(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物のメタン発酵用処理設備において、石又は金属の夾雑物が混入した有機性廃棄物と水とのスラリ状混合物から前記夾雑物を分離する上向流型沈降分離槽と、前記夾雑物が分離された前記スラリ状混合物をメタン発酵槽へ搬出する溢流手段を備えたバッファータンクと、前記上向流型沈降分離槽よりの流出スラリを、前記溢流手段を備えたバッファータンクを経由して該上向流型沈降分離槽の下部へ循環させる一端が分離槽上部の流出口に接続され、他端は前記溢流手段を備えたバッファータンクの下部に設けられた導入口、排出口を経て分離槽下部の流入口に接続されている循環ラインを設けるとともに、循環ラインの途中に循環ポンプが取付けられ、前記上向流型沈降分離槽の頂部に前記夾雑物が混入した有機性廃棄物と水の導入手段を配設したことを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵用処理設備
【請求項２】
前記循環ポンプが、循環物の破砕機能を有することを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物のメタン発酵用処理設備
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵処理する際の夾雑物除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
農作物加工場からの廃棄物、水産物加工場からの廃棄物、厨芥、下水汚泥などの有機性廃棄物には、砂や金属片などが含まれているので、メタン発酵を行うに際し、これらを予め除去することが望まれる。
【０００３】
特許文献１には、生ゴミ等のプラスチック類も含む有機性廃棄物を、メタン発酵で処理するために、予めトロンメルでプラスチック類を除去したものを調質槽に入れて調質する装置が開示されている。この装置は、特許文献１の図１と段落［００４５］〜［００５３］に説明されているように、調質槽（貯留槽）３と、その底部に接続された分離槽（夾雑物除去手段）８よりなっている。調質槽３の上部には有機性廃棄物（破砕物）と水供給管２１からの水を投入する投入口が、底部には排出口が設けられ、内部には投入された有機性廃棄物と水とのスラリ状混合物を攪拌して有機性廃棄物を裁断する攪拌機（攪拌手段）４が設けられている。調質槽８の排出口には分離槽８と結ぶ移送管７が接続されている。分離槽８に入れられた有機性廃棄物スラリはそこで渦流を形成して、砂や金属片のような重量物をその漏斗状底部９に集めその下端に接続された夾雑物排出管１２から抜き出される。この分離槽の上端から下方に２／３の位置には排出管１６が接続され、この排出管１６は途中で分岐して、一方はメタン発酵へ、他方は循環管１９を介して調質槽３へ返送されるようになっている。循環管１９の途中の循環ポンプには破砕機能を持つものを用いることも段落［００９０］に示されている。
【０００４】
夾雑物除去手段としてドラムスクリーンとスクリュースクリーンを用いた連続式のものも開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６１４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術では、分離槽における有機性廃棄物と夾雑物の分離と、有機性廃棄物の供給と搬出の調整に問題がある。
すなわち、分離槽における有機性廃棄物と夾雑物との分離においては、夾雑物除去手段は、回分処理の場合は、液体サイクロン型の分離槽を用い、連続処理の場合は、ドラムスクリーンを用いる。しかし、前者では、有機性廃棄物の比重が水よりも大きい場合、有機性廃棄物が夾雑物とともに分離してしまい、有機性廃棄物と夾雑物との分離が困難になる。例えば、ジャガイモの比重は１．１である。一方、後者の場合は、夾雑物と同様の径あるいはそれ以上の径の有機性廃棄物は夾雑物とともに分離されてしまうため、メタン発酵原料の損失が大きい。
【０００７】
次に供給と搬出の調整については、調質槽に供給される有機性廃棄物はコンベア等で運ばれてくるため、定量的な供給は困難であり、また、正確な供給量の把握も困難である。
一方、夾雑物が分離された調質物の搬出には、搬出ポンプが使用されるが、搬出ポンプによる調質物の搬出量を、上記のようにして供給される有機性廃棄物の供給量に応じて制御することはきわめて難しい。
【０００８】
さらに、上記の技術分野においては、有機性廃棄物の破砕を石や金属等の夾雑物が存在する状態で行っているため破砕刃が損傷することも問題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するべくなされたものであり、次のような特徴を有している。
夾雑物除去手段を上向流型の沈降（重力）分離槽とし、上向流速を有機性廃棄物の沈降速度以上、夾雑物の沈降速度未満に設定することにより、有機性廃棄物と夾雑物を精度よく連続的に分離可能なものにした。
夾雑物が分離された調質物の搬出手段を溢流型とすることにより、有機性廃棄物の供給量に応じて搬出ポンプの搬出量を制御することを不要とした。
上向流型沈降（重力）分離槽より流出するスラリを該上向流型沈降（重力）分離槽の下部に循環させる循環手段として、破砕ポンプを使用し、かつ、循環量を有機性廃棄物の供給量よりも大きく（２倍以上）し、繰り返し破砕ポンプを通過させることにより、別途調質手段を設けることなく、スラリ調質を可能とした。
本発明は、上記のような改良によって得られたものであり、有機性廃棄物のメタン発酵用処理設備において、夾雑物が混入した有機性廃棄物と水とのスラリ状混合物から前記夾雑物を分離する上向流型沈降分離槽と、前記夾雑物が分離された前記スラリ状混合物をメタン発酵槽へ搬出する溢流型の搬出手段と、前記上向流型沈降分離槽よりの流出スラリを、前記溢流型の搬出手段を経由して該上向流型沈降分離槽の下部へ循環させる循環手段を設けるとともに、前記上向流型沈降分離槽の頂部に前記夾雑物が混入した有機性廃棄物と水の導入手段を配設したことを特徴とする有機性廃棄物のメタン発酵用処理設備を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、有機性廃棄物の比重が水より大きくても、石や金属などの夾雑物と有機性廃棄物を確実に分離することができ、また、有機性廃棄物を定量供給してその搬出量を供給量に応じて制御することも容易である。さらに、夾雑物を有機性廃棄物の破砕前に確実に分離できるので破砕刃を痛めることない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のメタン発酵用処理装置は、上向流型沈降槽と溢流型搬出手段からなる。
上向流型沈降槽は、夾雑物が混入した有機性廃棄物と水のスラリ状混合物から前記夾雑物を分離するもので、頂部には、前記夾雑物が混入した有機性廃棄物と水の導入手段が、底部には沈降した夾雑物の抜き出し手段が設けられ、さらに、このスラリ状混合物を溢流型の搬出手段との間を循環させる為の流出口と導入口が設けられる。
【００１２】
槽本体の形状は、通常は円筒であるが、角筒であってもよく、あるいは、上部又は下部が拡径された異径筒であってもよい。槽本体の、スラリ状混合物を循環させる為の導入口と流出口との間のＬ／Ｄは２Ｄ〜４Ｄ程度が適当である。内部には、上昇流を乱さない為攪拌機などは設けないことが好ましい。
【００１３】
頂部に設けられる有機性廃棄物と水の導入手段としての導入口は、それぞれ別個に設けられていてもよく、あるいは１個の導入口を兼用させてもよい。有機性廃棄物の供給路には定量フィーダなど、水の供給管には定量供給ポンプなどで、それぞれ供給量を調節できるようにしておくことが好ましい。
【００１４】
槽本体の、スラリ状混合物を循環させる為の導入口より下部は沈降した夾雑物の貯槽とされる。そしてその底部にはこの夾雑物の抜き出し口が設けられる。この抜き出し口にはロータリ弁などを設けて、間欠的あるいは、連続的に夾雑物を抜き出すようにすることもできる。
【００１５】
スラリ状混合物を溢流型の搬出手段との間を循環させる為の流出口は槽本体の上部に、そして導入口は下部に設けて、その間で上昇流を形成させる。
溢流型の搬出手段は、搬出ポンプの搬出量を制御することなく、供給量に見合った量を系外に排出させるものである。溢流型の搬出手段の好ましい態様は、上部に溢流堰やテレスコピック弁等の溢流手段を備えたバッファータンクである。バッファータンクには、スラリ状混合物の入口と出口が設けられるがいずれもタンクの下部が適当である。
【００１６】
循環手段は、上記上向流型沈降分離槽よりの流出スラリを、前記溢流型の搬出手段を経由して該上向流型沈降分離槽の下部へ循環させるものであり、循環ラインと循環ポンプよりなる。循環量はこのポンプの回転数を制御することによってコントロールできる。循環ポンプに破砕型のものを用いれば、有機性廃棄物を繰り返し破砕してより細かくし、メタン発酵原料としてより好ましいものとすることができる。
【００１７】
上記のメタン発酵用処理設備を用いて有機性廃棄物を処理する際には、まず有機性廃棄物と水の供給量を調整して好ましい混合割合とする。
【００１８】
このスラリ状混合物を沈降分離槽に入れて循環ポンプを作動させて循環を行う。スラリ状混合物の投入は連続的に行うのが原則であるが、間欠的であってもよく、あるいは回分方式であってもよい。
【００１９】
循環させるに当っては、まず沈降速度を求める。沈降速度の計算式には、一般式の外、ストークスの式、アレンの式、ニュートンの式などがあるが、レイノルズ数が１００〜１０３程度ではアレンの式が適当であるとされているので、ここではアレンの式を用いる。アレンの式は次の式である。
0004784839.tif 000002
【００２０】
まず、有機物としてジャガイモを例に、上記の式で沈降速度を計算し、粒子径１．８０ｃｍで４．９９ｃｍ／ｓの沈降速度を得た。
計算の前提とした各因子の数値は次の通りである。
レイノズル数  Ｒｅ      １．８０
重力加速度    ｇ        ９８０ｃｍ／ｓ２
粒子径        ｄ        １．８０ｃｍ
粘性係数      μ        ５．００ｇ／ｃｍ・ｓ
同粘性係数    γ        ５．００ｃｍ２／ｓ
抵抗係数      ＣＤ      ９．４４
粒子の密度    ρｓ      １．１０ｇ／ｃｍ３
液体の密度    ρ        １．００ｇ／ｃｍ３
沈降速度      ｗｂ      ４．９９ｃｍ／ｓ
【００２１】
次に夾雑物の例として、石の沈降速度を計算し、粒子径０．３０ｃｍで５．３９ｃｍ／ｓの沈降速度を得た。
レイノズル数  Ｒｅ      ０．３２
重力加速度    ｇ        ９８０ｃｍ／ｓ２
粒子径        ｄ        ０．３０ｃｍ
粘性係数      μ        ５．００ｇ／ｃｍ・ｓ
同粘性係数    γ        ５．００ｃｍ２／ｓ
抵抗係数      ＣＤ      ２２．２４
粒子の密度    ρｓ       ２．６５ｇ／ｃｍ３
液体の密度    ρ        １．００ｇ／ｃｍ３
沈降速度      ｗｂ      ５．３９ｃｍ／ｓ
こうして、ジャガイモと石の粒子径を変えて沈降速度を計算し、次の結果を得た。これを図２に示す。
0004784839.tif 000003
【００２２】
以上の結果から、上向流の速度を石の沈降速度より遅く、有機物の沈降速度より速くなるように設定することで石を効率よく除去できる。
本発明においては、循環流量Ｑｒが有機性廃棄物のスラリ状混合物の投入流量Ｑｉｎより大きくなるように設定する。
例えば、循環流量Ｑｒを投入流量Ｑｉｎの５倍にすれば平均で５回循環させることができ、循環ポンプに破砕型のものを用いれば５回破砕することができる。
【実施例】
【００２３】
図１に示す構成の処理設備を作製した。この処理設備は、上向流型沈降槽である分離塔と、溢流型の搬出手段であるバッファータンクよりなっている。分離塔は全体が円筒形をしており、底部は漏斗状になっている。分離塔の頂部には有機物の投入管が配設され、この投入管の途中に希釈水の供給管が接続されている。一方、漏斗状底部には夾雑物である異物抜出出口が設けられている。分離塔の側面上部には、スラリ状混合物の流出口が、下部には循環させられたスラリ状混合物の流入口が設けられている。
【００２４】
バッファータンクは箱形で上部にはスラリ状混合物の溢流口が設けられ、下部には循環されるスラリ状混合物の導入口と排出口が設けられている。
循環手段である循環ラインは、一端が分離塔上部の流出口に接続され、他端はバッファータンクの導入口、排出口を経て分離塔下部の流入口に接続されている。また循環ラインの途中には破砕機能を持つ循環ポンプが取付けられている。
【００２５】
供給される有機性廃棄物であるジャガイモは、まず二軸破砕機で粗砕され、その目幅から粒径は１０ｍｍになっている。分離除去する石は径が５ｍｍ以上のものを対象とすることにした。そこで、上昇流速Ｖは前記の計算から５．００ｃｍ／ｓに設定した。それによって径が３ｍｍ以上の石が沈降し、径が１８ｍｍ以下の有機性廃棄物を循環させることができる。
【００２６】
スラリ状混合物の投入流量Ｑｉｎを０．１６ｍ３／ｍｉｎとし、循環流量Ｑｒをその３倍に設定した。スラリ状混合物の排出流量Ｑｏｕｔは投入流量Ｑｉｎと同じになるから、上昇流量は投入流量Ｑｉｎの２倍、すなわち０．３２ｍ３／ｍｉｎになる。
【００２７】
そうすると、５．００ｃｍ／ｓの上昇流速を得るためには上昇管面積を０．１１ｍ２、従って管径を０．３７ｍにすることになる。そこで、分離塔の管径を０．３７ｍにすることになる。
【００２８】
分離塔の円筒部の全長は１６００ｍｍ、流出口は円筒部の下端から１５００ｍｍ、流入口は２００ｍｍのところに設けた。バッファータンクの容積は分離塔容積の約６倍であった。砂のついたジャガイモを粗砕し、水を１：１の割合で加え、これを上記の処理設備で処理したところ、ジャガイモを収率１００％で得ることができ、石のほとんどは除去できた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の処理装置は、比重が水より大きな有機性廃棄物であっても石等の夾雑物を効率よく分離できるので、ジャガイモその他のメタン発酵原料を調製する設備として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のメタン発酵処理設備を模式的に示す図である。
【図２】石とジャガイモの粒子径と沈降速度の関係を示すグラフである。
【図１】
0004784839.tif 000004
【図２】
0004784839.tif 000005