(57)【要約】【課題】環境に対する負荷を低減することができ、かつ低コストで、かつ高効率で消化ガスを生成することができる消化ガスの生成方法およびその生成装置を提供する。【解決手段】消化ガスの生成装置において、消化槽３０の上流に曝気槽２０を設ける。  曝気槽２０内でシロキサン化合物と有機成分とを含有する汚泥を曝気ガスで曝気して前記汚泥に含まれるシロキサン化合物を当該曝気ガスに移行させ、曝気後の汚泥を消化槽３０内で消化して消化ガスを生成させる。【選択図】図１
2012035171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シロキサン化合物と有機成分とを含有する汚泥を消化して消化ガスを生成する消化ガスの生成方法であって、
（Ａ）  前記汚泥を曝気ガスで曝気して前記汚泥に含まれるシロキサン化合物を当該曝気ガスに移行させる工程、および
（Ｂ）  前記工程（Ａ）で得られた曝気後の汚泥を消化して消化ガスを生成する工程
を含む消化ガスの生成方法。
【請求項２】
前記工程（Ａ）において、前記汚泥を加熱しながら曝気する請求項１に記載の消化ガスの生成方法。
【請求項３】
前記曝気ガスが気体燃料であり、
前記工程（Ａ）でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスを燃焼させて焼却する請求項１または２に記載の消化ガスの生成方法。
【請求項４】
前記工程（Ｂ）で得られた消化ガスを前記工程（Ａ）における曝気に用いられる気体燃料として戻す請求項３に記載の消化ガスの生成方法。
【請求項５】
前記工程（Ａ）でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスを燃料として用いて前記工程（Ｂ）の消化後に得られた汚泥を燃焼させる請求項３または４に記載の消化ガスの生成方法。
【請求項６】
前記曝気ガスが空気である請求項１または２に記載の消化ガスの生成方法。
【請求項７】
前記工程（Ａ）でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスを助燃ガスとして用いて前記工程（Ｂ）の消化後に得られた汚泥を燃焼させる請求項６に記載の消化ガスの生成方法。
【請求項８】
前記工程（Ａ）において、前記汚泥を曝気する際に、前記汚泥に対して前記工程（Ｂ）での汚泥の消化を促進させる消化前処理を施す請求項１〜７のいずれかに記載の消化ガスの生成方法。
【請求項９】
前記消化前処理が、超音波照射、オゾン曝露およびアルカリ剤の添加からなる群より選ばれた少なくとも１種の処理である請求項８に記載の消化ガスの生成方法。
【請求項１０】
前記工程（Ａ）において、汚泥を撹拌しながら曝気する請求項１〜９のいずれかに記載の消化ガスの生成方法。
【請求項１１】
シロキサン化合物と有機成分とを含有する汚泥を消化して消化ガスを生成する消化ガスの生成装置であって、前記汚泥を曝気ガスで曝気して前記汚泥に含まれるシロキサン化合物を当該曝気ガスに移行させる曝気槽と、前記曝気槽の下流に設けられており、曝気後の汚泥を消化して消化ガスを生成する消化槽とを備えていることを特徴とする消化ガスの生成装置。
【請求項１２】
前記曝気槽が、前記汚泥を加熱する加熱装置を備えている請求項１１に記載の消化ガスの生成装置。
【請求項１３】
前記曝気槽が、前記汚泥を撹拌する撹拌装置を備えている請求項１１または１２に記載の消化ガスの生成装置。
【請求項１４】
前記消化槽の下流に、
前記消化槽で得られた消化後の汚泥を脱水する脱水装置と、前記曝気槽でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスが導入され、前記脱水装置で得られた脱水後の汚泥を燃焼させる燃焼炉とをさらに備えている請求項１１〜１３のいずれかに記載の消化ガスの生成装置。
【請求項１５】
前記消化槽と曝気槽との間に、前記消化槽で得られた消化ガスの一部を曝気ガスとして前記曝気槽内に供給する消化ガス供給流路が設けられている請求項１１〜１４のいずれかに記載の消化ガスの生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消化ガスの生成方法およびその生成装置に関する。より詳しくは、下水などの水処理の際に生じる汚泥の有効利用に好適な消化ガスの生成方法およびその生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場で行なわれる下水処理では、下水中に含まれる固体状の有機成分などの浮遊物を沈殿またはろ過して除去する際、あるいは下水中に溶解している有機成分などを生物処理により除去する際に下水汚泥が発生する。この下水汚泥は、前記有機成分を含んでいることから、カーボンニュートラルな性質を有する燃料を生成させるバイオマス資源としての利用が期待されている。
【０００３】
前記下水汚泥からカーボンニュートラルな性質を有する燃料を生成させる技術としては、例えば、嫌気性消化法などが挙げられる。前記嫌気性消化法では、メタン生成細菌などによって下水汚泥中の有機成分を嫌気性条件下で消化させることで、消化ガスを生成させることができる。かかる消化ガスは、メタンガスを含んでいることから、発電機のガスエンジンやガスタービンを稼動させて発電するための燃料として利用することができる。
【０００４】
ところで、近年、リンス、ヘアクリーム、スキンクリームなどの化粧料の使用量の増加に伴い、化粧料に用いられる成分であるシロキサン化合物の使用量がますます増加している。そのため、下水中に混入するシロキサン化合物の量が増加していることから、下水汚泥中に混入するシロキサン化合物の量も増加し、消化ガスに混入するシロキサン化合物の量がますます増加する傾向にある。
【０００５】
前記シロキサン化合物を含む消化ガスを発電のための燃料として用いた場合、ガスエンジンやガスタービンの燃焼室内で消化ガスを燃焼させることによってガスエンジンやガスタービンの内部に二酸化ケイ素の結晶が析出し、蓄積する。そして、蓄積した二酸化ケイ素の結晶は、ガスエンジンまたはガスタービンの部品の磨耗または劣化や、発電効率の低下などを引き起こすことがある。そのため、前記シロキサン化合物を含む消化ガスは、そのままでは、発電のための燃料などに用いにくいという欠点がある。
【０００６】
そこで、消化ガス中に含まれるシロキサン化合物を、多孔質吸着剤に吸着させて除去する装置および方法が提案されている（例えば、特許文献１などを参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１１３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に記載の装置および方法では、多孔質吸着剤が用いられているため、多孔質吸着剤の吸着限界に伴って、シロキサン化合物の除去効率が低下する。そのため、多孔質吸着剤の吸着限界に応じて多孔質吸着剤を交換する必要があり、消化ガスの利用に要するコストの増大を招くことがある。
また、有機ケイ素化合物を吸着した多孔質吸着剤は、廃棄物として処理する必要があることから、前記特許文献１に記載の装置および方法は、かえって、環境に対する負荷の増大を招くおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、シロキサン化合物が除去された消化ガスを、環境に対して低負荷で、かつ低コストで生成することができる消化ガスの生成方法およびその生成装置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】
【００１０】
本発明の消化ガスの生成方法は、シロキサン化合物と有機成分とを含有する汚泥を消化して消化ガスを生成する消化ガスの生成方法であって、
（Ａ）  前記汚泥を曝気ガスで曝気して当該曝気ガスに前記汚泥に含まれるシロキサン化合物を移行させる工程、および
（Ｂ）  前記工程（Ａ）で得られた曝気後の汚泥を消化して消化ガスを生成する工程
を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の消化ガスの生成方法では、汚泥を曝気ガスで曝気して曝気ガスに汚泥中のシロキサン化合物を移行させた後、曝気後の汚泥を消化するので、汚泥の消化に際し、消化ガスに混入するシロキサン化合物が無くなるか、あるいは消化ガスに混入するシロキサン化合物の量を低減させることができる。
そのため、吸着剤にシロキサン化合物を吸着させることなく、あるいは吸着剤を用いたとしても、従来の方法よりも少量の吸着剤の使用でシロキサン化合物が除去された消化ガスを得ることができる。
したがって、本発明の消化ガスの生成方法によれば、吸着剤の使用量を低減させることができる、これにより、吸着剤に要するコストを削減することができる。また、吸着剤の使用量を低減できることから、使用後の吸着剤の廃棄に伴う環境への負荷を低減させることができる。
【００１２】
本発明の消化ガスの生成方法では、前記工程（Ａ）において、前記汚泥を加熱しながら曝気することが好ましい。これにより、曝気ガスにシロキサン化合物を効率よく移行させることができ、しかも、工程（Ｂ）での汚泥の消化を促進させることができる。
【００１３】
本発明の消化ガスの生成方法では、前記曝気ガスが気体燃料であり、前記工程（Ａ）でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスを燃焼させて焼却してもよい。これにより、シロキサン化合物を効率よく焼却処分することができる。
【００１４】
また、本発明の消化ガスの生成方法では、前記工程（Ｂ）で得られた消化ガスを前記工程（Ａ）における曝気に用いられる気体燃料として戻すことが好ましい。これにより、気体燃料に要するコストを低減することができる。
【００１５】
前記工程（Ａ）でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスを燃料として用いて前記工程（Ｂ）の消化後に得られた汚泥を燃焼させることが好ましい。これにより、汚泥の燃焼に際し、シロキサン化合物を移行させた曝気ガスを有効に利用することができると同時に、シロキサン化合物を効率よく焼却処分することができる。
【００１６】
また、本発明の消化ガスの生成方法では、前記曝気ガスが空気であってもよい。この場合、前記工程（Ａ）でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスを助燃ガスとして用いて前記工程（Ｂ）の消化後に得られた汚泥を燃焼させることが好ましい。これにより、汚泥の燃焼にシロキサン化合物を移行させた曝気ガスを有効に利用することができ、しかも、シロキサン化合物を効率よく焼却処分することができる。
【００１７】
本発明の消化ガスの生成方法では、前記工程（Ａ）において、前記汚泥を曝気する際に、前記汚泥に対して前記工程（Ｂ）での汚泥の消化を促進させる消化前処理を施してもよい。これにより、汚泥からのシロキサン化合物の曝気ガスへの移行が促進されるうえ、前記工程（Ｂ）での汚泥の消化も促進させることができることから、シロキサン化合物が低減された消化ガスを効率よく生成させることができる。前記消化前処理として、超音波照射、オゾン曝露およびアルカリ剤の添加からなる群より選ばれた少なくとも１種の処理を行なうことができる。
【００１８】
前記工程（Ａ）において、汚泥を撹拌しながら曝気することが好ましい。これにより、汚泥と曝気ガスとを十分に接触させることができることから、汚泥に含まれるシロキサン化合物を効率よく曝気ガスに移行させることができる。
【００１９】
本発明の消化ガスの生成装置は、シロキサン化合物と有機成分とを含有する汚泥を消化して消化ガスを生成する消化ガスの生成装置であって、
前記汚泥を曝気ガスで曝気して前記汚泥に含まれるシロキサン化合物を当該曝気ガスに移行させる曝気槽と、前記曝気槽の下流に設けられており、曝気後の汚泥を消化して消化ガスを生成する消化槽とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
前記構成を備えた本発明の消化ガスの生成装置では、曝気槽で汚泥に含まれるシロキサン化合物が曝気ガスに移行させ、消化槽でこの汚泥を消化することができる。
したがって、前述した本発明の消化ガスの生成方法と同様の作用効果を得ることができる。
【００２１】
本発明の消化ガスの生成装置では、前記曝気槽が、前記汚泥を加熱する加熱装置を備えていることが好ましい。これにより、汚泥の曝気に際して、汚泥を加熱することができることから、汚泥から曝気ガスへのシロキサン化合物の移行および汚泥の消化の促進を行なうことができる。
【００２２】
また、本発明の消化ガスの生成装置では、前記曝気槽が、前記汚泥を撹拌する撹拌装置を備えていることが好ましい。これにより、汚泥の消化を促進させることができることから、消化ガスを効率よく生成させることができる。
【００２３】
本発明の消化ガスの生成装置は、前記消化槽の下流に、前記消化槽で得られた消化後の汚泥を脱水する脱水装置と、前記曝気槽でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスが導入され、前記脱水装置で得られた脱水後の汚泥を燃焼させる燃焼炉とをさらに備えていることが好ましい。
これにより、汚泥の燃焼に際して、シロキサン化合物を移行させた曝気ガスを有効に利用することができると同時に、シロキサン化合物を効率よく焼却処分することができる。
【００２４】
前記消化槽と曝気槽との間に、前記消化槽で得られた消化ガスの一部を曝気ガスとして前記曝気槽内に供給する消化ガス供給流路が設けられていることが好ましい。
これにより、汚泥の燃焼に際し、燃料として、シロキサン化合物を移行させた曝気ガスを有効に利用することができると同時に、シロキサン化合物を効率よく焼却処分することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の消化ガスの生成方法およびその生成装置によれば、シロキサン化合物が除去された消化ガスを、環境に対して低負荷で、かつ低コストで生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る消化ガスの生成装置の構成を示す概略説明図である。
【図２】本発明の変形例に係る消化ガスの生成装置の構成を示す概略説明図である。
【図３】本発明の変形例に係る消化ガスの生成装置の構成を示す概略説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る消化ガスの生成方法の処理手順を示す工程図である。
【図５】本発明の変形例に係る消化ガスの生成方法の処理手順を示す工程図である。
【図６】本発明の変形例に係る消化ガスの生成方法の処理手順を示す工程図である。
【図７】実施例１に用いられた実験装置の構成を示す概略説明図である。
【図８】実施例１において、下水汚泥の曝気の際の処理温度とシロキサンの揮散率との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図９】実施例１において、下水汚泥の曝気の際の処理温度３０℃および８０℃それぞれにおいて、曝気時間と、曝気ガスに移行し、吸着剤に吸着されたシロキサンの量（吸着剤におけるシロキサンの吸着量ｍ１）との関係を調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［用語の定義］
本明細書において、「シロキサン化合物」とは、直鎖状シロキサンおよび環状シロキサンをいう。直鎖状シロキサンとしては、例えば、式（Ｉ）：
【００２８】
【化１】
2012035171.tif 000003
【００２９】
（式中、ｎは２〜１４の自然数を示す）
で表される化合物が挙げられる。また、環状シロキサンとしては、例えば、式（ＩＩ）：
【００３０】
【化２】
2012035171.tif 000004
【００３１】
（式中、ｍは３〜７の自然数を示す）
で表される化合物が挙げられる。前記シロキサン化合物のうち、一般的に、環状シロキサンであるオクタメチルシクロテトラシロキサン（ｍ＝４）、デカメチルシクロペンタシロキサン（ｍ＝５）およびドデカメチルシクロヘキサシロキサン（ｍ＝６）が下水汚泥中に多く含まれ、そこから発生した消化ガス中には、環状シロキサンであるオクタメチルシクロテトラシロキサン（ｍ＝４）およびデカメチルシクロペンタシロキサン（ｍ＝５）が多く含まれている。
【００３２】
本明細書において、「有機成分」とは、ケイ素を含まない有機化合物であって、嫌気性消化法によって消化ガスの主成分であるメタンガスを生じうる有機化合物をいう。
【００３３】
また、本明細書において、「気体燃料」とは、消化ガス、天然ガスなどの気体状の燃料をいう。なお、本明細書においては、便宜上、消化ガス以外の気体燃料を「他の気体燃料」と称することもある。
【００３４】
本明細書において、「曝気」の用語は、汚泥を空気に曝すことに加え、汚泥を気体燃料、不活性ガスなどの気体に曝すことをも包含する。また、「曝気」には、気泡を汚泥に導入すること（バブリング）、汚泥を撹拌して空気に接触させることなどが含まれる。
【００３５】
［消化ガスの生成装置］
以下、添付図面により、本発明の一実施形態に係る消化ガスの生成装置を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る消化ガスの生成装置の構成を示す概略説明図である。
【００３６】
図１に示される生成装置１は、下水汚泥Ｓ0を濃縮する濃縮装置１０と、濃縮汚泥Ｓ1を曝気する曝気槽２０と、曝気後の汚泥Ｓ2を消化する消化槽３０と、消化槽３０での汚泥の消化により生成したガスを脱硫する脱硫装置４０と、消化後の汚泥（消化汚泥Ｓ3）を脱水して減容する脱水装置５０と、脱水汚泥Ｓ4を燃焼させる燃焼炉６０とから構成されている。
【００３７】
濃縮装置１０としては、重力を利用して下水汚泥Ｓ0を濃縮する重力濃縮装置、遠心力を利用して下水汚泥Ｓ0を濃縮する遠心濃縮装置などが挙げられる。
この濃縮装置１０では、下水汚泥Ｓ0が濃縮され、液体成分が排出される。かかる液体成分は、返流水として種々の水処理を施すことができる。
【００３８】
曝気槽２０は、濃縮装置１０の下流に接続されており、濃縮装置１０から濃縮汚泥Ｓ1を導入することができるように構成されている。
曝気槽２０は、槽本体２１と、この槽本体２１の外周に設けられた加熱装置２２と、槽本体２１内に設けられた気泡発生装置２３とから構成されている。
この曝気槽２０の槽本体２１内には濃縮汚泥Ｓ1が収容される。そして、槽本体２１内は、槽本体２１内に収容された濃縮汚泥Ｓ1が加熱装置２２によって加熱されると同時に、気泡発生装置２３によって曝気されるように構成されている。
槽本体２１の上部には、シロキサン化合物を移行させた曝気ガス（「シロキサン化合物含有ガス」ともいう）を槽本体２３の外部に排出するシロキサン化合物含有ガス流路Ｐ１が設けられている。
【００３９】
消化槽３０は、曝気槽２０の下流に接続されており、曝気槽２０から曝気後の汚泥Ｓ2を導入することができるように構成されている。このように、消化槽３０が曝気槽２０の下流に設けられているため、曝気槽２０で得られた曝気後の汚泥Ｓ2を、消化槽３０で消化することができる。これにより、消化を行なう際における消化ガスへのシロキサン化合物の混入を抑制することができる。
【００４０】
消化槽３０は、槽本体３１と、この槽本体３１内に設けられた撹拌装置３２とから構成されている。
この消化槽３０の槽本体３１の内部は、メタン生成細菌などの消化ガスを生成する嫌気性細菌が発酵を行なうことができるように嫌気性消化条件に保たれている。
槽本体３１の上部には、消化槽３０内での汚泥の消化により生成したガス（「粗消化ガス」という）を槽本体３１の外部に排出する粗消化ガス流路Ｐ２が設けられている。
【００４１】
脱硫装置４０は、粗消化ガス流路Ｐ２を介して消化槽３０の下流に接続されており、消化槽３０から粗消化ガスを導入することができるように構成されている。
脱硫装置４０では、当該脱硫装置４０内に粗消化ガスが導入されることで、粗消化ガスに含まれる硫化水素などが酸化され、除去される。
脱硫装置４０としては、微生物などにより粗消化ガスを脱硫する生物脱硫装置、鉄粉などの脱硫剤により粗消化ガスを脱硫する乾式脱硫装置などが挙げられる。
この脱硫装置４０の下流には、脱硫後に得られたガス（「消化ガス」という）を発電機１０１に供給する消化ガス流路Ｐ３と、消化ガスの一部を曝気ガスとして曝気槽２０に供給する曝気ガス流路Ｐ４とが接続されている。これにより、シロキサン化合物含有ガスに消化ガスが配合されるようになっていることから、シロキサン化合物含有ガスを燃焼させて焼却することが可能になる。
【００４２】
脱水装置５０は、消化槽３０の下流に接続されており、消化槽３０から消化後の汚泥（消化汚泥Ｓ3）を導入することができるように構成されている。
脱水装置５０としては、遠心脱水装置、フィルタープレス脱水装置、ベルトプレス脱水装置、スクリュープレス脱水装置、回転加圧脱水装置などが挙げられる。
この脱水装置５０では、消化汚泥Ｓ3の脱水により液体成分が排出される。かかる液体成分は、返流水として種々の水処理を施すことができる。
【００４３】
燃焼炉６０は、脱水装置５０の下流に接続されており、脱水装置５０から脱水後の汚泥（脱水汚泥Ｓ4）を導入することができるように構成されている。
また、この燃焼炉６０には、シロキサン化合物含有ガス流路Ｐ１が接続されている。本実施形態の生成装置１において、シロキサン化合物含有ガス流路Ｐ１内を流れるシロキサン化合物含有ガスは、消化ガスを含んでいることから、燃焼炉６０における脱水汚泥Ｓ4の燃焼に際して、シロキサン化合物含有ガスを燃料ガスとして利用することができる。
【００４４】
［消化ガスの生成装置の変形例］
つぎに、本発明の変形例に係る消化ガスの生成装置を説明する。
本発明においては、図２に示されるように、消化ガスの一部を曝気ガスとして曝気槽２０に供給する代わりに、他の気体燃料や、空気などを曝気ガスとして曝気槽２０に供給するための曝気ガスボンベ７０が、曝気ガス流路Ｐ４を介して曝気槽２０に接続されていてもよい。
【００４５】
また、曝気槽２０は、槽本体２１内に汚泥を撹拌する撹拌装置２４を備えていてもよい（図２参照）。かかる図２に示される生成装置２では、曝気ガスが濃縮汚泥Ｓ1に供給され、濃縮汚泥Ｓ1が撹拌装置２４で撹拌されるため、曝気ガスと濃縮汚泥Ｓ1とを十分に接触させることができる。
【００４６】
さらに、本発明においては、図３に示されるように、濃縮装置１０の上流に曝気槽２０を設置してもよい。かかる図３に示される生成装置３では、下水汚泥Ｓ0が直接曝気された後、曝気後の汚泥が濃縮される。
【００４７】
なお、本発明においては、消化ガス流路Ｐ３上に、必要に応じて、消化ガス中の不要成分を吸着して除去するための吸着剤を有する吸着装置が設けられていてもよい（図示せず）。例えば、消化ガス中にシロキサン化合物が残留している場合には、吸着剤としてシロキサン化合物を吸着する吸着剤を用いることができる。
【００４８】
［消化ガスの生成方法の処理手順］
つぎに、添付図面により、本発明の一実施形態に係る消化ガスの生成方法の処理手順を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る消化ガスの生成方法の処理手順を示す工程図である。なお、図４においては、図１に示される生成装置１を用いる場合を例としてあげて説明する。しかしながら、本発明の消化ガスの生成方法において、用いられる生成装置は特に限定されるものではない。
【００４９】
本実施形態に係る消化ガスの生成方法では、まず、前記シロキサン化合物と有機成分とを含む下水汚泥Ｓ0を濃縮する（「濃縮工程Ｓ１−１」）。本実施形態において、濃縮工程Ｓ１−１は、濃縮装置１０で行なわれる。
【００５０】
濃縮工程Ｓ１−１では、下水汚泥Ｓ0の濃縮の度合いは、下水汚泥Ｓ0の種類や量、生成装置の処理能力などに応じて適宜設定することができる。
下水汚泥Ｓ0の濃縮は、例えば、重力濃縮、遠心濃縮などにより行なうことができる。
かかる濃縮工程Ｓ１−１では、下水汚泥Ｓ0を濃縮することによって濃縮汚泥Ｓ1が得られる。
【００５１】
つぎに、濃縮汚泥Ｓ1に曝気ガスとして消化ガスを吹き込んで濃縮汚泥Ｓ1に曝気ガスをバブリングすることで曝気を行ない、曝気ガスにシロキサン化合物を移行させる（「曝気工程Ｓ１−２」）。本実施形態において、曝気工程Ｓ１−２は、曝気槽２０で行なわれる。
【００５２】
かかる曝気工程Ｓ１−２では、曝気ガスとして、消化ガスの一部が用いられる。
なお、曝気ガスとして、消化ガスの代わりに、他の気体燃料、空気、不活性ガスなどを用いてもよい。この場合、例えば、図２に示される生成装置２などを用いることができる。前記曝気ガスのなかでは、燃焼させることによる焼却処分が容易であることから、消化ガスや他の気体燃料および空気が好ましい。
【００５３】
曝気に際して、濃縮汚泥Ｓ1への曝気ガスの供給量は、下水汚泥Ｓ0の種類や量、曝気槽２０の容量などに応じて適宜設定することができる。濃縮汚泥Ｓ1への曝気ガスの供給量は、通常、濃縮汚泥Ｓ1１Ｌあたり２Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。なお、濃縮汚泥Ｓ1への曝気ガスの供給量の下限値は、消化ガスに混入するシロキサン化合物をなくすのに十分な量であればよい。
バブリングの際の曝気ガスの気泡の大きさは、消化ガスに混入するシロキサン化合物の量をより一層低減させる観点から、微細であるほど好ましい。このように曝気ガスの気泡の大きさを微細にすることにより、濃縮汚泥Ｓ1と曝気ガスとの接触面積が大きくなるので、シロキサン化合物を濃縮汚泥Ｓ1から曝気ガスからなる気相に効率よく移行させることができる。曝気ガスの気泡の大きさは、通常、５００〜７０００μｍ程度とすることができる。
【００５４】
また、曝気に際して、濃縮汚泥Ｓ1と曝気ガスとを十分に接触させて曝気ガスにシロキサン化合物を効率よく移行させる観点から、濃縮汚泥Ｓ1を撹拌しながらバブリングすることが好ましい。
【００５５】
本実施形態においては、曝気を行なう際には、濃縮汚泥Ｓ1を常温で用いることができる。
なお、温度が３０℃〜３００℃となるように汚泥を加熱することによって、汚泥中の有機成分が嫌気性消化に適した状態に変換される。したがって、図５に示されるように、濃縮汚泥Ｓ1の曝気を行なう際に、温度が３０℃〜３００℃となるように濃縮汚泥Ｓ1を加熱すること（図５の加熱曝気工程Ｓ２−２）により、後の消化工程Ｓ１−４における消化を促進させることができる。この場合、曝気の際の濃縮汚泥Ｓ1の温度は、シロキサン化合物を濃縮汚泥Ｓ1から曝気ガスからなる気相に効率よく移行させる観点から、好ましくは３０℃以上、より好ましくは４０℃以上、さらに好ましくは６０℃以上であり、消化ガスの生成に要するコストを低減させる観点から、好ましくは３００℃以下、より好ましくは２５０℃以下である。
【００５６】
また、汚泥の曝気を行なう際に、汚泥に対して、超音波照射、オゾン曝露またはアルカリ剤の添加などの処理を施すことによっても、汚泥中の有機成分が嫌気性消化に適した状態に変換される。したがって、濃縮汚泥Ｓ1の曝気を行なう際に、濃縮汚泥Ｓ1に対して汚泥の消化を促進させる処理として、超音波照射、オゾン曝露およびアルカリ剤の添加からなる群より選ばれた少なくとも１種の処理を施すことが好ましい。
【００５７】
つぎに、曝気後の汚泥Ｓ2を消化してガス（粗消化ガス）を生成する（「消化工程Ｓ１−３」）。本実施形態において、消化工程Ｓ１−３は、消化槽３０中で行なわれる。
【００５８】
消化工程Ｓ１−３における消化は、嫌気性微生物の作用によって行なわれる。なお、嫌気性微生物には、単独で、前記有機成分から消化ガスを生成させることができる能力を有する微生物や、複数種類の微生物が共存することによって前記有機成分から消化ガスを生成させることができる微生物群が包含される。
【００５９】
消化工程Ｓ１−３では、曝気後の汚泥Ｓ2と嫌気性微生物とを嫌気性条件下で接触させることにより、消化を行なうことができる。
かかる消化工程Ｓ１−３では、曝気後の汚泥Ｓ2と嫌気性微生物とを十分に接触させて消化ガスを効率よく生成させる観点から、曝気後の汚泥Ｓ2を撹拌することが好ましい。
【００６０】
消化工程Ｓ１−３において、消化を行なう際の曝気後の汚泥Ｓ2の温度は、用いられる嫌気性微生物の種類などに応じて適宜設定することができる。消化工程Ｓ１−３における曝気後の汚泥Ｓ2の温度は、用いられる嫌気性微生物の種類などによって異なるが、通常、３５〜４０℃（中温消化）、あるいは５０〜５５℃（高温消化）程度である。
なお、前記曝気工程Ｓ１−２において、濃縮汚泥Ｓ1を加熱した場合、温度が上昇しすぎたときには、消化工程Ｓ１−３において、曝気後の汚泥Ｓ2の温度を消化に適した温度に調整する。
【００６１】
また、消化工程Ｓ１−３において、消化を行なう際の曝気後の汚泥Ｓ2のｐＨは、用いられる嫌気性微生物の種類などに応じて適宜設定することができる。消化工程Ｓ１−３における曝気後の汚泥Ｓ2のｐＨは、用いられる嫌気性微生物の種類などによって異なるが、通常、６．５〜８．２程度である。
なお、前記曝気工程Ｓ１−２において、濃縮汚泥Ｓ1にアルカリ剤を添加した場合において、ｐＨが上昇しすぎた場合は、曝気後の汚泥Ｓ2のｐＨを消化に適したｐＨに調整する。
【００６２】
消化工程Ｓ１−３において、消化を行なう時間（曝気後の汚泥Ｓ2と嫌気性微生物とを接触させる時間）は、曝気後の汚泥Ｓ2の種類や量、嫌気性微生物の種類などに応じて適宜設定することができる。前記消化を行なう時間は、通常、２０〜３０日間である。
【００６３】
その後、消化工程Ｓ１−３で得られたガスを脱硫する（「脱硫工程Ｓ１−４」）。本実施形態では、脱硫工程Ｓ１−４は、脱硫装置４０で行なわれる。
かかる脱硫工程Ｓ１−４では、消化工程Ｓ１−３で得られたガス中の硫化水素などを酸化させて除去する。
脱硫は、例えば、微生物などによる硫黄酸化反応や、鉄粉などの脱硫剤による硫黄酸化反応を利用することにより行なうことができる。
本脱硫工程Ｓ１−４は、消化工程Ｓ１−３で得られたガス中に硫化物が含まれていない場合には行なわなくてもよい。
本発明により得られた消化ガスは、シロキサン化合物が除去されており、ガスエンジンやガスタービンへの負荷が低減されていることから、例えば、発電のための燃料として好適である。
【００６４】
なお、曝気工程Ｓ１−２でシロキサン化合物を移行させた曝気ガスは、消化工程Ｓ１−３で生じた消化汚泥Ｓ2を脱水して得られた脱水汚泥Ｓ4を燃焼させる際の燃料ガスまたは助燃用ガスとして用いることにより燃焼させ焼却処分することができる（「燃焼工程Ｓ２−５」）。
【００６５】
本発明においては、図６に示されるように、下水汚泥Ｓ0を濃縮する前に、当該下水汚泥Ｓ0を加熱しながらバブリングすることにより曝気を行なってもよい（図６の「加熱曝気工程Ｓ３−１」および「濃縮工程Ｓ３−２」参照）。また、この場合、下水汚泥Ｓ0を加熱せず、常温のままバブリングすることにより曝気を行なってもよい。
【００６６】
以上のように、本発明によれば、汚泥中のシロキサン化合物を、汚泥の消化に先立って、曝気ガスを含む気体に移行させているため、従来の方法のように、吸着剤にシロキサン化合物を吸着させることなく、あるいは吸着剤を用いたとしても、従来の方法よりも少量の吸着剤の使用でシロキサン化合物が除去された消化ガスを得ることができる。そのため、本発明によれば、吸着剤に要するコストを削減することができるので、消化ガスの利用に要するコストを削減することができ、しかも、吸着剤の廃棄に伴う環境への負荷を低減させることができる。
したがって、本発明によれば、汚泥を用いて、例えば、ガスエンジンやガスタービンへの負荷が低く、発電のための燃料として好適な消化ガスを、環境に対して低負荷で、かつ低コストで生成することができる。
【００６７】
また、大気中の温暖化ガスの増加を抑制する要望が高まっている一方、化粧料などにおけるシロキサン化合物の使用量がますます増大していることから、本発明の消化ガスの生成方法およびその生成装置は、カーボンニュートラルなバイオマス資源として、汚泥からエネルギーを得る手段として有用である。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例などにより、本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
（１）実験装置の構築
大阪府原田水みらいセンター内の重力濃縮汚泥と遠心濃縮汚泥とを混和する混和槽（消化直前に位置する）より汚泥を採取し、以下の実験における汚泥Ｓとして用いた。
【００７０】
実験装置として、図７に示される装置を用いた。かかる実験装置は、曝気容器２００と窒素ガスボンベ２１０とｐＨメータ２２０とトラップ装置２３０とシロキサンサンプリング装置２４０と乾式ガスメータ２５０とからなる。曝気容器２００の容器本体２０１内には、２Ｌの汚泥Ｓが入っている。容器本体２０１内には、気泡発生装置２０２と撹拌子２０３とがセットされている。
また、容器本体２０１の外周にはヒータ２０５が設置されており、容器本体２０１内の汚泥Ｓを加熱することができるようになっている。
前記汚泥Ｓには、ｐＨメータ２２０のセンサが差し込まれており、汚泥ＳのｐＨがｐＨメータ２２０によってモニターできるようになっている。
曝気容器２００の下流には、トラップ装置２３０が連結されており、容器本体２０１から排出されたシロキサン化合物含有ガス中の水分をトラップするように構成されている。このトラップ装置２３０の下流にはシロキサンサンプリング装置２４０が接続され、さらに、乾式ガスメータ２５０が接続されている。
シロキサンサンプリング装置２４０内には、樹脂吸着剤〔三菱化学（株）製、商品名：ＳＥＰＡＢＥＡＤＳ  ＳＰ８２５Ｌ〕５ｇが充填されている。
【００７１】
（２）汚泥Ｓの曝気
容器本体２０１内の汚泥Ｓを撹拌速度１２０ｍｉｎ-1で撹拌しながら、当該汚泥Ｓに窒素ガスを流量１Ｌ／ｍｉｎで吹き込んでバブリングするとともに、前記汚泥Ｓを温度が３０℃、６０℃または８０℃で最大で、７２時間まで加熱することにより、汚泥Ｓの曝気を行なった。
【００７２】
ラフ・デウィル（Ｒａｆ Ｄｅｗｉｌ）ら〔「排水処理由来の活性汚泥中の揮発性シロキサンの分析（Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｓｉｌｏｘａｎｅｓ ｉｎ  ｗａｓｔｅ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ）」、タランタ（Ｔａｌａｎｔａ）、２００７年１１月、第７４巻、１号、ｐｐ．１４−１９〕に記載の方法に準じて、曝気前の汚泥Ｓ中におけるシロキサン化合物の含有量Ｍ、曝気後の汚泥Ｓ中におけるシロキサン化合物の含有量ｍを測定した。具体的には、汚泥Ｓ  １００ｍＬに対して、ｎ−ヘキサン１００ｍＬを添加し、得られた混合物を２４時間撹拌することにより、汚泥Ｓ中に含まれるシロキサンをｎ−ヘキサン相に移行させ、その後、ｎ−ヘキサン相を分離し、ｎ−ヘキサン相に含まれるシロキサン化合物の量を測定した。
また、宅和雄也ら〔「アジアにおける埋立地ガス中微量成分の特性（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｒａｃｅ  Ｃｏｎｔｉｔｕｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｌａｎｄｆｉｌｌ  Ｇａｓ  Ａｎｄ  Ａ  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  Ｏｆ  Ｓｉｔｅｓ ｉｎ  Ａｓｉａ）」、ジャーナル  オブ  マテリアル  サイクルズ  アンドウエスト  マネジメント（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ    Ｃｙｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｗａｓｔｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）、２００９年、第１１巻、４号、ｐｐ．３０５−３１１〕に記載の方法に準じて、シロキサンサンプリング装置２４０の吸着剤に吸着されたシロキサン化合物の量ｍ１を測定した。
【００７３】
つぎに、揮散率を、下記式：
【００７４】
揮散率（％）＝（Ｍ−ｍ）／Ｍ×１００
【００７５】
を用いて算出した。
【００７６】
実施例１において、下水汚泥を４８時間曝気した際の処理温度とシロキサンの揮散率との関係を調べた結果を図８に示す。図中、黒バーはデカメチルシクロペンタシロキサンの揮散率、白バーはドデカメチルシクロヘキサシロキサンの揮散率をそれぞれ示す。
また、実施例１において、下水汚泥の曝気の際の処理温度３０℃および８０℃それぞれにおいて、曝気時間と、曝気ガスに移行し、吸着剤に吸着されたシロキサンの量（吸着剤におけるシロキサンの吸着量ｍ１）との関係を調べた結果を図９に示す。図中、黒丸は３０℃の場合でのデカメチルシクロペンタシロキサンの吸着量、黒四角は３０℃の場合でのドデカメチルシクロヘキサシロキサンの吸着量、白丸は８０℃の場合でのデカメチルシクロペンタシロキサンの吸着量、白四角は８０℃の場合でのドデカメチルシクロヘキサシロキサンの吸着量をそれぞれ示す。
【００７７】
図８に示された結果から、処理温度が６０℃または８０℃である場合のシロキサン化合物の揮散率は、処理温度が３０℃である場合のシロキサン化合物の揮散率よりも大きいことがわかる。特に、処理温度が８０℃である場合、デカメチルシクロペンタシロキサンおよびドデカメチルシクロヘキサシロキサンそれぞれの揮散率は、いずれも９０％以上であることがわかる。したがって、これらの結果から、下水汚泥の曝気に際して、下水汚泥を３０℃以上、好ましくは６０〜８０℃に加熱することにより、下水汚泥からのシロキサン化合物の揮散率が向上し、下水汚泥中に含まれるシロキサン化合物をより効率よく曝気ガスからなる気相に移行させることができることがわかる。
【００７８】
また、図９に示された結果から、下水汚泥の曝気に際して、下水汚泥を２４時間以上、好ましくは４８時間以上バブリングすることにより、下水汚泥からのシロキサン化合物の吸着量は一定となり、それ以上は曝気ガスに移行していかないことがわかる。特に、処理温度が８０℃である場合、処理温度が３０℃である場合と比べて、一般的に下水汚泥中に多く含まれるデカメチルシクロペンタシロキサンをより多く曝気ガスに移行させることができる。したがって、この場合、後段の消化槽では少なくとも６０℃以下で運転されること、また消化槽ではシロキサン化合物は生物分解されにくく、かつより揮発しやすい低分子量のシロキサン化合物を生成することも考えにくいことから、シロキサン化合物を含まない消化ガスを得ることができることが容易に推測できる。
【００７９】
さらに、これらの結果から、汚泥や消化ガス中に多く含まれているオクタメチルシクロテトラシロキサンは、デカメチルシクロペンタシロキサンおよびドデカメチルシクロヘキサシロキサンよりも揮発性しやすいことから、デカメチルシクロペンタシロキサンおよびドデカメチルシクロヘキサシロキサンの場合と同様の結果が得られることが示唆される。
【符号の説明】
【００８０】
１      消化ガスの生成装置
２      消化ガスの生成装置
３      消化ガスの生成装置
１０    濃縮装置
２０    曝気槽
２１    槽本体
２２    加熱装置
２３    気泡発生装置
２４    撹拌装置
３０    消化槽
３１    槽本体
３２    撹拌装置
４０    脱硫装置
５０    脱水装置
６０    燃焼炉
Ｐ１    シロキサン化合物含有ガス流路
Ｐ２    粗消化ガス流路
Ｐ３    消化ガス流路
Ｐ４    曝気ガス流路
Ｓ0      下水汚泥
Ｓ1      濃縮汚泥
Ｓ2      曝気後の汚泥
Ｓ3      消化汚泥
Ｓ4      脱水汚泥
【図１】
2012035171.tif 000005
【図２】
2012035171.tif 000006
【図３】
2012035171.tif 000007
【図４】
2012035171.tif 000008
【図５】
2012035171.tif 000009
【図６】
2012035171.tif 000010
【図７】
2012035171.tif 000011
【図８】
2012035171.tif 000012
【図９】
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