(57)【要約】【課題】メタン発酵菌によるメタン発酵を阻害することなく生ごみの可溶化を促進することにより、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処理方法を提供する。【解決手段】生ごみを受け入れるホッパーと、該ホッパーから送られる生ごみを可溶化処理する可溶化槽と、該可溶化槽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と、を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、前記ホッパーに受け入れられる生ごみの流量に対する所定割合の流量により、前記メタン発酵槽におけるメタン発酵処理後の生ごみ処理液を前記ホッパーへ戻す戻しラインを有することを特徴とする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】
生ごみを受け入れるホッパーと、該ホッパーから送られる生ごみを可溶化処理する可溶化槽と、該可溶化槽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と、を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
前記ホッパーに受け入れられる生ごみの流量に対する所定割合の流量により、前記メタン発酵槽におけるメタン発酵処理後の生ごみ処理液を前記ホッパーへ戻す戻しラインを有することを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項２】
前記所定割合は、１０％から１００％の範囲である、請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項３】
前記メタン発酵処理装置は、メタン発酵させた後の生ごみ処理液を脱水処理する脱水手段をさらに有し、前記メタン発酵槽におけるメタン発酵処理後の処理液は、該脱水手段によって脱水処理した後の処理液を含む、請求項１又は請求項２に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項４】
前記メタン発酵処理装置は、脱水処理した生ごみ処理液の上澄みを生物分解処理する生物分解手段をさらに有し、前記メタン発酵槽におけるメタン発酵処理後の処理液は、該生物分解手段によって生物処理した後の処理液を含む、請求項３に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
前記戻しラインによって前記ホッパーに戻される処理液は、脱水処理後の処理液と生物処理後の処理液とを所定流量割合で混合した混合液である、請求項４に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項６】
可溶化した生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵処理するメタン発酵処理方法において、メタン発酵処理後の生ごみの処理液を可溶化されるべき生ごみの流量に対する所定割合の流量により、希釈液として利用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】
前記メタン発酵処理方法は、メタン発酵させた後の生ごみ処理液を脱水処理し、脱水処理した生ごみを生物分解処理する段階を有し、
生ごみのメタン発酵処理及び／又は生ごみの可溶化処理の進捗状況に応じて、脱水処理後の処理液と生物処理後の処理液とを所定流量割合で混合して、希釈液として利用する、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、メタン発酵処理後の処理液を利用することにより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。
この処理回収方法は、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菌によりメタン発酵させ、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】
このような生ごみ等のメタン発酵処理方法において、その前処理方法が、例えば特開昭５４−１４７１７１号公報に開示されている。この前処理方法は、生ごみを受け入れるホッパーと、このホッパーから送られる生ごみを破砕処理する破砕手段と、破砕処理された生ごみを可溶化処理する可溶化槽とを有し、この可溶化槽とホッパーとの間を連通する戻しラインを有する場合に、投入されたホッパー内の生ごみが、可溶化槽から戻しラインを経て返送される可溶化液と可溶化されつつあるホッパー内の生ゴミとの混合物の流れに伴われて、ホッパーから流出し、ラインを経て、破砕機、可溶化槽へと移送されるようにしている。これにより、機械的操作が困難なべたべたした糊状の生ごみを円滑にホッパーから移送でき、可溶化処理操作が容易となる。
【０００４】
しかしながら、従来の前処理方法には、次のような技術的問題がある。
すなわち、生ごみの可溶化とは、腐敗菌による生ごみの一種の腐敗化であり、可溶化に伴いｐＨの低下を生じる。このｐＨの低下により、生ごみの可溶化が阻害されて、生ごみの流動化による移送の容易化が達成困難となるとともに、ホッパー、可溶化槽等の腐食を生じ、総じて生ごみのメタン発酵処理の処理効率の低下を引き起こす。
【０００５】
一方、生ごみ中に含有する窒素分が所定濃度を越えると、メタン発酵が阻害されることが従来から知られている。このため、高ｐＨは、メタン発酵菌によるメタン発酵の観点からは、好ましくない。
このように、生ごみのメタン発酵処理においては、生ごみの可溶化促進の観点からは、ＰＨの増大が好ましく、メタン発酵促進の観点からは、ｐＨの減少が好ましいという相反する要請を満足させる必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上記技術的問題点を解決すべく、本発明の目的は、メタン発酵菌によるメタン発酵を阻害することなく生ごみの可溶化を促進することにより、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処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の生ごみのメタン発酵処理装置は、生ごみを受け入れるホッパーと、該ホッパーから送られる生ごみを可溶化処理する可溶化槽と、該可溶化槽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と、を有する生ごみのメタン発酵処理装置において、
前記ホッパーに受け入れられる生ごみの流量に対する所定割合の流量により、前記メタン発酵槽におけるメタン発酵処理後の生ごみ処理液を前記ホッパーへ戻す戻しラインを有する構成としている。
【０００８】
また、前記所定割合は、１０％から１００％の範囲であるのが好ましい。
さらに、前記メタン発酵処理装置は、メタン発酵させた後の生ごみ処理液を脱水処理する脱水手段をさらに有し、前記メタン発酵槽におけるメタン発酵処理後の処理液は、該脱水手段によって脱水処理した後の処理液を含むのがよい。
【０００９】
さらにまた、前記メタン発酵処理装置は、脱水処理した生ごみ処理液を生物分解処理する生物分解手段をさらに有し、前記メタン発酵槽におけるメタン発酵処理後の処理液は、該生物分解手段によって生物処理した後の処理液を含むのもよい。
加えて、前記戻しラインによって前記ホッパーに戻される処理液は、脱水処理後の処理液と生物処理後の処理液とを所定流量割合で混合した混合液であるのがよい。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の生ごみのメタン発酵処理方法は、可溶化した生ごみをメタン発酵菌によりメタン発酵処理するメタン発酵処理方法において、メタン発酵処理後の生ごみの処理液を可溶化されるべき生ごみの流量に対する所定割合の流量により、希釈液として利用する構成としている。
【００１１】
また、前記メタン発酵処理方法は、メタン発酵させた後の生ごみを脱水処理し、脱水処理した生ごみを生物分解処理する段階を有し、
生ごみのメタン発酵処理及び／又は生ごみの可溶化処理の進捗状況に応じて、脱水処理後の処理液と生物処理後の処理液とを所定流量割合で混合して、希釈液として利用するのがよい。
【００１２】
本発明は、メタン発酵処理後の処理液を希釈液として利用することにより、メタン発酵菌によるメタン発酵を阻害しないようにしつつ、生ごみの流動可溶化を促進することにより、総じてメタン発酵処理効率を向上するものである。
【００１３】
より詳細には、メタン発酵後の発酵液は、生ごみから生成するアンモニアを含めアルカリ性を呈するため、このような発酵液を生ごみの流量との関係で定めた所定流量について希釈液としてホッパーに戻すことにより、メタン発酵槽内におけるアンモニア阻害を防止しつつ、生ごみの可溶化に伴う可溶化槽内のｐＨの低下を緩衝して、生ごみの流動可溶化の促進を通じて、生ごみの液送処理を容易にするとともに、可溶化槽を含む設備の腐敗を防止することが可能となる。
【００１４】
特に、脱水手段により脱水処理した直後の生ごみの処理液をホッパーに戻す場合、このような処理液は生ごみ中に含まれるアンモニアその他のアルカリ成分のためｐＨが比較的高いため、酸性化したホッパー周辺のｐＨ緩衝機能に優れ、戻し流量の上限は、アンモニア阻害の許容限度により定まる。
【００１５】
一方、生物分解手段により生物分解処理した直後の生ごみの処理液をホッパーに戻す場合、このような処理液は生ごみ中に含まれるアンモニア成分が除去されており、ｐＨが比較的低いため、アンモニア阻害を引き起こしにくく、戻し流量の下限は、希釈によるメタン菌の流失限度により定まる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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処理液を脱水処理する脱水手段１８と、脱水処理した生ごみ処理液の上澄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。
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。
【００１８】
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により生ごみを破砕し、可溶化槽１４における生ごみの可溶化による液状化を促進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。生ごみ中に存在する箸、スプーン等の挟雑物はホッパー１２の底部に堆積するため、これを底部より抜き出してもよいし、ホッパー投入前に挟雑物除去手段により分別してもよい。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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から９の範囲である。
【００２２】
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処理液の上澄みの硝化及び脱窒を行うことにより、生ごみ処理液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、６から７の範囲である。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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により微細化され、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、微細化された生ごみは腐敗菌により腐敗されて、流動可溶化状態（液状化状態）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、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。次いで、メタン発酵後の生ごみ処理液は、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。
【００２６】
ここで、第１返流と第２返流との使い分けについて、メタン発酵槽１６におけるアンモニア阻害状況及び／又はホッパー１２内の生ごみの流動可溶化状況に応じて、適宜選択すればよい。たとえば、生ごみの流動可溶化を重視する場合には、脱水処理した直後の第１返流を主とし、一方アンモニア阻害の防止を重視する場合には、生物分解処理した直後の第２返流を主とするのでもよい。
【００２７】
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、生ごみをメタン発酵処理する際、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、メタン発酵処理後の生ごみ処理液に関し、脱水処理後のｐＨの比較的高い処理液と生物処理後のｐＨの比較的低い処理液とを使い分けてもよい。
【００２８】
【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、メタン発酵処理後の処理液を利用することにより、生ごみから発生するアンモニアによるメタン発酵阻害を抑制しつつ、生ごみの可溶化を促進することによりメタン発酵処理の処理効率を向上させ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】
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