特開 2023-90421 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】P2023090421

(43)【公開日】2023-06-29

(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 20060101AFI20230622BHJP

   C05F 17/00 20200101ALI20230622BHJP

   C05F 7/00 20060101ALI20230622BHJP

【ＦＩ】

C02F11/02

C05F17/00

C05F7/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021205372

(22)【出願日】2021-12-17

(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）】

4D059

4H061

【Ｆターム（参考）】

4D059AA03

4D059BA06

4D059BA48

4D059BJ01

4D059CB11

4D059CC01

4D059CC03

4D059CC04

4D059CC10

4D059DA60

4D059DB31

4D059DB36

4D059DB40

4H061AA02

4H061CC51

4H061EE66

4H061GG14

4H061GG49

4H061GG68

4H061GG69

4H061LL25

(57)【要約】

【課題】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発酵原料を提供すること。
【解決手段】本発明は好気発酵処理用の下水汚泥発酵原料に関する。この下水汚泥発酵原料は、下水汚泥と、有機質土とを含む。前記有機質土としてその密度が１．４０ｇ／ｃｍ^３以下であるものを用いる。前記有機質土としてその含水率が４５質量％以下であるものを用いることが好適である。前記有機質土が黒ぼくであることも好適である。前記有機質土を下水汚泥１００質量部に対して２質量部以上１５質量部以下含むことも好適である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下水汚泥と、有機質土とを含み、
前記有機質土としてその密度が１．４０ｇ／ｃｍ^３以下であるものを用いる、
好気発酵処理用の下水汚泥発酵原料。

【請求項2】

前記有機質土としてその含水率が４５質量％以下であるものを用いる、請求項１に記載の下水汚泥発酵原料。

【請求項3】

前記有機質土が黒ぼくである、請求項１又は２に記載の下水汚泥発酵原料。

【請求項4】

前記有機質土を下水汚泥１００質量部に対して２質量部以上１５質量部以下含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の下水汚泥発酵原料。

【請求項5】

栄養助材を更に含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の下水汚泥発酵原料。

【請求項6】

前記栄養助材を、前記下水汚泥１００質量部に対して５質量部以上６０質量部以下含む、請求項５に記載の下水汚泥発酵原料。

【請求項7】

下水汚泥及び密度が１．４０ｇ／ｃｍ^３以下の有機質土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有機質土を２質量部以上１５質量部以下含む下水汚泥を混合して処理する、下水汚泥の処理方法。

【請求項8】

栄養助材を更に含む前記下水汚泥発酵原料を用い、
前記下水汚泥１００質量部に対して栄養助材を５質量部以上６０質量部以下含む、請求項７に記載の下水汚泥の処理方法。

【請求項9】

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７又は８に記載の下水汚泥の処理方法。

【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には、動物糞や下水汚泥に有機質土の一種である泥炭を添加し、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。

【0004】

特許文献２には、有機性廃棄物の堆積物を撹拌して、所定の空間率を有する状態で発酵処理した有機性廃棄物の処理方法が開示されている。特許文献３には、好気発酵における空気の流通を確保するために、空気取出口及び吸引口を設けて、処理対象を撹拌させながら発酵可能にする、有機質材料の発酵処理装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６１－２１５２８４号公報

【特許文献2】特開２０１０－２８４６０８号公報

【特許文献3】特開２０１２－２０２２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般に、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量や、処理対象物の通気性、微生物の栄養源となる栄養素及び水の量などの各種条件の最適化が必要である。特許文献１に記載されている有機質土の一種である泥炭は、含有する有機物の作用によって菌類が定着しやすいこと、及び土壌菌を含有し好気発酵に必要な菌類を供給できることなどから、微生物の量を増やし発酵を促す材料として利用される。その反面、泥炭は含水率が高く、また有機物を多量に含み粘性が高いという特徴がある。このことに起因して、下水汚泥のような高含水の処理対象物を好気発酵処理する場合、下水汚泥に対し、微生物量を増やして好気発酵を安定的に行う目的で有機質土を混合すると、混合物の水分量や粘性が過度に増加して通気性の悪化を招き、好気発酵の安定化効果が十分に得られない懸念があった。

【0007】

この点について、特許文献１では、下水汚泥に有機質土を添加することに起因する通気性の悪化作用や、安定的な好気発酵の進行に関しては何ら検討されていない。
特許文献２及び３に記載の技術は、通気性の向上に寄与すると考えられるが、当該技術はいずれも装置上の工夫にとどまり、下水汚泥又は該汚泥を含む処理対象物の組成及び性状等が変動した場合に、安定的な好気発酵が十分に行えないことがあった。

【0008】

したがって本発明の課題は、下水汚泥の好気発酵処理において、有機質土を添加する際に、処理対象物の通気性悪化を抑制し、好気発酵を安定的に行うことができる下水汚泥発酵原料を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、下水汚泥の好気発酵処理のために有機質土を添加する場合、特定の性状の有機質土を使用することで、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。

【0010】

すなわち本発明は、下水汚泥と、有機質土とを含み、
前記有機質土としてその密度が１．４０ｇ／ｃｍ^３以下であるものを用いる、
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。

【0011】

また本発明は、下水汚泥及び有機質土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、
前記有機質土の密度が１．４０ｇ／ｃｍ^３以下である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】

【0012】

本発明によれば、下水汚泥に特定の材料を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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

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、有機質土とを含む。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。

【0016】

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。
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。

【0017】

本発明の下水汚泥発酵原料は、有機質土を含む。有機質土とは、植物や土壌微生物などが分解して生じた有機物が土壌と混合した暗褐色から黒色の土であり、含有する有機物や土壌成分の作用により、微生物の増殖に好適な性状を有している。そのため、有機質土を下水汚泥に添加すると、下水汚泥中の有機成分を分解する好気発酵菌を増殖する効果が発揮され、下水汚泥の好気発酵を安定的に行うことができる。一方、有機質土は、その種類や産地によって性状が異なり、高密度の有機質土や高含水率の有機質土の場合、下水汚泥と混合した場合に混合物の通気性を十分に高めづらいことがあり、前記好気発酵菌の増殖効果と相殺して好気発酵を安定的に行えないことがある。
本明細書において有機質土とは、書籍「地盤材料試験の方法と解説」（社団法人地盤工学会著、２００９年１１月発行、５３～７９ページ）において、大分類にて「有機質土」の土質区分に分類されるものを指す。具体的には、本発明で用いられる有機質土は、有機質粘土及び有機質火山灰土等といった中分類記号〔Ｏ（オー）〕に分類される有機質土と、泥炭や黒泥等といった中分類記号〔Ｐｔ〕に分類される高有機質土とを包含する。これらの土は、有機物を含んでいる。有機質土は有機物含有量が２０質量％未満であり、高有機質土は有機物含有量が２０質量％以上である。有機物含有量は、後述する強熱減量における値とすることができる。
以下の説明では、特に断りのない限り、「有機質土」はこれらの土の総称として説明する。

【0018】

本発明で用いられる有機質土は、その密度が１．４０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、１．３５ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましく、１．３０ｇ／ｃｍ^３以下であることが更に好ましい。有機質土の密度は、有機質土の粒子中の空隙や粒子間の間隙の量を反映している。密度がこのような範囲にあることは、有機質土が通気性の向上に寄与するために十分な量の空隙を有していることを意味する。このような有機質土を下水汚泥と混合すると、混合物中に分散した有機質土が空隙を形成して混合物の通気性が改善される。それによって好気発酵を安定して行うことができる。
有機質土の密度の下限値は、通気性の改善及び好気発酵菌の増殖の観点から決定される。この観点から、０．８０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、１．００ｇ／ｃｍ^３以上であることが更に好ましく、１．２０ｇ／ｃｍ^３以上であることが一層好ましい。
有機質土の密度は、ＪＩＳ A １２２５：２００９「土の湿潤密度試験方法」により測定される。

【0019】

本発明の下水汚泥発酵原料のように、下水汚泥に特定の密度を満足する有機質土を含有させることによって、好気発酵を安定して進行させることができる理由を、本発明者は以下のように推測している。
有機質土は、これに含有される有機物が微生物等によって分解されて生成する高分子によって、複数の土粒子どうしが結び付けられた団粒構造を形成している。そのことに起因して、有機質土においては、土粒子間及び団粒間に多数の空隙が形成されている。また、有機質土は植物遺体に由来する繊維質粒子を含む。この繊維質粒子は絡み合った状態で有機質土中に存在しており、この存在によって有機質土中に空隙が形成される。このような性質により、下水汚泥に有機質土が混合されると、前記の空隙構造に由来して混合物の通気性が改善される。有機質土中の空隙量は、有機質土の密度と密接に関係していると考えられ、有機質土の密度が上述した値であることで、通気性の改善効果が十分に得られたものと推察している。以上のことから、特定の密度を満足する有機質土は、好気発酵菌を増殖する性質に加え、通気性改善効果を併せ持つことで、発酵の進行状態を十分に安定化させることができる。

【0020】

本発明で用いられる有機質土は、その含水率が４５質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下であることがより好ましく、３５質量％以下であることが更に好ましい。このような含水率を有する有機質土を用いることによって、該有機質土を下水汚泥と混合すると、混合物の粘性や付着性が低減され、通気性が改善される。その結果、好気発酵を安定して行うことができる。有機質土の含水率は低い方が好ましく、含水率を低減させるために自然乾燥又は熱風乾燥などの方法で有機質土を乾燥して使用してもよい。
有機質土の含水率の下限値は、有機質土の粘性や付着性、及び乾燥にかかるコストや手間の観点から決定される。この観点から、有機質土の含水率の下限値は０．５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることが更に好ましく、２０質量％以上であることが一層好ましい。
有機質土の含水率は、ＪＩＳ Ａ １２０３：２００９「土の含水比試験方法」により測定される。

【0021】

有機質土が特定の含水率を有する場合に、好気発酵が安定して進行する理由を、本発明者は以下のように推測している。
有機質土は一般的に有機物や細粒分を多く含み、含水率が高いほど、有機質土の粘性や付着性が上昇する。そのため、下水汚泥中に有機質土が分散しにくく、上述の空隙構造に由来する通気性改善効果が下水汚泥全体に生じにくくなる。その結果、下水汚泥に有機質土を添加することによる通気性の改善効果が十分に得られないものと考えられる。以上より、特定の密度及び含水率を満足する有機質土は、好気発酵菌を増殖する性質に加え、通気性改善効果を併せ持つことで、発酵の進行状態を十分に安定化させることができる。

【0022】

本発明で用いられる有機質土は、採取された直後の含水状態のものをそのまま用いることができ、あるいは、乾燥させたものを用いることもできる。含水状態の有機質土は、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。上述した含水率は、有機質土を下水汚泥と混合するときの値である。

【0023】

本発明で用いられる有機質土の有機物含有量は、有機質土の密度が上述した値であれば特段限定されるものではないが、下水汚泥と有機質土を混合して得られる混合物の粘性の増加を抑制する観点から、有機質土はその強熱減量が５０質量％以下であることが好ましく、３０質量％以下がより好ましい。有機質土の強熱減量は、該有機質土に含まれる有機成分の量を反映している。有機質土の強熱減量は、ＪＩＳ Ａ １２２６：２０２０「土の強熱減量試験方法」により測定される。

【0024】

本発明の下水汚泥発酵原料における有機質土の含有量は、下水汚泥１００質量部に対して、好ましくは２質量部以上１５質量部以下、より好ましくは５質量部以上１０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。このような範囲にあることによって、下水汚泥と混合した際に、混合物の通気性を改善し、発酵の進行状態を安定化させることができる。

【0025】

本発明で用いられる有機質土は、黒ぼくであることが好ましい。黒ぼくは、有機質土のうち、火山灰に由来する土壌に有機物が混合したものである。黒ぼくは、前記の団粒構造に由来する空隙に加え、火山灰に由来する土壌は土粒子自身も多孔質であるため、黒ぼくは有機質土の中でも密度が低く、保水性に優れる特徴がある。また、台地や丘陵地に分布しており、有機質土の中でも比較的含水率が低いため、密度や含水率が前記範囲を満足するものを入手しやすい材料である。このような性質を有する有機質土である黒ぼくを用いることによって、下水汚泥と黒ぼくとを混合すると、黒ぼくが下水汚泥の水分を吸収して混合物の粘性や付着性を効率よく低減させ、また、混合物中に空隙を効率よく形成させるので、好気発酵を安定して行うことができる。更に、黒ぼくは、全国的に分布している土壌であり、下水処理場のような下水汚泥の発生元においても比較的入手が容易な材料であることから、下水汚泥を効率的に発酵処理することができる。

【0026】

本発明の下水汚泥発酵原料は、下水汚泥及び有機質土のみから構成されていてもよい。あるいは、これらに加えて、下水汚泥及び有機質土以外の他の資材（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。

【0027】

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、好気発酵に寄与する微生物の栄養源となる易分解性有機分を供給したり、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。

【0028】

好気発酵に寄与する微生物の栄養源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栄養助材を更に含むことが好ましい。このような栄養助材の具体例としては、食品汚泥、廃白土、肉骨粉、廃食油、油粕、生ごみ、し尿、家禽や家畜などの糞、種汚泥等が挙げられる。これらは単独で又は組み合わせて用いることができる。また種汚泥としては、例えば市販品の農業用堆肥を用いてもよく、あるいは汚泥発酵物（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。

【0029】

これらのうち、栄養助材として肉骨粉又は油粕を用いることが、下水汚泥と混合した際の栄養成分（油脂、たんぱく質、窒素等の成分）を好気性微生物の活動に最適な条件となるように簡便に調整しやすくして、下水汚泥の好気発酵を更に促進できる点で好ましい。また、栄養助材として種汚泥を用いることが、種汚泥中に存在する多様な好気性微生物を下水汚泥発酵原料中に十分に供給して、下水汚泥の好気発酵を更に促進できる点で好ましい。特に、好気発酵の進行を栄養面及び好気性微生物の多様性の面の双方から最適な範囲に簡便に調整しやすくして、下水汚泥の好気発酵をより一層促進させる観点から、栄養助材として肉骨粉、油粕及び種汚泥を組み合わせて用いることも好ましい。

【0030】

下水汚泥発酵原料が栄養助材を含む場合、下水汚泥発酵原料における栄養助材の含有量は、下水汚泥１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上６０質量部以下、より好ましくは１０質量部以上５０質量部以下、更に好ましくは１５質量部以上３０質量部以下である。このとき、基準となる下水汚泥及び栄養助材の質量はいずれも含水状態での質量とする。また栄養助材を複数種含む場合、栄養助材の含有量はその総量に基づく。栄養助材の含有量がこのような範囲にあることによって、好気性微生物の活動に必要な栄養成分のバランスを簡便に調整しやすくできるので、下水汚泥の好気発酵が更に促進され、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。

【0031】

下水汚泥発酵原料が栄養助材を含む場合、栄養助材としてその固形分発熱量が３０００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であるものを用いることが好ましく、３３００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であるものを用いることが更に好ましく、３５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であるものを用いることが一層好ましい。この固形分発熱量は、栄養助材一種あたりの発熱量である。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栄養成分の一つである有機分が多く含まれていることを意味するので、このような発熱量を有する栄養助材を用いることによって、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。このような発熱量を有する栄養助材としては、例えば肉骨粉、油粕、家禽や家畜などの糞等が挙げられる。

【0032】

上述した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１質量部以上１８０質量部以下、より好ましくは５質量部以上１００質量部以下、更に好ましくは１０質量部以上６０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。

【0033】

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８０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 Ａ １２０３「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、乾燥状態の有機質土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。

【0034】

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有機質土と、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、下水汚泥及び有機質土と、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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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、下水汚泥及び有機質土と、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。

【0038】

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、本発明の下水汚泥発酵原料は、前記性状の有機質土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且つ効果的に進行させることができる点で有利である。

【0039】

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、下水汚泥及び有機質土と、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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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、本発明の栄養助材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。

【0045】

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、下水汚泥発酵原料の製造方法、並びに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、下水汚泥及び有機質土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有機質土、並びに必要に応じて含まれる各種資材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0046】

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。

【0047】

〔実施例１－１～１－２及び比較例１－１～１－３〕
［下水汚泥発酵原料の調製］
以下の（１）～（５）に示す下水汚泥、有機質土及びその他資材を以下の表１に示す含有割合でそれぞれ混合して、含水量が６４．１質量％～６６．８質量％の下水汚泥発酵原料を調製した。

【0048】

（１）消化汚泥：下水処理場から入手した消化汚泥（含水率８４．４質量％）
（２）黒ぼくＡ：大分県産の黒ぼく（含水率４２．２質量％、密度１．３３ｇ／ｃｍ^３、強熱減量２６．５２質量％）
（３）黒ぼくＢ：鹿児島県産の黒ぼく（含水率４８．７質量％、密度１．４６ｇ／ｃｍ^３）
（４）肉骨粉：肥料用肉骨粉（含水率３．５質量％、発熱量５０７０ｋｃａｌ／ｋｇ）
（５）油粕：肥料用菜種油粕（含水率８．０質量％、発熱量４５９０ｋｃａｌ／ｋｇ）

【0049】

［圧密状態における消化汚泥の好気発酵試験］
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。

【0050】

調製した下水汚泥発酵原料をポリビーカーへ約４００ｍＬずつ収容し、ＪＩＳ Ａ １１０９：２００６又はＪＧＳ １６１１に規定される突き棒をポリビーカー上端の５０ｍｍ上方から測定試料の上面に２０回自由落下させて、下水汚泥発酵原料の高さが均一（高さが変化しなくなる状態）となるようにまんべんなく押し固めて好気発酵試験用の試料とした。

【0051】

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７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。なお、大量の下水汚泥を迅速に好気発酵処理する観点から、比較的発酵が進みにくい圧密状態で実施した本実施例においては、ピーク温度の到達所要時間が４０時間以内を合格とした。結果を以下の表１に示す。

【0052】

【表1】

【0053】

表１の実施例１－１、比較例１－１及び比較例１－２より、消化汚泥に対して密度の小さい黒ぼくＡを添加することで、無添加及び密度の大きい黒ぼくＢを添加した場合に比べてピーク温度の到達所要時間を大幅に短縮できるとともに、ピーク温度の上昇効果もあることが分かる。また、比較例１－３及び実施例１－２より、消化汚泥と黒ぼくＡの他に添加する材料は肉骨粉に限定されず、肉骨粉に代えて油粕を添加した場合においても同様のピーク温度の到達所要時間の短縮効果及びピーク温度の上昇効果が得られることが分かる。

【0054】

〔実施例２－１～２－２及び比較例２－１〕
以下の実施例及び比較例は、有機質土の添加量の違いによる好気発酵への影響を評価したものである。なお、実施例２－１～２－２及び比較例２－１は、上述の実施例とは実験条件が異なるので、結果の相互比較は行うことはできない。

【0055】

［下水汚泥発酵原料の調製］
以下の（６）～（８）に示す下水汚泥、有機質土及びその他資材を以下の表２に示す含有割合でそれぞれ混合して、含水量が７４．４質量％～７６．６質量％の下水汚泥発酵原料を調製した。

【0056】

（６）未消化汚泥：下水処理場から入手した未消化汚泥（含水率８３．７質量％）
（７）黒ぼくＡ：大分県産の黒ぼく（含水率４２．２質量％、密度１．３３ｇ／ｃｍ^３、強熱減量２６．５２質量％）
（８）種汚泥：農業用堆肥市販品（含水率６２．３質量％）

【0057】

［非圧密状態における未消化汚泥の好気発酵試験］
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、好気発酵試験用の試料とした。なお、実施例２－１～２－２及び比較例２－１は、圧密を受けていない状態での発酵状態を評価するため、上述の実施例とは異なり突き棒による圧縮は行わず、ポリビーカーへ収容したそのままの状態で好気発酵試験を行った。

【0058】

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７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。なお、大量の下水汚泥を迅速に好気発酵処理する観点から、比較的発酵が進みやすい非圧密状態で実施した本実施例においては、ピーク温度の到達所要時間が２４時間以内を合格とした。結果を以下の表２に示す。

【0059】

【表2】

【0060】

表２の比較例２－１及び実施例２－１、実施例２－２より、いずれの添加量においても、未消化汚泥に対して黒ぼくＡを添加することで、消化汚泥の場合と同様に、ピーク温度の到達所要時間を短縮できることが分かる。

【0061】

以上のことから、実施例の下水汚泥発酵原料は、下水汚泥に密度が１．４０ｇ／ｃｍ^３以下の有機質土を添加するという簡便な操作で、下水汚泥の種類や発酵原料の圧密状態によらず、ピーク温度の到達所要時間を短縮することができ、下水汚泥の好気発酵を安定的に行うことができる。

【符号の説明】

【0062】

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】