JP2004196570A

JP2004196570A - 液肥の製造方法と製造タンク

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Publication number: JP2004196570A
Application number: JP2002364999A
Authority: JP
Inventors: Terukichi Nagata; 照喜治永田
Original assignee: NAGATA NOGYO KENKYUSHO KK
Current assignee: NAGATA NOGYO KENKYUSHO KK
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】有機物をメタン発酵により処理するに当たり、公害発生と、地球温暖化と、環境汚染とを防止し、家畜の病気の多発を防止すること。
【解決手段】有機物からメタンの生成をできる限り抑制して液肥を最大限に多量に生産することを目的として、有機物を固形分と液体に分離する固液分離処理により得た有機物スラリーを、温度を約１３〜３２℃に保つ好気性酸性発酵域、酸性低下嫌気性醗酵域、アルカリ性嫌気性発酵域及び熟成滅菌域に順次に通し、好気性酸性発酵域で低温醗酵によりバイオガスの生成総量を抑制しながら分解させ、酸性低下嫌気性発酵域で主として窒素、メタン及び硫化水素から成るガスの生成と液肥への分解を開始させ、アルカリ性嫌気性発酵域でスラリーを分解して液肥として生成ガスの圧力によりアルカリ性嫌気性発酵域から排出し、熟成滅菌域でスラリー中の病原菌と寄生虫卵を滅菌し、熟成滅菌域のスラリーをガス溜上に延在させて有機物スラリーの温度を略々一定に保つ。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機物から液肥を製造する方法及び装置に関するものである。本発明で「有機物」とは野菜屑、植物残渣、厨房残渣並びに人、牛、馬、豚、羊、鶏及びその他の動物の屎尿又はこれ等の組合せを意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術】
現在、牧草地に家畜の屎尿を大量に散布する処理方法では、悪臭だけでなく、牧草の硝酸態窒素が多くなり、家畜の病気が多発している。
この為、有機物の処理はメタン醗酵によるのが普通である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、家畜の屎尿等の有機物をメタン発酵により処理する場合、有機物中の固形分を液体分から分離して減少させた後、得られる有機物スラリーを原料としてメタン発酵させるのが普通である。
【０００４】
【特許文献１】
特願平３−１１５２３５号（特開平６−１１６０７４号）
このような有機物スラリーとしては、例えば本発明者の特願平３−１１５２３５号（特開平６−１１５２３５号）中に記した屎尿等の有機物から固形分を分離（固液分離）して得た汚泥状スラリーがある。同出願中では、分離した固形分を原料として堆肥を製造する。
【０００５】
有機物スラリーをメタン発酵により処理する場合、生成ガスが主としてメタンと二酸化炭素と窒素であり、アンモニア、硫化水素及びスカトール等の悪臭を大気中に放出して公害発生の一因となっている。
また、メタンガスは炭酸ガスの２０〜２５倍もの地球温暖化作用がある。
さらに、処理後の有機物中の固形分が流亡して海中に堆積し、腐敗し始める欠点があり、既に琵琶湖、伊勢湾、大村湾で環境汚染が問題になっている。
【０００６】
【発明の目的】
本発明はこのような欠点を解消することを目的とする。
従来、有機物のスラリーをメタン発酵により処理する場合、メタンの生成をできる限り抑制して、スラリーから液肥を最大限に多量に生成させることは技術常識に反する為、全く行なわれていなかった。
本発明は有機物のスラリーをメタン発酵により処理するに当たって、従来の常識に反してメタンの生成をできる限り抑制して、スラリーから液肥を最大限に多量に生成させる。
本発明は固形分を分離した後の有機物スラリーを処理して液肥を製造する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機物を固形分と液体に分離する固液分離処理により得た有機物スラリーを、温度を約１３〜３２℃に保つ好気性酸性発酵域、酸性低下嫌気性醗酵域、アルカリ性嫌気性発酵域及び熟成滅菌域に順次に通し、好気性酸性発酵域で低温醗酵によりバイオガスの生成総量を抑制しながら分解させ、酸性低下嫌気性発酵域で主として窒素、メタン及び硫化水素から成るガスの生成と液肥への分解を開始させ、アルカリ性嫌気性発酵域でスラリーを分解して液肥として生成ガスの圧力によりアルカリ性嫌気性発酵域から排出し、熟成滅菌域でスラリー中の病原菌と寄生虫卵を滅菌し、熟成滅菌域のスラリーをガス溜上に延在させて有機物スラリーの温度を略々一定に保つことを特徴とする無公害液肥の製造方法である。
また、本発明は、有機物のスラリーの導入口から出口方向に底面が約７〜１８度下がって傾斜した順次に設けた好気性酸性発酵域、酸性低下嫌気性発酵域、アルカリ性嫌気性発酵域及び熟成滅菌域と、酸性低下嫌気性発酵域の上部に設けた生成ガス溜とを具え、熟成滅菌域を生成ガス溜の上方に延在させて生成ガスの温度変化を防止し、生成ガス溜のガスの圧力でアルカリ性嫌気性発酵域から生成液肥を排出することを特徴とする液肥の製造タンクである。
製造タンクは、生成ガスの脱硫装置及び燃焼装置の何れか一方又は双方を具えることができる。
製造タンクの傾斜角度αは底辺の長さによって異なるが、約７〜１８度であり、通常約１３度である。約７度より少ないとスラリーが流動し難くなり、約１８度より大きいと醗酵が不充分となる。
【０００８】
屎尿中の固形分と汚泥状スラリーの割合（重量比）は、概ね次の通りである。

汚泥状スラリーは微量の固形分を含むので汚泥状である。汚泥状スラリー中の揮発性有機質固形分の濃度は、最大約１０％であり、通常約５〜１０％が適当である。回収した固形分は固液分離して得た固形分と合わせて、本発明者の特願平３−１１５２３５号の発明により堆肥原料に使用できる。
本発明では有機物を固液分離して得られる固形分を乾燥後成形して、燃焼・還元法でガス化してガスエンジンの燃料として発電できる。
固形分分離後の有機物スラリーを細く解砕、攪拌する。固形分分離後のスラリーは小量であれば野菜屑と水を加えても良い。スラリー中の微細な固形分は発酵により消化され、連続運転が可能となる。
【０００９】
大量の液肥を連続生産すると、液肥製造タンク内部の装置は錆び易く、故障の原因となる。
液肥製造タンクは、鋼板、ステンレス、プラスチックス等から製した密閉可能な装置であり、地中に埋設する。地中に埋設することにより、周囲の気温の高低による影響が少なくなり、液肥の製造に最適な約１３〜３２℃の温度（一年間を通しての月間平均温度）を維持し易くなり、液肥を大量生産できる。景観も損なわず、装置の上方の地上も利用可能となる。約１３℃より低温では液肥の生産速度が遅く、約３２℃より高温ではガス化が多くなり、液肥の生産量が少なくなる。液肥の大量生産の見地からは、低温度地域では約１３〜３２℃を維持するように加温することが好ましい。
液肥製造タンク１では原料スラリーは原料投入孔２から好気性酸性醗酵域３に入り、次いで順次に隔壁７の下を通って酸性低下嫌気性発酵域４に入り、酸性低下嫌気性発酵域４から隔壁８の上を通ってアルカリ性嫌気性発酵域５に入り、隔壁９の下を通って熟成滅菌域６に入る。
液肥製造タンク１は底面が出口方向に下がって約７〜１８度傾斜しているので、スラリーは自重で緩やかに順次酸性醗酵域３から酸性低下醗酵域４に流入し、アルカリ性醗酵域５を通って熟成域６に流入する。液肥製造タンク１の当初の傾斜の設定により流入速度を設定し、ひいては液肥生産量を制御できる。
同様に、操業管理上面倒ではあるが、スラリー濃度の調整によっても、特にスラリーの成分調整によっても液肥生産量を制御できる。
【００１０】
好気性酸性醗酵域３は原料スラリーをｐＨ約４．０〜６．０の強酸性で分解し、液肥の生産量を増大し、熟成域のスラッジ溜量を少なくして、連続運転を可能にする。この為、固液分離段階で有機物から非揮発性の固形分を可能な限り除去し、有機物スラリーを時間をかけて緩徐に出来る限り完全に醗酵させる。
【００１１】
酸性低下醗酵域４は酸性醗酵域３からのスラリーを約６．０〜７．５のｐＨでメタン等のガスと液肥とに分解を始める。
メタンガス等はガス溜１０に溜まる。スラリーはこのガスの圧力でアルカリ性醗酵域５に送られる。
酸性低下醗酵域４と次のアルカリ性醗酵域５の工程は、簡略化した工程系統図で一例を示すと、図７の通りである。
【００１２】
アルカリ性醗酵域５は酸性低下醗酵域４からのスラリーを約７．５〜８．５のｐＨで分解して液肥とする。
アルカリ性醗酵域５の液肥は、ガス溜１０のガスの圧力により液肥出口１３から排出される。
スラリーが完全醗酵しないと酸性の液肥となり、完全醗酵すると略々中性の液肥となる。
【００１３】
生成メタンガスはメタンガス引出管１５から引き出す。脱硫装置を通すと無色無臭のガスとなる。メタンガスは加温用又は動力源に使用でき、給湯器の熱源、温室への二酸化炭素供給用等に使用できる。或いは改質して水素又はメタノールーを製造し、燃料電池の燃料として使用できる。燃料電池は液肥製造システムに組み込むことができる。
【００１４】
熟成滅菌域６を生成ガス溜１０の上方まで延在させると、生成ガス溜１０の圧力が高まり、ガスの発生が抑制される。一方では、液肥域が多くなり、生成ガスの温度が維持される。
スラリー中の微量な固形分が熟成滅菌域６中のスラッジ溜１４に堆積したら、固形分点検排出孔１６から排出して、固液分離後の固形燃料に混合して燃料として利用できる。従来、このように複合的で完全に公害物質を排出しない処理法は用いられていない。
【００１５】
【発明の作用】
本発明は安全、無臭、無公害であり、製造タンクは腐食が無く、無動力である。
本発明は液肥を効率良く多量に生産できる。汚泥状スラリーの最大約８０％が液肥となる。
生成液肥は作物の栽培に著効がある。
生成するメタンガスは燃料電池やガスエンジンに用いて、完全燃焼させることができる。エンジンからの排気ガス（主として二酸化炭素から成る）と熱を、温室の暖房と二酸化炭素の給源に利用できる。
エネルギーの生産量は少ないけれども、ガスの熱量は高く、無公害のクリーンエネルギーである。
家畜の飼養は公害があるので反対されるが、本発明は無公害なので反対が少なくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を次に実施例につきさらに詳細に説明する。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕
大量の豚の屎尿を図２に示す液肥製造装置で処理した。液肥製造装置のタンクは全体容積４７ｍ³ 、ガス溜容積４ｍ³ 、傾斜角度約８度であった。スラリー投入量は平均約２００ｋｇ／日、醗酵槽内温度は１３〜２５℃、酸性醗酵域のｐＨは約４．０〜６．０、酸性低下域のｐＨは約６．０〜７．５であり、アルカリ性醗酵域のｐＨは約７．５〜８．５であった。液肥の生産量は日量約５０〜２００ｌ、平均約１６０ｌであった。メタン等のバイオガスの生成は少く一日平均１２００ｌ（投入有機物１ｋｇ当り１２０ｌ、有機物有効濃度約５％）であった。スラッジ溜に溜まるスラッジは僅かで１年に１〜２回取り出して、堆肥の原料とした。
原料スラリーと生成液肥の性状は次の表１に示す通りであった。

【００１８】
〔実施例２〕
人の屎尿と農産加工場及び厨房からの生ゴミを、図２に示したと略々同様の構造の実効容積１０ｍ³ の液肥製造タンクを用いて処理した。タンクの配置と配管は図６に示す通りであった。
屎尿処理工場ではなく、農村の生活に沿った実証試験であるため、毎日の有機物の投入量や割合は不規則であったが、１週間の平均で１日当り屎尿約５ｋｇ、大根葉、ナス、人参等の野菜屑及び厨房の生ゴミを合わせて約２０ｋｇ、及び希釈水３０ｋｇ、合計約５５ｋｇを投入した。また、２週間に１回の割合で、乾燥鶏糞２ｋｇを投入した。
バイオガスの発生量は１日当り約１．５〜２ｍ³ 、メタンの含有量は６５〜７０％であった。ガスはガスコンロで湯沸かしに利用した。
液肥の生産量は１ケ月当り約１，２００ｌであった。液肥は一旦液肥製造タンクとは別の液肥溜に貯留して、餅黍、ナス、胡瓜等に使用した。糖度が高く、美味しい餅黍と、色つやが良く美味しい野菜が収穫できた。原料スラリーと生成液肥の性状は次に示す通りであった。
生成液肥の性状は次の表２に示す通りであった。

【００１９】
【発明の効果】
かくて本発明によれば、従来埋め立て、海洋投棄等の手段により廃棄したり焼却していた利用されていなかった有機質原料を略々完全に利用し活用できる。
公害と、地球の温暖化と、環境汚染と、装置の腐食を防止できる。
有機物から液肥を無動力で、安全に且つ連続的に多量に生産できる。従来は、手動又は機械的な攪拌装置が必ず付属している。
無加温で常温で操業できる（国内では大気温度の月間平均最高気温は３２℃以下であるので）。
一般にエネルギーを目的とする他のシステムでは、３６℃以上で操業しなければ経済的ではないとされているが、本発明の低温タイプの装置の方が液肥としての品質が良く、安定した生産が可能である。
二次的にガスエンジンから排出する二酸化炭素は、ハウス内に設ける植物群によって吸収利用される。これは同時に液肥製造装置上方に温室を設ければ、温室の暖房効果もある。
生成液肥はレタス、生姜、玉葱、大根、ナス、キュウリ、トマト、人参及びその他の作物の栽培に著しく優れた効果がある。
本発明の液肥製造タンクは、通常、無動力、無加熱であり、醗酵温度が約３０℃以下である。一般の製造装置は加熱装置等を備え、嫌気性菌の醗酵温度が３０℃以上である。
危険な原料又は有害な原料を用いないので、完全で良質な完熟液肥ができる。
危険な原料又は有害な原料が混入しても、熟成により殺菌滅菌できるので、安全な液肥を製造できる。
地下埋設式なので地上部を無駄なく利用でき、槽内温度の変動が少ないので管理し易い。地上部に栽培ハウス等を設置することによって、さらに保温効果が良くなる。
バイオガス（メタンが主成分）は燃料として利用できる。或いは改質して水素又はメタノールを生産し、燃料電池の燃料として利用できる。燃料電池を液肥製造システムに組み込むことができる。
有機物の固液分離で残留する固形分は、乾燥後成形して加工燃料とすることができる。
液肥製造の最終段階で残留する沈殿スラッジは乾燥後に、有機物の固液分離で残留する固形分と混合して燃料として利用できる。
【００２０】
以上、本発明を特定の実施例につき詳細に説明したが、本発明はこれ等の実施例のみに限定されるものではなく、本発明の広範な精神と視野を逸脱することなく、種々な変更と修整が可能なこと勿論である。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液肥製造タンクの一例を示す平面図ある。
【図２】そのＡ−Ａ´線上の線図的縦断面図ある。
【図３】図２のＢ−Ｂ´線上の線図的縦断面図ある。
【図４】図２のＣ−Ｃ´線上の線図的縦断面図ある。
【図５】図２のＤ−Ｄ´線上の線図的横断面図ある。
【図６】本発明の液肥製造装置の一例を示す断面図ある。
【図７】本発明の液肥製造システムの一例を示す工程系統図である。
【符号の説明】
１醗酵タンク１３液肥排出孔
２原料スラリー投入点検孔１４スラッジ溜
３好気性酸性醗酵域１５ガス引出管
４酸性低下嫌気性醗酵域１６固形分点検排出孔
５アルカリ性嫌気性醗酵域１７天板
６熟成滅菌域１８底板
７、８、９隔壁１９除湿・脱硫装置
１０ガス溜２０ドレイン
１１ガス溜用隔壁２１液肥貯留槽
１２液肥溜 α 底板の傾斜角度

Claims

有機物を固形分と液体に分離する固液分離処理により得た有機物スラリーを、温度を約１３〜３２℃に保つ好気性酸性発酵域、酸性低下嫌気性醗酵域、アルカリ性嫌気性発酵域及び熟成滅菌域に順次に通し、好気性酸性発酵域で低温醗酵によりバイオガスの生成総量を抑制しながら分解させ、酸性低下嫌気性発酵域で主としてメタンと二酸化炭素と窒素から成るガスの生成と液肥への分解を開始させ、アルカリ性嫌気性発酵域でスラリーを分解して液肥として生成ガスの圧力によりアルカリ性嫌気性発酵域から排出し、熟成滅菌域でスラリー中の病原菌と寄生虫卵を滅菌し、熟成滅菌域のスラリーをガス溜上に延在させて有機物スラリーの温度を略々一定に保つことを特徴とする無公害液肥の製造方法。
有機物のスラリーの導入口から出口方向に底面が約７〜１８度下がって傾斜した順次に設けた好気性酸性発酵域、酸性低下嫌気性発酵域、アルカリ性嫌気性発酵域及び熟成滅菌域と、酸性低下嫌気性発酵域の上部に設けた生成ガス溜とを具え、熟成滅菌域を生成ガス溜の上方に延在させて生成ガスの温度変化を防止し、生成ガス溜のガスの圧力でアルカリ性嫌気性発酵域から生成液肥を排出することを特徴とする液肥の製造タンク。
生成ガスを脱硫する脱硫装置と生成ガスを燃焼する燃焼装置との何れか一方又は双方を具える請求項２の製造タンク。