JP2009202095A - ディスポーザー排水の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスポーザー排水を効率的且つ簡便に処理することができる、ディスポーザー排水の処理方法を提供する。
【解決手段】ディスポーザー排水を固液分離する工程１、ディスポーザー排水から分離された固形分画分をメタン発酵処理に供する工程２、得られたメタン発酵汚泥を可溶化処理する工程３、及び得られた可溶化処理物と、ディスポーザー排水から分離された液体画分とを混合して、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理する工程５を、実施することによって、効率的且つ簡便にディスポーザー排水を浄化して、その有機物濃度を下水道放流が可能な程度にまで低減させることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水（以下、単に「ディスポーザー排水」と表記することもある）を効率的且つ簡便に処理するための方法及び装置に関する。

ディスポーザーは、シンクに取り付けて台所排水と共に厨芥を粉砕処理して排出でき、生ごみの搬出を簡便且つ衛生的に行うことが可能になるため、近年大きな関心を集めている。一方、ディスポーザー排水は、厨芥に由来する有機物が多く含まれているため、通常の下水処理では処理負荷が過大となり、浄化処理が追いつかないという問題点がある。そこで、近年、ディスポーザー排水を予め好気的生物学的処理に供した後に下水道に放出する方法が普及しているが、この方法では好気的微生物処理において多量の電力を消費するという欠点がある。また、ディスポーザー排水の処理方法として、メタン発酵によって処理する方法も提案されているが、メタン発酵だけでは、依然として有機物濃度を下水道放流基準まで低下できないために、メタン発酵後に更なる好気的微生物処理にも供さねばならないという不都合がある。

従来、排水の処理方法としては、様々な技術が提案されているが（特許文献１等参照）、ディスポーザー排水を効率的且つ簡便に処理するのに適した技術は未だ開発されていないのが現状である。
特開２００５−２２４６９２号公報

本発明は、ディスポーザー排水を効率的且つ簡便に処理することができる、ディスポーザー排水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を行ったところ、(1)ディスポーザー排水を固液分離する工程、(2)ディスポーザー排水から分離された固体分画分をメタン発酵処理に供する工程、(3)得られたメタン発酵汚泥を可溶化処理する工程、及び(4)得られた可溶化処理物と、ディスポーザー排水から分離された液体画分とを混合して、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理する工程を、実施することによって、効率的且つ簡便にディスポーザー排水を浄化して、その有機物濃度を下水道放流が可能な程度にまで低減させることが可能になることを見出した。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。

即ち、本発明は、下記に掲げる処理方法である：
項１．下記工程を含む、ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水の処理方法：
ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水を固液分離して、固体画分と液体画分に分離する第１工程、
第１工程で得られた固体画分をメタン発酵処理に供する第２工程、
第２工程で得られたメタン発酵汚泥を可溶化処理する第３工程、及び
第１工程で得られた液体画分と、第３工程で得られ可溶化処理物とを混合し、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理に供する第４工程。
項２． 第３工程で得られ可溶化処理物の一部を、再度、第２工程におけるメタン発酵処理に供する、項１に記載の処理方法。
項３． 第２工程における可溶化処理が、７０℃以上の温度条件下での加熱処理である、項１に記載の処理方法。
項４． 第４工程が、第３工程で得られ可溶化処理物１重量部に対して第１工程で得られた液体画分を５０重量部以上の混合比で混合し、これを上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理に供する工程である、項１に記載の処理方法。

更に、本発明は、下記に掲げる処理装置である：
項５． ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水を固体画分と液体画分に分離する固液分離装置と、
固液分離装置により分離された固体画分に対してメタン発酵を行うメタン発酵槽と、
メタン発酵槽から排出されるメタン発酵汚泥を可溶化処理する可溶化槽と、
固液分離装置により分離された液体画分と、可溶化槽から排出される可溶化処理物を混合する混合槽と、
混合槽から排出される混合液に対して、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵を行う上向流メタン発酵処理槽と、
を備える、ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水の処理装置。

本発明の処理方法及び処理装置によれば、効率的且つ簡便にディスポーザー排水を浄化して、その有機物濃度を下水道放流が可能な程度にまで低減させることができる。また、一般に、メタン発酵等の嫌気性処理後に残存する有機物は、同様の嫌気性処理を再度行っても、残存する有機物は殆ど分解されないが、本発明の処理方法及び処理装置によれば、２つのメタン発酵処理の中間工程として、可溶化処理を実施することによって、有機物の残存量を顕著に低減させることが可能になっている。

I. 処理方法
本発明は、ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水（ディスポーザー排水）を浄化処理する方法であって、ディスポーザー排水を固液分離する工程（第１工程）、固液分離された固体画分をメタン発酵処理する工程（第２工程）、メタン発酵汚泥を可溶化処理する工程（第３工程）、及び固液分離された液体画分と可溶化処理物を上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理する工程（第４工程）を含むことを特徴とする。以下、本発明の処理方法について、工程毎に詳説する。

第１工程
本発明の処理方法では、まず、ディスポーザー排水を固液分離する工程に供する（第１工程）。固液分離方法としては、排水の固液分離に従来使用されている方法を使用でき、例えばスクリーン分離、沈殿分離、膜分離、遠心分離等が挙げられる。

斯くして固液分離された固体画分は、後述するメタン発酵処理（第２工程）に供され、更に固液分離された液体画分は、後述する可溶化処理物と混合されて向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理（第４工程）に供される。なお、第２工程に供される固体画分は、上記固液分離方法により分離された状態であればよく、必ずしも水分が完全に除去されておらず液状を呈するものであってもよい。

第２工程
次いで、上記第１工程で得られた固体画分をメタン発酵処理に供する（第２工程）。即ち、本第２工程は、嫌気性雰囲気下で上記第１工程で得られた固体画分に対してメタン発酵を行うことによって実施される。本第２工程のメタン発酵処理によって、上記第１工程で得られた固体画分中の有機物の内、メタン発酵菌により利用可能な有機物が、メタンと二酸化炭素に分解される。

本第２工程で実施される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。

また、本第２工程におけるメタン発酵の温度条件は、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℃程度であればよく、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。

本第２工程におけるメタン発酵の形式については、上記第１工程で得られた固体画分をメタン発酵できることを限度として特に制限されないが、例えば、回分式、連続式、固定床式等の形式が例示される。

本第２工程におけるメタン発酵の処理時間としては、処理対象となる固体画分の量、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１０〜３０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。

斯くしてメタン発酵処理を行うことによって、メタン発酵汚泥が得られる。得られたメタン発酵汚泥は、後述する可溶化処理（第３工程）に供される。

第３工程
次いで、上記第２工程で得られたメタン発酵汚泥を可溶化処理する（第３工程）。本第３工程の可溶化処理によって、上記第２工程で得られたメタン発酵汚泥に残存する有機物（即ち、メタン発酵により分解されなかった有機物）が、低分子化される。

本第３工程における可溶化処理としては、メタン発酵汚泥に残存する有機物を低分子化できる限り、特に制限されず、廃棄物処理において従来採用されている可溶化処理を使用することができる。本第３工程における可溶化処理の具体例として、加熱処理、アルカリ処理、酸処理、メタン発酵菌以外の微生物による分解処理、超音波処理、加圧処理、オゾン処理等が例示される。これらの可溶化処理は、廃棄物処理において通常用いられている処理条件を採用すればよいが、その具体的条件の一例を以下に例示する。

加熱処理の具体的条件としては、上記第２工程で得られたメタン発酵汚泥に対して、例えば６０℃以上、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℃程度の温度条件下で、例えば１〜９６時間、好ましくは１２〜７２時間、更に好ましくは２４〜４８時間処理する方法が挙げられる。本加熱処理において、加熱温度の維持には、重油、都市ガス、電力等をエネルギー源として利用してもよいが、上記第２工程及び後述する第４工程で発生するメタンガスを用いて、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）により得られる排熱を利用することが望ましい。なお、加熱処理の際、加熱温度、加熱時間、及び可溶化槽からメタン発酵槽への返送量等を適宜調整することで、固形物の可溶化力が高い微生物、例えばThermotoga属細菌を優占的に増殖させることにより、より高いディスポーザー排水の処理効率を得ることができる。Thermotoga属細菌量の測定は、Real Time PCR法により測定することができる。

アルカリ処理の具体的条件としては、上記第２工程で得られたメタン発酵汚泥に対して、例えば、ｐＨ９〜１４、好ましくは１０〜１２の条件下で、１日程度以下、好ましくは１時間程度処理する方法が挙げられる。

酸処理としては、上記第２工程で得られたメタン発酵汚泥に対して、例えば、ｐＨ１〜５、好ましくは２〜４の条件下で、１日程度以下、好ましくは１時間程度処理する方法が挙げられる。

これらの可溶化処理の中でも、簡便性、及び残存する有機物の可溶化率（低分子化率）を高めるという観点から、加熱処理が好ましい。

斯くして可溶化処理を行うことによって、可溶化処理物が得られる。得られた可溶化処理物は、上記第１工程で得られた液体分と共に、後述する上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理（第４工程）に供される。また、得られた可溶化処理物の一部を、再度上記第２工程に供してもよく、これによって有機物の残存量の一層の低減化を図ることができる。

第４工程
次いで、上記第１工程で得られた液体画分と、上記第３工程で得られ可溶化処理物とを混合し、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理に供する（第４工程）。本第４工程のメタン発酵処理によって、上記第１工程で得られた液体画分に含まれる有機物と、上記第３工程で得られ可溶化処理物中の有機物が、メタン発酵によってメタンと二酸化炭素に分解され、最終的に排出される排水の有機物濃度を下水道放流が可能な程度にまで低減させることができる。

本第４工程において、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理に供される混合液は、上記第１工程で得られた液体画分と上記第３工程で得られ可溶化処理物とを混合したものであればよいが、必要に応じて、更に、他の排水や水道水等が混合されていてもよい。本第４工程において、上記第３工程で得られ可溶化処理物と第１工程で得られた液体画分との混合比については、特に制限されないが、例えば、第３工程で得られ可溶化処理物１重量部に対して第１工程で得られた液体画分を５０重量部以上の混合比であればよい。

本第４工程において、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理は、排水処理において従来採用されている方法に従って実施される。上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理の具体例として、メタン発酵菌を含むグラニュール汚泥を投入し、上記第１工程で得られた液体画分と上記第３工程で得られ可溶化処理物との混合液を、滞留時間が１〜２４時間、好ましくは４〜８時間となるように通水させる方法が例示される。また、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理における温度条件についても、グラニュール汚泥に含まれ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℃程度であればよく、例えば、３０〜３５℃程度のいわゆる中温でも、５０〜５５℃程度のいわゆる高温でもよい。

斯くして処理された後に排出される排水は、有機物濃度が低減され、下水道放流が可能であり、環境に悪影響を及ぼさない程度に浄化されている。

II. 処理装置
本発明は、上記処理方法を実施するためのディスポーザー排水の処理装置をも提供する。

本発明の処理装置は、ディスポーザー排水を固体画分と液体画分に分離する固液分離装置１と、固液分離装置１により分離された固体画分に対してメタン発酵を行うメタン発酵槽２と、メタン発酵槽２から排出されるメタン発酵汚泥を可溶化処理する可溶化槽３と、固液分離装置１により分離された液体画分と可溶化槽３から排出される可溶化処理物とを混合する混合槽４と、混合槽４から排出される混合液を上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理する上向流メタン発酵処理槽５とを備えることを特徴とする。本発明の処理装置の一実施形態を図１に示す。

固液分離装置１は、ディスポーザー排水が供給され、固液分離された固体画分と液体画分をそれぞれ排出可能であるように構成されている。また、本発明の処理装置において、固液分離装置１から固液分離された固体画分と液体画分が各々メタン発酵槽２と混合槽４に搬送可能にするために、固液分離装置１で固液分離された固体画分をメタン発酵槽２に供給する供給手段１１と、固液分離装置１で固液分離された液体画分を混合槽４に供給する供給手段１２を備えていればよい。

メタン発酵槽２は、供給手段１１によってディスポーザー排水の固体画分が供給され、当該固体画分のメタン発酵が可能であり、メタン発酵処理後に生じるメタン発酵汚泥を排出可能であるように構成されている。また、本発明の処理装置において、メタン発酵汚泥を可溶化槽３に搬送可能にするために、メタン発酵槽２から排出されるメタン発酵汚泥を可溶化槽３に供給する供給手段２１を備えていればよい。

可溶化槽３は、供給手段２１によってメタン発酵汚泥が供給され、当該メタン発酵汚泥の可溶化処理が可能であり、可溶化処理後に生じる可溶化処理物を排出可能であるように構成されている。また、本発明の処理装置において、可溶化処理物を混合槽４に搬送可能にするために、可溶化槽３から排出される可溶化処理物を混合槽４に供給する供給手段３１を備えていればよい。更に、本発明の処理装置において、可溶化槽３から排出される可溶化処理物の一部をメタン発酵槽２に返送するための返送手段３２を備えていてもよく、これによって、可溶化処理物の一部を再度メタン発酵処理に供することができ、有機物の分解効率を向上せしめることが可能になる。

混合槽４は、供給手段１２によってディスポーザー排水の液体画分が供給され、更に供給手段２１によって可溶化処理物が供給され、当該液体画分と可溶化処理物を混合でき、これらの混合液を排出可能であるように構成されている。また、本発明の処理装置において、上記混合液を上向流メタン発酵処理槽５に搬送可能にするために、混合槽４から排出される混合液を上向流メタン発酵処理槽５に供給する供給手段４１を備えていればよい。

上向流メタン発酵処理槽５は、供給手段４１によって混合液が供給され、当該混合物の上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理が可能であり、メタン発酵処理後に生じる排水を排出可能であるように構成されている。上向流メタン発酵処理槽５から排出される廃液は、下水道に放流することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

実施例１
ディスポーザー排水に対して、固液分離、メタン発酵、可溶化、及び上向流メタン発酵を実施した後に、残存有機物濃度の測定を行った。具体的条件及び結果は以下の通りである。
＜ディスポーザー排水の作製＞
以下の材料をそれぞれ５mm角に切り、各材料をよく攪拌し、これを模擬生ゴミとした。

・果実類 リンゴ 2.5%
オレンジ（皮） 7.5%
バナナ（皮） 10%
・野菜類 キャベツ 10%
ジャガイモ 10%
ニンジン 10%
大根 10%
白菜 10%
・肉 挽肉 2.5%
・魚介類 魚 3.5%
骨 1.5%
・卵類 卵 2.5%
・残飯類 米飯 10%
パン 2.5%
麺類 7.5%
模擬生ゴミの組成の単位「％」は重量％を示す。

ディスポーザーを取り付けた実験用シンク（流し台）を用いて、上記模擬生ゴミ1kgに対して水10Lを流しながら粉砕することにより、ディスポーザー排水を得た。

＜ディスポーザー排水の浄化処理＞
１．固液分離
ディスポーザー排水を、0.5mmのメッシュスクリーンに通液することにより、固液分離を行った。斯くして分離された固体画分及び液体画分の回収量及びSS（Suspended Solid）濃度は表１の通りであった。回収された固体画分及び液体画分は、それぞれ次の処理に供されるまで、密封条件下で４℃で保存しておいた。

２．メタン発酵及び可溶化
2400ml容のメタン発酵槽（嫌気、55℃）に、ディスポーザー排水から回収した固体画分を100ml投入してメタン発酵を行った。メタン発酵開始から１日後に、メタン発酵槽内部からメタン発酵汚泥100ml抜き取り、120mL容の可溶化槽に投入し、８０℃で加熱して可溶化処理を行った。同時に、メタン発酵槽（嫌気、55℃）には、固液分離により回収した固体画分を新たに100mlを投入して、メタン発酵を行った。

次いで、新たなメタン発酵及び可溶化処理開始から１日後に、可溶化槽内部の可溶化処理物100mlを抜き取った後に、メタン発酵槽内部のメタン発酵汚泥100mlを可溶化槽に移動させて、８０℃での加熱可溶化処理を行った。更に、固液分離により回収した固体画分100mlを新たにメタン発酵槽内部に投入して、メタン発酵処理（嫌気、55℃）を行った。この操作を４０日間繰り返し実施することによって、メタン発酵処理（嫌気、55℃）と可溶化処理（８０℃条件下での加熱）を連続的に実施した。なお、可溶化槽内部から抜き取られた可溶化処理物は、密封条件下で４℃で保存しておいた。

３．上向流メタン発酵
上記で得られた可溶化処理物（最初のメタン発酵を開始した日から３９日及び４０日後に回収された可溶化処理物）200mLと、固液分離により回収された液体画分1800mlとを混合して、可溶化処理物とディスポーザー排水の液体画分の混合液2000mlを得た。この混合液に対して、槽体積300mlのUASB装置（55℃）を用いて、滞留時間を2時間に設定して上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理を行った。

その結果、UASB（上向流嫌気性スラッジブランケット）装置から排出される排水のCOD濃度は205mg/L、SS濃度は70mg/Lとなっており、好気処理することなく下水道に排出できる濃度となっていた。

比較例
実施例１で使用したディスポーザー排水に対して、固液分離、メタン発酵、及び上向流メタン発酵を実施した後に、残存有機物濃度の測定を行った。即ち、本比較例１の処理条件は、メタン発酵後に可溶化処理を行わない点で、上記実施例１とは相違している。固液分離条件、メタン発酵条件、及び上向流メタン発酵条件及び結果は以下の通りである。

１．固液分離及びメタン発酵処理
上記実施例１と同条件で固液分離し、得られた固体画分に対して上記実施例１と同条件でメタン発酵を行い、メタン発酵汚泥を得た。

２．上向流メタン発酵
上記で得られたメタン発酵汚泥200mLと、固液分離により回収された液体画分1800mlとを混合して、メタン発酵汚泥とディスポーザー排水の液体画分の混合液2000mlを得た。この混合液に対して、上記実施例１と同条件で上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理を行った。

その結果、UASB装置から排出される排水のCOD濃度は678mg/L、SS濃度は90mg/Lとなっており、下水道放流するためには更に好気的な微生物処理が必要な有機物濃度であった。

本発明の処理装置の一実施形態を示す図である。

Claims (5)

1. 下記工程を含む、ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水の処理方法：
   ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水を固液分離して、固体画分と液体画分に分離する第１工程、
   第１工程で得られた固体画分をメタン発酵処理に供する第２工程、
   第２工程で得られたメタン発酵汚泥を可溶化処理する第３工程、及び
   第１工程で得られた液体画分と、第３工程で得られ可溶化処理物とを混合し、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理に供する第４工程。
2. 第３工程で得られ可溶化処理物の一部を、再度、第２工程におけるメタン発酵処理に供する、請求項１に記載の処理方法。
3. 第２工程における可溶化処理が、７０℃以上の温度条件下での加熱処理である、請求項１に記載の処理方法。
4. 第４工程が、第３工程で得られ可溶化処理物１重量部に対して第１工程で得られた液体画分を５０重量部以上の混合比で混合し、これを上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵処理に供する工程である、請求項１に記載の処理方法。
5. ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水を固体画分と液体画分に分離する固液分離装置と、
   固液分離装置により分離された固体画分に対してメタン発酵を行うメタン発酵槽と、
   メタン発酵槽から排出されるメタン発酵汚泥を可溶化処理する可溶化槽と、
   固液分離装置により分離された液体画分と、可溶化槽から排出される可溶化処理物を混合する混合槽と、
   混合槽から排出される混合液に対して、上向流嫌気性汚泥床法によるメタン発酵を行う上向流メタン発酵処理槽と、
   を備える、ディスポーザーで粉砕処理した厨芥を含む排水の処理装置。

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