JP2003164840A

JP2003164840A - 有機物の処理方法及び処理装置

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Publication number: JP2003164840A
Application number: JP2001367642A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakayama; 衛中山; Sakae Fukunaga; 栄福永; Masuyoshi Mototani; 益良本谷; Shigeru Uchiyama; 茂内山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】可溶化効率の低下を防ぎ、有機物を安定して
処理することができる処理方法、及び処理装置を提供す
る。【解決手段】有機物の処理装置１は、有機物を好気性
微生物を用いて可溶化し、可溶化した有機物を嫌気性条
件下でメタン発酵させる。また、可溶化を行う槽２とは
別の槽１０を用いて好気性微生物を培養し、培養した好
気性微生物と好気性微生物が生成する酵素とのうち、少
なくとも一方を、可溶化を行う槽２に添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機物を処理する
処理方法及び処理装置に関し、特に、固形分を多く含む
固形有機物の処理方法及び処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、有機物を処理する技術とし
て、有機物を、嫌気性微生物を用いて嫌気性処理し、メ
タン発酵させる技術が知られている。こうした技術は、
例えば、特開昭５９−２０３６９７号公報、特公平６−
６１５５０号公報等に記載されている。

【０００３】固形分を多く含む固形有機物（バイオマ
ス）を処理する場合、上述した嫌気性処理の前に、固形
有機物を、好気性微生物を用いて分解処理（好気性処
理）し、可溶化する場合が多い。こうした技術は、例え
ば、特開平８−２４３５９５号公報、特開平０９−９９
２９８号公報、特開平１１−１８８３７９号公報等に記
載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、好気性
微生物を用いて有機物を可溶化し、それをメタン発酵さ
せる処理の場合、可溶化した有機物とともに、好気性微
生物の一部が下流に流出するため、処理の進行ととも
に、好気性微生物の濃度が低下しやすい。好気性微生物
の濃度が低下すると、可溶化の効率が低下し、処理全体
の効率が低下するおそれがある。

【０００５】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、可溶化効率の低下を防ぎ、有
機物を安定して処理することができる処理方法、及びこ
の処理方法の実施に好適な処理装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の有機物の処理方
法では、有機物を好気性微生物を用いて可溶化し、可溶
化した前記有機物を嫌気性条件下でメタン発酵させる有
機物の処理方法において、前記可溶化を行う槽とは別の
槽を用いて好気性微生物を培養し、該培養した好気性微
生物と該好気性微生物が生成する酵素とのうち、少なく
とも一方を前記可溶化を行う槽に添加することを前記課
題の解決手段とした。

【０００７】この処理方法によれば、可溶化を行う槽と
は別の槽を用いて好気性微生物を培養し、該培養した好
気性微生物と該好気性微生物が生成する酵素とのうち、
少なくとも一方を可溶化を行う槽に添加することによ
り、好気性微生物の濃度低下に伴う可溶化効率の低下を
防止できる。

【０００８】この場合において、前記培養した好気性微
生物と該好気性微生物が生成する酵素とのうち、酵素の
みを前記可溶化を行う槽に添加することにより、可溶化
を行う槽で酵素によって上記可溶化効率の低下を防止し
つつ、培養を行う槽で好気性微生物の濃度低下を防止で
きる。

【０００９】また、嫌気性条件に対して難分解性の有機
物を、前記培養の基質として用いることにより、培養を
行う槽において、その有機物の分解が得意な微生物をよ
り多く培養することが可能となる。すなわち、嫌気性条
件下で行われるメタン発酵に対して、有機物の可溶化に
適した微生物をより多く培養することができる。そのた
め、そうした微生物を多く含む好気性微生物を可溶化を
行う槽に添加することにより、有機物を効果的に可溶化
することが可能となり、後段のメタン発酵の効率を向上
できる。

【００１０】本発明の有機物の処理装置では、有機物を
好気性微生物を用いて可溶化する可溶化槽と、可溶化し
た前記有機物を嫌気性条件下でメタン発酵させるメタン
発酵槽とを備える有機物の処理装置において、前記可溶
化槽とは別に設けられ、好気性微生物を培養する培養槽
を備えることを前記課題の解決手段とした。

【００１１】この処理装置によれば、上記の処理方法を
実施できることから、好気性微生物の濃度低下に伴う可
溶化効率の低下を防止できる。

【００１２】この場合において、前記培養槽で培養され
た好気性微生物と該好気性微生物が生成する酵素とを分
離する分離装置を備えることにより、酵素のみを前記可
溶化を行う槽に添加することが可能となる。そのため、
可溶化を行う槽で酵素によって上記可溶化効率の低下を
防止しつつ、培養を行う槽で好気性微生物の濃度低下を
防止できる。

【００１３】また、前記培養槽には、基質として、嫌気
性条件に対して難分解性の有機物が用いられることによ
り、培養槽において、その有機物の分解が得意な微生物
をより多く培養することが可能となる。すなわち、嫌気
性条件下で行われるメタン発酵に対して、有機物の可溶
化に適した微生物をより多く培養することができる。そ
のため、そうした微生物を多く含む好気性微生物を可溶
化槽に添加することにより、有機物を効果的に可溶化す
ることが可能となり、後段のメタン発酵の効率を向上で
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の有機物の処理装置の一実施形態を説明
するための概略構成図であり、図１中符号１は有機物の
処理装置である。この処理装置１は、固形分を多く含む
固形有機物（バイオマス）を処理するのに好適なもので
あり、有機物を好気性微生物を用いて可溶化（液状化）
する可溶化槽２、可溶化した有機物を嫌気性条件下でメ
タン発酵させるメタン発酵槽３、メタン発酵槽３からの
処理物を固液分離する固液分離装置４、及び固液分離装
置４で分離された処理物を可溶化（液状化）しメタン発
酵槽３または可溶化槽２に返送する物理化学的可溶化装
置５等を備えて構成されている。

【００１５】可溶化槽２は、可溶化能力の高い微生物を
含む汚泥を有して構成されたものであり、ポンプ等によ
って送られてきた有機物（バイオマス）を分解処理する
ものである。可溶化槽２では、微生物が持つあるいは微
生物に誘導された酵素が触媒として作用することによ
り、有機物の分解反応が進行する。また、分解反応の速
度を高めることを目的として、原料となる有機物を攪拌
するなどにより通気性を積極的に高めた好気性雰囲気の
中で上記分解処理が行われる。

【００１６】メタン発酵槽３は、酸性生菌やメタン生成
菌等の嫌気性微生物を含む汚泥を有して構成されたもの
であり、ポンプ等によって可溶化槽２から送られてきた
有機物を、嫌気性条件下で、低分子化→有機酸生成→メ
タン生成、のステップでメタンガスに転換、すなわちメ
タン発酵させるようになっている。こうして得られたメ
タンガスは、クリーンなエネルギー、すなわち有価物と
して回収され、さらにはガスタービンなどによって電気
エネルギーとして回収される。

【００１７】固液分離装置４は、メタン発酵後の処理物
のうち固体処理物と液体処理物とを分離し、ポンプ等に
よって液体処理物を不図示の排水処理装置に送るととも
に、残りの固体処理物を物理化学的可溶化装置５に送る
構成となっている。固形分離手段としては、例えば、膜
分離装置、デカンター、濾過装置などの公知のものが用
いられる。

【００１８】物理化学的可溶化装置５は、固液分離装置
４で分離された固体処理物（未分解固形有機物）を物理
化学的に可溶化（液状化）するものである。また、可溶
化した処理物を、メタン発酵槽３または可溶化槽２に返
送するように構成されている。物理化学的な可溶化手段
としては、亜臨界水条件あるいは超臨界水条件下（例え
ば１５０℃（４２３Ｋ）以上）の水熱反応により、有機
物を分解処理する水熱反応処理装置や、加熱した有機廃
棄物を空気に接触させ、空気酸化反応させる湿式酸化処
理装置、あるいは、有機廃棄物をアルカリ加水分解によ
り低分子化するアルカリ加水分解処理装置などが用いら
れる。

【００１９】このうち、例えば、水熱反応処理装置は、
ポンプ等によって反応室内に送られてきた有機廃棄物
を、亜臨界水条件あるいは超臨界水条件下で水熱反応処
理によって組成分解するものである。水熱反応処理装置
は、例えば、有機廃棄物を昇圧して反応室に送る昇圧手
段としての昇圧ポンプ、昇圧された有機廃棄物の流量を
制御するための流量制御装置、水熱反応を促進させるた
めに反応室内の有機廃棄物を攪拌するための攪拌装置、
誘導過熱方式などにより反応室内を加熱する加熱装置、
分解処理した水熱反応処理物を下流側に排出可能な温度
にまで冷却する熱交換器などの冷却装置（いずれも図示
せず）等を含んで構成される。

【００２０】さて、本例の有機物の処理装置１は、可溶
化槽２とは別に設けられ、好気性微生物を培養する培養
槽１０を備えている。培養槽１０は、可溶化能力の高い
微生物（好気性細菌やカビなど）を、温度、基質などの
面で、その増殖に適した条件を作り、高速で増殖させる
ものである。培養槽１０は、例えば、槽内を加熱する加
熱装置、槽内に空気または酸素を供給する酸素供給装
置、槽内の基質を攪拌する攪拌装置等を含んで構成さ
れ、通気性を積極的に高めた好気性雰囲気の中で上記微
生物の培養を行う。

【００２１】培養温度としては、微生物の増殖活性を阻
害しない範囲で高温であることが好ましく、微生物の種
類に応じて、例えば２０〜６０℃に設定される。また、
基質としては、嫌気性条件に対して難分解性の有機物、
例えば、セルロース、キシラン、ヘミセルロース等が用
いられる。

【００２２】続いて、このような構成の有機物の処理装
置１による処理方法に基づき、本発明の有機物の処理方
法について説明する。まず、処理対象である有機物（バ
イオマス）に対して粉砕や水分調整などの所定の前処理
を行った後、その有機物を可溶化槽２に導入する。そし
て、微生物による生物反応を利用して有機物を分解処理
して可溶化（液状化）する。

【００２３】次に、可溶化された有機物をメタン発酵槽
３に導入し、このメタン発酵槽３において、有機物を嫌
気性処理によりメタン発酵させる。前述したように、有
機物は可溶化されており、効果的に嫌気性処理がなされ
る。そして、これにより得られたメタンガスをクリーン
なエネルギー、すなわち有価物として回収する。

【００２４】次に、メタン発酵後の処理物を固液分離装
置４に導入し、その処理物を固液分離する。固液分離さ
れた処理物のうち、液体処理物は不図示の処理装置に導
入され、ここで必要に応じて所定の排水基準を満たすた
めの処理の後、排水される。また、固体処理物は物理化
学的可溶化装置５に導入される。

【００２５】物理化学的可溶化装置５では、固体処理物
を物理化学的に可溶化（液状化）する。例えば、水熱反
応処理装置を用いる場合、固体処理物を、亜臨界水条件
あるいは超臨界水条件下、具体的には例えば１５０〜２
００℃、及びその温度に応じた飽和蒸気圧程度の条件下
で水熱反応処理によって組成分解し、その固体処理物を
可溶化（液状化）する。そして、可溶化した処理物を、
可溶化槽２またはメタン発酵槽３に返送する。

【００２６】可溶化槽２またはメタン発酵槽３に返送さ
れた処理物は、上記した好気性処理あるいは嫌気性処理
によってさらに分解処理される。そして、以上の一連の
処理を繰り返し行うことにより、有機物が良好に処理
（減容化、無害化など）され、有価物としてメタンガス
が回収される。

【００２７】さて、可溶化槽２では、可溶化した有機物
とともに、好気性微生物の一部が下流のメタン発酵槽３
に流出するため、処理の進行とともに、好気性微生物の
濃度が低下しやすい。そのため、本例では、可溶化槽２
とは別の培養槽１０を用いて微生物（好気性微生物）を
培養し、培養した好気性微生物（好気性微生物が生成す
る酵素を含む）を可溶化槽２に添加する。

【００２８】培養槽１０で培養した微生物を可溶化槽２
に添加するタイミングや添加量は、可溶化槽２における
処理の進行状況に応じて定められる。例えば、可溶化槽
２に１日に投入される有機物（バイオマス）の量に応じ
て微生物の添加量を定め、その量の微生物を１日のうち
の所定の時刻に可溶化槽２に投入する。この微生物の投
入により、可溶化槽２における好気性微生物の濃度低下
が防止される。

【００２９】このように、上記構成の有機物の処理装置
１とこれを用いてなる処理方法にあっては、培養槽１０
を用いて好気性微生物を培養し、この培養した好気性微
生物（好気性微生物が生成する酵素を含む）を可溶化槽
２に添加することにより、好気性微生物の濃度低下を抑
制できる。したがって、可溶化槽２における微生物の濃
度低下に伴う可溶化効率の低下を防ぎ、有機物を安定し
て処理することができる。

【００３０】しかも、培養槽１０が、可溶化槽２とは別
に、一連の処理ルーチンから独立して設けられているこ
とから、培養槽１０において、温度、基質などの面で、
微生物の増殖に適した条件を作りやすい。

【００３１】また、本例では、培養の基質として、嫌気
性条件に対して難分解性の有機物（セルロース、キシラ
ン、ヘミセルロース等）を用いることから、培養槽１０
において、その有機物の分解が得意な微生物をより多く
培養することが可能となる。すなわち、嫌気性条件下で
行われるメタン発酵に対して、有機物の可溶化に適した
微生物をより多く培養することができる。そのため、そ
うした微生物を多く含む好気性微生物を可溶化槽２に添
加することにより、有機物を効果的に可溶化することが
可能となり、後段のメタン発酵の効率を向上できる。

【００３２】また、培養槽１０において、可溶化能力の
高い微生物の増殖に適した条件を容易に作れることか
ら、その微生物を高速で増殖させ、高濃度の状態で安定
して可溶化槽２に供給することができる。したがって、
本例では、可溶化槽２における微生物の濃度低下を確実
に抑制することができる。

【００３３】また、本例では、可溶化槽２において、可
溶化能力の高い微生物が添加されることから、可溶化槽
２における好気性処理の処理温度を一般例に比べて低く
設定できる。すなわち、可溶化能力の高い微生物を添加
することにより、可溶化効率を高め、結果として処理温
度を例えば５０〜８０℃前後に低く設定できる。そのた
め、可溶化槽２の加温に要するエネルギーを低減するこ
とが可能となる。

【００３４】なお、可溶化槽２に空気を送ることによ
り、アンモニアストリッピングが期待できる。その結
果、メタン発酵槽３でのアンモニア阻害が軽減される。

【００３５】また、本例では、メタン発酵槽３からの処
理物のうち、固体処理物を、物理化学的可溶化装置５に
よって可溶化（液状化）することにより、可溶化槽２で
可溶化されなかった処理物が確実に可溶化される。な
お、物理化学的可溶化装置５で可溶化する処理物は、主
に、可溶化槽２で可溶化されなかった処理物であること
から、原料として投入される有機物の量に比べて少な
い。そのため、この物理化学的な可溶化に要するエネル
ギーは少なくて済む。

【００３６】図２は、本発明の有機物の処理装置の他の
実施形態を説明するための概略構成図であり、図１中符
号２０は有機物の処理装置である。なお、図２に示す各
構成要素のうち、先の図１に示した実施形態と同様の機
能を有するものは図１と同一の符号を付し、その説明を
省略する。

【００３７】処理装置２０は、上述した実施形態と同様
に、好気性微生物を培養する培養槽１０を備えている。
また、上述した実施形態と異なり、培養槽１０で培養さ
れた好気性微生物とその好気性微生物が生成する酵素と
を分離する分離装置２１を備えている。

【００３８】分離装置２１は、培養槽１０で培養された
好気性微生物を含む培養物のうち、好気性微生物が生成
する酵素のみを分離して取り出し、その酵素を可溶化槽
２に送るとともに、残りを培養槽１０に返送する（濃縮
返送）。分離手段としては、例えば、沈殿装置、濾過装
置、膜分離装置、及びこれらを組み合わせたもの等の公
知のものが用いられる。

【００３９】本実施形態の有機物の処理装置２０では、
培養槽１０を用いて好気性微生物を培養し、この培養し
た好気性微生物が生成する酵素を可溶化槽２に添加する
ことにより、可溶化槽２における微生物の濃度低下に伴
う可溶化効率の低下を防止でいる。

【００４０】すなわち、可溶化槽２では、可溶化した有
機物とともに、好気性微生物の一部が下流のメタン発酵
槽３に流出するため、処理の進行とともに、好気性微生
物の濃度が低下するものの、培養槽１０から添加される
酵素が触媒として作用することにより、有機物の分解反
応が進行し、微生物の濃度低下に伴う可溶化効率の低下
が防止される。

【００４１】しかも、本例では、培養槽１０で培養した
好気性微生物とその好気性微生物が生成する酵素とのう
ち、酵素のみを可溶化槽２に添加し、好気性微生物は培
養槽１０に返送することから、培養槽１０での好気性微
生物の濃度低下が防止され、高濃度に維持できる。その
ため、培養槽１０で微生物をより高速に増殖させること
が可能となる。

【００４２】なお、本発明は、培養槽で培養した微生物
と、その微生物が生成する酵素とのうち、少なくとも一
方を可溶化槽に添加することを特徴としており、可溶化
槽に、微生物のみを添加する場合、酵素のみを添加する
場合、微生物と酵素との双方を添加する場合のすべてを
含む。いずれの場合も、可溶化槽における微生物の濃度
低下に伴う可溶化効率の低下を防止できる。

【００４３】また、原料の有機物の一部を培養槽に加え
てもよい。

【００４４】以上、添付図面を参照しながら本発明に係
る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例
に限定されないことは言うまでもない。上述した例にお
いて示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例で
あって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計
要求等に基づき種々変更可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機物の
処理方法及びその装置は、可溶化を行う槽とは別の槽を
用いて好気性微生物を培養し、培養した好気性微生物と
好気性微生物が生成する酵素とのうち、少なくとも一方
を可溶化を行う槽に添加することにより、好気性微生物
の濃度低下に伴う可溶化効率の低下を防止できる。した
がって、有機物を安定して処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機物の処理装置の一実施形態例
の、概略構成を説明するための図である。

【図２】本発明の有機物の処理装置の他の実施形態例
の、概略構成を説明するための図である。

【符号の説明】

１，２０…有機物の処理装置、２…可溶化槽、３…メタン発酵槽、４…固液分離装置、５…物理化学的可溶化装置、１０…培養槽、２１…分離装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福永栄神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社機械・プラント開発センター内 (72)発明者本谷益良神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社機械・プラント開発センター内 (72)発明者内山茂神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社機械・プラント開発センター内Ｆターム(参考） 4D004 AA01 BA03 CA13 CA18 CA19 CA20 CA34 CA36 CA39 4D059 AA30 BA12 BA26 BA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機物を好気性微生物を用いて可溶化
し、可溶化した前記有機物を嫌気性条件下でメタン発酵
させる有機物の処理方法において、前記可溶化を行う槽とは別の槽を用いて好気性微生物を
培養し、該培養した好気性微生物と該好気性微生物が生
成する酵素とのうち、少なくとも一方を前記可溶化を行
う槽に添加することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項２】前記培養した好気性微生物と該好気性微
生物が生成する酵素とのうち、酵素のみを前記可溶化を
行う槽に添加することを特徴とする請求項１に記載の有
機物の処理方法。
【請求項３】嫌気性条件に対して難分解性の有機物
を、前記培養の基質として用いることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の有機物の処理方法。
【請求項４】有機物を好気性微生物を用いて可溶化す
る可溶化槽と、可溶化した前記有機物を嫌気性条件下で
メタン発酵させるメタン発酵槽とを備える有機物の処理
装置において、前記可溶化槽とは別に設けられ、好気性微生物を培養す
る培養槽を備えることを特徴とする有機物の処理装置。
【請求項５】前記培養槽で培養された好気性微生物と
該好気性微生物が生成する酵素とを分離する分離装置を
備えることを特徴とする請求項４に記載の有機物の処理
装置。
【請求項６】前記培養槽には、基質として、嫌気性条
件に対して難分解性の有機物が用いられることを特徴と
する請求項４または請求項５に記載の有機物の処理装
置。