(57)【要約】【課題】有機性廃棄物のメタン発酵処理システムにおいて、メタン発酵に適した許容ｐＨ範囲で発酵させるようにするとともに、可溶化残さやメタン発酵汚泥の発生量を低減させること。【解決手段】有機性廃棄物を可溶化する第１の可溶化槽３と、第１の可溶化槽で生成した第１の可溶化物を第１の可溶化液と第１の可溶化残さに分離する第１の脱水機５と、第１の可溶化残さにアルカリを添加して可溶化する第２の可溶化槽２２と、第２の可溶化槽で生成した第２の可溶化物を第２の可溶化液と第２の可溶化残さに分離する第２の脱水機２７と、第１の可溶化液と第２の可溶化液を混合した可溶化液をメタン発酵させるメタン発酵槽１０と、を有するメタン発酵処理システム。また、第１の可溶化液を貯蔵する第１の貯槽におけるｐＨを測定３２してその結果に基づいて第２の可溶化液の流量３１を制御する制御器３３を設けること。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を可溶化する第１の可溶化槽と、
前記第１の可溶化槽で生成した第１の可溶化物を第１の可溶化液と第１の可溶化残さに分離する第１の脱水機と、
前記第１の可溶化残さにアルカリを添加して可溶化する第２の可溶化槽と、
前記第２の可溶化槽で生成した第２の可溶化物を第２の可溶化液と第２の可溶化残さに分離する第２の脱水機と、
前記第１の可溶化液と前記第２の可溶化液を混合した可溶化液をメタン発酵させるメタン発酵槽と、を有する
ことを特徴とするメタン発酵処理システム。
【請求項２】
有機性廃棄物を可溶化する第１の可溶化槽と、
前記第１の可溶化槽で生成した第１の可溶化物を第１の可溶化液と第１の可溶化残さに分離する脱水機と、
前記第１の可溶化残さにアルカリを添加して可溶化する第２の可溶化槽と、
前記第２の可溶化槽で生成した第２の可溶化物が前記第１の可溶化物に対して逐次的に供給されて第２の可溶化液と第２の可溶化残さに分離する前記脱水機と、
前記脱水機からの前記第１の可溶化液と前記第２の可溶化液とを混合した可溶化液をメタン発酵させるメタン発酵槽と、を有する
ことを特徴とするメタン発酵処理システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のメタン発酵処理システムにおいて、
前記第１の可溶化液を貯蔵する第１の貯槽と、
前記第２の可溶化液を貯蔵する第２の貯槽と、
前記第１の貯槽に第２の貯槽から第２の可溶化液を導入するポンプと、
前記第１の貯槽のｐＨを測定するｐＨ計と、
前記ｐＨ計の出力に基づいて前記ポンプの流量を制御する制御器と、を有することを特徴とするメタン発酵処理システム。
【請求項４】
請求項３に記載のメタン発酵処理システムにおいて、
前記第１の貯槽に対してアルカリを供給するライン及び／又は酸を供給するラインと、
前記アルカリ及び酸の供給ラインに設けられて前記制御器によりアルカリ及び／又は酸の供給量を調節するバルブと、を有する
ことを特徴とするメタン発酵処理システム。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４に記載のメタン発酵処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽で生成した廃液を汚泥と廃水に分離して、前記汚泥の一部をメタン発酵槽に還流させるとともに、残りの汚泥を前記第２の可溶化槽へ導入させるラインを有する
ことを特徴とするメタン発酵処理システム。
【請求項６】
有機性廃棄物を第１の可溶化槽に投入して前記有機性廃棄物に含まれる易分解物を不特定の微生物及び／又は攪拌により可溶化して第１の可溶化物を生成させ、
前記第１の可溶化物を第１の可溶化残さと第１の可溶化液とに固液分離し、
前記第１の可溶化残さを第２の可溶化槽中でアルカリを添加して難分解物を可溶化して第２の可溶化物を生成させ、
前記第２の可溶化物を第２の可溶化残さと第２の可溶化液とに固液分離し、
前記第１の可溶化液と前記第２の可溶化液とをメタン発酵の許容ｐＨ範囲になるように液量調節しながら混合し、
前記混合した混合液をメタン発酵槽に導入してメタン発酵させる
ことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載のメタン発酵処理方法において、
前記混合液がメタン発酵の許容ｐＨ範囲にならない場合、酸又はアルカリの薬剤を前記混合液に添加してメタン発酵の許容ｐＨ範囲とする
ことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のメタン発酵処理方法において、
前記メタン発酵槽で生成した廃液を廃水と汚泥に分離し、
前記汚泥の一部を前記メタン発酵槽に還流させるとともに残りの汚泥を前記第２の可溶化槽に導入して前記第１の可溶化残さとともに可溶化させる
ことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物の処理システムに関わり、特に、固形分の多い厨芥や草木などの廃棄物をメタン発酵するシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタン発酵は、下水・し尿処理の分野では、最終沈殿池汚泥及び余剰活性汚泥の処理に適用されてきた。近年、ごみ焼却炉からのダイオキシン類の排出、埋立地の不足、ＣＯ２問題が大きな問題となり、これらの環境負荷を低減する方法の一つとして、メタン発酵技術の利用が活発化している。メタン発酵は、有機性廃棄物（厨芥、汚泥、バイオマス等）を発酵させてメタンガスを回収できる技術であり、そのまま燃焼してはエネルギー回収ができない高水分廃棄物からのエネルギー回収が可能である。
【０００３】
メタン発酵は、大きく分けると加水分解菌、酢酸化菌による可溶化過程と、メタン生成菌によるメタン発酵過程の二段階の生化学反応から成っている。タンパク質、炭水化物、脂肪等の高分子有機化合物は、まず加水分解菌などによって低分子化されて高級脂肪酸、アミノ酸、糖類となる。次に、液化された有機物は発酵菌、酢酸化菌によってＨ２、ＣＯ２、有機酸（酢酸、酪酸、プロピオン酸、ピルビン酸、ギ酸、乳酸、コハク酸等）に分解され、最後にメタン発酵過程でメタン生成菌によってメタンが生成する。
【０００４】
このように、可溶化過程とメタン発酵過程では、活躍する微生物の種類が全く異なり、最適ｐＨも可溶化過程は４〜５、メタン生成過程は７．５前後と異なることから、最近は可溶化槽とメタン発酵槽を分離して発酵効率を高める二相式と呼ばれる方法が採用される場合が多い。
【０００５】
なお、可溶化とは、微生物の働きによる有機物の低分子化のみでなく、各種の物理化学的方法により、生物（厨芥類はそもそも動物あるいは植物である）の細胞等を破壊し、内容物（有機物）を液相に放出させ、低分子化することをも指している。
【０００６】
図３に、従来技術による厨芥類のメタン発酵システムのフローを示す。分別収集された厨芥類１は破砕機２で破砕された後、可溶化槽３に投入され、主に厨芥中に存在する微生物の働きによって可溶化され、メタン発酵の原料となる有機酸及び、有機酸の前駆体となる高級脂肪酸、アミノ酸、糖類等の有機物が生成される。可溶化物はポンプ４により脱水機５へ送られ、ライン６で排出される可溶化液と可溶化残さに分離される。
【０００７】
可溶化残さ７は主に、分解されにくいセルロース、リグニン等の繊維質そのもの、及びセルロースを主成分とした植物細胞壁というカプセルに囲まれているために分解されなかった有機物（細胞質）から成っている。この可溶化残さは、通常、コンポストに加工して肥料として利用されるか、または単純に焼却処理される場合が多い。
【０００８】
一方、低分子の有機化合物を多量に含んだ可溶化液は、ライン６、貯槽８を経由してポンプ９によりメタン発酵槽１０へ送られ、メタン生成菌の働きにより、有機酸からメタン約６５％、ＣＯ２約３５％のガスが生成される。メタン発酵槽には、メタン生成菌以外にも可溶化作用を行う菌が各種共存しているため、有機酸以外の有機物も分解されて有機酸となり、最終的にメタン発酵の原料となる。生成ガスはライン１１により抜き出され、ガスホルダ１２に貯留された後、主に燃料として利用される。メタン発酵槽１０の廃液は、ポンプ１３により沈殿槽１４に送られ、沈殿した汚泥１５（主に菌体）と廃水１６に分けられる。
【０００９】
廃水１６は好気活性汚泥法などにより処理された後放流され、汚泥１５はライン１７によって抜き出される。その一部はポンプ１８によってメタン発酵槽１０へ返送し、メタン発酵の種汚泥として利用される。残りの汚泥すなわち菌体は、可溶化残さ同様、コンポスト化あるいは焼却処理される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のメタン発酵システムには、以下のような解決すべき課題がある。即ち、可溶化槽において、微生物の働きによる可溶化が進行すると、有機酸が生成し、可溶化液のｐＨが３．５〜５程度にまで低下する。この有機酸はメタン発酵の原料となるが、そのｐＨが低いことから、メタン発酵槽への導入量が制限され、ごみ処理量を増やすのは困難である。これは、メタン発酵を行う菌の最適ｐＨは一般に６．５〜７．８程度の範囲であり、この範囲をはずれると、ガスの生成量が激減するからである。メタン発酵槽のｐＨ低下を避けながら、ごみ処理量を増やすためにはメタン発酵槽を大型化しなければならず、その分コストも高くなる。
【００１１】
また、排出される可溶化残さやメタン発酵汚泥は、コンポスト化あるいは焼却処理されているが、現状ではコンポストの需要は実際には少なく、季節変動が大きく、流通ルートも確立していないため、大量に製造しても消費しきることができない。また、水分含有率が高いため、焼却処理するためには大量の燃料が必要となる。可燃ごみと共に焼却炉で燃やすこともあるが、熱回収などの面では不利である。また、廃棄物中に草木などが多量に含まれる場合は、残さ量がさらに増大する。これらのことから、可溶化残さ及びメタン発酵汚泥の発生量をできるだけ低減することが望まれている。
【００１２】
これに対し、可溶化残さ及びまたは汚泥（菌体）自体は炭素を含む有機物であることから、低分子の有機物に分解することができれば、メタン発酵の原料として利用することができる。しかし、菌体は植物細胞同様、細胞壁を持っており、有機物（細胞質）を収めたカプセルの状態であるため、やはり分解されにくい。
【００１３】
そこで、通常の可溶化が、廃棄物中に存在する不特定の微生物の働きや、攪拌など、比較的穏やかな条件で行われるのに対し、より強力に可溶化を進めるために、可溶化槽にアルカリを添加してｐＨを高め、繊維質を分解して低分子化し、細胞壁を破壊して細胞質を溶出させることにより、可溶化残さ量を低減することが可能である。
【００１４】
しかし、投入した生ごみ全体のｐＨを分解効果のある１２程度まで上げるためには、アルカリを大量に添加しなければならないため、コスト高となる。さらに、可溶化液のｐＨが高くなるため、ｐＨ変動に弱いメタン発酵槽への可溶化液供給量が制限され、ごみ処理量を増やすのは困難である。
【００１５】
本発明の目的は、有機性廃棄物のメタン発酵処理システムにおいて、メタン発酵に適した許容ｐＨ範囲で発酵させるようにするとともに、可溶化残さやメタン発酵汚泥の発生量を低減させるシステムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
有機性廃棄物を可溶化する第１の可溶化槽と、
前記第１の可溶化槽で生成した第１の可溶化物を第１の可溶化液と第１の可溶化残さに分離する第１の脱水機と、
前記第１の可溶化残さにアルカリを添加して可溶化する第２の可溶化槽と、
前記第２の可溶化槽で生成した第２の可溶化物を第２の可溶化液と第２の可溶化残さに分離する第２の脱水機と、
前記第１の可溶化液と前記第２の可溶化液を混合した可溶化液をメタン発酵させるメタン発酵槽と、を有するメタン発酵処理システム。
【００１７】
また、有機性廃棄物を可溶化する第１の可溶化槽と、
前記第１の可溶化槽で生成した第１の可溶化物を第１の可溶化液と第１の可溶化残さに分離する脱水機と、
前記第１の可溶化残さにアルカリを添加して可溶化する第２の可溶化槽と、
前記第２の可溶化槽で生成した第２の可溶化物が前記第１の可溶化物に対して逐次的に供給されて第２の可溶化液と第２の可溶化残さに分離する前記脱水機と、
前記脱水機からの前記第１の可溶化液と前記第２の可溶化液とを混合した可溶化液をメタン発酵させるメタン発酵槽と、を有するメタン発酵処理システム。
【００１８】
また、前記メタン発酵処理システムにおいて、
前記第１の可溶化液を貯蔵する第１の貯槽と、
前記第２の可溶化液を貯蔵する第２の貯槽と、
前記第１の貯槽に第２の貯槽から第２の可溶化液を導入するポンプと、
前記第１の貯槽のｐＨを測定するｐＨ計と、
前記ｐＨ計の出力に基づいて前記ポンプの流量を制御する制御器と、を有するメタン発酵処理システム。
【００１９】
また、有機性廃棄物を第１の可溶化槽に投入して前記有機性廃棄物に含まれる易分解物を不特定の微生物及び／又は攪拌により可溶化して第１の可溶化物を生成させ、
前記第１の可溶化物を第１の可溶化残さと第１の可溶化液とに固液分離し、
前記第１の可溶化残さを第２の可溶化槽中でアルカリを添加して難分解物を可溶化して第２の可溶化物を生成させ、
前記第２の可溶化物を第２の可溶化残さと第２の可溶化液とに固液分離し、
前記第１の可溶化液と前記第２の可溶化液とをメタン発酵の許容ｐＨ範囲になるように液量調節しながら混合し、
前記混合した混合液をメタン発酵槽に導入してメタン発酵させるメタン発酵処理方法。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るメタン発酵処理システムについて図面を参照しながら以下説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るメタン発酵処理システムの構成を示す図であり、図２は本発明の第２の実施形態に係るメタン発酵処理システムの構成を示す図である。
【００２１】
まず、本発明の第１の実施形態を図１を用いて説明すると、生ごみは１次可溶化槽３において、廃棄物中に含まれる不特定の微生物の働きと攪拌程度の比較的穏やかな条件により６〜７割が可溶化され、メタン発酵の原料となる有機酸や低分子有機物を生成する。処理後の１次可溶化物は、脱水機５によって１次可溶化液と１次可溶化残さに分けられる。
【００２２】
有機酸等の低分子有機物を含むｐＨ３．５〜５程度の１次可溶化液はライン６を通って１次貯槽８に溜められ、繊維質を中心とした可溶化残さ７はライン２１により２次可溶化槽２２に導入される。メタン発酵汚泥（メタン発酵菌の菌体）１５もライン２３により２次可溶化槽に２２に投入される。２次可溶化槽には、ライン２４により苛性ソーダ等のアルカリ剤をｐＨ１２程度になるよう添加し、攪拌を行う。アルカリ剤の働きにより、植物及び菌体の細胞壁が破壊されて低分子化すると同時に、細胞質が流出し、２次可溶化物が生成する。必要に応じてヒータ２５により加熱することにより、可溶化をさらに促進することができる。
【００２３】
２次可溶化物はポンプ２６で脱水機２７へ送られ、低分子有機物を含むｐＨ１１程度の２次可溶化液と少量の２次可溶化残さ２８に分けられる。２次可溶化液はライン２９を通って２次貯槽３０に溜められ、難分解物である２次可溶化残さ２８は焼却などにより処理される。２次貯槽３０内に溜められた高ｐＨの２次可溶化液は、ポンプ３１によって１次貯槽８へと供給され、低ｐＨの１次可溶化液と混合される。このとき、１次貯槽８内の混合可溶化液のｐＨをｐＨ計３２によって測定し、混合可溶化液のｐＨが６〜８となるように、制御器３３によりポンプ３１の送液量を調節する。
【００２４】
ｐＨ調整された混合可溶化液は、ポンプ９によってメタン発酵槽１０へと送られ、メタン発酵の原料となる。このときの混合可溶化液のｐＨは、メタン発酵の最適ｐＨ６．５〜７．８から例え多少はずれていても、メタン発酵槽には窒素化合物の分解生成物である重炭酸アンモニウムが存在し、これがｐＨ緩衝能を持っているので問題ない。仮に、１次可溶化液の生成量及びｐＨと、２次可溶化液の生成量及びｐＨのバランスがとれず、１次可溶化液と２次可溶化液を混合するだけでは液のｐＨを所定の範囲に調整できない場合は、ライン３４から弁３５を介して酸を、ライン３６から弁３７を介してアルカリを適宜供給することにより、混合可溶化液のｐＨを調節する。
【００２５】
このように、メタン発酵槽へ供給される可溶化液のｐＨを、あらかじめメタン発酵の許容範囲に調節しておくことにより、メタン発酵槽のｐＨ変動を抑制できることから、可溶化液供給量を増やすことができ、すなわちごみ処理量を増やすことができる。また、１次可溶化槽で分解できなかった１次可溶化残さ７及び排出されたメタン発酵汚泥１５を２次可溶化することにより、システム全体から排出される残さ量を減らし、その分、メタン生成量を増加させることができる。また、最初に投入されるごみ全量に対してアルカリ剤を添加する方法に比べて、投入ごみの３割程度の１次可溶化残さ７とメタン発酵汚泥１５をアルカリ処理の対象とするため、アルカリ剤の使用量を低減することができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態に係るメタン発酵処理装置について図２を参照しながら説明する。第２の実施形態では１次可溶化槽と２次可溶化槽をバッチ運転する場合のメタン発酵処理装置であり、２次可溶化槽２２からの可溶化物は、１次可溶化槽３からの可溶化物とともに、脱水機５に逐次的に供給される。
【００２７】
更に、第２の実施形態では、脱水機５からの可溶化液ライン６をライン３８とライン３９に分岐してそれぞれに弁４０、弁４１を設置するとともに、脱水機５に１次可溶化槽３の可溶化物を投入した際は、弁４０を開として弁４１を閉とすることにより、１次可溶化液を１次貯槽８へ導入して溜め、２次可溶化槽の可溶化物を投入した際は、弁４１を開として弁４０を閉とすることにより、２次可溶化液を２次貯槽３０へ導入して溜める。
【００２８】
そして、ｐＨ計３２によって１次貯槽８の液ｐＨを測定し、ｐＨが７前後となるように、制御器３３によりポンプ３１の送液量を調節する。ｐＨ調整された混合可溶化液は、ポンプ９によってメタン発酵槽１０へと送られ、メタン発酵の原料となる。その他のメタン発酵処理装置は第１の実施形態と図示するように同様である。
【００２９】
以上説明したように、本発明は、次のような構成を備え且つ機能乃至作用を奏することを特徴とするものである。
【００３０】
最初に有機性廃棄物を投入する１次可溶化槽では、主に廃棄物中に含まれる不特定の微生物の働きや攪拌により易分解物を可溶化し、次に、固液分離して得られた繊維質を中心とした難分解性の１次可溶化残さ及びまたはメタン発酵槽から排出される汚泥を、アルカリを添加した２次可溶化槽に投入して処理し、更に、２次可溶化物を固液分離して得られた高ｐＨの２次可溶化液と１次可溶化物を固液分離して得られた低ｐＨの１次可溶化液とを混合することにより、その混合可溶化液のｐＨをメタン発酵の許容範囲に調整した後にメタン発酵槽に導入する。
【００３１】
ここで、前記１次可溶化液と２次可溶化液を混合する槽において、混合可溶化液のｐＨを測定し、そのｐＨがメタン発酵の許容範囲となるように、１次可溶化液と２次可溶化液の混合量を変化させた。また、前記１次可溶化液と２次可溶化液を混合する槽に対して、酸及びアルカリの薬剤添加ラインを各々設置し、混合可溶化液に対し、アルカリまたは酸を添加することにより、ｐＨを調整した。
【００３２】
上述したような構成を採用することにより、可溶化残さとメタン発酵汚泥を可溶化し、メタン発酵の原料とすることができる。また、メタン発酵槽に導入される可溶化液のｐＨを調節することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、可溶化残さとメタン発酵汚泥の排出量を低減でき、コンポスト化、焼却するべき最終処理量を減らすことができる。また、２次可溶化液を原料として、メタン生成量を増大させることができる。
【００３４】
更に、メタン発酵槽のｐＨ変動を抑制できることから、大量の可溶化液をメタン発酵槽に導入することができ、小型のプラントでごみ処理量を増加させることができる。
【００３５】
また、アルカリ剤添加の対象となる量が少ないため、２次可溶化槽は小型でよく、アルカリ剤の使用量も少なく、コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るメタン発酵処理システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るメタン発酵処理システムの構成を示す図である。
【図３】従来技術に関する二相式メタン発酵処理システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１　生ごみ
２　破砕機
３　可溶化槽（１次可溶化槽）
４，９，１３，１８，２６，３１　ポンプ
５，２７　脱水機
６　可溶化液ライン
７　可溶化残さ（１次可溶化残さ）
８　貯槽（１次貯槽）
１０　メタン発酵槽
１１　生成ガス
１２　ガスホルダ
１４　沈殿槽
１５　メタン発酵汚泥
１６　廃水
１７　抜き出しライン
１９　汚泥返送ライン
２１　残さ搬送ライン
２２　２次可溶化槽
２３　汚泥搬送ライン
２４，３６　アルカリ供給ライン
２５　ヒータ
２８　２次可溶化残さ
２９　可溶化液ライン
３０　２次貯槽
３２　ｐＨ計
３３　制御器
３４　酸供給ライン
３５，３７，４０，４１　弁
３８　１次可溶化液ライン
３９　２次可溶化液ライン
【図１】
2004082049.tif 000003
【図２】
2004082049.tif 000004
【図３】
2004082049.tif 000005