(57)【要約】【課題】蒸留粕などの難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物を効率よく発酵処理することを可能にする。【解決手段】発酵処理に先立って、難分解性固形有機物（蒸留粕）を含む有機性廃棄物に湿式酸化処理（湿式酸化処理装置１）を行った後、固液分離処理（固液分離器２）を行う。前記固液分離処理で分離された難分解性の固形分を除去し、固液分離処理で分離された液分を発酵処理（発酵槽７）に供する。発酵の原料となる有機物が殆ど易分解性のものとななり、有機物を効率よくバイオガスに変換して回収できる。また効率よく発酵することで、発酵後の消化液中の有機分濃度が低くなる。固形分は容量が小さくなり、処理負担が軽減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵処理に先立って、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物に湿式酸化処理を行った後、固液分離処理を行うことを特徴とする難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記有機性廃棄物は、蒸留粕であることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記固液分離処理で分離された液分を発酵処理に供することを特徴とする請求項１または２に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記発酵処理がメタン発酵処理であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記固液分離処理で分離された難分解性の固形分を除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸留粕などの難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酒類の製造などによって生じる蒸留粕は大部分は産業廃棄物として廃棄されているものの、環境問題などの観点からも発酵処理、特にメタン発酵による効果的な分解処理が望まれている。
しかし、蒸留粕には繊維質などの高分子有機物が存在しており、メタン発酵処理ではそれら難分解性の固形有機物を分解することは難しい。従来のメタン発酵処理では、前処理によって有機物の破砕を行った後に発酵処理に供しているが、これだけでは難分解性有機物を分解しやすくするには不十分である。そこで、有機性廃棄物に含まれる高分子有機物である廃酵母や麦絞り粕を対象として超臨界、亜臨界水処理によって可溶化し、易分解化するという方法が提案されている（特許文献１参照）。易分解化された有機物は、メタン発酵によって容易に分解し、消化液中の有機分濃度を低くすることが可能になる。
【特許文献１】特開２００２−１０２８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献に示されるように、超臨界や亜臨界処理では、繊維質のような難分解性有機分の低分子化が可能である。一方で加熱、加圧条件が厳しく、あらゆる有機物を液状化させるような強い分解力を持つ超臨界、亜臨界水処理では、固形物はほとんど残らないものの、エネルギー消費量が大きく、また処理装置の構成も大規模になりやすいという問題がある。廃酵母や麦絞り粕は含水率が高く自燃性だけでは処理温度を維持できず、またメタン発酵で得られるメタンガスは有価物のエネルギ密度としては低いため、メタン発酵で得られるエネルギの大部分を上記のような前処理で消費してしまうおそれがある。したがって前処理ではよりマイルドな条件でシンプルな方法が望ましいと考えられる。
【０００４】
しかし、よりマイルドな条件で湿式酸化処理を行った場合では、可溶化しきれない有機物が残存し、それらは非常に難分解性であるという点が問題となる。
固形物である難分解性物質を含んだ湿式酸化処理後の蒸留粕などを、メタン発酵工程で処理した場合に考えられる問題点として、
・バイオガスとして回収できないため発酵効率が低下する（投入量あたりのガス発生量減少）
・固形分が発酵槽の底部に沈降し、発酵槽の有効容積を減らす（滞留日数が減少）
・未分解の有機物が残ることで、メタン発酵後の消化液中の有機分濃度が高くなる（有機物が有効利用されないまま排出される）、
などが考えられる。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物を発酵処理する際に、発酵前に行う処理のエネルギ負担を軽減するとともに、発酵処理における効率を向上させることができる難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理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】
【０００６】
すなわち、本発明の難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法のうち、請求項１記載の発明は、発酵処理に先立って、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物に湿式酸化処理を行った後、固液分離処理を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記有機性廃棄物が蒸留粕であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記固液分離処理で分離された液分を発酵処理に供することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記発酵処理がメタン発酵処理であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記固液分離処理で分離された難分解性の固形分を除去することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、発酵前に行う湿式酸化処理によって、有機廃棄物に含まれる難分解性固形有機物の一部が低分子化されて可溶化され、発酵処理による分解が容易となる。なお、湿式酸化処理は、高温、高圧下で酸素などの酸化剤によって有機物を酸化処理するものである。処理温度としては１３０〜２００℃が望ましく、圧力としては１．０〜２．０ＭＰａが望ましい。温度２００℃超、圧力２．０ＭＰａ超とすると、処理能の増大に比べて前処理に要するエネルギが過大になる。また、１３０℃未満、１．０ＭＰａ未満では、難分解性固体有機物の可溶化、易分解化が十分になされない。
【００１２】
また、湿式酸化処理後に行う固液分離処理では、易分解性の有機物を含む液分と、難分解性の固形有機物を含む固形物とに分離し、易分解性の有機物を含む液分が発酵処理に供されて効率的に発酵がなされて分解される。固液分離は、湿式酸化処理が行われた有機廃棄物を対象にすることで分離性が顕著に向上する。
なお、有機物は、好適には該固形分を除去して液分のみを発酵処理に供する。前記湿式酸化処理によって可溶化された元々難分解性の有機物は、液分側に分離されて上記発酵処理に供されることになる。また、難分解性の固形有機物を含む固形物は、発酵処理から除外することで発酵処理の負担を軽減して発酵効率を大幅に向上させる。除去された固形分は、元々有機物に含まれたものに対し、一部が可溶化されて液分に移行しているので、減量化がなされており、これを廃棄処理する場合にも廃棄処理負担が軽減される。
なお、本発明で行われる固液分離処理の手法は特に限定をされるものではなく、固形分と液分とを効果的に分離できるものであればよい。該手法としては例えばプレス式、遠心分離式、真空式などが挙げられる。
【００１３】
なお、本発明としては、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の種別が限定されるものではなく、難分解性固形有機物を含む種々の有機性廃棄物を対象にすることができ、代表的には蒸留粕が対象例とされる。
本発明による前処理を行った有機性廃棄物は、発酵処理によって有機物の分解がなされる。本発明としては発酵内容は特に限定されないが、メタン発酵が好適である。メタン発酵の結果、メタン、二酸化炭素などのガスと、有機物濃度が低下した消化液とが得られる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物の処理方法によれば、発酵処理に先立って、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物に湿式酸化処理を行った後、固液分離処理を行うので、前処理の負担を小さくして発酵処理効率を効果的に向上させることができ、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物においても効率的な処理が可能になる。特に発酵処理では、発酵の原料となる有機物のほとんどが易分解性であるため、有機物を効率よくバイオガスに変換して回収することができ、原料投入量あたりのガス発生量が増加する。また効率よく発酵することで、発酵後の消化液中の有機分濃度が低くなる。また、発酵の原料となる有機物に含まれる固形物や難分解性物質が少ないため、発酵槽内の沈殿物が引き起こす問題、例えば固形物の沈殿によって発酵槽の有効容積が減少するなどの問題が解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
有機物処理システムは、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物としての蒸留粕を湿式酸化処理する湿式酸化処理装置１を有しており、該湿式酸化処理装置１では、装置内を高温・高圧（好適には１３０〜２００℃、１．０〜２．０ＭＰａ）にして、酸化剤としての空気を導入して酸化処理を行う。該酸化処理によって高分子の有機物が低分子化されて可溶化され、難分解性の固形物有機物の一部が易分解化される。
【００１６】
湿式酸化処理装置１による処理済みの有機物は、適宜の搬送装置（図では送液ポンプ１ａ）によって固液分離器２に搬入されるように構成されている。固液分離器２は、分離槽などの構成からなり、湿式酸化処理をされた有機物を難分解性の固形有機物を含む固形分と、易分解性の有機物を含む液分とに分離する。固液分離器２の固形分は、固液分離器２から除去されてメタン発酵系外に排出し、廃棄処理などに供される。一方、液分は、ポンプ３によって配管を通して原料調製槽４に送液される。固液分離処理では、有機廃棄物に含まれる固形分の殆どが除去されるが、少量の固形分が液分に混入することもある。この混入量はできるだけ少ないのが望ましいが、少なくとも固形有機物の９０％以上を固液分離によって除去するのが望ましい。
原料調製槽４には、撹拌装置５を備えており、原料調製槽４に収容された液分に希釈水を加えて撹拌装置５により撹拌し、液分の有機物濃度をメタン発酵に好適な濃度に調整する。
【００１７】
濃度調整された液分は、ポンプ６によって配管を通してメタン発酵槽７に送液される。メタン発酵槽７では、適度に濃度調整がなされ易分解性有機物を含む液分が収容され、嫌気性発酵により該有機物が効率的に分解される。この分解に伴ってメタン、二酸化炭素などのガスが生成されるので、該ガスを回収して有効利用をしたり、排気処理をしたりする。また、液分は、有機物の上記分解によって有機物濃度が顕著に低下し、消化液としてメタン発酵槽７よりオーバーフローさせて排液する。該消化液に対しては、適宜の排液処理などを行うことができる。
【００１８】
上記処理を行うことにより、難分解性固形有機物を含む有機性廃棄物が効率よく処理され、処理によって発生する固形分は、減容化され、また、分離された液分も発酵処理によって有機物濃度が顕著に低下する。また、発酵処理の前処理として行われる湿式酸化処理および固液分離処理の負荷も小さく、少ないエネルギ消費によって有機物の効率的な処理を行うことが可能になる。
【実施例１】
【００１９】
次に、アルコール蒸留工程から排出された蒸留粕を有機廃棄物として処理を行った本発明の実施例を、従来例および比較例と対比して説明する。
従来例では、図２（ａ）に示すように、上記蒸留粕を破砕し、希釈水によって適当なＣＯＤ濃度約７０，０００ｍｇ／ｌまで希釈した後、メタン発酵処理を行った。
比較例は、図２（ｂ）に示すように、蒸留粕を破砕しないまま、１５０℃、２Ｍｐａの条件で湿式酸化処理し、固形物の可溶化を行った。その後、固液分離をせずに、希釈水によって前記従来例と同様の濃度まで希釈し、メタン発酵処理を行った。
本発明の実施例では、図２（ｃ）に示すように、蒸留粕を破砕しないまま、１５０℃、２Ｍｐａの条件で湿式酸化処理し、固形物の可溶化を行った。次に、固液分離をしてから、希釈水によって従来例および比較例と同様の濃度まで希釈し、メタン発酵処理を行った。
【００２０】
上記各供試例について、湿式酸化処理して、さらに固液分離した後のＣＯＤ濃度を測定し、全体ＣＯＤに対する溶解性ＣＯＤの割合を下記式１により算出した。全体ＣＯＤに対する溶解性ＣＯＤの割合は、易分解性有機物の含有率の指標となる。
（割合）＝（溶解性ＣＯＤ）／（全体ＣＯＤ）        …式１
【００２１】
また、湿式酸化処理をして固液分離した後の原料中の浮遊性物質量を測定し、さらに、湿式酸化処理後の原料の固相分離性を測定した。
固相分離性は、蒸留粕を静置（３０分〜６０分）して固液分離したときの固形物が占める割合であり、以下の式２により算出され、固液分離性の指標となる。この割合が低いほど分離性に優れていることになる。
（固相が占める割合）＝（分離後の固相容積）／（全体の容積）  …式２
これらの測定結果および算出結果を表１に示した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１から明らかなように、湿式酸化処理を施した比較例、実施例では溶解性ＣＯＤが増加した。さらに、実施例では、固液分離の結果、さらに、固形物が取り除かれたので、溶解性ＣＯＤの割合は、比較例よりも高くなった。
また、浮遊性物質（固体分）は、湿式酸化処理の結果、３６％が可溶化された（比較例）。実施例では、さらに固液分離処理がなされることにより浮遊性物質の６３％が分離され、浮遊性物質を含む固形分の分離が効果的になされていることが確認された。
【００２４】
さらに、比較例および実施例は、従来例に比して優れた分離性を有している。従来例においては、原料中の固相と液相とは分離しにくくエマルジョン状態となるため、固相率は高く、分離性に劣っている。比較例および実施例では、湿式酸化処理によって固相と液相とが容易に分離するようになり、固液分離が容易になる。したがって、実施例の固液分離処理では、残留した難分解性有機物を容易に取り除くことが可能になる。これらの点から、湿式酸化処理を行うことなく固液分離をした場合には、固相と液相とを効果的に分離することが難しくなることが分かる。
【００２５】
次に、上記各前処理が行われた供試材をメタン発酵処理に供した。この際に、いずれの供試法も発酵槽に対するＣＯＤ容積負荷は１２ｇ／Ｌとした。
バイオガスの発生がほぼ０になるまでの時間を試験時間（＝ガス発生に要する時間）として、メタン発酵におけるガス発生に要する時間を計測し、試験が終了した時点でのＣＯＤ濃度を測り、分解したＣＯＤ量を計算することによってＣＯＤ分解率を算出した。
さらに、試験期間中のバイオガス発生量（合計）に対するメタン発生量（合計）からメタン濃度（試験期間終了時）を測定し、投入ＣＯＤ当たりのメタン発生量（試験期間中）をそれぞれ測定または算出した。
これらの結果は表２に示した。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に明らかなように、湿式酸化処理を行った比較例、実施例は、一定の有機物負荷に対し、ガスに発生する時間が９日と短くなった。ただし、ＣＯＤ分解率、メタン濃度では、比較例は劣っており、実施例においてのみ優れたＣＯＤ分解率、高いメタン濃度が得られた。また、投入ＣＯＤ当たりのメタン発生量においても実施例は比較例に比べて顕著に優れていた。比較例は、湿式酸化処理で可溶化できなかった難分解性物質が取り除かれないままメタン発酵したため、発酵効率が悪く、ガス発生量が従来よりも低下してしまい、上記結果となった。一方、従来例は、投入ＣＯＤ当たりのメタン発生量においては、実施例との差異が小さいが、ガス発生に１４日を要しており、ＣＯＤ分解率は７４％にとどまり発酵効率において顕著に劣っていた。
以上の効果を合わせて、前処理に湿式酸化処理と固液分離を含む蒸留粕のメタン発酵は、効率的なメタン発酵処理方法であることが明らかとなった。
【００２８】
以上、本発明について上記実施形態および上記実施例に基づいて説明を行ったが、本発明がこれらの説明の内容に限定されるものではなく、本発明は、上記説明に拘わらず本発明を逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態の処理方法に用いられる装置構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例における各供試法の処理手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  湿式酸化処理装置
２  固液分離器
７  メタン発酵槽
【図１】
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【図２】
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