(57)【要約】【課題】家畜の糞尿等を乾燥−炭化処理することにより、排水及び二次廃棄物を出さず、その処理のための熱効率を向上させること。【解決手段】家畜の糞尿等の廃液とバイオマスを混合する廃液・バイオマス混合装置（７）と、この混合装置からの混合物を乾燥する乾燥装置（１３）と、乾燥装置から出される乾燥物をガスと固形物に分離する分離装置（１４）と、分離装置からの固形物を粒状に成形する造粒装置（１９）と、造粒装置から出された粒状物を炭化する炭化炉（２７）と、炭化炉から出されガスを燃焼する乾留ガス燃焼炉（３０）と、分離装置及び乾留ガス燃焼炉から出されたガスを外部に放出するガス放出装置（２１〜２４）とを有する。【選択図】図１
2005305314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
家畜の糞尿等の廃液とバイオマスを混合する廃液・バイオマス混合装置と、この混合装置からの混合物を乾燥する乾燥装置と、乾燥装置から出される乾燥物をガスと固形物に分離する分離装置と、分離装置からの固形物を粒状に成形する造粒装置と、造粒装置から出された粒状物を炭化する炭化炉と、炭化炉から出されガスを燃焼する乾留ガス燃焼炉と、分離装置及び乾留ガス燃焼炉から出されたガスを外部に放出するガス放出装置とを有することを特徴とする固形物を有する廃液の処理システム。
【請求項２】
家畜の糞尿等の廃液とバイオマスとを混合する予備混合装置が、廃液・バイオマス混合装置の前段に設けられ、分離装置から出された固形物の一部が予備混合装置にフィードバックされて予備混合装置内の廃液とバイオマスの混合水分が調整されることを特徴とする請求項１記載の固形物を有する廃液の処理システム。
【請求項３】
リサイクル燃料燃焼炉又は炭化炉に付設された乾留ガス燃焼炉から放出される高温ガスが、乾燥装置に供給されるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固形物を有する廃液の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家畜の糞、尿や下水等を処理する固形物を含む廃液の処理システムに関し、特に、家畜の排泄する糞尿や下水等をオガ粉等のバイオマスと混合し、乾燥炭化処理することにより、排水や二次廃棄物を出さないとともに、炭化時の熱を有効活用して熱効率の向上を可能にした処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、家畜の糞尿又は尿の処理技術において、主に家畜糞尿の水分状態で水分８４％未満のソリッド（固形）は堆肥化され、水分８４〜８７％のセミソリッド（半固形）はセミソリッド散布機で圃場に散布するセミソリッド処理が行われ、水分８７％以上のスラリー（液状、泥状）はスラリースプレッダーによって散布され、農耕地還元が行われている。また、各糞尿状態においても個液分離処理が行われ、固形分は堆肥化し、有効利用が難しい分離液は曝気、嫌気処理等の糞尿汚水浄化処理がなされている。
【０００３】
ところで、糞尿処理の実体は、乳用牛、肉用牛では「経営耕地還元」「野積み」が多く、尿でも素堀溜めもあるが、豚、採卵鶏ではコンポスト等の自家処理が多い。そして、法律面では、「家畜排泄物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」では、「野積み」や「素堀り」は禁止され新たな対応が求められている。
【０００４】
また、尿については悪臭や散布時期の問題で農耕地還元だけでは間に合わず、汚水浄化処理されている。その汚水浄化処理技術としては、基本的に物理化学的処理及び生物処理に大別され、物理化学的処理としては個液分離、沈殿、吸着、凝集（薬品投入）などで汚水中の固形分、無機物を除去しており、生物処理法は溶解性の有機物や栄養塩酸（窒素、りん）の処理に用いられている。しかし、家畜の尿は、ＢＯＤ、ＳＳ、ＣＯＤが多いことと、最大の問題は窒素が非常に多く、りんも多く含まれていることであり、そのため、窒素、りんの除去処理が大きな問題となっており、その技術は多種提案されているが、満足いく結果は出されていない。
【０００５】
上記事情に対処するため、珪藻土など土系の付着防止媒体を添加し、芯液と混合して均質な混合体とされた有機性廃棄物を滴状体放出機構により滴状体となし、これを凝固液中へ浸漬してゲル状の粒体を生成し、ゲル状粒体を焼却炉により焼却するようにした有機性廃棄物の焼却処理システム（特許文献１参照）があるが、これは付着防止媒体や芯液として特別な化学物質を要したり、混合体をゲル状粒体にするための特殊な工程を要する。
【０００６】
また、浄化装置と、蒸発装置と、燃焼装置とを具え、浄化装置により浄化された尿汚水の処理水は蒸発装置において燃焼装置からの排気ガスと接触させて濃縮され、その後、家畜ふん及び水分調整材と汚泥等を乾燥させた堆肥と混合され、燃焼装置において炭化処理され、排気ガスは蒸発装置において処理水と接触した後、外部に放出されるようにした家畜糞尿処理システム（特許文献２参照）があるが、これは、尿汚水を浄化するために、個液分離器、嫌気・好気槽等の付帯設備を要するとともに、全体的に複雑な工程を要する。
【０００７】
また、家畜糞尿を乾燥及び熱分解してガスとチャーを生成する熱分解反応器と、助燃料を燃焼するバーナを設けた熱風炉を備え、前記熱分解反応器から生成されるガスを前記熱風炉に導入して燃焼させ、その燃焼排ガスを熱分解反応器の熱源として供給するようにした家畜糞尿処理装置（特許文献３参照）があるが、これは連続処理が可能かどうか必ずしも明らかでなく、水分の多い家畜糞尿を直接熱分解反応器に供給処理するため、熱分解反応器における処理効率が低いと思われる。
【特許文献１】特開平７−２１７８４５
【特許文献２】特開平１１−７７０９５
【特許文献３】特開２００３−１８３６６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特殊な化学処理剤を使用せずに、比較的簡単な構造の構成要素を用い、１．排水を出さない、２．新たな二次廃棄物を出さない、３．エネルギーの系内利用を図り省エネ化する、４．化石燃料に代わる廃棄物リサイクル品を燃料としてランニングコストを下げる、５．炭化物というリサイクル品を生産し、処理事業が事業として成り立つことを可能とした、固形物を含む廃液の処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の固形物を有する廃液の処理システムによれば、家畜の糞尿等の廃液とバイオマスを混合する廃液・バイオマス混合装置（７）と、この混合装置からの混合物を乾燥する乾燥装置（１３）と、乾燥装置から出される乾燥物をガスと固形物に分離する分離装置（１４）と、分離装置からの固形物を粒状に成形する造粒装置（１９）と、造粒装置から出された粒状物を炭化する炭化炉（２７）と、炭化炉から出されガスを燃焼する乾留ガス燃焼炉（３０）と、分離装置及び乾留ガス燃焼炉から出されたガスを外部に放出するガス放出装置（２１〜２４）とを有している。
【００１０】
オガ粉は吸水性及び発熱量が大であって、本発明を実施する上でバイオマスの好ましい一例であるが、木材チップ等の植物繊維を使用することもできる。
【００１１】
また本発明によれば、家畜の糞尿等の廃液とバイオマスとを混合する予備混合装置（４、５）が、廃液・バイオマス混合装置（７）の前段に設けられ、分離装置（１４）から出された固形物の一部が予備混合装置にフィードバックされて予備混合装置内の廃液とバイオマスの混合水分が調整されるようになっている。
【００１２】
さらに本発明によれば、固形物を有する廃液の処理システムによれば、請求項２又は３の要件に加えて、リサイクル燃料燃焼炉（１１）又は炭化炉（２７）に付設された乾留ガス燃焼炉（３０）から放出される高温ガスが、乾燥装置（１３）に供給されるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、家畜の糞尿等の廃液をオガ粉等のバイオマスと混合し、乾燥−造粒−炭化工程で処理することにより、水分を多く含み焼却困難な廃液を効率的に処理して、廃水及び二次廃棄物を出さず、環境の汚染を防止することができる。また、最終的に炭化物を生成することにより、これをリサイクル製品として販売し、処理システム事業の自立化に寄与することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、廃液処理システムの分離装置から出た乾燥された固形物を予備混合装置にフィードバックし、これと糞尿とバイオマスと混合したものを廃液・バイオマス混合装置で混合するので、混合物の水分を好適な値に調整して、固形物を含む廃液の炭化を円滑、効率的に行うことができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、リサイクル燃料の燃焼エネルギーを利用したり、乾留ガス燃焼炉からの系内エネルギーを利用して、固形物を含む廃液を乾燥するので、廃液処理システムのランニングコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。図１及び図２は本発明による固形物を含む廃液の処理システムの一実施形態を示す概念図である。なお、図１と図２は１枚で表示すべきであるが、１枚とすると縮尺のため文字等のサイズが小さくなりすぎるので、２枚に分けて大きなサイズとし、両図の構成要素間の接続関係は、符号ａ、ｂ、ｃで示した。
【００１７】
本発明による固形物を含む廃液の処理システムは、概略、廃液・バイオマスの予備混合装置としてのスクリューフィーダ４、５、主たる混合装置７、乾燥装置１３、分離装置１４、造粒装置１９、炭化炉２７、乾留ガス燃焼炉３０、リサイクル燃料燃焼炉１１、廃ガスを外部に放出するガス放出装置を有する。
【００１８】
本発明による処理システムの構成について、作用とともに、更に詳細に説明する。
ホッパ１にバイオマス、例えばオガ粉が送給され、ホッパ２に廃液、例えば家畜の尿が送給される。ホッパ１内のバイオマスはスクリューフィーダ１ａにより、ホッパ２内の廃液はポンプ３により、図示例では４本の複数の分岐管を介してスクリューフィーダ４へ送給され、予備混合装置としてのスクリューフィーダ４、５によりバイオマスと廃液は予備混合されながら移送される。混合されたバイオマスと廃液は、バケットコンベヤ６等のコンベヤにより廃液・バイオマス混合装置７としてのミキサへ送給される。
【００１９】
混合装置７でバイオマスと廃液は混合され、被乾燥原料としてスクリューフィーダ７ａにより送出され、コンベヤ８により、廃水を発生しない乾燥装置１３へ送出される。スクリューフィーダ５又は混合装置７内のバイオマス及び廃液に、後述の乾燥原料がフィードバック添加され、混合装置７から送出される被乾燥原料の水分を約６０％に調整されて乾燥効率を向上され、更に炭化物が消臭と水分調整のために加えられる。
【００２０】
乾燥装置１３としては、例えば打撃破砕乾燥機又はスラッジドライヤーが用いられ、図にはドラム１３ａ、回転軸１３ｂ、多数のチェン１３ｃを有する打撃破砕乾燥機が例示される。被乾燥原料は乾燥装置１３の上部から投入され、落下しながら回転する多数のチェンにより破砕され、下方から供給される約４５０〜５００℃の高温排ガスにより乾燥され、乾燥原料として上部から排出される。乾燥された原料は粉末状（打撃破砕乾燥機による）又は２ｍｍφ（スラッジドライヤーによる）程度の粒状であり、このままの状態では炭化時に溶融してクリンカーになるため、後述のように造粒して５〜１０ｍｍφペレットにすることが好ましく、ペレットの大きさは炭化物の用途に合わせて決定される。
【００２１】
乾燥装置１３への燃焼排ガスの供給系統は、３系統あり、第１の系統は、重油等の化石燃料炉１２からの系統であり、その乾燥ガスはモータＭにより開閉操作されるバルブＶにより調節されながら、乾燥装置１３へ送給される。この系統は主として廃液処理システムの起動時に使用される。
【００２２】
第２の系統は、後述の炭化炉２７、乾留ガス燃焼炉３０からの乾留ガスである。本廃液処理システムにおいて最も熱エネルギーを消費するのは、乾燥機において大量の水分を蒸発させるためであるが、重油等の化石燃料をその熱源とするとランニングコストが膨大となる。それを補うため、炭化炉２７で生成される高温の乾留ガスの熱風を乾燥装置１３に送り、乾燥熱源に利用する。
【００２３】
第３の系統は、リサイクル燃料を利用するものであり、ホッパ９に貯蔵された廃プラスチックや食廃油等のリサイクル燃料は、スクリューフィーダ９ａ、コンベヤ１０によりリサイクル燃料燃焼炉１１に供給され、燃焼され、発生する燃焼排ガスは乾燥装置１３に送給される。
【００２４】
オガ粉等のバイオマスの量や発熱量にもよるが、乾留ガス熱量だけでは乾燥熱量として不足することがある。その場合、不足する熱源を補充するために、廃プラスチックのリサイクル品又は食廃油のリサイクル油等のリサイクル燃料を燃焼させて乾留ガスで不足する熱源を補う。廃プラスチックの発熱量は約６５００ｋｃａｌ／ｋｇであり、食廃油の発熱量は約８０００ｋｃａｌ／ｋｇである。これらの廃棄物リサイクル燃料は、同じ熱量を発生する場合で比較すると、重油に比較して１／１６〜１／２０のコストであり、大幅なコストダウンが図られる。さらに、廃プラスチック又は食廃油の燃焼排ガスを熱源として徹底的な系内熱利用をして省エネルギーを図り、ランニングコストの低減を図ることができる。第２、第３の燃焼排ガスの供給系統は、定常運転において使用される。
【００２５】
乾燥装置１３の上部からの排出物は、分離装置１４としてのサイクロンに送給され、そこでガスと固形物に分離される。分離された固形物は、コンベヤ１５によりホッパ１６に送給、貯留される。ホッパ内の固形物は、スクリューフィーダ１６ａ及びコンベヤ１８により、前述のスクリューフィーダ５又は混合装置７に乾燥原料として送給される。他の固形物即ち乾燥原料は、前述のように炭化時にクリンカーになるのを防止するため、スクリューフィーダ１６及びコンベヤ１７により造粒装置１９に送給されて、ペレット等の粒状体に成形される。
【００２６】
この粒状体は乾燥装置２０に送給される。乾燥装置２０はモータＭにより回転されるドラムを有し、このドラム内に燃焼排ガス燃焼炉３０からの燃焼排ガスが供給される。乾燥装置２０から水分１３％以下に調整された粒状体とガスが排出される。粒状体の水分をこの程度に調整して後工程の炭化時における熱損失を低減することができる。
【００２７】
乾燥装置２０及び分離装置１４から排出されるガスは、バグフィルター等を有する集塵装置２１、ファン２２、脱臭塔２３を経て、排気塔２４から外部へ放出される。即ち、炭化炉２７及び廃プラスチックや食廃油等のリサイクル燃料燃焼炉１１で出る排ガスは、乾燥装置で低温の水分を含んだ混合原料と接触し、急冷されて２００℃以下に冷却され、バグフィルターで集塵し、誘引ファン２２を経て、活性炭脱臭塔２３で脱臭して排気塔２４から大気に放出されることになり、このプロセスで排ガスを処理することにより大気汚染が抑制される。
【００２８】
また、炭化炉２７では、理論燃焼空気量の０．５〜０．６Ｎｍ３／ｋｇ（原料）程度の空気を送入する酸素飢餓状態で炭化するため、また乾留ガスはリサイクル燃料燃焼炉１１で二次燃焼して乾燥機に送られるためダイオキシンの発生は非常に少なく、さらにプラスチックはダイオキシンの生成が非常に少ないが、本処理システムでは排ガス処理を徹底する構成とされる。
【００２９】
乾燥装置２０からの乾燥粒状体は、コンベヤ２５によりホッパ２６に貯留され、スクリューフィーダ２６ａにより、炭化炉２７に送給される。炭化炉２７は、モータＭにより回転される略截頭円錐形の回転ドラム２７ａ、固定ドラム２７ｂを有し、この回転ドラム内には粒状体の運動を規制する螺条が形成され、また運転時にはファン２８により空気が適宜供給される。炭化炉２７内に送給された粒状体は、起動時は電気ヒータにより着火されるが、炉内が８００℃以上の定常状態になると、粒状体の自燃現象により炭化が行われる。炭化された粒状体は、固定ドラム２７ｂの排出口から排出される。
【００３０】
炭化炉２７に乾留ガス燃焼炉３０が連設されており、炭化炉で発生した高温ガスは乾留ガス燃焼炉３０内に排出され、そこで更に燃焼が進み消火されるとともに、脱臭される。乾留ガス燃焼炉３０からのガスは、風量調整器３１、３２により風量を調整され、温度調整器３１ａ、３２ａにより冷却されて、一方はリサイクル燃料燃焼炉１１及び乾燥装置１３に、他方は乾燥装置２０に送給される。乾留ガス燃焼炉３０には、ファン２９から空気が送給されるようにされ、また上部に、ガス圧の上昇により開く放出弁３０ａが設けられている。
【００３１】
炭化炉２７から排出された粒状の炭化物は間接冷却式のスクリューフィーダ３３において冷却作用を受けながら移送され、スクリューフィーダ３４において水を添加することにより加湿され、取り扱いの容易な状態とされ、コンベヤ３５によりホッパ３６に移送される。ホッパ３６に貯留された炭化物は、スクリューフィーダ３６Ａにより、炭化製品として適宜排出される。
【００３２】
以上のように、本発明の廃液処理システムによれば、廃水は発生せず、また二次廃棄物も発生することがない。
【００３３】
なお、本発明の実施形態について、家畜の尿処理を例に挙げて説明したが、本発明はその他、家畜の糞や下水の処理等にも実施することができ、また、バイオマスとしてオガ粉を代表例に説明したが、木材チップ等の他の植物を利用してもよい。
【００３４】
また、図１及び図２において、各所に記載された符号Ｍはモータを示し、Ｖはバルブを示す。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による固形物を含む廃液の処理システムの一実施形態の一部を示す概念図である。
【図２】本発明による固形物を含む廃液の処理システムの一実施形態の他部を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、２、９、１６、２６、３６…ホッパ
３…送給ポンプ
１Ａ、４、５、７Ａ、９Ａ、１６Ａ、１６Ｂ、２６Ａ、３３、３４、３６Ａ…スクリューフィーダ
６、８、１０、１５、１７、１８、２５、３５…コンベヤ
７…混合装置
１１、１２…燃焼炉
１３、１９、２０…乾燥装置
１４…分離装置
２１…集塵装置
２２、２８、２９…ファン
２３…脱臭塔
２４…排気塔
２７…炭化炉
３０…乾留ガス燃焼炉
３１、３２…風量調整器
３１ａ、３２ａ…温度調整器
Ｍ…モータ
Ｖ…バルブ
【図１】
2005305314.tif 000003
【図２】
2005305314.tif 000004