(57)【要約】    【課題】本発明は、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で消化処理することができる消化処理装置等を提供する。    【解決手段】本発明は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率の低い濃縮物と、該有機性廃棄物よりも含水率が高い分離水とを得る濃縮部と、該分離水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記分離水の含水率を低下させる正浸透膜部と、該正浸透膜部で含水率を低下させた前記分離水を生物で消化処理する消化槽とを備えている、消化処理装置等である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物及び水を含有する有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率の低い濃縮物と、該有機性廃棄物よりも含水率が高い分離水とを得る濃縮部と、
該分離水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記分離水の含水率を低下させる正浸透膜部と、
該正浸透膜部で含水率を低下させた前記分離水を生物で消化処理する消化槽とを備えている、消化処理装置。
【請求項２】
前記濃縮物を前記消化槽で消化処理するように構成されている、請求項１に記載の消化処理装置。
【請求項３】
前記有機性廃棄物が、有機物の生物処理によって生じた汚泥を含む請求項１又は２に記載の消化処理装置。
【請求項４】
前記汚泥が前記消化槽の余剰汚泥である請求項３に記載の消化処理装置。
【請求項５】
２以上の前記有機性廃棄物をそれぞれ濃縮して前記濃縮物と前記分離水とを得るべく第１濃縮部と第２濃縮部とを含む複数の前記濃縮部を備え、
前記第１濃縮部で前記消化槽の余剰汚泥以外の前記汚泥を含む有機性廃棄物が濃縮され、
前記第２濃縮部で前記消化槽の余剰汚泥を含む有機性廃棄物が濃縮される請求項４に記載の消化処理装置。
【請求項６】
前記駆動溶液が感温性ポリマーを含有する、請求項１〜５の何れか１項に記載の消化処理装置。
【請求項７】
前記生物がメタン発酵菌を有する、請求項１〜６の何れか１項に記載の消化処理装置。
【請求項８】
有機物及び水を含有する有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率の低い濃縮水と、該有機性廃棄物よりも含水率が高い分離水とを得る濃縮工程と、
該分離水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記分離水の含水率を低下させる膜工程と、
前記正浸透膜で含水率を低下させた前記分離水を消化槽で消化処理する消化工程とを備える、消化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物を消化処理する消化処理装置、及び、消化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生汚泥や余剰汚泥等の有機性廃棄物は、嫌気性生物や好気性生物を保持する消化槽内で消化処理され、減容化がなされている。
【０００３】
ところで、有機性廃棄物を消化槽で消化処理するには、ある程度の期間（例えば、嫌気性処理では２０日程度）消化槽内に有機性廃棄物を滞留させる必要があるため、大容量の消化槽が必要となる。
【０００４】
このようなことから、従来は、有機性廃棄物を濃縮装置（例えば、ベルトプレス機等）で濃縮することにより該有機性廃棄物よりも含水率が低い濃縮物と、該有機性廃棄物よりも含水率が高い分離水とを得、該濃縮物を有機性廃棄物として消化槽で消化処理することが行われている（例えば、特許文献１〜６）。これにより、消化槽に移送される水の量を抑制することができ、その結果、消化槽をコンパクトにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−６８２９６号公報
【特許文献２】特開２００２−４５８９４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９２９６５号公報
【特許文献４】特開２００６−８８０１４号公報
【特許文献５】特開２０００−６１４９８号公報
【特許文献６】特開２００７−２１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記分離水には消化槽で分解できる有機物が含まれており、従来の方法では、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を該消化槽で十分に消化処理することができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で消化処理することができる消化処理装置、及び、消化処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率の低い濃縮物と、該有機性廃棄物よりも含水率が高い分離水とを得る濃縮部と、
該分離水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記分離水の含水率を低下させる正浸透膜部と、
該正浸透膜部で含水率を低下させた前記分離水を生物で消化処理する消化槽とを備えている、消化処理装置である。
【０００９】
斯かる消化処理装置によれば、前記正浸透膜部で前記分離水の含水率を低下させた分、消化槽に移送する水の量を減らすことができ、且つ、前記分離水に含まれる有機物を十分に消化槽に供給することができる。
また、正浸透膜（ＦＯ膜）の孔径が精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）の孔径よりも小さいので、斯かる消化処理装置によれば、ＭＦ膜やＵＦ膜を用いた場合に比べて、有機物が膜を透過し難くなる。
さらに、ＲＯ膜を用いた場合には、ポンプ等の動力を用いて高圧で分離水をＲＯ膜に押し付けるので、分離水に含まれる懸濁物で目詰まりが生じてしまう。しかし、本願発明のように、ＦＯ膜を用いれば、懸濁物を有する分離水と、駆動溶液との浸透圧差を駆動力にして水が膜を透過する。その結果、ＲＯ膜を用いた場合に比べて、懸濁物が高圧で膜面に押し付けられにくくなり、膜の目詰まりが生じ難くなる。
従って、斯かる消化処理装置によれば、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で消化処理することができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る消化処理装置の一の態様は、前記濃縮物を前記消化槽で消化処理するように構成されている。
【００１１】
斯かる消化処理装置によれば、有機性廃棄物に含まれる有機物をより多く該消化槽で消化処理することができる。
【００１２】
また、前記濃縮部を備える消化処理装置の他の態様では、前記有機性廃棄物が、有機物の生物処理によって生じた汚泥を含む。
【００１３】
さらに、前記有機性廃棄物が有機物の生物処理によって生じた汚泥を含む消化処理装置の他の態様では、前記汚泥が前記消化槽の余剰汚泥である。
【００１４】
また、前記汚泥が前記消化槽の余剰汚泥である消化処理装置の他の態様は、２以上の前記有機性廃棄物をそれぞれ濃縮して前記濃縮物と前記分離水とを得るべく第１濃縮部と第２濃縮部とを含む複数の前記濃縮部を備え、
前記第１濃縮部で前記消化槽の余剰汚泥以外の前記汚泥を含む有機性廃棄物が濃縮され、
前記第２濃縮部で前記消化槽の余剰汚泥を含む有機性廃棄物が濃縮される。
【００１５】
斯かる消化処理装置によれば、有機性廃棄物に含まれる有機物をより多く該消化槽で消化処理することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る消化処理装置の他の態様では、前記駆動溶液が感温性ポリマーを含有する。
【００１７】
消化槽は、通常、生物を活性化させて消化率を高めるために温水等で温められており、そして、消化槽を温めるのに利用しきれなかった熱エネルギーは廃棄されている。
斯かる消化処理装置によれば、正浸透膜部で得られる、駆動溶液と透過水との混合水をこの熱エネルギーで加熱することにより、該混合水から前記感温性ポリマーを凝集させて水と分離し回収することができる。そして、回収した前記感温性ポリマーから駆動溶液を得ることができる。
従って、斯かる消化処理装置によれば、エネルギー効率良く駆動溶液を再生することができる。
【００１８】
また、本発明に係る消化処理装置の他の態様では、前記生物がメタン発酵菌を有する。
【００１９】
斯かる消化処理装置によれば、メタンガスを多く得ることができる。
【００２０】
また、本発明は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物を濃縮することにより、該有機性廃棄物よりも含水率の低い濃縮水と、該有機性廃棄物よりも含水率が高い分離水とを得る濃縮工程と、
該分離水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、前記分離水の含水率を低下させる膜工程と、
前記正浸透膜で含水率を低下させた前記分離水を消化槽で消化処理する消化工程とを備える、消化処理方法である。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、消化槽のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽で消化処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態に係る消化処理装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態の消化処理装置１は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物Ａを濃縮することにより、該有機性廃棄物Ａよりも含水率の低い濃縮物（第１濃縮物）と、該有機性廃棄物Ａよりも含水率が高い分離水（第１分離水）とを得る濃縮部２（第１濃縮部２）と、該第１分離水と駆動溶液とを正浸透膜４ａを介して接触させることにより、前記第１分離水の含水率を低下させる正浸透膜部４と、該正浸透膜部４で含水率を低下させた前記第１分離水を生物で消化処理する消化槽３とを備えている。
さらに、本実施形態の消化処理装置１は、前記第１濃縮物を前記消化槽３で消化処理するように構成されている。
【００２５】
前記濃縮部２としては、有機性廃棄物Ａを濃縮することができる従来公知の装置を用いることができ、例えば、ベルトプレス機、遠心分離機、沈殿分離槽等が挙げられる。
前記第１濃縮物の水分量は、９４質量％以上が好ましく、９４〜９８質量％がより好ましい。該水分量が少なすぎると、第１濃縮物の流動性が低いものとなり第１濃縮物を前記消化槽３に移送し難くなり、一方で、該水分量が多すぎると、濃縮部２による消化槽３のコンパクト化の効果が小さくなるからである。
【００２６】
前記消化槽３の生物としては、嫌気性生物、好気性生物が挙げられる。前記嫌気性生物としては、メタン発酵菌、脱窒菌、酸生成菌等が挙げられる。前記好気性生物としては、硝酸菌、亜硝酸菌等が挙げられる。前記生物としては、メタン発酵菌が好ましい。
【００２７】
前記正浸透膜部４は、被処理水たる第１分離水と、駆動溶液とを正浸透膜（ＦＯ膜）４ａを介して接触させることにより、第１分離水の含水率を低下させるとともに、ＦＯ膜を透過した透過水及び駆動溶液の混合水を得るように構成されている。
【００２８】
前記駆動溶液としては、従来公知の駆動溶液を用いることができる。
前記駆動溶液は、正浸透膜部での被処理水よりも浸透圧が高い溶液である。
前記駆動溶液には、被処理水よりも浸透圧を高くするための化学物質が含まれている。
前記駆動溶液の前記化学物質としては、感温性ポリマーが好ましい。該感温性ポリマーは、水を捕捉し、温度を上げた時に水を放出してポリマーどうしが凝集するポリマーである。言い換えれば、感温性ポリマーは水中において転移温度を有し、該転移温度未満の温度では前記感温性ポリマーが水と水素結合して水を捕捉し、該転移温度以上の温度では感温性ポリマーどうしが凝集する。水の捕捉と、水の放出とが切り替わる温度（転移温度）は、好ましくは３０〜６０℃、３０〜４５℃である。該感温性ポリマーとしては、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを単独重合又は他のモノマーと共重合して得られるポリマーが挙げられる。
また、感温性ポリマー以外の前記化学物質としては、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、アンモニア（ＮＨ３）、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、脂肪族アルコール、イミダゾール誘導体等が挙げられる。
塩化ナトリウムを含む駆動溶液としては、海水等が挙げられる。
【００２９】
また、本実施形態の消化処理装置１は、前記混合水から前記駆動溶液の化学物質を回収する回収部６を更に備えてもよい。
前記駆動溶液が前記感温性ポリマーを有する場合には、前記回収部６は、前記混合水を加熱することにより、前記混合水から前記感温性ポリマーを凝集させて水と分離し回収するように構成されている。そして、本実施形態では、回収した感温性ポリマーから駆動溶液を得る。
なお、消化槽３は、通常、生物を活性化させて消化率を高めるために温水等で温められており、そして、消化槽を温めるのに利用しきれなかった熱エネルギーは廃棄されている。本実施形態の消化処理装置１は、この熱エネルギーで前記混合水を加熱するように構成されている。具体的には、本実施形態の消化処理装置１では、前記回収部６が熱交換器となっている。そして、本実施形態の消化処理装置１は、この熱エネルギーＤを有する媒体（水や排ガスなど）を前記回収部６に移送し、熱エネルギーＤを用いて熱交換器たる回収部６内で混合水を加熱するように構成されている。
本実施形態では、前記回収部６で前記駆動溶液の化学物質を回収することで分離（淡水化）された処理水Ｂは、本実施形態の消化処理装置１外に移送され河川や海に放流される。
なお、前記駆動溶液として海水を用いる場合には、本実施形態では、前記混合水を前記回収部６を介さずに本実施形態の消化処理装置１外に移送し、河川や海に放流してもよい。
【００３０】
さらに、本実施形態の消化処理装置１は、有機性廃棄物たる前記消化槽３の余剰汚泥を脱水することにより、該余剰汚泥よりも含水率の低い濃縮物（第２濃縮物Ｃ）と、該余剰汚泥よりも含水率の高い分離水（第２分離水）とを得る脱水部５（第２濃縮部５）を更に備えている。
前記脱水部５としては、スクリュープレス機等が挙げられる。
本実施形態では、前記脱水部５で生成された第２濃縮物Ｃは、本実施形態の消化処理装置１外に移送され、焼却処理される。
【００３１】
本実施形態の消化処理装置１は、前記正浸透膜部４で前記第２分離水の含水率を低下させ、前記正浸透膜部４で含水率を低下させた前記第２分離水を前記消化槽３で消化処理するように構成されている。
なお、前記脱水部５で生成された第２分離水は、本実施形態の消化処理装置１外に移送され、別途水処理されてもよい。
【００３２】
前記有機性廃棄物Ａは、前記消化槽３内の生物で分解可能な有機物、及び、水を含有する。また、有機性廃棄物Ａは、流動性を有する有機性廃棄物であり、例えば、液状の有機性廃棄物である。さらに、有機性廃棄物Ａは、例えば、水分量が９６質量％以上のものである。
該有機性廃棄物Ａとしては、汚泥（有機物の生物処理によって生じた汚泥）、有機性廃水（食品工場廃水等）が挙げられる。
前記汚泥としては生汚泥（下水処理場で発生する生汚泥等）、余剰汚泥（下水処理場で発生する余剰汚泥等）が挙げられる。
下水処理場で発生する生汚泥としては、最初沈殿池で生じた生汚泥が挙げられる。
【００３３】
前記分離水は、前記消化槽３内の生物で分解可能な有機物、及び、水を含有する。また、分離水は、例えば、有機物が５００〜２０００ｐｐｍのものが好ましい。分離水の有機物が多すぎるとＦＯ膜が目詰まりし易くなり、一方で、分離水の有機物が少なすぎるとＦＯ膜での濃縮効果が小さいからである。
【００３４】
次に、本実施形態の消化処理方法について説明する。
【００３５】
本実施形態の消化処理方法は、本実施形態の消化処理装置を用いて有機性廃棄物を消化処理する方法である。
【００３６】
本実施形態の消化処理方法は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物Ａを濃縮することにより、該有機性廃棄物Ａよりも含水率の低い第１濃縮物と、該有機性廃棄物Ａよりも含水率が高い第１分離水とを得る濃縮工程と、前記第１分離水と駆動溶液とを正浸透膜部４で正浸透膜４ａを介して接触させることにより、前記第１分離水の含水率を低下させる膜工程と、前記正浸透膜部４で含水率を低下させた前記第１分離水を消化槽で消化処理する消化工程とを備える。
さらに、本実施形態の消化処理方法は、前記第１濃縮物を前記消化槽３で消化処理する。
【００３７】
さらに、本実施形態の消化処理方法は、前記混合水から前記駆動溶液の化学物質を前記回収部６で回収する。
【００３８】
また、本実施形態の消化処理方法は、有機性廃棄物たる前記消化槽３の余剰汚泥を脱水することにより、該余剰汚泥よりも含水率の低い第２濃縮物Ｃと、該余剰汚泥よりも含水率の高い第２分離水とを得る。
さらに、本実施形態の消化処理方法は、前記正浸透膜部４で前記第２分離水の含水率を低下させ、前記正浸透膜部４で含水率を低下させた前記第２分離水を前記消化槽３で消化処理する。
【００３９】
本実施形態の消化処理装置１は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。
【００４０】
即ち、本実施形態の消化処理装置１は、有機物及び水を含有する有機性廃棄物Ａを濃縮することにより、該有機性廃棄物Ａよりも含水率の低い第１濃縮水と、該有機性廃棄物Ａよりも含水率が高い第１分離水とを得る第１濃縮部２と、該第１分離水と駆動溶液とを正浸透膜４ａを介して接触させることにより、前記第１分離水の含水率を低下させる正浸透膜部４と、該正浸透膜部４で含水率を低下させた前記第１分離水を生物で消化処理する消化槽３とを備えている。
斯かる消化処理装置１によれば、前記正浸透膜部４で前記第１分離水の含水率を低下させた分、消化槽３に移送する水の量を減らすことができ、且つ、第１分離水に含まれる有機物を十分に消化槽３に供給することができる。
また、正浸透膜（ＦＯ膜）の孔径が精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）の孔径よりもが小さいので、斯かる消化処理装置１によれば、ＭＦ膜やＵＦ膜を用いた場合に比べて、有機物が膜を透過し難くなる。
さらに、ＲＯ膜を用いた場合には、ポンプ等の動力を用いて高圧で分離水をＲＯ膜に押し付けるので、分離水に含まれる懸濁物で目詰まりが生じてしまう。しかし、本実施形態のように、ＦＯ膜を用いれば、懸濁物を有する分離水と、駆動溶液との浸透圧差を駆動力として水が膜を透過する。その結果、ＲＯ膜を用いた場合に比べて、懸濁物が高圧で膜面へ押し付けられにくくなり、膜の目詰まりが生じ難くなる。
従って、斯かる消化処理装置１によれば、消化槽３のコンパクト化を図りつつ、有機性廃棄物に含まれる有機物を多く該消化槽３で消化処理することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態の消化処理装置１は、前記第１濃縮物を前記消化槽３で消化処理するように構成されている。
斯かる消化処理装置１によれば、有機性廃棄物に含まれる有機物をより多く消化槽３で消化処理することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態の消化処理装置１は、第１濃縮部２と第２濃縮部５とを備えている。
斯かる消化処理装置１によれば、有機性廃棄物に含まれる有機物をより多く該消化槽３で消化処理することができる。
【００４３】
濃縮部で得られた分離水に溶解性有機物が多く含まれている場合には、従来、分離水は生物処理され、分離水中の溶解性有機物が二酸化炭素と水に分解され、生物処理された分離水が放流されていた。よって、有価物（メタンガス）へ転換可能な有機物が有効利用されていなかった。
しかし、本実施形態においては、ＦＯ膜を用いることにより、回収出来ていなかった分離水の有機物を回収可能となる。そして、メタン生成に寄与する有機物を多く消化槽に移送させることができ、生物としてメタン生成菌を用いれば、メタンガスを多く生成することが可能となる。
また、本実施形態においては、ＦＯ膜を用いることにより、ＭＦ膜やＵＦ膜を用いた場合に比べて、有機物が膜を通過し難くなり、有機物を十分に回収することができる。また、ＦＯ膜を用いることにより、圧力をかけて膜分離するＮＦ膜やＲＯ膜を用いた場合に比して、膜の目詰まりが生じ難くなくなり、また、膜処理するためのエネルギーを抑制することができる。
すなわち、本実施形態では、ＦＯ膜を用いることにより、膜の目詰まりを抑制しつつ、メタンガスを多く生成することができる。
【００４４】
また、本実施形態の消化処理装置１は、生汚泥を消化処理する態様において、特に効果を発揮する。
すなわち、生汚泥は有機物を多く含有するものの含水率が高いので、生汚泥をそのまま消化槽に移送させると、水分が消化槽に多く移送されてしまう。しかし、本実施形態の消化処理装置１は、第１濃縮部２によって分離された前記第１分離水中に含まれる有機物（生汚泥に由来する有機物）を前記正浸透膜部４で処理することによって、前記正浸透膜部４で含水率を低下させた前記第１分離水（有機物が濃縮された第１分離水）を得ることができる。その結果、含水率の高い生汚泥から有機物を回収することができる。
【００４５】
また、本実施形態の消化処理装置１では、前記駆動溶液が感温性ポリマーを含有する。
消化槽３は、通常、生物を活性化させて消化率を高めるために温水等で温められており、そして、消化槽３を温めるのに利用しきれなかった熱エネルギーは廃棄されている。
斯かる消化処理装置１によれば、正浸透膜部４で得られる、駆動溶液と透過水との混合水をこの熱エネルギーで加熱することにより、該混合水から前記感温性ポリマーを凝集させて水と分離し回収することができる。そして、回収した前記感温性ポリマーから駆動溶液を得ることができる。
従って、斯かる消化処理装置１によれば、エネルギー効率良く駆動溶液を再生することができる。
【００４６】
尚、本発明の消化処理装置及び本発明の消化処理方法は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明の消化処理装置及び本発明の消化処理方法は、上記した作用効果に限定されるものでもない。さらに、本発明の消化処理装置及び本発明の消化処理方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４７】
例えば、本発明では、前記正浸透膜部４が、第１分離水の含水率を低下させる第１正浸透膜部と、第２分離水の含水率を低下させる第２正浸透膜部とを備えてもよい。
【００４８】
また、本発明では、前記消化槽が、含水率が低下した第１分離水を消化処理する第１消化槽と、含水率が低下した第２分離水を消化処理する第２消化槽と、前記濃縮物を消化処理する第３消化槽とを備えてもよい。
【００４９】
本実施形態の消化処理装置１は、前記第１分離水及び前記第２分離水を正浸透膜部４で含水率を低下させて消化槽３で消化処理するように構成されているが、本発明の消化処理装置１は、前記第１分離水及び前記第２分離水の何れか一方のみを正浸透膜部４で含水率を低下させて消化槽３で消化処理するように構成されていてもよい。また、本実施形態の消化処理装置１は、第１、２濃縮部以外の濃縮部で得られた分離水を正浸透膜部４で含水率を低下させて消化槽３で消化処理するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１：消化処理装置、２：濃縮部（第１濃縮部）、３：消化槽、４：正浸透膜部、４ａ：正浸透膜（ＦＯ膜）、５：脱水部（第２濃縮部）、６：回収部、Ａ：有機性廃棄物、Ｂ：処理水、Ｃ：第２濃縮物、Ｄ：熱エネルギー
【図１】
2017006844.tif 000003