特開 2015-217345 有機廃棄物のメタン発酵処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-217345(P2015-217345A)

(43)【公開日】2015年12月7日

(54)【発明の名称】有機廃棄物のメタン発酵処理方法

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/00 20060101AFI20151110BHJP

   C02F 11/04 20060101ALI20151110BHJP

   C02F 11/08 20060101ALI20151110BHJP

   C05F 9/00 20060101ALN20151110BHJP

【ＦＩ】

   B09B3/00 CZAB

   B09B3/00 D

   C02F11/04 A

   B09B3/00 304Z

   C02F11/08

   C05F9/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-103052(P2014-103052)

(22)【出願日】2014年5月19日

(71)【出願人】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】東洋ゴム工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141586

【弁理士】

【氏名又は名称】沖中 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100165685

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 信治

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 公浩

(72)【発明者】

【氏名】小山 昭洋

(72)【発明者】

【氏名】吉見 勝治

(72)【発明者】

【氏名】田所 成文

【テーマコード（参考）】

4D004

4D059

4H061

【Ｆターム（参考）】

4D004AA02

4D004AA03

4D004AC04

4D004BA03

4D004CA04

4D004CA18

4D004CA39

4D004CB04

4D004CB26

4D004CB31

4D004CC03

4D004DA03

4D004DA06

4D004DA07

4D004DA08

4D059AA01

4D059AA03

4D059AA07

4D059BA12

4D059BA21

4D059BC01

4D059BK11

4D059BK12

4D059EB01

4D059EB06

4D059EB08

4H061AA01

4H061CC55

4H061GG48

(57)【要約】

【課題】亜臨界水処理によって発生し得るメイラード反応を抑制しながら、有機廃棄物をメタン発酵し易い易分解物に分解し、メタン発酵を効率よく行うことができる有機廃棄物のメタン発酵処理方法を提供する。
【解決手段】有機廃棄物をメタン発酵により処理する有機廃棄物のメタン発酵処理方法であって、有機廃棄物の前処理として、処理温度を１００〜１４０℃、処理圧力を３．０〜８．０ＭＰａに設定して亜臨界水処理を行う。処理温度を１００〜１２０℃、処理圧力を３．０〜５．０ＭＰａに設定して亜臨界水処理を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機廃棄物をメタン発酵により処理する有機廃棄物のメタン発酵処理方法であって、
前記有機廃棄物の前処理として、処理温度を１００〜１４０℃、処理圧力を３．０〜８．０ＭＰａに設定して亜臨界水処理を行う有機廃棄物のメタン発酵処理方法。

【請求項2】

前記処理温度を１００〜１２０℃、前記処理圧力を３．０〜５．０ＭＰａに設定する請求項１に記載の有機廃棄物のメタン発酵処理方法。

【請求項3】

前記有機廃棄物は、生ごみである請求項１又は２に記載の有機廃棄物のメタン発酵処理方法。

【請求項4】

前記生ごみは、含水率が７０〜９０重量％である請求項３に記載の有機廃棄物の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、有機廃棄物をメタン発酵により処理する有機廃棄物のメタン発酵処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化防止のため、二酸化炭素の排出削減が求められており、その一つの取り組みとして有機廃棄物を焼却処分することなく、エネルギー源として利用することが試みられている。例えば、有機廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスを回収することが試みられている。メタン発酵は、メタン生成菌を用いて有機廃棄物をメタン発酵させるものであり、有機廃棄物を大幅に減量化し、さらにエネルギー源としてメタンガスを回収するものである。

【0003】

しかし、メタン発酵処理は、活性汚泥等を用いた好気性処理と比較すると、メタン発酵速度が遅く、長い汚泥滞留時間を必要とするため、メタン発酵の消化槽を大型化する必要があった。このため、これまでは小規模のメタン発酵施設は普及し難い状況にあった。そこで、有機廃棄物をメタン発酵する前に前処理を行ってメタン発酵し易い易分解物に分解し、メタン発酵の効率を向上させることが行われている。

【0004】

特許文献１には、生ごみ又は食品残渣の前処理として、亜臨界水処理を用いてメタン発酵の効率を向上させるメタン発酵処理方法が記載されている。

【0005】

特許文献２には、亜臨界水処理を行う前に、生ごみを粉砕してスラリー状にし、これをタンパク質を多く含むケーキと糖を多く含む搾液とに分離し、さらにケーキのみを亜臨界水処理してメイラード反応によって生成するメタン発酵阻害物質を抑制することで、メタン発酵の効率を高めるメタンガス回収方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−１１１６７３号公報

【特許文献2】特開２０１３−３４９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１のメタン発酵処理方法では、前処理として、生ごみ又は食品残渣を亜臨界水処理しているが、例えば、低温で亜臨界水処理を行うと、食品残渣を十分に分解できないため、効率よくメタン発酵が起こらず、メタンガス回収量が減少する虞がある。一方、高温で亜臨界水処理を行うと、食物残渣に含まれる糖とタンパク質とがメイラード反応を起こし、メラノイジン等のメタン発酵阻害物質が生成する。このメタン発酵阻害物質は、メタン生成菌の増殖を抑制するため、メタン発酵に悪影響を及ぼす虞がある。

【0008】

特許文献２のメタン回収方法では、メタン発酵阻害物質を生成するメイラード反応を抑制する目的でタンパク質を多く含むケーキのみを亜臨界水処理しているが、さらなる効率のよい方法が求められている。

【0009】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、亜臨界水処理によって発生し得るメイラード反応を抑制しながら、有機廃棄物をメタン発酵し易い易分解物に分解し、メタン発酵を効率よく行うことができる有機廃棄物のメタン発酵処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するための本発明に係る有機廃棄物のメタン発酵処理方法の特徴構成は、
有機廃棄物をメタン発酵により処理する有機廃棄物のメタン発酵処理方法であって、
前記有機廃棄物の前処理として、処理温度を１００〜１４０℃、処理圧力を３．０〜８．０ＭＰａに設定して亜臨界水処理を行うことにある。

【0011】

本構成の有機廃棄物のメタン発酵処理方法によれば、上記条件で亜臨界水処理を行うことで、亜臨界水処理によるメイラード反応を抑制しながら、有機廃棄物をメタン発酵し易い易分解物に効率よく分解することができる。その結果、メタン発酵が促進され、メタンガスを効率的に回収することができる。

【0012】

本発明に係る有機廃棄物のメタン発酵処理方法において、
前記処理温度を１００〜１２０℃、前記処理圧力を３．０〜５．０ＭＰａに設定することが好ましい。

【0013】

本構成の有機廃棄物のメタン発酵処理方法によれば、上記条件で亜臨界水処理を行うことで、亜臨界水処理によるメイラード反応をさらに抑制することができる。その結果、メタン発酵がさらに促進され、メタンガスを効率的に回収することができる。

【0014】

本発明に係る有機廃棄物のメタン発酵処理方法において、
前記有機廃棄物は、生ごみであることが好ましい。

【0015】

本構成の有機廃棄物のメタン発酵処理方法によれば、メイラード反応を抑制しながら、生ごみを効率よく分解することができるため、メタン発酵が十分に促進され、メタンガスを効率的に回収することができる。生ごみは一般家庭から排出される廃棄物の多くを占めるため、ごみ処理施設等で好適に利用することができる。

【0016】

本発明に係る有機廃棄物のメタン発酵処理方法において、
前記生ごみは、含水率が７０〜９０重量％であることが好ましい。

【0017】

本構成の有機廃棄物のメタン発酵処理方法によれば、生ごみの含水率を適切な範囲に設定しているため、亜臨界水処理により生ゴミが可溶化され、メタン発酵し易い易分解物に効率的に分解される。その結果、処理する生ごみの負荷量を増加させても効率的にメタン発酵を行うことができる。また、生ごみの流動性が向上して取り扱いが容易になるとともに、有機廃棄物が必要以上に希釈されないため、効率よく分解反応を進行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の有機廃棄物のメタン発酵処理方法の一例を示すフロー図である。

【図2】図２は、加圧処理条件の違いによる有機物負荷量とバイオガス発生量との関係を示すグラフである。

【図3】図３は、加圧処理条件の違いによる有機物負荷量とメタンガス発生量との関係を示すグラフである。

【図4】図４は、加圧処理条件の違いによるバイオガス発生量の減少率及びメタンガス発生量の減少率を示すグラフである。

【図5】図５は、処理圧力とバイオガス発生量との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、処理温度とバイオガス発生量との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、メタン発酵の連続運転における酢酸の蓄積を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る有機廃棄物のメタン発酵処理方法に関する実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

【0020】

[メタン発酵処理]
図１は、本発明の有機廃棄物のメタン発酵処理方法の一例を示すフロー図である。メタン発酵処理は、一般に、メタン発酵に利用できる有機廃棄物を選別する有機廃棄物選別工程Ｓ１と、有機廃棄物選別工程Ｓ１により選別された有機廃棄物を前処理する亜臨界水処理工程Ｓ２と、亜臨界水処理工程Ｓ２により処理された処理物を貯蔵する貯蔵工程Ｓ３と、処理物をメタン発酵させるメタン発酵処理工程Ｓ４と、メタン発酵により発生するバイオガスからメタンガスを精製するメタンガス精製工程Ｓ５と、メタン発酵により生じた含水残渣を脱水する脱水工程Ｓ６と、を実施することにより行われる。ここで、「有機廃棄物」としては、例えば、家庭、飲食店、小売店等から排出される調理かす、食品工場などから排出される食品残渣等の生ゴミ、養豚場等の施設から排出される畜産糞尿、並びに下水処理場等から排出される下水汚泥等の廃棄物などが挙げられる。

【0021】

一般の有機廃棄物、例えば生ごみには、ごみ袋や弁当箱などに使用されるプラスチック、スプーンやフォーク等の金属製品等が含まれている可能性がある。これらプラスチックや金属製品等はメタン発酵に適さない廃棄物であり、メタン発酵をする前に予め除去する必要がある。そこで、有機廃棄物選別工程Ｓ１において、メタン発酵の処理対象である有機廃棄物からメタン発酵に適さない廃棄物を選別除去する。このメタン発酵に適さない廃棄物を選択除去する際に、有機廃棄物は破砕され、必要に応じて水分調整が行われ、スラリー状に加工される。有機廃棄物選別工程Ｓ１では、例えば、回転式選別機、選択破砕選別機、湿式破砕分別機等の装置が用いられる。

【0022】

亜臨界水処理工程Ｓ２では、スラリー状の有機廃棄物を亜臨界水処理し、可溶化させる。本発明では、この亜臨界水処理によりメタン発酵の効率を向上させている。ここで、亜臨界水について説明すると、水の臨界点は、圧力２２．１２ＭＰａ、温度３７４．１５℃である。水は、臨界点までは蒸気圧曲線にしたがって、一定以上の圧力を加えることにより液体の状態を保つことができる。この臨界点までの状態にある水を亜臨界水と呼び、下限は大気圧で１００℃である。一般に亜臨界水処理は、１５０〜２５０℃の範囲で実施されることが多いが、処理温度を高く設定すると、有機廃棄物に含まれる糖とタンパク質とがメイラード反応を起こすため、メラノイジン等のメタン発酵阻害物質が生成する。このメタン発酵阻害物質は、メタン生成菌の増殖を抑制し、メタン発酵の効率を低下させる。特に、メタン発酵処理する有機物の負荷量を増加させると、メタン発酵阻害物質が高濃度になるため、メタン生成菌にダメージを与えたり、死滅させたりすることがある。つまり、メタン発酵の効率を促進させるためには、メタン発酵阻害物質の生成を抑制しながら、有機廃棄物をメタン発酵し易い易分解物に分解する必要がある。そこで、本発明の有機廃棄物のメタン発酵処理方法では、亜臨界水処理工程Ｓ２において、一定以上の圧力を加えつつ亜臨界水処理の処理温度を低下させ、メタン発酵阻害物質の生成を抑制しながら、有機廃棄物をメタン発酵し易い易分解物に分解している。その結果、メタン生成菌が容易に増殖することができるため、メタン発酵が促進され、有機廃棄物を減量化するとともに、メタンガスを回収することができる。また、本発明の有機廃棄物のメタン発酵処理方法は、スラリー状の有機廃棄物をそのまま亜臨界水処理するため、複雑で大型の設備等を必要とせず、小型化が容易となる。

【0023】

亜臨界水処理の条件は、処理温度が１００〜１４０℃、処理圧力が３．０〜８．０ＭＰａに設定され、好ましくは処理温度が１００〜１２０℃、処理圧力が３．０〜５．０ＭＰａに設定される。処理温度を１４０℃より高温に設定すると、メイラード反応が進行してメラノイジン等のメタン発酵阻害物質が増加し、メタン発酵の効率が低下する虞がある。また、処理圧力を３．０ＭＰａより低圧に設定すると、有機廃棄物が十分に可溶化せず、メタン発酵において有機廃棄物を十分に減量化することができない虞がある。一方、処理圧力を８．０ＭＰａを超える高圧に設定しても、有機廃棄物の可溶化の効果は大きく向上せず、経済的でない。亜臨界水処理の条件を上記範囲に設定することにより、有機性廃棄物が、メタン発酵阻害物質の生成を抑制しながら、メタン発酵し易い易分解物に分解するため、メタン生成菌が容易に増殖し、メタン発酵が促進される。その結果、有機物の負荷量を高く設定してメタン発酵槽を小型化しても、有機廃棄物を減量化し、メタンガスを回収することができる。また、メタン発酵の連続運転を行っても、酢酸やプロピオン酸等の有機酸の蓄積を抑制することができ、メタン発酵を安定化させることができる。

【0024】

有機廃棄物を亜臨界水処理する際に、処理温度までの昇温時間を５〜１０分、処理圧力までの昇圧時間を１〜４分とすることが好ましい。これにより、メイラード反応を抑制しながら有機物がメタン発酵し易い易分解物に分解するため、メタン生成菌が増殖して、メタン発酵が促進される。

【0025】

亜臨界水処理時間としては、上記の処理温度及び処理圧力に到達してから、５〜６０分間亜臨界水処理を行うことが好ましく、１０〜３０分間亜臨界水処理を行うことがより好ましい。亜臨界水処理時間が５分より短いと、亜臨界水処理による可溶化が不十分となる虞がある。一方、亜臨界水処理時間が６０分より長いと、有機廃棄物の炭化が生じ、メタン発酵に悪影響を及ぼす虞がある。

【0026】

メタン発酵に利用する有機廃棄物としては、生ゴミや、畜産糞尿、下水汚泥等が利用可能であるが、好ましくは、生ごみである。メタン発酵を行うと、酢酸菌や水素生成菌等のメタン発酵に関連する微生物が有機廃棄物中に含まれる炭水化物、タンパク質、脂肪等を資化して増殖し、酢酸、プロピオン酸等の有機酸や水素が生成する。この有機酸や水素をメタン生成菌が資化してメタンガスを主成分とするバイオガスを生成している。つまり、メタン発酵を促進させるには、メタン発酵に関連する微生物が資化して増殖できる炭水化物、タンパク質、脂肪等の有機物を所定以上の割合で含む原材料を使用することが望まれる。有機廃棄物の中でも当該成分を所定量以上含有する生ごみは、メタン発酵に特に適している。生ごみは一般家庭から排出される廃棄物の多くを占めているが、堆肥などに有効利用されることも少ないため、ごみ処理施設等で好適に利用することができる。

【0027】

生ごみの含水率は、７０〜９０重量％になるように加水により調節して亜臨界水処理を行うことが好ましい。生ごみの含水率を上記範囲に調節すると、亜臨界水処理により生ゴミが可溶化され、メタン発酵し易い易分解物に効率的に分解する。その結果、処理する生ごみの負荷量を増加させても効率的にメタン発酵を行うことができる。また、生ごみの流動性が向上して取り扱いが容易になるとともに、有機廃棄物が必要以上に希釈されないため、効率よく分解反応を進行させることができる。生ごみの含水率を７０重量％より少なく調節すると、亜臨界水処理が十分に進行せず、メタン発酵に悪影響を及ぼす虞がある。一方、生ごみの含水率を９０重量％より多く調節しても、有機廃棄物の分解効率が上がらず、有機廃棄物が必要以上に希釈されるため経済的でない。生ごみの含水率（重量％）は、生ごみを乾燥器によって十分に乾燥させ、乾燥前の生ごみとの重量差から求めることができる。

【0028】

貯蔵工程Ｓ３では、得られた亜臨界水処理物を貯蔵し、メタン発酵に使用する際に有機廃棄物の負荷量をメタン発酵に適切な負荷量及び温度に調節し、メタン発酵処理槽に供給する。メタン発酵には、５５℃付近の高温発酵、３５℃付近の中温発酵等があるが、当該貯蔵工程Ｓ３で亜臨界水処理した有機廃棄物を一時的に貯留することで、それぞれのメタン発酵に最適な温度及び有機物負荷量に調節した有機廃棄物をメタン発酵処理槽に供給することができる。

【0029】

メタン発酵処理工程Ｓ４では、亜臨界水処理により可溶化した有機廃棄物を、メタン発酵処理槽でメタン発酵させる。メタン発酵は、メタン生成菌により嫌気的雰囲気下で有機廃棄物を発酵処理するものであり、有機廃棄物を減量化させるとともに、その副産物としてメタン及び二酸化炭素を主成分とするバイオガスが生成する。このメタン発酵には、湿式方式及び乾式方式があるが、本発明では湿式方式のメタン発酵槽が好適に用いられ、使用する有機廃棄物に応じて、循環型、撹拌型、ＵＡＳＢ等の方式が利用される。高温メタン発酵の場合、メタン発酵処理槽を加温する必要があるため、エネルギー損失が生じるが、高温のメタン生成菌は増殖速度が速く、さらに、メタン発酵に関連する微生物以外の菌の増殖を抑えることができるため、メタン発酵の効率が向上し、メタン発酵処理槽を小型化することが可能である。

【0030】

メタン発酵により得られたバイオガスには、メタンガス（体積含有量：約６０〜６５％）の他に二酸化炭素や、硫化水素等が含まれている。得られたバイオガスはそのままボイラー等で燃焼して使用することもできるが、バイオガスを精製して都市ガスに供給したり、燃料電池の水素供給源にすることが可能である。そこで、メタンガス精製工程Ｓ５を設けて、得られたバイオガスからメタンガスを分離、回収することが好ましい。メタンガスを分離する方法としては、ガス分離膜を用いる方法、ガス吸着剤を用いる方法等が挙げられる。また、バイオガスに含まれている硫化水素を除去するための脱硫装置や、バイオガスを一時的に貯留するためのガスホルダー等が適宜設けられる。

【0031】

メタン発酵が終了した発酵処理物（含水残渣）は、窒素等の栄養分を含んでいるため、そのまま液肥として使用することもできるが、脱水して再処理することも可能である。そこで、脱水工程Ｓ６を設けて、発酵処理物を発酵残渣と処理水とに分離することが好ましい。脱水工程Ｓ６によって分離された処理水はメタン発酵や活性汚泥等に供給され、処理水中に残存する有機物が分解されて排水される。また、発酵残渣や活性汚泥は、焼却処分又は堆肥化される。

【実施例】

【0032】

[亜臨界水処理の処理温度の違いによるメタン発酵阻害物質の生成評価]
メタン発酵阻害物質は、糖とタンパク質とのメイラード反応により生成することが知られている。そこで、糖としてグルコース、タンパク質としてポリペプトンを用いて試験試料を調製し、処理温度の異なる条件にて亜臨界水処理を行い、メイラード反応によるメタン発酵阻害物質の生成を評価した。

【0033】

（亜臨界水処理）
グルコース及びポリペプトンを夫々５０ｇ／Ｌとなるように試験試料を調製し、当該試料を、ステンレス製の亜臨界反応管に入れて密栓した。この亜臨界反応管を以下の表１に示す温度に設定したオイルバスに浸漬し、オイルを撹拌しながら１０分間亜臨界水処理を行った。

【0034】

（メタン発酵試験）
亜臨界水処理後の試料７．５ｇ、及び種汚泥として嫌気性消化汚泥３０ｇを、三層構造フィルム製（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／アルミニウム（ＡＬ）／ポリエチレン（ＰＥ））のチャック付ラミネート袋（商品名「ラミジップ（登録商標）」、株式会社生産日本社製）に封入し、ラミネート袋を脱気しながらシールしたものをメタン発酵試験に供した。試料及び汚泥を封入した上記ラミネート袋の体積を初期体積とした。ラミネート袋を５５℃の培養器内に静置して７日間メタン発酵させ、発酵後の袋体積を測定した。バイオガス発生量は、以下の計算により求めた。
（バイオガス発生量）＝（発酵後の袋体積）−（初期体積）
得られたバイオガスを、ガスクロマトグラフ（型番ＧＣ−１４Ｂ、株式会社島津製作所製）を用いて分析し、バイオガス中のメタンガス（ＣＨ_４）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）の存在比率を測定した。バイオガス発生量とメタンガスの存在比率の値からメタンガス発生量を算出した。

【0035】

【表1】

【0036】

表１に示すように、１２０℃、１０分の亜臨界水処理では、亜臨界水処理を行っていない試料と比較して、略同量のメタンガスの発生が認められたが、処理温度が２００℃を超えると、メタンガスの発生量が顕著に減少した。これは、メイラード反応によりメタン発酵阻害物質が生成し、メタン発酵が大きく阻害されたためと推測される。

【0037】

[亜臨界水処理の処理圧力の違いによる有機物負荷量に対するメタン発酵の評価]
次に、有機物負荷量を増加させた場合におけるバイオガス及びメタンガスの発生量を評価した。

【0038】

（標準生ごみ）
有機廃棄物として「標準生ごみ」を、以下の表２に記載される配合量にしたがって調製した。各材料を、適当な大きさに切り分け、家庭用ミキサーで破砕し、スラリー状に加工して使用した。

【0039】

【表2】

【0040】

（亜臨界水処理）
ケーキを、亜臨界水処理の処理温度を１２０℃に設定し、処理圧力を「加圧なし」、「１．６ＭＰａ」、「３．０ＭＰａ」の異なる圧力で、１０分間、亜臨界水処理した。次に、亜臨界水処理した各処理物について有機物負荷量が１２ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３又は２４ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３になるように調整し、メタン発酵試験に供した。

【0041】

（メタン発酵試験）
１００ｍｌバイアル瓶（広口バイアル瓶Ｎｏ．８、株式会社マルエム社製）に、それぞれ亜臨界水処理後の試料、及び種汚泥として嫌気性消化汚泥を投入して液相部分が３０ｍｌとなるように調整し、気相部分を窒素ガスで十分置換した後、バイアル瓶をブチルゴム栓で封止し、さらにその上からアルミシールでシールした。有機物負荷量が１２ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３の試験サンプルには、亜臨界水処理後の試料３．３３ｇ及び種汚泥２６．６７ｇを投入し、有機物負荷量が２４ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３の試験サンプルには、亜臨界水処理後の試料６．００ｇ及び種汚泥２４．００ｇを投入した。５５℃に設定した恒温器に各種試験サンプルのバイアル瓶を静置した。試験サンプルの気相部分のガスを注射針付きガラスシリンジによって毎日採取し、発生したバイオガス量をシリンジの目盛りから読み取って測定した。バイオガス量を測定後、ガスクロマトグラフ（型番ＧＣ−１４Ｂ、株式会社島津製作所製）により、メタン濃度を測定し、メタンガス量を算出した。バイオガス発生量及びメタンガス発生量は、培養７日までの総発生量で評価した。また、有機物負荷量を１２ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３から２４ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３に増加させた場合におけるバイオガス発生量の減少率及びメタンガス発生量の減少率を算出して、メタン発酵の発酵効率を評価した。亜臨界水処理を行わない試料についても同様のメタン発酵試験を実施した。

【0042】

図２は、加圧処理条件の違いによる有機物負荷量とバイオガス発生量との関係を示すグラフである。図３は、加圧処理条件の違いによる有機物負荷量とメタンガス発生量との関係を示すグラフである。図４は、加圧処理条件の違いによるバイオガス発生量の減少率及びメタンガス発生量の減少率を示すグラフである。図２及び図３に示すように、有機物負荷量を増加させると、何れの試料も単位有機物量あたりのバイオガス発生量の減少及びメタンガス発生量の減少が見られたが、図４に示すように、有機廃棄物を３．０ＭＰａの加圧条件で亜臨界水処理を行うと、バイオガス発生量の減少及びメタンガス発生量の減少を抑制できることが明らかとなった。この結果から、本発明の処理条件で有機廃棄物を亜臨界水処理すると、有機物負荷量を増加させてもメタン発酵の発酵効率が一定以上維持されることが示された。

【0043】

[処理圧力の違いによるバイオガス発生量の評価]
亜臨界水処理の処理温度を一定とし、処理圧力を異ならせて処理した処理物を使用してメタン発酵させた場合におけるバイオガスの発生量を評価した。標準生ごみについて、処理温度を「１００℃」に設定し、処理圧力を「５．０ＭＰａ」、及び「８．０ＭＰａ」の異なる圧力で、１０分間、亜臨界水処理した。標準生ごみは、前述の標準生ごみと同様のものを使用した。亜臨界水処理した各処理物の有機物負荷量が３２ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３になるように調整し、前述のメタン発酵試験と同様の試験方法によりバイオガス発生量を評価した。

【0044】

図５は、処理圧力とバイオガス発生量との関係を示すグラフである。図５に示すように、５．０ＭＰａ及び８．０ＭＰａの処理圧力で亜臨界水処理すると、メタン発酵が促進し、未処理のものと比較してバイオガス発生量が増加した。

【0045】

[処理温度の違いによるバイオガス発生量の評価]
亜臨界水処理の処理圧力を一定とし、処理温度を異ならせて処理した処理物を使用してメタン発酵させた場合におけるバイオガスの発生量を評価した。標準生ごみを、処理圧力を「８．０ＭＰａ」に設定し、処理温度を「１００℃」、「１２０℃」、及び「１４０℃」の異なる温度で、１０分間、亜臨界水処理した。標準生ごみは、前述の標準生ごみと同様のものを使用した。亜臨界水処理した各処理物の有機物負荷量が３２ｋｇ−ＶＳ／ｍ^３になるように調整し、前述のメタン発酵試験と同様の試験方法によりバイオガス発生量を評価した。

【0046】

図６は、処理温度とバイオガス発生量との関係を示すグラフである。図６に示すように、１００〜１４０℃の処理温度で亜臨界水処理すると、メタン発酵が促進し、未処理のものと比較して、バイオガス発生量が増加した。

【0047】

[メタン発酵の連続運転による酢酸の蓄積評価]
亜臨界水処理の処理圧力を一定とし、処理温度を異ならせて処理した処理物を、メタン発酵槽に添加した場合における酢酸の蓄積を測定し、メタン発酵の安定性を評価した。亜臨界水処理の処理圧力を「３ＭＰａ」に設定し、処理温度を「１２０℃」及び「２００℃」の異なる温度で、１０分間、亜臨界水処理した。当該処理物をメタン発酵槽（容量１００Ｌ）に供給し、１００日間の連続運転を行い、メタン発酵槽内に蓄積する酢酸の濃度を測定した。メタン発酵槽への処理物の供給は、処理物を５日間連続供給した後、処理物の供給停止期間を２日間設けることを繰り返し行った。メタン発酵の連続運転は、運転開始から３６日目まで、処理物の滞留時間（ＨＲＴ）を６０日となるように調整して、メタン発酵状態を安定化させた。その後、ＨＲＴを４５日となるように調整し、運転４３日目からはＨＲＴを３０日となるように調整した。標準生ごみは、前述の標準生ごみと同様のものを使用した。酢酸の測定には、高速液体クロマトグラフィー（日本分光株式会社製）を用いて、ブロモチモールブルーポストカラム法により行った。

【0048】

図７は、メタン発酵の連続運転における酢酸の蓄積を示すグラフである。メタン発酵槽の酢酸の蓄積は、メタン発酵効率の低下を表している。図７に示すように、本発明の範囲内である１２０℃、３ＭＰａで亜臨界水処理したものは、本発明の条件から外れる２００℃、３ＭＰａで亜臨界水処理したもの、及び未処理のものと比較して、メタン発酵槽の酢酸の蓄積が抑制され、メタン発酵が長期にわたって安定化することが確認された。２００℃、３ＭＰａで亜臨界水処理したものでは、メタン発酵阻害物質が蓄積してメタン生成菌の増殖が抑制され、酢酸が蓄積したと考えられる。未処理のものは、生ゴミが可溶化していないため、加水分解菌や酸生成菌がメタン生成菌よりも先に増殖することになる。これにより、メタン生成菌の増殖が抑制され、酢酸が蓄積したと考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明に係る有機廃棄物のメタン発酵処理方法は、下水処理場、食品工場、し尿処理場等様々な、有機廃棄物処理を行う施設で利用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】