JP2001047003A - 有機性廃棄物の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部からの希釈水を用いることなく、嫌気性
処理で生成するアンモニアを除去でき、好適なメタン発
酵を行える有機性廃棄物の処理方法を提供する。 【解決手段】 有機性廃棄物４を嫌気性処理１する方法
において、嫌気性処理後の汚泥をその一部又は全量に、
又は、嫌気性処理後の汚泥を固液分離して、その分離液
の一部又は全量に、リン酸塩８及び／又はマグネシウム
化合物９を添加して、リン酸マグネシウムアンモニウム
を生成２させた後、その一部又は全量を固液分離３し、
この分離液５を嫌気性処理１に返送することとしたもの
であり、前記嫌気性処理後の汚泥を固液分離した汚泥
は、その一部又は全量を嫌気性処理に返送することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃棄物の処
理方法に係り、特に、各家庭から排出される生ごみ、各
種厨房から排出される生ごみ、食品加工工場や食品製造
工場から排出される残渣及び活性汚泥処理設備等から排
出される余剰汚泥等、有機物を含有する有機性廃棄物を
嫌気性処理する有機性廃棄物の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から窒素化合物を含有している有機
性廃棄物を嫌気性処理すると、もとの廃棄物にアンモニ
ア性窒素を含有していなくても、有機物の分解過程でア
ンモニア性窒素が生成され、遊離アンモニアの毒性によ
りメタン生成菌は阻害を受け、メタンガス発生量が低下
するという問題がある。即ち、有機性廃棄物を嫌気性処
理（メタン発酵処理とも言う）すると、酸生成菌により
酸発酵され、高分子の固形有機物が低分子化されて有機
酸が生成される。その後、メタン生成菌により有機酸は
メタンガスと炭酸ガスに分解される。有機性廃棄物に含
まれる有機性窒素化合物は、酸生成の段階で有機物が低
分子化し、有機酸が生成し、その際同時にアンモニア性
窒素が生成する。この時、アンモニア性窒素が高濃度に
存在するとアンモニア毒性のためにメタン生成菌は阻害
を受け、メタンガス発生量が低下する。嫌気性処理、特
にメタン発酵におけるアンモニア性窒素の毒性は、遊離
アンモニアに由来するために、ｐＨ、水温等に依存し、
高ｐＨ、高水温ほど毒性が強い。

【０００３】そのため、従来は、遊離アンモニアの阻害
をなくすため、有機性低窒素廃棄物の混合による希釈、
水による希釈、嫌気性処理でｐＨを下げる等の対策がと
られていた。しかし、この方法では大量の有機性低窒素
廃棄物や水が必要となり、処理量が増大し過大な設備と
なり、新たに加えた希釈水分も加温しなくてはならず、
外部から大量のエネルギーが必要となる。しかも、希釈
用の有機性低窒素廃棄物や水が入手できない場合には適
用できない。最近では、含有窒素成分の形態がアンモニ
ア性窒素である有機性排液及び余剰汚泥の液状化物につ
いては、メタン発酵を阻害するアンモニア性窒素をメタ
ン発酵の前段で不溶性のリン酸マグネシウムアンモニウ
ム（以下ＭＡＰと略す）を生成させ、除去する方法が検
討されている（特開平９−２２０５９３号公報）。

【０００４】しかしながら、嫌気性処理で生成するアン
モニアの除去に関しては未だ検討されておらず、嫌気性
処理で生成したアンモニアによりメタン発酵が阻害され
るという問題がある。また、メタン発酵の前段でリン酸
塩、マグネシウム化合物を添加し、メタン発酵内でｐＨ
調整を行い、生成したアンモニア性窒素をＭＡＰで除去
する方法が検討されている（特開平７−５１６９３号公
報）。しかし、ＭＡＰを生成させるためにはメタン発酵
のｐＨを８〜９とする必要があるが、このｐＨはメタン
発酵の至適ｐＨ６〜８より高く、メタン菌に悪影響を与
え、メタン発酵に重大な問題となる。

【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、外部からの希釈水を用いることな
く、嫌気性処理で生成するアンモニアを除去でき、しか
もメタン発酵を好適に行うことができる有機性廃棄物の
処理方法を提供すること課題とする。

【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、有機性廃棄物を嫌気性処理する方法に
おいて、嫌気性処理後の汚泥を、その一部又は全量にリ
ン酸塩及び／又はマグネシウム化合物を添加して、リン
酸マグネシウムアンモニウムを生成させた後、その一部
又は全量を固液分離し、この分離液を嫌気性処理に返送
する有機性廃棄物の処理方法としたものである。また、
本発明では、有機性廃棄物を嫌気性処理する方法におい
て、嫌気性処理後の汚泥を固液分離して、その分離液の
一部又は全量にリン酸塩及び／又はマグネシウム化合物
を添加して、リン酸マグネシウムアンモニウムを生成さ
せた後、その一部又は全量を固液分離し、この分離液を
嫌気性処理に返送する有機性廃棄物の処理方法としたも
のである。該処理方法において、嫌気性処理後の汚泥を
固液分離した汚泥は、その一部又は全量を嫌気性処理に
返送することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明においては、第１工程で有
機性廃棄物を嫌気性処理し、もしくは嫌気性処理後に固
液分離し、この嫌気性処理汚泥もしくは嫌気性処理汚泥
を固液分離した分離水の一部又は全量を対象に、第２工
程で第１工程で生成したアンモニア性窒素を、リン酸塩
及びマグネシウム化合物の存在下で、ｐＨ調整剤により
ｐＨ８〜１０、好ましくは８．５〜９．５にし、不溶性
のＭＡＰとした後、固液分離し、アンモニアが除去され
た分離液を第１工程へ送り、この分離液による希釈で嫌
気性処理のアンモニア性窒素濃度を下げ、遊離アンモニ
アによるメタン菌の阻害を抑制することにより、処理の
安定性を向上させたものである。

【０００８】第１工程では、有機性廃棄物は、可溶化さ
れた後有機酸を経由し、最終的にメタンガスと炭酸ガス
に分解される。この時、有機性廃棄物に含有される窒素
成分は、アンモニア性窒素に分解される。第２工程で
は、アンモニア性窒素を含む嫌気性処理汚泥、もしくは
嫌気性処理汚泥を固液分離した分離液の一部又は全量
に、リン酸塩とマグネシウム化合物、もしくはいずれか
を添加して、ｐＨ調整剤によりｐＨを８〜１０、好まし
くは８．５〜９．５に調整し、不溶性のＭＡＰを生成す
る。これを固液分離し、アンモニアが除去された分離液
を第１工程の嫌気性処理に返送し、この分離液による希
釈で嫌気性処理のアンモニア性窒素濃度を下げ、遊離ア
ンモニアによるメタン菌の阻害を抑制する。

【０００９】次に本発明を詳細に説明する。本発明の一
つの方法は、嫌気性処理及びＭＡＰ生成と固液分離処理
をする各工程により構成される。嫌気性処理工程では、
投入された有機性廃棄物は、可溶化され、有機酸を経由
して最終的にメタンガスと炭酸ガスに分解される。有機
性廃棄物に含まれる有機性窒素化合物は、この段階で低
分子化してアンモニア性窒素となる。ＭＡＰ生成工程で
は、嫌気性処理工程で処理されたアンモニア性窒素を含
む嫌気性処理汚泥の一部又は全量を導入し、リン酸塩及
び／又はマグネシウム化合物をアンモニアイオンとリン
酸イオン、マグネシウムイオンが等モルになるように添
加し、必要に応じて、ｐＨ調整剤を添加してｐＨを８〜
１０、好ましくは８．５〜９．５とし、滞留時間１５分
〜１２０分、好ましくは３０分〜６０分で攪拌して、嫌
気性処理汚泥中のアンモニア性窒素を不溶性のＭＡＰに
する。

【００１０】本発明で使用できるリン酸塩としては、リ
ン酸、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン
酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸マグネシウム
等であり、マグネシウム化合物としては、水酸化マグネ
シウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム等のであ
り、さらに、ｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウ
ム等である。次いで固液分離では、ＭＡＰ生成工程から
のＭＡＰを含んだ汚泥が導入されて、重力分離、遠心分
離、膜分離等の固液分離によりＭＡＰ汚泥と分離液に分
離される。アンモニアが除去された分離液の一部又は全
量は、嫌気性処理工程に返送され、嫌気性処理でのアン
モニアの希釈に使用されるとともに、アルカリ剤の補給
に利用される。このため、嫌気性処理工程でのアンモニ
ア性窒素濃度が低下し、遊離アンモニアによる阻害が抑
制されると共に、メタン発酵の至適ｐＨとするためのア
ルカリ剤を削減できる。

【００１１】本処理において、有機性廃棄物の全窒素濃
度が単位重量当たり３〜５ｇ／ｋｇの場合、アンモニア
性窒素の生成量が、単位重量当たり２．４〜４．５ｇ／
ｋｇとなるため、嫌気性処理工程でのアンモニア性窒素
濃度が２．０ｇ／ｋｇ以下となるように、分離液の返送
率は、有機性廃棄物投入量１部当たり０．５から１．５
部に調整する。ＭＡＰを含んだ嫌気性汚泥は、脱水性も
良好で、さらに肥効成分が豊富なため、コンポスト等に
利用可能である。

【００１２】次に、本発明のもう一つの方法は、嫌気性
処理と第１固液分離とＭＡＰ生成と第２固液分離の各工
程により構成される。嫌気性処理工程は、前記した処理
工程と同じであり、投入された有機性廃棄物は、最終的
にメタンガスと炭酸ガスに分解され、含まれる有機性窒
素化合物は、この段階で低分子化してアンモニア性窒素
となる。第１固液分離工程では、嫌気性処理工程から汚
泥が導入され、汚泥とアンモニア性窒素を含む分離液と
に分離される。アンモニア性窒素を含む分離液の一部又
は全量をＭＡＰ生成工程に導入する。ＭＡＰ生成工程で
は、リン酸塩及び／又はマグネシウム化合物をアンモニ
アイオンとリン酸イオン、マグネシウムイオンが等モル
になるように添加し、必要に応じてｐＨ調整剤を添加し
てｐＨを８〜１０、好ましくは８．５〜９．５とし、滞
留時間を１０分〜６０分、好ましくは１５分〜３０分で
攪拌して、ＭＡＰを生成させる。ＭＡＰ生成時におい
て、嫌気性処理汚泥の分離液を使用することにより、直
接嫌気性処理汚泥を使用する場合と比べ、ＭＡＰ生成反
応が速やかに進行し、短時間で効率的にＭＡＰの生成が
可能となり、省スペース化が可能となる。

【００１３】次いで第２固液分離工程では、ＭＡＰを含
んだ汚泥が導入されて、ＭＡＰ汚泥と分離液に分離され
る。アンモニアが除去された分離液は、嫌気性処理工程
に返送され、嫌気性処理でのアンモニアの希釈、アルカ
リ剤の補給に利用される。このため、嫌気性処理工程で
のアンモニア性窒素濃度が低下し、遊離アンモニアによ
る阻害が抑制されるとともに、メタン発酵の至適ｐＨと
するためのアルカリ剤を削減できる。また、分離液の返
送率は、前記した方法と同一であり、有機性廃棄物投入
量１部当たり０．５から１．５部に調整する。この時、
アンモニアを除去した分離液と共に、第１固液分離工程
の分離汚泥の一部又は全量を嫌気性処理工程に返送し、
処理を安定化させるため、槽内の汚泥濃度を高くしても
良い。ＴＳ１００ｇ／ｋｇの分離汚泥を、有機性廃棄物
の投入量１部当たり、０．０５〜０．２部返送すること
により、槽内の汚泥濃度は、ＴＳとして５〜２０ｇ／ｋ
ｇ分増加させることが可能となる。槽内の汚泥濃度を高
くできると、投入有機物負荷の変動に強く、処理の安定
性が向上する。

【００１４】次に、本発明を図面を用いて説明する。図
１〜３は、本発明の処理方法を示すフロー工程図の一例
である。図１において、有機性廃棄物４は、まず嫌気性
処理工程１にて可溶化され有機酸を経由してメタンガス
と炭酸ガスに分解される。この際、有機性廃棄物４に混
入していたアンモニア性窒素あるいは有機性廃棄物の分
解過程で生成するアンモニア性窒素が、メタン発酵を阻
害する。これらのアンモニア性窒素を、次のＭＡＰ生成
工程２でリン酸水素ナトリウム８、塩化マグネシウム９
を添加し、水酸化ナトリウム１０でｐＨ８．５〜９．５
に調整し、滞留時間３０分〜６０分間攪拌して、不溶性
のＭＡＰとしてアンモニアを固定する。

【００１５】次の固液分離工程３で、不溶性のＭＡＰ
は、嫌気性処理工程で生成した汚泥と共に系外に除去さ
れる。アンモニアが除去された分離液５は、嫌気性処理
工程１のアンモニア濃度を下げるための希釈として、ま
た嫌気性処理工程１へのアルカリの補給として、嫌気性
処理工程１へ返送される。ここで、分離液５の分配量の
目安は、有機性廃棄物の全窒素濃度が単位重量当たり３
〜５ｇ／ｋｇの場合、前記したように分離液の返送率は
有機性廃棄物投入量１部当たり０．５から１．５部とな
る。固液分離で分離された汚泥７は、肥効成分を含み、
脱水性も良好であるため、コンポスト等に利用可能であ
る。

【００１６】次に、図２において、有機性廃棄物４は、
まず嫌気性処理工程１にて可溶化され有機酸を経由して
メタンガスと炭酸ガスに分解される。この際、有機性廃
棄物４に混入していたアンモニア性窒素あるいは有機性
廃棄物の分解過程で生成するアンモニア性窒素がメタン
発酵を阻害する。嫌気性処理汚泥の全量は、第１固液分
離工程１１で汚泥１４とアンモニア性窒素を含有した分
離液１３とに分離される。これらのアンモニア性窒素を
含んだ分離液１３は、次のＭＡＰ生成工程２でリン酸水
素ナトリウム８、塩化マグネシウム９を添加し、水酸化
ナトリウム１０でｐＨ８．５〜９．５に調整され、滞留
時間１５分〜３０分間攪拌される。ＭＡＰ生成工程２で
は、溶解していたアンモニア性窒素が不溶性のＭＡＰと
して固定される。次の第２固液分離工程１２で、不溶性
のＭＡＰを含む汚泥７’は分離され、アンモニアが除去
された分離液５は、嫌気性処理工程１のアンモニア濃度
を下げるための希釈として、また嫌気性処理工程１への
アルカリの補給として嫌気性処理工程１へ返送される。
図３は、図２の改良法であり、第１固液分離工程１１で
分離された汚泥１４を嫌気性処理工程１に返送してい
る。これにより処理の安定性が向上する。

【００１７】

【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 図１に示した本発明のフロー工程図に従って実験を行っ
た。実験に用いた嫌気性処理工程とＭＡＰ生成工程の仕
様を表１に示す。ここでは、固液分離工程として遠心分
離を使用した。

【００１８】

【表１】

【００１９】表２に示す合成生ごみを供試試料とした。

【表２】

【００２０】メタン生成槽に合成生ごみ５ｋｇと、種汚
泥としてメタン発酵処理装置から採取した汚泥（ＴＳ５
０ｇ／ｋｇ）５ｋｇを入れ、５５℃にて約２０日間嫌気
性処理した。この嫌気性処理汚泥の性状は、ＴＳ５２ｇ
／ｋｇ、ＳＳ３８ｇ／ｋｇ、アンモニア性窒素濃度３．
３ｇ／ｋｇであった。その後、合成生ごみを０．３３ｋ
ｇ／ｄで嫌気性処理槽に供給し、滞留時間３０日で処理
した。嫌気性処理槽から流出する嫌気性処理汚泥に、リ
ン酸水素ナトリウム３５ｇ／ｋｇ、塩化マグネシウム２
５ｇ／ｋｇを添加し、水酸化ナトリウムでｐＨ８．５〜
９．５に調整した後、約６０分間攪拌させてＭＡＰを生
成させた。これを遠心分離機で遠心分離させ、その分離
液を０．３３Ｌ／ｄの比率で嫌気性処理槽に返送した。

【００２１】この処理による定常運転を約１ヶ月間継続
させたところ、アンモニアによる阻害もなく、残留酢酸
濃度も低く、処理が良好に行われていた。さらに、滞留
時間を２０日にしたところ、３０日の時と同様、処理が
良好に行われたため、約１ヶ月後に滞留時間を１５日と
した。滞留時間１５日の処理汚泥のアンモニア性窒素濃
度は１．９ｇ／ｋｇと低く抑えられたため、ＣＯＤ_Cr除
去率は８２％と高く、残留酢酸濃度は２０ｍｇ／ｋｇ、
残留プロピオン酸濃度は８００ｍｇ／ｋｇと残留有機酸
濃度を低く保つことができた。滞留時間１５日の処理汚
泥性状を表３に示す。

【００２２】実施例２ 図２に示した本発明のフロー工程図を用いて実験を行っ
た。実験に用いた嫌気性処理工程とＭＡＰ生成工程の仕
様は実施例１と同じである。ここでは、第１固液分離工
程、第２固液分離工程として遠心分離を使用した。実施
例１と同じく表２に示す合成生ごみを供試試料とした。
実施例１の実験終了後、引き続き実施例２の実験を行っ
た。嫌気性処理槽の滞留時間２０日から運転を開始し
た。嫌気性処理汚泥の全量を遠心分離し、その分離液を
ＭＡＰ生成工程に導入し、リン酸水素ナトリウム３５ｇ
／ｋｇ、塩化マグネシウム２５ｇ／ｋｇ添加し、水酸化
ナトリウムでｐＨ８．５〜９．５に調整した後、約３０
分間攪拌させてＭＡＰを生成させた。次いで、これを遠
心分離機で遠心分離し、アンモニアが除去された分離液
を嫌気性処理工程に返送した。この処理による定常運転
を約１ヶ月継続させたところ、残留有機酸濃度も低く、
アンモニアによる阻害も認められず、処理は良好に行わ
れていた。さらに滞留時間を１５日としたところ、処理
汚泥のアンモニア性窒素濃度は１．７ｇ／ｋｇ、ＣＯＤ
_Cr除去率は８５％、残留酢酸濃度は２１ｍｇ／ｋｇ、残
留プロピオン酸濃度は７７０ｍｇ／ｋｇであり、良好な
処理が行われていた。滞留時間１５日の処理汚泥性状を
表３に示す。

【００２３】比較例１ 比較実験として、合成生ごみを嫌気性処理工程のみで処
理を行った。実験装置仕様は実施例と同じである。実施
例と同じく表２に示す合成生ごみを供試試料とした。メ
タン生成槽に合成生ごみ５ｋｇと種汚泥としてメタン発
酵処理装置から採取した汚泥（ＴＳ５０ｇ／ｋｇ）５ｋ
ｇを入れ、５５℃にて約２０日間嫌気性処理した。この
嫌気性処理汚泥の性状は、ＴＳ５３ｇ／ｋｇ、ＳＳ３７
ｇ／ｋｇ、アンモニア性窒素濃度３．３ｇ／ｋｇであっ
た。その後、合成生ごみを０．３３ｋｇ／ｄで嫌気性処
理槽に供給し、滞留時間３０日で処理した。約２週間
後、滞留時間を２０日にしたところ、処理汚泥のアンモ
ニア性窒素は３．５ｇ／ｋｇまで増加し、ＣＯＤ_Crは除
去率が７１％と低下し、残留酢酸濃度が５１０ｍｇ／ｋ
ｇ、残留プロピオン酸濃度が３２００ｍｇ／ｋｇまで増
加した。滞留時間２０日の処理汚泥の性状を表３に示
す。滞留時間を１５日としたところ、さらに残留有機酸
濃度が増加し、処理汚泥のｐＨが５まで低下し、処理が
継続できなかった。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】本発明は、有機性廃棄物を嫌気性処理す
る方法において、嫌気性処理汚泥又は処理汚泥の分離液
を、リン酸塩及びマグネシウム化合物の存在下でｐＨ８
〜１０、好ましくは８．５〜９．５の状態にすることに
より、嫌気性処理で生成されたアンモニア性窒素を不溶
性のＭＡＰとして分離し、アンモニア性窒素を除去した
分離液を嫌気性処理へ返送することにより、以下のよう
な効果がある。 （１） 嫌気性処理のアンモニア性窒素濃度を低減でき
ることから、遊離アンモニアによる阻害をなくし、安定
したメタン発酵が可能。 （２） 肥効成分であるＭＡＰが汚泥に含まれ、汚泥の
コンポストヘの適用が図れる。 （３） 分離液の返送量を変えることにより、アンモニ
ア性窒素の変動にも対応可能。 （４） アンモニア性窒素の除去及びメタン発酵が効率
的に行えることにより、省スペース化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理方法を実施するための一例を示す
フロー工程図。

【図２】本発明の処理方法を実施するための他の例を示
すフロー工程図。

【図３】本発明の処理方法を実施するための別の例を示
すフロー工程図。

【符号の説明】

１：嫌気処理工程、２：ＭＡＰ生成工程、３：固液分離
工程、４：有機性廃棄物、５：分離液、６：嫌気性処理
汚泥、７、７’：ＭＡＰ汚泥、８：リン酸塩、９：Ｍｇ
化合物、１０：ｐＨ調整剤、１１：第１固液分離工程、
１２：第２固液分離工程、１３：第１固液分離水、１
４：第１固液分離汚泥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米山 豊 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA03 AB05 BA04 CA13 CA15 CA18 CA35 CB44 CC11 CC12 4D059 AA05 AA07 BA12 BA34 BE19 BE37 BF14 CC01 DA01 DA08 DA39 EB05 EB13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性廃棄物を嫌気性処理する方法にお
   いて、嫌気性処理後の汚泥を、その一部又は全量にリン
   酸塩及び／又はマグネシウム化合物を添加して、リン酸
   マグネシウムアンモニウムを生成させた後、その一部又
   は全量を固液分離し、この分離液を嫌気性処理に返送す
   ることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
2. 【請求項２】 有機性廃棄物を嫌気性処理する方法にお
   いて、嫌気性処理後の汚泥を固液分離して、その分離液
   の一部又は全量にリン酸塩及び／又はマグネシウム化合
   物を添加して、リン酸マグネシウムアンモニウムを生成
   させた後、その一部又は全量を固液分離し、この分離液
   を嫌気性処理に返送することを特徴とする有機性廃棄物
   の処理方法。
3. 【請求項３】 前記嫌気性処理後の汚泥を固液分離した
   汚泥は、その一部又は全量を嫌気性処理に返送すること
   を特徴とする請求項２に記載の有機性廃棄物の処理方
   法。