(57)【要約】　　　（修正有）【課題】有機性廃棄物を利用して、窒素濃度が高く、従来の化学肥料と同等な形状、肥料効果が得られる有機肥料の製造法を提供する。【解決手段】有機肥料の乾燥、造粒の前処理として、嫌気性消化と好気性堆肥化の両方を行うことによりメタンガスを回収し、乾燥用熱源として利用して有機肥料を含水率３０％以下に乾燥する。アンモニウムを含む嫌気性消化汚泥を曝気し好気化することで窒素成分を固定し、窒素成分を沈殿させる硫酸バンド、過リン酸石灰等の化合物を添加することにより沈殿効果を更に上げ、窒素成分の高い有機肥料を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を嫌気性消化し、好気性堆肥化処理を行った後、含水率を３０％以下に乾燥する有機肥料の製造法
【請求項２】
請求項１の製造法において造粒を加えた製造法
【請求項３】
有機性廃棄物を嫌気性消化し、消化槽より取出した消化汚泥を好気性汚泥とすることにより、汚泥中に溶解していた窒素成分を不溶解とし、窒素成分を汚泥中に固定化する有機肥料の製造法
【請求項４】
請求項３の製造法において、曝気槽又は曝気槽以前の工程に、窒素成分を不溶解とさせる化合物を添加する有機肥料の製造法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、畜産廃棄物、生ゴミ、農業廃棄物、浄化槽汚泥、下水汚泥等の有機性廃棄物を利用した有機肥料の製造法に関する技術である。
図−１に本発明による有機肥料の製造法を示す。
本技術は、有機肥料の含水率を３０％以下に乾燥、造粒する前処理工程として、有機性廃棄物を嫌気性消化及び好気性堆肥化を行ことにより乾燥エネルギーを自立化させ、従来の化学肥料と同等の形状と肥料効果を有した有機肥料を製造する技術である。また、窒素を汚泥中に固定化させることにより、窒素濃度を高めた有機肥料を製造する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有機性廃棄物を利用した有機肥料製造法の技術を図−２、図−３、図−４に示す。
図−２は嫌気性消化と好気性堆肥化の処理を行うが、その後で乾燥、造粒を行わない従来技術である。
本技術は汚泥の処理処分法を目的に開発された技術であり、堆肥化は最終処理との考えかたである。従って、堆肥化後、肥料の散布を考えて汚泥を乾燥、造粒、する技術は無い。
図−３は前処理として堆肥化を行った後、乾燥、造粒を行う従来技術である。本技術は堆肥の取扱いを安易にする目的で開発された技術である。従って、堆肥の運搬、散布の重量を低減する為に堆肥化した有機肥料の乾燥、造粒を行う技術である。その為、堆肥化と同時に消化を行うことはない。
図−４は前処理として消化を行った後、嫌気性消化汚泥を乾燥、造粒する従来技術である。
本技術は汚泥の処理処分を目的に開発された技術であり、嫌気性消化汚泥を乾燥し汚泥の処分量を削減した技術である。その為、堆肥化を同時に行う事はない。
以上の如く従来の技術は、有機性廃棄物の処理処分、または有機性廃棄物による堆肥の製造を目的に開発された技術である。有機肥料の製造を目的に開発した技術ではない。従って、製造した有機肥料は従来の化学肥料と形状、肥料効果が劣り従来の化学肥料と同様に取扱うことは出来ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本技術は有機性廃棄物を利用して従来の化学肥料と同等な形状と肥料効果を有する有機肥料を製造することである。
化学肥料と同等な有機肥料を製造することにより従来の肥料取扱施設で有機肥料が取扱可能となり、有機肥料の使用が容易にできることになる。
有機肥料を農地に散布する場合、含水率が低く、窒素成分の含有量が多いほど絶対量として有機肥料の散布量が低減できる。
又、有機性廃棄物の発生量は通年を通し一定であるが、有機肥料の需要は秋と春に集中する。従って、需給量を調節する為、有機肥料の貯蔵施設が必要となる。
有機肥料を長期間貯蔵するには、有機肥料がカビたり、変質を防止する為、製造した有機肥料の含水率を３０％以下に乾燥することが求められる。
また、従来の化学肥料と同等な形状、肥料効果を有する有機肥料を製造するには有機性廃棄物を使用して製造される有機肥料に下記が求められる。
▲１▼肥料の外観は、肥料散布時に肥科が飛散しない形状、寸法とする。
▲２▼肥料散布時に、土壌が酸素不足を生じ無い為、有機肥料中に容易に分解する有機物を含まない。
▲３▼窒素成分が土壌に吸収され難溶性となる。
▲４▼製造した有機肥料にはク溶性がある
しかし、従来の技術では汚泥の処理処分、堆肥の製造が目的の為、乾燥、造粒の前処理として、嫌気性消化と好気性堆肥化の両方を行う必要がなかった。その為、下記の問題点があった。
▲１▼分解しやすい有機物を分解する目的で堆肥化を行う。堆肥化による分解は、含水率が４０％以下で停止する為、含水率３０％以下の有機肥料を堆肥化工程のみで製造する事はできない。含水率を３０％以下にするには乾燥が必要である。しかし、消化を同時に行わないので消化ガスが得られず、乾燥には外部エネルギーが必要である。窒素成分も乾燥工程でアンモニアが大気に飛散するので有機肥料中の窒素成分の残量が減少する。
▲２▼汚泥の処理処分量を削減する目的で消化を行う。この場合、汚泥の処理処分が目的だから堆肥化は行っていない。その為、製造した有機肥料を農地に散布すると土壌が酸素不足を生じたり悪臭を発生する。
また、嫌気性消化汚泥を脱水すると窒素成分が脱水分離液にアンモニュウムとして排水されるので有機肥料中の窒素成分が減少すると言う問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は製造する有機肥料の含水率を３０％以下に乾燥し造粒する前処理として、原料となる有機性廃棄物を嫌気性消化と好気堆肥化処理の両方を行う技術であり前処理の内容は下記である。
▲１▼有機性廃棄物の原料を消化槽に投入し嫌気性消化処理を行う。
▲２▼消化槽より取出した消化汚泥を脱水する。
▲３▼脱水汚泥を好気性堆肥化処理する。
尚、嫌気性消化処理すると脱水性が向上するので脱水後の水分が低下し、好気性堆肥化処理が容易となる。
また、消化汚泥の脱水分離液より窒素成分の流出を防止する為
▲１▼嫌気性消化汚泥を曝気して好気化することにより汚泥中の窒素成分（アンモニュウム）を汚泥中に固定化させる。
▲２▼消化汚泥中の窒素成分を汚泥中に固定化する量を増加させる為の化合物を嫌気性消化槽、又は曝気槽に添加する
尚、消化技術、堆肥化技術、窒素の不溶解化技術、とも個別的には公知の技術である。本発明の技術はこれら公知の技術を組合わせて新しい有機肥料製造法の技術を確立したものである。
消化技術‥‥‥例えば「下水道施設計画・設計指針と解説」（社）日本下水道協会
堆肥化技術‥‥例えば「堆肥化施設設計マニュアル」（社）中央畜産会
窒素の不溶解化技術‥‥例えば「第３９回下水道研究発表会講演集」（社）日本下水道協会
【０００５】
【窒素成分が固定化できる理由】
有機物の嫌気性分解を化学反応式で示すと（１）式で示される
‥‥‥例えば「下水処理プロセスとプラントの設計」（社）日本下水道協会
ＣａＨｂＯｃＮｄ→ｎＣｗＨｘＯｙＮｚ＋ｍＣＨ４＋ｓＣＯ２＋ｒＨ２Ｏ＋（ｄ−ｎｚ）ＮＨ３‥‥‥‥‥（１）
（１）式において窒素（Ｎ）はＣｗＨｘＯｙＮｚ（細菌の細胞と考えられる）とアンモニア（ｄ−ｎｚ）ＮＨ３、に含まれる。
ＣｗＨｘＯｙＮｚは沈殿物となり汚泥中に含まれる。アンモニアは水に溶解してアンモニウム（ＮＨ４）となる。その為、嫌気性消化汚泥をそのまま脱水すると窒素成分の一部（アンモニウム）は脱水分離液と共に排水してしまい、脱水ケーキとなった汚泥中の窒素成分が減少することになる。
水中のアンモニウムは好気状態になると水中のリン酸イオンやマグネシュウムイオンと反応し、リン酸アンモニュウム（（ＮＨ４）３ＰＯ４）やリン酸マグネシュウムアンモミュウム（ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ）の不溶解性物質になり沈殿物となる。　好気性となった消化汚泥の中にリン酸イオンやマグネシュウムイオンが充分に含まれている場合は、窒素成分はそれらと化合して汚泥中に窒素成分（アンモニュウム）が固定される。しかしそれらの成分が不足する場合は、リン酸やマグネシュウムの化合物を消化工程、又は曝気工程に添加する必要がある。
この事により窒素成分が汚泥中に固定化でき窒素成分の多い有機肥料が製造できることになる。
【０００６】
【発明の実施形態】
次に本発明の実施形態について説明する。
実施形態を図−１に示す。図−１は造粒を行う場合である。
有機性廃棄物中より生物分解しない物質、破砕不可の固形物を除去し原料とする。
原料は５ｍｍ以下に破砕する。破砕すると原料の含水率が８０〜９５％の液状となる。
原料の含水率が８０％以下となる場合は、脱水機の脱水分離液、消化槽脱離液、有機排水、又は水で希釈すると良い。含水率が８０％以下となると、乾式消化となり消化槽の攪拌が難しい。
原料を嫌気性消化槽へ投入する。消化時間は消化温度により異なる。無加温の場合は、３０〜６０日、３０〜４０℃の場合は２０〜４０日、５０〜６０℃の場合は１０〜２０日とする。又、消化槽内は撹拌し濃度を均一に保つ。尚、２段消化にすると良い。
消化槽にて有機性廃棄物が嫌気生分解しメタンガスと炭酸ガスが発生する（混合したガスを消化ガスと言う）。アンモニアは（２）式の如く水に溶けアンモニュウムとなる。
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ４＋ＯＨ‥‥‥‥（２）
窒素成分を汚泥中に固定化する場合は、消化槽より取出した消化汚泥を曝気槽で曝気し好気化する。汚泥が好気化すると、汚泥中のアンモニュウムイオン、は沈殿物となる。尚、曝気槽の運転条件はＰｈが７以上１０以下が望ましい。Ｐｈ７以下ではアンモニュウムイオンは化合物と反応せず沈殿物とならない。ＰＨ１０以上ではアンモニュウムイオンはアンモニアとなり大気に飛散する。
消化槽、又は曝気槽にアンモニュウムイオンを沈殿物とする化合物（例えば硫酸バンド、過リン酸石灰、塩化マグネシュウム、水酸化マグネシュウム等）、を添加すると、窒素成分の固定化効果が上昇し沈殿物となりやすくなる。尚、化合物の添加場所は曝気槽以前の原料中なら何処でも良い。
消化槽内汚泥の固形物濃度が５％以上の場合は消化槽内で固液分離せず全量脱水する。脱水汚泥の含水率は７０〜８０％となる。
消化槽で発生した消化ガスは乾燥工程の熱源として利用する。
堆肥化施設へ送られた脱水汚泥は堆肥化される。
堆肥化時間は３０〜６０日とする。堆肥化が開始すると汚泥は発酵し汚泥温度が６０〜７０℃となる。堆肥化が終了すると含水率は４０％前後となる。又、堆肥工程入口の含水率が５５〜７０％にな様、副資材として、含水率４０％程度の堆肥化した有機肥料、又は乾燥有機肥料の一部を堆肥化工程入口に戻し脱水した原料と混合する。尚、外部より副資材の一部を導入しても良い。
堆肥化が終了した汚泥は有機肥料となり乾燥装置にて乾燥する。乾燥時の品温は窒素化合物の分解を防止する為４０℃以下が望ましい。堆肥化した汚泥は乾燥機で含水率を３０％以下に乾燥する。尚、天日を利用した乾燥方式でも良い。
造粒する場合は、堆肥化装置の出口で造粒できない固形物を除去した後、直径が３〜８ｍｍ程度になる様、成型機にて成型する。尚、水分を２０〜２５％に乾燥した後に造粒すると乾燥した有機肥料の飛散が防止できる。造粒終了後、再度乾燥し水分を１５％以下とすると良い。
造粒する時の乾燥工程は、造粒の前、後、両者のいずれかで行われる。乾燥と造粒を同時に行う場合もある。
乾燥終了後製造した有機肥料は貯槽又は袋詰めし保管する。
尚前記の消化、堆肥化の時間、温度、水分に関する条件は一般的な数値である。有機性廃棄物の性状が変化すると、運転条件は当然変化する。又、堆肥化工程を省き曝気工程のみとすることも好気性処理を行う事では同一である。
【０００７】
【発明の効果】
乾燥、造粒の前処理として嫌気性消化、好気性堆肥化を行うことにより下記の効果がある
１）回収した消化ガスのみで有機肥料の含水率を３０％以下に乾燥できる。
２）消化工程で有機廃棄物中の繊維質が分解するので、造粒化が容易になる
３）アンモニュウムを含んだ汚泥を乾燥することにより窒素固定の改善が行われた有機肥料となる。‥‥‥例えば「肥料学概論」養賢堂
４）前処理で分解しやすい有機物を嫌気、好気分解を行うので、乾燥時、アンモニアの発生量が抑制される。また、大気へのアンモニアの飛散が防止でき水酸化アンモニュウムによる土壌の酸性化が防止できる。
嫌気性消化汚泥を曝気し好気性とすることにより下記の効果がある
１）窒素成分を汚泥中の沈殿物にできるので窒素濃度の高い有機肥料が出来る
２）汚泥中に沈殿した窒素成分を含んだ有機肥料はク溶性のある肥料になる。
‥‥‥例えば「化学大辞典−１」
以上の効果によりエネルギー自立で従来の化学肥料と同等な形状と肥料効果を有する有機性廃棄物を利用した有機肥料の製造が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であり有機性肥料を製造する製造施設の概略フローシートを示す。
尚、各処理工程の内容を下記に示す。
分級１……有機性廃棄物の中から破砕機に入らない形状の廃棄物、及び金属類、プラスチック類、ガラス等生物処理出来ない混入物を分離する。
破砕………有機性廃棄物を破砕機で細分化する。
消化………有機性廃棄物を嫌気性分解する嫌気性消化槽を示す。
爆気………消化汚泥を曝気し好気性を保つ曝気槽を示す。
脱水………有機性廃棄物汚泥より水分を機械的に除去する脱水機を示す。
混合………脱水汚泥と副資材を混ぜて堆肥化する前に水分を調整する。
堆肥化……好気性堆肥化施設を示す。
分級２……堆肥化した汚泥より乾燥機に搬入できない汚泥を取り除く。
乾燥………有機性廃棄物汚泥より水分を蒸発除去する乾燥機を示す。
造粒………汚泥を飛散しない形状に成形する機械を示す。
加温装置…化ガスを燃焼させて乾燥機に熱源を供給する機械を示す。
副資材……堆肥化装置への水分調整剤
排水‥‥‥脱水機の分離液
【図２】嫌気性消化後堆肥化を行うが、乾燥、造粒は行わない従来の技術を示す。各工程の内容は図−１と同じである。
【図３】堆肥化後乾燥、造粒を行う従来の技術を示す。各工程の内容は図−１と同じである。
【図４】消化後乾燥、造粒を行う従来の技術を示す。各工程の内容は図−１と同じである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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