有機性廃棄物の処理装置、及びその処理方法
【課題】環境保全を重視した有機性廃棄物の処分技術であって、有機性廃棄物を発酵させ分離回収した成分を有効利用する技術を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物の処理装置(10)において、デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する搬入部(20)と、搬入部(20)から移送された前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間内で流動化して懸濁体にする可溶化部(30)と、可溶化部(30)から移送された前記懸濁体を嫌気性雰囲気で発酵させる発酵部(40)と、発酵部(40)で生成した有効成分(E)を分離して回収する分離回収部(50)と、発酵部(40)から残渣成分(R)を除去する残渣除去部(60)とを、備えることを特徴とする。
【解決手段】有機性廃棄物の処理装置(10)において、デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する搬入部(20)と、搬入部(20)から移送された前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間内で流動化して懸濁体にする可溶化部(30)と、可溶化部(30)から移送された前記懸濁体を嫌気性雰囲気で発酵させる発酵部(40)と、発酵部(40)で生成した有効成分(E)を分離して回収する分離回収部(50)と、発酵部(40)から残渣成分(R)を除去する残渣除去部(60)とを、備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境保全を重視した有機性廃棄物の処分技術の分野に属し、特にこの有機性廃棄物を発酵させ分離回収した成分を有効に利用する技術に関連する。
【背景技術】
【０００２】
食品残渣、家畜排泄物、木質系、草本系等に代表される有機性廃棄物の処分は、焼却処分するとなると大量の化石燃料を消費し、自然分解に頼るとなると温室効果ガスであるメタンガス（地球温暖化係数が二酸化炭素１に対して２１）、その他、臭気ガスを大気中に大量に放出し、地球環境にとって有害である。
そこで、これら有機性廃棄物を、減容、無害化して地球環境に戻すとともに、燃料として有用なメタンガスを回収して有効利用を図る資源循環システムの確立が推進されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、回収したメタンガスは、熱源に供してそのまま燃焼させたり、化学変化させて水素に変換してから燃料電池に供給して発電させたりすることが検討されている。
また、有機性廃棄物をメタン発酵させた後の残渣は、液肥・堆肥として、再び農業生産の現場に還元されている。
【特許文献１】特開２００１−０８９２７４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、有機性廃棄物の処理装置は、設備投資やランニングコストを考慮した採算性を確保するためには処理能力を増強させることが避けられない。そこで、処理対象となる有機性廃棄物は、一拠点における単位発生量が少ないために、複数の拠点から回収して量的な確保をする必要がある。
【０００５】
しかし、有機性廃棄物の発生拠点が広域にわたって多数散在している場合や、処理装置が他のシステムと複合化する関係により商業施設に近接して立地する場合がある。
そのような場合、有機性廃棄物を、発生拠点から処理装置の設置場所まで移送する過程、及び処理装置の設置場所の周辺において、異臭にまつわる苦情の防止に多大な負担を強いられる。
【０００６】
つまり、この有機性廃棄物の移送過程において密封容器に封入して臭気が大気中に漏洩しないようにしつつ、この有機性廃棄物をこの密封容器から処理装置に移し替える際も周辺に臭気か拡散しないようにすることは困難な問題がある。
また、そのような臭気が発生しないまでも、一般的に、形状が定まらず、場合によっては嵩高で、他の場合においては高比重である有機性廃棄物を大量に取り扱うことは困難な問題がある。
【０００７】
本発明は、前記した問題を解決することを課題とし、広域で発生した有機性廃棄物を一箇所で集中して効率処理するとともに、エネルギー資源を循環させて環境保全に貢献する有機性廃棄物の処理装置、及び処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の有機性廃棄物の処理装置は、デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する搬入部と、前記搬入部から移送された前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間内で流動化して懸濁体にする可溶化部と、前記可溶化部から移送された前記懸濁体を嫌気性雰囲気で発酵させる発酵部と、前記発酵部で生成した有効成分を分離して回収する分離回収部と、前記発酵部から残渣成分を除去する残渣除去部とを、備えることを特徴とする。
【０００９】
このように発明が構成されることにより、有機性廃棄物は、その発生拠点において収容袋に密封されて、その臭気を外部に漏洩させることなく長距離移送させることが可能になる。また、この収容袋は、可溶化部において有機性廃棄物と一緒に流動化されて断片化され、次の発酵部において発酵する。このために、有機性廃棄物を収容袋から取り出す工程が不要となり処理装置の周辺に臭気が拡散しない。
ここで、分離回収部で回収される有効成分とは、液体及び気体のいずれも有り得るとし、液体である場合は発酵部においてアルコール発酵に伴い生成したエタノールが主であって、気体燃料の場合は発酵部においてメタン発酵に伴い生成したメタンが主である。
【００１０】
さらに発明は、前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体成分を分離して前記可溶化部に帰還させる固液分離部を備えることを特徴とする。
【００１１】
このように発明が構成されることにより、可溶化部で形成される流動体の粘度調整をしたり発酵微生物の濃度調整をしたりして発酵が促進される。
【００１２】
さらに発明は、分離回収部で回収された燃料を電気エネルギーに変換する発電手段に供給したり、残渣除去部で除去された残渣成分のうち液体成分又は固形成分を肥料に変換させる肥料化手段や、これらを無害化して環境に廃棄する廃棄手段に供給したりすることを特徴とする。
このように発明が構成されることにより、有機性廃棄物は、減容、無害化して地球環境に戻るとともに、有用な燃料が回収・再利用されて、資源循環の軌道にのることになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、広域で発生した有機性廃棄物を一箇所で集中して効率処理するとともに、異臭問題等の廃棄物の大量処分に伴うさまざまな問題を発生させることなく、資源を循環させて環境保全に貢献する有機性廃棄物の処理装置、及び処理方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の有機性廃棄物の処理装置及びその処理方法について説明を行う。
図１は、本発明に適用されるデンプン配合の複合樹脂製の収容袋Ｑに、有機性廃棄物Ｐを収容し、有機性廃棄物の処理装置１０（図２参照、以下、単に「処理装置１０」と記載する）に搬入するまでの工程を示す工程図である。
この有機性廃棄物Ｐの収容・搬入工程は、図示されるように、詰込工程Ａ、梱包工程Ｂ、搬送工程Ｃ、及び、荷卸工程Ｄからなる。
【００１５】
詰込工程Ａは、一つの拠点で発生（排出）した有機性廃棄物Ｐを、デンプンを配合した複合樹脂製の収容袋Ｑ（以下、単に「収容袋Ｑ」という）に詰め込む工程である。
ここで、有機性廃棄物Ｐは、林産業、農産業、畜産業、水産業、及び、これらの加工業の生産活動に伴う大口排出物の他、一般家庭からの生ゴミや庭の落ち葉等のような小口排出物も該当する。
【００１６】
木質系の有機性廃棄物Ｐとしては、落葉、林地残材、建築廃材、工場残廃材等が挙げられる。草本系のバイオマスとしては、トウモロコシ、サトウキビ及び籾等のガラ、稲ワラ、並びに野菜クズ等が挙げられる。
このような木質系や草本系の有機性廃棄物Ｐの主成分（セルロース、ヘミセルロース等）は、酵素によりグルコース等の単糖や少糖に分解する。さらにこの単糖や少糖をエタノール発酵菌によりエタノール燃料を得たり、メタン生成菌により発酵させてメタンガス燃料を得たりすることができる。
【００１７】
その他の有機性廃棄物Ｐとしては、畜産業から排出される牛、豚、鶏、馬、羊、その他家畜の糞尿が挙げられ、食品加工・流通過程で排出される加工残渣、酒造業における酒の搾り粕、豆腐製造のおから、賞味期限切れの食料製品等が挙げられる。これら有機性廃棄物Ｐには、セルロースを主成分にする植物繊維が多く含まれている。
【００１８】
収容袋Ｑは、デンプン配合率が２０重量％から８０重量％望ましくは５０重量％から７０重量％が複合された複合樹脂製のものである。
デンプン配合率が２０重量％未満であると、発酵工程を経ても生分解されない樹脂成分の残渣が大量に発生することになり、発明の主目的である資源の循環が達成されない。また、デンプン配合率が８０重量％よりも多いと、デンプン及び樹脂における分散相及び連続相の関係が逆転してしまい収容袋Ｑの強度が低下してしまう。
【００１９】
収容袋Ｑを構成する樹脂成分は、ポリオレフィン系樹脂を採用することが好ましく、具体的には、低密度ポリエチレン（ＨＰＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポロプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）等が挙げられる。なおこの樹脂成分は熱可塑性樹脂であれば、特に限定されるものではない。
収容袋Ｑに配合されるデンプンは、米、小麦、とうもろこし、馬鈴薯、甘藷、タピオカ等を原料にしたものを用いることができるが、食品としての賞味期限が経過したもので充分である。
【００２０】
そして、収容袋Ｑは、次のような方法で製造されたものであることが好ましい。すなわち、これらデンプンの原料を水分の存在下で加熱してデンプンを糊化（α化）させる。そしてこの糊化デンプンを樹脂成分と加熱混練して樹脂成分の連続相中にデンプンが微細にかつ均一に分散させた熱流動体とする。そして、このデンプン複合樹脂の熱流動体から一般的なフィルム製造方法（インフレーション法等）により収容袋Ｑを成形する。
【００２１】
なお、このようなデンプン複合樹脂の流動体を形成する方法としては、前記したようにデンプンを糊化（α化）してから樹脂成分と加熱混練する場合の他、デンプンの原料、水分、樹脂成分を一度に投入しデンプンの糊化及び樹脂との混練を同時に行う場合も取りうる。また、投入された水分は、混練過程において適宜外部に水蒸気として排出されることになる。
このような製造方法で製造された収容袋Ｑによれば、デンプンの分散相が樹脂の連続相中に微細でかつ均一化しているために、所望の力学的強度を保ちつつデンプンの配合率を極力高めることができる。
詳しくは、本発明者による特許３８７８６２３号公報、特開２００６−０２１５０２号公報を参照されたい。
【００２２】
ところで、収容袋Ｑを構成するデンプンは、多数の単糖分子が重合してなるアミロース及びアミロペクチンを主成分とするものであって、嫌気性雰囲気における発酵酵素の働きでエタノールを主成分にする物質に変化する。そして、収容袋Ｑを構成する樹脂成分も、発酵酵素の作用により高分子の主鎖が分断されて低分子化することにより可燃性の液体又は気体に変化する。
【００２３】
梱包工程Ｂは、有機性廃棄物Ｐを小分けして収容した複数の収容袋Ｑの口部分を閉じて有機性廃棄物Ｐを外気から遮断する工程である。具体的には、収容袋Ｑの口部分を生分解性のひもで縛るか、粘着テープ加工されている部分（図示せず）の離形紙を剥して貼り合わせにより口を閉じるかする。これにより、有機性廃棄物Ｐから発する臭気が漏れて外部に発散することがなくなる。
【００２４】
搬送工程Ｃは、有機性廃棄物Ｐを収容した複数の収容袋Ｑをトラック又は専用輸送車に積載して、有機性廃棄物Ｐの発生拠点（若しくはその一時集積場所）から、処理装置１０（図２参照）の設営場所まで搬送する工程である。これにより、処理装置１０の設営場所から遠方にある発生拠点から有機性廃棄物Ｐを収集することができる。
ところで、複数の発生拠点から延びる有機性廃棄物Ｐの搬送経路は、住宅や商業施設の密集地域を貫く場合も大いに有り得るが、有機性廃棄物Ｐの発する臭いは収容袋Ｑの外部に漏洩しないので異臭問題は発生しない。
【００２５】
荷卸工程Ｄは、処理装置１０の設営場所に到着した有機性廃棄物Ｐを収容した収容袋Ｑをトラック等から荷卸する工程である。これにより、広域に亘って複数の拠点で発生した有機性廃棄物Ｐが、処理装置１０が設営されている一箇所に大量に集積されることになる。
このように一旦荷卸して集積した有機性廃棄物Ｐを短い距離移動させる必要が生じた場合であっても、収容袋Ｑの容量単位で小分けされているので、パレットに積載して汎用の移動装置で容易に移動させることができる。
【００２６】
図２は、有機性廃棄物の処理装置１０の実施形態を示すブロック図であって、この処理装置１０は、搬入部２０、可溶化部３０、発酵部４０、分離回収部５０、残渣除去部６０、及び、固液分離部７０から構成されている。
さらに、この処理装置１０は、コジェネレーションシステム８０（発電手段）、コンポスト化システム９０（肥料化手段）、無害化システム１００（廃棄手段）に接続されている。
【００２７】
搬入部２０は、処理装置１０の最上流に位置するものであって、複数の収容袋Ｑに小分けされて一箇所に集積した有機性廃棄物Ｐを、処理プログラムに従って処理装置１０に搬入するものである。
この搬入部２０は、例えばベルトコンベアのように、有機性廃棄物Ｐが小分けされている収容袋Ｑを、そのままの状態で一時集積場所から可溶化部３０の投入口まで、制御しながら移動させるものであればよい。
【００２８】
なお搬入部２０は、高効率な発酵の条件が有機性廃棄物Ｐの種類によって相違することを鑑みて、有機性廃棄物Ｐを種類別に管理し、処理計画に従って対象となる種類の有機性廃棄物Ｐを可溶化部３０の投入口に移送する。
このように、搬入部２０は、発酵が精密制御されるように、処理装置１０に投入する有機性廃棄物Ｐの種類を選別するとともに投入量を調整する。
また搬入部２０は、処理装置１０の操業が、バッチ式及び連続式のいずれにも対応できるように、有機性廃棄物Ｐの移送量を調整することができるものとする。
【００２９】
可溶化部３０は、搬入部２０から移送されてきた複数の収容袋Ｑに小分けして収容された有機性廃棄物Ｐをそのままの状態で、密閉空間においてせん断力等の力学的エネルギーを付与する。これにより、収容袋Ｑは引き裂かれて断片化し、有機性廃棄物Ｐも細かく破砕されて、全体として均質な流動体になる。
このように可溶化部３０は、所望の発酵及び化学反応が全体として均一にかつ迅速に進行するように、有機性廃棄物Ｐを収容袋Ｑと共に微細化して、全体を流動性の高い懸濁体にする。
つまり有機性廃棄物Ｐ及び収容袋Ｑは、主成分である植物性繊維質及びデンプンが、高い結晶性を有するとともに三次元架橋等の高次構造を有するため、力学的エネルギーを付与してこれらを崩壊させることにより、発酵反応が促進することになる。
【００３０】
そのような、可溶化部３０は、具体的には、一軸又は二軸の混練装置、撹拌装置、破砕装置、高圧ホモゲナイザー等を挙げることができる。またこれら装置を、その処理
能力に応じて順番に組み合わせて用いることが好ましい。
なかでも流体を高速で噴出して対向衝突させて懸濁体を形成する高圧ホモゲナイザーは、せん断粉砕作用、衝突破壊作用、キャビテーションによる破壊作用、圧力作用等が作用して、有機性廃棄物Ｐを高度に微細化できる点において好ましい。詳しくは本願出願人による特開２００６−２８９１６４号公報を参照されたい。
【００３１】
さらに、高圧ホモゲナイザーで微細化されることにより、有機性廃棄物Ｐは、ラジカルが発生するとともに嫌気性発酵の適温といわれる中温度域（３０〜３８℃）又は高温度域（５０〜６０℃）に設定され、後段における試薬反応や発酵反応を加速させることができる。このように、有機性廃棄物Ｐを高度に微細化し活性な懸濁体にすることができれば、後段の発酵部４０における発酵が促進されて単位時間当たりの燃料の生産量が増加して有機性廃棄物Ｐの処理能力が増大する。
【００３２】
また、可溶化部３０は、流動体にした有機性廃棄物Ｐ及び収容袋Ｑの流動性を向上させるために、その密閉空間に溶媒（水）を投入する溶媒投入手段が設けられているものとする。なおこの溶媒投入手段は、後記する残渣除去部６０で除去された残渣成分Ｒのうち液体残渣を分離して前記可溶化部３０に帰還させるように構成してもよい。
このように、一度、発酵部４０において発酵工程を経た液体残渣が、上流の可溶化工程において混入されることによって、発酵微生物の濃度が向上し、次の発酵部４０の工程において有機性廃棄物Ｐ及び収容袋Ｑの流動体の発酵が促進されることになる。
【００３３】
発酵部４０は、上流の可溶化部３０において断片化された収容袋Ｑ及び流動化した有機性廃棄物Ｐを移送した後に嫌気性雰囲気において発酵反応（メタン発酵、エタノール発酵等）を進行させて有効成分Ｅ及び余りの残渣成分Ｒ（液体残渣、固形残渣）を生成するものである。
【００３４】
発酵部４０における発酵反応の第１段階において、懸濁体の各成分は加水分解により低分子化されて、炭水化物（デンプン、セルロース）は単糖になり（反応式（１））、さらにこの単糖は、アルコール類（エタノール）と炭酸ガスに分解したり（反応式（２））、有機酸（乳酸，酢酸，（その他、酪酸，プロピオン酸，ピルビン酸，ギ酸，コハク酸等））に分解したりする（反応式（３）（４））。
そして、脂肪は高級脂肪酸に、タンパク質はアミノ酸と硫化物等に分解する。また、収容袋Ｑに含まれる樹脂成分も高分子鎖の主鎖が分断されて低分子化する。
【００３５】
第２段階において、アルコール類（エタノール）、又は有機酸（乳酸，酢酸）は脱炭酸してメタン系のガスになり（反応式（５）〜（７））、アミノ酸はアミノ基が脱離してアンモニアになり母体は重合または分解を繰り返して石炭酸その他の芳香族化合物になる。
【００３６】
＜第１段階＞
加水分解； （Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｎ ＋ｎＨ２Ｏ → ｎＣ６Ｈ１２Ｏ６ （１）
エタノール発酵； Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ２Ｃ２Ｈ５ＯＨ ＋ ２ＣＯ２ （２）
乳酸発酵； Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ２ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ （３）
酢酸発酵； Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ３ＣＨ３ＣＯＯＨ （４）
＜第２段階＞
メタン発酵； ２Ｃ２Ｈ５ＯＨ → ３ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （５）
２ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ → ３ＣＨ４ ＋ ３ＣＯ２ （６）
ＣＨ３ＣＯＯＨ → ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （７）
＜全体反応＞ Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ３ＣＨ４ ＋ ３ＣＯ２ （８）
【００３７】
発酵部４０における実際の発酵反応は、前記した単純なプロセスで進行するわけではなく、多くの場合、多種・多様な微生物が関与する複雑な反応工程を経るものであり、詳細は不明である。
発酵部４０で生成する有効成分Ｅは、全体反応式（８）に従って生成するメタン及び二酸化炭素を主成分として微量の水素、硫化水素等を含む可燃性ガスと、アルコール類を主成分とする可燃性液体とからなる。
【００３８】
発酵部４０において、全体反応（８）の効率を向上させるためには、嫌気性雰囲気に保たれた発酵部４０の容器内部において発酵微生物の濃度を高める必要がある。そのような発酵微生物の濃度を高める方法としては、発酵部４０の容器内部に発酵微生物を表面に付着増殖させた充填材を設ける固定床法や、発酵微生物が付着増殖する担体を粒状化し上昇流によって流動させる流動床や、発酵菌の自己集塊作用を利用して沈降性に優れた粒状汚泥として容器内部に保持するＵＡＳＢ法等が挙げられる。
【００３９】
発酵部４０は、前記した複雑な発酵過程を単一の発酵槽で進行させる場合もあるし、発酵の詳細工程における最適ｐＨや活躍微生物が異なることを鑑みて別個の独立な発酵槽を直列に連結して各詳細工程を分離して進行させる場合もある。このように、発酵の詳細工程を分ける複数の発酵槽が存在する場合は、次に説明する分離回収部５０も、それぞれの発酵槽に別々に設けられる場合がある。
また発酵部４０は、必要に応じてｐＨ調整手段や、懸濁体を撹拌又は循環させて発酵を促進させたり固形分の滞積を防止したりする手段を適宜備えているものとする。
【００４０】
分離回収部５０は、発酵部４０における発酵反応の第１段階で生成した液体の有効成分Ｅ（エタノール、その他所望する化合物）を分離して回収したり、第２段階で生成した気体の有効成分Ｅ（メタン５０〜６５％、二酸化炭素約３５〜５０％、その他微量の水素、エチレンを含むバイオガス）を回収したりする。
【００４１】
エタノールの回収は、発酵部４０の内部に滞留している上澄み液を蒸留して無水エタノールとして分離する方法が挙げられる。この無水エタノールを蒸留するための熱源は、精製したバイオガスを燃焼させたり、後記するコジェネレーションシステム８０、コンポスト化システム９０、無害化システム１００における廃熱を利用したりする方法が考えられる。
【００４２】
バイオガスの回収は、発酵部４０の内圧と大気圧の差圧を利用して図示しないパイプラインを経由してガスタンクに輸送することにより行われる。なおバイオガスに含まれる硫化水素は機器の腐食等を引き起こす有害成分であるので公知の方法で他の有害成分とともに除去される必要がある。
【００４３】
残渣除去部６０は、発酵部４０の内部で発酵反応が失活し滞留している残渣成分Ｒを除去するものである。また残渣除去部６０は、可溶化部３０からの懸濁体の供給量に応じて、発酵部４０の内容量が一定になるよう残渣成分Ｒの除去量を調整し、有効成分Ｅの生産が最適化するように動作する。
【００４４】
固液分離部７０は、発酵部４０から除去された残渣成分Ｒや、分離回収部５０における残渣成分Ｒを、液体残渣及び固形残渣に分離するものである。適宜、状況に応じて適切な凝集剤を用いたり、重力沈降、濾過分離、遠心分離等の方法を適用したりする。また、分離された液体残渣は、必要に応じて可溶化部３０や発酵部４０に帰還して、懸濁体の粘度調整や発酵微生物の濃度向上等に利用される。
【００４５】
コジェネレーションシステム８０（発電手段）は、例えば、溶融炭酸塩型の燃料電池（ＭＣＦＣ；molten carbonate fuel cell）が挙げられ、このＭＣＦＣによれば、発電効率が４５〜５５％と高く、動作温度が６００〜７００℃であり、総合コジェネ効率は７０％以上であるといわれている。
なお燃料電池として、その他、リン酸型（ＰＡＦＣ；Phosphoric Acid Fuel Cell）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ；Solid Oxide Fuel Cell）、固体高分子型（ＰＥＦＣ；Polymer Electrolyte Fuel Cell)等を採用することができる。
【００４６】
コジェネレーションシステム８０は、次のガス改質反応式（９）に示されるように、ます分離回収部５０で回収されたメタンを水と化学反応させ、原料となる水素を生成する。この反応式（９）によれば、二酸化炭素も発生するが、「カーボンニュートラル」であるため大気中の二酸化炭素は増加に寄与しないといえ、さらに温暖化係数が二酸化炭素の約２１倍であるメタンをそのまま大気放出するよりも温暖化に与える影響が少ないといえる。
【００４７】
次に、燃料電池を構成する電解質（図示せず）の一端のアノード電極に生成した水素を供給し、反対側のカソード電極にエア（酸素）を供給すると、燃料電池全体は電気化学反応（１０）により発電する。
【００４８】
ガス改質反応；ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ → ４Ｈ２＋ＣＯ２ （９）
電気化学反応；Ｈ２＋1/2・Ｏ２ → Ｈ２Ｏ＋電気エネルギー （１０）
【００４９】
また燃料電池の動作に伴う廃熱は、分離回収部５０におけるアルコール成分の蒸留分離の熱源として利用したり、発酵部４０の保温に利用したりすることができる。そして、燃料電池を動作温度に維持するための燃料は、分離回収部５０で回収された有効成分Ｅや電気化学反応（１０）で未反応の水素を利用することができる。
なお、コジェネレーションシステム８０としては、燃料電池を例示したが、ガスタービンによる発電設備とすることもできる。
【００５０】
コンポスト化システム９０（肥料化手段）は、固液分離部７０から移送された液体残渣及び固形残渣を、制御された好気性雰囲気で微生物により発酵分解させて液肥及び堆肥等の肥料を製造するものである。
この液肥及び堆肥の製造工程で吹き込まれた空気の排気中に含まれる臭気成分のアンモニアは、次の反応式（１１）に従い燃焼脱臭されるとともに、副産物であるＮＯｘは反応式（１２）に従い無害化させることができる。これら反応に必要な熱源は、コジェネレーションシステム８０の廃熱を利用することができる。
【００５１】
４ＮＨ３＋ ７Ｏ２ → ４ＮＯｘ ＋ ６Ｈ２Ｏ （１１）
ＮＯｘ ＋ ８ＮＨ３ → ７Ｎ２ ＋ １２Ｈ２Ｏ （１２）
【００５２】
無害化システム１００（廃棄手段）は、残渣成分Ｒを、好気性雰囲気で処理し、含まれるアンモニウムイオンを除去し、その他環境に対して無害化する処理を行い、河川や海への放流や、焼却・埋立等の最終処分が可能な状態にするものである。
【００５３】
以上説明した処理装置１０や処理方法によれば、広域にわたって多数散在している発生拠点から有機性廃棄物Ｐを、周辺に対する異臭問題を発生させることなく、一箇所に集中して大量収集することができる。これにより、有機性廃棄物の処理装置１０は、処理能力を増強させて設備投資やランニングコストを考慮した採算性を確保することができる。
また、有機性廃棄物Ｐは、発酵されて分解した成分はそれぞれ有効利用されるとともに焼却・埋立等の最終処分量を減容させることができる。
【００５４】
そして、各工程において排出される有害物質も、システムを複合化することにより無害化が容易になる。これにより、本発明に係る有機性廃棄物の処理装置、及び処理方法は、広域で発生した有機性廃棄物を一箇所で集中して効率処理するとともに、エネルギー資源を循環させて環境保全に貢献することができる。
【００５５】
なお、分離回収部５０で回収された有効成分Ｅは、前記したコジェネレーションシステム８０に利用されることに限定されるものでなく、他の用途にも利用される。具体的には、温浴施設や工場の熱媒として利用することができる。
また、残渣除去部６０で除去された残渣成分Ｒは、前記したように肥料化したり無害化して最終処分したりすることに限定されるものでなく、他の用途にも利用される。具体的には、液体残渣又は固形残渣をバイオマス複合材料に変換して再利用することができる。
さらに具体的には、これら液体残渣又は固形残渣は、リグノセルロース系バイオマス由来のリグニンを含有するものであるために、フェノール（モノマー）又は／及びレゾルシノールと反応させてフェノール樹脂として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】デンプン複合樹脂製の収容袋に有機性廃棄物を収容する工程を示す工程図である。
【図２】本発明の有機性廃棄物の処理装置の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 有機性廃棄物の処理装置
２０ 搬入部
３０ 可溶化部
４０ 発酵部
５０ 分離回収部
６０ 残渣除去部
７０ 固液分離部
８０ コジェネレーションシステム（発電手段）
９０ コンポスト化システム（肥料化手段）
１００ 無害化システム（廃棄手段）
Ａ 詰込工程
Ｂ 梱包工程
Ｃ 搬送工程
Ｄ 荷卸工程
Ｅ 有効成分
Ｐ 有機性廃棄物
Ｑ 収容袋
Ｒ 残渣成分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境保全を重視した有機性廃棄物の処分技術の分野に属し、特にこの有機性廃棄物を発酵させ分離回収した成分を有効に利用する技術に関連する。
【背景技術】
【０００２】
食品残渣、家畜排泄物、木質系、草本系等に代表される有機性廃棄物の処分は、焼却処分するとなると大量の化石燃料を消費し、自然分解に頼るとなると温室効果ガスであるメタンガス（地球温暖化係数が二酸化炭素１に対して２１）、その他、臭気ガスを大気中に大量に放出し、地球環境にとって有害である。
そこで、これら有機性廃棄物を、減容、無害化して地球環境に戻すとともに、燃料として有用なメタンガスを回収して有効利用を図る資源循環システムの確立が推進されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、回収したメタンガスは、熱源に供してそのまま燃焼させたり、化学変化させて水素に変換してから燃料電池に供給して発電させたりすることが検討されている。
また、有機性廃棄物をメタン発酵させた後の残渣は、液肥・堆肥として、再び農業生産の現場に還元されている。
【特許文献１】特開２００１−０８９２７４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、有機性廃棄物の処理装置は、設備投資やランニングコストを考慮した採算性を確保するためには処理能力を増強させることが避けられない。そこで、処理対象となる有機性廃棄物は、一拠点における単位発生量が少ないために、複数の拠点から回収して量的な確保をする必要がある。
【０００５】
しかし、有機性廃棄物の発生拠点が広域にわたって多数散在している場合や、処理装置が他のシステムと複合化する関係により商業施設に近接して立地する場合がある。
そのような場合、有機性廃棄物を、発生拠点から処理装置の設置場所まで移送する過程、及び処理装置の設置場所の周辺において、異臭にまつわる苦情の防止に多大な負担を強いられる。
【０００６】
つまり、この有機性廃棄物の移送過程において密封容器に封入して臭気が大気中に漏洩しないようにしつつ、この有機性廃棄物をこの密封容器から処理装置に移し替える際も周辺に臭気か拡散しないようにすることは困難な問題がある。
また、そのような臭気が発生しないまでも、一般的に、形状が定まらず、場合によっては嵩高で、他の場合においては高比重である有機性廃棄物を大量に取り扱うことは困難な問題がある。
【０００７】
本発明は、前記した問題を解決することを課題とし、広域で発生した有機性廃棄物を一箇所で集中して効率処理するとともに、エネルギー資源を循環させて環境保全に貢献する有機性廃棄物の処理装置、及び処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の有機性廃棄物の処理装置は、デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する搬入部と、前記搬入部から移送された前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間内で流動化して懸濁体にする可溶化部と、前記可溶化部から移送された前記懸濁体を嫌気性雰囲気で発酵させる発酵部と、前記発酵部で生成した有効成分を分離して回収する分離回収部と、前記発酵部から残渣成分を除去する残渣除去部とを、備えることを特徴とする。
【０００９】
このように発明が構成されることにより、有機性廃棄物は、その発生拠点において収容袋に密封されて、その臭気を外部に漏洩させることなく長距離移送させることが可能になる。また、この収容袋は、可溶化部において有機性廃棄物と一緒に流動化されて断片化され、次の発酵部において発酵する。このために、有機性廃棄物を収容袋から取り出す工程が不要となり処理装置の周辺に臭気が拡散しない。
ここで、分離回収部で回収される有効成分とは、液体及び気体のいずれも有り得るとし、液体である場合は発酵部においてアルコール発酵に伴い生成したエタノールが主であって、気体燃料の場合は発酵部においてメタン発酵に伴い生成したメタンが主である。
【００１０】
さらに発明は、前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体成分を分離して前記可溶化部に帰還させる固液分離部を備えることを特徴とする。
【００１１】
このように発明が構成されることにより、可溶化部で形成される流動体の粘度調整をしたり発酵微生物の濃度調整をしたりして発酵が促進される。
【００１２】
さらに発明は、分離回収部で回収された燃料を電気エネルギーに変換する発電手段に供給したり、残渣除去部で除去された残渣成分のうち液体成分又は固形成分を肥料に変換させる肥料化手段や、これらを無害化して環境に廃棄する廃棄手段に供給したりすることを特徴とする。
このように発明が構成されることにより、有機性廃棄物は、減容、無害化して地球環境に戻るとともに、有用な燃料が回収・再利用されて、資源循環の軌道にのることになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、広域で発生した有機性廃棄物を一箇所で集中して効率処理するとともに、異臭問題等の廃棄物の大量処分に伴うさまざまな問題を発生させることなく、資源を循環させて環境保全に貢献する有機性廃棄物の処理装置、及び処理方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の有機性廃棄物の処理装置及びその処理方法について説明を行う。
図１は、本発明に適用されるデンプン配合の複合樹脂製の収容袋Ｑに、有機性廃棄物Ｐを収容し、有機性廃棄物の処理装置１０（図２参照、以下、単に「処理装置１０」と記載する）に搬入するまでの工程を示す工程図である。
この有機性廃棄物Ｐの収容・搬入工程は、図示されるように、詰込工程Ａ、梱包工程Ｂ、搬送工程Ｃ、及び、荷卸工程Ｄからなる。
【００１５】
詰込工程Ａは、一つの拠点で発生（排出）した有機性廃棄物Ｐを、デンプンを配合した複合樹脂製の収容袋Ｑ（以下、単に「収容袋Ｑ」という）に詰め込む工程である。
ここで、有機性廃棄物Ｐは、林産業、農産業、畜産業、水産業、及び、これらの加工業の生産活動に伴う大口排出物の他、一般家庭からの生ゴミや庭の落ち葉等のような小口排出物も該当する。
【００１６】
木質系の有機性廃棄物Ｐとしては、落葉、林地残材、建築廃材、工場残廃材等が挙げられる。草本系のバイオマスとしては、トウモロコシ、サトウキビ及び籾等のガラ、稲ワラ、並びに野菜クズ等が挙げられる。
このような木質系や草本系の有機性廃棄物Ｐの主成分（セルロース、ヘミセルロース等）は、酵素によりグルコース等の単糖や少糖に分解する。さらにこの単糖や少糖をエタノール発酵菌によりエタノール燃料を得たり、メタン生成菌により発酵させてメタンガス燃料を得たりすることができる。
【００１７】
その他の有機性廃棄物Ｐとしては、畜産業から排出される牛、豚、鶏、馬、羊、その他家畜の糞尿が挙げられ、食品加工・流通過程で排出される加工残渣、酒造業における酒の搾り粕、豆腐製造のおから、賞味期限切れの食料製品等が挙げられる。これら有機性廃棄物Ｐには、セルロースを主成分にする植物繊維が多く含まれている。
【００１８】
収容袋Ｑは、デンプン配合率が２０重量％から８０重量％望ましくは５０重量％から７０重量％が複合された複合樹脂製のものである。
デンプン配合率が２０重量％未満であると、発酵工程を経ても生分解されない樹脂成分の残渣が大量に発生することになり、発明の主目的である資源の循環が達成されない。また、デンプン配合率が８０重量％よりも多いと、デンプン及び樹脂における分散相及び連続相の関係が逆転してしまい収容袋Ｑの強度が低下してしまう。
【００１９】
収容袋Ｑを構成する樹脂成分は、ポリオレフィン系樹脂を採用することが好ましく、具体的には、低密度ポリエチレン（ＨＰＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポロプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）等が挙げられる。なおこの樹脂成分は熱可塑性樹脂であれば、特に限定されるものではない。
収容袋Ｑに配合されるデンプンは、米、小麦、とうもろこし、馬鈴薯、甘藷、タピオカ等を原料にしたものを用いることができるが、食品としての賞味期限が経過したもので充分である。
【００２０】
そして、収容袋Ｑは、次のような方法で製造されたものであることが好ましい。すなわち、これらデンプンの原料を水分の存在下で加熱してデンプンを糊化（α化）させる。そしてこの糊化デンプンを樹脂成分と加熱混練して樹脂成分の連続相中にデンプンが微細にかつ均一に分散させた熱流動体とする。そして、このデンプン複合樹脂の熱流動体から一般的なフィルム製造方法（インフレーション法等）により収容袋Ｑを成形する。
【００２１】
なお、このようなデンプン複合樹脂の流動体を形成する方法としては、前記したようにデンプンを糊化（α化）してから樹脂成分と加熱混練する場合の他、デンプンの原料、水分、樹脂成分を一度に投入しデンプンの糊化及び樹脂との混練を同時に行う場合も取りうる。また、投入された水分は、混練過程において適宜外部に水蒸気として排出されることになる。
このような製造方法で製造された収容袋Ｑによれば、デンプンの分散相が樹脂の連続相中に微細でかつ均一化しているために、所望の力学的強度を保ちつつデンプンの配合率を極力高めることができる。
詳しくは、本発明者による特許３８７８６２３号公報、特開２００６−０２１５０２号公報を参照されたい。
【００２２】
ところで、収容袋Ｑを構成するデンプンは、多数の単糖分子が重合してなるアミロース及びアミロペクチンを主成分とするものであって、嫌気性雰囲気における発酵酵素の働きでエタノールを主成分にする物質に変化する。そして、収容袋Ｑを構成する樹脂成分も、発酵酵素の作用により高分子の主鎖が分断されて低分子化することにより可燃性の液体又は気体に変化する。
【００２３】
梱包工程Ｂは、有機性廃棄物Ｐを小分けして収容した複数の収容袋Ｑの口部分を閉じて有機性廃棄物Ｐを外気から遮断する工程である。具体的には、収容袋Ｑの口部分を生分解性のひもで縛るか、粘着テープ加工されている部分（図示せず）の離形紙を剥して貼り合わせにより口を閉じるかする。これにより、有機性廃棄物Ｐから発する臭気が漏れて外部に発散することがなくなる。
【００２４】
搬送工程Ｃは、有機性廃棄物Ｐを収容した複数の収容袋Ｑをトラック又は専用輸送車に積載して、有機性廃棄物Ｐの発生拠点（若しくはその一時集積場所）から、処理装置１０（図２参照）の設営場所まで搬送する工程である。これにより、処理装置１０の設営場所から遠方にある発生拠点から有機性廃棄物Ｐを収集することができる。
ところで、複数の発生拠点から延びる有機性廃棄物Ｐの搬送経路は、住宅や商業施設の密集地域を貫く場合も大いに有り得るが、有機性廃棄物Ｐの発する臭いは収容袋Ｑの外部に漏洩しないので異臭問題は発生しない。
【００２５】
荷卸工程Ｄは、処理装置１０の設営場所に到着した有機性廃棄物Ｐを収容した収容袋Ｑをトラック等から荷卸する工程である。これにより、広域に亘って複数の拠点で発生した有機性廃棄物Ｐが、処理装置１０が設営されている一箇所に大量に集積されることになる。
このように一旦荷卸して集積した有機性廃棄物Ｐを短い距離移動させる必要が生じた場合であっても、収容袋Ｑの容量単位で小分けされているので、パレットに積載して汎用の移動装置で容易に移動させることができる。
【００２６】
図２は、有機性廃棄物の処理装置１０の実施形態を示すブロック図であって、この処理装置１０は、搬入部２０、可溶化部３０、発酵部４０、分離回収部５０、残渣除去部６０、及び、固液分離部７０から構成されている。
さらに、この処理装置１０は、コジェネレーションシステム８０（発電手段）、コンポスト化システム９０（肥料化手段）、無害化システム１００（廃棄手段）に接続されている。
【００２７】
搬入部２０は、処理装置１０の最上流に位置するものであって、複数の収容袋Ｑに小分けされて一箇所に集積した有機性廃棄物Ｐを、処理プログラムに従って処理装置１０に搬入するものである。
この搬入部２０は、例えばベルトコンベアのように、有機性廃棄物Ｐが小分けされている収容袋Ｑを、そのままの状態で一時集積場所から可溶化部３０の投入口まで、制御しながら移動させるものであればよい。
【００２８】
なお搬入部２０は、高効率な発酵の条件が有機性廃棄物Ｐの種類によって相違することを鑑みて、有機性廃棄物Ｐを種類別に管理し、処理計画に従って対象となる種類の有機性廃棄物Ｐを可溶化部３０の投入口に移送する。
このように、搬入部２０は、発酵が精密制御されるように、処理装置１０に投入する有機性廃棄物Ｐの種類を選別するとともに投入量を調整する。
また搬入部２０は、処理装置１０の操業が、バッチ式及び連続式のいずれにも対応できるように、有機性廃棄物Ｐの移送量を調整することができるものとする。
【００２９】
可溶化部３０は、搬入部２０から移送されてきた複数の収容袋Ｑに小分けして収容された有機性廃棄物Ｐをそのままの状態で、密閉空間においてせん断力等の力学的エネルギーを付与する。これにより、収容袋Ｑは引き裂かれて断片化し、有機性廃棄物Ｐも細かく破砕されて、全体として均質な流動体になる。
このように可溶化部３０は、所望の発酵及び化学反応が全体として均一にかつ迅速に進行するように、有機性廃棄物Ｐを収容袋Ｑと共に微細化して、全体を流動性の高い懸濁体にする。
つまり有機性廃棄物Ｐ及び収容袋Ｑは、主成分である植物性繊維質及びデンプンが、高い結晶性を有するとともに三次元架橋等の高次構造を有するため、力学的エネルギーを付与してこれらを崩壊させることにより、発酵反応が促進することになる。
【００３０】
そのような、可溶化部３０は、具体的には、一軸又は二軸の混練装置、撹拌装置、破砕装置、高圧ホモゲナイザー等を挙げることができる。またこれら装置を、その処理
能力に応じて順番に組み合わせて用いることが好ましい。
なかでも流体を高速で噴出して対向衝突させて懸濁体を形成する高圧ホモゲナイザーは、せん断粉砕作用、衝突破壊作用、キャビテーションによる破壊作用、圧力作用等が作用して、有機性廃棄物Ｐを高度に微細化できる点において好ましい。詳しくは本願出願人による特開２００６−２８９１６４号公報を参照されたい。
【００３１】
さらに、高圧ホモゲナイザーで微細化されることにより、有機性廃棄物Ｐは、ラジカルが発生するとともに嫌気性発酵の適温といわれる中温度域（３０〜３８℃）又は高温度域（５０〜６０℃）に設定され、後段における試薬反応や発酵反応を加速させることができる。このように、有機性廃棄物Ｐを高度に微細化し活性な懸濁体にすることができれば、後段の発酵部４０における発酵が促進されて単位時間当たりの燃料の生産量が増加して有機性廃棄物Ｐの処理能力が増大する。
【００３２】
また、可溶化部３０は、流動体にした有機性廃棄物Ｐ及び収容袋Ｑの流動性を向上させるために、その密閉空間に溶媒（水）を投入する溶媒投入手段が設けられているものとする。なおこの溶媒投入手段は、後記する残渣除去部６０で除去された残渣成分Ｒのうち液体残渣を分離して前記可溶化部３０に帰還させるように構成してもよい。
このように、一度、発酵部４０において発酵工程を経た液体残渣が、上流の可溶化工程において混入されることによって、発酵微生物の濃度が向上し、次の発酵部４０の工程において有機性廃棄物Ｐ及び収容袋Ｑの流動体の発酵が促進されることになる。
【００３３】
発酵部４０は、上流の可溶化部３０において断片化された収容袋Ｑ及び流動化した有機性廃棄物Ｐを移送した後に嫌気性雰囲気において発酵反応（メタン発酵、エタノール発酵等）を進行させて有効成分Ｅ及び余りの残渣成分Ｒ（液体残渣、固形残渣）を生成するものである。
【００３４】
発酵部４０における発酵反応の第１段階において、懸濁体の各成分は加水分解により低分子化されて、炭水化物（デンプン、セルロース）は単糖になり（反応式（１））、さらにこの単糖は、アルコール類（エタノール）と炭酸ガスに分解したり（反応式（２））、有機酸（乳酸，酢酸，（その他、酪酸，プロピオン酸，ピルビン酸，ギ酸，コハク酸等））に分解したりする（反応式（３）（４））。
そして、脂肪は高級脂肪酸に、タンパク質はアミノ酸と硫化物等に分解する。また、収容袋Ｑに含まれる樹脂成分も高分子鎖の主鎖が分断されて低分子化する。
【００３５】
第２段階において、アルコール類（エタノール）、又は有機酸（乳酸，酢酸）は脱炭酸してメタン系のガスになり（反応式（５）〜（７））、アミノ酸はアミノ基が脱離してアンモニアになり母体は重合または分解を繰り返して石炭酸その他の芳香族化合物になる。
【００３６】
＜第１段階＞
加水分解； （Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｎ ＋ｎＨ２Ｏ → ｎＣ６Ｈ１２Ｏ６ （１）
エタノール発酵； Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ２Ｃ２Ｈ５ＯＨ ＋ ２ＣＯ２ （２）
乳酸発酵； Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ２ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ （３）
酢酸発酵； Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ３ＣＨ３ＣＯＯＨ （４）
＜第２段階＞
メタン発酵； ２Ｃ２Ｈ５ＯＨ → ３ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （５）
２ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ → ３ＣＨ４ ＋ ３ＣＯ２ （６）
ＣＨ３ＣＯＯＨ → ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ （７）
＜全体反応＞ Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→ ３ＣＨ４ ＋ ３ＣＯ２ （８）
【００３７】
発酵部４０における実際の発酵反応は、前記した単純なプロセスで進行するわけではなく、多くの場合、多種・多様な微生物が関与する複雑な反応工程を経るものであり、詳細は不明である。
発酵部４０で生成する有効成分Ｅは、全体反応式（８）に従って生成するメタン及び二酸化炭素を主成分として微量の水素、硫化水素等を含む可燃性ガスと、アルコール類を主成分とする可燃性液体とからなる。
【００３８】
発酵部４０において、全体反応（８）の効率を向上させるためには、嫌気性雰囲気に保たれた発酵部４０の容器内部において発酵微生物の濃度を高める必要がある。そのような発酵微生物の濃度を高める方法としては、発酵部４０の容器内部に発酵微生物を表面に付着増殖させた充填材を設ける固定床法や、発酵微生物が付着増殖する担体を粒状化し上昇流によって流動させる流動床や、発酵菌の自己集塊作用を利用して沈降性に優れた粒状汚泥として容器内部に保持するＵＡＳＢ法等が挙げられる。
【００３９】
発酵部４０は、前記した複雑な発酵過程を単一の発酵槽で進行させる場合もあるし、発酵の詳細工程における最適ｐＨや活躍微生物が異なることを鑑みて別個の独立な発酵槽を直列に連結して各詳細工程を分離して進行させる場合もある。このように、発酵の詳細工程を分ける複数の発酵槽が存在する場合は、次に説明する分離回収部５０も、それぞれの発酵槽に別々に設けられる場合がある。
また発酵部４０は、必要に応じてｐＨ調整手段や、懸濁体を撹拌又は循環させて発酵を促進させたり固形分の滞積を防止したりする手段を適宜備えているものとする。
【００４０】
分離回収部５０は、発酵部４０における発酵反応の第１段階で生成した液体の有効成分Ｅ（エタノール、その他所望する化合物）を分離して回収したり、第２段階で生成した気体の有効成分Ｅ（メタン５０〜６５％、二酸化炭素約３５〜５０％、その他微量の水素、エチレンを含むバイオガス）を回収したりする。
【００４１】
エタノールの回収は、発酵部４０の内部に滞留している上澄み液を蒸留して無水エタノールとして分離する方法が挙げられる。この無水エタノールを蒸留するための熱源は、精製したバイオガスを燃焼させたり、後記するコジェネレーションシステム８０、コンポスト化システム９０、無害化システム１００における廃熱を利用したりする方法が考えられる。
【００４２】
バイオガスの回収は、発酵部４０の内圧と大気圧の差圧を利用して図示しないパイプラインを経由してガスタンクに輸送することにより行われる。なおバイオガスに含まれる硫化水素は機器の腐食等を引き起こす有害成分であるので公知の方法で他の有害成分とともに除去される必要がある。
【００４３】
残渣除去部６０は、発酵部４０の内部で発酵反応が失活し滞留している残渣成分Ｒを除去するものである。また残渣除去部６０は、可溶化部３０からの懸濁体の供給量に応じて、発酵部４０の内容量が一定になるよう残渣成分Ｒの除去量を調整し、有効成分Ｅの生産が最適化するように動作する。
【００４４】
固液分離部７０は、発酵部４０から除去された残渣成分Ｒや、分離回収部５０における残渣成分Ｒを、液体残渣及び固形残渣に分離するものである。適宜、状況に応じて適切な凝集剤を用いたり、重力沈降、濾過分離、遠心分離等の方法を適用したりする。また、分離された液体残渣は、必要に応じて可溶化部３０や発酵部４０に帰還して、懸濁体の粘度調整や発酵微生物の濃度向上等に利用される。
【００４５】
コジェネレーションシステム８０（発電手段）は、例えば、溶融炭酸塩型の燃料電池（ＭＣＦＣ；molten carbonate fuel cell）が挙げられ、このＭＣＦＣによれば、発電効率が４５〜５５％と高く、動作温度が６００〜７００℃であり、総合コジェネ効率は７０％以上であるといわれている。
なお燃料電池として、その他、リン酸型（ＰＡＦＣ；Phosphoric Acid Fuel Cell）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ；Solid Oxide Fuel Cell）、固体高分子型（ＰＥＦＣ；Polymer Electrolyte Fuel Cell)等を採用することができる。
【００４６】
コジェネレーションシステム８０は、次のガス改質反応式（９）に示されるように、ます分離回収部５０で回収されたメタンを水と化学反応させ、原料となる水素を生成する。この反応式（９）によれば、二酸化炭素も発生するが、「カーボンニュートラル」であるため大気中の二酸化炭素は増加に寄与しないといえ、さらに温暖化係数が二酸化炭素の約２１倍であるメタンをそのまま大気放出するよりも温暖化に与える影響が少ないといえる。
【００４７】
次に、燃料電池を構成する電解質（図示せず）の一端のアノード電極に生成した水素を供給し、反対側のカソード電極にエア（酸素）を供給すると、燃料電池全体は電気化学反応（１０）により発電する。
【００４８】
ガス改質反応；ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ → ４Ｈ２＋ＣＯ２ （９）
電気化学反応；Ｈ２＋1/2・Ｏ２ → Ｈ２Ｏ＋電気エネルギー （１０）
【００４９】
また燃料電池の動作に伴う廃熱は、分離回収部５０におけるアルコール成分の蒸留分離の熱源として利用したり、発酵部４０の保温に利用したりすることができる。そして、燃料電池を動作温度に維持するための燃料は、分離回収部５０で回収された有効成分Ｅや電気化学反応（１０）で未反応の水素を利用することができる。
なお、コジェネレーションシステム８０としては、燃料電池を例示したが、ガスタービンによる発電設備とすることもできる。
【００５０】
コンポスト化システム９０（肥料化手段）は、固液分離部７０から移送された液体残渣及び固形残渣を、制御された好気性雰囲気で微生物により発酵分解させて液肥及び堆肥等の肥料を製造するものである。
この液肥及び堆肥の製造工程で吹き込まれた空気の排気中に含まれる臭気成分のアンモニアは、次の反応式（１１）に従い燃焼脱臭されるとともに、副産物であるＮＯｘは反応式（１２）に従い無害化させることができる。これら反応に必要な熱源は、コジェネレーションシステム８０の廃熱を利用することができる。
【００５１】
４ＮＨ３＋ ７Ｏ２ → ４ＮＯｘ ＋ ６Ｈ２Ｏ （１１）
ＮＯｘ ＋ ８ＮＨ３ → ７Ｎ２ ＋ １２Ｈ２Ｏ （１２）
【００５２】
無害化システム１００（廃棄手段）は、残渣成分Ｒを、好気性雰囲気で処理し、含まれるアンモニウムイオンを除去し、その他環境に対して無害化する処理を行い、河川や海への放流や、焼却・埋立等の最終処分が可能な状態にするものである。
【００５３】
以上説明した処理装置１０や処理方法によれば、広域にわたって多数散在している発生拠点から有機性廃棄物Ｐを、周辺に対する異臭問題を発生させることなく、一箇所に集中して大量収集することができる。これにより、有機性廃棄物の処理装置１０は、処理能力を増強させて設備投資やランニングコストを考慮した採算性を確保することができる。
また、有機性廃棄物Ｐは、発酵されて分解した成分はそれぞれ有効利用されるとともに焼却・埋立等の最終処分量を減容させることができる。
【００５４】
そして、各工程において排出される有害物質も、システムを複合化することにより無害化が容易になる。これにより、本発明に係る有機性廃棄物の処理装置、及び処理方法は、広域で発生した有機性廃棄物を一箇所で集中して効率処理するとともに、エネルギー資源を循環させて環境保全に貢献することができる。
【００５５】
なお、分離回収部５０で回収された有効成分Ｅは、前記したコジェネレーションシステム８０に利用されることに限定されるものでなく、他の用途にも利用される。具体的には、温浴施設や工場の熱媒として利用することができる。
また、残渣除去部６０で除去された残渣成分Ｒは、前記したように肥料化したり無害化して最終処分したりすることに限定されるものでなく、他の用途にも利用される。具体的には、液体残渣又は固形残渣をバイオマス複合材料に変換して再利用することができる。
さらに具体的には、これら液体残渣又は固形残渣は、リグノセルロース系バイオマス由来のリグニンを含有するものであるために、フェノール（モノマー）又は／及びレゾルシノールと反応させてフェノール樹脂として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】デンプン複合樹脂製の収容袋に有機性廃棄物を収容する工程を示す工程図である。
【図２】本発明の有機性廃棄物の処理装置の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 有機性廃棄物の処理装置
２０ 搬入部
３０ 可溶化部
４０ 発酵部
５０ 分離回収部
６０ 残渣除去部
７０ 固液分離部
８０ コジェネレーションシステム（発電手段）
９０ コンポスト化システム（肥料化手段）
１００ 無害化システム（廃棄手段）
Ａ 詰込工程
Ｂ 梱包工程
Ｃ 搬送工程
Ｄ 荷卸工程
Ｅ 有効成分
Ｐ 有機性廃棄物
Ｑ 収容袋
Ｒ 残渣成分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する搬入部と、
前記搬入部から移送された前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間内で流動化して懸濁体にする可溶化部と、
前記可溶化部から移送された前記懸濁体を嫌気性雰囲気で発酵させる発酵部と、
前記発酵部で生成した有効成分を分離して回収する分離回収部と、
前記発酵部から残渣成分を除去する残渣除去部とを、備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体成分を分離して前記可溶化部に帰還させる固液分離部を備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記分離回収部で回収された前記有効成分を電気エネルギーに変換する発電手段に供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体残渣又は固形残渣を肥料に変換させる肥料化手段に供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体残渣又は固形残渣を無害化して環境に廃棄する廃棄手段に供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項６】
デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する段階と、
搬入した前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間で流動化して懸濁体にする段階と、
前記懸濁体を移送して前記収容袋の断片及び前記有機性廃棄物を嫌気性雰囲気で発酵させる段階と、
前記発酵に伴い発生する有効成分を回収する段階と、
前記発酵に伴う残渣成分を回収する段階とを、含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項１】
デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する搬入部と、
前記搬入部から移送された前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間内で流動化して懸濁体にする可溶化部と、
前記可溶化部から移送された前記懸濁体を嫌気性雰囲気で発酵させる発酵部と、
前記発酵部で生成した有効成分を分離して回収する分離回収部と、
前記発酵部から残渣成分を除去する残渣除去部とを、備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体成分を分離して前記可溶化部に帰還させる固液分離部を備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記分離回収部で回収された前記有効成分を電気エネルギーに変換する発電手段に供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体残渣又は固形残渣を肥料に変換させる肥料化手段に供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理装置において、
前記残渣除去部で除去された前記残渣成分のうち液体残渣又は固形残渣を無害化して環境に廃棄する廃棄手段に供給することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項６】
デンプン配合率が２０重量％から８０重量％の複合樹脂製の複数の収容袋に小分けして収容されている有機性廃棄物を搬入する段階と、
搬入した前記有機性廃棄物を前記収容袋に収容したまま密閉空間で流動化して懸濁体にする段階と、
前記懸濁体を移送して前記収容袋の断片及び前記有機性廃棄物を嫌気性雰囲気で発酵させる段階と、
前記発酵に伴い発生する有効成分を回収する段階と、
前記発酵に伴う残渣成分を回収する段階とを、含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２１９９８９（Ｐ２００９−２１９９８９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６５９６５（Ｐ２００８−６５９６５）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（５０４００４６４７）アグリフューチャー・じょうえつ株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（５０４００４６４７）アグリフューチャー・じょうえつ株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
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