JP2006239625A - 有機性廃棄物の処理方法及び処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 可溶化動力を低減することができ、且つ高濃度の有機性廃棄物であっても効率良く処理を行うことができる有機性廃棄物の処理方法及び処理設備を提供する。
【解決手段】 有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽１２と、該メタン発酵槽から排出される消化汚泥２１を生物学的脱窒素処理する生物学的脱窒素処理設備１３と、を備えた有機性廃棄物の処理において、前記生物学的脱窒素処理設備１３から排出される生物処理液２２を可溶化処理して可溶化汚泥を得る可溶化装置３０を設け、前記可溶化汚泥の少なくとも一部２３を、前記メタン発酵槽１２、若しくは該メタン発酵槽１２より上流側に返送する可溶化汚泥返送ラインを設け、好適には前記可溶化設備３０を、前記生物処理液２２を主体的にコロイド化するコロイド化手段と、該コロイド化した処理液を主体的に液状化する液状化手段とから構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵する技術に関し、特に、生ごみ、食品加工残渣、家畜糞尿等の有機性固形物を多く含む高濃度の有機性廃棄物であっても効率良くメタン発酵することができる有機性廃棄物の処理方法及び処理設備に関する。

従来より、有機性廃棄物の処理方法として、環境負荷が小さく且つエネルギや資源を回収できるメタン発酵処理が広く用いられている。
一般的なメタン発酵プロセスを図９に示す。まず大径の有機性廃棄物を破砕し、夾雑物を除去した後に、調整槽５１にて廃棄物のｐＨ、温度、水量、濃度等をメタン発酵に適した条件に調整し、該調整した廃棄物をメタン発酵槽５２にてメタン発酵する。該メタン発酵槽５２では、嫌気性微生物の作用により廃棄物中の有機物等が分解され、発生したバイオガスを回収する。回収したバイオガスは脱硫、ガス精製された後に発電等に利用される。一方、前記メタン発酵槽５２にて発生した消化汚泥は生物学的脱窒素処理設備５３に送給し、ここで硝化、脱窒処理して汚泥中の窒素、ＢＯＤ等を除去する。そして、処理液の一部は希釈水として前記調整槽５１に返送するとともに、他の処理液は固液分離装置５４にて固液分離し、分離液は高度処理装置５５にて浄化した後に放流される。固液分離装置５４にて分離した汚泥は汚泥処理設備５６にて処理していた。

このようなメタン発酵では汚泥の減容化が求められるが、メタン発酵で生じる消化汚泥は難濾過性で沈降分離などによる固液分離が困難であり、また固液分離後の汚泥発生量が多いため汚泥処理設備が大型化し処理費用が嵩むという問題があった。
そこで、メタン発酵後の消化汚泥を可溶化処理して汚泥発生量を低減する方法が、提案、実用化されている。可溶化処理では、オゾン酸化、加熱、アルカリ添加等の方法によって消化汚泥中の有機物を低分子化し、後段の生物処理での有機物分解率を向上させて汚泥の減容化を図っている。

特許文献１（特開平９−１２２６８２号公報）には、汚水を最初沈殿池にて固液分離し、分離した有機性ＳＳを活性汚泥法により生物処理し、該生物処理からの活性汚泥を固液分離して生物処理液を得る汚水処理方法が開示されており、この処理方法では、最初沈殿池にて分離した生汚泥と前記生物処理から引き抜かれた生物汚泥をメタン発酵させた後、オゾン酸化し、前記生物処理に返送するようにしている。
この方法によれば、メタン発酵後の消化汚泥をオゾン酸化して汚泥中の有機物を可溶化した後に生物処理するため、汚泥の減容化が達成できるとともに処理液性状を向上させることが可能である。

また、特許文献２（特開２００３−８８８９５号公報）では、有機性廃棄物をメタン発酵させ、該メタン発酵により発生した消化汚泥をオゾン酸化して可溶化した後に、可溶化汚泥を固液分離し、分離した分離液を廃水処理するとともに、前記可溶化汚泥の一部をメタン発酵槽に返送する方法が開示されている。
このように、メタン発酵後の消化汚泥中に含有される難分解性物質をオゾン酸化により可溶化し、再びメタン発酵させることでメタン発酵の分解効率を向上させることが可能となる。

特開平９−１２２６８２号公報 特開２００３−８８８９５号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載のように、メタン発酵後の消化汚泥をオゾン酸化した場合、消化汚泥の嫌気度が高く、且つ未分解の有機物を多く含むため、オゾンの消費量が非常に高くなり、可溶化動力が大きく、コストが嵩むという問題があった。
また、メタン発酵後に可溶化処理を行うことにより汚泥の減容化が期待できるが、生ごみ、食品加工残渣、家畜糞尿等の有機性固形物を多く含む高濃度の有機性廃棄物の場合、可溶化処理を行っても固形物濃度が低減され難く、汚泥の減容化効果が小さい。従って、汚泥処理設備が大型化し、さらに処理コストが嵩むという問題があった。
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、可溶化動力を低減することができ、且つ高濃度の有機性廃棄物であっても効率良く処理することができる有機性廃棄物の処理方法及び処理設備を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵工程と、該メタン発酵にて生じた消化汚泥を生物学的脱窒素処理する生物学的脱窒素処理工程と、を備えた有機性廃棄物の処理方法において、
前記生物学的脱窒素処理工程からの生物処理液を可溶化して可溶化汚泥を得る可溶化工程を設け、前記可溶化汚泥の少なくとも一部を、前記メタン発酵工程、若しくは該メタン発酵工程より上流側に返送することを特徴とする。

本発明によれば、生物学的脱窒素処理において好気的に処理された処理液を可溶化処理し、メタン発酵において分解容易な性状とするため、設備全体において発生する汚泥量の低減を図ることができるとともに、メタンガス発生量の増加が可能となる。
メタン発酵においては、有機物の分解に伴い、たんぱく質中の窒素がアンモニア性窒素に転換する。アンモニア性窒素はメタン発酵の阻害成分であるため、メタン発酵槽内での濃度を3000〜5000ｐｐｍ以下に保つ必要があるが、本発明によれば、生物学的脱窒素処理によりアンモニア性窒素がある程度分解された後の処理液を可溶化してメタン発酵槽に返送しているため、メタン発酵槽内のアンモニア性窒素濃度を希釈することができ、効率の良いメタン発酵が可能となる。
さらに、メタン発酵にて生じる嫌気度の高い消化汚泥を、一旦生物学的脱窒素処理により好気的に処理するため、可溶化に適した性状の処理液が可溶化処理に導入され、効率的に可溶化することができ、且つ生物学的脱窒素処理によって消化汚泥中に残留する未分解のコロイド成分が低減されているため、可溶化設備における動力の低減が可能となる。

また、前記可溶化工程が、前記生物処理液を主体的にコロイド化するコロイド化工程と、該コロイド化した処理液を主体的に液状化する液状化工程とからなることを特徴とし、好適には前記可溶化工程では、前記コロイド化工程にて前記生物処理液をオゾン酸化によりコロイド化し、前記液状化工程にて前記コロイド化した処理液中にキャビテーションを発生させて液状化するようにする。
本発明によれば、前記可溶化処理がコロイド化工程と液状化工程とを有するため、高濃度の有機性廃棄物であっても高効率処理が可能である。また、前記メタン発酵により生じた嫌気度の高い消化汚泥は、生物学的脱窒素処理により好気性に転換されているため、オゾン酸化に適した状態となり、高効率でオゾン酸化可能で且つオゾン消費量を低減することができる。

また、前記可溶化汚泥の少なくとも一部を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離工程を備えた有機性廃棄物の処理方法であって、
前記可溶化工程と前記固液分離工程との間、若しくは前記固液分離工程の後段に、前記可溶化汚泥若しくは前記固液分離液を生物学的脱窒素処理する第２の生物学的脱窒素処理工程を設けたことを特徴とする。
このように、第２の生物学的脱窒素処理工程を設けることにより、可溶化により生じたアンモニア性窒素を確実に除去することができ、最終的に発生したアンモニア性窒素が系外に排出される惧れがなくなる。また、メタン発酵後の消化汚泥は通常ＢＯＤ／Ｎ比が低くなっており、生物学的脱窒素処理工程にてメタノール等の栄養源を必要とする場合があるが、第２の硝化脱窒処理では、その上流側で可溶化処理が行われているため、ＢＯＤ／Ｎ比が改善されており、栄養源の添加量を削減或いは不要化することができる。

また、前記生物学的脱窒素処理工程の後段に生物処理液を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離工程を設け、該分離汚泥を前記可溶化工程に導入することを特徴とする。
本発明によれば、固液分離により濃縮された汚泥を可溶化処理するため、可溶化対象液量が低減でき、可溶化動力を低減することができる。

さらに、前記メタン発酵工程の前段に有機性廃棄物を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離工程を設け、該分離汚泥を前記メタン発酵工程に導入するとともに、該分離液を前記生物学的脱窒素処理工程に導入することを特徴とする。
さらにまた、前記生物学的脱窒素工程に、固形物含有量の少ない液状廃棄物を導入し、該液状廃棄物を前記消化汚泥とともに処理することを特徴とする。
これらの発明によれば、メタン発酵工程の前段に固液分離工程を設けることにより、メタン発酵に流入する水量負荷の低減が図れるため、装置のコンパクト化を図ることができる。また、生物学的脱窒素処理に液状廃棄物若しくは分離液を投入することにより、これらに含有されるＢＯＤ成分を脱窒素の際の栄養源として利用することができ、メタノール等の栄養源の外部添加量を低減若しくは不要化することができる。

また、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置と、該メタン発酵装置から排出される消化汚泥を生物学的脱窒素処理する生物学的脱窒素処理装置と、を備えた有機性廃棄物の処理設備において、
前記生物学的脱窒素処理装置から排出される生物処理液を可溶化処理して可溶化汚泥を得る可溶化装置を設け、前記可溶化汚泥の少なくとも一部を、前記メタン発酵装置、若しくは該メタン発酵装置より上流側に返送する可溶化汚泥返送ラインを設けたことを特徴とする。
このとき、前記可溶化装置が、前記生物処理液を主体的にコロイド化するコロイド化手段と、該コロイド化した処理液を主体的に液状化する液状化手段とからなることを特徴とし、好適には、前記可溶化装置では、前記コロイド化手段にて前記生物処理液をオゾン酸化によりコロイド化し、前記液状化手段にて前記コロイド化した処理液中にキャビテーションを発生させて液状化するようにする。

また、前記可溶化汚泥の少なくとも一部を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離装置を備えた有機性廃棄物の処理設備であって、
前記可溶化装置と前記固液分離装置との間、若しくは前記固液分離装置の後段に、前記可溶化汚泥若しくは前記分離液を生物学的脱窒素処理する第２の生物学的脱窒素処理装置を設けたことを特徴とする。
また、前記生物学的脱窒素処理装置の後段に、前記生物処理液を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離装置を設け、該分離汚泥を前記可溶化装置に導入することを特徴とする。
さらに、前記メタン発酵装置の前段に有機性廃棄物を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離装置を設け、該分離汚泥を前記メタン発酵装置に導入するとともに、該分離液を前記生物学的脱窒素処理装置に導入することを特徴とする。
さらにまた、前記生物学的脱窒素装置に、固形物含有量の少ない液状廃棄物の投入ラインを設け、該液状廃棄物を前記消化汚泥とともに処理することを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、生物学的脱窒素処理の後段にて可溶化を行い、可溶化汚泥をメタン発酵若しくはその上流側に返送する構成としたため、少ない可溶化動力で効率的に汚泥減容化を実現することができる。
これは、メタン発酵にて生じる嫌気度の高い消化汚泥を、一旦生物学的脱窒素処理により好気的に処理するため、可溶化に適した性状の処理液が可溶化処理に導入され、効率的に可溶化することができ、且つ生物学的脱窒素処理によって消化汚泥中に残留する未分解のコロイド成分が低減されているため、可溶化設備における動力の低減が可能となるためである。
また、可溶化処理がコロイド化工程と液状化工程とを有するため、高濃度の有機性廃棄物であっても高効率処理が可能である。
また、第２の生物学的脱窒素処理工程を設けることにより、可溶化により生じたアンモニア性窒素を確実に除去することができ、最終的に発生したアンモニア性窒素が系外に排出される惧れがなくなる。
さらに、生物学的脱窒素処理からの生物処理液を固液分離して、固液分離により濃縮された汚泥を可溶化処理することにより、可溶化対象液量が低減でき、可溶化動力を低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例の処理対象としては、例えば、生ごみ、食品加工残渣、畜産廃棄物、及び下水処理等の水処理により発生する汚泥などの有機性廃棄物が挙げられるが、特に生ごみ、食品加工残渣等の高濃度の有機性廃棄物の処理に適している。
図１は本発明の実施例１に係る処理システムの概略を示すフロー図、図２は本実施例の可溶化設備の一例を示す概略構成図、図３は本実施例の可溶化設備の具体的な装置構成を示す図、図４は図３の可溶化設備に用いられるオゾン発生器を示す概略断面図、図５は図３の可溶化設備に用いられるキャビテーション装置を示す概略構成図、図６は本発明の実施例２に係る処理システムの概略を示すフロー図、図７は図６の可溶化設備の一例を示す概略構成図、図８は本発明の実施例３に係る処理システムの概略を示すフロー図である。

図１に示すように本実施例１に係る有機性廃棄物の処理装置は、ライン上流から下流に向かって、有機性廃棄物２０の酸生成工程を行なう調整槽１１と、該調整槽１１から有機性廃棄物２０が供給され、該有機性廃棄物２０のメタン生成工程を行なうメタン発酵槽１２と、該メタン発酵槽１２にて生じる消化汚泥２１が供給され、好気・嫌気性微生物の作用により硝化・脱窒素が行なわれる生物学的脱窒素処理設備１３と、生物学的脱窒素処理された生物処理液２２が導入され、該生物処理液のコロイド化及び液状化を行なう可溶化設備３０と、可溶化汚泥の少なくとも一部が供給され、、分離液２５と分離汚泥２６とに固液分離する固液分離装置１４と、前記分離液２５を高度処理する高度処理装置１５と、前記分離汚泥２６を処理する汚泥処理設備１６と、を備えている。

本実施例における処理装置は、前記調整槽１１の前段に、大径の有機性廃棄物を破砕する破砕手段、及び夾雑物等を除去する分別手段等の前処理設備を備えている。
該前処理設備の後段には、調整槽１１とメタン発酵槽１２からなるメタン発酵装置が設けられる。
前記調整槽１１は、有機性廃棄物２０のｐＨ、温度、水量、濃度等をメタン発酵に適した条件に調整する手段、及び撹拌手段等を有し、主として廃棄物中の有機物を加水分解及び酸発酵する酸生成段階が行なわれる。
前記メタン発酵槽１２は、槽内に嫌気性微生物が繁殖しており、嫌気性微生物が卓越して繁殖できる環境に温度、ｐＨ等の条件が維持されており、主として水素・酢酸生成及びメタン生成からなるメタン生成段階が行なわれ、バイオガス、上澄み液である消化液、及び消化汚泥２１が発生する。本実施例では、前記メタン発酵槽１２は中温メタン発酵処理槽及び高温発酵処理槽の何れを用いても良く、前記中温メタン発酵処理槽の場合には、槽内温度条件を約３０〜４０℃に維持し、前記高温発酵処理槽の場合には、槽内温度条件を約５０〜６０℃とする。

前記生物学的脱窒素処理設備１３は、嫌気槽と好気槽と沈殿槽が複数組み合わされた構成を有し、主に硝化菌と脱窒菌の作用により消化汚泥中のＢＯＤ、窒素化合物等を分解除去する装置である。
前記固液分離装置１４は、可溶化汚泥を分離液２５と分離汚泥２６とに分離する装置であり、重力沈降方式、遠心分離方式、膜分離方式、凝集分離方式、浮上分離方式等が用いられる。
前記高度処理装置１５としては凝集分離装置、活性炭吸着塔等が挙げられ、前記固液分離後の処理液が放流水準に満たない場合に必要に応じて設置すると良い。
前記汚泥処理設備１６は、前記分離汚泥２６の脱水、乾燥、焼却、堆肥化等を行なう設備である。

前記可溶化設備３０は、オゾン酸化手段、超音波手段、水熱を含む加熱手段、溶菌酵素供給手段、キャビテーション発生手段、酸化剤添加手段、電気分解手段、アルカリ剤添加手段、機械的せん断・摩擦手段のうち、少なくとも１若しくはこれらの２以上を組み合わた手段を有し、前記可溶化手段を有する１又は２以上の槽内にて、図２に示されるように、前記生物処理液２２のコロイド化工程３０Ａと液状化工程３０Ｂとを行なう。
前記コロイド化工程３０Ａでは、生物処理液中の有機物を可溶化手段により低分子化して主体的にコロイド化を行なう。前記液状化工程３０Ｂは前記コロイド化工程３０Ａの後に行なわれ、コロイド化した低分子有機物をさらに可溶化手段により主体的に液状化する。

前記可溶化手段のうち、前記オゾン酸化手段は、オゾン発生器等により発生させたオゾンと生物処理液２２とを気液接触させ、オゾンの強力な酸化力により処理液中の高分子有機物を低分子化させて可溶化する。また、前記超音波手段は、超音波発生器を設けて生物処理液中に超音波を発生させ、超音波振動により微生物の細胞壁を破砕して可溶化する。前記加熱手段は、有機物に熱を与えることによって水熱反応により処理液の低分子化を図るものである。前記溶菌酵素供給手段は、強力な溶菌活性を有する細菌によって微生物の細胞壁を分解することにより可溶化を行なう。前記キャビテーション発生手段は、生物処理液中に微細な気泡を発生させる手段であり、例えば、加圧後圧力開放することによりキャビテーションを発生させるものが挙げられる。この構成については後述する。前記酸化剤添加手段は、公知の過酸化水素、過酸化カルシウム、過硫酸アンモニウム、次亜塩素酸等の酸化剤が使用されるが、コストや副生物等の点からみて過酸化水素が最も好ましく、該酸化剤の添加により有機物を酸化分解し、可溶化を行なう。前記電気分解手段は、処理槽内に浸漬した電極間に電流を流すことにより微生物を死滅させるとともに細胞壁や細胞膜の一部を破壊し、可溶化を行なう。前記アルカリ剤添加手段は、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、酸化カルシウム、酸化ナトリウム等の周知のアルカリ剤を用いることができる。前記機械的せん断・摩擦手段は、例えば、ビーズミル、ディスクミル等の機器を用いることができ、生物処理液にせん断力・摩擦力を与えて機械的に破砕し低分子化するものである。
また、これらの可溶化手段に加えて、補助的に曝気手段を加えることも好適である。

前記可溶化設備３０の好適な一実施例を図３に示す。図３に示されるように、該可溶化設備３０は、生物処理液２２が貯留される貯留槽３０Ｃと、該貯留槽３０Ｃから生物処理液２２が供給され、オゾンにより該生物処理液２２を主体的にコロイド化するオゾン酸化装置３０Ａと、該オゾン酸化装置３０Ａより供給された処理液にキャビテーションを発生させて液状化するキャビテーション装置３０Ｂと、から構成される。
前記オゾン酸化装置３０Ａは、オゾン発生器１３０により発生させたオゾンを、前記生物処理液２２が貯留された反応槽内に設置した散気管から噴出させ、生物処理液と接触させるとともに槽内を撹拌する構成となっている。

前記オゾン発生器１３０の一例を図４に示す。図４（ａ）は平板式で（ｂ）は多管式である。該オゾン発生器１３０は、電極の一方の面に固体絶縁物であるガラス板１３１を配置し、電極間に交流電圧を加えて間隙に継続した放電空間１３２を形成し、オゾンを生成する。これにより、空気を原料とする場合には３〜４％、酸素を原料とする場合には６〜８％の濃度のオゾンを得ることができる。
前記オゾン酸化装置３０Ａでは、オゾンの強力な酸化力によって処理液中の有機物が低分子化し、主体的にコロイド状となる。勿論このとき、生物処理液中には部分的に液状部、固体状部も存在する。

図５に前記キャビテーション装置３０Ｂの概略構成を示す。該キャビテーション装置３０Ｂは、加圧ポンプ１３６と、内部流路がオリフィス状に絞られている配管１３７とを有し、該配管１３７内に導入された生物処理液２２は、配管１３７の狭窄部において前記加圧ポンプ１３６により数百ｋＰａ〜数ＭＰａ、好適には２００〜５００ｋＰａまで加圧され、その後流路拡大部において渦流によりキャビテーションが発生する。このとき、前記配管１３７の狭窄部、拡大部の口径等の諸条件は処理対象処理液によって決定される。
前記キャビテーション装置３０Ｂによれば、キャビテーションの発生によりその近傍で局所的な高温、高圧場が形成され、ＯＨラジカルが発生する。ＯＨラジカルは強力な酸化力を有するため、このＯＨラジカルによって生物処理液中の固形物、コロイド状物質が低分子化され液状化し、可溶化する。
尚本実施例では、上記したオゾン発生器１３０、キャビテーション装置３０Ｂの構成に限定されるものではなく、同様の目的を達成できる装置であれば適用可能である。

以上の構成を有する処理設備について、その作用を処理方法とともに説明する。
まず、破砕・分別処理等の前処理を行なった有機性廃棄物２０を前記調整槽１１に供給し、該調整槽１１内にて有機性廃棄物のｐＨ、温度、水量、濃度等をメタン発酵に適した条件に調整し、主として廃棄物中の有機物が加水分解及び酸発酵される酸生成段階を行なう。調整後の有機性廃棄物２０はメタン発酵槽１２に導入し、該メタン発酵槽１２にて嫌気性微生物によりメタン発酵する。
メタン発酵槽１２にて発生した消化汚泥２１は生物学的脱窒素処理設備１３に送給し、ここで硝化・脱窒素した後に生物処理液２２を可溶化設備３０に送給する。該可溶化設備３０では、生物処理液２２のコロイド化を行った後、コロイド化した処理液の液状化を行い、可溶化汚泥を得る。

可溶化汚泥の少なくとも一部は固液分離装置１４に導入され、該固液分離装置１４にて分離液２５と分離汚泥２６とに固液分離し、該分離液２５は高度処理装置１５にて浄化した後に処理水２７は放流される。前記汚泥２６は汚泥処理設備１６にて焼却、堆肥化等の処理がなされる。
一方、前記可溶化汚泥の他の一部２３は前記調整槽１１若しくは前記メタン発酵槽１２に返送される。このとき、前記メタン発酵槽１２より上流側に位置する廃棄物送給管上に返送しても良いことは勿論である。
また、前記可溶化汚泥の他の一部２４は、前記生物学的脱窒素処理設備１３、若しくはその直前に返送するようにしても良い。

本実施例によれば、可溶化処理により固形物（ＳＳ成分）が減少するため、生物学的脱窒素処理において好気的に処理された処理液を可溶化処理し、メタン発酵において分解可能な性状とするため、設備全体において発生する汚泥量の低減を図ることができるとともに、メタンガス発生量の増加が可能となる。
また、前記可溶化処理が、コロイド化工程と液状化工程とを有するため、高濃度の有機性廃棄物であっても高効率処理が可能である。
また、メタン発酵槽１２においては、有機物の分解に伴い、たんぱく質中の窒素がアンモニア性窒素に転換する。アンモニア性窒素は、メタン発酵の阻害成分であるため、メタン発酵槽内での濃度を3000〜5000ｐｐｍ以下に保つ必要があるが、本実施例によれば、生物学的脱窒素処理設備１３によりアンモニア性窒素がある程度分解された後の処理液を可溶化してメタン発酵槽１２に返送しているため、メタン発酵槽１２内のアンモニア性窒素濃度を希釈することができる。
さらに、メタン発酵槽１２から排出される嫌気度の高い消化汚泥２１を、生物学的脱窒素処理設備１３により好気的に処理するため、可溶化に適した性状の処理液２２が可溶化設備３０に導入されることとなり、且つ生物学的脱窒素処理によって消化汚泥２１中に残留する未分解のコロイド成分が低減されているため、可溶化設備３０における動力の低減が可能となる。
さらにまた、前記可溶化汚泥の少なくとも一部２４を前記生物学的脱窒素処理設備１３に返送することにより、可溶化にて生じたＢＯＤを脱窒素に必要な栄養源として利用できるため、メタノール等の栄養源の外部添加を低減できる。

また、本実施例の別の構成として、前記可溶化設備３０と前記固液分離装置１４の間（※１）若しくは前記固液分離装置１４と前記高度処理装置１５の間（※２）に、第２の生物学的脱窒素処理設備を設けるようにしても良い。
前記可溶化設備３０と前記固液分離装置１４の間（※１）に設ける場合は、前記第２の生物学的脱窒素処理設備としては、硝化層と脱窒槽と沈殿槽が組み合わされた装置とすることが好ましい。
前記固液分離装置１４と前記高度処理装置１５の間（※２）に設ける場合は、前記第２の生物学的脱窒素処理設備としては、生物固定床が適している。

前記可溶化設備３０においては、処理液の可溶化に伴って、アンモニア性窒素などの溶解性の窒素が発生するが、第２の生物学的脱窒素処理設備を設けることにより、確実にアンモニア性窒素の処理を行うことができ、最終的に発生したアンモニア性窒素が系外に排出される惧れがなくなる。
また、メタン発酵後の消化汚泥は通常ＢＯＤ／Ｎ比が低くなっており、後段において硝化脱窒を行う場合は、メタノール等の栄養源を必要とするが、第２の硝化脱窒処理では、その上流側で可溶化処理が行われているため、ＢＯＤ／Ｎ比が改善されており、栄養源の添加量を削減或いは不要化することができる。
この場合、生物学的脱窒素処理設備１３は、消化汚泥中に含まれる栄養分量（ＢＯＤ量）で処理可能な窒素負荷に応じた容量とし、残りを第２の生物学的脱窒素処理設備にて処理することとすれば効率的である。

図６に本実施例２に係る有機性廃棄物の処理装置の概略フローを示す。以下、本実施例２及び実施例３において、前記実施例１と略同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２は、生物学的脱窒素処理設備１３の後段に固液分離装置１４を設け、該固液分離装置１４にて得られた分離液２５を高度処理設備１５に送給するとともに、分離汚泥２６の少なくとも一部を可溶化設備３０に送給し、他の一部を汚泥処理設備１６に送給する構成としている。
前記可溶化設備３０にて得られた可溶化汚泥２３は、調整槽１１若しくはメタン発酵槽１２に返送する。

前記可溶化設備３０は、実施例１と同様の構成とするが、特に本実施例において好適に用いられる構成を図７に示す。同図に示されるように、前記可溶化設備３０は、分離汚泥２６の機械的せん断・摩擦を行うビーズミル３０Ａと、加熱装置３０Ｂとが直列に配設された構成となっている。
前記ビーズミル３０Ａは、横置状の筒体内に、モータ１３０に連結された軸１３８が貫挿配置され、該軸１３８に所定間隔ずつ隔てて設けられた攪拌羽根が回転することにより、筒体内に収容された数十〜数百μｍの径を有するビーズ１４０が流動する構成となっている。該ビーズミル３０Ａに導入された前記分離汚泥２６は、流動するビーズ１４０間にてすり潰され、固形物が微粉砕、分散されて、コロイド化される。
コロイド化した汚泥は、前記加熱装置３０Ｂに導入され、加熱されることにより低分子化され、液状化した可溶化汚泥２３が得られる。

本実施例によれば、固液分離装置１４により濃縮された汚泥２６を可溶化処理するため、可溶化対象液量が低減でき、可溶化設備動力を低減することができる。
また、可溶化設備３０においては、汚泥の可溶化に伴って、アンモニア性窒素などの溶解性の窒素、リン酸態リンなどの溶解性のリンが溶出するが、汚泥処理設備１６において、発生する分離液をメタン発酵槽１２若しくは生物学的脱窒素処理設備１３に返送することで分離液が未処理のまま高度処理に流入、若しくは放流される惧れがない。

図８に本実施例３に係る有機性廃棄物の処理装置の概略フローを示す。
本実施例３では、前記実施例１の構成に加えて、前記調整槽１１の前段に固液分離装置１９を設けた構成としている。
前記固液分離装置１９にて有機性廃棄物２０を固液分離して分離液２９と分離汚泥を得た後、該分離汚泥は前記調整槽１１に導入し、該分離液２９は生物学的脱窒素処理設備１３に導入し、メタン発酵槽１２から排出される消化汚泥２１とともに生物学的脱窒素処理する。
また、別の構成として、前記消化汚泥２１とともに固形物含有量の少ない液状廃棄物４０を前記生物学的脱窒素処理設備１３に投入するようにしても良い。

本実施例によれば、前記固液分離装置１９を設けることにより、メタン発酵槽１２に流入する水量負荷の低減が図れるため、メタン発酵槽１２のコンパクト化を図ることができる。また、生物学的脱窒素処理において、液状廃棄物４０若しくは分離液２９を投入することにより、これらに含有されるＢＯＤ成分を脱窒素の際の栄養源として利用することができ、メタノール等の栄養源の外部添加量を低減若しくは不要化することができる。
尚、前記実施例１に記載した第２の生物学的脱窒素処理設備に、前記液状廃棄物４０若しくは分離液２９を導入するようにしても良い。

本発明は、高効率で以ってメタン発酵、生物学的脱窒素処理を行うことができ、且つ汚泥の減容化が可能であるため、有機物下水道処理、し尿処理、浄化槽汚泥処理、畜産排水処理、水産加工排水処理、洗浄排水処理、工場排水処理等の何れの処理にも有効に適用できる。

本発明の実施例１に係る処理システムの概略を示すフロー図である。 本実施例の可溶化設備の一例を示す概略構成図である。 本実施例の可溶化設備の具体的な装置構成を示す図である。 図３の可溶化設備に用いられるオゾン発生器を示す概略断面図である。 図３の可溶化設備に用いられるキャビテーション装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例２に係る処理システムの概略を示すフロー図である。 図６の可溶化設備の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施例３に係る処理システムの概略を示すフロー図である。 従来のメタン発酵処理システムの概略を示すフロー図である。

符号の説明

１１ 調整槽
１２ メタン発酵槽
１３ 生物学的脱窒素処理設備
１４ 固液分離装置
１５ 高度処理装置
１６ 汚泥処理設備
２０ 有機性廃棄物
２３、２４ 可溶化汚泥
３０ 可溶化設備
３０Ａ コロイド化工程（オゾン酸化装置、ビーズミル）
３０Ｂ 液状化工程（キャビテーション装置、加熱装置）
３０Ｃ 貯留槽
４０ 液状廃棄物

Claims (14)

1. 有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵工程と、該メタン発酵にて生じた消化汚泥を生物学的脱窒素処理する生物学的脱窒素処理工程と、を備えた有機性廃棄物の処理方法において、
   前記生物学的脱窒素処理工程からの生物処理液を可溶化して可溶化汚泥を得る可溶化工程を設け、前記可溶化汚泥の少なくとも一部を、前記メタン発酵工程、若しくは該メタン発酵工程より上流側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. 前記可溶化工程が、前記生物処理液を主体的にコロイド化するコロイド化工程と、該コロイド化した処理液を主体的に液状化する液状化工程とからなることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
3. 前記可溶化工程では、前記コロイド化工程にて前記生物処理液をオゾン酸化によりコロイド化し、前記液状化工程にて前記コロイド化した処理液中にキャビテーションを発生させて液状化するようにしたことを特徴とする請求項２記載の有機性廃棄物の処理方法。
4. 前記可溶化汚泥の少なくとも一部を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離工程を備えた有機性廃棄物の処理方法であって、
   前記可溶化工程と前記固液分離工程との間、若しくは前記固液分離工程の後段に、前記可溶化汚泥若しくは前記固液分離液を生物学的脱窒素処理する第２の生物学的脱窒素処理工程を設けたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の有機性廃棄物の処理方法。
5. 前記生物学的脱窒素処理工程の後段に生物処理液を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離工程を設け、該分離汚泥を前記可溶化工程に導入することを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
6. 前記メタン発酵工程の前段に有機性廃棄物を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離工程を設け、該分離汚泥を前記メタン発酵工程に導入するとともに、該分離液を前記生物学的脱窒素処理工程に導入することを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
7. 前記生物学的脱窒素工程に、固形物含有量の少ない液状廃棄物を導入し、該液状廃棄物を前記消化汚泥とともに処理することを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
8. 有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置と、該メタン発酵装置から排出される消化汚泥を生物学的脱窒素処理する生物学的脱窒素処理装置と、を備えた有機性廃棄物の処理設備において、
   前記生物学的脱窒素処理装置から排出される生物処理液を可溶化処理して可溶化汚泥を得る可溶化装置を設け、前記可溶化汚泥の少なくとも一部を、前記メタン発酵装置、若しくは該メタン発酵装置より上流側に返送する可溶化汚泥返送ラインを設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理設備。
9. 前記可溶化装置が、前記生物処理液を主体的にコロイド化するコロイド化手段と、該コロイド化した処理液を主体的に液状化する液状化手段とからなることを特徴とする請求項８記載の有機性廃棄物の処理設備。
10. 前記可溶化装置では、前記コロイド化手段にて前記生物処理液をオゾン酸化によりコロイド化し、前記液状化手段にて前記コロイド化した処理液中にキャビテーションを発生させて液状化するようにしたことを特徴とする請求項８若しくは９記載の有機性廃棄物の処理設備。
11. 前記可溶化汚泥の少なくとも一部を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離装置を備えた有機性廃棄物の処理設備であって、
    前記可溶化装置と前記固液分離装置との間、若しくは前記固液分離装置の後段に、前記可溶化汚泥若しくは前記分離液を生物学的脱窒素処理する第２の生物学的脱窒素処理装置を設けたことを特徴とする請求項８若しくは９記載の有機性廃棄物の処理設備。
12. 前記生物学的脱窒素処理装置の後段に、前記生物処理液を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離装置を設け、該分離汚泥を前記可溶化装置に導入することを特徴とする請求項８記載の有機性廃棄物の処理設備。
13. 前記メタン発酵装置の前段に有機性廃棄物を固液分離して分離液と分離汚泥を得る固液分離装置を設け、該分離汚泥を前記メタン発酵装置に導入するとともに、該分離液を前記生物学的脱窒素処理装置に導入することを特徴とする請求項８記載の有機性廃棄物の処理設備。
14. 前記生物学的脱窒素処理装置に、固形物含有量の少ない液状廃棄物の投入ラインを設け、該液状廃棄物を前記消化汚泥とともに処理することを特徴とする請求項８記載の有機性廃棄物の処理設備。
    

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