(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵原料を一次発酵させる一次発酵槽と、
該一次発酵槽の一次発酵物を二次発酵させる二次発酵槽と、
該二次発酵槽に空気又は発酵排ガスを供給する手段と、
前記二次発酵槽から排出される排ガスを前記一次発酵槽に送給する手段と、
前記一次発酵槽から排出される排ガスを脱臭処理する燃焼装置と、
該燃焼装置から排出される処理ガスの一部を前記一次発酵槽に送給する手段と
を具備する堆肥化装置であって、
該燃焼装置は、
燃焼室と、
該燃焼室に連通した第１の蓄熱室及び第２の蓄熱室と、
燃焼処理される原ガスを送風するための原ガスライン及び該原ガスラインに設けられた送ガス用ファンと、
該ファンの下流側の原ガスラインを該第１の蓄熱室に連通する第１の給気ライン及び第２の蓄熱室に連通する第２の給気ラインと、
これらの給気ラインによる原ガス供給を切り替えるための弁と、
該第１の蓄熱室に接続された第１の排気ライン、及び該第２の蓄熱室に接続された第２の排気ラインと、
これらの排気ラインによる排気を切り替えるための弁と、
該第１の排気ラインと第２の排気ラインとが合流してなる合流排気ラインと、
合流排気ラインから分岐し、原ガスラインのファンよりも上流側に接続されたダクトと、
該合流排気ライン内のガスを該ダクトへ流入させるガス流通状態と該ダクトへ流入させることなく排気させるガス流通状態とを切り替えるための弁とを備えてなる蓄熱式燃焼装置であることを特徴とする堆肥化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物を一次発酵した後、二次発酵して堆肥化するための堆肥化装置に係り、特に、発酵槽から排出される排ガス量を低減して排ガスの脱臭装置の小型化と運転費の削減を図ると共に、脱臭装置の熱効率の向上及び脱臭処理ガスの熱の有効利用を図ることにより、運転費をより一層低減する堆肥化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水汚泥等の有機性廃棄物は、副資材としてのおが屑と、更に必要に応じて米糠等のカロリー源となる有機物質と共に一次発酵槽に投入して、好気条件下、一次発酵した後、二次発酵槽に移送して更に二次発酵することにより堆肥化されている。
【０００３】
この堆肥化に当り、二次発酵は、後熟又は養生と称される工程であって、一次発酵物の分解を更に進行させて安定化させることを目的として実施されている。即ち、一次発酵槽内で分解安定化が進んだ一次発酵物であっても、なお緩やかな分解が続くため、堆肥の貯蔵、運搬、施用のために、二次発酵槽でより一層の分解安定化を図る。
【０００４】
従って、従来の一般的な堆肥化装置は、発酵原料を一次発酵させる一次発酵槽と、一次発酵槽からの一次発酵物を更に二次発酵させる二次発酵槽と、各発酵槽を好気条件に保つために空気を供給する手段と、各発酵槽から発生する排ガスを脱臭処理する脱臭装置とで主に構成され、更に、発酵槽から発生する水分含有量の多い湿潤ガスが発酵槽やダクト内で再凝縮することを防止するために、発酵槽内に加温空気を供給するための温風発生器などが設けられている。
【０００５】
このような従来の堆肥化装置では、各々の発酵槽に別々に空気を供給しているために、発生する排ガス量が多く、この結果、発生する排ガス量に比例してその規模が設定される脱臭装置も大型化することから、脱臭装置の建設費や運転費が高騰する上に、設置スペースの面でも不利であった。
【０００６】
特開平６−１８３８６９号公報には、堆肥化工程である処理槽に空気を供給し、この処理槽の排ガスを堆肥化工程の前の乾燥工程である他の処理槽に通気することが記載されており、このように排ガスを前段工程へシリーズ通気することにより、堆肥化装置全体として発生する総排ガス量の低減を図ると共に、発酵熱で加熱された堆肥化工程の排ガスの熱エネルギーを乾燥工程に有効利用することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１８３８６９号公報に記載される方法では、排ガスの脱臭処理における熱効率の向上、更には、脱臭処理ガスの熱の有効利用について考慮されておらず、運転費の低減の面から更なる改良が望まれる。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決し、発酵槽から排出される排ガス量を低減して排ガスの脱臭装置の小型化と運転費の削減を図ると共に、脱臭装置の熱効率の向上及び脱臭処理ガスの熱の有効利用を図ることにより、運転費をより一層低減する堆肥化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の堆肥化装置は、発酵原料を一次発酵させる一次発酵槽と、該一次発酵槽の一次発酵物を二次発酵させる二次発酵槽と、該二次発酵槽に空気又は発酵排ガスを供給する手段と、前記二次発酵槽から排出される排ガスを前記一次発酵槽に送給する手段と、前記一次発酵槽から排出される排ガスを脱臭処理する燃焼装置と、該燃焼装置から排出される処理ガスの一部を前記一次発酵槽に送給する手段とを具備する堆肥化装置であって、該燃焼装置は、燃焼室と、該燃焼室に連通した第１の蓄熱室及び第２の蓄熱室と、燃焼処理される原ガスを送風するための原ガスライン及び該原ガスラインに設けられた送ガス用ファンと、該ファンの下流側の原ガスラインを該第１の蓄熱室に連通する第１の給気ライン及び第２の蓄熱室に連通する第２の給気ラインと、これらの給気ラインによる原ガス供給を切り替えるための弁と、該第１の蓄熱室に接続された第１の排気ライン、及び該第２の蓄熱室に接続された第２の排気ラインと、これらの排気ラインによる排気を切り替えるための弁と、該第１の排気ラインと第２の排気ラインとが合流してなる合流排気ラインと、合流排気ラインから分岐し、原ガスラインのファンよりも上流側に接続されたダクトと、該合流排気ライン内のガスを該ダクトへ流入させるガス流通状態と該ダクトへ流入させることなく排気させるガス流通状態とを切り替えるための弁とを備えてなる蓄熱式燃焼装置であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の堆肥化装置では、臭気の拡散防止などの目的で閉鎖構造とされている堆肥化装置において、含有水分量の比較的少ない二次発酵槽の排ガスを一次発酵槽に供給するため、この排ガスの保有する熱を有効利用すると共に、排ガス量を低減して脱臭装置の小型化、脱臭装置の運転費の低減を図ることができる。
【００１１】
この脱臭装置として、燃焼装置、特に装置内で熱回収を行う蓄熱燃焼装置を用いるため脱臭処理における熱効率を高めて加熱コストの低減を図ることができる。また、この脱臭処理ガスを一次発酵槽に送給して、脱臭処理ガスの保有する熱を一次発酵槽の槽内温度を水分飽和温度以上の温度に保つための熱源として有効利用することにより、より一層の熱効率の向上を図ることができる。
【００１２】
蓄熱燃焼装置は、当該装置内で熱回収を行うため、この蓄熱燃焼装置から排出される脱臭処理ガスは、１００℃程度の比較的低温の排ガスである。一般的に、このような低温の排ガスの熱を有効利用するために、この排ガスを熱交換器に通して熱回収を行うことは経済的に不利である。
【００１３】
本発明では、このように比較的低温の脱臭処理ガスを一次発酵槽に導入し、一次発酵槽内の雰囲気温度を、槽内及びダクト内で水分が再凝縮しない温度にまで昇温するために有効利用することで、経済性を損なうことなく熱回収を行える。
【００１４】
なお、脱臭処理ガスを一次発酵槽に循環することは、その循環ガス量に相当する系内ガス量の増加につながるが、本発明では、二次発酵槽の排ガスを一次発酵槽に導入することによる総排ガス量の低減効果が大きいために、このように脱臭処理ガスを循環することによるガス量の増大の問題はなく、排気ファンの動力費も従来よりも低減される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の堆肥化装置の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明の堆肥化装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１７】
図１において、１は一次発酵槽、２は二次発酵槽であり、発酵原料は一次発酵槽１に投入されて一次発酵した後、二次発酵槽２で二次発酵し、二次発酵槽２から堆肥が系外へ排出される。
【００１８】
二次発酵槽２には、二次発酵槽空気ファン４により空気が供給され、この二次発酵槽２の発酵排ガスは、一次発酵槽空気ファン５により一次発酵槽１に供給される。一次発酵槽１の排ガスは、蓄熱燃焼装置３に導入され、脱臭処理される。この蓄熱燃焼装置３から排出される脱臭処理ガスは、排気ファン６によりその一部が一次発酵槽１に循環され、残部は排気筒７を経て系外へ排出される。
【００１９】
二次発酵槽空気ファン４により、二次発酵槽２に導入された空気（外気）は、槽内の発酵で例えば相対湿度ｗ2，温度ｔ2の排ガスとして排出され、一次発酵槽空気ファン５により一次発酵槽１に導入される。このように、二次発酵槽２の排ガスを一次発酵槽１に導入することにより、（ｔ2−外気温度）に見合う熱回収を行える。なお、図示の実施例では、二次発酵槽２の導入空気量と一次発酵槽１の導入空気量はほぼ等量としており、一次発酵槽１に新たに取り入れる空気（外気）はない。
【００２０】
一次発酵槽１に導入された二次発酵槽２の排ガスは、相対湿度ｗ1，温度ｔ1の水分飽和に近いガスとなって、蓄熱燃焼装置３に導入される。
【００２１】
蓄熱燃焼装置３では、一般に９５％程度の熱回収を行うので、蓄熱燃焼装置３から排出される脱臭処理ガスの温度ｔ0はｔ1＋４０℃の比較的低い温度である。
【００２２】
本発明では、この脱臭処理ガスの一部、一般的には、一次発酵槽１内温度を水分飽和以上の温度に維持するために必要な熱エネルギーに応じて、脱臭処理ガスのうちの５〜７０％を一次発酵槽１に循環させることにより、一次発酵槽１の槽内温度を昇温する。
【００２３】
一般に、堆肥化装置では、各発酵槽に空気を導入するためのマニフォールド配管を設置する必要があるので、本発明の構成とするには、二次発酵槽２に配置されたマニフォールド配管の吐出側を空気ファン５に接続して二次発酵槽２の排ガスを昇圧して一次発酵槽１に導入し、また、一次発酵槽１に配置されたマニフォールド配管の吐出側を蓄熱燃焼装置３に接続して脱臭処理を行うようにすれば良い。
【００２４】
なお、図１に示す堆肥化装置は本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、図示のものに何ら限定されるものではない。
【００２５】
例えば、発酵槽は一次発酵槽と二次発酵槽との２槽よりなるものに何ら限定されず、３槽以上発酵槽を設けたものであっても良い。この場合には、後段の発酵槽の発酵排ガスを順次前段の発酵槽に供給するように排ガスをシリーズ通気すれば良い。
【００２６】
また、一次発酵槽１で必要な空気量に不足分があれば、必要に応じて外気も空気ファン５で吸引して一次発酵槽１に導入しても良い。
【００２８】
次に、図２，３を参照して本発明に好適な蓄熱燃焼装置について説明する。
【００２９】
図２は本発明に好適な蓄熱燃焼装置の実施の形態を示す系統図、図３はこの蓄熱燃焼装置の作動を説明するタイミングチャートである。
【００３０】
図２に示す蓄熱燃焼装置は、燃焼室３０と、該燃焼室３０に連通した第１の蓄熱室２１及び第２の蓄熱室２２と、燃焼処理される原ガス（第１発酵槽からの排ガス）を送風するための原ガスライン１０と、該原ガスライン１０に設けられた送ガス用ファン２０と、該ファン２０の下流側の原ガスライン１０を該第１の蓄熱室２１に連通する第１の給気ライン１１及び第２の蓄熱室２２に連通する第２の給気ライン１２と、該第１の蓄熱室２１に接続された第１の排気ライン４１、及び該第２の蓄熱室２２に接続された第２の排気ライン４２と、該第１の排気ライン４１と第２の排気ライン４２とが合流してなる合流排気ライン４３と、合流排気ライン４３から分岐し、原ガスライン１０のファン２０よりも上流側に接続されたダクト５０とを有する。
【００３１】
蓄熱室２１，２２内にはそれぞれ蓄熱材２３が配置されている。燃焼室３０にはバーナ３１が設けられている。
【００３２】
この第１の給気ライン１１にガス入口弁１０１が設けられ、第１の排気ライン４１にガス出口弁２０１が設けられている。また、第２の給気ライン１２にガス入口弁１０２が設けられ、第２の排気ライン４２にガス出口弁２０２が設けられている。
【００３３】
合流排気ライン４３には、ダクト５０の分岐箇所よりも下流側に逆止弁４４が設けられている。符号４５は、該合流排気ライン４３の該ダクト５０の分岐地点よりも下流側のガス排出側を示している。
【００３４】
ダクト５０の入口部分又はその近傍には開閉弁よりなるパージ弁５１が設けられ、ダクト５０の出口側又はその近傍には、ガス通気量を調整するためのレストリクションオリフィス５２が設けられている。これにより、（工程時間−Ｔ1−Ｔ2）の時間を使って、処理不十分なガスを少しずつ処理することができる。なお、このレストリクションオリフィス５２の代りに一方向性の低揚程ファンや圧力制御弁を設けても良い。このダクト５０の内容積は、蓄熱室２１及び２２のいずれの内容積よりも大となっている。
【００３５】
このように構成された蓄熱燃焼装置の作動について次に図３を参照して説明する。この蓄熱燃焼装置は、蓄熱室２１を通して原ガスを予熱した後、燃焼室３０に導入し蓄熱室２２で蓄熱する第１工程と、蓄熱室２２を通して原ガスを予熱した後、燃焼室３０に導入し蓄熱室２１で蓄熱する第２工程とを繰り返し行う。なお、バーナ３１は燃焼室を所定温度で運転するために使われ、原ガスの発熱量によっては、停止することもある。
【００３６】
なお、蓄熱室２１，２２内に触媒が配置されても良い。
【００３７】
［第１工程の説明］
第１工程においては、ガス入口弁１０１を開、ガス入口弁１０２を閉、ガス出口弁２０１を閉、ガス出口弁２０２を開とし、原ガスを第１の蓄熱室２１にて予熱して燃焼室３０にて燃焼し、高温の燃焼ガスを第２の蓄熱室２２に通して該蓄熱室２２の蓄熱材２３に蓄熱させる。なお、第１工程を開始した時点ではパージ弁５１は閉としておく。
【００３８】
この第１工程の開始当初にあっては、合流排気ライン４３内に滞留していた十分に燃焼処理された燃焼ガスが排気側４５へ流れてくるが、しばらくすると第２の蓄熱室２２内に残っていた処理不十分なガスが排気ライン４２を経て合流排気ライン４３の排気側４５に近づいてくるので、この第１工程を開始して微小時間Ｔ1が経過した後、パージ弁５１をＴ2時間だけ開とする。微小時間Ｔ1は、合流排気ライン４３内に残っていた処理十分な燃焼ガスを排出側４５へ送り出すように選定される。時間Ｔ2は、第２の蓄熱室２２内から合流排気ライン４３に流出してきた処理不十分なガスのほぼ全量をダクト５０内に流入させるように選定される。
【００３９】
パージ弁５１を開とすると、合流排気ライン４３内のガスがダクト５０内に吸引される。このとき逆止弁４４は排気側４５からのガスの逆流を阻止する。なお、逆止弁４４は逆流を完全に遮断するほどの気密性は必要とせず、ルーバダンパ等の簡易な構造のものを使用できる。
【００４０】
第１工程開始後、時間（Ｔ1＋Ｔ2）が経過すると、合流排気ライン４３へは十分に燃焼処理された燃焼ガスのみが流通するようになるので、パージ弁５１を閉とし、処理十分な燃焼ガスを排気側４５へ送り出す。
【００４１】
［第２工程の説明］
第２工程においては、ガス入口弁１０２を開、ガス入口弁１０１を閉、ガス出口弁２０２を閉、ガス出口弁２０１を開とし、原ガスを第２の蓄熱室２２にて予熱して燃焼室３０にて燃焼し、高温の燃焼ガスを第１の蓄熱室２１に通して該蓄熱室２１の蓄熱材２３に蓄熱させる。なお、第２工程を開始した時点ではパージ弁５１は閉としておく。
【００４２】
この第２工程の開始当初にあっては、合流排気ライン４３内に滞留していた十分に燃焼処理された燃焼ガスが排気側４５へ流れてくるが、しばらくすると第１の蓄熱室２１内に残っていた処理不十分なガスが排気ライン４１を経て合流排気ライン４３の排気側４５に近づいてくるので、この第２工程を開始して微小時間Ｔ1が経過した後、パージ弁５１をＴ2時間だけ開とする。
【００４３】
第２工程開始後、時間（Ｔ1＋Ｔ2）が経過した後、パージ弁５１を閉とし、処理十分な燃焼ガスを排気側４５へ送り出す。
【００４４】
なお、逆止弁４４とパージ弁５１の代わりに１個の三方弁又は、連動二方弁を用いても良い。
【００４５】
この蓄熱燃焼装置であれば、２つの蓄熱室のみが設けられており、設置スペースが少なくて済み、設備コストも低廉である。また、第１工程と第２工程との相互の切替の開始当初の所定時期に処理不十分なガスをダクトに送り込んで再度燃焼処理するようにしており、処理不十分なガスの流出が確実に防止される。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の堆肥化装置によれば、
▲１▼  二次発酵槽の排ガスを一次発酵槽に導入することにより、該排ガスの保有する熱エネルギーを一次発酵槽の加熱に有効利用することができる。
▲２▼  発酵槽全体の排ガス量を低減することができることにより、脱臭装置の被処理ガス量を低減して、脱臭装置の小型化、運転量の低減を図れる。
▲３▼  脱臭装置として蓄熱燃焼装置を用いることにより、熱効率を高めることができる。
▲４▼  蓄熱燃焼装置の脱臭処理ガスを一次発酵槽に循環することにより、この脱臭処理ガスの保有する熱エネルギーを一次発酵槽の加熱に有効利用することができる。
▲５▼  ▲１▼，▲４▼の熱の有効利用により、一次発酵槽内温度を水分飽和温度以上に保つための外熱供給を不要とすることができる。
といった効果が奏され、堆肥化装置の建設費、運転費、設置面積の低減が可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の堆肥化装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明に好適な蓄熱燃焼装置の実施の形態を示す系統図である。
【図３】図２の蓄熱燃焼装置の作動説明図である。
【符号の説明】
１  一次発酵槽
２  二次発酵槽
３  蓄熱燃焼装置
４  二次発酵槽空気ファン
５  一次発酵槽空気ファン
６  排気ファン
７  排気筒
１０  原ガスライン
２０  ファン
１１  第１の給気ライン
１２  第２の給気ライン
２１  第１の蓄熱室
２２  第２の蓄熱室
２３  蓄熱材
３０  燃焼室
３１  バーナ
４１  第１の排気ライン
４２  第２の排気ライン
４３  合流排気ライン
４４  逆止弁
４５  合流排気ラインの排出側
５０  ダクト
５１  パージ弁
５２  レストリクションオリフィス
１０１，１０２  ガス入口弁
２０１，２０２  ガス出口弁
【図１】
0004032567.tif 000002
【図２】
0004032567.tif 000003
【図３】
0004032567.tif 000004