(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
畜産廃棄物を主体とした有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵させてメタンガスを回収し、得られたメタンガスで発電及び／又は熱利用を行うとともに、メタン発酵処理後のスラリーから液体肥料を製造する有機性廃棄物の処理方法であって、畜産糞尿の前処理として、藁の混じった糞及び尿を１つの受入ピットに受け入れた後、藁と糞尿の懸濁液を藁を掻き上げて分離する掻上げ機に送入し、掻上げ機で分離した藁は固液分離した後に乾燥させ、あるいは発酵させて堆肥とし、藁が分離された液分の多い糞尿の一部はメタン発酵工程に送り、糞尿の残部は掻上げ機上流の受入ピット側に返送して循環させることにより、藁を効率的に分離することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
畜産廃棄物を主体とした有機性廃棄物を廃棄物受入槽に受け入れた後、メタン発酵槽に投入するに際し、廃棄物受入槽内に加熱管群を配置して、メタンガスによる発電及び／又は熱利用で発生した廃熱を用いて加温した温水を加熱管群に流して有機性廃棄物を受け入れた受入槽を加温し、受入槽で原料である有機性廃棄物の酸発酵を済ました後、メタン発酵槽で嫌気性消化を行い、メタン発酵を促進させる請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
畜産糞尿から分離した藁を乾燥設備で乾燥させた後、発酵設備で堆肥化するに際し、メタンガスによる発電及び／又は熱利用で発生した廃熱を利用して乾燥設備及び発酵設備を加温し、補助燃料を必要とすることなく堆肥を製造する請求項１又は２記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
メタン発酵槽からメタンガスを取り出す配管に熱線式の流量計を設け、流量計の上流側の配管を自然冷却してガス中の水分を凝縮させて取り除き、除湿したガスを流量計の直前の配管で加温して流量計を安定させる請求項１、２又は３記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
藁の混じった糞及び尿が投入される受入ピットと、受入ピットから流入してくる藁と糞尿の懸濁液を掻上げピンを突出させたスクリーンベルトにより流入方向斜め上方に巻き上げて藁を掻き上げる掻上げ機と、掻上げ機で掻き上げて分離した藁を固液分離する固液分離機と、掻上げ機を通過した液分の多い糞尿及び固液分離機で分離された糞尿を搬出するポンプとを備え、搬出された糞尿の一部を掻上げ機上流の受入ピット側に返送して循環させることにより、藁を効率的に分離するようにした前処理装置と、
前処理装置から搬出された糞尿を主体とする有機性廃棄物を受け入れる廃棄物受入槽と、
廃棄物受入槽からの有機性廃棄物を投入してメタン発酵させるメタン発酵槽と、
メタン発酵槽から回収されたメタンガスを生物脱硫する脱硫装置と、
脱硫装置で脱硫されたメタンガスを燃料として利用する発電手段及び／又は熱利用手段と、
メタン発酵槽から排出されたメタン発酵処理後のスラリーを受け入れて液体肥料として搬出可能な消化液貯槽と、
前処理装置で分離された藁を主体とする有機性廃棄物を乾燥させる乾燥設備と、
乾燥設備で乾燥させた藁を主体とする有機性廃棄物を発酵させてコンポスト化する堆肥発酵設備とを包含してなることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項６】
糞尿を主体とした有機性廃棄物を受け入れる廃棄物受入槽内に、多数の加熱管が上下の主配管を介して縦列配置された加熱管群を設け、発電手段及び／又は熱利用手段で発生した廃熱を用いて加温した温水を加熱管群に流して有機性廃棄物を受け入れた受入槽を加温するようにし、受入槽で原料である有機性廃棄物の酸発酵を済ました後、メタン発酵槽で嫌気性消化を行い、メタン発酵を促進させるようにした請求項５記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項７】
藁を主体とした有機性廃棄物の乾燥設備及び／又は堆肥発酵設備に、発電手段及び／又は熱利用手段で発生した廃熱を用いて昇温した温風を導入するようにした請求項５又は６記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項８】
メタン発酵槽の一端部上部からメタンガスを取り出す配管に熱線式の流量計を設け、流量計の手前の配管を下方に分岐して分岐配管の下部にシールポットを設け、流量計の上流側の配管を加温してガス中の凝縮水が除かれシールポットに回収されるようにし、シールポットと流量計との間の配管を加温するためのヒータを設けて、除湿されたガスが流量計の直前の配管で加温されるようにした請求項５、６又は７記載の有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、畜産廃棄物を主体とし、他に水産系廃棄物、生ごみ等の生活系廃棄物等を含む有機性廃棄物をメタン発酵等により効率よく処理する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物のメタン発酵処理で得られるメタンガスは、電気や熱を回収するのに優れた燃料であり、下水処理の分野でメタン発酵が試みられたが、発生するガスの性状が安定しないために電気が安定して得られず、発電機の維持管理に多くの費用がかかり、有効に利用されていない。また、家畜糞尿等の畜産廃棄物をメタン発酵処理するのに下水分野での実績を導入しようとしたが、原料性状の違い等からうまく適用できていない。
【０００３】
畜産廃棄物をメタン発酵処理する技術として、例えば、特開昭５２−４４０７２号公報には、畜産廃棄物をメタン発酵させてメタンガスを回収し、メタン発酵処理後のスラリーを乾燥・発酵させて堆肥化し、回収したメタンガスの一部を燃焼させて、得られた燃焼ガスを乾燥用熱源等として利用する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
畜産廃棄物をメタン発酵処理する際、畜産農家より搬出される糞の混じった長藁は、メタン発酵の難しい長藁の分離が効率的に行えないため、適正な処理ができずに野積みされ、環境汚染問題となっている。また、受入段階で分離した長藁を乾燥させ、さらにコンポスト発酵させる場合、厳寒期等においては、乾燥や発酵の熱源として補助燃料を使用する必要があり効率が悪い。
また、畜産廃棄物を主体とした原料は加温すると、１２〜２４時間程度の酸発酵期に引き続いて嫌気性メタン発酵が行われるが、単一の槽内でこれらを並行させて発酵するのは難しい。この場合、酸発酵用の発酵槽を別に設けると、加温器、ポンプがそれぞれに必要となり、コストやメンテナンスの負担が増大することになる。
【０００５】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、畜産廃棄物を主体とした有機性廃棄物から効率よくメタンガスを取り出し、施肥効果の高い液体肥料を製造するとともに、メタン発酵の難しい長藁は受け入れた後分離してコンポスト化するシステムにおいて、長藁が効率的に分離できる前処理を行うとともに、メタンガスから回収した廃熱をシステム内で有効に利用することにより、メタン発酵を促進させることができ、厳寒期においても補助燃料なしで長藁をコンポスト発酵させることができる有機性廃棄物の処理方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の有機性廃棄物の処理方法は、畜産廃棄物を主体とした有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵させてメタンガスを回収し、得られたメタンガスで発電及び／又は熱利用を行うとともに、メタン発酵処理後のスラリー（消化液）から液体肥料を製造する有機性廃棄物の処理方法であって、畜産糞尿の前処理として、藁の混じった糞及び尿を１つの受入槽に受け入れた後、藁と糞尿の懸濁液を藁を掻き上げて分離する掻上げ機に送入し、掻上げ機で分離した藁は固液分離した後に乾燥させ、さらに発酵させて堆肥とし、藁が分離された液分の多い糞尿の一部はメタン発酵工程に送り、糞尿の残部は掻上げ機上流の受入槽側に返送して循環させるように構成されている（図１、図２、図３参照）。
【０００７】
上記の方法においては、畜産廃棄物を主体とした有機性廃棄物を廃棄物受入槽に受け入れた後、メタン発酵槽に投入するに際し、廃棄物受入槽内に加熱管群を配置して、メタンガスによる発電及び／又は熱利用で発生した廃熱を用いて加温した温水を加熱管群に流して有機性廃棄物を受け入れた受入槽を加温し、受入槽で原料である有機性廃棄物の酸発酵（予備発酵、一次発酵）を済ました後、メタン発酵槽で嫌気性消化を行い、メタン発酵を促進させることができる（図１、図４参照）。
また、上記の方法においては、畜産糞尿から分離した藁を乾燥設備で乾燥させた後、発酵設備で堆肥化するに際し、メタンガスによる発電及び／又は熱利用で発生した廃熱を利用して乾燥設備及び発酵設備を加温し、補助燃料を必要とすることなく堆肥を製造することができる（図１参照）。
【０００８】
また、上記の方法において、メタン発酵槽からメタンガスを取り出す配管に熱線式の流量計を設ける場合には、流量計の上流側の配管は自然冷却又は凍結しない程度に加温してガス中の凝縮水を取り除き、除湿したガスを流量計の直前の配管で加温して流量計を安定させることが可能である（図５参照）。
また、上記の方法においては、メタン発酵槽から取り出したメタンガスをメタン発酵槽からのスラリー中の脱硫微生物により生物脱硫するに際し、メタン発酵槽からオーバーフローにより間欠的に流れてくるスラリーを二分して、動力を要することなくスラリーの一部は脱硫装置に導入し、残りのスラリーは搬出して液体肥料とすることが可能である（図６参照）。
【０００９】
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、藁の混じった糞及び尿が投入される受入ピットと、受入ピットから流入してくる藁と糞尿の懸濁液を掻上げピンを突出させたスクリーンベルトにより流入方向斜め上方に巻き上げて藁を掻き上げる掻上げ機と、掻上げ機で掻き上げて分離した藁を固液分離する固液分離機と、掻上げ機を通過した液分の多い糞尿及び固液分離機で分離された糞尿を搬出するポンプとを備え、搬出された糞尿の一部を掻上げ機上流の受入ピット側に返送して循環させるようにした前処理装置と、前処理装置から搬出された糞尿を主体とする有機性廃棄物を受け入れる廃棄物受入槽と、廃棄物受入槽からの有機性廃棄物を投入してメタン発酵させるメタン発酵槽と、メタン発酵槽から回収されたメタンガスを生物脱硫する脱硫装置と、脱硫装置で脱硫されたメタンガスを燃料として利用する発電手段及び／又は熱利用手段と、メタン発酵槽から排出されたメタン発酵処理後のスラリー（消化液）を受け入れて液体肥料として搬出可能な消化液貯槽と、前処理装置で分離された藁を主体とする有機性廃棄物を乾燥させる乾燥設備と、乾燥設備で乾燥させた藁を主体とする有機性廃棄物を発酵させてコンポスト化する堆肥発酵設備とを包含してなることを特徴としている（図１、図２、図３参照）。
【００１０】
上記の装置においては、糞尿を主体とした有機性廃棄物を受け入れる廃棄物受入槽内に、多数の加熱管が上下の主配管を介して縦列配置された加熱管群を設け、発電手段及び／又は熱利用手段で発生した廃熱を用いて加温した温水を加熱管群に流して有機性廃棄物を受け入れた受入槽を加温するようにし、受入槽で原料である有機性廃棄物の酸発酵（予備発酵、一次発酵）を済ました後、メタン発酵槽で嫌気性消化を行い、メタン発酵を促進させることが好ましい（図１、図４参照）。
また、上記の装置においては、藁を主体とした有機性廃棄物の乾燥設備及び／又は堆肥発酵設備に、発電手段及び／又は熱利用手段で発生した廃熱を用いて昇温した温風を導入することが好ましい（図１参照）。
【００１１】
また、上記の装置においては、メタン発酵槽の一端部上部からメタンガスを取り出す配管に熱線式の流量計を設け、流量計の手前の配管を下方に分岐して分岐配管の下部にシールポットを設け、流量計の上流側の配管は自然冷却又は凍結しない程度に加温してガス中の凝縮水が除かれシールポットに回収されるようにし、除湿されたガスが流量計の直前の配管で加温されるようにすることができる（図５参照）。
また、上記の装置においては、メタン発酵槽の端部に設けられたスラリー抜き出し用の配管が、間欠的に流れてくるスラリーをオーバーフローさせる略逆Ｕ字管部と、略逆Ｕ字管部の下方に接続された略逆Ｕ字管部より径の小さい脱硫装置側配管及び搬出用分岐配管と、脱硫装置手前でさらに径を小さくした脱硫装置側配管とからなり、メタン発酵槽から間欠的に流れてくるスラリーを二分して、動力を要することなくスラリーの一部は生物脱硫用として脱硫装置に導入され、残りのスラリーは消化液貯槽に搬出され液体肥料とすることができる（図６参照）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。図１は、本発明の実施の第１形態による有機性廃棄物の処理装置の概略構成を示している。畜産農家等から搬出される畜産廃棄物は、前処理装置１０で液分の多い糞尿と長藁に固液分離され、液分の多い糞尿は、粉砕機１２で粉砕された水産系廃棄物や生活系廃棄物とともに廃棄物受入槽１４に投入され、メタン発酵の難しい長藁は堆肥化工程の一時貯留設備１６に送られる。
【００１３】
図２は前処理装置１０の構成を示しており、受入ピット１８には、タンカー等により搬送された尿及びコンテナ等により搬送された糞の混じった長藁が投入される。藁と糞尿の懸濁液は受入ピット１８から掻上げ機２０に導入され、掻上げ機２０で藁が掻き上げられて固液分離機２２で固液分離された後、分離された藁は堆肥化工程に送られ、掻上げ機２０を通過した液分の多い糞尿及び固液分離機２２で分離された糞尿はポンプ２４により搬出される。搬出された糞尿の一部はメタン発酵工程に送られ、残りの糞尿は掻上げ機２０上流の受入ピット１８側に返送して循環させる。
【００１４】
掻上げ機２０は、斜め上から見ると図３に示すように、掻上げピン２６を突出させたスクリーンベルト２８が所定間隔で配置されており、モータ３０で上部ローター３２が取り付けられた主軸を回転させることにより、スクリーンベルト２８が上向きに移動するようになっている。３４は下部ローター、３６はシール部材である。
受入ピット１８から藁と糞尿の懸濁液が掻上げ機２０に流入してくると、藁は掻上げピン２６に引っ掛かって掻き上げられ、液分の多い糞尿はスクリーンベルト２８の間を通過していく。
【００１５】
廃棄物受入槽１４に投入された畜産廃棄物を主体とする原料は、後述するメタンガスによる発電及び／又は熱利用で発生した余剰熱で加温した温水を用いて廃棄物受入槽１４を加温することで、酸発酵（予備発酵、一次発酵）が行われ、受入槽１４で酸発酵を済ました後、メタン発酵槽３８で嫌気性消化を行うことが可能となり、メタン発酵を促進させることができる。本システムでは効率的にメタンを取り出せることから、得られる電気と熱が豊富であり、多少放熱の多い受入槽１４であっても十分に加温することが可能となる。このことにより、酸発酵を受入槽１４内で済ますことができ、さらに厳寒期の凍結原料をそのまま受け入れることも可能となる。
【００１６】
図４は廃棄物受入槽１４の加温構造を示しており、受入槽１４内の壁面に温水トレース配管として、多数の加熱管４０が上下の主配管４２、４４を介して縦列配置されている。４６は温水入口、４８は温水出口である。このような加熱管群５０のユニットが受入槽１４内の壁面に複数組設けられている。この構造により受入槽１４を効率よく加温できることから、受入槽１４で原料の酸発酵（予備発酵、一次発酵）を行うことが可能となる。
【００１７】
受入槽１４で酸発酵を済ませた原料は、メタン発酵槽３８に供給されて嫌気性メタン発酵が行われる。メタン発酵槽３８としては、螺旋羽根攪拌機等を用いた水平式の他、容量等によってはサイロ式を用いることも可能であるが、いずれにしてもガス発生効率が高くなる発酵槽とする必要がある。また、得られたメタンガスによる発電及び／又は熱利用で発生した余剰熱で加温した温水を用いてメタン発酵槽３８を加温することで、原料の嫌気性メタン発酵が促進され、効率よくメタンを取り出すことができる。図１では図示を省略しているが、メタン発酵槽３８の壁面には温水トレース配管が設けられている。
【００１８】
メタン発酵槽３８から取り出したメタンガス（メタンを主成分とするバイオガス）は、機器の腐食原因となる硫黄分を除去するために脱硫装置５２に導入され、メタン発酵槽３８からのスラリー中の脱硫微生物を利用して生物脱硫される。脱硫処理されたメタンガスは、ガスホルダー５４に一旦貯えられた後、発電機５６、温水ヒータ５８の燃料として利用され、発電及び熱利用が行われる。なお、温水ヒータ５８には、必要に応じて燃料タンク６０から重油等の補助燃料が供給される。発電機５６で得られた電力は系内の各施設で利用され、余剰電力は系外で利用したり、売電することも可能である。温水ヒータ５８で得られた温水は、発電機５６の廃熱で加温した温水とともに、廃棄物受入槽１４の加温、メタン発酵槽３８の加温、後述する乾燥設備６２及び堆肥発酵設備６４の加温用熱源、燃料タンク６０内の燃料の加温などに利用される。利用後の温水は温水タンク６８を経由して温水ヒータ５８に循環される。
【００１９】
メタン発酵槽３８から排出されるメタン発酵処理後のスラリー（消化液）は、一部が脱硫装置５２に導入されてメタンガスの生物脱硫に利用され、残りのスラリーは脱硫利用後のスラリーとともに、スラリー受槽７０を経由して消化液貯槽７２に送られる。なお、スラリー受槽７０からのスラリーの一部が廃棄物受入槽１４に投入される。消化液貯槽７２のスラリーは施肥効果の高い液体肥料として搬出される。
【００２０】
一時貯留設備１６に貯えられたメタン発酵の難しい長藁等は、乾燥設備６２で天日乾燥された後、堆肥発酵設備６４で発酵されて堆肥となる。この場合、上述したように、回収したメタンガスを燃料として利用した温水ヒータ５８からの温水及び発電機５６の廃熱で加温した温水が熱交換器７４、７６に導入され、温水で昇温された温風が乾燥設備６２及び堆肥発酵設備６４に導入される。これにより、天日乾燥が困難な厳寒期においても、補助燃料を必要とすることなく、長藁等をコンポスト化することができる。堆肥発酵設備６４からの堆肥は完成堆肥貯蔵設備７８に貯えられた後、搬出される。
【００２１】
図５は、本発明の実施の第２形態による有機性廃棄物の処理装置の要部を示している。メタン発酵槽３８の発生ガス出口８０に接続された発生ガス回収管８２に熱線式の流量計８４を設ける場合、流量計８４の手前で配管を下方に分岐して分岐配管の下部にシールポット８６を設け、流量計８４の手前に至るまでの配管８８は自然冷却するか、又は凍結しない程度に加温し、ガス中の凝縮水を取り除いてシールポット８６に回収し、流量計８４の直前の配管９０でヒータ９２等により加温を行う。流量計８４で流量測定されたガスは上述の脱硫装置に送られる。熱線式の流量計は、温度変化には影響を受けないが、ミストがあると不安定になるので、この構成を採用することにより、流量計が安定することになる。特に、寒冷地、厳寒期に効果的である。
他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２２】
図６は、本発明の実施の第３形態による有機性廃棄物の処理装置の要部を示している。メタン発酵槽３８の端部に設けられたスラリー抜き出し用の配管は、間欠的に流れてくるスラリーをオーバーフローさせる略逆Ｕ字管部９４と、略逆Ｕ字管部９４の下方に接続された略逆Ｕ字管部９４より径の小さい脱硫装置側配管９６及び搬出用分岐配管９８と、脱硫装置手前でさらに径を小さくした脱硫装置側配管１００とからなる。１０２、１０４はバルブである。図６では配管の径の一例を示している。上述したように、メタンガスの生物脱硫にはスラリー中の脱硫微生物を利用するが、脱硫処理を十分に行うためには脱硫装置でのスラリーの滞留時間が長い方がよい。そこで、上記のような構造として、メタン発酵槽３８から間欠的に流れてくるスラリーの一部を脱硫装置に導入し、残りのスラリーを消化液貯槽に搬出するようにする。この構成を採用することにより、ポンプ等による動力が不要となる。
他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  畜産廃棄物をメタン発酵処理する際に、畜産農家より搬出される糞の混じった長藁を、受入段階で効率的に糞尿とメタン発酵が難しい長藁に分離できるので、メタン発酵が促進されるだけでなく、長藁のコンポスト化も可能となる。
（２）  本システムでは効率的にメタンを取り出せることから、得られる電気と熱が豊富であり、簡易な乾燥設備と発酵設備を置くことで、受入段階で分離した長藁を厳寒期においても補助燃料なしでコンポスト発酵させることができる。
（３）  熱源が豊富な本システムでは、多少放熱の多い受入槽であっても十分に加温することが可能であり、これにより、原料の酸発酵（予備発酵、一次発酵）を受入槽内で済ますことができ、さらに厳寒期の凍結原料をそのまま受け入れることも可能となる。また、受入槽に温水トレース配管を設置することにより効率よく加温できる。
（４）  有機性廃棄物から効率よくメタンガスを取り出せるだけでなく、施肥効果の高い液体肥料を製造することができる。
（５）  メタン発酵槽の発生ガス出口配管に熱線式の流量計を設置する場合に、発生ガスに含まれるミストを除去できる構成とすることにより、寒冷地、厳寒期においても流量計を安定させることができる。
（６）  メタン発酵槽のスラリー抜き出し配管を本発明の構成とすることにより、間欠的に流れてくるスラリーの一部を、動力を要することなく、脱硫装置に導入することができ、メタンガスの生物脱硫に必要な滞留時間も確保することができる。
（７）  本システムでは、設備費、運転費を低減することができ、メンテナンスも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による有機性廃棄物の処理装置を示す系統的概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第１形態における前処理装置を示す概略構成説明図である。
【図３】図２に示す前処理装置における掻上げ機を示す平面構成説明図である。
【図４】本発明の実施の第１形態における廃棄物受入槽の加温構造を示す内側面構成説明図である。
【図５】本発明の実施の第２形態による有機性廃棄物の処理装置の要部を示す概略構成説明図である。
【図６】本発明の実施の第３形態による有機性廃棄物の処理装置の要部を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０  前処理装置
１２  粉砕機
１４  廃棄物受入槽
１６  一時貯留設備
１８  受入ピット
２０  掻上げ機
２２  固液分離機
２４  ポンプ
２６  掻上げピン
２８  スクリーンベルト
３０  モータ
３２  上部ローター
３４  下部ローター
３６  シール部材
３８  メタン発酵槽
４０  加熱管
４２、４４  主配管
４６  温水入口
４８  温水出口
５０  加熱管群
５２  脱硫装置
５４  ガスホルダー
５６  発電機
５８  温水ヒータ
６０  燃料タンク
６２  乾燥設備
６４  堆肥発酵設備
６８  温水タンク
７０  スラリー受槽
７２  消化液貯槽
７４、７６  熱交換器
７８  完成堆肥貯蔵設備
８０  発生ガス出口
８２  発生ガス回収管
８４  流量計
８６  シールポット
８８、９０  配管
９２  ヒータ
９４  略逆Ｕ字管部
９６、１００  脱硫装置側配管
９８  搬出用分岐配管
１０２、１０４  バルブ
【図１】
0003639543.tif 000002
【図２】
0003639543.tif 000003
【図３】
0003639543.tif 000004
【図４】
0003639543.tif 000005
【図５】
0003639543.tif 000006
【図６】
0003639543.tif 000007