(57)【要約】【課題】汚泥の分解速度が速く、しかも、残渣発生量が少なく、さらに、消化ガス回収量が多い、有機性廃棄物の処理方法および装置を提供する。【解決手段】消化タンク１内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により生じた消化ガスによって消化タンク１から引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器２を介して加温し、この加温した循環汚泥を消化タンク１内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、熱交換器２の後段に可溶化装置３を設けて、熱交換器２により加温された循環汚泥を可溶化処理する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、
前記熱交換器の後段に可溶化装置を設けて、前記熱交換器により加温された前記循環汚泥を可溶化処理することを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、
前記循環汚泥の一部を直接、可溶化装置により可溶化処理した後、前記消化タンク内に戻すことを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記可溶化装置の前段に汚泥前処理手段を設けて、前記循環汚泥を前処理した後、前記可溶化装置に送ることを特徴とする、請求項１または２に記載された、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記汚泥前処理手段は、前記未処理汚泥のｐＨを調整することを特徴とする、請求項３に記載された、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記汚泥前処理手段は、前記熱交換器により加温された循環汚泥を予め可溶化処理することを特徴とする、請求項３に記載された、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記未処理汚泥を前記汚泥前処理手段により前処理した後、前記消化タンクに投入し、その間は、前記消化タンクからの前記循環汚泥の引き抜きを停止することを特徴とする、請求項３から５の何れか１つに記載された、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
前記未処理汚泥に生ゴミを混ぜて前記消化タンクに投入することを特徴とする、請求項１から６の何れか１つに記載された、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項８】
前記生ゴミの可溶化装置を設けることを特徴とする、請求項７に記載された、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項９】
嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、
前記熱交換器の後段に、前記熱交換器により加温された前記循環汚泥を可溶化処理する可溶化装置が設けられていることを特徴とする、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１０】
嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、
前記循環汚泥の一部を直接、可溶化処理する可溶化装置が設けられ、可溶化処理された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻されることを特徴とする、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１１】
前記可溶化装置の前段に汚泥前処理手段が設けられ、前記汚泥前処理手段により前記循環汚泥が前処理された後、前記可溶化装置に送られることを特徴とする、請求項９または１０に記載された、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１２】
前記汚泥前処理手段は、前記未処理汚泥のｐＨを調整することを特徴とする、請求項１１に記載された、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１３】
前記汚泥前処理手段は、前記熱交換器により加温された循環汚泥を予め可溶化処理することを特徴とする、請求項１１に記載された、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１４】
前記未処理汚泥は、前記汚泥前処理手段により前処理された後、前記消化タンクに投入され、その間は、前記消化タンクからの前記循環汚泥の引き抜きは停止されることを特徴とする、請求項１１から１３の何れか１つに記載された、有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機性廃棄物の処理方法および装置、特に、汚泥の分解速度が速く、しかも、残渣発生量が少なく、さらに、消化ガス回収量が多い、有機性廃棄物の処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
し尿、浄化槽汚泥、食品工場排水等の高濃度有機性汚水、生物処理工程からの有機性汚泥、食品廃棄物、家畜糞尿、生ゴミ等の有機性廃棄物の処理方法として、有機性廃棄物を安定化し、減容化し、消化ガスとしてエネルギー回収する嫌気性消化を利用した有機性廃棄物の処理方法がある。
【０００３】
この有機性廃棄物の処理方法を、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図８は、有機性廃棄物の従来処理方法を示すフロー図である。
【０００５】
図８において、１は、消化タンク、２は、熱交換器、３は、可溶化装置であり、上述した有機性廃棄物としての未処理汚泥は、以下のようにして処理される。
【０００６】
未処理汚泥は、３〜５％の固形物濃度に濃縮される。この濃縮汚泥は、３５℃程度に加熱された後、消化タンク１内に投入され、ここで嫌気性状態で攪拌され、酸発酵菌やメタン発酵菌の力によって有機物が分解される。このようにして分解処理された汚泥は、消化タンク１内から引き抜かれ、脱水処理後、例えば、焼却処理される。
【０００７】
消化タンク１内から引き抜かれた汚泥の一部は、熱交換器２を介して４０から４５℃に加温された後、再度、消化タンク１内に投入されて、消化タンクの加温に利用される。この汚泥の加温の熱源としては、消化タンク１内において嫌気性消化の副産物として生成するメタンガスを主成分とする消化ガスが有効利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術は、以下のような問題を有していた。
（１）消化タンク１内において有機物は、２０〜３０日間かけて平均して１／２程度分解されるが、分解時間がかかりすぎる。
（２）（１）で述べたように有機物の分解速度が遅いので、残渣発生量が多く、その後の汚泥の処理に手間と時間がかかる。
（３）（１）で述べたように有機物の分解速度が遅いので、回収できる消化ガス量が少ない。
【０００９】
従って、この発明の目的は、消化タンク内での有機物の分解速度が速く、汚泥発生量が少なく、しかも、消化ガス量の回収量を増やすことができる有機性廃棄物の処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、前記熱交換器の後段に可溶化装置を設けて、前記熱交換器により加温された前記循環汚泥を可溶化処理することに特徴を有するものである。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、前記循環汚泥の一部を可溶化装置により可溶化処理した後、前記消化タンク内に戻すことに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２に記載された、有機性廃棄物の処理方法において、可溶化装置の前段に汚泥前処理手段を設けて、循環汚泥を前処理することに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された、有機性廃棄物の処理方法において、汚泥前処理手段は、未処理汚泥のｐＨを調整することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、請求項３に記載された、有機性廃棄物の処理方法において、汚泥前処理手段は、熱交換器により加温された循環汚泥を予め可溶化処理することに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項３から５の何れか１つに記載された、有機性廃棄物の処理方法において、未処理汚泥を汚泥前処理手段により前処理した後、消化タンクに投入し、その間は、消化タンクからの循環汚泥の引き抜きを停止することに特徴を有するものである。
【００１６】
請求項７に記載された発明は、請求項１から６の何れか１つに記載された、有機性廃棄物の処理方法において、未処理汚泥に生ゴミを混ぜて消化タンクに投入することに特徴を有するものである。
【００１７】
請求項８に記載された発明は、請求項７に記載された、有機性廃棄物の処理方法において、生ゴミの可溶化手段を設けることに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項９に記載された発明は、嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、前記熱交換器の後段に、前記熱交換器により加温された前記循環汚泥を可溶化処理する可溶化装置が設けられていることに特徴を有するものである。
【００１９】
請求項１０に記載された発明は、嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、前記循環汚泥の一部を直接、可溶化処理する可溶化装置が設けられ、可溶化処理された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻されることに特徴を有するものである。
【００２０】
請求項１１に記載された発明は、請求項９または１０に記載された、有機性廃棄物の処理装置において、可溶化装置の前段に汚泥前処理手段が設けられ、汚泥前処理手段により循環汚泥が前処理された後、可溶化装置に送られることに特徴を有するものである。
【００２１】
請求項１２に記載された発明は、請求項１１に記載された、有機性廃棄物の処理装置において、汚泥前処理手段は、未処理汚泥のｐＨを調整することに特徴を有するものである。
【００２２】
請求項１３に記載された発明は、請求項１１に記載された、有機性廃棄物の処理装置において、汚泥前処理手段は、熱交換器により加温された循環汚泥を予め可溶化処理することに特徴を有するものである。
【００２３】
請求項１４に記載された発明は、請求項１１から１３の何れか１つに記載された、有機性廃棄物の処理装置において、未処理汚泥は、汚泥前処理手段により前処理された後、消化タンクに投入され、その間は、消化タンクからの循環汚泥の引き抜きは停止されることに特徴を有するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の、有機性廃棄物の処理方法の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、この発明の、有機性廃棄物の処理方法の一実施態様を示すフロー図である。
【００２６】
図１において、１は、消化タンク、２は、熱交換器、３は、可溶化装置であり、上述した有機性廃棄物としての未処理汚泥は、以下のようにして処理される。
【００２７】
未処理汚泥は、３〜５％の固形物濃度に濃縮される。この濃縮汚泥は、３５℃程度に加熱された後、消化タンク１内に投入され、ここで２０〜３０日間、嫌気性状態で攪拌され、酸発酵菌やメタン発酵菌の力によって有機物が分解される。このようにして分解処理された汚泥は、消化タンク１内から引き抜かれ、脱水処理後、例えば、焼却処理される。
【００２８】
消化タンク１内から引き抜かれた汚泥の一部、すなわち、循環汚泥は、熱交換器２を介して４０から４５℃に加温された後、可溶化処置３に送られ、ここで、可溶化処理された後、再度、消化タンク１内に投入される。この循環汚泥の加温の熱源としては、消化タンク１内において嫌気性消化の副産物として生成するメタンガスを主成分とする消化ガスが有効利用される。
【００２９】
加温された循環汚泥は、消化タンクの加温に利用されると共に、可溶化処理後、消化タンク１内に投入されることによって、汚泥の消化時間が短縮される。
【００３０】
可溶化装置３としては、ノズル型キャビテーション処理や超音波照射等のキャビテーション処理によるもの以外に、摩砕処理、湿式ミル、衝撃波照射処理、加熱処理、界面活性剤、酸、アルカリ等による薬品処理、凍結融解処理、電気分解処理、加圧処理、減圧処理、可溶性能力を有する微生物による処理、亜臨界処理、あるいは、これらの組み合わせたもの等が使用可能である。
【００３１】
図２に示すように、消化タンク１からの循環汚泥を昇圧ポンプ５によって、例えば、約２００ｋＰａに加圧して可溶化装置３に送り込めば、循環汚泥の可溶化効果がさらに向上する。
【００３２】
上述した例は、熱交換器２と可溶化装置３とを直列に配置したものであるが、図３に示すように、熱交換器２と可溶化装置３と並列に配置して、循環汚泥の一部を熱交換器２により加温し、残りの循環汚泥を可溶化装置３により可溶化処理し、それぞれを消化タンク１に戻しても良い。
【００３３】
図４に示すように、可溶化装置３の前段にｐＨ調整用の汚泥前処理手段４を設けても良い。すなわち、可溶化装置３による可溶化処理として、酸を使用する場合、あるいは、酸と超音波照射、機械的破砕、キャビテーション処理、衝撃波照射処理等との組み合わせを使用する場合、消化タンク１内の汚泥のｐＨが高すぎると、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）が生成され、これがスケールとなって配管に付着して操業に支障を来たす恐れがある。
【００３４】
そこで、ＭＡＰの生成を抑制するために、消化タンク１内の汚泥のｐＨを６．７から７．３程度に維持する必要がある。このために、ＭＡＰの生成を抑制するためのｐＨ調整作用を有する汚泥前処理手段４を可溶化装置３の前段に設ける。これによって、可溶性の向上効果とＭＡＰの生成の抑制効果の両方を満足することができる。ｐＨ調整用の汚泥前処理手段４は、熱交換器２の前段に設けても良い。
【００３５】
汚泥前処理手段４を別の可溶化装置としても良い。すなわち、上記可溶化装置３は、有機物の細胞膜を破壊して、有機物の発酵による分解を促進させる作用を有するが、有機物の細胞が大きなフロックを形成していると、細胞膜が破壊されにくい。そこで、メインの可溶化装置３により可溶化処理する以前に、別の可溶化装置により、予め、フロック破壊（微細化）を行っても良い。
【００３６】
別の可溶化装置としては、ノズル型キャビテーション処理や超音波照射等のキャビテーション処理によるもの以外に、摩砕処理、湿式ミル、衝撃波照射処理、加熱処理、界面活性剤、酸、アルカリ等による薬品処理、凍結融解処理、電気分解処理、加圧処理、減圧処理、可溶性能力を有する微生物による処理、亜臨界処理、あるいは、これらの組み合わせたもの等が使用可能である。
【００３７】
図５に示すように、熱交換器２と可溶化装置３と並列に配置した場合であっても、汚泥前処理手段４を可溶化装置３の前段に設ければ、上述と同様な効果が得られる。
【００３８】
図６に示すように、未処理汚泥を消化タンク１に直接投入する前に、汚泥前処理手段４により上述した前処理を行って有機物の細胞のフロックを破壊し、この後、消化タンク１に投入すれば、消化タンク１内での有機物の発酵速度が増大する。この結果、消化ガスの発生量が増大すると共に、引き抜き汚泥量も減少する。未処理汚泥を汚泥前処理手段４を介して消化タンク１に投入している間は、消化タンク１からの循環汚泥の引き抜きは停止する。
【００３９】
消化タンク１に投入する未処理汚泥に、生ゴミ（食品残渣も含む）を混ぜれば、生ゴミは、汚泥に比べて多くの有機物を含んでいるので、分解率が高くなり、その分、ガス発生量が増大する。生ゴミを混ぜる場合、図７に示すように、生ゴミを破砕機６により破砕した後、未処理汚泥と混ぜても良い。また、生ゴミを何れの場合も生ゴミを破砕すればより可溶化効果および分解効率が向上する。
【００４０】
消化タンク１内で生成されるメタンガスを主成分とする消化ガスを利用して、マイクロガスタービンあるいはガスエンジンを作動させて発電し、これにより得られる電力を上述した各可溶化処理のエネルギー源とすることも可能である。
【００４１】
【実施例】
次に、この発明を実施例によりさらに説明する。
【００４２】
下記条件および表１に示す条件下で、前述した従来技術およびこの発明の実施例１から６の処理方法に従って汚泥を処理し、ＴＳ（残渣量）、ＶＴＳ（水分蒸発後の残渣量）、メタンガス発生量および懸濁態を調べた。
【００４３】
なお、従来処理方法は、図８に示す処理方法であり、実施例１は、図１に示す処理方法において、可溶化処理に超音波照射を使用した処理方法であり、実施例２は、図２に示す処理方法において、可溶化処理に超音波照射を使用し、循環汚泥を２００ｋＰａで加圧した処理方法であり、実施例３は、図５に示す処理方法において、前処理にＮａＯＨを添加し、可溶化処理に超音波照射を使用した処理方法であり、実施例４は、図５に示す処理方法において、前処理にＮａＯＨを添加し且つノズル型キャビテーション処理を使用し、可溶化処理に超音波照射を使用した方法であり、実施例５は、図５に示す処理方法において、前処理にＨ２ＳＯ４を添加し、可溶化処理に超音波照射を使用した処理方法であり、実施例６は、図７に示す処理方法において、未処理汚泥に摩砕処理した生ゴミを混ぜて消化タンクに投入した処理方法である。
【００４４】
処理条件
汚泥投入量：０．２５（Ｌ／日）
発酵温度：３５℃
ＳＲＴ（消化タンク容量／１日当たり投入量）：２０日
運転方法：１回／日入れ替えの半連続方式
消化タンク容積：５Ｌ
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１から明らかなように、この発明の実施例１から６は、何れも、従来技術に比べて、残渣発生量が減少し、しかも、メタンガスの発生量が増大したことが分かった。さらに、同じ運転時間でメタンガスの発生量が多いことから有機物の分解速度が速いことが分かった。また、実施例３と実施例５とから、前処理により汚泥のｐＨを下げれば、ＭＡＰの生成量を低減できることが分かった。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、循環汚泥の一部を直接、可溶化装置により可溶化処理した後、消化タンク内に戻すことによって、汚泥の分解速度を速くすることができ、しかも、残渣発生量を少なくすることができ、さらに、消化ガス回収量を多くすることができる等、種々の有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の、有機性廃棄物の処理方法の一実施態様を示すフロー図である。
【図２】熱交換器と可溶化装置とを直列配置した、この発明の、有機性廃棄物の処理方法を示すフロー図である。
【図３】熱交換器と可溶化装置とを並列配置した、この発明の、有機性廃棄物の処理方法を示すフロー図である。
【図４】熱交換器と直列配置した可溶化装置の前段に汚泥前処理手段を設けた、この発明の、有機性廃棄物の処理方法を示すフロー図である。
【図５】熱交換器と並列配置した可溶化装置の前段に汚泥前処理手段を設けた、この発明の、有機性廃棄物の処理方法を示すフロー図である。
【図６】未処理汚泥を汚泥前処理手段を介して消化タンクに投入する、この発明の、有機性廃棄物の処理方法を示すフロー図である。
【図７】生ゴミを未処理汚泥に混ぜて消化タンクに投入する、この発明の、有機性廃棄物の処理方法を示すフロー図である。
【図８】従来処理方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１：消化タンク
２：熱交換器
３：可溶化装置
４：汚泥前処理手段
５：昇圧ポンプ
６：破砕機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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