食品廃棄物の資源化技術の紹介‑メタン発酵によるエネルギー回収I
Resourcerecovery

technology

for food‑Energyrecoverybyfermentation‑

methanewaste(技)第2研究開発部第5研究室

桂健治

Kenji Katsura

食品廃棄物の発生抑制,資源化,減量を食品関連事業者へ義務付ける｢食品循環資源の再生利用等の促進に関する法律(食品リサイクル法)+が2001年5月に農林水産省により施行された｡当社∫は今後の国内ニーズに対応するため,ドイツのBioteclmology

Nordhausen社からメタン発酵技術を導入し,すでに販売を開始したo本報では,本技術の特長を紹介するとともに,メタン発酵技術の普及に向けた今後の課題について言及した｡

In Mayof this year,Recycling

andreduction

offermentation
systemMinistry

Promotion
foodonLawnInwaste.

teclmology

basedof Agriculture,
thatorderfrom

subject of the future

spreadobligatestomeet

Biotechnology

the technology･In

Forestryand

food‑relatedneedsofNordhausen

this paper,

theenforced

businesses

ourcustomers,GmbHfeaturesfermentationof methane

Fisheries

ofofatoweworkhave

Germany,

the technology

technology

lS

uFood

Waste
on

Reduction

recycling

introduced

andmethane

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Finally,

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b
食品

廃棄

物

Food

有機性廃棄物
メ

資

タ

源

ン

waste

Organicwaste

発

酵

Methanefermentation

回収Resource

recovery

Energyエネルギー回収

ま えがき

recovery

進に関する法律(以下,循環型社会の形成に向けて廃棄物管理に係わる各｢食品リサイクル法+とする)+が2001年5月に施行された｡食品廃棄物の資種の法制度が整えられつつある現在,廃棄物につい源化または減量化量の目標値は20%であり,て,発生抑制,資源化,最終処分を階層とする新た年4月までの猶予期間が設けられている｡目標未達なシステムが形成されつつある｡このような中で,成の場合,特に年間100トン以上の食品廃棄物を排食品廃棄物の発生抑制,資源化,減量を食品関連事出する事業者に対しては,事業者名の公表や罰則が業者‑義務付ける｢食品循環資源の再生利用等の促科せられることになる1)｡

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神鋼パンテツク技報

2006s9当社は今後の国内ニーズに対応するために,食品廃棄物として約500/oが再資源化されているが,(丑および(彰は事業系および家庭系の一般廃棄物として廃棄物の資源化技術としてドイツのBiotec血ology
Nordhausen社からメタン発酵技術を導入し,すでわずか0.3%程度しか再資源化されていないことがに販売を開始した｡本稿では本技術の特長を紹介す分かる｡また,食品廃棄物の再資源化方法としては,るとともに,メタン発酵技術の普及に向けた今後のその割合は低いものの肥料化や飼料化が行われてい課題について言及する｡

ることが分かる｡

1.食品廃棄物の処理状況およびメタン発酵技術の位置付け

1. 2

1.

1食品廃棄物処理の状況2)

た資源化および減量化を考えた場合,今後も肥料化

第1表に食品廃棄物の発生量および処理方法を示や飼料化が採用されると考えられる3)｡しかし,こメタン発酵技術の位置付け

食品リサイクル法への対応として発生抑制を除いす｡ ｢食品廃棄物+とは食品の(∋製造, ②淀通, ③

れらの方法では食品廃棄物の全量を肥料や飼料に変消費の各過程で生じる｢動植物性の残さ類+を舌昧換するため,今後,資源化物の受け入れ先を長期的する｡第1表の中で,食品リサイクル法の対象となに確保することが難しくなると考えられている4)･5)｡

るのは家庭系の一般廃棄物1000万トン/年を除く

将来的に家畜糞尿などの各種有機性廃棄物の資源化940万トン/年である｡第l表から,上記G)は産業が進むにつれ,上記の問題が顕在化することが予想

ち
第1表

我が国における食品廃棄物の発生量および処理方法(1996)
lTableAmountof

treatment

generationandprocessof

foodin Japan

waste

Treatmentmethod

Amountof
Items

generation

Incineration(1000t/y)andlandfill

Municlpalwaste(1996)

15950

16000

(99.70/o)

Resourcerecovery
Fertilizer

FodderOthers

Total

50

50

(0.30/.)(0.3%)

Industrial

6000

5980

2020

Domestic

10000

9970

3030

Industrialwaste

3400

1770

470

1040

120

1630

(52%)

(14%)

(310/.)

(3%)

(48%)

Total

9400

(exclusiveofdomestic

7750

490

1040

120

1650

(830/o)

(5%)

(11%)

(10/o)(170/o)municipalwaste)也

Methane

Food

waste

Domestic＼waste‑｢トOrganic

PrumngElectric lty,
heatgasメ

waste

Pretreatment

waste

MethaneSubseque血

fermentation

treatment

Compost/Livestock

manureUnsuitable

matterTreatedwater

for fermentation

第1図
Fig.

40

メタン発酵技術のコンセプト
1

Conceptof

methanefermentation

teclmology

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される｡

これに対して,メタン発酵では食品廃棄物を汎用

2. 1.3

後処理工程(1)堆肥性の高いメタンガスに変換できるため,最終的にエ固液分離後の固形残さを堆肥化処理し,堆肥をネルギー(電気,熱)として利用できる｡また,同製造する｡

時に廃棄物の減量化も達成できる｡以上の理由から,(2)排水処理

メタン発酵技術は食品廃棄物の資源化技術として有発酵処理液を固液分離後,上澄液を排水処理望視されている｡(生物学的処理および膜処理)して河川へ放流す有機性廃棄物(食品廃棄物を含む)を対象としたJる｡

メタン発酵技術は海外,特に欧州で積極的に採用さ上述のとおり,本技術は金属,プラスチック類等れている｡メタン発酵施設は1997年の時点で欧州をの発酵不適物を含む有機性廃棄物を対象としており,中心に世界90カ所で稼働中であり,今後も増加する

また,メタンガスをガス発電の燃料として,固形残ことが予想されている6)｡今後,我が国においてもさをコンポストとして利用することを前提に開発さ有機性廃棄物を対象としたメタン発酵技術が普及しれた技術である｡したがって,本技術を国内の食品ていくと考えられる｡

廃棄物処理へ適用する場合,対象とする廃棄物の性2.導入したメタン発酵技術の概要

状や組成,資源化物の利用先でのニーズに応じて処

2. 1コンセプト

理フローを決定していくことになる｡

第l図に本技術の｡ンセプトを示す｡本技術は基本技術の特長2. 2

本的に,有機性廃棄物から発酵不適物を選別･除去

本技術の特長を次に示す｡

し,メタン発酵によりメタンに変換するとともに,(1)廃棄物に応じた前処理技術の選定減量化した固形残さから堆肥を製造する技術である｡

廃棄物の種類や性状に応じた最適な前処理技術

また,本技術は前処理,メタン発酵,後処理の3つ(選別,破砕,粉砕等)を選定できる｡(2) 2段処理による装置のコンパクト化と処理の安の工程から構成されている｡それぞれの工程のコンセプトについて以下に詳述する｡

定化

2.1.1前処理工程

加水分解とメタン発酵の2段処理により,メタン(1)選別発酵を効率的に行うことができ,結果的に装置をコメタン発酵の効率化および堆肥の品質向上のたンパクト化できる｡また,加水分解槽とメタン発酵めに,有機性廃棄物に含まれる発酵不適物(容器,槽の各々に応じた制御が可能で,メタン発酵全体のビニール,金居等)を選別･除去する｡

処理能力および安定性を高めることができる｡(2)水分調整および粉砕

全蒸発固形物(以下,D化(3)メタンガスの有効利用TS(Total Solids)とす

メタンガスを燃料にして発電をおこなうことにる)濃度が8‑12%となるように水分調整をおより,処理場内の消費電力を賄うとともに,余剰こなう｡また,滅菌およびメタン発酵の効率化の電力を売電することもできる｡

ために固形物を粒径10mm以下まで粉砕する｡(3)滅(4)堆肥の有効利用

菌

メタン発酵および後処理として行う排水処理か固形残さを堆肥として利用するために,70℃で30分間滅菌処理をおこなう(ドイツの法律で義務付けられている)｡
2. 1.2メタン発酵工程ら発生する固形残さから良質の堆肥を製造することができる｡
2.3

実績紹介

第2表に納入実績の一覧を示す｡(1)メタン発酵7)

2.3.1処理対象

加水分解(37℃)およびメタン発酵(37℃)

第2表から,4つの施設全てにおいて1種類の廃の2段処理にて有機性廃棄物をメタンガスに変換棄物だけを対象とせずに,複合処理を行っているこする｡メタン発酵槽の菰人TS濃度は8‑とが分かる｡すなわち,食品製造工場等からの産業12%である｡また,滞留時間(ERT)は,加水廃棄物に加え,家庭からの生ゴミ,勢走廃棄物,衣分解が5日,メタン発酵が20‑25日である｡

畜糞尿等の各種有機性廃棄物を集約処理している｡(2)メタンガスの利用

ドイツでは国家施策として有機性廃棄物の資源化技

脱硫処理の後,ガスエンジンの燃料に使用する｡
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術に取り組んでいる様子がうかがえる8)｡

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施設の概要2.3.2

品製造工場等から発生する産業廃棄物を収集して,第2表の中から,一例としてNentzelsrodeプラン

磁気分離機,スクリーン型選別機にてそれぞれ金トの概要を次に示す｡

属類,どこ‑ル･容器類を選別･除去する｡その(1)処理フロー

後,破砕機,滅菌槽で処理を行い,第2図に処理フローを示す｡主に家庭ゴミと食
第2表

2段処理にてメタンガスを回収している｡メタンガスはガスエ

納入実績の一覧表
2

Table

Listoftrackrecord

Treatmentcapacity
Nameofplant

Typeoforganicwaste

VolumeofmethaneStartingdate(t/d)

fermentationtank(m3)702×30001995

7010001995

Industrialwaste
Livestockmanure

Groden(Germany)

Pruningwaste
Industrialwaste
Municlpalwaste

vietlubbe(Germany)

LivestockmanureちPrunlngWaSte
Industrialwaste
MunicIPalwaste

singen(Germany)

100

2×800

1997

60

1400

1998

PrunlngWaSte
Industrialwaste
Municlpalwaste

Nentzelsrode(Germany)

Pruningwaste

Organic

Organic

waste

Iliquid

waste

M

Gas

ethaneenglnegas

Electric lty,
HeatingMix

Te arlng

也

tallk

equlpment

D e s ulfuriz lng
equlpment

CrushinMetal＋qもMagnetics ep

plasticandpump

Screenlng

bag＋

separator

container

holderGas

arator

Sanitation

HydrolysIS

tanktank

M ethanefermentation

Storagetank
Tre atedtallkw

Dehyd,at.E

ater

treatment

Wastewater
equlpment

shreddercompostCompostlng
Dilutlng

第2図
Fig.

42

Water

e qulP

ment

Nentzelsrodeプラントの処理フロー
2

FlowsheetofNentzelsrodebiogasplant

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ンジンにて発電し,処理場内の消費電力を賄うと

3.国内でのメタン発酵技術の普及に向けともに,余剰電力は電力会社へ売電している.一方,固形残さはスクリュープレスで脱水し,堆肥を製造している｡

収できるとともに有棟性廃棄物を減量化できる有望(2)設備の仕様な資源化技術である｡

第3表に主な設備の仕様を示す｡スクリーン型

しかし,本技術を国内へ適用する場合の課題のひ選別機にはドラムスクリーン(日間き80mm),とつに固形残さの処理が挙げられる｡第4表に示す

破砕機にはパルパー(4.5m3)を採用している｡

ように,メタン発酵により有機性廃棄物の減量化はメタン発酵槽は鋼製で,横型撹拝を採用している達成されるが,それでもなお処理対象物の20‑(写真1を参照)｡ガスホルダーはメンプレン型で,30%の固形残さが発生する｡現在,固形残さの処発酵液貯留槽の上部に設けられている｡そのほか,理として肥料化等が検討されているが,今後,農地発電にはガスエンジン(250kW),脱水機にはスへの施肥の許容量から考えて受け入れ先を確保するクリュープレスを採用している｡

ことが難しくなると予想されている4),5)｡特に,那(3)処理性能市部で処理を行う場合に問題になると考えられる｡

第4表にメタン発酵槽における処理性能を示す｡∫た課題
上述のとおり,メタン発酵技術はメタンガスを回このような問題を解決するベく,当社では本導入技術と好熱菌による有機性固形物の可溶化技術を組V%Tp;ivbO?tl;.tOib,SO:,ds'vi喜Tb,Si*u?c%.a?L
み合わせた固形残さの発生しないメタン発酵プロセ

解率は70%以上であり,メタン発酵が良好におスを提案している｡好熱菌による可溶化技術は,当

こなわれていることが分かる｡この結果は,適切社が活性汚泥プロセスから発生する余剰汚泥の消滅な前処理がおこなわれていることに起因すると考第3表えられる｡また,分解したcoDcr当たりのメタンガス発生量は0.32Nm3nigとなっている｡この値は理論量の91%に相当し,ほぼ理論通りのメ設備の仕様
3TableSpecification

ofequipment

NameofSpecification
equlPment

タンガスを回収していることがわかる｡

Shredderpulper(4.5m3)

Screenlng

Drumscreenwithopenlng

Separator

sizeof80mm

MethaneSteeltankwithhorizontal

fermentation

agitation(1400m3)

tallk
Gasholder

Membranetype(200m3)

Energyi?

Gasengine(250kW)

recovery
Dehydrator

第4表
Table

Screwpress

メタン発酵槽における処理性能
4

Treatment

capacity̲

fermentation

methane

tank

Items

Unit

VTSdecompositionrate

0/o

72.5

CODcrdecompositionrate

0/o

70.1

Methanegasproductionrate

Nm3/d

Data1764

Methanegasproductionrate

写真1

メタン発酵槽

Photo

Vol.

in

1

45

Whole

No.

1

viewof(2001/8)

methanefermentation

perremovedCODcr

Nm3nig0.32￣tank

神鋼パンテツク技報

4S技術として開発した技術である｡

2)農林水産省:食品廃棄物の発生抑制とリサイクルの推進方向について,都市と廃棄物,この固形残さの発生しないメタン発酵プロセスは,NEDOの平成12年度地球環境保全技術開発事業に採択された技術であり,現在実証実験を実施中であ3)高梨大志:食品循環資源の再生利用等の促進に関する法律について,廃棄物学会誌,

す

NoA(2000), p.26

る｡

むvol.30,vol.ll,No.5(2000),

p.12

び

4

技術導入したメタン発酵技術の特長を紹介するとともに,国内でのメタン発酵技術の普及に向けての課題を考察した｡将来的に考えて,メタン発酵技術は食品廃棄物を含む有機性廃棄物の資源化技術として有望視されている｡当社は,導入したメタン発酵技術に加え,固形残さを発生させない新規なメタン)財)地球環境産業技術研究機構:地球環境関連技術の推進に関する調査(1999),

p.118

5)生物系廃棄物のリサイクル研究会:生物系廃棄物のリサイクルの現状と課題(1999)
6)河村清史:有機性廃棄物の資源化技術,廃棄物学会誌, vol.ll,
7 )B.Li止eほか:

発酵プロセスを商品化することにより,多様化する

treatment

国内ニーズに対応していく所存である｡

vol.1(2000), p.24

No.5ofDesignorganicandwastes,

fわr anaerobic

pe血mance
EnergyandAgriculture,(1999), p.365

8)河村清史ほか:ドイツにおける生物作用を用いたバ[参考文献]
1 )農林水産省:食品循環資源の再生利用等の促進に関イオ廃棄物の処理,廃棄物学会誌,

vol.10,No.4(1999), p.57

する法律(2000)

t

連絡先
健治

技術開発本部
第2研究開発部
第5研究室

TE

L

FAX
E‑mail078‑992‑6525
078‑992‑6504

良.katsura@pantec.co.jp

也44

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