(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を生物で消化処理する消化槽と、
前記消化槽内の有機物含有水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させるとともに、前記正浸透膜を透過した透過水と前記駆動溶液との混合水を得る正浸透膜部とを備えており、
前記消化槽の生物が嫌気性生物であり、
前記駆動溶液が、前記有機物含有水よりも浸透圧を高くするための化学物質を含有し、
前記混合水から前記化学物質を回収する回収部と、
前記回収部で前記化学物質を回収することで分離された処理水を硝酸菌及び亜硝酸菌で生物処理する活性汚泥槽とを更に備えている、消化処理装置。
【請求項２】
前記駆動溶液が前記化学物質として感温性ポリマーを含有する、請求項１に記載の消化処理装置。
【請求項３】
有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率が低い濃縮物を得る濃縮部を更に備えており、
該濃縮物を前記有機性廃棄物として消化槽で消化処理するように構成されている、請求項１又は２項に記載の消化処理装置。
【請求項４】
有機性廃棄物を消化槽で消化処理する消化工程と、
前記消化槽内の有機物含有水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させるとともに、前記正浸透膜を透過した透過水と前記駆動溶液との混合水を得る膜工程とを備えており、
前記消化槽が嫌気性生物を有し、
前記駆動溶液が、前記有機物含有水よりも浸透圧を高くするための化学物質を含有し、
前記混合水から前記化学物質を回収する回収工程と、
前記回収工程で前記化学物質を回収することで分離された処理水を硝酸菌及び亜硝酸菌で生物処理する生物処理工程とを更に備える、消化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物を消化処理する消化処理装置、及び、消化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生汚泥や余剰汚泥等の有機性廃棄物は、嫌気性生物や好気性生物を保持する消化槽内で消化処理され、減容化がなされている。
【０００３】
ところで、有機性廃棄物を消化槽で消化処理するには、ある程度の期間（例えば、嫌気性処理では２０日程度）消化槽内に有機性廃棄物を滞留させる必要があるため、大容量の消化槽が必要となる。
【０００４】
このようなことから、従来は、有機性廃棄物を消化槽に移送し、該消化槽内の有機物含有水を分離膜で膜分離することにより該消化槽内の有機物含有水の含水率を低下させることが行われている（例えば、特許文献１〜３）。これにより、消化槽で有機物の消化処理をしつつ、消化槽内の水の減容化を図ることができ、その結果、消化槽をコンパクトにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６３０９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０７６９９号公報
【特許文献３】特開平１０−８５７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３の方法では、分離膜として精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）が通常用いられているが、膜分離して得られる透過水に多くの有機物が含まれてしまい、この透過水に含まれる有機物を取り除くための処理を別途行う必要があるという問題がある。また、透過水に含まれる有機物の量を抑制するために、ＭＦ膜やＵＦ膜よりも孔径が小さい逆浸透膜（ＲＯ膜）を前記分離膜として用いることが考えられるが、ＲＯ膜を用いた場合には、すぐにＲＯ膜が目詰まりしてしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で簡便に消化処理することができる消化処理装置、及び、消化処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、有機性廃棄物を生物で消化処理する消化槽と、
前記消化槽内の有機物含有水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させる正浸透膜部とを備えている、消化処理装置である。
【０００９】
斯かる消化処理装置によれば、消化槽で有機性廃棄物に含まれる有機物を分解・可溶化させつつ、消化槽内の有機物含有水を濃縮させることができるので、有機物含有水の流動性の低下を抑制しつつ、有機物含有水を十分に濃縮して消化槽のコンパクト化を図ることができる。
また、斯かる消化処理装置によれば、正浸透膜（ＦＯ膜）の孔径がＭＦ膜やＵＦ膜の孔径よりも小さいので、溶解性有機物が膜を透過し難くなる。
さらに、ＲＯ膜を用いた場合には、ポンプ等の動力を用いて高圧で有機物含有水をＲＯ膜に押し付けるので、有機物含有水に含まれる懸濁物で膜の目詰まりが生じてしまう。しかし、本願発明のように、ＦＯ膜を用いれば、懸濁物を有する有機物含有水と、駆動溶液との浸透圧差を駆動力にして水が膜を透過する。その結果、ＲＯ膜を用いた場合に比べて、懸濁物が高圧で膜面へ押し付けられにくくなり、膜の目詰まりが生じ難くなる。
従って、斯かる消化処理装置によれば、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で簡便に消化処理することができる。
【００１０】
また、本発明に係る消化処理装置の一の態様では、前記駆動溶液が感温性ポリマーを含有する。
【００１１】
消化槽は、通常、生物を活性化させて消化率を高めるために温水等で温められており、そして、消化槽を温めるのに利用しきれなかった熱エネルギーは廃棄されている。
斯かる消化処理装置によれば、正浸透膜部で得られる、駆動溶液と透過水との混合水をこの熱エネルギーで加熱することにより、該混合水から前記感温性ポリマーを凝集させて水と分離し回収することができる。そして、回収した前記感温性ポリマーから駆動溶液を得ることができる。
従って、斯かる消化処理装置によれば、エネルギー効率良く駆動溶液を再生することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る消化処理装置の他の態様では、有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率が低い濃縮物を得る濃縮部を更に備えており、
該濃縮物を前記有機性廃棄物として消化槽で消化処理するように構成されている。
【００１３】
斯かる消化処理装置によれば、消化槽に移送される水の量を低減することができ、その結果、消化槽をより一層コンパクトにすることができる。
【００１４】
また、本発明は、有機性廃棄物を消化槽で消化処理する消化工程と、
前記消化槽内の有機物含有水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させる膜工程とを備える、消化処理方法である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で簡便に消化処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る消化処理装置の概略図。
【図２】他実施形態に係る消化処理装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の消化処理装置１は、有機性廃棄物Ａを生物で消化処理する消化槽３と、前記消化槽３内の有機物含有水と、駆動溶液とを正浸透膜（ＦＯ膜）４ａを介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させる正浸透膜部４とを備えている。
【００１９】
前記有機性廃棄物Ａは、前記消化槽３内の生物で分解可能な有機物、及び、水を含有する。また、有機性廃棄物Ａは、流動性を有する有機性廃棄物であり、例えば、液状の有機性廃棄物である。さらに、有機性廃棄物Ａは、消化槽３に移送する観点から、９６質量％以上のものが好ましい。
該有機性廃棄物Ａとしては、汚泥（有機物の生物処理によって生じた汚泥）、有機性廃水（食品工場廃水等）が挙げられる。
前記汚泥としては生汚泥（下水処理場で発生する生汚泥等）、余剰汚泥（下水処理場で発生する余剰汚泥等）が挙げられる。
下水処理場で発生する生汚泥としては、最初沈殿池で生じた生汚泥が挙げられる。
【００２０】
前記消化槽３の生物としては、嫌気性生物、好気性生物が挙げられる。前記嫌気性微生物としては、メタン生成菌、脱窒菌、酸生成菌等が挙げられる。前記好気性微生物としては、硝酸菌、亜硝酸菌等が挙げられる。
【００２１】
前記正浸透膜部４は、前記消化槽３内の有機物含有水と、駆動溶液とを正浸透膜（ＦＯ膜）４ａを介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させるとともに、ＦＯ膜を透過した透過水及び駆動溶液の混合水を得るように構成されている。
なお、正浸透膜部４のＦＯ膜は、図１に示すように、消化槽３外に設けられていてもよく、また、図２に示すように、浸漬膜として消化槽３内に設けられていてもよい。
【００２２】
前記駆動溶液としては、従来公知の駆動溶液を用いることができる。
前記駆動溶液は、該有機物含有水よりも浸透圧が高い液である。
前記駆動溶液には、前記有機物含有水よりも浸透圧を高くするための化学物質が含まれている。
前記駆動溶液の前記化学物質としては、感温性ポリマーが好ましい。該感温性ポリマーは、水を捕捉し、温度を上げた時に水を放出してポリマーどうしが凝集するポリマーである。言い換えれば、感温性ポリマーは水中において転移温度を有し、該転移温度未満の温度では前記感温性ポリマーが水と水素結合して水を捕捉し、該転移温度以上の温度では感温性ポリマーどうしが凝集する。水の捕捉と、水の放出とが切り替わる温度（転移温度）は、好ましくは３０〜６０℃、３０〜４５℃である。該感温性ポリマーとしては、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを単独重合又は他のモノマーと共重合して得られるポリマーが挙げられる。
また、感温性ポリマー以外の前記化学物質としては、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、アンモニア（ＮＨ３）、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、脂肪族アルコール、イミダゾール誘導体等が挙げられる。
塩化ナトリウムを含む駆動溶液としては、海水等が挙げられる。
【００２３】
また、本実施形態の消化処理装置１は、前記混合水から前記駆動溶液の化学物質を回収する回収部６を更に備えてもよい。
前記駆動溶液が前記感温性ポリマーを有する場合には、前記回収部６は、前記混合水を加熱することにより、前記混合水から前記感温性ポリマーを凝集させて水と分離し回収するように構成されている。そして、本実施形態では、回収した感温性ポリマーから駆動溶液を得る。
なお、消化槽３は、通常、生物を活性化させて消化率を高めるために温水等で温められており、そして、消化槽を温めるのに利用しきれなかった熱エネルギーは廃棄されている。本実施形態の消化処理装置１は、この熱エネルギーで前記混合水を加熱するように構成されている。具体的には、本実施形態の消化処理装置１では、前記回収部６が熱交換器となっている。そして、本実施形態の消化処理装置１は、この熱エネルギーＥを有する媒体（水や排ガスなど）を前記回収部６に移送し、熱エネルギーＥを用いて熱交換器たる回収部６内で混合水を加熱するように構成されている。
本実施形態では、前記回収部６で前記駆動溶液の化学物質を回収することで分離された処理水Ｂは、本実施形態の消化処理装置１外に移送され河川や海に放流される。
なお、前記駆動溶液として海水を用いる場合には、本実施形態では、前記混合水を前記回収部６を介さずに本実施形態の消化処理装置１外に移送し、河川や海に放流してもよい。
【００２４】
また、本実施形態の消化処理装置１は、前記生物が嫌気性生物である場合には、活性汚泥で廃水を生物処理する活性汚泥槽７を更に備えてもよい。また、本実施形態の消化処理装置１は、該活性汚泥槽７の活性汚泥を有機性廃棄物Ａとして消化槽３で消化処理してもよい。該活性汚泥は、好気性生物を含有する。該活性汚泥に含有される好気性生物としては、硝酸菌、亜硝酸菌等が挙げられる。
前記活性汚泥槽７は、処理水Ｂを廃水として活性汚泥で生物処理するように構成されてもよい。この場合、本実施形態の消化処理装置１は、処理水Ｂが活性汚泥槽７に返送されるように構成されている。本実施形態の消化処理装置１は、このように構成されていることにより、前記処理水Ｂが窒素分を多く含んでいることにより放流基準値を満たしていない場合に、該処理水Ｂに含まれる窒素分を除去することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態の消化処理装置１は、有機性廃棄物Ａを濃縮することにより、該有機性廃棄物Ａよりも含水率が低い濃縮物を得る濃縮部２を更に備えても良い。
また、本実施形態の消化処理装置１は、該濃縮部２を備える場合には、前記濃縮物を前記有機性廃棄物Ａとして消化槽３で消化処理するように構成されている。
前記濃縮部２としては、有機性廃棄物Ａを濃縮することができる従来公知の装置を用いることができ、例えば、ベルトプレス機、遠心分離機、沈殿分離槽等が挙げられる。
前記濃縮物の水分量は、９４質量％以上が好ましく、９４〜９８質量％がより好ましい。該水分量が少なすぎると、濃縮物の流動性が低いものとなり濃縮物を前記消化槽３に移送し難くなり、一方で、該水分量が多すぎると、濃縮部２による消化槽３のコンパクト化の効果が小さくなるからである。
なお、濃縮部２を用いない態様の場合には、有機性廃棄物Ａの水分量は、９４質量％以上が好ましく、９４〜９８質量％がより好ましい。
【００２６】
さらに、本実施形態の消化処理装置１は、前記消化槽３の底部に蓄積された余剰汚泥を脱水することにより、該余剰汚泥よりも固形分が多い濃縮体Ｃと、該余剰汚泥よりも固形分が少ない分離水Ｄとを得る脱水部５を更に備えている。
前記脱水部５としては、スクリュープレス機等が挙げられる。
本実施形態では、前記脱水部５で生成された濃縮体Ｃは、本実施形態の消化処理装置１外に移送され、焼却処理される。前記脱水部５で生成された分離水Ｄは、本実施形態の消化処理装置１外に移送されて別途水処理されてもよく、あるいは、活性汚泥槽７に返送されて生物処理されてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の消化処理方法について説明する。
【００２８】
本実施形態の消化処理方法は、本実施形態の消化処理装置を用いて有機性廃棄物を消化処理する方法である。
【００２９】
本実施形態の消化処理方法は、有機性廃棄物Ａを消化槽３で消化処理する消化工程と、前記消化槽３内の有機物含有水と、駆動溶液とを正浸透膜４ａを介して前記正浸透膜部４で接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させる膜工程とを備える。
【００３０】
また、本実施形態の消化処理方法は、有機性廃棄物Ａを前記濃縮部２で濃縮することにより、該有機性廃棄物Ａよりも含水率が低い濃縮物を得る濃縮工程を更に備えている。この場合、前記消化工程では、該濃縮物を前記有機性廃棄物Ａとして消化槽３で消化処理する。
【００３１】
さらに、本実施形態の消化処理方法は、前記混合水から前記駆動溶液の化学物質を前記回収部６で回収する。
【００３２】
また、本実施形態の消化処理方法は、前記消化槽３の底部に蓄積された余剰汚泥を前記脱水部５で脱水することにより、該余剰汚泥よりも固形分が多い濃縮体Ｃと、該余剰汚泥よりも固形分が少ない分離水Ｄとを得る。
【００３３】
さらに、本実施形態の消化処理方法は、処理水Ｂ及び分離水Ｄを活性汚泥槽７で活性汚泥処理し、該活性汚泥槽７の活性汚泥を有機性廃棄物Ａとして消化槽３で消化処理してもよい。
【００３４】
本実施形態の消化処理装置１は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。
【００３５】
即ち、本実施形態の消化処理装置１は、有機性廃棄物Ａを生物で消化処理する消化槽３と、前記消化槽３内の有機物含有水と、駆動溶液とを正浸透膜４ａを介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させる正浸透膜部４とを備えている。
斯かる消化処理装置１によれば、消化槽３で有機性廃棄物Ａに含まれる有機物を分解させつつ、消化槽３内の有機物含有水を濃縮させることができるので、有機物含有水の流動性の低下を抑制しつつ、有機物含有水を十分に濃縮して消化槽３のコンパクト化を図ることができる。
また、斯かる消化処理装置１によれば、正浸透膜（ＦＯ膜）の孔径がＭＦ膜やＵＦ膜の孔径よりも小さいので、有機物が膜を透過し難くなる。
さらに、ＲＯ膜を用いた場合には、ポンプ等の動力を用いて高圧で有機物含有水をＲＯ膜に押し付けるので、有機物含有水に含まれる懸濁物で膜の目詰まりが生じてしまう。しかし、斯かる消化処理装置１のように、ＦＯ膜を用いれば、懸濁物を有する有機物含有水と、駆動溶液との浸透圧差を駆動力にして水が膜を透過する。その結果、ＲＯ膜を用いた場合に比べて、懸濁物が高圧で膜面へ押し付けられ難くなり、膜の目詰まりが生じ難くなる。
従って、斯かる消化処理装置１によれば、消化槽３のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で簡便に消化処理することができる。
また、消化槽３のコンパクト化を図ることで、消化槽３を加温するのに必要なエネルギーを削減できる。
【００３６】
特に、本実施形態では、消化槽３内の有機物含有水が有機酸を含んでおり、消化槽３内にメタン生成菌が保持されている態様においては、ＦＯ膜を用いることにより、ＭＦ膜やＵＦ膜を用いた場合に比べて、有機酸が膜を通過し難くなり、有機酸を十分に回収することができる。そして、該有機酸からメタン生成菌によってメタンガスを多く得ることができる。また、ＦＯ膜を用いることにより、ＲＯ膜を用いた場合に比して、膜の目詰まりが生じ難くなる。前記有機酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が挙げられる。該有機酸は、消化槽３に保持される酸生成菌によって生成される。
【００３７】
また、本実施形態の消化処理装置１では、前記駆動溶液が感温性ポリマーを含有する。
消化槽３は、通常、生物を活性化させて消化率を高めるために温水等で温められており、そして、消化槽３を温めるのに利用しきれなかった熱エネルギーは廃棄されている。
斯かる消化処理装置１によれば、正浸透膜部４で得られる、駆動溶液と透過水との混合水をこの熱エネルギーで加熱することにより、該混合水から前記感温性ポリマーを凝集させて水と分離し回収することができる。そして、回収した前記感温性ポリマーから駆動溶液を得ることができる。
従って、斯かる消化処理装置１によれば、エネルギー効率良く駆動溶液を再生することができる。
【００３８】
さらに、本実施形態の消化処理装置１は、有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率が低い濃縮物を得る濃縮部２を更に備えている。また、本実施形態の消化処理装置１は、該濃縮物を前記有機性廃棄物Ａとして消化槽３で消化処理するように構成されている。
斯かる消化処理装置１によれば、消化槽に移送される水の量を抑制することができ、その結果、消化槽３をより一層コンパクトにすることができる。
【００３９】
尚、本発明の消化処理装置及び本発明の消化処理方法は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明の消化処理装置及び本発明の消化処理方法は、上記した作用効果に限定されるものでもない。さらに、本発明の消化処理装置及び本発明の消化処理方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：消化処理装置、２：濃縮部、３：消化槽、４：正浸透膜部、４ａ：正浸透膜（ＦＯ膜）、５：脱水部、６：回収部、７：活性汚泥槽、Ａ：有機性廃棄物、Ｂ：処理水、Ｃ：濃縮体、Ｄ：分離水、Ｅ：熱エネルギー
【要約】
【課題】本発明は、消化槽のコンパクト化を図りつつ、簡便に有機性廃棄物を処理することができる消化処理装置等を提供する。
【解決手段】本発明は、有機性廃棄物を生物で消化処理する消化槽と、前記消化槽内の有機物含有水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記有機物含有水の含水率を低下させる正浸透膜部とを備えている、消化処理装置等である。
【選択図】  図１【図１】
0005998254.tif 000002
【図２】
0005998254.tif 000003