(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を高温可溶化処理する工程と、前記高温可溶化処理で得られた可溶化処理物と冷却媒体との熱交換により前記可溶化処理物を冷却して、高温メタン発酵に際しての発酵温度が高温発酵温度設定値になるように前記得られた可溶化処理物の温度調節を行う工程と、加温装置を備えない高温メタン発酵槽に前記温度調節された可溶化処理物を導入し高温メタン発酵処理する工程とを含み、可溶化処理物の温度調節を行う前記工程では、前記高温メタン発酵槽の発酵温度を測定し、その測定結果に基づいて、前記高温メタン発酵槽の発酵温度が前記高温発酵温度設定値になるように前記冷却媒体の流量を調節することを特徴とする有機性廃棄物の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、下水汚泥など有機性廃棄物を高温メタン発酵処理するに際し、ほぼ高温発酵温度設定値にて安定してメタン発酵処理を行うことができるようにした、有機性廃棄物のメタン発酵処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の増大により、廃棄物のリサイクルやエネルギー回収などを推進する資源循環型社会システムへの転換が求められている。このため、生ごみ，食品廃棄物，家畜糞尿，下水処理施設などの下水処理プロセスや食品工場などの排水処理プロセスから生じる有機性汚泥など、このような有機性廃棄物からエネルギー（電気、熱、燃料）を回収する基礎技術として、古くから利用されてきたメタン発酵処理が再び見直されている。
【０００３】
図３は従来技術を説明するための下水処理施設の概略構成を示す説明図である。
【０００４】
図３に示すように、下水処理施設は、廃水処理系（汚水処理系）と、有機性汚泥の嫌気性消化処理（メタン発酵処理）を含む汚泥処理系と、バイオガス利用系とにより構成されている。
【０００５】
下水は最初沈殿池１０１に流入し、最初沈殿池１０１において沈殿しやすい浮遊物が沈殿除去され、次いで生物処理槽１０２において微生物の働きで下水中の汚れである有機物などが分解除去され、しかる後、最終沈殿池１０３において活性汚泥を沈殿させ、きれいになった上澄み水が処理水として放流される。最初沈殿池１０１、生物処理槽１０２及び最終沈殿池１０３は、前記の廃水処理系（汚水処理系）を構成している。
【０００６】
前記最終沈殿池１０３で沈殿した活性汚泥については、その一部が返送汚泥として生物処理槽１０２に戻され、残りの余剰汚泥が減容化のため、遠心濃縮機，浮上濃縮機などの濃縮装置（機械濃縮装置）２０１に送られて、固形物濃度２〜５％程度に濃縮される。同様に、最初沈殿池１０１からの生汚泥が重力濃縮槽などの濃縮装置２０２に送られて、重力沈降によって固形物濃度２〜５％程度に濃縮される。
【０００７】
そして、前記濃縮された有機性汚泥である余剰汚泥及び生汚泥が、高温嫌気性消化槽（高温メタン発酵槽）２１０において酸生成菌やメタン生成菌等の嫌気性細菌の働きによって高温嫌気性消化処理（高温メタン発酵処理）されることにより、メタン約６０％、二酸化炭素約４０％の混合ガスであるバイオガス（消化ガス）が生成される。
【０００８】
この高温嫌気性消化処理で生じた消化液（消化汚泥）は、例えばべルトプレス脱水機からなる脱水装置２０３によって脱水処理される。脱水汚泥はトラックにて下水処理施設外の処理場へ搬出される一方、脱水によって消化液（消化汚泥）から分離された脱水分離液（脱水ろ液）は、返流水として最初沈殿池１０１の入側に返送されるようになっている。
【０００９】
一方、高温嫌気性消化槽２１０からのバイオガスは、脱硫塔３０１で硫化水素が除去された後、ガスホルダー３０２に蓄えられる。そして、ガスホルダー３０２からのバイオガスは、発電機３０４を駆動するためのガスエンジン３０３に燃料として供給される。発電機３０４による電力は、この下水処理施設内で使用される。
【００１０】
また、ガスホルダー３０２からのバイオガスは、高温嫌気性消化槽２１０の加温用のための温水をつくる加温用ボイラー２１３に燃料として供給されるようになっている。そして、高温嫌気性消化槽２１０において、高温消化温度設定値（高温発酵温度設定値）を例えば約５５℃に設定しておき、循環汚泥については温水との熱交換によって該循環汚泥を加温する汚泥／温水熱交換器２１１に一定流量を流し、温水については高温嫌気性消化槽２１０の消化温度（消化汚泥の温度）の測定結果に基づいて三方弁２１２の開度を調節して熱交換器２１１に流す温水量を制御するようにしている。
【００１１】
前記の高温嫌気性消化槽２１０、熱交換器２１１、三方弁２１２及び加温用ボイラー２１３により構成される嫌気性消化処理装置（メタン発酵処理装置）と、濃縮装置２０１，２０２と、脱水装置２０３とは、有機性汚泥の嫌気性消化処理（メタン発酵処理）を含む汚泥処理系を構成している。また、脱硫塔３０１、ガスホルダー３０２、ガスエンジン３０３及び発電機３０４は、前記のバイオガス利用系を構成している。
【００１２】
ところで周知のように、有機性廃棄物のメタン発酵処理（嫌気性消化処理）として、メタン発酵槽の発酵温度（消化槽の消化温度）、すなわちメタン発酵槽の有機性廃棄物の温度を３４〜３９℃の範囲から例えば３７℃に設定し、この温度に維持してメタン発酵処理を行う中温発酵（中温消化）と、５４〜５７℃の範囲から例えば５５℃に設定し、この温度に維持してメタン発酵処理を行う高温発酵（高温消化）とが知られている。このうち、高温発酵はタンク容量あたりの処理能力が高く、病原菌対策にもなることから、近年その採用がひろがっている。
【００１３】
ところが、高温発酵によるメタン発酵処理においては、中温発酵に比べて発酵温度の変動に敏感であり、発酵温度が大きく変動すると微生物の活性低下につながり易く、前述した熱交換器２１１を用いた高温嫌気性消化槽２１０の汚泥加温温度制御では、発酵温度（消化温度）の変動をできるだけ小さくする点において改善の余地があった。
【００１４】
なお、高温発酵による高温メタン発酵槽の温度制御に関して、特開２００４−８２０１７号公報には、高温メタン発酵槽は、保温材によって保温され、温度計によって温度を計測し、その値に基づいて適宜ヒータ、熱交換器などによって加温するなどして、高温発酵に適した温度条件に保持するようにすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−８２０１７号公報（段落［００２７］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、下水汚泥など有機性廃棄物を高温メタン発酵処理するに際し、ほぼ高温発酵温度設定値にて安定してメタン発酵処理を行うことができるようにした、有機性廃棄物のメタン発酵処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１７】
請求項１の発明は、有機性廃棄物を高温可溶化処理する工程と、前記高温可溶化処理で得られた可溶化処理物と冷却媒体との熱交換により前記可溶化処理物を冷却して、高温メタン発酵に際しての発酵温度が高温発酵温度設定値になるように前記得られた可溶化処理物の温度調節を行う工程と、加温装置を備えない高温メタン発酵槽に前記温度調節された可溶化処理物を導入し高温メタン発酵処理する工程とを含み、可溶化処理物の温度調節を行う前記工程では、前記高温メタン発酵槽の発酵温度を測定し、その測定結果に基づいて、前記高温メタン発酵槽の発酵温度が前記高温発酵温度設定値になるように前記冷却媒体の流量を調節することを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵処理方法である。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【発明の効果】
【００２７】
【００２８】
本発明の請求項１の方法は、下水汚泥など有機性廃棄物を高温可溶化処理し、得られた高温の可溶化処理物を冷却媒体との熱交換により冷却して、高温メタン発酵に際しての発酵温度が高温発酵温度設定値になるように前記得られた可溶化処理物の温度調節を行い、高温メタン発酵槽に前記温度調節された可溶化処理物を導入するようにしている。したがって、ほぼ高温発酵温度設定値、例えばほぼ５５℃にて安定してメタン発酵処理を行うことができる。また、高温可溶化処理で生じた高温の可溶化処理物の熱量を利用できるため、高温メタン発酵槽に汚泥／温水熱交換器などの加温装置を備える必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は参考例による有機性廃棄物のメタン発酵処理方法を実施するためのメタン発酵処理装置が備えられた下水処理施設の概略構成を示す説明図である。ここで、この参考例において、前記図３に示される下水処理施設と共通する構成部分には図３と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
図１において、２２０は高濃度濃縮装置、２１１は高温可溶化装置である。高濃度濃縮装置２２０は、例えば遠心濃縮機（遠心脱水機）からなり、濃縮装置２０１からの一次濃縮された余剰汚泥と、濃縮装置２０２からの一次濃縮された生汚泥とが供給されて、これらの汚泥を固形物濃度約１５％程度まで濃縮する濃縮装置である。
【００３１】
高温可溶化装置２１１は、図示しない破砕循環ポンプにより汚泥を均質化するためのタンクであるパルパー２２２と、高温・高圧の状態下で汚泥を可溶化するためのタンクであるリアクター２２３と、可溶化処理物としての可溶化汚泥を一時貯留し、高温嫌気性消化槽（高温メタン発酵槽）２２５へ連続投入するためのタンクであるフラッシュタンク２２４とにより構成されている。
【００３２】
この高温可溶化装置２１１では、高濃度濃縮装置２２０からの高濃度濃縮汚泥をパルパー２２２に受入れ、このパルパー２２２においてリアクター２２３の余剰蒸気により高濃度濃縮汚泥について約１００℃まで予熱を行う。次に、パルパー２２２からの汚泥をリアクター２２３に導入し、リアクター２２３において蒸気を用いて高温・高圧（例えば、温度：１２０〜２００℃、圧力：０．２〜１．５ＭＰａＧ、より好ましくは、温度１６０℃、圧力０．６ＭＰａＧ程度）の状態下で３０分程度保持して汚泥内の細胞壁を破壊し、汚泥を可溶化状態にする。このリアクター２２３から排出される固形物濃度約１０％の可溶化汚泥が、高温嫌気性消化槽２２５へ連続投入するために、フラッシュタンク２２４に一時貯留される。
【００３３】
このように、嫌気性消化処理の前処理として、高温可溶化装置２１１により、蒸気を用いての高温・高圧下での熱処理によって汚泥を可溶化状態にするようにしたので、高温嫌気性消化槽２２５での生物分解性が高まることで可溶化処理しない場合に比べて消化ガス発生量が増加するとともに、汚泥中の有機物量が減少し、消化液（消化汚泥）中の固形物量が減少するという利点がある。また、脱水装置２０３での消化液の脱水性の改善（脱水汚泥含水率の低減化）により、脱水汚泥量をほぼ半減できるという利点がある。
【００３４】
フラッシュタンク２２４の出側には、フラッシュタンク２２４から導かれる約１００℃の高温の可溶化汚泥と、冷却媒体としての冷却水との熱交換を行って、高温の可溶化汚泥を冷却するための熱交換器２２６が配設されている。２２７は熱交換器２２６に供給される冷却水の流量を調節するための流量制御弁である。
【００３５】
２２９は、熱交換器２２６と高温嫌気性消化槽２２５とを連絡する可溶化汚泥供給管（可溶化処理物供給管）２２８内を流れる可溶化汚泥の温度を測定する温度計である。また、２３０は温度計２２９による測定結果に基づいて、可溶化汚泥供給管２２８内を流れる可溶化汚泥の温度が高温発酵温度設定値Ｔａよりも所定範囲内の高い温度Ｔｃになるように前記流量制御弁２２７の開度を調節する制御器である。メタン発酵処理装置は、前記の高温可溶化装置２１１、熱交換器２２６、高温嫌気性消化槽２２５、流量制御弁２２７、温度計２２９及び制御器２３０により構成されている。
【００３６】
このように構成されるメタン発酵処理装置において、高温嫌気性消化槽２２５の高温消化温度設定値（高温発酵温度設定値）Ｔａとして例えばＴａ＝５５℃が設定されているとすると、制御器２３０は、高温発酵温度設定値Ｔａよりも高い温度、すなわち、高温発酵温度設定値Ｔａよりも１〜５℃の範囲内の高い温度、より好ましくは１〜２℃の範囲内の高い温度、例えば５６℃に定められた投入可溶化汚泥温度設定値Ｔｃと、温度計２２９によって測定された可溶化汚泥供給管２２８内を流れる可溶化汚泥の温度測定値Ｔｂとの温度差が解消されるように流量制御弁２２７の開度を制御する。その結果、熱交換器２２６において、フラッシュタンク２２４からの約１００℃の高温の可溶化汚泥と、制御器２３０によって前記開度制御することで流量制御弁２２７にて流量が調節された冷却水とが熱交換されることにより、高温嫌気性消化槽２２５には、その温度が前記投入可溶化汚泥温度設定値Ｔｃ（Ｔｃ＝５６℃）に温度調整された可溶化汚泥が連続的に導入されることとなる。
【００３７】
このように、下水汚泥を高温可溶化処理し、得られた高温の可溶化汚泥を冷却媒体との熱交換により冷却して、高温嫌気性消化に際しての高温消化温度設定値Ｔａ（Ｔａ＝５５℃）よりも高い温度Ｔｃ（Ｔａよりも１〜５℃の範囲内の高い温度、より好ましくは１〜２℃の範囲内の高い温度）になされた可溶化処理物を高温嫌気性消化槽２２５に連続的に導入するようにしている。したがって、ほぼ高温消化温度設定値Ｔａにて安定して高温嫌気性消化処理を行うことができる。また、高温可溶化処理で生じた高温の可溶化汚泥の熱量を利用できるため、高温嫌気性消化槽２２５に汚泥／温水熱交換器などの加温装置を備える必要がない。なお、熱交換器２２６によって温度調整されて可溶化汚泥供給管２２８内を流れる可溶化汚泥の温度が高温消化温度設定値Ｔａよりも１〜２℃高い温度を満たさない場合には、高温嫌気性消化槽２２５の消化温度が高温消化温度設定値Ｔａから外れてしまい、ほぼ高温消化温度設定値Ｔａにて安定して高温嫌気性消化処理を行うことができない。
【００３８】
図２は本発明の一実施形態による有機性廃棄物のメタン発酵処理方法を実施するためのメタン発酵処理装置が備えられた下水処理施設の概略構成を示す説明図である。ここで、この実施形態において、前記図１に示される構成と共通する部分には図１と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
この実施形態においては、前記図１に示される温度計２２９に代えて、高温嫌気性消化槽２２５の消化温度Ｔｄを測定する消化温度測定用温度計２３１を備えている。また、前記図１に示される制御器２３０に代えて、消化温度測定用温度計２３１による測定結果に基づいて、高温嫌気性消化槽２２５の消化温度Ｔｄが高温発酵温度設定値Ｔａになるように流量制御弁２２７の開度を調節する制御器２３２を備えている。メタン発酵処理装置は、前記の高温可溶化装置２１１、熱交換器２２６、高温嫌気性消化槽２２５、流量制御弁２２７、温度計２３１及び制御器２３２により構成されている。
【００４０】
このように構成されるメタン発酵処理装置において、高温嫌気性消化槽２２５の高温消化温度設定値Ｔａとして例えばＴａ＝５５℃が設定されているとすると、制御器２３２は、高温消化温度設定値Ｔａと、消化温度測定用温度計２３１によって測定された高温嫌気性消化槽２２５の消化温度（発酵温度）Ｔｄとの温度差が解消されるように、流量制御弁２２７の開度を制御する。その結果、熱交換器２２６において、フラッシュタンク２２４からの約１００℃の高温の可溶化汚泥と、制御器２３２によって前記開度制御することで流量制御弁２２７にて流量が調節された冷却水とが熱交換されることにより、高温嫌気性消化槽２２５には、高温嫌気性消化に際しての消化温度Ｔｄが高温消化温度設定値Ｔａになるように温度調節された可溶化汚泥が連続的に導入されることとなる。この場合、可溶化汚泥供給管２２８内を流れる前記可溶化汚泥の温度は、高温消化温度設定値Ｔａよりも１〜２℃の範囲内の高い温度になっている。
【００４１】
このように、下水汚泥を高温可溶化処理し、得られた高温の可溶化汚泥を冷却媒体との熱交換により冷却して、高温嫌気性消化に際しての消化温度Ｔｄが高温発酵温度設定値Ｔａ（Ｔａ＝５５℃）になるように前記得られた可溶化処理物の温度調節を行い、高温嫌気性消化槽２２５に前記温度調節された可溶化汚泥を連続的に導入するようにしている。したがって、ほぼ高温消化温度設定値Ｔａにて安定して高温嫌気性消化処理を行うことができる。また、高温可溶化処理で生じた高温の可溶化汚泥の熱量を利用できるため、高温嫌気性消化槽２２５に汚泥／温水熱交換器などの加温装置を備える必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】参考例による有機性廃棄物のメタン発酵処理方法を実施するためのメタン発酵処理装置が備えられた下水処理施設の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による有機性廃棄物のメタン発酵処理方法を実施するためのメタン発酵処理装置が備えられた下水処理施設の概略構成を示す説明図である。
【図３】図３は従来技術を説明するための下水処理施設の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１…最初沈殿池
１０２…生物処理槽
１０３…最終沈殿池
２０１，２０２…濃縮装置
２０３…脱水装置
２２０…高濃度濃縮装置
２１１…高温可溶化装置
２２２…パルパー
２２３…リアクター
２２４…フラッシュタンク
２２５…高温嫌気性消化槽
２２６…熱交換器
２２７…流量制御弁
２２８…可溶化汚泥供給管
２２９…温度計
２３０，２３２…制御器
２３１…消化温度測定用温度計
３０１…脱硫塔
３０２…ガスホルダー
３０３…ガスエンジン
３０４…発電機
【図１】
0004418422.tif 000002
【図２】
0004418422.tif 000003
【図３】
0004418422.tif 000004