JP2005238103A - 有機性廃棄物の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機性廃棄物を嫌気性消化処理するにあたり、消化処理に伴って発生する余剰汚泥の系外排出量の減容化、効率的なメタンガスの回収及び汚泥に含有された燐を除去して有効利用を図ることができる有機性廃棄物のトータルシステムを確立する。
【解決手段】少なくとも、（イ）有機性廃棄物を嫌気性消化処理する嫌気性消化工程、（ロ）上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化工程、（ハ）上記可溶化工程で可溶化された可溶化汚泥を上記嫌気性消化工程に循環する可溶化汚泥循環工程、（ニ）上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の残部を脱水処理する消化汚泥脱水工程、ならびに（ホ）上記消化汚泥脱水工程で分離された分離液中の燐を晶析脱燐する晶析脱燐工程、を設けた有機性廃棄物の処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃棄物を嫌気性消化処理してメタンガスを回収する方法であり、更に詳しくは、消化処理に伴って発生する余剰汚泥の系外排出量を減容化するとともにメタン回収量の向上を図り、更に河川などの富栄養化の原因となる燐を除去するとともに有効利用を図る有機性廃棄物の処理方法に関する。

従来、下水、し尿及び各種産業排水を処理する水処理設備から発生する有機性汚泥を処理する方法として、有機性汚泥中の有機物を嫌気性処理工程によりメタン菌などの嫌気性微生物の生物学的作用で分解し、メタンを主成分とする消化ガスを生成させ、消化ガスを燃料等に有効利用する嫌気性消化処理方法が一般的に行われている。また、上記嫌気性消化処理方法において、消化処理により発生する余剰汚泥の系外排出量の減容化を図る方法も行われている。

以下に、汚泥の減容化を図り嫌気性消化処理する従来の方法を図５に基づいて説明する。有機性汚泥を汚泥供給経路５５から嫌気性消化槽５０に供給し、供給汚泥を嫌気性消化槽５０で嫌気性消化して易分解性有機分の反応をほぼ終了させる第１の嫌気性処理工程と、この第１の嫌気性処理工程において嫌気性消化された消化汚泥を消化汚泥循環経路５６から固液分離機（濃縮装置５２）に供給して固液分離機によって濃縮し、濃縮汚泥を消化汚泥循環経路５８から可溶化装置５１に供給して１００〜１８０℃で可溶化処理する可溶化工程と、この可溶化工程で可溶化処理された可溶化汚泥を可溶化汚泥供給経路５９から嫌気性消化槽５０に循環供給して嫌気性消化させる第２の嫌気性処理工程とからなる有機性汚泥の処理方法が開示されている（特許文献１参照）。

また、有機性排水を生物学的に処理する有機物除去槽（嫌気性消化槽５０）から汚泥混合液を汚泥加熱槽（可溶化槽５１）に導いて、ここで汚泥混合液を加熱温度５０℃〜１２０℃で加熱して汚泥を生物学的に分解容易な形態に変化させ、その後、同混合液を有機物除去槽へ返送して、ここで汚泥を生物学的に処理して減容化するにあたり、図５に一点鎖線で記載した有機物除去槽と汚泥加熱槽の間の消化汚泥循環経路６０に熱交換器５３を設けた方法が開示されている（特許文献２参照）。

なお、従来の有機性汚泥を可溶化処理する方法としては、上記高温状態で熱可溶化処理する方法のほかに、ビーズミル処理などの機械的破砕方法、超音波照射方法、オゾン処理などの薬剤添加処理方法及び高温好気性生物処理方法などが知られている。

また、排水の脱燐方法として、マグネシウムイオンを添加し、次いでｐＨ値を８以上に調整した後に燐酸マグネシウムアンモニウム含有粒状物の充填層に通液し、かつ燐酸マグネシウムアンモニウム含有粒状物が原水流入及び散気装置により流動されることにより、排水中の燐を燐酸マグネシウムアンモニウム粒子として粒状物の表面層に形成させる燐除去方法が開示されている（特許文献３参照）。
特開平１−２２４１００号公報 特開２００２−２４８５００号公報 特公平７−１２４７７号公報

解決しようとする課題は、従来の技術において、嫌気性消化汚泥を可溶化して再度嫌気性処理する方法にあっては、排出される余剰汚泥の減容化を図ることはできるが、河川などの富栄養化の原因となる燐を除去することはできず、従って、燐の有効利用を図ることもできないなどの問題がある点である。また、有機性排水中の燐を除去する脱燐方法にあっては、排水中の燐を回収して有効利用を図ることはできるが、排出される余剰汚泥の減容化及び余剰汚泥中に残存する燐の有効利用を図ることはできない問題がある点である。

本発明は、下水、し尿及び各種産業排水を処理する水処理設備から発生する各種有機性汚泥、又は、生ごみ、家畜糞尿などの各種有機性廃棄物（以下、上記有機性汚泥や有機性廃棄物を総称して「有機性廃棄物」という。）を嫌気性消化処理するにあたり、従来は、消化処理に伴って発生する余剰汚泥の系外排出量の減容化、効率的なメタンガスの回収及び汚泥に含有された燐を除去して有効利用を図ることができる有機性廃棄物のトータルシステムは確立していなかったため、有機性廃棄物の処理方法における上記効果が得られる、最適なトータルシステムを提供する目的でなされたものである。

上記目的を達成するための本発明の要旨は、請求項１に記載の発明においては、有機性廃棄物を嫌気性消化処理する方法において、少なくとも（イ）上記有機性廃棄物を嫌気性消化処理する嫌気性消化工程と、（ロ）上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化工程と、（ハ）上記可溶化工程で可溶化された可溶化汚泥を上記嫌気性消化工程に循環する可溶化汚泥循環工程と、（ニ）上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の残部を脱水処理する消化汚泥脱水工程と、（ホ）上記消化汚泥脱水工程で分離された分離液中の燐を晶析脱燐する晶析脱燐工程を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法に、有機性廃棄物を濃縮する有機性廃棄物濃縮工程を設け、該有機性廃棄物濃縮工程で濃縮された廃棄物を嫌気性消化工程に供給し、分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項３に記載の発明は、有機性廃棄物を嫌気性消化処理する方法において、少なくとも（イ）’上記有機性廃棄物を嫌気性消化処理する第一嫌気性消化工程と、（ロ）’上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化工程と、（ハ）’上記可溶化工程で可溶化された可溶化汚泥を嫌気性消化処理する第二嫌気性消化工程と、（ニ）’上記第二嫌気性消化工程で処理された消化汚泥を脱水処理する消化汚泥脱水工程と、（ホ）’上記消化汚泥脱水工程で分離された分離液中の燐を晶析脱燐する晶析脱燐工程を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の有機性廃棄物の処理方法に、有機性廃棄物を濃縮する有機性廃棄物濃縮工程を設け、該有機性廃棄物濃縮工程で濃縮された廃棄物を第一嫌気性消化工程に供給し、分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法における可溶化工程が、処理温度１２０〜２３０℃の高温状態で熱可溶化処理する工程である有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項６に記載の発明は、可溶化工程に供給する消化汚泥と可溶化工程からの可溶化汚泥とを熱交換して可溶化汚泥の熱量を回収する熱回収工程を設けた有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項７に記載の発明は、可溶化工程に供給する消化汚泥を濃縮する消化汚泥濃縮工程を設け、該消化汚泥濃縮工程で濃縮された消化汚泥を可溶化工程に供給し、分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項８に記載の発明は、可溶化汚泥中のアンモニアをストリッピングにより除去する脱アンモニア工程を設け、該脱アンモニア工程でアンモニアが除去された可溶化汚泥を嫌気性消化工程に供給する有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項９に記載の発明は、可溶化汚泥から固形分を分離する固液分離工程を設け、該固液分離工程で分離された分離液を嫌気性消化工程に供給する有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項１０に記載の発明は、消化汚泥脱水工程に供給する消化汚泥を濃縮する消化汚泥濃縮工程を設け、該消化汚泥濃縮工程で濃縮された濃縮消化汚泥の１部を嫌気性消化工程に循環し、残部の濃縮消化汚泥を消化汚泥脱水工程に供給し、上記消化汚泥濃縮工程で分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する有機性廃棄物の処理方法である。

また、請求項１１に記載の発明は、消化汚泥脱水工程で脱水処理した脱水汚泥の少なくとも一部を可溶化工程に供給する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法である。

上記構成において、嫌気性消化工程は中温処理又は高温処理のいずれでもよく、中温処理条件で行う場合には、消化温度３０〜４０℃、好ましくは３５〜３８℃、処理期間１０〜２０日であり、高温処理条件で行う場合には、消化温度５０〜５８℃、好ましくは５３〜５６℃、処理期間７〜１０日である。また、嫌気性消化工程の処理槽内の汚泥濃度は、２〜１０重量％に維持するのが好ましい。なお、嫌気性処理工程に配置される嫌気性消化装置としては、自己造粒汚泥床を形成した上向流嫌気性処理装置、酸発酵槽を配置した二槽嫌気性処理装置、微生物担体を充填し固定床や流動床を形成した生物担体処理装置などいずれの処理装置でもよい。

また、嫌気性消化工程を二段に設けた方法における各々の処理条件は、上記嫌気性消化工程における条件と同様に、中温処理又は高温処理のいずれでもよい。しかし、第二嫌気性消化工程においては、汚泥が可溶化工程において嫌気性消化処理しやすい状態とされているため、処理時間は第一嫌気性消化工程よりも短くすることができる。また、その嫌気性消化装置としては、高濃度汚泥負荷で処理が可能な自己造粒汚泥床を形成した上向流嫌気性処理装置が好ましい。

また、可溶化工程における可溶化処理方法としては、高温状態で熱可溶化処理する方法、ビーズミル処理などの機械的破砕方法、超音波照射方法、オゾン処理などの薬剤添加処理方法又は高温好気性生物処理方法など公知の可溶化処理方法を適宜に用いることができるが、処理後の汚泥の脱水性や燐酸態の燐としての溶出性を考慮すると高温状態で熱可溶化処理する方法を用いるのが好ましい。その熱可溶化処理方法を用いた可溶化工程における汚泥可溶化条件は、処理温度１２０〜２３０℃、好ましくは１５０〜１８０℃、飽和水蒸気圧以上に５〜６０分保持して行われる。また、供給される汚泥の固形分濃度は２〜１０重量％で、嫌気性消化工程に供給される有機性廃棄物量の０．３〜３倍（乾燥重量当り）を循環処理するのが好ましい。なお、汚泥可溶化前に、アルカリによりｐＨを前調整する場合には、ｐＨ８以上、好ましくはｐＨ９．５以上に調整する。この場合には、処理温度は１２０〜１８０℃とするのが好ましい。更に、上記可溶化工程における加熱は、嫌気性消化工程で発生する消化ガスの燃焼熱を利用して、水蒸気噴き込みや燃焼炉循環などによる直接加熱方法、又は熱交換器などによる間接加熱方法などの適宜方法により行われる。

また、消化汚泥脱水工程に用いられる消化汚泥脱水装置としては、主に、遠心分離機、各種フィルタ又は膜分離装置などを用いることができ、また、有機性廃棄物濃縮工程に用いられる汚泥濃縮装置や固液分離工程で用いられる固液分離装置としては、主に、沈殿槽、遠心分離機、各種フィルタ又は膜分離装置などを用いることができる。

また、晶析脱燐工程に用いられる晶析脱燐方法としては、消石灰や生石灰などのカルシウム塩を添加し、ヒドロキシアパタイト結晶を析出させて分離するＣａ塩晶析脱燐方法を用いてもよいが、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウムなどのマグネシウム塩を添加し、排水中のアンモニアを利用してマグネシウムアンモニア燐酸（ＭＡＰ）などの結晶を析出させて分離するＭＡＰ法晶析脱燐方法が、肥料などとして有効利用を図ることができるため好ましい。

また、有機性廃棄物濃縮工程で濃縮した有機性廃棄物濃度は、含水率９７％以下、好ましくは含水率９４〜８７％であり、また、消化汚泥濃縮工程で濃縮した濃縮消化汚泥濃度は、含水率９７％以下、好ましくは含水率９６％以下である。なお、有機性廃棄物がスラリー状ではない固形の有機性廃棄物の場合には、機械的に微細破砕して廃棄物をスラリー化する廃棄物破砕工程を設けることも好ましい。

本発明は、可溶化処理する可溶化工程を設けたことにより、蛋白質、脂質及びセルロースが低分子化でき、低分子化した可溶化汚泥を嫌気性消化処理することにより発生する余剰汚泥量を大幅に削減でき、廃棄汚泥の処分費の大幅削減や環境への負荷低減化を図ることができる。また、嫌気性消化処理工程で処理時間をかけずに多くの有機物を分解し、メタン化できるため、単位有機性廃棄物量あたりのメタンガスの発生量を高めることができる。

また、消化処理汚泥を可溶化処理することにより、汚泥中の多くの燐を晶析反応に必要な燐酸態の燐として効率的に溶出させることが可能となり、従来の余剰汚泥の嫌気消化処理における２倍以上の燐酸が得られ、この燐酸をＭＡＰ法等の晶折脱燐工程で回収することにより、より多くの燐を資源として再利用することができると共に、窒素分や燐が蓄積して微生物生育障害を起す恐れも防止される。

また、請求項３に記載の発明においては、嫌気性消化槽から引抜いた消化汚泥を可溶化処理し、元の嫌気性消化槽に戻す場合、汚泥の消化率が進みすぎると消化汚泥中の灰分比率が非常に高くなり、消化処理槽の消化能力が低下する恐れがあるが、可溶化汚泥を後段の第二嫌気性消化槽で処理することにより、第一嫌気性消化槽の消化能力を維持すると共に、可溶化汚泥に適した嫌気性消化条件で処理を行うことができる。

また、請求項２及び請求項４項に記載の発明においては、有機性廃棄物を濃縮して嫌気性消化工程に供給するため、有機物負荷量を高く維持して処理することができ、消化ガスを高効率で得ることができる効果も奏する。

また、請求項５項に記載の発明においては、可溶化工程での処理温度を１２０〜２３０℃として汚泥を処理することにより、汚泥中の蛋白質や脂質，セルロースなどの難分解性物質を効率的に低分子化することができる効果を奏すると共に、汚泥中の燐を効率的に燐酸態の燐に変化させて溶出させることができる。

また、請求項６項に記載の発明においては、熱交換により熱回収を図ることにより、高温状態での可溶化工程における加熱熱量を削減でき、また、熱交換により回収できない熱量も嫌気性消化工程における嫌気性消化槽の加温用などに利用され、運転経費の低廉化を図ることができる効果も奏する。

また、請求項７項に記載の発明においては、可溶化工程に供給する消化汚泥を濃縮して供給することにより、高濃度の汚泥を可溶化処理するため、可溶化工程における可溶化槽などの小型化及び汚泥を加熱する熱量の削減を図ることができる。

また、請求項８項に記載の発明においては、汚泥濃度を高めた場合や家畜糞尿などの高窒素含有廃棄物処理においても、アンモニアストリッピングを行うことで嫌気消化処理に影響が出ないアンモニア濃度を維持することが可能であり、また、このアンモニアストリッピング工程を熱処理工程後の循環ライン中に設けることにより、可溶化工程での熱を利用しアンモニアを分離することができるため、運転経費の低廉化を図ることができる効果も奏する。更に、アンモニアを分離することにより、処理後の処理水中の窒素分が低減し、環境負荷への影響が軽減され、また、アンモニアを回収することにより、晶析脱燐工程にＭＡＰ法を使用した場合の添加アンモニアとして有効利用することができる。

また、請求項９項に記載の発明においては、高温で熱処理された汚泥は、固液分離しやすいため脱水分離も効率良く行うことができ、分離された液相のみを嫌気性消化工程に戻すことにより、消化汚泥中の灰分を減らし、嫌気性消化工程からの汚泥の引抜きを殆ど無くすことができ、また、残渣の脱水汚泥も殆どが灰分や生物分解し難い有機物である為、効率的に灰分や難分解有機物を分離・廃棄することができる効果も奏する。

また、請求項１０項に記載の発明においては、消化汚泥脱水工程では比較的大型で高価な汚泥脱水装置が用いられるが、消化汚泥濃縮工程で濃縮された消化汚泥を消化汚泥脱水工程に供給することにより、汚泥脱水装置を小型化することができる効果も奏する。更に、濃縮汚泥の一部を嫌気性消化工程に循環することにより、汚泥濃度を高く維持することができ、処理効率が向上する。

また、請求項１１項に記載の発明においては、脱水汚泥を可溶化工程に供給することにより、消化汚泥循環経路中の供給側汚泥の液量及び粘度が低下し、熱交換器での熱交換効率が高まるため、設備の縮小化や低廉化を図ることができる効果も奏する。

本発明は、消化処理に伴って発生する余剰汚泥の系外排出量の減容化、効率的なメタンガスの回収及び汚泥に含有された燐を除去するとともに有効利用を図る目的を、嫌気性消化汚泥の少なくとも一部を可溶化処理し、残部の消化汚泥を脱水処理して分離液を晶析脱燐処理するトータルシステムを確立することにより実現した。

図１は本発明の１実施形態の有機性廃棄物の処理方法の系統図であり、１は、有機性廃棄物であるスラリー状の有機性汚泥を、嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、メタン菌などの嫌気性微生物の作用で有機物を分解し、メタンや炭酸ガスなどを主体とする消化ガスに変換する嫌気性消化工程の嫌気性消化槽であり、２は、嫌気性消化槽１で処理された消化汚泥の少なくとも一部を高温状態で熱可溶化処理する可溶化工程の可溶化槽である。

また、３は、嫌気性消化槽１で処理された残部の消化汚泥を脱水処理する消化汚泥脱水工程の消化汚泥脱水装置であり、４は、消化汚泥脱水装置３で分離された分離液等に含有された燐を晶析法により脱燐して回収する晶析脱燐工程の晶析脱燐装置である。

また、５は、有機性廃棄物である有機性汚泥を濃縮処理する有機性廃棄物濃縮工程の汚泥濃縮装置であり、６は、可溶化槽２に供給する消化汚泥と可溶化処理された可溶化汚泥とを熱交換して可溶化汚泥の熱量を回収する熱回収工程の熱交換器である。なお、上記の汚泥濃縮装置５を配置することにより、有機物負荷量を高く維持して処理することができ、消化ガスを高効率で得ることができるため、配置するのが好ましく、また、熱交換器６は、熱回収を図ることにより、高温状態での可溶化工程における加熱熱量を削減できるため、配置するのが好ましいが、それらの装置は必ずしも必要ではない。即ち、系外で十分濃縮された有機性汚泥などを供給する場合などでは、汚泥濃縮装置５は必要なく、また、高温の可溶化汚泥を調整しながら嫌気性消化槽１に供給するシステムとする場合などでは熱交換器６は必要ではない。

また、７は、可溶化工程に供給する消化汚泥を濃縮する消化汚泥濃縮工程の消化汚泥濃縮装置であり、該消化汚泥濃縮装置７は、汚泥を高濃度化することにより、可溶化工程における可溶化槽などの小型化及び汚泥を加熱する熱量の削減を図ることができるため、配置するのが好ましいが、必ずしも必要ではない。

次に、有機性廃棄物である余剰汚泥、初沈汚泥、浄化槽汚泥、し尿処理汚泥、家畜糞尿、破砕された生ゴミ（ディスポーザ汚泥）などの有機性汚泥を嫌気性消化処理する処理方法について以下詳述する。
図１において、有機性汚泥を汚泥供給経路２０から汚泥濃縮装置５に供給し、濃縮された濃縮汚泥を濃縮汚泥供給経路２１から嫌気性消化槽１に供給すると共に、分離した分離液を分離液抜き出し経路２２から後段の晶析脱燐装置４に供給する。

嫌気性消化槽１において、中温処理条件で行う場合には、消化温度３０〜４０℃、好ましくは３５〜３８℃、処理期間１０〜２０日で消化処理が行われるが、高温処理条件で行う場合には、消化温度５０〜５８℃、好ましくは５３〜５６℃、処理期間７〜１０日で消化処理が行われる。有機性汚泥中の有機物は、メタン菌などの嫌気性微生物の作用で分解され、メタンや炭酸ガスなどを主体とする消化ガスに変換され、生成した消化ガスは消化ガス排出経路２４から図示しないガスホルダなどに貯留されたのち、必要により脱硫処理して加熱燃料、発電用燃料や燃料電池用燃料などとして利用される。なお、嫌気性消化槽１内の汚泥濃度は、２〜１０重量％に維持するのが好ましい。

上記嫌気性消化槽１で処理された消化汚泥は、消化汚泥抜き出し経路２３から抜き出され、その少なくとも一部は、消化汚泥循環経路２５から高温状態で可溶化処理する可溶化槽２に供給されるが、消化汚泥循環経路２５の途中に配置された熱交換器６で、可溶化汚泥と熱交換して可溶化汚泥の熱量を回収し昇温されて供給される。また、消化汚泥循環経路２５の途中に消化汚泥濃縮装置７を配置した場合には、濃縮した消化汚泥が可溶化槽２に供給され、分離液は分離液抜き出し経路３３から晶析脱燐装置４に供給される。なお、可溶化槽２においては、汚泥熱処理条件を、処理温度１２０〜２３０℃、好ましくは１５０〜１８０℃、飽和水蒸気圧以上に５〜６０分保持することにより、汚泥中の蛋白質や脂質，セルロースなどの難分解性物質が効率的に低分子化されて可溶化する。また、供給される消化汚泥の固形分濃度は２〜１０重量％で供給するのが好ましい。更に、可溶化処理前に、アルカリによりｐＨを前調整する場合には、ｐＨ８以上、好ましくはｐＨ９．５以上に調整する。この場合には、処理温度は１２０〜１８０℃とするのが好ましい。なお、可溶化槽２における汚泥の加熱は、嫌気性消化槽１で発生する消化ガスを図示しない燃焼装置に供給し、その燃焼熱を利用して、水蒸気噴き込みや燃焼炉循環などによる直接加熱方法、又は、熱媒体を使用して熱交換により加熱する間接加熱方法などの適宜方法により行われる。

上記可溶化槽２で熱可溶化処理された可溶化汚泥は、可溶化汚泥供給経路２６から嫌気性消化槽１に循環供給されるが、可溶化汚泥供給経路２６の途中に配置された熱交換器６で、消化汚泥と熱交換して適宜温度に冷却されて供給され、有機性汚泥と共に嫌気性消化処理される。

また、上記嫌気性消化槽１で処理された消化汚泥の残部は、消化汚泥抜き出し経路２３から消化汚泥脱水装置３に供給されて固液分離される。消化汚泥脱水装置３で脱水された脱水汚泥は、脱水汚泥抜き出し経路２７から余剰汚泥として系外に排出され、図示しないコンポスト化処理装置などの汚泥処理装置や埋め立てなどにより処分されるが、一部を図１の一点鎖線で示した脱水汚泥循環経路３１又は経路３２から可溶化槽２に循環してもよい。

また、上記消化汚泥脱水装置３で分離された分離液は、分離液抜き出し経路２８から晶析脱燐装置４に供給され、汚泥濃縮装置５から分離液抜き出し経路２２を経て供給される分離液及び消化汚泥濃縮装置７から分離液抜き出し経路３３を経て供給される分離液と共に脱燐処理される。なお、晶析脱燐装置４においては、供給された分離液を必要によりｐＨ調整し、塩化マグネシウムなどのマグネシウム溶液が添加され、分離液中の燐とマグネシウムを反応させて燐酸マグネシウム化合物の結晶を種結晶の表面に析出させて造粒し、生成した燐酸マグネシウム化合物は燐化合物抜き出し経路３０から系外に抜き出され、図示しない貯留槽などに貯留されたのち、肥料などとして有効利用される。また、脱燐された脱燐水は、処理水として処理水抜き出し経路２９から系外に排出され図示しない排水処理装置で処理されて下水や河川などに排出される。

図２は、本発明の他の実施形態の系統図であり、図１と同様の作用を有する部材については同一の番号を付した。また、図１と相違する部材について主に説明する。

図２において、８は、可溶化槽２で熱可溶化処理された可溶化汚泥から固形分を分離する固液分離工程の固液分離装置であり、分離された固形分は濃縮可溶化汚泥供給経路３３から経路３５ａを経て消化汚泥脱水装置３に供給されるか、または、一点鎖線で示した経路３５ｂを経て余剰汚泥として系外に排出される。また、分離された分離液は、分離液循環経路３４から嫌気性消化槽１に供給される。

また、９は、嫌気性消化槽１で処理され、消化汚泥抜き出し経路２３から抜き出された消化汚泥を濃縮する消化汚泥濃縮工程の沈殿槽であり、該沈殿槽９で濃縮された濃縮消化汚泥を濃縮消化汚泥抜き出し経路３７から抜き出し、その１部を返送汚泥として濃縮汚泥返送経路３７ａを経て嫌気性消化槽１に返送し、残部の濃縮消化汚泥を濃縮汚泥供給経路３７ｂを経て消化汚泥脱水装置３に供給する。また、分離した上澄水は、上澄水抜き出し経路３５から晶析脱燐装置４に供給することにより、嫌気性消化槽１における汚泥濃度を高め効率的な処理を行うことができ、また、高価な消化汚泥脱水装置を小型化することができる。

図３は、本発明の他の実施形態の系統図であり、図１と同様の作用を有する部材については同一の番号を付した。また、図１と相違する部材について主に説明する。

図３において、１０は、可溶化槽２で熱可溶化処理された可溶化汚泥中のアンモニアをストリッピングガスや蒸気などのストリッピングガスでストリッピングして除去する脱アンモニア工程の脱アンモニア塔であり、ストリッピングガス供給経路３９からストリッピングガスを供給し、供給されたストリッピングガスは脱アンモニア塔１０を上昇する間にアンモニアを同伴する。アンモニアを同伴したストリッピングガスはアンモニア排出経路３８から排出し、図示しない後段のアンモニア回収装置又は分解装置などで処理される。また、アンモニアを除去された可溶化汚泥は、嫌気性消化槽１に供給され、有機性汚泥と共に処理されることにより、嫌気性消化処理に悪影響が生じるアンモニア濃度を低く維持することが可能となる。また、可溶化槽２で高温処理されて高温状態で供給されるため、加熱の必要がなく、低廉にアンモニアを除去することができる。

図４は、本発明の他の実施形態の系統図であり、図１〜図３と同様の作用を有する部材については同一の番号を付した。また、図１〜図３と相違する部材について主に説明する。

図４において、１ａは、有機性廃棄物であるスラリー状の有機性汚泥を、嫌気性雰囲気を保って所定の時間滞留させることにより、メタン菌などの嫌気性微生物の作用で有機物を分解し、主にメタンや炭酸ガスなどを含有する消化ガスに変換する第一嫌気性消化工程の第一嫌気性消化槽であり、１ｂは、可溶化槽２で熱可溶化処理された可溶化汚泥又は固液分離装置８を設けた場合における分離液を嫌気性消化処理する第二嫌気性消化工程の第二嫌気性消化槽である。

２は可溶化工程の可溶化槽、３は第二嫌気性消化槽１ｂで処理された消化汚泥を脱水処理する消化汚泥脱水工程の消化汚泥脱水装置であり、４は晶析脱燐工程の晶析脱燐装置、５は有機性廃棄物濃縮工程の汚泥濃縮装置、６は熱回収工程の熱交換器、７は消化汚泥濃縮工程の消化汚泥濃縮装置、また、８は固液分離工程の固液分離装置である。

有機性廃棄物である有機性汚泥を汚泥供給経路２０から汚泥濃縮装置５に供給し、濃縮された濃縮汚泥を濃縮汚泥供給経路２１から第一嫌気性消化槽１ａに供給すると共に、分離した分離液を分離液抜き出し経路２２から後段の晶析脱燐装置４に供給する。

第一嫌気性消化槽１ａにおいて、中温処理条件で行う場合には、消化温度３０〜４０℃、好ましくは３５〜３８℃、処理時間１０〜２０日であり、高温処理条件で行う場合には、消化温度５０〜５８℃、好ましくは５３〜５６℃、処理期間７〜１０日で行われる。有機性汚泥中の有機物は、メタン菌などの嫌気性微生物の作用で分解され、主にメタンや炭酸ガスなどを含有する消化ガスに変換され、生成した消化ガスは消化ガス排出経路２４ａから図示しないガスホルダなどに供給されのち、必要により脱硫処理して加熱燃料、発電用燃料や燃料電池用燃料などとして利用される。なお、第一嫌気性消化槽１ａ内の汚泥濃度は、２〜１０重量％に維持するのが好ましい。

上記第一嫌気性消化槽１ａで処理された消化汚泥は消化汚泥抜き出し経路２３ａから抜き出され、消化汚泥濃縮装置７で濃縮され、濃縮された消化汚泥が消化汚泥循環経路２５から高温状態で可溶化処理する可溶化槽２に供給されるが、消化汚泥循環経路２５の途中に配置された熱交換器６で、可溶化汚泥と熱交換して可溶化汚泥の熱量を回収し昇温されて供給され、また、消化汚泥濃縮装置７で分離された分離液は分離液抜き出し経路３３から後段の晶析脱燐装置４に供給される。

なお、可溶化槽２においては、汚泥熱処理条件を、処理温度１２０〜２３０℃、好ましくは１５０〜１８０℃、飽和水蒸気圧以上に５〜６０分保持することにより、汚泥中の蛋白質や脂質，セルロースなどの難分解性物質が効率的に低分子化されて可溶化する。供給される消化汚泥の固形分濃度は２〜１０重量％で供給されるのが好ましい。また、可溶化処理前に、アルカリによりｐＨを前調整する場合には、ｐＨ８以上、好ましくはｐＨ９．５以上に調整する。この場合には、処理温度は１２０〜１８０℃とするのが好ましい。更に、可溶化槽２における汚泥の加熱は、第一嫌気性消化槽１ａ及び第二嫌気性消化槽１ｂで発生する消化ガスを図示しない燃焼装置に供給し、消化ガスの燃焼熱を利用して、水蒸気噴き込みや燃焼炉循環などによる直接加熱方法、又は熱交換器などによる間接加熱方法などの適宜方法により行われる

上記可溶化槽２で熱可溶化処理された可溶化汚泥は可溶化汚泥供給経路２６から第二嫌気性消化槽１ｂに供給されるが、可溶化汚泥供給経路２６の途中に配置された熱交換器６で、消化汚泥と熱交換して適宜温度に冷却されて供給される。なお、可溶化汚泥は経路２６ａを経て固液分離装置８に供給され、分離された分離液が分離液供給経路３４から第二嫌気性消化槽１ｂに供給されるが、一点鎖線で示した経路２６ｂを経て直接第二嫌気性消化槽１ｂに供給してもよい。また、固液分離装置８で分離された固形分は分離固形分抜き出し経路３５から経路３５ａを経て消化汚泥脱水装置３に供給されて脱水処理されたのち余剰汚泥として系外に排出されるか、又は、そのまま経路３５ｂを経て余剰汚泥として系外に排出される。

上記の分離された液相のみを第二嫌気性消化槽１ｂに戻すことにより、消化汚泥中の灰分を減らし、嫌気性消化槽からの汚泥の引抜きを殆ど無くすことができ、また、残渣の分離固形物も殆どが灰分や生物分解し難い有機物であるため、効率的に灰分や難分解有機物を分離・廃棄することができる。

第二嫌気性消化槽１ｂに供給された可溶化汚泥は、中温処理条件で３０〜４０℃、好ましくは３５〜３８℃、処理時間６〜２０日で処理され、処理された消化汚泥は、消化汚泥抜き出し経路２３ｂから消化汚泥脱水装置３に供給されて固液分離される。また、生成した消化ガスは消化ガス排出経路２４ｂから図示しないガスホルダなどに供給され、第一嫌気性消化槽１ａで生成した消化ガスとともに各種燃料として利用される。

脱水された脱水汚泥は、脱水汚泥抜き出し経路２７から余剰汚泥として系外に排出され、固液分離装置８から分離固形分抜き出し経路３５を経て排出される固形分とともに図示しないコンポスト化処理装置などの汚泥処理装置や埋立などにより処分され、分離された分離液は分離液抜き出し経路２８から晶析脱燐装置４に供給され脱燐処理される。

上記工程により、嫌気性消化槽から引抜いた消化汚泥を可溶化処理し、元の嫌気性消化槽に戻す場合、汚泥の消化率が進みすぎると消化汚泥中の灰分比率が非常に高くなり、消化処理槽の消化能力が低下する恐れがあるが、可溶化汚泥を後段の第二嫌気性消化槽１ｂで処理することにより、第一嫌気性消化槽１ａの消化能力を維持すると共に、可溶化汚泥に適した嫌気性消化条件で処理を行うことができる。

（実験例）
次に、上記の嫌気性消化汚泥を高温状態で熱可溶化処理して脱燐する有機性廃棄物の嫌気性消化処理方法の有効性を裏付ける実験例について以下詳述する。
下水汚泥（汚泥濃度４重量％）を、温度を変化させて可溶化処理し、ＭＬＶＳＳ減少率、ＣＯＤｃｒ可溶化率、ＰＯ４−Ｐ／Ｔ−Ｐ比率の変化を測定した。その結果を表１に示す。

ＭＬＶＳＳ減少率：処理前のＭＬＶＳＳに対し、熱処理で減少したＭＬＶＳＳの比率
ＣＯＤｃｒ可溶化率：処理前の非溶解性ＣＯＤｃｒに対し、熱処理で減少した非溶解性ＣＯＤｃｒの比率
ＰＯ４−Ｐ／Ｔ−Ｐ比率：汚泥中の全燐（Ｔ−Ｐ）に対する燐酸態（ＰＯ４−Ｐ）の比率

上記の結果から、１２０℃の温度で熱処理を行うことにより、非溶解性ＣＯＤｃｒの半分が溶解し、溶解可能な燐酸態の燐が増加し、１８０℃まで温度を高めることにより、殆どが燐酸態の燐となり、ＭＬＶＳＳも１／３に減少する。このことから、消化汚泥中の燐の殆どを晶析脱燐工程で反応して結晶化する燐酸態の燐とすることができるため、燐の回収効率が高くなることが判明した。

下水、し尿及び各種産業排水を処理する水処理設備から発生する各種有機性汚泥、又は、生ごみ、家畜糞尿などの各種有機性廃棄物を嫌気性消化処理し、消化処理に伴って発生する余剰汚泥の系外排出量の減容化、効率的なメタンガスの回収及び含有された燐を回収して肥料などとして利用することができる。

本発明の１実施形態の有機性廃棄物の処理方法の系統図 （実施例１） 本発明の他の実施形態の有機性廃棄物の処理方法の系統図（実施例２） 本発明の他の実施形態の有機性廃棄物の処理方法の系統図（実施例３） 本発明の他の実施形態の有機性廃棄物の処理方法の系統図（実施例４） 従来の有機性廃棄物の処理方法の系統図

符号の説明

１：嫌気性消化槽（嫌気性消化工程）
１ａ：第一嫌気性消化槽（第一嫌気性消化工程）
１ｂ：第二嫌気性消化槽（第二嫌気性消化工程）
２：可溶化槽（可溶化工程）
３：消化汚泥脱水装置（消化汚泥脱水工程）
４：晶析脱燐装置（晶析脱燐工程）
５：汚泥濃縮装置（有機性廃棄物濃縮工程）
６：熱交換器（熱回収工程）
７：消化汚泥濃縮装置（消化汚泥濃縮工程）
８：固液分離装置（固液分離工程）
９：沈殿槽（消化汚泥濃縮工程）
１０：脱アンモニア塔（脱アンモニア工程）

Claims (11)

1. 有機性廃棄物を嫌気性消化処理する方法において、少なくとも下記（イ）〜（ホ）工程を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
   （イ）上記有機性廃棄物を嫌気性消化処理する嫌気性消化工程。
   （ロ）上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化工程。
   （ハ）上記可溶化工程で可溶化された可溶化汚泥を上記嫌気性消化工程に循環する可溶化汚泥循環工程。
   （ニ）上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の残部を脱水処理する消化汚泥脱水工程。
   （ホ）上記消化汚泥脱水工程で分離された分離液中の燐を晶析脱燐する晶析脱燐工程。
2. さらに、有機性廃棄物を濃縮する有機性廃棄物濃縮工程を設け、該有機性廃棄物濃縮工程で濃縮された廃棄物を嫌気性消化工程に供給し、分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
3. 有機性廃棄物を嫌気性消化処理する方法において、少なくとも下記（イ）’〜（ホ）’工程を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
   （イ）’上記有機性廃棄物を嫌気性消化処理する第一嫌気性消化工程。
   （ロ）’上記嫌気性消化工程で処理された消化汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化工程。
   （ハ）’上記可溶化工程で可溶化された可溶化汚泥を嫌気性消化処理する第二嫌気性消化工程。
   （ニ）’上記第二嫌気性消化工程で処理された消化汚泥を脱水処理する消化汚泥脱水工程。
   （ホ）’上記消化汚泥脱水工程で分離された分離液中の燐を晶析脱燐する晶析脱燐工程。
4. さらに、有機性廃棄物を濃縮する有機性廃棄物濃縮工程を設け、該有機性廃棄物濃縮工程で濃縮された廃棄物を第一嫌気性消化工程に供給し、分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する請求項３記載の有機性廃棄物の処理方法。
5. 可溶化工程が、処理温度１２０〜２３０℃の高温状態で熱可溶化処理する工程である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
6. さらに、可溶化工程に供給する消化汚泥と可溶化工程からの可溶化汚泥とを熱交換して可溶化汚泥の熱量を回収する熱回収工程を設けた請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
7. さらに、可溶化工程に供給する消化汚泥を濃縮する消化汚泥濃縮工程を設け、該消化汚泥濃縮工程で濃縮された消化汚泥を可溶化工程に供給し、分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
8. さらに、可溶化汚泥中のアンモニアをストリッピングにより除去する脱アンモニア工程を設け、該脱アンモニア工程でアンモニアが除去された可溶化汚泥を嫌気性消化工程に供給する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
9. さらに、可溶化汚泥から固形分を分離する固液分離工程を設け、該固液分離工程で分離された分離液を嫌気性消化工程に供給する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
10. さらに、消化汚泥脱水工程に供給する消化汚泥を濃縮する消化汚泥濃縮工程を設け、該消化汚泥濃縮工程で濃縮された濃縮消化汚泥の１部を嫌気性消化工程に循環し、残部の濃縮消化汚泥を消化汚泥脱水工程に供給し、上記消化汚泥濃縮工程で分離した分離液を晶析脱燐工程に供給する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
11. 消化汚泥脱水工程で脱水処理した脱水汚泥の少なくとも一部を可溶化工程に供給する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
    
    

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