JP3755982B2

JP3755982B2 - 有機性廃棄物の再資源化方法

Info

Publication number: JP3755982B2
Application number: JP2767998A
Authority: JP
Inventors: 正史師; 祐二添田; 哲也山本; 敏行柴田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: JPH11221541A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿、生ごみ、食品廃棄物などの有機性廃棄物を処理して、有用物質を回収し、資源化する有機性廃棄物の再資源化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より有機性廃棄物の資源化が図られており、たとえば特開平９−２０１６９９号には、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿、生ごみ、食品廃棄物など、性状や濃度が異なる有機性廃棄物を同一システムにおいて処理して有用物質を回収し、資源化する方法が開示されている。
【０００３】
この方法は、図５に示したようなものであり、し尿、浄化槽汚泥、農集汚泥、下水汚泥、家畜ふん尿を除渣工程＃３１において除渣し、脱水工程＃３２において液状廃棄物３１とケーキ状廃棄物３２とに分離し、液状廃棄物３１は、生物処理工程＃３３でＢＯＤ分解並びに脱窒素し、固液分離工程＃３４で懸濁質を除去し、高度処理工程＃３５でＣＯＤや色素成分や鉄・マンガンなどの重金属類を除去し、消毒して放流水または再利用水としている。
【０００４】
一方、生ごみや食品廃棄物は、破砕・分別工程＃３６において破砕し、プラスチック袋やトレーなどを分別した後に、上記したケーキ状廃棄物３２と混合して、嫌気性発酵工程＃３７において嫌気性発酵させている。そして、発生したメタンガス３３は発電工程＃３８などで電気や熱の形態として使用に供し、消化汚泥３４は脱水工程＃３９で脱水した後、コンポスト化工程＃４０でコンポスト化して肥料としたり、あるいは固形燃料、乾燥汚泥などとし、脱水濾液３５は生物処理工程＃３３へ送って液状廃棄物３１とともに処理している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、有機性廃棄物を効率よく嫌気性発酵させるためには一般に、有機成分が発酵し易いように有機性廃棄物を破砕すること、およびプラスチック類や金属類や石・砂などの発酵不適物を除去することが必要である。
【０００６】
このために、上記した従来の方法においても、生ごみや食品廃棄物を破砕し、プラスチック袋やトレーなどを分別する前処理を行っており、その具体的な手法は、
▲１▼ 破袋機または粗破砕機とトロンメルとを併用する
▲２▼ トロンメル内に破砕刃をつけた半湿式分別機を使用する
▲３▼ パルパーとレーキなどの浮遊物除去手段とを併用する、などである。
【０００７】
しかしながら、▲１▼▲２▼の方法によって分離されたプラスチック類には有機物が多く付着しており、有機性分の１５〜２５％程度がプラスチック類残渣と一緒に捨てられてしまう、
▲３▼の方法によって分離されたプラスチック類は水びたしの状態であり、さらに脱水機による脱水作業が必要である、
▲１▼▲２▼の方法とも、小さくて重い砂、石、金属類を除去することはできず、別途に除去する必要がある、といった問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するもので、有機性廃棄物を効率よく破砕することができ、かつプラスチック類や金属類や石・砂などの発酵不適物を容易に除去できるようにすることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、嫌気性発酵工程を有した有機性廃棄物の再資源化方法において、生ごみや食品廃棄物などの固形分を含んだ有機性廃棄物は、し尿、浄化槽汚泥などのスラリー状の有機性廃棄物を脱水した脱水物と混合して、粗破砕機で所定サイズ以下に一次破砕し、次いで微細な破砕排出孔を形成した圧縮破砕機で高圧にて細粒子状に二次破砕し、圧縮破砕機の内部に残留する発酵不適物より分別して、嫌気性発酵工程へ供給するようにしたものである。
【００１０】
また本発明は、嫌気性発酵工程を有した有機性廃棄物の再資源化方法において、生ごみや食品廃棄物などの固形分を含んだ有機性廃棄物は、粗破砕機で所定サイズ以下に一次破砕した後に、し尿、浄化槽汚泥などのスラリー状の有機性廃棄物を濃縮した濃縮物と混合して、微細な破砕排出孔を形成した圧縮破砕機で高圧にて細粒子状に二次破砕し、圧縮破砕機の内部に残留する発酵不適物より分別して、嫌気性発酵工程へ供給するようにしたものである。
【００１１】
上記した各構成によれば、有機性廃棄物は、粗破砕機で一次破砕されることで空隙率が減って見かけ比重が大きくなり、圧縮破砕機への１回当たり投入量が大きくなるため、圧縮破砕機における処理量が増大する。またこの有機性廃棄物は、圧縮破砕機で高圧にて二次破砕されることで、細粒子化され、一部細胞膜が破壊される結果、生物分解性が非常に大きくなる。
【００１２】
その際、生ごみや食品廃棄物などの有機性廃棄物は、し尿、浄化槽汚泥などの有機性廃棄物の脱水物あるいは濃縮物と混合されることで、より空隙率が減って圧縮率が大きくなり、良好に破砕され、その結果、各有機性廃棄物は、互いに異質な成分、たとえば微量元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等）が混合されることによる効果もあって、嫌気性発酵工程で効率よく発酵する。
【００１３】
また、生ごみや食品廃棄物に随伴するプラスチック類や、金属類、石・砂などの発酵不適物は、圧縮破砕機において破砕排出孔を通過せず残留することで自動的に同時に分別され、分別された発酵不適物には水分および有機性廃棄物の付着が少ないため処分等が容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
この実施形態では、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿、生ごみ、食品廃棄物などの有機性廃棄物を同一処理系で処理して、有用物質を回収し、資源化するようにしており、液状の有機性廃棄物を生物処理する生物処理工程と、固形分を含んだ有機性廃棄物を嫌気性発酵させる嫌気性発酵工程とを有している。
【００１５】
図１において、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農集汚泥、家畜ふん尿など、間隙水含量が多いほぼ均質な有機性廃棄物は、含まれるし渣の大きさに応じて、除渣工程＃１，＃２においてスクリーン除渣する。この除渣工程＃１，＃２は後段の脱水機等の保護のために行うが、その必要のない場合は省略可能である。
【００１６】
除渣した有機性廃棄物１，２は、性状に応じて有機高分子凝集剤や無機凝集剤などの凝集剤３を添加したうえで、脱水工程＃３において遠心脱水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス、回転円盤型脱水機等の脱水機で脱水して、脱水汚泥４と脱水濾液５とに分離する。
【００１７】
脱水濾液５は、生物処理工程＃４に導入して微生物によりＢＯＤを分解し、脱窒素するとともに、この工程において膜を用いて固液分離し、懸濁質を含まない生物処理水６を得る。脱窒素のためのＢＯＤ源が不足する時は、有機性廃棄物１，２の一部を添加する。発生した余剰汚泥７は脱水工程＃３へ返送する。
【００１８】
生物処理水６は、高度処理工程＃５において、活性炭処理、オゾン処理、紫外線処理、イオン交換処理などの高度処理を行って、残存するＣＯＤや色素成分や鉄・マンガンなどの重金属類を除去し、消毒して放流水または再利用水とする。
【００１９】
一方、生ごみ、食品廃棄物など、プラスチック類などの発酵不適物を含んでいたり、不均質な固形分を含んでいたりする、その他の有機性廃棄物は、し尿、浄化槽汚泥などからの脱水汚泥４と混合して、粗破砕工程＃６において粗破砕機で所定サイズ以下に粗破砕し、その後に、圧縮破砕工程＃７において圧縮破砕機で圧縮破砕する。
【００２０】
粗破砕機はたとえば図２に示したような一軸破砕機であり、ホッパ１０１に投入されてプッシャ１０２または同様の目的で設けられた埋込装置により送り出された破砕対象物を、２箇所に設けた固定刃１０３と、ロータ１０４に取り付けた破砕刃１０５とによって破砕し、ロータ１０４の下方に配置したスクリーン１０６（径２０〜１００ｍｍのパンチングメタルなど）で選別し、排出コンベア１０７で排出するように構成されている。このような粗破砕機では、ビニール袋等に入った生ごみ類がそのまま投入された場合も、プッシャ１０２（または埋込装置）と破砕刃１０５との組み合わせによって、効率よく破袋され、粗破砕されて排出される。
【００２１】
圧縮破砕機はたとえば図３に示したようなものであり、投入口１１１より投入されフィーダー１１２によってチャンバー１１３の内部へ送り出された破砕対象物を、油圧シリンダー１１４により瞬間的に負荷する２００〜２５０ｋｇ／ｃｍ²の高圧にて圧縮し、メッシュ状に形成された微細な破砕排出孔（図示せず）より押し出すことで細粒子状（破砕対象物の性状によりペースト状あるいはフレークス状となる）に破砕して、破砕物排出口１１５を通じて排出し、残留物は別途に残留物排出口１１６より取り出すように構成されている。
【００２２】
このため、生ごみ、食品廃棄物などの有機性廃棄物は、粗破砕工程＃６で、し尿、浄化槽汚泥などからの脱水汚泥４が混合されているため空隙率が低く、粗破砕機により大きく圧縮される状態において、効率よく粒径２０〜１００ｍｍ以下に粗破砕され、それによりさらに空隙率が減って見かけ比重が大きくなった粗破砕物９が圧縮破砕工程＃７に送られる。
【００２３】
圧縮破砕工程＃７に送られた粗破砕物９は、性状によっては希釈水の添加によりさらに空隙率が低減された後に、圧縮破砕機により高圧にて大きく圧縮される状態において圧縮破砕されて、粒径１〜２ｍｍ以下の細粒子状有機性廃棄物１０となって排出され、機内に残留するプラスチック類、金属類、石・砂などの発酵不適物１１より自動的に分別される。
【００２４】
分別された発酵不適物１１は、除渣工程＃１または除渣工程＃２において分離されたし渣８とともに焼却処分あるいは固形燃料化（ＲＤＦ化）するが、通常は含水率１０〜２０％となっており、有機性廃棄物の付着量も非常に少ないため搬出等の操作が容易である。
【００２５】
細粒子状有機性廃棄物１０は、生物処理水６や後述する脱水濾液１２でＴＳ（全蒸発残留物）濃度１０〜１５％に調整したうえで、嫌気性発酵工程＃８に導入して嫌気性発酵させる。
【００２６】
その際、嫌気性発酵工程＃８では、細粒子状有機性廃棄物１０が、高圧下に圧縮破砕されることで、細粒子化されるとともに細胞膜が一部破壊されているために、生物分解性が非常に大きくなっており、また生ごみ、食品廃棄物と脱水汚泥４とが有する互いに異質の成分、たとえば微量元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等）が混合されていることによる効果もあって、従来より短い日数で効率よく発酵する。また、従来は破砕困難であったために発酵不適物として排除されていた有機性廃棄物や、発酵不適物１１に付着して排除されていた有機性廃棄物も細粒子状有機性廃棄物１０の中に含まれているために、有機成分の回収率は９５％以上にもなる。
【００２７】
発酵により発生したメタンガス１３は硫化水素、水分等を除去し、発電工程＃９で電気の形態に変えるなどして、電気や熱として使用に供する。
発酵汚泥１４は、性状に応じて有機高分子凝集剤や無機凝集剤などの凝集剤１５を添加したうえで、脱水工程＃１０で上述したのと同様の脱水機により脱水し、脱水ケーキ１６はコンポスト化工程＃１１においてコンポスト化して肥料としたり、あるいは固形燃料、乾燥汚泥（ペレットを含む）などとする。脱水濾液１７の一部は上述した脱水濾液１２として濃度調整に使用し、残りの脱水濾液１７は生物処理工程＃４へ返送する。脱水濾液１７より晶析法などによってリン成分をリン酸アンモニウムマグネシウムとして回収することも可能である。
【００２８】
なお、嫌気性発酵工程＃８では、発酵槽内のメタン菌の濃度を高めることで発酵をより促進することができ、たとえば、発酵汚泥１４の一部を脱水機や槽内外に配置した濾過膜などにより濃縮し、発酵槽内へ返送（残留）することによって、従来はＨＲＴ１５日以上として設計していた発酵槽をＨＲＴ７日以下の小さなものにすることも可能である。
【００２９】
嫌気性発酵工程＃８における有機性廃棄物は、発酵槽内で流動性を保てる濃度であればよく、発酵槽内の加温（保温）のためのエネルギー消費量を考慮すると、上述したようにＴＳ濃度１０〜１５％に調整するのが有利な場合がある。
【００３０】
別法として、図２に示したように、必要に応じて除渣した有機性廃棄物１，２を濃縮工程＃１２において濃縮スクリーンや重力濃縮槽などで濃縮し、濃縮汚泥１８を、生ごみ、食品廃棄物などの有機性廃棄物の粗破砕物９に混合して、圧縮破砕工程＃７において圧縮破砕機で圧縮破砕するようにしてもよい。また、除渣工程＃１，＃２で分離したし渣８自体を、生ごみ、食品廃棄物などの有機性廃棄物に混合して、粗破砕工程＃６において粗破砕機で粗破砕するようにしてもよい。
【００３１】
この場合、粗破砕物９は、し尿、浄化槽汚泥などからの濃縮汚泥１８が混合されることで空隙率が減り、均質化されるため、圧縮破砕機における圧縮率が高くなり、効率よく破砕される。また、し渣８からも有機成分が回収される。
【００３２】
しかしながら、下水汚泥、農集汚泥などは脱水ケーキとして搬入されることが多いので、そのような場合には当然ながら、脱水工程、濃縮工程とも不要であり、粗破砕工程＃６に直接導入すればよい。
【００３３】
生物処理工程＃４のための装置としては、活性汚泥槽の内部に膜分離装置を浸漬設置したタイプのものが、微生物を高濃度に維持でき、清澄な生物処理水が得られるので好都合であるが、活性汚泥槽の後段に膜分離装置や沈殿池を配置してもよい。生物処理工程において、リン除去のための無機凝集剤を添加してもよい。
【００３４】
なお、上記においては、液状の有機性廃棄物を生物処理する生物処理工程と、固形分を含んだ有機性廃棄物を嫌気性発酵させる嫌気性発酵工程とを有した同一処理系で有機性廃棄物を処理する方法を説明したが、嫌気性発酵工程のみを有した処理系においても当然ながら、上記した二段の破砕工程を実施することで処理の効率化を図ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、生ごみや食品廃棄物などの有機性廃棄物を、し尿、浄化槽汚泥などの有機性廃棄物の脱水物と混合し、粗破砕機と圧縮破砕機とによって二段に破砕した後に発酵させるようにしたことにより、粗破砕機および圧縮破砕機における生ごみや食品廃棄物などの圧縮率を高め、破砕効率を向上させることができる。
【００３６】
また、生ごみや食品廃棄物などの有機性廃棄物を粗破砕機で一次破砕した後に、し尿、浄化槽汚泥などの有機性廃棄物の濃縮物と混合して、圧縮破砕機で高圧にて細粒子状に二次破砕した後に発酵させるようにしたことにより、圧縮破砕機における生ごみや食品廃棄物などの圧縮率を高め、破砕効率を向上させることができる。
【００３７】
したがっていずれの場合も、性状の異なる有機性廃棄物を一括して処理できるだけでなく、それによる異質成分の混合および上記した破砕効率の向上によって、有機成分の回収率および発酵効率を高めることができ、処理量の増大や発酵槽のコンパクト化をも図れる。
【００３８】
しかも、圧縮破砕工程では、各有機性廃棄物に随伴するプラスチック類、並びに金属類や石・砂などの発酵不適物を自動的に同時に分別することができ、分別した発酵不適物は有機性廃棄物および水分の付着が少ないため処分容易であり、ＲＦ化する場合にも乾燥に必要な熱量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における有機性廃棄物の処理方法を説明するフローチャートである。
【図２】図１に示した有機性廃棄物の処理方法で使用される粗破砕機の概略構成を示した説明図である。
【図３】図１に示した有機性廃棄物の処理方法で使用される圧縮破砕機の概略構成を示した説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態における有機性廃棄物の処理方法を説明するフローチャートである。
【図５】従来の有機性廃棄物の処理フローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
４脱水汚泥
９粗破砕物
10 細粒子状有機性廃棄物
11 発酵不適物
18 濃縮汚泥

Claims

嫌気性発酵工程を有した有機性廃棄物の再資源化方法において、生ごみや食品廃棄物などの固形分を含んだ有機性廃棄物は、し尿、浄化槽汚泥などのスラリー状の有機性廃棄物を脱水した脱水物と混合して、粗破砕機で所定サイズ以下に一次破砕し、次いで微細な破砕排出孔を形成した圧縮破砕機で高圧にて細粒子状に二次破砕し、圧縮破砕機の内部に残留する発酵不適物より分別して、嫌気性発酵工程へ供給することを特徴とする有機性廃棄物の再資源化方法。
嫌気性発酵工程を有した有機性廃棄物の再資源化方法において、生ごみや食品廃棄物などの固形分を含んだ有機性廃棄物は、粗破砕機で所定サイズ以下に一次破砕した後に、し尿、浄化槽汚泥などのスラリー状の有機性廃棄物を濃縮した濃縮物と混合して、微細な破砕排出孔を形成した圧縮破砕機で高圧にて細粒子状に二次破砕し、圧縮破砕機の内部に残留する発酵不適物より分別して、嫌気性発酵工程へ供給することを特徴とする有機性廃棄物の再資源化方法。