(57)【要約】【課題】窒素分やりんが蓄積して微生物生育障害を起す恐れがなく、酸発酵液の希釈水などに工業用水などを使用する必要がなくなり運転経費を低廉化でき、また、メタン発酵槽におけるメタン菌などの嫌気性微生物濃度を高く維持できることにより、有機性廃棄物からメタンガスとしての再資源化を促進することのできる有機性廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】有機性廃棄物を破砕装置で破砕してスラリー化する廃棄物スラリー化工程と、廃棄物スラリーを酸発酵処理する酸発酵工程と、酸発酵液をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、消化液の２０〜８５容量％を前記酸発酵工程に返送する消化液返送工程を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。【選択図】図１
2004098003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を処理する方法において、前記廃棄物を破砕装置で破砕してスラリー化する廃棄物スラリー化工程と、前記廃棄物スラリー化工程からの廃棄物スラリーを酸発酵処理する酸発酵工程と、前記酸発酵工程からの酸発酵液をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程からの消化液の２０〜８５容量％を前記酸発酵工程に返送する消化液返送工程を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物を処理する方法において、前記廃棄物を破砕装置で破砕してスラリー化する廃棄物スラリー化工程と、前記廃棄物スラリー化工程からの廃棄物スラリーを酸発酵処理する酸発酵工程と、前記酸発酵工程からの酸発酵液をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程からの消化液の２０〜８５容量％を前記酸発酵工程に返送する消化液返送工程を設けることにより、前記酸発酵工程において前記廃棄物スラリーの固形物濃度を１．２〜２．０倍量に希釈することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスを回収する方法であり、更に詳しくは、有機性廃棄物を酸発酵処理したのち、メタン発酵処理する二相式メタン発酵処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、食品製造業、食品流通業又は外食産業の厨房などから排出される有機性廃棄物は、コンポスト化処理方法や飼料化処理方法により有効利用されているものもあるが、多くは焼却して埋立処分されている。
【０００３】
前記有機性廃棄物の処理方法にあって、コンポスト化処理や飼料化処理する方法においては、大都市圏で廃棄物量が多いにもかかわらず、製造されたコンポストや飼料の消費量が極めて少なく、多量に処理しても流通を確保するのが容易ではない問題がある。そのため有機性廃棄物を処理する方法として、廃棄物を破砕し、破砕物をスラリー化して嫌気性処理槽に供給し、メタン菌などの嫌気性微生物の生物学的作用で有機物を生物学的に分解し、メタンを主成分とする消化ガスを生成させ、消化ガスを燃料等に有効活用する嫌気性消化処理方法が開示されている（特開平１１−２８４４５号公報、特開１１−３００３２３号公報参照）。
【０００４】
また、嫌気性消化処理工程を酸発酵槽とメタン発酵槽の二相の工程で行なう二相式嫌気性消化処理方法も従来から行われている（特開昭６０−７８６９８号公報、特開平１１−７７００５号公報参照）。
【０００５】
なお、従来の二相式嫌気性消化処理方法を図２に基づいて詳述する。
有機性廃棄物を廃棄物供給経路１１から破砕装置１に供給し、適宜に水を水供給経路２２から添加し微細破砕してスラリー化する。スラリー化された廃棄物スラリーをスラリー供給経路１２から酸発酵槽２に供給し、加熱手段７の加熱蒸気２３により所定の温度に加熱すると共に、攪拌手段８で攪拌混合し、液温度を５５〜６５℃程度にして嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、嫌気性微生物の作用で含有する有機物が酸発酵され、主に酢酸や酪酸などの有機酸に変換される。
【０００６】
酸発酵液に水を水供給経路２４から添加して適宜な有機固形物濃度に希釈し、酸発酵液供給経路１３からメタン発酵槽３に供給する。メタン発酵槽３では、液温度を３０〜６０℃程度にして嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、メタン菌などの嫌気性微生物の作用で、含有する酢酸や酪酸などの有機酸がメタン発酵され、主にメタンや炭酸ガスなどに変換される。
【０００７】
前記の酸発酵槽２やメタン発酵槽３で発生した消化ガスは、それぞれガス排出経路１７、１８からガスホルダ６に供給されたのち、必要により脱硫処理して加熱燃料、発電用燃料や燃料電池用燃料などとして利用される。
【０００８】
また、メタン発酵処理後の消化液は、消化液抜出し経路１４から抜出し、消化液貯槽４に供給し、一旦貯留されたのち、消化液供給経路１６から汚泥脱水機５に供給し、固形物と水分とに分離される。分離された固形物は、汚泥抜出し経路２１から脱水汚泥として抜出され、コンポスト装置などの汚泥処理装置や埋立などにより処分され、水分は分離水抜出し経路２０から分離水として抜出され、活性汚泥処理装置などの水処理装置により処理される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術において、単一嫌気性消化処理方法の場合には、酸発酵とメタン発酵が単一槽内で同時進行するが、酸発酵とメタン発酵とは好ましい有機固形物濃度などが相違するため消化効率が低く、また、滞留時間も長く必要とするため、消化槽容量も大きくなる問題がある。
【００１０】
また、二相式嫌気性消化処理方法においては、破砕装置で添加される水や酸発酵液の希釈水などに汚泥脱水機の分離水などを用いると、窒素分やりんが過剰に蓄積して障害を起す恐れがあるため、工業用水などが使用されているが、運転経費が嵩むと共に、メタン発酵槽におけるメタン菌などの嫌気性微生物濃度が低くなり、メタン発酵効率が低下する問題がある。
【００１１】
本発明は、窒素分やりんが蓄積して微生物生育障害を起す恐れがなく、酸発酵液の希釈水などに工業用水などを使用する必要がなくなり運転経費を低廉化でき、また、メタン発酵槽におけるメタン菌などの嫌気性微生物濃度を高く維持できることにより、有機性廃棄物からメタンガスとしての再資源化を促進することのできる有機性廃棄物の処理方法を提供する目的で成されたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の要旨は、請求項１に記載した発明においては、有機性廃棄物を処理する方法において、前記廃棄物を破砕装置で破砕してスラリー化する廃棄物スラリー化工程と、前記廃棄物スラリー化工程からの廃棄物スラリーを酸発酵処理する酸発酵工程と、前記酸発酵工程からの酸発酵液をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程からの消化液の２０〜８５容量％を前記酸発酵工程に返送する消化液返送工程を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法である。
【００１３】
前記請求項１に記載の方法では、メタン発酵工程からの消化液の２０〜８５容量％を酸発酵工程に返送する消化液返送工程を設けたことにより、酸発酵液の希釈水などに工業用水などを使用せずに、窒素分やりんが蓄積して障害を起す恐れがなく、メタン発酵槽におけるメタン菌などの嫌気性微生物濃度を高く維持できるため、有機性廃棄物からメタンガスとしての再資源化を促進することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の装置においては、有機性廃棄物を処理する方法において、前記廃棄物を破砕装置で破砕してスラリー化する廃棄物スラリー化工程と、前記廃棄物スラリー化工程からの廃棄物スラリーを酸発酵処理する酸発酵工程と、前記酸発酵工程からの酸発酵液をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程からの消化液の２０〜８５容量％を前記酸発酵工程に返送する消化液返送工程を設けることにより、前記酸発酵工程において前記廃棄物スラリーの固形物濃度を１．２〜２．０倍量に希釈することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法である。
【００１５】
前記請求項２に記載の方法では、メタン発酵工程からの消化液の２０〜８５容量％を酸発酵工程に返送する消化液返送工程を設け、前記廃棄物スラリーの固形物濃度を１．２〜２．０倍量に希釈することにより、酸発酵液の希釈水などに工業用水などを使用せずに、窒素分やりんが蓄積して障害を起す恐れがなく、また、酸発酵工程における有機固形物濃度及びメタン発酵槽におけるメタン菌などの嫌気性微生物濃度を好適に維持できるため、有機性廃棄物からメタンガスとしての再資源化を促進することができる。
【００１６】
なお、酸発酵工程への消化液の返送量が前記２０〜８５容量％の範囲外では、酸発酵工程での有機固形物濃度の維持とメタン発酵工程での嫌気性微生物濃度の維持及び微生物活性に適した窒素分及びりん濃度の維持のバランスをとることが困難となる。返送量が２０容量％よりも少ないと、メタン発酵工程での好ましい嫌気性微生物濃度の維持が困難であり、返送量が８５容量％よりも多いと、窒素分及びりんが過剰に蓄積され、微生物の生育にとって好ましい濃度に維持することが困難となる。
【００１７】
また、酸発酵工程において、消化液での廃棄物スラリーの希釈が１．２倍量よりも少ないとメタン発酵工程での嫌気性微生物濃度の維持が困難となり、また、希釈が２．０倍量よりも多いと酸発酵工程での有機固形物濃度が低くなり過ぎると共に窒素分及びりん濃度維持のバランスがくずれ蓄積量が多くなる恐れがある。
【００１８】
また、前記酸発酵工程やメタン発酵工程が行われる酸発酵槽やメタン発酵槽において、機械攪拌手段やガス攪拌手段などが付設された発酵槽や酸発酵室とメタン発酵室とを区画して設けた単一槽であってもよい。なお、酸発酵工程における処理温度は、２５〜７５℃、好ましくは４５〜６５℃、滞留時間は、２４時間〜２週間であり、処理温度が２５℃よりも低いと、酸発酵が進みにくいなどの問題があり、また、７５℃よりも高いと、嫌気性微生物が生存しにくいなどの問題がある。
【００１９】
また、前記メタン発酵工程における処理温度は、２５〜７５℃、好ましくは４５〜６５℃、滞留時間は、２４時間〜２週間であり、処理温度が２５℃よりも低いと、メタン発酵が進みにくいなどの問題があり、また、７５℃よりも高いと、嫌気性微生物が生存しにくいなどの問題がある。なお、生成したメタンガスを汚泥の加温に利用することで、運転経費や設備費などが低廉化できる。
【００２０】
また、有機性廃棄物を機械的に微細破砕する廃棄物スラリー化工程に用いられる破砕装置としては、被処理物を固定刃に高速で衝突させて破砕、又は高速回転刃で破砕する機械式破砕機や摩砕する石臼などが用いられ、また、有機性廃棄物中の水分が少ない場合には、水を混合して破砕する湿式破砕装置などが用いられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態の処理装置の系統図である。なお、図２の従来の処理装置の系統図と同一の作用を有する部材については同一の符号を付した。
【００２２】
図において、１は、固形の有機性廃棄物（以下単に廃棄物という。）である食品廃棄物を機械的に微細破砕して廃棄物をスラリー化する廃棄物スラリー化工程の破砕装置であり、水分の少ない廃棄物を処理する場合には、水を添加してスラリー化する。なお、水は洗浄水を兼ねて供給するのが好ましい。２は、廃棄物スラリー化工程により破砕されスラリー化された廃棄物を、液温度を所定の温度にし、嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、嫌気性微生物の作用で、含有する有機物を酸発酵し、主に酢酸や酪酸などの有機酸に変換する酸発酵工程の酸発酵槽であり、攪拌混合手段８及び加熱蒸気２３により加熱する加熱手段７が付設されている。なお、攪拌混合手段としては、パドル型攪拌機、スクリュウ型攪拌機などの機械式攪拌混合装置やガス攪拌装置などが用いられ、また、加熱手段としては熱交換器などを用いてもよい。
【００２３】
３は、酸発酵工程で処理された酸発酵液を、液温度を所定の温度にし、嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、メタン菌などの嫌気性微生物の作用で、含有する酢酸や酪酸などの有機酸をメタン発酵し、主にメタンや炭酸ガスなどに変換するメタン発酵工程のメタン発酵槽であり、図示しない圧力変動攪拌装置やガス攪拌装置などの攪拌混合手段が設けられている。
【００２４】
４は、メタン発酵工程で処理された消化液を貯留する消化液貯槽であり、５は消化液貯槽４に貯留された消化液を固液分離して清澄な分離水と脱水汚泥とを得る汚泥脱水手段の汚泥脱水機であり、汚泥脱水機５としては、デカンタ型遠心分離機や各種濾過機が用いられる。また、汚泥脱水機５の前段に分離膜濃縮装置や浮上分離装置などの汚泥濃縮手段を設けてもよい。６は、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３で生成したメタンを主成分とする消化ガスを貯留するガスホルダであり、ガスホルダ６の前段又は後段に、消化ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫装置を適宜に配置するのが好ましい。
【００２５】
次に前記有機性廃棄物の処理装置により食品廃棄物を処理する処理方法について以下詳述する。図１において、食品廃棄物を廃棄物供給経路１１から破砕装置１に供給し、水を水供給経路２２から添加し微細破砕してスラリー化する（廃棄物スラリー化工程）。スラリー化された廃棄物スラリーをスラリー供給経路１２から酸発酵槽２に供給すると共に、消化液貯槽４から消化液循環経路１５を経て消化循環液を供給して有機固形物濃度を調製する。酸発酵槽２内の混合処理液を加熱手段７の加熱蒸気２３により液温度を５５〜６５℃程度に加熱すると共に、攪拌手段８で攪拌混合し、嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、嫌気性微生物の作用で、含有する有機物が酸発酵され、主に酢酸や酪酸などの有機酸に変換する（酸発酵工程）。
【００２６】
酸発酵液を酸発酵液供給経路１３からメタン発酵槽３に供給し、図示しない圧力変動攪拌装置やガス攪拌装置などの攪拌混合手段で攪拌混合し、液温度を４５〜６５℃程度にして嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、メタン菌などの嫌気性微生物の作用で、含有する酢酸や酪酸などの有機酸がメタン発酵され、主にメタンや炭酸ガスなどに変換する（メタン発酵工程）。なお、酸発酵工程およびメタン発酵工程における処理温度は、前記温度範囲の高温発酵処理で行なうのが処理効率や装置の小型化などから好ましいが、それより低い中温発酵処理であってもよく、処理温度によっては加熱の必要がない場合がある。また、滞留時間については、処理温度などの条件により決定されるが、２４時間〜２週間程度必要とする。
【００２７】
前記の酸発酵槽２やメタン発酵槽３で発生した消化ガスは、それぞれガス排出経路１７、１８からガスホルダ６に供給されたのち、必要により脱硫処理して、加熱燃料、発電用燃料や燃料電池用燃料などとして利用される。
【００２８】
また、メタン発酵処理後の消化液は、消化液抜出し経路１４から抜出され、消化液貯槽４に供給し、一旦貯留されたのち、一部は消化液供給経路１６から汚泥脱水機５に供給して固形物と水分とに分離し、分離された固形物は汚泥抜出し経路２１から脱水汚泥として抜出され、適宜コンポスト化処理装置などの汚泥処理装置や埋立などにより処分され、水分は分離水抜出し経路２０から分離水として抜出され、活性汚泥処理装置などの水処理装置により処理される。
【００２９】
また、消化液貯槽４に貯留された消化液は、メタン発酵工程から排出される消化液量の２０〜８５容量％が消化液返送経路１５を経て酸発酵槽２に供給される。また、破砕装置１から供給される廃棄物スラリー量に基づいて、酸発酵槽２での廃棄物スラリーの固形物濃度を１．２〜２．０倍量に希釈する容量を返送するのが好ましい。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
食品工場からの有機性廃棄物スラリーを９ｋｇ／ｄで供給し、酸発酵槽にメタン発酵槽の消化液の２８容量％を返送して処理した。なお、前記返送量により、廃棄物スラリーの固形物濃度の希釈倍率は１．２倍であった。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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表１から、メタン発酵工程において効率よくメタン発酵が行われ、メタン菌などの嫌気性微生物濃度が所定の濃度に維持されることが判明した。
【００３２】
（実施例２）
食品工場からの有機性廃棄物スラリーを９ｋｇ／ｄで供給し、酸発酵槽にメタン発酵槽の消化液の８３容量％を返送して処理した。なお、前記返送量により、廃棄物スラリーの固形物濃度の希釈倍率は２．０倍であった。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2004098003.tif 000004
表２から、窒素分やりんの過剰な蓄積もなく、メタン発酵工程において効率よくメタン発酵が行われることが判明した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、窒素分やりんが蓄積して微生物生育障害を起す恐れがなく、酸発酵液の希釈水などに工業用水などを使用する必要がなくなり運転経費を低廉化でき、また、メタン発酵槽におけるメタン菌などの嫌気性微生物濃度を高く維持できることにより、有機性廃棄物からメタンガスとしての再資源化を促進することのできる有機性廃棄物の処理方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の有機性廃棄物処理装置の系統図
【図２】従来の有機性廃棄物処理装置の系統図
【符号の説明】
１：破砕装置（廃棄物スラリー化工程）
２：酸発酵槽（酸発酵工程）
３：メタン発酵槽（メタン発酵工程）
４：消化液貯槽
５：汚泥脱水機
６：ガスホルダ
７：加熱手段
８：攪拌混合手段
【図１】
2004098003.tif 000005
【図２】
2004098003.tif 000006