JP2005288360A

JP2005288360A - 有機性廃棄物の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP2005288360A
Application number: JP2004108624A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Fuchigami; 真一郎淵上; Toru Onouchi; 徹小野内; Shohei Oshima; 昌平大島; Hiroyuki Miyamoto; 博幸宮本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】本発明は、有機性廃棄物の再資源化処理に係り、特に厨芥類、下水汚泥、家畜糞尿等の高含水性の有機性廃棄物の処理方法、及びこの方法を行うための処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物を含有する水媒体に対して有機性廃棄物の可溶化処理を行い、有機酸を含む可溶化処理水を得る第１工程と、第１工程で得られた有機酸を含む可溶化処理水から疎水性の膜状シリカライトを使用して酢酸を濃縮分離し取り出す第２工程と、第２工程で酢酸を濃縮分離し取り出した後の有機酸２次液を廃液処理する第３工程と、さらに、第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸を用いてメタン発酵を行う第４工程を少なくとも含んでなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃棄物の再資源化処理に係り、特に厨芥類、下水汚泥、家畜糞尿等の高含水性の有機性廃棄物の処理方法、及びこの方法を行うための処理装置に関するものである。

近年、廃棄物による環境負荷の増大、最終処分場の残余容量の逼迫、焼却処理に伴うダイオキシン問題等が深刻化する中、廃棄物のゼロ・エミッション及び再資源化の要請が高まっている。そのような中、家庭生ゴミ、下水汚泥、家畜糞尿等の高含水性の有機性廃棄物の再資源化が課題となっている。その再資源化方法の一つとしてメタン発酵がある。メタン発酵は高含水性の有機性廃棄物からエネルギーとしてメタンガスを回収可能で、エネルギー回収に伴う消費エネルギーが少ないという利点を持っている。
有機性廃棄物の再資源化方法の第１段階は水媒体へのその可溶化であり、有機性廃棄物の可溶化処理方法としては、特許文献１において記載されている水熱・電気分解による処理方法の他、アルカリやオゾン添加による処理方法、超音波による処理方法、高圧噴流による処理方法などが知られている。いずれの方法によっても有機性廃棄物を含有する水媒体を、有機酸を含む可溶化処理水にすることができる。しかしながら、このような可溶化処理水そのものをメタン発酵工程に投入しても、有機性廃棄物中に含まれる塩分や硫黄等のメタン発酵阻害成分が可溶化処理水に溶解しているので、メタン発酵阻害が生じる可能性がある。また、可溶化処理で生じた有機酸にはギ酸、プロピオン酸等のメタン生成反応の遅いものと、酢酸等のメタン生成反応の速いものが含まれている為、メタン発酵の十分な高速化・高消化ができない問題がある。そこで、このような問題を解決するために、有機性廃棄物から酢酸だけを効率よく取り出す方法がこれまでにも検討されており、例えば、特許文献２には、水熱酸化分解によりセルロース系廃棄物から可溶化処理水を調製して酢酸を製造する方法が記載されている。有機性廃棄物を酢酸に変換する方法は、特許文献２に記載の方法の他にも種々の方法が知られているが、反応系内で生成した酢酸をどのように分離し取り出すかについての検討はこれまでのところ必ずしも十分に行われてきていないのが実情である。また、酢酸を分離し取り出した後の処理水をどのように処理するかなど、トータルシステムとしての有機性廃棄物の処理方法を確立するためには、解決しなければならない検討課題は数多い。
特開２００３−２９０７４０号公報特開２００３−１４５０９０号公報

そこで本発明は、下水汚泥や食物残渣等の有機性廃棄物の効率的な処理方法に係り、有機性廃棄物を水媒体に可溶化して得られた可溶化処理水から効率よく酢酸を濃縮分離し、塩分等のメタン発酵を阻害する成分を系内から排除して効率よくメタン発酵を行う方法、及びこの方法を行うための処理装置を提供することを目的とする。

上記の点に鑑みてなされた本発明の有機性廃棄物の処理方法は、請求項１記載の通り、有機性廃棄物を含有する水媒体に対して有機性廃棄物の可溶化処理を行い、有機酸を含む可溶化処理水を得る第１工程と、第１工程で得られた有機酸を含む可溶化処理水から疎水性の膜状シリカライトを使用して酢酸を濃縮分離し取り出す第２工程と、第２工程で酢酸を濃縮分離し取り出した後の有機酸２次液を廃液処理する第３工程と、さらに、第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸を用いてメタン発酵を行う第４工程を少なくとも含んでなることを特徴とする。
また、請求項２記載の有機性廃棄物の処理方法は、請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法において、第３工程が、有機酸２次液からカルシウム及び／又はマグネシウムを除去するための軟化処理を行い有機酸３次液とする第３ａ工程と、前記軟化処理で得られた有機酸３次液を電気透析処理することによって無機塩類を含む電気透析濃縮水と有機酸４次液とに分離する第３ｂ工程を少なくとも含んでなることを特徴とする。
また、本発明の有機性廃棄物の処理装置は、請求項３記載の通り、有機性廃棄物を含有する水媒体に対して有機性廃棄物の可溶化処理を行い、有機酸を含む可溶化処理水を得る第１工程を行う為の手段と、第１工程で得られた有機酸を含む可溶化処理水から疎水性の膜状シリカライトを使用して酢酸を濃縮分離し取り出す第２工程を行う為の手段と、第２工程で酢酸を濃縮分離し取り出した後の有機酸２次液を廃液処理する第３工程を行う為の手段と、さらに、第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸を用いてメタン発酵を行う第４工程を行う為の手段を少なくとも備えてなることを特徴とする。
また、請求項４記載の有機酸廃棄物の処理装置は、請求項３記載の有機性廃棄物の処理装置において、第３工程を行う為の手段として、有機酸２次液からカルシウム及び／又はマグネシウムを除去するための軟化処理を行い有機酸３次液とする第３ａ工程を行う為の手段と、前記軟化処理で得られた有機酸３次液を電気透析処理することによって無機塩類を含む電気透析濃縮水と有機酸４次液とに分離する第３ｂ工程を行う為の手段を少なくとも備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、有機性廃棄物を水媒体に可溶化して得られた、有機酸を含む可溶化処理水から効率よく酢酸を濃縮分離し取り出すことができるとともに、酢酸以外にもカルシウムやマグネシウムや無機塩類などの有用物を選択的に分離し取り出すことができる。本発明の第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸は、塩分や油分や硫黄等のメタン発酵阻害成分が除去されているため、この酢酸を用いれば、脱硫工程等を経ることなく、メタン発酵の高速化・高消化ができる。また、このようにして濃縮分離し取り出された酢酸は、工業用原料として用いることもできる。従って、有機性廃棄物の再資源化、及びエネルギー回収を効果的に行うことができる。

以下、本発明の有機性廃棄物の処理方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の有機性廃棄物の処理方法の一実施形態を示すブロック構成図である。
第１工程において、有機性廃棄物を含有する水媒体を調製し、これに対して有機性廃棄物の可溶化処理を行い、有機酸を含む可溶化処理水を得る。第１工程は、例えば、図２に示すようにして行われる。即ち、まず、有機性廃棄物は破砕機へ流入され、メジアン径約１ｍｍ以下のスラリー状有機性廃棄物とされる。このスラリー状有機性廃棄物は輸送管Ａを経由して加圧ポンプに流入され、約５ＭＰａに加圧され、輸送管Ｂを経由して水熱第１反応槽へ流入される。水熱第１反応槽へ流入されたスラリー状有機性廃棄物は酸素との接触を遮断した状態で加熱され約３００℃で２分程度水熱処理されることで加水分解が進行し、主にモノカルボン酸の中間体からなるモノカルボン酸中間体液を生成する。このモノカルボン酸中間体液は輸送管Ｃを経由して水熱第２反応槽へ流入され、酸素供給率７０％程度で酸素を供給しつつ約３００℃で２分程度水熱処理され、酢酸等のモノカルボン酸とシュウ酸、ギ酸等の低級カルボン酸からなる有機酸を含む可溶化処理水となる。図２においては、水熱第２反応槽への酸素の供給は過酸化水素等のような酸化剤を添加することで行っているが、酸素の供給は、水熱第２反応槽内で水の電気分解を行うことで行ってもよい。ここで、酸素供給率とは投入した有機性廃棄物中の炭素全量を二酸化炭素へ変換するのに必要な酸素を１００％としたときの割合を示すものである。

次に、第２工程で、第１工程で得られた有機酸を含む可溶化処理水から疎水性の膜状シリカライトを使用して酢酸を濃縮分離し取り出す。例えば、第１工程で得られた有機酸を含む可溶化処理水は輸送管を経由して減圧、冷却されて酢酸分離器へ流入され、酢酸分離器に取り付けられた膜状シリカライトによって酢酸とアルコール類のみが選択的に分離される。この酢酸分離器は内部が膜状シリカライトによって有機酸を含む可溶化処理水が流入する１次側と膜状シリカライトを通過した酢酸とアルコール類が流入する２次側とに隔離されており、２次側は減圧ポンプによって減圧された状態となっている。膜状シリカライトを通過した酢酸とアルコール類は気化し、ガスとして輸送管を経由して酢酸液化器へ流入され、冷却されることで液化される。こうして得られた酢酸は、後述する第４工程におけるメタン発酵の原料として用いられるが、工業用原料として用いてもよい。

第２工程で酢酸を濃縮分離し取り出した後の有機酸２次液は、第３工程で廃液処理される。第３工程は、次の第３ａ工程と第３ｂ工程を少なくとも含んでなることが好ましい。第３ａ工程では、有機酸２次液からカルシウム及び／又はマグネシウムを除去するための軟化処理を行い有機酸３次液とする。第２工程で酢酸を濃縮分離し取り出した後の有機酸２次液は主にシュウ酸やギ酸等の低級カルボン酸とカルシウムやマグネシウム等の難溶性塩形成成分と窒素やリン等の無機塩類からなっている。例えば、この有機酸２次液は輸送管を経由して軟水処理槽に流入され、石灰ソーダ軟化法やイオン交換硬水軟化法等を用いて有機酸２次液中のカルシウムやマグネシウム等の難溶性塩形成成分が除去され、有機酸３次液とされる。カルシウムやマグネシウム等の難溶性塩形成成分が有機酸３次液中に含まれていると、後述する第３ｂ工程の電気透析処理におけるマイナス電極にこれらの成分が付着して電気透析処理を阻害することになるので、第３ｂ工程を行う前にこの処理を行うことは重要である。

第３ｂ工程では、第３ａ工程で得られた軟水化された有機酸３次液を電気透析処理することによって、電気透析濃縮水と有機酸４次液とに分離する。例えば、有機酸３次液は輸送管を経由して電気透析処理槽に流入され、電気透析処理にて窒素やリン等の無機塩類を高濃度に含む電気透析濃縮水と有機酸４次液とに分離される。電気透析処理槽には多数の電気透析膜が配列され、交互に形成した濃縮室と希釈室に、あるいはそれらの中の希釈室のみに有機酸３次液が供給されて電極に通電されることにより、濃縮室に無機塩類を高濃度に含む電気透析濃縮水を集め、希釈室に有機酸４次液を集めることができる。このような処理を行うことで、後述するように有機酸４次液を用いてメタン発酵を行う場合でも、有機酸４次液には窒素やリン等の無機塩類が含まれていないので、無機塩類がメタン発酵を阻害することを回避することができる。また、濃縮室に集めた電気透析濃縮水は系外へ排出し、例えばメッキ処理工場などへ搬送して再生することができる。

第４工程では、第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸を用いてメタン発酵を行う。メタン発酵液にはメタン生成速度が最も速い酢酸が高濃度に含まれており、しかも、メタン発酵を阻害する物質が含まれていないため、メタン生成速度の高速化を図ることができる。なお、メタン発酵は、第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸と、第３ｂ工程で得られた有機酸４次液の一部を混合して行ってもよい。この場合、有機酸４次液の残りは輸送管を経由して第１工程における加圧ポンプの１次側へと輸送させて再循環させてもよいし、下水へ放流してもよい。有機酸４次液は軟化処理や電気透析処理によって浄化されているのでこのような処理を行っても問題は皆無である。

以下に、酢酸分離器で使用している疎水性の膜状シリカライトの製造方法の一実施例を説明する。まず、コロイダルシリカ（商品名：ＣａｔａｌｏｉｄＳｉ−３０、触媒化成製）６０ｇを含有する水溶液３９７ｍＬにテトラプロプルアンモニウムブロミド（ＴＰＡＢｒ）８．１ｇ、水酸化ナトリウム０．９３ｇを添加し、均一に撹拌して水和ゲルを調製した。このゲルの組成は、０．１ＴＰＡＢｒ−０．０５Ｎａ₂Ｏ−ＳｉＯ₂−８０Ｈ₂Ｏであった。このゲルを反応温度１７０℃、結晶化時間４８時間の条件下で多孔質ステンレス（ＳＵＳ）製の円板（直径５ｃｍ、細孔径２〜４０μｍ）の存在下で３００ｍＬのオートクレーブを用いて水熱処理し、ＳＵＳ板保持シリカライト膜を得ることができた。このシリカライト膜の厚さは４６０μｍであった（必要ならば特開平８−１４９９３２号公報を参照のこと）。

上記の疎水性の膜状シリカライトが取り付けられた酢酸分離器の性能を醸造酢（酢酸濃度１４．０％）を用いて行った。醸造酢５Ｌを酢酸分離器に入れ、酢酸分離器の２次側を減圧ポンプで減圧しておき、内部の液温が所定の温度に安定したのち開閉弁を開き、膜状シリカライトを通過して気化した酢酸を輸送管を経由して酢酸液化器で液化し、酢酸液化器の内部に醸造酢を回収した。酢酸分離器の内部の液温と回収された醸造酢の成分分析の結果の関係を表１に示す。表１から明らかなように、液温が５０℃までは液温が高くなるほど醸造酢に含まれる酢酸含量も高くなった。

本発明は、有機性廃棄物の再資源化処理に係り、特に厨芥類、下水汚泥、家畜糞尿等の高含水性の有機性廃棄物の処理方法、及びこの方法を行うための処理装置を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。

本発明の有機性廃棄物の処理方法の一実施形態を示すブロック構成図である。同、第１工程の詳細ブロック構成図である。

Claims

有機性廃棄物を含有する水媒体に対して有機性廃棄物の可溶化処理を行い、有機酸を含む可溶化処理水を得る第１工程と、第１工程で得られた有機酸を含む可溶化処理水から疎水性の膜状シリカライトを使用して酢酸を濃縮分離し取り出す第２工程と、第２工程で酢酸を濃縮分離し取り出した後の有機酸２次液を廃液処理する第３工程と、さらに、第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸を用いてメタン発酵を行う第４工程を少なくとも含んでなることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
第３工程が、有機酸２次液からカルシウム及び／又はマグネシウムを除去するための軟化処理を行い有機酸３次液とする第３ａ工程と、前記軟化処理で得られた有機酸３次液を電気透析処理することによって無機塩類を含む電気透析濃縮水と有機酸４次液とに分離する第３ｂ工程を少なくとも含んでなることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
有機性廃棄物を含有する水媒体に対して有機性廃棄物の可溶化処理を行い、有機酸を含む可溶化処理水を得る第１工程を行う為の手段と、第１工程で得られた有機酸を含む可溶化処理水から疎水性の膜状シリカライトを使用して酢酸を濃縮分離し取り出す第２工程を行う為の手段と、第２工程で酢酸を濃縮分離し取り出した後の有機酸２次液を廃液処理する第３工程を行う為の手段と、さらに、第２工程で濃縮分離し取り出された酢酸を用いてメタン発酵を行う第４工程を行う為の手段を少なくとも備えてなることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
第３工程を行う為の手段として、有機酸２次液からカルシウム及び／又はマグネシウムを除去するための軟化処理を行い有機酸３次液とする第３ａ工程を行う為の手段と、前記軟化処理で得られた有機酸３次液を電気透析処理することによって無機塩類を含む電気透析濃縮水と有機酸４次液とに分離する第３ｂ工程を行う為の手段を少なくとも備えてなることを特徴とする請求項３記載の有機性廃棄物の処理装置。