JP2008229550A - 有機性廃棄物の可溶化方法、及び有機性廃棄物の可溶化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、固形有機物を含む有機性廃棄物を効率的に可溶化することにより、該有機性廃棄物に対してメタン発酵等の生物学的処理による分解を受け易くすることができる、有機性廃棄物の可溶化方法及び装置を提供することである。
【解決手段】固形有機物を含む有機性廃棄物を超音波処理した後に、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥を添加して６０℃以上の温度条件下で処理することをによって、固形有機物の可溶化率を飛躍的に向上させる。
【選択図】なし

Description

本発明は、固形有機物を含む有機性廃棄物を効率的に可溶化し、該有機性廃棄物に対してメタン発酵等の生物学的処理による分解を受け易くすることができる有機性廃棄物の可溶化方法に関する。更に、本発明は、当該可溶化方法を実施することができる有機性廃棄物の可溶化装置に関する。

地球環境保全の重要性や省エネルギーの観点から、下水汚泥、厨芥、し尿、農業廃棄物、畜産廃棄物等の有機性廃棄物は、メタン発酵処理や活性汚泥処理等の生物学的処理による分解が広く行われている。

しかしながら、有機性廃棄物に含まれる固形有機物の中には、汚泥中の菌体、リグニンを含む木質バイオマス、高油脂含有物、コーヒー粕、茶粕等の難分解性有機物があり、これらはメタン発酵菌の基質として利用され難いため、メタン発酵処理だけでは未分解のまま残存してしまう。そのため難分解性有機物を含む有機性廃棄物に対して効率的にメタン発酵処理を行うには、メタン発酵処理に先立って、有機性廃棄物に含まれる難分解性固形有機物を、微生物の基質として使用できる程度に可溶化しておくことが有効であることが分かっている。従来、このような固形有機物のメタン発酵処理としては、例えば、メタン発酵の前処理として、有機性廃棄物を超音波処理する方法（特許文献１参照）、有機性廃棄物を加熱処理する方法、有機性廃棄物を超高熱嫌気性菌により分解する方法（特許文献２参照）等が提案されている。しかしながら、これらの前処理では、多大なエネルギーが必要とされたり、固形有機物の可溶化が不十分であったりするため、より一層効率的に、固形有機物を可溶化する技術を開発することが望まれている。
特開２００２−２００４９９号公報 特開２００３−３２６２３７号公報

本発明は、固形有機物を含む有機性廃棄物を効率的に可溶化することにより、該有機性廃棄物に対してメタン発酵等の生物学的処理による分解を受け易くすることができる、有機性廃棄物の可溶化方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、固形有機物を含む有機性廃棄物を超音波処理した後に、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥（以下、「生物学的処理汚泥」と表記します）を添加して６０℃以上の温度条件下で処理することをによって、固形有機物の可溶化率を相乗的に向上させることができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて更に検討を重ねることによって完成したものである。
項１． 下記の第１工程及び第２工程を含む、有機性廃棄物の可溶化方法：
固形有機物を含む有機性廃棄物に対して超音波処理する第１工程、及び
前記第１工程で得られた処理物を、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥の共存下で６０℃以上の温度条件で処理する第２工程。
項２． 前記第２工程において使用される汚泥が、メタン発酵汚泥である、項１に記載の可溶化方法。
項３． 下記の第１工程〜第３工程を含む、有機性廃棄物の処理方法：
固形有機物を含む有機性廃棄物に対して超音波処理する第１工程、
前記第１工程で得られた処理物を、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥の共存下で６０℃以上の温度条件で処理する第２工程、及び
前記第２工程で得られた可溶化物をメタン発酵する第３工程。
項４． 前記第２工程において使用される汚泥が、メタン発酵汚泥である、項３に記載の有機性廃棄物の処理方法。
項５． 固形有機物を含む有機性廃棄物を超音波処理するための超音波処理装置と、超音波処理装置から排出される処理物を、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥により６０℃以上の温度条件下で処理するための汚泥処理槽とを備える、有機性廃棄物の可溶化装置。

本発明の可溶化方法及び装置は、超音波処理と生物学的処理汚泥による処理を組み合わせて実施することによって、有機性廃棄物に含まれる固形有機物の可溶化効率を相乗的に向上させることができる。従って、本発明の可溶化方法及び装置によれば、有機性廃棄物に含まれる固形有機物を効率的に生物学的処理（特にメタン発酵処理）に適した基質（原料）に変換でき、ひいては生物学的処理による有機性廃棄物の分解に要するトータルコストや生物学的処理後の最終残渣を低減することが可能になる。

また、上記可溶化方法により得られた可溶化物をメタン発酵に供することにより、一層効率的に、有機性廃棄物を最終的にメタンガスに変換できるので、バイオガスとして回収されるエネルギー量を飛躍的に増大させることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
１．有機性廃棄物の可溶化方法
有機性廃棄物
本発明の可溶化方法では、固形有機物を含む有機性廃棄物が処理対象となる。有機性廃棄物自体の形状については、特に制限されるものではないが、具体的には、固形の有機性廃棄物、半固形の有機性廃棄物、スラリー状の有機性廃棄物、液状の有機性廃棄物等が挙げられる。更に具体的には、厨芥、生ゴミ，生ゴミの乾燥物、食品工場廃棄物，下水汚泥、畜産廃棄物（家畜のし尿と、わら、おがくず等との混合物）等が例示される。本発明の可溶化方法は、特に固形有機物として微生物を含む廃棄物に対して効率的な可溶化を行うことができるので、可溶化対象となる有機性廃棄物として、好ましくは下水汚泥が挙げられる。なお、本発明の可溶化方法で処理される有機性廃棄物には、固形有機物以外に、可溶性の有機物を含んでいてもよい。

有機性廃棄物には、異物が混入している場合がある。例えば、厨芥には、分別収集した場合であっても、ビニール袋、割り箸、アルミホイル、瀬戸物、スプーン，フォークなどの金属、骨等が混入している場合がある。異物が混入している場合、本発明の可溶化方法では、超音波処理に供する前に、異物除去手段を設けることにより有機性廃棄物から異物を除去するのが望ましい。異物を除去する手段としては、例えばスクリーン等の分別処理装置で有機性廃棄物と分離し、除去する方法が挙げられる。

有機性廃棄物は、そのまま本発明の可溶化方法に供してもよいが、大きな固形物を含む固形有機性廃棄物である場合、破砕して微細化した後、供給するのが好ましい。破砕は、例えば、破砕機、ミキサー等で行うことができる。有機性廃棄物に大きな固形物が含まれる場合、破砕してから供給すると、可溶化効率の向上や可溶化に要する時間の短縮が図れるので好ましい。

また、有機性廃棄物が生ゴミの場合、一般に、プレス機等で押しつぶしておいてから分解設備等に供給するが、その際、ビニール等がプレス機に残り、ごみ（有機性廃棄物）だけがプレス機から排出されるので、それにより異物を除去することができる。また、ゴミとビニールなどの異物を選別することなく、有機性廃棄物を本発明の可溶化方法に供してた後に、可溶化された有機性廃棄物からビニールなどの異物をメッシュ等で取り除くことも可能である。

異物の除去と破砕は、有機性廃棄物の種類に応じて、いずれを行ってもよく、通常、異物を除去した後破砕するが、破砕した後異物を除去してもよい。

本発明の可溶化方法では、有機性廃棄物を湿式酸化処理やオートクレーブ処理などの前処理を行った後、超音波処理に供してもよい。

有機性廃棄物の固形有機物濃度としては、異物を除去した後の有機性廃棄物全重量を１００重量％とした場合に、固形有機物が、０．１重量％以上、好ましくは０．１〜４０重量％、更に好ましくは１〜１０重量％となるような割合が挙げられる。

超音波処理
本発明の可溶化方法では、第１工程において、前述する有機性廃棄物を超音波処理に供する。

当該超音波処理において、有機性廃棄物に照射されるエネルギー量については、有機性廃棄物の種類や固形有機物の量等によって適宜設定すればよいが、通常、有機性廃棄物に含まれる固形有機物１ｇ当たりに照射されるエネルギー量としては、０．１〜１００ｋJ、好ましくは５〜５０ｋＪ、更に好ましくは１〜１０ｋＪが挙げられる。

また、超音波処理における超音波の振幅については、特に制限されない。

超音波処理は、有機性廃棄物に対して有機物の生物学的処理によって生じた汚泥を添加する前に実施してもよく、また当該汚泥を添加した後に実施してもよい。

汚泥処理
本発明の可溶化方法は、第２工程において、上記のように超音波処理した有機性廃棄物を、生物学的処理汚泥と共存させた状態で６０℃以上の温度条件下での処理（以下、単に「汚泥処理」と表記することもある）に供する。

当該汚泥処理において使用される生物学的処理汚泥としては、有機物を生物学的処理に供した際に生じる汚泥であれば特に制限されず、例えば、メタン発酵処理や活性汚泥処理等で生じる汚泥を使用できる。可溶化効率を高めるという観点からは、有機物のメタン発酵処理で生じる汚泥（メタン発酵汚泥）が望ましい。

なお、生物学的処理汚泥としては、有機物を生物学的処理に供して得られる処理物そのものであってもよく、また該処理物から分離された固形分であってもよい。また、生物学的処理汚泥として、有機物を生物学的処理に供して得られる処理物そのものを使用する場合、固形分が０．１重量％以上、好ましくは１重量％以上含まれているものが望ましい。なお、ここでいう固形分には、例えばメタン発酵汚泥の場合であれば、メタン発酵により得られる発酵物中の不溶化残渣とメタン発酵菌が含まれる。

通常、メタン発酵汚泥に含まれるメタン発酵菌は、６０℃以上では生育不能である。そのため、本汚泥処理においてメタン発酵汚泥を使用する場合では、メタン発酵菌の直接の作用ではなく、メタン発酵汚泥に含まれる酵素の作用や基質となる固形分の溶解度の上昇等により、有機物（炭水化物、蛋白質、脂質）が低分子量化（例えば、糖、アミノ酸、ペプチドなどまで）され、更にその一部又は大部分は酸分解を受けてプロピオン酸、酪酸等の有機酸まで分解されていると思われるが、詳細は完全には解明されていない。

当該汚泥処理において、温度条件は６０℃以上であれば、特に制限されないが、好ましくは６０〜９０℃程度、更に好ましくは６５〜８０℃程度、特に好ましくは７０〜８０℃程度である。これは、超高温可溶化微生物の可溶化活性の最適気温が７０〜８０℃にあること、及び９０℃近くになると、微細な固形の有機物の割合が高まり、以後の処理工程で不利になるためである。当該汚泥処理において、６０℃以上の所定温度に保つためには重油、都市ガス、電力等を利用することもできる。また、本発明の可溶化方法により可溶化した有機性廃棄物を更にメタン発酵に供する場合には、当該汚泥処理における温度の維持には、重油等を利用するよりも、メタン発酵で発生するメタンガスを利用して熱と電力を得るコジェネレーション手段（ガスエンジン、燃料電池等）を利用し、熱を当該汚泥処理における加温に、また電力を超音波処理に用いることが望ましい。

当該汚泥処理は、超音波処理された有機性廃棄物と生物学的処理汚泥とを共存させ、上記条件下で静置することによって行うことができ、また超音波処理された有機性廃棄物と生物学的処理汚泥とを上記条件下で撹拌しながら行うこともできる。

当該汚泥処理において、超音波処理された有機性廃棄物に対して添加される生物学的処理汚泥の割合については、使用する生物学的処理汚泥の種類、有機性廃棄物の種類、その他の条件等に応じて適宜設定すればよい。具体的には、有機性廃棄物に含まれる固形有機物（超音波処理前の固形有機物量換算）１重量部に対して、生物学的処理汚泥（固形分換算）を０．１〜１０重量部、好ましくは１〜２重量部となる割合が例示される。

生物学的処理汚泥による処理時間は、使用する生物学的処理汚泥の種類や量、処理対象の有機性廃棄物の種類や量によって異なり一律に規定することはできないが、通常１〜１０日、好ましくは１〜５日、更に好ましくは１〜２日が例示される。

当該汚泥処理は、嫌気性雰囲気で行うことが好ましいが、好気性雰囲気でも嫌気性雰囲気の場合と同等の可溶化効果が得られる場合もある。

当該汚泥処理を嫌気性雰囲気下で行う場合、有機性廃棄物に含まれる固形有機物の可溶化に伴ってガスが発生し、これによって当該汚泥処理を行う槽（汚泥処理槽）内の酸素がパージされてその雰囲気が嫌気性に保たれるので、嫌気性雰囲気を作り、これを維持するための特段の操作は必ずしも必要ではない。もちろん、二酸化炭素、窒素、アルゴン、水素、天然ガス、メタン、都市ガス等を用いて嫌気性雰囲気を作成・維持してもよく、また、硫化ナトリウム等の酸素除去剤用いて嫌気性雰囲気を作成・維持してもよい。

また、当該汚泥処理において、有機性廃棄物に含まれているアンモニア及び生物学的処理汚泥による分解で生じたアンモニアを回収してもよい。当該汚泥処理では、６０℃以上の温度条件が採用されるため、有機性廃棄物に含まれているアンモニア及び生物学的処理汚泥の作用によって生じたアンモニアが格段に揮発され易くなっている（Journal of Hazardous Materials 37 (1994)191-206）。そのため、当該汚泥処理において、該処理雰囲気内に気体を吹き込み、アンモニアストリッピング法によりアンモニアを揮発させて回収することが可能である。このように、アンモニアを回収することにより、可溶化された有機性廃棄物からアンモニアを除去でき、これをメタン発酵に供する場合には、アンモニアによるメタン発酵への悪影響を回避することが可能になる。

当該汚泥処理は、回分形式で実施してもよく、また超音波処理された有機性廃棄物及び生物学的処理汚泥の供給と、生物学的処理汚泥により分解された分解物の抜き取りを連続的又は断続的に行うことにより実施してもよい。上記供給と抜き取りを連続的に又は断続的に行う場合、その供給速度及び抜き取り速度は、平均滞留時間が上記処理時間となるように適宜設定すればよい。

当該汚泥処理は、上記処理条件を調節・保持できる槽（以下、汚泥処理槽という）内で行うことができる。有機性廃棄物及び生物学的処理汚泥を汚泥処理槽に供給する方法としては、具体的には以下の態様が例示される：(i)有機性廃棄物を超音波処理し、これを汚泥処理槽に供給し、また別に生物学的処理汚泥を汚泥処理槽に供給して、汚泥処理槽内で有機性廃棄物と生物学的処理汚泥とを混合する方法、(ii)超音波処理された有機性廃棄物を混合手段を備えた混合槽に供給し、また生物学的処理汚泥を該混合槽に供給し、該混合槽内で両者を予め混合し、得られた有機性廃棄物・汚泥混合物を汚泥処理槽に供給する方法、及び(iii)有機性廃棄物を混合手段を備えた混合槽に供給し、また生物学的処理汚泥の一部又は全量を該混合槽に供給し、該混合槽内で両者を予め混合した後に超音波処理し、得られた超音波処理物（有機性廃棄物・汚泥混合物）を汚泥処理槽に供給する方法。上記(ii)及び(iii)の方法の場合、有機性廃棄物・汚泥混合物の固形分濃度を１０重量％以下にすることによって、小型で安価なポンプにより該混合物を汚泥処理槽に供給することが可能になる。

可溶化された有機性廃棄物
斯くして、超音波処理（第１工程）と汚泥処理（第２工程）とを組み合わせて実施することにより、有機性廃棄物中の固形有機物を効率的に可溶化することができる。このように、本発明の可溶化方法によって可溶化された有機性廃棄物（以下、単に「可溶化物」と表記することもある）は、有機物が可溶化されて低分子化されており、これによって、メタン発酵菌等の微生物が基質として使用し易くなっている。従って、本発明の可溶化方法により得られる可溶化物を、更に、メタン発酵処理や活性汚泥処理等の生物学的処理に供することによって、生物学的処理における有機物の分解率を向上させることができ、生物学的処理により有機物が十分に分解されないという問題が解消される。

以下、本発明の可溶化方法により得られた可溶化物を生物学的処理する方法として、メタン発酵処理する方法を具体例として挙げて説明する。

２．メタン発酵処理
前処理
上記の可溶化方法により得られた可溶化物は、そのままメタン発酵に供してもよく、また該可溶化物を固液分離をした後に、その液体分を後述のメタン発酵に供してもよい。

上記の可溶化方法により得られた可溶化物に対して固液分離を行う場合、その固液分離方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば、可溶化物中の固形分が沈降しやすい場合は、沈殿分離により固液分離を行うことができる。他の方法としては、膜分離、遠心分離等が挙げられる。また、固液分離は、上記の可溶化方法により得られた可溶化物の全てについて行ってもよく、一部について行い、残部は直接後述のメタン発酵に供してもよい。この場合には、固液分離手段のメンテナンスの際にシステム全体を止める必要がない。

上記の可溶化方法により得られた可溶化物を固液分離する場合、得られた固形分含有画分（汚泥）は、一部又は全部を、再度、前述する可溶化方法に従って処理してもよく、一部を廃棄もよい。

メタン発酵
上記の可溶化方法により得られた可溶化物をそのまま又は固形分を分離して嫌気性雰囲気下でメタン発酵する（第３工程）。当該メタン発酵処理において、本発明の可溶化方法により得られた可溶化物がメタンと二酸化炭素に分解される。当該メタン発酵処理におけるメタン発酵は、従来公知のメタン発酵菌及びメタン発酵槽を用いて行うことができる。

当該メタン発酵処理において、嫌気性雰囲気の調製・維持は、二酸化炭素、窒素、アルゴン、水素、天然ガス、メタン、都市ガス等を用いて行うことができる。また、必要に応じて、硫化ナトリウムなどの酸素除去剤を使用してもよい
当該メタン発酵処理のメタン発酵時の温度条件は、用いるメタン発酵菌の種類に応じて広い温度範囲から適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、一般には２０〜６０℃程度、例えば、３５℃程度のいわゆる中温でも、５５℃程度のいわゆる高温でもよい。上記の可溶化方法により得られた可溶化物に含まれる窒素含量が少なく、該可溶化方法による処理においてアンモニア除去を行わない場合は、メタン発酵がアンモニア阻害を受けにくい３５℃程度の中温の方が好ましい。一方、上記の可溶化方法による処理においてアンモニア除去を行う場合であれば、メタン発酵速度が高まるという点から、５５℃程度の高温の方が好ましい。

上記の可溶化方法により得られた可溶化物が８０℃以上の高温を保持している場合には、当該可溶化物をメタン発酵に著しく悪影響を及ぼすことがない程度（例えば、６０℃以下）に冷却した後に、メタン発酵槽に供給しメタン発酵処理を実施することが望ましい。

当該メタン発酵処理におけるメタン発酵処理時間としては、可溶化物の種類や量、使用するメタン発酵菌の種類、発酵温度、発酵形態等によって異なり、一律に規定することはできないが、通常１４〜３０日、好ましくは１０〜２０日、更に好ましくは１０〜１４日を挙げることができる。

メタン発酵において発生する汚泥（余剰汚泥）は、有機性廃棄物を直接メタン発酵する従来の方法では廃棄されていたが、本発明では、定期的に上記の可溶化方法における汚泥処理に返送して使用することが可能であり、これによって再度可溶化、分解の処理に供して、全体としての有機物分解率を向上させることができる。

当該メタン発酵処理において、メタン発酵の形式は特に制限されず、回分式、固定床式、UASB（Upflow Anaerobic Sludge Bed、上向流嫌気性汚泥床）式等のメタン発酵において利用されている公知のいずれの形式であってもよい。また、上記の可溶化方法により得られた可溶化物の供給と、メタン発酵槽内のメタン発酵処理物の抜き取りとを、連続的に又は断続的に行うことにより実施してもよい。上記可溶化物の供給と上記メタン発酵処理物の抜き取りを連続的又は断続的に行う場合、その可溶化物の供給速度及びメタン発酵処理物の抜き取り速度は、該可溶化物のメタン発酵槽内平均滞留時間が上記発酵処理時間となるように適宜設定すればよい。

当該メタン発酵処理で得られたメタン発酵処理物は、そのまま、或いは固液分離をした後の液体分を、活性汚泥処理などの水処理に供してもよい。固液分離の方法は、特に限定されるものではなく、例えば沈殿分離、膜分離、遠心分離などの公知の方法を採用することができる。固液分離は、全てのメタン発酵処理物について行ってもよく、その一部について行ってもよい。

また、メタン発酵処理物を固液分離した固形分含有画分（汚泥）は、一部又は全部を、メタン発酵槽に返送し、メタン発酵処理に供することもできる。この操作により、固形分が更に徹底的に分解されるので、廃棄固形分量が更に低減でき、メタンガス発生量も増大するというメリットが得られると共に、メタン細菌が系内に返送されるので、メタン発酵の安定度が向上するというメリットも得られる。但し、返送比を大とすると、メタン発酵槽内の固形分濃度が上昇するため、メタン発酵槽内の攪拌やポンプ輸送の面では不利となる面もあるので、これらを総合的に判断した上で、返送量を決めるとよい。

当該メタン発酵処理において、メタン発酵槽には、メタン発酵の進行に従って固形分が蓄積するので、通常、該固形分は汚泥として適宜引き抜かれる。引き抜かれた汚泥は、種々の方法で処理される。例えば、そのまま、液肥として農地還元する、脱水後コンポスト化して農地還元をする、脱水して廃棄する、脱水後焼却する、脱水+乾燥後廃棄する、脱水+乾燥後焼却する等の処理が行われる。また、乾燥には低温廃熱を有効利用することができ、メタンガスをガスエンジンやマイクロガスタービン、ボイラー等で利用する場合、その廃熱を利用して乾燥することが可能である。なお、脱水ろ液はその水質と排水基準によりそのまま放流できる場合もあり、そうでない場合は再度水処理に供すればよい。メタン発酵処理は嫌気性雰囲気で行われるので、水処理が活性汚泥処理などの好気性雰囲気で行われる処理である場合、メタン発酵で分解されなかった有機物であっても、活性汚泥処理などの水処理で分解できる場合がある。この場合、廃棄すべき汚泥の量が減少するので好ましい。

３．有機性廃棄物の可溶化装置
本発明の有機性廃棄物の可溶化装置は、上記有機性廃棄物の可溶化方法を好適に実施できる装置である。本発明の装置は、固形有機物を含む有機性廃棄物を超音波処理するための超音波処理装置と、超音波処理された上記有機性廃棄物を、生物学的処理汚泥により６０℃以上の温度条件下で処理するための汚泥処理槽とを備えるものである。

また、本発明の有機性廃棄物の可溶化装置は、上記超音波処理装置と、上記汚泥処理槽が、それぞれ独立して存在していてもよいが、上記超音波処理装置が上記汚泥処理槽の中に組み込まれていてもよい。

上記超音波処理装置は、前述する条件の超音波処理が可能である装置であればよい。上記超音波処理装置は、有機性廃棄物を当該装置内に供給するための有機性廃棄物供給手段と当該装置外に排出するための排出手段を備えることができる。

また、有機性廃棄物と生物学的処理汚泥の混合物に対して超音波処理を行う場合には、上記超音波処理装置は生物学的処理汚泥供給手段を備えていてもよい。或いは、超音波処理装置の前段として、有機性廃棄物と生物学的処理汚泥を混合する混合槽を設け、上記超音波処理装置において、上記有機性廃棄物供給手段及び生物学的処理汚泥供給手段に代えて、又は組み合わせて、該混合槽から有機性廃棄物・汚泥混合物を汚泥処理槽内に供給するための有機性廃棄物・汚泥混合物供給手段を備えるものであってもよい。有機性廃棄物と生物学的処理汚泥の混合物に対して超音波処理を行う場合には、上記超音波処理装置は、例えば、上記混合槽と汚泥処理槽とをつなぐ配管に設置することにより、配管通過中の上記有機性廃棄物・汚泥混合物に対して超音波処理がなされるように構成されていてもよい。

また、上記汚泥処理槽は、前述する汚泥処理を実施できるように、温度制御手段を備え、嫌気性雰囲気を保持できるものである。また、必要に応じて、当該汚泥処理槽は、槽内を攪拌するための攪拌手段を有していてもよい。

また、当該汚泥処理槽は、上記超音波処理装置と独立して設けられる場合には、槽内に超音波処理された有機性廃棄物や生物学的処理汚泥を供給できるように、有機性廃棄物供給手段及び生物学的処理汚泥供給手段を備える。なお、汚泥処理槽の前段として、超音波処理された有機性廃棄物と生物学的処理汚泥を混合する混合槽を設ける場合、当該有機性廃棄物供給手段及び生物学的処理汚泥供給手段に代えて、又は組み合わせて、該混合槽から有機性廃棄物・汚泥混合物を汚泥処理槽内に供給するための有機性廃棄物・汚泥混合物供給手段を備えている。これら有機性廃棄物供給手段、生物学的処理汚泥供給手段及び有機性廃棄物・汚泥混合物供給手段としては、従来公知のポンプ（有機性廃棄物供給ポンプ、生物学的処理汚泥供給ポンプ及び有機性廃棄物・汚泥混合物供給ポンプ）を利用するものが挙げられる。これらのポンプを使用する場合、供給される供給物（超音波処理された有機性廃棄物、生物学的処理汚泥、又はこれらの混合物）は、固形分濃度が１０重量％程度以下となるように希釈されていることが望ましい。１０重量％程度以下であると、小型で安価なポンプが使用可能となるためである。

また、当該汚泥処理槽は、槽内で分解された分解物を槽外に排出するための分解物排出手段を有する。

また、上記の汚泥処理における有機物の可溶化と共にアンモニアを除去できるように、当該汚泥処理槽は、アンモニア回収手段を備えていてもよい。当該アンモニア回収手段は、例えば、汚泥処理槽の上部に設けられていればよい。当該アンモニア回収手段は、アンモニアストリッピング法を利用したものであってもよく、また、揮発したアンモニアを触媒燃焼して窒素とした後に回収する方法を利用したものでもよい。

また、当該汚泥処理槽でアンモニアとともに発生する二酸化炭素や硫化水素を回収した方が好ましい場合は、アンモニア回収手段の後段に、アルカリ槽を配してこれらを吸収することもできる。これによって、得られた可溶化物に対してメタン発酵処理を実施する場合には、当該メタン発酵で得られるメタンが高濃度化する。

４．有機性廃棄物の処理装置
本発明は、更に、上記有機性廃棄物の可溶化方法及びメタン発酵を好適に実施するための有機性廃棄物の処理装置を提供する。即ち、当該有機性廃棄物の処理装置は、固形有機物を含む有機性廃棄物を超音波処理するための超音波処理装置と、超音波処理装置から排出される処理物を生物学的処理汚泥により６０℃以上の温度条件下で処理するための汚泥処理槽と、上記汚泥処理槽から排出された可溶化物をメタン発酵処理するためのメタン発酵槽と、を備えるものである。

上記超音波処理装置及び汚泥処理槽については、上記「３．有機性廃棄物の可溶化装置」の項に記載の通りである。

また、上記メタン発酵槽は、上記汚泥処理槽から排出された可溶化物をメタン発酵処理するための槽であり、上記メタン発酵処理が実施できるように、温度制御手段を備え、嫌気性雰囲気を保持できるものである。また、必要に応じて、当該メタン発酵槽は、槽内を攪拌するための攪拌手段を有していてもよい。

当該メタン発酵槽は、上記汚泥処理槽から排出手段により排出された分解物を内部に供給するための分解物供給手段を備えている。当該分解物供給手段は、従来公知のポンプを利用するものであってもよく、その他の手段によるものであってもよい。

また、該メタン発酵槽は、槽内で生成したメタン発酵処理物を槽外に排出するためのメタン発酵処理物排出手段を有する。また、当該メタン発酵槽は、槽内で生成したメタンを回収するためのメタン回収手段を有する。

当該メタン発酵槽は、メタン発酵に通常使用されている発酵槽を使用することができる。

また、本発明の装置は、上記メタン発酵槽からメタン発酵処理物排出手段により排出されたメタン発酵処理物の少なくとも一部を上記汚泥処理槽又はそれより上流側（上記混合槽）に返送するために、メタン発酵汚泥返送手段を備えていてもよい。当該メタン発酵汚泥返送手段を有することによって、上記メタン発酵槽から排出されたメタン発酵処理物を、生物学的処理汚泥として上記汚泥処理で再利用することが可能になる。当該メタン発酵汚泥返送手段は、従来公知のポンプを利用するものであってもよく、その他の手段によるものであってもよい。

本発明の装置において、上記汚泥処理槽及びメタン発酵槽の温度制御手段は、エネルギーの有効利用の観点から、メタン発酵槽から回収されたメタンを利用して熱と電力を得るコジェネレーション手段を利用していることが望ましい。

本発明の装置は、更に、上記メタン発酵槽から排出手段により排出されたメタン発酵処理物の全て又は一部を固液分離するための固液分離手段を有していてもよい。当該固液分離手段としては、前述のものを採用できる。

更に、本発明の装置は、上記メタン発酵槽から排出手段により排出されたメタン発酵処理物、或いはメタン発酵処理物を固液分離して得られた液体を水処理できるように、水処理手段を有していてもよい。当該水処理手段としては、水処理設備としては、活性汚泥処理法、回転円板法、生物膜濾過法、接触酸化法、担体法等の生物的処理を実施可能な水処理方法を利用したもの；並びに、オゾン酸化、フェントン法、触媒酸化法などの物理化学的を実施可能な水処理方法を利用したものなどが挙げられる。本発明で利用する水処理手段は、公知の水処理手段であればよく、既存の水処理設備に、本発明の分解設備（可溶化設備）の分解物やメタン発酵設備の内容物を供給できるように設定することもできる。水処理手段として活性汚泥処理を利用する場合には余剰汚泥が発生する。この余剰汚泥は、適宜引き抜くのが好ましく、引き抜き汚泥は焼却等の処理をしてもよいし、また超音波処理装置、汚泥処理槽及びメタン発酵槽のいずれかに返送してもよい。これによって、本装置による有機物分解率を向上させることができる。

水処理手段により処理されて得られた処理水は、沈殿分離して上清を下水放流、河川放流、海域放流などにより処分することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
下水処理施設から採取した下水汚泥10ｇを遠心分離して上清を除いた後に、除去した上清と等量の水を添加することにより、下水汚泥から溶解性CODを除去し、これを有機性廃棄物として本試験において使用した。また、発酵温度が55℃で運転されているメタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥（固形分濃度：2重量％）を、メタン発酵汚泥として本試験に使用した。

上記の有機性廃棄物10ｇに対して、超音波処理（20kHz、出力2〜3kW）を0、2、4又は8秒間行った。次いで、超音波処理を行った有機性廃棄物10ｇを50mL容の瓶に入れ、これに15ｇのメタン発酵汚泥を添加し、瓶中の上部の気体を窒素に置換した後に密閉して、80℃の恒温槽で48時間加温処理した。48時間後に、瓶中の処理物の溶解性CODcrを測定し、下記の算出式に従って、可溶化率（％）を求めた（実施例１）。

また、比較のために、上記と同様に超音波処理した後にメタン発酵汚泥の添加を行わずに加温処理した場合についても、同様に可溶化率を測定した（比較例１）。

結果を図１に示す。メタン発酵汚泥を添加することなく有機性廃棄物を80℃で加温処理した場合、可溶化率は超音波処理により1〜2％程度しか向上しなかった。これに対して、超音波処理を実施した有機性廃棄物にメタン発酵汚泥を添加することにより、超音波処理を実施しなかった場合に比して、可溶化率を７％程度も向上させることができた。以上の結果から、超音波処理とメタン発酵汚泥による処理を組み合わせて実施することによって、有機性廃棄物の可溶化率を相乗的に向上することが明らかとなった。

実施例２
上記実施例１と同じ有機性廃棄物及びメタン発酵汚泥を用いて、以下の有機性廃棄物処理試験を実施した。

まず、上記の有機性廃棄物10ｇに対して、超音波処理（20kHz、出力2〜3kW）を2秒間行った（第１工程）。次いで、超音波処理を行った有機性廃棄物10ｇを50mL容の瓶に入れ、これに15ｇのメタン発酵汚泥を添加し、瓶中の上部の気体を窒素に置換した後に密閉して、80℃の恒温槽で48時間加温処理した（第２工程）。その後、得られた加熱処理物に対して、15000rpmで5分間遠心分離を行い、上清を4ml採取して70ml容のバイアル瓶に添加した。この上清に対してメタン発酵汚泥16mlを加え、バイアル瓶中を嫌気状態で55℃で14日間保持してメタン発酵を行った（第３工程）。その後に、バイアル瓶中のメタン発生量を測定した（実施例２）。

また、比較のために、上記第３工程のみを実施した場合（比較例2-1）、上記第１工程及び第３工程のみを実施した場合（比較例2-2）についても、有機性廃棄物の処理実験を実施した。

得られた結果を表１に示す。この結果から、超音波処理及びメタン発酵汚泥存在下での加熱処理を組み合わせて実施することにより、最終的に、有機性廃棄物を効率的に分解できることが明らかとなった。

実施例１及び比較例２の可溶化試験において、それぞれの有機性廃棄物の可溶化率（％）の経時変化を示す図である。

Claims (5)

1. 下記の第１工程及び第２工程を含む、有機性廃棄物の可溶化方法：
   固形有機物を含む有機性廃棄物に対して超音波処理する第１工程、及び
   前記第１工程で得られた処理物を、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥の共存下で６０℃以上の温度条件で処理する第２工程。
2. 前記第２工程において使用される汚泥が、メタン発酵汚泥である、請求項１に記載の可溶化方法。
3. 下記の第１工程〜第３工程を含む、有機性廃棄物の処理方法：
   固形有機物を含む有機性廃棄物に対して超音波処理する第１工程、
   前記第１工程で得られた処理物を、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥の共存下で６０℃以上の温度条件で処理する第２工程、及び
   前記第２工程で得られた可溶化物をメタン発酵する第３工程。
4. 前記第２工程において使用される汚泥が、メタン発酵汚泥である、請求項３に記載の有機性廃棄物の処理方法。
5. 固形有機物を含む有機性廃棄物を超音波処理するための超音波処理装置と、
   超音波処理された有機性廃棄物を、有機物の生物学的処理によって生じた汚泥により６０℃以上の温度条件下で処理するための汚泥処理槽と
   を備える、有機性廃棄物の可溶化装置。

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