JPS588316B2

JPS588316B2 - 有機性廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JPS588316B2
Application number: JP51103675A
Authority: JP
Inventors: 緒田原蓉二; 石田昌彦; 芳賀良一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-09-01
Filing date: 1976-09-01
Publication date: 1983-02-15
Also published as: JPS5329278A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は有機性廃棄物の嫌気性消化方法に関するもので
ある。

都市下水や畜産廃水などの二次処理施設が普及するに伴
ない、大量の余剰活性汚泥が発生しつつある。

また、家庭厨芥もかなりの量が排出されている。

このため、将来ともこれら有機性廃棄物を無公害的に効
率よく処理することは極めて重要な問題である。

現在、これら有機性廃棄物は主として焼却、埋立て、海
洋投棄により処分されているが、これらが各種の二次公
害を引きおこしていることは周知の通りである。

ところで，濃厚有機性廃液の処理方法の一つに古くから
嫌気性消化法が知られている。

この嫌気性消化は主として二種の反応によることが知ら
れている。

すなわち、まず廃液中の有機物が液化菌群（腐敗菌群）
の作用により低分子化して、酢酸、プロピオン酸、酪酸
などの揮発性脂肪酸となる液化反応と、これらの生成し
た脂肪酸がガス化菌群（メタン菌群）によりメタンに転
換する反応とからなっている。

そして、通常行なわれている嫌気性消化はこれら両方の
菌群が共存状態でもしくはゆっくりした勢力交代の過程
で消化分解が進行していくものと考えられている。

このようなことから、嫌気性消化は通常３０〜５０日と
いった長い処理期間を必要とする。

そのため、消化残渣である消化汚泥を肥料として有効利
用できることや、発生するメタンガスを消化装置の動力
として使えるなどの特長を有するにもかかわらず、我国
でも屎尿処理に用いられている程度である。

しかし、最近になり、前記の無公害的、省エネルギー的
特長が最評価されはじめ、一大欠点である処理効率の低
さを向上させるべく研究されはじめている。

ところで、有機性廃棄物の主成分は炭水化物、脂肪、蛋
白質からなっている。

このうち炭水化物は分解されやすいが、脂肪と蛋白質が
分解されにくいとされている。

また、各成分単位重量あたりのガス発生量及び発生ガス
のメタン純度は脂質、蛋白質、炭水化物の順に大きいこ
ともよく知られている。

このように成分により分解速度がことなるため、消化期
間を短縮しようとしても分解しにくい脂質や蛋白の分解
が律速となってしまう。

以上のことから、嫌気性消化法の消化速度を高め、かつ
メタン収率及び回収ガスのメタン純度を高めるためには
、分解されにくい脂質や蛋白の分解をはやめてやること
が必要となってくる。

従来、上記の観点から改良を試みた例はなく、単に嫌気
性消化条件の最適域を探し、これを用いることが主な対
策とされてきた。

上記の点につき種々検討した結果、原料有機性廃棄物を
あらかじめｐＨ９．５以上のアルカリ性下で加熱処理す
ることにより、後続の嫌気性消化における脂肪と蛋白の
消化を促進させうろことを見い出している。

さらに、引きつづき詳しい検討を行った結果、脂質と蛋
白の含量が高い有機性廃棄物、例えば、脂質含量の高い
下水処理汚泥及び厨芥、洗毛廃液、魚かんずめ加工廃液
のように、有機物中の脂質含量が２０％以上のものにつ
いては、ｐＨ１３．６０℃、２ｈｒ以上の条件が脂質や
蛋白の分解に効果的であることを認めた。

しかし、上記条件以上で処理した場合、脂質や蛋白の分
解には好都合であるが、嫌気性菌にとって重要な生育因
子であるビタミンＢ群の多くが失活してしまい、消化全
体としては、それほど消化日数が短縮されないが、条件
によっては逆に長くなることがわかった。

例えば、家庭厨芥を破砕したスラリーをｐＨ１４，１０
０℃，２時間加熱することにより、脂質、蛋白等を効果
的に分解できるが、チアミン、リボフラビン、Ｂ６、パ
ントテン酸、ビオチン等のＢ群ビタミンの９０〜１００
％が分解失活してしまう。

そして、上記加熱処理後に消化を行なうと、数日の遅滞
期をへてはじめて消化が進むため、加熱処理せず消化し
た対称区にくらべ消化に要する日数に大差が認められな
い。

もつとも、消化終了時でのＣＨ４の収率は対称にくらべ
１０％程度向上している。

本発明の目的は上記した従来技術の欠点を改善し、処理
効率の高い有機廃棄物の処理方法を提供することにある
。

本発明者らは上記の点につき種々検討した結果、原料有
機廃棄物の使用量の８０〜９５％にあたる分を水の存在
下にアルカリ性で加熱処理し、これに残りの５〜２０％
分の廃棄物を無処理のまま混合して嫌気消化することに
より、上記の欠点を解決し、脂肪と蛋白の消化を促進さ
せうろことを見い出した。

しかして、本発明の特徴は、原料有機廃棄物使用量の８
０〜９５％相当分を消化する前に、上記したアルカリ性
下で加熱処理を行ない、上記の加熱処理を施した廃棄物
と、使用全量の５〜２０％にあたる加熱処理をしていな
い残りの廃棄物とを混合することである。

これにより、上記で分解損失した嫌気性菌の生育因子を
補充することができる。

本発明で用いうる嫌気性消化の方式としては，液化ガス
化を同一槽内で並行的に行わせる旧来の方式の他に、上
記の液化、ガス化分離方式も用いることができる。

後者については、ごく最近、液化とガス化の両反応を分
離しうることが証明され、また各反応の最適化をはかる
ことにより従来の並行複発酵方式よりも処理期間を短縮
しうろことが報告されている。

本発明に於て、消化方式として液化ガス化分離方式を用
いた場合、アルカリ性加熱処理で使用したアルカリを液
化反応で生成する揮発性脂肪酸の中和剤としても有効に
利用できる利点が生じる。

このように、本発明は成分による分解速度の差を解消し
、効率よく消化できるようにしたものである。

第１図に本発明の有機性廃棄物の処理方法なるプロセス
の一例を示し、以下工程順に詳しく説明する。

まず、廃液貯槽１に貯えられた比較的脂質含量の高い有
機性廃棄物、例えば厨芥、乾燥重量あたり２５〜４０％
の比較的高い濃度の脂質を含む余剰活性汚泥、魚かんず
め製造廃液等は、その使用量の８０〜９０％にあたる量
が加熱処理槽２に投入され、アルカリ性条件下で加熱処
理される。

厨芥など粗大な固型物を含むものの場合には、適宜破砕
しスラリー状にした方が装置の故障防止、処理効率の向
上という点で好ましいことは言うまでもない。

この加熱処理における有効ｐＨ領域は１３以上が好適で
ある。

ｐＨ調整に使用可能なアルカリとしてはその構成陽イオ
ンが生物毒性を示すものでない限り特に限定されない。

即ち、苛性ソーダ、炭酸ソーダ、消石灰、生石灰が用い
られる。

特に苛性ソーダ、炭酸ソーダは効果的である。アルカリ
の添加量は有機廃棄物の種類、有機成分の組成及び濃度
、アルカリの種類によりことなるが、一般に上記有効ｐ
Ｈにするには原料有機物の１〜３０％（ｗｔ／ｗｔ）の
範囲の添加量となる。

効果的な温度の範囲６０〜１００℃であるが、経済性を
加味すれば６０〜９０℃の範囲が好ましい。

加熱時間はｐＨ、温度により大きく変ってくるが、ｐＨ
１３，６０℃の場合、２時間以上、ｐＨ１４、１００℃
の場合は１分以上必要である。

時間の上限は特に限定されないが、経済性を加味すれば
２日以下が好ましい。

加熱方法は加熱面でのこげつきがないかぎり特に限定さ
れず、公知の方法で十分可能である。

即ち、加熱処理槽の周囲や内部に設けたヒータや熱交換
器により、あるいは蒸気の吹き込み等によって行なわれ
る。

攪拌は原料の水分含量、水添加量により，それに適合し
た公知の方法を用いればよい。

水分含量が７５〜８５％（ｗｔ／ｗｔ）の場合には回転
円筒中での攪拌も効果的である。

上記の加熱処理により廃棄物中の脂質は効果的に溶解し
かつ蛋白は低分子化するがＢ群ビタミンの大部分は破壊
されてしまう。

次に、上記の加熱処理した有機性廃棄物と残りの５〜２
０％の加熱処理していない有機性廃棄物とを液化槽３に
投入し、液化菌に接触させる。

そして、嫌気的条件下でかつ一定温度で攪拌しながら数
日間保持される。

この液化工程に於て、高分子物質は低分子化され、生成
した低分子化合物はさらに揮発性脂肪酸にまで分解され
る。

前工程の加熱処理により、蛋白は分子量も低下し、脂肪
も構成高級脂肪酸に分解され溶解しやすくなってきてい
るが、この液化工程でさらに低級脂肪酸にまで分解が進
む。

液化工注での温度は３０〜７０℃，ｐＨは４〜６が好適
であり、廃液の種類、使用する液化菌により適宜選択可
能である。

液化反応では酸が生成してくるが、第１工程で使用した
アルカリが、第２工程での中和剤として有効に使われる
。

アルカリが足りない場合は、中和剤を新たに添加し、液
中ｐＨを上記の好適範囲に調整することが必要である。

この際，用いうる中和剤としては第１工程で用いたアル
カリの他炭酸カルシウムも有効である。

なお、液化菌、攪拌及び保温は従来の嫌気性消化法で採
用されてきたものが十分用いられる。

例えば、液化菌としては、クロストリジュウム属、バシ
ルス属、エシエリヒア属、スタフイ口コツカス属などで
ある。

これらは通常、単菌よりも菌群として使われる場合が多
い。

液化槽で発生するガスの組成は原料の種類、処理条件に
よりかなり変化するが、一般的にはＣＯ２，７０〜９５
％、他に少量のＮ２、Ｈ２、Ｈ２Ｓを含んでいる。

これらのガスは後続工程のガス化の際に発生するＣＨ４
に富む高カロリーガスの稀釈に用いるか、或いは第２鉄
塩により脱硫を行なったあと大気中に排気してもよい。

次に液化の終了したスラリーはガス化槽４に送られる。

ここでＣＨ４に富むガスが発生するが、このガス化を効
率よく行なうには、嫌気的条件下で３０〜７０℃に加温
して攪拌しながらｐＨを７〜８に調整する必要がある。

加温及び攪拌の方法は前述した液化工程で用いるものと
同じ方法により十分達成できる。

ｐＨの調整は鉱酸、有機酸の添加によって行われる。

ガス化菌としてはメタノサルシナ属，メタノコツカス属
、メタノバクテリウム属等、従来使われてきたガス化菌
が十分使用できる。

発生するガスの主成分は６０〜９０％のＣＨ４と１０〜
４０％のＣＯ２からなり他にＮ２、Ｈ２Ｓが少量含まれ
る。

ガス化工程で発生したガスは単独もしくは液化工程で発
生したガスと混合し，脱硫器５を通したあとガス化槽６
に貯留される。

貯留ガスは従来の消化法と同じく、装置の保温熱源及び
ガス化槽の通気攪拌のための気体として使用してもよい
。

ガス化を終了したスラリーは沈澱槽７で上澄の脱離液と
沈澱の消化汚泥に固液分離される。

脱離液はこのあと活性汚泥処理等により後処理して放流
される。

消化汚泥は従来法で得られる消化汚泥と同じく脱水乾燥
して有機肥料等の用途に十分供しうるものである。

次に、本発明の具体例を述べ、さらに詳しく説明する。

実施例１都市下水処理の余剰活性汚泥４００ｇ（固形分濃度：１
．１％、固形分中の有機物濃度６５％、脂質含量３０％
、粗蛋白含量３２％）に３０％苛性ソーダ溶液を攪拌し
ながら３．５ｍｌ添加し、ｐＨを１０．４に調整した。

これを還流冷却器を附した１ｌのセパラブル丸底フラス
コに入れ，攪拌しながら９０℃で３０分間加熱処理した
。

加熱処理後、２ｌガラス製消化槽に投入し、これに濃塩
酸３ｍｌを添加して、ｐＨを６．０附近まで中和した。

次いで、これに加熱処理をしない生の余剰活性汚泥１０
０ｇを加え、さらに屎尿の嫌気性消化汚泥を種汚泥とし
て原料汚泥スラリーの２％（ｗｔ／ｗｔ）量を接種した
あと消化槽内気相部分をＮ２ガスで置換した。

次いで，３００〜３５０ｒｐｍで撹拌しつつ、ｐＨをｐ
Ｈスタットにより７．２に自動調整しながら汚泥５００
ｇを上記の前処理をせずｐＨを苛性ソーダで７．２に調
整した場合、及び汚泥５００ｇを上記のアルカリ性加熱
処理と同条件で加熱処理した場合につき同様に消化試験
を行った。

その際のメタン発生の消化ガス量と消化日数の関係を第
２図に示す。

原料汚泥の全量をアルカリ性で加熱処理した場合Ｂガス
発生の誘導期が長くなり引いては消化日数が無処理の場
合Ａにくらべそれほど短縮されないのに対し、アルカリ
性加熱処理したものに生汚泥を添加した場合Ｃは誘導期
が短かくなり消化日数が３０％短縮された。

なお、消化ガスのメタン含量は体積比でＡ：６９．０、
Ｂ：７０．５％、Ｃ：７０．１％とほぼ純度が同じであ
る。

本発明によれば、有機性廃棄物をアルカリ性で加熱処理
して、脂肪や蛋白といった消化しにくい成分を消化しや
すくしてから消化することにより、従来の方法にくらべ
消化期間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるフローシート図、第２図は消化
ガス発生量と消化日数との関係を示す図である。符号の説明、１・・・・・・有機性廃棄物貯留槽、２・
・・・・・アルカリ性加熱処理槽、３・・・・・・液化
槽、４・・・・・・ガス化槽、５・・・・・・脱硫塔、
６・・・・・・ガス貯留槽、７・・・・・・沈澱槽。

Claims

【特許請求の範囲】１有機性廃棄物を、その全量の８０〜９５％にあたる
量を水の存在下にアルカリ性で加熱処理する第１工程と
、該第１工程で処理した有機性廃棄物に残りの５〜２０
％にあたる無処理の有機性廃棄物を混合して嫌気性消化
する第２工程とより構成したことを特徴とする有機性廃
棄物の処理方法。２前記第２工程においておこなう嫌気性消化方法とし
て液化処理したあとガス化処理する２段階発酵方式を用
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の有機
性廃棄物の処理方法。