生成する脱窒・脱硫装置と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図２】第１の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図３】第２の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図４】第２の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図５】第３の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図６】第３の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図７】第４の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図。
【図８】第４の実施形態に係る水処理装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図中、点線はガスの流れ、実線は液分の流れを示している。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００１５】
本実施形態に係る水処理装置は、図１に示すようにメタン発酵槽１と、好気処理槽２と、固液分離機構３と、脱窒・脱硫装置４と、脱硫装置５を含む構成である。メタン発酵槽１と脱窒・脱硫装置４は気体を通す管１０１、脱窒・脱硫装置４と脱硫装置５は気体を通す管１０２により接続されている。またメタン発酵槽１と好気処理槽２は液体を通す管２０１、好気処理槽２と脱窒・脱硫装置４とは液体を通す管２０２で接続されている。脱窒・脱硫装置４により生成された液肥は管２０３より排出される。
【００１６】
メタン発酵槽１は、下水汚泥や生ごみなどを含む有機性排水が供給され、この有機性排水中の有機物を嫌気性微生物（例えば、加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌）により処理する槽である。下水汚泥や生ごみなどの有機物はメタン発酵槽内に存在するメタン菌群にて分解され、メタンガスを主成分とし硫化水素を含むバイオガスを生成し、管１０１より排出する。メタン菌群にて分解処理された処理液には、有機性廃棄物に含まれるたんぱく質に由来する窒素、アンモニアやりん、未分解の有機物が含まれる。たんぱく質に由来する窒素の大部分は、嫌気処理の過程で、アミノ酸を経てアンモニアまで分解される。有機性排水の例としては、食品工場からの排水、養豚場からの糞尿排水、都市下水などがあげられる。本処理過程で生成した汚泥の一部は余剰汚泥はとして、外部へ排出される。
【００１７】
好気処理槽２は、上記メタン発酵槽１から管２０１を介して供給された処理水の一部を好気性処理する槽である。好気処理槽２では、ブロア１１により散気板２１を介して空気が供給され、有機物（ＢＯＤ）酸化細菌や硝化菌の作用により上記処理水の有機物は分解除去され、アンモニアは亜硝酸（ＮＯ２−）態又は硝酸（ＮＯ３−）態に酸化される。本処理過程で生成した汚泥の一部は余剰汚泥はとして、外部へ排出される。
【００１８】
固液分離機構３は、好気処理槽２の中に設置され、好気処理槽２による処理液の液体部分の抽出に利用する膜である。抽出されたＮＯ３−を含む液体は、管２０２を介して脱窒・脱硫装置４へ供給される。なお、本実施形態では、好気処理槽２中に設置される膜として記載しているが、別途、好気処理槽２の外部に重力沈降や加圧浮上法等による固液分離槽を設けて固液分離を行う固液分離機構としてもよい。
【００１９】
脱窒・脱硫装置４は、好気処理槽２により窒素成分を好気処理した硝酸性窒素と、メタン発酵槽１により生成されたバイオガス中の硫化水素を接触させ、脱窒・脱硫を行う槽である。好気処理槽２にて生成した硝酸（ＮＯ３−）を含む水と、メタン発酵槽１により生成されメタン発酵槽１から供給されるバイオガス中の硫化水素（液中では硫化物イオン（ＨＳ−）の形態となる。）は、硫黄脱窒菌（代表的なものとして、Thiobacillus denitrificans等の微生物）の働きにより、（１）式に示す硫黄脱窒反応により硫酸（硫酸イオン）と窒素ガスを生成する。
【００２０】
５ＨＳ−＋８ＮＯ３−＋３Ｈ＋ → ５ＳＯ４２−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ （１）式
バイオガス中のメタン（ＣＨ４）と脱窒・脱硫装置４で脱硫しきれなかった硫化水素（Ｈ２Ｓ）は管１０２を介して脱硫装置５へ供給される。脱窒・脱硫装置４により処理された処理水は液肥として利用することができ、例えば農地に散布される。
【００２１】
脱硫装置５は、脱硫を行う槽である。空気、水、硫化水素ガス、メタンガスから硫黄酸化細菌等により硫化水素ガスの脱硫を行う。脱硫を行った後、メタンガスＣＨ４を排出する。
【００２２】
次に、本実施形態の動作について図２を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、メタン発酵槽１に、下水汚泥や生ごみなどを含む有機性排水が供給され、この有機性排水中の有機物をメタン菌等により処理がなされる。メタン菌群によって下水汚泥や生ごみなどの有機物が分解され、メタンガスを主成分とし硫化水素を含むバイオガスが生成される。このバイオガスは、管１０１を介して脱窒・脱硫装置４へ供給される。
【００２４】
メタン菌群にて分解処理された処理液には、有機性廃棄物に含まれるたんぱく質に由来するアンモニアやりん、未分解の有機物が含まれ、この処理水は管２０１を介して好気処理槽２へ供給される（ステップＳ１０１）。
【００２５】
次に、メタン発酵槽１からの処理水を供給された好気処理槽２は、有機物（ＢＯＤ）酸化細菌や硝化菌の作用により、有機物を分解除去し、アンモニアを亜硝酸（ＮＯ２−）態又は硝酸（ＮＯ３−）態の窒素成分に酸化させる。この好気処理槽２で処理された処理液から固液分離機構３は、液体部分の抽出を行い、抽出されたＮＯ３−を含む液体は、管２０２を介して脱窒・脱硫装置４へ供給される。（ステップＳ１０２）。
【００２６】
次に、脱窒・脱硫装置４は、メタン発酵槽１によりメタン発酵され、好気処理槽２により好気処理された窒素成分を含む処理液と、メタン発酵槽１により生成されたバイオガス中の硫化水素を接触させ、脱窒を行う。この硝酸（ＮＯ３−）を含む処理水と、バイオガス中の硫化水素（液中では硫化物イオン（ＨＳ−）の形態となる。）は、硫黄脱窒菌（代表的なものとして、Thiobacillus denitrificans等の微生物）の働きにより、（１）式に示すような硫黄脱窒反応により硫酸と窒素ガスを生成する。
【００２７】
メタン（ＣＨ４）と脱窒・脱硫装置４で脱硫しきれなかった硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含むバイオガスは脱硫装置５へ供給される。また脱窒・脱硫装置４により処理された処理水は液肥として利用することができ、例えば農地に散布される（ステップＳ１０３）。
【００２８】
硫化水素を供給された脱硫装置５は、メタン発酵槽１により生成され、脱窒・脱硫装置４を介して供給された硫化水素を除去し、供給されたバイオガスよりもメタンガスの純度が高いガスを外部へ排出する。
【００２９】
なお、本実施形態ではメタン発酵槽１より発生した硫化水素を利用したが、好気処理槽２から発生する硫化水素をさらに利用してもよい。
【００３０】
このように、メタン発酵槽で生成された硫化水素と、好気処理槽で生成された硝酸性窒素（又は亜硝酸性窒素）とを反応させ、脱窒・脱硫処理することにより、脱硫装置５で脱硫すべき硫化水素の量が減少し、ランニングコストを低減することができる。
【００３１】
また、液肥として利用する脱窒・脱硫装置４の処理液については、窒素とりんの比率調整のためりんを添加して比率を調整していたところ、脱窒により窒素とりんの比率を調整することが可能となり、添加するりんの量が少なくて済む。
【００３２】
また、上記液肥中に溶け込んだ硫化水素も硫酸に酸化されるため、植物の生育に悪影響が少なくなる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００３４】
第１の実施形態との違いは、メタン発酵槽１と脱窒・脱硫装置４を接続する管１０１に弁１１１が設置される点。弁１１１を制御する制御装置１０を新たに構成要素として含む点。脱窒・脱硫装置４から排出される液肥中の窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を検出する計測器１２１を備える点である。また、管１０１がメタン発酵槽１で生成されたバイオガスの一部を脱硫装置５へ直接供給できる点が異なる。
【００３５】
制御装置１０は、論理演算機能を有した例えばパーソナルコンピュータをいい、計測器１２１で検出された窒素成分量やりんの成分量に関する情報を取得する。また、メタン発酵槽１によるメタンおよび硫化水素の生成量および管１０１に流入するバイオガスの量に関する情報を取得する。計測器１２１で取得した情報をもとに液肥中のりんに対する窒素の割合を算出し、算出された窒素成分とりん成分の比率をもとにメタン発酵槽１から脱窒・脱硫装置４へ供給されるバイオガス（硫化水素）の量を弁１１１により調整を指示する。
【００３６】
具体的には、脱窒・脱硫装置４内で硫化水素による脱窒が必要以上に行われ液肥に含まれる窒素の割合がりんに対して、一定値以下であった場合には弁１１１に指示を出し脱窒・脱硫装置４内へ供給されるバイオガス（硫化水素）の量を減らす。これにより、脱窒・脱硫装置４内で反応する窒素量を意図的に減らすことができ、排出される液肥を、液肥として適切な窒素とりんの割合（例えば、５：１〜５：２）に調整することができる。
【００３７】
また、逆に脱窒・脱硫装置４内で硫化水素による脱窒が必要以上に行われ液肥に含まれる窒素の割合が一定値より多い場合には弁１１１に指示を出し脱窒・脱硫装置４内へ供給されるバイオガス（硫化水素）の量を増やす。
【００３８】
なお、液肥の窒素量が適切な窒素とりんの割合である旨の情報を取得した場合には、バイオガス（硫化水素）の供給量を維持する旨の指示を送る。
【００３９】
弁１１１は、管１００を通過する硫化水素量を調節する弁であり、制御装置１０からの指示により、バイオガスの通過量を増減させる。
【００４０】
計測器１２１は、脱窒・脱硫装置４から排出される液肥中の窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を検出する。また、りんの量やりんの濃度を検出する。本実施形態では計測器１２１は一台かのごとく記載しているが、窒素量、りんの量等の各量を検出する複数の検出器を供えさせてもよい。検出した値を電気信号に変換するなどして制御部１０へ通知する。
【００４１】
第２の実施形態の動作について図４を参照しながら説明する。
【００４２】
水処理装置全体としては、第１の実施形態と同様に、メタン発酵槽１は、下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物を嫌気性微生物により処理を行う。次に、好気処理槽２によりメタン発酵槽１の処理水の一部を取り出して好気性処理が行われる。脱窒・脱硫装置４は、好気処理槽２から固液分離装置３を介して供給される窒素成分と、メタン発酵槽１から供給されるバイオガス中の硫化水素を接触させ、脱窒・脱硫処理を行う。
【００４３】
上記水処理と並行して、制御装置１０は、この脱窒・脱硫処理を行う脱窒・脱硫装置４によって処理された液肥の窒素量または窒素濃度、りんの量またはりん濃度の検出を計測器１２１により行う（ステップＳ２０１）。制御装置１０は、検出される窒素成分およびりん成分に関する値から液肥中の窒素の割合を算出する。
【００４４】
（Ａ）液肥中の窒素成分の割合が、りんの２．５倍未満の場合は、脱窒、脱硫装置に供給するバイオガス（硫化水素）の供給量を増やす指示を弁１１１へ送る。この際、既にバイオガス（硫化水素）の供給量が最大である場合は、なんら指示を送らないとしてもよい（ステップＳ２０２）。
【００４５】
（Ｂ）液肥中の窒素成分の割合が、りんの２．５倍以上、５．０倍未満の場合は、弁１１１への指示はなんら行わない。またはバイオガス（硫化水素）の供給量を維持する旨の指示を送る（ステップＳ２０３）。
【００４６】
（Ｃ）液肥中の窒素成分の割合が、りんの５．０倍以上の場合は、バイオガス（硫化水素）の供給量を減らす指示を弁１１１へ送る（ステップＳ２０４）。
【００４７】
なお、本実施形態では、窒素成分の割合がりんの（Ａ）５．０倍以上、（Ｂ）２．５倍以上５，０倍未満、（Ｃ）２．５倍未満と分類したがこの倍率に限定されるわけではなく、他の倍率であってもよい。
【００４８】
このように、脱窒・脱硫装置４へ供給するバイオガス（硫化水素）の量を調節することにより、より窒素とリンの含有される割合が適切な割合の液肥を供給させることができる。
【００４９】
また、メタン発酵槽で生成された硫化水素と、好気処理槽で生成された硝酸性窒素（又は亜硝酸性窒素）とを反応させ、脱窒・脱硫処理することにより、脱硫装置５で脱硫すべき硫化水素の量が減少し、ランニングコストを低減することができる。
【００５０】
また、液肥として利用する脱窒・脱硫装置４の処理液については、窒素とりんの比率調整のためりんを添加して比率を調整していたところ、脱窒により窒素とりんの比率を調整することが可能となり、添加するりんの量が少なくて済む。
【００５１】
また、上記液肥中に溶け込んだ硫化水素も硫酸に酸化されるため、植物の生育に悪影響が少なくなる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００５３】
第２の実施形態との違いは、管１０１、管２０２に計測器１２２、計測器１２３が設置される点、管２０２に弁１１２が設置される点、制御装置１０が計測器１２１、１２２、１２３から得られる情報に基づいて、弁１１１、１１２に指示を与える点である。また、管２０２から管２０３に直接液体を通すバイパス管２０４、また、液体を排出する排出管２０５を備える点が異なる。
【００５４】
本実施形態の制御装置１０は、論理演算機能を有した例えばパーソナルコンピュータをいい、計測器１２１で検出された窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を取得する。また、計測器１２２から管１０１に流入するバイオガス（硫化水素）の量を検出し、弁１１１により脱窒・脱硫装置４へのバイオガス（硫化水素）の供給量を調節する。また、計測器１２３から管２０２へ流入する処理液の量（窒素成分量）も検出を検出し、上記バイオガス（硫化水素）の脱窒・脱硫装置４への供給量をもとに弁１１２により、好気処理槽２からの処理液の脱窒・脱硫装置４およびバイパス管２０４への流入量への調節を行う。
【００５５】
具体的には、脱窒・脱硫装置４内へのバイオガス（硫化水素）の供給量に対して好気処理槽２で生成される処理液（窒素成分量）が多い場合、弁１１２により脱窒・脱硫装置４への流入量を減らす。この場合、より確実に完全脱窒を実現するため、完全脱窒となる理論量より少なめの処理液を供給させることが好適である。
【００５６】
これにより、不完全な脱窒反応により排出する液肥中に含まれることとなる亜硝酸態（ＮＯ２−）の窒素成分を減少させることができる。
【００５７】
その他、上記完全脱窒に必要な理論値以下の処理水の供給量であれば、脱窒・脱硫装置４から生成される液肥における窒素成分とりんの値が一定の比率（例えば５：１〜５：２）となるように弁１１１、１１２を調節してもよい。
【００５８】
なお、計測器１２１から検出された窒素成分量がりんに対して少ない場合に好気処理水槽２、もしくは、管２０２〜２０４の中途部分にPAC(ポリ塩化アルミニウム)や鉄系の凝集剤によりリンを凝集沈殿させるための注入設備を配し、その凝集剤の注入量を注入する制御により窒素・リンの成分比調整する調節手段を備えさせてもよい。
【００５９】
弁１１２は、脱窒・脱硫装置４へ供給する好気処理槽２の処理液の量を調節する。また弁１１２により脱窒・脱硫装置４へ供給されない上記処理液については、バイパス管である管２０４を介して脱窒・脱硫装置４の処理液と混合され液肥として利用されることとなり、間接的にバイパス管２０４へ流入する処理液の量を調節する。また、液肥として適切な窒素成分とりん成分の比を５：１〜５：２にするために、窒素成分が過多である場合には、管２０５から処理液を排出する。排出された液体は、再度好気処理槽２へ戻されてもよいしそのまま廃棄されてもよい。
【００６０】
計測器１２２は、メタン発酵槽１から排出されるメタンガスおよび硫化水素の成分量をを検出する。検出した値を電気信号等に変換するなどして制御装置１０へ通知する。なお、硫化水素成分の検出のみとしてもよい。
【００６１】
計測器１２３は、好気処理槽２から排出される液肥中の窒素成分量およびりんの成分量に関する情報を検出する。また、りんの量やりんの濃度を検出する。検出した値を電気信号に変換するなどして制御部１０へ通知する。
【００６２】
次に第３の実施形態の動作について図６を参照しながら説明する。
【００６３】
制御装置１０は、計測器１２１から窒素成分の割合を検出する（ステップＳ３０１）。
【００６４】
次に、制御装置１０はこの窒素成分の割合と、計測器１２２で検出したメタン発酵槽１によるバイオガス（硫化水素）生成量および計測器１２３で検出した好気処理槽２からの処理液（窒素成分）の生成量から脱窒・脱硫装置４で完全脱窒が行え、かつ液肥中の窒素成分とリンの割合が肥料として最適となるバイオガス（硫化水素）および処理液（窒素成分）の供給量を算出する（ステップＳ３０２）。
【００６５】
算出した値に基づき、弁１１１、１１２による脱窒・脱硫装置４へのバイオガス（硫化水素）および処理液（窒素成分）の供給量を調節する（ステップＳ３０３）。
【００６６】
これにより、液肥中に含まれる不完全な反応による亜硝酸態の窒素成分を減少させることができる。
【００６７】
また、メタン発酵槽で生成された硫化水素と、好気処理槽で生成された硝酸性窒素（又は亜硝酸性窒素）とを反応させ、脱窒・脱硫処理することにより、脱硫装置５で脱硫すべき硫化水素の量が減少し、ランニングコストを低減することができる。
【００６８】
また、液肥として利用する脱窒・脱硫装置４の処理液については、窒素とりんの比率調整のためりんを添加して比率を調整していたところ、脱窒により窒素とりんの比率を調整することが可能となり、添加するりんの量が少なくて済む。
【００６９】
また、上記液肥中に溶け込んだ硫化水素も硫酸に酸化されるため、植物の生育に悪影響が少なくなる。
【００７０】
（第４の実施形態）
図７は第４実施形態に係る水処理装置の形態を示す構成図である。
【００７１】
本実施形態に係る水処理装置は、図７に示すようにメタン発酵槽１と、好気処理槽２と、固液分離機構３と、脱硫装置５とを含む構成である。
【００７２】
メタン発酵槽１は、下水汚泥や生ごみなどを含む有機性排水が供給され、この有機性排水中の有機物を嫌気性微生物（例えば、加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌）により処理する槽である。下水汚泥や生ごみなどの有機物はメタン発酵槽内に存在するメタン菌群にて分解され、メタンガスを主成分とし、硫化水素を含むバイオガスを生成し、管１０３より排出する。排出された硫化水素を含むバイオガスは散気板２２を介して好気処理槽２の前段へ供給され、処理液は管２０１を解して供給される。
【００７３】
好気処理槽２は、隔壁２１によりメタン発酵槽１からバイオガスを供給される前段と、個体固液分離機構３および散気板２１が設置される後段に分けられる。この前段と後段は気体のやり取りはできないが、液体については前段から後段へ流入させることができる構造である。
【００７４】
好気処理槽２の前段では、（１）式および（２）式に示す反応がなされる。
【００７５】
５ＨＳ−＋８ＮＯ３−＋３Ｈ＋→５ＳＯ４２−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ （１）式
５ＣＨＣＯＯ−＋８ＮＯ３−＋８Ｈ＋→５ＣＯ２＋５ＨＣＯ３−＋４Ｎ２＋９Ｈ２Ｏ （２）式
（１）式は、硫黄脱窒菌（代表的なものとして、Thiobacillus denitrificans等の微生物）の働きにより、硫黄脱窒反応が行われ硫酸（硫酸イオン）と窒素ガスの生成を表す式である。
【００７６】
（２）式は、脱窒菌（代表的なものとして、Preudomonas denitrificans等の微生物）の働きにより、窒素ガス等を生成を表す式である。
【００７７】
まず（２）に示す反応によりメタン発酵槽から流入する有機物成分を利用して、脱窒を行う従属栄養細菌である脱窒菌による脱窒反応が起こる。しかしながらメタン発酵処理液の有機物成分は、脱窒が必要とされる窒素成分に対する比率が低いため、供給された硝酸をすべて脱窒処理することはできない。この無酸素となった好気処理槽２前段に管１０３を介して硫化水素を含んだバイオガスを導入することにより、（１）式による硫黄脱窒反応がおこり、更なる脱窒が行われる。
【００７８】
このように、管１０３から供給されてきたバイオガスに含まれる硫化水素と、ポンプ４１を介して供給される窒素成分を含む処理水との脱窒・脱硫反応により、管１０３から供給されたバイオガスよりも硫化水素の量が少ない状態のバイオガスを脱硫装置５へ供給する。
【００７９】
好気処理槽２の後段では、上記好気処理槽２の前段から供給された処理水に対して好気性処理を行う。好気処理槽２では、有機物（ＢＯＤ）酸化細菌や硝化菌の作用により、上記処理水の有機物は分解除去され、アンモニアは亜硝酸（ＮＯ２−）態又は硝酸（ＮＯ３−）態に酸化される。この硝酸態の窒素成分はポンプ４１を介して好気処理槽２の前段へ供給される。
【００８０】
固液分離機構３は、好気処理槽２の中に設置され、好気処理槽２による処理液の液体部分の抽出に利用する板または膜である。抽出されたＮＯ３−を含む液体は、液肥として外部へ排出される。なお、本実施形態では、好気処理槽２中に設置される板または膜として記載しているが、別途、好気処理槽２の外部に固液分離槽を設けて固液分離機構としてもよい。
【００８１】
脱硫装置５は、脱硫を行う槽である。空気、水、硫化水素ガス、メタンガスから硫黄酸化細菌等により硫化水素ガスの脱硫を行う。脱硫を行った後、メタンガスＣＨ４を排出する。
【００８２】
このように、本実施の形態によれば、メタン発酵された被処理水中の窒素成分を好気性処理にて硝酸とし、好気処理槽２前段に設置された無酸素状態の槽において被処理水中の有機（ＢＯＤ）成分で脱窒反応を行うとともに、残存した硝酸をバイオガス中の硫化水素と硫黄脱窒反応させ除去することによりさらに窒素成分を除去することが可能であるため、消化液を液肥として有効利用することができる。
【００８３】
また好気性処理液内の窒素・りん濃度を測定し、バイオガスの流入量を調整するか、もしくは、循環ポンプの循環流量を調整した場合は、脱窒量をコントロールし、液肥として適正な範囲となるよう調整することができる。また、好気処理槽２後段に設置される固液分離装置３に膜分離を用いた場合は、被処理液に含まれる有害微生物なども分離することが可能なため、後段に殺菌処理を設けない液肥製造装置を提供することが可能となる。
【００８４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１ … メタン発酵槽
２ … 好気処理槽
３ … 固液分離機構
４ … 脱窒機構
５ … 好気処理槽隔壁
６ … 循環ポンプ
７ … バイオガス導入配管
１１ … ブロア
２１、２２ … 散気板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、
前記第一の処理水を好気性処理した窒素成分を含む第二の処理水を生成する好気処理槽と、
前記第二の処理水を固体成分と窒素成分を含む第三の処理水とに分離する固液分離機構と、
前記第三の処理水と前記第一のバイオガスを接触させて脱窒・脱硫処理を行い、第四の処理水と第二のバイオガスを生成する脱窒・脱硫装置と、
を備える水処理装置。
【請求項２】
前記第四の処理水に含まれる窒素成分量およびりんの成分量を検出する計測器と、
前記脱窒・脱硫装置への前記第一のバイオガスの供給量を調節する第一の弁と、
前記計測器で検出された前記窒素成分量およびりんの成分量に基づき前記第一の弁へ前記第一のバイオガスの供給量の調節を指示する制御装置と、
を備える請求項１に記載する水処理装置。
【請求項３】
前記第四の処理水を液肥として適した比率に調節する調節手段
を更に備える請求項２に記載する水処理装置。
【請求項４】
前記第四の処理水に含まれる窒素成分量およびりんの成分量を検出する計測器と、
前記脱窒・脱硫装置への前記第一のバイオガスの供給量を調節する第一の弁と、
前記脱窒・脱硫装置への前記第三の処理液の供給量を調節する第二の弁と
前記計測器で検出された前記窒素成分量およびりんの成分量に基づき前記第一の弁および第二の弁へ前記第一のバイオガスの供給量および前記第三の処理液の供給量の調節を指示する制御装置と、
を備える請求項１に記載する水処理装置。
【請求項５】
前記第四の処理水を液肥として適した比率に調節する調節手段
を更に備える請求項４に記載する水処理装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記第四の処理水に含まれる窒素成分量およびりんの成分量とからさらにりん凝集剤の注入量を指示する
請求項３に記載する水処理装置。
【請求項７】
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、
前記第一の処理水を好気性処理した第二の処理水を生成し、前記第二の処理水と前記第一のバイオガス中の硫化水素を接触させ脱窒・脱硫処理を行い第二のバイオガスを生成する好気処理槽と、
前記好気処理槽内で処理された第二の処理水を固体と第三の処理水とに分離する固液分離機構と、
を備える水処理装置。
【請求項８】
前記好気処理槽は
無酸素条件にて前記脱窒・脱硫処理処理を行い前記第二のバイオガスを生成する前段部と、
前記固液分離機構を備え、前記前段部から送られてくる処理水に対して好気性処理を行う後段部と、
を備える請求項５に記載する水処理装置。
【請求項１】
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、
前記第一の処理水を好気性処理した窒素成分を含む第二の処理水を生成する好気処理槽と、
前記第二の処理水を固体成分と窒素成分を含む第三の処理水とに分離する固液分離機構と、
前記第三の処理水と前記第一のバイオガスを接触させて脱窒・脱硫処理を行い、第四の処理水と第二のバイオガスを生成する脱窒・脱硫装置と、
を備える水処理装置。
【請求項２】
前記第四の処理水に含まれる窒素成分量およびりんの成分量を検出する計測器と、
前記脱窒・脱硫装置への前記第一のバイオガスの供給量を調節する第一の弁と、
前記計測器で検出された前記窒素成分量およびりんの成分量に基づき前記第一の弁へ前記第一のバイオガスの供給量の調節を指示する制御装置と、
を備える請求項１に記載する水処理装置。
【請求項３】
前記第四の処理水を液肥として適した比率に調節する調節手段
を更に備える請求項２に記載する水処理装置。
【請求項４】
前記第四の処理水に含まれる窒素成分量およびりんの成分量を検出する計測器と、
前記脱窒・脱硫装置への前記第一のバイオガスの供給量を調節する第一の弁と、
前記脱窒・脱硫装置への前記第三の処理液の供給量を調節する第二の弁と
前記計測器で検出された前記窒素成分量およびりんの成分量に基づき前記第一の弁および第二の弁へ前記第一のバイオガスの供給量および前記第三の処理液の供給量の調節を指示する制御装置と、
を備える請求項１に記載する水処理装置。
【請求項５】
前記第四の処理水を液肥として適した比率に調節する調節手段
を更に備える請求項４に記載する水処理装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記第四の処理水に含まれる窒素成分量およびりんの成分量とからさらにりん凝集剤の注入量を指示する
請求項３に記載する水処理装置。
【請求項７】
下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物から硫化水素を含む第一のバイオガスおよび有機物を含む第一の処理水を生成するメタン発酵槽と、
前記第一の処理水を好気性処理した第二の処理水を生成し、前記第二の処理水と前記第一のバイオガス中の硫化水素を接触させ脱窒・脱硫処理を行い第二のバイオガスを生成する好気処理槽と、
前記好気処理槽内で処理された第二の処理水を固体と第三の処理水とに分離する固液分離機構と、
を備える水処理装置。
【請求項８】
前記好気処理槽は
無酸素条件にて前記脱窒・脱硫処理処理を行い前記第二のバイオガスを生成する前段部と、
前記固液分離機構を備え、前記前段部から送られてくる処理水に対して好気性処理を行う後段部と、
を備える請求項５に記載する水処理装置。
【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２０１２−６６１８６（Ｐ２０１２−６６１８６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２５７２（Ｐ２０１０−２１２５７２）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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