(57)【要約】 【課題】有機性廃棄物及び又は廃水を対象とした嫌気性消化法において、効率よく微生物を固定化し、ガス化効率を向上させる方法を提供する。【解決手段】    有機性廃棄物からなる被処理物を消化微生物固定化担体の存在下で直接、嫌気性処理する方法において、該担体として発泡ポリウレタンからなる固定化担体を用いる。また、得られた気相部を回収して燃料とし、得られた固相部を回収して有機性肥料とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物からなる被処理物を消化微生物固定化担体の存在下で直接、嫌気性処理する方法において、該担体として発泡ポリウレタンからなる固定化担体を用いることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
発泡ポリウレタンの細孔が、相互につながっていることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
発泡ポリウレタンの細孔数が、25 mm当たり20個以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
固定化担体の設置様式が、固定床型であることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
有機性廃棄物からなる被処理物を消化微生物固定化担体の存在下で、直接、嫌気性処理消化する方法において、（Ｉ）酸発酵性微生物及び／又はメタン発酵性微生物を含有する嫌気性消化汚泥の存在下、発泡ポリウレタンを消化微生物の担体とし、該被処理物を発泡ポリウレタンと接触させ嫌気的に消化する工程、（ＩＩ）該消化工程で得られた消化生成物を液相部と固相部とに分離する工程、（ＩＩＩ）該分離工程で得られた固相部を回収する工程、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６】
（Ｉ）の工程で発生したメタンを含有する気相部を燃料とすることを特徴とする請求項５に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
（ＩＩＩ）の回収工程で回収された固相部を有機性肥料とすることを特徴とする請求項５に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項８】
直接型嫌気性消化槽を備えた嫌気性消化装置であって、該嫌気性消化装置の内部に発泡ポリウレタンからなる消化微生物固定化担体が収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７何れかに記載の有機性廃棄物の処理方法に用いられる嫌気性消化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭・レストラン・工場・下水処理場等から排出される有機性廃棄物や廃水を、直接、嫌気性消化槽を用い嫌気的に発酵させることにより、廃棄物中の有機物を迅速に分解・消化処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ等有機性廃棄物の処理方法として、嫌気性消化が注目されるようになっている。しかし、従来の嫌気性消化法では、有機物分解速度、消化ガス生成速度は十分に高くないという問題点があり、そのため、ある程度大きな消化槽を用意する必要があった。分解速度が速くなれば、消化槽がよりコンパクトにでき、経済性・エネルギー収支等の改善が実現できる。
【０００３】
これらの問題点を解消するために、活性汚泥方式で発生する汚泥の余剰部分を、高温嫌気性消化処理し、該処理液を固液分離膜に通して循環させ、該分離膜を通して水分を抜き取ることを特徴とする有機性汚泥の処理方法が提案されているが（特許文献１）、この方法は、従来の高温型嫌気性消化法であり、十分に消化効率が上がらないという問題があった。
【０００４】
また、消化汚泥を主体とする混合液を嫌気性消化リアクタから引き抜き循環・返送する過程で熱処理する方法が提案されているが（特許文献２）、この方法は、消化汚泥を高温で処理して物理化学的に消化汚泥の構造を破壊しようとしたものであり、嫌気性消化槽そのものの性能を向上させる方法ではなく、消化効率が十分に上がらないという問題が残る。
【０００５】
嫌気性消化槽内に微生物の住処となる担体を具備することにより、分解に関わる微生物を高濃度に槽内に維持し、分解・ガス化効率を図る固定化法が検討されている。
UASB法といわれる微生物が自己凝集したグラニュールを用い、消化槽内の微生物濃度を高める方法が検討・実用化されているが（特許文献３）、この方法は固形分をあまり分解できないので、もっぱら懸濁固形分の少ない有機性廃水の処理に利用されており、固形分を含有する有機性廃棄物や廃水の嫌気性処理には不向きである。
【０００６】
多孔質セラミック顆粒担体を用いた固定化嫌気性消化法が報告されているが（特許文献４）、本法はセラミック顆粒に貫通孔を設け数珠状に固定化して使用するため、装置が複雑で施工が難しく、槽内の担体容積が少ないため分解効率がさほど上昇しないという問題は残る。
【０００７】
また、流動性の0.5〜6 mmの粒状有機ゲル微粒子を微生物固定化担体として用いる方法が報告されているが（特許文献５）、流動性の微粒子を製造することや消化槽内に維持することが難しく、経済性や操作性に問題がある。
【０００８】
また、不織布に酸化剤で親水化処理し、微生物担体として利用する方法が報告されているが（特許文献６）、不織布では繊維を利用するため密度や空隙率を最適化することが困難で、微生物の担体としては不向きであるという問題がある。
【０００９】
これらの欠点を解消するために、本発明者等は、先に、有機性廃水及び／又は有機性廃棄物を嫌気性消化処理し、得られる消化液を固液分離膜により分離する嫌気性消化処理方法であって、嫌気性消化処理を嫌気性消化微生物固定化担体の存在下で行う、有機性廃水及び／又は有機性廃棄物の嫌気性消化処理方法が提案した（特許文献７）。
【００１０】
【特許文献１】特開平０７−１４８５００号公報
【特許文献２】特開平１０−０８５７８４号公報
【特許文献３】特開平１１−３１９７８２号公報
【特許文献４】特開平０９−０３８６８６号公報
【特許文献５】特開２００３−０６２５９４号公報
【特許文献６】特開２００３−２６０４４６号公報
【特許文献７】特願２００２−３３９６２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記特許文献７の方法を更に発展させたものであり、その目的は、有機性廃棄物からなる被処理物を消化微生物固定化担体の存在下で、固液分離膜を用いることなく直接、嫌気性処理する方法において、消化槽内に効率よく嫌気性微生物を維持し、有機性廃棄物を嫌気性消化により効率よく分解・ガス化し、メタンの生成効率を高めて消化速度を向上させ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】
【００１２】
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）  有機性廃棄物からなる被処理物を消化微生物固定化担体の存在下で、直接、嫌気性処理する方法において、担体として発泡ポリウレタンからなる固定化担体を用いることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
（２）  発泡ポリウレタンの細孔が、相互につながっていることを特徴とする上記（１）に記載の有機性廃棄物の処理方法。
（３）  発泡ポリウレタンの細孔数が、25 mm当たり20個以上であることを特徴とする上記（１）に記載の有機性廃棄物の処理方法。
（４）  固定化担体の設置様式が、固定床型であることを特徴とする上記（１）に記載の有機性廃棄物の処理方法。
（５）  有機性廃棄物からなる被処理物を消化微生物固定化担体の存在下で、直接、嫌気性処理消化する方法において、（Ｉ）酸発酵性微生物及び／又はメタン発酵性微生物を含有する嫌気性消化汚泥の存在下、発泡ポリウレタンを消化微生物の担体とし、該被処理物を発泡ポリウレタンと接触させ嫌気的に消化する工程、（ＩＩ）該消化工程で得られた消化生成物を液相部と固相部とに分離する工程、（ＩＩＩ）該分離工程で得られた固相部を回収する工程、を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
（６）  （Ｉ）の工程で発生したメタンを含有する気相部を燃料とすることを特徴とする上記（５）記載の有機性廃棄物の処理方法。
（７）（ＩＩＩ）の回収工程で回収された固相部を有機性肥料とすることを特徴とする上記（５）に記載の有機性廃棄物の処理方法。
（８）  直接型嫌気性消化槽を備えた嫌気性消化装置であって、該嫌気性消化装置の内部に発泡ポリウレタンからなる消化微生物固定化担体が収容されていることを特徴とする上記（１）乃至（７）何れかに記載の有機性廃棄物の処理方法に用いられる嫌気性消化装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は前記のような構成であり、有機性廃棄物及び又は廃水は発泡ポリウレタン担体に固定化された嫌気性微生物の分解消化処理を受ける。分解消化に関わる微生物が効率よくポリウレタンに固定化されているので、槽内の微生物濃度が高く、分解消化が効率よく進む。結果として、有機物の分解速度が速く、メタンガスがより迅速に発生する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の最大の特徴は、従来の固液分離膜を用いることなく、通常の繊維状の消化性固定化担体の存在下で直接嫌気性消化処理方法の有する、特に消化槽運転開始時における嫌気性微生物の固定化速度が遅いため、慣らし運転に時間が掛かるといった問題点を克服するために、嫌気性消化槽内に収容する該担体として発泡ポリウレタン製の担体を選定した点にある。
このように固定化担体として、発泡ポリウレタン製のものを用いると、ポリウレタンの細孔数や密度が最適化されているため、分解消化・ガス化に関わる微生物が効率よくポリウレタンの細孔に入り高密度で固定化されるため、消化が効率よくすすむ。
【００１５】
本発明でいう、嫌気性消化には、酸素のない嫌気的な条件で嫌気性微生物の働きにより、有機物からメタンと二酸化炭素を生成させる方法と、嫌気性消化処理とは、20〜70℃、好ましくは30〜60℃で行う嫌気性消化処理の両消化法が包含される。この嫌気性消化処理は、35〜37℃で行われる中温消化法でも、55℃で行われる高温消化法であってもよい。
また、本発明においては、固定化微生物を利用し、原料の水分含量を80%以上に調整して消化を行う湿式消化方法を採用することが好ましい。
【００１６】
また、本明細書で言う酸発酵性微生物とは、嫌気性消化において有機酸等を生成する微生物を意味し、Bacteroides sp.、Clostridium sp.、Bacillussp.、Lactobacillus sp.等があげられる。メタン発酵性微生物とは、嫌気性消化においてメタンを生成する微生物を意味し、Methanobacteriumsp., Methanothermobacter sp., Methanosarcinasp.、Methanosaeta sp.等があげられる。両者とも従来よく知られているものである。
【００１７】
本発明の処理対象となる有機性廃棄物には、家庭・レストラン・食品工場等から排出される食品残滓や排水および発酵工場等で排出される発酵残滓や排水、下水処理場・食品工場・浄化槽等で廃水処理後排出される有機性汚泥一般、落ち葉や剪定枝なその植物性バイオマス、古紙類などを意味する。
【００１８】
本発明の方法を実施するには、消化槽内で嫌気性消化汚泥と原料の有機性廃棄物を混合し、含水率75〜99.9%望ましくは85〜98%に調整し、必要に応じて破砕し、20℃以上望ましくは30〜60℃更に好ましくは35または55℃で湿式嫌気性消化処理させる。
【００１９】
この場合、本発明においては、この消化槽内に、発泡ポリウレタン固定化担体を具備させる。
本発明で言うポリウレタンとは、ウレタン結合を有するポリマーの総称で、ウレタン結合はイソシアネート基と、水酸基などの活性水素を有する化合物との付加反応により生成されたものを言い、本発明では、その発泡体を固定化担体として用いる。発泡ポリウレタンで、密度や細孔数を任意に調整することができる。
固定化担体の収容方法としては、固定床でも流動床でも、それらを組み合わせた方法でもよいが、固定化担体が嫌気性消化槽内で固定されて動かず、消化物が動く状態で消化が進む固定床が好ましく使用される。
【００２０】
担体である発泡ポリウレタンの形状は、制約されず、補助資材等を用いて円筒状、平板状、球状、円盤状の形状にも成型することができる。発泡ポリウレタンの厚さは、5〜200 mm望ましくは10〜50 mm、ポリウレタンの密度は、5〜100 kg/m3望ましくは20〜40kg/m3、ポリウレタンは、その細孔が相互につながっているオープンセル構造であることが望ましい。また、その細孔数は、10個/25mm以上望ましくは20〜50個/25mmである。
【００２１】
固定化に用いる嫌気性消化汚泥としては、酸発酵性微生物やメタン発酵性微生物を含有する下水汚泥の嫌気性消化に使用される通常の嫌気性消化汚泥や、既存の嫌気性消化汚泥を別途培養したものを使用することができる。
【００２２】
前記のようにして、有機性廃棄物を酸発酵性微生物やメタン発酵性微生物を固定化した発泡ポリウレタン担体を用いて嫌気的に消化処理すると、有機物が分解されてガス化し、嫌気性消化残滓が得られる。その時発生する嫌気性消化残滓は、窒素やリンなどの肥料成分を多く含み、発酵が進んでいるので有機性肥料として利用することが可能である。
また、好気的なコンポスト法によって生産された有機性肥料中の塩分が問題となる場合があるが、本法では発酵残滓は固液分離後固相部が有機性肥料となり、塩分は液相部中に多く含まれるため、本法により得られる有機性肥料はコンポスト法による有機性肥料に比べ塩分濃度が低いという利点を有する。
【００２３】
また、消化時に発生するメタンは、ボイラー燃料、消化ガス発電、マイクロガスタービンや水素への改質後燃料電池の燃料として利用することが出来る。
【００２４】
次に、本発明について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明を実施する場合のフローシートを示す。
図１において、１は廃棄物貯留タンク、２は原料廃棄物配管、３は嫌気性消化槽、４は発泡ポリウレタン担体、５は撹拌装置、６は消化ガス配管、７は消化ガス貯留タンク、８は処理物配管、９は固液分離装置、１０は処理固形物配管、１１は処理固形物貯留タンク、１２は処理液相配管、１３は処理液相貯留タンクを各示す。
【００２５】
図１に従って本発明を実施するには、有機性廃棄物貯留タンク１より有機性廃棄物配管２を通って、メタン発酵を生じさせる微生物を含有する嫌気性汚泥を投入して発泡ポリウレタン担体に固定化した嫌気性消化槽３に、有機性廃棄物を供給する。
メタン発酵を生じさせる微生物を含有する嫌気性汚泥としては、前記したように、下水処理場の下水汚泥の嫌気性消化汚泥等を使用すればよい。この場合、この嫌気性消化槽３は、その内部に円筒状または平板状の発泡ポリウレタン担体４を具備し、嫌気性微生物を固定化する。通常、微生物の固定化には、消化槽の立ち上げ時に槽内に嫌気性消化汚泥を投入後、原料を加えないで2〜3週間運転し、その後徐々に原料を加えていく方法を用いる。
【００２６】
この嫌気性消化槽３において、廃棄物は固定化微生物の分解作用を受けながら消化処理を受ける。この消化処理により、廃棄物中の有機物は従来の嫌気性消化に比べ、より迅速に安定的に分解消化されメタンを発生する。本発明の場合、密度や細孔数を最適化した発泡ポリウレタン担体に効率よくメタン発酵性微生物が固定化され、槽内の分解微生物濃度が高くなっているので、従来の消化法に比べ有機物分解速度及び消化ガス化速度の向上が達成される。特に、消化槽運転開始時における嫌気性微生物の固定化速度が速く、慣らし運転を短縮できる。
【００２７】
本発明に係る嫌気性消化槽は、槽内の汚泥を撹拌し発酵反応を促進させるために、撹拌装置を具備させることが望ましい。また、槽内の汚泥を抜き再度投入することにより撹拌を実現してもよい。
【００２８】
また、嫌気性消化槽３内で発生したメタンを含む消化ガスは消化ガス配管６を通って消化ガス貯留タンク７に貯留される。この場合の消化ガスは、通常CH4:50〜100モル％、CO2:0〜50モル％、H2:0〜10モル％を含有する。
【００２９】
一方、嫌気性消化槽３で得られた消化物は処理物配管８を通って固液分離装置９に導入される。固液分離装置９において、液相部（廃水）と固相部（処理物）とに分離され、固相部は処理固形物配管１０を通って固相部貯留タンク１１に貯留され、液相部は処理液相配管１２を通って処理液相貯留タンク１３に貯留される。
【００３０】
前記固液分離装置９は、濾過器や遠心分離機、沈降槽等からなる。この固液分離装置により、消化物は液相部と固相部とに分離される。この固相部は窒素やリンなどの肥料成分を多く含み、発酵が進んでいるので有機性肥料として利用することができる。また、前記液相部（廃水）は、通常溶存有機物や溶存無機物の濃度の低いものであり、必要に応じ廃水処理後放流される。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。  
【００３２】
実施例１
300 ml容量のリアクタに、消化汚泥と酢酸培地の混合物を150 ml加えた。発泡ポリウレタン（細孔数20個/25 mm）を消化液の20％（v/v、30 ml）リアクタ内に固定して固定床とし、密閉後内部のガスを窒素で置換してリアクタ内を嫌気性にした。ポリ瓶から発生したガス生成量をシリンジで測定し、メタン濃度はガスクロで測定した。35℃の振動培養器(120 rpm)に週一回酢酸培地を供給する半連続式で、42日間培養した。流入液と流出液の溶存総有機炭素濃度を測定し、添加溶存有機物当たりメタン収率を検討した。
【００３３】
参考例１
細孔数13個/25 mmの発泡ポリウレタンを固定床とし、実施例１に同様な実験を行い、各データを測定した。
【００３４】
参考例２
細孔数20個/25 mmの発泡ポリウレタンを流動床とし、実施例１に同様な実験を行い、各データを測定した。
【００３５】
［実施例１と参考例１の実験結果およびその考察］
細孔数13個/25 mmの発泡ポリウレタンを固定床とした比較例１では、培養42日後の累積メタンガス生成量は413mlであったのに対し、細孔数20個/25 mmで固定床法の実施例１の累積メタンガス生成量は、1073 mlであった。また、参考例１では208ml/g-添加溶存総有機炭素のメタン収率あったのに対し、実施例１では590 ml/g-添加溶存総有機炭素のメタン収率であった。細孔数20 個/25mmの発泡ポリウレタンを固定床としたリアクタではより多くのメタン菌が固定化され、細孔数13 個/25mmの発泡ポリウレタンリアクタより消化ガス生成量が向上したと考えられる。
【００３６】
［実施例１と参考例２の実験結果およびその考察］
細孔数20個/25mmの、発泡ポリウレタンを流動床とした参考例２では、培養42日後の累積メタンガス生成量は631 mlであったのに対し、実施例１の累積メタンガス生成量は1073
mlであった。また同様の実験条件で、参考例２では307 ml/g-添加溶存総有機炭素のメタン収率に対し、実施例１では590 ml/g-添加溶存総有機炭素のメタン収率であった。流動床に比べ固定床を具備したリアクタがより安定で、より多くの消化ガスが生成したと考えられる。
【００３７】
これらの実験結果から、嫌気性消化槽内に細孔数20個/25mmで固定床型発泡ポリウレタン担体を具備すると、効率よく嫌気性微生物が固定化され、有機性廃棄物の分解速度やガス化速度が向上することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る有機性廃物の嫌気性消化装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１．廃棄物貯留タンク
２．原料廃棄物配管
３．嫌気性消化槽
４．発泡ポリウレタン担体
５．撹拌装置
６．消化ガス配管
７．消化ガス貯留タンク
８．処理物配管
９．固液分離装置
１０．処理固形物配管、
１１．処理固形物貯留タンク
１２．処理液相配管
１３．処理液相貯留タンク
【図１】
2005238200.tif 000002