JP2003088895A - 有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法 - Google Patents

有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法

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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタン発酵では分解しにくい難分解性物質を
選択的に可溶化することができ、これにより、オゾン酸
化におけるオゾンの添加率を経済的にすることができ、
メタン発酵における分解効率を向上させることができ、
さらにはバイオガスの発生率も向上させることができる
有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法を
提供する。 【解決手段】 有機性廃棄物１をメタン発酵させて消化
汚泥２とバイオガス３を得るメタン発酵工程２０と、該
消化汚泥２をオゾンにより酸化して可溶化汚泥４を得る
オゾン酸化工程３０と、該可溶化汚泥４を固液分離して
脱水汚泥５と分離液６を得る固液分離工程４０と、該分
離液６を廃水処理して処理水７を得る廃水処理工程５０
とを含んでなり、該可溶化汚泥４の一部を該メタン発酵
工程２０に返送することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、難分解性成分を含
む有機性廃棄物の処理方法に関し、さらに詳しくは、し
尿、浄化槽汚泥、家畜糞尿、水産加工等の食品工業廃水
など、高濃度窒素、高色度を有する有機性廃棄物の処理
方法およびバイオガスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機性廃棄物中のし尿汚泥や下水汚泥な
どの汚泥類は、一般に、厨芥等と比べて有機物の分解率
が低いので、メタン発酵処理によるガスの発生量が低い
という問題があった。そこで、有機性廃棄物の処理とし
て、図４に示すように、先ず、有機性廃棄物１を前処理
工程１０にてきょう雑物の除去などをした後、オゾン酸
化工程３０にてオゾン発生機３２からオゾンを導入して
有機性廃棄物１を可溶化し、さらにメタン発酵工程２０
にて嫌気性細菌でメタン発酵して処理する方法が提案さ
れている。メタン発酵により消化汚泥２１とバイオガス
３１が得られるが、一般に、消化汚泥２１は固液分離工
程４０にて脱水汚泥５１と分離液６１とに分離され、分
離液６１は更に生物処理などの排水処理工程５０にて処
理され、処理水７１として放流される。一方、バイオガ
ス３１は、発電などに利用するため、ガス貯留槽２２な
どに送られる。このように、メタン発酵の前段で有機物
を可溶化しておくことにより、メタン発酵の効率を向上
させることができる。しかし、上記のようにメタン発酵
の前段でオゾンを吹き込むと、分解しやすい物質からオ
ゾンと反応するので、難分解性物質を可溶化するのには
多量のオゾンが必要になるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑み、メタン発酵では分解しにくい難分解性物質を
選択的に可溶化することができ、これにより、オゾン酸
化におけるオゾンの添加率を経済的にすることができ、
メタン発酵における分解効率を向上させることができ、
さらにはバイオガスの発生率も向上させることができる
有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法を
提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃
棄物をメタン発酵させて消化汚泥とバイオガスを得るメ
タン発酵工程と、該消化汚泥をオゾンにより酸化して可
溶化汚泥を得るオゾン酸化工程と、該可溶化汚泥を固液
分離して脱水汚泥と分離液を得る固液分離工程とを含ん
でなり、該可溶化汚泥の一部を該メタン発酵工程に返送
することを特徴とする。この方法では、上記脱水汚泥の
一部を上記メタン発酵工程に返送することもできる。こ
のように、元々分解しやすい物質をメタン発酵させた
後、難分解性物質をオゾン酸化により可溶化し、再びメ
タン発酵させることで、メタン発酵では分解しにくい難
分解性物質を少ないオゾン添加率で選択的に可溶化で
き、かつメタン発酵の分解効率を向上させるとともに、
バイオガスの発生率も向上させることができる。
【０００５】また、本発明に係る有機性廃棄物の処理方
法は、有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚泥とバイ
オガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥をオゾンに
より酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程と、該消
化汚泥の一部を固液分離して脱水汚泥と分離液を得る固
液分離工程とを含んでなり、該可溶化汚泥を該メタン発
酵工程に返送することを特徴とする。この方法では、上
記脱水汚泥の一部を上記メタン発酵工程に返送すること
もできる。
【０００６】さらに、本発明に係る有機性廃棄物の処理
方法は、有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚泥とバ
イオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥をオゾン
により酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程と、該
可溶化汚泥を固液分離して脱水汚泥と分離液を得る固液
分離工程とを含んでなり、該脱水汚泥の一部を該メタン
発酵工程に返送することを特徴とする。
【０００７】上記した有機性廃棄物の処理方法には、上
記分離液を廃水処理して処理水を得る廃水処理工程を、
さらに加えることもできる。また、本発明は、バイオガ
スの製造方法でもあり、上記した有機性廃棄物の処理方
法を用いたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しなが
ら、本発明の実施の形態を説明する。第１の実施の形態 図１は、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施
の形態を示す概略図である。図１に示すように、本実施
の形態は、有機性廃棄物１からきょう雑物の除去等を行
う前処理工程１０と、有機性廃棄物１をメタン発酵させ
て消化汚泥２とバイオガス３を得るメタン発酵工程２０
と、消化汚泥２をオゾンにより酸化して可溶化汚泥４を
得るオゾン酸化工程３０と、可溶化汚泥４を固液分離し
て脱水汚泥５と分離液６を得る固液分離工程４０と、分
離液６を廃水処理して処理水７を得る廃水処理工程５０
とを含んでなる。そして、可溶化汚泥４の一部を、ポン
プ等によりメタン発酵工程２０に返送するように構成さ
れている。
【０００９】前処理工程１０としては、きょう雑物を除
去するため、スクリーンや遠心分離器などのきょう雑物
除去装置と、スクリュープレスなどの脱水装置とを組み
合わせた手段などを用いることができる。メタン発酵工
程２０としては、嫌気性のメタン生成細菌により有機物
質をＣＯ 2還元および酢酸分解し、メタンを生成するメ
タン発酵槽を用いることができる。また、生成したメタ
ンを含むバイオガス３を一時的に貯留するガス貯留槽２
２を付設している。オゾン酸化工程３０としては、オゾ
ン発生器３２により生成されたオゾンを底部から導入す
るオゾン反応槽を用いることができる。オゾンは散気板
または散気管などで気泡にして導入することにより、効
率的に消化汚泥２と接触させることができる。また、過
酸化水素（Ｈ2Ｏ2）などの酸化剤を添加して、可溶化を
促進させることもできる。固液分離工程４０としては、
遠心分離などの機械的分離や、限外ろ過（ＵＦ）や精密
ろ過（ＭＦ）などの膜分離、多孔質支持体上にコロイド
や超微粒子などを集積させたものを利用するダイナミッ
クろ過などを用いることができる。廃水処理工程５０と
しては、ＢＯＤや窒素をはじめ、ＣＯＤ、りん、色度等
を除去する生物学的脱窒素処理などを用いることができ
る。
【００１０】このような構成によれば、先ず、有機性廃
棄物１は、前処理工程１０にてきょう雑物が除去された
後、メタン発酵工程に導入される。メタン発酵工程２０
では、有機性廃棄物１と、オゾン酸化工程３０から返送
される後述の可溶化汚泥４とが混合され、メタン生成細
菌によりメタン発酵処理が行われる。そして、難分解性
物質を含む消化汚泥２は、オゾン酸化工程３０へと送ら
れ、一方、メタン発酵により生成したメタンを含むバイ
オガス３は、ガス貯留槽２２へと送られる。ここで、メ
タン発酵工程２０とオゾン酸化工程３０との間に、曝気
槽を設置すると、消化汚泥２中のＢＯＤが減少してしま
い、結果的に得られるバイオガス２の生成量の低減につ
ながるため、好ましくない。また、曝気槽の設置は、機
器設備の増加や、曝気動力が必要になるため、好ましく
ない。
【００１１】オゾン酸化工程３０では、メタン発酵処理
では分解されなかった消化汚泥２中の難分解性物質が、
オゾンと接触することにより酸化分解され、生物易分解
性と改質される。このとき、オゾンの供給量は、約３〜
７ｍｇ／ｋｇｔｓで十分に難分解性物質を可溶化でき、
特に、５ｍｇ／ｋｇｔｓ前後が好ましい。このオゾン酸
化により得られた可溶化汚泥４は、再びメタン発酵工程
２０に返送され、生物易分解性物質がメタン発酵により
消化分解される。
【００１２】このように、オゾン酸化工程３０の前段に
メタン発酵工程２０を設けることにより、生物易分解性
物質が予め消化分解されているので、難分解性物質を選
択的に可溶化でき、オゾンの添加率を経済的にすること
ができる。また、オゾン酸化工程３０で得られた可溶化
汚泥４をメタン発酵工程２０に返送することにより、有
機性廃棄物１中の難分解性物質も消化分解できるように
なり、バイオガス３の発生量が増加し、ガス発生率を向
上させることができる。すなわち、有機性廃棄物１の資
源化を促進することができる。さらに、オゾン酸化工程
３０により、有機性廃棄物１中に含まれる分解が困難な
色度成分の分解も可能となることから、後工程の排水処
理工程５０の負荷を軽減することもできる。通常、可溶
化汚泥４の一部をメタン発酵工程２０に返送する。これ
によって、廃棄物中の難分解性物質を効率的にメタン発
酵工程２０にて消化分解できる。
【００１３】また、可溶化汚泥４の一部は、固液分離工
程４０に送られる。固液分離工程４０では、脱水汚泥５
と分離液６とに分離され、脱水汚泥５は焼却又は堆肥化
などにより適宜処理される。また、分離液６は、排水処
理工程５０に送られ、脱窒素処理された後、処理水７と
して放流される。ここで、メタン発酵工程２０後の消化
汚泥２を排水処理工程５０で処理しようとすると、液中
の炭素分（Ｃ）が不足しがちであり、脱窒処理が上手く
進行しなかったり、不安定になりやすい。そのため、場
合によっては、メタノール等のＣ成分を供給する必要が
あった。本実施の形態では、オゾン酸化工程３０後の可
溶化汚泥４を廃水処理工程５０に導入することにより、
Ｃ／Ｎ比のバランスが良い状態で脱窒処理を行うことが
できる。また、Ｃ／Ｎ比も重要であるが、一般に必要で
ある約３以上を有している。
【００１４】第２の実施の形態 図２は、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施
の形態を示す概略図である。図１と同じ構成について
は、同じ符号を付し、説明を省略する。図２に示すよう
に、本実施の形態は、図１と同様に、前処理工程１０
と、メタン発酵工程２０と、オゾン酸化工程３０と、固
液分離工程４０と、廃水処理工程５０とを含んでなる。
但し、可溶化汚泥４を全てメタン発酵工程２０に返送
し、消化汚泥２の一部を固液分離工程２０に導入するよ
うに構成されている。
【００１５】このような構成によれば、先ず、有機性廃
棄物１は、前処理工程１０にてきょう雑物が除去された
後、メタン発酵工程に導入される。メタン発酵工程２０
では、有機性廃棄物１と、オゾン酸化工程３０から返送
される可溶化汚泥４とが混合され、メタン生成細菌によ
りメタン発酵処理が行われる。そして、難分解性物質を
含む消化汚泥２はオゾン酸化工程３０へと送られ、メタ
ン発酵により生成したメタンを含むバイオガス３はガス
貯留槽２２へと送られる。オゾン酸化工程３０では、メ
タン発酵処理では分解されなかった消化汚泥２中の難分
解性物質が、オゾンと接触することにより酸化分解さ
れ、生物易分解性と改質される。このオゾン酸化により
得られた可溶化汚泥４は全て、再びメタン発酵工程２０
に返送され、生物易分解性物質がメタン発酵により消化
分解される。また、消化汚泥２の一部は、固液分離工程
４０に送られる。通常、消化汚泥２が固液分離工程４０
に送られる。これによって、メタン発酵工程２０とオゾ
ン酸化工程３０との循環によって十分に消化分解された
汚泥が固液分離工程４０に送られる。固液分離工程４０
では、脱水汚泥５と分離液６とに分離され、脱水汚泥５
は焼却又は堆肥化などにより適宜処理される。また、分
離液６は、排水処理工程５０に送られ、脱窒処理された
後、処理水７として放流される。
【００１６】このように、本実施の形態によっても、上
記と同様に、生物易分解性物質が予め消化分解されてい
るので、オゾン酸化工程３０で難分解性物質を選択的に
可溶化でき、オゾンの添加率を経済的にすることができ
る。また、オゾン酸化工程３０で得られた可溶化汚泥４
をメタン発酵工程４０に返送することにより、有機性廃
棄物１中の難分解性物質も消化分解できるようになり、
バイオガス３の発生率も向上させることができる。さら
に、オゾン酸化工程３０により、有機性廃棄物１中に含
まれる分解が困難な色度成分の分解も可能となることか
ら、後工程の排水処理工程５０の負荷を軽減することも
できる。
【００１７】ここで、脱水汚泥５は、メタン発酵工程２
０に返送することもできる。これにより、メタン発酵槽
内の固形物濃度を高濃度に保つことができ、メタン発酵
におけるバイオガス３の発生率の向上が図れる。
【００１８】第３の実施の形態 図３は、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施
の形態を示す概略図である。図１と同じ構成について
は、同じ符号を付し、説明を省略する。図３に示すよう
に、本実施の形態は、図１と同様に、前処理工程１０
と、メタン発酵工程２０と、オゾン酸化工程３０と、固
液分離工程４０と、廃水処理工程５０とを含んでなる。
但し、メタン発酵工程２０に返送されるのは、脱水汚泥
５の一部のみであるように構成されている。
【００１９】このような構成によれば、先ず、有機性廃
棄物１は、前処理工程１０にてきょう雑物が除去された
後、メタン発酵工程に導入される。メタン発酵工程２０
では、有機性廃棄物１と、固液分離工程４０から返送さ
れる脱水汚泥５とが混合され、メタン生成細菌によりメ
タン発酵処理が行われる。そして、難分解性物質を含む
消化汚泥２はオゾン酸化工程３０へと送られ、メタン発
酵により生成したメタンを含むバイオガス３はガス貯留
槽２２へと送られる。オゾン酸化工程３０では、メタン
発酵処理では分解されなかった消化汚泥２中の難分解性
物質が、オゾンと接触することにより酸化分解され、生
物易分解性と改質される。このオゾン酸化により得られ
た可溶化汚泥４は全て、固液分離工程４０に送られる。
固液分離工程４０では、脱水汚泥５と分離液６とに分離
され、脱水汚泥５はメタン発酵工程２０に、一部が返送
される。また、脱水汚泥５の一部は焼却又は堆肥化など
により適宜処理される。一方、分離液６は、排水処理工
程５０に送られ、脱窒処理された後、処理水７として放
流される。
【００２０】このように、本実施の形態によっても、生
物易分解性物質が予め消化分解されているので、オゾン
酸化工程３０で難分解性物質を選択的に可溶化でき、オ
ゾンの添加率を経済的にすることができる。また、オゾ
ン酸化工程３０で得られた可溶化汚泥４は、固液分離工
程４０を経た脱水汚泥５のみをメタン発酵工程４０に返
送することにより、有機性廃棄物１中の難分解性物質も
消化分解できるようになるとともに、メタン発酵槽内の
固形物濃度を高濃度に保つことができるので、バイオガ
ス３の発生率も向上させることができる。さらに、オゾ
ン酸化工程３０により、有機性廃棄物１中に含まれる分
解が困難な色度成分の分解も可能となることから、後工
程の排水処理工程５０の負荷を軽減することもできる。
【００２１】また、他の実施の形態として、図１と図３
の構成を同時に備えることもできる。オゾン酸化工程３
０後の可溶化汚泥４と、固液分離工程４０後の脱水汚泥
５とをメタン発酵工程２０に返送することによって、メ
タン発酵におけるバイオガス３の発生量を増加させるこ
とができ、ガス発生率の向上が図れる。
【００２２】
【発明の効果】上記したところから明らかなように、本
発明によれば、メタン発酵では分解しにくい難分解性物
質を選択的に可溶化することができ、これにより、オゾ
ン酸化におけるオゾンの添加率を経済的にすることがで
き、メタン発酵における分解効率を向上させることがで
き、さらにはバイオガスの発生率も向上させることがで
きる有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方
法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施
の形態を示す概要図である。
【図２】本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施
の形態を示す概要図である。
【図３】本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施
の形態を示す概要図である。
【図４】従来の有機性廃棄物の処理方法を示す概要図で
ある。
【符号の説明】 １ 有機性廃棄物 ２ 消化汚泥 ３ バイオガス ４ 可溶化汚泥 ５ 脱水汚泥 ６ 分離液 ７ 処理水 １０ 前処理工程 ２０ メタン発酵工程 ２２ ガス貯留槽 ３０ オゾン酸化工程 ３２ オゾン発生機 ４０ 固液分離工程 ５０ 排水処理工程
フロントページの続き (72)発明者 保田 雄二 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重工 業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 大村 友章 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社横浜研究所内 Ｆターム(参考） 4D040 AA12 AA42 BB02 BB12 4D059 AA01 AA02 AA23 BA17 BC01 BE26 BE38 BE42 BK12 BK17 CA22 CA28 CB27 CC02 DA43

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚
    泥とバイオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥を
    オゾンにより酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程
    と、該可溶化汚泥を固液分離して脱水汚泥と分離液を得
    る固液分離工程とを含んでおり、該可溶化汚泥の一部を
    該メタン発酵工程に返送することを特徴とする有機性廃
    棄物の処理方法。
  2. 【請求項２】 有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚
    泥とバイオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥を
    オゾンにより酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程
    と、該消化汚泥の一部を固液分離して脱水汚泥と分離液
    を得る固液分離工程とを含んでなり、該可溶化汚泥を該
    メタン発酵工程に返送することを特徴とする有機性廃棄
    物の処理方法。
  3. 【請求項３】 上記脱水汚泥の一部を上記メタン発酵工
    程に返送することを特徴とする請求項１又は２記載の有
    機性廃棄物の処理方法。
  4. 【請求項４】 有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚
    泥とバイオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥を
    オゾンにより酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程
    と、該可溶化汚泥を固液分離して脱水汚泥と分離液を得
    る固液分離工程とを含んでなり、該脱水汚泥の一部を該
    メタン発酵工程に返送することを特徴とする有機性廃棄
    物の処理方法。
  5. 【請求項５】 さらに加えて、上記分離液を廃水処理し
    て処理水を得る廃水処理工程を含むことを特徴とする請
    求項１〜４のいずれか記載の有機性廃棄物の処理方法。
  6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれか記載の有機性廃
    棄物の処理方法を用いたことを特徴とするバイオガスの
    製造方法。
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