JP4289454B2 - メタン発酵プロセス、およびメタン発酵システム - Google Patents
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Description
本発明において有機性廃棄物とは、例えば、畜産廃棄物や緑農廃棄物、排水処理汚泥などが挙げられる。ここで畜産廃棄物としては、家畜の糞尿や、屠体および/またはその加工品が挙げられ、より具体的には牛、羊、山羊、ニワトリ等の家畜の屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内蔵、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される、家畜屠体の骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。また緑農廃棄物には、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。
本発明において除去の対象となる重金属類としては、例えば、家畜糞尿中に含まれる亜鉛や、下水汚泥中に含まれるカドミウム、鉛、銅、クロムなどが挙げられる。また、塩類としては、例えば、食品廃棄物中に含まれる塩化ナトリウムなどが挙げられる。
本発明プロセスにおいては、メタン発酵に先立ち、原料となる有機性廃棄物の状態により、必要に応じて前処理として破砕・分別工程を実施することができる。破砕・分別工程は、例えば、以下に示すような分別破砕、あるいは全量破砕により行うことができる。
分別破砕の場合は、破砕分別機を用い、有機性廃棄物の中で容易に破砕可能な部位を液と共にスラリーとして回収する。一方、破砕しにくい部位は塊状物として別途収集する。スラリーの含水率は、70〜90重量%、塊状物の含水率は40〜60重量%程度である。破砕分別機は、有機性の固形物をせん断力、引っ張り力によって破砕するもので、カッター部分は2軸式または3軸式のものが利用できる。牛などの動物屠体を原料とする場合は、3軸式で破砕処理する方が破砕物の細かさや均一性の観点から好ましい。
電気透析処理および電析処理(電着処理または電解処理とも呼ばれる)は、常法に従い実施することができる。電気透析装置や電析装置としては、特に制限はなく、既知の構成のものを好適に使用することができる。
第1実施形態:
図1に従い、家畜糞尿などの有機性廃棄物をメタン発酵し、亜鉛などの重金属を電気透析処理および/または電析処理により除去するプロセスである。
まず、豚などの家畜の糞尿は一旦受槽に貯留された後、前処理槽に導入され、ここで破砕・ペースト化、前発酵などが行われる。前処理が済んだ豚糞尿は、消化タンクに導入される。
図2に示すように、生ごみや下水汚泥などの有機性廃棄物をメタン発酵処理して堆肥化するとともに、重金属類のヒ素などは電気透析法により、水銀や鉛などは電析法によって除去するプロセスである。
試料流通部が幅10mm、長さ100mm、各室の厚さ1mmの小型流通セルを電気透析槽とした。この電気透析槽は、押え板/電極板/スペーサー(濃縮室)/隔膜/スペーサー(希釈室)/隔膜/スペーサー(濃縮室)/電極板/押え板、により構成されている。
電極板と隔膜で2mmの厚さの透過室を作った電析槽を使用した。この電析槽は、押え板/電極板(作用極、亜鉛電析極)/スペーサー(2mm厚)/スペーサー(2mm厚)/電極板(対極)/押え板、により構成されている。
微細化した生ゴミ試料(生ごみペースト)を直接電気透析処理した後、メタン発酵処理を行った。
電気透析槽の希釈室に生ごみペーストを、濃縮室に発酵液をそれぞれ流通させて、20mAの電流を流した。この電気透析槽に生ごみペーストを流通させることにより、乾物ベースで生ごみ中に3.8重量%含まれていた食塩(NaCl)が1.5重量%に低下した[通電量に対する食塩除去量の割合(電流効率)は79%であった]。塩類の除去効率は良好であったが、電気透析槽への高圧輸送のため、本実験のポンプ所要出口圧は0.3kPaに達した。しかも電気透析槽への圧送のため、実験途中において電気透析槽から発酵液の漏出が生じた(これに対し、後述する本発明の実施例では、ポンプ所要圧力は通常0.1kPa以下である)。
図3に従い生ごみの処理を実施した。脱塩前の分別・微細化した生ごみを、消化タンクでメタン発酵処理し、この発酵液を濃縮槽で上澄みを分離し、調整槽で発酵液の酸化還元状態やpHの調整を行った後、電気透析槽を用いた脱塩実験を実施した。その結果、20mAの通電で乾物ベースの食塩含有量は3.0重量%から1.2重量%に減少した。このときの電流効率は62%と計算された。この透析処理を行っても肥料成分としての全窒素量、カリウム量の変化量(減少量)は10重量%以下であった。
図4に従い、豚糞尿の処理を実施した。まず、豚糞尿を一旦受槽に貯留した後、前処理槽に導入し、ここで破砕・ペースト化、前発酵などを実施した。前処理が済んだ豚糞尿は、消化タンクに導入し、メタン発酵させた。この発酵液を濃縮槽に導き、上澄みを分離した後、調整槽で5分間曝気処理し、さらに電気透析槽に導入して亜鉛の除去を検討した。電気透析槽で20mAの通電を行ったところ、発酵液中の亜鉛含有量は乾物ベースで0.02重量%から0.01重量%まで減少した(実施例2−1)。
図5に従い、下水処理汚泥の処理を実施した。下水処理場の汚泥を消化タンクに導入し、メタン発酵処理した。この消化汚泥を濃縮槽で上澄み分離し、嫌気状態のまま電気透析槽に導入して脱金属処理した。電気透析槽では、20mAの通電を行ったところ、消化汚泥中の全ヒ素濃度が108ppmから5ppmに低減できた。
図6に従い、生ごみのメタン発酵処理および電析処理を実施した。実施例1と同様に前処理しメタン発酵させた発酵液について、濃縮槽で上澄み分離し、調整槽で酸化還元状態および/またはpHの調整を実施した後、電析槽に流通させた。
Claims (1)
- 水処理施設において、該施設から発生する汚泥をメタン発酵処理し、発酵液を電気透析処理するとともに、電気透析処理における濃縮液側に前記水処理施設からの水を供給することを特徴とするメタン発酵プロセス。
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