(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上で且つ有機性廃棄物を分散させてなる水溶液原料を密閉容器内で１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、水の亜臨界条件下で上記有機性廃棄物を可溶化させることを特徴とする有機性廃棄物の可溶化処理方法。
【請求項２】
炭酸イオンの濃度が１０００ppm未満で且つ有機性廃棄物を分散させてなる水溶液原料中に、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ又はＮＨ４を陽イオンとする炭酸塩あるいは炭酸水素塩、又はその混合物を、炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上となるように添加し、密閉容器内で１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、水の亜臨界条件下で上記有機性廃棄物を可溶化させることを特徴とする有機性廃棄物の可溶化処理方法。
【請求項３】
炭酸イオンの濃度が１０００ppm未満で且つ有機性廃棄物を分散させてなる水溶液原料中に、炭酸ガスを含むガスを、炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上となるように曝気し、密閉容器内で１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、水の亜臨界条件下で上記有機性廃棄物を可溶化させることを特徴とする有機性廃棄物の可溶化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭から排出される厨芥やし尿、し尿処理場や下水処理場等の好気性又は嫌気性水処理設備から排出される余剰汚泥、あるいは、畜産廃棄物といわれる畜産糞尿や藁、木屑、バーク等の有機性廃棄物の単独あるいは混合物、又は、上記有機性廃棄物を消化処理した後の消化残渣に含まれる有機性廃棄物の可溶化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物を原料として、微生物の働きでメタンガスを生成させる消化処理では、主として、水中に溶解する有機物を対象にしているため、有機性廃棄物の固形物を含むスラリーを処理しようとすると、該スラリー中の固形物が溶けるのに時間がかかって、消化槽における滞留時間が長くなることから、数週間から１箇月程度の処理期間が必要であった。
【０００３】
このため、有機性廃棄物を可溶化した後、消化処理を効率的に行なう方法として、たとえば、有機性汚泥にアルカリ性物質を添加してpHを７．３〜９．２に調整すると共に、処理温度を５０〜１００℃に維持することで前処理を行って高負荷消化処理を可能とするようにしたもの（特開平５−３４５２００号公報）、あるいは、都市ごみ中の厨芥を、酵素を用いて可溶化し、厨芥のスラリー（厨芥固形物と水との混合物）中のセルロール性繊維を微細化してから比重差によって三相に分離し、厨芥を多く含む相を消化処理することで消化処理を容易に行うようにしたもの（特公昭６０−９８７９号公報）等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の特開平５−３４５２００号公報に示されている方法の場合は、アルカリ処理のpHを７．３から９．２に調整するため多くのアルカリ性物質を消費すると共に、より効果的に汚泥を可溶化しようとすると、pHを９付近に調整する必要があるため、可溶化した処理液を消化槽に投入する場合には酸で逆中和する必要があった。又、処理温度は５０℃以上必要で、より効率的な可溶化を進める場合は１００℃程度の高温処理となるが、密閉容器内で加熱処理を行っていないため処理圧力は大気圧程度と低く、この結果、上記汚泥からの有機物の可溶化率は低いレベルに止まっていた。
【０００５】
一方、後者の特公昭６０−９８７９号公報に示されている方法の場合は、使用する酵素の価格は非常に高いものであり、効果を見出す濃度の酵素を添加することは実際のプラントで実施を考えた場合全く採用し得ないものである。又、三相に比重分離し厨芥を多く含む相を消化処理することは、消化処理自体を簡略化することはできるが、その他の廃水や残渣の処理をあわせて考慮すると、この方法を実現することははなはだ難しい。
【０００６】
このように、有機性廃棄物を原料とする消化処理において、その消化効率を向上させるために、微生物が取り込みし易い低分子となるように上記有機性廃棄物の可溶化を行おうとする場合、上記従来法では有機性廃棄物の可溶化のレベルが低く、又、処理コストも高価になるという問題があった。
【０００７】
因みに、密閉容器内で加熱を行ない、水の超臨界状態下で有機性汚泥を分解する方法が特開平９−２７６９００号公報に示されているが、この方法では、有機性汚泥はほぼ完全に炭酸ガスと水に分解してしまうことから、有機性廃棄物を低分子化させて微生物が取り込み易い有機物に変換することはできず、又、水の臨界条件、すなわち、高温（３７４℃以上）且つ高圧（２２ＭＰａ以上）な条件を発生させるためには多くのコストを要することになることから、経済的観点からも好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明は、有機性廃棄物を密閉容器内にて高温、高圧条件下で加熱することにより低コストで有機性廃棄物を可溶化することができ、且つ高レベルの可溶化を行なうことのできる有機性廃棄物の可溶化処理方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上で且つ有機性廃棄物を分散させてなる水溶液原料を密閉容器内で１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、水の亜臨界条件下で上記有機性廃棄物を可溶化させる有機性廃棄物の可溶化処理方法とする。
【００１０】
水溶液原料中に１０００ppm を超える濃度の炭酸イオンが含まれる場合、１２０℃程度の低温でも有機性廃棄物は可溶化するため、水の超臨界状態を発生させるための如き高温、高圧は必要としない。
【００１１】
又、炭酸イオンの濃度が１０００ppm 以下の有機性廃棄物の水溶液原料を対象とする場合は、スラリー中に、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ又はＮＨ4 を陽イオンとする炭酸塩あるいは炭酸水素塩、又はその混合物を添加するようにしたり、炭酸ガスを含むガスを曝気してスラリー中の炭酸イオンの濃度を１０００ppm以上に高めるようにすると、同様の効果が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の有機性廃棄物の可溶化処理方法の実施の一形態を示すもので、厨芥などの有機性廃棄物１を可溶化させるための密閉容器とした可溶化処理槽４内に、上記有機性廃棄物１と共に水２を投入して、スラリー３を形成し、このスラリー３中の炭酸イオンの濃度が１０００ppm 以上となる場合への適用例について示す。すなわち、炭酸イオンの濃度が１０００ppm 以上のスラリー３が、上記可溶化処理槽４内に収容されている状態において、上記スラリー３を１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、有機性廃棄物１を可溶化させるようにし、しかる後、処理液としての可溶化物５を、下流の消化槽６へ送り、該消化槽６にて可溶化物５の消化処理を行ないメタンガス７を生成させるようにする。８は消化槽から排出されるセルロースやリグニン等を含む消化残渣を示す。
【００１４】
上記において、炭酸イオンは固形物の可溶化を促進させるものであるため、該炭酸イオンがスラリー３中に１０００ppm以上含まれていると、密閉された可溶化処理槽４内にて１２０乃至３５０℃に加熱するという水の亜臨界条件下において、固形物である有機性廃棄物１を可溶化することができる。これにより、可溶化処理槽４から消化槽６に送られる可溶化物５中の有機物は、微生物が取り込み易い低分子とすることができ、したがって、消化槽６にてメタンガス７を高効率で発生させることができ、又、消化槽６内に多くの炭酸イオンを送ることができることから、該消化槽６内における消化速度を向上させることができ、これにより消化槽６を小型化することができる。消化槽６において発生したメタンガス７は、発電等の燃料として利用することができるものであり、その際発生する廃熱は可溶化処理槽４を加熱するための熱源として利用することができ、又、発生したＣＯ２を可溶化処理槽４内に入れることによって炭酸イオンを生成させることができる。
【００１５】
なお、上記可溶化処理槽４における有機性廃棄物１の可溶化に要する処理時間は、５分以上でその効果が現れ、その後は時間が長くても効果は低下しないので、通常、１日以内で処理するのが実用的である。
【００１６】
又、上記実施の形態において、炭酸イオンが全くない場合には、硫酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、燐酸塩の添加による該各塩由来のいずれのアニオンの存在下においても、有機性廃棄物１の可溶化現象は確認できないことから、炭酸イオンに固有の作用があるといえる。
【００１７】
次に、図２は本発明の実施の他の形態を示すもので、有機性廃棄物１を分散させてなる水溶液原料としてのスラリー３中の炭酸イオンの濃度が１０００ppm未満の場合への適用例について示す。すなわち、炭酸イオンの濃度が１０００ppm 未満であるスラリー３が、図１に示したと同様の可溶化処理槽４内に収容されている状態において、上記スラリー３中に、添加物９として、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ又はＮＨ4 を陽イオンとする炭酸塩あるいは炭酸水素塩（重炭酸塩）、又はその混合物を添加して１２０乃至３５０℃に加熱処理するようにしたものである。なお、図２において、図１と同一部分には同一符号が付してある。
【００１８】
このように、スラリー３中の炭酸イオンの濃度が１０００ppm よりも低い場合は、外部から炭酸塩や炭酸水素塩等を添加物９として添加して、スラリー３中の炭酸イオン濃度を高めることにより、図１の実施の形態の場合と同様に、有機性廃棄物１を効率よく可溶化することができる。
【００１９】
上記において、炭酸塩や炭酸水素塩を構成する陽イオンはＮａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、ＮＨ4 であれば同様な作用が現れるため、比較的実用性の高いこれら陽イオンが好適である。又、添加物９の添加量は、添加後のスラリー３中の炭酸イオンの濃度が１０００ppm 以上となる量が必要である。
【００２０】
又、上記炭酸塩や炭酸水素塩は消化反応の基質となり、生物反応の結果メタンに変換するため、消化槽６内でのメタンガス７の生成量を向上させることができる。
【００２１】
次いで、図３は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図２の実施の形態の場合と同様に、スラリー３中の炭酸イオンの濃度が１０００ppm 未満の場合において、図２の実施の形態の場合のように炭酸塩や炭酸水素塩等をスラリー３中に添加することに代えて、スラリー３中に、炭酸ガスを含むガス１０を曝気して、スラリー３中の炭酸イオンの濃度を高めるようにしたものである。
【００２２】
図３に示す実施の形態の場合、スラリー３のpHは低下するが、炭酸イオンの濃度が１０００乃至５０００ppm の範囲であればpHは４程度であるため、上記実施の形態の場合と同様に、スラリー３を加熱処理することができる。又、もし必要量以上の炭酸ガスを溶解させたときには、可溶化そのものの効果は変化しないが、スラリーのpHを３以下に低下させる可能性があるため、このような場合は、苛性ソーダ等のアルカリによって中和処理すればよい。
【００２３】
又、図３の実施の形態の場合には、炭酸イオンを発生させるための炭酸ガスを含むガス１０として、ボイラー排ガスや消化槽６排ガス、又は、消化槽６にて得られるメタンガス７を燃焼させて生じる燃焼ガスを用いることができるので、簡単な設備でより低コストに実施することができ、又、大気中に放出される炭酸ガスの量を削減することができる。
【００２４】
更に、図４は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図１に示したと同様の可溶化処理槽４を、有機性廃棄物１のスラリー３を供給して消化処理を行なわせるための消化槽６の下流側に設け、未分解の有機性廃棄物１を含んだまま消化槽６より排出される消化残渣１１を有機性廃棄物１を分散させてなる水溶液原料として可溶化処理槽４内に収容し、該消化残渣１１中の炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上の場合にはそのまま、又、消化残渣１１中の炭酸イオン濃度が１０００ppm未満の場合には、該消化残渣１１に対して、図４にニ点鎖線で示す如く、図２に示したと同様の添加剤９の添加、あるいは、図４に一点鎖線で示す如く、図３に示したと同様の炭酸ガスを含むガス１０の曝気を行なうことにより、消化残渣１１中の炭酸イオン濃度が１０００ppm以上となるようにして、可溶化処理槽４内で１２０乃至３５０℃に加熱することにより消化残渣１１中の有機性廃棄物１を可溶化させるようにし、しかる後、得られる可溶化物１２は消化槽６に再び送って消化処理を行なわせるようにする。１３は可溶化処理槽４内で可溶化されないセルロースやリグニン等を含む残渣を示す。その他、図１に示したものと同一部分には同一符号が付してある。
【００２５】
本実施の形態によれば消化槽６から排出される消化残渣１１中の未分解の有機廃棄物１を回収するようにして、メタンガス７の発生量を増加させることができ、これにより廃棄すべき残渣１３の減量化を図ることができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、可溶化処理槽４を加熱する際、該可溶化処理槽４に外圧を加えて加圧するようにしてもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明者等の行った実験結果について説明する。
【００２８】
（１）実施例１
水の存在下にある厨芥を、表１に示す条件の如く、１０ｗｔ％、処理温度を１５０℃、処理時間を１時間として炭酸イオンの濃度を種々変更して可溶化処理した。その結果は表２に示すとおりであった。
【００２９】
［表１］
0004207314.tif 000002
［表２］
0004207314.tif 000003
表２から明らかなように、１０００ppmの高濃度で炭酸イオンが存在すると、区分４に示す如く７８％以上の高率で有機物を分解することができ、この際、処理後水溶液では、糖濃度（g/l）は１．８１８、ＣＯＤ濃度（g/l）は２．７９８、タンパク濃度（g/l）は０．９３３といずれも高い値を示すことから、厨芥を高率で可溶化できることが判明した。又、炭酸イオンはより高濃度となっても可溶化率は低下しないことがわかる。
【００３０】
（２）実施例２
同じく水の存在下にある厨芥を、表３に示す条件の如く、１０ｗｔ％、炭酸イオン濃度を１０００ppm、、処理時間を１時間として処理温度を種々変更して可溶化処理した。その結果は表４に示すとおりであった。
【００３１】
［表３］
0004207314.tif 000004
［表４］
0004207314.tif 000005
表４から明らかなように、処理温度は１２０℃以上とすると、区分２に示す如く７５％以上の高率で有機物を分解することができ、この際、処理後水溶液では、糖濃度（g/l）は１．２１１、ＣＯＤ濃度（g/l）は２．５７３、タンパク濃度（g/l）は０．６２９といずれも高い値を示すことから、厨芥を高率で可溶化できることが判明した。又、処理温度をより高温にすると有機物分解率は上昇するが、水の臨界温度に近い３５０℃となると処理後水溶液の糖濃度（g/l）、ＣＯＤ濃度（g/l）、タンパク濃度（g/l）は低下するようになることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の有機性廃棄物の可溶化方法によれば、炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上で且つ有機性廃棄物を分散させてなる水溶液原料を密閉容器内で１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、水の亜臨界条件下で上記有機性廃棄物を可溶化させるようにするので、水の臨界条件の如き高温、高圧の処理を必要とせずに１２０℃程度の低温で有機性廃棄物を可溶化できることから、低コストで可溶化処理を行なうことができると共に、炭酸イオンの存在により有機性廃棄物を高レベルに可溶化させることができ、又、炭酸イオンの濃度が１０００ppm未満の有機性廃棄物を分散させてなる水溶液原料の場合は、該水溶液原料中に、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ又はＮＨ4 を陽イオンとする炭酸塩あるいは炭酸水素塩、又はその混合物を、炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上となるように添加して密閉容器内で１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、同様に有機性廃棄物を可溶化できると共に、過剰に炭酸塩等を添加したとしても、可溶化性能が低下することはないため、操作性は極めて容易であり、更に、炭酸塩等を水溶液原料中に直接添加することに代えて、該水溶液原料中に、炭酸ガスを含むガスを、炭酸イオンの濃度が１０００ppm以上となるように曝気して密閉容器内で１２０乃至３５０℃に加熱処理することにより、上記と同様に有機性廃棄物を可溶化させることができると共に、上記ガスとしてボイラー排ガスや消化槽排ガスを用いることができて、簡単な設備で低コストに実施できる、等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃棄物の消化前処理方法の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【図３】本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図４】本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【符号の説明】
１  有機性廃棄物
２  水
３  スラリー（水溶液原料）
４  可溶化処理槽（密閉容器）
９  添加物
１０  ガス
１１  消化残渣（水溶液原料）
【図１】
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【図２】
0004207314.tif 000007
【図３】
0004207314.tif 000008
【図４】
0004207314.tif 000009