JP4367876B2 - 廃棄物処理方法およびその装置 - Google Patents
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Landscapes
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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スラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理する廃棄物処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、厨芥や水産加工場などで生じる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。そして、従来の廃棄物処理方法では、特にメタンガスを効率よく生成するために、メタン発酵処理する際の固形有機性廃棄物の濃度が高くなるようにスラリ状に可溶化した混合液を処理している。また、固形有機性廃棄物を高濃度で処理すると、メタン発酵処理の際に固形有機性廃棄物が分解されることにより発生するアンモニアの量も多くなり、このアンモニアにより固形有機性廃棄物を分解する微生物の活性が低下して、メタン発酵処理速度が低下し、しいてはメタン発酵処理が停止する。このため、従来の廃棄物処理方法では、メタン発酵処理しているメタン発酵槽内の混合液の一部を分集し、別途設けたアンモニア処理装置にて、水蒸気などを曝気してアンモニアを水蒸気に移行させるアンモニアストリッピングにて分離除去し、再びメタン発酵槽に返送してアンモニアの濃度が上昇することを防止してメタン発酵処理速度の低下を防止している。
【０００３】
しかしながら、従来のメタン発酵槽から分集した混合液をアンモニアストリッピングする方法では、処理する固形有機性廃棄物が高濃度であると、アンモニア処理装置までの搬送、アンモニア処理装置内、あるいはアンモニア処理装置からメタン発酵槽への返送工程中で混合液が閉塞するなどの不都合が生じるおそれがある。また、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性の高い混合液からアンモニアを分離除去するための特別な構造のアンモニア処理装置が必要となり、装置構造が複雑化および大型化する問題がある。
【０００４】
そこで、例えば特開昭６３−１８５４９９号公報に記載の構成が採られている。
【０００５】
この特開昭６３−１８５４９９号公報に記載の廃棄物処理方法は、水産加工工程で排出される血汁や煮汁を除蛋白処理した混合液をメタン発酵処理してメタンガスを含有する生成ガスを回収する。このメタン発酵処理の際、回収した生成ガスの一部からアンモニアを除去し、このアンモニアが除去された生成ガスをメタン発酵槽内の混合液に噴出して攪拌し、混合液中のアンモニアを噴出した生成ガスに移行して分離し、アンモニアの蓄積によるメタン発酵処理の阻害を防止して、効率よくメタン発酵処理する構成が採られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６３−１８５４９９号公報に記載の廃棄物処理方法において、例えばメタン発酵の進行により中間生成物である有機酸の量が増大して処理する混合液のｐＨが酸性となり、アンモニアがイオン化して混合液に溶解した状態となり、噴出する生成ガスに移行しなくなって分離除去できず、アンモニアが蓄積してメタン発酵処理が十分に進行しなくなるアンモニア阻害が生じるおそれがある。また、この生成ガスを混合液に噴出する構成を生ごみなどの固形有機性廃棄物を処理する場合に利用した場合、特に処理量を増大するとともに生成ガス量を増大して効率よく処理するために、混合液を総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）が高く調質して粘性が高い状態とすると、噴出された生成ガスに十分にアンモニアが移行しなくなって、アンモニア阻害が生じるおそれもある。
【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およびその装置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スラリ状に可溶化した混合液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、前記混合液をｐＨ７．０以上８．５以下でメタン発酵処理し、このメタン発酵処理により生成する生成ガスを回収し、この回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去し、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするものである。
【０００９】
そして、メタン発酵処理により生成する生成ガスを回収して少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、このアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部をｐＨ７．０以上８．５以下に調質された混合液に噴出して攪拌することにより、メタン発酵処理により生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。ここで、混合液のｐＨが７．０より酸性となると、遊離状態のアンモニアの量が低減しアンモニアがイオン状態で溶解して、噴出する生成ガスに移行しにくくなる。また、ｐＨが８．５よりアルカリ性が強くとなるとイオン状態のアンモニアよりメタン発酵に寄与する微生物に対して毒性が強い遊離状態のアンモニアの量が多くなってメタン発酵に寄与する微生物の活性が低減してメタン発酵の処理効率が低減するおそれがあることから、ｐＨを７．０以上８．５以下とする。
【００１０】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００１１】
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、生成ガスを１時間当たりメタン発酵処理するメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するものである。
【００１２】
そして、生成ガスを１時間当たりメタン発酵処理するメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。ここで、噴出する生成ガスの量が１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3より少なくなると、十分に攪拌できる混合液の総固形物濃度が低くなり、効率よく固形有機性廃棄物が処理できなくなるとともに、生成するアンモニアの生成ガスへの移行が不十分となり、アンモニアによりメタン発酵が阻害されるおそれがあることから、１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で生成ガスを噴出させる。
【００１３】
請求項３記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵槽でメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、
前記混合液の総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質し、この総固形物濃度が調整されて調質された混合液を前記メタン発酵処理し、このメタン発酵処理により生成する生成ガスを回収し、この回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去し、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記調質された混合液に１時間当たり前記メタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ 3 で噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするものである。
【００１４】
そして、総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質した混合液をメタン発酵処理する際に、メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、このアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ 3 で噴出して攪拌することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い総固形物濃度５％以上２０％以下の混合液でも、十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。
【００１５】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００１６】
請求項４記載の廃棄物処理方法は、請求項３記載の廃棄物処理方法において、混合液をアルカリ性でメタン発酵処理するものである。
【００１７】
そして、混合液をアルカリ性でメタン発酵処理することにより、アンモニアが分離除去されることにより固形有機性廃棄物の分解生成物である有機酸にて酸性となってメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止するとともに、アンモニアが効率よく生成ガスに移行してアンモニアの蓄積によるメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止して、効率よくメタン発酵処理する。
【００１８】
請求項５記載の廃棄物処理方法は、請求項３または４記載の廃棄物処理方法において、混合液のｐＨを７．０以上８．５以下とするものである。
【００１９】
そして、混合液のｐＨを７．０以上８．５以下とすることにより、溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。
【００２０】
請求項６記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし５記載の廃棄物処理方法において、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理するものである。
【００２１】
そして、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするので、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、メタン発酵処理の温度が３５±５℃より低くなると、メタン発酵する微生物の活性が低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。また、３５±５℃より高くなると、メタン発酵の処理速度が速くなり総固形物濃度が５％以上２０％以下の比較的高い負荷の場合に有機酸が大量発生し、併存するアンモニア性窒素とともに微生物の活性を低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。このため、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理する場合には混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下になるように生成ガスを噴出させる。
【００２２】
請求項７記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし５いずれか一記載の廃棄物処理方法において、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理し、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスの少なくとも一部を噴出してアンモニア性窒素の濃度を２５００ｍｇ／ｌ以下にするものである。
【００２３】
そして、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上で生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を２５００ｍｇ／ｌ以下にするので、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、メタン発酵処理の温度が５５±５℃より低くなると、メタン発酵する微生物の活性が低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。また、５５±５℃より高くなると、メタン発酵の処理速度が速くなり総固形物濃度が５％以上２０％以下の比較的高い負荷の場合に有機酸が大量発生し、併存するアンモニア性窒素とともに微生物の活性を低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。このため、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理する場合には混合液のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出させて、アンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以下にする。
【００２４】
請求項８記載の廃棄物処理装置は、固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、このメタン発酵槽に設けられ混合液のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、前記メタン発酵槽に設けられ前記ｐＨ検出手段にて検出する前記混合液のｐＨを７．０以上８．５以下に調整するｐＨ調整手段と、前記メタン発酵槽に接続され前記メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニア除去手段によりアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするガス攪拌手段とを具備したものである。
【００２５】
そして、メタン発酵槽内の固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をｐＨ検出手段にて検出する混合液のｐＨが７．０以上８．５以下となるようにｐＨ調整手段にてｐＨを調整し、この混合液にメタン発酵処理により生成しメタン発酵槽に接続されたアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部をガス攪拌手段にて噴出して攪拌することにより、メタン発酵処理により生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。
【００２６】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００２７】
請求項９記載の廃棄物処理装置は、請求項８記載の廃棄物処理装置において、ガス攪拌手段は、生成ガスを１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するものである。
【００２８】
そして、ガス攪拌手段から生成ガスを１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。
【００２９】
請求項１０記載の廃棄物処理装置は、固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、このメタン発酵槽に接続され前記メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニア除去手段によりアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に１時間当たり前記メタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするガス攪拌手段とを具備したものである。
【００３０】
そして、総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質した混合液をメタン発酵処理する際に、メタン発酵処理により生成し少なくとも一部がアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を、ガス攪拌手段にて混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3で噴出して攪拌することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い総固形物濃度５％以上２０％以下の混合液でも、十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。
【００３１】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００３２】
請求項１１記載の廃棄物処理装置は、請求項１０記載の廃棄物処理装置において、メタン発酵槽に設けられ混合液のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、前記メタン発酵槽に設けられ前記ｐＨ検出手段にて検出する前記混合液のｐＨを７．０以上８．５以下に調整するｐＨ調整手段とを具備したものである。
【００３３】
そして、ｐＨ検出手段にて検出する混合液のｐＨが７．０以上８．５以下となるようにｐＨ調整手段にてｐＨを調整することにより、簡単な構成で溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。
【００３４】
【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。
【００３５】
図１において、１はメタン発酵槽で、このメタン発酵槽１は、被処理物である固形有機性廃棄物すなわちスラリ状に前処理された泥状物である混合液を貯留可能に形成されている。そして、このメタン発酵槽１には、混合液をメタン発酵槽１内に投入する流入管２が接続されている。
【００３６】
また、混合液は、図示しない破砕および選別する前段処理手段、濃度調整する混合槽、夾雑物を除去する濾過手段および酸発酵してスラリ状に可溶化する可溶化槽から構成された前処理手段３によりスラリ状に調整される。
【００３７】
そして、前段処理手段は、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、前段処理手段は、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備えた選別手段を備えている。なお、前段処理手段としては、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。
【００３８】
また、前処理手段３に接続される混合槽は、前段処理手段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、例えば適宜水や後述する処理された発酵廃液などを加えて所定の総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）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℃の高温に加温する図示しない加温手段と、前段処理手段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図示しない夾雑物排出手段とを備えている。
【００３９】
また、混合槽に接続される濾過手段は、例えば目幅寸法が１０ｍｍ〜１５ｍｍの図示しないドラム細目スクリーンを備え、混合槽にてスラリ状に調質された液状有機性廃棄物から、前段処理手段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図示しないスクリュープレスが設けられている。
【００４０】
さらに、濾過手段に接続される可溶化槽は、濾過手段の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夾雑物から脱水分離した脱水濾液とを貯留可能に形成されている。この可溶化槽には、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、混合液を攪拌する図示しない攪拌手段と、混合液のｐＨを検出する図示しないｐＨ検出手段とを備え、貯留した混合液中の固形の有機物の可溶化および酸発酵し、ＴＳ濃度を約５％以上２０％以下に調質する。
【００４１】
また、可溶化槽には、混合液に微生物の栄養塩を添加する図示しない栄養塩添加手段が設けられている。この添加する栄養塩としては、例えば鉄、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。
【００４２】
さらに、可溶化槽には、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適宜投入する図示しない投入路が接続されている。なお、この投入路は、設けなくてもよい。また、生物汚泥を添加する場合には、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。
【００４３】
そして、可溶化槽には、可溶化槽にてメタン発酵しやすい性状に調質されたスラリ状の泥状物が流入されて貯留するメタン発酵槽１が流入管２を介して接続されている。このメタン発酵槽１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、混合液を攪拌する図示しない攪拌手段とを備えている。さらに、このメタン発酵槽１には、貯留する混合液のｐＨを検出する図示しないｐＨ検出手段と、このｐＨ検出手段にて検出するｐＨがアルカリ性、例えば７．０以上８．５以下、７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下となるように、適宜塩酸などの酸や水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加してｐＨを調整するｐＨ調整手段としてのアルカリ添加手段４とが設けられている。
【００４４】
また、メタン発酵槽１には、メタン発酵処理により発生するメタンガスなどのバイオガスである生成ガスを槽外に流出するガス管５が設けられ、このガス管５にはメタン発酵槽１から回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段６が接続されている。このアンモニア除去手段６は、ガス管５を介して流入する生成ガスを硫酸などの酸と接触させてアンモニアを分解除去する。すなわち、生成ガス中に混合する遊離アンモニアを酸と反応させて硫酸アンモニウムなどのアンモニア化合物を生成させ、酸中に溶解させて生成ガスから分離除去する。なお、アンモニア除去手段６としては、ゼオライトなどのアンモニア吸着能を有する吸着材にて吸着して分離除去するなど、いずれの構成でもよい。
【００４５】
さらに、アンモニア除去手段６には、回収管７を介して生成ガスを別途燃料として再利用するために貯留するガスホルダ８が接続されている。
【００４６】
また、アンモニア除去手段６には、メタン発酵槽１の底部に設けられ、アンモニアを分離除去した生成ガスを貯留する混合液に例えば１時間当たりメタン発酵槽１の容量に対して０．３ｍ3以上３ｍ3以下（０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下）で噴出して攪拌する図示しないガス攪拌手段が噴出管９を介して接続されている。
【００４７】
また、メタン発酵槽１には、メタン発酵処理された混合物を槽外に排出する流出管10を介して図示しない例えば遠心分離機、回転円盤形脱水機、スクリュープレスなどの固液分離手段が接続されている。この固液分離手段は、流出管10を介して発酵廃液として流入する混合物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。そして、固液分離手段には、発酵廃水あるいは固液分離した脱水濾液に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して処理廃水と凝集汚泥とに固液分離する図示しない凝集分離手段が接続されている。また、固液分離手段には、少なくとも一部の脱水ケーキおよび凝集分離手段にて分離された凝集汚泥をコンポスト化、すなわち例えば乾燥して肥料などに処理するコンポスト化する図示しない脱水汚泥処理手段が接続されている。なお、固液分離手段にて分離した脱水濾液あるいは処理廃水を別途図示しない排水処理手段にて微生物により生物浄化処理し、脱水ケースの一部は熱アルカリ処理して汚泥分を可溶化しメタン発酵槽１に返送して再び処理してもよい。
【００４８】
次に、上記実施の一形態の動作を説明する。
【００４９】
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３の図示しない前段処理手段に設けられた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。
【００５０】
そして、この前段処理手段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図示しない混合槽に投入し、この混合槽で水や固液分離手段からの発酵廃液の一部と攪拌混合し、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）が所定の値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、発酵廃液を用いることにより水分が循環する状態となることから、処理された発酵廃液の量が減少するとともに、発酵廃液中の残留する有機物が再び処理されて処理効率が向上するので好ましい。また、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、返送する発酵廃液あるいは添加する水の量は、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。ここで、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ので、なるべく塊状物がないスラリ状に攪拌混合することが好ましい。
【００５１】
この混合槽で約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、濾過手段で夾雑物が除去された液状有機性廃棄物を可溶化槽に投入する。なお、濾過手段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に投入される。
【００５２】
また、可溶化槽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℃の高温に保温し、攪拌手段にて攪拌されつつ栄養塩添加手段から微生物の栄養塩を添加し、２日〜３日程度の滞留で可溶化および酸発酵して、例えばＴＳ濃度を５％以上２０％以下に調質する。なお、この可溶化処理にて、可溶化率が約３０％〜６０％となる。
【００５３】
ここで、ＴＳ濃度が２０％より高くなると、後段での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２０％以下にする。さらに、ＴＳ濃度が５％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、５％以上に設定する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
そして、可溶化槽で調質された混合液を流入管２を介してメタン発酵槽１に流入させ、例えば３５±５℃で適宜攪拌しつつ７〜１５日間滞留させて、メタン生成菌などの微生物にて混合液をメタン発酵処理する。このメタン発酵処理の際、ガス攪拌手段からアンモニアが分離除去された生成ガスを噴出して混合液を攪拌し、混合液とメタン生成菌などの微生物との接触効率を増大させて効率よく処理させる。
【００５７】
このメタン発酵処理の際に、有機物の分解によりアンモニアが生成する。このアンモニアは、イオン状態で混合液に溶解するとともに一部遊離した状態で混入する。そして、ガス攪拌手段からの生成ガスの噴出により、遊離するアンモニアが生成ガス中に移行して混合液から分離され、ガス管５から生成ガスとして回収される。また、遊離するアンモニアが混合液から分離除去されることにより、混合液のイオン状態および遊離状態のアンモニアの平衡状態がくずれ、イオン状態のアンモニアが遊離状態となり、順次生成ガスに移行して分離除去される。
【００５８】
ここで、ガス攪拌手段からの生成ガスの噴出は、１時間当たりメタン発酵槽１の容量に対して０．３ｍ3以上３ｍ3以下（０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下）とする。すなわち、生成ガスの噴出量が０．３ｍ3／ｍ3／hrより少なくなると、ＴＳ濃度が低く粘性が低い混合液でもメタン発酵処理されている混合物の攪拌が不十分となるとともに、メタン発酵処理にて生成するアンモニアの生成ガスへの移行が不十分となり、アンモニアによりメタン発酵が阻害されるおそれがある。また、３ｍ3／ｍ3／hr以上では例えばＴＳ濃度が２０％と高く粘性が高くても十分に混合液の攪拌が得られるので、過剰な生成ガスの噴出による運転エネルギの増大を招くとともにガス攪拌手段の構造が複雑で大型化する。さらに、過剰な生成ガスの噴出により、混合液が発泡してメタン発酵槽１の容積を効率よく利用できなくなるとともに、発泡による運転阻害を生じるおそれがある。このことから、０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下とする。
【００５９】
また、生成ガスの噴出によりアンモニアが分離除去されることにより、メタン発酵処理により生成する有機酸にて混合液のｐＨが酸性側に推移し、メタン生成菌の活性が低下してメタン発酵処理が進行しなくなる。このため、メタン発酵槽に設けたｐＨ検出手段にて混合液のｐＨを検出し、混合液のｐＨがアルカリ性、例えば７．０以上８．５以下、好ましくは７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下となるようにｐＨ調整手段にて適宜塩酸などの酸や水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加してｐＨを調整する。すなわち、ｐＨが７．０より酸性となると有機酸によるメタン発酵処理の阻害、および、生成するアンモニアがイオン状態で溶解する状態となって遊離するアンモニアの量が低減し、生成ガスにアンモニアが移行しにくくなってアンモニアの量が増大し、メタン発酵処理が進行しなくなる。また、ｐＨが８．５よりアルカリ性が強くなると、イオン状態のアンモニアよりメタン発酵に寄与する微生物に対して毒性が強い遊離アンモニアの量が多くなってメタン発酵に寄与する微生物の活性が低減してメタン発酵の処理効率が低減するおそれがある。このため、混合液のｐＨをｐＨを７．０以上８．５以下、好ましくは７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下とする。
【００６０】
このように、生成ガスを噴出して混合液を攪拌するとともにアンモニアを分離除去して、ＴＳ濃度が３％〜６％程度、アンモニア性窒素濃度が２０００〜３５００ｍｇ／ｌ程度に効率よくメタン発酵処理する。このメタン発酵処理により発生するメタンガスを含有する生成ガスは、ガス管５を介してアンモニア除去手段６に回収される。
【００６１】
そして、アンモニア除去手段６は、回収した生成ガスの少なくとも一部を例えば酸と接触させるなどにより混入する遊離したアンモニアを除去し、噴出管９を介して順次ガス攪拌手段からメタン発酵槽１内の混合液に噴出させる。また、回収した生成ガスの残部をそのまま、あるいはアンモニアを除去して、回収管７を介してガスホルダ４に回収し、発電やボイラなどにて固形有機性廃棄物の処理の際の電気や熱など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。
【００６２】
また、メタン発酵処理された混合液は、発酵廃液として流出管10によりメタン発酵槽１から流出され、図示しない固液分離手段により、凝集剤添加手段から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にて浄化処理し、脱水分離された脱水汚泥ケーキは脱水汚泥処理手段でコンポスト化される。
【００６３】
次に、上記実施の形態の作用を実験例に基づいて説明する。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
そして、図１に示す廃棄物処理装置にて、混合槽にて６０℃で３時間滞留し可溶化槽にて５５℃で３日間滞留して調質した混合液を、メタン発酵槽１にて３５±５℃もしくは５５±５℃で１２日間滞留し、アンモニア除去手段６にてアンモニアが除去された生成ガスをガス攪拌手段から適宜量で連続的に噴出し、メタン発酵処理した。なお、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。そして、メタン発酵処理後の発酵廃液のアンモニア性窒素濃度を測定するとともに、ガス管５から回収した生成ガスのメタン生成収率を測定した。その結果を表１、図２および図３に示す。
【００６７】
【表１】
これら表１、図２および図３に示す結果から、５５±５℃の高温でメタン発酵処理した場合には、アンモニア性窒素が２５００ｍｇ／ｌ程度まではメタン生成収率がほぼ一定であったが、３０００ｍｇ／ｌ程度に達すると、急激にメタン生成収率が低下した。また、３５±５℃の中温でメタン発酵処理した場合には、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ程度までは除々にメタン生成収率が除々に低下し、６０００ｍｇ／ｌを越えると急激にメタン生成収率が低下した。このため、混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下、すなわち、５５±５℃の高温でメタン発酵処理する場合にはアンモニア性窒素が２５００ｍｇ／ｌ以下となるように、また、３５±５℃の中温でメタン発酵処理する場合にはアンモニア性窒素が４０００ｍｇ／ｌ以下となるように、生成ガスを噴出させる。
【００６８】
また、上記３５±５℃の中温でメタン発酵処理した場合と同一の条件で、メタン発酵槽１内の混合液のｐＨを変動させてメタン発酵処理し、ガス管５から回収した生成ガスのメタン生成収率を測定し、ｐＨとメタン生成収率との関係を検討した。ここで、測定した各ｐＨにおけるメタン生成収率が最も高い値を１として相対値に変換し、相対メタン生成活性として比較した。その結果を図４に示す。
【００６９】
この図４に示す結果から、ｐＨが約７．０〜８．０ではほとんど大差はなく、良好なメタン生成収率が得られた。そして、ｐＨ７より酸性側およびｐＨ８．５からアルカリ性側となると、急激にメタン生成収率が低減した。これは、ｐＨが７．０より酸性となると、有機酸によるメタン発酵処理の阻害、および、生成するアンモニアがイオン状態で溶解する状態となって遊離するアンモニアの量が低減し、生成ガスにアンモニアが移行しにくくなってアンモニアの量が増大し、メタン発酵処理が進行しなくなるものと考えられる。また、ｐＨが８．５よりアルカリ性が強くなると、イオン状態のアンモニアよりメタン発酵に寄与する微生物に対して毒性が強い遊離アンモニアの量が多くなってメタン発酵に寄与する微生物の活性が低減してメタン発酵の処理効率が低減するものと考えられる。
【００７０】
さらに、可溶化槽から連続的に上記条件で調質した混合液をメタン発酵槽１に流入して、ｐＨ７．０以上８．０以下に維持しつつメタン発酵処理の進行状況すなわちメタン生成収率とアンモニア性窒素の濃度との関係について検討した。なお、メタン発酵処理は、３５±５℃の中温とした。その結果を図５および図６に示す。
【００７１】
この図５および図６に示す結果から、混合液中のアンモニア性窒素の濃度が３０００ｍｇ／ｌ程度では、投入する混合液のＴＳ量に対する発生するメタンガスの生成効率が高い値で安定するが、噴出する生成ガスの量を少なくしてアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ程度まで高くすると約半分程度のメタン生成収率となり、５０００ｍｇ／ｌではほぼ完全にメタン生成収率が得られなくなってメタン発酵処理が停止した。そして、この状態で再び生成ガスを噴出させてアンモニア性窒素の濃度を３０００ｍｇ／ｌまで低減すると、再び同様なメタン生成収率が得られてメタン発酵処理が進行することが認められた。
【００７２】
このように、メタン発酵処理により生成する生成ガスを回収しアンモニアを除去した後に固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液に噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、ＴＳ濃度が高い固形有機性廃棄物が高濃度の混合液でも十分に混合されてメタン発酵によるメタン発酵が進行し、噴出する生成ガスに混合液中の生成するアンモニアが移行して分離され、アンモニアによるメタン発酵の阻害を抑制して、メタン発酵処理の効率を向上できる。
【００７３】
また、混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下となるように生成ガスを噴出、より具体的には５５±５℃の高温でメタン発酵処理する場合にはアンモニア性窒素が２５００ｍｇ／ｌ以下、３５±５℃の中温でメタン発酵処理する場合にはアンモニア性窒素が４０００ｍｇ／ｌ以下となるように生成ガスを噴出させるため、確実に効率よくメタン発酵処理できる。
【００７４】
さらに、噴出する生成ガスの量を１時間当たりメタン発酵槽１の容量に対して０．３ｍ3以上３ｍ3以下（０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下）とするため、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌でき、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去でき、メタン発酵の処理効率を向上できる。
【００７５】
そして、混合液をアルカリ性、特にｐＨ７．０以上８．５以下、好ましくは７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下でメタン発酵処理するため、アンモニアが分離除去されることにより固形有機性廃棄物の分解生成物である有機酸にて酸性となってメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止するとともに、アンモニアがイオン化して噴出する生成ガスに移行する量が少なくなってアンモニアの除去率が低下してアンモニアの濃度が増大することによるメタン発酵処理の活性が低下することを防止して、効率よくメタン発酵処理できる。
【００７６】
そして、メタン発酵処理する可溶化槽から流入する混合液のＴＳ濃度を５％以上２０％以下とするため、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。
【００７７】
さらに、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、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。
【００７８】
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５％以上２０％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。
【００７９】
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。
【００８０】
そして、固液分離手段にて分離した脱水汚泥ケーキを返送することにより、残留する有機物が再び処理され、処理効率を向上できる。
【００８１】
また、返送する脱水汚泥ケーキを熱アルカリ処理することにより、脱水汚泥ケーキが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されて返送されるので、細菌および残留する有機物を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、前処理手段での混合液の調質の際の加熱分が補われるとともに、スチームの接触により汚泥中のアンモニアがストリッピング処理されて蓄積が防止され、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、熱アルカリ処理されたアルカリ性の脱水汚泥ケーキが返送されるので、メタン発酵処理の際のｐＨ調整のために添加するアルカリの量を低減、あるいはアルカリを添加する必要がなくなり、運転コストの低減および装置構成の簡略化が容易に図れる。
【００８４】
なお、上記実施の形態において、前処理手段として、解破砕装置、金属除去手段および選別手段を備えた前段処理手段、混合槽、濾過手段、可溶化槽とにて構成したが、スラリ状に可溶化処理するいずれの構成でもよく、夾雑物を除去する構成がなくてもよい。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。
【００８５】
さらに、固液分離手段にて分離した脱水汚泥ケーキを熱アルカリ処理して可溶化し返送してもよい。この熱アルカリ処理は、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程度で、スチームにより７０℃〜９０℃程度に加熱して調整され、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。この構成によれば、残留する有機物をさらに再処理でき、処理効率を向上できるとともに、栄養塩も返送される状態となって、別途栄養塩を添加する必要がなく、処理コストを低減できる。
【００８６】
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ず、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混合してもよい。なお、生物汚泥を混合することにより、生物汚泥からメタン発酵の際の微生物の栄養源が供給され、別途鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物などの栄養源の添加量の低減あるいは栄養源を添加しなくてもよく、処理コストを低減できる。そして、生物汚泥の添加は、生物汚泥に夾雑物が混入しないので、既に夾雑物が除去されたメタン発酵の直前の可溶化槽で添加することにより、前処理手段での夾雑物の除去の際の負荷が低減するので好ましい。
【００８７】
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や活性汚泥を添加する場合などには、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。
【００８８】
そして、混合液の攪拌およびアンモニアストリッピングのために噴出する生成ガスは、連続的に限らず、例えばアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる際に間欠的に噴出してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下に制御するなどしてもよい。なお、間欠的に噴出することにより、運転コストを低減できるとともに、噴出しない場合には生成ガスの全量を回収でき、回収率を向上できるが、特に固形有機性廃棄物の処理量が多い場合などには、連続的に噴出して常時混合液を攪拌してメタン発酵処理の活性を増大し、効率よくメタン発酵処理することが好ましい。
【００８９】
また、前処理手段３で混合液を調質する際に、適宜水や発酵廃液を混合してＴＳ濃度で５〜２０％に調質したが、水のみあるいは発酵廃液のみ、その他屎尿などの他の汚水を混合するなどしてもよい。なお、上述したように、発酵廃液を混合する場合には希釈する水が不要で、後段での固液分離の負荷が低減するとともに、残留する有機物を再処理でき、効率よく処理できる。
【００９０】
そして、回収した生成ガスの全量をアンモニア除去手段６に回収して説明したが、例えばガス管５に直接ガスホルダ８を接続するとともに、このガス管５に分岐してアンモニア除去手段６を接続し、少なくとも噴出する生成ガスのみをアンモニア除去処理するなどしてもよい。なお、全量をアンモニア除去手段６にて回収してアンモニア除去した後に、ガス噴出手段から噴出あるいはガスホルダ８に回収することにより、回収した生成ガスを直接エネルギ源として容易に利用でき、構成を簡略化できる。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１記載の廃棄物処理方法によれば、回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、少なくとも一部をｐＨ７．０以上８．５以下に調質した混合液に噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために固形有機性廃棄物を高濃度としても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって効率よく移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００９２】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９３】
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、生成ガスを１時間当たりメタン発酵処理するメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するため、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌でき、生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９４】
請求項３記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、少なくとも一部を総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質した混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ 3 で噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために総固形物濃度５％以上２０％以下の固形有機性廃棄物が高濃度の混合液に調質しても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが十分に移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００９５】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９６】
請求項４記載の廃棄物処理方法によれば、請求項３記載の廃棄物処理方法の効果に加え、混合液をアルカリ性でメタン発酵処理するため、アンモニアが分離除去されることにより固形有機性廃棄物の分解生成物である有機酸にて酸性となってメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止できるとともに、アンモニアが効率よく生成ガスに移行してアンモニアの蓄積によるメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００９７】
請求項５記載の廃棄物処理方法によれば、請求項３または４記載の廃棄物処理方法の効果に加え、混合液のｐＨを７．０以上８．５以下とするため、溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行し、アンモニアの蓄積を防止して効率よくメタン発酵処理できる。
【００９８】
請求項６記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし５いずれか一記載の廃棄物処理方法の効果に加え、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出させて混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９９】
請求項７記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし５いずれか一記載の廃棄物処理方法において、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出させて混合液のアンモニア性窒素の濃度を２５００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１００】
請求項８記載の廃棄物処理装置によれば、メタン発酵槽内のｐＨ７．０以上８．５以下に調整した混合液に、メタン発酵処理により生成しアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部をガス攪拌手段にて噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために固形有機性廃棄物を高濃度としても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって効率よく移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０１】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１０２】
請求項９記載の廃棄物処理装置によれば、請求項８記載の廃棄物処理装置の効果に加え、ガス攪拌手段から生成ガスを１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するため、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌できるとともに、生成するアンモニアが十分に移行して分離除去でき、メタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１０３】
請求項１０記載の廃棄物処理装置によれば、メタン発酵処理により生成し少なくとも一部がアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を、ガス攪拌手段にて総固形物濃度５％以上２０％以下に調質した混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3で噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために総固形物濃度５％以上２０％以下の固形有機性廃棄物が高濃度の混合液に調質しても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが十分に移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０４】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１０５】
請求項１１記載の廃棄物処理装置によれば、請求項１０記載の廃棄物処理装置の効果に加え、ｐＨ検出手段にて検出する混合液のｐＨが７．０以上８．５以下となるようにｐＨ調整手段にてｐＨを調整するため、簡単な構成で溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行し、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理できる。
【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装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 同上高温でのメタン発酵処理におけるアンモニア性窒素濃度とメタン生成収率との関係を示すグラフである。
【図３】 同上中温でのメタン発酵処理におけるアンモニア性窒素濃度とメタン生成収率との関係を示すグラフである。
【図４】 同上メタン発酵内の混合液のｐＨと相対メタン生成活性との関係を示すグラフである。
【図５】 同上高温でのメタン発酵処理における生成ガスの噴出量を変化させて処理した際の混合液のアンモニア性窒素の濃度の経時変化を示すグラフである。
【図６】 同上メタン生成収率の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ メタン発酵槽
４ ｐＨ調整手段としてのアルカリ添加手段
６ アンモニア除去
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理する廃棄物処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、厨芥や水産加工場などで生じる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。そして、従来の廃棄物処理方法では、特にメタンガスを効率よく生成するために、メタン発酵処理する際の固形有機性廃棄物の濃度が高くなるようにスラリ状に可溶化した混合液を処理している。また、固形有機性廃棄物を高濃度で処理すると、メタン発酵処理の際に固形有機性廃棄物が分解されることにより発生するアンモニアの量も多くなり、このアンモニアにより固形有機性廃棄物を分解する微生物の活性が低下して、メタン発酵処理速度が低下し、しいてはメタン発酵処理が停止する。このため、従来の廃棄物処理方法では、メタン発酵処理しているメタン発酵槽内の混合液の一部を分集し、別途設けたアンモニア処理装置にて、水蒸気などを曝気してアンモニアを水蒸気に移行させるアンモニアストリッピングにて分離除去し、再びメタン発酵槽に返送してアンモニアの濃度が上昇することを防止してメタン発酵処理速度の低下を防止している。
【０００３】
しかしながら、従来のメタン発酵槽から分集した混合液をアンモニアストリッピングする方法では、処理する固形有機性廃棄物が高濃度であると、アンモニア処理装置までの搬送、アンモニア処理装置内、あるいはアンモニア処理装置からメタン発酵槽への返送工程中で混合液が閉塞するなどの不都合が生じるおそれがある。また、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性の高い混合液からアンモニアを分離除去するための特別な構造のアンモニア処理装置が必要となり、装置構造が複雑化および大型化する問題がある。
【０００４】
そこで、例えば特開昭６３−１８５４９９号公報に記載の構成が採られている。
【０００５】
この特開昭６３−１８５４９９号公報に記載の廃棄物処理方法は、水産加工工程で排出される血汁や煮汁を除蛋白処理した混合液をメタン発酵処理してメタンガスを含有する生成ガスを回収する。このメタン発酵処理の際、回収した生成ガスの一部からアンモニアを除去し、このアンモニアが除去された生成ガスをメタン発酵槽内の混合液に噴出して攪拌し、混合液中のアンモニアを噴出した生成ガスに移行して分離し、アンモニアの蓄積によるメタン発酵処理の阻害を防止して、効率よくメタン発酵処理する構成が採られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６３−１８５４９９号公報に記載の廃棄物処理方法において、例えばメタン発酵の進行により中間生成物である有機酸の量が増大して処理する混合液のｐＨが酸性となり、アンモニアがイオン化して混合液に溶解した状態となり、噴出する生成ガスに移行しなくなって分離除去できず、アンモニアが蓄積してメタン発酵処理が十分に進行しなくなるアンモニア阻害が生じるおそれがある。また、この生成ガスを混合液に噴出する構成を生ごみなどの固形有機性廃棄物を処理する場合に利用した場合、特に処理量を増大するとともに生成ガス量を増大して効率よく処理するために、混合液を総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）が高く調質して粘性が高い状態とすると、噴出された生成ガスに十分にアンモニアが移行しなくなって、アンモニア阻害が生じるおそれもある。
【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およびその装置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スラリ状に可溶化した混合液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、前記混合液をｐＨ７．０以上８．５以下でメタン発酵処理し、このメタン発酵処理により生成する生成ガスを回収し、この回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去し、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするものである。
【０００９】
そして、メタン発酵処理により生成する生成ガスを回収して少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、このアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部をｐＨ７．０以上８．５以下に調質された混合液に噴出して攪拌することにより、メタン発酵処理により生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。ここで、混合液のｐＨが７．０より酸性となると、遊離状態のアンモニアの量が低減しアンモニアがイオン状態で溶解して、噴出する生成ガスに移行しにくくなる。また、ｐＨが８．５よりアルカリ性が強くとなるとイオン状態のアンモニアよりメタン発酵に寄与する微生物に対して毒性が強い遊離状態のアンモニアの量が多くなってメタン発酵に寄与する微生物の活性が低減してメタン発酵の処理効率が低減するおそれがあることから、ｐＨを７．０以上８．５以下とする。
【００１０】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００１１】
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、生成ガスを１時間当たりメタン発酵処理するメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するものである。
【００１２】
そして、生成ガスを１時間当たりメタン発酵処理するメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。ここで、噴出する生成ガスの量が１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3より少なくなると、十分に攪拌できる混合液の総固形物濃度が低くなり、効率よく固形有機性廃棄物が処理できなくなるとともに、生成するアンモニアの生成ガスへの移行が不十分となり、アンモニアによりメタン発酵が阻害されるおそれがあることから、１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で生成ガスを噴出させる。
【００１３】
請求項３記載の廃棄物処理方法は、固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵槽でメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、
前記混合液の総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質し、この総固形物濃度が調整されて調質された混合液を前記メタン発酵処理し、このメタン発酵処理により生成する生成ガスを回収し、この回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去し、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記調質された混合液に１時間当たり前記メタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ 3 で噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするものである。
【００１４】
そして、総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質した混合液をメタン発酵処理する際に、メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、このアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ 3 で噴出して攪拌することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い総固形物濃度５％以上２０％以下の混合液でも、十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。
【００１５】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００１６】
請求項４記載の廃棄物処理方法は、請求項３記載の廃棄物処理方法において、混合液をアルカリ性でメタン発酵処理するものである。
【００１７】
そして、混合液をアルカリ性でメタン発酵処理することにより、アンモニアが分離除去されることにより固形有機性廃棄物の分解生成物である有機酸にて酸性となってメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止するとともに、アンモニアが効率よく生成ガスに移行してアンモニアの蓄積によるメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止して、効率よくメタン発酵処理する。
【００１８】
請求項５記載の廃棄物処理方法は、請求項３または４記載の廃棄物処理方法において、混合液のｐＨを７．０以上８．５以下とするものである。
【００１９】
そして、混合液のｐＨを７．０以上８．５以下とすることにより、溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。
【００２０】
請求項６記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし５記載の廃棄物処理方法において、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理するものである。
【００２１】
そして、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするので、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、メタン発酵処理の温度が３５±５℃より低くなると、メタン発酵する微生物の活性が低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。また、３５±５℃より高くなると、メタン発酵の処理速度が速くなり総固形物濃度が５％以上２０％以下の比較的高い負荷の場合に有機酸が大量発生し、併存するアンモニア性窒素とともに微生物の活性を低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。このため、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理する場合には混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下になるように生成ガスを噴出させる。
【００２２】
請求項７記載の廃棄物処理方法は、請求項１ないし５いずれか一記載の廃棄物処理方法において、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理し、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスの少なくとも一部を噴出してアンモニア性窒素の濃度を２５００ｍｇ／ｌ以下にするものである。
【００２３】
そして、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上で生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を２５００ｍｇ／ｌ以下にするので、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、メタン発酵処理の温度が５５±５℃より低くなると、メタン発酵する微生物の活性が低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。また、５５±５℃より高くなると、メタン発酵の処理速度が速くなり総固形物濃度が５％以上２０％以下の比較的高い負荷の場合に有機酸が大量発生し、併存するアンモニア性窒素とともに微生物の活性を低下して効率よくメタン発酵処理できなくなる。このため、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理する場合には混合液のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出させて、アンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以下にする。
【００２４】
請求項８記載の廃棄物処理装置は、固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、このメタン発酵槽に設けられ混合液のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、前記メタン発酵槽に設けられ前記ｐＨ検出手段にて検出する前記混合液のｐＨを７．０以上８．５以下に調整するｐＨ調整手段と、前記メタン発酵槽に接続され前記メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニア除去手段によりアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするガス攪拌手段とを具備したものである。
【００２５】
そして、メタン発酵槽内の固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をｐＨ検出手段にて検出する混合液のｐＨが７．０以上８．５以下となるようにｐＨ調整手段にてｐＨを調整し、この混合液にメタン発酵処理により生成しメタン発酵槽に接続されたアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部をガス攪拌手段にて噴出して攪拌することにより、メタン発酵処理により生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。
【００２６】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００２７】
請求項９記載の廃棄物処理装置は、請求項８記載の廃棄物処理装置において、ガス攪拌手段は、生成ガスを１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するものである。
【００２８】
そして、ガス攪拌手段から生成ガスを１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。
【００２９】
請求項１０記載の廃棄物処理装置は、固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、このメタン発酵槽に接続され前記メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニア除去手段によりアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に１時間当たり前記メタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするガス攪拌手段とを具備したものである。
【００３０】
そして、総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質した混合液をメタン発酵処理する際に、メタン発酵処理により生成し少なくとも一部がアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を、ガス攪拌手段にて混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3で噴出して攪拌することにより、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い総固形物濃度５％以上２０％以下の混合液でも、十分に攪拌され、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率が向上する。
【００３１】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にすることにより、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率が向上する。ここで、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌより低い状態ではメタン発酵が進行するので、生成ガスを噴出することにより生成ガスの回収効率が低減するとともに、生成ガスを噴出させる運転エネルギを要することから、アンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下では生成ガスを噴出することなく回収して生成ガスの回収効率を向上させるとともに、アンモニアの濃度の増大によるメタン発酵の処理効率の低減を防止し、効率よくメタン発酵処理する。
【００３２】
請求項１１記載の廃棄物処理装置は、請求項１０記載の廃棄物処理装置において、メタン発酵槽に設けられ混合液のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、前記メタン発酵槽に設けられ前記ｐＨ検出手段にて検出する前記混合液のｐＨを７．０以上８．５以下に調整するｐＨ調整手段とを具備したものである。
【００３３】
そして、ｐＨ検出手段にて検出する混合液のｐＨが７．０以上８．５以下となるようにｐＨ調整手段にてｐＨを調整することにより、簡単な構成で溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行され、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理する。
【００３４】
【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。
【００３５】
図１において、１はメタン発酵槽で、このメタン発酵槽１は、被処理物である固形有機性廃棄物すなわちスラリ状に前処理された泥状物である混合液を貯留可能に形成されている。そして、このメタン発酵槽１には、混合液をメタン発酵槽１内に投入する流入管２が接続されている。
【００３６】
また、混合液は、図示しない破砕および選別する前段処理手段、濃度調整する混合槽、夾雑物を除去する濾過手段および酸発酵してスラリ状に可溶化する可溶化槽から構成された前処理手段３によりスラリ状に調整される。
【００３７】
そして、前段処理手段は、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、前段処理手段は、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備えた選別手段を備えている。なお、前段処理手段としては、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。
【００３８】
また、前処理手段３に接続される混合槽は、前段処理手段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、例えば適宜水や後述する処理された発酵廃液などを加えて所定の総固形物濃度（ＴＳ（Total Solids）濃度）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℃の高温に加温する図示しない加温手段と、前段処理手段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図示しない夾雑物排出手段とを備えている。
【００３９】
また、混合槽に接続される濾過手段は、例えば目幅寸法が１０ｍｍ〜１５ｍｍの図示しないドラム細目スクリーンを備え、混合槽にてスラリ状に調質された液状有機性廃棄物から、前段処理手段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図示しないスクリュープレスが設けられている。
【００４０】
さらに、濾過手段に接続される可溶化槽は、濾過手段の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夾雑物から脱水分離した脱水濾液とを貯留可能に形成されている。この可溶化槽には、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、混合液を攪拌する図示しない攪拌手段と、混合液のｐＨを検出する図示しないｐＨ検出手段とを備え、貯留した混合液中の固形の有機物の可溶化および酸発酵し、ＴＳ濃度を約５％以上２０％以下に調質する。
【００４１】
また、可溶化槽には、混合液に微生物の栄養塩を添加する図示しない栄養塩添加手段が設けられている。この添加する栄養塩としては、例えば鉄、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。
【００４２】
さらに、可溶化槽には、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適宜投入する図示しない投入路が接続されている。なお、この投入路は、設けなくてもよい。また、生物汚泥を添加する場合には、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。
【００４３】
そして、可溶化槽には、可溶化槽にてメタン発酵しやすい性状に調質されたスラリ状の泥状物が流入されて貯留するメタン発酵槽１が流入管２を介して接続されている。このメタン発酵槽１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、混合液を攪拌する図示しない攪拌手段とを備えている。さらに、このメタン発酵槽１には、貯留する混合液のｐＨを検出する図示しないｐＨ検出手段と、このｐＨ検出手段にて検出するｐＨがアルカリ性、例えば７．０以上８．５以下、７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下となるように、適宜塩酸などの酸や水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加してｐＨを調整するｐＨ調整手段としてのアルカリ添加手段４とが設けられている。
【００４４】
また、メタン発酵槽１には、メタン発酵処理により発生するメタンガスなどのバイオガスである生成ガスを槽外に流出するガス管５が設けられ、このガス管５にはメタン発酵槽１から回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段６が接続されている。このアンモニア除去手段６は、ガス管５を介して流入する生成ガスを硫酸などの酸と接触させてアンモニアを分解除去する。すなわち、生成ガス中に混合する遊離アンモニアを酸と反応させて硫酸アンモニウムなどのアンモニア化合物を生成させ、酸中に溶解させて生成ガスから分離除去する。なお、アンモニア除去手段６としては、ゼオライトなどのアンモニア吸着能を有する吸着材にて吸着して分離除去するなど、いずれの構成でもよい。
【００４５】
さらに、アンモニア除去手段６には、回収管７を介して生成ガスを別途燃料として再利用するために貯留するガスホルダ８が接続されている。
【００４６】
また、アンモニア除去手段６には、メタン発酵槽１の底部に設けられ、アンモニアを分離除去した生成ガスを貯留する混合液に例えば１時間当たりメタン発酵槽１の容量に対して０．３ｍ3以上３ｍ3以下（０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下）で噴出して攪拌する図示しないガス攪拌手段が噴出管９を介して接続されている。
【００４７】
また、メタン発酵槽１には、メタン発酵処理された混合物を槽外に排出する流出管10を介して図示しない例えば遠心分離機、回転円盤形脱水機、スクリュープレスなどの固液分離手段が接続されている。この固液分離手段は、流出管10を介して発酵廃液として流入する混合物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。そして、固液分離手段には、発酵廃水あるいは固液分離した脱水濾液に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して処理廃水と凝集汚泥とに固液分離する図示しない凝集分離手段が接続されている。また、固液分離手段には、少なくとも一部の脱水ケーキおよび凝集分離手段にて分離された凝集汚泥をコンポスト化、すなわち例えば乾燥して肥料などに処理するコンポスト化する図示しない脱水汚泥処理手段が接続されている。なお、固液分離手段にて分離した脱水濾液あるいは処理廃水を別途図示しない排水処理手段にて微生物により生物浄化処理し、脱水ケースの一部は熱アルカリ処理して汚泥分を可溶化しメタン発酵槽１に返送して再び処理してもよい。
【００４８】
次に、上記実施の一形態の動作を説明する。
【００４９】
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３の図示しない前段処理手段に設けられた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。
【００５０】
そして、この前段処理手段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図示しない混合槽に投入し、この混合槽で水や固液分離手段からの発酵廃液の一部と攪拌混合し、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）が所定の値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、発酵廃液を用いることにより水分が循環する状態となることから、処理された発酵廃液の量が減少するとともに、発酵廃液中の残留する有機物が再び処理されて処理効率が向上するので好ましい。また、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、返送する発酵廃液あるいは添加する水の量は、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。ここで、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ので、なるべく塊状物がないスラリ状に攪拌混合することが好ましい。
【００５１】
この混合槽で約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、濾過手段で夾雑物が除去された液状有機性廃棄物を可溶化槽に投入する。なお、濾過手段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に投入される。
【００５２】
また、可溶化槽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℃の高温に保温し、攪拌手段にて攪拌されつつ栄養塩添加手段から微生物の栄養塩を添加し、２日〜３日程度の滞留で可溶化および酸発酵して、例えばＴＳ濃度を５％以上２０％以下に調質する。なお、この可溶化処理にて、可溶化率が約３０％〜６０％となる。
【００５３】
ここで、ＴＳ濃度が２０％より高くなると、後段での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２０％以下にする。さらに、ＴＳ濃度が５％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、５％以上に設定する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
そして、可溶化槽で調質された混合液を流入管２を介してメタン発酵槽１に流入させ、例えば３５±５℃で適宜攪拌しつつ７〜１５日間滞留させて、メタン生成菌などの微生物にて混合液をメタン発酵処理する。このメタン発酵処理の際、ガス攪拌手段からアンモニアが分離除去された生成ガスを噴出して混合液を攪拌し、混合液とメタン生成菌などの微生物との接触効率を増大させて効率よく処理させる。
【００５７】
このメタン発酵処理の際に、有機物の分解によりアンモニアが生成する。このアンモニアは、イオン状態で混合液に溶解するとともに一部遊離した状態で混入する。そして、ガス攪拌手段からの生成ガスの噴出により、遊離するアンモニアが生成ガス中に移行して混合液から分離され、ガス管５から生成ガスとして回収される。また、遊離するアンモニアが混合液から分離除去されることにより、混合液のイオン状態および遊離状態のアンモニアの平衡状態がくずれ、イオン状態のアンモニアが遊離状態となり、順次生成ガスに移行して分離除去される。
【００５８】
ここで、ガス攪拌手段からの生成ガスの噴出は、１時間当たりメタン発酵槽１の容量に対して０．３ｍ3以上３ｍ3以下（０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下）とする。すなわち、生成ガスの噴出量が０．３ｍ3／ｍ3／hrより少なくなると、ＴＳ濃度が低く粘性が低い混合液でもメタン発酵処理されている混合物の攪拌が不十分となるとともに、メタン発酵処理にて生成するアンモニアの生成ガスへの移行が不十分となり、アンモニアによりメタン発酵が阻害されるおそれがある。また、３ｍ3／ｍ3／hr以上では例えばＴＳ濃度が２０％と高く粘性が高くても十分に混合液の攪拌が得られるので、過剰な生成ガスの噴出による運転エネルギの増大を招くとともにガス攪拌手段の構造が複雑で大型化する。さらに、過剰な生成ガスの噴出により、混合液が発泡してメタン発酵槽１の容積を効率よく利用できなくなるとともに、発泡による運転阻害を生じるおそれがある。このことから、０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下とする。
【００５９】
また、生成ガスの噴出によりアンモニアが分離除去されることにより、メタン発酵処理により生成する有機酸にて混合液のｐＨが酸性側に推移し、メタン生成菌の活性が低下してメタン発酵処理が進行しなくなる。このため、メタン発酵槽に設けたｐＨ検出手段にて混合液のｐＨを検出し、混合液のｐＨがアルカリ性、例えば７．０以上８．５以下、好ましくは７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下となるようにｐＨ調整手段にて適宜塩酸などの酸や水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加してｐＨを調整する。すなわち、ｐＨが７．０より酸性となると有機酸によるメタン発酵処理の阻害、および、生成するアンモニアがイオン状態で溶解する状態となって遊離するアンモニアの量が低減し、生成ガスにアンモニアが移行しにくくなってアンモニアの量が増大し、メタン発酵処理が進行しなくなる。また、ｐＨが８．５よりアルカリ性が強くなると、イオン状態のアンモニアよりメタン発酵に寄与する微生物に対して毒性が強い遊離アンモニアの量が多くなってメタン発酵に寄与する微生物の活性が低減してメタン発酵の処理効率が低減するおそれがある。このため、混合液のｐＨをｐＨを７．０以上８．５以下、好ましくは７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下とする。
【００６０】
このように、生成ガスを噴出して混合液を攪拌するとともにアンモニアを分離除去して、ＴＳ濃度が３％〜６％程度、アンモニア性窒素濃度が２０００〜３５００ｍｇ／ｌ程度に効率よくメタン発酵処理する。このメタン発酵処理により発生するメタンガスを含有する生成ガスは、ガス管５を介してアンモニア除去手段６に回収される。
【００６１】
そして、アンモニア除去手段６は、回収した生成ガスの少なくとも一部を例えば酸と接触させるなどにより混入する遊離したアンモニアを除去し、噴出管９を介して順次ガス攪拌手段からメタン発酵槽１内の混合液に噴出させる。また、回収した生成ガスの残部をそのまま、あるいはアンモニアを除去して、回収管７を介してガスホルダ４に回収し、発電やボイラなどにて固形有機性廃棄物の処理の際の電気や熱など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。
【００６２】
また、メタン発酵処理された混合液は、発酵廃液として流出管10によりメタン発酵槽１から流出され、図示しない固液分離手段により、凝集剤添加手段から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にて浄化処理し、脱水分離された脱水汚泥ケーキは脱水汚泥処理手段でコンポスト化される。
【００６３】
次に、上記実施の形態の作用を実験例に基づいて説明する。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
そして、図１に示す廃棄物処理装置にて、混合槽にて６０℃で３時間滞留し可溶化槽にて５５℃で３日間滞留して調質した混合液を、メタン発酵槽１にて３５±５℃もしくは５５±５℃で１２日間滞留し、アンモニア除去手段６にてアンモニアが除去された生成ガスをガス攪拌手段から適宜量で連続的に噴出し、メタン発酵処理した。なお、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。そして、メタン発酵処理後の発酵廃液のアンモニア性窒素濃度を測定するとともに、ガス管５から回収した生成ガスのメタン生成収率を測定した。その結果を表１、図２および図３に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
また、上記３５±５℃の中温でメタン発酵処理した場合と同一の条件で、メタン発酵槽１内の混合液のｐＨを変動させてメタン発酵処理し、ガス管５から回収した生成ガスのメタン生成収率を測定し、ｐＨとメタン生成収率との関係を検討した。ここで、測定した各ｐＨにおけるメタン生成収率が最も高い値を１として相対値に変換し、相対メタン生成活性として比較した。その結果を図４に示す。
【００６９】
この図４に示す結果から、ｐＨが約７．０〜８．０ではほとんど大差はなく、良好なメタン生成収率が得られた。そして、ｐＨ７より酸性側およびｐＨ８．５からアルカリ性側となると、急激にメタン生成収率が低減した。これは、ｐＨが７．０より酸性となると、有機酸によるメタン発酵処理の阻害、および、生成するアンモニアがイオン状態で溶解する状態となって遊離するアンモニアの量が低減し、生成ガスにアンモニアが移行しにくくなってアンモニアの量が増大し、メタン発酵処理が進行しなくなるものと考えられる。また、ｐＨが８．５よりアルカリ性が強くなると、イオン状態のアンモニアよりメタン発酵に寄与する微生物に対して毒性が強い遊離アンモニアの量が多くなってメタン発酵に寄与する微生物の活性が低減してメタン発酵の処理効率が低減するものと考えられる。
【００７０】
さらに、可溶化槽から連続的に上記条件で調質した混合液をメタン発酵槽１に流入して、ｐＨ７．０以上８．０以下に維持しつつメタン発酵処理の進行状況すなわちメタン生成収率とアンモニア性窒素の濃度との関係について検討した。なお、メタン発酵処理は、３５±５℃の中温とした。その結果を図５および図６に示す。
【００７１】
この図５および図６に示す結果から、混合液中のアンモニア性窒素の濃度が３０００ｍｇ／ｌ程度では、投入する混合液のＴＳ量に対する発生するメタンガスの生成効率が高い値で安定するが、噴出する生成ガスの量を少なくしてアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ程度まで高くすると約半分程度のメタン生成収率となり、５０００ｍｇ／ｌではほぼ完全にメタン生成収率が得られなくなってメタン発酵処理が停止した。そして、この状態で再び生成ガスを噴出させてアンモニア性窒素の濃度を３０００ｍｇ／ｌまで低減すると、再び同様なメタン生成収率が得られてメタン発酵処理が進行することが認められた。
【００７２】
このように、メタン発酵処理により生成する生成ガスを回収しアンモニアを除去した後に固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液に噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、ＴＳ濃度が高い固形有機性廃棄物が高濃度の混合液でも十分に混合されてメタン発酵によるメタン発酵が進行し、噴出する生成ガスに混合液中の生成するアンモニアが移行して分離され、アンモニアによるメタン発酵の阻害を抑制して、メタン発酵処理の効率を向上できる。
【００７３】
また、混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以下となるように生成ガスを噴出、より具体的には５５±５℃の高温でメタン発酵処理する場合にはアンモニア性窒素が２５００ｍｇ／ｌ以下、３５±５℃の中温でメタン発酵処理する場合にはアンモニア性窒素が４０００ｍｇ／ｌ以下となるように生成ガスを噴出させるため、確実に効率よくメタン発酵処理できる。
【００７４】
さらに、噴出する生成ガスの量を１時間当たりメタン発酵槽１の容量に対して０．３ｍ3以上３ｍ3以下（０．３ｍ3／ｍ3／hr以上３ｍ3／ｍ3／hr以下）とするため、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌でき、また生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去でき、メタン発酵の処理効率を向上できる。
【００７５】
そして、混合液をアルカリ性、特にｐＨ７．０以上８．５以下、好ましくは７．０以上８．０以下、さらに好ましくは７．３以上７．８以下でメタン発酵処理するため、アンモニアが分離除去されることにより固形有機性廃棄物の分解生成物である有機酸にて酸性となってメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止するとともに、アンモニアがイオン化して噴出する生成ガスに移行する量が少なくなってアンモニアの除去率が低下してアンモニアの濃度が増大することによるメタン発酵処理の活性が低下することを防止して、効率よくメタン発酵処理できる。
【００７６】
そして、メタン発酵処理する可溶化槽から流入する混合液のＴＳ濃度を５％以上２０％以下とするため、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。
【００７７】
さらに、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、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。
【００７８】
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５％以上２０％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。
【００７９】
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。
【００８０】
そして、固液分離手段にて分離した脱水汚泥ケーキを返送することにより、残留する有機物が再び処理され、処理効率を向上できる。
【００８１】
また、返送する脱水汚泥ケーキを熱アルカリ処理することにより、脱水汚泥ケーキが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されて返送されるので、細菌および残留する有機物を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、前処理手段での混合液の調質の際の加熱分が補われるとともに、スチームの接触により汚泥中のアンモニアがストリッピング処理されて蓄積が防止され、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、熱アルカリ処理されたアルカリ性の脱水汚泥ケーキが返送されるので、メタン発酵処理の際のｐＨ調整のために添加するアルカリの量を低減、あるいはアルカリを添加する必要がなくなり、運転コストの低減および装置構成の簡略化が容易に図れる。
【００８４】
なお、上記実施の形態において、前処理手段として、解破砕装置、金属除去手段および選別手段を備えた前段処理手段、混合槽、濾過手段、可溶化槽とにて構成したが、スラリ状に可溶化処理するいずれの構成でもよく、夾雑物を除去する構成がなくてもよい。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。
【００８５】
さらに、固液分離手段にて分離した脱水汚泥ケーキを熱アルカリ処理して可溶化し返送してもよい。この熱アルカリ処理は、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程度で、スチームにより７０℃〜９０℃程度に加熱して調整され、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。この構成によれば、残留する有機物をさらに再処理でき、処理効率を向上できるとともに、栄養塩も返送される状態となって、別途栄養塩を添加する必要がなく、処理コストを低減できる。
【００８６】
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ず、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混合してもよい。なお、生物汚泥を混合することにより、生物汚泥からメタン発酵の際の微生物の栄養源が供給され、別途鉄化合物、コバルト化合物およびニッケル化合物などの栄養源の添加量の低減あるいは栄養源を添加しなくてもよく、処理コストを低減できる。そして、生物汚泥の添加は、生物汚泥に夾雑物が混入しないので、既に夾雑物が除去されたメタン発酵の直前の可溶化槽で添加することにより、前処理手段での夾雑物の除去の際の負荷が低減するので好ましい。
【００８７】
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や活性汚泥を添加する場合などには、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。
【００８８】
そして、混合液の攪拌およびアンモニアストリッピングのために噴出する生成ガスは、連続的に限らず、例えばアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる際に間欠的に噴出してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下に制御するなどしてもよい。なお、間欠的に噴出することにより、運転コストを低減できるとともに、噴出しない場合には生成ガスの全量を回収でき、回収率を向上できるが、特に固形有機性廃棄物の処理量が多い場合などには、連続的に噴出して常時混合液を攪拌してメタン発酵処理の活性を増大し、効率よくメタン発酵処理することが好ましい。
【００８９】
また、前処理手段３で混合液を調質する際に、適宜水や発酵廃液を混合してＴＳ濃度で５〜２０％に調質したが、水のみあるいは発酵廃液のみ、その他屎尿などの他の汚水を混合するなどしてもよい。なお、上述したように、発酵廃液を混合する場合には希釈する水が不要で、後段での固液分離の負荷が低減するとともに、残留する有機物を再処理でき、効率よく処理できる。
【００９０】
そして、回収した生成ガスの全量をアンモニア除去手段６に回収して説明したが、例えばガス管５に直接ガスホルダ８を接続するとともに、このガス管５に分岐してアンモニア除去手段６を接続し、少なくとも噴出する生成ガスのみをアンモニア除去処理するなどしてもよい。なお、全量をアンモニア除去手段６にて回収してアンモニア除去した後に、ガス噴出手段から噴出あるいはガスホルダ８に回収することにより、回収した生成ガスを直接エネルギ源として容易に利用でき、構成を簡略化できる。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１記載の廃棄物処理方法によれば、回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、少なくとも一部をｐＨ７．０以上８．５以下に調質した混合液に噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために固形有機性廃棄物を高濃度としても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって効率よく移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００９２】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９３】
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、生成ガスを１時間当たりメタン発酵処理するメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するため、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌でき、生成するアンモニアが噴出される生成ガスに十分に移行して分離除去され、メタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９４】
請求項３記載の廃棄物処理方法によれば、メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去した後に、少なくとも一部を総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質した混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ 3 で噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために総固形物濃度５％以上２０％以下の固形有機性廃棄物が高濃度の混合液に調質しても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが十分に移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００９５】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９６】
請求項４記載の廃棄物処理方法によれば、請求項３記載の廃棄物処理方法の効果に加え、混合液をアルカリ性でメタン発酵処理するため、アンモニアが分離除去されることにより固形有機性廃棄物の分解生成物である有機酸にて酸性となってメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止できるとともに、アンモニアが効率よく生成ガスに移行してアンモニアの蓄積によるメタン発酵する微生物の活性が低下することを防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【００９７】
請求項５記載の廃棄物処理方法によれば、請求項３または４記載の廃棄物処理方法の効果に加え、混合液のｐＨを７．０以上８．５以下とするため、溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行し、アンモニアの蓄積を防止して効率よくメタン発酵処理できる。
【００９８】
請求項６記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし５いずれか一記載の廃棄物処理方法の効果に加え、混合液を３５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出させて混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【００９９】
請求項７記載の廃棄物処理方法によれば、請求項１ないし５いずれか一記載の廃棄物処理方法において、混合液を５５±５℃でメタン発酵処理して混合液のアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスを噴出させて混合液のアンモニア性窒素の濃度を２５００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアおよびメタン発酵の際に生じる有機酸の濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１００】
請求項８記載の廃棄物処理装置によれば、メタン発酵槽内のｐＨ７．０以上８．５以下に調整した混合液に、メタン発酵処理により生成しアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部をガス攪拌手段にて噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために固形有機性廃棄物を高濃度としても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが混合液に溶解するイオン状態から遊離状態となって効率よく移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０１】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１０２】
請求項９記載の廃棄物処理装置によれば、請求項８記載の廃棄物処理装置の効果に加え、ガス攪拌手段から生成ガスを１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出するため、固形有機性廃棄物が高濃度で粘性が高い混合液でも十分に攪拌できるとともに、生成するアンモニアが十分に移行して分離除去でき、メタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１０３】
請求項１０記載の廃棄物処理装置によれば、メタン発酵処理により生成し少なくとも一部がアンモニア除去手段にてアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を、ガス攪拌手段にて総固形物濃度５％以上２０％以下に調質した混合液に１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3で噴出して攪拌するため、回収した生成ガスを噴出させる簡単な構造で、固形有機性廃棄物の処理効率を向上するために総固形物濃度５％以上２０％以下の固形有機性廃棄物が高濃度の混合液に調質しても十分に攪拌でき、噴出される生成ガスにメタン発酵の際に生成するアンモニアが十分に移行して分離除去されてアンモニアの蓄積を防止でき、効率よくメタン発酵処理できる。
【０１０４】
また、混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上の場合に生成ガスを噴出して混合液のアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするため、メタン発酵の処理効率が急激に低下するアンモニアの濃度になることなく、確実にメタン発酵の処理効率を向上できる。
【０１０５】
請求項１１記載の廃棄物処理装置によれば、請求項１０記載の廃棄物処理装置の効果に加え、ｐＨ検出手段にて検出する混合液のｐＨが７．０以上８．５以下となるようにｐＨ調整手段にてｐＨを調整するため、簡単な構成で溶解するイオン状態のアンモニアが遊離状態のアンモニアとなって噴出される生成ガスに効率よく移行し、アンモニアの濃度上昇を抑制して効率よくメタン発酵処理できる。
【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装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 同上高温でのメタン発酵処理におけるアンモニア性窒素濃度とメタン生成収率との関係を示すグラフである。
【図３】 同上中温でのメタン発酵処理におけるアンモニア性窒素濃度とメタン生成収率との関係を示すグラフである。
【図４】 同上メタン発酵内の混合液のｐＨと相対メタン生成活性との関係を示すグラフである。
【図５】 同上高温でのメタン発酵処理における生成ガスの噴出量を変化させて処理した際の混合液のアンモニア性窒素の濃度の経時変化を示すグラフである。
【図６】 同上メタン生成収率の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ メタン発酵槽
４ ｐＨ調整手段としてのアルカリ添加手段
６ アンモニア除去
Claims (11)
- 固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液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、
前記混合液をｐＨ７．０以上８．５以下でメタン発酵処理し、
このメタン発酵処理により生成する生成ガスを回収し、
この回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去し、
前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にする
ことを特徴とする廃棄物処理方法。 - 生成ガスを１時間当たりメタン発酵処理するメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出する
ことを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理方法。 - 固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵槽でメタン発酵処理にて処理する廃棄物処理方法において、
前記混合液の総固形物濃度を５％以上２０％以下に調質し、
この総固形物濃度が調整されて調質された混合液を前記メタン発酵処理し、
このメタン発酵処理により生成する生成ガスを回収し、
この回収した生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去し、
前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記調質された混合液に１時間当たり前記メタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ 3 で噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にする
ことを特徴とする廃棄物処理方法。 - 混合液をアルカリ性でメタン発酵処理する
ことを特徴とする請求項３記載の廃棄物処理方法。 - 混合液のｐＨを７．０以上８．５以下とする
ことを特徴とする請求項３または４記載の廃棄物処理方法。 - 混合液を３５±５℃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５いずれか一記載の廃棄物処理方法。 - 混合液を５５±５℃でメタン発酵処理し、
前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が２５００ｍｇ／ｌ以上となる場合に生成ガスの少なくとも一部を噴出してアンモニア性窒素の濃度を２５００ｍｇ／ｌ以下にする
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載の廃棄物処理方法。 - 固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
このメタン発酵槽に設けられ混合液のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
前記メタン発酵槽に設けられ前記ｐＨ検出手段にて検出する前記混合液のｐＨを７．０以上８．５以下に調整するｐＨ調整手段と、
前記メタン発酵槽に接続され前記メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、
前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニア除去手段によりアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするガス攪拌手段と
を具備したことを特徴とする廃棄物処理装置。 - ガス攪拌手段は、生成ガスを１時間当たりメタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出する
ことを特徴とした請求項８記載の廃棄物処理装置。 - 固形有機性廃棄物をスラリ状に可溶化した混合液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
このメタン発酵槽に接続され前記メタン発酵処理により生成する生成ガスの少なくとも一部からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、
前記混合液に含まれるアンモニア性窒素の濃度が４０００ｍｇ／ｌ以上となる場合に前記アンモニア除去手段によりアンモニアが除去された生成ガスの少なくとも一部を前記混合液に１時間当たり前記メタン発酵槽の容量に対して０．３ｍ3以上で噴出し攪拌してアンモニア性窒素の濃度を４０００ｍｇ／ｌ以下にするガス攪拌手段と
を具備したことを特徴とした廃棄物処理装置。 - メタン発酵槽に設けられ混合液のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
前記メタン発酵槽に設けられ前記ｐＨ検出手段にて検出する前記混合液のｐＨを７．０以上８．５以下に調整するｐＨ調整手段とを具備した
ことを特徴とする請求項１０記載の廃棄物処理装置。
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