JPH09294969A - 有機性廃棄物の資源化方法 - Google Patents

有機性廃棄物の資源化方法

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JPH09294969A
JPH09294969A JP13256896A JP13256896A JPH09294969A JP H09294969 A JPH09294969 A JP H09294969A JP 13256896 A JP13256896 A JP 13256896A JP 13256896 A JP13256896 A JP 13256896A JP H09294969 A JPH09294969 A JP H09294969A
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定祐 永松
Tsutomu Higo
勉 肥後
Toshio Fukuda
俊男 福田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 含水率を高めずに処理でき、貯留中の腐敗の
問題を解決でき、しかも、水熱反応後の水相を有効に処
理できる有機性廃棄物の資源化方法を提供する。 【解決手段】 有機性廃棄物１をスラリー化２して、嫌
気性消化４によりメタンガス６を回収したのち、次い
で、該発酵スラリー７を水熱反応１１によりカーボンス
ラリー化１３してから固液分離４し、濃縮カーボンスラ
リー１７を回収することを特徴とする有機性廃棄物の資
源化方法としたものであり、前記固液分離に際して発生
する分離液１６は前記廃棄物の嫌気性消化４に返送する
ことができ、水熱反応は温度２５０〜３５０℃、圧力５
０〜２００気圧で行い、ハロゲン元素や酸素の離脱反応
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃棄物の資
源化方法に係り、特に、都市ごみやし尿や下水汚泥や産
業廃棄物などの、固形、汚泥、液状の有機性廃棄物の水
熱反応による資源化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、廃棄物からの水熱反応による資源
化方法は、次のようであった。廃棄物は、含有固形物が
あれば、それを数ｍｍ以下の粒径まで破砕して、ポンプ
で送れる程度の含水率の原料スラリーとしてから、水熱
反応させてカーボンスラリーとし、さらにカーボンスラ
リーが水と分離容易となることを利用して、水分を除去
することで、発熱量が４０００〜５０００ｋｃａｌ／ｋ
ｇ以上ある濃縮カーボンスラリーを得て燃料化すること
が、研究開発途上にある。ここに、カーボンスラリーと
は、含有有機分が脱ハロゲン化や脱炭酸化して、チャー
と呼ばれる炭化物や油分や水溶性成分に変化したもの
と、水との混合物である。ここで、油分とは、ジクロル
メタンなどの有機溶媒により抽出されるものをさし、水
相とは、有機溶媒抽出残渣をろ過にかけて得たろ液を指
し、固相とは油分と水相を除いた残りをさす。また、水
熱反応とは、反応温度の飽和蒸気圧以上に加圧してか
ら、反応温度に昇温し、化学反応を起こさせることをさ
す。都市ごみなどの廃棄物では、この反応温度を３００
〜３５０℃程度とし、圧力は１５０気圧程度とすること
が行われている。
【０００３】しかしながら、前記の方法には次の様な問
題点があった。水熱反応の原料スラリーは、廃棄物によ
っては流動性が悪いとか粘性が高いとかのために、含水
率を８５〜９０％前後に高めなくてはならず、設備の廃
棄物処理量が低下したり、昇温や冷却の際の大きな熱負
荷、冷却負荷を必要としていた。廃棄物処理設備では、
受入貯留設備は、例えば厚生省のごみ処理施設構造指針
では、焼却施設のごみピットを計画日最大量の２日分以
上の容量とすることを規定するなど、一般に受入量の変
動を吸収し、後段の処理設備に供給する廃棄物の質を均
質化するために、大きな容量を必要とする。水熱反応処
理設備においては、原料スラリーの混合均一化を考える
と、この貯留容量を、廃棄物を水熱反応に供給する原料
スラリーのかたちにして、ミキシングしながらタンク貯
留することが望ましい。しかしながら、腐敗が進行し、
水相に於けるＣＯＤが上昇したり、悪臭や衛生上の問題
が生じたりするため、それらの問題を解決する必要があ
った。
【０００４】また、水熱反応後に、濃縮カーボンスラリ
ーと分離される水相は、含有有機物濃度は原料スラリー
の水相に比較してかなり減少するものの、有機物量が通
常２〜３万ｐｐｍもの濃度を持ち、生物処理するには大
量の水で希釈することが必要となり、重金属を含む場合
などは生物処理はあきらめて、燃料を用いての蒸発酸化
処理をせざるを得なかった。水熱反応後のスラリーから
水相を除去して、濃縮カーボンスラリーを得る濃縮の際
のろ過脱水等では、油分が固着や目詰まりを起こすため
に、頻繁に掃除をしなければならない。従って、水熱反
応設備を連続運転するためには、予備機が必要で、しか
も運転上の負担が予想されていた。このように、水熱反
応自体は、かなり研究がすすんではいるものの、廃棄物
を水熱反応により発熱量のある濃縮カーボンスラリーと
して資源化する技術の実用化には問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決し、含水率を高めずに処理でき、貯留
中の腐敗の問題を解決でき、しかも水熱反応後の水相を
有効に処理できる有機性廃棄物の資源化方法を提供する
ことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、有機性廃棄物をスラリー化して、嫌気
性消化によりメタンガスを回収したのち、次いで、該発
酵スラリーを水熱反応によりカーボンスラリー化してか
ら固液分離し、濃縮カーボンスラリーを回収することを
特徴とする有機性廃棄物の資源化方法としたものであ
る。前記方法において、固液分離に際して発生する分離
液は、前記廃棄物の嫌気性消化に返送するのがよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図１に、本発明の資源化方法の工程
図を示す。廃棄物１は、固形物を含むものは数ｍｍ以下
まで細破砕し、ガラスや瓦礫や金属類などの無機分であ
る異物はできるかぎり除去し、汚泥や廃液などもともと
細かくて破砕の必要がないか、固形物をほとんど含まな
いものは、必要に応じてスクリーンを通し、十ｍｍ前後
を越える粗大固形物を異物３として排除する前処理２を
行う。次のメタン発酵４では、前処理して得た廃棄物ス
ラリーを底の一端より供給して、空気を絶って嫌気性消
化槽に貯留し、ｐＨを６〜８の中性域に維持し、温度も
３０〜６０℃程度とし、消化槽中〜上部にある液の水溶
性有機分が、ＣＯＤで５．０００〜１００，０００ｍｇ
／ｌ程度となるように、添加水５を加えて調節する。消
化槽では、炭酸ガスやメタンガス６が生成して出来た泡
に、付着したメタン発酵菌体が浮上しては、ガスを離脱
して沈降し、適度に中〜上部が攪拌される。消化槽は密
閉容器とし、水面レべルはほぼ一定として、天井部に集
まったメタンを高濃度に含むガスを取り出す。
【０００８】メタン発酵菌体は、主にこの消化槽中〜上
部を循環するため、原料スラリーを消化槽底部の供給点
の反対側端から抜く形で発酵スラリーとして取り出す
と、増殖速度の遅いメタン発酵菌体の流出が少なくて済
む。なお、廃棄物の種類によっては、消化槽に満たされ
た液の比重より軽くて浮いてしまうものもある。そのよ
うな廃棄物が入ってくる可能性がある場合には、消化槽
に張った液の水面では、ゆっくりと水面をかき混ぜて、
泡に付着したメタン発酵菌体を沈降させながら、浮上し
てきた液の比重より軽い廃棄物を掻き出す機構を備え、
消化槽より排出して消化槽底部から抜き出した発酵スラ
リーと一緒にしてやるとよい。なお、毒性物質がメタン
発酵に対して阻害濃度以上に存在しないことが必要であ
り、例えば、アンモニア態窒素は２００ｍｇ／ｌ以下、
硫化水素態硫黄は１００ｍｇ／ｌ以下が一応の目安であ
り、これも添加水量調節の要素である。
【０００９】このメタン発酵では、選択的に水溶性有機
分が消費されるため、粘性物質の消失があり、粘度は、
通常の水に近いところまで下降する。この点で、でんぷ
んや蛋白質や微生物菌体を多く含む廃棄物に対しての改
質効果は大きい。なお、水に溶けない廃棄物細粒に対し
ては、メタン発酵はあまり進行しないが、食品厨芥など
の易分解性有機物は腐敗が進行して、次の水熱処理の際
に崩れてスラリーの潤滑剤としての役割を果たし易くな
る。消化槽より抜き出された発酵スラリー７は、水熱反
応に送るために脱水８を行って原料スラリー１０とし、
分離液は発酵循環水９として消化槽４に戻す。ここで
は、ポンプや熱交換器が小さくて済み、水熱反応装置に
おける必要滞留時間を極力小さな容積で得られ、昇温や
冷却の熱負荷が小さくてすむよう、極力低い含水率とす
るが、流体としてポンプや配管を流すために流動性は残
さなければならない。
【００１０】原料廃棄物によって適切な含水率は異なる
が、食物残渣を多く含む廃棄物では、消化されずに残っ
た固形分が、この流動性を与える潤滑剤となるので、浮
遊水を極端に絞ることが出来、約４０％の含水率も可能
である。脱水で得た原料スラリー１０は、高圧にして高
温に曝す水熱反応処理１１にかける。通常、２５０〜３
５０℃、圧力は温度に応じてその温度下での飽和蒸気圧
よりも高い５０〜２００気圧とし、反応時間は温度が高
いほど短くして１〜２時間から十数分とするのが普通で
ある。化合物中に含まれるハロゲン元素や酸素は、２５
０℃前後から離脱反応が起こる。これは、酸化性雰囲気
では進みにくいが、特に酸素を吹き込むようなことをし
ないため、強い還元状態となって脱酸素脱ハロゲン化反
応が進行するためである。
【００１１】この結果、分子の鎖状構造が分断され、炭
酸ガスを主体として、硫化水素、メルカプタン、アンモ
ニア等を含むガス１２が排出し、炭素の比率の高まった
脆いチャーである固相、油分、それと低級有機酸やアル
コール、アルデヒド、ケトン等の水溶性有機化合物や、
塩類の溶け込んだ水相の混合物であるカーボンスラリー
に変わる。ここで、メタン発酵させて得た原料スラリー
では、メタンの形で原料廃棄物から水素が減少している
ため、油分は少なくなる。また、メタン発酵により原料
スラリーの水溶性有機物が選択的に減少しているため、
水相中の有機化合物は少なくなる。油分は、一般に常温
ではタール状ないしピッチ状の重質油で、流動点は通常
５０℃を越える。脱酸素反応のために、水相の粘度はほ
とんど水と同様であり、固相や油分もコロイドは作ら
ず、沈降性がよく脱水しやすい性状となる。
【００１２】得たカーボンスラリー１３は、水相を分離
し、含水率の低い従って発熱量の高い濃縮カーボンスラ
リー１７とする。この濃縮１４は、廃棄物の原料によっ
ては水相の比重よりも軽い比重のチャーや油分もあるた
め、ろ過脱水を用いるのが一般的である。従って、カー
ボンスラリーは、５０℃以下の極力低い温度まで冷却
し、油分を固形物としたうえで脱水濃縮４０する必要が
ある。濃縮１４の過程で冷却して、油分が液状から固体
状に変化するような条件での運転では、油分の固着が起
こって、流路閉塞やろ過面閉塞や高速回転体のバランス
の崩れを起こしてしまう。濃縮１４で分離した水相は、
メタン発酵をしない原料スラリーのＣＯＤが数万ｍｇ／
ｌであるのに対して大幅に低減されてはいるものの、ま
だ、高濃度のＣＯＤを持っている。従って、アンモニア
態窒素や硫化水素態硫黄などのメタン発酵に対する毒性
物質が、阻害濃度以上にならない程度の範囲の量を、水
熱反応循環水１６として消化槽のメタン発酵へ戻すと、
消化槽への補給水の量や発生排水１５の量を低減するこ
とが出来る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。 実施例１ 都市ごみをスラリー化して、メタン発酵させた実験デー
タの一例をここに示す。原料となる都市ごみ組成は次の
通りである。 三成分： 水分４０％、可燃分５２％、灰分８％、 可燃分元素組成： 炭素４８％、水素８％、酸素４２％、塩素１．０％、窒 素０．６％、硫黄０．４％、 これに対し、灰分を極力取り除き、水を加えて数ミリ以
下にまでミキサーで破砕し、メタン発酵菌体を加え、ｐ
Ｈ７〜８、温度３４〜３８℃で１０日間放置した。発生
ガス量は、メタンガス８９ｇ／ｋｇごみ、炭酸ガス１０
５ｇ／ｋｇごみであった。これは、容積で７０％のメタ
ンガス濃度である。
【００１４】この結果、得られたスラリーは、ろ紙上に
放置した状態にてろ過したところ、次の通りであった。 三成分： 水分５４％、可燃分４４％、灰分２％、 可燃分元素組成： 炭素４７％、水素５％、酸素４４％、塩素１．５％、窒 素０．９％、硫黄０．６％、 このメタン発酵を行う前のものを原料スラリーとしたも
のと、メタン発酵を行わせたものを原料スラリーとした
ものを、オートクレーブにて水熱反応処理した。水熱反
応処理の条件は、温度３２５℃、圧力１５０気圧、反応
時間１０分である。その結果は次の通りである。メタン
発酵を行う前のものを原料スラリーとしたもののカーボ
ンスラリー組成比率は、次の通りである。 油分２８％、ガス１３％、固相４７％、水相溶解分１２
％、 メタン発酵を行ったものを原料スラリーとしたもののカ
ーボンスラリー組成比率は、次の通りである。 油分１９％、ガス９％、固相６８％、水相溶解分４％、
【００１５】
【発明の効果】水熱反応処理によれば、有機性廃棄物は
都市ごみから、し尿・産業廃棄物まで巾広く、固形物・
汚泥・廃液などの状態にかかわらず、特に細かい種類分
けを行うことなく受入れて、発熱量の高い濃縮カーボン
スラリーを得ることができる。濃縮カーボンスラリー
は、直接流動床ボイラの燃料としたり、ＣＷＭにしてバ
ーナ燃焼させる燃料としたり、テキサコ法によるアンモ
ニア原料としたりすることが出来る。このように、汎用
性ある資源に変えることができる。特に、本発明では、
鍵となる原料スラリー調製において、メタン発酵分解を
行っており、次の効果を生じる。 （１）燃料や化学原料として有用な高濃度のメタンが得
られる。 （２）原料スラリーの粘性を低下させて、原料スラリー
含水率の低減が可能となり、水熱反応装置や反応生成物
の水相分離装置をコンパクトなものとすることができ、
設備費や運転費を大幅に低減できる。
【００１６】（３）本発明で必要とする嫌気性消化槽
は、このような廃棄物処理設備では必ず必要となるが、
腐敗や悪臭で問題となる貯留と、廃棄物の均質化のため
の設備としての機能も持つ。 （４）水熱反応後に濃縮カーボンスラリーと分離される
水相の含有有機物濃度を大幅に低減でき、排水処理を容
易とする。 （５）水熱反応後のスラリーから、水相を除去して濃縮
カーボンスラリーを得る際の、ろ過脱水等で油分が固着
や目詰まりを起こすために問題となっている水熱反応に
より生成する油分が、原料スラリーをメタン発酵分解処
理することで減少する。このため、水熱反応による廃棄
物の資源化を実用化のレベルまでおしすすめることがで
きた。従って、本発明は、廃棄物の資源化に大きく貢献
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の資源化方法の工程図。
【符号の説明】
１：廃棄物、２：前処理、３：異物、４：メタン発酵、
５：補給水、６：メタンガス・炭酸ガス等発酵ガス、
７：発酵スラリー、８：脱水、９：発酵循環水、１０：
原料スラリー、１１：水熱反応、１２：炭酸ガス等排出
ガス、１３：カーボンスラリー、１４：濃縮、１５：排
水、１６：水熱反応循環水、１７：濃縮カーボンスラリ
ー、
フロントページの続き (72)発明者 福田 俊男 東京都品川区東品川２丁目３番11号 ＵＢ Ｅビル宇部興産株式会社東京本社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有機性廃棄物をスラリー化して、嫌気性
    消化によりメタンガスを回収したのち、次いで、該発酵
    スラリーを水熱反応によりカーボンスラリー化してから
    固液分離し、濃縮カーボンスラリーを回収することを特
    徴とする有機性廃棄物の資源化方法。
  2. 【請求項２】 前記固液分離に際して発生する分離液
    は、前記廃棄物の嫌気性消化に返送することを特徴とす
    る請求項１記載の有機性廃棄物の資源化方法。
JP13256896A 1996-05-01 1996-05-01 有機性廃棄物の資源化方法 Pending JPH09294969A (ja)

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JP13256896A JPH09294969A (ja) 1996-05-01 1996-05-01 有機性廃棄物の資源化方法
US08/845,412 US6143176A (en) 1996-05-01 1997-04-25 Method of converting organic wastes to valuable resources
DE1997623918 DE69723918T2 (de) 1996-05-01 1997-04-30 Verfahren zur Umwandlung von organischen Abfällen in Werkstoffe
CN97110833A CN1067425C (zh) 1996-05-01 1997-04-30 有机性废弃物的资源化方法
EP19970107219 EP0810041B1 (en) 1996-05-01 1997-04-30 Method of converting organic wastes to valuable resources

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