(57)【要約】【課題】メタン発酵残渣の処理における凝集剤の使用量を低減して処理コストを削減でき、脱水汚泥を容易にコンポスト化可能である、メタン発酵残渣の処理方法及び装置を提供する。【解決手段】メタン発酵槽１０からの発酵残渣を、アンモニア放散塔２０によってアンモニアを除去した後、汚泥分離装置３０にて残渣中に凝集剤を添加し、脱水して汚泥と濾液とを分離する。アンモニア放散塔２０内には、残渣を上方の導入口２１から導入して下方の導出口２２から導出するための送液手段と、空気導入口２３から蒸気又は空気を導入してアンモニアを曝気させる曝気手段とを有している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物のメタン発酵後の残渣の処理方法であって、
前記メタン発酵後の残渣からアンモニアを除去するアンモニア除去工程と、前記アンモニア除去工程後の残渣中に凝集剤を添加し脱水して汚泥を分離する汚泥分離工程とを含むことを特徴とするメタン発酵残渣の処理方法。
【請求項２】
前記アンモニア除去工程の前に、予備脱水工程を行なう請求項１記載のメタン発酵残渣の処理方法。
【請求項３】
前記アンモニア除去工程を、蒸気又は空気によって前記残渣中のアンモニアを曝気するストリッピング法で行なう請求項１又は２記載のメタン発酵残渣の処理方法。
【請求項４】
前記蒸気又は空気によるアンモニアの曝気を７０℃以上で行なう請求項３記載のメタン発酵残渣の処理方法。
【請求項５】
前記汚泥分離工程は、前記アンモニア除去工程後の残渣に金属塩を添加して脱リンを行なう脱リン工程と、前記脱リン工程後の残渣中に凝集剤を添加し脱水して汚泥を分離する工程とを含む請求項１〜４のいずれか一つに記載のメタン発酵残渣の処理方法。
【請求項６】
有機性廃棄物のメタン発酵後の残渣の処理装置であって、
前記メタン発酵後の残渣からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、前記アンモニア除去後の前記残渣中に凝集剤を添加し脱水して汚泥を分離する汚泥分離手段とを備え、
前記アンモニア除去手段は、前記残渣を上方から導入して下方から導出する放散塔と、該放散塔内部に配設され、前記残渣を上方から下方に向けて落下又は送液する送液手段と、前記放散塔内に蒸気又は空気を導入してアンモニアを曝気させる曝気手段とを有していることを特徴とするメタン発酵残渣の処理装置。
【請求項７】
前記送液手段が、前記放散塔内に所定の間隔で配置され、前記蒸気又は空気を通過させるための通過孔を有する複数の棚板と、前記複数の棚板を貫通するように配置され、前記残渣を上方から下方に移動させるように回転するスクリューと、前記棚板の上面に沿って移動可能に配置された、前記棚板の上面に堆積した残渣を掻き取るためのスクレイパーとで構成されている請求項６記載のメタン発酵残渣の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嫌気性微生物を用いて、生ゴミ、食品加工残滓、活性汚泥処理の余剰汚泥等の有機性廃棄物をメタン発酵処理した後の、発酵残渣の処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生ゴミ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研究、開発されている。
【０００３】
メタン発酵処理は、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して有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解する方法であり、有機性廃棄物を大幅に減量することができると共に、副産物として生成する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。また、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る。
【０００４】
ここで、上記のメタン発酵後の消化脱離液である発酵残渣には、未分解の有機物や固形物の他、ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　Ｓｏｌｉｄ）と呼ばれる懸濁物質又は浮遊物質が含まれているので、そのまま河川に放流することができない。
また、有機性廃棄物中の蛋白質や尿素の分解でアンモニアが生成するが、環境保全の点から窒素やリン等の排出の総量規制が行なわれていることから、アンモニアの処理も必要である。
【０００５】
図５には、従来のメタン発酵残渣の処理装置の一例が示されている。この処理装置は、メタン発酵槽１０と、汚泥分離装置３０と、アンモニア放散塔２０と、活性汚泥槽４０とから主に構成されている。
メタン発酵終了後の消化脱離液は、メタン発酵槽１０の下部から取り出され、、ポンプ８０によって汚泥分離装置３０に送られる。ここで、まず高分子凝集剤を添加して攪拌し、ＳＳの粗大フロックを形成させる。次に、汚泥分離装置３０内の図示しない脱水機によって機械的に脱水され、脱水汚泥と濾液に分離される。分離された脱水汚泥はコンポスト化されるか、又はそのまま焼却処理される。
【０００６】
脱水後の濾液は、貯留槽８５においてアルカリ剤が添加された後、ポンプ８１によってアンモニア放散塔２０の上方の導入口２１に導入され、下方の導出口２２より導出される。一方、アンモニア放散塔２０の下方の空気導入口２３からは、ブロア７４から熱交換器５１を介して加温された蒸気又は空気が導入されており、アンモニア放散塔２０内の上方に向かうように構成されている。
【０００７】
これによって、導入口２１からの脱水後の濾液と、空気導入口２３からの蒸気又は空気とが、アンモニア放散塔２０内で接触してアンモニアの曝気が行なわれ、液中のアンモニアがガス化されて濾液からのアンモニアの除去が行なわれる。この方法は、いわゆるストリッピング法と呼ばれている。
その後、ガス化したアンモニアは、アンモニア放散塔２０の上方に設けられたガス導出口２４から取り出されて、触媒燃焼器５０によって酸化分解されて窒素と水に分解される。なお、この反応は発熱反応であるので、発生した熱を熱交換器５１によって回収し、ブロア７４からの蒸気又は空気の加熱に使用する。
【０００８】
更に、アンモニア除去後の濾液は、貯留槽８６において酸が添加されて中和された後、ポンプ８２によって活性汚泥槽４０に送られる。この活性汚泥槽４０では、活性汚泥中の微生物及び空気によって、残った有機成分と除去し切れなかったアンモニアを分解する、いわゆる間欠曝気活性汚泥法が行なわれて処理を完了し、処理水は河川等に放流される。
【０００９】
また、その他のメタン発酵残渣の処理方法として、例えば、特開平６−３４３９９４号公報には、消化槽から排出される消化汚泥に高分子凝集剤を注入して脱水した後、脱水濾液に消石灰を添加して、ｐＨを調整して撹拌混合してから沈澱槽でリンをハイドロキシアパタイトとして沈澱分離し、該沈澱槽の上澄液をアンモニアストリッピング槽でアルカリを注入し、強アルカリ条件下で空気をバブリングすることにより、脱水濾液中のアンモニアを気相に拡散して除去するようにした消化汚泥脱水濾液の処理方法が開示されている。
【００１０】
更に、特開平１０−５７８９号公報には、メタン発酵処理して得られる発酵液を、ストリッピング槽でアンモニアストリッピング処理することにより、発酵液中のアンモニア態窒素を除去すると同時に全窒素量を低減させ、活性汚泥の活性に阻害を与えないようにする方法が開示されており、その実施形態においては、脱水機で脱水して得られる発酵液をアンモニアストリッピング処理することが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記の従来のメタン発酵残渣の処理においては、あらかじめ脱水工程を行なった後、濾液の状態でのアンモニアの除去が行なわれている。
この場合、一般に、アンモニア放散塔や活性汚泥処理では、流入するＳＳの量は少ないほうが望ましく、また、脱水汚泥は焼却処理やコンポスト化を行うため汚泥含水率が低いほうが望ましい。したがって、前段の脱水では、発酵残渣に高分子凝集剤を加えＳＳのフロックを大きくし、脱水性を向上させ脱水汚泥の含水率低下と残存固形物の少ない濾液を得る条件で運転される。
【００１２】
しかしながら、発酵残渣は固形物量が多く、凝集性が悪いので脱水性向上を図るには多量の高分子凝集剤が必要であり、高分子凝集剤費用のため高コストになるという問題があった。
また、高分子凝集剤が添加された脱水汚泥は粘性が高いので、コンポスト化が難しくなり、また、アンモニアを除去していないので、アンモニアを高濃度で含むコンポストとなってしまう。
更に、高分子凝集剤は０．２〜０．５質量％の濃度で溶液として使用されるため、この高分子凝集剤溶解液の注入で全体の液量が増加し、この液量増加と相対的な汚濁物質濃度低下のため、後処理のアンモニアストリッピングや活性汚泥処理の効率が低下するという問題もあった。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、上記の問題を解決して、凝集剤の使用量を低減して発酵残渣の処理コストを削減でき、脱水汚泥を容易にコンポスト化可能である、メタン発酵残渣の処理方法及び装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵残渣の処理方法は、有機性廃棄物のメタン発酵後の残渣の処理方法であって、
前記メタン発酵後の残渣からアンモニアを除去するアンモニア除去工程と、前記アンモニア除去工程後の残渣中に凝集剤を添加し脱水して汚泥を分離する汚泥分離工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の方法によれば、凝集剤の添加前にアンモニアの除去を行なうので、残渣のアルカリ度が低下し、微細なＳＳが凝集して粗大化しやすくなる。したがって、アンモニア除去後の液は少量の凝集剤で脱水性が良くなり、粗大フロックを効率的に形成でき凝集剤のコストを低減できる。また、凝集剤溶液の添加量の減少によって全体の液量増加も防止できるので、後段の活性汚泥槽も小さくできる。更に、脱水汚泥に含まれるアンモニア濃度が低いので、低アンモニア濃度のコンポストを得ることができる。
【００１６】
本発明の方法においては、前記アンモニア除去工程の前に、予備脱水工程を行なうことが好ましい。これにより、消化脱離液に、藁やおかくずなどの粗大固形物が含まれる場合であっても、アンモニア除去工程が粗大固形物で閉塞されるのを防止できる。
また、本発明の方法においては、前記アンモニア除去工程を、蒸気又は空気によって前記残渣中のアンモニアを曝気するストリッピング法で行なうことが好ましい。これによれば、残渣にＳＳ等が含まれていても、効率良くアンモニアを除去することができる。
【００１７】
更に、本発明の方法においては、前記蒸気又は空気によるアンモニアの曝気を７０℃以上で行なうことが好ましい。これによれば、ストリッピングの効率が更に向上するので、残渣にＳＳ等が含まれていても、効率良くアンモニアを曝気によって除去することができる。また、ストリッピング時に液温を上げるので、後工程の汚泥分離工程でも、温度が高い状態で凝集剤を加えることができ、凝集剤の汚泥への付着が促進されるので、脱水性が向上する。
【００１８】
また、本発明の方法においては、前記汚泥分離工程は、前記アンモニア除去工程後の残渣に金属塩を添加して脱リンを行なう脱リン工程と、前記脱リン工程後の残渣中に凝集剤を添加し脱水して汚泥を分離する工程とを含むことが好ましい。これによれば、アンモニアのストリッピング後にアルカリ度が低下しているので、水酸化物として無駄に沈殿する金属塩の割合が低下し、少量の金属塩添加でも脱リンを行なうことができる。
【００１９】
一方、本発明のメタン発酵残渣の処理装置は、有機性廃棄物のメタン発酵後の残渣の処理装置であって、
前記メタン発酵後の残渣からアンモニアを除去するアンモニア除去手段と、前記アンモニア除去後の前記残渣中に凝集剤を添加し脱水して汚泥を分離する汚泥分離手段とを備え、
前記アンモニア除去手段は、前記残渣を上方から導入して下方から導出する放散塔と、該放散塔内部に配設され、前記残渣を上方から下方に向けて落下又は送液する送液手段と、前記放散塔内に蒸気又は空気を導入してアンモニアを曝気させる曝気手段とを有していることを特徴とする。
【００２０】
本発明の装置によれば、アンモニア放散塔内に、残渣を上方から下方に向けて落下又は送液する送液手段を設けたので、ＳＳ等の固形分を含む残渣であっても、放散塔内でのアンモニアのストリッピングを効率的に行なうことができる。
本発明の装置においては、前記送液手段が、前記放散塔内に所定の間隔で配置され、前記蒸気又は空気を通過させるための通過孔を有する複数の棚板と、前記複数の棚板を貫通するように配置され、前記残渣を上方から下方に移動させるように回転するスクリューと、前記棚板の上面に沿って移動可能に配置された、前記棚板の上面に堆積した残渣を掻き取るためのスクレイパーとで構成されていることが好ましい。
【００２１】
これによれば、棚段方式によって残渣と蒸気又は空気とが接触しやすくなり、更に、複数の棚板を貫通するように配置されたスクリューを設けたので、残渣を確実に送液してアンモニアのストリッピングの効率を更に高めることができる。また、スクレイパーによって、棚板に残渣が堆積して閉塞するのを防止できるので、連続で長時間の運転が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１〜３には、本発明のメタン発酵残渣の処理装置の一実施形態が示されている。図１はメタン発酵残渣の処理装置の概略構成図、図２は図１におけるアンモニア放散塔内の構造を示す概略図、図３は図１における汚泥分離手段の概略構成図である。
【００２３】
なお、以下の実施形態の説明においては、上記の図５における従来の装置と同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。
図１に示すように、この処理装置は、メタン発酵を行なうためのメタン発酵槽１０と、残渣からアンモニアを除去するためのアンモニア放散塔２０と、アンモニア除去後の残渣を、脱水汚泥と濾液に分離するための汚泥分離装置３０と、活性汚泥槽４０とから主に構成されており、メタン発酵槽１０の直後にアンモニア放散塔２０が配置されている点が特徴となっている。
【００２４】
メタン発酵槽１０からは、メタン発酵処理後の残渣を取り出すための配管が、ポンプ７１を介して接続されており、更に、この残渣を加熱するための熱交換器５２を介してアンモニア放散塔２０の上方の導入口２１に接続されている。また、アンモニア放散塔２０の下方には、残渣を取り出す導出口２２が設けられ、ここから配管が貯留槽６１に連結されている。
【００２５】
更に、このアンモニア放散塔２０の下方には空気導入口２３が設けられており、熱交換器５１によって加熱されたブロア７４からの蒸気又は空気を導入するため配管が接続されている。
アンモニア放散塔２０の上部には、ガス導出口２４が設けられ、ここから曝気されたアンモニアガスを取り出すための配管が、触媒燃焼器５０、熱交換器５１に接続され、触媒燃焼器５０によってアンモニアを窒素と水に分解した後、外部に放出されように構成されている。
【００２６】
図２には、本実施形態におけるアンモニア放散塔２０の内部構成が示されている。この実施形態では、アンモニア放散塔２０内に所定の間隔で棚板２６が複数配置されており、それぞれの棚板２６は、曝気用の蒸気又は空気を通過させるための通過孔２６ａを有している。
また、複数の棚板２６を貫通するように、モーター２５によって回転可能なスクリュー２７が配置されており、このスクリュー２７の回転によって、導入口２１からの残渣をアンモニア放散塔２０内の上方から下方に移動させるように構成されている。
【００２７】
更に、それぞれの棚板２６の上面には、棚板２６の上面に堆積した残渣を掻き取るためのスクレイパー２８が、棚板２６の上面に沿って移動可能に配置されている。本実施形態においては、このスクレイパー２８はスクリュー２７と一体に設けられており、スクリュー２７の回転によってスクレイパー２８も一体に回転するように構成されている。
なお、本発明においては、アンモニア放散塔２０の構造は特に上記の実施形態の構造に限定されず、固形分を含む残渣と、蒸気又は空気を接触させることができ、かつ、処理後の残渣を排出できる構造であればよく、例えばロータリーキルンのような手段であってもよい。
【００２８】
貯留槽６１からの配管は、ポンプ７２を介して汚泥分離装置３０に連結されている。図３に示すように、本実施形態における汚泥分離装置３０は、脱リン槽３１、凝集槽３２、脱水機３３より構成されている。
脱リン槽３１としては特に限定されず、従来公知の貯留槽が使用できる。また、金属塩の投入手段が設けられていることが好ましい。凝集槽３２としても特に限定されず、従来公知の貯留槽が使用できる。また、凝集剤の投入手段が設けられていることが好ましい。更に、脱リン槽３１及び凝集槽３２には、スクリュー、攪拌羽根等を用いた公知の攪拌手段が設けられていることが好ましい。また、脱水機３３としては、従来公知のスクリュー式脱水機等が使用でき特に限定されない。
【００２９】
汚泥分離装置３０からの配管は、分離汚泥を除去した後の濾液を一旦貯留するための貯留槽６２に連結されており、更に、ポンプ７３を介して、活性汚泥中の微生物によって、残った有機成分と除去し切れなかったアンモニアを除去するための活性汚泥槽４０に連結されるように構成されている。
【００３０】
次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵残渣の処理方法について説明する。
図１において、メタン発酵槽１０内には、メタン菌等の嫌気性微生物が付着・担持された固定化微生物を充填した固定ろ床等が設置されている。メタン発酵に用いる有機性廃棄物としては、生ゴミ、食品加工残滓、活性汚泥処理の余剰汚泥等が使用できる。
【００３１】
有機性廃棄物は、図示しない選別・粉砕機によりプラスチックなどのゴミを除き、希釈水を加えて野菜くずなどを数ミリに粉砕したスラリーとしてメタン発酵槽１０内に投入され、嫌気性微生物による有機性廃棄物の分解が行われる。
メタン発酵終了後の残渣は、原料スラリー投入量と同量が、メタン発酵槽１０からポンプ７１によって引き抜かれ、熱交換器５２で昇温した後、アンモニア放散塔２０の導入口２１から導入され、アンモニア除去工程が行なわれる。
ここで、熱交換器５２の昇温によってあらかじめ残渣を昇温することにより、アンモニア放散塔２０内での温度を高温に維持しやすくなる。残渣の加熱温度としては７０〜９５℃まで加熱することが好ましい。
【００３２】
アンモニア放散塔２０の導入口２１から導入された残渣は、アンモニア放散塔２０内のスクリュー２７の回転によって下方に移動される。一方、空気導入口２３からは、熱交換器５１で昇温された蒸気又は空気が導入され、棚板２６の通過穴２６ａを介してアンモニア放散塔２０内を上昇する。これによって、残渣と、蒸気又は空気が接触するのでアンモニアが曝気されてガス化し、ストリッピングが行なわれる。ストリッピングされたアンモニアを含むガスは、ガス導出口２４から取り出され、触媒燃焼器５０でアンモニアを窒素と水に燃焼させ、熱交換器５１を通って大気に放出する。
【００３３】
このとき、上記のようにアンモニア放散塔２０内は、複数の棚板２６を有する棚段方式となっているので、残渣と蒸気又は空気とが接触しやすくなり、ストリッピングの効率を向上することができる。また、棚板２６には、スクレーパー２８が設けられているので、棚板への残渣の堆積による閉塞を防止して、ストリッピング効率の低下を防止できる。
上記のアンモニア放散塔２０内における、蒸気又は空気によるアンモニアの曝気は７０℃以上で行なうことが好ましい。曝気の温度が７０℃未満の場合、アンモニアのストリッピング効率が低下するので好ましくない。
【００３４】
次に、アンモニア除去後の残渣は一旦貯留槽６１に入り、ポンプ７２で汚泥分離装置３０に送られ、汚泥分離工程が行なわれる。
汚泥分離装置３０では、まず、脱リン槽３１によって、金属塩の添加と攪拌が行なわれ、脱リン工程が行なわれる。脱リンに用いる金属塩としては、ポリ硫酸第二鉄やポリ塩化アルミニウム等が好ましく用いられる。ここで、本実施形態においては、アンモニアが既に除去されておりアルカリ度が低下しているので、水酸化物として無駄に沈殿する割合が少なくなり、少量の金属塩添加で脱リンができる。金属塩の添加量としては、リンと金属のモル比が２〜５倍量となるように添加することが好ましい。なお、本発明においては、必ずしもこの脱リン工程を行なわなくてもよい。
【００３５】
次に、凝集槽３２によって、凝集剤の添加と攪拌が行なわれ、フロックを形成する凝集工程が行なわれる。凝集剤は残渣中のＳＳ同士を付着させて大きなフロックとする、いわゆる、のり作用をもつ高分子凝集剤を用いることが好ましい。このような高分子凝集剤としては、例えばポリメタクリル酸エステル系、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド系等の、カチオン系、アニオン系、ノニオン系高分子凝集剤が使用できるが、なかでも、カチオン系高分子凝集剤を用いることが好ましい。
【００３６】
凝集剤の添加量としては、残渣中の全汚泥量に対して０．５〜３質量％となるように添加することが好ましい。本発明においては、このような少量の凝集剤であっても、添加前のアンモニアの除去によって残渣のアルカリ度が低下し、微細なＳＳが凝集して粗大化しやすくなっているので、充分な脱水性を得ることができる。
【００３７】
最後に、脱水機３３において、脱水汚泥と濾液に分離され、脱水汚泥は図示しない堆肥化装置に運搬しコンポスト化される。ここで、本実施形態においては、脱水汚泥中に含まれるアンモニア濃度が低いので、低アンモニア濃度のコンポストを得ることができる。なお、脱水汚泥はそのまま焼却処分してもよい。
また、濾液は、ポンプ７３によって活性汚泥槽４０に導入され、間欠曝気活性汚泥法によって有機物の分解が行なわれ、処理後の水は河川等に放流される。ここで、本実施形態においては、高分子凝集剤溶液の添加量の減少によって全体の液量増加も防止できるので、活性汚泥槽４０をコンパクトにすることができる。
【００３８】
図４には、本発明のメタン発酵残渣の処理装置の他の実施形態が示されている。この実施形態においては、メタン発酵槽１０と、アンモニア放散塔２０の間に、予備脱水機９０が設けられている点が、図１の実施形態と異なっている。
予備脱水機９０としては、上記の図３における脱水機３３と同様のスクリュー式脱水機等が使用でき、金属塩や凝集剤の添加は行なわない予備脱水工程である。これにより、残渣に、藁やおかくずなどの粗大固形物が含まれる場合であっても、アンモニア除去工程において、アンモニア放散塔２０内が粗大固形物で閉塞されるのを防止できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凝集剤の使用量を低減して発酵残渣の処理コストを削減でき、更に、脱水汚泥を容易にコンポスト化可能である、メタン発酵残渣の処理方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタン発酵残渣の処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１におけるアンモニア放散塔内の構造を示す概略図である。
【図３】図１における汚泥分離手段の概略構成図である。
【図４】本発明のメタン発酵残渣の処理装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】従来のメタン発酵残渣の処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０　メタン発酵槽
２０　アンモニア放散塔
２１　導入口
２２　導出口
２３　空気導入口
２４　ガス導出口
２５　モーター
２６　棚板
２６ａ　通過穴
２７　スクリュー
２８　スクレイパー
３０　汚泥分離装置
３１　脱リン槽
３２　凝集槽
３３　脱水機
４０　活性汚泥槽
５０　触媒燃焼器
５１、５２　熱交換器
６１、６２、６３　貯留槽
７１、７２、７３、７５　ポンプ
７４　ブロア
９０　予備脱水機
【図１】
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【図２】
2004057859.tif 000004
【図３】
2004057859.tif 000005
【図４】
2004057859.tif 000006
【図５】
2004057859.tif 000007