JP2002273391A

JP2002273391A - 有機性固形廃棄物の処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2002273391A
Application number: JP2001123949A
Authority: JP
Inventors: Kenji Katsura; 健治桂; Susumu Hasegawa; 進長谷川; Akihiko Sumi; 晃彦隅
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】有機性固形廃棄物をメタン発酵してメタンガ
スとして回収するシステムにおいて、固形残滓発生量を
低減し、しかも経済的かつ高効率なメタンガス回収を実
現できる処理システムを提供する。【解決手段】（１）有機性固形廃棄物を破砕し、
（２）固形物を好熱菌により生物学的に可溶化し、
（３）可溶化物を分解してガス化するためのメタン発酵
を行なう、工程を含む有機性固形廃棄物の処理方法及び
そのための装置。さらに活性汚泥処理、生物学的脱窒処
理、或いは前処理を行なうとよく、汚泥を可溶化工程に
導入し、循環系にて処理を行なうことで、固形残滓の発
生量が一層低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生ごみ、食品廃棄
物、家畜糞尿等の有機性固形廃棄物を処理するシステム
に関し、さらに詳細には、かかる有機性固形廃棄物を発
酵してメタンガスとしてエネルギーを回収し、しかも環
境に悪影響を及ぼし得る固形残滓を生じることのない、
経済性に優れたシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、如上の有機性固形廃棄物は、焼却
法やコンポスト法によって処理されている。しかし、焼
却法ではダイオキシン等の汚染物質を発生すること、そ
してコンポスト法においては生じたコンポストの安定し
た供給先が必要であるうえ、コンポスト中の塩分その
他、土壌に溶出し得る成分が農作物の生育に悪影響を及
ぼす場合があることなど、それぞれの問題点を有するも
のである。

【０００３】そこで、これら従来法に代わる技術とし
て、嫌気性微生物による生物学的活性を利用したメタン
発酵処理技術の研究開発が進められている。この技術
は、メタン生成菌を主体とした嫌気性微生物による発酵
を利用し、有機性固形廃棄物を最終的にバイオガス（メ
タン約７０容量％、二酸化炭素約３０容量％）と処理水
及び少量の汚泥とに分解するものである。バイオガスは
およそ６，０００ｋｃａｌ／ｍ³程度の熱量を有するの
で、有用なエネルギー源として回収することができる。
しかし、有機性固形廃棄物をメタン発酵処理する場合、
固形物を可溶化させる段階がプロセス全体を律速するこ
とが知られている。そこで廃棄物を１ｍｍ〜数ｍｍ程度
の平均粒径にまで粉砕して固形物の粒径を予め小さくし
ておいた後に、メタン発酵を行なうプロセスが提案され
た（例えば、特開昭５６−１３０９１号公報、特開平１
１−３１９７８３号公報等）。しかしながら、やはりこ
の方法でもコンポストが生じる問題を解決しきれず、ま
たエネルギーの回収率も好ましいものでなかった。さら
にメタンガス回収率を向上させるために、高圧粉砕装置
を用いて廃棄物を微粉砕する方法も提案されている（特
許第３０６４２７２号公報）。この高圧微粉砕方式で
は、数百μｍの平均粒径にまで廃棄物の微細化が達成さ
れるが、装置の設備費用、維持費用が高いため、一般的
に利用可能なものとは云い難い。また、メタン発酵処理
を行なってから、後処理として活性汚泥処理が実施され
るが、この際発生する余剰汚泥はやはりコンポスト処理
に付さざるを得ず、しかして、上述のコンポスト法に伴
う問題点が残されることとなっていた。

【０００４】このような、コンポスト発生に伴う問題を
解決するために有機性固形物の可溶化を企図して、セル
ラーゼを添加して可溶化、分解を促進する方法が提案さ
れた（特開昭６０−９８７９号公報）が、高価な試薬を
用いるので実用に供するのが困難であるだけでなく、可
溶化され得る有機性物質が限定されるため、廃棄物の種
類によっては高い効果が期待できない場合があった。ま
た、特開昭５７−１３１９号公報においては、ｐＨ１０
以上の強アルカリ性条件下、６０〜９０℃の高温にて固
形物を可溶化する方法が提案されたが、エネルギー消費
量が高いのみならず、アルカリ薬品、及びそれにより生
じる強塩基性廃液を中和して放流可能とするための薬剤
の費用と手間を必要とする問題点があった。さらに、
熱、超音波、溶菌酵素を利用した可溶化方法も提案され
ている（特開２０００−５７９７号公報）が、やはりコ
スト面に問題があり実用的ではない。さらに、特許第２
６４７８０４号公報では、１００〜４００℃、１００〜
２２０気圧という高温高圧下に可溶化を行なう方法が提
案されたが、エネルギー面でも、また高圧負荷を可能と
する設備及びその維持にも非常にコスト高になってしま
うものである。

【０００５】一方、嫌気性消化法を利用して、有機性固
形物の可溶化を計る方法も提案されているが（特開昭５
７−４２３９６号公報、特開昭６０−１３７４９８号公
報等）、嫌気性条件の操作では、可溶化率及び反応時間
の大幅な改善を望むことはできなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機性
固形廃棄物をメタン発酵してメタンガスとして回収する
システムにおいて、固形残滓の発生量を極めて低減し、
場合によってはゼロにまで抑えることもできる、経済的
かつ高効率なメタンガス回収を実現できる処理システム
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願第一発明は、有機性固形廃棄物の処理方法におい
て、（１）有機性固形廃棄物を破砕し、（２）固形物を
好熱菌により生物学的に可溶化し、（３）可溶化物を分
解してガス化するためのメタン発酵を行なう、工程を含
む有機性固形廃棄物の処理方法である。この方法によれ
ば、破砕処理により有機性固形廃棄物を可溶化されやす
くし、その後好熱菌を利用した生物学的可溶化を行なう
ことで、固形残滓の発生を抑制しつつ、メタンの回収効
率を高めることが可能となる。

【０００８】さらに提供される本願第二発明は、有機性
固形廃棄物の処理方法において、（１）有機性固形廃棄
物を好熱菌により生物学的に可溶化し、（２）可溶化物
を分解してガス化するためのメタン発酵を行なう、工程
を含む有機性固形廃棄物の処理方法である。有機性固形
廃棄物の由来によっては、破砕処理を行わずとも、直ち
に生物学的可溶化の工程に付すことで、上記本願第一発
明におけると同様の効果が奏され、簡素化されたシステ
ムが実現される。

【０００９】かかる本願第一または第二発明において、
（４）メタン発酵後の処理液を一次処理水と一次汚泥と
に固液分離し、（５）一次処理水を活性汚泥処理に付
し、（６）活性汚泥処理液を二次処理水と二次汚泥とに
固液分離する、工程をさらに含み、当該一次及び二次汚
泥は可溶化工程に付され循環系にて処理が行なわれる
（本願第三発明）ことにより、固形残滓の発生を完全に
抑え、有機物の完全なメタン発酵が許容されるので、メ
タンの回収効率がさらに高められる。

【００１０】そして、この本願第三発明において、前記
活性汚泥処理工程（５）及び活性汚泥処理液を二次処理
水と二次汚泥とに固液分離する工程が、膜分離活性汚泥
処理工程により一工程で実施される（本願第四発明）こ
とにより、同様の効果を奏しつつも、迅速かつ簡便に処
理を進行させることが可能となる。また、本願第三発明
において、前記固液分離工程工程（４）で得られる一次
処理水が、第二メタン発酵に付され、次いで発酵処理液
が活性汚泥処理工程（５）に付されるようにすると（本
願第五発明）、活性汚泥処理工程における有機物負荷量
を低減することができるので、活性汚泥処理装置を減容
化および効率化すると共に、メタン回収率が一層向上す
るので好ましい。さらに本願第六発明は、本願第一また
は第二発明において、（４）メタン発酵後の処理液を膜
分離活性汚泥処理に付して二次処理水と二次汚泥とに固
液分離する、工程をさらに含み、当該二次汚泥は可溶化
工程に付され循環系にて処理が行なわれるものである。
この方法では、上記本願第三発明における（４）〜
（６）の三段階の工程を膜分離活性汚泥処理の単一工程
で行なうので、さらにシステムが簡素化され、しかも同
様の効果が達成されるものである。

【００１１】本願第七発明は、本願第一発明または第二
発明において、（４）メタン発酵後の処理液を活性汚泥
処理に付し、（５）活性汚泥処理後の処理液を二次処理
水と二次汚泥とに固液分離する、工程をさらに含み、当
該二次汚泥は可溶化工程に付され循環系にて処理が行な
われる。この発明では、メタン発酵処理後の処理液中に
含まれる固形物の分離性、沈降性などが好ましくない場
合があることに鑑み、さらに本願第三または第四発明と
同様、メタン回収効率の向上を意図して、活性汚泥処理
が実施される。固液分離工程の前に活性汚泥処理された
処理液は、分離性、沈降性などが改善されていることが
期待され、円滑に作業工程を進行させることができる。

【００１２】本願第八発明は、本願第一発明または第二
発明において（４）メタン発酵後の処理液を一次処理水
と一次汚泥とに固液分離し、（５）一次処理水を生物学
的脱窒処理に付し、（６）生物学的脱窒処理液を二次処
理水と二次汚泥とに固液分離する、工程をさらに含み、
該一次及び二次汚泥は可溶化工程に付され循環系にて処
理が行なわれる。この方法では、脱窒菌の作用により窒
素化合物をＮ₂に変換して原水中の窒素分の除去を行な
い、窒素分をほとんど含有しない処理水として放流する
ことができる。

【００１３】本願第九発明は、本願第一発明または第二
発明において、（４）メタン発酵後の処理液を活性汚泥
処理に付し、（５）活性汚泥処理後の処理液を一次処理
水と一次汚泥とに固液分離し、（６）一次処理水を生物
学的脱窒処理に付し、（７）生物学的脱窒処理液を二次
処理水と二次汚泥とに固液分離する、工程をさらに含
み、該一次及び二次汚泥は可溶化工程に付され循環系に
て処理が行なわれるものである。この方法によれば、メ
タン発酵後の処理液中に含まれる固形分の分離性、沈降
性が好ましくない場合でも円滑に作業を進行すると共
に、メタン回収効率を高めることができ、しかも窒素分
の除去に伴って、最終的に生じる処理水を窒素分をほと
んど含有しない状態で放流することができる。

【００１４】また、これら本願第八発明または第九発明
において、可溶化工程で排出されるガスが前記生物学的
脱窒処理装置に通入される（本願第十発明）と、システ
ムから生じるアンモニア臭等の悪臭や、窒素化合物の流
出をより確実に防止することができる。

【００１５】そして本願第十一発明では、如上の本願第
三〜第十発明において、前記二次汚泥が、前記可溶化工
程（１）または（２）における可溶化装置と別に配設さ
れた、第二可溶化装置における可溶化に付され、該第二
可溶化装置から生じる処理液は前記メタン発酵処理工程
に返送される。この態様は、一次汚泥と二次汚泥とで固
形物、含有微生物などの組成や性状が相異する場合に、
同じ可溶化装置でなく、それぞれ別々の可溶化装置にて
処理を行ない、各々効率良く固形物を可溶化させること
ができる点で有用である。第二可溶化の処理工程を経た
可溶化物もやはりメタン発酵処理工程に返送され循環処
理に付されることで、メタンガス回収効率を高めること
ができる。この場合、前記第二可溶化装置から生じる処
理液の一部が、前記活性汚泥処理工程に返送付される
（本願第十二発明）と、メタン発酵処理装置への過剰量
の負荷を防止すると共に、可溶化液の温度、ｐＨ等によ
ってメタン発酵処理装置内のメタン生成菌がダメージを
受ける可能性を極力抑制しつつメタン発酵処理装置への
返送を行ない、メタンガスの回収量を高めることができ
る一方で、活性汚泥処理装置における負荷の調整をする
こともできる。

【００１６】前記可溶化は、６０〜７０℃で好気的に加
熱処理することによって行なわれる（本願第十三発明）
と、生物学的消化分解と熱による物理的な分解が併せて
進行するため良好な可溶化能が達成され、コストパフォ
ーマンスにも優れる。

【００１７】なお、以上の有機性固形廃棄物の処理方法
において、有機性固形廃棄物を予め、磁選、破袋、篩別
等の前処理に付して（本願第十四発明）、有機性固形廃
棄物中に混入している、後段の処理によっては分解困難
または分解不可能な物質を除去しておくことが好まし
い。

【００１８】また、如上の発明において、前記生物学
的可溶化工程またはメタン発酵工程に先駆けて有機性固
形廃棄物を水分調整する工程をさらに含み（本願第十五
発明）、ここで適宜に水分を添加して被処理物の水分量
を適正化することが好ましい。すると、発酵されるべき
有機物とメタン発酵菌との接触会合の増大が許容され
て、メタン発酵の効率を高めることができ、また連結経
路等において固形物が詰まったりして輸送に不具合が生
じる可能性を回避することもできる。なお、水分調整
は、水のみならず、下水処理場、屎尿処理場などの下水
処理プロセス、または食品工場、化学工場などから排出
される有機性廃水で、固形物含有量の低いものを用いる
ことによっても、さらには以上説明した有機性固形廃棄
物の処理方法により最終的に生じ、系外に排出される処
理水、および同方法で固液分離装置から得られる上清を
用いても成し遂げられる。

【００１９】さらに本発明によって、如上の本発明の方
法を実施するための装置、すなわち、有機性固形廃棄物
の処理装置であって、破砕装置、可溶化装置、メタン発
酵装置及びそれらを連結する経路を含み、本願第一発明
の有機性固形廃棄物の処理方法を実施するための装置
（本願第十六発明）、可溶化装置、メタン発酵装置及び
それらを連結する経路を含み、本願第二発明の有機性固
形廃棄物の処理方法を実施するための装置（本願第十七
発明）、破砕装置、可溶化装置、メタン発酵装置、膜分
離活性汚泥処理装置、及びそれらを連結する経路を含
み、本願第四または第五発明の有機性固形廃棄物の処理
方法を実施するための装置（本願第十八発明）、破砕装
置、可溶化装置、メタン発酵装置、第一固液分離装置、
生物学的脱窒処理装置、第二固液分離装置及びそれらを
連結する経路を含み、本願第八発明または第九発明の有
機性固形廃棄物の処理方法を実施するための処理装置
（本願第十九発明）、そして、活性汚泥処理装置をさら
に含む処理装置（本願第二十発明）が提供される。

【００２０】なお、本願第十八発明で、可溶化装置より
排出されるガスを生物学的脱窒処理装置に通入するため
の経路をさらに含む（本願第二十一発明）ことが、窒素
化合物の流出や、悪臭発生の防止に鑑みると好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の有機性固形廃棄
物の処理方法における実施の形態を図１〜１３に示すフ
ローに基づき説明する。

【００２２】すなわち、図１に示す第一の実施態様の有
機性固形廃棄物の処理方法では、先ず破砕装置１によ
り、厨芥、残飯などの生ごみ、食品廃棄物、家畜糞尿等
の有機性固形廃棄物Ａを所定の粒径、１０ｍｍ以下、よ
り好ましくは１〜５ｍｍ、最も好ましくは１〜２ｍｍに
なるまで破砕する。この粒径が大きすぎると以下の処理
を円滑に行ない難くなることがあり、また小さくするに
は特段の手段や時間を要するために日常的な実施が困難
になり得る。破砕装置１としては、カッターミルなどを
使用するとよい。また、処理対象たる有機性固形廃棄物
Ａが比較的柔らかい場合や、粒径が小さい場合には、こ
の破砕工程を省略することも可能である。

【００２３】次いで、破砕後の有機性固形廃棄物を可溶
化装置２に導入し、好気的微生物（好熱菌）により固形
物の可溶化が成し遂げられる条件下に可溶化処理を行な
い、好熱菌による分解反応と、熱による物理化学的な分
解反応とによって、固形物を可溶化する。可溶化の条件
は、ヒーター、スチーム発生装置などの加熱手段を用い
て５０〜９０℃、好ましくは６０〜７０℃、最も好まし
くは約６５℃にて、常圧下に、好ましくは中性から弱ア
ルカリ性付近のｐＨにおいて加熱処理される。この処理
において、コンプレッサ等よる通気を、好ましくは０．
０１〜０．４ｖｖｍで行なうとよい。また、可溶化処理
は常圧下で攪拌しながら行なうことが好ましい。これら
可溶化処理における条件は、その処理対象である有機性
固形廃棄物の種類及び濃度及び当該固形廃棄物を分解し
うる微生物の可溶化至適温度等に依存して変動可能であ
り、微生物反応と物理化学的分解反応の双方が良好に進
行するように設定される。なお、可溶化を促進するため
に、バチルス・ステアロサーモフィラス等の好熱菌体
（例えば、ＳＰＴ２−１；平成８年１月１８日付にて、
茨城県つくば市東町１丁目１番３号に所在の通商産業省
工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託され受託番号
ＦＥＲＭ−１５３９５が付与された）や、プロテアー
ゼ、リパーゼ、グリコシダーゼ等の酵素を単独または組
み合わせて配合してもよく、さらにオゾン分解、電気分
解、熱アルカリ分解等を併用してもよい。

【００２４】次いで、可溶化物を、従来より知られてい
る、例えば固定床法、浮遊床法等を実施するためのメタ
ン発酵処理装置３に導入する。メタン発酵処理装置３と
しては、例えば５０〜６０℃が活性を示す至適温度であ
る高温メタン生成菌（特許第２７０８０８７号公報参
照）、または３５〜３８℃が活性を示す至適温度である
中温メタン生成菌等が入れられた嫌気槽が、好適に使用
される。本発明においては、可溶化後の高温となった処
理液がメタン発酵に付されるので、メタン発酵は５０〜
６０℃、好ましくは５２〜５５℃で行なうことが好都合
である。また、メタン生成菌の供給源として、有機性廃
水に馴養された嫌気性汚泥などを用いてもよい。有機物
負荷は、高温メタン生成菌を用いる場合には５〜５０ｋ
ｇ・ＢＯＤ／ｍ³・日、好ましくは１０〜３０ｋｇ・Ｂ
ＯＤ／ｍ³・日）、中温メタン生成菌を用いる場合には
１〜２０ｇ・ＢＯＤ／ｍ³・日）、好ましくは６〜１５
ｋｇ・ＢＯＤ／ｍ³・日とするとよい。また装置内のｐ
Ｈは６〜８、好ましくは６．５〜７．５に調整するとよ
い。このように嫌気的消化反応を行なうことによって、
主にメタン及び二酸化炭素が発生し、このメタンを主成
分とするガスは、ガス貯留槽４に送通され、最終的にガ
スエンジン、ボイラー、燃料電池等に利用される。な
お、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電が行な
われる燃料電池には、メタンガスを改質器に通して水素
を発生させ、これを燃料電池の水素源として利用すれば
よい。

【００２５】メタン発酵処理液は、そのまま液肥とし
て、または固液分離後にコンポストとして、もしくは加
熱乾燥処理して、固形肥料、堆肥や埋立などに利用でき
る。可溶化処理を経ることにより固形残滓が格段に減少
するので、コンポスト供給先にかかる従来の問題も解決
され、乾燥処理も容易である。しかも好熱菌による処理
を経ているため、コンポスト馴養に要する時間を短縮す
ることができ、また液肥としても雑菌等の混入が少なく
好都合である。

【００２６】図２に、本発明の第二の実施態様のフロー
を示す。この実施態様では、図１に示したと同様の実施
態様の後段、すなわち、メタン発酵処理後に、処理液を
固液分離装置５に付し、一次汚泥ｘと、一次処理水ａと
に分ける。この固液分離装置５としては、従来より知ら
れている、沈澱槽、遠心分離器、膜分離器、浮上濃縮装
置等の固液分離装置を広く利用できる。これらのうち、
設備及び維持費が安価ですみ、且つ操作にも殆ど手間を
必要としないことから沈殿が好ましい。

【００２７】一次汚泥ｘは、可溶化装置２に返送され、
システムから固形残滓が生じることのないよう、充分に
可溶化がなされる。

【００２８】一方、一次処理水ａは、活性汚泥処理装置
６に導入され、微生物を利用した活性汚泥処理に付され
る。活性汚泥処理装置６において、分解能を有する微生
物の至適ｐＨにて処理を実施することが最も好ましい
が、一般的には、処理後の廃液の問題等に鑑み、中性付
近で反応が行なわれる。この際の処理温度は、微生物に
より有機化合物を二酸化炭素及び水へと消化分解するこ
とができる限り特に限定されず、当該微生物による活性
発現の至適温度下で行なうことが好ましい。また、有機
物の負荷濃度は、例えば０．１〜０．８ｋｇ・ＢＯＤ／
懸濁固形物ｋｇ・日、好ましくは０．２〜０．４ｋｇ・
ＢＯＤ／懸濁固形物ｋｇ・日とするとよい。

【００２９】活性汚泥処理後の処理液は、固液分離装置
７に付され、二次汚泥ｙは可溶化装置２と活性汚泥処理
装置６とに返送され、二次処理水ｂは放流される。可溶
化装置２及び活性汚泥処理装置６への返送量は、各槽内
の活性微生物の存在量を制御するように、適宜その割合
を決定することが好ましい。なお、固液分離装置７とし
ては、固液分離装置５について例示した装置から選択し
たものを使用すればよい。

【００３０】本実施態様ではこうして、循環処理にて充
分にメタン発酵を行ない、固形残滓を全く生じることな
く有効利用可能なガスを最大限に回収することが可能と
なるのである。

【００３１】図３に、本発明の第三の実施態様のフロー
を示す。この実施態様では、図２に示した実施態様と同
様、メタン発酵後に生じる一次汚泥ｘは可溶化装置２に
返送されるが、活性汚泥処理後に生じる余剰汚泥である
二次汚泥ｙは、活性汚泥装置６と、さらに設けられた第
二可溶化装置２’に返送され、ここで可溶化処理が行な
われる。一次汚泥ｘと二次汚泥ｙは、含有微生物などの
組成や性状が相異する場合もあるので、同じ可溶化装置
よりも、それぞれ別個の可溶化装置にて処理を行なう方
が可溶化効率が高くなり、加熱のためのコストもむしろ
低減できる場合がある。第二可溶化装置２’における処
理条件は、可溶化装置２の場合と基本的に同様に設定す
ればよいが、滞留時間、処理温度、ｐＨ等を適宜変更
し、第二可溶化装置２’中の好熱菌が最も活性を呈する
ことができる条件で実施することが好ましい。第二可溶
化装置２’での処理を経た可溶化物もやはりメタン発酵
処理装置３に導入され、循環処理に付されることで、メ
タンガス回収効率が高められる。

【００３２】図４に示す実施態様は、図３に示すと同様
の実施態様において、第二可溶化装置２’から生じる処
理液の一部が、活性汚泥処理装置６に返送されるもので
ある。この場合、メタン発酵処理装置３への過剰量の負
荷を防止すると共に、第二可溶化装置２’から生じる可
溶化液の温度、ｐＨ等によってメタン発酵処理装置３内
のメタン生成菌がダメージを受ける可能性を極力抑制し
つつメタン発酵処理装置３への返送を行なうことでメタ
ンガスの回収量を高めることができる一方、活性汚泥処
理装置６における負荷の調整をして、より円滑に活性汚
泥処理が進行するようにすることもできる。

【００３３】図５には、本発明のさらなる実施態様のフ
ローを示す。この実施態様では、図２に示した実施態様
における固液分離装置５、活性汚泥処理装置６及び固液
分離装置７が１つの膜分離活性汚泥処理装置８で行なわ
れるものであり、この第一の実施態様と同様の効果を奏
しつつも工程の簡素化が実現される。

【００３４】膜分離活性汚泥処理装置８は、曝気装置を
具備し、かつ膜分離装置が配設されたものであればよ
い。この膜分離活性汚泥処理装置８における活性汚泥処
理の条件は、上記活性汚泥処理装置６におけるものに準
ずる。膜分離装置には、例えば、孔径０．１〜２．５μ
m、好ましくは０．３〜０．５μmを有する膜が使用され
るとよく、そして１以上の膜モジュール構造から形成さ
れているものが好適である。

【００３５】また、上記膜分離装置には、好ましくは、
水圧、空気圧等による加圧や、擦掃、振動あるいは薬品
注入等による洗浄手段が内包または併設され、膜を通過
しない物質が膜表面へ接着することをできる限り回避す
る構造とされるとよい。

【００３６】図６に示す実施態様では、図２に示すもの
と同様の実施態様において、一次処理水ａが生物学的脱
窒処理に付されるものである。すなわち、一次処理水ａ
を脱窒処理装置１０に導入し、次工程の硝化処理装置９
から返送される硝化処理液中のＮＯ^2-及び／またはＮＯ
^3-を脱窒処理するために、一次処理水ａ中の有機物が利
用される。一次処理水ａ中に有機物があまり含まれてい
ない場合には、メタノール等の水素供与剤Ｂを添加し
て、反応を促進するとよい。脱窒処理装置１０を経た処
理液は硝化処理装置９に導入され、ここで硝化菌の作用
によりＮＨ₄ ⁺分がＮＯ^2-及び／またはＮＯ^3-に変換され
る。硝化処理装置９にはポリプロピレン、ポリエチレン
等のプラスチック担体等を入れて、硝化菌を高密度に保
持すると、硝化効率がより良好となる。硝化処理液の一
部を脱窒処理装置１０に返送し、循環処理することによ
って、上述のとおり、ＮＯ^2-及び／またはＮＯ^3-をＮ₂
に変換する。このようにして二次処理水ｂ中の窒素化合
物濃度を低減することが可能となる。

【００３７】そして、可溶化装置から排出されるガスを
排ガス供給路１１を通じて硝化処理装置９に通入し、同
上の脱窒及び硝化処理が施されると、システムから生じ
るアンモニア臭等の悪臭を防止すると共に大気汚染の可
能性を減じ、窒素化合物の流出を防止することができる
ので有利であるうえ、可溶化装置２から排出されるガス
の熱を硝化処理装置９において有効利用できるのでさら
に好都合である。

【００３８】図７に示すさらなる実施態様のフローで
は、図１に示す態様で採用した破砕装置１による工程に
先駆けて、有機性固形廃棄物Ａは前処理装置１２での処
理に付され、金属、ビニール、プラスチック片等、有機
性固形廃棄物Ａ中に含まれ、破砕、可溶化、メタン発酵
等の処理工程により分解されえないだけでなく、これら
の処理に支障をもたらす可能性もある物質が極力システ
ム内に混入しないように除去するための選別処理が行な
われる。ここで云う前処理装置１２としては、かかる物
質を排除することができるものであれば特に限定される
ことなく、例えば、磁選装置、破袋装置、篩等を挙げる
ことができる。

【００３９】図８に示す本発明の他の実施態様のフロー
において、図１に示すと同様の構成を有する実施態様の
メタン発酵処理装置３の後段に、活性汚泥処理装置６が
設けられ、発酵後の処理液がそのまま活性汚泥処理に付
される。メタン発酵処理後の処理液には、様々な粘性物
質や微細固形物等が含まれていて、固液分離工程での分
離性、沈降性などが不良となる場合がある。かかる処理
液をすべて活性汚泥処理装置７に導入して処理すること
により、処理液の分離性、沈降性などが改善されること
が期待され、その後固液分離工程を実施することでシス
テムの簡素化も成し遂げられる。活性汚泥処理後の処理
液は、第二固液分離装置７に導入され、二次汚泥ｙは可
溶化装置２と活性汚泥処理装置６とに返送され、二次処
理水ｂは放流される。可溶化装置２及び活性汚泥処理装
置６への返送量は、各槽内の活性微生物の存在量を制御
するように、適宜その割合を決定することが好ましい。
なお、第二固液分離装置７としてはやはり、固液分離装
置３について例示した装置から、処理液の性状、許容量
等を考慮して選択したものを使用すればよい。

【００４０】図９に示す本発明のさらなる実施態様で
は、図８に示す実施態様にかかる破砕装置１が省略され
ており、有機性固形廃棄物Ａが直接可溶化装置２に導入
され、以下、同様の工程が実施される。有機性固形廃棄
物Ａの由来によっては、比較的細かい粒径の揃った固形
物を含むものである場合があり、生物学的可溶化の工程
に直接付すことで充分な可溶化が成し遂げられうる。従
って、この態様では簡素化されたシステムにて、固形物
残滓の発生量が低く、メタン回収効率に優れる処理を行
うことができる。

【００４１】図１０に示すのは、図３に示すと同様の実
施態様において、活性汚泥処理装置６に、食品工場、化
学工場などから排出される有機性廃水で、固形物含有量
の低い有機性廃水Ｃ、好ましくは固液分離操作後に得ら
れる上清が導入されるものである。このような有機性廃
水（固液分離上清）は、可溶性有機物を多量に含み、そ
のまま河川や湖沼に放流すれば富栄養化などに伴う環境
破壊の原因になってしまう。従って、このような有機性
廃水も併せて活性汚泥処理に付し、処理液の固液分離後
に得られる固形物は、第二可溶化装置２’で可溶化処理
した後、再度メタン発酵処理に付すようにすれば、メタ
ンガスに変換されてエネルギーとして再利用することが
できるようになるので好都合である。また、第二可溶化
装置２’から生じる処理液の一部を活性汚泥処理装置６
に返送することにより、メタン発酵処理装置３への過剰
量の負荷を防止すると共に、第二可溶化装置２’から生
じる処理液の温度、ｐＨ等によってメタン発酵処理装置
３内のメタン生成菌がダメージを受けることを防止でき
る。

【００４２】図１１に示す本発明のさらなる実施態様で
は、やはり図３に示すと同様の実施態様において、固液
分離装置５から得られる上清を第二メタン発酵処理装置
３’での処理に付した後、活性汚泥処理工程が実施され
る。第二メタン発酵処理装置３’としては、ＳＳ濃度に
応じて浮遊床法、固定床法、グラニュール法等を採用す
るとよい。こうして再度メタン発酵処理を行なうことに
より、活性汚泥処理工程における有機物負荷量を低減す
ることができるので、活性汚泥処理装置６を減容化およ
び効率化すると共に、メタン回収率が一層向上する。こ
のため、二次処理水ｂの有機物含有量も低くなるという
利点もある。処理液の固液分離後に得られる固形物ｙは
第二可溶化装置２’で可溶化処理した後、再度メタン発
酵処理装置３または第二メタン発酵処理装置３’に付す
ようにすれば、メタンガスに変換されてエネルギーとし
て再利用することができるようになる。

【００４３】図１２に示す本発明のさらなる実施態様で
は、図１０および図１１に示す態様を組み合わせて、す
なわち、固液分離装置５から得られる上清を、ＳＳ濃度
に応じて浮遊床法、固定床法、グラニュール法等が採用
される第二メタン発酵装置３’での処理に付すと共に、
有機性廃水Ｃが当該第二メタン発酵装置３’に導入され
る。従って、有機性廃水Ｃを処理することができると
共に、活性汚泥処理装置６を減容化しつつメタンガスの
回収効率が高められる。

【００４４】図１３に示す実施態様では、図３に示すと
同様の態様において、前記生物学的可溶化工程に先駆け
て、水分調整装置１３で有機性固形廃棄物の水分調整が
行われる。かかる水分調整とは、メタン発酵処理装置３
への被処理物のＴＳ（全固形分）濃度が６〜１５％（ｗ
／ｖ）、好ましくは８〜１２％（ｗ／ｖ）となるよう
に、被処理物の水分量を適正化することを称する。こう
して、適度な固形物濃度で攪拌混合すれば、発酵される
べき有機物とメタン発酵菌との接触会合の増大が許容さ
れるので、メタン発酵の効率を高めることができ、連結
経路等において固形物が詰まったりする不都合を回避す
ることもできる。なお、上記ＴＳ濃度が低すぎるとメタ
ン発酵処理装置３の発酵槽の容積を大きくせざるを得
ず、またＴＳ濃度を高くしすぎると、ポンプ等を利用し
て輸送する際に不具合が生じやすく、またメタン発酵処
理装置３での撹拌が困難になってしまう。水分調整装置
１３としては、通常の貯留槽を利用すればよい。また、
前記ＴＳ濃度は、液体を１０５℃で２時間加熱乾燥した
後に残る全固形物量を測定し、乾燥前の液体容量に対す
る百分率として求められるものとする。

【００４５】ここで、水分調整用液体Ｄとしては、水を
用いてもよいが、食品工場、化学工場などから排出され
る有機性廃水で、固形物含有量の低いもの（例えば固液
分離後の上清）、図１〜１３で例示したような本発明の
有機性固形廃棄物の処理方法により最終的に生じ、系外
に排出される処理水、および同方法で固液分離装置から
得られる上清を適宜に組み合わせて用いても成し遂げら
れ、これらを適切な有機物負荷量で導入することによ
り、メタンガス回収量をより高めることができる。

【００４６】さらに本発明で企図されるのは、図１〜１
３に示すような有機性固形廃棄物の処理装置であり、可
溶化装置２及びメタン発酵装置３をこの順で含み、また
任意に破砕装置１を含んでおり、それらを連結する経路
が配設されている。このような処理装置に、さらに、第
一固液分離装置５、曝気処理装置（活性汚泥処理装置）
６、第二固液分離装置７、前処理装置１２、水分調整装
置１３及びそれらを連結する経路を含むもの、あるいは
膜分離活性汚泥処理装置８、生物学的脱窒処理装置（脱
窒処理装置１０及び硝化処理装置９）、可溶化装置２よ
り排出されるガスを生物学的脱窒処理装置に通入するた
めの排ガス供給路１１などを含むものが例示されるが、
これらに限定されることはなく、以上説明した本発明の
有機性固形廃棄物の処理方法を実施するための処理装置
として適宜改変、付加したものも包含される。

【００４７】各処理装置及び経路は、従来より知られて
いる、耐熱性、耐腐食性等を具備する素材によって、目
的に応じた形状に成形されたものを利用すればよい。

【００４８】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
の範囲はもとより、これら実施例によって限定的に解釈
されるべきものではない。

【００４９】［実施例１］有機性固形廃棄物として、お
から、うどん、パンをそれぞれ１：１：１重量部配合し
たもの５００ｇを、高速ブレンダーにて３分間処理し、
平均粒径２ｍｍ程度に破砕後、水道水を加えて全固形分
（ＴＳ）濃度が約１０％（ｗ／ｖ）となるように調整し
た。次に有機性固形廃棄物の可溶化能を有する好気性好
熱菌ＳＰＴ２−１を前培養の後２％（ｗ／ｗ）添加し、
ジャーファーメンタ−で通気しながら６５℃に加温して
可溶化した。次に、得られた可溶化物を、１２０ｍｌの
バイアル瓶に４０ｍｌ入れ、有機性廃水に馴養した嫌気
性微生物含有汚泥を１０ｍｌ添加して、嫌気的条件下、
５５℃にてメタン発酵処理した。この結果生じたメタン
ガスの容量を定量した。

【００５０】また、メタン発酵処理後の処理液を遠心分
離器により１５，０００ｒｐｍで１０分間固液分離し
て、得られる固形残滓の発生量も定量した。

【００５１】［比較例１］実施例１と同様の方法におい
て、有機性固形廃棄物を破砕してＴＳ濃度１０％（ｗ／
ｖ）に調整した液体４０ｍｌに嫌気性微生物含有汚泥を
１０ｍｌ添加してメタン発酵処理し、メタンガス及び固
形残滓の発生量を定量した。

【００５２】［比較例２］実施例１と同様の有機性固形
廃棄物を、破砕後さらに、乳鉢にて平均粒径数１００μ
ｍにまで微粉砕し、ＴＳ濃度１０％（ｗ／ｖ）に調整し
た液体４０ｍｌに嫌気性微生物含有汚泥を１０ｍｌ添加
してメタン発酵処理し、次いでメタンガス及び固形残滓
の発生量を定量した。

【００５３】以上の結果を以下の表１に示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１より、本発明の方法によって、従来法
に比較してメタンガスの回収効率を高めると共に、固形
残滓の発生量を格段に抑制できることが明らかになっ
た。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、有機性固形廃棄物の処
理において、メタンガス回収率を向上させると共に固形
残滓の発生量を極めて低減し、場合によってはゼロにま
で抑えることもできる、経済性に優れた方法及び装置が
提供され、地球環境の保全に役立つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法の一実施
態様の概略構成図である。

【図２】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法の他の実
施態様の概略構成図である。

【図３】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさらに
別の実施態様の概略構成図である。

【図４】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさらに
別の実施態様の概略構成図である。

【図５】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさらに
別の実施態様の概略構成図である。

【図６】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさらに
別の実施態様の概略構成図である。

【図７】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさらに
別の実施態様の概略構成図である。

【図８】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさらに
別の実施態様の概略構成図である。

【図９】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさらに
別の実施態様の概略構成図である。

【図１０】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさら
に別の実施態様の概略構成図である。

【図１１】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさら
に別の実施態様の概略構成図である。

【図１２】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさら
に別の実施態様の概略構成図である。

【図１３】本発明の有機性固形廃棄物の処理方法のさら
に別の実施態様の概略構成図である。

【符号の説明】

１…破砕装置２…可溶化装置２’…第二可溶化装置３…メタン発酵処理装置３’…第二メタン発酵処理装置４…ガス貯留槽５，７…固液分離装置６…活性汚泥処理装置８…膜分離活性汚泥処理装置９…硝化処理装置１０…脱窒処理装置１１…排ガス供給路１２…前処理装置１３…水分調整装置ａ…一次処理水ｂ…二次処理水ｘ…一次汚泥ｙ…二次汚泥Ａ…有機性固形廃棄物Ｂ…水素供与剤Ｃ…有機性廃水Ｄ…水分調整用液体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 3/34 １０１Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢＣ 11/04 ＤＺＦターム(参考） 4D004 AA02 AA03 AC04 BA03 BA04 CA07 CA17 CA19 CA20 CA22 CB04 CB26 CB31 CC07 4D006 GA02 KA01 KB13 KB22 KB24 KC13 KC14 KC17 MA22 MA31 MB02 PA01 PB08 PB15 PB24 PC64 4D028 BB07 BC17 BC28 BD17 BE08 CA11 4D040 BB05 BB42 BB57 BB82 BB93 4D059 AA03 AA06 AA08 BA12 BE31 BE37 BE41 BE42 BF02 CA22 CA27 CA28 CC01 CC03 EB02 EB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性固形廃棄物の処理方法において、
（１）有機性固形廃棄物を破砕し、（２）固形物を好熱
菌により生物学的に可溶化し、（３）可溶化物を分解し
てガス化するためのメタン発酵を行なう、工程を含む有
機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項２】有機性固形廃棄物の処理方法において、
（１）有機性固形廃棄物を好熱菌により生物学的に可溶
化し、（２）可溶化物を分解してガス化するためのメタ
ン発酵を行なう、工程を含む有機性固形廃棄物の処理方
法。
【請求項３】以下の工程すなわち、（４）メタン発酵
後の処理液を一次処理水と一次汚泥とに固液分離し、
（５）一次処理水を活性汚泥処理に付し、（６）活性汚
泥処理液を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する、工
程をさらに含み、該一次及び二次汚泥は可溶化工程に付
され循環系にて処理が行なわれる請求項１または２記載
の有機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項４】前記活性汚泥処理工程（５）及び活性汚
泥処理液を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する工程
が、膜分離活性汚泥処理工程により一工程で実施される
請求項３記載の処理方法。
【請求項５】前記固液分離工程工程（４）で得られる
一次処理水が、第二メタン発酵に付され、次いで発酵処
理液が活性汚泥処理工程（５）に付される請求項３記載
の処理方法。
【請求項６】以下の工程すなわち、（４）メタン発酵
後の処理液を膜分離活性汚泥処理に付して二次処理水と
二次汚泥とに固液分離する、工程をさらに含み、該二次
汚泥は可溶化工程に付され循環系にて処理が行なわれる
請求項１または２記載の有機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項７】以下の工程すなわち、（４）メタン発酵
後の処理液を活性汚泥処理に付し、（５）活性汚泥処理
後の処理液を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する、
工程をさらに含み、該二次汚泥は可溶化工程に付され循
環系にて処理が行なわれる請求項１または２記載の有機
性固形廃棄物の処理方法。
【請求項８】以下の工程すなわち、（４）メタン発酵
後の処理液を一次処理水と一次汚泥とに固液分離し、
（５）一次処理水を生物学的脱窒処理に付し、（６）生
物学的脱窒処理液を二次処理水と二次汚泥とに固液分離
する、工程をさらに含み、該一次及び二次汚泥は可溶化
工程に付され循環系にて処理が行なわれる請求項１また
は２記載の有機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項９】以下の工程すなわち、（４）メタン発酵
後の処理液を活性汚泥処理に付し、（５）活性汚泥処理
後の処理液を一次処理水と一次汚泥とに固液分離し、
（６）一次処理水を生物学的脱窒処理に付し、（７）生
物学的脱窒処理液を二次処理水と二次汚泥とに固液分離
する、工程をさらに含み、該一次及び二次汚泥は可溶化
工程に付され循環系にて処理が行なわれる請求項１また
は２記載の有機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項１０】前記可溶化工程で排出されるガスが、
生物学的脱窒処理装置に通入される請求項８または９記
載の有機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項１１】前記二次汚泥が、前記可溶化工程
（１）または（２）における可溶化装置と別に配設され
た第二可溶化装置における可溶化に付され、該第二可溶
化装置から生じる処理液は前記メタン発酵処理工程に返
送される請求項３乃至１０のいずれかに記載の処理方
法。
【請求項１２】前記第二可溶化装置から生じる処理液
の一部が、前記活性汚泥処理工程に返送される請求項１
１記載の処理方法。
【請求項１３】前記可溶化が、６０〜７０℃にて好気
的に加熱処理することによって行なわれる請求項１乃至
１２のいずれかに記載の有機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項１４】予め前処理が施された有機性固形廃棄
物が処理される、請求項１乃至１３のいずれかに記載の
有機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項１５】前記生物学的可溶化工程またはメタン
発酵工程に先駆けて有機性固形廃棄物を水分調整する工
程をさらに含む請求項１乃至１４のいずれかに記載の有
機性固形廃棄物の処理方法。
【請求項１６】有機性固形廃棄物の処理装置であっ
て、破砕装置、可溶化装置、メタン発酵装置及びそれら
を連結する経路を含み、請求項１記載の有機性固形廃棄
物の処理方法を実施するための装置。
【請求項１７】有機性固形廃棄物の処理装置であっ
て、可溶化装置、メタン発酵装置及びそれらを連結する
経路を含み、請求項２記載の有機性固形廃棄物の処理方
法を実施するための装置。
【請求項１８】有機性固形廃棄物の処理装置であっ
て、破砕装置、可溶化装置、メタン発酵装置、膜分離活
性汚泥処理装置、及びそれらを連結する経路を含み、請
求項４または５記載の有機性固形廃棄物の処理方法を実
施するための装置。
【請求項１９】有機性固形廃棄物の処理装置であっ
て、破砕装置、可溶化装置、メタン発酵装置、第一固液
分離装置、生物学的脱窒処理装置、第二固液分離装置及
びそれらを連結する経路を含み、請求項８または９記載
の有機性固形廃棄物の処理方法を実施するための処理装
置。
【請求項２０】有機性固形廃棄物の処理装置であっ
て、活性汚泥処理装置をさらに含む、請求項１６、１７
または１９載の処理装置。
【請求項２１】可溶化装置より排出されるガスを生物
学的脱窒処理装置に通入するための経路をさらに含む請
求項１９記載の処理装置。