メタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法とその装置およびその方法により生成される生成物とその生成物の回収方法ならびにその回収システム
【課題】二酸化炭素ガスを用いメタン発酵プロセスにより生じた消化液から高濃度の窒素成分を含有する肥料を生成する。
【解決手段】反応槽３は、蒸発部４と凝縮部５と生成部６とが互いに連通されるとともに、それぞれ下側から順に画成されて形成される。蒸発部４に消化液Ｌを導入し、消化液Ｌを加熱ヒータ１０により加熱して蒸発させ、凝縮部５に導かれた蒸発した気体を冷却器１１で凝縮させるとともに、減圧ポンプ１３による減圧下で凝縮水Ｗの温度を高温に保持して凝縮させ、生成部６に導かれたアンモニアにガス導入路２１を通じて外部からＣＯ２ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物Ｍｆを生成させ、球状担体Ｃｒ１で回収する。
【解決手段】反応槽３は、蒸発部４と凝縮部５と生成部６とが互いに連通されるとともに、それぞれ下側から順に画成されて形成される。蒸発部４に消化液Ｌを導入し、消化液Ｌを加熱ヒータ１０により加熱して蒸発させ、凝縮部５に導かれた蒸発した気体を冷却器１１で凝縮させるとともに、減圧ポンプ１３による減圧下で凝縮水Ｗの温度を高温に保持して凝縮させ、生成部６に導かれたアンモニアにガス導入路２１を通じて外部からＣＯ２ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物Ｍｆを生成させ、球状担体Ｃｒ１で回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法とその装置およびその方法により生成される生成物とその生成物の回収方法ならびにその回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機性廃棄物を発酵させメタンを生成した後に残留する消化液を肥料として利用するには、消化液を濃縮・減量して、貯蔵や輸送、農地への施用の効率化を図り、季節的にも地域的にも偏在する肥料の需要に応える必要がある。メタン発酵処理を経た有機性廃棄物は消化液として排出される。消化液は窒素、リン、カリウムなどを含有しているので、液肥として利用することが期待されている。しかしながら、消化液は、Ｔ−Ｎ（総窒素）で、１，０００−５，０００mg／L、Ｔ−Ｐ（総リン）で、２００−８００mg／L、Ｔ−Ｋ（総カリ）で１，０００−４０００mg／L程度と肥効成分が薄い。このため、消化液を濃縮・減量して、貯蔵や輸送、農地への施用の効率化を図り、季節的も地域的にも偏在する肥料の需要に応える必要がある。
【０００３】
従来、消化液の濃縮・減量化を図る取り組みとして、消化液をそのまま、または固形分を脱水機で分離したろ液に対して減圧蒸留を施すことで水分を分離する方法が知られている（非特許文献１および特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の技術は、濃縮装置を、蒸留タンクと、冷却部と、減圧ポンプと、この減圧ポンプと冷却部との間に通路を介して設けられた切替弁と、この切替弁を介して冷却部にそれぞれ連通する第１および第２の受液タンクと、蒸留タンクに設けられたヒータとを備えて構成している。バッチ処理で蒸留タンクから濃度の高いアンモニア凝縮液を第１の受液タンクに導き、アンモニア濃度が低下すると切替弁を切り替え、アンモニア濃度の低下した凝縮液を第２の受液タンクに導き、蒸留タンクから消化液の濃縮液を、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液をそれぞれ回収するようにしている。このように構成することにより消化液の脱水ろ液を元の３割程度に濃縮するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３４３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】山岡賢、柚山義人、中村真人著「農業土木学会論文集第２４５号：メタン発酵消化液の脱水ろ液の減圧蒸留による減量」農業土木学会、２００６年、ｐ．１２５−１２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、原料のアンモニア性窒素が１０００mg／Lの場合、濃縮後のアンモニア性窒素濃度は３０００mg／L程度でこれ以上の濃縮が難しいという問題がある。さらに、メタン発酵消化液は、例えば、各種バイオマスからエタノールを生産するに当たりエタノールプロセスから発生する大量の発酵残渣を処理するメタン発酵プロセスにより得られるが、エタノール発酵残渣には窒素分が多く、この窒素分はメタン発酵プロセスで高濃度のアンモニア性窒素に変換され、メタン発酵反応を阻害する。メタン発酵プロセス中の発酵液からアンモニア性窒素成分を抽出するのは難しく、このため、メタン発酵消化液を得るためのメタン発酵反応の安定化を図ることが難しいという問題がある。また、メタン発酵プロセスで得られるバイオガスはメタンガス成分が約６０％、二酸化炭素ガス成分は約４０％で、かかるプロセスで発生する二酸化炭素を大気に放出すると、環境負荷が大きいという問題がある。さらに、バイオガスをガス発電などで燃焼させると、メタンが二酸化炭素と水に変化するため、燃焼後の排ガスには二酸化炭素が含まれるので、上述のように環境負荷が大きいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、メタン発酵プロセスにより残留した消化液から高濃度の窒素成分を含有する肥料を生成して回収し貯留および輸送の効率化を図るとともに、メタン発酵プロセスにおいてアンモニア濃度を低減化させメタン発酵反応の安定化を図り、しかも、生成に二酸化炭素を利用することにより環境への負荷を軽減することができ、さらに、生成した生成物を効率的に回収することができるメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法とその装置およびその方法により生成される生成物とその生成物の回収方法ならびにその回収システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させるようにしたことにより、蒸発部に導入された消化液が加熱手段により加熱されて蒸発すると、蒸発した気体は凝縮するものの高温の凝縮水となるので、アンモニアの凝縮水への溶解度が低下し、溶解しきれないアンモニアは気体状態で生成部に達すると、注入された二酸化炭素ガスと反応し、生成部で固体または液体の炭酸アンモニウムの生成物が生成される。この窒素成分を高濃度に含む生成物は肥料として回収される。固体または液体の生成物を回収して管理することにより、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。
【００１０】
本発明の請求項２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、生成部に導入される二酸化炭素ガスに、メタン発酵消化液がメタン発酵プロセスで発生するバイオガスまたはこのバイオガスを燃焼させた際に発生する排気ガスを用いることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、生成部に導入される二酸化炭素ガスに、メタン発酵消化液がメタン発酵プロセスで発生するバイオガスまたはこのバイオガスを燃焼させた際に発生する排気ガスを用いるようにしたことにより、二酸化炭素を固定化して回収するので環境への負荷が軽減される。
【００１２】
本発明の請求項３に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことにより、アンモニア性窒素成分が抽出された窒素成分の少ない蒸発部の貯留液が再びメタン発酵プロセスに戻されるので、メタン発酵プロセスにおけるアンモニア性窒素濃度を低下させることができ、メタン発酵反応が安定化する。
【００１４】
本発明の請求項４に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、減圧手段が、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、減圧手段は、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持するようにしたことにより、凝縮水は、凝縮部で温度が高温に保持されて凝縮される。このため、凝縮水に気体のアンモニアが溶解しにくい。
【００１６】
本発明の請求項５に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、減圧手段の排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧手段との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項５に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、減圧手段の排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧手段との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれるようにしたことにより、両方の濃度が低いと排気管の弁を開いて反応槽内のガスを大気に放出し、二酸化炭素ガス濃度とメタンガス濃度とのうちいずれかの一方の濃度が高い場合、各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれかバイオガスホルダ側の弁が開かれる。このため、反応槽内で消費された二酸化炭素ガスとメタンガスとが回収され、大気中に放出されることがない。バイオガスホルダでは、メタンガス中の二酸化炭素濃度が低下しメタンガスの濃度が高くなる。
【００１８】
本発明の請求項６に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、蒸発部で蒸発処理された処理済み消化液を生物反応槽に導き水処理することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項６に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、蒸発部で蒸発処理された処理済み消化液を生物反応槽に導き水処理することにより、生物反応槽に導かれる処理済み消化液はアンモニア性窒素濃度が低下しているので、アンモニアによる微生物へのダメージが緩和される。このため、生物反応槽が小型化される。
【００２０】
本発明の請求項７に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項７に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることにより、蒸発部に導入された消化液が加熱手段により加熱されて蒸発すると、蒸発した気体は凝縮するものの高温の凝縮水となるので、アンモニアの凝縮水への溶解度が低下し、溶解しきれないアンモニアは気体状態で生成部に達すると、注入された二酸化炭素ガスと反応し、生成部で固体または液体の炭酸アンモニウムの生成物が生成される。この窒素成分を高濃度に含む生成物は肥料として回収される。固体または液体の生成物を回収して管理することにより、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。
【００２２】
本発明の請求項８に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、反応槽の蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の請求項８に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、反応槽の蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことにより、アンモニア性窒素成分が抽出された窒素成分の少ない蒸発部の貯留液が再びメタン発酵プロセスに戻されるので、メタン発酵プロセスにおけるアンモニア性窒素濃度を低下させることができ、メタン発酵反応が安定化する。
【００２４】
本発明の請求項９に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、減圧ポンプが、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の請求項９に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、減圧ポンプは、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することにより、凝縮水は、凝縮部で温度が高温に保持されて凝縮される。このため、凝縮水に気体のアンモニアが溶解しにくい。
【００２６】
本発明の請求項１０に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、減圧ポンプの排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される第１の連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧ポンプとの間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の請求項１０に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、減圧ポンプの排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される第１の連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧ポンプとの間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることにより、両方の濃度が低いと排気管の弁を開いて反応槽内のガスを大気に放出し、二酸化炭素ガス濃度とメタンガス濃度とのうちいずれかの濃度が高い場合、各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか一方の弁が開かれる。このため、反応槽内の二酸化炭素ガスとメタンガスとが回収され、大気中に放出されることがない。
【００２８】
本発明の請求項１１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、分岐部には、メタンガス精製ガスホルダに弁を介して連通される第２の連通管が接続され、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁が開かれることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の請求項１１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、分岐部には、メタンガス精製ガスホルダに弁を介して連通される第２の連通管が接続され、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁が開かれることにより、両方の濃度が低いと排気管の弁を開いて反応槽内のガスを大気に放出し、二酸化炭素ガス濃度とメタンガス濃度とのうちいずれかの濃度が高い場合、各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか一方の弁が開かれる。このため、反応槽内の二酸化炭素ガスとメタンガスとが別々に回収され、大気中に放出されることがない。
【００３０】
本発明の請求項１２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の請求項１２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されることにより、生成部で生成される生成物は、固体または液体の、二酸化炭素とアンモニアの化合物が生成される。この窒素成分を高濃度に含む生成物は肥料として回収される。固体または液体の生成物を回収して管理することにより、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。この生成物を閉鎖された農作物のハウス（気相遮断部）内で用いると、農作物に対し肥料として作用するだけでなく生成物内に含まれる二酸化炭素により生長が促進される。
【００３２】
本発明の請求項１３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収することを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の請求項１３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収することにより、反応槽の外部で効率的に生成物の回収を行うことができ、作業を効率的に行うことができる。
【００３４】
本発明の請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、生成物回収手段を、通気部が形成され生成部に配置される担体収容手段と、この担体収容手段に互いに通気を許す空隙を確保して多数収容され生成物を表面に付着させる担体とを備えて構成し、生成部内で生成物が生成されると、生成された生成物を担体表面に付着させ、担体を生成部から取り出して回収することを特徴とするものである。
【００３５】
本発明の請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、生成物回収手段を、通気部が形成され生成部に配置される担体収容手段と、この担体収容手段に互いに通気を許す空隙を確保して多数収容され生成物を表面に付着させる担体とを備えて構成し、生成部内で生成物が生成されると、生成された生成物を担体表面に付着させ、担体を生成部から取り出して回収することにより、担体を生成部に配置された担体収容手段に収容させ、この担体の表面に生成部内で生成物を付着させ、担体表面に生成物に付着されると、担体を生成部から取り出して回収し、反応槽の外部で担体に付着した生成物を担体から分離させ、担体を処理するだけで生成物を分離することができるので、作業が効率化される。
【００３６】
本発明の請求項１５に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体収容手段を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着した後、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００３７】
本発明の請求項１５に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体収容手段を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着した後、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことにより、生成部内への担体の出し入れ作業を容易に行うことができ、作業が効率化される。
【００３８】
本発明の請求項１６に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体収容手段を、生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容される担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着した後、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００３９】
本発明の請求項１６に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体収容手段を、生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容される担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着した後、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことにより、担体を一度にまとめて生成部内に投入したり、取り出し時に一度にまとめて取り出すことができ、投入作業や回収作業が効率化される。
【００４０】
本発明の請求項１７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物とを分離することを特徴とするものである。
【００４１】
本発明の請求項１７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物とを分離することにより、担体を処理するだけで生成物を分離することができ、生成物の分離作業が効率化される。
【００４２】
本発明の請求項１８に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体表面には、予め粉状炭化物を塗し、塗された炭化物に生成物を付着させ、炭化物に生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物が付着した炭化物とを分離することを特徴とするものである。
【００４３】
本発明の請求項１８に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体表面には、予め粉状炭化物を塗し、塗された炭化物に生成物を付着させ、炭化物に生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物が付着した炭化物とを分離することにより、分離作業により担体から分離された生成物が付着された炭化物は土壌改良材として利用することができるだけでなく、アンモニア性窒素成分を含むので、肥料としても利用することができる。
【００４４】
本発明の請求項１９に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体を、炭化物片または不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した炭化物片を生成部から回収した後、生成物の付着した炭化物片を得ることを特徴とするものである。
【００４５】
本発明の請求項１９に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体を、炭化物片または不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した炭化物片を生成部から回収した後、生成物の付着した炭化物片を得ることにより、生成物が付着した炭化物片は、土壌改良材として利用することができるだけでなく、アンモニア性窒素成分を含むので、肥料としても利用することができる。
【００４６】
本発明の請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収することを特徴とするものである。
【００４７】
本発明の請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収することにより、生成物回収機構により担体を生成部に出し入れして生成物を回収することができ、効率的に生成物の回収を行うことができ、作業を効率的に行うことができる。
【００４８】
本発明の請求項２１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、生成物回収機構を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着されると、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００４９】
本発明の請求項２１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、生成物回収機構を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着されると、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことにより、生成部内への担体の出し入れ作業を容易に行うことができ、作業が効率化される。
【００５０】
本発明の請求項２２に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、生成物回収機構を、生成部に形成された出し入れ口に開閉自在に設けられた開閉扉を通じて生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容可能な担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着すると、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００５１】
本発明の請求項２２に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、生成物回収機構を、生成部に形成された出し入れ口に開閉自在に設けられた開閉扉を通じて生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容可能な担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着すると、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことにより、担体を一度にまとめて生成部内に投入したり、取り出し時に一度にまとめて取り出すことができ、投入作業や回収作業が効率化される。
【００５２】
本発明の請求項２３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成したことを特徴とするものである。
【００５３】
本発明の請求項２３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成したことにより、担体を処理するだけで生成物を分離することができ、生成物の分離作業が効率化される。
【発明の効果】
【００５４】
本発明の請求項１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させるようにしたので、メタン発酵プロセスにより残留した消化液から高濃度の窒素成分を含有する肥料を固体または液体で回収することができ、貯留および輸送の効率化を図ることができる。
【００５５】
本発明の請求項７に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させるようにしたので、簡素な構造で、メタン発酵プロセスにより残留した消化液から高濃度の窒素成分を含有する肥料を固体または液体で回収することができ、貯留および輸送の効率化を図ることができる。
【００５６】
本発明の請求項１２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成された生成物では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されるようにしたので、生成された生成部は高濃度の窒素成分を含有する肥料を、固体または液体の形で得ることができ、貯留および輸送の効率化を図ることができる。さらに、生成物を肥料としてだけでなく農作物の生長促進剤としても利用できる。
【００５７】
本発明の請求項１３に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収するようにしたので、生成物を効率的に回収することができ、作業を効率的に行うことができる。
【００５８】
本発明の請求項２０に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収するようにしたので、生成物を効率的に回収することができ、作業を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は本発明の第１の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置を概念的に示す説明図である。（実施例１）
【図２】図２の（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図１の窒素抽出・固定化装置への消化液と二酸化炭素ガスとの出入りを模式的に示す説明図およびバイオガスをガス発電装置に利用した際の消化液と二酸化炭素ガスとの出入りを模式的に示す説明図である。
【図３】図３は図１の窒素抽出・固定化装置で槽内のメタンガスと二酸化炭素ガスを処理する一例を示す説明図である。
【図４】図４は図１の窒素抽出・固定化装置と発酵システムとの間で消化液を全還流する例を示す説明図である。
【図５】図５は図１の窒素抽出・固定化装置で生成された生成物を作物を栽培する土壌に投入した例を示す説明図である。
【図６】図６は図１の窒素抽出・固定化装置で処理された窒素成分が減少した処理済み消化液（ろ液）生物反応槽に導く例を示す説明図である。
【図７】図７は図１の窒素抽出・固定化装置をバイオマス利活用システムに適用した例を示す概念図である。
【図８】図８は本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置を概念的に示す説明図である。（実施例２）
【図９】図９は図８の要部を模式的に示す説明図である。
【図１０】図１０は第２の実施例の変形例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を模式的に示す説明図である。（実施例３）
【図１１】図１１は第２の実施例の変形例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を示す説明図である。（実施例４）
【図１２】図１２は第３の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を模式的に示す説明図である。（実施例５）
【図１３】図１３は第３の実施例の変形例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を模式的に示す説明図である。（実施例６）
【図１４】図１４の（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ、担体として、木炭、消化液炭および酸処理済み木炭を用いて実際に実験を行った結果を示す比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
メタン発酵消化液からアンモニアを抽出して固定し回収するという目的を、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とをそれぞれ設け、凝縮部で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させるように構成し、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させて回収することにより実現した。
【実施例１】
【００６１】
以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置を概念的に示す説明図である。本実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置２は、反応槽３を備えて構成される。反応槽３は、蒸発部４と凝縮部５と生成部６とが互いに連通されるとともに、それぞれ下側から順に画成されて形成される。蒸発部４には、加熱ヒータ（加熱手段）１０が、凝縮部５には、冷却器１１が、生成部６には、内部に固形物生成器１２がそれぞれ設けられる。蒸発部４には、発酵システム７のメタン発酵プロセスによりバイオマス等（有機性廃棄物）を消化させて残留した窒素成分の多いメタン発酵消化液（ろ液）Ｌが導入されるようになっている。発酵システム７から蒸発部４への消化液（ろ液）Ｌの導入は、バッチ処理により行ってもよいし連続処理でもよい。また、蒸発部４には、消化液（ろ液）Ｌを水滴状にして導入してもよいし、霧状にして導入してもよい。
【００６２】
生成部６の上部には、減圧ポンプ１３が設けられる。減圧ポンプ１３は、反応槽３内の圧力を、蒸発部４の液温検出計（図示せず）の液温検出データに基づいて制御装置（図示せず）により所定の負圧に保持するようになっている。すなわち、減圧ポンプ１３は、蒸発部４の加熱された液温Ｌに応じて反応槽３内が飽和水蒸気圧以下に保持されるよう構成される。固形物生成器１２は、生成部６で生成される固体または液体の生成物を取り込み回収するようになっている。すなわち、固形物生成器１２は、その壁面に凹凸または多数の小室を設けて表面積を増大させ、その壁面に付着した生成物Ｍｆを刀や羽根のような掻き取り具を用いて掻き取り回収するようにしている。
【００６３】
減圧ポンプ１３の排気側は、大気に弁Ｖ１を介して開放される排気管１５と、メタンガス精製ガスホルダ１８に弁Ｖ２を介して連通される第１の連通管１６とバイオガスホルダ８に弁Ｖ３を介して連通される第２の連通管１７とが分岐して接続される。この分岐部と減圧ポンプ１３との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計２０が設けられる。各弁Ｖ１〜Ｖ３は、濃度計２０が検知したメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて、これらメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度とに対して予め設定された閾値Ｃ１（％）、Ｃ２（％）との比較によりいずれか１つの弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を開き、他の弁を閉じるようになっている。
【００６４】
ところで、生成部６には、下部に、すなわち、凝縮部５側に、二酸化炭素ガスを生成部６に導入するガス導入路２１が設けられる。このガス導入路２１には、発酵システム７のメタン発酵プロセスで発生したバイオガスを溜めるガスホルダ８（図２の（Ａ）参照）から二酸化炭素ガス成分を導入するようにしてもよいし、バイオガスをガス発電装置３０（図２の（Ｂ）参照）などで燃焼させた後の排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを導入するようにしてもよい。また、工業的に排出された二酸化炭素ガスであってもよい。なお、メタン発酵プロセスで得られるバイオガスはメタンガス成分が約６０％、二酸化炭素ガス成分は約４０％である。
【００６５】
次に、本発明に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法を、上記本実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置２の作用に基づいて説明する。まず、メタン発酵プロセスの発酵システム７で有機性廃棄物（バイオマス）を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を濾過したろ液Ｌを反応槽３の蒸発部４に導入する。この消化液（ろ液）Ｌは、高濃度のアンモニア性窒素を含んでいる（Ｔ−Ｎで、１，０００−５，０００ｍｇ／L）。次に、蒸発部４に導入された消化液（ろ液）Ｌを加熱ヒータ１０で加熱する。加熱され高温となった消化液（ろ液）Ｌは、蒸発し、水蒸気とアンモニアを含む蒸発した気体は蒸発部４内を上昇し凝縮部５に導かれ冷却器１１により冷却されて水分が凝縮される。このとき、減圧ポンプ１３は、蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌの液温に応じて、反応槽３内が飽和水蒸気圧以下に保持されるように減圧される。このため、凝縮部４では、水の蒸発潜熱は奪うが凝縮水Ｗの温度は低下させないで高温に保持する。この凝縮水Ｗには、気体となったアンモニアが再び溶解しようとするが、凝縮水Ｗの温度が高温に保持されるため、アンモニアの水への溶解度が低下し、溶解しきれないアンモニアが気体の状態のまま生成部６に達する。高温に保持されアンモニア成分の少ない凝縮水Ｗは蒸発部４に落下して戻り加熱される。こうして蒸発部４で加熱される消化液（ろ液）Ｌは窒素成分が徐々に減少してゆく。
【００６６】
生成部６に達した気体状態のアンモニアは、ガス導入路２１から注入される二酸化炭素ガスと反応し、二酸化炭素とアンモニアとの化合物が、すなわち、炭酸アンモニウム、カルバミン酸炭酸水素アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等の固形物（固体または液体）が生成され、固定物生成器１２に取り込まれ回収される。このため、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。こうして生成部６では、窒素成分濃度が高く、炭素成分（二酸化炭素）が液体または固体の状態で高濃度に含まれる生成物Ｍｆが得られ、肥料として用いることができる。この生成物Ｍｆは、液体または固体の状態で回収されるので、貯留および輸送の効率化を図ることができる。また、生成物Ｍｆは、高濃度の窒素成分と二酸化酸素成分を含むので、図５に示すように、この生成物Ｍｆを閉鎖された農作物３２のハウス（気相遮断部）３１内で用いると、農作物３２に対し肥料として作用するだけでなく生成物Ｍｆ内に含まれる二酸化炭素により生長が促進される。
【００６７】
また、処理の進行に伴い、蒸発部４に戻る凝縮水Ｗの量が増大すると、蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌは窒素成分が減少する。このため、蒸発部４の窒素成分が減少した処理済み消化液（ろ液）Ｌｃを発酵システム７に戻すと、メタン発酵プロセスにおいてアンモニア濃度を低減化させメタン発酵反応の安定化を図ることができる。また、生成物Ｍｆの生成に二酸化炭素ガスを利用することにより環境への負荷を軽減することができる。
【００６８】
さらに、本実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置２では、図１および図３に示すように、減圧ポンプ１３の排気側に濃度計２０と、分岐管１５、１６、１７とを設け、弁Ｖ１〜Ｖ３を介して分岐管１５、１６、１７がそれぞれ、大気とメタンガス精製ガスホルダ１８とバイオガスホルダ８とに連通しているので、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁を開くと、反応槽３内のメタンガスまたは二酸化炭素ガスを各ホルダ１８、１９に回収できるようになっている。減圧ポンプ１３を運転している間は、弁Ｖ１〜Ｖ３のうちいずれか１の弁のみが開かれ、排気可能としている。各弁Ｖ１〜Ｖ３は逆流防止機構を備え、圧力調整のため減圧ポンプ１３が停止する際にはガスの逆流を防ぐようになっている。各弁Ｖ１〜Ｖ３は、濃度計２０が検知したメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて、これらメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度とに対して予め設定された閾値Ｃ１（％）、Ｃ２（％）との比較によりいずれか１つの弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を開き、他の弁を閉じるようになっている（図３の（Ｂ）、各弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉条件参照）。弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉を、ＣＨ４およびＣＯ２ガス濃度計２０の設定値で行う場合の対応は、図３の（Ｂ）に示す各弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉条件の表に示すとおりである。この表中、「高」「低」は、ＣＨ４濃度、ＣＯ２濃度をそれぞれ予め設定した閾値Ｃ１（％）、Ｃ２（％）との比較によって判断するようにしている。すなわち、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度のいずれも閾値Ｃ１、Ｃ２に比較して低い場合、弁Ｖ２、Ｖ３を閉じて弁Ｖ１を開き、反応槽３内の気体を大気に開放する。メタンガス濃度が二酸化炭素ガス濃度より閾値Ｃ１、Ｃ２に比較して高い場合、弁Ｖ１、Ｖ３を閉じて弁Ｖ２を開き、反応槽３内の気体をメタンガス精製ガスホルダ１８に導き、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度とがいずれも閾値Ｃ１、Ｃ２に比較して高い場合、弁Ｖ１、Ｖ２を閉じて弁Ｖ３を開き、反応槽３内の気体をバイオガスホルダ８に導くようになっている。ガスの分類精度を高く求めない場合や装置２の運転が安定する場合、弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉はタイマー制御などによる簡易な制御でもよい。なお、発酵システム７のこのバイオガスホルダ８に代えて、別の二酸化炭素ガスのガスホルダとしてもよい。さらに、メタンガス精製ガスホルダ１８を設けない場合、連通管１６、１７を統合して、ガスホルダ８と大気側のみとしてもよい。
【００６９】
図６は、蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌが処理の進行に伴い窒素成分が減少した処理済み消化液（ろ液）Ｌｃとなった場合、この処理済み消化液（ろ液）Ｌｃを発酵システム７に代えて、生物反応槽４０に導き水処理するようにした例を示している。窒素成分が少ない処理済み消化液（ろ液）Ｌｃを生物反応槽４０に導くことにより、生物反応槽４０では、アンモニアによる微生物へのダメージが緩和される。このため、生物反応槽を小型化することができる。
【実施例２】
【００７０】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により、バイオエタノール廃液処理に対し対応が可能かどうかについて、メタン発酵プロセスでのアンモニア性窒素濃度の制御について実験を行った。
室内実験では、液温５８℃、槽内圧力１４５ｈＰａ設定で、図４に示すように約３時間全還流を行うと、消化液は体積変化はないものの、アンモニア性窒素濃度が約４０％低下した。浮遊物質量は約１７％低下した。粘度は約２９％低下した。
以上のことから、アンモニアガスの取り出しの際の還流を全還流とすると、原料液の水分をほとんど変化させることなしに、アンモニアガスを取り出すことが可能であるので、バイオエタノール廃液等の窒素分の多いバイオマスを原料とするメタン発酵プロセスに、本発明を適用することで、メタン発酵プロセスでのアンモニア性窒素濃度を制御することが可能となり、メタン発酵プロセスでの処理が安定化されることが判明した。
【実施例３】
【００７１】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により生成された生成物Ｍｆについて分析を行った。生成された生成物（固体）Ｍｆは、重量割合で窒素を約１２％、炭素を約１１％含有していた。言い換えるならば、アンモニア性窒素濃度が約１５００ｍｇ／Lの原料１ｋｇから、１０００ｍｇ／L分のアンモニア性窒素濃度相当分を取り出すと、約８gの生成物（固体）が生成される。この生成物には、約０．８８gの炭素が含まれる。これを二酸化炭素に換算すると、３．２gとなる。このように、生成物（固体または液体）Ｍｆを密閉して保管することにより、窒素および炭素の環境への排出が抑えられる。
【実施例４】
【００７２】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により生成された生成物Ｍｆについて、図５に示すようなハウス３１等の閉鎖空間で栽培する条件について土壌に生成物Ｍｆを添加して実験を行った。
生成された生成物Ｍｆを土壌に添加すると、速やかに添加量の約４０％の炭素が二酸化炭素ガスとなる。１ｍ３の空間（０℃、１気圧）で５００ｐｐｍのＣＯ２量は９８２ｍｇで生成物（固体）Ｍｆの炭素割合１１％で含有炭素のＣＯ２転換率４０％とすると、生成物（固体）は約６gとなる。土壌に添加された固形物中の窒素は、蒸留水で抽出して測定したところ、約３０％をアンモニア性窒素または硝酸性窒素として回収できた。このため、土壌に添加された固形物中の窒素は植物が利用可能である。つまり、生成された生成物Ｍｆを閉鎖空間での作物の栽培に適用すると、肥効成分である窒素と光合成に用いられる二酸化炭素が同時に簡単に供給できる。なお、生成物Ｍｆは露地へ窒素肥料として投入可能である。この場合、生成物Ｍｆ中の二酸化炭素は大気に放出されるが、生成物Ｍｆの生成にバイオマス由来の二酸化炭素を用いた場合、その二酸化炭素はカーボンニュートラルとして地球温暖化ガスの排出量にカウントされるものではない。
【実施例５】
【００７３】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により生成された生成物Ｍｆについて、利用するバイオガスのメタン濃度を向上させるかどうかについて分析を行った。
メタン発酵プロセスで取り出されるバイオガスは、純粋なメタンガスに比べて発熱量が約２割少ない。これは二酸化炭素を約４０％含有するためである。このため、バイオガスの精製技術が開発されているが、本発明では、反応槽内を減圧して空気を排除し、蒸気を冷却して水分を凝縮した後に、バイオガスを注入し、バイオガス中の二酸化炭素をアンモニアガスに反応させているので、バイオガス中の二酸化炭素濃度を簡易に減少させることができる。このため、バイオガスの熱量を増大させることができる。すなわち、上述の如く、アンモニア性窒素濃度が約１５００ｍｇ／Lの原料１ｋgから、１０００ｍｇ／L分のアンモニア性窒素濃度相当分を取り出すと、約８gの生成物（固体）が生成される。この生成物には、約０．８８gの炭素が含まれる。これを二酸化炭素に換算すると、３．２gとなる。この二酸化炭素量は、約４Lのバイオガス中の二酸化炭素量に相当する。
【００７４】
なお、上記実施例について、メタン発酵後の消化液について、消化液から固形分を除去したろ液について述べたがこれに限られるものではなく、固形分を含む消化液についても適用可能であることはいうまでもない。また、上記実施例では、反応槽３の蒸発部４と凝縮部５と生成部６とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部４に戻し、蒸発部４の貯留液Ｍをメタン発酵プロセスのシステム７に戻すようにしているがこれに限られるものではなく、凝縮水Ｗを反応槽３と別のタンクに回収し、窒素成分の少ない凝縮水Ｗを蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌと混ぜないようにして処理してもよい。
【実施例６】
【００７５】
次に、本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置について説明する。本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、上記第１の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置が生成部６内部の固形物生成器１２の壁面に凹凸または多数の小室を設けて表面積を増大させ、その壁面に付着した生成物Ｍｆを刀や羽根のような掻き取り具を用いて回収対象の生成物（固形物、析出物）Ｍｆを掻き取り回収するようにしているのに対し、これら生成物Ｍｆを回収する回収システムを設けた点が異なっている外は、上記第１の実施例とほぼ同一の構成を備えている。すなわち、本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置１０２は、図８に示すように、反応槽３の生成部６に生成部６内で生成される生成物Ｍｆを担体（生成物回収手段）Ｃｒ１に付着させて回収する生成物回収機構（生成物回収手段）１０３を設けている。なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００７６】
生成物回収機構１０３は、生成部６の室を上下に区画し傾斜して配置され通気孔１０４Ａが多数穿設された通気プレート１０４と、通気プレート１０４の上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口１０５に開閉自在に設けられた投入扉１０６と、通気プレート１０４の傾斜下端側で生成部６の壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口１０７に開閉自在に設けられた取り出し扉１０８とを備えて構成される。担体Ｃｒ１は、ガラスまたはポリプロピレン（硬質合成樹脂）、金属等の硬質材を、好ましくは直径数mm以上の球状に形成して構成される。球状担体Ｃｒ１は、通気プレート１０４と生成部６の壁面とにより区画される空間内に多数投入されると、互いに通気を許す空隙を確保するようになっており、この通気の空隙を生成物Ｍｆが通過すると、その表面にこれら生成物Ｍｆを付着させるようになっている。
【００７７】
すなわち、窒素抽出・固定化装置１０２では、図９に示すように、生成部６の投入扉１０６を開き、球状担体Ｃｒ１を通気プレート１０４と生成部６の壁面とにより区画される空間内に多数投入して、投入扉１０６を閉じると、担体Ｃｒ１は、球状に形成されているため、互いに通気を許す空隙を確保して生成部６内に収容される。そして、生成部６内でガス導入路２１から注入される二酸化炭素ガスとアンモニアガスが反応し、二酸化炭素とアンモニアとの化合物が、すなわち、炭酸アンモニウム、カルバミン酸炭酸水素アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等の生成物Ｍｆが生成されると、生成物Ｍｆは通気プレート１０４を通じて球状担体Ｃｒ１の収容されている空間に流れ込み球状担体Ｃｒ１間に形成される空隙を通過する。このとき、生成物Ｍｆは球状担体Ｃｒ１の表面に付着する。担体Ｃｒ１は表面が球状であるため生成物Ｍｆが触れる面積を大きく取ることができる。球状担体Ｃｒ１間の空隙は、生成物Ｍｆが付着する空間であるとともに、余剰の気体を減圧ポンプ１３が吸引する気道ともなる。球状担体Ｃｒ１では、三次元的に多数の気道を形成するので、生成物Ｍｆの付着により部分的に空隙を閉塞しても、気道が確保されるようになっている。こうして、球状担体Ｃｒ１の表面に生成物Ｍｆが付着すると、図９に示すように、取り出し扉８を開き、生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１を外部に取り出す。このとき、通気プレート１０４は傾斜して配置され、しかも、取り出し扉１０８を開いた際に開口する取り出し口１０７は、通気プレート１０４の傾斜下端側に形成されているので、球状担体Ｃｒ１は自重により取り出し口１０７からこぼれ落ちるようになっている。このため、取り出し口１０７に図示しない受け容器をセットして取り出し扉１０８を開くと、生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１を回収できるようになっている。
【００７８】
生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１が外部に取り出されて回収されると、これら生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１同士または球状担体Ｃｒ１と床、あるいはこれら球状担体Ｃｒ１と削ぎ落とし材（図示せず）とを擦り合わせ、球状担体Ｃｒ１の表面から付着した生成物Ｍｆを分離するようにしている。担体Ｃｒ１は球状に形成されているので、削ぎ落としやすい。生成物Ｍｆが分離された球状担体Ｃｒ１は、再び投入扉１０６を開いて投入口１０５から生成部６内に投入されるようになっている。こうして、硬質材からなる球状担体Ｃｒ１は、生成部６に投入されては、生成部６内で生成物Ｍｆが付着され、生成物Ｍｆが付着すると、外部に取り出されて、擦り合わせにより生成物Ｍｆと分離され、生成物Ｍｆが分離されると、生成部６への投入を繰り返し、何度も利用されるようになっている。このため、本実施例に係る窒素抽出・固定化装置１０２では、固形物生成器１２の壁面に付着した生成物Ｍｆを削ぎ取るのに比べて、生成物Ｍｆを効率的に回収することができ、作業が効率化される。
【実施例７】
【００７９】
次に、上記第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置１０２の変形例について説明する。変形例に係る窒素抽出・固定化装置２０２は、図１０に示すように、上記第２の実施例と同じ球状担体Ｃｒ２を生成部６に投入する前に、球状担体Ｃｒ２の表面を水で濡らし、粉状の炭化物Ｃｂを塗りつけ、その後、粉状炭化物Ｃｂが塗りつけられた球状担体Ｃｒ２を生成部６に投入するようにした点を除いて上記第２の実施例とほぼ同一の構成を備えている。すなわち、生成部６内では、球状担体Ｃｒ２の表面に粉状炭化物Ｃｂが塗りつけられており、生成物Ｍｆは粉状炭化物Ｃｂに付着されるようになっている。粉状炭化物Ｃｂは、例えば、牛糞や汚泥などを炭化させて得られるものである。球状担体Ｃｒ２への塗着は、例えば、水を散布したり、水に漬けた後取り出して、表面を水濡れさせた球状担体Ｃｒ２に、粉状炭化物Ｃｂを散布したり、粉状炭化物Ｃｂの上に水濡れした球状担体Ｃｒ２を転がして行う。水は清浄なのものであってもよいし、消化液や脱水ろ液を用いてもよい。粉状炭化物Ｃｂは、相当量の窒素を含有するものの、炭化物中の窒素は固定されており、植物には利用されにくい。一方、粉状炭化物Ｃｂは、その原料によってカリウムが豊富であったり（牛糞）、リンが豊富であったり（汚泥）で、しかも、それらカリウムやリンはいずれもク溶性成分が多く植物に利用されやすい。球状担体Ｃｒ２は、生成部６内で表面に塗りつけられた粉状炭化物Ｃｂに生成物Ｍｆが付着すると、外部に取り出され、粉状炭化物Ｃｂに生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ２が回収されると、これら粉状炭化物Ｃｂに生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ２同士または球状担体Ｃｒ２と床、あるいはこれら球状担体Ｃｒ２と削ぎ落とし材（図示せず）とを擦り合わせ、球状担体Ｃｒ２の表面から付着した生成物Ｍｆとともに粉状炭化物Ｃｂを分離するようにしている。生成物Ｍｆと粉状炭化物Ｃｂとが分離された球状担体Ｃｒ１は、再び生成部６内に投入されるようになっている。こうして、分離された生成物Ｍｆには、粉状炭化物Ｃｂが混入することになるので、生成物Ｍｆに含まれるアンモニア性窒素に加え、肥料成分のカリウムやリンが含まれることになるので、肥料としての有効性を向上させることができる。
【００８０】
なお、この変形例では、球状担体Ｃｒ１を生成部６に投入する前に粉状炭化物を塗着するようにしているがこれに限られるものではなく、投入中、あるいは投入後担体Ｃｒ２の表面を水で濡らし、粉状炭化物を表面に付けるようにしてもよい。また、上記第２の実施例およびその変形例では、担体Ｃｒ１、Ｃｒ２と生成物回収機構１０３とにより生成物回収手段を構成するようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、図１１に示すように、生成部６内に生成物Ｍｆを付着させる付着部材Ｃｒ１、Ｃｒ２を網袋３０４に収容し、この網袋３０４を生成部６に出し入れ可能に配置するようにしてもよい。
【実施例８】
【００８１】
次に、第３の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置４０２の変形例について説明する。第３の実施例に係る窒素抽出・固定化装置４０２は、上記第２の実施例およびその変形例では、生成物Ｍｆを回収する担体として硬質部材を球状に形成した球状担体Ｃｒ１、Ｃｒ２を用いているのに対し、担体Ｃｒ３を不規則な形状の炭化物片により構成した点が異なる外は、上記第２の実施例とほぼ同一の構成を備えている。すなわち、第３の実施例に係る窒素抽出・固定化装置４０２は、図１２に示すように、炭化物片の担体Ｃｒ３を投入扉１０６から生成部６に投入し、生成物Ｍｆを担体Ｃｒ３自体に付着させ、生成物Ｍｆが付着した担体Ｃｒ３を外部に取り出すようにしている。炭化物片の担体Ｃｒ３は不規則な形状となっているので、積み重ね時、通気プレート１０４と生成部６の壁面とにより区画される空間内に多数投入されると、互いに通気を許す空隙が確保されるようになっている。こうして取り出された担体Ｃｒ３は、上記変形例と同様に、炭化物片Ｃｒ３に生成物Ｍｆが付着しているので、アンモニア性窒素に加え、肥料成分のカリウムやリンが含まれることになり、肥料としての有効性が増大する。このため、農地に施用することで短期的には、窒素肥料として、また、長中期的には土壌改良資材として効果を発揮する。
【実施例９】
【００８２】
次に、上記第３の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置５０２の変形例について説明する。この変形例に係る窒素抽出・固定化装置５０２は、上記第３の実施例では、生成物Ｍｆを付着させて回収する担体Ｃｒ３を炭化物片から構成しているのに対し、不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片からなる担体Ｃｒ４で構成した点を除き、上記第３の実施例とほぼ同一の構成を備えている。この変形例に係る窒素抽出・固定化装置５０２は、図１３に示すように、担体Ｃｒ４を酸処理したことから、生成部６内で生成物Ｍｆを付着させる際、アンモニアの添着効率が増大し、取り出されたＣｒ４に付着するアンモニア性窒素の含有量が増大し、生成部６におけるアンモニア性窒素の除去効率を向上させるとともに、取り出された担体Ｃｒ４の肥料としての有効性も向上する。
【実施例１０】
【００８３】
図１４の（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、担体として、木炭（第３の実施例参照）、消化液炭、酸処理済み木炭（第３の実施例の変形例参照）を用いて実際に実験を行い、これら担体のアンモニア性窒素の添着・回収の割合を示すもので、このデータから、酸処理した木炭がアンモニア性窒素をより多く吸着することがわかる。
【００８４】
なお、上記第２の実施例の変形例について、第３の実施例の変形例に示すように、粉状炭化物Ｃｂに不揮発性の酸溶液を吸収させて用いるようにしてもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００８５】
２ 窒素抽出・固定化装置
３ 反応槽
４ 蒸発部
５ 凝縮部
６ 生成部
１０ 加熱ヒータ（加熱手段）
１１ 冷却器（凝縮手段）
１３ 減圧ポンプ
２１ ガス導入路
Ｗ 凝縮水
Ｌ 消化液
Ｍｆ 生成物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法とその装置およびその方法により生成される生成物とその生成物の回収方法ならびにその回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機性廃棄物を発酵させメタンを生成した後に残留する消化液を肥料として利用するには、消化液を濃縮・減量して、貯蔵や輸送、農地への施用の効率化を図り、季節的にも地域的にも偏在する肥料の需要に応える必要がある。メタン発酵処理を経た有機性廃棄物は消化液として排出される。消化液は窒素、リン、カリウムなどを含有しているので、液肥として利用することが期待されている。しかしながら、消化液は、Ｔ−Ｎ（総窒素）で、１，０００−５，０００mg／L、Ｔ−Ｐ（総リン）で、２００−８００mg／L、Ｔ−Ｋ（総カリ）で１，０００−４０００mg／L程度と肥効成分が薄い。このため、消化液を濃縮・減量して、貯蔵や輸送、農地への施用の効率化を図り、季節的も地域的にも偏在する肥料の需要に応える必要がある。
【０００３】
従来、消化液の濃縮・減量化を図る取り組みとして、消化液をそのまま、または固形分を脱水機で分離したろ液に対して減圧蒸留を施すことで水分を分離する方法が知られている（非特許文献１および特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の技術は、濃縮装置を、蒸留タンクと、冷却部と、減圧ポンプと、この減圧ポンプと冷却部との間に通路を介して設けられた切替弁と、この切替弁を介して冷却部にそれぞれ連通する第１および第２の受液タンクと、蒸留タンクに設けられたヒータとを備えて構成している。バッチ処理で蒸留タンクから濃度の高いアンモニア凝縮液を第１の受液タンクに導き、アンモニア濃度が低下すると切替弁を切り替え、アンモニア濃度の低下した凝縮液を第２の受液タンクに導き、蒸留タンクから消化液の濃縮液を、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液をそれぞれ回収するようにしている。このように構成することにより消化液の脱水ろ液を元の３割程度に濃縮するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３４３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】山岡賢、柚山義人、中村真人著「農業土木学会論文集第２４５号：メタン発酵消化液の脱水ろ液の減圧蒸留による減量」農業土木学会、２００６年、ｐ．１２５−１２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、原料のアンモニア性窒素が１０００mg／Lの場合、濃縮後のアンモニア性窒素濃度は３０００mg／L程度でこれ以上の濃縮が難しいという問題がある。さらに、メタン発酵消化液は、例えば、各種バイオマスからエタノールを生産するに当たりエタノールプロセスから発生する大量の発酵残渣を処理するメタン発酵プロセスにより得られるが、エタノール発酵残渣には窒素分が多く、この窒素分はメタン発酵プロセスで高濃度のアンモニア性窒素に変換され、メタン発酵反応を阻害する。メタン発酵プロセス中の発酵液からアンモニア性窒素成分を抽出するのは難しく、このため、メタン発酵消化液を得るためのメタン発酵反応の安定化を図ることが難しいという問題がある。また、メタン発酵プロセスで得られるバイオガスはメタンガス成分が約６０％、二酸化炭素ガス成分は約４０％で、かかるプロセスで発生する二酸化炭素を大気に放出すると、環境負荷が大きいという問題がある。さらに、バイオガスをガス発電などで燃焼させると、メタンが二酸化炭素と水に変化するため、燃焼後の排ガスには二酸化炭素が含まれるので、上述のように環境負荷が大きいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、メタン発酵プロセスにより残留した消化液から高濃度の窒素成分を含有する肥料を生成して回収し貯留および輸送の効率化を図るとともに、メタン発酵プロセスにおいてアンモニア濃度を低減化させメタン発酵反応の安定化を図り、しかも、生成に二酸化炭素を利用することにより環境への負荷を軽減することができ、さらに、生成した生成物を効率的に回収することができるメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法とその装置およびその方法により生成される生成物とその生成物の回収方法ならびにその回収システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させるようにしたことにより、蒸発部に導入された消化液が加熱手段により加熱されて蒸発すると、蒸発した気体は凝縮するものの高温の凝縮水となるので、アンモニアの凝縮水への溶解度が低下し、溶解しきれないアンモニアは気体状態で生成部に達すると、注入された二酸化炭素ガスと反応し、生成部で固体または液体の炭酸アンモニウムの生成物が生成される。この窒素成分を高濃度に含む生成物は肥料として回収される。固体または液体の生成物を回収して管理することにより、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。
【００１０】
本発明の請求項２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、生成部に導入される二酸化炭素ガスに、メタン発酵消化液がメタン発酵プロセスで発生するバイオガスまたはこのバイオガスを燃焼させた際に発生する排気ガスを用いることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、生成部に導入される二酸化炭素ガスに、メタン発酵消化液がメタン発酵プロセスで発生するバイオガスまたはこのバイオガスを燃焼させた際に発生する排気ガスを用いるようにしたことにより、二酸化炭素を固定化して回収するので環境への負荷が軽減される。
【００１２】
本発明の請求項３に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことにより、アンモニア性窒素成分が抽出された窒素成分の少ない蒸発部の貯留液が再びメタン発酵プロセスに戻されるので、メタン発酵プロセスにおけるアンモニア性窒素濃度を低下させることができ、メタン発酵反応が安定化する。
【００１４】
本発明の請求項４に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、減圧手段が、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、減圧手段は、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持するようにしたことにより、凝縮水は、凝縮部で温度が高温に保持されて凝縮される。このため、凝縮水に気体のアンモニアが溶解しにくい。
【００１６】
本発明の請求項５に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、減圧手段の排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧手段との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項５に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、減圧手段の排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧手段との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれるようにしたことにより、両方の濃度が低いと排気管の弁を開いて反応槽内のガスを大気に放出し、二酸化炭素ガス濃度とメタンガス濃度とのうちいずれかの一方の濃度が高い場合、各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれかバイオガスホルダ側の弁が開かれる。このため、反応槽内で消費された二酸化炭素ガスとメタンガスとが回収され、大気中に放出されることがない。バイオガスホルダでは、メタンガス中の二酸化炭素濃度が低下しメタンガスの濃度が高くなる。
【００１８】
本発明の請求項６に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法は、蒸発部で蒸発処理された処理済み消化液を生物反応槽に導き水処理することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項６に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、蒸発部で蒸発処理された処理済み消化液を生物反応槽に導き水処理することにより、生物反応槽に導かれる処理済み消化液はアンモニア性窒素濃度が低下しているので、アンモニアによる微生物へのダメージが緩和される。このため、生物反応槽が小型化される。
【００２０】
本発明の請求項７に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項７に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることにより、蒸発部に導入された消化液が加熱手段により加熱されて蒸発すると、蒸発した気体は凝縮するものの高温の凝縮水となるので、アンモニアの凝縮水への溶解度が低下し、溶解しきれないアンモニアは気体状態で生成部に達すると、注入された二酸化炭素ガスと反応し、生成部で固体または液体の炭酸アンモニウムの生成物が生成される。この窒素成分を高濃度に含む生成物は肥料として回収される。固体または液体の生成物を回収して管理することにより、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。
【００２２】
本発明の請求項８に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、反応槽の蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の請求項８に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、反応槽の蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことにより、アンモニア性窒素成分が抽出された窒素成分の少ない蒸発部の貯留液が再びメタン発酵プロセスに戻されるので、メタン発酵プロセスにおけるアンモニア性窒素濃度を低下させることができ、メタン発酵反応が安定化する。
【００２４】
本発明の請求項９に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、減圧ポンプが、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の請求項９に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、減圧ポンプは、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することにより、凝縮水は、凝縮部で温度が高温に保持されて凝縮される。このため、凝縮水に気体のアンモニアが溶解しにくい。
【００２６】
本発明の請求項１０に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、減圧ポンプの排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される第１の連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧ポンプとの間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の請求項１０に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、減圧ポンプの排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される第１の連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧ポンプとの間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けら、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることにより、両方の濃度が低いと排気管の弁を開いて反応槽内のガスを大気に放出し、二酸化炭素ガス濃度とメタンガス濃度とのうちいずれかの濃度が高い場合、各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか一方の弁が開かれる。このため、反応槽内の二酸化炭素ガスとメタンガスとが回収され、大気中に放出されることがない。
【００２８】
本発明の請求項１１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、分岐部には、メタンガス精製ガスホルダに弁を介して連通される第２の連通管が接続され、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁が開かれることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の請求項１１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、分岐部には、メタンガス精製ガスホルダに弁を介して連通される第２の連通管が接続され、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁が開かれることにより、両方の濃度が低いと排気管の弁を開いて反応槽内のガスを大気に放出し、二酸化炭素ガス濃度とメタンガス濃度とのうちいずれかの濃度が高い場合、各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか一方の弁が開かれる。このため、反応槽内の二酸化炭素ガスとメタンガスとが別々に回収され、大気中に放出されることがない。
【００３０】
本発明の請求項１２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の請求項１２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されることにより、生成部で生成される生成物は、固体または液体の、二酸化炭素とアンモニアの化合物が生成される。この窒素成分を高濃度に含む生成物は肥料として回収される。固体または液体の生成物を回収して管理することにより、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。この生成物を閉鎖された農作物のハウス（気相遮断部）内で用いると、農作物に対し肥料として作用するだけでなく生成物内に含まれる二酸化炭素により生長が促進される。
【００３２】
本発明の請求項１３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収することを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の請求項１３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収することにより、反応槽の外部で効率的に生成物の回収を行うことができ、作業を効率的に行うことができる。
【００３４】
本発明の請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、生成物回収手段を、通気部が形成され生成部に配置される担体収容手段と、この担体収容手段に互いに通気を許す空隙を確保して多数収容され生成物を表面に付着させる担体とを備えて構成し、生成部内で生成物が生成されると、生成された生成物を担体表面に付着させ、担体を生成部から取り出して回収することを特徴とするものである。
【００３５】
本発明の請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、生成物回収手段を、通気部が形成され生成部に配置される担体収容手段と、この担体収容手段に互いに通気を許す空隙を確保して多数収容され生成物を表面に付着させる担体とを備えて構成し、生成部内で生成物が生成されると、生成された生成物を担体表面に付着させ、担体を生成部から取り出して回収することにより、担体を生成部に配置された担体収容手段に収容させ、この担体の表面に生成部内で生成物を付着させ、担体表面に生成物に付着されると、担体を生成部から取り出して回収し、反応槽の外部で担体に付着した生成物を担体から分離させ、担体を処理するだけで生成物を分離することができるので、作業が効率化される。
【００３６】
本発明の請求項１５に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体収容手段を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着した後、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００３７】
本発明の請求項１５に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体収容手段を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着した後、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことにより、生成部内への担体の出し入れ作業を容易に行うことができ、作業が効率化される。
【００３８】
本発明の請求項１６に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体収容手段を、生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容される担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着した後、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００３９】
本発明の請求項１６に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体収容手段を、生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容される担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着した後、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことにより、担体を一度にまとめて生成部内に投入したり、取り出し時に一度にまとめて取り出すことができ、投入作業や回収作業が効率化される。
【００４０】
本発明の請求項１７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物とを分離することを特徴とするものである。
【００４１】
本発明の請求項１７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物とを分離することにより、担体を処理するだけで生成物を分離することができ、生成物の分離作業が効率化される。
【００４２】
本発明の請求項１８に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体表面には、予め粉状炭化物を塗し、塗された炭化物に生成物を付着させ、炭化物に生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物が付着した炭化物とを分離することを特徴とするものである。
【００４３】
本発明の請求項１８に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体表面には、予め粉状炭化物を塗し、塗された炭化物に生成物を付着させ、炭化物に生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物が付着した炭化物とを分離することにより、分離作業により担体から分離された生成物が付着された炭化物は土壌改良材として利用することができるだけでなく、アンモニア性窒素成分を含むので、肥料としても利用することができる。
【００４４】
本発明の請求項１９に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法は、担体を、炭化物片または不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した炭化物片を生成部から回収した後、生成物の付着した炭化物片を得ることを特徴とするものである。
【００４５】
本発明の請求項１９に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、担体を、炭化物片または不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した炭化物片を生成部から回収した後、生成物の付着した炭化物片を得ることにより、生成物が付着した炭化物片は、土壌改良材として利用することができるだけでなく、アンモニア性窒素成分を含むので、肥料としても利用することができる。
【００４６】
本発明の請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収することを特徴とするものである。
【００４７】
本発明の請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収することにより、生成物回収機構により担体を生成部に出し入れして生成物を回収することができ、効率的に生成物の回収を行うことができ、作業を効率的に行うことができる。
【００４８】
本発明の請求項２１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、生成物回収機構を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着されると、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００４９】
本発明の請求項２１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、生成物回収機構を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着されると、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことにより、生成部内への担体の出し入れ作業を容易に行うことができ、作業が効率化される。
【００５０】
本発明の請求項２２に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、生成物回収機構を、生成部に形成された出し入れ口に開閉自在に設けられた開閉扉を通じて生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容可能な担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着すると、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とするものである。
【００５１】
本発明の請求項２２に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、生成物回収機構を、生成部に形成された出し入れ口に開閉自在に設けられた開閉扉を通じて生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容可能な担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着すると、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことにより、担体を一度にまとめて生成部内に投入したり、取り出し時に一度にまとめて取り出すことができ、投入作業や回収作業が効率化される。
【００５２】
本発明の請求項２３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成したことを特徴とするものである。
【００５３】
本発明の請求項２３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムは、担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成したことにより、担体を処理するだけで生成物を分離することができ、生成物の分離作業が効率化される。
【発明の効果】
【００５４】
本発明の請求項１に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させるようにしたので、メタン発酵プロセスにより残留した消化液から高濃度の窒素成分を含有する肥料を固体または液体で回収することができ、貯留および輸送の効率化を図ることができる。
【００５５】
本発明の請求項７に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させるようにしたので、簡素な構造で、メタン発酵プロセスにより残留した消化液から高濃度の窒素成分を含有する肥料を固体または液体で回収することができ、貯留および輸送の効率化を図ることができる。
【００５６】
本発明の請求項１２に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成された生成物では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されるようにしたので、生成された生成部は高濃度の窒素成分を含有する肥料を、固体または液体の形で得ることができ、貯留および輸送の効率化を図ることができる。さらに、生成物を肥料としてだけでなく農作物の生長促進剤としても利用できる。
【００５７】
本発明の請求項１３に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法では、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収するようにしたので、生成物を効率的に回収することができ、作業を効率的に行うことができる。
【００５８】
本発明の請求項２０に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システムでは、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収するようにしたので、生成物を効率的に回収することができ、作業を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は本発明の第１の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置を概念的に示す説明図である。（実施例１）
【図２】図２の（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図１の窒素抽出・固定化装置への消化液と二酸化炭素ガスとの出入りを模式的に示す説明図およびバイオガスをガス発電装置に利用した際の消化液と二酸化炭素ガスとの出入りを模式的に示す説明図である。
【図３】図３は図１の窒素抽出・固定化装置で槽内のメタンガスと二酸化炭素ガスを処理する一例を示す説明図である。
【図４】図４は図１の窒素抽出・固定化装置と発酵システムとの間で消化液を全還流する例を示す説明図である。
【図５】図５は図１の窒素抽出・固定化装置で生成された生成物を作物を栽培する土壌に投入した例を示す説明図である。
【図６】図６は図１の窒素抽出・固定化装置で処理された窒素成分が減少した処理済み消化液（ろ液）生物反応槽に導く例を示す説明図である。
【図７】図７は図１の窒素抽出・固定化装置をバイオマス利活用システムに適用した例を示す概念図である。
【図８】図８は本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置を概念的に示す説明図である。（実施例２）
【図９】図９は図８の要部を模式的に示す説明図である。
【図１０】図１０は第２の実施例の変形例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を模式的に示す説明図である。（実施例３）
【図１１】図１１は第２の実施例の変形例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を示す説明図である。（実施例４）
【図１２】図１２は第３の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を模式的に示す説明図である。（実施例５）
【図１３】図１３は第３の実施例の変形例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置の要部を模式的に示す説明図である。（実施例６）
【図１４】図１４の（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ、担体として、木炭、消化液炭および酸処理済み木炭を用いて実際に実験を行った結果を示す比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
メタン発酵消化液からアンモニアを抽出して固定し回収するという目的を、反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とをそれぞれ設け、凝縮部で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させるように構成し、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させて回収することにより実現した。
【実施例１】
【００６１】
以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置を概念的に示す説明図である。本実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置２は、反応槽３を備えて構成される。反応槽３は、蒸発部４と凝縮部５と生成部６とが互いに連通されるとともに、それぞれ下側から順に画成されて形成される。蒸発部４には、加熱ヒータ（加熱手段）１０が、凝縮部５には、冷却器１１が、生成部６には、内部に固形物生成器１２がそれぞれ設けられる。蒸発部４には、発酵システム７のメタン発酵プロセスによりバイオマス等（有機性廃棄物）を消化させて残留した窒素成分の多いメタン発酵消化液（ろ液）Ｌが導入されるようになっている。発酵システム７から蒸発部４への消化液（ろ液）Ｌの導入は、バッチ処理により行ってもよいし連続処理でもよい。また、蒸発部４には、消化液（ろ液）Ｌを水滴状にして導入してもよいし、霧状にして導入してもよい。
【００６２】
生成部６の上部には、減圧ポンプ１３が設けられる。減圧ポンプ１３は、反応槽３内の圧力を、蒸発部４の液温検出計（図示せず）の液温検出データに基づいて制御装置（図示せず）により所定の負圧に保持するようになっている。すなわち、減圧ポンプ１３は、蒸発部４の加熱された液温Ｌに応じて反応槽３内が飽和水蒸気圧以下に保持されるよう構成される。固形物生成器１２は、生成部６で生成される固体または液体の生成物を取り込み回収するようになっている。すなわち、固形物生成器１２は、その壁面に凹凸または多数の小室を設けて表面積を増大させ、その壁面に付着した生成物Ｍｆを刀や羽根のような掻き取り具を用いて掻き取り回収するようにしている。
【００６３】
減圧ポンプ１３の排気側は、大気に弁Ｖ１を介して開放される排気管１５と、メタンガス精製ガスホルダ１８に弁Ｖ２を介して連通される第１の連通管１６とバイオガスホルダ８に弁Ｖ３を介して連通される第２の連通管１７とが分岐して接続される。この分岐部と減圧ポンプ１３との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計２０が設けられる。各弁Ｖ１〜Ｖ３は、濃度計２０が検知したメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて、これらメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度とに対して予め設定された閾値Ｃ１（％）、Ｃ２（％）との比較によりいずれか１つの弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を開き、他の弁を閉じるようになっている。
【００６４】
ところで、生成部６には、下部に、すなわち、凝縮部５側に、二酸化炭素ガスを生成部６に導入するガス導入路２１が設けられる。このガス導入路２１には、発酵システム７のメタン発酵プロセスで発生したバイオガスを溜めるガスホルダ８（図２の（Ａ）参照）から二酸化炭素ガス成分を導入するようにしてもよいし、バイオガスをガス発電装置３０（図２の（Ｂ）参照）などで燃焼させた後の排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを導入するようにしてもよい。また、工業的に排出された二酸化炭素ガスであってもよい。なお、メタン発酵プロセスで得られるバイオガスはメタンガス成分が約６０％、二酸化炭素ガス成分は約４０％である。
【００６５】
次に、本発明に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法を、上記本実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置２の作用に基づいて説明する。まず、メタン発酵プロセスの発酵システム７で有機性廃棄物（バイオマス）を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を濾過したろ液Ｌを反応槽３の蒸発部４に導入する。この消化液（ろ液）Ｌは、高濃度のアンモニア性窒素を含んでいる（Ｔ−Ｎで、１，０００−５，０００ｍｇ／L）。次に、蒸発部４に導入された消化液（ろ液）Ｌを加熱ヒータ１０で加熱する。加熱され高温となった消化液（ろ液）Ｌは、蒸発し、水蒸気とアンモニアを含む蒸発した気体は蒸発部４内を上昇し凝縮部５に導かれ冷却器１１により冷却されて水分が凝縮される。このとき、減圧ポンプ１３は、蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌの液温に応じて、反応槽３内が飽和水蒸気圧以下に保持されるように減圧される。このため、凝縮部４では、水の蒸発潜熱は奪うが凝縮水Ｗの温度は低下させないで高温に保持する。この凝縮水Ｗには、気体となったアンモニアが再び溶解しようとするが、凝縮水Ｗの温度が高温に保持されるため、アンモニアの水への溶解度が低下し、溶解しきれないアンモニアが気体の状態のまま生成部６に達する。高温に保持されアンモニア成分の少ない凝縮水Ｗは蒸発部４に落下して戻り加熱される。こうして蒸発部４で加熱される消化液（ろ液）Ｌは窒素成分が徐々に減少してゆく。
【００６６】
生成部６に達した気体状態のアンモニアは、ガス導入路２１から注入される二酸化炭素ガスと反応し、二酸化炭素とアンモニアとの化合物が、すなわち、炭酸アンモニウム、カルバミン酸炭酸水素アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等の固形物（固体または液体）が生成され、固定物生成器１２に取り込まれ回収される。このため、窒素および二酸化炭素の環境への排出が抑制される。こうして生成部６では、窒素成分濃度が高く、炭素成分（二酸化炭素）が液体または固体の状態で高濃度に含まれる生成物Ｍｆが得られ、肥料として用いることができる。この生成物Ｍｆは、液体または固体の状態で回収されるので、貯留および輸送の効率化を図ることができる。また、生成物Ｍｆは、高濃度の窒素成分と二酸化酸素成分を含むので、図５に示すように、この生成物Ｍｆを閉鎖された農作物３２のハウス（気相遮断部）３１内で用いると、農作物３２に対し肥料として作用するだけでなく生成物Ｍｆ内に含まれる二酸化炭素により生長が促進される。
【００６７】
また、処理の進行に伴い、蒸発部４に戻る凝縮水Ｗの量が増大すると、蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌは窒素成分が減少する。このため、蒸発部４の窒素成分が減少した処理済み消化液（ろ液）Ｌｃを発酵システム７に戻すと、メタン発酵プロセスにおいてアンモニア濃度を低減化させメタン発酵反応の安定化を図ることができる。また、生成物Ｍｆの生成に二酸化炭素ガスを利用することにより環境への負荷を軽減することができる。
【００６８】
さらに、本実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置２では、図１および図３に示すように、減圧ポンプ１３の排気側に濃度計２０と、分岐管１５、１６、１７とを設け、弁Ｖ１〜Ｖ３を介して分岐管１５、１６、１７がそれぞれ、大気とメタンガス精製ガスホルダ１８とバイオガスホルダ８とに連通しているので、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁を開くと、反応槽３内のメタンガスまたは二酸化炭素ガスを各ホルダ１８、１９に回収できるようになっている。減圧ポンプ１３を運転している間は、弁Ｖ１〜Ｖ３のうちいずれか１の弁のみが開かれ、排気可能としている。各弁Ｖ１〜Ｖ３は逆流防止機構を備え、圧力調整のため減圧ポンプ１３が停止する際にはガスの逆流を防ぐようになっている。各弁Ｖ１〜Ｖ３は、濃度計２０が検知したメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて、これらメタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度とに対して予め設定された閾値Ｃ１（％）、Ｃ２（％）との比較によりいずれか１つの弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を開き、他の弁を閉じるようになっている（図３の（Ｂ）、各弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉条件参照）。弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉を、ＣＨ４およびＣＯ２ガス濃度計２０の設定値で行う場合の対応は、図３の（Ｂ）に示す各弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉条件の表に示すとおりである。この表中、「高」「低」は、ＣＨ４濃度、ＣＯ２濃度をそれぞれ予め設定した閾値Ｃ１（％）、Ｃ２（％）との比較によって判断するようにしている。すなわち、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度のいずれも閾値Ｃ１、Ｃ２に比較して低い場合、弁Ｖ２、Ｖ３を閉じて弁Ｖ１を開き、反応槽３内の気体を大気に開放する。メタンガス濃度が二酸化炭素ガス濃度より閾値Ｃ１、Ｃ２に比較して高い場合、弁Ｖ１、Ｖ３を閉じて弁Ｖ２を開き、反応槽３内の気体をメタンガス精製ガスホルダ１８に導き、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度とがいずれも閾値Ｃ１、Ｃ２に比較して高い場合、弁Ｖ１、Ｖ２を閉じて弁Ｖ３を開き、反応槽３内の気体をバイオガスホルダ８に導くようになっている。ガスの分類精度を高く求めない場合や装置２の運転が安定する場合、弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉はタイマー制御などによる簡易な制御でもよい。なお、発酵システム７のこのバイオガスホルダ８に代えて、別の二酸化炭素ガスのガスホルダとしてもよい。さらに、メタンガス精製ガスホルダ１８を設けない場合、連通管１６、１７を統合して、ガスホルダ８と大気側のみとしてもよい。
【００６９】
図６は、蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌが処理の進行に伴い窒素成分が減少した処理済み消化液（ろ液）Ｌｃとなった場合、この処理済み消化液（ろ液）Ｌｃを発酵システム７に代えて、生物反応槽４０に導き水処理するようにした例を示している。窒素成分が少ない処理済み消化液（ろ液）Ｌｃを生物反応槽４０に導くことにより、生物反応槽４０では、アンモニアによる微生物へのダメージが緩和される。このため、生物反応槽を小型化することができる。
【実施例２】
【００７０】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により、バイオエタノール廃液処理に対し対応が可能かどうかについて、メタン発酵プロセスでのアンモニア性窒素濃度の制御について実験を行った。
室内実験では、液温５８℃、槽内圧力１４５ｈＰａ設定で、図４に示すように約３時間全還流を行うと、消化液は体積変化はないものの、アンモニア性窒素濃度が約４０％低下した。浮遊物質量は約１７％低下した。粘度は約２９％低下した。
以上のことから、アンモニアガスの取り出しの際の還流を全還流とすると、原料液の水分をほとんど変化させることなしに、アンモニアガスを取り出すことが可能であるので、バイオエタノール廃液等の窒素分の多いバイオマスを原料とするメタン発酵プロセスに、本発明を適用することで、メタン発酵プロセスでのアンモニア性窒素濃度を制御することが可能となり、メタン発酵プロセスでの処理が安定化されることが判明した。
【実施例３】
【００７１】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により生成された生成物Ｍｆについて分析を行った。生成された生成物（固体）Ｍｆは、重量割合で窒素を約１２％、炭素を約１１％含有していた。言い換えるならば、アンモニア性窒素濃度が約１５００ｍｇ／Lの原料１ｋｇから、１０００ｍｇ／L分のアンモニア性窒素濃度相当分を取り出すと、約８gの生成物（固体）が生成される。この生成物には、約０．８８gの炭素が含まれる。これを二酸化炭素に換算すると、３．２gとなる。このように、生成物（固体または液体）Ｍｆを密閉して保管することにより、窒素および炭素の環境への排出が抑えられる。
【実施例４】
【００７２】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により生成された生成物Ｍｆについて、図５に示すようなハウス３１等の閉鎖空間で栽培する条件について土壌に生成物Ｍｆを添加して実験を行った。
生成された生成物Ｍｆを土壌に添加すると、速やかに添加量の約４０％の炭素が二酸化炭素ガスとなる。１ｍ３の空間（０℃、１気圧）で５００ｐｐｍのＣＯ２量は９８２ｍｇで生成物（固体）Ｍｆの炭素割合１１％で含有炭素のＣＯ２転換率４０％とすると、生成物（固体）は約６gとなる。土壌に添加された固形物中の窒素は、蒸留水で抽出して測定したところ、約３０％をアンモニア性窒素または硝酸性窒素として回収できた。このため、土壌に添加された固形物中の窒素は植物が利用可能である。つまり、生成された生成物Ｍｆを閉鎖空間での作物の栽培に適用すると、肥効成分である窒素と光合成に用いられる二酸化炭素が同時に簡単に供給できる。なお、生成物Ｍｆは露地へ窒素肥料として投入可能である。この場合、生成物Ｍｆ中の二酸化炭素は大気に放出されるが、生成物Ｍｆの生成にバイオマス由来の二酸化炭素を用いた場合、その二酸化炭素はカーボンニュートラルとして地球温暖化ガスの排出量にカウントされるものではない。
【実施例５】
【００７３】
上記実施例の装置２とほぼ同一の構成を備えた実験装置により生成された生成物Ｍｆについて、利用するバイオガスのメタン濃度を向上させるかどうかについて分析を行った。
メタン発酵プロセスで取り出されるバイオガスは、純粋なメタンガスに比べて発熱量が約２割少ない。これは二酸化炭素を約４０％含有するためである。このため、バイオガスの精製技術が開発されているが、本発明では、反応槽内を減圧して空気を排除し、蒸気を冷却して水分を凝縮した後に、バイオガスを注入し、バイオガス中の二酸化炭素をアンモニアガスに反応させているので、バイオガス中の二酸化炭素濃度を簡易に減少させることができる。このため、バイオガスの熱量を増大させることができる。すなわち、上述の如く、アンモニア性窒素濃度が約１５００ｍｇ／Lの原料１ｋgから、１０００ｍｇ／L分のアンモニア性窒素濃度相当分を取り出すと、約８gの生成物（固体）が生成される。この生成物には、約０．８８gの炭素が含まれる。これを二酸化炭素に換算すると、３．２gとなる。この二酸化炭素量は、約４Lのバイオガス中の二酸化炭素量に相当する。
【００７４】
なお、上記実施例について、メタン発酵後の消化液について、消化液から固形分を除去したろ液について述べたがこれに限られるものではなく、固形分を含む消化液についても適用可能であることはいうまでもない。また、上記実施例では、反応槽３の蒸発部４と凝縮部５と生成部６とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部４に戻し、蒸発部４の貯留液Ｍをメタン発酵プロセスのシステム７に戻すようにしているがこれに限られるものではなく、凝縮水Ｗを反応槽３と別のタンクに回収し、窒素成分の少ない凝縮水Ｗを蒸発部４の消化液（ろ液）Ｌと混ぜないようにして処理してもよい。
【実施例６】
【００７５】
次に、本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置について説明する。本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置は、上記第１の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置が生成部６内部の固形物生成器１２の壁面に凹凸または多数の小室を設けて表面積を増大させ、その壁面に付着した生成物Ｍｆを刀や羽根のような掻き取り具を用いて回収対象の生成物（固形物、析出物）Ｍｆを掻き取り回収するようにしているのに対し、これら生成物Ｍｆを回収する回収システムを設けた点が異なっている外は、上記第１の実施例とほぼ同一の構成を備えている。すなわち、本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置１０２は、図８に示すように、反応槽３の生成部６に生成部６内で生成される生成物Ｍｆを担体（生成物回収手段）Ｃｒ１に付着させて回収する生成物回収機構（生成物回収手段）１０３を設けている。なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００７６】
生成物回収機構１０３は、生成部６の室を上下に区画し傾斜して配置され通気孔１０４Ａが多数穿設された通気プレート１０４と、通気プレート１０４の上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口１０５に開閉自在に設けられた投入扉１０６と、通気プレート１０４の傾斜下端側で生成部６の壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口１０７に開閉自在に設けられた取り出し扉１０８とを備えて構成される。担体Ｃｒ１は、ガラスまたはポリプロピレン（硬質合成樹脂）、金属等の硬質材を、好ましくは直径数mm以上の球状に形成して構成される。球状担体Ｃｒ１は、通気プレート１０４と生成部６の壁面とにより区画される空間内に多数投入されると、互いに通気を許す空隙を確保するようになっており、この通気の空隙を生成物Ｍｆが通過すると、その表面にこれら生成物Ｍｆを付着させるようになっている。
【００７７】
すなわち、窒素抽出・固定化装置１０２では、図９に示すように、生成部６の投入扉１０６を開き、球状担体Ｃｒ１を通気プレート１０４と生成部６の壁面とにより区画される空間内に多数投入して、投入扉１０６を閉じると、担体Ｃｒ１は、球状に形成されているため、互いに通気を許す空隙を確保して生成部６内に収容される。そして、生成部６内でガス導入路２１から注入される二酸化炭素ガスとアンモニアガスが反応し、二酸化炭素とアンモニアとの化合物が、すなわち、炭酸アンモニウム、カルバミン酸炭酸水素アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等の生成物Ｍｆが生成されると、生成物Ｍｆは通気プレート１０４を通じて球状担体Ｃｒ１の収容されている空間に流れ込み球状担体Ｃｒ１間に形成される空隙を通過する。このとき、生成物Ｍｆは球状担体Ｃｒ１の表面に付着する。担体Ｃｒ１は表面が球状であるため生成物Ｍｆが触れる面積を大きく取ることができる。球状担体Ｃｒ１間の空隙は、生成物Ｍｆが付着する空間であるとともに、余剰の気体を減圧ポンプ１３が吸引する気道ともなる。球状担体Ｃｒ１では、三次元的に多数の気道を形成するので、生成物Ｍｆの付着により部分的に空隙を閉塞しても、気道が確保されるようになっている。こうして、球状担体Ｃｒ１の表面に生成物Ｍｆが付着すると、図９に示すように、取り出し扉８を開き、生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１を外部に取り出す。このとき、通気プレート１０４は傾斜して配置され、しかも、取り出し扉１０８を開いた際に開口する取り出し口１０７は、通気プレート１０４の傾斜下端側に形成されているので、球状担体Ｃｒ１は自重により取り出し口１０７からこぼれ落ちるようになっている。このため、取り出し口１０７に図示しない受け容器をセットして取り出し扉１０８を開くと、生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１を回収できるようになっている。
【００７８】
生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１が外部に取り出されて回収されると、これら生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ１同士または球状担体Ｃｒ１と床、あるいはこれら球状担体Ｃｒ１と削ぎ落とし材（図示せず）とを擦り合わせ、球状担体Ｃｒ１の表面から付着した生成物Ｍｆを分離するようにしている。担体Ｃｒ１は球状に形成されているので、削ぎ落としやすい。生成物Ｍｆが分離された球状担体Ｃｒ１は、再び投入扉１０６を開いて投入口１０５から生成部６内に投入されるようになっている。こうして、硬質材からなる球状担体Ｃｒ１は、生成部６に投入されては、生成部６内で生成物Ｍｆが付着され、生成物Ｍｆが付着すると、外部に取り出されて、擦り合わせにより生成物Ｍｆと分離され、生成物Ｍｆが分離されると、生成部６への投入を繰り返し、何度も利用されるようになっている。このため、本実施例に係る窒素抽出・固定化装置１０２では、固形物生成器１２の壁面に付着した生成物Ｍｆを削ぎ取るのに比べて、生成物Ｍｆを効率的に回収することができ、作業が効率化される。
【実施例７】
【００７９】
次に、上記第２の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置１０２の変形例について説明する。変形例に係る窒素抽出・固定化装置２０２は、図１０に示すように、上記第２の実施例と同じ球状担体Ｃｒ２を生成部６に投入する前に、球状担体Ｃｒ２の表面を水で濡らし、粉状の炭化物Ｃｂを塗りつけ、その後、粉状炭化物Ｃｂが塗りつけられた球状担体Ｃｒ２を生成部６に投入するようにした点を除いて上記第２の実施例とほぼ同一の構成を備えている。すなわち、生成部６内では、球状担体Ｃｒ２の表面に粉状炭化物Ｃｂが塗りつけられており、生成物Ｍｆは粉状炭化物Ｃｂに付着されるようになっている。粉状炭化物Ｃｂは、例えば、牛糞や汚泥などを炭化させて得られるものである。球状担体Ｃｒ２への塗着は、例えば、水を散布したり、水に漬けた後取り出して、表面を水濡れさせた球状担体Ｃｒ２に、粉状炭化物Ｃｂを散布したり、粉状炭化物Ｃｂの上に水濡れした球状担体Ｃｒ２を転がして行う。水は清浄なのものであってもよいし、消化液や脱水ろ液を用いてもよい。粉状炭化物Ｃｂは、相当量の窒素を含有するものの、炭化物中の窒素は固定されており、植物には利用されにくい。一方、粉状炭化物Ｃｂは、その原料によってカリウムが豊富であったり（牛糞）、リンが豊富であったり（汚泥）で、しかも、それらカリウムやリンはいずれもク溶性成分が多く植物に利用されやすい。球状担体Ｃｒ２は、生成部６内で表面に塗りつけられた粉状炭化物Ｃｂに生成物Ｍｆが付着すると、外部に取り出され、粉状炭化物Ｃｂに生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ２が回収されると、これら粉状炭化物Ｃｂに生成物Ｍｆが付着した球状担体Ｃｒ２同士または球状担体Ｃｒ２と床、あるいはこれら球状担体Ｃｒ２と削ぎ落とし材（図示せず）とを擦り合わせ、球状担体Ｃｒ２の表面から付着した生成物Ｍｆとともに粉状炭化物Ｃｂを分離するようにしている。生成物Ｍｆと粉状炭化物Ｃｂとが分離された球状担体Ｃｒ１は、再び生成部６内に投入されるようになっている。こうして、分離された生成物Ｍｆには、粉状炭化物Ｃｂが混入することになるので、生成物Ｍｆに含まれるアンモニア性窒素に加え、肥料成分のカリウムやリンが含まれることになるので、肥料としての有効性を向上させることができる。
【００８０】
なお、この変形例では、球状担体Ｃｒ１を生成部６に投入する前に粉状炭化物を塗着するようにしているがこれに限られるものではなく、投入中、あるいは投入後担体Ｃｒ２の表面を水で濡らし、粉状炭化物を表面に付けるようにしてもよい。また、上記第２の実施例およびその変形例では、担体Ｃｒ１、Ｃｒ２と生成物回収機構１０３とにより生成物回収手段を構成するようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、図１１に示すように、生成部６内に生成物Ｍｆを付着させる付着部材Ｃｒ１、Ｃｒ２を網袋３０４に収容し、この網袋３０４を生成部６に出し入れ可能に配置するようにしてもよい。
【実施例８】
【００８１】
次に、第３の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置４０２の変形例について説明する。第３の実施例に係る窒素抽出・固定化装置４０２は、上記第２の実施例およびその変形例では、生成物Ｍｆを回収する担体として硬質部材を球状に形成した球状担体Ｃｒ１、Ｃｒ２を用いているのに対し、担体Ｃｒ３を不規則な形状の炭化物片により構成した点が異なる外は、上記第２の実施例とほぼ同一の構成を備えている。すなわち、第３の実施例に係る窒素抽出・固定化装置４０２は、図１２に示すように、炭化物片の担体Ｃｒ３を投入扉１０６から生成部６に投入し、生成物Ｍｆを担体Ｃｒ３自体に付着させ、生成物Ｍｆが付着した担体Ｃｒ３を外部に取り出すようにしている。炭化物片の担体Ｃｒ３は不規則な形状となっているので、積み重ね時、通気プレート１０４と生成部６の壁面とにより区画される空間内に多数投入されると、互いに通気を許す空隙が確保されるようになっている。こうして取り出された担体Ｃｒ３は、上記変形例と同様に、炭化物片Ｃｒ３に生成物Ｍｆが付着しているので、アンモニア性窒素に加え、肥料成分のカリウムやリンが含まれることになり、肥料としての有効性が増大する。このため、農地に施用することで短期的には、窒素肥料として、また、長中期的には土壌改良資材として効果を発揮する。
【実施例９】
【００８２】
次に、上記第３の実施例に係るメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置５０２の変形例について説明する。この変形例に係る窒素抽出・固定化装置５０２は、上記第３の実施例では、生成物Ｍｆを付着させて回収する担体Ｃｒ３を炭化物片から構成しているのに対し、不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片からなる担体Ｃｒ４で構成した点を除き、上記第３の実施例とほぼ同一の構成を備えている。この変形例に係る窒素抽出・固定化装置５０２は、図１３に示すように、担体Ｃｒ４を酸処理したことから、生成部６内で生成物Ｍｆを付着させる際、アンモニアの添着効率が増大し、取り出されたＣｒ４に付着するアンモニア性窒素の含有量が増大し、生成部６におけるアンモニア性窒素の除去効率を向上させるとともに、取り出された担体Ｃｒ４の肥料としての有効性も向上する。
【実施例１０】
【００８３】
図１４の（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、担体として、木炭（第３の実施例参照）、消化液炭、酸処理済み木炭（第３の実施例の変形例参照）を用いて実際に実験を行い、これら担体のアンモニア性窒素の添着・回収の割合を示すもので、このデータから、酸処理した木炭がアンモニア性窒素をより多く吸着することがわかる。
【００８４】
なお、上記第２の実施例の変形例について、第３の実施例の変形例に示すように、粉状炭化物Ｃｂに不揮発性の酸溶液を吸収させて用いるようにしてもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００８５】
２ 窒素抽出・固定化装置
３ 反応槽
４ 蒸発部
５ 凝縮部
６ 生成部
１０ 加熱ヒータ（加熱手段）
１１ 冷却器（凝縮手段）
１３ 減圧ポンプ
２１ ガス導入路
Ｗ 凝縮水
Ｌ 消化液
Ｍｆ 生成物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項２】
生成部に導入される二酸化炭素ガスに、メタン発酵消化液がメタン発酵プロセスで発生するバイオガスまたはこのバイオガスを燃焼させた際に発生する排気ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項３】
蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とする請求項１または２に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項４】
減圧手段は、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項５】
減圧手段の排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧手段との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けられ、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とする請求項２ないし４のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項６】
蒸発部で蒸発処理された処理済み消化液を生物反応槽に導き水処理することを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項７】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項８】
反応槽の蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とする請求項７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項９】
減圧ポンプは、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とする請求項７または８に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項１０】
減圧ポンプの排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される第１の連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧ポンプとの間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けられ、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とする請求項７ないし９のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項１１】
分岐部には、メタンガス精製ガスホルダに弁を介して連通される第２の連通管が接続され、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁が開かれることを特徴とする請求項１０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項１２】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されることを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物。
【請求項１３】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収することを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１４】
生成物回収手段を、通気部が形成され生成部に配置される担体収容手段と、この担体収容手段に互いに通気を許す空隙を確保して多数収容され生成物を表面に付着させる担体とを備えて構成し、生成部内で生成物が生成されると、生成された生成物を担体表面に付着させ、担体を生成部から取り出して回収することを特徴とする請求項１３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１５】
担体収容手段を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着した後、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１６】
担体収容手段を、生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容される担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着した後、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１７】
担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物とを分離することを特徴とする請求項１４ないし１６のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１８】
担体表面には、予め粉状炭化物を塗し、塗された炭化物に生成物を付着させ、炭化物に生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物が付着した炭化物とを分離することを特徴とする請求項１７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１９】
担体を、炭化物片または不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した炭化物片を生成部から回収した後、生成物の付着した炭化物片を得ることを特徴とする請求項１４ないし１６のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項２０】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収することを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【請求項２１】
生成物回収機構を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着されると、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【請求項２２】
生成物回収機構を、生成部に形成された出し入れ口に開閉自在に設けられた開閉扉を通じて生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容可能な担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着すると、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【請求項２３】
担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成したことを特徴とする請求項２０ないし２２のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【請求項１】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項２】
生成部に導入される二酸化炭素ガスに、メタン発酵消化液がメタン発酵プロセスで発生するバイオガスまたはこのバイオガスを燃焼させた際に発生する排気ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項３】
蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とする請求項１または２に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項４】
減圧手段は、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項５】
減圧手段の排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧手段との間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けられ、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とする請求項２ないし４のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項６】
蒸発部で蒸発処理された処理済み消化液を生物反応槽に導き水処理することを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法。
【請求項７】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成し、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物を生成させることを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項８】
反応槽の蒸発部と凝縮部と生成部とを下側から順に設け、凝縮水を蒸発部に戻し、蒸発部の貯留液をメタン発酵プロセスに戻すことを特徴とする請求項７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項９】
減圧ポンプは、減圧時、減圧の圧力が蒸発部の加熱された液温に応じて反応槽内を飽和水蒸気圧以下に保持することを特徴とする請求項７または８に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項１０】
減圧ポンプの排気側には、大気に弁を介して開放される排気管とメタン発酵プロセスで発生するバイオガスが収容されるバイオガスホルダに弁を介して連通される第１の連通管とが分岐して接続されるとともに、この分岐部と減圧ポンプとの間には、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度を検出する濃度計が設けられ、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じて設定された条件に基づいていずれか１つの弁が開かれることを特徴とする請求項７ないし９のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項１１】
分岐部には、メタンガス精製ガスホルダに弁を介して連通される第２の連通管が接続され、減圧時、メタンガス濃度と二酸化炭素ガス濃度との各濃度に応じていずれか１つの弁が開かれることを特徴とする請求項１０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化装置。
【請求項１２】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧手段とガス導入路とを設けて構成し、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させ、生成物が生成されることを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物。
【請求項１３】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成し、生成部には、減圧手段とガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を付着させて回収する生成物回収手段を出し入れ可能に設け、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧手段による減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収手段に付着させ、生成物が付着された生成物回収手段を生成部から取り出し、生成物回収手段に付着した生成物を回収することを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１４】
生成物回収手段を、通気部が形成され生成部に配置される担体収容手段と、この担体収容手段に互いに通気を許す空隙を確保して多数収容され生成物を表面に付着させる担体とを備えて構成し、生成部内で生成物が生成されると、生成された生成物を担体表面に付着させ、担体を生成部から取り出して回収することを特徴とする請求項１３に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１５】
担体収容手段を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着した後、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１６】
担体収容手段を、生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容される担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着した後、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項１４に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１７】
担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物とを分離することを特徴とする請求項１４ないし１６のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１８】
担体表面には、予め粉状炭化物を塗し、塗された炭化物に生成物を付着させ、炭化物に生成物が付着した担体を生成部から回収した後、担体と生成物が付着した炭化物とを分離することを特徴とする請求項１７に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項１９】
担体を、炭化物片または不揮発性の酸溶液を吸収させた炭化物片のうちいずれか１により構成し、生成物が付着した炭化物片を生成部から回収した後、生成物の付着した炭化物片を得ることを特徴とする請求項１４ないし１６のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収方法。
【請求項２０】
反応槽を、導入された液を加熱手段により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発した気体を凝縮手段により凝縮させる凝縮部と、導かれた気体を液体または固体の生成物に生成する生成部とに区画して互いに連通させて形成するとともに、生成部には減圧ポンプとガス導入路とを設けて構成するとともに生成部内で生成される生成物を担体に付着させて回収する生成物回収機構を設け、
メタン発酵プロセスにより有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液を蒸発部に導入し、導入された消化液を加熱手段により加熱して蒸発させ、凝縮部に導かれた蒸発した気体を減圧ポンプによる減圧下で凝縮水の温度を高温に保持して凝縮させ、生成部に導かれた気体に外部から二酸化炭素ガスを注入してアンモニアガスと反応させて生成物を生成させると、これら生成された生成物を生成物回収機構により担体に付着させ、生成物が付着された担体を生成部から取り出し、担体に付着した生成物を回収することを特徴とするメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【請求項２１】
生成物回収機構を、生成部の室を上下に区画し傾斜して配置され孔が多数穿設された通気プレートと、通気プレートの上方で生成部の一部に担体を投入可能に形成された投入口に開閉自在に設けられた投入扉と、通気プレートの傾斜下端側で生成部壁面に担体を取り出し可能に形成された取り出し口に開閉自在に設けられた取り出し扉とを備えて構成し、担体を投入口から通気プレート上に投入し、担体に生成物が付着されると、取り出し口から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【請求項２２】
生成物回収機構を、生成部に形成された出し入れ口に開閉自在に設けられた開閉扉を通じて生成部に出し入れ可能に配置される網状の収容袋体と、この網状収容袋体に多数収容可能な担体とを備えて構成し、網状収容袋体に担体を多数収容させて生成部に配置し、担体に生成物が付着すると、網状収容袋体を生成部から取り出し、網状収容袋体から生成物が付着した担体を取り出すことを特徴とする請求項２０に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【請求項２３】
担体を、球状にそれぞれ形成されたガラス、合成樹脂、金属または硬質材のうちいずれか１により構成したことを特徴とする請求項２０ないし２２のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の窒素抽出・固定化の方法により生成される生成物を回収する回収システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−６６８６（Ｐ２０１０−６６８６Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１７４１（Ｐ２００９−６１７４１）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、農林水産省、バイオマス利用モデルの構築・実証・評価委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、農林水産省、バイオマス利用モデルの構築・実証・評価委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]