JPS58122092A - 有機性廃棄物のメタン発酵処理方法 - 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】 本発明は、有機性汚泥、濃厚有機性廃液厨芥ゴミ、各種
バイオマスなどメタン発酵可能有機性廃棄物をメタン発
酵プロセスによって処理する方法に関するものである。

一般に下水汚泥などの有機性汚泥、Ｒ芥ゴミ類。

バイオマス、アルコール廃液などの濃厚有機性廃液の処
理方法としてメタン発酵法ｉｌｌ気性消化処理方法とも
呼ばれる）が広〈実施されているが。

従来法では現在でも未解決の問題が残されており。

メタン発酵プロセスにおける最重要な開発線題となって
いるが有効な解決策がないｔｔ現在に至っている。

この従来の問題とは、メタン発ｆｌＩ後の発酵残渣と１
発酵脱離液（本発明に言う発酵残物とは、＊者又は両者
を意味する）の処理が非常に困難であることである。す
なわち１発酵残渣は、まだ水分９３〜９６％程度の高水
分泥状物（スラッジ又はスラリーと呼ばれる）の状態で
あり、このスラッジの脱水性が極めて悪いため、スラッ
ジ処理に多大の経費がかかることおよび発酵脱離液（こ
れは、メタン発酵残物の懸濁固形物以外の液分な意味す
る）が高ＢＯＤ、高着色の高汚濁度有機性廃水（特に厨
芥のメタン発酵ではこの現象が著しいもの）であるため
、この処理には複雑な処理工程および重大な経費が必要
になることである。

従来より行なわれているメタン発酵残渣汚泥の脱水処理
法は、凝集剤（カチオンポリマ、塩化第の改質剤とも呼
ばれる）を添加して、汚泥を凝集させたのち、ベルトプ
レス、スクリュープレス。

フィルタプレス、遠心脱水機などの機械脱水機によって
脱水して、脱水ケーキを乾燥焼却すると−うプロセスで
ある。

ところが、メタン発酵残渣汚泥（消化汚泥とも呼ばれる
）の脱水性（機械脱水機における脱水の難易性を意味す
る）が、極めて悪いため１例えば脱水助剤としてカチオ
ンポリマを用いる場合は２０〜４０ヰ／　ｔｏｎ　　汚
泥乾燥固形物（Ｄ、Ｓ、）　（カチオンポリマの価格は
２０００〜２５００円／Ｉｑ−であるため、４０．００
０〜１００．０００円／　ｔｏｎ　＠　Ｄ、Ｓ、と極め
て高額の経費となる）という多量の薬注を要し、−万、
脱水助剤として、塩化第２鉄と消石灰を使用する場合は
各々１００　＝　３００　ｋｔ　／ｌｏｎ、Ｄ、ｓ。

および３００〜８００　ｋＩＰ／　ｔｏｎ、Ｄ、ｓ、と
非常に多量の薬剤を添加しないと、効果的に機械脱水で
きない。

また、実験結果によれば、メタン発酵槽の所要容積を小
さくする目的で、供給汚泥濃度を高めるほど、消化汚泥
の脱水性が悪化することが確認されている。

でらに消化汚泥を機械脱水機で脱水する場合。

脱水助剤として、カチオンポリマなどの高分子凝集剤を
用いる場合の脱水ケーキの水分はベルトプレス脱水機（
ロールプレスとも呼ばれる）によっても７５〜ｓ　ｏｘ
ｓ＆以下にすることが困難である。一方、　Ｆ＠ＣＪ３
とＣｍ（ＯＲ）２を多量に使用してフィルタプレスで脱
水すると、脱水ケーキ水分は６５％程度が得られるが、
これは脱水ケーキ中にＦｅ（ＯＨ）３　、　ＣａＣＯ３
、ＣａＳＯ４，Ｃａ（ＯＨ）２　　などの多量の無機固
形物が混入しているために、みかけ上、水分が低下して
いるにすぎず、この結果脱水ケーキの発熱量は１８００
〜２４００　Ｋｃａｌ／ヰ、Ｄ、Ｓ、　　と著しく低Ｆ
してしまって事後処理が大変でしかも。

熔却した場合、焼却灰発生量が多いという大きな欠点が
ある。この結果、従来から当業界で最も一般的に使用さ
れている多段焼却炉、ロータリキルン、流動床炉によっ
て前−記の脱水ケーキを焼却すると、燃焼脱臭に必要な
重油を含めると、３５０〜５００１重油／　ｔｏｎ、Ｄ
、Ｓ、　（２８０００〜４００００円／　ｔｏｎ、Ｄ、
ｓ、　）という多量の燃料を消費しているのが現状で省
エネルギ化にはほど遠い技術である。

要するに、従来法は、資源、エネルキ多消費型プロセス
となっており、現今の省資源、省エネルギの強い時代的
要請から、はるかζζかけはなれたものになっているの
である。

本発明は、このような従来の技術のもつ重大欠点を一挙
に解決できる。省資源、省エネルキプロセスを提供する
ことを目的とするものである。即ち１本発明は有機性汚
泥、厨芥ゴミ、濃厚有機性廃液各種バイオマスなどの少
なくとも一穫を含む有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタ
ン発酵させた熱体と接触させ水分を蒸発せしめ、該乾燥
固形物を前記蒸発乾燥槽外へ排出すると共に、ｍ記蒸発
水蒸気を蒸気圧縮機によって圧縮し、前記伝導加熱体の
加熱エネルギとなすことを特徴とする特許性廃棄物のメ
タン発酵処理方法である。

次に本発明の実施例をＦ水汚泥などの有機性汚泥な例に
とって図面を参照しながら説明する。有機性汚泥１は、
沈殿、浮上、遠心分離などの汚泥濃縮工程２にて、固液
分離され、分離水４を排除した濃縮汚泥３がメタン発酵
槽器に供給され、メタン発酵される。このメタン発＃欅
器において。

メタンを主成分とする。消化ガス６が発生し、メタン発
酵残物７は固液分離工程８（沈殿、又は浮上による固液
分離）又は遠心分離工１！９に流入し。

固液分離される。この場合、該固液分離工程８で分離さ
れたスラッジ１０をさらに遠心分離工程９に流入させる
場合もある。

また、メタン発酵槽流入有機性汚泥１を浮上又は遠心濃
縮する汚泥濃縮工程２を経る場合は、発酵残物７が高Ｓ
Ｓ濃度になっているため沈殿５分離では固液分離は極め
て困難であるため、！！ｆＪ記固液分離工程８．又はこ
れと遠心分離工程９との両者をバイパス路７′でバイパ
スさせるようにするのがよい。

器３３を経て回転ドラムなど任意の伝導加熱体１３を備
えた蒸発乾燥４１１１１に供給し、泥状物１１を伝導加
熱体１２例えばスチームが内部に供給される回転ドラム
或いはスクリューコンベアの加熱面と接触させることに
よって泥状物１１中の水分を蒸発させる。（以下、伝導
加熱体１２として１回転ドラムを例にとって説明する） 回転ドラム表面と接触した泥状物１１は、密封回転ドラ
ム内部に供給された、スチームなどの加熱媒体から与え
られる熱エネルギによって、回転ドラムの回転につれて
乾燥されながら槽内を移送され、乾燥固形物１４はスク
レーパＩｓによって除去され、ホッパ部１６に落下し、
ロータリバルブ１６′などを介して、乾燥固形物３０と
して槽外に排出される。ここで「乾燥固形物」とは、泥
状物１１の水分より、水分が減少したものの総称を意味
する。また「泥状物」とは水分含有固形物の総称を意味
する。

一方、前記蒸発乾燥槽１３内にて蒸発した水蒸気は管１
７より排出され、ターボ圧縮機などの機械的圧縮機、熱
圧縮機など任意の蒸気圧縮機ＩＳにおいて昇圧、昇温さ
れ、昇温スチーム１９となって、伝導加熱体１ｚの回転
ドラム内部に供給されて伝導加熱体１２の加熱源とされ
、再び、泥状物１１の水分蒸発に利用されも（なお排出
されるスチームドレーンの排熱利用も各種の予熱処理と
して考慮される） 本発明における泥状物の蒸発乾燥相１ｓとしては、密閉
可能で、伝導加熱体１２を備えるとともに、乾燥固形物
１４の移送機構をもつことが重要要件で、この要件を満
足できるものなら溝部攪拌型、円筒攪拌型１回転検温、
多段円板屋、回転円板型など任意の装置を使用してよい
。すなわち。

発酵残物７と伝導加熱体１２とを接触せしめて水分を蒸
発させるものならいかなる温式でもよい。

乾燥固形物２０は、ボイラ２１の燃焼室に供給され、燃
焼される　（転線固形＠２０の水分調整によって容易に
自燃するようにできる入ボイラ給水２２はスチーム２３
となって、スチームタービン３４に供給され適宜電気エ
ネルギ２７に変換される。

なお、タービン２４はスチームタービン型ではなく、フ
ロンガスなどの作動媒体をスチーム、ボイラ燃焼排ガス
などによって間接加熱し作動媒体によってタービンを駆
動するタイプのものでも良へまたスチーム２３は分流さ
れ、蒸発乾燥槽１８のスタートアップ用のスチーム２３
′として活用されるもので　ある。才た乾燥固形物２０
は焼却又は熱分解せしめ、得られたエネルギを圧縮機１
発酵槽の加温１発電機など任意のエネルギ消費工程に利
用できる。

一方、前記メタン発酵槽Ｓから発生した消化ガス６は、
ガスタービン２５．ガスエンジンなどに供給され動力又
は発電機を介して電気エネルギｓ６に変換される。この
動力又は電気エネルギ３６゜２７は、蒸気圧縮機１８の
モータに供給されるのをはじめ汚泥濃縮工程２又は遠心
分離工＠９のモータ、もしくは伝導加熱体１！の回転モ
ータ、下水など有機性廃水の生物処理におけるエアレー
ション用プロワなど、任意の動力所要工程に供給される
。なお、蒸気圧縮機１８のモータ駆動などを買電した公
共電力によって行なって、もよいことは言うまでもな（
、この場合は１例えばＦ水処理場全体で必要とする買電
公共電力量が節減できる。

また１本発明の汚泥処理システム全体の省エネルギ化の
ためｌこ焼却排ガス２８、ガスエンジン。

ガスタービン怠Ｓの排ガス２８′を、泥状物Ｉ　Ｘ）予
熱、ボイラ給水２２、ボイラ燃焼用空気３９の予熱、泥
状物１１の水分蒸発などに利用したり、スチームタービ
ン２４の背圧スチーム３１の熱エネルギを伝導加熱体１
２または、蒸気圧縮機１＠の流入スチームに供給したり
１才たメタン発酵４１１ｓの加温＠ＳＯへ利用する。さ
らにガスタービン２暴の冷却器流出温水３りの熱利用や
、乾燥固形物２０を、排ガスｚｓ、ｘｖ、背圧スｆ−Ａ
ｌｌの排熱によってさらに乾燥することもエネルギ回収
前利用を行うのに有効である。

なお前記ボイラ２１又は焼却炉のかわりに、熱分解炉を
設け、乾燥固形物２ｏを乾留し９発生するガス、オイル
、タール、チャーなどのもつエネルギによって、エンジ
ン又はタービン２５．２４を駆動する方法も非常に有効
である。また乾燥固形物２０を水分６０〜６５８８度と
してとりだし。

フンポスト化処理する方法およびコンポスト化物を、ボ
イラ２１．焼却炉に供給するようにすると。

さらに省エネルギ化ができる。

図中Ａは一液分＃液、Ｂはスチームドレーン。

３４は熱交換部で必要に応じ活用される。３５はガス抜
き弁、２＆＃ｌまバイパス排ガス路、８６はバイパス弁
である 本発明によれは、有機性汚泥濃厚有機性廃液、厨芥ゴミ
などのメタン発＃残物の処理プロセスが改善できる。即
ち、メタン発酵槽流出汚泥に脱水助剤および補助燃料を
供給することなく、乾燥。

焼却することができ著しい省資源、省エネルギ効果が得
られるし汚泥の脱水性の難易性とは無関係に、水分を減
少することができ°るので、ｍ脱水性汚泥として周知の
メタン発酵残渣を容易に水分減少処理することができる
。また従来汚泥中の水分を蒸発乾燥する方法として、汚
泥に重油などの油を添加混和して、汚泥中の水分が減少
しても、乾燥物の流動性が失なわれないようにし、多重
効用蒸発乾燥を行なうプロセスか唯一のものとして知ら
れているが１本発明では油を乾燥固形物の流動化媒体に
いっさい利用することなく、省資源、省エネルギ的な泥
状物の蒸発乾燥、処理ができる。

さらに、従来、塩類溶液など、懸濁粒子がないか。

又はほと、んど金談れない溶液の蒸発＃に縮に蒸発缶を
利用して、蒸気圧縮再利用を行なう方法は知られていた
が、汚泥のような濃厚、　ｓｆｇ４粒子を含む泥状物は
溶液の蒸発濃縮のように水分蒸発によっても流動性が全
く失なわれないものとは反対に。

水分蒸発によって、流動性が全く失なわれるため。

適用が不可能とみなされてφたが１本発明では。

このような泥状物の蒸発乾燥法に、効果的に七〇厘理を
適用できるようにした結果、程々の産業分野における、
泥状物の省エネルギ的乾燥工程に広く適用でき有用性が
大きい。

さらにまたし尿、厨芥ゴミ、砂糖キビなどのバイオマス
のメタン発酵残物からの固液分離液は。

非常に高色度（黄褐色）を示し、その脱色処理が極めて
困難で、エネルギ多消費型の凝集処理、オゾン処理、活
性炭処理を一行なわなければならなかったが１本発明で
は蒸発処理であるため１発ｆＩＩＩＩ流出物の全量を無
色、透明のＩ＆処理水してスチーム凝縮水で得られ、脱
色処理が全く不要になる。

例えば従来では下水汚泥などりン酸を多量に含む汚泥に
おいてはメタン発酵過程中にて、固形物中のリン酸が溶
出し、この溶出リン酸が下水の処理工程で、除去されず
に、下水処理水中に混在し放流されてしまうが、本発明
では凝縮水中に全くリン酸が含まれないため、下水処理
水中のリン酸が著しく少なくでき、放流域の富栄養化を
防止することが容易になるしリン酸が乾燥固形物中に残
留するので焼却、熱分解せずに、リンを豊富に含んだ有
効肥料とじてその才ま、又はコンポスト化処理すること
ができる。

また本発明方法では汚泥をフィルタプレス、スクリュー
プレスなど番こよって予め脱水し、水分５５〜６５５ｖ
程度の脱水物として、蒸発乾燥槽に供給する場合には、
省エネルギ化より進んだエネルギ回収型プロセスが可能
になる。

しかもメタン発ｅＣＩｋ気性消化）を効率よく遂行させ
るために３０〜３５℃の中温消化、又は５５℃前後の高
温消化が採用されるので１発酵槽流出物も３０〜３５℃
、又は５５℃程度の温度をもっている。しかしながら、
従来のプロセスはこの流出物のもつ熱エネルギを廃熱と
していたずらに系外に廃棄していたが９本発明では、蒸
発乾燥槽に発酵槽流出物を供給するので１発酵槽流出物
のもつ熱エネルギはすべて、泥状物の水分蒸発に利用で
きるため極めて熱利用効率が向上する。

本発明ではスチームの凝縮水は無色、透明であるがＢ　
ＯＤ　、　ＮＨ３−Ｎ　　が含まれる場合がある。この
ような場合でも凝縮水中のＢＯＤ濃度は一−Ｎに比べ多
産であるため、これを容易に硝化液ｌｌｉｌ型環どの生
物学的脱窒素処理でき、この工程から発生する余剰生物
汚泥は、再び本発明プロセスによって容易に処理可能と
なり、さらに消化ガス発生量を増加させることができる
と共に、凝縮水中にはリン酸が含まれていないため、こ
れを生物学的脱リンプロセスの嫌気槽に供給することに
よって、効果的な生物学的脱リンを行える利益があム

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す系統説明図である。 ｌ・・・有機性汚泥、　　２・・・汚泥濃縮工機、　　
３・・・濃縮汚泥、　４・・・分離水、　６・・・メタ
ン発酵槽、　　６・・・消化ガス、　　７・・・メタン
発＃残物。 ８・・・固液分離工程、　９・・・遠心分離工程、　　
１Ｇ・・・スラッジ、・・・１１・・・泥状物、　　１
２・・・伝導加熱体、　　１３・・・蒸発乾ｇ７に欅、
　　１４・・・乾燥固形物、　１５・・・スクレーバ、
　１６・・・ホッパ部、１７・・・管、　１８・・・蒸
気圧縮機、　１９・・・昇温スチーム、　　２０・・乾
燥固形物、　３１・・・ボイラ、　　！！ｚ・・・ボイ
ラ給水、　　ｚ３・・・スチーム。 ２４・・・スチームタービン、　　ｓＳ・・・ガスター
ビン、　！６．２７・・・電気エネルギ、　２８・・・
焼却排ガス、　２９・・・燃焼用空気、　ＩＩＯ・・・
加温源、　３１・・・背圧スチーム、　　８２・・・冷
却器流出温水。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵導加熱
   体とを接触させて水分を蒸発せしめ、その乾燥物を蒸発
   乾燥槽外へ搬出せしめると共ｌこ、該蒸発乾燥槽にて発
   生する水蒸気を圧縮機にて圧縮せしめ、該昇圧水蒸気の
   もつ熱エネルギを前記伝導加熱体の加熱源とすることを
   特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理方法。 （２）前記発酵残物が１発酵残渣又は発酵残渣と発酵液
   との混合物である特許請求の範囲第１項記載の方法。 （３）　　前記発酵残物な固液分離したのち、前記蒸発
   乾燥槽に供給するものである特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 （４）前記メタン発酵槽にて発生するメタンガスによっ
   てエンジン又はガスタービンの駆動源を駆動しその動力
   を任意の動力所要工程に利用するものである特許請求の
   範囲第１項、第２項又は第３項記載の方法。 （５）前記乾燥物を蒸発乾燥槽より槽外に移送機構によ
   って搬出し、この搬出される乾燥物乞焼却又は熱分解せ
   しめ、得られるエネルギを任意のエネルギ消費工程に利
   用するものである特許請求の範囲第１項、第２項、第３
   項又は第４項記載の方法。