特開 2023-57261 下水汚泥発酵原料及び下水汚泥の処理方法

(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】P2023057261

(43)【公開日】2023-04-21

(54)【発明の名称】下水汚泥発酵原料及び下水汚泥の処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/02 20060101AFI20230414BHJP

   B09B 3/60 20220101ALI20230414BHJP

【ＦＩ】

C02F11/02 ZAB

B09B3/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021166680

(22)【出願日】2021-10-11

(71)【出願人】

【識別番号】521297587

【氏名又は名称】ＵＢＥ三菱セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002170

【氏名又は名称】弁理士法人翔和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鷲尾 知昭

(72)【発明者】

【氏名】古賀 明宏

(72)【発明者】

【氏名】丸屋 英二

(72)【発明者】

【氏名】磯貝 秀俊

(72)【発明者】

【氏名】宮下 裕之

【テーマコード（参考）】

4D004

4D059

【Ｆターム（参考）】

4D004AA02

4D004AA03

4D004BA02

4D004BA03

4D004BA04

4D004CA19

4D004CC02

4D004CC07

4D004DA03

4D004DA10

4D059AA03

4D059BA03

4D059BA29

4D059BJ01

4D059BJ15

4D059CC01

4D059CC03

4D059CC04

4D059DA53

4D059DA54

4D059DA55

4D059DA57

4D059DA64

4D059DB33

4D059DB36

4D059EA06

4D059EA16

4D059EB11

(57)【要約】

【課題】下水汚泥に特定の材料を所定量添加するという簡便な操作のみで、好気発酵を速やかに進行させることができ、資源の有効利用に繋げることができる発酵原料を提供すること。
【解決手段】本発明の下水汚泥発酵原料は、下水汚泥と、コーヒー粕とを含み、該コーヒー粕を、該下水汚泥１００質量部に対して５２質量部以上２００質量部以下含む好気発酵処理用のものである。また本発明は、下水汚泥１００質量部に対して、コーヒー粕を５２質量部以上２００質量部以下含む下水汚泥発酵原料を用いる、下水汚泥の処理方法も提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下水汚泥と、コーヒー粕とを含み、
前記コーヒー粕を、前記下水汚泥１００質量部に対して５２質量部以上２００質量部以下含む、好気発酵処理用の下水汚泥発酵原料。

【請求項2】

通気助材を更に含む、請求項１に記載の下水汚泥発酵原料。

【請求項3】

下水汚泥及びコーヒー粕を含む下水汚泥発酵原料を好気発酵させて、該下水汚泥を処理する工程を備え、
前記下水汚泥１００質量部に対して、前記コーヒー粕を５２質量部以上２００質量部以下含む前記下水汚泥発酵原料を用いる、下水汚泥の処理方法。

【請求項4】

通気助材を更に含む前記下水汚泥発酵原料を用いる、請求項３に記載の処理方法。

【請求項5】

前記下水汚泥発酵原料を密閉式且つ縦型の発酵槽内で好気発酵させる、請求項３又は４に記載の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、下水汚泥を好気発酵させるための原料及び下水汚泥の処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下水汚泥は、有機物及び水を含む泥状の物質であり、生活活動に伴う下水処理の過程で不可避的に排出されるものである。下水汚泥は、その排出量が下水処理量の増加に伴って増えており、都市ゴミと同様に、その処理が問題となっている。下水汚泥を処理するために、例えば該汚泥を焼却処理して、その際に生じた熱をエネルギー源として利用する試みが行われているが、更なる効率的な焼却処理を行うために、下水汚泥の含水率を下げることが望まれている。

【0003】

下水汚泥の含水率を安価に低下させる技術として、下水汚泥を好気発酵させる技術が知られている。例えば、特許文献１及び２並びに非特許文献１には、脱水効率の向上や減容化等のために、有機汚泥と、有機質資材とを混合して発酵する方法が開示されている。また、特許文献３には、下水汚泥に通気性改善材を添加して好気発酵させて含水率を低下させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１－０７９８７３号公報

【特許文献2】特開２００９－２７４９０８号公報

【特許文献3】特開２００５－１１１３７４号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】福井ら、「汚泥のコンポスト化に関する研究」、農業土木学会論文集、２０００年、２０００巻、２０５号、ｐｐ１３１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般的に、好気発酵を安定的に行うためには、処理対象物に含まれる微生物の栄養源となる栄養素、並びに処理対象物の含水率、ｐＨ及び通気量などの各種条件の最適化が必要である。下水処理の過程でメタン発酵を経た消化汚泥などの、微生物の栄養源となる栄養素の含有量が少ない下水汚泥を対象に好気発酵処理を行う場合、栄養素の不足に起因して微生物の活動が低調となり、対象物の好気発酵処理が十分に行えないことがある。

【0007】

このような微生物の活動が低調となった発酵系の好気発酵状態を改善する方法として、特許文献１～３では、栄養素を豊富に含む資材（以下、栄養源資材ともいう）や通気改善材を汚泥や堆肥原料に添加している。しかし、好気発酵処理の対象物として下水汚泥を使用する場合、添加する栄養源資材の種類や添加量によっては、下水汚泥に含まれる微生物に適した栄養素が不足したり、微生物の活動を妨げる成分が過剰となったりして、良好な好気発酵状態の維持が困難となる場合がある。特に、密閉式縦型発酵槽などの大規模な連続式装置で下水汚泥を処理する場合には、原料投入口近傍での発酵状態と排出口近傍とで発酵状態が異なるため、発酵条件の調整が困難であった。

【0008】

また、添加する栄養源資材の種類によっては、下水汚泥に含まれる微生物に適した栄養素を含んでいても、油分や水分量が過剰であることがあり、下水汚泥と混合した際に通気性を悪化させて、良好な好気発酵状態の維持が困難となる場合がある。

【0009】

上記のように、下水汚泥の好気発酵において、栄養素を豊富に含む資材の添加により発酵を促進させる場合には、下水汚泥に含まれる微生物に適した栄養素を含み、微生物の活動を妨害する、または通気性を悪化させる成分を含まない資材を選定し、好気発酵の促進効果を安定して得られる材料配合を設計することが求められていた。

【0010】

そこで本発明は、発酵状態に応じて配合を都度調整することなく、簡便かつ安定的に発酵促進できる下水汚泥発酵原料を提供することを目的とする。更に、産業廃棄物として処分されているコーヒー粕の新たな有効利用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】

【0011】

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、コーヒー粕は下水汚泥の発酵を促進する栄養素を多く含むとともに、下水汚泥の通気性を改善する多孔質構造を併せ持つことを見出した。本発明者はこれらの知見に基づき、コーヒー粕を下水汚泥へ特定の配合割合で添加することで、発酵対象物である下水汚泥の発酵が安定して促進されることを見出し、本発明を成すに至った。

【0012】

すなわち本発明は、下水汚泥と、コーヒー粕とを含み、
前記コーヒー粕を、前記下水汚泥１００質量部に対して５２質量部以上２００質量部以下含む、好気発酵処理用の下水汚泥発酵原料を提供するものである。

【0013】

また本発明は、下水汚泥及びコーヒー粕を含む下水汚泥発酵原料を好気発酵させて、該下水汚泥を処理する工程を備え、
前記下水汚泥１００質量部に対して、前記コーヒー粕を５２質量部以上２００質量部以下含む前記下水汚泥発酵原料を用いる、下水汚泥の処理方法を提供するものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、下水汚泥に特定の材料を所定量添加するという簡便な操作のみで、好気発酵を速やかに進行させることができ、下水汚泥を安定して発酵させることができる。これにより、セメント工場のような工業地域や、下水処理場のような下水汚泥の発生元において、性状の異なる複数の下水汚泥を大量に発酵処理することができ、資源の有効利用に繋げることができる。更に、これまで産業廃棄物として処分されてきた、地域バイオマスの一種であるコーヒー粕を有効利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、密閉式縦型発酵槽の一実施形態を模式的に示す断面図である。

【図2】図２（ａ）は、実施例及び比較例における好気発酵評価に用いた発酵容器の外観及び寸法を示す模式的な斜視図であり、図２（ｂ）は温度測定時における各部材の配置位置を模式的に示した断面図である。

【図3】本発明で用いられるコーヒー粕の走査型電子顕微鏡像の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の好適な実施形態を以下に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0017】

本発明の下水汚泥発酵原料は、その材料として、下水汚泥と、コーヒー粕とを含む。この下水汚泥発酵原料は、下水汚泥の好気発酵処理に好適に用いられるものである。

【0018】

本発明に用いられる下水汚泥は、下水処理の過程で生じる廃棄物であり、有機物、無機物及び水を含む泥状の物質である。下水汚泥は、典型的には、活性汚泥法方式の排水処理設備から排出される余剰汚泥を脱水したものである。このような下水汚泥としては、例えば下水処理場で発生する一般下水汚泥、し尿処理施設で発生するし尿汚泥及び浄化槽汚泥などが挙げられ、これらを単独で又は組み合わせて用いることができる。下水汚泥は、未消化汚泥としてそのまま用いてもよく、あるいは、消化汚泥などの下水汚泥の自己発酵処理物を用いてもよい。一般に、消化汚泥は未消化汚泥に比べて発酵に必要な栄養素が乏しいことから、本発明の処理の対象として消化汚泥を用いると本発明の効果が一層顕著となる。
下水汚泥の含水率は特に限定されないが、例えば、５０質量％以上９０質量％以下程度であり、好ましくは５０質量％以上８５質量％以下である。下水汚泥の種類は、その含水率、消化の有無、及び脱水処理方法の少なくとも一つに基づいて選別することができる。

【0019】

本発明の下水汚泥発酵原料は、コーヒー粕を含む。コーヒー粕とは、焙煎したコーヒー豆を挽いて得られた粉から飲料としてのコーヒーを抽出することで発生する残渣のことである。コーヒー粕は、有機物と少量の窒素やリン、カリウムを含む多孔質材料である。コーヒー粕は、典型的には、家畜の飼料や肥料、農業用堆肥の補助原料等に用いられ、一部は産業廃棄物として処分されている。本発明者は、このようなコーヒー粕を下水汚泥に特定の配合割合で添加することによって、下水汚泥の好気発酵を促進できることを新たに見出した。また、コーヒー粕は産業廃棄物となり得るところ、このコーヒー粕を下水汚泥とともに再利用することによって、廃棄物量を低減し、資源の有効利用及び環境保護に寄与するという利点も併せて奏されることを本発明者らは見出した。

【0020】

本発明で用いられるコーヒー粕の原料とするコーヒー豆の品種に特に制限はなく、例えば、アラビカ種、ロブスタ種、リベリカ種などが挙げられる。コーヒー豆の銘柄についても、特に制限はなく、例えばブラジル、コロンビア、タンザニア、モカ、キリマンジェロ、マンデリン、ブルーマウンテン等が挙げられる。コーヒー粕の原料とするコーヒー豆は１種でもよいし、複数種をブレンドして用いてもよい。

【0021】

コーヒー豆からコーヒーを抽出する方法、並びに焙煎温度及び焙煎環境についても特に制限はない。例えば焙煎方法としては直火式、熱風式、半熱風式等が挙げられる。コーヒー豆の焙煎度についても特に制限はなく、ライト、シナモン、ミディアム、ハイ、シティ、フルシティ、フレンチ、イタリアン等が挙げられる。なお、コーヒーの淹れ方は、コーヒー粕の性状に特段の影響を及ぼすものではない。

【0022】

本発明で用いられるコーヒー粕は、コーヒーを抽出した直後の含水状態のものをそのまま用いることもでき、あるいは、乾燥させたものを用いることもできる。含水状態のコーヒー粕は、一般的な方法で乾燥させることができ、例えば、熱風対流式乾燥器による強制乾燥や、天日による自然乾燥などにより乾燥させることができる。

【0023】

本発明で用いられるコーヒー粕は、平均粒子径が０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが更に好ましい。コーヒー粕の平均粒子径が前記範囲となるように粉砕したものを用いてもよい。このような平均粒子径が小さいコーヒー粕を用いることによって、コーヒー粕の反応表面積が大きくなり、コーヒー粕が含有する栄養成分を効率よく下水汚泥に供給することができる。その結果、下水汚泥の好気発酵を更に促進させることができる。コーヒー粕の平均粒子径は、ＪＩＳ Ｚ ８８１５－１９９５「ふるい分け試験方法通則」に規定される各種のふるい分け試験方法で測定した粒度分布のＤ５０とすることができる。

【0024】

本発明で用いられるコーヒー粕を構成する個々の粒子は多孔質体であることが好ましい。例えば図３に示すように、コーヒー粕を構成する個々の粒子は、数十μｍ程度の空孔を粒子全体に有する。このことにより、同一の粒子径の他の有機物に比べ、反応表面積が大きくなり、含有する栄養成分を効率よく下水汚泥に供給することができる。更に、空孔を介して下水汚泥内部まで空気が行き渡り易く、発酵原料の通気性改善が図られる。その結果、好気発酵を更に促進させることができる。

【0025】

本発明で用いられるコーヒー粕は、強熱減量が好ましくは９５．０質量％以上、より好ましくは９６．５質量％以上、更に好ましくは９８．０質量％以上であるものを用いる。コーヒー粕の強熱減量は、コーヒー粕に含まれる有機成分の量を反映している。強熱減量がこのような範囲にあることは、栄養源となる有機成分がコーヒー粕に所定量含まれていることを意味する。このことにより、下水汚泥発酵原料にコーヒー粕を用いることで、下水汚泥の好気発酵を更に促進させることができる。コーヒー粕の強熱減量は、ＪＩＳ Ｒ５２０２：２０１５「セメントの化学分析方法」により測定される。

【0026】

本発明で用いられるコーヒー粕は、固形分発熱量が４５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であるものを用いることが好ましく、５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であるものを用いることが更に好ましい。一般的に、固形分発熱量が高いことは、好気発酵の進行に有用な有機成分が多く含まれていることを意味する。コーヒー粕がこのような発熱量を有することで、好気発酵を更に促進させることができ、下水汚泥の発酵処理を効率よく行うことができる。

【0027】

本発明の下水汚泥発酵原料におけるコーヒー粕の含有量は、下水汚泥１００質量部に対して、好ましくは５２質量部以上２００質量部以下、より好ましくは７０質量部以上１６０質量部以下、更に好ましくは９０質量部以上１２０質量部以下である。このとき、基準となる下水汚泥の質量は含水状態での質量とする。コーヒー粕の含有量がこのような範囲にあることによって、下水汚泥の好気発酵を簡便に促進し、発酵の進行状態を高いレベルで安定化させることができる。なお、コーヒー粕の含有量が２００質量部を超えると、下水汚泥に対するコーヒー粕の比率が高くなりすぎることで、大量に発生する下水汚泥の処理効率が低下するため好ましくない。
前記含有量は、乾燥状態のコーヒー粕において測定されたものである。乾燥状態とは、コーヒー粕の含水率が１０質量％以下であることをいう。コーヒー粕の含水率は、例えば、コーヒー粕を前述した方法で乾燥させることによって適宜調整することができる。含水率の具体的な測定方法は後述する実施例において説明する。

【0028】

本発明の下水汚泥発酵原料にコーヒー粕を特定の添加量で含有させることによって、好気発酵が効率的に進行する理由を、本発明者は以下のように推測している。コーヒー豆は、炭水化物、脂質、タンパク質などの、下水汚泥に含まれる微生物に適した栄養成分を含む。また、コーヒー豆は、その精製過程で種皮の除去や粉砕などの処理が施され、栄養成分を豊富に含む部分が表面に露出し、かつ表面積も大きい状態となっている。このようなコーヒー豆から得られたコーヒー粕の表面積は更に大きい状態となるから、下水汚泥にコーヒー粕を混合した際に、下水汚泥に含まれる微生物がコーヒー粕に含まれる栄養成分を効率よく取り込むことができる。

【0029】

コーヒー豆を焙煎するとコーヒー豆に含まれる水分や有機成分の一部が気化し、該コーヒー豆内にガスで満たされた空隙が発生する。この空隙が発生することでコーヒー豆が多孔質体となり、該コーヒー豆を挽いて得られた粉を構成する粒子も多孔質体となることで、コーヒー粕は通気性に優れたものとなる。このことにより、下水汚泥発酵原料中に多孔質体から構成されるコーヒー粕が混合されると、汚泥フロックの間に付着した多孔質体の細孔を介して試料内部まで空気が行き渡り易くなり、好気発酵を効率よく進行させることができる。

【0030】

本発明の下水汚泥発酵原料は、下水汚泥及びコーヒー粕のみから構成されていてもよい。これに加えて、下水汚泥及びコーヒー粕以外の他の資材（以下、これを単に「資材」ともいう。）を更に含むことも好ましい。

【0031】

資材としては、例えば、下水汚泥発酵原料を発酵に供する際に安定的な好気発酵を促すための材料が挙げられる。具体的には、下水汚泥の含水率を低減させたり、下水汚泥発酵原料の発酵時における通気性を向上させたり、好気発酵に寄与する多種多様の微生物を供給したりする等を目的とした材料が挙げられる。

【0032】

下水汚泥発酵原料の通気性を向上させて下水汚泥の好気発酵を促すための資材として、下水汚泥発酵原料は通気助材を更に含むことが好ましい。通気助材を含むことによって、下水汚泥発酵原料の圧密の状態に依存せず、下水汚泥発酵原料の通気性を簡便に改善することができ、下水汚泥の好気発酵を安定的に行うことができる。特に、例えば後述する縦型発酵槽を用いて好気発酵する場合、下水汚泥発酵原料の堆積に起因して発酵槽内の下水汚泥が圧密され、下水汚泥の好気発酵が進行しづらくなるところ、通気助材を含むことによって、過度の圧密状態となることを更に抑制しつつ通気性を更に確保することができ、下水汚泥の好気発酵を安定的かつ効果的に進行させることができる点で有利である。

【0033】

通気助材としては、例えば、稲わら、もみがら、草木又はこれらの乾燥物若しくは破砕物などの有機系通気助材や、パーライト、ゼオライト、珪藻土、若しくはフライアッシュ等の石炭灰などの無機系通気助材等が挙げられる。これらの通気助材は単独で又は組み合わせて用いることができる。これらのうち、石炭灰は、比較的微細な粒子であり且つＣａＯやＭｇＯ等の酸化物成分を含むことから、通気助材として石炭灰を用いると、下水汚泥発酵原料中の分散性が高く、フロック（粒子の凝集物）の形成を均一に行うことができるので、好気発酵時における通気性を更に高められる点で好ましい。

【0034】

下水汚泥発酵原料が通気助材を更に含む場合、下水汚泥発酵原料における通気助材の含有量は、下水汚泥１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上５０質量部以下、より好ましくは５質量部以上３０質量部以下、更に好ましくは５質量部以上１５質量部以下である。このとき、基準となる下水汚泥及び通気助材の質量はいずれも含水状態での質量とする。通気助材を複数種含む場合、通気助材の含有量は総量に基づく。
通気助材の含有量がこのような範囲にあることによって、発酵開始から終了までの長い期間にわたって、下水汚泥発酵原料が過度の圧密状態となることを抑制しつつ通気性を均一に確保することができ、下水汚泥の好気発酵を安定的かつ効果的に進行させることができる。

【0035】

好気発酵に寄与する微生物を下水汚泥発酵原料に供給するための資材として、下水汚泥発酵原料は種汚泥を更に含むことが好ましい。このような種汚泥としては、例えば市販品の農業用堆肥を用いてもよく、汚泥発酵物（本発明の下水汚泥発酵原料を好気発酵処理して生成された発酵物）を用いてもよい。

【0036】

下水汚泥発酵原料に種汚泥を更に含む場合、下水汚泥発酵原料における種汚泥の含有量は、下水汚泥１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上１００質量部以下、より好ましくは２０質量部以上８０質量部以下、更に好ましくは４０質量部以上６０質量部以下である。このとき、基準となる下水汚泥及び種汚泥の質量はいずれも含水状態での質量とする。種汚泥の含有量がこのような範囲にあることによって、発酵開始から終了までの長い期間にわたって、下水汚泥発酵原料中の微生物量を高い水準に保持することができ、下水汚泥の好気発酵を安定的かつ効果的に進行させることができる。

【0037】

上述した通気助材及び種汚泥等の各種資材の形状は特に制限はなく、例えば、固形状、顆粒状、粉末状、ペースト状、流動状、液状等の形状としてもよい。資材の合計総含有量は、用いられる材料の物性や目的に応じて適宜調整できるが、下水汚泥１００質量部に対する資材の総質量部は、好ましくは５質量部以上１５０質量部以下、より好ましくは１０質量部以上１００質量部以下、更に好ましくは２０質量部以上７５質量部以下とすることができる。このとき、基準となる下水汚泥の質量は、含水状態での質量とする。

【0038】

発酵初期の時点から好気発酵を安定的に進行させるために十分な水分量を確保する観点から、下水汚泥発酵原料全体の含水率は、３０質量％以上７０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以上６０質量％以下であることがより好ましい。含水率は、例えば市販のハロゲン水分計を用いて、１２０℃の加熱温度で乾燥したときの乾燥前後の質量の差に基づいて測定することができる。またこれに代えて、ＪＩＳ Ａ１２０３「土の含水比試験方法」に準じて測定することができる。下水汚泥発酵原料の含水率は、例えば、含水率が高い下水汚泥と、乾燥状態のコーヒー粕とを用いるなどして、所望の含水率となるように原材料を選択したり、原材料又は下水汚泥発酵原料に対して、水を添加したりすることによって適宜調整することができる。

【0039】

このような材料を含む下水汚泥発酵原料は、例えば下水汚泥及びコーヒー粕と、必要に応じて各種資材とを混合するか又は堆積させて、混合物又は堆積物として製造することができる。詳細には、下水汚泥及びコーヒー粕と、必要に応じて各種資材とを混合して下水汚泥発酵原料を得る方法、又は、屋内若しくは屋外で、各材料を任意の順序で堆積させた堆積物として下水汚泥発酵原料を得る方法等が挙げられる。あるいは、材料のうちいずれかを発酵槽等の容器に供給し、次いで他の材料を任意の順序で該容器内に供給して、該容器内で各原料を交互に若しくはランダムに堆積させた堆積物とし、これをそのままで、又はこれに加えて、該堆積物を発酵槽等の容器内で混合した混合物として、下水汚泥発酵原料を得る方法が挙げられる。

【0040】

上述の下水汚泥発酵原料は、堆積物及び混合物のいずれの形態であっても、下水汚泥の好気発酵処理の用途に適したものとなる。下水汚泥発酵原料は、これをそのまま屋外又は屋内に配するか、あるいはこれを堆積物又は混合物として容器内に収容して、下水汚泥の好気発酵処理を行うことができる。

【0041】

詳細には、下水汚泥発酵原料は、これを堆肥舎内に堆積させたり、これを開放系又は密閉系の発酵槽に収容したりして、下水汚泥を好気発酵させることができる。下水汚泥発酵原料を発酵槽に供給して好気発酵処理に供する場合、発酵槽内の撹拌設備の有無あるいは撹拌方法は問わず、発酵初期から長期間にわたり安定的に好気発酵を行い、下水汚泥を効率よく処理することができる。悪臭などの周囲環境への悪影響を低減する観点から、下水汚泥発酵原料中の下水汚泥を好気発酵処理させる場合、密閉系の発酵槽内で好気発酵させることが好ましい。密閉系とは、好気発酵時において外部環境からの空気の侵入や発酵槽内から発生した発酵ガスの外部への流出が制御された反応系を指し、開放系とは、空気やガスなどの気体の侵入及び流出が何ら制御されていない反応系を指す。

【0042】

特に、本発明の下水汚泥発酵原料は、密閉可能且つ縦型の発酵槽（以下、これを「密閉式縦型発酵槽」ともいう。）を用いて、密閉状態で好気発酵させて下水汚泥を発酵処理する場合に、成分の配合や通気量等の環境条件を発酵状態に応じて都度変更しなくとも、下水汚泥の好気発酵を長期間にわたり安定的に進行させることができるので好適である。つまり、下水汚泥を発酵処理する方法として、下水汚泥及びコーヒー粕と、必要に応じて資材とを任意の順序で密閉式縦型発酵槽内に供給するか、あるいはこれらの原料を含む混合物を密閉式縦型発酵槽内に供給して、好気発酵させる工程を有することが好ましく、当該工程は密閉系で行われることが更に好ましい。密閉式縦型発酵槽は、該発酵槽内を撹拌する撹拌設備を備えて、発酵槽内に供給された各原料を連続的に又は断続的に撹拌してもよい。

【0043】

密閉式縦型発酵槽を用いて密閉状態で好気発酵させる場合、下水汚泥発酵原料の堆積に起因して発酵槽内の下水汚泥発酵原料が圧密され、下水汚泥の好気発酵が進行しづらくなる。この圧密の度合いは、発酵槽の下部領域（排出口付近）において顕著となる。この点に関して、下水汚泥発酵原料は、好ましくは更に石炭灰等の通気助材を含むことによって、発酵槽内の下水汚泥発酵原料が過度の圧密状態となることを抑制しつつ通気性を確保することができ、非圧密状態と圧密状態とのいずれであっても、下水汚泥の好気発酵を安定的かつ効果的に進行させることができる点で有利である。

【0044】

図１には、本発明の下水汚泥発酵原料を発酵処理に好適に用いられる密閉式縦型発酵槽の一実施形態が示されている。密閉式縦型発酵槽１０は、設置面に対して鉛直方向に延びており、下水汚泥及びコーヒー粕と、必要に応じて資材の混合物を収容可能な筒状の槽部２０を有し、その上部に、該混合物を槽部２０に投入可能な投入口３０と、該槽部２０の下部に、好気発酵処理された下水汚泥発酵原料を槽部２０外へ排出可能な排出口４０とを備えている。投入口３０及び排出口４０はともに開閉可能又は脱着可能な蓋状部材（図示せず）が設けられ、該蓋状部材を投入口３０及び排出口４０に装着することによって、発酵槽１０における槽部２０を密閉可能に構成されている。つまり、密閉式縦型発酵槽１０は密閉系で下水汚泥の好気発酵を行って、下水汚泥を処理することができるものである。

【0045】

好気発酵効率をより向上させる観点から、密閉式縦型発酵槽１０は、例えば槽部２０の外周面に断熱材を配する等の方法によって、断熱構造を有していることが好ましい。また、密閉式縦型発酵槽１０は、発酵槽内の原材料を混合して、成分の存在状態や通気性を均一にするための撹拌設備５０を備えていることも好ましい。
図１に示す撹拌設備５０は、例えば槽部２０内に設けられた撹拌翼５１と、該撹拌翼５１に接続された撹拌軸５２と、槽部２０外に設けられたモータ（図示せず）とを備えている。撹拌翼５１は、撹拌軸５２を介して槽部２０外に設けられたモータに接続されており、モータを駆動源として一定方向に回転するようになっている。撹拌設備５０を更に備えることによって、反応系内の通気性を高めて、下水汚泥発酵原料の好気発酵効率を一層向上させることができる。

【0046】

また、密閉式縦型発酵槽１０は、空気や酸素などの酸素含有気体を発酵槽内に供給するための空気流通設備６０と、槽部２０内の気体を槽部２０外へ排気可能な排気口７０とを備えていることも好ましい。これによって、反応系内外の空気やガスの流通を適切に制御して、特に密閉系において、好気発酵をより効率的に促進させることができる。

【0047】

図１に示す形態では、酸素含有気体Ｆは、槽部２０外に設けられた空気流通設備６０から、好ましくは中空の撹拌軸５２及び撹拌翼５１の各内部を介して、撹拌翼５１の鉛直方向下方側に供給できるようになっている。撹拌翼５１の鉛直方向下方側には、酸素含有気体Ｆを流通可能な気体流通孔（図示せず）を複数備えていることも好ましい。槽部２０内に存在する酸素含有気体及び好気発酵によって生じたガスは、排気口７０を介して、排気空気として槽部２０の上部から排気される。

【0048】

酸素含有気体の供給を発酵槽の全体に行いやすくして、下水汚泥の好気発酵効率を高める観点から、酸素含有気体Ｆは槽部２０の鉛直方向下方側から供給され、且つ、酸素含有気体Ｆ及びガスは、槽部２０の鉛直方向上方側から排気されることが好ましい。下水汚泥発酵原料は、投入口３０から連続的又は断続的に発酵槽における槽部２０内に投入し、下水汚泥発酵原料を発酵槽内で２週間程度好気発酵させ、その後、発酵した下水汚泥発酵原料を汚泥発酵物として排出口から排出する。

【0049】

下水汚泥発酵原料を好気発酵に供することで生成される汚泥発酵物は、例えば肥料、土壌改良材、園芸用土壌等の緑農地材料、セメントクリンカ原料、固形燃料等の用途に用いることができ、資源の有効利用が可能となる。特に、汚泥発酵物は、これを石灰石などの原料と混合してセメントクリンカ原料として使用することが、生成された汚泥発酵物の有効使用量を増加させて資源の有効利用に一層寄与できる点から好ましい。また、この汚泥発酵物は、下水汚泥発酵原料の調製にあたって、本発明の微生物を供給する材料として再利用することも可能であり、この点でも資源の有効利用に寄与する。

【0050】

また本発明では、産業廃棄物となり得るコーヒー粕を発酵原料の材料の一つとして利用していることから、コーヒー粕の有効利用を促進し、環境負荷を低減できる点でも有利である。

【0051】

上述の説明から明らかなとおり、本明細書は、下水汚泥発酵原料だけでなく、下水汚泥発酵原料を用いた下水汚泥の処理方法も開示する。
下水汚泥の処理方法は、下水汚泥及びコーヒー粕を含む下水汚泥発酵原料を好気発酵させて、該下水汚泥を処理する工程を備えるものである。本処理方法に用いられる下水汚泥発酵原料に含まれる下水汚泥及びコーヒー粕、並びに必要に応じて含まれる通気助材及び種汚泥の種類及びその含有量に関しては、上述した説明が適宜適用される。

【実施例0052】

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。以下に示す原料における含水率の測定は、ハロゲン水分計（アズワン株式会社製ＨＭ１１０５）を用いて１２０℃の加熱温度で乾燥したときの質量差から算出した。また、以下に示す発熱量は、固形分発熱量を示す。表中、「‐」で示す欄は非含有であることを示す。

【0053】

〔実施例１～４及び比較例１～５〕
［下水汚泥発酵原料の調製］
以下の（１）及び（２）に示す下水汚泥及びコーヒー粕を以下の表１に示す含有割合でそれぞれ混合して、含水率が３７．９質量％～８４．４質量％の下水汚泥発酵原料を調製した。

【0054】

（１）下水汚泥：下水処理場から入手した消化汚泥（含水率８４．４質量％）
（２）コーヒー粕：コーヒー抽出残渣の天日乾燥粉（含水率６．９質量％、強熱減量９８．５質量％、固形分発熱量５３２５ｋｃａｌ／ｋｇ、平均粒子径０．６４ｍｍ）

【0055】

［好気発酵試験］
実施例及び比較例の下水汚泥発酵原料を好気発酵処理に供して、下水汚泥の好気発酵の進行度合を試料の温度変化として評価した。発酵容器として５００ｍＬ容量のポリビーカーと、該ビーカーの側面及び底面を覆う簡易断熱容器を用いた。これらの配置位置及び寸法は、図２（ａ）に示すとおりとした。各実施例及び比較例の下水汚泥発酵原料を、ポリビーカーへ約４００ｍＬずつ収容し、試料を調製した。

【0056】

次いで、各試料を収容したポリビーカーを図２（ｂ）に示すように断熱容器に設置し、ポリビーカー内の試料中心部にＴ型熱電対（株式会社チノー製）を挿入した。熱電対にデータロガーを接続し、試料の温度を連続的に計測可能な状態で好気発酵に供した。これらの実験は２０℃に設定した室内で８日間行った。
好気発酵の進行度合は、測定された最高温度をピーク温度とし、ピーク温度の値と、ピーク温度に至るまでに要した時間にて評価した。ピーク温度が高いほど、また、実験開始温度（２０℃）からピーク温度に至るまでに要した時間が短いほど、下水汚泥の好気発酵が速やかに効率的に進行していることを意味する。大量の下水汚泥を迅速に好気発酵処理する観点から、ピーク温度が３０℃以上かつピーク温度の到達所要時間が９６時間以内（４日以内）を合格とした。結果を以下の表１に示す。表中、「※」で示す欄は、測定期間に発熱ピークが観察されなかったことを示す。

【0057】

【表1】

【0058】

表１に示すように、下水汚泥及びコーヒー粕を含み、かつコーヒー粕含有量を所定の範囲とした実施例１～４の下水汚泥発酵原料は、各比較例と比較してピーク温度が高く、ピーク温度の到達所要時間が短いことが判る。これは、下水汚泥に所定量のコーヒー粕を混合することにより、発酵に必要な栄養源が十分に供給されるとともに、発酵原料の通気性が改善されたためと考えられる。以上より、実施例の下水汚泥発酵原料は、下水汚泥に特定の材料を所定量添加するという簡便な操作で、安定的に下水汚泥の好気発酵を短時間でかつ効率よく進行させることができる。

【符号の説明】

【0059】

１０ 密閉式縦型発酵槽
２０ 槽部
３０ 投入口
４０ 排出口
５１ 撹拌翼
５２ 撹拌軸
６０ 空気流通設備
７０ 排気口

【図1】

【図2】

【図3】