JP3554689B2 - 廃棄物処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理する廃棄物処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図３に示すように、厨芥などの生ごみである固形状の固形有機性廃棄物を後工程で生物処理などにて容易に処理可能な状態に処理しつつ固形燃料や肥料、メタンガスなどの有価物を回収する廃棄物処理方法が知られている。
【０００３】
この図３に示す廃棄物処理方法は、例えば収集車などにて収集された厨芥などの生ごみである固形有機性廃棄物を、前処理手段21で発泡スチロールや金属などの生物処理できない夾雑物を分別除去しつつ破砕する。そして、この前処理手段21で分別・破砕した固形有機性廃棄物を混合槽22で水さらには屎尿処理などで生じる余剰汚泥を適宜供給しつつ総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）が１０％〜１５％程度となるように希釈して調整する。次に、混合槽22で調整した固形有機性廃棄物をメタン発酵槽23で、３５±５℃の中温あるいは５５±５℃の高温で１５日以上メタン発酵し、メタンガスを回収する。
【０００４】
この後、フィルタプレスや遠心分離などの脱水手段24にて固液分離し、分離した濾液は排水処理手段25で浄化処理し、分離した脱水汚泥ケーキは処理施設26で肥料や固形燃料、埋め立て用材料などに加工処理する。なお、排水処理手段25で処理した排水は、さらに高度処理して放流したり、一部混合槽22に返送して固形有機性廃棄物の調整に利用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図３に示すような廃棄物処理方法では、効率よくメタン発酵するためにＴＳ濃度を調整する際に希釈水を添加することから、処理の最終生成物として、有価物のメタンガスや固形燃料の他に放流するために別途処理が必要な排水が多量に生じる。すなわち、生ごみなどの固形有機性廃棄物をＴＳ濃度が１０％〜１５％程度まで希釈するには、一般的に２倍以上の水が必要となり、排水量が増大する。このため、排水処理に掛かる負荷が増大し、複雑大型の処理装置が必要となるとともに、処理コストが増大する。
【０００６】
そこで、排水処理工程からの排水をほぼ全量混合槽に返送して希釈水として利用することが考えられる。しかしながら、収集される固形有機性廃棄物の炭素／窒素（Ｃ／Ｎ）比が小さいことから、メタン発酵の際に生成するアンモニアや有機酸の蓄積によるアンモニア阻害や有機酸阻害によりメタン発酵処理の効率化が望めない。このため、固形有機性廃棄物の分解率が増大せず、メタンガスの生成量の増大が望めないとともに、脱水汚泥ケーキである余剰脱水汚泥が多量に生じ、余剰脱水汚泥の処理施設に掛かる負荷が増大し、複雑大型の処理装置が必要となるとともに、処理コストが増大する問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みて、固形有機性廃棄物を効率よく容易に処理できる廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、この混合の後に前記メタン発酵処理するとともに、前記メタン発酵された汚泥を前記固形有機性廃棄物に混合する前に窒素化合物を除去するものである。
【０００９】
そして、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質され、メタン発酵処理効率が向上しメタンガスの生成量が増大するとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量が低減し、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷が低減して効率よく固形有機性廃棄物を処理する。また、メタン発酵処理された汚泥から例えばアンモニア性窒素などの窒素化合物を除去した後に固形有機性廃棄物と混合するため、窒素化合物の蓄積が防止され、メタン発酵処理が阻害されることなく効率よく処理する。
【００１０】
請求項２記載の廃棄物処理方法は、請求項１記載の廃棄物処理方法において、窒素化合物の除去は、ストリッピング処理するものである。
【００１１】
そして、窒素化合物をストリッピング処理にて除去するため、添加剤を加えることなく簡単な構成で容易に汚泥から分離除去され、処理効率が向上する。
【００１２】
請求項３記載の廃棄物処理方法は、請求項２記載の廃棄物処理方法において、ストリッピング処理による窒素化合物の除去は、スチームを用いるものである。
【００１３】
そして、汚泥にスチームを接触させて窒素化合物をスチームによるストリッピング処理にて除去するため、簡単な構成で容易に窒素化合物が除去されるとともに、スチームにより汚泥が加熱されて、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギが低減し、また汚泥中の細菌が死滅および可溶化されて後段でのメタン発酵処理により処理されることとなり、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量が低減し、効率よく固形有機性廃棄物を処理する。
【００１４】
請求項４記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし３いずれか記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に混合する前に加熱しつつアルカリを添加するものである。
【００１５】
そして、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物を後段のメタン発酵処理にて分解され、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量が低減し、効率よく固形有機性廃棄物を処理する。
【００１６】
請求項５記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、この混合の後に前記メタン発酵処理するとともに、前記メタン発酵処理された汚泥を前記固形有機性廃棄物に混合する前に加熱しつつアルカリを添加するものである。
【００１７】
そして、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質され、メタン発酵処理効率が向上しメタンガスの生成量が増大するとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量が低減し、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷が低減して効率よく固形有機性廃棄物を処理する。また、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物を後段のメタン発酵処理にて分解され、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量が低減し、効率よく固形有機性廃棄物を処理する。
【００１８】
請求項６記載の廃棄物処理方法は、請求項５記載の廃棄物処理方法において、スチームを接触させて加熱するものである。
【００１９】
そして、アルカリを添加する際にスチームを接触させて加熱するため、簡単な構成で加熱が容易となるとともに、スチームの接触により汚泥中の窒素化合物がストリッピング処理されて汚泥から容易に分離除去されて窒素化合物の蓄積が防止され、メタン発酵処理の際の負荷が低減して効率よくメタン発酵処理が進行し、処理効率が向上する。
【００２０】
請求項７記載の廃棄物処理方法は、請求項５または６記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理の際にメタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理され加熱およびアルカリ処理された汚泥の少なくとも一部を添加するものである。
【００２１】
そして、メタン発酵処理の際に、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理され加熱およびアルカリ処理されたアルカリ性の汚泥の少なくとも一部を添加して、メタン発酵処理の際に生成する有機酸にて酸性度合いが進行することにより生物活性が低下して処理効率が低減することを防止する。
【００２２】
請求項８記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし７いずれか記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理する際、５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理し、この可溶化処理した後に３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するものである。
【００２３】
そして、メタン発酵処理前にあらかじめ５５℃以上６０℃以下の高温で高度に可溶化処理した後、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、ＴＳ濃度が高い高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制し、効率よくメタン発酵処理する。ここで、５５℃より低くなると十分に可溶化処理されず、６０℃より高くなると生物活性が低減して十分に可溶化処理されなくなり、後段でのメタン発酵効率の向上が図れないため、５５℃以上６０℃以下まで可溶化処理する。また、３０℃より温度が低くなると、効率よくメタン発酵が進行せず、４０℃より高くなると、有機酸阻害を生じるため、３５±５℃の中温域に設定する。
【００２４】
請求項９記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、この混合の後に、５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理し、この可溶化処理した後に３５±５℃の中温域で前記メタン発酵処理するものである。
【００２５】
そして、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質され、メタン発酵処理効率が向上しメタンガスの生成量が増大するとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量が低減し、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷が低減して効率よく固形有機性廃棄物を処理する。また、メタン発酵処理前にあらかじめ５５℃以上６０℃以下の高温で高度に可溶化処理した後、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、ＴＳ濃度が高い高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制し、効率よくメタン発酵処理する。ここで、５５℃より低くなると十分に可溶化処理されず、６０℃より高くなると生物活性が低減して十分に可溶化処理されなくなり、後段でのメタン発酵効率の向上が図れないため、５５℃以上６０℃以下まで可溶化処理する。また、３０℃より温度が低くなると、効率よくメタン発酵が進行せず、４０℃より高くなると、有機酸阻害を生じるため、３５±５℃の中温域に設定する。
【００２６】
請求項１０記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし９いずれか記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物との混合割合は、混合後の総固形物濃度（ＴＳ濃度）が１０％以上１５％以下となる割合であるものである。
【００２７】
そして、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物とを、ＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となる割合で混合するため、メタン発酵処理する際の適性な濃度となり、メタン発酵処理効率が向上する。なお、総固形物濃度が１０％より低いとメタン発酵処理する有機物の濃度が低減し、運転エネルギに対するメタンガスの発生量が低減してメタン発酵の効率が低下する。また、総固形物濃度が１５％より高いと粘性が増大するとともに固形状の有機物の存在により、均一に短時間で有機物を分解処理できなくなりメタン発酵の効率が低下する。このため、メタン発酵処理する前に総固形物濃度を１０％以上１５％以下に設定する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態における廃棄物処理装置の構成について図１を参照して説明する。
【００２９】
図１において、１は前処理手段で、この前処理手段１は、例えば歯幅が２０±５ｍｍの２軸または３軸あるいは４軸の破砕軸を有し収集車などにて収集された生ごみや厨芥、農水産廃棄物、食品加工廃棄物などの事業系ごみなど主に固形状の有機物を含有する固形有機性廃棄物を破袋あるいは破砕する図示しない解破砕装置を備えている。また、前処理手段１は、解破砕装置にて解破砕された破砕物を磁気選別などにより鉄片やアルミニウムなどの金属の夾雑物を除去する図示しない金属除去手段と、固形状有機性廃棄物に含まれる合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する図示しない分別装置とを有した選別手段を備えている。なお、前処理手段としては、遠心力・浮力選別にて固形有機性廃棄物を破袋、破砕し選別する破袋選別装置を用いてもよい。
【００３０】
そして、この前処理手段１には、混合槽２が接続されている。この混合槽２は、前処理手段１で破砕や夾雑物の分別除去などの前処理工程された固形有機性廃棄物を所定の総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）、例えば１０％〜１５％程度、好ましくは１０％〜１３％のスラリ状の液状有機性廃棄物に調整する。そして、この混合槽２には、投入された固形有機性廃棄物を攪拌混合する図示しない攪拌手段と、例えば約５５℃〜６０℃の高温に加温する加温手段と、前処理手段１にて除去されずに残留する金属や石などの質量の重い夾雑物を排出する夾雑物排出手段とを備えている。
【００３１】
また、混合槽２には、濾過手段３が接続されている。この濾過手段３は、例えば目幅寸法が１０ｍｍ〜１５ｍｍのドラム細目スクリーンを備え、混合槽２にてＴＳ濃度が１０％〜１５％程度のスラリ状に調質された液状有機性廃棄物から、前処理手段１にて除去しきれなかった細かい合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する。濾過手段３には、ドラム細目スクリーンにて除去された夾雑物を脱水分離するスクリュープレスを備えている。
【００３２】
さらに、濾過手段３には、ドラム細目スクリーンにて夾雑物が除去された液状有機性廃棄物と、スクリュープレスにて脱水分離した脱水濾液とを貯留する貯留槽である可溶化槽４が接続されている。この可溶化槽４には、貯留する液状有機性廃棄物および脱水濾液の混合液を例えば約５５℃〜６０℃の高温に保温する図示しない保温手段と、混合液を攪拌する攪拌手段と、ｐＨ検知手段とを備え、貯留する混合液中の固形有機物の可溶化および酸発酵をする。
【００３３】
また、可溶化槽４には、混合液に微生物の栄養塩を添加する栄養塩添加手段５が設けられている。この添加する栄養塩としては、鉄、ニッケルおよびコバルトの少なくともいずれか１つの塩類で、混合液中に鉄分が１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１０ｍｇ／ｌ〜３００ｍｇ／ｌ、ニッケル分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌ、コバルト分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌとなるように添加する。
【００３４】
さらに、可溶化槽４には、別途屎尿処理などにて生じた余剰汚泥である生物汚泥を投入する投入路６が接続されている。なお、この投入路６は、設けなくてもよい。また、生物汚泥を添加する割合がＴＳ濃度で２５％以上となる場合には、固形有機性廃棄物で不足する微量の栄養塩は生物汚泥から補充されることから栄養塩を添加しなくてもよい。
【００３５】
そして、可溶化槽４には、可溶化槽４にてメタン発酵しやすい性状に調質された混合液が流入されて貯留するメタン発酵槽７が接続されている。このメタン発酵槽７には、貯留する混合液を例えば中温の３５±５℃に維持する図示しない温度調整手段と、混合液を攪拌する攪拌手段とを備えている。
【００３６】
また、メタン発酵槽７には、メタン発酵処理により発生するメタンガスを回収して別途燃料として再利用するために貯留するガスタンク８が接続されている。
【００３７】
さらに、メタン発酵槽７には、貯留する混合液の一部を混合槽２に返送する返送手段９が接続されている。そして、この返送手段９には、返送する混合液に例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加してアルカリ性、例えばｐＨを９〜１０程度に調整して混合液中の細菌や残留する分解しにくい有機性固形物を改質して可溶化する図示しないアルカリ調整手段と、混合液を例えばスチームにより７０℃〜９０℃程度、好ましくは８０℃前後に加熱して混合液中の嫌気性細菌を死滅および可溶化する熱処理手段とを備えた熱アルカリ処理手段10が設けられている。
【００３８】
なお、この熱アルカリ処理手段10の熱処理手段は、加熱のためのスチームにより、スチームストリッピングが生じて混合液中のアンモニア性窒素（ＮＨ3 −Ｎ）などの窒素化合物が除去されることから、アンモニア除去手段としても機能する。
【００３９】
そして、この熱アルカリ処理手段10には、スチームとともにアンモニアなどの窒素化合物を回収するアンモニア回収手段11が接続されている。このアンモニア回収手段11は、例えば硫酸や塩酸などの無機酸水溶液である酸性水溶液を貯留し、窒素化合物を含有するスチームを酸性水溶液中に透過させて窒素化合物を硫酸アンモニウムや塩化アンモニウムなどとして析出させて回収する図示しない酸性槽を備えている。
【００４０】
なお、この返送手段９は、メタン発酵槽７から混合槽２に返送する混合液の温度が返送中に低下しないような断熱処理が施されていることが好ましい。すなわち、混合槽２で固形有機性廃棄物を調質する際に、混合槽２の加温手段にて約５５℃〜６０℃の高温に加温されるが、熱アルカリ処理手段10にて７０℃〜９０℃程度まで加熱された混合液が返送されて固形有機性廃棄物と混合されることにより、加温手段を設けないあるいは加温手段による加温エネルギの大きな低減が図れるためである。なお、この返送される混合液の量は、前処理手段１からの固形有機性廃棄物の含水率や可溶化槽４に投入される生物汚泥の添加量に対応して、固形有機性廃棄物の質量に対して１〜１．５倍の範囲に設定される。
【００４１】
さらに、返送手段９の熱アルカリ処理手段10には、返送する混合液の一部を可溶化槽４内の混合液のｐＨに対応して適宜投入するｐＨ調整手段として機能する返送投入路12が設けられている。すなわち、可溶化槽４では、可溶化および酸発酵により有機酸が生成されて混合液のｐＨが例えば５程度の酸性となるが、ｐＨがさらに酸性となると、可溶化槽４での生物活性が低減して有機酸発酵などの可溶化処理効率が低減し、さらには後工程でのメタン発酵処理効率が低下するため、酸性度合いをある程度中性側に中和する必要があるため、返送投入路12を介してｐＨが９〜１０程度に熱アルカリ処理された混合液を投入してｐＨを調整する。
【００４２】
また、メタン発酵槽７には、貯留する混合液を脱水濾液と脱水汚泥ケーキとに脱水して固液分離する例えば遠心脱水機、回転円盤形脱水機、スクリュープレスなどの脱水手段13が接続されている。そして、この脱水手段13には、例えばポリアミジンおよびポリ鉄などの高分子凝集剤を添加する図示しない凝集剤添加手段が設けられている。また、脱水手段13には、脱水分離された脱水濾液を浄化処理する排水処理手段14と、脱水分離された脱水汚泥ケーキを例えば乾燥して肥料などに処理するコンポスト化する脱水汚泥処理手段15とが接続されている。
【００４３】
次に、上記実施の一形態の動作を説明する。
【００４４】
まず、例えば収集車などにて収集された固形有機性廃棄物を、前処理手段１の図示しない解破砕装置にて破袋あるいは破砕した後に金属除去手段にて鉄片やアルミニウムなどの金属の夾雑物を磁気選別などにより除去するとともに、分別装置にて合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する。
【００４５】
そして、この前処理手段１にて解破砕され夾雑物が除去された固形有機性廃棄物を混合槽２に投入する。この混合槽２にて、返送手段９から返送される混合液と攪拌混合し、適宜加温して約５５℃〜６０℃に保持しつつ攪拌混合が可能な全蒸発残留物濃度である総固形物濃度（Total Solids：ＴＳ）が１０％以上１５％以下となる塊状物も混入するようなスラリ状の液状有機性廃棄物を調質する。なお、通常収集される固形有機性廃棄物の性状は、あまり大きく変動するものではないので、水分量もある程度安定しており、返送する混合液の量は、固形有機性廃棄物の質量に対して通常１〜１．５倍の範囲に設定される。
【００４６】
ここで、ＴＳ濃度が１５％より高くなると、メタン発酵処理の際の攪拌混合が不十分となり効率よく後工程のメタン発酵処理ができなくなるため、ＴＳ濃度を１５％以下、好ましくは１３％以下にする。さらに、ＴＳ濃度が１０％より低くなると、水分量が多くなって有機物の割合が少なくなった状態となり、後工程でのメタン発酵処理の効率が低下するため、１０％以上に設定する。また、塊状物などが少ないもしくはほとんどないような状態のスラリ状とすることにより、微生物によるメタン発酵処理がより効率よく進行する。このことから、後段の可溶化槽４で脱水されていない生物汚泥が投入される場合には混合槽２でのＴＳ濃度は１５％より高めに調整するなど、メタン発酵槽７に投入される状態のＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となるように調質する。
【００４７】
この混合槽２で約５５℃〜６０℃に保温しつつ約１時間から４時間程度滞留させて攪拌混合しスラリ状に調質した液状有機性廃棄物を、濾過手段３の図示しないドラム細目スクリーンにて除去しきれなかった細かい合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する。そして、濾過手段３で夾雑物が除去された液状有機性廃棄物を可溶化槽４に投入する。なお、濾過手段３のドラム細目スクリーンにて除去された夾雑物はスクリュープレスにて脱水し、脱水固形物はコンポスト化処理され、脱水濾液は可溶化槽４に投入される。
【００４８】
また、可溶化槽４に投入された液状有機性廃棄物および脱水濾液の混合液は、図示しない保温手段にて例えば約５５℃〜６０℃の高温に保温され、攪拌手段にて攪拌されつつ栄養塩添加手段５から微生物の栄養塩が添加され、２日〜３日程度の滞留で可溶化および酸発酵されて調質される。なお、この可溶化処理にて、可溶化率が約３０％〜６０％となる。
【００４９】
そして、栄養塩の添加の際には、混合液中に鉄分が１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１０ｍｇ／ｌ〜３００ｍｇ／ｌ、ニッケル分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌ、コバルト分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌとなるように添加する。
【００５０】
ここで、鉄添加量が１０ｍｇ／ｌより少なくなると、後段でのメタン発酵処理の改善が認められず、３００ｍｇ／ｌより多くなっても鉄添加による効果の差異が認められずコストが増大するため、鉄添加量が１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１０ｍｇ／ｌ以上３００ｍｇ／ｌ以下となるように鉄化合物を添加する。また、同様に、ニッケル添加量が１ｍｇ／ｌより少なくなると、後段でのメタン発酵処理の改善が認められず、３０ｍｇ／ｌより多くなってもニッケル添加による効果の差異が認められずコストが増大するため、ニッケル添加量が１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ以上３０ｍｇ／ｌ以下となるようにニッケル化合物を添加する。さらに、同様に、コバルト添加量が１ｍｇ／ｌより少なくなると、後段でのメタン発酵処理の改善が認められず、３０ｍｇ／ｌより多くなってもコバルト添加による効果の差異が認められずコストが増大するため、コバルト添加量が１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ以上３０ｍｇ／ｌ以下となるようにコバルト化合物を添加する。
【００５１】
また、可溶化槽４に別途屎尿処理などにて生じた余剰汚泥である生物汚泥が投入路６を介して投入される場合には、生物汚泥を添加する割合がＴＳ濃度で２５％以上となる場合に固形有機性廃棄物で不足する微量の栄養塩は生物汚泥から補充されることから、この条件では栄養塩を添加しなくてもよい。
【００５２】
そして、可溶化槽４で調質された混合液をメタン発酵槽７に流入させ、例えば５５℃で適宜攪拌しつつ７〜１５日間滞留させて、メタン生成菌などにて混合液をメタン発酵処理する。なお、メタン発酵処理により発生するメタンガスは、図示しないメタンガス回収手段にて回収してガスタンク８に貯溜し、発電などにて固形有機性廃棄物の処理の際の運転エネルギやその他の汚水処理、冷暖房などに利用する。
【００５３】
このメタン発酵により、メタン発酵槽７内の混合液は、十分な菌体量および攪拌しやすい状態のＴＳ濃度が３％〜６％程度となる。また、アンモニア性窒素濃度は、２０００〜３５００ｍｇ／ｌ程度となる。なお、この程度のアンモニア性窒素濃度であれば、中温におけるメタン発酵では処理阻害を生じない。ただし、５５±５℃の高温でメタン発酵処理する場合、アンモニア性窒素による有機酸が大量蓄積し、処理阻害を生じるため、中温でメタン発酵処理する必要がある。
【００５４】
そして、メタン発酵処理された混合液の一部は、返送手段９を介して混合槽２に返送され、前処理手段１からの固形有機性廃棄物と混合される。この返送される混合液は、返送手段９の熱アルカリ処理手段10のアルカリ調整手段にて例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリが添加されてｐＨが９〜１０程度に調整され、混合液中の細菌を死滅および可溶化させるとともに残留するメタン発酵処理で分解されにくい有機性固形物などを改質して可溶化させる。さらに、返送手段９の熱アルカリ処理手段10の熱処理手段にて混合液をスチームにより７０℃〜９０℃程度に加熱し、混合液中の嫌気性細菌を死滅および可溶化させるとともに、混合液中のアンモニア性窒素などの窒素化合物をスチームストリッピングして除去する。そして、熱アルカリ処理手段にて加熱・アルカリ処理された混合液が混合槽２に流入して固形有機性廃棄物と混合される。なお、窒素化合物を含有するスチームは、アンモニア回収手段11の酸性槽内に貯留する酸性水溶液中を透過され、窒素化合物は硫酸アンモニウムや塩化アンモニウムなどとして析出されて回収される。
【００５５】
なお、可溶化槽４でｐＨ検知手段にてｐＨが約５より酸性となることを認識した場合には、熱アルカリ処理手段10から返送投入路12を介して熱アルカリ処理された混合液の一部を可溶化槽４に投入して中和させ、ｐＨが約５より酸性とならないようにする。
【００５６】
一方、メタン発酵処理された混合液の残りは脱水手段13に流出される。そして、混合液は、凝集剤添加手段にて高分子凝集剤が添加されて固形分が凝集された後に脱水され、脱水濾液と脱水汚泥ケーキとに固液分離される。この後、脱水分離された脱水濾液は排水処理手段14にて浄化処理され、脱水分離された脱水汚泥ケーキは脱水汚泥処理手段15でコンポスト化される。
【００５７】
次に、上記実施の一形態の作用を説明する。
【００５８】
まず、固形有機性廃棄物として厨芥を用い生物汚泥を混入しないで処理した場合について説明する。
【００５９】
そして、食堂や給食センタ、仕出し弁当を製造する工場などからの厨芥である野菜、果実、肉、魚、米飯などの残飯を混合攪拌によりスラリ状に破砕し、含水率が約８０％（ＴＳ濃度が約２０％）の合成生ごみを固形有機性廃棄物とした。
【００６０】
この厨芥の性状を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
そして、混合槽２では６０℃で３時間滞留、可溶化槽４では５５℃で３日間滞留、メタン発酵槽７では３５℃で１２日間滞留し、メタン発酵槽７から返送手段９を介して返送する量を混合槽２で厨芥と１：１で混合する条件で処理した。また、栄養塩として、塩化鉄１００ｍｇ／ｌ、塩化ニッケル１０ｍｇ／ｌおよび塩化コバルト１０ｍｇ／ｌをそれぞれ添加した。さらに、返送する混合液の熱アルカリ処理は、スチームにより８０〜８５℃に加熱しつつ水酸化ナトリウムを用いてｐＨ９．５となるように制御した。また、比較としては、図２に示す希釈水を用いて処理する構成とした。そして、それぞれの処理負荷、分解率、ガス生成率、希釈水量、処理後の排水量について比較検討した。その結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
この表２に示す結果から、生物難分解性有機物にかかわる化学的酸素要求量（ＣＯＤCr）の容積負荷は略数倍以上であるにもかかわらず、分解率は１〜２割程度向上し、メタンガス生成量も１〜２割程度増大しており、処理効率が向上していることがわかる。そして、メタン発酵槽７の処理後のＴＳ濃度は、約４〜６％程度であった。
【００６５】
また、比較例では、排水処理手段から返送される排水とともに希釈水を厨芥１トン当たり１．０ｍ3 を要したが、本実施の形態では、処理初期におけるＴＳ濃度の調整のために希釈水を使用したのみで、処理が安定した処理運転中では、希釈水は全く使用しなくても、良好に処理できた。このため、本実施の形態では、運転初期時に添加した水分が混合槽２からメタン発酵槽７および返送手段９を介して再び混合槽２に循環するキャリアとして機能し、処理後の水分は厨芥自体の水分となることから、比較例に比して後段で処理する処理排水の量も半分以下となった。
【００６６】
そして、本実施の形態では、希釈水を用いないことから、混合槽２で加温する水量が減少し、運転コストが低減する。すなわち、希釈水を用いる比較例では、１ｔの厨芥（ＴＳ濃度が約２０％）を処理するためには、希釈水を１ｔ程度加えてＴＳ濃度が１０％程度の合計２ｔのスラリ状の液状有機性廃棄物を加温して調製する必要がある。一方、本実施の形態では、混合槽２に返送される混合液は既に加温されていることから、厨芥１ｔ分を加温すればよく、加温のためのエネルギを略半分程度低減でき、処理コストを低減できる。
【００６７】
また、従来のメタン発酵槽７にて処理された混合物は、有機物が最大で約８０％程度で、処理されない残りの２０％は有機物である嫌気性微生物およびメタン発酵処理では難分解性の有機物であることから、脱水分離により生じる汚泥分が多くなるとともに、溶解性の難分解性有機物が処理排水中に残留し、後段での汚水処理の負荷が増大する。一方、本実施の形態では、メタン発酵槽７から混合槽２へ返送する混合液を熱アルカリ処理するため、増殖した嫌気性微生物が死滅および可溶化されるとともに、メタン発酵処理にて分解されにくい難分解性有機物も分解され、これら熱アルカリ処理により易分解性有機物に分解される割合が約６０％程度であることから、メタン発酵処理の後に排出される有機物の最大除去率は、
０．８＋（０．２×０．６）＝０．９２
となり、有機物が最大で約９２％分解され、残留する有機物は約８％程度まで減少できることとなり、汚泥の減少および後段での汚水処理の負荷を低減できるとともに希釈水を節約でき、さらには無希釈で処理することから、効率よく処理できるとともに装置構造が簡略化し小型化が容易に図れる。
【００６８】
さらに、メタン発酵槽７でのアンモニア性窒素量は、２５００ｐｐｍを越えることはなかった。すなわち、熱アルカリ処理の際のスチームによるストリッピングにてアンモニア除去され、メタン発酵処理の際に阻害となる３５００ｐｐｍ以上、特に５０００ｐｐｍに達することがなく、無希釈でも良好に処理できることがわかる。
【００６９】
次に、生物汚泥を混合して処理する場合について説明する。
【００７０】
固形有機性廃棄物としては表１に示す厨芥を用い、生物汚泥としてはし尿処理場の余剰活性汚泥を用いた。なお、厨芥と生物汚泥との混合割合は、乾燥質量比で厨芥：生物汚泥＝７５％：２５％とした。そして、これらの混合物の性状を表３に示す。
【００７１】
【表３】
【００７２】
そして、上記厨芥の処理と同様の条件で処理した。なお、栄養塩は添加しなかった。そして、それぞれの処理負荷、分解率、ガス生成率、希釈水量、処理後の排水量について比較検討した。その結果を表４に示す。
【００７３】
【表４】
【００７４】
この表４に示す結果から、表２に示す処理結果と同様に、生物難分解性有機物にかかわる化学的酸素要求量（ＣＯＤCr）の容積負荷は２倍であるにもかかわらず、分解率は２割程度向上し、メタンガス生成量も２割程度増大しており、処理効率が向上していることがわかる。また、比較例では、希釈水を混合物１トン当たり１．０ｍ3 を要したが、本実施の形態では、処理初期におけるＴＳ濃度の調整のために希釈水を使用したのみで、処理が安定した処理運転中では、希釈水は全く使用しなくても、良好に処理でき、後段で処理する処理排水の量も半分で、汚泥量も３割強減少した。
【００７５】
さらに、栄養塩を添加しないにもかかわらず、表２に示す処理と同等以上に処理できたことから、生物汚泥から栄養塩が供給されることがわかる。
【００７６】
上述したように、効率よくメタン発酵処理するために処理する固形有機性廃棄物をＴＳ濃度で１０〜１５％となるように調整する際、メタン発酵処理したメタン発酵槽内の混合液を混合して調整するため、希釈水が不要となり、脱水手段13で固液分離され排水処理手段14にて浄化処理される排水量が大きく低減し、排水処理手段14の処理負荷が低減して効率よく低コストで処理できるとともに装置の小型化が容易に図れるとともに、残留する有機物質も返送されて再び処理されるので、分解率が向上して処理効率が向上し、回収されるメタンガス量も増大できる。
【００７７】
そして、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物とを、ＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となる割合で混合するため、メタン発酵処理する際の適性な濃度となり、メタン発酵処理効率を向上できる。
【００７８】
また、メタン発酵処理された汚泥から窒素化合物を除去した後に固形有機性廃棄物と混合するため、窒素化合物の蓄積を防止でき、メタン発酵処理が阻害されずに処理効率を向上できる。
【００７９】
そして、この窒素化合物の除去はストリッピング処理によるため、添加剤を加えることなく簡単な構成で容易に汚泥から分離除去でき、処理効率を向上できる。
【００８０】
さらに、汚泥にスチームを接触して窒素化合物をスチームによるストリッピング処理にて除去するため、簡単な構成で容易に窒素化合物を除去できるとともに、スチームにより汚泥が加熱され、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギを低減でき、また汚泥中の細菌が死滅および可溶化されて後段でのメタン発酵処理により処理されることとなることから固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００８１】
また、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物を後段のメタン発酵処理にて分解でき、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００８２】
そして、アルカリを添加する際にスチームを接触して加熱するため、簡単な構成で容易に加熱できるとともに、スチームの接触により汚泥中の窒素化合物をストリッピング処理して汚泥から容易に分離除去して窒素化合物の蓄積を防止するため、メタン発酵処理の際の負荷を低減でき効率よくメタン発酵処理が進行して処理効率を向上できる。
【００８３】
また、メタン発酵処理の際に、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理し加熱およびアルカリ処理したアルカリ性の汚泥の少なくとも一部を添加するため、メタン発酵処理の際に生成する有機酸にて酸性度合いが進行して生物活性が低下し処理効率が低減することを防止できる。
【００８４】
そして、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物に、鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物の少なくともいずれか一種を添加するため、微生物の活性に必要な栄養塩バランスを確保でき、メタン発酵処理効率を向上できる。
【００８５】
さらに、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物との混合物に生物処理により生じる余剰汚泥を適宜添加することにより、余剰汚泥から水分が供給されてＴＳ濃度を容易に調整できるとともに、余剰汚泥から微生物の活性に必要な栄養塩を供給でき、別途栄養塩を添加する必要がなく、処理効率を向上でき、生物処理により生じる余剰汚泥も合わせて処理できる。
【００８６】
また、メタン発酵処理された汚泥を保温した状態で返送して固形有機性廃棄物と混合するため、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギを低減でき、処理効率を向上できる。
【００８７】
そして、固形有機性廃棄物から夾雑物を除去した後にメタン発酵処理された汚泥と混合するため、ＴＳ濃度を容易に調整できるとともに、ＴＳ濃度の調整の際に夾雑物分を加熱する必要がなく、加熱するエネルギ効率を向上でき、処理効率を向上できる。さらには、夾雑物によるスカムの発生を防止でき、スカムの発生による処理容積の減少を防止するためにスカムを除去する作業が不要となり、容易で効率よく処理できる。
【００８８】
また、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、ＴＳ濃度が例えば１０％以上１５％以下と比較的高い高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００８９】
さらに、メタン発酵処理の前に５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理するため、高度に効率よく有機物を可溶化でき、後段でのメタン発酵処理にて最終的に処理される有機物量を増大でき、効率よく処理できる。そしてさらに、高温での可溶化処理により、有機物の処理に寄与せず人畜に有害となる微生物の繁殖を防止でき、例えば後段での脱水ケーキを特別な処理することなく肥料などに直接利用できるとともに、メタン発酵処理の際に別途加熱手段にて加熱することなく可溶化処理の際に加熱される熱エネルギにてメタン発酵処理が可能となり、構成を簡略化できるとともに、運転コストの低減を図ることができる。
【００９０】
なお、上記実施の形態において、前処理手段１を解破砕装置、金属除去手段および選別手段とにて構成したが、夾雑物を除去するいずれの構成でもよく、夾雑物の量が少ないなど、処理する固形有機性廃棄物の性状により、前処理手段１を設けずにメタン発酵処理する前のいずれかの位置で夾雑物を除去してもよい。さらに、濾過手段３も設けなくてもよい。なお、上述したように、あらかじめ夾雑物を除去しておくことにより、ＴＳ濃度の調製が容易にできるとともに、後段の濾過手段３とにて高度に夾雑物を除去でき、後段でのメタン発酵処理効率を向上できる。そしてさらに、図２に示すように、濾過手段３を可溶化槽４の下流側からメタン発酵槽７の上流側に位置して設けてもよい。
【００９１】
また、窒素化合物の除去は、ストリッピングに限らず、凝集剤を用いるなどいずれの方法でもよい。
【００９２】
さらに、熱アルカリ処理しなくてもよい。
【００９３】
そして、処理対象の固形有機性廃棄物は、生ごみなどに限られない。
【００９４】
また、鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物のいずれか一方の栄養源を添加して説明したが、処理する性状により不活性効果が増大しない場合には、添加しなくてもよく、固形有機性廃棄物の性状により、鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物のいずれかのみでもよい。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質でき、メタン発酵処理効率を向上できメタンガスの生成量を増大できるとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量を低減でき、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。また、メタン発酵処理された汚泥から窒素化合物を除去した後に固形有機性廃棄物と混合するため、窒素化合物の蓄積を防止でき、メタン発酵処理が阻害されることなく効率よく処理できる。
【００９６】
請求項２記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１記載の廃棄物処理方法の効果に加え、窒素化合物をストリッピング処理にて除去するため、添加剤を加えることなく簡単な構成で容易に分離除去でき、処理効率を向上できる。
【００９７】
請求項３記載の廃棄物処理方法によれば、請求項２記載の廃棄物処理方法の効果に加え、汚泥にスチームを接触させて窒素化合物をスチームによるストリッピング処理にて除去するため、簡単な構成で容易に窒素化合物を除去できるとともに、スチームにより汚泥が加熱され、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギを低減でき、また汚泥中の細菌が死滅および可溶化されて後段でのメタン発酵処理により処理されることとなるので、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００９８】
請求項４記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の廃棄物処理方法の効果に加え、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物が後段のメタン発酵処理にて分解されるので、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００９９】
請求項５記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質でき、メタン発酵処理効率を向上できメタンガスの生成量を増大できるとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量を低減でき、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。また、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物が後段のメタン発酵処理にて分解されるので、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【０１００】
請求項６記載の廃棄物処理方法によれば、請求項５記載の廃棄物処理方法の効果に加え、アルカリを添加する際にスチームを接触させて加熱するため、簡単な構成で容易に加熱できるとともに、スチームの接触により汚泥中の窒素化合物がストリッピング処理されて汚泥から容易に分離除去されるので窒素化合物の蓄積を防止でき、メタン発酵処理の際の負荷が低減して効率よくメタン発酵処理が進行し、処理効率を向上できる。
【０１０１】
請求項７記載の廃棄物処理方法によれば、請求項５または６記載の廃棄物処理方法の効果に加え、メタン発酵処理の際に、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理され加熱およびアルカリ処理されたアルカリ性の汚泥の少なくとも一部を添加するため、メタン発酵処理の際に生成する有機酸にて酸性度合いが進行することにより生物活性が低下して処理効率が低減することを防止でき、処理効率を向上できる。
【０１０２】
請求項８記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし７いずれか記載の廃棄物処理方法の効果に加え、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０３】
請求項９記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加し て希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質でき、メタン発酵処理効率を向上できメタンガスの生成量を増大できるとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量を低減でき、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。また、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０４】
請求項１０記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし９いずれか記載の廃棄物処理方法の効果に加え、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物とを、ＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となる割合で混合するため、メタン発酵処理する際の適性な濃度となり、メタン発酵処理効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における廃棄物処理方法の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における廃棄物処理方法の構成を示すブロック図である。
【図３】従来例の廃棄物処理方法の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 前処理手段
２ 混合槽
３ 濾過手段
５ 栄養塩添加手段
７ メタン発酵槽
９ 返送手段
10 熱アルカリ処理手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理する廃棄物処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図３に示すように、厨芥などの生ごみである固形状の固形有機性廃棄物を後工程で生物処理などにて容易に処理可能な状態に処理しつつ固形燃料や肥料、メタンガスなどの有価物を回収する廃棄物処理方法が知られている。
【０００３】
この図３に示す廃棄物処理方法は、例えば収集車などにて収集された厨芥などの生ごみである固形有機性廃棄物を、前処理手段21で発泡スチロールや金属などの生物処理できない夾雑物を分別除去しつつ破砕する。そして、この前処理手段21で分別・破砕した固形有機性廃棄物を混合槽22で水さらには屎尿処理などで生じる余剰汚泥を適宜供給しつつ総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）が１０％〜１５％程度となるように希釈して調整する。次に、混合槽22で調整した固形有機性廃棄物をメタン発酵槽23で、３５±５℃の中温あるいは５５±５℃の高温で１５日以上メタン発酵し、メタンガスを回収する。
【０００４】
この後、フィルタプレスや遠心分離などの脱水手段24にて固液分離し、分離した濾液は排水処理手段25で浄化処理し、分離した脱水汚泥ケーキは処理施設26で肥料や固形燃料、埋め立て用材料などに加工処理する。なお、排水処理手段25で処理した排水は、さらに高度処理して放流したり、一部混合槽22に返送して固形有機性廃棄物の調整に利用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図３に示すような廃棄物処理方法では、効率よくメタン発酵するためにＴＳ濃度を調整する際に希釈水を添加することから、処理の最終生成物として、有価物のメタンガスや固形燃料の他に放流するために別途処理が必要な排水が多量に生じる。すなわち、生ごみなどの固形有機性廃棄物をＴＳ濃度が１０％〜１５％程度まで希釈するには、一般的に２倍以上の水が必要となり、排水量が増大する。このため、排水処理に掛かる負荷が増大し、複雑大型の処理装置が必要となるとともに、処理コストが増大する。
【０００６】
そこで、排水処理工程からの排水をほぼ全量混合槽に返送して希釈水として利用することが考えられる。しかしながら、収集される固形有機性廃棄物の炭素／窒素（Ｃ／Ｎ）比が小さいことから、メタン発酵の際に生成するアンモニアや有機酸の蓄積によるアンモニア阻害や有機酸阻害によりメタン発酵処理の効率化が望めない。このため、固形有機性廃棄物の分解率が増大せず、メタンガスの生成量の増大が望めないとともに、脱水汚泥ケーキである余剰脱水汚泥が多量に生じ、余剰脱水汚泥の処理施設に掛かる負荷が増大し、複雑大型の処理装置が必要となるとともに、処理コストが増大する問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みて、固形有機性廃棄物を効率よく容易に処理できる廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、この混合の後に前記メタン発酵処理するとともに、前記メタン発酵された汚泥を前記固形有機性廃棄物に混合する前に窒素化合物を除去するものである。
【０００９】
そして、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質され、メタン発酵処理効率が向上しメタンガスの生成量が増大するとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量が低減し、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷が低減して効率よく固形有機性廃棄物を処理する。また、メタン発酵処理された汚泥から例えばアンモニア性窒素などの窒素化合物を除去した後に固形有機性廃棄物と混合するため、窒素化合物の蓄積が防止され、メタン発酵処理が阻害されることなく効率よく処理する。
【００１０】
請求項２記載の廃棄物処理方法は、請求項１記載の廃棄物処理方法において、窒素化合物の除去は、ストリッピング処理するものである。
【００１１】
そして、窒素化合物をストリッピング処理にて除去するため、添加剤を加えることなく簡単な構成で容易に汚泥から分離除去され、処理効率が向上する。
【００１２】
請求項３記載の廃棄物処理方法は、請求項２記載の廃棄物処理方法において、ストリッピング処理による窒素化合物の除去は、スチームを用いるものである。
【００１３】
そして、汚泥にスチームを接触させて窒素化合物をスチームによるストリッピング処理にて除去するため、簡単な構成で容易に窒素化合物が除去されるとともに、スチームにより汚泥が加熱されて、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギが低減し、また汚泥中の細菌が死滅および可溶化されて後段でのメタン発酵処理により処理されることとなり、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量が低減し、効率よく固形有機性廃棄物を処理する。
【００１４】
請求項４記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし３いずれか記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に混合する前に加熱しつつアルカリを添加するものである。
【００１５】
そして、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物を後段のメタン発酵処理にて分解され、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量が低減し、効率よく固形有機性廃棄物を処理する。
【００１６】
請求項５記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、この混合の後に前記メタン発酵処理するとともに、前記メタン発酵処理された汚泥を前記固形有機性廃棄物に混合する前に加熱しつつアルカリを添加するものである。
【００１７】
そして、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質され、メタン発酵処理効率が向上しメタンガスの生成量が増大するとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量が低減し、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷が低減して効率よく固形有機性廃棄物を処理する。また、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物を後段のメタン発酵処理にて分解され、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量が低減し、効率よく固形有機性廃棄物を処理する。
【００１８】
請求項６記載の廃棄物処理方法は、請求項５記載の廃棄物処理方法において、スチームを接触させて加熱するものである。
【００１９】
そして、アルカリを添加する際にスチームを接触させて加熱するため、簡単な構成で加熱が容易となるとともに、スチームの接触により汚泥中の窒素化合物がストリッピング処理されて汚泥から容易に分離除去されて窒素化合物の蓄積が防止され、メタン発酵処理の際の負荷が低減して効率よくメタン発酵処理が進行し、処理効率が向上する。
【００２０】
請求項７記載の廃棄物処理方法は、請求項５または６記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理の際にメタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理され加熱およびアルカリ処理された汚泥の少なくとも一部を添加するものである。
【００２１】
そして、メタン発酵処理の際に、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理され加熱およびアルカリ処理されたアルカリ性の汚泥の少なくとも一部を添加して、メタン発酵処理の際に生成する有機酸にて酸性度合いが進行することにより生物活性が低下して処理効率が低減することを防止する。
【００２２】
請求項８記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし７いずれか記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理する際、５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理し、この可溶化処理した後に３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するものである。
【００２３】
そして、メタン発酵処理前にあらかじめ５５℃以上６０℃以下の高温で高度に可溶化処理した後、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、ＴＳ濃度が高い高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制し、効率よくメタン発酵処理する。ここで、５５℃より低くなると十分に可溶化処理されず、６０℃より高くなると生物活性が低減して十分に可溶化処理されなくなり、後段でのメタン発酵効率の向上が図れないため、５５℃以上６０℃以下まで可溶化処理する。また、３０℃より温度が低くなると、効率よくメタン発酵が進行せず、４０℃より高くなると、有機酸阻害を生じるため、３５±５℃の中温域に設定する。
【００２４】
請求項９記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、この混合の後に、５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理し、この可溶化処理した後に３５±５℃の中温域で前記メタン発酵処理するものである。
【００２５】
そして、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質され、メタン発酵処理効率が向上しメタンガスの生成量が増大するとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量が低減し、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷が低減して効率よく固形有機性廃棄物を処理する。また、メタン発酵処理前にあらかじめ５５℃以上６０℃以下の高温で高度に可溶化処理した後、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、ＴＳ濃度が高い高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制し、効率よくメタン発酵処理する。ここで、５５℃より低くなると十分に可溶化処理されず、６０℃より高くなると生物活性が低減して十分に可溶化処理されなくなり、後段でのメタン発酵効率の向上が図れないため、５５℃以上６０℃以下まで可溶化処理する。また、３０℃より温度が低くなると、効率よくメタン発酵が進行せず、４０℃より高くなると、有機酸阻害を生じるため、３５±５℃の中温域に設定する。
【００２６】
請求項１０記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし９いずれか記載の廃棄物処理方法において、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物との混合割合は、混合後の総固形物濃度（ＴＳ濃度）が１０％以上１５％以下となる割合であるものである。
【００２７】
そして、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物とを、ＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となる割合で混合するため、メタン発酵処理する際の適性な濃度となり、メタン発酵処理効率が向上する。なお、総固形物濃度が１０％より低いとメタン発酵処理する有機物の濃度が低減し、運転エネルギに対するメタンガスの発生量が低減してメタン発酵の効率が低下する。また、総固形物濃度が１５％より高いと粘性が増大するとともに固形状の有機物の存在により、均一に短時間で有機物を分解処理できなくなりメタン発酵の効率が低下する。このため、メタン発酵処理する前に総固形物濃度を１０％以上１５％以下に設定する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態における廃棄物処理装置の構成について図１を参照して説明する。
【００２９】
図１において、１は前処理手段で、この前処理手段１は、例えば歯幅が２０±５ｍｍの２軸または３軸あるいは４軸の破砕軸を有し収集車などにて収集された生ごみや厨芥、農水産廃棄物、食品加工廃棄物などの事業系ごみなど主に固形状の有機物を含有する固形有機性廃棄物を破袋あるいは破砕する図示しない解破砕装置を備えている。また、前処理手段１は、解破砕装置にて解破砕された破砕物を磁気選別などにより鉄片やアルミニウムなどの金属の夾雑物を除去する図示しない金属除去手段と、固形状有機性廃棄物に含まれる合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する図示しない分別装置とを有した選別手段を備えている。なお、前処理手段としては、遠心力・浮力選別にて固形有機性廃棄物を破袋、破砕し選別する破袋選別装置を用いてもよい。
【００３０】
そして、この前処理手段１には、混合槽２が接続されている。この混合槽２は、前処理手段１で破砕や夾雑物の分別除去などの前処理工程された固形有機性廃棄物を所定の総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）、例えば１０％〜１５％程度、好ましくは１０％〜１３％のスラリ状の液状有機性廃棄物に調整する。そして、この混合槽２には、投入された固形有機性廃棄物を攪拌混合する図示しない攪拌手段と、例えば約５５℃〜６０℃の高温に加温する加温手段と、前処理手段１にて除去されずに残留する金属や石などの質量の重い夾雑物を排出する夾雑物排出手段とを備えている。
【００３１】
また、混合槽２には、濾過手段３が接続されている。この濾過手段３は、例えば目幅寸法が１０ｍｍ〜１５ｍｍのドラム細目スクリーンを備え、混合槽２にてＴＳ濃度が１０％〜１５％程度のスラリ状に調質された液状有機性廃棄物から、前処理手段１にて除去しきれなかった細かい合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する。濾過手段３には、ドラム細目スクリーンにて除去された夾雑物を脱水分離するスクリュープレスを備えている。
【００３２】
さらに、濾過手段３には、ドラム細目スクリーンにて夾雑物が除去された液状有機性廃棄物と、スクリュープレスにて脱水分離した脱水濾液とを貯留する貯留槽である可溶化槽４が接続されている。この可溶化槽４には、貯留する液状有機性廃棄物および脱水濾液の混合液を例えば約５５℃〜６０℃の高温に保温する図示しない保温手段と、混合液を攪拌する攪拌手段と、ｐＨ検知手段とを備え、貯留する混合液中の固形有機物の可溶化および酸発酵をする。
【００３３】
また、可溶化槽４には、混合液に微生物の栄養塩を添加する栄養塩添加手段５が設けられている。この添加する栄養塩としては、鉄、ニッケルおよびコバルトの少なくともいずれか１つの塩類で、混合液中に鉄分が１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１０ｍｇ／ｌ〜３００ｍｇ／ｌ、ニッケル分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌ、コバルト分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌとなるように添加する。
【００３４】
さらに、可溶化槽４には、別途屎尿処理などにて生じた余剰汚泥である生物汚泥を投入する投入路６が接続されている。なお、この投入路６は、設けなくてもよい。また、生物汚泥を添加する割合がＴＳ濃度で２５％以上となる場合には、固形有機性廃棄物で不足する微量の栄養塩は生物汚泥から補充されることから栄養塩を添加しなくてもよい。
【００３５】
そして、可溶化槽４には、可溶化槽４にてメタン発酵しやすい性状に調質された混合液が流入されて貯留するメタン発酵槽７が接続されている。このメタン発酵槽７には、貯留する混合液を例えば中温の３５±５℃に維持する図示しない温度調整手段と、混合液を攪拌する攪拌手段とを備えている。
【００３６】
また、メタン発酵槽７には、メタン発酵処理により発生するメタンガスを回収して別途燃料として再利用するために貯留するガスタンク８が接続されている。
【００３７】
さらに、メタン発酵槽７には、貯留する混合液の一部を混合槽２に返送する返送手段９が接続されている。そして、この返送手段９には、返送する混合液に例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加してアルカリ性、例えばｐＨを９〜１０程度に調整して混合液中の細菌や残留する分解しにくい有機性固形物を改質して可溶化する図示しないアルカリ調整手段と、混合液を例えばスチームにより７０℃〜９０℃程度、好ましくは８０℃前後に加熱して混合液中の嫌気性細菌を死滅および可溶化する熱処理手段とを備えた熱アルカリ処理手段10が設けられている。
【００３８】
なお、この熱アルカリ処理手段10の熱処理手段は、加熱のためのスチームにより、スチームストリッピングが生じて混合液中のアンモニア性窒素（ＮＨ3 −Ｎ）などの窒素化合物が除去されることから、アンモニア除去手段としても機能する。
【００３９】
そして、この熱アルカリ処理手段10には、スチームとともにアンモニアなどの窒素化合物を回収するアンモニア回収手段11が接続されている。このアンモニア回収手段11は、例えば硫酸や塩酸などの無機酸水溶液である酸性水溶液を貯留し、窒素化合物を含有するスチームを酸性水溶液中に透過させて窒素化合物を硫酸アンモニウムや塩化アンモニウムなどとして析出させて回収する図示しない酸性槽を備えている。
【００４０】
なお、この返送手段９は、メタン発酵槽７から混合槽２に返送する混合液の温度が返送中に低下しないような断熱処理が施されていることが好ましい。すなわち、混合槽２で固形有機性廃棄物を調質する際に、混合槽２の加温手段にて約５５℃〜６０℃の高温に加温されるが、熱アルカリ処理手段10にて７０℃〜９０℃程度まで加熱された混合液が返送されて固形有機性廃棄物と混合されることにより、加温手段を設けないあるいは加温手段による加温エネルギの大きな低減が図れるためである。なお、この返送される混合液の量は、前処理手段１からの固形有機性廃棄物の含水率や可溶化槽４に投入される生物汚泥の添加量に対応して、固形有機性廃棄物の質量に対して１〜１．５倍の範囲に設定される。
【００４１】
さらに、返送手段９の熱アルカリ処理手段10には、返送する混合液の一部を可溶化槽４内の混合液のｐＨに対応して適宜投入するｐＨ調整手段として機能する返送投入路12が設けられている。すなわち、可溶化槽４では、可溶化および酸発酵により有機酸が生成されて混合液のｐＨが例えば５程度の酸性となるが、ｐＨがさらに酸性となると、可溶化槽４での生物活性が低減して有機酸発酵などの可溶化処理効率が低減し、さらには後工程でのメタン発酵処理効率が低下するため、酸性度合いをある程度中性側に中和する必要があるため、返送投入路12を介してｐＨが９〜１０程度に熱アルカリ処理された混合液を投入してｐＨを調整する。
【００４２】
また、メタン発酵槽７には、貯留する混合液を脱水濾液と脱水汚泥ケーキとに脱水して固液分離する例えば遠心脱水機、回転円盤形脱水機、スクリュープレスなどの脱水手段13が接続されている。そして、この脱水手段13には、例えばポリアミジンおよびポリ鉄などの高分子凝集剤を添加する図示しない凝集剤添加手段が設けられている。また、脱水手段13には、脱水分離された脱水濾液を浄化処理する排水処理手段14と、脱水分離された脱水汚泥ケーキを例えば乾燥して肥料などに処理するコンポスト化する脱水汚泥処理手段15とが接続されている。
【００４３】
次に、上記実施の一形態の動作を説明する。
【００４４】
まず、例えば収集車などにて収集された固形有機性廃棄物を、前処理手段１の図示しない解破砕装置にて破袋あるいは破砕した後に金属除去手段にて鉄片やアルミニウムなどの金属の夾雑物を磁気選別などにより除去するとともに、分別装置にて合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する。
【００４５】
そして、この前処理手段１にて解破砕され夾雑物が除去された固形有機性廃棄物を混合槽２に投入する。この混合槽２にて、返送手段９から返送される混合液と攪拌混合し、適宜加温して約５５℃〜６０℃に保持しつつ攪拌混合が可能な全蒸発残留物濃度である総固形物濃度（Total Solids：ＴＳ）が１０％以上１５％以下となる塊状物も混入するようなスラリ状の液状有機性廃棄物を調質する。なお、通常収集される固形有機性廃棄物の性状は、あまり大きく変動するものではないので、水分量もある程度安定しており、返送する混合液の量は、固形有機性廃棄物の質量に対して通常１〜１．５倍の範囲に設定される。
【００４６】
ここで、ＴＳ濃度が１５％より高くなると、メタン発酵処理の際の攪拌混合が不十分となり効率よく後工程のメタン発酵処理ができなくなるため、ＴＳ濃度を１５％以下、好ましくは１３％以下にする。さらに、ＴＳ濃度が１０％より低くなると、水分量が多くなって有機物の割合が少なくなった状態となり、後工程でのメタン発酵処理の効率が低下するため、１０％以上に設定する。また、塊状物などが少ないもしくはほとんどないような状態のスラリ状とすることにより、微生物によるメタン発酵処理がより効率よく進行する。このことから、後段の可溶化槽４で脱水されていない生物汚泥が投入される場合には混合槽２でのＴＳ濃度は１５％より高めに調整するなど、メタン発酵槽７に投入される状態のＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となるように調質する。
【００４７】
この混合槽２で約５５℃〜６０℃に保温しつつ約１時間から４時間程度滞留させて攪拌混合しスラリ状に調質した液状有機性廃棄物を、濾過手段３の図示しないドラム細目スクリーンにて除去しきれなかった細かい合成樹脂製の袋やプラスチックなどの夾雑物を除去する。そして、濾過手段３で夾雑物が除去された液状有機性廃棄物を可溶化槽４に投入する。なお、濾過手段３のドラム細目スクリーンにて除去された夾雑物はスクリュープレスにて脱水し、脱水固形物はコンポスト化処理され、脱水濾液は可溶化槽４に投入される。
【００４８】
また、可溶化槽４に投入された液状有機性廃棄物および脱水濾液の混合液は、図示しない保温手段にて例えば約５５℃〜６０℃の高温に保温され、攪拌手段にて攪拌されつつ栄養塩添加手段５から微生物の栄養塩が添加され、２日〜３日程度の滞留で可溶化および酸発酵されて調質される。なお、この可溶化処理にて、可溶化率が約３０％〜６０％となる。
【００４９】
そして、栄養塩の添加の際には、混合液中に鉄分が１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１０ｍｇ／ｌ〜３００ｍｇ／ｌ、ニッケル分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌ、コバルト分として１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ〜３０ｍｇ／ｌとなるように添加する。
【００５０】
ここで、鉄添加量が１０ｍｇ／ｌより少なくなると、後段でのメタン発酵処理の改善が認められず、３００ｍｇ／ｌより多くなっても鉄添加による効果の差異が認められずコストが増大するため、鉄添加量が１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１０ｍｇ／ｌ以上３００ｍｇ／ｌ以下となるように鉄化合物を添加する。また、同様に、ニッケル添加量が１ｍｇ／ｌより少なくなると、後段でのメタン発酵処理の改善が認められず、３０ｍｇ／ｌより多くなってもニッケル添加による効果の差異が認められずコストが増大するため、ニッケル添加量が１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ以上３０ｍｇ／ｌ以下となるようにニッケル化合物を添加する。さらに、同様に、コバルト添加量が１ｍｇ／ｌより少なくなると、後段でのメタン発酵処理の改善が認められず、３０ｍｇ／ｌより多くなってもコバルト添加による効果の差異が認められずコストが増大するため、コバルト添加量が１ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／ｌ以上３０ｍｇ／ｌ以下となるようにコバルト化合物を添加する。
【００５１】
また、可溶化槽４に別途屎尿処理などにて生じた余剰汚泥である生物汚泥が投入路６を介して投入される場合には、生物汚泥を添加する割合がＴＳ濃度で２５％以上となる場合に固形有機性廃棄物で不足する微量の栄養塩は生物汚泥から補充されることから、この条件では栄養塩を添加しなくてもよい。
【００５２】
そして、可溶化槽４で調質された混合液をメタン発酵槽７に流入させ、例えば５５℃で適宜攪拌しつつ７〜１５日間滞留させて、メタン生成菌などにて混合液をメタン発酵処理する。なお、メタン発酵処理により発生するメタンガスは、図示しないメタンガス回収手段にて回収してガスタンク８に貯溜し、発電などにて固形有機性廃棄物の処理の際の運転エネルギやその他の汚水処理、冷暖房などに利用する。
【００５３】
このメタン発酵により、メタン発酵槽７内の混合液は、十分な菌体量および攪拌しやすい状態のＴＳ濃度が３％〜６％程度となる。また、アンモニア性窒素濃度は、２０００〜３５００ｍｇ／ｌ程度となる。なお、この程度のアンモニア性窒素濃度であれば、中温におけるメタン発酵では処理阻害を生じない。ただし、５５±５℃の高温でメタン発酵処理する場合、アンモニア性窒素による有機酸が大量蓄積し、処理阻害を生じるため、中温でメタン発酵処理する必要がある。
【００５４】
そして、メタン発酵処理された混合液の一部は、返送手段９を介して混合槽２に返送され、前処理手段１からの固形有機性廃棄物と混合される。この返送される混合液は、返送手段９の熱アルカリ処理手段10のアルカリ調整手段にて例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリが添加されてｐＨが９〜１０程度に調整され、混合液中の細菌を死滅および可溶化させるとともに残留するメタン発酵処理で分解されにくい有機性固形物などを改質して可溶化させる。さらに、返送手段９の熱アルカリ処理手段10の熱処理手段にて混合液をスチームにより７０℃〜９０℃程度に加熱し、混合液中の嫌気性細菌を死滅および可溶化させるとともに、混合液中のアンモニア性窒素などの窒素化合物をスチームストリッピングして除去する。そして、熱アルカリ処理手段にて加熱・アルカリ処理された混合液が混合槽２に流入して固形有機性廃棄物と混合される。なお、窒素化合物を含有するスチームは、アンモニア回収手段11の酸性槽内に貯留する酸性水溶液中を透過され、窒素化合物は硫酸アンモニウムや塩化アンモニウムなどとして析出されて回収される。
【００５５】
なお、可溶化槽４でｐＨ検知手段にてｐＨが約５より酸性となることを認識した場合には、熱アルカリ処理手段10から返送投入路12を介して熱アルカリ処理された混合液の一部を可溶化槽４に投入して中和させ、ｐＨが約５より酸性とならないようにする。
【００５６】
一方、メタン発酵処理された混合液の残りは脱水手段13に流出される。そして、混合液は、凝集剤添加手段にて高分子凝集剤が添加されて固形分が凝集された後に脱水され、脱水濾液と脱水汚泥ケーキとに固液分離される。この後、脱水分離された脱水濾液は排水処理手段14にて浄化処理され、脱水分離された脱水汚泥ケーキは脱水汚泥処理手段15でコンポスト化される。
【００５７】
次に、上記実施の一形態の作用を説明する。
【００５８】
まず、固形有機性廃棄物として厨芥を用い生物汚泥を混入しないで処理した場合について説明する。
【００５９】
そして、食堂や給食センタ、仕出し弁当を製造する工場などからの厨芥である野菜、果実、肉、魚、米飯などの残飯を混合攪拌によりスラリ状に破砕し、含水率が約８０％（ＴＳ濃度が約２０％）の合成生ごみを固形有機性廃棄物とした。
【００６０】
この厨芥の性状を表１に示す。
【００６１】
【表１】
そして、混合槽２では６０℃で３時間滞留、可溶化槽４では５５℃で３日間滞留、メタン発酵槽７では３５℃で１２日間滞留し、メタン発酵槽７から返送手段９を介して返送する量を混合槽２で厨芥と１：１で混合する条件で処理した。また、栄養塩として、塩化鉄１００ｍｇ／ｌ、塩化ニッケル１０ｍｇ／ｌおよび塩化コバルト１０ｍｇ／ｌをそれぞれ添加した。さらに、返送する混合液の熱アルカリ処理は、スチームにより８０〜８５℃に加熱しつつ水酸化ナトリウムを用いてｐＨ９．５となるように制御した。また、比較としては、図２に示す希釈水を用いて処理する構成とした。そして、それぞれの処理負荷、分解率、ガス生成率、希釈水量、処理後の排水量について比較検討した。その結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
この表２に示す結果から、生物難分解性有機物にかかわる化学的酸素要求量（ＣＯＤCr）の容積負荷は略数倍以上であるにもかかわらず、分解率は１〜２割程度向上し、メタンガス生成量も１〜２割程度増大しており、処理効率が向上していることがわかる。そして、メタン発酵槽７の処理後のＴＳ濃度は、約４〜６％程度であった。
【００６５】
また、比較例では、排水処理手段から返送される排水とともに希釈水を厨芥１トン当たり１．０ｍ3 を要したが、本実施の形態では、処理初期におけるＴＳ濃度の調整のために希釈水を使用したのみで、処理が安定した処理運転中では、希釈水は全く使用しなくても、良好に処理できた。このため、本実施の形態では、運転初期時に添加した水分が混合槽２からメタン発酵槽７および返送手段９を介して再び混合槽２に循環するキャリアとして機能し、処理後の水分は厨芥自体の水分となることから、比較例に比して後段で処理する処理排水の量も半分以下となった。
【００６６】
そして、本実施の形態では、希釈水を用いないことから、混合槽２で加温する水量が減少し、運転コストが低減する。すなわち、希釈水を用いる比較例では、１ｔの厨芥（ＴＳ濃度が約２０％）を処理するためには、希釈水を１ｔ程度加えてＴＳ濃度が１０％程度の合計２ｔのスラリ状の液状有機性廃棄物を加温して調製する必要がある。一方、本実施の形態では、混合槽２に返送される混合液は既に加温されていることから、厨芥１ｔ分を加温すればよく、加温のためのエネルギを略半分程度低減でき、処理コストを低減できる。
【００６７】
また、従来のメタン発酵槽７にて処理された混合物は、有機物が最大で約８０％程度で、処理されない残りの２０％は有機物である嫌気性微生物およびメタン発酵処理では難分解性の有機物であることから、脱水分離により生じる汚泥分が多くなるとともに、溶解性の難分解性有機物が処理排水中に残留し、後段での汚水処理の負荷が増大する。一方、本実施の形態では、メタン発酵槽７から混合槽２へ返送する混合液を熱アルカリ処理するため、増殖した嫌気性微生物が死滅および可溶化されるとともに、メタン発酵処理にて分解されにくい難分解性有機物も分解され、これら熱アルカリ処理により易分解性有機物に分解される割合が約６０％程度であることから、メタン発酵処理の後に排出される有機物の最大除去率は、
０．８＋（０．２×０．６）＝０．９２
となり、有機物が最大で約９２％分解され、残留する有機物は約８％程度まで減少できることとなり、汚泥の減少および後段での汚水処理の負荷を低減できるとともに希釈水を節約でき、さらには無希釈で処理することから、効率よく処理できるとともに装置構造が簡略化し小型化が容易に図れる。
【００６８】
さらに、メタン発酵槽７でのアンモニア性窒素量は、２５００ｐｐｍを越えることはなかった。すなわち、熱アルカリ処理の際のスチームによるストリッピングにてアンモニア除去され、メタン発酵処理の際に阻害となる３５００ｐｐｍ以上、特に５０００ｐｐｍに達することがなく、無希釈でも良好に処理できることがわかる。
【００６９】
次に、生物汚泥を混合して処理する場合について説明する。
【００７０】
固形有機性廃棄物としては表１に示す厨芥を用い、生物汚泥としてはし尿処理場の余剰活性汚泥を用いた。なお、厨芥と生物汚泥との混合割合は、乾燥質量比で厨芥：生物汚泥＝７５％：２５％とした。そして、これらの混合物の性状を表３に示す。
【００７１】
【表３】
そして、上記厨芥の処理と同様の条件で処理した。なお、栄養塩は添加しなかった。そして、それぞれの処理負荷、分解率、ガス生成率、希釈水量、処理後の排水量について比較検討した。その結果を表４に示す。
【００７３】
【表４】
この表４に示す結果から、表２に示す処理結果と同様に、生物難分解性有機物にかかわる化学的酸素要求量（ＣＯＤCr）の容積負荷は２倍であるにもかかわらず、分解率は２割程度向上し、メタンガス生成量も２割程度増大しており、処理効率が向上していることがわかる。また、比較例では、希釈水を混合物１トン当たり１．０ｍ3 を要したが、本実施の形態では、処理初期におけるＴＳ濃度の調整のために希釈水を使用したのみで、処理が安定した処理運転中では、希釈水は全く使用しなくても、良好に処理でき、後段で処理する処理排水の量も半分で、汚泥量も３割強減少した。
【００７５】
さらに、栄養塩を添加しないにもかかわらず、表２に示す処理と同等以上に処理できたことから、生物汚泥から栄養塩が供給されることがわかる。
【００７６】
上述したように、効率よくメタン発酵処理するために処理する固形有機性廃棄物をＴＳ濃度で１０〜１５％となるように調整する際、メタン発酵処理したメタン発酵槽内の混合液を混合して調整するため、希釈水が不要となり、脱水手段13で固液分離され排水処理手段14にて浄化処理される排水量が大きく低減し、排水処理手段14の処理負荷が低減して効率よく低コストで処理できるとともに装置の小型化が容易に図れるとともに、残留する有機物質も返送されて再び処理されるので、分解率が向上して処理効率が向上し、回収されるメタンガス量も増大できる。
【００７７】
そして、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物とを、ＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となる割合で混合するため、メタン発酵処理する際の適性な濃度となり、メタン発酵処理効率を向上できる。
【００７８】
また、メタン発酵処理された汚泥から窒素化合物を除去した後に固形有機性廃棄物と混合するため、窒素化合物の蓄積を防止でき、メタン発酵処理が阻害されずに処理効率を向上できる。
【００７９】
そして、この窒素化合物の除去はストリッピング処理によるため、添加剤を加えることなく簡単な構成で容易に汚泥から分離除去でき、処理効率を向上できる。
【００８０】
さらに、汚泥にスチームを接触して窒素化合物をスチームによるストリッピング処理にて除去するため、簡単な構成で容易に窒素化合物を除去できるとともに、スチームにより汚泥が加熱され、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギを低減でき、また汚泥中の細菌が死滅および可溶化されて後段でのメタン発酵処理により処理されることとなることから固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００８１】
また、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物を後段のメタン発酵処理にて分解でき、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００８２】
そして、アルカリを添加する際にスチームを接触して加熱するため、簡単な構成で容易に加熱できるとともに、スチームの接触により汚泥中の窒素化合物をストリッピング処理して汚泥から容易に分離除去して窒素化合物の蓄積を防止するため、メタン発酵処理の際の負荷を低減でき効率よくメタン発酵処理が進行して処理効率を向上できる。
【００８３】
また、メタン発酵処理の際に、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理し加熱およびアルカリ処理したアルカリ性の汚泥の少なくとも一部を添加するため、メタン発酵処理の際に生成する有機酸にて酸性度合いが進行して生物活性が低下し処理効率が低減することを防止できる。
【００８４】
そして、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物に、鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物の少なくともいずれか一種を添加するため、微生物の活性に必要な栄養塩バランスを確保でき、メタン発酵処理効率を向上できる。
【００８５】
さらに、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物との混合物に生物処理により生じる余剰汚泥を適宜添加することにより、余剰汚泥から水分が供給されてＴＳ濃度を容易に調整できるとともに、余剰汚泥から微生物の活性に必要な栄養塩を供給でき、別途栄養塩を添加する必要がなく、処理効率を向上でき、生物処理により生じる余剰汚泥も合わせて処理できる。
【００８６】
また、メタン発酵処理された汚泥を保温した状態で返送して固形有機性廃棄物と混合するため、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギを低減でき、処理効率を向上できる。
【００８７】
そして、固形有機性廃棄物から夾雑物を除去した後にメタン発酵処理された汚泥と混合するため、ＴＳ濃度を容易に調整できるとともに、ＴＳ濃度の調整の際に夾雑物分を加熱する必要がなく、加熱するエネルギ効率を向上でき、処理効率を向上できる。さらには、夾雑物によるスカムの発生を防止でき、スカムの発生による処理容積の減少を防止するためにスカムを除去する作業が不要となり、容易で効率よく処理できる。
【００８８】
また、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、ＴＳ濃度が例えば１０％以上１５％以下と比較的高い高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００８９】
さらに、メタン発酵処理の前に５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理するため、高度に効率よく有機物を可溶化でき、後段でのメタン発酵処理にて最終的に処理される有機物量を増大でき、効率よく処理できる。そしてさらに、高温での可溶化処理により、有機物の処理に寄与せず人畜に有害となる微生物の繁殖を防止でき、例えば後段での脱水ケーキを特別な処理することなく肥料などに直接利用できるとともに、メタン発酵処理の際に別途加熱手段にて加熱することなく可溶化処理の際に加熱される熱エネルギにてメタン発酵処理が可能となり、構成を簡略化できるとともに、運転コストの低減を図ることができる。
【００９０】
なお、上記実施の形態において、前処理手段１を解破砕装置、金属除去手段および選別手段とにて構成したが、夾雑物を除去するいずれの構成でもよく、夾雑物の量が少ないなど、処理する固形有機性廃棄物の性状により、前処理手段１を設けずにメタン発酵処理する前のいずれかの位置で夾雑物を除去してもよい。さらに、濾過手段３も設けなくてもよい。なお、上述したように、あらかじめ夾雑物を除去しておくことにより、ＴＳ濃度の調製が容易にできるとともに、後段の濾過手段３とにて高度に夾雑物を除去でき、後段でのメタン発酵処理効率を向上できる。そしてさらに、図２に示すように、濾過手段３を可溶化槽４の下流側からメタン発酵槽７の上流側に位置して設けてもよい。
【００９１】
また、窒素化合物の除去は、ストリッピングに限らず、凝集剤を用いるなどいずれの方法でもよい。
【００９２】
さらに、熱アルカリ処理しなくてもよい。
【００９３】
そして、処理対象の固形有機性廃棄物は、生ごみなどに限られない。
【００９４】
また、鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物のいずれか一方の栄養源を添加して説明したが、処理する性状により不活性効果が増大しない場合には、添加しなくてもよく、固形有機性廃棄物の性状により、鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物のいずれかのみでもよい。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質でき、メタン発酵処理効率を向上できメタンガスの生成量を増大できるとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量を低減でき、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。また、メタン発酵処理された汚泥から窒素化合物を除去した後に固形有機性廃棄物と混合するため、窒素化合物の蓄積を防止でき、メタン発酵処理が阻害されることなく効率よく処理できる。
【００９６】
請求項２記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１記載の廃棄物処理方法の効果に加え、窒素化合物をストリッピング処理にて除去するため、添加剤を加えることなく簡単な構成で容易に分離除去でき、処理効率を向上できる。
【００９７】
請求項３記載の廃棄物処理方法によれば、請求項２記載の廃棄物処理方法の効果に加え、汚泥にスチームを接触させて窒素化合物をスチームによるストリッピング処理にて除去するため、簡単な構成で容易に窒素化合物を除去できるとともに、スチームにより汚泥が加熱され、固形有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を調整する際に加熱するエネルギを低減でき、また汚泥中の細菌が死滅および可溶化されて後段でのメタン発酵処理により処理されることとなるので、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００９８】
請求項４記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の廃棄物処理方法の効果に加え、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物が後段のメタン発酵処理にて分解されるので、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【００９９】
請求項５記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加して希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質でき、メタン発酵処理効率を向上できメタンガスの生成量を増大できるとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量を低減でき、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。また、メタン発酵処理された汚泥に加熱しつつアルカリを添加して細菌を死滅および可溶化するとともに残留する分解しにくい有機物を改質して可溶化した後に固形有機性廃棄物と混合するため、細菌および残留する有機物が後段のメタン発酵処理にて分解されるので、固形有機性廃棄物の処理により発生する汚泥量を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。
【０１００】
請求項６記載の廃棄物処理方法によれば、請求項５記載の廃棄物処理方法の効果に加え、アルカリを添加する際にスチームを接触させて加熱するため、簡単な構成で容易に加熱できるとともに、スチームの接触により汚泥中の窒素化合物がストリッピング処理されて汚泥から容易に分離除去されるので窒素化合物の蓄積を防止でき、メタン発酵処理の際の負荷が低減して効率よくメタン発酵処理が進行し、処理効率を向上できる。
【０１０１】
請求項７記載の廃棄物処理方法によれば、請求項５または６記載の廃棄物処理方法の効果に加え、メタン発酵処理の際に、メタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理され加熱およびアルカリ処理されたアルカリ性の汚泥の少なくとも一部を添加するため、メタン発酵処理の際に生成する有機酸にて酸性度合いが進行することにより生物活性が低下して処理効率が低減することを防止でき、処理効率を向上できる。
【０１０２】
請求項８記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし７いずれか記載の廃棄物処理方法の効果に加え、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０３】
請求項９記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に返送して混合した後に再びメタン発酵処理するため、固形有機性廃棄物に水を添加し て希釈する必要なくメタン発酵処理に適した総固形物濃度（ＴＳ濃度）に調質でき、メタン発酵処理効率を向上できメタンガスの生成量を増大できるとともに、排出される排水の量および余剰汚泥の量を低減でき、後工程で排水の浄化処理および余剰汚泥の処理の負荷を低減でき、効率よく固形有機性廃棄物を処理できる。また、３５±５℃の中温域でメタン発酵処理するため、高負荷でも有機酸の大量発生による微生物活性の低下を抑制でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０４】
請求項１０記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし９いずれか記載の廃棄物処理方法の効果に加え、メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物とを、ＴＳ濃度が１０％以上１５％以下となる割合で混合するため、メタン発酵処理する際の適性な濃度となり、メタン発酵処理効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における廃棄物処理方法の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における廃棄物処理方法の構成を示すブロック図である。
【図３】従来例の廃棄物処理方法の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 前処理手段
２ 混合槽
３ 濾過手段
５ 栄養塩添加手段
７ メタン発酵槽
９ 返送手段
10 熱アルカリ処理手段
Claims (10)
- 固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、
前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、
この混合の後に前記メタン発酵処理するとともに、前記メタン発酵された汚泥を前記固形有機性廃棄物に混合する前に窒素化合物を除去する
ことを特徴とする廃棄物処理方法。 - 窒素化合物の除去は、ストリッピング処理する
ことを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理方法。 - ストリッピング処理による窒素化合物の除去は、スチームを用いる
ことを特徴とする請求項２記載の廃棄物処理方法。 - メタン発酵処理された汚泥を固形有機性廃棄物に混合する前に加熱しつつアルカリを添加する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の廃棄物処理方法。 - 固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、
前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、
この混合の後に前記メタン発酵処理するとともに、前記メタン発酵処理された汚泥を前記固形有機性廃棄物に混合する前に加熱しつつアルカリを添加する
ことを特徴とする廃棄物処理方法。 - スチームを接触させて加熱する
ことを特徴とする請求項５記載の廃棄物処理方法。 - メタン発酵処理の際にメタン発酵処理された汚泥および固形有機性廃棄物の混合物にメタン発酵処理され加熱およびアルカリ処理された汚泥の少なくとも一部を添加する
ことを特徴とする請求項５または６記載の廃棄物処理方法。 - メタン発酵処理する際、５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理し、この可溶化処理した後に３５±５℃の中温域でメタン発酵処理する
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載の廃棄物処理方法。 - 固形有機性廃棄物をメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、
前記固形有機性廃棄物に前記メタン発酵処理された汚泥を混合し、
この混合の後に、５５℃以上６０℃以下の高温で可溶化処理し、この可溶化処理した後に３５±５℃の中温域で前記メタン発酵処理する
ことを特徴とする廃棄物処理方法。 - メタン発酵処理された汚泥と固形有機性廃棄物との混合割合は、混合後の総固形物濃度（ＴＳ濃度）が１０％以上１５％以下となる割合である
ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか記載の廃棄物処理方法。
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