廃水処理における嫌気性消化技術の仕組みとメリット・デメリット

嫌気性消化は、細菌の酵素反応を利用して有機物を分解する生物学的処理技術です。当初、この技術は主に都市部の下水処理場で、最初沈殿池からの汚泥や余剰活性汚泥を処理するために使用されていました。技術の進歩に伴い、有機性廃水処理と資源利用におけるその価値が再評価されています。

嫌気性消化は複雑な生化学プロセスです。発酵の観点から見ると、発酵は 3 つの段階に分けることができます。微生物学的観点から見ると、主に 2 つの作用段階に分けられます。

1. 発酵プロセスの 3 つの段階

酸性発酵段階：排水中の有機物濃度が高くなり、溶存酸素がなくなり嫌気状態になると、炭水化物が急速に分解され、酢酸、プロピオン酸、酪酸などの低級脂肪酸が生成されます。このとき、pH値は5.0～6.0まで急激に低下し、排水からは強い腐敗臭が発生します。

Acidity Reduction Stage: Organic acids and nitrogenous compounds begin to decompose, producing substances such as ammonia and amines. The pH gradually rises to 6.0–6.5, and the BOD reaches its peak, accompanied by foaming and solid floating.

アルカリ発酵段階: これは消化の最終段階です。蓄積された有機酸はメタン、二酸化炭素、アンモニアに分解され、繊維や窒素を含む有機物はほぼすべて分解されます。-この時点で、pH は 7.5 を超え、BOD は急激に低下し、消化プロセスが完了します。

2. 微生物学の 2 つの段階

ステージ 1 (酸生成段階): 酸-生成菌 (自然界に広く存在する通性および偏性嫌気性菌) の作用により、有機物は低級脂肪酸、アルデヒド、アルコールなどに分解されます。酸-生成菌は急速に繁殖し、環境への適応性が高くなります。

第 2 段階 (メタン発酵段階): メタン生成菌は第 1 段階の生成物を利用し、メタンと二酸化炭素に分解します。メタン生成菌は、繁殖速度が極めて遅い偏性嫌気性菌であり、環境要因 (pH、温度、有毒物質) に非常に敏感です。

主要な制御点: 嫌気性消化の制御因子はメタン生成菌の増殖速度です。連続発酵では、液化とガス化が動的バランスを維持する必要があります。環境が崩れるとメタン発酵が止まり、低級脂肪酸が蓄積し、消化異常を引き起こします。

現在の有機廃棄物処理の主流が脱水、乾燥、焼却に向かっていることから、嫌気性消化には適用に一定の制限がありますが、その独自の利点により、現在のエネルギー不足環境においては重要な意味を持ちます。{0}}

1. 欠点の分析

排水には二次処理が必要：消化分離液中の残留有機物の濃度は高いままであり、さらなる処理が必要です。

臭気の問題: 硫黄と窒素を含む廃水-は、還元分解中に硫化水素とアンモニアを生成し、悪臭を放ちます。

経済的な制限: 従来の嫌気性消化は、低濃度の廃水に対して経済的ではありません。-

2. 利点の分析

エネルギー節約: 生成されたバイオガスは燃料として使用でき、電力コストは生物学的酸化の 10 分の 1 です。{0}}

汚泥発生量が少なく安定：余剰汚泥量が少なく、濃縮性、脱水性に優れています。消化された汚泥は衛生的および化学的に安定しており、廃棄物または動物の飼料として使用できます。

高い処理能力：廃水中の固形分に対して顕著な液化効果を発揮します。

操作および装置の利点: この装置は単純な構造を持ち、臭気汚染のない閉鎖システムで動作し、操作に特別な技術スキルを必要としません。

技術の拡大: 嫌気性活性汚泥や流動床プロセスの開発により、この技術は低濃度廃水の処理にも徐々に適用可能になってきており、経済効率の向上が期待されています。-