(57)【要約】【目的】エネルギーの利用効率を高めてエネルギー自立型を実現するとともに、堆肥製品生成量を低く抑えて減量率を高め、更には堆肥化処理から脱臭工程を省略することができる有機系廃棄物の処理方法を提供すること。【構成】廃棄物量に対して１０％以下の水蒸気を加えて乾式メタン発酵槽１にて有機系廃棄物（生分解性廃棄物）の乾式メタン発酵を行った後、得られたメタン発酵残渣の７０〜９０％を炭化装置（炭化炉）７にて炭化処理する一方、残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に、前記炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を添加し、その混合物を堆肥化装置５において堆肥化処理する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物量に対して１０％以下の水蒸気を加えて有機系廃棄物の乾式メタン発酵を行った後、得られたメタン発酵残渣の７０〜９０％を炭化処理する一方、残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に、前記炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を添加し、その混合物を堆肥化処理することを特徴とする有機系廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵残渣と前記炭化物との混合物の含水率を７０％以下とすることを特徴とする請求項１記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を燃料として前記蒸気を得ることを特徴とする請求項１又は２記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を熱源として発電することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を前記炭化処理における燃料として利用することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を燃焼脱臭の燃料として利用することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項７】
前記メタン発酵残渣に対して１０〜４０％の非生分解性廃棄物を炭化工程に加えて炭化処理し、この炭化処理によって発生する乾留ガスの燃焼排ガスで、炭化処理されるメタン発酵残渣を予熱乾燥処理することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項８】
メタン発酵残渣の予熱乾燥処理に供された乾留ガスの燃焼排ガスを前記堆肥化処理における熱源として利用することを特徴とする請求項７記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項９】
予熱乾燥処理された含水率１５〜３０％の前記メタン発酵残渣と炭化工程に加えられる含水率３０％以下の前記非生分解性廃棄物の比率を４：１〜１：５（乾燥固形物として）とすることを特徴とする請求項７又は８記載の有機系廃棄物の処理方法。
【請求項１０】
廃棄物量に対して１０％以下の水蒸気を加えて有機系廃棄物の乾式メタン発酵を行う乾式メタン発酵槽と、
乾式メタン発酵によって得られたメタン発酵残渣の７０〜９０％を炭化処理する炭化装置と、
残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に、前記炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を添加して得られる混合物を堆肥化処理する堆肥化装置と、
を含んで構成されることを特徴とする有機系廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式メタン発酵と炭化処理及び堆肥化処理を組み合わせて有機系廃棄物を資源化処理するエネルギー自立型の処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家畜糞尿、木質、食品残渣、水産加工残渣、可燃ゴミ、生ゴミ等の有機系廃棄物を焼却することなく資源化する方法の１つとして、有機系廃棄物を発酵させてコンポスト化し、これを農地に戻す方法は既に知られ、実用に供されている。
【０００３】
又、有機系廃棄物をコンポスト化し、これを炭化処理して得られた炭化物を土壌改良材等として有効利用する方法も知られており、この方法において、炭化物を発酵槽に返送することによってこれを副資材として利用し、減容率の向上を図る提案がなされている（例えば、特開２０００−２０５０９６参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、有機系廃棄物の発酵方式として湿式メタン発酵を採用する場合、発酵残渣には多量の水分が含まれるため、脱水及び廃水処理が必要となり、これらの処理に膨大なコストと労力を要していた。
【０００５】
そこで、発酵方式として乾式メタン発酵を採用し、この乾式メタン発酵と炭化処理を組み合わせる処理方法が考えられる。この方法では廃水処理が不要となるが、メタン発酵残渣の全量を炭化処理すると加熱蒸気中の水分が炭化工程に入り、又、炭化の廃熱を有効利用することができない等のため、エネルギーの利用効率が悪いという問題があった。
【０００６】
又、乾式メタン発酵と堆肥化処理を組み合わせた処理方法では、多量の水分調整材が必要であるとともに、堆肥生産量が多くなって減量率が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、エネルギーの利用効率を高めてエネルギー自立型を実現するとともに、堆肥製品生成量を低く抑えて減量率を高め、更には堆肥化処理から脱臭工程を省略することができる有機系廃棄物の処理方法及び処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、廃棄物量に対して１０％以下の水蒸気を加えて有機系廃棄物の乾式メタン発酵を行った後、得られたメタン発酵残渣の７０〜９０％を炭化処理する一方、残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に、前記炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を添加し、その混合物を堆肥化処理することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記メタン発酵残渣と前記炭化物との混合物の含水率を７０％以下とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項１及び２記載の発明によれば、乾式メタン発酵によって得られたメタン発酵残渣の全てではなく、その７０％〜９０％を炭化処理するようにしたため、炭化工程に入る加熱蒸気中の水分量が低く抑えられ、水分蒸発に要する消費エネルギーが低く抑えられるとともに、堆肥物の生産量が低く抑えられて減量率が高められる。又、炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に添加し、その混合物を堆肥化処理するようにしたため、炭化物の脱臭作用によって堆肥物の脱臭がなされ、その結果として堆肥化処理から脱臭工程を省略することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載発明において、前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を燃料として前記蒸気を得ることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を熱源として発電することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を前記炭化処理における燃料として利用することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記乾式メタン発酵によって発生するメタンガスの一部を燃焼脱臭の燃料として利用することを特徴とする。
【００１５】
請求項３〜６記載の発明によれば、乾式メタン発酵によって発生するメタンガスをエネルギー源として、処理に必要な水蒸気や電力を賄うとともに、炭化処理や燃焼脱臭の燃料として利用するため、エネルギーの利用効率が高められてエネルギー自立型のシステムを構築することができる。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記メタン発酵残渣に対して１０〜４０％の非生分解性廃棄物を炭化工程に加えて炭化処理し、この炭化処理によって発生する乾留ガスの燃焼排ガスで、炭化処理されるメタン発酵残渣を予熱乾燥処理することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、メタン発酵残渣の予熱乾燥処理に供された乾留ガスの燃焼排ガスを前記堆肥化処理における熱源として利用することを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の発明において、予熱乾燥処理された含水率１５〜３０％の前記メタン発酵残渣と炭化工程に加えられる含水率３０％以下の前記非生分解性廃棄物の比率を４：１〜１：５（乾燥固形物として）とすることを特徴とする。
【００１９】
請求項７〜９記載の発明によれば、メタン発酵残渣に対して１０〜４０％の非生分解性廃棄物を炭化工程に直接加えて炭化処理し、この炭化処理によって発生する乾留ガスをメタン発酵残渣の予熱乾燥処理や堆肥化処理における熱源として利用するため、エネルギーの利用効率が高められてエネルギー自立型のシステムを実現することができる。又、堆肥化処理においてメタン発酵残渣は昇温しづらく、堆肥化しにくいが、乾留ガスの燃焼排ガスによってメタン発酵残渣を加熱することができるため、前記問題を解消してメタン発酵残渣の堆肥化を容易化することができる。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、廃棄物量に対して１０％以下の水蒸気を加えて有機系廃棄物の乾式メタン発酵を行う乾式メタン発酵槽と、
乾式メタン発酵によって得られたメタン発酵残渣の７０〜９０％を炭化処理する炭化装置と、
残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に、前記炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を添加して得られる混合物を堆肥化処理する堆肥化装置と、
を含んで有機系廃棄物の処理装置を構成したことを特徴とする。
【００２１】
従って、請求項１０記載の発明によれば、本発明方法を有効に実施して前記効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る有機系廃棄物の処理装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示す処理装置を用いて実施される本発明に係る有機系廃棄物の処理方法を説明すると、先ず、原料としての有機系廃棄物のうち、家畜糞尿、食品残渣等の生分解性廃棄物が後述のボイラー３，４にて発生した７０〜９０℃の水蒸気によって４５〜６０℃まで加熱された後、ラインＬ１から乾式メタン発酵槽１に投入されて発酵に好適な５０〜５７℃の嫌気性雰囲気の下で発酵される。
【００２５】
そして、上記乾式メタン発酵槽１における有機系廃棄物の乾式メタン発酵処理によって発生したメタンガスは、ラインＬ２を経て発電機２に供給されるとともに、ラインＬ２から分岐するラインＬ３を通って前記ボイラー３に供給される。
【００２６】
ところで、発電機２においては、不図示のガスエンジンがメタンガスを燃料として駆動され、このガスエンジンによって発電機２が駆動されて発電され、これによってシステムに必要な電力が賄われる。そして、ガスエンジンから排出される排気ガスの熱（排熱）によって前記ボイラー４が駆動されて７０〜９０℃の水蒸気が発生し、この水蒸気は、メタンガスを燃料とする前記ボイラー３からラインＬ４に排出される水蒸気にラインＬ５を通って合流し、合流した水蒸気は、前述のようにラインＬ４から乾式メタン発酵槽１に投入される生分解性廃棄物の加熱に供される。尚、生分解性廃棄物に加えられる水蒸気は、投入廃棄物量に対して１０ｗｔ％以下に設定される。
【００２７】
他方、乾式メタン発酵槽１からラインＬ６へと排出されるメタン発酵残渣は、６５〜８５％の水分を含んでおり、その一部（１０〜３０ｗｔ％）はラインＬ６から分岐するラインＬ７を経て堆肥化装置５に投入され、残りの７０〜９０ｗｔ％のメタン発酵残渣は、乾燥機６に投入されて含水率が１５〜３０％となるまで予熱乾燥処理される。
【００２８】
そして、乾燥機６によって予熱乾燥処理された含水率１５〜３０％のメタン発酵残渣は、炭化装置（炭化炉）７に投入されて炭化処理されるが、原料としての有機系廃棄物のうち、木質廃材、建設廃材（木材主体）、おが屑、間伐材、コーヒー粕等の含水率３０％以下の非生分解性廃棄物は、発酵処理されることなくラインＬ８を経て炭化装置７に直接投入されて前記メタン発酵残渣と共に炭化処理される。尚、このときのメタン発酵残渣（含水率６５〜８５％）と非生分解性廃棄物（含水率３０％以下）の比率（重量比）は、４：１〜１：５（乾燥固形物として）に設定される。
【００２９】
ここで、炭化装置７での炭化処理前段の予熱炉と後段の再燃炉のバーナーに供給される燃料には、前記乾式メタン発酵槽１にて発生したメタンガスの一部が利用される。即ち、乾式メタン発酵槽１からラインＬ２へと排出されるメタンガスの一部がラインＬ２からラインＬ９を通って炭化装置７に供給されて燃焼に供される。
【００３０】
炭化装置７での炭化処理は、内部に空気を供給しないで、例えば外熱式のスクリューで６００〜８００℃に０．２〜１時間加熱することによってなされる。この炭化処理によって得られる炭化物の含水率は１０％以下であり、本実施の形態では、その全部がラインＬ１０を経てメタン発酵残渣に添加される。このように、含水率６５〜８５％のメタン発酵残渣に含水率１０％以下の炭化物が添加されることによって得られる混合物の含水率は７０％以下に調整され、この混合物が前記堆肥化装置５に投入され、堆肥化処理される。
【００３１】
尚、本実施の形態では、炭化物の全量をメタン発酵残渣に添加するようにしたが、一部を添加し、残りを図１に破線にて示すようにラインＬ１１から排出し、この炭化物を種々の用途に供するようにしても良い。ここで、炭化物の用途としては、脱臭や水分調整、空隙率アップによる通気性改良、粘度の低減による装置への付着抑制、粉塵の減少、陽イオン交換能力（ＣＥＣ）の向上、土壌の保水性や団粒構造の向上等に資する用途が考えられる。
【００３２】
ところで、炭化装置７おいて発生する８００〜９００℃の乾留ガス（バイオガス）は、ラインＬ１２を通って前記乾燥機６に熱風として供給されてメタン発酵残渣の予熱乾燥に供され、予熱乾燥に供されて温度が２００〜２３０℃に低下した乾留排ガスは、ラインＬ１３を経て熱交換器８に供給される。
【００３３】
熱交換器８においては、ラインＬ１４から供給される大気中の新鮮空気が乾留ガスによって６０〜７０℃に加熱され、堆肥の通気用熱風としてラインＬ１５を通って前記堆肥化装置５に供給される。そして、熱交換器８において空気の加熱に供された乾留ガスは、白煙が出ない程度の１５０℃程度まで温度が下がり、ラインＬ１６から大気中に排出される。
【００３４】
而して、上述のように熱交換器８における乾留ガスとの熱交換によって６０〜７０℃に加熱された新鮮空気が堆肥の通気用熱風としてラインＬ１５を通って堆肥化装置５に供給されることによって、メタン発酵残渣と炭化物が堆肥化装置５において加熱され、これらが最適な温度６０℃の好気性雰囲気の下で堆肥化処理され、含水率３０〜７０％（最適値６０％）の堆肥物がラインＬ１７から排出されるとともに、堆肥排ガスがラインＬ１８から排出される。
【００３５】
他方、乾式メタン発酵槽１周りに置いて発生する臭気は、ラインＬ１９を通って脱臭装置９に吸引され、ラインＬ９から分岐するラインＬ２０を経て脱臭装置９に供給されるメタンガスによって燃焼脱臭される。
【００３６】
以上において、図１に示す処理装置を用いて実施される本発明に係る処理方法によれば、乾式メタン発酵によって得られたメタン発酵残渣の全てではなく、その７０％〜９０％を炭化処理するようにしたため、炭化工程に入る加熱蒸気中の水分量が低く抑えられ、水分蒸発に要する消費エネルギーが低く抑えられるとともに、堆肥物の生産量が低く抑えられて減量率が高められる。
【００３７】
又、炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に添加し、その混合物を堆肥化処理するようにしたため、炭化物の脱臭作用によって堆肥物の脱臭がなされ、その結果として堆肥化処理から脱臭工程を省略することができる。
【００３８】
更に、乾式メタン発酵によって発生するメタンガスをエネルギー源として、処理に必要な水蒸気や電力を賄うとともに、炭化処理や燃焼脱臭の燃料として利用するようにしたため、エネルギーの利用効率が高められてエネルギー自立型のシステムを構築することができる。
【００３９】
又、本発明によれば、メタン発酵残渣に対して１０〜４０％の非生分解性廃棄物を炭化工程に直接加えて炭化処理し、この炭化処理によって発生する乾留ガスをメタン発酵残渣の予熱乾燥処理や堆肥化処理における熱源として利用するため、エネルギーの利用効率が高められてエネルギー自立型のシステムを実現することができる。
【００４０】
尚、堆肥化処理においてメタン発酵残渣は昇温しづらく、堆肥化しにくいが、本発明では乾留ガスの燃焼排ガスによってメタン発酵残渣を加熱するようにしたため、前記問題を解消してメタン発酵残渣の堆肥化を容易化することができる。
【００４１】
ここで、本実施の形態における有機系廃棄物の処理における乾物収支と水収支及び重量収支を図２、図３及び図４に基づいてそれぞれ具体的に説明する。
【００４２】
先ず、乾物収支を図２に基づいて説明すると、投入乾物合計３２．９ｔ／ｄのうち、メタン発酵槽に投入される生分解性廃棄物であるメタン発酵原料乾物が２３．４ｔ／ｄ、蒸気が０ｔ／ｄ、非生分解性廃棄物である木質廃材乾物が９．５ｔ／ｄである場合、メタン発酵工程における乾物分解量は７．６ｔ／ｄ−（−は減量を意味する）、炭化及び堆肥工程における乾物分解量は１７．４ｔ／ｄ−となり、処理工程全体における乾物分解量は２６．０（＝７．６＋１７．４）ｔ／ｄ−となる。
【００４３】
従って、処理工程の乾物減少量は２６．０ｔ／ｄとなり、炭化及び堆肥工程によって得られる炭入り堆肥乾物は６．９（＝３２．９−２６．０）ｔ／ｄとなり、乾物収支は投入乾物合計＝排出と分解乾物合計＝３２．９ｔ／ｄとなる。
【００４４】
次に、水収支を図３に基づいて説明すると、メタン発酵槽に投入される生分解性廃棄物であるメタン発酵原料に含まれる水分が７２．８ｔ／ｄ、加熱に用いられる蒸気の水分が７．８ｔ／ｄ、非生分解性廃棄物である木質廃材に含まれる水分が４．０ｔ／ｄである場合、メタン発酵工程における水分消費量は２．３ｔ／ｄ−（−は減量を意味する）、炭化及び堆肥工程における水分生成量は８．６ｔ／ｄ＋（＋は増量）となり、処理工程全体における水分生成量は６．３（＝８．６−２．３）ｔ／ｄ＋となる。従って、投入水と生成水の合計は９０．９（＝７２．８＋７．８＋４．０＋６．３）ｔ／ｄとなる。
【００４５】
そして、炭化及び堆肥工程によって得られる炭入り堆肥乾物に含まれる水分は３．０ｔ／ｄであるため、処理工程での水分蒸発量は８７．９（＝９０．９−３．０）ｔ／ｄとなり、水収支は投入水と生成水合計＝蒸発水と排出水合計＝９０．９ｔ／ｄとなる。
【００４６】
従って、図２に示す乾物収支と図３に示す水収支から、重量収支は図４に示すようになる。
【００４７】
即ち、投入物合計１１７．５（＝３２．９＋９０．９−６．３）ｔ／ｄのうち、メタン発酵槽に投入されるメタン発酵原料が９６．２（＝２３．４＋７２．８）ｔ／ｄ、蒸気水分が７．８ｔ／ｄ、木質廃材が１３．５（＝９．５＋４．０）ｔ／ｄとなり、処理工程における重量変化は１０７．６（＝２６＋８７．９−６．３）ｔ／ｄ−となる。そして、炭化及び堆肥工程によって得られる炭入り堆肥乾物の重量は９．９（＝６．９＋３．０）ｔ／ｄであるため、処理工程での水分蒸発量は１０７．６（＝１１７．５−９．９）ｔ／ｄとなり、重量収支は投入物合計＝分解と製品合計＝１１７．５ｔ／ｄとなる。尚、本例における減量率は、１００−（９．９／１１７．５）×１００＝９１．５％となる。
【００４８】
次に、処理装置全体の熱収支を表１に基づいて説明する。
【００４９】
表１：処理装置全体の熱収支
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表１に示すように、図１に示した処理装置においては、乾式メタン発酵槽において発生するメタン発酵ガスの熱量４１，８３０ｋｗｈ／ｄと炭化装置において発生する炭化乾留ガスの熱量７４，８６０ｋＷｈ／ｄの合計１１６，６９０ｋＷｈ／ｄが入熱として加えられる。
【００５０】
そして、装置において消費又は失われる熱量（損失熱量）としては、装置を駆動するための動力（装置動力）５，９６５ｋＷｈ／ｄ（熱量換算）、乾式メタン発酵槽に投入される生分解性廃棄物の加熱に用いられる蒸気（メタン加熱蒸気）の熱量８，１４０ｋＷｈ／ｄ、炭化工程と堆肥工程での水分蒸発熱６９，５０２ｋＷｈ／ｄ、脱臭工程における燃料（メタンガス）の燃焼熱３，８９０ｋｋＷｈ／ｄ、発電機やボイラーでの熱損失（メタンガス熱損失）１２，６９８ｋＷｈ／ｄ及び炭化、堆肥熱損失（熱交換器からラインＬを経て大気中に排出される乾留ガスの熱量＋堆肥装置からラインＬを経て大気中に排出される空気の熱量）１６，４９５ｋＷｈ／ｄが考えられ、これらの総計は１１６，６９０ｋＷｈ／ｄとなり、その値は入熱に等しい。
【００５１】
つまり、本発明に係る処理装置において消費又は失われる熱量（損失熱量）は、装置自体において発生したメタン発酵ガス及び炭化乾留ガスの熱量によって賄われるため、本発明に係る処理装置はエネルギー自立型となり、化石燃料のインプットが不要となるとともに、装置全体の電力自給が可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、廃棄物量に対して１０％以下の水蒸気を加えて有機系廃棄物の乾式メタン発酵を行った後、得られたメタン発酵残渣の７０〜９０％を炭化処理する一方、残りの１０〜３０％のメタン発酵残渣に、前記炭化処理で得られた炭化物の一部又は全部を添加し、その混合物を堆肥化処理するようにしたため、エネルギーの利用効率を高めてエネルギー自立型を実現するとともに、堆肥製品生成量を低く抑えて減量率を高め、更には堆肥化処理から脱臭工程を省略することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機系廃棄物の処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における有機系廃棄物の処理における乾物収支を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態における有機系廃棄物の処理における水収支を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態における有機系廃棄物の処理における重量収支を説明する図である。
【符号の説明】
１      乾式メタン発酵槽
２      発電機
３，４  ボイラー
５      堆肥化装置
６      乾燥機
７      炭化装置（炭化炉）
８      熱交換器
９      脱臭装置
【図１】
2004284917.tif 000004
【図２】
2004284917.tif 000005
【図３】
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【図４】
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