(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理する方法において、
該有機性廃棄物に無機多孔体を混合し、
得られた混合物を、無機多孔体を含む汚泥が保持されるメタン発酵槽に導入して乾式メタン発酵処理する有機性廃棄物の乾式メタン発酵法であって、
該メタン発酵槽にＴＳ濃度１５〜４０％の汚泥が保持されており、該無機多孔体が炭化物であり、該無機多孔体の混合量が槽内汚泥に対して５〜１５重量％（対湿重量）であることを特徴とする有機性廃棄物の乾式メタン発酵法。
【請求項２】
請求項１において、該無機多孔体が該メタン発酵槽の引抜き汚泥を原料として、炭化装置を用いて製造された炭であることを特徴とする有機性廃棄物の乾式メタン発酵法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、畜産業、食品産業、製紙業等より発生する有機性廃棄物の乾式メタン発酵法に係り、特に、有機性廃棄物をメタン発酵槽内で乾式メタン発酵処理するに当たり、槽内の固形分濃度及び微生物群菌体数を増やしてメタン生産効率を高める方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
故紙、生ごみ、家畜糞尿などの有機性廃棄物を嫌気性細菌の作用で嫌気性分解するメタン発酵処理は、廃棄物を大幅に減容化すると共に、分解により得られるメタンガスを含むバイオガスを電気又は熱の形でエネルギー回収することができるという優れた利点を有する処理方法である。
【０００３】
このメタン発酵法には、ＴＳ（全固形物）濃度３〜５％程度でメタン発酵する湿式メタン発酵法と、ＴＳ濃度１５〜４０％程度でメタン発酵する乾式メタン発酵法とがある。
【０００４】
このうち、湿式メタン発酵法では、ＴＳ濃度が低いため、高負荷処理が困難であるのに対して、乾式メタン発酵法であれば、有機性廃棄物を高負荷で処理してバイオガスを得ることができる。
【０００５】
乾式メタン発酵法では、ＴＳ濃度が１５〜４０％程度の汚泥を保持する乾式メタン発酵槽に、同程度のＴＳ濃度の有機性廃棄物を投入して処理が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
乾式メタン発酵法では、高負荷処理であるために、有機性廃棄物中の有機体窒素が分解されて生じるアンモニアなどが乾式メタン発酵槽内に蓄積することにより、メタン発酵活性が阻害され、経時により発酵効率が低下するという問題があった。
【０００７】
また、メタン発酵槽から排出される余剰汚泥の臭気が抑制されるならば、汚泥処理が容易になることから、臭気の改善が望まれている。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決し、有機性廃棄物をメタン発酵槽内で乾式メタン発酵処理するに当たり、アンモニア等によるメタン発酵阻害を防止して、長期に亘り、安定かつ効率的なメタン発酵を行うことができる有機性廃棄物の乾式メタン発酵法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明はまた、余剰汚泥の臭気を抑制することができる有機性廃棄物の乾式メタン発酵法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵法は、有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物に無機多孔体を混合し、得られた混合物を、無機多孔体を含む汚泥が保持されるメタン発酵槽に導入して乾式メタン発酵処理する有機性廃棄物の乾式メタン発酵法であって、該メタン発酵槽にＴＳ濃度１５〜４０％の汚泥が保持されており、該無機多孔体が炭化物であり、該無機多孔体の混合量が槽内汚泥に対して５〜１５重量％（対湿重量）であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従って、無機多孔体を混合した有機性廃棄物を、無機多孔体を含む汚泥が保持されたメタン発酵槽に投入することにより、次のような優れた作用効果を得ることができ、効率的なメタン発酵を行うことが可能となる。
(1)  無機多孔体が可溶化菌、酸生成菌、メタン生成菌等の嫌気性細菌の担体として機能し、無機多孔体の細孔に、微生物群を安定に保持すると共にその増殖を促進するため槽内の菌体数が増大する。
(2)  無機多孔体の吸着作用によって、メタン生成菌にとって阻害物質であるＶＦＡ（揮発性有機酸）やアンモニアが吸着され、槽内の液中のＶＦＡやアンモニア濃度を下げてメタン発酵活性を向上させる。
(3)  無機多孔体は非生物分解性であるため、槽内の固形分濃度が増大する。
(4)  上記(1)〜(3)より、メタン発酵活性が向上する。
【００１２】
また、無機多孔体が脱臭剤として機能することで余剰汚泥の臭気を低減することができる。また、余剰汚泥中に無機多孔体が含有されることで汚泥の物理的性状が変化し、水抜けが良くなることで余剰汚泥の脱水性の改善も期待される。
【００１３】
本発明において、無機多孔体としては炭化物を用いる。
【００１４】
また、無機多孔体は、槽内汚泥に対して５〜１５重量％（対湿重量）混合し、また、発酵原料に対しても２〜５０重量％（対湿重量）特に５〜１５重量％混合するのが好ましい。このような割合で無機多孔体を槽内汚泥及び有機性廃棄物に混合することにより、メタン発酵槽内に一定量の無機多孔体が常時含まれている状態を維持することができ、効率的なメタン発酵を行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵法の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵法の実施の形態を示す系統図である。
【００１７】
生ゴミ、家畜糞尿、下水処理場等から発生する汚泥などの有機性廃棄物を、要すれば破砕機等を用い直径５〜４ｃｍ或いはそれ以下に破砕した投入原料１を混合装置２に投入し、必要に応じて水や故紙等の繊維含有有機物を添加混合し、好ましくはＣ／Ｎ比が１０〜３００、特に１５〜８０、ＴＳ濃度が１５〜４０％、特に２０〜３５％の混合発酵原料を得、これに無機多孔体３を混合した後、乾式メタン発酵槽６からの返送汚泥９を混合する。なお、無機多孔体３は、返送汚泥９の混合時に混合しても良く、返送汚泥９の混合後に混合しても良い。
【００１８】
ここで、上記混合発酵原料（繊維含有有機物を添加した場合は、この繊維含有有機物を含む）への無機多孔体の混合割合は２〜５０重量％（湿重量に対して）、特に５〜１５重量％とりわけ１０重量％程度とするのが好ましい。この割合が２重量％未満では無機多孔体を混合することによる効果を十分に得ることができず、また、５０重量％を超えると混合発酵原料と無機多孔体とを混合することが機械的に難しくなる。
【００１９】
なお、上記混合発酵原料のＣ／Ｎ比が１０未満ではメタン発酵の基質である炭素源が不足し、３００を超えるような炭素過剰のものでは、別途窒素やリンを添加しなければ微生物による分解が困難である。特に、Ｃ／Ｎ比が８０を超えると有機態炭素を資化する増殖速度の大きい酸生成菌がメタン発酵菌に優先してメタン発酵菌の生育が阻害されるため、Ｃ／Ｎ比は８０以下、特に１５〜８０とするのが好ましい。また、ＴＳ濃度が２０％未満では乾式メタン発酵による高負荷処理ができず、４０％を超えると水分量が不足していずれの場合もメタン発酵効率が低下する場合がある。
【００２０】
投入原料１は通常、下水汚泥や糞尿のように窒素過多なものであるため、混合装置２においてＣ／Ｎ比を調整する。Ｃ／Ｎ比の調整手段としては、投入原料１を加熱脱水し、脱アンモニア処理してＣ／Ｎ比を高くすることにより混合発酵原料のＣ／Ｎ比及びＴＳ濃度を調整することができる。しかし、このような投入原料の前処理を行うと処理操作が複雑化し、また脱水濾液の処理も必要になるので好ましくなく、混合装置２に紙や藁、雑草などＣ／Ｎ比、ＴＳ濃度の両方が高い繊維含有有機物もあわせて投入し、投入原料１と混合することにより混合発酵原料のＣ／Ｎ比を上記範囲に調整することができると共に、ＴＳ濃度も調整できる。
【００２１】
一般に、汚泥や家畜糞尿等の有機性廃棄物は、上記ＴＳ濃度に対して若干固形物量が不足し、またＣ／Ｎが低い。これに対して紙（故紙）や草（雑草）は繊維を多く含む有機物であり、しかもＣ／Ｎ比が高い。紙はＮを殆ど含まず従って、Ｃ／Ｎは著しく高く、草はＣ／Ｎが６０〜１００程度である。従って、ＴＳ濃度やＣ／Ｎ比の調整剤として適している。しかも、紙や草はセルロースなどの生物分解性の炭素源とリグニン、ヘミセルロース、灰分などの難分解性物質も含むため、これらを添加することにより、生物分解性物質が微生物の基質となり、また、難分解性物質が微生物担体として作用することで良好な乾式メタン発酵処理を行える。
【００２２】
混合装置２には蒸気４の吹き込みを行って混合発酵原料と無機多孔体３と返送汚泥９との混合物５を３０〜４５℃もしくは４５〜６０℃に加温し、これを乾式メタン発酵槽６に投入し、嫌気条件下で乾式メタンを発酵させる。３０〜４５℃に加温した場合は、中温菌（中温で活性化するメタン発酵菌）による発酵が行われ、４５〜６０℃に加温した場合は、高温菌（高温で活性化するメタン発酵菌）による発酵が行われる。前者は加温コストにおいて有利で、後者は、発酵速度が速いというメリットがある。この乾式メタン発酵槽６の槽内汚泥には予め無機多孔体が好ましくは２〜５０重量％（湿重量に対して）、とりわけ５〜１５重量％特に１０重量％混合されている。この混合割合が２重量％未満では、無機多孔体を混合することによる効果を十分に得ることができず、５０重量％を超えると混合発酵原料と無機多孔体とを混合することが機械的に難しくなる。混合発酵原料は嫌気性細菌を含む返送汚泥９と混合され、加温されているため、発酵槽６内の加温、攪拌操作は不要である。このため、発酵槽６内にはＴＳ濃度１５〜４０％の高濃度の汚泥が保持され、１０〜２０ｋｇ−ＣＯＤＣＣｒ／ｍ３／ｄａｙの高負荷で乾式メタン発酵が行われる。
【００２３】
発酵槽６に投入された混合発酵原料は発酵槽６内で嫌気性微生物により分解されて徐々にＴＳ濃度が低下し、発酵槽６の下部へ移動し、引抜き汚泥７として引き抜かれる。１日当りの汚泥７の引き抜き量は槽内に保有される汚泥の１／５〜１倍、好ましくは１／４〜１／２倍で、このうち混合発酵原料からガス化した部分を除いた量（通常は混合発酵原料の９０％程度）を余剰汚泥８として排出し、残りは返送汚泥９として混合装置２に供給し、混合発酵原料と混合する。
【００２４】
排出される余剰汚泥８は、湿重量当たり５．５〜１６．３重量％の無機多孔体を含むものであり、脱水性に著しく優れる。
【００２５】
なお、本発明において無機多孔体としては、非生物分解性で、細孔が発達し、微生物の担体として機能すると共に、メタン生成菌の阻害物質であるＶＦＡやアンモニアの吸着性能に優れたものであれば良く、その最も好適なものとしては、以下の理由から炭化物、特に炭が挙げられるが、炭に限らず、ゼオライト等の各種の無機多孔体を用いることもできる。
【００２６】
本発明において、無機多孔体として最適な炭は、微細な空隙を多数有しており、その表面積は膨大である。このため、微生物の担体として有効であり、その膨大な空隙に微生物が付着し増殖する。更に、炭は豊富なミネラルを含有しており、これが菌体に好影響を与える。しかも、炭は過剰なイオンを吸着し、周囲での濃度が低くなると、これを溶脱するという性質を有する。このため、炭は、メタン生成菌にとって阻害物質であるＶＦＡやアンモニアを効率的に吸着することから、発酵槽中の液中のＶＦＡとアンモニア濃度が適当に調節されるので、炭に付着していない菌群に対しては、活性低下を防止してメタン発酵活性の向上を図ることができる。また、炭の内部は電子が豊富に存在する還元状態で、これは特にメタン生成菌の活性増大に有効である。そして、活性、即ち代謝・増殖能を増したメタン生成菌が炭内部に吸着されたＶＦＡを積極的に消費することでメタンガス生産量が向上するという効果も奏される。また、その脱臭性で汚泥の臭気低減にも有効である。
【００２７】
なお、炭としては直径２〜１０ｍｍ程度の粒状炭が好ましく、その原料には特に制限はない。例えば、乾式メタン発酵槽の引抜き汚泥を原料として、炭化装置を用いて製造された炭を用いても良い。
【００２８】
このような本発明の方法によれば、畜産業、食品産業、製紙業等から排出される有機性廃棄物や、生ごみ等を効率的に処理してメタンガスとして再資源化することが可能となる。
【００２９】
【実施例】
実施例１，２、比較例１
図１に示す装置を用いてＴＳ濃度２０％、Ｃ／Ｎ比１５の豚糞と生ゴミの混合物（生ゴミは直径５ｃｍに破砕）の処理を行った。混合装置２において豚糞と生ゴミの混合物及び繊維含有有機物として幅５ｍｍ程度に裁断した故紙さらに水を添加してＴＳ濃度２５％、Ｃ／Ｎ比３５に調整した混合発酵材料に、無機多孔体３として粒状炭を表１に示す割合で混合し（ただし、比較例１では混合せず）、更に７４ｋｇ−混合発酵原料／ｔ−返送汚泥となるように返送汚泥９を混合し、蒸気の吹き込みにより５５℃に加温した後、乾式メタン発酵槽６に投入し、下記条件で３５日間連続して乾式メタン発酵槽処理し、このときのメタンガス発生量（試験期間中のメタンガス発生量の平均値）、槽内汚泥のＴＳ濃度を調べた。また、余剰汚泥の臭気を調べ、これらの結果を表１に示した。
［処理条件］
発酵槽内汚泥量（投入原料投入前）；約２１ｔ
投入原料（混合発酵材料＋粒状炭）；約１２００ｋｇ／ｄａｙ
余剰汚泥量                      ；約１０８０ｋｇ／ｄａｙ
返送汚泥量                      ；約２１ｔ／ｄａｙ
【００３０】
なお、粒状炭としては、メタン発酵槽の引き抜き汚泥を炭化処理して得られた粒径３〜５ｍｍのものを用いた。また、乾式メタン発酵槽６には予め表１に示す割合で無機多孔体としての粒状炭を混合しておいた（ただし、比較例１では混合せず）。この乾式メタン発酵槽６内の温度は試験期間中、５２〜５５℃であった。
【００３１】
【表１】
0004631204.tif 000002
【００３２】
表１より、無機多孔体を添加することにより、槽内のＴＳ濃度を高く維持してメタン発酵活性を高めると共に、臭気の少ない汚泥を得ることができることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵法によれば、有機性廃棄物をメタン発酵槽内で乾式メタン発酵処理するに当たり、槽内の固形分濃度と微生物群菌体数を増やすと共に、アンモニア等によるメタン発酵阻害を防止して、長期に亘り、安定かつ効率的なメタン発酵処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵法の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１  投入原料
２  混合装置
３  無機多孔体
４  蒸気
６  乾式メタン発酵槽
７  引抜汚泥
８  余剰汚泥
９  返送汚泥
【図１】
0004631204.tif 000003