JP3442288B2 - 有機性廃棄物のメタン発酵方法 - Google Patents
有機性廃棄物のメタン発酵方法Info
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- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生ごみや食品廃棄
物などの有機性廃棄物のメタン発酵方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より有機性廃棄物の再資源化が図ら
れており、たとえば特開平９−２０１６９９号には、し
尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿、生
ごみ、食品廃棄物など、性状や濃度が異なる有機性廃棄
物を同一システムにおいて処理して有用物質を回収し、
資源化する方法が開示されている。 【０００３】この方法は、図４に示したようなものであ
り、し尿、浄化槽汚泥、農集汚泥、下水汚泥、家畜ふん
尿を除渣工程＃３１において除渣し、固液分離工程＃３
２において液状廃棄物３１と脱水汚泥３２とに分離し、
液状廃棄物３１は、生物処理工程＃３３でＢＯＤ分解並
びに必要に応じて脱窒素し、固液分離工程＃３４で浮遊
物を除去し、高度処理工程＃３５でＣＯＤや色素成分や
鉄・マンガンなどの重金属類を除去し、消毒して放流水
または再利用水としている。 【０００４】一方、生ごみや食品廃棄物は、破砕・分別
工程＃３６において破砕し、プラスチック袋やトレーな
どを分別した後に、上記した脱水汚泥３２と混合し、嫌
気性発酵工程＃３７の発酵槽に導入してメタン発酵さ
せ、発生したメタンガス３３を回収し、発電工程＃３８
などで電気や熱の形態として使用に供するとともに、発
酵槽から流出する消化汚泥３４を脱水工程＃３９で脱水
し、脱水汚泥３５をコンポスト化工程＃４０などに送っ
て肥料や固形燃料や乾燥汚泥として回収しており、脱水
濾液３６は生物処理工程＃３３へ送って処理している。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うにして有機性廃棄物をメタン発酵させる際に、発酵槽
内に導入される有機性廃棄物量の変動によって有機物負
荷が過剰になることがあり、その場合は、酸生成菌の反
応速度がメタン菌よりも速いために、酢酸、プロピオン
酸などの揮発性脂肪酸の蓄積がみられる。そして、揮発
性脂肪酸濃度が高くなり、遊離の揮発性脂肪酸濃度が高
くなると、メタン発酵が阻害されるようになり、速やか
に揮発性脂肪酸濃度を低下させないとメタン菌が活性を
失い、再立ち上げに２〜３ヶ月を要するという事態に至
ってしまう。このような場合には、有機性廃棄物の投入
を低減あるいは停止するか、またはアルカリ剤を添加し
て遊離揮発性脂肪酸の増加を抑制し、揮発性脂肪酸の減
少を待つのが従来の手法であった。 【０００６】また、発酵槽内に導入される有機性廃棄物
のＴ−Ｎ（総窒素）濃度が高いと、菌体合成に使用され
る以外の窒素はアンモニア態窒素となり、このアンモニ
ア態窒素濃度が高くなり、遊離アンモニア濃度が高くな
ると、メタン発酵が阻害されるようになる。このため、
Ｔ−Ｎ濃度が高い有機性廃棄物をメタン発酵させる場合
には、Ｔ−Ｎ濃度の低い別途の有機物を混合するか、あ
るいは水で希釈するのが従来の手法であった。 【０００７】上記した手法以外に、発酵槽内のメタン菌
濃度を高めるために、発酵槽から流出する消化汚泥を脱
水し、脱水ケーキを希釈して発酵槽へ戻す方法が試みら
れているが、脱水ケーキが均一に分散しにくい；脱水の
際に凝集剤として添加するポリマーのコストが高い；ポ
リマーによる発酵阻害（吸着阻害）が生じる恐れがあ
る；脱水時にメタン菌が酸素に曝され活性が低下する、
といった種々の問題がある。 【０００８】本発明は上記問題を解決するもので、揮発
性脂肪酸やアンモニア態窒素の蓄積に起因する発酵阻害
を低減できる有機性廃棄物のメタン発酵方法を提供する
ことを目的とするものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の有機性廃棄物のメタン発酵方法は、発酵槽
で有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発酵させてメタ
ンガスを回収するに際し、メタン発酵におけるメタンガ
ス発生量とメタン発酵に随伴する発酵阻害物質の遊離揮
発性脂肪酸および遊離アンモニア態窒素の濃度との関係
から当該発酵槽において許容される揮発性脂肪酸とアン
モニア態窒素の所定濃度を決定し、揮発性脂肪酸とアン
モニア態窒素の少なくとも一方の発酵阻害物質が前記所
定濃度を超えた時に、発酵汚泥を膜分離手段により濾過
して発酵阻害物質を含んだ液状分の一部を排出し、発酵
阻害物質量が低減された発酵汚泥を希釈水の添加により
濃度調整することを特徴とする。 【００１０】また、排出した液状分と同量の希釈水を添
加することを特徴とする。上記した構成によれば、膜分
離手段によって、発酵汚泥中の発酵阻害物質を無薬注で
容易に低減することができ、メタン発酵を優位に起こさ
せることができる。 【００１１】発酵汚泥は通常、発酵に適した汚泥濃度に
調整されているので、排出した液状分と同量の希釈水を
添加することで、発酵に適したもとの汚泥濃度に容易に
調整できる。 【００１２】希釈水としては、排出した濾液を、生物学
的脱窒法、アンモニアストリッピング法、アンモニア吸
着剤などによって処理したもの、あるいは他の処理工程
で発生したプロセス水、あるいは清水などを使用でき
る。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１において、し尿、浄化槽汚
泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿などのスラリー状
（スラッジ状）の有機性廃棄物を除渣工程＃１に導入し
て、し渣１を除去する。この除渣工程＃１は必要のない
場合は省略可能であるが、後段の膜分離装置や脱水機等
の保護のために、適当な目幅のスクリーンと、遠心分離
機やスクリュープレス等とにより二段に除渣して、微細
な砂等の無機物や繊維質等の難可溶化物まで分離除去す
るのが好ましい。 【００１４】除渣した有機性廃棄物２を固液分離工程＃
２に導き、性状によっては有機高分子凝集剤を添加した
うえで固液分離して、濃縮汚泥３と分離液４とする。こ
の固液分離工程＃２は、所望の汚泥含水率に応じて、造
粒濃縮装置、スクリーン濃縮装置、重力濃縮槽などの濃
縮手段によって行うものであり、必要のない場合は省略
可能である。 【００１５】分離液４を生物処理工程＃３へ導入して、
ＢＯＤ分解および必要に応じて脱窒素し、生物処理水５
は従来と同様にして処理する。一方、生ごみ、食品廃棄
物など、プラスチック類などの発酵不適物を含んでいた
り、不均質な固形分を含んでいたりする、その他の有機
性廃棄物は、破砕・分別工程＃４において、一軸破砕機
などの粗破砕機で粗破砕し、次いで圧縮破砕機で２００
〜２５０ｋｇ／ｃｍ2 の高圧にて圧縮破砕して、粒径１
〜２ｍｍ以下の細粒子状物６として排出し、機内に残留
する破砕不能なし渣、プラスチック類、金属類、石・砂
などの発酵不適物７を自動的に同時に分別する。 【００１６】圧縮破砕機より排出された細粒子状物６
と、上記した濃縮汚泥３とを混合槽において混合し、Ｔ
Ｓ（全蒸発残留物）濃度を調整して、嫌気性発酵工程＃
５の発酵槽に導き、約５５℃に維持する状態においてメ
タン発酵させつつ、発酵汚泥８の一部を槽外へ流出さ
せ、メタンガス９を回収する。 【００１７】その際、細粒子状物６が、圧縮破砕によっ
て細粒子化されるとともに細胞膜が破壊されているため
に、生物分解性が非常に大きく、また生ごみ、食品廃棄
物、浄化槽汚泥などが有する互いに異質の成分、たとえ
ば微量元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等）が混合されることに
よる効果もあって、細粒子状物６と濃縮汚泥３とは短い
日数で効率よく発酵する。また、従来は破砕困難である
として排除されていた有機性廃棄物や、発酵不適物７に
付着して排除されていた有機性廃棄物も含まれているた
めに、有機成分の回収率は高い。 【００１８】しかし一方では、発酵槽への供給量変動に
よって細粒子状物６や濃縮汚泥３が過負荷になると発酵
槽内に揮発性脂肪酸が蓄積し、またＴ−Ｎ濃度が高いと
アンモニア態窒素が蓄積し、いずれの場合もメタン発酵
が阻害される。このため、発酵槽の外部へ流出する発酵
汚泥８中に含まれる遊離揮発性脂肪酸と遊離アンモニア
の各濃度を測定し、いずれかの発酵阻害物質が所定濃度
を越えた時に、発酵汚泥８ａを別途に膜分離工程＃６に
導いて膜分離装置により濾過し、発酵阻害物質を含んだ
濾液１０を適量だけ取り出し、生物学的脱窒素工程＃７
（上記した生物処理工程＃３でもよい）へ送って、アン
モニア態窒素を硝化・脱窒により窒素ガスとして放出
し、揮発性脂肪酸を脱窒時のＢＯＤ源として分解する。 【００１９】ここで、メタン発酵の阻害が起きる遊離揮
発性脂肪酸や遊離アンモニアの濃度は、発酵槽内のｐＨ
や温度、メタン菌の馴養状態等の条件によって異なるの
で、メタンガス９の発生量の変動と遊離揮発性脂肪酸お
よび遊離アンモニアの濃度との関係を調べることによ
り、その発酵槽において許容される遊離揮発性脂肪酸と
遊離アンモニアの所定濃度を決める。一例を挙げると、
遊離の揮発性脂肪酸２２．８６ｍｇ／Ｌ（ｐＨ７．
４）、遊離アンモニア６００ｍｇ／Ｌ（ｐＨ７．８）で
ガス発生量が大きく低下する傾向が見られた。この場合
には、これらの濃度を所定濃度とする。 【００２０】そして、濾液１０が取り出されたことで発
酵阻害物質が低減され、濃縮された発酵汚泥８ｂを嫌気
性発酵工程＃５の発酵槽へ返送するとともに、この発酵
槽に、生物学的脱窒素処理工程＃７における生物処理水
１１を希釈水として、取り出された濾液１０と同量だけ
添加し、それにより発酵槽内の発酵汚泥をもとの汚泥濃
度に調整し、発酵阻害物質が少ない状態で、メタン発酵
を優位に起こさせる。 【００２１】回収したメタンガス９は従来と同様にして
硫化水素、水分等を除去して、電気や熱として使用に供
する。発酵汚泥８は従来と同様にして脱水し、肥料や固
形燃料や乾燥汚泥（ペレットを含む）とする。 【００２２】別法として、アンモニア態窒素（遊離アン
モニア）が所定濃度以上検出された時に、図２に示した
ように、膜分離装置より取り出された濾液１０をアンモ
ニアストリッピング工程＃８に導入して、スチームを１
１０ｋｇ／ｍ3 の割合で吹き込むスチームストリッピン
グ法を行うことにより、濾液１０中のアンモニア態窒素
をアンモニアとして放散させ、アンモニア除去水１２を
希釈水として嫌気性発酵工程＃５の発酵槽へ添加するよ
うにしてもよい。この方法の場合、他の溶解性物質（た
とえば微生物に必要な微量金属等の濃度が薄まらないと
いうメリットがある。 【００２３】その際、嫌気性発酵工程＃５へ送られるア
ンモニア除去水１２と、アンモニアストリッピング工程
＃８へ送られる濾液１０との間で熱交換するようにすれ
ば、濾液１０を約９６℃まで加温することができ、アン
モニアストリッピング工程＃８での処理効率を高めるこ
とができる。このアンモニアストリッピング工程＃８で
は、揮発性脂肪酸の一部も放散されるが、その量は十分
ではないので、残りのアンモニア除去水１２を生物処理
工程＃３へ返送して処理する。他のアンモニアストリッ
ピング法に、濾液１０をアルカリ剤でｐＨ１２に調整
し、曝気する方法もあるが、中和操作が必要になるの
で、スチームストリッピング法の方が簡便である。 【００２４】あるいは、濾液１０中に含まれるアンモニ
アをゼオライト吸着によって除去するようにしてもよ
い。あるいは、図３に示したように、嫌気性発酵工程＃
５の発酵槽に、揮発性脂肪酸あるいはアンモニア態窒素
をほとんど含まない別途のプロセス用水１３を添加し、
揮発性脂肪酸あるいはアンモニア態窒素を含んだ濾液１
０は直接、生物処理工程＃３に導いて処理するようにし
てもよい。この場合、生物処理工程＃３への水量負荷が
増加してしまうが、揮発性脂肪酸あるいはアンモニア態
窒素の濃度が極端に高くない時は、取り出される濾液１
０も少量なので最も低コストで処理できる。 【００２５】なお、嫌気性発酵工程＃５に導入する有機
性廃棄物は、発酵槽内で流動性を保てる濃度であればよ
く、発酵槽内の加温（保温）のためのエネルギー消費量
を考慮すると、ＴＳ濃度１０〜１５％に調整するのが有
利な場合がある。そのために、濃縮汚泥３をＴＳ濃度３
〜７％に濃縮するのが効率的な場合がある。 【００２６】嫌気性発酵工程＃５では、中温消化（３４
〜３６℃付近）を行ってもよいし、高温消化（５０〜５
３℃付近）を行ってもよいが、膜分離工程＃６における
膜分離装置での濾過効率を考えると発酵汚泥８ａの温度
が高い方が望ましく、高温消化の方が有利である。 【００２７】膜分離工程＃６で使用する膜分離装置とし
ては、平板状膜（株式会社クボタ製液中膜）や管状セラ
ミック膜などの外圧型膜を配列し、膜分離槽（発酵槽で
もよい）の内部に浸漬設置するタイプのものが、所望量
だけの濾液を取り出せるので好都合であるが、内圧型の
膜分離装置も使用可能である。外圧型膜を配列した膜分
離装置における膜間流路閉塞、膜破損を防止するために
も、上記したように有機性廃棄物を圧縮破砕すること、
２段除渣することは有意義である。 【００２８】上記した実施形態はあくまで例示であって
適宜変更可能であり、たとえば、濃縮汚泥３を液状化、
低分子量化する可溶化処理を行うことで発酵を促進する
こともでき、それにより細粒子状物１０の発酵も促進で
きる。可溶化処理としては、約７０〜８０℃で３日間維
持する；７０℃，０．３ＭＰａ程度の高温高圧に維持す
る；苛性ソーダや消石灰等のアルカリを添加して７０℃
程度に維持する；オゾンガスを吹き込む；１３０〜１７
５℃に維持するなどの種々の手法が挙げられる。 【００２９】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、膜分離
手段を利用することで、発酵汚泥中の発酵阻害物質を無
薬注で容易に低減することができ、メタン発酵を優位に
起こさせることができる。 【００３０】排出した濾液と同量の希釈水を添加すれ
ば、発酵汚泥を、発酵に適したもとの汚泥濃度に容易に
調整することができ、メタン発酵を良好に行える。
物などの有機性廃棄物のメタン発酵方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より有機性廃棄物の再資源化が図ら
れており、たとえば特開平９−２０１６９９号には、し
尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿、生
ごみ、食品廃棄物など、性状や濃度が異なる有機性廃棄
物を同一システムにおいて処理して有用物質を回収し、
資源化する方法が開示されている。 【０００３】この方法は、図４に示したようなものであ
り、し尿、浄化槽汚泥、農集汚泥、下水汚泥、家畜ふん
尿を除渣工程＃３１において除渣し、固液分離工程＃３
２において液状廃棄物３１と脱水汚泥３２とに分離し、
液状廃棄物３１は、生物処理工程＃３３でＢＯＤ分解並
びに必要に応じて脱窒素し、固液分離工程＃３４で浮遊
物を除去し、高度処理工程＃３５でＣＯＤや色素成分や
鉄・マンガンなどの重金属類を除去し、消毒して放流水
または再利用水としている。 【０００４】一方、生ごみや食品廃棄物は、破砕・分別
工程＃３６において破砕し、プラスチック袋やトレーな
どを分別した後に、上記した脱水汚泥３２と混合し、嫌
気性発酵工程＃３７の発酵槽に導入してメタン発酵さ
せ、発生したメタンガス３３を回収し、発電工程＃３８
などで電気や熱の形態として使用に供するとともに、発
酵槽から流出する消化汚泥３４を脱水工程＃３９で脱水
し、脱水汚泥３５をコンポスト化工程＃４０などに送っ
て肥料や固形燃料や乾燥汚泥として回収しており、脱水
濾液３６は生物処理工程＃３３へ送って処理している。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うにして有機性廃棄物をメタン発酵させる際に、発酵槽
内に導入される有機性廃棄物量の変動によって有機物負
荷が過剰になることがあり、その場合は、酸生成菌の反
応速度がメタン菌よりも速いために、酢酸、プロピオン
酸などの揮発性脂肪酸の蓄積がみられる。そして、揮発
性脂肪酸濃度が高くなり、遊離の揮発性脂肪酸濃度が高
くなると、メタン発酵が阻害されるようになり、速やか
に揮発性脂肪酸濃度を低下させないとメタン菌が活性を
失い、再立ち上げに２〜３ヶ月を要するという事態に至
ってしまう。このような場合には、有機性廃棄物の投入
を低減あるいは停止するか、またはアルカリ剤を添加し
て遊離揮発性脂肪酸の増加を抑制し、揮発性脂肪酸の減
少を待つのが従来の手法であった。 【０００６】また、発酵槽内に導入される有機性廃棄物
のＴ−Ｎ（総窒素）濃度が高いと、菌体合成に使用され
る以外の窒素はアンモニア態窒素となり、このアンモニ
ア態窒素濃度が高くなり、遊離アンモニア濃度が高くな
ると、メタン発酵が阻害されるようになる。このため、
Ｔ−Ｎ濃度が高い有機性廃棄物をメタン発酵させる場合
には、Ｔ−Ｎ濃度の低い別途の有機物を混合するか、あ
るいは水で希釈するのが従来の手法であった。 【０００７】上記した手法以外に、発酵槽内のメタン菌
濃度を高めるために、発酵槽から流出する消化汚泥を脱
水し、脱水ケーキを希釈して発酵槽へ戻す方法が試みら
れているが、脱水ケーキが均一に分散しにくい；脱水の
際に凝集剤として添加するポリマーのコストが高い；ポ
リマーによる発酵阻害（吸着阻害）が生じる恐れがあ
る；脱水時にメタン菌が酸素に曝され活性が低下する、
といった種々の問題がある。 【０００８】本発明は上記問題を解決するもので、揮発
性脂肪酸やアンモニア態窒素の蓄積に起因する発酵阻害
を低減できる有機性廃棄物のメタン発酵方法を提供する
ことを目的とするものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の有機性廃棄物のメタン発酵方法は、発酵槽
で有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発酵させてメタ
ンガスを回収するに際し、メタン発酵におけるメタンガ
ス発生量とメタン発酵に随伴する発酵阻害物質の遊離揮
発性脂肪酸および遊離アンモニア態窒素の濃度との関係
から当該発酵槽において許容される揮発性脂肪酸とアン
モニア態窒素の所定濃度を決定し、揮発性脂肪酸とアン
モニア態窒素の少なくとも一方の発酵阻害物質が前記所
定濃度を超えた時に、発酵汚泥を膜分離手段により濾過
して発酵阻害物質を含んだ液状分の一部を排出し、発酵
阻害物質量が低減された発酵汚泥を希釈水の添加により
濃度調整することを特徴とする。 【００１０】また、排出した液状分と同量の希釈水を添
加することを特徴とする。上記した構成によれば、膜分
離手段によって、発酵汚泥中の発酵阻害物質を無薬注で
容易に低減することができ、メタン発酵を優位に起こさ
せることができる。 【００１１】発酵汚泥は通常、発酵に適した汚泥濃度に
調整されているので、排出した液状分と同量の希釈水を
添加することで、発酵に適したもとの汚泥濃度に容易に
調整できる。 【００１２】希釈水としては、排出した濾液を、生物学
的脱窒法、アンモニアストリッピング法、アンモニア吸
着剤などによって処理したもの、あるいは他の処理工程
で発生したプロセス水、あるいは清水などを使用でき
る。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１において、し尿、浄化槽汚
泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿などのスラリー状
（スラッジ状）の有機性廃棄物を除渣工程＃１に導入し
て、し渣１を除去する。この除渣工程＃１は必要のない
場合は省略可能であるが、後段の膜分離装置や脱水機等
の保護のために、適当な目幅のスクリーンと、遠心分離
機やスクリュープレス等とにより二段に除渣して、微細
な砂等の無機物や繊維質等の難可溶化物まで分離除去す
るのが好ましい。 【００１４】除渣した有機性廃棄物２を固液分離工程＃
２に導き、性状によっては有機高分子凝集剤を添加した
うえで固液分離して、濃縮汚泥３と分離液４とする。こ
の固液分離工程＃２は、所望の汚泥含水率に応じて、造
粒濃縮装置、スクリーン濃縮装置、重力濃縮槽などの濃
縮手段によって行うものであり、必要のない場合は省略
可能である。 【００１５】分離液４を生物処理工程＃３へ導入して、
ＢＯＤ分解および必要に応じて脱窒素し、生物処理水５
は従来と同様にして処理する。一方、生ごみ、食品廃棄
物など、プラスチック類などの発酵不適物を含んでいた
り、不均質な固形分を含んでいたりする、その他の有機
性廃棄物は、破砕・分別工程＃４において、一軸破砕機
などの粗破砕機で粗破砕し、次いで圧縮破砕機で２００
〜２５０ｋｇ／ｃｍ2 の高圧にて圧縮破砕して、粒径１
〜２ｍｍ以下の細粒子状物６として排出し、機内に残留
する破砕不能なし渣、プラスチック類、金属類、石・砂
などの発酵不適物７を自動的に同時に分別する。 【００１６】圧縮破砕機より排出された細粒子状物６
と、上記した濃縮汚泥３とを混合槽において混合し、Ｔ
Ｓ（全蒸発残留物）濃度を調整して、嫌気性発酵工程＃
５の発酵槽に導き、約５５℃に維持する状態においてメ
タン発酵させつつ、発酵汚泥８の一部を槽外へ流出さ
せ、メタンガス９を回収する。 【００１７】その際、細粒子状物６が、圧縮破砕によっ
て細粒子化されるとともに細胞膜が破壊されているため
に、生物分解性が非常に大きく、また生ごみ、食品廃棄
物、浄化槽汚泥などが有する互いに異質の成分、たとえ
ば微量元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等）が混合されることに
よる効果もあって、細粒子状物６と濃縮汚泥３とは短い
日数で効率よく発酵する。また、従来は破砕困難である
として排除されていた有機性廃棄物や、発酵不適物７に
付着して排除されていた有機性廃棄物も含まれているた
めに、有機成分の回収率は高い。 【００１８】しかし一方では、発酵槽への供給量変動に
よって細粒子状物６や濃縮汚泥３が過負荷になると発酵
槽内に揮発性脂肪酸が蓄積し、またＴ−Ｎ濃度が高いと
アンモニア態窒素が蓄積し、いずれの場合もメタン発酵
が阻害される。このため、発酵槽の外部へ流出する発酵
汚泥８中に含まれる遊離揮発性脂肪酸と遊離アンモニア
の各濃度を測定し、いずれかの発酵阻害物質が所定濃度
を越えた時に、発酵汚泥８ａを別途に膜分離工程＃６に
導いて膜分離装置により濾過し、発酵阻害物質を含んだ
濾液１０を適量だけ取り出し、生物学的脱窒素工程＃７
（上記した生物処理工程＃３でもよい）へ送って、アン
モニア態窒素を硝化・脱窒により窒素ガスとして放出
し、揮発性脂肪酸を脱窒時のＢＯＤ源として分解する。 【００１９】ここで、メタン発酵の阻害が起きる遊離揮
発性脂肪酸や遊離アンモニアの濃度は、発酵槽内のｐＨ
や温度、メタン菌の馴養状態等の条件によって異なるの
で、メタンガス９の発生量の変動と遊離揮発性脂肪酸お
よび遊離アンモニアの濃度との関係を調べることによ
り、その発酵槽において許容される遊離揮発性脂肪酸と
遊離アンモニアの所定濃度を決める。一例を挙げると、
遊離の揮発性脂肪酸２２．８６ｍｇ／Ｌ（ｐＨ７．
４）、遊離アンモニア６００ｍｇ／Ｌ（ｐＨ７．８）で
ガス発生量が大きく低下する傾向が見られた。この場合
には、これらの濃度を所定濃度とする。 【００２０】そして、濾液１０が取り出されたことで発
酵阻害物質が低減され、濃縮された発酵汚泥８ｂを嫌気
性発酵工程＃５の発酵槽へ返送するとともに、この発酵
槽に、生物学的脱窒素処理工程＃７における生物処理水
１１を希釈水として、取り出された濾液１０と同量だけ
添加し、それにより発酵槽内の発酵汚泥をもとの汚泥濃
度に調整し、発酵阻害物質が少ない状態で、メタン発酵
を優位に起こさせる。 【００２１】回収したメタンガス９は従来と同様にして
硫化水素、水分等を除去して、電気や熱として使用に供
する。発酵汚泥８は従来と同様にして脱水し、肥料や固
形燃料や乾燥汚泥（ペレットを含む）とする。 【００２２】別法として、アンモニア態窒素（遊離アン
モニア）が所定濃度以上検出された時に、図２に示した
ように、膜分離装置より取り出された濾液１０をアンモ
ニアストリッピング工程＃８に導入して、スチームを１
１０ｋｇ／ｍ3 の割合で吹き込むスチームストリッピン
グ法を行うことにより、濾液１０中のアンモニア態窒素
をアンモニアとして放散させ、アンモニア除去水１２を
希釈水として嫌気性発酵工程＃５の発酵槽へ添加するよ
うにしてもよい。この方法の場合、他の溶解性物質（た
とえば微生物に必要な微量金属等の濃度が薄まらないと
いうメリットがある。 【００２３】その際、嫌気性発酵工程＃５へ送られるア
ンモニア除去水１２と、アンモニアストリッピング工程
＃８へ送られる濾液１０との間で熱交換するようにすれ
ば、濾液１０を約９６℃まで加温することができ、アン
モニアストリッピング工程＃８での処理効率を高めるこ
とができる。このアンモニアストリッピング工程＃８で
は、揮発性脂肪酸の一部も放散されるが、その量は十分
ではないので、残りのアンモニア除去水１２を生物処理
工程＃３へ返送して処理する。他のアンモニアストリッ
ピング法に、濾液１０をアルカリ剤でｐＨ１２に調整
し、曝気する方法もあるが、中和操作が必要になるの
で、スチームストリッピング法の方が簡便である。 【００２４】あるいは、濾液１０中に含まれるアンモニ
アをゼオライト吸着によって除去するようにしてもよ
い。あるいは、図３に示したように、嫌気性発酵工程＃
５の発酵槽に、揮発性脂肪酸あるいはアンモニア態窒素
をほとんど含まない別途のプロセス用水１３を添加し、
揮発性脂肪酸あるいはアンモニア態窒素を含んだ濾液１
０は直接、生物処理工程＃３に導いて処理するようにし
てもよい。この場合、生物処理工程＃３への水量負荷が
増加してしまうが、揮発性脂肪酸あるいはアンモニア態
窒素の濃度が極端に高くない時は、取り出される濾液１
０も少量なので最も低コストで処理できる。 【００２５】なお、嫌気性発酵工程＃５に導入する有機
性廃棄物は、発酵槽内で流動性を保てる濃度であればよ
く、発酵槽内の加温（保温）のためのエネルギー消費量
を考慮すると、ＴＳ濃度１０〜１５％に調整するのが有
利な場合がある。そのために、濃縮汚泥３をＴＳ濃度３
〜７％に濃縮するのが効率的な場合がある。 【００２６】嫌気性発酵工程＃５では、中温消化（３４
〜３６℃付近）を行ってもよいし、高温消化（５０〜５
３℃付近）を行ってもよいが、膜分離工程＃６における
膜分離装置での濾過効率を考えると発酵汚泥８ａの温度
が高い方が望ましく、高温消化の方が有利である。 【００２７】膜分離工程＃６で使用する膜分離装置とし
ては、平板状膜（株式会社クボタ製液中膜）や管状セラ
ミック膜などの外圧型膜を配列し、膜分離槽（発酵槽で
もよい）の内部に浸漬設置するタイプのものが、所望量
だけの濾液を取り出せるので好都合であるが、内圧型の
膜分離装置も使用可能である。外圧型膜を配列した膜分
離装置における膜間流路閉塞、膜破損を防止するために
も、上記したように有機性廃棄物を圧縮破砕すること、
２段除渣することは有意義である。 【００２８】上記した実施形態はあくまで例示であって
適宜変更可能であり、たとえば、濃縮汚泥３を液状化、
低分子量化する可溶化処理を行うことで発酵を促進する
こともでき、それにより細粒子状物１０の発酵も促進で
きる。可溶化処理としては、約７０〜８０℃で３日間維
持する；７０℃，０．３ＭＰａ程度の高温高圧に維持す
る；苛性ソーダや消石灰等のアルカリを添加して７０℃
程度に維持する；オゾンガスを吹き込む；１３０〜１７
５℃に維持するなどの種々の手法が挙げられる。 【００２９】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、膜分離
手段を利用することで、発酵汚泥中の発酵阻害物質を無
薬注で容易に低減することができ、メタン発酵を優位に
起こさせることができる。 【００３０】排出した濾液と同量の希釈水を添加すれ
ば、発酵汚泥を、発酵に適したもとの汚泥濃度に容易に
調整することができ、メタン発酵を良好に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であって、発酵汚泥を膜分
離して発酵阻害物質を含んだ濾液を分離し、分離した濾
液から生物学的脱窒素により発酵阻害物質を除去し、そ
の除去水を用いて発酵汚泥の汚泥濃度を調整するフロー
を示した説明図である。 【図２】本発明の一実施形態であって、発酵汚泥を膜分
離して発酵阻害物質を含んだ濾液を分離し、分離した濾
液からアンモニアストリッピング法により発酵阻害物質
を除去し、その除去水を用いて発酵汚泥の汚泥濃度を調
整するフローを示した説明図である。 【図３】本発明の一実施形態であって、発酵汚泥を膜分
離して発酵阻害物質を含んだ濾液を分離し、他処理工程
で発生したプロセス用水を用いて発酵汚泥の汚泥濃度を
調整するフローを示した説明図である。 【図４】従来の有機性廃棄物の処理フローを示したフロ
ーチャートである。 【符号の説明】 8a 発酵汚泥 8b 発酵汚泥 ９ メタンガス 10 濾液 11 生物処理水 12 アンモニア除去水 13 プロセス用水
離して発酵阻害物質を含んだ濾液を分離し、分離した濾
液から生物学的脱窒素により発酵阻害物質を除去し、そ
の除去水を用いて発酵汚泥の汚泥濃度を調整するフロー
を示した説明図である。 【図２】本発明の一実施形態であって、発酵汚泥を膜分
離して発酵阻害物質を含んだ濾液を分離し、分離した濾
液からアンモニアストリッピング法により発酵阻害物質
を除去し、その除去水を用いて発酵汚泥の汚泥濃度を調
整するフローを示した説明図である。 【図３】本発明の一実施形態であって、発酵汚泥を膜分
離して発酵阻害物質を含んだ濾液を分離し、他処理工程
で発生したプロセス用水を用いて発酵汚泥の汚泥濃度を
調整するフローを示した説明図である。 【図４】従来の有機性廃棄物の処理フローを示したフロ
ーチャートである。 【符号の説明】 8a 発酵汚泥 8b 発酵汚泥 ９ メタンガス 10 濾液 11 生物処理水 12 アンモニア除去水 13 プロセス用水
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 柴田 敏行
大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47
号 株式会社クボタ内
(56)参考文献 特開 昭62−155999（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−185399（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−113899（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−7792（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−178995（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−76892（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−239397（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−131199（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−131197（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−66199（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B09B 3/00
C02F 11/00
C02F 3/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 発酵槽で有機性廃棄物を嫌気性条件下で
メタン発酵させてメタンガスを回収するに際し、メタン
発酵におけるメタンガス発生量とメタン発酵に随伴する
発酵阻害物質の遊離揮発性脂肪酸および遊離アンモニア
態窒素の濃度との関係から当該発酵槽において許容され
る揮発性脂肪酸とアンモニア態窒素の所定濃度を決定
し、揮発性脂肪酸とアンモニア態窒素の少なくとも一方
の発酵阻害物質が前記所定濃度を超えた時に、発酵汚泥
を膜分離手段により濾過して発酵阻害物質を含んだ液状
分の一部を排出し、発酵阻害物質量が低減された発酵汚
泥を希釈水の添加により濃度調整することを特徴とする
有機性廃棄物のメタン発酵方法。
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ID=16242940
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-
1998
- 1998-07-06 JP JP18953598A patent/JP3442288B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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