JP2005111420A - 有機性廃棄物の嫌気性処理方法および嫌気性処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉄を成分として含む無機凝集剤を添加した有機性廃棄物又は元来鉄の含有量が多い有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵させる嫌気性処理において、メタン発酵槽から取出される消化汚泥を乾燥させて乾燥汚泥にする際、消化汚泥中に含まれている鉄成分が酸化反応を起こして乾燥汚泥が高温になるのを防止する。
【解決手段】 消化汚泥７をメタン発酵槽３２から取出して汚泥貯留槽３４に貯留し、汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７に対して曝気を行うことにより、メタン発酵槽３２内で還元された汚泥中の鉄成分を汚泥貯留槽３４内で酸化させる。これにより、その後の汚泥利用プロセスおよび製品で上記鉄成分が酸化することはほとんどない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばメタン発酵施設等に適用される有機性廃棄物の嫌気性処理方法および嫌気性処理設備に関するものである。

従来、図４に示すように、メタン発酵施設１においては、し尿、下水汚泥、家畜糞尿等の有機性廃棄物を固液分離工程２において液状廃棄物３と脱水汚泥４とに分離し、さらに、生ごみや食品廃棄物等の有機性廃棄物を破砕・分別工程５において破砕しプラスチック袋やトレーなどを分別し、その後、上記脱水汚泥４と混合して嫌気性発酵工程６においてメタン発酵させている。この際、上記嫌気性発酵工程６において生成された消化汚泥７を脱水工程８で脱水汚泥９とし、コンポスト化工程１０等に送って肥料や乾燥汚泥として回収している（例えば特許文献１参照）。

尚、上記固液分離工程２においては、し尿、下水汚泥、家畜糞尿などの有機性廃棄物に無機凝集剤を添加して凝集させた上で、脱水機を用いて脱水し、液状廃棄物３と脱水汚泥４とに分離している。

これによると、上記無機凝集剤として鉄を成分として含んでいるもの、すなわち、硫酸第一鉄や硫酸第二鉄或いは塩化第二鉄等が用いられており、嫌気性発酵工程６においては、上記無機凝集剤の鉄成分が還元されている。

しかしながら上記の従来形式では、嫌気性発酵工程６の後、消化汚泥７を大気中で乾燥させて乾燥汚泥にする際、消化汚泥７に含まれている無機凝集剤中の鉄成分が酸化反応を起こし、この時の発熱によって乾燥汚泥の温度が１００℃を越えるような高温になるといった問題がある。

また、鉄除去槽の内部に磁気器を設け、沈殿汚泥を鉄除去槽に導入し、沈殿汚泥中に含まれている鉄酸化物を上記磁気器によって吸着し除去する方法も示されている（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、上記のように磁気器を用いて沈殿汚泥中の鉄酸化物を吸着除去する場合、多数の磁気器が必要となり、これら磁気器の表面に吸着した鉄酸化物を取除く作業を頻繁に行わなければならず、手間がかかるといった問題もある。
特開２０００−６１４３３号公報 特開平９−１８７８００号公報

本発明は、鉄酸化物を磁気器で吸着除去するといった手間のかかることをせずに、消化汚泥を乾燥させて乾燥汚泥にする際、消化汚泥中に含まれている鉄成分が酸化反応を起こして乾燥汚泥が高温になるのを防止することができる有機性廃棄物の嫌気性処理方法および嫌気性処理設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本第１発明では、鉄を成分として含む薬剤を添加した有機性廃棄物又は元来鉄の含有量が多い有機性廃棄物を嫌気性処理槽で嫌気性消化する嫌気性処理方法であって、消化汚泥を嫌気性処理槽から取り出して汚泥貯留槽に貯留し、上記汚泥貯留槽内の消化汚泥に対して曝気を行うことにより、上記嫌気性処理槽内で還元された鉄成分を上記汚泥貯留槽内で酸化するものである。

これによると、汚泥貯留槽に貯留された消化汚泥中に含まれる鉄成分は、曝気によって酸化され、鉄酸化物になる。この際、酸化反応によって発生する熱は汚泥貯留槽に貯留された消化汚泥中の多量の水分に吸収されるため、温度の上昇が抑制される。

その後、汚泥貯留槽内の消化汚泥を取り出して乾燥させ、乾燥汚泥にする際、上記汚泥貯留槽において既に汚泥中の鉄成分が酸化しているため、乾燥中に鉄成分が酸化することはほとんどなく、したがって、乾燥汚泥が高温になるのを防止することができる。

また、磁気器で吸着除去することをせずに、乾燥汚泥が高温になるのを防止することができるため、手間が省ける。
また、本第２発明では、鉄を成分として含む薬剤を添加した有機性廃棄物又は元来鉄の含有量が多い有機性廃棄物を嫌気性処理槽で嫌気性消化する嫌気性処理設備であって、上記嫌気性処理槽の後段に、嫌気性処理槽から取り出された消化汚泥を貯留する汚泥貯留槽が配置され、上記汚泥貯留槽に、貯留された消化汚泥に対して曝気を行う曝気装置が設けられているものである。

これによると、嫌気性処理槽から取り出された消化汚泥は、汚泥貯留槽内に貯留され、曝気装置により曝気される。この際、上記消化汚泥中に含まれる鉄成分は、曝気によって酸化され、鉄酸化物になる。この時の酸化反応によって発生する熱は汚泥貯留槽に貯留された消化汚泥中の多量の水分に吸収されるため、温度の上昇が抑制される。

その後、汚泥貯留槽内の消化汚泥を取り出して乾燥させ、乾燥汚泥にする際、上記汚泥貯留槽において既に汚泥中の鉄成分が酸化しているため、乾燥中に鉄成分が酸化することはほとんどなく、したがって、乾燥汚泥が高温になるのを防止することができる。

また、磁気器で吸着除去することをせずに、乾燥汚泥が高温になるのを防止することができるため、手間が省ける。
また、本第３発明では、汚泥貯留槽内の汚泥の溶存酸素を計測するＤＯ計若しくは汚泥貯留槽内の汚泥の酸化還元電位を計測するＯＲＰ計のいずれかの計測値に基づいて曝気装置を制御するものである。

これによると、上記ＤＯ計若しくはＯＲＰ計のいずれかの計測値に基づいて、曝気装置からの空気の噴出し量を調節することによって、汚泥貯留槽内を最適な酸化雰囲気に保つことができる。

以上、本発明によると、汚泥貯留槽において既に汚泥中の鉄成分が酸化しているため、その後の汚泥乾燥中に鉄成分が酸化することはほとんどなく、したがって、乾燥汚泥が高温になるのを防止することができる。また、磁気器で吸着除去することをせずに、乾燥汚泥が高温になるのを防止することができるため、手間が省ける。

以下、本発明の第１の実施の形態を図１，図２に基づいて説明する。尚、上記従来のものと同じものについては同一の符号を付記して説明を省略する。
３１は、鉄を成分として含む無機凝集剤（硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄などであり、薬剤の一例）を添加した汚泥（有機性廃棄物）をメタン発酵槽３２（嫌気性処理槽の一例）で嫌気性消化する嫌気性処理設備であり、メタン発酵施設に設けられている。上記メタン発酵槽３２の後段側（下流側）には、メタン発酵槽３２から取り出された消化汚泥７を貯留する汚泥貯留槽３４が配置されている。上記メタン発酵槽３２と汚泥貯留槽３４とは汚泥引抜管３５で接続されており、この汚泥引抜管３５には、メタン発酵槽３２中の消化汚泥７を汚泥貯留槽３４へ圧送する汚泥引抜ポンプ３６が設けられている。

上記汚泥貯留槽３４は密閉されており、この汚泥貯留槽３４には、貯留された消化汚泥７に対して曝気を行う曝気装置３７が設けられている。この曝気装置３７は、汚泥貯留槽３４内の底部に設置された管状の噴出ノズル３９と、この噴出ノズル３９へ曝気用の空気Ａを供給するブロワ装置４０と、噴出ノズル３９とブロワ装置４０との間に接続された空気供給用配管４１と、空気供給用配管４１に設けられたバルブ４２とで構成されている。尚、上記噴出ノズル３９には、空気Ａを噴出す複数の噴出孔４３が形成されている。

また、汚泥貯留槽３４には、貯留された消化汚泥７のＤＯ（溶存酸素）を計測するＤＯ計４５が設けられている。さらに、上記ＤＯ計４５の計測値に基づいてブロワ装置４０とバルブ４２とを制御する制御装置４６が設けられている。

上記汚泥貯留槽３４の後段側（下流側）には、スクリュープレス，遠心脱水機等の脱水機４８が設置されており、汚泥貯留槽３４と脱水機４８との間には汚泥排出管４９が接続されている。また、汚泥貯留槽３４内の上部に溜まった空気は、脱臭管路５０より排気され脱臭される。

また、図２は有機性廃棄物（し尿、下水汚泥、家畜糞尿、生ごみ、食品廃棄物等）をメタン発酵させて処理する処理工程を示したフローチャートであり、嫌気性発酵工程６において、上記メタン発酵槽３２でメタン発酵させ、脱水工程８において、上記脱水機４８で汚泥７を脱水する。また、上記嫌気性発酵工程６と脱水工程８との間に設定された曝気工程５１において、上記曝気装置３７で汚泥７を曝気する。

以下、上記構成における作用を説明する。
嫌気性発酵工程６において、メタン発酵槽３２内で消化汚泥７が生成され、この際、消化汚泥７に含まれる無機凝集剤中の鉄成分が還元されている。その後、汚泥引抜ポンプ３６を駆動することにより、消化汚泥７がメタン発酵槽３２内から汚泥引抜管３５を通って汚泥貯留槽３４に貯留される。

次に、曝気工程５１において、バルブ４２を開き、ブロワ装置４０を駆動することにより、空気Ａが噴出ノズル３９の噴出孔４３から汚泥貯留槽３４内に噴出し、汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７が曝気される。この際、消化汚泥７に含まれる無機凝集剤中の鉄成分は、上記曝気によって酸化され、鉄酸化物になる。この時の酸化反応によって発生する熱は汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７中の多量の水分に吸収されるため、温度の上昇が抑制される。

その後、脱水工程８において、消化汚泥７が、汚泥貯留槽３４内から排出され、汚泥排出管４９を通って脱水機４８に供給され、脱水される。このようにして脱水した汚泥７を乾燥させて、乾燥汚泥にする。この際、前段の汚泥貯留槽３４において、曝気により既に消化汚泥７中の鉄成分が酸化しているため、上記乾燥後の製品において（コンポスト化等においても同様）、鉄成分が酸化することはほとんどなく、したがって、上記乾燥汚泥が高温になるのを防止することができる。

また、磁気器で吸着除去することをせずに、乾燥汚泥が高温になるのを防止することができるため、手間が省ける。
尚、上記曝気工程５１において、ＤＯ計４５の計測値が０から増加する変曲点を検知した場合（或いは０から増加して所定値に達した場合）、制御装置４６は、汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７が十分に酸化雰囲気に保たれていると判断して、ブロワ装置４０を停止し、バルブ４２を閉じる。また、ＤＯ計４５の計測値が低下して０を検知した場合、制御装置４６は、汚泥貯留槽３４内の酸化雰囲気が不足していると判断して、ブロワ装置４０を駆動し、バルブ４２を開く。これにより曝気が開始され、汚泥貯留槽３４内が十分に酸化雰囲気に保たれる。このように、汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７の酸化雰囲気が十分である場合、曝気を一時停止することにより、過剰な曝気を無くすことができ、運転コストを低減することができる。

さらに、汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７に対して曝気を行うことにより、消化汚泥７のアルカリ度を低下させることができる。
上記第１の実施の形態では、汚泥貯留槽３４にＤＯ計４５を設けたが、第２の実施の形態として、ＤＯ計４５の代わりに、図３に示すように、消化汚泥７の酸化還元電位（ＯＲＰ）を計測するＯＲＰ計５３（酸化還元電位計）が設けられている。

これによると、曝気工程５１において、ＯＲＰ計５３の計測値が上昇して上限値（例えば＋２００）に達した場合、制御装置４６は、汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７が十分に酸化雰囲気に保たれていると判断して、ブロワ装置４０を停止し、バルブ４２を閉じる。また、ＯＲＰ計５３の計測値が低下して下限値（例えば±０）を検知した場合、制御装置４６は、汚泥貯留槽３４内の酸化雰囲気が不足していると判断して、ブロワ装置４０を駆動し、バルブ４２を開く。これにより曝気が開始され、汚泥貯留槽３４内が十分に酸化雰囲気に保たれる。このように、汚泥貯留槽３４内の消化汚泥７の酸化雰囲気が十分である場合、曝気を一時停止することにより、過剰な曝気を無くすことができ、運転コストを低減することができる。

上記第１および第２の実施の形態では、ＤＯ計４５の計測値又はＯＲＰ計５３の計測値に基づいて、制御装置４６が自動的にブロワ装置４０の駆動および停止とバルブ４２の開閉とを行っているが、制御装置４６を設けず、上記計測値に基づいて、作業者が手動操作で上記ブロワ装置４０の駆動および停止とバルブ４２の開閉とを行ってもよい。

上記第１および第２の実施の形態では、鉄を成分として含む薬剤の一例として無機凝集剤を汚泥（有機性廃棄物）に添加しているが、上記凝集剤に限定されるものではなく、メタン発酵の際に発生する硫化水素を除去するために汚泥（有機性廃棄物）に添加される脱硫剤を、上記鉄を成分として含む薬剤の一例としてもよい。

上記第１および第２の実施の形態では、鉄を成分として含む無機凝集剤を添加した汚泥（有機性廃棄物）をメタン発酵槽３２で嫌気性消化しているが、上記無機凝集剤を添加せず、元来鉄の含有量が多い汚泥（有機性廃棄物）をメタン発酵槽３２で嫌気性消化してもよい。

本発明の第１の実施の形態における嫌気性処理設備の図である。 同、嫌気性処理設備を備えたメタン発酵施設での処理工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における嫌気性処理設備の図である。 従来のメタン発酵施設での処理工程を示す図である。

符号の説明

７ 消化汚泥
３１ 嫌気性処理設備
３４ 汚泥貯留槽
３７ 曝気装置
４５ ＤＯ計
５３ ＯＲＰ計

Claims (3)

1. 鉄を成分として含む薬剤を添加した有機性廃棄物又は元来鉄の含有量が多い有機性廃棄物を嫌気性処理槽で嫌気性消化する嫌気性処理方法であって、消化汚泥を嫌気性処理槽から取り出して汚泥貯留槽に貯留し、上記汚泥貯留槽内の消化汚泥に対して曝気を行うことにより、上記嫌気性処理槽内で還元された鉄成分を上記汚泥貯留槽内で酸化することを特徴とする有機性廃棄物の嫌気性処理方法。
2. 鉄を成分として含む薬剤を添加した有機性廃棄物又は元来鉄の含有量が多い有機性廃棄物を嫌気性処理槽で嫌気性消化する嫌気性処理設備であって、上記嫌気性処理槽の後段に、嫌気性処理槽から取り出された消化汚泥を貯留する汚泥貯留槽が配置され、上記汚泥貯留槽に、貯留された消化汚泥に対して曝気を行う曝気装置が設けられていることを特徴とする有機性廃棄物の嫌気性処理設備。
3. 汚泥貯留槽内の汚泥の溶存酸素を計測するＤＯ計若しくは汚泥貯留槽内の汚泥の酸化還元電位を計測するＯＲＰ計のいずれかの計測値に基づいて曝気装置を制御することを特徴とする請求項２記載の有機性廃棄物の嫌気性処理設備。

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