JP4182355B2 - 有機廃棄物処理方法及び有機性廃棄物処理装置 - Google Patents
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Description
項1. (a)60℃以上の温度、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物をメタン発酵汚泥により分解する(但し、別途、嫌気性雰囲気で60℃で有機性廃棄物に含まれる有機物を加水分解できる微生物を添加して分解することを除く)工程、及び
(b)工程(a)で得られた分解物を嫌気性雰囲気下でメタン発酵する工程、
を含み、
前記工程(a)において、メタン発酵汚泥として、前記工程(b)のメタン発酵によって得られるメタン発酵処理物を固液分離することなく使用することを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
項2. 前記工程(a)を行うための混合槽及びメタン発酵汚泥処理槽、並びに前記工程(b)を行うためのメタン発酵槽を含む有機性廃棄物処理装置を用いて有機性廃棄物を処理する方法であり、
前記工程(a)が、有機性廃棄物とメタン発酵汚泥とを混合槽に供給して予め混合し、得られた有機性廃棄物・汚泥混合物をメタン発酵汚泥処理槽に供給して60℃以上の温度、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で有機性廃棄物を分解する工程である、項1に記載の処理方法。
項3. 工程(a)が下記工程を含む、項2に記載の処理方法:
(a-1)有機性廃棄物を、混合槽に供給する工程、
(a-2)メタン発酵汚泥を混合槽に供給する工程、
(a-3)混合槽において、有機性廃棄物とメタン発酵汚泥とを混合する工程、
(a-4)工程(a-3)で得られた有機性廃棄物・汚泥混合物をメタン発酵汚泥処理槽に供給する工程、及び
(a-5)メタン発酵汚泥処理槽において、60℃以上の温度、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する工程。
項4. 工程(b)が下記工程を含む、項2又は3に記載の処理方法:
(b-1)工程(a)で得られた分解物を60℃以下に冷却した後に、メタン発酵槽に供給する工程、及び
(b-2)メタン発酵槽において、嫌気性雰囲気下でメタン発酵する工程。
項5. 更に、(c)工程(b)で得られたメタン発酵処理物の少なくとも一部をメタン発酵汚泥処理槽又はそれより上流側に返送する工程
を有する、項2乃至4のいずれかに記載の処理方法。
項6. 下記工程を含む、項2乃至5のいずれかに記載の処理方法:
(a-1)有機性廃棄物を、混合槽に供給する工程
(a-2)下記工程(b-2)で得られたメタン発酵発酵処理物をメタン発酵汚泥として混合槽に供給する工程、
(a-3)混合槽において、有機性廃棄物とメタン発酵汚泥とを混合する工程、
(a-4)工程(a-3)で得られた有機性廃棄物・汚泥混合物をメタン発酵汚泥処理槽に供給する工程、
(a-5)メタン発酵汚泥処理槽において、60℃以上の温度、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する工程、
(b-1)工程(a)で得られた分解物を60℃以下に冷却した後に、メタン発酵槽に供給する工程、
(b-2)メタン発酵槽において、嫌気性雰囲気下でメタン発酵する工程、及び
(c)工程(b)で得られたメタン発酵処理物の少なくとも一部をメタン発酵汚泥処理槽又はそれより上流側に返送する工程。
項7. 工程(a)が、60℃以上の温度条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物をメタン発酵汚泥により分解すると共に、アンモニアを回収する工程である、項1乃至6のいずれかに記載の処理方法。
(1)有機廃棄物処理方法
有機性廃棄物
本発明の方法で処理される有機性廃棄物は、有機物を含むものであれば特に制限されないが、例えば、動物又は植物由来のものが挙げられる。具体的には、固形の有機性廃棄物、半固形の有機性廃棄物、不溶性固形分として有機物を含む有機性廃棄物、スラリー状の有機性廃棄物[以下、これらを“固形有機性廃棄物”という場合がある。]などが例示される。更に具体的には、厨芥,生ゴミ,生ゴミの乾燥物、食品工場廃棄物,下水汚泥,畜産廃棄物(家畜のし尿と、わら、おがくず等との混合物)などが例示される。また、本発明の方法で処理される有機性廃棄物は、濃厚廃液(糖廃蜜、焼酎の廃液等)、下水や有機排水(ビール工場の排水等)など、有機物を可溶性成分として含む液状のもの、有機物濃度の濃厚な廃液又は希薄な廃液であってもよい。
工程(a)では、60℃以上の温度条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物をメタン発酵汚泥により分解する。
(a-1)有機性廃棄物を、混合槽に供給する工程
(a-2)メタン発酵汚泥を混合槽に供給する工程、
(a-3)混合槽において、有機性廃棄物とメタン発酵汚泥とを混合する工程、
(a-4)工程(a-3)で得られた有機性廃棄物・汚泥混合物をメタン発酵汚泥処理槽に供給する工程、及び
(a-5)メタン発酵汚泥処理槽において、60℃以上の温度下で、有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する工程。
工程(b)では、工程(a)で得られた分解物を嫌気性雰囲気下でメタン発酵する。本工程において、工程(a)で得られた分解物がメタンと二酸化炭素に分解される。本工程におけるメタン発酵は、従来公知のメタン発酵菌及びメタン発酵槽を用いて行うことができる。
前記工程(a)においてメタン発酵汚泥として、工程(b)で得られたメタン発酵処理物を使用する場合、本発明の方法は工程(b)で得られたメタン発酵処理物の少なくとも一部をメタン発酵汚泥処理槽又はそれより上流側に返送する工程((c)工程)を含有する。このように、工程(b)で得られたメタン発酵処理物を工程(a)で再利用することにより、最終廃棄物量を減量化でき、更には本発明の方法における有機物の分解率を高めることが可能になる。
A)機械的に問題が起きない、希釈率及び循環比であること
ポンプ類や攪拌機等は固形分濃度が低い(=希釈率が高い、循環比が大きい)程、機械的問題が少ないが、循環比が大きい程、各設備の容量や消費エネルギーも大となるので、これらを考慮した上で適当な値を決める。
B)系内のアンモニア濃度が高くなって生物阻害を起こすことがない、希釈率及び循環比であること
この場合の希釈率及び循環比は、アンモニア除去装置の除去効率や水処理設備の窒素除去効率等に依存する。但し、有機性廃棄物中の窒素成分濃度(アンモニアやタンパク質等)が低い場合には、上述のA)と下記C)の観点から希釈率及び循環率を決めればよい。
C)要求される残渣削減率及びメタンガス発生量を達成する、希釈率及び循環比であること
循環比が高いほど固形残渣発生量は減少し、ガス発生量は増大する方向に向かう。これは、メタン発酵処理物中の固形残査が再度分解設備に投入されるからである。但し、循環比を高くとることのデメリットとして、ポンプ類の容量や消費エネルギーが大となることがあるので、これらも考慮した上で希釈率及び循環比を決定する。
本発明の有機性廃棄物処理装置は、上記有機性廃棄物の処理方法を好適に実施できる装置である。本発明の装置は、有機性廃棄物に含まれる有機物をメタン発酵汚泥により分解するメタン発酵汚泥処理槽、及び該処理槽により分解された分解物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を含むものである。
実施例1
下記条件・方法に従って、人工生ゴミを作成し、該生ゴミの処理実験を行った。
<人工生ゴミの作製>
以下の材料をそれぞれ5mm角に切り、各材料をよく攪拌する。1回の粉砕操作に指定の割合で全種類が含まれるように秤量し、フードカッターを用いて砕き混ぜる(10000rpm, 5min.)。含水率を測定しTS(固形物重量)を求める(保存する場合はディープフリーザへ)。
オレンジ(皮) 7.5%
バナナ(皮) 10%
・野菜類(36%) キャベツ 10%
ジャガイモ 10%
ニンジン 10%
大根 10%
白菜 10%
・肉(14%) 挽肉 2.5%
・魚介類 魚 3.5%
骨 1.5%
・卵類 卵 2.5%
・残飯類(20%) 米飯 10%
パン 2.5%
麺類 7.5%
上記の単位「%」は、いずれも「重量%」である。
発酵温度が55℃で運転されているメタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥(固形分1重量%以上)200mLを実効容積200mLの密閉容器(以下、メタン発酵汚泥処理槽という)に入れ80℃に保温した。また、上記メタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥2Lを実効容積2Lの密閉容器(以下、メタン発酵槽という)に入れ55℃に保温した。
発酵温度が55℃で運転されているメタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥(固形分1重量%以上)2Lを、実効容積2Lの密閉容器(以下、メタン発酵槽という)に入れ、55℃で保温した。1日1回、メタン発酵槽から内容物(メタン発酵処理物)200mlを抜き取った。メタン発酵処理物を抜き取ったメタン発酵槽には、蒸留水100ml(100g相当)と人工生ゴミ100mlを混合した後、これを投入した。本操作を1ヵ月間毎日行った。なお、試験開始2週間後から17日間毎日継続して、抜き取ったメタン発酵処理物(最終廃棄物)についてはメタン発酵処理物中の有機物量(VTS:Volatile total solids)及びCODを測定し、更に遠心分離により固液分離した後、メタン発酵処理物の固体画分中の有機物量(VSS)を測定した。これらの測定値から、1日当たり産出される最終廃棄物中のVTS量(廃棄VTS量:mg/日)、COD量(廃棄COD量:mg/日)及びVSS量(破棄VSS量:mg/日)を算出した。
測定結果を図3(廃棄VTS量)、4(廃棄COD量)及び5(破棄VSS量)に示す。この結果、実施例1においてメタン発酵処理物中のVSS及びCODが比較例1に比して低減しており、本発明によって有機物の分解率を高められることが確認された。55℃でメタン発酵させて得られたメタン発酵汚泥を80℃における分解処理に使用することにより、有機性廃棄物の分解率が上昇するメカニズムは明らかではないが、高温で有機物分解酵素の活性が向上したこと、若しくは高温では固形分の溶解度が上がるため、分解酵素の基質濃度が高くなり、酵素活性が同じであっても分解率が向上したことが予想される。
下記条件・方法に従って、ドッグフードを有機性廃棄物のモデルとして用い、、ドッグフードの処理実験を行った。
<ドックフードの前処理及び組成>
市販品のドックフード(商品名「ペディグリーミキサー」、マスターフーズ社製)を、平均粒径0.5mmに粉砕した。得られた粉末状ドッグフードを所定量の水に添加して、下表1に示す成分組成のドッグフード含有水溶液を調製し、これを以下に示す処理実験に使用した。
発酵温度が55℃で運転されているメタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥(固形分2.1重量%)300mLを実効容積300mLの密閉容器(以下、メタン発酵汚泥処理槽という)に入れ80℃に保温した。また、上記メタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥2Lを実効容積2Lの密閉容器(以下、メタン発酵槽という)に入れ55℃に保温した。
発酵温度が55℃で運転されているメタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥(固形分2.1重量%)2Lを、実効容積2Lの密閉容器(以下、メタン発酵槽という)に入れ、55℃で保温した。
1日4回(6時間毎に)、55℃に保温したメタン発酵槽から内容物(メタン発酵処理物)30mlを抜き取った。メタン発酵処理物を抜き取ったメタン発酵槽には、ドッグフード含有水溶液15mLと蒸留水15mlの混合液を投入した。本操作を2ヵ月間毎日行った。3〜4日に1回、メタン発酵槽における発生気体量、メタン発酵槽の発生気体中のメタン及び二酸化炭素濃度を測定した。また、抜き取ったメタン発酵処理物(最終廃棄物)については遠心分離により固液分離した後、メタン発酵処理物の固体画分中の固形物(SS)量を測定した。これらの測定値から、1日当たり、投入VTS量(投入したドッグフード含有水溶液に含まれるVTS量)に対して産出されるメタン、二酸化炭素、及び廃棄有機物(SS)量を算出した。
1日当たりの投入VTS量(投入したドッグフード含有水溶液に含まれるVTS量)に対して産出されるメタン、二酸化炭素、及び廃棄有機物量について、それぞれ図6−8に示す。この結果から、実施例2は比較例1に比べて、破棄された有機物(SS)の割合の点で2倍以上高い値を示しており、またメタン発生量の点でも約1.27倍の値であることが確認された。55℃でメタン発酵させて得られたメタン発酵汚泥を80℃における分解処理に使用することにより、有機性廃棄物の分解率が上昇するメカニズムは明らかではないが、高温で有機物分解酵素の活性が向上したこと、若しくは高温では固形分の溶解度が上がるため、分解酵素の基質濃度が高くなり、酵素活性が同じであっても分解率が向上したことが予想される。
80℃におけるメタン発酵汚泥の有機性廃棄物の分解(可溶化)特性を検証するために、以下の試験を行った。まず、実施例1において作成した人工生ゴミを風乾した後に更に粉砕機で破砕し、1mmのふるいをかけて粒系1mm以下にした破砕乾燥生ごみを調製した。この粉砕乾燥生ごみを80℃の湯で洗浄し、80℃で容易に溶解する成分を除去した(洗浄生ごみ)。この洗浄生ごみの濃度が90g(乾燥重量)/lとなるように、洗浄生ごみに水を添加して、洗浄生ごみ溶液を調製した。100ml容の瓶に、表2に示す試験サンプル10mlと洗浄生ごみ溶液10mlを入れて、混合し、密栓し、さらに内部気体を窒素で置換して嫌気状態とした。これを80℃に保温し、混合直後(0日後)、1日後、3日後、6日後に、瓶中の水溶性画分のCOD量(可溶化COD)を測定した。なお、試験開始前に瓶中の沈殿画分(固形分)のCODを測定しておいた(初期固形COD)。試験サンプル毎に、可溶化COD/初期固形CODを算出し、各々の可溶化率(%)[{(1、3又は6日後の可溶化COD/初期固形COD)−(0日後の可溶化COD/初期固形COD)}×100]を求めた。
試験例1で使用した洗浄生ごみ溶液及び発酵温度が55℃で運転されているメタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥(含水率約90重量%)を用いて、可溶化能力の評価試験を行った。具体的には、表3に示す条件に従って、洗浄生ごみ溶液及び汚泥(含水率約90重量%)を100ml容の瓶に入れて、混合し、密栓し、さらに内部気体を窒素で置換して嫌気状態とした。これを表3に示す条件下で保温し、1日後に、瓶中の水溶性画分のCOD量(可溶化COD)を測定した。上記試験例1と同様の方法で、各条件下での可溶化処理における可溶化率(%)を測定した。
実施例2の有機物処理において、処理操作開始60日後に、可溶化槽内及びメタン発酵処理槽内の液体画分の分子量分布をGPCにより測定し、各ピークについてNMRにより組成を推測した。また、比較例2の有機物処理においても、処理操作開始60日後に、メタン発酵槽内の液体画分を同様に測定し、その組成を推測を行った。
Claims (7)
- (a)70〜90℃の温度条件下、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物をメタン発酵汚泥により分解する工程、及び
(b)工程(a)で得られた分解物を嫌気性雰囲気下でメタン発酵する工程、
を含み、
前記工程(a)において、メタン発酵汚泥として、前記工程(b)のメタン発酵によって得られるメタン発酵処理物を固液分離することなく使用することを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。 - 前記工程(a)を行うための混合槽及びメタン発酵汚泥処理槽、並びに前記工程(b)を行うためのメタン発酵槽を含む有機性廃棄物処理装置を用いて有機性廃棄物を処理する方法であり、
前記工程(a)が、有機性廃棄物とメタン発酵汚泥とを混合槽に供給して予め混合し、得られた有機性廃棄物・汚泥混合物をメタン発酵汚泥処理槽に供給して70〜90℃の温度条件下、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で有機性廃棄物を分解する工程である、請求項1に記載の処理方法。 - 工程(a)が下記工程を含む、請求項2に記載の処理方法:
(a-1)有機性廃棄物を、混合槽に供給する工程、
(a-2)メタン発酵汚泥を混合槽に供給する工程、
(a-3)混合槽において、有機性廃棄物とメタン発酵汚泥とを混合する工程、
(a-4)工程(a-3)で得られた有機性廃棄物・汚泥混合物をメタン発酵汚泥処理槽に供給する工程、及び
(a-5)メタン発酵汚泥処理槽において、70〜90℃の温度条件下、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する工程。 - 工程(b)が下記工程を含む、請求項2又は3に記載の処理方法:
(b-1)工程(a)で得られた分解物を60℃以下に冷却した後に、メタン発酵槽に供給する工程、及び
(b-2)メタン発酵槽において、嫌気性雰囲気下でメタン発酵する工程。 - 更に、(c)工程(b)で得られたメタン発酵処理物の少なくとも一部をメタン発酵汚泥処理槽又はそれより上流側に返送する工程
を有する、請求項2乃至4のいずれかに記載の処理方法。 - 下記工程を含む、請求項2乃至5のいずれかに記載の処理方法:
(a-1)有機性廃棄物を、混合槽に供給する工程
(a-2)下記工程(b-2)で得られたメタン発酵処理物をメタン発酵汚泥として混合槽に供給する工程、
(a-3)混合槽において、有機性廃棄物とメタン発酵汚泥とを混合する工程、
(a-4)工程(a-3)で得られた有機性廃棄物・汚泥混合物をメタン発酵汚泥処理槽に供給する工程、
(a-5)メタン発酵汚泥処理槽において、70〜90℃の温度条件下、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物を分解する工程、
(b-1)工程(a)で得られた分解物を60℃以下に冷却した後に、メタン発酵槽に供給する工程、
(b-2)メタン発酵槽において、嫌気性雰囲気下でメタン発酵する工程、及び
(c)工程(b)で得られたメタン発酵処理物の少なくとも一部をメタン発酵汚泥処理槽又はそれより上流側に返送する工程。 - 工程(a)が、70〜90℃の温度条件下、嫌気性雰囲気、及びアルカリ性条件下で、有機性廃棄物に含まれる有機物をメタン発酵汚泥により分解すると共に、アンモニアを回収する工程である、請求項1乃至6のいずれかに記載の処理方法。
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