JP2003326237A - 有機性廃棄物処理システム - Google Patents

有機性廃棄物処理システム

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JP2003326237A
JP2003326237A JP2003023546A JP2003023546A JP2003326237A JP 2003326237 A JP2003326237 A JP 2003326237A JP 2003023546 A JP2003023546 A JP 2003023546A JP 2003023546 A JP2003023546 A JP 2003023546A JP 2003326237 A JP2003326237 A JP 2003326237A
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equipment
decomposition
organic waste
methane fermentation
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JP2003023546A
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English (en)
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Jun Tsubota
潤 坪田
Toshiaki Tsubone
俊明 局
Shigeki Fujiwara
茂樹 藤原
Nobuhisa Suzuki
信久 鈴木
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
大阪瓦斯株式会社
Jfe Engineering Kk
Jfeエンジニアリング株式会社
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】有機物の分解率に優れた有機性廃棄物処理シス
テムを提供する。 【解決手段】 有機性廃棄物に含まれる有機物を分解す
る設備(分解設備)と、メタン発酵設備とを備え、分解
設備で、60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に
含まれる有機物を超好熱嫌気性菌により分解する工程、
分解設備で得られた分解物をメタン発酵設備に供給する
工程、及び該分解物をメタン発酵設備で嫌気性雰囲気で
メタン発酵する工程を含む有機性廃棄物処理システム、
当該システムを実施するための装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃棄物の処
理方法、システム及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】地球環境保全の重要性や省エネルギーの
観点から、食品工場などから排出される有機性廃棄物、
ホテル、飲食店、一般家庭などから排出される有機性廃
棄物(生ゴミ)、畜産廃棄物、下水汚泥などの有機性廃
棄物を、メタン発酵によりメタンガスとして回収する技
術開発が進められており、有機物からできるだけ多くの
メタンを回収し、最終廃棄物の量を削減するため、有機
物分解率を向上させる方法が開発されている(例えば、
特許文献1参照)。しかし、従来のメタン発酵法では、
有機性廃棄物はそのまま、或いは多量の水を加えて投入
されていたため、特に有機性廃棄物が固形有機性廃棄物
や汚泥などのスラリー状である場合にはシステムが安定
しにくい、UASBなどの効率的な手段を用いることができ
ない、大規模な設備が必要となる、などの問題があっ
た。
【0003】固形有機性廃棄物を、嫌気条件下、30〜
60℃程度でpH6程度で可溶化する技術も提案されて
いるが、酸性条件下で処理を行っているため多量の水素
が発生するので、安全性、メタン発酵でのエネルギー源
の減少などの点で問題がある(例えば、非特許文献1参
照)。
【0004】汚泥を、嫌気条件下、65〜80℃程度で
可溶化した後メタン発酵設備でガス生成反応を行わせる
方法も提案されているが、分解量及び分解率が不十分で
ある(例えば、特許文献2参照)。
【0005】一方、有機物分解率が向上すると本来分解
されにくいたんぱく質が分解され、この際発生するアン
モニアがメタン発酵を阻害することが技術開発上の問題
点となっている。通常、水溶しているアンモニアを除去
するには、高pH(pH11程度)下で気体を吹き込
み、アンモニアを揮発させたのち回収する、いわゆるア
ンモニアストリッピング法が用いられるが、一度pHを
11程度まであげてしまうとメタン発酵は完全に阻害さ
れ、停止してしまうため、通常、この技術をメタン発酵
に用いることはできない。そこで、アンモニアストリッ
ピングの後に、酸によりpHを7〜8付近に戻してメタ
ン発酵を行う方法も提案されているが(例えば、特許文
献3参照)、当該方法では、酸及びアルカリが多量に必
要となるため、工業的な方法としては適していない。し
たがってアンモニアの阻害を受けることなく、有機物分
解率を向上させる簡便な手段の開発が望まれている。ま
た、メタン発酵による有機性廃棄物処理は、環境適合型
技術として今日期待されているが、従来提案されている
方法では、有機物中の炭素はメタン及び二酸化炭素の形
で回収することができるが、有機物中の窒素はそのまま
河川放流され環境負荷となっている。排水処理として硝
化脱窒装置を新たに設置する方法も提案されているが、
装置や工程数が増えるので好ましくない。そのため、有
機性廃棄物処理工程において効率的に窒素を取り除く手
段の開発が必要とされている。
【0006】また、活性汚泥処理設備などの汚水を処理
する水処理設備は、通常有機物を多く含む有機性廃棄
物、特に固形分を含む処理には適用し難いので固形有機
性廃棄物の処理にはほとんど利用されていない。しか
し、廃水処理のための設備、例えば活性汚泥処理設備は
既存の施設として数多く存在しているため、固形有機性
廃棄物の処理にも利用することができれば、新たな設備
を設けることと比べ、スペース確保などの点から有利で
ある。
【0007】
【特許文献1】特許第3064272号
【0008】
【特許文献2】特公昭58−41916号公報
【0009】
【特許文献3】特公平7−115035号公報
【0010】
【非特許文献1】産業廃水処理のための嫌気性バイオテ
クノジー(R.E.Speece原著)技報堂出版、p102
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな欠点がなく、有機物を効率よく分解できる有機性廃
棄物の処理方法及びシステムを提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者は、60℃以上
の嫌気性条件下で、有機性廃棄物を、かかる条件で有機
物を分解できる超好熱嫌気性菌の存在下で前処理するこ
とを利用すれば、上記目的が達成されることを見出し、
本発明を完成した。
【0013】即ち、本発明は、以下の各項に示す発明に
関する。 項1 有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する設備
(分解設備)と、メタン発酵設備とを備え、分解設備
で、60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に含ま
れる有機物を超好熱嫌気性菌により分解する工程、分解
設備で得られた分解物をメタン発酵設備に供給する工
程、及び該分解物をメタン発酵設備で嫌気性雰囲気でメ
タン発酵する工程を含む有機性廃棄物処理システム。 項2 分解設備とメタン発酵設備の間に分解設備の内容
物を固液分離する手段を備え、該手段に分解設備の内容
物を供給して固液分離する工程、該手段により得られる
固形分を分解設備に供給する工程及び該手段により得ら
れる液体分をメタン発酵設備に供給する工程を有する項
1に記載のシステム。 項3 メタン発酵設備の余剰汚泥を分解設備に供給する
工程を含む項1に記載のシステム。 項4 メタン発酵設備の後段に水処理設備を設け、メタ
ン発酵設備の内容物を水処理設備に供給する工程を含む
項1に記載のシステム。 項5 メタン発酵設備と水処理設備の間にメタン発酵設
備の内容物を固液分離する手段を備え、該手段にメタン
発酵設備の内容物を供給して固液分離する工程、該手段
により得られる固形分をメタン発酵設備に供給する工程
及び該手段により得られる液体分を水処理設備に供給す
る工程を有する項4に記載のシステム。 項6 水処理設備の余剰汚泥を、分解設備及びメタン発
酵設備の少なくとも1種に供給する工程を含む項4に記
載のシステム。 項7 分解設備の余剰汚泥を水処理設備に供給する工程
及びメタン発酵設備の余剰汚泥を水処理設備に供給する
工程の少なくとも1種を含む項4に記載のシステム。 項8 メタン発酵設備と水処理設備の間に超好熱嫌気性
菌生産設備及び超好熱嫌気性菌の内容物を固液分離する
手段を順次設け、メタン発酵設備の内容物を超好熱嫌気
性菌生産設備に供給し、超好熱嫌気性菌生産設備の内容
物を該固液分離手段に供給して固液分離する工程、該手
段により固形分として得られる超好熱嫌気性菌を分解設
備に供給する工程、及び該手段により得られる液体分を
水処理設備に供給する工程を含む項4に記載のシステ
ム。 項9 有機性廃棄物をメタン発酵設備に供給する有機性
廃棄物供給機構を備え、有機性廃棄物をメタン発酵設備
に供給する工程を含む項1に記載のシステム。 項10 有機性廃棄物を水処理設備に供給する有機性廃
棄物供給機構を備え、有機性廃棄物を水処理設備に供給
する工程を含む項4に記載のシステム。 項11 メタン発酵設備の内容物の窒素濃度を2500
mg/L以下に保つ手段を備えたシステムであって、該
手段が、分解設備にアンモニア回収装置を付属させるこ
とである項1に記載のシステム。 項12 分解設備内の温度を60℃以上に保つ加温設備
と、コジェネレーション設備とを備え、(i)有機性廃棄
物を分解設備に供給する有機性廃棄物供給機構と、(ii)
メタン発酵設備内で発生するメタンをコジェネレーショ
ン設備に供給するメタン供給機構と、(iii)コジェネレ
ーション設備から排出される60℃以上の排熱保有媒体
が前記加温手段を循環して前記分解設備を60℃以上の
温度に維持する温度維持機構と、(iv)メタン発酵設備の
余剰汚泥を分解設備に供給する汚泥供給機構とを備えた
項1に記載の有機性廃棄物処理システム。 項13 有機性廃棄物が固形有機性廃棄物であり、該固
形有機性廃棄物に含まれる有機物を超好熱嫌気性菌によ
り分解して可溶化することを特徴とする項1に記載のシ
ステム。 項14 有機性廃棄物に含まれる有機物の分解率が60
%以上である項1に記載のシステム。 項15 分解設備の内容物のpHが7以上である項1に
記載のシステム。 項16 有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する設備
(分解設備)と、水処理設備とを備え、分解設備で、6
0℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に含まれる有
機物を超好熱嫌気性菌により分解する工程、分解設備で
得られた分解物を水処理設備に供給する工程及び該分解
物を水処理する工程を含む有機性廃棄物処理システム。 項17 分解設備と水処理設備の間に分解設備の内容物
を固液分離する手段を備え、該手段により得られる固形
分を分解設備に供給する工程及び該手段により得られる
液体分を水処理設備に供給する工程を有する項16に記
載のシステム。 項18 水処理設備の余剰汚泥を分解設備に供給する工
程を含む項16に記載のシステム。 項19 分解設備の余剰汚泥を水処理設備に供給する工
程を含む項16に記載のシステム。 項20 有機性廃棄物を水処理設備に供給する有機性廃
棄物供給機構を備えた項16に記載のシステム。 項21 分解設備にアンモニア回収装置を付属させ、分
解設備で発生したアンモニアをアンモニア回収装置で分
解設備から取り除く工程と、取り除いたアンモニアを酸
もしくは触媒により回収する工程を含む項16に記載の
システム。 項22 有機性廃棄物が固形有機性廃棄物であり、該固
形有機性廃棄物に含まれる有機物を超好熱嫌気性菌によ
り分解して可溶化することを特徴とする項16に記載の
システム。 項23 有機性廃棄物に含まれる有機物の分解率が60
%以上である項16に記載のシステム。 項24 分解設備の内容物のpHが7以上である項1
6に記載のシステム。 項25 60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に
含まれる有機物を超好熱嫌気性菌により分解する有機性
廃棄物の前処理方法。 項26 有機性廃棄物が固形有機性廃棄物であり、該固
形有機性廃棄物に含まれる有機物を超好熱嫌気性菌によ
り分解して可溶化することを特徴とする項25に記載の
前処理方法。 項27 pH7以上で分解を行い、分解物に含まれるア
ンモニアを回収する項25に記載の前処理方法。 項28 pHが7.4〜8である項27に記載の前処理
方法。 項29 60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に
含まれる有機物を分解する設備(分解設備)と、メタン
発酵設備とを備えた有機性廃棄物処理装置。 項30 分解設備とメタン発酵設備の間に固液分離装置
を備えた項29に記載の装置。 項31 メタン発酵設備の後段に水処理設備を備えた項
29に記載の装置。 項32 メタン発酵設備と水処理設備の間に固液分離装
置を備えた項31に記載の装置。 項33 メタン発酵設備と水処理設備の間に超好熱嫌気
性菌生産設備を備えた項31に記載の装置。 項34 有機性廃棄物をメタン発酵設備に供給する有機
性廃棄物供給機構を備えた項29に記載の装置。 項35 有機性廃棄物を水処理設備に供給する有機性廃
棄物供給機構を備えた項31に記載の装置。 項36 分解設備にアンモニア回収装置が付属されてい
る項29に記載の装置。 項37 60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に
含まれる有機物を分解する設備(分解設備)と、水処理
設備とを備えた有機性廃棄物処理装置。 項38 分解設備とメタン発酵設備の間に固液分離装置
を備えた項37に記載の装置。 項39 有機性廃棄物を水処理設備に供給する有機性廃
棄物供給機構を備えた項37に記載の装置。 項40 分解設備にアンモニア回収装置を付属させた項
37に記載の装置。
【0014】
【発明の実施の形態】(1)分解設備(可溶化設備)に
ついて 分解設備は、有機性廃棄物を分解する設備であり、有機
性廃棄物が固形有機性廃棄物の場合、有機物を分解して
可溶化、液状化する設備である(有機性廃棄物が固形有
機性廃棄物である場合には、分解設備のことを「可溶化
設備」という場合がある。)。本発明の分解設備(可溶
化設備)では、有機性廃棄物(炭水化物、蛋白質、脂
質)が当該設備内の嫌気性微生物の加水分解により,
(例えば、糖、アミノ酸、ペプチドなどまで)低分子量
化され、さらにその一部又は大部分は酸分解を受けてプ
ロピオン酸、酪酸等の有機酸まで分解されていると思わ
れるが、詳細は完全には解明されていない。
【0015】本発明で、「可溶化」とは、有機性廃棄物
の全てが可溶化していてもよいが、必ずしも全てが可溶
化している必要はなく、好ましくは70重量%以上程
度、より好ましくは90重量%以上程度が水に溶ける程
度まで分解されることを意味する。
【0016】本発明の分解設備には、嫌気性雰囲気で6
0℃で有機性廃棄物に含まれる有機物を加水分解できる
微生物が添加される。このような微生物を、以下、超好
熱嫌気性菌という場合がある。本明細書では、超好熱嫌
気性菌には、メタン発酵菌は含まれない。超好熱嫌気性
菌は、必ずしも1種類の菌を意味するものではなく、多
種類の菌を含む場合がある。また、このような菌は、一
般に当該菌を含む汚泥として用いられる。当該微生物
は、pH7以上で有機物を分解できるものであることが
好ましい。特に、有機性廃棄物が固形有機性廃棄物の場
合は、分解設備(可溶化設備)では固形有機性廃棄物に
含まれる有機物を分解して可溶化できるような超好熱嫌
気性菌が用いられる。具体的には、超好熱嫌気性菌を含
む汚泥、例えば高温雰囲気にある土壌、汚泥または水
に、嫌気条件かつ約60〜90℃で有機物を添加し、維
持することにより得られる、高温下に有機物分解能力を
有する超好熱嫌気性菌を使用することができる。
【0017】また、高温雰囲気としては温泉源泉、海底
熱水鉱床または火山などの環境が挙げられ、土壌等の採
取場所の温度としては、60℃以上、好ましくは75℃
以上、より好ましくは80℃以上である。高温雰囲気の
土壌等とは、土壌を採取するときに高温雰囲気である土
壌等だけでなく、過去に高温雰囲気にあった土壌等も含
まれる。
【0018】高温雰囲気にある土壌、汚泥または水は、
それ自体を用いてもよく、高温雰囲気にある土壌、汚泥
または水に対し他の土壌、汚泥または水を混合したもの
を用いてもよい。
【0019】高温雰囲気にある土壌、汚泥または水は、
嫌気的に採取することが望ましいが、好気的に採取した
土壌、汚泥または水であっても、有機物の存在下に嫌気
的条件下で維持することにより超好熱嫌気性菌を作製す
ることができる。超好熱嫌気性菌作製の際のpHは、好
ましくは5〜9、より好ましくは6.5〜8である。
【0020】高温雰囲気にある土壌、汚泥または水に添
加する有機物としては、好ましくはでんぷん、セルロー
ス、蛋白質を主たる構成成分とする厨芥、生ゴミ、食品
工場廃棄物などが例示されるが、超好熱嫌気性菌を作製
できる限りにおいて、どのような有機物を使用してもよ
い。該有機物はそのまま使用してもよく、湿式酸化処理
やオートクレーブ処理をした後に用いてもよい。また、
メタン発酵代謝経路の有機物(糖、有機酸またはそれら
の混合物)を用いて、超好熱嫌気性菌を作製してもよ
い。
【0021】もちろん、上記方法にて作成した超好熱嫌
気性菌を実験施設等において、継代作業を行い、有機物
分解能力を有する超好熱嫌気性菌として維持した後に、
分解設備に接種してもよい。
【0022】本発明で用いる超好熱嫌気性菌は、60℃
〜90℃、好ましくは70℃〜90℃、より好ましくは
75℃〜85℃程度で有機物分解能力を有する超好熱嫌
気性菌である。
【0023】本発明の有機性廃棄物処理方法又はシステ
ムにおいては、上記の超好熱嫌気性菌を分解設備(可溶
化設備)に添加する。本発明の一般的なシステムでは、
その後、有機性廃棄物を添加して、分解設備(可溶化設
備)の運転に必要な量の超好熱嫌気性菌を蓄積する。分
解設備に必要量の超好熱嫌気性菌が蓄積した後、処理す
べき有機性廃棄物を分解設備(可溶化設備)内に供給す
る。有機性廃棄物は、直接分解設備に供給してもよい
が、後述のメタン発酵設備、水処理設備などに添加し
て、それらの引き抜き汚泥として、分解設備に供給して
もよい。
【0024】本発明では、通常、60℃〜90℃程度、
好ましくは70℃〜90℃程度、より好ましくは75℃
〜85℃程度の高温に維持して、嫌気状態を維持して有
機物を分解(固形有機性廃棄物の場合は可溶化)させ
る。この場合のpHは、特に限定されるものではなく、
アルカリ性、中性及び酸性のいずれであってもよい。ア
ルカリ性である場合は、pHは9以下程度が好ましく、
7.4〜8程度であることが好ましい。酸性の場合のp
Hは、5以上であることが好ましく、6程度〜7未満で
あることが好ましい。pHの値は、有機性廃棄物を供給
することにより変わり得るものであり、例えば、有機性
廃棄物を供給する直前に測定したpHが上記範囲である
ことが好ましい。この場合、有機性廃棄物を供給する直
前のpHが上記範囲となるのが好ましく、それ以外の時
においても、pHが上記範囲であるので好ましいが、例
えば有機性廃棄物を供給した後のpHが上記範囲外とな
ってもよい。
【0025】分解設備のpHは、一般に、超好熱嫌気性
菌のpH程度を維持することが、システムの安定の点か
ら好ましい。分解設備のpHがアルカリ性の場合には、
アンモニアを回収しやすくなる。
【0026】嫌気状態の維持は、二酸化炭素、窒素、ア
ルゴン、水素、天然ガス、メタン、都市ガスなどを用い
て行うことができる。また、必要に応じて、硫化ナトリ
ウムなどの酸素除去剤を加えてもよい。
【0027】本発明の有機性廃棄物処理方法又はシステ
ムで処理される有機性廃棄物は、動物又は植物由来であ
る。具体的には、固形の有機性廃棄物、半固形の有機性
廃棄物、不溶性固形分として有機物を含む有機性廃棄
物、スラリー状の有機性廃棄物[以下、これらを“固形
有機性廃棄物”という場合がある。]などが挙げられ、
具体的には、厨芥,生ゴミ,生ゴミの乾燥物、食品工場
廃棄物,下水汚泥,畜産廃棄物(家畜のし尿と、わら、
おがくずなどとの混合物)などが例示される。また、本
発明の有機性廃棄物処理方法又はシステムで処理される
有機性廃棄物は、濃厚廃液(糖廃蜜、焼酎の廃液等)、
下水や有機排水(ビール工場の排水等)など、有機物を
可溶性成分として含む液状のもの、有機物濃度の濃厚な
廃液又は希薄な廃液であってもよい。
【0028】これら有機性廃棄物のpHは、種類によっ
て異なるものであり、特に限定されないが、通常、生ゴ
ミの場合は、pHは5程度である。
【0029】本発明の条件では、アンモニアを除去しや
すいので、窒素含有量が多い有機性廃棄物(例えば、厨
芥や生ゴミなど、たんぱく質を多く含む有機性廃棄物、
好ましくは窒素含有量が0.5重量%以上程度の有機性
廃棄物)を処理する場合に有利である。
【0030】有機性廃棄物には、異物が混入している場
合がある。例えば、厨芥には、分別収集した場合であっ
ても、ビニール袋、割り箸、アルミホイル、瀬戸物、ス
プーン,フォークなどの金属、骨等が混入している場合
がある。異物が混入している場合、本発明のシステムで
は、分解設備の前段に異物除去手段を設け、有機性廃棄
物から異物を除去した後、分解設備に有機性廃棄物を供
給するのが望ましい。有機性廃棄物供給機構をメタン発
酵設備や水処理設備に設けた場合は、これら設備の前段
に異物除去手段を設け、有機性廃棄物から異物を除去し
た後、メタン発酵設備又は水処理設備に有機性廃棄物を
供給することができる。異物を除去する手段としては、
例えばスクリーン等の分別処理装置で有機性廃棄物と分
離し、除去する方法が挙げられる。
【0031】有機性廃棄物は、そのまま分解設備やその
他の設備に供給してもよいが、大きな固形物を含む固形
有機性廃棄物である場合、破砕して微細化した後、供給
するのが好ましい。破砕は、例えば、破砕機、ミキサー
等で行うことができる。有機性廃棄物に大きな固形物が
含まれる場合、破砕してから供給すると、分解率が向上
するので好ましい。
【0032】また、有機性廃棄物が生ゴミの場合、一般
に、プレス機等で押しつぶしておから分解設備等に供給
するが、その際、ビニール等がプレス機に残り、ごみ
(有機性廃棄物)だけがプレス機から排出されるので、
それにより異物を除去することができる。また、本発明
では、固形の有機性廃棄物を加水分解設備で可溶化する
ので、ゴミとビニールなどの異物を選別せず、一緒に裁
断(例えば5mm角程度)したものを分解設備で可溶化
した後、分解設備の内容物からビニールなどの異物をメ
ッシュ等で取り除くことも可能である。
【0033】異物の除去と破砕は、有機性廃棄物の種類
に応じて、いずれもを行ってもよく、通常、異物を除去
した後破砕するが、破砕した後異物を除去してもよい。
【0034】本発明では、これらを湿式酸化処理やオー
トクレーブ処理などの前処理を行った後、分解設備(可
溶化設備)に供給してもよい。
【0035】有機性廃棄物の有機物濃度としては、異物
を除去した後の有機性廃棄物全重量を100%とした場
合の、有機物の割合が、0.1重量%以上、好ましくは
1重量%以上、より好ましくは5重量%以上、特に好ま
しくは10重量%以上となるような濃度である。
【0036】有機物が順調に分解されているかどうか
は、分解設備(可溶化設備)中ののSS(Suspended So
lid; 浮遊物質量)の変化(SSの減少速度)を参照し
て判断することができる。
【0037】本発明の一般的なシステムでは、まず、分
解設備(可溶化設備)の運転に必要な量の超好熱嫌気性
菌を蓄積する。具体的には、超好熱嫌気性菌を分解設備
に接種した後、有機性廃棄物(この場合の有機性廃棄物
は、本発明のシステムで処理すべき有機性廃棄物ではな
く、超好熱嫌気性菌を蓄積するために用いる有機性廃棄
物を指す。)を供給する直前の分解設備の内容物のSS
が0〜20%、好ましくは0.1〜10%、より好まし
くは1〜5%の範囲となるように、徐々に有機性廃棄物
の添加量を増やして調整しながら、適当な期間馴致する
ことで超好熱嫌気性菌を蓄積することができる。必要量
の超好熱嫌気性菌が蓄積した後は、本発明のシステムで
処理すべき有機性廃棄物を連続的に又は間欠的に添加す
ればよい。SSは、廃棄物の種類により異なるものであ
り、特に限定されるものではないが、処理すべき有機性
廃棄物投入する直前のSSが、通常2%程度である。
【0038】分解設備(可溶化設備)を常に60℃以上
の所定温度に保つためには重油、都市ガス、電力等を利
用することもできる。しかし、所定温度の維持には相当
量の熱量が必要となるので、本発明のシステムにおいて
後述するメタン発酵を行うメタン発酵設備を設ける場合
には、重油などを利用するよりも、発生メタンガスを利
用して熱と電力を得るコジェネレーション設備(ガスエ
ンジン、燃料電池等)を利用し、発生する排熱を利用し
て加温することが望ましい。
【0039】本発明の分解設備(可溶化設備)での処理
によれば、有機物が低分子化されるので、得られた分解
物をメタン発酵処理や水処理などに供すると、その処理
効率が向上する。
【0040】本発明の分解設備(可溶化設備)には固形
有機性廃棄物を投入してもよく、本発明の条件で処理す
ることにより、固形有機性廃棄物に含まれる有機物は分
解されて可溶化し、液状となるので、可溶化設備(分解
設備)で得られた分解物を液状にしてメタン発酵処理、
水処理などに供することができる。この場合、固形有機
性廃棄物をメタン発酵設備に直接投入する場合のシステ
ムが不安定であるという問題や、固形有機性廃棄物は活
性汚泥処理などの水処理設備では処理しにくいという問
題が解消される。
【0041】分解設備の内容物は、そのまま後述のメタ
ン発酵設備又は水処理設備に供給してもよく、固液分離
をした後、液体分をメタン発酵設備や水処理設備に供給
してもよい。固液分離の方法は、特に限定されるもので
はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、分
解設備の内容物が沈降しやすい場合は、沈殿分離により
固液分離を行うことができる。他の方法としては、膜分
離、遠心分離等が挙げられる。膜分離により固液分離を
行う場合には、分解設備の中に膜を浸漬してもよく、分
解設備の内容物を外部に取り出して外置きの固液分離装
置により処理してもよい。外置きの装置は、洗浄、点
検、交換が容易である。固液分離は、分解設備から後段
のメタン発酵設備、水処理設備などに供給する内容物の
全てについて行ってもよく、一部について行い、残部は
直接後段のメタン発酵設備又は水処理設備に供給しても
よい。この場合には、固液分離手段のメンテナンスの際
にシステム全体を止める必要がない。固形分(濃縮汚
泥)は、一部又は全部を、分解設備に返送すればよく
(返送される汚泥を「返送汚泥」という場合がある)、
一部を引き抜いてもよい(引き抜かれる汚泥を「引き抜
き汚泥」という場合がある。)。
【0042】また、分解設備には、分解の進行に従って
汚泥(余剰汚泥)が発生するので、該汚泥を適宜引き抜
くのが好ましい。引き抜き汚泥の処理は種々の方法があ
る。そのまま、液肥として農地還元する、脱水後コンポ
スト化して農地還元をする、脱水して廃棄する、脱水後
焼却する、脱水+乾燥後廃棄する、脱水+乾燥後焼却する
等の処理が行われる。また、乾燥には低温廃熱を有効利
用することができ、メタンガスをガスエンジンやマイク
ロガスタービン、ボイラー等で利用する場合、その廃熱
を利用して乾燥することが可能である。なお、脱水ろ液
はその水質と排水基準によりそのまま放流できる場合も
あり、そうでない場合は再度水処理設備に返送すればよ
い。また後段に活性汚泥処理設備などの水処理設備を設
けた場合は、該処理設備に供給してもよい。有機物の分
解は嫌気性雰囲気で行われるので、水処理が活性汚泥処
理などの好気性雰囲気で行われる処理である場合、分解
設備で分解できなかった有機物であっても、水処理設備
で分解できる場合がある。この場合、廃棄すべき余剰汚
泥の量が減少するので好ましい。分解設備の内容物の固
液分離を行う場合には、固形分(濃縮汚泥)の一部とし
て、余剰汚泥を引き抜くこともできる。この場合の引き
抜き汚泥と返送汚泥の割合は、システム全体のバランス
を考慮して、適宜設定すればよい。
【0043】(2)メタン発酵設備について 分解設備(可溶化設備)での処理に次いでメタン発酵処
理を行う場合、メタン発酵設備としては、従来公知のメ
タン発酵菌を用いたメタン発酵設備を用いることができ
る。メタン発酵設備では、分解設備(可溶化設備)から
送られる有機物の分解物を、メタンと二酸化炭素に分解
する。メタン発酵設備の運転温度は、用いるメタン発酵
菌の種類に応じて広い温度範囲から適宜設定することが
でき、特に限定されるものではないが、一般には20〜
60℃程度、例えば、35℃程度のいわゆる中温でも、
55℃程度のいわゆる高温でもよい。分解設備(可溶化
設備)へ投入した有機性廃棄物に含まれる窒素含量が少
なく、分解設備(可溶化設備)において後述するアンモ
ニア除去装置を用いない場合は、メタン発酵がアンモニ
ア阻害を受けにくい35℃程度の中温のほうが好まし
い。分解設備(可溶化設備)においてアンモニア除去装
置を用いる場合は、運転速度が高まるという点から、5
5℃程度の高温のほうが好ましい。また、メタン発酵設
備へ流入する有機物は液体であるので、メタン発酵設備
のメタン発酵ではUASB(Upflow Anaerobic Sludge Be
d、上向流嫌気性汚泥床)を用いることもできる。メタ
ン発酵設備で発生する汚泥(余剰汚泥)は、有機性廃棄
物を直接メタン発酵する従来の方法では廃棄されていた
が、本発明のシステムでは、定期的に分解設備(可溶化
設備)へ返送することが可能であり、再度分解せしめ、
全体としての有機物分解率を向上させることができる。
【0044】メタン発酵設備の内容物は、後段に活性汚
泥処理設備などの水処理設備が設けられている場合に
は、内容物をそのまま、或いは固液分離をした後の液体
分を、該設備に供給することができる。固液分離の方法
は、特に限定されるものではなく、上記(1)で述べた
ような沈殿分離、膜分離、遠心分離などの公知の方法を
採用することができる。固液分離は、メタン発酵設備の
後段に設けられた設備に供給する内容物の全てについて
行ってもよく、一部について行い、残部は直接後段の設
備に供給してもよい。固形分(濃縮汚泥)は、一部又は
全部を、メタン発酵設備に返送すればよい。
【0045】メタン発酵設備には、メタン発酵処理の進
行に従って余剰汚泥が発生し、通常、該汚泥は適宜引き
抜かれる。引き抜き汚泥の処理は種々の方法がある。そ
のまま、液肥として農地還元する、脱水後コンポスト化
して農地還元をする、脱水して廃棄する、脱水後焼却す
る、脱水+乾燥後廃棄する、脱水+乾燥後焼却する等の処
理が行われる。また、乾燥には低温廃熱を有効利用する
ことができ、メタンガスをガスエンジンやマイクロガス
タービン、ボイラー等で利用する場合、その廃熱を利用
して乾燥することが可能である。なお、脱水ろ液はその
水質と排水基準によりそのまま放流できる場合もあり、
そうでない場合は再度水処理設備に返送すればよい。ま
た後段に活性汚泥処理設備などの水処理設備を設けた場
合は、該処理設備に供給してもよい。メタン発酵処理は
嫌気性雰囲気で行われるので、水処理が活性汚泥処理な
どの好気性雰囲気で行われる処理である場合、メタン発
酵処理で分解できなかった有機物であっても、活性汚泥
処理設備などの水処理設備で分解できる場合がある。こ
の場合、廃棄すべき余剰汚泥の量が減少するので好まし
い。メタン発酵設備の内容物の固液分離を行う場合に
は、固形分(濃縮汚泥)の一部として、余剰汚泥を引き
抜くこともできる。この場合の引き抜き汚泥と返送汚泥
の割合は、システム全体のバランスを考慮して、適宜設
定すればよい。
【0046】また、メタン発酵設備には、有機性廃棄物
を供給する機構を設けてもよい。例えば、既存のメタン
発酵設備に分解設備を後付けする場合は、メタン発酵設
備に既に設けられている有機性廃棄物供給機構があるの
で、それを利用すればよい。その場合、メタン発酵設備
の引き抜き汚泥を分解設備に供給することにより、分解
設備に有機性廃棄物を供給することになる。
【0047】(3)水処理設備について 本発明のシステムでは、分解設備の後段に水処理設備を
設け、分解設備で得られた有機物の分解物を処理するこ
とができる。
【0048】本発明の分解設備(可溶化設備)では固形
有機性廃棄物を液状化することが可能であるので、分解
設備(可溶化設備)で得られた分解物を、メタン発酵処
理の代わりに活性汚泥処理など方法で水処理することも
可能となる。
【0049】本発明のシステムとしては、分解設備の後
段に水処理設備を設けるシステム以外にも、分解設備の
後段にメタン発酵設備を設け、メタン発酵設備の後段に
水処理設備を設けるシステムも含まれる。
【0050】水処理設備としては、活性汚泥処理法、回
転円板法、生物膜濾過法、接触酸化法、担体法等の生物
的処理を実施可能な水処理設備;オゾン酸化、フェント
ン法、触媒酸化法などの物理化学的処理を実施可能な水
処理設備などが挙げられる。
【0051】例えば、本発明のシステムでは、分解設
備、メタン発酵設備を順次設けた後、その後段に活性汚
泥処理設備を設けることができる。
【0052】本発明で利用する水処理設備は、公知の水
処理設備であればよく、既存の水処理設備に、本発明の
分解設備(可溶化設備)の分解物やメタン発酵設備の内
容物を供給できるようにしてシステムを組むこともでき
る。
【0053】水処理設備として活性汚泥処理設備を利用
する場合には余剰汚泥が発生する。余剰汚泥は、適宜引
き抜くのが好ましく、引き抜き汚泥は焼却等の処理をし
てもよいし、分解設備(可溶化設備)へ返送してもよ
い。
【0054】引き抜き汚泥を返送することにより、再度
分解設備(可溶化設備)で有機物を分解せしめ、システ
ム全体としての有機物分解率を向上させることができ
る。即ち、活性汚泥処理は好気性雰囲気で行い、分解設
備での処理は嫌気性雰囲気で行うため、活性汚泥処理設
備で分解できなかった有機物であっても、分解設備で分
解できる場合がある。従って、下水汚泥などの余剰汚泥
の減量化も可能となる。このように引き抜き汚泥を返送
することにより、システム全体として汚泥の量が減少す
るので好ましい。
【0055】分解設備とメタン発酵設備を順次設けた後
に活性汚泥処理設備を設けた場合には、活性汚泥処理設
備の余剰汚泥を引き抜き、分解設備及びメタン発酵設備
のいずれか一方、又は両方に返送することも可能であ
る。
【0056】水処理設備では、通常その内容物は、沈殿
分離して上清を下水放流、河川放流、海域放流などす
る。
【0057】水処理設備には、有機性廃棄物を供給する
機構を設けてもよい。例えば、既存の水処理設備に分解
設備やメタン発酵設備を後付けする場合には、水処理設
備に有機性廃棄物供給機構が設けられている場合がある
ので、それを利用すればよい。その場合、水処理設備の
引き抜き汚泥を分解設備やメタン発酵設備に供給すれば
よい。
【0058】(4)アンモニア回収装置について 分解槽設備(可溶化設備)の次にメタン発酵設備(メタ
ン発酵処理設備)を設け、窒素含量の高い生ゴミ(たと
えば蛋白質を多く含むホテルの残飯等)を高分解率で処
理する場合、メタン発酵をアンモニア阻害を受け難い3
5℃付近の温度で行っても、アンモニアの阻害を受ける
可能性がある。また、分解設備(可溶化設備)の次に活
性汚泥処理を設けた場合、処理水(排水)にアンモニア
(窒素)が含まれているのは環境保全の点から好ましく
ない。本発明では、分解設備(可溶化設備)からアンモ
ニアを回収できるよう、分解設備(可溶化設備)の上
部、分解設備(可溶化設備)とメタン発酵設備又は水処
理設備との間のスペースにアンモニア回収装置を設置す
ることにより、アンモニアによりメタン発酵が阻害され
る、処理水(排水)に窒素が含まれるという問題を回避
することができる。即ち、本発明の分解設備(可溶化設
備)をpH7以上、60℃以上で運転する場合には、ア
ンモニアの揮発性が55℃に比べて格段に向上し(Jour
nal of Hazardous Materials 37 (1994)191-206)、気
体を吹き込むことによりアンモニアを揮発させて回収す
るアンモニアストリッピング法を用いることが可能とな
る。また、揮発したアンモニアを硫酸等の酸と反応させ
て回収する代わりに、触媒燃焼して窒素としたのち回収
する方法でもよい。ただし、投入する有機性廃棄物中の
窒素含量が少なくアンモニア発生量が少ない場合、また
発生アンモニアを河川放流しても問題のない場合、或い
はメタン発酵設備や活性汚泥処理設備の後段に硝化脱窒
設備等の処理装置を設けた方が安価である場合などは、
アンモニア回収装置は必ずしも必要ではない。
【0059】アンモニア回収装置を分解設備(可溶化
槽)に付属させることにより、分解設備(可溶化槽)で
有機性廃棄物に含まれる有機物を分解するのと同時に、
アンモニアを回収し、除去することができる。
【0060】また、分解設備(可溶化槽)でアンモニア
とともに発生する二酸化炭素や硫化水素を回収した方が
好ましい場合は、アンモニア回収装置の後段に、アルカ
リ槽を配してこれらを吸収することもできる。この場
合、メタン発酵設備で得られるメタンが高濃度化する。
また、硫化水素などの腐食性ガスを除去することによ
り、装置が腐食しにくくなる。
【0061】(5)超好熱嫌気性菌生産設備について 分解設備の後段にメタン発酵設備、水処理設備を順次設
けたシステムの場合、メタン発酵設備と水処理設備の間
に、超好熱嫌気性菌生産設備を設けて、得られた超好熱
嫌気性菌を分解設備に供給することができる。このよう
なシステムでは、メタン発酵設備から排出される廃液中
の有機物を利用して超好熱嫌気性菌が生産される。従っ
て、廃液中のBODが低下するため、水処理の負荷が軽減
される。また、分解設備からメタン発酵設備の内容物を
供給する際、超好熱嫌気性菌が流出してしまうが、超好
熱嫌気性菌生産設備を設けることにより、流出した超好
熱嫌気性菌を補充することができる。
【0062】超好熱嫌気性菌生産設備での菌の生産は、
メタン発酵設備の後段に設ければよく、メタン発酵設備
の内容物を供給し、嫌気条件で、60〜90℃程度に維
持することにより行えばよい。
【0063】前記設備で得られた超好熱嫌気性菌は、分
解設備に供給される。超好熱嫌気性菌生産設備と水処理
設備の間には、通常固液分離装置が設けられ、超好熱嫌
気性菌生産設備の内容物のうち、固形分は超好熱嫌気性
菌として分解設備に供給され、液体分が水処理設備に供
給される。固液分離の方法は、特に限定されるものでは
なく、公知の方法を用いることができる。内容物が沈降
しやすい場合は、沈殿分離により固液分離を行うことが
できる。他の方法としては、膜分離、遠心分離等が挙げ
られる。固液分離は、超好熱嫌気性菌生産設備の内容物
の全てについて行ってもよく、一部について行い、残部
は直接後段の水処理設備に供給してもよい。固形分(濃
縮汚泥)は、一部又は全部を、分解設備に返送すればよ
く一部を引き抜いてもよい。液体分は、後段の水処理設
備に供給すればよい。
【0064】(6)トータルシステム及び装置について 図1から図15に、本発明の有機性廃棄物処理システム
及び装置の概念図の例を示す。処理システムとしては、
処理する有機性廃棄物の種類および量、処理場の立地条
件、処理コストの設定等に応じて、種々の組み合わせが
可能である。メタン発酵設備の形式も回分式、固定床
式、UASB式等、メタン発酵設備として利用されている公
知のいずれの形式であってもよい。有機物を処理するた
めの分解設備(可溶化設備)、メタン発酵設備での滞留
時間を短くした方がシステム全体として有利である場合
は、最終排水中に有機物が残留する程度の分解率となる
よう設計し、これを活性汚泥設備やリン酸処理設備など
の水処理設備により処理してもよい。
【0065】図1〜15において、有機性廃棄物は分解
槽に供給するように示されているが、分解槽の代わりに
メタン発酵槽に供給してもよいし、活性汚泥処理などの
水処理設備に供給してもよい。固液分離装置に導く分解
設備又はメタン発酵設備の内容物は、全部又は一部であ
ってよい。内容物の一部を固液分離装置に導く場合は、
残部は直接後段の設備に供給すればよい。余剰汚泥の引
き抜きは、分解設備、水処理設備、メタン発酵設備のい
ずれにおいて行ってもよく、一部の設備について行って
もよい。一般に、分解設備からの余剰汚泥の引き抜きは
行われず、水処理設備やメタン発酵設備からの引き抜き
が行われる。図1〜15においては、分解設備からの余
剰汚泥の引き抜きを括弧書きで(引き抜き汚泥)と表示
しているが、これは、各図に記載されたシステム及び装
置において、分解設備からの引き抜きを行ってもよく、
行わなくてもよいことを示している。また、分解設備の
引き抜き汚泥は、一部又は全部を活性汚泥処理設備など
の水処理設備に送ってもよい。メタン発酵設備の引き抜
き汚泥は、一部又は全部を、分解設備や活性汚泥処理設
備などの水処理設備に送ってもよい。活性汚泥処理設備
などの水処理設備の引き抜き汚泥は、分解設備やメタン
発酵設備に送ってもよい。
【0066】本発明の代表的なシステムの一つとして
は、有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する設備(分
解設備)と、メタン発酵設備とを備え、分解設備で、6
0℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に含まれる有
機物を超好熱嫌気性菌により分解する工程、分解設備で
得られた分解物をメタン発酵設備に供給する工程、及び
該分解物をメタン発酵設備で嫌気性雰囲気でメタン発酵
する工程を含む有機性廃棄物処理システムが挙げられ、
より詳しくは、該システムにおいて、分解設備内の温度
を60℃以上に保つ加温設備と、コジェネレーション設
備とを備え、(i)有機性廃棄物を分解設備に供給する有
機性廃棄物供給機構と、(ii)メタン発酵設備内で発生す
るメタンをコジェネレーション設備に供給するメタン供
給機構と、(iii)コジェネレーション設備から排出され
る60℃以上の排熱保有媒体が前記加温手段を循環して
前記分解設備を60℃以上の温度に維持する温度維持機
構と、(iv)メタン発酵設備の余剰汚泥を分解設備に供給
する汚泥供給機構とを備えたシステムが挙げられる。
【0067】本発明のシステムによれば、有機性廃棄物
に含まれる有機物の分解率が向上し、例えば、60%以
上程度、特に80%以上程度となる。
【0068】
【発明の効果】本発明の方法によれば、有機性廃棄物に
含まれる有機物を、分解(可溶化、液状化)できる。
【0069】そして、本発明のシステムによれば、固形
有機性廃棄物であっても可溶化することができるので、
その分解物をメタン発酵設備に導入することにより、メ
タン発酵の効率および安定性を向上させることが可能と
なる。例えば、固形有機物のメタン発酵をUASBで行うこ
とが可能となるので、投入有機物の形状にかかわらず、
高速で安定した処理が可能となる。
【0070】本発明によれば、アンモニアストリッピン
グ法が適用できるので、アンモニア除去(回収)装置を
分解設備(可溶化設備)に設けた場合、アンモニア阻害
を受けることなく従来の方法では実現できないような高
い有機物分解率、例えば、80%以上程度のメタン発酵処
理プロセスを実施することができ、得られたメタンをコ
ジェネレーション設備に供給することにより、エネルギ
ー効率をさらに高めることができる。さらに、メタン発
酵設備におけるアンモニア濃度低減のための希釈水が不
要なこと、またUASB等を用いてメタン発酵の効率を向上
できることから、メタン発酵設備の小型化が期待でき
る。回収したアンモニアは、硫酸アンモニウム(硫安)
の形で肥料等に再利用することができる。このようにし
てアンモニアを回収した場合、メタン発酵設備から排出
される排水は実質的に窒素を含まないため、脱リン処理
さえすれば、環境規制の厳しい河川にも放流することが
できる。さらにアンモニア除去装置の後段にアルカリ槽
を設けると、分解設備(可溶化設備)ではアンモニアと
ともに一定量の二酸化炭素や硫化水素を除去することが
可能となる。また、通常のメタン発酵で発生するバイオ
ガスの組成は、メタン60%二酸化炭素40%程度とな
っており、二酸化炭素の混入分だけバイオガスのカロリ
ーが低い。この二酸化炭素は有機物の加水分解及び酸分
解の過程で発生する。従来のメタン発酵ではメタン発酵
設備に直接有機性廃棄物を投与するため、加水分解及び
酸分解の全てがメタン発酵設備で起こっているが、本発
明の方法では、この加水分解及び酸分解の一部又は大部
分が分解設備(可溶化設備)で行われるため、メタン発
酵設備で発生する二酸化炭素の量が減少する。その結
果、メタン発酵設備から回収されるバイオガス中のメタ
ン濃度が高くなり、バイオガスのカロリーが高くなるた
め、ガスエンジンや燃料電池で利用しやすい。メタン発
酵の過程で生じる汚泥は、従来であれば場外廃棄される
が、本発明のシステムではこれを分解設備(可溶化設
備)に戻して分解することができるので、最終汚泥の発
生は灰分だけとなり、場外廃棄する汚泥量を大幅に削減
することができる。
【0071】また、本発明のシステムによれば、分解設
備で得られた分解物を活性汚泥処理等の水処理すること
ができ、特に、固形有機性廃棄物を可溶化した後活性汚
泥設備等の水処理設備を用いて処理することも可能とな
る。水処理する場合も分解設備(可溶化槽)でアンモニ
アを回収(除去)することが可能となり、その場合、水
処理設備から排出される排水は窒素を含まないので、環
境保護の面から好ましい。活性汚泥処理設備等の水処理
設備で発生する汚泥についても、本発明のシステムによ
れば分解設備(可溶化設備)に戻して分解することがで
きるので、廃棄する余剰汚泥量を大幅に削減することが
できる。
【0072】分解設備やメタン発酵設備の後段に固液分
離装置を設置する場合には、分解設備やメタン発酵設備
内部の微生物濃度が上昇する。その場合、装置の処理能
力が向上し、装置の小型化が可能となる。
【0073】本発明のシステムでは、既存のメタン発酵
設備や活性汚泥処理設備等の水処理設備に、分解設備を
後付けすることができる。この場合、メタン発酵設備や
活性汚泥処理設備等の水処理設備の余剰汚泥を分解設備
に返送して有機物を分解することが可能となり、余剰汚
泥の廃棄量を削減できる。
【0074】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。
【0075】実施例1 泉温が90℃以上の兵庫県下の温泉において、源泉に堆
積している土壌または温泉水を採取し、ブチルゴム栓に
より密閉できるガラス製瓶(容積1L)中で嫌気条件
下、80℃程度の温度、pH6.5〜8に維持しながら
モデル生ゴミ(セルロース0.3%、でんぷん2%;な
お、モデル生ゴミは下記表1に示す生ゴミとは異なる)
を供給しつつ7日程度維持した。ガラス製血清瓶底には
土壌由来の超好熱嫌気性菌が得られた。この超好熱嫌気
性菌は、80℃での有機物分解が可能であった。
【0076】得られた超好熱嫌気性菌(超好熱嫌気性菌
を含む汚泥として150ml)に表1に示すようにして
作製した生ゴミ3gと水150mlを加え、実効容積5
00mlの密閉容器で80℃に保温したものを分解槽
(可溶化槽)とした。培養初期は、生ゴミの分解量やp
Hの変化を見ながら、適宜生ゴミを添加していき、最終
的(2ヶ月後)には、1週間あたり15gの生ゴミを継
続的に添加した。さらに分解槽(可溶化槽)は、1日に
1回、窒素ガスによるパージを行い、発生アンモニアを
回収した。メタン発酵槽は、分解槽(可溶化槽)と同じ
構造とし、超好熱嫌気性菌の代わりに種菌として55℃
メタン発酵施設の汚泥を投入し、分解槽(可溶化槽)と
同じく総量300mlにした上で55℃に加温した。分
解槽(可溶化槽)から1日あたり150mlを引き抜
き、メタン発酵槽の150mlと交換した。培養初期か
ら2ヶ月経過した後の1ヶ月間にわたり、TS、CODの上
昇は見られなかった。また、分解槽(可溶化槽)のpH
はアンモニア回収が可能な7.5付近で安定していた。
分解槽(可溶化槽)の上部気体は、1分あたり5mlの
速度でポンプにより引き抜き、硫酸槽を通してアンモニ
ア回収した後、分解槽(可溶化槽)に戻した。
【0077】本試験期間(培養初期から2ヶ月経過した
後の10日間)に投入した生ゴミは21g(炭素換算で1.56
g)、分解槽(可溶化槽)から発生した二酸化炭素量は
385ml(炭素換算で0.21g)、メタン発酵槽から発生
したメタン量は1861ml(炭素換算で1.00g)、メタン
発酵槽から発生した二酸化炭素量は534ml(炭素換算
で0.29g)であった。これから計算される分解率は95%
であり、通常のメタン発酵の分解率(60-80%)より高
かった。また、発生バイオガス中のメタン分率は78%で
あり、通常の60%より高かった。分解槽(可溶化槽)お
よびメタン発酵槽のアンモニア濃度は常に50ppm以下で
推移しており、アンモニアの蓄積は見られなかった。
【0078】
【表1】
【0079】実施例1では、生ゴミの分解率が95%程
度であることから、使用した生ゴミ中のほとんどの成分
(炭水化物、蛋白質、脂質)が分解されたと考えられ
る。そのため、実施例1で用いた生ゴミと成分構成が異
なる他の生ゴミ、下水汚泥、畜産廃棄物などの有機性廃
棄物であっても、本発明のシステムを用いることによ
り、同様の分解率が得られる。
【0080】(比較例1;分解設備なし)実施例1と同
じ実効容積500mlの密閉容器に、55℃メタン発酵
施設の汚泥を投入し、総量300mlにした上で55℃
に加温した(メタン発酵槽のみを設け、分解槽は設けな
かった)。実施例1の表1に示す生ゴミを適宜添加し、
最終的(2ヶ月後)には1週間あたり15gの生ゴミを
継続的に添加した。培養初期から2ヶ月経過した後の1
ヶ月間にわたり、TS、CODの上昇は見られなかった。本
試験期間(培養初期から2ヶ月経過した後の10日間)に
投入した生ゴミは21g(炭素換算で1.56g)、メタン発
酵槽から発生したメタン量は1247ml(炭素換算で0.6
7)、メタン発酵槽から発生した二酸化炭素量は941ml
(炭素換算で0.51g)であった。これから計算される分
解率は75%、発生バイオガス中のメタン分率は57%であ
った。またメタン発酵槽のアンモニア濃度は1日当り約1
0ppmの割合で増加した。実施例1のシステムによれば、
以下の効果が奏されることがわかる。 (1)固形有機性廃棄物を予め液化させてメタン発酵槽
(メタン発酵設備)に導入することにより、メタン発酵
の効率および安定性を向上させることが可能である。 (2)アンモニアを効率的に除去することにより、メタ
ン発酵の効率および安定性を向上させることが可能であ
る。 (3)分解率を向上させることにより最終廃棄物量を削
減することが可能である。 (4)アンモニアを効率的に除去することにより、排水
処理の軽減および環境負荷の軽減を図ることが可能であ
る。 (5)メタン発酵槽(メタン発酵設備)から発生する消
化ガス中のメタン濃度を高めることが可能である。
【0081】実施例2 泉温が90℃以上の兵庫県下の温泉において、源泉に堆
積している土壌または温泉水を採取し、ブチルゴム栓に
より密閉できるガラス製瓶(容積1L)中で嫌気条件
下、80℃程度の温度、pH6.5〜8に維持しながら
モデル生ゴミ(セルロース0.3%、でんぷん2%;な
お、表1に示す生ゴミとは異なる)を供給しつつ7日程
度維持した。ガラス製血清瓶底には土壌由来の超好熱嫌
気性菌が得られた。この超好熱嫌気性菌は、80℃での
有機物分解が可能であった。
【0082】当該超好熱嫌気性菌(汚泥として350m
l)に実施例1の表1で示した生ゴミ35gを加え、実
効容積500mlの密閉容器で80℃に保温したものを
第1槽とした。培養初期は、生ゴミの分解量やpHの変
化を見ながら、適宜生ゴミを添加していき、2ヶ月後に
は、1日あたり35gの生ゴミを継続的に添加した。第
2槽は、第1槽と同じ構造(ただし実効容積1000m
l)とし、超好熱嫌気性菌の代わりに種金として55℃
メタン発酵施設の汚泥を投入し、総量700mlにした
上で55℃に加温した。第1槽から1日あたり350m
lの内容物を引き抜き、第2槽の内容物350mlと交
換した。第1槽のpHは、7.6程度であった。
【0083】第1槽に超好熱嫌気性菌を加えない以外は
実施例2と同様にしたものを比較例2とし、実効体積2
300mlの密閉容器に55℃メタン発酵施設の汚泥を
投入し、総量2100ml(汚泥1050ml、希釈用
の水1050ml)にした上で55℃に加温し、従来ど
おり1槽のみを用いて試験を行ったものを比較例3とし
た。
【0084】運転が安定してから16日間の生ゴミ分解
量を比較したところ、表2に示すとおり、実施例2は、
比較例1及び2を上回る分解率を示した。また、従来法
である比較例2は、アンモニア阻害をさけるため水で2
倍希釈して投入することが必要であるので、2300m
lの容器を用いる必要があった。一方、実施例2ではア
ンモニアはストリッピングで系外へ排出することが可能
であるため、第2槽に希釈水を加える必要がない。従っ
て、第1槽と第2槽の合計容積が、比較例2で用いる容
器の容積の半分でよい。
【0085】
【表2】
【0086】実施例3 実施例1の分解設備の内容物5mlを遠心分離して得ら
れた超好熱嫌気性菌に、実施例1に示す生ゴミ0.15gを
加え、リン酸緩衝液で総量を5mlにした10ml試験管5
本を準備した。比較例として、超好熱嫌気性菌を加えな
い以外は実施例3と同様にした試験管5本を準備した。
各試験管1本ずつを、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃
で保温し、1日間で生ゴミが分解する割合を測定した。
結果を図16に示す。
【0087】図16から明らかなように、実施例1で得
られた超好熱嫌気性菌を加えることで、高温による可溶
化以上の効果が得られていることがわかる。また本発明
の方法では、特に80℃から100℃において分解率が高い
ことが分かる。
【0088】なお、100℃における24時間後の可溶化率が
90℃及び80℃より低くなっているが、これは水分が蒸発
して試験管内の圧力が高くなることで試験管内に液滴が
付着し、測定誤差が生じたためである。
【0089】実施例4 VSS8000ppmの余剰汚泥を、温泉等の特殊高温環境から馴
致した超好熱嫌気性菌と1:1(重量比)の割合で混合
し、水を加えて総量5mlとして10mlの試験管に密封
し、上部気体を窒素に置換して嫌気性雰囲気とした。こ
のときのpHは7.0であった。本試験管を80℃に維持して
嫌気発酵させた。比較例として、余剰汚泥のみを80℃で
加温した。当該条件で24時間後のpH、汚泥の消化率を
測定した結果を表3に示す。
【0090】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】有機性廃棄物を分解(可溶化)処理する分解設
備(可溶化設備)、分解設備(可溶化設備)で得られた
分解物を処理する水処理設備を備えた有機性廃棄物処理
システムを示す。
【図2】有機性廃棄物を分解(可溶化)処理する分解設
備(可溶化設備)、分解設備(可溶化設備)で得られた
分解物をメタン発酵するメタン発酵設備(メタン発酵設
備)を備えた有機性廃棄物処理システムを示す。
【図3】有機性廃棄物を分解(可溶化)処理する分解設
備(可溶化設備)、分解設備(可溶化設備)で得られた
分解物をメタン発酵するメタン発酵設備(メタン発酵設
備)、メタン発酵設備の内容物を水処理する設備(例え
ば、活性汚泥処理設備、アンモニア処理設備又はリン酸
処理する設備)を順次備えた有機性廃棄物処理システム
を示す。
【図4】図1に示すシステムにおいて、分解設備(可溶
化設備)にアンモニア回収装置を付属させた有機性廃棄
物処理システムを示す。
【図5】図2に示すシステムにおいて、分解設備(可溶
化設備)にアンモニア回収装置を付属させた有機性廃棄
物処理システムを示す。
【図6】図2に示すシステムにおいて、分解設備(可溶
化設備)にアンモニア回収装置を付属させ、メタン発酵
設備の内容物を水処理する設備(例えば、リン酸処理す
る設備)を設けた有機性廃棄物処理システムを示す。
【図7】図2に示すシステムにおいて、分解設備(可溶
化設備)にアンモニア回収装置と二酸化炭素・硫化水素
回収装置とを付属させ、メタン発酵設備の内容物を水処
理(例えば、リン酸処理)する設備を設けた有機性廃棄
物処理システムを示す。
【図8】 図1に示すシステムにおいて、分解設備と水
処理設備の間に外置きの固液分離装置を設けた有機性廃
棄物処理システムを示す。
【図9】 図1に示すシステムにおいて、分解設備の内
部に固液分離装置(例えば、膜分離装置)を設けた有機
性廃棄物処理システムを示す。
【図10】 図8に示すシステムにおいて、分解設備と
水処理設備の間に外置きの固液分離装置を設け、水処理
設備から引き抜いた汚泥を分解設備に供給する工程を有
する有機性廃棄物処理システムを示す。
【図11】 図9に示すシステムにおいて、分解設備の
内部に固液分離装置(例えば、膜分離装置)を設け、水
処理設備から引き抜いた汚泥を分解設備に供給する工程
を有する有機性廃棄物処理システムを示す。
【図12】 図3に示すシステムにおいて、メタン発酵
設備と水処理設備との間にそれぞれ固液分離装置を設け
た有機性廃棄物処理システムを示す。
【図13】 図3に示すシステムにおいて、分解設備と
メタン発酵設備及びメタン発酵設備と水処理設備との間
にそれぞれ固液分離装置を設けた有機性廃棄物処理シス
テムを示す。
【図14】 図7に示すシステムにおいて、分解設備と
メタン発酵設備及びメタン発酵設備と水処理設備との間
にそれぞれ固液分離装置を設けた有機性廃棄物処理シス
テムを示す。
【図15】 図3に示すシステムにおいて、メタン発酵
設備と水処理設備との間に超好熱嫌気性菌産生設備を設
けた有機性廃棄物処理システムを示す。
【図16】 実施例3の結果を示す図。
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) F02G 5/04 B09B 3/00 D (72)発明者 局 俊明 神奈川県川崎市川崎区南渡田町1−1 J FE日本鋼管株式会社内 (72)発明者 藤原 茂樹 神奈川県川崎市川崎区南渡田町1−1 J FE日本鋼管株式会社内 (72)発明者 鈴木 信久 神奈川県川崎市川崎区南渡田町1−1 J FE日本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 4D004 AA02 AA03 AA04 AC04 BA03 BA04 CA04 CA13 CA18 CB13 CC07 4D011 AA15 AD03 4D059 AA01 AA03 AA07 AA08 BA12 BE31 BE38 CA07 CA12 CA22 CA30

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機性廃棄物に含まれる有機物を分解す
    る設備(分解設備)と、メタン発酵設備とを備え、分解
    設備で、60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に
    含まれる有機物を超好熱嫌気性菌により分解する工程、
    分解設備で得られた分解物をメタン発酵設備に供給する
    工程、及び該分解物をメタン発酵設備で嫌気性雰囲気で
    メタン発酵する工程を含む有機性廃棄物処理システム。
  2. 【請求項2】 分解設備とメタン発酵設備の間に分解設
    備の内容物を固液分離する手段を備え、該手段に分解設
    備の内容物を供給して固液分離する工程、該手段により
    得られる固形分を分解設備に供給する工程及び該手段に
    より得られる液体分をメタン発酵設備に供給する工程を
    有する請求項1に記載のシステム。
  3. 【請求項3】 メタン発酵設備の余剰汚泥を分解設備に
    供給する工程を含む請求項1に記載のシステム。
  4. 【請求項4】 メタン発酵設備の後段に水処理設備を設
    け、メタン発酵設備の内容物を水処理設備に供給する工
    程を含む請求項1に記載のシステム。
  5. 【請求項5】 メタン発酵設備と水処理設備の間にメタ
    ン発酵設備の内容物を固液分離する手段を備え、該手段
    にメタン発酵設備の内容物を供給して固液分離する工
    程、該手段により得られる固形分をメタン発酵設備に供
    給する工程及び該手段により得られる液体分を水処理設
    備に供給する工程を有する請求項4に記載のシステム。
  6. 【請求項6】 水処理設備の余剰汚泥を、分解設備及び
    メタン発酵設備の少なくとも1種に供給する工程を含む
    請求項4に記載のシステム。
  7. 【請求項7】 分解設備の余剰汚泥を水処理設備に供給
    する工程及びメタン発酵設備の余剰汚泥を水処理設備に
    供給する工程の少なくとも1種を含む請求項4に記載の
    システム。
  8. 【請求項8】 メタン発酵設備と水処理設備の間に超好
    熱嫌気性菌生産設備及び超好熱嫌気性菌の内容物を固液
    分離する手段を順次設け、メタン発酵設備の内容物を超
    好熱嫌気性菌生産設備に供給し、超好熱嫌気性菌生産設
    備の内容物を該固液分離手段に供給して固液分離する工
    程、該手段により固形分として得られる超好熱嫌気性菌
    を分解設備に供給する工程、及び該手段により得られる
    液体分を水処理設備に供給する工程を含む請求項4に記
    載のシステム。
  9. 【請求項9】 有機性廃棄物をメタン発酵設備に供給す
    る有機性廃棄物供給機構を備え、有機性廃棄物をメタン
    発酵設備に供給する工程を含む請求項1に記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項10】 有機性廃棄物を水処理設備に供給する
    有機性廃棄物供給機構を備え、有機性廃棄物を水処理設
    備に供給する工程を含む請求項4に記載のシステム。
  11. 【請求項11】 メタン発酵設備の内容物の窒素濃度を
    2500mg/L以下に保つ手段を備えたシステムであ
    って、該手段が、分解設備にアンモニア回収装置を付属
    させることである請求項1に記載のシステム。
  12. 【請求項12】 分解設備内の温度を60℃以上に保つ
    加温設備と、コジェネレーション設備とを備え、(i)有
    機性廃棄物を分解設備に供給する有機性廃棄物供給機構
    と、(ii)メタン発酵設備内で発生するメタンをコジェネ
    レーション設備に供給するメタン供給機構と、(iii)コ
    ジェネレーション設備から排出される60℃以上の排熱
    保有媒体が前記加温手段を循環して前記分解設備を60
    ℃以上の温度に維持する温度維持機構と、(iv)メタン発
    酵設備の余剰汚泥を分解設備に供給する汚泥供給機構と
    を備えた請求項1に記載の有機性廃棄物処理システム。
  13. 【請求項13】 有機性廃棄物が固形有機性廃棄物であ
    り、該固形有機性廃棄物に含まれる有機物を超好熱嫌気
    性菌により分解して可溶化することを特徴とする請求項
    1に記載のシステム。
  14. 【請求項14】 有機性廃棄物に含まれる有機物の分解
    率が60%以上である請求項1に記載のシステム。
  15. 【請求項15】 分解設備の内容物のpHが7以上であ
    る請求項1に記載のシステム。
  16. 【請求項16】 有機性廃棄物に含まれる有機物を分解
    する設備(分解設備)と、水処理設備とを備え、分解設
    備で、60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性廃棄物に含
    まれる有機物を超好熱嫌気性菌により分解する工程、分
    解設備で得られた分解物を水処理設備に供給する工程及
    び該分解物を水処理する工程を含む有機性廃棄物処理シ
    ステム。
  17. 【請求項17】 分解設備と水処理設備の間に分解設備
    の内容物を固液分離する手段を備え、該手段により得ら
    れる固形分を分解設備に供給する工程及び該手段により
    得られる液体分を水処理設備に供給する工程を有する請
    求項16に記載のシステム。
  18. 【請求項18】 水処理設備の余剰汚泥を分解設備に供
    給する工程を含む請求項16に記載のシステム。
  19. 【請求項19】 分解設備の余剰汚泥を水処理設備に供
    給する工程を含む請求項16に記載のシステム。
  20. 【請求項20】 有機性廃棄物を水処理設備に供給する
    有機性廃棄物供給機構を備えた請求項16に記載のシス
    テム。
  21. 【請求項21】 分解設備にアンモニア回収装置を付属
    させ、分解設備で発生したアンモニアをアンモニア回収
    装置で分解設備から取り除く工程と、取り除いたアンモ
    ニアを酸もしくは触媒により回収する工程を含む請求項
    16に記載のシステム。
  22. 【請求項22】 有機性廃棄物が固形有機性廃棄物であ
    り、該固形有機性廃棄物に含まれる有機物を超好熱嫌気
    性菌により分解して可溶化することを特徴とする請求項
    16に記載のシステム。
  23. 【請求項23】 有機性廃棄物に含まれる有機物の分解
    率が60%以上である請求項16に記載のシステム。
  24. 【請求項24】 分解設備の内容物のpHが7以上で
    ある請求項16に記載のシステム。
  25. 【請求項25】 60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性
    廃棄物に含まれる有機物を超好熱嫌気性菌により分解す
    る有機性廃棄物の前処理方法。
  26. 【請求項26】 有機性廃棄物が固形有機性廃棄物であ
    り、該固形有機性廃棄物に含まれる有機物を超好熱嫌気
    性菌により分解して可溶化することを特徴とする請求項
    25に記載の前処理方法。
  27. 【請求項27】 pH7以上で分解を行い、分解物に含
    まれるアンモニアを回収する請求項25に記載の前処理
    方法。
  28. 【請求項28】 pHが7.4〜8である請求項27に
    記載の前処理方法。
  29. 【請求項29】 60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性
    廃棄物に含まれる有機物を分解する設備(分解設備)
    と、メタン発酵設備とを備えた有機性廃棄物処理装置。
  30. 【請求項30】 分解設備とメタン発酵設備の間に固液
    分離装置を備えた請求項29に記載の装置。
  31. 【請求項31】 メタン発酵設備の後段に水処理設備を
    備えた請求項29に記載の装置。
  32. 【請求項32】 メタン発酵設備と水処理設備の間に固
    液分離装置を備えた請求項31に記載の装置。
  33. 【請求項33】 メタン発酵設備と水処理設備の間に超
    好熱嫌気性菌生産設備を備えた請求項31に記載の装
    置。
  34. 【請求項34】 有機性廃棄物をメタン発酵設備に供給
    する有機性廃棄物供給機構を備えた請求項29に記載の
    装置。
  35. 【請求項35】 有機性廃棄物を水処理設備に供給する
    有機性廃棄物供給機構を備えた請求項31に記載の装
    置。
  36. 【請求項36】 分解設備にアンモニア回収装置が付属
    されている請求項29に記載の装置。
  37. 【請求項37】 60℃以上の嫌気性雰囲気下に有機性
    廃棄物に含まれる有機物を分解する設備(分解設備)
    と、水処理設備とを備えた有機性廃棄物処理装置。
  38. 【請求項38】 分解設備とメタン発酵設備の間に固液
    分離装置を備えた請求項37に記載の装置。
  39. 【請求項39】 有機性廃棄物を水処理設備に供給する
    有機性廃棄物供給機構を備えた請求項37に記載の装
    置。
  40. 【請求項40】 分解設備にアンモニア回収装置を付属
    させた請求項37に記載の装置。
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