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JP4685385B2 - Power generation method using surplus sludge - Google Patents
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Description

本発明は、余剰汚泥を用いた発電方法に関し、特に、有機性成分を含有する廃水を活性汚泥微生物を用いて分解する水処理系において、発生した余剰汚泥を処理する過程で電気エネルギーを得ることができる余剰汚泥を用いた発電方法に関するものである。   The present invention relates to a power generation method using surplus sludge, and particularly to obtain electric energy in the process of treating surplus sludge generated in a water treatment system that decomposes wastewater containing organic components using activated sludge microorganisms. The present invention relates to a power generation method using surplus sludge.

従来、有機性物質を含有する汚水及び廃水の処理方法として、活性汚泥微生物群による生物学的処理法が多く取り入られてきた。すなわち、活性汚泥微生物を保持した容器内に有機物を含有する廃水を導入し、これらを攪拌あるいは必要に応じて曝気することで活性汚泥微生物と有機物を接触させ、活性汚泥微生物による代謝・資化過程を利用し、廃水中の有機性物質を分解・処理するものである。   Conventionally, many biological treatment methods using activated sludge microorganisms have been introduced as treatment methods for wastewater and wastewater containing organic substances. That is, wastewater containing organic substances is introduced into a container holding activated sludge microorganisms, and these are agitated or aerated as necessary to bring activated sludge microorganisms into contact with organic substances. Is used to decompose and treat organic substances in wastewater.

その一方、活性汚泥微生物群は、廃水中の有機性物質を資化することで、新たな細胞を合成し増殖する。水処理系において、健全な処理状況を保つためには、増殖した活性汚泥微生物群を余剰汚泥として適宜系外に引き抜き、処理・処分することが必要であるが、その処分地が確保しにくくなっている現状や、余剰汚泥のほとんどが有機性物質であるという状況などから、有効利用する考えが増えつつある。   On the other hand, the activated sludge microorganism group synthesizes and proliferates new cells by assimilating organic substances in the wastewater. In order to maintain a healthy treatment status in water treatment systems, it is necessary to appropriately pull out the activated activated sludge microorganisms as excess sludge outside the system for treatment and disposal, but it is difficult to secure the disposal site. In view of the current situation and the situation that most of the excess sludge is an organic substance, the idea of effective use is increasing.

有効利用の方法としては、コンポスト化し緑農地に肥料あるいは土壌改良剤として利用する方法や、溶融等によってレンガや配管を作製し、建築資材としての利用があるが、エネルギー利用としての観点では、嫌気性消化によるメタンガスの発生や、余剰汚泥をペレット化し固形物燃料として利用する方法がある。
このうち、嫌気性消化は、分子状酸素の存在しない条件下で、嫌気性微生物の能力を利用することで活性汚泥微生物を分解・安定化させるものであり、その副生成物の1つとして可燃性ガスであるメタンガスが得られ、発電等に利用できることから近年改めて注目されている。
Effective utilization methods include composting and use as a fertilizer or soil conditioner in green farmland, and bricks and pipes made by melting, etc., and use as building materials. There are methods of generating methane gas by sexual digestion and pelletizing excess sludge and using it as a solid fuel.
Among these, anaerobic digestion is to decompose and stabilize activated sludge microorganisms by utilizing the ability of anaerobic microorganisms in the absence of molecular oxygen, and it is combustible as one of its by-products. In recent years, methane gas, which is a natural gas, can be obtained and used for power generation and the like.

一方、1980年代には、微生物の代謝機能を利用して、有機性物質から電気エネルギーを取り出す研究がなされ、水素などの純物質から電気エネルギーを獲得する燃料電池と区別するために、微生物燃料電池と呼ばれている。
微生物燃料電池の概念は図2に示す通りであり、容器1内に負極2及び正極3、これらを結ぶ外部回路4、そして負極側と正極側を分離する隔膜5からなる。負極側には微生物6が保持されており、有機物7を利用して代謝を行い、代謝産物8及び電子9を生成する。また、負極側には電子伝達剤10も同時に保持されており、これが微生物内で生成された電子9を奪い、還元型電子伝達剤11となる。
On the other hand, in the 1980s, research was conducted to extract electrical energy from organic substances using the metabolic function of microorganisms. In order to distinguish from fuel cells that acquire electrical energy from pure substances such as hydrogen, microbial fuel cells is called.
The concept of the microbial fuel cell is as shown in FIG. 2, and comprises a negative electrode 2 and a positive electrode 3, an external circuit 4 connecting them, and a diaphragm 5 separating the negative electrode side and the positive electrode side. Microorganisms 6 are held on the negative electrode side and metabolize using organic substances 7 to generate metabolites 8 and electrons 9. In addition, the electron transfer agent 10 is also held on the negative electrode side at the same time, and this takes away the electrons 9 generated in the microorganism and becomes a reduced electron transfer agent 11.

還元型電子伝達剤11は、負極2において電子9を受け渡し、ふたたび電子伝達剤10へと変化し、微生物6からの電子獲得に用いられる。なお、負極側での反応は、分子状酸素が存在しない、いわゆる嫌気条件下で行われる。嫌気条件下では、代謝産物8として水素イオンがあるが、これは濃度勾配によって隔膜5を通過して正極側に移動する。したがって、隔膜5としては水素透過膜あるいは陽イオン交換膜が用いられる。   The reduced electron transfer agent 11 delivers electrons 9 in the negative electrode 2, changes again to the electron transfer agent 10, and is used for acquiring electrons from the microorganism 6. The reaction on the negative electrode side is performed under so-called anaerobic conditions in which no molecular oxygen is present. Under anaerobic conditions, there are hydrogen ions as the metabolite 8, which moves to the positive electrode side through the diaphragm 5 due to a concentration gradient. Therefore, a hydrogen permeable membrane or a cation exchange membrane is used as the diaphragm 5.

負極2に受け渡された電子9は、外部回路4を経て正極3に移動する。正極側には酸化剤12が導入されており、正極3上の電子9を受け取って還元型酸化剤13へと変化する。なお、酸化剤12としては酸素が用いられることが多く、これが還元され、負極側より移動してきた水素イオンと結合し水へと変化する。   The electrons 9 transferred to the negative electrode 2 move to the positive electrode 3 through the external circuit 4. An oxidant 12 is introduced on the positive electrode side, receives electrons 9 on the positive electrode 3, and changes to a reduced oxidant 13. Note that oxygen is often used as the oxidant 12, which is reduced and combined with the hydrogen ions that have moved from the negative electrode side to change to water.

近年では、燃料電池技術の進歩と相まって、微生物燃料電池を構成する素材にも進歩が見られ、その発電能力が向上しつつある。それに関連して、この微生物燃料電池を廃水処理に適用する研究も一部で行われており、非特許文献1に示す論文では、下水処理場の流入水から電気エネルギーを獲得する実験の結果が報告されている。当該論文では、流入水中の有機物濃度が高いほど発電量が増える、微生物燃料電池を使用することで、しない場合に比べて有機物の除去能力が増加するなどが報告されている。   In recent years, coupled with the progress of fuel cell technology, progress has been made in the materials constituting the microbial fuel cell, and its power generation capacity is being improved. In connection with this, some studies have also been conducted to apply this microbial fuel cell to wastewater treatment. In the paper shown in Non-Patent Document 1, the results of experiments to acquire electrical energy from the inflow water of a sewage treatment plant are shown. It has been reported. This paper reports that the higher the concentration of organic matter in the inflowing water, the greater the amount of power generated, and the use of a microbial fuel cell increases the ability to remove organic matter compared to when it is not.

上記のように、微生物燃料電池を用いて、下水処理場の流入水から電気エネルギーを獲得する技術は確立されつつあるが、微生物燃料電池の燃料源である有機性物質は、当該電池に保持された微生物にとって利用しやすい形でなくてはならない。下水処理場の流入水の場合、現在の活性汚泥微生物による処理状況が示すように、当該流入水に含まれる有機性物質は微生物が利用しやすい形態にある。
ところで、本発明で対象とする余剰汚泥は、そのほとんどが微生物そのものであり、有機物濃度が高く、発電量の増加が望まれるものの、強固な細胞膜及び細胞壁を持っており、短時間で微生物が代謝するのは困難であり、そのままでは微生物燃料電池の燃料源として利用することは非常に困難である。
Hong Liu et. al. : Production of Electricity during Wastewater Treatment Using a Single Chamber Microbial Fuel Cell, Environmental Science Technology Vol. 38, No. 7, 2004, p.2281-2285
As described above, a technique for acquiring electrical energy from the inflow water of a sewage treatment plant using a microbial fuel cell is being established, but the organic substance that is the fuel source of the microbial fuel cell is retained in the cell. It must be in a form that is easy for microorganisms to use. In the case of inflow water from a sewage treatment plant, as the current treatment status by activated sludge microorganisms shows, the organic substances contained in the inflow water are in a form that can be easily used by microorganisms.
By the way, most of the excess sludge targeted by the present invention is a microorganism itself, and the organic matter concentration is high and an increase in the amount of power generation is desired, but it has a strong cell membrane and cell wall, and the microorganism is metabolized in a short time. It is difficult to use as it is, and it is very difficult to use it as a fuel source of a microbial fuel cell as it is.
Hong Liu et.al .: Production of Electricity during Wastewater Treatment Using a Single Chamber Microbial Fuel Cell, Environmental Science Technology Vol. 38, No. 7, 2004, p.2281-2285

そこで、本発明では、余剰汚泥を微生物に利用しやすい形態に処理することにより、後段の微生物燃料電池における燃料源とし、もって電気エネルギーを獲得できる技術を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technology that can obtain electric energy by treating surplus sludge into a form that can be easily used by microorganisms as a fuel source in a subsequent microbial fuel cell.

上記目的を達成するため、本発明の余剰汚泥を用いた発電方法は、有機性廃水を生物学的に処理することにより発生する余剰汚泥に対し、汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を破壊する物理化学的処理を施し、可溶化あるいは微生物に資化されやすい性状にして、微生物燃料電池の燃料源とする余剰汚泥を用いた発電方法であって、前記物理化学的処理を施すことにより余剰汚泥中の有機成分を溶出させた後、固液分離を行い、その分離水を微生物燃料電池の燃料源とするとともに、固形分を嫌気性消化法により処理することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the power generation method using surplus sludge of the present invention is a physicochemical which destroys the cell membrane and cell wall of sludge microorganisms against surplus sludge generated by biologically treating organic wastewater. A power generation method using surplus sludge as a fuel source for a microbial fuel cell, which is treated so as to be solubilized or easily assimilated by microorganisms, and by applying the physicochemical treatment, organic matter in the surplus sludge After the components are eluted, solid-liquid separation is performed, and the separated water is used as a fuel source of the microbial fuel cell, and the solid content is treated by an anaerobic digestion method .

この場合において、前記物理化学的処理として、熱処理、薬品処理及び超音波処理の少なくとも1つの処理を行うことができる。 In this case, as the physicochemical treatment, at least one of heat treatment, chemical treatment, and ultrasonic treatment can be performed.

この場合、前記熱処理として、30℃以上300℃未満、好ましくは50℃以上100℃以下で余剰汚泥を加熱することができる。   In this case, as the heat treatment, excess sludge can be heated at 30 ° C. or higher and lower than 300 ° C., preferably 50 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.

また、前記薬品処理として、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を用いて余剰汚泥のpHを10以上にしたり、塩酸等の酸を用いて余剰汚泥のpHを5以下にしたり、あるいはオゾンや過酸化水素等の酸化剤を余剰汚泥に添加することができる。   In addition, as the chemical treatment, the pH of the excess sludge is set to 10 or more using an alkali agent such as sodium hydroxide, the pH of the excess sludge is set to 5 or less using an acid such as hydrochloric acid, or ozone or hydrogen peroxide. Etc. can be added to the excess sludge.

また、前記超音波処理として、水中で超音波を発生させ、微細な気泡の発生と断熱圧縮による気泡の破裂とを生じさせることができる。   In addition, as the ultrasonic treatment, ultrasonic waves can be generated in water to generate fine bubbles and burst bubbles due to adiabatic compression.

本発明の余剰汚泥を用いた発電方法によれば、有機性廃水を生物学的に処理することにより発生する余剰汚泥に対し、汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を破壊する物理化学的処理を施し、可溶化あるいは微生物に資化されやすい性状にして、微生物燃料電池の燃料源とすることから、そのままでは微生物燃料電池の燃料源としては不向きである余剰汚泥を、微生物が代謝しやすい形態に変化させることができ、これにより、微生物燃料電池の燃料源として電気エネルギーを獲得することができる。   According to the power generation method using surplus sludge of the present invention, surplus sludge generated by biologically treating organic wastewater is subjected to physicochemical treatment that destroys the cell membrane and cell wall of sludge microorganisms. Since it is used as a fuel source for microbial fuel cells by making it easily solubilized or assimilated by microorganisms, the excess sludge that is not suitable as a fuel source for microbial fuel cells is changed to a form in which microorganisms can easily metabolize. As a result, electric energy can be obtained as a fuel source of the microbial fuel cell.

そして、前記物理化学的処理を施すことにより余剰汚泥中の有機成分を溶出させた後、固液分離を行い、その分離水を微生物燃料電池の燃料源とするとともに、固形分を嫌気性消化法により処理することにより、処理後の余剰汚泥の固液分離性が改善され、後段の汚泥処理にとって優位な状態を供することができ、特に、後段に嫌気性消化を行う場合、投入する汚泥濃度を高くすることができるばかりでなく、処理後の汚泥は細胞膜及び細胞壁が損傷され比較的分解されやすい形態になっていることから消化性能の向上、すなわちメタンガスの発生量増加などによる発電量の増加を図ることができる。
これにより、微生物燃料電池による発電ばかりでなく、嫌気性消化での発電量の改善も見られ、もって多くの電気エネルギーを獲得することができる。
And after eluting the organic component in the excess sludge by performing the physicochemical treatment, solid-liquid separation is performed, and the separated water is used as a fuel source of the microbial fuel cell, and the solid content is anaerobically digested. Can improve the solid-liquid separability of the surplus sludge after treatment, and can provide a superior state for the sludge treatment in the latter stage. Not only can it be increased, but the sludge after treatment is in a form that is relatively easy to break down due to damage to the cell membrane and cell wall. Can be planned.
Thereby, not only the power generation by the microbial fuel cell but also the improvement of the power generation amount by the anaerobic digestion is seen, so that a lot of electric energy can be obtained.

この場合において、前記物理化学的処理として、熱処理、薬品処理及び超音波処理の少なくとも1つの処理を行うことにより、余剰汚泥を構成する汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を変質あるいは損傷させることで細胞膜内に存在する細胞質を溶液側に溶出させることができ、これらの処理を併用することで効果が相乗的に増加することも可能である。 In this case, as the physicochemical treatment, by performing at least one of heat treatment, chemical treatment and ultrasonic treatment, the cell membrane and cell wall of the sludge microorganisms constituting the excess sludge are altered or damaged in the cell membrane. The existing cytoplasm can be eluted to the solution side, and the effect can be increased synergistically by combining these treatments.

この場合、前記熱処理として、30℃以上300℃未満、好ましくは50℃以上100℃以下で余剰汚泥を加熱することにより余剰汚泥を構成する活性汚泥微生物の殺菌とともに、その細胞膜及び細胞壁を構成する多糖類やタンパク質の変質を図ることができる。   In this case, as the heat treatment, the excess sludge is heated at 30 ° C. or more and less than 300 ° C., preferably 50 ° C. or more and 100 ° C. or less, and the activated sludge microorganisms constituting the excess sludge are sterilized, and the cell membrane and cell wall are formed. Changes in sugars and proteins can be achieved.

また、前記薬品処理として、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を用いて余剰汚泥のpHを10以上にしたり、塩酸等の酸を用いて余剰汚泥のpHを5以下にすることにより、微生物の細胞膜及び細胞壁をもろくし、もってその細胞質を溶液側に流出させることができ、さらに、オゾンや過酸化水素等の酸化剤を余剰汚泥に添加することにより、強力な酸化力を利用して、微生物の殺菌あるいは細胞膜及び細胞壁を損傷させることができる。   Further, as the chemical treatment, the pH of the excess sludge is increased to 10 or more using an alkali agent such as sodium hydroxide, or the pH of the excess sludge is decreased to 5 or less using an acid such as hydrochloric acid, The cell wall can be made brittle and the cytoplasm can flow out to the solution side. In addition, oxidants such as ozone and hydrogen peroxide can be added to the excess sludge to sterilize microorganisms using strong oxidizing power. Alternatively, the cell membrane and cell wall can be damaged.

また、前記超音波処理として、水中で超音波を発生させ、微細な気泡の発生と断熱圧縮による気泡の破裂とを生じさせることにより、このときの衝撃力によって水中の汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を破壊することができる。   Further, as the ultrasonic treatment, by generating ultrasonic waves in water, generating fine bubbles and rupturing bubbles by adiabatic compression, the cell membranes and cell walls of sludge microorganisms in the water are affected by the impact force at this time. Can be destroyed.

以下、本発明の余剰汚泥を用いた発電方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a power generation method using surplus sludge of the present invention will be described based on the drawings.

図1に、本発明の余剰汚泥を用いた発電方法を汚泥処理系に組み込んだフロー図を示す。   FIG. 1 shows a flow diagram in which a power generation method using surplus sludge according to the present invention is incorporated in a sludge treatment system.

余剰汚泥はA、例えば、生活排水等の有機性廃水を下水処理場の生物反応槽(図示省略)で活性汚泥微生物により生物学的に処理することにより発生する。
水処理系から排出された余剰汚泥Aは、前処理槽14に導かれ、この前処理槽14では、ヒーター15によって80℃に加温されるとともに、硫酸タンク16から添加される硫酸BによってpHが1.5程度に保たれる。
これにより、余剰汚泥Aに含まれる汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁は損傷され、その一部及び細胞膜内の細胞質などが溶液側に流出する。
具体的には、余剰汚泥全体のCODに対する溶解性CODの割合は、この処理前は数パーセントであったものが、処理を行うと20パーセント程度にまで増加し、微生物にとって利用しやすい状態にすることができる。なお、この処理を行った場合、固液分の沈降性が向上することで固液分離が容易になり、よって後段の処理に高濃度の汚泥を供することが可能となる。
Excess sludge is generated by, for example, biological treatment of organic wastewater such as domestic wastewater with activated sludge microorganisms in a biological reaction tank (not shown) in a sewage treatment plant.
The surplus sludge A discharged from the water treatment system is guided to the pretreatment tank 14, where it is heated to 80 ° C. by the heater 15 and pH by the sulfuric acid B added from the sulfuric acid tank 16. Is maintained at about 1.5.
Thereby, the cell membrane and cell wall of the sludge microorganisms contained in the excess sludge A are damaged, and a part of the cell membrane and the cytoplasm in the cell membrane flow out to the solution side.
Specifically, the ratio of the soluble COD to the COD of the entire excess sludge was several percent before this treatment, but increases to about 20 percent when the treatment is performed, making it easy for microorganisms to use. be able to. In addition, when this process is performed, the solid-liquid separation is facilitated by improving the sedimentation property of the solid-liquid component, and thus high-concentration sludge can be provided for the subsequent process.

前処理槽14にて一定時間滞留した汚泥は、処理汚泥Cとして流出し沈殿槽17に導かれるが、処理汚泥Cは沈降性が向上しており、沈殿槽17に滞留している間に固液分離される。なお、固液分離の手段としては、重力による沈殿分離以外にも、遠心分離、浮上分離あるいは膜分離などの機械的な分離手段を用いることも可能である。   The sludge that stays in the pretreatment tank 14 for a certain period of time flows out as the treated sludge C and is guided to the settling tank 17, but the treated sludge C has improved sedimentation properties and is solidified while it remains in the settling tank 17. Liquid separation. In addition to the precipitation separation by gravity, mechanical separation means such as centrifugation, flotation separation or membrane separation can be used as the solid-liquid separation means.

ここで得られた、高濃度の溶解性有機分を含む上澄水Dは、微生物燃料電池18に導かれ、この微生物燃料電池に保持された微生物を利用することにより電気エネルギーヘと変換され、これにより、大部分の有機物が取り除かれた残液Eは水処理系に戻されて処理される。   The obtained supernatant water D containing a high concentration of soluble organic components is led to the microbial fuel cell 18 and converted into electric energy by utilizing the microorganisms retained in the microbial fuel cell. Thus, the residual liquid E from which most of the organic substances have been removed is returned to the water treatment system for processing.

一方、沈殿槽17での固液分離によって発生した固形分は、濃縮汚泥Fとして引き抜かれるが、そのままではpHが低く後段の嫌気性消化への悪影響が考えられるため、アルカリタンク19から水酸化ナトリウムGが添加され、適切なpHに調整される。pHが調整された汚泥は、嫌気性消化槽20に投入され、嫌気性微生物によってさらに分解され、メタンガスなどの副生成物が回収され、電気エネルギーヘと変換される。   On the other hand, the solid content generated by the solid-liquid separation in the precipitation tank 17 is extracted as the concentrated sludge F. However, since the pH is low as it is, an adverse effect on the subsequent anaerobic digestion can be considered. G is added and adjusted to an appropriate pH. The sludge whose pH has been adjusted is put into the anaerobic digester 20 and further decomposed by anaerobic microorganisms, and by-products such as methane gas are recovered and converted into electrical energy.

嫌気性消化槽20から引き抜かれる消化汚泥Hは、前述のように嫌気性微生物によって分解され、溶解性有機分が増加しているため、その一部を循環汚泥Iとして沈殿槽17に循環させ、溶解性有機分を回収して、微生物燃料電池の燃料源として利用することができる。
あるいは、嫌気性微生物を含む循環汚泥Iの全量あるいは一部を再処理汚泥Jとして前処理槽14へ導き、当該汚泥中に含まれる嫌気性微生物に対しても加熱及び酸による処理を行い、溶解性有機分の濃度を高めて、微生物燃料電池の燃料源として利用することも可能である。
Digested sludge H extracted from the anaerobic digestion tank 20 is decomposed by anaerobic microorganisms as described above, and the soluble organic content is increased. Soluble organic components can be recovered and used as a fuel source for microbial fuel cells.
Alternatively, all or part of the circulating sludge I containing anaerobic microorganisms is guided to the pretreatment tank 14 as reprocessed sludge J, and the anaerobic microorganisms contained in the sludge are also heated and treated with acid to dissolve. It is also possible to increase the concentration of the organic component and use it as a fuel source for the microbial fuel cell.

かくして、本実施例の余剰汚泥を用いた発電方法は、有機性廃水を生物学的に処理することにより発生する余剰汚泥に対し、汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を破壊する物理化学的処理を施し、可溶化あるいは微生物、具体的には、微生物燃料電池に保持された微生物に資化されやすい性状にして、微生物燃料電池の燃料源とすることから、そのままでは微生物燃料電池18の燃料源としては不向きである余剰汚泥を、微生物が代謝しやすい形態に変化させることができ、これにより、微生物燃料電池18の燃料源として電気エネルギーを獲得することができる。   Thus, in the power generation method using surplus sludge of this example, the surplus sludge generated by biologically treating organic wastewater is subjected to physicochemical treatment to destroy the cell membrane and cell wall of sludge microorganisms, Since it is used as a fuel source of a microbial fuel cell by making it easily solubilized or microorganisms, specifically, microorganisms held in the microbial fuel cell, it is not suitable as a fuel source of the microbial fuel cell 18 as it is. The surplus sludge can be changed to a form in which microorganisms can be easily metabolized, whereby electric energy can be obtained as a fuel source of the microbial fuel cell 18.

また、処理後の余剰汚泥の固液分離性が改善され、嫌気性消化槽20へ投入する汚泥濃度を高くすることができるだけでなく、処理後の汚泥は細胞膜及び細胞壁が損傷され比較的分解されやすい形態になっていることから消化性能の向上、すなわちメタンガスの発生量増加などによる発電量の増加を図ることができる。言い替えれば、物理化学的処理を施すことにより余剰汚泥中の有機成分を溶出させた後、固液分離を行い、その分離水を微生物燃料電池18の燃料源とするとともに、高濃度の固形分を嫌気性消化法により処理することができる。
これにより、微生物燃料電池18による発電ばかりでなく、嫌気性消化での発電量の改善も見られ、もって多くの電気エネルギーを獲得することができる。
Moreover, the solid-liquid separation property of the surplus sludge after the treatment is improved, and not only can the sludge concentration to be introduced into the anaerobic digestion tank 20 be increased, but the sludge after the treatment is relatively decomposed due to the damage of the cell membrane and the cell wall. Since it is easy to form, the digestion performance can be improved, that is, the amount of power generation can be increased by increasing the amount of methane gas generated. In other words, after the organic components in the excess sludge are eluted by applying physicochemical treatment, solid-liquid separation is performed, and the separated water is used as a fuel source of the microbial fuel cell 18 and a high-concentration solid content is removed. It can be processed by anaerobic digestion.
Thereby, not only the power generation by the microbial fuel cell 18 but also the improvement of the power generation amount by anaerobic digestion is seen, so that a lot of electric energy can be acquired.

また、前記物理化学的処理として、熱処理、薬品処理及び超音波処理の少なくとも1つの処理を行うことにより、余剰汚泥を構成する汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を変質あるいは損傷させることで細胞膜内に存在する細胞質を溶液側に溶出させることができ、これらの処理を併用することで効果が相乗的に増加することも可能である。   Further, as the physicochemical treatment, at least one of heat treatment, chemical treatment, and ultrasonic treatment is performed, so that the cell membrane and the cell wall of the sludge microorganisms constituting the excess sludge are altered or damaged to be present in the cell membrane. The cytoplasm can be eluted to the solution side, and the effect can be increased synergistically by using these treatments together.

この場合、前記熱処理として、30℃以上300℃未満、好ましくは50℃以上100℃以下で余剰汚泥を加熱することにより余剰汚泥を構成する活性汚泥微生物の殺菌とともに、その細胞膜及び細胞壁を構成する多糖類やタンパク質の変質を図ることができる。   In this case, as the heat treatment, the excess sludge is heated at 30 ° C. or more and less than 300 ° C., preferably 50 ° C. or more and 100 ° C. or less, and the activated sludge microorganisms constituting the excess sludge are sterilized, and the cell membrane and cell wall are formed. Changes in sugars and proteins can be achieved.

また、前記薬品処理として、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を用いて余剰汚泥のpHを10以上にしたり、塩酸等の酸を用いて余剰汚泥のpHを5以下にすることにより、微生物の細胞膜及び細胞壁をもろくし、もってその細胞質を溶液側に流出させることができ、さらに、オゾンや過酸化水素等の酸化剤を余剰汚泥に添加することにより、強力な酸化力を利用して、微生物の殺菌あるいは細胞膜及び細胞壁を損傷させることができる。   Further, as the chemical treatment, the pH of the excess sludge is increased to 10 or more using an alkali agent such as sodium hydroxide, or the pH of the excess sludge is decreased to 5 or less using an acid such as hydrochloric acid, The cell wall can be made brittle and the cytoplasm can flow out to the solution side. In addition, oxidants such as ozone and hydrogen peroxide can be added to the excess sludge to sterilize microorganisms using strong oxidizing power. Alternatively, the cell membrane and cell wall can be damaged.

また、前記超音波処理として、水中で超音波を発生させ、微細な気泡の発生と断熱圧縮による気泡の破裂とを生じさせることにより、このときの衝撃力によって水中の汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を破壊することができる。   Further, as the ultrasonic treatment, by generating ultrasonic waves in water, generating fine bubbles and rupturing bubbles by adiabatic compression, the cell membranes and cell walls of sludge microorganisms in the water are affected by the impact force at this time. Can be destroyed.

以上、本発明の余剰汚泥を用いた発電方法について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。   As mentioned above, although the electric power generation method using the excess sludge of this invention was demonstrated based on several Example, this invention is not limited to the structure described in the said Example, The structure described in each Example The configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention, for example, by combining them appropriately.

本発明の余剰汚泥を用いた発電方法は、余剰汚泥を微生物に利用しやすい形態に処理することにより、後段の微生物燃料電池における燃料源とし電気エネルギーを獲得するという特性を有していることから、例えば、下水処理場の生物反応槽等で発生する余剰汚泥の有益な処理方法として好適に用いることができる。   The power generation method using surplus sludge according to the present invention has a characteristic of acquiring electric energy as a fuel source in a subsequent microbial fuel cell by processing the surplus sludge into a form that can be easily used by microorganisms. For example, it can be suitably used as a useful treatment method for excess sludge generated in a biological reaction tank or the like of a sewage treatment plant.

本発明の余剰汚泥を用いた発電方法の一実施例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows one Example of the electric power generation method using the excess sludge of this invention. 微生物燃料電池を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a microbial fuel cell.

1 容器
2 負極
3 正極
4 外部回路
5 隔膜
6 微生物
7 有機物
8 代謝産物
9 電子
10 電子伝達剤
11 還元型電子伝達剤
12 酸化剤
13 還元型酸化剤
14 前処理槽
15 ヒーター
16 硫酸タンク
17 沈殿槽
18 微生物燃料電池
19 アルカリタンク
20 嫌気性消化槽
A 余剰汚泥
B 硫酸
C 処理汚泥
D 上澄水
E 残液
F 濃縮汚泥
G 水酸化ナトリウム
H 消化汚泥
I 循環汚泥
J 再処理汚泥
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Negative electrode 3 Positive electrode 4 External circuit 5 Diaphragm 6 Microorganism 7 Organic substance 8 Metabolite 9 Electron 10 Electron transfer agent 11 Reduction type electron transfer agent 12 Oxidant 13 Reduction type oxidant 14 Pretreatment tank 15 Heater 16 Sulfuric acid tank 17 Precipitation tank 18 Microbial fuel cell 19 Alkaline tank 20 Anaerobic digester A Excess sludge B Sulfuric acid C Treated sludge D Supernatant water E Residual liquid F Concentrated sludge G Sodium hydroxide H Digested sludge I Circulating sludge J Reprocessed sludge

Claims (7)

有機性廃水を生物学的に処理することにより発生する余剰汚泥に対し、汚泥微生物の細胞膜及び細胞壁を破壊する物理化学的処理を施し、可溶化あるいは微生物に資化されやすい性状にして、微生物燃料電池の燃料源とする余剰汚泥を用いた発電方法であって、前記物理化学的処理を施すことにより余剰汚泥中の有機成分を溶出させた後、固液分離を行い、その分離水を微生物燃料電池の燃料源とするとともに、固形分を嫌気性消化法により処理することを特徴とする余剰汚泥を用いた発電方法。 The surplus sludge generated by biological treatment of organic wastewater is subjected to physicochemical treatment to destroy cell membranes and cell walls of sludge microorganisms, solubilized or easily assimilated by microorganisms. A power generation method using surplus sludge as a fuel source for a battery , wherein the organic components in the surplus sludge are eluted by performing the physicochemical treatment, followed by solid-liquid separation, and the separated water is used as a microbial fuel. A power generation method using surplus sludge, characterized in that it is used as a fuel source for a battery and solids are processed by an anaerobic digestion method. 前記物理化学的処理として、熱処理、薬品処理及び超音波処理の少なくとも1つの処理を行うことを特徴とする請求項記載の余剰汚泥を用いた発電方法。 The product as physicochemical treatment, heat treatment, chemical treatment and power generation method using excess sludge according to claim 1, characterized in that at least one processing sonication. 前記熱処理として、30℃以上300℃未満、好ましくは50℃以上100℃以下で余剰汚泥を加熱することを特徴とする請求項記載の余剰汚泥を用いた発電方法。 The power generation method using surplus sludge according to claim 2 , wherein surplus sludge is heated at 30 ° C or more and less than 300 ° C, preferably 50 ° C or more and 100 ° C or less as the heat treatment. 前記薬品処理として、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を用いて余剰汚泥のpHを10以上にすることを特徴とする請求項記載の余剰汚泥を用いた発電方法。 The power generation method using surplus sludge according to claim 2 , wherein as the chemical treatment, the pH of the surplus sludge is set to 10 or more using an alkali agent such as sodium hydroxide. 前記薬品処理として、塩酸等の酸を用いて余剰汚泥のpHを5以下にすることを特徴とする請求項記載の余剰汚泥を用いた発電方法。 The power generation method using surplus sludge according to claim 2 , wherein as the chemical treatment, an acid such as hydrochloric acid is used to adjust the pH of the surplus sludge to 5 or less. 前記薬品処理として、オゾンや過酸化水素等の酸化剤を余剰汚泥に添加することを特徴とする請求項記載の余剰汚泥を用いた発電方法。 The power generation method using surplus sludge according to claim 2 , wherein an oxidizing agent such as ozone or hydrogen peroxide is added to the surplus sludge as the chemical treatment. 前記超音波処理として、水中で超音波を発生させ、微細な気泡の発生と断熱圧縮による気泡の破裂とを生じさせることを特徴とする請求項記載の余剰汚泥を用いた発電方法。 The power generation method using surplus sludge according to claim 2 , wherein as the ultrasonic treatment, ultrasonic waves are generated in water to generate fine bubbles and burst bubbles by adiabatic compression.
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