特開 2024-155377 汚泥コンポスト化システム

(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】P2024155377

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】汚泥コンポスト化システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/02 20060101AFI20241024BHJP

   C02F 11/125 20190101ALI20241024BHJP

   C05F 7/00 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

C02F11/02

C02F11/125 ZAB

C05F7/00 301C

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070041

(22)【出願日】2023-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000197746

【氏名又は名称】株式会社石垣

(72)【発明者】

【氏名】西原 康昭

(72)【発明者】

【氏名】山添 喜一郎

(72)【発明者】

【氏名】川北 義彰

【テーマコード（参考）】

4D059

4H061

【Ｆターム（参考）】

4D059AA03

4D059BA03

4D059BA22

4D059BE10

4D059BE15

4D059BE16

4D059BE26

4D059BE37

4D059BE53

4D059BE55

4D059BE56

4D059BJ00

4D059CB06

4D059CB07

4D059CC01

4D059DB32

4D059DB40

4D059EA20

4H061AA03

4H061EE51

4H061EE66

4H061GG12

4H061GG41

4H061GG43

4H061GG49

4H061GG54

(57)【要約】

【課題】凝集汚泥を固液分離装置で固液分離して脱水汚泥を生成し、固液分離装置内で脱水汚泥に菌体を添加した後、脱水汚泥を発酵して発酵汚泥を生成する汚泥コンポスト化システムを提供する。
【解決手段】
凝集汚泥を固液分離して得られる脱水汚泥を発酵し、発酵汚泥を生成する汚泥コンポスト化システムにおいて、汚泥及び凝集剤を混合撹拌して凝集汚泥を生成する凝集混和槽３と、凝集汚泥を固液分離して脱水汚泥を生成する固液分離装置７と、固液分離装置７内で脱水汚泥に菌体を添加する菌体噴出部３７と、脱水汚泥を発酵して発酵汚泥を生成する堆肥化設備１６を備えることで、堆肥化設備１６内での発酵効率を高めることができる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

凝集汚泥を固液分離して得られる脱水汚泥を発酵し、発酵汚泥を生成する汚泥コンポスト化システムにおいて、
汚泥及び凝集剤を混合撹拌して凝集汚泥を生成する凝集混和槽（３）と、
凝集汚泥を固液分離して脱水汚泥を生成する固液分離装置（７）と、
固液分離装置（７）内で脱水汚泥に菌体を添加する菌体噴出部（３７）と、
脱水汚泥を発酵して発酵汚泥を生成する堆肥化設備（１６）と、
を備える
ことを特徴とする汚泥コンポスト化システム。

【請求項2】

前記固液分離装置（７）は、スクリーン（２３）を張設した外筒（２４）とスクリュー羽根（３１）を巻き掛けたスクリュー軸（２５）でろ過室（２６）を形成するスクリュープレス（２２）であり、
スクリュー軸（２５）内にスクリュー軸（２５）外部より菌体が供給される菌体供給路（３４）
を設け、ろ過室（２６）後段に位置するスクリュー羽根（３１）のピッチ間に配置された少なくとも１つ以上の噴出孔（３８）を有する菌体噴出部（３７）から菌体を供給する構成とした
ことを特徴とする請求項１に記載の汚泥コンポスト化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、菌体を用いた汚泥コンポスト化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、下水、し尿、あるいは食品生産加工排水等の有機性汚泥と高分子凝集剤を凝集混和槽内で混合撹拌した後、スクリュープレスや遠心脱水機、ベルトプレス等の固液分離装置で固液分離し、生成された脱水汚泥を発酵して堆肥を生成するコンポスト化技術は知られている。従来の方法で生成した脱水汚泥は含水量が多く、空隙を保つことが困難であり、そのままコンポスト化することが難しかった。そこで、発酵効率を高めるために、発酵工程の前段でおが屑やわら、もみ殻等の脱水助材（バイオマス）を添加して汚泥の水分量を調整するとともに空隙率を高めていた。

【0003】

特許文献１には、下水汚泥及び上水汚泥を剪定枝、バーク、大鋸屑等の木材廃棄物（バイオマス）と微生物（種菌）とともに混合した後、発酵して堆肥化するコンポスト化技術が開示してあり、脱水汚泥にバイオマス及び菌体を供給して発酵効率を高める技術は知られている。

【0004】

特許文献２には、家畜排泄物、し尿、生ゴミ、食品加工残渣等の繊維質を含む有機性残留物（バイオマス）と乳酸菌、酢酸菌、クエン酸菌等の微生物（菌体）をメタン発酵消化液と混合した後、凝集、脱水する技術が開示してあり、凝集前の汚泥にバイオマス及び菌体を供給する技術も公知である。

【0005】

また、特許文献３には、スクリュー軸内に凝集剤供給路を設けるとともにスクリュー軸に巻き掛けたスクリュー羽根にノズル孔を形成し、凝集剤供給路より供給された凝集剤をノズル孔からろ過室内の汚泥に添加するスクリュープレスが開示してある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４９４７６７３号公報

【特許文献2】特許第５１１２７９３号公報

【特許文献3】特開２００６－５５８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来、汚泥の発酵を促進させるために木質バイオマス等の副資材を脱水汚泥に供給して汚泥の水分量や空隙率を調整しているが、発酵工程直前で供給された副資材が汚泥に均一に混合されないまま発酵が行われるため、発酵効率が悪かった。

【0008】

特許文献１は、発効促進用の助材として、木材廃棄物（バイオマス）のみならず、微生物（種菌）も添加しているため、種菌用ホッパやコンベアに加え、汚泥と混合するための大型の混合機を設置する必要があった。また、バイオマス及び種菌は発酵槽前段の混合機内で汚泥と混合されるのみであり、汚泥との混練性を十分に高めることができなかった。加えて、汚泥及びバイオマスを混合することで固形物量が多い状態となるため、汚泥中に微生物（菌体）を拡散させることが難しかった。そして、汚泥はバイオマス及び種菌が均一に混合されていない状態で発酵槽に移送されるため発酵速度にばらつきが生じるとともに、発酵槽内での切り返し頻度が増加し、悪臭の発生や発酵時間が長期化するといった課題があった

【0009】

特許文献２は、凝集工程前段でメタン発酵消化液に対して、有機性残留物（バイオマス）及び微生物（菌体）を添加する技術であり、脱水工程時に菌体を供給する技術ではない。

【0010】

特許文献３は、スクリュープレスを構成するスクリュー羽根に形成したノズルから凝集剤を噴射する技術であり、ノズルから菌体を噴射する等の記載や示唆はない。

【0011】

本発明は、凝集汚泥を固液分離する際に菌体を添加して菌体が付着した脱水汚泥を生成し、この脱水汚泥を発酵させることで短時間で安定的に発酵汚泥が得られる汚泥コンポスト化システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、凝集汚泥を固液分離して得られる脱水汚泥を発酵し、発酵汚泥を生成する汚泥コンポスト化システムにおいて、汚泥及び凝集剤を混合撹拌して凝集汚泥を生成する凝集混和槽と、凝集汚泥を固液分離して脱水汚泥を生成する固液分離装置と、固液分離装置内で脱水汚泥に菌体を添加する菌体噴出部と、脱水汚泥を発酵して発酵汚泥を生成する堆肥化設備を備えることで、菌体が付着した脱水汚泥を発酵できるため発酵効率が向上して短時間で安定的に発酵汚泥を生成できる。

【0013】

前記固液分離装置は、スクリーンを張設した外筒とスクリュー羽根を巻き掛けたスクリュー軸でろ過室を形成するスクリュープレスであり、スクリュー軸内にスクリュー軸外部より菌体が供給される菌体供給路を設け、ろ過室後段に位置するスクリュー羽根のピッチ間に配置された少なくとも１つ以上の噴出孔を有する菌体噴出部から菌体を添加する構成としたことで、ろ過室内に生成された遊離水の少ない脱水汚泥に菌体を浸透させることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、固液分離装置内で遊離水の少ない脱水汚泥に菌体を添加することで、菌体が脱水汚泥に浸透して強固に付着する。菌体が強固に付着した脱水汚泥を堆肥化設備に供給することで菌体が汚泥の発酵を促進するため、短時間で安定的に発酵汚泥を生成できる。これに伴い、堆肥化設備内での汚泥の切り返し頻度や、通気量を低減可能となり、発酵にかかる手間やコストを削減できる。また、液状の菌体を固液分離装置内で添加するため、菌体が粉塵や温度変化等の周辺環境の影響を受けない。加えて、菌体を供給する菌体供給路や菌体噴出部は簡易な構成であるため、既存のスクリュープレスに容易に適用可能である。さらに、菌体は悪臭抑制効果を有しており、脱水汚泥が固液分離装置から排出される前段で添加することで、汚泥特有の悪臭によって周辺環境に悪影響を及ぼさない。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る汚泥コンポスト化システムのフロー図である。

【図2】同じく、スクリュープレスの縦断面図である。

【図3】同じく、菌体噴出部を備えるスクリュー軸の要部縦断面図である。

【図4】同じく、他の実施形態に係る菌体噴出部を備えるスクリュー軸の要部縦断面図である。

【図5】同じく、他の実施形態に係る菌体噴出部を備えるスクリュー軸の要部縦断面図である。

【図6】同じく、ベルトプレスの概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は本発明に係る汚泥コンポスト化システムのフロー図であって、汚泥供給管１と凝集剤供給管２を凝集混和槽３に連結している。凝集混和槽３には汚泥供給管１から供給される汚泥と、凝集剤供給管２から供給される凝集剤（高分子凝集剤、無機凝集剤）を混合撹拌するための凝集撹拌装置４を設けている。凝集撹拌装置４は混合撹拌できるものであれば何でもよく、本実施例では撹拌翼を用いている。

【0017】

凝集混和槽３で混合撹拌された汚泥は強固なフロック（凝集汚泥）となり、供給ポンプ５により凝集汚泥供給管６を介して固液分離装置７に供給される。凝集汚泥供給管６には固液分離装置７に供給される凝集汚泥の圧力を計測するための圧力計８を配設している。

【0018】

固液分離装置７は凝集汚泥を脱水処理できるもので、回分式ではフィルタープレス、連続式ではベルトプレス、スクリュープレス、遠心脱水機等の従来の装置を用いることができる。

【0019】

本実施例では、固液分離装置７に菌体を供給する。菌体は、菌体貯留槽９に貯留しており、菌体貯留槽９に接続した菌体供給管１０から固液分離装置７に供給される。菌体の具体的な供給方法については後段で詳述する。

【0020】

菌体は、空気の存在する高温下で活発に活動する好気性高温菌であり、種類を問わず使用できる。好気性高温菌の一例として、光合成細菌や乳酸菌酵母を中心とした微生物の複合体であるＹＭ菌（登録商標）が挙げられる。菌体は液状で保存されたものであり、菌体貯留槽９に接続した菌体供給管１０を介して後段で述べる固液分離装置７に供給される。ＹＭ菌は、汚泥発酵促進効果を有するとともに有機廃棄物の消臭効果を有するため、固液分離装置７の悪臭抑制効果も奏する。

【0021】

固液分離装置７では、凝集汚泥供給管６から供給された凝集汚泥を固液分離した後、脱水汚泥（脱水ケーキ）を生成する。生成された脱水汚泥は脱水汚泥供給管１３から堆肥化設備１６に供給される。この時、脱水汚泥に菌体が取り込まれた状態で堆肥化設備１６に送られるため、菌体が発酵促進剤となり発酵効率を高める。なお、分離したろ液はろ液貯留槽１１に接続したろ液排出管１２から外部へ排出される。

【0022】

固液分離装置７から排出される脱水汚泥は、脱水汚泥供給管１３を介して堆肥化設備１６に移送される。堆肥化設備１６は、設備内に空気を供給するブロアで構成した送気手段１５を有する公知の好気性発酵槽である。堆肥化設備１６内に好気性発酵に必要な酸素源としての空気を吹き込むことにより、好気性微生物である菌体の働きによって脱水汚泥中の有機物が分解され、有機物が減少して安定化した発酵汚泥となる。このとき、水分の蒸発により含水率が低下するが発酵汚泥はコンポスト（肥料）として利用できる程度まで完熟させる。

【0023】

堆肥化設備１６には、生成した発酵汚泥を返送する返送管１７を接続している。返送管１７は、他端を脱水汚泥供給管１３に接続しており、堆肥化設備１６に設置した図示しない含水率計の値に基づいて所定量の発酵汚泥を返送する。発酵汚泥を返送して再度堆肥化することで、発酵汚泥を所望の含水率まで低下させることが可能となり、安定した品質のコンポスト（堆肥）が得られる。このとき、汚泥の返送に伴って菌体も返送されるため、菌体を発酵促進剤として再度使用できる。

【0024】

なお、必要に応じて、堆肥化設備１６の前段に送気手段を有するホッパ（不図示）を設置し、脱水汚泥の通気性を改善した後、堆肥化設備１６へ移送する形態であってもよい。

【0025】

図２は本発明に係るスクリュープレスの縦断面図である。
スクリュープレス２２は、スクリーン２３を周部に張設した外筒２４の内部にスクリュー羽根３１を巻き掛けたスクリュー軸２５が回動自在に配設してある。スクリュー軸２５は汚泥の供給側からケーキの排出側に向かって拡径し、外筒２４とスクリュー軸２５の間に形成されるろ過室２６を供給側から排出側に向かって減少させている。

【0026】

スクリュー軸２５の後端部に連結したスクリュー駆動軸２７にスプロケット２８が嵌着してあり、スプロケット２８がスクリュー駆動装置（不図示）に連動連結してある。外筒２４に内設したスクリュー軸２５の始端部には原液供給路２９が設けてあり、ろ過室２６の始端側に供給孔３０が開口している。高分子凝集剤で調質した汚泥をスクリュー軸２５の原液供給路２９から供給孔３０を介してろ過室２６の始端部に供給し、スクリュー羽根３１で搬送しながらスクリーン２３からろ液を分離して汚泥を濃縮脱水させる。

【0027】

ろ過室２６の後端側には背圧調整用のプレッサー３２が配設してある。プレッサー３２はシリンダー等の図示しない摺動装置に連結してあり、ろ過室２６のケーキ排出口３３の開口度を調節可能としている。

【0028】

本実施形態では、スクリュー駆動軸２７の自由端側からスクリュー軸２５の後段に渡って各軸の内部に菌体供給路３４を形成しており、内部を連通させている。菌体供給路３４は、スクリュー駆動軸２７の端部に接続した菌体供給管１０に連通するとともに、後述する菌体噴出部３７に菌体を供給できる構成としてある。

【0029】

図３は本発明に係る菌体噴出部を備えるスクリュー軸の要部縦断面図である。図２、３に示すように、スクリュー軸２５の大径側の後端部に設けられたスクリュー駆動軸２７のベアリングユニット３５の突出端に公知のスイベルジョイント３６が装着されている。

【0030】

スイベルジョイント３６には菌体供給管１０が連通してある。菌体供給管１０は分岐管で構成してあり、各菌体供給管１０は菌体供給ポンプ４５側から減圧弁１０ａ、流量計１０ｂ、開閉弁１０ｃを介装させてある。スイベルジョイント３６からスクリュー羽根３１の背面３１ｂ（スクリュー軸２５の小径側の面）側に設けている菌体溜部４１に菌体供給路３４が連通し、菌体溜部４１に流入した菌体が後段で詳述する菌体噴出部３７に供給される構成としてある。

【0031】

菌体供給管１０を分岐管としたことで、各ラインから供給する菌体の供給量を個別に調整可能である。そのため、各菌体噴出部３７周辺に形成された脱水汚泥に対して適量の菌体を供給できる。

【0032】

菌体噴出部３７は、スクリュー軸２５に巻き掛けたスクリュー羽根３１の終端部から１ピッチ分における羽根の前面３１ａ（スクリュー軸２５の大径側の面）の羽根丈の中間位置（羽根丈の１／２の位置）に突設されており、スクリュー軸２５の軸心と平行になっている。また、菌体噴出部３７の側面の数か所には菌体を噴射する噴出孔３８が設けてある。側面の数か所の噴出孔３８はスクリュー軸２５の反回転方向側に設けられており、汚泥の流動方向（スクリュー軸２５の径の接線方向）に向かって菌体を噴射できる構成としている。羽根丈の中間位置から供給することで脱水汚泥のケーキ厚みの中間部から菌体が供給されるため、短時間で汚泥全体に菌体が行き渡る。

【0033】

菌体噴出部３７はスクリュー羽根３１の前面３１ａ（スクリュー軸２５の大径側の面）から突出した棒状部材で形成しており、羽根の回転に伴って棒状部材が回転することで、各菌体噴出部３７周辺に形成された脱水汚泥と菌体を混合する。これにより、菌体が脱水汚泥中に均一に取り込まれるため、別途混合機を設けて混合する必要がない。

【0034】

加えて、菌体噴出部３７をろ過室２６の後段（スクリュー羽根３１の終端部から１ピッチ分）に設けたことで、固液分離装置７内でろ液と分離されケーキ化した脱水汚泥に液状の菌体を添加できる。菌体を遊離水の少ない脱水汚泥に添加できるため、菌体がろ液とともに漏洩しない。そして、短時間で脱水ケーキに浸透するため、菌体が多量に付着した脱水汚泥を生成できる。この菌体を含んだ脱水汚泥を後段の堆肥化設備１６に供給できるため、設備内での発酵効率を向上させることが可能となる。これにより、従来のような堆肥化設備１６内での菌体添加が不要になるとともに、堆肥化設備１６内で汚泥の切り返し頻度を低減できる。

【0035】

本実施形態では、菌体噴出部３７をスクリュー羽根３１の１ピッチ当たり４か所に突設させるとともに、菌体噴出部３７の側面３か所に噴出孔３８を設けてあるが、菌体噴出部３７及び噴出孔３８の数や形状等は特定されない。加えて、菌体噴出部３７をスクリュー羽根３１の終端部から１ピッチ分に設置したが設置位置についてもこれに限定されない。

【0036】

また、菌体噴出部３７に関し、図４に示すように、スクリュー羽根３１に止着したノズルとしてもよい。菌体噴出部３７は、スクリュー軸２５内の菌体供給路３４に連通する菌体溜部４１の前面３１ａ（スクリュー軸２５の大径側の面）に取り付けてあり、菌体溜部４１から菌体を噴出できる構成としている。具体的には、菌体噴出部３７はスクリュー羽根３１の背面３１ｂから前面３１ａに貫通する噴出孔３８を有しており、菌体を羽根の前面３１ａからろ過室２６に供給できるように構成してある。

【0037】

さらに、図５に示すように、スクリュー羽根３１のピッチ間に一対の菌体噴出部３７，３７をスクリュー軸２５から放射状に突出させる形態であってもよい。この場合、スクリュー軸２５内に設けた菌体供給路３４の端部から上方（もしくは下方）に向けて一対の流路を突出させて菌体噴出部３７，３７とする。そして、各菌体噴出部３７の側面に菌体を噴射する噴出孔３８を設ける。噴出孔３８の基端からの高さは最も好ましいスクリュー羽根３１の羽根丈の１／２であるが、好ましい高さはスクリュー羽根３１の羽根丈の１／５～４／５であり、より好ましい高さは２／５～３／５である。

【0038】

菌体を噴射する噴出孔３８は菌体噴出部３７の周方向に２個設けており、噴射方向はスクリュー軸２５の径の接線方向であって、かつ、これら隣り合う噴出孔３８から噴射される菌体の噴射方向のなす角度θは、例えば６０°になるように設定してある。そして、菌体はスクリュー羽根３１の間と、スクリーン２３の内周面とスクリュー軸２５の外周面との間の中央領域に供給されるようになっている。

【0039】

なお、本実施形態では、菌体供給路３４から供給される液状の菌体を菌体噴出部３７からろ過室２６に向けて噴出する形態としたが、粉状の菌体を圧縮空気にて菌体供給路３４から供給して菌体噴出部３７から噴出させる形態としてもよい。

【0040】

また、固液分離装置７としてスクリュープレス２２を適用しているが、ベルトプレス４６、遠心脱水機等、公知の固液分離装置に適用してもよい。図６はべルトプレス４６の概略側面図であって、多数のロール４４…に巻き掛けた上下一対の無端状のろ布４３の間に汚泥を挟んで加圧脱水するものである。供給側より供給された凝集汚泥を一方のろ布４３上で濃縮した後、一対のろ布４３、４３間で挟んで圧搾脱水して脱水汚泥を生成するが、本実施形態では、一対のろ布４３、４３間に挟む直前で菌体を供給しており、菌体を含む脱水汚泥を生成できる。

【0041】

一般的に、汚泥中には発酵に有用な土壌菌が含まれているが、それだけでは発酵効率を高めることが困難であるため、本実施形態では固液分離装置７に菌体を供給している。固液分離装置７に菌体を添加することで、菌体が取り込まれた脱水汚泥を堆肥化設備１６に供給できるため、堆肥化設備１６での発酵効率を高め、短時間で安定的に発酵汚泥を生成できる。また、固液分離装置７内で圧搾されて遊離水の少ない状態の脱水汚泥に菌体を添加することで、菌体が汚泥内部に浸透して汚泥に強固に付着するため、汚泥を菌体と混合撹拌する必要がない。

【0042】

本実施例では、発酵汚泥の水分量を調整するために返送管１７から脱水汚泥供給管１３に脱水汚泥を返送しているが、返送管１７を省略し、代わりに脱水助剤となるバイオマスを供給して汚泥の脱水性を改善してもよい。その際には、図１に示すように、バイオマスを凝集混和槽３に供給し、汚泥及び凝集剤とともに混合撹拌する。

【0043】

バイオマスは、例として、流木、間伐材、木質廃材（製材の際に発生する樹皮、のこ屑、木屑や、建築物の解体材、剪定枝、バーク（樹皮））、竹などのセルロース系の繊維状物、食品系の茶粕、食物残渣等の植物性廃棄物が挙げられる。このようなバイオマスは、そのままの状態では利用価値が低く、通常は廃棄物として処分されるため、資源の再利用の観点から優れている。

【0044】

本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形実施可能である。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明の汚泥コンポスト化システムは、固液分離装置内で菌体を添加して菌体が付着した脱水汚泥を生成し、この脱水汚泥を発酵させることで菌体が汚泥の発酵を促進する技術であり、スクリュープレスに限らず、ベルトプレス、フィルタープレス等のあらゆる固液分離装置に適用できる。本発明によって短時間で安定的に発酵汚泥（コンポスト）を生成できるため、堆肥化に要する日数を短縮可能である。また、下水由来の堆肥は、植物の成長に対して必要な窒素やリン等を中心とした栄養分、ミネラル分を豊富に含むため、堆肥としてかなり有益である。

【符号の説明】

【0046】

３ 凝集混和槽
７ 固液分離装置
１６ 堆肥化設備
２２ スクリュープレス
２３ スクリーン
２４ 外筒
２５ スクリュー軸
２６ ろ過室
３１ スクリュー羽根
３４ 菌体供給路
３７ 菌体噴出部
３８ 噴出孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】