JPH02999B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、下水、廃水等の処理汚泥又は都市ご
み、その他産業廃棄物類の有機性廃棄物を処理す
る方法に関するものである。

従来下水、し尿処理施設などの有機性汚泥を処
理する方法として、最も一般的に広く採用されて
いる代表的処理方法としては、有機性汚泥に有価
資源である高分子凝集剤と塩化第２鉄、石灰など
の脱水助剤とを多量に添加し、機械脱水機によつ
て脱水し、脱水ケーキとして、乾燥、焼却すると
いうプロセスであるため乾燥・焼却に重油などの
補助燃料を多量に消費し、しかも焼却排ガス又は
熱風によつて水分70〜80％程度の高水分脱水ケー
キを乾燥したのち、焼却するため、耐え難い悪臭
が多量に発生し、これの悪臭防止対策として発生
した悪臭ガスを直火燃焼脱臭、触媒燃焼脱臭、湿
式薬液洗浄、吸着などの各種の脱臭工程で脱臭す
るという手段によつているため、プロセスが複雑
となり、維持管理維持経費上非常に問題があつ
た。

とくに、近年石油を取り巻く環境の悪化に伴な
つて省資源、省エネルギ、更には石油以外の形で
のエネルギ生産が強く要求されるようになつてき
ており中でも廃棄物や有用植物からのエネルギ回
収を行なおうとする姿勢は最も強く、代表的なも
のでは下・廃水処理汚泥や都市ゴミをメタン発酵
してメタンガスや電気という形で回収する技術が
提案されている。しかし、これらのメタン発酵技
術にあつてはまだ幾つかの問題点が存在し、これ
らを解決することによつて更に技術的進歩が望ま
れる。例えばこの従来技術では十分経済的に成り
立つに足るだけのメタンガス発生量が得られない
かあるいはメタン発酵後の残留物の処理処分に、
却つて多額の費用を要する欠点があつた。

本発明はこれら従来の有機性廃棄物の処理プロ
セスの不合理な数多くの問題点を解決し、生物分
解性を大巾に向上し悪臭ガス発生を防止しつつ、
極めて省エネルギ的に、効率よく処理することが
可能で安価なエネルギ生産と事後処理の簡便化と
ができる有機物の処理方法を提供することを目的
としたものである。

本発明は、有機性廃棄物を酸発酵処理せしめ、
さらにPH５以下において加熱温度175℃以上で10
分以内の熱処理を施したのち、メタン発酵処理す
ることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法であ
る。

すなわち有機性廃棄物をメタン発酵するにあた
り、機能的に酸発酵工程とメタン生成工程とに分
離し、両工程の間に熱処理工程を経て処理するよ
うにし、この熱処理をPH５以下で行なうことが重
要な特徴の一つとする。

この場合、単にメタンガス発生量の増大のみな
らずメタン発酵後の残留物の固液分離の改善と臭
気や熱処理脱離液の処理並びに熱処理工程で得ら
れる廃熱の有効利用、コンポスト化処理などの点
で大巾な改善がなし得るものである。しかも発生
するエネルギを、少なくとも機械動力、加熱部へ
の熱源、汚泥の加温又は水分減少、高度の乾燥、
有機性汚泥発生源の水処理工程その他の動力、各
種ポンプなで任意の熱、動力、電気エネルギ消費
工程に供給利用する工程を含んでいる。

なお前記熱処理工程においてPH５以下という低
いPH領域で熱処理を行なうと熱処理を行なわない
場合はもちろん、PH５以上という状態で熱処理す
る場合に比べ有機物の変性、例えば加水分解を受
けて低分子化したり、非溶解状の物質が溶解性に
転じたりして易生物分解性となるという割合が高
く、通常のメタン発酵工程では分解されないよう
な物質も生物分解が可能となる。そして、この有
機物の変性については本願発明方法の場合、熱処
理に先だつて酸発酵を行なつているので酸発酵工
程において容易に生物分解される有機物は分解さ
れており、酸発酵工程で分解されない有機物のみ
を熱処理工程で易生物分解性物質に変性すること
に集中されるため熱処理工程の効率化が図られる
し、更にPH５以下であるため、有機性廃棄物の流
動性が増し、この点でも熱処理の効率化が図られ
る。即ち、本発明のように酸発酵処理を行えば、
おのずとこの段階でPH５付近、望ましくはPH4.5
となり、酸発酵処理を行う前に比べて粘性も低下
するほか、酸発酵処理過程でPH５付近、あるいは
PH５以下となるため加熱処理段階でPH５以下に調
整するために添加する酸の量を大幅に節約するこ
とができる。また、この特徴は酸発酵工程の後、
固液分離を成し、固液分離による濃縮部のみを熱
処理工程に通し、分離液部を熱処理工程を経ない
でメタン発酵工程に導いても同様に得られる利点
である。

このように生物分解可能な有機物が非常に多く
生成され、またこれが低いPH領域であるので、効
率よくメタン発酵を受けるためメタン発酵工程か
らのメタンガス発生量も通常のメタン発酵工程か
ら発生する量よりも大変多くなり、その分だけ回
収できるエネルギ量を増すことができるのであ
る。一般にメタン発酵槽内のPHは7.0〜8.0である
のに対し、PH５以下の領域の易生物分解性有機物
がメタン発酵槽に入ることはメタン発酵を非常に
推進するのに役立つものである。

また、本発明ではメタン発酵残留物の固液分離
については発酵残留物はスラリ状であることがそ
のほとんどであり、これを処理処分するのに固液
分離することが含まれる。しかし、この発酵残留
物の固液分離は大変困難で、この固液分離操作に
はメタン発酵工程で回収されるエネルギ以上のエ
ネルギを費さないようにするため有機性廃棄物の
一種である下・廃水処理汚泥を熱処理し、固液分
離性が著しく改善されると共に、この熱処理によ
る固液分離性の改善は熱処理後、メタン発酵にも
損われない。即ちPH５以下という酸性条件下で熱
処理をし、PH値を中性付近に戻したりという手段
を講じることなくメタン発酵を行なうので有機性
廃棄物をPH調整を行なわないで単に熱処理してメ
タン発酵する技術よりも進んだ固液分離性を示す
し、これによりメタン発酵残留物の固液分離が従
来技術に比べて更に改善され、固液分離操作に要
するエネルギも大巾に少なくなる。

さらにまた有機性廃棄物を熱処理すると熱処理
装置およびこれと熱交換器を介して熱の有効利用
を図る際の配管系統にスケールが付着し、熱処理
ひいては熱交換機能の低下をもたらす傾向がある
が、これを防ぐために前記熱処理を行なう前にPH
５以下となるように調整処理が有効であり、特に
有機性廃棄物をPH５以下に調整するには酸を多く
必要とするのに対し、本発明では熱処理工程の前
に酸発酵を行なつているため、酸発酵を行なわな
い廃棄物に比べPH値が低く酸消費量が小さいので
PH５以下に調整するに必要な酸の量が少なくて足
る。この場合廃棄物によつては酸発酵工程で既に
PH５以下を達成することが多く、酸を必要としな
い場合も十分可能性のあることで酸量なしで処理
できる場合もある。酸発酵工程でPH５以下に達し
ない場合、PH調整に用いる酸は有機酸が望ましい
が、鉱酸を用いるならば塩酸が最も好ましい。こ
のようにPH５以下で熱処理を行なうため流動性を
増すばかりか熱処理装置本体、熱交換器、および
これらを介する配管内部へのスケールの付着の問
題が解決され、熱処理、そして熱交換が効率よく
行なわれる。この熱処理工程から発する廃熱の有
効利用も例えば酸発酵工程とメタン発酵工程の加
熱に使うことができる。そしてこれにより酸発酵
工程においては中温域、高温域いずれに加温して
もよいが高温域が可能であり、また望ましい。高
温域での酸発酵では酸発酵速度の向上と、これに
伴ない酸発酵槽の容積の減少化、および酸発酵後
の廃棄物の減量化を図ることができるし、これら
熱処理装置の小型化、加熱に要する熱量の低減は
酸発酵工程後、固液分離を行ない、濃縮部のみ熱
処理を施す方法を採ることによつて効果が一段と
大きくなる。

また本発明方法において前記熱処理における加
熱温度を175℃以上としたのは175℃以下に比べて
脱水過速度が大巾に向上し、脱水性が向上し、
またメタン発酵での有機物分解率が大巾に増大す
るからである。

また、175℃以上での加熱処理で、消化の阻害
が見られなかつたばかりか、175℃付近を境とし
てメタン発酵液の固液分離性能が著しく改善さ
れ、単にメタンガス発生量の増大のみならずメタ
ン発酵後の残留物の固液分離の改善、臭気や熱処
理脱離液の処理等の点で大幅な改善をなしうる。
なお加熱処理の加熱時間の影響も大きく175℃で
30分間以上の加熱処理を行うと後続のメタン発酵
工程で消化阻害が見られるばかりか、固液分離性
能も悪化するし、VSの分解率の劣化、それに伴
うガス発生量の低下、脱水ケーキ含水率が高くな
るため加熱温度が175℃以上の場合、加熱時間は
10分以内にとどめるべきである。

このように本発明にあつては有機性廃棄物を酸
発酵した後PHが５以下において、175℃以上で熱
処理した後メタン発酵することにより生物分解性
が増加し、それに伴つてメタンガス発生量が増大
するのみならず、メタン発酵残留物の固液分離性
が改善される。そしてPH５以下での熱処理である
ため該廃棄物の流動性が増し熱処理が効率よく行
なわれ、熱処理時間も短縮され、また熱処理装置
本体、熱交換器、およびこれらを介する配管内部
へのスケールの付着の問題が解決され、熱交換も
効率よく行なわれるし、更に酸発酵を経た後のPH
調整であり、熱処理であるためPH調整のための薬
品量が少なくてすみ、酸発酵により廃棄物量が減
少するので熱処理装置も小さくすることができる
のである。

ところで、有機性廃棄物の熱処理を行なうとか
なりの悪臭を発することが多く、特に下水処理汚
泥の熱処理において顕著なものであつたが、熱処
理後メタン発酵を行なうことにより悪臭成分がか
なり除去され二次公害の危険性も無くなるほか、
熱処理脱離液の色度成分が非常に濃く、生物処理
のみの手段では色度成分の除去が大変困難であつ
たがメタン発酵残留物の固液分離に際し、少なく
とも塩化第二鉄を凝集助剤として用いる固液分離
方法を採用すれば色度成分をかなり除去すること
ができた。

ここでは塩化第二鉄の添加量は添加後のPHが少
なくとも5.5以下となるようにし、その量はメタ
ン発酵残留物の固形物あたり10〜30％とするのが
よい。この塩化第二鉄のみで固液分離が困難な場
合は、消石灰や水酸化マグネシウムなどのカルシ
ウム、マグネシウム系アルカリを更に凝集助剤と
して添加すればよい。このようにメタン発酵残留
物に少なくとも塩化第二鉄を凝集助剤として添加
して固液分離するとき固液分離と同時に熱処理過
程で発生する着色成分をも除去できる利益もあ
る。

本発明を実施態様にしたがつて図面を参照して
説明すると、有機性廃棄物１を酸発酵槽２に投入
し、熱処理装置４と熱交換６によつて高温あるい
は中温域に加温されている酸発酵槽２において酸
発酵を成すに足るだけの滞留時間滞留させ、終始
もしくは適宜撹拌を与える。酸発酵を終えた有機
性廃棄物をあるいは固液分離装置７で分離した濃
縮物を、そのPHが５以下であればそのまま、そう
でなければPH５以下となるように有機酸３または
塩酸を添加し処理温度175℃以下の熱処理装置４
に投入して熱処理する。所定時間の熱処理を受け
た廃棄物を熱処理装置４と熱交換されるメタン発
酵槽５に投入し、メタン発酵するに足る滞留時間
滞留させ終始または適宜撹拌を行なう。このメタ
ン発酵槽５を出た処理物１３に少なくとも塩化第
二鉄を凝集助剤９として添加した後固液分離装置
１０で固液分離し、脱離液１１は水処理系に返流
処理する。なお前記酸発酵を終えた後固液分離を
行なつた場合この分離液８はメタン発酵槽５に流
入させて処理するのが好ましい。

以上のように本発明では、有機性廃棄物の生物
分解性が増加し、メタンガス発生量が増大するの
みならずメタン発酵残留物の固液分離性が改善さ
れ、熱処理および熱交換に関わる種々の長所を持
つ他、従来、熱処理の大きな問題点とされてきた
悪臭成分や脱離液の色度成分についても解決を与
えるもので、有機性廃棄物からの総合的なエネル
ギ回収が可能である利益がある。

次に本発明の実施例を従来法と比較して示す、 実施例 １ 全固形物濃度（以下TSと記す）3.5％、揮発性
固形物濃度（以下VSと記す）2.8％、強熱減量
（以下VS／TSと記す）78.4％、PH5.6の下水汚泥
を３／日で52±１℃に制御され連続して撹拌さ
れている酸発酵槽に１日滞留させると、PH5.0、
TS：3.0％、VS：2.2％、VS／TS：74.5％の酸
発酵汚泥が得られた。これを容量５のオートク
レーブに入れ、175℃で10分間熱処理するとPH
5.1、TS：3.0％、VS：2.2％、VS／TS：73.2％
の熱処理汚泥が得られ、これの臭気濃度：
1040000、脱離液の色度：580であつた。この熱処
理汚泥を35±１℃に維持され、連続して撹拌され
ているメタン発酵槽に15日滞留させる（メタン発
酵槽の容量45）とVSの61％が分解して、ガス
が１日あたり56.9発生し、PH7.6、TS：1.7％、
VS：0.85％、VS／TS：51.5％のメタン発酵汚泥
が得られた。これに塩化第二鉄をTSあたり20％、
消石灰を50％添加し、ろ過圧：４Kg／cm²、ろ過時
間；30分、圧搾圧力：９Kg／cm²、圧搾時間：20分
の条件で加圧脱水を行なつたところ含水率65.4％
の脱水ケーキが得られた。脱水脱離液は色度22、
脱水ケーキの臭気濃度：380であつた。

実施例 ２ 酸発酵過程までは実施例１と同じである酸発酵
汚泥を1360Gで10分間無薬注で遠心濃縮すると、
TS：5.1％、VS：3.8％、VS／TS：74.5％の濃
縮汚泥が1.7、TS：約2300mg／、VS：約
1700mg／の分離液が1.3得られた。この濃縮
汚泥を容量５のオートクレーブに入れ、175℃
で10分間熱処理するとPH5.2、TS：5.1％、VS：
3.8％、VS／TS：74.3％の熱処理汚泥が得られ、
この臭気濃度：1230000、脱離液の色度：730であ
つた。この熱処理汚泥と先の遠心分離液とを35±
１℃に維持され、連続して撹拌されているメタン
発酵槽に15日滞留させる（メタン発酵槽の容量45
）とVSの95％が分解してガスが１日あたり
57.0発生し、PH7.7、TS：1.7％、VS：0.9％、
VS／TS：53.6％のメタン発酵汚泥が得られた。
これに塩化第二鉄をTSあたり15％、消石灰を50
％添加し、ろ過圧：４Kg／cm²、ろ過時間：30分、
圧搾圧力：９Kg／cm²、圧搾時間：20分という条件
で加圧脱水を行なつたところ含水率63.8％の脱水
ケーキが得られた。脱水脱離液は色度：25、脱水
ケーキの臭気濃度：350であつた。

比較例 実施例１，２と同じ下水汚泥を容量５のオー
トクレーブに入れ、175℃で30分間熱処理すると
PH5.8、TS：3.5％、VS：2.8％、VS／TS：78.2
％の熱処理汚泥を得た。この熱処理汚泥の臭気濃
度は930000、脱離液の色度は520で、これを35±
１℃に維持され、連続して撹拌されているメタン
発酵槽に15日滞留させる（メタン発酵槽の容量45
）とVSの51％が分解してガスが１日あたり
53.2発生し、PH7.6、TS：2.1％、VS：1.4％、
VS／TS：64.2％のメタン発酵汚泥が得られた。
これを１日静置すると沈降濃縮して、濃縮汚泥の
占める容量は23％となり、TS：7.4％、VS：4.8
％の濃縮汚泥が得られる。このときの沈降分離水
は色度：550、臭気濃度：760であつた。得られた
濃縮汚泥に、TSあたり塩化第二鉄を20％、消石
灰を50％添加し、ろ過圧：４Kg／cm²、ろ過時間：
30分、圧搾圧力：９Kg／cm²、圧搾時間：20分とい
う条件で加圧脱水を行なつたところ含水率67.1％
の脱水ケーキが得られた。この脱水脱離液は色
度：17、臭気濃度：330であつた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の一実施態様のフローシート
である。 １……有機性廃棄物、２……酸発酵槽、３……
塩酸または有機酸、４……熱処理装置、５……メ
タン発酵槽、６……熱交換、７……固液分離部、
９……凝集助剤、１０……固液分離装置、１１…
…固液分離による脱離液、１２……発生ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機性廃棄物を酸発酵処理せしめ、さらにPH
   ５以下において加熱温度175℃以上で10分以内の
   熱処理を施したのち、メタン発酵処理することを
   特徴とする有機性廃棄物の処理方法。 ２ 前記酸発酵工程が、酸発酵後に固液分離する
   ものであつて、濃縮物のみ熱処理し、分離液は熱
   処理せずにそれぞれ前記メタン発酵工程に導入処
   理するものである特許請求の範囲第１項記載の処
   理方法。 ３ 前記メタン発酵工程が、メタン発酵後にメタ
   ン発酵残留物の固液分離工程を含んでいるもので
   ある特許請求の範囲第１項または第２項記載の処
   理方法。 ４ 前記メタン発酵工程が、メタン発酵後に固液
   分離処理するものであつて、この固液分離処理に
   少なくとも塩化第二鉄を凝集助剤として添加処理
   されるものである特許請求の範囲第３項記載の処
   理方法。