JP2007269517A - 吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置及び排気処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型且つ低消費エネルギで十分な脱臭が可能であり、継続処理時のメンテナンス性が良く、アンモニア成分を液肥として回収でき、好気発酵を維持した状態での堆肥化処理を継続させて排気熱を有効利用する吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置及び排気処理方法を提供する。
【解決手段】堆肥発酵槽１に設けられた吸引管２からの排気を集水処理する集水処理部３とアンモニア成分回収部４と排気熱利用部５と吸引管２から排気熱利用部５に至る排気流路６と吸引手段７とを備え、アンモニア成分回収部４は薬液槽４０と気液反応室４１と薬液循環手段４２，４３と薬液加熱手段４４とを備え、排気温センサ８Ｂの検出温度が入気温センサ８Ａの検出温度に近づくように、薬液加熱手段４４を制御すると共に、入気温センサ８Ａの検出温度に基づいて求められる堆肥原料の発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように吸引手段４の出力を制御する制御手段１０を備える。
【選択図】図２
【解決手段】堆肥発酵槽１に設けられた吸引管２からの排気を集水処理する集水処理部３とアンモニア成分回収部４と排気熱利用部５と吸引管２から排気熱利用部５に至る排気流路６と吸引手段７とを備え、アンモニア成分回収部４は薬液槽４０と気液反応室４１と薬液循環手段４２，４３と薬液加熱手段４４とを備え、排気温センサ８Ｂの検出温度が入気温センサ８Ａの検出温度に近づくように、薬液加熱手段４４を制御すると共に、入気温センサ８Ａの検出温度に基づいて求められる堆肥原料の発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように吸引手段４の出力を制御する制御手段１０を備える。
【選択図】図２
Description
本発明は、堆肥発酵槽内に堆積した堆肥原料内部の通気を堆肥発酵槽からの吸引によって行う吸引通気式堆肥製造施設に装備されるものであって、吸引によって堆肥発酵槽から排出される排気を脱臭処理する過程で、肥料成分の回収を行うと共に排気熱の有効利用を可能にした排気処理装置及びこれを用いた排気処理方法に関するものである。
家畜ふん尿等の堆肥原料の堆肥化処理では、堆肥原料内を通気して好気発酵を促す処理が一般に行われている。この好気発酵による堆肥化処理は、発酵に伴う原料の昇温によって殺菌及び雑草種子死滅効果が得られると共に、水分蒸発及び有機物分解による減量・減容効果が得られることから、低コストで衛生的且つハンドリンク性が良好な堆肥を製造することができる。
好気発酵を促すためには、堆肥原料の内部を大気に曝すための攪拌や切り返しを行うことが一般になされているが、それ加えて、送風機等を用いて堆肥原料内を積極的に通気する装備を併設した施設が増加している。この際の通気方式としては、送風機等によって加圧空気を堆肥原料内に送り込む圧送通気式と堆肥原料が堆積された発酵槽の底部から吸引ファン等で空気を吸引して堆肥原料内部に上方から下方に向けた通気経路を形成する吸引通気式がある。
既存の施設では前者の圧送通気式が主流であるが、これによると、アンモニアを主成分とする大量の臭気が堆肥原料表面から放散されることになるので、悪臭対策のための脱臭装置を装備するのに、空気で希釈された大量の臭気を回収して処理するための大がかりな装置が必要になる。これに対して、前述した吸引通気式では、吸引によって臭気を集約して排気できるので効率的な脱臭が可能になる利点はあるが、高濃度の臭気成分が排気中に含まれるのでそれを処理するために脱臭能力の高い脱臭装置が必要になる。
下記特許文献１には、吸引通気式の堆肥化処理装置が示されている。これによると、図１に示すように、堆肥原料が堆積された発酵槽Ｊ１の底部に吸引管Ｊ２を配備し、吸引ファンＪ９による吸引によって、上方から堆肥原料内に導入される吸引通気が吸引管Ｊ３に引き込まれ、通気管Ｊ４，Ｊ６，Ｊ８によって接続された第１ドレイントラップＪ３，アンモニアトラップＪ５，第２ドレイントラップＪ７を介して吸引ファンＪ９の排気口から排気されるようになっている。ここで、第１ドレイントラップＪ３及び第２ドレイントラップＪ７は、吸引管Ｊ２に進入するれき汁や結露水を集水する機能を有し、アンモニアトラップＪ５は充填材５ａ内に吸引通気を通過させることでアンモニア成分を吸着させ、これを固形肥料として回収する機能を有するものである。
このような従来の吸引通気式堆肥化装置では、おが屑や籾殻といったバイオマスにリン酸を添加した充填材にアンモニア成分を吸収・固化させることで脱臭処理を行っていた。しかしながら、これによって十分な脱臭機能を得るためには、充填材層の通過幅を大きくする必要があり、脱臭装置の大型化と吸引通気抵抗の増大に伴う吸引ファンの出力増大を招く問題があった。
また、多量の堆肥原料を処理する際には、充填材を頻繁に交換する必要があり、堆肥化処理完了までの間のメンテナンス性にも問題があった。更には、充填材に吸収・固化されて回収されるアンモニア成分は固形状肥料になるため、その用途が限定されてしまい、汎用性の高い形態で肥料の回収ができない、という問題もあった。
また、吸引通気流量が設定された一定値になっているので、肥料原料の通気性が高い場合や外気温が低い場合には、通気量多加になって肥料原料の温度が低下し、好気発酵の進行が抑制されてしまうという問題もあった。
更に、発酵槽からの排気は良好な好気発酵が進行している場合には暖房等に利用可能な熱を有することになるが、これを有効利用しようとしても、好気発酵の進行が抑制されると脱臭装置で除去可能なアンモニア成分以外に、嫌気性発酵で発生する有機酸や硫化水素等のガス成分が排気中に含まれることになるので、室内暖房などに排気熱を直接利用することができないという問題があった。
本発明は、このような問題に対処するためのものであって、吸引通気式の堆肥製造施設における排気処理に際して、多量の堆肥原料を処理する場合にも小型且つ低消費エネルギで十分な脱臭が可能であり、継続処理時のメンテナンス性が良く、アンモニア成分を汎用性のある液肥として回収できること、更には、良好な好気発酵を維持した状態での堆肥化処理を継続させて、排気熱の有効利用を可能にすること、等が本発明の目的である。
このような目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を具備するものである。
一つには、堆肥発酵槽内に堆積した堆肥原料内部の通気を堆肥発酵槽からの吸引によって行う吸引通気式堆肥製造施設に装備される排気処理装置であって、前記堆肥発酵槽に設けられた吸引管から排出される排気の集水処理を行う集水処理部と、前記集水処理部で処理された前記排気からアンモニア成分を回収処理するアンモニア成分回収部と、前記アンモニア成分回収部で回収処理された前記排気が導入される排気熱利用部と、前記吸引管から前記集水処理部，前記アンモニア成分回収部を経由して前記排気熱利用部に至る排気流路と、前記排気流路に配備される吸引手段とを備え、前記アンモニア成分回収部は、前記排気中のアンモニア成分を化学反応によって回収処理する薬液を溜めた気密容器からなり、前記排熱利用部に至る排気流路の端部が前記薬液の液面上部空間に連通する薬液槽と、前記液面上部空間に連通して、前記集水処理部から前記排気流路を介して供給される排気と前記薬液との気液反応を行う気液反応室と、前記薬液を前記薬液槽から前記気液反応室に供給することで薬液の循環を行う薬液循環手段と、前記薬液槽内の薬液を加熱する薬液加熱手段とを備え、前記アンモニア成分回収部より上流側の前記排気流路に排気温度を検出する入気温センサを設けると共に、前記アンモニア成分回収部より下流側の前記排気流路に排気温度を検出する排気温センサを設け、前記排気温センサの検出温度が前記入気温センサの検出温度に近づくように、前記薬液加熱手段を制御すると共に、前記入気温センサの検出温度に基づいて求められる前記堆肥原料の発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように前記吸引手段の出力を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
また一つには、前述した特徴に加えて、前記排気流路内の圧力を検出する圧力センサと前記排気流路内の風量を検出する風量センサを更に備え、前記制御手段は、前記入気温センサの検出温度と前記圧力センサ及び前記風量センサの検出値から前記排気の熱流量を求め、前記堆肥原料の発酵熱量、外気の温湿度、前記堆肥発酵槽からの放熱及び蒸発による潜熱の推定値から熱収支を推定し、前記堆肥原料を所定の発酵温度に維持するために必要な前記吸引手段の出力を算出することを特徴とする。
また一つには、前記堆肥発酵槽上部に該堆肥発酵槽内の堆肥原料の切り返し処理を行う切り返し装置を設け、前記制御手段は、前記圧力センサ及び／又は前記風量センサの検出値に基づいて、吸引抵抗の上昇を検知し、前記堆肥原料内部が通気されていないことを推定して、前記切り返し装置を作動させることを制御することを特徴とする。
また一つには、前述した特徴に加えて、前記薬液槽内の液面水位を検出する水位センサを更に備え、前記制御手段は、前記水位センサの検出値に基づいて、設定水位を超えた場合には前記薬液加熱手段によって前記薬液を加熱し、設定水位より低い場合には前記薬液加熱手段を停止させることを特徴する。
また一つには、前述した特徴に加えて、前記アンモニア成分回収部より下流側の前記排気流路内にガス成分濃度を検出する排気ガス濃度センサを更に備え、前記制御手段は、前記排気ガス濃度センサの検出値に基づいて、前記排気中のアンモニアガス濃度が設定以下になるように前記薬液循環手段の循環量を制御することを特徴とする。
また一つには、前述した特徴に加えて、前記堆肥発酵槽上部に該堆肥発酵槽内の堆肥原料の切り返し処理を行う切り返し装置を設け、前記制御手段は、前記排気ガス濃度センサの検出値に基づいて、前記排気中に嫌気発酵によって発生するガス成分が設定値以上検出された場合には、前記切り返し装置を作動させると共に前記吸引手段の出力を制御することを特徴とする。
また一つには、前述した特徴に加えて、前記排気熱利用部は、熱利用室と該熱利用室の下に形成された土壌槽とを備え、前記排気流路の排出端を前記土壌槽の下層に配置し、前記土壌槽を介して前記排出端からの排気を前記熱利用室に導くことを特徴とする。
また、堆肥発酵槽内に堆積した堆肥原料内部の通気を堆肥発酵槽からの吸引によって行う吸引通気式堆肥製造施設の排気処理方法であって、前記堆肥発酵槽に設けられた吸引管に接続される排気流路に吸引手段を配備し、該吸引手段の出力に応じた吸引通気を行う吸引通気工程と、前記吸引管から排出される排気の集水処理を行う集水処理工程と、前記集水処理工程で処理された前記排気からアンモニア成分を回収処理するアンモニア成分回収工程と、前記アンモニア成分回収工程で回収処理された前記排気の熱を利用する排気熱利用工程とを有し、前記アンモニア成分回収工程は、前記排気と当該排気中のアンモニア成分を化学反応によって回収処理する薬液との気液反応によってなされ、前記アンモニア成分回収工程前の排気温度を検出すると共に、前記アンモニア成分回収工程後の排気温度を検出し、前記アンモニア成分回収工程後の排気温度を前記アンモニア成分回収工程前の排気温度に近づけるように、前記薬液を加熱する薬液加熱手段を制御すると共に、前記アンモニア成分回収工程前の排気温度に基づいて求められる前記堆肥原料の発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように前記吸引手段の出力を制御することを特徴とする。
また一つには、前述した排気処理方法の特徴に加えて、前記堆肥発酵槽上部に該堆肥発酵槽内の堆肥原料の切り返し処理を行う切り返し装置を設け、前記アンモニア回収工程後の排気流路内のガス成分濃度を検出し、前記ガス成分濃度の検出値に基づいて、前記排気中に嫌気発酵によって発生するガス成分が設定値以上検出された場合には、前記切り返し装置を作動させると共に前記吸引手段の出力を制御することを特徴とする。
このような特徴によると、吸引通気式の堆肥製造施設における排気処理に際して、多量の堆肥原料を処理する場合にも小型且つ低消費エネルギで十分な脱臭が可能であり、継続処理時のメンテナンス性が良く、アンモニア成分を汎用性のある液肥として回収できる。更には、良好な好気発酵を維持した状態での堆肥化処理を継続させて、排気熱の有効利用が可能になる。
以下、本発明の実施形態を説明する。図２は、本発明の実施形態に係る吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置を説明する説明図である。
吸引通気式堆肥製造施設は、堆肥発酵槽１内の底部に吸引管２を配備し、吸引管２の所定間隔毎に吸引口２Ａを形成し、吸引管２を介した吸引通気によって堆肥発酵槽１内に堆積された家畜ふん尿等の堆肥原料Ｍ内に上方から下方に至る通気経路を形成するものである。ここに示す実施形態では、堆肥発酵槽１は上方開放の槽であって所定の方向に沿って延設されており、その延設方向に直交する方向に吸引管２が所定間隔で複数本配備され、これらの吸引管２が並列的に連結されて後述する排気流路に接続されている。
また、堆肥発酵槽１の上部にはクレーン式堆肥切り返し装置９が装備されており、この堆肥切り返し装置９が堆肥発酵槽１の長手方向に沿って移動しながら、堆肥発酵槽１内の堆肥原料Ｍを切り返し処理して、その堆積位置を移動させるようにしている。
ここで、吸引口２Ａの直径は３０ｃｍ程度の大口径として、吸引口２Ａ内を木質系チップで充填することで目詰まりしない構造にしている。また、吸引口２Ａの間隔を３〜７ｍ2につき１つと分散配置することで、重力で沈降するれき汁が吸引口２Ａに集水され難く、れき汁の吸引管２への吸引を大幅に減らしている。また、クレーン式堆肥切り返し装置９を装備して、堆肥原料Ｍの切り返し処理を自動化することができ、複数に区切られた堆肥発酵槽１の間で堆肥原料Ｍを移動させながら切り返すバッチ式搬送処理を行うことで、堆肥発酵槽１内の所定の箇所を空にすることができるので、吸引口２Ａの詰まり除去処理を簡易に行うことができる。また、バッチ式搬送処理で開放した吸引口２Ａを１〜２日間程度乾燥させることで、長期間目詰まり無く継続利用することができる。
ここで説明している堆肥発酵槽１の形態、吸引管２の配置状態、切り返し装置の装備などは、あくまで一例を示すもので、本発明の実施形態としては特にこれに限定されるものではない。
そして、本発明の実施形態に係る排気処理装置は、集水処理部３と、アンモニア成分回収部４と、排気熱利用部５と、吸引管２から集水処理部３，アンモニア成分回収部４を経由して排気熱利用部５に至る排気流路６（吸引管２と集水処理部３とを連結する排気流路６Ａ、集水処理部３とアンモニア成分回収部４とを連結する排気流路６Ｂ、アンモニア成分回収部４と排気熱利用部５とを連結する排気流路６Ｃを備えている）と、排気流路６に配備される吸引手段としての送風機７とを備えている。また、アンモニア成分回収部４の作動や送風機７の作動、更には必要に応じて切り返し装置９の作動を制御する制御部１０を備えている。
ここで、集水処理部３は、排気中の水分が少ない場合には省略することができ、また、集水処理部３に換えて排気中の排塵を除去するフィルタを設けたものであっても良い。また、排気流路６には、排気状態を検出する検出手段８（入気温センサ８Ａ、排気温センサ８Ｂ、圧力センサ８Ｃ、風量センサ８Ｄ、排気ガス濃度センサ８Ｅ）が設けられている。
以下に、各部の構成を詳細に説明する。
［集水処理部］
集水処理部３は、吸引管２から排出される排気の集水処理を行うもので、吸引管２或いは排気流路６Ａ内で発生する結露水を一次貯留するドレイントラップ３０、ドレイントラップ３０に溜まった水を集水・貯留するドレインタンク３１、ドレインタンク３１に貯留された水を堆肥発酵槽１内の堆肥原料表面に散水するドレイン散水装置からなる。
集水処理部３は、吸引管２から排出される排気の集水処理を行うもので、吸引管２或いは排気流路６Ａ内で発生する結露水を一次貯留するドレイントラップ３０、ドレイントラップ３０に溜まった水を集水・貯留するドレインタンク３１、ドレインタンク３１に貯留された水を堆肥発酵槽１内の堆肥原料表面に散水するドレイン散水装置からなる。
吸引管２の端部に接続された排気流路６Ａの下流側端部は気密容器からなるドレイントラップ３０の上部空間に連通されて、そのドレイントラップ３０の上部空間にはアンモニア成分回収部４に向かう排気流路６Ｂの上流側端部が連通されている。これによって、吸引管２或いは排気流路６Ａで発生した結露水をドレイントラップ３０内に溜めることできる。
本発明の実施形態では、前述した吸引口２Ａの形態によって吸引管２内に堆肥原料Ｍのれき汁が入り込むのを抑えることができ、また、適量の副資材を堆肥原料Ｍに混合することでれき汁の発生量を減らすこともできるので、ドレイントラップ３０内には少量の結露水のみが溜まることになる。ドレイントラップ３０には、満水センサ３０Ａが設けられ、ドレイントラップ３０に溜まった水が満水センサ３０Ａで所定の水位を超えたら、送水ポンプ３０Ｂが作動して溜まった水をドレインタンク３１に搬送する。
れき汁がほとんど混入されていない結露水は透明度の高いアンモニア水であり、堆肥原料Ｍに掛け戻すことで肥料成分として利用することができる。そこで、ドレインタンク３１にも満水センサ３１Ａを設け、ドレインタンク３１内に溜まった水が所定の量に達したら満水センサ３１Ａがそれを検知して警報を発し、加えてドレインタンク３１内の水を送水ポンプ３１Ｂで散水管３２に送り込み、散水管３２に設けられた散水ノズル３２Ａから堆肥原料Ｍの表面に掛け戻すようにしている。散水時には、３方弁３４は散水管３２に向かう流れのみを許容するように切り換えられている。
また、３方弁３３を切り換えてドレインタンク３１内の水を別途設けた排液口（図示省略）へ送ることもできる。これら集水処理部３の動作は、満水センサ３０Ａ，３１Ａの検出によって自動で送水ポンプ３０Ａ，３０Ｂを作動させることで自動化することができる。
吸引管２或いは排気流路６Ａ内で発生した結露水を堆肥原料Ｍ上に掛け戻すことで、堆肥への肥料成分の追加と堆肥原料Ｍが過乾燥したときの水分調整を行うことが可能になるが、集水処理部３の基本機能はドレイントラップ３０或いはドレインタンク３１による結露水の集水・貯留にあるので、前述した送水ポンプ３１Ｂ，散水管３２，散水ノズル３２Ａ等からなるドレイン散水装置は付属的な構成である。
［アンモニア成分回収部］
アンモニア成分回収部４は、集水処理部３で処理された排気からアンモニア成分を回収処理するもので、排気中のアンモニア成分を化学反応によって回収処理する薬液を溜めた気密容器からなる薬液槽４０、集水処理部から排気流路６Ｂを介して供給される排気と薬液との気液反応を行う気液反応室４１、薬液を薬液槽４０から気液反応室４１に供給することで薬液の循環を行う薬液循環手段（循環ポンプ４２，循環路４３）、薬液槽内の薬液を加熱する薬液加熱手段である薬液ヒータ４４を備える。
アンモニア成分回収部４は、集水処理部３で処理された排気からアンモニア成分を回収処理するもので、排気中のアンモニア成分を化学反応によって回収処理する薬液を溜めた気密容器からなる薬液槽４０、集水処理部から排気流路６Ｂを介して供給される排気と薬液との気液反応を行う気液反応室４１、薬液を薬液槽４０から気液反応室４１に供給することで薬液の循環を行う薬液循環手段（循環ポンプ４２，循環路４３）、薬液槽内の薬液を加熱する薬液加熱手段である薬液ヒータ４４を備える。
薬液槽４０内の薬液は、リン酸，硫酸等の酸性溶液であり、気密容器である薬液槽４０の液面上部空間４０Ａに気液反応室４１が連通し、この気液反応室４１に排気流路６Ｂの下流側端部が連通している。そして、薬液槽４０の底部に接続された循環ポンプ４２によって循環路４３を介して気液反応室４１に薬液が供給され、この供給された薬液と排気流路６Ｂから供給される排気とが気液反応室４１内で反応してアンモニア成分の回収がなされる。この際、３方弁４５は循環路４３から気液反応室４１へ至る流路のみが確保されている。
気液反応室４１内では、薬液が上方からノズルで微小な液滴として散水され、樹脂製の網を層状に重ねた滞留層内を通過しながら細滴となり減速され、気液反応室４１の側方から供給される排気中のアンモニアガスと薬液のリン酸，硫酸等が化学反応して、安定した液肥（リン酸アンモニウム，硫酸アンモニウム等）が生成されて薬液槽４０内に回収される。なお、アンモニアガスと酸性溶液の反応は気液反応室４１の内部に留まらず、気液反応室４１から流下する細滴が排気流と混合・攪拌される液面上部空間４０Ａ、及び液面が排気流と細滴で攪乱されて発生する細かい気泡が時間を掛けて浮遊する液面上層においても反応が促進される。
薬液槽４０内に流下した薬液は、再度循環ポンプ４２で循環され、薬液（酸性溶液）がアンモニアと反応できる能力を失うまで、循環して使用することができる。また、薬液槽４０内の薬液は薬液ヒータ４４によって温度制御がなされており、循環路４３に設けられた薬液温度センサ４６からの出力に応じて設定された基準温度に制御されている。
そして、薬液槽４０の液面上部空間４０Ａには、排熱利用部５に至る排気流路６Ｃの下流側端部が連通しており、アンモニア成分の回収処理がなされた排気が排気流路６Ｃを介して排熱利用部５に導入されることになる。
［制御部］
制御部１０は、排気流路６に設けられた検出手段８（入気温センサ８Ａ、排気温センサ８Ｂ、圧力センサ８Ｃ、風量センサ８Ｄ、排気ガス濃度センサ８Ｅ）からの検出信号８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅと薬液槽４０内の薬液水位を検出する水位センサ４７の検出信号４７ａ、或いは堆肥発酵槽１周囲の外気温センサ（図示省略）等からの検出信号が必要に応じて選択入力され、その入力に基づいて、送風機７，循環ポンプ４２，薬液ヒータ４４，切り返し装置９の作動を必要に応じて選択的に制御するものであって、図３に示すように、制御部１０に組み込まれる制御プログラムとして、薬液加温制御手段１１、吸引力制御手段１２、薬液循環制御手段１３、切り返し装置作動制御手段１４からなるものである。
制御部１０は、排気流路６に設けられた検出手段８（入気温センサ８Ａ、排気温センサ８Ｂ、圧力センサ８Ｃ、風量センサ８Ｄ、排気ガス濃度センサ８Ｅ）からの検出信号８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅと薬液槽４０内の薬液水位を検出する水位センサ４７の検出信号４７ａ、或いは堆肥発酵槽１周囲の外気温センサ（図示省略）等からの検出信号が必要に応じて選択入力され、その入力に基づいて、送風機７，循環ポンプ４２，薬液ヒータ４４，切り返し装置９の作動を必要に応じて選択的に制御するものであって、図３に示すように、制御部１０に組み込まれる制御プログラムとして、薬液加温制御手段１１、吸引力制御手段１２、薬液循環制御手段１３、切り返し装置作動制御手段１４からなるものである。
ここで、入気温センサ８Ａは、アンモニア成分回収部４よりも上流側の排気流路６Ｂ内での排気温度を検出するものであり、排気温センサ８Ｂは、アンモニア成分回収部４より下流側の排気流路６Ｃ内での排気温度を検出するものであり、圧力センサ８Ｃは、排気流路６Ｂ内の圧力を検出するものであり、風量センサ８Ｄは、排気流路６Ｂ内の風量を検出するものであり、排気ガス濃度センサ８Ｅは、アンモニア成分回収部４の下流側の排気流路６Ｃ内でのガス成分濃度を検出するものである。
以下、制御部１０による各種制御を個々に説明するが、これらの制御は単独又は全ての組み合わせで複合して制御がなされるものであって、その主要な制御目的は、排気流路６内の排気から回収されるアンモニア成分を有効な液肥として適正に回収すること、及び／又は、排気流路６内の排気からアンモニア成分と他の有害成分を除き、排気自体を活用する排気熱利用部５で有効な熱利用を可能にすることにある。
薬液加温制御手段１１；
薬液とアンモニアガスの反応後に結晶が生じると、前述した循環ポンプ４２による薬液の循環を円滑に行うことができなくなり、排気処理を連続的且つ継続的に行うことができなくなる。結晶が生じないようにするためには、薬液の濃度を低くすればよいが、薬液濃度を低くすると脱臭能力が低下するので、吸引通気式による高濃度のアンモニアガスを含む排気を処理するためには、気液反応室４１の大型化或いは循環量の増大が必要になり、小型且つ低消費エネルギでの脱臭装置を得ることができなくなる。また、アンモニア成分回収部４で処理される排気は湿度が飽和状態であるため、薬液槽４０内で結露水が溜まることがあり、これによって、回収された液肥のアンモニア成分濃度が低くなる問題が生じる。
薬液とアンモニアガスの反応後に結晶が生じると、前述した循環ポンプ４２による薬液の循環を円滑に行うことができなくなり、排気処理を連続的且つ継続的に行うことができなくなる。結晶が生じないようにするためには、薬液の濃度を低くすればよいが、薬液濃度を低くすると脱臭能力が低下するので、吸引通気式による高濃度のアンモニアガスを含む排気を処理するためには、気液反応室４１の大型化或いは循環量の増大が必要になり、小型且つ低消費エネルギでの脱臭装置を得ることができなくなる。また、アンモニア成分回収部４で処理される排気は湿度が飽和状態であるため、薬液槽４０内で結露水が溜まることがあり、これによって、回収された液肥のアンモニア成分濃度が低くなる問題が生じる。
これに対処するために、本発明の実施形態では、薬液槽４０内に薬液ヒータ４４を装備し、入気温センサ８Ａと排気温センサ８Ｂから入排気の温度差を常時検出し、所定の温度差が生じた場合には、薬液ヒータ４４を起動させて薬液槽４０内での薬液温度を上昇させる。気液反応室４１内に供給された排気が加温された薬液の熱を受け取ることで排気温度が上昇することになり、排気温センサ８Ｂの検出温度が入気温センサ８Ａの検出温度に近づくように薬液ヒータ４４を制御する。
これによると、薬液が比較的高温に維持されるため、薬液の溶解度が上がって結晶が生じ難くなる。これによって、高濃度の薬液を使用することでき、高温化と高濃度化の相乗効果によって、アンモニアガスと薬液の反応速度が向上し、気液反応室４１の小型化が可能になる。また、結晶を生じなくすることで、薬液循環手段の継続動作が可能になり、薬液がアンモニア回収能力を失うまで連続的且つ継続的な処理を行うことができる。更に、薬液槽４０内が上流側の排気温度とほぼ同じに制御されるため、結露水が溜まり難くなり、回収される液肥のアンモニア成分濃度が低下するのを防ぐことができる。
また、この制御に対して付加的に、水位センサ４７によって薬液槽４０内の水位を検出し、最適水位より増水傾向であれば薬液ヒータ４４で薬液を加温し、最適水位より減水傾向であれば薬液ヒータ４４を止めて薬液槽４０内での結露水を発生させることで最適水位を維持するようにする。すなわち、制御部１０は、水位センサ４７の検出値に基づいて、設定水位を超えた場合には薬液ヒータ４４によって薬液を加熱し、設定水位より低い場合には薬液ヒータ４４を停止させる制御を行う。更に、この水位センサ４７で検出される水位が所定の上限を超えたとき或いは下限より下回ったときに警報を発する制御を行うようにしても良い。
吸引力制御手段１２；
堆肥原料Ｍに対する通気性が高すぎる場合或いは外気温が低い場合等は、通気量過多によって堆肥原料Ｍの温度が低下して発酵が抑制されることがある。また、通気性が低い場合には好気発酵を十分に促すことができない。このように堆肥原料Ｍに対して適正な好気発酵を継続することができない場合には、吸引管２内に引き込む排気中に嫌気発酵によって発生する有機酸や硫化水素等のガス成分が含まれることになり、この排気を直接利用する排気熱利用部５に悪影響が出る。
堆肥原料Ｍに対する通気性が高すぎる場合或いは外気温が低い場合等は、通気量過多によって堆肥原料Ｍの温度が低下して発酵が抑制されることがある。また、通気性が低い場合には好気発酵を十分に促すことができない。このように堆肥原料Ｍに対して適正な好気発酵を継続することができない場合には、吸引管２内に引き込む排気中に嫌気発酵によって発生する有機酸や硫化水素等のガス成分が含まれることになり、この排気を直接利用する排気熱利用部５に悪影響が出る。
そこで、本発明の実施形態では、入気温センサ８Ａの検出温度に基づいて求められる堆肥原料Ｍの発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように送風機７の出力を制御する。詳しくは、圧力センサ８Ｃ，風量センサ８Ｄ及び入気温センサ８Ａの出力値から吸引している熱流量を求め、堆肥原料Ｍの発酵熱量、外気の温湿度、発酵槽周面からの放熱及び蒸発による潜熱等の推定値から熱収支を推定し、堆肥原料を所定の発酵温度に維持するための送風機７の送風量を計算している。
これによると、発酵促進によって堆肥製造の生産性が向上すると共に、排気中に嫌気発酵によって発生する有機酸や硫化水素等のガス成分が含まれることがないので、排気熱利用部５で効率的に排気の熱を活用することができる。
薬液循環制御手段１３；
更に、アンモニア成分回収部４の下流側の排気流路６Ｃ内に排気ガス濃度センサ８Ｅを備えており、これによって検出される排気中のアンモニアガス濃度に基づいて、アンモニア成分回収部４の回収能力を制御する。すなわち、排気ガス濃度センサ８Ｅの検出値に基づいて、排気中のアンモニア濃度が設定以下になるように循環ポンプ４２の循環量を制御する。
更に、アンモニア成分回収部４の下流側の排気流路６Ｃ内に排気ガス濃度センサ８Ｅを備えており、これによって検出される排気中のアンモニアガス濃度に基づいて、アンモニア成分回収部４の回収能力を制御する。すなわち、排気ガス濃度センサ８Ｅの検出値に基づいて、排気中のアンモニア濃度が設定以下になるように循環ポンプ４２の循環量を制御する。
また、循環量の制御によっても排気中のアンモニア濃度が低下しない場合には、薬液のアンモニア成分回収能力が低下したと判断できるので、循環ポンプ４２による循環量の増大制御後にアンモニア濃度の低下が生じないことを検知して、薬液を交換する時期を推測・通報する破知検知を行うようにしてもよい。
切り返し装置作動制御手段１４；
更に、アンモニア成分回収部４の下流側の排気流路６Ｃ内に設けられた排気ガス濃度センサ８Ｅによって検出される排気中の嫌気発酵によって発生するガス成分濃度に基づいて、切り返し装置９の作動を制御する。これによって、嫌気発酵によって発生するガス成分濃度が所定量検出された場合に、堆肥原料Ｍを積極的に切り返すことで好気発酵を良好に促す。併せて、送風機７の出力も制御して、適正な好気発酵の維持を図る。
更に、アンモニア成分回収部４の下流側の排気流路６Ｃ内に設けられた排気ガス濃度センサ８Ｅによって検出される排気中の嫌気発酵によって発生するガス成分濃度に基づいて、切り返し装置９の作動を制御する。これによって、嫌気発酵によって発生するガス成分濃度が所定量検出された場合に、堆肥原料Ｍを積極的に切り返すことで好気発酵を良好に促す。併せて、送風機７の出力も制御して、適正な好気発酵の維持を図る。
また、圧力センサ８Ｃ及び／又は風量センサ８Ｄの検出値に基づいて、吸引抵抗の上昇を検知し、堆肥原料Ｍ内部が通気されていないことを推定して、切り返し装置９を作動させるようにすることもできる。これによると、嫌気発酵によって発生する有機酸や硫化水素等のガスの発生を未然に防止することができる。
［排気熱利用部］
排気熱利用部５は、基本的には排気流路６Ｃから排出される排気自体を利用することで効率的な排熱利用ができるものであればどのような形態であってもよい。図４は、排気熱利用部５の一例を示したものである。ここでは、熱利用室５０とこの熱利用室５０の下に形成された土壌槽５１とを備え、排気流路６Ｃの排出端を土壌槽５１の下層に配置し、土壌槽５１を介して排出端からの排気を熱利用室５０に導くようにしている。この土壌槽５１は、排気中に含まれる微量の臭気を脱臭するためのものである。
排気熱利用部５は、基本的には排気流路６Ｃから排出される排気自体を利用することで効率的な排熱利用ができるものであればどのような形態であってもよい。図４は、排気熱利用部５の一例を示したものである。ここでは、熱利用室５０とこの熱利用室５０の下に形成された土壌槽５１とを備え、排気流路６Ｃの排出端を土壌槽５１の下層に配置し、土壌槽５１を介して排出端からの排気を熱利用室５０に導くようにしている。この土壌槽５１は、排気中に含まれる微量の臭気を脱臭するためのものである。
また、付属的な設備として、排気の一部を分岐して廃棄するためのダンパ５２、排気の熱を外気の空気に与える熱交換器５３、熱交換器５３を通して外気を熱利用室５０内に導入する送風機５４等を備えるものであってもよい。
本発明の実施形態では、吸引通気によって堆肥原料Ｍ内を通過する加熱された排気をすべて捕集しており、また、臭気の主成分であるアンモニアガスをアンモニア成分回収部４でほぼ全量回収しながら、排気温度が低下しないように薬液ヒータ４４による加温制御を行っているので、臭気がほとんどない高温の飽和水蒸気によって大きな熱量が得られる利点がある。
この実施形態での熱利用室５０は、冬期は施設園芸の温室として利用し、夏期は製品堆肥や堆肥原料Ｍの通気性確保に用いられる副資材の乾燥、或いは牧草の乾燥等に利用することができる。このためには、ダンパ５２からの廃棄流量と送風機５４による送風量或いは熱交換器５３での熱交換率を適宜制御して、送風機５４からの乾燥温風及び排気流路６Ｃからの湿潤温風の流量比を制御することで、熱利用室５０内の温湿度を制御する。なお、乾燥温風のみが必要な場合には、排気流路６Ｃの排出端を土壌槽５１の外に向けて、湿潤温風を全て熱利用室５０外に直接放出する。また、熱利用室５０内の温度が不足する場合には、別途ヒータ等で加熱しても良い。
［排気処理方法］
このような構成の排気処理装置を用いた処理方法は、堆肥発酵槽１に設けられた吸引管２に接続される排気流路６に吸引手段となる送風機７を配備し、この送風機７の出力に応じた吸引通気を行う吸引通気工程、吸引管２から排出される排気の集水処理を集水処理部３で行う集水処理工程、アンモニア成分回収部４において、集水処理工程で処理された排気からアンモニア成分を回収処理するアンモニア成分回収工程、アンモニア成分回収工程で回収処理され、アンモニア成分が除去された排気の熱を利用する排気熱利用工程を有する。
このような構成の排気処理装置を用いた処理方法は、堆肥発酵槽１に設けられた吸引管２に接続される排気流路６に吸引手段となる送風機７を配備し、この送風機７の出力に応じた吸引通気を行う吸引通気工程、吸引管２から排出される排気の集水処理を集水処理部３で行う集水処理工程、アンモニア成分回収部４において、集水処理工程で処理された排気からアンモニア成分を回収処理するアンモニア成分回収工程、アンモニア成分回収工程で回収処理され、アンモニア成分が除去された排気の熱を利用する排気熱利用工程を有する。
吸引通気工程では、送風機７の吸引力によって、堆肥発酵槽１内の堆肥原料Ｍ上方から空気を堆肥原料Ｍ内部に引き込み、堆肥原料Ｍ内部を通過した臭気成分を含む排気が吸引口２Ａから吸引管２内に引き込まれる。
そして、制御部１０によって、送風機７の吸引力はアンモニア成分回収工程前の排気温度に基づいて求められる堆肥原料Ｍの発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように制御されるので、堆肥原料Ｍは好気発酵に適した状態で適正な吸引通気がなされる。
また、堆肥原料Ｍに対しては、所定の時間間隔でのバッチ処理で切り返し装置９による切り返し処理がなされるので、堆肥原料Ｍ内部をムラ無く吸引通気することができる。更には、この切り返し装置９の作動も制御部１０によって制御されるので、排気中に嫌気発酵によって発生する有機酸や硫化水素等のガス成分が含まれることがない。
集水処理工程では、吸引管２内に引き込まれた排気が排気流路６Ａを介してドレイントラップ３０の上部空間に導かれ、その間に発生する結露水がドレイントラップ３０内に溜められる。ドレイントラップ３０が満水状態になると、満水センサ３０Ａがこれを検出して送水ポンプ３０Ｂを作動させ、ドレイントラップ３０内に溜められた水がドレインタンク３１内に送られる。更にドレインタンク３１が満水状態になると、満水センサ３１Ａがこれを検出して送水ポンプ３１Ｂを作動させ、散水管３２を介して散水ノズル３２Ａから溜められた水を堆肥原料Ｍ上に散水する。結露水が多量に溜まった場合は、３方弁３３を切り換えてドレインタンク３１内の水を別途設けた排液口に放出する。
アンモニア成分回収工程では、排気流路６Ｂを介してドレイントラップ３０を通過した排気を気液反応室４１に導き、薬液槽４０内の薬液を気液反応室４１に循環供給することで、排気中のアンモニア成分と薬液の酸性成分とを化学反応させ安定した液肥を生成し、これを薬液槽４０内に回収する。
この際、制御部１０によって薬液ヒータ４４が制御されるので、薬液槽４０内の薬液は適温に加温され、薬液槽４０内に結晶が生じることがない。また、加温された薬液が排気と接するので、排気の温度を低下させることもない。更には、制御部１０によって循環ポンプ４２が制御されるので、排気に対して適量の薬液供給がなされ、排気中の高濃度アンモニア成分をほぼ完全に回収することができる。また、制御部１０によって薬液槽４０内の水位が最適水位に制御されるので、薬液槽４０内に適正濃度の良質な液肥を回収することができる。
そして、排気熱利用工程では、有害成分が無く、ほぼ完全にアンモニア成分が除去された高温・高湿の排気が得られるので、この排気を直接室内暖房などに利用することで、効率的な排熱利用を実現することができる。
このような実施形態によると、吸引通気式の堆肥製造施設における排気処理に際して、多量の堆肥原料を処理する場合にも小型且つ低消費エネルギで十分な脱臭が可能であり、継続処理時のメンテナンス性が良く、アンモニア成分を汎用性のある液肥として回収できる。更には、良好な好気発酵を維持した状態での堆肥化処理を継続させながら、排気熱を有効利用することができる。
これによると、従来の堆肥化製造施設が臭気と排熱を周辺環境に拡散していたのに対して、良質の液肥と熱を回収することができることになり、環境保全に加えて資源とエネルギを有効利用できる堆肥化技術を確立することができる。
１ 堆肥発酵槽
２ 吸引管
２Ａ 吸引口
３ 集水処理部
３０ ドレイントラップ
３１ ドレインタンク
３０Ａ，３１Ａ 満水センサ
３０Ｂ，３１Ａ 送水ポンプ
３２ 散水管
３２Ａ 散水ノズル
３３，３４ ３方弁
４ アンモニア成分回収部
４０ 薬液槽
４１ 気液反応室
４２ 循環ポンプ（薬液循環手段）
４３ 循環路（薬液循環手段）
４４ 薬液ヒータ（薬液加熱手段）
４５ ３方弁
４６ 薬液温度センサ
４７ 水位センサ
５ 排気熱利用部
５０ 熱利用室
５１ 土壌槽
５２ ダンパ
５３ 熱交換器
５４ 送風機
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 排気流路
７ 送風機（吸引手段）
８ 検出手段
８Ａ 入気温センサ
８Ｂ 排気温センサ
８Ｃ 圧力センサ
８Ｄ 風量センサ
８Ｅ 排気ガス濃度センサ
９ 切り返し装置
１０ 制御部（制御手段）
２ 吸引管
２Ａ 吸引口
３ 集水処理部
３０ ドレイントラップ
３１ ドレインタンク
３０Ａ，３１Ａ 満水センサ
３０Ｂ，３１Ａ 送水ポンプ
３２ 散水管
３２Ａ 散水ノズル
３３，３４ ３方弁
４ アンモニア成分回収部
４０ 薬液槽
４１ 気液反応室
４２ 循環ポンプ（薬液循環手段）
４３ 循環路（薬液循環手段）
４４ 薬液ヒータ（薬液加熱手段）
４５ ３方弁
４６ 薬液温度センサ
４７ 水位センサ
５ 排気熱利用部
５０ 熱利用室
５１ 土壌槽
５２ ダンパ
５３ 熱交換器
５４ 送風機
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 排気流路
７ 送風機（吸引手段）
８ 検出手段
８Ａ 入気温センサ
８Ｂ 排気温センサ
８Ｃ 圧力センサ
８Ｄ 風量センサ
８Ｅ 排気ガス濃度センサ
９ 切り返し装置
１０ 制御部（制御手段）
Claims (9)
- 堆肥発酵槽内に堆積した堆肥原料内部の通気を堆肥発酵槽からの吸引によって行う吸引通気式堆肥製造施設に装備される排気処理装置であって、
前記堆肥発酵槽に設けられた吸引管から排出される排気の集水処理を行う集水処理部と、
前記集水処理部で処理された前記排気からアンモニア成分を回収処理するアンモニア成分回収部と、
前記アンモニア成分回収部で回収処理された前記排気が導入される排気熱利用部と、
前記吸引管から前記集水処理部，前記アンモニア成分回収部を経由して前記排気熱利用部に至る排気流路と、
前記排気流路に配備される吸引手段とを備え、
前記アンモニア成分回収部は、
前記排気中のアンモニア成分を化学反応によって回収処理する薬液を溜めた気密容器からなり、前記排熱利用部に至る排気流路の端部が前記薬液の液面上部空間に連通する薬液槽と、
前記液面上部空間に連通して、前記集水処理部から前記排気流路を介して供給される排気と前記薬液との気液反応を行う気液反応室と、
前記薬液を前記薬液槽から前記気液反応室に供給することで薬液の循環を行う薬液循環手段と、
前記薬液槽内の薬液を加熱する薬液加熱手段とを備え、
前記アンモニア成分回収部より上流側の前記排気流路に排気温度を検出する入気温センサを設けると共に、前記アンモニア成分回収部より下流側の前記排気流路に排気温度を検出する排気温センサを設け、
前記排気温センサの検出温度が前記入気温センサの検出温度に近づくように、前記薬液加熱手段を制御すると共に、前記入気温センサの検出温度に基づいて求められる前記堆肥原料の発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように前記吸引手段の出力を制御する制御手段を備えることを特徴とする吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置。 - 前記排気流路内の圧力を検出する圧力センサと前記排気流路内の風量を検出する風量センサを更に備え、
前記制御手段は、前記入気温センサの検出温度と前記圧力センサ及び前記風量センサの検出値から前記排気の熱流量を求め、前記堆肥原料の発酵熱量、外気の温湿度、前記堆肥発酵槽からの放熱及び蒸発による潜熱の推定値から熱収支を推定し、前記堆肥原料を所定の発酵温度に維持するために必要な前記吸引手段の出力を算出することを特徴とする請求項１に記載された吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置。 - 前記堆肥発酵槽上部に該堆肥発酵槽内の堆肥原料の切り返し処理を行う切り返し装置を設け、
前記制御手段は、前記圧力センサ及び／又は前記風量センサの検出値に基づいて、吸引抵抗の上昇を検知し、前記堆肥原料内部が通気されていないことを推定して、前記切り返し装置を作動させることを制御することを特徴とする請求項２に記載された吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置。 - 前記薬液槽内の液面水位を検出する水位センサを更に備え、
前記制御手段は、前記水位センサの検出値に基づいて、設定水位を超えた場合には前記薬液加熱手段によって前記薬液を加熱し、設定水位より低い場合には前記薬液加熱手段を停止させることを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載された吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置。 - 前記アンモニア成分回収部より下流側の前記排気流路内にガス成分濃度を検出する排気ガス濃度センサを更に備え、
前記制御手段は、前記排気ガス濃度センサの検出値に基づいて、前記排気中のアンモニアガス濃度が設定以下になるように前記薬液循環手段の循環量を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置。 - 前記堆肥発酵槽上部に該堆肥発酵槽内の堆肥原料の切り返し処理を行う切り返し装置を設け、
前記制御手段は、前記排気ガス濃度センサの検出値に基づいて、前記排気中に嫌気発酵によって発生するガス成分が設定値以上検出された場合には、前記切り返し装置を作動させると共に前記吸引手段の出力を制御することを特徴とする請求項５に記載された吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置。 - 前記排気熱利用部は、熱利用室と該熱利用室の下に形成された土壌槽とを備え、前記排気流路の排出端を前記土壌槽の下層に配置し、前記土壌槽を介して前記排出端からの排気を前記熱利用室に導くことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載された吸引通気式堆肥製造施設の排気処理装置。
- 堆肥発酵槽内に堆積した堆肥原料内部の通気を堆肥発酵槽からの吸引によって行う吸引通気式堆肥製造施設の排気処理方法であって、
前記堆肥発酵槽に設けられた吸引管に接続される排気流路に吸引手段を配備し、該吸引手段の出力に応じた吸引通気を行う吸引通気工程と、
前記吸引管から排出される排気の集水処理を行う集水処理工程と、
前記集水処理工程で処理された前記排気からアンモニア成分を回収処理するアンモニア成分回収工程と、
前記アンモニア成分回収工程で回収処理された前記排気の熱を利用する排気熱利用工程とを有し、
前記アンモニア成分回収工程は、前記排気と当該排気中のアンモニア成分を化学反応によって回収処理する薬液との気液反応によってなされ、
前記アンモニア成分回収工程前の排気温度を検出すると共に、前記アンモニア成分回収工程後の排気温度を検出し、
前記アンモニア成分回収工程後の排気温度を前記アンモニア成分回収工程前の排気温度に近づけるように、前記薬液を加熱する薬液加熱手段を制御すると共に、前記アンモニア成分回収工程前の排気温度に基づいて求められる前記堆肥原料の発酵温度が好気発酵進行状態に維持されるように前記吸引手段の出力を制御することを特徴とする吸引通気式堆肥製造施設の排気処理方法。 - 前記堆肥発酵槽上部に該堆肥発酵槽内の堆肥原料の切り返し処理を行う切り返し装置を設け、
前記アンモニア回収工程後の排気流路内のガス成分濃度を検出し、前記ガス成分濃度の検出値に基づいて、前記排気中に嫌気発酵によって発生するガス成分が設定値以上検出された場合には、前記切り返し装置を作動させると共に前記吸引手段の出力を制御することを特徴とする請求項８に記載された吸引通気式堆肥製造施設の排気処理方法。
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