(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を発酵処理する方法において、前記有機性廃棄物を熱処理し、該熱処理物の濃縮・固液分離を行い、該固液分離後の汚泥を脱水処理後、農地還元可能なコンポスト処理を行うと共に、前記固液分離後の分離液と汚泥の脱水処理後の脱水ろ液を混合し、該混合液に、りんを固定化できる金属塩、又は、アンモニアとりんを同時に固定化できるＭｇ塩及びｐＨ調整用のアルカリを添加し、生成する粒子をグラニュール汚泥の核として上向流嫌気性汚泥床でメタン発酵処理することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物をメタン発酵処理する装置において、前記有機性廃棄物を熱処理する熱処理装置と、該熱処理物を濃縮・固液分離する濃縮装置と、該固液分離された汚泥を脱水処理する脱水装置と、脱水処理後の汚泥をコンポスト処理するコンポスト処理装置とを有すると共に、前記固液分離後の分離液と脱水装置からの脱水ろ液とを発酵処理する、りん、又は、アンモニアとりんを同時に固定できる薬剤の添加手段が設けられている上向流嫌気性汚泥床によるメタン発酵槽を有することを特徴とするメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物のメタン発酵処理に係り、特に、下水汚泥・し尿汚泥・畜産廃棄物等の有機性廃棄物を高速メタン発酵する処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物を有用化処理して利用する循環型社会を構築するする気運が高まっている。
この中で、有機性廃棄物からのエネルギー回収の一方法として、メタン発酵処理が注目を浴びている。また、廃棄物を、プラント内からなるべく排出せずに有効利用できるシステムの需要も高まっている。
図２に、牛糞尿・豚糞尿等の畜産廃棄物を対象としたメタン発酵処理フローの一例を示す。原料１１をメタン発酵処理９後、濃縮・固液分離３・脱水処理４し、固液分離液１４、脱水ろ液１６を好気性処理設備７にて処理後、物理化学処理１０により、ＣＯＤ・りん等を除去する。脱水ケーキ１７は、コンポスト処理５を行い、農地還元を行う。このように、廃棄物を系外に排出せずに有機性廃棄物処理が可能となる。
【０００３】
しかしながら、これら従来処理においては、以下に示すような問題点がある。
（１）牛糞尿のようなメタン発酵処理での消化ガス発生量が少ない原料の場合、寒冷地では、発酵槽加温用のエネルギーを発生ガスで賄うことが難しい。
（２）活性汚泥の余剰汚泥の減容化を目的としたメタン発酵処理では、汚泥の分解率が３０〜４０％前後と低い。
（３）メタン発酵処理後の汚泥脱水処理に用いる汚泥凝集用ポリマー等の薬品費が多くかかる。
（４）従来の一過性のメタン発酵槽では、発酵槽の大型化による敷地面積の確保が必要となる。
（５）メタン発酵後の脱水ろ液中の窒素・りん濃度は高いため、後段での好気性処理・高度処理施設への負荷が高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、有機性廃棄物を熱処理し、メタン発酵処理でのメタンガス発生量の増加を行うと共に、固液分離後の上澄み液・脱水ろ液の混合液を高速メタン発酵することで、メタン発酵槽の容量をコンパクトにした有機性廃棄物のメタン発酵処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では有機性廃棄物を発酵処理する方法において、前記有機性廃棄物を熱処理し、該熱処理物の濃縮・固液分離を行い、該固液分離後の汚泥を脱水処理後、農地還元可能なコンポスト処理を行うと共に、前記固液分離後の分離液と汚泥の脱水処理後の脱水ろ液を混合し、該混合液に、りんを固定化できる金属塩、又は、アンモニアとりんを同時に固定化できるＭｇ塩及びｐＨ調整用のアルカリを添加し、生成する粒子をグラニュール汚泥の核として上向流嫌気性汚泥床でメタン発酵処理することを特徴とするメタン発酵処理方法としたものである。
前記処理方法において、りんを固定化できる金属塩としては、Ｃａ塩、Ａｌ塩、Ｆｅ塩等を用いることができる。
【０００６】
また、本発明では、有機性廃棄物をメタン発酵処理する装置において、前記有機性廃棄物を熱処理する熱処理装置と、該熱処理物を濃縮・固液分離する濃縮装置と、該固液分離された汚泥を脱水処理する脱水装置と、脱水処理後の汚泥をコンポスト処理するコンポスト処理装置とを有すると共に、前記固液分離後の分離液と脱水装置からの脱水ろ液とを発酵処理する、りん、又は、アンモニアとりんを同時に固定できる薬剤の添加手段が設けられている上向流嫌気性汚泥床によるメタン発酵槽を有することを特徴とするメタン発酵処理装置としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面を用いて、詳細に説明する。
図１に本発明の処理フローを示す。図１において、貯留槽１より有機性廃棄物の原料１１を熱処理設備２に供給する。有機性廃棄物の中で、メタン発酵で分解できない有機物（例えば、木材、わら等）あるいは無機物（硝子、金属等）を多く含む場合は、必要に応じて、熱処理設備の前段で分別処理を行う。熱処理における温度条件は、８０℃〜２００℃、好ましくは１５０℃〜１８０℃、反応時間は、低温の場合は０．５〜１２時間、好ましくは１〜２時間程度、高温の場合は０．５〜１時間程度で良い。加温には蒸気を用い、熱処理後の汚泥と原料とは熱交換器で熱回収を行う。
【０００８】
熱処理液１３は濃縮設備３にて、濃縮汚泥１５と固液分離液１４に分けられる。濃縮設備３は、重力濃縮・遠心分離機等の機械濃縮が何れも用いられ、熱処理後の汚泥の沈降性に応じて選択する。濃縮汚泥１５は、脱水機４により脱水ケーキ１７と脱水ろ液１６に分けられる。脱水機４は、遠心脱水機・スクリュープレス脱水機等の密閉タイプのものを使用する。高温で熱処理した場合は、高分子凝集剤の添加無しに、含水率６５〜８５％の脱水ケーキが得られる。熱処理温度が低い場合は、高分子凝集剤の添加を行って脱水を行う。脱水ろ液１６と固液分離液１４の混合液は、高負荷メタン発酵槽６に供給される。脱水ケーキ１７は、コンポスト処理設備５にてコンポスト１８となり、農地還元される。
【０００９】
高負荷メタン発酵槽６は、上向流嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ法）・固定床法・流動床法等が使用できる。発酵槽内に充填材・担体を添加せずに、有機物負荷を高くとれるＵＡＳＢ法が最もコンパクトな設備となる。メタン発酵処理水２０は、好気性処理設備７に供給され、仕上げ処理される。好気性処理設備７は、活性汚泥法・酸化池・酸化溝等からプラントの設置環境や目標処理水質に応じて選択する。好気性処理では、ＢＯＤの他に窒素除去できる循環式硝化脱窒素法を用いる。好気性処理の余剰汚泥１９は、貯留槽１に戻し、熱処理後メタン発酵処理される。
【００１０】
熱処理液１３には、無機塩注入設備８より薬品を添加する。ＳＳ性のりんは、濃縮汚泥１５と脱水ケーキ１７に除去されるが、溶解性のりん処理の場合は、Ｃａ塩、Ａｌ塩、Ｆｅ塩を用いる。アンモニア・りん処理の場合は、Ｍｇ塩とｐＨ調整用のアルカリを添加する。添加量は、りん処理の場合は、金属塩／Ｐ（モル比Ｃａ／Ｐ・Ａｌ／Ｐ・Ｆｅ／Ｐ）０．２〜２．０、好ましくは０．８〜１．２の程度、アンモニア・りん処理の場合は、ＭＡＰ生成に必要な量のＭｇを添加する。ｐＨは８〜９、好ましくは８．５前後に調整する。熱処理後の処理液は、炭酸ガスが脱炭酸されて液中より減少しているため、りん処理にＣａ塩を用いると、ＣａＣＯ3の生成を回収できる分、薬剤の添加量を軽減できる。
熱処理後の固液分離液１４、脱水ろ液１６の混合液に、無機塩注入設備８より薬品を添加する。薬品は、りんを固定化する場合はＣａ塩等の金属塩、アンモニアとりんを同時に固定する場合は、Ｍｇ塩とｐＨ調整用のアルカリを添加する。前記場合の高負荷メタン発酵設備はＵＡＳＢを適用する。りん化合物あるいはＭＡＰ粒子がグラニュールの核にもなり、沈降性の良い汚泥を作ることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものでない。
実施例１
乳牛糞尿を対象としたメタン発酵実験例を示す。表１に原料と熱処理の性状を示す。
【００１２】
【表１】
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表１の熱処理後の固液分離液と脱水ろ液の混合液をＵＡＳＢ原水として、反応容量４ＬのＵＡＳＢ実験装置を用いて実験を行った。流入水ＣＯＤｃｒ濃度が高いため、処理水循環により流入水ＣＯＤｃｒ濃度を５０００〜８０００ｍｇ／Ｌに調整した。水温は３５℃とした。表２に実験結果を示す。
【００１３】
【表２】
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別途行った熱処理を行わない場合のメタン発酵処理では、滞留日数２０日で、発生ガスは２５０（Ｌ／ｋｇＶＳＳ）である。このように熱処理を行うことで、発生ガスは約３．２倍増加した。また、ＵＡＳＢ槽を適用することで、メタン発酵槽の滞留時間を約１／９に短縮できた。
【００１４】
実施例２
実施例１の乳牛糞尿の熱処理液に、硫酸ばん土を添加してりんの固定を行った例を示す。
硫酸ばん土の添加量は、Ａｌ／Ｐモル比で１．５とした。この結果、ＵＡＳＢ流入水りん濃度は１０ｍｇ／Ｌ以下となった。
同様に、熱処理後の固液分離液と脱水ろ液の混合液に、塩化マグネシウムと苛性ソーダを添加し、ｐＨ８．０に調整してＵＡＳＢ処理を行った。その結果、ＵＡＳＢ処理水のＰＯ4−Ｐ濃度は５ｍｇ／Ｌ、ＮＨ4−Ｎ濃度は２９５０ｍｇ／Ｌとなった。グラニュール汚泥も沈降性の良いものになり、反応槽底部でＭＬＳＳ７００００〜８００００ｍｇ／Ｌとなった。
【００１５】
実施例３
し尿余剰汚泥を対象としたメタン発酵実験例を示す。表３に原料と熱処理水の性状を示す。
【表３】
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表３の熱処理後の固液分離液と脱水ろ液の混合液をメタン発酵原水として、反応容量１０Ｌの固定床メタン発酵実験装置を用いて実験を行った。処理水を１Ｑ循環し、流入水ＣＯＤｃｒ５０００ｍｇ／Ｌに調整した。
【００１６】
表４に実験結果を示す。
【表４】
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別途行った熱処理を行わない場合のメタン発酵処理では、滞留日数１６日で発生ガスは４００（Ｌ／ｋｇＶＳＳ）である。実施例１と同様に、熱処理を行うことで発生ガス量が１．５倍増加した。
また、固定床メタン発酵槽を適用することで、メタン発酵槽の滞留時間を約１／１６に短縮できた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、メタン発酵でのガス発生量を増加できると共に、メタン発酵槽を小さくでき、また、脱水処理にほとんど凝集剤を使用しなくて済み、経済的なメタン発酵処理プロセスの構築が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタン発酵処理方法の一例を示すフロー構成図。
【図２】公知のメタン発酵処理方法の一例を示す処理フロー構成図。
【符号の説明】
１：貯留槽、２：熱処理設備、３：濃縮設備、４：脱水機、５：コンポスト処理設備、６：高負荷メタン発酵槽、７：好気性処理設備、８：無機塩注入設備、１１：原料、１２：処理水、１３：熱処理液、１４：固液分離液、１５：濃縮汚泥、１６：脱水ろ液、１７：脱水ケーキ、１８：コンポスト、１９：余剰汚泥、２０：メタン発酵処理水
【図１】
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【図２】
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