(57)【要約】【課題】液状又は半固形状の有機性廃棄物に含有するアンモニア性窒素を高効率で高速に除去して嫌気消化処理やコンポスト化処理を容易に行うことを可能にする。【解決手段】材料を攪拌搬送しつつ該材料の強制押出をする押出機でアンモニア性窒素を含有する前記有機性廃棄物を搬送しながら該押出機のシリンダ内にアルカリ化剤を供給し、該シリンダ内で前記有機性廃棄物と前記アルカリ化剤を攪拌混合および加熱し、前記有機性廃棄物から生じるアンモニア含有ガスを前記シリンダ外部へ除去するとともに、アンモニア性窒素が除去された有機性廃棄物を前記押出機から押出して排出する。押出機内の混合撹拌によって有機性廃棄物中に含有するアンモニア性窒素を効率的に短時間で除去できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含有する有機性廃棄物からアンモニア性窒素を除去した有機性廃棄物を得る有機性廃棄物の処理方法において、材料を攪拌搬送しつつ該材料の強制押出をする押出機でアンモニア性窒素を含有する前記有機性廃棄物を搬送しながら該押出機のシリンダ内にアルカリ化剤を供給し、該シリンダ内で前記有機性廃棄物と前記アルカリ化剤を攪拌混合および加熱し、前記有機性廃棄物から生じるアンモニア含有ガスを前記シリンダ外部へ除去するとともに、アンモニア性窒素が除去された有機性廃棄物を前記押出機から押出して排出することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記押出機に供給する有機性廃棄物の含水率が６０〜９５％であることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記有機性廃棄物と前記アルカリ化剤の混合物のｐＨを６〜１３に調整することを特徴とする請求項１または２に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記有機性廃棄物と前記アルカリ化剤の混合物の加熱温度を７０〜１１０℃とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記押出機のシリンダの加熱エネルギ源として、前記押出機から排出された、アンモニア性窒素が除去された有機性廃棄物をメタン発酵させて得られるバイオガスを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記押出機のシリンダ内に中和剤を供給して、アンモニア性窒素が除去された前記有機性廃棄物のｐＨを中性に調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
前記アンモニアガスのシリンダ外部への除去は、前記押出機のシリンダに設けたベントを介して行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項８】
前記ベントを減圧状態にして前記シリンダ内からアンモニアガスを外部に除去することを特徴とする請求項７記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項９】
前記ベントを−０．１ｋＰａ以下に減圧することを特徴とする請求項８記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項１０】
前記シリンダに複数のベントが設けられており、一部の前記ベントを通してシリンダ外部からシリンダ内にキャリアガスを供給して、他のベントからシリンダ内のアンモニアガスをシリンダ外部に除去することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項１１】
材料を搬送するスクリュフィーダと、該スクリューフィーダが内装されたシリンダと、前記シリンダの上流側に設けられた有機性廃棄物供給部およびアルカリ化剤供給部と、前記シリンダ内の材料を加熱する加熱手段と、前記シリンダに設けられたベントと、前記シリンダの下流端に設けられた押出排出口とを備えることを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項１２】
前記ベントにアンモニア含有ガスを回収するアンモニア回収装置が接続されていることを特徴とする請求項１１記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項１３】
前記ベントを囲む１または２以上のベントボックスを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項１４】
前記ベントボックスに接続された排気ファンを備えることを特徴とする請求項１３記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項１５】
前記ベントボックスは密閉されて減圧装置に連結されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の有機性廃棄物処理装置。
【請求項１６】
複数のベントボックスの内、一部のベントボックスにキャリアガス供給装置が接続され、他のベントボックスに排気装置が接続されていることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の有機性廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機性廃棄物に含有するアンモニア性窒素を高効率で高速に除去でき、嫌気消化処理やコンポスト化処理を容易に行うことができる処理方法および処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、埋立地容量の逼迫や化石燃料残余年数の減少を背景に、有機性廃棄物のエネルギー利用、資源利用が推進されてきている。特に、メタン発酵法は含水率の高い廃棄物からバイオガスが回収できる、最も実用性の高い処理方法である。
メタン発酵処理では、有機性廃棄物中の有機物は酢酸のような低級脂肪酸に分解される酸生成過程と、脂肪酸がメタン菌によってメタンガスを生成するメタン生成過程の２段階の分解過程を経て、水、メタン、二酸化炭素等に分解される。酸生成工程において有機物中のタンパク質が分解されると、タンパク質を構成する窒素は、アンモニアとして蓄積される。特に、汚泥や生ごみ等の有機物濃度が高い有機性廃棄物を嫌気性処理すると、アンモニア濃度が高まり、メタン菌の活動が、その遊離アンモニアの毒性によって阻害され活動が妨げられる。
【０００３】
従来の有機性廃棄物のメタン発酵処理で有している問題として、メタン発酵槽内の液相のアンモニウムイオン濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上になると、メタン生成菌の活性が低下して発酵効率が低下することが従来から知られており、窒素含有量が高い生ごみ、鶏糞、下水汚泥をメタン発酵させる場合は、メタン発酵槽内液のアンモニウムイオン濃度は高くなりやすい。したがって、メタン発酵処理の前段でアンモニアを除去し、メタン発酵槽でのアンモニア濃度を最小限にすることが必要である。
【０００４】
従来、メタン発酵においてアンモニア阻害を防止する手段として、以下の方法が知られている。
（１）窒素含有比率が低い原料を混入して、Ｃ／Ｎ比を適正な範囲に調整してからメタン発酵槽に流入させる方法。
（２）水を加えて希釈してからメタン発酵槽に投入する方法（特許文献１、特許文献２参照）。
（３）発酵槽に可溶性マグネシウム塩を注入し、アンモニアを難溶性のリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析除去する方法（特許文献３、特許文献４参照）。
（４）メタン発酵の前段で、有機性廃棄物からタンパク質抽出を行ってからメタン発酵させる方法（特許文献５参照）。
（５）高温・高アルカリ化した被処理液をキャリアガスと接触させ、アンモニアガスとしてストリッピングさせる方法（アンモニアストリッピング法、特許文献６参照）。
【０００５】
上記したアンモニアストリッピング法の一形態を図６に基づいて説明する。
図６に示すアンモニアストリッピング工程では、高温・高アルカリとなった廃水３０をアンモニアストリッピング塔３１の内部に上方から噴霧し、フアン３２によって供給するキャリアガス３３をアンモニアストリッピング塔３１の内部に上向流で通気する。アンモニアストリッピング塔３１内に導入された廃水３０は７０〜９９℃の高温、ｐＨ９〜１３の高アルカリ状態となっており、前記キャリアガスとの接触によって、アンモニアストリッピング塔３１においてアンモニアが容易に揮散して気相へ移行する。廃水３０から揮発して液相から気相へ移行したアンモニアは、アンモニアストリッピング塔３１の塔頂部側からキャリアガス３３とともに取り出し、アンモニアストリッピング塔３１の塔底部側から脱アンモニア処理水３４を取り出す。
【０００６】
アンモニアを伴ったキャリアガス３３はアンモニア回収塔３５へ導いてアンモニアを回収する。アンモニア回収塔３５では、塔内にアンモニアを伴ったキャリアガス３３を上向流で通気し、アンモニア回収塔３５の塔上部から噴霧する吸収液３６と接触させる。吸収液３６には硫酸３７を添加しており、キャリアガス３３に含まれたアンモニアは硫酸３７との反応によって液相へ移行する。吸収液３６は循環ポンプ３８によってアンモニア回収塔３５に繰り返し噴霧するとともに、一部をアンモニア溶解水３９として取り出す。アンモニア回収塔３５の塔頂部側から排出するキャリアガス３３はアンモニアストリッピング塔３１へ循環させる。上記により、廃水中からアンモニアが効果的に除去される。
【０００７】
次に、アンモニアストリッピング法の他の形態を図７に基づいて説明する。この構成においては、高温・高アルカリとなった廃水４０をアンモニアストリッピング槽４１に貯留し、キャリアガス４２をブロア４３によってアンモニアストリッピング槽４１内に散気し、該キャリアガス４２で前記廃水４０を曝気する。廃水４０から分離されたアンモニアはキャリアガス４２とともにアンモニア回収塔４４へ導いてアンモニアを回収する。アンモニア回収塔４４は、前記アンモニア回収塔３５と同様の構成を有している。その他、作用効果は図６に示した実施の形態と同様である。
【特許文献１】特開平６−１７８９９５号公報
【特許文献２】特公平７−１１５０３０号公報
【特許文献３】特開平７−５１６９３号公報
【特許文献４】特開２００４−９１０号公報
【特許文献５】特開２００３−１５４３４３号公報
【特許文献６】特開２００１−１１３２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のアンモニア除去方法のうち、前記（１）の方法は、立地条件等の制約によって適当な原料を入手することが困難な場合が多く、実現性に乏しいという問題がある。前記（２）の方法は、発酵液量が増大するため、発酵槽が巨大化するとともに加温に要する熱量が増加し、エネルギー効率が悪化するという問題と、乾式メタン発酵法には適用できないという問題がある。前記（３）の方法は、生成した難溶性の塩が発酵槽内や配管中に堆積、付着しやすくスケールトラブルの原因となりやすいという問題がある。前記（４）の方法は、廃棄物へ高価なタンパク質分解酵素を多量に添加する必要があり、高コストかつ工程も複雑で操作が難しく、実現困難という問題がある。
【０００９】
さらに前記（５）の方法は、アンモニアストリッピング塔内へ廃水を噴霧したり、アンモニアストリッピング槽内でバブリング処理をしなければならず、被処理物が液体状に限定されることとなり、低含水率の半固形状あるいはスラリー状の有機性廃棄物からのアンモニア除去には利用できないという問題がある。さらに、これらの装置でアンモニア除去率を高めるには、回分式に長時間処理したり、同じ工程を複数回繰り返すなど、処理に時間がかかるという問題がある。
【００１０】
この発明は上記のような従来の方法の課題を解決するためになされたもので、液状〜半固形状の有機性廃棄物中に含まれるアンモニア性窒素を短時間で連続で除去することができる方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明の有機性廃棄物の処理方法のうち、請求項１記載の発明は、アンモニア性窒素を含有する有機性廃棄物からアンモニア性窒素を除去した有機性廃棄物を得る有機性廃棄物の処理方法において、材料を攪拌搬送しつつ該材料の強制押出をする押出機でアンモニア性窒素を含有する前記有機性廃棄物を搬送しながら該押出機のシリンダ内にアルカリ化剤を供給し、該シリンダ内で前記有機性廃棄物と前記アルカリ化剤を攪拌混合および加熱し、前記有機性廃棄物から生じるアンモニア含有ガスを前記シリンダ外部へ除去するとともに、アンモニア性窒素が除去された有機性廃棄物を前記押出機から押出して排出することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記押出機に供給する有機性廃棄物の含水率が６０〜９５％であることを特徴とする。望ましくは７０〜８５％である。
【００１３】
請求項３記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記有機性廃棄物と前記アルカリ化剤の混合物のｐＨを６〜１３に調整することを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記有機性廃棄物と前記アルカリ化剤の混合物の加熱温度を７０〜１１０℃とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記押出機のシリンダの加熱エネルギ源として、前記押出機から排出された、アンモニア性窒素が除去された有機性廃棄物をメタン発酵させて得られるバイオガスを用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記押出機のシリンダ内に中和剤を供給して、アンモニア性窒素が除去された前記有機性廃棄物のｐＨを中性に調整することを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記アンモニアガスのシリンダ外部への除去は、前記押出機のシリンダに設けたベントを介して行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項７記載の発明において、前記ベントを減圧状態にして前記シリンダ内からアンモニアガスを外部に除去することを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項８記載の発明において、前記ベントを−０．１ｋＰａ以下に減圧することを特徴とする。望ましくは、−０．１ｋＰａ〜−５．０ｋＰａである。
【００２０】
請求項１０記載の有機性廃棄物の処理方法の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記シリンダに複数のベントが設けられており、一部の前記ベントを通してシリンダ外部からシリンダ内にキャリアガスを供給して、他のベントからシリンダ内のアンモニアガスをシリンダ外部に除去することを特徴とする。
【００２１】
請求項１１記載の有機性廃棄物処理装置の発明は、材料を搬送するスクリュフィーダと、該スクリューフィーダが内挿されたシリンダと、前記シリンダの上流側に設けられた有機性廃棄物供給部およびアルカリ化剤供給部と、前記シリンダ内の材料を加熱する加熱手段と、前記シリンダに設けられたベントと、前記シリンダの下流端に設けられた押出排出口とを備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２記載の有機性廃棄物処理装置の発明は、請求項１１記載の発明において、前記ベントにアンモニア含有ガスを回収するアンモニア回収装置が接続されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１３記載の有機性廃棄物処理装置の発明は、請求項１１または１２に記載の発明において、前記ベントを囲む１または２以上のベントボックスを有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１４記載の有機性廃棄物処理装置の発明は、請求項１３記載の発明において、前記ベントボックスに接続された排気ファンを備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項１５記載の有機性廃棄物処理装置の発明は、請求項１３または１４に記載の発明において、前記ベントボックスは密閉されて減圧装置に連結されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１６記載の有機性廃棄物処理装置の発明は、請求項１３〜１５のいずれかに記載の発明において、複数のベントボックスの内、一部のベントボックスにキャリアガス供給装置が接続され、他のベントボックスに排気装置が接続されていることを特徴とする。
【００２７】
この発明の構成においては、押出機を用いて被処理物である有機性廃棄物を押し出しながらアルカリ化剤を該押出機のシリンダに注入し、該有機性廃棄物と該アルカリ化剤を押出機のシリンダ内で混練・混合した後、該有機性廃棄物と該アルカリ化剤の混合物を加熱して、揮発したアンモニアガスをシリンダ外へ排気することにより、有機性廃棄物中に含有するアンモニア性窒素を効率的に、短時間で除去することを可能とする。
【００２８】
液状廃棄物および、より低含水率の半固体状の有機性廃棄物に含有するアンモニア性窒素を除去するには、次式の反応平衡を右側に移行させ、該有機性廃棄物の水分中に溶解したアンモニウムイオンをアンモニアガスとして気相に追い出す必要がある。
【００２９】
高温
ＮＨ４ＯＨ    →    ＮＨ３↑  ＋Ｈ２Ｏ
高アルカリ
【００３０】
アンモニアストリッピングでは、アンモニア性窒素は除去できるが、タンパク質などの有機性窒素がメタン発酵槽内に流入し、メタン発酵による分解で新たにアンモニア性窒素が生じ、メタン発酵槽内のアンモニウムイオン濃度が高まってしまうので、アンモニア除去工程の前に、アンモニア生成工程にて有機性窒素をアンモニア性窒素に変換しておくとより効果が高い。
この有機性廃棄物をチューブポンプ、モーノポンプ、ピストンポンプ等の各種移送手段を使って、押出機の原料投入ホッパよりシリンダ内に投入し、原料投入ホッパあるいは原料ホッパよりも下流側に別途設けたアルカリ化剤投入ホッパから、消石灰、水酸化ナトリウム等のアルカリ化剤を投入し、押出機のシリンダ内において有機性廃棄物とアルカリ化剤を移送しながら混練・攪拌する。シリンダ内で攪拌混合された有機性廃棄物とアルカリ化剤の混合物は、電気、スチーム等の熱源により加熱されたシリンダ内を下流側へ移送しながら昇温させる。上記の操作により、速やかに高温・高アルカリ化された有機性廃棄物とアルカリ化剤の混合物の水分中に含有するアンモニウムイオンはアンモニアガスとして遊離される。
【００３１】
シリンダ内をさらに下流側に移送された混合物が脱気用ベントに到達すると、ベントを減圧するように設置された吸引ファン、あるいはベントを覆うベントボックスの雰囲気ガスを置換するように設置された送風ファンによって、ベント部分に充満した高濃度のアンモニアガスをシリンダ外へ排出させることにより、混合物中に含有するアンモニア性窒素を速やかに分離除去することができる。
アンモニア性窒素が除去された混合物は、シリンダ内をさらに下流側へ移送され、必要に応じてシリンダに設けられた中和剤投入口より投入された塩酸、硫酸などの中和剤を混合攪拌して中和処理された後、押出機を排出される。
アンモニア性窒素が除去され、中和された有機性廃棄物は、所望によりメタン発酵槽に導いてメタン発酵処理される。メタン発酵により発生するバイオガスは発電機あるいはボイラに燃料として供給し、発電した電力あるいは発生させたスチームを押出機のシリンダ加熱部の電気ヒーターやスチーム配管に供給することができる。
シリンダから排出されたアンモニアを含む排気ガスは、例えばアンモニア回収装置へ導かれ、冷却凝縮させて濃度の高いアンモニア水として回収したり、酸性の吸収液に吸収させてアンモニウム塩水溶液として回収した後、装置外へ排気される。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、この発明の有機性廃棄物の処理方法および有機性廃棄物処理装置によれば、次のような利点がある。
【００３３】
（１）押出機のシリンダ内部での攪拌混合機能により、スラリー状〜低含水率の有機性廃棄物とアルカリ化剤とを短時間で効率よく均一混合することができるので、アルカリ化剤の所要量が最小限ですみ、薬液のランニングコストを安くすることができる。
（２）押出機のシリンダ内部での攪拌混合による表面更新機能により、効率良くかつ速やかに有機性廃棄物からアンモニアガスを除去することができる。
（３）除去されたアンモニアガスを高濃度のアンモニア水やアンモニウム塩として回収することができ、窒素成分の利活用が容易になり、リサイクル率の向上が期待できる。
（４）押出機のシリンダ内部での攪拌混合機能により、中和剤を添加する場合、脱アンモニアされた有機性廃棄物と中和剤とを効率よく混合することができるので、中和剤の所要量が最小限ですみ、薬液のランニングコストを安くすることができる。
（５）一連のアンモニア除去操作を中間の貯槽や配管なく処理できるので、装置、設置面積をコンパクトにできる。
（６）脱アンモニア処理によって有機性廃棄物からアンモニアを除去することによって、メタン発酵工程におけるアンモニア阻害がなくなるので、メタン発酵処理を安定して行うことができる。
（７）脱アンモニア処理によって有機性廃棄物からアンモニアを除去することによって、メタン発酵工程におけるアンモニア阻害がなくなるので、メタン発酵処理を高負荷で運転することができ、発酵リアクタを小型化・小面積化して装置コストを低減することができる。
（８）脱アンモニア処理によって有機性廃棄物からアンモニアを除去することによって、コンポスト化工程におけるアンモニア臭気の発生量が低減されるので、脱臭装置の小型化あるいは省略化が可能になり、装置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】
【００３４】
以下に、本発明の一実施形態の有機性廃棄物処理装置および有機性廃棄物の処理方法について図１、２に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる有機性廃棄物処理装置の全体構成を示すシステム図である。
有機性廃棄物処理装置は、主要な装置として押出機１を備えている。押出機１は、材料を収容搬送して、先端の押出排出口２ａから材料の押出排出を行うシリンダ２を有し、該シリンダ２内に材料の撹拌搬送を行うスクリュ３が内装され、図示しない駆動装置によって回転駆動されるように構成されている。スクリュ３の回転によってシリンダ２内部にある材料が撹拌混合されつつ下流側に搬送されて押し出される。なお、シリンダ内に設けられるスクリュの軸数は特に限定されるものではなく、例えば一軸のものや二軸のものを用いることができる。該シリンダ２の外周側には、シリンダ２内を加熱するヒータ４が加熱手段として設置されている。
【００３５】
シリンダ２の上流側には、有機性廃棄物供給部およびアルカリ化剤供給部として原料ホッパ５が設けられている。該原料ホッパ５には、図示しない有機性廃棄物供給源に接続した有機性廃棄物供給配管６とアルカリ化剤供給配管９とが接続してある。アルカリ化剤供給配管９は、アルカリ化剤供給ポンプ８を介してアルカリ化剤タンク７に接続されている。なお、本発明としては、有機性廃棄物供給部とアルカリ化剤供給部とをそれぞれ個別に備えるものであってもよい。
【００３６】
また、シリンダ２の長さ方向中程のやや下流側には、シリンダ２の一部を開口したベント１０が形成されており、該ベント１０は、ベントボックス１１によって気密に覆われている。ベントボックス１１には、ガス回収管１２が接続されており、該ガス回収管１２は、排気ファン１３を介してアンモニア回収装置１４に接続されている。アンモニア回収装置１４には排気管１４ａが接続されている。上記したガス回収管１２と排気ファンとによって排気装置が構成されている。
【００３７】
さらに、シリンダ２の先端側近傍には、中和剤投入ホッパ１５が設けられており、該中和剤投入ホッパ１５には、中和剤供給配管１６が接続してある。該中和剤供給配管１６は、中和剤ポンプ１７を介して中和剤タンク１８に接続されている。
【００３８】
次に、上記有機性廃棄物処理装置の動作（有機性廃棄物の処理方法）について説明する。
有機性廃棄物としては、脱水汚泥、生ゴミ、食品工場残渣、畜糞などの各種種類単独またはこれらの混合物を用いることができ、例えば含水率６０〜９５％の範囲の廃棄物を処理することができる。なお、本発明としては有機性廃棄物の発生源については特に限定されるものではない。これらの有機性廃棄物をそのまま上記有機性廃棄物処理装置でアンモニア除去処理することもできるが、前処理として、図２、３に示すアンモニア生成工程を経て予め有機性廃棄物中に含有するタンパク質を分解させて、アンモニア濃度を高めてからアンモニア除去工程に移行することも問題なく可能である。
【００３９】
有機性廃棄物２０は含水率によって適した移送手段（図示しない）を用いて、押出機１のシリンダ２の最も上流側に設けた原料投入ホッパ５に一定流量で供給する。移送手段としては、チューブポンプ、モーノポンプ、ピストンポンプ、スクリュコンベア、パイプコンベアなどを有機性廃棄物の性状、含水率、供給速度に応じて選択することができる。
また、アルカリ化剤タンク７からはアルカリ化剤供給ポンプ８によってアルカリ化剤供給配管９を通して、前記原料投入ホッパ５へアルカリ化剤２１を供給する。この際には、前記有機性廃棄物２０の供給速度に応じた量のアルカリ化剤２１を一定速度で供給する。供給するアルカリ化剤としては、例えば消石灰、生石灰、苛性ソーダ、炭酸ソーダなどを挙げることができるが、本発明としては特定の材料に限定されるものではなく、アルカリ化作用が得られるものであればよい。
なお、アルカリ化剤２１は原料投入ホッパ５に供給する方法のほかに、原料投入ホッパとは別に設けたアルカリ化剤投入ホッパから供給しても問題なく、また原料投入ホッパとアルカリ化剤投入ホッパの位置関係を限定するものでもない。要はシリンダ内に有機性廃棄物とアルカリ化剤とを同じ重量比で供給できれば良い。
【００４０】
シリンダ２内に供給された有機性廃棄物２０とアルカリ化剤２１は、スクリュ３の回転により、下流側に搬送されつつ効率よく攪拌・混合されて、極短時間で一定ｐＨに到達する。
シリンダ２では、有機性廃棄物２０とアルカリ化剤２１の混合・攪拌が行われる部分のシリンダ外周部は、図２、３に示すように発電機などから供給される電力によって動作するヒータ４で加熱される。その熱はシリンダ２を伝熱してシリンダ内部で移送されている混合物を加熱する。この際には、シリンダブロックあるいは混合物の温度を測温し、ヒータ４の出力にフィードバックする加熱調整手段（図示しない）により、混合物の温度を７０〜１１０℃に温度調節する。
【００４１】
なお、加熱手段としては、図２、３に示すように電気ヒータの他、シリンダブロック内に埋め込んだ配管内に上記ボイラーなどから供給されるスチームを通過させる方法など種々の手段を用いることができ、加熱方法は問わない。
さらには、図３に示すようにアンモニアを除去した有機性廃棄物をメタン発酵槽によってメタン発酵させ、発生したバイオガスを発電機や蒸気ボイラの燃料として利用することによって、得られた電力やスチームでこのシリンダ加熱部の加熱エネルギーとすることも可能である。
【００４２】
上記の操作により高アルカリ・高温にされた有機性廃棄物中の水分に溶解していたアンモニウムイオンは、アンモニアガスとして非常に遊離しやすい状態となっている。シリンダ２内部の混合物は、スクリュ３の回転によってシリンダ２内を下流側に移送され、攪拌・混合・加熱されつつベントボックス１１に導かれる。ベントボックス１１内は排気ファン１３によって−０．１〜−５．０ｋＰａの微減圧になるよう排気流量が調節されている。スクリュ３をベントボックス１１の上流側で、ベントボックス１１に近づくほど移送量の少ない構成としておくことで、シリンダ２内の有機性廃棄物はスクリュ３の回転によりベントボックス１１の直前で最も圧縮を受け、ベントボックス１１への流入で一気に圧力開放されて、ベント１０を通してアンモニア含有ガス２２を効果的に放出することができる。放出されたアンモニア含有ガス中のアンモニア濃度は、例えば数１，０００〜数１０，０００ｐｐｍの高濃度で分離除去できる。
【００４３】
排気ファン１３により排気されたアンモニア含有ガス２２は、ガス回収管１２を通してアンモニア回収装置１４に導入され、冷却凝縮させて濃度の高いアンモニア水として回収したり、硫酸酸性の吸収液に吸収させて硫酸アンモニウムとして回収した後、浄化された排気ガスを排気管１４ａを通して装置外へ排気する。
【００４４】
ベントボックス１１でアンモニア除去された有機性廃棄物のｐＨがアルカリ性の場合は、ベントボックス１１の後段に設けられた中和剤投入ホッパ１５へ塩酸や硫酸などの酸性の中和剤２３を供給する。中和剤２３は、中和剤供給ポンプ１７によって中和剤タンク１８から中和剤供給配管１６を通して所定量供給される。中和剤２３は、シリンダ２内で有機性廃棄物２０およびアルカリ化剤２１と攪拌混合されてこれらを中和し、押出機１の押出排出口２ａから排出する。中和剤２３の投入は、押出機１から押出排出される有機廃棄物のｐＨを測定し、その結果に基づいてその時期や投入量などを制御することができる。
【００４５】
アンモニア性窒素が除去された有機性廃棄物２４は、図２のフローシートに示すようにメタン発酵槽へ原料として投入して、アンモニア阻害を生じることなくメタン発酵処理を行わせてバイオガスを得ることが可能になる。
また、アンモニア性窒素が除去された有機性廃棄物は図３のフローシートに示すようにコンポスト発酵槽へ原料として投入して、高濃度のアンモニア臭気を生じることなくコンポスト化処理を行わせて堆肥を得ることが可能になる。
【００４６】
次に、他の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上記実施形態１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略にする。
この実施形態の押出機１ａは、上記押出機１と同様に、シリンダ２内にスクリュ３が内装されている。該シリンダ２の上流端側には、有機廃棄物投入ホッパ５ａが設けられ、該有機性廃棄物投入ホッパ５ａのやや下流側にアルカリ化剤投入ホッパ５ｂが設けられており、それぞれ有機性廃棄物の投入とアルカリ化剤の投入とが可能になっている。なお、本発明としては、有機廃棄物投入ホッパの上流側にアルカリ化剤投入ホッパを設けたものであってもよく、また、上下流位置は同じにして横方向に位置をずらしてシリンダに設けたものであってもよい。
【００４７】
また、シリンダの外周部に配置されたヒータ４の下流側には、順次ベント１０ａ、１０ｂが設けられており、それぞれがベントボックス１１ａ、１１ｂで覆われている。
ベントボックス１１ａには、送気管１２ａが接続されており、該送気管１２ａには送風ファン１９が接続されている。一方、ベントボックス１１ｂには、排気装置としてガス回収管１２ｂが接続されており、該ガス回収管１２ｂにアンモニア回収装置１４が接続されている。
【００４８】
この実施形態の有機性廃棄物処理装置について説明すると、有機性廃棄物投入ホッパ５ａに有機性廃棄物２０が投入され、アルカリ化剤投入ホッパ５ｂにアルカリ化剤２１が投入されて、それぞれシリンダ２内でスクリュ３によって搬送されつつ撹拌混合され、ヒータ４によって加熱される。
ベントボックス１１ａでは、送風ファン１９により送気管１２ａを通して空気などのキャリアガスが送り込まれ、キャリアガスはベント１０ａを通してシリンダ２内に導入される。シリンダ２内では、このキャリアガスと有機性廃棄物とがスクリュ３によって充分に混練接触され、遊離したアンモニアガスがキャリアガスに移行する。アンモニアガスが移行したキャリアガスは、下流側にある他方のベントボックス１１ｂからアンモニア含有ガス２２としてガス回収管１２に流れ出し、アンモニア回収装置１４ａで前記実施形態と同様にアンモニアの回収がなされる。アンモニアガスを分離した有機廃棄物は、前記実施形態と同様にアルカリの状態にある場合には、中和剤投入タンク１５から中和剤２３を投入して中性化する。押出機１ａの押出排出口２ａから押出排出される有機廃棄物は、アンモニア性窒素が除外されており、前記実施形態と同様に、メタン発酵やコンポスト発酵に供することができる。
【実施例１】
【００４９】
次に、上記第１の実施形態における有機性廃棄物処理装置を用いた実施例について説明する。
なお、有機性廃棄物の処理に用いた押出機は、二軸押出機で、スクリュ径Ｄ＝４７ｍｍ、Ｌ（全長）＝１，９７４ｍｍ、Ｌ（全長）／Ｄ＝４２であり、スクリュ回転数は４０〜１８０ｒｐｍ、スクリュ同方向回転で処理を行った。
有機廃棄物としては、下水処理場の脱水汚泥（含水率８０％、ｐＨ＝６．９）を用いた。この有機廃棄物の処理前のアンモニアイオン濃度は２，６００ｍｇ／ｋｇであり、生物処理により２日間アンモニア生成を行わせると、アンモニウムイオン濃度は２，６００ｍｇ／ｋｇから７，７００ｍｇ／ｋｇに増加させることができた。
また、アルカリ化剤としては、安全性とコストの観点から消石灰を選定し、１７〜４１ｇ／分の速度で供給した。
【００５０】
上記有機性廃棄物とアルカリ化剤をシリンダ内でスクリュの回転により攪拌・混合したところ、攪拌・混合部の長さがＬ／Ｄ＝２１の位置において、アルカリ化した脱水汚泥のｐＨは１１．７で安定した。また、Ｌ／Ｄ＝２１の位置において、ヒータで加熱されたシリンダブロックの温度は１１０℃で安定した。
シリンダに設けたベントボックス内は排気ファンによって−０．１〜−５．０ｋＰａの微減圧になるよう排気流量を調節した。該ベントボックスからは、２，０００ｐｐｍ以上の高濃度アンモニアガスが排気された。
【００５１】
また、第２の実施形態の混合機においては、キャリアガスとして１５０Ｌ／分で室内空気をシリンダ内に送り込んだところ、排気ガスのアンモニア濃度は２，０００ｐｐｍとなった。なお、送風側のベントボックスと排気側のベントボックスの上流下流の位置関係が逆転してもほぼ同等の除去性能が得られた。
【００５２】
上記押出機による操作により、当初、脱水汚泥中に７，７００ｍｇ／ｋｇ含有していたアンモニウムイオンは、約３分間の短時間処理で、最低濃度１５０ｍｇ／ｋｇ、除去率９８％まで除去できる結果が得られた。また、この結果より、図５に示すように所望の濃度までアンモニウムイオンを除去する場合に必要な消石灰添加量が試算できた。
【００５３】
以上の実施形態および実施例によって本発明の説明を行ったが、本発明は上記説明に限定がなされるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で当然に変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態における有機性廃棄物処理装置の全体構成を示すシステム図である。
【図２】本発明の一実施の形態である処理工程を示すフローシートである。
【図３】本発明の他の実施の形態である処理工程を示すフローシートである。
【図４】本発明の他の実施形態における有機性廃棄物処理装置の全体構成を示すシステム図である。
【図５】本発明の実施例におけるアンモニア濃度の低減量とアルカリ化剤の投入量の関係を示す図である
【図６】従来のアンモニアストリッピング工程を示すフローシートである。
【図７】従来の他のアンモニアストリッピング工程を示すフローシートである。
【符号の説明】
【００５５】
１    押出機
１ａ  押出機
２    シリンダ
３    スクリュ
４    ヒータ
５    原料投入ホッパ
５ａ  有機廃棄物投入ホッパ
５ｂ  アルカリ化剤投入ホッパ
１０    ベント
１０ａ  ベント
１０ｂ  ベント
１１    ベントボックス
１１ａ  ベントボックス
１１ｂ  ベントボックス
１２    ガス回収管
１２ａ  送気管
１２ｂ  ガス回収管
１３    排気ファン
１４    アンモニア回収装置
１４ａ  排気管
１５    中和剤投入ホッパ
１９    送風ファン
２０    有機廃棄物
２１    アルカリ化剤
２２    アンモニア含有ガス
２３    中和剤
２４    アンモニア性窒素を除外した有機廃棄物
【図１】
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【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】
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【図７】
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