JPH06504202A - 固体状有機材料の生物学的処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 固体状有機材料の生物学的処理方法および装置本発明は、木質的に固体状の有機 材料を生物学的に処理する方法に関するものであり、ここでは、この材料に、加 水分解処理と嫌気性発酵を連続的に受けさせる。

固体状の生物学的廃棄物のためのいくつかの種類の処理システムが現在開発され ている。これらのシステムは、１番目として、利用可能な安定化された衛生的に 信頼できる最終生成物、例えばたい肥または土壌改良剤を得ることができる必要 があり、２番目として、より安価に廃棄できるように体積減少を達成することが できる必要がある。このような処理システムで処理可能な廃棄物の種類には、− 独立して集められた果物、野菜および庭廃棄物；−家庭廃物処理プラントからの 家庭廃物の有機画分（ＲＤＦまたは湿潤画分）ニ ー　競売からの回収材料。

−縁の切断物、パリ取り廃棄物など； −料理廃棄物 が含まれる。

これらの生物学的システムは、好気性システムと嫌気性システムに分けられ得る 。好気性システムは、通常のたい肥およびそれらの改良に関するものである。嫌 気性システムは、嫌気性発酵（３０−４０℃）と、固体に関する滞留時間との間 を区別することなく、全体の廃棄物流を処理する方法である。このようなシステ ムは主に単一段階であることで、これらは両方共、完全に混合されたシステムと してか或は流れを閉じた反応槽（ｐｌｕｇ　５ｔｒｅａａ＋　ｒｅａｃｔｏｒ） の中で適用され得る。これらのシステムが有する欠点は、処理時間（滞留時間） が比較的長いことと、その結果として、大きくて高価な装置が必要とされること である。

前文中で定義した如き２段階方法において、固体材料の選択された滞留時間は、 液体の滞留時間よりも長くてもよく、そして更にプラントの異なる部分で異なる 生物学的反応が生じもよい。

前文に従う方法は、例えばヨーロッパ特許出願３７６１２および１４２８７３か ら公知である。ＥＰ−八−３７６１２に従い、固体状有機材料に対して２段階の 嫌気性処理が行われており、それによって、この材料は、第一段階で主に低級脂 肪酸と他の水溶性物質、二酸化炭素、メタン、および残留画分に分解させられて おり、そして第二段階で、この水溶性物質と脂肪酸が処理されて、メタンと二酸 化炭素の生成がもたらされている。ＥＰ−＾−１４２８７３に従い、第一段階（ 加水分解／酸性化）で生じる固体材料が部分的に戻され、そして第二段階で、メ タン反応槽の中で液体が処理されている。

これらの公知システムが有する利点は、必要とされる装置とこの過程の実施が比 較的簡単であることである。しかしながら、１つの欠点は、数多（の種類の廃棄 物に関して、分解間が低く、従って実質的な体積減少を達成できず、廃棄コスト が目立ったほど下がらないことである。

液状媒体中の繊毛虫類（反すう動物の第−胃に存在している如き微生このように して得られる液体を、独立した嫌気性反応槽中で処理することが可能であり、こ こで追加的メタンが生じる。このように、反すう動物の第−胃フローラを用いる ことを基とする上記方法はまた、いわゆるＲＵＤＡＤシステム（第−胃由来嫌気 消化（Ｒｕｍｅｎ　Ｄｅｒｉｖｅｄ　Ａｎａｅｒｏｂｉｃ　Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ）としても知られている。

このＲＵＤＡＤシステムは、分解させるのが困難な成分も含んでいる廃棄物を大 きく分解させることができ、従ってかなり体積を低くすることができる利点を有 している。しかしながら、１つの欠点は、この過程は注意深く制御される必要が あり、そして実際に生じるように、廃棄物供給の量と性質が変動すると、この過 程の安定性が、有効な廃棄物分解がもはや達成されなくなる程乱されることであ る。

この供給変動に関する問題は、原則として、大型の等化／緩衛タンクを用いるこ とで解決され得るが、これは、この廃棄物の易分解部分の迅速な酸性化（酢酸お よびプロピオン酸の産生）が生じることに関する問題を解決するものではない。

このような酸性化は、悪臭およびｐＨ低下をもたらすばかりでなく、濃度が過剰 に高（なりすぎると、このｐＨとは関係な（、特に第−胃由来フローラの生物学 的過程を阻害する。このような酸性成分が高濃度になると、全ての有機酸を、そ の迅速に酸性にする材料から除去する目的で、循環率を高（する必要があり、こ の結果として、このＲＵＤＡＤ反応槽中の流体保持時間（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　 ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｉｍｅｓ）が非常に短くなって２から４時間になってし まう［所望のバイオマス集団を維持するためには最低で６時間の保持時間が必要 とされており、が有する欠点のない、本質的に固体状の有機材料を処理するため の方法と装置を提供することにある。

この目的は、加水分解処理で生じる材料の少なくとも一部を、反すう動物の第− 胃フローラに属する少な（とも１種の微生物で処理することを特徴とする、前文 に従う方法によって達成される。

本発明の方法は、酸性にする生成物の実質的部分を前加水分解反応槽の中で生じ させるものである。これらを、次に、この廃棄物の固体部分を分解させる目的で 用いる第−胃由来フローラを乱すことなく、嫌気反応槽の中に直接送り込むこと ができる。このようにして、廃棄物供給における変動を容易に調節することがで きる一方、この方法は、高いバイオマス生産をもたらすと共に、残存固体量を低 くし、従ってコスト効果が高い。

反すう動物の第−胃フローラに属する微生物は、主に、繊毛虫類である。簡潔さ の目的で、上記微生物を以下に繊毛虫類または第−商機生物として表示する。適 切な微生物は、ヨーロッパ特許出願１５９０５４に記述されている。適切な繊毛 虫類には、エウジプロジニウム・マギ（Ｅｕｄｉｐｌｏｄｉｎｉｕ＠ｍａｇｇｉ ）　、ジプロジニウムφデンタッム（ＤｉｐｌｏｄｉｎｉｕＩｌｄｅｎｔａｔｕ ｍ）、エビジニウム・エカウダッム（Ｅｐｉｄｉｎｉｕｍ　ｅｃａｕｄａｔｕｌ ｌ）　、エンドジニウム・シンプレックス（Ｅｎｔｏｄｉｎｉｕ■ｓｉｍｐｌｅ ｘ）　、エンドジニウム・ロンギヌデアツム（Ｅｎｔｏｄｉｎｉｕｍ　ｌｏｎｇ ｉｎｕｄｅａｔｕｍ）　、エンドジニウム・カウダツム（Ｅｎｔｏｄｉｎｉｕｍ 　ｃａｕｄａｔｕｍ）　、ダシトリチア・ルミナンチウム（Ｄａｓｙｔｒｉｃｈ ｉａ　ｒｕｍｉｎａｎｔｉｕｍ）およびイツトリカ・プロスト？　（Ｉｓｏｔｒ ｉｃｈａ　ｐｒｏｓｔｏｍａ　）種が含まれる。

繊毛虫類使用処理を受けさせる材料の一部は、固体材料の少なくとも一部を含ん でおり、好適には先立つ加水分解処理から出て来る全ての粗面体を含んでいる。

好適には、この加水分解処理から派生する固体の一部をその加水分解処理に戻し 、その結果として、この加水分解処理中の固体の滞留時間を、液体のそれよりも 大きくし、このようにして、より高い効率の分解を生じさせる。同様に、これら の繊毛虫類を用いた処理から出て来る固体を、好適には、その繊毛生処理に戻す ことで、また、液体に関する滞留時間よりも固体に関する滞留時間を長（する。

好適には、処理すべき廃棄物を、その加水分解処理に先立って、破壊装置の中で 前処理することにより、この廃棄物の大きさを機械的に小さくすると共に混合し 、そして任意にふるい分けする。この段階で、その廃棄物材料を、好適には嫌気 発酵の流出液で希釈してもよい。繊毛虫使用処理を受けさせる固体材料を、また 、嫌気反応槽流出液の一部で希釈本発明はまた、添付図の中に図式的に示すミ特 に有機廃棄物中の本質的に固体状の有機材料を処理するための装置にも関する。

この装置には、少なくとも、部分的に固体状の材料を供給するための手段および 希釈液を供給するための手段が備わっている加水分解タンク２、この加水分解タ ンク２に連結している、固体材料を分離しそして戻すための分離槽３、この分離 槽３に連結している、液体材料を嫌気処理するための嫌気反応槽４、該分離槽３ に連結している、部分的に固体状の材料を嫌気処理するための嫌気反応槽５、そ してこの嫌気反応槽５に連結している、固体−にし、そして任意にふるい分けす る、該加水分解タンク２の前に連結している破壊槽１が備わっている。この装置 には、好適には更に、該嫌気反応槽４からの液体を、該加水分解タンク２、該嫌 気反応槽５、および任意に該破壊槽１に戻すためのコンダクトが備わっている。

この嫌気反応槽４は如何なる通常の種類のものであってもよい。アップフロー嫌 気スラッジプランケ・ソト（Ｕｐｆｌｏｗ　Ａｎａｅｒｏｂｉｃ　Ｓｌｕｄｇｅ 　Ｂｌａｎｋｅｔ）　（ＵＡＳＢ）システムに従う反応槽が好適である。このＵ ＡＳＢシステムは、Ｌｅｔｔｉｎｇａ他著「嫌気消化」　（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ 　Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ）　（Ｄ＾、　５ｔａｆｆｏｒｄ。

Ｂ、Ｊ、　ｆｈｅａｔｌｙおよびり、Ｅ、　Ｈｕｇｈｅｓ＠集）　、Ｕｎｉｖ、 　Ｃａ１１．、Ｃａｒｄｉｆｆ、　Ｗａｉｅｓ。

１６７−１８６．１９８０）によって記述されたものである。また、ライジング パイプ（ｒｉｓｉｎｇ　ｐｉｐｅ）と、固体材料および液体材料を分離するため の分離槽が備わっている、ガスリフトシステム（ｇａｓ−１ｉｆｔ　ｓｙｓｔｅ ｍ）に従う嫌気反応槽も好適である。上記反応槽は、ヨーロッパ特許出願１７０ ３３２に記述されている。この嫌気反応槽はまた、上記ガスリフト反応槽の２個 以上が組み合わされた形態のものであってもよい。該加水分解タンクと嫌気反応 槽４との組み合わせは、ヨーロッパ特許出願３７６１２または１４２８７３に記 述されているような２段階システムであってもよい。部分的に固体状の材料を第 −商機生物で処理するための嫌気反応槽５は、ヨーロッパ特許出願１５９０５４ に記述されている如き反応槽であってもよい。

添付図を参照にすることで、本発明に従う方法と装置をより詳しく記述すること ができる。

１）機械的破壊：流れ夏を通って供給される廃棄物の大きさを、該破機材料を、 任意に、液体流れを用いて、好適には該嫌気反応槽の流出液！■の一部を用いて 希釈することができる。

２）加水分解・この機械的破壊で得られる材料（任意にふるい分は後）を、該加 水分解タンク２に供給し、ここで、該有機材料に、微生物が行う加水分解および 酸性化を受けさせる。これらの微生物の酵素が、有機物質を部分的に変化させて 、より小さい水溶性物質、例えば糖類、アミノ酸、脂肪酸およびアルコール類を 生じさせる。このシステムのｐＨは４．５から７．５で変化してもよいが、これ らの微生物に最適なｐＨは５．５から６．５である。この加水分解タンク２の中 で、この廃棄物は２０から１５０　ｋ　ｇ／ｍ’、好適には５０−１００ｋｇ／ ｍ’の濃度で存在していてもよい。このことは、該破壊槽１から流れ出る廃棄物 は、多くの場合、例えば該嫌気反応槽４から派生する浄化水などで希釈される必 要があることを意味している。この温度は好適には２０から４０℃である。この 加水分解反応槽中の条件の正確な制御は必要とされていない。

上に示した如き条件下で、主に酸性化細菌および加水分解細菌を含んでいる微生 物集団が維持される。

３）分離：該加水分解タンク２から出て来る流れを該分離槽３の中で分離させ、 固相と液相を生じさせる。このまだ加水分解されていないか或は完全には加水分 解されていない材料を含んでいる固体材料（Ｉ　Ｉ　Ｉ）を、部分的に該機械的 破壊（１）および／または該加水分解タンク（２）に戻し、そして更に、該嫌気 反応槽５に移送する。固体の分離は任意に下記の２段階で行われてもよい、即ち 、例えばロータリーシーブを用い４）嫌気反応槽・該分離槽３から出て来る、そ こに有機物質が溶解している液体流れｔＶを、該嫌気反応槽中で、メタン産生細 菌に提示し、ここで、バイオマス（主にメタンと、少量の二酸化炭素）が主に生 じる。

この反応槽中のメタン産生微生物は、７−８の最適ｐＨで比較的ゆっくりと増殖 する微生物である。これらの細菌は、例えば支持粒子上に存在していてもよい。

この嫌気反応槽の中で生じるバイオマスは燃料として適切であり、そして該嫌気 反応槽から生じる液体流れＩＩは、通常、問題無しに排出（７）させるに充分な 程浄化されている。この液体流れＩＩの一部は、該破壊槽１、加水分解タンク２ および／または反応槽５における希釈またはｐＨ調整で用いられてもよい。望ま れるならば、この液体流れＩＩを更に好気過程（７）で浄化してもよい。

５）第−腎由来フローラ使用処理：該反応槽５の中で、反すう動物が有する第− 胃の条件を模擬する。該分離槽３から出て来る固体材料ＩＩ■の少なくとも一部 を、該反応槽５に送り込む。この反応槽５の中の温度は、好適には３５から４１ ℃、より好適には３８から４０℃であり、そしてこのｐＨは、好適には５，５か ら７、より好適には６．５から７である。この固体濃度は、好適には４０から１ ２０ｋｇ／ｍ３、より好適には５０から１００ｋｇ／ｍ”である。必要ならば、 該嫌気反応槽４から派生する水相を加えることによって、この固体濃関および／ またはｐＨを調節することができる。アルカリを加えることによって更にｐＨを 調整することができる。このような条件下で、部分的に細菌および部持される。

該加水分解タンク２の中と同様、この反応槽５の中でも、固体および液体に関す る異なる滞留時間を用い、その結果として、固体状廃棄物の最適な分解を生じさ せる。この反応槽５から出て来る流れを、上記の趣旨で分離させ、そして固体画 分を部分的に戻す。固体に関する滞留時間は、好適には１−３日間である。

６）分離：該反応槽５から派生する材料を、該分離槽６の中て固相と液相に分離 する。該反応槽５の中で生じる有機物質が溶解している液相を、該嫌気反応１１ １４に移送し、ここで、この有機物質を更にメタンガスと他の生成物に分解させ る。これらの固体を部分的に該反応槽５に戻し、そしてこれらを部分的に、更に 一層の処理、廃棄、焼却および再使用（８）の目的で、このシステムから取り出 す。

供給される廃棄物の種類を考慮して、完璧な工程制御が可能なように、上述した ７ステムにおける種々の流れを調節することにより、種々の種類の固体または半 固体廃棄物を高度に分解させて、再使用および／または排出に適切な材料を生じ させる。この方法と装置は、果物、野菜および庭廃棄物を処理するに特に適切で ある。　一実施例 本発明に従う方法と、Ａ）従来技術に従う、４０％の乾燥物（これの６０％は有 機材料である）含有固体状廃棄物の１段階乾燥発酵方法と、Ｂ）従来技術に従う ２段階湿潤加水分解／発酵方法（例えばＥＰ　１４２．８７３）と、の間の数値 的比較を表■に示す。これらの数値は、１年がかりで、２５．０００トンの果物 、野菜および庭廃棄物を基にして計算した値である。本発明に従う３段階方法を コラムＣに示す。

−廃棄物１トン当たりのバイオマス生産（Ｎｍ’ＣＨｎ／トン）　６８　５０　 ８０−反応種体積（ｍ３） ＊加水分解反応槽　−２Ｘ５００　２Ｘ５００＊ＲＵＤＡＤ　−１ｘ５００ ＊メタン反応槽　２６００　２ｘ２５０　２ｘ２５０全体（ｉｌ衝ｔｌ無Ｌ）　 ２６００　１５００　２０００＝廃棄物１トン当たりのマスバランス ＊水の量（Ｌ）　３６０　３６０　３６０＊嫌気たい肥の量（ｋｇ）　４６０　 ４２０　３５０−好気性後処理に必要とされる期間（日数）　５−１４　５−１ ４　１−４表■に与える結果は、本発明に従う方法（Ｃ）が下記の点で優れてい ることを示している。

＊これのバイオマス収量が最も高いこと；＊これの残存固体収量が最も低いこと ：＊これの分解度が最も高く（残留物の安定性が最大であり）、その結果として 、必要とされる後処理が最も短いこと。

バイオマス生産は肯定的な因子（エネルギー生産）であり、そして固が量および 組成両方の点で一定であるとしたならば、理論的には、例えばＥＰ−１５００５ ４から公知の、第−腎由来フローラを用いた処理と嫌気性発酵を含んでいる２段 階方法を用いても、同様な結果を得ることができる。

この必要条件を満足させることは実際上不可能であることから、上記２段階方法 との比較は現実的ではない。

補正書の写しくＩＩ訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成５年７月１３ 日

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．加水分解処理から出て来る材料の少なくとも一部を、少なくとも、反すう動 物の第一胃フローラに属する徴生物で処理することを特徴とする、材料に生物学 的加水分解処理と嫌気発酵を連続して受けさせる、本質的に固体状の有機材料を 生物学的に処理する方法。
2. ２．該加水分解処理から出て来る該固体材料を第一冐徴生物で処理する請求の範 囲１記載の方法。
3. ３．該材料を、該加水分解処理に先立って、例えば該嫌気性発酵から派生する液 体で希釈する請求の範囲１または２記載の方法。
4. ４．該材料の大きさを、該加水分解処理に先立って機械的に小さくし、そして任 意にふるい分けして、粒子サイズを１５ｍｍ以下にしそして平均粒子サイズを１ −５ｍｍにする、請求の範囲１または２記載の方法。
5. ５．該加水分解処理から出て来る固体材料を、該機械的サイズ減少および／また は加水分解処理に戻す、請求の範囲４記載の方法。
6. ６．該第一胃徴生物使用処理から出て来る該固体材料の一部を、該第一胃微生物 処理に戻す、請求の範囲１−５いずれか記載の方法。
7. ７．該嫌気性発酵から出て来る該液体の一部を、該第一胃微生物処理に戻す、請 求の範囲１−６いずれか記載の方法。
8. ８．該材料が有機廃棄物、例えば果物、野菜および庭廃棄物である請求の範囲１ −７いずれか記載の方法。
9. ９．少なくとも、部分的に固体状の材料を供給するための手および希釈液を供給 するための手段が備わっている加水分解タンク２、この加水分解タンク２に連結 している、固体材料を分離しそして戻すための分離槽３、この分離槽３に連結し ている、液体材料を嫌気処理するための嫌気反応槽４、該分離槽３に連結してい る、部分的に固体状の材料を嫌気処理するための嫌気反応槽５、そしてこの嫌気 反応槽５に連結している、固体材料を分離しそして戻すための分離槽６が備わっ ている、本質的に固体状の有機材料を処理するための装置。
10. １０．該加水分解タンク２に連結している、固体材料を機械的に小さくし、均一 にし、そして任意にふるい分けするための手段が備わっている破壊槽１を更に含 んでいる請求の範囲９記載の装置。
11. １１．該嫌気反応槽４からの液体を該加水分解タンク２、該嫌気反応槽５および 任意に該破壊槽１に戻すための手段を更に含んでいる請求の範囲９または１０記 載の装置。
12. １２．該嫌気反応槽４が、アップフロー嫌気スラッジブランケット（ＵＡＳＢ） システムに従う１種以上の反応槽を含んでいる請求の範囲９−１１いずれか記載 の装置。
13. １３．該嫌気反応槽４に、ライジングパイプと、固体材料および液体材料を分離 するための分離槽とが備わっている請求の範囲９−１１いずれか記載の装置。