(57)【要約】【課題】エネルギーコストを低減させつつ、メタン発酵効率を向上させ、有機性廃棄物の発生量が季節や日ごとに変動しても、安定したメタン発酵が継続できる有機性廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】厨芥１等の有機性廃棄物又はその処理物を、好熱性微生物処理槽６に投入して、通気条件下にて好熱性微生物により発酵させると共に、その発酵熱により加温された乾燥室７等に有機性廃棄物を投入して、その含水率が低減するように乾燥させた後、この乾燥処理物をメタン発酵槽１７に投入して、嫌気性条件下にてメタン発酵させる。また、好熱性微生物による発酵熱を利用して、前記メタン発酵工程における加温を行なう。【選択図】  図１
2004358400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厨芥等の有機性廃棄物又はその処理物を通気条件下にて好熱性微生物により発酵させ、その発酵熱を利用して前記有機性廃棄物を乾燥させる乾燥工程と、こうして得られた有機性廃棄物の乾燥処理物を嫌気性条件下にてメタン発酵させるメタン発酵工程とを含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記好熱性微生物による発酵温度が５０℃以上となるように発酵させる請求項１又は２記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記乾燥工程は、前記有機性廃棄物又はその処理物の一部を前記好熱性微生物によって発酵させつつ、この発酵熱を利用して前記有機性廃棄物又はその処理物の残部を乾燥させることによって行なう請求項１又は２記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記好熱性微生物による発酵熱を利用して、前記メタン発酵工程における加温を行なう請求項１〜３のいずれか１つに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記メタン発酵工程を、高温メタン生成菌を用いて行なう請求項４記載の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、好熱性微生物による好気性発酵と、メタン生成菌によるメタン発酵とを組み合わせた、厨芥等の有機性廃棄物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭、レストラン、ホテル、コンビニエンスストアなどから排出される生ごみや、食品工場などから排出される食品廃棄物等からなる厨芥は、その一部がコンポスト化などの方法で再資源化されているが、ほとんどは有機性廃棄物として焼却処分されてきた。しかし食品リサイクル法の成立を契機に、再資源化方法の検討が急速に進んでいる。
【０００３】
このような再資源化方法の１つとして、メタン生成菌を用いて厨芥等の有機性廃棄物を分解するメタン発酵が注目されている。すなわち、有機性廃棄物をメタン生成菌によってメタンと炭酸ガスに分解し、そこで発生するメタンガスを、メタン自動車やメタン発電といったエネルギー源として利用する技術である。
【０００４】
このようなメタン発酵による処理方法として、下記特許文献１には、生ごみや食品廃棄物などの有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発酵させてメタンガスを回収する嫌気性発酵工程を有した処理系において、前記有機性廃棄物は、脱水し、微細な破砕排出孔を形成した圧縮破砕機で高圧にて細粒子状に圧縮破砕した後に、嫌気性発酵工程に供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法が開示されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、有機性固形廃棄物の処理方法において、（１）有機性固形廃棄物を破砕し、（２）固形物を好熱菌により生物学的に可溶化し、（３）可溶化物を分解してガス化するためのメタン発酵を行う、工程を含む有機性固形廃棄物の処理方法が開示されている。そして、破砕処理により有機性固形廃棄物を可溶化されやすくし、その後好熱菌を利用した生物学的可溶化を行なうことで、固形残滓の発生を抑制しつつ、メタンの回収効率を高めることが可能となることが記載されている。
【０００６】
更に、下記特許文献３には、槽体の周囲で所定距離を隔てた位置に囲壁を設け、囲壁と槽体の外壁面との間に農林業副産物を充填して保温層を形成したことを特徴とするメタン発酵槽の保温構造が開示されている。すなわち、メタン発酵槽は微生物の活性維持のために３５〜５５℃に温度を保持する必要があるが、外気との間に温度差があるので放熱損失を小さくするために、農林業副産物である籾殻、おが屑、稲わら、乾燥牧草、麦桿を断熱材として利用するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３００３２３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７３３９１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１９２１９２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に示されるように、厨芥等の有機性廃棄物を微細な破砕排出孔を形成した圧縮破砕機で高圧にて細粒子状に圧縮破砕する方法では、▲１▼高圧をかけるためにはシリンダー内の体積を大きくできないため、処理速度が遅い、▲２▼高圧をかけるため大量のエネルギーが必要、▲３▼スラリー状の厨芥をシリンダーから引き抜く際に、液送ポンプが用いられるが、粘度が高いため配管に詰まりやすくトラブルの原因となる、といった欠点がある。
【０００９】
また、上記特許文献２に示される方法は、有機性固形廃棄物を破砕し、好熱菌により生物学的に可溶化し、この可溶化物を用いてメタン発酵を行なうようにしているが、有機性廃棄物を生物学的に可溶化しても、メタン発酵槽に投入できる有機物濃度はそれほど高まらないので、メタン発酵効率を向上させる効果はそれほど期待できなかった。
【００１０】
更に、上記特許文献３に示されるメタン発酵槽の保温構造では、農林業副産物の利用がメタン発酵槽の断熱層の形成にとどまり、メタン発酵槽を積極的に加温する手段とはならないので、メタン発酵効率の向上効果は、それほど期待できなかった。
【００１１】
一方、季節や日ごとに厨芥の発生量が異なるために、メタン発酵処理施設の処理量を超えた分については、そのままあるいは液化された状態で放置されることになる。この際、悪臭や、ハエの発生が深刻な問題となる。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、エネルギーコストを低減させつつ、メタン発酵効率を向上させ、厨芥等の有機性廃棄物の発生量が季節や日ごとに変動しても、環境を悪化させることなく、安定したメタン発酵が継続できるようにした有機性廃棄物の処理方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の有機性廃棄物の処理方法は、厨芥等の有機性廃棄物又はその処理物を通気条件下にて好熱性微生物により発酵させ、その発酵熱を利用して前記有機性廃棄物を乾燥させる乾燥工程と、こうして得られた有機性廃棄物の乾燥処理物を嫌気性条件下にてメタン発酵させるメタン発酵工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、厨芥等の有機性廃棄物の含水率を低減させるので、季節や日ごとに厨芥の発生量が異なるような場合でも、処理能力を超えた分については、悪臭やハエの発生等を生じることなく一時保存しておくことが可能となる。また、好熱性微生物の発酵熱を利用することにより、エネルギーコストをかけることなく、有機性廃棄物の乾燥処理が可能となる。更に、こうして乾燥させた有機性廃棄物を用いることにより、メタン発酵槽中に有機性廃棄物を高濃度のスラリーとして供給できるので、メタン発酵効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明の有機性廃棄物の処理方法においては、前記好熱性微生物による発酵温度が５０℃以上となるように発酵させることが好ましい。これによって、厨芥等の有機性廃棄物の乾燥効率を高めることができる。また、この発酵熱をメタン発酵工程における加温に利用する場合の加熱効率を高めることができる。
【００１６】
また、前記乾燥工程は、前記有機性廃棄物又はその処理物の一部を前記好熱性微生物によって発酵させつつ、この発酵熱を利用して前記有機性廃棄物又はその処理物の残部を乾燥させることによって行なうことが好ましい。これによれば、有機性廃棄物又はその処理物の一部は、好熱性微生物によって発酵させた後に活性汚泥処理等の方法で処理できる。また、有機性廃棄物又はその処理物の残部は、上記好熱性微生物による発酵熱を利用して乾燥した後、メタン発酵に供してエネルギー源として利用し、更にメタン発酵後の残渣は活性汚泥処理等の方法で処理できる。したがって、メタン発酵効率を高めることができると共に、有機性廃棄物の処理量を高めることができる。
【００１７】
更に、前記好熱性微生物による発酵熱を利用して、前記メタン発酵工程における加温を行なうことが好ましい。これによれば、メタン発酵に必要な加温を、好熱性微生物による発酵熱を利用して行なうことができるので、エネルギーコストを低減することができる。
【００１８】
更にまた、前記メタン発酵工程を、高温メタン生成菌を用いて行なうことが好ましい。これによれば、好熱性微生物による発酵熱を利用してメタン発酵槽の加温を行なうと共に、高温メタン生成菌を利用してメタン発酵を効率よく行なうことが可能になる。
【００１９】
【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は、本発明による有機性廃棄物の処理方法の一実施形態を示す説明図である。
【００２０】
この実施形態は、厨芥の処理方法に適用したものであるが、本発明において厨芥とは、家庭、レストラン、ホテル、コンビニエンスストアなどから排出される野菜屑、残飯などの生ごみや、食品工場などから排出される食品廃棄物等を意味し、含水率が例えば７０〜９５％と比較的多く、固形状であるという特徴を有している。
【００２１】
この処理装置は、厨芥前処理部Ａ、厨芥乾燥部Ｂ、メタン発酵処理部Ｃの３つの部分で主に構成されている。
【００２２】
厨芥処理部Ａでは、家庭、レストラン、ホテル、コンビニエンスストアなどから排出された厨芥１が、厨芥回収ホッパー２に回収される。通常、これらの回収厨芥には、ガラスや陶器といった食器類や、プラスチック容器、金属製品などが混入しているケースが多いが、これら非有機性の固形物は、好熱性微生物処理やメタン発酵処理において分解されない。したがって、図では示していないが、事前にこれら非有機性の固形物を除去することが必要である。
【００２３】
回収された厨芥は、まず破砕機３によって１〜１０ｃｍ程度の大きさに切断される。厨芥を液化する従来方法では、可溶化しやすくするために、あらかじめ破砕機によって１ｃｍ以下の大きさにしておく必要がある。しかし、ここでの破砕機の役割は、単に移送を容易にすることを目的とするから、上記の程度の大きさに切断することで十分である。
【００２４】
切断した厨芥の一部は、好熱性微生物処理槽６へと投入される。好熱性微生物処理槽６内には乾燥室７が設置されている。好熱性微生物は、厨芥を分解して増殖する過程で、自発的に発熱して５０〜７０℃程度まで昇温する。この結果、好熱性微生物処理槽６内に設けられた乾燥室７の温度も５０℃以上になる。
【００２５】
そこで、この乾燥室７に好熱性微生物処理槽６に投入しなかった残りの厨芥を導入し、ここで水分を蒸発させる。厨芥から発生した水蒸気が乾燥の妨げにならないように、定期的に排気ポンプ１２を作動させ、水蒸気１３を乾燥室６から排出する。
【００２６】
なお、厨芥を好熱性微生物処理槽６に投入するか、乾燥室７に導入するかは、厨芥投入ポンプ４によって制御される。厨芥投入ポンプ４は、好熱性微生物処理装置６内の温度を感知して作動する温度コントローラー５によって制御される。すなわち、好熱性微生物処理槽６内の温度が上昇しない場合や、温度が低い場合は、好熱性微生物処理槽６に投入する厨芥量を増やすことで、微生物の活性を高くさせ、発熱を促進させる。
【００２７】
乾燥室７内を常に５０℃以上の温度にするためは、好熱性微生物の活性を高いまま保つことが必要である。具体的には、好熱性微生物が活発に活動する通気条件下で、湿度３５〜４０％という条件を維持する。このために、好熱性微生物処理槽６内に温湿度を感知して作動する温湿度コントローラーによって制御される加湿器９で空気（または加湿空気）を送風する。また、好熱性微生物処理槽６内には、好熱性微生物供給装置１０によって、好熱性微生物１１を定期的に補充供給する。
【００２８】
なお、本発明で利用する好熱性微生物としては、市販の生ゴミ分解処理機で使用されているものや、農場などで有機性廃棄物をコンポスト化するために用いられている微生物群など、発熱温度が５０℃以上となることが明らかなものなら、種類を問わずに利用できる。このような好熱性微生物の市販品としては、例えば商品名「酵漢菌」（株式会社龍氣製）、商品名「ＳＮＭ−ＨＫ１」（三洋電機株式会社製）などが挙げられる。
【００２９】
また、好熱性微生物処理槽６の発酵残渣１５は、例えば骨類などの分解されなかった固形分を除いた後、活性汚泥槽などの廃水処理施設に送って処理することができる。なお、この発酵残渣１５を乾燥室７に送って乾燥させた後、メタン発酵槽１７に供給することもできる。
【００３０】
更に、図示していないが、乾燥室７の温度を均一にするために、好熱性微生物処理槽６内の好熱性微生物を混合、流動させるか、あるいは好熱性微生物処理槽６全体を回転させる機能を付加させることもできる。
【００３１】
一方、乾燥室７で加熱されて乾燥した厨芥は、乾燥厨芥回収ホッパー１４に集められる。図示していないが、乾燥した厨芥を乾燥室７から引き出すために、ベルトコンベアといった機構を用いることもできるが、単に乾燥室７（あるいは好熱性微生物処理槽６）を傾けて設置し、傾斜を設けることで、乾燥した厨芥が自然に乾燥室７から滑り出る構造とすることもできる。
【００３２】
なお、乾燥の程度であるが、その後の粉砕工程を効果的に行なうためには、乾燥処理後の厨芥の含水率が、好ましくは４０％以下、より好ましくは１０％以下にすることが望ましい。発明者の実験によれば、厨芥の含水率が４０％以下であれば、悪臭やハエ等の発生を軽減でき、粉砕工程も良好になる。
【００３３】
乾燥厨芥回収ホッパー１４に集められた厨芥は、粉砕装置１６で細かく砕かれた後、メタン発酵槽１７に導入される。この場合、厨芥は乾燥室７で乾燥されているので、粉砕を効率よく行なうことができる。粉砕された厨芥の大きさ（最大長さ）は、０．５〜１ｃｍとなるようにすることが好ましい。
【００３４】
メタン発酵槽１７には、例えばメタン生成菌培地（溶液）が添加されており、これに上記で粉砕された厨芥を添加混合して、嫌気性条件下にてメタン発酵が行なわれる。メタン生成菌としては、高温メタン生成菌、中温メタン生成菌のいずれも使用できるが、特に、生育至適温度が５５℃程度の高温メタン生成菌が好ましく用いられる。また、メタン発酵を効率的に行なわせるために、メタン発酵槽１７内は、好ましくは５０〜６０℃、より好ましくは５４〜５６℃になるように加温されることが好ましい。メタン生成菌は、適当な担体に担持させた状態で、メタン発酵槽１７内に配置してもよい。
【００３５】
なお、メタン発酵槽１７には、鉄化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物などの、メタン生成菌の生育を助ける成分を添加してもよい。また、メタン発酵槽１７内には、スラリー化された厨芥を攪拌するための図示しない攪拌羽根が配置されていることが好ましい。
【００３６】
メタン発酵槽１７の上部空間からは、ガスホルダー１８に連結される配管が接続されており、メタン発酵槽１７において発生したメタンガスが、ガスホルダー１８に貯蔵されるように構成されている。これによって、このガスホルダー１８に貯蔵されたメタンガスが、燃料電池発電装置、ガスエンジン等の発電機やボイラーの燃料として、有効利用されるようになっている。
【００３７】
また、経時的にメタン発酵槽１７内の内容物量が増加していくことから、定期的にメタン発酵残渣１９を引き抜き、活性汚泥などの廃水処理施設２０で処理する。メタン発酵槽１７でのメタン生成菌の増殖状況等に応じて、メタン発酵槽１７への厨芥の投与量と、メタン発酵残渣１９の引抜き量とを制御することが好ましい。
【００３８】
このような本発明の処理方法によれば、厨芥の一部は、好熱性微生物処理槽６に投入して好熱性微生物による好気性発酵を行い、厨芥の残部は、上記好熱性微生物の発酵によって加温された乾燥室７に投入して乾燥させ、この乾燥物を粉砕してメタン発酵槽１７に投入してメタン発酵させるようにしたので、厨芥が一時的に多量に発生した場合でも、乾燥した状態で保存することにより、悪臭やハエ等の発生を軽減することができる。また、厨芥の乾燥を好熱性微生物による発酵熱を利用して行なうので、エネルギーコストを低減することができる。
【００３９】
また、厨芥を乾燥させた後、メタン発酵槽に投入するようにしたので、メタン発酵槽内での発酵効率を向上させて、厨芥の処理効率を高めることができる。これについて、具体的に説明すると、厨芥を構成するものとして、肉や野菜があるが、肉は約７０％、野菜は約９５％が水分である。これらを液化させても、体積及び重量は固形の場合とほとんど変わらない。一方、乾燥粉末化させた場合、体積及び重量を激減させることができる。
【００４０】
メタン発酵処理は、メタン生成菌が培地（溶液）を必要とするため、通常、液体の状態で行なう。例えば、体積１Ｌのリアクターに０．５Ｌのメタン生成菌培地（溶液）を入れておき、これに更に０．５Ｌ相当の厨芥を投入して、分解処理を行なうことを１バッチとすると、液化した場合は、もともと０．５Ｌ（減用率ゼロとした場合）の厨芥しか投入できないが、乾燥粉末化した場合は、もともと５Ｌ（例えば１／１０に減用化できた場合）あった厨芥を１バッチで処理することが可能となる。このように、粉末乾燥化することで、１バッチで処理できる厨芥の量を格段に多くすることができる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、好熱性微生物処理槽６内に乾燥室７を配置して、乾燥室７内を加温する構成を採用したが、好熱性微生物処理槽６で発生する発酵熱を、例えば熱媒体を循環させるような構造の熱交換器等を介して、乾燥室７に伝熱して加温する構造を採用することもできる。また、好熱性微生物処理槽６内の厨芥を好熱性微生物によって発酵させつつ、その発酵熱を利用して発酵物自体を乾燥させ、この乾燥した発酵物をメタン発酵槽１７に投入してメタン発酵を行なってもよい。
【００４２】
図２は、本発明による有機性廃棄物の処理方法の他の実施形態を示す説明図である。なお、図１と実質的に同一部分には同符号を付して、その説明を省略することにする。
【００４３】
この実施形態は、メタン発酵槽１７を好気性微生物処理槽６と隣接させた構造となっている。そして、メタン発酵槽１７の好気性微生物処理槽６と隣接する外周部分には、伝熱材２１ａが配置され、メタン発酵槽１７の他の外周部分には、保温材２１ｂが配置されている。他の部分の構成は、図１の実施形態と実質的に同じである。
【００４４】
メタン発酵では、前述したように、メタン発生能力が高いことから、生育至適温度が５５℃前後の高温メタン生成菌が好ましく用いられる。このような高温メタン生成菌により効率的に発酵させるためには、発酵槽内の温度を上記至適温度になるように加温する必要がある。このため、従来は、メタン発酵槽をヒーターや温水で加熱、保温する方法が用いられている。本発明では、好熱性微生物処理槽６が発生する熱を利用して、メタン発酵槽１７を加熱、保温することで、投入エネルギーの低減が期待できる。
【００４５】
なお、図示していないが、好熱性微生物処理槽６で発生する発酵熱をメタン発酵槽１７に伝熱する構造としては、各種の構造を採用することができる。例えばメタン発酵槽１７を好熱性微生物処理槽６内に設置してもよく、あるいは、両者をくし型に入り組んだ形状に接合して接触面積を大きくとってもよい。更には、例えば熱媒体を循環させるような構造の熱交換器等を介して、好熱性微生物処理槽６で発生する発酵熱をメタン発酵槽１７に伝熱する構造を採用することもできる。
【００４６】
なお、好熱性微生物処理槽６の温度は５０〜７０℃程度になるが、メタン発酵槽１７の温度が５５℃前後に保たれるようにするため、必要に応じて、冷却装置を組み込んだり、加温を補助するためのヒーターを配置したりしてもよい。更には、メタン発酵槽１７内の温度が常に５５℃前後に保たれるように、厨芥の投入量や、湿度、空気量などを制御してもよい。
【００４７】
【実施例】
試験例１
生野菜、残飯、肉類などからなる厨芥を、最大でも２ｃｍ角以下の大きさに切断した後、容積２０Ｌの培養タンクに、約０．５ｋｇ／１０時間の供給量となるように投入すると共に、下記Ａ、Ｂ２種類の好熱性微生物を添加して、１０時間おきに攪拌翼を５回転する条件で通気攪拌培養を行ない、培養タンク内の温度を経時的に測定した。
【００４８】
好熱性微生物Ａ：市販品（商品名「酵漢菌」、株式会社龍氣製）
好熱性微生物Ｂ：市販品（商品名「ＳＮＭ−ＨＫ１」、三洋電機株式会社製）
この結果を図３に示す。図３に示されるように、好熱性微生物を用いて通気攪拌培養を行なうことにより、培養タンク内の温度が５０〜６０℃まで上昇することがわかる。
【００４９】
試験例２
試験例１と同じ条件で通気攪拌培養を行ない、発酵熱によって発生する水蒸気をファンによって培養タンク外に排出し、厨芥を好熱性微生物によって発酵しつつ乾燥させた。そして、培養２０時間後及び９０時間後の含水率を測定した。その結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2004358400.tif 000003
【００５１】
表１に示されるように、上記好熱性微生物Ａ、Ｂのいずれを用いた場合も、含水率約９５％の厨芥を原料として、好熱性微生物を用いて９０時間培養すると、含水率が２％となり、好熱性微生物による加熱乾燥が十分に可能であることがわかる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、厨芥等の有機性廃棄物を乾燥させるので、季節や日ごとに厨芥の発生量が異なるような場合でも、処理能力を超えた分については、悪臭やハエの発生等を生じることなく一時保存しておくことが可能となる。また、好熱性微生物の発酵熱を利用することにより、エネルギーコストをかけることなく、有機性廃棄物の乾燥処理が可能となる。更に、こうして乾燥させた有機性廃棄物を用いることにより、メタン発酵槽中に有機性廃棄物を高濃度のスラリーとして供給できるので、メタン発酵効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機性廃棄物の処理方法の一実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明による有機性廃棄物の処理方法の他の実施形態を示す説明図である。
【図３】厨芥を好熱性微生物によって発酵させたときの培養タンク内の温度を経時的に測定した結果を示す図表である。
【符号の説明】
１．厨芥
２．厨芥回収ホッパー
３．破砕機
４．厨芥投入ポンプ
５．温度コントローラー
６．好熱性微生物処理槽
７．乾燥室
８．温湿度コントローラー
９．加湿機
１０．好熱性微生物供給装置
１１．好熱性微生物タンク
１２．排気ポンプ
１３．水蒸気
１４．乾燥厨芥回収ホッパー
１５．発酵残渣
１６．粉砕装置
１７．メタン発酵槽
１８．ガスホルダー
１９．メタン発酵残渣
２０．廃水処理施設
２１ａ．伝熱材
２１ｂ．保温材
【図１】
2004358400.tif 000004
【図２】
2004358400.tif 000005
【図３】
2004358400.tif 000006