(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕され可溶化されていない食品残渣を固形分と脱離液とに固液分離する固液分離機と、
前記固液分離機により分離された前記固形分を油温脱水して飼料の原料を製造するクッカーを含む飼料化設備と、
前記固液分離機により分離された前記脱離液をメタン発酵の原料としてバイオガスを生成させる発酵槽を含むバイオガス製造設備とを備え、
前記固液分離機は、前記固形分の水分を前記食品残渣の水分から２〜２０％減少させ、
前記固形分は直径３ｍｍ以上の固形分を含み、
前記クッカーの前記油温脱水により発生する蒸気を凝集させた廃水の一部を前記メタン発酵で処理する
ことを特徴とする飼料化リサイクルシステム。
【請求項２】
前記バイオガス製造設備は、前記発酵槽内で発酵させて生成させた前記バイオガスから発電する発電機を含み、
前記発電機の発電時の廃熱により、前記発酵槽の温度と、前記クッカーの予備処理タンクの温度とを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の飼料化リサイクルシステム。
【請求項３】
前記飼料化設備は、前記バイオガス製造設備の前記発酵槽内で発酵させて生成させた前記バイオガスの少なくとも一部を燃料として前記クッカーを加熱するボイラーを含み、
前記ボイラーにより生成された熱又は蒸気の一部により、前記バイオガス製造設備の前記発酵槽の温度、及び／又は前記クッカーの予備処理タンクの温度を調整する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の飼料化リサイクルシステム。
【請求項４】
前記発酵槽は、前記脱離液に加え、前記食品残渣の受け入れ時のドレン廃水もメタン発酵の原料とする
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の飼料化リサイクルシステム。
【請求項５】
前記バイオガス製造設備の前記発酵槽のメタン発酵後の発酵廃水と、前記飼料化設備の前記クッカーにより発生する蒸気を凝集させた凝集廃水の少なくとも一部とを合わせて処理する排水処理設備を備える
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の飼料化リサイクルシステム。
【請求項６】
前記固液分離機は、スクリュープレス式である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の飼料化リサイクルシステム。
【請求項７】
前記脱離液は、全固体分が５〜２５％において、粘度が０．１〜０．３パスカル秒である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の飼料化リサイクルシステム。
【請求項８】
破砕され可溶化されていない食品残渣を固形分と脱離液とに固液分離し、
分離された前記固形分を油温脱水して飼料の原料を製造し、
分離された前記脱離液をメタン発酵の原料としてバイオガスを生成させ、
前記固形分の水分を前記食品残渣の水分から２〜２０％減少させ、
前記固形分は直径３ｍｍ以上の固形分を含み、
前記油温脱水により発生する蒸気を凝集させた廃水の一部を前記メタン発酵で処理する
ことを特徴とする飼料化リサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飼料化リサイクルシステム及び飼料化リサイクル方法に係り、特に食品残渣をリサイクルする飼料化リサイクルシステム及び飼料化リサイクル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源枯渇や地球温暖化問題への対策として、資源循環型社会への転換が世界的に模索されている。このため、再生可能な資源であるバイオマスの利用及び活用が社会的要請となっている。
このようなバイオマスの利用として、ホテルや給食施設等から排出される事業系の食品残渣を、天ぷらのように油で揚げて加熱し乾燥させ、家畜の飼料原料としてリサイクルする食品残渣の飼料化リサイクルシステムが開発されている。食品残渣を乾燥し、飼料として活用することで、資源循環に資することができる。
たとえば、このような飼料化リサイクルシステムに使用されるような、食品残渣を油で揚げて加熱する「クッカー」と呼ばれる装置が、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７２６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、食品残渣は含水率が高く、ウェット系（含水系）バイオマスに分類されていた。このため、乾燥には多くのエネルギーが必要であり、コストがかかっていた。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の問題を解消し、リサイクルコストを低減した飼料化リサイクルシステム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】
【０００６】
本発明の飼料化リサイクルシステムは、破砕され可溶化されていない食品残渣を固形分と脱離液とに固液分離する固液分離機と、前記固液分離機により分離された前記固形分を油温脱水して飼料の原料を製造するクッカーを含む飼料化設備と、前記固液分離機により分離された前記脱離液をメタン発酵の原料としてバイオガスを生成させる発酵槽を含むバイオガス製造設備とを備え、前記固液分離機は、前記固形分の水分を前記食品残渣の水分から２〜２０％減少させ、前記固形分は直径３ｍｍ以上の固形分を含み、前記クッカーの前記油温脱水により発生する蒸気を凝集させた廃水の一部を前記メタン発酵で処理することを特徴とする。
本発明の飼料化リサイクルシステムは、前記バイオガス製造設備は、前記発酵槽内で発酵させて生成させた前記バイオガスから発電する発電機を含み、前記発電機の発電時の廃熱により、前記発酵槽の温度と、前記クッカーの予備処理タンクの温度とを調整することを特徴とする。
本発明の飼料化リサイクルシステムは、前記飼料化設備は、前記バイオガス製造設備の前記発酵槽内で発酵させて生成させた前記バイオガスの少なくとも一部を燃料として前記クッカーを加熱するボイラーを含み、前記ボイラーにより生成された熱又は蒸気の一部により、前記バイオガス製造設備の前記発酵槽の温度、及び／又は前記クッカーの予備処理タンクの温度を調整することを特徴とする。
本発明の飼料化リサイクルシステムは、前記発酵槽は、前記脱離液に加え、前記食品残渣の受け入れ時のドレン廃水もメタン発酵の原料とすることを特徴とする。
本発明の飼料化リサイクルシステムは、前記バイオガス製造設備の前記発酵槽のメタン発酵後の発酵廃水と、前記飼料化設備の前記クッカーにより発生する蒸気を凝集させた凝集廃水の少なくとも一部とを合わせて処理する排水処理設備を備えることを特徴とする。
本発明の飼料化リサイクルシステムは、前記固液分離機は、スクリュープレス式であることを特徴とする。
本発明の飼料化リサイクルシステムは、前記脱離液は、全固体分が５〜２５％において、粘度が０．１〜０．３パスカル秒であることを特徴とする。
本発明の飼料化リサイクル方法は、破砕され可溶化されていない食品残渣を固形分と脱離液とに固液分離し、分離された前記固形分を油温脱水して飼料の原料を製造し、分離された前記脱離液をメタン発酵の原料としてバイオガスを生成させ、前記固形分の水分を前記食品残渣の水分から２〜２０％減少させ、前記固形分は直径３ｍｍ以上の固形分を含み、前記油温脱水により発生する蒸気を凝集させた廃水の一部を前記メタン発酵で処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、固液分離機により固液分離された固形分を、クッカーを含む飼料化設備で用いることで食品残渣の乾燥に必要なエネルギーを低減させ、更に、分離された脱離液をメタン発酵の原料としてバイオガスを生成させることで、リサイクルコストを低減することが可能な飼料化リサイクルシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の実施例に係る固液分離試験の試験方法を示すチャート図である。
【図３】本発明の実施の形態の実施例に係る食品残渣の水分と固形分の水分との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の実施例に係る固液分離性能試験の結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の実施例に係る脱離液の粘度の測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係る実施例１と比較例１の水分とタンパク質量との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る実施例１の脱離液を原料としたメタン発酵試験のガス発生量を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係る比較例１の物質収支を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る実施例１の物質収支を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る比較例１の有機物の流れを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る実施例１の有機物の流れを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る実施例１の熱収支を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜実施の形態＞
〔飼料化リサイクルシステムＸの構成〕
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸの構成について説明する。
飼料化リサイクルシステムＸは、受入ホッパー１、破砕機２、固液分離機３、飼料化設備４、及びバイオガス製造設備５を備えている。
【００１０】
受入ホッパー１は、ごみ収集車（パッカー車）等で運搬された、事業系の食品残渣を保持して、特定容量ずつ破砕機２に投入する。この事業系の食品残渣は、飼料原料として利用が可能なように厳密に品質管理された、ホテル、スーパーマーケット、コンビニエンスストア、給食施設、畜産施設、養殖培養施設、食品工場の厨芥等から得られる食品残渣を使用する。
破砕機２は、食品残渣を破砕するとともに、食品残渣から、混入した容器、ビニール類等の夾雑物を取り除く。
固液分離機３は、受入ホッパー１から供給され破砕機２で破砕された事業系の食品残渣を受け入れて、固形分と脱離液とに固液分離する。
飼料化設備４は、固液分離機３により分離された固形分を油温脱水して飼料の原料を製造する。
バイオガス製造設備５は、固液分離機３により分離された脱離液をメタン発酵の原料としてバイオガスを生成させる。
排水処理設備６は、飼料化設備４及びバイオガス製造設備５からの廃水を、下水放流するために有機物を分解、沈殿、フィルタリング処理等をする装置である。
【００１１】
固液分離機３により固液分離された固形分は、破砕機２により破砕された食品残渣に含まれる水分から、２〜２０％程度減少されていることが好適である。
一般的な統計による事業系の食品残渣の含水率は、７０〜８７％と幅が広い。本実施形態の固液分離機３は、後述する実施例で示すように、含水率６８％程度まで脱水することが可能である。このため、固液分離機３により、受け入れる食品残渣の含水率に対応して固形分の水分を２〜２０％程度減少させることが好適である。
これにより、固形分は含水率が低下しているため、乾燥させる水分量が減り、後述するクッカー４０２による油温脱水時間を短縮し、ボイラー４０３の化石燃料使用量を削減できる。また、食品残渣から２〜２０％程度水分を減少させることで、後述する実施例で示すように、生産された飼料中のタンパク質の含有率は変化させずに、高栄養の家畜飼料を製造することができる。すなわち、固液分離された食品残渣の固形物は、飼料化に適した原料となる。
この固液分離機３により分離された固形分からの水分の減少率は、２％未満であると、バイオガス製造設備５に十分なメタン発酵の原料となる脱離液を供給できない。また、水分の減少率が２０％より大きいと、固形分が硬くなりすぎて、固液分離機３からの固形分の分離と搬送が困難となる。また、水分の減少率が２０％より大きいと、熱の伝達が悪くなるため、クッカー４０２による加熱時間が長時間になる。
【００１２】
また、固液分離機３により固液分離された脱離液は、直径３ｍｍ以上の固形分を含まず、全固体分が５〜２５％において、粘度が０．１〜０．３Ｐａ・ｓ（パスカル秒）程度であることが好適である。
このように構成した脱離液は、メタン発酵に適した原料となる。すなわち、この脱離液を使用することで、通常の食品残渣をスラリー状に分解して投入するよりも、メタンを含むバイオガスの生成量を向上させ、発生させるバイオガスの主にメタンを含む可燃化成分の比率を〜１．２倍程度、向上させることが可能となる。これは、栄養となる粒子が小さくなっており、更に、メタン発酵菌にとって分解されやすくなっているため、発酵速度が速くなるためである。また、メタン発酵菌の高栄養の栄養源となる油は、脱離液側に移行しやすいため、バイオガスに変換され、後述するように電力及び熱として利用しやすくなる。すなわち、飼料化の原料に油が多い場合は、余剰油が発生し、従来からリサイクル利用されていた。これに対し、この余剰油をバイオガス製造設備５の側で使用する方がバイオガスの発生量が増加し、メタン濃度が高くなるため、発電機５０５の発電量を増加させることができる。また、発電機５０５の運転を安定させることができる。
また、この脱離液は、固液分離機３のシリンダーのパンチング孔を通過したスラリー状の脱離液であり、夾雑物が少ない。このため、後述する発酵槽５０２への異物蓄積が少なく、清掃頻度を下げることができる。また、発酵のデットスペースが生まれにくいため、発酵槽５０２を有効に利用できる。また、この脱離液のパイプでの移送時の閉塞トラブルを回避でき、汎用品のポンプを使用できるため、コストを低減できる。また、粘度が低いため、細いパイプを使用することが可能となり、配管の圧力損失が少なく、ポンプ動力が小さくなるためポンプのコスト及びポンプのメンテナンスコストを低減できる。
なお、後述するように、パッカー車及び受入ホッパー１のドレン廃水についても、バイオガス製造設備５のメタン発酵の原料として使用することが好適である。
【００１３】
また、飼料化設備４は、予備処理タンク４０１、クッカー４０２、ボイラー４０３、油分離装置４０４、スクリュープレス４０５、ハンマーミル４０６、シフター４０７、ミールクーラー４０８、製品ホッパー４０９、ミストキャッチャー４１０、コンデンサ４１１、クーリングタワー４１２、ホットウェルタンク４１３、オイル計量タンク４１４、デカンタサービス４１５、デカンタ４１６、高濃度脱臭装置４１７、及び中低濃度脱臭装置４１８を含んでいる。
【００１４】
予備処理タンク４０１は、固液分離機３により分離された固形分と、オイル計量タンク４１４から取得される媒体油とを蓄積し、混合して予備処理し、クッカー４０２に投入する装置である。この予備処理の際に、混合された固形分と油とは、ボイラー４０３と発電機５０５の熱により予備加熱される。
クッカー４０２は、油温減圧式乾燥装置である。クッカー４０２は、予備処理タンク４０１から、予備処理された特定量の固形分と油とを取得し、減圧雰囲気にて加熱乾燥することで油温脱水する。すなわち、クッカー４０２は、いわゆる「てんぷら」方式により、固液分離機３により分離された固形分を乾燥させる。この際に、この固形分は殺菌されて安全な飼料原料となる。
ボイラー４０３は、予備処理タンク４０１及びクッカー４０２を加熱する装置である。ボイラー４０３は、例えば、重油を燃料として使用し、高温の蒸気等を発生させて熱を移送する。なお、ボイラー４０３は、後述する油分離装置４０４により分離された分離油（媒体油）、及び廃食油も燃料として使用することが可能である。また、ボイラー４０３は、バイオガス製造設備５で製造されたバイオガスを含む各種ガス等も、燃料として使用することが可能なように構成されていてもよい。
【００１５】
油分離装置４０４は、クッカー４０２で油温脱水された固形分から残った油を、分離油として粗分離する装置である。
スクリュープレス４０５は、油分離装置４０４により粗分離後の固形物を更に搾油する装置である。
ハンマーミル４０６は、スクリュープレス４０５により搾油後の固形物を粉末状に粉砕するミル等の装置である。
シフター４０７は、ハンマーミル４０６により粉砕された固形物から異物（夾雑物）を除去する振動ふるい機及び風力選別機等である。また、シフター４０７は、この固形物の粒子径を特定範囲に揃える。
ミールクーラー４０８は、シフター４０７により夾雑物が除去され粒子径が揃えられた固形物を空冷等で冷却する装置である。
製品ホッパー４０９は、ミールクーラー４０８で冷却された固形物を、飼料の原料として保管し、計量して出荷させる装置等である。
【００１６】
ミストキャッチャー４１０は、クッカー４０２による油温脱水時に固形分から蒸発した蒸発水分を取得する装置である。
コンデンサ４１１は、ミストキャッチャー４１０により取得された蒸発水分を、水冷により冷却し凝結させる装置である。
クーリングタワー４１２は、コンデンサ４１１を水冷するための媒体を冷却する装置である。
ホットウェルタンク４１３は、コンデンサ４１１で凝結された水を溜めるタンクとポンプ等を備えた装置である。ホットウェルタンク４１３は、図示しない真空ポンプを備えており、クッカー４０２、ミストキャッチャー４１０、及びコンデンサ４１１内を減圧する。
【００１７】
オイル計量タンク４１４は、食品残渣とは別に受け入れられる廃食油と、後述するデカンタ４１６により回収された媒体油を混合して蓄積するタンクである。
デカンタサービス４１５は、油分離装置４０４及びスクリュープレス４０５により分離された分離油を蓄積し、デカンタ４１６に供給するデカンタサービスタンクである。
デカンタ４１６は、デカンタサービス４１５から供給された分離油を清澄な媒体油と固形物とに分離する粗精製装置である。
【００１８】
高濃度脱臭装置４１７は、予備処理タンク４０１、ホットウェルタンク４１３、デカンタサービス４１５等から収集された機器発生臭気を、臭気燃焼炉等により燃焼させて処理する装置である。
中低濃度脱臭装置４１８は、高濃度脱臭装置４１７で処理された臭気と、設備内の臭気とを薬液洗浄塔等により脱臭して処理する装置である。
【００１９】
また、バイオガス製造設備５は、可溶化槽５０１、発酵槽５０２、ガスタンク５０３、脱硫設備５０４、発電機５０５、発酵液貯留槽５０６、脱水機５０７、及び排水処理設備６を含んでいる。
【００２０】
可溶化槽５０１は、固液分離機３で分離された脱離液と、受入ホッパー１のドレン廃水と、クッカー４０２で蒸発した水分を凝集させた凝集廃水とを取得して攪拌し、発酵槽のメタン発酵の状態に対応してメタン発酵の原料として特定量ずつ供給する装置である。
発酵槽５０２は、メタン発酵菌を培養して、メタンを含むバイオガスを生成させる培養槽である。
【００２１】
ガスタンク５０３は、発酵槽５０２で生成されたバイオガスを、一旦、蓄積するタンクである。
脱硫設備５０４は、発酵槽５０２で生成され、又はガスタンク５０３に蓄積されたバイオガスの硫化水素等の硫黄成分を分解、除去する脱硫を行う装置である。また、脱硫設備５０４に付随して、二酸化炭素を除去する設備が備えられていてもよい。脱硫設備５０４による脱硫化後のバイオガスは、発電機５０５又は飼料化設備４のボイラー４０３へパイプ等で搬送される。また、この脱硫化後のバイオガスを、外部に搬送したり販売したりすることも可能である。
発電機５０５は、脱硫設備５０４による脱硫されたバイオガスを発電するガス発電機である。なお、発電機５０５は、ガスを燃焼させて発電しても、燃料電池等で化学的に発電してもよい。また、発電機５０５は、バイナリー発電（binary cycle generation）による発電を行ってもよい。
【００２２】
発酵液貯留槽５０６は、発酵槽５０２で発酵後の廃液である発酵液を貯留するタンク等である。
脱水機５０７は、発酵液貯留槽５０６から供給された発酵液を遠心による脱水、フィルタープレスによる脱水、スクリュープレスによる脱水、ベルトプレスによる脱水、ロータリープレスによる脱水、真空による脱水、多重円盤脱水等する装置である。
【００２３】
〔飼料化リサイクルシステムＸによるリサイクル処理〕
次に、本実施形態の飼料化リサイクルシステムＸにおいて、固液分離機３により分離された固形分を飼料化設備４により飼料化し、バイオガス製造設備によりバイオガスを発生させて発電する等のリサイクル処理の流れについて、物質の各成分の流れに基づいて説明する。
図１においては、主に固体分を多く含む成分の流れを太い矢印、液体分を多く含む成分の流れを細い矢印、気体の流れ（移送）を点線、熱や電気等の流れ（移送）を一点鎖線で示す。
【００２４】
まず、固液分離機３により固液分離された固形分から飼料化設備４により動物飼料の原料が製造される際の固形分の飼料化処理の流れについて説明する。
固液分離機３により固液分離された固形分は、予備処理タンク４０１により予備処理され、クッカー４０２により油温脱水される。この際、ボイラー４０３により熱が加えられる。また、予備処理タンク４０１については、バイオガス製造設備５の発電機５０５の廃熱も加熱のため利用される。また、油温脱水により、固形分の７０〜９０％の水分が乾燥される。油温脱水された固形分は、油分離装置４０４及びスクリュープレス４０５により分離油を取り除かれて半製品となる。この半製品は、ハンマーミル４０６により粉砕され、シフター４０７で夾雑物が取り除かれる。この夾雑物には、枝、葉、種、ビニール片等が含まれる。夾雑物が取り除かれた固形分は、ミールクーラー４０８で冷まされた後、製品ホッパー４０９に飼料の原料の製品として蓄積される。
なお、製品ホッパー４０９は、フレコンバックスケール等を備えており、製造された飼料の原料は、特定容量に計量されて、製品として出荷される。製品は、飼料配合材料として、飼料配合会社に販売される。
このように、飼料化処理は、食品残渣の成分を栄養素としてリサイクルする優れたプロセスである。
【００２５】
次に、クッカー４０２の油温脱水時に固形分から蒸発した蒸発水分の流れについて説明する。
ミストキャッチャー４１０により取得された蒸発水分は、クーリングタワー４１２で冷却されたコンデンサ４１１により凝結、凝集されて、ホットウェルタンク４１３に収集される。この凝集廃水は、バイオガス製造設備５の可溶化槽５０１に投入されるか、排水処理設備６で発酵廃水と一緒に処理される。なお、凝集廃水は、有機物を多く含む。このため、可溶化槽５０１に凝集廃水を多く投入することで、排水処理設備６による処理の負荷を低減させることができる。
【００２６】
次に、固液分離機３により固液分離された固形分を油温脱水する際の油分の流れについて説明する。
オイル計量タンク４１４に補充される廃食油と、デカンタ４１６から供給されるリサイクルされた媒体油は、オイル計量タンクで混合される。この混合された油は、油温脱水の媒体油として、オイル計量タンク４１４から予備処理タンク４０１及びクッカー４０２に必要量ずつ供給される。なお、この際に、オイル計量タンク４１４では、余った油をバイオガス製造設備５の発酵槽５０２に必要量だけ投入したり、ボイラー４０３の燃料として使用したり、高濃度脱臭装置４１７の燃料として使用したり、リサイクル油として販売したりすることが可能である。
【００２７】
また、クッカー４０２で油温脱水された固形分から油分離装置４０４及びスクリュープレス４０５で分離された分離油は、デカンタサービス４１５に蓄積後、デカンタ４１６で分離される。デカンタ４１６により分離された清澄な媒体油は、オイル計量タンクに戻されて、媒体油として再利用される。また、デカンタ４１６により分離された固形物は、油分離装置４０４に戻されて、飼料の原料としてまた用いられてもよい。
【００２８】
次に、固液分離機３により固液分離された脱離液からバイオガス製造設備５によりバイオガスが製造され、これが発電される際の処理の流れについて説明する。
この固液分離機３からの脱離液と、パッカー車及びパッカー車からのドレン廃水とは、可溶化槽５０１に供給される。これらに、飼料化設備４のホットウェルタンク４１３から供給される凝集廃水が調整されて、バイオガスの原料として発酵槽５０２に定量供給される。凝集廃水は、有機物を多く含んでいてもよい。
【００２９】
発酵槽５０２で、メタン発酵により得られたバイオガスは、ガスタンク５０３及び脱硫設備５０４を経て、発電機５０５により発電される。発電機５０５による発電時の電力は、ＦＩＴ（Ｆｅｅｄ−ｉｎ  Ｔａｒｉｆｆ）による売電等で電力会社に売電される。また、発電機５０５の発電時廃熱は、比較的低温度であるため、回収されて発酵槽５０２のメタン発酵用の加温、飼料化設備４の予備処理タンク４０１を加温するのに用いられる。
また、ガスタンク５０３及び脱硫設備５０４を経たバイオガスは、飼料化設備４のボイラー４０３に送付して、クッカー４０２の加熱用の燃料として利用することが可能である。この場合、ボイラー４０３で得られた温水や蒸気の一部により、発酵槽５０２のメタン発酵用の加温を行うことも可能である。
すなわち、バイオガスにより、発酵槽５０２の温度と、クッカーの予備処理タンクの温度とを調整することが可能である。
なお、メタン発酵により得られたバイオガスは、飼料化リサイクルシステムＸの各部に必要な熱分だけのガス量を確保して、図示しないバイオガスボイラで別途、温水や蒸気を生成させて利用することも可能である。また、得られたバイオガスを、通常のガスとして使用したり販売したりすることも可能である。その他にも、冬季の融雪エネルギー等としても有効再利用が可能である。
【００３０】
発酵槽５０２により発酵された後の発酵液は、発酵液貯留槽５０６に蓄積された後、脱水機５０７で脱水されて、脱水汚泥はコンポスト等として再資源化されて利用される。また、脱水機５０７により脱水された脱離液（発酵廃水）は、排水処理設備６で処理されて、放流される。また、排水処理設備６は、飼料化設備４のホットウェルタンク４１３の凝集廃水についても処理を行って、放流する。
なお、凝集廃水と、パッカー車及び受入ホッパー１からのドレン廃水とについては、殆どは、メタン発酵のため可溶化槽５０１に供給されている。このため、排水処理設備６による処理負荷は、従来より少なくなる。
また、発酵廃水は、液肥として販売する等そのまま有効利用することも可能である。また、この場合、排水処理設備６を備えない構成としてもよい。
【００３１】
以上のように構成することで、以下のような効果が得られる。
近年、資源枯渇や地球温暖化問題への対策として、再生可能な資源であるバイオマスの利活用が社会的要請となっている。しかし、従来のクッカーを用いた食品残渣の飼料化リサイクルシステムでは、水分が多く含まれる食品残渣をそのまま乾燥しているため、多量の水分を蒸発させる必要があり、化石燃料の使用量が多くなることが問題であった。
これに対して、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸは、食品残渣を固形分と脱離液とに固液分離する固液分離機３と、固液分離機３により分離された固形分を油温脱水して飼料の原料を製造するクッカー４０２を含む飼料化設備４と、固液分離機３により分離された脱離液をメタン発酵の原料としてバイオガスを生成させる発酵槽５０２を含むバイオガス製造設備５とを備えることを特徴とする。
このように構成することで、飼料化する食品残渣の含水率を低減させ、油温脱水の処理時間を短縮させ、クッカーによる化石燃料の消費を削減させることができる。また、含水率の低くなった固形分を飼料化するため、油温減圧式乾燥装置での蒸発水分（凝縮廃水）も減少させることができ、蒸発のために必要であった燃料を削減でき、凝縮廃水の処理負荷も低減できる。これに加えて、これまで未利用であった排水中の有機物をメタン発酵させて活用することができる。これにより、高品質のバイオガスを獲得することができるとともに、排水処理設備への汚濁負荷量を低減させることができる。すなわち、飼料化設備及び排水処理設備への負担を軽減することができる。結果として、環境負荷を低減し、資源循環型社会へ貢献できる。
【００３２】
また、食品残渣に含まれる油は、固液分離機３を用いた固液分離により、脱離液の方に多く含まれることとなり、固形分の油の含有量が少なくなる。このため、クッカー４０２の媒体油が食品の油により増加する負荷を抑えることができ、廃油の処理コストを低減できる。
一方、固液分離された脱離液の方には、食品残渣に含まれる油が多く含まれる。油分はメタン発酵の原料として好適なため、メタン発酵の効率が高くなり、メタン発酵菌の増加速度が増加する。これにより、高品質のバイオガスを多量に製造することができる。
【００３３】
また、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸは、バイオガス製造設備５が、発酵槽５０２内の発酵により生成されたバイオガスから発電する発電機５０５を含み、発電機５０５の発電時の廃熱により、発酵槽５０２の温度と、飼料化設備４のクッカー４０２の予備処理タンク４０１の温度とを調整することを特徴とする。
このように構成することで、メタン発酵の発酵槽５０２から発生するバイオガスを用いて発電を行い、発電機５０５の運転に伴う廃熱を飼料化設備４の処理に有効利用するとともに、廃熱も多段的に有効利用することで、施設エネルギー利用率を向上させ、コストを低減させることができる。また、発電した電気は、固定価格買い取り制度（ＦＩＴ）を活用して売電することで、事業性を向上させることができる。また、得られた熱エネルギーは、冬季の融雪エネルギー等としても有効再利用が可能である。
【００３４】
また、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸは、飼料化設備４は、バイオガス製造設備５の発酵槽５０２内で発酵させて生成させたバイオガスの少なくとも一部を燃料としてクッカー４０２を加熱するボイラー４０３を含み、ボイラー４０３により生成された熱又は蒸気の一部により、発酵槽５０２の温度、及び／又はクッカー４０２の予備処理タンク４０１の温度を調整することを特徴とする。
このように構成することで、メタン発酵の発酵槽５０２から発生するバイオガスを用いて、クッカー４０２を加熱することが可能となる。これにより、食品残渣の油温脱水に必要な重油等の燃料を低減し、コストを削減することができる。また、この際にボイラー４０３により生成された熱又は蒸気の一部を利用して、予備処理タンク４０１の温度に加えて、メタン発酵の温度も調整できるため、飼料化リサイクルシステムＸを効率的に運用することが可能となる。ボイラー４０３の余った熱又は蒸気の一部は、飼料化リサイクルシステムＸの施設内の暖房や融雪等にも使用可能となり、運用コストを削減できる。また、余ったバイオガス自体も、施設内で利用したり、販売したりすることが可能である。
【００３５】
また、従来の食品残渣の飼料化の施設では、食品残渣の搬入時には、パッカー車及び受入ホッパー１のドレン廃水を、乾燥水分量削減の観点から直接排水処理設備にて処理していた。しかしながら、ドレン廃水に含まれる高濃度の有機物を利用せずに廃棄することになり、その処理のために多大なエネルギーを消費していた。
これに対して、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸは、発酵槽５０２は、脱離液に加え、パッカー車及び食品残渣を受け入れる受入ホッパー１のドレン廃水もメタン発酵の原料とすることを特徴とする。
このように構成することで、凝縮水とパッカー車及び受入ホッパー１のドレン廃水を可溶化槽に受入れ、バイオガスの原料とすることができる。よって、有機物を無駄なく利用、活用できるとともに排水処理設備の負荷低減ができ、排水処理設備側でのエネルギー削減が可能となる。すなわち、メタン発酵に好適な有機物を多く含むドレン廃水が、バイオガスの原料としてメタン発酵槽に定量供給されることで、メタン発酵の効率を向上させ、得られたバイオガスからガス発電機により、電力と発電時廃熱回収による熱エネルギーを得ることができる。
【００３６】
また、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸは、バイオガス製造設備５の発酵槽５０２のメタン発酵後の発酵廃水と、飼料化設備４のクッカー４０２により発生する蒸気を凝集させた凝集廃水の少なくとも一部とを合わせて処理する排水処理設備６を備えることを特徴とする。
このように構成することで、バイオガス製造設備５の発酵廃水と、飼料化設備４の凝集廃水を同じ排水処理設備６で処理できる。このため、排水の処理負荷を軽減させ、クリーンな排水を放流することができ、環境負荷を低減できる。また、有機物を含む凝集廃水をメタン発酵後の発酵廃水に加えることにより、活性汚泥を構成する菌に栄養を供給でき、排水処理効率を向上させることができる。
【００３７】
また、従来の食品残渣の資源化で油温脱水を用いる場合、食品残渣は含水率が高くウェット系（含水系）バイオマスに分類されており、乾燥に多くのエネルギーが必要となっていた。
これに対して、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸは、固液分離機３は、スクリュープレス式であり、固形分の水分を食品残渣の水分から２〜２０％減少させることを特徴とする。
このように構成することで、油温脱水の処理時間を短縮させ、クッカーによる化石燃料の消費を削減できる。これに加え、飼料原料のタンパク質含有量等の栄養価を高く保つことができる。また、短時間の加熱で済むため、油温脱水の媒体油の熱による酸化や劣化を少なくし、コストを低減できる。また、臭気の処理の負荷も少なくなる。
【００３８】
また、従来の食品系残渣をスラリー化した原料として投入するメタン発酵設備では、メタン発酵に適さない木質や無機物やプラスチックゴミ等の夾雑物により、粘度が高いため原料の通常のポンプ搬送が困難であり、発酵効率が低くなり、発酵槽の定期的な清掃等が必要になっていた。
これに対して、本発明の実施の形態に係る飼料化リサイクルシステムＸは、脱離液は、全固体分が５〜２５％において、粘度が０．１〜０．３パスカル秒であることを特徴とする。
このように構成することで、粘度が低いメタン発酵の原料を通常のポンプで容易に搬送ができる。また、当該原料はメタン発酵細菌に分解しやすいため、発酵効率や速度を高めることができ、発酵槽５０２の清掃頻度を減らせるという顕著な効果が得られる。
【実施例】
【００３９】
次に図面に基づき本発明を実施例によりさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
以下の実施例では、基礎試験及び経済性について評価した結果について説明する。
【００４０】
（固液分離試験の方法）
図２により、食品残渣の固液分離性能に関する試験の方法について説明する。
まず、既存設備より食品残渣のサンプルを収集し、食品残渣の固液分離試験及び固液分離後の固形分の飼料化試験を行った。
まず、パッカー車にて搬入された食品残渣と、パッカー車及び受入ホッパー１のドレン廃水とを採取し、本発明の実施の形態の固液分離機３と同様のスクリュープレスに投入して、固液分離性能を確認した。食品残渣、固液分離後の固形分及び脱離液を分析して水分を測定し、さらに固形分は油温減圧乾燥実験機へ投入して飼料化を行い、飼料としての評価のために水分と粗タンパク質の分析を行った。
【００４１】
（固液分離性能試験）
次に、図３、図４により、この固液分離性能の試験の結果について説明する。
図３は、固液分離機への投入物（食品残渣）の水分と、固液分離後の固形分の水分（固形物水分）との関係を示す。試験に供した食品残渣の水分は、最小で７３．４％、最大で７９．０％、７検体の平均が７６．２％であった。このため、一般的な事業系食品残渣の水分である７６．１％とよく一致していた。
また、固液分離機に投人した食品残渣の水分が低いほど、固液分離後の固形分水分も低い傾向がみられた。投入した食品残渣に対して、固形分は、水分が約４％低下していた。このため、固液分離することで、飼料化設備４に持ち込む水分量を削減できた。
【００４２】
図４は、上述の固液分離性能の試験の試験結果を基に原料として、一般的な事業系食品残渣を想定し、食品残渣水分を７６％として固液分離した場合の水分及びＴＳの挙動を示す。事業系の食品残渣を固液分離することで、固形分は食品残渣よりも低水分となり、飼料化の原料として扱いやすくなった。さらに、脱離液には高濃度の有機物が含まれているため、メタン発酵の原料に適していた。
【００４３】
以下で、このように食品残渣を固形分及び脱離液に固液分離処理を行って飼料化又はメタン発酵したものを実施例１、従来の食品残渣の飼料化のみのものを比較例１として説明する。
【００４４】
（脱離液の粘度）
図５は、前処理によって得られた脱離液の物理的な性質を把握するための粘度測定した結果を示す。ここでは、比較例１において破砕処理（回転数２５００ｒｐｍ）した後に、水分調整を行った食品残渣スラリーと、実施例１の脱離液とについて、それぞれ、一般的にメタン発酵槽に投入される水分の目安とされているＴＳ濃度１０％程度、及び高濃度である１５％以上の２種類のサンプルを作製して、粘度を測定した。
比較例１において破砕処理した食品残渣スラリーは、ＴＳ１５％では粘度は３．０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）、ＴＳ１０％でも１．０Ｐａ・ｓであった。これに対して、実施例１の脱離液は、ＴＳが２４％のときでも粘度は０．３Ｐａ・ｓであり、高ＴＳ濃度でも低粘度で、流動性が良いことが確認できた。
また、脱離液はスクリュープレス式の固液分離機を通過しているという特性上、スクリュープレスの通過孔径より大きい３ｍｍ以上の異物を含むことがないため、後工程での閉塞等のトラブルを回避できる。すなわち、脱離液は、バイオガス製造設備５に移送される。よって、粘度が低いと配管の圧力損失が少なくなるため、ポンプ動力を小さくすることができる。
【００４５】
（飼料成分）
図６は、固液分離によるタンパク質の挙動について示す。飼料の価値は、主として含有されるタンパク質の量によって決まると言われており、養豚飼料では約１６％、養鶏飼料では約２０％含まれていることが目安となる。
比較例１の飼料化プロセスで製造した飼料は、基本的に受け入れた食品残渣のタンパク質がそのまま飼料中へ移行し、タンパク質の含有量が２０％強の高タンパク飼料となる。一方、実施例１の飼料化バイオガスプロセスで処理した場合は、固液分離により脱離液側にタンパク質が一部流出するものの、飼料となる固形分側には、７割程度のタンパク質が残る。また、固液分離によりタンパク質以外の有機物も脱離液側に移行する。このため、結果的に飼料中のタンパク質含有率は、比較例１とほとんど変わらなかった。
また、実施例１では、固液分離によってタンパク質を含む有機物の一部が脱離液に移行し、バイオガスの原料となる。このため、比較例１と実施例１とでは、実施例１の方が、生産される飼料量は減少する。例えば、図６のように運転された場合には、比較例１の７割程度の生産量になる。このため、従来より多くの食品残渣を受け入れて、飼料化することが可能となる。
【００４６】
（バイオガス発生量）
図７は、実施例１の脱離液を原料としたメタン発酵試験をバッチ処理にて実行した結果を示すグラフである。具体的に、図７は、試験に供したサンプルの強熱減量（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｓｏｌｉｄｓ：ＶＳ）１ｔ当たりのガス発生量を示す。
実施例１では、脱離液中のＶＳ当たり８００ｍ3Ｎのバイオガスが発生することが確認できた。また、このときバイオガス中のメタンガス濃度は６５％であった。
従来の食品残渣のＶＳ１ｔ当たりのバイオガス発生量は８００ｍ3Ｎ、メタン濃度５７．８％との報告）がある。これに対して、実施例１の脱離液による本試験の結果は、ガス発生量については一致していたが、メタンガスの濃度については、高い傾向となった。すなわち、食品残渣の固液分離後の脱離液を使用することで、熱量が高く、品質がよいバイオガスを発生させることができる。
また、メタンガス濃度は原料組成に依存していることが知られている。食品残渣に含まれる成分では、炭水化物はメタンガス濃度５０％、脂肪やたんぱく質はメタンガス濃度７０％という報告がある。よって、実施例１の脱離液では、脱離液に脂肪の含有量が多いために、メタンガス濃度が高くなったと考えられる。
【００４７】
（実施例１の経済性）
上述の実験により得られた基礎データに基づき、１００ｔ／日の食品残渣を受け入れ、比較例１と実施例１の二つのプロセスにて処理した場合の経済性評価を行った。
【００４８】
（物質収支）
図８は、１００ｔ／日の食品残渣を受け入れた場合の比較例１の物質収支を示す。
比較例１では、１００ｔの食品残渣を受け入れて処理した場合、食品残渣に含まれている７７ｔの水は蒸発し、飼料として出荷されるのは２１ｔ程度となる。
【００４９】
次に、図９は、１００ｔの食品残渣を実施例１にて処理した場合の物質収支を示す。この収支は、試験結果を基に、固液分離による固形分は水分７２％、固形分へのＴＳ回収率６５％、脱離液からはＶＳ１ｔ当たり７２０ｍ3Ｎ、メタン濃度６５％のバイオガスが発生するとして計算した。バイオガス発生量については、バッチ試験の結果であるＶＳ１ｔ当たり８００ｍ3Ｎに対して、実ブラントは連続式の完全混合流であることを考慮して、経験的に試験結果の９０％の値を採用した。
【００５０】
実施例１では、飼料化時に蒸発させる水分が４０ｔであり、比較例１の約５２％まで減少する。また、固液分離後の脱離液、パッカー車及び受入ホッパー１のドレン廃水及び飼料化設備で発生した凝縮水中に含まれる有機物は、メタン発酵槽内で微生物の働きにより分解されて、６０００ｍ3Ｎ程度のバイオガスに変換される。さらに飼料化設備の処理量は５５ｔとなるため、新規設置であれば飼料化設備の規模を小さくして、コストを低減できる。また、既設の飼料化設備へのバイオガス設備追加であれば、既設飼料化設備の負荷が下がるため、余裕のある運転が可能となる。
【００５１】
（排水処理）
図１０と図１１に、比較例１と実施例１における有機物の流れをそれぞれ示す。これらの図では、各プロセスに持ち込まれる食品残渣に含まれる有機物量を１００（％）として計算している。
【００５２】
図１０に示した比較例１では、パッカー車及び受入ホッパー１のドレン廃水と飼料化設備で発生する凝縮水を合わせて排水処理設備で処理するため、施設に入ってきた有機物量を１００（％）とした場合、８（％）が排水処理設備に流れ込むため、処理負荷が重くなる。
【００５３】
一方、図１１の実施例１においては、パッカー車及び受入ホッパー１のドレン廃水と凝縮水の半量以上がメタン発酵槽に投入され、食品残渣の脱離液とともにバイオガスの原料となる。このため、排水処理設備に流入する有機物負荷は、有機物量を１００（％）とした場合、比較例１の約１／５の１．５（％）程度になる。したがって、実施例１の飼料化バイオガスプロセスでは、排水処理設備の負荷が小さくなる。また、発酵液貯留槽５０６及び排水処理設備６の水槽容量を小さくすることができ、有機物を酸化分解するための曝気量が少なくて済む。このため、排水処理コストを低減できる。
【００５４】
また、有機物負荷と並んで、排水処理設備の設計の重要な要素の一つである窒素は、比較例１ではそのほとんどが飼料に移行して、排水処理設備への流入量が少ない。
これに対して、実施例１では脱離液とともに原料中の窒素化合物の一部がメタン発酵槽に流入し、槽内で菌体の作用によりアンモニアまで分解されて、排水処理設備に流れ込むことになる。このため、比較例１と比較して流入量は多くなる。しかしながら、この窒素を処理するために必要な槽容量、曝気量などの増分は、有機物負荷が減ったことによる削減分よりも小さく、結果的に排水処理設備をコンパクトにすることができる。よって、排水処理コストを低減できる。
【００５５】
（経済性の評価）
次に、比較例１と実施例１とで、経済性指標に係る評価を行った。
【００５６】
（飼料の乾燥コスト）
表１に、食品残渣を１００ｔ／日として、飼料製造時にかかる乾燥用燃料のコストを、比較例１と実施例１とで比較した結果を示す。なお、表中の必要エネルギーについては、その大部分を占める蒸発水分量と蒸発潜熱のみから算出しており、昇温時の顕熱については加算していない。
【００５７】
【表１】
0006334480.tif 000002
【００５８】
表１において、比較例１では、１００ｔの食品残渣から２１ｔの飼料を製造するために７７ｔの水を蒸発させる必要がある。これに必要なエネルギーは２．０×１０5ＭＪ／日で、これを重油に換算すると５０００Ｌに相当する。
一方、実施例１では、同じ１００ｔの食品残渣に対して蒸発させる水の量は４０ｔで済む。このため、必要なエネルギーは１．０×１０5ＭＪ／日、重油換算で２６００Ｌとなる。
この重油量をプロセスの食品残渣受入量１ｔ当たりで比較すると、重油代は、比較例１では４千円／ｔ−受入量、実施例１では２千円／ｔ−受入量となり、受入量に対して２千円の削減となる。
【００５９】
（メタン発酵における発酵槽の加熱コスト）
図１２に、図９に示した実施例１の物質収支でプラントを運転した場合のバイオガス製造設備５に関連する熱収支を示す。熱収支については、最も熱が必要となる冬季の気温条件で算出した。
メタン発酵槽を発酵に最適な温度である３７℃に保つためには、原料である食品残渣の脱離液及びドレン廃水を加熱する熱量と発酵槽からの放熱分を補う熱量とが必要である。このときに必要な熱量は、バイオガスを用いた発電機５０５による発電時に同時に発生する温水を使って賄われる。図９に示した実施例１においては、加温に必要な熱量が７５００ＭＪ／日であるのに対して、発電時に得られる熱量は７３０００ＭＪ／日と十分である。このため、プロセス外から化石燃料等により補完することなく、熱的に自立した設備として維持可能である。
また、発酵槽を加温して更に余った熱を利用し、飼料化設備４の予備処理タンク４０１を加温し、更に、施設の融雪や暖房などに使用することも可能である。
【００６０】
（売電収入）
表２に、図９に示した実施例１の物質収支で運転した場合の発電量と売電収入とを示す。
【００６１】
【表２】
0006334480.tif 000003
【００６２】
食品残渣受入量１００ｔ／日規模のとき、バイオガス設備により１日当たり６０００ｍ3Ｎ程度のバイオガスが発生する。このため、これで発電して売電することで、１日当たり約５０万円程度の収入となる。設備規模によって売電収入が異なるため、これを受入れ食品残渣１ｔに換算すると５千円／ｔ−受入量の収入となる。
【００６３】
（まとめ）
上述のように、実施例１の設計のために実施した基礎試験及び経済性について評価した結果を示した。試験では、固液分離による固形分は水分７２％、固形分へのＴＳ回収率６５％脱離液からは強熱減量（ＶＳ）１ｔ当たり７２０ｍ3Ｎ、メタン濃度６５％のバイオガスが発生するという結果を得た。
この結果を基に計算した実施例１の物質収支から、排水処理設備に流入する有機物負荷は、比較例１の約１／５になり、大幅に削減されること、また飼料化設備４への持ち込み水分量が減るため乾燥コストが約半分となることが示された。さらに得られたバイオガスを用いてガス発電機により発電し、固定価格買い取り制度（ＦＩＴ）を活用して売電することにより、食品残渣を１００ｔ／目規模で受け入れる場合、１日当たり約５０万円程度の収入となる。
【００６４】
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６５】
１  受入ホッパー
２  破砕機
３  固液分離機
４  飼料化設備
５  バイオガス製造設備
６  排水処理設備
４０１  予備処理タンク
４０２  クッカー
４０３  ボイラー
４０４  油分離装置
４０５  スクリュープレス
４０６  ハンマーミル
４０７  シフター
４０８  ミールクーラー
４０９  製品ホッパー
４１０  ミストキャッチャー
４１１  コンデンサ
４１２  クーリングタワー
４１３  ホットウェルタンク
４１４  オイル計量タンク
４１５  デカンタサービス
４１６  デカンタ
４１７  高濃度脱臭装置
４１８  中低濃度脱臭装置
５０１  可溶化槽
５０２  発酵槽
５０３  ガスタンク
５０４  脱硫設備
５０５  発電機
５０６  発酵液貯留槽
５０７  脱水機
Ｘ  飼料化リサイクルシステム
【図１】
0006334480.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006334480.tif 000009
【図７】
0006334480.tif 000010
【図８】
0006334480.tif 000011
【図９】
0006334480.tif 000012
【図１０】
0006334480.tif 000013
【図１１】
0006334480.tif 000014
【図１２】
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