(57)【要約】【課題】厨芥などの生ごみから水可溶化有機物を高効率にメタン発酵して廃棄産廃を大幅に減容し、エネルギー回収する経済的なメタン発酵処理方法、装置を提供する。【解決手段】厨芥などの生ごみから得られる１次スラリーを除いた残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して２次スラリーとメタンガスを生成し、特に、該１次スラリーまたは／および該２次スラリーを混合した液中に繊維またはその加工物からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を配置してメタン菌の流失を防止し且つ増殖させながらメタン発酵する方法と装置。【選択図】        図１
2004237210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厨芥などの生ごみから得られる１次スラリーまたは／および残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して２次スラリーとメタンガスを生成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２】
請求項１に記載の１次スラリーまたは／および２次スラリーを含む液中に繊維またはその加工物からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を配置してメタン発酵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３】
メタン発酵に用いる残渣固形物とおが粉と炭の存在割合が残渣固形物６〜７重量％、おが粉６５〜６８重量％、炭２５〜２８重量％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
厨芥などの生ごみから１次スラリーと残渣固形物とする機構または／および該残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して２次スラリーとする機構と、該１次スラリーまたは／および該２次スラリーとをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置を含む生ごみのメタン発酵処理装置。
【請求項５】
該１次スラリーまたは／および２次スラリーをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置が繊維または／およびその加工品からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を有する槽であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、家庭や厨房などから出される生ごみをメタン発酵処理する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、メタン発酵は嫌気状態で有機物を分解するため、酸素の供給が不要であり、そのため曝気などの酸素供給エネルギーを消費しない、また、最終生成物としてメタンガスを発生するのでエネルギー回収することができるため生ごみの処理には有効とされている。特に、メタン発酵処理法及びメタン発酵処理する装置としては例えば特開平７−１３６６３５、特開平１０−００５７１８、特開平１０−１３７７３０に開示されている。該開示によれば、厨芥などの生ごみに含まれる固形の有機物はディスポーザーで粒径５ｍｍ以下の大きさに破砕、粉砕した上で、必要ならば水、家庭廃水や厨房廃水と混合して加水分解菌の槽に移流して加水分解し、次いで酸生成菌の槽で有機酸に分解した後、最終的に３０〜４０℃の中温域で活性化するメタン生成菌を用いたメタン発酵槽に送ってメタンガスと炭酸ガスに分解する二相方式で処理する方法および装置がある。
【０００３】
また、厨芥などの生ごみを高圧粉砕してスラリー状、ペースト状に微細化してメタン発酵槽に移送し、必要ならば水、家庭廃水や厨房廃水と混合して、５０〜６０℃の高温域で活性化するメタン菌を用いてメタン発酵を行う一相方式で処理する方法および装置が提案されている。その場合、該メタン発酵は槽中の有機物濃度が高いほど効率的であるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一相方式は厨芥などの生ごみにしばしば混入しているプラスチックスや無機物などが同時に粉砕されてメタン発酵槽に入り高温域で活性なメタン発酵菌の活動に支障を与えるという問題があり、このため、プラスチックスや無機物をメタン発酵槽に混入させないように厳密に選別し分別するプロセスと装置を設けなければならず、また、メタン発酵不適物や有機性水可溶化物の濃度、発酵温度と液のＰＨなどがメタン発酵菌の活動に大きな影響を及ぼすために、メタン発酵槽の管理などを厳密に行わなければならないという問題がある。そこで、プラスチックスや無機物をメタン発酵槽に混入させず、高度に生ごみをスラリー化して高いメタン発酵効率を確保するために高圧スラリー化装置が提案されているが、極めて複雑な設備であり多額の費用がかかる他、メタン発酵菌を活性化するための高温を維持するには多大のエネルギーを必要とするという問題がある。このように一相方式によるメタン発酵は設備、管理、運転に多額の費用を要するため、厨芥などの生ごみを大量に処理する大規模メタン発酵処理には適しているが、小・中程度の量の生ごみを処理する小・中規模のメタン発酵処理には経済的な問題があるとされている。
【０００５】
一方、二相方式は加水分解と有機酸への分解プロセスによって厨芥などの生ごみに含まれる大部分の有機固形物を水可溶化できるため、発酵不適物部分を除いたのち水可溶化部分だけをマイルドな条件で、かつ中温域で活性なメタン発酵菌を用いてメタン発酵ができるため、比較的安価、簡単なメタン発酵設備と低いエネルギーコストでメタン発酵が可能であり、発生する生ごみが１日当たり１〜２トン以下の小または中規模の量をメタン発酵処理するには適している。しかしながら、加水分解や有機酸への分解を行うためのプロセスや設備を要すること、さらに、液のＰＨ調整と維持管理が厳密でなければならず、また排出する発酵不適物の廃棄に際してもＰＨ調整などの安全な処理と管理を必要とするので全体コストが嵩むという問題があった。
そこで本発明の目的は上記した課題を解決して小・中規模の厨芥などの生ごみからメタン発酵を経済的に行う処理方法、装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段】本発明者等は上記目的を達成するために鋭意検討し、生ごみを粉砕機や破砕機で微細化して、有機物の水可溶化したスラリー（以下、１次スラリーという）と発酵不適固形物および有機の水可溶化可能な固形物などを含む残渣固形物に分離し、該残渣固形物はおが粉と炭と中温域活性メタン発酵菌と混合して発酵槽（以下、Ａ発酵槽という）に入れてメタン発酵（以下、Ａ発酵という）させてメタンガスと有機性水可溶化物のスラリー（以下、２次スラリーという）を得て、さらにＡ発酵槽で生成し分離した有機性水可溶化物である２次スラリーと該１次スラリーを中温域活性メタン菌の存在する発酵槽（以下、Ｂ発酵槽という）に入れメタン発酵させることによって、厨芥などの生ごみに含まれる大部分の有機物を水可溶性化して経済的、効率的にメタン発酵してメタンガスを得ることができること、および発生する廃棄すべき発酵不適固形物の量を効果的に減らし得ることを見出した。特に、Ａ発酵槽におが粉と炭を共存させることによってメタン菌がおが粉や炭の中に容易に棲みつき槽内に安定して保持されるだけでなく、おが粉の有機物をも水可溶化して高濃度の有機水可溶化物を含む２次スラリーができるため、Ｂ発酵槽の有機水可溶化物の濃度を高くできメタン発酵効率を高めることができることを見出した。さらに、Ｂ発酵槽にアクリル繊維、炭素繊維などのストランド、紡績糸およびそれらを用いた綱、紐、さらにそれらを組み合わせた繊維加工品およびメタン菌としてグラニュール菌を併用してメタン発酵を行うことによりＢ発酵槽におけるメタン発酵の効率が向上するだけでなく、メタン菌が槽外に流出して減少することがなく安定したメタン発酵が可能になることを見出し、本発明に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は厨芥などの生ごみから得られる１次スラリーまたは／および残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵（以下、Ａ発酵という）して２次スラリーとメタンガスを生成することを特徴とする生ごみのメタン発酵処理方法からなる。
【０００８】
本発明は該１次スラリーまたは／および該２次スラリーを含む液中に繊維またはその加工物からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を配置してメタン発酵することを特徴とする生ごみのメタン発酵処理方法からなる。
【０００９】
本発明はＡ発酵におけるメタン発酵に用いる残渣固形物とおが粉と炭の存在割合が残渣固形物６〜７重量％、おが粉６５〜６８重量％、炭２５〜２８重量％であることを特徴とする。
【００１０】
本発明は厨芥などの生ごみから１次スラリーと残渣固形物とする機構または／および該残渣固形物をおが粉と炭とメタン発酵菌の存在下でメタン発酵して２次スラリーとする機構と、該１次スラリーまたは／および該２次スラリーとをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置を含む生ごみのメタン発酵処理装置からなる。
【００１１】
本発明は該１次スラリーまたは／および該２次スラリーとをメタン菌の存在下でメタン発酵してメタンガスを発生する機構の装置が繊維またはその加工品からなる生物膜担体とグラニュール状のメタン菌を有する槽であることを特徴とする装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、厨芥などの生ごみは二軸破砕機等からなる破砕機１で粉砕し、ろ過機２で濾して１次スラリーと残渣固形物に分離して、該１次スラリーを１次スラリー貯留槽３に、残渣固形物を１次固形物貯蔵タンク４に入れる。該残渣固形物はおが粉と炭とメタン菌と一緒にＡ発酵槽５に入れてメタン発酵して有機物の水可溶化物を含む状態にして、適当な処理後に水を噴霧して２次スラリーとして取り出しスラリー調整槽６に送るとともに発生するメタンガスを回収する。該１次スラリー貯留タンクから該１次スラリーを圧送ポンプ７でスラリー調整槽６に送り、該１次スラリーと該２次スラリーを混合した後、該混合スラリー液を圧送ポンプ８で、好ましくはアクリル繊維および／または炭素繊維のストランド、紡績糸およびそれらを用いた綱、紐ならびにそれらを組み合わせた繊維加工品の生物膜担体１１を配置したＢ発酵槽９に送り、グラニュール菌１２を入れてＢ発酵槽内液を循環ポンプ１０で循環しながらメタン発酵し発生したメタンガスを回収し、消化液は好気性菌による処理に送る。Ａ発酵槽で発生し増量する固形物は取り出してコンポスト材料または好気性菌処理することが好ましい。
【００１３】
本発明の厨芥などの生ごみの破砕は大きさが１〜２ｍｍ程度にすることが好ましい。大きすぎると１次スラリー中の有機性水可溶化物の濃度が低くなりＢ発酵槽における有機性水可溶化量が低濃度になるのでメタン発酵の効率が低くなる。小さすぎると１次スラリー中にメタン発酵不適物の固形物が多く混入してＢ発酵槽におけるメタン発酵が阻害されるので好ましくない。
【００１４】
本発明のろ過機は有機繊維からなる布、織物などを用いたプレスろ過機やベルト式またはスクリュー式プレスの微細孔を有する金属性板で０．５〜１ＭＰａで圧搾する公知のものを用いることができる。
【００１５】
本発明のＡ発酵には３５〜３８℃の中温域でメタン発酵するメタン菌が用いられる。また、Ａ発酵槽の形状はニーダーのような形が好ましく、その断面下半分は半円形をした密閉可能な横に長い筒型であり、その断面中心部分に槽壁を掻くような回転羽を配置して該残渣固形物とメタン発酵菌とおが粉と炭を混在させて回転しながら嫌気状態で約２４時間処理することが好ましい。Ａ発酵槽にはメタン菌の餌となる厨芥などの生ごみから得られる該残渣固形物と１次スラリーを単独または混在して用いることができるが、厨芥などの生ごみ量を極力減量するとともに発生させるメタンを多くするために１次スラリーと出来るだけ分離した該残渣固形物を用いることが好ましい。おが粉は公知の木材から得られる公知のものであり、好ましくはブナの木の切削屑などがメタン発酵菌の担持には適当である。また炭は竹炭が適度の硬さを有していて、且つメタン菌の担持に適する細孔を有しているので好ましい。おが粉および炭の粒径は１〜２ｍｍが、回転による混合時に粉砕されにくく、有機物水可溶物の２次スラリーに混じらないので好ましい。Ａ発酵槽における残渣固形物、おが粉、炭の混合割合は残渣固形物、おが粉、炭の水分、有機性水可溶化物の含有量を考慮して調整することが好ましく、通常、室温状態における重量で残渣固形物６〜７重量％、おが粉６５〜６８重量％、炭２５〜２８重量％の割合が好ましい。おが粉や炭の量が多すぎた場合、Ａ発酵槽からの２次固形物が多くなり廃棄する２次固形物量が増加するので好ましくない。メタン菌はおが粉や炭の細孔に入り増殖してメタン発酵を加速させるので効率的なメタン発酵ができる。
【００１６】
メタン発酵槽であるＡ発酵槽において、残渣固形物、おが粉、炭とメタン菌の混合物による発酵を終えた後、有機性水可溶化物と発酵不適固形物を分離するが、該分離は通常、発酵の進行した後に水を噴霧して水可溶化物を含む２次スラリーとして取り出し、スラリー調整槽に送り、１次スラリーと混合してスラリー中の有機性水可溶化物の濃度を必要ならば水を用いて調整して圧送ポンプ８でＢ発酵槽に送る。
【００１７】
本発明に用いるＢ発酵槽は槽内液を循環ポンプ１０でグラニュール菌１２が沈降せず流出せず浮遊する程度に循環させるか、また、該繊維の加工品などの生物膜担体１１を槽の上部に配置してグラニュール菌１２が槽外に流出しないようにした槽内構造とすることが好ましい。グラニュール菌１２が浮遊しない場合や槽外に流れ出た場合はメタン発酵が低下するので好ましくない。
【００１８】
本発明のＢ発酵槽に用いるスラリーは１次スラリーと２次スラリー単独または混合して用いることができるが、厨芥などの生ごみから発生させるメタンを多くするために１次スラリーと２次スラリーを混合して用いることが好ましい。また、本発明に用いる生物膜担体はアクリル繊維および／または炭素繊維のストランド、紡績糸およびそれらを用いた綱、紐ならびにそれらを組み合わせた繊維加工品が好ましい。該生物膜担体を用いることによりメタン菌の大きなコロニーがグラニュール状になったグラニュール菌の槽外への流出を防止できるとともに該生物膜担体にメタン菌が付着して増殖しながらグラニュール化することによって効率的にメタン発酵ができるので好ましい。
【００１９】
本発明のＢ発酵槽において、槽内液に中温域または高温域でメタン発酵するグラニュール菌を入れて、中温域の３５〜３８℃、または高温域の５０〜５６℃に維持してメタン発酵を行うが、好ましくは中温域で行う方が安定したメタン発酵できるので好ましい。該グラニュール菌体の濃度は発酵槽内において５重量％以上になるように調整することがメタン発酵の効率に対して好ましい。また、該グラニュール菌の粒径は１〜２ｍｍが好ましく、小さすぎると水処理水と一緒に流出しやすく、また、大き過ぎてもグラニュール内部に発生ガスの気泡を抱え、浮上の原因となるので好ましくない。
【００２０】
Ａ発酵槽及びＢ発酵槽で発生したメタンガスは燃料として回収し、ボイラーに供給して熱利用し、また、発電機に供給して電力を得る。さらに、燃料電池の原料としても供給できる。
【００２１】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り下記実施例に限定されるものではない。なお、特に指定しない限り％は重量％を意味する。
【００２２】実施例１
図１に示す装置を用いて行った。プラスチックスや無機固形物などを取り除いた家庭生ごみを１日当たり５０ｋｇの割合で粉砕機を用いて粉砕し、加圧式ベルトフィルターで圧力０．７ＭＰａ下でろ過して有機物を１２％含む一次スラリー１７ｋｇ／日と一次固形物３３ｋｇ／日に分離した。該一次固形物は内容積１ｍ３（有効容積０．５ｍ３、充填率約５０％）のＡ発酵槽に粒径１〜２ｍｍのブナ材おが粉３３０ｋｇ、粒径１〜２ｍｍの竹炭１３０ｋｇ、メタン菌３３ｋｇ（乾燥重量）と一緒に投入して有機物負荷量８．３ｋｇ／日、容積負荷１６．６ｋｇ／ｍ３日、ＭＬＳＳ６６ｋｇ／ｍ３、汚泥負荷０．２５ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／日、発酵温度３７℃の条件でメタン発酵処理した。Ａ発酵では有機物の３０％が分解できた。Ａ発酵処理を行いながら温水を間欠的にシャワリングして有機性水可溶物を含む２次スラリー１００ｋｇ／日を取り出し、一次スラリー１７ｋｇ／日とともにスラリー調整槽に送り有機物７．８ｋｇ／日を含むスラリーとして圧送ポンプでＢ発酵槽に送った。内容積２ｍ３で、生物膜担体に円筒型アクリル繊維フェルト（坪量４００ｇ／ｍ２）、メタン菌にグラニュール菌を用いたＢ発酵槽で、有機物負荷量７．８ｋｇ／日、容積負荷３．９ｋｇ／ｍ３日、ＭＬＳＳ２０ｋｇ／ｍ３、汚泥負荷０．２ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／日、発酵温度３７℃の条件でメタン発酵処理し４．２ｍ３／日、発熱量は２５，０００ｋｃａｌ／日のメタンガスを得た。このメタンガスはＡ発酵槽、Ｂ発酵槽の加温用に使用してあまりがあった他、生ごみ中の有機物の除去率はＴＯＣとして計算して８５％に達し、廃棄固形物を大幅に減容できた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、生ごみに含まれる有機物を比較的簡単に且つ高効率に除去し、廃棄固形物を大幅に減らすことができ、また、回収したメタンガスを発熱燃料として、また、燃料電池の原料として利用できる。従来の生ごみ中温域メタン発酵処理方法ではメタン発酵プロセスにおける化学的調整や管理が複雑であり、また、高温域メタン発酵処理方法では選定分別を厳しくして高圧可溶化するため多大の設備を要するなど設備や運転コストが高くなるという経済的な問題があったが、本発明においては産業廃棄物コストを殆ど要しないという経済的効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における生ごみ処理方法の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１：粉砕機
２：ろ過機
３：一次スラリー貯留槽
４：一次固形物貯蔵タンク
５：Ａ発酵槽
６：スラリー調整槽
７：圧送ポンプ
８：圧送ポンプ
９：Ｂ発酵槽
１０：循環ポンプ
１１：生物膜担体
１２：グラニュール菌
【図１】
2004237210.tif 000003