(57)【要約】【課題】従来の有機性廃棄物の処理方法と比較し、過大な生物学的硝化脱窒装置を使用することなく脱窒処理が可能となり、極めて良好な水質の放流水を得ることができ、更に余剰汚泥の発生量も少なく、運転経費も低廉な有機性廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】（イ）有機性廃棄物を破砕し、発酵不適物を除去する前処理工程と、（ロ）前記前処理工程で発酵不適物を除去された有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、（ハ）前記メタン発酵工程からのメタン発酵液を固液分離する固液分離工程と、（ニ）前記固液分離工程で分離された分離液を自己造粒汚泥が充填された上向流嫌気性処理装置で嫌気性処理する嫌気性処理工程と、（ホ）前記嫌気性処理工程での嫌気性処理液からアンモニア成分を除去するアンモニア除去工程を少なくとも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
2004230273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵処理する方法において、少なくとも下記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。
（イ）有機性廃棄物を破砕し、発酵不適物を除去する前処理工程と、
（ロ）前記前処理工程で発酵不適物を除去された有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、
（ハ）前記メタン発酵工程からのメタン発酵液を固液分離する固液分離工程と、
（ニ）前記固液分離工程で分離された分離液を自己造粒汚泥が充填された上向流嫌気性処理装置で嫌気性処理する嫌気性処理工程と、
（ホ）前記嫌気性処理工程での嫌気性処理液からアンモニア成分を除去するアンモニア除去工程
【請求項２】
前記嫌気性処理工程と前記アンモニア除去工程との間に濾過膜処理工程を設け、濾過膜処理工程で分離された清澄分離液をアンモニア除去工程に供給する請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記固液分離工程が機械式固液分離装置を用いて固液分離する工程であり、分離された固形物をコンポストとして回収する固形物回収工程を設けた請求項１又は請求項２に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記アンモニア除去工程がアンモニアをストリッピング処理する工程であり、ストリッピングされたアンモニアを回収するアンモニア回収工程を設けた請求項１、請求項２又は請求項３に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、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有機性廃棄物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、生ごみ、食品廃棄物、畜産廃棄物、家畜糞尿、浄化槽汚泥、し尿などの有機性廃棄物（以下、単に廃棄物という。）は、コンポスト化処理やメタン発酵処理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】
前記廃棄物の処理方法にあって、焼却して埋立処分される方法は、ダイオキシンの発生問題などで焼却が困難となってきていると共に、焼却灰の埋立地が極めて逼迫してきているため、処分費用が高騰している問題がある。また、廃棄物の全量をコンポスト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。
【０００４】
また、廃棄物をメタン発酵処理する方法は、廃棄物からバイオガスを生成させ、各種加熱燃料や燃料電池用燃料、又は化学原料などとして利用することができるため、極めて有効な処理手段である。従来のメタン発酵処理する方法として、廃棄物を破砕し、破砕物にし尿系汚水を混合し、尿渣を除去したのちメタン発酵処理により有機物を生物学的に分解し、メタンを主成分とするバイオガスを生成させ、発酵処理後液にポリマーなどの凝集剤を添加して脱水し、分離液を好気性手段（生物学的硝化脱窒処理手段）で処理する廃棄物処理装置が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
また、廃棄物を破砕し、破砕廃棄物に、し尿などを固液分離して得られた分離液を混合し、メタン発酵処理により有機物を生物学的に分解し、メタンを主成分とするバイオガスを生成させ、発酵処理後液を膜分離し、分離液を生物学的脱窒処理する廃棄物のメタン発酵方法が開示されている。（例えば、特許文献２参照。）
【０００６】
なお、従来の代表的な廃棄物のメタン発酵方法を図２に基づいて詳述する。
廃棄物は、廃棄物供給経路２０から受入槽１に供給して貯留され、受入廃棄物は、経路２１から湿式破砕装置などの前処理装置２に供給され、適宜に希釈水が希釈水供給経路４１から添加され、微細破砕されてスラリー化され、スラリー化された廃棄物から発酵不適物が分離されて発酵不適物抜出し経路２９から抜出される前処理工程が行われる。廃棄物スラリーは、スラリー供給経路２２から貯留槽３に供給されて貯留される。
【０００７】
貯留槽３に貯留された廃棄物スラリーは、廃棄物スラリー供給経路２３から所定量がメタン発酵槽４に供給され、メタン発酵槽４で中温発酵処理方法を用いる場合には、３５〜３８℃程度、高温発酵処理方法を用いる場合には、５４〜５６℃程度に加熱され、嫌気性雰囲気を保って１〜２週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、含有する有機物が酢酸や酪酸などの有機酸を経て、主にメタンや炭酸ガスなどに変換されるメタン発酵工程が行われる。
【０００８】
メタン発酵槽４で発生したバイオガスは、ガス抜出し経路３０からガスホルダ６に供給されて一旦貯留されたのち、ガス供給経路３１から所定量づつ抜き出され、必要により脱硫処理されて各種加熱燃料や燃料電池用燃料、又は化学原料などとして利用される。
【０００９】
また、メタン発酵処理後のメタン発酵液は、メタン発酵液抜出し経路２４から抜出され、沈殿槽や汚泥脱水機などの固液分離装置５に供給され固液分離工程が行われ、固液分離工程で、高分子凝集剤（以下ポリマーという。）がポリマー供給経路３２から添加され、固形物の凝集が図られたのち、固形物と液分とに分離される。分離された固形物は、汚泥抜出し経路３３から抜出され、コンポスト装置１４などの汚泥処理装置や埋立などにより処分される。
【００１０】
また、分離液は分離液抜出し経路２５から抜出され、生物学的硝化脱窒装置７で有機物処理や窒素分除去処理が行なわれるが、脱窒工程においては、炭素源としてメタノールがメタノール供給経路４２から添加されて処理される。
【００１１】
生物学的硝化脱窒装置７で処理された処理液は、清浄化された放流水として放流水排出経路２８から河川などに放流されるが、一部は希釈水循環経路４１を経て前処理装置２に希釈水として循環され、また、生物学的硝化脱窒装置７での処理で増殖した微生物の一部は余剰汚泥として余剰汚泥抜出し経路４３から系外に抜出され、図示しない汚泥処理装置で処理される。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−３３７５９４号公報
【特許文献２】
特開２０００−０１５２３１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術において、メタン発酵処理後のメタン発酵液を固液分離して得られる分離液は、ＢＯＤ：２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ：２０００〜２５００ｍｇ／Ｌであり、それらは極めて高濃度であるため、後段の生物学的硝化脱窒装置ではＴ−Ｎ容積負荷の関係で、装置全体の容量が極めて大きくなる問題があると共に、曝気用ブロワなどの動力費が嵩む問題がある。また、生物学的硝化脱窒装置から発生する余剰汚泥の発生量が多く、その汚泥の処理コストが嵩み、更に、脱窒に使用されるメタノールなどの炭素源の使用量も多く、そのコストも嵩む問題がある。
【００１４】
本発明は、前記生物学的硝化脱窒装置を設けた、従来の有機性廃棄物の処理方法と比較し、過大な生物学的硝化脱窒装置を使用することなく脱窒処理が可能となり、極めて良好な水質の放流水を得ることができ、更に、余剰汚泥の発生量も少なく、運転経費も低廉な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。
【００１５】
【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、有機性廃棄物をメタン発酵処理する方法において、（イ）有機性廃棄物を破砕し、発酵不適物を除去する前処理工程と、（ロ）前処理工程で発酵不適物を除去された有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵工程と、（ハ）前記メタン発酵工程からのメタン発酵液を固液分離する固液分離工程と、（ニ）固液分離工程で分離された分離液を自己造粒汚泥が充填された上向流嫌気性処理装置で嫌気性処理する嫌気性処理工程と、（ホ）嫌気性処理工程での嫌気性処理液からアンモニア成分を除去するアンモニア除去工程を少なくとも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。
【００１６】
前記請求項１に記載の方法では、過大な生物学的硝化脱窒装置を使用せず、塔型の処理装置などの設置面積が小さい装置を使用するため、装置全体をコンパクト化することができると共に、ブロワなどの大動力機器を使用しないため、省動力で効率的に脱窒処理が可能であり、極めて良好な水質の放流水を得ることができる。更に、余剰汚泥の発生量も少なく、運転経費も低廉な有機性廃棄物の処理方法である。
【００１７】
また、請求項２に記載の方法においては、請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法における嫌気性処理工程とアンモニア除去工程との間に濾過膜処理工程を設け、濾過膜処理工程で分離された清澄分離液をアンモニア除去工程に供給する有機性廃棄物の処理方法である。
【００１８】
前記請求項２に記載の方法では、濾過膜処理装置が配設されるため、他の固液分離装置を用いる場合よりも、更に動力費が低廉で清澄度の高い分離液を得ることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の方法においては、請求項１又は請求項２に記載の有機性廃棄物の処理方法における固液分離工程が機械式固液分離装置を用いて固液分離する工程であり、分離された固形物をコンポストとして回収する固形物回収工程を設けた有機性廃棄物の処理方法である。
【００２０】
前記請求項３に記載の方法では、固液分離工程に機械式固液分離装置が用いられるため、含水率の低い汚泥を効率的に得ることができる。
【００２１】
また、請求項４に記載の装置においては、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の有機性廃棄物の処理方法におけるアンモニア除去工程がアンモニアをストリッピング処理する工程であり、ストリッピングされたアンモニアを回収するアンモニア回収工程を設けた有機性廃棄物の処理方法である。
【００２２】
前記請求項４に記載の方法では、アンモニア除去工程にストリッピング処理方法が用いられるため、廃棄物中の窒素化合物を純度の高いアンモニア水として回収することができ、廃棄物全体の有効利用を更に図ることができる。
【００２３】
なお、前処理工程としては、有機性廃棄物に希釈水を添加し、機械的に微細破砕する湿式破砕装置を用いるのが好ましく、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装置や摩砕する石臼などを用いることができ、分離除去される発酵不適物としては、合成樹脂、ビニール袋や発泡スチロールなどがある。
【００２４】
また、メタン発酵工程においては、前段に酸発酵槽を配置する二相式メタン発酵処理装置であってもよく、また、発酵槽の形状においては、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。
【００２５】
また、加熱蒸気により加熱する加熱手段が付設され、メタン発酵工程における処理温度は、中温発酵処理方法を用いる場合には、３５〜３８℃程度で行われ、高温発酵処理方法を用いる場合には、５４〜５６℃程度に加熱されてメタン発酵処理が行われるが、本発明はそれらには限定されない。また、滞留時間は、１〜２週間として処理するのが好ましい。なお、生成したメタンガスを処理における液の加熱用燃料として利用することで、運転経費や設備費などが低廉化できる。
【００２６】
また、メタン発酵液を固液分離する固液分離工程としては、各種濾過機、デカンタ型遠心分離機又はスクリュープレスなどが用いられるが、固液分離装置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。
【００２７】
また、分離液を自己造粒汚泥が充填された上向流嫌気性処理装置で嫌気性処理する嫌気性処理工程は、従来食品排水処理装置に多く使用されているメタン菌を主体とした嫌気性微生物が粒子化（以下グラニュールという。）して汚泥床を形成した嫌気性処理槽に、有機性排水を上向流通させてグラニュールを一定高さで展開滞留させ、そのグラニュールを構成する嫌気性微生物で排水中の有機物を生物学的に分解する上向流嫌気性処理装置（ＵＡＳＢ装置）が用いられる。
【００２８】
【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方法に適用される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。
【００２９】
図において、１は、廃棄物を受け入れて貯留する受入槽、２は、受入槽１に貯留された廃棄物をメタン発酵に適した性状に前処理する前処理装置であり、希釈水を混合し、廃棄物を微細破砕してスラリー化し、スラリー化された廃棄物スラリーから、合成樹脂、ビニール袋や発泡スチロールなどの発酵不適物を分離する湿式破砕装置などが用いられる。また、３は、廃棄物スラリーを貯留し、後段のメタン発酵槽の運転条件に従って廃棄物スラリーの所定量を供給する貯留槽である。
【００３０】
４は、廃棄物スラリーを、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、含有する有機物が酢酸や酪酸などの有機酸を経て、主にメタンや炭酸ガスなどに変換して処理するメタン発酵槽であり、攪拌混合手段及び加熱蒸気により加熱する加熱手段が付設されている。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が用いられる。
【００３１】
５は、メタン発酵槽４から排出されるメタン発酵液を固液分離する固液分離装置であり、固液分離装置５としては、各種濾過機、デカンタ型遠心分離機又はスクリュープレスなどが用いられるが、固液分離装置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、メタン発酵槽４で発生したバイオガスを貯留するガスホルダである。なお、ガスホルダ６の前段又は後段に、バイオガス中の硫黄化合物を除去する脱硫装置を配置するのが好ましく、貯留されたバイオガスは、各種加熱燃料や燃料電池用燃料、又は化学原料などとして利用される。また、固液分離装置５で分離された固形物は、コンポスト化装置１４などでコンポスト化して有効利用される。
【００３２】
１０は、底部に被処理液供給手段、上部に処理液排出手段及び生成ガス排出手段を配設し、内部の下方にグラニュールで汚泥床を形成した嫌気性処理槽が設けられ、汚泥床の下部に被処理液供給手段から被処理液を供給して汚泥床を上向流通させることにより、グラニュールを一定高さで展開滞留させ、そのグラニュールを構成する嫌気性微生物で被処理液中の有機物を生物学的に分解し、発生したメタンガスや炭酸ガスなどのバイオガス、処理液およびグラニュールを上部で分離し、処理液は処理液排出手段、バイオガスはガス排出手段から排出し、グラニュールは汚泥床に沈降させて汚泥床を保持させる上向流嫌気性処理装置である。
【００３３】
１１は、筒状、平板状などの限外濾過膜モジュール、逆浸透膜モジュール、精密濾過膜モジュールまたは汚泥膜モジュールなどの濾過膜処理装置であるが、分離液の清澄度、処理量などの確保や動力費の低廉化の上から限外濾過膜モジュールを用いるのが好ましい。
【００３４】
１２は、濾過膜処理装置１１で分離された分離液にスチーム、空気または不活性ガスなどを吹き込んで、液中のアンモニアをストリッピングして除去するアンモニア除去装置であり、必要により、水酸化ナトリウムなどを添加してアンモニアが揮散しやすいｐＨに調整してもよい。なお、ストリッピングされたアンモニアは、適宜なアンモニア回収装置１３で回収するのが好ましいが、触媒燃焼酸化分解などで分解処理して大気中に放出する構成であってもよい。
【００３５】
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、廃棄物は、廃棄物供給経路２０から受入槽１に供給して貯留され、受入廃棄物は、経路２１から湿式破砕装置などの前処理装置２に供給され、適宜に希釈水が希釈水供給経路４１から添加され、微細破砕されてスラリー化される。スラリー化された廃棄物から発酵不適物が分離されて発酵不適物抜出し経路２９から抜出される前処理工程が行われる。廃棄物スラリーは、スラリー供給経路２２から貯留槽３に供給されて貯留される。
【００３６】
貯留槽３に貯留された廃棄物スラリーは、廃棄物スラリー供給経路２３から所定量がメタン発酵槽４に供給され、メタン発酵槽４では、図示しない加熱手段で加熱され、処理温度が３５〜３８℃程度の中温発酵処理が行われ、嫌気性雰囲気を保って攪拌混合手段により均一攪拌混合しながら、滞留時間１〜２週間として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、含有する有機物が酢酸や酪酸などの有機酸を経て、主にメタンや炭酸ガスなどに変換されるメタン発酵工程が行われる。
【００３７】
メタン発酵槽４で発生したバイオガスは、ガス抜出し経路３０からガスホルダ６に供給されて一旦貯留されたのち、ガス供給経路３１から所定量づつ抜き出され、必要により脱硫処理されて各種加熱燃料や燃料電池用燃料、又は化学原料などとして利用される。
【００３８】
また、メタン発酵処理後のメタン発酵液は、メタン発酵液抜出し経路２４から抜出され、沈殿槽や汚泥脱水機などの固液分離装置５に供給され固液分離工程が行われ、固液分離工程でポリマーがポリマー供給経路３２から添加され、固形物の凝集が図られたのち、固形物と液分とに分離される。分離された固形物は、汚泥抜出し経路３３から抜出され、一部がコンポスト装置１４により処理されてコンポストとして回収され、残部はメタン発酵槽４の汚泥濃度維持のために汚泥返送経路３４から返送される。
【００３９】
また、分離液は分離液抜出し経路２５から抜出され、必要により希釈水で希釈されると共に、廃液供給経路３５から供給される廃有機性溶液が混合されて上向流嫌気性処理装置１０の被処理液として供給される。
【００４０】
上向流嫌気性処理装置１０に供給された被処理液は、下部に形成された汚泥床を上向流通する間に被処理液中の有機物が微生物の生物学的作用で分解され、メタンガスや炭酸ガスなどを主成分とするバイオガスが生成される。
【００４１】
汚泥床の微生物で有機物が分解された被処理液は、更に上昇して上部に配置された三層分離部のガスコレクタに至り、浮上グラニュールが分離されて汚泥床に沈降循環され、また、バイオガスが分離され、バイオガス経路３９からメタン発酵槽４で生成したバイオガスと共にガスホルダ６に導入され貯留される。
【００４２】
三層分離部のガスコレクタでバイオガスとグラニュールが分離された処理液は、上部の処理液出口から濾過膜処理装置１１に供給される。また、増殖したメタン菌の集積塊であるグラニュールは一部抜出され、グラニュール抜出し経路３６を経て固液分離装置５に供給され、メタン発酵槽４からのメタン発酵液と共に固液分離処理される。
【００４３】
濾過膜処理装置１１に供給された処理液は、限外濾過膜などの濾過膜で濾過され、処理液に同伴されて流出した浮上性グラニュールなどの固形物と清澄液とに分離され、分離固形物は固形物返送経路３７を経てメタン発酵槽４に循環される。また、清澄液は清澄液抜出し経路２７からアンモニア除去装置１２に供給される。
【００４４】
アンモニア除去装置１２に供給された清澄液中には、上向流嫌気性処理装置で窒素分が還元されて生成したアンモニアが溶解しており、アンモニア除去装置１２でスチームなどにより溶解するアンモニアがストリッピングされて除去される。ストリッピングされたアンモニアはアンモニア抜出し経路３８からアンモニア回収装置に供給されアンモニアが回収される。
【００４５】
また、アンモニアが除去された処理液は極めて浄化されているため、放流水として放流水排出経路２８を経て、そのまま河川などに放流されるが、一部は希釈水供給経路４０を経て、前処理装置２の希釈水や上向流嫌気性処理装置１０の希釈水などとして循環使用される。
【００４６】
【実施例】
（実施例１）
ホテル・レストラン厨房生ごみを前記実施態様の装置を用いて処置した。
結果を表１に示す。
なお、運転条件は、以下の通りである。
ＵＡＳＢにおけるＣＯＤｃｒ負荷量は１０ｋｇ／ｍ３・日、アンモニアストリッピングにおけるガス液比（Ｇ／Ｌ）は０．５、そのときの吹込みスチーム速度は１ｍ／ｓｅｃである。
【００４７】
【表１】
2004230273.tif 000003
表１から、メタン発酵工程及びＵＡＳＢ処理工程において効率よくメタン発酵が行われ、また、放流水の水質も極めて良好となることが判明した。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、従来の有機性廃棄物の処理方法と比較し、過大な生物学的硝化脱窒装置を使用することなく脱窒処理が可能となり、極めて良好な水質の放流水を得ることができ、更に、余剰汚泥の発生量も少なく、運転経費も低廉な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方法に適用される装置の系統図
【図２】従来の有機性廃棄物処理方法に適用される装置の系統図
【符号の説明】
１：受入槽
２：前処理装置（前処理工程）
３：貯留槽
４：メタン発酵槽（メタン発酵工程）
５：固液分離装置（固液分離工程）
６：ガスホルダ
７：生物学的硝化脱窒装置
１０：上向流嫌気性処理装置（嫌気性処理工程）
１１：濾過膜処理装置（濾過膜処理工程）
１２：アンモニア除去装置（アンモニア除去工程）
１３：アンモニア回収装置（アンモニア回収工程）
１４：コンポスト化装置（固形物回収工程）
【図１】
2004230273.tif 000004
【図２】
2004230273.tif 000005