(57)【要約】【課題】メタン発酵処理された汚泥を再度メタン発酵処理することによって、効率良く固形有機物性廃棄物を処理することができる。【解決手段】有機性廃棄物の前処理設備１と、前処理された有機性廃棄物を減容化するとともにメタンガスを回収するメタン発酵槽６と、メタン発酵槽６によりメタン発酵した後の有機性廃棄物を固液分離する脱水設備４と、脱水設備４により分離した排水を処理する排水処理設備５とを備えた、有機性廃棄物の処理装置において、メタン発酵槽６で発生したアンモニアを除去するアンモニア除去槽６が設置され、アンモニア除去槽６によりアンモニア除去処理された有機性廃棄物は、メタン発酵槽２に直接、戻される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物の前処理設備と、前処理された有機性廃棄物を減容化するとともにメタンガスを回収するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽によりメタン発酵した後の有機性廃棄物を固液分離する脱水設備と、前記脱水設備により分離した排水を処理する排水処理設備とを備えた、有機性廃棄物の処理装置において、
前記メタン発酵槽で発生したアンモニアを除去するアンモニア除去槽が設置され、前記アンモニア除去槽によりアンモニア除去処理された有機性廃棄物は、前記メタン発酵槽に直接、戻されることをことを特徴とする、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項２】
アンモニア態窒素を含有または生成し、かつ、固形物を含有する有機性廃棄物をメタン発酵槽においてメタン発酵処理する、有機性廃棄物の処理方法において、
メタン発酵処理を施した有機性廃棄物に含まれるアンモニア態窒素をアンモニア除去槽において除去し、さらに、アンモニア除去処理した有機性廃棄物を、前記メタン発酵槽に直接、戻すことを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
メタン発酵処理およびアンモニア態窒素の除去処理に供する有機性廃棄物の固形物濃度は、５から３０％の範囲内であることを特徴とする、請求項２記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
メタン発酵処理およびアンモニア態窒素の除去処理の方法がストリッピング法であることを特徴とする、請求項２または３記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理において、空気、窒素およびメタン発酵処理で生成したガスの少なくとも１つを用いることを特徴とする、請求項４記載の、有機物廃棄物の処理方法。
【請求項６】
ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理を、下記式（１）で定義されるガス液比が２０から１０００の範囲内に維持されるようにして行うことを特徴とする、請求項４または５記載の、有機性廃棄物の処理方法。
ガス液比＝Ｇ／Ｌ＝Ｇ（Ｖ／ｔ）            ---（１）
但し、（１）式において、
Ｇ：ガス流量［ｍ3／ｈ］、
Ｌ：有機性廃棄物量［ｍ3／ｈ］、
Ｖ：処理する有機性廃棄物体積［ｍ3］、
ｔ：処理時間［ｈ］
である。
【請求項７】
ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理を、３０から９０℃の温度範囲下で行うことを特徴とする、請求項４から６の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項８】
ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理を、−０．０３から０．０３ＭＰａＧの圧力範囲下で行うことを特徴とする、請求項４から７の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項９】
ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理時にアルカリを添加して有機性廃棄物のｐＨを７から１０の範囲内に調整することを特徴とする、請求項４から８の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項１０】
ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理時にアルカリを添加して有機性廃棄物のｐＨを７から１０の範囲内に調整するとともに、アンモニア態窒素の除去処理において発生する排ガスを６０℃以下に冷却処理した後、処理ガスと処理液とに分離し、回収した処理液をアンモニア除去槽に戻すことを特徴とする、請求項４から８の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項１１】
ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理において発生する排ガスを６０℃以下に冷却処理した後、処理ガスと処理液とに分離し、回収した処理液にアルカリを添加し、アンモニア除去槽に戻すことを特徴とする、請求項４から８の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機性廃棄物の処理装置および処理方法、特に、アンモニア態窒素を含有し、かつ固形物を含有する有機性廃棄物をメタン発酵処理（嫌気性消化処理）するプロセスの簡素化およびメタン発酵槽の小型化を図ることができる、有機性廃棄物の処理方法および処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃棄物の処理、処分は大きな社会問題となっており、特に、食品リサイクル法の実施により、生ゴミ、厨芥類の処理は、解決必至の課題として対応が求められている。このような状況の下、近年、わが国においては、下水汚泥処理、屎尿処理に加え厨芥処理を対象とした固形有機性廃棄物のメタン発酵技術が数多く開発されている。
【０００３】
その中で、メタン発酵処理において阻害要因となるアンモニア態窒素の処理についても、多くの技術が開発されている。例え、特許文献１には、メタン発酵処理した廃棄物の一部に熱アルカリ処理・アンモニア除去処理を施し、これを未処理廃棄物と混合し再度メタン発酵に供する廃棄物処理法が開示されている。以下、この技術を従来技術という。
【０００４】
この従来技術によれば、メタン発酵処理された一部の廃棄物からアンモニアを除去し、これを再度メタン発酵槽に戻すため、このメタン発酵槽内における廃棄物のアンモニア態窒素濃度を低下させることができ、効率良く固形有機性廃棄物を処理することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１３７８１２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、従来技術はメタン発酵処理された廃棄物を、前処理を施した有機性廃棄物と混合してメタン発酵槽に戻し、再度メタン発酵処理を施すため、大容量のメタン発酵槽が必要となるといった問題を有している。
【０００７】
従って、この発明の目的は、アンモニア態窒素を含有し、かつ固形物を含有する有機性廃棄物をメタン発酵処理するプロセスの簡素化およびメタン発酵槽の小型化を図ることができる、有機性廃棄物の処理方法および処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上述した目的を達成するためになされたものであって、下記を特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明は、有機性廃棄物の前処理設備と、前処理された有機性廃棄物を減容化するとともにメタンガスを回収するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽によりメタン発酵した後の有機性廃棄物を固液分離する脱水設備と、前記脱水設備により分離した排水を処理する排水処理設備とを備えた、有機性廃棄物の処理装置において、前記メタン発酵槽で発生したアンモニアを除去するアンモニア除去槽が設置され、前記アンモニア除去槽によりアンモニア除去処理された有機性廃棄物は、前記メタン発酵槽に直接、戻されることに特徴を有するものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、アンモニア態窒素を含有または生成し、かつ、固形物を含有する有機性廃棄物をメタン発酵槽においてメタン発酵処理する、有機性廃棄物の処理方法において、メタン発酵処理を施した有機性廃棄物に含まれるアンモニア態窒素をアンモニア除去槽において除去し、さらに、アンモニア除去処理した有機性廃棄物を、前記メタン発酵槽に直接、戻すことに特徴を有するものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、メタン発酵処理およびアンモニア態窒素の除去処理に供する有機性廃棄物の固形物濃度は、５から３０％の範囲内であることに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、メタン発酵処理およびアンモニア態窒素の除去処理の方法がストリッピング法であることに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理において、空気、窒素およびメタン発酵処理で生成したガスの少なくとも１つを用いることに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理を、下記式（１）で定義されるガス液比が２０から１０００の範囲内に維持されるようにして行うことに特徴を有するものである。
【００１５】
ガス液比＝Ｇ／Ｌ＝Ｇ（Ｖ／ｔ）            ---（１）
但し、（１）式において、
Ｇ：ガス流量［ｍ3／ｈ］、
Ｌ：有機性廃棄物量［ｍ3／ｈ］、
Ｖ：処理する有機性廃棄物体積［ｍ3］、
ｔ：処理時間［ｈ］
である。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項４から６の何れか１つに記載の発明において、ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理を、３０から９０℃の温度範囲下で行うことに特徴を有するものである。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項４から７の何れか１つに記載の発明において、ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理を、−０．０３から０．０３ＭＰａＧの圧力範囲下で行うことに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項４から８の何れか１つに記載の発明において、ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理時にアルカリを添加して有機性廃棄物のｐＨを７から１０の範囲内に調整することに特徴を有するものである。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、請求項４から８の何れか１つに記載の発明において、ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理時にアルカリを添加して有機性廃棄物のｐＨを７から１０の範囲内に調整するとともに、アンモニア態窒素の除去処理において発生する排ガスを６０℃以下に冷却処理した後、処理ガスと処理液とに分離し、回収した処理液をアンモニア除去槽に戻すことに特徴を有するものである。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、請求項４から８の何れか１つに記載の発明において、ストリッピングによるアンモニア態窒素の除去処理において発生する排ガスを６０℃以下に冷却処理した後、処理ガスと処理液とに分離し、回収した処理液にアルカリを添加し、アンモニア除去槽に戻すことに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、アンモニア態窒素を含有し、かつ固形物を含有する有機性廃棄物をメタン発酵処理するプロセスの簡素化およびメタン発酵槽の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明の有機性廃棄物の処理装置の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、この発明の有機性廃棄物の処理装置を示すブロック図、図２は、アンモニア除去槽部分の詳細図である。
【００２４】
図１および図２に示すように、厨芥、あるいは下水汚泥などの有機性廃棄物は、前処理設備１において混合、粉砕された後、メタン発酵槽２に送られ、ここで後工程の処理負荷を軽減するために減容化されるとともに資源再利用の観点からメタンガスが回収される。回収されたメタンガスは、ガス精製設備３に送られ、発電などに利用される。一方、メタン発酵後の有機性廃棄物は、脱水設備４に送られて固液分離される。脱水設備４において固形分として分離された脱水ケーキは、焼却処理またはコンポスト化される。一方、排水（ろ過水）は、排水処理設備５に送られ、処理水は、河川などに放流される。
【００２５】
メタン発酵槽２においてメタン発酵処理（嫌気性消化処理）された有機性廃棄物の一部は、アンモニア除去槽６に送られ、ここで有機性廃棄物に含まれるアンモニア態窒素の少なくとも一部が除去される。アンモニア態窒素の少なくとも一部が除去された有機性廃棄物は、メタン発酵槽２に戻される。
【００２６】
有機性廃棄物に含まれるタンパク質などの窒素成分は、ほとんどがメタン発酵処理時にアンモニア態窒素に変化するため、それ以前に除去処理を行っても効果は著しく小さい。一方、同様の理由からアンモニア態窒素の除去処理をメタン発酵処理後に行うことはメタン発酵の阻害要因を取り除くことにならない。従って、メタン発酵と同時に並行してアンモニア態窒素を除去することにより、換言すれば、生成したアンモニア態窒素がメタン発酵菌の活動に対する許容濃度を超えて蓄積しないよう除去することにより、メタン発酵処理を円滑に進めることが可能となる。
【００２７】
メタン発酵処理およびアンモニア態窒素の除去処理に供する有機性廃棄物の固形物濃度は、５から３０％の範囲内で行うのが好ましい。固形物濃度が５％未満では、高いメタン発酵効率を得ることができない。固形物濃度の上限を３０％に限定した理由は、次の通りである。厨芥の場合、平均的な固形物濃度は２０％程度であるが、水分を多く含む野菜、果実等の含有率が低い厨芥では固形物濃度は３０％程度である。３０％はこうした固形物濃度の高い厨芥に対しても希釈することなく処理可能な量である。固形物濃度が３０％を超えると、（１）アンモニア除去槽における撹拌所要動力の増大、（２）廃棄物を加熱、冷却する際の熱交換の効率低下を招く。
【００２８】
メタン発酵槽２によるアンモニア態窒素の除去処理は、ストリッピング法で行うことが好ましい。アンモニア態窒素の除去処理には、生物脱窒法、塩素処理法、吸着法、晶析法など様々な方法があり、この発明においてもその手段は限定されないが、対象の固形物濃度が高く、それに伴って粘度が高いこと（数千ｃＰ以上）、またシンプルな設備で短時間に低コスト、小スペースで効率よく実施できる方法であることからストリッピング法が最適と言える。
【００２９】
ストリッピング法による場合、空気、窒素ガスおよびメタン発酵処理にて生成したメタンを主成分とするガスの少なくとも１つを用いることが好ましい。これらのガスは、運転負荷を増大させないので好ましいが、安全なものであれば、上記ガスに限定されるものではない。
【００３０】
ストリッピング法によりアンモニア態窒素を除去処理するに際しては、下記式（１）で定義されるガス液比を２０から１０００の範囲内に維持することが好ましい。
【００３１】
ガス液比＝Ｇ／Ｌ＝Ｇ（Ｖ／ｔ）            ---(１)
但し、(１)式において、
Ｇ：ガス流量［ｍ3／ｈ］、
Ｌ：有機性廃棄物量［ｍ3／ｈ］
Ｖ：処理する有機性廃棄物体積［ｍ3］、
ｔ：処理時間［ｈ］
である。
【００３２】
ガス液比を上記範囲内に限定するのは、ガス液比が２０未満の場合には、アンモニア態窒素を効率良く除去することは難しく、一方、ガス液比が１０００を超えると除去効率は高くなるが大型ブロワーが必要となり運転負荷は重くなり、同時にアンモニア態窒素に同伴する水または蒸気量が増えて、ガス処理の負荷が増大するからである。
【００３３】
ストリッピング処理は、３０から９０℃の範囲内の温度下で行うことが好ましい。これは、ストリッピング処理温度が３０℃未満であると、気液平衡の制約から液相のアンモニア態窒素を効率よく気相に移動させることは難しく、一方、ストリッピング温度が９０℃を超えると除去効率は高くなるが水の蒸気圧も高くなりアンモニア態窒素に同伴する水または蒸気量が増大するからである。
【００３４】
ストリッピング処理は、−０．０３から０．０３ＭＰａＧの範囲内の圧力下で行うことが望ましい。これは、ストリッピング処理圧力が−０．０３ＭＰａＧ未満の場合には、アンモニア態窒素の除去効率は顕著に高くなるが水の蒸発飛散も増大させることになり、一方、ストリッピング処理圧力が０．０３ＭＰａＧを超える場合には、アンモニア態窒素の分離速度が小さいため長い処理時間が必要となるからである。
【００３５】
ストリッピング処理に際して、有機性廃棄物にアルカリを添加して、有機性廃棄物のｐＨを７から１０の範囲内に調整することが望ましい。これは、液相におけるアンモニア態窒素は、その存在形態の殆どがフリーのアンモニアであるためストリッピングによる分離除去が容易となるからである。しかしながら、ｐＨが７未満であると解離平衡の制約から液相におけるアンモニア態窒素は、アンモニウムイオン形態としての存在比が高いため、除去効率は著しく低下する。一方、ｐＨを１０を超えて高くしてもアンモニア態窒素の存在形態に大きな変化はなく、薬剤を大量に費やすのみである。
【００３６】
アンモニア態窒素の除去処理の際に発生するアンモニア態窒素と水または蒸気を含む排ガスは、コンデンサー７により６０℃以下に冷却処理され、気液分離器８によって処理ガスと処理液とに分離される。回収された処理液の少なくとも一部は、アンモニア除去槽６に戻される。これによって、ストリッピングの進行に伴い処理を施す有機性廃棄物の含水率の低下、粘度の増大を抑えて除去効率を高く維持することが可能となる。なお、冷却処理温度は、アンモニア態窒素の除去処理温度、すなわちストリッピング温度より低くするとより効果的である。分離された処理ガス（アンモニアキャリアガス）は、例えば、硫酸に吸収させて硫安として回収される。
【００３７】
ストリッピング処理に際して、有機性廃棄物にアルカリを添加する代わりに、回収された上記処理液にアルカリまたはアルカリ水溶液を添加し、この処理液をアンモニア除去槽６に戻してストリッピング処理時のｐＨ調整を行っても良い。処理液にアルカリを添加することにより処理液自体のｐＨが高くなり、排ガス中のアンモニア態窒素の溶解を抑制できる。すなわち、冷却分離においてアンモニア態窒素と同伴水の分離効率を著しく向上させることができる。さらに、排ガスは、少量といえども硫化水素を含んでいるが、冷却分離工程においてアルカリを添加した処理水でこれを捕集することができるため、処理ガスとしてのアンモニア態窒素の処理負荷を著しく軽減することが可能となる。
【００３８】
メタン発酵を効率良く行うために好ましいアンモニア態窒素濃度は、３０００ｍｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは２５００ｍｇ／Ｌ以下である。特に、メタン発酵を５０℃以上の高温で行う場合は、アンモニア態窒素濃度を２０００ｍｇ／Ｌ以下に維持することが望ましい。
【００３９】
固形物濃度が高く粘性の高い有機性廃棄物のアンモニア態窒素を効率良く除去する上で、ストリッピング槽内での有機性廃棄物（処理汚泥）の撹拌、即ち、有機性廃棄物（処理汚泥）中のキャリアガスの分散、および有機性廃棄物の気液界面を更新させることも高い効果を生み出す。撹拌機９の撹拌方式に特に制限はなく水平撹拌、垂直撹拌の何れでも良い。また、撹拌翼は、パドルタイプ、タービンタイプ、スパイラルタイプ等を使用することができる。撹拌翼の数量、大きさ、さらには回転数についてもストリッピング槽内の有機性廃棄物を適度に混合できるものであれば任意に選定できるが、例えば、固形物濃度および粘度が著しく高い有機性廃棄物を処理する場合においては、毎分数回転から数十回転の低速・高トルク型のものを使用することが望ましい。
【００４０】
有機性廃棄物の処理量：５０ｍ3／日、メタン発酵処理時間：２０日、アンモニア除去処理する廃棄物量：５０ｍ3／日とした場合、図３に示すように、アンモニア除去処理された有機性廃棄物をメタン発酵に直接戻すこの発明では、メタン発酵槽の有効容積は１０００ｍ3で済むのに対して、図４に示すように、未発酵の有機性廃棄物と混合してメタン発酵槽に戻す、上述した従来技術では、倍の２０００ｍ3もの有効容積を要する。このことから、この発明によれば、固形物を含有する有機性廃棄物をメタン発酵処理するプロセスの簡素化およびメタン発酵槽の小型化を図ることができることが分かる。
【実施例１】
【００４１】
以下に、有機性廃棄物として厨芥を例に挙げ、この発明をさらに詳細に説明する。なお、有機性廃棄物としては、厨芥以外に下水処理汚泥、屎尿、その他のアンモニア態窒素を含有する有機性廃棄物を含む。
【００４２】
アンモニア態窒素を５０００ｍｇ／Ｌ含有する厨芥１００重量部を、パドル型の二枚翼を有する撹拌機を具備した容器に装填し、常圧下、温度８０℃において空気を用いてストリッピング試験を行った。使用した厨芥の固形物濃度は２５％であり、比重はほぼ１．０であった。排ガスはコンデンサーで４０℃に冷却し、気液分離器中で分離した処理液に苛性ソーダを添加し、これをストリッピング槽に循環してストリッピング槽内の有機性廃棄物をｐＨ＝８．０にコントロールした。上記式（１）に示すガス液比が４５０となるよう空気を吹き込み、この状態を１５０分間維持した。そして、終了後の厨芥を採取しアンモニア態窒素濃度を測定した。この結果、アンモニア態窒素濃度は７０４ｍｇ／Ｌであり、アンモニア態窒素除去率は８６％であった。
【００４３】
比較例として、実施例１と同様のストリッピング試験を排ガスをコンデンサーで４０℃に冷却し、気液分離器中で分離した処理液に苛性ソーダを添加せず、ストリッピング槽に循環しながら実施した。なお、ストリッピング槽内の有機性廃棄物のｐＨコントロールは、ストリッピング槽に直接苛性ソーダ水溶液を添加しながら行った。その結果１５０分後のストリッピング槽内の有機性廃棄物のアンモニア態窒素濃度は１５１３ｍｇ／Ｌであり、アンモニア態窒素の除去率は７０％であり、この発明の方法に比べてアンモニア態窒素の除去率が低かった。
【実施例２】
【００４４】
実施例と同様のストリッピング試験を温度７０℃にて実施した。その結果、１５０分後のアンモニア態窒素濃度は１５９３ｍｇ／Ｌであり、アンモニア態窒素の除去率は６８％であった。
【実施例３】
【００４５】
実施例２と同様のストリッピング試験を圧力−０．０２ＭＰａＧで実施した。その結果１２０分後のアンモニア態窒素濃度は９２１ｍｇ／Ｌであり、アンモニア態窒素の除去率は８２％であった。
【実施例４】
【００４６】
実施例１と同様のストリッピング試験をｐＨ７、８および９に維持しながら実施した。その結果、６０分後のアンモニア態窒素濃度はｐＨ＝７、８および９に対してそれぞれ４４８３ｍｇ／Ｌ、２０９３ｍｇ／Ｌ、および１３９１ｍｇ／Ｌであり、アンモニア態窒素の除去率はそれぞれ１０％、５８％、および７２％であった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の有機性廃棄物の処理装置を示すブロック図である。
【図２】アンモニア除去槽部分の詳細図である。
【図３】この発明による有機性廃棄物の処理量を示す説明図である。
【図４】従来技術による有機性廃棄物の処理量を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：前処理設備
２：メタン発酵槽
３：ガス精製設備
４：脱水設備
５：排水処理設備
６：アンモニア除去槽
７：コンデンサー
８：気液分離器
９：撹拌機
【図１】
2005238151.tif 000003
【図２】
2005238151.tif 000004
【図３】
2005238151.tif 000005
【図４】
2005238151.tif 000006