JP4204945B2 - 有機廃液処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機廃液処理技術に関する。特に、多量の水分を含む有機廃液の処理に、有孔管を用いた発酵方式を採用した有機廃液処理装置に関する。

有機廃液の中でも、例えば焼酎粕のように、水分を多量に含む有機廃液の処理方法として、メタン発酵方式、燃焼方式、投棄方式等が従来から広く知られている。

メタン発酵方式は、固液分離し、液体のメタン発酵で生じるガス蒸気で固体を乾燥させ、飼料・肥料とする方法である。燃焼方式は、熱を加えて焼酎粕を燃焼させる方法である。投棄方式は、焼酎粕をいわゆる海洋投棄する方法である。

しかしながら、メタン発酵方式の場合には、メタン発酵を安定運転させることが難しく、出来上がった飼料や肥料の供給先も限られているため、新たな廃棄物が発生してしまう問題がある。

また、焼酎粕には水分が９５％前後も含まれているため、その水分蒸発のために多量のエネルギーを必要とする。さらに炉の劣化が早く耐久性に欠ける問題もある。この点で、燃焼方式は好ましくない。

また、海洋投棄する方法は、海を汚染するため、産業廃棄物海洋投棄禁止法により、今後、海洋投棄ができなくなる問題がある。

よって、本発明の課題は、安定した運転が行え、処理後の残量を少なくし、消費エネルギーも少なくすることができる有機廃棄物処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、以下の手段を採用した。
本発明は、有機廃液と、その有機廃液の発酵用微生物を含む調整材とを混合して発酵させることにより、有機廃液中の有機物を減少または消滅させる、有機廃液処理装置であって、有機廃液と調整材を撹拌して発酵混合材を得るための混合処理機と、混合処理機により得られた発酵混合材を貯留し、その発酵熱を利用して発酵混合材から水分の一部を蒸発させる発酵処理槽と、発酵処理槽で得られた発酵混合材を混合処理機に供給する供給装置と、を備える構成とした。

本発明によれば、有機廃液を微生物で発酵させるので、有機廃液と調整材を混合した後は特別な処理は必要なく、安定した運転が行える。また、有機廃液と調整材を混合処理機で撹拌することで、発酵に適した環境（含水率一定、通気性が適度に確保される）を作り出すことができる。さらに、有機廃液と調整材を混合処理機により撹拌混合してから発酵処理槽で発酵させるため、発酵過程で通気性の悪い処理物（固まり）が発生しても、処理機を通すことで固まりを粉砕し、発酵を促進できる。また、発酵熱を利用して水分を蒸発させることで、人工的な熱の供給を不要又は削減することができる。発酵熱だけでは取り除けなかった水分は、別途乾燥装置にて除去することもできる。

また、水分の一部を蒸発させた発酵混合材を調整材として使用することで、発酵及び水
分の蒸発を効率的に継続させることができる。これにより、安定した運転が行え、処理後の残量を少なくし、消費エネルギーも少なくすることができる。

本発明で用いられる発酵処理槽は、内部に発酵混合材を収容する処理槽本体と、処理槽本体内に配置され、その処理槽本体内の発酵混合材に外気を供給する通気手段と、処理槽本体に設けられ、その処理槽本体内の水分を外部に導く通気兼用の排気手段とを備えていることが望ましい。このように構成した場合、有機廃液の発酵に必要な酸素の供給と、蒸発した水分の排出とをさらに効率良く行うことができる。

ここで、通気手段としては、処理槽本体内を水平方向に延びる水平部が上下に多段に配置された有孔管を含み、その有孔管の一端が外気に開放されていることが望ましい。このように構成すれば、発酵に必要な酸素の供給を原則として自然通気で行い、補助的な場合を除いて送風機による通気を不要にできる。さらに、有孔管の水平部によって処理物の圧密沈下を抑制して、この点からも通気と水分蒸発を促進できる。

通気兼用の排気手段としては、処理槽本体の周壁部に設けられた複数の開口と、前記周壁部の内部に設けられ、前記開口を経由して処理槽本体内に連通する排気通路とを備え、その排気通路は処理槽本体の高さ方向に延びていることが望ましい。このようにすれば、複数の開口と排気通路とによって、自然対流による水分の蒸発を促進することができる。

本発明において、発酵処理槽は、上下に複数段配置されていることが望ましい。そうすれば、発酵処理槽を複数段配置しても省スペース化を図ることができる。さらに、下段の処理槽から放出された発酵熱で上段の処理槽を加熱できるので、槽内の温度上昇を促進して水分の蒸発を促進できる。

処理槽本体は、内槽及び外槽を備え、前記有孔管は、前記内槽の周壁に沿って配設された有孔管と、内槽及び外槽の半径方向に延びる有孔管とを含む構成とすることが望ましい。有孔管の一部を内槽の周壁に沿って配設することで、発酵混合材への酸素の供給をより確実に行うことができる。

本発明では、有機廃液が焼酎粕の場合、混合処理機に最初に供給する調整材が木質材料等の固形分を含む堆肥であることが望ましい。最初に供給する調整材に堆肥を用いた場合、堆肥は得やすく、しかも自然界に存在する微生物で発酵させることになるので、より安定した処理が行える。その際、焼酎粕中の固形分のうちタンパク質や脂肪等の分解性の物質をアンモニアや炭酸ガス、水蒸気として分解させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）

図１は、本発明を適用した有機廃液処理装置の全体構成図である。図２（ａ）はその発酵処理槽の水平断面図を、図２（ｂ）はＢ部分の拡大図を示す。図３は図２のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。図４〜図７はその発酵処理槽の各部の構成を示す拡大図である。なお、これらの図では、有機廃液が焼酎粕の場合に好適な装置として例示している。

この実施形態による有機廃液処理装置は、図１に示すように、焼酎粕タンク１と、調整材ホッパ２と、混合処理機３と、縦型処理槽（発酵処理槽）４と、それら相互間において必要な各種搬送手段とを備えている。次いで、これらの詳細について説明する。

焼酎粕タンク１は、処理対象有機廃液としての焼酎粕を貯留しておくタンクであり、混
合処理機３への搬送手段１３を備えている。搬送手段１３は、供給配管１１とポンプ１２とで構成されている。

調整材ホッパ２は、焼酎粕の発酵用微生物を含む調整材を貯留しておくホッパであり、混合処理機３への搬送手段としてのベルトコンベア２１を備えている。なお、この調整材ホッパ２は、ベルトコンベア２１へ排出する調整材の計量手段（図示せず）を備えている。

混合処理機３は、有機廃液と調整材を粉砕・撹拌して発酵混合材を得るためのもので、その内部に、粉砕と撹拌及び混合に効果的な羽根（図示せず）を備えている。この混合処理機３は縦型で、その上部には処理物（焼酎粕と調整材）の投入口３１が設けられ、その下部には発酵処理槽４への排出口３２が設けられている。

発酵処理槽４は、主として、混合処理機３により得られた発酵混合材を必要な時間だけ一時貯留して発酵させつつ、その発酵熱を利用して発酵混合材から水分の一部もしくは全部を蒸発させるための処理槽であり、混合処理機３の直下に配置されている。

この発酵処理槽４の上部は開放されて、混合処理機３の排出口３２から自重落下する発酵混合材の受け入れ口４１として形成されている。発酵処理槽４の下部には発酵混合材の排出口４２が設けられている。

発酵処理槽４と、調整材ホッパ２との間には、発酵処理槽４の排出口４２から排出された発酵混合材の一部又は全部を調整材ホッパ２へ搬送するための垂直ベルトコンベア４３が配置されている。なお。図１では、発酵処理槽４の排出口４２の直下に、乾燥装置５０が配置されている。この乾燥装置５０は、排出口４３から排出される発酵混合材を必要に応じて加熱処理して乾燥させたり、そのまま通過させたりすることが可能な装置である。

これら、焼酎粕タンク１及び調整材ホッパ２と、混合処理機３、発酵処理槽４は、省エネルギー面で有効な自重搬送と連続処理が効率的に行えるように上下に配置されている。

発酵処理槽４の具体的構成については、図２〜図７に例示してある。この発酵処理槽４は、内部に発酵混合材を収容する処理槽本体５と、処理槽本体５内に配置され、その処理槽本体５内の発酵混合材に外気を供給する機能を発揮させる通気手段６と、処理槽本体５に設けられ、発酵混合材への通気及び処理槽本体５内の水分を外部に導く機能を発揮させる通気兼用の排気手段７とを備えている。

処理槽本体５は、内槽８と外槽９とを備えている。内槽８は円筒状でその周壁自体の内部が中空に形成されている。内槽８は、例えば内筒８ａと外筒８ｂとからなる二重管構造とされ、内部に排気通路８ｃが形成されている。この内筒８ａ及び外筒８ｂには、図２及び図５に示すように、内槽８内及び外槽９内から排気通路８ｃに連通する開口８ｄ及び８ｅがそれぞれ複数設けられている。この排気通路８ｃと複数の開口８ｄ、８ｅとによって通気兼用の排気手段（内槽側排気手段）７が構成されている。開口８ｄ及び８ｅは、図では一部しか示していないが、内槽８の周方向及び高さ方向に間隔をおいて多数設けられている。

外槽９は、胴部が円筒状に下部がホッパ状に形成され、その周壁自体の内部が中空に形成されている。この外槽９も、例えば内筒９ａと外筒９ｂとからなる二重管構造とされ、内部に排気通路９ｃが形成されている。内筒９ａには、外槽９内から排気通路９ｃに連通する開口９ｄが複数設けられている。この排気通路９ｃと複数の開口９ｄとによって通気兼用の排気手段（外槽側排気手段）７が構成されている。この開口９ｄも外槽９の周方向
及び高さ方向に間隔をおいて多数設けられている。

外槽９の胴部の寸法は、この例では高さＨ＝１．５ｍ、直径Ｄ＝３．０ｍであり、内槽８の直径は１．５ｍである。勿論、この寸法は一例であって、その大きさについては任意に選択することが可能である。開口８ｄ、８ｅ、９ｄは直径５ｍｍ前後、開口率２０％程度である。

通気手段６及び排気手段７としては、ファン等を利用した強制給気及び強制排気も可能であるが、省エネルギーの観点から、対流等による自然通気を利用する方法が採用されている。図示例の通気手段６は、処理槽本体５内を水平方向に延びる通気用水平管（水平部）が上下に多段（図面をわかりやすくするために４段として図示）に配置された複数の有孔管（第１有孔管４ａ、第２有孔管４ｂ、第３有孔管４ｄ）により構成されている。

第１有孔管４ａは内槽８の内周面に沿ってリング状に形成されたものが多段に配置され、第２有孔管４ｂは内槽８の外周面に沿ってリング状に形成されたものが多段に配置され、そして、第３有孔管４ｄは、第１有孔管４ａ及び第２有孔管４ｂとを連結（連通）する形態で直線状に形成されたものが多段に配置されている。各段の第３有孔管４ｄは４つ用いられ、それらが平面十字状配置とされている。この第３有孔管４ｄの端部は、外槽９を貫通して外気に連通している。

各有孔管の全てには、例えば図６に示すように、有孔管８ｄの内部には、断熱材１０が装填されている。この断熱材１０の断面積は有孔管の断面積よりも小さく形成されている。このような断熱材１０を設ける理由は、次の作用を発揮させるためである。それは、有孔管の表面積に比べて、有孔管内部の体積（有効な断面積）を小さくすることで、有孔管内部の空気が暖まり易くなるように配慮したものである。これにより対流を効果的に行わせることができるからである。但し、内部の体積を小さくしすぎると、全体としての空気量が少なくなる。従って、断熱材の大きさは、これらの点に配慮して決定される。

なお、ここで、有孔管とは、図７に示すように、その表面に内外に連通する孔ｈが多数設けられている、いわゆる孔空き管のことを示す。

このような構成の有機廃液処理装置の運転例について、以下説明する。有機廃液が焼酎粕である場合、混合処理機３に最初に供給する調整材として、例えば固形分を含む堆肥が用いられる。最初に供給する調整材に堆肥を用いた場合、堆肥は得やすく、しかも自然界に存在する微生物で焼酎粕を発酵させることになるので、より安定した処理が行えるからである。

運転の好ましい形態としては、焼酎粕タンク１に処理すべき焼酎粕を貯留しておき、調整材ホッパ２に必要量の堆肥を貯留しておく。そして、ポンプ１２及びベルトコンベア２１を運転して、焼酎粕及び堆肥を混合処理機３へ連続的に供給する。

供給された焼酎粕及び堆肥は、混合処理機３によって連続的に粉砕・攪拌されて均一に混合され、発酵混合材として発酵処理糟４へ自重落下により供給されてその発酵処理槽４に貯留される。

発酵処理槽４内に貯留された発酵混合材には、給気手段６を構成する各有孔管（第１有孔管４ａ〜第３有孔管４ｄ）及び通気兼用排気手段７によって酸素が供給され、発酵が促進される。

焼酎粕の発酵が促進されると、発酵処理槽４の槽内温度は、約一日後には所定の温度（
約６０℃以上）にまで上昇する。その過程で、焼酎粕中の固形分のうち、タンパク質や脂肪等の分解性の物質は、アンモニアや炭酸ガス、水蒸気として分解される。槽内の温度が６０℃以上になると、通気兼用の排気手段７から水蒸気が放出される。

即ち、焼酎粕は発酵液を蒸留した後に発生するアルコールや有機酸を含む酸性の有機系廃棄物であるが、これを調整材と混ぜて発酵させることで、焼酎粕中の固形分を気体（アンモニア、酸素ガス等）に分解し、水蒸気と共に放出して処理する。

この発酵処理槽４の槽内温度が所定の温度（約６０℃以上）になったら、槽内からその発酵済みの混合材（処理物）を取り出し（排出口４２から排出し）、垂直ベルトコンベア４３によって調整材ホッパ２へ送る。

垂直ベルトコンベア４３によって調整材ホッパ２へ送られた処理物は、ここでその重量が測定され、水蒸気として放出された分の重量が求められる。そして、この重量に相当する焼酎粕と、調整材ホッパ２内の処理物とを混合処理機３で均一に混合した後に、発酵処理槽４に投入する。以後同様の処理を繰り返し実施する。

なお、発酵処理槽４を単独で用いることもできる。その場合には、最初に焼酎粕と調整材を槽外で混ぜてから発酵処理槽４内に入れることになる。

この実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
・ 焼酎粕を自然界に存在する微生物で発酵させるので、焼酎粕と調整材を混合した後は特別な処理は必要なく、安定した運転が行える。
・ 焼酎粕と調整材を処理機の回転羽根で粉砕・撹拌することで、発酵に適した環境（含水率一定、通気性が適度に確保される）を作り出すことができる。
・ 発酵過程で通気性の悪い処理物（固まり）が発生しても、混合処理機３を通すことで、固まりを粉砕し、発酵を促進できる。
・ 廃棄物が発生しないため、廃棄物の処理費用が発生しない。
・ 発酵熱を利用して水分を蒸発させることで、人工的な熱の供給を削減または不要とすることができる。
・ 運転費及び環境負荷を削減できる。
・ 自然通気を利用する給気手段（通気用水平管としての有孔管）および通気兼用の排気手段（開口壁）を採用したことで、発酵に必要な酸素の供給を原則として自然通気で行い、補助的な場合を除き、送風機による通気を不要にできる。これによって、運転費を削減できる。
・ 通気兼用の排気手段（開口壁）によって水分の蒸発を促進できる。

なお、図８、図９、図１０及び図１１に、有機廃棄物が焼酎粕の場合を例にとり、自然通気とする有孔管方式と、強制通気とするブロア方式とを比較した実験結果を示す。

図８は強制通気の場合の温度変化をグラフで示し、図９は自然通気の場合で一日一回切り返した時の温度変化をグラフで示している。図１０は、切り返し後の含水率をグラフで示している。図１１は焼酎粕（乾物）の減少率をグラフで示している。これらの図（グラフ）から理解できるように、有孔管方式においても、有機廃棄物の処理能力を充分に発揮させることができ、特に、焼酎粕減少率は経過日数５日で９５．４％にも達している。

（第２の実施形態）
図１２は、有機廃液処理装置の第２の実施形態を示す全体構成図であり、発酵処理槽を縦型連結とした連続処理方式の例を示している。

この実施形態の発酵処理槽１００は、上下に３層構造となっている点で、先の第１の実施形態と相違している。即ち、発酵処理槽１００は、上から順に、第１処理槽１０１と、第２処理槽１０２と、第３処理槽１０３とを備えている。これらの処理槽は第１の実施形態で示した発酵処理槽４とその基本的な構成において同様である。特に、第３処理槽１０３は、図２及び図３で示した発酵処理槽４とほぼ同じ構成である。

考え方としては、図２の発酵処理槽４と同じ第３処理槽１０３の上に第２処理槽１０２と第１処理槽１０１を積層する構成である。従って、第３処理槽１０３と全く同じものを縦に並べることもできるが、処理槽全体の高さを抑える観点からすれば、この実施形態のように構成することが望ましい。

この実施形態では、上方の第１処理槽１０１及び第２処理槽１０２は、第３処理槽１０３のように、胴部１０３Ｂの下部に先すぼまり状のホッパ部１０３Ｈは設けられていない。その代わりに、胴部１０１Ｂ及び１０２Ｂの下部にフラット型開閉機構（図示せず）がそれぞれ設けられている。さらに、この第１処理槽１０１及び第２処理槽１０２には処理物の計量手段（図示せず）が設けられている。

なお、この実施形態では、焼酎粕タンク１から、混合処理機３へ焼酎粕を送る搬送手段１３の他に、焼酎粕タンク１から発酵処理槽１００の第２処理槽１０２及び第３処理槽１０３に焼酎粕を直接送る配管１４も設けられている。これらの配管１４は、有孔管で構成される通気手段６や、開口壁を構成する通気兼用の排気手段７を経由して焼酎粕を送り込むことができるように配慮されている。その他の構成については、基本的に図１に示す構成と同様である。

なお、配管１４を経由した焼酎粕供給用として、例えば、図１３及び図１４に示すような専用の壁状配管２００を設備しても良い。この壁状配管２００は、内槽８の内周側に配置する内槽配管２０１と、外槽９の内周側に配置する外槽配管２０２とこれらを連結する連結配管２０３と、各配管２０１、２０２に設けられた多数の吐出口２０４とを備えている。その際、各吐出口２０４は図１４に示すように、開口８ｅ、８ｄと重ならない位置において斜めにずらして配置している。

この有機廃液処理装置では、以下のような運転方法を積極的に採用することができる。・ 焼酎粕と調整材を、ポンプ１２及びベルトコンベア２１で連続的に定量供給し、混合処理機３で連続的に撹拌する。
・ 撹拌後の発酵混合材（処理物）を、発酵処理槽１００の第１処理槽１０１に投入する（納める）。
・ 第１処理槽１０１内の温度が所定の温度（約６０℃以上）になったら、第２処理槽１０２へ処理物を送る。第１処理槽１０１では、第１実施形態の場合とほぼ同様に、約１日後には槽内温度が所定の温度まで上昇する。
・ 第２処理槽１０２内の処理物の重量を測定し、水蒸気として放出された分の重量を求める。
・ この重量に相当する焼酎粕を、各有孔管４ａ〜４ｄを備える通気手段６、及び排気通路８ｃ、９ｃ、開口８ｄ、８ｅ、９ｄを備える通気兼用排気手段７を介して配管１４により第２処理槽１０２へ供給する。ここで、壁状配管２００を装備してある場合は、これを利用して焼酎粕を供給する。
・ 同様にして第３処理槽１０３へ焼酎粕を供給する。
・ 第３処理槽１０３内での処理終了後に、その処理物を垂直ベルトコンベア４３により再度調整材ホッパ２に送り込み、そこで水蒸気として放出された分の重量を求める。
・ この重量に相当する焼酎粕と処理物を、搬送手段１３及びベルトコンベア２１で連続的に定量供給し、混合処理機３で連続的に処理する。
・ 以下、同様の処理を繰り返し行う。

なお、この実施形態においても、先の第１の実施形態とほぼ同様の効果を奏することができるが、特に、次の効果を奏することができる。発酵処理槽１００を上下一体の多段構成となるように鉛直方向に連結しているため、省スペース化を図れる効果に加えて、下槽から放出された発酵熱で上槽を加熱できるので、槽内の温度上昇を促進して、水分の蒸発を効率的に促進することができる。さらに、通気用水平管を構成する多段配置の有効管によって、処理物の圧密沈下を抑制して、通気と水分蒸発を積極的に促進させることができる。

なお、以上の実施形態では、有機廃液が焼酎粕の場合を例にとり説明したが、焼酎粕以外の有機廃液の処理装置としても適用できる。

本発明に係る有機物処理装置の全体構成図である。 本発明に係る廃棄物処理装置の発酵処理槽を示すもので、（ａ）は水平断面図、（ｂ）はＢで囲む部分の拡大図である。 図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明に係る発酵処理槽の部分拡大断面図である。 本発明に係る発酵処理槽の部分拡大断面図である。 本発明に係る発酵処理槽の有孔管の部分拡大断面図である。 本発明に係る発酵処理槽の有孔管の部分拡大図である。 実験例を示すグラフである。 実験例を示すグラフである。 実験例を示すグラフである。 実験例を示すグラフである。 本発明に係る有機廃液処理装置の第２の実施形態を示す全体構成図である。 本発明に係る発酵処理槽の壁状配管例を示す説明図である。 本発明に係る発酵処理槽の壁状配管の吐出口の配置関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 焼酎粕タンク
１１ 配管
１２ ポンプ
１３ 搬送手段
２ 調整材ホッパ
３ 混合処理機
３１ 投入口
３２ 排出口
４ 発酵処理槽
４１ 受け入れ口
４２ 排出口
４ａ 第１有孔管
４ｂ 第２有孔管
４ｄ 第３有孔管
５ 処理槽本体
６ 通気手段
７ 通気兼用の排気手段
８ 内槽
８ａ、９ａ 内筒
８ｂ、９ｂ 外筒
８ｃ、９ｃ 排気通路
８ｄ、８ｅ、９ｄ 開口
９ 外槽
１０ 断熱材
１００ 発酵処理槽
１０１ 第１処理槽
１０２ 第２処理槽
１０３ 第３処理槽

Claims (4)

1. 有機廃液と、その有機廃液の発酵用微生物を含む調整材とを混合して発酵させることにより、有機廃液中の有機物を減少または消滅させる、有機廃液処理装置であって、
   前記有機廃液と調整材を撹拌して発酵混合材を得るための混合処理機と、
   前記混合処理機により得られた発酵混合材を貯留し、その発酵熱を利用して発酵混合材から水分を蒸発させる発酵処理槽と、
   前記発酵処理槽で得られた発酵混合材を前記混合処理機に供給する供給装置と、
   内部に前記発酵混合材を収容する処理槽本体と、
   前記処理槽本体内に配置され、その処理槽本体内の発酵混合材に外気を供給する通気手段と、
   前記処理槽本体に設けられ、その処理槽本体内の水分を外部に導く通気兼用の排気手段と、を備え、
   前記通気手段は、前記処理槽本体内を水平方向に延びる水平部が上下に多段に配置された有孔管を含み、該有孔管の一端が外気に開放されている、有機廃液処理装置。
2. 前記通気兼用の排気手段は、前記処理槽本体の周壁部に設けられた複数の開口と、前記周壁部に設けられ、前記各開口を経由して処理槽本体内に連通する排気通路とを備え、その排気通路は処理槽本体の高さ方向に延びている、請求項１記載の有機廃液処理装置。
3. 前記処理槽本体は内槽及び外槽を備え、前記有孔管は、前記内槽の周壁に沿って配設された有孔管と、内槽及び外槽の半径方向に延びる有孔管とを含む、請求項１又は２に記載の有機廃液処理装置。
4. 前記発酵処理槽は、上下に複数段配置されている、請求項１記載の有機廃液処理装置。

Images