JP3600566B2 - 有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難分解性成分を含む有機性廃棄物の処理方法に関し、さらに詳しくは、し尿、浄化槽汚泥、家畜糞尿、水産加工等の食品工業廃水など、高濃度窒素、高色度を有する有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物中のし尿汚泥や下水汚泥などの汚泥類は、一般に、厨芥等と比べて有機物の分解率が低いので、メタン発酵処理によるガスの発生量が低いという問題があった。そこで、有機性廃棄物の処理として、図４に示すように、先ず、有機性廃棄物１を前処理工程１０にてきょう雑物の除去などをした後、オゾン酸化工程３０にてオゾン発生機３２からオゾンを導入して有機性廃棄物１を可溶化し、さらにメタン発酵工程２０にて嫌気性細菌でメタン発酵して処理する方法が提案されている。メタン発酵により消化汚泥２１とバイオガス３１が得られるが、一般に、消化汚泥２１は固液分離工程４０にて脱水汚泥５１と分離液６１とに分離され、分離液６１は更に生物処理などの排水処理工程５０にて処理され、処理水７１として放流される。一方、バイオガス３１は、発電などに利用するため、ガス貯留槽２２などに送られる。このように、メタン発酵の前段で有機物を可溶化しておくことにより、メタン発酵の効率を向上させることができる。
しかし、上記のようにメタン発酵の前段でオゾンを吹き込むと、分解しやすい物質からオゾンと反応するので、難分解性物質を可溶化するのには多量のオゾンが必要になるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑み、メタン発酵では分解しにくい難分解性物質を選択的に可溶化することができ、これにより、オゾン酸化におけるオゾンの添加率を経済的にすることができ、メタン発酵における分解効率を向上させることができ、さらにはバイオガスの発生率も向上させることができる有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚泥とバイオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥をオゾンにより酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程と、該可溶化汚泥を固液分離して脱水汚泥と分離液を得る固液分離工程とを含んでなり、該可溶化汚泥の一部を該メタン発酵工程に返送することを特徴とする。この方法では、上記脱水汚泥の一部を上記メタン発酵工程に返送することもできる。
このように、元々分解しやすい物質をメタン発酵させた後、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、メタン発酵では分解しにくい難分解性物質を少ないオゾン添加率で選択的に可溶化でき、かつメタン発酵の分解効率を向上させるとともに、バイオガスの発生率も向上させることができる。
【０００６】
さらに、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚泥とバイオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥をオゾンにより酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程と、該可溶化汚泥を固液分離して脱水汚泥と分離液を得る固液分離工程とを含んでなり、該脱水汚泥の一部を該メタン発酵工程に返送することを特徴とする。
【０００７】
上記した有機性廃棄物の処理方法には、上記分離液を廃水処理して処理水を得る廃水処理工程を、さらに加えることもできる。
また、本発明は、バイオガスの製造方法でもあり、上記した有機性廃棄物の処理方法を用いたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態
図１は、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施の形態を示す概略図である。図１に示すように、本実施の形態は、有機性廃棄物１からきょう雑物の除去等を行う前処理工程１０と、有機性廃棄物１をメタン発酵させて消化汚泥２とバイオガス３を得るメタン発酵工程２０と、消化汚泥２をオゾンにより酸化して可溶化汚泥４を得るオゾン酸化工程３０と、可溶化汚泥４を固液分離して脱水汚泥５と分離液６を得る固液分離工程４０と、分離液６を廃水処理して処理水７を得る廃水処理工程５０とを含んでなる。そして、可溶化汚泥４の一部を、ポンプ等によりメタン発酵工程２０に返送するように構成されている。
【０００９】
前処理工程１０としては、きょう雑物を除去するため、スクリーンや遠心分離器などのきょう雑物除去装置と、スクリュープレスなどの脱水装置とを組み合わせた手段などを用いることができる。
メタン発酵工程２０としては、嫌気性のメタン生成細菌により有機物質をＣＯ_２還元および酢酸分解し、メタンを生成するメタン発酵槽を用いることができる。また、生成したメタンを含むバイオガス３を一時的に貯留するガス貯留槽２２を付設している。
オゾン酸化工程３０としては、オゾン発生器３２により生成されたオゾンを底部から導入するオゾン反応槽を用いることができる。オゾンは散気板または散気管などで気泡にして導入することにより、効率的に消化汚泥２と接触させることができる。また、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）などの酸化剤を添加して、可溶化を促進させることもできる。
固液分離工程４０としては、遠心分離などの機械的分離や、限外ろ過（ＵＦ）や精密ろ過（ＭＦ）などの膜分離、多孔質支持体上にコロイドや超微粒子などを集積させたものを利用するダイナミックろ過などを用いることができる。
廃水処理工程５０としては、ＢＯＤや窒素をはじめ、ＣＯＤ、りん、色度等を除去する生物学的脱窒素処理などを用いることができる。
【００１０】
このような構成によれば、先ず、有機性廃棄物１は、前処理工程１０にてきょう雑物が除去された後、メタン発酵工程に導入される。メタン発酵工程２０では、有機性廃棄物１と、オゾン酸化工程３０から返送される後述の可溶化汚泥４とが混合され、メタン生成細菌によりメタン発酵処理が行われる。そして、難分解性物質を含む消化汚泥２は、オゾン酸化工程３０へと送られ、一方、メタン発酵により生成したメタンを含むバイオガス３は、ガス貯留槽２２へと送られる。
ここで、メタン発酵工程２０とオゾン酸化工程３０との間に、曝気槽を設置すると、消化汚泥２中のＢＯＤが減少してしまい、結果的に得られるバイオガス２の生成量の低減につながるため、好ましくない。また、曝気槽の設置は、機器設備の増加や、曝気動力が必要になるため、好ましくない。
【００１１】
オゾン酸化工程３０では、メタン発酵処理では分解されなかった消化汚泥２中の難分解性物質が、オゾンと接触することにより酸化分解され、生物易分解性と改質される。このとき、オゾンの供給量は、約３〜７ｍｇ／ｋｇｔｓで十分に難分解性物質を可溶化でき、特に、５ｍｇ／ｋｇｔｓ前後が好ましい。このオゾン酸化により得られた可溶化汚泥４は、再びメタン発酵工程２０に返送され、生物易分解性物質がメタン発酵により消化分解される。
【００１２】
このように、オゾン酸化工程３０の前段にメタン発酵工程２０を設けることにより、生物易分解性物質が予め消化分解されているので、難分解性物質を選択的に可溶化でき、オゾンの添加率を経済的にすることができる。また、オゾン酸化工程３０で得られた可溶化汚泥４をメタン発酵工程２０に返送することにより、有機性廃棄物１中の難分解性物質も消化分解できるようになり、バイオガス３の発生量が増加し、ガス発生率を向上させることができる。すなわち、有機性廃棄物１の資源化を促進することができる。さらに、オゾン酸化工程３０により、有機性廃棄物１中に含まれる分解が困難な色度成分の分解も可能となることから、後工程の排水処理工程５０の負荷を軽減することもできる。通常、可溶化汚泥４の一部をメタン発酵工程２０に返送する。これによって、廃棄物中の難分解性物質を効率的にメタン発酵工程２０にて消化分解できる。
【００１３】
また、可溶化汚泥４の一部は、固液分離工程４０に送られる。固液分離工程４０では、脱水汚泥５と分離液６とに分離され、脱水汚泥５は焼却又は堆肥化などにより適宜処理される。また、分離液６は、排水処理工程５０に送られ、脱窒素処理された後、処理水７として放流される。
ここで、メタン発酵工程２０後の消化汚泥２を排水処理工程５０で処理しようとすると、液中の炭素分（Ｃ）が不足しがちであり、脱窒処理が上手く進行しなかったり、不安定になりやすい。そのため、場合によっては、メタノール等のＣ成分を供給する必要があった。本実施の形態では、オゾン酸化工程３０後の可溶化汚泥４を廃水処理工程５０に導入することにより、Ｃ／Ｎ比のバランスが良い状態で脱窒処理を行うことができる。また、Ｃ／Ｎ比も重要であるが、一般に必要である約３以上を有している。
【００１４】
参考形態
図２は、有機性廃棄物の処理方法の一参考形態を示す概略図である。図１と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。図２に示すように、本形態は、図１と同様に、前処理工程１０と、メタン発酵工程２０と、オゾン酸化工程３０と、固液分離工程４０と、廃水処理工程５０とを含んでなる。但し、可溶化汚泥４を全てメタン発酵工程２０に返送し、消化汚泥２の一部を固液分離工程２０に導入するように構成されている。
【００１５】
このような構成によれば、先ず、有機性廃棄物１は、前処理工程１０にてきょう雑物が除去された後、メタン発酵工程に導入される。メタン発酵工程２０では、有機性廃棄物１と、オゾン酸化工程３０から返送される可溶化汚泥４とが混合され、メタン生成細菌によりメタン発酵処理が行われる。そして、難分解性物質を含む消化汚泥２はオゾン酸化工程３０へと送られ、メタン発酵により生成したメタンを含むバイオガス３はガス貯留槽２２へと送られる。
オゾン酸化工程３０では、メタン発酵処理では分解されなかった消化汚泥２中の難分解性物質が、オゾンと接触することにより酸化分解され、生物易分解性と改質される。このオゾン酸化により得られた可溶化汚泥４は全て、再びメタン発酵工程２０に返送され、生物易分解性物質がメタン発酵により消化分解される。また、消化汚泥２の一部は、固液分離工程４０に送られる。通常、消化汚泥２が固液分離工程４０に送られる。これによって、メタン発酵工程２０とオゾン酸化工程３０との循環によって十分に消化分解された汚泥が固液分離工程４０に送られる。固液分離工程４０では、脱水汚泥５と分離液６とに分離され、脱水汚泥５は焼却又は堆肥化などにより適宜処理される。また、分離液６は、排水処理工程５０に送られ、脱窒処理された後、処理水７として放流される。
【００１６】
このように、本形態によっても、上記と同様に、生物易分解性物質が予め消化分解されているので、オゾン酸化工程３０で難分解性物質を選択的に可溶化でき、オゾンの添加率を経済的にすることができる。また、オゾン酸化工程３０で得られた可溶化汚泥４をメタン発酵工程４０に返送することにより、有機性廃棄物１中の難分解性物質も消化分解できるようになり、バイオガス３の発生率も向上させることができる。さらに、オゾン酸化工程３０により、有機性廃棄物１中に含まれる分解が困難な色度成分の分解も可能となることから、後工程の排水処理工程５０の負荷を軽減することもできる。
【００１７】
ここで、脱水汚泥５は、メタン発酵工程２０に返送することもできる。これにより、メタン発酵槽内の固形物濃度を高濃度に保つことができ、メタン発酵におけるバイオガス３の発生率の向上が図れる。
【００１８】
第２の実施の形態
図３は、本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施の形態を示す概略図である。図１と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。図３に示すように、本実施の形態は、図１と同様に、前処理工程１０と、メタン発酵工程２０と、オゾン酸化工程３０と、固液分離工程４０と、廃水処理工程５０とを含んでなる。但し、メタン発酵工程２０に返送されるのは、脱水汚泥５の一部のみであるように構成されている。
【００１９】
このような構成によれば、先ず、有機性廃棄物１は、前処理工程１０にてきょう雑物が除去された後、メタン発酵工程に導入される。メタン発酵工程２０では、有機性廃棄物１と、固液分離工程４０から返送される脱水汚泥５とが混合され、メタン生成細菌によりメタン発酵処理が行われる。そして、難分解性物質を含む消化汚泥２はオゾン酸化工程３０へと送られ、メタン発酵により生成したメタンを含むバイオガス３はガス貯留槽２２へと送られる。
オゾン酸化工程３０では、メタン発酵処理では分解されなかった消化汚泥２中の難分解性物質が、オゾンと接触することにより酸化分解され、生物易分解性と改質される。このオゾン酸化により得られた可溶化汚泥４は全て、固液分離工程４０に送られる。固液分離工程４０では、脱水汚泥５と分離液６とに分離され、脱水汚泥５はメタン発酵工程２０に、一部が返送される。また、脱水汚泥５の一部は焼却又は堆肥化などにより適宜処理される。一方、分離液６は、排水処理工程５０に送られ、脱窒処理された後、処理水７として放流される。
【００２０】
このように、本実施の形態によっても、生物易分解性物質が予め消化分解されているので、オゾン酸化工程３０で難分解性物質を選択的に可溶化でき、オゾンの添加率を経済的にすることができる。また、オゾン酸化工程３０で得られた可溶化汚泥４は、固液分離工程４０を経た脱水汚泥５のみをメタン発酵工程４０に返送することにより、有機性廃棄物１中の難分解性物質も消化分解できるようになるとともに、メタン発酵槽内の固形物濃度を高濃度に保つことができるので、バイオガス３の発生率も向上させることができる。さらに、オゾン酸化工程３０により、有機性廃棄物１中に含まれる分解が困難な色度成分の分解も可能となることから、後工程の排水処理工程５０の負荷を軽減することもできる。
【００２１】
また、他の実施の形態として、図１と図３の構成を同時に備えることもできる。オゾン酸化工程３０後の可溶化汚泥４と、固液分離工程４０後の脱水汚泥５とをメタン発酵工程２０に返送することによって、メタン発酵におけるバイオガス３の発生量を増加させることができ、ガス発生率の向上が図れる。
【００２２】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、メタン発酵では分解しにくい難分解性物質を選択的に可溶化することができ、これにより、オゾン酸化におけるオゾンの添加率を経済的にすることができ、メタン発酵における分解効率を向上させることができ、さらにはバイオガスの発生率も向上させることができる有機性廃棄物の処理方法およびバイオガスの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施の形態を示す概要図である。
【図２】有機性廃棄物の処理方法の一参考形態を示す概要図である。
【図３】本発明に係る有機性廃棄物の処理方法の一実施の形態を示す概要図である。
【図４】従来の有機性廃棄物の処理方法を示す概要図である。
【符号の説明】
１ 有機性廃棄物
２ 消化汚泥
３ バイオガス
４ 可溶化汚泥
５ 脱水汚泥
６ 分離液
７ 処理水
１０ 前処理工程
２０ メタン発酵工程
２２ ガス貯留槽
３０ オゾン酸化工程
３２ オゾン発生機
４０ 固液分離工程
５０ 排水処理工程

Claims (5)

1. 有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚泥とバイオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥をオゾンにより酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程と、該可溶化汚泥を固液分離して脱水汚泥と分離液を得る固液分離工程とを含んでおり、該可溶化汚泥の一部を該メタン発酵工程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. 上記脱水汚泥の一部を上記メタン発酵工程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処理方法。
3. 有機性廃棄物をメタン発酵させて消化汚泥とバイオガスを得るメタン発酵工程と、該消化汚泥をオゾンにより酸化して可溶化汚泥を得るオゾン酸化工程と、該可溶化汚泥を固液分離して脱水汚泥と分離液を得る固液分離工程とを含んでなり、該脱水汚泥の一部を該メタン発酵工程に返送することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
4. さらに加えて、上記分離液を廃水処理して処理水を得る廃水処理工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の有機性廃棄物の処理方法。
5. 請求項１〜３のいずれか記載の有機性廃棄物の処理方法を用いたことを特徴とするバイオガスの製造方法。

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