(57)【要約】【課題】  水熱処理と嫌気性処理（メタン発酵）と活性汚泥処理を組み合わせて油脂成分を含む有機性廃棄物を処理する場合における活性汚泥処理の処理能力の低下を抑制する。【解決手段】  酸性を呈する有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理手段と、水熱処理により発生した固体成分を分離する固液分離手段と、固液分離手段により分離された液体成分を微生物を用いて嫌気性処理する嫌気性処理手段と、嫌気性処理手段により処理された被処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理手段とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性を呈する有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理手段と、
前記水熱処理により発生した固体成分を分離する固液分離手段と、
前記固液分離手段により分離された液体成分を微生物を用いて嫌気性処理する嫌気性処理手段と、
前記嫌気性処理手段により処理された被処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理手段と
を有することを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項２】
有機性廃棄物を処理する場合に前記水熱処理手段の前段に設けられ、前記有機性廃棄物のｐＨを酸性に調整するｐＨ調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項３】
前記固液分離手段により分離された前記液体成分のｐＨを再調整する第二のｐＨ調整手段を備える請求項１または２に記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項４】
前記嫌気性処理手段によって発生したメタンガスを燃料としてエネルギーを取り出し前記水熱反応器に供給するコジェネレーションシステムを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項５】
前記嫌気性処理手段はメタン発酵手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項６】
前記水熱処理の処理温度は１００〜２００°Ｃであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項７】
有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理工程と、
前記水熱処理により発生した固体成分を分離する固液分離工程と、
前記固液分離工程により分離された液体成分を微生物を用いて嫌気性処理する嫌気性処理工程と、
前記嫌気性処理工程により処理された被処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と
を有することを特徴とする有機性廃棄物処理方法。
【請求項８】
酸性を呈しない有機性廃棄物を処理する場合に前記水熱処理工程の前工程として設けられるものであって、前記有機性廃棄物のｐＨを酸性に調整するｐＨ調整工程を有することを特徴とする請求項７記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項９】
前記固液分離工程により分離された前記液体成分のｐＨを再調整する第二のｐＨ調整工程を有することを特徴とする請求項７または８に記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項１０】
前記嫌気性処理工程によって発生したガスを燃料としてエネルギーを前記水熱処理工程のエネルギー源に用いることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項１１】
前記嫌気性処理工程はメタン発酵工程であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の有機性廃棄物処理方法。
【請求項１２】
前記水熱処理の処理温度は１００〜２００°Ｃであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の有機性廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃棄物の処理方法として、水熱処理と嫌気性処理（メタン発酵）と活性汚泥処理を組み合わせたものが知られている。この処理方法では、有機性廃棄物の固形成分を水熱処理によって可溶化し、この可溶化物を有機性廃棄物の液体成分と共に嫌気性処理し、嫌気性処理された処理物を活性汚泥処理するものである。このような有機性廃棄物の処理方法については、例えば以下の先行技術文献に紹介されている。
【特許文献１】特開２００５−０２１７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、処理対象となる有機性廃棄物、特に産業的に需要の多い食品系廃棄物には天然油脂成分（高級脂肪酸エステル）を含むものが多く、このような有機性廃棄物の場合，油脂成分は固形成分および液体成分の何れにも含まれるものであり，液体成分中に含まれる油脂成分は嫌気性処理によって分解されることなく活性汚泥処理に供給され、一方固形成分中に含まれる油脂成分は金属材料保護と加水分解促進のため、苛性ソーダ等を添加したアルカリ性環境下の水熱処理によって高級カルボン酸塩に分解されるものの、この高級カルボン酸塩は嫌気性処理によって分解されることなく活性汚泥処理に供給される。すなわち、油脂成分を含む有機性廃棄物を処理した場合，従来の処理方法では油脂成分や高級カルボン酸塩が活性汚泥処理に供給されることとなる。
【０００４】
そして，このような油脂成分や高級カルボン酸塩は活性汚泥処理の処理性能を阻害するので、有機性廃棄物の処理情報では十分な活性汚泥処理が実現できない状況にある。活性汚泥処理において、油脂成分は、活性汚泥に付着して汚泥浮上を引き起こしてしまうので嫌気性処理された処理物を十分に浄化できない状況を発生させ、一方高級カルボン酸塩は、ミセル化することによって著しい発泡を引き起こし活性汚泥の浄化作用を低下させてしまう。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、水熱処理と嫌気性処理（メタン発酵）と活性汚泥処理を組み合わせて油脂成分を含む有機性廃棄物を処理する場合における活性汚泥処理の処理能力の低下を抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、有機性廃棄物処理装置に係る第1の解決手段として、酸性を呈する有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理手段と、前記水熱処理により発生した固体成分を分離する固液分離手段と、前記固液分離手段により分離された液体成分を微生物を用いて嫌気性処理する嫌気性処理手段と、前記嫌気性処理手段により処理された被処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理手段とを有する、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理装置に係る第２の解決手段として、上記第1の解決手段において、有機性廃棄物のｐＨを酸性に調整するｐＨ調整手段を有する、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理装置に係る第３の解決手段として、上記第1または第２の解決手段において、前記固液分離手段により分離された前記液体成分のｐＨを再調整する第二のｐＨ調整手段を備える、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理装置に係る第４の解決手段として、上記第1〜第３いずれかの解決手段において、前記嫌気性処理手段によって発生したガスを燃料としてエネルギーを取り出し前記水熱処理手段に供給するコジェネレーションシステムを備える、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理装置に係る第５の解決手段として、上記第1〜第４いずれかの解決手段において、前記嫌気性処理手段はメタン発酵手段である、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理装置に係る第６の解決手段として、上記第1〜第５いずれかの解決手段において、前記水熱処理手段の処理温度は１００〜２００°Ｃである、という手段を採用する。
一方、本発明では、有機性廃棄物処理方法に係る第1の解決手段として、酸性を呈する有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理工程と、前記水熱処理により発生した固体成分を分離する固液分離工程と、前記固液分離工程により分離された液体成分を微生物を用いて嫌気性処理する嫌気性処理工程と、前記嫌気性処理工程により処理された被処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程とを有する、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理方法に係る第２の解決手段として、上記第1の解決手段において、有機性廃棄物のｐＨを酸性に調整するｐＨ調整工程を有する、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理方法に係る第３の解決手段として、上記第1または第２の解決手段において、前記固液分離工程により分離された前記液体成分のｐＨを再調整する第二のｐＨ調整工程を有する、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理方法に係る第４の解決手段として、上記第1〜第３いずれかの解決手段において、前記嫌気性処理工程によって発生したガスを燃料としてエネルギーを前記水熱処理工程のエネルギー源に用いる、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理方法に係る第５の解決手段として、上記第1〜第４いずれかの解決手段において、前記嫌気性処理工程はメタン発酵工程である、という手段を採用する。
有機性廃棄物処理方法に係る第６の解決手段として、上記第1〜第５いずれかの解決手段において、前記水熱処理の処理温度は１００〜２００°Ｃである、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、油脂成分を含む有機性廃棄物を処理した場合に、水熱処理物中に含まれる高級カルボン酸は酸性の環境下において固体成分となり、また当該固体成分は活性汚泥処理の前段階で除去される。また、油脂成分を含む有機性廃棄物を全て水熱処理するので、油脂成分が活性汚泥処理に供給されることがない。したがって、油脂成分及び高級カルボン酸が活性汚泥処理に供給されないので、油脂成分及び高級カルボン酸による活性汚泥処理の処理能力の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る有機性廃棄物処理装置のシステム構成図である。この図に示すように、本発明の有機性廃棄物処理装置は、第１のｐＨ調整装置１（ｐＨ調整手段）、水熱反応器２（水熱処理手段）、固液分離器３（固液分離手段）、第２のｐＨ調整装置４（第２のｐＨ調整手段）、嫌気性処理装置５（嫌気性処理手段）、活性汚泥槽６（活性汚泥処理手段）及びコジェネレーションシステム７を構成要件として含むものである。
【０００９】
最初に、本有機性廃棄物処理装置が処理対象とする有機性廃棄物は、動物性有機物あるいは植物性有機物を主成分として含む廃棄物であり、固形状あるいは液体状の何れであっても良いが、全体として弱酸性を呈するものである。但し、固形状のもについては、固液分離器３までの工程で目詰まりを起こさない程度に予め破砕されたものである。
【００１０】
第１のｐＨ調整装置１は、水熱反応器２の前段に設けられ、処理対象である有機性廃棄物を酸性に調整するものである。より詳細には、第１のｐＨ調整装置１は、有機性廃棄物をｐＨ４〜５程度の弱酸性に調整して水熱反応器２に出力する。このときｐＨ調整剤として、塩酸（ＨＣｌ）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）や硝酸（ＨＮＯ３）等の酸を使用することが好ましく、なかでも塩酸、リン酸がより好ましい。なお、例えばｐＨ４〜５の弱酸性を呈する有機性廃棄物を処理する場合には第１のｐＨ調整装置１（ｐＨ調整手段）は不要である。水熱反応器２は、上記第１のｐＨ調整装置１から供給されたｐＨ調整済の有機性廃棄物を高温高圧水を用いて水熱処理するものである。この水熱反応器２は、具体的には、例えば、内部に敷設された配管（水熱反応管）内に有機性廃棄物を収容し、当該有機性廃棄物を高温高圧水と所定時間接触状態とすることにより有機性廃棄物を水熱処理する。
【００１１】
固液分離器３は、このような水熱反応器２から供給された水熱処理物から固形成分を分離・除去すると共に、液体成分を第２のｐＨ調整装置４に出力する。この液体成分は、上記第１のｐＨ調整装置１による調整によって酸性を呈するが、第２のｐＨ調整装置４は、このような液体成分のｐＨを再調整し、嫌気性処理に好適なｐＨにする。好ましくは弱アルカリ性に調整して嫌気性処理装置５に出力する。
嫌気性処理装置５は、上記液体成分を嫌気性微生物で処理することにより嫌気性処理物とするものであり、具体的には嫌気性微生物として例えばメタン生成細菌等を用いることにより液体成分を発酵・分解して嫌気性処理物とするメタン発酵装置である。
【００１２】
活性汚泥槽６は、上記嫌気性処理物を活性汚泥を用いて処理することにより浄化するものである。この活性汚泥槽６で処理された浄化水（上澄み液）は、河川等に放流可能になる一方、余剰汚泥（沈殿物）は例えば肥料・飼料としてリユースあるいはリサイクルに供することも可能になる。あるいは嫌気性処理物の一部は第１のｐＨ調整装置１の上流に還流してもよい。
コジェネレーションシステム７は、嫌気性処理装置５によって発生したメタンガスを燃料として燃焼させることにより熱及び電力等のエネルギーを発生させるものである。コジェネレーションシステム７で発生した熱及び電力は、例えば水熱処理に必要なエネルギーとして水熱反応器２に供給することができる。
【００１３】
次に、このように構成された本有機性廃棄物処理装置の作用・効果について説明する。
本有機性廃棄物処理装置では、従来のように有機性廃棄物を固体成分と液体成分とに分離して異なるプロセスで処理するのではなく、固体成分と液体成分とを分離することなく有機性廃棄物全体を水熱反応器２で水熱処理することにより可溶化する。
【００１４】
ここで、このような水熱処理の前に有機性廃棄物の固液分離を行わず、すなわち油脂成分と高級脂肪酸エステルのすべてを第１のｐＨ調整装置１によって酸性に調整した後に水熱処理することにより、後段の活性汚泥処理へ悪影響を与える成分が処理される。これは、油脂成分が水溶性有機物に、高級脂肪酸エステルが高級カルボン酸へと分解されるからである。水熱処理におけるｐＨの最適値は、水熱反応器２で使用する金属材料の腐食を考慮してｐＨ４〜５程度の弱酸性が望ましい。また、弱酸性にすることにより加水分解反応が促進されるため、従来のアルカリ性条件で水熱処理を行う場合よりも低温である１００〜２００℃における可溶化処理が可能である。また、従来法では固液分離により液体量を減少させて水熱処理に必要なエネルギー消費を減少させていたが、本発明によれば、固液分離を行なわないで水熱処理するものの、処理温度を従来よりも低温で処理することができ、エネルギーコストの低減を図ることができる。
【００１５】
さらに、有機性廃棄物が油脂成分を含む場合、当該油脂成分は、上記水熱処理によって高級カルボン酸に分解することができる。この水熱処理物は、第１のｐＨ調整装置１によって有機性廃棄物が弱酸性に調整されているので弱酸性を呈する。なお、水熱処理は有機性廃棄物の初期ｐＨの如何によらず弱酸性物質を生成するので、水熱処理物のｐＨは、水熱反応器２に投入される有機性廃棄物よりも若干下がる傾向にある。
【００１６】
上述したように水熱反応器２では１００〜２００°Ｃの温度雰囲気で水熱処理が行われるが、当該温度雰囲気にある水熱処理物において、高級カルボン酸は、弱酸性であるが故にその性状は固体である。したがって、高級カルボン酸は、固液分離器３によって固体成分として液体成分から分離・除去される。このような固体状の高級カルボン酸は、工業上有用なものであり、廃棄物の有効利用を図ることができる。
【００１７】
固液分離器３で分離された液体成分（つまり上述したように高級カルボン酸が除去されたもの）は、第２のｐＨ調整装置４によって嫌気性処理に好適な弱アルカリ性（ｐＨ：７〜９）に調整される。その後嫌気性処理装置５に供給され、メタン発生細菌によって嫌気性処理（メタン発酵処理）が行われることによりメタンガスが発生する。
嫌気性処理時のｐＨは特に限定されないが、弱アルカリ性であることが好ましい。嫌気性処理が酸性下で行われる場合、嫌気性微生物（グラニュール）中の金属成分が溶解され、微生物が流水とともに処理装置より流出してしまうおそれがある。すなわち、嫌気性微生物は金属粒を中心とした粒状になって嫌気性処理装置５内で浮遊しており、複数分散配置された板（セトラー）によって下方に跳ね返ることによって流出しないようになっているが、ｐＨが下がると上記金属粒が溶出して粒が小さくかつ軽くなるためにセトラー間をすり抜けて嫌気性処理装置５から流出してしまう。なお、このような嫌気性微生物の嫌気性処理装置５からの流出を効果的に防止し得るｐＨは７である。一方、強アルカリ性下では、微生物の細胞膜が冒されて嫌気性微生物の生存が困難になり処理効率が低下するおそれがある。
【００１８】
上記嫌気性処理装置５で処理された嫌気性処理物は、活性汚泥槽６に供給されて活性汚泥によって浄化されるが、固液分離器３により高級カルボン酸が除去された液体成分を嫌気性処理して得られたものである。したがって、活性汚泥槽６において油脂成分に起因する活性汚泥の汚泥浮上や高級カルボン酸に起因する発泡が発生しないので、活性汚泥処理を容易にかつ効率的に行うことができる。
【００１９】
一方、嫌気性処理装置５で発生するメタンガスは回収されて、コジェネレーションシステム７に供給される。コジェネレーションシステム７は、このメタンガスを燃料としてエンジンを運転することによって発電し、そこで出てきた電力及び熱を水熱反応器２が必要とするエネルギーの一部として当該水熱反応器２に供給する。すなわち、水熱反応器２が有機性廃棄物を水熱処理するために必要とするエネルギーの一部を、嫌気性処理装置５で発生したメタンガスから賄なうことも可能であり、本有機性廃棄物処理装置のランニングコストをより低減させることができる。
【００２０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、水熱反応器２の上流に設けられた第1のｐＨ調整装置１によって有機性廃棄物を弱酸性に調整するｐＨ調整処理を行うが、このｐＨ調整処理は、処理対象となる有機性廃棄物が酸性を呈する場合には不要である。すなわち、有機性廃棄物の中には弱酸性を呈するものもあるので、このような有機性廃棄物を処理する場合については、弱酸性へのｐＨ調整処理を行わなくても良いので、第1のｐＨ調整装置１は不要である。
【００２１】
（２）また、水熱反応器２の前後にｐＨ調整装置を設け、水熱反応器２の前に位置するｐＨ調整装置では水熱反応の促進を主眼としてｐＨ調整を行い、水熱反応器２の後に位置するｐＨ調整装置では高級カルボン酸の固形化を主眼としてｐＨ調整を行うようにしても良い。このような構成を採用することにより、水熱反応の促進と高級カルボン酸の固形化とを各々の処理条件の最適化が可能になる。
【００２２】
（３）上記実施形態では、コジェネレーションシステム７を用いることによりメタンガスを電力エネルギー及び熱エネルギーに変換して水熱反応器２に供給するようにしたが、このようなコジェネレーションシステム７に代えてボイラを用いても良い。なお、ボイラを用いた場合には、メタンガスは熱エネルギーのみに変換されることになる。
【００２３】
（４）さらには、有機性廃棄物がリン（Ｐ）成分を含むようなものの場合には、第２のｐＨ調整装置４と嫌気性処理装置５との間にリン（Ｐ）成分を回収する脱リン装置を介装しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係わる有機性廃棄物処理装置の構成を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…第１のｐＨ調整装置（ｐＨ調整手段）、２…水熱反応器（水熱処理手段）、３…固液分離器（固液分離手段）、４…第２のｐＨ調整装置（第２のｐＨ調整手段）、５…嫌気性処理装置（嫌気性処理手段）、６…活性汚泥槽（活性汚泥処理手段）、７…コジェネレーションシステム
【図１】
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