固形残蓮の発生しない

鬱

食品廃棄物のメタン発酵システム
ーパメディスーNewforfoodfermentation

methanewaste

solidwithoutsystem

residue(技)第2研究開発部第5研究室

桂健
監e叫iEatsura
佐藤朋

generation‑PAMEDIS‑

Tomohiro

治弘Sato

当社は,従来のメタン発酵技術に当社で開発した汚泥可溶化技術(エステ技術)を組合わせることにより,固形残建の完全消滅も可能な新しいメタン発酵システム『パメデイス』(PAMEDIS:担ntec些些tbane些SSOlution阜ystem)を開発した｡本システムにおいては,発生した固形残遼を好熱性細菌(好熟菌)が分泌する酵素によって可溶化し,可溶化液をメタン発酵槽に返送してメタンガスに転換することにより,メタンガス回収率を向上できるとともに,固形残撞を大幅に減量することができる｡本システムの実証を目的に,食品加工工場においてパイロット実験を実施し,固形残蔭を消滅できるとともに,メタンガス回収率を約90%まで向上できる可能性をえた｡A

newdegradation

tecb皿010gy,S‑TE,弧dgeneratedsolidresidueis
methanesystemmethane托rmentation

gasby

named
thePAMEDIS

methanebeen

developed

conventionalmetbane托mentation

solubilizedbyenzyme
bacteria･A

haspilot testbycombiningtechnology.In

oursludge

this system,

secretedfromthe皿Ophilicbacteriaandconverted'tooftbe

systemcondncted

SuggeSted血epossibilityofcompleteremovalofsolidresidue皿dtbemetbanerecoveryrate

ata

fbodザrOCeSSlngねctoryofapprox.

90%.

食品 廃 棄物

Food

資源リサイクル
メ

固タン

形

waste

Recyclingofresources

発酵Methane托mentation

残遼

Solidresidue

可溶化

Solubilization

好熟菌

Tbermophilic

素Enzyme酵bacteria

処理されている｡そこで,食品廃棄物の資源リサイ

まえがき
食品加工工場から発生する動植物性残渡や食品のクルを促進するため,2001年5月に農林水産省から流通および消費により発生する生ゴミ(売れ残りや｢食品循環資源の再生利用などの促進に関する法律残飯)等のいわゆる食品廃棄物は年間約2000万ト(通称:食品リサイクル法)+が施行された1)｡食品ンが排出されており,その90%以上が焼却･埋立廃棄物のリサイクル技術としては,堆肥化,飼料化
神鋼パンテツク技報lわヱ.4β肋.J(20α〜/β)およびメタン発酵技術が検討されているが,なかで(未分解の食品廃棄物および余剰汚泥)を消滅し,も,メタン発酵技術は発生したメタンガスを汎用的かつ,メタンガスの回収率を90%以上に向上するなエネルギー(電気,熟など)に転換して利用できことを目標とした｡

るため,社会的ニーズが高まりつつある｡しかしな

1.2

使用した食品廃棄物がら,メタン発酵技術には,メタン発酵工程および本実験では,処理対象として食品加工工場から発その後処理(活性汚泥処理)工程から発生する固形残連の処理の問題が残されている｡現在,固形残遼生する食品廃棄物(植物性残蔭)を使用した｡処理量は1日あたり約80kg(湿潤ベース)とした｡の堆肥化などへの検討が進められているが,農地へ1.3の施肥の許容量から安定した供給先を確保することは非常に困難であり,固形残直の処理がメタン発酵システムの構成

写真1にパイロット実験装置を示す｡本装置は,縦5m,横8.3m,高さ3.5mのスキッドマウント上技術の普及を図る上でのカギになると考えられていに据付け,食品加工工場の屋外に設置した｡図1にる2ト4)｡したがって,メタン発酵技術を普及させるパイロット実験のシステムフローを示す｡本システには,メタン発酵システムから発生する固形残泣を消滅し,かつ,メタンガス発生量を大幅に増大できムは,前処理(破袋,分別,破砕)工程,メタン発酵処理工程,後処理(活性汚泥処理)工程および可る画期的な技術開発が必要とされていた｡

溶化処理工程の4つの工程から構成されている｡本

このような背景のもと,当社は従来のメタン発酵システムの最大の特長は,従来のメタン発酵システ技術に当社で開発･商品化した汚泥可溶化技術(エムに好熱菌を利用した可溶化処理工程を組込んだこステ技術)を組合わせることにより,新しいメタンとにある｡

発酵システムを開発した｡今回,食品加工工場から

2.実験条件および実験方法

発生する食品廃棄物を用いてパイロット実験を実施

表1に各工程の実験条件の概要を示す｡また,各したので,以下にその結果を報告する｡

工程の操作方法の詳細を以下に述べる｡

1.パイロット実験の概要

2.1前処理(破袋,分別,破砕)工程

1.1目

食品廃棄物から発酵不適物(容器,ビニール袋)

標

食品廃棄物のメタン発酵処理工程および,その後を選別,除去するため,破袋･分別機をもちいた｡

処理である活性汚泥処理工程から発生する固形残査

破袋･分別機に投入された廃棄物は回転ブレードにSolubjlizationtank(0.5m3×2)
Metllane氏rmeⅡtationtank(5皿3)(a)wbole

写真1

パイロット実験装置

PhotoI

Pilottestplant

Vb王.4β肋.J(20α〜/β)(b)solubilization tank
(S‑TEtank)view

神鋼パンテツク技報

Methanefbrmentationtreatment

Foodwaste

prOCeSS

Biogas(Methanegas)‑●‑Forboiler
Tearing&Methane
Post‑treatmentprOCeSS

氏rmentatio
tankActivated

Thickener

Tb址enersludgeta血

Foodwaste
Treated

S血叩

Water

Dilutionwater

Crusbing
SolidTeSidue

equlpment

Pretreatme血process

Solidresidue

Solubilized(activatedsludge)

resid11e

A止Soltlbilizationtank
Solubilizationtreatme山process(S‑TEta止)

図1パイロット実験のシステムフロー
Fig.1Flow

diagramofpilot

test

表1実験条件
TablelExperimentalconditions
Process
Pretreatment
Metbane飴rment血ion
什eatment
Posトはeatment

Items

Unit

Amountoftreated氏)Odwastekg/d(wetbase)(S‑TEtreat皿ent)

80.0

Tempera山re℃

54.0

Ey血a111icretentiontime

d10.0

VolumetricCODcrloadingratekg/m3/d11.5

Volume山一icBOD510adingratekg/m3/d0.5

℃

65.0

Tempera山reSolubilizationtreatment

Designvalue

Rateofaeration

ⅤVm

0.05

d3.0

8y血aulicretentiontime

より破袋,破砕され,下部スクリーンより回収される｡一方,破袋された容券およびビニール袋は,回表

転ブレードにより発生する遠心力および風力によりTable2

食品廃棄物スラリーの性状2

Characteristics

orfoodwaste

排出,除去される｡回収された食品廃棄物はポンプ

Itemsにより破砕機へ移送され,希釈水を添加することに

TSmg几

81100

76500‑

83400

より,TS(TotalSolids:蒸発残留物)濃度を所定

VSmg几

77600

73200‑

81600

SSmg几

65300

62200‑

68300

VSS

mg/L

63100

59500‑

65200

T‑CODcr

mg几

117000103000‑129000

T‑BOD5mg几

60200

56700‑

64000

表2に食品廃棄物スラリーの性状を示す｡TS

T‑Nmg/L

2200

2050‑

2410

濃度を約80000mg/L(80%)に調整した結果,

T‑Pmg/L

450

370‑

550

T‑CODDは約117000mg几(11.7%),T‑BOD5は約60000mg几(6%)であった｡

Hexaneex仕acts

mg几

6100

5200‑

6700の濃度に調整し,その後破砕し,スラリー状に破砕された食品廃棄物はメタン発酵処理の原料として倶給された｡

pIi

神鋼パンテツク技報

Averageslu汀yUnit

4.2

Range

3.9‑4.4

1わJ.4β凡b.J(20α才/β)SuitableロIatter
fbrfbrmelltation
Organicsubstance:90%(recoverrate:93%)

Tearingandseparation

Foodwasteequlpment

Organicsubstance:97%

ロnsuitablematterfbr氏rmentation

Plasticbagandcontainer:3%

Forcmsb血geqtnpment
Plasticbagandcontainer:3%
Organicsubstance:7%

DomesticⅥ/aSte

図2

破袋･分別機の物質収支

Fig.2

2.2

Massbal皿Ce

Oftearlng

andseparation

equlpment

表

メタン発酵処理工程
メタン発酵槽は,撹拝機により発酵液を撹拝する3メタン発酵槽の処理性能
Trea血entperfbrmanceonmethane良rmentationtank

Table3Items

完全混合方式を採用した｡操作温度は54℃の高温式で,ジャケットに温水を供給することにより温度調節をおこなった｡食品廃棄物スラリーは回分的に投入され,1回当たりの投入量を反応容積(2.Om3)の2%(40L)とし,1日あたりの食品廃棄物スラリーの投入回数を増やしてHRT(臼y血aulicRetention

Data

80%

Methanegasrecoveryrate(T‑COD｡rremOValrate)
6.6Nm3/dMethanegasproductionrate(0.34Nm3侭gremovedCOD｡r)Co皿pOS止ionofbiogas

60%

Metbane(CH｡)
Carbondioxide(CO2)
Ey血ogensu岨de伯2S)

Time:水力学的滞留時間)を短くすることにより,COD｡r容積負荷を上昇させた｡最終的に

40%
50pp皿

(<1ppm)*

HRTを10日に設定した結果,COD｡r容積負荷は約12kg/m3/dとなった｡なお,本実験では高温メタVFA(ascoD｡r)intheta止

ン発酵の種汚泥として,下水処理場の高温消化汚泥*Af亡er

800mg几

desul凡1rizationを使用した｡
2.3

後処理(活性汚泥処理)工程
メタン発酵処理液に凝集剤を添加して固液分離し,その上澄み液を活性汚泥槽(反応容積:2.5m3)に3.1食品廃棄物の破袋･分別処理
食品廃棄物の分別処理の結果として,図2に破袋･より処理した｡最終的なBOD5容積負荷は約0.5分別機の物質収支を示す｡下部スクリーンから回収kg/m3/dであった｡
2.4

3.実験結果および考察

可溶化処理工程された食品廃棄物は細かく破砕されており,容器や本システムの最大の特長である可溶化槽には,撹ビニール袋の混入はほとんど認められなかった｡最拝機により固形残直を撹拝する完全混合方式を採用

終的に食品廃棄物(内容物)の回収率は約93%とした｡操作温度は65℃とし,ジャケットに温水をなった｡また,分別された容器と袋への食品廃棄物供給することにより温度調節をおこなった｡また,の混入は,麺類がわずかに見られた程度であり,回装置下部よりブロワにて0.05vvm(m3/m3/min)の空収できなかった食品廃棄物の割合は投入量に対して気を倶給した｡メタン発酵処理工程から発生する固7%程度であった｡以上の結果から,本破袋･分別形残連(未分解の食品廃棄物および増殖したメタン菌)と活性汚泥処理工程から発生する固形残薩(余剰汚泥)を可溶化槽へ投入し,好熱菌が分泌する体機を使用することにより食品廃棄物を効率的に破袋,外酵素により固形残直の可溶化処理をおこなった｡

分別できることを確認した｡
従来型システムによるメタン発酵処理

3.2

本システムの効果を比較するために,従来型のメHRTは1日および3日とした｡可溶化処理してえタン発酵システムの運転をおこなった｡従来型のメられた可溶化液は,メタンガスの回収率向上を目的

タン発酵処理では,固形残建の可溶化処理をおこなに,全量をメタン発酵槽へ返送するフローとした｡

わないで,固形残遼を系外へ排出した｡

lわJ.4β肋.J(2002/β)

神鋼パンテツク技報

MetbaIlegaS

CO2

18.7kg/d(80%)

Methane托rmentationtank

言;謡tミ;謡)→Treatedwater

Activatedsludgetank

O.02kg/d(0.1%)

Solidresid11e

2.7kg/d(11.5%)

Disposal3

図Fig.3

従来型のメタン発酵システムにおけるCOD｡r物質収支
MassbalanceofCODcr

onsystemconventionalmethane托rmentation

田Beforetreatment四A氏ertreatment

3.2.1メタン発酵処理

8000

表3にメタン発酵槽の処理性能を示す｡COD｡r容積負荷は約12kg/m3/dと高負荷運転をおこなったが,メタンガスの回収率は約80%と高い回収率が安定

篭6000
∈
4000

してえられた｡除去されたCOD｡r当たりのメタン

Soltlbilization

Solllbilization

rate:41%

rate:43%∽∽>

ガス発生量は0.34Nm3/kgとなり,理論値の0.35

2000Nm3/kgとほぼ等しくなった｡バイオガス中のメタンガスの割合は60%前後で安定して推移した｡

甘RTld

発酵槽内のVFA(Volatile Fatty Acid:揮発性脂肪酸)濃度は800mg几(COD｡r換算)前後で推移し

図

甘RT3d

可溶化槽における処理性能

4

Fig.4

Treatment

perfbrmance

ontanksolubilization

た｡一般的に,高温メタン発酵では,食品廃棄物中の蛋白質の分解により発生するアンモニア(アンモニア性窒素として2000〜3000mg/L)によりメタン

表

活性汚泥槽の処理性能

4

Table4菌が阻害され,VFA濃度が5000mg几以上に上昇

Treatment

perfbmancesludge也止

Befbretreatment

Removalrate

mg/Lmg/L%

T‑CODcr17000

15099.1

T‑BOD57100

2099.7SS

14006095.73502094.3すると言われている｡表2に示すとおり,今回使用
2200mg几と低く,槽内のアンモニア性窒素濃度もEe五aneeX廿acts1600mg几前後で推移した｡したがって,本実験でactivated
Aftertreatment

Items

した食品廃棄物スラリー中の窒素濃度は約onはアンモニアによるメタン菌への阻害が小さく,結えられる｡
3.2.2

固形残潅の可溶化処理

3.3

果としてVFA濃度を低く抑えることができたと考

上述の従来型のメタン発酵システムから発生した活性汚泥処理固形残澄の可溶化処理をおこなった｡図4に可溶化

表4に本システムにおける活性汚泥槽の処理性能を示す｡T‑COD｡r,T‑BOD5,SSおよびヘキサン抽槽における処理性能を示す｡滞留時間の影響を調べるために日RTを1日および3日の2条件でおこなっ

出物質はいずれも90%以上の分解率となり,下水たが,いずれの条件においても固形残達のVSS可放流できることを確認した｡

溶化率は40%以上と高い可溶化率がえられた｡通3.2.3

常,汚泥の減量化を目的としたエステプロセスの適COD収支
図3に後処理プロセスも含めたCOD｡rの物質収用基準はVSS可溶化率30〜35%以上である｡した支を示す｡メタン発酵処理では,投入したCOD｡r

がって,本実験でえられた約40%のVSS可溶化率23.4kg/dのうち18.7kg/dがメタンガスに転換され,は基準値を上回っており,本システムを実現できるメタンガスの回収率は約80%になった｡また,後可能性が示唆された｡

処理も含めて投入したCOD｡rのうち約12%にあた
る2.7kg/dの固形残注が発生した｡

本実験では空気の僕給量を0.05vvmと低く設定したにもかかわらず,高いVSS可溶化率がえられ
神鋼パンテツク技報

lわJ.4β肋.J(20α2/β)Methanegas
CO221.4kg/d(91%)

Methane冒;3芯tて冒謡｢‑‑‑‑←

Activatedsludgetank危rmentationtank

Treatedwater

O.02kg/d(0.1%)

Solidresidue

8.1kg/d(34.5%)

Solubilizationtank
Solubilizedre$idue

図5Fig.5(S‑TEtank)

本メタン発酵システムにおけるCOD｡r物質収支の試算結果
Calculated

bal皿Cemass

OfCODcronnewmetbane飴rmentationsystemた｡可溶化槽での酸化還元電位は‑150〜＋50mVにより,食品廃棄物のメタン発酵技術の普及に向けで推移しており,いわゆる微好気状態となっていたて大きく貢献できると考えている｡また,本システが,好熱菌の酵素生成に及ぼす影響は認められなかっムの実用化により,処理対象物が食品廃棄物だけでた｡

なく,一般家庭から発生する生ゴミや家畜糞尿等の本システムの評価

3.4

有機性廃棄物にまで拡大されることが予想される｡

上述の実験結果から,本システムの構築の可能性

その結果,有機性廃棄物の集約化処理が進展するこを考察した｡国5に後処理プロセスも含めたとが予想され,これまで経済的理由でメタンガスのCOD｡∫の物質収支の試算結果を示す｡

発電設備としての導入が難しかった燃料電池等の導固形残渡の消滅については,可溶化槽における入が容易になり,地球温暖化防止にも貢献できるとVSS可溶化率が基準値の30〜35%を上回ったことから,従来型システムにおいて発生した固形残直考えている｡

2.7kg/dの3倍量の8.1kg/dを可溶化処理し,可溶廃棄物のご提供等,多大なるご協力を頂いた生活協

本実験を実施するにあたり,実験場所および食品化液の全量をメタン発酵槽へ返送することにより達同組合コープこうべ六甲アイランド食品工場殿にお成できると考えられた｡

礼申し上げます｡また,メタン発酵槽の立ち上げのメタンガスの回収率の向上については,可溶化液ために下水汚泥をご提供頂いた神戸市建設局東部建をメタン発酵槽へ返送することにより,可溶化液中設事務所水環境センター殿にお礼申し上げます｡本の溶解性の有機物がメタンガスに転換されるため,開発は,NEDOの｢平成12年度地球環境保全技術90%以上のメタンガス回収率がえられると考えら開発事業費助成事業+として実施したものである｡

れた｡すなわち,投入したCODα23.4kg/dのうち[参考文献]21.4kg/dがメタンガスに転換されると試算した｡

1)農林水産省:食品循環資源の再生利用等の促進に関する法律(2000)
2)原田靖生:有機性資源の有効利用と窒素の適正制御,第1回農林水産環境シンポジウム(2000)p.1

むすび

本パイロット実験により,固形残直を消滅するとともに,メタンガス回収率を約90%まで向上できる可能性をえた｡上述の通り,固形残直の処理は,メタン発酵技術の普及を図る上でのカギになると考えられている｡今後,本システムを実用化すること

3)(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
4)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)

連絡先
桂健治技術開発本部
第2研究開発郡
第5研究室
TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E‑mailk.katsura(軸皿teC.CO.jp
lわJ.4β肋.J(20α2/β)

神鋼パンテツク技報