(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】2023-06-15
(45)【発行日】2023-06-23
(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装置
(51)【国際特許分類】
C02F 11/04 20060101AFI20230616BHJP
C02F 1/58 20230101ALI20230616BHJP
C02F 1/44 20230101ALI20230616BHJP
C02F 3/28 20230101ALI20230616BHJP
B09B 3/65 20220101ALI20230616BHJP
B09B 101/70 20220101ALN20230616BHJP
【ＦＩ】
C02F11/04 A ZAB
C02F1/58 J
C02F1/58 P
C02F1/58 R
C02F1/44 F
C02F3/28 Z
B09B3/65
B09B101:70
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2022071887
(22)【出願日】2022-04-25
(62)【分割の表示】P 2018077080の分割
【原出願日】2018-04-12
(65)【公開番号】P2022106842
(43)【公開日】2022-07-20
【審査請求日】2022-04-25
(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】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】飯倉 智弘
(72)【発明者】
【氏名】萩野 隆生
(72)【発明者】
【氏名】島本 仙
(72)【発明者】
【氏名】島村 和彰
(72)【発明者】
【氏名】古賀 大輔
【審査官】▲高▼橋 明日香
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２１７６４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第５７０５３５９（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０１６－１７２２３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０６１２７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／０４１００９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－００６４０５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ １１／００－１１／２０
Ｃ０２Ｆ １／４４
Ｃ０２Ｆ １／５８－１／６４
Ｃ０２Ｆ ３／２８－３／３４
Ｂ０９Ｂ ３／００－３／８０
Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リン、窒素及びマグネシウムを含有する有機性廃棄物の処理方法であって、有機性廃棄物をメタン発酵装置においてメタン発酵する工程と、
前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液をＭＡＰ晶析装置に供給し、ＭＡＰ粒子を晶析させる工程と、
ＭＡＰ晶析後の晶析処理液をＭＡＰ分離装置に供給し、前記ＭＡＰ晶析後の晶析処理液からＭＡＰ粒子を分離する工程と、
前記ＭＡＰ粒子を分離した分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含む薬剤を添加する工程と、
前記薬剤を添加した前記分離液を前記メタン発酵装置とは分離した槽外型の膜分離装置に供給し、膜ろ過濃縮消化液と透過水とを得る工程と、
前記膜ろ過濃縮消化液を前記メタン発酵装置に返送する工程と
を備え、
前記薬剤を添加する工程が、
前記薬剤を添加した前記分離液のｐＨが、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のｐＨに比べて０．１以上低下するように前記薬剤を添加すること、あるいは、
前記薬剤を添加した前記分離液のオルトリン酸濃度が、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のオルトリン酸濃度に対して０．１割以上低下するように前記薬剤を添加すること
を含み、
前記薬剤を添加した前記分離液を、前記メタン発酵装置から前記膜分離装置へ前記分離液を供給する配管の入口の近傍に接続された配管を介して前記メタン発酵装置へ供給すること
を含む有機性廃棄物の処理方法。
【請求項2】
リン、窒素及びマグネシウムを含有する有機性廃棄物の処理方法であって、
有機性廃棄物をメタン発酵装置においてメタン発酵する工程と、
前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液をＭＡＰ晶析装置に供給し、ＭＡＰ粒子を晶析させる工程と、
ＭＡＰ晶析後の晶析処理液をＭＡＰ分離装置に供給し、前記ＭＡＰ晶析後の晶析処理液からＭＡＰ粒子を分離する工程と、
前記ＭＡＰ粒子を分離した分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含む薬剤を添加する工程と、
前記薬剤を添加した前記分離液を前記メタン発酵装置とは分離した槽外型の膜分離装置に供給し、膜ろ過濃縮消化液と透過水とを得る工程と、
前記膜ろ過濃縮消化液を前記メタン発酵装置に返送する工程と
を備え、
前記薬剤を添加する工程が、
前記薬剤を添加した前記分離液のｐＨが、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のｐＨに比べて０．１以上低下するように前記薬剤を添加すること、あるいは、
前記薬剤を添加した前記分離液のオルトリン酸濃度が、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のオルトリン酸濃度に対して０．１割以上低下するように前記薬剤を添加すること
を含み、
前記薬剤を添加した前記分離液を前記メタン発酵装置とは分離した槽外型の膜分離装置に供給することが、前記メタン発酵装置の内部に隔壁を設けて、前記分離液を前記メタン発酵装置へ返送する配管と、前記メタン発酵装置から前記膜分離装置へ供給する配管とをそれぞれ前記隔壁の内部に設置して供給すること
を含む有機性廃棄物の処理方法。
【請求項3】
前記ｐＨ低下剤が、硫酸又は塩酸である請求項１又は２に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項4】
前記リン除去剤が、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化カルシウムの少なくともいずれかを含む請求項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】
リン、窒素及びマグネシウムを含有する有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置と、前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液からＭＡＰ粒子を晶析させるＭＡＰ晶析装置と、
ＭＡＰ晶析後の晶析処理液から前記ＭＡＰ粒子を分離するＭＡＰ分離装置と、
前記ＭＡＰ粒子分離後の分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含む薬剤を添加する薬剤添加装置と、
前記薬剤を添加した前記分離液を膜分離し、膜ろ過濃縮消化液と透過水とを得る、前記メタン発酵装置とは分離した槽外型の膜分離装置と、
前記膜ろ過濃縮消化液を前記メタン発酵装置に返送する返送手段と、
前記メタン発酵装置に接続され、前記分離液を前記メタン発酵装置から前記膜分離装置へ供給する配管と、
前記分離液を前記膜分離装置へ供給する前記配管の近傍に接続され、前記薬剤を添加した前記分離液を前記メタン発酵装置へ供給する配管と
を備え、
前記薬剤添加装置が、前記薬剤を添加した前記分離液のｐＨが、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のｐＨに比べて０．１以上低下するように前記薬剤を添加するか、あるいは、前記薬剤を添加した前記分離液のオルトリン酸濃度が、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のオルトリン酸濃度に対して０．１割以上低下するように前記薬剤を添加することを含む有機性廃棄物の処理装置。
【請求項6】
リン、窒素及びマグネシウムを含有する有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置と、
前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液からＭＡＰ粒子を晶析させるＭＡＰ晶析装置と、
ＭＡＰ晶析後の晶析処理液から前記ＭＡＰ粒子を分離するＭＡＰ分離装置と、
前記ＭＡＰ粒子分離後の分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含む薬剤を添加する薬剤添加装置と、
前記薬剤を添加した前記分離液を膜分離し、膜ろ過濃縮消化液と透過水とを得る、前記メタン発酵装置とは分離した槽外型の膜分離装置と、
前記膜ろ過濃縮消化液を前記メタン発酵装置に返送する返送手段と、
前記メタン発酵装置の内部に設けられた隔壁と、
前記隔壁の内部に設けられ、前記分離液を前記メタン発酵装置から前記膜分離装置へ供給する配管と、
前記隔壁の内部に設けられ、前記分離液を前記ＭＡＰ分離装置から前記メタン発酵装置へ供給する配管と
を備え、
前記薬剤添加装置が、前記薬剤を添加した前記分離液のｐＨが、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のｐＨに比べて０．１以上低下するように前記薬剤を添加するか、あるいは、前記薬剤を添加した前記分離液のオルトリン酸濃度が、前記ＭＡＰ晶析装置内の前記有機性廃棄物及び／又は前記メタン発酵後の消化液のオルトリン酸濃度に対して０．１割以上低下するように前記薬剤を添加することを含む有機性廃棄物の処理装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【0002】
メタン発酵法は、無酸素の嫌気性環境下で生存するメタン菌の代謝作用により有機物をメタンガスとして分解する方法であり、メタン発酵により発生したバイオガスは、回収してエネルギーとして利用することができるというメリットを有する。メタン発酵処理を行った後の消化液は膜分離装置などによって固液分離される。
【0003】
一方、タンパク質やマグネシウムを含有する有機性廃棄物のメタン発酵処理においては、タンパク質の分解によって精製されるアンモニアおよびリン酸を含む消化液が発生し、消化液中で難溶性の塩類であるリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）が形成される。
【0004】
そのため、消化液の膜分離装置での処理を進めるにつれて膜の閉塞が生じる場合があり、膜の閉塞により透過液量が減少し、施設の稼働率が低下する場合がある。また、メタン発酵施設の配管中又はリアクタ内にＭＡＰが付着又は堆積することで、スケール除去作業を行う必要性が生じる。
【0005】
例えば、国際公開第２００９／０４１００９号には、リン、マグネシウムなどを多量に含む有機性廃棄物の膜型メタン発酵処理において無機スケール等の生成を抑制するために、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが発生しない目標ｐＨ条件に調整する方法が記載されている。
【0006】
特開２０１０－２０７６９９号公報には、メタン発酵槽の後段に設置される硝化脱窒工程で発生する処理水をメタン発酵槽に返送することで、ＭＡＰの生成を抑制させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】国際公開第２００９／０４１００９号
【文献】特開２０１０－２０７６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献１及び２に記載された発明のいずれも、スケールの生成抑制及び膜のファウリング抑制に関しては一定の効果が得られているが、いずれも未だ改善の余地がある。
【0009】
例えば、特許文献１に記載された発明は、薬品添加にコストがかかる上、ＭＡＰ生成の抑制のためにｐＨを下げることによりアルカリ度が低下し、メタン発酵が不安定になる場合がある。また、原料のＭＡＰ構成元素の濃度によりＭＡＰの生成能が異なるため、原料のＭＡＰの構成元素の濃度が高いと、特許文献１に記載されるｐＨ範囲の制御のみでは、ＭＡＰ生成を抑制することが困難な場合がある。
【0010】
特許文献２に記載された発明では、処理水を希釈することにより膜ろ過での処理水量が増加するため、膜面積が大きくなり、イニシャルコスト及びランニングコストが増える上、装置の運転時間が増大するという問題がある。
【0011】
上記課題を鑑み、本発明は、被処理水の水質変動に関係無くＭＡＰの生成を抑制でき、膜の損傷又は閉塞を抑制しながらより経済的で安定的に処理が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装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
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、メタン発酵で得られた消化液及び／又は有機性廃棄物に対してＭＡＰ生成処理及び生成したＭＡＰ粒子の分離処理を行った後、ＭＡＰ粒子分離後の分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を添加し、ＭＡＰ生成能が低下した分離液を膜分離装置に供給する方法が有効であることを見出した。
【0013】
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、リン、窒素及びマグネシウムを含有する有機性廃棄物の処理方法であって、有機性廃棄物をメタン発酵装置においてメタン発酵する工程と、有機性廃棄物及び／又はメタン発酵後の消化液をＭＡＰ晶析装置に供給し、ＭＡＰ粒子を晶析させる工程と、ＭＡＰ晶析後の晶析処理液をＭＡＰ分離装置に供給し、ＭＡＰ晶析後の晶析処理液からＭＡＰ粒子を分離する工程と、ＭＡＰ粒子を分離した分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含む薬剤を添加する工程と、薬剤を添加した分離液をメタン発酵装置とは分離した槽外型の膜分離装置に供給し、膜ろ過濃縮消化液と透過水とを得る工程と、膜ろ過濃縮消化液をメタン発酵装置に返送する工程とを備え、薬剤を添加する工程が、薬剤を添加した分離液のｐＨが、ＭＡＰ晶析装置内の有機性廃棄物及び／又はメタン発酵後の消化液のｐＨに比べて０．１以上低下するように薬剤を添加すること、あるいは、薬剤を添加した分離液のオルトリン酸濃度が、ＭＡＰ晶析装置内の有機性廃棄物及び／又はメタン発酵後の消化液のオルトリン酸濃度に対して０．１割以上低下するように薬剤を添加することを含む有機性廃棄物の処理方法である。
【0014】
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、ｐＨ低下剤が、硫酸又は塩酸である。
【0015】
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、リン除去剤が、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化カルシウムの少なくともいずれかを含む。
【0016】
本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理装置は一側面において、リン、窒素及びマグネシウムを含有する有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置と、有機性廃棄物及び／又はメタン発酵後の消化液からＭＡＰ粒子を晶析させるＭＡＰ晶析装置と、ＭＡＰ晶析後の晶析処理液からＭＡＰ粒子を分離するＭＡＰ分離装置と、ＭＡＰ粒子分離後の分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含む薬剤を添加する薬剤添加装置と、薬剤を添加した分離液を膜分離し、膜ろ過濃縮消化液と透過水とを得る、メタン発酵装置とは分離した槽外型の膜分離装置と、膜ろ過濃縮消化液をメタン発酵装置に返送する返送手段とを備え、薬剤添加装置が、薬剤を添加した分離液のｐＨが、ＭＡＰ晶析装置内の有機性廃棄物及び／又はメタン発酵後の消化液のｐＨに比べて０．１以上低下するように薬剤を添加するか、あるいは、薬剤を添加した分離液のオルトリン酸濃度が、ＭＡＰ晶析装置内の有機性廃棄物及び／又はメタン発酵後の消化液のオルトリン酸濃度に対して０．１割以上低下するように薬剤を添加することを含む有機性廃棄物の処理装置である。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、被処理水の水質変動に関係無くＭＡＰの生成を抑制でき、膜の損傷又は閉塞を抑制しながらより経済的で安定的に処理が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装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理装置の一例を示す概略図である。
【図2】比較例１の有機性廃棄物の処理装置を表す概略図である。
【図3】比較例２の有機性廃棄物の処理装置を表す概略図である。
【図4】実施例１～３、比較例１～３の運転期間における膜間差圧の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
【0020】
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装置は、リン、窒素及びマグネシウムを含有する有機性廃棄物６をメタン発酵するメタン発酵装置１と、有機性廃棄物６及び／又はメタン発酵装置１で得られたメタン発酵後の消化液１０からＭＡＰ粒子を晶析させるＭＡＰ晶析装置２と、ＭＡＰ晶析後の晶析処理液からＭＡＰ粒子を分離するＭＡＰ分離装置３と、ＭＡＰ粒子分離後の分離液にｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含む薬剤を添加する薬剤添加装置４と、薬剤を添加した後の分離液を膜分離し、膜ろ過濃縮消化液と透過水９とを得る膜分離装置５と、膜ろ過濃縮消化液をメタン発酵装置１に返送する返送手段８とを備える。
【0021】
有機性廃棄物６としては、リン、窒素及びマグネシウムを少なくとも含有する有機性廃棄物であれば限定されず、固形状物の他に液体状の有機性廃水をも含む。例えば、下水汚泥、し尿処理汚泥、浄化槽汚泥、家畜糞尿、生ゴミ、各種工場排水・廃棄物等の有機物、窒素、リン、マグネシウムなどの硬度成分を含む原料が、本実施形態に係る有機性廃棄物６として好適に処理することができる。
【0022】
有機性廃棄物６中のＣＯＤCrは特に限定されるものではなく、５００ｍｇ／Ｌ以上３００，０００ｍｇ／Ｌ以下の範囲の有機物濃度の原料に対して適用することができる。有機物濃度が比較的高濃度の場合には、原料成分の阻害を緩和するために適宜希釈することが好ましい。
【0023】
メタン発酵装置１は、嫌気性環境下で生存するメタン菌の代謝作用により有機性廃棄物６をメタンガスとして分解するための装置である。メタン発酵装置１では、３０℃～４０℃を至適温度とした中温メタン発酵処理槽、５０℃～６０℃を至適温度とした高温メタン発酵処理槽など、任意の温度範囲の嫌気性処理槽を制限無く用いることができる。メタン発酵装置１は１槽式でも良いし、多段式でも良い。また、酸発酵槽を別途設けても良い。メタン発酵の消化液は、メタン発酵菌の至適ｐＨ６．５～８．０以内に調整されることが望ましい。
【0024】
ＭＡＰ晶析装置２は、ＭＡＰ晶析装置２内の処理液中の溶解性のＭＡＰ構成元素をＭＡＰ晶析装置２内の粒子状ＭＡＰと接触させ、晶析させる装置のことをいう。ＭＡＰ晶析装置２内には、有機性廃棄物６、メタン発酵後の消化液１０、あるいは有機性廃棄物６を含むメタン発酵後の消化液１０を供給することができる。ＭＡＰ晶析装置２内に有機性廃棄物６を直接供給することにより、有機性廃棄物６に溶解するＭＡＰ構成元素のリン、マグネシウム、アンモニアを晶析し、メタン発酵装置１内におけるＭＡＰ生成を抑制できる。また、ＭＡＰ晶析装置２内にメタン発酵後の消化液１０を供給する場合は、有機性廃棄物６の分解によって生成されるアンモニア量が増加し、薬品等を投入することなく晶析するＭＡＰ量を増加できるという利点がある。ＭＡＰ晶析装置２内に有機性廃棄物６とメタン発酵後の消化液１０とを供給する場合は、晶析に適したｐＨの範囲にするための必要な薬品の添加量を抑制できる、あるいは、薬品添加を省略できるという利点がある。
【0025】
ＭＡＰ晶析装置２においては必ずしもＭＡＰ粒子の晶析を促進させる必要はないが、晶析を促進させる場合は、ＭＡＰ晶析装置２のｐＨを上昇させる方法が有効である。ＭＡＰ粒子の晶析反応を促進させるための好ましいｐＨは８以上、例えば８～９であることから、ＭＡＰ晶析装置２内のｐＨを０．５～１．０程度上昇させれば十分であるが、曝気処理や減圧処理などを併用すると、脱炭酸してｐＨが上昇し、より効率的にＭＡＰ粒子を析出させることができる。ＭＡＰ晶析装置２内に水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等を添加してｐＨを上昇させてもよい。
【0026】
その他にＭＡＰの晶析反応を促進させる方法として、マグネシウム源を添加しても良い。ＭＡＰ晶析装置２に添加されるマグネシウム源としては、塩化マグネシウムのほか、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムを使用することができる。マグネシウム源の添加量は、消化液中の溶解性のオルトリン酸濃度に対し、モル比で０．１～１０、好ましくは０．５～３．０、より好ましくは０．８～１．２である。反応におけるｐＨは、７．０～１１．０が好ましく、好ましくは７．５～８．５、更に好ましくは７．３～８．３である。
【0027】
ＭＡＰ晶析装置２においてＭＡＰ粒子を効率的に生成させるためには、ＭＡＰ晶析装置２内に種晶を添加しておくことが好ましい。種晶としては、ＭＡＰ晶析装置２で析出したＭＡＰ粒子、或いは別のリアクタで析出したＭＡＰ粒子を用いることができる。
【0028】
後述するＭＡＰ分離装置３で分離したＭＡＰ粒子を用いることもできる。この場合、ＭＡＰ分離装置３で分離回収したＭＡＰの晶析物を、返送管１２によってＭＡＰ晶析装置２に返送することができる。
【0029】
このほか、リン鉱石やドロマイト、骨炭、活性炭、けい砂、珪酸カルシウム等の粉末或いは粒状物をＭＡＰ晶析装置２内に介在させる種晶として用いることができる。種晶の粒径は任意でよいが、好ましくは０．０５～３．０ｍｍ、より好ましくは０．１～０．５ｍｍがよい。種晶の表面で新たなＭＡＰを析出させることで、後段のＭＡＰ分離装置３の固液分離効率が良好になる。
【0030】
種晶の表面で析出させるには、種晶の充填量が重要である。充填量は、リンの投入量と、種晶粒径を考慮し、種晶の表面積当たりのリン投入量（以下リン表面積負荷という）が、３０ｇ－Ｐ／ｍ2／ｄ以下、より好ましくは１０ｇ－Ｐ／ｍ2／ｄ以下とするのがよい。即ち、同一の粒径に対しては、ＭＡＰ晶析装置２内に高濃度のＭＡＰを維持すると、リアクタ容積を小さくすることが可能となり、イニシャルコストの低減を図ることができる。
【0031】
また、ＭＡＰ晶析装置２においては、ＭＡＰ晶析装置２で晶析処理された晶析処理液中のＭＡＰ構成物質のイオン積が、ＭＡＰの溶解度積との比で２．５以下、より好ましくは２以下、更には１以下となるように、ＭＡＰ晶析装置２内のＭＡＰ粒子濃度を調整する。
【0032】
ＭＡＰ粒子濃度の調整方法は任意であり、メタン発酵装置１へのリンの投入量を考慮して決定することができる。例えば、リン表面積負荷を考慮して、ＭＡＰ晶析装置２内で処理された晶析処理液のＭＡＰ粒子濃度が１ｇ／Ｌ以上となるように調整することが好ましく、より好ましくは１０ｇ／Ｌ以上となるように調整する。「ＭＡＰ粒子濃度」とは、ＭＡＰ晶析装置２内の液中に存在する粒径０．０５ｍｍ以上のＭＡＰ粒子の質量濃度を意味し、例えば、目開き０．０５ｍｍの篩で分離することによって評価することができる。また、上記添加量でマグネシウム源を添加し調整しても良い。
【0033】
ＭＡＰ晶析装置２の装置形式は特に限定されることなく、機械式の撹拌装置を備えた完全混合型のリアクタ、ポンプを用いた噴流式撹拌リアクタ、種晶を高密度に充填した流動層型のリアクタ、ドラフトチューブを備えた内部循環型のリアクタ、外部循環型のリアクタ等を用いることができる。ＭＡＰ晶析装置２内で処理された晶析処理液は配管１１を介してＭＡＰ分離装置３へ供給される。
【0034】
ＭＡＰ分離装置３としては、ＭＡＰ粒子を選択的に分離回収できるような装置であればその形式は特に限定されないが、例えば、液体サイクロンを好適に用いることができる。液体サイクロンを配置することで、装置全体を小型化することができる。液体サイクロンは下部構造が逆円錐形となっており、側部に液体サイクロン流入管、下部に微粒子（晶析物）を含む濃縮液の排出管、上部に溢流上昇管が設けられている。
【0035】
液体サイクロンでは、図示しないポンプの圧送によって、ＭＡＰ晶析装置２内の上部流体が供給され、液体サイクロンの内部の逆円錐形の壁面を旋回流を起こしながら下降し、比重の重いＭＡＰの微粒子（晶析物）が、遠心力の働きでより下方の壁面側に集められて濃縮される。
【0036】
濃縮された微粒子を含む濃縮液（分離液）は下部の排出管から連続的に或いは間欠的に抜き出される。ＭＡＰ分離装置３の排出管はＭＡＰ晶析装置２に接続されており、ＭＡＰ分離装置３において分離された微粒子を含む濃縮液は、排出管に設けられた切替弁により、返送管１２を介してＭＡＰ晶析装置２へ返送することができる。これにより、晶析処理液からより効率的にＭＡＰを晶析させてリンを除去することができる。
【0037】
ＭＡＰ分離装置３においてＭＡＰ粒子が分離されたＭＡＰ分離液は、薬剤添加装置４の薬品供給によりＭＡＰ生成能が低下した状態で、メタン発酵装置１に返送されるが、その返送に用いられる配管１３は可能な限り、膜分離装置５に供給する配管７の入口の近傍に接続されることが好ましい。その他にＭＡＰ分離液をメタン発酵装置１に返送する方法としては、メタン発酵装置１の内部に隔壁を設けて、ＭＡＰ分離液を返送する配管１３と膜分離装置５への配管７とをそれぞれ隔壁の内部に設置する方法をとることもできる。あるいは、メタン発酵装置１を多段にして、ＭＡＰ分離液の返送先を複数に切り分ける方法をとることもできる。
【0038】
薬剤添加装置４から供給される薬剤は、ＭＡＰ分離装置３から得られるＭＡＰ分離液との接触時間を長くするために、ＭＡＰ分離装置３の排出口の可能な限り近傍に供給されることが望ましい。
【0039】
薬剤添加装置４から供給される薬剤としては、ｐＨ低下剤あるいはリン除去剤あるいはその両方を含むことができる。ｐＨ低下剤としては、例えば、塩酸、硫酸などがある。リン除去剤としては、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化カルシウムなどがある。これらｐＨ低下剤及びリン除去剤を両方、ＭＡＰ分離液に加えても良い。
【0040】
これら薬剤をＭＡＰ分離液に所定量添加することにより、薬剤を添加したＭＡＰ分離液のｐＨが、ＭＡＰ晶析装置２内の有機性廃棄物６及び／又はメタン発酵後の消化液のｐＨに比べて０．１以上低下するように添加するか、あるいは、薬剤を添加したＭＡＰ分離液のオルトリン酸濃度が、ＭＡＰ晶析装置内の有機性廃棄物６及び／又はメタン発酵後の消化液のオルトリン酸濃度に対して０．１割以上低下するように薬剤を添加する。
【0041】
これにより、ＭＡＰ生成能が低下したＭＡＰ分離液を膜分離装置５に供給することができるため、被処理水の水質変動に関係無くＭＡＰの生成を抑制でき、膜分離装置５における膜の損傷又は閉塞を抑制しながらより経済的で安定的に処理することが可能となる。
【0042】
ＭＡＰ分離液は配管７を介して膜分離装置５に供給され、膜分離装置５において、膜ろ過濃縮消化液と透過水９とが得られる。膜分離装置５の分離膜の材質は特に限定されず、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの有機膜やセラミックの無機膜などを好適に用いることができる。膜形状は平膜、中空糸、チューブラ、スパイラル、モノリスなどを好適に用いることがえきる。膜分離装置５はメタン発酵装置１とは分離した槽外型であるのが好ましい。
【0043】
膜分離装置５の透過水量は、０．１ｍ／ｄ以上１．０ｍ／ｄ以下であり、０．１～０．５ｍ／ｄとすることが好ましい。膜分離装置５で得られた膜ろ過濃縮消化液をメタン発酵装置１に返送する返送手段８は、原料比（体積比）に対して１０～２００程度の膜ろ過濃縮消化液を返送することが好ましく、より好ましくは３０～１００である。
【0044】
なお、メタン発酵装置１の汚泥濃度が高すぎる場合には、後段の膜分離装置５のろ過膜に印加される圧力が増大するため、汚泥を引き抜いて（排泥処理）、膜分離装置５に送るＭＡＰ分離液の供給量を制御することが好ましい。この排泥処理は、メタン発酵装置１に汚泥引き抜きポンプ（図示せず）を接続させて行うことができる。メタン発酵装置１内の汚泥濃度は、活性汚泥浮遊物（ＭＬＳＳ）濃度が１０００～６００００ｍｇ／Ｌとなるように制御することで、膜分離装置５の膜の損傷又は閉塞を抑制しながら、より経済的で安定的に処理が可能となる。
【0045】
本発明の実施の形態に係る有機性廃棄物の処理方法及び処理装置によれば、ＭＡＰ晶析処理を行ったＭＡＰ粒子を分離した後の分離液に薬剤を添加し、ＭＡＰ生成性能が抑制された処理液を膜分離装置５に供給することができるため、膜閉塞の抑制による設備稼働時間の増大、必要膜面積の縮小化、ＭＡＰ晶析抑制のための希釈水量の低減、メタン発酵施設の配管或いは槽内スケール除去頻度の低減、薬品コストの削減などの各種効果が期待できる。
【実施例】
【0046】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明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。
【0047】
（実施例１）
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、ＭＬＳＳ：３００００ｍｇ／Ｌのメタン発酵装置１（３０Ｌ）を用いた。また、ＭＡＰ晶析装置２（１０Ｌ）に粒子状ＭＡＰ１００ｇを添加し、ＭＡＰ晶析装置２内の液の粒子状ＭＡＰ濃度を１０ｇ／Ｌとした。メタン発酵装置１内の消化液を１０００ｍＬ／ｈでＭＡＰ晶析装置２に供給した後、ＭＡＰ分離装置３であるサイクロンに供給して、消化液中のＭＡＰ粒子を分離した。サイクロンの処理液はメタン発酵装置１を介して膜分離装置５に供給し、膜分離装置５において濃縮された膜ろ過濃縮消化液はメタン発酵装置１へ返送した。膜分離装置５の膜は直径５．２ｍｍの内圧式チューブラ膜を用いた。膜分離装置５の供給ラインには、薬剤添加装置４により、薬品の供給を行った。膜分離装置５の循環流路の出入り口および膜ろ過水の吸引ポンプの間には圧力計を設置し、膜間差圧を測定した。膜ろ過装置は７日間に一回の頻度で膜ろ過水を０．１ＭＰaの圧力で逆洗を行った。
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、ＭＬＳＳ：３００００ｍｇ／Ｌのメタン発酵装置１（３０Ｌ）を用いた。また、ＭＡＰ晶析装置２（１０Ｌ）に粒子状ＭＡＰ１００ｇを添加し、ＭＡＰ晶析装置２内の液の粒子状ＭＡＰ濃度を１０ｇ／Ｌとした。メタン発酵装置１内の消化液を１０００ｍＬ／ｈでＭＡＰ晶析装置２に供給した後、ＭＡＰ分離装置３であるサイクロンに供給して、消化液中のＭＡＰ粒子を分離した。サイクロンの処理液はメタン発酵装置１を介して膜分離装置５に供給し、膜分離装置５において濃縮された膜ろ過濃縮消化液はメタン発酵装置１へ返送した。膜分離装置５の膜は直径５．２ｍｍの内圧式チューブラ膜を用いた。膜分離装置５の供給ラインには、薬剤添加装置４により、薬品の供給を行った。膜分離装置５の循環流路の出入り口および膜ろ過水の吸引ポンプの間には圧力計を設置し、膜間差圧を測定した。膜ろ過装置は７日間に一回の頻度で膜ろ過水を０．１ＭＰaの圧力で逆洗を行った。
【0048】
タンパク質及び硬度成分を含む廃棄物原料（ＣＯＤCr：１１１，０００ｍｇ／Ｌ）をメタン発酵装置１に０．６Ｌ／ｄ添加し、２１日間の混合撹拌を行いメタン発酵処理した。試験期間において、膜ろ過ポンプにより透過水量０．２ｍ／ｄで固液分離を行った。膜分離装置５の供給ラインには、ＭＡＰ晶析処理後の消化液のオルトリン酸濃度が０．１割低下するように塩化第二鉄を４５ｍｇ－Ｆｅ／Ｌ－原料の濃度で定量注入し、また、消化液のｐＨが０．１低下するよう塩酸を５ｍｇ／Ｌ－原料で定量注入した。
【0049】
（実施例２）
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、実施例１の試験終了後から引き続き２１日間、同量の有機性廃棄物６を添加したメタン発酵処理試験を行った。試験期間において、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。膜分離装置５の供給ラインには、消化液のｐＨが０．１低下するよう塩酸を５ｍｇ／Ｌ－原料で定量注入した。
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、実施例１の試験終了後から引き続き２１日間、同量の有機性廃棄物６を添加したメタン発酵処理試験を行った。試験期間において、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。膜分離装置５の供給ラインには、消化液のｐＨが０．１低下するよう塩酸を５ｍｇ／Ｌ－原料で定量注入した。
【0050】
（実施例３）
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、実施例１と同様の処理条件で、タンパク質及び硬度成分を含む廃棄物原料（ＣＯＤCr：１１１，０００ｍｇ／Ｌ）をメタン発酵装置１に０．６Ｌ／ｄ添加し、２１日間の混合撹拌を行いメタン発酵処理を行った。実施例３においては、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。膜分離装置５の供給ラインには、ＭＡＰ晶析処理後の消化液のオルトリン酸濃度が０．１割低下するように塩化第二鉄を４５ｍｇ－Ｆｅ／Ｌ－原料の濃度で定量注入した。
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、実施例１と同様の処理条件で、タンパク質及び硬度成分を含む廃棄物原料（ＣＯＤCr：１１１，０００ｍｇ／Ｌ）をメタン発酵装置１に０．６Ｌ／ｄ添加し、２１日間の混合撹拌を行いメタン発酵処理を行った。実施例３においては、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。膜分離装置５の供給ラインには、ＭＡＰ晶析処理後の消化液のオルトリン酸濃度が０．１割低下するように塩化第二鉄を４５ｍｇ－Ｆｅ／Ｌ－原料の濃度で定量注入した。
【0051】
（比較例１）
図１において薬剤添加装置４を利用しない態様、即ち、図２に示す有機性廃棄物６の処理装置を用いて試験を行った。なお、図１と共通する装置の処理条件は実施例１に記載した条件と同様である。比較例１では、実施例２の試験終了後から引き続き２１日間、実施例１と同量の有機性廃棄物６を添加したメタン発酵処理試験を行った。試験期間において、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。
図１において薬剤添加装置４を利用しない態様、即ち、図２に示す有機性廃棄物６の処理装置を用いて試験を行った。なお、図１と共通する装置の処理条件は実施例１に記載した条件と同様である。比較例１では、実施例２の試験終了後から引き続き２１日間、実施例１と同量の有機性廃棄物６を添加したメタン発酵処理試験を行った。試験期間において、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。
【0052】
（比較例２）
図１においてＭＡＰ晶析装置２、ＭＡＰ分離装置３、薬剤添加装置４を利用しない態様、即ち、図３に示す有機性廃棄物６の処理装置を用いて、試験を行った。図１の処理装置の構成と共通するメタン発酵装置１の処理条件は実施例１に記載した条件と同様である。膜分離装置５で用いた膜は、試験前に１０ｗｔ％クエン酸に浸漬して洗浄を行った。
図１においてＭＡＰ晶析装置２、ＭＡＰ分離装置３、薬剤添加装置４を利用しない態様、即ち、図３に示す有機性廃棄物６の処理装置を用いて、試験を行った。図１の処理装置の構成と共通するメタン発酵装置１の処理条件は実施例１に記載した条件と同様である。膜分離装置５で用いた膜は、試験前に１０ｗｔ％クエン酸に浸漬して洗浄を行った。
【0053】
比較例１の試験終了後から引き続き２１日間、同量の有機性廃棄物６を添加したメタン発酵処理試験を行った。試験期間において、メタン発酵消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。
【0054】
（比較例３）
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、実施例３の試験終了後から引き続き２１日間、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。膜分離装置５の供給ラインには、ＭＡＰ晶析処理後の消化液のオルトリン酸濃度が０．０５割低下するように塩化第二鉄を２２ｍｇ－Ｆｅ／Ｌ－原料の濃度で定量注入した。
図１に示す有機性廃棄物６の処理装置において、実施例３の試験終了後から引き続き２１日間、実施例１と同量の処理量でＭＡＰ晶析処理し、その消化液を膜分離装置５に供給し、膜ろ過ポンプにより同量の透過水量で固液分離を行った。膜分離装置５の供給ラインには、ＭＡＰ晶析処理後の消化液のオルトリン酸濃度が０．０５割低下するように塩化第二鉄を２２ｍｇ－Ｆｅ／Ｌ－原料の濃度で定量注入した。
【0055】
実施例１～３、比較例１～３の運転期間における膜間差圧の経時変化を図４に示す。また、試験期間の前後における膜間差圧の上昇値を表１に示す。比較例１～３はいずれも実施例１～３に比べて膜間差圧が上昇した。
【0056】
【表1】
【符号の説明】
【0057】
１…メタン発酵装置
２…ＭＡＰ晶析装置
３…ＭＡＰ分離装置
４…薬剤添加装置
５…膜分離装置
６…有機性廃棄物
７…配管
８…返送手段
９…透過水
１０…メタン発酵後の消化液
１１…配管
１２…返送管
１３…配管
２…ＭＡＰ晶析装置
３…ＭＡＰ分離装置
４…薬剤添加装置
５…膜分離装置
６…有機性廃棄物
７…配管
８…返送手段
９…透過水
１０…メタン発酵後の消化液
１１…配管
１２…返送管
１３…配管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
