JP3775670B2 - セルロース含有有機性廃棄物の処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、茶粕、コーヒー抽出粕、刈草、稲藁、間伐材、下水処理場初沈汚泥等、セルロースを固形物として１０％以上含有する有機性廃棄物をメタン発酵する処理方法及び処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物をメタン発酵処理する方法は、メタンからのエネルギー回収が可能であることと、汚泥発生量の削減の両面から注目されている。
しかし、従来のメタン発酵方法においては、茶・コーヒーの抽出粕、刈草、稲藁、間伐材、下水処理場初沈汚泥等のセルロースを含有する廃棄物を処理対象とする場合、粒径の大きなセルロースはメタン発酵処理ではほとんど処理されず、処理水中に汚泥として残存してしまう。残存物はメタン発酵に関与していないため、残存物が持つエネルギーは回収不能となるばかりか、そのまま余剰汚泥となるため、廃棄物量削減の観点からも好ましくない。そのためメタン発酵の前処理として、酸処理あるいはアルカリ処理を行い、セルロースを低分子化する試みが為されている。しかし、これらの方法は薬品添加が必要であり、さらに後段で中和処理等を行わなければならないため、ランニングコストが高くなるという欠点がある。
【０００３】
また、コーヒー抽出粕のように多くの油脂分を含有する有機性廃棄物に関しては、抽出粕粒子の表面近傍の油脂が発酵菌体を含む水分の進入を防いで、分解を阻害しているものと考えられる。油脂の存在形態にもよるが、一般的に油脂含有率が１０％以上になるとメタン発酵に阻害が出始めると言われている。この対策としては、リパーゼなとどの加水分解酵素を添加する方法が提案されているが、薬品としての酵素は高価であるため、ランニングコストが高くなってしまう。また、加水分解酵素分泌細菌の添加なども研究されているが、現状では実用化に至っていない。
【０００４】
さらに、原料によっては微量栄養素が偏っているものがあり、これらを単独でメタン発酵する場合、発酵槽内の生物相を安定的に維持するために、金属塩などの添加が必須になるという問題点もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵処理における分解率を向上させることにより、エネルギー回収量を増加させ、廃棄物発生量を削減することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する方法において、セルロースを含有する有機性廃棄物を、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥を脱水設備で脱水し、該脱水設備からの脱水ろ液を生物学的排水処理設備で処理し、該排水処理設備からの余剰汚泥と、混合した後、粉砕し、その混合粉砕物にメタン発酵処理を行うことを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理方法。
（２）セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する方法において、セルロースを含有する有機性廃棄物を、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥を脱水設備で脱水し、該脱水設備からの脱水ろ液を生物学的排水処理設備で処理し、該排水処理設備からの余剰汚泥と、セルロースを含有する有機性廃棄物を粉砕したものを混合し、その混合粉砕物にメタン発酵処理を行うことを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理方法。
（３）前記の粉砕による平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の処理方法。
（４）セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する処理装置において、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥を脱水する脱水設備、該脱水設備からの脱水ろ液を処理する生物学的排水処理設備、該排水処理設備からの余剰汚泥とセルロースを含有する有機性廃棄物と混合した後に粉砕する粉砕機、該粉砕機からの混合粉砕物をメタン発酵設備に導入する導入管を有することを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理装置。
（５）セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する処理装置において、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥をで脱水する脱水設備、該脱水設備からの脱水ろ液を処理する生物学的排水処理設備、セルロースを含有する有機性廃棄物を粉砕する粉砕機、該粉砕機からの粉砕物と前記排水処理設備からの余剰汚泥とを混合した混合粉砕物をメタン発酵設備に導入する導入管を有することを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理装置。
（６）前記粉砕機がカッター式又は石臼式粉砕機であることを特徴とする前記（４）又は（５）記載のセルロース含有有機性廃棄物の処理装置。
【０００７】
本発明の骨子は、前記課題を解決するため、有機性廃棄物のメタン発酵の前段に粉砕機を配置し、有機性廃棄物に余剰汚泥を混合したもの又は有機性廃棄物単独を平均粒径２００μｍ以下、望ましくは７０μｍ以下に粉砕し、廃棄物中に含有するセルロースの生分解性を上げると共に、コーヒー抽出粕が含有している油脂分を分散させ、粉砕物が有機性廃棄物単独の場合にはこれに排水処理の余剰汚泥を混合することにより、後段のメタン発酵処理における分解率を向上させることである。
【０００８】
図２は、コーヒー抽出粕に種汚泥を添加して、回分的にメタン発酵させ、発生したガス量からＣＯＤの分解率を測定したものである。これによると、粉砕していないコーヒー抽出粕は全くガス発生が見られないのに対し、粉砕したものは含有ＣＯＤの約８割がメタンガスに転換されていることがわかる。
【０００９】
また、本実験では鉄、コバルト、ニッケルを微量栄養素として添加しているが、コーヒー飲料を製造している工場内の実装置を想定する場合、通常排水処理施設が併設されているため、コーヒー抽出粕と同時に排水処理の余剰汚泥をメタン発酵施設に投入することによって、これらの微量栄養素を余剰汚泥から供給する方法が合理的である。
【００１０】
なお、コーヒー抽出粕は含水率が６０〜８０％と低いため、粉砕機内部の閉塞等を考慮し、粉砕手段としてカッター式か石臼式を使用するのが望ましい。図３は、石臼式粉砕機を用いて粉砕したコーヒー粕のメタン発酵における分解率を測定した結果である。平均粒径７０μｍ以下で分解率が向上していることがわかる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の例を図１にブロック図で示す。図１の（ａ）に第１の実施態様を、（ｂ）に第２の実施態様を、（ｃ）に第３の実施態様を示す。
図１の（ａ）では、有機性廃棄物１１と生物学的排水処理設備１からの余剰汚泥１４とを混合し、粉砕機２にて粉砕後、メタン発酵設備３に投入する。メタン発酵設備３で発生したバイオガス１３はガス利用設備４にて再利用され、消化汚泥１５は脱水設備５にて脱水後、脱水ケーキ１７として場外搬出される。脱水ろ液１６は水処理設備１にて処理され、処理水１８として排出される。
【００１２】
（ｂ）では、有機性廃棄物１１を粉砕機２にて粉砕後に余剰汚泥１４と混合し、メタン発酵設備３に投入する。メタン発酵設備３で発生したバイオガス１３はガス利用設備４にて再利用され、消化汚泥１５は脱水設備５にて脱水後、脱水ケーキ１７として場外搬出される。脱水ろ液１６は水処理設備１にて処理される。
【００１３】
（ｃ）では、有機性廃棄物１１を粉砕機２にて粉砕後、メタン発酵設備３に投入する。これとは別に、余剰汚泥１４もメタン発酵設備３に投入する。メタン発酵設備３で発生したバイオガス１３はガス利用設備４にて再利用され、消化汚泥１５は脱水設備５にて脱水後、脱水ケーキ１７として場外搬出される。脱水ろ液１６は水処理設備１にて処理される。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。ただし、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
コーヒー抽出粕と余剰汚泥を固形物比４：１で混合して粉砕機を通し、図１の（ａ）のフローにてメタン発酵槽に投入した。前記粉砕機における粉砕は石臼式を使用し、平均粒径５０μｍとなる様に粉砕した。メタン発酵槽は有効容量１．８ｍ3であり、温度は５５℃に保持した。
【００１６】
その結果、１日平均６．０ｍ3のバイオガスが発生した。メタンに換算すると３．９ｍ3となり、エネルギー換算すると約１４万ｋＪ／日となる。メタン発酵槽の加温に必要なエネルギーは約３万５千ｋＪ／日であるため、メタンガスのエネルギーの７５％にあたる約１０万ｋＪ／日が余剰エネルギーとして、有効利用可能であることになる。
運転条件を第１表に、処理結果を第２表に示す。
【００１７】
ＣＯＤCrは７６％という高除去率が得られた。通常メタン発酵における余剰汚泥のＣＯＤ分解率は３０〜４０％であるため、この高除去率はコーヒー抽出粕の粉砕効果によるものである。よって、粉砕と混合の順序を図１の（ｂ）あるいは（ｃ）のようにに変更しても、同様のＣＯＤ除去率が得られる。
【００１８】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば、セルロースを含有する有機性廃棄物を生物処理の余剰汚泥と共にメタン発酵処理を行った際の、エネルギー回収量を増加させると同時に、廃棄物発生量を低減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を説明するブロック図であり、（ａ）は第１の実施態様を説明し、（ｂ）は第２の実施態様を説明し、（ｃ）は第３の実施態様を説明するものである。
【図２】未粉砕コーヒー抽出粕と微粉砕コーヒー抽出粕のＣＯＤ分解率の経時変化を示すグラフである。
【図３】コーヒー抽出粕の平均粒径とＣＯＤ分解率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 生物学的排水処理設備
２ 粉砕機
３ メタン発酵設備
４ ガス利用設備
５ 脱水設備
１１ 有機性廃棄物
１２ 粉砕物
１３ バイオガス
１４ 余剰汚泥
１５ 消化汚泥
１６ 脱水ろ液
１７ 脱水ケーキ
１８ 処理水
Claims (6)
- セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する方法において、セルロースを含有する有機性廃棄物を、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥を脱水設備で脱水し、該脱水設備からの脱水ろ液を生物学的排水処理設備で処理し、該排水処理設備からの余剰汚泥と、混合した後、粉砕し、その混合粉砕物にメタン発酵処理を行うことを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理方法。
- セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する方法において、セルロースを含有する有機性廃棄物を、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥を脱水設備で脱水し、該脱水設備からの脱水ろ液を生物学的排水処理設備で処理し、該排水処理設備からの余剰汚泥と、セルロースを含有する有機性廃棄物を粉砕したものを混合し、その混合粉砕物にメタン発酵処理を行うことを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理方法。
- 前記の粉砕による平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の処理方法。
- セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する処理装置において、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥を脱水する脱水設備、該脱水設備からの脱水ろ液を処理する生物学的排水処理設備、該排水処理設備からの余剰汚泥とセルロースを含有する有機性廃棄物と混合した後に粉砕する粉砕機、該粉砕機からの混合粉砕物をメタン発酵設備に導入する導入管を有することを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理装置。
- セルロースを含有する有機性廃棄物をメタン発酵設備で処理する処理装置において、セルロースを含有する有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵設備からの消化汚泥をで脱水する脱水設備、該脱水設備からの脱水ろ液を処理する生物学的排水処理設備、セルロースを含有する有機性廃棄物を粉砕する粉砕機、該粉砕機からの粉砕物と前記排水処理設備からの余剰汚泥とを混合した混合粉砕物をメタン発酵設備に導入する導入管を有することを特徴とするセルロース含有有機性廃棄物の処理装置。
- 前記粉砕機がカッター式又は石臼式粉砕機であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のセルロース含有有機性廃棄物の処理装置。
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