(57)【要約】【課題】運転／設備コストの増大を生じることなしにメタン発酵菌の回収効率を向上することが可能な生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法を提供する。【解決手段】内部で生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させるメタン発酵槽を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、前記メタン発酵槽の下流側に設置され、メタン発酵させた後の発酵液を固液分離する沈殿槽と、前記沈殿槽の下流側に設置され、前記沈殿槽内の上澄み液を濾過する濾過手段と、この濾過手段によって濾過されない残留分を前記メタン発酵槽に戻すための第１戻しラインとを有する、ことを特徴とする、生ごみのメタン発酵処理装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させるメタン発酵槽を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
前記メタン発酵槽の下流側に設置され、メタン発酵させた後の発酵液を固液分離する沈殿槽と、
前記沈殿槽の下流側に設置され、前記沈殿槽内の上澄み液を濾過する濾過手段と、
この濾過手段によって濾過されない残留分を前記メタン発酵槽に戻すための第１戻しラインとを有する、
ことを特徴とする、生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項２】
内部で生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させるメタン発酵槽を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
メタン発酵させた後の発酵液の上澄み液を濾過するように、前記メタン発酵槽の生ごみ投入口と前記メタン発酵槽の発酵液排出口との間の発酵液流動経路に沿う前記メタン発酵槽内の所定位置に設置された濾過手段をさらに有する、
ことを特徴とする、生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項３】
前記濾過手段は、メタン発酵菌を捕捉するのに十分な孔径、及びメタン発酵菌を担持するのに十分な空隙を備えた担体片を立体的に積み重ねた形態である、請求項２に記載の生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項４】
さらに、前記メタン発酵槽の上流側に設置された、内部で生ごみを可溶化するための可溶化槽と、
前記濾過手段の下流側に設置された、生ごみ中のアンモニアを除去するためのアンモニアストリッピング手段と、
該アンモニアストリッピング手段によって処理した後の処理液を、前記可溶化槽に希釈水として戻すための第２戻しラインを有する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
さらに、前記濾過手段の下流側に設置された、生ごみを所定微生物により生物分解処理するための生物分解手段であって、生ごみ中のアンモニアを硝酸に変換する硝化手段と、生じた硝酸をさらに窒素に変換して窒素ガスとして除去する脱窒手段とを有するものと、
該硝化手段によって処理した硝酸を含有する処理液を、前記可溶化槽に希釈水として戻すための第３戻しラインを有する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項６】
生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させる生ごみのメタン発酵処理方法において、
生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させた後、発酵液を固液分離して、上澄み液と沈殿汚泥とに分離する段階と、
該上澄み液を濾過する段階と、
濾過されない残留分をメタン発酵に再利用する段階と、
を有することを特徴とする、生ごみのメタン発酵処理方法。
【請求項７】
さらに、前記濾過段階において濾過された発酵液を硝化する段階と、
硝化した発酵液を用いて硫酸還元菌による還元作用を抑制する段階とを、
を有する請求項６に記載の生ごみの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、生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法に関し、より詳細には、メタン発酵菌の回収効率及び／又はメタン発酵処理効率の向上を達成する生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より有機性廃棄物の資源化が推進されており、その一例として、生ごみや食品廃棄物を処理して、有用物質を回収することが行われている。
この処理方法は、まず生ごみや食品廃棄物を破砕、分別工程において破砕し、プラスチック袋やトレーなどを分別した後に、嫌気性発酵工程でメタン発酵させ、発生したメタンガスを発電工程において電気或いは熱の形態として利用する一方で、メタン発酵させた後の消化汚泥は脱水工程で脱水した後、コンポスト工程でコンポスト化して肥料としたり、或いは固形燃料、乾燥汚泥等として再利用可能とし、さらに脱水後の濾液は生物処理工程へ送って生物処理している。
【０００３】
この場合、メタン発酵は、生ごみ中に含有する窒素分が所定濃度を越えると、阻害されるため（アンモニア阻害）、アンモニアを希釈するのが通例だが、それによりメタン発酵菌もいっしょに流出して、菌濃度が低下する。
これを防止するために、たとえば特開平１１−２２１５４８号公報には、発酵液を固液分離処理を行って、分離した後の固体分を発酵槽に戻す技術が開示されている。
【０００４】
より詳細には、破砕、分別済みの生ごみを発酵槽においてメタン発酵させた後、発酵液を固液分離処理を行って、発酵液中に含まれるアンモニア性窒素などの溶解性発酵阻害物質は、液体側に移行して分離除去される一方で、メタン菌を含有する固体分を発酵槽に戻すことにより、アンモニア性阻害を防止しつつ、希釈に伴うメタン菌濃度減少を防止することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、従来の固液分離処理後の固体分を発酵槽に戻す仕方は、以下のような技術的問題点を有する。
第１に、希釈液とともに流出するメタン発酵菌の回収効率が悪い点である。より詳細には、固液分離処理後の汚泥には、メタン発酵菌以外の物質が多く含まれているため、一定量のメタン発酵菌を回収するのに、メタン発酵菌のみを回収するのに比べて回収する汚泥の量が増大せざるを得ない。
【０００６】
第２に、メタン発酵槽内に投入される生ごみの流量に対して、メタン発酵槽に戻される汚泥の流量が高くならざるを得ないことに起因して、メタン発酵菌がメタン発酵槽から流出する機会が増えるため、メタン発酵槽内のメタン発酵菌の滞留時間を確保することが困難となり、その結果メタン発酵菌による生ごみのメタン発酵効率が劣化する。
【０００７】
第３に、従来は、汚泥自体からメタン発酵菌を抽出するため、グレードの高い細かい目の濾過手段を用いる必要があったため、時間経過とともに目の目詰まりを起こしやすく、そのためにメタン発酵処理装置自体の稼働率を悪化させることがあった。このような稼働率の劣化は、運転／設備コスト増大を引き起こす。
【０００８】
第４に、生ごみのメタン発酵処理に伴って、主にメタン発酵槽から発生する有害な硫化水素の問題である。より詳細には、通常、メタン発酵槽内には、メタン発酵菌のみならず多種類の菌が存在し、その１つに硫酸還元菌がある。この硫酸還元菌は、処理液中の硫酸イオンを還元して硫化水素を生成する。硫化水素の発生量が、許容限度（数千ｐｐｍ）を超える場合にはメタン発酵処理自体を停止せざるを得ず、第３の問題点と同様に、装置の稼働率の悪化を生じる。この点、メタン発酵菌の生育条件と硫酸還元菌のそれとは、ｐＨ６ないし８、絶対嫌気性でＯＲＰ２００ないし４００ｍＶの範囲で略同じであるため、メタン発酵槽内の環境条件を制御することにより、メタン発酵菌は生育しつつ、硫酸還元菌のみを抑制することは非常に困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上記技術的問題を解決すべく、本発明の目的は、運転／設備コストの増大を生じることなしにメタン発酵菌の回収効率を向上することが可能な生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法を提供することにある。
本発明の目的は、装置自体の稼働率を損なうことなしに、生ごみのメタン発酵処理の高効率化を達成するメタン発酵処理装置及びメタン発酵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】
従来、流出したメタン発酵菌を回収するために、発酵液を固液分離した際の沈殿汚泥を回収していたところ、本出願人は、後述するようなメタン生成活性測定及びＤＮＡ解析を通じて、メタン発酵菌は発酵液中の沈殿汚泥ではなくむしろ上澄み液中に存在するとの発見をした。本発明は、このような従来の技術常識を覆した発見に基づくものである。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の生ごみのメタン発酵処理装置は、
内部で生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させるメタン発酵槽を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
前記メタン発酵槽の下流側に設置され、メタン発酵させた後の発酵液を固液分離する沈殿槽と、
前記沈殿槽の下流側に設置され、前記沈殿槽内の上澄み液を濾過する濾過手段と、
この濾過手段によって濾過されない残留分を前記メタン発酵槽に戻すための第１戻しラインとを有する、構成としている。
【００１２】
上記構成の本発明によれば、メタン発酵処理した生ごみ処理液を固液分離する際、従来の沈殿汚泥ではなく、上澄み液を利用して濾過手段によってメタン発酵菌を回収することにより、濾過手段の目の閉塞等不具合を有効に防止することが可能となるとともに、メタン発酵菌以外の余分な処理液を戻す割合を低減することにより、メタン発酵槽内からのメタン発酵菌の流出機会が低減される結果、メタン発酵槽内におけるメタン発酵菌の滞留時間を確保することが可能となり、以って生ごみのメタン発酵処理効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の生ごみのメタン発酵処理装置は、
内部で生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させるメタン発酵槽を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
メタン発酵させた後の発酵液の上澄み液を濾過するように、前記メタン発酵槽の生ごみ投入口と前記メタン発酵槽の発酵液排出口との間の発酵液流動経路に沿う前記メタン発酵槽内の所定位置に設置された濾過手段をさらに有する、構成としている。
【００１４】
また、前記濾過手段は、メタン発酵菌を捕捉するのに十分な孔径、及びメタン発酵菌を担持するのに十分な空隙を備えた担体片を立体的に積み重ねた形態であるのがよい。
【００１５】
上記構成の本発明によれば、メタン発酵処理した生ごみ処理液をメタン発酵槽内で固液分離する際、発酵液中の上澄み液を利用して濾過手段によって発酵液を濾過することにより、濾過手段の目の閉塞或いは過度の圧力損失等不具合を有効に防止しつつ、発酵液中の細菌、特にメタン発酵菌のメタン発酵槽外への流出を効率よく防止することが可能となる。特に、メタン発酵菌を捕捉するのに十分な孔径、及びメタン発酵菌を担持するのに十分な空隙を備えた担体片を利用して濾過手段を形成することにより、メタン発酵菌を捕捉するとともに担持することが可能となるので、メタン発酵槽内における細菌の滞留を確保することにより、メタン発酵槽内での細菌の活性化を達成することが容易となる。
【００１６】
また、前記メタン発酵槽の上流側に設置された、内部で生ごみを可溶化するための可溶化槽と、
前記濾過手段の下流側に設置された、生ごみ中のアンモニアを除去するためのアンモニアストリッピング手段と、
該アンモニアストリッピング手段によって処理した後の処理液を、前記可溶化槽に希釈水として戻すための第２戻しラインとをさらに有するのがよい。
【００１７】
さらにまた、前記濾過手段の下流側に設置された、生ごみを所定微生物により生物分解処理するための生物分解手段であって、生ごみ中のアンモニアを硝酸に変換する硝化手段と、生じた硝酸をさらに窒素に変換して窒素ガスとして除去する脱窒手段とを有するものと、
該硝化手段によって処理した硝酸を含有する処理液を、前記可溶化槽に希釈水として戻すための第３戻しラインとをさらに有するのもよい。
【００１８】
上記構成の本発明によれば、アンモニアを硝酸に酸化した硝化液を返送することにより、以下の２つの作用を通じて、硫酸還元菌を抑制することができる。第１に、硫酸還元菌による還元作用の抑制である。より詳細には、硫酸還元菌は、返送された硝酸を電子受容体として利用して、還元対象を硫酸イオンから窒素に転じる。一方、メタン発酵菌は、硫酸還元菌と異なり、返送された硝酸を還元しないため、メタン発酵が影響を受けることはない。第２に、硫酸還元菌とメタン発酵菌との存在形態の違いを利用した硫酸還元菌自体の生育の抑制である。より詳細には、硫酸還元菌は、単独（１μｍ程度の大きさ）で発酵液中を浮遊しながら生育する一方、メタン発酵菌は、フローラと呼ばれる集合体（数百μｍないし数ｍｍ程度の大きさ）として存在する。このような存在形態の違いから、外乱、たとえば発酵液の状態変化に対して、硫酸還元菌はメタン発酵菌に比べて直接的に影響を受けやすい。そのため、返送された硝酸分子中の酸素により、硫酸還元菌はメタン発酵菌に比べて、その生育がより抑制される。特に、硝化液を直接メタン発酵槽ではなく、メタン発酵槽上流側の可溶化槽に返流することにより、可溶化槽内で脱窒菌による脱窒作用を通じて硝酸を窒素に還元させることにより、硝化液によるメタン発酵菌への直接的な阻害を軽減しつつ、  メタン発酵効率を損なうことなしに硫酸還元を抑制することが可能となる。
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の生ごみのメタン発酵処理方法は、
生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させる生ごみのメタン発酵処理方法において、
生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させた後、発酵液を固液分離して、上澄み液と沈殿汚泥とに分離する段階と、
該上澄み液を濾過する段階と、
濾過されない残留分をメタン発酵に再利用する段階と、
を有する構成としている。
【００２０】
また、前記濾過段階において濾過された発酵液を硝化する段階と、
硝化した発酵液を用いて硫酸還元菌による還元作用を抑制する段階とを、
をさらに有するのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本出願人は、生ごみをメタン発酵させた際、メタン発酵菌が発酵液中のどこに存在するかを確認するために、メタン発酵汚泥を用いてメタン生成活性測定試験及びＤＮＡ解析を行った。
【００２２】
（１）メタン生成活性測定試験
▲１▼  試験方法
メタン発酵させた後の汚泥を所定量容器に入れ、４時間静置して、沈殿物と上澄み液とに分離する。次いで、沈殿物と上澄み液それぞれについて、通常の方法によりメタン生成活性及び細菌量を測定する。
▲２▼測定結果
測定結果を下の表に示す。
2004174288.tif 000003
この表から、細菌量に関しては、沈殿物の方が上澄み液より１０００倍程度多いが、メタン生成活性に関しては、沈殿物と上澄み液とで大差がない。このことは、メタン発酵菌は沈殿性が悪く、上澄み液中に多く存在することを示す。
【００２３】
（２）ＤＮＡ解析
▲１▼  ＤＮＡ抽出及び精製方法
細菌量５ｍｇ相当となるメタン発酵汚泥を遠心分離して、汚泥から水分除去を行う。次いで、水分除去した汚泥にＳＤＳ−ＴＥＮを添加することにより、溶菌処理を行う。次いで、ＰＣＩを添加し、液が分離しなくなるまで十分に攪拌する。次いで、プロパノール（４℃）を添加して、速やかに倒立攪拌した後、室温にて１０分静置することにより、ＤＮＡを沈殿させる。次いで、ＱＩＡＧＥＮ（陰イオン交換カラム）によってカラム平衡化を行った後、ロード液を添加し、さらにエタノール洗浄、ＤＮＡの溶出により、ＤＮＡの精製を行った。
以上のようにして、精製ＤＮＡサンプルを得た。
▲２▼  ポリメラーゼ連鎖反応の条件
ＰＣＲに関しては、前述の方法により抽出したメタン発酵汚泥のＤＮＡを基にして、表１に示すＰＣＲ溶液にＤＮＡを添加し、表２に示す条件のもとでＤＮＡ増幅を行った。表２に示す温度条件の記号の意味について、例えばＰｒ１：９４℃０秒  ５７℃０秒  ７３℃１８秒  Ｃ６０は、温度上昇させて９４℃に到達した瞬間に５７℃まで冷却し、プライマー結合させた瞬間に７３℃まで温度上昇させて、１８秒間連鎖反応させることを６０回繰り返すことを意味する。目的とするＤＮＡを確実に増幅してから、増幅量を増加させる観点から、各サイクル（Ｐｒ１ないしＰｒ４）において、最初はプライマー結合温度を高温にし、その後に温度を低下させた。次いで、１％アガロースゲル電気泳動を実施し、エチジウムブロミドでゲルを染色して、増幅されたＤＮＡの大きさを確認した。
【００２４】
表１          ＰＣＲ溶液の組成（１０μｌ／１反応）
2004174288.tif 000004
【００２５】
表２      特異的増幅が可能なＧＳＰセット及び温度サイクル
2004174288.tif 000005
【００２６】
＊  Ａｉｒ  Ｔｈｅｒｍｏ  Ｃｙｃｌｅｒ  （Ｉｄａｈｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  製）における温度サイクル条件
電気泳動の結果を写真に示す。
2004174288.tif 000006
Ａ        Ｂ        Ｃ        Ｄ
この写真は、左から右の順に、Ａ；４時間静置した上澄み液、Ｂ；メタン発酵汚泥全体、Ｃ；４時間静置した沈殿物それぞれから抽出したＤＮＡを鋳型として、メタン発酵菌に特有のＤＮＡ配列を増幅させたものであり、それに対してＤ；標準ＤＮＡである。この写真によれば、メタン発酵汚泥全体が最も濃いバンドを有するが、上澄みと沈殿物とを比較すれば、両者は略同じ濃さであり、この結果は、ＤＮＡ中のメタン菌の個数に差がないことを示す。
【００２７】
このように、本出願人は、メタン生成活性測定試験及びＤＮＡ解析により、メタン発酵菌は沈降性が良好でなく、沈降汚泥内より上澄み液中により多く存在するという、従来の知見と異なる発見をした。このことは、第１に、発酵菌の回収効率の向上、第２に、メタン発酵の処理効率の向上、第３に、濾過手段の要求グレード低下それぞれの観点から、沈殿汚泥より上澄み液中のメタン発酵菌を捕集する方が有効であることを示す。
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明に係る生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法の第１実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の概略フロー図である。
処理対象である生ごみは、一般家庭等から出される残飯、飲料水等の食料品に関連する種々雑多な種類に及ぶ廃棄物であり、固体、液体及びその中間体を含むものである。
【００２９】
図１に示すように、生ごみのメタン発酵処理装置１０は、ライン上流から下流に向かって、生ごみを受け入れるホッパー１２と、ホッパー１２から送られる生ごみを可溶化処理する可溶化槽１４と、可溶化槽１４により可溶化された生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵させるメタン発酵槽１６と、メタン発酵後の生ごみの発酵液を上澄み液と沈殿汚泥とに固液分離する沈殿槽１８と、固液分離した後の上澄み液を濾過する濾過手段２０と、濾過後の処理液からアンモニアを除去するアンモニアストリッピング手段２２と、処理液を脱水処理する脱水手段２４とから概略構成されている。
【００３０】
ホッパー１２は、ライン１１を介して生ごみを受け入れる槽であり、その底部は、戻しライン２６を通じて可溶化槽１４と連通し、一方戻しライン２８を通じて脱水手段２４直後のライン５６と連通している。
ホッパー１２の下流側には、ライン３０を介して破砕手段３２が設けられており、この破砕手段３２により生ごみ中の固形物を破砕し、可溶化を促進している。なお、処理する生ごみによっては、バイパスライン３４により破砕手段３２をバイパスしてもよい。
【００３１】
可溶化槽１４は、ライン３６を介して破砕手段３２と連通し、内部に通性嫌気性菌が繁殖している槽であり、通性嫌気性菌が卓越して繁殖できる環境に温度等の条件が維持されており、槽内で生ごみ中の有機物を低級な化合物にまで変換することにより（生ごみの腐敗）可溶化するようにしている。可溶化槽１４において可溶化された生ごみ処理液の一部は、戻しライン２６を介してポンプ３８によりホッパー１２に返流するようにしている。これにより、ホッパー１２内に上向きの流れを形成して、ホッパー１２からの生ごみの移送を容易にしている。
【００３２】
一方、メタン発酵槽１６は、ライン４０を介して可溶化槽１４と連通し、内部に可溶化槽１４内の菌とは異なる通性嫌気性菌が繁殖している槽であり、通性嫌気性菌が卓越して繁殖できる環境に温度等の条件が維持されており、槽内で生ごみ中の有機物を主に加水分解段階、酸生成段階、酢酸化段階及びガス化段階を経て、生ごみを分解処理することによりメタンガスを発生させるようにしている。
【００３３】
沈殿槽１８は、ライン４２を介してメタン発酵槽１６と連通し、メタン発酵槽１６においてメタン発酵させた後の発酵液を固液分離するための槽であり、発酵液を、後に説明するようにメタン発酵菌が多く存在する上澄み液と、沈殿汚泥とに分離するようにしている。上澄み液はさらに下流側に液送される一方、沈殿汚泥はライン４４を介して排出されて、廃棄処分される。
【００３４】
濾過手段２０は、ライン５０を介して沈殿槽１８と連通し、沈殿槽１８内の上澄み液を濾過して、メタン発酵菌をトラップするものであり、メタン発酵菌をトラップ可能である限り、たとえば砂濾過でもよい。濾過手段２０によって濾過されない残留分は、濾過手段２０とメタン発酵槽１６とを連絡する第１戻しライン４８を介してメタン発酵槽１６に戻されるようになっている。この点、メタン発酵菌を回収するための従来の濾過手段は、沈殿汚泥を濾過していたので、目詰まりを起こす可能性が高かったが、本発明の濾過手段は、メタン発酵槽内でメタン発酵させた後の発酵液を沈殿槽１８において一旦固液分離処理して、その上澄み液を濾過するので、メタン発酵菌の回収効率が高いとともに、目詰まりの発生頻度を低減することが可能であり、或いは低グレードの濾過手段で足りる。
【００３５】
アンモニアストリッピング手段２２は、ライン５４を介して濾過手段２０と連通し、発酵液に水酸化ナトリウムを添加することによりアンモニアを除去する既知の手段である。アンモニア除去した直後の処理液は、アンモニアストリッピング手段２２と可溶化槽１４とを連絡する第２戻しライン５２を介して可溶化槽１４に希釈水として返流され、メタン発酵槽１６におけるメタン発酵のアンモニア阻害を防止しつつ、可溶化槽１４内における可溶化を促進するようにしている。
【００３６】
脱水手段２４は、ライン５４を介してアンモニアストリッピング手段２２と連通し、遠心分離機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス、回転円盤型脱水機等の脱水機、或いは濾過膜などでもよい。脱水手段２４直後のライン５６は、戻しライン２８と連通しており、脱水処理された生ごみの処理液を戻しライン２８を通じて、ホッパー１２に返流するようにしている。
以上の構成を有する生ごみのメタン発酵処理装置１０について、その作用を処理方法とともに以下に説明する。
【００３７】
まず、生ごみをライン１１を介してホッパー１２内に所定流量投入する。投入は、通常連続的には行われず、たとえば一日に数回間欠的に行う。ホッパー１２には、戻しライン２６を介して可溶化した生ごみ処理液の一部が戻されるとともに、戻しライン２８を介して脱水処理した直後の処理液の一部が戻されるので、ホッパー１２内部の生ごみの流動化が促進される。次いで、生ごみ液は、適宜ライン３０を介して破砕手段３２に送られ、ここで生ごみ中の固形物が破砕処理され、さらにライン３６を介して可溶化槽１４に送られる。可溶化槽１４の内部で、生ごみは腐敗菌により腐敗されて、流動可溶化状態になる。可溶化された生ごみは、一部戻しライン２６を介してホッパー１２に返流されるとともに、残りはライン４０を介してメタン発酵槽１６に液送される。メタン発酵槽１６内において、生ごみ液は、アンモニア阻害を許容限度に抑制した状態で、メタン発酵槽１６内のメタン発酵菌によりメタン発酵される。メタン発酵槽１６内において生じる余剰沈殿汚泥は、適宜脱水処理して、処分してもよい。
【００３８】
次いで、メタン発酵後の発酵液は、ライン４２を介して沈殿槽１８に送られ、ここで上澄み液と沈殿汚泥とに固液分離される。次いで、上澄み液は、ライン４６を介して濾過手段２０に送られる一方、沈殿汚泥はライン４４を介して処分される。次いで、上澄み液は濾過手段２０によって、濾過され、濾過手段の目を通過する発酵液は、さらに下流側に送られる一方、目を通過しない残留分は、第１戻しライン４８を介してメタン発酵槽１６に返流される。ここに、前述のように、沈殿汚泥ではなく上澄み液中により多くメタン発酵菌が存在することが確認されているので、このような上澄み液を利用して濾過し、残留分をメタン発酵槽１６に返流すれば、メタン発酵菌をより効率的に回収することが可能となるとともに、メタン発酵槽１６内におけるメタン発酵菌の滞留時間を確保することにより、メタン発酵槽１６内におけるメタン発酵処理の効率を向上させることも可能となる。
【００３９】
次いで、濾液はさらにライン５０を介してアンモニアストリッピン手段２２に送られ、ここで濾液からアンモニアが除去される。次いで、アンモニアが除去された濾液は、一部がライン５４を介して脱水手段２４に送られる一方、一部が第２戻しライン５２を介して希釈水として可溶化槽１４に返流される。この返流により、メタン発酵槽１６内におけるメタン発酵のアンモニア阻害を防止しつつ、可溶化槽１４内における生ごみの可溶化が促進される。次いで、脱水手段２４に送られた処理液は、脱水処理された後、一部がライン２８を介して希釈水としてホッパー１２に返流される。この返流により、ホッパー１２内の生ごみの流動化が促進されるとともに、生ごみの可溶化に伴うホッパー１２等設備の腐敗化を防止することが可能となる。
【００４０】
以下、図面を参照して、本発明に係る生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法の第２実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同様な構成要素には、同様な番号を附することによりその説明は省略し、以下には本実施形態の特徴について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の概略フロー図であり、図３は、本発明の第２実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の別のメタン発酵槽の概略図である。
【００４１】
本実施形態の特徴は、第１実施形態においては、メタン発酵槽１６の下流側に別途沈殿槽１８を設けて発酵液を上澄み液と沈殿汚泥とに固液分離したうえで、さらにその下流に設けた濾過手段２０によって上澄み液を濾過するのに対して、メタン発酵槽１６内で発酵液を固液分離させることにより、濾過手段２０をメタン発酵槽１６の内部の所定位置に設置した点にある。
【００４２】
濾過手段２０は、ポリウレタン或いはポリエステル等の樹脂繊維系、紙パルプ等の天然系の担体群を立体的に積み重ねることにより構成している。特に、数μｍないし数百μｍの孔径を有し、且つ無数の空隙を備えたポリウレタンを一辺１０ｍｍ程度のサイコロ型として、数百ｍ２／ｍ３ないし数千ｍ２／ｍ３の比表面積を有するように形成するのが好ましい。このように形成した濾過手段２０は、ルーバー構造、格子状或いはパンチングメタルよりなる保持具６０により、濾過手段２０の目を覆わないように保持され、メタン発酵槽１６内でメタン発酵させた後の発酵液の上澄み液を濾過するように、メタン発酵槽１６の生ごみ投入口６２と発酵液排出口６４との間の発酵液流動経路に沿う所定位置に設置されている。
【００４３】
より詳細には、図２では、濾過手段２０はメタン発酵槽１６の上部に配置され、メタン発酵槽１６内の上澄み液が槽外に液送される前に濾過されるようになっている。一方、図３は、図２の場合と異なり、濾過手段２０がメタン発酵槽１６の高さレベル全体に亘るように配置され、メタン発酵槽１６内の発酵液が濾過手段２０によって２つの領域に仕切られている。このような配置上の違いから、図２では、メタン発酵槽１６内の中央或いは下部レベルの発酵液は濾過手段２０を通過しないで発酵液排出口６４から排出されることが可能であるが、図３では、発酵液は濾過手段２０を通過しない限り、発酵液排出口６４から排出されないようになっている。メタン発酵槽１６内の発酵液の密度に応じて、図２の場合と図３の場合とに使い分けるのがよい。発酵液の密度が高い場合（例えば、固形物密度４ないし５％）には、図２の場合を、発酵液の密度が低い場合には、図３の場合を用いるのが好ましい。
【００４４】
このように、濾過手段２０を担体片の群から構成して、メタン発酵槽１６内に設置することにより、メタン発酵槽１６内のメタン発酵菌等の細菌を濾過させずにトラップするとともに、担体の有する空隙に担持することにより、低グレードの濾過手段であっても必要以上の圧力損失或いは目詰まりを生じることなしに、メタン発酵槽１６内のメタン発酵菌のみならず、脱窒菌の槽外への流失をも有効に防止することが可能となる。さらに、メタン発酵槽１６内で細菌を滞留させることにより、活性化を達成することも可能となる。
【００４５】
以下、図面を参照して、本発明に係る生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法の第３実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同様な構成要素には、同様な番号を附することによりその説明は省略し、以下には本実施形態の特徴について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の概略フロー図である。
【００４６】
本実施形態の特徴は、第１実施形態におけるアンモニアストリッピング手段２２の代わりに硝化手段７０及び脱窒手段７２からなる生物分解手段７４を用い、硝化手段７０によって硝化処理をした硝酸を含む発酵液を第３戻しライン７６を介して希釈液として可溶化槽１４に返流する点にある。
【００４７】
生物分解手段７４は、上流側においてライン５０を介して濾過手段２０と連通する一方で、下流側においてライン５４を介して脱水手段２４と連通し、特定の微生物による分解作用を通じて脱水処理された生ごみの硝化及び脱窒を行うことにより、生ごみ中のアンモニア成分を硝酸とし、生成した硝酸をさらに窒素ガスとして除去するものである。したがって、生物分解手段７４によって処理された直後の処理液は、ｐＨが比較的低い（例えば２ないし３）。硝化手段７０直後のライン７８は、第３戻しライン７６と連通しており、硝化処理された直後の生ごみの処理液を第３戻しライン７６を通じて、可溶化槽１４に返流するようにしている。第３戻しライン７６の処理液流量は、ホッパー１２に投入される生ごみの流量に応じて定められる。
【００４８】
このように硝酸を含む発酵液を可溶化槽１４に返流することにより、第１に、硫酸還元菌による還元作用の抑制、第２に、硫酸還元菌とメタン発酵菌との存在形態の違いを利用した硫酸還元菌自体の生育の抑制を通じて、硫酸還元菌による硫化水素の発生を抑制し、硫化水素の発生に伴う装置の稼動停止等を回避することが可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲内で当業者なら種々の修正、変更が可能である。例えば、第１実施形態におけるアンモニアストリッピング手段の代わりにＭｇを添加するＭＡＰ法を用いてもよい。また、第３実施形態において、硝化液を可溶化槽に返流する際、ｐＨ増大による可溶化槽内での生ごみの可溶化促進の観点、或いはメタン発酵槽内におけるアンモニア阻害の観点から、返流流量を調整してもよい。特に、生ごみのメタン発酵処理開始直後、処理中盤、処理終了直前等処理の時間経過に応じて、上記観点から、その返流流量を調整してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法によれば、運転／設備コストの増大を生じることなしにメタン発酵菌の回収効率を向上することが可能である。
本発明の生ごみのメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法によれば、装置自体の稼働率を損なうことなしに、生ごみのメタン発酵処理の高効率化を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の概略フロー図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の概略フロー図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の別のメタン発酵槽の概略図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る生ごみのメタン発酵処理装置の概略フロー図。
【符号の説明】
１０  メタン発酵処理装置
１２  ホッパー
１４  可溶化槽
１６  メタン発酵槽
１８  沈殿槽
２０  濾過手段
２２  アンモニアストリッピング手段
２４  脱水手段
３８  ポンプ
４８  第１戻しライン
５２  第２戻しライン
６０  保持具
７０  硝化手段
７２  脱窒手段
７４  生物分解手段
７６  第３戻しライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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