(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
し尿を主体とする液体系の受入系統と、糞と敷料の混合物である固体系の受入・破砕処理系統及び、建築廃材や風倒木やおが屑等の木質系産業廃棄物の受入・細断処理系統とから成る受入供給設備と、
上記受入供給設備からの有機性廃棄物を外周から間接加熱して炭化させるキルンと、該廃棄物をキルン内に送入する投入機と、生成された炭化物を冷却する空冷式の排出機及び、それらの駆動機構から成る炭化設備と、
上記キルンの外周を囲繞して下記脱臭炉で臭気分解された高温ガスによりキルン内部を加熱する加熱部と、臭気分解に必要な滞留時間を確保する容積を有し、受入供給設備内外から吸引された臭気及び炭化設備から発生する乾留ガスを加熱して臭気分解する脱臭部と、付属する乾燥バーナと脱臭バーナ及び、冷却・押込・臭気の各ブロワ群とから成る脱臭炉と、
炭化設備に連設された排ガス処理設備及び選別貯留設備と、
脱臭温度制御器とキルン制御器を備えた制御機構とで構成された炭化生成物製造設備を用いた有機性廃棄物からの炭化生成物の製造方法であって、
脱臭温度制御器により脱臭バーナ及び空冷ブロワを制御して、受入供給設備内外から吸引された臭気と炭化設備から発生する乾留ガスとを臭気分解する温度を保持するように制御された脱臭炉によって臭気分解された高温ガスを、加熱部に導入してキルンの胴部を外周から間接的に加熱し、上記間接加熱により発生したキルン出口の乾留ガス温度を検出して、キルン制御器により乾燥バーナと空冷ブロワ及び駆動機構あるいは投入機を制御することにより、蒸気リッチで還元性雰囲気を保つ前記炭化設備内の乾留温度を、５５０℃〜６５０℃に保持するとともに、脱水または調湿することなく供給された有機性廃棄物と木質系材料の混合物を、副資材や補助材等の添加を受けずに乾留・炭化処理することを特徴とする有機性廃棄物からの炭化生成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物や木質系材料の有効利用と脱臭処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家畜から排泄される糞尿や畜舎の敷材または各種汚泥等の有機性廃棄物は、窒素、リン酸、カリ等の肥料成分を含むため、従来は、そのままの状態あるいは発酵させて肥料とするか、または処理せずに廃棄物として埋立てや焼却処分されていた。
【０００３】
しかし、現在一般的に実施されている上記有機性廃棄物を発酵・堆肥化処理する場合は、品質が安定しないという欠点がつきまとうとともに、その生成に４０日以上の長期間を要するだけでなく、有機性廃棄物は定常的に排出されるのに対し、堆肥は春秋の２回程度しか使用されないために、堆肥化処理過程中及びその保管中に悪臭と汚水の発生が避けられず、周辺住民から忌避されていた。
【０００４】
ここで、家畜の蹄や体がコンクリート床面に接して生ずる損傷の防止、保温、糞尿による汚染防止などの目的で畜舎に投入される敷料は、歴史的には稲・麦わらが、現在ではおが屑、籾殻等が使用されているが、畜舎から排出される糞尿を主体として発酵させる堆肥の多くには、これらの敷料が混入している。
【０００５】
また、家畜糞尿は水分７０％以下で発酵するので、水分を７０％以下に調整するための資材として、上記の敷料が使用されることが多かった。
【０００６】
そのため、おが屑等の分解しにくい敷料が入った糞尿では、堆肥の有効成分が消失した後も敷料が田畑に残存して植物に悪影響を与える可能性があって、上述の通常の堆肥化以上の問題であり、使用されずに埋立や焼却処分されるようになった。
【０００７】
このような衛生上の観点から、平成１１年１１月に「家畜排泄物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」が農林水産省により施行され、畜産事業から派生する廃棄物の管理を適正に行い、環境問題を引き起さないように家畜の糞尿を適正に処理し、その残渣をリサイクルして有効活用することを目的として、国及び自治体が畜産事業家の共同利用設備に対して財政支援を行うことになったが、上述の諸問題点があるために堆肥の販売が困難であり、現状では事業計画が成り立たなくなっている。
【０００８】
一方、現在の農家では、即効性があり施肥量が計算できる化学肥料のみを使用するだけで、遅効性の堆肥を使用しなくなったために、土壌が疲弊して通気性や通水性が悪化しているだけでなく、過剰な窒素肥料の散布に起因して硝酸性窒素による地下水の汚染問題が発生しており、早急な対策が望まれている。
【０００９】
図３は、従来の堆肥化技術の対策の一例としての、特開平９−６７５８０号公報に開示された「含水有機性廃棄物を乾燥及び炭化処理する方法とその処理装置」の概要を示している。
【００１０】
図３において、Ａは炭化処理炉であり、家畜から排出される糞尿や畜舎の敷材または、刈り芝や各種汚泥等の含水有機性廃棄物を乾燥・炭化させる加熱筒部Ｂと、該加熱筒部Ｂの外周にあって加熱用熱風を誘導するケーシングＣと、加熱筒部Ｂの下方に位置する熱風発生炉Ｄ及び、加熱筒部Ｂの終端に設置された炭化物と砂等を分離させる冷却分離装置Ｅによって構成されている。
【００１１】
加熱筒部Ｂは、攪拌・移送部材であるスクリューコンベヤｂ1 を内蔵し多段状に連結された複数の加熱内筒ｂ2 と、各加熱内筒ｂ2 とを連結するロータリーバルブｂ3 と、加熱内筒ｂ2 の入口に配設されスクリューフィーダを有するホッパｂ4 と、該ホッパｂ4 に連なる供給口ｂ5 及び、加熱内筒ｂ2 の出口に配設された排出口ｂ6 並びに複数のスクリューコンベヤｂ1 を駆動する図示しない駆動機構により構成されている。
【００１２】
ケーシングＣは、上記加熱筒部Ｂの外周を囲む外壁ｃ1 と、各加熱内筒ｂ2 の間に挿入される仕切り壁ｃ2 と、上記外壁ｃ1 と仕切り壁ｃ2 とにより形成された熱風通路ｃ3 と、外壁ｃ1 の上部に取付けられた排気口ｃ4 及び、各加熱内筒ｂ2 から発生する排ガスを排出するファンｃ5 と、調整弁を備えた排気ダクトｃ6 によって構成されている。
【００１３】
熱風発生炉Ｄは、バーナｄ1 を備えた熱風発生炉本体ｄ2 と、熱風噴出口ｄ3 及び炭化物供給口ｄ4 によって構成されている。
【００１４】
冷却分離槽Ｅは、砂排出口ｅ1 と、上述の炭化物供給口ｄ4 から分離設置された炭化物排出口ｅ2 と、分離冷却用の空気供給口ｅ3 により構成されている。
【００１５】
上記のように構成された炭化炉における含水有機性廃棄物の乾燥及び炭化処理方法について説明する。
【００１６】
ホッパｂ4 から投入された牛舎や厩舎の敷藁、籾殻、多量の砂を含有する刈り芝等の有機性廃棄物Ｆは、供給口ｂ5 から加熱内筒ｂ2 に送人され、スクリューコンベヤｂ1 及びロータリーバルブｂ3 によって順次下方に移送される。
【００１７】
ケーシングＣ内の熱風通路ｃ3 には、下方の熱風噴出口ｄ3 から上方の排気口ｃ4 に向けて熱風Ｈが流通して加熱内筒ｂ2 内の有機性廃棄物Ｆを間接的に加熱しているため、複数の加熱内筒ｂ2 の下方は高温で熱せられて炭化処理帯域となり、上方は熱風Ｈの温度が低下するために乾燥処理帯域となり、有機性廃棄物Ｆは、スクリューコンベヤｂ1 によって攪拌・移送されながら乾燥され、続いて蒸し焼き状態で炭化処理される。
【００１８】
炭化処理された土砂等を含む生成物は排出口ｂ6 から冷却分離装置Ｅに送り込まれ、空気供給口ｅ3 から送人される空気によって冷却されるとともに、自重によって沈下する砂等は砂排出口ｅ1 から外部に排出され、軽い炭化物Ｇは炭化物排出口ｅ2 から排出されて再利用され、その必要がない時には、炭化物供給口ｄ4 から熱風発生炉本体ｄ2 に供給されて加熱燃料となる。
【００１９】
加熱内筒ｂ2 内で発生した臭気ガスは、ファンｃ5 に吸引されて排気ダクトｃ6 を介して、図示しない排煙処理装置または熱風発生炉本体ｄ2 側に切替え接続されて、脱臭処理される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の対策技術は、堆肥化処理の欠点を改良しているものの、複数の加熱内筒ｂ2 とロータリーバルブｂ3 を主体とする加熱筒部Ｂ及び、仕切り壁ｃ2 と排気ダクトｃ6 系統を必要とするケーシングＣの構造は複雑であり、設備費が嵩むという問題がある。
【００２１】
また、複数基で構成されたスクリューコンベヤｂ1 と加熱内筒ｂ2 内面との相互磨耗及びロータリーバルブｂ3 の磨耗が避けられず、また、装置周辺の臭気及び排気口ｃ4 から発生する乾留ガスの臭気処理装置が必要となり、設備費及び維持費が上昇する。
【００２２】
さらに、乾留・炭化設備において必要な、温度制御に関する配慮がなされていないために、有機性廃棄物に含有される肥効成分を効率よく、無機物として最大量を回収することは困難であるだけでなく、有機性廃棄物の発酵時に発生するアンモニア等の臭気物質を吸着する官能基を無駄に分解・揮発させることになり、特に、畜舎の敷料として使用する場合には、糞尿から発生するアンモニア臭による肉質の悪化を防ぐことができない。
【００２３】
一方、建築廃材や風倒木あるいはおが屑等の木質系産業廃棄物は、チップ化したあと他の有機性廃棄物と混合して堆肥化しても、短期間に分解しない木質部のリグニンやセルローズが土中で徐々に分解する間に温度が上昇して植物の発芽に障害を与えるという問題があるために、その大部分が焼却処理または不法投棄されるだけで有効利用されていない。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の有機性廃棄物からの炭化生成物の製造方法は、し尿を主体とする液体系の受入系統と、糞と敷料の混合物である固体系の受入・破砕処理系統及び、建築廃材や風倒木やおが屑等の木質系産業廃棄物の受入・細断処理系統とから成る受入供給設備と、上記受入供給設備からの有機性廃棄物を外周から間接加熱して炭化させるキルンと、該廃棄物をキルン内に送入する投入機と、生成された炭化物を冷却する空冷式の排出機及び、それらの駆動機構から成る炭化設備と、上記キルンの外周を囲繞して下記脱臭炉で臭気分解された高温ガスによりキルン内部を加熱する加熱部と、臭気分解に必要な滞留時間を確保する容積を有し、受入供給設備内外から吸引された臭気及び炭化設備から発生する乾留ガスを加熱して臭気分解する脱臭部と、付属する乾燥バーナと脱臭バーナ及び、冷却・押込・臭気の各ブロワ群とから成る脱臭炉と、炭化設備に連設された排ガス処理設備及び選別貯留設備と、脱臭温度制御器とキルン制御器を備えた制御機構とで構成された炭化生成物製造設備を用いた有機性廃棄物からの炭化生成物の製造方法であって、脱臭温度制御器により脱臭バーナ及び空冷ブロワを制御して、受入供給設備内外から吸引された臭気と炭化設備から発生する乾留ガスとを臭気分解する温度を保持するように制御された脱臭炉によって臭気分解された高温ガスを、加熱部に導入してキルンの胴部を外周から間接的に加熱し、上記間接加熱により発生したキルン出口の乾留ガス温度を検出して、キルン制御器により乾燥バーナと空冷ブロワ及び駆動機構あるいは投入機を制御することにより、蒸気リッチで還元性雰囲気を保つ前記炭化設備内の乾留温度を、５５０℃〜６５０℃に保持するとともに、脱水または調湿することなく供給された有機性廃棄物と木質系材料の混合物を、副資材や補助材等の添加を受けずに乾留・炭化処理することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、有機性廃棄物のうち家畜糞尿を代表として、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、有機性廃棄物から炭化生成物を製造する施設の全体構成を示す概略図であり、図２は主要部分の温度制御の関係を示す説明図である。
【００２８】
図１及び図２において、１は受入供給設備であり、し尿を主体とする糞尿の受入タンク１１と、投入ポンプ１２及び投入配管１３からなるし尿系と、糞と敷料の混合物の受入ホッパ１４と、固形物の破砕機１５及び投入コンベア１６からなる固体系並びに、木質系材料受入ホッパを備えた受入コンベア１７と、木質系材料を細断するチッパ１８及び搬出コンベア１９からなる木質系とで構成されている。
【００２９】
２は炭化設備であり、後述する加熱部３１によりその胴部を外部から間接加熱される、胴部が固定式でスクリューコンベアを内蔵する外熱キルンまたは、胴部のみが回転されるロータリーキルン（以後両者を総称してキルンと略称する。）２１と、上記し尿系と固体系の糞尿及び細断された木質系材料の細片を該キルン２１前部に送入する投入機２２と、キルン２１内部で生成された炭化物を排出するためにキルン２１の後部に連結された空冷式の排出機２３と、キルン可動部を駆動する変速自在なキルン駆動機構２４等で構成されている。
【００３０】
３は上記受入供給設備１周辺の臭気ＢＧとキルン２１内で発生する乾留ガスＤＧ（図２参照）とを加熱し臭気分解した高温ガスＨＧを、２秒以上滞留させる容積を有する脱臭炉であり、キルン２１の胴部を囲繞する加熱部３１と、該加熱部３１の下方に連結部３２（図２参照）を経て配設された脱臭部３３とで主体が構成され、加熱部３１の側壁には昇温バーナとしての乾燥バーナ３４が、連結部３２には冷却ブロワとしての空冷ブロワ３５（図２参照）が、脱臭部３３の側壁には脱臭バーナ３６がそれぞれ取付けられている。
【００３１】
また、キルン２１内で発生した乾留ガスＤＧ（図２参照）を脱臭部３３に送入するための押込ブロワ３７を備えた配管が脱臭部３３の底部に接続され、受入供給設備１周辺で発生した臭気ＢＧは臭気ブロワ３８で吸引して脱臭バーナ３６に送入するようになされている。
【００３２】
４は排ガス処理設備であり、加熱部３１から排出された中温ガスＭＧを冷却するガス冷却器４１と、該ガス冷却器４１で冷却された低温ガスＬＧ中の粉じんを除去するバグフィルタ等の集じん器４２と、除じん後の清浄ガスＰＧを再加熱する加熱器４３と、触媒等によるダイオキシン分解装置や脱硝装置４４と、誘引ブロワ４５及び排気筒４６とが各配管によって連接されており、一方、冷却ブロワ４７によりガス冷却器４１で中温ガスＭＧと熱交換された昇温空気は、加熱器４３で清浄ガスＰＧを加熱して白煙の発生を防止したあと、排気筒４６に排出される。
【００３３】
５は選別貯留設備であり、排出機２３と生成物コンベア５１とを結ぶ炭化物移送手段５２と、集じん器４２下部と生成物コンベア５１とを結ぶ粉じん移送手段５３と、炭化物ＣＡと粉じんとから成る生成物を生成物コンベア５１により搬送して貯留する生成物ホッパ５４と、該生成物ホッパ５４から選別機５５に生成物を送る選別機コンベア５６及び、選別された各製品を個別に移送する複数の製品移送コンベア５７と複数の製品ホッパ５８及びその付属品によって構成されている。
【００３４】
次に、このように構成された有機性廃棄物からの炭化生成物の製造施設により行われる本発明の有機性廃棄物と木質系材料の混合物からの炭化生成物の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００３５】
し尿系と固体系とからなる糞尿ＥＭによってカリ等の肥料を製造する場合には、し尿系と固体系とが運転され、木質系材料単独で敷料を製造する場合には、木質系が運転され、３者を混合して敷料を製造する場合には、前記３系統の全てが運転される。
【００３６】
まず、受入タンク１１から供給ポンプ１２によって供給されたし尿系と、破砕機１５によって破砕されて投入コンベア１６によって供給された固体系とからなる糞尿ＥＭ及び、チッパ１８で細断され搬出コンベア１９で移送された木質細片ＣＷは、駆動機構２４により適当な速度で運転されるキルン２１内に、投入機２２によってそれぞれ送入される。
【００３７】
キルン２１の胴部の外周は、脱臭炉３の上部に位置する加熱部３１によって囲繞されており、運転当初は乾燥バーナ３４によって、上記糞尿ＥＭ及び木質細片ＣＷを乾燥させる。
【００３８】
糞尿ＥＭと木質細片ＣＷの昇温に伴ってキルン２１内で発生した乾留ガスＤＧと、受入供給設備１の周辺で発生した臭気ＢＧとを集めた臭気ガスを、押込ブロワ３７と臭気ブロワ３８によって脱臭炉３下方に位置する脱臭部３３内に送入し、図２に示す脱臭部出口温度検出器６１の信号を受けた脱臭温度制御器６２の指示により、脱臭バーナ３６を制御して、脱臭部３３内の温度を臭気分解に必要な８５０〜９５０℃の間に２秒間以上保持して臭気を加熱分解するとともに、この高温燃焼により脱臭された高温ガスＨＧを加熱部３１に送入して外部からキルン２１の胴部を間接的に加熱する。
【００３９】
この間接加熱によって、キルン２１内は、蒸気リッチにおける還元性雰囲気の下で昇温され、図２に示す乾留ガス温度検出器６３によりキルン２１内後部温度を検出して、キルン制御器６４により乾燥バーナ３４と空冷ブロワ３５及び駆動機構２４、あるいは投入機２２を制御することによりキルン２１内温度をカリ合成に最適な５５０〜６５０℃に保つ。
【００４０】
このように比較的低温である５５０〜６５０℃で炭化させることで、比較的高温で炭化させた場合では分解して揮発してしまう下述の官能基が炭化物の表面に残存することになる。
【００４１】
この官能基は、酸素や水素で構成された酸性の化合物であり、塩基性の物質であるアンモニアやアミノ酸類を吸着する脱臭能力がある。
【００４２】
上述の温度制御により、送入された糞尿ＥＭと木質細片ＣＷは乾留されて有機分が次第に炭化され、生成された炭化物ＣＡはキルン終端から排出機２３へと排出される。つまり、敷料製造用の木質細片ＣＷや糞尿ＥＭを乾留する熱源として、臭気ガスの熱分解を利用しており、このため装置全体の熱効率が向上する。
【００４３】
排出された炭化物ＣＡは、排出機２３上の下方から送入される空気によって冷却され、炭化物移送手段５２によって生成物コンベア５１を経て生成物ホッパ５４に貯留される。
【００４４】
一方、高温の排ガスＨＧはキルン２１を加熱することにより中温の排ガスＭＧとなってガス冷却器４１に送られ、冷却ブロワ４７から送られる常温の空気と熱交換することにより集じん器４２の適温まで冷却されて、集じん器４２により低温ガスＬＧに含まれる粉じんを除去したのち、加熱器４３において前記の熱交換後の高温空気と再熱交換を行い、ダイオキシン分解装置や脱硝装置４４の適温まで再上昇されて、誘引ブロワ４５に吸引されて排気筒４６から大気中に放出される。
【００４５】
この集じん器４２で除去された粉じんは、粉じん移送手段５３により生成物ホッパ５４に送られ、前述の炭化物ＣＡとともに選別機５５において、肥料または敷料製造の各工程ごとに、炭化物ＣＡの寸法・形状によって粉状製品／造粒製品／粒状製品に選別されて、それぞれの製品ホッパ５８に貯留される。
【００４６】
上述の炭化処理方法を実施することにより、有機性廃棄物及び木質系材料中の揮発分は乾留ガスＤＧとなって脱臭炉３に送られて脱臭処理されるが、残りの乾留物中には残留炭素を主体とした無機分が多量に含まれており、その中には表１及び表２に示すように窒素、燐酸、 カリという肥料分が多く存在していることがわかる。
【００４７】
【表１】
0003693910.tif 000002
【００４８】
【表２】
0003693910.tif 000003
【００４９】
表１及び表２において、発酵物の各種成分は畜産廃棄物を単純に発酵させた場合で、炭化物の各種成分は本発明により乾燥・炭化処理した場合であり、発酵物よりも炭化物の方がカリ分及び燐酸分の比率が飛躍的に向上することを示している。
【００５０】
本発明により乾燥・炭化処理した場合の実験結果は、キルン２１内温度を、カリ合成最適温度である６００±５０℃に制御したことによるものである。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の有機性廃棄物からの炭化生成物の製造方法によれば、炭化設備内に供給された有機性廃棄物及び木質系材料を間接的に加熱することにより乾留・炭化する方法であり、当該炭化設備内の温度を、カリ合成最適温度であり、脱臭能力のある官能基が炭化物表面に残存する温度である５５０〜６５０℃に保つことにより、肥料効果の高いカリ分等を効率よく採集することができるとともに、敷料が混入した糞尿でも、有機分であるリグニンやセルローズが炭化しているために、植物の発芽に悪影響を及ぼすことはない。
【００５２】
また、比較的低温で炭化させることにより、酸性の官能基が炭化物の表面に残存するために、本願発明により製造した炭化生成物を敷料として従来のおが屑等と同時に畜舎に投入されると、アンモニア等の臭気物質を吸着して肉質の向上や畜舎の環境浄化に役立つとともに、糞尿の水分を吸収した固形体となって清掃作業が容易になるなど、従来の敷料と比べて格段に優れた敷料となる。
さらに、受入供給設備に前処理装置を備えて各種有機性廃棄物の処理を容易にするとともに、受入供給設備内外の臭気と排出機を含む炭化設備から発生する乾留ガスとを処理する十分な能力の脱臭装置を脱臭適温で稼動させ、また製品の形状寸法によって選別する選別貯留設備を備えた総合的な処理設備を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃棄物からの炭化生成物の製造方法が実施される炭化生成物製造施設の全体構成を示す概略図である。
【図２】主要部分の温度制御の関係を示す説明図である。
【図３】従来の堆肥化技術の対策の一例を示す装置の概略図である。
【符号の説明】
２  炭化設備
２１  キルン
３  脱臭炉
３４  乾燥バーナ（昇温バーナ）
３５  空冷ブロワ（冷却ブロワ）
３６  脱臭バーナ
ＣＡ  炭化物
ＣＷ  木質細片
ＤＧ  乾留ガス
ＥＭ  糞尿（有機性廃棄物）
【図１】
0003693910.tif 000004
【図２】
0003693910.tif 000005
【図３】
0003693910.tif 000006