畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法並びにその装置
【課題】 消化液からアンモニア成分を高効率で回収することができるとともに、低コストで運用することのできる、新規な消化液処理方法並びにその装置の開発を技術課題とした。
【解決手段】 消化液Ｌ０を脱水して脱水ケーキＣと脱水濾液Ｌ１とに分離し、この脱水ケーキＣを堆肥として有効利用し、脱水濾液Ｌ１を濃縮して得た濃縮液を堆肥として有効利用するものであり、脱水濾液Ｌ１を濃縮するときに生成される第一凝縮液Ｌ２を更に濃縮することにより、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４と、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない第二濃縮液Ｌ５とを得て、前記第二凝縮液Ｌ４を液肥等として有効利用し、第二濃縮液Ｌ５を河川等に放流することを特徴として成り、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
【解決手段】 消化液Ｌ０を脱水して脱水ケーキＣと脱水濾液Ｌ１とに分離し、この脱水ケーキＣを堆肥として有効利用し、脱水濾液Ｌ１を濃縮して得た濃縮液を堆肥として有効利用するものであり、脱水濾液Ｌ１を濃縮するときに生成される第一凝縮液Ｌ２を更に濃縮することにより、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４と、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない第二濃縮液Ｌ５とを得て、前記第二凝縮液Ｌ４を液肥等として有効利用し、第二濃縮液Ｌ５を河川等に放流することを特徴として成り、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて堆肥の原料として再利用化するシステムに関するものであって、特に消化液に含まれるアンモニア成分を高効率で回収するとともに、河川に放流することができる程度にまで消化液を処理することのできる畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法並びにその装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家畜の排泄物、藁屑等の畜産廃棄物や、おから、おが屑等の産業廃棄物、更には管理排水等を処理するにあたっては、これら畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて堆肥の原料として利用するとともに、この際生成されるメタンガスを施設内のエネルギー源として利用するメタン醗酵処理システムが運用されている（例えば特許文献１参照）。
このようなメタン醗酵処理システムＳ′のうち現在稼動されているものの一つに、図３に示したものがある。このシステムは、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスＧを生成するための消化槽１′と、この消化槽１′から排出される消化液Ｌ０を処理して有効利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置２′と、前記メタンガスＧから熱エネルギー及び電気エネルギーを得るためのエネルギー変換装置３′とを具えて成り、前記エネルギー変換装置３′で得られた熱エネルギー及び電気エネルギーを、前記消化槽１′や、消化液処理装置２′の熱源や動力源、更には施設建屋内の空調・照明用等として活用するようにしたものである。
【０００３】
そして前記消化槽１′から排出される消化液Ｌ０は、脱水機１２′によって脱水ケーキＣと脱水濾液Ｌ１とに分離されるものであり、この脱水ケーキＣは堆肥施設６′に送られて醗酵処理が成された後、堆肥の原料として有効利用されることとなる。
一方、前記脱水濾液Ｌ１は、一例として微生物を利用した活性汚泥法によって処理されるものであり、消化液処理装置２′に送られてＢＯＤ値の低下や脱色等が図られ、最終的に河川や下水に放流されることとなる。この際、脱色や殺菌のためにエタノール、第二塩化鉄等の薬剤や、高分子凝集剤、消毒薬、オゾン発生装置等が必要になるため、脱色施設、殺菌施設の付加のためのイニシャルコストの増加や、薬剤の使用によるランニングコストの増大を招いてしまっている。
また前記消化液Ｌ０はＢＯＤ値が高いため、上述のような活性汚泥法により処理されたものが、法に定められた河川放流基準を満たすようにするためには、消化液処理装置２′に供給される脱水濾液Ｌ１を事前に数倍〜数十倍の水で希釈しておき、消化液処理装置２′の負荷を減らす必要があり、結果的に処理量が増大して消化液処理装置２′が大型化してしまうことは避けられなかった。
また活性汚泥法では、処理後に余剰汚泥が残ってしまうため、このものを再び処理槽１′に戻して再処理することとなり、処理槽１′の負荷が増大してしまっている。
【０００４】
上述したように従来のメタン醗酵処理システムＳ′においては、脱水濾液Ｌ１の処理コストの割合が高く、このことがメタン醗酵処理システムＳ′自体の普及を妨げる主たる要因となってしまっている。
またメタン醗酵処理システムＳ′内でのエネルギー消費量は、消化槽１′において生成されるメタンガスＧのエネルギー量に比べて少ないため、余剰エネルギー分の電力を電力会社へ売却することが行われているが、常に全ての余剰エネルギー分の電力を売却できるわけではないので、売却することのできない分はメタンガスＧの段階で燃焼処分しているのが実情であり、不用意にＣＯ2 を放出してしまうこととなり、環境への配慮や、効率的なエネルギー利用といった観点においても改善の余地があった。
【０００５】
また脱水濾液Ｌ１中のアンモニア成分を酸化分解したり、電気分解して無害な窒素ガスとして大気に放出することも行われているが、アンモニアの有効利用の観点からも改善の余地があった。
【特許文献１】特開平８−２４８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、消化液からアンモニア成分を高効率で回収することができるとともに、低コストで運用することのできる、新規な畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法並びにその装置の開発を技術課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち請求項１記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法は、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスを有効利用するとともに、このとき生じる消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行うメタン醗酵処理において、前記消化液を脱水して脱水ケーキと脱水濾液とに分離し、この脱水ケーキを堆肥として有効利用し、一方、前記脱水濾液を濃縮して得た濃縮液を堆肥として有効利用するものであり、前記脱水濾液を濃縮するときに生成される第一凝縮液を更に濃縮することにより、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液と、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない第二濃縮液とを得て、前記第二凝縮液を液肥等として有効利用し、一方、前記第二濃縮液を河川等に放流することを特徴として成るものである。
この発明によれば、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
また薬剤や希釈水を用いることなく、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない状態の第二濃縮液が得られるため、下水処理施設のない地域等にあっても畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムを構築することができる。
【０００８】
また請求項２記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法は、前記要件に加え、前記第一凝縮液から第二濃縮液への濃縮倍率は、１．６倍以上とすることを特徴として成るものである。
この発明によれば、第二濃縮液を確実に河川やに放流することのできる状態とすることができるため、特に下水設備の設けられていない畜産地域等にメタン醗酵処理システムを構築することが可能となる。
【０００９】
更にまた請求項３記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置は、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスを生成するための消化槽と、この消化槽から排出される消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置とを具えて成り、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を堆肥等として有効利用するための処理システムにおいて、前記消化液処理装置は、第一のヒートポンプ式蒸発装置を具えて成り、更にこの第一のヒートポンプ式蒸発装置から排出される第一凝縮液を濃縮処理するための第二のヒートポンプ式蒸発装置を具えたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
また薬剤や希釈水を用いることなく、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない状態の第二濃縮液を得ることができ、下水処理施設のない地域等にあっても畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムを構築することができる。
更にまたヒートポンプ式蒸発装置は消化液または第一凝縮液を希釈することなく処理することができるので、希釈による処理量の増大を招いてしまうことがなく、大型のものを用いる必要がない。
更にまたヒートポンプ式蒸発装置を採用することにより、消化液処理装置で供する蒸気量を抑え、メタンガスから得られる熱エネルギー及び電気エネルギーを、メタン醗酵処理システム内でバランス良く消費することができ、余剰ガスの燃焼と、これに伴うＣＯ2 の放出を回避することができる。
更にまたメタン醗酵処理システムを低コストで構築することができるとともに、低コストで運用することができる。
【００１０】
また請求項４記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置は、前記請求項３記載の要件に加え、前記ヒートポンプ式蒸発装置の動力は、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスによって発電された電力により賄うことを特徴として成るものである。
この発明によれば、メタンガスから得られる熱エネルギー及び電気エネルギーを、メタン醗酵処理システム内でバランス良く消費することができ、余剰ガスの燃焼と、これに伴うＣＯ2 の放出を回避することができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、消化液からアンモニア成分を高効率で回収することができるとともに、メタン醗酵処理システムを低コストで運用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図示の実施例に基づいて説明するものであるが、この実施例に対して、本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。
【実施例】
【００１３】
本発明の消化液処理装置２が適用されたメタン醗酵処理システムＳは図１に示すように、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスＧを生成するための消化槽１と、この消化槽１から排出される消化液Ｌ０を処理して再利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置２と、前記メタンガスＧから熱エネルギー及び電気エネルギーを得るためのエネルギー変換装置３とを具えて成り、前記エネルギー変換装置３で得られた熱エネルギー及び電気エネルギーを、前記消化槽１及び消化液処理装置２等において活用しながら畜産廃棄物等の有機廃棄物を堆肥として有効利用するための処理システムである。なお前記消化液処理装置２は、第一のヒートポンプ式蒸発装置２Ａと、第二のヒートポンプ式蒸発装置２Ｂとを具えて成り、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａにおいて生じる第一凝縮液Ｌ２中のアンモニアをヒートポンプ式蒸発装置２Ｂにおいて回収し、消化液Ｌ０を最終的に下水や河川に放流できるように構成される。
以下これらメタン醗酵処理システムＳを構成する各要素について順次説明した後、メタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法について説明する。
【００１４】
まず前記消化槽１について説明するとこのものは、家畜の排泄物、藁屑等の畜産廃棄物や、おから、おが屑等の産業廃棄物、更には管理排水等をメタン醗酵処理するために貯留する容器体であり、適宜生成されるメタンガスＧの回収機構が具えられる。
なおこの消化槽１には、醗酵を好適に促すため、内容物を所望の温度に保つためのヒータ等の昇温・保温機構が具えられる。
更に消化槽１の補機として、消化液Ｌ０を貯留しておくための消化液槽１１と、この消化液Ｌ０を脱水濾液Ｌ１と脱水ケーキＣとに分離するための脱水機１２（一例としてドラムスクリーン型、スクリュープレス型等）とが具えられる。
【００１５】
次に本発明の消化液処理装置２について説明すると、この実施例では高速旋回式蒸発装置の一例である液膜上昇式のヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、２Ｂが二段構成で具えられるものであり、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａにおけるドレン口２０ｆと、ヒートポンプ式蒸発装置２Ｂにおける流入口２１ｄとが管路によって接続されている。そしてこのような消化液処理装置２は図２に示すように、加熱缶２０と蒸発缶２１との間が吹込管路２２によって接続され、前記加熱缶２０内に配された長管２０ｂ内に流入した液体（脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２）を、この長管２０ｂの外側に供給される加熱媒体からの伝導熱によって沸騰させることにより溶媒成分を蒸発させ、濃度の高まった状態の液体成分Ｌと蒸気成分Ｖとを前記蒸発缶２１内に吹き込み、この蒸発缶２１内においてこれら液体成分Ｌと蒸気成分Ｖとの分離を行う装置である。
【００１６】
以下消化液処理装置２を構成する諸部材について詳しく説明する。
まず前記加熱缶２０について説明すると、このものは密閉性が確保された筐体２０ａ内に、金属等の耐熱素材から成る管路である長管２０ｂが複数本具えられたものであり、この長管２０ｂの下端部が給液口２０ｃと連通状態され、一方、長管２０ｂの上部が排出口２０ｄに臨むように構成されたものである。また前記筐体２０ａ側周部分には蒸気口２０ｅ及びドレン口２０ｆが形成される。
【００１７】
次に前記蒸発缶２１について説明すると、このものは円筒下部に逆円錐を接続した形状の中空部材である筐体２１ａの上部に排気口２１ｂが形成され、下部に流出口２１ｃが形成され、更に側周部に流入口２１ｄが形成されて成るものである。
【００１８】
そして前記加熱缶２０における排出口２０ｄと、蒸発缶２１における流入口２１ｄとの間は吹込管路２２によって連通状態に接続され、また前記加熱缶２０における給液口２０ｃと、蒸発缶２１における流出口２１ｃとの間は戻り管路２３によって連通状態に接続される。この結果、蒸発缶２１、戻り管路２３、加熱缶２０及び吹込管路２２を要素とした循環経路が形成されるものである。
なお戻り管路２３の途中には濃縮液排出口２３ａが形成されるものであり、バルブ２３ｂが開放されることにより、排出ポンプＰ３、Ｐ５によって、濃縮された状態の液体成分Ｌ（第一濃縮液Ｌ３または第二濃縮液Ｌ５）が外部に排出できるように構成される。
【００１９】
更にまたこの実施例では、前記蒸発缶２１における筐体２１ａ内に脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２が供給されるものであり、供給ポンプＰ１または真空ポンプＰ２によって供給される脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２は、バルブ２４の開度を調整することにより、筐体２１ａ内に配したノズル２５から噴出される。
【００２０】
また前記蒸発缶２１における排気口２１ｂと加熱缶２０における蒸気口２０ｅとの間に蒸気循環管路２６が接続され、更にその途中に圧縮機２７が具えられる。そしてこの圧縮機２７によって蒸気成分Ｖを加熱蒸気Ｈにするものであり、筐体２０ａ内に供給された加熱蒸気Ｈは、長管２０ｂ内に位置する脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２に対して熱を伝導し、その結果加熱蒸気Ｈは凝集してドレン口２０ｆから外部に排出されることとなる。
なおこの実施例では、前記圧縮機２７としてターボブロワやルーツブロワが採用されるものであり、駆動用のモータＭが具えられる。
またヒートポンプ式蒸発装置２Ａにおける前記ドレン口２０ｆの後段部分には、脱水濾液Ｌ１を昇温するための熱交換器２８及び凝集液排出ポンプを兼用する真空ポンプＰ２が具えられる。
またヒートポンプ式蒸発装置２Ｂにおけるドレン口２０ｆの後段部分には、凝縮液排出ポンプを兼用する真空ポンプＰ４が具えられる。
【００２１】
次に前記エネルギー変換装置３について説明すると、このものは、前記メタンガスＧを燃焼させて電気エネルギーを得るための発電機３１と、前記メタンガスＧを燃焼させて熱エネルギーを得るための温水ボイラ３２及び蒸気ボイラ３３とを具えて構成されるものである。
【００２２】
そして前記発電機３１によって生成された電力は、メタン醗酵処理システムＳを構成する脱水機１２、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、ヒートポンプ式蒸発装置２Ｂやポンプ類、モータ類等の電気機器、更には建屋内の照明、空調等に供されるとともに、余剰分は電力会社に売電される。
また前記温水ボイラ３２によって生成された温水は、消化槽１の保温や建屋内の空調等に供される。
更に前記蒸気ボイラ３３によって生成された蒸気は、前記消化液処理装置２の加熱缶２０における蒸気口２０ｅに供給される。
【００２３】
本発明の消化液処理装置２を具えて構成されたメタン醗酵処理システムＳは一例として上述したようにして構成されるものであり、続いて本発明の消化液処理方法について説明する。
【００２４】
〔醗酵〕
まず家畜の排泄物、藁屑等の畜産廃棄物や、おから、おが屑等の産業廃棄物、更には管理排水等の有機廃棄物を消化槽１に投入するものであり、この消化槽１内の温度を醗酵に適した条件とすると、やがてメタンガスＧと、副産物たる消化液Ｌ０が生成される。
【００２５】
〔メタンガス燃焼とエネルギー分配〕
次いで前記メタンガスＧはエネルギー変換装置３に送られ、発電機３１、温水ボイラ３２及び蒸気ボイラ３３によって、電力、温水、蒸気が生成される。
なお消化液処理装置２は、外部からの蒸気供給量が少なくて済むヒートポンプ式蒸発装置が採用されているため、蒸気ボイラ３３に供給するメタンガスＧ量も少なくて済み、その分を発電機３１に廻してより多くの電力を発電することが可能となるものである。
そしてこの実施例においては、前記消化槽１において生成されたメタンガスＧから、前記発電機３１によって生起された電力によって、メタン醗酵処理システムＳで消費される全電力を賄うことができるものである。
すなわち図１に示したメタン醗酵処理システムＳにあっては、一例として消化槽１において生成されるメタンガスＧの量は約３０２９ｍ3 ／ｄであり、消化液処理装置２が必要とする蒸気量は約７２００ｋｇ／ｄであるため、蒸気ボイラ３３ではこの分のメタンガスＧだけしか必要としない。
一方、メタン醗酵処理システムＳ内において消費される電力の内訳は、施設内の照明・空調等に約１０００ｋＷｈ／ｄ、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａに約３３６０ｋＷｈ／ｄ、ヒートポンプ式蒸発装置２Ｂに約１４４０ｋＷｈ／ｄの合計約５８００ｋＷｈ／ｄであり、蒸気ボイラ３３に供給されたメタンガスＧの残りを全て発電機３１に廻した場合には約６０７５ｋＷｈ／ｄの電力を発電することができるため、その差約２７５ｋＷｈ／ｄの電力が余剰となり、これを売電することが可能となるものである。
なおこの実施例では、温水ボイラ３２を使用しなかったが、これを使用した場合には上記エネルギーの配分は異なってくるものである。
【００２６】
〔消化液の脱水処理〕
一方、前記消化槽１から排出された消化液Ｌ０は、いったん消化液槽１１に貯留された後、脱水機１２によって脱水ケーキＣと脱水濾液Ｌ１とに分離され、この脱水ケーキＣは堆肥施設６に送られる。
【００２７】
〔消化濾液の濃縮処理〕
そして消化液処理装置２における第一のヒートポンプ式蒸発装置２Ａにあっては、真空ポンプＰ２が起動されてヒートポンプ式蒸発装置２Ａ内の減圧が行われ、この状態でバルブ２４の開度が調節され、脱水濾液Ｌ１はノズル２５から蒸発缶２１内に供給される。なお脱水濾液Ｌ１の種類等によっては減圧を要さない場合もある。
【００２８】
すると脱水濾液Ｌ１は、戻り管路２３を経由して加熱缶２０に至って長管２０ｂ内に供給され、圧縮機２７によって生成された加熱蒸気Ｈから伝導される熱によって長管２０ｂ内部で沸騰し、発生した蒸気成分Ｖが長管２０ｂ内を上昇する際に、濃縮された状態の液体成分Ｌを引き上げるものである。
次いで蒸気成分Ｖと液体成分Ｌとは、蒸発缶２１における流入口２１ｄから筐体２１ａ内に流入するものであり、蒸気成分Ｖは排気口２１ｂから蒸気循環管路２６内を移動して圧縮機２７に至り、この圧縮機２７の圧縮作用により高温の加熱蒸気Ｈとなり、蒸気口２０ｅに供給されるものである。
なお、長管２０ｂを加熱した加熱蒸気Ｈは凝集し、第一凝縮液Ｌ２としてドレン口２０ｆから排出され、熱交換器２８を通過する際に脱水濾液Ｌ１を昇温して第二のヒートポンプ式蒸発装置２Ｂに供給される。
因みに消化液処理装置２にあっては、蒸発缶２１内で液体成分Ｌと分離された蒸気成分Ｖを圧縮機２７によって圧縮することにより加熱蒸気Ｈが生成されるため、装置の始発状態において蒸気循環管路２６内に蒸気成分Ｖが存在しないときには、蒸気ボイラ３３から蒸気循環管路２６内に補助蒸気を供給するようにする。
【００２９】
一方、液体成分Ｌは流出口２１ｃに至り、ここから戻り管路２３内に移動するものであり、濃縮された状態の液体成分Ｌは、前記ノズル２５から供給された新たな脱水濾液Ｌ１を伴って再び加熱缶２０における長管２０ｂ内に位置することとなる。
そして以上のような操作が継続され、液体成分Ｌが所望の濃度となった時点でバルブ２３ｂを開放し、濃縮された状態の液体成分Ｌすなわち第一濃縮液Ｌ３を排出ポンプＰ３によって堆肥施設６に送るものである。
【００３０】
〔第一凝縮液からのアンモニア除去〕
また前記加熱蒸気Ｈが凝集してドレン口２０ｆから排出された第一凝縮液Ｌ２は、第二のヒートポンプ式蒸発装置２Ｂに供給されるものであり、この第一凝縮液Ｌ２を、前記第一のヒートポンプ式蒸発装置２Ａと同様の手法により濃縮して、第二凝縮液Ｌ４及び第二濃縮液Ｌ５が生成される。
この実施例では、加熱蒸気Ｈの圧力を０．０２ＭｐａＧ、飽和蒸気温度１０５℃、装置内圧力７３ｋＰａ、液体成分Ｌの温度８９℃で運転を行い、重量１０．０ｋｇ、ｐＨ９．０、アンモニウムイオン含有率１３００ｍｇ／Ｌの第一凝縮液Ｌ２から、重量５．９ｋｇ、ｐＨ９．０、アンモニウムイオン含有率２０ｍｇ／Ｌの第二濃縮液Ｌ５と、重量４．１ｋｇ、ｐＨ９．２、アンモニウムイオン含有率３１００ｍｇ／Ｌの第二凝縮液Ｌ４とを得た。
このように、第一凝縮液Ｌ２から第二濃縮液Ｌ５への濃縮倍率を１．６倍以上とすることにより、第二濃縮液Ｌ５を確実に河川に放流することのできる状態（全窒素含有量６０ｍｇ／Ｌ、アンモニア含有量７３ｍｇ／Ｌ以下）とすることができる。
またアンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４は、液肥として有効利用される。
【００３１】
このように本発明によれば、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
また薬剤や希釈水を用いることなく、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない状態の第二濃縮液Ｌ５が確実に得られるため、下水処理施設のない地域等にあっても畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムＳを構築することができる。
更にまたヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、２Ｂは消化液Ｌ０または第一凝縮液Ｌ２を希釈することなく処理することができるので、希釈による処理量の増大を招いてしまうことがなく、大型のものを用いる必要がない。
更にまた消化液処理装置２にヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、２Ｂを採用することにより、消化液処理装置２で供する蒸気量を抑え、メタンガスＧから得られる熱エネルギー及び電気エネルギーを、メタン醗酵処理システムＳ内でバランス良く消費することができ、余剰ガスの燃焼と、これに伴うＣＯ2 の放出を回避することができる。
更にまたメタン醗酵処理システムＳを低コストで構築することができるとともに、低コストで運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の消化液処理装置が適用されたメタン醗酵処理システムを示すブロック図である。
【図２】ヒートポンプ式蒸発装置を示す側面図である。
【図３】活性汚泥法による従来のメタン醗酵処理システムとその周辺機器を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ メタン醗酵処理システム
１ 消化槽
１１ 消化液槽
１２ 脱水機
２ 消化液処理装置
２Ａ ヒートポンプ式蒸発装置（第一の）
２Ｂ ヒートポンプ式蒸発装置（第二の）
２０ 加熱缶
２０ａ 筐体
２０ｂ 長管
２０ｃ 給液口
２０ｄ 排出口
２０ｅ 蒸気口
２０ｆ ドレン口
２１ 蒸発缶
２１ａ 筐体
２１ｂ 排気口
２１ｃ 流出口
２１ｄ 流入口
２２ 吹込管路
２３ 戻り管路
２３ａ 濃縮液排出口
２３ｂ バルブ
２４ バルブ
２５ ノズル
２６ 蒸気循環管路
２７ 圧縮機
２８ 熱交換器
３ エネルギー変換装置
３１ 発電機
３２ 温水ボイラ
３３ 蒸気ボイラ
６ 堆肥施設
Ｃ 脱水ケーキ
Ｇ メタンガス
Ｈ 加熱蒸気
Ｌ 液体成分
Ｌ０ 消化液
Ｌ１ 脱水濾液
Ｌ２ 第一凝縮液
Ｌ３ 第一濃縮液
Ｌ４ 第二凝縮液
Ｌ５ 第二濃縮液
Ｍ モータ
Ｐ１ 供給ポンプ
Ｐ２ 真空ポンプ
Ｐ３ 排出ポンプ
Ｐ４ 真空ポンプ
Ｐ５ 排出ポンプ
Ｖ 蒸気成分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて堆肥の原料として再利用化するシステムに関するものであって、特に消化液に含まれるアンモニア成分を高効率で回収するとともに、河川に放流することができる程度にまで消化液を処理することのできる畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法並びにその装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家畜の排泄物、藁屑等の畜産廃棄物や、おから、おが屑等の産業廃棄物、更には管理排水等を処理するにあたっては、これら畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて堆肥の原料として利用するとともに、この際生成されるメタンガスを施設内のエネルギー源として利用するメタン醗酵処理システムが運用されている（例えば特許文献１参照）。
このようなメタン醗酵処理システムＳ′のうち現在稼動されているものの一つに、図３に示したものがある。このシステムは、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスＧを生成するための消化槽１′と、この消化槽１′から排出される消化液Ｌ０を処理して有効利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置２′と、前記メタンガスＧから熱エネルギー及び電気エネルギーを得るためのエネルギー変換装置３′とを具えて成り、前記エネルギー変換装置３′で得られた熱エネルギー及び電気エネルギーを、前記消化槽１′や、消化液処理装置２′の熱源や動力源、更には施設建屋内の空調・照明用等として活用するようにしたものである。
【０００３】
そして前記消化槽１′から排出される消化液Ｌ０は、脱水機１２′によって脱水ケーキＣと脱水濾液Ｌ１とに分離されるものであり、この脱水ケーキＣは堆肥施設６′に送られて醗酵処理が成された後、堆肥の原料として有効利用されることとなる。
一方、前記脱水濾液Ｌ１は、一例として微生物を利用した活性汚泥法によって処理されるものであり、消化液処理装置２′に送られてＢＯＤ値の低下や脱色等が図られ、最終的に河川や下水に放流されることとなる。この際、脱色や殺菌のためにエタノール、第二塩化鉄等の薬剤や、高分子凝集剤、消毒薬、オゾン発生装置等が必要になるため、脱色施設、殺菌施設の付加のためのイニシャルコストの増加や、薬剤の使用によるランニングコストの増大を招いてしまっている。
また前記消化液Ｌ０はＢＯＤ値が高いため、上述のような活性汚泥法により処理されたものが、法に定められた河川放流基準を満たすようにするためには、消化液処理装置２′に供給される脱水濾液Ｌ１を事前に数倍〜数十倍の水で希釈しておき、消化液処理装置２′の負荷を減らす必要があり、結果的に処理量が増大して消化液処理装置２′が大型化してしまうことは避けられなかった。
また活性汚泥法では、処理後に余剰汚泥が残ってしまうため、このものを再び処理槽１′に戻して再処理することとなり、処理槽１′の負荷が増大してしまっている。
【０００４】
上述したように従来のメタン醗酵処理システムＳ′においては、脱水濾液Ｌ１の処理コストの割合が高く、このことがメタン醗酵処理システムＳ′自体の普及を妨げる主たる要因となってしまっている。
またメタン醗酵処理システムＳ′内でのエネルギー消費量は、消化槽１′において生成されるメタンガスＧのエネルギー量に比べて少ないため、余剰エネルギー分の電力を電力会社へ売却することが行われているが、常に全ての余剰エネルギー分の電力を売却できるわけではないので、売却することのできない分はメタンガスＧの段階で燃焼処分しているのが実情であり、不用意にＣＯ2 を放出してしまうこととなり、環境への配慮や、効率的なエネルギー利用といった観点においても改善の余地があった。
【０００５】
また脱水濾液Ｌ１中のアンモニア成分を酸化分解したり、電気分解して無害な窒素ガスとして大気に放出することも行われているが、アンモニアの有効利用の観点からも改善の余地があった。
【特許文献１】特開平８−２４８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、消化液からアンモニア成分を高効率で回収することができるとともに、低コストで運用することのできる、新規な畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法並びにその装置の開発を技術課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち請求項１記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法は、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスを有効利用するとともに、このとき生じる消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行うメタン醗酵処理において、前記消化液を脱水して脱水ケーキと脱水濾液とに分離し、この脱水ケーキを堆肥として有効利用し、一方、前記脱水濾液を濃縮して得た濃縮液を堆肥として有効利用するものであり、前記脱水濾液を濃縮するときに生成される第一凝縮液を更に濃縮することにより、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液と、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない第二濃縮液とを得て、前記第二凝縮液を液肥等として有効利用し、一方、前記第二濃縮液を河川等に放流することを特徴として成るものである。
この発明によれば、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
また薬剤や希釈水を用いることなく、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない状態の第二濃縮液が得られるため、下水処理施設のない地域等にあっても畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムを構築することができる。
【０００８】
また請求項２記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法は、前記要件に加え、前記第一凝縮液から第二濃縮液への濃縮倍率は、１．６倍以上とすることを特徴として成るものである。
この発明によれば、第二濃縮液を確実に河川やに放流することのできる状態とすることができるため、特に下水設備の設けられていない畜産地域等にメタン醗酵処理システムを構築することが可能となる。
【０００９】
更にまた請求項３記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置は、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスを生成するための消化槽と、この消化槽から排出される消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置とを具えて成り、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を堆肥等として有効利用するための処理システムにおいて、前記消化液処理装置は、第一のヒートポンプ式蒸発装置を具えて成り、更にこの第一のヒートポンプ式蒸発装置から排出される第一凝縮液を濃縮処理するための第二のヒートポンプ式蒸発装置を具えたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
また薬剤や希釈水を用いることなく、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない状態の第二濃縮液を得ることができ、下水処理施設のない地域等にあっても畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムを構築することができる。
更にまたヒートポンプ式蒸発装置は消化液または第一凝縮液を希釈することなく処理することができるので、希釈による処理量の増大を招いてしまうことがなく、大型のものを用いる必要がない。
更にまたヒートポンプ式蒸発装置を採用することにより、消化液処理装置で供する蒸気量を抑え、メタンガスから得られる熱エネルギー及び電気エネルギーを、メタン醗酵処理システム内でバランス良く消費することができ、余剰ガスの燃焼と、これに伴うＣＯ2 の放出を回避することができる。
更にまたメタン醗酵処理システムを低コストで構築することができるとともに、低コストで運用することができる。
【００１０】
また請求項４記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置は、前記請求項３記載の要件に加え、前記ヒートポンプ式蒸発装置の動力は、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスによって発電された電力により賄うことを特徴として成るものである。
この発明によれば、メタンガスから得られる熱エネルギー及び電気エネルギーを、メタン醗酵処理システム内でバランス良く消費することができ、余剰ガスの燃焼と、これに伴うＣＯ2 の放出を回避することができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、消化液からアンモニア成分を高効率で回収することができるとともに、メタン醗酵処理システムを低コストで運用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図示の実施例に基づいて説明するものであるが、この実施例に対して、本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。
【実施例】
【００１３】
本発明の消化液処理装置２が適用されたメタン醗酵処理システムＳは図１に示すように、畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスＧを生成するための消化槽１と、この消化槽１から排出される消化液Ｌ０を処理して再利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置２と、前記メタンガスＧから熱エネルギー及び電気エネルギーを得るためのエネルギー変換装置３とを具えて成り、前記エネルギー変換装置３で得られた熱エネルギー及び電気エネルギーを、前記消化槽１及び消化液処理装置２等において活用しながら畜産廃棄物等の有機廃棄物を堆肥として有効利用するための処理システムである。なお前記消化液処理装置２は、第一のヒートポンプ式蒸発装置２Ａと、第二のヒートポンプ式蒸発装置２Ｂとを具えて成り、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａにおいて生じる第一凝縮液Ｌ２中のアンモニアをヒートポンプ式蒸発装置２Ｂにおいて回収し、消化液Ｌ０を最終的に下水や河川に放流できるように構成される。
以下これらメタン醗酵処理システムＳを構成する各要素について順次説明した後、メタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法について説明する。
【００１４】
まず前記消化槽１について説明するとこのものは、家畜の排泄物、藁屑等の畜産廃棄物や、おから、おが屑等の産業廃棄物、更には管理排水等をメタン醗酵処理するために貯留する容器体であり、適宜生成されるメタンガスＧの回収機構が具えられる。
なおこの消化槽１には、醗酵を好適に促すため、内容物を所望の温度に保つためのヒータ等の昇温・保温機構が具えられる。
更に消化槽１の補機として、消化液Ｌ０を貯留しておくための消化液槽１１と、この消化液Ｌ０を脱水濾液Ｌ１と脱水ケーキＣとに分離するための脱水機１２（一例としてドラムスクリーン型、スクリュープレス型等）とが具えられる。
【００１５】
次に本発明の消化液処理装置２について説明すると、この実施例では高速旋回式蒸発装置の一例である液膜上昇式のヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、２Ｂが二段構成で具えられるものであり、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａにおけるドレン口２０ｆと、ヒートポンプ式蒸発装置２Ｂにおける流入口２１ｄとが管路によって接続されている。そしてこのような消化液処理装置２は図２に示すように、加熱缶２０と蒸発缶２１との間が吹込管路２２によって接続され、前記加熱缶２０内に配された長管２０ｂ内に流入した液体（脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２）を、この長管２０ｂの外側に供給される加熱媒体からの伝導熱によって沸騰させることにより溶媒成分を蒸発させ、濃度の高まった状態の液体成分Ｌと蒸気成分Ｖとを前記蒸発缶２１内に吹き込み、この蒸発缶２１内においてこれら液体成分Ｌと蒸気成分Ｖとの分離を行う装置である。
【００１６】
以下消化液処理装置２を構成する諸部材について詳しく説明する。
まず前記加熱缶２０について説明すると、このものは密閉性が確保された筐体２０ａ内に、金属等の耐熱素材から成る管路である長管２０ｂが複数本具えられたものであり、この長管２０ｂの下端部が給液口２０ｃと連通状態され、一方、長管２０ｂの上部が排出口２０ｄに臨むように構成されたものである。また前記筐体２０ａ側周部分には蒸気口２０ｅ及びドレン口２０ｆが形成される。
【００１７】
次に前記蒸発缶２１について説明すると、このものは円筒下部に逆円錐を接続した形状の中空部材である筐体２１ａの上部に排気口２１ｂが形成され、下部に流出口２１ｃが形成され、更に側周部に流入口２１ｄが形成されて成るものである。
【００１８】
そして前記加熱缶２０における排出口２０ｄと、蒸発缶２１における流入口２１ｄとの間は吹込管路２２によって連通状態に接続され、また前記加熱缶２０における給液口２０ｃと、蒸発缶２１における流出口２１ｃとの間は戻り管路２３によって連通状態に接続される。この結果、蒸発缶２１、戻り管路２３、加熱缶２０及び吹込管路２２を要素とした循環経路が形成されるものである。
なお戻り管路２３の途中には濃縮液排出口２３ａが形成されるものであり、バルブ２３ｂが開放されることにより、排出ポンプＰ３、Ｐ５によって、濃縮された状態の液体成分Ｌ（第一濃縮液Ｌ３または第二濃縮液Ｌ５）が外部に排出できるように構成される。
【００１９】
更にまたこの実施例では、前記蒸発缶２１における筐体２１ａ内に脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２が供給されるものであり、供給ポンプＰ１または真空ポンプＰ２によって供給される脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２は、バルブ２４の開度を調整することにより、筐体２１ａ内に配したノズル２５から噴出される。
【００２０】
また前記蒸発缶２１における排気口２１ｂと加熱缶２０における蒸気口２０ｅとの間に蒸気循環管路２６が接続され、更にその途中に圧縮機２７が具えられる。そしてこの圧縮機２７によって蒸気成分Ｖを加熱蒸気Ｈにするものであり、筐体２０ａ内に供給された加熱蒸気Ｈは、長管２０ｂ内に位置する脱水濾液Ｌ１または第一凝縮液Ｌ２に対して熱を伝導し、その結果加熱蒸気Ｈは凝集してドレン口２０ｆから外部に排出されることとなる。
なおこの実施例では、前記圧縮機２７としてターボブロワやルーツブロワが採用されるものであり、駆動用のモータＭが具えられる。
またヒートポンプ式蒸発装置２Ａにおける前記ドレン口２０ｆの後段部分には、脱水濾液Ｌ１を昇温するための熱交換器２８及び凝集液排出ポンプを兼用する真空ポンプＰ２が具えられる。
またヒートポンプ式蒸発装置２Ｂにおけるドレン口２０ｆの後段部分には、凝縮液排出ポンプを兼用する真空ポンプＰ４が具えられる。
【００２１】
次に前記エネルギー変換装置３について説明すると、このものは、前記メタンガスＧを燃焼させて電気エネルギーを得るための発電機３１と、前記メタンガスＧを燃焼させて熱エネルギーを得るための温水ボイラ３２及び蒸気ボイラ３３とを具えて構成されるものである。
【００２２】
そして前記発電機３１によって生成された電力は、メタン醗酵処理システムＳを構成する脱水機１２、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、ヒートポンプ式蒸発装置２Ｂやポンプ類、モータ類等の電気機器、更には建屋内の照明、空調等に供されるとともに、余剰分は電力会社に売電される。
また前記温水ボイラ３２によって生成された温水は、消化槽１の保温や建屋内の空調等に供される。
更に前記蒸気ボイラ３３によって生成された蒸気は、前記消化液処理装置２の加熱缶２０における蒸気口２０ｅに供給される。
【００２３】
本発明の消化液処理装置２を具えて構成されたメタン醗酵処理システムＳは一例として上述したようにして構成されるものであり、続いて本発明の消化液処理方法について説明する。
【００２４】
〔醗酵〕
まず家畜の排泄物、藁屑等の畜産廃棄物や、おから、おが屑等の産業廃棄物、更には管理排水等の有機廃棄物を消化槽１に投入するものであり、この消化槽１内の温度を醗酵に適した条件とすると、やがてメタンガスＧと、副産物たる消化液Ｌ０が生成される。
【００２５】
〔メタンガス燃焼とエネルギー分配〕
次いで前記メタンガスＧはエネルギー変換装置３に送られ、発電機３１、温水ボイラ３２及び蒸気ボイラ３３によって、電力、温水、蒸気が生成される。
なお消化液処理装置２は、外部からの蒸気供給量が少なくて済むヒートポンプ式蒸発装置が採用されているため、蒸気ボイラ３３に供給するメタンガスＧ量も少なくて済み、その分を発電機３１に廻してより多くの電力を発電することが可能となるものである。
そしてこの実施例においては、前記消化槽１において生成されたメタンガスＧから、前記発電機３１によって生起された電力によって、メタン醗酵処理システムＳで消費される全電力を賄うことができるものである。
すなわち図１に示したメタン醗酵処理システムＳにあっては、一例として消化槽１において生成されるメタンガスＧの量は約３０２９ｍ3 ／ｄであり、消化液処理装置２が必要とする蒸気量は約７２００ｋｇ／ｄであるため、蒸気ボイラ３３ではこの分のメタンガスＧだけしか必要としない。
一方、メタン醗酵処理システムＳ内において消費される電力の内訳は、施設内の照明・空調等に約１０００ｋＷｈ／ｄ、ヒートポンプ式蒸発装置２Ａに約３３６０ｋＷｈ／ｄ、ヒートポンプ式蒸発装置２Ｂに約１４４０ｋＷｈ／ｄの合計約５８００ｋＷｈ／ｄであり、蒸気ボイラ３３に供給されたメタンガスＧの残りを全て発電機３１に廻した場合には約６０７５ｋＷｈ／ｄの電力を発電することができるため、その差約２７５ｋＷｈ／ｄの電力が余剰となり、これを売電することが可能となるものである。
なおこの実施例では、温水ボイラ３２を使用しなかったが、これを使用した場合には上記エネルギーの配分は異なってくるものである。
【００２６】
〔消化液の脱水処理〕
一方、前記消化槽１から排出された消化液Ｌ０は、いったん消化液槽１１に貯留された後、脱水機１２によって脱水ケーキＣと脱水濾液Ｌ１とに分離され、この脱水ケーキＣは堆肥施設６に送られる。
【００２７】
〔消化濾液の濃縮処理〕
そして消化液処理装置２における第一のヒートポンプ式蒸発装置２Ａにあっては、真空ポンプＰ２が起動されてヒートポンプ式蒸発装置２Ａ内の減圧が行われ、この状態でバルブ２４の開度が調節され、脱水濾液Ｌ１はノズル２５から蒸発缶２１内に供給される。なお脱水濾液Ｌ１の種類等によっては減圧を要さない場合もある。
【００２８】
すると脱水濾液Ｌ１は、戻り管路２３を経由して加熱缶２０に至って長管２０ｂ内に供給され、圧縮機２７によって生成された加熱蒸気Ｈから伝導される熱によって長管２０ｂ内部で沸騰し、発生した蒸気成分Ｖが長管２０ｂ内を上昇する際に、濃縮された状態の液体成分Ｌを引き上げるものである。
次いで蒸気成分Ｖと液体成分Ｌとは、蒸発缶２１における流入口２１ｄから筐体２１ａ内に流入するものであり、蒸気成分Ｖは排気口２１ｂから蒸気循環管路２６内を移動して圧縮機２７に至り、この圧縮機２７の圧縮作用により高温の加熱蒸気Ｈとなり、蒸気口２０ｅに供給されるものである。
なお、長管２０ｂを加熱した加熱蒸気Ｈは凝集し、第一凝縮液Ｌ２としてドレン口２０ｆから排出され、熱交換器２８を通過する際に脱水濾液Ｌ１を昇温して第二のヒートポンプ式蒸発装置２Ｂに供給される。
因みに消化液処理装置２にあっては、蒸発缶２１内で液体成分Ｌと分離された蒸気成分Ｖを圧縮機２７によって圧縮することにより加熱蒸気Ｈが生成されるため、装置の始発状態において蒸気循環管路２６内に蒸気成分Ｖが存在しないときには、蒸気ボイラ３３から蒸気循環管路２６内に補助蒸気を供給するようにする。
【００２９】
一方、液体成分Ｌは流出口２１ｃに至り、ここから戻り管路２３内に移動するものであり、濃縮された状態の液体成分Ｌは、前記ノズル２５から供給された新たな脱水濾液Ｌ１を伴って再び加熱缶２０における長管２０ｂ内に位置することとなる。
そして以上のような操作が継続され、液体成分Ｌが所望の濃度となった時点でバルブ２３ｂを開放し、濃縮された状態の液体成分Ｌすなわち第一濃縮液Ｌ３を排出ポンプＰ３によって堆肥施設６に送るものである。
【００３０】
〔第一凝縮液からのアンモニア除去〕
また前記加熱蒸気Ｈが凝集してドレン口２０ｆから排出された第一凝縮液Ｌ２は、第二のヒートポンプ式蒸発装置２Ｂに供給されるものであり、この第一凝縮液Ｌ２を、前記第一のヒートポンプ式蒸発装置２Ａと同様の手法により濃縮して、第二凝縮液Ｌ４及び第二濃縮液Ｌ５が生成される。
この実施例では、加熱蒸気Ｈの圧力を０．０２ＭｐａＧ、飽和蒸気温度１０５℃、装置内圧力７３ｋＰａ、液体成分Ｌの温度８９℃で運転を行い、重量１０．０ｋｇ、ｐＨ９．０、アンモニウムイオン含有率１３００ｍｇ／Ｌの第一凝縮液Ｌ２から、重量５．９ｋｇ、ｐＨ９．０、アンモニウムイオン含有率２０ｍｇ／Ｌの第二濃縮液Ｌ５と、重量４．１ｋｇ、ｐＨ９．２、アンモニウムイオン含有率３１００ｍｇ／Ｌの第二凝縮液Ｌ４とを得た。
このように、第一凝縮液Ｌ２から第二濃縮液Ｌ５への濃縮倍率を１．６倍以上とすることにより、第二濃縮液Ｌ５を確実に河川に放流することのできる状態（全窒素含有量６０ｍｇ／Ｌ、アンモニア含有量７３ｍｇ／Ｌ以下）とすることができる。
またアンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４は、液肥として有効利用される。
【００３１】
このように本発明によれば、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液Ｌ４を得ることができるため、畜産廃棄物等の有機廃棄物をよりいっそう有効利用することができる。
また薬剤や希釈水を用いることなく、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない状態の第二濃縮液Ｌ５が確実に得られるため、下水処理施設のない地域等にあっても畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムＳを構築することができる。
更にまたヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、２Ｂは消化液Ｌ０または第一凝縮液Ｌ２を希釈することなく処理することができるので、希釈による処理量の増大を招いてしまうことがなく、大型のものを用いる必要がない。
更にまた消化液処理装置２にヒートポンプ式蒸発装置２Ａ、２Ｂを採用することにより、消化液処理装置２で供する蒸気量を抑え、メタンガスＧから得られる熱エネルギー及び電気エネルギーを、メタン醗酵処理システムＳ内でバランス良く消費することができ、余剰ガスの燃焼と、これに伴うＣＯ2 の放出を回避することができる。
更にまたメタン醗酵処理システムＳを低コストで構築することができるとともに、低コストで運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の消化液処理装置が適用されたメタン醗酵処理システムを示すブロック図である。
【図２】ヒートポンプ式蒸発装置を示す側面図である。
【図３】活性汚泥法による従来のメタン醗酵処理システムとその周辺機器を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ メタン醗酵処理システム
１ 消化槽
１１ 消化液槽
１２ 脱水機
２ 消化液処理装置
２Ａ ヒートポンプ式蒸発装置（第一の）
２Ｂ ヒートポンプ式蒸発装置（第二の）
２０ 加熱缶
２０ａ 筐体
２０ｂ 長管
２０ｃ 給液口
２０ｄ 排出口
２０ｅ 蒸気口
２０ｆ ドレン口
２１ 蒸発缶
２１ａ 筐体
２１ｂ 排気口
２１ｃ 流出口
２１ｄ 流入口
２２ 吹込管路
２３ 戻り管路
２３ａ 濃縮液排出口
２３ｂ バルブ
２４ バルブ
２５ ノズル
２６ 蒸気循環管路
２７ 圧縮機
２８ 熱交換器
３ エネルギー変換装置
３１ 発電機
３２ 温水ボイラ
３３ 蒸気ボイラ
６ 堆肥施設
Ｃ 脱水ケーキ
Ｇ メタンガス
Ｈ 加熱蒸気
Ｌ 液体成分
Ｌ０ 消化液
Ｌ１ 脱水濾液
Ｌ２ 第一凝縮液
Ｌ３ 第一濃縮液
Ｌ４ 第二凝縮液
Ｌ５ 第二濃縮液
Ｍ モータ
Ｐ１ 供給ポンプ
Ｐ２ 真空ポンプ
Ｐ３ 排出ポンプ
Ｐ４ 真空ポンプ
Ｐ５ 排出ポンプ
Ｖ 蒸気成分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスを有効利用するとともに、このとき生じる消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行うメタン醗酵処理において、前記消化液を脱水して脱水ケーキと脱水濾液とに分離し、この脱水ケーキを堆肥として有効利用し、一方、前記脱水濾液を濃縮して得た濃縮液を堆肥として有効利用するものであり、前記脱水濾液を濃縮するときに生成される第一凝縮液を更に濃縮することにより、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液と、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない第二濃縮液とを得て、前記第二凝縮液を液肥等として有効利用し、一方、前記第二濃縮液を河川等に放流することを特徴とする畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法。
【請求項２】
前記第二凝縮液から第二濃縮液への濃縮倍率は、１．６倍以上とすることを特徴とする請求項１記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法。
【請求項３】
畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスを生成するための消化槽と、この消化槽から排出される消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置とを具えて成り、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を堆肥等として有効利用するための処理システムにおいて、前記消化液処理装置は、第一のヒートポンプ式蒸発装置を具えて成り、更にこの第一のヒートポンプ式蒸発装置から排出される第一凝縮液を濃縮処理するための第二のヒートポンプ式蒸発装置を具えたことを特徴とする畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置。
【請求項４】
前記ヒートポンプ式蒸発装置の動力は、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスによって発電された電力により賄うことを特徴とする請求項３記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置。
【請求項１】
畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスを有効利用するとともに、このとき生じる消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行うメタン醗酵処理において、前記消化液を脱水して脱水ケーキと脱水濾液とに分離し、この脱水ケーキを堆肥として有効利用し、一方、前記脱水濾液を濃縮して得た濃縮液を堆肥として有効利用するものであり、前記脱水濾液を濃縮するときに生成される第一凝縮液を更に濃縮することにより、アンモニアを高濃度で含んだ第二凝縮液と、アンモニアを環境基準値以下の低濃度でしか含まない第二濃縮液とを得て、前記第二凝縮液を液肥等として有効利用し、一方、前記第二濃縮液を河川等に放流することを特徴とする畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法。
【請求項２】
前記第二凝縮液から第二濃縮液への濃縮倍率は、１．６倍以上とすることを特徴とする請求項１記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理方法。
【請求項３】
畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させてメタンガスを生成するための消化槽と、この消化槽から排出される消化液を処理して再利用または廃棄するための操作を行う消化液処理装置とを具えて成り、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を堆肥等として有効利用するための処理システムにおいて、前記消化液処理装置は、第一のヒートポンプ式蒸発装置を具えて成り、更にこの第一のヒートポンプ式蒸発装置から排出される第一凝縮液を濃縮処理するための第二のヒートポンプ式蒸発装置を具えたことを特徴とする畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置。
【請求項４】
前記ヒートポンプ式蒸発装置の動力は、前記畜産廃棄物等の有機廃棄物を醗酵させて得られたメタンガスによって発電された電力により賄うことを特徴とする請求項３記載の畜産廃棄物等の有機廃棄物のメタン醗酵処理システムにおける消化液処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１５０１５８（Ｐ２００６−１５０１５８Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４００６１（Ｐ２００４−３４００６１）
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００１４９３１０）株式会社大川原製作所 (64)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００１４９３１０）株式会社大川原製作所 (64)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]