JP2002320949A

JP2002320949A - 有機性廃棄物の乾式メタン発酵法

Info

Publication number: JP2002320949A
Application number: JP2001131263A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Kuroshima; 光昭黒島; Shigeki Horii; 重希堀井; Tetsuo Koga; 哲雄古賀; Tamotsu Ishibashi; 保石橋
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-05
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP4631204B2

Abstract

(57)【要約】【課題】有機性廃棄物をメタン発酵槽内で乾式メタン
発酵処理するに当たり、アンモニア等によるメタン発酵
阻害を防止して、長期に亘り、安定かつ効率的なメタン
発酵を行う。【解決手段】有機性廃棄物１に無機多孔体３を混合
し、得られた混合物５を、無機多孔体を含む汚泥が保持
されるメタン発酵槽６に導入して乾式メタン発酵処理す
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、畜産業、食品産
業、製紙業等より発生する有機性廃棄物の乾式メタン発
酵法に係り、特に、有機性廃棄物をメタン発酵槽内で乾
式メタン発酵処理するに当たり、槽内の固形分濃度及び
微生物群菌体数を増やしてメタン生産効率を高める方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】故紙、生ごみ、家畜糞尿などの有機性廃
棄物を嫌気性細菌の作用で嫌気性分解するメタン発酵処
理は、廃棄物を大幅に減容化すると共に、分解により得
られるメタンガスを含むバイオガスを電気又は熱の形で
エネルギー回収することができるという優れた利点を有
する処理方法である。

【０００３】このメタン発酵法には、ＴＳ（全固形物）
濃度３〜５％程度でメタン発酵する湿式メタン発酵法
と、ＴＳ濃度１５〜４０％程度でメタン発酵する乾式メ
タン発酵法とがある。

【０００４】このうち、湿式メタン発酵法では、ＴＳ濃
度が低いため、高負荷処理が困難であるのに対して、乾
式メタン発酵法であれば、有機性廃棄物を高負荷で処理
してバイオガスを得ることができる。

【０００５】乾式メタン発酵法では、ＴＳ濃度が１５〜
４０％程度の汚泥を保持する乾式メタン発酵槽に、同程
度のＴＳ濃度の有機性廃棄物を投入して処理が行われ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】乾式メタン発酵法で
は、高負荷処理であるために、有機性廃棄物中の有機体
窒素が分解されて生じるアンモニアなどが乾式メタン発
酵槽内に蓄積することにより、メタン発酵活性が阻害さ
れ、経時により発酵効率が低下するという問題があっ
た。

【０００７】また、メタン発酵槽から排出される余剰汚
泥の臭気が抑制されるならば、汚泥処理が容易になるこ
とから、臭気の改善が望まれている。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決し、有機
性廃棄物をメタン発酵槽内で乾式メタン発酵処理するに
当たり、アンモニア等によるメタン発酵阻害を防止し
て、長期に亘り、安定かつ効率的なメタン発酵を行うこ
とができる有機性廃棄物の乾式メタン発酵法を提供する
ことを目的とする。

【０００９】本発明はまた、余剰汚泥の臭気を抑制する
ことができる有機性廃棄物の乾式メタン発酵法を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の有機性廃棄物の
乾式メタン発酵法は、有機性廃棄物を乾式メタン発酵処
理する方法において、該有機性廃棄物に無機多孔体を混
合し、得られた混合物を、無機多孔体を含む汚泥が保持
されるメタン発酵槽に導入して乾式メタン発酵処理する
ことを特徴とする。

【００１１】本発明に従って、無機多孔体を混合した有
機性廃棄物を、無機多孔体を含む汚泥が保持されたメタ
ン発酵槽に投入することにより、次のような優れた作用
効果を得ることができ、効率的なメタン発酵を行うこと
が可能となる。無機多孔体が可溶化菌、酸生成菌、メタン生成菌等
の嫌気性細菌の担体として機能し、無機多孔体の細孔
に、微生物群を安定に保持すると共にその増殖を促進す
るため槽内の菌体数が増大する。無機多孔体の吸着作用によって、メタン生成菌にと
って阻害物質であるＶＦＡ（揮発性有機酸）やアンモニ
アが吸着され、槽内の液中のＶＦＡやアンモニア濃度を
下げてメタン発酵活性を向上させる。無機多孔体は非生物分解性であるため、槽内の固形
分濃度が増大する。上記〜より、メタン発酵活性が向上する。

【００１２】また、無機多孔体が脱臭剤として機能する
ことで余剰汚泥の臭気を低減することができる。また、
余剰汚泥中に無機多孔体が含有されることで汚泥の物理
的性状が変化し、水抜けが良くなることで余剰汚泥の脱
水性の改善も期待される。

【００１３】本発明において、無機多孔体としては炭化
物が好適である。

【００１４】また、無機多孔体は、槽内汚泥に対して２
〜５０重量％（対湿重量）特に５〜１５重量％混合する
のが好ましく、また、発酵原料に対しても２〜５０重量
％（対湿重量）特に５〜１５重量％混合するのが好まし
い。このような割合で無機多孔体を槽内汚泥及び有機性
廃棄物に混合することにより、メタン発酵槽内に一定量
の無機多孔体が常時含まれている状態を維持することが
でき、効率的なメタン発酵を行える。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の有機性廃棄物の乾
式メタン発酵法の実施の形態を図面を参照しながら詳細
に説明する。

【００１６】図１は本発明の有機性廃棄物の乾式メタン
発酵法の実施の形態を示す系統図である。

【００１７】生ゴミ、家畜糞尿、下水処理場等から発生
する汚泥などの有機性廃棄物を、要すれば破砕機等を用
い直径５〜４ｃｍ或いはそれ以下に破砕した投入原料１
を混合装置２に投入し、必要に応じて水や故紙等の繊維
含有有機物を添加混合し、好ましくはＣ／Ｎ比が１０〜
３００、特に１５〜８０、ＴＳ濃度が１５〜４０％、特
に２０〜３５％の混合発酵原料を得、これに無機多孔体
３を混合した後、乾式メタン発酵槽６からの返送汚泥９
を混合する。なお、無機多孔体３は、返送汚泥９の混合
時に混合しても良く、返送汚泥９の混合後に混合しても
良い。

【００１８】ここで、上記混合発酵原料（繊維含有有機
物を添加した場合は、この繊維含有有機物を含む）への
無機多孔体の混合割合は２〜５０重量％（湿重量に対し
て）、特に５〜１５重量％とりわけ１０重量％程度とす
るのが好ましい。この割合が２重量％未満では無機多孔
体を混合することによる効果を十分に得ることができ
ず、また、５０重量％を超えると混合発酵原料と無機多
孔体とを混合することが機械的に難しくなる。

【００１９】なお、上記混合発酵原料のＣ／Ｎ比が１０
未満ではメタン発酵の基質である炭素源が不足し、３０
０を超えるような炭素過剰のものでは、別途窒素やリン
を添加しなければ微生物による分解が困難である。特
に、Ｃ／Ｎ比が８０を超えると有機態炭素を資化する増
殖速度の大きい酸生成菌がメタン発酵菌に優先してメタ
ン発酵菌の生育が阻害されるため、Ｃ／Ｎ比は８０以
下、特に１５〜８０とするのが好ましい。また、ＴＳ濃
度が２０％未満では乾式メタン発酵による高負荷処理が
できず、４０％を超えると水分量が不足していずれの場
合もメタン発酵効率が低下する場合がある。

【００２０】投入原料１は通常、下水汚泥や糞尿のよう
に窒素過多なものであるため、混合装置２においてＣ／
Ｎ比を調整する。Ｃ／Ｎ比の調整手段としては、投入原
料１を加熱脱水し、脱アンモニア処理してＣ／Ｎ比を高
くすることにより混合発酵原料のＣ／Ｎ比及びＴＳ濃度
を調整することができる。しかし、このような投入原料
の前処理を行うと処理操作が複雑化し、また脱水濾液の
処理も必要になるので好ましくなく、混合装置２に紙や
藁、雑草などＣ／Ｎ比、ＴＳ濃度の両方が高い繊維含有
有機物もあわせて投入し、投入原料１と混合することに
より混合発酵原料のＣ／Ｎ比を上記範囲に調整すること
ができると共に、ＴＳ濃度も調整できる。

【００２１】一般に、汚泥や家畜糞尿等の有機性廃棄物
は、上記ＴＳ濃度に対して若干固形物量が不足し、また
Ｃ／Ｎが低い。これに対して紙（故紙）や草（雑草）は
繊維を多く含む有機物であり、しかもＣ／Ｎ比が高い。
紙はＮを殆ど含まず従って、Ｃ／Ｎは著しく高く、草は
Ｃ／Ｎが６０〜１００程度である。従って、ＴＳ濃度や
Ｃ／Ｎ比の調整剤として適している。しかも、紙や草は
セルロースなどの生物分解性の炭素源とリグニン、ヘミ
セルロース、灰分などの難分解性物質も含むため、これ
らを添加することにより、生物分解性物質が微生物の基
質となり、また、難分解性物質が微生物担体として作用
することで良好な乾式メタン発酵処理を行える。

【００２２】混合装置２には蒸気４の吹き込みを行って
混合発酵原料と無機多孔体３と返送汚泥９との混合物５
を３０〜４５℃もしくは４５〜６０℃に加温し、これを
乾式メタン発酵槽６に投入し、嫌気条件下で乾式メタン
を発酵させる。３０〜４５℃に加温した場合は、中温菌
（中温で活性化するメタン発酵菌）による発酵が行わ
れ、４５〜６０℃に加温した場合は、高温菌（高温で活
性化するメタン発酵菌）による発酵が行われる。前者は
加温コストにおいて有利で、後者は、発酵速度が速いと
いうメリットがある。この乾式メタン発酵槽６の槽内汚
泥には予め無機多孔体が好ましくは２〜５０重量％（湿
重量に対して）、とりわけ５〜１５重量％特に１０重量
％混合されている。この混合割合が２重量％未満では、
無機多孔体を混合することによる効果を十分に得ること
ができず、５０重量％を超えると混合発酵原料と無機多
孔体とを混合することが機械的に難しくなる。混合発酵
原料は嫌気性細菌を含む返送汚泥９と混合され、加温さ
れているため、発酵槽６内の加温、攪拌操作は不要であ
る。このため、発酵槽６内にはＴＳ濃度１５〜４０％の
高濃度の汚泥が保持され、１０〜２０ｋｇ−ＣＯＤＣ
_Ｃｒ／ｍ^３／ｄａｙの高負荷で乾式メタン発酵が行われ
る。

【００２３】発酵槽６に投入された混合発酵原料は発酵
槽６内で嫌気性微生物により分解されて徐々にＴＳ濃度
が低下し、発酵槽６の下部へ移動し、引抜き汚泥７とし
て引き抜かれる。１日当りの汚泥７の引き抜き量は槽内
に保有される汚泥の１／５〜１倍、好ましくは１／４〜
１／２倍で、このうち混合発酵原料からガス化した部分
を除いた量（通常は混合発酵原料の９０％程度）を余剰
汚泥８として排出し、残りは返送汚泥９として混合装置
２に供給し、混合発酵原料と混合する。

【００２４】排出される余剰汚泥８は、湿重量当たり
５．５〜１６．３重量％の無機多孔体を含むものであ
り、脱水性に著しく優れる。

【００２５】なお、本発明において無機多孔体として
は、非生物分解性で、細孔が発達し、微生物の担体とし
て機能すると共に、メタン生成菌の阻害物質であるＶＦ
Ａやアンモニアの吸着性能に優れたものであれば良く、
その最も好適なものとしては、以下の理由から炭化物、
特に炭が挙げられるが、炭に限らず、ゼオライト等の各
種の無機多孔体を用いることもできる。

【００２６】本発明において、無機多孔体として最適な
炭は、微細な空隙を多数有しており、その表面積は膨大
である。このため、微生物の担体として有効であり、そ
の膨大な空隙に微生物が付着し増殖する。更に、炭は豊
富なミネラルを含有しており、これが菌体に好影響を与
える。しかも、炭は過剰なイオンを吸着し、周囲での濃
度が低くなると、これを溶脱するという性質を有する。
このため、炭は、メタン生成菌にとって阻害物質である
ＶＦＡやアンモニアを効率的に吸着することから、発酵
槽中の液中のＶＦＡとアンモニア濃度が適当に調節され
るので、炭に付着していない菌群に対しては、活性低下
を防止してメタン発酵活性の向上を図ることができる。
また、炭の内部は電子が豊富に存在する還元状態で、こ
れは特にメタン生成菌の活性増大に有効である。そし
て、活性、即ち代謝・増殖能を増したメタン生成菌が炭
内部に吸着されたＶＦＡを積極的に消費することでメタ
ンガス生産量が向上するという効果も奏される。また、
その脱臭性で汚泥の臭気低減にも有効である。

【００２７】なお、炭としては直径２〜１０ｍｍ程度の
粒状炭が好ましく、その原料には特に制限はない。例え
ば、乾式メタン発酵槽の引抜き汚泥を原料として、炭化
装置を用いて製造された炭を用いても良い。

【００２８】このような本発明の方法によれば、畜産
業、食品産業、製紙業等から排出される有機性廃棄物
や、生ごみ等を効率的に処理してメタンガスとして再資
源化することが可能となる。

【００２９】

【実施例】実施例１，２、比較例１図１に示す装置を用いてＴＳ濃度２０％、Ｃ／Ｎ比１５
の豚糞と生ゴミの混合物（生ゴミは直径５ｃｍに破砕）
の処理を行った。混合装置２において豚糞と生ゴミの混
合物及び繊維含有有機物として幅５ｍｍ程度に裁断した
故紙さらに水を添加してＴＳ濃度２５％、Ｃ／Ｎ比３５
に調整した混合発酵材料に、無機多孔体３として粒状炭
を表１に示す割合で混合し（ただし、比較例１では混合
せず）、更に７４ｋｇ−混合発酵原料／ｔ−返送汚泥と
なるように返送汚泥９を混合し、蒸気の吹き込みにより
５５℃に加温した後、乾式メタン発酵槽６に投入し、下
記条件で３５日間連続して乾式メタン発酵槽処理し、こ
のときのメタンガス発生量（試験期間中のメタンガス発
生量の平均値）、槽内汚泥のＴＳ濃度を調べた。また、
余剰汚泥の臭気を調べ、これらの結果を表１に示した。［処理条件］発酵槽内汚泥量（投入原料投入前）；約２１ｔ投入原料（混合発酵材料＋粒状炭）；約１２００ｋｇ／ｄａｙ余剰汚泥量；約１０８０ｋｇ／ｄａｙ返送汚泥量；約２１ｔ／ｄａｙ

【００３０】なお、粒状炭としては、メタン発酵槽の引
き抜き汚泥を炭化処理して得られた粒径３〜５ｍｍのも
のを用いた。また、乾式メタン発酵槽６には予め表１に
示す割合で無機多孔体としての粒状炭を混合しておいた
（ただし、比較例１では混合せず）。この乾式メタン発
酵槽６内の温度は試験期間中、５２〜５５℃であった。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１より、無機多孔体を添加することによ
り、槽内のＴＳ濃度を高く維持してメタン発酵活性を高
めると共に、臭気の少ない汚泥を得ることができること
がわかる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の有機性廃棄
物の乾式メタン発酵法によれば、有機性廃棄物をメタン
発酵槽内で乾式メタン発酵処理するに当たり、槽内の固
形分濃度と微生物群菌体数を増やすと共に、アンモニア
等によるメタン発酵阻害を防止して、長期に亘り、安定
かつ効率的なメタン発酵処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵法の実
施の形態を示す系統図である。

【符号の説明】

１投入原料２混合装置３無機多孔体４蒸気６乾式メタン発酵槽７引抜汚泥８余剰汚泥９返送汚泥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古賀哲雄東京都新宿区西新宿三丁目４番７号栗田工業株式会社内 (72)発明者石橋保東京都新宿区西新宿三丁目４番７号栗田工業株式会社内Ｆターム(参考） 4D004 AA01 AA02 AA03 AA12 CA04 CA18 CA47 CA48 CB13 CC08 CC11 4D059 AA01 AA05 AA07 BA12 BA27 BF20 BJ02 BK02 BK11 DA55 DA61 DB33 DB34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理する
方法において、該有機性廃棄物に無機多孔体を混合し、得られた混合物を、無機多孔体を含む汚泥が保持される
メタン発酵槽に導入して乾式メタン発酵処理することを
特徴とする有機性廃棄物の乾式メタン発酵法。
【請求項２】請求項１において、該無機多孔体が炭化
物であることを特徴とする有機性廃棄物の乾式メタン発
酵法。