(57)【要約】【課題】メタン発酵処理では可溶化されずに残存する残渣を可溶化できるメタン発酵残渣の可溶化方法、従来のメタン発酵処理に較べて残渣量を減少させることができる有機廃棄物の処理方法及び装置を提供する。【解決手段】有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程とを含む有機廃棄物の処理方法及び装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物をメタン発酵処理した後に残存する残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化するメタン発酵残渣の可溶化方法。
【請求項２】
有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程とを含む有機廃棄物の処理方法。
【請求項３】
さらに、メタン発酵により生成したメタンを利用して発電し、その電力を有機廃棄物の処理に再利用する工程を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに、メタン発酵により生成したメタンを燃焼して熱を得て、その熱でメタン発酵処理に供される被処理物を加熱する工程を含む請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程と、メタン発酵により発生するメタンを回収する工程とを含むメタンの生産方法。
【請求項６】
有機廃棄物をメタン発酵処理するためのメタン発酵装置と、メタン発酵装置から生成するメタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルにより可溶化する可溶化装置と、可溶化装置から排出される液体成分をメタン発酵処理槽へ返送する返送装置とを備える有機廃棄物の処理装置。
【請求項７】
さらに、メタン発酵装置から生成するメタンを用いて発電するガス発電装置を備える請求項６に記載の装置。
【請求項８】
メタン発酵装置がメタン発酵処理に供される被処理物を加熱する熱交換機を備えるものであり、さらに、メタン発酵装置から生成するメタンを燃焼するガス燃焼装置を備え、前記熱交換機がガス燃焼装置により生成する熱を利用して被処理物を加熱するものである請求項６又は７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
本発明は、メタン発酵残渣の可溶化方法、有機廃棄物の処理方法及び装置などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
嫌気性発酵は、有機ゴミや下水汚泥中の有機物等を嫌気性微生物の作用により、低分子化して液化又はガス化する方法であり、メタンが発生することからメタン発酵とも称される。嫌気性発酵は、有機廃棄物量を減少させ、汚泥の質を均一にし、高温発酵により雑菌を死滅させ、さらにメタンの形でエネルギーの一部回収が可能という利点を有する。このことから、最近、固形分が例えば２５％以上と多い有機廃棄物の処理方法として高濃度のメタンを回収できるメタン発酵が注目されている。
【０００３】
しかし、従来のメタン発酵では、原料汚泥に対して３０％程度の液化又はガス化されない余剰汚泥が残る。余剰汚泥には、微生物由来の有機物や難分解性のリグニン、セルロースのような木質系残渣が含まれ、特に木質系残渣は生物分解され難く、脱水された後の最終プロセスまで残存するため、汚泥処理の負担を増加させる。
【０００４】
余剰汚泥は好気性微生物により堆肥化されたり、焼却処分されたりするが、余剰汚泥は一般に含水率が高いために、堆肥化する前に乾燥する必要がありその分手間がかかる。また含水率が高いために焼却し難くその分焼却コストが高くなるという難点もある。
【０００５】
このような余剰汚泥を減少させる試みとして、発酵槽を例えば５５℃程度の高温に保って嫌気性発酵を行う方法や、嫌気性発酵の余剰汚泥を可溶化する方法が行われている。
【０００６】
余剰汚泥を可溶化する方法として、例えば、特許文献１は、有機廃水を好気性生物又は嫌気性生物により処理した後に得られる汚泥を、好熱菌により可溶化する方法を開示している。この方法では、好熱菌が生育し易いように可溶化処理物を５０〜９０℃程度にまで加熱する必要があり、その分装置が大型化するとともにコスト高になる。
【０００７】
また特許文献２は、余剰汚泥をオゾン吹き込みにより可溶化し、可溶化により得られた液体をメタン発酵槽に返送して再度メタン発酵に供する方法を開示している。この方法は、オゾン発生装置が必要であるために装置が大型化するとともに、高濃度のオゾンは呼吸器を侵すために取扱者の健康に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００８】
なお、特許文献３は、有機廃棄物を好気性細菌及びミネラル液を用いて可溶化する方法を開示している。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１４−１６６２８９号公報（請求項１、段落００１１など）
【００１０】
【特許文献２】
特開平１４−８６１９６号公報（請求項１、段落００１０、００２３など）
【００１１】
【特許文献３】
特開２００２−５２３７４号公報（請求項１、３など）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、メタン発酵処理では可溶化されずに残存する残渣を可溶化できるメタン発酵残渣の可溶化方法、従来のメタン発酵処理に較べて残渣量を減少させることができる有機廃棄物の処理方法及び装置を提供することを主目的とする。
【００１３】
【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者は研究を重ね、以下の知見を得た。
▲１▼  メタン発酵残渣を、好気性細菌及びミネラルを用いて処理することにより、難分解性のリグニンなどの木質系残渣の大部分をガス化又は液化により分解できる。これにより、メタン発酵残渣を著しく減少させることができる。
▲２▼  上記可溶化により得られた液体は、さらにメタン発酵に供することによりメタンを生成できる。従って、この液体を再度メタン発酵に供することによりメタン発酵におけるメタン生成率が大幅に向上し、即ち有機廃棄物のエネルギー回収効率が著しく向上する。
▲３▼  上記可溶化方法では、ミネラルの作用で被処理物が昇温し、好気性細菌による有機廃棄物の分解を促進するため、別途加熱しなくても効率良く好気性細菌によりメタン発酵残渣が分解される。
▲４▼  メタン発酵により得られたメタンを利用して発電し、有機廃棄物処理システムの駆動に再利用すれば、システム内でエネルギーを循環できる。
▲５▼  メタン発酵により得られたメタンを燃焼して熱を得て、この熱を熱交換機を介してメタン発酵に供される有機廃棄物の加熱に再利用すれば、システム内でエネルギーを循環できる。
【００１４】
本発明は前記知見に基づき完成されたものであり、以下のメタン発酵残渣の可溶化方法、有機廃棄物の処理方法及び装置などを提供する。
【００１５】
項１．  有機廃棄物をメタン発酵処理した後に残存する残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化するメタン発酵残渣の可溶化方法。
【００１６】
項２．  有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程とを含む有機廃棄物の処理方法。
【００１７】
項３．  さらに、メタン発酵により生成したメタンを利用して発電し、その電力を有機廃棄物の処理に再利用する工程を含む項２に記載の方法。
【００１８】
項４．  さらに、メタン発酵により生成したメタンを燃焼して熱を得て、その熱でメタン発酵処理に供される被処理物を加熱する工程を含む項２又は３に記載の方法。
【００１９】
項５．  有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程と、メタン発酵により発生するメタンを回収する工程とを含むメタンの生産方法。
【００２０】
項６．  有機廃棄物をメタン発酵処理するためのメタン発酵装置と、メタン発酵装置から生成するメタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルにより可溶化する可溶化装置と、可溶化装置から排出される液体成分をメタン発酵処理槽へ返送する返送装置とを備える有機廃棄物の処理装置。
【００２１】
項７．  さらに、メタン発酵装置から生成するメタンを用いて発電するガス発電装置を備える項６に記載の装置。
【００２２】
項８．  メタン発酵装置がメタン発酵処理に供される被処理物を加熱する熱交換機を備えるものであり、さらに、メタン発酵装置から生成するメタンを燃焼するガス燃焼装置を備え、前記熱交換機がガス燃焼装置により生成する熱を利用して被処理物を加熱するものである項６又は７に記載の装置。
【００２３】
項９．  有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程とを含む有機廃棄物の処理システム。
【００２４】
項１０．  さらに、メタン発酵により生成したメタンを利用して発電し、その電力を有機廃棄物の処理に再利用する工程を含む項９に記載のシステム。
【００２５】
項１１．  さらに、メタン発酵により生成したメタンを燃焼して熱を得て、その熱でメタン発酵処理に供される被処理物を加熱する工程を含む項９又は１０に記載のシステム。
【００２６】
項１２．  有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程と、メタン発酵により発生するメタンを回収する工程とを含むメタンの生産システム。
【００２７】
まず、有機廃棄物の処理装置及びこの装置を用いた有機廃棄物の処理方法につ
いて説明し、次いで、この方法の一部であるメタン発酵残渣の可溶化方法を説明する。
（Ｉ）有機廃棄物の処理装置
本発明の有機廃棄物の処理装置は、有機廃棄物をメタン発酵処理するためのメタン発酵装置と、メタン発酵装置から生成するメタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルにより可溶化する可溶化装置と、可溶化装置から排出される液体成分をメタン発酵処理槽へ返送する返送装置とを備える装置である。
メタン発酵装置
メタン発酵装置は特に限定されず、公知のメタン発酵装置を制限なく使用できる。例えば、密閉型又は略密閉型のメタン発酵槽と、この発酵槽を加熱するヒータなどの加熱手段と、場合によっては撹拌手段などを備えたものを使用できる。
【００２８】
また本発明の有機廃棄物処理装置は、ガス発電装置（ガスエンジン）又はガス燃焼装置（ボイラー）のようなメタン利用装置を備えることができる。この場合は、メタン発酵装置は、通常ガス貯留槽を介してガス発電装置又はガス燃焼装置と連結されていればよい。これにより、メタン発酵装置で生成したメタンをガス発電装置に移送して電力供給に用いたり、ガス燃焼装置に移送して熱供給に用いたりすることができる。ガス燃焼装置は、メタン発酵槽に付設されたヒータや新たに投入される有機廃棄物を予備加熱するための熱交換機などと連結されていてもよく、これにより、メタン燃焼による熱を有機廃棄物の加熱に再利用できる。また、得られた電力は、この有機廃棄物処理システムの駆動に再利用できる。
固液分離装置
本発明の有機廃棄物の処理装置は、メタン発酵槽から排出されるメタン発酵後の被処理物を、液体成分と固体成分（メタン発酵残渣）とに分離する固液分離装置を備えることが好ましい。固液分離装置は公知のものを制限なく使用でき、このような固液分離装置として、例えば自然沈降を利用する装置、遠心分離機、ろ過装置などを使用できる。固液分離装置は、メタン発酵装置とは別に備えていてもよく、メタン発酵槽に連結されていてもよいが、メタン発酵槽に連結されている方が作業効率がよく好ましい。
破砕装置
本発明の有機廃棄物の処理装置は、メタン発酵装置から排出される被処理物中の残渣（固体成分）を破砕する破砕装置を備えることが好ましい。破砕装置は、可溶化装置の被処理物投入口に連通して設けられていてもよく、別途設けられていてもよいが、連通していることが好ましい。
【００２９】
破砕装置は、場合によってはメタン発酵残渣を破砕しつつミネラル等を加えてスラリーにするための装置である。
可溶化装置
可溶化装置は可溶化処理槽を備え、通常被処理物の撹拌手段を含む。可溶化装置は、メタン発酵残渣と好気性細菌とミネラルとを混合することにより分解及び可溶化するための装置である。上記破砕機によりメタン発酵残渣にミネラル等を混合しておく場合には、可溶化装置はこの混合物に好気性細菌を混合してメタン発酵残渣を分解及び可溶化するための装置である。
【００３０】
可溶化装置は、単一の処理槽を備えるものでもよく、２〜３個程度の処理槽を備えるものでもよい。単一処理槽を備える場合は、メタン発酵残渣、ミネラル及び好気性細菌を一度に投入して残渣を可溶化し、適当時間後に一度に可溶化物を取り出すためのものであってよい。又は、メタン発酵残渣、ミネラル及び好気性細菌を投入して残渣を可溶化し、その一部を残して可溶化処理物を取り出し、その減少分に相当するメタン発酵残渣（又はメタン発酵残渣及びミネラル等）を投入するためのものであってもよい。
【００３１】
複数の処理槽を備える場合は、これらは順次連通しており、第１処理槽にメタン発酵残渣、ミネラル及び好気性細菌を投入して可溶化し、その一部を残して可溶化処理物を第２処理槽に移し、さらに第１処理槽には減少分のメタン発酵残渣（又はメタン発酵残渣及びミネラルなど）を投入し、順次各処理槽で同様の操作を繰り返すためのものであることが好ましい。
【００３２】
可溶化装置の撹拌手段は特に限定されず、可溶化処理槽内に備えられた撹拌羽根（往復動する羽根を含む）、可溶化処理槽自体が回転又は往復動するもの等が挙げられる。
【００３３】
また、可溶化装置の処理槽には、エアレーション手段が付設されていることが好ましい。エアレーション手段は、撹拌手段で兼用することもできるが、空気泡発生器を別途設けることもできる。
固液分離装置
本発明の有機廃棄物の処理装置は、可溶化装置から排出される可溶化処理物を液体成分と固体成分とに分離する固液分離装置を備えることが好ましい。固液分離装置を備える場合は、可溶化装置に付設ないしは連通されていることが好ましい。
返送装置
本発明の有機廃棄物の処理装置は、可溶化装置から排出される液体成分をメタン発酵槽に返送する装置を備える。返送装置としては、例えば、場合によっては固液分離装置を介して可溶化装置とメタン発酵装置とを連通する管と、可溶化装置からメタン発酵装置へ液体成分を移送するポンプとからなるものが挙げられる。また、返送装置中の前記管には、可溶化された液体及び新たにメタン発酵に供される有機廃棄物を予備加熱するための熱交換機が付設されていてもよい。
【００３４】
返送装置のポンプは、メタン発酵装置へ有機廃棄物を投入するためのポンプを兼用することもできる。返送のための管の一部は、メタン発酵装置への有機廃棄物の投入のための管を兼ねることもできる。
（ＩＩ）有機廃棄物の処理方法
本発明の有機廃棄物の処理方法は、有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程とを含む方法である。
有機廃棄物
本発明方法に供される有機廃棄物は、特に限定されず、例えば下水汚泥、食品ごみ（生ゴミ）、紙ゴミ、木ゴミ、樹脂ゴミ、家畜の糞尿、家畜の処理廃棄物、魚、ヒトの糞尿などが挙げられる。
メタン発酵処理工程
メタン発酵方法は特に限定されず、従来行われているどのようなメタン発酵方法であってもよい。例えば、密閉槽又は略密閉槽内で、１５〜６０℃程度、特に３０〜５５℃程度で、１０〜４０日間程度、特に１４〜２０日間程度処理する方法が挙げられる。
固液分離工程
本発明方法では、通常、メタン発酵処理物を固体成分と液体成分とに分離する。固液分離は、自然沈降、遠心分離、ろ過などの公知の方法で行えばよい。
可溶化工程
可溶化工程では、分離された固体成分を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する。
【００３５】
可溶化工程では、好気性細菌によりメタン発酵残渣が分解されるが、ミネラルの作用により被処理物中の溶存酸素が増加して好気性細菌の生育が促進され、ひいては可溶化が促進されるとともに、悪臭の原因となる嫌気性発酵が抑制されて悪臭を低減できる。
【００３６】
可溶化工程では、ミネラルの作用で被処理物の温度が通常７０〜９０℃程度にまで上昇するため、好気性細菌としては、例えば古細菌などの好熱性細菌を使用できる。中でも、メタノバクテリウム属、メタノブレビバクター属、メタノコッカス属、メタノスピリウム属、メタノザルシナ属のようなメタン生成細菌がより好ましい。好気性細菌としては、例えば、オオタニ社から頒布されているＡＰＤＳシステムに添付の好気性細菌を使用することができる。
【００３７】
好気性細菌は、メタン発酵残渣の１ｋｇ当たり１０２〜１０１３ｃｆｕ程度、特に１０６〜１０１１ｃｆｕ程度使用することが好ましい。ＡＰＤＳシステムの好気性細菌を使用する場合は、メタン発酵残渣１トンに対して５倍希釈液を５〜３０リットル程度、特に１０〜２０リットル程度を用いることが好ましい。
【００３８】
本発明におけるミネラルは、好気性細菌によるメタン発酵残渣の分解を促進する作用を有する無機物質である。本発明のミネラルには、無機元素が１種含まれていてもよく、２種以上含まれていてもよい。具体的にはミネラルとしては、例えばオオタニ社から頒布されているミネラル液（エコグロウ）を使用できる。
【００３９】
ミネラルの使用量は、オオタニ社製のミネラル液（エコグロウ）を使用する場合は、メタン発酵残渣１トンに対して希釈率１０〜５０００倍程度のものを１リットルとすることが好ましい。
【００４０】
メタン発酵残渣へのミネラル及び好気性細菌の添加順序は特に限定されない。
【００４１】
メタン発酵残渣の可溶化に当たっては、残渣をそのまま可溶化処理することもでき、破砕してから可溶化処理することもできるが、可溶化効率を向上させるためには破砕してから可溶化することが好ましい。
【００４２】
また可溶化中は、被処理物を撹拌することが好ましい。容易に撹拌できるように、可溶化に供される被処理物は全体として含水率１〜３５重量％程度、特に１０〜２５重量％程度に調製されることが好ましい。含水率の調整はミネラルの希釈又は別途水を添加することにより行えばよい。
【００４３】
単一の可溶化処理槽を備えた可溶化装置を用いる場合には、バッチ式で可溶化処理を行うこともでき、又は、メタン発酵残渣を連続的に投入しつつ、連続的に可溶化後の被処理物を採取することもできる。いずれにしても被処理物の可溶化処理槽内での滞留時間は、１〜２０日間程度、特に３〜７日間程度であることが好ましい。被処理物の滞留時間が前記範囲であれば、十分にメタン発酵残渣が可溶化される。
＜単一処理槽を用いる場合＞
単一の処理槽を備える可溶化装置を用いて連続的に可溶化処理を行う場合は、可溶化開始１〜２０日間程度、特に３〜７日間程度経過後に処理物の一部を可溶化処理槽に残し、被処理物を採取する。次いで、減量分に相当するメタン発酵残渣を処理槽に投入すればよい。また、ミネラルも追加することが好ましい。可溶化物の一部を処理槽に残す場合は、可溶化物中には増殖した好気性細菌が含まれるため、好気性細菌を必ずしも追加しなくてよい。例えば、メタン発酵残渣を予めミネラルとともに混合してスラリー等にしておく場合は、このスラリー等を可溶化処理槽に追加投入すればよい。
【００４４】
前述したように、好気性細菌の増殖により処理槽内容物の温度は通常７０〜９０℃程度になる。これにより、好気性細菌の増殖が一層促進され効率よく可溶化が行われる。
【００４５】
有機廃棄物の種類によっても異なるが、上記可溶化により、通常、メタン発酵残渣の３０〜９０％程度が可溶化される。
＜２個の処理槽を使用する場合＞
第１及び第２の２個の処理槽を備えた可溶化処理装置を用いる場合は、メタン発酵残渣、ミネラル及び好気性細菌を第１処理槽に投入してから適当時間後に、被処理物の一部を第１処理槽に残して残部を第２処理槽に移すことが好ましい。第１処理槽には減量分のメタン発酵残渣又はさらにミネラルを投入し、以後、第１処理槽での被処理物の平均滞留時間が上記と同様になるように調整する。
【００４６】
第２処理槽に移された被処理物は適当時間後に、その一部を第２処理槽に残して残部を採取することが好ましい。第２処理槽には減量分が第１処理槽から投入され、以後、第２処理槽での被処理物の平均滞留時間が上記と同様になるように調整する。
【００４７】
有機廃棄物の種類によっても異なるが、これにより通常、メタン発酵残渣の３０〜９０％程度が可溶化される。
＜３個の処理槽を用いる場合＞
第１、第２及び第３の３個の処理槽を備えた可溶化処理装置を用いる場合は、メタン発酵残渣、ミネラル及び好気性細菌を第１処理槽に投入してから適当時間後に、被処理物の一部を第１処理槽に残して残部を第２処理槽に移すことが好ましい。第１処理槽には減量分のメタン発酵残渣又はさらにミネラルを投入し、以後、第１処理槽での被処理物の平均滞留時間が上記と同様になるように調整する。
【００４８】
第２処理槽に移された被処理物は適当時間後に、その一部を第２処理槽に残して残部を第３処理槽に移すことが好ましい。第２処理槽には減量分が第１処理槽から投入され、以後、第２処理槽での被処理物の平均滞留時間が上記と同様になるように調製する。
【００４９】
第３処理槽に移された被処理物は適当時間後に、その一部を第３処理槽に残して残部を採取することが好ましい。第３処理槽には減量分が第２処理槽から投入され、以後、第３処理槽での被処理物の平均滞留時間が上記と同様になるように調製する。
【００５０】
有機廃棄物の種類によっても異なるが、これにより通常、メタン発酵残渣の３０〜９０％程度が可溶化される。
【００５１】
このように、複数槽を用いて、順次被処理物を一部移しつつ可溶化処理を行う場合は、最初に第１処理槽の温度が上昇した後は、各処理槽の温度が室温にまで低下することがなく、効率的に好気性細菌によるメタン発酵残渣の可溶化を行える。
【００５２】
可溶化工程は、例えばオオタニ社製ＡＰＤＳシステムを使用して行える。ＡＰＤＳシステムは、撹拌羽根付きの１〜３槽の処理槽を備える装置を用いミネラル液及び好気性細菌を使用して有機廃棄物の可溶化を行うシステムとして市販されている。
固液分離工程
可溶化処理物は、通常ろ過などにより、液体成分と固体成分とに分離される。
返送工程
可溶化により得られた液体には、メタン発酵によりメタンを生成できる成分が残存している。従って、メタン発酵槽へ返送して再度メタン発酵に供する。
【００５３】
返送は、メタン発酵装置への原料の投入手段を用いて行うこともできる。すなわち、有機廃棄物は、通常、破砕及び撹拌されてポンプによりメタン発酵装置に移送されるが、可溶化液はこのポンプを使用して原料有機廃棄物と同じ流路でメタン発酵装置へ返送されてもよい。
その他の工程
発酵槽から採取されたメタンは、ガス発電装置における燃料として使用して電力供給に使用したり、ガス燃焼装置における燃料として使用して熱供給に使用することができる。得られた電力はこの有機廃棄物処理システムの駆動に再利用することができ、余剰電力は充電することができる。また得られた熱は熱交換機を介してメタン発酵に供される被処理物（有機廃棄物又はさらに有機廃棄物の可溶化物）の加熱に再利用することができる。これらによりシステム内でエネルギーを循環利用できる。
（ＩＩＩ）メタン発酵残渣の可溶化方法
本発明のメタン発酵残渣の可溶化方法は、有機廃棄物をメタン発酵処理した後に残存する残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する方法である。可溶化方法の詳細は本発明の有機廃棄物の処理方法について説明した通りである。
（ＩＶ）メタン生産方法
本発明のメタン生産方法は、有機廃棄物をメタン発酵処理槽にてメタン発酵処理する工程と、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルで処理することにより可溶化する工程と、可溶化により得られた液体成分をメタン発酵処理槽に返送して再度メタン発酵処理に供する工程と、メタン発酵により発生するメタンを回収する工程とを含む方法である。
【００５４】
この方法は、本発明の有機廃棄物処理方法において、生成したメタンを回収することにより行える。
【００５５】
発酵槽から採取されたメタンは、ガス発電装置における燃料として使用して電力供給に使用したり、ガス燃焼装置における燃料として使用して熱供給に使用することができる。得られた電力はこの有機廃棄物処理システムの駆動に再利用することができる。また得られた熱は熱交換機を介してメタン発酵に供される被処理物の加熱に再利用することができる。これらによりシステム内でエネルギーを循環利用できる。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例及び試験例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００５７】
以下の実施例においては、図１に概略構成を示す有機廃棄物処理装置を用いた。この装置は、メタン発酵装置１と、これに連通されメタン発酵処理装置から排出された処理物を固体と液体とに分離する固液分離装置２と、固液分離装置により分離された固体成分（メタン発酵残渣）を破砕する破砕機３と、破砕機３に連通されて破砕物を可溶化する可溶化装置４と、可溶化装置からメタン発酵装置１へ液体成分を返送する返送装置５とを備える。
【００５８】
メタン発酵装置１は、メタン発酵槽１１とこれに付設されたヒータ１２と槽内に設けられた撹拌羽根１３とを有する。可溶化装置４は可溶化処理槽４１と撹拌羽根４２と可溶化処理槽４１の排出口に取り付けられたろ過式の固液分離器４３と空気泡発生器４４とを有する。返送装置５は、可溶化装置４の固液分離器４２を介して可溶化処理槽４１とメタン発酵槽１１とを連通する管５１と、管５１を通じて可溶化処理槽４１からメタン発酵槽１１へと液体を移動させるポンプ５２と、熱交換機５３とを有する。熱交換機５３は、新たに投入される有機廃棄物及び可溶化物を予備加熱するためのものである。
【００５９】
この装置を用いた有機廃棄物処理システムを図２に図示する。メタン発酵処理後の処理物を固液分離し、得られた固形分（メタン発酵残渣）を破砕し、可溶化する。可溶化により得られた液体分をメタン発酵に再利用する。
【００６０】
また、図３は、本発明の有機廃棄物処理装置の他の実施形態を示す図である。図３の装置は、図１の装置において、メタン発酵装置１から発生するメタンを貯留しておくガス貯留槽６と、ガス貯留槽６から送られるメタンを用いて発電するガスエンジン７とを備える。その他の装置は図１の装置と同様であり、同じ装置には同じ参照符号を付している。
【００６１】
この装置を用いた有機廃棄物処理システムを図４に図示する。メタン発酵処理後の処理物を固液分離し、得られた固形分（メタン発酵残渣）を破砕し、可溶化する。可溶化により得られた液体分をメタン発酵に再利用する。生成するメタンを用いて発電し、この電力はこの有機廃棄物処理システム自体の駆動に再利用することもできる。これにより、このシステム内でエネルギーを再利用できる。
【００６２】
また、図５は、本発明の有機廃棄物処理装置のさらに他の実施形態を示す図である。図５の装置は、図１の装置において、メタン発酵装置１から発生するメタンを貯留しておくガス貯留槽６と、ガス貯留槽６から送られるメタンを燃焼するボイラー８とを備える。ボイラー８は熱交換機５３と連通しており、ボイラー８で発生した熱を熱交換機５３による加熱に使用できるようになっている。その他の装置は図１の装置と同様であり、同じ装置には同じ参照符号を付している。
【００６３】
この装置を用いた有機廃棄物処理システムを図６に図示する。メタン発酵処理後の処理物を固液分離し、得られた固形分（メタン発酵残渣）を破砕し、可溶化する。可溶化により得られた液体分をメタン発酵に再利用する。生成したメタンを燃焼することにより熱生成し、この熱を用いて、新たにメタン発酵に供される有機廃棄物及び可溶化処理後に得られる液体を加熱する。これにより、このシステム内でエネルギーを再利用できる。
実施例１（バッチ式）
図１の装置を用い、先ず、メタン発酵装置１にて、混合食品ゴミ３トンを、５０〜６０℃で１４〜２１日間嫌気性条件下でメタン発酵させた。
【００６４】
メタン発酵残渣を固液分離装置２により分離及び脱水した。得られた固形分約０．８トンを破砕機３で破砕した。
【００６５】
破砕した脱水メタン発酵残渣物を可溶化処理槽４１に投入し、前記メタン発酵により可溶化されて得られた液体分約２トン、オオタニ社ＡＰＤＳシステムに添付の好気性細菌液約２リットル、オオタニ社ＡＰＤＳシステムに添付のミネラル液の５倍水希釈液を１５リットル、水４００リットルを添加し、合計８４０リットルとしてスラリー化した。
【００６６】
このスラリーを撹拌及びエアレーションしつつ、１２日間可溶化処理した。
【００６７】
可溶化開始後１２日間経過した時点で脱水したメタン発酵残渣０．５トン及びミネラル液の５倍希釈液１０リットルを追加し、さらに８日間可溶化処理を継続した。
＜可溶化処理液の成分分析＞
実施例１の可溶化処理液について、水質検査の一般的項目である浮遊懸濁物濃度、蒸発残留物濃度、ＣＯＤ、ＢＯＤ、ヘキサン抽出物濃度、全窒素濃度、全リン濃度、ヘキソース濃度を測定した。測定は、可溶化前、可溶化開始１２日後及び２０日後に行った。
【００６８】
結果を、以下の表１及び図７に示す。
【００６９】
【表１】
2004298789.tif 000003
【００７０】
表１及び図７から明らかなように、１２日間の上記可溶化処理により、難溶解性のリグニン及びセルロースはそれぞれ８０％以上が分解された。また、ＣＯＤ、ＢＯＤ、ヘキサン抽出物、全窒素、全リンは５０％以下にまで減少した。また、２０日後には、浮遊懸濁物が約５０％減少した。
【００７１】
また、２０日後の可溶化処理後に得られた液体成分をメタン発酵に供したところ、メタンの生成が認められた。
【００７２】
以上の結果、メタン発酵残渣を好気性細菌及びミネラルを用いて可溶化することにより、難分解性の木質系成分の大部分が可溶化され、最終処分すべきメタン発酵残渣が著しく減量されたことが分かる。また、可溶化により水質の比較的よい液体が生成したことが分かる。さらに、可溶化により得られた液体成分はメタン発酵によりメタンを生成できることから、有機物のエネルギー回収率を向上させ得ることが分かる。
実施例２（連続式）
図１の装置を用い、先ず、メタン発酵装置１にて、実施例１と同様にして混合食品ゴミをメタン発酵させた。メタン発酵残渣を固液分離装置２により分離及び脱水した。得られた固形分約０．８トンを破砕機３で破砕した。
【００７３】
破砕した脱水メタン発酵残渣を可溶化処理槽４１に投入し、実施例１前記メタン発酵により可溶化されて得られた液体分約３トン、オオタニ社ＡＰＤＳシステムに添付の好気性細菌液約２０リットル、オオタニ社ＡＰＤＳシステムに添付のミネラル液の５倍水希釈液１５リットル、水４００リットルを添加し、合計８４０リットルとしてスラリー化した。
【００７４】
このスラリーを撹拌及びエアレーションしつつ、５日間可溶化処理を継続した。
【００７５】
可溶化開始後６日間経過した時点でミネラル液の５倍水希釈液１０リットルを追加し、同様の条件でさらに７日間可溶化処理した。
【００７６】
さらにミネラル液追加７日間後に脱水メタン発酵残渣約０．５トン、水３００リットル、ミネラル液の５倍希釈液１０リットルを追加し、同様の条件でさらに８日間可溶化処理を継続した。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、メタン発酵処理では可溶化されずに残存する残渣を可溶化できるメタン発酵残渣の可溶化方法、従来のメタン発酵処理に較べて残渣量を減少させることができる有機廃棄物の処理方法、有機廃棄物の処理システム及び有機廃棄物の処理装置が提供された。
【００７８】
さらにいえば、メタン発酵残渣を、好気性細菌及びミネラルを用いて処理することにより、難分解性のリグニンなどの木質系残渣の大部分をガス化又は液化により分解でき、最終処分すべきメタン発酵残渣を著しく減少させることができる。
【００７９】
またこの可溶化により得られた液体は、さらにメタン発酵によりメタンを生成できる成分が含まれていることから、この液体を再度メタン発酵に供することによりメタン生成率を向上させることができ、その結果有機廃棄物からのエネルギー回収率が向上する。
【００８０】
また、可溶化により得られる液体分は比較的良好な水質を有することから、廃水処理負担を増大させない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態である有機廃棄物処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の装置を用いた有機廃棄物処理システムの１実施形態を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態である有機廃棄物処理装置の概略構成を示す図である。
【図４】図３の装置を用いた有機廃棄物処理システムの他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態である有機廃棄物処理装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５の装置を用いた有機廃棄物処理システムのさらに他の実施形態を示す図である。
【図７】実施例１の可溶化によるメタン発酵残渣スラリーの成分の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  メタン発酵装置
１１  メタン発酵槽
１２  ヒータ
１３  撹拌羽根
２  固液分離装置
３  破砕機
４  可溶化装置
４１  可溶化槽４１
４２  撹拌羽根４２
４３  固液分離器４３
４４  空気泡発生器４４
５  返送装置
５１  管
５２  ポンプ
５３  熱交換機
６  ガス貯留槽
７  ガスエンジン
８  ボイラー
【図１】
2004298789.tif 000004
【図２】
2004298789.tif 000005
【図３】
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【図４】
2004298789.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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