JP4949110B2

JP4949110B2 - メタン発酵前処理装置、メタン発酵処理システム及びこれらの方法

Info

Publication number: JP4949110B2
Application number: JP2007094958A
Authority: JP
Inventors: 展行鵜飼; 雄大加藤; 正悦加賀; 洋水谷; 昌道浅野; 雅之田畑
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008246461A

Description

本発明は、例えば生ごみ等の食品廃棄物をメタン発酵処理設備でリサイクルする際のメタン発酵前処理装置、メタン発酵処理システム及びこれらの方法に関する。

従来、生ごみ、水産加工廃棄物、し尿、下水汚泥、浄化槽汚泥等の有機性廃棄物（以下、「廃棄物」という。）をメタン発酵処理する際においては、そのメタン発酵効率を向上させるために、所定の水分とする可溶化技術が各種提案されている。
その一例として提案されるメタン発酵前処理装置を図１４に示す。

図１４に示すように、従来のメタン発酵前処理装置１００は、有機性廃棄物である生ごみを破砕して生ごみ破砕物１０１とした後、貯蓄槽１０２に送られ、ここで、攪拌混合され、次いで、この貯蓄槽１０２の攪拌手段１０３で混合攪拌された一部を循環手段１０７にて前記貯蓄槽に循環させるとともに、残りの一部をメタン発酵槽でメタン発酵処理するものであり、そのメタン発酵の前処理の際に、前記循環手段１０７にて前記生ごみ１０１を循環させて、この生ごみの含水率が８５％〜９０％程度となるように水を添加して可溶化させるとともに、この生ごみから夾雑物除去手段１０５により前記夾雑物を除去した後に、水供給手段１０８から水１０８ａが添加されて夾雑物が除去された前記有機性廃棄物を前記貯留槽１０２で再び攪拌混合して調質し、調質物１０４を得ている。符号１０６は洗浄水である。

また、循環の際には、攪拌混合されている有機性廃棄物を貯留槽１０２の下部から引き抜いて新たな有機性廃棄物が投入される前記貯留槽の上部に返送するようにしている（例えば特許文献１参照）。

特許第３７１０９３８号公報

しかしながら、特許文献１に係る装置では、以下のような問題がある。
１）生ごみ破砕物１０１から夾雑物を夾雑物除去手段１０５で除去する際には、固形状の生ごみが夾雑物と同時に除去され、夾雑物発生量の増加となると共に、本来処理する生ごみが除去される結果、メタン発酵槽でのメタンガス発生量の低下が生ずる、という問題がある。

２）また、夾雑物除去手段１０５における沈殿分離により夾雑物を除去する方法では、沈殿しない夾雑物、例えば軽質な夾雑物（ビニール、繊維等）を除去することが全くできない、という問題がある。
特に、破砕された生ごみから夾雑物を除去する選別手段においても、前記ビニールや繊維状物等は、選別手段によっても完全には選別されずに、生ごみ中に残留するので、これらを積極的に除去することも切望されている。

３）また、夾雑物除去手段１０５の槽下部から沈殿物引抜く場合、重質な夾雑物（沈砂等
）の除去は、可能であるものの、軽質な夾雑物（例えばビニール、繊維等）は液面にスカムとして浮上するため、その除去が困難である、という問題がある。

４）また、メタン発酵処理の前処理において夾雑物を除去する際、完全にそれを除去する場合には、上記１）のような問題が生じる。一方で、完全に除去出来ない場合には、メタン発酵処理の後段に夾雑物が流出することとなる。この際、後段に設置される熱交換器やポンプ等に夾雑物が侵入し、閉塞や故障の原因となる場合がある。

本発明は、前記問題に鑑み、メタン発酵処理の効率を低減することなくしかも夾雑物を除去ことができると共に、その夾雑物に依存する処理設備の悪影響を未然防止できるメタン発酵前処理装置、メタン発酵処理システム及びこれらの方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、廃棄物を破砕処理する破砕機と、破砕された廃棄物に混入している夾雑物を選別する選別機と、前記夾雑物が除去された廃棄物を可溶化する可溶化槽と、前記可溶化槽で可溶化した可溶化液中に残留する夾雑物を除去する第１の固液分離装置と、前記可溶化槽の液面近傍から前記可溶化液を採取し、前記第１の固液分離装置に前記可溶化液を供給するための可溶化液の供給ラインと、前記第１の固液分離装置と前記選別機で夾雑物を除去した廃棄物を前記可溶化槽に送給する廃棄物ラインとを連結し、前記固液分離により夾雑物が除去された可溶化液を再度可溶化槽に戻すための戻しラインと、前記可溶化槽の下部近傍から前記可溶化液を採取し、前記可溶化槽からメタン発酵槽にメタン発酵用可溶化液を供給する供給ラインを具備することを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の固液分離装置の後流側に設けられ、前記残留夾雑物が除かれた可溶化液中に浮遊する沈降物を沈降させる沈降槽を具備し、前記戻しラインが、前記第１の固液分離装置と前記沈降槽とを連結し、前記第１の固液分離装置で残留夾雑物を除去した前記可溶化液を前記可溶化槽に供給するためのラインと、前記沈降槽と前記廃棄物ラインとを連結し、前記沈降槽において軽質な夾雑物を除去した前記可溶化液中に残留している重質な夾雑物を沈降分離して除去した前記可溶化液を前記可溶化槽に供給するためのラインとを含むことを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記第１の固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記可溶化槽が、少なくとも２室以上とすると共に、各室を前記可溶化液が流通可能とするための隔壁を含み、前記隔壁が、前記可溶化液が供給される前流側に少なくとも槽内の液面近傍の前記可溶化液の流通を阻止する下部連通隔壁を含むことを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第５の発明は、第４の発明において、前記２室以上に分割された可溶化槽が、前記選別機により夾雑物が除去された廃棄物が流入する第１室と、前記メタン発酵槽にメタン発酵用可溶化液を引き抜く第２室とを少なくとも有すると共に、前記第１室と第２室とが前記可溶化液がその下端部で連通する下部連通壁を用いて分割してなることを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記可溶化槽に戻る可溶化液が圧入水であり、可溶化液下部に堆積する沈殿物近傍に圧入してなることを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第７の発明は、第２乃至６のいずれか一つの発明において、前記沈降槽内から前記可溶化槽に戻る可溶化液がシャワー水であり、可溶化液表面を叩きつけてなることを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第８の発明は、第２乃至７のいずれか一つの発明において、前記沈降槽内の上昇流の流速が、０．１５ｍ／ｓ以下であることを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第９の発明は、第１乃至８のいずれか一つの発明において、前記廃棄物が、容器包装されている液状廃棄物であることを特徴とするメタン発酵前処理装置にある。

第１０の発明は、第１乃至９のいずれか一つのメタン発酵前処理装置と、前記メタン発酵前処理装置で前処理されたメタン発酵用可溶化液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽でメタン発酵処理されたメタン発酵処理液を後処理する第１１乃至１３のいずれか一つのメタン発酵後処理装置とを具備し、前記メタン発酵後処理装置が、メタン発酵槽からのメタン発酵処理液中の窒素成分を除去する脱窒・硝化反応槽と、前記脱窒・硝化反応槽からの脱窒・硝化反応液中に残留する夾雑物を除去する第２の固液分離装置と、前記夾雑物除去後の反応液中の熱を除去する熱交換器と、前記熱交換後の脱窒・硝化反応液を前記脱窒・硝化反応槽に戻すラインと、脱窒・硝化反応槽からの脱窒・硝化反応液を濃縮する濃縮槽とを具備することを特徴とするメタン発酵処理システムにある。
第１１の発明は、第１乃至９のいずれか一つのメタン発酵前処理装置と、前記メタン発酵前処理装置で前処理されたメタン発酵用可溶化液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽でメタン発酵処理されたメタン発酵処理液を後処理するためのメタン発酵後処理装置とを具備し、前記メタン発酵後処理装置が、メタン発酵槽からのメタン発酵処理液中に残留する夾雑物を除去する第２の固液分離装置と、前記夾雑物除去後のメタン発酵処理液中の窒素成分を除去する脱窒・硝化反応槽と、前記反応槽での反応熱を除去する熱交換器と、前記脱窒・硝化反応槽からの脱窒・硝化反応液を濃縮する濃縮槽とを具備することを特徴とするメタン発酵処理システムにある。
第１２の発明は、第１０又は１１の発明において、前記第２の固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵処理システムにある。

第１３の発明は、第１０乃至１２のいずれか一つの発明において、除去される夾雑物がビニール系の回収夾雑物である際に、前記濃縮槽からの濃縮槽流出液に前記ビニール系夾雑物を混和する混和槽と、前記混和槽で混和された混和物を脱水処理する脱水機とを具備することを特徴とするメタン発酵処理システムにある。

第１４の発明は、破砕機で破砕された廃棄物に混入している夾雑物を選別した後、可溶化槽で可溶化し、前記可溶化槽の液面近傍から前記可溶化液を採取し、第１の固液分離装置に前記可溶化液を供給するための可溶化液の供給ラインを介して液面近傍の前記可溶化液を前記第１の固液分離装置に供給し、前記第１の固液分離装置で前記可溶化槽で可溶化した可溶化液中に残留する夾雑物を除去し、固液分離して夾雑物が除去された可溶化液を、選別されて夾雑物が除去された廃棄物を前記可溶化槽に送給するための廃棄物ラインに供給して前記第１の固液分離装置に循環させ、その後、前記可溶化槽の下部近傍から前記可溶化液を採取し、前記可溶化液から夾雑物を除去したメタン発酵用可溶化液をメタン発酵槽に供給することを特徴とするメタン発酵前処理方法にある。

第１５の発明は、第１４の発明において、前記固液分離装置において前記残留夾雑物が除かれた可溶化液中に浮遊する沈降物を沈降槽において沈降させた後に、前記可溶化液中に残留している重質な夾雑物を沈降分離して除去した前記可溶化液を前記沈降槽から前記可溶化槽に戻すことを特徴とするメタン発酵前処理方法にある。

第１６の発明は、第１４又は１５の発明において、前記固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵前処理方法にある。

第１７の発明は、第１４乃至１６のいずれか一つの発明において、前記可溶化槽内に、少なくとも２室以上とすると共に、各室を前記可溶化液が流通可能とするための隔壁を設けると共に、前記隔壁のうち、前記可溶化液が供給される前流側に、少なくとも槽内の液面近傍の前記可溶化液の流通を阻止する下部連通隔壁を設け、前記可溶化槽内の前記可溶化液を、少なくとも２室以上で可溶化液が流通可能となるように隔壁で分割しつつ可溶化させることを特徴とするメタン発酵前処理方法にある。

第１８の発明は、１４乃至１７いずれか一つの発明において、前記可溶化槽に戻る可溶化液を圧入水とし、可溶化液下部に堆積する沈殿物近傍に圧入・攪拌することを特徴とするメタン発酵前処理方法にある。

第１９の発明は、第１５乃至１８のいずれか一つの発明において、前記可溶化槽に戻る可溶化液をシャワー水とし、可溶化液表面を叩きつけることを特徴とするメタン発酵前処理方法にある。
第２０の発明は、１４乃至１９いずれか一つの発明において、前記廃棄物が、容器包装されている液状廃棄物であることを特徴とするメタン発酵前処理方法にある。

第２１の発明は、第１４乃至２０のいずれか一つのメタン発酵前処理方法で前処理した後、前記メタン発酵前処理装置で前処理されたメタン発酵用可溶化液をメタン発酵槽でメタン発酵し、その後、メタン発酵処理液をメタン発酵槽からのメタン発酵処理液中の窒素成分を除去する脱窒・硝化反応槽において、前記脱窒・硝化反応液を循環させ、該脱窒・硝化反応液中に残留する夾雑物を固液分離装置で除去し、その後前記夾雑物を除去した脱窒・硝化反応液を濃縮槽で濃縮し、後処理することを特徴とするメタン発酵処理方法にある。
第２２の発明は、第２１の発明において、メタン発酵槽からのメタン発酵処理液中に残留する夾雑物を固液分離装置で除去した後に、前記夾雑物が除去されたメタン発酵処理液中の窒素成分を除去することを特徴とするメタン発酵処理方法にある。
第２３の発明は、第２１又は２２の発明において、前記固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵処理方法にある。

本発明によれば、例えば生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵で処理する際の処理効率を低減することなく、夾雑物を除去し、夾雑物に依存する悪影響を未然防止でき、食品リサイクルシステムに適用して良好なものとなる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係るメタン発酵前処理装置、メタン発酵処理システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係るメタン発酵前処理装置を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係るメタン発酵前処理装置１０−１は、例えば生ごみ等の有機性廃棄物（以下、「廃棄物」という）１１Ａを先ず粗く破砕処理する粗破砕機１２−１と、前記粗破砕された廃棄物１１Ａを更に細かく砕く微破砕機１２−２と、前記廃棄物１１Ａに混入している例えばビニール等の夾雑物１３を選択的に選別する選択破砕選別機１４と、前記夾雑物１３が除去された廃棄物１１Ｂを所定の水分量（水分量：８５％以上）となるように可溶化する可溶化槽１５と、前記可溶化槽１５で可溶化した可溶化液１８Ａ中に残留する夾雑物１３を除去する第１の固液分離装置であるスクリーン１６Ａと、前記残留夾雑物１３を除去した可溶化液１８Ｂを再度可溶化槽１５に戻す戻しラインＬ₃と、前記可溶化槽１５からメタン発酵槽２１にメタン発酵処理を行なうメタン発酵用可溶化液１８Ｄを供給する供給ラインＬ₅を具備するものである。

ここで、ラインＬ₁は前記選別機１４で夾雑物１３を除去した廃棄物１１Ｂを可溶化槽１５に送給する廃棄物ラインであり、Ｌ₂は可溶化液１８Ａをスクリーン１６Ａに供給する供給ラインであり、Ｌ₃はスクリーン１６Ａで残留夾雑物を除去した可溶化液１８Ｂを可溶化槽１５に供給するラインであり、Ｌ₁〜Ｌ₃で可溶化液の循環ラインを構成している。

前記廃棄物１１Ａを破砕する破砕機は本実施例では２段階破砕としており、前記粗破砕機１２−１では破砕後の粒径が２００ｍｍ以下となるようにし、その後更に細かく砕く微破砕機１２−２では、その破砕後の粒径が５０ｍｍ以下となるようにしている。なお、廃棄物の種類は雑多であるので、持ち込まれる廃棄物の形態により、破砕機の数、種類及び組合せを適宜選定するようにすればよい。

ここで、前記破砕機としては、廃棄物の種類によって適宜選定すればよいが、例えば大型の固形生ごみを多く含むような場合には、前記粗破砕機１２−１としては２軸破砕手段又はハンマー破砕手段等を用い、前記微破砕機１２−２としては２軸破砕手段を用いるのが好ましい。また、繊維分等が少ない生ごみの場合には、例えば圧縮破砕手段を用いるのが好ましい。また、水分が少ない生ごみの場合には、例えばパルパー手段を用いるのが好ましい。

本発明では、前記可溶化槽１５で可溶化した可溶化液１８Ａ中に残留する夾雑物１３を除去する夾雑物除去手段として第１の固液分離装置１６Ａを用いている。ここで、前記第１の固液分離装置１６Ａとしては、例えばスクリーンや脱水機等のようなものを挙げることができる。
ここで、例えばスクリーンの場合には、その目開きを１〜２０ｍｍ、望ましくは１０〜１２ｍｍとすることが好ましい。

前記スクリーンとしては、例えばドラムスクリーン、シーブ等を用いることができる。また、スクリーンのろ過手段の網部自体としては、例えば織金網（金属線を織り込んでなる金網）、パンチングメタル（金属を主体とした素材に孔をあけて加工してなるスクリーン）、ウェッジワイヤ（逆三角形の断面をして異形線を等間隔に並べて目（スリット）を形成したスクリーン）等を用いるようにすればよい。

また、可溶化槽１５からの循環液である可溶化液１８Ａの採取口は、前記可溶化槽１５の液面近傍のスカムを除去する液面とするのが好ましい。これは、液表面近傍に浮遊するスカムに含まれるビニール等を有する可溶化液１８Ａを採取することで、前記固液分離装置であるスクリーン１６Ａにて積極的に除去することができるからである。これにより、循環する可溶化液中の夾雑物の除去効率が向上することとなる。

以上、本実施例によれば、可溶化液中に残留する軽質な夾雑物（特にビニール片・繊維等）１３をその循環中に例えばスクリーン１６Ａ等の固液分離装置により除去することができる。

この結果、メタン発酵処理の前処理において、軽質な夾雑物１３を効率的・選択的に分離でき、かつ、固体状の有機性廃棄物である生ごみの除去量を低減でき、メタン発酵槽２１への投入量を増加することができる。

図２は本実施例に係るメタン発酵前処理装置を示す概念図である。なお、図１に示す実施例１に係るメタン発酵前処理装置と同様の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係るメタン発酵前処理装置１０−２は、実施例１のメタン発酵前処理装置１０−１において、第１の固液分離装置であるスクリーンの後流側に、可溶化液中に浮遊する沈降物（例えば微細な砂・貝殻等）を比重差により沈降分離（比重分離）する沈降槽１７を有するものである。

前記沈降槽１７においては、軽質な夾雑物１３を除去した可溶化液１８Ｂ中に残留している重質な夾雑物（特に沈砂・貝殻等）を沈降分離して除去するものであり、この結果、沈降し易い粒子（密度大、粒径大）を効率的・選択的に分離でき、重質な夾雑物の発生量を低減することができる。

本実施例では、図２に示すように、沈降槽１７から可溶化槽１５にラインＬ₄が形成され、前記沈降槽１７で沈降物２０を分離した上澄み部分の可溶化液１８Ｃを可溶化槽１５に戻すようにしている。

ここで、前記沈殿槽１７の上昇流の上昇速度を０．１５ｍ／ｓ以下、より好ましくは０．１ｍ／ｓとしている。これは、上昇速度を０．１５ｍ／ｓ以上とする場合には、良好な沈降分離処理により浮遊物を分離することができないからである。前記沈降槽１７では、事前に第１の固液分離装置であるスクリーン１６Ａにより夾雑物１３が除去された状態となっているので、沈降分離が良好なものとなる。

ここで、前記沈降槽１７としては、沈殿分離手段（動力有り無し問わず）、遠心分離手段、液体サイクロン等を一つ又は二つ以上を組合わせて行なうことができる。

図３は本実施例に係るメタン発酵前処理装置を示す概念図である。なお、図１又は図２に示す実施例１又は２に係るメタン発酵前処理装置と同様の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るメタン発酵前処理装置１０−３は、前記第１の固液分離装置として、フィルタ系分離装置であるスクリーン１６Ａと、脱水系分離装置であるスクリュープレス１６Ｂとを用いて、循環ライン中を循環する可溶化液１８Ａ中の夾雑物１３を除去すると共に、脱水系処理により可溶化液の戻し量の増大を図るようにしている。

また、循環液を採取する採取部分として、前記可溶化槽１５の図示しないスカムが浮遊する液面部分（上部近傍）で採取する（ラインＬ_2-1）以外に、図示しない沈殿物が沈殿している底部分（下部近傍）から採取するようにしている（ラインＬ_2-2）。これにより、スカム中に存在する軽質な夾雑物１３と、沈殿物中に存在する重質な夾雑物（沈降物２０）との両方を効率良く除去することができる。

また、前記沈降槽１７において、前記可溶化液１８Ｂ中の沈降物を沈降分離した沈降物２０は、その後、粉砕機２５において粉砕し、その後再度可溶化槽１５に戻すようにしてもよい。これにより、分離された沈殿し易い粒子を分離しにくくし、さらなる夾雑物の発生量の低減を図るようにしている。

このように、本実施例では、第１の固液分離手段でスクリーン１６Ａに加えてスクリュープレス１６Ｂを用いて脱水処理することにより、前記可溶化液中に残留する夾雑物１３の重量割合を低減でき、メタン発酵槽２１への可溶化液の投入量割合を増加することができる。

図４は本実施例に係るメタン発酵前処理装置を示す概念図である。なお、図１乃至図３に示す実施例１乃至実施例３に係るメタン発酵前処理装置と同様の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係るメタン発酵前処理装置１０−４は、前記可溶化槽１５Ａが、少なくとも２室以上（本実施例では２室：第１室１５−１、第２室１５−２）とすると共に、これら２室を可溶化液が流通可能となるように下部連通隔壁１５ａで分割されてなるものである。

このように前記可溶化槽１５内を分割することで、第１室１５−１は液面にスカム２６を浮遊させ、ここから循環液である可溶化液１８Ａを採取するようにしている。また、第１室１５−１の底部分には沈殿物２７が沈殿されているので、ここから循環液である可溶化液１８Ａを採取するようにしている。
そして、前記下部連通隔壁１５ａで分割された第２室１５−２においては、メタン発酵槽２１に供給するメタン発酵用可溶化液１８Ｄ中に、浮遊物及び夾雑物が少ないものとなり、この結果メタン発酵効率の向上を図ることができる。

図５に可溶化槽の他の一例の概略を示す。
図５に示すように、本実施例に係る他の構成による可溶化槽１５Ｂは、槽内部に下部連通壁１５ａと越流壁１５ｂが配設されており、これらによりスカム浮上部１５ｃ、沈澱部１５ｄ及びポンプピット部１５eに分割するようにしている。これにより、メタン発酵槽２１に供給するメタン発酵用可溶化液中に、浮遊物及び夾雑物が極力少ないものとなり、この結果メタン発酵効率の更なる向上を図ることができる。

図６は本実施例に係るメタン発酵前処理装置を示す概念図である。なお、図４に示す実施例４に係るメタン発酵前処理装置と同様の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、本実施例に係るメタン発酵前処理装置１０−５は、前記沈降槽１７内から前記可溶化槽１５に戻る可溶化液１８Ｃがシャワー水となる噴霧ノズル１５ｆを有しており、該噴霧ノズル１５ｆからのシャワー水により可溶化液表面を叩きつけることで、採取される循環である可溶化液１８Ａ中にスカムを混入するようにしている。これにより、可溶化槽１５の夾雑物１３の存在量の低減を図るようにしている。

図７は本実施例に係るメタン発酵前処理装置を示す概念図である。なお、図４に示す実施例４に係るメタン発酵前処理装置と同様の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図７に示すように、本実施例に係るメタン発酵前処理装置１０−６は、前記沈降槽１７内から前記可溶化槽１５に戻る可溶化液１８Ｃに対して加圧ポンプＰを用いて圧入水となるようにしており、可溶化槽１５Ａの底部に堆積する沈殿物２７近傍に圧入するようにしている。

これにより、加圧水の流入により沈殿物２７が可溶化液中に舞い上がることとなり、循環液として循環される可溶化液１８Ａ中に混入させて、前記可溶下槽１５内の沈殿物の堆積を防止するようにしている。
これにより、可溶下槽から排出する沈殿物の量の削減を図るようにしている。

ここまでの実施例１乃至実施例５はメタン発酵処理装置の前処理装置について説明したが、本発明ではさらに、メタン発酵処理装置の後処理工程においてもメタン発酵処理水中に残留している夾雑物を除去するようにしている。
図８は本実施例に係るメタン発酵後処理装置を示す概念図である。
図８に示すように、本実施例に係るメタン発酵後処理装置３０−１は、メタン発酵槽からのメタン発酵処理液（消化液）２２中の窒素成分を除去する脱窒・硝化反応槽（以下、「反応槽」という）３１と、前記脱窒・硝化反応槽３１からの脱窒・硝化反応液３２Ａ中に残留する夾雑物１３を除去する第２の固液分離装置であるストレーナ３３Ａと、前記前記夾雑物１３除去後の反応液３２Ｂ中の熱を除去する熱交換器３４と、前記熱交換後の脱窒・硝化反応液３２Ｃを前記脱窒・硝化反応槽３１に戻すラインＬ₈と、脱窒・硝化反応槽３１からの脱窒・硝化反応液を濃縮する濃縮槽３７とを具備するものである。

ここで、ラインＬ₆は前記メタン発酵槽２１からメタン発酵処理液２２を反応槽３１に供給するメタン発酵処理液ラインであり、Ｌ₇は反応槽３１から反応液３２Ａをストレーナ３３Ａに供給する供給ラインであり、Ｌ₈はストレーナ３３Ａで残留夾雑物を除去した反応液３２Ｂを熱交換器３４に供給するラインであり、Ｌ₉は熱交換器３４から反応槽３１に冷却された反応液３２Ｃを戻すラインであり、Ｌ₇〜Ｌ₉で反応液の循環ラインを構成している。

また、ラインＬ₁₀は冷却塔３５と冷媒３６を熱交換する熱交換用冷媒ラインである。また、ラインＬ₁₁は反応液を濃縮槽３７で濃縮した濃縮汚泥の一部を返送汚泥として返送する返送汚泥ラインである。Ｌ₁₂は濃縮槽流出液を図示しない脱水工程に供給する流出液供給ラインである。

本発明では、前記反応槽３１で反応した反応液３２Ａ中に残留する夾雑物１３を除去する夾雑物除去手段として、ストレーナ３３Ａ等の固液分離装置を用いている。
これにより、前記反応液３２Ａ中に残留する夾雑物１３を除去することができる。
ここで、前記第２の固液分離装置としては、第１の固液分離装置と同様に、例えばスクリーンや脱水機等のようなものを挙げることができる。

ところで、前記メタン発酵槽２１の前処理工程で夾雑物１３を除去するような場合、固体状の有機性廃棄物の回収の点から、完全な夾雑物除去は困難である。このためメタン発酵槽２１の後段に夾雑物１３が流入することは不可避であり、本実施例では、メタン発酵処理の後処理工程においてこの夾雑物１３の悪影響回避するようにしている。

ここで、メタン発酵処理液２２は、固体状の有機性廃棄物は既に溶解・メタンガス化しているので、メタン発酵処理液２２の状態としては粒状感が減り、液状を呈しているため、反応液３２Ａから夾雑物１３を除去することが容易となる。

また、夾雑物１３である特にビニール・繊維の悪影響を受ける設備としては、前記反応槽３１の反応熱を冷却するための熱交換器３４であるので、この前段側に夾雑物１３を除去するストレーナ３３Ａを設置することで、この悪影響を回避することができる。

また、図９に示すメタン発酵後処理装置３０−２のように、前記第２の固液分離装置としてストレーナ３３Ａとスクリーン３２Ｂとを２段組合せるようにしてもよい。

次に、本発明のメタン発酵前処理装置とメタン発酵後処理装置とを用いたメタン発酵処理システムについて説明する。
図１０は本実施例に係るメタン発酵処理システムを示す概念図である。図１０に示すように、本実施例に係るメタン発酵処理システム４０−１は、図１に示す実施例１に係るメタン発酵前処理装置１０−１と、前記メタン発酵前処理装置１０−１で前処理されたメタン発酵用可溶化液１８Ｄをメタン発酵処理するメタン発酵槽２１と、図８に示す実施例６の前記メタン発酵槽２１でメタン発酵処理されたメタン発酵処理液２２を後処理するメタン発酵後処理装置３０−１とを具備するものである。

本実施例のメタン発酵処理システムによれば、メタン発酵処理装置２１の前処理工程のみならず、後処理工程においても夾雑物１３を除去することができるので、前記メタン発酵槽２１に供給されるメタン発酵用可溶化液１８Ｄに夾雑物が残留する場合においても、メタン発酵後処理装置３０−１において除去することができるので、メタン発酵処理システム全体としての夾雑物除去効率が向上し、夾雑物に依存する悪影響を防止することができる。

次に、本発明のメタン発酵前処理装置とメタン発酵後処理装置とを用いた他のメタン発酵処理システムについて説明する。
図１１は本実施例に係るメタン発酵処理システムを示す概念図である。図１１に示すように、本実施例に係るメタン発酵処理システム４０−２は、実施例８に示すメタン発酵処理システム４０−１において、メタン発酵後処理装置３０−３としてメタン発酵処理液２２を直接ストレーナ３３Ａに導入するようにしている。
本実施例では、メタン発酵処理槽２１からのメタン発酵処理液２２を直接ストレーナ３３Ａに導入することで、夾雑物１３を除去し、その後反応槽３１で脱窒・脱硝処理するようにしている。

次に、本発明のメタン発酵前処理装置とメタン発酵後処理装置とを用いた他のメタン発酵処理システムについて説明する。
図１２は本実施例に係るメタン発酵処理システムを示す概念図である。図１２に示すように、本実施例に係るメタン発酵処理システム４０−３は、実施例８のメタン発酵処理システム４０−１において、メタン発酵後処理装置３０−４として分離除去した夾雑物１３の後処理工程を含むものである。

図１２に示すように、本実施例に係るメタン発酵処理システム４０−３は、実施例８のメタン発酵処理システム４０−１において、ストレーナ３３Ａとスクリーン３３Ｂとを第２固液分離装置として備えたものであり、このスクリーン３３Ｂから排出される夾雑物１３が木質系の場合には、図示しない堆肥化工程へ木質系回収夾雑物１３−１として供給され、再利用に供される。

また、前記スクリーン３３Ｂから排出される夾雑物１３がビニール系の場合には、混和槽４１に送られ、ここで濃縮槽３７から排出される濃縮槽流出液３８と共に混和され、ここでビニール系回収夾雑物１３−２が脱水補助材としての脱水促進作用を促し、脱水器４２での処理水４３の排出量を増大させ、脱水汚泥工程に持ち込む水分量の低減を図るようにしている。

図１３は本実施例に係るメタン発酵処理システムを示す概念図である。なお、図１０に示す実施例８に係るメタン発酵処理システムと同様の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１３に示すように、本実施例に係るメタン発酵処理システム４０−４は、液状廃棄物１１Ｃを破砕処理する破砕機１２−１、１２−２と、破砕された液状廃棄物に混入している夾雑物（例えばビニール等）１３を選択的に選別する選別機１４と、前記液状夾雑物１３が除去された液状廃棄物１１Ｄ中に残留する夾雑物１３を除去する第１の固液分離装置であるスクリーン１６Ａと、前記残留夾雑物１３が除かれた液状廃棄物１１Ｅ中に浮遊する沈降物（微細な砂・貝殻等）２０を沈降させる沈降槽１７と、前記沈降槽１７で沈降物２０を除去した後の液状廃棄物１１Ｆを可溶化する可溶化槽１５と、前記可溶化槽１５からメタン発酵槽２１にメタン発酵処理を行なうメタン発酵用可溶化液１８Ｇを供給する供給ラインＬ₅を具備するものである。

また、有機性廃棄物が液状を呈するような場合には、可溶化槽１５に供給する前において、固液分離装置にて夾雑物１３を先ず除去し、その後沈降槽１７を経て、可溶化槽１５に液状廃物１１Ｆを供給し、ここで所定濃度の水分量としてメタン発酵処理液１１Ｆとして供給するようにしている。

なお、本実施例では液状廃棄物１１Ｃを破砕する破砕機を設けているが、これは液状廃棄物が例えば容器包装（例えば紙パック、ペットボトル等）されているような場合には、その破砕が必要であるからである。よって、例えばタンクローリ等の液状廃棄物をそのままメタン発酵処理システムに供給できるような場合には不要である。

以上のように、本発明に係るメタン発酵前処理装置及びメタン発酵処理システムによれば、例えば生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵で処理する際の処理効率を低減することなく、夾雑物を除去し、夾雑物に依存する悪影響を未然防止でき、食品リサイクルシステムに用いて適している。

実施例１に係るメタン発酵前処理装置の概略図である。実施例２に係るメタン発酵前処理装置の概略図である。実施例３に係るメタン発酵前処理装置の概略図である。実施例４に係るメタン発酵前処理装置の概略図である。実施例４に係る他の可溶化槽の概略図である。実施例５に係るメタン発酵前処理装置の概略図である。実施例６に係るメタン発酵前処理装置の概略図である。実施例７に係るメタン発酵後処理装置の概略図である。実施例７に係る他のメタン発酵後処理装置の概略図である。実施例８に係るメタン発酵処理システムの概略図である。実施例９に係るメタン発酵処理システムの概略図である実施例１０に係るメタン発酵処理システムの概略図である。実施例１１に係るメタン発酵処理システムの概略図である従来技術に係るメタン発酵前処理装置の概略図である。

１０−１〜１０−６メタン発酵前処理装置
１１Ａ、１１Ｂ廃棄物
１２−１粗破砕機
１２−２微破砕機
１３夾雑物
１４選別機
１５、１５Ａ、１５Ｂ可溶化槽
１６Ａ、３３Ｂスクリーン
１６Ｂ、３３Ａストレーナ
１７沈降槽
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ可溶化液
１８Ｄメタン発酵用可溶化液
２１メタン発酵槽
３０−１〜３０−４メタン発酵後処理装置
４０−１〜４０−４メタン発酵処理システム

Claims

廃棄物を破砕処理する破砕機と、
破砕された廃棄物に混入している夾雑物を選別する選別機と、
前記夾雑物が除去された廃棄物を可溶化する可溶化槽と、
前記可溶化槽で可溶化した可溶化液中に残留する夾雑物を除去する第１の固液分離装置と、
前記可溶化槽の液面近傍から前記可溶化液を採取し、前記第１の固液分離装置に前記可溶化液を供給するための可溶化液の供給ラインと、
前記第１の固液分離装置と前記選別機で夾雑物を除去した廃棄物を前記可溶化槽に送給する廃棄物ラインとを連結し、前記固液分離により夾雑物が除去された可溶化液を再度可溶化槽に戻すための戻しラインと、
前記可溶化槽の下部近傍から前記可溶化液を採取し、前記可溶化槽からメタン発酵槽にメタン発酵用可溶化液を供給する供給ラインを具備することを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項１において、
前記第１の固液分離装置の後流側に設けられ、前記残留夾雑物が除かれた可溶化液中に浮遊する沈降物を沈降させる沈降槽を具備し、
前記戻しラインが、
前記第１の固液分離装置と前記沈降槽とを連結し、前記第１の固液分離装置で残留夾雑物を除去した前記可溶化液を前記可溶化槽に供給するためのラインと、
前記沈降槽と前記廃棄物ラインとを連結し、前記沈降槽において軽質な夾雑物を除去した前記可溶化液中に残留している重質な夾雑物を沈降分離して除去した前記可溶化液を前記可溶化槽に供給するためのラインとを含む
ことを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項１又は２において、
前記第１の固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記可溶化槽が、少なくとも２室以上とすると共に、各室を前記可溶化液が流通可能とするための隔壁を含み、
前記隔壁が、前記可溶化液が供給される前流側に少なくとも槽内の液面近傍の前記可溶化液の流通を阻止する下部連通隔壁を含むことを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項４において、
前記２室以上に分割された可溶化槽が、
前記選別機により夾雑物が除去された廃棄物が流入する第１室と、前記メタン発酵槽にメタン発酵用可溶化液を引き抜く第２室とを少なくとも有すると共に、
前記第１室と第２室とが前記可溶化液がその下端部で連通する下部連通壁を用いて分割してなることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記可溶化槽に戻る可溶化液が圧入水であり、可溶化液下部に堆積する沈殿物近傍に圧入してなることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項２乃至６のいずれか一つにおいて、
前記沈降槽内から前記可溶化槽に戻る可溶化液がシャワー水であり、可溶化液表面を叩きつけてなることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項２乃至７のいずれか一つにおいて、
前記沈降槽内の上昇流の流速が、０．１５ｍ／ｓ以下であることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項１乃至８のいずれか一つにおいて、
前記廃棄物が、容器包装されている液状廃棄物であることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
請求項１乃至９のいずれか一つのメタン発酵前処理装置と、
前記メタン発酵前処理装置で前処理されたメタン発酵用可溶化液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽でメタン発酵処理されたメタン発酵処理液を後処理するためのメタン発酵後処理装置とを具備し、
前記メタン発酵後処理装置が、
メタン発酵槽からのメタン発酵処理液中の窒素成分を除去する脱窒・硝化反応槽と、
前記脱窒・硝化反応槽からの脱窒・硝化反応液中に残留する夾雑物を除去する第２の固液分離装置と、
前記夾雑物除去後の反応液中の熱を除去する熱交換器と、
前記熱交換後の脱窒・硝化反応液を前記脱窒・硝化反応槽に戻すラインと、
脱窒・硝化反応槽からの脱窒・硝化反応液を濃縮する濃縮槽とを具備することを特徴とするメタン発酵処理システム。
請求項１乃至９のいずれか一つのメタン発酵前処理装置と、
前記メタン発酵前処理装置で前処理されたメタン発酵用可溶化液をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽でメタン発酵処理されたメタン発酵処理液を後処理するメタン発酵後処理装置とを具備し、
前記メタン発酵後処理装置が、
メタン発酵槽からのメタン発酵処理液中に残留する夾雑物を除去する第２の固液分離装置と、
前記夾雑物除去後のメタン発酵処理液中の窒素成分を除去する脱窒・硝化反応槽と、
前記反応槽での反応熱を除去する熱交換器と、
前記脱窒・硝化反応槽からの脱窒・硝化反応液を濃縮する濃縮槽とを具備することを特徴とするメタン発酵処理システム。
請求項１０又は１１において、
前記第２の固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵処理システム。
請求項１０乃至１２のいずれか一つにおいて、
除去される夾雑物がビニール系の回収夾雑物である際に、
前記濃縮槽からの濃縮槽流出液に前記ビニール系夾雑物を混和する混和槽と、前記混和槽で混和された混和物を脱水処理する脱水機とを具備することを特徴とするメタン発酵処理システム。
破砕機で破砕された廃棄物に混入している夾雑物を選別した後、可溶化槽で可溶化し、
前記可溶化槽の液面近傍から前記可溶化液を採取し、第１の固液分離装置に前記可溶化液を供給するための可溶化液の供給ラインを介して液面近傍の前記可溶化液を前記第１の固液分離装置に供給し、
前記第１の固液分離装置で前記可溶化槽で可溶化した可溶化液中に残留する夾雑物を除去し、
固液分離して夾雑物が除去された可溶化液を、選別されて夾雑物が除去された廃棄物を前記可溶化槽に送給するための廃棄物ラインに供給して前記第１の固液分離装置に循環させ、
その後、前記可溶化槽の下部近傍から前記可溶化液を採取し、前記可溶化液から夾雑物を除去したメタン発酵用可溶化液をメタン発酵槽に供給することを特徴とするメタン発酵前処理方法。
請求項１４において、
前記固液分離装置において前記残留夾雑物が除かれた可溶化液中に浮遊する沈降物を沈降槽において沈降させた後に、前記可溶化液中に残留している重質な夾雑物を沈降分離して除去した前記可溶化液を前記沈降槽から前記可溶化槽に戻すことを特徴とするメタン発酵前処理方法。
請求項１４又は１５において、
前記固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵前処理方法。
請求項１４乃至１６のいずれか一つにおいて、
前記可溶化槽内に、少なくとも２室以上とすると共に、各室を前記可溶化液が流通可能とするための隔壁を設けると共に、前記隔壁のうち、前記可溶化液が供給される前流側に、少なくとも槽内の液面近傍の前記可溶化液の流通を阻止する下部連通隔壁を設け、
前記可溶化槽内の前記可溶化液を、少なくとも２室以上で可溶化液が流通可能となるように隔壁で分割しつつ可溶化させることを特徴とするメタン発酵前処理方法。
請求項１４乃至１７のいずれか一つにおいて、
前記可溶化槽に戻る可溶化液を圧入水とし、可溶化液下部に堆積する沈殿物近傍に圧入・攪拌することを特徴とするメタン発酵前処理方法。
請求項１５乃至１８いずれか一つにおいて、
前記可溶化槽に戻る可溶化液をシャワー水とし、可溶化液表面を叩きつけることを特徴とするメタン発酵前処理方法。
請求項１４乃至１９のいずれか一つにおいて、
前記廃棄物が、容器包装されている液状廃棄物であることを特徴とするメタン発酵前処理方法。
請求項１４乃至２０のいずれか一つのメタン発酵前処理方法で前処理した後、
前記メタン発酵前処理装置で前処理されたメタン発酵用可溶化液をメタン発酵槽でメタン発酵し、
その後、メタン発酵処理液をメタン発酵槽からのメタン発酵処理液中の窒素成分を除去する脱窒・硝化反応槽において、前記脱窒・硝化反応液を循環させ、該脱窒・硝化反応液中に残留する夾雑物を固液分離装置で除去し、その後前記夾雑物を除去した脱窒・硝化反応液を濃縮槽で濃縮し、後処理することを特徴とするメタン発酵処理方法。
請求項２１において、
メタン発酵槽からのメタン発酵処理液中に残留する夾雑物を固液分離装置で除去した後に、前記夾雑物が除去されたメタン発酵処理液中の窒素成分を除去することを特徴とするメタン発酵処理方法。
請求項２１又は２２において、
前記固液分離装置がフィルタ系分離装置又は脱水系分離装置のいずれか一方又は両方からなることを特徴とするメタン発酵処理方法。