JP2016182588A

JP2016182588A - メタン発酵不適物の除去方法および装置

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Publication number: JP2016182588A
Application number: JP2015065548A
Authority: JP
Inventors: 白毛　宏和; Hirokazu Shirage; 宏和白毛; 洋紀前濱; Hiroki Maehama; 洋平冨田; Yohei Tomita
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: JP6515627B2

Abstract

【課題】卵殻等のメタン発酵不適物を含有する有機性廃棄物から、配管トラブル等を引き起こす卵殻等のメタン発酵不適物を安価で効率よく除去する方法と装置を提供する。【解決手段】上記課題は、カルシウムを含有するメタン発酵不適物を含み、粘度が８Ｐａ・ｓ以下の有機性廃棄物を、下向き錐形状を有する底部と２段の攪拌羽根を備えた攪拌槽に送入し所定の回転数で攪拌することにより、前記有機性廃棄物に含まれる前記メタン発酵不適物を前記攪拌槽の底部に集積させ分離することを特徴とするカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去方法、と装置によって解決される。【選択図】図１

Description

本発明は、家庭系生ごみや料理店などの事業系生ごみから排出される、生ごみなどに含まれる卵殻等のメタン発酵不適物を除去する方法と装置に関するものである。

家庭や料理店、菓子店などから排出される生ごみや食品製造工場、畜産場などから排出される生ごみを処理する方法のひとつとしてメタン発酵法がある。その場合、これらの生ごみに含まれている卵殻等の無機物はメタン発酵処理の対象外であるので、一般に、生ごみに水を加えてスラリーとし、これを長時間放置することにより卵殻等を沈降させて分離している。

例えば、特許文献１には、有機性廃棄物を分離槽内に投入して、有機物とカルシウム含有夾雑物の可溶化時間の差を利用して、有機物の可溶化を進行させ、未可溶化状態で残存したカルシウム含有夾雑物を比重差により分離し、沈殿したカルシウム含有夾雑物を分離槽の底部から排出する方法が記載されている。

特開２０１１−１６７６０４号公報

しかしながら、生ごみ中の有機物を可溶化させてから卵殻等を沈降分離させる方法は、分離槽内の滞留時間が長く装置が非常に大型になる。また、スラリーの粘性が高くなると分離が不能になるという問題がある。特に、卵殻などの可溶性カルシウムは、一旦溶解したものが環境の変化等で析出して受入分別装置から調整槽への移送配管、発酵槽以降の配管、発酵残渣貯留槽、汚泥処理設備配管などの各所で配管の閉塞等のトラブルを引き起こしている。

本発明の目的は、卵殻等のメタン発酵不適物を含有する有機性廃棄物から、配管トラブル等を引き起こす卵殻等のメタン発酵不適物を安価で効率よく除去する方法と装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、従来の沈降分離方式から、装置内に縦方向の旋回流を発生させて、生ごみスラリーを流動させることで、比重の大きい卵殻等の発酵不適物を短時間に効率よく分離でき、しかも、この方法は適応可能なスラリー粘度の幅が非常に広いことを見出した。より具体的には、分離槽に攪拌羽根を２段に設けて旋回流を形成させ、この攪拌羽根の位置や径、さらには回転数を調整することによって卵殻等を効率よく沈降分離できる範囲があることを見出し、この攪拌槽とした分離槽の底部を逆錐状にすることによって底部中央に卵殻等を効率よく集めて分離できることを見出した。

すなわち、本発明は、
カルシウムを含有するメタン発酵不適物を含み、粘度が８Ｐａ・ｓ以下の有機性廃棄物を、下向き錐形状を有する底部と２段の攪拌羽根を備えた攪拌槽に送入し所定の回転数で攪拌することにより、前記有機性廃棄物に含まれる前記メタン発酵不適物を前記攪拌槽の底部に集積させ分離することを特徴とするカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去方法と、
上記のカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去方法において使用するメタン発酵不適物の除去装置であって、下向き錐形状の底部を有する、カルシウムを含有するメタン発酵不適物を含む有機性廃棄物の攪拌槽と、前記攪拌槽の内容物を攪拌する２段の攪拌羽根を備えた攪拌機と、前記攪拌槽の底部に集積した前記メタン発酵不適物の排出手段と、前記メタン発酵不適物が分離された有機性廃棄物の排出手段を備えたカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去装置と、
前記２段の攪拌羽根のうち、前記攪拌槽の底部の上端と下段の羽根との間隔と、下段の羽根と上段の羽根との間隔が略等しく、上段の羽根径が下段の羽根径よりも大きいことを特徴とする上記のカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去装置
を提供するものである。

本発明によれば、卵殻等のメタン発酵不適物を含む有機性廃棄物から、このメタン発酵不適物を短時間に効率よく分離できる。本発明の方法と装置は、適応可能なスラリー粘性の幅が非常に広いので、搬入スラリー濃度、粘性の変動に対しての対応が可能である。

本発明の実施例で用いたメタン発酵不適物の除去装置の断面図である。この装置を用いて測定して得られた、生ゴミスラリーの粘度と分離に最適であった回転数の関係を示すグラフである。

本発明の処理対象である有機性廃棄物は、カルシウムを含有するメタン発酵不適物を含むものである。カルシウムを含有するメタン発酵不適物とは、卵殻、貝殻等であり、比重は2.40〜3.00ｇ／ｍＬ程度、通常2.60〜2.84ｇ／ｍＬ程度のものである。これらを含む有機性廃棄物とは、例示すれば、家庭から排出される生活ごみ、料理店あるいはその他の飲食店から排出される生ごみ、スーパーやコンビニから排出される生ごみ等である。この有機性廃棄物に水を加えてスラリー化する。本発明の方法は、スラリー粘度については、幅広く、８Ｐａ・ｓ以下のものに対して適応できる。８Ｐａ・ｓを越えると、メタン発酵不適物の分離効率が低下する。好ましい粘度は０．１〜８．０Ｐａ・ｓの範囲であり、特に好ましい粘度は０．４〜５．０Ｐａ・ｓの範囲である。また、スラリー状態の比重はほぼ１ｇ／ｍＬであり、通常１．００〜１．０５ｇ／ｍＬ程度である。

このような有機性廃棄物を攪拌槽に投入する。有機性廃棄物は、予めスラリーにしておいてもよく、また、攪拌槽に投入後水を加えてスラリーにしてもよい。

この攪拌槽は底部が下向き錐形状をしている。底部を下向き錐形状にするのは、そこにメタン発酵不適物を集積させるためであり、錐面の角度は、攪拌槽の水平面（軸を直角の面）に対し３０〜６０度程度が適当である。この錐形状は、通常は円錐であるが角錐等であってもよい。

攪拌槽は内部に攪拌機を設けてスラリーの縦方向の旋回流を形成させ、スラリーを流動化する。旋回流は、槽の周面側を上向流あるいは下向流、従って、槽の中央部を下向流あるいは上向流のいずれでもよいが、周面側を下向流、中央部を上向流とすることが好ましい。この旋回流によって比重の大きいメタン発酵不適物を槽底部の中央に沈降集積させる。そのために、攪拌機の撹拌羽根を２段とする必要があることを本発明者らは見出した。攪拌羽根は、縦方向の旋回流を形成するために、プロペラ翼や翼面を斜めにしたパドル翼などが用いられる。いずれにしてもメタン発酵不適物を沈降集積させる条件は非常にデリケートであり、基本的には各攪拌槽ごとに試験をして設定するのがよいが、攪拌羽根の位置と径は重要である。具体的には、攪拌槽の底部の上端（下向き錐形状の上縁）と下段の羽根との間隔と、下段の羽根と上段の羽根との間隔を略等しく、上記２つの間隔の比を１：０．５〜２程度、好ましくは１：０．７５〜１．５程度とし、さらに好ましくは１：０．８〜１．３程度、また、上段の羽根の径を下段の羽根の径より大きく、上段の羽根の径／下段の羽根の径を１．１〜２程度、好ましくは１．２〜１．５程度とするのがよい。

攪拌槽には、さらに、有機性廃棄物の投入口、底部に集積したメタン発酵不適物の排出口およびメタン発酵不適物が分離された有機性廃棄物の排出口が設けられる。

メタン発酵不適物を攪拌槽の底部に集積させる条件として攪拌機の回転数も重要であり、スラリーの濃度や粘性等に応じて制御する必要がある。一方、攪拌時間は短時間でよく、攪拌槽の規模によるが１分〜１時間程度、通常２分〜１５分程度でよい。また、メタン発酵不適物は１００％除去する必要はなく、実用上、除去率は７０〜
９５％程度でよい。

メタン発酵不適物を除去した有機性廃棄物は、メタン発酵させてメタンガスを製造することができる。一方、卵殻、貝殻等のメタン発酵不適物は、洗浄して、チョークやその他の用途に有効利用することができる。

図１に示す装置を用いた。この装置は、攪拌槽１が内径が２００ｍｍ、高さが３００ｍｍ、の円筒形で、底部２が水平面に対する角度が３０度の下向き円錐状をしており、底部２からは、この円筒が下に脚部３として１００ｍｍ延設されている。本体１の側壁には、底部２から上１８０ｍｍのところに有機性廃棄物投入口４が、底部２のやや上には卵殻を除去した卵殻分離液の排出口５が、そして底部２の中心には卵殻濃縮液の排出口６が設けられ、それぞれに弁を有する配管が接続されている。攪拌槽の容積は約９Ｌであり、材質はいずれも透明のポリ塩化ビニルでできている。攪拌槽１の中央には攪拌機７が軸を垂直にして設置され、軸の下端とそのやや上に攪拌羽根８が取着されている。この攪拌羽根は上下いずれも角度を４５度にした６枚のパドル翼よりなり、羽根径（Φ）は８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍの３種類が準備されている。

この装置を用い、まず、粘度０．８５〜１．３５Ｐａ・ｓ、密度約１．０ｇ／ｍＬ、ＴＳ（蒸発残留物）３．６〜５．１重量％、卵殻濃度０．７〜３．６ｇ・ｄｒｙ卵殻／ｋｇ・ｗｅｔ原料の家庭系生ごみについて、攪拌羽根の段数、羽根の径、下段の羽根の底部からの高さ、および羽根の間隔を変えて卵殻の分離試験を行った。

卵殻濃度の分析方法は、以下の方法で行った。
（１）原液、濃縮液、分離液の各サンプルを十分に混合して約２００ｍＬ採取し、５００ｍＬビーカーに移す。（採取量を記録する。）
（２）金属性バット内に上記ビーカーを移し、攪拌機によって穏やかに攪拌する。
（３）ビーカー内に穏やかに流水を投入し、比重の小さい有機物やポリマー等を流水とともにビーカーから排出する。
（４）ビーカーから排出される水が透明になった時点で流水を停止する。
（５）ビーカー内の残液（比重の大きい固形物や一部のポリマーが残存）を篩（１ｍｍ、２．８ｍｍ、４ｍｍ）に流す。２〜３回ビーカーに水を入れて、内容物を充分に篩に移す。
（６）篩に水を流し、篩（メッシュ）に捕捉された固形物を篩上に広げる。
（７）篩にある卵殻をピンセットで採取し、事前に重量を測定したアルミカップにいれる。
（８）１１０℃で１晩乾燥し、重量を測定する。
（９）次の計算式から卵殻量を求める。

結果を表１に示した。条件１〜３では、攪拌が不足したため、卵殻以外の有機物（人参、米粒等）が卵殻と同時に堆積し、卵殻を選択分離できなかった。また、条件７〜９では、攪拌が過剰であったため、底部に一度沈降した卵殻が攪拌流により巻き上げられ、卵殻除去量が低下する現象が観察された。条件４〜６において、卵殻を効率的に底部に集積させることができた。目視での比較では、条件４での卵殻分離状況が条件５、６での分離状況より多くの卵殻を選択的に集積していたため、条件４での検討を進めることとした。

上記評価は、回転数１００〜２５０ｒｐｍでの攪拌槽底部における卵殻の集積状況を目視観察で行なったものである。

次に、条件４での運転条件の最適化を検討した。実験での家庭系生ごみの性状は、粘性１．０〜１．３５Ｐａ・ｓ、比重約１．０ｇ／ｍＬ、ＴＳ４．９〜５．０重量％、卵殻濃度約３．５ｇ・ｒｄｙ卵殻／ｋｇ・ｗｅｔ原料であった。
１）分離時間の検討
回転数１６０ｒｐｍでの卵殻の集積状況を時間との関係について調べた。２分後と５分後で卵殻分離量はわずかに増加したが、ほとんど飽和していた。また、１０分後の様子を観察しても、卵殻の集積状況は５分ごと同様であったため、分離時間は５分と非常に短時間で良いと考えられた。
２）回転数の検討
テスト装置諸元と分離時間を固定して、運転条件（回転数）による分離状況を調べた。１４０〜１６０ｒｐｍで最も分離効率が高くなった。また、１４０ｒｐｍより回転数が低い場合には、有機物（米粒や人参等）が卵殻と一緒に沈殿すること、１６０ｒｐｍより回転数が高い場合には、底部での攪拌流速が高く沈殿した卵殻が巻き上がることが確認された。
３）卵殻分離実験（生ごみの性状変動への対応方法）
家庭系生ごみ（粘度０．３５〜８．０Ｐａ・ｓ、密度１ｇ／ｍＬ、ＴＳ３．６〜５．１重量％、卵殻濃度０．７〜３．４ｇ・ｄｒｙ卵殻／ｋｇ・ｗｅｔ原料）を用いて、テスト装置諸元と分離時間を固定して、卵殻分離状況を検証した。生ごみスラリーの粘度により、同じ回転数であっても、分離状況が異なることがわかった。そこで、生ごみスラリーの粘度と沈降分離に適正であった回転数および卵殻分離効率を表２に示した。ここで、分離効率は次式により算出した。

表２より、生ごみ性状について、粘性に応じて回転数を変更することで卵殻を効率的に分離できる可能性が示唆された。また，卵殻の分離効率は７０〜９０％であった。

生ゴミスラリーの粘度と分離に最適であった回転数の関係を図２に示した。図２より，粘性と回転数には正の相関が得られることがわかった。

本発明は、家庭や飲食店等から排出される生ごみ等の有機性廃棄物から、カルシウムを含有するメタン発酵不適物を効率よく分離できるので、これらの有機性廃棄物をメタン発酵させる方法に幅広く利用できる。

１攪拌槽
２底部
３脚部
４有機性廃棄物投入口
５卵殻分離液の排出口
６卵殻濃縮液の排出口
７攪拌機
８攪拌羽根

Claims

カルシウムを含有するメタン発酵不適物を含み、粘度が８Ｐａ・ｓ以下の有機性廃棄物を、下向き錐形状を有する底部と２段の攪拌羽根を備えた攪拌槽に送入し所定の回転数で攪拌することにより、前記有機性廃棄物に含まれる前記メタン発酵不適物を前記攪拌槽の底部に集積させ分離することを特徴とするカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去方法。
請求項１に記載のカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去方法において使用するメタン発酵不適物の除去装置であって、下向き錐形状の底部を有する、カルシウムを含有するメタン発酵不適物を含む有機性廃棄物の攪拌槽と、前記攪拌槽の内容物を攪拌する２段の攪拌羽根を備えた攪拌機と、前記攪拌槽の底部に集積した前記メタン発酵不適物の排出手段と、前記メタン発酵不適物が分離された有機性廃棄物の排出手段を備えたカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去装置。
前記２段の攪拌羽根のうち、前記攪拌槽の底部の上端と下段の羽根との間隔と、下段の羽根と上段の羽根との間隔が略等しく、上段の羽根径が下段の羽根径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のカルシウムを含有するメタン発酵不適物の除去装置。