JP4596897B2 - Anaerobic digestion of organic waste - Google Patents
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Description
本発明は有機性廃棄物の嫌気性消化方法に関し、特に、有機性廃棄物を嫌気性消化してメタンガスを回収するときの嫌気性消化の効率化を図るために、嫌気性消化槽で処理される有機性廃棄物をあらかじめ破砕処理などの可溶化処理するようにした有機性廃棄物の嫌気性消化方法に関するものである。 The present invention relates to an anaerobic digestion method for organic waste, and in particular, it is treated in an anaerobic digestion tank in order to improve the efficiency of anaerobic digestion when anaerobic digestion of organic waste and recover methane gas. The present invention relates to a method for anaerobic digestion of organic waste in which organic waste is solubilized in advance by crushing or the like.
従来、下水処理やし尿処理に伴って発生する有機性汚泥を処理する嫌気性消化槽、あるいは畜産廃棄物、食品廃棄物などのバイオマスを処理する嫌気性消化槽においては、嫌気性微生物の働きで生物分解性有機物の低分子化、液化、ガス化を行い、消化ガスおよび消化汚泥に転換し、汚泥発生量の低減と汚泥の性状安定化を図ってきた。 Conventionally, in anaerobic digesters that treat organic sludge generated by sewage treatment and human waste treatment, or anaerobic digesters that treat biomass such as livestock waste and food waste, Biodegradable organic substances have been reduced in molecular weight, liquefied, and gasified and converted to digested gas and digested sludge to reduce sludge generation and stabilize sludge properties.
しかしながら、嫌気性消化槽へ投入される有機性廃棄物中の有機分がガス化し減少する割合である消化率は、下水処理場で多く採用されている中温消化の嫌気性消化槽において50%程度であり、固形物減少率としても40%程度に過ぎない。 However, the rate of digestion, which is the rate at which organic components in organic waste introduced into an anaerobic digestion tank are gasified and reduced, is about 50% in an intermediate temperature digestion anaerobic digestion tank that is widely used in sewage treatment plants. The solids reduction rate is only about 40%.
このような点を改善するために、嫌気性消化槽に汚泥の可溶化処理を組み合わせる方法が各種提案されてきた。そうした方法の例としては、嫌気性消化槽から排出された消化済み汚泥の一部をアルカリで処理した後に嫌気性消化槽に戻す方法(特許文献1参照)、嫌気性消化に先立ち超高圧ジェットポンプにより汚泥をノズルから噴出させて破砕する処理を行う方法(特許文献2参照)、消化済み汚泥の一部をオゾン反応により可溶化した後に嫌気性消化槽に戻す方法(特許文献3参照)、消化汚泥をミル破砕して再度嫌気性消化する方法(特許文献4参照)などがある。これらの方法によれば、消化槽における有機性廃棄物の低分子化、液化、ガス化がさらに促進され、従来のように嫌気性消化槽単独で処理を行う場合に比べて固形物減少率が高まり、最終処分すべき汚泥の減量化が可能であるとされている。 In order to improve such points, various methods have been proposed in which sludge solubilization is combined with an anaerobic digester. Examples of such methods include a method of treating a portion of digested sludge discharged from an anaerobic digestion tank with an alkali and then returning it to the anaerobic digestion tank (see Patent Document 1), an ultrahigh pressure jet pump prior to anaerobic digestion. (See Patent Document 2), a method in which sludge is ejected from a nozzle by crushing (see Patent Document 2), a method in which a part of digested sludge is solubilized by an ozone reaction and then returned to an anaerobic digester (see Patent Document 3), digestion There is a method of milling sludge and performing anaerobic digestion again (see Patent Document 4). According to these methods, the reduction in the molecular weight, liquefaction, and gasification of organic waste in the digestion tank is further promoted, and the solids reduction rate is higher than in the case where the treatment is performed in an anaerobic digestion tank alone as in the prior art. It is said that the amount of sludge to be finally disposed of can be reduced.
一方、嫌気性消化槽の維持管理上の問題として、嫌気性消化槽内で有機性廃棄物の処理が進むと共に窒素、リン成分が溶出し、嫌気性消化汚泥内でマグネシウムイオンなどと反応して、スケールを発生する場合があった。スケール問題は、下水処理場だけでなく、し尿処理施設(非特許文献1参照)や豚舎廃棄物処理施設(非特許文献2参照)などにおいても発生し、深刻な問題となっている。スケールが嫌気性消化槽内や嫌気性消化汚泥の移送管内などで発生すると、配管閉塞などのトラブルにつながり、その場合は配管を強酸で洗浄する或いは配管を敷設しなおすなどの作業が必要となり、維持管理上の大きな問題であった。このように嫌気性消化槽内とその周辺で発生するスケールの主成分は、リン酸イオンとマグネシウムイオン、アンモニウムイオンとが結合した結晶であるリン酸マグネシウムアンモニウムであると言われている(非特許文献3参照)。 On the other hand, as a problem in the maintenance management of anaerobic digesters, as organic waste proceeds in anaerobic digesters, nitrogen and phosphorus components elute and react with magnesium ions in anaerobic digested sludge. There was a case where scales occurred. The scale problem occurs not only in a sewage treatment plant, but also in a human waste treatment facility (see Non-Patent Document 1) and a piggery waste treatment facility (see Non-Patent Document 2), which is a serious problem. If scale occurs in an anaerobic digestion tank or anaerobic digestion sludge transfer pipe, etc., it will lead to troubles such as pipe clogging, in which case work such as washing the pipe with strong acid or laying the pipe again is necessary. It was a big maintenance problem. Thus, the main component of the scale generated in and around the anaerobic digester is said to be magnesium ammonium phosphate, which is a crystal in which phosphate ions, magnesium ions, and ammonium ions are combined (non-patented). Reference 3).
前述のように、嫌気性消化槽の効率化を目的として嫌気性消化法に汚泥の可溶化処理を組み合わせた場合、嫌気性消化槽において有機物の可溶化が促進される。その結果として、窒素、リン成分の溶出も促進されるため、嫌気性消化汚泥内でスケールが発生するリスクがさらに高まってしまうという問題があった。この問題を解決するために、嫌気性処理工程にマグネシウム源を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム生成反応を促進させ、嫌気性消化汚泥中に生成したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を回収する技術(特許文献5参照)が提案されている。しかし、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の生成をコントロールするのが困難であり、実用化には至っていない。また嫌気性汚泥にリン酸マグネシウムやリン酸マグネシウムアンモニウムなどアンモニア除去剤を添加し、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を構成する主要素の一つであるアンモニア性窒素を難溶性の塩の形で固定化する方法も提案されている(特許文献6参照)。しかし、リンを含有するアンモニア除去剤を添加し続ける必要がある一方、リン資源であるリン酸マグネシウムアンモニウムを回収する術がないという問題があった。
有機性廃棄物処理の基本は、最終処分が必要である量を減量すること、性状の安定化を図ること、さらには有機性廃棄物のバイオマスとしての側面から考えて、加工・調整によりそこに含有されている資源の再利用を行うことである。これらの基本条件を嫌気性消化槽に当てはめた場合、嫌気性消化槽単独では第一の条件である減量を十分に達成することができない。したがって、嫌気性消化槽の効率化のために上述の汚泥の可溶化処理を組み合わせることが必要である。第三の条件である資源の再利用を実施するためには、嫌気性消化槽内およびその周辺設備におけるスケールトラブルの解消が必要である。すなわち、嫌気性消化槽の効率化とスケールトラブルの解消が同時に実現されるシステムが、有機性廃棄物の真に適正な処分方法であるといえる。 The basics of organic waste treatment are to reduce the amount that needs final disposal, to stabilize the properties, and from the aspect of organic waste as biomass, there are processing and adjustments there. It is to reuse the contained resources. When these basic conditions are applied to an anaerobic digester, the anaerobic digester alone cannot sufficiently achieve the first weight reduction. Therefore, it is necessary to combine the above-described sludge solubilization treatment in order to improve the efficiency of the anaerobic digester. In order to carry out the reuse of resources, which is the third condition, it is necessary to eliminate scale troubles in the anaerobic digester and its surrounding facilities. In other words, it can be said that a system that realizes the efficiency improvement of the anaerobic digester and the resolution of the scale trouble at the same time is a truly appropriate disposal method for organic waste.
本発明は、有機性廃棄物すなわち下水処理やし尿処理に伴って発生する有機性汚泥の減容化、安定化を行う嫌気性消化槽、または畜産廃棄物、食品廃棄物などの減容化と安定化を行う嫌気性消化槽において、生物分解性有機物の嫌気性消化による低分子化、液化、ガス化の促進と、嫌気性消化槽内およびその周辺設備のスケールトラブルの解消とを同時に実現できる、有機性廃棄物の嫌気性消化方法を提供することを目的とするものである。 The present invention reduces the volume of organic waste, that is, anaerobic digesters that perform stabilization and stabilization of organic sludge generated during sewage treatment and human waste treatment, or livestock waste, food waste, etc. In an anaerobic digester that performs stabilization, it is possible to simultaneously achieve low molecular weight, liquefaction, and gasification by anaerobic digestion of biodegradable organic substances, and elimination of scale troubles in the anaerobic digester and its surrounding equipment. An object of the present invention is to provide a method for anaerobic digestion of organic waste.
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、スケールトラブルの原因物質としてマグネシウムイオンに着目し、有機性廃棄物の嫌気性消化を行うよりも前段においてこの有機性廃棄物を可溶化し、この有機性廃棄物中のマグネシウムをあらかじめマグネシウムイオンとして溶出させた後、可溶化された有機物廃棄物からマグネシウムイオンを取除いた有機性廃棄物を嫌気性消化することで、スケールトラブルを回避することができるという事実を見いだし、本発明に到達した。 As a result of intensive studies to solve such problems, the present inventors have focused on magnesium ions as a causative substance of scale trouble, and this organic waste is preceded by anaerobic digestion of organic waste. By solubilizing the product, eluting the magnesium in the organic waste as magnesium ions in advance, and then anaerobically digesting the organic waste from which the magnesium ions have been removed from the solubilized organic waste, The present inventors have found the fact that scale trouble can be avoided and have reached the present invention.
すなわち本発明は、有機性廃棄物を嫌気性消化処理する方法であって、以下の工程(イ)(ロ)(ハ)を含むことを要旨とする。
(イ)有機性廃棄物を可溶化して、前記有機性廃棄物中のマグネシウムを溶出させる工程
(ロ)前記(イ)の工程で可溶化された有機性廃棄物を固液分離することによりマグネシウムを含む液相を分離し、分離された液相にアルカリ剤を添加することで、マグネシウムを難溶性のマグネシウム塩として取除く工程
(ハ)前記(ロ)の工程でマグネシウムが取除かれ、かつ新たなマグネシウムを溶出させる工程に付されていない有機性廃棄物とともに、難溶性のマグネシウム塩が取除かれた後の液相を嫌気性消化処理する工程
That is, the present invention is a method for anaerobic digestion treatment of organic waste, and includes the following steps (a), (b), and (c).
(B) Step of solubilizing organic waste and eluting magnesium in the organic waste (b) By solid-liquid separation of the organic waste solubilized in the step (b) The step of removing magnesium as a sparingly soluble magnesium salt by separating the liquid phase containing magnesium and adding an alkaline agent to the separated liquid phase (c) The magnesium is removed in the step (b), And anaerobic digestion of the liquid phase after removal of the sparingly soluble magnesium salt together with organic waste that has not been subjected to the process of eluting new magnesium
また、本発明は、上記において、(イ)の工程が、湿式ビーズミル攪拌破砕工程であることを要旨とする。 Also, in the above, step (b) be summarized in that a wet bead mill stirring and grinding processes.
また本発明は、上記において、さらに、以下の工程を含むことを要旨とする。
(ニ)(ハ)の工程で処理された消化汚泥を脱水処理し脱水ろ液を得る工程
(ホ)前記(ニ)の工程で得られた脱水ろ液に含まれる窒素およびリンをリン酸マグネシウムアンモニウム晶析法によって回収する工程
Moreover, this invention makes it a summary to include the following processes further in the above.
(D) A step of dehydrating the digested sludge treated in the step (c) to obtain a dehydrated filtrate (e) Nitrogen and phosphorus contained in the dehydrated filtrate obtained in the step (d) are magnesium phosphate. Process to recover by ammonium crystallization method
また本発明は、上記において、(ロ)の工程で取除いたマグネシウムを(ホ)の工程におけるマグネシウム源として利用することを要旨とする。 The gist of the present invention is that the magnesium removed in the step (b) is used as a magnesium source in the step (e).
本発明によれば、有機性廃棄物の嫌気性消化を行う前段において有機性廃棄物を可溶化し、これによってスケール原因物質の一つであるマグネシウムを可溶化させた後に、そのマグネシウムを取除いたうえで嫌気性消化処理を行っているため、嫌気性消化槽へ流入するマグネシウム量を著しく減少させることができる。その結果、嫌気性消化槽内や嫌気性消化汚泥の移送管内でスケールが発生することを抑制できる。また、嫌気性消化を行う前段において有機性廃棄物を可溶化しているので、嫌気性消化槽における有機物のガス化が促進され、単位有機性廃棄物あたりのメタン発生量を高めることができる。その結果として、固形物減少率を高めることができ、最終処分すべき汚泥の減量化を実現できる。 According to the present invention, the organic waste is solubilized in the first stage before anaerobic digestion of the organic waste, so that magnesium which is one of the scale causative substances is solubilized, and then the magnesium is removed. Moreover, since the anaerobic digestion process is performed, the amount of magnesium flowing into the anaerobic digester can be significantly reduced. As a result, it is possible to suppress the generation of scale in the anaerobic digestion tank or the transfer pipe of the anaerobic digestion sludge. In addition, since the organic waste is solubilized in the previous stage of anaerobic digestion, gasification of organic matter in the anaerobic digestion tank is promoted, and the amount of methane generated per unit organic waste can be increased. As a result, the solids reduction rate can be increased, and the amount of sludge to be finally disposed can be reduced.
また本発明によれば、可溶化された有機性廃棄物からマグネシウムを含む液相を分離するので、分離後の液相をマグネシウム源として利用することが可能である。また、液相からのマグネシウム回収を行う場合には回収操作が容易になり、液体サイクロンによる分離、重力濃縮による分離、加圧浮上装置による分離、砂ろ過による分離、繊維ろ過による分離、膜ろ過による分離など様々な分離法が適用可能になる。 According to the present invention, since the liquid phase containing magnesium is separated from the solubilized organic waste, the liquid phase after separation can be used as a magnesium source. In addition, when recovering magnesium from the liquid phase, the recovery operation becomes easy. Separation by liquid cyclone, separation by gravity concentration, separation by pressure flotation device, separation by sand filtration, separation by fiber filtration, membrane filtration Various separation methods such as separation can be applied.
また本発明によれば、可溶化された有機性廃棄物を固液分離し、マグネシウムを含む液相を分離し、分離された液相にアルカリ剤を添加して析出させた難溶性のマグネシウム塩は、マグネシウム資源として再利用することが可能である。 Further, according to the present invention, the hardly soluble magnesium salt obtained by solid-liquid separation of the solubilized organic waste, separating the liquid phase containing magnesium, and adding an alkaline agent to the separated liquid phase to cause precipitation. Can be reused as a magnesium resource.
また本発明によれば、有機性廃棄物の可溶化の程度を、湿式ビーズミル装置における滞留時間によって操作できるので、現場における管理項目が少なく工程の維持管理が容易である。 In addition, according to the present invention, the degree of solubilization of organic waste can be manipulated by the residence time in the wet bead mill apparatus, so that there are few management items in the field, and process maintenance is easy.
また本発明によれば、処理された消化汚泥を脱水処理し脱水ろ液を得る工程と、この工程で得られた脱水ろ液に含まれる窒素およびリンをリン酸マグネシウムアンモニウム晶析法によって回収する工程とを含むため、従来法ではスケール化していたリン酸塩、すなわち嫌気性消化槽内で不溶化していたリン酸塩が、溶解したまま脱水ろ液中へ含まれることになるので、従来の嫌気性消化汚泥の脱水ろ液よりもリン酸塩濃度を高めることができる。したがって、脱水ろ液から回収するリン酸マグネシウムアンモニウム量を従来法に比べて増加させることができる。 According to the present invention, the treated digested sludge is dehydrated to obtain a dehydrated filtrate, and nitrogen and phosphorus contained in the dehydrated filtrate obtained in this step are recovered by a magnesium ammonium phosphate crystallization method. Process, the phosphate that has been scaled in the conventional method, that is, the phosphate that has been insolubilized in the anaerobic digester, will be contained in the dehydrated filtrate while being dissolved. The phosphate concentration can be increased more than the dehydrated filtrate of anaerobic digested sludge. Therefore, the amount of magnesium ammonium phosphate recovered from the dehydrated filtrate can be increased compared to the conventional method.
また本発明によれば、有機性廃棄物の嫌気性消化を行う前段において取除いたマグネシウムを、脱水ろ液に含まれる窒素およびリンをリン酸マグネシウムアンモニウム晶析法によって回収する工程におけるマグネシウム源として利用するため、系外からのマグシウム供給量を低減させることができる。 According to the present invention, the magnesium removed in the previous stage of anaerobic digestion of organic waste is used as a magnesium source in the step of recovering nitrogen and phosphorus contained in the dehydrated filtrate by magnesium ammonium phosphate crystallization. Since it is used, the amount of magnesium supplied from outside the system can be reduced.
本発明において処理の対象となる有機性廃棄物は、従来嫌気性消化槽で処理されてきた有機性廃棄物であり、下水処理あるいはし尿処理、生活排水処理によって発生する有機性汚泥や、畜産廃棄物や、食品廃棄物などが挙げられる。特に下水処理汚泥、し尿処理汚泥、豚舎廃棄物を処理する嫌気性消化槽においては、装置と周辺機器に関する上述のスケール問題が多く報告されており、本発明によって大きな便益を受けることができる。 The organic waste to be treated in the present invention is organic waste that has been treated in an anaerobic digestion tank, and organic sludge generated by sewage treatment or human waste treatment, domestic wastewater treatment, and livestock waste disposal. And food waste. In particular, in the anaerobic digester for treating sewage treatment sludge, human waste treatment sludge, and piggery waste, many of the above-mentioned scale problems related to the apparatus and peripheral devices have been reported, and the present invention can greatly benefit.
本発明においては、まず有機性廃棄物を可溶化してこの有機性廃棄物中のマグネシウムを溶出させる工程を実行することが必要である。この工程での有機性廃棄物の可溶化方法としては、湿式ビーズミル撹拌処理などの機械的破砕方法、超音波照射方法、高温状態で熱可溶化処理する方法、オゾン処理などの薬剤添加処理方法など、公知の可溶化処理方法を適宜に用いることができる。なかでも、マグネシウムの溶出性と工程の維持管理性とを考慮すると、湿式ビーズミル撹拌処理が好ましい。湿式ビーズミル撹拌処理による可溶化率は、ビーズミル装置における滞留時間によって操作できるが、ビーズの素材や、撹拌周速によっても影響を受ける。 In the present invention, it is necessary to first perform a step of solubilizing organic waste and eluting magnesium in the organic waste. Organic waste solubilization methods in this step include mechanical crushing methods such as wet bead mill stirring, ultrasonic irradiation methods, heat solubilization methods at high temperatures, chemical addition treatment methods such as ozone treatment, etc. A known solubilization method can be used as appropriate. Of these, wet bead mill stirring is preferred in view of the elution of magnesium and process maintenance. The solubilization rate by the wet bead mill stirring treatment can be controlled by the residence time in the bead mill apparatus, but is also affected by the bead material and the stirring peripheral speed.
嫌気性消化槽においてスケールの発生を抑制するためには、可溶化工程後の溶解性マグネシウムの全マグネシウムに対する割合を少なくとも50%、好ましくは70%以上とする必要がある。一例を挙げると、下水処理場で発生するMLSS=3〜4%の濃縮余剰汚泥をビーズミル装置によって可溶化する場合は、ガラスビーズよりも比重の大きいファインセラミックスのビーズを使用する方が可溶化率を高める効果がある。このとき、ビーズミル装置における滞留時間は少なくとも5分以上、好ましくは10分程度で、所望の可溶化率を得ることができる。また、この湿式ビーズミル撹拌処理に先立ち、硫酸、塩酸などの酸を有機性廃棄物に添加して弱酸性状態にする工程を設けることで、さらに可溶化効果を高めることができる。 In order to suppress the generation of scale in an anaerobic digester, the ratio of soluble magnesium to total magnesium after the solubilization step needs to be at least 50%, preferably 70% or more. As an example, when solubilizing concentrated excess sludge of MLSS = 3 to 4% generated in a sewage treatment plant with a bead mill device, it is better to use beads of fine ceramics with a higher specific gravity than glass beads There is an effect to increase. At this time, the residence time in the bead mill apparatus is at least 5 minutes or more, preferably about 10 minutes, and a desired solubilization rate can be obtained. Further, prior to this wet bead mill stirring treatment, a solubilizing effect can be further enhanced by providing a step of adding an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid to the organic waste to make it weakly acidic.
この工程により、有機性廃棄物、特に汚泥を構成する微生物の菌体中に存在していたマグネシウムが、微生物が破砕されることによって菌体外に溶出してくる。下水処理場で発生するMLSS=3〜4%の濃縮余剰汚泥をビーズミル装置によって可溶化した場合、溶存マグネシウム濃度は100〜200mg/L程度にできる。 By this step, organic waste, particularly magnesium present in the microorganisms constituting the sludge is eluted out of the microorganisms when the microorganisms are crushed. When concentrated excess sludge of MLSS = 3 to 4% generated in a sewage treatment plant is solubilized by a bead mill device, the dissolved magnesium concentration can be about 100 to 200 mg / L.
可溶化処理によって、マグネシウムのほか、有機性廃棄物中に含まれている有機物、カリウムなどの金属、有機性の窒素やリンなども溶出する。この状態では可溶化有機性廃棄物のpHは中性域から酸性域にあり、溶出したマグネシウムは可溶化した有機性廃棄物中に溶解した状態で存在する。 In addition to magnesium, organic substances contained in organic waste, metals such as potassium, organic nitrogen and phosphorus are also eluted by solubilization. In this state, the pH of the solubilized organic waste is from the neutral range to the acidic range, and the eluted magnesium exists in a state dissolved in the solubilized organic waste.
本発明においては、次に、上記の工程で可溶化された有機性廃棄物からマグネシムを取除く工程が必要である。そのための簡易な方法としては、可溶化した有機性廃棄物を固液分離する方法があげられる。最適な固液分離法は、可溶化される有機性廃棄物の濃度によって異なる。具体的には、重力濃縮分離装置、加圧浮上装置、膜ろ過装置などが利用できる。固形物濃度が1%を越えるような有機性廃棄物の場合は、高分子凝集剤などを添加して濃縮することによっても固液分離は可能である。 In the present invention, next, a step of removing magnesium from the organic waste solubilized in the above step is necessary. As a simple method for that purpose, there is a method of solid-liquid separation of solubilized organic waste. The optimal solid-liquid separation method depends on the concentration of organic waste to be solubilized. Specifically, a gravity concentration separation device, a pressure levitation device, a membrane filtration device, or the like can be used. In the case of organic waste having a solid concentration exceeding 1%, solid-liquid separation can also be performed by adding a polymer flocculant and concentrating.
また、可溶化された有機性廃棄物からマグネシウムを取除くためには、可溶化された有機性廃棄物を固液分離してマグネシウムを含む液相を分離し、分離された液相にアルカリ剤を添加して難溶性のマグネシウム塩として取除く必要がある。このようにすると、マグネシウムが液相に可溶化している状態に比べてマグネシウム含有率を高めることができる。マグネシウム塩の一例を挙げると、水酸化マグネシウムは溶解度積Ks=10−10.74であり、アルカリ性域では白色沈殿になる性質がある。すなわち、アルカリ剤の添加によりマグネシウムイオンを難溶性の水酸化マグネシウムとし、分離することで、マグネシウムの除去が可能である。アルカリ剤としては、苛性ソーダ、消石灰などが使用できる。対象となる有機性廃棄物を可溶化処理した結果、可溶化するマグネシウム濃度の範囲があらかじめわかっている場合には、実用的にはアルカリ剤添加後のpHによってアルカリ剤添加量を決めることも可能である。さらに、分離された液相にアルカリ剤を添加して難溶性のマグネシウム塩として取除いた後の上澄水は、溶解性有機物が含まれているので、バイオガスを回収するために、嫌気性消化槽へ投入する。 In addition, in order to remove magnesium from the solubilized organic waste, the solubilized organic waste is separated into solid and liquid phases, a liquid phase containing magnesium is separated, and an alkaline agent is added to the separated liquid phase. Need to be removed as a sparingly soluble magnesium salt. If it does in this way, magnesium content rate can be raised compared with the state in which magnesium is solubilized in the liquid phase. As an example of the magnesium salt, magnesium hydroxide has a solubility product Ks = 10 −10.74 , and has a property of forming a white precipitate in the alkaline region. That is, the magnesium ion can be removed by separating the magnesium ion into hardly soluble magnesium hydroxide by adding an alkali agent. As the alkaline agent, caustic soda, slaked lime, and the like can be used. As a result of solubilizing the target organic waste, if the range of magnesium concentration to be solubilized is known in advance, the amount of alkali agent added can be practically determined by the pH after adding the alkali agent. It is. Furthermore, since the supernatant water After removing the addition of A alkali agent as the magnesium salt of poorly soluble in the separated liquid phase it contains soluble organic substances, in order to recover biogas, anaerobic put into the sex digester.
本発明においては、次に、マグネシウムが取り除かれ、かつ新たなマグネシウムを溶出させていない有機性廃棄物を嫌気性消化処理する工程を実行する。この嫌気性消化処理は、中温処理又は高温処理のいずれでもよい。中温処理条件で行う場合には、消化温度30〜37℃、処理期間10〜20日が適当であり、高温処理条件で行う場合には、消化温度50〜55℃、処理期間7〜10日が適当である。また、嫌気性消化方式は1段消化または2段消化のいずれでもよい。 In the present invention, next, an organic anaerobic digestion process is performed on the organic waste from which magnesium has been removed and from which new magnesium has not been eluted . This anaerobic digestion treatment may be either an intermediate temperature treatment or a high temperature treatment. When performed under medium temperature treatment conditions, a digestion temperature of 30 to 37 ° C. and a treatment period of 10 to 20 days are appropriate. When performed under high temperature treatment conditions, a digestion temperature of 50 to 55 ° C. and a treatment period of 7 to 10 days are appropriate. Is appropriate. Further, the anaerobic digestion method may be either one-stage digestion or two-stage digestion.
本発明においては、マグネシウムが取り除かれ、かつ新たなマグネシウムを溶出させていない有機性廃棄物を嫌気性消化処理する工程の後に、この嫌気性消化工程で処理された消化汚泥を脱水処理し脱水ろ液を得る工程と、この脱水工程で得られた脱水ろ液に含まれる窒素およびリンをリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析し回収する工程とを実行することが好適である。 In the present invention, after the step of anaerobic digestion of organic waste from which magnesium has been removed and from which new magnesium has not been eluted, the digested sludge treated in this anaerobic digestion step is dehydrated and dehydrated. It is preferable to execute a step of obtaining a liquid and a step of crystallizing and recovering nitrogen and phosphorus contained in the dehydrated filtrate obtained in this dehydration step as magnesium ammonium phosphate.
脱水ろ液を得る工程において、消化汚泥の脱水に際しては、ベルトプレスろ過機、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機などの脱水機を用いれば良い。このとき、鉄塩やアルミニウム塩やカルシウム塩などの無機系凝集剤を添加して脱水を行うと、脱水ろ液中のリン酸塩濃度が著しく低下するので、このような脱水処理は、リン酸マグネシウムアンモニウムをリン資源として回収するためには適当ではない。 In the step of obtaining a dehydrated filtrate, a dehydrator such as a belt press filter, a centrifugal dewaterer, or a screw press dewaterer may be used for dewatering the digested sludge. At this time, if an inorganic flocculant such as an iron salt, aluminum salt, or calcium salt is added to perform dehydration, the phosphate concentration in the dehydrated filtrate is significantly reduced. It is not suitable for recovering magnesium ammonium as a phosphorus resource.
脱水工程で得られた脱水ろ液に含まれる窒素およびリンをリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析し回収する工程において、脱水ろ液中に含まれる窒素およびリンをリン酸マグネシウムアンモニウム結晶として回収するためには、リン酸塩と等モル濃度以上のマグネシウムが必要である。たとえば、リン酸マグネシウムアンモニウム晶析装置にマグネシウム源として水酸化マグネシウム、塩化マグネシウム、酸化マグネシウムなどのマグネシウム化合物のいずれか、あるいは海水を供給し、晶析装置内のpHをアルカリ剤の添加により8〜9の範囲に制御して、晶析装置内をばっ気撹拌することでリン酸マグネシウムアンモニウムを晶析させる方法をとることができる。 To recover nitrogen and phosphorus contained in the dehydrated filtrate as magnesium ammonium phosphate crystals in the process of crystallizing and collecting nitrogen and phosphorus contained in the dehydrated filtrate obtained in the dehydration process as magnesium ammonium phosphate Requires at least an equimolar concentration of magnesium with phosphate. For example, a magnesium ammonium phosphate crystallizer is supplied with any magnesium compound such as magnesium hydroxide, magnesium chloride, magnesium oxide or seawater as a magnesium source, and the pH in the crystallizer is adjusted to 8 to 8 by adding an alkali agent. A method of crystallizing magnesium ammonium phosphate by controlling the pressure within the range of 9 and agitating the inside of the crystallizer with aeration can be employed.
本発明においては、上述した可溶化された有機性廃棄物からマグネシムを取除く工程で得られたマグネシウムを、リン酸マグネシウムアンモニウム晶析装置でマグネシウム源の一部として再利用することもできる。この場合において、上述のように可溶化された有機性廃棄物を固液分離してマグネシウムを含む液相を分離し、分離された液相にアルカリ剤を添加して難溶性のマグネシウム塩として取除いたものを利用するときには、このアルカリ剤を、晶析装置内のpHを上述の8〜9の範囲に制御するために用いるアルカリ剤の一部として再利用することができる。 In the present invention, the magnesium obtained in the step of removing magnesium from the solubilized organic waste described above can be reused as part of the magnesium source in the magnesium ammonium phosphate crystallizer. In this case, the organic waste solubilized as described above is subjected to solid-liquid separation to separate a liquid phase containing magnesium, and an alkali agent is added to the separated liquid phase to obtain a hardly soluble magnesium salt. When utilizing what was excluded, this alkaline agent can be reused as a part of the alkaline agent used for controlling the pH in the crystallizer to the above-mentioned range of 8-9.
図1は、従来の有機性廃棄物の嫌気性消化方法を実施するための装置の一例の概略構成を示す。有機性廃棄物1は可溶化装置2によって可溶化され、これによって有機性廃棄物1中に含有されていたマグネシウムの一部が可溶化する。可溶化汚泥3はマグネシウム除去装置4に送られ、マグネシウム除去済み汚泥6とマグネシウム回収物7とに分離される。マグネシウム除去済み汚泥6は、嫌気性消化槽5に送られ、メタンガス17と消化汚泥8とを生成する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of an apparatus for carrying out a conventional method for anaerobic digestion of organic waste. The organic waste 1 is solubilized by the
図2は、嫌気性消化槽5で処理された消化汚泥8を脱水機14で脱水処理し脱水ろ液15を得る工程と、脱水ろ液15に含まれる窒素およびリンを晶析装置としてのリン回収装置12においてリン酸マグネシウムアンモニウム13として晶析し回収する工程とを含む、従来の装置の一例の概略構成を示す。
FIG. 2 shows a process in which the digested
ここで、有機性廃棄物1は可溶化装置2によって可溶化され、有機性廃棄物中に含有されていたマグネシウムの一部が可溶化する。可溶化汚泥3は、固液分離装置9で、可溶化濃縮汚泥10と分離液11とに分離される。ここで、可溶化したマグネシウムは分離液11側へ移行し、嫌気性消化槽5へ流入するマグネシウム量が著しく低減される。可溶化濃縮汚泥10は嫌気性消化槽5で消化され、消化汚泥8は脱水機14で脱水ろ液15と脱水汚泥16とに分離される。脱水ろ液15はリン回収装置12へ供給され、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶としてリン酸塩とアンモニウム塩が回収される。リン回収装置12においては、リン酸マグネシウムアンモニウム晶析反応を進行させるためマグネシウム源を添加する必要があるが、分離液11をマグネシウム源の一部として再利用することも可能である。
Here, the organic waste 1 is solubilized by the
図3は、このように分離液11をマグネシウム源の一部として再利用し、本発明の有機性廃棄物の嫌気性消化方法を実施するための装置の一例の概略構成を示す。図2の装置との相違点を詳細に説明すると、18は薬品添加槽で、固液分離装置9からの分離液11にたとえば苛性ソーダなどの薬品を添加することによりマグネシウム塩のフロックを形成して沈降分離させるものである。マグネシウム塩を含む沈殿物19は、晶析装置としてのリン回収装置12に供給され、上述のようにリン回収装置12においてマグネシウム源の一部として再利用される。薬品添加槽18においてマグネシウム塩が沈降分離された後の上澄液20は、可溶化濃縮汚泥10と混合されて嫌気性消化槽5に供給される。
FIG. 3 shows a schematic configuration of an example of an apparatus for reusing the
[実施例]
図3に示される装置を用いて処理を行った。すなわち、処理の対象となる有機性廃棄物1は、標準活性汚泥法による濃縮余剰汚泥0.01m3とした。この濃縮余剰汚泥に対して硫酸を添加し、撹拌機(60rpm)で30分間撹拌した後、可溶化装置2によって可溶化処理を行った。硫酸の添加量は、汚泥1m3あたり1.2kgとした。可溶化装置2は、湿式ビーズミル装置を用い、ここでの処理時間は10分とした。
[Example]
Processing was performed using the apparatus shown in FIG. That is, the organic waste 1 to be treated was concentrated excess sludge 0.01 m 3 by the standard activated sludge method. Sulfuric acid was added to this concentrated excess sludge, and after 30 minutes of stirring with a stirrer (60 rpm), solubilization was performed by the
次いで、可溶化汚泥6を、遠心分離機を用いた固液分離装置9によって固液分離し、可溶化濃縮汚泥10(4L)と分離液11(6L)とを得た。そしてマグネシウムを含む分離液11に対して薬品添加槽18にて苛性ソーダを添加することによりpHを11として撹拌し、マグネシウム塩のフロックを形成した。苛性ソーダの必要添加量は、分離液11の1m3あたり2.5kgであった。このマグネシウム塩フロックを薬品添加槽18での遠心分離により沈殿させて得られた白色沈殿物19(0.6L)を回収した。沈殿分離後の上澄水20は、可溶化濃縮汚泥10と混合した。
Subsequently, the solubilized sludge 6 was subjected to solid-liquid separation by a solid-
この可溶化濃縮汚泥10と上澄水20とを混合したものを、種汚泥として消化汚泥0.5Lを充填した小型嫌気性消化槽5(有効容量1L)を用いて20日間バッチ式で消化し、消化汚泥8とバイオガスとしてのメタンガス17とを得た。20日間のバイオガス発生量は、投入汚泥に対して、300NL/kg−VSであった。消化汚泥8を脱水機14でろ過し、ろ液15(0.4L)と汚泥16とに分離した。
This solubilized
上述のプロセスの各段階における水質を表1に示す。 Table 1 shows the water quality at each stage of the above process.
脱水ろ液15のリン酸イオン濃度に対して、そのアンモニウムイオン濃度は、リン酸マグネシウムアンモニウムを生成するのに十分であったが、マグネシウム濃度は不足していた。そこで、分離液11から回収したマグネシウム塩の沈殿物19を晶析装置としてのリン回収装置12において添加した。このとき、マグネシウム塩の沈殿物濃度は水酸化マグネシウムについて5.4g/Lとなっており、脱水ろ液15の0.4Lに対して沈殿物19の添加量は30mLで十分であった。その結果、晶析を行うリン回収装置12の内部のpHは8.2まで上昇したので、アルカリ剤を添加する必要もなかった。リン酸マグネシウムアンモニウム晶析はバッチ式で行い、撹拌時間30分、沈殿時間30分とし、晶析物13を得た。
The ammonium ion concentration of the dehydrated
[比較例]
処理の対象となる有機性廃棄物1は、実施例と同様の標準活性汚泥法の濃縮余剰汚泥0.01m3であった。この濃縮余剰汚泥に対して硫酸を添加し、撹拌機(60rpm)で30分間撹拌した後、可溶化装置2によって可溶化処理を行った。硫酸の添加量は、汚泥1m3あたり1.2kgとした。可溶化装置2は、湿式ビーズミル装置を用い、ここでの処理時間は10分とした。
[Comparative example]
The organic waste 1 to be treated was 0.01 m 3 of concentrated excess sludge of the standard activated sludge method similar to that of the example. Sulfuric acid was added to this concentrated excess sludge, and after 30 minutes of stirring with a stirrer (60 rpm), solubilization was performed by the
次いで可溶化汚泥3を、固液分離することなしに、すなわちマグネシウムを取り除くことなしに、種汚泥として消化汚泥0.5Lを充填した小型嫌気性消化槽5(有効容量1L)を用いて20日間バッチ式で消化し、消化汚泥8とバイオガス17とを得た。20日間のバイオガス発生量は、投入汚泥に対して、250NL/kg−VSであった。そして脱水機14で消化汚泥8をろ過し、ろ液15(0.4L)と汚泥16とに分離した。ろ液15の性状を表2に示す。
Next, the solubilized sludge 3 is used for 20 days using a small anaerobic digester 5 (effective capacity 1 L) filled with 0.5 L of digested sludge as seed sludge without solid-liquid separation, that is, without removing magnesium. Digestion was carried out batchwise to obtain digested
脱水ろ液15のリン酸イオン濃度に対して、アンモニウムイオン濃度はリン酸マグネシウムアンモニウムを生成するのに十分であったが、マグネシウム濃度は不足していた。そこで、晶析装置としてのリン回収装置12において、マグネシウム薬剤として塩化マグネシウム水溶液(1g−Mg/L)を用いて、リン酸イオン濃度と等モルになるようMg塩を添加した。晶析のためのリン回収装置12の内部でのpHは7.6と低かったので、晶析反応を進めるためにアルカリ剤として苛性ソーダを添加する必要があった。リン酸マグネシウムアンモニウム晶析はバッチ式で行い、撹拌時間30分、沈殿時間30分とし、晶析物としてのリン酸マグネシウムアンモニウム13を得た。回収した晶析物は、室温で乾燥した後計量した。すると、回収量は300mgであり、本発明の実施例の場合の回収量に対して40%程度しかなかった。
The ammonium ion concentration was sufficient to produce magnesium ammonium phosphate relative to the phosphate ion concentration of the dehydrated
以上の結果から、有機性廃棄物の嫌気性消化を行う前段において有機性廃棄物を可溶化して、有機性廃棄物中のマグネシウムをあらかじめマグネシウムイオンとして溶出させた後、この可溶化された有機物廃棄物からマグネシウムイオンを取除いた有機性廃棄物を嫌気性消化することで、スケールトラブルを回避しつつ、汚泥中のリンの殆どをリン酸マグネシウムアンモニウム結晶化して回収できることが判明した。 From the above results, the organic waste is solubilized in the first stage before anaerobic digestion of the organic waste, and the magnesium in the organic waste is eluted in advance as magnesium ions. By anaerobic digestion of organic waste from which magnesium ions have been removed from waste, it has been found that most of the phosphorus in the sludge can be recovered by crystallizing magnesium ammonium phosphate while avoiding scale troubles.
1 有機性廃棄物
2 可溶化装置
6 マグネシウム除去済み汚泥
5 嫌気性消化槽
9 固液分離装置
12 リン回収装置
14 脱水機
18 薬品添加槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
(イ)有機性廃棄物を可溶化して、前記有機性廃棄物中のマグネシウムを溶出させる工程
(ロ)前記(イ)の工程で可溶化された有機性廃棄物を固液分離することによりマグネシウムを含む液相を分離し、分離された液相にアルカリ剤を添加することで、マグネシウムを難溶性のマグネシウム塩として取除く工程
(ハ)前記(ロ)の工程でマグネシウムが取除かれ、かつ新たなマグネシウムを溶出させる工程に付されていない有機性廃棄物とともに、難溶性のマグネシウム塩が取除かれた後の液相を嫌気性消化処理する工程 A method for anaerobic digestion of organic waste, comprising the following steps (a), (b) and (c):
(B) Step of solubilizing organic waste and eluting magnesium in the organic waste (b) By solid-liquid separation of the organic waste solubilized in the step (b) The step of removing magnesium as a sparingly soluble magnesium salt by separating the liquid phase containing magnesium and adding an alkaline agent to the separated liquid phase (c) The magnesium is removed in the step (b), And anaerobic digestion of the liquid phase after removal of the sparingly soluble magnesium salt together with organic waste that has not been subjected to the process of eluting new magnesium
(ニ)(ハ)の工程で処理された消化汚泥を脱水処理し脱水ろ液を得る工程
(ホ)前記(ニ)の工程で得られた脱水ろ液に含まれる窒素およびリンをリン酸マグネシウムアンモニウム晶析法によって回収する工程 Furthermore, the following process is included, The anaerobic digestion method of the organic waste of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
(D) A step of dehydrating the digested sludge treated in the step (c) to obtain a dehydrated filtrate (e) Nitrogen and phosphorus contained in the dehydrated filtrate obtained in the step (d) are magnesium phosphate. Process to recover by ammonium crystallization method
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