JPS5926195A - セルロ−ス含有廃棄物の処理方法 - 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、セルロース含有廃棄物の処理方法に係シ、特
に、セルロース系物質をアルカリ処理した際に排出され
る廃液を効率よく処理し、かつ、メタンガスを回収する
嫌気性消化方法に関するものでちる。

食品加二［工業、パルプ製紙工業、木材工業等から排出
される廃棄物、農畜産廃棄物、都市こみ等セルロースを
含む廃棄物は毎年大計に発生している。これらの廃棄物
は一部がコンポスト材料として用いられている他は、焼
却、埋立て等の方法により最終処分されている。しかし
、これらの処分方法は、水質汚濁、悪臭、大気汚染等の
二次公害の原因となったυ、法的規制の強化、処理コス
トの上昇等、大きな問題をかかえている。

近年、有機性廃棄物を微生物の働きで分解し処理する方
法の開発が進められている。この方法は有機性廃棄物中
の糖やたん白質等の高分子有機物を嫌気性菌の発ｒ＋′
Ｉ作用によ一す、メタンと炭酸ガスとに転換するもので
あシ、嫌気性消化法とも言われている。本法の特徴は、
処理に必要なエネルギー’ｒ差引いても金シあるメタン
ガスを回収できることであ乙。

ところで、上記廃棄物中に含せれるセルロースも、クロ
ストリジウム属、セルロモナスに等のセルロース資化性
菌の作用で低分子化され、メタンガスに分角Ｉ、ｌされ
る。しかし、その分角１Ｆ速度は、でんぷんやたん白質
等に比べ非常に遅いため、通常の処理期間では十分に分
Ｍされないま棟系外に排出されているのが実状である。

このようにセルロースが細１岩によシ分角了されにくい
のは次のような理由によると考えられている。

すなわち、天然のセルロースは、セルロースとリグニン
とが結合したいわゆるリグノセルロースとして存在し、
かつ、セルロース自体が強固な結晶構造を有している為
である。

そこで、リグニンを取シ除き、結晶構造を壊す前処理を
行うことによセ、セルロースの微生物による券解性を向
上させ、メタンガスの発生量を増加させることが試みら
れている。

代表的な前処理法であるアルカリ加熱処理は、水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸
化カルシウム等のアルカリ剤を加え加熱するものである
。この処理によシ、リグノセルロース中のりグニ／が除
去され、更にセルロース結晶が破壊されて、微生物の作
用を受は易くなる。しかし、この操作は、反面、アルカ
リ性廃水の発生を伴う。この廃水中には、リグニンやヘ
ミセルロース等の有機性成分が多量に含まれている。こ
れら廃水中の有機物を処理するには、まず廃水を中和し
なければならず、中和剤として酸を大量に消費する。一
方、廃水中に溶解しているリグニンや−ミセルロース等
の有機性成分は、生物的に分解し難い物質であυ、通常
の活性汚泥処理法では分解できず、これらを分解する特
別な微生物を用いるか、または物理化学的方法によシ処
理することが心安となる。

そこで従来よシ、嫌気性消化工程で発生する消化ガスと
消化汚泥との画処理の効率向上が強く望まれていた。

本発明の目的は、セルロース含有廃禁物を嫌気性消化処
理して得られるメタンの収ｉｔ向上させると共に、消化
ガスと消化汚泥との画処理の効率を向上させ得る、セル
ロース含有廃棄物の処理方法を提供するにある。

上記目的達成の為、本発明は少なくとも次の（Ｉ）〜（
ＩＩＤの工程、望ましくは更に動〜（至）の工程を含む
ことを特徴とする。

（１）セルロース含有廃棄物を嫌気性消化する消化工程
。

（ＩＤ　　消化工程にて生じた消化汚泥にアルカリ性水
溶液を加えて反応を行う脱リグニン工程。

亜　脱リグニン工程にて生じた廃水に消化工程にて発生
したガスを反応させる中和工程。

動　中和工程から出た廃水にオゾンを作用させて廃水中
のリグニンを有機酸に変えるオゾン処理工程。

（Ｖ）　　オゾン処理工程を経た廃水を嫌気性消化する
工ｍ＜前記工程（１）と兼用でも良い）・。

Ｍ　消化工程に付設して消化スラリーを消化汚泥と消化
脱離水とに分離する工程。

（ａ　脱リグニン工程に付設してスラリーを固液分離す
る工程。

尚、廃水を（１）の消化工程に戻すならば、廃水中に含
まれる有機物からもメタンを回収することができる。

また、オゾンの反応用は、廃液中に溶解している有機物
ＩＫｇあたり０．０１　Ｋ９以上とすることが望ましい
。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

食品加工工業、パルプ製紙工業、木材工業等からの廃棄
物、農畜産廃棄物、都市とみ等のセルロース含有廃棄物
１を破砕機２により破砕する。勿論、廃棄物中に粗大な
固形物が存在しない場合にンゴ破砕工程を省略できる。

セルロース含有廃棄物１中には、プラスチックス、砕片
、陶器片、金属片等が含まれていないことが望ましい。

この為、これらの夾雑物が７Ｖ６人している廃棄物の場
合には、予め分別装置に」：す、除去しておく方が、装
置Ｎの故障防止や処理効率向−にの点で有効である。

次に破砕した廃染物１は水を胡１えてスラリー化したの
ち嫌気性消化槽８に投入し、廃棄物中の分解し易い成分
を嫌気性消化する。

嫌気性消化を効率よく行わぜるためには、嫌気的雰囲気
下で十分侃拌しながら３０〜６５ｔｒに加ン晶し、ｐＨ
を７−〜８に調整することが望寸しい。

尚、消化４！！８内を攪拌する方法としては、従来から
用いられているガス攪拌法、機械式攪拌法、スラリー圧
入法等を用いることができる。ｉだ、スラリー加温法と
しては、蒸気吹込法、温水ジャケット法、熱父換器を用
いる方法等、従来公知の方法を用いることができる。ｐ
Ｈの調整に用いる薬剤としては、水酸化ナトリウム、水
酸化カルシラ、２ ム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム等のアルカリや、
塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等の酸のいずれがが用いられる
。また、固液分離装置５がら排出されるろ液もアルカリ
剤として使用することができる。

原料の廃棄物１中に窄累やリンが不足して発酵が正常に
行われない場合には、リン酸１カリウムやリン酸２カリ
ウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウムを加えて不
足分を補うことも、消化を正常に行う為には有効である
。また、課尿や下水汚泥等を加えることも極めて有効で
ある。いずれの方法をとるにしても、窒素及びリンの量
は、有機物中の炭素１００に対し、窒素５、リン１とな
ルヨうにすれば正常な消化を行うことができる。

嫌気性消化槽としては、クロストリジウム属、バシルス
属、スタフィロコッカス属、グレクトリデイウム属、プ
ロテウス属、バクテリウム属、セルロモナス属、ルミノ
コッヵス属、メタノサルシナ属、メタンコッカス属、メ
タノバクテリウム属等の従来から使用されてきた消化菌
が十分使用できる。

なお、嫌気性消化法としては、高分子有機物を低分子化
して有機酸等にまで分解する液化工程と、液化した有機
物をメタンと炭酸ガスとに分解するガス化工程とを、上
記のように同一の消化槽８内で同時に行わせる１相式消
化法に限定するものではなく、最近、研究が進められつ
つある、液化工程とガス化工程とをそれぞれ単独の槽で
行わせる２相式消化法も用いることができる。

上記嫌気性消化槽８から発生する消化ガスは、通常、メ
タン５０〜８０容（至）−％、炭酸ガス２０〜５０容量
％、その他、窒素やアンモニア、硫化水素等を微絹含ん
でいる。この消化ガスは気液接触装置１０を経て消化ガ
ス貯留槽１１に貯蔵される。

一方、消化槽８から排出される消化スラリーは固液分離
装置９によシ消化脱離液１２及び消化残渣１３とに分離
される。消化脱離液１２はこのあと活性汚泥法により浄
化され、河川−や海等に放流される。

消化残渣１３はアルカリ前処理槽３に投入され、アルカ
リ溶液貯４１４から供給されるアルカリ溶液と接触させ
る。次に上記スラリーを加熱し所定の時間維持する。こ
の操作によシ、廃棄物中のセルロースと強固に結合して
いわゆるリグノセルロースを形造っているリグニンが溶
出し、更にセルロースめ結晶構造が破壊される。液中に
は、上記のリグニンの他、ヘミセルロースが溶出してい
る。

アルカリ処理の争件としては特に限定するものではない
が、用いるアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、水酸化カルシウム、アルカリ添加類とし
ては、廃棄物に対して１〜１０重量％、スラリー化後の
アルカリ濃度としては０．１〜５重景％が好ましい。ま
た、加熱温度としては６０〜１００Ｃ，加熱時間として
は０．５〜５時間とすることが好ましい。

次に、上記のアルカリ処理後のスラリーを固液分離装置
５によシ、固形物とｐ液とに分離する。

上記固形物を洗浄槽６に送シ、洗浄水を加えて再びスラ
リー化し、十分に攪拌したのち、固液分離装置７によシ
、固形物と洗浄ｐ液とに分離する。

尚、固液分離装置５，７．９としては特に限定するもの
ではなく、通常用いられている重力沈降法、フィルター
プレス、ベルト式加圧脱水装置、減圧濾過器等を用いる
ことができる。−また、洗浄水としては、」二本、王水
、活性汚泥処理水等を用いることができる。例えば消化
脱＃ｒ液１２を用いるならば効率が良い。

次に、固液分離装置７により分離した固形物を再び嫌気
性消化槽８に投入し、嫌気性微生物の働きにより、メタ
ンと炭酸ガスに分解し処理する。

気液接触装置１０内では、固液分１ｉＪ１＃装置５から
排出されるｐ１代及び洗浄ｐ液を合わせたアルカリ処理
廃水と、消化槽８から発生する消化ガスとの気液接触が
行われる。即ち、ｐＨ１２〜１４のアルカリ処理廃水に
、消化ガス中に含まれている炭酸ガスが吸収されて、い
わゆる中和が行われる。

気液接触装置１ｉｊｌＯとしては、特に限定するもので
はなく、アルカリ処理廃水と消化ガスとが接触できれば
よい。例えば、アルカリ処理廃水中に消化ガスを散気す
る方法、消化ガス中にアルカリ処理廃水を散布する方法
、アルカリ処理廃水が１ｊＩｔ下する壁面に消化ガスを
向流で接触させる方法等でもよい。接触させる温度は５
〜１００Ｃの範囲で可能であるが、高温の方が中和反応
に好ましい。

上記工程で中和されたアルカリ処理廃水のｐ　Ｈは、渦
常７，５〜８．５になる。

次に、中和されたアルカリ処理廃液は、気液接触装置、
１４に導ひかれ、オゾン発生装置１５から送気されるオ
ゾン含有ガスと接触する。本工程で、アルカリ処理廃液
中に溶解しているリグニンは、オゾンの酸化作用を受け
て、シュウ酸、ギ酸、マレイン酸等の有機酸に分解され
る。

２時に本工程で注意を要するのは次の点である。

まず、液のｐＨはできるだけ中和に近いこと、即ちｐ　
Ｉ−Ｉ　８．５以下であることが望寸しい。これはｐ　
Ｈ８，５以上のアルカリ性下では、液中に溶解したオゾ
ンの安定性が著しく損なわれ、リグニンと反応する前に
分解してしまう為である。同様な理由から液温も７０Ｃ
以下であることが望ましい。

また、液中にアンモニウムイオンが存在する場合、リグ
ニンよシもアンモニウムイオンとの反応が先行する為、
オゾンの消費量の増加を招き、好ましくない。即ち、消
化脱離液１２や固液分離装置７から出た廃液気液接触装
置１０に導くことは避けた方が望ましい。

アルカリ処理廃液とオゾンとを接角虫させる際、液中の
有機性固形分ＩＫｇあたりオゾン反応貝を０、０１　Ｋ
９以上とすることが望ましい。

次いで、上記オゾン処理液は嫌気性消化槽８に投入され
、メタンと炭酸ガスとに分解される。これは、リグニ／
がオゾンで酸化され、ギ酸、シュウ酸等の微生物が分解
しうる化合物に変化したことにより、消化が可能となっ
たものである。また、ｄ！中に溶解しているヘミセルロ
ースもメタンに分角子される。

予め、分別して土砂、ガラス片、伺器片、金属片ガどの
無機固形物を除去した都市ごみＩＫｇに水６、３　Ｋ９
を加え、家庭用ミキサーで粉砕し、スラリーとした。原
料の都市ごみの性状は、固形分４４重鼠％、有機物分４
２重用％である。固形分の主な成分は、家庭等から排出
された厨芥傾３２重昂％、ダンボール紙を主体とする紙
類５９重量％、プラスチックス類６重尾％である。

」二記スラＩＪ−８３３’ｇを消化槽８に入れ、張込液
量８０００ｍｔとして回分方式嫌気性消化を行った。丙
、消化用の種母は上記茶件下で少なくとも５回以上回分
消化を繰返して得られた消化汚泥を用いた。消化開始後
３日間で、メタン濃度５８容量％、炭酸ガス４２容量％
の消化ガス８．６ｔを得た。

次いで、消化？ラリ−を窒素萼囲気下にある沈降分離槽
に移し、重力沈降によシ消化液６０００　ｇ及び消化残
渣３含んだスラＩＪ−２０００ｇとに分離した。消化残
渣スラリーは、フィルタープレスを用いて更に固液分離
し、消化汚泥ケーキ３０３ｇ（固形分１６重量％）及び
ろ液６８０ｇを得た。

回収したろ液及び前記の消化液は、再び消化槽に戻し、
後述するアルカリ処理消化残渣の回分方式嫌気性消化に
１１ｍえた。

次に、消化汚泥ケーキに２重量％水酸化す）　ＩＪウム
水溶液３００ｇを加え、環流冷却器を備えた１を丸底フ
ラスコに入れ、１００ｒ、１時間加熱した。室温まで冷
却したのち、フィルタープレスを用いて固液分１や１ｔ
シ、アルカリ処理消化汚泥ケーキａｏｚｇ（固形分１４
重Ｍ％）及びｐ液２９１ｇを得た。次いで、上記アルカ
リ処理消化汚泥ケーキに洗浄水５００ｇを加え、十分に
攪拌した後、フィルタープレスを用いて固液分能し、ア
ルカリ処理消化汚泥ケーキ３ｏｚｇ（固形分１５重量％
）及び洗浄ｒ液５１０ｇを得た。」二記済液及び洗浄ｐ
液はアルカリ処理廃水としてガス吸収瓶に入れ貯蔵した
。

次に、上記アルカリ処理消化汚泥ケーキを」二記の消化
（Ｗ２Ｂに投入し、嫌気性消化を行った。消化条件は、
前記の発酵と同一とした。消化槽８がら発生する消化ガ
スは、アルカリ処理廃水を張シ込んだガス吸収瓶に通し
た後、貯留した。消化開始後７日間の消化ガス量は５．
４４となり、その組成はメタン８７容鼠％、炭酸ガス１
３容期％であった。

また、消化ガスと接触後のアルカリ処理廃水のｐＩ（は
８であった。次いで、この廃水を入れたガス吸収瓶に、
オゾンをＬｏｇ／ｍ’含むガスを吹込み気液反応を行っ
た。液中に溶解した有機物ＩＫ７あた〕０．０５にりの
オゾンを反応さゼた後、前記の嫌気性消化＋’ｆｆ　８
に投入した。その結果、消化開始後４日間で２ｔの消化
ガスが発生し、その組成はメタン５５容駿％、炭酸ガス
４５容量％であった。

本実施例Ｋｊ、ｊ＞、合計１６ｔの消化ガスが発生し、
その組成は、メタン６７容量％、炭酸ガス３３容貝％で
あった。

〈比較例〉 前記実施例において、発生したアルカリ処理廃水８０１
　ｇを、消化ガスと接触させることなくｐ　Ｈ７，０ｌ
：で中和するのに消費し次中和剤は、２規定塩酸６５ｍ
７であった。

また、回収した消化ガスは、最初の消化で８．６ｔ（メ
タン濃度５７容量％、炭酸ガス４２容量％）、２回目の
アルカリ処理消化残渣の消化で８．３ｔ（メタン濃度５
７容量％、炭酸ガス濃度４３容量％戻あった。

即ち、本比較例では、合計１６．９１の消化ガスが得ら
れ、その組成はメタン５７容昂％、炭酸ガス４３容へ１
％であった。

本比較例と先の実施例とを比較すると、メタン回収団は
本発明を適用することにより、９７ｔがら１０．８ｔと
１１％向上する効果が認められた。

捷た、中和用票剤の１１Ｊｉ用を皆無にできることが明
らかにされた。

以上、本発明により、次の効果が得られる。

１）アルカリ処理廃液の中和を消化ガス中の炭酸ガスを
用いることによシ、１酸等の中和剤を必要としない。

２）難分解性のリグニンを、オゾンの酸化作用で分解し
易い有機酸に変えてから嫌気性消化するメタン収量−を
増加できる。

３）アルカリ処理廃水を嫌気性消化法で処理できる為、
１青刈な廃水処理装置を必要としない。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を駅、明するセルロース含有廃棄物
の処理フロー図である。 １・・・セルロース含有廃産物、３・・・アルカリ前処
理槽、５，７．９・・・固液分離装置、８・・・嫌気性
消化槽、１０．１４・・・気液接触装置、１１・・・消
化ガス貯留槽、１２・・・消化脱離液、１３・・・消化
残渣、１５・・・オゾン発生装置。 特許出願人　工業技術院長　石板誠−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　セルロース含有廃棄物を嫌気性消化する消化工程
   、 該消化工程にて生じた消化汚泥にアルカリ性水溶液を加
   えて反応を行う脱リグニン工程、該脱リグニン工程で生
   じた脱リグニン廃水へ前記消化工程に゛Ｃ発生する消化
   ガスを反応させる中オＩＩ工程、 以上少なくとも３つの工程を含むことを特徴とするセル
   ロース含有廃棄物の処理方法。 ２、特許Ｈ１ｖ求の範囲第１項記載において、前記中和
   工程を経た廃水に更にオゾンを作用させて該廃水中のリ
   グニンを有機酸に変えるオゾン処理工程を含むことを特
   徴とするセルロース含有廃棄物の処理方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載において、前記オゾン処
   理工程を経た廃水を嫌気性消化することを特徴とするセ
   ルロース含有廃棄物の処理方法。 ４、特許請求の範囲第２項又は第３項記載において、前
   記オゾンの反応１ｎ°を、廃液中に溶解している有１１
   隻物ＩＫｇあたり０．　ＯＩ　Ｋ９以上とすることを特
   徴とするセルロース含有廃棄物の処理方法。