JP5061404B2 - 乾式メタン発酵汚泥の処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は乾式メタン発酵槽から排出される汚泥の処理方法に係り、特に、乾式メタン発酵汚泥を効率的に炭化する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
生ごみ、家畜糞尿などの有機性廃棄物をメタン生成菌の作用で嫌気性分解するメタン発酵処理は、廃棄物を大幅に減容化すると共に、分解により得られるメタンガスを含むバイオガスを電気又は熱の形でエネルギー回収することができるという優れた利点を有する処理方法である。
【0003】
このメタン発酵法には、TS(全固形物)濃度3〜5%程度でメタン発酵する湿式メタン発酵法と、TS濃度15〜40%程度でメタン発酵する乾式メタン発酵法とがある。
【0004】
このうち、湿式メタン発酵法では、TS濃度が低いため、高負荷処理が困難であり、また、メタン発酵後は発酵液の固液分離を行う必要があるのに対して、乾式メタン発酵法であれば、有機性廃棄物を高負荷で処理してバイオガスを得ることができ、しかも、メタン発酵槽内のTS濃度が高いため、メタン発酵槽からの余剰汚泥の固液分離が不要であることから、湿式メタン発酵法における沈殿槽を省略することができるなどの利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
乾式メタン発酵では、一般に、メタン発酵槽に投入された有機性廃棄物の9割程度が余剰汚泥として排出される。この余剰汚泥は含水率が60〜85%程度あり、コンポスト化又は炭化処理などにより再利用されているが、この場合、コンポスト化のためには含水率を65%以下、炭化の場合には含水率を55%以下とする必要がある。このため、従来においては、メタン発酵槽から排出された余剰汚泥を脱水又は加熱乾燥することが必要とされ、例えば、特開平11−333416号公報には、メタン発酵汚泥に鉄系凝集剤を添加して脱水した後炭化することが記載されている。この特開平11−333416号公報に記載されるように余剰汚泥の脱水を行った場合には、脱水濾液の処理が必要となる。このため、従来法では、メタン発酵汚泥の再利用のために、メタン発酵装置とは別に脱水装置、脱水濾液の水処理装置或いは加熱乾燥装置を併設することが必要となり、設備が過大となるという問題があった。
【0006】
一方、コンポスト化に当っては、脱水や加熱乾燥を行う必要がない場合もあるが、メタン発酵汚泥は有機物(炭素源)が消費し尽くされたものであり、炭素源が欠乏状態で微生物分解し難いものであるために、コンポスト化が円滑に進行し難いという問題があった。
【0007】
本発明は上記従来の問題点を解決し、メタン発酵汚泥を脱水又は加熱乾燥といった処理を行うことなく、効率的に炭化して再利用することを可能とする乾式メタン発酵汚泥の処理方法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の乾式メタン発酵汚泥の処理方法は、乾式メタン発酵槽から排出される含水率60〜85%の汚泥を処理する方法において、該汚泥に含水率0〜10%の裁断故紙を混合して炭化に適当な含水率40〜50%に調整した後、炭化することにより、該汚泥を脱水処理することなく炭化することを特徴とする。
【0009】
本発明の方法では、メタン発酵槽からの余剰汚泥に繊維を混合することにより炭化又はコンポスト化に適当な含水率に調整することができるため、余剰汚泥の脱水又は加熱乾燥を行う必要がない。従って、従来の脱水装置や脱水濾液の水処理装置、加熱乾燥装置が不要となる。
【0010】
しかも、余剰汚泥に繊維を混合して炭化することにより得られた炭化物は、吸着性能に優れ、脱臭剤、水処理用吸着剤等に有効に使用することができる。余剰汚泥に繊維を混合して得られた炭化物の吸着性能が向上することの作用機構の詳細は明らかではないが、余剰汚泥に混合された繊維により炭化物内に適当な空隙が形成されることにより、細孔が発達するなど、炭化物の物理的構造が変化することによるものと推定される。
【0011】
また、余剰汚泥のコンポスト化に当っては、繊維を混合することでコンポスト化を効率的に行うことができるようになる。即ち、前述の如く、メタン発酵槽からの余剰汚泥は炭素源が消費され尽くした炭素源欠乏状態にあるため、微生物分解され難く、コンポスト化し難いが、これに炭素源として繊維を混合することにより、通気性を改善し炭素源を補うことができ、コンポスト化の進行を促進することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の乾式メタン発酵汚泥の処理方法の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
生ゴミ、家畜糞尿、下水汚泥などの有機性廃棄物を、要すれば破砕機を用い直径5cm以下に破砕した投入原料1を混合装置2に投入し、必要に応じて紙や藁、雑草などの繊維含有有機物3を添加混合し、TS濃度15〜40%、好ましくは20〜35%、C/N比20〜250、好ましくは25〜60に調整した混合発酵原料を得る。これを乾式メタン発酵槽6からの返送汚泥9と混合し、蒸気4を吹き込んで温度50〜60℃としたもの5を発酵槽6に戻し、嫌気発酵させる。
【0014】
混合発酵原料はメタン生成菌を含む返送汚泥9と混合され、加温されているため、発酵槽6内の加温、攪拌操作は不要で、発酵槽6内にはTS濃度15〜40%の高濃度の汚泥が保持され、10〜20kg・CODCr/m3/dayの高負荷でメタン発酵が行われる。
【0015】
発酵槽6に投入された混合発酵原料は発酵槽6内で嫌気性微生物により分解されて徐々にTS濃度が低下し、発酵槽6の下部へ移動し、引抜汚泥7として引き抜かれる。引抜汚泥7の含水率は発酵原料や嫌気処理の条件によって異なるが、概ね60〜85%で、一日当りの引抜き量は、槽内に保有される汚泥の1/4〜1倍、好ましくは1/3〜1倍で、このうち投入原料1とほぼ同量を余剰汚泥8として排出し、残りは返送汚泥9として混合装置2に供給し、投入原料1と混合する。
【0016】
本発明では、乾式メタン発酵槽6から排出される余剰汚泥8に繊維10を混合した後、炭化処理を行う。
【0017】
本発明において、乾式メタン発酵の余剰汚泥に混合する繊維は、含水率0〜10%のもの、具体的には紙、好ましくは廃棄物の有効利用の点から故紙(古紙)、特に炭化の場合は裁断故紙を用いる。
【0018】
乾式メタン発酵の余剰汚泥を炭化する場合、余剰汚泥に繊維を混合して含水率40〜50%に調整する。繊維の混合割合は、余剰汚泥の含水率や当該繊維の含水率により異なるが、一般的には余剰汚泥の乾燥重量に対して100重量%以上、特に300〜700重量%程度とするのが好ましい。
【0019】
このように繊維を混合した余剰汚泥は、常法に従って貧酸素雰囲気下にて350〜400℃で0.5〜2時間程度加熱することにより、吸着性能に優れた炭化物を得ることができる。
【0020】
得られた炭化物は、乾式メタン発酵槽内に担体として添加しても良く、その他、脱臭剤、水処理用吸着剤などとして有効利用することができる。
【0021】
一方、乾式メタン発酵の余剰汚泥をコンポスト化する場合、コンポスト化に適当な含水率は65%以下であることから、余剰汚泥の含水率が65%を超える場合には、含水率が65%以下となるように繊維を混合する。また、炭素源の補充として繊維を混合する。コンポスト化の場合の繊維の混合割合も、余剰汚泥の含水率やTS濃度によっても異なるが、一般的には余剰汚泥の乾燥重量に対して200〜300重量%程度とするのが好ましい。
【0022】
このように、繊維を混合した余剰汚泥は常法に従って発酵槽内で50〜60℃で微生物分解させることにより、良好なコンポストを得ることができ、一般的には、上述のような割合で余剰汚泥に繊維を混合することにより、従来、コンポスト化が困難であったメタン発酵汚泥を、10〜20日程度の短期間でコンポスト化することが可能となる。得られたコンポストは肥料等に有効利用することができる。
【0023】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0024】
実施例1
図1に示す装置を用いて有機性廃棄物1として一日当り180kgの豚糞と、直径5cm程度に破砕した45kgの生ゴミを処理した。混合装置2において、豚糞と生ゴミに繊維含有有機物3として幅5mm程度に裁断した故紙(120kg/day)と、さらに水(200kg/day)を添加混合し、TS濃度25%、C/N比35に調整した。これを返送汚泥9と混合して蒸気を吹き込み、55〜58℃に加湿し、乾式メタン発酵槽6に投入し、乾式メタン発酵処理した。
【0025】
なお、発酵槽6の容積は21m3で、引抜汚泥量は21500kg/dayとし、このうち21000kg/dayを返送汚泥9として混合装置2に供給し、500kg/dayを余剰汚泥8として排出した。余剰汚泥8の含水率は85%であった。
【0026】
この余剰汚泥8に混合装置2に供給したものと同じ故紙を約70湿重量%(余剰汚泥の乾燥重量に対して450%)混合し、含水率を50%に調整し、直径5mm程度に粒状化して貧酸素雰囲気下で1時間、約500℃になるまで加熱して炭化物を得た。
【0027】
得られた炭化物を下記水質の汚水に対し4重量%添加して攪拌し、沈殿させた後の上澄み液の水質を測定し、炭化物の吸着性能を調べた。結果を表1に示す。
[汚水水質]
CODMn:150mg/L
色度:1130
【0028】
比較例1
実施例1で得られた余剰汚泥にカチオン系高分子凝集剤(0.2%の水溶液)を余剰汚泥の湿重量当り0.6%の添加量となるよう混合した後、スクリュープレスで脱水して含水率を50%とした。この脱水により、余剰汚泥1kg当り約0.4Lの脱水濾液が発生した。脱水濾液の水質は下記の通りであり、放流に当っては処理が必要であった。
[脱水濾液水質]
BOD:14000mg/L
COD:18000mg/L
T−N:1700mg/L
【0029】
また、含水率を50%とした脱水汚泥を実施例1と同様にして炭化処理し、得られた炭化物の吸着性能を実施例1と同様にして調べた結果を表1に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
参考例1
実施例1で得られた余剰汚泥に解繊故紙を添加し、含水率を60%に調整した。故紙の添加量は45湿重量%(余剰汚泥の乾燥重量に対して300%)とした。この汚泥13.4kgに対し、高温好気性コンポスト化装置(容量50L)内の種汚泥1kgを添加してコンポスト化装置に戻し、60〜70℃に加温した空気を通気してコンポスト化処理した。コンポスト化装置内の汚泥温度は処理開始時は15℃前後であったが、処理開始から約1週間で60℃まで上昇し、その後15℃まで低下して14日間でコンポスト化した。
【0032】
比較例2
参考例1において余剰汚泥に解繊故紙を添加することなくそのままコンポスト化装置内の種汚泥と混合してコンポスト化処理を行った。コンポスト化装置内の汚泥温度は処理開始時から13〜15℃程度のままで処理開始後1時間経過しても上昇せず、十分な殺菌、発酵ができなかった。
【0033】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の乾式メタン発酵汚泥の処理方法によれば、メタン発酵汚泥を脱水又は加熱乾燥することなく、単に繊維を混合するのみでその含水率を調整して高品質の炭化物を得ることができる。また、汚泥のコンポスト化を円滑に進行させて短期間で良好なコンポストを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
1 投入原料
2 混合装置
3 繊維含有有機物
4 蒸気
6 乾式メタン発酵槽
7 引抜汚泥
8 余剰汚泥
9 返送汚泥
10 繊維
Claims (1)
- 乾式メタン発酵槽から排出される含水率60〜85%の汚泥を処理する方法において、該汚泥に含水率0〜10%の裁断故紙を混合して炭化に適当な含水率40〜50%に調整した後、炭化することにより、該汚泥を脱水処理することなく炭化することを特徴とする乾式メタン発酵汚泥の処理方法。
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