JP2000514714A - 発酵反応器の容積充填量を最適化すると共に増加させる処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は生物から生じる有機物を含むへどろを濃縮するための方法に関し、前記へどろの乾物濃縮物を改良するために、発酵に先立って前記へどろが機械的に濃縮されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 発酵反応器の容積充填量を最適化すると共に増加させる処理方法 本発明は生物学的乃至有機的組成を有するスラッジの嫌気性生物学的安定化に 用いられる発酵反応器において、該反応器の単位体積当りに充填される有機物の 量を増加させるための処理方法に関する。 嫌気性処理（発酵）は生物学的乃至有機的組成を有するスラッジの生物学的安 定化処理セクタにおいて非常によく用いられている。発酵技術が使用される最も 重要な領域は、公共廃棄水又は産業廃棄水の浄化における１つの処理である下水 スラッジの処理、廃棄物処理及び農業セクタからの物質の流れ（液体厩肥）の処 理を含む。 廃棄物発酵において特に適した出発物質は、特に家庭及び工業的な廃棄物であ り、生物学的廃棄物である。この生物学的廃棄物は、食品、飲料物及びアルコー ル飲料物の製造業から出る廃棄物や、大規模な厨房や飲食店からの残飯等のよう な、都市で分別収集された家庭廃棄物及び産業有機廃棄物から出る。発酵工程で これら廃棄物の処理を可能にするため、多数の処理工程で、発酵工程に先立って これらを粉砕し、均質化し、例えばプラスチック、ガラス、金属といった生物学 的に分解不可能な廃棄組成物を分離する準備工程が設けられる。この目的のため に、廃棄物は混合容器または分散容器（廃棄物パルパー）内でプロセス用水また は水道水と混合され、支障となる混合物が浮遊／沈降分離により除去されたスラ ッジが調製される。廃棄物スラッジの混合の過程で作用する剪断力により発酵可 能な廃棄有機組成物が穏やかかつ選択的に解維され、粉砕される。廃棄物中の水 分はこの湿式調製技術により増加され、約９２〜９５％にされる。廃水の浄化中 に生じる下水スラッジや、豚並びに牛の畜産業で生じる液体厩肥も同様に高い水 の含有率を示す。 共同発酵プラントと呼ばれるものにおいて前記スラッジの混合物を処理するこ ともまた一般的である。この方法において、微生物学的分解処理は栄養分供給を 最適化し、単一のバッチ処理における問題を回避することができる。ここでは、 例えば、廃棄物処理からのスラッジを下水スラッジとともに公共の下水処理プラ ントの腐敗タワーにおいて処理することが可能である。産業有機廃棄物（残飯、 油脂分離廃棄物、屠殺場廃棄物等）及び／又は公共的生物学的廃棄物と一緒に、 液体厩肥を嫌気性処理することもまた非常によく実施されている。これらの両者 の処理において、廃棄物が一緒に処理されるときには、適切な準備技術が必要で ある。共同発酵プラントの操業の利点は、既存の基礎的プラントを共同利用する こと及びスラッジの分解特性を向上させることである。 前述したスラッジ及び液体厩肥は、従来、前処理なしで発酵反応器に供給され る。発酵に必要な反応器の容積は、単位体積当たりに充填される有機物の量及び 液体滞留時間（hydraulic dwell time）により決定される。十分に高度な分解を 達成するために、発酵反応器内で通常１０日乃至２１日の最低滞留時間が必要で ある。最低滞留時間を１０日以下に短縮すると、単位体積当たりに充填される有 機物の量が増加し、不満足な生物学的安定化と、腐敗スラッジ中の残留有機物量 の増加とが同時に発生し、増加した有機物を分解するために堆肥化及び廃水浄化 のような後処理工程が計画されなくてはならなくなる。発酵反応器での最低滞留 時間の短縮は困難を伴い、そこで今日まで前述の最低滞留時間が維持される大き な容積の反応器が必要とされている。 しかし、発酵工程の経済的な効率は反応器に必要とされる容積により主として 決定されるので、反応器の容積を減少させることは投資コストを最小限に抑える のに有利である。反応器の容積を減少させた場合は、例えば、反応器の内容物の 混合や循環のためのプラントが必要とする電気エネルギーはかなり減少される。 本発明の目的は、同一の液体滞留時間で発酵反応器における単位体積当たりに 充填される有機物の量を増加することである。 この目的は、単位時間当たりに処理されるスラッジの体積を減少させるため、 発酵反応器に入れられる前に発酵されるスラッジの水分量を減少することにより 達成される。固形分が増加することにより、同じ液体滞留時間で発酵反応器の単 位体積当たりに充填される有機物の量は増加する。この単位体積当たり充填され る有機物の量の増加は、安定化工程、即ち達成される分解の度合いに応じて、こ の方法で生じる不利な効果を伴うことなく、発酵システムによって決まる最大値 まで増大させることができる。 本発明は生物学的乃至有機的な組成物を有するスラッジを濃縮するための処理 に関し、発酵工程に先立ちスラッジが固形分を増加させるために機械的に濃縮さ れることを特徴とする。固形分は通常は１〜９％、適切には３〜８％、好ましく は５〜８％である。濃縮はスラッジから水を除去し、その固形分を発酵反応器中 の単位体積当たりに充填される有機物の量を最大にする望ましい値にする。本発 明によれば、固形分は通常は１０〜１５％、適切には１０〜１３％、好ましくは １１〜１３％にされる。スクリーン脱水システム、プレス（例えばスクリュープ レス）、傾瀉分離機や遠心分離機のような様々な手段がスラッジの濃縮に用いら れてよい。 本発明による処理方法において用いられるスラッジは廃水処理（浄水場スラッ ジ）や廃棄物処理から、または農業生成物（液体厩肥）から生じるものであって もよい。 実施例として、スラッジの濃縮の処理計画は、廃棄物、好ましくは生物学的廃 棄物から生じたスラッジを例に、以下に示される。廃棄物、好ましくは生物学的 廃棄物の湿式処理はこの場合、ドイツのＢＡＴ社の開発した処理を実施する処理 デザインに従って行われる。図１はブロック図の形式で実施可能な処理の順序を 示す。 例えば公共的、工業的発生源から生じた廃棄物は、例えば鉄系金属等の金属組 成物を金属分離手段により任意に分離した後、まずほぐされ、バッグ分離機、例 えばプラスチック及び紙バッグが細かく切り刻まれる粉砕器において徐々に粉砕 される。そして、前もって粉砕された廃棄物は原料の懸濁液を生成するために該 廃棄物が水と混合されて剪断力にさらされる懸濁容器、例えば廃棄物パルパー内 に入れられる。この場合、原料の懸濁液を５〜９％の固形分、特に７〜９％の固 形分にすることが望まれる。生物学的廃棄物中に存在する支障となる物質は浮遊 ／沈降分離により除去される。可能な限り有効に、かつ有機物を含まないで支障 となる物質の除去を確実にするために、そして電気エネルギー入力を最低にする 点において、固形分をこれ以上大きくするのは望ましくない。通常は２５ｍｍま での大きさの粒子を有する有機物含有スラッジが、容器底から収集容器内に注入 される。スラッジ中にまだ存在している砂、ガラス破片、石のような不活性の組 成物は、不活性組成物の除去に通常用いられる例えば流水と共同して液体サイク ロンにより除去される。この工程において必要とされる流水により、スラッジの 固形分は通常は３〜８％、好ましくは５〜８％にまでさらに減少される。所望に より、得られたスラッジは、アルカリ条件下、高温で、物理化学的処理が施され る。これにより、ある種の廃棄物は発酵されやすくなる。 続いて、得られたスラッジは固体−液体分離される。この固体−液体分離にお いてはスラッジが液体流と固体流とに分離され（二相処理）、またはスラッジが 後続の発酵工程のためのスラッジ貯蔵容器若しくは収集容器に直接供給される（ 単一相処理）。二相処理において、液体流は後続の発酵工程のためのスラッジ貯 蔵容器又は収集容器に移動される。固体流は、もし適切ならば、加水分解及び続 いて該加水分解により生じる液体部分を繰り返し除去した後、好気性の第２の分 解工程に供給される。 通常、発酵反応器において有機固形物の微生物的分解のため、平衡濃度は２〜 ５％になる。しかしながら、反応器に関する経験によれば、固形分が少なくとも ８％ならば発酵について問題はない。このため、本発明によればスラッジの固形 分を増加させるため反応器注入に先立ってスラッジが機械的に濃縮される。先の 処理工程で得られたスラッジの固形分は通常は１〜８％、適切には３〜７％、好 ましくは５〜７％である。濃縮のためスラッジから水が取り除かれ、その固形分 が発酵反応器において可能な限り単位体積当たりに充填される有機物の量を増量 する望ましい値にされる。本発明によれば、固形分は通常は１０〜１５％、適切 には１０〜１３％、好ましくは１１〜１３％にされる。スラッジの濃縮について 、スクリーン脱水システム、プレス（例えばスクリュープレス）、傾瀉分離機ま たは遠心分離機のような様々な手段が使用されてよい。加えて、発酵処理の最終 生成物（発酵残留物）を病原菌から確実に解放するために、発酵反応器の上流に 衛生装置が接続されてもよい。衛生処理工程はバクテリア、菌類、ウィルス及び 雑草の種を不活性にする。これは例えば、衛生装置における処理（例えば、加熱 温度７０℃、維持時間３０分）により達成される。衛生処理工程は濃縮工程の前 後に、好ましくは濃縮工程の後に行われてよい。濃縮工程の後に衛生処理工程を す ることの利点は、この場合に小さい流量になるためシステムを小さくでき必要と されるエネルギーを低減することである。 スクリーン脱水機を用いる濃縮が一実施例として以下に示される。この処理で のスラッジは収集容器またはスラッジ貯蔵容器から、例えばスクリーン脱水機に 供給される。濃縮の程度は、例えば、加えられた凝固補助剤の量により決定され る。凝固補助剤の量に加え、濃縮の度合いは例えば、スクリーニングの分離率に より影響される。しかし、この場合、スラッジの最大量の固形分ではなく、反応 器の単位体積当たりに充填される適切な有機物の量に対して必要とされる固形分 になるように注意しなければならない。これは、例えばここに示す実施例では、 好ましい有機固形残留物は約６〜７ｋｇ／（ｍ³／日）である。反応器において この値を可能にするため、適切には１０〜１３％の固形分にスラッジを濃縮する ことが必要である。 例えば凝固補助剤と混合されたスラッジは水平の脱水区域に沿って連続的に回 転するスクリーンを通って進行する。スクリーン上には濃縮効果を向上させるた め、表面上の湿潤層を除く障害物が設置されていてもよい。固体はスクリーン上 に保持され、ホルドアップランプ（hold-up ramp）を介して発酵反応器に供給さ れる。生成された浄化水は中間の貯水槽に集められる。スクリーン脱水機を用い た濃縮と同じ様に、スクリュープレス、傾瀉分離機または遠心分離機を用いる同 様の方法で濃縮を実施することができる。 本発明による処理方法において、スラッジの固形分を増加させるために発酵工 程に先立ってスラッジが濃縮されることは重要である。この場合に副産物として 生成され、以下浄化水と呼ばれる水は、好適な実施形態において廃棄物パルパー 内で生物学的廃棄物を混合するのに用いられてよく、これにより水の循環が生ま れる。また、より好適な実施形態において、浄化水は脱水装置、例えばスクリー ン脱水装置のスタリーンベルトのための流水として用いられてもよい。さらに、 より好適な実施形態において、浄化水はその非常に高い化学的酸素要求量（ＣＯ Ｄ）のため、発酵工程の下流に接続された窒素化合物除去プラントに、炭素源と して必要なだけ加えられてもよい。この処理の結果として、外部の炭素源の付加 を回避することができる。好適な実施形態として記述された浄化水は、全ての処 理に関して、あらゆる方法で組み合わせられてもよい。 続いて、その固形分が増加されたスラッジが嫌気性の発酵工程に供給される。 固形分が増加され、例えば１０〜１４％になったスラッジの場合、発酵反応器内 の単位体積当たりに充填される有機物の量が著しく大きくなることが経験により 見出されている。 本発明に従って行われた試験により、生物学的廃棄物の懸濁液は８．７％の固 形分を有していた。強熱減量は７５％である。濃縮された懸濁液の固形分は１３ ．７％で、強熱減量は７７％であった。濃縮はこのように発酵反応器内での１４ 日間の同じ液体滞留時間で、単位体積当たりに充填される有機物の量を６０〜６ ５％増加させることを可能にする。凝固補助剤の消費量は、固形分ｌｋｇ当たり ０．８〜１ｇであった。 発酵において生じる生物ガスは発酵反応器から取り出された後でさらなる利用 のために供給することができる。さらに、濃縮の間に生成された浄化水と同様に 、さらなる産物として生成された廃液もまた、同目的の処理において再利用され てよい。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．発酵工程に先立って、スラッジの固形分を増加させるために該スラッジが 機械的に濃縮されることを特徴とする生物学的乃至有機的な組成を有するスラッ ジの濃縮処理方法。 ２．前記スラッジが廃水処理、廃棄物処理または農業生産物から得られたスラ ッジであることを特徴とする請求項１記載の処理方法。 ３．発生源を異にする混合されたスラッジが濃縮され、かつ発酵工程に供給さ れることを特徴とする請求項２記載の処理方法。 ４．スラッジの機械的濃縮がスクリーン脱水、遠心分離、傾瀉分離、押し出し または濾過により行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１ 項に記載の処理方法。 ５．前記スラッジが湿式調製により生成された廃棄物から得られたことを特徴 とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の処理方法。 ６．濃縮において生じた浄化水が、湿式調製において廃棄物スラッジを生成す るための処理水及び流水として使用されることを特徴とする請求項１乃至請求項 ５のいずれか１項に記載の処理方法。 ７．濃縮において生成された浄化水が、生物学的廃水処理プラントにおいて炭 素源の担体として使用されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか １項に記載の処理方法。 ８．濃縮されたスラッジが単数または複数工程の発酵プラントにおいて処理さ れることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の処理方法。 ９．濃縮されたスラッジが加水分解工程に供給されることを特徴とする請求項 １乃至請求項８のいずれか１項に記載の処理方法。 １０．濃縮されたスラッジが、発酵工程または加水分解工程に先立って熱処理 工程を経ることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の処理 方法。