(57)【要約】【課題】  本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵処理して堆肥等として再利用する際に、メタン発酵液から効率良く塩類や重金属類を除去する方法を提供することにある。【解決手段】  メタン発酵プロセスでは、有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発酵液を電気透析処理および／または電析処理する。好ましくは、電気透析処理または電析処理の前段に、検出器として酸化還元電位計、硫化物イオン検出器、またはｐＨ電極を設け、発酵液の酸化還元状態および／または水素イオン濃度を調整した後、電気透析処理または電析処理を行う。【選択図】図２
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【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し、発酵液を電気透析処理および／または電析処理することを特徴とする、メタン発酵プロセス。
【請求項２】
請求項１において、発酵液の酸化還元状態および／または水素イオン濃度を調整した後、電気透析処理または電析処理を行うことを特徴とする、メタン発酵プロセス。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、電析処理によって発酵液中から除去した重金属を、電析槽への印加電圧の極性を反転させて溶出させ、回収することを特徴とする、メタン発酵プロセス。
【請求項４】
水処理施設において、該施設から発生する汚泥をメタン発酵処理し、発酵液を電気透析処理するとともに、電気透析処理における濃縮液側に前記水処理施設からの水を供給することを特徴とするメタン発酵プロセス。
【請求項５】
有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
発酵液を電気透析処理する電気透析装置および／または発酵液を電析処理する電析装置を備えたことを特徴とする、メタン発酵システム。
【請求項６】
請求項５において、前記電気透析装置または電析装置の前段に、検出器として酸化還元電位計、硫化物イオン検出器、またはｐＨ電極を設けたことを特徴とする、メタン発酵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵プロセスおよびメタン発酵システムに関し、詳細には、有機性廃棄物をメタン発酵処理して得られる発酵液から、重金属等を効率良く除去するためのメタン発酵プロセスおよびメタン発酵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
食品廃棄物、家畜糞尿、下水汚泥等の有機性廃棄物については、メタン発酵処理を施し、堆肥化して農地還元することが行われている。しかし、メタン発酵液中には、重金属類や食塩などの塩類が含まれていることがあり、有機性廃棄物のリサイクルにおいて妨げとなる場合がある。特に溶解度が小さい重金属類については、土壌中に蓄積する可能性が捨てきれず、土壌汚染の原因となることが懸念されている。
【０００３】
食品廃棄物中に比較的多量に含まれる食塩については、メタン発酵処理後に堆肥化して農地還元した場合、雨水による溶出、地下への浸透により土壌中の濃度が漸次減少していくため、塩害を生じさせにくいと考えられているが、地域性や気象条件によっては、明らかに農地還元に適さない濃度の塩類を含む場合もある。
【０００４】
以上のような状況に鑑み、塩類を含有する有機性廃棄物を脱塩処理した後、メタン発酵処理する有機性廃棄物の処理方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７３４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の方法は、メタン発酵前の流動性が低い有機性廃物を脱塩処理する方法であるが、発酵前の有機性廃棄物は粘性が大きく、塩類（イオン類）や重金属類が移動し難い状態で存在するため除去効率が低く、特に重金属類の除去効果はほとんど期待できない。また、粘性の大きな有機性廃棄物を処理するために高圧ポンプが必要となり、消費電力も大きくなるため経済的でない。有機性廃棄物を微細化して水を加え、希釈すれば粘性を下げられるが、メタン発酵処理の際の水分が多くなりすぎると装置サイズを大型化せざるを得ないため、実用的な方法ではない。
【０００７】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵処理して堆肥等として再利用する際に、メタン発酵液から効率良く塩類や重金属類を除去する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発酵液を電気透析処理および／または電析処理することを特徴とする、メタン発酵プロセスである。電気透析処理によって、メタン発酵液中に含まれる有機性廃棄物由来の塩類と重金属類の一部を効率よく除去することができる。同様に、電析処理によって、重金属類を効率良く除去することができる。従って、電気透析または電析処理後のメタン発酵液は、塩分や重金属類の含有量が低く、堆肥化して土壌に施用する場合でも塩害や重金属類が蓄積するという問題が生じない。さらに、電気透析や電析は、メタン発酵後の液について行われるため、処理効率が良いとともに、消費エネルギーも少なく経済的なプロセスとなる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、発酵液の酸化還元状態および／または水素イオン濃度を調整した後、電気透析処理または電析処理を行うことを特徴とする、メタン発酵プロセスである。メタン発酵液の酸化還元状態や水素イオン濃度を調整することにより、メタン発酵液中に含まれる重金属類をイオン化させ、溶解状態にすることができる。従って、電気透析や電析による除去効率を大幅に向上させることができる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、電析処理によって発酵液中から除去した重金属類を、電析槽への印加電圧の極性を反転させて溶出させ、回収することを特徴とする、メタン発酵プロセスである。これにより、メタン発酵液から析出分離した重金属類を容易に回収できる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、水処理施設において、該施設から発生する汚泥をメタン発酵処理し、発酵液を電気透析処理するとともに、電気透析処理における濃縮液側に前記水処理施設からの水を供給することを特徴とするメタン発酵プロセスである。電気透析処理では、濃縮液として多量の水を必要とし、その処理も必要になるが、本発明の第４の態様では水処理施設と連携させ、濃縮液として水処理施設の水を用いることによって、水の供給手段と処理手段が確保されるので、効率的なプロセスとなる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、発酵液を電気透析処理する電気透析装置および／または発酵液を電析処理する電析装置を備えたことを特徴とする、メタン発酵システムである。このメタン発酵システムは、前記第１の態様のプロセスの実施に適したものである。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記電気透析装置または電析装置の前段に、検出器として酸化還元電位計、硫化物イオン検出器、またはｐＨ電極を設けたことを特徴とする、メタン発酵システムである。このメタン発酵システムは、前記第２の態様のプロセスの実施に適したものである。
【発明の効果】
【００１４】
電気透析処理によって、メタン発酵液中に含まれる有機性廃棄物由来の塩類と重金属類の一部を効率よく除去することができる。同様に、電析処理によって、同様に重金属類を効率良く除去することができる。従って、電気透析または電析処理後のメタン発酵液は、塩分や重金属類の含有量が低く、堆肥化して土壌に施用する場合でも塩害や重金属類が蓄積するという問題が生じない。さらに、電気透析や電析は、メタン発酵後の液について行われるため、処理効率が良いとともに、消費エネルギーも少なく経済的なプロセスとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜有機性廃棄物＞
本発明において有機性廃棄物とは、例えば、畜産廃棄物や緑農廃棄物、排水処理汚泥などが挙げられる。ここで畜産廃棄物としては、家畜の糞尿や、屠体および／またはその加工品が挙げられ、より具体的には牛、羊、山羊、ニワトリ等の家畜の屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内蔵、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される、家畜屠体の骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。また緑農廃棄物には、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。
【００１６】
＜重金属類、塩類＞
本発明において除去の対象となる重金属類としては、例えば、家畜糞尿中に含まれる亜鉛や、下水汚泥中に含まれるカドミウム、鉛、銅、クロムなどが挙げられる。また、塩類としては、例えば、食品廃棄物中に含まれる塩化ナトリウムなどが挙げられる。
【００１７】
＜発酵工程＞
本発明プロセスにおいては、メタン発酵に先立ち、原料となる有機性廃棄物の状態により、必要に応じて前処理として破砕・分別工程を実施することができる。破砕・分別工程は、例えば、以下に示すような分別破砕、あるいは全量破砕により行うことができる。  
分別破砕の場合は、破砕分別機を用い、有機性廃棄物の中で容易に破砕可能な部位を液と共にスラリーとして回収する。一方、破砕しにくい部位は塊状物として別途収集する。スラリーの含水率は、７０〜９０重量％、塊状物の含水率は４０〜６０重量％程度である。破砕分別機は、有機性の固形物をせん断力、引っ張り力によって破砕するもので、カッター部分は２軸式または３軸式のものが利用できる。牛などの動物屠体を原料とする場合は、３軸式で破砕処理する方が破砕物の細かさや均一性の観点から好ましい。
【００１８】
選別除去すべき混入プラスチック類、シート類などは、メッシュによる選別、風選（風力による選別）などで除去することができる。
【００１９】
また、全量粉砕の場合は、例えばディスポーザー等の破砕機を使用して全対象物を破砕する。含水率は、一例として６０〜７０重量％であるが、有機性廃棄物の種類に応じて広い範囲をとる。
【００２０】
メタン発酵は、いわゆる中温型、高温型、またスラリー（湿式）型、ドライ（乾式）型のいずれのタイプでも適用可能である。
【００２１】
発酵槽は、絶対嫌気性のメタン発酵菌による活動を維持するために、二槽方式をとる発酵プロセスの場合も、後段においては空気を完全に遮断したタンクにより構成される。発酵槽は固形物濃度（通常３〜４０重量％の範囲）と発酵温度（通常、中温発酵では３７℃、高温発酵では５５℃）によって、形状や運転条件が異なってくる。例えば、洗浄廃水が混合したりして高含水率になった原料（固形物濃度１０重量％まで）の場合は湿式型の完全混合方式の発酵槽、低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、いわゆる乾式型のプラグフロー式（押出し式）の発酵槽を用いることが好ましい。
【００２２】
発酵槽には、生成するバイオガスを回収するための回収手段のほか、必要に応じて保温のための加熱手段を設けておくことが好ましい。また、バイオガスの回収手段には、必要に応じて脱硫装置を設けることもできる。これらは既知の構成のものを利用できる。
【００２３】
高含水率の原料（固形物濃度を１０重量％程度まで）の場合は、完全混合方式の発酵槽を用い、高温メタン発酵菌（至適温度５５℃）では、滞留時間（Retention Time）を１０〜１５日間程度、中温メタン発酵菌（至適温度３７℃）では、滞留時間を２０〜３０日間程度とすることが可能である。
【００２４】
低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、被処理物の固形分濃度を３０〜４０重量％にして押出し式の発酵槽を使用できる程度の固さに調整する。滞留時間については、高含水率の場合と同様に設定することができる。また、Ｃ／Ｎ比の調整のために、必要に応じて若干の有機成分を導入することもできる。
【００２５】
高含水率型のメタン発酵後の発酵残渣は、例えば水分含有率９５重量％、固形分５重量％程度を含む液体であり、嫌気性微生物の菌体およびその代謝産物に由来する各種のアミノ酸や有機酸などを多量に含んでいる。
【００２６】
メタン発酵後に必要に応じて発酵残渣の固液分離工程を設けることができる。固液分離は、例えばデカンター、凝集沈殿槽、遠心脱水機、スクリュープレス、膜分離器など、スラリー濃度を高めることが可能な装置を利用可能であり、発酵残渣の性状に応じて選択される。
【００２７】
以上のメタン発酵において、発酵により生成するバイオガスは、有機性廃棄物の種類により異なるが、通例メタンを６０重量％程度、二酸化炭素を４０重量％程度含んでいるため、例えばガスエンジン、温水ボイラー、蒸気ボイラー、ガスタービン、燃料電池等の燃料として利用できる。これらの中でも、特に、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池などによるコージェネレーションシステムを採用することにより、バイオガスを燃料として熱と電力を回収することができる。
【００２８】
バイオガスを燃料として回収された熱は、例えば蒸気の形態で供給され、メタン発酵槽の加温や発酵液の濃縮などの熱源として利用できる。
【００２９】
また、発酵槽や濃縮装置においては、真空ポンプなどの減圧装置、攪拌装置などの動力として電力を消費するが、このときの電力の全てをコージェネレーションによる電力で賄うことが可能であり、余剰の電力は他の用途に転用できる。
【００３０】
＜電気透析処理および電析処理＞
電気透析処理および電析処理（電着処理または電解処理とも呼ばれる）は、常法に従い実施することができる。電気透析装置や電析装置としては、特に制限はなく、既知の構成のものを好適に使用することができる。
【００３１】
本発明においては、電気透析または電析に先立ち、発酵液の酸化還元状態および／または水素イオン濃度を調整しておくことが好ましい。電気透析法、電析槽（電析・溶出槽）において効率良く重金属類を除去するためには、重金属類が溶解（イオン化）していることが重要である。例えば、ヒ素や鉄は還元性雰囲気で、また、クロムや水銀は酸化性雰囲気で溶出し易くなり、また、鉛やカドニウムは低いｐＨ値（例えば、約ｐＨ６以下）で著しく溶解性が向上する。亜鉛は、低いｐＨ（例えば、約ｐＨ６以下）あるいは高ｐＨ（例えば、約ｐＨ８以上）にて溶解性が大きくなる。
【００３２】
従って、発酵液の酸化還元状態やｐＨを調整することにより、発酵液中の重金属類の溶解を促進することができる。高い溶解性を発現する最適値は、対象とする重金属、発酵液の共存成分、許容できるコストなどによって大きく異なる。また、特に後述する調整槽から検出器に至る間の発酵液流通時間は、実用上十分な平衡に達するまでの時間とすることが好ましく、通常数１０秒以上をとることができる。
【００３３】
酸化還元状態の調整では、まず調整槽において嫌気・好気度を調整し、次に検出器を用いて発酵液の酸化還元状態を検出する。その後、発酵液を電気透析槽及び／または電析槽（電析・溶出槽）に送液する。つまり処理手順の一例としては、調整槽→検出器→電気透析槽・電析槽という順序となる。ここで、検出器としては、酸化還元電極（検出電極として、例えば白金、金等の貴金属極、炭素極、銀−塩化銀電極等の参照極、温度検出極からなる検出器）あるいは硫化物イオンを検出するイオン電極（ハロゲン化銀などの固体電解質系電極等と参照極、温度検出極からなる検出器）などを使用することができる。これらの検出器は、調整槽に設けてもよいが、調整槽から電気透析槽または電析槽に至る経路（配管）上に配備することが好ましい。
【００３４】
調整槽においては、以下に示す操作を行うことにより嫌気・好気度を調整することができる。好気化する場合は、例えばスタティックミキサー等を内蔵した発酵液配管の上流側に空気を注入することにより調整できる。嫌気化する場合は、例えば、発酵液配管の一部をジャケット式熱交換器とし、ジャケット部分に温水もしくは蒸気を通じて、発酵液温度を一時的に５０℃程度まで昇温する。これによって、発酵液中の有機物の分解が促進され、酸素が消費される。
【００３５】
以上と同様に、ｐＨの制御も、例えばｐＨ電極、酸・アルカリ注入装置、ミキサーなどを組み合わせて実施することができる。ｐＨ調整の為に注入する酸やアルカリとしては、例えば、塩酸、硫酸などの酸や水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリが挙げられる。なお、必要に応じて、電気透析・電析（電析）処理後にｐＨを再調整（例えば、元のｐＨに戻す）する操作を行うことができる。
【００３６】
電析処理によって発酵液中から除去した重金属は、電析槽への印加電圧の極性を反転させることによって、回収液中に溶出させることができる。溶出させた重金属類は、キレート剤などを添加することによって不溶化させ、吸着材に吸着するなどの方法で回収できる。
【００３７】
以下、図面に基づき本発明のメタン発酵プロセスの好ましい実施の形態を説明する。  
第１実施形態：
図１に従い、家畜糞尿などの有機性廃棄物をメタン発酵し、亜鉛などの重金属を電気透析処理および／または電析処理により除去するプロセスである。  
まず、豚などの家畜の糞尿は一旦受槽に貯留された後、前処理槽に導入され、ここで破砕・ペースト化、前発酵などが行われる。前処理が済んだ豚糞尿は、消化タンクに導入される。
【００３８】
消化タンクにおいて所定の発酵期間が経過し、嫌気消化が終了した時点で、メタン発酵液を抜出し、濃縮槽に導く。濃縮槽では、重力沈降によって上澄みを分取し、沈澱物を調整槽に移す。
【００３９】
調整槽では、エアレーションなどによる発酵液の酸化還元状態やｐＨの調整を行う。この操作によって、メタン発酵液中に含まれる重金属類をイオン化させ、電気透析や電析の効率を高めることができる。例えば、エアレーションでは、メタン発酵液に空気を導入して好気性条件とし、硫化物および／もしくは硫化物イオンを酸化する。エアレーションは、硫化物イオンの量を検出器を用いてモニタリングしながら実施することが好ましい。
【００４０】
調整槽での処理が済んだメタン発酵液は、その酸化還元電位、硫化物濃度、ｐＨなどを検出器により計測して所定の範囲にあることを確認した後、電気透析槽および電析槽に順次導入する。これにより、メタン発酵液の脱塩と重金属類の除去が行われる。糞尿中の亜鉛などの金属は主にアンモニアと錯イオンを作って溶存状態にあり、電気透析または電析によって除去される。なお、豚などの家畜糞尿や蛋白質中心の食品廃棄物等のメタン発酵処理では発酵液中にアンモニアが比較的多く生成するので、亜鉛はアンモニア錯体として溶存しやすくなる。電析によって電析槽に析出した重金属類は、電析槽への印加電圧の極性を反転させることにより溶出させ、重金属回収槽に回収する。
【００４１】
電気透析槽および／または電析槽を通過したメタン発酵液は、堆肥化設備に導入され、堆肥化される。このようにして得られる堆肥は、塩分が少なく、重金属類も除去されているため、農地還元しても塩害や重金属類による汚染を引き起こす心配がないものである。
【００４２】
第２実施形態：
図２に示すように、生ごみや下水汚泥などの有機性廃棄物をメタン発酵処理して堆肥化するとともに、重金属類のヒ素などは電気透析法により、水銀や鉛などは電析法によって除去するプロセスである。
【００４３】
まず、生ごみなどの有機性廃棄物は受槽から前処理槽に導入され、ここで破砕・ペースト化、前発酵などが行われる。前処理が済んだ生ごみペーストは、消化タンクに導入される。一方、水処理汚泥は直接消化タンクに導入され、生ごみペーストと混合され、メタン発酵が行われる。
【００４４】
所定の発酵期間が経過し、嫌気消化が終了した時点で、メタン発酵液を抜出し、濃縮槽に導く。濃縮槽では、重力沈降によって上澄みを分取し、沈澱物を調整槽に移す。
【００４５】
次に、調整槽では、発酵液の酸化還元状態やｐＨの調整を行う。この操作によって、メタン発酵液中に含まれる重金属類をイオン化させ、電気透析や電析の効率を高めることができる。例えば、発酵液に含まれる重金属類としてヒ素等が想定される場合は、ヒ素が溶出しやすい酸化還元状態（例えばｐＨ６以下、酸化還元電位−５０ｍＶ以下）に調整する。ヒ素の場合は発酵液を若干の嫌気状態におく方が溶出させやすくなり、電気透析によって除去し易くなる。しかし、完全な嫌気状態では、硫化物として懸濁物となっている場合が多く、電気透析では除去し難い。なお、荷電したヒ素コロイドは、電析によって除去が可能である。
【００４６】
また、電気透析または電析の前にｐＨ調整が必要なときは、調整槽でエアレーションを行う場合と同様に、定量ポンプを用いて酸もしくはアルカリを注入することが好ましい。
【００４７】
調整槽での処理が済んだメタン発酵液は、検出器によって酸化還元電位、硫化物濃度、ｐＨなどを計測して所定の範囲にあることを確認した後、電気透析槽および電析槽に順次導入する。これにより、メタン発酵液の脱塩と重金属類の除去が行われる。電析によって電析槽に析出した重金属類は、電析槽への印加電圧の極性を反転させることにより溶出させ、重金属回収槽に回収する。本実施形態では、電気透析の濃縮液側に、水処理施設からの水を供給することができる。これにより、効率良くプロセスを運転することができる。
【００４８】
電気透析槽および電析槽を通過したメタン発酵液は、堆肥化設備に導入され、堆肥化される。このようにして得られる堆肥は、塩分が少なく、重金属類も除去されているため、農地還元しても塩害や重金属類による汚染を引き起こす心配がないものである。
【００４９】
図２のように、本発明のメタン発酵システムと水処理設備とを連携させることにより、電気透析により得られる濃縮水を、水処理設備の水によって稀釈することができるので処理が非常に容易になる。また、電気透析に使用する陽極室液や陰極室液、電析に使用する対極水についても水処理設備から導入できるので効率的なシステムとなる。  
【実施例】
【００５０】
次に、実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらによって制約されるものではない。なお、実施例、比較例では、電気透析槽および電析槽として以下の構成のものを使用した。
【００５１】
＜電気透析槽＞
試料流通部が幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、各室の厚さ１ｍｍの小型流通セルを電気透析槽とした。この電気透析槽は、押え板／電極板／スペーサー（濃縮室）／隔膜／スペーサー（希釈室）／隔膜／スペーサー（濃縮室）／電極板／押え板、により構成されている。
【００５２】
＜電析槽＞
電極板と隔膜で２ｍｍの厚さの透過室を作った電析槽を使用した。この電析槽は、押え板／電極板（作用極、亜鉛電析極）／スペーサー（２ｍｍ厚）／スペーサー（２ｍｍ厚）／電極板（対極）／押え板、により構成されている。
【００５３】
比較例１
微細化した生ゴミ試料（生ごみペースト）を直接電気透析処理した後、メタン発酵処理を行った。  
電気透析槽の希釈室に生ごみペーストを、濃縮室に発酵液をそれぞれ流通させて、２０ｍＡの電流を流した。この電気透析槽に生ごみペーストを流通させることにより、乾物ベースで生ごみ中に３．８重量％含まれていた食塩（ＮａＣｌ）が１．５重量％に低下した［通電量に対する食塩除去量の割合（電流効率）は７９％であった］。塩類の除去効率は良好であったが、電気透析槽への高圧輸送のため、本実験のポンプ所要出口圧は０．３ｋＰａに達した。しかも電気透析槽への圧送のため、実験途中において電気透析槽から発酵液の漏出が生じた（これに対し、後述する本発明の実施例では、ポンプ所要圧力は通常０．１ｋＰａ以下である）。
【００５４】
実施例１
図３に従い生ごみの処理を実施した。脱塩前の分別・微細化した生ごみを、消化タンクでメタン発酵処理し、この発酵液を濃縮槽で上澄みを分離し、調整槽で発酵液の酸化還元状態やｐＨの調整を行った後、電気透析槽を用いた脱塩実験を実施した。その結果、２０mＡの通電で乾物ベースの食塩含有量は３．０重量％から１．２重量％に減少した。このときの電流効率は６２％と計算された。この透析処理を行っても肥料成分としての全窒素量、カリウム量の変化量（減少量）は１０重量％以下であった。
【００５５】
すなわち、過剰に共存した食塩成分（ナトリウムイオン、塩化物イオン）は優先的に電気透析によって除去され、より濃度の小さかったカリウムイオン等はほとんど除去されていなかった。この結果から、肥料として熟成させても、その有効性は維持できることが判った。
【００５６】
実施例２および比較例２
図４に従い、豚糞尿の処理を実施した。まず、豚糞尿を一旦受槽に貯留した後、前処理槽に導入し、ここで破砕・ペースト化、前発酵などを実施した。前処理が済んだ豚糞尿は、消化タンクに導入し、メタン発酵させた。この発酵液を濃縮槽に導き、上澄みを分離した後、調整槽で５分間曝気処理し、さらに電気透析槽に導入して亜鉛の除去を検討した。電気透析槽で２０ｍＡの通電を行ったところ、発酵液中の亜鉛含有量は乾物ベースで０．０２重量％から０．０１重量％まで減少した（実施例２−１）。
【００５７】
一方、メタン発酵液に酸化還元電極を挿入し、その指示値が正の値を示すまで約８分間、曝気処理した場合についても並行して検討を行った（実施例２−２）。この液を同じく２０ｍＡの通電を行い電気透析槽で処理したところ、亜鉛含有量は、乾物ベースで０．００５重量％まで減少した。
【００５８】
また、比較例２として、曝気処理を全くせずに電気透析処理を行った場合、亜鉛を除去することはできなかった。これは嫌気状態で硫化物イオンが生成し、亜鉛と結合して、そのイオン化を妨げたものと考えられた。
【００５９】
実施例３
図５に従い、下水処理汚泥の処理を実施した。下水処理場の汚泥を消化タンクに導入し、メタン発酵処理した。この消化汚泥を濃縮槽で上澄み分離し、嫌気状態のまま電気透析槽に導入して脱金属処理した。電気透析槽では、２０ｍＡの通電を行ったところ、消化汚泥中の全ヒ素濃度が１０８ｐｐｍから５ｐｐｍに低減できた。
【００６０】
なお、電気透析処理前に消化汚泥を約１時間空気中に放置したものは、全ヒ素濃度が７０ｐｐｍまでしか低減できなかった。約１時間空気中に放置した消化汚泥は、酸化還元電極電位が−５０ｍＶ以上から−５ｍＶ程度まで正側に移行していた。このためヒ素の溶解性が低下したものと考えられた。
【００６１】
実施例４
図６に従い、生ごみのメタン発酵処理および電析処理を実施した。実施例１と同様に前処理しメタン発酵させた発酵液について、濃縮槽で上澄み分離し、調整槽で酸化還元状態および／またはｐＨの調整を実施した後、電析槽に流通させた。
【００６２】
電析槽の作用極側、対極側ともにメタン発酵液（スラリー）を流通させ２０ｍＡの通電を行った。電析によって電析槽出口側の亜鉛濃度は乾物ベースで０．００２重量％以下となった。次に、電析槽に印加している直流電圧を逆にしたところ、一時的に、０．０５％を超える亜鉛が溶出するのを観察した。これにより、電析・溶出処理によって、農地還元をする上で問題になるメタン発酵後の重金属類を処理、回収できることが明らかになった。
【００６３】
以上、本発明を種々の実施形態に関して述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明のメタン発酵プロセスおよびメタン発酵システムは、有機性廃棄物をメタン発酵処理し、肥料化等を図る上で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一実施形態に係るプロセスの概要を説明するブロック図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係るプロセスの概要を説明するブロック図である。
【図３】実施例１のプロセスの概要を説明するブロック図である。
【図４】実施例２のプロセスの概要を説明するブロック図である。
【図５】実施例３のプロセスの概要を説明するブロック図である。
【図６】実施例４のプロセスの概要を説明するブロック図である。
【図１】
2005087979.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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