JP3114117B2 - 長期滞留型多段連続式嫌気性消化処理装置及びこれを用いた高濃度有機性廃棄物の嫌気性消化処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厨芥及び／又は屎
尿を含む高濃度の有機性廃棄物を発生源で直接処理し、
これによる各種の環境問題を予防し、副産物として生成
するメタンガスを補助熱源に再活用するための高濃度有
機性廃棄物の嫌気性消化処理方法及びこれに使用する長
期滞留型の多段連続排出水発生制御式嫌気性消化装置に
関する。

【０００２】都市廃棄物の処理において、埋立処理法
は、我が国の国土条件上限界に達しており、特に腐敗性
廃棄物（主に厨芥）は、埋立後の腐敗に起因する諸問題
によりこれら廃棄物の効果的な処理技術の開発に対する
要望が強い。これに関連して、厨芥処理のための処理技
術が種々提案、例えば、堆肥化や醗酵飼料化等、がされ
ているものの、維持・管理及び処理済み物の最終処分に
おいて、依然として多くの問題を内包しているのが実情
である。

【０００３】外国の場合、腐敗性廃棄物の最終処理法と
しては、焼却と埋立が主に適用され、嫌気性消化法の適
用例は多くない。また、既存の消化技術の多くは、消化
槽の機械的な混合と中温（３５℃）状態に保つ等煩雑且
つ厳しい運転条件を必要とし、しかも投入可能な廃棄物
中の固形物濃度も５wt％程度で運用されているため前処
理を要するなど、維持・管理に相当な技術水準が要求さ
れると共に必ずしも経済性に優れた方法とは言えなかっ
たのが実情である。

【０００４】これに関連する研究例を見ると、イタリア
の大型食品店の発生廃棄物１００トン／日を２，０００
m³の反応槽において中温消化させた結果、廃棄物１トン
当りガス約５８．６m³が生じ、全体的に約３８％の減量
が可能であり、焼却より経済的に優位にあると報告があ
る（但し、スラッジが２４トン、排出水が３８トン発
生）。また、他の例では、廃棄物の炭素／窒素比が１０
以下の場合、２相消化方式による処理がより有用であ
り、該炭素／窒素比が１５以上の場合、単相が更に有利
であることが分かり、経済的な効果面では中温よりは無
加温状態の運転が種々の側面において競争力があると報
告されている（参照文献：Mata-Alvarez J.,Cecchi F.,
Llabres P. & Pavan P., Anaerobic digestion of the
Barocelonacentral food market organic wastes. Pla
nt design and feasibility, Bioresource Tech., Vol.
42, p33-42, 1992: Weiland P., One-and two step an
aerobic digestion of solid agoindustrial residues,
Water Sci. Tech., Vol. 27, p145-151, 1993: Luck,
Philip D., Comparative economic analysis. Anaerobi
c Digestion case study, Bioresource Tech., Vol. 3
6, p223-228, 1991: Nazir M., Biogas plants constru
ction technology for rural areas, Bioressource Tec
h. Vol. 35, p283-289, 1991)。

【０００５】しかし、かかる既存の嫌気性消化システム
は、大部分が各国の気候などの条件に適する特徴的なシ
ステムであって、我が国の現実にそのまま反映するには
限界があり、かつ発生する廃棄物の状態が固形物含量２
０wt％内外の高濃度である厨芥の処理に適用する場合、
稀釈水に対する手当てと排出水に対する追加処理問題が
発生する。

【０００６】厨芥の処理が最も重要な環境問題中の一つ
として浮き上がった状況下、既存の処理技術から脱皮し
た新たな技術の開発が切実に望まれているが、現行の有
機性廃棄物の処理及び資源化技術として最近再び注目さ
れるようになった堆肥化は我らの食生活特性に必ずしも
適当なものではないと言うことが明らかになったので、
新たな処理方策の提示が求められるようになった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、下水
道の普及実態と関連して水洗式トイレットの設置が困難
な地域で直面している環境汚染解決のため、屎尿と厨芥
を合わせて又は別々に、しかも高濃度のままで処理可能
な新しい嫌気性消化処理するための装置及び方法を提供
することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、食品加工工場等、高
濃度の有機性廃棄物を排出する産業の環境対策に係る負
担に伴う経済活動の阻害問題を解消するため、廃棄物処
理を行うことによって発生する新たな環境対策、例えば
水処理の必要性を極力廃し得ると共に、維持・管理問題
を誘発しない機能的、且つ経済的な高濃度の有機性廃棄
物の処理方法及びそのための装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決する方策として、嫌気性消化方式による効率的
な処理技術の開発が、屎尿及び厨芥などの高濃度の有機
性廃棄物による環境問題の解消に大きい役割を果たすと
判断した。

【００１０】本発明者らは、このような状況の認識に応
じるため、関連研究を重ねた結果、全体廃棄物発生量の
約３０％に達する厨芥を発生源で直接処理することによ
り、ほとんど限界に到達した埋立地関連の問題を改善
し、有機性廃棄物の効果的な処理と、排出水の発生を制
御することができ、更に維持・管理に対する技術的な問
題がほとんどない便利でかつ経済的な処理方法及び装置
を開発して本発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち、本発明の装置は、高濃度の有機
性廃棄物を投入するための廃棄物投入口(1) ；と、該廃
棄物投入口の下方に設けられた槽であって、該投入され
た廃棄物を受け入れ中の有機物の酸発酵を行う第１の発
酵槽(2) ；と、該第１の発酵槽と第１の隔板(7) の下部
を介して連通する槽であって、酸発酵を受けた有機物の
ガス化を行う第２の発酵槽(3) ；と、該第２の発酵槽と
Ｔ型の第２の隔板(11)の開口部を介して連通する槽であ
って、未分解の有機物のガス化とスラッジの安定化を行
う第３の発酵槽(4) ；と、該第３の発酵槽とその下部で
連通する槽であって、発酵残留物を貯留する貯槽(5) ；
と、からなる本体を有する多段連続式の嫌気性消化処理
装置であって、該廃棄物投入口にそこを負圧環境にし得
る、悪臭除去手段に連絡する配管が連結されているこ
と、該第１の発酵槽の底面と該第２の発酵槽の底面とが
該第１の発酵槽から該第２の発酵槽に向かって下降する
面一の面(12)であること、該第１の発酵槽が該第１の発
酵槽の液面上方に該液面に向かって該発酵残留物を貯留
する槽中の脱離液をその移送手段を介して散布可能なス
プレー装置(31)を有していること、該第２の発酵槽が、
該第２の発酵槽の後方の底面に該Ｔ型の第２の隔板と平
行に配され、その中央部が切り欠かれた移動速度調節板
(9) を、該Ｔ型の第２の隔板に沿って上下方向に移動可
能なように該Ｔ型の第２の隔板に取り付けられたガス可
動板(10)を、それぞれ有し、該第２の発酵槽の液面上部
の気相空間に該第２の発酵槽にて発生する可燃性ガスを
その貯留手段に連絡する配管の一方の端部が配されてい
ること、該発酵残留物を貯留する槽が該第１の発酵槽の
底面と該第２の発酵槽の底面の下方にこれらの発酵槽と
は液の流通が完全に遮断された状態で設けられているこ
と、を特徴とする。

【００１２】一方、本発明の処理方法は、以下のステッ
プから主になることを特徴とする。 固形物含量が２０〜３０wt％の有機性廃棄物を前処
理することなく第１の発酵槽(2) に受け入れる； 該固形物中の有機物を該第１の発酵槽にて通性嫌気
性微生物と接触させて酸発酵させ、固形物の低分子化を
行わせる； 該酸発酵を受けた廃棄物中の固形分を該第１の発酵
槽の底面に面一で連なる傾斜面をその底面とし、第１の
隔板(7) の下部を介して該第１の発酵槽と連通する第２
の発酵槽(3) に重力にて移動させる； 該移動させられた廃棄物中の固形分及びその移動に
同伴して移動させられた酸発酵処理液を該第２の発酵槽
にてメタン細菌と接触させて有機物のガス発酵を行わ
せ、メタン、炭酸ガス及びアンモニアを含むガスを発生
させる； 該ガス発酵を受けた廃棄物中の固形分をＴ型の第２
の隔板(11)の開口部を介して第３の発酵槽(4) に重力に
て移動させる； 該移動させられた廃棄物中の固形分及びその移動に
同伴して移動させられたガス発酵処理液を該第３の発酵
槽にて更にガス発酵させ、該固形物を安定化させる； 該安定化された固形分を含むスラリー状の廃棄物を
貯槽(5) に重力にて移動させる； 該貯槽に移動させられたスラリー状の廃棄物を静置
し上澄液と安定化されたスラッジとに分離させる； であって、該第１の発酵槽における酸発酵が、該貯槽か
ら該第１の発酵槽に返送される所定量の上澄液と該第１
の発酵槽に投入される有機性廃棄物との該第１の発酵槽
における混合によりスラリー状態にてなされること、該
第２の発酵槽におけるスラリー状の廃棄物とメタン細菌
との接触が、第２の隔板(11)に沿って上下方向に移動可
能なように該第２の隔板に取り付けられたガス可動板(1
0)の該第２の発酵槽において発生したガスの該第２の発
酵槽への蓄積と該第２の発酵槽からの放出に伴う上下運
動によってなされること。

【００１３】以下、本発明による多段連続式嫌気性消化
処理装置（以下、単に「装置」という）及びこれを用い
た高濃度の有機性廃棄物の嫌気性消化処理方法（以下、
単に「方法」という）を、図１乃至図７を参照しつつ更
に詳しく説明する。

【００１４】本発明装置は、高濃度の有機性廃棄物の嫌
気性消化処理を全体として一つの反応槽内で連続的に遂
行できるように工夫されたものであり、これらの各反応
段階別の必須構造は図１に詳しく示されている。

【００１５】但し、図示された装置は、本発明の原理に
従って高濃度の有機性廃棄物処理を行うことができる装
置の一例に過ぎず、本発明の方法をよりよく行うために
その形態又は構造などを多様に変形することが可能であ
る。かかる変形は本発明の範囲に属するものであり、添
付の図面は本発明の構成を容易に説明するためのもので
あって、本発明は如何なる方法によっても制限されるの
ではない点に留意しなければならない。

【００１６】本発明の装置は、大別すれば、本体と、脱
離液の循環装置と、脱臭施設と、発生ガスの貯蔵及び活
用施設と、ボイラ施設からなる。本体は、廃棄物投入口
（１）、第１の発酵槽（２）、第２の発酵槽（３）、第
３の発酵槽（４）及びガス滞留部（６）（該第２の発酵
槽の一領域である）、貯槽（５）、第１及び第２の隔板
（７，１１、移動速度調節板（９）、ガス可動板（１
０）、ガス排出管（１５）を含む。かかる嫌気性消化装
置においては、消化反応段階を酸発酵段階とガス発酵段
階とに分離して被反応物が重力により連続的に第１の発
酵槽（２）→第２の発酵槽（３）→第３の発酵槽（４）
→貯槽へ（５）と移動させ得る構造になっており、投入
物中の固形物の濃度特性に応じて発酵槽内の微生物滞留
時間を調節し得るよう、各槽を分離し得る第１及び第２
の隔板（７，１１）及び移動速度調節板（９）の設置位
置と固形物移動のための底の傾斜を変化させ得る（可動
という意味ではなく設計段階において考慮するという意
味である）と、いう特徴を有する。

【００１７】本体において、第１の発酵槽（２）と第２
の発酵槽（３）とは第１の隔板（７）を境として接し
（但し、該第１の隔板の下方にて両槽は連通してい
る）、更に該第１の発酵槽と該第２の発酵槽の底面は該
第１の発酵槽にて処理された、すなわち酸発酵段階を経
た、廃棄物の重力による該第２の発酵槽への移動が容易
であるように面一の傾斜面（１２）とされている（尚、
該傾斜面には、その移動の過程においてその移動力を利
用して廃棄物を剪断し得る凹凸（３０）が設けられてい
る−図１，２及び７参照）。該傾斜面の下部には、最終
的な発酵残留物、すなわち脱離液と安定化されたスラッ
ジを貯留する貯槽（５）が配されている。また、ガス発
酵を主に行わせる該第２の発酵槽と未反応廃棄物の更な
るガス化とスラッジの安定化を行わせる第３の発酵槽
（４）との間には、Ｔ字型の第２の隔板（１１）が配さ
れている。更に、該第２の発酵槽内には、該第２の発酵
槽にて発生した可燃性のガスを一時的に滞留させておく
ガス滞留部（６）（図１において、該第２の発酵槽中の
該第１の隔板と該第２の隔板と後述のガス遮断板にて囲
まれた領域がそれである）と、該ガス滞留部を結果的に
形成させるガス遮断板（８）と、移動速度調節板（９）
とがそれぞれ配され又は形成されており、該ガス遮断板
には該第２の発酵槽で発生した可燃性のガスを本体外に
抜き出すためのガス排出管（１５）が連結された構造に
なっている。該Ｔ字型の第２の隔板にはそれと平行に上
下動可能なガス可動板（１０）が取り付けられている。
該第１及び第２の隔板及び該移動速度調節板の設置位置
と該傾斜面の傾斜角は、設計段階において発酵槽内にお
ける微生物の滞留時間を考慮すると共に、投入廃棄物中
の固形物の濃度特性に応じて設定する。一般には、該傾
斜面の傾斜角は、約５〜１７°の範囲内に設定するのが
望ましい。

【００１８】廃棄物投入口(1) の周辺には悪臭ガス吸入
管(17)が連結されており、第１の発酵槽(2) の上部には
貯槽(5) に貯留された脱離液（最終的に安定化された液
の上澄）を該第１の発酵槽へ循環供給し得るエアリフト
式の返送管(19)に連結された、該第１の発酵槽の液表面
に対し該脱離液を散布し得るスプレー装置、例えば、ラ
ッパ管(31)が設置されている。該第１の発酵槽の内部、
その液表面近傍には酸発酵反応を促進する微生物をその
中に収容した格子型の任意性微生物培養槽(13)が、その
第３の発酵槽(4) との境界ともなる第１の隔板(7) の上
部には水位調節管(14)を配置することができる。

【００１９】ここで、任意性微生物とは、自然界に存在
し、酸素が豊富にある好気性条件下では好気性微生物と
して働き、酸素が欠乏した嫌気性条件下では嫌気性微生
物として働く大部分の一般微生物（いわゆる“通性嫌気
性微生物”）であって、その種類は数えきれない。単
に、本明細書では酸素が極めて足りない状態で活動し得
る微生物のことを言う。尚、本発明の実施例では、牛の
第１胃に生存する微生物（通称ルーメン微生物）を培養
して使用した。

【００２０】第２の発酵槽(3) の上部、正確にはガス遮
断板(8) にはガス排出管(15)が連結されており、該第２
の発酵槽で発生した可燃性のガスはこのガス排出管を介
して本体の外部に抜き出され、脱硫処理に付される。
尚、ボイラ施設は、それで発生させた温水を貯槽(5) 内
に配された管(20)に流し、該貯槽内を２０℃内外の一定
温度に維持するためのものである。

【００２１】台所などで発生する有機性廃棄物、すなわ
ち厨芥は、発生源における状態のままの高濃度で、廃棄
物投入口(1) を介して第１の発酵槽(2) へ流入する。投
入された廃棄物の一部は、ここで微生物の体外細胞分泌
物により加水分解が行われ、揮発性の有機酸と水素及び
アルデヒドなどの成分に分解される酸発酵段階を経る。
この過程で発生する悪臭の本体外部への発散を防止する
と共に、投入廃棄物をスラリー状にして流動性を確保す
るための所要な水分を供給するため、貯槽(5)内の脱離
液をエアリフト式の返送管(19)とそれが連結されたスプ
レー装置(31)を介して該第１の発酵槽の液表面に均等に
散布する。投入された廃棄物の該第１の発酵槽内におけ
る滞留時間は、投入廃棄物の種類と濃度及びガス活用の
要否を考慮し、第１の隔板(7) の設置位置と傾斜面の傾
斜度を適宜選択することによって決定される。

【００２２】ここで、第１の発酵槽（２）内（前述の位
置）に特定の任意性微生物群を高濃度に保有するペレッ
ト型に製造した任意性微生物培養槽（１３）を配する
と、酸発酵反応促進に資する。酸発酵反応を経た廃棄
物、すなわち揮発性有機酸とアルデヒド等に一次分解さ
れた廃棄物（正確には、分解された固形分の残渣も含ま
れる）は、重力により傾斜面（１２）に沿って第２の発
酵槽（３）に移動する。該第２の発酵槽では、前記の一
次分解物がメタン化微生物の作用によりメタンと二酸化
炭素及びアンモニアに転換されガス化されることにより
ガス可動板（１０）には該ガスの圧力が作用することに
なる。Ｔ字型の第２の隔板（１１）に付設された該ガス
可動板は発生ガスの浮揚力を受けるので上昇し、ガスが
発生しガス滞留部（６）に一時的に貯留される間（該第
２の発酵槽の液位は下降する）は、その上昇にともない
該傾斜面を移動してきたスラッジを掻き揚げ、一方、ガ
ス滞留部（６）の内圧が所定の値（０．１〜０．１５kg
/cm²）に達するとガス排出管（１５）に連結されている
ガス圧自動調節バルブ（２５）の作動により該ガス滞留
部に一時的に貯留された発生ガスが本体の外部に抜き出
されるので、該ガス可動板は下降することになる（該第
２の発酵槽の液位は上昇する）。このように、発生した
ガスの滞留と排出による液位の変化と該ガス可動板の上
昇・下降により、該第２の発酵槽内では被処理廃棄物と
微生物との良好な接触のための混合が自動的に行われ
る。ガス発酵過程で生じる他の成分、すなわち重炭酸塩
（bicarbonate)は、該第２の発酵槽のpHを一定に維持
し、また第１の発酵槽（２）での過多な有機酸の蓄積に
よりpHが下がって微生物活性が低下することを予防する
機能を果たす。

【００２３】投入廃棄物は、前記の第１及び第２の発酵
槽(2,3) における酸発酵とガス発酵を経て廃棄物中の有
機物がガス化分解され、後述する第３の発酵槽(4) での
安定化を経て最終的に貯槽(5) に残留スラッジ（全体投
入量の約５〜７％（屎尿は０．８〜１．２％）程度）と
して貯留される。これら過程の理論的な関係は次の反応
式のとおりである。

【００２４】C_7.1H_12.1O_3.8N_0.5(厨芥）＋3.3H₂O→3.55
CO₂ ＋3.55CH₄ ＋0.5NH₃

【００２５】すなわち、１００kgの飲食廃棄物（固形物
含量２０％）が嫌気性分解するためには約５．８リット
ルの水が所要される。発生するガスは約１６．５m
³（１．０３m³ Gas/kg VS）と予想されたが、実験結果
では、中温で約０．７７m³ Gas/kgVS/d、無加温状態で
は約０．３m³ Gas/kg VS/dであった。一方、厨芥に含ま
れた水分は平均約８１％であって、そのうち５．５％は
有機性廃棄物のガス化反応に消耗され、約４．５％は水
蒸気としてガスと共に揮発し、残りの約７１％は滞留時
間中蒸発により除去される。

【００２６】第２の発酵槽(3) でのガス発酵反応を経た
廃棄物は、更に傾斜面(12)に沿って移動し、Ｔ字型の第
２の隔板(11)の開口（図３参照）を介して第３の発酵槽
(4)に流入する。ここで、廃棄物は追加分解と共に非分
解性のスラッジのみが残る安定した状態に変化する。
尚、該第３の発酵槽は、ガス発酵反応のガス発生による
水位変化を調節することができる余裕部を含んでいて調
節部の役割も果たす。

【００２７】前記の安定化された非分解性のスラッジは
液成分（脱離液）と共に第３の発酵槽(4) から貯槽(5)
に移動し、そこで静置されることによって該スラッジは
該貯槽の底に沈むので、掃除時期（約２〜３年に１回
（屎尿の場合は４〜５年に１回）程度の頻度で該貯槽内
を清掃、具体的には、内部点検口(16)を通じ、浄化槽内
の掃除と同様の方式により行えばよい）までそこに溜め
ておけばよい。尚、該貯槽には冬季の凍害による装置の
破損防止（処理効率の向上にも資する）のため別途設置
する自動温度調節方式のボイラ(21)から温水を供給し
（管(20)を介した間接加熱）、該貯槽内の液温を２０℃
内外に維持させることが好ましい。

【００２８】本発明の装置で発生した可燃性のガスは、
脱硫処理を経てガス貯蔵施設に貯蔵され、必要に応じて
再利用される。図２に示す通り、第２の発酵槽(3) で発
生したガスは、排出管(15)を介しガス自動開閉バルブ(2
5)の動作にて本体から抜き出され、ガス圧縮機(27)によ
り約１０kg/cm²に加圧され、ガスタンク(28)に貯蔵され
るので、必要な時期に必要な用途（ボイラ(21)の燃料と
するのもその一つ）に使用すればよい。尚、厨芥中の硫
黄成分の乾燥平均含量は約０．５４％であってガス再利
用時に再利用先の機器を腐蝕する恐れがあるためその硫
黄分を除去する必要がある（該ガス自動開閉バルブとガ
ス圧縮ポンプの間に設ける）。脱硫装置としては種々の
方式のものが知られているのでそれらの中から適宜選択
すればよい。本発明の実施例では図５にその概略構造を
示す乾式法の密閉型脱着式脱硫タンク(26)を使用した。
図示の方式における脱硫剤(44)は、酸化鉄を利用したも
のであり、ガス内の硫黄成分を硫化鉄に置換・除去させ
る方式である（その関係は次の反応式の通り）。

【００２９】FeO₃・3H₂O＋3H₂S→2FeS＋6H₂O

【００３０】脱硫反応で生成した硫化鉄は、加熱しなが
ら空気と接触させると再び酸化鉄の状態に再生可能であ
るため、大体２〜５回程度は再生使用が可能である。

【００３１】一方、本発明による有機性廃棄物の消化処
理過程では、廃棄物の腐敗により悪臭成分も発生する
が、これは、廃棄物投入口(1) に連結された吸入管(17)
を介して排風機(36)により第１の発酵槽(2) 上部の気相
から強制排気し、移送管(22)→本管(33)を経由して脱臭
装置(35)に送ればよい。

【００３２】悪臭移送用の本管(33)の管径は移送管(22)
の約３倍に急拡大されているので、悪臭成分は流速が減
少した状態で脱臭装置(35)に流入する。悪臭ガスは図４
に示す通り、該本管を介して該脱臭装置の最下段の濾過
層(40)に流入し、そこで悪臭成分に同伴してきた粉塵と
水分が濾別され、一方該濾別された粉塵を含む水分は汚
物排出口(55)を通じて装置外に排出される。

【００３３】かかる汚物（濾別された粉塵を含む水分）
の装置外への排出のために脱臭装置(35)の底には、約３
〜５°の傾斜勾配がつけられている。前記の濾過を経た
悪臭成分は移送管(41)と、砕石を充填した支持層(42)を
通過した後、鋸屑脱臭層(48)に流入して物理的な吸着と
生物学的な硝酸化過程を通じてアンモニアと多様な臭気
成分の除去が行われる。該鋸屑脱臭層で除去されなかっ
た悪臭成分は、次なる土壌脱臭層(49)にて土壌微生物に
よる吸着と分解に付され、次いで移送管(50)を経て脱臭
剤層(51)、例えば残留アンモニア、生物学的分解が困難
な硫化水素及び微量のメタンチオール（ＣＨ₃ ＳＨ）類
などの成分に対する脱臭能が優れた脱臭剤、例えば培養
された高濃度微生物と微生物成長のための栄養素（鉄、
リン、マンガン）などが混合された溶液で製造したエコ
ソブ（Ecosob）に導入され、それらの成分の処理が行わ
れる。この脱臭剤は排出口(54)→移送管(56)を経て下部
の濾過層(40)に返送され、該脱臭装置内に最大限滞留さ
せられた後、水分などの汚物と共に排出口(55)を通じて
装置外に排出される。悪臭成分は、脱臭剤層(51)を通過
した時点でその大部分が除去されているが、最終的に最
上段の濾過層(52)で再び濾過された後、該装置の最終排
出口(53)を通じて大気中に放出される。

【００３４】次に、図６に示したものは、貯槽(5) 内の
安定化された上澄液（脱離液）を第１の発酵槽(2) に循
環供給するための手段であるが、具体的方式としてはエ
アリフト式で行うのが好ましい。この方式は、ブロア(1
8)から空気供給管(45)に供給された空気の浮揚力により
返送管(19)を用いて該上澄液を同伴浮上させ、最終的に
はスプレー装置(31)に該上澄液を供給させるものであ
る。該空気供給管の直径は、該返送管の直径の約１／５
〜１／１０倍程度のものが好ましく、また該返送管の吸
入口は底から１／３の位置に設置するのが好ましい。

【００３５】更に、本発明の装置の変形態様を示したの
が図７である。これは、在来式トイレットで発生する屎
尿と厨芥を一緒に処理する方式であり、該屎尿はトイレ
ット下部に配された傾斜移送管(47)を介して第１の発酵
槽(2) に送られ、該第１の発酵槽にその上部から投入さ
れる厨芥と共に前述の分解過程を通じて嫌気性消化が行
われるものである。

【００３６】このように、本発明による厨芥及び屎尿の
一括処理方式を採用すれば、（１） 厨芥を、外部から
供給する水等の稀釈源なしに発生状態のまま高濃度での
直接処理が可能であり、（２） 発生源で直接処理でき
るため、移送や積載の際生じる腐敗及び悪臭などの問題
を効果的に解消することができ、（３） 処理過程の副
産物としてメタンガスを約０．３m³ Gas/kg-VS/d得るこ
とができるので、これをエネルギーとして再利用するこ
とができ、（４） 処理の最終残留物が約５〜７％（屎
尿は０．８〜１．２％）にすぎないため、維持・管理に
関連する処理費用が少なくて経済的であり、（５） 第
１の発酵槽、第２の発酵槽及び第３の発酵槽が一つの反
応槽内に設けられるため、独立的な反応段階と相互補完
段階が連続的に行われるので、排出水の発生を抑制して
排出水に関連した法的規制の煩わしさを解消することが
できる。

【００３７】一般に、嫌気性消化過程は、酸醗酵とガス
醗酵の各機能が酸醗酵微生物とメタン発酵微生物の作用
により、それぞれ独立して行われるが、ここで言う「相
互補完」とは、両微生物が有機物の分解過程において、
酸発酵微生物は有機物を酸性物質に転換し、一方、メタ
ン発酵微生物は、該酸性物質を利用してメタンを生産し
つつ正常な酸発酵に必要なアルカリ物質を供給し得るこ
とを意味し、これら物質の交換が適正な状態で相互交流
しないと正常的な運転が困難になるため、本明細書では
かかる作用段階を相互補完段階と称する。

【００３８】更に、図７に示す変法は、遊園地などでの
使用にも都合がよい。この場合、トイレットの屎尿は、
前述の通り該トイレット下部の傾斜移送管(47)を通じて
第１の発酵槽(2) に直接投入すればよく、一方、廃棄物
投入口(1) からは飲食廃棄物を投入すればよい。この変
法によれば、飲食廃棄物と屎尿とが同時に処理されて別
途の追加処理施設なしで消化・分解されるため、維持・
管理上の問題を最少化することができる。この場合、嫌
気性処理装置本体の高さがトイレットの便器より少なく
とも１メートル以上になるように維持・設置するのが重
要である。

【００３９】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいてより詳し
く説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるのではない。

【００４０】実施例１ 図１に示す本発明の装置を表１に示した仕様で作製し、
この装置を使用して集団給食所で発生した厨芥と人糞を
それぞれ独立的に処理した。

【００４１】

【表１】

【００４２】集団給食所で発生した飲食加工前後の有機
性廃棄物を収集してビニールなどの分解不可能な廃棄物
を分別除去した後、１日約５０kgずつ有効容量２５m³規
模の処理装置に投入した。発生した廃棄物の固形物含量
は約１６〜２１％、平均１９％であり、また有機物の含
量は約７８〜８３％、平均８０％であった。そのうち、
穀類が約４９％（重量比）で一番多く、次いで肉類、野
菜及びその他の順であった。飲食廃棄物投入前、試験初
期の処理装置においては、嫌気性環境造成のために第２
の発酵槽の両側の第１及び第２の隔板が浸る程度に水、
人糞、鶏糞を加えて装置内の空気をこれの速い分解作用
を利用して除去した。小規模の室内研究段階では水で両
端を満たし、窒素ガスを吹き込んで嫌気性環境を造成し
た。

【００４３】次いで、厨芥及び屎尿を注入し始めて、約
２０日が経過するとガスの発生量が安定した段階に入っ
た。

【００４４】本実施例による厨芥と屎尿処理結果を表２
に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２の結果は、１９９５年２月から現在ま
で排出水が発生しない状態の資料であって、物質収支を
利用した水分の変化を点検した結果、投入水分含量の約
６．８％が反応に利用され、約５．５％はガスと共に水
蒸気の状態で発散し、残りの約８７．６％は点検口と投
入口からの表面蒸発により発散してていることがわかっ
た。したがって、本発明による厨芥と屎尿を含んだ有機
性廃棄物の処理は相当期間排出水の発生なしで処理が可
能であり、残留スラッジの発生も１０％以下であって、
維持に所要される費用の最少化が可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明による方法及び装置は、既存の嫌
気性消化技術を改良してスラッジの生産を最少化し、排
出水の発生による問題を解消することができると共に、
維持・管理に関連する高度な技術を要しない消化処理方
式である。このシステムにより厨芥を処理する場合、発
生源で稀釈することなく高濃度状態で直接処理し、投入
物の約９３％が蒸発と分解により水分、メタン及び二酸
化炭素の形態で除去された後、約７％のスラッジと水分
の残留物を２〜４年ごとに一度浄化槽の掃除方式にて清
掃するだけで良く維持・管理問題を解消することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一実施態様の構造を示す断面図
である。

【図２】本発明の装置の一実施態様の構造を示す平面図
である。

【図３】本発明の装置の一実施態様の構造を示す側面図
（Ａ：図１の左方より見た図−機器の一部省略−，Ｂ：
図１の右方より見た図−機器の一部省略−。）である。

【図４】本発明の装置の一実施態様の脱臭装置の構造を
示す断面図である。

【図５】本発明の装置の一実施態様の脱硫装置の構造を
示す断面図である。

【図６】本発明の装置の一実施態様のエアリフト管の構
造を示す側面図である。

【図７】本発明の装置の他の実施態様の構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ （廃棄物）投入口 ２ 第１の発酵槽 ３ 第２の発酵槽 ４ 第３の発酵槽 ５ 貯槽 ６ ガス滞留部 ７ 第１の隔板 ８ ガス遮断板 ９ 移動速度調節板 １０ ガス可動板 １１ （Ｔ字型の）第２の隔板 １２ 傾斜面 １３ 任意性微生物培養槽 １４ 水位調節管 １５ ガス排出管 １７ 悪臭ガス吸入管 １８ ブロア １９ 返送管 ２０ 温水供給管 ２１ ボイラ ２２ 悪臭吸入管 ２４ （汚泥及び水分）トラップ ２５ ガス自動開閉バルブ ２６ 脱硫装置 ２７ ガス圧縮ポンプ（及び流量計） ２８ ガス貯蔵タンク ３０ スラッジ剪断用凹凸 ３１ スプレー装置 ３２ ボイラ用上澄液吸入管 ３５ 脱臭装置 ３６ （悪臭移送用）排風機 ４０ 濾過層 ４１，５０ 移送管 ４２ 支持層 ４４ 脱硫用充填物 ４５ 返送用空気供給管 ４７ 傾斜移送管 ４８ 鋸屑脱臭層 ４９ 土壌脱臭層 ５１ 脱臭剤層 ５２ 濾過層 ５３ 最終排出口 ５４ 排出口 ５５ 汚物排出口 ５６ 返送管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−119394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−168890（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−168597（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 11/00 - 11/20 B09B 3/00 C02F 3/00 C02F 3/28 A47K 11/00 - 11/12

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高濃度の有機性廃棄物を投入するための
   廃棄物投入口(1) ；と、 該廃棄物投入口の下方に設けられた槽であって、該投入
   された廃棄物を受け入れ中の有機物の酸発酵を行う第１
   の発酵槽(2) ；と、 該第１の発酵槽と第１の隔板(7) の下部を介して連通す
   る槽であって、酸発酵を受けた有機物のガス化を行う第
   ２の発酵槽(3) ；と、 該第２の発酵槽とＴ型の第２の隔板(11)の開口部を介し
   て連通する槽であって、未分解の有機物のガス化とスラ
   ッジの安定化を行う第３の発酵槽(4) ；と、 該第３の発酵槽とその下部で連通する槽であって、発酵
   残留物を貯留する貯槽(5) ；と、からなる本体を有する
   多段連続式の嫌気性消化処理装置であって、 該廃棄物投入口にそこを負圧環境にし得る、悪臭除去手
   段に連絡する配管が連結されていること、 該第１の発酵槽の底面と該第２の発酵槽の底面とが該第
   １の発酵槽から該第２の発酵槽に向かって下降する面一
   の面(12)であること、 該第１の発酵槽が該第１の発酵槽の液面上方に該液面に
   向かって該発酵残留物を貯留する槽中の脱離液をその移
   送手段を介して散布可能なスプレー装置(31)を有してい
   ること、 該第２の発酵槽が、該第２の発酵槽の後方の底面に該Ｔ
   型の第２の隔板と平行に配され、その中央部が切り欠か
   れた移動速度調節板(9) を、該Ｔ型の第２の隔板に沿っ
   て上下方向に移動可能なように該Ｔ型の第２の隔板に取
   り付けられたガス可動板(10)を、それぞれ有し、該第２
   の発酵槽の液面上部の気相空間に該第２の発酵槽にて発
   生する可燃性ガスをその貯留手段に連絡する配管(15)の
   一方の端部が配されていること、 該発酵残留物を貯留する槽が該第１の発酵槽の底面と該
   第２の発酵槽の底面の下方にこれらの発酵槽とは液の流
   通が完全に遮断された状態で設けられていること、を特
   徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記の第１の発酵槽(2) が、酸発酵微生
   物をその中に固定した培養器(13)を該第１の発酵槽の液
   中に没水する形態にて更に有すると共に、前記の第１の
   隔板(7) が、その上部に該第１の発酵槽と前記の第３の
   発酵槽(4) とを連通する液位調節管(14)を更に有する、
   ものである請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記の培養器(13)が、酸発酵微生物を粘
   土性土壌と混合しペレット化したものをその中に含み、
   前記の第１の発酵槽(2) 中の液がその中に侵入可能なも
   のである請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記の面(12)の傾斜角が５〜１７度であ
   る請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 前記のスプレー装置(31)が、前記の第１
   の発酵槽(2) の液面の５０〜７０％をカバーし得るラッ
   パ管からなるものでり、前記の脱離液の移送手段が空気
   管(45)を介して該空気管の直径の５〜１０倍の直径を有
   するエアリフト管(19)の底部から５／８〜１／２の位置
   に供給される空気にて搬送されるものであり、該エアリ
   フト管の底部が前記の貯槽(5) の底部より１／３の深さ
   の位置に配されたものである請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 前記の第１の発酵槽(2) が、本装置の外
   部に設けられた便所と連結管を介してそこから屎尿を直
   接受け入れ可能な口を更に有するものである請求項１記
   載の装置。
7. 【請求項７】 以下のステップにて高濃度有機性廃棄物
   を処理する方法： 固形物含量が２０〜３０wt％の有機性廃棄物を前処
   理することなく第１の発酵槽(2) に受け入れる； 該固形物中の有機物を該第１の発酵槽にて通性嫌気
   性微生物と接触させて酸発酵させ、固形物の低分子化を
   行わせる； 該酸発酵を受けた廃棄物中の固形分を該第１の発酵
   槽の底面に面一で連なる傾斜面をその底面とし、第１の
   隔板(7) の下部を介して該第１の発酵槽と連通する第２
   の発酵槽(3) に重力にて移動させる； 該移動させられた廃棄物中の固形分及びその移動に
   同伴して移動させられた酸発酵処理液を該第２の発酵槽
   にてメタン細菌と接触させて有機物のガス発酵を行わ
   せ、メタン、炭酸ガス及びアンモニアを含むガスを発生
   させる； 該ガス発酵を受けた廃棄物中の固形分をＴ型の第２
   の隔板(11)の開口部を介して第３の発酵槽(4) に重力に
   て移動させる； 該移動させられた廃棄物中の固形分及びその移動に
   同伴して移動させられたガス発酵処理液を該第３の発酵
   槽にて更にガス発酵させ、該固形物を安定化させる； 該安定化された固形分を含むスラリー状の廃棄物を
   貯槽(5) に重力にて移動させる； 該貯槽に移動させられたスラリー状の廃棄物を静置
   し上澄液と安定化されたスラッジとに分離させる；であ
   って、 該第１の発酵槽における酸発酵が、該貯槽から該第１の
   発酵槽に返送される所定量の上澄液と該第１の発酵槽に
   投入される有機性廃棄物との該第１の発酵槽における混
   合によりスラリー状態にてなされること、 該第２の発酵槽におけるスラリー状の廃棄物とメタン細
   菌との接触が、第２の隔板(11)に沿って上下方向に移動
   可能なように該第２の隔板に取り付けられたガス可動板
   (10)の該第２の発酵槽において発生したガスの該第２の
   発酵槽への蓄積と該第２の発酵槽からの放出に伴う上下
   運動によってなされること、を特徴とする方法。
8. 【請求項８】 前記の高濃度有機性廃棄物が厨芥である
   請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 前記の高濃度有機性廃棄物が厨芥と屎尿
   である請求項７記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記の第２の発酵槽において発生した
    可燃性のガスが、装置本体の外部に設けられた脱硫剤と
    してFe₂O₃ を用いる乾式の脱硫装置にて脱硫され、前記
    の第１の発酵槽(2) 及び第３の発酵槽(4) にて発生する
    悪臭ガスが、脱臭剤として陰イオン置換能の大きい材料
    が充填された悪臭除去手段に連絡する配管が連結されそ
    こを負圧環境にし得る廃棄物投入口(1) を介して外部に
    排出され除臭される請求項７乃至９のいずれか１に記載
    の方法。