(57)【要約】【課題】メタンガスの発生量を増加させてエネルギー収支の改善を図るとともに、嫌気性消化工程の効率化を実現する有機性廃棄物の処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合装置５で混合させる。混合された混合汚泥を水熱処理装置７により高温高圧の熱水で可溶化する。この水熱処理装置７により可溶化された混合汚泥を嫌気性消化処理装置８により嫌気環境で生物処理する有機性廃棄物の処理装置。【選択図】図１
2008290041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合し、この混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する水熱処理を行い、この水熱処理された混合汚泥を嫌気環境で生物処理する嫌気性消化処理を行うことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記嫌気性消化処理により発生する消化液の一部を、前段の水熱処理工程に返送し、再度水熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記嫌気性消化処理により発生する消化液を固相と液相に固液分離し、前記固相部分を前段の水熱処理工程に返送し、再度水熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合し、この混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する第１の水熱処理を行い、この第１の水熱処理により可溶化された混合汚泥を嫌気環境で生物処理する嫌気性消化処理を行うと共に、この嫌気性消化処理により発生する消化液を固相と液相に固液分離し、この固液分離により分離された固形物に対し、前段の前記第１の水熱処理条件より高温高圧環境で処理する第２の水熱処理を施し、この第２の水熱処理により可溶化処理された処理物を前記嫌気性消化処理工程に返送することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記汚泥に混合される有機性廃棄物として、食品廃棄物、家畜糞尿、木質系の有機性廃棄物、農作物非食部のいずれか又はこれらの組み合わせを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合させる混合装置と、
この混合装置により混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する水熱処理装置と、
この水熱処理装置により可溶化された混合汚泥を嫌気環境で生物処理する嫌気性消化処理装置と、
を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項７】
前記嫌気性消化処理装置により発生する消化液の一部を、前段の水熱処理装置に返送する返送手段を有し、この返送された消化液を前段の水熱処理装置により再度水熱処理させることを特徴とする請求項６に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項８】
前記嫌気性消化処理装置により発生する消化液を固相と液相に分離する固液分離装置と、この固液分離装置で分離された固相部分を前段の水熱処理装置に返送する返送手段とを備え、返送された固相部分を、前段の水熱処理装置により再度水熱処理させることを特徴とする請求項６に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項９】
汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合させえる混合装置と、
この混合装置により混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する第１の水熱処理装置と、
この第１の水熱処理装置により可溶化された混合汚泥を嫌気環境で生物処理する嫌気性消化処理装置と、
この嫌気性消化処理装置から発生する消化液を固相と液相に固液分離し、この固液分離により分離された固形物を、前記第１の水熱処理装置による処理条件より高温高圧で処理する第２の水熱処理装置と、
この第２の水熱処理装置により可溶化処理された処理物を前記嫌気性消化処理装置に返送する返送手段と
を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理場などで生じる汚泥の嫌気性消化工程を含む、有機性廃棄物の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場では、好気性処理に伴い大量の汚泥が排出される。下水の普及率の拡大に伴い、汚泥の発生量も増加しており、その処分及び有効利用に関する技術が必要とされている。今までは、産業廃棄物として埋め立て処理されたり、焼却処理が行われるのが主流であった。しかし、埋め立てのための土地が不足しており、今後の汚泥量の増加に対して、収容不可能となる懸念がある。また、下水汚泥は含水率が９８％以上と非常に高く、焼却する際には水分の蒸発のためにエネルギーが消費されることから、効率が悪いという課題がある。
【０００３】
一方、下水の汚泥には、生物由来の有機物であるバイオマス資源が含まれており、エネルギー源、有価物として有効活用することが期待できる。そのための手段の一つとして、嫌気性消化によるバイオガス化が挙げられる。この方法によれば下水汚泥に含まれる有機物をメタンガスとして回収し、エネルギー源として利用することができる。嫌気性消化は湿式のプロセスであり、含水率の高い有機性廃棄物の処理に適している。以上の点から、一部の下水処理場において、汚泥の処理に嫌気性消化を導入しており、発生したメタンガスを発電のための燃焼ガス、または熱源として利用している。
【０００４】
しかし、一般的に下水汚泥に含まれる有機性廃棄物のみでは、得られるメタンガス量が十分ではなく、ガスエンジンで発電した場合の下水処理場内の電気自給率は２０％程度にとどまる。そのため、製造にかかるコストと見合った効果が得られない場合が有り、エネルギー収支を改善することが求められている。そのための手法として、下水汚泥に、それ以外のバイオマス資源を混合して処理することにより、より多くのメタンガスを発生させることが検討されている。
【０００５】
地球温暖化防止のため炭酸ガス排出量の削減が求められる中、化石燃料の代替となる、バイオマス由来のエネルギーが注目されている。バイオマス資源は、大気中の炭酸ガスを取り込んで、太陽エネルギーを利用して固定しているものであり、エネルギー減として利用して炭酸ガスを排出しても、大気中の炭酸ガス濃度への影響は無い。そのため、エネルギー源としてのバイオマス資源が注目されており、官民を挙げてその利用率の向上に取り組んでいる。
【０００６】
下水汚泥以外の含水率の高い湿潤系のバイオマス資源として、家畜糞尿、厨芥類が挙げられる。これらのバイオマス資源は嫌気性消化への適用が比較的容易であり、さらに高密度にエネルギー源となる有機物を含んでことから、メタンガスとして回収することが期待される。これらの湿潤系バイオマスに含まれる有機物は下水汚泥に比較して固形物の含有率が高い。これらの固形物の状態では、被処理物質がメタン発酵に関わる微生物と反応する場が制限されるため、嫌気性消化の効率が低下することが懸念される。そこで、嫌気性消化を効率的に進行させるためには、より低分子の状態に転換させてやることが望ましい。
【０００７】
含水率の低い乾燥系のバイオマス資源としては、製材所廃材や林地残材等の木質系バイオマス、稲わらに代表される農作物非食部がある。これらの乾燥系のバイオマスは含水率が低いことから、単位体積当たりのエネルギー密度が高く、バイオマス資源として活用が期待されている。一般的には加熱による熱分解ガス化により、バイオガスとして回収する方法が採られている。
【０００８】
生物処理以外の有機性廃棄物の処理技術として、高温高圧の熱水を利用して有機物の分解を促進する、水熱処理技術がある（例えば、特許文献１参照）。水熱処理は、１００℃以上に水を加熱することにより得られる高温高圧の条件下で進行する加水分解作用を利用して、高分子の有機物をより低分子の有機酸、CO2に分解していくものであり、亜臨界水、超臨界水領域までを含めて、各種有機物の分解処理に適用されている。また、木質系バイオマス資源に対して水熱処理を行って分解した後、後段に生物処理を行う例もある（例えば、特許文献２参照）。さらに、この水熱処理を前処理工程として利用し、得られた低分子の有機物に対して嫌気性消化を行うことも検討されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５―２１７９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７５４１号公報
【特許文献３】特開２００３−１９４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
嫌気性消化は汚泥の減容、エネルギー源として活用できるメタンガスを採取可能であるが、下水汚泥を単独で嫌気性消化した場合、メタンガス発生量が十分で無く、事業として成立するために必要なエネルギー収支が得られない場合がある。そのため、バイオマスを資源として有効活用するという観点から下水処理場への導入が望まれているが、一部の下水処理場への適用にとどまっているのが実情である。
【００１０】
そのため、下水汚泥以外の、より高密度にエネルギーを含むバイオマス資源を混合して嫌気性消化し、エネルギー収支を改善する方法が検討されている。しかし、添加するバイオマス資源は高分子の物質を多く含んでいることから、嫌気性消化工程が必ずしも効率的に進行しないという課題がある。
【００１１】
特に乾燥系のバイオマス資源では、セルロース、リグニンといった生物の構造を形成する、安定な難生物分解性物質が多く含まれており、嫌気性消化における生物処理のみでは十分な分解ができず、有効にメタンを採取できないという問題がある。乾燥系バイオマス含水率が低く、小さい単位体積に存在するエネルギー量が大きいことから、輸送・保管が比較的容易というのが有利な点であり、混合バイオマス資源として活用することが検討されているが、現状は別途熱分解ガス化設備を整える必要がある。
【００１２】
本発明の目的は、メタンガスの発生量を増加させてエネルギー収支の改善を図るとともに、嫌気性消化工程の効率化を実現する有機性廃棄物の処理方法及び処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る有機性廃棄物の処理方法及び処理装置は、汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合し、この混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する水熱処理を行い、この水熱処理された混合汚泥を嫌気環境で生物処理する嫌気性消化処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、嫌気性消化処理により発生する消化液の一部を、前段の水熱処理工程に返送し、再度水熱処理を行うようにしてもよい。
【００１５】
また、本発明では、嫌気性消化処理により発生する消化液を固相と液相に固液分離し、固相部分を前段の水熱処理工程に返送し、再度水熱処理を行うようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法及び処理装置では、汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合し、この混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する第１の水熱処理を行い、この第１の水熱処理により可溶化された混合汚泥を嫌気環境で生物処理する嫌気性消化処理を行うと共に、この嫌気性消化処理により発生する消化液を固相と液相に固液分離し、この固液分離により分離された固形物に対し、前段の前記第１の水熱処理条件より高温高圧環境で処理する第２の水熱処理を施し、この第２の水熱処理により可溶化処理された処理物を前記嫌気性消化処理工程に返送する構成でもよい。
【００１７】
さらに本発明では、汚泥に混合される有機性廃棄物として、食品廃棄物、家畜糞尿、木質系の有機性廃棄物、農作物非食部のいずれか又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、汚泥の嫌気性消化処理する際、汚泥に他のバイオマス資源を混合させた混合汚泥を水熱処理により混合汚泥を可溶化した後、嫌気性消化処理することにより、メタンガスの発生量が増加してエネルギー収支が改善するとともに、嫌気性消化工程の効率化が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に関する処理工程の一例を示している。
【００２０】
一般的な下水処理方法である標準活性汚泥法による水処理では、流入下水１０１は最初沈殿池１にて沈殿物を汚泥として除去した後、曝気槽２に送られる。この曝気槽２では空気を吹き込むことにより、下水中に含まれる有機物を栄養源として、好気性微生物を増殖させる。この増殖した微生物は凝集性のあるフロックとなり、さらに水中の有機物を取り込んだ活性汚泥が形成される。こうして形成された活性汚泥は、最終沈殿池３にて汚泥として回収されることになる。有機物が活性汚泥に取り込まれることにより除去された最終沈殿池３の上澄み水は消毒手段４において微生物を除去した後、処理水１０２として河川等の公共用水域へ放流される。
【００２１】
上記の好気性生物処理によって汚泥が形成されることになる。その一つは、最初沈殿池１にて形成される初沈汚泥１０３である。この他に、最終沈殿池３にて汚泥が形成される。この最終沈殿池３で回収される汚泥の一部は、好気性生物処理のために返送汚泥１０４として曝気槽に戻されるが、余剰分は余剰汚泥１０５として、初沈汚泥１０３とともに、好気性生物処理の系外に汚泥として排出されることになる。
【００２２】
この実施の形態では、このようにして取り出される初沈汚泥１０３と余剰汚泥１０５が処理対象となる。これらの汚泥１０３，１０５は、混合装置５に搬送され、下水汚泥以外の有機性廃棄物と混合される。すなわち、混合装置５には有機性廃棄物注入手段６により下水汚泥以外の有機性廃棄物が注入されており、前記汚泥と混合される。なお、混合装置５に搬送する汚泥は、初沈汚泥１０３または余剰汚泥１０５のいずれか単独でもよい。
【００２３】
混合装置５は均一化手段を備え、下水処理による汚泥と、その汚泥以外の有機性廃棄物とを均一に混合するもので、攪拌扇による攪拌、超音波等の均一化手段を適用することができる。これらにより十分に均一化をすることで、後段の水熱処理及び嫌気性消化における反応が均質に進むことから、未反応物の発生が抑制される。
【００２４】
こうして混合装置５で形成された混合汚泥１０６は、水熱処理装置７に供給される。水熱処理装置７では、その処理槽を加熱することにより、内部で１００℃以上の高温高圧水環境を形成する。高温高圧の水の状態としては、１００℃以上２００℃以下の比較的温和な状態から、２００℃以上３７４℃以下いわゆる亜臨界と呼ばれる状態や、超臨界状態の水（３７４℃，２２０atm以上）まで、いろいろな状態を採り得る。
【００２５】
高温高圧の水中では、通常温度の水分子では分解されない化学結合の分子であっても、加水分解が進行することが知られている。バイオマス資源に含まれる生体由来の物質は、エステル結合やペプチド結合、エーテル結合といった形態で化学結合した、高分子化合物により構成されており、加水分解を受ける。そのため水熱処理を行うことにより、これらの高分子化合物の低分子化を促進することが可能となる。
【００２６】
これらの加水分解による高分子の分解は、好気性または嫌気性の生物処理によっても達成される。ただし、固形物として存在している有機物を生物処理する場合、水相と接触する外部から反応が徐々に進行することになり、分解に多大な時間を要することになる。また、被処理物の立体構造によっては、分解するための反応部位に生物が到達できない場合があり、そのため生物分解が困難な、いわゆる難生分解性物質が存在する。これらの難生物分解性物質を水熱処理装置７で、生物分解が容易な易生分解性物質に変換することができれば、後段の生物処理での処理が可能となる。
【００２７】
汚泥と汚泥以外の有機性廃棄物を混合した混合汚泥には上述のような難生分解性物質が存在するため、この実施の形態では、これを水熱処理装置７により易生分解性物質に変換する。このため、水熱処理装置７では、単糖類，脂肪酸，アミノ酸といった単位構成まで完全に分解する必要は無く、難生分解性の物質の構造を変換し、生分解が可能な形態にすることができれば十分である。そのため、水熱処理装置７では比較的温和な条件、例えば１００〜２００℃の条件での処理を行えば、後段で行われる嫌気性消化を促進する上では、十分な効果が得られる。
【００２８】
水熱処理装置７で処理をした可溶化汚泥１０７は、嫌気性消化処理装置８に送られる。嫌気性消化処理装置８では、可溶化汚泥１０７を撹拌しながら所定の温度に加温し、嫌気性細菌の作用によりメタン、二酸化炭素及びその他のガスに分解する。発生したメタンを含むバイオガス１０８は、例えば、図示のように発電手段９に送られ、電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは曝気槽２の送風機の動力として利用するなど、下水処理場内の電力供給源として、もしくは下水処理場外へ売電するなどして活用することができる。
【００２９】
嫌気性消化処理装置８から排出される消化液１０９は、消化液処理手段１０により、アンモニアの除去、残留した有機物の除去を行い、放流基準に適合した水質として河川等の公共用水域に放流される。
【００３０】
図２は、下水汚泥（MLSS：14000mg/L）に対して２００℃以下の条件で、１０分間水熱処理を施した場合の、有機性懸濁物質ＶＳＳ（Volatile Suspended Solid）の分解率を比較したものである。水熱温度の増加に伴いＶＳＳが減少している。このことから、処理前には固形物として存在していた有機物が、水熱処理により分解、低分子化して可溶化し、水中へと溶出していることが分かる。よって、初期の汚泥と比較して、嫌気性消化に適した状態に変換されていると言える。
【００３１】
この様に、下水汚泥に対しては、温度が２００℃以下の水熱処理でも可溶化の効果が見られており、嫌気性消化プロセスの前処理として、十分な効果がある。さらに２００℃以上に温度を高くすることにより、分解率を向上させ、より低分子化を進めることは可能であるが、エネルギー投入量も大きくなる。後段に嫌気性消化プロセスが控えていることを考慮すると、完全に低分子化する必要は無く、エネルギー投入量を低減することが望ましい。よって、実用的には下水汚泥その他の含水率の大きい湿潤系のバイオマスでは、概ね１００〜２００℃の温度領域で水熱処理を行うのが適切である。
【００３２】
下水汚泥、厨芥類（生ゴミ）、家畜糞尿の組成に関する特徴を比較すると、これらの湿潤系バイオマスは似た性状を持っており、下水汚泥と同様に１００〜２００℃の温度領域で水熱処理を行うのが適切である。
【００３３】
図３は、本発明の他の実施の形態における処理工程の一例を示している。
【００３４】
図１の処理工程と比較すると、嫌気性消化処理装置８までの処理プロセスは同様であるが、嫌気性消化により発生した消化液１０９を、固相部分と液相部分に分離する固液分離装置１１を備える。この固液分離装置１１としては、重力沈降、遠心分離、膜分離等の手段を適用することができる。固相部分には、主に第一段階の水熱処理、及び嫌気性消化で分解されなかった有機物及びその他の無機質の灰分が含まれている。この固相分を嫌気性消化汚泥１１０として、返送ポンプなどの図示しない返送手段により前段に設けられた水熱処理装置７に返送する。
【００３５】
すなわち、嫌気性消化汚泥１１０に含まれる有機物は、再度水熱処理装置７にて高温高圧の水による加水分解を受ける。そこで、第一段階の処理で完全に分解されなかった物質も、２回目の水熱処理を受けることにより、さらに分解が進行することになる。こうして、難分解性の有機物であっても、繰り返し水熱処理、嫌気性消化を受けることにより、分解が進行していく。この構成をとることにより、一段階の処理では十分に可溶化できない難分解性の有機物を含む有機性廃棄物に関して、含まれる有機物を有効利用することが可能となる。
【００３６】
ここで、本発明は、汚泥に、汚泥以外の有機性廃棄物を混合して処理する点に特徴がある。その際、有機性廃棄物注入手段６により注入される、汚泥以外の有機性廃棄物は、その組成、比率が時々で変化する可能性がある。その場合、最適な水熱処理条件は一定でなく、安定した分解率を維持することは困難である。そのため、水熱処理による分解率を高く維持するには、温度設定を高くしておけば目的を達成できるが、エネルギー投入量が多くなるという課題がある。また原料の組成によっては、過剰な条件となり、無駄にエネルギーを投入することになり、エネルギー収支の観点から不利になる。
【００３７】
そこで、図３の構成をとることにより、一定の水熱処理条件で処理しているとして、原料の組成，比率が変動したとしても、分解されにくい物質は繰り返し水熱処理、嫌気性消化の工程を経ることで、分解を進行させることが可能となる。
【００３８】
なお、図３の構成では消化液１０９を固液分離装置１１固相部分と液相部分に分離しているが、この固液分離装置１１を省略し、消化液１０９の一部を直接、前段の水熱処理装置７に返送してもよい。このように構成すると固液分離装置１１を用いないため設備コストが低減化されると共に、分解されにくい物質を繰り返し水熱処理して、嫌気性消化処理することができ、分解を進行させることが可能となる。
【００３９】
次に、図４によりさらに他の実施の形態における処理工程の一例を説明する。
【００４０】
図３の処理工程と比較すると、固液分離装置１１までの処理プロセスは同様であるが、固液分離装置１１から抽出される嫌気性消化汚泥１１０を、前段の水熱処理装置（これを第１の水熱処理装置とする）７とは別に設けた第２の水熱処理槽１２に供給し、高温高圧水による処理を行う。
【００４１】
このように構成すると、第一段階の処理で完全に分解されなかった嫌気性消化汚泥１１０に含まれる有機物も、２回目の水熱処理を受けることにより、さらに分解が進行することになる。こうして生成された二次可溶化汚泥１１１は、可溶化が進行しており嫌気性消化を受けやすい状況にあり、嫌気性消化処理装置８に返送することにより、メタンガスとして取り出すことができる。
【００４２】
この場合、第１の水熱処理装置７と第２の水熱処理装置１２とで、水熱処理の条件が異なるように設定するとよい。例えば、第１の水熱処理装置７では１００〜２００℃といった比較的温和な条件で水熱処理を行い、第２の水熱処理装置１２では、２００℃〜３７４℃といった亜臨界領域で水熱処理を行う、という方法が挙げられる。このようにすると、第１の水熱処理装置７では十分に分解することができない難分解性の有機物を、第２の水熱処理装置１２で分解した後、嫌気性消化処理装置８でメタンガスに変換するという効果が得られる。
【００４３】
図３の実施の形態の説明でも述べたように、本発明は、汚泥に、汚泥以外の有機性廃棄物を混合して処理する点に特徴があるが、有機性廃棄物注入手段６により注入される有機性廃棄物は、その組成、比率が多種多様であり、特に低含水率の乾燥系バイオマスを多量に混合する場合には、混合汚泥としての性状が大きく変化することになる。
【００４４】
代表的な乾燥系バイオマスである、木質及び農作物非食部では、セルロース、リグニンといった生分解を受けにくい成分が多く含まれており、水熱処理による可溶化は、これら資源を嫌気性消化に適用するためには有効な手段であるといえる。しかし、これらの物質は化学的にも安定であり、比較的高い条件で処理した方が、効率的に可溶化することができる。
【００４５】
図４の実施の形態では、第１の水熱処理装置７において、難分解性の有機物以外の有機物が水熱反応により可溶化し、嫌気性消化処理装置８においてメタンガスとして取り出される。このため、固液分離工程を経ることにより、第２の水熱処理装置１２に供給される嫌気性消化汚泥１１０はかなり減容されており、第２の水熱処理装置１２の容積を小さくすることができる。このように第２の水熱処理装置１２を小型化可能なことから、第２の水熱処理装置１２により高温処理を行っても、必要なエネルギー投入量を削減することができる。すなわち、必要なエネルギー投入量を削減しつつ、乾燥系バイオマスを含む、各種バイオマス資源に対応することが可能となる。
【００４６】
なお、上記いずれの実施の形態においても、汚泥に混合される、汚泥以外の他の有機性廃棄物として、食品廃棄物、家畜糞尿、木質系の有機性廃棄物、農作物非食部のいずれか又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００４７】
このように、本発明の実施の形態では、汚泥と汚泥以外の他の有機性廃棄物とを混合させているので、汚泥単独の場合に比較して、メタンガスの発生量を増加させることが可能となり、エネルギー収支の改善を図ることが可能となる。その際、水熱処理により固形物分を可溶化するので、嫌気性消化工程における生物処理を効率化する効果が得られる。以上の効果により、汚泥の嫌気性消化におけるエネルギー収支を向上させることが可能となり、汚泥に含まれるバイオマス資源の活用を推進することになる。また、他のバイオマス資源に関しても、従来の下水処理場の設備に僅かな追加設備を投資するのみで、資源化することが可能となり、化石燃料に対するバイオマスエネルギーの比率を向上させることに寄与できる。
【００４８】
また、嫌気性消化工程でメタンガス化されなかった有機物の一部を、再度水熱処理による可溶化を経て嫌気性消化を行うようにすると、最初の嫌気性消化工程ではメタンガス化できなかった有機物についてもメタンガスとして回収することが可能となる。よって、エネルギー収支の向上を図ることができ、さらに事業性の改善に寄与するものである。
【００４９】
ここで、下水処理により生じる汚泥は比較的連続的に安定した量及び質の原料が投入されるのに対し、これ以外のバイオマス資源では、化学的な組成が素材ごとに大きく異なる。また、投入量が季節や、排出源の事業動向により大きく変動する可能性がある。この様な原料の量・及び質の変動に対して、処理条件を変動させるのは維持管理上好ましくない。そこで、上述のように、水熱処理工程及び嫌気性消化工程の条件は一定とし、一段で処理しきれない分は、循環して処理することにより、可溶化・メタンガス化を進行させることができる。そのため、バイオマス資源の性状により、温度，圧力，処理時間といった水熱処理の条件や、滞留時間等の嫌気性消化の条件を変化させることなく、高いエネルギー回収率を維持することが可能となる。
【００５０】
また、嫌気性消化工程でメタンガス化されなかった有機物を含む消化液を固液分離手段により、固形物と、固形物を含まない液相部に分離すると、嫌気性消化工程で分解されなかった有機物は、固形物中に集積されることになる。この残存した有機物は一回目の水熱処理、嫌気性消化処理において十分に反応できなかった物質であり、この有機物に対して再度水熱処理を施すことにより、さらに可溶化が進行し、嫌気性消化が可能な低分子の有機物に変換される。
【００５１】
また、嫌気性消化により生成されるアンモニア性窒素は、主に液相部に存在しているものと考えられる。このため、再度嫌気性消化工程にアンモニア性窒素も同時に返送した場合、アンモニア性窒素が除去されないまま濃縮されることとなり、嫌気性消化工程におけるアンモニア性窒素濃度が増加し、メタン発酵が阻害される可能性がある。しかし、固液分離することにより、アンモニア性窒素が比較的少ない固形物のみを取り出して返送することになるので、アンモニア性窒素の増加を抑制することが可能である。
【００５２】
また、固液分離手段により、液相部と分離された固形物中に集積されている有機物に対して、図４で示すように、前段の水熱処理装置７とは別に第２の水熱処理装置１２を設けて、この第２の水熱処理装置１２により水熱処理を施すことにより、より有効に低分子化を促進できる。この際、水熱処理の条件である、温度，圧力を前段の水熱処理工程と比較して、より高温高圧の条件で水熱処理することにより、前段の処理で可溶化、メタン発酵が達成されなかった難分解性物質を処理することが可能となる。
【００５３】
この場合、前段の水熱処理工程において、より高温高圧の条件で水熱処理することによっても、同様の処理効果を得ることが可能であるが、投入される全量に対して高温高圧の処理を施すことになり、必要なエネルギー投入量が増加し、エネルギー収支の面から不利である。そこで、前段では比較的温和な条件での水熱処理を行う。その前段の水熱処理により減容化された固形物に対して、これとは別の後段の水熱処理工程において水熱処理を行うので、前段より高温高圧条件で水熱処理を行っても、必要なエネルギー投入量はすくなくて済み、エネルギー収支の面から有利となる。
【００５４】
ここで、汚泥に混合される、汚泥以外の他の有機性廃棄物としては、前述のように、食品廃棄物、家畜糞尿、木質系の有機性廃棄物、農作物非食部のいずれか又はこれらの組み合わせを用いることとができる。
【００５５】
家庭や飲食店等の事業体から発生する生ゴミ等の厨芥類は、含水率が高く、比較的メタン発酵が容易なバイオマス資源である。また、食品工場から排出される食品の廃棄物は発生源当たりの排出量が多く、有望な資源となる。単位体積当たりの厨芥類から発生するメタンガス量も下水汚泥に比較して多く、下水汚泥に混入することによりメタンガスの発生量を増加させる効果が期待できる。
【００５６】
また、牛・豚等の畜産業者から排出される家畜糞尿は、含水率が高く、比較的メタン発酵が容易なバイオマス資源である。単位体積当たりの家畜糞尿から発生するメタンガス量はそれほど大きくないものの、全国的に見た場合の総体的な発生量が多く、バイオマス資源として活用が求められている。現在は肥料として活用されている事例が多いが、含まれている有機物をエネルギー源として利用した後、残渣となる成分を肥料として利用するカスケード利用が実現できることから、嫌気性消化を行うメリットは大きい。
【００５７】
木質系のバイオマス資源としては、製材所廃材、建築廃材等の工業活動により発生するものと、林地残材、間伐材等の林業により発生するものがある。これらの木質系バイオマスは、現在未利用率が高く、エネルギー源として利用する場合でも焼却処理により熱源とする程度である。これらを有効活用することができれば、バイオマス利用率の拡大に貢献できる。
【００５８】
農作物の非食部も木質系と同様に、含水率が低く、セルロースが多いという特徴がある。また、未利用率が高く、多くは焼却処理されたり、肥料として利用されている。これらの特徴は、木質系バイオマスと類似しており、同様にこれらの資源を有効活用することができれば、バイオマス利用率の拡大に貢献できる。
【００５９】
このように、嫌気性消化処理の前処理として水熱処理を行うことにより、各種のバイオマス資源に対応可能になる。この結果、発生するメタン発酵嫌気性消化のエネルギー収支を改善することが可能となる。
【００６０】
バイオマス資源は地域毎に特徴があり、都市部、山間部、寒冷地、温暖地域では、供給されるバイオマス資源の比率、量が異なるが、本発明によれば、バイオマス資源の種類によらず、各種バイオマス資源を下水処理における嫌気性消化において処理することが可能となり、少ない投資でバイオマス資源の利活用の推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る有機性廃棄物処理装置の一実施の形態の全体構成を示す図である。
【図２】２００℃以下の水熱処理による下水汚泥の可溶化効果を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態の全体構成を示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  最初沈殿池 
２  曝気槽
３  最終沈殿池
４  消毒手段
５  混合装置
６  有機性廃棄物注入手段
７  水熱処理装置
８  嫌気性消化処理装置
９  発電手段
１０  消化液浄化装置
１１  固液分離装置
１２  第２の水熱処理槽
１０１  流入下水
１０２  処理水
１０３  初沈汚泥
１０４  返送汚泥
１０５  余剰汚泥
１０６  混合汚泥
１０７  可溶化汚泥
１０８  バイオガス
１０９  消化液
１１０  嫌気性消化汚泥
１１１  二次可溶化汚泥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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