JP2008036560A - メタン発酵処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却に要するコストを削減し、メタン発酵廃液の活性汚泥処理を安定して行うことができるメタン発酵処理方法を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物をスラリー調整槽１０に供給してスラリー化し、前記スラリー調整槽１０内のスラリーをメタン発酵槽２０に投入してメタン発酵処理し、メタン発酵処理後のメタン発酵廃液を廃液処理槽４０内に投入して、前記メタン発酵廃液を活性汚泥処理するメタン発酵処理方法において、前記スラリー調整槽１０及び／又は前記メタン発酵槽２０に供給する希釈水とメタン発酵槽２０から排出される前記メタン発酵廃液とを熱交換し、熱交換処理後の希釈水を前記スラリー調整槽１０及び／又は前記メタン発酵槽２０に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、嫌気性微生物を用いて、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するメタン発酵処理方法に関する。

生ごみ、消化汚泥等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋め立て処分されているが、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋め立て処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するために、有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが開発されている。このメタン発酵は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気性のため曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法であり、しかも副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。

生ごみ等の有機性廃棄物を効率的に処理するメタン発酵処理方法として、５０〜６０℃で大きな活性を示す高温メタン菌で処理する方法が、下記特許文献１、２に開示されている。高温菌は、３６〜３８℃の中温で活性が大きくなる中温菌に比べ、２〜３倍の活性を持っており、高温菌でメタン発酵処理することで有機性廃棄物の分解速度の向上と消化率の向上を図ることができる。

しかしながら、メタン発酵処理後の発酵廃液中には、アンモニア等の窒素成分等が高濃度に含まれるので、このままでは河川はもとより下水道にも放流することが出来ない。そこで、間欠曝気式活性汚泥法等の活性汚泥法により、メタン発酵廃液中の窒素成分を硝化・脱窒反応等の生物反応によって除去し、河川等へ放流できる程度まで低減している。

ここで、高温メタン菌は５５℃前後で高い活性を示し、中温メタン菌は３５℃前後で高い活性を示すことから、メタン発酵処理は、おおよそ３５〜５５℃で運転されることが多い。一方、メタン発酵廃液の活性汚泥処理は、３０℃程度が最も処理効率が良く、３５℃を越えると処理速度が低下し、場合によっては、活性汚泥中の微生物が死滅することもある。このため、メタン発酵廃液の浄化を効率よく実施するには、メタン発酵廃液を冷却する必要がある。

メタン発酵廃液を冷却する方法として、下記の特許文献３には、生物反応槽内にて微生物の有機物分解能力を利用して汚水を処理するとともに、この処理工程で発生した余剰汚泥の処理液温度を熱交換器により加熱し、好気性消化及び酸アルカリ分解して可溶化処理した後の処理液温度を熱交換器により冷却し、この処理液を生物反応槽に返流するようにする汚水及び汚泥の処理方法が開示されている。

また、下記の特許文献４には、汚水を活性汚泥処理槽に投入して生物処理する工程と、処理後の処理水−活性汚泥混合液から処理水を分離する工程とを備える水処理方法において、外気温が高い場合には、前記活性汚泥処理槽内の混合液を熱交換器の汚水側流路を通過させた後に前記活性汚泥処理槽へ戻して循環させて、前記熱交換器の清水側流路へ導いた冷却水により冷却する工程と、外気温が低い場合には、活性汚泥処理槽投入前の汚水を前記熱交換器の汚水側流路に導き、前記熱交換器の清水側流路へ導いた排出前の処理水により加熱する工程とを切り替える水処理方法が開示されている。
特開平１０−１３７７３０号公報 特開平１３−４６９９７号公報 特開２０００−８４５９４号公報 特開２００２−９６０８５号公報

メタン発酵廃液の活性汚泥処理を効率よく実施するには、廃液処理槽へ投入するメタン発酵廃液を適温に冷却することが必要である。そこで、従来は、冷却装置のみを用いて、廃液を適温に冷却していたため、廃液の冷却にコストを要し、運転コストがかかるという問題があった。

したがって、本発明の目的は、冷却に要するコストを削減し、メタン発酵廃液の活性汚泥処理を安定して行うことができるメタン発酵処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物をスラリー調整槽に供給してスラリー化し、前記スラリー調整槽内のスラリーをメタン発酵槽に投入してメタン発酵処理し、メタン発酵処理後のメタン発酵廃液を廃液処理槽内に投入して、前記メタン発酵廃液を活性汚泥処理するメタン発酵処理方法において、前記メタン発酵槽から排出される前記メタン発酵廃液と、前記スラリー調整槽及び／又は前記メタン発酵槽に供給する希釈水とを熱交換し、熱交換処理後の前記希釈水を前記スラリー調整槽及び／又は前記メタン発酵槽に供給することを特徴とする。

上記発明によれば、メタン発酵槽から排出されるメタン発酵廃液と、スラリー調整槽及び／又はメタン発酵槽に供給する希釈水との間の熱交換によって、廃液処理槽に供給するメタン発酵廃液の温度を下げることができる。また、上記希釈水は、メタン発酵廃液との熱交換により予熱されるので、スラリー調整槽やメタン発酵槽に希釈水を投入した場合であっても、槽内の温度変化が生じにくく、メタン発酵を安定して行うことができる。

したがって、メタン発酵廃液の廃熱を有効利用しつつ、該メタン発酵廃液を冷却するので、外部冷却装置等の冷却熱量を低減でき、メタン発酵処理に要する運転コストを削減できる。

また、本発明のメタン発酵処理方法は、前記希釈水を、前記廃液処理槽内を通過させて、前記メタン発酵廃液と熱交換することが好ましい。これによれば、上記希釈水を、廃液処理槽内を通過させて、前記廃液処理槽内のメタン発酵廃液と希釈水との間で熱交換するので、廃液処理槽内の温度を低下できる。

また、本発明のメタン発酵処理方法は、前記希釈水が、前記廃液処理槽内で処理された廃液であることが好ましい。これによれば、廃液処理槽内で処理された廃液を再利用することで、外部から希釈水を供給する必要がなく、冷却に要するコストを削減することができる。

また、本発明のメタン発酵処理方法のもう一つは、有機性廃棄物をスラリー調整槽に供給してスラリー化し、前記スラリー調整槽内のスラリーをメタン発酵槽に投入してメタン発酵処理し、メタン発酵処理後のメタン発酵廃液を廃液処理槽内に投入して、前記メタン発酵廃液を活性汚泥処理するメタン発酵処理方法において、前記メタン発酵槽から排出される前記メタン発酵廃液と、前記スラリー調整槽内のスラリーとを熱交換し、熱交換処理後の前記スラリーを前記スラリー調整槽及び／又は前記メタン発酵槽に供給することを特徴とする。

上記発明によれば、メタン発酵槽から排出されるメタン発酵廃液と、スラリー調整槽から一時的に引き抜いたスラリーとの間の熱交換によって、廃液処理槽に供給するメタン発酵廃液の温度を下げることができる。そして、メタン発酵廃液との熱交換によって予熱された上記スラリーは、スラリー調整槽及び／又はメタン発酵槽へと配送されるので、スラリー調整槽やメタン発酵槽内の温度が低下しにくくなり、メタン発酵を安定して行うことができる。

また、本発明のメタン発酵処理方法は、前記スラリーを、前記廃液処理槽内を通過させて、前記メタン発酵廃液と熱交換することが好ましい。これによれば、上記スラリーを、廃液処理槽内を通過させて前記廃液処理槽内のメタン発酵廃液とスラリーとの間で熱交換するので、廃液処理槽内の温度を低下できる。

また、本発明のメタン発酵処理方法は、前記メタン発酵槽内におけるスラリーのメタン発酵処理を３５〜５５℃で行うことが好ましい。これによれば、本発明のメタン発酵において中温メタン菌だけでなく、中温メタン菌よりも活性の高い高温メタン菌も用いることができるので、メタン発酵を効率よく行うことができる。

本発明によれば、メタン発酵廃液の廃熱を有効利用しつつ、該メタン発酵廃液を冷却するので、メタン発酵処理に要する運転コストを削減できる。

以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明のメタン発酵処理方法に用いるメタン発酵処理装置の第１の実施形態が示されている。

図１のメタン発酵処理装置は、粉砕された有機性廃棄物に希釈水を混合してスラリー化するスラリー調整槽１０と、このスラリーをメタン発酵処理するメタン発酵槽２０と、メタン発酵により生成したガスを貯留するためのガスホルダー３０と、メタン発酵後のメタン発酵廃液を活性汚泥処理する廃液処理槽４０とで主に構成されている。

スラリー調整槽１０には、槽内に有機性廃棄物を供給する原水供給管１と、希釈水を供給する希釈水供給管６とが接続されている。この希釈水供給管６は、水道水等の外部水槽に接続された希釈水供給ポンプ１３より、廃液処理槽４０内の廃液貯蔵部に設けられた熱交換部７ａを経由して、スラリー調整槽１０に接続されている。

また、スラリー調整槽１０からは、スラリー供給管２が伸び、スラリー供給ポンプ１１を介してメタン発酵槽２０に接続されている。

メタン発酵槽２０の上部からは、ガス供給管３が伸び、ガスホルダー３０に接続されている。メタン発酵槽２０の下部側からは、廃液引き抜き管４が伸び、廃液引抜きポンプ１２を介して廃液処理槽４０に接続されている。

廃液処理槽４０からは、処理済廃液引き抜き管５が伸び、廃液処理槽４０内で活性汚泥処理したメタン発酵廃液を系外へ排出できるように構成されている。また、廃液処理槽４０の内部には、槽内に供給されるメタン発酵廃液を冷却するための冷却装置５０の冷却部が配置されている。

廃液処理槽４０に送られたメタン発酵廃液は、槽内の活性汚泥中に滞留している微生物による硝化・脱窒反応等の生物反応によって、窒素成分が分解除去される。

しかしながら、メタン発酵廃液をそのまま、廃液処理槽４０に流下した場合、メタン発酵廃液の温度によって廃液処理効率が損なわれることがある。これは、上述したように、メタン発酵廃液の活性汚泥処理時の最適な温度が、メタン発酵処理時の温度に比べて低いためである。このため、メタン発酵廃液をそのまま廃液処理槽４０に供給した場合、槽内の微生物の活性が低下してしまう場合がある。

そこで、本発明では、希釈水供給管６を流通する希釈水と廃液処理槽４０内のメタン発酵廃液とを熱交換させて、メタン発酵廃液を冷却している。

図１に示すように、希釈水供給管６は、廃液処理槽４０内の廃液貯蔵部に配置された熱交換器７ａを経由してスラリー調整槽１０に接続されているので、希釈水供給管６に希釈水を流通させることで、熱交換部７ａにて希釈水とメタン発酵廃液との間で熱交換され、槽内のメタン発酵廃液が冷却される。したがって、冷却装置５０による冷却熱量を減らすことができるので、冷却にかかるコストを削減することができる。

例えば、上記希釈水として夏でも３０℃以下である水道水や工業用水を用いて、スラリー調整槽１０に投入する有機性廃棄物の量と同じ量程度の希釈水をスラリー調整槽１０内に供給するように、希釈水供給管６から希釈水を供給した場合、例えばメタン発酵槽２０から排出される５５℃程度のメタン発酵廃液を、４５℃程度まで低下することができる。

また、スラリー調整槽１０に投入する有機性廃棄物の量に対して、希釈水供給管６に流す希釈水の量を更に多くすることで、メタン発酵廃液の温度を更に引き下げることが可能であり、例えば、水温が２７℃の水道水を、スラリー調整槽１０に投入する有機性廃棄物量の１．５倍量の希釈水を希釈水供給管６から供給した場合は、冷却装置５０の運転動力を、５０％以上低減することができる。

そして、スラリー調整槽１０に供給する希釈水は、メタン発酵廃液との熱交換により温められていることから、スラリー調製時にヒータなどで加温調整しなくとも、メタン発酵処理に最適な温度のスラリーを調整することができる。

なお、この実施形態では、メタン発酵廃液と熱交換された希釈水は、スラリー調整槽１０のみに供給しているが、スラリー調整槽１０の替わりにメタン発酵槽２０に供給してもよく、スラリー調整槽１０及びメタン発酵槽２０の両槽に供給してもよい。

そして、廃液処理槽４０で処理された処理済廃液は、処理済廃液引き抜き管５から系外へと排出され、必要に応じて固液分離槽などで固体と液体とを分離した後に、液体分が下水道や河川に放出される。

図２には、本発明のメタン発酵処理方法に用いるメタン発酵処理装置の第２の実施形態が示されている。

この実施形態では、廃液処理槽４０で処理された廃液の少なくとも一部を、希釈水として使用し、メタン発酵槽２０から引き抜かれたメタン発酵廃液と熱交換するように構成されている点が、上記実施形態との相違点である。

すなわち、この実施形態では、廃液処理槽４０の側部から伸びた処理済廃液引き抜き管５は、一部が分岐して希釈水供給管６に接続されている。この希釈水供給管６は、希釈水供給ポンプ１３を経て、更に、廃液引き抜き管４の外周にコイル状に巻かれた熱交換部７ｂを通り、スラリー調整槽１０に接続されている。

したがって、この実施形態では、廃液処理槽４０で活性汚泥処理された処理済廃液の少なくとも一部を、希釈水供給ポンプ１３により、希釈水供給管６から熱交換器７ｂを経てスラリー調整槽１０へと供給する。このとき、処理済廃液は、熱交換部７ｂにてメタン発酵廃液と熱交換される。

廃液処理槽４０で処理された処理済廃液は、おおよそ３０℃程度であるので、熱交換部７ｂでのメタン発酵廃液との熱交換により、メタン発酵廃液を冷却でき、冷却装置５０による冷却熱量を減らして、冷却に要するコストを削減することができる。また、廃液処理槽４０で処理された処理済廃液を、希釈水として再利用するので、外部から希釈水を供給する必要がなく、運転コストを削減することができる。

また、スラリー調整槽１０に供給する希釈水（処理済廃液）は、メタン発酵廃液との熱交換により温められていることから、スラリー調製時にヒータなどで加温調整しなくとも、メタン発酵処理に最適な温度のスラリーを調整することができる。なお、この実施形態においても、上記実施形態と同様に、希釈水（処理済廃液）をスラリー調整槽１０の替わりにメタン発酵槽２０に供給してもよく、スラリー調整槽１０及びメタン発酵槽２０の両槽に供給してもよい。

図３には、本発明のメタン発酵処理方法に用いるメタン発酵処理装置の第３の実施形態が示されている。

この実施形態では、スラリー調整槽１０内のスラリーの少なくとも一部をスラリー調整槽１０から引き抜き、メタン発酵廃液と熱交換するように構成されている点が、上記実施形態との相違点である。

すなわち、この実施形態では、スラリー調整槽１０の下部側からスラリー管８が延出され、このスラリー管８が廃液引き抜き管４の外周にコイル状に巻きついて熱交換部７ｃを構成し、更にスラリー返送ポンプ１４を介してスラリー調整槽１０に接続されている。

この実施形態では、スラリー調整槽１０内のスラリーの少なくとも一部を、スラリー返送ポンプ１４により、スラリー管８を通して引き抜き、熱交換部７ｃにてメタン発酵廃液と熱交換した後、スラリー調整槽１０へ返送する。

スラリー調整槽１０から引き抜かれたスラリーの温度は、スラリー調整槽１０に供給される前記希釈水の温度と同程度であるので、熱交換部７ｃでのメタン発酵廃液との熱交換により、メタン発酵廃液を冷却でき、冷却装置５０による冷却熱量を減らして、冷却に要するコストを削減することができる。そして、メタン発酵廃液と熱交換されたスラリーは、メタン発酵廃液との熱交換により温められていることから、スラリー調整槽１０内のスラリーを、ヒータなどで加温調整しなくとも、メタン発酵処理に最適な温度のスラリーを調整することができる。

なお、この実施形態では、スラリー調整槽１０から引き抜いたスラリーを再度スラリー調整槽１０へ返送するようにしているが、スラリー調整槽１０から引き抜いたスラリーをメタン発酵槽２０に供給してもよく、スラリー調整槽１０及びメタン発酵槽２０の両槽に供給してもよい。また、熱交換部７ｃは、図１のように廃液処理槽４０の内部に設けられていてもよい。

本発明のメタン発酵処理に用いるメタン発酵処理装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。 本発明のメタン発酵処理に用いるメタン発酵処理装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。 本発明のメタン発酵処理に用いるメタン発酵処理装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 原水供給管
２ スラリー供給管
３ ガス供給管
４ 廃液引き抜き管
５ 処理済廃液引き抜き管
６ 希釈水供給管
７ａ、７ｂ、７ｃ 熱交換部
８ スラリー管
１０ スラリー調整槽
１１ スラリー供給ポンプ
１２ 廃液引抜きポンプ
１３ 希釈水供給ポンプ
１４ スラリー返送ポンプ
２０ メタン発酵槽
３０ ガスホルダー
４０ 廃液処理槽
５０ 冷却装置

Claims (6)

1. 有機性廃棄物をスラリー調整槽に供給してスラリー化し、前記スラリー調整槽内のスラリーをメタン発酵槽に投入してメタン発酵処理し、メタン発酵処理後のメタン発酵廃液を廃液処理槽内に投入して、前記メタン発酵廃液を活性汚泥処理するメタン発酵処理方法において、
   前記メタン発酵槽から排出される前記メタン発酵廃液と、前記スラリー調整槽及び／又は前記メタン発酵槽に供給する希釈水とを熱交換し、熱交換処理後の前記希釈水を前記スラリー調整槽及び／又は前記メタン発酵槽に供給することを特徴とするメタン発酵処理方法。
2. 前記希釈水を、前記廃液処理槽内を通過させて、前記メタン発酵廃液と熱交換する請求項１に記載のメタン発酵処理方法。
3. 前記希釈水が、前記廃液処理槽内で処理された廃液である請求項１又は２に記載のメタン発酵処理方法。
4. 有機性廃棄物をスラリー調整槽に供給してスラリー化し、前記スラリー調整槽内のスラリーをメタン発酵槽に投入してメタン発酵処理し、メタン発酵処理後のメタン発酵廃液を廃液処理槽内に投入して、前記メタン発酵廃液を活性汚泥処理するメタン発酵処理方法において、
   前記メタン発酵槽から排出される前記メタン発酵廃液と、前記スラリー調整槽内のスラリーとを熱交換し、熱交換処理後の前記スラリーを前記スラリー調整槽及び／又は前記メタン発酵槽に供給することを特徴とするメタン発酵処理方法。
5. 前記スラリーを、前記廃液処理槽内を通過させて、前記メタン発酵廃液と熱交換する請求項４に記載のメタン発酵処理方法。
6. 前記メタン発酵処理を３５〜５５℃で行う請求項１〜５のいずれか１つに記載のメタン発酵処理方法。
   

Images