(57)【要約】【課題】メタンガスの生成コストの低減を図ることができながら、メタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制でき、かつ、メタンガスの生成効率の向上を図ることができる廃棄物処理方法を提供すること。【解決手段】有機性廃棄物を４０℃未満で可溶化し、可溶化された有機廃棄物を４０℃未満でメタン発酵した後、メタン発酵により生じた発酵液の少なくとも一部を４５℃以上７０℃未満で可溶化して、中温可溶化工程に返送する。【選択図】図１
2018023949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を４０℃未満で可溶化する中温可溶化工程と、
可溶化された有機廃棄物を４０℃未満でメタン発酵するメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程により生じた発酵液の少なくとも一部を４５℃以上７０℃未満で可溶化する高温可溶化工程と、
前記高温可溶化工程により処理された発酵液を前記中温可溶化工程に返送する返送工程と、を含むことを特徴とする、廃棄物処理方法。
【請求項２】
前記高温可溶化工程において、前記発酵液のｐＨが９未満であることを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物処理方法。
【請求項３】
前記中温可溶化工程の温度条件が３０℃以上３９℃以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の廃棄物処理方法。
【請求項４】
前記高温可溶化工程において、前記メタン発酵工程により生じた発酵液の全てを加熱し、
前記返送工程において、前記高温可溶化工程により処理された発酵液の一部を前記中温可溶化工程に返送し、前記発酵液の残部を排出液として排出す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廃棄物処理方法。
【請求項５】
前記中温可溶化工程と前記メタン発酵工程とは別反応槽で実施されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物処理方法、詳しくは、有機性廃棄物の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、食品廃棄物などの有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを資源として利用することが知られている。
【０００３】
例えば、有機性廃棄物を４０〜４５℃に加温して可溶化した後、得られた液状有機性廃棄物を５５℃でメタン発酵させる油脂含有廃棄物の処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６０９３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、メタン発酵反応は、有機性廃棄物の分解に伴って生成されるアンモニア性窒素により阻害される場合がある（以下、アンモニア阻害とする。）。
【０００６】
とりわけ、特許文献１に記載の油脂含有廃棄物の処理方法では、メタン発酵処理において液状有機性廃棄物を５５℃に加温している。このような４０℃以上で実施される高温メタン発酵は、４０℃未満で実施される中温メタン発酵と比較して、低濃度のアンモニア性窒素でメタン発酵反応が阻害されるため、メタンガスを安定して生成できない場合がある。
【０００７】
一方、特許文献１には、メタン発酵処理の温度条件が３５℃以上６０℃以下である旨、記載されており、メタン発酵処理を４０℃未満の中温で実施する場合が含まれる。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の油脂含有廃棄物の処理方法において、メタン発酵処理を４０℃未満で実施しようとしても、可溶化処理において液状有機性廃棄物が４０℃以上に加温されているので、メタン発酵処理の温度を４０℃未満に安定して維持できないという不具合がある。特に、気温が高い時期や地域では、４０℃以上に加温された液状有機性廃棄物を自然放熱により十分に冷却できないため、メタン発酵処理の温度を４０℃未満に安定して維持することは困難である。
【０００９】
これに対して、メタン発酵槽に冷却設備を設けて、可溶化処理後の液状有機性廃棄物を４０℃未満に冷却すれば、メタン発酵処理の温度を４０℃未満に維持できるが、冷却設備のランニングコストや設備コストが必要となり、メタンガスの生成コストが増大してしまうという不具合がある。
【００１０】
そこで、可溶化処理およびメタン発酵処理のそれぞれを４０℃未満で実施することが検討されるが、可溶化処理を４０℃未満の中温で実施すると、有機物の可溶化が高温の可溶化処理に比べて効率的に行われない。すなわち、中温可溶化処理では、高温可溶化処理と同等程度の可溶化率を達成することが出来ずにメタンガスの生成効率が低下するという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、メタンガスの生成コストの低減を図ることができながら、メタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制でき、かつ、メタンガスの生成効率の向上を図ることができる廃棄物処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明［１］は、有機性廃棄物を４０℃未満で可溶化する中温可溶化工程と、可溶化された有機廃棄物を４０℃未満でメタン発酵するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程により生じた発酵液の少なくとも一部を４５℃以上７０℃未満で可溶化する高温可溶化工程と、前記高温可溶化工程により処理された発酵液を前記中温可溶化工程に返送する返送工程と、を含む廃棄物処理方法を含んでいる。
【００１３】
このような方法によれば、中温可溶化工程の温度が４０℃未満であるので、可溶化された有機廃棄物を冷却する設備を設けなくとも、メタン発酵工程の温度を４０℃未満に安定して維持することができる。そのため、コスト（ランニングコストおよび設備コスト）の低減を図ることができながら、メタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制することができる。
【００１４】
また、メタン発酵工程により生じた発酵液の少なくとも一部は、高温可溶化工程において４５℃以上で可溶化される。そのため、中温可溶化工程で可溶化されなかった発酵液に含まれる有機物の可溶化の促進を図ることができる。その後、発酵液は、新規に投入される有機性廃棄物とともに中温可溶化工程に返送されるので、発酵液に含まれるメタン生成菌や発酵液の熱を、中温可溶化工程に再利用することができる。そして、返送された発酵液は、有機性廃棄物とともにメタン発酵される。その結果、メタンガスの生成効率の向上を図ることができる。
【００１５】
しかるに、発酵液が高温可溶化工程において７０℃以上に加温されると、中温可溶化工程と高温可溶化工程との温度差が増大してしまうため、発酵液が中温可溶化工程に返送されたときに、中温可溶化工程の温度を４０℃未満に維持することが困難となり、ひいては、メタン発酵工程を４０℃未満に維持することが困難となる。
【００１６】
また、発酵液中において、アンモニア性窒素は、下記式（１）に示すように、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）と遊離アンモニア（ＮＨ３）との平衡状態を保っている。
式（１）
【化１】
2018023949.tif 000003
【００１７】
このような発酵液が高温可溶化工程において７０℃以上に加温されると、発酵液に対する遊離アンモニアの溶解度が低下するため、アンモニアガスが発酵液から放散される。これにより、発酵液中のアンモニア性窒素の濃度が低下する。
【００１８】
アンモニア性窒素は、濃度が高ければアンモニア阻害を引き起こす一方、メタン生成菌の増殖に不可欠な栄養分であり、濃度が過度に低減されると、メタンガスの生成効率が低下してしまう場合がある。
【００１９】
一方、上記の方法によれば、高温可溶化工程の温度が７０℃未満であるので、中温可溶化工程およびメタン発酵工程を４０℃未満に安定して維持できるとともに、発酵液に対する遊離アンモニアの溶解度の低下を抑制でき、発酵液中のアンモニア性窒素の濃度が過度に低下することを抑制できる。
【００２０】
本発明［２］は、前記高温可溶化工程において、前記発酵液のｐＨが９未満である、上記［１］に記載の廃棄物処理方法を含んでいる。
【００２１】
しかるに、高温可溶化工程における発酵液のｐＨが９以上である場合、下記（２）に示すように、発酵液中に存在する水酸化物イオンとアンモニウムイオンとの反応が促進され、遊離アンモニアと水とが生成する。そして、アンモニアガスが発酵液から放散されるので、発酵液中のアンモニア性窒素の濃度が低下する。
式（２）
【化２】
2018023949.tif 000004
【００２２】
一方、上記の方法によれば、高温可溶化工程における発酵液のｐＨが９未満であるので、発酵液のｐＨが９以上である場合と比較して、発酵液中の水酸化物イオン濃度が低い。そのため、発酵液中におけるアンモニウムイオンと水酸化物イオンとの反応を抑制でき、発酵液中のアンモニア性窒素の濃度が過度に低下することを抑制できる。
【００２３】
本発明［３］は、前記中温可溶化工程の温度条件が３０℃以上３９℃以下である、上記［１］または［２］に記載の廃棄物処理方法を含んでいる。
【００２４】
しかるに、中温可溶化工程の温度条件が３０℃未満であると、有機性廃棄物中の有機物を効率的に可溶化させることができず、メタン発酵工程でのメタンガスの生成効率が低下する場合がある。
【００２５】
一方、上記の方法によれば、中温可溶化工程の温度条件が３０℃以上であるので、有機性廃棄物中の有機物を効率的に可溶化させることができる。
【００２６】
また、中温可溶化工程の温度条件が３９℃以下であるので、次の工程であるメタン発酵工程の温度を４０℃未満に安定して維持することができ、メタン発酵工程におけるメタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制することができる。
【００２７】
その結果、メタン発酵工程でのメタンガスの生成効率の向上を安定して図ることができる。
【００２８】
本発明［４］は、前記高温可溶化工程において、前記メタン発酵工程により生じた発酵液の全てを加熱し、前記返送工程において、前記高温可溶化工程により処理された発酵液の一部を前記中温可溶化工程に返送し、前記発酵液の残部を排出液として排出する、上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の廃棄物処理方法を含んでいる。
【００２９】
このような方法によれば、発酵液の全てを高温可溶化工程において加熱するので、発酵液の全てを加熱消毒でき、発酵液中の病原性微生物などを低減することができる。そして、加熱消毒された発酵液の一部は中温可溶化工程に返送され、その発酵液の残部は排出液として排出される。つまり、排出液は、加熱消毒された後、排出されるので、液肥として好適に利用できる。
【００３０】
本発明［５］は、前記中温可溶化工程と前記メタン発酵工程とは別反応槽で実施される、上記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の廃棄物処理方法を含んでいる。
【００３１】
このような方法によれば、中温可溶化工程とメタン発酵工程とが別反応槽で実施されるので、中温可溶化工程とメタン発酵工程とのそれぞれの工程を好適な条件で実施することができる。そのため、可溶化およびメタン発酵の処理速度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の廃棄物処理方法では、メタンガスの生成コストの低減を図ることができながら、メタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制でき、かつ、メタンガスの生成効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の廃棄物処理方法の第１実施形態が実施される廃棄物処理施設の一例の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の廃棄物処理方法の第２実施形態が実施される廃棄物処理施設の一例の概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の廃棄物処理方法の第３実施形態が実施される廃棄物処理施設の一例の概略構成図である。
【図４】図４は、参考例１および２における滞留時間と可溶化率との相関を示すグラフである。
【図５】図５は、参考例３および４における可溶化温度と可溶化率との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
１．廃棄物処理方法
本発明の廃棄物処理方法の第１実施形態は、有機性廃棄物を４０℃未満の中温可溶化温度で可溶化する中温可溶化工程と、可溶化された有機廃棄物（中温可溶化液）を４０℃未満のメタン発酵温度でメタン発酵するメタン発酵工程と、メタン発酵工程により生じた発酵液を４５℃以上の高温可溶化温度で可溶化する高温可溶化工程と、高温可溶化工程により処理された発酵液（高温可溶化液）を中温可溶化工程に返送する返送工程とを含んでいる。
【００３５】
（１−１）中温可溶化工程
中温可溶化工程では、例えば、有機性廃棄物中の高分子有機物（例えば、炭水化物、タンパク質および脂肪など）が、酸生成菌により加水分解されて低分子有機物（例えば、糖類、アミノ酸およびペプチドなど）に分解された後、それら低分子有機物が、酸生成菌により長鎖脂肪酸（例えば、プロピオン酸、酪酸など）に分解される。
【００３６】
有機性廃棄物は、上記の高分子有機物を含有する廃棄物であって、例えば、食品廃棄物（例えば、農産加工廃棄物、水産加工廃棄物、畜産加工廃棄物、厨芥（生ゴミ）など）、排水処理汚泥（例えば、し尿汚泥、浄化槽汚泥、下水汚泥など）などが挙げられる。有機性廃棄物は、単独使用または２種以上併用することもできる。
【００３７】
有機性廃棄物のなかでは、好ましくは、食品廃棄物が挙げられ、さらに好ましくは、卸売市場で棄てられる農産加工廃棄物が挙げられる。
【００３８】
有機性廃棄物は、必要により、予め破砕された後、有機性廃棄物に含まれる発酵不適合物（例えば、金属類、プラスチック類など）が選別され取り除かれる。
【００３９】
有機性廃棄物の総窒素量（Ｔ−Ｎ）は、有機性廃棄物１ｋｇに対して、例えば、１ｇ／ｋｇ以上、好ましくは、２ｇ／ｋｇ以上、例えば、８ｇ／ｋｇ以下、好ましくは、７ｇ／ｋｇ以下、さらに好ましくは、５ｇ／ｋｇ以下、とりわけ好ましくは、４ｇ／ｋｇ以下である。なお、Ｔ−Ｎは、例えば、有機性廃棄物をケルダール法により前処理して、中和滴定法や総和法を行なうことにより測定することができる。
【００４０】
また、農産加工廃棄物は、水産加工廃棄物および畜産加工廃棄物よりもＴ−Ｎが低く、農産加工廃棄物のＴ−Ｎは、例えば、５ｇ／ｋｇ以下、好ましくは、４ｇ／ｋｇ以下、さらに好ましくは、３ｋｇ以下である。
【００４１】
また、詳しくは後述するが、新規に投入される有機性廃棄物は、中温可溶化工程の前に、高温可溶化工程から返送される循環液（後述）と撹拌混合される（混合工程）。これにより、スラリー状の廃棄物−循環液混合物が調製される。
【００４２】
廃棄物−循環液混合物（有機性廃棄物）のｐＨは、例えば、４．０以上、例えば、６．５以下、好ましくは、６．０以下である。
【００４３】
廃棄物−循環液混合物（有機性廃棄物）のｐＨが上記の範囲であれば、中温可溶化工程において、酸生成菌の活性が向上でき、メタン発酵菌の活性を抑制できる。
【００４４】
そして、廃棄物−循環液混合物（有機性廃棄物）は、４０℃未満の中温可溶化温度に調整される。
【００４５】
中温可溶化温度は、例えば、３０℃以上、好ましくは、３２℃以上、さらに好ましくは、３５℃以上、４０℃未満、好ましくは、３９℃以下である。
【００４６】
中温可溶化温度が上記下限以上であれば、有機性廃棄物中の有機物を効率的に可溶化することができ、中温可溶化温度が上記上限以下であれば、後述する次の工程であるメタン発酵工程の温度を４０℃未満に安定して維持することができ、メタン発酵工程におけるメタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制することができる。
【００４７】
廃棄物−循環液混合物の温度を調整するには、必要により、例えば、廃棄物−循環液混合物にスチームを供給して、廃棄物−循環液混合物を上記の中温可溶化温度となるように加熱する。
【００４８】
また、中温可溶化工程の滞留時間（水理学的滞留時間：ＨＲＴ）は、例えば、１日以上、好ましくは、２日以上、例えば、５日以下、好ましくは、４日以下である。
【００４９】
また、中温可溶化工程では、必要に応じて、廃棄物−循環液混合物をろ過して、廃棄物−循環液混合物から上記の発酵不適合物などを除去してもよい。
【００５０】
さらに、中温可溶化工程では、必要に応じて、廃棄物−循環液混合物に栄養塩を添加してもよい。栄養塩としては、鉄塩、ニッケル塩、コバルト塩などが挙げられる。栄養塩は、単独使用または２種以上併用することもできる。
【００５１】
以上によって、廃棄物−循環液混合物が可溶化されて、中温可溶化液（可溶化された有機廃棄物）が調製される。
【００５２】
（１−２）メタン発酵工程
次いで、中温可溶化液（可溶化された有機廃棄物）を、４０℃未満のメタン発酵温度に調整する。なお、第１実施形態において、中温可溶化工程とメタン発酵工程とは、別反応槽で別々の工程として実施される。
【００５３】
メタン発酵工程では、例えば、上記の長鎖脂肪酸が、共生酢酸生成細菌により酢酸と水素などに分解された後、酢酸および水素などから、メタン生成細菌によりメタンおよび二酸化炭素が生成される。
【００５４】
メタン発酵温度は、例えば、３０℃以上、好ましくは、３２℃以上、さらに好ましくは、３５℃以上、４０℃未満、好ましくは、３９℃以下である。つまり、メタン発酵温度の温度範囲は、中温可溶化温度の温度範囲と同一であることが好ましい。
【００５５】
メタン発酵温度が上記下限以上であれば、メタンを安定して生成でき、メタン発酵温度が上記上限以下であれば、メタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制することができる。
【００５６】
また、メタン発酵温度と中温可溶化温度との温度差（＝メタン発酵温度−中温可溶化温度）は、例えば、±０℃以上、例えば、±１０℃未満、好ましくは、±５℃以下、さらに好ましくは、±３℃以下である。
【００５７】
メタン発酵温度と中温可溶化温度との温度差が上記範囲であれば、メタン発酵工程の前に中温可溶化液の温度調整（加熱や冷却）をすることなく、メタン発酵温度を上記の範囲に維持できる。
【００５８】
また、メタン発酵温度は、中温可溶化工程において中温可溶化温度が上記のように調整されることにより、メタン発酵工程において調整されることなく、上記の温度範囲とされる。つまり、中温可溶化温度を基準として、メタン発酵温度を上記の温度範囲に調整することができる。
【００５９】
また、メタン発酵工程の滞留時間（水理学的滞留時間：ＨＲＴ）は、例えば、６日以上、好ましくは、８日以上、例えば、１２日以下、好ましくは、１０日以下である。
【００６０】
以上によって、中温可溶化液がメタン発酵されて、メタンガスが生成するとともに、発酵液が調製される。
【００６１】
生成したメタンガスは、例えば、ガスホルダにより捕集されて回収される。また、第１実施形態では、発酵液の全てが、高温可溶化工程に搬送される。
【００６２】
また、メタン発酵工程における発酵液のｐＨは、例えば、６．５以上、好ましくは、７．０以上、例えば、８．２以下、好ましくは、８．０以下である。
【００６３】
発酵液のｐＨが上記範囲であれば、メタン発酵工程において、メタン発酵菌が活性化され、メタンを安定して生成できる。
【００６４】
（１−３）高温可溶化工程
次いで、発酵液を高温可溶化温度に調整する。高温可溶化工程では、例えば、中温可溶化工程およびメタン発酵工程の両工程において分解されずに残存した有機物が可溶化される。
【００６５】
高温可溶化温度は、４５℃以上、好ましくは、５０℃以上、７０℃未満、好ましくは、６５℃以下、さらに好ましくは、６０℃以下であることが好ましい。
【００６６】
高温可溶化温度が上記下限以上であれば、中温可溶化工程で可溶化されなかった発酵液に含まれる有機物を安定して可溶化できるとともに、発酵液を加熱消毒できる。
【００６７】
また、高温可溶化温度が上記上限以下であれば、アンモニアガスの生成を抑制でき、発酵液中のＮＨ４＋−Ｎの濃度が過度に低下することを抑制できる。そのため、農産加工廃棄物であっても、メタン生成菌の増殖に必要なＮＨ４＋−Ｎ濃度を確保することができる。
【００６８】
また、高温可溶化温度と中温可溶化温度との温度差（＝高温可溶化温度−中温可溶化温度）は、例えば、＋５℃以上、好ましくは、＋１０℃以上、例えば、＋４０℃未満、好ましくは、＋３０℃以下、さらに好ましくは、＋２０℃以下である。
【００６９】
また、発酵液を高温可溶化温度に調整するには、例えば、発酵液を公知の熱源により上記の温度範囲となるように加熱する。つまり、第１実施形態では、高温可溶化工程において、メタン発酵工程により生じた発酵液の全てが加熱される。なお、熱源としてスチームを使用できるが、高温可溶化工程ではスチームを使用してもアンモニアストリッピングはされない。
【００７０】
また、高温可溶化工程の滞留時間（水理学的滞留時間：ＨＲＴ）は、例えば、０．５日以上、好ましくは、１日以上、例えば、３日以下、好ましくは、２日以下である。
【００７１】
以上によって、発酵液が可溶化されて、高温可溶化液（高温可溶化工程により処理された発酵液）が調製される。
【００７２】
高温可溶化工程における高温可溶化液（発酵液）のｐＨは、例えば、４．０以上、好ましくは、７．０以上、例えば、９．０未満、好ましくは、８．２以下である。
【００７３】
高温可溶化液のｐＨが上記範囲であれば、アンモニアガスの生成をより一層抑制でき、発酵液中のＮＨ４＋−Ｎ濃度が過度に低下することを抑制できる。
【００７４】
（１−４）返送工程
次いで、高温可溶化液の一部を循環液として中温可溶化工程に返送し、高温可溶化液の残部を排出液として排出する。なお、排出液は、液肥として好適に利用され、また、排水処理施設に搬送されてもよい。
【００７５】
循環液の割合は、高温可溶化液全量に対して、例えば、２５体積％以上、好ましくは、４０体積％以上、例えば、７５体積％以下、好ましくは、６０体積％以下である。
【００７６】
詳しくは、循環液は、新規に投入される有機性廃棄物と混合されて、廃棄物−循環液混合物として調製された後、中温可溶化工程に返送される。
【００７７】
循環液の混合割合は、有機性廃棄物１００質量部に対して、例えば、５０質量部以上、好ましくは、１００質量部以上、例えば、２００質量部以下であり、とりわけ好ましくは、１００質量部である。
【００７８】
循環液の混合割合が上記下限以上であれば、循環液に含まれるメタン生成菌や循環液の熱を中温可溶化工程に好適に再利用でき、循環液の混合割合が上記上限以下であれば、中温可溶化工程の温度を４０℃未満に維持できる。
【００７９】
このように、第１実施形態では、中温可溶化工程、メタン発酵工程、高温可溶化工程および返送工程が順次繰り返され、処理液（廃棄物−循環液混合物、中温可溶化液、発酵液、循環液）がそれら工程を順次循環している。
【００８０】
また、それら工程は、連続的に実施してもよく断続的に実施してもよい。つまり、各工程に処理液を途切れることなく連続して流入してもよく、各工程への処理液の流入および停止を繰り返してもよい。
【００８１】
このような各工程は、好ましくは、断続的に実施される。具体的には、処理液が、各工程に、所定時間毎（例えば２〜３時間毎）に所定の処理量（例えば、１日に処理される有機性廃棄物全量に対して、８．０質量％〜１２．５質量％）で流入された後、その流入が停止される。
【００８２】
２．廃棄物処理施設
このような廃棄物処理方法は、例えば、図１に示すように、廃棄物処理施設１により実施される。
【００８３】
廃棄物処理施設１は、前処理ユニット５と、中温可溶化ユニット２と、メタン発酵ユニット３と、ガスホルダユニット６と、高温可溶化ユニット４とを備えている。
【００８４】
前処理ユニット５は、有機性廃棄物を前処理するユニットであって、受入ホッパ７と、破砕装置８と、選別装置９と、混合槽１０と、複数（３本）の配管１１（配管１１Ａ〜１１Ｃ）と、第１搬送管１２とを備えている。
【００８５】
受入ホッパ７は、処理対象である有機性廃棄物が受入可能である。受入ホッパ７は、配管１１Ａにより破砕装置８に接続されている。
【００８６】
破砕装置８は、受入ホッパ７からの有機性廃棄物を破砕可能であり、例えば、公知の２軸破砕機が挙げられる。破砕装置８は、配管１１Ｂにより選別装置９と接続されている。
【００８７】
選別装置９は、破砕された有機性廃棄物から発酵不適物を選別可能であり、例えば、公知の風力選別機や回転ブレード式分別機が挙げられる。選別装置９は、配管１１Ｃにより混合槽１０に接続されている。また、混合槽１０は、第１搬送管１２により中温可溶化槽１３（後述）に接続されている。
【００８８】
中温可溶化ユニット２は、有機性廃棄物を４０℃未満で中温可溶化するユニットであって、中温可溶化槽１３と、ボイラー１４と、スチーム管１５と、第２搬送管１６とを備えている。
【００８９】
中温可溶化槽１３には、図示しないが、公知の撹拌装置が設けられている。また、中温可溶化槽１３には、図示しないが、有機性廃棄物に上記の栄養塩を添加するための添加ユニットが設けられてもよい。また、中温可溶化槽１３は、第２搬送管１６によりメタン発酵槽１８（後述）に接続されている。
【００９０】
ボイラー１４は、例えば、過熱スチームを発生可能であり、スチーム管１５により中温可溶化槽１３に接続されている。これにより、ボイラー１４は、スチーム管１５を介して中温可溶化槽１３内にスチームを供給可能である。
【００９１】
メタン発酵ユニット３は、中温可溶化液をメタン発酵するユニットであって、メタン発酵槽１８と、第３搬送管１９とを備えている。
【００９２】
メタン発酵槽１８には、図示しないが、公知の液の循環ポンプユニットが設けられている。また、メタン発酵槽１８は、第３搬送管１９により高温可溶化槽２１（後述）に接続されている。なお、メタン発酵槽１８には、図示しないが、ボイラーがスチーム管を介して接続されていてもよい。
【００９３】
高温可溶化ユニット４は、発酵液を４５℃以上で高温可溶化するユニットであって、高温可溶化槽２１と、返送管２４と、排出管３０とを備えている。
【００９４】
高温可溶化槽２１には、図示しないが、公知の熱源（例えば、ボイラーなど）が設けられている。高温可溶化槽２１は、返送管２４により混合槽１０に接続されている。これによって、混合槽１０と、第１搬送管１２と、中温可溶化槽１３と、第２搬送管１６と、メタン発酵槽１８と、第３搬送管１９と、高温可溶化槽２１と、返送管２４とは、循環経路を形成している。また、高温可溶化槽２１には、排出管３０が接続されている。
【００９５】
ガスホルダユニット６は、メタンガスを捕集可能なユニットであって、ガスホルダ２６と、第１ガス管２７と、第２ガス管２８と、ガス排出管２９とを備えている。
【００９６】
ガスホルダ２６は、公知のガスホルダであって、第１ガス管２７によりメタン発酵槽１８に接続されるとともに、第２ガス管２８により高温可溶化槽２１に接続されている。また、ガスホルダ２６には、ガス排出管２９が接続されている。
【００９７】
次に、廃棄物処理施設１における廃棄物処理動作について説明する。
【００９８】
廃棄物処理施設１では、まず、上記の有機性廃棄物が受入ホッパ７に投入される。
【００９９】
その後、有機性廃棄物は、配管１１Ａを介して破砕装置８に供給されて破断される。続いて、破断された有機性廃棄物は、配管１１Ｂを介して選別装置９に供給されて発酵不適物が取り除かれる。
【０１００】
次いで、有機性廃棄物は、配管１１Ｃを介して混合槽１０に供給される。そして、有機性廃棄物は、混合槽１０において、高温可溶化槽２１から返送される循環液と上記の混合割合で混合されて、廃棄物−循環液混合物が調製される。
【０１０１】
そして、廃棄物−循環液混合物は、第１搬送管１２を介して中温可溶化槽１３に供給され、ボイラー１４により上記の中温可溶化温度に調整された後、上記の滞留時間維持される。これによって、廃棄物−循環液混合物が中温可溶化されて、中温可溶化液が調製される。
【０１０２】
次いで、中温可溶化液は、第２搬送管１６を介してメタン発酵槽１８に供給された後、上記のメタン発酵温度で、上記の滞留時間維持される。これにより、中温可溶化液がメタン発酵されて、メタンガスが生成するとともに、発酵液が調製される。
【０１０３】
生成したメタンガスは、第１ガス管２７を介してガスホルダ２６に捕集される。
【０１０４】
また、発酵液は、第３搬送管１９を介して高温可溶化槽２１に供給され、上記の高温可溶化温度に調整された後、上記の滞留時間維持される。これによって、発酵液が高温可溶化されて、高温可溶化液が調製される。
【０１０５】
その後、高温可溶化液の一部は、循環液として、返送管２４を介して上記の割合で混合槽１０に返送され、高温可溶化液の残部は、排出管３０を介して排出液として排出される。
【０１０６】
なお、高温可溶化槽２１において生じたメタンガスは、第２ガス管２８を介してガスホルダ２６に捕集される。第２ガス管２８は、アンモニアガスを捕集しないように調整することが好ましい。第２ガス管２８は、メタンガスとアンモニアガスとを分離する分離手段を設けてもよい。
【０１０７】
３．作用効果
このような廃棄物処理方法の第１実施形態では、中温可溶化温度が４０℃未満である。そのため、中温可溶化液を冷却する設備を設けなくとも、メタン発酵温度を４０℃未満に安定して維持することができる。その結果、コスト（ランニングコストおよび設備コスト）の低減を図ることができながら、メタン発酵反応のアンモニア阻害を抑制することができる。
【０１０８】
また、発酵液は、高温可溶化工程において４５℃以上で可溶化される。そのため、中温可溶化工程で可溶化されなかった発酵液に含まれる有機物の可溶化の促進を図ることができる。その後、高温可溶化された発酵液（高温可溶化液）は、新規に投入される有機性廃棄物とともに中温可溶化工程に返送されるので、高温可溶化液に含まれるメタン生成菌や高温可溶化液の熱を、中温可溶化工程に再利用することができる。そして、返送された高温可溶化液は、新規に投入される有機性廃棄物とともに再び、メタン発酵される。その結果、メタンガスの生成効率の向上を図ることができる。
【０１０９】
また、高温可溶化工程の温度が７０℃未満であるので、中温可溶化工程およびメタン発酵工程を４０℃未満に安定して維持できるとともに、発酵液中のＮＨ４＋−Ｎ濃度が過度に低下することを抑制できる。そのため、有機性廃棄物のＴ−Ｎが上記範囲であっても、メタン生成菌の増殖に必要なＮＨ４＋−Ｎ濃度を確保することができる。
【０１１０】
また、高温可溶化工程における発酵液のｐＨは、好ましくは、９未満である。そのため、発酵液中におけるアンモニウムイオンと水酸化物イオンとの反応を抑制でき、発酵液中のＮＨ４＋−Ｎ濃度が過度に低下することを抑制できる。
【０１１１】
また、第１実施形態では、発酵液の全てを高温可溶化工程において加熱している。そのため、発酵液の全てを加熱消毒でき、発酵液中の病原性微生物などを低減することができる。そして、加熱消毒された発酵液の一部は中温可溶化工程に返送され、その発酵液の残部は排出液として排出される。つまり、排出液は加熱消毒されているので、排出液を液肥として好適に利用できる。
【０１１２】
また、第１実施形態では、中温可溶化工程とメタン発酵工程とが別反応槽で別工程として実施される。そのため、中温可溶化工程とメタン発酵工程とのそれぞれの工程を好適な条件で実施することができる。その結果、可溶化およびメタン発酵の処理速度の向上を図ることができる。
【０１１３】
４．第２実施形態
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態では、上記した第１実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
第１実施形態では、発酵液の全てが高温可溶化工程に送られて加熱されるが、これに限定されない。第２実施形態では、発酵液の一部が循環液として高温可溶化工程に送られ、発酵液の残部が排出液として排出される。
【０１１５】
このような廃棄物処理方法は、廃棄物処理施設４０により実施される。廃棄物処理施設４０は、高温可溶化ユニット４が排出管３０を備えていないこと、および、メタン発酵ユニット３が排出管３１を備えていること以外は、廃棄物処理施設１と同様の構成を備えている。つまり、廃棄物処理施設４０は、前処理ユニット５と、中温可溶化ユニット２と、メタン発酵ユニット３と、ガスホルダユニット６と、高温可溶化ユニット４とを備えている。
【０１１６】
第２実施形態において、メタン発酵ユニット３の排出管３１は、メタン発酵槽１８に接続されている。そして、メタン発酵ユニット３においてメタン発酵された発酵液は、その一部が第３搬送管１９を介して高温可溶化槽２１に供給され、残部が排出管３１を介して排出される。
【０１１７】
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１８】
５．第３実施形態
次に、図３を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態では、上記した第１実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１９】
第１実施形態では、中温可溶化工程とメタン発酵工程とが、別の反応槽で実施されるが
これに限定されない。第３実施形態では、中温可溶化工程とメタン発酵工程とが、単一の反応槽で実施される。
【０１２０】
このような廃棄物処理方法は、廃棄物処理施設５０により実施される。廃棄物処理施設５０は、中温可溶化ユニット２を備えていないこと以外は、廃棄物処理施設１と同様の構成を備えている。つまり、廃棄物処理施設５０は、前処理ユニット５と、メタン発酵ユニット３と、ガスホルダユニット６と、高温可溶化ユニット４とを備えている。
【０１２１】
第３実施形態において、混合槽１０は、第１搬送管１２によりメタン発酵槽１８に接続されている。また、ボイラー１４は、スチーム管１５によりメタン発酵槽１８に接続されている。
【０１２２】
そして、混合槽１０からメタン発酵槽１８に供給された廃棄物−循環液混合物は、メタン発酵槽１８において、ボイラー１４により、上記の中温可溶化温度の範囲かつメタン発酵温度の範囲に調整される。これにより、廃棄物−循環液混合物が、可溶化およびメタン発酵されて、メタンガスが生成するとともに、発酵液が調製される。
【０１２３】
このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１２４】
６．変形例
上記の第１実施形態〜第３実施形態では、循環液は、有機性廃棄物と混合された後、中温可溶化工程に返送されるが、これに限定されず、循環液は、中温可溶化工程に直接返送されてもよい。この場合、有機性廃棄物と循環液とは、中温可溶化工程において混合される。
【０１２５】
上記の第１実施形態および第２実施形態では、メタン発酵温度は、中温可溶化温度が調整されることにより、メタン発酵工程で調整されることなく、上記の温度範囲とされる。しかし、これに限定されず、メタン発酵工程において、中温可溶化液にスチームを供給して、上記のメタン発酵温度となるように調整することもできる。
【０１２６】
上記の第１実施形態〜第３実施形態では、廃棄物処理施設が破砕装置８を備えるが、これに限定されない。有機性廃棄物が、例えば、上記の排水処理汚泥などの破砕する必要がないものである場合、廃棄物処理施設は破砕装置を備えなくてもよい。
【０１２７】
これら変形例によっても、上記の第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。これら第１実施形態〜第３実施形態および変形例は、有機性廃棄物が農産加工廃棄物を含有する場合に特に好適である。また、第１実施形態〜第３実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。
【実施例】
【０１２８】
以下に参考例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「未満」として定義されている数値）に代替することができる。
【０１２９】
（参考例１）および（参考例２）
有機性廃棄物と発酵液とを混合した液を、３７℃（中温可溶化温度）で可溶化して、中温可溶化液を調製した（中温可溶化工程）。なお、中温可溶化工程における中温可溶化液のｐＨは４．０〜５．０であり、中温可溶化工程の滞留時間は３日であった。
【０１３０】
次いで、中温可溶化液を、３７℃（メタン発酵温度）でメタン発酵して、発酵液を調製した（メタン発酵工程）。なお、メタン発酵工程における発酵液のｐＨは７．０〜８．０であり、メタン発酵工程の滞留時間は９日であった。
【０１３１】
中温メタン発酵後の発酵液を採取して、表１に示す温度およびｐＨで可溶化処理を実施し、滞留時間毎の化学的酸素要求量（ＣＯＤｃｒ）および溶解性化学的酸素要求量（Ｓ−ＣＯＤｃｒ）を測定した。また、可溶化率（ＣＯＤｃｒに対するＳ−ＣＯＤｃｒの百分率）を算出した。その結果を表１および図４に示す。
【０１３２】
【表１】
2018023949.tif 000005
【０１３３】
＜考察＞
表１に示すように、参考例１（５５℃）および参考例２（３７℃）のＣＯＤｃｒは、ほぼ同一値であるが、参考例１のＳ−ＣＯＤｃｒは、滞留時間１〜３日において、参考例２のＳ−ＣＯＤｃｒと比較して、約１．４倍となることが確認された。図４では、縦軸が可溶化率であり、横軸が滞留時間である。図４に示すように、発酵液を高温（５５℃）で処理すると、中温（３７℃）の処理では限界であった有機物の可溶化が促進されることが確認された。そのため、参考例１において処理された発酵液（高温可溶化液）を中温可溶化工程に返送することで、メタンガスの生成効率の向上が期待できる。
【０１３４】
（参考例３）
有機性廃棄物（生ごみ）を、表２に示す温度で可溶化して、可溶化液を調製した。なお、可溶化工程における可溶化液のｐＨは４．０〜５．０であり、可溶化工程の滞留時間は３日であった。その後、可溶化液のＣＯＤｃｒおよびＳ−ＣＯＤｃｒを測定した。その結果を表２および図５に示す。
【０１３５】
（参考例４）
有機性廃棄物を参考例１と同様に調製した発酵液に変更し、表２に示す温度で可溶化して、可溶化液を調製した。なお、可溶化工程における可溶化液のｐＨは約８．０であり、可溶化工程の滞留時間は３日であった。その後、可溶化液のＣＯＤｃｒおよびＳ−ＣＯＤｃｒを測定した。その結果を表２および図５に示す。
【０１３６】
【表２】
2018023949.tif 000006
【０１３７】
＜考察＞
表２および図５に示すように、参考例３では、可溶化温度（３７℃および５５℃）の相違で可溶化率に大きな変化は確認されなかったが、参考例４では、高温（５５℃）で可溶化した場合、中温（３７℃）で可溶化した場合よりも、可溶化率が１６．５％上昇した。
【０１３８】
つまり、有機性廃棄物は、中温可溶化でも十分に可溶化が進行するが、発酵液は、中温可溶化では十分に可溶化が進行せず、高温可溶化が必要であることが確認された。
【０１３９】
なお、発酵液は、メタン発酵前に中温可溶化されており、中温で分解する有機物はすでに分解されていると考えられる。そして、発酵液は、高温で可溶化されることにより、中温可溶化では分解できない有機物が可溶化したものと推定される。
【符号の説明】
【０１４０】
１      廃棄物処理施設
２      中温可溶化ユニット
３      メタン発酵ユニット
４      高温可溶化ユニット
【図１】
2018023949.tif 000007
【図２】
2018023949.tif 000008
【図３】
2018023949.tif 000009
【図４】
2018023949.tif 000010
【図５】
2018023949.tif 000011