(57)【要約】【課題】  細胞膜の分解率が高く投入したエネルギーに対して効率的な処理効果の得られる有機性廃棄物処理方法及び装置を得る。【解決手段】  有機性廃棄物の処理方法において、脱水工程の前に前記有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて微生物の細胞膜破壊を行う衝撃水圧処理を行うようにした。また、メタン発酵工程を含む場合において、該メタン発酵工程の前に衝撃水圧処理を行うようにした。さらに、メタン発酵工程を酸発酵工程とメタン生成工程の２段階にて行う場合において、酸発酵工程の前後に衝撃水圧処理を行うようにした。【選択図】  図１ 
2006007121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物の処理方法において、脱水工程の前に前記有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて微生物の細胞膜破壊を行う衝撃水圧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２】
有機性廃棄物の処理方法において、メタン発酵工程の前に前記有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて微生物の細胞膜破壊を行う衝撃水圧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３】
メタン発酵工程を酸発酵工程とメタン生成工程の２段階にて行う場合において、酸発酵工程の前後に衝撃水圧処理を行うことを特徴とする請求項２記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項４】
衝撃水圧処理における衝撃水圧は、気体収束爆轟波によって誘起された衝撃水圧であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項５】
有機性廃棄物を貯留する処理室と、該処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う衝撃水圧発生装置と、前記衝撃水圧処理された有機性廃棄物の脱水を行う脱水装置と、を備えたことを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項６】
有機性廃棄物を貯留する処理室と、該処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う衝撃水圧発生装置と、前記衝撃水圧処理された有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵装置と、を備えたことを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項７】
有機性廃棄物を貯留する第１処理室と、該第１処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う第１衝撃水圧発生装置と、該第１衝撃水圧発生装置によって衝撃水圧処理された有機性廃棄物の酸発酵を行う酸発酵装置と、該酸発酵装置によって酸発酵された有機性廃棄物を貯留する第２処理室と、該第２処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う第２衝撃水圧発生装置と、該第２衝撃水圧発生装置によって衝撃水圧処理された有機性廃棄物のメタン生成を行うメタン生成装置と、を備えたことを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項８】
衝撃水圧発生装置は、燃料の燃焼により発生する爆轟波を収束させて超高圧の収束爆轟波を発生させ、該収束爆轟波を処理室内の有機性廃棄物に伝播することによって有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させる気体収束爆轟発生装置であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物の処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性物質、例えば蓄糞、生し尿、下水汚泥、浄化槽汚泥、合併浄化槽汚泥、農集汚泥、厨芥、各種バイオマス等の有機性廃棄物の処理は近年における大きな社会問題であり、これらの処理方法が各種提案されている。
このような水分を多く含む有機性廃棄物の各種処理方法には、脱水工程やメタン発酵工程を含むものが多い。メタンガスとして有機性廃棄物からのエネルギー回収が可能なこと、焼却量や埋立処分量の削減が可能であることなどから広く行われている。
しかし、有機性廃棄物中には大量の動植物細胞、微生物細胞が含まれており、これらの細胞が非常に難分解性で強固な細胞膜で覆われている。このため、脱水処理を行ってもこれらの細胞膜を破壊できないために細胞内の水分がそのまま保持され、含水率の低減が困難である。また、メタン発酵を行う場合においても、細胞膜に覆われているため細胞レベルでの分解が進まず、細胞内物資の発酵処理を行うことができず、その結果、ガス発生量が小さく、また、残渣発生量が大きいといった問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、例えば、廃水処理で発生する汚泥を、汚泥分解工程で汚泥を分解した後、超音波処理工程で超音波処理して、メタン発酵工程で処理する汚泥処理方法が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１のものは、汚泥分解工程で分解したものに超音波処理を行うことで、汚泥の分解効率を向上させるというものである。
また、この他にも汚泥分解効率の向上を図る方法としてオゾン処理や熱処理、ボールミルを用いた粉砕処理などが検討されている。
【特許文献１】特開２００２-３３６８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来方法はいずれも細胞膜の分解率が小さく投入エネルギーに見合う処理効果が得られなかった。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、細胞膜の分解率が高く投入したエネルギーに対して効率的な処理効果の得られる有機性廃棄物処理方法及び装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る有機性廃棄物処理方法は、脱水工程の前に有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて微生物の細胞膜破壊を行う衝撃水圧処理を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
（２）また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法は、該メタン発酵工程の前に有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて微生物の細胞膜破壊を行う衝撃水圧処理を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
（３）また、上記（２）のもののうちメタン発酵工程を酸発酵工程とメタン生成工程の２段階にて行う場合において、酸発酵工程の前後に衝撃水圧処理を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
（４）また、上記（１）〜（３）における衝撃水圧処理における衝撃水圧は、気体収束爆轟波によって誘起された衝撃水圧であることを特徴とするものである。
【００１０】
（５）また、本発明に係る有機性廃棄物処理装置は、有機性廃棄物を貯留する処理室と、該処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う衝撃水圧発生装置と、前記衝撃水圧処理された有機性廃棄物の脱水を行う脱水装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
（６）また、有機性廃棄物を貯留する処理室と、該処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う衝撃水圧発生装置と、前記衝撃水圧処理された有機性廃棄物のメタン発酵を行うメタン発酵装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
（７）また、有機性廃棄物を貯留する第１処理室と、該第１処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う第１衝撃水圧発生装置と、該第１衝撃水圧発生装置によって衝撃水圧処理された有機性廃棄物の酸発酵を行う酸発酵装置と、該酸発酵装置によって酸発酵された有機性廃棄物を貯留する第２処理室と、該第２処理室内の有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させて衝撃水圧処理を行う第２衝撃水圧発生装置と、該第２衝撃水圧発生装置によって衝撃水圧処理された有機性廃棄物のメタン生成を行うメタン生成装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
（８）また、上記（５）〜（７）における衝撃水圧発生装置は、燃料の燃焼により発生する爆轟波を収束させて超高圧の収束爆轟波を発生させ、該収束爆轟波を処理室内の有機性廃棄物に伝播することによって有機性廃棄物に衝撃水圧を発生させる気体収束爆轟発生装置であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、衝撃水圧によって有機性廃棄物中の微生物の細胞膜を破壊するようにしたので、微生物体内の成分も分解できるため、メタン発酵工程での生物分解性が高く、メタンガスの発生量を増加させることができ、脱水ケーキの発生量を大幅に低減できる。また微生物体内の液状成分も脱水できるため、脱水効率を高くでき脱水ケーキの含水率を低下でき処分効率を向上できる。
また、微生物の細胞膜破壊を収束爆轟波によって水中衝撃波を発生させ、この水中衝撃波によって微生物に衝撃水圧を作用させてその細胞膜を破壊するようにしたので、瞬間的な衝撃波による処理であり、細胞膜の破壊性能に優れており、従来の超音波処理によるものよりも処理効率が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態に係る有機性廃棄物処理方法の処理フローの説明図である。
本実施の形態に係る有機性廃棄物処理方法は、有機性廃棄物の例として下水処理の過程で発生する汚泥を処理対象としており、汚泥濃縮工程1と、濃縮された汚泥に衝撃水圧を発生させて汚泥中の微生物の細胞膜破壊を行う衝撃水圧処理工程３と、微生物の細胞膜破壊が行われた汚泥のメタン発酵をするメタン発酵工程５と、メタン発酵後の汚泥を脱水する脱水工程７とを備えている。
以下、各工程について使用する機器と共に説明する。
【００１６】
（１）汚泥濃縮工程
汚泥濃縮工程１とは、下水処理の過程で排出される０．５〜１．０％濃度の汚泥の濃度を約４．０％濃度に濃縮する工程である。この汚泥濃縮工程で使用する機器としては、重力式汚泥濃縮装置、あるいは遠心濃縮装置などがある。
【００１７】
（２）衝撃水圧処理工程
衝撃水圧処理工程３とは、汚泥濃縮工程１で濃縮された汚泥に衝撃水圧を発生させて汚泥中の微生物の細胞膜破壊を行う工程である。衝撃水圧を発生させるための手段として、例えば、気体収束爆轟発生装置を用いることができる。気体収束爆轟発生装置とは、燃料の燃焼により発生する爆轟波を収束させて超高圧の収束爆轟波を発生させ、該収束爆轟波を処理室中の汚泥に伝播することによって汚泥に衝撃水圧を発生させるものである。
図２は気体収束爆轟発生装置８の要部の断面図である。気体収束爆轟発生装置８は、図２に示すように、燃料及び酸化剤の供給を受けて爆轟波を発生させる着火室９と、着火室９に連通する後述の分散部１７及び収束室２３からなる燃焼室１０とを有している。
【００１８】
着火室９は円筒状に形成され、着火室９の一端部には、燃料を間欠的に着火させる着火装置としての点火栓９ａが設けられている。
また、着火室９には、着火室９の軸線方向に延びる螺旋状の金属からなるシェルキンスパイラル９ｂが設けられている。このシェルキンスパイラル９ｂは、点火栓９ａで燃料に着火されて生じた火炎を加速させることにより爆轟を誘起させる。
なお、着火室９には、図２に示すように、プロパン等の燃料及び燃焼用の酸化剤（空気）が供給される。
【００１９】
燃焼室１０を構成する本体１１は、上本体１１Ａと下本体１１Ｂとに分割され、シール１１Ｃにより密封状態で、図示しないボルト等で連結されている。
上本体１１Ａには分散部１７が設けられ、この分散部１７に前述の着火室９が連通している。分散部１７は、上部材１９と下部材２１によって形成されており、着火室９から半径方向に大きく拡径する円盤状空間１７Ａと、該円盤状空間１７Ａの外周部で周方向の複数位置に貫通形成された一次細孔１７Ｂと、該複数の一次細孔１７Ｂが連通する環状空間１７Ｃと、該環状空間１７Ｃの範囲で貫通形成された複数の二次細孔１７Ｄとから構成されている。着火室９、分散部１７、及び後述する収束室２３には燃料と酸化剤の混合気が供給される。かくして、着火室９で混合気に着火され誘起された爆轟により発生した爆轟波は、円盤状空間１７Ａ、一次細孔１７Ｂ、環状空間１７Ｃ、そして二次細孔１７Ｄを経て伝播されることにより分散されて次の収束室２３へ導入される。
【００２０】
収束室２３は、下本体１１Ｂの湾曲回転内面と下部材２１の下側突出部２１Ａの外周面との間で形成されており、下方に向けて空間横断面が次第に小さくしかも中央部へ向けて変向するように形成されている。
下部材２１の下側突出部２１Ａの内部空間には、段状ピストン２５が上下移動自在に収められている。この段状ピストン２５の大径部材２５Ａの上下空間のそれぞれには、油圧制御装置２７からの配管２７Ａ、２７Ｂが連通している。
【００２１】
段状ピストン２５の小径部材の下端部は、テーパ部分を有する弁部２５Ｂを形成していて、下本体１１Ｂの湾曲回転面の中央部に取り付けられた管状弁座体２９と協働する。管状弁座体２９は、上部に形成された大径の弁座部２９Ａと、ここから下方に延びる管状部２９Ｂとを有している。弁座部２９Ａの上面中央には、上記段状ピストン２５の下端部に形成されたテーパ部分である弁部２５Ｂが係止するテーパ状の弁座が設けられていて、該弁座からは下方に延びて開口する筒状の噴射孔３１が形成され、その出口開口端部３１Ａで処理対象の汚泥を貯留した処理室３３に接続されている。
【００２２】
上記のように構成された気体収束爆轟発生装置８によって衝撃水圧処理する際の動作を説明する。
まず、図２の状態で、着火室９において燃料と酸化剤との混合気が着火され、生じた火炎がシェルキンスパイラル９ｂにより加速されて爆轟が誘起される。発生した爆轟波は分散室１７を経て分散され収束室２３へ導入される。段状ピストン２５は、この状態では図２に示されるように、油圧制御装置２７にしたがい配管２７Ａからの背圧を受けて、該段状ピストン２５の弁部２５Ｂが弁座部２９Ａを閉じている。
【００２３】
分散室１７から収束室２３に導入された複数の爆轟波は、収束室２３内を下方に向けて進行するが、収束室２３の断面積が下方に向けて小となるために、複数の爆轟波は収束されて超高圧の収束爆轟波となる。
収束爆轟波の発生に同期して、油圧制御装置２７によって配管２７Ｂから油圧が瞬間的に作用し、この瞬時の圧力により段状ピストン２５が上昇し、上記弁部２５Ｂと弁座部２９Ａとの間に流路が形成される。したがって、収束爆轟波は、この流路から、瞬間的に噴射孔３１を下方に進行して出口開口端部３１Ａから処理室３３の汚泥３５に伝播される。
この動作は一秒間に数回〜数十回行うことが可能であり、処理対象の量や、微生物のサイズ等により収束爆轟波の汚泥への伝播回数を適宜調整するようにすればよい。なお、収束室２３内の燃焼排ガスが処理室側に流入することを防ぐために、収束爆轟波を伝播直後に段状ピストン２５を下降させ流路を閉じ、燃焼排ガスを図示しない排気孔から排気する。
【００２４】
汚泥に伝播された収束爆轟波は汚泥中に水中衝撃波を誘起し、この水中衝撃波が、図３に示すように、汚泥中の微小な動植物、微生物に伝播し、これら動植物、微生物に衝撃的な圧縮、膨張、せん断等の力を加え、これら動植物、微生物の細胞膜を破壊する。なお、図３においては、水中衝撃波の進行に伴う微生物細胞膜破壊のメカニズムを時間の経過に従って（ａ）〜（ｅ）に図示している。
このように、本実施の形態においては、収束爆轟波によって水中衝撃波を発生させ、この水中衝撃波によって微生物に衝撃水圧を作用させてその細胞膜を破壊するようにしたので、瞬間的な衝撃波による処理であり、細胞膜の破壊性能に優れており、従来の超音波処理によるよりも処理効率が高い。
【００２５】
（３）メタン発酵工程
メタン発酵工程５とは、メタン菌を主とした嫌気性微生物によって微生物の細胞膜破壊が行われた汚泥中のＢＯＤ・ＣＯＤ成分をメタンガスと二酸化炭素と水に分解する工程である。
本実施の形態においては、衝撃水圧処理工程３において微生物の細胞膜が破壊されており、生物分解性が高まっていることから、メタンガスの発生量を増加させることができ、かかる処理をしない場合に比較して約１．５倍程度のメタンガス増加が期待される。
【００２６】
（４）脱水工程
脱水工程とは、メタン発酵後の汚泥を脱水する工程である。装置としては、例えば、ベルトプレス、遠心脱水機などがある。
本実施の形態においては、衝撃水圧処理工程３において微生物の細胞膜が破壊されており、微生物の内容物が漏出しているので、脱水効率が高く脱水ケーキの発生量を約４０％程度低減できる。
なお、脱水処理された脱水ケーキは埋め立てに使用されたり、あるいは焼却処理されたりする。
【００２７】
以上のように、本実施の形態においては、メタン発酵工程の前に衝撃水圧処理工程を有し、該衝撃水圧処理工程において衝撃水圧によって微生物の細胞膜を破壊するようにしたので、メタン発酵工程での生物分解性が高く、メタンガスの発生量を増加させることができる。また、脱水効率が高く脱水ケーキの発生量を大幅に低減できる。
また、微生物の細胞膜破壊を収束爆轟波によって水中衝撃波を発生させ、この水中衝撃波によって微生物に衝撃水圧を作用させてその細胞膜を破壊するようにしたので、瞬間的な衝撃波による処理であり、細胞膜の破壊性能に優れており、従来の超音波処理によるよりも処理効率が高い。
また、本実施の形態における衝撃水圧発生装置が気体収束爆轟発生装置であることから、混合気充填圧を調整することにより、有機性廃棄物の性状に応じて簡単な操作で水中衝撃波の強度（処理効果）を大幅に変更することができ、処理対象物の性状に応じて最適な対応が可能である。
さらに、毒物や有害物質を使用しないため、処理作業や処理済有機物質の廃棄作業の際の二次公害の心配がないという特徴も有する。
【００２８】
なお、上記の例では、メタン発酵工程があることを前提にしているが、メタン発酵工程がない場合であっても、図１の破線で示すように、脱水工程７の前に衝撃水圧処理工程３を行うことで、脱水効率を高めて脱水ケーキの発生量を低減することができることは言うまでもない。
【００２９】
［実施の形態２］
図４は本発明の実施の形態２のフロー説明図であり、図１と同一の処理を行うものには同一の符号が付してある。本実施の形態においては、実施の形態１におけるメタン発酵工程を酸発酵工程９とメタン生成工程１３の２段階にて行う場合において、酸発酵工程９の前後に衝撃水圧処理（第１衝撃水圧処理工程３、第２衝撃水圧処理工程１１）を行うようにしたものである。
酸発酵工程９の前に衝撃水圧処理（第１衝撃水圧処理工程３）を行うことにより、実施の形態１で説明した微生物の細胞膜破壊により、酸発酵の効率が高まり、また、脱水ケーキを低減できる。
また、酸発酵工程９の後に衝撃水圧処理（第２衝撃水圧処理工程１１）をすることで、酸発酵工程９で増殖した酸発酵菌を死滅させることができ、メタン生成処理工程１３においてはメタン菌を主とすることができ、メタン生成処理の効率をさらに高めることができる。
【００３０】
なお、上記の実施の形態１、２においてはメタン発酵の後、衝撃水圧処理をすることなく脱水処理を行うようにしたが、メタン発酵処理の後にも衝撃水圧処理を行うようにしてもよい。メタン発酵の後に衝撃水圧処理を行うことにより、メタン発酵において増殖した微生物を死滅させると共にそれらの細胞膜破壊ができ、脱水効率を高めて脱水ケーキ発生量の低減を図ることができる。
また、上記の実施の形態１，２においては下水処理において発生する汚泥を処理対象とした例を示したが、本発明が対象とする有機性廃棄物はこれに限られるものではなく、その他のものとしては、蓄糞、生し尿、下水汚泥、浄化槽汚泥、合併浄化槽汚泥、農集汚泥、厨芥等が対象となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る有機性廃棄物処理方法の処理の流れを説明する説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に用いる気体収束爆轟発生装置の一部を詳細に説明する説明図である。
【図３】微生物に対する水中衝撃波の作用を説明する説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る有機性廃棄物処理方法の処理の流れを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
８  気体収束爆轟発生装置
９  着火室
１０  燃焼室
３３  処理室
【図１】
2006007121.tif 000003
【図２】
2006007121.tif 000004
【図３】
2006007121.tif 000005
【図４】
2006007121.tif 000006