(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、
前記熱交換器の後段に、前記循環汚泥にアルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する前処理を行う汚泥前処理手段を設け、そして、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置を設けて、前記熱交換器により加温された前記循環汚泥を前記汚泥前処理手段により前処理した後、前記可溶化装置により可溶化処理し、この後、前記消化タンク内に戻すことを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、
前記循環汚泥の一部を前記熱交換器により加温することなく直接、アルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する汚泥前処理手段を設け、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置を設けて、前記汚泥前処理手段により前処理された前記循環汚泥を、前記可溶化装置により可溶化処理し、この後、前記消化タンク内に戻すことを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記未処理汚泥を前記消化タンクに直接、投入せずに、前記汚泥前処理手段により前処理した後、前記消化タンク内に投入し、その間は、前記消化タンクからの前記循環汚泥の引き抜きを停止することを特徴とする、請求項１または２に記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記未処理汚泥に生ゴミを混ぜて前記消化タンクに投入することを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記生ゴミの可溶化装置を設けることを特徴とする、請求項４に記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記汚泥前処理手段は、前記循環汚泥をノズル型キャビテーションにより処理する前処理を含んでいることを特徴とする、請求項１から５の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、
前記熱交換器の後段に、前記循環汚泥にアルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する前処理を行う汚泥前処理手段が設けられ、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置が設けられ、前記熱交換器により加温された後、前記汚泥前処理手段により前処理された前記循環汚泥は、前記可溶化装置により可溶化処理され、この後、前記消化タンク内に戻されることを特徴とする、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項８】
嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、
前記循環汚泥の一部を前記熱交換器により加温することなく直接、アルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する汚泥前処理手段が設けられ、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置が設けられ、前記汚泥前処理手段により前処理された前記循環汚泥は、前記可溶化装置により可溶化処理された後、前記消化タンク内に戻されることを特徴とする、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項９】
前記未処理汚泥は、前記消化タンクに直接投入されずに、前記汚泥前処理手段により前処理された後、前記消化タンク内に投入され、その間は、前記消化タンクからの前記循環汚泥の引き抜きは停止されることを特徴とする、請求項７または８に記載の、有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１０】
前記汚泥前処理手段は、前記循環汚泥をノズル型キャビテーションにより処理する前処理を含んでいることを特徴とする、請求項７から９の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機性廃棄物の処理方法および装置、特に、汚泥の分解速度が速く、しかも、残渣発生量が少なく、さらに、消化ガス回収量が多い、有機性廃棄物の処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
し尿、浄化槽汚泥、食品工場排水等の高濃度有機性汚水、生物処理工程からの有機性汚泥、食品廃棄物、家畜糞尿、生ゴミ等の有機性廃棄物の処理方法として、有機性廃棄物を安定化し、減容化し、消化ガスとしてエネルギー回収する嫌気性消化を利用した有機性廃棄物の処理方法がある。
【０００３】
この有機性廃棄物の処理方法を、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図７は、有機性廃棄物の従来処理方法を示すフロー図である。
【０００５】
図７において、１は、消化タンク、２は、熱交換器であり、上述した有機性廃棄物としての未処理汚泥は、以下のようにして処理される。
【０００６】
未処理汚泥は、３〜５％の固形物濃度に濃縮される。この濃縮汚泥は、３５℃程度に加熱された後、消化タンク１内に投入され、ここで嫌気性状態で攪拌され、酸発酵菌やメタン発酵菌の力によって有機物が分解される。このようにして分解処理された汚泥は、消化タンク１内から引き抜かれ、脱水処理後、例えば、焼却処理される。
【０００７】
消化タンク１内から引き抜かれた汚泥の一部は、熱交換器２を介して４０から４５℃に加温された後、再度、消化タンク１内に投入されて、消化タンクの加温に利用される。この汚泥の加温の熱源としては、消化タンク１内において嫌気性消化の副産物として生成するメタンガスを主成分とする消化ガスが有効利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術は、以下のような問題を有していた。
（１）消化タンク１内において有機物は、２０〜３０日間かけて平均して１／２程度分解されるが、分解時間がかかりすぎる。
（２）（１）で述べたように有機物の分解速度が遅いので、残渣発生量が多く、その後の汚泥の処理に手間と時間がかかる。
（３）（１）で述べたように有機物の分解速度が遅いので、回収できる消化ガス量が少ない。
【０００９】
従って、この発明の目的は、消化タンク内での有機物の分解速度が速く、汚泥発生量が少なく、しかも、消化ガス量の回収量を増やすことができる有機性廃棄物の処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、前記熱交換器の後段に、前記循環汚泥にアルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する前処理を行う汚泥前処理手段を設け、そして、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置を設けて、前記熱交換器により加温された前記循環汚泥を前記汚泥前処理手段により前処理した後、前記可溶化装置により可溶化処理し、この後、前記消化タンク内に戻すことに特徴を有するものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、消化タンク内において嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解し、分解により消化ガスを得ると共に、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を熱交換器を介して加温し、この加温した循環汚泥を前記消化タンク内に戻す、有機性廃棄物の処理方法において、前記循環汚泥の一部を前記熱交換器により加温することなく直接、アルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する汚泥前処理手段を設け、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置を設けて、前記汚泥前処理手段により前処理された前記循環汚泥を、前記可溶化装置により可溶化処理し、この後、前記消化タンク内に戻すことに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の、有機性廃棄物の処理方法において、前記未処理汚泥を前記消化タンクに直接、投入せずに、前記汚泥前処理手段により前処理した後、前記消化タンク内に投入し、その間は、前記消化タンクからの前記循環汚泥の引き抜きを停止することに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法において、前記未処理汚泥に生ゴミを混ぜて前記消化タンクに投入することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は請求項４に記載の、有機性廃棄物の処理方法において、前記生ゴミの可溶化装置を設けることに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理方法において、前記汚泥前処理手段は、前記循環汚泥をノズル型キャビテーションにより処理する前処理を含んでいることに特徴を有するものである。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、前記熱交換器の後段に、前記循環汚泥にアルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する前処理を行う汚泥前処理手段が設けられ、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置が設けられ、前記熱交換器により加温された後、前記汚泥前処理手段により前処理された前記循環汚泥は、前記可溶化装置により可溶化処理され、この後、前記消化タンク内に戻されることに特徴を有するものである。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、嫌気性状態で未処理汚泥を攪拌し、発酵させて有機物を分解する消化タンクと、前記消化タンクから引き抜かれた汚泥の一部を加温する熱交換器とを備え、前記熱交換器により加温された循環汚泥は、前記消化タンク内に戻される、有機性廃棄物の処理装置において、前記循環汚泥の一部を前記熱交換器により加温することなく直接、アルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する汚泥前処理手段が設けられ、前記汚泥前処理手段の後段に、超音波照射による可溶化装置が設けられ、前記汚泥前処理手段により前処理された前記循環汚泥は、前記可溶化装置により可溶化処理された後、前記消化タンク内に戻されることに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の、有機性廃棄物の処理装置において、前記未処理汚泥は、前記消化タンクに直接投入されずに、前記汚泥前処理手段により前処理された後、前記消化タンク内に投入され、その間は、前記消化タンクからの前記循環汚泥の引き抜きは停止されることに特徴を有するものである。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項７から９の何れか１つに記載の、有機性廃棄物の処理装置において、前記汚泥前処理手段は、前記循環汚泥をノズル型キャビテーションにより処理する前処理を含んでいることに特徴を有するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の、有機性廃棄物の処理方法の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、この発明の、有機性廃棄物の処理方法の一実施態様を示すフロー図である。
【００２２】
図１において、１は、消化タンク、２は、熱交換器、３は、可溶化装置、４は、汚泥前処理手段であり、上述した有機性廃棄物としての未処理汚泥は、以下のようにして処理される。
【００２３】
未処理汚泥は、３〜５％の固形物濃度に濃縮される。この濃縮汚泥は、３５℃程度に加熱された後、消化タンク１内に投入され、ここで２０〜３０日間、嫌気性状態で攪拌され、酸発酵菌やメタン発酵菌の力によって有機物が分解される。このようにして分解処理された汚泥は、消化タンク１内から引き抜かれ、脱水処理後、例えば、焼却処理される。
【００２４】
消化タンク１内から引き抜かれた汚泥の一部、すなわち、循環汚泥は、熱交換器２を介して４０から４５℃に加温された後、汚泥前処理手段４に送られ、ここでアルカリ剤が添加されて循環汚泥のｐＨをアルカリ性に調整する前処理が行われる。次いで、超音波照射による可溶化処置３に送られ、ここで、超音波照射により可溶化処理された後、再度、消化タンク１内に投入される。この循環汚泥の加温の熱源としては、消化タンク１内において嫌気性消化の副産物として生成するメタンガスを主成分とする消化ガスが有効利用される。
【００２５】
加温された循環汚泥は、消化タンクの加温に利用されると共に、可溶化処理後、消化タンク１内に投入されることによって、汚泥の消化時間が短縮される。
【００２６】
消化タンク１からの循環汚泥を昇圧ポンプ（図示せず）によって、例えば、約２００ｋＰａに加圧して可溶化装置３に送り込めば、循環汚泥の可溶化効果がさらに向上する。
【００２７】
上述した例は、熱交換器２と、前段に汚泥前処理手段４を設けた可溶化装置３とを直列に配置したものであるが、図２に示すように、熱交換器２と、前段に汚泥前処理手段４を設けた可溶化装置３とを並列に配置して、循環汚泥の一部を熱交換器２により加温し、残りの循環汚泥を汚泥前処理手段４によりアルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する前処理を行った後、超音波照射による可溶化装置３により可溶化処理し、それぞれを消化タンク１に戻しても良い。
【００２８】
可溶化装置３による可溶化処理として、酸を使用する場合、あるいは、酸と超音波照射、機械的破砕、キャビテーション処理、衝撃波照射処理等との組み合わせを使用する場合、消化タンク１内の汚泥のｐＨが高すぎると、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）が生成され、これがスケールとなって配管に付着して操業に支障を来たす恐れがある。
【００２９】
そこで、ＭＡＰの生成を抑制するために、消化タンク１内の汚泥のｐＨを６．７から７．３程度に維持する必要がある。このために、ＭＡＰの生成を抑制するためのｐＨ調整作用を有する汚泥前処理手段４を可溶化装置３の前段に設ければ、可溶性の向上効果とＭＡＰの生成の抑制効果の両方を満足することができる。ｐＨ調整用の汚泥前処理手段４は、熱交換器２の前段に設けても良い。
【００３０】
図３に示すように、未処理汚泥を消化タンク１に直接投入する前に、汚泥前処理手段４により上述した前処理を行って有機物の細胞のフロックを破壊し、この後、消化タンク１に投入すれば、消化タンク１内での有機物の発酵速度が増大する。この結果、消化ガスの発生量が増大すると共に、引き抜き汚泥量も減少する。未処理汚泥を汚泥前処理手段４を介して消化タンク１に投入している間は、消化タンク１からの循環汚泥の引き抜きは停止する。
【００３１】
消化タンク１に投入する未処理汚泥に、生ゴミ（食品残渣も含む）を混ぜれば、生ゴミは、汚泥に比べて多くの有機物を含んでいるので、分解率が高くなり、その分、ガス発生量が増大する。生ゴミを混ぜる場合、生ゴミを破砕機（図示せず）により破砕した後、未処理汚泥と混ぜても良い。また、生ゴミを何れの場合も生ゴミを破砕すればより可溶化効果および分解効率が向上する。
【００３２】
消化タンク１内で生成されるメタンガスを主成分とする消化ガスを利用して、マイクロガスタービンあるいはガスエンジンを作動させて発電し、これにより得られる電力を上述した各可溶化処理のエネルギー源とすることも可能である。
【００３３】
【実施例】
次に、この発明を実施例によりさらに説明する。
【００３４】
下記条件および表１に示す条件下で、前述した従来技術、比較例１から４、および、この発明の実施例１、２の処理方法に従って汚泥を処理し、ＴＳ（残渣量）、ＶＴＳ（水分蒸発後の残渣量）、メタンガス発生量および懸濁態を調べた。
【００３５】
なお、従来処理方法は、図７に示す処理方法である。
【００３６】
実施例１は、図２に示す処理方法において、前処理にＮａＯＨを添加し、可溶化処理に超音波照射を使用した処理方法であり、実施例２は、図２に示す処理方法において、前処理にＮａＯＨを添加し且つノズル型キャビテーション処理を使用し、可溶化処理に超音波照射を使用した方法である。
【００３７】
比較例１は、図４に示す処理方法において、可溶化処理に超音波照射を使用した処理方法であり、比較例２は、図５に示す処理方法において、可溶化処理に超音波照射を使用し、循環汚泥を２００ｋＰａで加圧した処理方法であり、比較例３は、図２に示す処理方法において、前処理にＨ2ＳＯ4を添加し、可溶化処理に超音波照射を使用した処理方法であり、比較例４は、図６に示す処理方法において、未処理汚泥に摩砕処理した生ゴミを混ぜて消化タンクに投入した処理方法である。
【００３８】
処理条件
汚泥投入量：０．２５（Ｌ／日）
発酵温度：３５℃
ＳＲＴ（消化タンク容量／１日当たり投入量）：２０日
運転方法：１回／日入れ替えの半連続方式
消化タンク容積：５Ｌ
【００３９】
【表１】
0004250994.tif 000002
【００４０】
表１から明らかなように、この発明の実施例１および２は、何れも、従来技術に比べて、残渣発生量が減少し、しかも、メタンガスの発生量が増大したことが分かった。また、実施例２により、ＮａＯＨを添加し且つノズル型キャビテーション処理を使用すれば、残渣発生量がさらに減少し、しかも、メタンガスの発生量がさらに増大することが分かった。また、同じ運転時間でメタンガスの発生量が多いことから有機物の分解速度が速いことが分かった。さらに、この発明の実施例１および２は、何れも、比較例１、２、３に比べて、ＴＳおよびＶＴＳが少なく、メタンガスの発生量が多いことが分かった。なお、比較例４によれば、メタンガスの発生量は比較例１に比べて多いことが分かった。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、循環汚泥の一部にアルカリ剤を添加してｐＨをアルカリ性に調整する前処理を行った後、超音波照射による可溶化処理を行い、この後、消化タンク内に戻すことによって、汚泥の分解速度を速くすることができ、しかも、残渣発生量を少なくすることができ、さらに、消化ガス回収量を多くすることができる等、種々の有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の、有機性廃棄物の処理方法の一実施態様を示すフロー図である。
【図２】  この発明の、有機性廃棄物の別の処理方法の一実施態様を示すフロー図である。
【図３】  この発明の、有機性廃棄物のさらに別の処理方法の一実施態様を示すフロー図である。
【図４】  熱交換器の後段に可溶化装置を直列に配置した、比較例としての、有機性廃棄物の処理方法を示すフロー図である。
【図５】  図４に示す、有機性廃棄物の処理方法において、循環汚泥を加圧する場合のフロー図である。
【図６】  図４に示す、有機性廃棄物の処理方法において、未処理汚泥に摩砕した生ゴミを投入する場合のフロー図である。
【図７】  従来処理方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１：消化タンク
２：熱交換器
３：可溶化装置
４：汚泥前処理手段
５：昇圧ポンプ
６：破砕機
【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】
0004250994.tif 000007
【図６】
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【図７】
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