バイオ廃棄物処理
バイオ廃棄物を処理する方法であって、（１）嫌気性条件下での病原菌削減段階において、あらかじめ決められた期間にわたり、中温の範囲内の温度において、実質的に生のバイオ廃棄物を発酵させる工程、及び（２）続いて、固体相及び液体相を分離して、発酵ケーク及び発酵リカーを製造す工程を含んでなる方法。当該発酵ケークは、ドライベースで少なくとも１５％の固形物を有し、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超える全揮発性脂肪酸（ｔＶＦＡ）、及び、乾燥固形物１ｇあたり１００，０００ｃｆｕ未満の大腸菌を含有する。当該発酵リカーは、１０，０００ｍｇ／Ｌを超えるＣＯＤ、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるｔＶＦＡ、及び、５，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物を含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥及び動物廃棄物といったバイオ廃棄物の処理に関連する製品及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥は、地方自治体における廃水処理中に沈澱する物質であり、典型的には家庭廃水及び工業起源の廃水を含んでなる。
【０００３】
動物廃棄物は、典型的には、動物が限られた面積内に保護されかつ飼育されている、農場又は肥育場での動物飼育作業（ＡＦＯ）から生じる。ＡＦＯは、動物、飼料、厩肥、及び尿、加えて生産作業を、狭い土地面積に密集させる。飼料は、牧草地、野原、又は放牧場に動物を放牧させるよりもむしろ、この動物に対して与えられている。一般的なタイプのＡＦＯは、酪農、ウシ肥育、養鶏、及び養豚を含む。ＡＦＯに関連する混入は、水質を低下させ、飲料水水源を脅かし、大気の質を損なうことがある。しかしながら、もし適切に処理され使用されるなら、動物飼育作業からの厩肥は、価値ある資源となり得る。
【０００４】
バイオ廃棄物は、肥料及び土壌改良剤の材料として、農産業において広く使用されている。廃棄物を、かかる使用に適するようにするためには、まず、その病原菌を減らすこと、及び、有機含有量を低減することにより材料を安定させること、の双方の処理をせねばならない。かかる処理のための最も一般的な方法は、しばしばＭＡＤと略される、中等温度嫌気性消化プロセスである。従来より、ＭＡＤプロセスは、一般に２段階で行われていた。すなわち３５℃で１２〜２４日間続く１次消化相、及び、それに続く１４日間の貯蔵である。１次消化により、有機含有物の一部をメタンへ転換する。貯蔵は、病原菌レベルの低下をもたらす。消化されたバイオ廃棄物は、しばしば、備蓄及び輸送のコストを削減する目的で脱水され、ケークが製造する。
【０００５】
従来のＭＡＤプロセスのデメリットは、非常にゆっくりであること、及び、病原菌削減能力が非常に限られているということである。先に本出願人らは、病原菌削減と目的とした、消化に先立つ汚泥のインキュベーション処理を開示したが（ＵＫ ０１２６９３．８ １１／０９／２００１）、これは病原菌削減能を向上し、貯蔵相の必要をなくするものであった。しかしながら、この改良されたプロセスの全処理時間はなお、かなり長いものであった。さらに、いかなる消化法を用いても、全ての消化された汚泥製品は、大腸菌のような病原菌の再増殖に貢献する傾向を示し、かつ強い剪断場、たとえば遠心分離による脱水プロセスなどにさらされると、腐敗臭を発生する。
【０００６】
さらに、廃水中のリン酸塩レベルによる問題も生じる。欧州では、都市廃水処理指令（ＵＷＷＴＤ，９１／２７１／ＥＥＣ）が、廃水の放出に関する最低基準を決めている。この規制基準は、内陸地表水、地下水、河口及び沿岸水にかかわらず、全ての廃水に適用される。基準は一般に、供給される人口サイズ及び、受入れ水域が正常、感受性、又は低感受性として分類されるかどうかとによって決められるレベルをもつ、ＢＯＤ、ＳＳ、Ｎ、及びＰに基づいている。廃水からＢＯＤ、ＳＳ、及びＮを除去する方法は、充分に確立されたものがあるが、Ｐ除去のための現在の解決法は許容されにくい。殆どの場合、この方法において作業者は、鉄塩の使用に依存している。鉄塩による多くの深刻な欠点の中には、鉄塩の供給不足、水生環境に対する残留鉄の有害作用、及び、廃棄を要することとなる、第二鉄の使用から結果として生じる汚泥産生の実質的な増加がある。プロセスからの結果として生じるリン酸第二鉄は、バイオアベイラブルではなく、それ故、農業上の価値は殆どない。より望ましい１つの代替法は、生物学的リン除去プロセス（ＢＮＲ）であって、嫌気性条件下での、ポリリン酸塩（ポリ−Ｐ）蓄積微生物の活性に基づく公知の技術である。ポリＰ蓄積は、複合炭素供給源の、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）への発酵に強く依存する。典型的には、付加的な可溶の有機材料は、下水の中間炭素供給源から、下水処理プラントの嫌気ゾーン、又は専用の前発酵槽における、いずれかの発酵によって発生されることとなる。
【０００７】
ＶＦＡ産生は、汚泥又は、廃水中の沈澱可能な固形物の、発酵の結果であるとすることが可能である。一般に、汚泥によってＶＦＡ濃度を有意に増加させることが可能であり、混合汚泥よりも一次汚泥から、より良好な結果が得られている。殆どのフルスケールの予備発酵槽には、一次汚泥が供給される。こうした予備発酵槽は、「サイドストリーム発酵槽」と呼ばれる。一次汚泥は、一次クラリファイアの濃縮されたアンダーフローであり、時に生汚泥とも呼ばれる。いわゆる「インライン予備発酵槽」には、一次汚泥よりもむしろ、原廃水が供給される。インライン予備発酵槽の例としては、活性一次タンク（ＡＰＴ）が挙げられる。ＡＰＴは、一次クラリファイア内で汚泥ブランケットを形成させることによりＶＦＡを産生する。次いで、この汚泥ブランケット中で発酵及びＶＦＡ産生が起こる。汚泥は元の入口へ再循環され、この再循環プロセスにより、入ってくる固形物に対して活発に発酵している微生物を接種し、汚泥ブランケット中に形成されたＶＦＡを洗い分けすると考えられている。これらの、ＢＮＲ用の既知のＶＦＡ産生系は、濃縮されていない汚泥を用いて、大気温度において稼働する。かかる系の欠点は、大きな体積及び、低いＶＦＡ産生速度を含む。その結果として生じる汚泥分画もまた、例えば消化又は堆肥化によるさらなる処理なしでは、農業での再利用には適さない。さらに、こうした供給源からのＶＦＡは、発酵の間に汚泥から放出される高濃度のＰにより、常に混入されている。ＶＦＡ中のＰの存在は、それを、ＢＮＲ適用においてより不適切なものにしている。こうした要因の全ては、英国のような多くの欧州の国で見出されるような通常の薄い廃水と組み合わされて、充分なＢＮＲを、特にＰ除去のために、達成し得ないことを意味している。ＶＦＡであってもよいが、またメタノール、エタノール、又は、例えば食品加工工場からの高可溶性ＣＯＤ濃度をもつ廃水であってもよい外来性の炭素供給源は、しばしば、一貫したプラント性能を達成する唯一の確実な方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の欠点をなくするか、又は緩和することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の第１の態様は、バイオ廃棄物を処理する方法であって、（１）嫌気性条件下での病原菌削減段階において、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内で、バイオ廃棄物を発酵させる工程及び（２）続いて、固体相及び液体相を分離して、発酵ケーク及び発酵リカーを製造する工程を含んでなる方法を提供する。
【００１０】
本発明の第２の態様は、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超える全揮発性脂肪酸（ｔＶＦＡ）、及び、乾燥固形物１ｇあたり１００，０００ｃｆｕ未満の大腸菌を含有する、ドライベースで少なくとも１５％の固形物を有するバイオ廃棄物由来の発酵ケークを提供する。
【００１１】
さらに好ましくは、ケークは、ドライベースで少なくとも２０％の、特に２０〜４５％の範囲内の固形物を有する。好ましくは、ケークは、１，０００ｍｇ／Ｌを超える、さらに好ましくは１５００〜３５００ｍｇ／Ｌのアンモニアを含有する。ケークのｔＶＦＡ含有量は、好ましくは少なくとも３０００ｍｇ／Ｌ、さらに好ましくは５０００〜２５０００ｍｇ／Ｌであり、大腸菌は、乾燥固形物１ｇあたり１０，０００ｃｆｕ未満、さらに好ましくは１０００未満の量である。
【００１２】
本発明の第３の態様は、１０，０００ｍｇ／Ｌを超えるＣＯＤ、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるｔＶＦＡ、及び、乾燥固形物１ｇあたり５，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物を含有する、バイオ廃棄物由来の発酵リカーを提供する。
【００１３】
発酵リカーに関しては、少なくとも２０，０００ｍｇ／Ｌの、好ましくは２０，０００〜４０，０００の範囲内のＣＯＤを含有することが望ましい。該液は、好ましくは少なくとも１５００ｍｇ／Ｌの、理想的には１５００〜３５００ｍｇ／Ｌの範囲内のアンモニアを含有し、少なくとも３０００ｍｇ／Ｌ，好ましくは５０００〜２５０００ｍｇ／Ｌの範囲内のｔＶＦＡを有する。該液内の懸濁固形物は、好ましくは３０００ｍｇ／Ｌ未満である。
【００１４】
本発明の第２及び第３の態様による発酵ケーク及びリカーは、好ましくは本発明の第１の態様による方法によって製造されることが理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
病原菌削減段階（工程（ｉ））は、実質的に生のバイオ廃棄物の発酵を包含するものであり、すなわち、廃棄物へ播種するべく添加されたか、及び／又は混合された、部分的に消化された汚泥のような播種物をもたない。さらに、従来の中等温度嫌気性消化においては、廃棄物は中等温度範囲内に保持され、部分的に消化された汚泥により、１２日間を超える期間にわたり播種される。対照的に、本発明によれば、発酵された廃棄物の固体及び液体分画は、機械的手段により速やかに分離され、発酵ケーク及び発酵リカーを製造する。
【００１６】
「バイオ廃棄物」とは、通常は、有害な病原菌を含有することがある、生分解性の生材料を含む産業上の操作からの結果として生じる廃棄物ストリームを指すことが理解されよう。かかる廃棄物は、例えば、下水汚泥、農場スラリー、畜殺場廃棄物、及び他の産業上のプロセスからの廃棄物を包含する。さらに、「バイオ廃棄物」とは、比較的高い有機含有量を有する廃棄物を指すべく使用され、ある程度前処理されていた可能性を排除しない。したがって、「バイオ廃棄物」とは、高い有機含有量を有する廃棄物ストリームを指すものとして、幅広く解釈されるべきである。典型的には、これは、約１０，０００ｍｇ／ｌより大きい全化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を有する廃棄物となるであろうが、実際の適用では、当該材料は、３０，０００から１００，０００ｍｇ／Ｌまでの範囲内のＣＯＤと、５，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌの範囲内のＢＯＤ（５日）を有するようである（ＢＯＤは、フィード材料の生分解能を示す）。元の廃棄物ストリームは、１〜４０％の固形物を有してよく、残りは水である。固形物は、部分的に可溶性の形状であり、部分的には懸濁された形状であろう。好ましくは、固形物レベルは３〜１５％の範囲内にあるべきである。廃棄物ストリームの固形物レベルは、任意の都合のよい手段により調整されてよい。例えば、廃棄物ストリームは、廃水を用いて、病原菌削減段階の前か、その間か、又はその後にでも希釈されてよい。希釈により、全揮発性脂肪酸の回収を改善することもできることが判明している。廃棄物ストリームは、好ましくは、有意な病原菌含有量を、殆ど又は全くもたないものであるべきである。
【００１７】
中等温度範囲は、約２５℃から約４６℃までであると理解される。本発明においては、好ましい温度範囲は、３２℃と４２℃の間である。
【００１８】
適当な発酵期間は、約１日間から約６日間までであることが判明している。本発明においては、好ましい発酵期間は、２日間と５日間の間である。したがって、価値ある資源としての使用に適したケーク及びリカーの調製に必要な期間は、本発明の方法の実施により大いに削減される。
【００１９】
本発明に適した固体液体分離法は、遠心分離、ベルトプレス、及びプレートプレスのような、全ての既知の脱水法を包含する。これらのプロセスはしばしば、例えば、凝固剤及び／又はｐＨ調整剤を用いたプレコンディショニングを必要とし、したがって本発明の方法は、プレコンディショニング段階を包含してもよい。本方法は、２０％〜４０％乾燥重量の固形物含有量を有するケークに加えて、一般に５，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物含有量を有するリカーを製造する。
【００２０】
本発明のプロセスは、バッチモードで、又は連続的に操作されてよい。好ましくは、本プロセスは、病原菌バイパスを避ける目的で、連続した複数のリアクタを用いた連続モードで操作される。
【００２１】
さらに好ましくは、発酵された廃棄物の少量部分が、リアクタから引き抜かれ、空気又は酸素がこの発酵廃棄物中へ導入される。発酵廃棄物中に存在するＶＦＡは、二酸化炭素へ酸化されて熱を発生し、それは病原菌削減相にあるバイオ廃棄物を加熱するべく使用されてよく、それにより本発明のプロセスの効率が高められる。
【００２２】
さらに好ましくは、少なくとも３基のベッセル、特に６基が連続的に備えられ、これにおいて発酵廃棄物の少量部分が、１以上のベッセルから移動され、１以上の他のベッセルを加熱するべく使用される。発酵廃棄物により発生された熱は、熱交換器により除去されてもよく、１以上のベッセルへ再循環される。熱除去された、酸化された発酵廃棄物は、次に、１基のベッセル、好ましくは連続的に備えられた最後のベッセルからの廃棄物と合わされ、フィルタ―プレスへと供給される。
【００２３】
別法として、酸素又は空気は間隔をあけて、１基のベッセル、好ましくは最初のベッセルへ添加され、熱を発生するようにしてもよい。
【００２４】
発酵プロセスの間に、いくつかの細菌種は酵素を放出し、脂質、タンパク質、及び炭化水素のような高分子を低分子へ分解する。これにより、他の細菌がそれを利用することが可能であって、最終的にはアンモニア、酢酸、及び二酸化炭素を形成する結果となる。発酵条件は、大腸菌及びサルモネラ属菌のような危険な病原菌が生存できず、破壊されるようなものであることが判明している。さらに、発酵された中間体が希釈されなければ、発酵製品は何ら病原菌の再増殖に貢献する傾向も、また遠心分離の間のように高い剪断率を受けた場合でも、悪臭を発生する傾向も示さなかった。
【００２５】
発酵製品は悪臭を発生する傾向をもたないが、発酵プロセスの間に生じるメルカプタン化合物のような、匂いのある残留化学物質を含有することに注目するべきである。かかる化合物は、通常、悪臭による迷惑を避ける目的で、産物が肥料として土地へ再利用される前に、発酵ケークから除去されるべきである。ケーク悪臭の処理に適した方法は、過酸化物又は亜塩素酸塩のような酸化剤による反応を包含する。別法として、悪臭は、単純に２日間を超える期間にわたり空気に対し暴露することによる、ケークの自然の堆肥化プロセスによって除去されることも可能である。
【００２６】
本発明はまた、発酵された汚泥リカーからメタンガスを製造する方法も提供する。本発明の発酵リカーのために好適な嫌気性消化法は、懸濁培養又は固定フィルム系の双方における、中等温度嫌気性消化及び、高温嫌気性消化といった、全ての既知の嫌気性消化法を包含する。アップフロー・アナエロビック・スラッジ・ベッド（Ｕｐ−ｆｌｏｗ Ａｎｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｅｄ（ＵＡＳＢ））リアクタのような固定フィルム系は、その非常に短い必要水圧保持時間の故に、本発明のために好ましい選択肢である。
【００２７】
本発明は、肥料又は土壌改良剤としての使用に適した発酵ケーク及び、メタン製造に適した発酵リカーを提供するが、かかる製品に関し、他の用途が可能であることが理解されよう。例えば、ケークは、虫培養中のワームに食べさせるか、或いは、肥料化又は乾燥によりさらに処理されて貯蔵及び取扱いを改善することが可能である。さらに、リカーは、生分解性プラスチックのような、他の有用な製品の発酵のための原料としても使用されてよい。いずれの場合においても、発酵リカー及び発酵ケークの双方に関し、各々１，５００ｍｇ／Ｌ及び３，０００ｍｇ／Ｌを超える、アンモニア及びｔＶＦＡレベルが好ましい。ケークは、好ましくは、ドライベースで少なくとも２０％の固形物及び、乾燥固形物１ｇあたり１０，０００ｃｆｕ未満の大腸菌を有する。発酵リカーは、好ましくは２０，０００ｍｇ／Ｌを超えるＣＯＤ及び、３，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物を有する。
【００２８】
本発明の１つの好ましい実施形態においては、本方法はさらに、固体相及び液体相の分離に先立ち、発酵されたバイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程を含んでなる。これにより、リカーは高ＶＦＡ濃度及び、低いリン酸塩濃度を有する。
【００２９】
したがって、本発明の第４の態様は、揮発性脂肪酸が高く、リン酸塩混入が低いリカーを製造するための方法であって、（１）嫌気的条件下に、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内においてバイオ廃棄物を発酵させる工程と、（２）バイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程、及び、（３）続いて、固体相及び液体相を分離する工程を含んでなる方法を提供する。
【００３０】
オルトリン酸塩は、可溶性のリン酸塩の形状にあるリンである。
オルトリン酸塩の析出をもたらすべく、塩又は金属酸化物を用いた任意の適当な析出法が使用されてよいが、好ましくは、塩化マグネシウム又は酸化マグネシウムといったマグネシウム塩が、ストルバイト形成を達成する目的で使用される。
【００３１】
好ましくは、バイオ廃棄物は、４％を超える固形物、理想的には少なくとも５％の固形物をもつ、濃縮された下水汚泥である。
【００３２】
本発明の第４の態様による方法は、全体で５０００ｍｇ／Ｌを超え、そのリン酸塩混入が５０ｍｇ／Ｌ未満、さらに好ましくは、全体で７５００ｍｇ／Ｌを超え、そのＰ混入が１５ｍｇ／Ｌ未満であるＶＦＡを産生する。
【実施例】
【００３３】
本発明の具体的な態様を、単なる実施例として述べる。
実 施 例 １
【００３４】
１Ｌ容量のボトルを、生下水汚泥で満たした。ボトルに蓋を配置した後、３５℃の温度において４日間にわたり、病原菌削減段階において発酵させた。発酵された汚泥の試料は、ベンチスケールの遠心分離により脱水され、発酵ケーク及び発酵リカーの試料を製造した。
【００３５】
実験の結果を以下の表１に要約する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
実 施 例 ２
３２℃の発酵温度において実施例１の実験を２回繰り返した。第１回目の繰り返しにおいては、試料は２日間発酵され、第２回目の繰り返しでは４日間であった。その実験結果を以下の表２に要約する。
【００３８】
【表２】
【００３９】
実 施 例 ３
実施例１より得られた発酵リカー（合計０．７５Ｌ）は、メタンを製造するべく、ベンチトップＵＡＳＢ嫌気性リアクタ内で処理された。実験の結果を以下の表３に要約する。
【００４０】
【表３】
【００４１】
実 施 例 ４
連続した６基のタンクを具備したフルスケールの嫌気性発酵槽は、４２℃の温度において連続モードで稼働された。発酵槽は、１５０ｍ３／日のスループットを有し、平均水圧保持時間を４日間とした。フルスケールの遠心分離により、発酵槽からのアウトプットを脱水した。実験の結果を以下の表４に要約する。
【００４２】
【表４】
【００４３】
実 施 例 ５
フィードとしてブタの汚泥を使用して、実施例１の実験を繰り返した。実験結果を以下の表５に要約する。
【００４４】
【表５】
【００４５】
実 施 例 ６
実施例１の実験を繰り返した。病原菌削減段階の後、発酵汚泥は、ベンチスケールの遠心分離において、試料が脱水されて発酵ケーク及び発酵リカーを製造するに先立ち、実施例３より得られた０．５Ｌの消化されたリカー（すなわち、メタン製造のための嫌気性消化後の、最低の生分解性含有量を有する）で希釈された。発酵リカー中に回収された、揮発性脂肪酸（ｔＶＦＡ）の合計は、実施例１からの結果として生じたものよりも２２％高かった。
【００４６】
実 施 例 ７
発酵汚泥試料（２Ｌ）は、実施例４に記述されたように稼働された、フルスケールの嫌気性発酵槽から採取された。試料はサブ試料ａ及びｂに分けられた。ＭｇＯ粉末は、双方の試料が脱水される前に、サブ試料ｂへ添加された。以下の表６は、リカー試料の分析を示している。
【００４７】
【表６】
【００４８】
表からわかるように、試料の分離に先立つＭｇＯを用いたＰの析出は、リカー試料中のオルトリン酸塩のレベルを大いに低減し、それにより、ＢＮＲ適用において、例えば廃水からのＰ除去のために使用されてもよいリカーを提供する。
【００４９】
以下の実施例８〜１０は、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが、いかにして二酸化炭素へ酸化されて、病原菌削減相において使用されてもよい熱を発生するかを示している。
【００５０】
実 施 例 ８
添付の図面の図１を参照し、本発明によるバイオ廃棄物を処理するさらなる方法についてのプロセス工程系統図を示す。プロセスは、連続した３基の発酵ベッセル（ＥＨ１、ＥＨ２、及びＥＨ３と表示された）からなる。各ベッセルは、容積４００ｍ３であり、稼働温度は３５℃である。稼働中、汚泥フィードストリーム（ストリーム１）は、第１のベッセル（ＥＨ１）へ導入された。フィードストリームは次に、ベッセルＥＨ２及びＥＨ３を通してカスケードされた。ベッセルＥＨ３からの発酵汚泥は、フローの５０％によって二手に分けられ、フィルタ―プレス（Ｐ）へと前方へ供給され、発酵ケークストリーム（ストリーム３）及び発酵リカーストリーム（ストリーム４）とした。発酵ベッセルＥＨ３からの発酵汚泥の残りは、容積８００ｍ３を有する好気性リアクタ（ＡＴＡＤ）へ供給され、それに酸素ストリーム（ストリーム２）がさらに供給された。ＡＴＡＤリアクタ内の生物活性により、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが酸化され、二酸化炭素及び熱となった。ＡＴＡＤリアクタ内の熱は、汚泥の温度を５５℃に上昇させた。酸化された汚泥ストリームは、第１のベッセル（ＥＨ１）へ再循環され、そこで汚泥フィードストリーム（ストリーム１）と混合された。
【００５１】
以下の表７は、各ストリームについて、関連するパラメータの分析を示している。酸化汚泥ストリームの熱含有量により、３基の発酵ベッセルの稼働温度（３５℃）を、何ら外部の熱の投入なしに維持可能であることが判明した。
【００５２】
【表７】
【００５３】
実 施 例 ９
図２を参照し、実施例８の方法の変形についての、プロセス工程系統図を示す。今回においてもプロセスは、連続した３基の発酵ベッセル（ＥＨ１、ＥＨ２、及びＥＨ３と表示された）からなる。各ベッセルは、容積２００ｍ３であり、稼働温度は３５℃である。稼働中、汚泥フィードストリーム（ストリーム１）は、第１のベッセル（ＥＨ１）へ導入された。フィードストリームは次に、ベッセルＥＨ２及びＥＨ３を通してカスケードされた。ベッセルＥＨ３から少量の発酵汚泥が移動され、容積５０ｍ３を有する好気性リアクタ（ＡＴＡＤ）へ供給され、さらに酸素ストリーム（ストリーム２）が供給された。ＡＴＡＤリアクタ内の生物活性により、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが酸化され、二酸化炭素及び熱となった。ＡＴＡＤリアクタ中の熱は、熱交換器（ＨＥＸ）により除去され、第１の発酵ベッセルＥＨ１へ再循環された。余分の熱のない酸化汚泥ストリームは、発酵ベッセルＥＨ３からの残留する汚泥と合わされ、フィルタ―プレス（Ｐ）に向けて前方へ供給され、発酵ケークストリーム（ストリーム３）及び発酵リカーストリーム（ストリーム４）とした。
【００５４】
以下の表８は、各ストリームについて、関連するパラメータの分析を示している。酸化汚泥ストリームの熱含有量により、３基の発酵ベッセルの稼働温度（３５℃）を、何ら外部の熱の投入なしに維持可能であることが判明した。
【００５５】
【表８】
【００５６】
実 施 例 １０
図３を参照し、先の方法のもう１つの変形についてのプロセス工程系統図を示す。プロセスは、連続した３基の発酵ベッセル（ＥＨ１、ＥＨ２、及びＥＨ３と表示された）からなる。各ベッセルは、容積２００ｍ３であり、稼働温度は３５℃である。稼働中、汚泥フィードストリーム（ストリーム１）は、第１のベッセル（ＥＨ１）へ導入された。フィードストリームは次に、ベッセルＥＨ２及びＥＨ３を通してカスケードされた。第１のベッセルＥＨ１には、酸素ストリーム（ストリーム２）が、１日当たり１２時間までの期間にわたり供給された。第１のベッセル（ＥＨ１）内の生物活性により、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが酸化され、二酸化炭素及び熱となった。第１のベッセル（ＥＨ１）内で発生された熱により、その内容物は３５℃に維持された。したがって、第１のベッセルＥＨ１は、一部の時間は発酵槽として、一部の時間は好気性リアクタとして作用した。発酵ベッセルＥＨ３からの発酵汚泥は、フィルタ―プレス（Ｐ）に向けて前方へ供給され、発酵ケークストリーム（ストリーム３）及び発酵リカーストリーム（ストリーム４）とした。
【００５７】
以下の表９は、各ストリームについて、関連するパラメータの分析を示している。第１のベッセル（ＥＨ１）内におけるＶＦＡの酸化によって発生する熱により、３基の発酵ベッセルの稼働温度（３５℃）を、何ら外部の熱の投入なしに維持可能であることが判明した。
【００５８】
【表９】
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明によるバイオ廃棄物を処理するさらなる方法についてのプロセス工程系統図を示す。
【図２】図１による方法の変形についてのプロセス工程系統図を示す。
【図３】図１による方法のもう１つの変形についてのプロセス工程系統図を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥及び動物廃棄物といったバイオ廃棄物の処理に関連する製品及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥は、地方自治体における廃水処理中に沈澱する物質であり、典型的には家庭廃水及び工業起源の廃水を含んでなる。
【０００３】
動物廃棄物は、典型的には、動物が限られた面積内に保護されかつ飼育されている、農場又は肥育場での動物飼育作業（ＡＦＯ）から生じる。ＡＦＯは、動物、飼料、厩肥、及び尿、加えて生産作業を、狭い土地面積に密集させる。飼料は、牧草地、野原、又は放牧場に動物を放牧させるよりもむしろ、この動物に対して与えられている。一般的なタイプのＡＦＯは、酪農、ウシ肥育、養鶏、及び養豚を含む。ＡＦＯに関連する混入は、水質を低下させ、飲料水水源を脅かし、大気の質を損なうことがある。しかしながら、もし適切に処理され使用されるなら、動物飼育作業からの厩肥は、価値ある資源となり得る。
【０００４】
バイオ廃棄物は、肥料及び土壌改良剤の材料として、農産業において広く使用されている。廃棄物を、かかる使用に適するようにするためには、まず、その病原菌を減らすこと、及び、有機含有量を低減することにより材料を安定させること、の双方の処理をせねばならない。かかる処理のための最も一般的な方法は、しばしばＭＡＤと略される、中等温度嫌気性消化プロセスである。従来より、ＭＡＤプロセスは、一般に２段階で行われていた。すなわち３５℃で１２〜２４日間続く１次消化相、及び、それに続く１４日間の貯蔵である。１次消化により、有機含有物の一部をメタンへ転換する。貯蔵は、病原菌レベルの低下をもたらす。消化されたバイオ廃棄物は、しばしば、備蓄及び輸送のコストを削減する目的で脱水され、ケークが製造する。
【０００５】
従来のＭＡＤプロセスのデメリットは、非常にゆっくりであること、及び、病原菌削減能力が非常に限られているということである。先に本出願人らは、病原菌削減と目的とした、消化に先立つ汚泥のインキュベーション処理を開示したが（ＵＫ ０１２６９３．８ １１／０９／２００１）、これは病原菌削減能を向上し、貯蔵相の必要をなくするものであった。しかしながら、この改良されたプロセスの全処理時間はなお、かなり長いものであった。さらに、いかなる消化法を用いても、全ての消化された汚泥製品は、大腸菌のような病原菌の再増殖に貢献する傾向を示し、かつ強い剪断場、たとえば遠心分離による脱水プロセスなどにさらされると、腐敗臭を発生する。
【０００６】
さらに、廃水中のリン酸塩レベルによる問題も生じる。欧州では、都市廃水処理指令（ＵＷＷＴＤ，９１／２７１／ＥＥＣ）が、廃水の放出に関する最低基準を決めている。この規制基準は、内陸地表水、地下水、河口及び沿岸水にかかわらず、全ての廃水に適用される。基準は一般に、供給される人口サイズ及び、受入れ水域が正常、感受性、又は低感受性として分類されるかどうかとによって決められるレベルをもつ、ＢＯＤ、ＳＳ、Ｎ、及びＰに基づいている。廃水からＢＯＤ、ＳＳ、及びＮを除去する方法は、充分に確立されたものがあるが、Ｐ除去のための現在の解決法は許容されにくい。殆どの場合、この方法において作業者は、鉄塩の使用に依存している。鉄塩による多くの深刻な欠点の中には、鉄塩の供給不足、水生環境に対する残留鉄の有害作用、及び、廃棄を要することとなる、第二鉄の使用から結果として生じる汚泥産生の実質的な増加がある。プロセスからの結果として生じるリン酸第二鉄は、バイオアベイラブルではなく、それ故、農業上の価値は殆どない。より望ましい１つの代替法は、生物学的リン除去プロセス（ＢＮＲ）であって、嫌気性条件下での、ポリリン酸塩（ポリ−Ｐ）蓄積微生物の活性に基づく公知の技術である。ポリＰ蓄積は、複合炭素供給源の、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）への発酵に強く依存する。典型的には、付加的な可溶の有機材料は、下水の中間炭素供給源から、下水処理プラントの嫌気ゾーン、又は専用の前発酵槽における、いずれかの発酵によって発生されることとなる。
【０００７】
ＶＦＡ産生は、汚泥又は、廃水中の沈澱可能な固形物の、発酵の結果であるとすることが可能である。一般に、汚泥によってＶＦＡ濃度を有意に増加させることが可能であり、混合汚泥よりも一次汚泥から、より良好な結果が得られている。殆どのフルスケールの予備発酵槽には、一次汚泥が供給される。こうした予備発酵槽は、「サイドストリーム発酵槽」と呼ばれる。一次汚泥は、一次クラリファイアの濃縮されたアンダーフローであり、時に生汚泥とも呼ばれる。いわゆる「インライン予備発酵槽」には、一次汚泥よりもむしろ、原廃水が供給される。インライン予備発酵槽の例としては、活性一次タンク（ＡＰＴ）が挙げられる。ＡＰＴは、一次クラリファイア内で汚泥ブランケットを形成させることによりＶＦＡを産生する。次いで、この汚泥ブランケット中で発酵及びＶＦＡ産生が起こる。汚泥は元の入口へ再循環され、この再循環プロセスにより、入ってくる固形物に対して活発に発酵している微生物を接種し、汚泥ブランケット中に形成されたＶＦＡを洗い分けすると考えられている。これらの、ＢＮＲ用の既知のＶＦＡ産生系は、濃縮されていない汚泥を用いて、大気温度において稼働する。かかる系の欠点は、大きな体積及び、低いＶＦＡ産生速度を含む。その結果として生じる汚泥分画もまた、例えば消化又は堆肥化によるさらなる処理なしでは、農業での再利用には適さない。さらに、こうした供給源からのＶＦＡは、発酵の間に汚泥から放出される高濃度のＰにより、常に混入されている。ＶＦＡ中のＰの存在は、それを、ＢＮＲ適用においてより不適切なものにしている。こうした要因の全ては、英国のような多くの欧州の国で見出されるような通常の薄い廃水と組み合わされて、充分なＢＮＲを、特にＰ除去のために、達成し得ないことを意味している。ＶＦＡであってもよいが、またメタノール、エタノール、又は、例えば食品加工工場からの高可溶性ＣＯＤ濃度をもつ廃水であってもよい外来性の炭素供給源は、しばしば、一貫したプラント性能を達成する唯一の確実な方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の欠点をなくするか、又は緩和することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の第１の態様は、バイオ廃棄物を処理する方法であって、（１）嫌気性条件下での病原菌削減段階において、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内で、バイオ廃棄物を発酵させる工程及び（２）続いて、固体相及び液体相を分離して、発酵ケーク及び発酵リカーを製造する工程を含んでなる方法を提供する。
【００１０】
本発明の第２の態様は、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超える全揮発性脂肪酸（ｔＶＦＡ）、及び、乾燥固形物１ｇあたり１００，０００ｃｆｕ未満の大腸菌を含有する、ドライベースで少なくとも１５％の固形物を有するバイオ廃棄物由来の発酵ケークを提供する。
【００１１】
さらに好ましくは、ケークは、ドライベースで少なくとも２０％の、特に２０〜４５％の範囲内の固形物を有する。好ましくは、ケークは、１，０００ｍｇ／Ｌを超える、さらに好ましくは１５００〜３５００ｍｇ／Ｌのアンモニアを含有する。ケークのｔＶＦＡ含有量は、好ましくは少なくとも３０００ｍｇ／Ｌ、さらに好ましくは５０００〜２５０００ｍｇ／Ｌであり、大腸菌は、乾燥固形物１ｇあたり１０，０００ｃｆｕ未満、さらに好ましくは１０００未満の量である。
【００１２】
本発明の第３の態様は、１０，０００ｍｇ／Ｌを超えるＣＯＤ、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるｔＶＦＡ、及び、乾燥固形物１ｇあたり５，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物を含有する、バイオ廃棄物由来の発酵リカーを提供する。
【００１３】
発酵リカーに関しては、少なくとも２０，０００ｍｇ／Ｌの、好ましくは２０，０００〜４０，０００の範囲内のＣＯＤを含有することが望ましい。該液は、好ましくは少なくとも１５００ｍｇ／Ｌの、理想的には１５００〜３５００ｍｇ／Ｌの範囲内のアンモニアを含有し、少なくとも３０００ｍｇ／Ｌ，好ましくは５０００〜２５０００ｍｇ／Ｌの範囲内のｔＶＦＡを有する。該液内の懸濁固形物は、好ましくは３０００ｍｇ／Ｌ未満である。
【００１４】
本発明の第２及び第３の態様による発酵ケーク及びリカーは、好ましくは本発明の第１の態様による方法によって製造されることが理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
病原菌削減段階（工程（ｉ））は、実質的に生のバイオ廃棄物の発酵を包含するものであり、すなわち、廃棄物へ播種するべく添加されたか、及び／又は混合された、部分的に消化された汚泥のような播種物をもたない。さらに、従来の中等温度嫌気性消化においては、廃棄物は中等温度範囲内に保持され、部分的に消化された汚泥により、１２日間を超える期間にわたり播種される。対照的に、本発明によれば、発酵された廃棄物の固体及び液体分画は、機械的手段により速やかに分離され、発酵ケーク及び発酵リカーを製造する。
【００１６】
「バイオ廃棄物」とは、通常は、有害な病原菌を含有することがある、生分解性の生材料を含む産業上の操作からの結果として生じる廃棄物ストリームを指すことが理解されよう。かかる廃棄物は、例えば、下水汚泥、農場スラリー、畜殺場廃棄物、及び他の産業上のプロセスからの廃棄物を包含する。さらに、「バイオ廃棄物」とは、比較的高い有機含有量を有する廃棄物を指すべく使用され、ある程度前処理されていた可能性を排除しない。したがって、「バイオ廃棄物」とは、高い有機含有量を有する廃棄物ストリームを指すものとして、幅広く解釈されるべきである。典型的には、これは、約１０，０００ｍｇ／ｌより大きい全化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を有する廃棄物となるであろうが、実際の適用では、当該材料は、３０，０００から１００，０００ｍｇ／Ｌまでの範囲内のＣＯＤと、５，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌの範囲内のＢＯＤ（５日）を有するようである（ＢＯＤは、フィード材料の生分解能を示す）。元の廃棄物ストリームは、１〜４０％の固形物を有してよく、残りは水である。固形物は、部分的に可溶性の形状であり、部分的には懸濁された形状であろう。好ましくは、固形物レベルは３〜１５％の範囲内にあるべきである。廃棄物ストリームの固形物レベルは、任意の都合のよい手段により調整されてよい。例えば、廃棄物ストリームは、廃水を用いて、病原菌削減段階の前か、その間か、又はその後にでも希釈されてよい。希釈により、全揮発性脂肪酸の回収を改善することもできることが判明している。廃棄物ストリームは、好ましくは、有意な病原菌含有量を、殆ど又は全くもたないものであるべきである。
【００１７】
中等温度範囲は、約２５℃から約４６℃までであると理解される。本発明においては、好ましい温度範囲は、３２℃と４２℃の間である。
【００１８】
適当な発酵期間は、約１日間から約６日間までであることが判明している。本発明においては、好ましい発酵期間は、２日間と５日間の間である。したがって、価値ある資源としての使用に適したケーク及びリカーの調製に必要な期間は、本発明の方法の実施により大いに削減される。
【００１９】
本発明に適した固体液体分離法は、遠心分離、ベルトプレス、及びプレートプレスのような、全ての既知の脱水法を包含する。これらのプロセスはしばしば、例えば、凝固剤及び／又はｐＨ調整剤を用いたプレコンディショニングを必要とし、したがって本発明の方法は、プレコンディショニング段階を包含してもよい。本方法は、２０％〜４０％乾燥重量の固形物含有量を有するケークに加えて、一般に５，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物含有量を有するリカーを製造する。
【００２０】
本発明のプロセスは、バッチモードで、又は連続的に操作されてよい。好ましくは、本プロセスは、病原菌バイパスを避ける目的で、連続した複数のリアクタを用いた連続モードで操作される。
【００２１】
さらに好ましくは、発酵された廃棄物の少量部分が、リアクタから引き抜かれ、空気又は酸素がこの発酵廃棄物中へ導入される。発酵廃棄物中に存在するＶＦＡは、二酸化炭素へ酸化されて熱を発生し、それは病原菌削減相にあるバイオ廃棄物を加熱するべく使用されてよく、それにより本発明のプロセスの効率が高められる。
【００２２】
さらに好ましくは、少なくとも３基のベッセル、特に６基が連続的に備えられ、これにおいて発酵廃棄物の少量部分が、１以上のベッセルから移動され、１以上の他のベッセルを加熱するべく使用される。発酵廃棄物により発生された熱は、熱交換器により除去されてもよく、１以上のベッセルへ再循環される。熱除去された、酸化された発酵廃棄物は、次に、１基のベッセル、好ましくは連続的に備えられた最後のベッセルからの廃棄物と合わされ、フィルタ―プレスへと供給される。
【００２３】
別法として、酸素又は空気は間隔をあけて、１基のベッセル、好ましくは最初のベッセルへ添加され、熱を発生するようにしてもよい。
【００２４】
発酵プロセスの間に、いくつかの細菌種は酵素を放出し、脂質、タンパク質、及び炭化水素のような高分子を低分子へ分解する。これにより、他の細菌がそれを利用することが可能であって、最終的にはアンモニア、酢酸、及び二酸化炭素を形成する結果となる。発酵条件は、大腸菌及びサルモネラ属菌のような危険な病原菌が生存できず、破壊されるようなものであることが判明している。さらに、発酵された中間体が希釈されなければ、発酵製品は何ら病原菌の再増殖に貢献する傾向も、また遠心分離の間のように高い剪断率を受けた場合でも、悪臭を発生する傾向も示さなかった。
【００２５】
発酵製品は悪臭を発生する傾向をもたないが、発酵プロセスの間に生じるメルカプタン化合物のような、匂いのある残留化学物質を含有することに注目するべきである。かかる化合物は、通常、悪臭による迷惑を避ける目的で、産物が肥料として土地へ再利用される前に、発酵ケークから除去されるべきである。ケーク悪臭の処理に適した方法は、過酸化物又は亜塩素酸塩のような酸化剤による反応を包含する。別法として、悪臭は、単純に２日間を超える期間にわたり空気に対し暴露することによる、ケークの自然の堆肥化プロセスによって除去されることも可能である。
【００２６】
本発明はまた、発酵された汚泥リカーからメタンガスを製造する方法も提供する。本発明の発酵リカーのために好適な嫌気性消化法は、懸濁培養又は固定フィルム系の双方における、中等温度嫌気性消化及び、高温嫌気性消化といった、全ての既知の嫌気性消化法を包含する。アップフロー・アナエロビック・スラッジ・ベッド（Ｕｐ−ｆｌｏｗ Ａｎｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｅｄ（ＵＡＳＢ））リアクタのような固定フィルム系は、その非常に短い必要水圧保持時間の故に、本発明のために好ましい選択肢である。
【００２７】
本発明は、肥料又は土壌改良剤としての使用に適した発酵ケーク及び、メタン製造に適した発酵リカーを提供するが、かかる製品に関し、他の用途が可能であることが理解されよう。例えば、ケークは、虫培養中のワームに食べさせるか、或いは、肥料化又は乾燥によりさらに処理されて貯蔵及び取扱いを改善することが可能である。さらに、リカーは、生分解性プラスチックのような、他の有用な製品の発酵のための原料としても使用されてよい。いずれの場合においても、発酵リカー及び発酵ケークの双方に関し、各々１，５００ｍｇ／Ｌ及び３，０００ｍｇ／Ｌを超える、アンモニア及びｔＶＦＡレベルが好ましい。ケークは、好ましくは、ドライベースで少なくとも２０％の固形物及び、乾燥固形物１ｇあたり１０，０００ｃｆｕ未満の大腸菌を有する。発酵リカーは、好ましくは２０，０００ｍｇ／Ｌを超えるＣＯＤ及び、３，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物を有する。
【００２８】
本発明の１つの好ましい実施形態においては、本方法はさらに、固体相及び液体相の分離に先立ち、発酵されたバイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程を含んでなる。これにより、リカーは高ＶＦＡ濃度及び、低いリン酸塩濃度を有する。
【００２９】
したがって、本発明の第４の態様は、揮発性脂肪酸が高く、リン酸塩混入が低いリカーを製造するための方法であって、（１）嫌気的条件下に、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内においてバイオ廃棄物を発酵させる工程と、（２）バイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程、及び、（３）続いて、固体相及び液体相を分離する工程を含んでなる方法を提供する。
【００３０】
オルトリン酸塩は、可溶性のリン酸塩の形状にあるリンである。
オルトリン酸塩の析出をもたらすべく、塩又は金属酸化物を用いた任意の適当な析出法が使用されてよいが、好ましくは、塩化マグネシウム又は酸化マグネシウムといったマグネシウム塩が、ストルバイト形成を達成する目的で使用される。
【００３１】
好ましくは、バイオ廃棄物は、４％を超える固形物、理想的には少なくとも５％の固形物をもつ、濃縮された下水汚泥である。
【００３２】
本発明の第４の態様による方法は、全体で５０００ｍｇ／Ｌを超え、そのリン酸塩混入が５０ｍｇ／Ｌ未満、さらに好ましくは、全体で７５００ｍｇ／Ｌを超え、そのＰ混入が１５ｍｇ／Ｌ未満であるＶＦＡを産生する。
【実施例】
【００３３】
本発明の具体的な態様を、単なる実施例として述べる。
実 施 例 １
【００３４】
１Ｌ容量のボトルを、生下水汚泥で満たした。ボトルに蓋を配置した後、３５℃の温度において４日間にわたり、病原菌削減段階において発酵させた。発酵された汚泥の試料は、ベンチスケールの遠心分離により脱水され、発酵ケーク及び発酵リカーの試料を製造した。
【００３５】
実験の結果を以下の表１に要約する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
実 施 例 ２
３２℃の発酵温度において実施例１の実験を２回繰り返した。第１回目の繰り返しにおいては、試料は２日間発酵され、第２回目の繰り返しでは４日間であった。その実験結果を以下の表２に要約する。
【００３８】
【表２】
【００３９】
実 施 例 ３
実施例１より得られた発酵リカー（合計０．７５Ｌ）は、メタンを製造するべく、ベンチトップＵＡＳＢ嫌気性リアクタ内で処理された。実験の結果を以下の表３に要約する。
【００４０】
【表３】
【００４１】
実 施 例 ４
連続した６基のタンクを具備したフルスケールの嫌気性発酵槽は、４２℃の温度において連続モードで稼働された。発酵槽は、１５０ｍ３／日のスループットを有し、平均水圧保持時間を４日間とした。フルスケールの遠心分離により、発酵槽からのアウトプットを脱水した。実験の結果を以下の表４に要約する。
【００４２】
【表４】
【００４３】
実 施 例 ５
フィードとしてブタの汚泥を使用して、実施例１の実験を繰り返した。実験結果を以下の表５に要約する。
【００４４】
【表５】
【００４５】
実 施 例 ６
実施例１の実験を繰り返した。病原菌削減段階の後、発酵汚泥は、ベンチスケールの遠心分離において、試料が脱水されて発酵ケーク及び発酵リカーを製造するに先立ち、実施例３より得られた０．５Ｌの消化されたリカー（すなわち、メタン製造のための嫌気性消化後の、最低の生分解性含有量を有する）で希釈された。発酵リカー中に回収された、揮発性脂肪酸（ｔＶＦＡ）の合計は、実施例１からの結果として生じたものよりも２２％高かった。
【００４６】
実 施 例 ７
発酵汚泥試料（２Ｌ）は、実施例４に記述されたように稼働された、フルスケールの嫌気性発酵槽から採取された。試料はサブ試料ａ及びｂに分けられた。ＭｇＯ粉末は、双方の試料が脱水される前に、サブ試料ｂへ添加された。以下の表６は、リカー試料の分析を示している。
【００４７】
【表６】
【００４８】
表からわかるように、試料の分離に先立つＭｇＯを用いたＰの析出は、リカー試料中のオルトリン酸塩のレベルを大いに低減し、それにより、ＢＮＲ適用において、例えば廃水からのＰ除去のために使用されてもよいリカーを提供する。
【００４９】
以下の実施例８〜１０は、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが、いかにして二酸化炭素へ酸化されて、病原菌削減相において使用されてもよい熱を発生するかを示している。
【００５０】
実 施 例 ８
添付の図面の図１を参照し、本発明によるバイオ廃棄物を処理するさらなる方法についてのプロセス工程系統図を示す。プロセスは、連続した３基の発酵ベッセル（ＥＨ１、ＥＨ２、及びＥＨ３と表示された）からなる。各ベッセルは、容積４００ｍ３であり、稼働温度は３５℃である。稼働中、汚泥フィードストリーム（ストリーム１）は、第１のベッセル（ＥＨ１）へ導入された。フィードストリームは次に、ベッセルＥＨ２及びＥＨ３を通してカスケードされた。ベッセルＥＨ３からの発酵汚泥は、フローの５０％によって二手に分けられ、フィルタ―プレス（Ｐ）へと前方へ供給され、発酵ケークストリーム（ストリーム３）及び発酵リカーストリーム（ストリーム４）とした。発酵ベッセルＥＨ３からの発酵汚泥の残りは、容積８００ｍ３を有する好気性リアクタ（ＡＴＡＤ）へ供給され、それに酸素ストリーム（ストリーム２）がさらに供給された。ＡＴＡＤリアクタ内の生物活性により、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが酸化され、二酸化炭素及び熱となった。ＡＴＡＤリアクタ内の熱は、汚泥の温度を５５℃に上昇させた。酸化された汚泥ストリームは、第１のベッセル（ＥＨ１）へ再循環され、そこで汚泥フィードストリーム（ストリーム１）と混合された。
【００５１】
以下の表７は、各ストリームについて、関連するパラメータの分析を示している。酸化汚泥ストリームの熱含有量により、３基の発酵ベッセルの稼働温度（３５℃）を、何ら外部の熱の投入なしに維持可能であることが判明した。
【００５２】
【表７】
【００５３】
実 施 例 ９
図２を参照し、実施例８の方法の変形についての、プロセス工程系統図を示す。今回においてもプロセスは、連続した３基の発酵ベッセル（ＥＨ１、ＥＨ２、及びＥＨ３と表示された）からなる。各ベッセルは、容積２００ｍ３であり、稼働温度は３５℃である。稼働中、汚泥フィードストリーム（ストリーム１）は、第１のベッセル（ＥＨ１）へ導入された。フィードストリームは次に、ベッセルＥＨ２及びＥＨ３を通してカスケードされた。ベッセルＥＨ３から少量の発酵汚泥が移動され、容積５０ｍ３を有する好気性リアクタ（ＡＴＡＤ）へ供給され、さらに酸素ストリーム（ストリーム２）が供給された。ＡＴＡＤリアクタ内の生物活性により、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが酸化され、二酸化炭素及び熱となった。ＡＴＡＤリアクタ中の熱は、熱交換器（ＨＥＸ）により除去され、第１の発酵ベッセルＥＨ１へ再循環された。余分の熱のない酸化汚泥ストリームは、発酵ベッセルＥＨ３からの残留する汚泥と合わされ、フィルタ―プレス（Ｐ）に向けて前方へ供給され、発酵ケークストリーム（ストリーム３）及び発酵リカーストリーム（ストリーム４）とした。
【００５４】
以下の表８は、各ストリームについて、関連するパラメータの分析を示している。酸化汚泥ストリームの熱含有量により、３基の発酵ベッセルの稼働温度（３５℃）を、何ら外部の熱の投入なしに維持可能であることが判明した。
【００５５】
【表８】
【００５６】
実 施 例 １０
図３を参照し、先の方法のもう１つの変形についてのプロセス工程系統図を示す。プロセスは、連続した３基の発酵ベッセル（ＥＨ１、ＥＨ２、及びＥＨ３と表示された）からなる。各ベッセルは、容積２００ｍ３であり、稼働温度は３５℃である。稼働中、汚泥フィードストリーム（ストリーム１）は、第１のベッセル（ＥＨ１）へ導入された。フィードストリームは次に、ベッセルＥＨ２及びＥＨ３を通してカスケードされた。第１のベッセルＥＨ１には、酸素ストリーム（ストリーム２）が、１日当たり１２時間までの期間にわたり供給された。第１のベッセル（ＥＨ１）内の生物活性により、発酵廃棄物中に存在するＶＦＡが酸化され、二酸化炭素及び熱となった。第１のベッセル（ＥＨ１）内で発生された熱により、その内容物は３５℃に維持された。したがって、第１のベッセルＥＨ１は、一部の時間は発酵槽として、一部の時間は好気性リアクタとして作用した。発酵ベッセルＥＨ３からの発酵汚泥は、フィルタ―プレス（Ｐ）に向けて前方へ供給され、発酵ケークストリーム（ストリーム３）及び発酵リカーストリーム（ストリーム４）とした。
【００５７】
以下の表９は、各ストリームについて、関連するパラメータの分析を示している。第１のベッセル（ＥＨ１）内におけるＶＦＡの酸化によって発生する熱により、３基の発酵ベッセルの稼働温度（３５℃）を、何ら外部の熱の投入なしに維持可能であることが判明した。
【００５８】
【表９】
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明によるバイオ廃棄物を処理するさらなる方法についてのプロセス工程系統図を示す。
【図２】図１による方法の変形についてのプロセス工程系統図を示す。
【図３】図１による方法のもう１つの変形についてのプロセス工程系統図を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオ廃棄物を処理する方法であって、（ｉ）嫌気性条件下での病原菌削減段階において、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内でバイオ廃棄物を発酵させる工程及び（ｉｉ）続いて、固体相及び液体相を分離して、発酵ケーク及び発酵リカーを製造する工程を含んでなる方法。
【請求項２】
前記発酵工程が、実施的に生の、播種されていない廃棄物に対し行われる請求項１に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項３】
発酵前の廃棄物の固形物レベルが３〜１５％の範囲内にある請求項１または２に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項４】
前記発酵段階の温度が、２５℃〜４６℃の範囲内にある請求項１、２、又は３に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項５】
前記発酵段階の温度が、３２℃〜４２℃の範囲内にある請求項４に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項６】
前記発酵期間が、約１日間から約６日間である請求項１ないし５のいずれかに記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項７】
前記発酵期間が、２日間と約５日間の間である請求項６に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項８】
前記発酵工程が、複数の連続したリアクタを用いた連続モードで稼働される前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項９】
病原菌削減段階の間に、発酵廃棄物の少量部分を移動させること、移動された廃棄物に空気／酸素を添加すること、及び、それにより産生された熱を、発酵を受けている廃棄物へ向けること、をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱を発生させるための工程において、バイオ廃棄物に対し酸素又は空気を、間隔をあけて添加することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
熱の除去された、酸化された発酵廃棄物を、次に続く分離に向けて、他の発酵廃棄物と混ぜ合わせることをさらに含んでなる請求項９に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１２】
固体相及び液体相を分離する方法が、遠心分離、ベルトプレス、及びプレートプレスからなる群より選ばれる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１３】
固体／液体の分離に先立ち、発酵バイオ廃棄物をプレコンディショニングする工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１４】
病原菌削減段階の前か、その間か、又はその後に、廃水によりバイオ廃棄物を希釈する工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１５】
分離された発酵リカーを、嫌気性消化法により消化する工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１６】
固体相及び液体相の分離に先立ち、発酵されたバイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１７】
オルトリン酸塩を析出させるために、発酵廃棄物に対しマグネシウム塩が添加される請求項１６に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１８】
オルトリン酸塩を析出させるために、発酵廃棄物に対し酸化マグネシウムが添加される請求項１６に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１９】
前記リカーが、５０００ｍｇ／Ｌを超えるＶＦＡを有しており、全ＶＦＡのリン酸塩混入が５０ｍｇ／Ｌ未満である請求項１６ないし１８のいずれかに記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法によって製造された発酵ケーク。
【請求項２１】
請求項２０に記載の発酵ケークの、土壌肥料としての用途。
【請求項２２】
請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法によって製造された発酵リカー。
【請求項２３】
請求項２２に記載の発酵リカーの、メタンガスの製造のための用途。
【請求項２４】
５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超える全揮発性脂肪酸（ｔＶＦＡ）、及び、乾燥固形物１ｇあたり１００，０００ｃｆｕ未満の大腸菌を含有する、ドライベースで少なくとも１５％の固形物を有するバイオ廃棄物由来の発酵ケーク。
【請求項２５】
ドライベースで少なくとも２０％の固形物を有しており、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニアを含み、少なくとも３０００ｍｇ／ＬのｔＶＦＡ含有量を有し、かつ、大腸菌が、乾燥固形物１ｇあたり１０，０００ｃｆｕ未満の量で存在することを特徴とする請求項２４に記載の発酵ケーク。
【請求項２６】
１０，０００ｍｇ／Ｌを超えるＣＯＤ、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるｔＶＦＡ、及び、５，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物を含有するバイオ廃棄物由来の発酵リカー。
【請求項２７】
前記発酵リカーが、少なくとも２０，０００ｍｇ／ＬのＣＯＤ、少なくとも１５００ｍｇ／Ｌのアンモニアを含有しており、少なくとも３０００ｍｇ／ＬのｔＶＦＡ含有量を有し、かつ、３０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物含有量を有することを特徴とする請求項２６に記載の発酵リカー。
【請求項２８】
揮発性脂肪酸が高く、リン酸塩混入が低いリカーを製造する方法であって、（１）嫌気的条件下に、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内においてバイオ廃棄物を発酵させる工程と、（２）前記バイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程、及び、（３）続いて、固体相及び液体相を分離する工程を含んでなる方法。
【請求項１】
バイオ廃棄物を処理する方法であって、（ｉ）嫌気性条件下での病原菌削減段階において、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内でバイオ廃棄物を発酵させる工程及び（ｉｉ）続いて、固体相及び液体相を分離して、発酵ケーク及び発酵リカーを製造する工程を含んでなる方法。
【請求項２】
前記発酵工程が、実施的に生の、播種されていない廃棄物に対し行われる請求項１に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項３】
発酵前の廃棄物の固形物レベルが３〜１５％の範囲内にある請求項１または２に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項４】
前記発酵段階の温度が、２５℃〜４６℃の範囲内にある請求項１、２、又は３に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項５】
前記発酵段階の温度が、３２℃〜４２℃の範囲内にある請求項４に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項６】
前記発酵期間が、約１日間から約６日間である請求項１ないし５のいずれかに記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項７】
前記発酵期間が、２日間と約５日間の間である請求項６に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項８】
前記発酵工程が、複数の連続したリアクタを用いた連続モードで稼働される前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項９】
病原菌削減段階の間に、発酵廃棄物の少量部分を移動させること、移動された廃棄物に空気／酸素を添加すること、及び、それにより産生された熱を、発酵を受けている廃棄物へ向けること、をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱を発生させるための工程において、バイオ廃棄物に対し酸素又は空気を、間隔をあけて添加することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
熱の除去された、酸化された発酵廃棄物を、次に続く分離に向けて、他の発酵廃棄物と混ぜ合わせることをさらに含んでなる請求項９に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１２】
固体相及び液体相を分離する方法が、遠心分離、ベルトプレス、及びプレートプレスからなる群より選ばれる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１３】
固体／液体の分離に先立ち、発酵バイオ廃棄物をプレコンディショニングする工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１４】
病原菌削減段階の前か、その間か、又はその後に、廃水によりバイオ廃棄物を希釈する工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１５】
分離された発酵リカーを、嫌気性消化法により消化する工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１６】
固体相及び液体相の分離に先立ち、発酵されたバイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程をさらに含んでなる前記いずれかの請求項に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１７】
オルトリン酸塩を析出させるために、発酵廃棄物に対しマグネシウム塩が添加される請求項１６に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１８】
オルトリン酸塩を析出させるために、発酵廃棄物に対し酸化マグネシウムが添加される請求項１６に記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項１９】
前記リカーが、５０００ｍｇ／Ｌを超えるＶＦＡを有しており、全ＶＦＡのリン酸塩混入が５０ｍｇ／Ｌ未満である請求項１６ないし１８のいずれかに記載のバイオ廃棄物を処理する方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法によって製造された発酵ケーク。
【請求項２１】
請求項２０に記載の発酵ケークの、土壌肥料としての用途。
【請求項２２】
請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法によって製造された発酵リカー。
【請求項２３】
請求項２２に記載の発酵リカーの、メタンガスの製造のための用途。
【請求項２４】
５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超える全揮発性脂肪酸（ｔＶＦＡ）、及び、乾燥固形物１ｇあたり１００，０００ｃｆｕ未満の大腸菌を含有する、ドライベースで少なくとも１５％の固形物を有するバイオ廃棄物由来の発酵ケーク。
【請求項２５】
ドライベースで少なくとも２０％の固形物を有しており、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニアを含み、少なくとも３０００ｍｇ／ＬのｔＶＦＡ含有量を有し、かつ、大腸菌が、乾燥固形物１ｇあたり１０，０００ｃｆｕ未満の量で存在することを特徴とする請求項２４に記載の発酵ケーク。
【請求項２６】
１０，０００ｍｇ／Ｌを超えるＣＯＤ、５００ｍｇ／Ｌを超えるアンモニア、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるｔＶＦＡ、及び、５，０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物を含有するバイオ廃棄物由来の発酵リカー。
【請求項２７】
前記発酵リカーが、少なくとも２０，０００ｍｇ／ＬのＣＯＤ、少なくとも１５００ｍｇ／Ｌのアンモニアを含有しており、少なくとも３０００ｍｇ／ＬのｔＶＦＡ含有量を有し、かつ、３０００ｍｇ／Ｌ未満の懸濁固形物含有量を有することを特徴とする請求項２６に記載の発酵リカー。
【請求項２８】
揮発性脂肪酸が高く、リン酸塩混入が低いリカーを製造する方法であって、（１）嫌気的条件下に、あらかじめ決められた期間にわたり、中等温度の範囲内においてバイオ廃棄物を発酵させる工程と、（２）前記バイオ廃棄物中に含有されるオルトリン酸塩を析出させる工程、及び、（３）続いて、固体相及び液体相を分離する工程を含んでなる方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００９−５００１５２（Ｐ２００９−５００１５２Ａ）
【公表日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１８９７８（Ｐ２００８−５１８９７８）
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００２４７９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００３９４０
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５０８００４４８７）ユナイテッド・ユーティリティーズ・パブリック・リミテッド・カンパニー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＵＴＩＬＩＴＩＥＳ ＰＬＣ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００２４７９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００３９４０
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５０８００４４８７）ユナイテッド・ユーティリティーズ・パブリック・リミテッド・カンパニー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＵＴＩＬＩＴＩＥＳ ＰＬＣ
【Ｆターム（参考）】
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