JP4117735B2

JP4117735B2 - メタン発酵処理方法及び装置

Info

Publication number: JP4117735B2
Application number: JP2003132749A
Authority: JP
Inventors: 豊米山; 良治築井; 將明西本; 啓典西井; 勝彦竹野
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-05-12
Also published as: JP2004330153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタン発酵処理に係り、特に、下水汚泥、し尿汚泥、家畜糞尿、生ごみ等の有機性廃棄物を酸発酵し、メタン発酵処理する処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
【特許文献１】
特開平８−２２９５９５号公報
【特許文献２】
特開２０００−５７９７号公報
最近、有機資源の再利用の必要性が高くなっている中、前記分野における高濃度に排出される有機性排水や有機性廃棄物等はエネルギー回収を目的としてメタン発酵処理することが多くなってきている。
メタン発酵処理における固形物分解率、メタンガス発生量を増加するために、メタン発酵処理の前段で酸発酵処理などの前処理が行われている。例えば、蛋白質を多く含んだ活性汚泥の余剰汚泥は、高温微好気槽にて可溶化・酸発酵後、メタン発酵処理している（特開平８−２２９５９５号公報）。また、余剰汚泥を熱、超音波、溶菌酵素等により可溶化・酸発酵処理した後、厨芥と混合し、メタン発酵する例もある（特開２０００−５７９７号公報）。
前記方法において、前処理槽、メタン発酵槽は別々であり、熱利用の面、装置のイニシャルコストの面から課題が多く残されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術に鑑み、有機性排水、有機性廃棄物のメタン発酵処理における処理設備の小型化、簡略化を計ると共に安定したメタン発酵処理が行える方法と装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、有機性廃棄物を酸発酵してメタン発酵する処理方法において、前記有機性廃棄物のうち、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を５０〜６０℃の高温で酸発酵処理する工程Ａと、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の前記工程Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で酸発酵処理する工程Ｂとで処理し、該工程ＡとＢの処理液をその他の易分解性有機性廃棄物と共にメタン発酵処理することを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理方法、及び、有機性廃棄物を酸発酵してメタン発酵する処理方法において、前記有機性廃棄物のうち、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の下記工程Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で酸発酵処理する工程Ｂと、該工程Ｂの処理液とセルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物とを５０〜６０℃の高温で酸発酵処理する工程Ａとで処理し、該工程Ａの処理液をその他の易分解性有機性廃棄物と共にメタン発酵処理することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法としたものである。
【０００５】
また、本発明では、有機性廃棄物を処理する酸発酵槽とメタン発酵槽とを有する処理装置において、前記酸発酵槽が、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を処理する５０〜６０℃の高温酸発酵槽Ａと、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の酸発酵槽Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で処理する酸発酵槽Ｂとで構成され、前記各酸発酵槽の処理液とその他の易分解性有機性廃棄物とを処理するメタン発酵槽からなることを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理装置としたものであり、具体的には、前記酸発酵槽Ａ及びＢは、別々に、前記メタン発酵槽内に配備するか、又は、該メタン発酵槽に接して該槽外に配備し、蛋白質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ｂに供給する供給管と、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ａに供給する供給管と、前記酸発酵槽Ａと前記酸発酵槽Ｂの処理液とその他の易分解性有機性廃棄物を前記メタン発酵槽に供給する供給管とを備えることができる。
さらに、本発明は、有機性廃棄物を処理する酸発酵槽とメタン発酵槽とを有する処理装置において、前記酸発酵槽が、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の下記酸発酵槽Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で処理する酸発酵槽Ｂと、該酸発酵槽Ｂの処理液とセルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を処理する５０〜６０℃の高温酸発酵槽Ａとで構成され、該酸発酵槽Ａの処理液とその他の易分解性有機性廃棄物とを処理するメタン発酵槽からなることを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理装置としたものであり、具体的には、前記酸発酵槽Ａ及びＢは、隣接して、前記メタン発酵槽内に配備するか、又は、該メタン発酵槽に接して該槽外に配備し、蛋白質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ｂに供給する供給管と、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ａに供給する供給管と、前記酸発酵槽Ｂの処理液を前記酸発酵槽Ａに供給する供給管と、前記酸発酵槽Ａの処理液とその他の易分解性有機性廃棄物を前記メタン発酵槽に供給する供給管とを備えることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明で、蛋白質系有機性廃棄物とは、蛋白質を多く含む有機性廃棄物をさし、その代表例は、活性汚泥の余剰汚泥、おから等である。セルロース系有機性廃棄物とは、セルロースを多く含む有機性廃棄物をさし、その代表例は、下水の最初沈殿池汚泥、牛糞等である。脂質系有機性廃棄物とは、脂質を多く含む有機性廃棄物をさし、その代表例は、食用油、乳製品の有機性廃棄物等である。その他の易分解性有機性廃棄物とは、常温で酸発酵が容易に進む糖類などの有機物を多く含む有機性廃棄物をさし、その代表例は、生ごみ、シロップ等である。
図１に、本発明の一例のフロー概略図を示す。蛋白質系有機性廃棄物１は、６０〜８０℃の温度条件の酸発酵槽６に流入し、酸発酵処理される。ここでの酸発酵処理は、通性嫌気的条件にて処理される。したがって、必要に応じて空気を供給し、微好気状態を維持する。滞留日数は、１〜５日好ましくは１〜２日である。この条件で、蛋白質を多く含む有機性廃棄物中の易分解性のものが、酢酸を主体とした有機酸に変換される。酸発酵処理水３は、中温メタン発酵槽８に流入する。
【０００７】
セルロース系有機性廃棄物及び油脂系有機性廃棄物２は、５０〜６０℃の温度条件の酸発酵槽７に流入し、酸発酵処理される。滞留日数は、１〜７日好ましくは１〜３日である。この条件で、セルロース系有機性廃棄物及び油脂系有機性廃棄物を多く含む有機性廃棄物中の易分解性のものが低分子化する。酸発酵処理水４は、中温メタン発酵槽８に流入する。セルロース系有機性廃棄物のメタン発酵処理での律速段階は、加水分解であり、５０〜６０℃の高温で酸発酵処理することで、Clostridium属の嫌気性菌により加水分解・酸発酵される。油脂系有機性廃棄物は、５０〜６０℃の高温域で処理することで、酸発酵槽での油分の分散状態が、３０〜３５℃の中温域に比べてよく、微生物がアタックしやすいため脂質の分解を促進できる。
【０００８】
その他の易分解性有機性廃棄物９は、６０〜８０℃の酸発酵処理した処理水と５０〜６０℃の酸発酵処理した処理水４と共に、３０〜４０℃の中温メタン発酵槽８でメタン発酵処理される。中温メタン発酵処理では、滞留日数は１０〜２５日好ましくは１５〜２０日である。一般的な中温メタン発酵処理では、滞留日数２０〜３０日で運転されるが、本発明では、前段で有機物の種類により選択的に酸発酵処理されるため、メタン発酵槽の滞留日数が大幅に短くなる。
図２は、本発明の他の例のフロー概略図である。蛋白質系有機性廃棄物１は、６０〜８０℃の温度条件の発酵槽６に流入し、酸発酵処理される。前記酸発酵処理水３とセルロース系有機性廃棄物及び脂質系有機性廃棄物２とは、共に５０〜６０℃の温度条件で酸発酵槽７に流入し、酸発酵処理される。６０〜８０℃の酸発酵処理水が流入するため、酸発酵槽７では加温エネルギーが節約できる。
前記酸発酵処理水４とその他の易分解性有機性廃棄物９とは、３０〜４０℃の中温メタン発酵槽８でメタン発酵処理される。
【０００９】
図３〜図６は、本発明の発酵槽の配置を示す概念図である。図３と図４は、酸発酵槽がメタン発酵槽内に含まれる場合である。図３は請求項１の場合，図４は請求項２の場合である。酸発酵槽がメタン発酵槽内にあるため、熱ロスが少ないこと等のメリットがある。
図５と図６は、酸発酵槽がメタン発酵槽外で隣接している場合である。図５は請求項２の場合、図６は請求項１の場合である。酸発酵槽からの発生ガス中には、炭酸ガスが多く含まれるため、メタン発酵槽からのメタンガス濃度を高く維持しなければならない場合に使用する。
上記メタン発酵処理は、３０〜４０℃の中温メタン発酵処理の例であるが、本発明はこの他に、５０〜６０℃の高温メタン発酵処理も適用できる。高温メタン発酵を適用するケースは、以下の場合が考えられる。
（１）設置面積に制約があり、メタン発酵槽の容量を小さくする必要がある場合。
（２）有機性廃棄物中に脂質を多く含む場合。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
表１に蛋白質系有機性廃棄物（活性汚泥の余剰汚泥）、セルロース系有機性廃棄物（牛糞尿）、脂質系有機性廃棄物（ホエ、乳清）、易分解性有機性廃棄物（生ごみ）の性状を示す。
【００１１】
【表１】

【００１２】
表１の原料について、図１の処理フロー（本発明）と図７の処理フロー（対照系）とで、メタン発酵実験を行った。
各反応槽の有効容量は以下のとおりであった。
（１）本発明：６０〜８０℃の酸発酵処理槽：５Ｌ
５０〜６０℃の酸発酵処理槽：１０Ｌ
３０〜４０℃の中温メタン発酵処理槽：８５Ｌ
（２）対照系：３０〜４０℃の中温メタン発酵処理槽：１００Ｌ
各有機性廃棄物の投入量は、１Ｌ／日であった。
表２に、実験開始後２ヶ月後のメタン発酵の処理成績を示す。
【００１３】
【表２】

ＣＯＤｃｒ負荷５．３ｋｇ／ｍ³・日の条件で、対照系列は、ＣＯＤｃｒ分解率４５％、発生ガス８２ＮＬ／日、本発明は、ＣＯＤｃｒ分解率６１％、発生ガス１９０ＮＬ／日であった。このように、本発明は、対照系列に比べて１．４倍のＣＯＤｃｒ分解率、ガス発生量が得られた。
【００１４】
【発明の効果】
セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を高温酸発酵処理する工程Ａと、蛋白質系有機性廃棄物を工程Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で酸発酵処理する工程Ｂとで処理し、工程Ａ・Ｂの処理液とその他の易分解性有機性廃棄物とをメタン発酵処理を行うことにより、セルロース、脂質、蛋白質を多く含む有機性廃棄物あるいは有機性廃水のメタン発酵処理おける有機物除去率を高くでき、メタンガス発生量を多くすることを可能にした。また、メタン発酵槽の滞留時間を短かくすることも可能となった。
さらに、蛋白質系有機性廃棄物を工程Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で酸発酵処理する反応槽と、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を高温酸発酵処理する反応槽とが、その他の易分解性有機性廃棄物とをメタン発酵処理する反応槽内に配備されるかあるいは接することにより加温エネルギーの節約が行えた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示すフロー概略図。
【図２】本発明の他の例を示すフロー概略図。
【図３】本発明の発酵槽の配置の一例を示す概念図。
【図４】本発明の発酵槽の配置の他の例を示す概念図。
【図５】本発明の発酵槽の配置の他の例を示す概念図。
【図６】本発明の発酵槽の配置の他の例を示す概念図。
【図７】実施例の対照系に用いたフロー概略図。
【符号の説明】
１：蛋白質系有機性廃棄物、
２：セルロース系有機性廃棄物及び油脂系有機性廃棄物、
３：６０〜８０℃の酸発酵処理した処理水、
４：５０〜６０℃の酸発酵処理した処理水、
５：３０〜４０℃の中温メタン発酵処理した処理水、
６：６０〜８０℃の酸発酵槽、
７：５０〜６０℃の酸発酵槽、
８：３０〜４０℃の中温メタン発酵槽、
９：その他の易分解性有機性廃棄物

Claims

有機性廃棄物を酸発酵してメタン発酵する処理方法において、前記有機性廃棄物のうち、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を５０〜６０℃の高温で酸発酵処理する工程Ａと、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の前記工程Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で酸発酵処理する工程Ｂとで処理し、該工程ＡとＢの処理液をその他の易分解性有機性廃棄物と共にメタン発酵処理することを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理方法。
有機性廃棄物を酸発酵してメタン発酵する処理方法において、前記有機性廃棄物のうち、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の下記工程Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で酸発酵処理する工程Ｂと、該工程Ｂの処理液とセルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物とを５０〜６０℃の高温で酸発酵処理する工程Ａとで処理し、該工程Ａの処理液をその他の易分解性有機性廃棄物と共にメタン発酵処理することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
有機性廃棄物を処理する酸発酵槽とメタン発酵槽とを有する処理装置において、前記酸発酵槽が、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を処理する５０〜６０℃の高温酸発酵槽Ａと、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の酸発酵槽Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で処理する酸発酵槽Ｂとで構成され、前記各酸発酵槽の処理液とその他の易分解性有機性廃棄物とを処理するメタン発酵槽からなることを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理装置。
有機性廃棄物を処理する酸発酵槽とメタン発酵槽とを有する処理装置において、前記酸発酵槽が、蛋白質系有機性廃棄物を６０〜８０℃の下記酸発酵槽Ａより高い温度又は高い温度でかつ微好気条件で処理する酸発酵槽Ｂと、該酸発酵槽Ｂの処理液とセルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を処理する５０〜６０℃の高温酸発酵槽Ａとで構成され、該酸発酵槽Ａの処理液とその他の易分解性有機性廃棄物とを処理するメタン発酵槽からなることを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理装置。
前記酸発酵槽Ａ及びＢは、別々に、前記メタン発酵槽内に配備するか、又は、該メタン発酵槽に接して該槽外に配備し、蛋白質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ｂに供給する供給管と、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ａに供給する供給管と、前記酸発酵槽Ａと前記酸発酵槽Ｂの処理液とその他の易分解性有機性廃棄物を前記メタン発酵槽に供給する供給管とを備えたことを特徴とする請求項３記載の有機性廃棄物のメタン発酵処理装置。
前記酸発酵槽Ａ及びＢは、隣接して、前記メタン発酵槽内に配備するか、又は、該メタン発酵槽に接して該槽外に配備し、蛋白質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ｂに供給する供給管と、セルロース系有機性廃棄物及び／又は脂質系有機性廃棄物を前記酸発酵槽Ａに供給する供給管と、前記酸発酵槽Ｂの処理液を前記酸発酵槽Ａに供給する供給管と、前記酸発酵槽Ａの処理液とその他の易分解性有機性廃棄物を前記メタン発酵槽に供給する供給管とを備えたことを特徴とする請求項４記載の有機性廃棄物のメタン発酵処理装置。