JP2006315885A - リサイクル肥料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 メタン発酵施設から発生するメタン発酵液及び製紙業から発生するペーパースラッジ焼却灰のリサイクル利用を行う。
【解決手段】 ペーパースラッジ灰は、ペーパースラッジと石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼成することにより得られたものを用いる。このペーパースラッジ灰には、プレスケーキを混合して肥料原料の粒状材を形成する。粒状材と発酵液を混合することによりリサイクル肥料を得るが、混合した後に必要に応じて造粒を行う。メタン発酵施設から発生するメタン発酵液としては、スラリー状廃液を脱水した後の脱水脱離液或いは、固液分離されていないスラリー状の廃液のいずれかを用いる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、メタン発酵施設から発生するメタン発酵液及び製紙業から発生するペーパースラッジ焼却灰のリサイクル利用に関する。

牛舎、豚舎等の畜舎から排出される、牛、豚などの糞尿を含む畜産排水や、生ゴミなどの有機性廃棄物からのエネルギーの有効利用を目的としてメタン発酵施設が各地に建設されている。メタン発酵は、嫌気性微生物の作用によって有機物を主としてメタンガスと炭酸ガスとに分解する処理方法であり、分解生成物であるメタンガスを回収し、これを熱エネルギーとして活用できるという利点を有する。メタン発酵施設では、メタン発酵処理された後の発酵液が液状残渣として発生する。メタン発酵施設が農村部にある場合には、この発酵液は堆肥として土壌に散布され農地に還元されるが、メタン発酵施設が大都市近郊にある場合には、メタン発酵液の浄化処理を行った後、河川等に放流される。

従来より用いられているメタン発酵処理液の処理方法として、例えば特許文献１（特開平１０−５７８９号公報）に開示されたものがある。特許文献１に開示されたメタン発酵処理液の処理方法は、メタン発酵法による処理液を活性汚泥法で処理する方法において、アンモニアストリッピング法で処理したのち、活性汚泥処理するものである。特許文献１には、メタン発酵処理して得られる発酵廃液はアンモニア濃度が非常に高いので、メタン発酵処理により２５℃以上の温度となっている発酵廃液をアルカリ性に調整して曝気することによって溶存しているアンモニアが気相に放散し、発酵廃液中のアンモニア濃度を低減することができることが開示されている。

また、特許文献２（特開平１１−２７７０９８号公報）には、メタン発酵を阻害することなく充分に脱リンするためのメタン発酵処理液の処理方法が開示されている。特許文献２に開示された方法は、液状の有機性廃棄物を嫌気性条件下と好気性条件下とに順次導入して、嫌気性発酵工程で発生した消化汚泥を、ｐＨ調整しつつ無機凝集剤、有機高分子凝集剤を添加して脱水機により脱水するものである。

一方、製紙工場ではペーパースラッジが発生する。このペーパースラッジは、減容化のため焼却処理され、その際に生じた熱量は廃熱ボイラで回収されて蒸気のままであるいは蒸気タービンを駆動して動力や電力として回収されるが、焼却によって生じたペーパースラッジ灰は、その一部がセメント原料としてセメント工場で再利用されている程度にとどまり、大部分は埋め立て処分されていた。近年、このペーパースラッジ灰の埋め立てについては、最終処分場の用地問題が顕在化しており早急な対策が望まれている。

ペーパースラッジ灰を再利用する技術としては、特許文献３（特開２００２−４７０８５号公報）に、家畜糞、汚泥等の窒素分を多く含む悪臭物質に、ペーパースラッジ灰等の炭素分を含む物質を入れて撹拌し無臭化させて、これを有機肥料として供する技術が記載されている。
特開平１０−５７８９号公報 特開平１１−２７７０９８号公報 特開２００２−４７０８５号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された方法においては、メタン発酵液を処理するための専用の設備を要するし、さらにその設備を稼働させるために凝集剤等が必要となり、多大なコストが必要となる。

また、特許文献３に開示された方法では、用いるペーパースラッジ灰は、家畜糞、汚泥等の悪臭物質を無臭化させる程度の量に限定されており、特許文献３記載の方法は、大量に発生するペーパースラッジ灰を本格的に利用し得る方法ではない。

この発明は、上記課題を解決するものであって、メタン発酵施設から発生するメタン発酵液及び製紙業から発生するペーパースラッジ焼却灰のリサイクル利用に関するものである。

そのために本発明のリサイクル肥料は、ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材とメタン発酵施設から発生するメタン発酵液とを混合させることにより形成されたことを特徴とするものである。

また、前記ペーパースラッジ灰は、ペーパースラッジと石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼成することにより得られたものであることを特徴とするものである。

また、前記ペーパースラッジ灰を原料とする前記粒状材には、プレスケーキが混合されていることを特徴とするものである。

また、前記メタン発酵液は、脱水前のスラリー状の発酵液を用いることを特徴とするものである。

また、前記メタン発酵液は、脱水後の脱水脱離液を用いることを特徴とするものである。

また、本発明のリサイクル肥料の製造方法は、ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材とメタン発酵施設から発生するメタン発酵液とを混合させる混合工程からなることを特徴とするものである。

また、ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材とメタン発酵施設から発生するメタン発酵液とを混合させる混合工程、前記混合工程により形成されたリサイクル肥料を乾燥させる乾燥工程、前記乾燥工程により得られたリサイクル肥料にさらにメタン発酵施設から発生するメタン発酵液を混合させる濃縮工程とからなることを特徴とするものである。

また、前記ペーパースラッジ灰は、ペーパースラッジと石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼成する工程により得られたものであることを特徴とするものである。

また、前記ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材は、ペーパースラッジ灰とプレスケーキとを混合する工程により得られたものであることを特徴とするものである。

また、本発明のリサイクル肥料の製造方法において、前記メタン発酵液は、脱水前のスラリー状発酵液を用いることを特徴とするものである。

また、本発明のリサイクル肥料の製造方法において、前記メタン発酵液は、脱水後の脱水脱離液を用いることを特徴とするものである。

この発明によれば、メタン発酵施設から発生するメタン発酵液を浄化処理する設備を要することなく、従って、コストをかけることなくメタン発酵液を処理することできるし、また、埋め立て処分されていたペーパースラッジ灰を有効に活用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明するが、分かりやすく説明するために、（１）メタン発酵施設からのメタン発酵液の発生、（２）ペーパースラッジ灰とプレスケーキからなる肥料原料粒状材の製法、（３）メタン発酵液と肥料原料粒状材との混合、の３つのプロセスに分けて、それぞれ独立した形で説明する。

（１）メタン発酵施設からのメタン発酵液の発生
図１に、一般的に行われているメタン発酵液処理設備の概要要部構成を示す概略構成図を示す。図1に示す装置は、主として、有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽１、メタン発酵槽１から排出されるメタン発酵液２を一時貯留する貯留槽３、メタン発酵液２の固液分離を行う脱水機４、脱水機４から排出される脱水脱離液５を貯留するする濾液槽６、メタン発酵槽１から排出されるメタンガスを利用して発電等を行う発電機等のエネルギー変換部８から構成されている。

一般に、メタン発酵液２は、固形分及び液体の共存するスラリー状であるが、脱水機により固液分離し、固形分の分離除去を行っている。脱水機４により大部分の固形分が除去された脱水脱離液５は濾液槽６に送られ、固形分である脱水汚泥（脱水ケーキ）７はコンポスト処理等が行われ、堆肥として利用される。

本発明の実施形態では、メタン発酵液として、貯留槽３に貯留された固液分離されていないスラリー状の廃液と、脱水機４により排出され濾液槽６に溜められた脱水脱離液５との両方を用いることができる。すなわち、脱水機４、濾液槽６を備える既存の設備に本発明を応用する場合は、濾液槽６に溜められた脱水脱離液５とペーパースラッジ灰を原料とする粒状材とを混合してリサイクル肥料を得ることとし、メタン発酵施設に、脱水機、濾液槽が備えられていないような場合、メタン発酵施設から発生するスラリー状のメタン発酵液をそのまま、ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材と混合してリサイクル肥料を得ることとするものである。また後者の方法にて本発明を利用することとすれば、新たにメタン発酵施設を新設するような場合には、わざわざ脱水機、濾液槽を設ける必要はない。

（２）ペーパースラッジ灰とプレスケーキからなる肥料原料粒状材の製法
上述したようにペーパースラッジ灰は製紙過程において発生するペーパースラッジを焼却したものであるが、本実施形態ではペーパースラッジを焼却する際にそれに石灰精製残滓を混合し、その混合物を焼却して調製した焼却灰を使用する。このようにすることにより、焼却の際に生成する石灰成分によってペーパースラッジに含まれるフッ素等の残留有害物質が自ずと低減したものとなる。したがって、本実施形態で用いられるペーパースラッジ灰は、単なるペーパースラッジ焼却灰に比較して、肥料の原料として支障なく利用することができるものである。また、本実施形態で用いられるペーパースラッジ灰は自ずと石灰成分を含有するものとなるので肥料材料として好ましい不良土改良効果を有するものとなる。

石灰精製残滓は、たとえば紙製品のコーティング材等として利用される炭酸カルシウム微粉末の製造過程において発生するもので、その主成分は水酸化カルシウムであるが、従来においては有効利用されることなく単に廃棄物として埋め立て処分されているものである。本実施形態ではそのような廃棄物である石灰精製残滓を有効利用し、図２に示すようにその石灰精製残滓をペーパースラッジに混合してその混合物を焼却することにより、石灰精製残滓中に含まれる石灰成分である酸化カルシウム（ＣａＯ）とペーパースラッジに含まれる有害重金属特にフッ素とが反応し、それにより有害物質が自ずと除去されてペーパースラッジ灰中の残留有害物を自ずと低減させることができる。

したがってこのペーパースラッジ灰は肥料の原料として支障なく利用することができる程度に無害化されるばかりでなく、そのペーパースラッジ灰には石灰成分のみならず適量のシリカやアルミナ、酸化鉄等の細粒成分が含まれていて自ずと優れた不良土改良効果を有するものであり、肥料の原料として最適なものである。しかも、廃棄物としてのペーパースラッジとともに同じく廃棄物としての石灰精製残滓も資源として有効利用できることになるし、その石灰精製残滓中のカルシウム成分は排気ガス中の有害成分であるＳＯｘとも反応するので、排気ガス中の大気汚染物質を低減して大気汚染防止効果も得られる。

なお、ペーパースラッジに対する石灰精製残滓の混合量は適宜設定すれば良いが、焼却により生成されるペーパースラッジ灰に含有される石灰成分（ＣａＯ）が２０〜３０％程度となるように混合量を調整すると良く、その場合、ペーパースラッジ１ｔｏｎ当たりの混合量は５０Ｋｇ程度で良い。また、上記の混合物の焼却は流動床式の焼却設備等による従来のペーパースラッジ焼却工程によりそのまま実施可能であり、必要に応じて、混合物の焼却に際して各種の大気汚染物質低減材たとえばドロマイト等を添加することも好ましい。

そして本実施形態では、このようにして焼却されたペーパースラッジ灰に、プレスケーキを混合して肥料原料の粒状材を形成する。周知のように、プレスケーキは建築・土木、骨材・砕石製造プラント、水処理をはじめとする各種分野において大量にかつ永続的に発生するものであるが、このようなプレスケーキは粘土を主成分とするものであってさしたる用途がないことから、従来においては産業廃棄物として処分せざるを得ないものであった。図３に示すように、本実施形態では、このようなプレスケーキに対して上記のペーパースラッジ灰を混合して解砕することで肥料原料の粒状材を調製する。すなわち、たとえば（ａ）に示すように、プレスケーキと湿潤状態のペーパースラッジ灰とをそれぞれ所定量ずつ計量して混合場においてバックホウ等により予備混合した後、それを適宜の解砕混合機によって粒状に解砕しつつ混合する（換言すれば混合しつつ粒状に解砕する）ことにより、粒径が５ｍｍ程度以下の原料粒状材を調製する。あるいは、（ｂ）に示すようにプレスケーキと湿潤状態のペーパースラッジ灰とをそれぞれ独立に予備解砕した後、それらを解砕混合機において粒状に解砕しつつ混合することで同様の肥料原料粒状材を調製する。もしくは、ペーパースラッジ灰が乾燥状態にあるときは、プレスケーキを解砕混合機により解砕し攪拌しながらペーパースラッジ灰を吹き付けることで同様の肥料原料粒状材を調製することもできる。

（３）メタン発酵液と肥料原料粒状材との混合
この発明の実施形態では、メタン発酵液とペーパースラッジ灰を原料とする肥料原料粒状材を混合、必要に応じて造粒を行うことでリサイクル肥料を得る。図４（ａ）には、メタン発酵液と肥料原料粒状材との混合プロセスの概略を、また図4（ｂ）には、メタン発酵液と肥料原料粒状材との混合・造粒プロセスの概略を示す。肥料原料粒状材とメタン発酵液の混合は周知の方法により実施することができ、混合に用いる装置としては、ホイール型混合装置、ボール型混合装置、ブレード型混合装置、ロール型混合装置等を採用することができる。また、造粒設備としては、撹拌増粒、パン型、キルン型に代表される転動式、押し出し造粒、ダイス造粒、２軸プレス造粒を採用することができる。なお、前述したとおり、メタン発酵液としては、スラリー状廃液を脱水した後の脱水脱離液と、固液分離されていないスラリー状の廃液との両方を用いることができる。

スラリー状廃液を脱水した後の脱水脱離液を使用する場合、上述したような混合装置を適宜用いて混合すればよい。また、固液分離されていないスラリー状の廃液を使用する場合には、例えば、スラリー状のメタン発酵液とペーパースラッジ灰とを、ブレード型混合装置で混合した後に、この混合したものを押し出し造粒装置にて造粒する手法などが取り得る。

このようにして得られたリサイクル肥料の有機成分をさらに高濃度化するプロセスとして、得られたリサイクル肥料を乾燥し、乾燥されたリサイクル肥料にさらにもう一度メタン発酵液を混ぜる濃縮工程を採用することができる。このような乾燥工程、濃縮工程は１度のみに限らず、必要に応じて複数回行い得ることは言うまでもない。なお、乾燥工程での乾燥処理方法としては、自然乾燥、或いはキルン型乾燥機、高周波加熱乾燥機、流動乾燥炉等の乾燥設備による乾燥など周知の種々の方法から適宜選択して用いることができる。有機成分を高濃度化するプロセスの概略を図５に示す。

メタン発酵液処理設備の概要要部構成を示す概略構成図である。 ペーパースラッジ灰の調整工程を示す図である。 肥料原料粒状材の調整工程を示す図である。 本発明の実施形態である、メタン発酵液と肥料原料粒状材との混合・造粒を示す図である。 本発明の実施形態である、有機成分の高濃度化プロセスの概略を示す図である。

符号の説明

１…メタン発酵槽
２…メタン発酵液
３…貯留槽
４…脱水機
５…脱水脱離液
６…濾液槽
７…脱水汚泥（脱水ケーキ）
８…エネルギー変換部

Claims (11)

1. ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材とメタン発酵施設から発生するメタン発酵液とを混合させることにより形成されたことを特徴とするリサイクル肥料。
2. 前記ペーパースラッジ灰は、ペーパースラッジと石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼成することにより得られたものであることを特徴とする請求項１記載のリサイクル肥料。
3. 前記ペーパースラッジ灰を原料とする前記粒状材には、プレスケーキが混合されていることを特徴とする請求項１記載のリサイクル肥料。
4. 前記メタン発酵液は、脱水前のスラリー状の発酵液を用いることを特徴とする請求項１記載のリサイクル肥料。
5. 前記メタン発酵液は、脱水後の脱水脱離液を用いることを特徴とする請求項１記載のリサイクル肥料。
6. ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材とメタン発酵施設から発生するメタン発酵液とを混合させる混合工程からなることを特徴とするリサイクル肥料の製造方法。
7. ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材とメタン発酵施設から発生するメタン発酵液とを混合させる混合工程、前記混合工程により形成されたリサイクル肥料を乾燥させる乾燥工程、前記乾燥工程により得られたリサイクル肥料にさらにメタン発酵施設から発生するメタン発酵液を混合させる濃縮工程とからなることを特徴とするリサイクル肥料の製造方法。
8. 前記ペーパースラッジ灰は、ペーパースラッジと石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼成する工程により得られたものであることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれかに記載のリサイクル肥料の製造方法。
9. 前記ペーパースラッジ灰を原料とする粒状材は、ペーパースラッジ灰とプレスケーキとを混合する工程により得られたものであることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれかに記載のリサイクル肥料の製造方法。
10. 前記メタン発酵液は、脱水前のスラリー状発酵液を用いることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれかに記載のリサイクル肥料の製造方法。
11. 前記メタン発酵液は、脱水後の脱水脱離液を用いることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれかに請求項１記載のリサイクル肥料の製造方法。

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