(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油脂分含有率の高い有機性廃棄物を含有する被処理廃棄物と油脂−ゼオライトの均一混合物を、嫌気性汚泥を用いてメタン発酵槽で処理する湿式メタン発酵処理方法であって、前記ゼオライトを、予め、前記有機性廃棄物に含有される油脂分と同種の油脂分と混合処理して前記油脂−ゼオライトを得、得られた油脂−ゼオライトを前記被処理廃棄物に添加して均一に混合し、得られた均一混合物を前記メタン発酵槽に添加することを特徴とする、油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記ゼオライトの平均粒径が、２００μｍ以下である、請求項1に記載された油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記ゼオライトの添加量が、メタン発酵槽内のメタン発酵液中の濃度で、０．０５〜５質量％である、請求項1又は2に記載された油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法。
【請求項４】
前記メタン発酵槽において、32℃〜37℃の範囲内、又は、52℃〜57℃の範囲内でメタン発酵を行わせる、請求項1〜3の何れかに記載された油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物のメタン発酵処理方法に関し、更に詳しくは、油脂分含有率の高い有機性廃棄物の処理に適した湿式メタン発酵処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、生ゴミや畜産排泄物などの有機性廃棄物を処理する技術の一つに、メタン発酵処理技術がある。このメタン発酵処理技術は、廃棄物処理に伴う副生成物として、メタンガスを含有するバイオガスを発生するため、このバイオガスを回収してエネルギー源とすることが可能である。
【０００３】
このメタン発酵処理技術においては、メタン発酵に関与する細菌群の増殖速度が遅く、メタン発酵槽の立ち上げに長い時間を要することや、メタン発酵槽への有機物投入負荷量が超過することにより、メタン発酵が停止（酸敗）するなどの問題があるため、比較的高度な運転管理技術が要求される。また、含有される有機物の成分や組成によって分解速度が異なるため、油脂等の難分解性の有機物を分解処理する場合には、易分解性の有機物処理に比べて大容量のメタン発酵槽が必要となる結果、建設コストの上昇が余儀なくされていた。
【０００４】
これらの問題を解決するために、油脂廃棄物を生物化学的に前処理する技術（リパーゼ添加、乳化剤添加、酵母による処理）や、物理的に前処理する技術（ラインミキサーなどによるホモジナイズ処理）が提案されている。
しかしながら、これらの前処理による分解速度の改善は、高価な薬品を大量に使用したり、複雑な処理工程を必要とするために、処理コストが高くなるという欠点があった。
【０００５】
そこで、一般的な廃棄物のメタン発酵処理においては、発酵促進効果を期待してゼオライトを添加する方法が提案されており、ゼオライトが、アンモニアなどの発酵阻害物質を吸着除去したり、生物担体としての役割を果たしたりすることにより、発酵促進効果（ガス発生量及び発生速度の向上）をもたらすことが知られている（特許文献1〜4）。
【特許文献１】特開2002-320949号公報
【特許文献２】特開2004-910号公報
【特許文献３】特開2004-243204号公報
【特許文献４】特開2006-35126号公報
【０００６】
しかしながら、油脂廃棄物はメタン発酵による単位重量あたりのバイオガス発生量が高いものの、分解速度が遅い。従って従来、油脂分含有率の高い廃棄物をメタン発酵処理した場合には、油脂分が分解されずに消化液中に残留し、本来得られるべき計画量のバイオガスが得られなかったり、メタン発酵槽における負荷が超過することにより、メタン発酵が停止（酸敗）するなどの問題があった。この問題は、メタン発酵槽にゼオライトを添加することにより多少は改善されるものの、未だ十分に満足できるものではなかった。これは、油脂廃棄物などのように、疎水性であり且つ比重差があり、湿式メタン発酵槽中で油脂廃棄物に含まれる油脂分が分離浮上する場合には、単にメタン発酵槽にゼオライトを添加しても、有効に機能し難いからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は、メタン発酵の初期段階における分解速度が速く、バイオガスの収率が高い、油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵において、ゼオライトを予め被処理廃棄物と混合処理した後、得られた混合物をメタン発酵槽に添加した場合には、該発酵槽中で分離浮上する油脂分が大幅に減少すると共に、ゼオライトと油脂分が予め結合した油脂-ゼオライトがメタン発酵槽内で容易に分散・拡散することを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
即ち本発明は、油脂分含有率の高い有機性廃棄物を含有する被処理廃棄物と油脂−ゼオライトの均一混合物を、嫌気性汚泥を用いてメタン発酵槽で処理する湿式メタン発酵処理方法であって、前記ゼオライトを、予め、前記有機性廃棄物に含有される油脂分と同種の油脂分と混合処理して前記油脂−ゼオライトを得、得られた油脂−ゼオライトを前記被処理廃棄物に添加して均一に混合し、得られた均一混合物を前記メタン発酵槽に添加することを特徴とする、油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法である（請求項1）。
本発明においては、前記ゼオライトの平均粒径が、２００μｍ以下であることが好ましい（請求項2）。また、前記ゼオライトの添加量が、メタン発酵槽内のメタン発酵液中の濃度で、０．０５〜５質量％であることが好ましく（請求項3）、前記メタン発酵槽において、32℃〜37℃の範囲内、又は、52℃〜57℃の範囲内でメタン発酵を行わせることが好ましい(請求項4）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法は、油脂分のメタン発酵効率が高く、メタン発酵の初期段階における有機物の分解速度が速いため、当該廃棄物投入量当りのバイオガスの収率を高くすることができる。また、油脂分含有率の高い有機性廃棄物を、化学的又は物理的に前処理した後にメタン発酵させる従来の技術と比較して、より簡便且つより低コストであるため、特に油脂分含有率の高い有機性廃棄物の処理に極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る、油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の方法によって処理される被処理廃棄物は、油脂分含有率の高い有機性廃棄物であり、例えば、家庭、食肉処理施設、魚介類、菓子製造、油脂製造などの食品加工工場、ホテルや旅館などの厨房、飲食店、食料品店等から排出される食品廃棄物を例示することができる。
また、上記の油脂分含有率の高い有機性廃棄物と、他の廃棄物を混合して処理することもできる。他の廃棄物としては、例えば、畜産排泄物等の、油脂分をそれ程多く含まない廃棄物や、その他の廃棄物などが挙げられる。
【００１３】
本発明の方法においては、被処理廃棄物中に固形物が混在する場合には、メタン発酵の効率を高めるという観点から、被処理廃棄物をメタン発酵槽に投入する前に、上記の固形物を適宜破砕することが好ましく、破砕は、ゼオライトと混合する前に行うことが好ましい。
【００１４】
本発明の方法において使用されるゼオライトは、アンモニアなどの発酵阻害物質の吸着除去や、メタン発酵等に関与する微生物の担体としての機能や、増殖促進等の従来から知られている作用に加え、メタン発酵液に比べて比重の軽い油脂分をゼオライトが包埋することにより、油脂分の被処理廃棄物からの分離を防止し、油脂分をメタン発酵槽内に、均一に分散・拡散させるものと考えられる。尚、本明細書における「メタン発酵液」とは、メタン発酵槽内の発酵液を意味する。
【００１５】
上記ゼオライトは、特に制限されることはないが、通常、下記一般式（Ｉ）で表わされる、天然、合成及び人工の結晶性の多孔質アルミノケイ酸塩として、公知のゼオライトの中から、適宜選択して用いることができる。
M2/nO・Al2O3・xSiO2・yH2O・・・・(I)
（nは陽イオンMの価数、xは2以上の数、yは0以上の数）
【００１６】
本発明においては、油脂分含有率の高い有機性廃棄物を含有する被処理廃棄物に含有される油脂分と同種の油脂分とゼオライトを混合処理し、ゼオライトの表面を親油性にするか油脂粒子にゼオライトを付着させて、油脂−ゼオライトを形成させる。次いで、得られた油脂−ゼオライトを被処理廃棄物に添加して均一に混合し、得られた混合物を前記メタン発酵槽に添加する。
【００１７】
このような観点から、ゼオライトの平均粒径は、200μm以下であることが好ましい。
本発明で用いられるゼオライトとしては、例えば、まつらの華（平均粒径10-30μm，CEC：180〜400cmol(+)/kg，九州電力株式会社製）、日東ゼオライト＃70（平均粒径200μm以下，日東粉化工業製）などを例示することができる。
【００１８】
ゼオライトの添加量は、被処理廃棄物の量や、被処理廃棄物中の油脂分含有量によって変動するが、少なくとも、被処理廃棄物とゼオライトを混合処理して、メタン発酵液中に投入した際に、メタン発酵槽内で、被処理廃棄物に含まれる油脂分の分離浮上が抑えられる程度の量を適宜添加することが好ましい。
本発明におけるゼオライトの添加量としては、メタン発酵槽内のメタン発酵液におけるゼオライト濃度が、約0.05〜5%(w/w)となるように添加すればよく、さらには、被処理廃棄物含有油脂量に対して、2.5〜250%(w/w)であることが好ましい。また、ゼオライトの添加量は、メタン発酵の発酵状況をみて適宜変化させてもよい。
【００１９】
本発明の方法においては、上記被処理廃棄物とゼオライトを一体化するように混合することが、メタン発酵槽内における油脂及びゼオライトの分散性を良好にする上から好ましい。混合方法は、被処理廃棄物とゼオライトを混合することができる限り特に制限されるものではないが、被処理廃棄物を破砕処理した半固形状廃棄物とゼオライトを混合処理することが好ましい。また、混合処理の際の温度は特に制限されるものではなく、被処理廃棄物の性状に応じて、適宜設定される。
【００２０】
本発明の方法においては、上記被処理廃棄物とゼオライトを予め混合した上で、得られた混合物をメタン発酵槽内のメタン発酵液に添加することにより、ゼオライトと油脂分が予め結合した油脂-ゼオライトが、メタン発酵槽内で容易に分散するものと考えられる。混合処理の効果を効率的に得るために、前記被処理廃棄物とゼオライトの混合の前に、予め、該被処理廃棄物に含まれる油脂分と同種の油脂分とゼオライトとを混合しても良く、また、前記被処理廃棄物中の油脂分を濃縮又は希釈してゼオライトと混合処理しても良い。
本発明で使用するメタン発酵液に使用する汚泥としては、嫌気性消化に使用される汚泥を、中温又は高温メタン発酵用に馴養したものを用いることが好ましい。
【００２１】
上記被処理廃棄物とゼオライトの混合物を、メタン発酵用に予め馴養した汚泥等のメタン発酵菌を有するメタン発酵槽内に投入した後、メタン発酵させ、バイオガスを発生させる。メタン発酵は、一般的に、中温発酵の場合には32℃〜37℃で20日〜40日程度、また、高温発酵の場合には、52℃〜57℃、好ましくは約55℃で、12日〜25日程度行われるが、被処理廃棄物の水分含有率や組成により適宜設定することができる。
【００２２】
本発明におけるメタン発酵は、上記被処理廃棄物とゼオライトの混合物を連続的に導入して処理する方法（連続式）であってもよいし、一定量の上記被処理廃棄物とゼオライトの混合物を一括に処理した後に次の混合物を処理する方法（バッチ式）であってもよいが、実用性の観点から連続式を採用することが好ましい。
上記メタン発酵によって得られたバイオガスは、ボイラー燃料、ガス発電等に利用することができる。
【００２３】
本発明におけるメタン発酵後の消化液は、公知の方法により処理することができるが、例えば、メタン発酵後の消化液を、そのまま液肥として利用することができる。また、固液分離機等を用いて、固形物（脱水ケーキ）と、消化液から固形物を取り除いた分離液（脱水ろ液）に分離した後、該脱水ろ液を更に浄化処理し、公共用水域に放流することも可能であるし、該脱水ケーキを堆肥化処理などを行い、肥料等に再利用することも可能である。
また、本発明においては、前記消化液の一部を固液分離した後に、固形分を被処理廃棄物とゼオライトと共に混合してメタン発酵槽に添加しても、前記分離した固形分のみを直接メタン発酵槽に返送しても良い。
【００２４】
図1は、本発明の油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵法の一例である。図1において、符号1は廃棄物受入槽、2は破砕機、3はゼオライト貯留槽、4は混合槽、5はメタン発酵槽、6はガスホルダー、7はガス利用施設、8は消化液受入槽、9は固液分離機、及び、10は浄化施設である。
【００２５】
図1に示したように、食肉処理施設、食品工場等から排出された油脂分含有率の高い有機性廃棄物（被処理廃棄物）を、廃棄物受入槽1に入れ、破砕機2で固形分を破砕した後、混合槽4に投入する。一方、ゼオライトをゼオライト貯留槽3に入れ、前記有機性廃棄物の量に応じて所望される量のゼオライトを混合槽4に投入し、有機性廃棄物とゼオライトを混合する。なお必要に応じて、貯留層3に入れるゼオライトは、被処理廃棄物中に含有される油脂と同種の油脂によって予め処理されたゼオライトとしてもよい。得られた混合物を、メタン発酵液の入ったメタン発酵槽5に投入してメタン発酵させ、バイオガスを発生させる。得られたバイオガスを、ガスホルダー6に収納し、ガス利用施設7で利用する。メタン発酵後の消化液は、消化液受入槽8に移され、固液分離機9で固形分と分離液分に分離される。分離された分離液を、浄化施設10を経て放流し、固形分（脱水ケーキ）は、肥料等に再利用する。また、固液分離機により固形分を分離して、その一部を混合槽4及び又はメタン発酵槽5に戻してもよい。
【００２６】
以下、本発明を実施例及び比較例によって更に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
なたね油4.5gに平均粒径10-30μmのゼオライト（商品名「まつらの華」，九州電力株式会社製）9.0gを添加して混合した後、得られた混合物を、水486.5gと種汚泥（高温メタン発酵汚泥）400gを混合した調整汚泥の入った1Lの三角フラスコに投入し、55℃で76日間、高温発酵させた（表1）。メタン発酵液はスラリー状であった。その際、15分に1度の割合でマグネットスターラーを用いて1分間攪拌した。発生したガスは、水上置換によりメスシリンダーで捕捉し、その発生量（mL）を測定した。
なお比較例1の場合には、上記なたね油とゼオライトの混合処理を行わず、ゼオライトをそのまま調整汚泥の入った1Lの三角フラスコに投入し、比較例2の場合には、ゼオライトを投入しなかったこと以外は、実施例1と同様に行った（表1）。
【００２８】
【表１】
0004995755.tif 000002
【００２９】
バイオガスの発生量を経時的に測定した結果を、図2に示す。なお、表中「（NmL/メタン発酵液kg）」とは、メタン発酵槽中の、被処理廃棄物、ゼオライト及び調整汚泥を含むメタン発酵液1kg当りのバイオガスの発生量（NmL）を表わす。
【００３０】
図2から明らかなように、ゼオライトを添加していない比較例2に比べ、ゼオライトを添加した比較例1は、発酵初期におけるバイオガスの発生速度が改善されている。
更に、なたね油とゼオライトの混合処理後に、得られた混合物を調整汚泥に添加した本発明の実施例1の場合には、比較例1の場合に比べ、発酵初期のバイオガスの発生速度がさらに速いことに加え、全般的にバイオガスの発生効率が良いことが実証された。
【００３１】
更に、なたね油を投入した後のメタン発酵槽中において、油脂分が分離浮上した程度を肉眼で観察したところ、ゼオライトを添加していない比較例2に比べ、ゼオライトを添加した比較例1の場合には、発酵液上部に浮上する油脂分の層が若干少なかった。また、なたね油とゼオライトを混合処理した後、得られた混合物を調整汚泥に添加した本発明の実施例の場合には、比較例1の場合より、更に、メタン発酵液上部に浮上する油脂分の層が少なかった。
【００３２】
これらの結果から、ゼオライトが、浮上する性質のある油脂分の分散剤として実質的に機能しており、なたね油とゼオライトを予め混合することにより、メタン発酵槽内のメタン発酵液への分散効果が高まったものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の油脂分含有率の高い有機性廃棄物の湿式メタン発酵処理方法は、油脂分のメタン発酵効率が高く、メタン発酵の初期段階における有機物の分解速度が速いため、当該廃棄物投入量当りのバイオガスの収率を高くすることができる。また、油脂分含有率の高い有機性廃棄物を、化学的又は物理的に前処理した後にメタン発酵させる従来の技術と比較して、より簡便且つより低コストであるため、本発明は油脂分含有率の高い有機性廃棄物の処理に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の湿式メタン発酵法を示す概念図の一例である。
【図２】バイオガスの発生量を経時的に測定した結果を表わすグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１    廃棄物受入槽
２    破砕機
３    ゼオライト貯留槽
４    混合槽
５    メタン発酵槽
６    ガスホルダー
７    ガス利用施設
８    消化液受入槽
９    固液分離機
１０    浄化施設
【図１】
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【図２】
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