(57)【要約】【課題】メタン発酵施設と焼却施設が単に併設されただけでなく、費用対効果の面から最適化された複合型の廃棄物複合処理施設を提供する。【解決手段】廃棄物のメタン発酵施設１と焼却施設３を併設してなる廃棄物複合処理施設において、メタン発酵施設１で生じた消化ガスを焼却施設３で燃焼処理させる第１供給ライン４１と、メタン発酵施設１から排出される発酵残渣の全量を焼却施設３で焼却処理させる第２供給ライン４２とを備えている。廃棄物を破砕する破砕装置２１と、破砕された廃棄物を発酵適応物及び発酵不適物に選別する選別装置２２とを備え、発酵適応物をメタン発酵施設１に供給して発酵処理するとともに、発酵不適物は焼却施設３に供給して焼却処理するように構成している。第１供給ライン４１は再燃焼室３１ｂに接続され、第２供給ライン４２は燃焼室３１ａに接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物のメタン発酵施設と焼却施設を併設してなる廃棄物複合処理施設において、
前記メタン発酵施設で生じた消化ガスを前記焼却施設で燃焼処理させる第１供給ラインと、前記メタン発酵施設から排出される発酵残渣の全量を前記焼却施設で焼却処理させる第２供給ラインとを備えたことを特徴とする廃棄物複合処理施設。
【請求項２】
上記廃棄物を破砕する破砕装置と、破砕された前記廃棄物を発酵適応物及び発酵不適物に選別する選別装置とを備え、前記発酵適応物を上記メタン発酵施設に供給して発酵処理するとともに、前記発酵不適物は上記焼却施設に供給して焼却処理するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物複合処理施設。
【請求項３】
上記第１供給ラインは上記焼却施設の再燃焼室に接続され、上記第２供給ラインは上記焼却施設の燃焼室に接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物複合処理施設。
【請求項４】
上記廃棄物複合処理施設内の臭気を吸引し、上記焼却施設の２次空気に使用する給気ラインを設けたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃棄物複合処理施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の焼却処理とメタン発酵処理を融合させた廃棄物の複合処理施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物を減量・無害化する処理方法として、現在、焼却炉により焼却する方法が一般的であるが、処理対象が食品廃棄物を含む生ごみや下水汚泥等の高含水性の有機性廃棄物の場合には、焼却する際に多大な乾燥エネルギーを必要とするため、焼却炉の熱エネルギー効率を悪化させるだけでなく、助燃装置、または前処理用に設けた乾燥装置に必要な燃料費が嵩み易く、運転経費の増加が避けられなかった。
【０００３】
そのため、この生ごみや下水汚泥、またはその他の有機性廃棄物であって、高含水性で嫌気性微生物による発酵処理に適した廃棄物（以下「発酵適応物」という。）の処理では、廃棄物の減量と回収メタンのエネルギー利用を目的に、メタン発酵施設が利用されることも多かった。
【０００４】
ここで、図２は、従来のメタン発酵施設の一例を示す設備フロー図であり、発酵適応物をメタン発酵して、メタンを６０％程度含有する消化ガスを生成し、このガスを発電や給熱に利用するエネルギー回収設備の構成を示している。
【０００５】
図２において、１はメタン発酵施設であって、図示しない破砕装置に供給されて破砕された生ごみを受け入れ、希釈水を注入してスラリー化するスラリーホッパ１１と、このスラリーを５０〜６０℃に温度維持（高温発酵の場合）して貯留・攪拌しながらメタン発酵菌によりメタンを含有する消化ガスを生成するとともに、発酵を終えた発酵残渣が排出される発酵槽１２と、前記発酵槽１２から送られる消化ガス中に微量含まれる硫黄分を除去する脱硫器１３と、脱硫された消化ガスを貯蔵するガスホルダ１４から主体が構成されている。
【０００６】
前記ガスホルダ１４に一旦貯蔵された消化ガスは、後続のエネルギー回収設備１５に送られてエネルギー回収がなされる。エネルギー回収設備１５としては、例えば、マイクロガスタービン等の各種発電装置やボイラ等の熱回収設備が挙げられ、これらを単独または複数組み合わせて構成される。さらに、エネルギー回収設備１５で発生した熱の一部は、発酵槽１２の加温のため、その一部が使用される。
【０００７】
なお、消化ガス中の二酸化炭素を除去して高発熱量の燃料ガスとし、これを前記エネルギー回収設備１５で利用したり、直接売ガス等するために、別途、ガス精製設備が設けられる場合もある。
【０００８】
一方、発酵槽１２から排出される上述の発酵残渣は、図示しない脱水機により固形物である残渣と廃液に分離され、残渣は別途堆肥化等の処理がなされるとともに、廃液は排水処理設備１６に送られて、生物的処理や凝集処理等の工程を経て所定の水質基準を満たすように調整し、放流または再利用される。
【０００９】
ところで、例えば、都市ごみのように、生ごみだけでなく多種多様な廃棄物を同時に含む収集ごみ中には、発酵に適さない廃棄物（以下「発酵不適物」という。）も多く含まれている。このような、発酵適応物と発酵不適物が共に相当量含まれる廃棄物を受入・処理する場合には、処理効率の向上を目的として、メタン発酵施設と焼却施設の両方を備えた廃棄物処理施設が設けられることもあった。
【００１０】
図３は、このようなメタン発酵施設と焼却施設を併設した廃棄物処理施設の一例を示す設備フロー図であり、図２で示したメタン発酵施設に焼却施設を付加した構成となっている。なお、両施設は同敷地内に配置される場合と近隣に別置して設けられる場合があるが、処理物の移送手段が異なるだけのため、ここでは特に区別しないで説明する。また、図２で説明した物質や装置と同一のものには同一の符号を付し、詳細説明は省略する。
【００１１】
図３において、２は、廃棄物の前処理設備であって、図示しない受入設備から供給される廃棄物（生ごみ等）を破砕する破砕装置２１と、破砕した廃棄物を発酵適応物と発酵不適物に選別する、例えば粒度選別機等の選別装置２２から構成されている。この前処理設備２で選別された発酵適応物は、メタン発酵施設１に送られて、上述の如くメタン発酵処理される。
【００１２】
３は、選別された発酵不適物を、別途供給される他の焼却用の廃棄物とともに焼却処理する焼却施設であって、焼却炉３１と、廃熱ボイラ３２と、減温設備３３と、バグフィルタ等の排ガス処理設備３４、誘引通風機（ＩＤＦ）３５、煙突３６、及びその他の付帯設備から構成されている。
【００１３】
前記焼却施設３では、供給された廃棄物を焼却炉３１内で焼却して灰化させるとともに、発生したガスは、後続の廃熱ボイラ３２で降温されたのち、さらに、水噴射式の調温塔や伝熱管型熱交換器による減温設備３３で２００℃程度以下まで減温されて、排ガス処理設備３４で排ガス中のばいじんや酸性有害物質が捕集・処理されてから、誘引通風機３５を介して煙突３６から大気中に放出される。
【００１４】
また、前記廃熱ボイラ３２において、排ガスと予熱後の供給水との熱交換により発生した水蒸気は、蒸気タービン型の発電装置３７に送られて発電に利用されるとともに、各種余熱利用がなされる。
【００１５】
メタン発酵によるメタン生成技術を開示した先行文献としては、例えば特許文献１がある。また、廃棄物を発酵適応物と発酵不適物に選別して、各々発酵・焼却処理する先行文献の例としては、特許文献２があり、ここでは、発酵により得られた消化ガスを改質してガス精製する技術が合わせて開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２３７１８１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２１２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、図３に示す従来の廃棄物処理施設では、メタン発酵施設１と焼却施設３を併設することにより、受入廃棄物を一括して処理できるとともに、処理方式に適した廃棄物の選別供給によって、高含水性の廃棄物処理時の熱損失が改善されることから、焼却炉単独設置の場合と比べて施設の建設・運営面全般で一定の費用削減効果はあったものの、各施設の設備構成は単独設置の場合と大きく相違しなかった。
【００１７】
すなわち、従来のメタン発酵施設１は、高含水性の廃棄物の大部分を処理する役割を負っていたものの、発酵で生じた消化ガスと発酵残渣を利用または処理する高価な設備が依然として備えられており、施設全体の経済性を考慮した付帯設備の最適化がなされていないため、施設の建設・運営費用の削減効果が不充分であり、２系統の処理施設を設けた場合のコストメリットが少ないという問題があった。
【００１８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、メタン発酵施設と焼却施設が単に併設されただけでなく、費用対効果の面から最適化された複合型の廃棄物複合処理施設を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１に係る発明は、廃棄物のメタン発酵施設と焼却施設を併設してなる廃棄物複合処理施設において、前記メタン発酵施設で生じた消化ガスを前記焼却施設で燃焼処理させる第１供給ラインと、前記メタン発酵施設から排出される発酵残渣の全量を前記焼却施設で焼却処理させる第２供給ラインとを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項２に係る発明は、上記廃棄物を破砕する破砕装置と、破砕された前記廃棄物を発酵適応物及び発酵不適物に選別する選別装置とを備え、前記発酵適応物を上記メタン発酵施設に供給して発酵処理するとともに、前記発酵不適物は上記焼却施設に供給して焼却処理するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
請求項３に係る発明は、上記第１供給ラインは上記焼却施設の再燃焼室に接続され、上記第２供給ラインは上記焼却施設の燃焼室に接続されたことを特徴とする。
【００２２】
請求項４に係る発明は、上記廃棄物複合処理施設内の臭気を吸引し、上記焼却施設の２次空気に使用する給気ラインを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る廃棄物複合処理施設によれば、廃棄物のメタン発酵施設と焼却施設を併設し、施設毎に処理に適した廃棄物を選択的に供給することにより、高含水性の廃棄物の焼却が不要となるために、エネルギー回収効率を向上できるとともに燃料費を節減できる。
【００２４】
また、メタン発酵施設の発酵槽で生じた消化ガスを焼却炉に供給する第１供給ラインを設け、焼却炉内でそのまま燃焼させることにより、メタン発酵施設にエネルギー回収設備を設ける必要がなく、設備費が低減できる。加えて、消化ガスを第１供給ラインを通じて再燃焼室内に供給した場合には、補助燃料を利用しなくても安定して再燃焼室内を高温に保持でき、ダイオキシン類の再合成を確実に防止できるだけでなく、後続の廃熱ボイラに送られる排ガスが高発熱量化されることから、蒸気発生量を増加させ、エネルギー回収量を増大させることができる。
【００２５】
さらに、発酵槽から排出される発酵残渣を、焼却炉の燃焼室で焼却または蒸発させる第２供給ラインを設けたことにより、メタン発酵施設には高価な排水処理設備が不要となって、設備費を削減できるなど、最適化された設備構成により施設の建設・運営費用の優れた低減効果を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の廃棄物複合処理施設の実施形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の廃棄物複合処理施設の一実施形態を示す設備フロー図である。なお、図２及び図３で説明した物質や装置と同一のものには同一の符号を付し、詳細説明は省略する。
【００２８】
図１において、廃棄物複合処理施設の一方の主要施設であるメタン発酵施設１は、従来技術で述べた図３と同様に、スラリーホッパ１１、発酵槽１２、脱硫器１３及びガスホルダ１４を備えているが、メタン発酵で生じる消化ガスのエネルギー回収設備や発酵残渣の排水処理設備を設けずに構成されている。
【００２９】
他方、焼却施設３は、図３と同様に、焼却炉３１、廃熱ボイラ３２、減温設備３３、排ガス処理設備３４、誘引通風機（ＩＤＦ）３５、及び煙突３６を備えてなり、さらに発電装置３７が付設されている。この焼却炉３１の内部は、炉内に投入された廃棄物を燃焼させる燃焼室３１ａと、その下流に設けられ、燃焼により生じた燃焼ガスを概ね８５０℃以上で完全燃焼させる再燃焼室３１ｂとが連設された構造となっており、前記焼却室３１ａの壁面には、炉の立上げ・立下げ等に使用する助燃バーナ（図示せず）が、前記再燃焼室３１ｂの壁面には、温度維持用の再燃バーナ（図示せず）が各々備えられている。
【００３０】
さらに、前記燃焼室３１ａの出口付近には、前記燃焼ガス中に含まれる未燃ガスを燃焼させるための２次空気を送入する２次空気送入管３１ｃが、１基または複数基（図示は１基）配置されている。
【００３１】
メタン発酵施設１と焼却施設３の間には、後述の第１供給ライン４１と第２供給ライン４２からなる２系統の移送路が設けられており、メタン発酵施設１の生成物（消化ガス及び発酵残渣）を焼却施設３側に移送して処理できるように構成されている。
【００３２】
前記第１供給ライン４１は、メタン発酵施設１の発酵槽１２で生成された消化ガスを脱硫後に貯蔵するガスホルダ１４と、焼却施設３側の前記再燃焼室３１ｂの壁面とを接続する移送管であり、図示しない流量調節弁が備えられている。
【００３３】
また、前記第２供給ライン４２は、メタン発酵施設１の発酵槽１２と、焼却施設３側の前記燃焼室３１ａの間に配設され、発酵槽１２から排出される発酵残渣を移送する移送路であり、例えば、汚泥ポンプと開閉弁を備えた配管が燃焼室３１ａの図示しない投入口に接続されて構成されている。
【００３４】
なお、焼却炉３１の形式は、特に限定されるものでなく、ストーカ式、流動床式、回転式等の代表的な炉形式の他、竪型の固定床式、あるいは回転炉とストーカ等の組合わせ形式であってもよく、ガス化炉あるいは溶融炉を用いた処理方式によるものであってもよい。
【００３５】
次に、以上のように構成された廃棄物複合処理施設における廃棄物の処理方法について、図１を参照して説明する。
【００３６】
廃棄物複合処理施設に持ち込まれた収集廃棄物のうち、分別収集された生ごみ等は、図示しない受入供給設備から前処理設備２に供給され、破砕装置２１で破袋・破砕されて、混入していた樹脂や金属類等の発酵不適物が選別装置２２で取り除かれたのち、メタン発酵施設１のスラリーホッパ１１に送られ、希釈水の注入により固形分濃度が調整されたスラリーとなる。
【００３７】
続いて、このスラリーを調整槽１２に送り、高温（約５５℃）または中温（約３５℃）で所定期間（高温発酵の場合で１０〜１５日程度）攪拌しながらメタン発酵させる。
【００３８】
メタン発酵により発生する消化ガスは、通常、メタンを６０％、二酸化炭素を４０％程度含有し、微量の硫化水素が含まれた可燃性の合成ガスであり、後続の脱硫器１３で脱硫されてから、ガスホルダ１４に貯蔵される。
【００３９】
一方、生ごみ以外の収集廃棄物は、上述の選別装置２２で選別された発酵不適物とともに、焼却施設３の焼却炉３１に供給され、図示しない投入口から焼却炉３１の燃焼室３１ａ内に投入される。
【００４０】
この投入ごみは、燃焼室３１ａ内の熱と１次空気の供給により、着火・燃焼されて燃焼ガスが発生するとともに、この燃焼ガス中に含まれる未燃ガスは、燃焼室３１ａ上部に設けられた２次空気送入管３１ｃから送入される２次空気によって２次燃焼される。前記２次空気送入管３１ｃには、図示しない給気ラインが押込送風機及びダンパ類を備えて接続されており、受入供給設備等の臭気対策が必要な設備箇所から吸気できるようになっており、２次空気として炉内送入された臭気は、高温で熱分解脱臭される。
【００４１】
燃焼室３１ａで２次燃焼された燃焼ガスは、次段の再燃焼室３１ｂにおいて、８５０℃程度以上の高温下で２秒以上滞留されることで、ダイオキシン類が完全分解された排ガスとなるが、別途、第１供給ライン４１を通じてガスホルダ１４に貯蔵された消化ガスを流量調節しながら供給して再燃焼室３１ｂ内で燃焼させる。この操作によって、容易に再燃焼室３１ｂ内を高温に保持できるとともに、排ガスの保有熱量を増大させることができる。
【００４２】
なお、再燃焼室３１ｂに供給する消化ガスの送入方法は特に限定されないが、例えば内壁に沿って旋回流を形成するよう吹き込むことで、局所高温域の発生を抑制でき有利である。
【００４３】
再燃焼室３１ｂを出た排ガスは、後続の廃熱ボイラ３２に送られてボイラ水との熱交換により蒸気を発生させる。この蒸気を用いて、併置した蒸気タービン式の発電装置３７による発電と、燃焼用１次空気や発酵槽１２の加温を行うとともに、各種の熱利用設備に供給される。なお、発酵槽１２の加温には廃熱ボイラ３２からの蒸気を利用せず、発電装置３７のタービン廃熱や他の廃熱を利用してもよい。
【００４４】
廃熱ボイラ３２で熱回収されて３００℃前後まで降温された排ガスは、水噴射式の調温塔や伝熱管型の熱交換器等による減温設備３３で、さらに２００℃程度以下まで温度低下されてから、バグフィルタ等の排ガス処理設備３４でばいじんや有害ガス等の除去がなされたのち、誘引通風機３５を介して煙突３６から大気放出される。
【００４５】
ここで、発酵槽１２で生じた発酵残渣は、上述の如く第２供給ライン４２を通じて燃焼室３１ａの投入口（図示せず）に供給されて、投入ごみと一緒に焼却処理されるが、発酵残渣中の固形物（残渣）と液体物（廃液）を分離して移送し、別々に処理することもできる。この場合、第２供給ライン４２には、固液分離して移送する構成を採用できる。例えば、第２供給ライン４２には、汚泥濃縮槽等の固液分離手段と、コンベア等の残渣の移送手段と、ポンプを備えた配管等の廃液移送手段を組合わせて用い、残渣は燃焼室３１ａの投入口から供給して焼却させ、廃液は燃焼室３１ａの壁面に設けられた図示しない廃液送入口から噴霧して蒸発させて処理することができる。なお、固液分離された廃液は、調温塔の減温水に用いて処理してもよい。
【００４６】
さらに、本発明の実施の形態では、収集廃棄物のうち、分別収集された生ごみだけを前処理装置２に供給して発酵不適物を取り除くと説明しているが、収集廃棄物が分別されておらず困難な場合等では、選別装置２２の設備費用が増すものの、焼却対象の収集廃棄物全量を前処理装置２に投入して選別することもできる。また、メタン発酵の主体は生ごみでなく、汚泥や家畜残渣等の他の発酵適応物であってもよく、収集廃棄物の分別状態が良好な場合には、選別装置２２を設けずにそのまま各施設にごみ供給してもよい。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態で説明した廃棄物複合処理施設を、従来の処理施設と比較した場合の費用低減効果を検討した積算結果について説明する。
【００４８】
表１は、本発明に係る廃棄物複合処理施設と従来の処理施設とをそれぞれ新設した場合に、２０年間でどの程度の費用が必要か比較した積算結果の一例を示したものである。比較対象として廃棄物の処理方式を、1)全量焼却（Ａ方式：焼却型）、2)焼却＋メタン発酵（Ｂ方式：併設型、図３参照）、3)本発明の方式（Ｃ方式：複合型、図１参照）に分けて表してある。
【００４９】
【表１】
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表１によれば、本発明に準拠したＣ方式では、発生した消化ガスをそのまま燃焼させて処理し、エネルギー回収設備を設けないことから、Ｂ方式に比べてエネルギー収入は少なくなるものの、他の建設・維持関係費用は全て低減されており、Ａ・Ｂ方式等の従来の技術に比べコストメリットの高い処理方式であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の廃棄物複合処理施設の一実施形態を示す設備フロー図である。
【図２】従来のメタン発酵施設の一例を示す設備フロー図である。
【図３】従来のメタン発酵施設と焼却施設を併設した廃棄物処理施設の一例を示す設備フロー図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  メタン発酵施設
２  前処理設備
２１  破砕装置
２２  選別装置
３  焼却施設
３１  焼却炉
３１ａ  燃焼室
３１ｂ  再燃焼室
４１  第１供給ライン
４２  第２供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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