(57)【要約】【課題】有機性廃棄物から効率よくバイオガスの生成あるいはエタノールの生産を行うことができる廃棄物処理方法を提供すること。【解決手段】本発明の廃棄物処理方法では、発酵槽２０内の上部に空間部Ｓを設けた状態で有機性廃棄物６０の攪拌を行うことで、メタノール発酵の際に有機性廃棄物６０の発酵を阻害するアンモニアや硫化水素等のガスを空間部Ｓに放散させるようにしている。その結果、有機性廃棄物中のアンモニア濃度及び硫化水素濃度を低減させることができ、有機性廃棄物から効率よくバイオガスを生成することができるようになる。また、エタノール発酵の際には、空間部Ｓを設け且つ回転翼４０により有機性廃棄物６０を攪拌することで、酸素の供給を改善し、有機性廃棄物６０中のエタノールの気散を促進し、効率のよいエタノール化ができるようになる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を発酵槽に収容し、前記発酵槽内に水平方向に配設された回転翼で前記有機性廃棄物の攪拌を行うことにより前記有機性廃棄物の発酵処理を行う廃棄物処理方法において、
前記発酵槽内の上部に所定の大きさの空間部を設けた状態で前記有機性廃棄物の攪拌を行うことを特徴とする廃棄物処理方法。
【請求項２】
前記回転翼を水平方向に複数並設することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理方法。
【請求項３】
前記発酵槽内の前記空間部に液体散布手段を配設し、前記有機性廃棄物の発酵を促進させる散布液を前記有機性廃棄物上に散布することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理方法。
【請求項４】
前記発酵槽の壁部を二重壁で構成し、前記二重壁の内外壁面の間に熱媒体を循環させることによって前記発酵槽内の温度を調節することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物を発酵させて資源化する廃棄物処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生ごみ、食品廃棄物、汚泥などの有機性廃棄物を処理して有用物質を回収し、資源化する方法が知られている（例えば特許文献１を参照）。この廃棄物処理方法では、発酵装置に収容した有機性廃棄物を嫌気条件下でメタン発酵させることによってバイオガス（メタンを主成分とするガス）を生成する。発酵装置で生成したバイオガスは回収され、燃料として利用に供される。この際、発酵残渣処理が著しく経済性を悪化させるため、乾式処理が有望視されている。乾式処理では固形物濃度が高いため、十分な攪拌、滞留時間の制御などが課題となる。乾式処理はメタン発酵技術の他、エタノール発酵による資源化などへの適用拡大が期待されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２９５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した廃棄物処理方法では、メタン発酵を促進するメタン生成細菌と有機性廃棄物との接触効率を上げるために、回転翼によって有機性廃棄物の攪拌を行う。しかしながら、従来の乾式発酵処理方法では、メタン生成細菌、エタノール発酵微生物などと有機性廃棄物とが接触しにくく、有機性廃棄物の分解が十分に起こらないため、バイオガスやエタノールの生成効率が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑み、有機性廃棄物から効率よくバイオガスやエタノールを生成することができる廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る廃棄物処理方法は、有機性廃棄物を発酵槽に収容し、前記発酵槽内に水平方向に配設された回転翼で前記有機性廃棄物の攪拌を行うことにより前記有機性廃棄物の発酵処理を行う廃棄物処理方法において、前記発酵槽内の上部に所定の大きさの空間部を設けた状態で前記有機性廃棄物の攪拌を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る廃棄物処理方法は、上記請求項１において、前記回転翼を水平方向に複数並設することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係る廃棄物処理方法は、上記請求項１又は２において、前記発酵槽内の前記空間部に液体散布手段を配設し、前記有機性廃棄物の発酵を促進させる散布液を前記有機性廃棄物上に散布することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係る廃棄物処理方法は、上記請求項１から３のいずれか一つにおいて、前記発酵槽の壁部を二重壁で構成し、前記二重壁の内外壁面の間に熱媒体を循環させることによって前記発酵槽内の温度を調節することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の廃棄物処理方法では、発酵槽の上部に所定の大きさの空間部を設けた状態で有機性廃棄物の攪拌を行うことで、メタン発酵の際に有機性廃棄物の発酵を阻害するアンモニアや硫化水素等のガスを上記の空間部に放散させるようにしている。その結果、有機性廃棄物中のアンモニア濃度及び硫化水素濃度を低減させることができるため、有機性廃棄物から効率よくバイオガスを生成することができるようになる。また、エタノール発酵の際には、エタノールを上部空間に気散させることにより、発酵物質中のエタノール濃度を下げる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る廃棄物処理方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は本実施の形態である廃棄物処理方法を適用する発酵装置１０の概略斜視図である。また、図２は図１に示した発酵装置１０に有機性廃棄物６０を収容した状態を示した概略側面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。なお図１では、発酵装置１０の一部を破断して示している。
【００１３】
図１に例示する発酵装置１０は、有機性廃棄物６０（図２を参照）を処理して有用物質を回収し、資源化する廃棄物処理システム（図示せず）に適用されるものである。この発酵装置１０は、有機性廃棄物６０を嫌気条件下でメタン発酵させてバイオガス（嫌気性微生物が分解されることにより生成されるメタンを主成分とするガス）を生成する装置である。ここで、メタン発酵の原料となる有機性廃棄物６０としては、例えば、生ごみ、食品廃棄物、家畜糞尿、汚泥等が用いられる。なお、この発酵装置１０は、有機性廃棄物に水を添加しない乾式（固体）処理法に適用されるものである。
【００１４】
また、この発酵装置１０は、有機性廃棄物６０を好気条件下でエタノール発酵させてエタノールを生成する装置としても適用することが可能である。ここで、エタノール発酵の原料となる有機性廃棄物６０としては、例えば、生ごみ、木質系・セルロース系のバイオマス等が用いられる。
【００１５】
発酵装置１０は、有機性廃棄物６０を収容する発酵槽２０と、この発酵槽２０の内部に配設された一対の螺旋状回転翼４０，４０（以下省略して「回転翼４０，４０」という）及び液体散布管５０（液体散布手段）とを備えて構成してある。
【００１６】
発酵槽２０は、その内部において回転翼４０，４０の各回転軸４１を水平方向に配設した横置き型の発酵槽である。発酵槽２０は、上壁部２１、底壁部２２、長手方向側壁部２３，２４及び幅方向側壁部２５，２６からなる横長の直方体状を成している。
【００１７】
上壁部２１、底壁部２２、長手方向側壁部２３，２４及び幅方向側壁部２５，２６は、いずれも断熱材料で構成してあり、図２及び図３に示すように、内壁と外壁とからなる二重壁構造（ジャケット構造）となっている。図示は省略するが、これら内壁と外壁との間の空間Ｓａには配管が設けてあり、この配管に温水や蒸気等の熱媒体を循環させることによって、発酵槽２０内の温度を発酵に適した温度に維持している。この場合、発酵槽２０の設定温度に応じて二重壁の設定面積を調整する。なお、発酵槽２０の温度を調節する手段は上記に限定されるものではなく、例えば発酵槽２０の外周にヒータを設置して温度を調節してもよい。
【００１８】
また、図４は、発酵槽２０の二重壁構造の他の形状例を示す図である。図４に示す例では、底壁部２２の二重壁構造の内壁部分を、一対の回転翼４０，４０に沿うように湾曲させた形状としている。
【００１９】
図１及び図２に示すように、発酵槽２０の上壁部２１における一方側の端部には開口部２７が形成され、この開口部２７に、処理前の有機性廃棄物６０を槽内に投入するための管状の投入口２８が設けてある。この投入口２８は、処理前の有機性廃棄物６０を貯留する貯留タンク（図示せず）等に接続されている。なお、投入口２８から発酵槽に投入されるものは処理前の有機性廃棄物６０のみならず、処理物の一部を戻し、処理前の有機性廃棄物６０と混合したものを投入する場合もある。また、発酵槽２０の底壁部２２における他方側の端部には開口部２９が形成され、この開口部２９に、発酵槽２０内で発酵処理がなされた有機性廃棄物６０を排出するための管状の排出口３１が設けてある。なお、以下の説明では、発酵槽２０において、投入口２８側を「上流側」、排出口３１側を「下流側」とよぶことにする。
【００２０】
発酵槽２０における上壁部２１の下流側にはバイオガス，エタノール蒸気排出口３２が設けてある。バイオガス，エタノール蒸気排出口３２は、発酵槽２０内で有機性廃棄物６０をメタン発酵させる場合に、有機性廃棄物６０から生成されるバイオガス（図示せず）を排出するためのものであり、図示しない脱硫装置等に接続されている。
【００２１】
回転翼４０，４０は、図１に示すように、発酵槽２０内に水平方向に並設された一対の回転軸４１と、この回転軸４１の周りに螺旋帯状に設けられ、回転軸４１と一体に回転する翼片４２とを備えた二軸構成の攪拌装置である。各回転軸４１は、図２に示すように、発酵槽２０の幅方向側壁部２５，２６にそれぞれ設けた軸受部にその両端部が回転自在に軸支されており、それぞれ駆動モータ４３に連結してある。この駆動モータ４３を駆動させ、発酵槽２０に収容された有機性廃棄物６０を上流側から下流側に前進させる方向に一対の回転翼４０，４０を回転させることによって、有機性廃棄物６０が攪拌されつつ上流側から下流側に搬送され、排出口３１から押し出されるようになっている。図１に示す例では、左側の回転翼４０の翼片４２は、回転軸４１を上流側から見たときに左回りに螺旋が形成してあり、また、右側の回転翼４０の翼片４２は、回転軸４１を上流側から見たときに右回りに螺旋が形成してあり、図１において左側の回転軸４１を右回りに回転させ、右側の回転軸４１を左回りに回転させることで有機性廃棄物６０を前進させている。
【００２２】
このように、回転翼４０を二軸で構成することで、回転翼４０を一軸で構成した場合と比べて、嫌気条件下で有機性廃棄物６０をメタン発酵させる際に有機性廃棄物６０とメタン生成細菌とを効率よく混合することができる。また、好気条件下で有機性廃棄物６０をエタノール発酵させる際には、有機性廃棄物６０中に酸素を十分に供給することができる。なお、図１に示す例では互いに逆位相の一対の回転翼４０を並設した構成としたが、３軸以上の回転翼４０を並設した構成としてもよい。
【００２３】
また、回転翼４０を二軸で構成し、互いに左右逆の内向きの回転により有機性廃棄物６０を攪拌混合しながら押出すようにしたことで、有機性廃棄物６０の発酵槽２０内での滞留時間（すなわち、投入口２８から有機性廃棄物６０が投入され、回転翼４０で攪拌・搬送されて排出口３１から排出されるまでの時間）を制御することが可能となる。具体的には、一対の回転翼４０，４０の回転速度を調整することで滞留時間が制御される。なお、回転翼４０は、有機性廃棄物６０の発酵状態等に応じて連続的又は間欠的に駆動される。
【００２４】
図２及び図３に示すように、回転翼４０は、上壁部２１の内壁との間に所定の大きさの空間が確保されるように、発酵槽２０の底壁部２２に近接させた状態で発酵槽２０の下部に配設されている。有機性廃棄物６０は、図２及び図３に示すように、回転翼４０，４０の最上部（翼片４２の上端部）と同じ高さ位置か、あるいは回転翼４０，４０の最上部よりも若干高い位置まで投入される。上部空間高さは、液体散布管５０のノズル５２のコーンなどにより決定される。発酵槽２０に収容された有機性廃棄物６０の最上部から上壁部２１の内壁との間には所定の大きさの空間Ｓが形成されている。以下、この空間Ｓを「上部空間Ｓ」とよぶ。
【００２５】
発酵槽２０内で有機性廃棄物６０をメタン発酵させる場合、この上部空間Ｓは、有機性廃棄物６０から生成されるバイオガスや、アンモニア、硫化水素等のガスの放散部となる。アンモニア及び硫化水素は、メタン発酵の酸生成過程において発生するガスであり、メタン生成細菌の活動を阻害するものである。発酵槽２０内にこれらのガスを放散する空間がない場合、有機性廃棄物６０からアンモニアや硫化水素が除去されにくく、有機性廃棄物６０中に残留するため、有機性廃棄物６０の発酵の妨げとなる。そこで、本実施の形態の廃棄物処理方法では、有機性廃棄物６０から発生するアンモニアや硫化水素を上部空間Ｓに放散させることによって、有機性廃棄物６０中のアンモニア濃度及び硫化水素濃度を低減させ、これにより有機性廃棄物６０のメタン発酵の効率を向上させている。
【００２６】
また、発酵槽２０内で有機性廃棄物６０をエタノール発酵させる場合、この上部空間Ｓは、有機性廃棄物６０への空気供給の場となる。すなわち、回転翼４０で有機性廃棄物６０を攪拌することによって上部空間Ｓ中の酸素を有機性廃棄物６０中に供給することができ、有機性廃棄物６０のエタノール発酵の効率を向上させることができる。
【００２７】
液体散布管５０は、発酵槽２０内で有機性廃棄物６０をメタン発酵させる際に、有機性廃棄物６０に浸出液５１（図２及び図３を参照）を散布するためのものである。ここで、浸出液５１とは、酸生成菌やメタン生成細菌を含む液体である。この液体散布管５０は、上述した上部空間Ｓにおいて、回転翼４０の回転軸４１の軸方向に沿って配設してある。図１〜図３に示す例では、上部空間Ｓの中央位置に１本配設してある。液体散布管５０には、所定間隔おきにノズル５２が設けてあり、各ノズル５２から酸生成細菌やメタン生成細菌を含む浸出液５１が有機性廃棄物６０上に散布されるようになっている。なお、液体散布管５０から散布される散布液は浸出液５１に限られるものではなく、メタン発酵を促進する微生物群やメタン生成細菌、栄養源、ｐＨ調整剤などを含む他の液体を散布してもよい。
【００２８】
また、発酵槽２０内で有機性廃棄物６０をエタノール発酵させる際には、エタノール発酵を促進する糖化に関与する微生物・酵素、酵母などのエタノール生成微生物、水分等を液体散布管５０から散布する。
【００２９】
上記のように構成した発酵装置１０を用いて、有機性廃棄物６０をメタン発酵させる手順について説明する。まず、破砕処理等の前処理がなされた有機性廃棄物６０を、投入口２８から発酵槽２０に投入する。なお、有機性廃棄物６０の状態に応じて、有機性廃棄物６０に副資材（図示せず）や処理物の一部を戻したものを混合する。発酵槽２０の温度は３５℃〜５５℃に調整しておく。有機性廃棄物６０を発酵槽２０に投入後、一対の回転翼４０，４０で有機性廃棄物６０を攪拌しながら上流側から下流側に前進させていく。また、液体散布管５０から浸出液５１を散布し、有機性廃棄物６０中のメタン生成細菌の濃度を高める。有機性廃棄物６０が分解することによって発生したバイオガス（メタンを約６０％含む）、アンモニア、硫化水素を上部空間Ｓに放散させ、有機性廃棄物６０の発酵効率を向上させる。上部空間Ｓに放散されたガスを、バイオガス，エタノール蒸気排出口３２から排出させる。排出されたガスは、アンモニア及び硫化水素が除去された後に貯留タンクに貯留され、燃料として利用される。また、回転翼４０によって攪拌されながら下流まで搬送された処理済の有機性廃棄物６０は、排出口３１から排出された後、堆肥等として利用できる。
【００３０】
次に、発酵装置１０を用いて、有機性廃棄物６０をエタノール発酵させる手順について説明する。まず、破砕処理等の前処理がなされた有機性廃棄物６０を投入口２８から発酵槽２０に投入する。なお、有機性廃棄物６０の状態に応じて、糖化に関与する微生物、酵素やエタノール生成微生物、処理物の戻したものを有機性廃棄物６０に混合する。一対の回転翼４０によって有機性廃棄物６０を攪拌しながら上流側から下流側に前進させていく。また、液体散布管５０からエタノール生成微生物などを含む浸出液、必要に応じて糖化に関与する微生物等を散布し、有機性廃棄物６０中のエタノール生成微生物の濃度を高める。有機性廃棄物６０を攪拌することで、上部空間Ｓの酸素や糖化に関与する微生物を有機性廃棄物６０に接触させ、有機性廃棄物６０の分解を促進する。有機性廃棄物６０から生成されたエタノールは、エタノール蒸気としてバイオガス，エタノール蒸気排出口３２から貯留タンクに搬送され、燃料として利用される。また、回転翼４０によって攪拌されながら下流まで搬送された処理済の有機性廃棄物６０は、排出口３１から排出された後、堆肥として、また、投入物によっては飼料等として利用できる。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態の廃棄物処理方法では、発酵槽２０の上部に所定の大きさの空間部Ｓを設けた状態で有機性廃棄物６０の攪拌を行うようにしたことで、嫌気条件下で有機性廃棄物６０をメタン発酵させる際に、有機性廃棄物６０の発酵を阻害するアンモニアや硫化水素等のガスを空間部Ｓに放散させることができる。その結果、有機性廃棄物６０中のアンモニア濃度及び硫化水素濃度が低減し、有機性廃棄物６０から効率よくバイオガスを生成することができるようになる。
【００３２】
また、好気条件下で有機性廃棄物６０をエタノール発酵させる際には、回転翼４０で有機性廃棄物６０を攪拌することによって上部空間Ｓ中の酸素を有機性廃棄物６０中に十分に供給することができるため、有機性廃棄物６０から効率よくエタノールを生成することができるようになる。
【００３３】
また、本実施の形態の廃棄物処理方法によれば、回転翼４０を水平方向に複数並設することで、嫌気条件下で有機性廃棄物６０をメタン発酵させる際に有機性廃棄物６０とメタン生成細菌との接触効率を向上させることができる。また、好気条件下で有機性廃棄物６０をエタノール発酵させる際には、有機性廃棄物６０と酸素の接触効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態の廃棄物処理方法によれば、発酵槽２０内の上部空間部Ｓに液体散布管５０を配設し、浸出液５１等の発酵促進物質を有機性廃棄物６０上に散布するようにしたことで、有機性廃棄物６０の発酵効率をさらに向上させることが可能となる。
【００３５】
また、本実施の形態の廃棄物処理方法によれば、発酵槽２０の上壁部２１、底壁部２２、長手方向側壁部２３，２４及び幅方向側壁部２５，２６を二重壁で構成し、二重壁の内外壁面の間に温水や蒸気等の熱媒体を循環させることによって発酵槽２０内の温度を調節するようにしたことで、発酵槽２０の温度を常に一定に維持することができる。また、発酵熱により有機性廃棄物６０の温度が上昇した場合には、二重壁の内外壁面の間に冷水を通し、有機性廃棄物６０を回転翼４０で攪拌することで、温度上昇による発酵阻害を抑制することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、発酵装置１０をメタン発酵とエタノール発酵のいずれにも適用可能な構成としたが、発酵装置１０をメタン発酵専用の装置あるいはエタノール発酵専用の装置として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態の廃棄物処理方法を適用する発酵装置の概略斜視図である。
【図２】図１に示した発酵装置に有機性廃棄物を収容した状態を示す概略側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】発酵槽を構成する二重壁構造の他の形状例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０        発酵装置
２０        発酵槽
２１        上壁部
２２        底壁部
２３，２４  長手方向側壁部
２５，２６  幅方向側壁部
２７，２９  開口部
２８        投入口
３１        排出口
３２        バイオガス排出口
３３        エタノール排出口
４０        回転翼
４１        回転軸
４２        翼片
４３        駆動モータ
５０        液体散布管
５１        浸出液
５２        ノズル
６０        廃棄物
Ｓ          上部空間部
Ｓａ        空間
【図１】
2009297644.tif 000003
【図２】
2009297644.tif 000004
【図３】
2009297644.tif 000005
【図４】
2009297644.tif 000006