(57)【要約】【課題】取り扱いが簡便且つ容易な従来の担体とは異なる形態の担体を備えた生ごみのメタン発酵処理装置及び処理方法を提供する。【解決手段】槽内のメタン発酵菌により生ごみをメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽内でメタン発酵菌を担持するための担体とを有する生ごみのメタン発酵処理装置において、前記担体は、前記メタン発酵槽内の発酵液中で浮遊可能な形態の小片群からなり、各小片は、メタン発酵菌と、メタン発酵菌を活性化するための活性化微粒子群とを担持するのに十分な大きさの空隙を有する、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】
槽内のメタン発酵菌により生ごみをメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽内でメタン発酵菌を担持するための担体とを有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
前記担体は、前記メタン発酵槽内の発酵液中で浮遊可能な形態の小片群からなり、各小片は、メタン発酵菌と、メタン発酵菌を活性化するための活性化微粒子群とを担持するのに十分な大きさの空隙を有する、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】
前記活性化微粒子群は、炭酸カルシウムを含む請求項１に記載の生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項３】
前記活性化微粒子群は、ニッケル、コバルト、鉄のいずれか或いはその組み合わせからなる金属粉を含む請求項１または請求項２に記載の生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項４】
前記活性化微粒子群は、メタン発酵菌を吸着保持可能な大きさの微粉炭を含む請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項５】
メタン発酵槽内に設けられ、且つメタン発酵菌を発酵液から分離可能な大きさの孔を有する濾過材をさらに有し、
前記濾過材は、前記担体を内部に担持する、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項６】
メタン発酵菌を担持する担体を用いて、担持されたメタン発酵菌により生ごみをメタン発酵処理するメタン発酵処理方法において、
該担体によって担持されたメタン発酵菌を活性化するための活性化微粒子群を該担体に担持させる段階と、
該活性化微粒子群を用いて、担持したメタン発酵菌を活性化する段階と、
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、前記担体により担持されたメタン発酵菌によって生ごみをメタン発酵処理した後、前記担体を比重差により発酵液から分離回収する段階を有する、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、メタン発酵菌により生ごみをメタン発酵処理する際、メタン発酵菌を担持するための担体に関し、従来とは異なる形態の担体を利用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分別工程においてプラスチック袋やトレーなどを分別し、さらに破砕工程において可溶化が容易になるように微細に破砕した後に、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、乾燥汚泥等として最利用可能とし、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、メタン発酵菌によるメタン発酵は、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、メタン菌の濃度が低下する。
【０００４】
これを防止するために、たとえば特開平４−２００７００号公報には、生ごみを槽内のメタン発酵菌によりメタン発酵させるメタン発酵槽内に、メタン発酵菌を担持するための担体を設ける技術が開示されている。
【０００５】
より詳細には、この担体は、濾過機能を有し、枠体と、この枠体に固定された多孔質周壁とによって中空筒体として形成され、この中空筒体はメタン発酵槽内に固定されている。多孔質周壁は、内部に数μｍないし数百μｍの空間を無数に備えたガラス繊維製であり、多孔質セラミックや多孔質ガラスに比して安価に、発酵液は孔を通過させる一方で、メタン発酵菌は孔を通過させないことにより、れらの空間に高温菌を入り込ませ、高温菌を担持することができる。
【０００６】
しかしながら、従来のメタン発酵菌の担持技術には、以下のような技術的問題が存する。
すなわち、第１に、従来の担体は、中空筒体として形成され、メタン発酵槽内に固定保持した状態で濾過機能を果たす必要があるため、その保守管理等取り扱いが不便であり、例えばメタン発酵槽内のメタン発酵菌の密度に応じて、担体を簡易に追加或いは減少することが困難であり、或いは時間経過とともに孔の目詰まりを引き起こすことがある。
【０００７】
第２に、従来の担体は、メタン発酵菌がメタン発酵槽から希釈液とともに流出することを防止するために、メタン発酵菌をメタン発酵槽内に保持するのに有効ではあるが、さらにメタン発酵菌をメタン発酵槽内で増殖育成（活性化）して、高密度化を達成するのが困難であった。
【０００８】
【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、取り扱いが簡便且つ容易な従来の担体とは異なる形態の担体を備えた生ごみのメタン発酵処理装置及び処理方法を提供することにある。
本発明の目的は、メタン発酵菌の担持のみならず、増殖育成を簡便且つ容易に達成する生ごみのメタン発酵処理装置及び処理方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、
槽内のメタン発酵菌により生ごみをメタン発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽内でメタン発酵菌を担持するための担体とを有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
前記担体は、前記メタン発酵槽内の発酵液中で浮遊可能な形態の小片群からなり、各小片は、メタン発酵菌と、メタン発酵菌を活性化するための活性化微粒子群とを担持するのに十分な大きさの空隙を有する構成としている。
【００１０】
さらに、前記活性化微粒子群は、炭酸カルシウムを含むのがよい。
さらにまた、前記活性化微粒子群は、ニッケル、コバルト、鉄のいずれか或いはその組み合わせからなる金属粉を含むのがよい。
加えて、前記活性化微粒子群は、メタン発酵菌を吸着保持可能な大きさの微粉炭を含むのがよい。
また、メタン発酵槽内に設けられ、且つメタン発酵菌を発酵液から分離可能な大きさの孔を有する濾過材をさらに有し、
前記濾過材は、前記担体を内部に担持するのでもよい。
【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方法は、
メタン発酵菌を担持する担体を用いて、担持されたメタン発酵菌により生ごみをメタン発酵処理するメタン発酵処理方法において、
該担体によって担持されたメタン発酵菌を活性化するための活性化微粒子群を該担体に担持させる段階と、
該活性化微粒子群を用いて、担持したメタン発酵菌を活性化する段階と、
を有する構成としている。
【００１２】
さらに、前記担体により担持されたメタン発酵菌によって生ごみをメタン発酵処理した後、前記担体を比重差により発酵液から分離回収する段階を有するのがよい。
以上の構成による本発明の作用は、以下の通りである。
【００１３】
すなわち、メタン発酵槽内でメタン発酵菌によりメタン発酵槽内に投入された生ごみをメタン発酵処理する際、メタン発酵により生じるアンモニアによりメタン発酵が阻害されるのを許容限度まで防止するためにメタン発酵槽内の発酵液を希釈する。
【００１４】
このような希釈化によるメタン発酵菌の流失を防止するために、担体を用いてメタン発酵菌を担持するが、この担体をメタン発酵槽内の発酵液中で浮遊可能な形態の小片群からなる新規な形態とすることにより、従来のようにメタン発酵菌が通過不可能な貫通孔を設けてメタン発酵菌を発酵液から分離する濾過機能ではなく、メタン発酵菌だけに着目してそれを担持する担持機能を奏するので、濾過用の孔の目詰まりを生じることがない一方、メタン発酵処理中における担体の増減等、従来の担体に比して保守点検を含めた取り扱いが容易である。
【００１５】
さらに、メタン発酵菌を活性化するための活性化微粒子群をメタン発酵菌とともに担体の空隙に担持させることにより、メタン発酵菌と活性化微粒子群との接触機会が確保される結果、単にメタン発酵菌を担持するだけでなく、担持したメタン発酵菌をさらなる増殖育成により活性化して、メタン発酵菌内のメタン発酵菌密度を増大させることも可能となる。
【００１６】
特に、このような活性化微粒子群として、特定の金属粉を利用すれば、メタン発酵菌の活性化が促進されるとともに、発酵液との比重差を利用した発酵液と担体との分離により担体の回収が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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実施形態を詳細に説明する。
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。
【００１８】
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、メタン発酵させた後の生ごみを脱水処理する脱水手段１８と、脱水処理した生ごみを生物分解処理する生物分解手段２０とから概略構成されている。
【００１９】
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２２を通じて可溶化槽１４と連通し、戻しライン２４を通じて脱水手段１８と生物分解手段２０とを連絡するライン２６、生物分解手段２０直後のライン２８それぞれと連通している。
【００２０】
ホッパー１２の下流側には、ライン３２を介して破砕手段３４が設けられており、この破砕手段３４により生ごみを可溶化が容易になるように微細に破砕するようにしている。なお、処理する生ごみによっては、バイパスライン３６により破砕手段３４をバイパスしてもよい。また、生ごみ中に含まれる箸、スプーン等の挟雑物はホッパー投入前に分別工程による分別するか、ホッパーに堆積するものを底部より抜き出しすることで分別してもよい。
【００２１】
可溶化槽１４は、ライン３８を介して破砕手段３４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には、下流側のメタン発酵槽１６におけるメタン発酵のアンモニア阻害を許容限度に抑制する観点から、ライン１５を介して所定流量の希釈液が注入される。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２２を介してポンプ２３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。
【００２２】
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及び偏性嫌気性菌が繁殖している槽であり、通性及び偏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。
【００２３】
このメタン発酵槽１６内の発酵液中には、発酵液中で浮遊可能な形態の小片群からなる担体（図示せず）が設けられている。各小片は、ポリウレタン或いはポリエステル等の樹脂繊維系からなり、メタン発酵菌を担持するのに十分な大きさ、例えば数μｍないし数百μｍの空隙を備え、さらに担持したメタン発酵菌を活性化するための活性化微粒子群を含む。活性化微粒子群は、炭酸カルシウム、金属粉及び微粉炭からなり、メタン発酵菌と同様に、空隙内に担持させることにより、メタン発酵菌との接触機会を確保することが可能となっている。炭酸カルシウムは、ｐＨ調整機能を有し、特に担体に担持されたメタン発酵菌まわりの局所的な領域についてｐＨ調整機能を奏することにより、担体をメタン発酵菌に適した環境にする。金属粉は、ニッケル、コバルト、鉄のいずれか或いはその組み合わせからなり、これらはメタン発酵菌の栄養分となって、メタン発酵菌の活性化に資する。微粉炭は、メタン発酵菌自体或いは金属粉を吸着する機能を有する。
【００２４】
担体は、以上のように発酵液中に浮遊させてもよいが、メタン発酵槽１６内にメタン発酵菌と発酵液とを分離するための濾材（図示せず）を設け、このような濾材に含まさせてもよい。そのための、濾材としては、ポリウレタン或いはポリエステル等の樹脂繊維系、紙パルプ等の天然繊維、セラミックス等の無機系或いは活性炭等の有機系でもよい。
【００２５】
脱水手段１８は、ライン４２を介してメタン発酵槽１６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１８直後のライン２６は、ライン４４を介して戻しライン２４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２４を通じて、ホッパー１２に返流するようにしている。脱水手段１８によって処理された直後の処理液中には、アンモニア成分が含まれているため、ｐＨが比較的高く、７ないし９の範囲である。
【００２６】
生物分解手段２０は、ライン２６を介して脱水手段１８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２０によって処理された直後の処理液は、ｐＨが比較的低く、およそ７である。生物分解手段２０直後のライン２８は、ライン４６を介して、脱水手段１８と同様に、戻しライン２４と連通しており、生物分解処理された直後の生ごみの処理液を戻しライン２４を通じて、ホッパー１２に返流するようにしている。
【００２７】
このように、ホッパー１２に戻しライン２４を介して返流する生ごみの処理液は、脱水手段１８によって脱水処理した後の処理液と、生物分解手段２０によって生物処理した後の処理液との混合液である。ライン２４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、特にライン４４の処理液流量の上限は、アンモニア阻害の許容限度から、一方ライン４６の処理液流量の上限は、希釈液によるメタン菌の流失許容限度から定められる。このような観点から、ライン２４の処理液流量の所定割合は、１０％から１００％の範囲が好ましい。
【００２８】
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。
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２２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２４を介して脱水処理した直後の処理液の一部と生物分解処理した直後の処理液の一部とが戻されるので、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３２を介して破砕手段３４に送られ、ここで生ごみが破砕処理され、さらにライン３８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２２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、適宜希釈液による希釈を通じて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。
【００２９】
より具体的には、メタン発酵槽１６内のメタン発酵菌は、担体により担持されつつ、さらに担体に担持された活性化微粒子群により増殖育成されて、活性化される。より詳細には、担体の無数の空隙内に活性化微粒子群とともに担持されたメタン発酵菌は、炭酸カルシウムにより発酵液中のｐＨ値に係わらず、メタン発酵菌の活性度が維持された状態で、金属粉を取り込んで増殖育成する結果、希釈に伴う流失を防止する一方で、メタン発酵槽１６内で活性化することにより、メタン発酵槽１６内におけるメタン発酵菌の密度を増大することが可能となる。
【００３０】
その際、担体自体は、発酵液中で浮遊可能であるが、担持した活性化微粒子群、特に金属粉を担持することにより担体が発酵液中で沈降可能となるので、担体自体、かくしてそこに担持されたメタン発酵菌が希釈液とともにメタン発酵槽１６から流失するのが防止されるとともに、担体だけを比重差により発酵液から分離回収して、再利用することも可能となる。
【００３１】
次いで、メタン発酵後の生ごみ液は、ライン４２を介して脱水手段１８に送られ、ここで固液分離処理されて、濾液はさらにライン２６を介して生物分解手段２０に送られる一方で、脱水汚泥は、ライン１９により適宜処分される。次いで、濾液の一部は、戻しライン４４及び戻しライン２４を介してホッパー１２に戻され（第１返流）、ホッパー１２内のｐＨを緩衝して、生ごみの流動可溶化を促進するとともに、ホッパー１２、ポンプ２３、各種槽１２、１４の腐敗化を防止することが可能となる。戻されない濾液は、さらに生物分解処理に付され、ここで硝化及び脱窒が行われて、生ごみから生成するアンモニアを硝酸とし、さらに窒素として除去する。次いで、生物分解処理された処理液はライン２８を介して下流側に送られ、その際アンモニア除去された処理液の一部を、戻しライン４６及び戻しライン２４を介してホッパー１２に戻す（第２返流）。これにより、前述の第１返流の場合と同様に、ホッパー１２内の低ｐＨを緩衝して、生ごみの流動可溶化を促進するとともに、ホッパー１２、ポンプ２３、各種槽１２、１４の腐敗化を防止することが可能となる。
【００３２】
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、生ごみのメタン発酵処理中に、メタン発酵槽内のメタン発酵菌密度に応じて、メタン発酵槽内の担体を適宜増減させたり、或いは担体に担持させる活性化微粒子群を増減させたりすることにより、メタン発酵菌の密度自体を調整してもよい。特に、活性化微粒子群のうち、発酵液中のｐＨ変化、担体自体の流失等の状況に応じて、炭酸カルシウム、金属粉、或いは微粉炭のいずれか或いはその組合わせを適宜増減してもよい。
【００３３】
【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、従来の担体とは異なる形態の担体によりその取り扱いを簡便且つ容易にすることができる。
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、メタン発酵菌の担持のみならずその増殖育成を簡便且つ容易に達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタン発酵処理装置の概略フロー。
【符号の説明】
１０  生ごみの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  脱水手段
２０  生物分解手段
２２  戻しライン
２３  ポンプ
２４  戻しライン
３２  ライン
３４  破砕手段
３８  ライン
４０  ライン
４２  ライン
【図１】
2004174318.tif 000003