特許 7105136 有機性廃棄物の処理方法及び有機性廃棄物の処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-13

(45)【発行日】2022-07-22

(54)【発明の名称】有機性廃棄物の処理方法及び有機性廃棄物の処理システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/04 20060101AFI20220714BHJP

   C02F 11/12 20190101ALI20220714BHJP

   B09B 3/65 20220101ALI20220714BHJP

   B09B 5/00 20060101ALI20220714BHJP

【ＦＩ】

C02F11/04 A ZAB

C02F11/12

B09B3/65

B09B5/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018154759

(22)【出願日】2018-08-21

(65)【公開番号】P2020028830

(43)【公開日】2020-02-27

【審査請求日】2021-01-27

(73)【特許権者】

【識別番号】591030651

【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】片岡 直明

(72)【発明者】

【氏名】高橋 惇太

【審査官】河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５３８８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３１２８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１７０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３０６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００７８３０７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １１／００ － １１／２０

Ｃ０２Ｆ ３／２８

Ｂ０９Ｂ ３／６５

Ｂ０９Ｂ ５／００

Ｃ１２Ｍ １／１０７

Ｊａｐｉｏ－ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機性廃棄物を嫌気性消化する消化槽の前段に設けられ、前記有機性廃棄物を濃縮処理するための濃縮手段において、濃縮処理時に前記有機性廃棄物に前記消化槽の消化反応を促進させるための発酵促進剤を添加し、ＴＳ濃度３質量％以上の濃縮汚泥と濃縮分離水を得ることと、
前記発酵促進剤が添加された前記濃縮汚泥を前記消化槽に供給することと
を含む有機性廃棄物の処理方法。

【請求項2】

前記発酵促進剤がノニオン系界面活性剤を含む請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。

【請求項3】

有機性廃棄物を嫌気性消化する消化槽の前段に設けられ、前記有機性廃棄物を濃縮処理するための濃縮手段において、前記有機性廃棄物に前記消化槽の消化反応を促進させるための発酵促進剤を添加し、濃縮汚泥と濃縮分離水を得ることと、
前記発酵促進剤が添加された前記濃縮汚泥を前記消化槽に供給することと
を含み、
前記発酵促進剤を凝集剤とともに前記濃縮手段へ添加することを含む有機性廃棄物の処理方法。

【請求項4】

前記濃縮分離水を前記消化槽で処理された消化汚泥を処理する反応槽へ供給することを更に含む請求項１～３のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。

【請求項5】

有機性廃棄物に消化反応を促進させるための界面活性剤を含む発酵促進剤を添加するとともに濃縮処理し、ＴＳ濃度３質量％以上の濃縮汚泥と濃縮分離水とを得る濃縮手段と、
前記濃縮汚泥を嫌気性消化する消化槽と
を備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。

【請求項6】

有機性廃棄物に消化反応を促進させるための界面活性剤を含む発酵促進剤を添加してＴＳ濃度３質量％以上に濃縮処理した濃縮汚泥を貯留する濃縮汚泥貯槽と、
前記濃縮汚泥を嫌気性消化する消化槽と、
前記濃縮汚泥貯槽の汚泥濃度に応じて前記有機性廃棄物に供給する発酵促進剤の供給率を調整する制御装置と、
を備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機性廃棄物の処理方法及び有機性廃棄物の処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

下水汚泥、し尿・浄化槽汚泥、家畜糞尿、食品製造残渣、農業残渣、バイオマスエネルギー回収残渣等の有機性廃棄物や有機性廃液を生物処理により減容化し安定化する方法として、界面活性剤を添加する方法が知られている。

【0003】

例えば、特開平９－１１７８００号公報には、生物処理槽内の混合液又は濃縮汚泥を引抜き、この引抜汚泥を界面活性剤の存在下に加熱して可溶化処理した後、生物反応槽に移送することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－１１７８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、生物処理槽内の混合液又は濃縮汚泥を引き抜いて可溶化処理するために専用の可溶化処理槽を用いるため装置が大型化する。更に、特許文献１に記載された発明では、加熱器を用いて可溶化処理槽を加温するための熱源も必要となるため、経済面においても改善の余地がある。

【0006】

汚泥に添加剤を添加する別の方法として、例えば添加剤を直接、嫌気性消化槽に添加する方法が考えられる。しかしながら、消化槽内で処理される汚泥の濃度が高くなるほど汚泥の粘性が高くなるため、消化槽内で添加剤が速やか且つ十分に混合されなくなる場合がある。また、添加剤の不完全な混合により消化槽内で発泡が起こりやすくなるという問題もある。その結果、消化槽内での汚泥性状や消化ガスの発生が安定せず、消化率も十分に向上しない場合がある。

【0007】

上記課題を鑑み、本発明は、装置を小型化でき、消化槽内の汚泥性状や消化ガスの発生を安定化し、消化槽の消化率を向上可能な有機性廃棄物の処理方法及び有機性廃棄物の処理システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために本発明者らが鋭意検討した結果、消化槽に供給するための有機性廃棄物を濃縮処理時に、消化槽の消化反応を促進するための発酵促進剤を添加することが有効であるとの知見を得た。

【0009】

以上の知見を基礎として完成した本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理方法は一側面において、有機性廃棄物を嫌気性消化する消化槽の前段に設けられ、有機性廃棄物を濃縮処理するための濃縮手段において、有機性廃棄物に消化槽の消化反応を促進させるための発酵促進剤を添加し、濃縮汚泥と濃縮分離水を得ることと、発酵促進剤が添加された濃縮汚泥を消化槽に供給することとを含む有機性廃棄物の処理方法が提供される。

【0010】

本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理方法は一実施態様において、発酵促進剤がノニオン系界面活性剤を含む。

【0011】

本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理方法は別の一実施態様において、発酵促進剤を凝集剤とともに濃縮手段へ添加することを含む。

【0012】

本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理方法は別の一実施態様において、濃縮分離水を消化槽で処理された消化汚泥を処理する反応槽へ供給することを更に含む。

【0013】

本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理方法は別の一実施態様において、濃縮手段が、消化槽へ供給される有機性廃棄物をＴＳ濃度３質量％以上に濃縮することを含む。

【0014】

本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システムは別の一側面において、有機性廃棄物を濃縮処理し、濃縮汚泥と濃縮分離水とを得る濃縮手段と、濃縮汚泥を嫌気性消化する消化槽と、濃縮手段に供給された有機性廃棄物に、消化槽の消化反応を促進させるための発酵促進剤を添加する発酵促進剤添加手段とを備える有機性廃棄物の処理システムが提供される。

【0015】

本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システムは更に別の一側面において、有機性廃棄物を濃縮処理した濃縮汚泥を貯留する濃縮汚泥貯槽と、濃縮汚泥を嫌気性消化する消化槽と、有機性廃棄物に消化槽の消化反応を促進させるための発酵促進剤を添加する発酵促進剤添加手段と、濃縮汚泥貯槽の汚泥濃度に応じて有機性廃棄物に供給する発酵促進剤の供給率を調整する制御装置と、を備える有機性廃棄物の処理システムが提供される。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、装置を小型化でき、消化槽内の汚泥性状や消化ガスの発生を安定化させ、消化槽の消化率を向上可能な有機性廃棄物の処理方法及び有機性廃棄物の処理システムが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システムの一例を示す概略図である。

【図2】本発明の実施の形態の変形例に係る有機性廃棄物の処理システムの一例を示す概略図である。

【図3】従来の嫌気性処理方法を行う処理システムを表す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。また、以下の実施の形態において「％」は、特に記載の無い場合は質量％を意味するものとする。

【0019】

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システムは、有機性廃棄物を濃縮処理し、濃縮汚泥と濃縮分離水とを得る濃縮手段２０と、濃縮汚泥を嫌気性消化する消化槽３０と、濃縮手段２０に供給された有機性廃棄物に、消化槽３０の消化反応を促進させるための発酵促進剤を添加する発酵促進剤添加手段１０とを備える。

【0020】

処理対象とする有機性廃棄物としては、例えば、下水汚泥、し尿・浄化槽汚泥、家畜糞尿、食品製造残渣、農業残渣、バイオマスエネルギー回収残渣などの有機性廃棄物や有機性廃液などが利用でき、これらを単一で又は複数種類混合させることができる。これらの中でも、有機性廃棄物の収集・運搬に適した管路網が構築されている点から、下水汚泥を利用することが好ましい。以下、本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物を下水汚泥又は汚泥とも称する。

【0021】

使用される汚泥は、下水試験方法（公益社団法人日本下水道協会、２０１２年版）で示される蒸発残留物（ＴＳ）濃度が１質量％～２５質量％であることが好ましく、２質量％～２０質量％であることがより好ましく、３質量％～１５質量％であることがさらに好ましい。ＴＳ濃度が１質量％以上であれば、消化槽３０を大きくし過ぎる必要がない。ＴＳ濃度が２５質量％以下、更には１５質量％以下であれば、発酵阻害が生じ難い。

【0022】

濃縮手段２０は、原料となる汚泥を消化槽３０の処理に適したＴＳ濃度に濃縮するための装置である。濃縮手段２０は、重力濃縮、遠心濃縮、浮上濃縮、ベルトろ過濃縮、スクリーン濃縮等を行って、汚泥を濃縮処理する。図１の例では、汚泥濃縮槽２１において濃縮処理が行われ、濃縮処理により得られた濃縮汚泥を濃縮汚泥貯槽２２に貯留する例が示されているが、この構成に限定されないことは勿論である。

【0023】

例えば、消化槽３０にウィッジワイヤースクリーン、バースクリーン等の機械濃縮を行う濃縮手段２０が併設され、濃縮手段２０で得られた濃縮汚泥をそのまま消化槽３０へ投入可能な場合は、濃縮汚泥を貯留するための濃縮汚泥貯槽２２を省略することもできる。消化槽３０に併設された濃縮手段（図示せず）を用いることで、処理システム全体を小型化することができる。

【0024】

濃縮手段２０では、投入される汚泥に対し、ポリ硫酸第二鉄、ＰＡＣ、硫酸バンドなどの無機系凝集剤または有機高分子凝集剤等を単独又は組み合わせて添加してもよい。この際、消化槽３０の消化（メタン発酵）反応を促進するための発酵促進剤を凝集剤とともに供給することが好ましい。発酵促進剤を凝集剤とともに供給することで、発酵促進剤を供給するための専用の装置を設ける必要がなく、装置を小型化及び簡略化することができる。凝集剤の薬注率は、消化槽３０へ供給される有機性廃棄物の蒸発残留物量（ＴＳ）に対する薬剤純分の添加率が０．０５～１０質量％となるように添加されることが好ましく、より好ましくは０．１～５．０質量％、更には０．１５～０．５質量％となるように添加することができる。

【0025】

発酵促進剤添加手段１０は、例えば、貯留槽と配管及びポンプ等から構成されている。発酵促進剤としては、有機性廃棄物を減容化するとともに消化槽３０における嫌気性消化反応を促進して消化ガスをより多く発生させるための添加剤が用いられる。発酵促進剤添加手段１０は、濃縮汚泥貯槽２２に発酵促進剤を添加してもよい。

【0026】

発酵促進剤としては、バイオガスの生成を促進させる効果を有する組成物であれば特に制限されないが、可溶化剤、乳化剤、界面活性剤、酵素剤、発酵生産代謝物などが挙げられる。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤などの種々の界面活性剤を用いることができる。中でも、ノニオン系界面活性剤は、微生物に対して影響が少なく、有機性廃棄物内の浮遊物質（ＳＳ）の界面に吸着しやすく、低起泡性で安定性や刺激性が低いという性質を有する。そのため、本実施形態に用いられる発酵促進剤としては、ノニオン系界面活性剤を用いることが好ましい。また、ノニオン系界面活性剤は、安価な製造手法で大量に提供されており、かつ少量の添加量でバイオガス生成の促進作用を発揮でき、また、メタン発酵微生物への発酵阻害を及ぼし難い性質でもあることから、発酵促進剤として好ましい。

【0027】

ノニオン系界面活性剤が濃縮手段２０へ投入されることにより、ノニオン系界面活性剤が濃縮汚泥側へ吸着され、消化槽３０へ投入されるため、消化槽３０へ直接、発酵促進剤を添加する場合に比べて、消化槽３０内の汚泥状態を消化槽３０内全体で均一化することができる。これにより、消化槽３０内の汚泥の状態や消化ガスの発生が安定化し、消化槽３０内の汚泥性状の変動による消化率の低下を抑制できる。また、ノニオン系界面活性剤は濃縮汚泥側へ吸着する性質を有するため、消化槽３０の前段の濃縮手段２０においてノニオン系界面活性剤を添加したとしても、濃縮分離水側へ排出されるノニオン系界面活性剤の量は極微量であり、添加剤のロスも少ない。

【0028】

ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、脂肪酸メチルエステルアルコキシレート、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、アルキルグリコシド等が利用できる。これらは可溶化力、乳化力、及び分散性に優れ、一部は食品添加物としても許可されており、分解可能であることから安全性の高い発酵促進剤として本実施形態に適用できる。

【0029】

また、生物が生産する天然系界面活性剤であるバイオサーファクタントは、微生物作用によって分解されることから地球環境に優しく、安全性に優れ、メタン発酵微生物への発酵阻害も及ぼし難いことから、発酵促進剤として適用することが可能である。例えば、植物系のサポニンやレシチン、動物系のキチン・キトサン、酵母によって生産されるマンノシルエリスリトールリピッドやソホロリピッドを適用できる。発酵促進剤としてバイオサーファクタントを用いる場合、その生産品は高純度に精製する必要はなく、粗精製品で促進剤として使用できる点が大きな特長である。

【0030】

発酵促進剤の溶液濃度は、１０～１００質量％であることが好ましく、２０～１００質量％であることがより好ましく、３０～９０質量％がさらに好ましい。発酵促進剤の溶液濃度が低いと運搬費が高くなり、注入設備も大きくなり、微生物汚染も受け易くなる場合がある。一方、発酵促進剤の溶液濃度が高すぎると、粘度も高くなりハンドリングが煩雑になりポンプ供給が難しくなる場合もある。

【0031】

発酵促進剤としての成分添加量（薬注率）は、消化槽３０へ供給される有機性廃棄物の蒸発残留物量（ＴＳ）に対する薬剤純分の添加率が０．０５質量％～５質量％となるように調整されることが好ましく、０．１質量％～３質量％であることがより好ましく、０．１質量％～２質量％、更には０．１質量％～１．５質量％であることが好ましい。発酵促進剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。これらの添加条件は、対象の有機性廃棄物や処理目標に応じて、発酵促進剤の種類とおよその添加率を予め回分試験などで把握しておくのが好ましい。

【0032】

発酵促進剤に用いられる界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤以外の炭化水素系界面活性剤でも適用が可能である。アニオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩、アルキルエーテルカルボン酸塩、Ｎ－アシルアミノ酸塩、アルカンスルホン酸塩、α－オレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩を適用できる。カチオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪酸アミドアミン塩、ジアルキル型４級アンモニウム塩が適用可能である。また、両性界面活性剤としては、例えば、アルキルアミノ酸塩、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルジメチルアミノスルホベタインを適用できる。これらの炭化水素系界面活性剤は、１種類を単独使用する場合の他に、２種類以上の成分を混ぜ合わせて用いることも可能である。また、工水、有機溶剤、キレート剤、ｐＨ調整剤、栄養剤、発酵抽出物、消泡剤等の任意の物質を含有する方法でも使用できる。

【0033】

消化槽３０は、濃縮汚泥を嫌気性消化処理することにより、メタンガスを含むバイオガスと消化汚泥（又は発酵液）とを発生させる反応槽である。消化槽３０としては、特に限定されないが、完全混合型消化槽を用いることが好ましい。消化槽３０の消化温度は、２０～７０℃、好ましくは３０～６０℃である。消化槽３０は、槽内液の均質化や温度分布の均一化とともに、槽内汚泥中から発生するバイオガスを回収し、スカムの発生を防止して安定処理を確保するために撹拌が必須である。

【0034】

撹拌方法としては、機械撹拌方式を用いることが最も効果的であるが、設備環境や処理条件に応じて、ポンプ撹拌方式又はガス撹拌方式を付属させることも効果的である。これらの要件を備えた水密かつ気密な構造の消化槽３０であれば、鉄筋コンクリート造または鋼板製のいずれで製造されてもよく、既設の嫌気性消化槽を処理条件に合わせて改造等することによっても適用可能である。

【0035】

消化槽３０内には、好ましくはＴＳ濃度が１～１２質量％（１０～１２０ｇ／Ｌ）、より好ましくは３質量％以上（３０ｇ／Ｌ以上）、典型的には３～１２質量％（３０～１２０ｇ／Ｌ）、更に典型的には３～１０質量％（３０～１００ｇ／Ｌ）、より更に典型的には３．５～９質量％（３５～９０ｇ／Ｌ）の濃縮汚泥が投入される。

【0036】

特に、消化槽３０にＴＳ濃度３質量％以上（３０ｇ／Ｌ以上）の濃縮汚泥が投入されることで、高濃度の汚泥を小容量で処理することができ、小容量の消化槽３０から多量のバイオガスを発生させることができる。また、高濃度の有機性廃棄物を処理する際において、発酵促進剤が添加された濃縮汚泥が供給されることで、消化槽３０内で処理される汚泥の粘性を下げることができるため、撹拌動力が少なくてすみ、経済的且つ安定的な処理が行える。

【0037】

消化槽３０で生成した消化汚泥（又は発酵液）は、汚泥貯留槽４０で貯留され、貯留された消化汚泥は、排液処理装置５０において好気性処理が行われた後、脱水装置６０へ供給して脱水処理することにより、脱水汚泥と脱水ろ液が得られる。脱水ろ液は濃縮手段２０で得られた濃縮分離水と混合され、処理水として外部へ排出される。

【0038】

濃縮手段２０で得られた濃縮分離水は、消化槽で処理された消化汚泥を処理する反応槽（汚泥貯留槽４０、排液処理装置５０及び脱水装置６０）へ添加される。これにより、消化汚泥のＭアルカリ度が低減されるため、汚泥脱水時に使用する高分子凝集剤の薬剤添加率軽減或いは脱水ケーキの低含水率化という効果が得られる。

【0039】

一方、消化槽３０で発生したバイオガスは脱硫塔７０において脱硫処理が行われた後、バイオガスタンク８０で貯留される。バイオガスタンク８０で貯留されたバイオガスは、発電手段１００へ送られて発電に利用される。発電手段１００で発生した熱を消化槽３０の加熱又は加温に利用することで、エネルギーを有効利用することができる。バイオガスタンク８０に貯留されるバイオガス量が貯留可能な範囲を超えた場合は、バイオガスタンク８０から余剰ガス燃焼装置９０へ余剰のバイオガスが送られ、バイオガスタンク８０の貯留範囲を超えないようにする。

【0040】

本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システム及び処理方法によれば、消化槽３０へ投入する有機性廃棄物に消化槽３０の消化反応を促進させる発酵促進剤が添加されることで、バイオガス発生量を増大させることができる。これにより、発電手段１００における発電量を増加させることができ、電気売却費を増大させることができる。

【0041】

更に、消化槽３０内で高濃度（例えばＴＳ濃度が３質量％（３０ｇ／Ｌ）以上）の濃縮汚泥を処理する場合において、ノニオン系界面活性剤を含む発酵促進剤の添加により、汚泥の粘性が高くなることを抑制できるため、撹拌に必要な動力が少なくて済む。

【0042】

更に、消化槽３０内で高濃度（例えばＴＳ濃度が３質量％（３０ｇ／Ｌ）以上）の濃縮汚泥を処理する場合においては、濃縮汚泥の粘度が高いため、消化槽３０内に発酵促進剤を直接添加することにより、発酵促進剤が消化槽３０内で速やか且つ均一に分散しない場合がある。本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システム及び処理方法によれば、消化槽３０の前段にある濃縮手段２０において発酵促進剤が添加されることで、発酵促進剤の汚泥への混合をより均一に行うことができ、消化槽３０内での発泡リスクも回避できる。更に、発酵促進剤を添加して可溶化などの前処理を行うための特別な装置を用いる必要がないため、装置全体が小型化できる。

【0043】

更に、本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システム及び処理方法によれば、消化槽３０へ投入する有機性廃棄物に消化槽３０の消化反応を促進させる発酵促進剤が添加されることで、バイオガス発生量を増大させることができる。これにより、発電手段１００における発電量を増加させることができ、電気売却費を増大させることができる。

【0044】

（変形例）
本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理システムは、図２に示すように、原水槽１１から供給された有機性廃棄物を濃縮処理した濃縮汚泥を貯留する濃縮汚泥貯槽２２の汚泥濃度に応じて、発酵促進剤添加手段１０から濃縮手段２０へ供給する発酵促進剤の供給率を調整するための制御装置１２を更に備える。

【0045】

濃縮汚泥貯槽２２の汚泥濃度は、例えば濃縮汚泥貯槽２２内に配置された検知手段２２ａなどによって、濃縮汚泥貯槽２２内の濃縮汚泥の汚泥濃度を連続的に検知するようにしてもよい。或いは、濃縮汚泥貯槽２２内の濃縮汚泥の一部を図示しないサンプリング手段を介してサンプリングすることにより測定してもよい。制御装置１２は、濃縮汚泥貯槽２２内の濃縮汚泥の汚泥濃度に応じて、制御装置１２が、消化槽３０において消化ガスをより多く得られるようにし、且つ消化槽３０での発泡を抑制することができる程度の発酵促進剤の供給率を決定する。

【0046】

発酵促進剤の供給率は、例えば、濃縮汚泥の汚泥濃度、消化汚泥の汚泥濃度、消化汚泥中の粗浮遊物比率、投入汚泥量に対する消化ガス発生率などに対する発酵促進剤の最適な供給率が予め規定されており、濃縮汚泥の汚泥濃度、消化汚泥の汚泥濃度、消化汚泥中の粗浮遊物比率、投入汚泥量に対する消化ガス発生率などの変動に応じて、制御装置１２が、その発酵促進剤の最適な供給率を比例計算すること等によって決定することができる。制御装置１２の決定結果に基づいて、発酵促進剤添加手段１０により発酵促進剤の供給率を制御することができる。

【0047】

このように、制御装置１２が濃縮汚泥貯槽２２内の汚泥濃度、消化汚泥の汚泥濃度、消化汚泥中の粗浮遊物比率、投入汚泥量に対する消化ガス発生率に基づいて発酵促進剤の最適な供給率を制御することで、供給される有機性廃棄物の濃度変動に関わらず、常に適切な量の発酵促進剤を添加することができるため、濃縮汚泥の濃度変動が生じる場合においても、消化槽内の汚泥性状を安定化して、消化ガスを安定して発生させることができる。

【0048】

また、発酵促進剤として例えば界面活性剤等を使用する場合、界面活性剤を含有する濃縮汚泥から多量の泡が発生し、安定した処理が困難になる場合がある。本発明の実施の形態の変形例に係る有機性廃棄物の処理システム及び処理方法によれば、制御装置１２が、発酵促進剤の供給率を自動的に調整することにより、消化槽３０、及び消化槽３０よりも後段の各処理設備における泡の発生を抑制することができるため、装置内における発泡が懸念される界面活性剤等を添加した場合においても、長期間より安定した処理を行うことができるようになる。

【0049】

また、図２に示すように、濃縮汚泥貯槽２２の他にも、濃縮汚泥貯槽２２の前段に接続された汚泥濃縮槽２１に対しても、汚泥濃縮槽２１の内部の状態（汚泥濃度、温度、気泡発生量、粘度、粗浮遊物比率の少なくともいずれか）を検知する検知手段２１ａを設け、その状態に応じて発酵促進剤の添加率を制御装置１２が制御することもできる。

【0050】

消化槽３０で得られた消化汚泥は、凝集槽４５へ供給されることができる。凝集槽４５では、凝集剤が添加されて凝集処理が行われ、凝集汚泥が得られる。凝集汚泥は、濃縮槽５５へ供給されて濃縮汚泥と濃縮分離水が得られる。濃縮汚泥は脱水装置へ供給されて脱水汚泥と脱水分離水が得られる。脱水汚泥はコンベアなどを介して外部へと搬出される。脱水分離水は脱窒槽１１１と硝化槽１１２とを備える硝化・脱窒装置１１０へ供給されて、硝化・脱窒処理が行われる。

【0051】

硝化槽１１２内には分離膜モジュール１１３が配置されており、分離膜モジュール１１３から処理水が分離される。処理水の一部は分離膜モジュール１１３の処理水排出管に接続された希釈液供給配管１１４を介して凝集槽４５へ供給できるようになっている。また、脱水装置６０で得られた脱水分離水の一部も、脱水分離水の硝化・脱窒装置１１０への供給管に接続された希釈液供給配管１１５を介して凝集槽４５へ供給できるようになっている。

【0052】

消化槽３０及び凝集槽４５には、それぞれ検知手段３０ａ、４５ａとして水位計等が設けられており、消化槽３０及び凝集槽４５内の泡立ちをモニタできるようになっている。制御装置１２は、消化槽３０及び凝集槽４５の検知手段３０ａ、４５ａの泡立ちのモニタ結果に応じて、気泡の発生が見られた場合、或いは気泡の発生量が基準値よりも多いと検出された場合に、脱水装置６０からの脱水分離水及び硝化・脱窒装置１１０からの処理水の少なくともいずれかを、希釈水として供給するとともにその供給流量を調整することができる。

【0053】

発酵促進剤として界面活性剤を用いた場合、特に、界面活性剤を混合した濃縮汚泥は、汚泥の混合撹拌不足等によって発泡しやすくなるため、消化槽３０及びそれ以降の各設備において気泡が生じやすくなる。多量の泡が生じた場合には、その泡を取り除く為の処理を行わなければならない場合がある。本発明の実施の形態の変形例に係る有機性廃棄物の処理システム及び処理方法によれば、消化槽３０及び凝集槽４５内に発泡を検知するための水位計などからなる検知手段３０ａ、４５ａを設ける。そして、消化槽３０及び凝集槽４５内に発泡が生じた場合には、希釈液供給配管１１４、１１５を介して凝集槽４５へ希釈水を供給する。これにより、凝集槽４５以降の各処理設備に混入する発酵促進剤の濃度を希釈水により低くして、各処理設備内における発泡を抑制することができる。更に、制御装置１２が濃縮汚泥貯槽２２内の汚泥濃度、温度、気泡発生量、粘度、粗浮遊物比率などに基づいて、発酵促進剤の最適な供給率を制御することで、消化槽３０内での発泡を抑制することができる。

【0054】

このように、本実施形態は本開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲において変形し具体化し得るものである。

【実施例】

【0055】

以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例は本実施形態及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

【0056】

本実施例に係る汚泥濃縮と嫌気性消化について、２ヶ所の下水処理場で採取した汚泥について室内試験を行った。Ａ下水処理場で採取した混合生汚泥、Ｂ下水処理場で採取した初沈濃縮汚泥と余剰汚泥とを混合した混合生汚泥の２つを使用した。

【0057】

凝集剤として、水ｉｎｇ株式会社製のカチオン系高分子凝集剤エバグロースＣ－１０４Ｇを、０．２ｗ／ｖ％の濃度に溶解調整して試験に用いた。発酵促進剤として、水ｉｎｇ株式会社製の発酵促進剤ユーサワーＭ－１０００（脂肪酸ポリオキシエチレン類のノニオン系界面活性剤）を、３０ｗ／ｖ％の濃度に溶解調整して試験に用いた。

【0058】

（汚泥濃縮試験方法）
汚泥濃縮試験では、バケツに採取した各混合生汚泥に凝集剤を加え、その後に発酵促進剤を添加して混合及び撹拌し、汚泥凝集状態を目視確認後、呼び寸法１ｍｍ、直径３０ｃｍのふるいに移して濃縮汚泥と濃縮分離水とを得た。凝集剤のみを用いた場合の汚泥濃縮を比較例とした。薬剤の添加率（薬注率）は、凝集剤、発酵促進剤共に、ＴＳ（Ｔｏｔａｌ Ｓｏｌｉｄｓ、蒸発残留物）あたりの薬剤純分の添加率％として表現した。例えば、ＴＳ濃度１０ｇ／Ｌの汚泥１リットルに、純分として０．２ｇの薬剤を添加した場合、薬注率は２．０％（対ＴＳ）となる。

【0059】

（汚泥性状分析方法）
汚泥濃縮処理の性能解析は下記の条件で行った。
・ＴＳ（Ｔｏｔａｌ Ｓｏｌｉｄｓ、蒸発残留物）；１０５℃蒸発残留物質量（下水試験方法）
・ＶＳ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｓｏｌｉｄｓ、強熱減量）；６００℃強熱減量（下水試験方法）
・ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ、懸濁物質）；遠心分離機による回転数３０００ｒｐｍ、１０分間での沈殿物質量（下水試験方法）
・ＶＳＳ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ、揮発性懸濁物質）；懸濁物質の６００℃強熱減量（下水試験方法）
・粗浮遊物；呼び寸法７４μｍふるいでの残留物の強熱減量分析（下水試験方法）
・Ｍアルカリ度；遠心分離機による回転数３，０００ｒｐｍ、３分間での上澄液を０．１ｍｏｌ／Ｌの塩酸溶液でｐＨ４．８まで滴定（下水試験方法）
・ＣＯＤ_Cr（化学的酸素消費量）；重クロム酸カリウム法
・ＣＯＤ_Mn（化学的酸素消費量）；過マンガン酸カリウム法（下水試験方法）
・ＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）；ＢＯＤ用電極法（下水試験方法）
・溶解性画分；ＧＦ／Ｂ（１μｍ）でのろ液

【0060】

Ａ下水処理場の混合生汚泥を処理した場合を表１に示す。Ａ下水処理場の混合生汚泥の場合、従来の凝集剤のみによる汚泥濃縮方法では、凝集剤の薬注率が０．４４％ｔｏＴＳで、濃縮汚泥ＴＳ濃度６８．０ｇ／Ｌ、ＳＳ回収率９６．５％であった（比較例１）。これに対して、実施例１の凝集剤の薬注率が０．３３％ｔｏＴＳ、発酵促進剤の薬注率が０．１３％ｔｏＴＳとした場合の汚泥濃縮は、汚泥状態良好であり、濃縮汚泥ＴＳ濃度６７．６ｇ／Ｌ、ＳＳ回収率９７．２％であり、汚泥濃縮性能としては比較例１とほぼ同等であった。これより、凝集剤に加えて発酵促進剤を添加しても、汚泥濃縮処理には悪影響を及ぼさないことが分かる。

【0061】

【表1】

【0062】

Ｂ下水処理場の混合生汚泥を処理した場合を表２に示す。Ｂ下水処理場の混合生汚泥の場合、従来の凝集剤のみによる汚泥濃縮方法では、凝集剤の薬注率が０．４５％ｔｏＴＳで、濃縮汚泥ＴＳ濃度７５．０ｇ／Ｌ、ＳＳ回収率９８．３％であった（比較例２）。これに対して、実施例２の凝集剤の薬注率が０．３５％ｔｏＴＳ、発酵促進剤の薬注率が０．１２％ｔｏＴＳで汚泥濃縮した場合は、汚泥状態良好であり、濃縮汚泥ＴＳ濃度７５．６ｇ／Ｌ、ＳＳ回収率９８．６％であり、Ｂ下水処理場汚泥の場合も汚泥濃縮性能は比較例２とほぼ同等であった。これより、凝集剤に加えて発酵促進剤を添加しても、汚泥濃縮処理に悪影響を及ぼさないことが分かる。

【0063】

【表2】

【0064】

次に、実施例１及び２、比較例１及び２で得られた濃縮汚泥について、嫌気性消化試験を行い、濃縮汚泥からの消化ガスの発生率を解析した。

【0065】

（嫌気性消化試験方法）
容量７２０ｍＬのバイアル瓶に、Ｂ下水処理場から採取した嫌気性消化汚泥３００ｍＬに実施例１及び２、比較例１及び２で得られた濃縮汚泥１０ｇをそれぞれ投入し、バイアル瓶の気相部を窒素ガスで置換後、ゴム栓とアルミシールで密封した。密封したバイアル瓶は、３５℃で１時間振とう培養し、膨張したガスをガラスシリンジで採取、排出した。その後、温度３５℃、振とう速度１２０ｒｐｍで３週間消化試験を行なった。この間、２日～５日毎に消化ガスの発生量をガラスシリンジを用いて計測するとともに、その消化ガスのＣＨ₄／ＣＯ₂組成をガスクロマトグラフで定量分析した（ジーエルサイエンス社製ＧＣ－３２３型、検出器：ＴＣＤ、ＴＣＤ電流値：５０Ａ、分離カラム：Ｕｎｉｂｅａｄｓ Ｃ６０／８０、カラム温度：１５０℃、キャリアガス：アルゴン）。表３に各濃縮汚泥の嫌気性消化試験結果を示す。

【0066】

【表3】

【0067】

実施例１のＡ下水処理場の濃縮汚泥の嫌気性消化では、消化ガスの発生率が０．４２７Ｌ／濃縮汚泥ｇＶＳで、比較例１の従来の高分子凝集剤のみによる濃縮汚泥での消化ガスの発生率が１１．２％増加した。

【0068】

実施例２のＢ下水処理場の濃縮汚泥の嫌気性消化では、消化ガス発生率が０．４０１Ｌ／濃縮汚泥ｇＶＳで、比較例２の従来の高分子凝集剤のみによる濃縮汚泥での消化ガス発生率が１１．７％増加した。表３に示すように、発酵促進剤を凝集剤とともに添加することで、従来と同等性能以上に汚泥濃縮することができるとともに、濃縮汚泥からの消化ガス発生率を１１％程度増加させることができ、従来に比べて消化槽の消化率を向上できることが分かる。

【0069】

（有機性廃棄物の処理システムにおける処理）
図１に基づいて、下水処理場において下水汚泥３５ｍ³／日の嫌気性消化処理を行った。下水汚泥は重力濃縮した初沈濃縮汚泥と余剰汚泥に対して以下の処理条件で汚泥濃縮を実施したところ、有効容積２００ｍ³程度の小型の嫌気性消化装置で約１９０ｍ³／日もの消化ガスを発生させることができ、従来の方法よりも１５％の消化ガス量増加となった。
なお、下水汚泥濃縮を行わない嫌気性消化方法の場合、通常のＨＲＴ（水理学的滞留時間）２０～３０日の嫌気性消化処理で容量７００～１，０５０ｍ³規模の消化装置を要する。

【0070】

－処理条件－
下水汚泥量（初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥） ３５ｍ³／日
（初沈汚泥：ＴＳ濃度３８．８ｇ／Ｌ、余剰汚泥：ＴＳ濃度９．３ｇ／Ｌ（０．９３質量％）、混合汚泥：ＴＳ濃度１４．７ｇ／Ｌ）
汚泥貯槽 ５ｍ³×１槽
固液分離装置
スリット型濃縮機 スクリーンスリット幅１．０ｍｍ、背圧板付帯
カチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万、溶液濃度２．０ｇ／L）注入量０．８８ｍ³／日
発酵促進剤（ノニオン界面活性剤ユーサワーＭ－１０００、溶液濃度３０ｇ／L）注入量０．０２２ｍ³／日）
高分子凝集剤注入率 ０．３４％（対ＴＳ比）
発酵促進剤注入率 ０．１３％（対ＴＳ比）
汚泥濃縮物量 ７．６ｔ／日（ＴＳ濃度６８ｇ／Ｌ（６．８質量％）、ＶＳ８５％）
分離液量 ２８．３ｍ³／日（ＳＳ濃度２６０ｍｇ／Ｌ）
ＳＳ回収率 ９８％
嫌気性消化装置（縦型機械式攪拌機）
嫌気性消化装置への投入量 ７．６ｍ³／日
ＨＲＴ ２６日
ＶＳ容積負荷 ２．２ｋｇＶＳ／ｍ³・日
有効容積 ２００ｍ³
水温 ３５℃
嫌気性消化汚泥の凝集処理
スリット型濃縮機（スクリーンスリット幅１．０ｍｍ）
汚泥分離液の混合量 ４．０ｍ³／日（Ｍアルカリ度１８０ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ）
カチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万）注入率１．９％（対ＳＳ比）
脱水機 スクリュープレス型脱水機

【0071】

－従来法の処理結果－
図３の従来方法に従い、上記と同じ下水汚泥について同じカチオン性高分子凝集剤を用い、高分子凝集剤注入率０．４１％（対ＴＳ比）、同じスリット型濃縮機で濃縮し（濃縮汚泥ＴＳ濃度６８ｇ／Ｌ、分離液ＳＳ濃度２２０ｍｇ／Ｌ）、濃縮汚泥処理量７．６ｔ／日で嫌気性消化した場合、消化ガス発生量１６５ｍ³／日（ＮＴＰ）、メタンガス濃度６２％で、消化ガス発生率は０．３８ｍ³／濃縮汚泥ｋｇＶＳ（ＮＴＰ）であった。嫌気性消化汚泥性状は、ｐＨ７．４、ＴＳ濃度３２ｇ／Ｌ、ＶＳ７０％、ＳＳ濃度２７ｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度４，１８０ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ、粗浮遊物含有率９．８％（対ＳＳ比）、汚泥粘度７３０ｍＰａ・ｓであった。

【0072】

－本実施例の処理結果－
嫌気性消化汚泥性状（ｐＨ７．４、ＴＳ濃度３１ｇ／Ｌ、ＶＳ６８％、ＳＳ濃度２６ｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度４，３７０ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ、粗浮遊物含有率８．６％（対ＳＳ比）、汚泥粘度６２０ｍＰａ・ｓ）
消化ガス発生量 １９０ｍ³／日（ＮＴＰ）
メタンガス発生量 １１７ｍ³／日（ＮＴＰ）
メタンガス濃度 ６２％
消化ガス発生率 ０．４３ｍ³／濃縮汚泥ｋｇＶＳ（ＮＴＰ）
脱水ケーキ発生量 ０．９ｔ／日（含水率７９％）
廃水量 １２．５ｍ³／日

【0073】

【表4】

【0074】

本実施例によれば、従来の処理システムよりも消化ガス量が１５％増加しており（本実施例の消化ガス発生量１９０ｍ³／日÷従来法の消化ガス発生量１６５ｍ³／日＝１．１５）、消化汚泥性状の比較からも発酵促進剤により嫌気性消化が促進されているといえる。また、消化汚泥中の溶解性ＣＯＤ_Cr、溶解性ＣＯＤ_Mn濃度が、従来法よりも本実施例の方が低くなっており、発酵促進剤による消化反応の促進が認められ、溶解性成分として残留していないことも示唆される。

【0075】

更に、図２の処理システムに従い、濃度変動の大きい下水汚泥の嫌気性消化処理を行った場合も、濃縮汚泥貯槽内の汚泥濃度と消化槽内の汚泥濃度と粘度データを基に発酵促進剤の供給率を適正に保持、制御することが可能で、消化槽３０内の発泡も一切認められなかった。

【0076】

なお、上記の本発明の実施例と比較例より、本発明に掲げた発酵促進剤は、有機性廃棄物中の懸濁成分や粗浮遊物の発酵を促進する作用に主要に働いているものと推測される。

【符号の説明】

【0077】

１０…発酵促進剤添加手段
１１…原水槽
１２…制御装置
２０…濃縮手段
２１…汚泥濃縮槽
２１ａ…検知手段
２２…濃縮汚泥貯槽
２２ａ…検知手段
３０…消化槽
３０ａ…検知手段
４０…汚泥貯留槽
４５…凝集槽
４５ａ…検知手段
５０…排液処理装置
５５…濃縮槽
６０…脱水装置
７０…脱硫塔
８０…バイオガスタンク
９０…余剰ガス燃焼装置
１００…発電手段
１１０…硝化・脱窒装置
１１１…脱窒槽
１１２…硝化槽
１１３…分離膜モジュール
１１４…希釈液供給配管
１１５…希釈液供給配管

【図1】

【図2】

【図3】