(57)【要約】      （修正有）【課題】廃棄物への空気注入を考慮した数値シミュレーションにより、ごみ埋立地の固形廃棄物の安定化を促進させる。【解決手段】廃棄物の組成を分析し、該廃棄物を無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相および気相に分割して、各相の体積率を定めるとともに、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度を定める組成分析ステップ；廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を定める空気注入条件設定ステップ；および各相における化合物および微生物の濃度の時間的変化量を演算して、廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つを予測する生成物予測ステップ；を含み、廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間の適否を判断して、廃棄物に空気注入して処理する。【選択図】図１
2012066171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値シミュレーションに基づいて、好気性および嫌気性の雰囲気下に廃棄物を処理する廃棄物処分方法において、
前記数値シミュレーションが、
（１）前記廃棄物の組成を分析し、該廃棄物を無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相および気相に分割して、各相の体積率を定めるとともに、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度を定める組成分析ステップ；
（２）前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を定める空気注入条件設定ステップ；および
（３）前記各相における前記化合物および前記微生物の濃度の時間的変化量を演算して、前記廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの予測を求める生成物予測ステップを含み、
前記生成物予測ステップが、
（３）−１：前記難分解性有機物固相および易分解性有機物固相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分し、
（３）−２：前記液相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
（３）−３：前記気相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量と微小時間における前記廃棄物に注入する空気量とを積分し、
（３）−４：さらに、前記微生物について、前記難分解性有機物固相、易分解性有機物固相および液相における当該微生物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの前記予測を求め、
前記求められた予測に基づいて、前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間の適否を判断して、前記廃棄物に空気注入して処理することを特徴とする廃棄物処分方法。
【請求項２】
前記予測に基づいて、数値シミュレーションにおける前記体積率および前記初期濃度のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項１の廃棄物処分方法。
【請求項３】
好気性および嫌気性の雰囲気下に空気を注入して廃棄物を処理するに際して、該廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間の適否を判断するのに用いる廃棄物処分プログラムにおいて、
（１）前記廃棄物の組成を分析して定めた、該廃棄物を構成する無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相の各体積率と、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度とを記憶する組成分析データ記憶手段、
（２）前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を記憶する空気注入データ記憶手段、
（３）前記各相における前記化合物および前記微生物の濃度の時間的変化量を演算して、前記廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの予測を求める生成物予測演算手段としてコンピュータを機能させ、
前記生成物予測演算手段が、
（３）−１：前記難分解性有機物固相および易分解性有機物固相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分し、
（３）−２：前記液相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
（３）−３：前記気相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量と微小時間における前記廃棄物に注入する空気量とを積分し、
（３）−４：さらに、前記微生物について、前記難分解性有機物固相、易分解性有機物固相および液相における当該微生物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの前記予測を求めることを特徴とする廃棄物処分プログラム。
【請求項４】
前記予測に基づいて、数値シミュレーションにおける前記体積率および前記初期濃度のうち少なくとも１つを補正する補正演算手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする請求項３の廃棄物処分プログラム。
【請求項５】
請求項３または請求項４の廃棄物処分制御プログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【請求項６】
数値シミュレーションに基づいて、好気性および嫌気性の雰囲気下に廃棄物を処理する廃棄物処分支援装置において、
（１）前記廃棄物の組成を分析し、該廃棄物を無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相および気相に分割して、各相の体積率を定めるとともに、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度を定める組成分析手段；
（２）前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を定める空気注入条件設定手段；および
（３）前記各相における前記化合物および前記微生物の濃度の時間的変化量を演算して、前記廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの予測を求める生成物予測手段を備え、
前記生成物予測手段が、
（３）−１：前記難分解性有機物固相および易分解性有機物固相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分し、
（３）−２：前記液相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
（３）−３：前記気相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量と微小時間における前記廃棄物に注入する空気量とを積分し、
（３）−４：さらに、前記微生物について、前記難分解性有機物固相、易分解性有機物固相および液相における当該微生物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの前記予測を求め、
前記求められた予測に基づいて、前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間の適否を判断して、前記廃棄物に空気注入して処理することを特徴とする廃棄物処分支援装置。
【請求項７】
前記予測に基づいて、数値シミュレーションにおける前記体積率および前記初期濃度のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項６の廃棄物処分支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好気性および嫌気性の雰囲気下で廃棄物を処理する技術の分野に属し、特に、廃棄物の組成に基づいて固相・液相・気相に分類して空気注入を考慮した数値シミュレーションによる新規な廃棄物処分方法、廃棄物処分数値シミュレーションプログラムおよび廃棄物処分支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ごみ（廃棄物）を埋立処分するごみ埋立地は、世界中の各地域で最も普及している廃棄物処理施設である。ごみ埋立地内にごみが閉じ込められ、浸出水や埋立ガスなどのエミッションが環境負荷として小さくなり、外部環境に曝されても環境負荷にならないこと（安定化）が望まれる。
【０００３】
主に都市ごみを埋立対象とする都市ごみ（都市固形廃棄物）埋立地の安定化を高めるために、従来からごみ埋立地のガス抜き立渠に浸出水を循環させる方法（例えば、特許文献１参照）や、生物学的反応速度論を用いて嫌気性微生物（嫌気性菌）を制御する方法（例えば、特許文献２参照）などがあるが、微生物分解をより効果的に促進させるためには、このように物理的に浸出水を循環させることや嫌気性微生物を制御することよりも、ごみ埋立地の固形廃棄物を好気雰囲気下に維持し、有機物質の分解が促進されるようにすることが重要となる（非特許文献１〜４参照）。
【０００４】
しかしながら、経済的および技術的な要因に基づく制約により、多くの開発途上国では嫌気式のごみ埋立地が一般的に採用されている。開発途上国におけるごみ埋立地に関する問題の一つは、長期間にわたって高濃度の有機物質および窒素を含有する浸出水が発生し、これが環境汚染を引き起こすことである（例えば、非特許文献５〜１０参照）。
さらに、嫌気状態のごみ埋立地から発生する環境上の問題、例えば、浸出水中に有機炭素（全有機炭素、Total Organic Carbon；ＴＯＣ）および窒素（全窒素、Total
Nitrogen；Ｔ−Ｎ）が高濃度で存在すること、安定化に長時間要すること、温室効果ガス（Green House Gas；ＧＨＧ）が多量に発生することなどが、次第に問題視されている。嫌気状態のごみ埋立地は、温室効果ガス（ＧＨＧ）の主要な発生源の一つでもある。ごみ埋立地から放出されるメタンガスの量は、人為的なＧＨＧ全放出量のおよそ３〜４％であると推定されている（IPCC2006）。したがって、地球温暖化を防止する観点から、ごみ埋立地の固形廃棄物の好気分解を増進させ、ごみ埋立地からのＧＨＧの放出を減少させることが所望されている。
【０００５】
好気分解を増進させる従来の方法としては、廃棄物中に有孔の通気管を備える方法（例えば、特許文献３参照）や、埋立地内の温度を華氏約１３０度から華氏約１５０度までの範囲内に維持して埋立地に酸素源を注入する方法（例えば、特許文献４参照）、廃棄物を上下分割して仮想的な堆積層とし、各堆積層の上面に、複数個の噴出孔を備える副配管を設置し、当該噴出孔から空気を噴出させる方法（例えば、特許文献５参照）がある。しかし、これら従来の方法は、好気分解を増進させるのみであり、ごみ埋立地全体で最適なごみ処理を行えるまでには至っていない。
【０００６】
このような状況のなか、好気嫌気化埋立工法（aerobic-anaerobic landfill method；ＡＡＮＬＭ）ごみ埋立地は、好気性埋立のごみ埋立地の利点を取り入れると同時に、運転コストも低減する新たなごみ埋立地として注目されている。
好気嫌気化埋立工法とは、下水処理における好気プロセスによるＢＯＤ成分の分解、硝化
および嫌気プロセスによる脱窒に基づき、嫌気性埋立の固形廃棄物層に適当な埋立年数と深さを目掛けて空気を注入して埋立てられた固形廃棄物の安定化を図るものであり、その固形廃棄物中に好気雰囲気を作り出すことにより、ＴＯＣおよびＴ−Ｎの分解を促進する。ＴＯＣの分解中に、好気分解によりメタンガス（地球温度化係数が二酸化炭素の２５倍である）の発生が抑制されるだけでなく、ごみ埋立地の固形廃棄物が早期に安定化されることも期待できる。これは、好気分解の分解速度が嫌気分解よりも大きいためである（非特許文献１１、１２参照）。
【０００７】
好気嫌気化埋立工法に関連する従来の廃棄物処分方法としては、廃棄物からの浸出水のＯＲＰ値に基づくｐＨ値に応じて好気性と嫌気性を交互に使い分けて制御する方法がある（例えば、特許文献６参照）。また、浸出水のＢＯＤ／ＣＯＤ又はＢＯＤ／ＴＯＣの少なくとも一方の値ｘが条件式（０．０５≦ｘ≦０．３、より好ましくは、０．０８≦ｘ≦０．１）を満足した場合に、好気性環境から嫌気性環境へ移行させ、好気性環境と嫌気性環境とを交互に繰り返して形成することにより、廃棄物及び浸出水の安定化を図る方法がある（例えば、特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２１６４４０号公報
【特許文献２】特開２００７−２８９９１４号公報
【特許文献３】特開昭６４−４７４８６号公報
【特許文献４】特表２００１−５０９７３５号公報
【特許文献５】特開２００２−３３６８１２号公報
【特許文献６】特開２０００−３２５９０６号公報
【特許文献７】特開２００９−１０１３１７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Hanashima, M., Yamasaki, K., Matsufuji, Y., Tanaka, M., and Ikeguchi,T. (1983) Technological progress of inland reclamation in Japan. InternationalLand Reclamation Conference and Exhibition Reclamation 83, 327-336
【非特許文献２】Hanashima, M., Yamasaki, K., Kuroki, T., and Onishi, K. (1981)Heat and gas flow analysis in semiaerobic lnadfill. Journal of theEnvironmental Engineering Division, Proceedings of the American Society ofCivil Engineers, Vol. 107, No. EE1, 1-9
【非特許文献３】Mitchell, D.A., von Meien, O.F., and Krieger, N. (2003) Recentdevelopments in modeling of solid-state fermentation: heat and mass transfer inbioreactors. Biochemical Engineering Journal 13, 137？147.
【非特許文献４】Mitchell, D.A., von Meien, O.F., and Krieger, N. (2004) A review ofrecent developments in modeling of microbial growth kinetics and intraparticlephenomena in solid-state fermentation. Biochemical Engineering Journal 17, 15？26
【非特許文献５】Pohland, F.G. (1975) Accelerated solid waste stabilization andleachate treatment by leachate recycle through sanitary landfills. Progress inWater Technology, 7, 753？765.
【非特許文献６】Barlaz, M.A., Ham, R.K., and Schaefer, D.M. (1990) Methane productionfrom municipal refuse: a review of enhancement techniques and microbialdynamics. Critical Reviews in Environmental Control, 19(6), 557？584.
【非特許文献７】Stessela, R.I. and Murphy, R.J. (1992) A lysimeter study of theaerobic landfill. Waste Management & Research, 10, 485-503.
【非特許文献８】Mitchell, D.A., Stuart, D.M., and Tanner, R.D. (1999) Solid-state fermentation？microbial growth kinetics, in: M.C. Flickinger, S.W. Drew(Eds.), The Encyclopedia of Bioprocess Technology: Fermentation, Biocatalysisand Bioseparation, 5, 2407？2429.
【非特許文献９】Hudgins, M., and Harper, S. (1999) Operational characteristics of twoaerobic landfill systems. The Seventh International Waste Management andLandfill Symposium, Sardinia, 4 October.
【非特許文献１０】Kjeldsen, P., Barlaz, M.A., Rooker, A.P., Baun, A., Ledin,A., and Christensen, T.H. (2002) Present and long term composition of MSWlandfill leachate: a review. Critical Reviews in Environmental Science andTechnology32(4), 297？336.
【非特許文献１１】Cossu, R., and Rossetti, D. (2003) Pilot scale experienceswith sustainable landfilling based on the PAF conceptual model. Proceedings ofthe Ninth International Waste Management and Landfill Symposium, Cagliari, 6？10October.
【非特許文献１２】Bilgili, M.S., Demir, A., and Ozkaya, B. (2006) Quality and quantityof leachate in aerobic pilot-scale landfills. Environmental Management, Vol.38, No. 2, 189-196.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の廃棄物処分方法は、ごみ埋立地内の気液固混合系の多相間にわたる複雑な微生物系を取り扱う好気嫌気化埋立工法において、オペレータの経験的な要素や勘に依存する割合が高く、ごみ埋立地の安定化の制御が粗くなりがちであるという課題を有する。また、廃棄物の種類（組成）や経時的変化（経年変化）までも考慮されたものは見当たらない。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題を解決するために提案されたものであり、廃棄物への空気注入を考慮した数値シミュレーションを行うことにより、好気嫌気化埋立工法でのごみ埋立地内の複雑な微生物（バクテリア）系を考慮してごみ埋立地の固形廃棄物の安定化を促進するとともに、浸出水の特性（水質）を向上させ、ＧＨＧ、ＴＯＣ等の発生を制御することが可能な新しいタイプの廃棄物処分方法を提供することにある。特に、このような制御を可能とするにより、廃棄物由来の環境負荷の低減および廃棄物の早期安定化を図ることができる新規な廃棄物処分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】
【００１２】
本発明者らは、鋭意研究の結果、好気嫌気化埋立工法でのごみ埋立地内の複雑な微生物系を、廃棄物の種類や経時的変化を考慮に入れてモデル化し、空気の注入条件を考慮して気液固混合系の多相間にわたる微生物系を把握することができる精度の高い数値シミュレーション方法を新たに見出した。さらに、この数値シミュレーション方法を用いて、埋立てされた廃棄物を効率的に処理できる最適な嫌気性または好気性条件を与える最適条件を得ることにより、廃棄物を高度に安定化することができる廃棄物処分方法を新たに見出した。また、この廃棄物処分方法を用いたごみ埋立地からスケールアップした場合にも、高度に安定化されたごみ処分場（ごみ処分装置）を構築できることを見出した。
【００１３】
かくして、本発明に従えば、数値シミュレーションに基づいて、好気性および嫌気性の雰囲気下に廃棄物を処理する廃棄物処分方法において、
前記数値シミュレーションが、
（１）前記廃棄物の組成を分析し、該廃棄物を無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相および気相に分割して、各相の体積率を定めるとともに、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度を定める
組成分析ステップ；
（２）前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を定める空気注入条件設定ステップ；および
（３）前記各相における前記化合物および前記微生物の濃度の時間的変化量を演算して、前記廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの予測を求める生成物予測ステップを含み、
前記生成物予測ステップが、
（３）−１：前記難分解性有機物固相および易分解性有機物固相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分し、
（３）−２：前記液相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
（３）−３：前記気相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量と微小時間における前記廃棄物に注入する空気量とを積分し、
（３）−４：さらに、前記微生物について、前記難分解性有機物固相、易分解性有機物固相および液相における当該微生物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの前記予測を求め、
前記求められた予測に基づいて、前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間の適否を判断して、前記廃棄物に空気注入して処理することを特徴とする廃棄物処分方法が提供される。
全有機炭素量とは、一般に水中に含まれる有機物中の炭素の総量を示す。全窒素量とは、一般に水中に含まれる窒素の総量を示す。また、温室効果ガスとは、一般に二酸化炭素ガスおよびメタンガスを示す。
【００１４】
また、必要に応じて、前記予測に基づいて、数値シミュレーションにおける前記体積率および前記初期濃度のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする廃棄物処分方法も提供される。
【００１５】
また、本発明に従えば、好気性および嫌気性の雰囲気下に空気を注入して廃棄物を処理するに際して、該廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間の適否を判断するのに用いる廃棄物処分プログラムにおいて、
（１）前記廃棄物の組成を分析して定めた、該廃棄物を構成する無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相の各体積率と、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度とを記憶する組成分析メモリ記憶手段、
（２）前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を記憶する空気注入データ記憶手段、
（３）前記各相における前記化合物および前記微生物の濃度の時間的変化量を演算して、前記廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの予測を求める生成物予測演算手段としてコンピュータを機能させ、
前記生成物予測演算手段が、
（３）−１：前記難分解性有機物固相および易分解性有機物固相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分し、
（３）−２：前記液相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
（３）−３：前記気相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当
たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量と微小時間における前記廃棄物に注入する空気量とを積分し、
（３）−４：さらに、前記微生物について、前記難分解性有機物固相、易分解性有機物固相および液相における当該微生物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの前記予測を求めることを特徴とする廃棄物処分プログラムが提供される。
【００１６】
また、必要に応じて、前記予測に基づいて、数値シミュレーションにおける前記体積率および前記初期濃度のうち少なくとも１つを補正する補正演算手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする廃棄物処分プログラムも提供される。
また、本発明に従えば、廃棄物処分制御プログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体が提供される。
【００１７】
また、本発明に従えば、数値シミュレーションに基づいて、好気性および嫌気性の雰囲気下に廃棄物を処理する廃棄物処分支援装置において、
（１）前記廃棄物の組成を分析し、該廃棄物を無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相および気相に分割して、各相の体積率を定めるとともに、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度を定める組成分析手段；
（２）前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を定める空気注入条件設定手段；および
（３）前記各相における前記化合物および前記微生物の濃度の時間的変化量を演算して、前記廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの予測を求める生成物予測手段を備え、
前記生成物予測手段が、
（３）−１：前記難分解性有機物固相および易分解性有機物固相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分し、
（３）−２：前記液相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
（３）−３：前記気相については、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量と微小時間における前記廃棄物に注入する空気量とを積分し、
（３）−４：さらに、前記微生物について、前記難分解性有機物固相、易分解性有機物固相および液相における当該微生物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分し、
全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つの前記予測を求め、
前記求められた予測に基づいて、前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間の適否を判断して、前記廃棄物に空気注入して処理することを特徴とする廃棄物処分支援装置が提供される。
【００１８】
また、必要に応じて、前記予測に基づいて、数値シミュレーションにおける前記体積率および前記初期濃度のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする廃棄物処分支援装置も提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法における一次元ごみ埋立地モデルを示す。
【図２】本発明の実施形態に係る廃棄物処分支援装置のブロック図、データ図、フローチャートを示す。
【図３】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例のライシメータ（ごみ埋立模型槽）の概略図および空気注入から40日目のライシメータ内の浸出水のＴＯＣ濃度およびＴ−Ｎ濃度を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例のライシメータ内の浸出水中のＴＯＣ、Ｔ−Ｎ、ライシメータ内の浸出水のＴ−Ｎ、NH4+−N、NO2−−NおよびNO3−−Nの濃度に関する数値シミュレーションの結果を示す。
【図５】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例のライシメータ実験における４０日目のライシメータ内ガス組成分布を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例のライシメータ内の埋立ガス組成分布と、１年間のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの排出量に関する数値シミュレーションの結果を示す。
【図７】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例の無機物固相、難分解性有機物固相および易分解性有機物固相の体積比を変更して補正された場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量の変動に関する数値シミュレーションの結果を示す。
【図８】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例のごみ埋立地への空気注入流量を変更した場合および間欠的に空気注入した場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量に関する数値シミュレーションの結果を示す。
【図９】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例のごみ埋立地への空気注入箇所を複数化させた場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量に関する数値シミュレーションの結果を示す。
【図１０】本発明の実施形態に係る廃棄物処分方法およびその装置における数値シミュレーションを実証するための実施例のごみ埋立地の廃棄物層の高さが異なる場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量に関する数値シミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施形態に係る廃棄物処分方法は、好気性および嫌気性の雰囲気下においてごみ処理の効率性を左右する重要な因子が、ごみ埋立地に空気を注入する際の空気注入条件であり、従来のように経験や勘に頼って空気をごみ埋立地に注入するのではなく、最適な空気注入条件を得ることが重要であるという考えに基づくものである。
【００２１】
本実施形態に係る廃棄物処分方法において、図１に示すように、ごみ埋立地のモデルが、実際のごみ埋立地の状況に適合するか否かを左右する重要な因子（変数）として、気相、液相、および固相（無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相）から成る各相の割合（体積率）ならびに廃棄物中の有機物濃度であり、これが、空気注入条件（深さ、流量、時機および期間）に応じて、ごみ埋立地の深さ方向に経時的に変化するもので
ある（以下、固相の体積率をεs、無機物固相の体積率をεsior、難分解性有機物固相の体積率をεshar、易分解性有機物固相の体積率をεseas、液相の体積率をεｌ、気相の体積率をεgを用いて示す）。本実施形態において用いる数値シミュレーションの特徴は、このような考察の基に構築されていることにある。
【００２２】
かくして、本実施形態に係る数値シミュレーションを用いて廃棄物の処理を行うに当たっては、図１に示すように、先ず、廃棄物の組成を分析して、上記各相の体積率（εｓ：εｓior、εｓhar、εｓeas、εl、εg）ならびに廃棄物中に含まれる微生物（菌）や、有機炭素、有機窒素などの有機物を主とする各種化合物の初期濃度を定める。一方、所期の廃棄物処分状況に応じて、前記廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間を定めておく。
【００２３】
本実施形態に係る数値シミュレーションにおいては、上記に従い定められた各相の体積率ならびに廃棄物中に含まれる微生物（菌）や、有機炭素、有機窒素などの有機物を主とする各種化合物の初期濃度を用いて、マスバランス（各相に含まれる化合物および微生物の濃度の時間変化量）を演算するステップが含まれる。このステップで、前記化合物および前記微生物の相間移動が経時的に発生していることから、各相のマスバランスは、各々互いに独立して演算されるものではなく、各相のマスバランスを時間軸に対して同時並行演算されることにより、前記廃棄物から分解生成される全有機炭素量、全窒素量および温室効果ガス量のうちの少なくとも１つを予測することができる。
【００２４】
前記演算するステップは、上記マスバランスについて具体的な数式を用いて、以下、１−１．第j分解性固相、１−２．液相、１−３．気相、および１−４．バクテリアの項目に分けて分説する。廃棄物層における気相、液相、有機物による微生物分解速度の異なる分解性固相の各相ｊ（非分解性固相は含まない）における成分kのマスバランスは、基本的に以下の式（１）〜（４）から構成される。
【００２５】
数式を構成する変数としては、相ｊにおける成分kの反応速度（生成速度）Bk,j(kg/m3/ｈ)、相ｊ中のkの濃度Ck,j(kg/m3)
、相ｊの体積含有率？j（-）、相ｊにおけるkの移動フラックスJk,j(kg/m2/ｈ)、送気によるガス成分kの供給速度Sk,g(kg/m3/ｈ)、時間t（ｈ）、相ｊにおける菌種kの菌体濃度Xk,j(kg/m3)、深さz（ｍ）を使用する。
１−１．第j分解性固相
難分解性有機物固相および易分解性有機物固相から成る各分解性固相におけるマスバランスは、式（１）に示される。
【００２６】
【数１】
2012066171.tif 000003
【００２７】
各分解性固相における前記化合物ｋは、各分解性固相中の炭素および窒素である。式（１）におけるBk,jは、反応項であり、具体的には、有機物分解による各分解性固相中の炭素および窒素の微小時間における体積率当たりの生成速度を表す。式（１）を積分（時間積分および位置積分）することにより、当該炭素および窒素の最終濃度が得られる。
【００２８】
１−２．液相
液相におけるマスバランスは、式（２）に示される。
【００２９】
【数２】
2012066171.tif 000004
【００３０】
液相における前記化合物ｋは、溶存炭素、溶存窒素および溶存ガスである。右辺第1項は移動項（微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量）であり，具体的には、水分移動等による溶存成分の移動を表す項である。右辺第2項は、反応項であり、有機物分解や気相-液相間のガス移動等による溶存成分の微小時間における体積率当たりの生成速度を表す。式（２）を積分（時間積分および位置積分）することにより、当該溶存炭素、溶存窒素および溶存ガスの最終濃度が得られる。
【００３１】
１−３．気相
気相におけるマスバランスは、式（３）に示される。
【００３２】
【数３】
2012066171.tif 000005
【００３３】
気相における前記化合物ｋは、空気の主成分および埋立地から発生する埋立ガス成分である。右辺第1項は移動項（微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量）であり，具体的には、拡散や移流等によるガス成分の移動を表す。右辺第2項は反応項であり、微生物による作用や気相-液相間のガス移動によるガス成分の微小時間における体積率当たりの生成速度を表す。右辺第3項は空気注入による送気項であり，注入位置で注入された微小時間におけるガス成分の供給（注入量）を表す。式（３）を積分（時間積分および位置積分）することにより、当該空気の主成分および埋立地から発生する埋立ガス成分の最終濃度が得られる。
【００３４】
１−４．バクテリア
相ｊにおける菌種kの微生物のマスバランス（菌体物質収支）は、前記難分解性有機物固相、易分解性有機物固相および液相にについて適用され、式（４）に示される。
【００３５】
【数４】
2012066171.tif 000006
【００３６】
左辺は時間項であり，各微生物の濃度の微小時間における体積率あたりの時間的変化量を表す項である。右辺第1項は移動項（微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量）であり，液相中に存在する微生物の場合に考慮する水分移動に伴う菌体移動を表す。右辺第2項は反応項であり，体積率当たりの微生物の増殖および死滅等を表す。式（４）を積分（時間積分および位置積分）することにより、当該液相における各微生物の最終濃度を得る。
【００３７】
なお、無機物固相の体積率εsiorは、廃棄物の全体積を割り出す際に定義されるが、無機物固相における前記化合物および微生物の物質移動は考慮されないことから、本実施形態のマスバランス式においては使用されない。
【００３８】
以上のような数値シミュレーションの結果として、浸出水の水質（全有機炭素量および全有機窒素量）、埋立地からの温室効果ガス（二酸化炭素，メタン等）の排出量や，廃棄物中の有機物残存量等の指標値を得る。必要に応じて、この得られた指標値が、所望の値を外れている（一般的には高い）ときは、上記各相の体積率および／または廃棄物中に含まれる微生物（菌）や、有機炭素、有機窒素などの有機物を主とする各種化合物の初期濃度を補正して、再び数値シミュレーションを行い、必要に応じてこのような数値シミュレーションを繰り返す。このような補正により、所望の数値シミュレーション結果が得られない場合には、空気注入条件（深さ、流量、時機および期間）の設定を変更して、再度数値シミュレーションを行い、最適な空気注入条件を得ることができる。
【００３９】
このような数値シミュレーションを行うことにより、全有機炭素量及び全有機窒素量等の生成に関して所望の低い値が得られると予測される空気を注入する位置（深さ方向の位置）、流量および期間（注入時間、注入間隔）を定めることができる。本実施形態における数値シミュレーションの結果が、実際のごみ埋立地における全有機炭素量及び全有機窒素量の生成状況と良好に一致することは確認されている（後述の実施例参照）。後述の実施例では、上述した体積率ならびに有機物濃度が、空気注入条件（深さ、流量、時機および期間）に応じて、ごみ埋立地の深さ方向に経時的に変化しているという考えに基づいて、深さ方向に異なる位置で空気注入を実施している。
【００４０】
本実施形態に係る廃棄物処分方法に基づく廃棄物処分支援装置を、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る廃棄物処分支援装置のブロック構成を示す。
本実施形態に係る廃棄物処分支援装置は、図２に示すように、データの入力を受付ける入力装置としての入力部１０と、該入力部１０から入力された廃棄物の各種データ（例えば、重量、体積、含水率等）に基づいて廃棄物の組成を分析し、該廃棄物を無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相、液相および気相に分割して、各相の体積率を定めるとともに、それらの各相に含まれる化合物ならびに好気性菌および嫌気性菌から成る微生物の初期濃度を定める組成分析部１１と、廃棄物に注入する空気の注入位置、流量、時機および期間が前記入力部１０から入力され、この入力された各空気に関する各値を各空気注入条件として設定する空気注入条件設定部１２と、組成分析部１１で分析されて定められたデータおよび空気注入条件設定部１２で設定されたデータを各々記憶するメモリとしての記憶部２と、この記憶部２に記憶された各データに基づいて前記数値シミュレーションを演算するＣＰＵとしての演算部３と、この演算部３の演算結果を出力する出力装置としての出力部４とから構成される。入力部１０は、外部から廃棄物の種類、廃棄物に注入する注入空気（空気の注入位置、流量、時機および期間）に関するデータの入力を受付ける。記憶部２は、組成分析部１１で分析されて定められた初期濃度および体積率を組成分析データとして記憶する組成分析メモリ２１と、空気注入条件設定部１２で予め設定された注入する注入空気に関する注入空気データを記憶する注入空気メモリ２２とから構成される。
【００４１】
演算部３は、上記式（１）に基づいて、難分解性有機物固相および易分解性有機物固相に関するマスバランスを演算する難分解性有機物固相演算部３１および易分解性有機物固相演算部３２と、上記式（２）に基づいて、液相に関するマスバランスを演算する液相演算部３３と、上記式（３）に基づいて、気相に関するマスバランスを演算する気相演算部３４と、微生物の収支に関して演算する微生物演算部３５と、これらの演算結果に基づいて、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧを演算する予測演算部３６と、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの演算結果に基づいて前記体積比εを補正する補正演算部３７とから構成される。
ここで、上記の難分解性有機物固相演算部３１、易分解性有機物固相演算部３２、液相演算部３３、気相演算部３４、および微生物演算部３５の各演算部は、互いに独立して演算を行うものではなく、同一時点における各相間の物質移動量を同時並行に演算し、同時点における解を同時に算出するものである。
【００４２】
出力部４は、演算部３で演算されたＴＯＣの演算結果を出力するＴＯＣ出力部４１と、演算部３で演算されたＴ−Ｎの演算結果を出力するＴ−Ｎ出力部４２と、演算部３で演算されたＧＨＧの演算結果を出力するＧＨＧ出力部４３とから構成される。
組成分析メモリ２１に記憶される組成分析データは、廃棄物の各相における体積率εおよび各相に含まれる化合物の初期濃度から構成される。例えば、ある廃棄物の組成に基づいて、無機物固相の体積率は０．２、難分解性有機物固相の体積率は０．１、易分解性有機物固相の体積率は０．２、液相の体積率は０．１５、
気相の体積率は０．３５であることが得られる。
【００４３】
また、注入空気メモリ２２に記憶される注入空気データは、注入空気に関する注入空気メモリとしての位置項目、流量項目、時機項目および期間項目から構成される。この期間項目は、空気を注入する期間が指定される。また、この時機項目は、必要に応じて空気を注入する間隔および該間隔ごとの流量の変化を指定することができる。例えば、廃棄物の１．５ｍの深さに２．５リットル/分の一定の流量で２０日間空気を注入することや、廃棄物の２．５ｍの深さに１．０リットル/分の流量で１０日ごとに１．０リットル/分の流量を増量し、５０日間空気を注入すること等の空気注入条件を設定することができる。
【００４４】
以下、本実施形態に係る廃棄物処分方法の流れを、上記の図２に記載の廃棄物処分支援装置を用いて説明する。
まず、前記入力部１０は、廃棄物に関するデータを受付ける。前記記憶部２は、この受付けたデータを前記組成分析メモリ２１に記憶する。前記演算部３は、各相および微生物のマスバランスに基づいて、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧを演算する。ＴＯＣ出力部４１、Ｔ−Ｎ出力部４２およびＧＨＧ出力部４３は、各々、算出されたＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧを出力する。ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの出力は、端末ディスプレイ上に画面出力することや、プリンタにより紙出力することが可能である。
【００４５】
ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの値が、目標とする範囲を逸脱した場合には、補正演算部３７により、上記の各相の体積比εが補正され、数値シミュレーションを再実行することができる。この補正は、体積比εを±５０パーセントの範囲内で補正することが好ましく、より好ましくは、±３０パーセントの範囲内で補正する。また、廃棄物中の有機物や微生物の初期濃度に対しても、ごみの種類などに応じて同様に変化させることができる。この補正は、廃棄物における各相の体積比εの変化（経時的、ごみ埋立地の深さ方向）を反映している。
【００４６】
補正演算部３７は、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧが閾値内に存在するかを判断する。補正演算部３７は、この判断により閾値内に存在する場合には、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの演算が精度よく実施されたと判断し、数値シミュレーション演算を終了する。
また、閾値内に存在しない場合には、補正演算部３７は、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの演算の精度が低いと判断できることから、この場合には、前記組成分析メモリ２１に記憶された前記体積比εを±５０パーセントの範囲内で補正し、再度数値シミュレーションを行う。このように補正を行うことから、数値シミュレーションで初期値として設定した体積比εにずれがある場合に補正できることとなり、数値シミュレーションの演算精度を向上させることができる。この補正では、前記体積比εを対象としたが、廃棄物の初期条件に関するものであれば特に制限はなく、例えば、微生物の濃度や、微生物の栄養源である廃棄物中の有機炭素、有機窒素などの濃度も補正することもできる。
【００４７】
数値シミュレーションの結果が、この補正によってもＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの値が所望でない場合には、注入空気の各条件（空気の注入位置、流量、時機および期間）を変更することができ、適切な空気注入の注入位置、流量、時機（間隔）および期間を得ることができる。
【００４８】
なお、前記実施形態においては、出力部４が、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧを算出したが、これらの指標値に限定されず、他の炭素量、窒素量および排出ガスに関する一般的な指標値、例えば、ＴＯＮおよびＴ−Ｃも同様に算出することができる。また、前記実施形態においては、式（１）の第j分解性固相を、難分解性有機物固相および易分解性有機物固相の２つに分けたが、この形式に限定されず、例えば、難分解性有機物固相、中分解性有機物固相および易分解性有機物固相の３つに分けることも可能である。また、初期設定した空気注入の位置に関して、複数の空気注入の位置を同時に初期設定し、得られた各々のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧを出力部４が同時に出力することも可能である。
【００４９】
また、本実施形態は、データの入力を受付ける入力装置、データを記憶するメモリ、演算を行うＣＰＵ、データを出力する出力装置を備えるハードウェア資源により実現される。この場合、ハードウェア資源を制御するソフトウェアのプログラム自体が本実施形態の機能を実現することになり、そのプログラム自体は本実施形態を構成する。また、そのプログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばプログラムを格納した記録媒体は本実施形態を構成する。当該コンピュータプログラムの記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等の磁気記録媒体および光磁気記録媒体がある。
【００５０】
本発明の特徴を更に具体的に示すため、以下に実施例を記すが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
【実施例】
【００５１】
本発明に係る実施例では、本発明の実施例に係る一次元ごみ埋立地モデルとして、空気の注入を考慮した一次元ごみ埋立地モデルを構築し、好気嫌気化埋立工法を数値シミュレーションを用いて演算した。
【００５２】
本発明の実施例に係る一次元ごみ埋立地モデルは，図１に示すように、廃棄物層が非分解性固相（無機物固相）、分解速度の異なる複数の分解性固相（難分解性有機物固相および易分解性有機物固相）、液相、および気相に分割されて構成される。
本発明の実施例に係る一次元ごみ埋立地モデルに含まれる一連の反応としては、基本的には、ごみに含まれる有機物が微生物の作用により分解され，分解生成物は溶質または埋立ガスとなり，埋立地からの浸出水の排除およびガス排出によって埋立地外へと排出される。さらに、埋立地の溶質中の溶存態アンモニアは，硝化菌の作用により亜硝酸および硝酸へと変換され，脱窒菌の作用により硝酸が窒素ガスに変換される。
【００５３】
さらに詳細には、本発明の実施例に係る一次元ごみ埋立地モデルにおいて、難分解性有機物は、難分解性有機物固相の加水分解菌により分解されて易分解性有機物となる。易分解性有機物は、易分解性有機物固相の嫌気性および好気性加水分解により分解されて有機炭素および窒素として液相に溶解する。溶解された有機炭素は、液相中に嫌気性菌により分解されてメタンおよび二酸化炭素ガスとなり、また、液相中の好気性菌により分解されて二酸化炭素ガスとなる。アンモニア（態）窒素は亜硝酸菌により亜硝酸（態）窒素に変化し、亜硝酸（態）窒素は好気条件下に硝酸菌により硝酸（態）窒素に変化する。硝酸（態）窒素は、嫌気（性）条件下に脱窒菌により窒素ガスに変化する。液相の溶質およびバクテリア（菌）は浸透により移送される。ガスの移動は、拡散および移流によって生じる
。
【００５４】
本発明に係る実施例では、このような一次元ごみ埋立地モデルを用いて、ごみ埋立地内の諸現象、例えば、有機物質の生分解、微生物の活性、水分の移動、溶質移動およびガス移動に着目して空気をごみ埋立地の内部に注入する条件を考慮し、数値シミュレーションを行った。また、この数値シミュレーションの妥当性を検証するためにライシメータを使用した。ライシメータとは、金属またはコンクリート製の柱状容器から成る実験装置であり、該容器に土壌を充填し、該容器の内部での土壌や土壌内の微生物に関する様々な特性を計測するものである。
【００５５】
以下、本実施例においては、図３（ａ）に記載のライシメータによりモデル化されたごみ埋立地内の各相に対して、上記のマスバランス式（１）〜（４）に対応する以下のマスバランス式（１０）〜式（３３）を用いて数値シミュレーションを実施した。なお、これらのマスバランス式（１０）〜式（３３）は、上記のマスバランス式（１）〜（４）に基づく実施例の１つに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００５６】
（実施例１）
一次元ごみ埋立地モデルの適合性確認
本発明の廃棄物処分方法に係る実施例１を図３から図５、および図６（ａ）に従い説明する。実施例１では、まず上記に述べた一次元ごみ埋立地モデルの適合性を確認することを目的とした。
図３は、ごみ埋立地を模擬したライシメータの概略図および空気注入から40日目のライシメータ内の浸出水のＴＯＣ濃度およびＴ−Ｎ濃度を示す。図４は、ライシメータ内の浸出水中のＴＯＣ、Ｔ−Ｎ、ライシメータ内の浸出水のＴ−Ｎ、NH4+−N、NO2-−NおよびNO3-−Nの濃度に関する本実施形態の数値シミュレーションの結果を示す。図５は、ライシメータ実験における40日目のガス組成分布を示す。図６は、ライシメータ内の埋立ガス組成分布と、１年間のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの排出量とに関する本実施形態の数値シミュレーションの結果を示す。
【００５７】
本実施形態に係る実施例では、上記のマスバランス式（１）〜（４）に基づいて、ごみ埋立地内の諸現象を高精度に把握するために、固相に関しては、前述のように、無機物固相、難分解性有機物固相、易分解性有機物固相の３つに分割した。すなわち、本実施形態に係る実施例の一次元ごみ埋立地モデルにおいては、廃棄物は、気相、液相、無機物固相（非分解性固相）、難分解性有機物固相（分解性固相）および易分解性有機物固相（分解性固相）から成るものと廃棄物組成を仮定した。
【００５８】
各固相では、金属、ガラス、セラミックおよび石類、ならびに５ｍｍ以下の粒子類の幾分かを無機成分と仮定した。プラスチック、ゴムおよび皮類、木、竹およびワラ類の５０％、ならびに５ｍｍ以下の粒子類を難分解性物質と仮定した。紙類、布類、厨芥、木、竹およびワラ類の５０％、５ｍｍ以下の粒子類の幾分かを易分解性物質と仮定した。５ｍｍ以下の粒子類中の無機物質、難分解性物質および易分解性無機物質の質量パーセントは、全質量中のそれらの３成分の質量パーセントから５ｍｍ以下の粒子類の質量を差し引いたものに等しいと仮定した。また、体積比は、サンプル抽出されたごみの固体から浸出した液量を液相の体積と仮定し、ごみの固体の体積を固相の体積とすると共に、ごみの全体積から当該液相および固相の体積を除外した体積を気相の体積と仮定した。
【００５９】
さらに、本実施形態に係る一次元ごみ埋立地モデルにおいて、以下を仮定した。
(ａ) 水分の体積含有量およびガスの体積含有量は、位置的および時間的に一定である。(ｂ) 水分の平均断面速度は、位置的および時間的に一定であり、年平均降雨強度の40％に相当する。
(ｃ) 気相の構成成分は、メタンガス、二酸化炭素ガス、酸素ガスおよび窒素ガスである。
(ｄ) 液相のガス濃度と気相のガス濃度との間には常に平衡状態が成立している。
(ｅ) 溶解するメタンガスおよび窒素ガスは無視できる。
(ｆ) 死滅したバクテリアは分解を受け、バクテリアの基質として利用されるが、難分解性有機物固相中の死滅バクテリアは易分解性有機物質に変化する。
(ｇ) 各相の体積比は一定とし、難分解性有機物固相および易分解性有機物固相中の有機物質が分解された場合にもこのことが当てはまる。
(ｈ) ライシメータ内の温度は一定であり、外気温度20℃に等しい。すなわち、バクテリアの活性により生じる熱はライシメータの壁から外気に放散され、ライシメータの内部に蓄熱されない。
【００６０】
また、上記の難分解性有機物固相演算部３１は、難分解性有機物固相について、嫌気性菌により難分解性有機物が分解されて易分解性有機物が生成されることに基づいて、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分する。
易分解性有機物固相演算部３２は、易分解性有機物固相について、前記難分解性有機物が分解されることによる易分解性有機物の生成、および、易分解性有機物に含まれる有機炭素および有機窒素が好気性菌および嫌気性菌により分解されて消失することに基づいて、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度を積分する。
【００６１】
液相演算部３３は、液相について、前記移動フラックスを平均断面速度に濃度勾配を乗じた値とし、前記易分解性有機物が分解されて有機炭素、有機窒素およびアンモニアが生成されること、好気性菌、嫌気性菌および脱窒菌により有機炭素が分解されて消失すること、亜硝酸菌によりアンモニアが分解されて亜硝酸が生成されること、硝酸菌により亜硝酸が分解されて硝酸が生成されること、該脱窒菌により硝酸が分解されて窒素ガスが生成されること、および、前記有機炭素、有機窒素、アンモニア、亜硝酸および硝酸が流入出することに基づいて、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量とを積分する。
【００６２】
気相演算部３４は、気相については、前記移動フラックスを前記液相への気体溶解が含まれる移流分散方程式（ＣＤＥ）に基づくものとし、前記液相の嫌気性菌により有機炭素が分解されてメタンガスが生成されること、前記液相の好気性菌および嫌気性菌により有機炭素が分解されて二酸化炭素ガスが生成されること、前記易分解性有機物固相の好気性菌、前記液相の好気性菌、亜硝酸菌および硝酸菌により酸素ガスが消費されること、前記液相の脱窒菌により硝酸が分解されて窒素ガスが生成されること、前記空気注入に伴い酸素ガスおよび窒素ガスが流入すること、および、前記メタンガス、二酸化炭素ガス、酸素ガスおよび窒素ガスが流入出することに基づいて、当該相に含まれる化合物の微小時間における体積率当たりの生成速度と当該相の微小時間における体積率あたりの移動フラックスの位置変化量と微小時間における前記廃棄物に注入する空気量とを積分する。
【００６３】
また、各相の微生物に対して修正Monod式を考慮した。該修正Monod式は、好気性細菌の増殖速度はＤＯ（溶存酸素量）濃度が高くなるほど、また嫌気性細菌の増殖速度はＤＯ濃度が低くなるほど大きくなると考え、従来のMonod式を以下のように修正したものである。
【００６４】
【数５】
2012066171.tif 000007
【００６５】
ここで、Rは増殖速度、μは比増殖速度、Xは菌体濃度、μmaxは最大比増殖速度、fSは基質影響因子、fDOは溶存酸素影響因子、CSは基質濃度、KSは基質半飽和定数、CDOは溶存酸素濃度、KDOは溶存酸素半飽和定数である。記号右下のｊは相ｊ（=
Shar:難分解性有機物固相, Seas：易分解性有機物固相, l：液相）におけるものであることを示し、記号右上のkは微生物の種類（= '：嫌気性菌, NO2：亜硝酸菌,
NO3：硝酸菌, DN：脱窒菌, または無し：好気性菌）を示す。fDOの式（８）は好気性菌、亜硝酸菌、硝酸菌に適用し、式（９）は嫌気性菌、脱窒菌に適用する。なお、難分解性有機物固相においては、考慮する影響因子はfSのみをとし、fDOは考慮しない（=1とする）。
【００６６】
２−１−１．難分解性有機物固相
上記式（１）に基づく難分解性有機物固相中の炭素および窒素のマスバランスを式（１０）および式（１１）で示す。ここで両辺にεの項が含まれていないのは、上記式（１）の時間項（左辺）および反応項（右辺）に同値のεが積算されており、相殺されたためである。
【００６７】
【数６】
2012066171.tif 000008
【００６８】
上記式において、ｔは時間(h)を示し、CC,Shar (kg-C/m3)およびCN,Shar
(kg-N/m3)は、難分解性有機物固相における炭素および窒素の濃度を示し、R'Shar (kg-cell/m3/h)は、修正Monod式によって表される増加速度を示し、Y'C,Shar
(kg-cell/kg-C)、Y'C,X,Shar
(kg-cell/kg-C)、Y'N,Shar (kg-cell/kg-N)およびY'C,X,Shar
(kg-cell/kg-N)は、難分解性有機物固相における加水分解バクテリアの産生速度（収率）を示す。
【００６９】
２−１−２．易分解性有機物固相
上記式（１）に基づく易分解性有機物固相中の炭素および窒素のマスバランスを式（１２
）および式（１３）で示す。上記の難分解性有機物固相の場合と異なる点は、上記前提（ｆ）に基づく難分解性有機物固相からの物質移動が含まれることである。
【００７０】
【数７】
2012066171.tif 000009
【００７１】
上記式において、εShar (-)およびεSeas (-)は、それぞれ、難分解性有機物固相および易分解性有機物固相の体積比を示し、CC,Seas
(kg-C/m3)およびCN,Seas (kg-N/m3)は、それぞれ、易分解性有機物固相における炭素濃度および窒素濃度を示し、バクテリア活性に関する変数において右肩印（’）をつける場合およびつけない場合は、それぞれ、嫌気性加水分解バクテリアおよび好気性加水分解バクテリアであることを示し、易分解性有機物固相中の各バクテリアに関して、RSeas
(kg-cell/m3/h)は、修正Monod式によって表される増加速度を示し、YC,Seas
(kg-cell/kg-C)、YC,X,Seas (kg-cell/kg-C)、YN,Seas
(kg-cell/kg-N)およびYC,X,Seas (kg-cell/kg-N)は産生速度（収率）を示し、Kd,Seas
(1/h)は、比消滅速度を示し、XSeas (kg-cell/m3)は濃度を示す。
【００７２】
２−２．液相
上記式（２）に基づく液相中の有機炭素、アンモニア（態）窒素、亜硝酸（態）窒素、亜硝酸（態）窒素および硝酸（態）窒素のマスバランスを式（１４）〜式（１７）で示す。
【００７３】
【数８】
2012066171.tif 000010
【００７４】
上記式において、ｚ(m)は、深さを示し、εl (-)は、液相の体積比率を示し、u (m/h)は、液体の平均断面速度を示し、CC,l
(kg-C/m3)、CNH4,l (kg-N/m3)、CNO2,l
(kg-N/m3)およびCNO3,l (kg-N/m3)は、それぞれ、液相中の有機炭素、アンモニア（態）窒素、亜硝酸（態）窒素、亜硝酸（態）窒素および硝酸（態）窒素の濃度を示し、バクテリア活性に関する変数において右肩に’、NO2,
NO3 およびDNと付けている場合、および右肩に何も付けていないのは、それぞれ、液相中の嫌気バクテリア、亜硝酸バクテリア、硝酸バクテリア、脱窒バクテリア、および好気バクテリアであることを示し、Rl
(kg-cell/m3/h)は、修正Monod式によって表される増加速度を示し、液相中の各バクテリアに関して、YC,l
(kg-cell/kg-C)、YC,X,l (kg-cell/kg-C)、YN,l (kg-cell/kg-N)およびYN,X,l
(kg-cell/kg-N)は産生速度（収率）を示し、Kd,l (1/h)は比消滅速度を示し、Xl
(kg-cell/m3)は濃度を示す。
【００７５】
上記式（１４）〜（１７）は、いずれも、左辺が液相濃度の時間変化を考慮する時間項であり、右辺第１項は水分移動等による溶存成分の移動を考慮した移動項であり、右辺第2項以降は有機物分解や気相-液相間のガス移動等による溶存成分の生成および消失を考慮した反応項である。すなわち、上記式（２）に基づいて構築された式である。
また、液相へのガス溶解を、以下の式（１８）および式（１９）で示す。
【００７６】
【数９】
2012066171.tif 000011
【００７７】
上記式において、CCO2,l (kg-C/m3)およびCO2,l (kg-O/m3)は、それぞれ、液相におけ
る溶解二酸化炭素濃度および溶解酸素濃度を示し、HCO2 (-)およびHO2 (-)は、それぞれ、二酸化炭素および酸素についてのヘンリー定数（無次元）を示し、CCO2,g
(kg-C/m3)およびCO2,g (kg-O/m3)は、それぞれ、気相における二酸化炭素濃度および酸素濃度を示す。
【００７８】
２−３．気相
上記式（３）に基づく気相中のメタン、二酸化炭素、酸素、窒素のマスバランスを式（２０）〜式（２３）で示す。また、二酸化炭素および酸素の液相への溶解を式（２４）および式（２５）で示す。
【００７９】
【数１０】
2012066171.tif 000012
【００８０】
上記式において、εg (-)は、気相の体積比を示し、v (m/h)はDarcy則によって決定されるガス速度を示し、CCH4,g
(kg-C/m3)およびCN2,g (kg-N/m3)は、それぞれ、気相中のメタン濃度および窒素濃度を示し、Dk,g
(m2/h)は、ガス成分kの拡散係数を示し、ξg (-)は、ガス路の屈曲係数を示し、Y'CO2,l
(kg-cell/kg-C)およびYCO2,l (kg-cell/kg-C)は、二酸化炭素の生成速度を示し、YO2
(kg-cell/kg-O)の４つのバージョンは、酸素の消費速度を示し、QO2,g (kg-O/h)およびQN2,g (kg-N/h)は、酸素および窒素の供給速度を示す。
【００８１】
上記式を、式（２１）を例として説明する。式（２１）は、以下の元々の式（Ａ）と式（Ｂ）から得られたものである。式（Ａ）については、左辺の２つの項はいずれも時間項であり，各々液相および気相での酸素ガス濃度の時間変化を考慮する項である。右辺第１項から第３項は移動項であり，移流分散方程式（Convection
Dispersion Equation；ＣＤＥ）を含むガス成分の移動を考慮する項である。右辺第４項から第６項は反応項であり，
微生物による作用や気相-液相間の酸素ガス移動による酸素ガス成分の生成や消費を考慮する項である。右辺第７項は空気注入による送気項であり，送気位置において送気によるガス成分の供給を考慮する項である。すなわち、式（Ａ）は、上記の式（３）に基づく酸素ガスのマスバランスを示している。この式（Ａ）に式（Ｂ）を代入して得られた式が式（２１）である。他の式（２０）、式（２２）および式（２３）も同様に上記の式（３）に基づくものである。
【００８２】
【数１１】
2012066171.tif 000013
【００８３】
また、上記の送気項は、時間および／または位置の関数として示すことができる。さらに、この送気項は、時間や位置に対して一定とすることもできるが、例えば、間欠的な動作を示すパルス状の関数や、正弦関数などを使用して定義することもできる。ごみ埋立地への空気注入により空気が連続的に供給される場合には、この送気項を、時間や位置に対して一定な関数として示すことができる。また、ごみ埋立地への空気注入により空気が断続的に供給される場合には、この送気項を、時間や位置に対してパルス関数、正弦関数、またはそれらを組み合わせた関数を使用して示すことができる。この場合には、例えば、１０日に１度の割合で空気を注入することや、１ヶ月に１度の割合で徐々に増量した空気を注入することを数値シミュレーションすることができることから、空気注入の位置、流量、時機および期間を複雑かつ詳細に設定できることとなり、連続的な空気注入のみでは得られないごみの生分解に関して従来に無い最適な空気注入条件を見出せる可能性を有する。このように、本実施形態では、従来のように経験や勘に頼るのみでは得られることが困難な複雑な空気注入条件を得ることができ、該空気注入条件により、空気を注入されたごみ埋立地においてこれまでに無い効率的な生分解を促進することができる。
【００８４】
２−４．バクテリア
上記式（４）に基づく各相中のバクテリアのマスバランスを式（２６）〜式（３３）で示す。
【００８５】
【数１２】
2012066171.tif 000014
【００８６】
上記の式において、各相の体積比ε、ならびに有機物および微生物の初期濃度の他、ごみ埋立地の挿入深さｚ、および酸素の供給速度ＱO2,g（ｋｇ−Ｏ／ｈ）を用いて酸素供給の度合い（空気の導入量）を予め設定し、一般に使用される差分法、ラプラス変換法、フーリエ変換法、テーラー展開などを用いて偏微分項を展開し、コンピュータで数値シミュレーションを行った。
【００８７】
この数値シミュレーションにおいて、例えば、上記式（１４）において差分法を適用して数値解を得ることを考える。時間項および移動項における偏微分を差分表式で表すと、式（１４）は以下の式（３４）のように展開される。ここで、Δｔは時間ステップ、Δｚは空間ステップであり、式（３４）では左辺に時刻ｔ＋Δｔの変数が含まれる項、右辺にその他の項が配置されている。時刻ｔにおける各変数の値が与えられると右辺の値が決定され、時刻ｔ＋Δｔにおける各変数の値を算定することができる。このことによって、時間変化に伴う各変数の値の変化を逐次的に算定することができる。
【００８８】
【数１３】
2012066171.tif 000015
【００８９】
各相の体積比εは、それらの構成成分の質量パーセントと密度に基づいて決められる。Ｔ−Ｎは、ＮＨ4+−Ｎ、ＮＯ2-−Ｎ、ＮＯ3-−Ｎの合計であると仮定することができ、そして、ＮＨ4+−Ｎの増加およびＮＯ3-−Ｎの消費の両方は、主として嫌気バクテリアによって起こり、嫌気状態は溶存酸素濃度で判断されることから、液相中のＴ−Ｎに対する空気供給条件に影響を受ける。また、ＴＯＣは溶存有機炭素濃度（Cc,l）として表される。
【００９０】
埋立地から排出されるＴ−Ｎの量は，浸出水発生量と底面における上記のＴ−Ｎ濃度の積を時間で積分することで求められる。同様に，ＴＯＣの量は，浸出水発生量と底面における溶存有機炭素濃度の積を時間で積分することで求められる。また、空気導入量は，上記の送気項の値を時間で積分することで求められる。また、数値シミュレーションの初期値設定により２箇所以上のごみ埋立地の導入口から空気を導入する場合の数値シミュレーション結果を求めることもできる。
【００９１】
以下、ライシメータを用いて、上記の式（５）〜式（３３）に沿った数値シミュレーション結果の妥当性を、ライシメータ内の浸出水特性および検証した。４０日目の浸出水中のＴＯＣおよびＴ−Ｎの濃度およびガス組成を調べて数値シミュレーションの結果とライシメータ実験とを比較した。ライシメータ実験では、浸出水サンプルおよびガスサンプルを定期的に採取した。
【００９２】
各相の体積比εは、廃棄物組成から、無機物固相が０．２、難分解性有機物固相が０．１、易分解性有機物固相が０．２、液相が０．１５、 気相が０．３５と設定された。考慮した微生物は、難分解性有機物固相における加水分解菌、易分解性有機物固相における好気性加水分解菌および嫌気性加水分解菌、液相における好気性菌、嫌気性菌、亜硝酸菌、硝酸菌および脱窒菌の８種である。
【００９３】
上記式（５）〜（３３）に含まれる各相の前記化合物および前記微生物の初期濃度は、CC,Shar 210 kg-C/m3、CN,Shar
10.5 kg-N/m3, CC,Seas 340 kg-C/m3, CN,Seas
17 kg-N/m3, CC,l 2.2 kg-C/m3, CNH4,l
3.1 kg-N/m3, CNO2,l 0.05 kg/m3, CNO3,l
0.05 kg/m3, XShar 0.03 kg-cell/m3, XSeas
0.32 kg-cell/m3, X'Seas 0.32 kg-cell/m3,
Xl 1.25 kg-cell/m3, X'l 3 kg-cell/m3,
XNO2l 0.2 kg-cell/m3, XNO3l
0.2 kg-cell/m3, XDNl 0.1
kg-cell/m3, CCH4,g 0 kg-C/m3, CCO2,g
0 kg-C/m3, CO2,g 0.28 kg-O/m3, CN2,g
0.92 kg-N/m3, CCO2,l 0 kg-C/m3, CO2,l
0.0089 kg-C/m3と設定された。
【００９４】
Ａ．ライシメータ内の浸出水特性
まず、ライシメータ内の浸出水特性を調べた。浸出水特性は、ごみ埋立地が環境に与え
る負荷を推測するのに主要な指数の一つである。好気嫌気化埋立工法を実施する一つの重要な目的は、ごみ埋立地内の有機炭素および窒素の濃度を低くすることである。好気嫌気化埋立工法が意図するのは、空気の供給条件を調整して浸出水の特性（品質）を向上させることである。
【００９５】
Ａ−１．ライシメータ実験
まず、数値シミュレーション結果の妥当性を検証するための実験データを取得するために、老港埋立地（中国上海の南東に所在）に３槽のライシメータを設置した。ライシメータの概略図を図３（ａ）に示す。当該３槽のライシメータＡ、ＢおよびＣは、高さが３ｍであり、直径１ｍの寸法で同一の構成である。まず、ライシメータＡは上面から０．５ｍ（深さ）の位置に空気注入パイプを槽内の水平方向に取り付け、次にライシメータＢは上面から２．５ｍ（深さ）の位置に空気注入パイプを槽内の水平方向に取り付けた。ライシメータＣは、対照として空気注入を行わなかった。各ライシメータＡ、ＢおよびＣの底部はバラスで被覆して、浸出水の流出が容易となり浸出水タンクに集められるようにした。各ライシメータＡ、ＢおよびＣの上面は、大気に開放して雨水が流入するようにした。また、各ライシメータＡ、ＢおよびＣは、各々深さ０．５ｍ毎に温度検知装置、ガスサンプリングパイプおよび浸出水のサンプリングパイプを各々取り付けた。
【００９６】
なお、本実施形態では、空気注入パイプを槽内の水平方向に取り付けたが、空気注入パイプを槽内の垂直方向（深さ方向）に取り付けた場合に対しても、数値シミュレーションの初期値（上記各相の体積率ならびに廃棄物中に含まれる微生物（菌）や、有機炭素、有機窒素などの有機物を主とする各種化合物の初期濃度）を適宜変更することのみで、同様に数値シミュレーションを実施することができる。
【００９７】
老港埋立地において埋立後５〜８年経過したごみを掘り出し、このごみを３槽のライシメータＡ、ＢおよびＣに充填した。ライシメータＡ、ＢおよびＣにごみを充填している際に、充填層高さ０．５ｍ毎に５００ｇのごみサンプルを採集して組成分析に供した。下記のごみ組成は全ごみサンプルの平均組成である。セラミックおよび石類が２８．６％、ガラス６．６％、木、竹およびワラ類６．５％、厨芥６．０％、プラスチック類４．７％、５ｍｍ以下の粒状物４３．０％であった。この物質組成を考察すると（但し、５ｍｍ以下の粒状物は除く）、セラミックおよび石類、ガラスおよび金属のような無機物質が６３．７％、木、竹、ワラ類、プラスチック、布、ゴム、皮類のような難分解性の物質が２４．０％、厨芥および紙類のような易分解性の物質が１２．３％である。現場透水試験を実施したところ、実験に供したごみの飽和透水係数は最大２．０×１０-2ｃｍ／ｓという高い透水性を示した。このことから、実験に供したごみは透気性も高く、ライシメータ中のガスは容易に移動可能であったと考えられる。
【００９８】
空気供給パイプを介してライシメータＡ、ＢおよびＣに各々空気をポンプで注入した。ライシメータＡにおいては、０．５ｍの深さに１リットル／分の流量で空気を供給した。ライシメータＢにおいては、２．５ｍの深さに１リットル／分の流量で空気を供給した。ライシメータＣは、対照として空気注入を行わずに作動させた。
【００９９】
サンプル孔を介してライシメータＡ、ＢおよびＣから浸出水サンプルを抜き出し、該浸出水サンプル中のＴＯＣおよびＴ−Ｎを測定した。ＴＯＣは、島津製作所製のＴＯＣ測定装置によって測定した。キャリアガスは酸素であり、１３０〜１５０ｍＬ／分の流量で供給した。酸素ガス圧は２００ｋＰａとした。Ｔ−Ｎの測定は、紫外線吸光光度計を用いて行った。ごみ埋立地のガス組成は、ＧＣ−１４Ｂクロマトグラフィー（島津製作所製）により測定した。クロマトグラフィーのカラムはφ２ｍｍ×１０ｍのステンレス鋼カラムとした。サンプル注入口におけるカラムおよびＴＣＤ検知器の温度は、それぞれ、４０および９０℃とした。キャリアガスは窒素であり、その流量を３０ｍＬ／分とした。
図３（ｂ）および（ｃ）は、４０日目のライシメータＡ、ＢおよびＣ内の浸出水のＴＯＣ濃度およびＴ−Ｎ濃度を示す。
【０１００】
図３（ｂ）にライシメータ内のＴＯＣ濃度分布を示す。ライシメータＡにおける深さ０．５ｍでのＴＯＣ濃度は、他の２つのライシメータＢおよびＣと比較してほぼ同じであった。これは上面からの酸素侵入に由来し、上面近くでの酸素濃度は好気バクテリアには充分であり、何れの場合においても液相中のＴＯＣが活発に分解されることに因ると考えられる。また、空気注入位置が２．５ｍであるライシメータＢにおいては、他の２つのライシメータＡおよびＣよりもＴＯＣ濃度が明らかに低かった。
【０１０１】
図３（ｃ）にライシメータＡ、ＢおよびＣ内のＴ−Ｎ濃度分布を示す。表層のＴ−Ｎ濃度には、ライシメータＡ、ＢおよびＣ間で違いがみられたが、中層および底層においてはライシメータＡ、ＢおよびＣ間で大きな差異がみられなかった。
【０１０２】
Ａ−２．数値シミュレーション
大型ライシメータを用いる実験により、一般に、各種の指標を測定することが容易となり、さらに、特定の条件を調整して関連する理論を検証することも簡単となる。しかしながら、ライシメータ実験は、完全な成果を得るのに長時間を要し、限られた期間に幾つかの場合についてしか終了できない。さらに、ライシメータ実験を実施するコストは高い。ライシメータによって生じるこれらの制約を考慮すると、ごみ埋立地モデルを用いる数値シミュレーションにより、費用と時間を低減して目的を達成することが可能となる。
既述したごみ埋立地モデルの仮定事項および算出式に基づいて、図３（ａ）に示すように、高さが３ｍであり直径が１ｍであるライシメータに対して、３つの空気注入条件、すなわち、空気の注入位置を上面から０．５ｍ（深さ）、１．５ｍ（深さ）および２．５ｍ（深さ）として、１リットル／分の注入速度とした場合、ならびに、対照として空気注入を行わない場合の計４つの場合について、数値シミュレーションを行った。数値シミュレーションの初期値としては、各相の初期体積率（εs（＝εshar＋εseas＋εior）,
εl,
εg）のみならず，難分解性有機物固相および易分解性有機物固相の有機物中の炭素および窒素の初期濃度（Cc,shar, Cn,shar, Cc,seas,
Cn,seas）も廃棄物組成データとして与える。
【０１０３】
数値シミュレーションの結果を、４０日目におけるＴＯＣ濃度、Ｔ−Ｎ濃度およびガス組成に関するライシメータ実験のデータと比較して、ごみ埋立地モデルにおける仮定事項、算出式および各種パラメータの適合性を調べた。さらに、１年間にわたる浸出水の排出に伴うＴＯＣおよびＴ−Ｎの排出量ならびにＧＨＧの放出量を数値シミュレーションにより推測し、最適な空気注入条件を検討した。
【０１０４】
図４（ａ）は、ライシメータ内の浸出水中のＴＯＣについての数値シミュレーションの結果を示すものである。上面近くの領域では、上記４つの場合の全てにおいて、ＴＯＣの濃度は殆ど同じであることが認められる。また、０．５ｍにおいて空気を注入した場合について検討すると、空気注入のない場合に比べて、浸出水中のＴＯＣ濃度はそれ程減少していない。一方、２．５ｍにおいて空気注入した場合は、深い場所ほど、空気注入のない場合に比べて明らかにＴＯＣが低下している。これらの結果は、上記のライシメータ実験の結果とよく一致している。
【０１０５】
図４（ｂ）は、数値シミュレーションにおけるライシメータ内の浸出水のＴ−Ｎ、ＮＨ4+−Ｎ、ＮＯ2-−ＮおよびＮＯ3-−Ｎの濃度を示す。Ｔ−Ｎ濃度分布は、同図（ｂ）に示すように、全ての場合について殆ど同じであり、この結果は、ライシメータ実験ときわめてよく一致している。また、ＮＨ4+−ＮおよびＮＯ2-−Ｎの濃度分布についても、全ての場合で殆ど同じである。中層から底層にかけての深さにおけるＮＯ3-−Ｎのグラフを検討
すると、空気注入がない場合にＮＯ3-−Ｎ濃度が最小となり、一方、２．５ｍで空気を供給した場合にＮＯ3-−Ｎ濃度が最大となっている。
【０１０６】
Ｂ．ライシメータ内のガス組成
次に、ごみ埋立地のガス組成を調べた。ごみ埋立地のガス組成は、ごみ埋立地によって生じる環境汚染を推測する別の重要な指標である。好気嫌気化埋立工法を実施する一つの重要な目的は、ごみ埋立地から排出される環境負荷の高いガスの濃度を抑制することである。好気嫌気化埋立工法が意図するのは、空気の供給条件を調整して埋立地からの排出ガスの質を向上させることである。
【０１０７】
Ｂ−１．ライシメータ実験
図５は、ライシメータ内の４０日目のガス組成分布である。ライシメータＢ（２．５ｍで空気注入）においては、空気注入深さ付近の酸素濃度は、上方の層よりも高くなっている。これに対して、ライシメータＡ（０．５ｍで空気注入）においては、ガス組成に対する空気注入の影響は見出されない。ライシメータＡおよびＣにおいては、ＣＨ4ガスの濃度はライシメータＢよりも高かった。
【０１０８】
Ｂ−２．数値シミュレーション
ライシメータ内の埋立ガス組成分布の数値シミュレーションの結果を図６（ａ）に示す。ＣＯ2の組成に関しては、２．５ｍに空気を供給した場合に気相中の体積割合が最低となることが認められた。この傾向は、ライシメータ実験のデータと同じである。図６（ａ）の右側はＣＨ4組成を示すものであるが、０．５ｍに空気供給した場合のＣＨ4組成分布は、空気注入しない場合と似ており、１．５および２．５ｍにおいて空気を注入した場合にはＣＨ4の組成割合がそれより低くなっていた。この傾向は実験データとよく一致していることが確認された。
上記の実験結果から、本数値シミュレーション結果が、ライシメータを用いた実験データと合致することが確認された。このことから、本実施形態における一次元ごみ埋立地モデルの適合性が確認された。
【０１０９】
（実施例２）
ライシメータから排出される炭素および窒素の量の数値シミュレーション
実施例２では、上記の実施例１の結果により適合性が確認された一次元ごみ埋立地モデルを用いて、１年間のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの排出量に関する数値シミュレーションを実施し、その検証を行った。その数値シミュレーション結果を図６（ｂ）に示す。
ごみ埋立地モデルにおいては、炭素および窒素は２つの経路を介してごみ埋立地から排出されるものとした。第１の経路は、浸出水から排出されるものであり、第２の経路はガス放出によるものである。浸出水排出による炭素の排出は溶解された有機炭素の形態で行われ、ガス放出によるものはＣＯ2やＣＨ4のような温室効果ガスの形態で行われる。浸出水を介する窒素の排出は、ＮＨ4+、ＮＯ2-およびＮＯ3-の形態で行われ、ガス放出によるものは、Ｎ2ガスの形態で行われ、脱窒（脱硝）プロセスによりＮＯ3-がＮ2ガスに変換される。図６（ｂ）は、１年間のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧの排出量に関する数値シミュレーションの結果を示す。
【０１１０】
図６（ｂ）の左側に示されるように、空気の注入深さが深くなるほど、ＴＯＣの排出量が減少し、Ｔ−Ｎの排出量が増加していることが認められる。２．５ｍに空気注入した場合に、ＴＯＣ排出量が最小となり、これは空気注入しない場合よりも２７％少なく、一方、Ｔ−Ｎ排出量は最大となり、これは空気注入しない場合よりも１９％多い。これは、２．５ｍに空気注入することにより、ＤＯ濃度が高くなり好気性加水分解が促進されるとともに、脱窒（脱硝）反応が抑制されるためと考えられる。ＴＯＣの排出を改良するためには２．５ｍにおける空気注入が最善であり、一方、Ｔ−Ｎの排出を抑制するには空気注入
しないことが最善であると推測される。
【０１１１】
図６（ｂ）の右側は、１年間にわたりライシメータから放出されるＧＨＧの数値シミュレーションの結果を示す。ここでは、ＣＨ4の地球温暖化係数（２５）を考慮して、ＣＨ4量は２５倍にした。ＧＨＧ放出量は、空気の注入深さが深くなるほど減少することが認められる。２．５ｍに空気注入する場合にＧＨＧ放出量放出量は最小となり、これは、空気注入のない場合より２５％少ない。２．５ｍに空気注入すると、最大限に嫌気性発酵が抑制され好気性発酵が促進されて、検討した事例のうち、ＧＨＧ放出を制御するのに最適であると考えられる。
上記の実施例から、本実施形態のごみ埋立地のモデルに対して数値シミュレーションを用いることにより、最適な空気注入条件を決定できることがわかった。
【０１１２】
浸出水特性については、空気注入の深さが深くなるほど、ＴＯＣの排出量は減少した。一方、空気注入深さが深くなるほど、Ｔ−Ｎの排出量は増加した。ＧＨＧの放出は、空気注入が深くなるほど減少した。したがって、検討した事例のうち、最深の深さ（本実施例では２．５ｍ）に空気注入することが、ＴＯＣ排出およびＧＨＧ放出量放出の減少にとって最善であると考えられる。さらに、検討した事例のうち、空気を注入しない場合がＴ−Ｎ排出の減少には最善であると考えられる。
【０１１３】
（実施例３）
数値シミュレーションの補正
本実施例ではさらに、ＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量が、廃棄物の種類から想定される範囲を逸脱した場合には、上記の各相の体積比εを変更して補正し、再度数値シミュレーションを実行することができる。この補正は、体積比εを±５０パーセントの範囲内で補正することが好ましく、より好ましくは、±３０パーセントの範囲内で補正する。この補正は、廃棄物における各相の体積比εの変化（経時的、ごみ埋立地の深さ方向）を反映している。
【０１１４】
図７に、無機物固相、難分解性有機物固相および易分解性有機物固相の体積比εior、εSharおよびεSeasを変更して補正された場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量の変動に関する本実施例の数値シミュレーション結果を示す。図７（ａ）は、εSおよびεiorをそれぞれ０．５、０．２に固定し、εSharとεSeasの和は0.3であるという条件の下で、εSeasの値を０．１、０．２、０．３と変化させたものである。すなわち、（εSeas、εShar）＝（０．１、０．２）、（０．１５、０．１５）、（０．２、０．１）の３つの場合に対して数値シミュレーションを行った。空気注入深さは２．５ｍ、空気注入流量は１リットル／分と設定した。この３条件のうち（εSeas、εShar）＝（０．２、０．１）は、実施例１のライシメータを使用した実験データのライシメータＢと共通する実験条件である。このことから、図３（ｂ）および（ｃ）で示されたライシメータＢの実験結果と比較して、εSeasを小さくするほど当該ライシメータＢの実験結果と隔離していることから、（εSeas、εShar）＝（０．２、０．１）の設定により、数値シミュレーション精度は十分に維持されていると判断することができる。
【０１１５】
図７（ｂ）は、εSを0.5に固定し、かつεSharとεSeasの比を１：２に固定するという条件の下で、εiorの値を０．１、０．２、０．３と変化させたものである。すなわち、εior、εSeasおよびεSeasの値が（εior、εSeas、εShar）＝（０．１、０．３７、０．１３）、（０．２、０．２、０．１）、（０．３、０．１３、０．０７）の３つの場合に対して数値シミュレーションを行った。空気注入深さおよび空気注入流量は図７と同様にそれぞれ２．５ｍ、１リットル／分と設定した。この３条件のうち（εior、εShar、εSeas）＝（０．２、０．２、０．１）は、実施例１のライシメータを使用した実験データのライシメータＢと共通する実験条件である。このことから、図３（ｂ）および（ｃ）
で示されたライシメータＢの実験結果と比較して、（εior、εShar、εSeas）＝（０．３、０．１３、０．０７）の設定のほうが、当該ライシメータＢの実験結果に近いため、（εior、εShar、εSeas）＝（０．３、０．０７、０．１３）に体積率を補正することより、数値シミュレーション精度を向上できることが判断できる。
【０１１６】
（実施例４）
流量変更を行った数値シミュレーション
上記の数値シミュレーションにより所望の結果が得られない場合には、空気注入の設定条件を変更し、再度数値シミュレーションすることにより実際の最適な注入条件を設定することができる。
上記までの実施例では、空気注入速度を一定とし、空気を連続的に供給したが、本発明は、さらに、空気注入する位置、流量、時機および期間を自在に設定すること、例えば、空気注入箇所を複数化させること、空気注入速度を変更すること、一定時間毎に空気を供給することができ、この場合には、好気−嫌気ごみ埋立地法において、別の観点からさらに最適な空気注入条件の指針を得ることができる。
【０１１７】
図８（ａ）にごみ埋立地（前記ライシメータ）への空気注入流量を変更した場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量に関する本実施形態の数値シミュレーションの結果を示す。流量が１、３および５リットル／分の場合、および空気注入なしの場合を比較したものである。何れの場合も、送気位置は２．５ｍと設定した。Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量においては、流量１リットル／分の場合が最善であり、ＴＯＣ排出量においては流量５リットル／分の場合が最善であるという結果が得られた。
【０１１８】
図８（ｂ）にごみ埋立地へ間欠的に空気注入した場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量に関する本実施形態の数値シミュレーションの結果を示す。連続注入した後に１ヶ月間注入を停止することを１年間繰り返した。連続注入期間は、１、２および３ヶ月間と設定した。比較対象として、空気注入なしの場合も示した。注入期間が短いほど、Ｔ−Ｎ排出量を抑制できるという結果が得られた。ＴＯＣ排出量においては、注入期間の違いによる大きな差異はみられなかったが、わずかながら注入期間が２ヶ月間の場合が最善であるという結果が得られた。ＧＨＧ排出量についても、注入期間が２ヶ月間の場合が最善であった。ＴＯＣおよびＧＨＧ排出量においては、検討した注入期間の中の中央値である２リットル／分の場合が最善であるという結果が得られた。
【０１１９】
図９にごみ埋立地への空気注入箇所を複数化させた場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量に関する本実施形態の数値シミュレーションの結果を示す。ここでは深さ０．５および２．５ｍの２箇所からそれぞれ１リットル／分の流量で空気注入した。比較対象として、空気注入なしの場合および深さ２．５ｍのみから１リットル／分の流量で空気注入した場合も示す。空気注入位置を１箇所とした場合と２箇所とした場合では、得られた結果に大きな差異は見られなかったが、わずかながら２箇所注入の方がＴＯＣ排出量は少なく、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量は多くなるという結果が得られた。
【０１２０】
（実施例５）
数値シミュレーションのスケールアップ
上記までの実施例では、本数値シミュレーション方法を用いて、埋立てされた廃棄物を効率的に処理できる最適な嫌気性または好気性条件を与える最適条件を得ることにより、廃棄物を高度に安定化することができる廃棄物処分方法が新たに見出された。さらに、本実施例では、この廃棄物処分方法を用いたごみ埋立地からスケールアップした場合にも、高度に安定化されたごみ処分場（ごみ処分装置）を構築できることを確認した。
図１０にごみ処分場の廃棄物層の高さが異なる場合のＴＯＣ、Ｔ−ＮおよびＧＨＧ排出量に関する本実施形態の数値シミュレーション結果を示す。廃棄物層の高さは３、４および
５ｍの３通りとし、空気注入深さをそれぞれ２．５、３．５および４．５と設定した。空気注入流量は何れの場合も１リットル／分とした。廃棄物層の高さが高くなるにつれて、ＴＯＣ排出量、Ｔ−Ｎ排出量、ＧＨＧ排出量の何れもが増加し、特にＧＨＧ排出量が顕著に増加するという結果が得られた。廃棄物層の高さが異なる場合についても、上記の実施例と同様に、本実施形態による数値シミュレーションによって、高度なごみ処分場の安定化を図るための空気注入の位置、流量、時機および期間に関する指針を得ることができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１０  入力部
１１  組成分析部
１２  空気注入条件設定部
２  記憶部
２１  組成分析メモリ
２２  注入空気メモリ
３  演算部
３１  難分解性有機物固相演算部
３２  易分解性有機物固相演算部
３３  液相演算部
３４  気相演算部
３５  微生物演算部
３６  予測演算部
３７  補正演算部
４  出力部
４１  ＴＯＣ出力部
４２  Ｔ−Ｎ出力部
４３  ＧＨＧ出力部
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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