(57)【要約】【課題】  メタン発酵槽内におけるメタン菌の高濃度化が可能であって高負荷条件下においてメタン発酵処理をすることができるメタン発酵処理システム及びメタン発酵処理方法を提供すること。【解決手段】  有機性廃棄物をメタン発酵槽２内でメタン発酵処理し、メタン発酵槽から排出された脱離液に含まれる未分解固形物とメタン菌とを第１の分離装置３を用いてそれらの沈降速度の差によって分離する。次に、第１の分離装置から排出された分離液に含まれるメタン菌を、第２の分離装置４によって分離液から分離する。そして、第２の分離装置によって分離されたメタン菌をメタン発酵槽に返送する。この場合、メタン発酵槽内のメタン菌の濃度を高くすることが可能であり、高負荷条件下でメタン発酵処理システム１を運転することができる。【選択図】  図１
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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するためのメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽から排出された脱離液に含まれる未分解固形物とメタン菌とを分離する第１の分離装置と、
前記第１の分離装置から排出されメタン菌を含む分離液からそのメタン菌を分離する第２の分離装置と、
前記第２の分離装置によって分離されたメタン菌を前記メタン発酵槽に返送する返送手段と
を備えることを特徴とするメタン発酵処理システム。
【請求項２】
前記第１の分離装置は、遠心分離機であることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項３】
前記第２の分離装置は、凝集槽であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項４】
有機性廃棄物をメタン発酵槽内でメタン発酵処理する発酵処理工程と、
前記メタン発酵槽から排出された脱離液に含まれる未分解固形物とメタン菌とをそれらの沈降速度の差を利用して分離する第１の分離工程と、
前記第１の分離工程で得られた分離されたメタン菌を含む分離液を固液分離することによって前記分離液からメタン菌を分離する第２の分離工程と、
前記第２の分離工程において分離されたメタン菌を前記メタン発酵槽に返送する返送工程と
を備えることを特徴とするメタン発酵処理方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵処理するシステム及びメタン発酵処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野のメタン発酵装置として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
この装置では、有機性廃棄物を含む原泥をメタン発酵槽内においてメタン発酵処理する。そして、その消化汚泥と原泥の一部との混合物を遠心分離機によって固液分離する。この固液分離によって形成された濃縮汚泥の一部をメタン発酵槽に返送し、濃縮汚泥の他の一部をメタン発酵装置の外部に排出する。また、上記メタン発酵装置においては、メタン発酵槽から排出された消化汚泥の一部をオゾン反応槽に送って可溶化した後にメタン発酵槽に返送している。
【０００４】
有機性廃棄物をメタン発酵処理する場合、メタン発酵槽内のメタン菌濃度が高い方が高負荷でメタン発酵処理できる。そのため、メタン発酵槽内のメタン菌濃度を高く維持することが好ましい。上記メタン発酵装置では、メタン発酵槽から排出された消化汚泥と原泥との混合物を遠心分離機で濃縮することによって、汚泥の沈降性・脱水性を高めている。そして、効率的に濃縮した濃縮汚泥の一部をメタン発酵槽に返送することで、メタン発酵槽内のメタン菌濃度を高くしようとしている。また、消化汚泥の一部をオゾン槽に通して可溶化した後にメタン発酵槽に戻すことによって、メタン発酵槽内のメタン菌濃度を相対的に高くしようとしている。
【０００５】
ところで、有機性廃棄物のうち分解されなかった未分解固形物がメタン発酵槽内に残ると相対的にメタン菌濃度が減少する。そのため、メタン発酵槽内における未分解固形物量を少なくする必要がある。従来のメタン発酵装置においては、濃縮汚泥の一部をメタン発酵装置外に排出することによって未分解汚泥をメタン発酵装置から排出している。
【特許文献１】特開２００２−３６１２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、メタン発酵処理するためのメタン菌も固形物であるため、消化汚泥を固液分離して得られた濃縮汚泥にもメタン菌が含まれている。したがって、濃縮汚泥をメタン発酵装置の外に排出すれば、メタン菌も一緒に排出される。メタン菌の増殖速度は遅いので、未分解固形物と一緒にメタン菌も装置から排出されると、メタン発酵槽内のメタン菌が減少する。これにより、メタン発酵処理が停止する場合や低負荷での運転しかできなくなる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、メタン発酵槽内におけるメタン菌の高濃度化が可能であって高負荷条件下においてメタン発酵処理をすることができるメタン発酵処理システム及びメタン発酵処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るメタン発酵処理システムは、有機性廃棄物をメタン発酵処理するためのメタン発酵槽と、メタン発酵槽から排出された脱離液に含まれる未分解固形物とメタン菌とを分離する第１の分離装置と、第１の分離装置から排出されメタン菌を含む分離液からそのメタン菌を分離する第２の分離装置と、第２の分離装置によって分離されたメタン菌をメタン発酵槽に返送する返送手段とを備えることを特徴とする。ここで、未分解固形物とは、有機性廃棄物のうちメタン発酵処理によっては分解されずに残ったものを意味している。
【０００９】
このメタン発酵処理システムでは、有機性廃棄物をメタン発酵槽内においてメタン発酵処理してメタン発酵槽から脱離液を排出する。この脱離液に含まれるメタン菌と未分解固形物とを第１の分離装置によって分離し、メタン菌を含む分離液を第２の分離装置に送る。そして、第２の分離装置によって、その分離液からメタン菌を更に分離する。この分離されたメタン菌を返送手段によってメタン発酵槽内に返送する。
【００１０】
脱離液とともにメタン発酵槽から排出されたメタン菌を、第１の分離装置によって未分解固形物から分離した後に第２の分離装置で濃縮してメタン発酵槽に返送するため、メタン発酵槽内のメタン菌濃度を高くすることができる。また、第１の分離装置によって脱離液からメタン菌と未分解固形物とが分離されるので、未分解固形物をメタン発酵処理システムの外に排出してもメタン発酵槽内のメタン菌の減少が抑制される。
【００１１】
また、本発明に係るメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵槽内でメタン発酵処理する発酵処理工程と、メタン発酵槽から排出された脱離液に含まれる未分解固形物とメタン菌とをそれらの沈降速度の差を利用して分離する第１の分離工程と、第１の分離工程において分離されたメタン菌を含む分離液を固液分離することによって分離液からメタン菌を分離する第２の分離工程と、第２の分離工程において分離されたメタン菌をメタン発酵槽に返送する返送工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発酵処理工程においてメタン発酵槽から排出される脱離液には、未分解固形物とメタン菌とが含まれる。この未分解固形物とメタン菌とはサイズが異なるため、沈降速度が相違する。上記方法では、第１の分離工程において、まず、脱離液中の未分解固形物とメタン菌とがそれらの沈降速度の差を利用して分離される。これにより、未分解固形物からなる固形物と、メタン菌を含む分離液とが得られる。次に、第２の分離工程において、その分離液を固液分離する。第１の分離工程において、メタン菌と未分解固形物とは分離されているので、分離液を固液分離することによってメタン菌を分離できる。そして、返送工程において、その分離液から分離されたメタン菌がメタン発酵槽に返送される。
【００１３】
この場合にも、脱離液に含まれメタン発酵槽から排出されたメタン菌がメタン発酵槽に返送されるので、メタン発酵槽内のメタン菌の濃度を高くすることができる。また、第１の分離工程において、メタン菌と未分解固形物とを分離しているので、未分解固形物を系外に排出してもメタン発酵槽内におけるメタン菌の減少が抑制される。
【００１４】
また、本発明に係るメタン発酵処理システムにおける第１の分離装置は、遠心分離機であることが好適である。また、本発明に係るメタン発酵処理方法の第１の分離工程においては、未分解固形物とメタン菌とを遠心分離機によって分離することが好適である。上述したようにメタン菌と未分解固形物とは沈降速度が異なる。そのため、遠心分離機の回転数を調整することによりメタン菌と未分解固形物とを分離できる。
【００１５】
更に、本発明に係るメタン発酵処理システムにおける第２の分離装置は、凝集槽であることが好ましい。また、本発明に係るメタン発酵処理方法の第２の分離工程においては、凝集槽を用いて分離液からメタン菌を分離することが好ましい。第１の分離装置によって、メタン菌と未分解固形物とが分離されているため、第２の分離装置に送られる分離液では、メタン菌の割合が多くを占めている。そのため、メタン菌を含む分離液を上記凝集槽で更に固液分離することでメタン菌を分離することができる。凝集剤としては、塩化第二鉄が好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、系内からメタン菌の流出が抑制されるため、メタン菌の高濃度化が可能であって高負荷条件下においてメタン発酵処理をすることができるメタン発酵処理システム及びメタン発酵処理方法を提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明に係るメタン発酵処理システムの一実施形態の構成を示す概略図である。
【００１９】
メタン発酵処理システム１は、有機性廃棄物を含む廃水をメタン発酵処理するためのメタン発酵槽２と、メタン発酵槽２からの脱離液に含まれる未分解固形物とメタン菌とを分離してメタン菌を含む分離液を得る遠心分離機（第１の分離装置）３と、分離液からメタン菌を分離する凝集槽（第２の分離装置）４とを含んで構成される。上記有機性廃棄物は、例えば、食品残渣、し尿、古紙などである。
【００２０】
メタン発酵槽２は、有機性廃棄物を含む廃水を受け入れ、その有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発酵させて処理するための槽である。メタン発酵槽２には、廃水を受け入れるラインＬ０と、メタン発酵槽２内での処理を経て排出される脱離液を遠心分離機３に送るラインＬ１と、凝集槽４で分離されたメタン菌を受け入れるラインＬ２（返送手段）とが接続されている。なお、ラインＬ１を通って遠心分離機３に送られた脱離液には、有機廃棄物のうち分解されなかった未分解固形物とメタン菌とが含まれている。
【００２１】
遠心分離機３は、メタン発酵槽２から排出される脱離液をラインＬ１により受け入れる。遠心分離機３は、脱離液に含まれるメタン菌と未分解固形物とを、それらの沈降速度の差に応じて分離する。
【００２２】
ここで、固形物であるメタン菌と未分解固形物とを分離する原理についてより詳細に説明する。一般に、液体中に固形物が含まれていると、その固形物は沈降する。液体中の固形物密度をρＳ、液体の密度をρＬ、固形物の粒子径をｄ、重力加速度をｇ、液粘度をηとすれば、それらと固形物の沈降速度Ｖとの関係は、以下の式のようになる。
【数１】
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上式は、いわゆるストークスの式であり、粒子径ｄの違いに応じて、沈降速度Ｖも異なることを示している。
【００２３】
通常、メタン菌は凝集性に乏しく分散状態で存在している。その大きさは１μｍ程度であって、通常、未分解固形物よりも小さい。したがって、（式１）より、メタン菌の沈降速度の方が未分解固形物のそれよりも遅い。なお、（式１）によれば、沈降速度Ｖは、固形物の密度ρＳにも依存する。しかし、（式１）に示されているように、固形物密度ρＳは１乗で沈降速度Ｖに寄与するのに対して、粒子径ｄは２乗で寄与する。そのため、粒子径ｄの影響の方が支配的であり、粒子径ｄが大きいほど沈降速度Ｖが速くなる傾向がある。
【００２４】
上述したように、未分解固形物の方が沈降する速度が速いため、未分解固形物は、メタン菌よりも早く脱離液から分離されて濃縮された汚泥となる。一方、メタン菌は濃縮されずに脱離液から未分解固形物が分離された分離液に含まれる。したがって、遠心分離機３の回転数を制御し一定の時間回転させることによって、未分解固形物とメタン菌とを分離することが可能である。ここで、遠心分離機３の回転数及び回転させる時間は、メタン菌が脱離液から分離されない、すなわち、分離液にメタン菌が含まれる回転数及び時間になるように調整される。
【００２５】
また、遠心分離機３には、分離された未分解固形物を排出するラインＬ３及び分離液を凝集槽４に送るラインＬ４も接続されている。
【００２６】
凝集槽４は、遠心分離機３からラインＬ４を通って送られてきた分離液からメタン菌を分離するための槽である。凝集槽４では、分離液に凝集剤（例えば、塩化第二鉄）を添加して分離液を固液分離する。遠心分離機３で未分解固形物は分離されているので、分離液に凝集剤を添加し固液分離することによって、分離液からメタン菌を分離できる。凝集槽４には、分離したメタン菌からなる汚泥をメタン発酵槽２に返送するラインＬ２及び分離液からメタン菌が分離された処理液を排水するラインＬ５も接続されている。
【００２７】
次に上記メタン発酵処理システムを用いたメタン発酵処理方法について説明する。まず、有機性廃棄物を含む廃水をラインＬ０によってメタン発酵槽２内に送り、メタン発酵槽２内のメタン菌によってその廃水をメタン発酵処理する。次に、ラインＬ１を通してメタン発酵槽２から脱離液を遠心分離機３に送る。
【００２８】
次に、遠心分離機３を回転させて、脱離液中の未分解固形物とメタン菌とをそれらの沈降速度Ｖの差に応じて分離する。これにより、未分解固形物はメタン菌から分離された固形物（汚泥）となる。この固形物はラインＬ３を通してメタン発酵処理システム１から排出される。また、メタン菌は、分離液に含まれたままラインＬ４を通って凝集槽４に送られる。
【００２９】
この凝集槽４内の分離液に凝集剤を添加して分離液を固液分離する。遠心分離機３からの分離液ではメタン菌の割合が多くを占めているので、固液分離により固形物であるメタン菌を分離できる。この分離されたメタン菌を含む汚泥を、ラインＬ２を通してメタン発酵槽２に返送する。また、分離液を固液分離することによって形成された処理液を、ラインＬ５から排水する。
【００３０】
上記方法では、脱離液に含まれメタン発酵槽２から排出されたメタン菌が未分解固形物から分離された後に濃縮されてメタン発酵槽２内に返送される一方、未分解固形物がメタン発酵処理システム１の外に排出される。そのため、メタン発酵槽２内のメタン菌の濃度を高くすることが可能であり、高負荷条件下でメタン発酵処理システム１を運転することができる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、第１の分離装置は、未分解固形物とメタン菌とをそれらの沈降速度の差に応じて分離できればよい。そのため、第１の分離装置としては、液体サイクロトロンや、線流速（Linear Velocity : ＬＶ）が調整された沈殿槽が更に例示される。また、第２の分離装置は、分離液を固液分離することによってその分離液からメタン菌を分離できればよく、膜分離装置、遠心分離機又は沈殿槽でもよい。第２の分離装置としての遠心分離機３は、メタン菌を分離可能な程度に大きな遠心力を付加できるものが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るメタン発酵処理システムの一実施形態の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…メタン発酵処理システム、２…メタン発酵槽、３…遠心分離機（第１の分離装置）、４…凝集槽（第２の分離装置）、Ｌ２…ライン（返送手段）。
【図１】
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