JP2002326074A - 食品系及び木質系廃棄物の混合再資源化方法及び装置 - Google Patents
食品系及び木質系廃棄物の混合再資源化方法及び装置Info
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Abstract
廃棄物の混合再資源化方法及び装置を提供する。 【解決手段】食品系廃棄物FをスラリーSとした上でバ
イオリアクター5によりバイオガスGと発酵液Mとに分
解し、木質系廃棄物Wを破砕した上で腐熟に適した割合
の発酵液Mと混合して混合物とし、混合物を通気下で腐
熟させてコンポスト材料Cとし、バイオガスGにより前
記分解・混合・通気及び腐熟のエネルギーを供給する。
好ましくは、混合物をバイオガスGのエネルギーにより
腐熟に適した温度に維持する。バイオガスGから燃料電
池10により電力と高温水とを回収し、高温水の一部分に
より前記混合物を腐熟に適した温度に維持することがで
きる。更に好ましくは、発酵液Mから含塩水を分離して
塩分濃度を下げたのち前記破砕した木質系廃棄物Wと混
合する。
Description
棄物の混合再資源化方法及び装置に関し、とくに食品系
廃棄物と木質系廃棄物とからエネルギー及びコンポスト
材料を有価資源として回収する再資源化方法及び装置に
関する。
ごみやホテル・レストラン等の事業系生ごみ、食品工場
等から排出される産業系食品残さ、産業系有機廃液等
(以下、これらを纏めて食品系廃棄物という。)は、ほ
とんど焼却又は埋め立て処分されている。しかし、焼却
処分には化石燃料の消費やダイオキシンの発生の問題が
あり、埋め立て処分には処分地の不足や悪臭の発生とい
う問題があるため、焼却や埋め立て処分に代わる技術と
して、食品系廃棄物から肥料、飼料、バイオガス、電力
エネルギー、熱エネルギー等の有価資源を回収(以下、
再資源化ということがある。)する技術の開発が進めら
れている。
て、本発明者等は、メタン発酵処理と燃料電池とを組み
合わせた生ごみのエネルギー回収システムを開発し、特
許第3064272号公報に開示した。図4を参照するに、同
公報のエネルギー回収システムは、生ごみを粉砕して生
ごみスラリーとする粉砕手段としての高圧処理機41、微
粉砕機42、生ごみスラリーを高温メタン生成菌によりバ
イオガスと発酵液とに分解するバイオリアクター5、バ
イオリアクター5からのバイオガスにより電力と高温水
を発生する燃料電池10、及びバイオリアクター5の発酵
液中の残留有機物を更に浄化し余剰汚泥をコンポスト材
料として沈殿させる二次処理施設11を備えたものであ
る。バイオリアクター5は、粉砕手段である高圧処理機
41、微粉砕機42に連通する反応室(図示せず)と、反応
室を高温メタン生成菌(以下、高温菌という。)の活性
温度に保つ保温手段6とを有する。
生する刈草や剪定枝、流木、間伐材、農業廃棄物(稲わ
ら・もみがら・収穫後の残さ)など(以下、これらを纏
めて木質系廃棄物という。)についても、ダイオキシン
の発生のおそれがある従来の焼却処分に代えて、再資源
化技術が求められている。
て、特開平8-026869号公報は、図3に示すように、ビー
ル搾り滓等の飲食品製造工程残さ32と草木廃棄物33とを
混合して混合物の水分を40〜70%に調製し、この混合物
に1kg当たり0.1〜1.8リットル/分の通気を行いながら
一日に1〜3回混合物を攪拌して好気性発酵させ、有機
質肥料(コンポスト)を製造する方法を開示する。同図
の例では、貯蔵槽22に蓄えた草木廃棄物33を圧搾式の破
砕手段23により押し潰した後、水分含有量が約55〜70%
となるように投入量を調整しながら、貯蔵槽21に蓄えた
飲食品製造工程残さ32と共に発酵槽25内に投入する。発
酵槽25内において、送気ブロア28による通気とスクープ
式攪拌機27による攪拌とを2〜4週間継続し、投入され
た飲食品製造工程残さ32及び草木廃棄物33の混合物を一
次発酵物34にまで発酵させる。給気ブロア28の給気管28
bを飲食品製造工程残さ32の貯蔵槽21と接続することに
より、貯蔵槽21内の発酵により加温された空気を発酵槽
25へ送り込む。発酵槽25から排出した一次発酵物34を養
生槽31に投入し、更に4〜8週間をかけて難分解性成分
を発酵分解してコンポストとする。
来の再資源化方法は、破砕手段23による圧搾、発酵槽25
における通気・攪拌のために、燃料資源や電力等の多く
の外部エネルギーを供給しなければならない問題点があ
る。また、木質系廃棄物は含水率が低く、リグニン質、
セルロース、ヘミセルロース等の微生物分解が難しい成
分を多く含むので、発酵温度が上昇せず、コンポストの
十分な腐熟が得難い問題点もある。腐熟とは、作物に成
育障害を起こさない程度にまで有機質材を腐朽させるこ
とである。このため、特に寒冷地等においては、コンポ
ストを腐熟させるためにヒータ等で発酵槽25を加熱する
必要があり、腐熟のために更にエネルギーの消費量が多
くなる問題点が経験された。再資源化のためには可能な
限り化石燃料等の外部エネルギーの使用を抑えることが
望ましく、腐熟が得難い木質系廃棄物についても省資源
・省エネルギーの対策が要望されている。
性を高めた食品系及び木質系廃棄物の混合再資源化方法
及び装置を提供するにある。
に、本発明の食品系及び木質系廃棄物の混合再資源化方
法は、食品系廃棄物FをスラリーSとした上でバイオリ
アクター5によりバイオガスGと発酵液Mとに分解し、
木質系廃棄物Wを破砕した上で腐熟に適した割合の発酵
液Mと混合して混合物とし、前記混合物を通気下で腐熟
させてコンポスト材料Cとし、バイオガスGにより前記
分解・通気・混合及び腐熟のエネルギーを供給してなる
ものである。
エネルギーにより腐熟に適した温度に維持する。更に好
ましくは、バイオガスGから燃料電池10により電力と高
温水とを回収し、高温水の一部分により前記混合物を腐
熟に適した温度に維持する。
発明の食品系及び木質系廃棄物の混合再資源化装置は、
食品系廃棄物Fを粉砕してスラリーSとする粉砕手段
1、スラリーSをバイオガスGと発酵液Mとに分解する
バイオリアクター5、木質系廃棄物Wを破砕する破砕手
段23、破砕した木質系廃棄物Wとバイオリアクター5か
らの発酵液Mとを腐熟に適した割合で混合し通気下で腐
熟させてコンポスト材料Cとするコンポスト化装置25、
及びバイオガスGからエネルギーを回収するエネルギー
回収装置10を備え、回収したエネルギーを粉砕手段1、
バイオリアクター5、破砕手段23及びコンポスト化装置
25に供給してなるものである。
オガスGから電力と高温水とを発生する燃料電池とし、
バイオリアクター5にメタン生成菌の活性温度に保つ保
温手段6を設け、コンポスト化装置25に前記木質系廃棄
物Wと発酵液Mとの混合物を腐熟に適した温度に加熱す
る加熱手段12を設け、前記高温水の一部分を保温手段6
及び加熱手段12に供給し、前記電力の一部分により粉砕
手段1及び破砕手段23を駆動する。
して燃料電池を用いた実施例のブロック図を示す。燃料
電池は原理的には水素と酸素とを電気化学的に反応させ
て発電するものであるが、メタンが70%程度含まれるバ
イオガスを改質器に通して水素を発生させることによ
り、バイオガスを燃料電池の水素源として利用できる。
また、例えばリン酸型燃料電池の発電効率は35〜45%程
度であるが、温熱(又は温熱水)が排出されるので、こ
の温熱を有効に利用すれば約80%の総合エネルギー効率
が得られる(広瀬研吉「燃料電池のおはなし」日本規格
協会、1992年7月、p.56)。但し、本発明のエネルギー
回収装置10は燃料電池に限定されず、例えばガスタービ
ンやマイクロガスタービンを用いることができる。
設13、バイオガス回収施設14、バイオガス利用施設15及
びコンポスト化施設16を有する。前処理施設13は、食品
系廃棄物Fを粉砕してスラリーSとする粉砕手段1、ス
ラリーSを一時蓄えるスラリータンク3、及びスラリー
Sを更に微粉砕する微粉砕機4を有する。粉砕手段1
は、ホッパー2に蓄えた食品系廃棄物Fを定量フィーダ
2a経由で取り込み、廃棄物F中に混入した異物Bを分別
すると共に廃棄物Fを再資源化に適する粒度及び濃度に
スラリー化する。微粉砕機4は、スラリーSを更に平均
1mm以下、好ましくは数百ミクロン程度の大きさにまで
微粉砕してバイオガス回収施設14に送出する。なお本発
明は、後述する二次処理施設11等で発生した有機汚泥O
を再資源化する際にも使用することができ、その場合は
異物分離の必要がないので有機汚泥Oを直接スラリータ
ンク3に投入することができる。
Sを高温メタン生成菌によりバイオガスGと発酵液Mと
に分解するバイオリアクター5と、バイオリアクター5
内の反応室を高温メタン生成菌の活性温度に保つ保温手
段6とを有する。微粉砕スラリーS中の有機物は、バイ
オリアクター5内で高温菌により分解され、バイオガス
G及び発酵液Mとなる。保温手段6は例えば燃料電池10
からの高温水との熱交換器とすることができ、バイオリ
アクター5の反応室を高温菌の活動に最も適する条件、
例えば温度50〜60℃に保持する。
け、バイオリアクタ5で発生したバイオガスGを電気エ
ネルギー及び熱エネルギーに変換する。図示例では、バ
イオガスGを水素に改質したのち燃料電池10へ導き、燃
料電池10で大気中の酸素と改質水素とを電気化学的に反
応させて電気エネルギーを得、さらに燃料電池10の排熱
を回収して高温水を得る。
破砕する破砕手段23と、破砕した木質系廃棄物Wとバイ
オリアクター5からの発酵液Mとを腐熟に適した割合で
混合し通気下で腐熟させてコンポスト材料Cとするコン
ポスト化装置25とを設ける。一般的な木質系廃棄物Wの
炭素率(C/N比)は枝部又は針葉樹葉で60前後であるの
に対し、コンポストの腐熟に適する炭素率は40程度と考
えられている。また、木質系廃棄物Wは含水率が低いの
に対し、コンポストの腐熟には40〜70%、好ましくは60
〜65%の含水率が必要とされる。他方、バイオリアクタ
ー5からの発酵液Mは含有窒素量が高く含水率も高い。
破砕した木質系廃棄物Wと発酵液Mとを混合することに
より、混合廃棄物の炭素率及び含水率を腐熟に適した割
合とすることができる。
熟に適した割合で混合したのち、コンポスト化装置25へ
投入する。また、コンポスト化装置25を図3に示すよう
なスクープ式攪拌機27付き発酵槽25とした場合は、スク
ープ式攪拌機27の攪拌位置に発酵液Mを散布することに
より、木質系廃棄物Wと発酵液Mとを混合してもよい。
混合した木質系廃棄物W及び発酵液Mを通気下で腐熟さ
せ、コンポスト化する。通気のために必要な送気ブロア
28(図3参照)の駆動、及びスクープ式攪拌機27等の攪
拌手段の駆動には、バイオガス利用施設15で回収したバ
イオガスGのエネルギーの一部分を利用することができ
る。
ップで進行すると考えられる。 (1)糖質、蛋白質、脂肪類等の易分解性有機物を好気
性細菌類により分解して昇温(60℃以上)させ、有機酸
を生成する。 (2)生成した有機酸の機能、及び昇温により増殖した
高温細菌、放線菌類の働きにより、木質系廃棄物Wのセ
ルロースを包み込んでいるヘミセルロースを分解する。 (3)主として高温嫌気性セルロース分解菌がセルロー
スを分解する。 (4)主として担子菌類、白色木材腐朽菌がリグニン類
を分解する。
の高温細菌を活性化することが不可欠であり、十分な昇
温が必要である。しかし、木質系廃棄物Wは発酵温度の
立ち上がりが遅く、寒冷地や冬季において腐熟に必要な
昇温が得られない場合が経験されている。このため、図
1に示すようにコンポスト化装置25に加熱手段12を設
け、混合した木質系廃棄物W及び発酵液Mを腐熟に適し
た温度に加熱することが望ましい。本発明者は、加熱手
段12を燃料電池10からの高温水との熱交換器とすること
ができ、燃料電池10からの高温水により木質系廃棄物W
及び発酵液Mの混合物を腐熟に適した温度に維持して腐
熟を促進し、コンポスト材料Cの品質の安定を図ると共
に発酵期間が短縮できることを実験的に確認できた。
施設14における食品系廃棄物Fの分解適温保持、木質系
廃棄物Wと発酵液Mとの混合、及びコンポスト化施設16
における通気及び腐熟のエネルギーとして、バイオガス
利用施設15で回収したバイオガスGのエネルギーを用い
ることができるので、システム外から供給するエネルギ
ー量を最小限とし、再資源化のための化石燃料等の使用
を最小に抑えることができる。燃料電池10を使用した場
合は、燃料電池10の排熱を前記分解及び腐熟のために有
効に利用することができ、燃料電池10の総合エネルギー
効率を高めることができる。また、燃料電池10からの電
力の一部分により食品系廃棄物Fの粉砕手段1、木質系
廃棄物Wの破砕手段23、コンポスト化施設16の送気ブロ
ア28等を駆動することができ、システムの駆動に必要な
エネルギーをシステム内で発生するバイオガスGで賄う
ことができるだけでなく、余剰の電力・高温水をシステ
ム外へ供給することが可能となり、発電施設として一層
の効率向上が得られる。
ーの自足性を高めた食品系及び木質系廃棄物の混合再資
源化方法及び装置」の提供が達成できる。
ない発酵液Mを処理するための二次処理施設11を設けて
いる。過剰の発酵液Mを二次処理施設11へ送り、排水は
高度処理した後に処理水として下水道や河川に放流し、
残留有機物を再資源化の材料として回収する。例えば、
木質系廃棄物Wの排出量の季節による変動等に応じて、
コンポスト化施設16又は二次処理施設11で処理する量を
調節することができる。コンポスト化施設16に発酵液M
のバッファー槽18を設け、木質系廃棄物Wの排出量の季
節変動等に対応することも可能である。
酵液Mから含塩水を分離して塩分濃度を下げる脱水装置
17を設け、脱水後の発酵液Mを破砕した木質系廃棄物W
と混合している。コンポスト材料C中の塩分濃度が高す
ぎると、土壌に施用した場合に、出芽率が低下する場合
がある。また、発酵液M中の塩分濃度は脱水により下げ
ることができる。従って、発酵液M中の塩分濃度が高い
場合は、木質系廃棄物Wの量に応じて適宜発酵液Mを脱
水した後に混合することにより、コンポスト材料C中の
塩分濃度を適切な範囲とすることができる。
り、1日当たり10トンの食品系廃棄物Fと1日当たり15
トンの有機汚泥Oと1日当たり19トンの木質系廃棄物W
とを処理する場合のエネルギー収支を示す。前処理施設
13において、10トンの食品系廃棄物Fと15トンの有機汚
泥Oとから、有機物濃度(T-CODcr)30〜45万mg/リッ
トルのスラリーが1日当たり25トン得られる。バイオガ
ス回収施設14において、このスラリーを例えば容量250
トンのバイオリアクター5で処理することにより、試算
によれば、1日当たり1,500m3のバイオガス(メタン70
%、二酸化炭素30%)が回収できる。
ス利用施設15においてバイオガスを精製し、燃料電池10
に送ることにより、1時間当たり120kWh(1日当たり2,
880kWh)の電力エネルギーが得られる。得られた電力エ
ネルギーの一部分により食品系廃棄物Fの粉砕手段1、
木質系廃棄物Wの破砕手段23、コンポスト化施設16の送
気ブロア28等を駆動し、余剰の電力として1日当たり58
0kWhをシステム外部へ供給できる。また燃料電池から1
時間当たり172,000kcalの高温水(又は蒸気)が回収で
きる。この高温水の一部分をバイオリアクター5の保温
手段6とコンポスト化装置25の加熱手段12とに供給し、
過剰の熱エネルギー(1時間当たり100,000kcal)をシ
ステム外部に供給できる。
び木質系廃棄物の混合再資源化方法及び装置は、食品系
廃棄物をバイオガスと発酵液とに分解し、木質系廃棄物
を腐熟に適した割合の発酵液と混合した上で通気下で腐
熟させてコンポストとし、バイオガスにより前記分解・
混合・通気及び腐熟のエネルギーを供給するので、次の
顕著な効果を奏する。
ー自足過程によって有価資源に再資源化できる。 (ロ)バイオガスのエネルギーにより発酵液と木質系廃
棄物との混合物を腐熟に適した温度に維持して腐熟を促
進することにより、コンポスト材料の品質の安定を図る
ことができる。 (ハ)また、バイオガスのエネルギーで腐熟に適した温
度を維持することにより、コンポスト材料の発酵期間が
短縮できる。 (ニ)バイオガスのエネルギーを燃料電池で効率良く回
収することができ、その分、二酸化炭素の発生が少なく
なる。 (ホ)システムの駆動に必要なエネルギーの自足化を図
るだけでなく、余剰の電力・高温水をシステム外へ供給
し、発電施設としての利用も期待できる。
を示す図である。
からのコンポスト製造方法の説明図である。
ある。
Claims (7)
- 【請求項1】食品系廃棄物をスラリーとした上でバイオ
リアクターによりバイオガスと発酵液とに分解し、木質
系廃棄物を破砕した上で腐熟に適した割合の前記発酵液
と混合して混合物とし、前記混合物を通気下で腐熟させ
てコンポスト材料とし、前記バイオガスにより前記分解
・混合・通気及び腐熟のエネルギーを供給してなる食品
系及び木質系廃棄物の混合再資源化方法。 - 【請求項2】請求項1の再資源化方法において、前記混
合物を前記バイオガスのエネルギーにより腐熟に適した
温度に維持してなる食品系及び木質系廃棄物の混合再資
源化方法。 - 【請求項3】請求項1又は2の再資源化方法において、
前記バイオガスから燃料電池により電力と高温水とを回
収し、前記高温水の一部分により前記混合物を腐熟に適
した温度に維持してなる食品系及び木質系廃棄物の混合
再資源化方法。 - 【請求項4】請求項1から3の何れかの再資源化方法に
おいて、前記発酵液から含塩水を分離して塩分濃度を下
げたのち前記破砕した木質系廃棄物と混合してなる食品
系及び木質系廃棄物の混合再資源化方法。 - 【請求項5】食品系廃棄物を粉砕してスラリーとする粉
砕手段、前記スラリーをバイオガスと発酵液とに分解す
るバイオリアクター、木質系廃棄物を破砕する破砕手
段、前記破砕した木質系廃棄物と前記バイオリアクター
からの発酵液とを腐熟に適した割合で混合し通気下で腐
熟させてコンポスト材料とするコンポスト化装置、及び
前記バイオガスからエネルギーを回収するエネルギー回
収装置を備え、前記回収したエネルギーを前記粉砕手
段、バイオリアクター、破砕手段及びコンポスト化装置
に供給してなる食品系及び木質系廃棄物の混合再資源化
装置。 - 【請求項6】請求項5の再資源化装置において、前記エ
ネルギー回収装置をバイオガスから電力と高温水とを発
生する燃料電池とし、前記バイオリアクターにメタン生
成菌の活性温度に保つ保温手段を設け、前記コンポスト
化装置に前記木質系廃棄物と発酵液との混合物を腐熟に
適した温度に加熱する加熱手段を設け、前記高温水の一
部分を前記保温手段及び加熱手段に供給し、前記電力の
一部分により前記粉砕手段及び破砕手段を駆動してなる
食品系及び木質系廃棄物の混合再資源化装置。 - 【請求項7】請求項5又は6の再資源化装置において、
前記コンポスト化装置に、前記発酵液から含塩水を分離
して塩分濃度を下げる脱水装置を設けてなる食品系及び
木質系廃棄物の混合再資源化装置。
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