(57)【要約】【課題】  有機性廃液から多くの放流可能な蒸留液を取り出して肥料成分を減容化する有機性廃液の処理装置および処理方法を提供すること。【解決手段】  アンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む有機性廃液又は、その有機性廃液に対して一定の処理を行った消化液について、水分を凝縮して得た蒸留水を浄水とし、残る成分を液体肥料として得るようにしたものであり、消化液などを濾過した原液を加熱した伝熱管２３に噴霧して蒸発させ、その伝熱管２３に送り込まれた過熱蒸気が潜熱を奪われて凝縮するものであって、伝熱管２３に触れて蒸発した蒸気を圧縮機で断熱圧縮して得た過熱蒸気を伝熱管２３に送り込むようにした濃縮機２０と、濃縮機２０に予熱した原液を供給するための加熱容器１５と、消化液などから固形分を分離して濾過した原液を加熱容器１５へ供給するための固液分離機１３とを有する有機性廃液の処理装置１。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む有機性廃液又は、その有機性廃液に対して一定の処理を行った消化液について、水分を凝縮して得た蒸留水を浄水とし、残る成分を液体肥料として得るようにした有機性廃液の処理装置において、
前記消化液などを濾過した原液を加熱した伝熱管に噴霧して蒸発させ、その伝熱管に送り込まれた過熱蒸気が潜熱を奪われて凝縮するものであって、伝熱管に触れて蒸発した蒸気を圧縮機で断熱圧縮して得た過熱蒸気を伝熱管に送り込むようにした濃縮機と、
前記濃縮機に予熱した原液を供給するための加熱容器と、
前記消化液などから固形分を分離して濾過した原液を前記加熱容器へ供給するための固液分離機とを有することを特徴とする有機性廃液の処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載する有機性廃液の処理装置において、
前記濃縮機は、接続された真空ポンプによって内部が所定圧力に減圧されたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
【請求項３】
アンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む有機性廃液又は、その有機性廃液に対して一定の処理を行った消化液について、水分を凝縮して得た蒸留水を浄水とし、残る成分を液体肥料として得るようにした有機性廃液の処理方法において、
前記消化液などから固形分を分離して濾過した原液を得る工程と、
その原液を硫酸を投入して加熱および撹拌して予熱する工程と、
更に、アンモニアを固定化して予熱が施された原液を、加熱した伝熱管に噴霧して蒸発させ、その蒸発した蒸気を圧縮機で断熱圧縮し、過熱蒸気にして伝熱管に送り込むことにより、その伝熱管に原液が触れて蒸発する際に過熱蒸気から潜熱を奪って当該過熱蒸気を凝縮させる工程とを有することを特徴とする有機性廃液の処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載する有機性廃液の処理方法において、
前記原液が蒸発し、また凝縮する空間を減圧して沸点を下げるようにしたことを特徴とする有機性廃液の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、畜舎から排出される蓄糞尿などの有機性廃液や、その有機性廃液を嫌気発酵させてメタンガスを取り出した後のいわゆる消化液を減容化し、貯留や運搬などの取り扱いが容易な肥料を生産する有機性廃液の処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオガスプラントでは、嫌気発酵により蓄糞尿からバイオガスの採取処理が行われるが、処理後の消化液には多量の窒素分やＳＳ分が残存しているので、この液を一般の河川や水環境へ直接放流することはできない。一方、消化液には肥料の主成分となる３要素、窒素、リン酸、カリを多く含んでいるため、これを液体肥料として有効に利用することが望まれている。
【特許文献１】特開２００３−１１７５９３号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、消化液はバイオガスを採取する前の状態からほとんど重量や容積の変化がないため、大量の消化液の貯留や運搬などが問題であった。例えば、牛２００頭を有する畜舎では、およそ一日１６トンの蓄糞尿が排出されるが、肥料として散布する機会は年に２回程度であるため、半年分の約３０００トンの消化液を貯留しておく極めて大型のタンクが必要になる。また、液体肥料として消化液をタンクの周辺に散布できる環境が整っていればよいが、離れた土地に散布する場合には運搬の手間やコストがかかってしまう。更に、圃場が狭くて散布できないような場所では、そもそも消化液を液体肥料として利用できないため、多大な手間とコストをかけて排水処理を行うこととなる。
【０００４】
そこで、本発明は、かかる課題を解決べく、有機性廃液から多くの放流可能な蒸留液を取り出して肥料成分を減容化する有機性廃液の処理装置および処理方法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】
【０００５】
本発明に係る有機性廃液の処理装置は、アンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む有機性廃液又は、その有機性廃液に対して一定の処理を行った消化液について、水分を凝縮して得た蒸留水を浄水とし、残る成分を液体肥料として得るようにしたものであり、前記消化液などを濾過した原液を加熱した伝熱管に噴霧して蒸発させ、その伝熱管に送り込まれた過熱蒸気が潜熱を奪われて凝縮するものであって、伝熱管に触れて蒸発した蒸気を圧縮機で断熱圧縮して得た過熱蒸気を伝熱管に送り込むようにした濃縮機と、前記濃縮機に予熱した原液を供給するための加熱容器と、前記消化液などから固形分を分離して濾過した原液を前記加熱容器へ供給するための固液分離機とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記濃縮機は、接続された真空ポンプによって内部が所定圧力に減圧されたものであることが好ましい。
【０００６】
一方、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、アンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む有機性廃液又は、その有機性廃液に対して一定の処理を行った消化液について、水分を凝縮して得た蒸留水を浄水とし、残る成分を液体肥料として得るようにしたものであって、前記消化液などから固形分を分離して濾過した原液を得る工程と、その原液を硫酸を投入して加熱および撹拌して予熱する工程と、更に、アンモニアを固定化して予熱が施された原液を、加熱した伝熱管に噴霧して蒸発させ、その蒸発した蒸気を圧縮機で断熱圧縮し、過熱蒸気にして伝熱管に送り込むことにより、その伝熱管に原液が触れて蒸発する際に過熱蒸気から潜熱を奪って当該過熱蒸気を凝縮させる工程とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、前記原液が蒸発し、また凝縮する空間を減圧して沸点を下げるようにしたことが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明に係る有機性廃液の処理方法によれば、原液に硫酸を投入することによってアンモニアを硫酸アンモニウムとてして固定化することができるので、濃縮機では窒素分を含まない蒸留水を大量に放流することができ、残った濃縮液を液体肥料として利用することができる。そして、その濃縮液は、肥料の主成分となる３要素、窒素、リン酸、カリの肥料成分を保ったままの液体肥料として回収することができ、しかも本装置に供給された原液の量と比較して大幅に減容化することができる。
【０００８】
また、本発明に係る有機性廃液の処理装置によれば、固液分離機を使用して消化液などから固形分を除去するようにしたが、これにより濃縮機でのＰＨ調整に必要な硫酸量を減少させることができ、ランニングコストを抑えて運転することが可能になる。
また、固液分離することにより、濃縮機を循環する原液にわらくずなどの夾雑物が無くなるので、細密に構成された伝熱管への詰まりを防止することができ、運転性能を落とすことなくメンテナンスも楽になる。
更に本発明に係る有機性廃液の処理装置及び処理方法によれば、濃縮機内部を真空ポンプによって減圧し、原液の蒸発および凝縮を下げ、圧縮機で加圧した蒸気から潜熱を回収して原液を蒸発させるようにしたので、運転に必要な熱量消費を抑えることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明に係る有機性廃液の処理装置及び処理方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。バイオガスプラントでは、前述したように畜舎から排出される蓄糞尿においてＣＨ4 ，ＣＯ2 ，Ｈ2Ｓ ，Ｈ2 などのバイオガスが採取される。本実施形態の有機性廃液処理装置では、そのバイオガスプラントから得られる消化液を固液分離機にかけて固形分が分離されたろ液（以下、このようにして得られたろ液を「原液」という）について肥料成分を含んだ濃縮液と、一般河川へ放流可能な浄水に分離しようとしたものである。
【００１０】
図１は、有機性廃液処理装置の実施形態を概念的に示した図である。そこで先ず、この有機性廃液処理装置１の構造について説明する。有機性廃液処理装置１は、バイオガスプラントから送られた消化液を一時的に蓄える消化液タンク１１を有し、それには所定量の消化液を二次側に送るための定量ポンプ１２が接続されている。そして、この定量ポンプ１２を介して固液分離機１３が接続されている。固液分離機１３としては、例えばフィルタープレス、スクリュープレスまたは遠心分離式のデカンタが用いられる。消化液を固液分離することによって後の蒸発法による濃縮工程で移送・噴霧等のハンドリングが楽になるからである。
【００１１】
そして、その固液分離機１３には、消化液から分離して排出された固形分を蓄えておくための堆肥タンク１４が接続され、更に、消化液から固形分が除かれた原液を予熱するための加熱容器１５が接続されている。この加熱容器１５は、原液を一定量貯留可能なタンクに撹拌翼とヒータとが備えられ、後述するようにアンモニアを固定化してＰＨ調整するための硫酸が投入されるようになっている。そして、その加熱容器１５にはポンプ１６を介して濃縮機２０が接続されている。その濃縮機２０は、下部タンク２１に供給された原液がポンプ１７によって上方の蒸発缶２２に送られて循環するように配管が接続されている。ただし、下部タンク２１には三方弁１８を介して液肥タンク３１も切り換え可能な状態で接続されている。
【００１２】
濃縮機２０は、蒸発缶２２内に原液が噴霧され、落ちていく原液を伝熱管２３によって加熱するようになっているが、伝熱管２３には蒸発缶２２内で発生して圧縮加熱された蒸気が送り込まれるよう構成されている。すなわち、蒸発缶２２には蒸気管２４が接続され、そこには発生した蒸気を断熱圧縮により加圧するための圧縮機２５が設けられている。従って、濃縮機２０では、この圧縮機２５によって断熱圧縮された蒸気が伝熱管２３に送り込まれ、その伝熱管２３に噴霧された原液が触れることにより新たな蒸気を発生させる一方、伝熱管２３内の過熱蒸気は潜熱が奪われて凝縮するように構成されている。そして、濃縮機２０では、蒸発せずに伝熱管２３を通り過ぎた原液がそのまま下部タンク２１に戻って循環するようになっている。
【００１３】
また、本実施形態の濃縮機２０は、沸点を下げるように内部を真空引きする構成がとられている。すなわち、濃縮機２０には真空ポンプ２６が接続され、内部が２５kPa abs.の圧力に保たれ、原液の蒸発および凝縮が同圧における水の沸点である６５℃近傍で行われるようになっている。従って、特に系外に設けられた不図示の、原液を蒸発させるために伝熱管２３を常に加熱する加熱装置や、逆に過熱蒸気を凝縮するための冷却装置に対する負担が軽減される構造になっている。
【００１４】
ところで、濃縮機２０を構成する伝熱管２３は、噴霧された原液との接触面積を広くとるため数百本の単位で設置されている。この伝熱管２３は、前述したように過熱蒸気を凝縮させるところであり、凝縮機としても構成されている。そこで、濃縮機２０には蒸気を凝縮して蒸留液を採取する凝縮機２７が構成され、得られた蒸留液を貯留する補助タンク２８が設けられている。そして、その補助タンク２８にはポンプ２９を介して浄水タンク３０が接続されている。
【００１５】
次に、有機性廃液処理装置１の運転によって行われる処理方法を説明する。なお、本実施形態の有機性廃液処理装置１には、以下に説明する有機性廃液の処理を自動運転すべく、その制御プログラムをもった不図示のコントローラが備えられている。
バイオガスプラントから送られた消化液は消化液タンク１１に一時的に蓄えられ、定量ポンプ１２によって所定量の消化液が固液分離機１３に送り込まれる。固液分離機１３では、遠心分離によって固形分が取り除かれた原液が加熱容器１５へ送られ、わらくずなどの固形分は堆肥タンク１４に入れられる。こうして堆肥タンク１４に送られた固形分は、無機態の窒素、リン、カリを含んだ発酵済みの堆肥として利用される。
【００１６】
加熱容器１５では、原液が撹拌されながらヒータによって暖められて予熱処理が施される。このとき加熱容器１５にはＰＨ調整のため硫酸が投入される。従って、原液中のアンモニア態窒素が硫酸とむすびついて硫酸アンモニウム（硫安）になり、ポンプ１６の駆動によって原液とともに濃縮機２０の下部タンク２１へ送られる。また、バイオガスプラントではメタンを回収する際に炭酸ガスが発生し、飽和状態で消化液の中にとけ込んでいる。従って、原液をかき混ぜれば炭酸が気化して膨張してしまうが、硫酸を入れると途端に発泡するので、後の蒸発工程での発泡がなくなる
【００１７】
こうして予熱された下部タンク２１内の原液は、次にポンプ１７の駆動によって蒸発缶２２へ送られる。原液は上方から伝熱管２３に噴霧され、その表面に触れて一部が蒸発する。噴霧された原液は、上下方向に配置された伝熱管２３に触れながら落下していき、蒸発しなかったものは再び下部タンク２１へと戻って循環する。なお、運転開始時には伝熱管２３に系外から一時的に過熱蒸気が送り込まれ、それによって加熱された伝熱管２３に触れた原液の蒸発が引き起こされるようにする。
濃縮機２０内部は真空引きされて２５kPa abs.まで減圧されているため原液は６５℃程度で蒸発する。そして、伝熱管２３に触れて蒸発した蒸気は、蒸気管２４の途中で圧縮機２５による断熱圧縮が行われるため、加圧された状態で伝熱管２３へと送り込まれる。
【００１８】
従って、伝熱管２３内の過熱蒸気は、蒸発缶２２内に噴霧された原液が伝熱管２３に触れることによって潜熱が奪われて凝縮し、その蒸留液は補助タンク２８に溜められ、ポンプ２９の駆動によって浄水タンク３０へと送り込まれる。ところで、この蒸留液は、加熱容器１５の中で原液に硫酸が添加されたことにより、その原液に含まれるアンモニアおよびアンモニウムイオンが硫酸アンモニウムとてして固定化されるため、窒素分が含まれていない。従って、その蒸留液は浄水としてそのまま河川などへ放流することができる。一方、硫酸によって固定化された硫酸アンモニウムや、蒸留液とならずに下部タンク２１に残った濃縮液は、三方弁１８の切り換えによって液肥タンク３１へと送り込まれる。
【００１９】
よって、本実施形態の有機性廃液の処理装置１及び処理方法によれば、原液に硫酸を投入することによって硫酸アンモニウムとてして固定化するようにしたので、濃縮機２０では窒素分を含まない蒸留水を大量に放流することができ、残った濃縮液を液体肥料として利用することができる。そして、その濃縮液は、肥料の主成分となる３要素、窒素、リン酸、カリの肥料成分を保ったままの液体肥料として回収することができ、しかも本装置に供給された原液の量と比較して大幅に減容化することができた。
【００２０】
更に本実施形態では、濃縮機２０内部を真空ポンプ２６によって２５kPa abs.に減圧し、原液の蒸発および凝縮が６５℃近傍で行われるようにし、圧縮機２５で加圧した蒸気から潜熱を回収して原液を蒸発させるようにしたので、運転に必要な熱量消費を抑えることができた。ここで、図２は、１０００ｋｇ／ｈｒの水を蒸留するのに必要な熱量（ｋＷ）を比較したものである。すなわち、本実施形態のように圧縮機２５を利用して潜熱回収で水を蒸留するものと、圧縮機２５を使用せずボイラーで蒸気を発生させて水を蒸留するものとを比較した。これから明らかなように、ボイラ−における熱量消費が大きく、圧縮機２５を使用した場合は、使用しなかった場合に比べて約２０分の１に消費熱量を抑えることができた。
【００２１】
以上、本発明に係る有機性廃液の処理装置及び処理方法について一実施形態を説明したが、本発明は、これに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態ではバイオガスプラントから得られる消化液の処理を行う場合を説明したが、バイオガスプラントなどにおいて行う嫌気発酵を行っていない有機性廃液そのものを処理する場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】有機性廃液処理装置の第１実施形態を概念的に示した図である。
【図２】１０００ｋｇ／ｈｒの水を蒸留するのに必要な熱量（ｋＷ）の比較を表にして示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    有機性廃液処理装置
１１  消化液タンク
１２  定量ポンプ
１３  固液分離機
１４  堆肥タンク
１５  加熱容器
１６，１７，２９  ポンプ
１８  三方弁
２０  濃縮機
２１  下部タンク
２２  蒸発缶
２３  伝熱管
２４  蒸気管
２５  圧縮機
２６  真空ポンプ
２７  凝縮機
２８  補助タンク
３０  浄水タンク
３１  液肥タンク
【図１】
2006212605.tif 000003
【図２】
2006212605.tif 000004