JPS59147699A - 有機廃棄物の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有機廃棄物の処理方法に係シ、特に、嫌気性細
菌群の発酵作用によシ、有機廃棄物からメタンを回収す
る有機廃棄物の処理方法に関する。

嫌気性消化方法は、従来、下水汚泥、食品加工廃水等の
有機廃棄物の処理ｆ用いられてきている。

この方法は、含水率が高く、焼却しにくい廃棄物の処理
に適しているだけでなく、クリーンエネルギーのメタン
を回収できるという利点を有し、最近では、都市ごみや
農産廃棄物についての研死も盛んになシつつある。これ
らの有機廃棄物のうち、下水汚泥や糞尿のようなスラリ
ー状のものはそのｉまの形で処理されておシ、都市ごみ
や農産廃棄物は水を加えてスラリー化してから消化を試
みている例が大部分である。即ち、実際の処理において
は、下水汚泥や糞尿はスラリー状の′！、ままだ、都市
どみや下水汚泥脱水ケーキは水を加えて一旦水スラリー
化して、いわゆる液体培養により消化している（例えば
、特開昭５３−１３４００２号公報に記載される方法に
おいては、処理物を含水率９０〜９２％程度のスラリー
（カニ状廃巣物）どして、処理している。）。

しかしながら、このよう左方法では、水希釈により、用
いる消化槽の容積が増大する。従って、その分だけスラ
リー中の水を発酵温度笠で加熱するだめのエイ・ルギー
と発酵期間中スラリーを攪拌するために醒力を消費する
。更に消化スラリーの脱水及び廃水の処理にかなシのエ
ネルギーと経費を必要とする。また、液面でのスカム発
生、槽底部への砂礫の沈澱と圧密化もおこりやすいとい
う欠点もある。

従って、これらの廃棄物を固形状のままで消化できれば
、消化槽容積が減少し、廃水の処理も不要となり、消費
エネルギーを大巾に削減できるほか、これらの問題点を
解消することができる。本発明者らは、このようなスラ
リー化を要しない固体発酵について種々検討した結果、
次のようなことを確認した。

即ち、 ■　有機物容積負荷が０．０５　ｋｇ　ＶＳ／ｍ３−ｄ
以下の極めて低い場合には、攪拌の有無にか刀・わらず
発酵可能である。

■　しかし、槽内を攪拌すれば、０−２ｋｇｙＳ／ｒｎ
　３・ｄまで負荷を向上しうる。

■　負荷が０．２　ｋｇ　ＶＳ　／　ｍ　”・ｄ以上に
なると、酸性化し、メタン発生量が著しく低下するか、
場合によっては停止する。

従って、固体発酵はこのような栄件を考慮すれば可能で
あるが、従来のスラリー発酵に匹敵する負荷５ｋｇＶＳ
／ｍ３・ｄ程度での運転は極めて録しい。

この場合、槽内の固形物を攪拌することは、スラリー化
した廃棄物を攪拌するのにくらべ多大のエネルギーを要
するだけで々く、消化槽とその攪拌機構に極めて大きな
負担がかＮる。従って、エネルギー回収を目的とする場
合はもちろん、廃棄物処理のみを目的とする場合にも実
用性は低いものと判断される。

一般に嫌気性消化では、原料中の有機物が異なる２種の
発酵を経て、はじめてメタンに分解されることが知られ
ている。即ち、まず、有機物が通性嫌気性菌群（液化菌
群もしくは腐敗菌群）の作用により低分子化して、酢酸
、プロピオン酸、酪酸などの揮発性脂肪酸となる液化発
酵と、これらの生成した脂肪酸が偏性嫌気性菌群（ガス
化菌群もしくはメタン菌群）によりメタンに転換するガ
ス化発酵である。現在一般に実施されている消化法は、
発酵槽内に両発酵菌群を共存させ、併行複発酵を行なわ
せる混合発酵方式である。この場合、液化発酵では最適
１１）Ｈ域が酸性ないし中性域であるのに対し、ガス化
発酵では中性ないし弱アルカリ性域に存在する。このた
め、液化発酵方式では中性付近で行なうが、ガス化発酵
の発酵速度は液化発酵のそれよりも小さい。従って、槽
内を過負荷状態で運転すると、脂肪酸が蓄積し系内のｐ
　ｉ−ｔが低下しでガス化発酵が停止してしまう恐れが
ある。

このような理論をふまえて、本発明者らは、無攪拌での
固体発酵の可能性につき、さらに鋭意検討を重ね、その
結果、槽内を攪拌しつつ、１ｋｇＶｓ／１ｎ３司の比較
的藁い負荷で発酵させようとしても系内が酸性化してメ
タン発生は殆どおこらない、しかし、原料と種油化物と
を混合せずに発酵槽に入れ、不均一組成のまま発酵させ
ると、メタンの発生が持続することを見い出した。

そコテ、３ｔ（１６０φＸ　１５０　ｖａｎ　）　ＩＩ
）透明アクリル樹脂製の発酵槽に、底部から種油化物を
厚さ５ｃｒｎ１次いで原料廃棄物を３ｃｒｎ、、最上部
に種油化物を５Ｃｎ１重層し、嫌気的に６０Ｃに保持し
た。

原料廃棄物としては、都市ごみの破砕物、補油化物とし
ては都市どみ破砕物の水スラリーの消化汚泥脱水ケーキ
を用いた。その結果、メタンが持続的に発生するととも
に、原料廃棄物の層部分の色調が灰褐色から液化発酵に
特有な黄褐色に変化するとともに、種消化物層と原料廃
棄物層との境界領域が、メタン発酵に特有な黒色に変化
した。また、深さ方向のＩ）Ｈ分布を見ると、１日後に
原料廃棄物層が酸性化するとともに、榎消化物層と原料
廃棄物層との境界域はｌ）　Ｈ６，８付近にとど丑った
。そして、４白目には、原料廃棄物層のｐ　Ｈは中性に
復帰することが観察された。以上の現象からメタン発酵
は両層の境界領域でおこっているものと推定された。す
なわち、原料層で脂肪酸が生成しても種消化物層の全域
が酸性化することがないだめ、種消化物層でのガス化発
酵が阻害されずにメタン発生が持続されるものと考えら
れる。

不発明は上述の如き知見に基づき達成されたものであシ
、その目的は、有機廃棄物をスラリー化することなく、
固形のままで、かつ消化槽内を攪拌することなく効率よ
く嫌気性消化する方法を提供するにある。

本発明は、有機廃棄物を嫌気性条件下で嫌気消化させる
方法において、消化層内に含水率５０〜７０％の有機廃
棄物と種油化物とを交互に重層し、該消化層内を嫌気性
条件下に保持することを特徴とする有機廃棄物の処理方
法、を要旨とするものである。

以下に、本発明の詳細な説明する。

本発明の％徴は、特定の含水率を有する固形の原料有機
廃棄物と、固形の種油化物とを交互に重層し、攪拌する
ことなく、嫌気性条件下で消化することにある。

本発明において、原料廃乗物としては、微生物分解性の
成分２、例えば、でんぷん、たん白、脂質、セルロース
等を含む固形状の有機廃棄物、具体的には、都市ごみ、
農産廃棄物、脱水有機汚泥等が用いられる。Ｊ料廃棄物
の含水率は５０〜７０係の範囲とされる。含水率７０饅
以上の原料を用いた場合には、液化発酵が進行するに従
って、脂肪酸を含む酸性液が層内を流下してきて、下層
の種消化物層が酸性化し、ガス化発酵が阻害される。

さらに、発酵ガスが系外に出無くなり好ましくない。ま
た、含水率５０％以下の原料であると発酵が阻害される
こととなる。

発酵に用いる嫌気性細菌として（′ｉ特に限定されるも
のではなく、通常の液化発酵菌群とカス化発酵国群とを
混合したものを用いる。液化発酵菌としては、例えば、
クロストロリジュウム属、バシルス属、エシェリヒア属
等が用いられる。揮発性脂肪酸をメタンに転換するガス
化発酵菌としては、例えば、メタノコツカス属、メタノ
サルシナ属、メタノバクテリウム属等が用いられる。

本発明において、発酵条件は、従来公知の条件が好適に
採用される。即ち、発酵温度としては、通常１５〜７０
Ｃ１酸化還元電位差としては一１ｏＯｍＶ以下が好まし
いっ 原料の投入、抜出し等も、従来方法と同様でよく、発酵
の終了した消化物は、その−！ま種油化物として循環便
用するのが有利である。

消化物の余剰分は、従来方法と同様に活用されるが、極
めて安定しており、従来法の消化スラリーから分離した
消化汚泥と同等以上の有機質肥料の効果を示す。しかも
従来のスラリー消化の際には、アンモニア、カリウム、
リン酸等の有機成分が処理水中に溶解した形で損失する
のに対し、本発明による固形発酵では、有機成分の損失
を伴わない。

発酵ガスのうち、メタンの発生量は、原料有機廃棄物の
質、発酵条件、発酵菌等により異なるが、有機廃棄物１
ｋｇあたり２００〜３２０ｔを得ることができる。発酵
ガスの組成は、一般にメタン４０〜８０チ、炭酸ガス２
０〜６０％の他、微量の水素、窒素、硫化水素を含む。

得られる発酵ガスは、発＃惰加温のだめの加熱用ボイラ
ー、攪拌用のガスエンジン発電機用燃料にも十分使用で
きる。

以下に本発明を実施例にエリ更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。

実施例１〜３ 有効容積８ｔの温水ジャケット付円筒形発酵槽（８０φ
×２００露）に、破砕した都市ごみ（厨芥２８％、紙５
８％、プラスチックス５襲、ガラス・礫９係）と、上記
都市どみをあらかじめ６０Ｃで嫌気性消化した種油化物
とを交互に重層して充填した。種油化物の仕込量を１ｔ
に固定し、原料都市ごみの仕込量を０．２，１．５ｔと
変えて３系統の実験を実施した（実施例１〜３）。種油
化物と都市ごみの層の厚さを表に示す。原料都市どみは
、かさ比重０．４０、含水率６５チ、有機物含有量７０
φ（乾基準）である。種油化物はかさ比重０、５６　、
含水率６５％であった。発酵槽の底部からアルゴンを通
じ、気相中の空気と置換後、嫌気性条件下で６０℃に保
持した。発酵中に発生するガス量を計量するとともに、
メタン濃度を分析してメタン発生量を求めた。各発酵芙
験の成績として、表中に、メタン収量（１−ＣＨ４／ｋ
ｇＶｓ）　　、発酵所要日数（ｄ）の他、発酵効率を示
す指標として、発酵槽のメタン発生効率（ｍ　３−　Ｃ
Ｈ４／　ｍ　３−発酵槽／ｄ−所要日数）及び発酵槽の
原料処理効率（を−原料／　ｍ　３−発酵槽／ｄ−所要
日数）を示す。

比較例１ 攪拌翼と温水ジャケットを竺した有効容積２０ｔの円筒
形発酵槽に実施例と同一バッチの都市ごみ０．２　ｌ、
（０，０８ｋｇ）に水０．３２ｋｇを加えたスラリ’−
０，４ｋｇ　（固形分濃度７％）を投入した。次いで、
実施例と同一バッチの攬消化物１７（０，５６ｋｇ）に
水２．２４ｋｇを加えたスラリー（２，８ｋｇ）（固形
分濃度７％）を添加し、気相部分をアルゴンで置換後、
嫌気性条件下、６　ＱＣ，２００ｒｐｍで発酵させ、表
中に示す成績を得た。

比較例２，３ 実施例で用いたものと同型の発酵槽及び同一バッチの都
市とみ及び種油化物を用いて以下の２系列の実験を行な
った。種油化物１ｔに対し、都市ごみを０．ＩＬ及び０
．２ｔを混合した組成物を発酵槽に入れ、槽内空気をア
ルゴンで置換後、嫌気性条件下で６０Ｇに保持した。発
酵成績を表中に示す。

比較例４〜７ 実施例と同形の発酵槽に直径７０聰φ、長さ７００ｍ＋
、１ピッチ７０ｔｒａｎのらせん型攪拌翼を設け、以下
の実験を行なった。種油化物１ｔに対し都市ごみを０．
２　、０．５　、１　、５ｋｇを加えた４系列につき、
回転速度２５　ｒｐｍで攪拌しながち、嫌気性条件下、
６０Ｃに保持した。発酵成績を表甲に示す。

本願実施例は、従来のスラリー発酵（比較例１）にくら
べ、発酵槽のメタン発酵効率も原料の処理効率の両者に
おいてすぐれている。また、原料と種油化物を混合した
ものを無攪拌で固体発酵させると、極めて低負荷の場合
（比較例２）には発酵するが、実施例１と同負荷（比較
例３）の場合には発酵が阻害される。従って、発酵槽の
メタン発酵効率及び原料処理効率ともに実施例に及ばな
い。

一方、原料と種油化物の混合物を攪拌しながら発酵させ
た場合、実施例１と同負荷（比較例４）の場合には発酵
できるが、さらに負荷を上昇すると（比較例５〜７）発
酵が阻害される。このため、本願にくらべ発酵槽の発酵
効率及び原料処理効率が劣る。

本発明によれば、固形の有機廃棄物をスラリー化するこ
となく、また攪拌せずに発酵させることができるため、
従来のスラリー消化方式にくらべ、発酵槽容積あたシの
メタン生産性を大幅に向上することができる。さらに、
従来、攪拌や加温に用いたメタンの自己消費量を大幅に
節減できる。この他、スカム破砕及び沈積物除去の機構
が不要になるだけでなく、消化物中の肥効成分を損失す
ることなく肥料として活用することができる。

特許出願人　工業技術院長　石板誠−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、有機廃棄物を嫌気性条件下で嫌気消化させる方法に
   おいて、消化層内に含水率５０〜７０チの有機廃棄物と
   種油化物とを交互に重層し、該消化層内を嫌気性条件下
   に保持することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。 ２、有機廃棄物は固形状であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の有機廃棄物の処理方法。 ３、種油化物は、有機廃棄物を嫌気消化することにより
   得られる固形状の消化物であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の有機廃棄物の処理方
   法。