JP4417060B2

JP4417060B2 - ゴミ及びし尿の収集処理方法及び装置

Info

Publication number: JP4417060B2
Application number: JP2003327298A
Authority: JP
Inventors: 隆生萩野; 博司佐久間; 将明西本; 康誠石川; 正足立
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP2005087935A

Description

本発明は、一般家庭、公共施設、事業所等から排出されるし尿、トイレ排水、生ゴミ、可燃ゴミを収集し、処理する方法及び装置に係わり、地球環境への負荷軽減及びエネルギー発生効率向上を目的とした収集処理方法及び装置に関するものである。

従来のゴミ及びし尿収集方法及び装置は、トイレ由来のし尿、台所排水、及びその他の生活雑排水はすべて下水道放流するか、浄化槽により処理される場合が多く、生ゴミやその他の可燃ゴミは定期的に回収するゴミ回収車により、ゴミ焼却場や埋め立て地に搬送され処理される場合が多かった。しかし、近年、化石燃料やリン等の有用資源枯渇の問題や、ＣＯ_２によるオゾン層破壊や地球温暖化の問題等、地球規模の環境問題が世界的に顕在化してきているのを背景として、ライフサイクルアセスメント（ＬＣＡ）やライフサイクルコスト（ＬＣＣ）等の観点から、排水処理装置やゴミ燃焼装置等の単位装置を再評価するケースが増えてきている。これらの試み一つ一つは確かに重要であるものの、人が生活する空間において発生する不要物であるゴミやし尿等を収集し処理するシステム全体に対して、地球環境に及ぼす負荷軽減や資源やエネルギーの有効利用の点で有効なシステムが提案されることは少なかった。

具体的に説明すると、従来のゴミ及びし尿収集システムの中、し尿収集処理システムでは、し尿中の固形物中に多く含まれ下水処理の主たる対象成分である有機成分と、し尿中の液体中に多く含まれる窒素、リン、カリウム等の有用栄養塩類が混合された状態で下水管に流され、下水処理場等で活性汚泥法等の生物学的処理により処理されている。し尿を下水に流さないで、その場所で処理できるような処理装置も種々研究され、例えば特許文献１では、便器の下側にチップ室と撹拌手段を有する汚物処理槽を設け、便器は大便のみを処理槽に落し、小便及び洗浄水を便器内で大便と分離させ別回路に流す固液分離便器を用い、分離した小便及び洗浄水を土壌を充填した土壌処理槽に導入し、上方より下方に浸透させながら小便及び洗浄水を浄化して土壌槽下部に設けた貯水部に集め、その水を汲み上げて便器の洗浄水として使用するし尿処理装置が開示されているが、これは土壌がある農園や山小屋のようなところでしか使用できず、一般性がない。

生物学的処理の多くは、好気的処理でブロワ等の動力を使用して、汚水と活性汚泥に空気を吹き込むことにより、有機物を最終的にＣＯ_２の形態まで酸化する。エネルギー的観点から見ると、この曝気に使用するブロワ動力は非常に大きい上、エネルギー的に高カロリーな有機物を低位なＣＯ_２まで酸化する過程において、エネルギーはまったく回収されておらず、莫大なエネルギーを消耗するのみである。

その上、この有機物を酸化する過程において発生する副産物の余剰汚泥は、脱水処理の過程において高価な薬品を使用する必要があり、さらに脱水ケーキは燃焼や埋め立て処分されるので、その処理の際にも莫大なエネルギーとコストを必要とする。一方、し尿に含まれる液体中にはし尿全体に含まれる窒素の７割、リンの６割、カリウムの７割を含んでおり、これら栄養塩類は現状の水処理システムにおいては、最終的に活性汚泥中に取り込まれ、焼却や埋め立てされる場合が多く、回収されることは少ない。

一方、ゴミ回収車により回収される可燃ゴミ中の水分は、ほとんどが食品由来の廃棄物である、いわゆる生ゴミからのものであり、その水分量が大きいことが、ゴミ焼却場やゴミ発電所の燃焼効率を低下させる原因となっている。また、近年、ディスポーザー（家庭用生ゴミ粉砕機）を装備する家庭が増加しているが、これは家庭から下水管に排出する環境汚染源負荷を大幅に増加することになり、下水処理施設での処理性能の悪化や処理コストの増大が想定される。しかも、近年もっとも早急な対策の必要性が問われている問題の一つであるＣＳＯ（合流式下水雨水時放流問題）の問題を増大させることにもなる、このようにディスポーザーの採用及び普及は、大きな問題をはらんでいると言える。これら現状のシステムにおける問題点に対して、システム全体から見渡した有効な手段が提案されることは少なかった。

特開２００２−５９１８０号公報

本発明は、上述した従来の課題を解決することを目的とする。すなわち、下水処理場に下水管を通じて流入する汚水中の有機成分を大幅に軽減することで、水処理工程において使用するブロワ動力を大幅に軽減し、発生余剰汚泥を大幅に軽減し、及び汚水中の有用栄養塩類を回収しやすくするとともに、流入下水から取り除いた有機物を最終的にＣＯ_２に酸化する過程において、燃焼エネルギーを回収し、さらに生ゴミ中にふくまれる水分を大幅に低下させることにより、ゴミ発電効率を上昇させ、化石燃料による発電量を少しでもカバーするような、ゴミ及びし尿の収集処理方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行い、破砕機である程度粉砕された生ゴミや、トイレのし尿を、少量の水道水又は中水等を使用して固液分離し、分離した固形物を乾燥装置で処理すれば、以後は既存の下水処理システムを活用し、地球環境への負荷軽減及びエネルギーの発生効率を向上した処理システムを形成できることを見いだした。

本発明は、このような発見に基づいてなされたものであり、次の手段により上記の課題を解決した。
（１）生ゴミを粉砕機により粉砕した粉砕物に水を加えて、トイレから出るトイレ排水とともに固液分離乾燥装置に直接投入し、該固液分離乾燥装置の固液分離部でろ過体により固形物と液状物質に固液分離し、分離された固形物を該固液分離乾燥装置の乾燥固化部で乾燥させる工程、該乾燥した固形物を可燃ゴミとともに回収する工程、該回収した乾燥固形物と可燃ゴミの混合物をゴミ焼却発電設備で燃焼させることによりエネルギーを回収する工程、及び前記固液分離乾燥装置で分離された液状物質を下水道に放流して下水処理場で処理する工程を含むことを特徴とするゴミ及びし尿の収集処理方法。

本発明によれば、既存の下水処理システムと、ゴミ回収・焼却システムをそのまま活用し、各家庭等に生ゴミ破砕機とし尿と粉砕生ゴミの固液分離乾燥装置を設置するだけで、家庭、公共施設、事業所等から排出されるし尿、生ゴミ、可燃ゴミを、地球環境への負担軽減及びエネルギー発生効率を向上させた、ゴミ及びし尿の収集処理システムを完成することができる。
下水処理場に下水管を通じて流入する汚水中の有機成分を大幅に軽減することで、水処理工程において使用するブロワ動力を大幅に軽減し、発生余剰汚泥を大幅に軽減し、及び汚水中の有用栄養塩類を回収しやすくするとともに、流入下水から取り除いた有機物を最終的にＣＯ _２に酸化する過程において、燃焼エネルギーを回収し、さらに生ゴミ中にふくまれる水分を大幅に低下させることにより、ゴミ発電効率を上昇させ、化石燃料による発電量を減少させることができる。
また、家庭で台所に生ゴミを粉砕して下水に流すディスポーザーを設置することが普及していくと、生ゴミの粉砕物が下水処理場に流されて下水処理場の負担が増すという問題は、本発明により解消できる。また、ＣＳＯ問題も大幅に改善される。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
すなわち、本発明は、図１に示す基本処理フローからなるゴミ及びし尿の収集処理システムである。すなわち、まず、家庭や施設などの生活空間１でトイレのし尿２、及び生ゴミ３を粉砕機（例：ディスポーザー）４によりある程度粉砕された生ゴミ粉砕物５を、少量の水道水または中水等を使用して流し、それを固液分離乾燥装置６に投入し、固液分離部６ａで分離されたし尿と生ゴミの固形物７を乾燥固化部６ｂに入れて乾燥し、乾燥固形物９を得る。

該固液分離乾燥装置６は、固液分離部６ａと乾燥固化部６ｂで構成されている。最初に固液分離部６ａにおいて、１００メッシュ程度のろ過体または安価な不織布か使い捨てペーパーのようなろ過体等により水切りを行う。このろ過体は、親油性素材を使用するなら、台所排水中の油分を吸着し効果的である。該ろ過体で濾された液状物質８は下水道放流する。上に残った固形物７は低速コンベアーで乾燥固化ゾーン６ｂに運ばれ、５〜３０時間程度の比較的長時間を使用し低電力で乾燥する。人の活動が少なく、かつ電気代が安価な夜間電力を使用すると効果的である。

含水率約３０％〜５０％程度まで乾燥された該固形物９は、酸化チタンとオゾンを併用した脱臭機能を持つ捕集器（図示しない）内に貯留される。該乾燥固形物９は、定期的に回収される可燃ゴミ回収の日に収集運搬手段１０により他の可燃ゴミと一緒にして回収する。この乾燥固形物９は、人糞に含まれる高カロリーの有機物と生ゴミ中の難生物分解性のセルロース系有機物等を含み、燃焼しやすい上、従来の生ゴミに含まれる大量の水分を大幅に低下させているため、ゴミ焼却発電設備１１でのゴミ発電効率は大幅に上昇する。なお、前記固形物は、し尿に由来する人糞などを含んでいるために、その取り扱いには衛生管理上十分な配慮をすることが必要である。

また、該固液分離乾燥装置６は、該乾燥物を自動的に袋詰めする機能を持たせることも可能であり、これによりゴミ出しの時に人の手に触れないようにすることもできる。さらに、本システムを適用する家庭が一戸建ての家庭等に導入するのではなく、集合住宅や病院、学校等の施設に適応する場合は、必ずしも居住空間内に本システムを導入する必要が無い場合もある。

集合住宅のように人がある程度集まって生活するような住環境がある場合は、各家庭から排出された生活雑排水を従来通りそのまま下水管に流し、その集合住宅内の各戸から排出された下水全量に対して本システムを適応することもできる。例えば、集合住宅の共有敷地内又は近隣のエリア等に全戸の下水全量を処理できる該固液分離乾燥装置を設置することで、該装置により集合住宅各戸から排出された下水中の有機性固形物が分解される前に乾燥物として回収することができる。回収された乾燥物が自動的に袋詰めされたり、該袋をゴミ置き場まで自動的に搬送する機構を組み込むことにより、該集合住宅内の各家庭では人手を煩わせずに各家庭から排出される有機物を有用な形態として回収することができる。

また、さらに比較的大規模な集合住宅や、多くの人が連続的にし尿や生ゴミを排出する環境にある施設等では、該システムにより回収した固形乾燥物を該敷地内において燃焼させ、タービン等により発電させることにより、熱エネルギーと電気エネルギーを得ることもことも可能である。このエネルギーを集合住宅の各家庭に供給することにより、各家庭の電力コストや熱源コストの一部をまかなうことも可能となる。該燃焼発電装置から排出される排水は下水道放流し、燃焼後に残る焼却灰は自動的に袋詰し、ゴミ置き場まで搬送し、ゴミ収集することも可能となる。

一方、下水道放流された液状物質８は、し尿中の窒素の７割、リンの６割、カリウムの７割を含んでいる一方、有機物が大幅に減少しているために、下水道１２を通って到達した下水処理場１３においては、ブロワーによる有機物の酸化は少なくて良く、発生余剰汚泥量も大幅に減少する。従来までの流入下水中の有機物は、本発明では乾燥固形化し、最終的には可燃ゴミとともにゴミ発電の燃料として使用されることから、高カロリーな有機物が低位なＣＯ_２に酸化される過程において、熱及び電気エネルギーの形態でエネルギーを回収されており、エネルギーの単なる浪費ではなく効率的である。
また、流入下水中のリン等の栄養塩類は、有機物に対して相対的に濃度が高くなった分回収しやすく、凝集沈殿法やＭＡＰ法などの晶析法等を組み合わせることにより、効率的な回収が可能となる。回収したリン、窒素、カリウム等を多く含む物質は農業などに、循環利用することが可能である。

本方法は、既存の下水処理システムとゴミ回収・焼却システムを物質運搬手段としてそのまま活用し、新たなインフラ整備として、固液分離乾燥装置のみである点に関してもメリットは大きい。また、前述したディスポーザー普及によるＣＳＯの問題は、本システムを導入することにより、雨天時に雨水ばきから河川に放流される生ゴミ等を無くし、同時に生し尿由来の有機物の放流を大幅に阻止できるメリットがある。

以下に、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。

実施例１
Ａグループ６０戸１３４人とＢグループ５２戸１１９人がそれぞれグループ別に生活するある施設において、実験的に本システムを３ケ月採用して実験を行った。Ａグループ、Ｂグループともに同一半径１ｋｍ以内に位置する異なるマンション中の家庭をそれぞれ抽出して実験を行った。
（Ａグループ）
Ａグループは、従来型システムのグループで、家庭内で発生する生ゴミはゴミ回収し、し尿はそのままトイレに排出し、台所、ふろ排水も雑排水として下水管に放流した。

（Ｂグループ）
Ｂグループは、全戸にスエーデン製の節水型し尿分離トイレを採用し、台所はディスポーザーを採用するとともに、その台所排水の中の固形物を分離するための使い捨て不織布Ａを装着した固液分離装置により、生ゴミを粉砕した固形物の約９０％以上を回収し、トイレにて分離したし尿と同じタンクに導入し、該タンク内で乾燥される。脱臭機構は、脱硫剤及び加熱した触媒層を通した後、さらに光触媒反応により脱臭するタイプを採用した。タンク内は吸引ファンにより間欠的に負圧状態になる。また、夜間の９時から朝７時の１０時間の間、間欠的に３５〜４５℃になるように設定される。タンクは、容量が２５リットルで、同じものが各戸に２つずつあり、１日置きに交互に導入され、乾燥される。乾燥物は、自動的にラップされて、５０リットル用ビニール袋に詰められ、ゴミ回収時に搬出することとした。

なお、今回の実験では、風呂と洗濯機の排水中の固形物の回収は行わなかった。ＢグループとＡグループの各戸から排出される燃えるゴミは、週２回、回収した。
Ａ，Ｂグループともに、各マンションから排出される雑排水を集合して貯留及び攪拌する槽を設けて、２時間おきにサンプリングできるコンポジットオートサンプラーを設置し、定期的に本サンプルのＢＯＤ，Ｔ−Ｐ、Ｔ−Ｎを測定した。同時に本サンプルを原水としてベンチスケールの排水処理装置により水処理を行い、その時の曝気用に使用した電力量を計測した。水処理方式は、「嫌気−好気法」及び凝集沈殿法を組み合わせた方法とし、放流水質はＢＯＤ，Ｔ−Ｎが１０ｍｇ／リットル以下、Ｔ−Ｐが２ｍｇ／リットル以下とした。Ａ，Ｂグループから回収した「燃えるゴミ」はカロリーメータにより定期的にゴミのカロリーを測定した。
（試験結果）
Ａ，Ｂグループにおける試験結果を第１表に示す。

第１表に示すように、し尿生ゴミ分離乾燥機に使用する電気代は、Ｂグループ全体で２１８０円／月が必要となるものの、排水処理において使用するブロア用電気代が大幅に低下するため、差し引き５９００−（２１８０＋９９０）＝２７３０円／月のコスト節約を行うことができた。また、Ｂグループは、生ゴミ中の水分が大幅に減少した結果、ゴミは減量化し、ゴミ重量当たりの発熱量は大幅に増加した。今回の実験ではこのゴミの燃焼による発電量や、排水処理で発生する汚泥の処理費用、排水処理施設の規模等の算定を行わなかったが、それらを総合的にみると、本プロセスにより大幅なエネルギー節約とコスト節約がはかれることが推察された。

本発明のし尿と生ゴミの収集処理方法の概念を説明する基本処理フロー図である。

符号の説明

１生活ゾーン
２し尿
３生ゴミ
４破砕機
５生ゴミ粉砕物
６固液分離乾燥装置
６ａ固液分離部
６ｂ乾燥固化部
７固形物（屎と生ゴミの固形物）
８液状物質（尿とゴミ汁）
９乾燥固形物
１０収集運搬手段
１１ゴミ焼却発電設備
１２下水道
１３下水処理場

Claims

生ゴミを粉砕機により粉砕した粉砕物に水を加えて、トイレから出るトイレ排水とともに固液分離乾燥装置に直接投入し、該固液分離乾燥装置の固液分離部でろ過体により固形物と液状物質に固液分離し、分離された固形物を該固液分離乾燥装置の乾燥固化部で乾燥させる工程、該乾燥した固形物を可燃ゴミとともに回収する工程、該回収した乾燥固形物と可燃ゴミの混合物をゴミ焼却発電設備で燃焼させることによりエネルギーを回収する工程、及び前記固液分離乾燥装置で分離された液状物質を下水道に放流して下水処理場で処理する工程を含むことを特徴とするゴミ及びし尿の収集処理方法。