JP4961327B2 - 廃棄物のメタン発酵処理システム - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物をメタン発酵処理するためのメタン発酵処理システムに関する。

有機性廃棄物をメタン発酵処理するシステムは、メタン発酵菌によって有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備え、メタン発酵により生成されるメタンガスはガスホルダに貯留される。このメタン発酵を利用したシステムでは、高濃度のアンモニアがメタン発酵に阻害をきたすことが知られている。このようなことから、メタン発酵槽の上流側に可溶化槽を設け、この可溶化槽にて有機性廃棄物を可溶化するとともに、可溶化した有機性廃棄物に含有されたアンモニアを除去するようにしたシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、可溶化槽内に生石灰（ＣａＯ）を添加してアルカリ化するものであり、このようにアルカリ化することによって、有機性廃棄物を脱水して減容化するとともに、有機性廃棄物に含まれるアンモニアをアルカリ化して除去する。このようにアンモニアを除去することによって、メタン発酵槽内のアンモニア濃度を低く抑えることができ、その結果、メタン発酵を促進してその発酵効率を高めることができる。

特開２００４−１８８３９２号公報

しかしながら、上述したメタン発酵処理システムでは、アンモニアを除去するために生石灰を必要とし、この生石灰の使用によりシステムの稼動コストが上昇するという問題がある。

本発明の目的は、メタン発酵に支障をきたすアンモニアを薬品を添加することなく除去し、これによってメタン発酵効率を高めることができる有機性廃棄物のメタン発酵処理システムを提供することである。

本発明の請求項１に記載のメタン発酵処理システムは、有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、有機性廃棄物を前記メタン発酵槽に供給するための廃棄物供給ライン系と、前記メタン発酵槽にてメタン発酵処理された処理汚泥の一部を返送汚泥として前記廃棄物供給ライン系に返送するための返送ライン系と、前記返送ライン系に配設された可溶化槽と、前記可溶化槽にて分離されたアンモニアガスを吸収するためのアンモニア吸収塔とを具備しており、
前記可溶化槽は、嫌気性の雰囲気に保たれ、返送汚泥をパドル攪拌するためのパドル攪拌手段と、パドル攪拌された返送汚泥を曝気するための曝気手段とを備えており、
前記可溶化槽内のガスは、前記アンモニア吸収塔を通して循環され、前記アンモニア吸収塔にてアンモニアが除去された後に前記曝気手段から前記可溶化槽内の返送汚泥に曝気されることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のメタン発酵処理システムでは、前記可溶化槽内の返送汚泥のｐＨは７．０〜９．０であり、その温度は７０〜９０℃であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載のメタン発酵処理システムでは、前記可溶化槽が横置きの筒状であり、前記パドル攪拌手段は、横方向に延びる回転軸と、前記回転軸上に間隔を置いて枝状に配設された複数のパドルとから構成されており、前記複数のパドルにより、前記可溶化槽内の返送汚泥を混合することを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のメタン発酵処理システムによれば、メタン発酵槽にてメタン発酵処理された処理汚泥の一部を返送汚泥として廃棄物供給ライン系に返送する返送ライン系に可溶化槽が配設され、この可溶化槽では、嫌気性の微生物の働きによって、返送汚泥中の固形物を分解、可溶化して、メタン発酵を促進する。可溶化槽はパドル攪拌手段及び曝気手段を備えているので、返送汚泥から生成されるアンモニアを生石灰などの薬品を使用することなくガス中に効率よく放散し、返送汚泥中のアンモニア濃度をより低くすることができる。また、可溶化槽内のガスをアンモニア吸収塔を通してアンモニアを除去した後のものを曝気用ガスとして用いるので、嫌気性雰囲気が損なわれることはない。その結果、メタン発酵槽におけるメタン発酵処理の処理効率を高めることができる。即ち、曝気手段は曝気用ガス（可溶化槽内のガスをアンモニア吸収塔を通して循環させたもの）を可溶化槽内に送給し、送給された曝気用ガスは気泡となって可溶化槽内の返送汚泥中に分散して流れるので、少ないガス量でもってアンモニアをガス中に効率よく放散することができる。また、パドル攪拌手段は可溶化槽内の返送汚泥を混合し、これによって偏った気泡の通路を機械的に破壊して曝気用ガスのチャンネリングを防止し、曝気用ガスの気泡を可溶化槽内の全域にほぼ均一に行き渡せることができる。特に、メタン発酵槽におけるメタン発酵処理を乾式（投入固形物濃度を１０％以上とする乾式）で行う場合、気泡が有機性廃棄物の隙間を通して流れる傾向にあり、これにより曝気用ガスのチャンネリングが生じ易くなるが、上述したようにパドル攪拌することによって気泡の通路が機械的に破壊されるようになり、それ故に、乾式のメタン発酵処理の場合、曝気方式とパドル攪拌方式を組み合わせて適用することが好ましく、これらの方式を組み合わせることによって、アンモニアをガス中に効率よく放散することができ、その結果、返送汚泥中のアンモニア濃度をより低くすることができる。

また、本発明の請求項２に記載のメタン発酵処理システムによれば、可溶化槽内の返送汚泥のｐＨは７．０〜９．０であり、その温度は７０〜９０℃であるので、ややアルカリ性で、高温であることによって、アンモニアは揮発しやすくなる。これによって、この返送汚泥中のアンモニアをガス中に効率よく放散することができる。

また、本発明の請求項３に記載のメタン発酵処理システムによれば、パドル攪拌手段が横軸式で回転軸に設けられたパドルが返送汚泥を表面的にも効果的に混合する。従って、返送汚泥のかき上げ、落下による攪拌効果もあり、これによって、可溶化槽内での返送汚泥の停滞部分が少なくなるとともに、曝気用のガスのチャンネリングが発生しても、パドルの動きにより、これを横から破壊し、解消することができる。これらにより、気泡による曝気効果をより確実に得ることができる。また、返送汚泥のかき上げ、落下により可溶化槽内の消泡効果も期待できる。

以下、添付図面を参照して、本発明に従うメタン発酵処理システムの一実施形態について説明する。図１は、一実施形態のメタン発酵処理システムの全体を簡略的に示すシステム図であり、図２は、図１のメタン発酵処理システムにおける可溶化槽を簡略的に示す断面図である。

図１において、図示のメタン発酵処理システムは、有機性廃棄物、例えば生ゴミをメタン発酵処理するためのものであり、メタン発酵処理するメタン発酵槽２と、このメタン発酵槽２に有機性廃棄物を供給するための廃棄物供給ライン系４と、メタン発酵槽２にて発酵処理された処理汚泥を処理するための処理汚泥処理ライン系６と、処理汚泥の一部を返送汚泥として廃棄物供給系４に返送する返送ライン系８とを備えている。

廃棄物供給ライン系４には有機性廃棄物（例えば、生ゴミ）を小さく切断する切断装置１０が設けられ、切断された有機性廃棄物がメタン発酵槽２に供給される。この切断装置１０は、切断機、回転破砕機などを用いることができる。

メタン発酵槽２は、メタン発酵菌を用いて有機性廃棄物をメタン発酵処理し、一般的にメタン発酵菌として嫌気性のものが用いられる。有機性廃棄物としての生ゴミを発酵処理する場合、乾式（所謂、投入固形物濃度を１０％以上とする乾式）の処理方式を採用することによって効率良くメタン発酵処理することができ、この実施形態において乾式の処理方式が適用されている。このメタン発酵槽２に関連してガスホルダ１２が設けられ、メタン発酵槽２内でのメタン発酵処理にて発生したメタンガスがガスホルダ１２に収集されて貯えられる。

処理汚泥処理ライン系６には、メタン発酵槽２にて発酵処理された処理汚泥を固体と液体とに分離する固液分離装置１４が配設されている。この実施形態では、メタン発酵槽２にて発行された処理汚泥の５０〜６０％程度が固液分離装置６に送られ、処理汚泥の残りの４０〜５０％が返送汚泥として返送ライン系８に返送される。固液分離装置１４にて分離された固体は、焼却装置１６にて焼却処理される。焼却処理することなく、堆肥などに利用するようにすることもできる。また、固液分離装置１４にて分離された液体は、排水処理装置１８にて送られて排水処理され、所要の通りに処理された後に排水される。

また、返送ライン系８には、返送汚泥を可溶化するための可溶化槽２０が設けられ、この可溶化槽２０に関連してアンモニア吸収塔２２が設けられている。後に詳述するように、可溶化槽２０はパドル攪拌手段２４及び曝気手段２６を備え（図２参照）、パドル攪拌手段２４及び曝気手段２６の作用によって返送汚泥の可溶化が行われるとともに、返送汚泥に含まれるアンモニアが放散され、放散されたアンモニアはアンモニア吸収塔２２にて吸収される。

可溶化槽２０にてアンモニアが除去された返送汚泥は、有機性廃棄物供給ライン系４（具体的には、切断装置１０の下流側）に戻され、切断装置４にて切断された有機性廃棄物と混合されてメタン発酵槽２に供給される。このように返送汚泥に含まれたアンモニアを除去して返送するので、メタン発酵槽２中のアンモニア濃度が上昇することがなく、これによって、メタン発酵菌の活性化の阻害が抑えられ、メタン発酵槽２におけるメタン発酵の発酵効率を高めることができる。

次に、主として図２を参照して、上述したメタン発酵処理システムにおける可溶化槽２０について説明する。図示の可溶化槽２０は、略円筒状で横置き槽本体２５を備え、この槽本体２５の両端壁２７，２８間にパドル攪拌手段２４が装着されている。パドル攪拌手段２４は、横軸式のものであり、両端壁２７，２８間に回転自在に支持された回転軸３０と、この回転軸３０に軸方向に間隔をおいて取り付けられ複数（図２では４つ）のパドル３２とから構成されている。回転軸３０は端壁２７，２８間に水平方向に延び、各パドル３２は、回転軸３０から径方向に延びる支持部３４と、この支持部３４から水平方向に延びるパドル部３６とを備えている。回転軸３０は駆動用モータ３８に駆動連結され、この駆動用モータ３８が作動すると、パドル攪拌手段２４、即ち回転軸３０及びパドル３２が所定方向に回転駆動される。

また、この槽本体２５には、更に、曝気手段２６が設けられている。図示の曝気手段２６は槽本体２５の底部に横方向（図２において左右方向）に間隔をおいて設けられた複数の噴出ノズル３８を備えている。酸素を含まない曝気用ガスを供給するためのガス供給流路４０が配設され、このガス供給流路４０から分岐する分岐流路４２が対応する噴出ノズル３８に接続されている。このように構成されているので、ガス供給流路４０から供給される曝気用ガスは分岐流路４２を通して噴出ノズル３８から可溶化槽２０内に噴出され、かく噴出されたガスが槽本体２５の底部のほぼ全体から気泡となって返送汚泥中を上昇して流れる。曝気手段２５としては、曝気用ガスを気泡として可溶化槽２０内に送入するものであれば、周知の他の形態のものでよい。

この実施形態では、更に、次のように構成されている。槽本体２５の一端側（図２において左端側）上端部には投入口４４が設けられ、メタン発酵槽２からの返送汚泥がこの投入口４４を通して可溶化槽２０内に投入される。また、槽本体２５の他端側（図２において右端側）底部には排出口４６が設けられ、この排出口４６を通して排出される返送汚泥（可溶化槽２０にて処理された汚泥）が廃棄物供給ライン系４に送給される。更に、槽本体２５の他端側上端部には排出口４８が設けられ、この排出口４８を通して排出されたガスはアンモニア吸収塔２２に送給され、アンモニア吸収塔２２にてアンモニアが吸収された後のガスが曝気用ガスとしてガス供給流路４０に供給され、図１にも示すように、槽本体２５内のガスが、アンモニア吸収塔２２及びガス供給流路４０を通して循環される。尚、曝気用ガスは、メタン発酵槽から発生するガスであってもよい。

この可溶化槽２０においては、分解により生成したアンモニアは、次のようにして放散されてアンモニア吸収塔２２にて吸収される。即ち、ガス供給流路４０からの曝気用ガスが噴出ノズル３８から可溶化槽２０内に噴出され、かく噴出されたガスが気泡となって可溶化槽２０内の返送汚泥５０の液中に分散して上方に流れるので、少ないガス量でもってアンモニアを効率よく放散することができる。また、駆動用モータ３８によってパドル攪拌手段２４（即ち、回転軸３０及びパドル３２）が所定方向に回転駆動され、パドル３２は可溶化槽２０内の返送汚泥５０を横方向及び上下方向にも効果的に混合し、これによって曝気用ガスの気泡が可溶化槽２０内の全域にほぼ均一に行き渡るようになり、これによってアンモニアをより効率よくガス中に放散することができ、返送汚泥５０中のアンモニアの濃度を著しく低減することができる。また、この実施形態では、パドル攪拌手段が横軸式であるので、パドルにより返送汚泥がかき上げ、落下されて攪拌混合され、これによって、曝気効果が寄り確実に得られ、これによってもアンモニアの放散を高めることができる。

このようにガスの気泡を利用してアンモニアを放散させる場合、可溶化槽２０内の返送汚泥のｐＨは７．０〜９．０程度に保たれており、このような状態においては、その温度を７０〜９０℃に保つのが好ましく、このような温度範囲にたもつことによって、返送汚泥５０中のアンモニアの放散を高効率で行うことができる。また、有機性廃棄物を乾式でメタン発酵させる場合、この乾式の方が希釈水をより多く用いる湿式に比して窒素濃度が高くなり、このように窒素濃度が高くなるほうが返送汚泥中のアンモニア除去の観点から有利となり、従って、上述した可溶化槽２０は、乾式のメタン発酵処理に非常に適したものとなる。

以上、本発明に従うメタン発酵処理システムの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

一実施形態のメタン発酵処理システムの全体を簡略的に示すシステム図。 図１のメタン発酵処理システムにおける可溶化槽を簡略的に示す断面図。

符号の説明

２ メタン発酵槽
４ 廃棄物供給ライン系
６ 処理汚泥処理ライン系
８ 返送ライン系
２０ 可溶化槽
２４ パドル攪拌手段
２６ 曝気手段

Claims (3)

1. 有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、有機性廃棄物を前記メタン発酵槽に供給するための廃棄物供給ライン系と、前記メタン発酵槽にてメタン発酵処理された処理汚泥の一部を返送汚泥として前記廃棄物供給ライン系に返送するための返送ライン系と、前記返送ライン系に配設された可溶化槽と、前記可溶化槽にて分離されたアンモニアガスを吸収するためのアンモニア吸収塔とを具備しており、
   前記可溶化槽は、嫌気性の雰囲気に保たれ、返送汚泥をパドル攪拌するためのパドル攪拌手段と、パドル攪拌された返送汚泥を曝気するための曝気手段とを備えており、
   前記可溶化槽内のガスは、前記アンモニア吸収塔を通して循環され、前記アンモニア吸収塔にてアンモニアが除去された後に前記曝気手段から前記可溶化槽内の返送汚泥に曝気されることを特徴とする廃棄物のメタン発酵処理システム。
2. 前記可溶化槽内の返送汚泥のｐＨは７．０〜９．０であり、その温度は７０〜９０℃であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物のメタン発酵処理システム。
3. 前記可溶化槽が横置きの筒形であり、前記パドル攪拌手段は、横方向に延びる回転軸と、前記回転軸上に間隔を置いて枝状に配設された複数のパドルとから構成されており、前記複数のパドルにより、前記可溶化槽内の返送汚泥を混合することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物のメタン発酵処理システム。

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