(57)【要約】【課題】山間・山村地区等に適用可能な、糞尿、家畜糞他畜産廃棄物、造林・製材廃棄物、食品製造廃棄物、生ゴミ及び下水汚泥などのバイオマスを処理し無公害化する、小規模バイオマス処理に最適の廃棄物処理システムを提供する。【解決手段】高水分含有糞尿等バイオマスを先ず乾燥し焼却可能状態とする真空乾燥装置と、該乾燥状糞尿等バイオマスと造林・製材業等で生じるバイオマスを共に焼却出来る発電装置付きガス化焼却炉より処理システムを構成させ、焼却によりバイオマス処理を完結させ、且つ該焼却装置で生成する電力・水蒸気を該真空乾燥装置稼働用ユーティリティとして活用せしめる自己完結型バイオマス処理システムを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
糞尿、畜産糞、下水汚泥などの高水分含有バイオマスを真空乾燥装置で乾燥し、乾燥状態または低含有水分の糞尿等バイオマスを製造し、前記真空乾燥装置に併設した造林・製材廃材の焼却を主体とする発電及び熱源用水蒸気生成能を備えた小容量バイオマス焼却装置に、前記乾燥状態又は低含有水分状態とした糞尿等バイオマスと、間伐材や製材屑など造林業・製材業廃材とを混合して投入し、焼却処理をしてバイオマス処理を完結させると共に、前記バイオマス焼却装置で生成せしめた電力及び水蒸気を糞尿等バイオマス乾燥用真空乾燥装置のユーティリティとして活用することを特徴とする自己完結型バイオマス処理システム
【請求項２】
請求項１に記載された真空乾燥装置が、スティームなどの加熱用媒体による加熱用ジャケット構造を有し、内部に攪拌移送装置を備えた真空乾燥缶の一端の穿孔部にバイオマス廃材を送り込む送入装置を接続し、該真空乾燥容器の他端の穿孔部に留出水蒸気排出配管と該留出水蒸気を凝縮させるコンデンサを接続すると共にエジェクタなどの補助排気装置、レシーバタンク及び真空ポンプに連結する排気管を設けたことを特徴とする自己完結型バイオマス処理システム
【請求項３】
請求項１に記載された処理システムが、需要処理量に応じた小容量のバイオマス焼却装置と、該小容量バイオマス焼却装置容量に対応する容量の所要数の真空乾燥装置を複数基並列に設置し構成させたことを特徴とする自己完結型バイオマス処理システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は山間・山村地区等における、糞尿、家畜糞他畜産廃棄物、造林・製材廃棄物、食品製造廃棄物、生ゴミ及び下水汚泥などのバイオマスを処理し無公害化する、バイオマス小規模処理に最適の処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
経済活動の活発化に伴い産業廃棄物、家畜糞他畜産廃棄物、造林・製材廃棄物、食品製造廃棄物など各種廃棄物量の増大並びに人口密集・増大に伴う糞尿・生ゴミ及び下水汚泥排出の増大が著しく、従来の如き単純・簡易な焼却・埋立て処分法による処理システムや、垂れ流しによる処分法では環境破壊が著しく、遅まきながら対策の必要性に気付き法的規制が施行され斯かる環境保持基準に適うガス化溶融燃焼法など、多くの優れた廃棄物処理システムが開発・提供・実用化されるに至っている。
【０００３】
しかしながら、かかる処理システムは、あくまで多量に産業廃棄物、家畜糞他畜産廃棄物、食品製造廃棄物、糞尿、生ゴミ及び下水汚泥を排出する都市部や産業活動の盛んな地域を対象とするものであり、処理システムの処理容量が極めて大きく（数十ｔ／日〜数百ｔ／日、かかる大量処理を安定して定常的に実施する場合においてのみ、始めてその効力を発揮できるものであるため、山村・山間過疎地区に於いては人口の絶対数が少なく人口密度が低く、排出廃棄物量も少なく且つ地理的にも下水道を張り巡らし効率的な廃棄物の多量収集が困難で、かかる大規模処理施設の適用は不可能・不適なものであり、従ってかかる過疎山村地域において適用可能な処理システムが皆無に等しいのが現状であった。
【０００４】
しかしながら、かかる山間・山村地区においても、糞尿、畜産廃棄物、造林・製材廃棄物、食品製造廃棄物、生ゴミ及び下水汚泥などの処理を必要とするバイオマスを排出するのであり、前記の如き開発・提供・実用化された大規模適応型の処理システムではなく、小規模分散型の環境基準を満たす排出物の処理システムの完備こそが緊急課題であるのである。
【０００５】
都市部はじめ或る程度の人口と人口密度を有するか、産業活動規模の整った地域においては、処理すべき廃棄物量も多く、また、該廃棄物の収集も効率的に行えるため、流体状廃棄物は下水道管を巡らし下水処理場に集め、既に確立された周知の下水処理法により廃棄物処理が行われ、非流動性廃棄物は廃棄物収集車等により収集され焼却場に搬送され、焼却処分による廃棄物処理、あるいは、廃棄物埋立地に搬送し埋め立てて廃棄物処分が行われている。また、糞尿、畜産廃棄物は、港湾まで搬送し、これを船舶に移送し、廃棄物処理業者が海洋投入処分を行っている。
【０００６】
しかし、近年焼却処分に於けるダイオキシンなどの公害物質の環境汚染が著しいことに気付き、遅ればせながら法的取り締まり基準が改定され、かかる環境基準に適合する優れた大規模廃棄物焼却処理技術・装置・システム、例えば特開２００１‐２４０８７７号公報や特開２００３−２６１８８４号公報等に見られるバイオマスガス化燃焼法や、特開２００３‐１８３６６５号公報や特開２００３‐２６０４５４号公報に見られるバイオマス熱分解法が開発・開示・完成され実用化されている。これらは、数十トン／日〜数百トン／日規模のプラントである。
【特許文献１】特開２００１‐２４０８７７号公報
【特許文献２】特開２００３−２６１８８４号公報
【特許文献３】特開２００３‐１８３６６５号公報
【特許文献４】特開２００３‐２６０４５４号公報  また、糞尿、畜産廃棄物の投棄による海洋汚染を防止するためにロンドン条約が締結され、産掃法施行令の改正により平成１４年２月に施行された。遅くとも平成１９年までには海洋投棄処分が禁止されることになる。
【０００７】
しかしながら、人口の絶対数が微小で人口密度が低く、排出廃棄物量も少なく且つ地理的にも下水道・処理施設設置なども不適な地域に適した設備容量も小さく小さな立地条件ですむ小規模分散型バイオマス処理システム・技術はないに等しく、その開発が望まれていた。
【０００８】
即ち、過疎山間・山村地区において排出される糞尿、家畜糞他畜産廃棄物、造林・製材廃棄物、食品製造廃棄物、生ゴミ及び下水汚泥などのバイオマス廃棄物は、絶対量が少なく排出源所在が分散しており、広範囲に渡る効率的収集が不可能で収集可能域に限度があり収集対象領域が狭く、「処理量／日」が少ないゆえ、集積貯蔵施設を設けるより発生量を即日処理できる小規模ながら迅速な処理能力を持つ小規模分散処理システムの開発が望ましいのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明においては、かかる要求を満足する処理システムとして、公知・既存の技術・装置を組み合わせたシステム技術を開発・確立し提供することによる、小規模操業に適し、運転費用が安くて済み、操業効率が優秀で、設備費が安く立地条件も少なくて済む小規模分散型バイオマス処理システム構築を試み、本発明の処理システムを完成したのである。
【００１０】
即ち、該処理システムの構成は下記の如く行う、
（１）高水分含有廃棄物（糞尿、畜産糞尿、下水汚泥など）の濃縮・脱水・乾燥する手段として真空乾燥装置を採用し、
（２）造林・製材廃材を主体とするバイオマス（造林・製材廃材等）と、（１）記載の脱水・乾燥機構で脱水・乾燥した糞尿等バイオマスの焼却処理用装置として、発電及び熱源用水蒸気生成機能を有する小容量バイオマス焼却処理装置を採用し、
（３）前記（１），（２）記載の設備を併設し、該焼却装置で生成した電力及び水蒸気を（１）記載の真空乾燥装置のユーティリティとして活用する自己完結・小規模分散型バイオマス処理システムを構築させる、
ことにより課題を解決したのである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、請求項１に記載する通り、本発明に開示されるバイオマス処理システムの基本構成は次の通りである。
【００１２】
「糞尿、畜産糞、下水汚泥などの高水分含有バイオマスを真空乾燥装置で乾燥し、乾燥状態又は低含有水分の糞尿等バイオマスを製造し、該真空乾燥装置に併設した造林・製材廃材の焼却を主体とする発電及び熱源用水蒸気生成能を備えた小容量バイオマス焼却装置に、該真空乾燥装置で脱水・乾燥した乾燥状態又は低含有水分状態とした糞尿等バイオマスと、間伐材や製材屑など造林業・製材業廃材とを混合して投入し、焼却処理に付しバイオマス処理を完結させると共に該バイオマス焼却装置で生成せしめた電力並びに水蒸気を、該糞尿等バイオマス乾燥用真空乾燥装置のユーティリティとして活用する自己完結型バイオマス処理システム」である。
【００１３】
請求項１に記載した真空乾燥法・装置とは、従来、化学実験室においても汎用された乾燥方法・設備であり、一般に被乾燥物の乾燥時における温度上昇による変質を避け、低温で高速に効率よく乾燥するための公知プロセスで、工業的にも多用されるプロセスであり、広く各分野で乾燥プロセスとして多用されるものであるが、特開平０７‐３０１４８５号公報（対象物；汚泥）、特開平０８‐３０９３９６号公報（対象物；汚泥）、特開平１１‐２２１５９９号公報（対象物；畜産糞尿および食品加工汚泥）など汚泥・糞尿・塵埃等の脱水・乾燥にも適用されるに至っている。
【００１４】
しかしながら、これらは、脱水・乾燥することのみに目的があり、精々該廃棄物の嵩を減じ取り扱いを容易にする程度のものであり、乾燥された該廃棄物の最終処分法の完成、即ち廃棄処理完結システムの開示には至っていない。
【００１５】
また、（２）に記載した焼却装置に該当し、環境基準を満たす森林バイオマス焼却装置としては、大規模・大容量の優れたバイオマスガス化焼却システムは実に多数のものが開示されており（例えば、前記特許文献１〜２）、プラントの稼動実績が多数あるが、本発明の対象となる発電及び熱源用水蒸気生成能を備えた小規模・小容量焼却システムとしては比較的開示数並びにプラントの稼働例が少ないのであるが、本発明の目的に合致する実動プラントも存在するので、カタログ・技術資料等より選定し適用した。
【００１６】
下記のプラントは、発電及び熱源用水蒸気生成能を備えたバイオマス用の小規模ガス化焼却装置の一つであるために例示したに過ぎず、何ら特定の機能を有する特殊なものでなくこれに限定することはないが、発明の内容・概念を具体的に開示するために敢えて例示すると、例えば（下部）タクマ製の小容量バイオマス流動層燃焼シリーズ「フォレストルネスＴＢＰ−２０００ＳＦ」（木材投入量６３０ｋｇ／Ｈ）、「フォレストルネスＴＢＰ−３０００ＳＦ」（木材投入量１，１１０ｋｇ／Ｈ）などが目的に合致できるものとして示すことが出来る。
【００１７】
これらの装置は、市販され営林業における間伐材・倒木処理や木材加工業における製材屑・木工廃材・合板廃材の処理などに実用化されているものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、前記の如く公知・既存の技術・装置を組み合わせて確立した小規模処理に最適のバイオマス廃棄物処理用自己完結型処理システムを構築するシステム技術である。即ち、
（１）本処理システムを構築する夫々のユニット設備は公知であり、市販・実動実績があり、処理システム建造に際し、各ユニット装置のカタログ・技術資料を取り寄せ、希望する処理容量・設備仕様に見合った機能・仕様となる様ユニット設備を選定し、組み合わせシステム構成すればよく、人口の絶対数が微小で人口密度が低く、排出廃棄物量も少なく且つ地理的にも下水道を張り巡らし効率的な廃棄物の多量収集が困難で、大規模処理施設の不可能・不適な山村・山間過疎地区において必要とされる小規模処理システムの構築に最適の処理システムが構築できるのである。
（２）本発明の糞尿等バイオマス処理システムを構築するユニットプロセス（装置）は、夫々既に公知であり稼動実績のあるものであり、これ等装置のうち本発明のシステム構成に最適な装置規模・仕様のものを選定し組み合わせて処理システムを構築する故、装置開発負担も少なく、且つ、各ユニット装置の操業ノウハウも確立されているため、容易に安定操業の保証された処理システムを建造でき、建造後直ちに安定操業に移れる。
【００１９】
（３）本発明における糞尿等バイオマス処理システムにおいては、高水分含有バイオマスを一端真空乾燥装置を用い脱水・乾燥し、該乾燥糞尿とバイオマスは造林・製材廃材バイオマスと混合して、ガス化焼却装置に投入し焼却して廃棄処分を完結させ、且つ該ガス化焼却設備で発生させた電力と加熱用熱源である水蒸気を、該真空乾燥装置稼働用ユーティリティとして活用するという自己完結型処理システムであるため、高効率であり、環境保全対応の優秀な処理システムを提供できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の具体的実施態様につき述べると、請求項２〜３に規定する通りであるが、
（ａ）請求項１に記載した真空乾燥装置としては、何ら特別なものである必要はなく、下記の基本的構成を有する典型的構造のものであればよい。即ち、請求項２に記載する如く、
「スティームなどの加熱用媒体による加熱用ジャケット構造を有し、内部に攪拌移送装置を備えた真空乾燥缶の一端の穿孔部にバイオマス廃材を送り込む送入装置を接続し、該真空乾燥缶の他端の穿孔部に留出水蒸気排出配管と該留出水蒸気を凝縮させるコンデンサを接続すると共に、エジェクタなどの補助排気装置、レシーバタンク及び真空ポンプに連結する排気管を設けた基本構成を有する真空乾燥装置であること。」
（ｂ）請求項３に記載する如く、請求項１に記載した処理システムが、
「需要処理量に応じた小容量のバイオマス焼却装置と、該小容量バイオマス焼却装置容量に対応する容量の所要数の真空乾燥装置を複数基並列に設置し構成させた糞尿等バイオマス処理システムであること」である。
【００２１】
（ｃ）請求項１に記載した発電及び熱源用水蒸気生成能を備えたバイオマス焼却装置は何ら特別のものである必要はなく、公知・実稼動中の基本構成を有するガス化燃焼装置であればよいのであるが、ただ該装置が間伐材や製材屑などの造林・製材廃棄物と、前記真空乾燥機で乾燥した糞尿等バイオマスを投入焼却できる仕様であり、その装置容量が数百ｋｇ／日〜数トン／日で定常的に安定稼働できる小規模装置であること、焼却時ダイオキシンなど有害・環境汚染物質生成排出量が環境基準内にあることと、該装置が燃焼による熱エネルギーを水蒸気生成と発電にリゼネレーションできる装置となっていることが必要である。
（ｄ）そして本発明の糞尿等バイオマス処理システムにおいては、該バイオマス焼却装置にて生成せしめた電力・水蒸気を、該真空乾燥装置の加熱用媒体及び真空補助装置としてのスティームエジェクタ用動力源水蒸気として用い、又該装置の真空ポンプ稼働用他の電力源としても活用し、自己完結型の糞尿等バイオマスの処理システムを完結せしめるのである。
【実施例】
【００２２】
次に本発明のシステム構成をより具体的・明確に開示するために図１に、本発明の構成システムのフローシートを示し、図２に代表的システム構成設備の実施例を示す。
【００２３】
図１に示す通り、本発明の糞尿等バイオマスの処理システムは、糞尿等高水分含有バイオマスを乾燥する真空乾燥装置と、該設備で乾燥された乾燥状態の糞尿等バイオマスと、間伐材や製材屑他の造林業・製材業廃棄物（所謂営林業バイオマス）とを焼却するガス化焼却装置との組合せにて構成され、更に該システムを構成する焼却装置の燃焼エネルギーを活用して生成させる水蒸気及び電力を、該処理システムを構成する真空乾燥装置のユーティリティとして活用する機能を有する自己完結型の糞尿等バイオマス処理システムである。
【００２４】
図２には内部に攪拌装置を有する加熱用ジャケット付き真空乾燥缶、スティームエジェクタ補助減圧装置、真空ポンプより形成される回分式真空乾燥装置と、発電装置付きバイオマスガス化燃焼装置との組合せにより構成される本発明の糞尿等バイオマス処理システム例を示す。
【００２５】
図２において、Ａは、内部に攪拌装置を有する加熱用ジャケット付き真空乾燥缶、スティームエジェクタ補助減圧装置、真空ポンプより形成される回分式真空乾燥装置であり、Ｂは、発電能・水蒸気供給能付きバイオマスガス化燃焼装置である。
【００２６】
該糞尿等バイオマス処理システムの操業・作動状況を開示すると、山村等過疎地区においては、糞尿等廃棄物は下水管等を張り巡らし収集することは不可能であるため、かかる過疎地区に適した廃棄物収集手段、例えばバキュームカー等糞尿等収集手段で収集され、該糞尿等処理システムまで搬送された高水分含有糞尿等バイオマス３が、真空乾燥缶１の乾燥糞尿排出口７が閉口されているのを確認後、内部に攪拌装置６が設置され、加熱用ジャケットを有する真空乾燥缶１内に、糞尿等バイオマス送入装置２を用いて送入される。
【００２７】
糞尿等バイオマス３の所定量が送り込まれた後、高水分含有糞尿等バイオマス送入装置２の送入孔が閉口され、真空乾燥缶内に設置した攪拌装置６の攪拌翼を回動し、加熱用ジャケット内に加熱用蒸気供給管９から加熱用蒸気を供給し、同時にスティームエジェクタ４の蒸気供給配管１０より補助減圧用スティームエジェクタ４にスティームを供給し、補助減圧装置４を作動させるとともに真空ポンプ５も稼働させ、真空乾燥缶１内をプログラム通りの昇温−減圧カーブに従い昇温・減圧し、高水分含有糞尿等バイオマス３中の含有水分を真空蒸発せしめ、真空乾燥を行い、真空乾燥缶１内でバイオマスの減圧下で加熱により発生した水蒸気は流出する水蒸気を発生蒸気排出管１３を経てコンデンサ８で凝縮させ、レシーバタンク１１に一時貯蔵後系外に留出水１２として放出する。コンデンサ８には冷却水１３が供給され熱交換されて出口から排出１４される。
なお、レシーバタンク１１に貯蔵した回収処理水を逆浸透膜処理、イオン交換樹脂を介して純水として回収し、井戸水とともに冷却水装置に供給し、補給水として再利用してもよい。
【００２８】
この際、被乾燥物（含高水分糞尿等バイオマス）の含水率等組成に応じ適正な昇温−減圧条件を選択することが必須である。
なお、この際、含高水分糞尿等バイオマスの脱水・乾燥は、必ずしも絶乾状態にまで乾燥する必要はなく、次工程の焼却炉への搬送と投入に適した状態（取扱い性等）まで乾燥すればよく、かかる状態まで脱水・乾燥が進行した時点で乾燥を終了させる。
【００２９】
ガス化焼却装置Ｂにおいては、真空乾燥缶１の乾燥糞尿排出口７からバイオマス投入機１５で投入された糞尿等バイオマス及びサイロ１６から送風ファン１７を経て間伐材や製材屑などの造林業・製材業廃棄物はガス化炉・燃焼炉２０でガス化され燃焼され、燃焼ガスにより復水器３０からの復水３１により水蒸気３２が発生され、該発生水蒸気の一部は蒸気タービン発電装置３３に送られ、蒸気タービンを回動し発電３４を行い、残余の水蒸気３５は加熱用水蒸気として真空乾燥缶１へのスティームとして供給される。なお、１８は木材やパーチクルチップの貯蔵庫であり、木材やパーチクルチップも同時にガス化炉・燃焼炉２０に投入してもよい。また、図２中、復水器３０は冷却塔３６から冷却水３７が供給され、復水器３０で熱交換されて冷却塔３６へ循環される。また、レシーバタンク１１に一時貯蔵された留出水１２は給水タンク３８を経て復水器３０に供給されてもよい。
【００３０】
ここで発電された電力の一部は、本糞尿処理システムの真空乾燥装置Ａに送られ、装置制御・装置駆動用・真空ポンプ駆動用電力として用いられ、また、生成した加熱用水蒸気の一部も、本糞尿処理システムの真空乾燥装置に送られ、補助減圧用のスティームエジェクタ４の作動及び真空乾燥缶１の加熱用熱源として用いられる。
なお、残余の電力及び水蒸気は賣電や、地域近隣施設の動力源・暖房・空調用などに活用される。
【００３１】
一方、燃焼排ガスはスラグ分離室２２で燃焼排ガス中のスラグを分離し、更にマルチサイクロン集塵機２３に送られ粉塵を分離し、ガス冷却機２４を通して排ガスを急冷してダイオキシンの生成を抑制し、更に排ガス中の微小粉塵は、バグフィルター２５を通して分離され、誘引送風機２６で吸引され排ガスは煙突２７より排気される。
【００３２】
かくして本発明の糞尿等バイオ処理システムの糞尿等バイオマス及び間伐材や製材屑などの造林業・製材業廃棄物処理が、余す事なく自己完結するのである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の糞尿等バイオ廃棄物処理システムのシステム構成を示すフローシートである。
【図２】本発明の糞尿等バイオ廃棄物処理システムの具体的構成設備配置図例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ    真空乾燥装置
１    真空乾燥缶
２    糞尿等バイオマス送入装置
３    糞尿等バイオマス
４    補助減圧用スティームエジェクタ
５    真空ポンプ
６    攪拌装置
７    乾燥糞尿取り出し口
８    コンデンサ
９    加熱用蒸気供給管
１０  蒸気供給管
Ｂ    発電能・水蒸気供給能付きバイオマスガス化焼却装置
１１  レシーバタンク
１２  留出水
１３  冷却水
１４  排出水
１５  乾燥糞尿等バイオマス投入機
１６  サイロ
１７  送風ファン
１８  木材等貯蔵庫
２０  ガス化炉・燃焼炉
２２  スラブ分離室
２３  マルチサイクロン集塵機
２４  ガス冷却機
２５  バッグフィルタ発電電力主送電線
２６  誘引送風機
２７  煙突
３０  復水器
３１  復水
３２  水蒸気
３３  蒸気タービン発電装置
３４  発電電力送電線
３５  水蒸気
３６  冷却塔
３７  冷却水
３８  給水タンク
【図１】
2005257211.tif 000003
【図２】
2005257211.tif 000004