(57)【要約】【課題】有機性廃棄物のメタン発酵では、効率よいメタンガスの生成と消化汚泥の減容化が重要で、この減容化は後処理施設の小規模化と焼却等へのエネルギー節約のメリットがある。本発明はメタン発酵槽から排出される消化汚泥を減容化し、その一部を再利用するメタン発酵処理装置を提供することにある。【解決手段】メタン発酵槽で嫌気性処理された消化汚泥に紫外線を照射して、消化汚泥中の固形分を減容化し、この減容化された消化汚泥の中の汚泥水の一部をメタン発酵原料の希釈水として再利用する。またこの紫外線照射用装置に紫外線ランプからの光を反射して汚泥に照射する反射板を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵槽の消化汚泥処理方法において、メタン発酵槽で嫌気性処理された消化汚泥に紫外線を照射して、消化汚泥中の固形分を減容化することを特徴とするメタン発酵槽の消化汚泥処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のメタン発酵槽の消化汚泥処理方法において、紫外線照射により減容化された消化汚泥の中の液状の汚泥水の一部を、メタン発酵原料の希釈水として利用することを特徴とするメタン発酵槽の消化汚泥処理方法。
【請求項３】
メタン発酵槽の消化汚泥処理装置において、消化汚泥処理装置を有機性廃棄物槽、粉砕機、スラリー調整槽、メタン発酵槽、紫外線照射装置などで構成し、メタン発酵槽で嫌気性処理された消化汚泥に、紫外線照射装置で紫外線を照射して減容化することを特徴とするメタン発酵槽の消化汚泥処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のメタン発酵槽の消化汚泥処理装置において、紫外線照射装置からスラリー調整槽へ導く配管を備え、紫外線照射装置での紫外線照射により減容化された消化汚泥中の汚泥水の一部を、スラリー調整槽に返送し、メタン発酵原料の希釈水として利用することを特徴とするメタン発酵槽の消化汚泥処理装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のメタン発酵処理装置において、紫外線照射装置に紫外線ランプからの光を反射して汚泥に照射する反射板を備えることを特徴とするメタン発酵槽の消化汚泥処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載のメタン発酵処理装置において、紫外線照射装置を、その間に汚泥を保持する流路とした紫外線を通す２枚の透明板、その透明板の周りに複数の筒状紫外線ランプ、その紫外線ランプの外側に反射板を置くことにより構成されたことを特徴とするメタン発酵槽の消化汚泥処理装置。
【請求項７】
請求項５に記載のメタン発酵処理装置において、紫外線照射装置を、その間に汚泥を保持する流路とした紫外線を通す内側と外側の２枚の透明円筒、その内側の透明円筒の内側に複数の筒状紫外線ランプ、その外側の透明円筒を反射板と兼用させたことにより構成されたことを特徴とするメタン発酵槽の消化汚泥処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタン発酵槽の消化汚泥に着目し、排出される汚泥を減容化し、再利用することを目的とした、メタン発酵処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生ごみ、汚泥等の有機性廃棄物の殆どは、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開発されている。
メタン発酵は、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することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換するもので、投入原料の性状や運転条件などにより様々な処理方法、発酵槽が提案されている。このメタン発酵法は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、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り、しかも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。
【０００３】
生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵法で効率的に処理するシステムとして、有機性廃棄物をペースト状に粉砕して、５０〜６０℃で大きな活性を示す高温メタン菌で処理するシステムが特開平１０−１３７７３０や特開２００１−４６９９７等の特許公開公報に開示されている。高温菌は３６〜３８℃の中温で活性が大きくなる中温菌に比べ２〜３倍の活性を持っており、高温菌でメタン発酵を行うことで分解速度の向上と消化率の向上を図ることができるとしている。
メタン発酵槽を円滑に維持するためには、いくつかの因子を測定し管理することが必要である。運転の管理指標としては、槽内温度、ｐＨ、活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ）、有機酸量、バイオガス発生量などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
メタン発酵では、効率よくメタンガスを生成することと、有機性廃棄物を減量化することが重要である。メタン発酵槽内で廃棄物が液化（酸発酵）およびガス化（メタン発酵）を行った後に排出される消化汚泥は、できるだけ固形分を少なくすることが望まれている。この減容化は、後処理の施設を小さくでき、その上に焼却等に使う余分なエネルギーも節約できるメリットがある。
本発明は、メタン発酵槽から排出される消化汚泥を減容化し、その一部を投入原料である有機性廃棄物の希釈水に再利用するメタン発酵処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、メタン発酵槽の消化汚泥処理方法においては、メタン発酵槽で嫌気性処理された消化汚泥に紫外線を照射して、消化汚泥中の固形分（ＭＬＳＳ）を減容化することとする（請求項１  ）。この際に、紫外線照射により減容化された消化汚泥の中の液状の汚泥水の一部を、メタン発酵原料の希釈水として利用することとする（請求項２  ）。
また、メタン発酵槽の消化汚泥処理装置においては、消化汚泥処理装置を有機性廃棄物槽、粉砕機、スラリー調整槽、メタン発酵槽、紫外線照射装置などで構成し、メタン発酵槽で嫌気性処理された消化汚泥に、紫外線照射装置で紫外線を照射して減容化することとする（請求項３  ）。この際に、メタン発酵槽の消化汚泥処理装置は、紫外線照射装置からスラリー調整槽へ導く配管を備え、紫外線照射装置での紫外線照射により減容化された消化汚泥中の汚泥水の一部を、スラリー調整槽に返送し、メタン発酵原料の希釈水として利用することとする  （請求項４）。
【０００６】
上記の紫外線照射装置は、紫外線ランプからの光を反射して汚泥に照射する反射板を備えることとする（請求項５  ）。その具体的な紫外線照射装置は、その間に汚泥を保持する流路とした紫外線を通す２枚の透明板、その透明板の周りに複数の筒状紫外線ランプ、その紫外線ランプの外側に反射板を置くことにより構成することとする（請求項６  ）。また、紫外線照射装置は、その間に汚泥を保持する流路とした紫外線を通す内側と外側の２枚の透明円筒、その内側の透明円筒の内側に複数の筒状紫外線ランプ、その外側の透明円筒を反射板と兼用させたことにより構成することとする（請求項７  ）。
【０００７】
これら紫外線利用の原理は、排出される消化汚泥に紫外線をあてて減容化が可能であることにある。この紫外線（ＵＶ）処理は、殺菌線と呼ばれる波長２５４ｎｍの紫外光を用いて殺菌を行うもので、設備が簡単であるというメリットがある。また波長２５４ｎｍの紫外光は殺菌だけでなく、併せて菌体成分の一部を可溶化するという作用もある。紫外線（主波長２５３．７ｎｍ）は菌体のＤＮＡに吸収され、核酸を構成する５つの塩基（アデニン、シトシン、グアニン、チミン、ウラシル）が化学変化を起こし、２量体が形成され、核酸がその複製機能を消失する。この機能消失が可溶化作用であるとされる。紫外線による殺菌、減容化は簡便な方法ではあるが、処理すべき汚泥全体に必要な量の紫外光を確実に照射する必要がある。生ゴミを対象としたメタン発酵の消化汚泥はＳＳ分が高く、紫外線透過率（光路長：１０ｍｍ）を確保することが困難である。従って、紫外線照射装置に導入した汚泥を確実に殺菌・減容化するには汚泥全体に紫外線を照射する必要がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の紫外線照射装置を組み入れたメタン発酵処理装置の一構成例を示す模式図である。  メタン発酵の原料である生ゴミなどの有機性廃棄物１０１は、有機性廃棄物貯槽１から粉砕分別機２に移送され、ここで粉砕と共に、発酵に適したものと不適なものに分けられ、適したもののみが水で希釈するためのスラリー調整槽３に運ばれる。その後、生ゴミのスラリー１０２はメタン菌や酸生成菌などの活性菌が混在したメタン発酵槽４に送られる。メタン発酵槽４は、高効率発酵を実現するために、常時５０〜６０℃に加温されており、スラリー１０２はメタン発酵槽４内でバイオガス１０３と水とに分解処理される。メタン発酵槽４で高温処理することにより、効率よくスラリー１０２の分解が進み、短時間で多量のバイオガス１０３を発生させることができる。発生したバイオガス１０３は、ガスホルダー５に溜められ、ガスタービンや燃料電池などのガス利用発電装置６に送られる。その際、バイオガス１０３の一部はメタン発酵槽４の菌とスラリー１０２との接触の確率を高くするために攪拌用として使用されることもある。また、一定時間毎に供給されるスラリー１０２と同量の消化汚泥１０４がメタン発酵槽４から引き抜かれるために、メタン発酵槽４の内部は常に一定量の汚泥で満たされている。引き抜かれた消化汚泥１０４は、紫外線照射装置８を通り減容化されるが、その一部は返送用汚泥水１０５としてスラリー調整槽３へ入り、生ゴミのスラリー１０２を造る上での希釈水として再利用される。消化汚泥１０４の残りは後処理７に移送され、コンポスト化あるいは焼却処理される。
【０００９】
図２は、上記の紫外線照射装置８の一構成例を示す模式図である。この図において、紫外線用透明平板９は、消化汚泥１０４の流路にあり紫外線を照射するために用いられる。この２枚の紫外線用透明平板９の間隔は、紫外線ランプからの照射光が充分に消化汚泥１０４に届くように１０〜５０ｍｍに設定される。また透明平板９の面積は、１日の消化汚泥の引抜き量で決定され、例えば消化汚泥の引抜き量の１Ｌ／日あたり１００〜５００ｃｍ２で算定される。平板の外側には紫外線ランプ１０が平行に２本以上の複数本が設置され、この紫外線ランプ１０の外側には、反射率の高い金属反射板１１が設けられる。この金属反射板１１は、例えば反射率８７％のアルミニウム（蒸着）や反射率６０〜７５％のアルミニウム（研磨）が利用可能である。予備実験によると、紫外線のエネルギーが反射板無しでは１〜１０ｍＷ／ｃｍ２必要なのに対して、反射板有りでは１０〜１００μＷ／ｃｍ２で済み、コストダウンに有効である。
【００１０】
図３は、上記の紫外線照射装置８の他の構成例を示す模式図を示す。この図において、消化汚泥１０４用として内側と外側の２枚の紫外線照射用内側透明円筒１２、外側透明円筒１３を設け、その両円筒間に消化汚泥１０４を流し、紫外線照射用内側透明円筒１２の内側には複数の紫外線ランプ１０を並べ、紫外線照射用外側透明円筒１３の外側は反射率の高い金属の蒸着などを加工して金属反射板と兼用させたものである。
また上記の紫外線照射装置８は、図２または図３の構成に限定されることは無く、紫外線ランプ１０の光を反射板を使って消化汚泥１０４に照射光が充分に汚泥に届くような構造であれば良く、多くの紫外線照射装置８に適する照射構造が利用可能である。
〔実験例〕
次に、図１の模式図と同様の実験装置を使用して、本発明の実験結果について説明する。本実験には有機性廃棄物として生ゴミを用いたが、その生ゴミ原料の組成を表１に示す。
【００１１】
【表１】
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図１に示した模式図で、表１の組成の生ゴミの有機性廃棄物１０１は粉砕分別機２およびスラリー調整槽３を通り、メタン発酵槽４に入る。ここで、メタン発酵槽４の容量は１０リットルで、槽内温度は５５℃に設定した。発酵処理後、一定量引き抜かれた消化汚泥１０４は、紫外線照射装置８へ導入される。ここで、紫外線照射装置８は上記の図２の構造のものが用いられた。消化汚泥１０４は２枚の紫外線用透明平板９の間に保持され、外側に金属反射板１１を付けた紫外線ランプ１０から放射された２５４ｎｍの紫外線が汚泥全体に照射された。
【００１２】
紫外線照射有りで汚泥の一部戻し有りの本発明のシステムと、紫外線照射無しで汚泥の一部戻し無しの従来のシステムとを比較した実験結果を表２に示す。
【００１３】
【表２】
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この表から判るように、本発明のシステム実験結果は、従来のシステムと比べて、消化汚泥１０４のＭＬＳＳ分（活性汚泥浮遊物質）が１／１０に減少させることができた上に、紫外線照射した汚泥の一部を投入原料の希釈水として戻すことにより、１  日あたりに排出される汚泥量を１／２に減少させることができ、本発明の有効性が実証できた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のメタン発酵槽の消化汚泥処理方法では、メタン発酵槽で嫌気性処理された消化汚泥に紫外線を照射して、消化汚泥中の固形分を減容化し、減容化された消化汚泥の中の液状の汚泥水の一部を、メタン発酵原料の希釈水として利用する。この方法により、後処理の施設を小さくでき、その上に焼却等に使う余分なエネルギーも節約できるメリットがある。また、この処理方法を実現する消化汚泥処理装置を有機性廃棄物槽、粉砕機、スラリー調整槽、メタン発酵槽、紫外線照射装置などで構成し、紫外線照射装置からスラリー調整槽へ導く配管を備え、紫外線照射装置での紫外線照射により減容化された消化汚泥中の汚泥水の一部を、スラリー調整槽に返送し、メタン発酵原料の希釈水として利用する。その中の紫外線照射装置には、紫外線ランプからの光を反射して汚泥に照射する反射板を備えることで、紫外線のエネルギーの有効利用ができ、装置のコストダウンに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紫外線照射装置を組み入れたメタン発酵処理装置の一構成例を示す模式図。
【図２】本発明の紫外線照射装置の一構成例を示す模式図。
【図３】本発明の紫外線照射装置の他の構成例を示す模式図。
【符号の説明】
１：    有機性廃棄物貯槽
２：    粉砕分別機
３：    スラリー調整槽
４：    メタン発酵槽
５：    ガスホルダー
６：    燃料電池等のガス利用発電装置
７：    後処理（コンポスト、焼却施設）
８：    紫外線照射装置
９：    紫外線用透明平板
１０：    紫外線ランプ
１１：    金属反射板
１２：    紫外線照射用内側透明円筒
１３：    紫外線照射用外側透明円筒
１０１：    有機性廃棄物
１０２：    （生ゴミ）スラリー
１０３：    バイオガス
１０４：    消化汚泥
１０５：    返送用汚泥水
【図１】
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【図２】
2004154663.tif 000006
【図３】
2004154663.tif 000007