食品廃棄物のメタン発酵処理方法及び該システム
【課題】高脂質含有食品廃棄物の分解性を改善し効率よくメタン発酵処理できるとともに、加温に必要なエネルギーを節減することができる食品廃棄物のメタン発酵処理方法及び該システムを提供する。
【解決手段】脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３とを同一のメタン発酵槽７内にて中温発酵温度でメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法において、高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３を夫々別個の前処理設備１、４にて破砕、選別した後、高脂質含有食品廃棄物２２を第１調整槽２で加温して可溶化するとともに、他の食品廃棄物２２を第２調整槽５で加温して可溶化し、これらの第１調整槽２、５から排出される液状廃棄物２２、２４を夫々メタン発酵槽７に供給するようにし、第１調整槽２を第２調整槽５より高い温度に設定した。
【解決手段】脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３とを同一のメタン発酵槽７内にて中温発酵温度でメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法において、高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３を夫々別個の前処理設備１、４にて破砕、選別した後、高脂質含有食品廃棄物２２を第１調整槽２で加温して可溶化するとともに、他の食品廃棄物２２を第２調整槽５で加温して可溶化し、これらの第１調整槽２、５から排出される液状廃棄物２２、２４を夫々メタン発酵槽７に供給するようにし、第１調整槽２を第２調整槽５より高い温度に設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高脂質含有食品廃棄物を含む食品廃棄物をメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法及び該システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性廃棄物の処理方法として、環境負荷が小さく且つエネルギーや資源を回収できるメタン発酵処理が広く用いられている。このうち、厨芥、食品加工残渣等の食品廃棄物は、一般に図５に示される処理フローによりメタン発酵処理される。食品廃棄物は固形物濃度が数万〜数十万ｍｇ／ｌと高く、且つ粗大な固形物を多く含むため、まず前処理設備５１で破砕や選別等の前処理を行った後、調整槽５２で希釈水を加えて可溶化処理を行う。調整槽５２では、槽内温度を４０℃程度とし食品廃棄物を加温することにより、廃棄物中の有機物を可溶化、加水分解して低分子化する。調整槽５２から排出される液状廃棄物は、メタン発酵槽５３にてメタン生成菌の分解作用によりメタン発酵処理される。メタン発酵処理で発生したバイオガスは、ガスホルダ５４に回収され脱硫塔５５で脱硫された後、ガスエンジン５６等のガス利用設備にて有効利用される。一方、メタン発酵槽５３から引き抜かれた消化汚泥は、水処理設備５７にて処理される。
【０００３】
メタン発酵処理には、中温メタン発酵と高温メタン発酵がある。中温メタン発酵は、温度３７℃付近に活性のピークがある中温菌により分解が行われ、高温メタン発酵は、温度５５℃付近に活性のピークがある高温菌により分解が行われる。通常メタン発酵処理を行う場合、高温メタン発酵か中温メタン発酵の何れかに適した温度に管理される。食品廃棄物に含まれる脂質は、温度が高い方が粘度が低く分散性がよくなり分解率が高くなるため、高温メタン発酵が適していると考えられている。しかし、高温メタン発酵は処理速度が速く分解率は高いが、アンモニアの阻害があり中温メタン発酵よりも安定ではないという問題がある。また、脂質を含有する食品廃棄物を単独でメタン発酵処理することは少なく、他の食品廃棄物と混合してメタン発酵処理することが多いため、高温メタン発酵を採用すると加温のエネルギーが極めて大きくなってしまうことから中温メタン発酵が用いられることが多い。
【０００４】
食品廃棄物を中温メタン発酵するとき、チーズ、バター、サラダ油等の高脂質含有食品廃棄物が搬入された場合、調整槽において他の食品廃棄物と混合して可溶化処理するが、脂質は難分解性であるため、十分な可溶化、低分子化が行えないまま、他の食品廃棄物とともにメタン発酵槽へ投入されると、脂質は界面活性剤の役割を果たし、メタン発酵槽内の発酵液の表面張力を低下させ発泡を引き起こしたり、温度が低いと固まるためメタン発酵槽上部に蓄積し、スカム形成の原因になったりし、バイオガス排出の障害を引き起こすなど、トラブルの要因となる。
【０００５】
そこで特許文献１（特許第３６０９３３２号公報）には、油脂含有廃棄物に固形有機性廃棄物を混合し、４０℃以上８０℃以下の加温条件で加温し、油脂を可溶化した後にメタン発酵処理する方法が開示されている。
また、特許文献２（特開２００４−３３０１５３号公報）には、有機性廃棄物のうち、セルロース系及び／又は脂質系有機性廃棄物を高温酸発酵する工程Ａと、たんぱく質系有機性廃棄物を工程Ａより高い温度で且つ微好気条件で酸発酵する工程Ｂとを備え、これらの処理液を易分解性有機性廃棄物とともにメタン発酵する方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３６０９３３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３３０１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、高脂質含有食品廃棄物を含む食品廃棄物をメタン発酵処理する場合、脂質が難分解性であるため、メタン発酵槽にスカムが発生したりバイオガス排出に障害が生じるなどのトラブルが発生する惧れがあった。
特許文献１に記載されるように、固形有機性廃棄物を混合した油脂含有廃棄物を加温して可溶化する方法では、分解性は向上するが、固形有機性廃棄物と油脂含有廃棄物の全量を、油脂が可溶化される温度に加温しているため、加温に必要とされるエネルギーが増大し、ランニングコストが増加するという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載される方法は、たんぱく質系有機性廃棄物をより高い温度で酸発酵し、たんぱく質の分解性を改善することを目的としているが、たんぱく質を多く含有する廃棄物は汚泥等であり、食品廃棄物中のたんぱく質は、比較的易分解であり、問題となることは少ない。また、易分解性有機性廃棄物をメタン発酵槽に直接投入しているが、食品廃棄物の場合、粗大な固形物を多く含むため前処理せずにメタン発酵することは困難である。さらに、高温発酵槽を２つ設けた構成としているが、これによりメタン発酵槽に投入された処理液が中温発酵温度よりも高くなることが考えられ、冷却装置を備える必要が生じるため熱効率が低下する惧れがあった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、高脂質含有食品廃棄物の分解性を改善し効率よくメタン発酵処理できるとともに、加温に必要なエネルギーを節減することができる食品廃棄物のメタン発酵処理方法及び該システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを同一のメタン発酵槽内にて中温発酵温度でメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法において、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を夫々別個の前処理装置にて破砕、選別した後、前記高脂質含有食品廃棄物を第１調整槽で加温して可溶化するとともに、前記他の食品廃棄物を第２調整槽で加温して可溶化し、これらの調整槽から排出される液状廃棄物を夫々前記メタン発酵槽に供給するようにし、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物を、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能となり、またバイオガスの回収量を増加させより多くのエネルギーを回収することが可能となる。
即ち、高脂質含有食品廃棄物と他の食品廃棄物とを夫々別個の調整槽にて可溶化処理し、高脂質含有食品廃棄物を可溶化する第１調整槽を他の食品廃棄物を可溶化する第２調整槽よりも高い温度に設定することにより、高脂質含有食品廃棄物を速い速度で、且つメタン発酵が可能な状態まで十分に分解、低分子化することが可能となる。また高脂質含有食品廃棄物と他の食品廃棄物を一緒に可溶化する場合に比べて、調整槽の大きさを大幅に低減可能で、且つ加温に必要なエネルギーを節減することが可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。尚、高脂質含有食品廃棄物は、例えば有機物中の脂質が１０％以上である食品廃棄物とする。
【００１１】
また、前記第１調整槽から前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽に供給される他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物の流量を調整することを特徴とする。
これにより、加温された液状廃棄物の流入によりメタン発酵槽内の温度がメタン処理温度より高くなり、冷却装置等により冷却しなければならない事態を回避できる。
【００１２】
また、前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加することを特徴とする。
これにより、高脂質含有食品廃棄物の分解、低分子化をより一層促進することができ、メタン発酵の高効率化、バイオガス回収率の向上が可能となる。
【００１３】
さらに、前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理することを特徴とする。
高脂質含有食品廃棄物中には窒素分が多く含まれるため、硝化脱窒処理することにより消化汚泥に残留する窒素分を除去することができる。また、従来のシステムでは、高脂質含有食品廃棄物は分解性が悪いためメタン発酵処理を行った後に未分解の脂質が残存することがあるが、未分解の脂質は酸素を消費してしまい、硝化脱窒処理の阻害となることがあった。しかし本発明のシステムによれば、高温の第１調整槽を設けることによりメタン発酵槽で脂質も十分に分解することができるため、硝化脱窒処理を安定して行うことが可能となる。
【００１４】
さらにまた、前記硝化脱窒処理した処理水の少なくとも一部を返送し、前記調整槽の希釈水として用いることを特徴とする。
これにより、排水量を低減することが可能であり、また希釈水を外部から供給する必要がなくなるため、ランニングコストを削減することが可能である。
【００１５】
また、脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを中温発酵温度でメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた食品廃棄物のメタン発酵処理システムにおいて、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を破砕、選別する前処理装置を夫々別個に設けるとともに、
前記前処理した高脂質含有食品廃棄物を加温して可溶化する第１調整槽と、前記前処理した他の食品廃棄物を加温して可溶化する第２調整槽とを設け、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記第１調整槽から前記メタン発酵槽への高脂質含有食品廃棄物の流量を調整する第１流量調整手段と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽への他の食品廃棄物の流量を調整する第２流量調整手段と、を備え、
前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、前記第１調整槽は４０℃〜８０℃に設定され、前記第２調整槽は前記中温発酵温度以下に設定されることが好適である。
さらに、前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加する分解促進剤添加装置を設けたことを特徴とする。
さらにまた、前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理する硝化・脱窒処理装置を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上記載のごとく本発明によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物を、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能となり、またバイオガスの回収量を増加させより多くのエネルギーを回収することが可能となる。
即ち、高脂質含有食品廃棄物を、専用の第１調整槽にて高い温度で可溶化処理することにより、高脂質含有食品廃棄物を速い速度で、且つメタン発酵が可能な状態まで十分に分解、低分子化することが可能となり、また調整槽の大きさを大幅に低減可能で、加温に必要なエネルギーを節減することが可能となる。
また、メタン発酵槽内の温度を中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物の流量を調整することにより、加温された液状廃棄物の流入によりメタン発酵槽内の温度がメタン処理温度より高くなり、冷却装置等により冷却しなければならない事態を回避できる。
【００１９】
さらに、第１調整槽に分解促進剤を添加することにより、高脂質含有食品廃棄物の分解、低分子化をより一層促進することができ、メタン発酵の高効率化、バイオガス回収率の向上が可能となる。
さらにまた、メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理することにより消化汚泥に残留する窒素分、特にアンモニアを除去することができる。また、第１調整槽を設けることによりメタン発酵槽で脂質も十分に分解することができるため、硝化脱窒処理を安定して行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２１】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態に係る食品廃棄物の処理システムは、高脂質含有食品廃棄物２１が投入され、破砕、選別等の前処理を行う前処理設備１と、前処理された高脂質含有食品廃棄物を加温して可溶化処理する第１調整槽２と、高脂質含有食品廃棄物２１を除く他の食品廃棄物２３が投入され、破砕、選別等の前処理を行う前処理設備４と、前処理された他の食品廃棄物を加温して可溶化処理する第２調整槽５と、第１調整槽２からの液状廃棄物（高脂質含有食品廃棄物）２２が圧送ポンプ３により供給されるとともに、第２調整槽５からの液状廃棄物（他の食品廃棄物）２４が圧送ポンプ６により供給され、これらの液状廃棄物を中温発酵温度にてメタン発酵するメタン発酵槽７と、を備える。
【００２２】
前記前処理設備１に投入される高脂質含有食品廃棄物２１は、例えばチーズ、バター、サラダ油等の脂質含有率が高い食品廃棄物である。好適には、有機物中の脂質が１０％以上である食品廃棄物とする。前処理設備１は、食品廃棄物をメタン発酵に適したものにする前処理を行う設備であり、破砕、選別の少なくとも何れかの処理を含む。破砕はメタン発酵に適した大きさに食品廃棄物を破砕する。選別は、ビニールやプラスチック等のメタン発酵に不適なものを除去する。前処理設備１としては、回転式選別機、回転ブレード式破砕選別機、選択破砕選別機、圧縮選別機、湿式粉砕選別機等が用いられる。
前記前処理設備４は、前記前処理設備１と同様の構成が用いられる。該前処理設備４に投入される他の食品廃棄物２３は、高脂質含有廃棄物２１を除く、厨芥、食品加工残渣等の食品廃棄物である。
【００２３】
前記第１調整槽２には、前処理設備１で前処理された高脂質含有食品廃棄物２１が供給されるとともに、希釈水３０が供給される。該第１調整槽２は加熱手段（図示略）により加温され、高脂質含有食品廃棄物２１を可溶化処理する。好適には、第１調整槽２は４０℃〜８０℃に加温される。可溶化処理では、固形物を低分子化して溶解性にする。このとき、一部酸発酵が行われることも含む。
前記第２調整槽５には、前処理設備４で前処理された他の食品廃棄物２３が供給されるとともに、希釈水３１が供給される。該第２調整槽５は加熱手段（図示略）により第１調整槽２より低い温度で加温され、他の食品廃棄物２３を可溶化処理する。好適には、第２調整槽５はメタン発酵槽７の温度（中温発酵温度）以下とする。さらに好適には３０℃以上４０℃未満に加温される。また、調整槽２、５は、希釈水３０、３１による水量調整や濃度調整、撹拌手段による混合が行われる。
【００２４】
前記メタン発酵槽７は、第１調整槽２からの高脂質含有食品廃棄物２２が圧送ポンプ３により供給されるとともに、第２調整槽５からの他の食品廃棄物２４が圧送ポンプ６により供給される。このとき、メタン発酵槽７の前段に混合槽（図示略）を設け、液状廃棄物２２、２４を予め混合した後、メタン発酵槽７に供給するようにしてもよい。
該メタン発酵槽７はメタン生成菌が卓越して繁殖できる環境に温度、ｐＨ等の条件が維持されており、槽内で有機物を主にガス化反応によって分解処理することによりバイオガスを生成させる。メタン発酵槽７の温度は、加熱手段（図示略）により３０〜４０℃、好適には３５±２℃の中温に維持される。混合液は撹拌手段により撹拌されながら所定の滞留時間保持される。
【００２５】
以上の構成を有する処理システムについて、その作用を処理方法とともに説明する。
高脂質含有食品廃棄物２１は、前処理設備１にて破砕、選別等の前処理が施された後、第１調整槽２にて希釈水３０を供給し、４０〜８０℃の温度に加温され、可溶化処理される。該第１調整槽２には難分解性の高脂質含有食品廃棄物が供給されるが、４０〜８０℃の高温に加温されることから脂質が十分に溶解し、低分子化される。一方、他の食品廃棄物２３は、前処理設備４にて破砕、選別等の前処理が施された後、第２調整槽５にて希釈水３１を供給し、第１調整槽２より低い温度、好適にはメタン発酵槽７の温度（中温発酵温度）以下、さらに好適には３０℃以上４０℃未満の温度に加温され、可溶化処理される。該第２調整槽５に供給される食品廃棄物には脂質は殆ど含まれないため、４０℃未満の温度で容易に可溶化する。
【００２６】
第１調整槽２からの高脂質含有食品廃棄物２２は、圧送ポンプ３によりメタン発酵槽７に送給されるとともに、第２調整槽５からの他の食品廃棄物２４は、圧送ポンプ６によりメタン発酵槽７に送給される。このとき、夫々の液状廃棄物２２、２４の流量は、圧送ポンプ３、６により調整される。
メタン発酵槽７では、高脂質含有食品廃棄物２２と他の食品廃棄物２４の混合液がメタン発酵され、バイオガス２５が発生するとともに消化汚泥２６が発生する。バイオガス２５は、回収してメタン利用設備にて有効利用することが好ましい。一例として、バイオガス２５をガスホルダ１２に回収し、該バイオガス２５を脱硫塔１３にて脱硫した後、ガスエンジン１４の燃料とする。消化汚泥２６は、圧送ポンプ８にて水処理設備９に送給し、該水処理設備９にて曝気処理、活性汚泥処理等の水処理を行った後、脱水機１０にて脱水し、処理水２７は液肥等に利用するために場外に搬出する。脱水機１０からの脱水汚泥は、乾燥機１１にて乾燥し、乾燥汚泥２８は焼却処理、燃料化処理、埋立処理等を行うために場外に搬出する。
【００２７】
本実施形態によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物２１を、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能となり、またバイオガスの回収量を増加させより多くのエネルギーを回収することが可能となる。
即ち、高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３とを夫々別個の調整槽２、５にて可溶化処理し、高脂質含有食品廃棄物を可溶化する第１調整槽２を他の食品廃棄物を可溶化する第２調整槽５よりも高い温度に設定することにより、高脂質含有食品廃棄物２１を、速い速度で且つメタン発酵が可能な状態まで十分に分解、低分子化することが可能となる。また高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３を一緒に可溶化する場合に比べて、調整槽の大きさを大幅に低減可能で、且つ加温に必要なエネルギーを節減することが可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。
【００２８】
また、図２に示すように、本実施形態において、メタン発酵槽７に供給する液状廃棄物２２、２４の流量を夫々調整する制御を行うことが好ましい。
第１調整槽２からメタン発酵槽７に供給される高脂質含有食品廃棄物２２の熱量と、第２調整槽５からメタン発酵槽７に供給される他の食品廃棄物２４の熱量の計が、メタン発酵槽７内の温度を中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物２２、２４の流量を制御装置３５により制御する。
【００２９】
具体的には、以下のように制御される。
Ａにおける高脂質含有食品廃棄物２２の熱量をＱＡ＝ｍ１・ｔ１（質量：ｍ１、温度：ｔ１）、Ｂにおける他の食品廃棄物２４の熱量をＱＢ＝ｍ２・ｔ２（質量：ｍ２、温度：ｔ２）、Ｃにおけるメタン発酵槽内の混合液の熱量をＱＣ＝ｍ３・ｔ３（質量：ｍ３、温度：ｔ３）、Ｄにおけるメタン発酵槽からの放熱量をＱＤ、Ｅにおけるバイオガスの熱量をＱＥ＝ｍ４・ｔ４（質量：ｍ４、温度：ｔ３）、Ｆにおける引き抜き消化汚泥の熱量をＱＦ＝ｍ５・ｔ５（質量：ｍ５、温度：ｔ３）とすると、メタン発酵槽内混合液の入熱はＱＡ＋ＱＢ、メタン発酵槽内混合液からの出熱はＱＤ＋ＱＥ＋ＱＦとなり、メタン発酵槽内混合液の熱量ＱＣは以下の式（１）となる。
ＱＣ＝ＱＡ＋ＱＢ−（ＱＤ＋ＱＥ＋ＱＦ） ・・・（１）
これは、以下の式（２）で表される。
ＱＣ＝ｍ１・ｔ１＋ｍ２・ｔ２−ＱＤ−（ｍ４＋ｍ５）・ｔ３ ・・・（２）
【００３０】
ここから、メタン発酵槽内の温度ｔ３は以下の式（３）で表される。
ｔ３＝（ｍ１・ｔ１＋ｍ２・ｔ２−ＱＤ）÷（ｍ３＋ｍ４＋ｍ５） ・・・（３）
そして、メタン発酵槽内の温度ｔ３が、メタン発酵処理の温度（中温発酵温度）と同等若しくはこれより低くなるように設定する。
ｔ３≦メタン発酵処理温度 ・・・（４）
従って、上記式（３）と式（４）を満たすように、制御装置３５により圧送ポンプ３、６を制御し、高脂質含有食品廃棄物２２の質量ｍ１を流量調整するとともに、他の食品廃棄物２４の質量ｍ２を流量調整する。尚、式（４）において、ｔ１は４０℃〜８０℃の所定温度、ｔ２はｔ１より低い所定温度、ｍ３、ｍ４、ｍ５は反応によって決定する量である。
これにより、加温された液状廃棄物２２、２４の流入によりメタン発酵槽７内の温度が中温発酵温度より高くなり冷却装置等により冷却しなければならない事態を回避できる。
【００３１】
図３は、本発明の第２実施形態に係る処理システムのブロック図である。尚、以下に示す第２実施形態、第３実施形態において、上記した第１実施形態と同様の構成については、その詳細な説明を省略する。
図３に示すように、第２実施形態では、高脂質含有食品廃棄物２１を可溶化する第１調整槽２に分解促進剤３３を添加する分解促進剤添加装置１５を設けた構成としている。分解促進剤添加装置１５としては、酵素添加装置、酸化促進剤注入装置、アルカリ注入装置等が用いられ、これらのうち少なくとも一つ、或いは複数の組み合わせとする。
【００３２】
酵素添加装置は、脂質を分解する酵素を添加する装置であり、酵素としてはリパーゼ等が用いられる。リパーゼは、脂質のエステル結合を加水分解し、脂質の低分子化を促進する。
酸化促進剤注入装置は、脂質の酸化を促進する酸化剤を添加する装置であり、酸化剤としては、オゾン、過酢酸、過酸化水素等が用いられる。酸化剤はその強力な酸化力により有機物を酸化分解する作用を有しており、脂質の低分子化にも有効である。
アルカリ注入装置は、脂質をアルカリ分解するアルカリ剤を添加する装置であり、アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等が用いられる。アルカリ剤は有機物の加水分解反応を促進させる作用を有しており、脂質の低分子化にも有効である。
本実施形態によれば、高脂質含有食品廃棄物２１の分解、低分子化をより一層促進することができ、メタン発酵の高効率化、バイオガス回収率の向上が可能となる。
【００３３】
図４は、本発明の第３実施形態に係る処理システムのブロック図である。図４に示すように、第３実施形態では、メタン発酵槽７から引き抜かれた消化汚泥２６を処理する水処理設備９として、硝化・脱窒設備９ａを備えた構成としている。硝化・脱窒設備９ａは、脱窒素槽、硝化槽等を組み合わせた周知の装置であり、消化汚泥２６に含まれるＢＯＤ、窒素を除去する。これにより、下水放流基準を満たす処理水とすることができる。
【００３４】
本実施形態によれば、高脂質含有食品廃棄物２１中には窒素分が多く含まれるため、硝化・脱窒設備９ａを備えることにより、メタン発酵槽７からの消化汚泥２６に残留する窒素分、特にアンモニアを除去することができる。また、従来のシステムでは、高脂質含有食品廃棄物２１は分解性が悪いためメタン発酵処理を行った後に未分解の脂質が残存することがあるが、未分解の脂質は酸素を消費してしまい、硝化脱窒処理の阻害となることがあった。しかし本実施形態のシステムによれば、高温の第１調整槽２を設けることによりメタン発酵槽７にて脂質も十分に分解することができるため、硝化脱窒処理を安定して行うことが可能となる。
【００３５】
また、好適には、硝化・脱窒設備９ａからの処理水若しくは脱水機１０からの処理水の少なくとも一部を返送し、第１調整槽２及び／又は第２調整槽５の希釈水３４、３５として用いるとよい。これにより、排水量を低減することが可能であり、また希釈水を外部から供給する必要がなくなるため、ランニングコストを削減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物であっても、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能で、またより多くのエネルギーを回収することが可能であるため、厨芥、食品加工残渣等の処理システムに幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る処理システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る処理システムの制御方法を説明する図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る処理システムのブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る処理システムのブロック図である。
【図５】従来のメタン発酵処理システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、４ 前処理設備
２ 第１調整槽
３、６、８ 圧送ポンプ
５ 第２調整槽
７ メタン発酵槽
９ 水処理設備
９ａ 硝化・脱窒設備
１０ 脱水機
１１ 乾燥機
２１ 高脂質含有食品廃棄物
２２ 液状廃棄物（高脂質含有食品廃棄物）
２３ 他の食品廃棄物
２４ 液状廃棄物（他の食品廃棄物）
２５ バイオガス
２６ 消化汚泥
３０、３１ 希釈水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高脂質含有食品廃棄物を含む食品廃棄物をメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法及び該システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性廃棄物の処理方法として、環境負荷が小さく且つエネルギーや資源を回収できるメタン発酵処理が広く用いられている。このうち、厨芥、食品加工残渣等の食品廃棄物は、一般に図５に示される処理フローによりメタン発酵処理される。食品廃棄物は固形物濃度が数万〜数十万ｍｇ／ｌと高く、且つ粗大な固形物を多く含むため、まず前処理設備５１で破砕や選別等の前処理を行った後、調整槽５２で希釈水を加えて可溶化処理を行う。調整槽５２では、槽内温度を４０℃程度とし食品廃棄物を加温することにより、廃棄物中の有機物を可溶化、加水分解して低分子化する。調整槽５２から排出される液状廃棄物は、メタン発酵槽５３にてメタン生成菌の分解作用によりメタン発酵処理される。メタン発酵処理で発生したバイオガスは、ガスホルダ５４に回収され脱硫塔５５で脱硫された後、ガスエンジン５６等のガス利用設備にて有効利用される。一方、メタン発酵槽５３から引き抜かれた消化汚泥は、水処理設備５７にて処理される。
【０００３】
メタン発酵処理には、中温メタン発酵と高温メタン発酵がある。中温メタン発酵は、温度３７℃付近に活性のピークがある中温菌により分解が行われ、高温メタン発酵は、温度５５℃付近に活性のピークがある高温菌により分解が行われる。通常メタン発酵処理を行う場合、高温メタン発酵か中温メタン発酵の何れかに適した温度に管理される。食品廃棄物に含まれる脂質は、温度が高い方が粘度が低く分散性がよくなり分解率が高くなるため、高温メタン発酵が適していると考えられている。しかし、高温メタン発酵は処理速度が速く分解率は高いが、アンモニアの阻害があり中温メタン発酵よりも安定ではないという問題がある。また、脂質を含有する食品廃棄物を単独でメタン発酵処理することは少なく、他の食品廃棄物と混合してメタン発酵処理することが多いため、高温メタン発酵を採用すると加温のエネルギーが極めて大きくなってしまうことから中温メタン発酵が用いられることが多い。
【０００４】
食品廃棄物を中温メタン発酵するとき、チーズ、バター、サラダ油等の高脂質含有食品廃棄物が搬入された場合、調整槽において他の食品廃棄物と混合して可溶化処理するが、脂質は難分解性であるため、十分な可溶化、低分子化が行えないまま、他の食品廃棄物とともにメタン発酵槽へ投入されると、脂質は界面活性剤の役割を果たし、メタン発酵槽内の発酵液の表面張力を低下させ発泡を引き起こしたり、温度が低いと固まるためメタン発酵槽上部に蓄積し、スカム形成の原因になったりし、バイオガス排出の障害を引き起こすなど、トラブルの要因となる。
【０００５】
そこで特許文献１（特許第３６０９３３２号公報）には、油脂含有廃棄物に固形有機性廃棄物を混合し、４０℃以上８０℃以下の加温条件で加温し、油脂を可溶化した後にメタン発酵処理する方法が開示されている。
また、特許文献２（特開２００４−３３０１５３号公報）には、有機性廃棄物のうち、セルロース系及び／又は脂質系有機性廃棄物を高温酸発酵する工程Ａと、たんぱく質系有機性廃棄物を工程Ａより高い温度で且つ微好気条件で酸発酵する工程Ｂとを備え、これらの処理液を易分解性有機性廃棄物とともにメタン発酵する方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３６０９３３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３３０１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、高脂質含有食品廃棄物を含む食品廃棄物をメタン発酵処理する場合、脂質が難分解性であるため、メタン発酵槽にスカムが発生したりバイオガス排出に障害が生じるなどのトラブルが発生する惧れがあった。
特許文献１に記載されるように、固形有機性廃棄物を混合した油脂含有廃棄物を加温して可溶化する方法では、分解性は向上するが、固形有機性廃棄物と油脂含有廃棄物の全量を、油脂が可溶化される温度に加温しているため、加温に必要とされるエネルギーが増大し、ランニングコストが増加するという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載される方法は、たんぱく質系有機性廃棄物をより高い温度で酸発酵し、たんぱく質の分解性を改善することを目的としているが、たんぱく質を多く含有する廃棄物は汚泥等であり、食品廃棄物中のたんぱく質は、比較的易分解であり、問題となることは少ない。また、易分解性有機性廃棄物をメタン発酵槽に直接投入しているが、食品廃棄物の場合、粗大な固形物を多く含むため前処理せずにメタン発酵することは困難である。さらに、高温発酵槽を２つ設けた構成としているが、これによりメタン発酵槽に投入された処理液が中温発酵温度よりも高くなることが考えられ、冷却装置を備える必要が生じるため熱効率が低下する惧れがあった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、高脂質含有食品廃棄物の分解性を改善し効率よくメタン発酵処理できるとともに、加温に必要なエネルギーを節減することができる食品廃棄物のメタン発酵処理方法及び該システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを同一のメタン発酵槽内にて中温発酵温度でメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法において、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を夫々別個の前処理装置にて破砕、選別した後、前記高脂質含有食品廃棄物を第１調整槽で加温して可溶化するとともに、前記他の食品廃棄物を第２調整槽で加温して可溶化し、これらの調整槽から排出される液状廃棄物を夫々前記メタン発酵槽に供給するようにし、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物を、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能となり、またバイオガスの回収量を増加させより多くのエネルギーを回収することが可能となる。
即ち、高脂質含有食品廃棄物と他の食品廃棄物とを夫々別個の調整槽にて可溶化処理し、高脂質含有食品廃棄物を可溶化する第１調整槽を他の食品廃棄物を可溶化する第２調整槽よりも高い温度に設定することにより、高脂質含有食品廃棄物を速い速度で、且つメタン発酵が可能な状態まで十分に分解、低分子化することが可能となる。また高脂質含有食品廃棄物と他の食品廃棄物を一緒に可溶化する場合に比べて、調整槽の大きさを大幅に低減可能で、且つ加温に必要なエネルギーを節減することが可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。尚、高脂質含有食品廃棄物は、例えば有機物中の脂質が１０％以上である食品廃棄物とする。
【００１１】
また、前記第１調整槽から前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽に供給される他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物の流量を調整することを特徴とする。
これにより、加温された液状廃棄物の流入によりメタン発酵槽内の温度がメタン処理温度より高くなり、冷却装置等により冷却しなければならない事態を回避できる。
【００１２】
また、前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加することを特徴とする。
これにより、高脂質含有食品廃棄物の分解、低分子化をより一層促進することができ、メタン発酵の高効率化、バイオガス回収率の向上が可能となる。
【００１３】
さらに、前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理することを特徴とする。
高脂質含有食品廃棄物中には窒素分が多く含まれるため、硝化脱窒処理することにより消化汚泥に残留する窒素分を除去することができる。また、従来のシステムでは、高脂質含有食品廃棄物は分解性が悪いためメタン発酵処理を行った後に未分解の脂質が残存することがあるが、未分解の脂質は酸素を消費してしまい、硝化脱窒処理の阻害となることがあった。しかし本発明のシステムによれば、高温の第１調整槽を設けることによりメタン発酵槽で脂質も十分に分解することができるため、硝化脱窒処理を安定して行うことが可能となる。
【００１４】
さらにまた、前記硝化脱窒処理した処理水の少なくとも一部を返送し、前記調整槽の希釈水として用いることを特徴とする。
これにより、排水量を低減することが可能であり、また希釈水を外部から供給する必要がなくなるため、ランニングコストを削減することが可能である。
【００１５】
また、脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを中温発酵温度でメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた食品廃棄物のメタン発酵処理システムにおいて、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を破砕、選別する前処理装置を夫々別個に設けるとともに、
前記前処理した高脂質含有食品廃棄物を加温して可溶化する第１調整槽と、前記前処理した他の食品廃棄物を加温して可溶化する第２調整槽とを設け、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記第１調整槽から前記メタン発酵槽への高脂質含有食品廃棄物の流量を調整する第１流量調整手段と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽への他の食品廃棄物の流量を調整する第２流量調整手段と、を備え、
前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、前記第１調整槽は４０℃〜８０℃に設定され、前記第２調整槽は前記中温発酵温度以下に設定されることが好適である。
さらに、前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加する分解促進剤添加装置を設けたことを特徴とする。
さらにまた、前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理する硝化・脱窒処理装置を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上記載のごとく本発明によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物を、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能となり、またバイオガスの回収量を増加させより多くのエネルギーを回収することが可能となる。
即ち、高脂質含有食品廃棄物を、専用の第１調整槽にて高い温度で可溶化処理することにより、高脂質含有食品廃棄物を速い速度で、且つメタン発酵が可能な状態まで十分に分解、低分子化することが可能となり、また調整槽の大きさを大幅に低減可能で、加温に必要なエネルギーを節減することが可能となる。
また、メタン発酵槽内の温度を中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物の流量を調整することにより、加温された液状廃棄物の流入によりメタン発酵槽内の温度がメタン処理温度より高くなり、冷却装置等により冷却しなければならない事態を回避できる。
【００１９】
さらに、第１調整槽に分解促進剤を添加することにより、高脂質含有食品廃棄物の分解、低分子化をより一層促進することができ、メタン発酵の高効率化、バイオガス回収率の向上が可能となる。
さらにまた、メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理することにより消化汚泥に残留する窒素分、特にアンモニアを除去することができる。また、第１調整槽を設けることによりメタン発酵槽で脂質も十分に分解することができるため、硝化脱窒処理を安定して行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２１】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態に係る食品廃棄物の処理システムは、高脂質含有食品廃棄物２１が投入され、破砕、選別等の前処理を行う前処理設備１と、前処理された高脂質含有食品廃棄物を加温して可溶化処理する第１調整槽２と、高脂質含有食品廃棄物２１を除く他の食品廃棄物２３が投入され、破砕、選別等の前処理を行う前処理設備４と、前処理された他の食品廃棄物を加温して可溶化処理する第２調整槽５と、第１調整槽２からの液状廃棄物（高脂質含有食品廃棄物）２２が圧送ポンプ３により供給されるとともに、第２調整槽５からの液状廃棄物（他の食品廃棄物）２４が圧送ポンプ６により供給され、これらの液状廃棄物を中温発酵温度にてメタン発酵するメタン発酵槽７と、を備える。
【００２２】
前記前処理設備１に投入される高脂質含有食品廃棄物２１は、例えばチーズ、バター、サラダ油等の脂質含有率が高い食品廃棄物である。好適には、有機物中の脂質が１０％以上である食品廃棄物とする。前処理設備１は、食品廃棄物をメタン発酵に適したものにする前処理を行う設備であり、破砕、選別の少なくとも何れかの処理を含む。破砕はメタン発酵に適した大きさに食品廃棄物を破砕する。選別は、ビニールやプラスチック等のメタン発酵に不適なものを除去する。前処理設備１としては、回転式選別機、回転ブレード式破砕選別機、選択破砕選別機、圧縮選別機、湿式粉砕選別機等が用いられる。
前記前処理設備４は、前記前処理設備１と同様の構成が用いられる。該前処理設備４に投入される他の食品廃棄物２３は、高脂質含有廃棄物２１を除く、厨芥、食品加工残渣等の食品廃棄物である。
【００２３】
前記第１調整槽２には、前処理設備１で前処理された高脂質含有食品廃棄物２１が供給されるとともに、希釈水３０が供給される。該第１調整槽２は加熱手段（図示略）により加温され、高脂質含有食品廃棄物２１を可溶化処理する。好適には、第１調整槽２は４０℃〜８０℃に加温される。可溶化処理では、固形物を低分子化して溶解性にする。このとき、一部酸発酵が行われることも含む。
前記第２調整槽５には、前処理設備４で前処理された他の食品廃棄物２３が供給されるとともに、希釈水３１が供給される。該第２調整槽５は加熱手段（図示略）により第１調整槽２より低い温度で加温され、他の食品廃棄物２３を可溶化処理する。好適には、第２調整槽５はメタン発酵槽７の温度（中温発酵温度）以下とする。さらに好適には３０℃以上４０℃未満に加温される。また、調整槽２、５は、希釈水３０、３１による水量調整や濃度調整、撹拌手段による混合が行われる。
【００２４】
前記メタン発酵槽７は、第１調整槽２からの高脂質含有食品廃棄物２２が圧送ポンプ３により供給されるとともに、第２調整槽５からの他の食品廃棄物２４が圧送ポンプ６により供給される。このとき、メタン発酵槽７の前段に混合槽（図示略）を設け、液状廃棄物２２、２４を予め混合した後、メタン発酵槽７に供給するようにしてもよい。
該メタン発酵槽７はメタン生成菌が卓越して繁殖できる環境に温度、ｐＨ等の条件が維持されており、槽内で有機物を主にガス化反応によって分解処理することによりバイオガスを生成させる。メタン発酵槽７の温度は、加熱手段（図示略）により３０〜４０℃、好適には３５±２℃の中温に維持される。混合液は撹拌手段により撹拌されながら所定の滞留時間保持される。
【００２５】
以上の構成を有する処理システムについて、その作用を処理方法とともに説明する。
高脂質含有食品廃棄物２１は、前処理設備１にて破砕、選別等の前処理が施された後、第１調整槽２にて希釈水３０を供給し、４０〜８０℃の温度に加温され、可溶化処理される。該第１調整槽２には難分解性の高脂質含有食品廃棄物が供給されるが、４０〜８０℃の高温に加温されることから脂質が十分に溶解し、低分子化される。一方、他の食品廃棄物２３は、前処理設備４にて破砕、選別等の前処理が施された後、第２調整槽５にて希釈水３１を供給し、第１調整槽２より低い温度、好適にはメタン発酵槽７の温度（中温発酵温度）以下、さらに好適には３０℃以上４０℃未満の温度に加温され、可溶化処理される。該第２調整槽５に供給される食品廃棄物には脂質は殆ど含まれないため、４０℃未満の温度で容易に可溶化する。
【００２６】
第１調整槽２からの高脂質含有食品廃棄物２２は、圧送ポンプ３によりメタン発酵槽７に送給されるとともに、第２調整槽５からの他の食品廃棄物２４は、圧送ポンプ６によりメタン発酵槽７に送給される。このとき、夫々の液状廃棄物２２、２４の流量は、圧送ポンプ３、６により調整される。
メタン発酵槽７では、高脂質含有食品廃棄物２２と他の食品廃棄物２４の混合液がメタン発酵され、バイオガス２５が発生するとともに消化汚泥２６が発生する。バイオガス２５は、回収してメタン利用設備にて有効利用することが好ましい。一例として、バイオガス２５をガスホルダ１２に回収し、該バイオガス２５を脱硫塔１３にて脱硫した後、ガスエンジン１４の燃料とする。消化汚泥２６は、圧送ポンプ８にて水処理設備９に送給し、該水処理設備９にて曝気処理、活性汚泥処理等の水処理を行った後、脱水機１０にて脱水し、処理水２７は液肥等に利用するために場外に搬出する。脱水機１０からの脱水汚泥は、乾燥機１１にて乾燥し、乾燥汚泥２８は焼却処理、燃料化処理、埋立処理等を行うために場外に搬出する。
【００２７】
本実施形態によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物２１を、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能となり、またバイオガスの回収量を増加させより多くのエネルギーを回収することが可能となる。
即ち、高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３とを夫々別個の調整槽２、５にて可溶化処理し、高脂質含有食品廃棄物を可溶化する第１調整槽２を他の食品廃棄物を可溶化する第２調整槽５よりも高い温度に設定することにより、高脂質含有食品廃棄物２１を、速い速度で且つメタン発酵が可能な状態まで十分に分解、低分子化することが可能となる。また高脂質含有食品廃棄物２１と他の食品廃棄物２３を一緒に可溶化する場合に比べて、調整槽の大きさを大幅に低減可能で、且つ加温に必要なエネルギーを節減することが可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。
【００２８】
また、図２に示すように、本実施形態において、メタン発酵槽７に供給する液状廃棄物２２、２４の流量を夫々調整する制御を行うことが好ましい。
第１調整槽２からメタン発酵槽７に供給される高脂質含有食品廃棄物２２の熱量と、第２調整槽５からメタン発酵槽７に供給される他の食品廃棄物２４の熱量の計が、メタン発酵槽７内の温度を中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物２２、２４の流量を制御装置３５により制御する。
【００２９】
具体的には、以下のように制御される。
Ａにおける高脂質含有食品廃棄物２２の熱量をＱＡ＝ｍ１・ｔ１（質量：ｍ１、温度：ｔ１）、Ｂにおける他の食品廃棄物２４の熱量をＱＢ＝ｍ２・ｔ２（質量：ｍ２、温度：ｔ２）、Ｃにおけるメタン発酵槽内の混合液の熱量をＱＣ＝ｍ３・ｔ３（質量：ｍ３、温度：ｔ３）、Ｄにおけるメタン発酵槽からの放熱量をＱＤ、Ｅにおけるバイオガスの熱量をＱＥ＝ｍ４・ｔ４（質量：ｍ４、温度：ｔ３）、Ｆにおける引き抜き消化汚泥の熱量をＱＦ＝ｍ５・ｔ５（質量：ｍ５、温度：ｔ３）とすると、メタン発酵槽内混合液の入熱はＱＡ＋ＱＢ、メタン発酵槽内混合液からの出熱はＱＤ＋ＱＥ＋ＱＦとなり、メタン発酵槽内混合液の熱量ＱＣは以下の式（１）となる。
ＱＣ＝ＱＡ＋ＱＢ−（ＱＤ＋ＱＥ＋ＱＦ） ・・・（１）
これは、以下の式（２）で表される。
ＱＣ＝ｍ１・ｔ１＋ｍ２・ｔ２−ＱＤ−（ｍ４＋ｍ５）・ｔ３ ・・・（２）
【００３０】
ここから、メタン発酵槽内の温度ｔ３は以下の式（３）で表される。
ｔ３＝（ｍ１・ｔ１＋ｍ２・ｔ２−ＱＤ）÷（ｍ３＋ｍ４＋ｍ５） ・・・（３）
そして、メタン発酵槽内の温度ｔ３が、メタン発酵処理の温度（中温発酵温度）と同等若しくはこれより低くなるように設定する。
ｔ３≦メタン発酵処理温度 ・・・（４）
従って、上記式（３）と式（４）を満たすように、制御装置３５により圧送ポンプ３、６を制御し、高脂質含有食品廃棄物２２の質量ｍ１を流量調整するとともに、他の食品廃棄物２４の質量ｍ２を流量調整する。尚、式（４）において、ｔ１は４０℃〜８０℃の所定温度、ｔ２はｔ１より低い所定温度、ｍ３、ｍ４、ｍ５は反応によって決定する量である。
これにより、加温された液状廃棄物２２、２４の流入によりメタン発酵槽７内の温度が中温発酵温度より高くなり冷却装置等により冷却しなければならない事態を回避できる。
【００３１】
図３は、本発明の第２実施形態に係る処理システムのブロック図である。尚、以下に示す第２実施形態、第３実施形態において、上記した第１実施形態と同様の構成については、その詳細な説明を省略する。
図３に示すように、第２実施形態では、高脂質含有食品廃棄物２１を可溶化する第１調整槽２に分解促進剤３３を添加する分解促進剤添加装置１５を設けた構成としている。分解促進剤添加装置１５としては、酵素添加装置、酸化促進剤注入装置、アルカリ注入装置等が用いられ、これらのうち少なくとも一つ、或いは複数の組み合わせとする。
【００３２】
酵素添加装置は、脂質を分解する酵素を添加する装置であり、酵素としてはリパーゼ等が用いられる。リパーゼは、脂質のエステル結合を加水分解し、脂質の低分子化を促進する。
酸化促進剤注入装置は、脂質の酸化を促進する酸化剤を添加する装置であり、酸化剤としては、オゾン、過酢酸、過酸化水素等が用いられる。酸化剤はその強力な酸化力により有機物を酸化分解する作用を有しており、脂質の低分子化にも有効である。
アルカリ注入装置は、脂質をアルカリ分解するアルカリ剤を添加する装置であり、アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等が用いられる。アルカリ剤は有機物の加水分解反応を促進させる作用を有しており、脂質の低分子化にも有効である。
本実施形態によれば、高脂質含有食品廃棄物２１の分解、低分子化をより一層促進することができ、メタン発酵の高効率化、バイオガス回収率の向上が可能となる。
【００３３】
図４は、本発明の第３実施形態に係る処理システムのブロック図である。図４に示すように、第３実施形態では、メタン発酵槽７から引き抜かれた消化汚泥２６を処理する水処理設備９として、硝化・脱窒設備９ａを備えた構成としている。硝化・脱窒設備９ａは、脱窒素槽、硝化槽等を組み合わせた周知の装置であり、消化汚泥２６に含まれるＢＯＤ、窒素を除去する。これにより、下水放流基準を満たす処理水とすることができる。
【００３４】
本実施形態によれば、高脂質含有食品廃棄物２１中には窒素分が多く含まれるため、硝化・脱窒設備９ａを備えることにより、メタン発酵槽７からの消化汚泥２６に残留する窒素分、特にアンモニアを除去することができる。また、従来のシステムでは、高脂質含有食品廃棄物２１は分解性が悪いためメタン発酵処理を行った後に未分解の脂質が残存することがあるが、未分解の脂質は酸素を消費してしまい、硝化脱窒処理の阻害となることがあった。しかし本実施形態のシステムによれば、高温の第１調整槽２を設けることによりメタン発酵槽７にて脂質も十分に分解することができるため、硝化脱窒処理を安定して行うことが可能となる。
【００３５】
また、好適には、硝化・脱窒設備９ａからの処理水若しくは脱水機１０からの処理水の少なくとも一部を返送し、第１調整槽２及び／又は第２調整槽５の希釈水３４、３５として用いるとよい。これにより、排水量を低減することが可能であり、また希釈水を外部から供給する必要がなくなるため、ランニングコストを削減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、分解性が悪くメタン発酵が難しい高脂質含有食品廃棄物であっても、効率的に且つ安定してメタン発酵処理することが可能で、またより多くのエネルギーを回収することが可能であるため、厨芥、食品加工残渣等の処理システムに幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る処理システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る処理システムの制御方法を説明する図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る処理システムのブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る処理システムのブロック図である。
【図５】従来のメタン発酵処理システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、４ 前処理設備
２ 第１調整槽
３、６、８ 圧送ポンプ
５ 第２調整槽
７ メタン発酵槽
９ 水処理設備
９ａ 硝化・脱窒設備
１０ 脱水機
１１ 乾燥機
２１ 高脂質含有食品廃棄物
２２ 液状廃棄物（高脂質含有食品廃棄物）
２３ 他の食品廃棄物
２４ 液状廃棄物（他の食品廃棄物）
２５ バイオガス
２６ 消化汚泥
３０、３１ 希釈水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを同一のメタン発酵槽内にて中温発酵温度でメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法において、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を夫々別個の前処理装置にて破砕、選別した後、前記高脂質含有食品廃棄物を第１調整槽で加温して可溶化するとともに、前記他の食品廃棄物を第２調整槽で加温して可溶化し、これらの調整槽から排出される液状廃棄物を夫々前記メタン発酵槽に供給するようにし、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記第１調整槽から前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽に供給される他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物の流量を調整することを特徴とする請求項１記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加することを特徴とする請求項１若しくは２記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項４】
前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項５】
前記硝化脱窒処理した処理水の少なくとも一部を返送し、前記調整槽の希釈水として用いることを特徴とする請求項４記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項６】
脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを中温発酵温度でメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた食品廃棄物のメタン発酵処理システムにおいて、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を破砕、選別する前処理装置を夫々別個に設けるとともに、
前記前処理した高脂質含有食品廃棄物を加温して可溶化する第１調整槽と、前記前処理した他の食品廃棄物を加温して可溶化する第２調整槽とを設け、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項７】
前記第１調整槽から前記メタン発酵槽への高脂質含有食品廃棄物の流量を調整する第１流量調整手段と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽への他の食品廃棄物の流量を調整する第２流量調整手段と、を備え、
前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段を制御することを特徴とする請求項６記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項８】
前記第１調整槽は４０℃〜８０℃に設定され、前記第２調整槽は前記中温発酵温度以下に設定されることを特徴とする請求項１若しくは２記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項９】
前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加する分解促進剤添加装置を設けたことを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項１０】
前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理する硝化・脱窒処理装置を設けたことを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項１】
脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを同一のメタン発酵槽内にて中温発酵温度でメタン発酵処理する食品廃棄物のメタン発酵処理方法において、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を夫々別個の前処理装置にて破砕、選別した後、前記高脂質含有食品廃棄物を第１調整槽で加温して可溶化するとともに、前記他の食品廃棄物を第２調整槽で加温して可溶化し、これらの調整槽から排出される液状廃棄物を夫々前記メタン発酵槽に供給するようにし、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記第１調整槽から前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽に供給される他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、夫々の液状廃棄物の流量を調整することを特徴とする請求項１記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加することを特徴とする請求項１若しくは２記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項４】
前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項５】
前記硝化脱窒処理した処理水の少なくとも一部を返送し、前記調整槽の希釈水として用いることを特徴とする請求項４記載の食品廃棄物のメタン発酵処理方法。
【請求項６】
脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物とを中温発酵温度でメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた食品廃棄物のメタン発酵処理システムにおいて、
前記高脂質含有食品廃棄物と前記他の食品廃棄物を破砕、選別する前処理装置を夫々別個に設けるとともに、
前記前処理した高脂質含有食品廃棄物を加温して可溶化する第１調整槽と、前記前処理した他の食品廃棄物を加温して可溶化する第２調整槽とを設け、
前記第１調整槽を前記第２調整槽より高い温度に設定したことを特徴とする食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項７】
前記第１調整槽から前記メタン発酵槽への高脂質含有食品廃棄物の流量を調整する第１流量調整手段と、前記第２調整槽から前記メタン発酵槽への他の食品廃棄物の流量を調整する第２流量調整手段と、を備え、
前記メタン発酵槽に供給される高脂質含有食品廃棄物の熱量と他の食品廃棄物の熱量の計が、前記メタン発酵槽内の温度を前記中温発酵温度に維持するために必要とされる熱量以下となるように、前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段を制御することを特徴とする請求項６記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項８】
前記第１調整槽は４０℃〜８０℃に設定され、前記第２調整槽は前記中温発酵温度以下に設定されることを特徴とする請求項１若しくは２記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項９】
前記第１調整槽に、酵素、酸化促進剤、アルカリ剤の少なくとも何れか１つからなる分解促進剤を添加する分解促進剤添加装置を設けたことを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【請求項１０】
前記メタン発酵槽から引き抜かれた消化汚泥を硝化脱窒処理する硝化・脱窒処理装置を設けたことを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の食品廃棄物のメタン発酵処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２４８０４０（Ｐ２００９−２４８０４０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０１５０７（Ｐ２００８−１０１５０７）
【出願日】平成２０年４月９日（２００８．４．９）
【出願人】（５０１３７０３７０）三菱重工環境エンジニアリング株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月９日（２００８．４．９）
【出願人】（５０１３７０３７０）三菱重工環境エンジニアリング株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
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