JP3762668B2 - 嫌気性発酵方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物を中温と高温との２段階でメタン発酵させる嫌気性発酵方法とその装置に関する。さらに詳しくは、とくに生ごみの処理に有用であって、生ごみに、下水、し尿、家畜糞尿、浄化槽汚泥などの有機性廃棄物を加えて処理する嫌気性発酵方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から下水、し尿、家畜糞尿、浄化槽汚泥などの有機性廃棄物を分解する業務的な処理方法の一つとして、嫌気性菌を利用する嫌気性発酵方法がある。嫌気性発酵方法は、一般に蒸発残留物（ＶＳ）濃度が比較的高い（ＶＳ濃度：２〜１５重量％程度）スラリー類を処理して減容、エネルギー回収等を目的に利用されることが多い。具体的には、被処理物を嫌気性発酵装置に導入し、いわゆる中温（ほぼ３０〜４０℃）または高温（ほぼ５０〜６０℃）に保ちながら１０〜３０日程度滞留させて５０〜６０％程度のメタンを含んだバイオガスを発生させ、被処理物の減容とエネルギー回収とをはかることができる。
【０００３】
嫌気性消化方法においては、第１段階で有機性被処理物に酸生成菌が作用して酸性発酵が急激に起こり、被処理物を低級脂肪酸、アルデヒド、アルコールなどの低分子有機物を分解してｐＨは５〜６に低下する。つづく第２段階ではメタン生成菌が前記低分子有機物に作用してメタン発酵させ、メタン、二酸化炭素等からなるバイオガスに分解する。メタン生成菌は、ｐＨ、低級脂肪酸濃度、温度等にきわめて鋭敏であって、増殖速度が遅い。かつ、３０〜３７℃近辺の中温域において発酵作用を有するものと、５０〜５７℃の高温域において発酵作用を有するものの２種類が存在する。
【０００４】
上記の酸性発酵およびメタン発酵は、消化が順調であれは同時に進行し被処理物を発酵することができるが、メタン発酵の進行条件はデリケートであってｐＨ、温度、処理負荷量などが変動すると消化バランスを失調し、メタン発酵が停止してしてしまい、安定した処理ができない。そこで、これらの問題を解決する手段として、中温域又は高温域でメタン発酵を行い、その際、たとえば、第１段階の酸性発酵工程と第２段階のメタン発酵工程とを分割し、酸性発酵処理水の性状を調整してメタン発酵工程に供給するする方法（特開平６−１５４７８５号公報記載）、あるいは２つ以上に仕切られた多段槽あるいは栓流方式の槽を用い、原水を分配供給する方法（特開平１１−２０７３８７号公報記載）などが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
高濃度の有機性被処理物に嫌気性発酵処理を施すと、被処理物の酸性発酵が急激に進行しｐＨが低下して、元来、中性域で作用するメタン菌の活性が失われ、メタン発酵処理ができなくなりやすい。とくに生ごみなどの処理においては、易分解性の有機物濃度が高くなるので酸性発酵の制御が困難になる。本発明は、生ごみなどの高濃度有機性廃棄物を含む被処理物を安定して消化できる方法および装置の提供を目的に検討した結果、完成されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、前工程の中温発酵処理と後工程の高温発酵処理とからなる嫌気性発酵方法であって、有機性被処理物を分配してその一部に中温発酵処理を施し、処理を施された中温発酵液に残余の被処理物を加えて高温発酵処理を施し、両処理工程から発生するバイオガスを回収することを特徴とする嫌気性発酵方法を提供する。本発明により生ごみを処理しようとする際には、生ごみに下水、し尿、家畜糞尿、浄化槽汚泥の中の少なくとも１種を混合して処理することが好ましい。
【０００７】
又、本発明は、前工程の嫌気性中温発酵槽とこれに接続して処理を施す後工程の嫌気性高温発酵槽とからなり、かつ、各発酵槽がそれぞれ被処理物の供給系と発生するバイオガスの回収系とに接続されており、被処理物を分配してその一部を中温発酵槽に供給し、処理を施された中温発酵液に残余の被処理物を加えて高温発酵槽に供給し、両発酵槽から発生するバイオガスを回収することを特徴とする嫌気性発酵装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら実施形態例をあげて具体的に説明する。図１は本発明嫌気性発酵方法の実施形態例を示す工程図であり、図２は本発明実施に好適な嫌気性発酵工程の一例を示す模式図である。
【０００９】
さて、中温域での嫌気性発酵は、酸発酵に較べて比較的多様な有機性成分に対応して分解可能な有機物質を多くする特長があるが、発生するバイオガスの量が少ない。一方、高温域での発酵は、メタンガス生成の活性が高い特長を有するが有機成分の変動に影響を受けやすい。本発明は両発酵の特長を利用して嫌気性消化を中温域と高温域の２段階の発酵で順次に実施する一方、被処理物を直接高温発酵工程にも分割添加し、分割比率等を調整して発酵を安定化するものである。
【００１０】
生ごみを処理する場合には、まず、生ごみの中から生物的処理が不可能な随伴プラスチック類を分別、除去し、発酵槽内の閉塞防止のため大きさがほぼ３０ｍｍを超えない程度にまで粉砕する。使用する粉砕機の種類にとくに制限はない。得られた粉砕生ごみには、下水、し尿、家畜糞尿、浄化槽汚泥、嫌気性処理時に発生する余剰汚泥の類の有機廃棄物を加え混合する。最終的に全固形分濃度が１５重量％を超えない程度に、とくに好ましくは５〜１２重量％程度に、必要であれば水を加えて調整する。含有固形分調整の目的は、主として被処理物の流動性を維持するためである。この調整手順に特別な制限はない。
【００１１】
調整を終えた生ごみを含む被処理物は、嫌気性発酵工程に送られる。嫌気性発酵工程には、図２に示されるように中温発酵槽（ほぼ３０〜４０℃）と高温発酵槽（ほぼ５０〜６０℃）とが設けられている。調整された生ごみは、分配管を通じ、必要によりそれぞれ適温に調整されて、両発酵槽に分配、送入される。両発酵槽への分配比率は、とくに限定はなく有機性廃棄物の性状により決められる。有機物の発酵負荷のバランスを調整し、安定した有機物処理を遂行できる条件を経験則等により適宜に設定する。
【００１２】
発酵槽は種々の形式のものがあり、その中から適宜に選択すればよいが、上向流多孔板塔が好適である。塔内を４０ｍｍ前後の孔を有する５枚程度の多孔板で仕切ったものが好ましく用いられる。中温発酵槽に送入された被処理物は、ほぼ３０〜４０℃、好ましくは３３〜３７℃程度の温度で処理される。処理された中温発酵液はたとえばポンプを用いて引き抜かれ、適温（５５℃前後）に調整されて分配された被処理物と共に高温発酵槽に送入される。高温発酵槽内で処理された発酵汚泥は引き抜きポンプにより引き抜かれ脱水工程に送られる。前記両発酵槽における滞留、発酵時間は、主に被処理物の性状により経験的に決められるが、一般的には５〜２５日程度である。
【００１３】
各発酵槽で発生したバイオガスは、回収されて硫化水素、水分を除去して主にエネルギー源として利用される。脱水工程に送られた発酵汚泥は、たとえばＶＳ濃度を２０〜３５％に調整した後、コンポスト化するためにコンポスト工程に送られる。脱水工程において発生した脱離水は、たとえば混合工程に還流され希釈調整水に使用したり、必要があれば然るべき水処理工程に送って処理することになる。
【００１４】
【実施例】
本発明の効果を実施例をあげて具体的に説明する。
【００１５】
実施例１
実験には有効容量がそれぞれ３リットルの中温発酵槽および高温発酵槽を用い、図３に模式的に示した構成の実験装置を準備して使用した。実験中、中温発酵槽は３７℃に、高温発酵槽は５５℃に調整した。また、被処理物には、生ごみと既設し尿処理場の高分子凝集・脱水処理した余剰汚泥とを使用した。汚泥には、水道水を加えてＶＳ濃度を１０重量％に調整した。生ごみは、家庭用ミキサーで粉砕してスラリー状にし、水道水を加えてＶＳ濃度を１０重量％に調整した。これらを、含有する有機物重量比率で生ごみ５に対し汚泥が１になるように混合し、かつ、ＣＯＤ濃度を１４７０００ｍｇ／Ｌに調整し、被処理物とした。
【００１６】
上記の被処理物である有機性廃棄物を供給ポンプによって前記の両発酵槽に分配して供給し、中温発酵槽では供給した有機廃棄のと同量の発酵液を引き抜き、循環ポンプによって高温発酵槽に送入した。高温発酵槽では、供給された有機性廃棄物と中温発酵槽から送入された発酵液の合計量と同量の高温発酵液を引抜ポンプにより引き抜いた。各発酵槽で発生したバイオガスの量は、水封ガスホルダーに導き、その出口側に取り付けたガスメーターで測定した。
【００１７】
実験は、処理発酵液中のＣＯＤ濃度および有機酸濃度を見ながら有機物負荷量を徐々に上げて行った。ＶＳ容積負荷が５ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙと７ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙのときに測定した発生ガス量、メタン濃度およびＣＯＤ除去率を表１に示す。
【００１８】
比較例１
実施例１において使用したのと同じ実験装置を使用し、実施例１で処理したのと同じ被処理物に同様の処理を施した。ただし、被処理物の全量を中温発酵槽に供給し、高温発酵槽には中温発酵槽からの発酵液のみ送入した。しかし、ＶＳ容積負荷を増加するとｐＨが低下し、メタン発酵処理が不可能になった。実験結果を表１に示す。
【００１９】
比較例２
実施例１において使用したのと同じ実験装置を、ただし、中温発酵槽のみを単槽にして使用し、実施例１で処理したのと同じ被処理物に同様の処理を施した。しかし、ＶＳ容積負荷を増加するとｐＨが低下し、メタン発酵処理が不安定になった。実験結果を表１に示す。
【００２０】
比較例３
実施例１において使用したのと同じ実験装置を、ただし、高温発酵槽のみを単槽にして使用し、実施例１で処理したのと同じ被処理物に同様の処理を施した。実験結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明を利用することによって、中温発酵槽と高温発酵槽の有機物発酵負荷のバランスが保たれ、中温発酵槽におけるｐＨ低下を回避することができるようになった。その結果、従来はｐＨが低下し安定した発酵処理ができなかった生ごみのような高濃度有機性廃棄物の嫌気性発酵処理が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明嫌気性発酵方法の実施形態例を示す工程図。
【図２】 本発明実施に好適な嫌気性発酵工程の一例を示す模式図。
【図３】 本発明および比較例に用いた実験装置の模式図。

Claims (3)

1. 前工程の中温発酵処理と後工程の高温発酵処理とからなる嫌気性発酵方法であって、有機性被処理物を分配してその一部に中温発酵処理を施し、処理を施された中温発酵液に残余の被処理物を加えて高温発酵処理を施し、両処理工程から発生するバイオガスを回収することを特徴とする嫌気性発酵方法。
2. 有機性被処理物として、生ごみに、下水、し尿、家畜糞尿、浄化槽汚泥の中の少なくとも１種を加えて混合した廃棄物を処理することを特徴とする請求項１記載の嫌気性発酵方法。
3. 前工程の嫌気性中温発酵槽とこれに接続して処理を施す後工程の嫌気性高温発酵槽とからなり、かつ、各発酵槽がそれぞれ被処理物の供給系と発生するバイオガスの回収系とに接続されており、被処理物を分配してその一部を中温発酵槽に供給し、処理を施された中温発酵消化液に残余の被処理物を加えて高温発酵槽に供給し、両発酵槽から発生するバイオガスを回収することを特徴とする嫌気性発酵装置。

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