JP2017094237A

JP2017094237A - 加水分解処理システム

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Publication number: JP2017094237A
Application number: JP2015226513A
Authority: JP
Inventors: 周一野中; Shuichi Nonaka
Original assignee: Nonakafarm Kk
Current assignee: Nonakafarm Kk
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: JP6385912B2

Abstract

【課題】連続運転性、廃液及び臭気等の環境要因を改善した加水分解処理システムを提供する。
【解決手段】本システムは、水平軸を中心とする略回転体状をなす圧力容器２と、圧力容器２の周囲を密閉する密閉室１と、圧力容器２の給気側に接続され、密閉室１外から圧力容器２内へ蒸気を供給するボイラ５と、圧力容器２の排気側に接続される熱交換器１０と、熱交換器１０に接続され、圧力容器２の排気側を引圧とする真空ポンプ１２と、真空ポンプ１２に接続される廃液タンク１３と、密閉室１内の臭気を回収する脱臭室１５とを備える。圧力容器内２には、水平軸を中心とする動作領域内で回転し、圧力容器２内の処理対象を撹拌するスクリュー４０が設けられ、圧力容器２の上部には、動作領域よりも上側に膨出するセンサ室３４が設けられ、センサ室３４内に圧力容器内の温度と圧力を計測するセンサ３５、３６が配設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機系廃棄物を処理する加水分解処理システムに係り、さらに詳しくは連続運転性、廃液及び臭気等の環境要因を改善したシステム関するものである。

特許文献１（実用新案登録第２３２０５５３号公報）、特許文献２（特開２０１１−１１１２９号公報）に開示されるように、種々の加水分解処理システムが知られている。

この種の加水分解処理システムは、処理対象を収納する圧力容器を中核とし、圧力容器にボイラから高温（２００℃程度）及び高圧（２０気圧程度）の蒸気を供給すると共に、圧力容器内の処理対象を撹拌する。ここで、処理対象は、有機系廃棄物であれば任意であり、鶏糞等の動物の排泄物、汚泥、農作物、加工処理における残渣、廃プラスチック等、広範囲にわたる。

これにより、処理対象の分子構造を破壊し、より分子量が小さな物質に変えることになる。その結果、微生物やウイルス等においても、分解を回避することはできず死滅するから、ある意味滅菌処理を行っているのと同値となる。したがって、処理後の物質は、衛生的であり、肥料その他の物質として、有効に活用することができる。

しかしながら、従来の加水分解処理システムには、次のような問題点がある。第１に、高温及び高圧の蒸気を大量に圧力容器内へ投入するため、圧力容器内の水分量が膨大となる。その結果、処理後の物質を乾燥させるのに、長い時間と多大のコストを要することになる。

第２に、圧力容器内の状態を計測するため、温度センサや圧力センサを圧力容器に取り付けることになるが、従来のシステムでは、圧力容器内で撹拌される処理対象が温度センサや圧力センサに付着しやすく、計測が不正確になったり、トラブルを生じて運転不能となりやすい。また、圧力容器から排出される排気の熱交換が不全になりやすい。その結果、システム全体としての連続運転性が低下し、歩留まりが低下する。

第３に、廃液のＢＯＤ等が高い数値のままとなり、また、処理中に臭気が屋外に漏れやすく悪臭を発することが多い。要するに、環境を汚染しがちであるという問題点がある。
実用新案登録第２３２０５５３号公報特開２０１１−１１１２９号公報

そこで本発明は、連続運転性、廃液及び臭気等の環境要因を改善した加水分解処理システムを提供することを目的とする。

第１の発明に係る加水分解処理システムは、水平軸を中心とする略回転体状をなす圧力容器と、圧力容器の周囲を密閉する密閉室と、圧力容器の給気側に接続され、密閉室外から圧力容器内へ蒸気を供給するボイラと、圧力容器の排気側に接続される熱交換器と、熱交換器に接続され、圧力容器の排気側を引圧とする真空ポンプと、真空ポンプに接続される廃液タンクと、密閉室内の臭気を回収する脱臭室とを備え、圧力容器内には、水平軸を中心とする動作領域内で回転し、圧力容器内の処理対象を撹拌する撹拌機構が設けられ、圧力容器の上部には、動作領域よりも上側に膨出するセンサ室が設けられ、センサ室内に圧力容器内の温度と圧力を計測するセンサが配設される。

この構成において、ボイラから処理対象を入れた圧力容器内へ高温及び高圧の蒸気が給気されると共に、撹拌機構が処理対象を撹拌することにより、加水分解処理が進行する。

処理が完了したら、真空ポンプにより圧力容器内の圧力を下げ、圧力容器内の気体の温度を熱交換器により低下し、さらに廃液タンクへ導いて廃液を回収する。これにより、圧力容器内の水分量を短時間で削減することができ、乾燥時間を短縮できる。

また、圧力容器の上部には、動作領域よりも上側に膨出するセンサ室が設けられ、センサ室内に圧力容器内の温度と圧力を計測するセンサが配設される。処理中に撹拌機構が作動しても、センサ室は撹拌機構の動作領域外にあるため、処理対象がセンサ室内へ至る確率が低く、圧力容器内の温度と圧力を計測するセンサが保護される。その結果、センサは、正確に計測を継続することができ、トラブルを回避して、連続運転性が向上する。

さらに、圧力容器は密閉室内に収納され、密閉室内の臭気を回収する脱臭室が設けられているため、システム外に臭気が漏れにくく、環境負荷を低減できる。

第２の発明に係る加水分解処理システムでは、第１の発明に加え、密閉室外に配設され処理対象が投入されるホッパと、ホッパに投入された処理対象を圧力容器内へ移送する移送コンベアをさらに備える。

この構成により、処理対象を容易に圧力容器内へ導入できる。

第３の発明に係る加水分解処理システムでは、第１の発明に加え、廃液タンクには、廃液にバブルを吐出するバブル発生器が設けられている。

この構成により、廃液をバブルで処理することができ、ＢＯＤ等の数値を低減し、環境負荷を一層軽減できる。

本発明によれば、圧力容器内の水分量を真空ポンプにより強制的に排除して、乾燥時間を短縮できる。

また、センサを有効に保護してトラブルを回避し連続運転性を向上できる。

さらに、システム外への臭気の漏れを防止し環境負荷を低減できる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における加水分解処理システムを平面視したブロック図、図２（ａ）は、本発明の実施の形態１ににおける圧力容器の正面図、図２（ｂ）は、同圧力容器の平面図、図３は、同圧力容器の縦断面図である。

密閉室１は、圧力容器２の周囲を密閉する。圧力容器２に、処理対象を投入し、圧力容器２内に高温及び高圧の蒸気を供給すると、焼けたような臭気がするが、密閉室１を設けているため、臭気は、密閉室１外に漏れないようになっている。

圧力容器２は、密閉室１内で、図示しない架台によって地面よりも高い位置に水平に支持されている。圧力容器２は、３ＭＰａ程度の高圧に耐えうるものであれば任意である。圧力容器２の上部には、処理対象の投入口２ａが開設されている。なお、圧力容器２の詳細については、後述する。

ホッパ３が密閉室外に配設され、ホッパ３に処理対象が投入される。ホッパ３に投入された処理対象は、移送コンベア４により、圧力容器２の投入口２ａへ移送される。

ボイラ５は、２２〜２９気圧、１９０〜３００℃の蒸気（８００〜１０００リットル）を発生し、蒸気投入管６により、圧力容器２の給気側に接続され、密閉室外１から圧力容器２内へ蒸気を供給する。なお、ボイラ５の吸い込み側には、密閉室１に開口する蒸気吸込管７が接続される。

圧力容器２内が異常に高温高圧になる事態を想定し、圧力容器２には、非常用排気管９を介して、安全弁８が接続されている。

ここで、このような高温及び高圧の蒸気が圧力容器２内に供給されるため、圧力容器２内の温度を低温（例えば、５０℃程度）に至るまで下げることは難しい。したがって、従来のシステムでは、このように温度を下げるために長時間を要しており、稼働の歩留まりが低下しがちであるという問題点があった。

しかしながら、本形態では、次のような構成を採用することにより、短時間で温度を下げ、圧力容器２内の雰囲気を乾燥させ得るようになっている。

圧力容器２の排気側には、通常排気管１１を介して、縦型熱交換器１０が直列二段に接続される。また、二段目の熱交換器１０には、圧力容器２の排気側を引圧とする真空ポンプ１２が接続され、さらに、真空ポンプ１２には、廃液タンク１３の一段目が接続される。この一段目は、バブル室１４となっており、図１１に示すように、バブル室１４内には、バブル発生器５１が収納される。このバブル発生器５１として、大巧技研有限会社製「ｅｃｏ−バブル」（商標）シリーズの製品が好適に使用できる。

真空ポンプ１２としては、圧力を−０．９５Ｐａ程度に維持できるものが好ましい。

図４は、本発明の実施の形態１における縦型熱交換器１０の立面図である。二段の縦型熱交換器１０は、同じ構成をなすので、片側のみを説明する。図４に示すように、縦型熱交換器１０は、地面上に設置される架台４１により、上下方向が長手方向となるように設置され、ほぼ左右対称な第１ユニット４２と、第２ユニット４３とを有する。

縦型熱交換器１０の下部には、ホッパ４４が設けられ、ホッパ４４の下端部には、ボール弁４５が取り付けられる。熱交換器１０の側部には、給水口４６が設けられ、給水口４６から取り込まれる、冷媒としての水は、第１ユニット４２、第２ユニット４３に多数設けられる細管を循環し、通過する気体を冷却する。

気体は、第１ユニット４２の入り口側に設けられる給気管４７から第１ユニット４２内へ取り込まれ、第１ユニット４２内で冷却される。そして、ホッパ４４の内部でＵ字状に向きを変えながら、第２ユニット４３の下端側から第２ユニット４３内に至り、第２ユニット４３により冷却される。そして、冷却された気体は、第２ユニット４３の上部に設けられる排気管４８から排出される。

第１ユニット４２及び第２ユニット４３において、気体を冷やした水は、高温となり、一部は水蒸気に変わりうる。そのため、水蒸気を機外へ排出するための煙突４２ａ、４３ａが、それぞれ第１ユニット４２及び第２ユニット４３の上部に設けられている。なお、ドレン管４９は、余剰の水分を機外へ排出するためのものである。

図１において、処理が一段落した後、真空ポンプ１２を作動すると、圧力容器２の排気側が引圧となって、圧力容器２内の気体が縦型熱交換器１０へ導かれる。それにより、熱交換が行われ、気体の温度が急速に低下する。その結果、気体に含まれる有機分の一部は、気体から液体へ態を変えることになる。

真空ポンプ１２を過ぎた物質は、廃液タンク１３のバブル室１４及び、それに続くタンクに導かれる。本発明者は、実機を用いて得た原液について、バブル発生器５１による処理を行った。

そして、株式会社新日本環境コンサルタントに水質試験を依頼し、次のような結果を得た。即ち、原液（未処理）のＢＯＤ（ｍｇ／リットル）は、４３００（ｍｇ／リットル）であった。これに３８分〜７５分処理を行った液体では、８３０〜８９０（ｍｇ／リットル）となった。このように著しくＢＯＤ値が下がったことを確認した。さらに、複数回処理を繰り返せば、自然排水が認められる２００〜４００（ｍｇ／リットル）程度までＢＯＤ値を下げることも期待できる。

さて、図１において、密閉室１には、第１排気管１６を介して、脱臭室１５が接続される。また、同じ脱臭室１５には、第２排気管１９を介して、キルン乾燥機１８の排気側も接続される。

以上のように、本形態では、廃液は、廃液タンク１３により処理し、また、臭気については、圧力容器２を密閉室１内に収納するだけでなく、密閉室１を脱臭室１５に接続することにより、対応している。よって、廃液及び臭気の両方において、環境負荷を低減することができる。

なお、図８に示すように、密閉室１内において、圧力容器２の下方突管３８の下方に、受けホッパ５０が設けられ、排出弁３８ｂを開いて受けホッパ５０に落下した物質は、排出コンベア１７によりキルン乾燥機１８に移送され、キルン乾燥機１８によりさらに水分が除去されて、例えば、肥料のように利用可能な処理結果物として、システム外へ取り出される。

次に、図２及び図３を参照しながら、圧力容器２の内部構成等を説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、圧力容器２は、長手方向が水平な略円柱状をなすように形成される。圧力容器２の左右両端部は、左端壁３２及び右端壁３３によって閉鎖され、左端壁３２及び右端壁３３のそれぞれ中心から外側に突出する軸受部３０が設けられる。

図３に示すように、これらの軸受部３０は、圧力容器２を左右に貫通するスクリュー軸３１を回転自在に軸支する。さらに、スクリュー軸３１には、撹拌機構としてのスクリュー４０の中心部が固着されている。

また、図１に示すように、密閉室１内に撹拌モータ２１が配設され、その出力軸２２の回転力は、伝動機構２３を介して、スクリュー軸２１に伝達される。

したがって、撹拌モータ２１を駆動すると、スクリュー軸２１及びスクリュー４０が圧力容器２内で回転し、圧力容器２内の処理対象が撹拌されることになる。

本形態では、スクリュー４０が圧力容器２内において水平軸を中心として回転するが、その回転によりスクリュー４０が届き得る領域が、動作領域となる。

図３に最もよくあらわれるように、圧力容器２の上部中央付近には、動作領域から上側に膨出するように、センサ室３４が形成される。そして、このセンサ室３４内に温度センサ３５と圧力センサ３６とが配設される。

したがって、スクリュー４０が回転し、処理対象が撹拌されても、処理対象が温度センサ３５及び圧力センサ３６に接触することはなく、計測が正確に行えると共に、トラブルが未然に防止される。

なお、温度センサ３５及び圧力センサ３６の出力は、密閉室１の外に設けられる制御室２０へ入力される。制御室２０には、本システムの要素を制御するための機器が配設される。

センサ室３４よりもさらに上方には、投入口２ａを有する上方突管３７が設けられ、上方突管３７の上下対称な位置に、排出口３８ｂを有する下方突管３８が設けられる。

なお、図２（ａ）に示すように、圧力容器２の側面には、メンテナンス用の点検用マンホール３９が設けられる。

また、図２（ｂ）に示すように、センサ室３４の側面に、非常用排気管９及び通常排気管１１が接続され、これらの管９、１１が目詰まりしにくいように配慮されている。蒸気投入管６は、センサ室３４の外側から圧力容器２に向けて接続される。

本形態の加水分解処理システムは、以上のような構成よりなり、次に図５〜図１２を参照しながら、その動作例を説明する。

ここで、図５は、本発明の実施の形態１における加水分解処理システムのフローチャートであり、図６〜図１２は、本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図である。

まず、図６に示すように、原料投入モードに入る。即ち、投入口２ａを開き、ホッパ３に処理対象を入れ、移送コンベア４により処理対象を投入口２ａから圧力容器２内へ投入する。投入時間は、通常１５分程度である。

次に、加圧モードに入る。即ち、図７に示すように、投入口２ａを閉じ、ボイラ５を作動し、徐々に蒸気圧を高めてゆく。

次に、加水分解処理モードに入る。即ち、図８に示すように、撹拌モータ２１を作動し、スクリュー４０による撹拌を開始する。また圧力センサ３６及び温度センサ３５を作動し、制御室２０で図示していないタイマーを作動させる。その上で、ボイラ５より蒸気投入管６から圧力容器２の内部へ蒸気を投入し、加水分解処理を開始する。この処理時間は、通常３０分程度である。

そして、所定時間の処理が終了したら、図９に示すように、減圧モードに入る。即ち、通常排気管１１を開き、排気を開始する。そして、圧力センサ３６の測定値が５Ｐａ以下となったら、真空ポンプ１２を作動し、減圧を始める。

その結果、圧力容器２内の気体は、縦型熱交換器１０へ導かれ、冷却される。さらに、廃液タンク１３に導かれ、図１１に示すように、バブル室１４他により廃液処理が行われる。減圧モードの処理は、通常１５分程度である。

さらに、圧力容器２内を減圧し乾燥させるため、真空ポンプ１２による吸引を継続する。この時間は、通常２０分程度である。

以上の一連の処理が終わったら、処理終了モードに入る。即ち、排出口３８ａを開き、受けホッパ５０に圧力容器２内に残った固形物を排出し、排出コンベア１７により、キルン乾燥機１８へ移送する。キルン乾燥機１８では、移送された物質の水分をさらに低減し、乾燥後の物質が取り出される。その後、所望の調整等を施した後、肥料等の利用可能な物質として提供されることになる。

最後に、脱臭モードに入る。図１２に示すように、密閉室１内の気体を蒸気吸込管６を介してボイラ５に導き、また、キルン乾燥機１８の排気と、密閉室１内の気体を第２排気管１９を介して脱臭室１５に導き、脱臭処理を行う。このモードの時間は、通常１０分程度である。

以上のような動作により、連続運転性、廃液及び臭気等の環境要因を改善した加水分解処理が可能となる。

本発明に係る加水分解処理システムは、例えば、鶏糞等の有機系廃棄物から肥料を生産する分野等において好適に利用できる。

本発明の実施の形態１における加水分解処理システムのブロック図（ａ）本発明の実施の形態１ににおける圧力容器の正面図（ｂ）同圧力容器の平面図本発明の実施の形態１における圧力容器の縦断面図本発明の実施の形態１における縦型熱交換器の立面図本発明の実施の形態１における加水分解処理システムのフローチャート本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図本発明の実施の形態１における加水分解処理システムの動作説明図

１密閉室
２圧力容器
２ａ投入口
３ホッパ
４移送コンベア
５ボイラ
６蒸気投入管
７蒸気吸込管
８安全弁
９非常用排気管
１０縦型熱交換器
１１通常排気管
１２真空ポンプ
１３廃液タンク
１４バブル室
１５脱臭室
１６第１排気管
１７排出コンベア
１８キルン乾燥機
１９第２排気管
２０制御室
２１撹拌モータ
２２出力軸
２３伝動機構
３０軸受部
３１スクリュー軸
３２左端壁
３３右端壁
３４センサ室
３５温度センサ
３６圧力センサ
３７上方突管
３８下方突管
３８ａ排出口
４０スクリュー
４１架台
４２第１ユニット
４３第２ユニット
４２ａ、４３ａ煙突
４４ホッパ
４５ボール弁
４６給水口
４７給気管
４８排気管
４９ドレーン管
５０受けホッパ
５１バブル発生器

Claims

水平軸を中心とする略回転体状をなす圧力容器と、
前記圧力容器の周囲を密閉する密閉室と、
前記圧力容器の給気側に接続され、前記密閉室外から前記圧力容器内へ蒸気を供給するボイラと、
前記圧力容器の排気側に接続される熱交換器と、
前記熱交換器に接続され、前記圧力容器の前記排気側を引圧とする真空ポンプと、
前記真空ポンプに接続される廃液タンクと、
前記密閉室内の臭気を回収する脱臭室とを備え、
前記圧力容器内には、前記水平軸を中心とする動作領域内で回転し、前記圧力容器内の処理対象を撹拌する撹拌機構が設けられ、
前記圧力容器の上部には、前記動作領域よりも上側に膨出するセンサ室が設けられ、
前記センサ室内に前記圧力容器内の温度と圧力を計測するセンサが配設されることを特徴とする加水分解処理システム。
前記密閉室外に配設され処理対象が投入されるホッパと、前記ホッパに投入された前記処理対象を前記圧力容器内へ移送する移送コンベアをさらに備える請求項１記載の加水分解処理システム。
前記廃液タンクには、廃液にバブルを吐出するバブル発生器が設けられている請求項１から２のいずれかに記載の加水分解処理システム。
前記撹拌機構は、スクリューを含む請求項１から３のいずれかに記載の加水分解処理システム。