(57)【要約】【課題】メタン発酵では、有機性廃棄物を微細化や溶液化して、効率よくメタンガスを生成させ、排出される消化汚泥の固形分を少なくすることが要望されている。廃棄物の微細化には機械粉砕機が使われるが、過剰な微粉砕は粉砕の動力費が大きくなるため効率が悪い。本発明の目的は、原料である生ゴミなどの有機性廃棄物の固形分を微細化、溶液化する方法を提供することにある。【解決手段】粉砕した有機性廃棄物から所定の大きさ以上の粒子を分離し、この分離した粒子にだけにアルカリ処理槽でアルカリ性物質を添加し、さらに、メタン発酵槽内のｐＨがメタン生成菌に最適となるように、アルカリ性物質の調整をする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分を含む有機性廃棄物を粉砕処理後、メタン発酵を行うプロセスの前処理方法において、粉砕した所定の大きさ以上の粒子を分離し、この分離した粒子にアルカリ性物質を添加することを特徴とする有機性廃棄物の前処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の有機性廃棄物の前処理方法おいて、メタン発酵槽内のｐＨが所定の範囲内となるように、前記アルカリ性物質の添加量を調整することを特徴とする有機性廃棄物の前処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の有機性廃棄物の前処理方法おいて、アルカリ性物質は、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、および水酸化マグネシウムのいずれかであることを特徴とする有機性廃棄物の前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品廃棄物などのメタン発酵処理で、メタン発酵可能な廃棄物量を増加するために、メタン発酵処理前の微粉砕など、有機性廃棄物の前処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生ごみ、汚泥等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋立処分されているが、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋立処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するために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燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが開発されている。メタン発酵は、有機性廃棄物を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換するもので、投入原料の性状や運転条件などにより様々な処理方法、発酵槽が提案されている。メタン発酵法は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気性のため曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法であり、しかも副産物として生成するバイオガス中のメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。
【０００３】
図２に生ごみ等の有機性廃棄物のメタン発酵システムの従来例としての模式図を示す。この図において、有機性廃棄物貯槽１に貯留されている有機性廃棄物１０１は、所定量ずつ粉砕機２で粉砕され、スラリー１０２となってスラリー調整槽３に保管された後、メタン発酵槽４に移動され、ここでメタン発酵処理が行われる。ここで発生するメタンガスが主成分であるバイオガス１０３は、ガスホルダー５を通して例えば燃料電池などエネルギーを発生する発電装置６に供給され、有効に活用される。一方、メタン発酵槽からの残渣である消化汚泥１０４は適時排出され、後処理装置７で種々の方法で処理が行われる。
【０００４】
メタン発酵を効率的に処理するシステムとして、有機性廃棄物をペースト状に粉砕して５０〜６０℃で大きな活性を示す高温メタン菌で処理するシステムが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。高温メタン菌は３６〜３８℃の中温で活性が大きくなる中温メタン菌に比べ、２〜３倍の活性を持っており、高温メタン菌によりメタン発酵を行なうことで分解速度の向上と消化率の向上を図ることができると記載されている。
【０００５】
また、有機性廃棄物のメタン発酵処理により発生するメタンガスを有効利用する為にこれを回収する装置においては、メタン発酵を速やかに進行させて効率良くメタンガスを生成させることが重要である。さらに、メタン発酵後に排出される消化汚泥中にはできるだけ固形分が少ないことが望ましい。そのためには、原料となる有機性廃棄物を微粉砕、さらには溶液化しておくことが望ましく、特許文献３には、このようなメタン発酵の前処理として、有機性廃棄物の機械的粉砕およびアルカリ処理を施すことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１３７７３０号公報
【特許文献２】
特開２００１−４６９９７号公報
【特許文献３】
特開平５−１９４０６８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
有機性廃棄物の微細化処理としては、機械粉砕が容易であるが、機械粉砕のみで微粉砕するのは動力費が大きくなるという欠点がある。また、上述の特許文献３に記載された機械粉砕とアルカリ処理の両方を前処理として実施する場合においても、メタン発酵の原料となる有機性廃棄物の全量をアルカリ処理するので、アルカリ溶液の必要量が多くなり、薬剤コストが大きくなるという問題があった。
そこで、本発明は、処理コストが小さく、かつメタン発酵効率も優れた有機性廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、固形分を含む有機性廃棄物を粉砕処理後メタン発酵を行うプロセスの前処理方法において、有機性廃棄物から粉砕した所定の大きさ以上の粒子を分離し、この分離した粒子にアルカリ性物質を添加することとする（請求項１）。有機性廃棄物はアルカリ性物質で容易に可溶化する。また、機械的粉砕機で、容易に数ｍｍ以下に粉砕することができる。本発明では、機械的に容易に粉砕が可能なサイズまで有機性廃棄物を粉砕するが、機械的粉砕物中から、所定の時間でメタン発酵処理ができない粒子サイズの有機性廃棄物を分離し、これをアルカリ性物質で処理を行い、少なくともこれの表面を可溶化してメタン発酵の効率を高めるものである。
【０００９】
また、本発明では、前記の有機性廃棄物の前処理方法おいて、メタン発酵槽内のｐＨが所定の範囲内となるように、前記アルカリ性物質の添加量を調整することとする（請求項２）。メタン発酵槽は有機性廃棄物の投入量に応じて、日々変化する。高負荷量では、次第に有機酸が蓄積され、発酵槽内がメタン生成菌の活動に最適なｐＨ（７〜８）よりも低下する。そのまま廃棄物を投入し続けると、さらに酸は溜まり、やがて菌は活動を止め発酵は破綻する。そのため、アルカリ性物質を有機性廃棄物に投与することにより、溶液化を行う他に、発酵槽のｐＨをメタン生成菌に最適な値に常時保つよう調整する。さらに、前記のアルカリ性物質は、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、および水酸化マグネシウムのいずれかであることとする（請求項３）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について以下に説明する。図１に生ごみ等の有機性廃棄物のメタン発酵システムの本発明の例としての模式図を示す。この本発明の模式図の図１は、従来例の模式図の図３と比べて、構成する装置として、分級器８、アルカリ処理槽９、アルカリ貯留槽１０が追加されている点が異なっている。
【００１１】
この図１において、有機性廃棄物貯槽１に貯留されている有機性廃棄物１０１は、粉砕機２で粉砕された後に分級器１５で所定の粒子サイズとの比較で２つの粒子サイズに分離される。この分級器で分けられた所定の粒子サイズより小さな廃棄物１０５は、スラリー調製槽３に直接移送される。一方、所定の粒子サイズより大きな廃棄物１０６はアルカリ処理槽９に移送され、ここでアルカリ貯留層１０から水酸化ナトリウム溶液を所定のｐＨ、例えばｐＨ＝９になる様に添加され、ここで所定時間の貯留で可溶化された後に、スラリー調製槽３に移送される。スラリー調製槽３からは、必要に応じてメタン発酵槽４に移送されて、発酵処理が行われるが、この時にメタン発酵槽内のｐＨをモニタリングして、ｐＨが低下しないように水酸化ナトリウムの量を添加して調整する。その後、メタン発酵槽４で発生するバイオガス１０２は、ガスホルダー５を通して発電装置６に供給され、有効に活用される。一方、メタン発酵槽からの消化汚泥１０３は適時排出され、後処理装置７で種々の方法で処理される。
【００１２】
次に、本発明の方法を従来法などと比較した実験例について説明する。図１に示す本発明の分級した粒子にアルカリ処理をした有機性廃棄物の前処理方法の使用例と、図２に示す従来のアルカリ処理無しの使用例と、図３に示す本発明のシステムから分級器を除いて全粒子にアルカリ処理をした前処理方法の使用例とについて、発生バイオガス量と残渣（汚泥）量との比較実験結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
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この表から、メタン発酵に供する有機性廃棄物を、アルカリ処理無しの従来法に比べて、アルカリ処理を行ってからメタン発酵することで、バイオガス発生量の増加と残渣（汚泥量）の削減ができることが判る。
【００１４】
また、図１に示す本発明の分級した粒子にアルカリ処理をした有機性廃棄物の前処理方法の使用例と、図３に示す本発明のシステムから分級器を除いて全粒子にアルカリ処理をした前処理方法の使用例とについて、水酸化ナトリウム使用量の比較実験結果を表２に示す。
【００１５】
【表２】
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この表から、分級器でサイズの大きな粒子だけに、アルカリ処理を行うことで、添加するアルカリ物質の使用量を大幅に削減することが可能となり、運転コストの低減効果がある。なお、表２での本発明のアルカリ添加量は、粉砕機による粉砕サイズおよび分級器のふるい分けサイズにより大幅に変わるが、粉砕機の運転コストと添加アルカリの使用コストなどを考慮して最適な点で運用することが可能である。
【００１６】
また、図４には、本発明の方法で実験を行った時の経過日数による投入原料のｐＨ、メタン発酵槽内のｐＨ、メタンガス濃度のモニタリング図を示す。この図から判るように、メタン発酵槽のｐＨはメタン生成菌に最適なｐＨ（７〜８）に保たれており、投入原料負荷を１．５倍に上げたときにはｐＨの低下が認められたが、水酸化ナトリウムを添加した原料のｐＨを９から１０へ上昇させることにより、発酵槽内のｐＨを最適値へ回復でき、安定したメタン濃度を保つことができた。この例では水酸化ナトリウム使用量は増えるものの、恒久的なものではなく、全量のアルカリ処理を行う図３のシステムに比べても０．２〜０．３倍の比率であるために、コストの増加にはならない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明では、固形分を含む有機性廃棄物を粉砕処理してメタン発酵を行うプロセスの前処理方法において、有機性廃棄物から所定の大きさ以上の粒子を分離し、この分離した粒子にだけにアルカリ処理槽でアルカリ性物質を添加し、さらに、メタン発酵槽内のｐＨがメタン生成菌に最適となるように、アルカリ性物質の調整をする。その結果、バイオガス発生量の増加と残渣（汚泥量）の削減ができ、さらに添加するアルカリ物質の使用量を大幅に削減することが可能となり、運転コストの低減に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機性廃棄物のメタン発酵システムの本発明の例としての模式図。
【図２】有機性廃棄物のメタン処理システムの従来例としての模式図。
【図３】有機性廃棄物のメタン処理システムでアルカリ処理を行う例としての模式図。
【図４】本発明の方法での実験経過日数による投入原料のｐＨ、メタン発酵槽内のｐＨ、メタンガス濃度のモニタリング図。
【符号の説明】
１：　　有機性廃棄物貯槽
２：　　粉砕機
３：　　スラリー調整槽
４：　　メタン発酵槽
５：　　ガスホルダー
６：　　燃料電池等の発電装置
７：　　後処理装置
８：　　分級器
９：　　アルカリ処理層
１０：　　アルカリ貯留層
１０１：　　有機性廃棄物
１０２：　　スラリー
１０３：　　バイオガス
１０４：　　消化汚泥
１０５：　　所定の粒子サイズより小さな廃棄物
１０６：　　所定の粒子サイズより大きな廃棄物
【図１】
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【図２】
2004130206.tif 000006
【図３】
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【図４】
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