JP2005279411A

JP2005279411A - グリセリンの高速メタン発酵方法

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Publication number: JP2005279411A
Application number: JP2004095829A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Takanashi; 啓和高梨; Shinsuke Fujita; 晋輔藤田; Tokinori Nakajima; 常憲中島; Akira Oki; 章大木; Hoko Ryu; 宝鋼劉; Takero Misaki; 岳郎三崎
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】グリセリン含有有機性廃棄物と固形物含有有機性廃棄物とを混合してメタン発酵処理する方法において、加温による前処理（可溶化処理）を施すことなく、効率よく低コストにてメタン発酵処理を行うことができるグリセリンの高速メタン発酵方法を提供することを目的とする。
【解決手段】バイオディーゼル製造工程から副生するグリセリン含有有機性廃棄物と、固形物含有有機性廃棄物と、メタン発酵槽から取り出される汚泥の一部（返送汚泥）とを混合装置１にて混合した後、メタン発酵槽２に供給してメタン発酵させるメタン発酵槽２からの余剰汚泥は排出される。グリセリン含有有機性廃棄物と固形物含有有機性廃棄物との混合割合は、混合物中のＴＳ濃度が３５〜７０％好ましくは４０〜６０％となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリセリンの高速メタン発酵方法に係り、例えばバイオディーゼル燃料を製造する工程から排出される有機性廃棄物を処理する方法等に好適なグリセリンの高速メタン発酵方法に関する。

動植物油脂をエステル交換反応させてディーゼル燃料（以下、バイオディーゼル燃料）を製造する工程において、副生するグリセリンを家庭生ゴミと共にメタン発酵させてメタンガスを生成させ、発電用燃料として用いることが特開２００３−２７０２５号公報に記載されている。しかしながら、同号公報には、このメタン発酵を効率良く行わせるための発酵条件については全く開示がない。

厨房、食肉処理場や水産加工工場、製油工場、染毛工場、皮革工場などの工業排水、合併浄化槽や下水処理場などの排水処理施設などから発生する動植物性の油脂を含有する油脂含有廃棄物を資源化する方法として、特開平１０−２３５３１５号公報には、油脂を含有する油脂含有廃棄物を９０℃〜１１０℃で加熱して可溶化し、３０℃〜６０℃でメタン発酵処理し、メタンガスを回収して資源化処理する方法が記載されている。

しかしながら、上記特開平１０−２３５３１５号公報に記載の構成では、９０℃〜１１０℃の高温で可溶化処理するため、圧力容器などの特殊な構造の装置が必要となるとともに、維持管理が煩雑となる。また、油脂含有廃棄物が汚水のような水分が比較的多い場合には、メタン発酵により発生するメタンガス量が少なく、加熱やメタン発酵の際の加温に消費されるエネルギ分が多くなり、効率よく処理できない。また、油脂自体などの高濃度で油脂を含有する油脂含有廃棄物を処理する場合には、メタン発酵するための微生物の必須栄養塩が不足し、効率よくメタン発酵処理できなくなるとともに、可溶化する際の攪拌時に油脂の疎水性及び粘着性により塊状となりやすく、効率よく可溶化できないおそれがある。

このような可溶化の際の油脂の疎水性、粘着性に起因したトラブルを防止するために、特開２００２−１０２８２８号公報には、油脂を含有する油脂含有廃棄物に固形有機性廃棄物を混合し、油脂を固形有機性廃棄物の表面に付着させて油脂が塊状になることを防止しつつ４０〜８０℃に加温して可溶化してスラリ状に均一分散させた後に、メタン発酵により油脂含有廃棄物を固形有機性廃棄物とともにメタンガス及び炭酸ガスを主成分とするバイオガスに分解処理する方法が記載されている。

同号公報の方法では、油脂含有廃棄物に対し、固形有機性廃棄物は、混合後の総固形物濃度(ＴＳ濃度)で７％以上２０％以下に混合される。

同号公報の第００１０段落によると、ＴＳ濃度が７％より低くなると油脂と液体とに分離して油脂が可溶化できなくなるとともにメタン発酵処理により発生するメタンガス量が低減して処理エネルギが相対的に増大して処理効率が低下するおそれがあり、また、ＴＳ濃度が２０％より高くなると可溶化の際の攪拌が極めて困難となり、均一分散状態に可溶化できなくなるおそれがあるとのことである。
特開平１０−２３５３１５号公報特開２００２−１０２８２８号公報特開２００３−２７０２５号公報

上記特開２００２−１０２８２８号公報の方法では、固形有機性廃棄物と油脂含有有機性廃棄物との混合後のＴＳ濃度が７〜２０％と低い、いわゆる湿式メタン発酵を行っている。

この湿式メタン発酵では、メタン発酵効率が低く、設備コスト及びランニングコストがいずれも割高となってしまう。また、同号公報でも、固形有機性廃棄物と油脂含有有機性廃棄物とを混合した後、４０〜８０℃に加温して可溶化させ、その後メタン発酵処理しており、メタン発酵前の前処理が必要であり、工数及びコストがかかる。

本発明は、グリセリン含有有機性廃棄物と固形物含有有機性廃棄物とを混合してメタン発酵処理する方法において、加温による前処理（可溶化処理）を施すことなく、効率よく低コストにてメタン発酵処理を行うことができるグリセリンの高速メタン発酵方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）のグリセリンの高速メタン発酵方法は、グリセリンを含有する有機性廃棄物と固形物含有有機性廃棄物とを混合してメタン発酵処理するグリセリンの高速メタン発酵方法において、ＴＳ濃度（総固形分濃度）を３５〜７０％とした混合物をメタン発酵処理することを特徴とするものである。

本発明（請求項２）のグリセリンの高速メタン発酵方法は、請求項１において、メタン発酵時のＶＳ負荷を１４ｋｇＶＳ／ｍ^３・ｄａｙ以下とし、グリセリン負荷を１０ｋｇＶＳ／ｍ^３・ｄａｙ以下とすることを特徴とするものである。

本発明（請求項３）のグリセリンの高速メタン発酵方法は、請求項１又は２において、混合物のメタン発酵処理をメタン発酵槽内で行うようにした方法であって、グリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物と、該メタン発酵槽から取り出される汚泥の少なくとも一部とを混合してメタン発酵処理することを特徴とするものである。

本発明（請求項４）のグリセリンの高速メタン発酵方法は、請求項３において、メタン発酵槽からの汚泥中のＶＳ量（重量）ａとグリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物中のＶＳ量（重量）ｂとの比ａ／ｂを１〜１０とすることを特徴とするものである。

バイオディーゼル燃料製造工程等から副生するグリセリン含有有機性廃棄物は、水分が少なく、直接には生物処理することは困難であるが、その他の固形物含有有機性廃棄物と混合してＴＳ濃度を７０％以下とすることにより、メタン発酵が可能となる。

本発明では、この混合物のＴＳ濃度を３５％以上と高くすることにより、グリセリン含有有機性廃棄物が固形物含有有機性廃棄物に十分に分散し、乾式メタン発酵が可能となる。

なお、ＶＳ（揮発性固形物）負荷は１４ｋｇＶＳ／ｍ^３・ｄａｙまで、グリセリン負荷は１０ｋｇＶＳ／ｍ^３・ｄａｙまでの範囲であるならば十分にメタン発酵処理することができる。

グリセリン含有有機性廃棄物と固形物含有有機性廃棄物との混合物をメタン発酵槽内でメタン発酵処理する場合、メタン発酵槽から取り出される汚泥の少なくとも一部をグリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物と混合することが好ましい。このように汚泥の少なくとも一部を循環することにより、メタン発酵槽内のメタン菌濃度を高く保ち、効率良く発酵させることができる。

この場合、メタン発酵槽からの汚泥とグリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物との混合比は、高すぎるとメタン発酵槽の建設費及びランニングコストがいずれも高くなり、混合比が低すぎるとメタン発酵が不十分になるところから、メタン発酵槽からの汚泥中のＶＳ量（重量）ａとグリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物中のＶＳ量（重量）ｂとの比ａ／ｂが１〜１０となるようにすることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態に係るグリセリンの高速メタン発酵方法について図１を参照して説明する。

この実施の形態では、バイオディーゼル製造工程から副生するグリセリン含有有機性廃棄物と、固形物含有有機性廃棄物と、メタン発酵槽２から取り出される汚泥の一部（返送汚泥）とを混合装置１にて混合した後、メタン発酵槽２に供給してメタン発酵させる。メタン発酵槽２からの余剰汚泥は排出される。

グリセリン含有有機性廃棄物としては、大豆油や、回収された調理廃油などの植物油をメタノール、エタノール等でエステル交換して脂肪酸メチル又は脂肪酸エチルを主成分とするバイオディーゼル燃料を製造する工程から副生する、グリセリン及び油脂を含有したものが例示されるが、これに限定されない。

固形物含有有機性廃棄物としては、古紙、廃菌床、家畜糞尿、バガス、又は生ごみなどが例示される。

このグリセリン含有有機性廃棄物と固形物含有有機性廃棄物との混合割合は、混合物中のＴＳ濃度が３５〜７０％好ましくは４０〜６０％となるようにする。一般に、混合物中のＴＳ濃度成分は、メタン発酵処理によりその約半分程度が分解し、残りの約半分が未分解のまま汚泥中に含まれて排出される。混合物中のＴＳ濃度が３５〜７０％である場合、メタン発酵後の残渣は、ＴＳ濃度が約１７．５〜３５％と高濃度になる。このように、ＴＳ濃度が高いところから、グリセリンやその他の油脂がＴＳ濃度成分によって分散され、メタン発酵が効率良く進行する。また、上記混合物中のＴＳ濃度を７０％以下としたことにより、混合物中にはメタン発酵菌の活動にとって十分な量の水分が存在することになり、メタン発酵が十分に進行する。また、上記混合物中のＴＳ濃度を３０％以上としたことにより、効率のよい乾式メタル発酵が行われる本発明では、グリセリン負荷は１０ｋｇ／ｍ^３・ｄａｙまで、ＶＳ（揮発性固形物）負荷は１４ｋｇ／ｍ^３・ｄａｙまで処理することができる。

本発明では、グリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物に対しさらにメタン発酵槽からの汚泥の一部を混合し、メタン発酵槽内のメタン発酵菌濃度を高く保つ。この場合、グリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物とメタン発酵槽からの汚泥との割合は、メタン発酵槽からの汚泥中のＶＳ量（重量）ａとグリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物中のＶＳ量（重量）ｂとの比ａ／ｂが１〜１０となるものが好適である。

この実施の形態では、混合装置１には蒸気の吹き込みを行って有機性廃棄物と返送汚泥との混合物を５０〜６０℃に加温し、これを乾式メタン発酵槽２に投入し、嫌気条件下で乾式メタンを発酵させる。有機性廃棄物がメタン生成菌を含む返送汚泥と混合され、加温されているため、発酵槽２内の加温は不要である。発酵槽２内には、投入時のＴＳ濃度３５〜７０％の高濃度の被処理混合物が保持され、高負荷で乾式メタン発酵が行われる。

発酵槽２に投入された混合原料は発酵槽２内で嫌気性微生物により分解されて徐々にＴＳ濃度が低下し、発酵槽２の下部へ移動し、搬出用スクリュ３により引抜き汚泥として引き抜かれる。この引き抜き汚泥の一部を余剰汚泥として排出し、残りは返送汚泥として混合装置１に供給し、有機性廃棄物と混合する。

なお、メタン発酵槽２からの排出メタンガスは燃料として利用することができる。

実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１混合装置
２メタン発酵槽
３搬出用スクリュ

Claims

グリセリンを含有する有機性廃棄物と、固形物含有有機性廃棄物とを混合してメタン発酵処理するグリセリンの高速メタン発酵方法において、
ＴＳ濃度（総固形分濃度）を３５〜７０％とした混合物をメタン発酵処理することを特徴とするグリセリンの高速メタン発酵方法。
請求項１において、メタン発酵時のＶＳ負荷を１４ｋｇＶＳ／ｍ^３・ｄａｙ以下とし、グリセリン負荷を１０ｋｇＶＳ／ｍ^３・ｄａｙ以下とすることを特徴とするグリセリンの高速メタン発酵方法。
請求項１又は２において、混合物のメタン発酵処理をメタン発酵槽内で行うようにした方法であって、
グリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物と、該メタン発酵槽から取り出される汚泥の少なくとも一部とを混合してメタン発酵処理することを特徴とするグリセリンの高速メタン発酵方法。
請求項３において、メタン発酵槽からの汚泥中のＶＳ量（重量）ａとグリセリン含有有機性廃棄物及び固形物含有有機性廃棄物中のＶＳ量（重量）ｂとの比ａ／ｂを１〜１０とすることを特徴とするグリセリンの高速メタン発酵方法。