JPH02998B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は植物又は動物又はこの両方から由来す
る固体有機物に少なくとも２段階からなる処理を
行ない、その第１段階では、これを嫌気的条件下
で行なつて水溶性生成物に分解し、そして低分子
量脂肪酸が生じ、一方次の段階（複数）で嫌気的
条件下前記の有機化合物からメタンが生ずる前記
の固体有機物の嫌気的転換法に関する。

「Wiukler Prins Technische Encyclopedio」
(1)第119頁（1975）にはいわゆる嫌気的消化とは
固体有機廃棄物を堆肥に転換するために長く放置
する方法であることが記載される。堆肥を形成す
る方法は好気的条件下で容易に攻撃できる有機化
合物の微生物消化を含む。この堆肥形成法は通常
には開放空気又は土地充満法であり、ここで積重
ねを形成することによつて廃棄物を処置する。こ
の処理中これらの積重ねを湿潤し、そして掘削機
又はグラグクレーンにより数回ひつくり返す。

後者の方法は労力、時間及び空間を要し、この
ためその費用は著しい。この方法の他の欠点は好
気的消化では一方では価値ある有機物が一部価値
のない二酸化炭素と水に転換し、他方では地下水
の汚染を避ける条件を必要とすることである。

“H₂O”Tijdschrift Voor Watervoorziening
en afvalwaterbehandeling（水供給と廃棄水処理
のための定期刊行物）(22)531（1977）は低粘度と
低固体含量を有する有機廃棄物と無機塩の水性懸
濁液及び溶液に嫌気的発酵を行なうことを記載す
る。この記載によれば存在する多糖類の一部（例
えばセルロース）は厳密でない嫌気的条件下任意
に嫌気的バクテリアの影響下前の段階で可溶性単
量体に水解し、続いてこの可溶性単量体を脂肪酸
に転換する。次に嫌気的条件下反応器で前記の脂
肪酸からメタンが生ずる。この方法は堆肥を形成
する有機廃棄物の消化に対して適用できない。

低粘度と低固体含量を有する、水性懸濁液と溶
液の前記の嫌気的発酵は嫌気的条件下タンク中で
前の段階を行なうことによつて得られるが、
“H₂O”(10)、296（1977）に記載されるこの方法で
さえ固体有機廃棄物の消化に対して適していな
い。

メタン反応器中で低粘度と低固体含量を有する
有機物の水性懸濁液と溶液の嫌気的発酵のこれら
の二つの具体例ではバクテリア豊有スラツジ、好
ましくは粒状生成物が排出液及びガスから分離さ
れる。

低粘度と低固体含量を有する有機物の水性懸濁
液又は溶液からの代りに固体有機物から単一段階
でメタンを生ずることが望ましい場合には、反応
速度が非常に小さいようである。それ故に、媒体
が酸発生微生物、並びにメタン発生微生物に対し
て強い伝達阻害効果を有する理由は高い酸性度が
はやく到達することにある。結果的に、更に酸発
生はなくそしてメタン発生の何れもないが、悪臭
の発生が生ずる（H₂S、他のイオウ化合物及び
NH₃）（参照、Journal of the environmental
engineering division、June1978、第415−422
頁）。

溶解したCODの百分率及びこの転換における
酵発生対時間の曲線を第１図に示し、ここで点線
は溶解した脂肪酸−COD含量を示す。

この図からこの場合には25％以上の最大可溶性
CODが３日間予備アシドリシス（acidolysis）後
にわら＋ビートパルプ＋乾燥した牛ふんの接種し
た混合物から既に溶解していることが明らかであ
る。次にこのCODは14％の脂肪酸＋CODを含む。
30日後にこれは約25％に増加した。この段階では
メタンガスは発生しない。

乾燥物質を最初に粉砕すること、次にこの粉砕
した物質を水に分散させ、続いてこれを嫌気的に
発酵することによつて低粘度と低固体含量を有す
る有機物の懸濁液又は溶液に対して前記の方法に
より固体有機廃棄物の嫌気的発酵を行なう試みも
なされている。しかしながら、このスラリの乾燥
固体含量から重量％を越えることができないこと
が判明した。

更に1976年８月付の米国商務省のPB−258499
の刊行物の第36頁に固体廃棄物のスラリの製造の
ためにメタン反応器の排出液を使用することによ
つて12重量％の固体含量を有するスラリを製造す
る方法が記載される。同様に必要に応じて水解処
理を受けた、廃棄物、例えば肥料、都市ごみ、生
の下水、一次スラツジ、活性化スラツジ又はバイ
オマスを16ないし160ｇ／ｌの量で反応の第１段
階に連続して供給し、そこからかきまぜと嫌気的
条件下で低分子量脂肪酸が形成される方法が米国
特許第４，022，665号に記載される。

続いて脂肪酸と他の分解生成物を含有する前記
の液体混合物を少なくとも一つの第２の（メタン
形成性）段階に反応の第１の（酸性化）段階から
有機物1.6ないし８ｇ／／日の量で間欠的に又
は連続的に供給し、ここで前記の酸性液体混合物
をかきまぜと嫌気的条件下二酸化炭素とメタンに
反応させる。必要に応じて水解処理を行なつた後
に、液体及び／又は固体物質からなる前記の液体
混合物の残りの部分を反応の第１段階に再循環さ
せて再び全工程を受けさせる。

現在反応空間中で、反応の第１段階で発生した
水溶性脂肪酸及び他の水溶性有機及び無機物を実
質上完全に除去すること、水性液体で水洗いしか
つ得られた溶液を少なくとも一つの補助の反応器
に供給し、ここで反応空間中になお存在する水不
溶性物質を前記の反応空間に残し、一方前記の補
助の反応器中で前記の水溶液の有機物を二酸化炭
素とメタンの混合物に転換しそして続いて安定化
堆肥の性質を有する反応空間中に残された物質を
前記の反応空間から除去することによつて固体有
機物のずつと有効な嫌気的転換が得られることが
判明した。

本発明の方法と米国特許第4022665号の方法の
重要な差は次のとおりである： (1) 本発明の方法では廃棄物を反応空間へ連続し
て供給しない； (2) 本発明の方法では第１段階で嫌気的条件下で
生じた水溶性脂肪酸及び他の水溶性有機物、並
びにそこに存在する無機物を水性液体で水洗す
ることによつて反応マスから実質上完全に除去
する。結果として、水不溶性物質が反応空間に
留まる。この状態により反応空間中でPHが低く
なりすぎること及び／又は他の阻害生成物の濃
度が高くなつて微生物フローラの成長が高すぎ
る濃度の阻害物質又は低くすぎるPH値の媒体に
より阻害されることが避けられる。更に液体生
成物に分解されなかつた物質、例えばセルロー
ス含有物質を補助の反応器へ供給し、この反応
器中で分解しかつ転換し、そしてメタンの製造
に影響することが避けられる； (3) 本発明による方法の好適具体例により補助の
反応器中で水とガスの分離後丁度その水相を反
応空間に存在するマスを水洗するために使用す
る； (4) 本発明による方法において、安定化した堆肥
が反応空間に形成され、転換が完了した時にこ
の反応空間から堆肥を除去する。公知の方法で
は安定化したマスは反応空間で得られなかつ
た。

米国商務省のPB−258499及び米国特許第
4022665号から公知の方法の欠点は固体物質の
粉砕のためエネルギーを消費すること及び前記
のスラリ中に多くのコロイド状物質の存在によ
り非常に高価な反応器の使用を必要とすること
である。

本発明による方法を適用する時に、水洗いは反
応器中の阻害物質の濃度を減少しかつPH値の減少
を避けるために有効である。このようにして、微
生物フローラの伝搬が阻害物質の高すぎる濃度又
は媒体の低くすぎるPH値により阻害されることが
避けられる。

新しく供給された水で水洗いを行なうことがで
きるが、存在する脂肪酸の転換後補助の反応器か
らの排出液を反応器のための水洗い液として再循
環させることによつてこれを使用することが好ま
しい。

前記の嫌気的発酵を中温性の温度範囲（５〜45
℃）及び高温性の温度範囲（25〜70℃）で行なう
ことができる。

分解されるべき固体有機物の例として家庭廃棄
物、わら、果物廃棄物、葉、リンス果物等の皮、
外皮、じやがいもの皮、草及び一般に10〜60重量
％の含水量を有する有機物が挙げられる。更に特
に閉鎖空間内に保存しなければならない湿性で腐
敗し易くかつ悪臭の動物及び／又は植物の廃棄物
のためにこの方法を使用する。

本発明による方法でまたいわゆる“エネルギー
フアーミング植物”、例えばケルプを有機出発物
質として使用できる。

半停滞操作の場合、即ち反応空間の液体の排出
と更新が１日に１度行なわれる場合には例えば第
２図に示すようなCOD−溶液曲線が得られるこ
とが判明した。この場合には溶解したCODは２
日後約30％の脂肪酸−CODそして７日後約35％
の脂肪酸−CODを含む。

連続した水洗いを適用する時には、第３図に示
すような反応器の流出液中のCOD−曲線対時間
が得られる。

この場合には補助の反応器からの排出液を（一
次）反応空間のためのリンス剤として使用する。

それ故実線から10日後ごく僅かのCODが反応
空間から溶解しそして点線から脂肪酸−COD含
量を示しこの可溶性CODは殆んど脂肪酸からな
ることが判る。

中温性の温度範囲内のこの転換でメタン発生を
第４図に示した。実線は（一次の）反応空間にお
けるガス発生に関係する。点線は補助の反応器に
おけるガス発生を示す。

10日後発酵できる固体有機物の約75％が分解し
そしてこれは溶液の形で排出された。

発酵できる有機物の残りの25％を分解するため
に30日を要する。

本発明による方法を実施する時に、各補助の反
応器に対して一つ以上の（一次の）反応空間を使
用することが適切であるようである。この操作の
方法を適用する時に、補助の反応器の最適性能を
得るために補助の反応器へ均質な組成物の流入液
を供給することができる。

一次反応空間で特定の物質の分解を促進するた
めに補助の物質を加えることができる。

かくして、セルロースの加水分解を促進するた
めに、セルラーゼ又は微生物、即ちバクテリア又
は菌のセルラーゼ発生培地を分解されるべきセル
ロース含有物質に加えることができる。

他の水解促進添加剤は殿粉を分解するジアスタ
ーゼ又はアミラーゼ、ペクチンの水解のためのペ
クチナーゼ及びイヌリンの水解のためのイヌラー
ゼである。

一次反応空間は悪臭のない貯蔵ヤードとして使
用できる。廃棄物を反応空間の中に間欠的に移送
する場合には、この反応空間は完全に密封される
ので、悪臭を発生し始めず、一方存在する酸と生
じた酸が防腐効果を有する。

所望の任意の時に水性液体で水洗いすることに
よつてこの反応空間を操作に置く。この反応空間
を使用するこの方法は能率的な連続でためられる
廃棄物に作業するため週末には準備が必要である
古い方法と比較して重要な利点を供する。

（一次）反応空間と補助の反応器のこの組合わ
せにおいて（一次）反応空間をバツチ方式で操作
しそして補助の反応器を連続して操作することを
示すために何ら説明を殆んど必要としない。本発
明による系において、補助の反応器は上向流反応
器の通常の適用におけるより速く作動し、その理
由は低粘度と小百分率の固体を有する分散に対す
る公知の方法とは異なつて（一次）反応空間から
の流出液が緩徐に分解可能な物質のコロイド状粒
子を含有しないからである。

反応空間からスラツジとして得られた堆肥物は
悪臭が実質上ないようなＣ：Ｎ比を有しそして固
体有機出発物質に存在する食品の塩を含有する。

実施例 フレークト（Fla¨kt）装置で、木材、靴、タイ
ヤ等の大きな部品を家庭廃棄物から除去した。

更にこの家庭廃棄物から金属廃棄物、紙及びプ
ラツチツクの主な部品を除去した。

残りの部品は100mmのメツシユ寸法を有するふ
るいを定量的に通過する湿性のふわりと柔い塊り
であつた。分析により下記の組成を有することが
判明した： 水 47.6重量％ エーテル抽出物 1.6重量％ 水抽出物 7.4重量％ 水溶性タンパク質 1.6重量％ ペクチン 0.3重量％ ヘミセルロース 1.9重量％ セルロース 7.1重量％ リグニン 4.2重量％ 灰分 28.1重量％ 99.8重量％ 前記の分析から前記の家庭廃棄物１Kgは359
ｇ／KgのCODを有することが計算できる。

前記の前処理廃棄物100Kgを48重量％の含水量
を有する嫌気的に腐敗させた家庭廃棄物５Kgと混
和した。ふるい底を備えた一次反応空間にこの混
和物を供給した。次に反応空間中の水レベルが家
庭廃棄物レベルより約10cm高くなるまで35℃の水
を前記の反応空間に供給した。50の容量を有す
る容器中で反応空間のふるい底の下に流出液を回
収した。この流出液は第１日に32ｇ／のCOD
値を有し、そして続く日々ではこのCOD値は第
３図に示すコースを有した。

前記の液体を71／日の割合で補助の反応器
（メタン反応器）の下方側部に前記の50容器か
らポンプで入れた。

前記のメタン反応器は200の容量を有した。
補助の反応器の外被を加熱することによつて、そ
の内容物を35℃の温度に保つた。

前記の補助の反応器の頂部にバクテリヤスラツ
ジ排出液（水）及びバイオマスを分離するための
セパレータを設けた。

分離されたバクテリヤスラツジを通常の方法で
補助の反応器の中に戻した。バイオマスをガスホ
ルダーに供給した。補助の反応器（メタン反応
器）が十分に高く用いられることにより、排出液
を一次反応器へ重力の影響下供給できる（71／
日の割合で）。

補助の反応器へ一次反応空間から71の排出液
の供給により、第１日に全部で825のメタンを
有する量のバイオマスが製造された。補助の反応
器で10日間の間作られたバイオマスの量は全部で
6417のメタンを含有した。前記のメタン製造は
第４図に示したコースを有した。10日後補助の反
応器へ液体の供給を完了した。

３日後一次反応空間中でバイオマスの製造が開
始した。生じたメタンの全量は第４図に示すコー
スを有した。一次反応空間中で30日以内に生じた
バイオマスは全部で2140のメタンを含有した。

30日後この家庭廃棄物はこれを堆肥として使用
できるレベルまで腐敗した。堆肥77.8Kgが得られ
た。これは49.2重量％の水分の百分率、39重量％
の灰分の百分率及び10.9重量％の有機物の百分率
を有した。

実施例 10×５ｍの表面及び１ｍの高さをする反応空間
の壁と底にプラスチツクホイルを内部に被覆し
た。この反応空間の底ホイルの上に排水パイプの
系を適用した。続いてこの排水系の上に厚さ60cm
を有する砂層を適用した。この砂層の上にだめに
なつたトマト苗木100m³を積重ねた。

この植物は下記の平均組成を有した： 水分 84.8％ テーテル抽出物 0.43％ 水抽出物 2.17％ 不溶性タンパク質 1.26％ ペクチン 1.07％ ヘミセルロース 0.70％ セルロース 3.31％ リグニン 1.27％ 灰分 4.54％ 全部で99.55％ 前記の組成から前記の植物が130ｇ／KgのCOD
を有することが計算できる。

形成したトマト苗木の堆積の上にスピリンクル
管の系を適用した。続いて前記の堆積の上にプラ
スチツクチルトを適用し、これは反応空間の底と
壁を被覆するホイルと気密接合を形成した。1500
／時の容量で前記の堆積の上に35℃の温度を有
するメタン反応器の排出液を前記のスプリンクル
管を通してまき散らした。

排水系を通して前記の反応空間から透過物を引
出した。この透過物は第１日後3.7ｇ／のCOD
値を有した。前記の液体を10.000の容量を有す
る容器に供給した。前記の加熱した液体を10m³の
容量を有するメタン反応器の下方部分へ1500／
時の割合で供給した。

前記の反応器で35℃の温度で嫌気性バクテリヤ
によつて有機物は通常の方法でバイオマスに転換
した。

前記の反応器の上方側部でバイオマスと精製し
た水を別々に除去した。この水を反応空間中のス
プリンクル管にポンプで送つた。この反応空間か
らメタン反応器へ前記の液体流を30日間保つた。
反応空間中で前記の30日後に1240KgのCOD値を
有する量の有機物が透過物に溶解しかつこれで除
去された。60％のメタン百分率を有するバイオマ
スが全部で750m³形成しそして前記の量の有機物
から除去された。前記の30日後トマス苗木は堆肥
として使用されるのに十分に腐敗した。15重量％
の固体百分率を有する堆肥13m³が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶解したCODの百分率の曲線と転換
での酸発生対時間の曲線を示し、第２図は反応空
間を水洗いした場合に溶解したCOD対時間の曲
線を示し、第３図は連続した水洗いを行なつた時
に反応器の排出液中のCOD対時間の曲線を示し、
そして第４図は各反応器において転換でのメタン
発生対時間の曲線を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 植物又は動物又はこの両方から由来する固体
   有機物に少なくとも２段階からなる処理を行な
   い、その第１段階では、これを嫌気的条件下で行
   なつて水溶性生成物に分解しそして低分子量脂肪
   酸が生じ、一方次の段階（複数）で嫌気的条件下
   前記の有機物からメタンが発生する固体有機物の
   嫌気的転換法において、反応空間中で、反応の第
   １段階で生じた水溶性脂肪酸及び他の水溶性有機
   及び無機の物質を水性液体で水洗いにより除去し
   かつ得られた液体を少なくとも一つの補助の反応
   器に供給し、ここで反応空間になお存在する水不
   溶性物質を前記の反応空間に残し、一方前記の補
   助の反応器で、前記の水溶液の有機物を二酸化炭
   素とメタンの混合物に転換し、そして続いて安定
   化した堆肥の性質を有する前記の反応空間に残さ
   れた物質を前記の反応空間から除去することを特
   徴とする前記の方法。 ２ 各補助の反応器へ供給するため一つ以上の一
   次反応空間を使用し、この一次反応空間に間欠的
   に負荷しそしてしや断のため弁を備えた管によつ
   て前記の補助の反応器へ接続することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に定義した方法。 ３ 少なくとも一つの一次反応空間を水洗いする
   ため少なくとも一つの補助の反応器からの排出液
   を使用することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に定義した方法。 ４ 反応空間中のメタン発生が自発的に生ずると
   直ちに水洗い処理を抑制することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に定義した方法。