JP3637017B2 - 有機性物質の処理方法および処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機性物質の処理方法および処理装置、特に、下水汚泥や、その脱水ケーキ、し尿、し尿汚泥、浄化槽汚泥、厨芥等、有機性物質から有機酸を製造する、有機性物質の処理方法および処理装に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水汚泥やその脱水ケーキ、し尿、し尿汚泥、浄化槽汚泥、厨芥、ヘドロ等の被処理物からの有機酸回収技術として、被処理物を酸発酵処理した後、固液分離を行い、その液状成分を電気透析処理により濃縮し、さらに電気透析処理を行って有機酸を回収する方法が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術においては、酸発酵における有機物分解率が小さく、有機酸の回収率が低いと共に、大量の発酵残渣が発生するという問題があった。さらに、回収される有機酸の成分は酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等の多数の有機酸の混合物であり、特定の成分を選択的に製造することはできなかった。
【０００４】
従って、この発明の目的は、高い固形物可溶化率、有機物分解が得られるので、有機酸の高い回収率が得られ、かつ、廃棄物の発生量を低減することができ、さらに、再生される有機酸は、酢酸を主体とした、副産物の割合が非常に小さい、高い価値を有するものからなる、有機性物質の処理方法および処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、下記を特徴とするものである。
【０００６】
請求項１記載の発明は、有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化工程と、前記可溶化工程より得られた物質を微好気あるいは好気条件において処理する好気処理工程と、前記好気処理工程より得られた物質を嫌気性微生物によって酸発酵させる酸発酵工程と、前記酸発酵工程より得られた物質を固体成分と液体成分とに分離する固液分離工程と、前記固液分離工程より得られた液体成分から有機酸を回収する有機酸回収工程とを具備し、前記固液分離工程より得られた固体成分を前記可溶化工程に返送することに特徴を有するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記酸発酵工程による酸発酵前に、前記好気処理工程より得られた前記物質にビタミン類を添加することに特徴を有するものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化装置と、前記可溶化装置より得られた物質を微好気あるいは好気条件において処理する好気処理装置と、前記好気処理装置より得られた物質を嫌気性微生物によって酸発酵させる酸発酵装置と、前記酸発酵装置より得られた物質を固体成分と液体成分とに分離する固液分離装置と、前記固液分離装置より得られた液体成分から有機酸を回収する有機酸回収装置とを具備し、前記固液分離装置より得られた固体成分は、前記可溶化装置に返送されることに特徴を有するものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記酸発酵装置による酸発酵前に、前記好気処理装置より得られた前記物質にビタミン類を添加するビタミン類添加装置を具備することに特徴を有するものである。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、この発明の有機性物質の処理方法の一実施態様、を図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、この発明の有機性物質の処理方法を実施する処理装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、１は、可溶化装置、２は、好気処理装置、３は、酸発酵装置、４は、固液分離装置、５は、有機酸回収装置である。
【００１３】
この発明における処理対象物としての有機性物質は、固形有機物を含有する有機性物質であって、下水汚泥またはその脱水ケーキ、し尿、し尿汚泥、浄化槽汚泥、厨芥、食品廃棄物、ヘドロ等の有機性物質である。
【００１４】
この発明の処理方法は、かかる有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化工程を有する。被処理有機性物質中の固形有機物を可溶化することにより、後述する酸発酵工程での加水分解、酸生成を促進することができる。
【００１５】
可溶化装置１においては、アルカリ処理と共に必要に応じて熱処理および超音波処理の少なくとも１つを併用することができる。アルカリ処理と熱処理および超音波処理の少なくとも１つを併用することにより、反応時間の短縮化や高い可溶化率が得られる場合がある。反応時間、反応温度、反応ｐＨについては、目標とする有機性物質の分解率によって任意に設定することができるが、可溶化槽における反応ｐＨは、８〜１２が好ましく、加熱処理を行う場合の反応温度については、５０〜８５℃が好ましい。またアルカリ処理に使用するアルカリは、特に規定するものではないが、取り扱いの容易性やコストの観点から水酸化ナトリウムが好ましい。
【００１６】
この発明の処理方法は、可溶化工程処理物に引き続いて、好気処理装置２による好気処理工程により、微好気あるいは好気条件において好気処理を行う。この工程においては、可溶化工程処理物中に存在する嫌気性微生物の一部を好気性微生物あるいは通性嫌気性の微生物により捕食させる。好気性微生物は、他の嫌気性の微生物による捕食および分解率は低く、後段の酸発酵工程において分解される割合は小さいが、本処理により発酵工程で分解を受けやすい好気性微生物あるいは通性嫌気性の微生物に変換されるので、後段の発酵工程における有機酸生成量が増大すると共に、発酵残渣の発生量を減ずることができる。
【００１７】
反応条件としては、溶存酸素濃度は、０．１ｍｇ／ｌ以上、反応時間は、１５分から２時間程度が適切である。好気的処理を行い過ぎると、有機物の一部は、二酸化炭素まで分解されてしまうので、有機酸の回収率が低下してしまう点に注意する必要がある。原料の成分、濃度、可溶化工程のｐＨ、温度、後段の酸発酵工程における処理時間等によって最適な溶存酸素濃度と処理時間を決めることが好ましい。
【００１８】
さらに、酸発酵装置３による酸発酵工程においては、ビタミン類添加装置（図示せず）によりビタミン類を添加することにより、有機酸中の酢酸の割合を高めることができる。添加するビタミン類としては、ビタミンＢ1、ニコチン酸、ビオチン等が効果的であり、添加量としては、ビタミンＢ1およびニコチン酸が０．１〜１０ｍｇ／ｌ、ビオチンが１〜１００μｇ／ｌが好ましい。酸発酵工程において、被処理物としての有機性物質を嫌気性微生物の存在下で酸発酵させることにより有機酸を生成させる。
【００１９】
この発明では、上述のように、可溶化工程有機性物質中の固形有機物が可溶化され、微好気あるいは好気工程において、嫌気性微生物の一部が比較的分解されやすい好気性あるいは通性嫌気性の微生物に変拠されているため、酸発酵工程における加水分解、酸生成が促進される。
【００２０】
酸発酵工程を経た有機性物質は、固液分離装置４による固液分離工程において液体成分と固体成分とに固液分解され、次いで、液体成分は、有機酸回収装置５による有機酸回収工程に導入され、固体成分は、可溶化工程に返送される。固体成分を可溶化工程に返送することにより投入有機性物質の高い分解率が得られる。固体成分には分解の困難な無機物類も存在するので、その一部は引き抜き汚泥として系外に抜き出せば良い。
【００２１】
有機酸回収工程においては、電気透析法、蒸留法、膜分離法等の回収技術を適用すれば良い。
【００２２】
【実施例】
以下、この発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２３】
まず、図１に示した構成を模擬した実験装置（実験系列Ａ）により実験を行った。また、１系列は、ビタミン類を添加しない系とし、ビタミン類添加の効果を確認する系（実験系列Ｂ）とした。さらに、１系列は、微好気反応タンクヘの空気の吹き込みを行わず、微好気反応タンク設置の効果を確認する系（実験系列Ｃ）とした。
【００２４】
実験例１は、実験系列ＡとＢとを使用し、原料としては、瀬戸内海から採取した海洋ヘドロを用いた。処理量は、２００ｍｌ／日、アルカリ添加は、水酸化ナトリウムで行い、ｐＨ９、５０℃の条件で３０分処理を行った。微好気反応タンクでは、酸発酵溶存酸素濃度を０．３ｍｇ／ｌの条件で１時間保持した。酸発酵タンクでの滞留時間は、２日とし、系列Ａにおいては、ビタミン類としてビタミンＢ1を１ｍｇ／ｌ、ニコチン酸を１ｍｇ／ｌ、ビオチンを１０μｇ／ｌ添加した。
【００２５】
固液分離後は、１５０ｍｌを液状成分として取り出し、１００ｍｌを固形成分として取り出し、５０ｍｌを可溶化装置に循環し、５０ｍｌを系外に抜き出した。
【００２６】
その結果、固液分離後の液状成分における有機酸中の酢酸の割合は、Ａ系列では９０％、Ｂ系列では５５％となり、ビタミン類添加により、発生する有機酸の大半を酢酸に制御することが可能となった。
【００２７】
実験例２は、実験系列ＡとＣとを使用し、原料としては下水汚泥を用いた。処理量は、２００ｍｌ／日、アルカリ添加は、水酸化ナトリウムで行い、ｐＨ９、５０℃の条件で３０分処理を行った。Ａ系列の微好気反応タンクでは、酸発酵溶存酸素濃度を０．３ｍｇ／ｌの条件で１時間保持した。Ｃ系列では微好気反応タンクヘの空気吹き込みは行わなかったが、同様に１時間保持した。酸発酵タンクでの滞留時間は２日とし、両系列共にビタミン類としてビタミンＢ1を５ｍｇ／ｌ、ニコチン酸を５ｍｇ／ｌ、ビオチンを５０μｇ／ｌ添加した。固液分離後は、１５０ｍｌを液状成分として取り出し、１００ｍｌを固形成分として取り出し、５０ｍｌを可溶化装置に循環し、５０ｍｌを系外に抜き出した。
【００２８】
その結果、微好気処理を行ったＡ系列では、微好気処理を行わなかったＣ系列と比較して、有機酸生成量が１０％増加した。
【００２９】
以上の実験１および２より、微好気反応タンク設置による固形物可溶化促進効果と、ビタミン類添加による生成物中において、酢酸を主要産物とすることができることが確認され、工業的規模で行っても同様な結果が得られることが分かった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高い固形物可溶化率、有機物分解が得られるので、有機酸の高い回収率が得られ、かつ、廃棄物の発生量を低減することができ、さらに、再生される有機酸は、酢酸を主体とした、副産物の割合が非常に小さい、高い価値を有するものとなるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の有機性物質の処理方法を実施する処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：可溶化装置
２：好気処理装置
３：酸発酵装置
４：固液分離装置
５：有機酸回収装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機性物質の処理方法および処理装置、特に、下水汚泥や、その脱水ケーキ、し尿、し尿汚泥、浄化槽汚泥、厨芥等、有機性物質から有機酸を製造する、有機性物質の処理方法および処理装に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水汚泥やその脱水ケーキ、し尿、し尿汚泥、浄化槽汚泥、厨芥、ヘドロ等の被処理物からの有機酸回収技術として、被処理物を酸発酵処理した後、固液分離を行い、その液状成分を電気透析処理により濃縮し、さらに電気透析処理を行って有機酸を回収する方法が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術においては、酸発酵における有機物分解率が小さく、有機酸の回収率が低いと共に、大量の発酵残渣が発生するという問題があった。さらに、回収される有機酸の成分は酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等の多数の有機酸の混合物であり、特定の成分を選択的に製造することはできなかった。
【０００４】
従って、この発明の目的は、高い固形物可溶化率、有機物分解が得られるので、有機酸の高い回収率が得られ、かつ、廃棄物の発生量を低減することができ、さらに、再生される有機酸は、酢酸を主体とした、副産物の割合が非常に小さい、高い価値を有するものからなる、有機性物質の処理方法および処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、下記を特徴とするものである。
【０００６】
請求項１記載の発明は、有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化工程と、前記可溶化工程より得られた物質を微好気あるいは好気条件において処理する好気処理工程と、前記好気処理工程より得られた物質を嫌気性微生物によって酸発酵させる酸発酵工程と、前記酸発酵工程より得られた物質を固体成分と液体成分とに分離する固液分離工程と、前記固液分離工程より得られた液体成分から有機酸を回収する有機酸回収工程とを具備し、前記固液分離工程より得られた固体成分を前記可溶化工程に返送することに特徴を有するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記酸発酵工程による酸発酵前に、前記好気処理工程より得られた前記物質にビタミン類を添加することに特徴を有するものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化装置と、前記可溶化装置より得られた物質を微好気あるいは好気条件において処理する好気処理装置と、前記好気処理装置より得られた物質を嫌気性微生物によって酸発酵させる酸発酵装置と、前記酸発酵装置より得られた物質を固体成分と液体成分とに分離する固液分離装置と、前記固液分離装置より得られた液体成分から有機酸を回収する有機酸回収装置とを具備し、前記固液分離装置より得られた固体成分は、前記可溶化装置に返送されることに特徴を有するものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記酸発酵装置による酸発酵前に、前記好気処理装置より得られた前記物質にビタミン類を添加するビタミン類添加装置を具備することに特徴を有するものである。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、この発明の有機性物質の処理方法の一実施態様、を図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、この発明の有機性物質の処理方法を実施する処理装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、１は、可溶化装置、２は、好気処理装置、３は、酸発酵装置、４は、固液分離装置、５は、有機酸回収装置である。
【００１３】
この発明における処理対象物としての有機性物質は、固形有機物を含有する有機性物質であって、下水汚泥またはその脱水ケーキ、し尿、し尿汚泥、浄化槽汚泥、厨芥、食品廃棄物、ヘドロ等の有機性物質である。
【００１４】
この発明の処理方法は、かかる有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化工程を有する。被処理有機性物質中の固形有機物を可溶化することにより、後述する酸発酵工程での加水分解、酸生成を促進することができる。
【００１５】
可溶化装置１においては、アルカリ処理と共に必要に応じて熱処理および超音波処理の少なくとも１つを併用することができる。アルカリ処理と熱処理および超音波処理の少なくとも１つを併用することにより、反応時間の短縮化や高い可溶化率が得られる場合がある。反応時間、反応温度、反応ｐＨについては、目標とする有機性物質の分解率によって任意に設定することができるが、可溶化槽における反応ｐＨは、８〜１２が好ましく、加熱処理を行う場合の反応温度については、５０〜８５℃が好ましい。またアルカリ処理に使用するアルカリは、特に規定するものではないが、取り扱いの容易性やコストの観点から水酸化ナトリウムが好ましい。
【００１６】
この発明の処理方法は、可溶化工程処理物に引き続いて、好気処理装置２による好気処理工程により、微好気あるいは好気条件において好気処理を行う。この工程においては、可溶化工程処理物中に存在する嫌気性微生物の一部を好気性微生物あるいは通性嫌気性の微生物により捕食させる。好気性微生物は、他の嫌気性の微生物による捕食および分解率は低く、後段の酸発酵工程において分解される割合は小さいが、本処理により発酵工程で分解を受けやすい好気性微生物あるいは通性嫌気性の微生物に変換されるので、後段の発酵工程における有機酸生成量が増大すると共に、発酵残渣の発生量を減ずることができる。
【００１７】
反応条件としては、溶存酸素濃度は、０．１ｍｇ／ｌ以上、反応時間は、１５分から２時間程度が適切である。好気的処理を行い過ぎると、有機物の一部は、二酸化炭素まで分解されてしまうので、有機酸の回収率が低下してしまう点に注意する必要がある。原料の成分、濃度、可溶化工程のｐＨ、温度、後段の酸発酵工程における処理時間等によって最適な溶存酸素濃度と処理時間を決めることが好ましい。
【００１８】
さらに、酸発酵装置３による酸発酵工程においては、ビタミン類添加装置（図示せず）によりビタミン類を添加することにより、有機酸中の酢酸の割合を高めることができる。添加するビタミン類としては、ビタミンＢ1、ニコチン酸、ビオチン等が効果的であり、添加量としては、ビタミンＢ1およびニコチン酸が０．１〜１０ｍｇ／ｌ、ビオチンが１〜１００μｇ／ｌが好ましい。酸発酵工程において、被処理物としての有機性物質を嫌気性微生物の存在下で酸発酵させることにより有機酸を生成させる。
【００１９】
この発明では、上述のように、可溶化工程有機性物質中の固形有機物が可溶化され、微好気あるいは好気工程において、嫌気性微生物の一部が比較的分解されやすい好気性あるいは通性嫌気性の微生物に変拠されているため、酸発酵工程における加水分解、酸生成が促進される。
【００２０】
酸発酵工程を経た有機性物質は、固液分離装置４による固液分離工程において液体成分と固体成分とに固液分解され、次いで、液体成分は、有機酸回収装置５による有機酸回収工程に導入され、固体成分は、可溶化工程に返送される。固体成分を可溶化工程に返送することにより投入有機性物質の高い分解率が得られる。固体成分には分解の困難な無機物類も存在するので、その一部は引き抜き汚泥として系外に抜き出せば良い。
【００２１】
有機酸回収工程においては、電気透析法、蒸留法、膜分離法等の回収技術を適用すれば良い。
【００２２】
【実施例】
以下、この発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２３】
まず、図１に示した構成を模擬した実験装置（実験系列Ａ）により実験を行った。また、１系列は、ビタミン類を添加しない系とし、ビタミン類添加の効果を確認する系（実験系列Ｂ）とした。さらに、１系列は、微好気反応タンクヘの空気の吹き込みを行わず、微好気反応タンク設置の効果を確認する系（実験系列Ｃ）とした。
【００２４】
実験例１は、実験系列ＡとＢとを使用し、原料としては、瀬戸内海から採取した海洋ヘドロを用いた。処理量は、２００ｍｌ／日、アルカリ添加は、水酸化ナトリウムで行い、ｐＨ９、５０℃の条件で３０分処理を行った。微好気反応タンクでは、酸発酵溶存酸素濃度を０．３ｍｇ／ｌの条件で１時間保持した。酸発酵タンクでの滞留時間は、２日とし、系列Ａにおいては、ビタミン類としてビタミンＢ1を１ｍｇ／ｌ、ニコチン酸を１ｍｇ／ｌ、ビオチンを１０μｇ／ｌ添加した。
【００２５】
固液分離後は、１５０ｍｌを液状成分として取り出し、１００ｍｌを固形成分として取り出し、５０ｍｌを可溶化装置に循環し、５０ｍｌを系外に抜き出した。
【００２６】
その結果、固液分離後の液状成分における有機酸中の酢酸の割合は、Ａ系列では９０％、Ｂ系列では５５％となり、ビタミン類添加により、発生する有機酸の大半を酢酸に制御することが可能となった。
【００２７】
実験例２は、実験系列ＡとＣとを使用し、原料としては下水汚泥を用いた。処理量は、２００ｍｌ／日、アルカリ添加は、水酸化ナトリウムで行い、ｐＨ９、５０℃の条件で３０分処理を行った。Ａ系列の微好気反応タンクでは、酸発酵溶存酸素濃度を０．３ｍｇ／ｌの条件で１時間保持した。Ｃ系列では微好気反応タンクヘの空気吹き込みは行わなかったが、同様に１時間保持した。酸発酵タンクでの滞留時間は２日とし、両系列共にビタミン類としてビタミンＢ1を５ｍｇ／ｌ、ニコチン酸を５ｍｇ／ｌ、ビオチンを５０μｇ／ｌ添加した。固液分離後は、１５０ｍｌを液状成分として取り出し、１００ｍｌを固形成分として取り出し、５０ｍｌを可溶化装置に循環し、５０ｍｌを系外に抜き出した。
【００２８】
その結果、微好気処理を行ったＡ系列では、微好気処理を行わなかったＣ系列と比較して、有機酸生成量が１０％増加した。
【００２９】
以上の実験１および２より、微好気反応タンク設置による固形物可溶化促進効果と、ビタミン類添加による生成物中において、酢酸を主要産物とすることができることが確認され、工業的規模で行っても同様な結果が得られることが分かった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高い固形物可溶化率、有機物分解が得られるので、有機酸の高い回収率が得られ、かつ、廃棄物の発生量を低減することができ、さらに、再生される有機酸は、酢酸を主体とした、副産物の割合が非常に小さい、高い価値を有するものとなるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の有機性物質の処理方法を実施する処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：可溶化装置
２：好気処理装置
３：酸発酵装置
４：固液分離装置
５：有機酸回収装置
Claims (4)
- 有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化工程と、前記可溶化工程より得られた物質を微好気あるいは好気条件において処理する好気処理工程と、前記好気処理工程より得られた物質を嫌気性微生物によって酸発酵させる酸発酵工程と、前記酸発酵工程より得られた物質を固体成分と液体成分とに分離する固液分離工程と、前記固液分離工程より得られた液体成分から有機酸を回収する有機酸回収工程とを具備し、前記固液分離工程より得られた固体成分を前記可溶化工程に返送することを特徴とする、有機性物質の処理方法。
- 前記酸発酵工程による酸発酵前に、前記好気処理工程より得られた前記物質にビタミン類を添加することを特徴とする、請求項１記載の、有機性物質の処理方法。
- 有機性物質中の固形有機物をアルカリ処理を用いて可溶化することにより可溶性有機物を得る可溶化装置と、前記可溶化装置より得られた物質を微好気あるいは好気条件において処理する好気処理装置と、前記好気処理装置より得られた物質を嫌気性微生物によって酸発酵させる酸発酵装置と、前記酸発酵装置より得られた物質を固体成分と液体成分とに分離する固液分離装置と、前記固液分離装置より得られた液体成分から有機酸を回収する有機酸回収装置とを具備し、前記固液分離装置より得られた固体成分は、前記可溶化装置に返送されることを特徴とする、有機性物質の処理装置。
- 前記酸発酵装置による酸発酵前に、前記好気処理装置より得られた前記物質にビタミン類を添加するビタミン類添加装置を具備することを特徴とする、請求項３記載の、有機性物質の処理装置。
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| JP4688713B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2011-05-25 | 住友重機械エンバイロメント株式会社 | 有機酸生成方法、有機酸生成装置、及び排水処理設備 |
| CN105907440B (zh) * | 2016-05-10 | 2018-07-31 | 湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司 | 一种漆渣的能源化利用方法 |
| CN105880261B (zh) * | 2016-05-18 | 2017-11-14 | 湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司 | 一种漆渣的资源化利用方法 |
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- 2001-12-03 JP JP2001369014A patent/JP3637017B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN102343356A (zh) * | 2011-08-01 | 2012-02-08 | 济南宝华新能源技术有限公司 | 一种鲜生物质废弃物的处理方法及其产物的应用 |
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| JP2003164896A (ja) | 2003-06-10 |
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