JP4838210B2 - ごみの資源化処理方法 - Google Patents
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Description
本発明はごみの資源化処理方法に関し、詳しくは、一般ごみとバイオマスを同時に処理して熱エネルギーとして回収可能であり、且つバイオマスをメタン発酵処理した際に発生する消化液の処理に有機物を分解する排水処理設備やアンモニアを処理する硝化脱窒処理設備などを設けることなく処理できるごみの資源化処理方法に関する。
従来、ごみの資源化処理技術として、バイオマスをメタン発酵させる技術が知られている。この技術は、メタン発酵槽でメタンガスを発生させて、回収するとともに、回収したメタンガスを発電などのエネルギー源に利用する技術である。
メタン発酵技術は、乾式と湿式の２方法があり、乾式メタン発酵技術には、発酵槽の形状の違いによって縦型と横型の２種類の方法がある。従来、縦型の方法は残渣濃度が１５〜４０％程度であるので、残渣の水処理は不要であるが、横型の方法は残渣濃度が１５％以下であるので、残渣の固液分離が必要で、その際に発生する分離液の水処理が必要となる。一方、湿式のメタン発酵方法は、残渣濃度が約１０％程度であるので、やはり水処理が必要となる。
昨今のメタン発酵設備のニーズを見ると、都市部より地方のニーズが多いが、地方では下水設備が完備されていない場合が多く、「排水が出ない」ということが要求水準のひとつとなっており、メタン発酵施設導入の妨げになっている。
仮に下水放流できたとしても、放流基準を満たすためには、高価な排水処理設備が必要であり、メタン発酵施設導入の妨げになっているのが実情である。
このような問題を解消するために、特許文献１では、メタン発酵施設と焼却施設を併設して、メタン発酵施設で生じたメタンガスを焼却施設で燃焼処理させ、メタン発酵施設から排出される消化液を含む発酵残渣の全量を焼却施設で焼却処理する廃棄物複合処理施設が開示されている。また同文献の００４５に、発酵残渣中の固形物（残渣）と液体物（廃液）を分離し、廃液を調温塔の減温水に用いて処理してもよいとの記載がある。
特開２００６−２９７２１０号公報
特許文献１では、焼却炉から排出された８５０℃以上の排ガスは、廃熱ボイラに送られ熱回収されて３００℃程度に排ガス温度が下げられ、さらに減温設備で２００℃程度に排ガス温度が下げられる。
メタン発酵後の消化液には、通常、有機物やアンモニアなどの窒素含有化合物が多量に含まれるので、２００℃程度の減温設備で、有機物や窒素含有化合物を処理しようとしても、窒素含有化合物に関しては脱硝がほとんど不可能であり、また有機物の分解も効率が低下し、臭気成分も残留する。
従って、特許文献１では、廃熱ボイラによって排ガスが高温の時に熱回収しているので、熱回収に優れる反面、排ガス温度が下がると、脱硝が困難であり、臭気の問題を解決できない欠点がある。また２００℃程度の排ガス温度の場合、減温設備内で脱硝触媒を用いれば脱硝も可能であるがコスト高となる問題がある。
そこで、本発明は、消化液中のアンモニア成分を有効使用して窒素化合物を無触媒脱硝することが可能であり、また消化液中の有機物や臭気成分を分解でき、低コストで処理できるごみの資源化処理方法を提供することを課題とする。
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
（請求項１）
収集されたごみから分別されたバイオマスをメタン発酵するメタン発酵槽と、メタン発酵によって発生するメタンガスを含むバイオガスを脱硫する脱硫手段とを備えるバイオマス資源化処理系Ｉと、
収集されたごみからバイオマスが分別除去された可燃ごみを焼却する焼却炉と、焼却炉から送られる排ガスの温度を下げるガス冷却塔と、減温された排ガスから熱回収する熱回収器と、熱回収された排ガスを処理する排ガス処理設備を備えた可燃ごみ資源化処理系ＩＩとを有する廃棄物の資源化処理方法であって、
前記バイオマス資源化処理系Ｉにおけるメタン発酵槽から発生する消化液を前記可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内のガス冷却塔に移送して８００℃以上の温度で加熱分解処理し、次いで、前記ガス冷却塔によって減温された前記排ガスから、前記可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の熱回収器によって熱回収することを特徴とする資源化処理方法。
収集されたごみから分別されたバイオマスをメタン発酵するメタン発酵槽と、メタン発酵によって発生するメタンガスを含むバイオガスを脱硫する脱硫手段とを備えるバイオマス資源化処理系Ｉと、
収集されたごみからバイオマスが分別除去された可燃ごみを焼却する焼却炉と、焼却炉から送られる排ガスの温度を下げるガス冷却塔と、減温された排ガスから熱回収する熱回収器と、熱回収された排ガスを処理する排ガス処理設備を備えた可燃ごみ資源化処理系ＩＩとを有する廃棄物の資源化処理方法であって、
前記バイオマス資源化処理系Ｉにおけるメタン発酵槽から発生する消化液を前記可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内のガス冷却塔に移送して８００℃以上の温度で加熱分解処理し、次いで、前記ガス冷却塔によって減温された前記排ガスから、前記可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の熱回収器によって熱回収することを特徴とする資源化処理方法。
（請求項２）
メタン発酵槽から発生する消化液を可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内のガス冷却塔に移送する前に、脱水機による脱水処理を行ない、脱水後の分離液を移送して加熱分解処理し、脱水ケーキは可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の焼却炉で焼却処理することを特徴とする請求項１記載のごみの資源化処理方法。
メタン発酵槽から発生する消化液を可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内のガス冷却塔に移送する前に、脱水機による脱水処理を行ない、脱水後の分離液を移送して加熱分解処理し、脱水ケーキは可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の焼却炉で焼却処理することを特徴とする請求項１記載のごみの資源化処理方法。
（請求項３）
脱水後の分離液の一部をメタン発酵槽に導入するバイオマスのスラリー化に使用することを特徴とする請求項２記載のごみの資源化処理方法。
脱水後の分離液の一部をメタン発酵槽に導入するバイオマスのスラリー化に使用することを特徴とする請求項２記載のごみの資源化処理方法。
（請求項４）
可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の焼却炉が、ストーカ炉であることを特徴とする請求項１又は２記載のごみの資源化処理方法。
可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の焼却炉が、ストーカ炉であることを特徴とする請求項１又は２記載のごみの資源化処理方法。
（請求項５）
バイオマス資源化処理系Ｉ内で精製されたバイオガスの燃焼により発生するエネルギーを回収するエネルギー回収設備を備え、該エネルギー回収設備で発生した排ガスを可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の排ガス処理設備で処理することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
バイオマス資源化処理系Ｉ内で精製されたバイオガスの燃焼により発生するエネルギーを回収するエネルギー回収設備を備え、該エネルギー回収設備で発生した排ガスを可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の排ガス処理設備で処理することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
（請求項６）
前記熱回収で加温された温水をバイオマス資源化処理系Ｉ内のメタン発酵槽内の加温に使用することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
前記熱回収で加温された温水をバイオマス資源化処理系Ｉ内のメタン発酵槽内の加温に使用することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
（請求項７）
前記バイオマス資源化処理系Ｉにおけるメタン発酵槽から排出される消化液中の全窒素濃度が１５００〜１５０００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度が１０００〜１００００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
前記バイオマス資源化処理系Ｉにおけるメタン発酵槽から排出される消化液中の全窒素濃度が１５００〜１５０００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度が１０００〜１００００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
本発明によると、消化液中のアンモニア成分を有効使用して窒素化合物を無触媒脱硝することが可能であり、また消化液中の有機物や臭気成分を分解でき、低コストで処理できるごみの資源化処理方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のごみの資源化処理方法の一例を示すフロー図である。
本発明のごみの資源化処理方法は、バイオマス資源化処理系Ｉと可燃ごみ資源化処理系ＩＩを備えている。
本発明に導入されるごみは、バイオマスや可燃ごみ（焼却ごみ）となるごみが含まれ、可燃ごみやバイオマスとなるごみ以外のごみは予め分別され除外される。可燃ごみとして、例えば、紙類、プラスチック類、布類、木材類などが挙げられる。
バイオマス（有機性廃棄物）となるごみとしては、例えば畜産廃棄物（例えば牛、豚、羊、山羊、ニワトリなどの家畜糞尿）、緑農廃棄物、生ごみ、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等、廃水処理汚泥（例えば下水処理汚泥やし尿処理汚泥など）などを挙げることができる。
可燃ごみ資源化処理系ＩＩには、ゴミピット１、焼却炉２、ガス冷却塔３、熱回収器４、排ガス処理設備５を備えている。
収集されたごみからバイオマス資源化処理系Ｉにおいて処理するバイオマスを分別除去して残った可燃ごみは、ゴミピット１に貯留される。ゴミピット１から所定量ずつ搬送された可燃ごみは焼却炉２で焼却処理される。焼却炉２としては、ストーカ炉やロータリーキルンなどを用いることができるが、水分の多いごみを焼却する上ではストーカ炉が好ましい。ストーカ炉の構造は特に限定されず一般的な構造のものを採用できる。以下、焼却炉はストーカ炉を用いた場合について説明する。
ストーカ炉２で発生した排ガスは、灰分、ＮＯｘ成分などが含まれ、約８５０℃程度の温度である。この排ガスはガス冷却塔３に送られ、約５００℃程度に減温される。この減温処理の構成は本発明の特徴をなすので後述する。
減温された排ガスは熱回収器４に送られ熱回収される。回収された熱はメタン発酵槽内の加温に利用されることが好ましい。
熱回収された排ガスは、排ガス処理設備５で必要な処理が行われる。
一方、バイオマス資源化処理系Ｉは、破砕分別機１０、可溶化貯留槽１１、メタン発酵槽１２、脱水機１３、水槽１４、ガスホルダー１５、生物脱硫槽１６、発電機１７を備える。
収集されたごみから分別されたバイオマスは、湿式メタン発酵するメタン発酵槽１２に受け入れられるが、その途中で、破砕分別機１０で破砕され、一部は異物としてゴミピット１に移送される。
本発明において、バイオマスはメタン発酵槽１２に導入される際に、スラリー化して導入されることが好ましく、そのために可溶化貯留槽１１において所定量の水が添加される。添加する水は特に限定されない。
スラリー化されたバイオマスは、メタン発酵槽１２内でメタン発酵処理される。
本発明において採用されるメタン発酵処理は、湿式処理や排水を発生させる乾式処理のいずれでもよい。本発明において、湿式処理と言う場合は、発酵残渣濃度が約１０％程度であり、排水を発生させる乾式処理という場合は、残渣濃度が１５％以下であり、排水を発生させる処理をいう。
以下の説明は、湿式処理を採用する場合について説明する。
メタン発酵槽１２内は、５５℃以上８０℃以下の高温環境下で発酵することが好ましい。発酵槽内を高温にすると好熱性メタン発酵汚泥による微生物学的な分解の他に、化学的な加水分解も起こりやすくなることも期待できる。
５５℃以上８０℃以下に加温されていることも好ましい。高温発酵をより促進するからである。
メタン発酵槽１２におけるメタン生成菌は多種生物と共存し、他の生物からメタン生成菌生育のための基質の提供を受けている。
バイオマスは、タンパク質、デンプン、脂肪、繊維質（セルロース）などを含むが、これらの基質は加水分解菌、酸発酵菌などにより低分子化され、メタン生成菌の基質となり、メタン発酵反応を生起させる。
メタン発酵槽１２から排出される発酵残渣（消化液）は、窒素成分を含み、その濃度は、全窒素濃度が１５００〜１５０００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度が１０００〜１００００ｍｇ／Ｌの範囲であり、またＮＯ３−Ｎは０．５〜１００ｍｇ／Ｌの範囲であり、ＮＯ２−Ｎは２〜５ｍｇ／Ｌの範囲である。これらの分析方法は、公知の化学分析法による。
消化液は、脱水機１３により、固液分離され、脱水ケーキはゴミピット１に送られ、焼却炉２で焼却処理される。
一方、分離された消化液は、水槽１４を経由して、ガス冷却塔３に移送される。
ガス冷却塔３は、例えば、図２に示す構造のものを採用できる。図２において、３０はガス冷却塔本体であり、上部に排ガスの入口部３１を有し、下部に排ガスの出口部３２を有する。消化液は、ガス冷却塔本体３０の上部外周から複数本の導入管３３，３３を介してガス冷却塔本体３０の内部に導入され、上部から下部に向かって散水される。３４は導入管３３に灰が付着するのを防止する保護カバーである。ガス冷却塔本体３０内を排ガスが下方に向かって進む過程で、消化液が散水されると、排ガス温度が８００℃以上、好ましくは８５０℃以上であるので、この温度で消化液中の窒素成分は無触媒脱硝され、有機物は分解され、臭気成分も分解される。無触媒脱硝反応は４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２＝４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏで表わされる。排ガス温度の上限は、ＮＯｘを発生させないために１５００℃以下、好ましくは１４００℃以下、より好ましくは１３００℃以下である。
この反応に使用される酸素は、排ガス中の余剰酸素や外部供給酸素が挙げられる。外部供給する場合には、予め加熱した酸素を利用することが好ましい。
図２の態様において、導入管３３によって消化液をガス冷却塔本体３０内に導入するに際して、管内の目詰まりを防止するために、図３に示すように、開閉弁３５を介してストレーナ３６を設けることも好ましい。この場合、導入管３３を分岐させて、導入管３３Ａ、３３Ｂとし、各々にストレーナ３６、３６を設けると、一方を予備として使えるので好ましい。
また図２の態様において、導入管３３の先端に、図４に示すようなスプレーノズル３７を設けることも好ましい。スプレーノズル３７の形態としては、先端が密封された円筒管の側面の複数の透孔３８を有するものが消化液を円滑に排出する上で好ましい。スプレーノズル３７はフランジ３９によって取り外し可能に構成されることが洗浄を容易にする上で好ましい。
上記の無触媒脱硝反応によって、排ガスは約５００℃程度に低下するが、いまだ高温であり、その熱量を利用するために、熱回収器４で減温された排ガスから熱回収する。
回収した熱は、メタン発酵槽１２の加温に使用することが資源の有効利用の観点から好ましい。
メタン発酵槽１２でメタン発酵によって発生したメタンガスを含むバイオガスは、ガスホルダー１５に送られ、更にガス精製するために生物脱硫槽１６に送られる。生物脱硫の際に、水洗浄やアルカリ洗浄が行われるが、硫黄酸化細菌による硫化水素の除去を促進する上で、空気導入が必要となる。洗浄液には前記の消化液の一部を使用することもできる。
以上の例ではガス精製するために生物脱硫法を採用したが、これに限定されず、酸化鉄を充填材として用いて脱硫する手法、鉄塩の水溶液による洗浄によって硫化水素を硫化鉄として除去する手法、あるいはこれらの組み合わせを採用することができる。
生成されたバイオガスは、エネルギー回収設備の一例として採用される発電機１７に送られ、燃焼エネルギーが電気エネルギーに変換される。燃焼の際に発生する排ガスは、前述の排ガス処理設備５で処理される。
本発明では、消化液中のＮ分は、ＮＯｘよりはアンモニアが多いので、これをガス冷却塔３に導入すれば、消化液の水分処理と共に水分中に含まれるアンモニアも利用し、且つガス冷却塔３の排ガスが約８５０℃と高温なので、排ガス中のＮＯｘと反応させて無触媒脱硝できる。
従って、従来アンモニア処理として採用されていたアンモニアストリッピングなどのアンモニア処理をすることなく消化液の処理ができる効果がある。また従来、焼却炉から排ガスの成分としてＮＯｘが排出されているので、ガス冷却塔でアンモニア水を添加してデノックス反応によって脱窒している例があるが、消化液の添加で同様な反応を生起でき、コスト低減となる。
１：ゴミピット
２：焼却炉
３：ガス冷却塔
３０：ガス冷却塔本体
３１：入口部
３２：出口部
３３、３３Ａ、３３Ｂ：導入管
３４：保護カバー
３５：開閉弁
３６：ストレーナ
３７：スプレーノズル
３８：透孔
３９：フランジ
４：熱回収器
５：排ガス処理設備
１０：破砕分別機
１１：可溶化貯留槽
１２：メタン発酵槽
１３：脱水機
１４：水槽
１５：ガスホルダー
１６：生物脱硫槽
１７：発電機
２：焼却炉
３：ガス冷却塔
３０：ガス冷却塔本体
３１：入口部
３２：出口部
３３、３３Ａ、３３Ｂ：導入管
３４：保護カバー
３５：開閉弁
３６：ストレーナ
３７：スプレーノズル
３８：透孔
３９：フランジ
４：熱回収器
５：排ガス処理設備
１０：破砕分別機
１１：可溶化貯留槽
１２：メタン発酵槽
１３：脱水機
１４：水槽
１５：ガスホルダー
１６：生物脱硫槽
１７：発電機
Claims (7)
- 収集されたごみから分別されたバイオマスをメタン発酵するメタン発酵槽と、メタン発酵によって発生するメタンガスを含むバイオガスを脱硫する脱硫手段とを備えるバイオマス資源化処理系Ｉと、
収集されたごみからバイオマスが分別除去された可燃ごみを焼却する焼却炉と、焼却炉から送られる排ガスの温度を下げるガス冷却塔と、減温された排ガスから熱回収する熱回収器と、熱回収された排ガスを処理する排ガス処理設備を備えた可燃ごみ資源化処理系ＩＩとを有する廃棄物の資源化処理方法であって、
前記バイオマス資源化処理系Ｉにおけるメタン発酵槽から発生する消化液を前記可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内のガス冷却塔に移送して８００℃以上の温度で加熱分解処理し、次いで、前記ガス冷却塔によって減温された前記排ガスから、前記可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の熱回収器によって熱回収することを特徴とする資源化処理方法。 - メタン発酵槽から発生する消化液を可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内のガス冷却塔に移送する前に、脱水機による脱水処理を行ない、脱水後の分離液を移送して加熱分解処理し、脱水ケーキは可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の焼却炉で焼却処理することを特徴とする請求項１記載のごみの資源化処理方法。
- 脱水後の分離液の一部をメタン発酵槽に導入するバイオマスのスラリー化に使用することを特徴とする請求項２記載のごみの資源化処理方法。
- 可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の焼却炉が、ストーカ炉であることを特徴とする請求項１又は２記載のごみの資源化処理方法。
- バイオマス資源化処理系Ｉ内で精製されたバイオガスの燃焼により発生するエネルギーを回収するエネルギー回収設備を備え、該エネルギー回収設備で発生した排ガスを可燃ごみ資源化処理系ＩＩ内の排ガス処理設備で処理することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
- 前記熱回収で加温された温水をバイオマス資源化処理系Ｉ内のメタン発酵槽内の加温に使用することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
- 前記バイオマス資源化処理系Ｉにおけるメタン発酵槽から排出される消化液中の全窒素濃度が１５００〜１５０００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度が１０００〜１００００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のごみの資源化処理方法。
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