(57)【要約】【課題】安全かつ低価格で高い効果を得ることができる脱硫剤、嫌気発酵促進剤、堆肥製造促進剤、及び、それらを用いた脱硫方法、嫌気発酵方法、及び、堆肥製造方法を提供する。【解決手段】脱水汚泥の乾燥物を用いる。硫化水素を効率よく吸着することができるので、それにより嫌気発酵を促進することができ、更に、嫌気発酵を促進させて堆肥製造を促進させることができる。脱水汚泥の乾燥物は、河川で運ばれた土砂や浮遊物に由来する浄水汚泥や、河川又は湖沼等に堆積した汚泥等の生物にとって安全な自然由来の素材であるので安全性が高く、かつ、低エネルギーで安価に大量生産できる再資源化物であるので安価に得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水汚泥の乾燥物を含むことを特徴とする脱硫剤。
【請求項２】
脱水汚泥の乾燥物を含むことを特徴とする嫌気発酵促進剤。
【請求項３】
有機物を嫌気発酵により分解して堆肥を製造する際に、嫌気発酵を促進させて堆肥製造を促進させる堆肥製造促進剤であって、
脱水汚泥の乾燥物を含むことを特徴とする堆肥製造促進剤。
【請求項４】
請求項１記載の脱硫剤を用いることを特徴とする脱硫方法。
【請求項５】
請求項２記載の嫌気発酵促進剤を用いて嫌気発酵を行うことを特徴とする嫌気発酵方法。
【請求項６】
請求項３記載の堆肥製造促進剤を用いて、有機物から嫌気発酵により堆肥を製造することを特徴とする堆肥製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、有機物から嫌気発酵により堆肥を製造する際に有効に用いることができる脱硫剤、嫌気発酵促進剤、堆肥製造促進剤、及び、それらを用いた脱硫方法、嫌気発酵方法、及び、堆肥製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素制限下での微生物による発酵は嫌気発酵と呼ばれ、有機性廃棄物の処理に適用されるメタン発酵や堆肥の生産に関わっている。嫌気発酵では、有機物の分解あるいは硫酸塩の還元にともなって硫化水素が発生する。硫化水素は悪臭物質として知られているが、極めて高い毒性を有していることでも知られている。硫化水素の蓄積は発酵の阻害要因の一つとなるだけでなく、施設の腐食や劣化を引き起こすため、嫌気発酵処理施設では、脱硫装置とよばれる硫化水素を除去する装置の設置が必要不可欠である。脱硫装置は、定期的に交換やメンテナンスが必要であるため、これをいかに延命させるかが嫌気発酵のランニングコストを低く抑える上で重要な課題の一つとなっている。
【０００３】
脱硫及び硫化水素発生抑制の手法としては、これまでにマグネシウム系無機材料（水酸化マグネシウムや酸化マグネシウム）、アントラキノン類あるいは鉄化合物（酸化鉄など）の添加や、硫黄酸化細菌の利用が報告されている（例えば、非特許文献１〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１５５７２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】武下俊宏  他，「埋立処分場の硫化水素問題に関する研究」，第２６回全国都市清掃研究・事例発表会公演論文集，ｐ．２２１−２２３（２００５）
【非特許文献２】長岡一也、「硫酸還元細菌の硫化水素発生を抑制するキノン系製剤」，紙パ技協誌，４９（１２），ｐ．１８２７−１８３５（１９９５）
【非特許文献３】和田実，「アントラキノンによる硫化水素発生抑制作用と火山灰土壌によるリン吸着作用を組み合わせた沿岸環境保全技術の効果と安全性の評価」，平成２１年度「有明海再生に関する研究等助成事業」実績報告書
【非特許文献４】吉田彰  他，「マグネシウム系無機材料による底質・水質の浄化技術」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｊａｐａｎ，１２（３１９），ｐ．５４８−５５３（２００５）
【非特許文献５】石田哲也  他，「バイオガス中硫化水素の生物的除去（脱硫）の試験」，北海道開発土木研究所月報，６２０号，ｐ．２１−２９（２００５）
【非特許文献６】小林拓朗  他，「硫黄酸化細菌を利用したメタン発酵槽の微好気環境下におけるバイオガス脱硫」，土木学会論文集Ｇ，６５（２），ｐ．１０４−１１３（２００９）
【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、マグネシウム系無機材料は、添加によりｐＨを８に上昇させることで硫化水素の発生を抑制するが、発明者の加来伸夫等における検討で、その添加量によってはむしろメタン生成を抑制してしまうことが分かっている（例えば、特許文献１参照）。また、酸化マグネシウムは水酸化マグネシウムを１８００℃以上で焼成することで生産されるため燃料コストがかかるという欠点もある。水酸化マグネシウムは乾燥させる工程はあるものの、酸化マグネシウムよりも燃料コストはかからないので費用面での問題はないが、上述したように、硫化水素の発生を抑制すると共に、エネルギーとして利用可能なメタンガスの発生も抑制してしまうので嫌気発酵への添加には適していない。
【０００７】
アントラキノン類は、硫酸還元細菌による硫酸塩の還元を阻害することで硫化水素の発生を抑制するといわれているが、効果は環境条件により大きく左右され、添加によりむしろ硫化水素が多く発生する事例も報告されている。また、水生生物に対する影響など、安全性について検討する必要があると指摘されている。
【０００８】
鉄化合物は、硫化水素を硫化鉄へと効率良く変換することで硫化水素濃度を低く保つが、使い捨てでコストがかかり、環境にも優しくない。
【０００９】
硫化水素を硫黄や硫酸に変換する硫黄酸化細菌の利用は、交換が不要である点で優れているが、脱硫効率が低い場合も多く、蓄積した硫酸や硫黄の除去が必要になることがある。また、硫黄酸化細菌の呼吸のために酸素を発酵槽内に供給する必要があり、結果として酸素を嫌うメタン生成古細菌を阻害してメタン（嫌気発酵の産物でエネルギーとして利用可能）の回収量を低下させてしまう可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、安全かつ低価格で高い効果を得ることができる脱硫剤、嫌気発酵促進剤、堆肥製造促進剤、及び、それらを用いた脱硫方法、嫌気発酵方法、及び、堆肥製造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】
【００１１】
本発明の脱硫剤は、脱水汚泥の乾燥物を含むものである。
【００１２】
本発明の嫌気発酵促進剤は、脱水汚泥の乾燥物を含むものである。
【００１３】
本発明の堆肥製造促進剤は、有機物を嫌気発酵により分解して堆肥を製造する際に、嫌気発酵を促進させて堆肥製造を促進させるものであって、脱水汚泥の乾燥物を含むものである。
【００１４】
本発明の脱硫方法は、本発明の脱硫剤を用いるものである。
【００１５】
本発明の嫌気発酵方法は、本発明の嫌気発酵促進剤を用いて嫌気発酵を行うものである。
【００１６】
本発明の堆肥製造方法は、本発明の堆肥製造促進剤を用いて、有機物から嫌気発酵により堆肥を製造するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、脱水汚泥の乾燥物を用いるようにしたので、硫化水素を効率よく吸着することができる。また、それにより嫌気発酵を促進することができ、更に、嫌気発酵を促進させて堆肥製造を促進させることができる。
【００１８】
また、脱水汚泥の乾燥物は、河川で運ばれた土砂や浮遊物に由来する浄水汚泥や、河川又は湖沼等に堆積した汚泥等の生物にとって安全な自然由来の素材であるので、安全性が高い。更に、脱水汚泥の乾燥物は、低エネルギーで安価に大量生産できる再資源化物であり、安価に得ることができると共に、環境にも優しくすることができる。
【００１９】
加えて、嫌気発酵に用いられた後の脱水汚泥の乾燥物は、硫黄やアンモニアとともに消化液成分を相当含んでいるので、肥料や土壌改良剤として優れた特性を得ることができ、経済性、環境的にも優れている。
【００２０】
更にまた、嫌気発酵により得られたメタンガスは、一般に、数千ｐｐｍの硫化水素を含んでおり、これを脱硫装置で取り除かないとエネルギーとして利用することができないが、本発明によれば、硫化水素を低濃度に保つことができるので、脱硫装置を延命することができ、コスト削減をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】硫化水素濃度の経時変化を示す特性図である。
【図２】嫌気発酵におけるメタン及び二酸化炭素の発生量を示す特性図である。
【図３】堆肥製造の促進効果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
本実施の形態の脱硫剤は、脱水汚泥の乾燥物を含んでいる。この脱硫剤は、嫌気発酵（メタン発酵とも言う）においてメタンと共に発生する有害な硫化水素を吸着することができ、それにより嫌気発酵を促進させることができるので、嫌気発酵促進剤としても用いることができる。なお、嫌気発酵というのは、有機物を嫌気的に微生物により分解するものであり、分解によりメタンガスが発生する。この嫌気発酵は糞尿などの有機性廃棄物の処理に有効であり、また、発生したメタンガスはエネルギーとして利用することができる。また、この脱硫剤は、糞などの有機物を嫌気発酵により分解して堆肥を製造する際にも、嫌気発酵を促進させて堆肥製造を促進させることができるので、堆肥製造促進剤としても用いることができる。
【００２４】
原料の汚泥としては、例えば、水道水を製造する過程で生ずる浄水汚泥や、河川又は湖沼等に堆積した汚泥が挙げられる。浄水汚泥は、浄水発生土とも言い、水道水を製造する過程で生ずる、河川水や湖沼水の濁り物質からなる。これは、成分的には天然の砂粒分に、必要に応じて凝集剤が添加されたものであり、主として無機成分からなり、比較的均質的な粘土を構成している。浄水汚泥は、水道源水によっては１０〜２０％程度の有機質を含んでいる場合もある。
【００２５】
脱水汚泥の乾燥物は、例えば、上述した汚泥を脱水し（脱水工程）、乾燥させ（乾燥工程）、粉砕する（粉砕工程）ことにより得ることができる。脱水工程の脱水方法としては、例えば、重力脱水、圧力脱水、真空脱水等の機械脱水や天日乾燥がある。脱水工程を経た脱水汚泥ケーキは、上述した浄水汚泥や、河川、湖沼等の堆積汚泥を脱水したものであり、例えば、約６０〜６５％の水分が含まれている。
【００２６】
乾燥工程において、例えば、脱水汚泥ケーキを１５０℃〜２５０℃の範囲内温度で１５分から４５分程度乾燥することにより、均質で多孔質の無機質な乾燥物にすることができる。乾燥には電力による熱変換、ガス又は石油を燃焼して得る熱等の熱源を利用する。
【００２７】
乾燥工程を経た汚泥は、例えば、冷却工程にて冷却することで、汚泥内の水分を除去し、汚泥内の水分量を５％以下にすることが好ましい。水分量が多いと、粉砕工程にて目詰まりが発生し、生産性が大幅に悪化するからである。冷却方法は、乾燥工程から排出後、１８時間から３０時間程度自然冷却することが望ましい。また、自然冷却後、４０度〜６０度の乾燥室へ６時間程度放置してもよい。冷却扇等を用いての強制冷却や、冷却槽等へ投入しての強制冷却では、汚泥内部の乾燥が不十分となり、粉砕工程での目詰まりが起きやすくなる。
【００２８】
乾燥工程を経た汚泥は、粉砕工程にて粉砕される。粉砕は、平均粒径が１〜７ｍｍ程度が望ましいが、使用用途によって、適宜変更することが可能である。これにより完成した脱水汚泥の乾燥物は、多孔性であり、透水性、保水性及び通気性を有している。なお、必要に応じて、粉砕後に、バインダーや他の材料を加えて造粒してもよい。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、脱水汚泥の乾燥物を用いるようにしたので、硫化水素を効率よく吸着することができる。また、それにより嫌気発酵を促進することができ、更に、嫌気発酵を促進させて堆肥製造を促進させることができる。
【００３０】
また、脱水汚泥の乾燥物は、河川で運ばれた土砂や浮遊物に由来する浄水汚泥や、河川又は湖沼等に堆積した汚泥等の生物にとって安全な自然由来の素材であるので、高い安全性を得ることができる。更に、脱水汚泥の乾燥物は、低エネルギーで安価に大量生産できる再資源化物であり、安価に得ることができると共に、環境にも優しくすることができる。
【００３１】
加えて、嫌気発酵に用いられた後の脱水汚泥の乾燥物は、硫黄やアンモニアとともに消化液成分を相当含んでいるので、肥料や土壌改良剤として優れた特性を得ることができ、経済性、環境的にも優れている。
【００３２】
更にまた、嫌気発酵により得られたメタンガスは、一般に、数千ｐｐｍの硫化水素を含んでおり、これを脱硫装置で取り除かないとエネルギーとして利用することができないが、本発明によれば、硫化水素を低濃度に保つことができるので、脱硫装置を延命することができ、コスト削減をすることができる。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
脱硫剤として、浄水汚泥を脱水し、１５０〜２５０℃の温度で約３０分間乾燥後、約２４時間自然冷却して水分量を５％以下とし、粉砕することにより脱水汚泥の乾燥物を製造した。得られた脱硫剤について、脱硫効果を調べた。まず、メディウムビン（２５０ｍｌ）内に、製造した脱硫剤（脱水汚泥の乾燥物）５ｇ（３ｍｌ相当）を入れてから、蒸留水を全体の容積が６０ｍｌになるように加え、次いで１０００ｐｐｍの硫化水素ガス（窒素ガス中の濃度）で気相を置換してブチルゴム栓で封じた。これを４８時間静置し、気相内の硫化水素濃度の変化を調べた。硫化水素濃度は、注射針を装着したシリンジでゴム栓を通して気相から採取したガス試料を用いてガス検知管（ガステック）で測定した。比較のために、脱水汚泥の乾燥物を加えなかったもの（比較例１−１）、及び、脱水汚泥の乾燥物の代わりにゼオライトの添加したもの（比較例１−２）についても同様にして実験を行った。
【００３４】
得られた結果を図１に示す。なお、図１で示したエラーバーは標準偏差である。図１に示したように、脱水汚泥の乾燥物を用いた実施例１によれば、速やかに気相中の硫化水素濃度を低下させることができた。すなわち、脱水汚泥の乾燥物は高い硫化水素除去能力を有していることが分かった。
【００３５】
（実施例２）
嫌気発酵促進剤として、実施例１と同様にして脱水汚泥の乾燥物を製造した。得られた嫌気発酵促進剤について、嫌気発酵の促進効果を調べた。まず、メディウムビン（５００ｍｌ）内に、豚舎廃水１６０ｍｌと、製造した嫌気発酵促進剤（脱水汚泥の乾燥物）２０ｇ（１２ｍｌ相当）と、滅菌蒸留水２８ｍｌとを入れ、メディウムビン内の気相を無酸素窒素ガスで置換してゴム栓と穴空きスクリューキャップで封じてから、３０℃で約１ヶ月間静置保温することで嫌気発酵を行った。比較のために、脱水汚泥の乾燥物の代わりに水１２ｍｌを加えたものも準備し、同様に保温した（比較例２）。保温終了後、メディウムビンの内容物をよく撹拌してから静置し、固形物を沈殿させた後、液相部分を１５０ｍｌ採取し、新鮮豚舎廃水と入れ替え、再び保温することで連続的に回分嫌気発酵を行った。
【００３６】
保温終了ごとに、メディウムビン気相中に蓄積したメタンの濃度を測定した。測定に使用したガス試料は、コック付きシリンジをゴム栓に突き刺して採取した。メタン濃度はＴＣＤ検出器を備えたＧＣ−３２００ガスクロマトグラフ（ジーエルサイエンス）で測定した。メタンガスの気相中における濃度から発酵液１Ｌ当たりの発生量を算出した。実験は３連で行い平均値を算出した。
【００３７】
得られた結果を図２に示す。なお、図２で示したエラーバーは標準偏差である。図２において、縦軸は発酵液１Ｌ当たりのメタンの発生量であり、横軸は繰り返し回分発酵の回数である。図２に示したように、脱水汚泥の乾燥物を添加した実施例２によれば、無添加の比較例２に比べて、メタンの量が大幅に増大した。すなわち、脱水汚泥の乾燥物を添加することにより、効率よく嫌気発酵を進行させることができることが分かった。
【００３８】
（実施例３）
堆肥製造促進剤として、実施例１と同様にして脱水汚泥の乾燥物を製造した。得られた堆肥製造促進剤について、堆肥製造の促進効果を調べた。堆肥の材料として、鶴岡市の堆肥センター（羽黒町）で調製した豚糞と籾殻の混合物を使用した。この堆肥の材料と、堆肥製造促進剤（脱水汚泥の乾燥物）２０００ｇとを混合し、０．１２５ｍ３の容器に空気が入らないように圧力をかけながら詰め込んで、蓋を乗せた後、静置して堆肥を作製した。比較のために、堆肥製造促進剤を混合せずに、他は実施例３と同様にして堆肥を作製した。堆肥化の過程の評価は温度を測定することで行った。温度は堆肥の中心部で測定し、温度が高いほど堆肥化が活発に進行しているとみなした。
【００３９】
得られた結果を図３に示す。なお、図３には外気温も合わせて示した。図３に示したように、脱水汚泥の乾燥物を添加した実施例３によれば、無添加の比較例３に比べて、温度は高く推移した。すなわち、脱水汚泥の乾燥物を添加することにより、効率よく発酵を促進することができることが分かった。
【００４０】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えている必要はなく、また、他の構成要素を備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
脱硫、嫌気発酵、堆肥の製造に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月20日(2018.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水した浄水発生土の乾燥物を含むことを特徴とする脱硫剤。
【請求項２】
脱水した浄水発生土の乾燥物を含むことを特徴とする嫌気発酵促進剤。
【請求項３】
有機物を嫌気発酵により分解して堆肥を製造する際に、嫌気発酵を促進させて堆肥製造を促進させる堆肥製造促進剤であって、
脱水した浄水発生土の乾燥物を含むことを特徴とする堆肥製造促進剤。
【請求項４】
請求項１記載の脱硫剤を用いることを特徴とする脱硫方法。
【請求項５】
請求項２記載の嫌気発酵促進剤を用いて嫌気発酵を行うことを特徴とする嫌気発酵方法。
【請求項６】
請求項３記載の堆肥製造促進剤を用いて、有機物から嫌気発酵により堆肥を製造することを特徴とする堆肥製造方法。