JP2004237210A - 生ごみのメタン発酵処理方法およびメタン発酵処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】厨芥などの生ごみから得られる1次スラリーを除いた残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して2次スラリーとメタンガスを生成し、特に、該1次スラリーまたは/および該2次スラリーを混合した液中に繊維またはその加工物からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を配置してメタン菌の流失を防止し且つ増殖させながらメタン発酵する方法と装置。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、家庭や厨房などから出される生ごみをメタン発酵処理する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、メタン発酵は嫌気状態で有機物を分解するため、酸素の供給が不要であり、そのため曝気などの酸素供給エネルギーを消費しない、また、最終生成物としてメタンガスを発生するのでエネルギー回収することができるため生ごみの処理には有効とされている。特に、メタン発酵処理法及びメタン発酵処理する装置としては例えば特開平7−136635、特開平10−005718、特開平10−137730に開示されている。該開示によれば、厨芥などの生ごみに含まれる固形の有機物はディスポーザーで粒径5mm以下の大きさに破砕、粉砕した上で、必要ならば水、家庭廃水や厨房廃水と混合して加水分解菌の槽に移流して加水分解し、次いで酸生成菌の槽で有機酸に分解した後、最終的に30〜40℃の中温域で活性化するメタン生成菌を用いたメタン発酵槽に送ってメタンガスと炭酸ガスに分解する二相方式で処理する方法および装置がある。
【0003】
また、厨芥などの生ごみを高圧粉砕してスラリー状、ペースト状に微細化してメタン発酵槽に移送し、必要ならば水、家庭廃水や厨房廃水と混合して、50〜60℃の高温域で活性化するメタン菌を用いてメタン発酵を行う一相方式で処理する方法および装置が提案されている。その場合、該メタン発酵は槽中の有機物濃度が高いほど効率的であるとされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一相方式は厨芥などの生ごみにしばしば混入しているプラスチックスや無機物などが同時に粉砕されてメタン発酵槽に入り高温域で活性なメタン発酵菌の活動に支障を与えるという問題があり、このため、プラスチックスや無機物をメタン発酵槽に混入させないように厳密に選別し分別するプロセスと装置を設けなければならず、また、メタン発酵不適物や有機性水可溶化物の濃度、発酵温度と液のPHなどがメタン発酵菌の活動に大きな影響を及ぼすために、メタン発酵槽の管理などを厳密に行わなければならないという問題がある。そこで、プラスチックスや無機物をメタン発酵槽に混入させず、高度に生ごみをスラリー化して高いメタン発酵効率を確保するために高圧スラリー化装置が提案されているが、極めて複雑な設備であり多額の費用がかかる他、メタン発酵菌を活性化するための高温を維持するには多大のエネルギーを必要とするという問題がある。このように一相方式によるメタン発酵は設備、管理、運転に多額の費用を要するため、厨芥などの生ごみを大量に処理する大規模メタン発酵処理には適しているが、小・中程度の量の生ごみを処理する小・中規模のメタン発酵処理には経済的な問題があるとされている。
【0005】
一方、二相方式は加水分解と有機酸への分解プロセスによって厨芥などの生ごみに含まれる大部分の有機固形物を水可溶化できるため、発酵不適物部分を除いたのち水可溶化部分だけをマイルドな条件で、かつ中温域で活性なメタン発酵菌を用いてメタン発酵ができるため、比較的安価、簡単なメタン発酵設備と低いエネルギーコストでメタン発酵が可能であり、発生する生ごみが1日当たり1〜2トン以下の小または中規模の量をメタン発酵処理するには適している。しかしながら、加水分解や有機酸への分解を行うためのプロセスや設備を要すること、さらに、液のPH調整と維持管理が厳密でなければならず、また排出する発酵不適物の廃棄に際してもPH調整などの安全な処理と管理を必要とするので全体コストが嵩むという問題があった。
そこで本発明の目的は上記した課題を解決して小・中規模の厨芥などの生ごみからメタン発酵を経済的に行う処理方法、装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決する手段】本発明者等は上記目的を達成するために鋭意検討し、生ごみを粉砕機や破砕機で微細化して、有機物の水可溶化したスラリー(以下、1次スラリーという)と発酵不適固形物および有機の水可溶化可能な固形物などを含む残渣固形物に分離し、該残渣固形物はおが粉と炭と中温域活性メタン発酵菌と混合して発酵槽(以下、A発酵槽という)に入れてメタン発酵(以下、A発酵という)させてメタンガスと有機性水可溶化物のスラリー(以下、2次スラリーという)を得て、さらにA発酵槽で生成し分離した有機性水可溶化物である2次スラリーと該1次スラリーを中温域活性メタン菌の存在する発酵槽(以下、B発酵槽という)に入れメタン発酵させることによって、厨芥などの生ごみに含まれる大部分の有機物を水可溶性化して経済的、効率的にメタン発酵してメタンガスを得ることができること、および発生する廃棄すべき発酵不適固形物の量を効果的に減らし得ることを見出した。特に、A発酵槽におが粉と炭を共存させることによってメタン菌がおが粉や炭の中に容易に棲みつき槽内に安定して保持されるだけでなく、おが粉の有機物をも水可溶化して高濃度の有機水可溶化物を含む2次スラリーができるため、B発酵槽の有機水可溶化物の濃度を高くできメタン発酵効率を高めることができることを見出した。さらに、B発酵槽にアクリル繊維、炭素繊維などのストランド、紡績糸およびそれらを用いた綱、紐、さらにそれらを組み合わせた繊維加工品およびメタン菌としてグラニュール菌を併用してメタン発酵を行うことによりB発酵槽におけるメタン発酵の効率が向上するだけでなく、メタン菌が槽外に流出して減少することがなく安定したメタン発酵が可能になることを見出し、本発明に至った。
【0007】
すなわち、本発明は厨芥などの生ごみから得られる1次スラリーまたは/および残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵(以下、A発酵という)して2次スラリーとメタンガスを生成することを特徴とする生ごみのメタン発酵処理方法からなる。
【0008】
本発明は該1次スラリーまたは/および該2次スラリーを含む液中に繊維またはその加工物からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を配置してメタン発酵することを特徴とする生ごみのメタン発酵処理方法からなる。
【0009】
本発明はA発酵におけるメタン発酵に用いる残渣固形物とおが粉と炭の存在割合が残渣固形物6〜7重量%、おが粉65〜68重量%、炭25〜28重量%であることを特徴とする。
【0010】
本発明は厨芥などの生ごみから1次スラリーと残渣固形物とする機構または/および該残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して2次スラリーとする機構と、該1次スラリーまたは/および該2次スラリーとをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置を含む生ごみのメタン発酵処理装置からなる。
【0011】
本発明は該1次スラリーまたは/および該2次スラリーとをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置が繊維またはその加工品からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を有する槽であることを特徴とする装置。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1において、厨芥などの生ごみは二軸破砕機等からなる破砕機1で粉砕し、ろ過機2で濾して1次スラリーと残渣固形物に分離して、該1次スラリーを1次スラリー貯留槽3に、残渣固形物を1次固形物貯蔵タンク4に入れる。該残渣固形物はおが粉と炭とメタン菌と一緒にA発酵槽5に入れてメタン発酵して有機物の水可溶化物を含む状態にして、適当な処理後に水を噴霧して2次スラリーとして取り出しスラリー調整槽6に送るとともに発生するメタンガスを回収する。該1次スラリー貯留タンクから該1次スラリーを圧送ポンプ7でスラリー調整槽6に送り、該1次スラリーと該2次スラリーを混合した後、該混合スラリー液を圧送ポンプ8で、好ましくはアクリル繊維および/または炭素繊維のストランド、紡績糸およびそれらを用いた綱、紐ならびにそれらを組み合わせた繊維加工品の生物膜担体11を配置したB発酵槽9に送り、グラニュール菌12を入れてB発酵槽内液を循環ポンプ10で循環しながらメタン発酵し発生したメタンガスを回収し、消化液は好気性菌による処理に送る。A発酵槽で発生し増量する固形物は取り出してコンポスト材料または好気性菌処理することが好ましい。
【0013】
本発明の厨芥などの生ごみの破砕は大きさが1〜2mm程度にすることが好ましい。大きすぎると1次スラリー中の有機性水可溶化物の濃度が低くなりB発酵槽における有機性水可溶化量が低濃度になるのでメタン発酵の効率が低くなる。小さすぎると1次スラリー中にメタン発酵不適物の固形物が多く混入してB発酵槽におけるメタン発酵が阻害されるので好ましくない。
【0014】
本発明のろ過機は有機繊維からなる布、織物などを用いたプレスろ過機やベルト式またはスクリュー式プレスの微細孔を有する金属性板で0.5〜1MPaで圧搾する公知のものを用いることができる。
【0015】
本発明のA発酵には35〜38℃の中温域でメタン発酵するメタン菌が用いられる。また、A発酵槽の形状はニーダーのような形が好ましく、その断面下半分は半円形をした密閉可能な横に長い筒型であり、その断面中心部分に槽壁を掻くような回転羽を配置して該残渣固形物とメタン発酵菌とおが粉と炭を混在させて回転しながら嫌気状態で約24時間処理することが好ましい。A発酵槽にはメタン菌の餌となる厨芥などの生ごみから得られる該残渣固形物と1次スラリーを単独または混在して用いることができるが、厨芥などの生ごみ量を極力減量するとともに発生させるメタンを多くするために1次スラリーと出来るだけ分離した該残渣固形物を用いることが好ましい。おが粉は公知の木材から得られる公知のものであり、好ましくはブナの木の切削屑などがメタン発酵菌の担持には適当である。また炭は竹炭が適度の硬さを有していて、且つメタン菌の担持に適する細孔を有しているので好ましい。おが粉および炭の粒径は1〜2mmが、回転による混合時に粉砕されにくく、有機物水可溶物の2次スラリーに混じらないので好ましい。A発酵槽における残渣固形物、おが粉、炭の混合割合は残渣固形物、おが粉、炭の水分、有機性水可溶化物の含有量を考慮して調整することが好ましく、通常、室温状態における重量で残渣固形物6〜7重量%、おが粉65〜68重量%、炭25〜28重量%の割合が好ましい。おが粉や炭の量が多すぎた場合、A発酵槽からの2次固形物が多くなり廃棄する2次固形物量が増加するので好ましくない。メタン菌はおが粉や炭の細孔に入り増殖してメタン発酵を加速させるので効率的なメタン発酵ができる。
【0016】
メタン発酵槽であるA発酵槽において、残渣固形物、おが粉、炭とメタン菌の混合物による発酵を終えた後、有機性水可溶化物と発酵不適固形物を分離するが、該分離は通常、発酵の進行した後に水を噴霧して水可溶化物を含む2次スラリーとして取り出し、スラリー調整槽に送り、1次スラリーと混合してスラリー中の有機性水可溶化物の濃度を必要ならば水を用いて調整して圧送ポンプ8でB発酵槽に送る。
【0017】
本発明に用いるB発酵槽は槽内液を循環ポンプ10でグラニュール菌12が沈降せず流出せず浮遊する程度に循環させるか、また、該繊維の加工品などの生物膜担体11を槽の上部に配置してグラニュール菌12が槽外に流出しないようにした槽内構造とすることが好ましい。グラニュール菌12が浮遊しない場合や槽外に流れ出た場合はメタン発酵が低下するので好ましくない。
【0018】
本発明のB発酵槽に用いるスラリーは1次スラリーと2次スラリー単独または混合して用いることができるが、厨芥などの生ごみから発生させるメタンを多くするために1次スラリーと2次スラリーを混合して用いることが好ましい。また、本発明に用いる生物膜担体はアクリル繊維および/または炭素繊維のストランド、紡績糸およびそれらを用いた綱、紐ならびにそれらを組み合わせた繊維加工品が好ましい。該生物膜担体を用いることによりメタン菌の大きなコロニーがグラニュール状になったグラニュール菌の槽外への流出を防止できるとともに該生物膜担体にメタン菌が付着して増殖しながらグラニュール化することによって効率的にメタン発酵ができるので好ましい。
【0019】
本発明のB発酵槽において、槽内液に中温域または高温域でメタン発酵するグラニュール菌を入れて、中温域の35〜38℃、または高温域の50〜56℃に維持してメタン発酵を行うが、好ましくは中温域で行う方が安定したメタン発酵できるので好ましい。該グラニュール菌体の濃度は発酵槽内において5重量%以上になるように調整することがメタン発酵の効率に対して好ましい。また、該グラニュール菌の粒径は1〜2mmが好ましく、小さすぎると水処理水と一緒に流出しやすく、また、大き過ぎてもグラニュール内部に発生ガスの気泡を抱え、浮上の原因となるので好ましくない。
【0020】
A発酵槽及びB発酵槽で発生したメタンガスは燃料として回収し、ボイラーに供給して熱利用し、また、発電機に供給して電力を得る。さらに、燃料電池の原料としても供給できる。
【0021】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り下記実施例に限定されるものではない。なお、特に指定しない限り%は重量%を意味する。
【0022】実施例1
図1に示す装置を用いて行った。プラスチックスや無機固形物などを取り除いた家庭生ごみを1日当たり50kgの割合で粉砕機を用いて粉砕し、加圧式ベルトフィルターで圧力0.7MPa下でろ過して有機物を12%含む一次スラリー17kg/日と一次固形物33kg/日に分離した。該一次固形物は内容積1m3(有効容積0.5m3、充填率約50%)のA発酵槽に粒径1〜2mmのブナ材おが粉330kg、粒径1〜2mmの竹炭130kg、メタン菌33kg(乾燥重量)と一緒に投入して有機物負荷量8.3kg/日、容積負荷16.6kg/m3日、MLSS66kg/m3、汚泥負荷0.25kg/kg−MLSS/日、発酵温度37℃の条件でメタン発酵処理した。A発酵では有機物の30%が分解できた。A発酵処理を行いながら温水を間欠的にシャワリングして有機性水可溶物を含む2次スラリー100kg/日を取り出し、一次スラリー17kg/日とともにスラリー調整槽に送り有機物7.8kg/日を含むスラリーとして圧送ポンプでB発酵槽に送った。内容積2m3で、生物膜担体に円筒型アクリル繊維フェルト(坪量400g/m2)、メタン菌にグラニュール菌を用いたB発酵槽で、有機物負荷量7.8kg/日、容積負荷3.9kg/m3日、MLSS20kg/m3、汚泥負荷0.2kg/kg−MLSS/日、発酵温度37℃の条件でメタン発酵処理し4.2m3/日、発熱量は25,000kcal/日のメタンガスを得た。このメタンガスはA発酵槽、B発酵槽の加温用に使用してあまりがあった他、生ごみ中の有機物の除去率はTOCとして計算して85%に達し、廃棄固形物を大幅に減容できた。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、生ごみに含まれる有機物を比較的簡単に且つ高効率に除去し、廃棄固形物を大幅に減らすことができ、また、回収したメタンガスを発熱燃料として、また、燃料電池の原料として利用できる。従来の生ごみ中温域メタン発酵処理方法ではメタン発酵プロセスにおける化学的調整や管理が複雑であり、また、高温域メタン発酵処理方法では選定分別を厳しくして高圧可溶化するため多大の設備を要するなど設備や運転コストが高くなるという経済的な問題があったが、本発明においては産業廃棄物コストを殆ど要しないという経済的効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における生ごみ処理方法の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
1:粉砕機
2:ろ過機
3:一次スラリー貯留槽
4:一次固形物貯蔵タンク
5:A発酵槽
6:スラリー調整槽
7:圧送ポンプ
8:圧送ポンプ
9:B発酵槽
10:循環ポンプ
11:生物膜担体
12:グラニュール菌
Claims (5)
- 厨芥などの生ごみから得られる1次スラリーまたは/および残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して2次スラリーとメタンガスを生成することを特徴とする生ごみのメタン発酵処理方法。
- 請求項1に記載の1次スラリーまたは/および2次スラリーを含む液中に繊維またはその加工物からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を配置してメタン発酵することを特徴とする生ごみのメタン発酵処理方法。
- メタン発酵に用いる残渣固形物とおが粉と炭の存在割合が残渣固形物6〜7重量%、おが粉65〜68重量%、炭25〜28重量%であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 厨芥などの生ごみから1次スラリーと残渣固形物とする機構または/および該残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して2次スラリーとする機構と、該1次スラリーまたは/および該2次スラリーとをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置を含む生ごみのメタン発酵処理装置。
- 該1次スラリーまたは/および2次スラリーをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置が繊維または/およびその加工品からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を有する槽であることを特徴とする請求項4に記載の装置。
Priority Applications (1)
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JP2003029130A JP2004237210A (ja) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | 生ごみのメタン発酵処理方法およびメタン発酵処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR100827351B1 (ko) | 2006-12-29 | 2008-05-06 | 한국과학기술연구원 | 혐기성 생물막을 이용한 이산화탄소로부터 생물학적 메탄제조방법 및 이를 이용한 메탄 제조장치 |
JP2010051306A (ja) * | 2008-01-07 | 2010-03-11 | Kito Shoji Kk | 水素の生産方法 |
JP2014144407A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Osaka Gas Co Ltd | 排水処理装置およびその運転方法 |
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-
2003
- 2003-02-06 JP JP2003029130A patent/JP2004237210A/ja active Pending
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