(57)【要約】      （修正有）【課題】有機性固形物から大量のメタンを回収でき、薬液の使用量が少なく、最終処分される廃棄物を大幅に減量可能な有機性廃棄物処理装置を提供する。【解決手段】有機性固形物を多く含む廃棄物をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化槽１と、一端部が消化汚泥の少なくとも一部を改質装置３に供給する消化汚泥供給部２ａと、消化汚泥供給部から供給される消化汚泥を酸化して改質汚泥とする改質装置と、改質汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽に返送する改質汚泥返送部７と、嫌気性消化槽から排出される消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置８と、固液分離装置から排出された濃縮汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽に返送する濃縮汚泥返送部９と、を有し、改質装置が、加熱部６を備え、消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で過酸化水素を添加して酸化（改質）処理を行う。【選択図】図１
2014008491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化槽と、一端部が前記嫌気性消化槽に接続され前記消化汚泥の少なくとも一部を改質装置に供給する消化汚泥供給部と、前記消化汚泥供給部から供給される前記消化汚泥を酸化して改質汚泥とする改質装置と、前記改質装置に一端部が接続され前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する改質汚泥返送部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置に一端部が接続され前記固液分離装置から排出された前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する濃縮汚泥返送部と、を有し、前記改質装置が、加熱部を備え、前記消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で過酸化水素を添加して酸化（改質）処理を行うことを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項２】
嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理装置と、前記前処理装置から排出される前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化槽と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理装置に供給する消化汚泥供給部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置から排出される前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する濃縮汚泥返送部と、を備えることを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項３】
嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理装置と、前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化槽と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理装置に供給する消化汚泥供給部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を酸化して改質汚泥とする改質装置と、前記改質装置から排出される前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する改質汚泥返送部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置から排出される前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する濃縮汚泥返送部と、を有し、前記改質装置が、加熱部を備え、前記消化汚泥中に析出した二価の鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で酸化（改質）処理を行うことを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項４】
前記改質汚泥返送部が、前記改質装置から排出される前記改質汚泥の少なくとも一部を前記前処理装置に供給する改質汚泥供給部を備えることを特徴とする請求項３に記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項５】
前記改質装置において、外部からｐＨ調整用の酸を添加しないことを特徴とする請求項１，３，４の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項６】
前記廃棄物が、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーであることを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載の有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法であって、
嫌気性消化槽内で嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化工程と、前記消化汚泥の少なくとも一部を酸化（改質）処理し改質汚泥とする改質工程と、前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に供給する改質汚泥返送工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥及び前記改質汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記分離工程で分離された濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に返送する濃縮汚泥返送工程と、を備え、前記改質工程において、前記消化汚泥中に析出した二価の鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で酸化（改質）処理を行うことを特徴とする有機性廃棄物処理方法。
【請求項８】
請求項２に記載の有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法であって、
嫌気性消化槽内で嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理工程と、前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理工程に返送する消化汚泥返送工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記分離工程で分離された濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に返送する濃縮汚泥返送工程と、を備えることを特徴とする有機性廃棄物処理方法。
【請求項９】
請求項３に記載の有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法であって、
嫌気性消化槽内で嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理工程と、前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理工程に返送する消化汚泥返送工程と、前記消化汚泥の少なくとも一部を酸化（改質）処理し改質汚泥とする改質工程と、前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に供給する改質汚泥返送工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記分離工程で分離された濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に返送する濃縮汚泥返送工程と、を備え、前記改質工程において、前記消化汚泥中に析出した二価の鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で酸化（改質）処理を行うことを特徴とする有機性廃棄物処理方法。
【請求項１０】
前記改質汚泥返送工程が、前記改質汚泥の少なくとも一部を前記前処理工程に供給する改質汚泥供給工程を備えることを特徴とする請求項９に記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項１１】
前記改質工程において外部からｐＨ調整用の酸を添加しないことを特徴とする請求項７，９，１０の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項１２】
前記廃棄物が、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーであることを特徴とする請求項７乃至１１の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵により処理してメタンガスを回収する有機性廃棄物処理装置及びそれを用いた有機性廃棄物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥、し尿、家畜排泄物・産業排水処理の余剰汚泥等のスラリー状の高濃度有機性廃棄物を嫌気性微生物の存在下に、３５℃程度あるいは５０℃程度のメタン発酵によって処理する嫌気性消化方法は古くから行われている方法である。このような嫌気性消化処理においては、その有機性固形物に含まれる生物分解されない不活性成分（消化汚泥）が残渣として排出され、従来は機械脱水して脱水ケーキとした後、焼却、埋立等により最終処分されている。この不活性成分は、有機性固形物の種類で多少異なるが、投入固形物のおよそ６０％を占めている。このため、従来の嫌気性消化法は、投入固形物のおよそ４０％しか分解できず、メタンガスの回収効率や廃棄物の減量効果に問題があった。
嫌気性消化処理により生成する汚泥を減容化し、有機性固形物からメタンガスをより多く回収することができる装置として、(特許文献１)には、消化汚泥をオゾン処理により改質した後、この改質汚泥を加温した嫌気性消化槽に返送する嫌気性消化装置が記載されている。この装置は消化汚泥をオゾン処理して易生物分解性に改質した後、嫌気性消化槽に戻して嫌気性微生物の基質としてさらに分解するものであり、有機性固形物からより多くのメタンガスを回収するのに有効な装置である。
一方、フェントン反応を用いたフェントン処理は、溶解性の難分解性物質の酸化に使われてきた方法であり、特に色度成分の高い着色した産業排水や生物に毒性を示す阻害物質の処理に適用事例が多い。一般的なフェントン処理は、過酸化水素と二価の鉄イオン（Ｆｅ2+）からオゾンと同等以上の酸化力を有するラジカルを生成させ、酸性条件下でこれによって難分解性物質を分解させるものである。この方法はオゾン処理と違って薬剤だけを用いるため、装置コストはかなり低くなる特長がある。しかしながら、フェントン処理では反応において三価の鉄イオン（Ｆｅ3+）が当量的に生成し、これは水と反応して水酸化鉄フロックに変化する。この水酸化鉄フロックは多量の結合水を含み、嵩が極めて大きいので、処理後には多量の水酸化鉄汚泥が生成してしまい、大抵は、処理後の固形廃棄物（脱水ケーキ）が処理前の量よりも多くなってしまうという問題があった。従って、フェントン処理は固形廃棄物の減量化には全く適さないと考えられていた。
フェントン処理を用いた有機物の処理方法として（特許文献２）には、「ニンニク残渣廃棄物をメタン発酵処理するニンニク残渣廃棄物の処理方法であって、ニンニク残渣廃棄物をフェントン酸化処理する処理方法」が開示されており、（特許文献３）には、「下水処理上の嫌気性消化槽から排出される未消化汚泥を処理するにあたり、低温湿式酸化又はフェントン酸化による前処理をし、前処理済み未消化汚泥の上澄液については、その中に残存するリンを回収・除去し、循環式生物学的脱窒・硝化処理により窒素及び有機物を除去した後、活性汚泥槽に返送し、前処理済み未消化汚泥の沈殿物については、脱灰処理することにより灰分を除去し、灰分除去後の脱灰沈殿物は嫌気性消化槽に返送し、灰分除去後の脱灰上澄液はその中に残存するリンを回収・除去することを特徴とする下水の処理方法」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７５７３０号公報
【特許文献２】特開２００３−２００１４１号公報
【特許文献３】特開２００３−２００１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、オゾン処理にはオゾンガスを発生させて汚泥と反応させるためのオゾン発生機とガス反応装置が必要であり、装置と運転コストが極めて高価になるという課題があった。
（２）（特許文献２）に開示の技術は、ニンニクからのメタンの発生量が、フェントン酸化処理の有無により３倍に増えているが、従来のメタンの転換率としては６０％程度であり、メタンへの転換率としては十分ではなく、また、比較的高価な鉄イオンを連続的に供給することや、高温下の処理においては、メタン発酵槽への投入に先立って槽内微生物の至適温度まで冷却する必要があるという課題があった。
（３）（特許文献３）に開示の技術は、リンの回収を目的としたもので、フェントン処理においてｐＨを下げるための酸を添加しており、酸のコストがかかるとともに、処理液中のアンモニア成分は後段の硝化脱窒処理によって窒素ガスに分解されるが、添加する酸によってメタン発酵処理液のアルカリ度が低下するので、硝化反応時にｐＨが低下し失活し易くなる。これを防ぐために、外部から新たにアルカリの添加が必要になり、運転コストが上昇してしまうという課題があった。また、フェントン酸化反応においてｐＨが２以下まで下がるため、処理汚泥中の鉄成分がイオン溶解し、上澄液側に移行して流失してしまうので、フェントン酸化の反応効率及びコスト効率が原理的に低いという課題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で、嫌気性消化する嫌気性消化槽に、酸化（改質）処理した有機性固形物を供給することで、有機性固形物の殆どを嫌気性消化させて大量のメタンを回収できるとともに、薬液の使用量が少なく、最終処分の有機性固形廃棄物を大幅に減量可能であり、加温エネルギーや後段の硝化脱窒におけるアルカリ薬剤コストを削減できる有機性廃棄物処理装置を提供することを目的とする。
また、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で、酸化（改質）処理した有機性固形物の殆どを嫌気性消化することで、大量のメタンを回収できるとともに、薬液の使用量が少なく、最終処分の有機性固形廃棄物を大幅に減量可能であり、加温エネルギーや後段の硝化脱窒におけるアルカリ薬剤コストを削減できる有機性廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の有機性廃棄物処理装置及び有機性廃棄物処理方法は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の有機性廃棄物処理装置は、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化槽と、一端部が前記嫌気性消化槽に接続され前記消化汚泥の少なくとも一部を改質装置に供給する消化汚泥供給部と、前記消化汚泥供給部から供給される前記消化汚泥を酸化して改質汚泥とする改質装置と、前記改質装置に一端部が接続され前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する改質汚泥返送部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置に一端部が接続され前記固液分離装置から排出された前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する濃縮汚泥返送部と、を有し、前記改質装置が、加熱部を備え、前記消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で過酸化水素を添加して酸化（改質）処理を行う構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）改質装置において消化汚泥を６０〜１００℃の高温条件で酸化（改質）するので酸化反応の活性が高く、酸化（改質）処理に必要となる二価鉄化合物は消化汚泥に含まれているので、オゾン処理装置等の高価な反応装置を必要とせず、少量の薬剤で不活性な有機性廃棄物を容易に生物分解性の高い成分に酸化（改質）させることができる。
（２）改質汚泥返送部により、改質装置で酸化（改質）された生物分解性の高い改質汚泥の少なくとも一部が嫌気性消化槽に返送され、改質汚泥が嫌気性消化槽で再度消化されるので、有機性固形物のメタンの回収転換率を８０％程度まで大幅に向上させることができるとともに、固液分離装置から系外に排出される汚泥の割合を、処理した有機性廃棄物の全量に対して１０質量％程度まで減少させることができる。
（３）消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を改質装置の酸化（改質）処理に利用するので、二価鉄化合物を別途添加する必要が無く、酸化（改質）処理において実質的な薬剤コストは過酸化水素だけで良い。
（４）固液分離装置により分離された濃縮汚泥の少なくとも一部が、濃縮汚泥返送部によって嫌気性消化槽に返送されるので、嫌気性消化工程における汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を３０日以上に保つことができ、安定してメタン発酵させることができる
（５）改質装置の加熱は、嫌気性消化槽の温度保持に要する熱エネルギーを共用することができ、嫌気性消化槽の温度保持においても、加熱された改質汚泥を使用することができるので、熱エネルギーコストが殆ど必要ない。
（６）処理する廃棄物に多量のリンが含まれていても、改質汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（７）本発明の装置の運転条件では、燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じる。これらの塩の溶解度はかなり低く、液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。そのため、嫌気性消化槽外への鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故のリスクも極小となる。
【０００７】
ここで、有機性固形物を有する廃棄物としては、下水処理の汚泥、家畜排泄物、産業排水処理の余剰汚泥、植物残渣等が挙げられる。有機性固形物において生物分解され易い成分は、嫌気性消化槽に投入後、微生物の働きによってメタンに分解される。難分解性（不活性）成分は消化汚泥とともに抜き出され、改質装置で生物分解され易い成分へと変化させる。この改質汚泥は嫌気性消化槽に返送されてメタン発酵を受ける。この反応速度を上げるため、槽内の微生物は固液分離装置によって濃縮・高濃度化される。これらによって、投入固形物の有機物はおよそ８０質量％がバイオガスに転換されるとともに、最終処分される排出される消化汚泥は元の有機性廃棄物の１０質量％程に減量化される。
【０００８】
嫌気性消化槽の嫌気性微細物としては、有機性固形物を可溶化・低分子化させる酸生成細菌と、酸生成細菌によって生成された有機酸等を摂取してメタンを生成するメタン生成細菌と、改質汚泥に含まれる三価の鉄イオンを二価に還元する働きを有する鉄還元細菌が使用されている。鉄還元細菌は、三価の鉄イオンを電子受容体に用いて二価に還元することで増殖する。この結果、改質汚泥中に三価の鉄イオンとして含まれる水酸化鉄フロックは分解し、嵩の小さい緻密な炭酸鉄や燐酸水素鉄に変化し析出する。このことで、排出の消化汚泥に含まれる嵩の大きい水酸化鉄フロックの量は激減し、最終処分の脱水ケーキの量は大幅に減量される。更に、鉄還元細菌によって三価の鉄イオンは二価に再生されるので、本発明の酸化（改質）処理においては、外部から添加する鉄イオンは最小限で済み、実質的な薬剤コストは過酸化水素だけとなる。
ただし、鉄還元細菌によって再生された二価の鉄イオンは炭酸鉄や燐酸水素鉄等の無機固形物として固定されているため、溶解性のイオンを用いる通常のフェントン反応と比較すると効率が極めて低い。これについて発明者は鋭意検討を重ねた結果、６０〜１００℃の高温条件下で汚泥の酸化（改質）処理を行うことで汚泥の改質効率が劇的に向上することを見いだした。この加温を行うと、フェントン処理のように酸性下の運転も不要で、鉄を含む消化汚泥に過酸化水素を添加・混合するだけで充分な処理が可能である。この詳細なメカニズムは明らかでないが、高温とすることで無機固形物の一部がイオンに可溶化すること、無機固形物と過酸化水素の反応速度が向上すること、消化汚泥中の不活性成分と過酸化水素・ラジカルの親和性が高まること等が考えられる。
【０００９】
嫌気性消化槽は、微生物を適切に培養するためには２０〜６０℃の範囲に保つことが好ましく、特に３０〜４０℃で運転することで生育する微生物群は多様な有機物を分解できる能力があるためが好ましい。この加温には、通常、槽への蒸気吹き込みや熱交換器が用いられるが、この代わりに加温した改質汚泥を返送することで温度を制御することも可能である。これは、改質装置の加温に使われている熱エネルギーを転用するだけで本発明で必要とされる熱源をまかなうことが出来ることを意味する。
嫌気性消化槽には、嫌気性微細物としてメタン生成細菌等を含む汚泥が、１日当りに処理される廃棄物１００重量部に対し、５００〜３０００重量部、好ましくは１０００〜２０００重量部貯留されている。汚泥の量が１０００重量部より少なくなるにつれ、処理する廃棄物の量に対するメタン生成細菌の量が少ないので、消化効率が落ち、メタンの回収量が低下する傾向にあり、２０００重量部より多くなるにつれ、嫌気性消化槽に投入できる廃棄物の量が減るため、廃棄物の処理効率が低下する傾向にあり、５００重量部より少なくなる、又は３０００重量部より多くなるにつれ、これらの傾向が著しくなるので好ましくない。
尚、嫌気性消化槽を形成する素材の材質としては特に限定されず、コンクリートであることが好ましいが、金属製、合成樹脂製等の種々ものを使用することができる。また、形状も特に限定されず、円筒形、卵形形、亀甲形等の種々の形状が用いられる。
【００１０】
消化汚泥供給部は、嫌気性消化槽から排出される消化汚泥を抜き出し易くするため、嫌気性消化槽の底部側に一端部が配設されていることが好ましい。
消化汚泥供給部としては、消化汚泥を搬送でき、消化汚泥の少なくとも一部を改質装置に供給することができる装置であればどのようなものでも良く、１軸ネジ式ポンプや遠心ポンプ等を使用することができる。
【００１１】
改質装置を形成する素材の材質は特に限定されず、装置の加熱温度や添加される過酸化水素等に耐えられるものであれば良く、金属製、合成樹脂製、コンクリート製、ガラスライニング製等の種々ものを使用することができる。また、形状も特に限定されず、円筒形、箱形、角形等の種々の形状が用いられる。
改質装置で酸化（改質）処理される汚泥は、嫌気性消化槽で生物分解を受けて難分解性（不活性）成分が殆ど占める消化汚泥であることが好ましい。投入される廃棄物を直接酸化（改質）処理することも可能だが、この場合、本来生物分解されやすい成分も同時に過酸化水素・ラジカルと反応してしまうので効率的でない。
また、本装置における処理可能な廃棄物の量を多くしたい場合は、嫌気性消化層に投入する投入廃棄物を改質装置で改質処理することで反応速度を上げることもできる。
改質の反応時間は特に限定されないが、あまり反応時間を長く設定すると、改質槽壁からの熱ロスが相対的に大きくなるので、１時間以下が好ましい。また、改質槽では汚泥と薬剤の攪拌混合が必須のため、ミキサーによる機械攪拌や投入蒸気によるガス攪拌を設けることが好ましい。
【００１２】
また、改質装置は、加熱部により６０〜１００℃の温度条件に設定することが好ましい。加熱温度が６０℃より低くなるにつれ、処理効率が落ち、消化汚泥の酸化に時間がかかるため、難分解性（不活性）成分が改質汚泥に多く残るとともに、改質汚泥そのものの生物分解速度も低下する傾向にあり、１００℃より高くなるにつれ、消化汚泥の改質効率が温度上昇に比べて低く、メタンへの転換効率も上昇し難いので、改質装置の加熱にかかるコストに見合う効果が得られなくなる傾向にあり好ましくない。
加熱部の加温方法としては特に限定されず、蒸気の吹き込み、機械攪拌、空気攪拌等のいずれも使用することができ、特に限定されない。また、嫌気性消化槽の加温や保温に該加温方法による熱エネルギーを使用する場合、該熱エネルギーを加熱部と嫌気性消化槽で共用しても良い。熱エネルギーを共用する場合、加熱部の熱を嫌気性消化槽に供給するための熱供給部を加熱部に配設し、嫌気性消化槽と加熱部を連設することが望ましい。
尚、加温においては液中に溶解していたガス等が大気中に拡散することがあるので、ガス抜きユニットを設置することが好ましい。
【００１３】
酸化（改質）処理に供する消化汚泥の量は、１日の嫌気性消化槽保有汚泥基準で、１日あたり１．５〜２．５質量％とすることが好ましい。１日あたりの酸化（改質）処理量が１．５質量％より少なくなるにつれ、改質される有機物の量が減るので、嫌気性消化槽で難分解性（不活性）な固形物の濃度が高くなり、固液分離装置への固形物負荷が高くなって汚泥を濃縮しにくくなるとともに、メタンの回収率が低下する傾向にあるので好ましくない。また、２．５質量％より多くなるにつれ、改質される有機物の量は増えるが、この引き抜きに伴って槽内微生物も系外に排出される量も増える。これによって槽内の微生物濃度が低下するので反応効率が下がるとともに、改質装置へ移動する熱エネルギーが増えることで、嫌気性消化槽の冷却が増え、加熱や保温のためのエネルギーコストが増加する傾向にあるので好ましくない。
【００１４】
改質装置の酸化（改質）処理で使用する過酸化水素は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．０３〜０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳとすることが好ましい。過酸化水素の供給量が０．０３ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、改質の酸化度合いが下がることにより改質汚泥のメタン発酵速度が低くなり、嫌気性消化槽の必要容量が大きくなる傾向にあり好ましくない。また、０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、改質汚泥に含まれる生物分解性の高い成分は増えるが、同時に汚泥有機物の無機化も進むので、生物反応において炭酸ガスへの転換度合いが増え、メタンへの転換効率が低下するとともに、過酸化水素の添加量が多く、薬液コストが上昇する傾向にあるので好ましくない。
また、改質装置の酸化（改質）処理で使用する二価鉄化合物中の二価の鉄の量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．１〜０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳであることが好ましい。消化汚泥中の二価の鉄の量が０．１ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、酸化反応において十分なラジカルが生成されず、改質汚泥中に嫌気性微生物を阻害する過酸化水素が残存し易くなる傾向にあり好ましくない。また、０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、消化汚泥中の燐酸鉄・炭酸鉄や水酸化鉄の固形性鉄塩が増えることで、全体の固形物濃度が高くなり、固液分離装置への固形物負荷が高くなって汚泥を濃縮し難くなる傾向にあり好ましくない。
尚、廃棄物中に鉄化合物が殆ど含まれていない場合は、装置の立上げ初期に鉄イオンの添加が必要となるが、塩化第二鉄や塩化第一鉄、ポリ硫酸鉄等のような工業薬品を使用することができる。
【００１５】
酸化（改質）処理においては、酸を添加してｐＨを下げると反応がより進むが、下水汚泥や家畜排泄物の嫌気性消化汚泥は多量のアンモニア（アルカリ）を含むので、ｐＨを下げるにはかなりの酸を要する。ｐＨは６〜９の範囲であることが好ましい。炭水化物を多く含む植物残渣の場合は、分解した炭水化物由来の有機酸によって、酸を外部から添加しなくても自動的にｐＨは酸性側に移行するので、この条件では実質的に酸の添加は不要である。ｐＨを６より低く設定すると、ｐＨを保つために酸の添加が必要となり、酸のコストがかかる傾向にあり好ましくない。また、ｐＨを９より高く設定すると、炭水化物由来の有機酸によるｐＨの低下が起こり難く、酸化（改質）処理の効率低下する傾向にあり好ましくない。
外部から酸を添加する場合、塩酸や有機酸発酵による処理液等を使用することができる。
【００１６】
改質装置で消化汚泥が改質される時間としては、１０〜１２０分であることが好ましい。改質時間が１０分より短くなるにつれ、過酸化水素の濃度が高い改質汚泥が嫌気性消化槽に返送されるので、過酸化水素によって嫌気性消化槽内の細菌が死滅し易くなる傾向にあり、１２０分より長くなるにつれ、改質装置内の過酸化水素濃度が低くなるため、改質効率が低下する又は、過酸化水素の添加量が増加する傾向にあり好ましくない。
【００１７】
改質汚泥返送部は、改質装置から排出される改質汚泥を抜き出し易くするため、改質装置の底部側に一端部が配設されていることが好ましい。改質汚泥返送部には、改質汚泥を系外に排出する又は他の装置に供給するために、改質汚泥返送部には、分岐弁等を配設しても良い。
尚、改質汚泥は嫌気性消化槽に投入する前に数時間程放置すると次第に微細化するので、メタン発酵効率を多少高めることができる。
改質汚泥返送部としては、改質汚泥を搬送でき、改質汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽に供給することができれば、構成は特に限定されないが、１軸ネジ式ポンプや遠心ポンプ等を使用することができる。
また、改質汚泥中の固形物の濃度は、１０質量％以下であることが好ましい。１０質量％より高くなるにつれ、改質汚泥の粘度が急上昇し、改質汚泥返送部に使用するポンプ等の消費動力が急増する傾向にあり好ましくない。
【００１８】
固液分離装置は、消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離できれば特に限定されず、膜による分離も可能であるが、遠心濃縮機が特に好ましい。遠心濃縮機は通常の機械脱水としても使用可能なので、これを用いることで消化汚泥の固液分離と脱水をひとつでまかなうこともできる。
尚、植物残渣のようにサイズの大きい廃棄物の場合は、スクリーン（汚泥脱水機）によって固液分離を行っても良い。また、通常の汚泥脱水機を用いても良い。この場合、脱水ケーキの水分が少ないと粘度が高くなってポンプで輸送し難くなるので、適宜、濃度の低い消化汚泥や投入の有機性固形物等で希釈輸送しても良い。
また、固液分離装置を前処理に使用し、分離した汚泥を嫌気性消化槽へ投入しても良い。
遠心濃縮機や汚泥脱水機の操作では、微量の凝集剤が添加される。有機性のポリマーだけを添加しても良いが、二液性凝集剤（有機性ポリマーと鉄塩）を用いると、鉄イオンの補給になるので好ましい。本発明の消化汚泥は、汚泥の荷電は多量の鉄塩によって既に中和されているため、凝集剤の添加量は少なくて済むものと考えられる。
固液分離後の分離液は処理水としてそのまま下水等へ放流することもできるが、好気性生物処理その他の後処理を行った後に放流しても良い。
分離液には人為的に添加された無機酸が含まれていないので、分離液を硝化脱窒処理する際にアルカリ度が低下し難く、硝化反応時に失活し難い。そのため、外部からアルカリを添加しなくても良く、アルカリの使用量を低減することができる。
【００１９】
濃縮汚泥返送部は、固液分離装置から排出される濃縮汚泥を抜き出し易くするため、固液分離装置の底部側に一端部が配設されていることが好ましい。
また、濃縮汚泥返送部は、固液分離装置から濃縮汚泥を抜き出すことができ、濃縮汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽に供給することができれば、構成は特に限定されないが、１軸ネジ式ポンプや遠心ポンプ等を使用することができる。
濃縮汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽に返送することができるので、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を長くすることができ、嫌気性消化槽内の細菌を保持し、メタン発酵を円滑に進めることができる。ＳＲＴの長さとしては、３０日以上、好ましくは５０日以上であることが好ましい。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む有機性廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理装置と、前記前処理装置から排出される前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化槽と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理装置に供給する消化汚泥供給部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置から排出される前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する濃縮汚泥返送部と、を備える構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）廃棄物をフェントン処理する前処理装置を備えるので、有機性固形物における難分解性（不活性）成分がより効率的に生物分解され、メタンへの転換効率を高めることができる。
（２）消化汚泥の少なくとも一部を前処理装置に供給するので、装置立上げ初期には鉄イオンの供給が必要であるが、それ以降は鉄イオンの供給が殆ど要らず、薬品の使用コストが少なくすることができる。
（３）処理する有機性廃棄物には多量のリンが含まれていても、前処理汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（４）本発明の装置の運転条件では、燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じる。これらの塩の溶解度はかなり低く、本発明の条件では液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。このような操作によって槽外への鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故のリスクも極小となる。
【００２１】
嫌気性消化槽や固液分離装置、濃縮汚泥返送部に関しては、請求項１と構成が同様であるため、説明は省略する。また、消化汚泥供給部は、請求項１と同様の構成のものを前処理装置に適用すれば良いので、説明は省略する。
ここで、前処理装置としては、フェントン処理が行えるものであれば良く、金属製、合成樹脂製、コンクリート製、ガラスライニング製等の種々ものを使用することができる。また、形状も特に限定されず、円筒形、箱形、角形等の種々の形状が用いられる。
【００２２】
嫌気性消化槽から前処理装置に返送されフェントン処理される有機性廃棄物の量は、嫌気性消化槽保有汚泥基準で、１日あたり１．５〜２．５質量％程度が好ましい。１日あたりの前処理量が１．５質量％より少なくなるにつれ、フェントン処理される有機物の量が減るので、有機性廃棄物処理装置で処理できる有機性廃棄物の量が少なくなり、処理効率が落ちるとともに、嫌気性消化槽内の汚泥が高濃度化する傾向にあるので好ましくない。また、２．５％より多くなるにつれ、前処理装置でフェントン処理される有機性廃棄物の量は増えるが、この引き抜きに伴って槽内微生物も系外に排出される量も増える。これによって槽内の微生物濃度が低下するので反応効率が下がる傾向にあり好ましくない。
フェントン処理を行う前処理装置は、二価鉄化合物と過酸化水素を投入・攪拌して前処理汚泥を排出するフローが好ましい。回分的な処理は効率を多少高めるが、制御機器がやや複雑になるので好ましくない。
また、処理する有機性廃棄物中の固形分が少ない場合は、前処理装置に投入する前に、有機性廃棄物を固液分離装置で汚泥と分離液に分離し、分離された汚泥を前処理装置に投入しても良い。
【００２３】
前処理装置のフェントン処理に供給する過酸化水素の供給量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．０３〜０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳとすることが好ましい。過酸化水素の供給量が０．０３ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、改質汚泥のメタン発酵速度が低くなり、嫌気性消化槽の必要容量が大きくなる傾向にあるので好ましくない。０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、前処理汚泥に含まれる生物分解性の高い成分は増えるが、同時に汚泥有機物の無機化も進むので、生物反応において炭酸ガスへの転換度合いが増え、メタンへの転換効率が低下する傾向にあるので好ましくない。
また、前処理装置のフェントン処理に供給する二価鉄化合物中の二価鉄の量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．１〜０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳであることが好ましい。消化汚泥中の二価鉄の量が０．１ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、酸化反応において十分なラジカルが生成されず、改質汚泥中に嫌気性微生物を阻害する過酸化水素が残存し易くなる傾向にあり好ましくない。また、０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、消化汚泥の濃度が高くなり、固液分離装置への固形物負荷が高くなって汚泥を濃縮し難くなる傾向にあり好ましくない。
尚、装置の立上げ初期に添加する鉄イオンの供給源としては、塩化第二鉄や塩化第一鉄、ポリ硫酸鉄等のような工業薬品を使用することができる。
【００２４】
前処理装置で有機性廃棄物や消化汚泥がフェントン処理される時間としては、１０〜１２０分であることが好ましい。フェントン処理時間が１０分より短くなるにつれ、過酸化水素の濃度が高い前処理汚泥が嫌気性消化槽に供給されるので、過酸化水素によって嫌気性消化槽内の細菌が死滅し易くなる傾向にあり、１２０分より長くなるにつれ、前処理装置内の過酸化水素濃度が低くなるため、改質効率が低下する又は、過酸化水素の添加量が増加する傾向にあり好ましくない。
【００２５】
前処理装置のフェントン処理の温度としては、３０〜１００℃であることが好ましい。３０℃より低くなるにつれ、フェントン処理が効率的に行われず、改質汚泥に難分解（不活性）成分が多く含まれる傾向にあり、１００℃より高くなるにつれ、処理液の冷却が必要になる傾向にあり好ましくない。
また、前処理装置において加熱が必要な場合は、前処理装置加熱部を配設しても良い。前処理装置加熱部の加温方法としては特に限定されず、蒸気の吹き込み、機械攪拌、空気攪拌等のいずれも使用することができ、特に限定されない。また、嫌気性消化槽の加温や保温に該加温方法による熱エネルギーを使用する場合、該熱エネルギーを前処理装置加熱部と嫌気性消化槽で共用しても良い。熱エネルギーを共用する場合、嫌気性消化槽と前処理装置加熱部の両方に連設された熱共用部を備えることが望ましい。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理装置と、前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化槽と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理装置に供給する消化汚泥供給部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を酸化して改質汚泥とする改質装置と、前記改質装置から排出される前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する改質汚泥返送部と、前記嫌気性消化槽から排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置から排出される前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する濃縮汚泥返送部と、を有し、前記改質装置が、加熱部を備え、前記消化汚泥中に析出した二価の鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で酸化処理を行う構成を有している。
この構成により、以下の作用を有している。
（１）改質装置において消化汚泥を６０〜１００℃の高温条件で酸化するので反応活性が高く、酸化（改質）処理に使用する二価鉄化合物は消化汚泥を利用することができるので、オゾン処理装置等の高価な反応装置を必要とせず、少量の薬剤で不活性な有機性固形物を容易に生物分解性の高い成分に酸化（改質）させることができる。
（２）改質汚泥返送部により、改質装置で酸化された生物分解性の高い改質汚泥の少なくとも一部が嫌気性消化槽に返送され、改質汚泥が嫌気性消化槽で再度消化されるので、有機性固形物のメタンの回収転換率を８０％程度まで大幅に向上させることができるとともに、固液分離装置から系外に排出される汚泥の割合を、処理した有機性廃棄物の全量に対して１０質量％程度まで減少することができる。
（３）消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を改質装置の酸化（改質）処理に利用するので、二価鉄化合物を別途添加する必要が無く、酸化（改質）処理において実質的な薬剤コストは過酸化水素だけで良い。
（４）固液分離装置により分離された濃縮汚泥の少なくとも一部が、濃縮汚泥返送部によって嫌気性消化槽に返送されるので、嫌気性消化工程における汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を３０日以上に保つことができ、安定してメタン発酵させることができる。
（５）改質装置の加熱は、嫌気性消化槽や前処理装置の加熱や温度保持に要する熱エネルギーを共用することができ、嫌気性消化槽の温度保持においても、加熱された改質汚泥を使用することができるので、熱エネルギーコストが殆ど必要ない。
（６）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、前処理汚泥や改質汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（７）廃棄物をフェントン処理する前処理装置を備えるので、有機性固形物における難分解性（不活性）成分がより効率的に分解され、メタンへの転換効率を高めることができる。
（８）消化汚泥の少なくとも一部を前処理装置に供給するので、装置立上げ初期に鉄イオンの供給が必要であるが、それ以外には殆ど供給がいらず、薬品の使用コストが少なくて良い。
（９）前処理装置と改質装置により、廃棄物中の難分解性（不活性）成分を効率よく生分解性の高い成分に酸化（改質）するので、メタンへの転換率をより高めることができる。
（１０）本発明の装置の運転条件では、燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じる。これらの塩の溶解度はかなり低く、本発明の条件では液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。このような操作によって槽外への鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故のリスクも極小となる。
【００２７】
嫌気性消化槽や消化汚泥供給部、改質装置、固液分離装置、濃縮汚泥返送部に関しては、請求項１と構成が同様であり、前処理装置に関しては請求項２の構成と同様であるため、説明は省略する。
ここで、嫌気性消化槽の温度を３０〜４０℃に設定する場合は、改質装置を経由することなく常温の易分解性原料（最初沈殿池汚泥や食品廃棄物等）を直接的に嫌気性消化槽へ投入しても良い。このことで特別な冷却装置が不要となる。
【００２８】
改質装置の加熱部において、嫌気性消化槽又は前処理装置が加温や保温が必要な場合、加熱部の熱エネルギーを共用しても良い。熱エネルギーを共用する場合、加熱部の熱を嫌気性消化槽又は前処理装置に供給するための熱供給部を加熱部に配設し、嫌気性消化槽又は前処理装置に連設することが望ましい。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の有機性廃棄物処理装置であって、前記改質汚泥返送部が、前記改質装置から排出される前記改質汚泥の少なくとも一部を前記前処理装置に供給する改質汚泥供給部を備える構成を有している。
この構成により、請求項３の作用に加え以下のような作用が得られる。
（１）改質装置中の改質汚泥の少なくとも一部を前処理装置に供給するので、改質汚泥に残っている難分解性（不活性）成分がより生分解され易い成分に変化し易く、廃棄物のメタンへの転換率をより高めることができる。
（２）改質汚泥に含まれている炭酸鉄の一部が前処理対象の汚泥に含まれている溶解性燐酸と反応し、燐酸鉄に変化する。このことでシステムの分離液における溶解性リン酸の排出が少なくなり、分離液の栄養塩除去効率が向上する。
【００３０】
ここで、改質汚泥供給部は改質汚泥返送部に配設されており、嫌気性消化槽に返送される改質汚泥の一部を前処理装置に供給することができればどのようなものでも良く、１軸ネジ式ポンプや遠心ポンプ等を使用することができる。
また、前処理装置に供給される改質汚泥の供給量は、改質装置から排出される改質汚泥量容積基準で、１日あたり５０〜１００容量％とすることが好ましい。１日あたりの供給量が５０容量％より少なくなるにつれ、前処理汚泥の濃縮に必要な凝集剤コストが増える（改質装置の改質汚泥を前処理装置に供給する供給量が少なくなると、凝集剤のコストが増える理由をご教示下さい。）傾向にあるので好ましくない。また、１００容量％より多くなるにつれ、前処理装置へ移動する熱エネルギーが増えることで改質装置が冷却され、加熱に必要なエネルギーコストが増える傾向にあるので好ましくない。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項１，３，４の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理装置であって、前記改質装置において、外部からｐＨ調整用の酸を添加しない構成を有している。
この構成により、請求項１，３，４の作用に加え以下のような作用が得られる。
（１）ｐＨ調整用の酸を添加しないので、添加する酸のコストが必要なく、添加時のｐＨの調整等の手間がかからず、生産性に優れる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理装置であって、前記廃棄物が、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーである構成を有している。
この構成により、請求項１乃至５の内いずれか１の作用に加え以下のような作用が得られる。
（１）廃棄物が、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーであるので、スラリー中の固形物に固形性の鉄塩が捕捉されるので、燐酸塩や炭酸塩が分離液に流失され難い。
【００３３】
ここで、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーとしては、下水処理の汚泥、家畜排泄物、産業排水処理の余剰汚泥、植物残渣等が挙げられる。これらのスラリーは窒素化合物を多く含むので、従来法のようにｐＨを下げたフェントン処理を適用しにくく、本発明の対象に特に好適である。また、含水率が低い場合は、前処理装置あるいはそれに先だって機械的に濃縮してもかまわない。
【００３４】
請求項７に記載の有機性廃棄物処理方法は、請求項１に記載の有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法であって、
嫌気性消化槽内で嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化工程と、前記消化汚泥の少なくとも一部を酸化（改質）処理し改質汚泥とする改質工程と、前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に供給する改質汚泥返送工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記分離工程で分離された濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に返送する濃縮汚泥返送工程と、を備え、前記改質工程において、前記消化汚泥中に析出した二価の鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で酸化処理を行う構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）改質工程において消化汚泥を６０〜１００℃の高温条件で酸化するので反応活性が高く、酸化（改質）処理に使用する二価鉄化合物は消化汚泥を利用することができるので、オゾン処理等のコストのかかる処理を必要とせず、少量の薬剤で不活性な有機性固形物を容易に生物分解性の高い成分に酸化（改質）させることができる。
（２）改質汚泥返送工程で、改質工程で酸化された生物分解性の高い改質汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化工程に返送し、改質汚泥が嫌気性消化工程で再度消化されるので、有機性固形物のメタンの回収転換率を８０％程度まで大幅に向上させることができるとともに、固液分離工程で系外に排出される汚泥の割合を、処理した有機性廃棄物の全量に対して１０質量％程度まで減少することができる。
（３）消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を改質工程の酸化（改質）処理に利用するので、二価鉄化合物を別途添加する必要が無く、酸化（改質）処理において実質的な薬剤コストは過酸化水素だけで良い。
（４）固液分離工程により分離された濃縮汚泥の少なくとも一部が、濃縮汚泥返送工程によって嫌気性消化工程に返送されるので、嫌気性消化工程における汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を３０日以上に保つことができ、安定してメタン発酵させることができる。
（５）改質工程の加熱は、嫌気性消化工程の温度保持に要する熱エネルギーを共用することができ、嫌気性消化工程の温度保持においても、過熱された改質汚泥を使用することができるので、熱エネルギーコストが殆ど必要ない。
（６）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、改質汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（７）本発明の処理方法では、燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じる。これらの塩の溶解度はかなり低く、液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。そのため、外部への鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故のリスクも極小となる。
（８）消化汚泥は投入の原料汚泥よりも粘度が低いので、混合・希釈することで、汚泥の供給や返送等に使用するポンプ等の電力消費が削減される。
【００３５】
ここで、嫌気性消化工程において、微生物を適切に培養するためにメタン発酵の温度は一定の温度（好ましくは３５℃程度）に保たれることが好ましい。温度を保つ方法としては、蒸気吹き込みや熱交換器が用いられるが、高温で処理された改質汚泥を返送することで温度を制御することも可能である。
嫌気性消化工程において、メタン生成細菌等を含む汚泥は、１日当りに処理する廃棄物の１００重量部に対し５００〜３０００重量部、好ましくは１０００〜２０００重量部備えている。汚泥の量が１０００重量部より少なくなるにつれ、処理する廃棄物の量に対するメタン生成細菌の量が少ないので、消化効率が落ち、メタンの回収量が低下する傾向にあり、２０００重量部より多くなるにつれ、嫌気性消化工程で処理する廃棄物の量が少なく、廃棄物の処理効率が低下する傾向にあり好ましく、５００重量部より少なくなる、又は３０００重量部より多くなるにつれ、これらの傾向が著しくなるので好ましくない。
【００３６】
改質工程は、６０〜１００℃の温度条件で酸化（改質）処理することが好ましい。処理温度が５０℃より低くなるにつれ、処理効率が落ち、消化汚泥の酸化に時間がかかるため、難分解性（不活性）成分が改質汚泥に多く残るとともに、改質成分の生物分解反応自体も低くなる傾向にあり、１００℃より高くなるにつれ、改質効率が上昇し難く、メタンへの転換効率も上昇し難いので、改質装置の加熱にかかるコストに見合う効果が得られなくなる傾向にあり好ましくない。
６０〜１００℃に加温する方法としては特に限定されず、蒸気の吹き込み、機械攪拌、空気攪拌等のいずれも使用することができ、特に限定されない。また、嫌気性消化工程に熱エネルギーを使用する場合、それを共用しても良い。
【００３７】
改質工程における酸化（改質）処理に供する消化汚泥の量は、嫌気性消化槽保有汚泥基準で、１日あたり１．５〜２．５質量％とすることが好ましい。１日あたりの酸化（改質）処理量が１．５質量％より少なくなるにつれ、改質される有機物の量が減るので、嫌気性消化工程に返送される改質汚泥中の難分解性（不活性）な固形物の濃度が高くなり、固液分離装置への固形物負荷が高くなって汚泥を濃縮しにくくなる傾向にあるので好ましくない。また、２．５質量％より多くなるにつれ、改質される有機物の量は増えるが、改質汚泥中の嫌気性微生物も死滅してしまうので好ましくない。
酸化（改質）処理を行う改質装置は、連続的に汚泥と過酸化水素を投入・攪拌して改質汚泥を排出するフローが好ましい。回分的な処理は効率を多少高めるが、制御機器がやや複雑になるので好ましくない。
【００３８】
改質工程の酸化（改質）処理で使用する過酸化水素は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．０３〜０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳとすることが好ましい。過酸化水素の供給量が０．０３ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、改質汚泥のメタン発酵速度が低くなり、嫌気性消化槽の必要容量が大きくなる傾向にあり好ましくない。また、０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、改質汚泥はより可溶化されるが、同時に無機化も進むので、汚泥有機物の無機化も進むので、生物反応において炭酸ガスへの転換度合いが増え、メタンへの転換効率が低下する傾向にあるので好ましくない。
改質工程の酸化（改質）処理で使用する二価鉄化合物中の二価の鉄の量としては、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．１〜０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳであることが好ましい。消化汚泥中の二価の鉄の量が０．１ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、酸化反応において十分なラジカルが生成されず、改質汚泥中に嫌気性微生物を阻害する過酸化水素が残存し易くなる傾向にあり好ましくない。また、０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、消化汚泥の濃度が高くなり、固液分離工程における固形物負荷が高くなので、汚泥を濃縮し難くなる傾向にあり好ましくない。
尚、廃棄物中に鉄化合物が殆ど含まれておらず、鉄イオンの添加が必要となる場合は、塩化第二鉄や塩化第一鉄、ポリ硫酸鉄等のような工業薬品を使用することができる。
【００３９】
酸化（改質）処理においては、ｐＨは６〜９の範囲であることが好ましい。炭水化物を多く含む植物残渣の場合は、分解した炭水化物由来の有機酸によって、酸を外部から添加しなくても自動的にｐＨは酸性側に移行するので、この条件では実質的に酸の添加は不要である。ｐＨを６より低く設定すると、ｐＨを保つために酸の添加が必要となり、酸のコストがかかる傾向にあり好ましくない。また、ｐＨを９より高く設定すると、炭水化物由来の有機酸によるｐＨの低下が起こり難く、酸化（改質）処理の効率低下する傾向にあり好ましくない。
外部から酸を添加する場合、塩酸や有機酸発酵による処理液等を使用することができる。
【００４０】
改質工程で消化汚泥が改質される時間としては、１０〜１２０分であることが好ましい。改質時間が１０分より短くなるにつれ、過酸化水素の濃度が高い改質汚泥が嫌気性消化工程に返送されるので、過酸化水素によって嫌気性消化槽内の細菌が死滅し易くなる傾向にあり、１２０分より長くなるにつれ、改質工程の過酸化水素濃度が低くなるため、改質効率が低下する又は、過酸化水素の添加量が増加する傾向にあり好ましくない。
【００４１】
改質汚泥返送工程において、改質汚泥を数時間程放置すると次第に微細化するので、微細化後に嫌気性消化槽に投入することで、メタン発酵効率を高めることができる。
また、改質汚泥中の固形物の濃度は、１０質量％以下であることが好ましい。１０質量％より高くなるにつれ、改質汚泥の粘度が急上昇し、改質汚泥を返送する際のポンプ等の消費動力が急増する傾向にあり好ましくない。
【００４２】
固液分離工程は、消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離できれば使用する方法や機器は特に限定されず、膜による分離や遠心濃縮機、汚泥脱水機等を使用することが可能であるが、遠心濃縮機が特に好ましい。遠心濃縮機は通常の機械脱水としても使用可能なので、これを用いることで消化汚泥の固液分離と脱水をひとつでまかなうこともできる。
また、固液分離工程を前処理工程に使用し、分離した汚泥を嫌気性消化槽へ投入しても良い。
遠心濃縮機や汚泥脱水機を使用する場合、微量の凝集剤が添加される。有機性のポリマーだけを添加しても良いが、二液性凝集剤（有機性ポリマーと鉄塩）を用いると、鉄イオンの補給になるので好ましい。本発明の消化汚泥は、汚泥の荷電は多量の鉄塩によって既に中和されているため、凝集剤の添加量は少なくて済むものと考えられる。
固液分離後の分離液は処理水としてそのまま下水等へ放流することができるが、好気性生物処理その他の後処理を行った後に放流してもよい。
【００４３】
濃縮汚泥返送工程において、嫌気性消化工程に返送される濃縮汚泥の量は、固液分離工程で分離された濃縮汚泥の総量に対し、３０質量％以上であることが好ましい。
濃縮汚泥の返送量が３０質量％より少なくなるにつれ、嫌気性消化工程で滞留する汚泥の量が少なくなり、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が短くるので、細菌が保持され難く、メタン発酵が円滑に進まなくなる傾向にあり好ましくない。
【００４４】
請求項８に記載の有機性廃棄物処理方法は、請求項２に記載の有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法であって、
嫌気性消化槽内で嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理工程と、前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理工程に返送する消化汚泥返送工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記分離工程で分離された濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に返送する濃縮汚泥返送工程と、を備える構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）廃棄物をフェントン処理する前処理工程を備えるので、有機性固形物における難分解性（不活性）成分がより効率的に分解され、メタンへの転換効率を高めることができる。
（２）消化汚泥の少なくとも一部を前処理工程に供給するので、装置立上げ初期には鉄イオンの供給が必要であるが、それ以外には殆ど供給する必要がなく、薬品の使用コストが少なくて良い。
（３）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、前処理汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（４）本発明の処理方法では、燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じる。これらの塩の溶解度はかなり低く、液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。そのため、外部への鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故のリスクも極小となる。
（５）消化汚泥は投入の原料汚泥よりも粘度が低いので、混合・希釈することで、汚泥の供給や返送等に使用するポンプ等の電力消費が削減される。
【００４５】
嫌気性消化工程や改質工程、固液分離工程、濃縮汚泥返送工程に関しては、請求項７と構成が同様であるため、説明は省略する。
ここで、前処理工程として、フェントン処理にともする廃棄物の量は、嫌気性消化槽保有汚泥基準で、１日あたり１．５〜２．５質量％程度が好ましい。１日あたりの前処理量が１．５質量％より少なくなるにつれ、フェントン処理される有機物の量が減るので、嫌気性消化工程の消化汚泥中の難分解性（不活性）な固形物の濃度が高くなり、固液分離工程における固形物負荷が高くなり、汚泥を濃縮しにくくなるので好ましくない。また、２．５質量％より多くなるにつれ、改質される有機物の量は増えるが、嫌気性消化工程中の嫌気性微生物が死滅する恐れがあり好ましくない。
【００４６】
前処理工程におけるフェントン処理に供給する過酸化水素の供給量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．０３〜０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳとすることが好ましい。過酸化水素の供給量が０．０３ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、改質汚泥のメタン発酵速度が低くなり、嫌気性消化槽の必要容量が大きくなる傾向にあり、３質量％より少なくなるとこの傾向が著しいので好ましくない。０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、改質汚泥はより可溶化されるが、同時に汚泥有機物の無機化も進むので、生物反応において炭酸ガスへの転換度合いが増え、メタンへの転換効率が低下する傾向にあるので好ましくない。
また、前処理工程におけるフェントン処理に供給する二価鉄化合物中の二価鉄の量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．１〜０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳであることが好ましい。消化汚泥中の二価鉄の量が０．１ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより少なくなるにつれ、酸化反応において十分なラジカルが生成されず、改質汚泥中に嫌気性微生物を阻害する過酸化水素が残存し易くなる傾向にあり好ましくない。また、０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳより多くなるにつれ、消化汚泥の濃度が高くなり、固液分離工程における固形物負荷が高くなって汚泥を濃縮し難くなる傾向にあり好ましくない。
尚、装置の立上げ初期に添加する鉄イオンの供給源としては、塩化第二鉄や塩化第一鉄、ポリ硫酸鉄等のような工業薬品を使用することができる。
【００４７】
前処理工程で有機性廃棄物や消化汚泥がフェントン処理される時間としては、１０〜１２０分であることが好ましい。フェントン処理時間が１０分より短くなるにつれ、過酸化水素の濃度が高い前処理汚泥が嫌気性消化工程に供給されるので、過酸化水素によって嫌気性消化槽内の細菌が死滅し易くなる傾向にあり、１２０分より長くなるにつれ、前処理工程における過酸化水素濃度が低くなるため、改質効率が低下する又は、過酸化水素の添加量が増加する傾向にあり好ましくない。
【００４８】
請求項９に記載の有機性廃棄物処理方法は、請求項３に記載の有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法であって、
嫌気性消化槽内で嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で有機性固形物を多く含む廃棄物をフェントン処理し前処理汚泥とする前処理工程と、前記前処理汚泥をメタン発酵させ消化汚泥とする嫌気性消化工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥の少なくとも一部を前記前処理工程に返送する消化汚泥返送工程と、前記消化汚泥の少なくとも一部を酸化（改質）処理し改質汚泥とする改質工程と、前記改質汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に供給する改質汚泥返送工程と、前記嫌気性消化工程で排出される前記消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記分離工程で分離された濃縮汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化工程に返送する濃縮汚泥返送工程と、を備え、前記改質工程において、前記消化汚泥中に析出した二価の鉄化合物を利用し、６０〜１００℃の高温条件で酸化（改質）処理を行う構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）改質工程において消化汚泥を６０〜１００℃の高温条件で酸化するので反応活性が高く、酸化（改質）処理に使用する二価鉄化合物は消化汚泥を利用することができるので、オゾン処理等のコストのかかる処理を必要とせず、少量の薬剤で不活性な有機性固形物を容易に生物分解性の高い成分に酸化（改質）させることができる。
（２）改質汚泥返送工程で、改質工程で酸化された生物分解性の高い改質汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化工程に返送し、改質汚泥が嫌気性消化工程で再度消化されるので、有機性固形物のメタンの回収転換率を８０％程度まで大幅に向上させることができるとともに、固液分離工程で系外に排出される汚泥の割合を、処理した有機性廃棄物の全量に対して１０質量％程度まで減少することができる。
（３）消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を改質工程の酸化（改質）処理に利用するので、二価鉄化合物を別途添加する必要が無く、酸化（改質）処理において実質的な薬剤コストは過酸化水素だけで良い。
（４）固液分離工程により分離された濃縮汚泥の少なくとも一部が、濃縮汚泥返送工程によって嫌気性消化工程に返送されるので、嫌気性消化工程における汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を３０日以上に保つことができ、安定してメタン発酵させることができる。
（５）改質工程の加熱は、嫌気性消化工程や前処理工程の加熱や温度保持に要する熱エネルギーを共用することができ、嫌気性消化工程の温度保持においても、過熱された改質汚泥を使用することができるので、熱エネルギーコストが殆ど必要ない。
（６）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、前処理汚泥や改質汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（７）廃棄物をフェントン処理する前処理工程を備えるので、有機性固形物における難分解性（不活性）成分がより効率的に分解され、メタンへの転換効率を高めることができる。
（８）消化汚泥の少なくとも一部を前処理工程に供給するので、初期段階で鉄イオンの供給が必要であるが、それ以降は鉄イオンは殆ど供給がいらず、薬品の使用コストが少なくて良い。
（９）前処理工程と改質工程により、廃棄物中の難分解性（不活性）成分を効率よく生分解性の高い成分に酸化（改質）するので、メタンへの転換率をより高めることができる。
（１０）本発明の処理方法では、燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じる。これらの塩の溶解度はかなり低く、液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。そのため、外部への鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故（有機酸の過剰生成による槽内ｐＨの低下によって引き起こされる失活）のリスクも極小となる。
（１１）消化汚泥は投入の原料汚泥よりも粘度が低いので、混合・希釈することで、汚泥の供給や返送等に使用するポンプ等の電力消費が削減される。
【００４９】
嫌気性消化工程や改質工程、固液分離工程、濃縮汚泥返送工程に関しては、請求項７と構成が同様であり、前処理工程と消化汚泥供給工程に関しては請求項８の構成と同様であるため、説明は省略する。
【００５０】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の有機性廃棄物処理方法であって、前記改質汚泥返送工程が、前記改質汚泥の少なくとも一部を前記前処理工程に供給する改質汚泥供給工程を備える構成を有している。
この構成により、請求項９の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）改質汚泥返送工程が、改質汚泥の少なくとも一部を前処理工程に供給する改質汚泥供給工程を備えるので、改質汚泥に残っている難分解性（不活性）成分がより生分解され易い成分に変化し易く、廃棄物のメタンへの転換率をより高めることができる。
（２）改質汚泥に含まれている炭酸鉄の一部が前処理対象の汚泥に含まれている溶解性燐酸と反応し、燐酸鉄に変化する。このことでシステムの分離液における溶解性リン酸の排出が少なくなり、分離液の栄養塩除去効率が向上する。
【００５１】
ここで、前処理工程に供給される改質汚泥の供給量は、改質汚泥質量基準で、１日あたり２０〜８０質量％とすることが好ましい。１日あたりの供給量が２０質量％より少なくなるにつれ、粘度の高い改質汚泥を前処理工程から嫌気性消化工程に返送するポンプ等の電力費が急増する傾向にあるので好ましくない。また、８０質量％より多くなるにつれ、  前処理工程で有機性廃棄物と反応する過酸化水素の量が相対的に少なくなるので、過酸化水素の消費が急増する傾向にあるので好ましくない。
【００５２】
請求項１１に記載の発明は、請求項７，９，１０の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理方法であって、前記改質工程において外部からｐＨ調整用の酸を添加しない構成を有している。
この構成により、請求項７，９，１０の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）ｐＨ調整用の酸を添加しないので、添加する酸のコストが必要なく、添加時のｐＨの調整等の手間がかからず、生産性に優れる。
【００５３】
請求項１２に記載の発明は、請求項７乃至１１の内いずれか１に記載の有機性廃棄物処理方法であって、前記廃棄物が、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーであること構成を有している。
この構成により、請求項７乃至１１の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）廃棄物が、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーであるので、スラリー中の固形物に固形性の鉄塩が捕捉されるので、燐酸塩や炭酸塩が分離液に流失するのを防ぐことができる。
【００５４】
ここで、生物難分解性の有機性固形物を多く含む含水率が９０％以上のスラリーとしては、下水処理の汚泥、家畜排泄物、産業排水処理の余剰汚泥、植物残渣等が挙げられる。これらのスラリーは窒素化合物を多く含むので、従来法のようにｐＨを下げたフェントン処理を適用しにくく、本発明の対象に特に好適である。また、含水率が低い場合は、前処理装置あるいはそれに先だって機械的に濃縮してもかまわない。
【発明の効果】
【００５５】
以上のように、本発明の有機性廃棄物処理装置及び有機性廃棄物処理方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）薬剤等のコストを殆ど必要とせず、分離液中の燐酸濃度を下げることができるとともに、難分解性（不活性）成分の多い有機性固形物からのメタンの回収転換率が高い有機性廃棄物処理装置を提供することができる。
【００５６】
請求項２に記載の発明によれば、
（１）薬剤等のコストを殆ど必要とせず、薬剤等のコストを殆ど必要とせず、分離液中の燐酸濃度を下げることができるとともに、難分解性（不活性）成分の多い有機性固形物からのメタンの回収転換率が高い有機性廃棄物処理装置を提供することができる。
【００５７】
請求項３に記載の発明によれば、
（１）薬剤等のコストを殆ど必要とせず、分離液中の燐酸濃度を下げることができるとともに、難分解性（不活性）成分の多い有機性固形物からのメタンの回収転換率が極めて高い有機性廃棄物処理装置を提供することができる。
【００５８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、
（１）改質汚泥に残っている難分解性（不活性）成分がより生分解され易い成分に変化し易く、廃棄物のメタンへの転換率をより高めることができる有機性廃棄物処理装置を提供することができる。
【００５９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１，３，４の効果に加え、
（１）添加する酸のコストが必要なく、添加時のｐＨの調整等の手間がかからず、生産性に優れる有機性廃棄物処理装置を提供することができる。
【００６０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の内いずれか１の効果に加え、
（１）燐酸塩や炭酸塩が分離液に流失され難い有機性廃棄物処理装置を提供することができる。
【００６１】
請求項７に記載の発明によれば、
（１）薬剤等のコストを殆ど必要とせず、分離液中の燐酸濃度を下げることができるとともに、難分解性（不活性）成分の多い有機性固形物からのメタンの回収転換率が高い有機性廃棄物処理方法を提供することができる。
【００６２】
請求項８に記載の発明によれば、
（１）薬剤等のコストを殆ど必要とせず、分離液中の燐酸濃度を下げることができるとともに、難分解性（不活性）成分の多い有機性固形物からのメタンの回収転換率が高い有機性廃棄物処理方法を提供することができる。
【００６３】
請求項９に記載の発明によれば、
（１）薬剤等のコストを殆ど必要とせず、分離液中の燐酸濃度を下げることができるとともに、難分解性（不活性）成分の多い有機性固形物からのメタンの回収転換率が極めて高い有機性廃棄物処理方法を提供することができる。
【００６４】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９の効果に加え、
（１）改質汚泥に残っている難分解性（不活性）成分がより生分解され易い成分に変化し易く、廃棄物のメタンへの転換率をより高めることができる有機性廃棄物処理方法を提供することができる。
【００６５】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項７，９，１０の効果に加え、
（１）添加する酸のコストが必要なく、添加時のｐＨの調整等の手間がかからず、生産性に優れる有機性廃棄物処理方法を提供することができる。
【００６６】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項７乃至１１の内いずれか１の効果に加え、
（１）燐酸塩や炭酸塩が分離液に流失され難い有機性廃棄物処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施の形態１の有機廃棄製処理装置の系統図
【図２】実施の形態２の有機廃棄製処理装置の系統図
【図３】実施の形態３の有機廃棄製処理装置の系統図
【図４】実施の形態４の有機廃棄製処理装置の系統図
【図５】比較例２のメタン転換率を示したグラフ
【図６】比較例２の消火性能を示したグラフ
【図７】比較例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフ
【図８】比較例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフ
【図９】比較例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフ
【図１０】比較例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフ
【図１１】実施例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフ
【図１２】実施例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフ
【図１３】実施例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフ
【図１４】実施例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフ
【図１５】鉄イオンの種類とメタン転換率を示したグラフ
【図１６】過酸化水素の添加量とメタン転換率を示したグラフ
【図１７】改質時の処理温度がメタン転換に及ぼす影響を示したグラフ
【図１８】鉄イオンの添加量とメタン転換率を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００６８】
以下、本発明の実施の形態における有機性廃棄物処理装置について、図面を参照しながら説明する。尚、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１により説明する。図１は、実施の形態１の有機廃棄製処理装置の系統図である。
図１において、１は実施の形態１の有機性廃棄物処理装置、２は投入される有機性廃棄物等をメタン発酵させる嫌気性消化槽、３は嫌気性消化槽２から消化汚泥供給部２ａによって供給された消化汚泥中の難分解性（不活性）成分を６０〜１００℃の高温下で生物分解性の高い汚泥に酸化（改質）する改質装置、４は改質装置３に過酸化水素を供給する過酸化水素供給部、５は改質装置３に二価の鉄イオンを供給する鉄イオン供給部、６は前処理装置を加温する加熱部、７は加温された改質汚泥を嫌気性消化槽２に返送する改質汚泥返送部、８は嫌気性消化槽２の消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離する固液分離装置、９は固液分離装置８で排出される濃縮汚泥を嫌気性消化槽２に返送する濃縮汚泥返送部である。
【００６９】
実施の形態１の有機性廃棄物処理装置１は、投入の有機性廃棄物の濃度が充分に高い時に好ましい。嫌気性消化槽２後段の固液分離装置８で濃縮された濃縮汚泥の一部をそのまま系外に排出できるため、最終処分の汚泥脱水工程で水量負荷が少なくなる。
嫌気性消化槽２で使用される嫌気性微細物としては、有機性固形物を可溶化・低分子化させる酸生成細菌と、酸生成細菌によって生成された有機酸等を摂取してメタンを生成するメタン生成細菌と、改質汚泥に含まれる三価の鉄イオンを二価に還元する働きを有する鉄還元細菌が使用されている。鉄還元細菌は、三価の鉄イオンを電子受容体に用いて二価に還元することで増殖する。この結果、改質汚泥中に三価の鉄イオンとして含まれる水酸化鉄フロックは分解し、嵩の小さい緻密な炭酸鉄や燐酸水素鉄に変化し析出する。これにより、排出の消化汚泥に含まれる嵩の大きい水酸化鉄フロックの量は激減し、最終処分の脱水ケーキの量は大幅に減量される。更に、鉄還元細菌によって三価の鉄イオンは二価に再生されるので、消化汚泥を使用することで、酸化（改質）処理においては、外部から添加する鉄イオンは最小限で済み、実質的な薬剤コストは過酸化水素だけとなる。
また、嫌気性消化槽２は、微生物を適切に培養するためには２０〜６０℃の範囲に保つことが好ましく、特に３５℃前後で運転することが好ましい。この加温には、通常、槽への蒸気吹き込みや熱交換器が用いられるが、加温した改質汚泥を返送することで温度を制御することも可能である。
尚、嫌気性消化槽２を形成する素材の材質としては特に限定されず、コンクリートであることが好ましいが、金属製、合成樹脂製等の種々ものを使用することもできる。また、形状も特に限定されず、円筒形、卵形形、亀甲形等の種々の形状が用いられる。
【００７０】
改質装置３において、酸化（改質）処理は６０〜１００℃の高温条件下で行われる。これにより、汚泥の改質効率が向上するとともに、フェントン処理のように酸性化の運転も不要で、鉄を含む消化汚泥に過酸化水素を添加・混合するだけで充分な処理が可能である。尚、改質装置３は、加熱部６から供給される水蒸気等の熱により加温されるが、改質装置３を加熱することができれば特に限定されず、熱交換器等を使用することもできる。また、加熱部６は、嫌気性消化槽２の加熱や保温のために熱エネルギーを共用しても良い。熱エネルギーを共用する場合、熱供給部を加熱部６に配設し、嫌気性消化槽２と加熱部６を連設することが望ましい。
改質装置３を形成する素材の材質は特に限定されず、装置の加熱温度や添加される過酸化水素等に耐えられるものであれば良く、金属製、合成樹脂製、コンクリート製、ガラスライニング製等の種々ものを使用することができる。また、形状も特に限定されず、円筒形、箱形、角形等の種々の形状が用いられる。
また、改質装置３で酸化（改質）処理に供する消化汚泥の量は、嫌気性消化槽２の保有汚泥基準で、１日あたり１．５〜２．５％（質量か容量かをご教示下さい。）とすることが好ましい。
改質装置３の酸化（改質）処理では、過酸化水素供給部４及び鉄イオン供給部５によって過酸化水素及び鉄イオンが供給されるが、改質装置３で使用する過酸化水素は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．０３〜０．１２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳとすることが好ましく、二価鉄化合物中の二価の鉄の量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．１〜０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳであることが好ましい。
尚、鉄イオン供給部５は、有機性廃棄物中に鉄化合物が殆ど含まれていない場合に、有機性廃棄物処理装置１の立上げ初期に鉄イオンの添加を行う際に使用するが、添加する鉄イオンの供給源としては塩化第二鉄や塩化第一鉄、ポリ硫酸鉄等のような工業薬品を使用することができる。有機性廃棄物中に鉄イオンが十分に含まれているときは、鉄イオン供給部５は備えなくとも良い。
また、改質装置３の酸化（改質）処理では、ｐＨを下げると反応がより進むが、ｐＨは６〜９の範囲であれば、分解した炭水化物由来の有機酸によって、酸を外部から添加しなくても自動的にｐＨは酸性側に移行するので、この条件では実質的に酸の添加は不要である。
改質装置３で消化汚泥が改質される時間としては、１０〜１２０分であることが好ましい。改質時間が１０分より短くなるにつれ、過酸化水素の濃度が高い改質汚泥が嫌気性消化槽２に返送されるので、過酸化水素によって嫌気性消化槽２内の細菌が死滅し易くなる傾向にあり、１２０分より長くなるにつれ、改質装置３内の過酸化水素濃度が低くなるため、改質効率が低下する又は、過酸化水素の添加量が増加する傾向にあり好ましくない。
【００７１】
改質汚泥返送部７は、改質装置３の底部側に配設されることが好ましく、改質汚泥を系外に排出する又は他の装置に供給するために、改質汚泥返送部７には、分岐弁等を配設しても良い。
改質汚泥返送部７としては、改質汚泥を搬送でき、改質汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽２に供給することができれば、構成は特に限定されないが、構成は特に限定されないが、１軸ネジ式ポンプや遠心ポンプ等を使用することができる。
【００７２】
固液分離装置８は、消化汚泥を濃縮汚泥と分離液に分離できれば特に限定されず、膜による分離も可能であるが、遠心濃縮機が特に好ましい。遠心濃縮機は通常の機械脱水としても使用可能なので、これを用いることで消化汚泥の固液分離と脱水をひとつでまかなうこともできる。尚、植物残渣のようにサイズの大きい廃棄物の場合は、スクリーン（汚泥脱水機）によって固液分離を行っても良い。
【００７３】
濃縮汚泥返送部９としては、濃縮汚泥を抜き出すことができ、濃縮汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽２に供給することができれば、構成は特に限定されないが、１軸ネジ式ポンプや遠心ポンプ等を使用することができる。
濃縮汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽２に返送することができるので、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を長くすることができ、嫌気性消化槽２内の細菌を保持し、メタン発酵を円滑に進めることができる。
【００７４】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における有機性廃棄物処理装置について、以下これを用いた有機性廃棄物処理方法を、図面を参照しながら説明する。
図１より、まず、嫌気性消化工程として、嫌気性消化槽２に投入された有機性廃棄物中の有機性固形物は、メタン発酵され消化汚泥となる。この消化汚泥には、難分解性（不活性）成分が多く残っているため、改質工程として、嫌気性消化槽２から排出された消化汚泥は消化汚泥供給部２ａによって改質装置３に供給され、改質装置３で６０〜１００℃の高温条件で酸化（改質）処理されて、生物分解性の高い成分を多く含む改質汚泥となる。
次に、改質汚泥返送工程として、改質汚泥は、改質汚泥返送部７によって、嫌気性消化槽２に搬送され、更にメタン発酵される。改質汚泥は、酸化（改質）処理によって加温されているので、嫌気性消化槽２の保温にも使用することができる。尚、改質汚泥は嫌気性消化槽２に投入する前に数時間程放置すると次第に微細化するので、メタン発酵効率を多少高めることができる。
次いで、固液分離工程として、嫌気性消化槽２で十分にメタン発酵された消化汚泥は、固液分離装置８で濃縮汚泥と分離液に分離される。固液分離装置８には、凝集剤が添加されるが。有機性のポリマーだけを添加しても良いが、二液性凝集剤（有機性ポリマーと鉄塩）を用いると、鉄イオンの補給になるので好ましい。本発明の消化汚泥は、汚泥の荷電は多量の鉄塩によって既に中和されているため、凝集剤の添加量は少なくて済むものと考えられる。
濃縮汚泥返送工程として、固液分離装置８の濃縮汚泥は、最終処分されるか、濃縮汚泥返送部９により嫌気性消化槽２に搬送される。
【００７５】
以上のように、実施の形態１における有機性廃棄物処理装置は構成されているので、以下の作用が得られる。
（１）改質装置３において消化汚泥を６０〜１００℃の高温条件で酸化（改質）するので酸化反応の活性が高く、酸化（改質）処理に必要となる二価鉄化合物は消化汚泥に含まれているので、オゾン処理装置等の高価な反応装置を必要とせず、少量の薬剤で不活性な有機性廃棄物を容易に生物分解性の高い成分に酸化（改質）させることができる。
（２）改質汚泥返送部７により、改質装置３で酸化（改質）された生物分解性の高い改質汚泥の少なくとも一部が嫌気性消化槽２に返送され、改質汚泥が嫌気性消化槽２で再度消化されるので、有機性固形物のメタンの回収転換率を８０％程度まで大幅に向上させることができるとともに、固液分離装置８から系外に排出される汚泥の割合を、処理した有機性廃棄物の全量に対して１０質量％程度まで減少することができる。
（３）消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を改質装置３の酸化（改質）処理に利用するので、二価鉄化合物を別途添加する必要が無く、酸化（改質）処理において実質的な薬剤コストは過酸化水素だけで良い。
（４）固液分離装置８により分離された濃縮汚泥の少なくとも一部が、濃縮汚泥返送部９によって嫌気性消化槽２に返送されるので、嫌気性消化工程における汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を３０日以上に保つことができ、安定してメタン発酵させることができる
（５）改質装置３の加熱は、嫌気性消化槽２の温度保持に要する熱エネルギーを共用することができ、嫌気性消化槽２の温度保持においても、加熱された改質汚泥を使用することができるので、熱エネルギーコストが殆ど必要ない。
（６）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、改質汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（７）嫌気性消化槽２において、溶解度の低い燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じるので、液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。そのため、嫌気性消化槽２外への鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故のリスクも極小となる。
（８）消化汚泥は投入の原料汚泥よりも粘度が低いので、混合・希釈することで、汚泥の供給や返送等に使用するポンプ等の電力消費が削減される。
【００７６】
実施の形態１における有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法によれば、以下の作用を有する。
（１）改質工程において消化汚泥を６０〜１００℃の高温条件で酸化するので反応活性が高く、酸化（改質）処理に使用する二価鉄化合物は消化汚泥を利用することができるので、オゾン処理等のコストのかかる処理を必要とせず、少量の薬剤で不活性な有機性固形物を容易に生物分解性の高い成分に酸化（改質）させることができる。
（２）改質汚泥返送工程で、改質工程で酸化された生物分解性の高い改質汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化工程に返送し、改質汚泥が嫌気性消化工程で再度消化されるので、有機性固形物のメタンの回収転換率を８０％程度まで大幅に向上させることができるとともに、固液分離工程で系外に排出される汚泥の割合を、処理した有機性廃棄物の全量に対して１０質量％程度まで減少することができる。
（３）消化汚泥中に析出した二価鉄化合物を改質工程の酸化（改質）処理に利用するので、二価鉄化合物を別途添加する必要が無く、酸化（改質）処理において実質的な薬剤コストは過酸化水素だけで良い。
（４）固液分離工程により分離された濃縮汚泥の少なくとも一部が、濃縮汚泥返送工程によって嫌気性消化工程に返送されるので、嫌気性消化工程における汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を３０日以上に保つことができ、安定してメタン発酵させることができる。
（５）改質工程の加熱は、嫌気性消化工程の温度保持に要する熱エネルギーを共用することができ、嫌気性消化工程の温度保持においても、過熱された改質汚泥を使用することができるので、熱エネルギーコストが殆ど必要ない。
（６）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、改質汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
（７）嫌気性消化工程において、溶解度の低い燐酸鉄以外にも炭酸鉄の析出も生じるので、液中に平衡する鉄イオン濃度は数ｍｇ／Ｌに過ぎない。そのため、鉄の流失は最少となり、運転コストは従来法よりも著しく削減される。加えて、これら難溶性の鉄塩は、ｐＨの緩衝剤としても機能するので、メタン発酵プロセスでしばしば発生する酸敗の事故のリスクも極小となる。
（８）消化汚泥は投入の原料汚泥よりも粘度が低いので、混合・希釈することで、汚泥の供給や返送等に使用するポンプ等の電力消費が削減される。
【００７７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図２により説明する。図２は、実施の形態２の有機廃棄製処理装置の系統図である。尚、実施の形態１で説明したものと同様のものは同じ符号を付して説明は省略する。
実施の形態２は、実施の形態１において、固液分離装置を前処理として用いた構成となっており、投入の有機性廃棄物の濃度が比較的低いときに好ましい。
【００７８】
以上のように構成された本発明の実施の形態２における有機性廃棄物処理装置１０について、以下これを用いた有機性廃棄物処理方法を、図面を参照しながら説明する。
図２より、まず、水分量の多い有機性廃棄物は固液分離装置８に送られ、過剰の水分が除去されたのち、濃縮（余剰）汚泥が濃縮汚泥返送部９によって嫌気性消化槽２に投入される。
次に、濃縮（余剰）汚泥は、実施の形態１における有機性廃棄物処理方法と同様に、嫌気性消化工程として、嫌気性消化槽２で嫌気性消化され消化汚泥となり、改質工程として、消化汚泥供給部２ａによって改質装置３に供給され、消化汚泥を改質装置２で酸化（改質）処理される。
次いで、改質汚泥返送工程として、改質汚泥返送部７によって、改質汚泥が嫌気性消化槽２に搬送され、更にメタン発酵される。十分にメタン発酵した改質汚泥は、最終処分される。
【００７９】
以上のように、本発明の実施の形態２における有機性廃棄物処理装置は構成されているので、実施の形態１の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）固液分離装置８を前処理として用いた構成となっているので、投入される有機性廃棄物の濃度が比較的低い場合に、余分な水分を除去することができる。
（２）投入物はあらかじめ濃縮して流量を下げるので、嫌気性消化槽２の滞留時間（反応時間）を長くできる。
（３）この濃縮に固液分離プロセスを用いることで投入物と消化汚泥の濃縮を一つの装置で行うことができる。
（４）消化汚泥に多量の鉄分を含まれる場合、投入の有機性廃棄物の荷電が中和され、その濃縮に必要な凝集剤の添加量を削減することができる。
【００８０】
実施の形態２における有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法によれば、実施の形態１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）前処理工程で有機性廃棄物をフェントン処理するので、有機性固形物における難分解性（不活性）成分がより効率的に分解され、メタンへの転換効率を高めることができる。
（２）消化汚泥の少なくとも一部を前処理工程に供給するので、装置立上げ初期には鉄イオンの供給が必要であるが、それ以外には殆ど供給する必要がなく、薬品の使用コストが少なくて良い。
（３）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、前処理汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
【００８１】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を図３により説明する。図３は実施の形態３の有機廃棄製処理装置の系統図である。尚、実施の形態１で説明したものと同様のものは同じ符号を付して説明は省略する。
図３において、２１は固液分離装置８で濃縮された濃縮汚泥を前処理としてフェントン処理する前処理装置、２１ａは前処理装置２１の前処理汚泥を嫌気性消化槽２に供給する前処理汚泥供給部、２２は嫌気性消化槽２の消化汚泥を前処理装置２１に搬送する消化汚泥供給部、２３は前処理装置２１に過酸化水素を供給する前処理過酸化水素供給部、２４は前処理装置２１に二価の鉄イオンを供給する前処理鉄イオン供給部、２５は前処理装置４の温度を一定に保つための前処理装置加熱部である。
実施の形態３は実施の形態２において、改質装置３を取り除き、固液分離装置８から排出される余剰（濃縮）汚泥を前処理装置２１で前処理し、前処理された前処理汚泥が前処理汚泥供給部２１ａによって嫌気性消化槽２に投入される構成となっている。
前処理装置２１としては、フェントン処理が行えるものであれば良く、金属製、合成樹脂製、コンクリート製、ガラスライニング製等の種々ものを使用することができる。また、形状も特に限定されず、円筒形、箱形、角形等の種々の形状が用いられる。
前処理装置２１におけるフェントン処理に供する廃棄物の量は、嫌気性消化槽２の保有汚泥基準で、１日あたり１．５〜２．５質量％程度が好ましい。尚、フェントン処理を行う前処理装置２１は、二価鉄化合物と過酸化水素を投入・攪拌して前処理汚泥を排出するフローが好ましい。
前処理装置２１に前処理過酸化水素供給部２３から供給される過酸化水素の供給量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．０３〜０．１ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳとすることが好ましく、前処理鉄イオン供給部２４から供給される二価鉄化合物中の二価鉄イオンの量は、廃棄物中の有機物乾燥重量（ＴＶＳ）に対し、０．１〜０．３ｇ−Ｆｅ／ｇ−ＴＶＳであることが好ましい。有機性廃棄物中に鉄イオンが十分に含まれているときは、前処理鉄イオン供給部２４は備えなくとも良い。
前処理装置２１におけるフェントン処理では、処理温度を３０〜１００℃とすることが好ましい。前処理装置２１の加温には前処理装置加熱部２５が用いられるが、加温が必要なければ前処理装置加熱部２５は設けなくても良い。前処理装置加熱部２５は、加熱部６と同様に水蒸気等の熱により加温されるが、前処理装置２１を過熱することができれば特に限定されず、熱交換器等を使用することもできる。また、前処理装置加熱部２５の熱を、嫌気性消化槽２の保温又は加温に使用しても良い。熱エネルギーを共用する場合、嫌気性消化槽２と前処理装置加熱部２５の両方に連設された熱共用部を設けることが望ましい。
前処理装置２１で有機性廃棄物や消化汚泥がフェントン処理される時間としては、１０〜１２０分であることが好ましい。フェントン処理時間が１０分より短くなるにつれ、過酸化水素の濃度が高い前処理汚泥が嫌気性消化槽２に供給されるので、過酸化水素によって嫌気性消化槽２内の細菌が死滅し易くなる傾向にあり、１２０分より長くなるにつれ、前処理装置２１内の過酸化水素濃度が低くなるため、改質効率が低下する又は、過酸化水素の添加量が増加する傾向にあり好ましくない。
【００８２】
以上のように構成された本発明の実施の形態３における有機性廃棄物処理装置２０について、以下これを用いた有機性廃棄物処理方法を、図面を参照しながら説明する。
図３から、まず、前処理工程として、固液分離装置８に投入された有機性廃棄物は、過剰な水分が除去され、固液分離装置８で水分が除去された濃縮（余剰）汚泥は、前処理装置２１に投入される。前処理装置２１には、前処理過酸化水素供給部２３から過酸化水素が、前処理鉄イオン供給部２４から鉄イオンが供給され、投入された有機性廃棄物をフェントン処理する。
次に、前処理装置２１から排出された前処理汚泥は、嫌気性消化槽２に供給され、嫌気性消化工程として、メタン発酵される。
次いで、メタン発酵によってできた消化汚泥は、消化汚泥供給工程として、少なくとも一部が消化汚泥供給部２２によって、前処理装置２１に供給される。
嫌気性消化槽２で十分にメタン発酵された消化汚泥は、固液分離工程として、固液分離装置８で固液分離するか、最終処分される。
【００８３】
以上のように、本発明の実施の形態３における有機性廃棄物処理装置は構成されているので、実施の形態１又は２の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）固液分離装置８を前処理として用いた構成となっているので、投入される有機性廃棄物の濃度が比較的低い場合に、余分な水分を除去することができる。
（２）投入物はあらかじめ濃縮して流量を下げた方が嫌気性消化槽２の滞留時間（反応時間）を長くできる。
（３）廃棄物をフェントン処理する前処理装置を備えるので、有機性固形物における難分解性（不活性）成分がより効率的に生物分解され、メタンへの転換効率を高めることができる。
（４）消化汚泥の少なくとも一部を前処理装置に供給するので、装置立上げ初期には鉄イオンの供給が必要であるが、それ以降は鉄イオンの供給が殆ど要らず、薬品の使用コストが少なくて良い。
（５）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、前処理汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができる。
【００８４】
実施の形態３における有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法によれば、実施の形態１又は２に加え、以下の作用を有する。
（１）有機性廃棄物をフェントン処理する前処理装置を備えるので、有機性固形物における難分解性（不活性）成分がより効率的に生物分解され、メタンへの転換効率を高い。
（２）消化汚泥の少なくとも一部を前処理装置に供給するので、装置立上げ初期には鉄イオンの供給が必要であるが、それ以降は鉄イオンの供給が殆ど要らず、薬品の使用コストが少なくて良い。
（３）処理する廃棄物には多量のリンが含まれていても、前処理汚泥に含まれる三価鉄化合物は燐酸と反応して不溶性の燐酸鉄を形成するので、分離液中の燐酸濃度を著しく下げることができるとともに、燐酸鉄を回収してリン資源にリサイクルすることができ、資源の有効利用性に優れる。
【００８５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４を図４により説明する。図４は、実施の形態４の有機廃棄製処理装置の系統図である。尚、実施の形態１又は３で説明したものと同様のものは同じ符号を付して説明は省略する。
図４において、７ａは改質汚泥返送部７に配設され改質装置３で改質された改質汚泥の少なくとも一部を前処理装置２１に供給する改質汚泥供給部である。
【００８６】
以上のように構成された本発明の実施の形態４における有機性廃棄物処理装置３０について、以下これを用いた有機性廃棄物処理方法を、図面を参照しながら説明する。
図４から、まず、前処理工程として、有機性廃棄物が前処理装置２１に投入されフェントン処理される。前処理装置２１におけるフェントン処理は実施の形態３と同様の条件で行い、過酸化水素の供給は前処理過酸化水素供給部２３が、鉄イオンの供給は前処理鉄イオン供給部２４が、前処理装置２１の保温又は加温は前処理装置加熱部２５が行う。
次に、前処理装置２１では、前処理装置２１から排出された前処理汚泥は、嫌気性消化槽２に供給され、嫌気性消化工程として、メタン発酵され、消化汚泥となる。
次いで、消化汚泥は、消化汚泥は消化汚泥供給部２２によって、少なくとも一部が前処理装置２１に供給され、残りの消化汚泥は、実施の形態１の有機性廃棄物処理方法と同様に、消化汚泥供給部２ａによって改質装置３に投入され、改質工程として改質装置３で消化汚泥が酸化され、生物分解性の高い成分を含む汚泥に改質された改質汚泥となり、改質汚泥返送工程によって、有機性消化槽２に改質汚泥が返送される。この際、改質汚泥供給工程として、改質汚泥返送部７に配設された改質汚泥供給部４ａによって、改質汚泥の少なくとも一部が前処理装置２１に供給される。
十分に消化された消化汚泥は、固液分離工程として、固液分離装置８で濃縮汚泥と分離液に分離され、濃縮汚泥は濃縮汚泥返送工程として、濃縮汚泥返送部９により濃縮汚泥の少なくとも１部が嫌気性消化槽２に返送され、返送されなかった濃縮汚泥は最終処分される。
尚、前得処理過酸化水素供給部２３、前処理鉄イオン供給部２４、前処理装置加熱部２５については、改質装置３に配設された、過酸化水素供給部４、鉄イオン供給部５、加熱部６を利用する場合は設けなくても良い。
また、加熱部６の熱を嫌気性消化槽２又は前処理装置２１に供給する場合、熱供給部を加熱部に配設し、嫌気性消化槽２または前処理装置２１に連設することが望ましい。
【００８７】
以上のように、本発明の実施の形態４における有機性廃棄物処理装置は構成されているので、実施の形態１乃至３の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）前処理装置２１と改質装置３により、廃棄物中の難分解性（不活性）成分を効率よく生分解性の高い成分に酸化（改質）するので、メタンへの転換率をより高めることができる。
（２）改質装置３中の改質汚泥の少なくとも一部を前処理装置２１に供給するので、改質汚泥に残っている難分解性（不活性）成分がより生分解され易い成分に変化し易く、廃棄物のメタンへの転換率をより高めることができる。
【００８８】
実施の形態４における有機性廃棄物処理装置を用いた有機性廃棄物処理方法によれば、実施例１乃至３の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）前処理工程と改質工程により、廃棄物中の難分解性（不活性）成分を効率よく生分解性の高い成分に酸化（改質）するので、メタンへの転換率をより高めることができる。
（２）改質汚泥返送工程が、改質汚泥の少なくとも一部を前処理工程に供給する改質汚泥供給工程を備えるので、改質汚泥に残っている難分解性（不活性）成分がより生分解され易い成分に変化し易く、廃棄物のメタンへの転換率をより高めることができる。
【実施例】
【００８９】
以下、本発明を実験例により具体的に説明する。尚、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施の形態１の有機性廃棄物処理装置を用いて、下水処理場の嫌気性消化汚泥を遠心濃縮機で濃縮したものを種汚泥に用い、疑似好気嫌気法（活性汚泥を２段に仕切り、前段は曝気無し（嫌気状態）、後段は曝気有り（好気状態）にするフローで、これによって生物学的にリンを除去する方法）に近い運転条件の標準活性汚泥処理施設から採取された余剰汚泥（ＴＶＳ（有機物乾燥重量）濃度＝１５ｇ／Ｌ）を有機性廃棄物としてＨＲＴ（水理学的滞留時間）＝３６日の条件で中温（３５℃）の嫌気性消化の連続実験を１年以上に亘って継続した。
酸化処理は、平均して一日あたり槽内消化汚泥の１．６％を系外に引き抜き、回分的に実施した。酸化処理の温度は８０℃とし、過酸化水素の添加率は汚泥ＴＶＳあたり０．０５  ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳを標準とし、添加の影響を評価するため、一時的に０．１０  ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳに増やす実験も行った。立ち上げ初期には鉄イオンをモル比でＨ2Ｏ2：Ｆｅ＝１：２の割合で加え、槽内の鉄濃度がおよそ５ｇ−Ｆｅ／Ｌを超えた時点で鉄イオンの添加を停止した。また、添加するイオンとしては、Ｆｅ2+イオンを添加した改質系＃１（嫌気性消化槽有効容積＝８．０Ｌ）とＦｅ3+イオンを添加した改質系＃２（嫌気性消化槽有効容積＝８．０Ｌ）の其々を準備した。
固液分離は、一定量に引き抜いた消化汚泥に微量の有機性凝集剤を添加した後、高速遠心分離を行うこととした。これにより、投入の余剰汚泥から上澄液（ＴＶＳ濃度＝約２．０ｇ／Ｌ）を除去し、濃縮汚泥を嫌気性消化槽へ返送した。また、改質系＃１と＃２は嫌気性消化槽から定期的に５ｍＬほどの汚泥を採取し、各種の成分分析を行った。
【００９０】
（比較例１）
酸化処理を、室温（３５℃）のフェントン処理とした以外は実施例１と同様にした。
【００９１】
（比較例２）
酸化処理を行わず、通常の嫌気性消化プロセスとした対象系（嫌気性消化槽有効容積＝１．８  Ｌ）とした以外は実施例１と同様とした。
【００９２】
図５は比較例２のメタン転換率であり、図６は比較例２の消化性能である。
図５から、比較例２のメタン転換率は、投入の余剰汚泥ＣＯＤあたり３５〜４０％程度であり、余剰汚泥の約６３％はバイオガスに分解されていなかった。
また、図６より、ＴＶＳ成分の消化率も３５〜４０％ほどに留まっており、余剰汚泥ＴＶＳ成分の約６３％は未消化のままで排出されていた。嫌気性消化槽内の汚泥濃度もおおむね９ｇ−ＴＶＳ／Ｌで推移し、明らかな無機物・有機性固形物の蓄積傾向は認められなかった。
【００９３】
図７は比較例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフであり、図８は比較例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフであり、図９比較例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフであり、図１０比較例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフである。
図７から、比較例１における改質系＃１の実験において、常温でフェントン処理を行った改質系＃１のメタン転換率は運転開始後次第に上昇し、最終的には投入の余剰汚泥ＣＯＤあたり６２％程度がメタンに転換した。また図８から、余剰汚泥ＴＶＳ成分の消化率も６８％ほどに向上し、比較例２よりも汚泥の分解が促進されることが認められた。メタンへの転換とＴＶＳ成分の分解効果は、Ｆｅ2+イオンの添加を停止してから１００日以上に亘って一貫していた。また、嫌気性消化槽内の汚泥濃度もおおむね３０ｇ−ＴＶＳ／Ｌで推移し、明らかな蓄積傾向は認められなかった。
図９及び図１０より、比較例１の改質系＃２の実験において、改質系＃２のメタン転換率は改質系＃１とほぼ同じ挙動を示し、投入の余剰汚泥ＣＯＤあたり６０％程度がメタンに転換するともに、余剰汚泥ＴＶＳ成分の消化率は６０％程度に向上した。この効果はＦｅ2+イオンの添加を停止してから実験を終了する１００日後まで一貫していた。また、嫌気性消化槽内の汚泥濃度もおおむね３０ｇ−ＴＶＳ／Ｌで推移し、明らかな蓄積傾向は認められなかった。
【００９４】
図１１は実施例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフであり、図１２は実施例１でＦｅ2+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフであり、図１３は実施例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理のメタン転換率を示したグラフであり、図１４実施例１でＦｅ3+性の鉄イオンを槽内に濃縮させた改質処理の消化性能を示したグラフである
図１１及び図１３から、高温で酸化処理を行った改質系＃１、＃２のいずれも、Ｆｅイオンを添加せずに改質処理を開始してから速やかにメタン転換率が急激に上昇し、一ヶ月後には８２〜８３％に達した。これに合わせてＴＶＳ成分の分解も高くなった。また、図１２及び図１４より消化率はおよそ８３〜８７％に達することが分かった。
また、図１１及び図１２より未消化のＴＶＳ成分は主に遠心処理の上澄みに流出する２  ｇ−ＴＶＳ／Ｌものだけであり、その内の有機性固形物（ＶＳＳ成分）は１ｇ−ＶＳＳ／Ｌしかなかった。余剰汚泥の有機性固形物は１５ｇ−ＶＳＳ／Ｌであったから、ＶＳＳ基準の消化率は９０％以上に向上したことになる。また、嫌気性消化槽内の汚泥濃度もおおむね３０ｇ−ＴＶＳ／Ｌで推移し、明らかな蓄積傾向は認められなかった。
以上のことから、比較例１や比較例２に比べ、実施例１では有機性固形物の消化率が高く、メタンの転換率に優れることが分かった。
【００９５】
また、比較例２の別の回分実験として、Ｆｅ3+イオンとＦｅ2+イオンをそれぞれ添加して消化汚泥のフェントン処理を行い、この生物分解を調べる回分的な培養を行った。過酸化水素の添加量を表１に示す。
【００９６】
【表１】
2014008491.tif 000003
【００９７】
図１５は、鉄イオンの種類とメタン転換率を示したグラフである。
図１５より、Ｆｅ3+イオンを添加した系ではバイオガスの発生はフェントン処理を行わない対象の培養とほとんど同じでメタン転換率が低かったが、一方のＦｅ2+イオンを添加した系ではバイオガスの生成はこれらの２倍以上であった。このため、Ｆｅ3+イオンを使ったフェントン処理は汚泥の改質に役立たないことは明らかとなった。従って、連続実験の改質系＃２において汚泥の分解が進んだ理由は、消化槽内でＦｅ3+イオンがＦｅ2+に還元される生物再生が進んでいたためと考えられる。実際、この系の上澄液には３０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌほどの溶解性Ｆｅが検出されており、この濃度は二価の鉄化合物と平衡するものであった。
【００９８】
また、実施例１の別の回分実験として、過酸化水素の添加率を０．０２〜０．１５ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳの範囲で変えた条件で５０日に亘ってメタンの転換を調べた。結果を表２に示す。
【００９９】
【表２】
2014008491.tif 000004
【０１００】
図１６は、過酸化水素の添加量とメタン転換率を示したグラフである。
図１６より、０．０４ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳより添加量が多いの範囲で高いメタン転換が観察された。０．０４〜０．１ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＴＶＳこの範囲外では、過酸化水素の添加率が多くても少なくてもメタン転換率は低下することが分かった。
【０１０１】
（実施例２）
下水処理施設の余剰汚泥に対する改質効果を調べるために、実施の形態１の有機性廃棄物処理装置と実施の形態３の有機性廃棄物処理装置を用いて、余剰汚泥ＴＶＳ槽負荷１．１ｋｇＴＶＳ／ｍ3／ｄの条件で連続実験をおこなった。余剰汚泥は韓国Ｔ市下水処理施設から採取した試料を用い、ＨＲＴ＝３６日と中温（３５℃）の嫌気性消化条件で３ヶ月に亘る実験を行った。過酸化水素の添加量及び嫌気性消化槽内のＴＶＳ濃度を表３に示す。
【０１０２】
【表３】
2014008491.tif 000005
【０１０３】
表３に示すように、嫌気性消化槽内のＴＶＳ濃度は両者でかなり異なり、実施の形態１におけるＴＶＳ濃度は約３０ｇＴＶＳ／Ｌで定常になったのに対し、実施の形態３ではその２／３程度の約２０ｇＴＶＳ／Ｌになった。実験で消費されたＨ2Ｏ2量は（投入余剰汚泥あたりで消費された量）は余剰汚泥を改質して添加した系で０．０３８ｇＨ2Ｏ2／ｇＴＶＳとなり、実施の形態１のおよそ２倍となった。しかしながら、嫌気性消化槽を充分に機械攪拌できるＴＶＳ濃度はおよそ３０ｇＴＶＳ／Ｌであるので、ＴＶＳ濃度を２０ｇ／ＴＶＳ／Ｌに維持できた実施の形態３では実施の形態１よりも１．５倍ほど高い槽負荷で運転できることを意味する。これによって消化槽の容積を２／３に低減できるため、実施の形態３では薬剤の運転経費はやや高くなるものの、実施の形態１に比べ建設費を著しく低減することが可能になるものと推測される。
【０１０４】
（実施例３）
韓国Ｔ市下水処理施設から採取した嫌気性消化汚泥を用いて、改質処理における熱の効果を回分実験によって評価した。実験には実施の形態１の装置を用い、実験条件は、実験期間を５日間とした以外は実施例２と同様とし、ｐＨの調製は行わずに、酸化（改質）処理の温度を２０，３５，５０，６５，８０，９０℃と変化させた時のメタン発生量と酸化（改質）処理後のｐＨを測定した。結果を図１７に示す。
尚、嫌気性消化汚泥の量は４，０００ｍｇＴＶＳ／Ｌであり、Ｈ2Ｏ2の添加量は２００ｍｇＨ2Ｏ2／Ｌとし、Ｆｅ2+の添加量は５００ｍｇＦｅ／Ｌとした。また、ＰＨは処理後、室温に戻した処理汚泥のｐＨを測定した。
【０１０５】
（比較例３）
酸化処理を常温（２０℃）のフェントン処理とし、ｐＨを３に調製した以外は実施例３と同様にした。
【０１０６】
図１７は改質時の処理温度がメタン転換に及ぼす影響を示したグラフである。
図１７に示すように、実施例３においてメタン転換は処理時の温度が６０℃近辺を境に大きく向上し、改質時の温度が嫌気性消化汚泥のメタン転換度合いに強く影響した。また、改質時のｐＨは中性〜弱アルカリ性でも充分であり、適切に加温することで一般のフェントン処理でおこなわれている比較例３のような酸性条件（ｐＨ＜２−３）の処理と同程度の性能が得られた（１５０ｍｇＣＯＤ）。処理温度がメタン転換効率に処理に影響する理由は現時点では明確でないが、供試の汚泥は難分解性のタンパク質を含む高分子の固形物であって従来のフェントン処理で対象とされている溶解性物質や低分子の有機物でないことが原因に考えられる。
タンパク質を含む有機性廃棄物の嫌気性消化においては分解に伴って液中に高濃度のアンモニアが生成するので、処理においてｐＨを酸性に維持するためには、多量の無機酸を添加する必要がある。しかしながら実施例３によればｐＨを特に制御することなく中性のままで改質を進めることができるので、運転経費は大幅に安価になる。また嫌気性消化槽は微生物活性の維持のために加温が必要とされており、従来から蒸気吹き込みなどの加温操作がおこなわれている。汚泥の改質に必要な加温にその熱源を用いることができるので、改質に必要な熱コストは実質的に無視できる量であると考えられる。
【０１０７】
また、実施例３及び比較例３において、過酸化水素の添加量を変化させたときのメタン発生量を測定した。尚、実施例３の酸化（改質）処理温度は８０℃とした。結果を表４に示す。
【０１０８】
【表４】
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【０１０９】
表４から、実施例３のメタン転換は０．０６ｍｇＨ2Ｏ2／ｍｇＴＶＳの時最大を示し、０．０２〜０．１２ｍｇＨ2Ｏ2／ｍｇＴＶＳの範囲で１００ｍｇＣＯＤを超えるメタン発生量を示した。この結果から、酸化（改質）処理は、温度が高い実施例３の方が無加温のフェントン処理である比較例３よりも高いメタンの転換となることが分かった。また、過酸化水素の添加が多いほど分解率が向上することが一般的だが、実施例３において、０．０８ｍｇＨ2Ｏ2／ｍｇＴＶＳより添加量が増えると、分解率が減少していることから、従来の現象と別の反応が起きている可能性があるものと思料される。
【０１１０】
（実施例４）
改質処理におけるＦｅ2+イオン量とメタン転換率の関係を確かめるため、Ｆｅ2+イオンと過酸化水素の添加量、嫌気性浄化槽内の廃棄物中の有機物乾燥重量を表５に示した量とした以外は実施例３と同様にし、酸化（改質）処理温度は８０℃とした。結果を表５に示す。
【０１１１】
【表５】
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【０１１２】
図１８は、鉄イオンの添加量とメタン転換率を示したグラフである。
図１８から、過酸化水素の添加量に関係なく、Ｆｅ2+イオンの添加量が０．１０〜０．３ｇＦｅ／ｇＴＶＳの時にメタン転換率が高く、この範囲以外では、メタン転換率が減少することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で、嫌気性消化する嫌気性消化槽に、酸化（改質）処理した有機性固形物を供給することで、有機性固形物の殆どを嫌気性消化させて大量のメタンを回収できるとともに、薬液の使用量が少なく、最終処分の有機性固形廃棄物を大幅に減量可能であり、加温エネルギーや後段の硝化脱窒におけるアルカリ薬剤コストを削減できる有機性廃棄物処理装置を提供することができる。
また、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下で、酸化（改質）処理した有機性固形物の殆どを嫌気性消化することで、大量のメタンを回収できるとともに、薬液の使用量が少なく、最終処分の有機性固形廃棄物を大幅に減量可能であり、加温エネルギーや後段の硝化脱窒におけるアルカリ薬剤コストを削減できる有機性廃棄物処理方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  実施の形態１の有機性廃棄物処理装置
２  嫌気性消化槽
２ａ  消化汚泥供給部
３  改質装置
４  過酸化水素供給部
５  鉄イオン供給部
６  加熱部
７  改質汚泥返送部
７ａ  改質汚泥供給部
８  固液分離装置
９  濃縮汚泥返送部
１０  実施の形態２の有機性廃棄物処理装置
２０  実施の形態３の有機性廃棄物処理装置
２１  前処理装置
２１ａ  前処理汚泥供給部
２２  消化汚泥供給部
２３  前処理過酸化水素供給部
２４  前処理鉄イオン供給部
２５  前処理装置加熱部
３０  実施の形態４の有機性廃棄物処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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