(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を含有するスラリーからメタン生成菌の発酵作用によりメタンガスを含有するバイオガスを生成するバイオ発酵槽と、このバイオ発酵槽内に空気を供給してこのバイオ発酵槽内に棲息する硫酸還元菌の活性を抑制することにより、上記バイオガス中の硫化水素濃度を低減化する空気導入手段と、上記バイオ発酵槽から排出された懸濁液から水分を分離する脱水機と、この脱水機から排出された脱離液を分解処理して浄化する浄化手段と、この浄化手段により浄化された浄化液を加熱して殺菌処理することにより液肥を生成する殺菌部と、上記バイオ発酵槽内で生成されたバイオガスを燃料とする熱機関とを備え、この熱機関から排出された排気ガスを、上記殺菌部に加熱用熱源として供給するように構成したことを特徴とする有機廃棄物の処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の有機廃棄物の処理装置において、上下方向に伸びる筒状体をバイオ発酵槽内に配設するとともに、このバイオ発酵槽から導出されたバイオガスの一部を上記筒状体内に戻してバイオ槽の内部を攪拌する攪拌手段を備えたことを特徴とする有機廃棄物の処理装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の有機廃棄物の処理装置において、バイオ発酵槽の周壁部に沿って温水を循環させる温水循環手段と、上記周壁部に沿って冷水を循環させる冷水循環手段と、上記温水および冷水の循環状態を制御してバイオ発酵槽内の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする有機廃棄物の処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の有機廃棄物の処理装置において、バイオ発酵槽内にニッケル、コバルトおよび鉄等からなる群から選択される一種以上の金属元素を添加したことを特徴とする有機廃棄物の処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の有機廃棄物の処理装置において、バイオ発酵槽で生成されたバイオガス中から二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去手段を備えたことを特徴とする有機廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生ゴミ等の有機廃棄物をバイオ発酵させてバイオガスを生成する有機廃棄物の処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生ゴミ、家畜糞尿および下水汚泥等からなる有機廃棄物の総量は年々増加している。そして、上記有機廃棄物等を堆肥化してリサイクルすることも行われているが、その量は極めて僅かであり、大半は焼却後に埋め立て処分されている。しかし、生ゴミ等は含水率が高いために、腐敗し易く、かつ単独で燃焼させることが困難であるとともに、炉内の温度を上昇させることが困難であり、ダイオキシンの発生を引き起こす可能性が懸念されている。また、埋め立て地の不足や、焼却場建設の立地難などが社会問題化しており、ゴミの減量化・資源化が早急に求められている。
【０００３】
このため、例えば特開平９−１７４０９５号公報に示されるように、リン酸およびアンモニウムを含む有機性スラリーにマグネシウム塩を添加し、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）の結晶を形成する第１工程と、ＭＡＰの結晶を含む有機性スラリーを固相と液槽とに分離する第２工程と、固相を好気的に発酵させてＭＡＰを含有する堆肥を製造する第３工程と、液槽を上向流嫌気性汚泥ろ床法のバイオ発酵槽によって処理する第４工程と、第４工程からの流出液中の有機成分および窒素の除去を好気性生物膜式処理槽と脱窒槽とにより行う第５工程とを含む有機性スラリーの処理方法および処理装置が提案されており、上記バイオ発酵槽において生成されたバイオガスを発電機またはボイラーの燃料として使用することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにバイオ発酵槽内でフロックを形成したメタン生成菌による発酵作用により、嫌気環境下において有機廃棄物を分解してメタンガスを含有するバイオガスを生成するように構成した場合には、このバイオガスの有効利用を図ることができるという利点を有する反面、上記バイオ発酵槽内で発生した硫化水素がバイオガス中に混入し易く、上記硫化水素によって発電機またはボイラー等が早期に腐食され易いという問題があった。
【０００５】
このため、上記公報に記載された有機性スラリーの処理装置では、上記バイオ発酵槽で発生したバイオガス中の硫化水素を、上記好気性生物膜式処理槽からの流出液に吸収させて脱硫する脱硫槽を設け、この脱硫槽において硫黄化合物を吸収した液体を脱窒槽に供給し、この液体を脱窒反応の電子供与体として利用するとともに、脱窒後の液体を上記生物膜式処理槽に戻すことにより、残留硫化水素成分を硫黄または硫酸として回収するように構成されている。しかし、上記脱硫槽を設けた場合においても、バイオガス中の硫化水素を完全に除去することは困難であり、この硫化水素がバイオガス中に混入した状態で発電機またはボイラー等に供給されることにより、これらが腐食するのを防止することができないという問題がある。
【０００６】
また、上記有機スラリーの処理装置は、固形成分である堆肥と、気体成分であるメタンガスを含有するバイオガスとを生成する過程で生じた液体成分を処理水として放流し、あるいは畜舎の洗浄水として使用するように構成されている。しかし、上記液体成分中には、多量のタンパク質やアンモニア成分等が含有されているため、上記液体成分を放流すると、富栄養化等の環境汚染が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、環境汚染等を生じることなく、有機廃棄部を含有するスラリーを適正に処理することができる有機廃棄物の処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、有機廃棄物を含有するスラリーからメタン生成菌の発酵作用によりメタンガスを含有するバイオガスを生成するバイオ発酵槽と、このバイオ発酵槽内に空気を供給してこのバイオ発酵槽内に棲息する硫酸還元菌の活性を抑制することにより、上記バイオガス中の硫化水素濃度を低減化する空気導入手段と、上記バイオ発酵槽から排出された懸濁液から水分を分離する脱水機と、この脱水機から排出された脱離液を分解処理して浄化する浄化手段と、この浄化手段により浄化された浄化液を加熱して殺菌処理することにより液肥を生成する殺菌部と、上記バイオ発酵槽内で生成されたバイオガスを燃料とする熱機関とを備え、この熱機関から排出された排気ガスを、上記殺菌部に加熱用熱源として供給するように構成したものである。
【０００９】
上記構成によれば、バイオ発酵槽内に棲息するメタン生成菌の発酵作用により、上記有機廃棄物が分解されてメタンガスを含有するバイオガスが生成されるとともに、上記空気導入手段から空気が導入されることにより、硫酸還元菌の活性が抑制されて上記バイオガス中の硫化水素濃度が効果的に低減される。また、上記バイオ発酵槽から排出された懸濁液が脱水機により脱水処理されるとともに、浄化手段により浄化処理された後、上記熱機関から供給される排気ガスを熱源として加熱処理されることにより殺菌された液肥が得られ、その有効利用を図ることが可能となる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の有機廃棄物の処理装置において、上下方向に伸びる筒状体をバイオ発酵槽内に配設するとともに、このバイオ発酵槽から導出されたバイオガスの一部を上記筒状体内に戻して攪拌する攪拌手段を備えたものである。
【００１１】
上記構成によれば、バイオ発酵槽から導出されたバイオガスの一部が上記筒状体内に戻されて、その内部が攪拌されることにより、メタン生成菌の発酵作用が効果的に促進されることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２記載の有機廃棄物の処理装置において、バイオ発酵槽の周壁部に沿って温水を循環させる温水循環手段と、上記周壁部に沿って冷水を循環させる冷水循環手段と、上記温水および冷水の循環状態を制御してバイオ発酵槽内の温度を制御する温度制御手段とを備えたものである。
【００１３】
上記構成によれば、バイオ発酵槽の内部が、メタン生成菌による発酵作用を促進できる適正温度に維持されることにより、メタンガスを含有するバイオガスの生成が効果的に促進されることになる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の何れかに記載の有機廃棄物の処理装置において、バイオ発酵槽内にニッケル、コバルトおよび鉄等からなる群から選択される一種以上の金属元素を添加したものである。
【００１５】
上記構成によれば、ニッケルイオン、コバルトイオンまたは鉄イオンと錯体を形成する金属酵素の働きにより、上記メタンガスを含有するバイオガスの生成が、さらに効果的に促進されることになる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れかに記載の有機廃棄物の処理装置において、バイオ発酵槽で生成されたバイオガス中から二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去手段を備えたものである。
【００１７】
上記構成によれば、バイオ発酵槽で生成されたバイオガス中のメタンガス濃度を効果的に上昇させることにより、その有効性を向上させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明に係る有機廃棄物の処理装置の実施形態を示している。この有機廃棄物の処理装置は、メタン生成菌の発酵作用によりメタンガスを含有したバイオガスを生成するバイオ発酵槽１と、生ゴミ等の有機廃棄物をスラリー化して上記バイオ発酵槽１内に供給するスラリー供給手段２と、上記バイオ発酵槽１から導出されたバイオガスを処理するバイオガス処理手段３とを備えている。
【００１９】
上記スラリー供給手段２は、コンベア４を介して投入された生ゴミ等の有機廃棄物を粉砕することにより細分化するディスポーザ５と、細分化された有機廃棄物を貯留する貯留ピット６と、この貯留ピット６から導出された有機廃棄物に、清水タンク７から供給された清水を吹き付けつつ、有機廃棄物をふるい分けて細径体を原水ピット８内に導入する振動ふるい９と、原水ピット８内に導入された有機廃棄物の細径体と清水との混合物からなるスラリーを上記バイオ発酵槽１内に導出するポンプ１０および導出管１１とを有している。なお、上記振動ふるい９の目詰まりを解消するため、清水タンク７内の清水が定期的に振動ふるい９に吹き付けられることにより、その清掃が行われるようになっている。
【００２０】
上記バイオ発酵槽１には、その中央部の上下方向に延びる筒状体１２と、上記供給管１１から導出されたスラリーを上記筒状体１２内に供給する供給管１３と、バイオ発酵槽１内において生成されたバイオガスの一部を上記筒状体１２内に戻してバイオ発酵槽１の内部、特に筒状体１２の内部を攪拌する攪拌手段１４とが設けられるとともに、嫌気条件下で有機物を分解してメタンガスを含有するバイオガスを生成するメタン生成菌が収容されている。
【００２１】
そして、上記導出管１１から供給管１３を介して筒状体１２内に上記スラリーが供給されるとともに、攪拌手段１４を介して筒状体１２の内部に供給されたバイオガスにより筒状体１２の内部およびバイオ発酵槽１の内部が攪拌されつつ、上記バイオ発酵槽１内において繁殖したメタン生成菌の発酵作用により上記スラリー中の有機廃棄物が分解されて、メタンガスを含有するバイオガスが生成されるようになっている。
【００２２】
また、上記バイオ発酵槽１には、空気を導入するための開閉弁を有する空気導入手段１５が設けられている。この空気導入手段１５の開閉弁を必要に応じて開放し、上記メタン生成菌の発酵作用に悪影響を与えない範囲でバイオ発酵槽１内に空気を導入することにより、上記バイオ発酵槽１内に棲息する硫酸還元菌の活性を抑制して、上記バイオガス中に混入される硫化水素の濃度を低減化するように構成されている。
【００２３】
上記バイオガス処理手段３は、バイオ発酵槽１から導出されたバイオガス中に残存する硫化水素等の硫黄化合物を分離して脱硫する脱硫槽１６と、脱硫後のバイオガス中に混入された二酸化炭素成分を吸着して除去するゼオライト１３Ｘ等と脱水作用を有するシリカゲル等とが収容された二酸化炭素除去手段１７と、この二酸化炭素除去手段１７を通過したバイオガスを貯留するガスホルダー１８とを有し、このガスホルダー１８内に貯留されたバイオガスが発電機駆動用のエンジンまたは温水ボイラー等からなる熱機関１９の燃料として供給されるように構成されている。
【００２４】
また、上記バイオ発酵槽１には、図２に示すように、バイオ発酵槽１の底部からスラリーを吸引して下部側方に注入する注入管２０と、バイオ発酵槽１の上部に上記スラリーをシャワー状に散布する散布管２１と、バイオ発酵槽１の底部から排出された懸濁液を脱水機２２に導出する導出管２３とが設けられている。そして、上記注入管２０を介してバイオ発酵槽１内に注入されたスラリーによりバイオ発酵槽１の内部が攪拌されるとともに、上記散布管２１を介してバイオ発酵槽１の上部に散布されたスラリーにより浮遊不純物からなるスカムが側方に押しやられ、スカム排出口からスカムタンク２４内に排出されるようになっている。
【００２５】
上記バイオ発酵槽１から排出された懸濁液は、上記導出管２３を介して脱水機２２に導出され、この脱水機２２によって脱離液と汚泥とに分離される。上記汚泥は、水分調整材とともに団粒機２５内に導入されて団粒化された後、一次発酵部２６内において約７０℃の温度で４日間程度に亘り加熱されることにより、殺菌されるとともに一次発酵処理された後、二次発酵部２７において９日間程度に亘り二次発酵処理されて堆肥化されるようになっている。
【００２６】
一方、上記脱水機２２から導出された脱離液は、原水槽２８に導入されて貯留されるとともに、嫌気槽２９と、活性汚泥槽３０と、沈殿槽３１とを有する浄化手段３２に供給されて上記脱離液が分解処理されるとともに沈殿濾過された後、その上澄み液からなる浄化液が殺菌部３３に供給されて約１４０℃以上の温度で、１５分間程度に亘り加熱されて殺菌されることにより、濃縮液肥が生成されるように構成されている。すなわち、上記脱離液中には、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）で表される種々の有用成分が含有され、これらの有用成分を分解処理することにより、液肥として利用可能な上澄み液が生成されることになる。
【００２７】
また、上記殺菌部３３には、バイオガスを燃料とする熱機関１９から排出された排ガスが加熱用の熱源として供給され、この排気ガスによって上記殺菌部３３が所定温度（約１４０℃以上の温度）に加熱されることにより、上記浄化手段３２から供給された液肥成分が殺菌処理されされるように構成されている。
【００２８】
また、上記バイオ発酵槽１の周壁部には、図３に示すように、上記熱機関１９のウォータジャケット等から導出された温水を循環させる温水循環管３４を有する温水循環手段と、水道水等からなる冷水を循環させる冷水循環管３５を有する冷水循環手段とが設けられている。
【００２９】
そして、上記バイオ発酵槽１内の温度を検出する温度センサ３６の検出信号に応じ、上記温水循環管３４に設けられた開閉弁３７のアクチュエータおよび冷水循環管３５に設けられた開閉弁３８のアクチュエータに開閉指令信号を出力する温度制御手段３９を設け、上記温水および冷水の循環状態を制御することにより、バイオ発酵槽１内の温度を、バイオ発酵に適した温度に維持する制御を実行するように構成されている。上記バイオ発酵に適した温度は、５３℃程度であることが実験により確認されている。
【００３０】
上記のように有機廃棄物を含有するスラリーをバイオ発酵槽１内に供給し、メタン生成菌の発酵作用によりメタンガスを含有するバイオガスを生成する有機廃棄物の処理装置において、上記バイオ発酵槽１内に空気を供給する空気導入手段１５を設け、この空気導入手段１５により上記バイオ発酵槽１内に空気を供給してバイオ発酵槽１内に棲息する硫酸還元菌の活性を抑制するように構成したため、上記バイオ発酵槽１内のメタン生成菌の発酵作用により上記有機廃棄物を分解してメタンガスを含有するバイオガスを生成することができるとともに、このバイオガス中の硫化水素濃度を効果的に低減化することができる。
【００３１】
したがって、上記有機廃棄物量を効果的に減量化することができるとともに、この有機廃棄物を分解することにより生成されたバイオガスを熱機関１９等の燃料として有効に利用することができる。さらに、上記バイオガス中に硫化水素が混入していることに起因して、このバイオガスを燃料とする熱機関１９等が腐食するという事態の発生を効果的に抑制できるという利点がある。
【００３２】
そして、上記のようにバイオ発酵槽１から排出された懸濁液から水分を分離する脱水機２２と、この脱水機２２で分離された脱離液を分解処理して浄化する浄化手段３２と、この浄化手段３２により浄化された浄化液を加熱して殺菌処理することにより液肥を生成する殺菌部３３と、上記バイオ発酵槽１内で生成されたバイオガスを燃料とする熱機関１９とを設け、この熱機関１９から排出された排気ガスを、上記殺菌部３３に加熱用熱源として供給するように構成したため、上記バイオ発酵槽１内で生成されたバイオガスを燃料として熱機関１９を駆動することができるとともに、簡単な構成で上記液肥を効果的に殺菌して、この液肥中の細菌または感染性蛋白粒子（プリオン）等を絶滅させることができる。したがって、上記バイオ発酵槽１から排出された脱離液から殺菌された液肥を生成することにより、その有効利用を図ることができるとともに、上記脱離液が放流されることに起因する環境汚染の発生を防止することができる。
【００３３】
特に、上記実施形態に示すように、脱水機２２によって分離された汚泥を、水分調整材とともに団粒機２５内に導入して団粒化した後、一次発酵部２６および二次発酵部２７において発酵処理するとともに、殺菌して堆肥を生成するように構成した場合には、その有効利用を図ることができるという利点がある。
【００３４】
また、上記実施形態では、上下方向に伸びる筒状体１２をバイオ発酵槽１内に配設するとともに、このバイオ発酵槽１から導出されたバイオガスの一部を上記筒状体１２内に戻してバイオ発酵槽１の攪拌する攪拌手段１４を設けたため、上記バイオガスによって上記筒状体１２の内部を攪拌することにより、メタン生成菌の発酵作用を効果的に促進してバイオガスを効率よく生成することができる。
【００３５】
さらに、上記実施形態に示すように、バイオ発酵槽１の周壁部に沿って温水を循環させる温水循環管３４および開閉弁３７等からなる温水循環手段と、上記周壁部に沿って冷水を循環させる冷水循環管３５および開閉弁３８等からなる冷水循環手段と、上記温水および冷水の循環状態を制御してバイオ発酵槽１内の温度を制御する温度制御手段３９とを設け、バイオ発酵槽１の内部を適正温度（５３℃程度）に維持してメタン生成菌の発酵作用を促進し得るように構成した場合には、メタンガスを含有するバイオガスを、より効果的に生成することができる。
【００３６】
しかも、上記実施形態では、バイオ発酵槽１において生成されたバイオガスを燃料とする熱機関１９のウォータジャケット等から導出された温水を、上記温水循環管３４に供給するように構成したため、温水を生成する特別な生成手段を設ける必要がなく、装置の全体構成を簡略化できるという利点がある。
【００３７】
また、上記実施形態に示すように、バイオ発酵槽１内にニッケル、コバルトおよび鉄からなる群から選択された一種以上の金属元素を添加した場合には、ニッケルイオン、コバルトイオンまたは鉄イオンと錯体を形成する金属酵素（Ｍｅｔｈｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，Ｍｅｔｈｙｒｅｄｕｃｔａｓｅ等）の働きにより、上記バイオガスの生成速度を大幅に向上させることができる。
【００３８】
さらに、上記実施形態に示すように、ゼオライト１３Ｘ等が収容された二酸化炭素除去手段１７を設けることにより、バイオ発酵槽１で生成されたバイオガス中から二酸化炭素を除去するように構成した場合には、バイオガス中のメタンガス濃度を上昇させることできるため、その有用性を効果的に向上させることができるという利点がある。特に、上記ゼオライト１３Ｘ等とともに、脱水作用を有するシリカゲル等を二酸化炭素除去手段１７に収容した場合には、上記バイオガス中の水分を除去することにより、バイオガス中のメタンガス濃度を、さらに効果的に上昇させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、有機廃棄物を含有するスラリーからメタン生成菌の発酵作用によりメタンガスを含有するバイオガスを生成するバイオ発酵槽と、このバイオ発酵槽内に空気を供給してこのバイオ発酵槽内に棲息する硫酸還元菌の活性を抑制することにより、上記バイオガス中の硫化水素濃度を低減化する空気導入手段と、上記バイオ発酵槽から排出された懸濁液から水分を分離する脱水機と、この脱水機から排出された脱離液を分解処理して浄化する浄化手段と、この浄化手段により浄化された浄化液を加熱して殺菌処理することにより液肥を生成する殺菌部と、上記バイオ発酵槽内で生成されたバイオガスを燃料とする熱機関とを備え、この熱機関から排出された排気ガスを、上記殺菌部に加熱用熱源として供給するように構成したため、上記バイオ発酵槽内のメタン生成菌の発酵作用により上記有機廃棄物を分解してバイオガスを生成するのと同時に、上記脱硫菌の脱硫作用により上記バイオガス中から硫黄化合物を効果的に除去し、バイオガス中に硫化水素および硫酸等からなる硫黄化合物が混入していることに起因して、上記バイオガスを燃料とする温水ボイラーまたは発電機等が腐食するという事態の発生を防止することができる。しかも、上記バイオ発酵槽内で生成されたバイオガスを燃料として熱機関を駆動することができ、かつ簡単な構成で上記液肥を効果的に殺菌して、その有効利用を図ることができるとともに、上記脱離液が放流されることに起因する環境汚染の発生を防止できる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機廃棄物の処理装置の実施形態を示す説明図である。
【図２】有機廃棄物の処理装置により生成された残査の処理部を示す説明図である。
【図３】バイオ発酵槽の温度制御の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  バイオ発酵槽
１２  筒状体
１４  攪拌手段
１５  空気導入手段
１７  二酸化炭素除去手段
１９  熱機関
２２  脱水機
３２  浄化手段
３３  殺菌部
３４  温水循環管（温水循環手段）
３５  冷水循環管（冷水循環手段）
【図１】
0004067314.tif 000002
【図２】
0004067314.tif 000003
【図３】
0004067314.tif 000004