JP2008221105A

JP2008221105A - 有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理方法、そのための処理設備

Info

Publication number: JP2008221105A
Application number: JP2007061851A
Authority: JP
Inventors: Sachiko Ochi; 佐智子大地; Yuka Tamaki; 由佳玉木
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】有機性廃棄物やバイオマス資源をメタン発酵したあとに生じる残渣を含む消化液を焼却炉や溶融炉に導入して処理を行なっても、良好に処理が行える有機性廃棄物やバイオマス資源の処理方法及びそのための処理設備を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源をメタン発酵し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成させ、この残渣を含む消化液からリンをリン酸アンモニウムマグネシウムの固体粒子として除去した後に焼却炉又は溶融炉に導入して処理することを特徴とする有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理方法並びにそのための処理設備に関するものである。

従来、有機性廃棄物やバイオマス資源からエネルギーを回収する方法として、メタン発酵により発生したメタンガスを回収し、燃料として使用するする方法が提案されている。有機性廃棄物やバイオマス資源をメタン発酵させると、メタンガスと同時に消化液と残渣が発生する。消化液と残渣は、有機性廃棄物からエネルギー回収した後の残りかすであり、これらを別途処理するために薬剤注入による凝集処理や生物処理などを行うことが必要となる。このため、処理コストとエネルギーを低減できるような有効な消化液の処理方法が求められている。

そのような処理方法の一つとして、有機性廃棄物やバイオマス資源をメタン発酵することにより生成する残渣を含む消化液を焼却炉や溶融炉等に導入して焼却又は溶融除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法においては、有機性廃棄物やバイオマス資源をメタン発酵した後に生じた残渣を含む消化液については何も処理せずにそのまま焼却炉や溶融炉に導入して処理を行っている。
特開２００５−２０５３８５号公報

しかしながらこの方法では、残渣を含む消化液のリン濃度が数百ｍｇ／Ｌであるため、そのまま何も処理せずに焼却炉や溶融炉に噴霧して焼却すると、施設内のリン量が増加することとなり、例えば、ダクトにリン化合物が付着して煙道狭窄となったり、炉内の耐熱レンガに付着してレンガの寿命が短縮したりするなどの機能障害が引き起こされるという問題があった。

本発明は、有機性廃棄物やバイオマス資源をメタン発酵したあとに生じる残渣を含む消化液を焼却炉や溶融炉に導入して処理を行なっても、良好に処理が行える有機性廃棄物やバイオマス資源の処理方法及びそのための処理設備を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、残渣を含む消化液に対して既存のリン除去法が適用し得ることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の第一は、有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源をメタン発酵し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成させ、この残渣を含む消化液からリンを除去した後に焼却炉又は溶融炉に導入して処理することを特徴とする有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理方法を要旨とするものであり、好ましくは、前記の処理方法において、残渣を含む消化液からリンを除去する手段が、リンをリン酸アンモニウムマグネシウム（以下、ＭＡＰという。）の固体粒子として除去する手段であるものである。

本発明の第二は、有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源をメタン発酵させるためのメタン発酵装置、メタン発酵により生成する残渣を含む消化液からリンを除去するためのリン除去装置及びリンが除去された残渣を含む消化液を処理するための焼却炉又は溶融炉からなる有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理設備を要旨とするものである。

本発明によれば、メタン発酵で生じた残渣を含む消化液からリンを除去しているため、焼却炉や溶融炉に導入して処理を行なっても、既存の焼却炉もしくは溶融炉に発生しているリンに由来する問題を悪化させることなく、効率的に処理できる。さらに、リンをＭＡＰの固体粒子の形態で除去することによりリンを再利用することが可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る処理方法を達成するために必要なフローチャートを示したものである。本発明の処理方法は、メタン発酵工程２、リン除去工程５及び焼却炉又は溶融炉による処理工程６から構成される。

メタン発酵工程２では、食品残渣等の有機性廃棄物及び／又は生ゴミ、家畜糞尿等のバイオマス資源が嫌気性発酵装置に投入されて、嫌気性発酵が行われる。発酵の方法については、特に限定するものではなく、投入する有機性廃棄物やバイオマス資源の種類により、最適な発酵条件を選択して処理を行えばよい。メタン発酵は微生物反応であるので、一般には、２０〜５０℃の範囲で反応が行われるが、２５〜４０℃がさらに好ましい。ただし好熱菌などを利用する場合には、最適温度が７０℃前後で最も能力を発揮する場合もある。また、反応時間は、投入する有機性廃棄物やバイオマス資源の種類により大きく異なる。固形物が多く含まれる場合には、例えば、１日以上の反応時間が必要であるが、液部分が多ければ、数時間で反応が進むこともあり、一概にはいえない。槽内を攪拌すれば反応時間を短縮することは可能であるが、攪拌強度を上げると空気を巻き込んでしまい、嫌気性発酵であるメタン発酵が進み難くなる場合があるので、注意が必要である。

このようにして、投入された有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源は、メタン発酵処理によりメタンガスを発生するが、発生したメタンガスは、例えば、メタンガスホルダーを用いるメタン回収工程３へ移される。メタンガスの回収率はメタン発酵を行う嫌気性発酵装置に投入された原料のうち５質量％程度であり、残りの９５質量％程度である残渣を含む消化液４は、次工程であるリン除去工程５に送られる。

リン除去工程５では、残渣を含む消化液４からリンをリン汚泥７としてできる限り取り除くことを行う。そのための方法としては、例えば水酸化カルシウムや塩化第二鉄溶液を添加して難溶性のリン酸化合物とする凝集沈殿法や、リンを骨炭やゼオライト等に吸着させる方法などがある。いずれも使用する薬剤や吸着剤の種類により、最適な処理ｐＨが異なる。凝集沈殿法の場合には、一般にアルカリ性の方が処理精度はよいが、経済性も考えてｐＨ５〜１０が好ましく、さらにはｐＨ５〜８．５が好ましい。吸着法の場合には、吸着剤の種類により最適ｐＨが大きく異なるので、それぞれの剤に最適なｐＨを選択してリンを除去すればよい。

また、図２に示すように、残渣を含む消化液４にマグネシウムを添加し、消化液に多量に含まれるアンモニアとともにＭＡＰの固体粒子を生成させるＭＡＰ生成工程８とし、ＭＡＰ９を取り除くことによりリン除去を行なうこともできる。ＭＡＰ生成工程８の運転条件やＭＡＰ反応装置については公知の技術が好適に使用できる（詳細は、特許第２５７８１３６号公報、特開平９―１１７７７４号公報及び特開２００４−３０５９９１号公報を参照）。これらの特許文献に記載されている反応装置を用いれば、消化液中の残渣と生成したＭＡＰの固体粒子とを効率的に分離することが可能であり、分離したＭＡＰ９は肥料として再利用することができる。このため、残渣を含む消化液からリンを利用可能な資源として回収することができ、結果的に本発明の処理方法から発生する廃棄物量が削減することとなる。

上記したようなリン除去工程５（ＭＡＰ生成工程８）を施すことにより、残渣を含む消化液に含まれるリン濃度を８０〜９５％低減させることができる。

次に本発明の処理方法では、上記のようにしてリンが除去された残渣を含む消化液を焼却炉又は溶融炉による処理工程６に導入し焼却処理を行う。投入された残渣を含む消化液のうち、水分は水蒸気として、有機物はガスとして、無機物は焼却灰又は溶融スラグとしてそれぞれ排出される。焼却炉又は溶融炉に導入する消化液の量としては、適宜設定することができるが、一度に多量の消化液を投入すると、炉内の温度が最適な燃焼温度より低下してしまい、燃焼そのものがうまくいかなくなるケースもある。そのような場合には、炉内の最適な燃焼条件が保てる適量を投入し、余剰の消化液は別途処理を行なえばよく、処理の方法としては、活性汚泥法等の生物処理や、さらに凝集沈殿を行う方法が挙げられる。しかし、消化液全量を例えば生物処理するのに比較して、処理設備自体は小さくなることは明らかである。逆に、投入する消化液の量が少なすぎる場合には、水道水や井戸水など他の水を追加し、最適な水量を確保すればよい。また、焼却炉や溶融炉では、炉内の温度を制御するために、水を噴霧することにより、燃焼又は溶融温度の安定化を行うことがあるが、温度制御のための水の代替としてリンが除去された残渣を含む消化液を噴霧してもよい。

実施例１
メタン発酵を行っている実施設から残渣を含む消化液を採取し、リン除去試験を行った。
本検討に用いた消化液は、畜産系の糞尿をメタン発酵した後の消化液である。この消化液にリン除去剤として、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）と塩化第二鉄溶液（いずれも市販品）を各々添加し、５分間混合攪拌した後、０．４５μｍフィルターでろ過し、ろ液中のリン酸濃度を測定した。薬剤の添加量はリン酸の１．５倍等量とし、試験後のｐＨが６〜７．５の範囲に入ったため、ｐＨは特には行わなかった。その結果、リン酸態リン濃度１８０ｍｇ／Ｌ、汚泥濃度１９０００ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素濃度４５０ｍｇ／Ｌの消化液に対し、表１に示すような濃度のろ液（リン除去後消化液）が得られた。

上記のようにして得られた、リンが除去された残渣を含む消化液を焼却炉に導入して処理を行なったところ、ダクトへのリンの付着などの問題は見られず好適に処理を行なうことができた。

実施例２
実施例１において、リン除去剤として、１０％水酸化マグネシウムスラリー（試薬から調製）を使用した以外は同様にして検討を行った。このとき試験後のｐＨは、８．３となった。ろ液（リン除去後消化液）のリン酸態濃度は、表１に示した通りである。ろ紙上に残った固体をＸ線回折した結果、ＭＡＰであることが判明した。また、真空乾燥後に行った成分分析では、く溶性リン酸（Ｐ_２Ｏ_５）２８％、く溶性苦土（ＭｇＯ）１５％、アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）５．４％を含み、水銀、カドミウム、鉛等の有害成分含有量は、肥料取締法に定める化成肥料の有害成分許容値を大幅に下回ることが判明した。

次に、上記のようにして得られた、リンが除去された残渣を含む消化液を溶融炉に導入して処理を行なったところ、ダクトへのリンの付着などの問題は見られず好適に処理を行なうことができた。

本発明の処理方法の一形態を示すフロー図である。本発明の処理方法の他の形態を示すフロー図である。

符号の説明

１有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源
２メタン発酵工程
３メタン回収工程
４残渣を含む消化液
５リン除去工程
６焼却炉又は溶融炉による処理工程
７リン含有汚泥
８ＭＡＰ生成工程
９ＭＡＰ

Claims

有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源をメタン発酵し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成させ、この残渣を含む消化液からリンを除去した後に焼却炉又は溶融炉に導入して処理することを特徴とする有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理方法。
残渣を含む消化液からリンを除去する手段が、リンをリン酸アンモニウムマグネシウムの固体粒子として除去する手段である請求項１記載の有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理方法。
有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源をメタン発酵させるためのメタン発酵装置、メタン発酵により生成する残渣を含む消化液からリンを除去するためのリン除去装置及びリンが除去された残渣を含む消化液を処理するための焼却炉又は溶融炉からなる有機性廃棄物及び／又はバイオマス資源の処理設備。