JP5040641B2 - 有機廃棄物スラリーの貯留方法と燃料化方法及びバイオマス燃料並びに有機廃棄物スラリーの貯留装置 - Google Patents
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Description
特に、近年、家畜排泄物の管理に関する適正化法が施行されたことにもより、畜糞尿を含む家畜排泄物の多くが肥料化されることが予想される一方、農地の減少傾向により使用される肥料の総量も減少傾向にある。そこで、家畜排泄物や食品廃棄物等の有機廃棄物を有効利用するために、肥料以外の用途の多角化が急務になっており、エネルギーとしての利用もその一つである。
現在行われている家畜排泄物のエネルギー利用としては、鶏糞を発電や廃棄物ボイラーの燃料として用いたり、牛や豚の糞尿をメタン発酵させてメタンガスを主成分とするバイオガスを生成させ、このバイオガスを燃料として用いる等がある。
(1)鶏糞、家畜糞等の含水廃棄処理物を、蒸気管と燃焼室を備えた熱風炉と多段式の乾燥炭化炉との間に発生蒸気の循環系統を配設して密閉系内で熱源を循環させながら炭化物及び灰化物を生成する方法(特許文献1)。
この方法では、乾燥炭化炉から炭化物を、熱風炉から灰化物を、それぞれ回収することで、二次利用可能な炭化物及び灰化物を同時に資源回収するとともに、省資源化と無公害化の推進を図っている。
(2)畜糞を乾燥させる乾燥機と、乾燥された畜糞を小粒と大粒に分離する分離機と、分離された小粒の乾燥畜糞を焼却処理する焼却炉と、乾燥未完了の畜糞を破砕して金属類の混入異物を露出するとともに、この混入異物を磁石を介して除去する磁石付振動式篩とを有する畜糞乾燥焼却装置(特許文献2)。
この装置では、畜糞原料に混入している石、金属などの金属類異物を簡単容易に撤去することで、金属類異物に起因する機械のトラブルを未然に回避するとともに、この畜糞を焼却処理することにより発生する熱を有効利用している。
鶏糞をエネルギー源として利用しようとした場合、鶏糞のエネルギー利用を阻んでいる主たる点は、塩素含有量が高いという点である。鶏糞の塩素含有量が高いと、この塩素成分のために燃焼装置が腐食したり、あるいは低融点塩素化合物が発生して配管等の様々な箇所で閉塞等の様々なトラブルが発生する虞があるという問題点があった。
また、この鶏糞を、例えば、セメント焼成設備に燃料として投入した場合、それに含まれる塩素成分がセメントクリンカに混入してセメントの品質を低下させる虞がある。また、塩素成分がセメント焼成設備を腐食させる等のトラブルが発生する虞があるために、セメントの操業に悪影響を及ぼす虞がある。
また、近年、鶏糞、牛糞、豚糞等の畜糞尿を燃料化する場合、この畜糞尿を直接脱水するか、あるいは畜糞尿を水に拡散した後、脱水して塩素等を除去し、この脱塩処理した畜糞尿を乾燥して燃料化することが試みられているが、脱水・乾燥の際に発酵が進行すると、畜糞尿中の有機成分の一部が分解され、結果的に発熱量の低下を招くという問題がある。
このように、様々な理由から、家畜排泄物や食品廃棄物等を含む有機廃棄物のエネルギー源としての有効利用ははかばかしくないのが現状である。
この有機廃棄物スラリー中の固形分の濃度を10質量%以上かつ50質量%以下とすることにより、この固形分に含まれる有機廃棄物の発酵の進行を抑制する。これにより、この固形分に含まれる有機成分の分解が抑制され、この固形分中の有機成分の発熱量が維持される。
この有機廃棄物スラリーの含水率を90質量%以下とすることで、このスラリー中の有機成分の固形物の濃度が低くなり過ぎることがなくなり、その結果、この固形物の濃度は、最低限度である10質量%以上を確保することとなる。
この有機廃棄物スラリーの温度を0℃以上かつ30℃以下とすることで、スラリー中の有機成分の発酵の進行を抑制し、この有機廃棄物の発熱量を維持する。
撹拌におけるスラリーの滞留時間を1時間以上かつ10日以下とすることにより、この有機廃棄物スラリーに含まれる有機廃棄物の発酵および溶解の進行を抑制する。
また、この乾燥脱塩素有機廃棄物をセメント焼成設備に燃料として投入した場合においても、セメントの操業や品質に悪影響を及ぼす虞が無い。
太陽熱、有機廃棄物の発酵過程にて発生する発酵熱のいずれか一方、または双方を用いて加熱乾燥することにより、化石燃料を用いずに加熱乾燥することが可能になり、よって、省エネルギー効果が大きく、かつ、環境負荷も小さなものとなる。
脱塩素有機廃棄物は、乾燥または加熱乾燥した後では、通常、球状、塊状(ブロック状)、板状等、比較的大きな形状を有している。そこで、乾燥または加熱乾燥した脱塩素有機廃棄物に対して、分級、粉砕、解砕のいずれか1つまたは2つ以上を行うことにより、燃焼効率の高い所望の形状の粉粒体とすることが可能である。
また、塩素濃度を3000ppm以下としたことにより、燃焼装置等においても腐食や配管等の閉塞等のトラブルが発生する虞がなく、また、セメント焼成設備に投入した場合においても、セメントの操業や品質に悪影響を及ぼす虞が無い。
前記温度制御手段は、前記有機廃棄物スラリーを加熱する加熱手段、前記有機廃棄物スラリーを流体を介して冷却/加温する温度調節手段のいずれか一方または双方を備えていることを特徴とする。
また、このバイオマス燃料をセメント焼成設備に投入したとしても、燃焼効率が低下する虞がなく、セメントの操業や品質に悪影響を及ぼす虞も無い。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の一実施形態の有機廃棄物スラリーの燃料化方法に用いられる燃料化設備を示す模式図であり、家畜排泄物、食品廃棄物のいずれか一方または双方を含有する有機廃棄物を水と混合してなる有機廃棄物スラリーを燃料化する設備である。
図において、1は溶解槽、2は貯留装置、3は脱水機、4は乾燥設備、5は乾燥機、6は粉砕機、7は排水処理装置である。
この貯留槽11の底面を、取出用配管15側が低くなるように傾斜させれば、この貯留槽11の底面に有機廃棄物スラリーS中の固形分が沈降・堆積するのを防止することができるので好ましい。
なお、この乾燥設備4は、有機廃棄物に含まれる家畜排泄物や食品廃棄物の種類や量が限定される場合には、それらの用途に応じて、発酵装置、ハウスのいずれか一方のみにより構成してもよい。
粉砕機6は、乾燥設備4(あるいは乾燥機5)から取り出された固形状の乾燥したケーキ(乾燥有機廃棄物)に対して分級、粉砕、解砕のいずれか1つまたは2つ以上を行うことにより直径10mm以下の粒子状とする分級機能を有する装置であり、篩、分級機等を備えた自動乳鉢、スタンパ、ニーダー、ロールミル等が好適に用いられる。
排水処理装置7は、脱水機3からの排水に所定の排水処理を施し、処理済みの排水を放流する装置である。
次に、上記の燃料化設備を用いて有機廃棄物スラリーを燃料化する方法について説明する。
この燃料化方法の対象となる有機廃棄物スラリーとしては、家畜排泄物、食品廃棄物のいずれか一方または双方を含有する有機廃棄物が塩素および/または塩素化合物を所定量以上含みかつこの有機廃棄物と等量以上かつ10倍量以下の水と混合してなる有機廃棄物スラリー、あるいは、鶏舎、牛舎、豚舎等の畜舎から発生する、洗浄水を含んだ含水率が60質量%以上の鶏糞、牛糞、豚糞等の有機廃棄物スラリー等が挙げられる。これらは、その用途や必要に応じて、1種のみ、または2種以上を混合して用いることができる。
溶解槽1に所定量の水、例えば、脱塩処理された上水道水等の新水、あるいは脱水機等から排出される二次水等を投入し、さらに有機廃棄物を投入して撹拌することにより、有機廃棄物スラリーを作製する。
この有機廃棄物スラリー中の固形分の濃度は、10質量%以上かつ40質量%以下が好ましく、より好ましくは15質量%以上かつ25質量%以下である。
この有機廃棄物スラリー中の固形分の濃度を10質量%以上かつ40質量%以下とすることにより、この固形分の発酵の進行を抑制し、この固形分中の有機成分の発熱量を維持することが可能になる。
この撹拌の間に、有機廃棄物が水洗されると同時に微細化されて水中に拡散し、有機廃棄物スラリー中の固形分が沈降せずに浮遊することとなり、この有機廃棄物スラリーに含まれる有機廃棄物の発酵および溶解も抑制され、この有機廃棄物に含まれる有機成分の分解が抑制される。
次いで、溶解槽1にて作製された有機廃棄物が塩素および/または塩素化合物を含みかつこの有機廃棄物と等量以上かつ10倍量以下の水と混合してなる有機廃棄物スラリー、あるいは、畜舎から排出される鶏糞、牛糞、豚糞等の畜糞尿を洗浄水にて洗浄することで生じた含水率が60質量%以上の鶏糞、牛糞、豚糞等の有機廃棄物スラリーを、貯留装置2に投入し、この有機廃棄物スラリーの温度を0℃以上かつ30℃以下、より好ましくは0℃以上かつ25℃以下、さらに好ましくは0℃以上かつ20℃以下の温度範囲内となるように調整し、撹拌する。
そこで、有機廃棄物スラリーの温度を0℃以上かつ30℃以下、より好ましくは0℃以上かつ25℃以下、さらに好ましくは0℃以上かつ20℃以下の温度範囲内となるように調整する必要がある。
なお、この有機廃棄物スラリーの貯留の温度が30℃を超えると、このスラリー中におけるメタン発酵が進行し、得られた燃料の発熱量を3500kcal/kg以上に維持することができなくなる。また、スラリーの温度を0℃より下げると、結氷が生じてスラリーの状態を維持することができない。
撹拌における有機廃棄物スラリーの滞留時間を1時間以上かつ10日以下とすることにより、有機廃棄物スラリー中の有機成分の発酵・溶解の進行を抑制することが可能となる。
次いで、この貯留された有機廃棄物スラリーを脱水機2を用いて脱水し、できるだけ低含水率のケーキとする。このケーキの含水率は、好ましくは85質量%以下、より好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である。
このケーキに含まれる塩素および/または塩素化合物の量を低減するためには、低含水率とすることが必須である。このケーキが低含水率であれば、後工程である乾燥または加熱乾燥する際の熱量を低減させることができるので好ましい。
次いで、この脱塩素有機廃棄物からなるケーキを乾燥または加熱乾燥して、塩素濃度が3000ppm以下、好ましくは2000ppm以下であり、かつ含水率が35質量%以下の乾燥脱塩素有機廃棄物とする。
このケーキの乾燥または加熱乾燥は、乾燥設備3を用いて、天日乾燥、風力乾燥、発酵乾燥のいずれか1種または2種以上を組み合わせて行う。
例えば、上記のケーキを乾燥設備3内に搬入し、太陽熱等の自然エネルギーを利用した天日乾燥、風力等の自然エネルギーあるいは他の設備からの排気等を利用した風力乾燥、縦型撹拌式発酵装置や横型開放式発酵装置等の発酵装置から発生する発酵熱を用いた発酵乾燥等のうち1種、あるいは2種以上を組み合わせて上記のケーキの乾燥を行い、塩素濃度が3000ppm以下、好ましくは2000ppm以下かつ含水率が35質量%以下の乾燥脱塩素有機廃棄物とする。
また、この乾燥脱塩素有機廃棄物の含水率を、例えば20質量%以下に調整する必要がある場合、乾燥機4を用いて所定の温度にて所定時間乾燥処理を施すことにより、含水率を所定の範囲内に調整することができる。
このようにして得られた乾燥脱塩素有機廃棄物は、塩素濃度が3000ppm以下と低くかつ高位の発熱量を有し、しかも、直径10mm以下の粒子状とされているので、セメント焼成設備のセメントキルンの窯尻部等に投入することによりセメント焼成用燃料として有効利用される。
本実施形態のバイオマス燃料は、家畜排泄物、食品廃棄物のいずれか一方または双方を含有する有機廃棄物から、前記有機廃棄物および洗浄水を含む含水率60質量%以上の高含水率有機廃棄物スラリー、前記有機廃棄物が塩素および/または塩素化合物を含みかつ前記有機廃棄物と等量以上かつ10倍量以下の水と混合してなる塩素含有有機廃棄物スラリー、のいずれか一方または双方を含む有機廃棄物スラリーを得、この有機廃棄物スラリーを、脱水し、その後乾燥または加熱乾燥してなるバイオマス燃料であって、その塩素濃度は3000ppm以下が好ましく、より好ましくは2000ppm以下、さらに好ましくは1000ppm以下である。
また、含水率は35質量%以下が好ましく、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。
また、発熱量は、3500kcal/kg以上であることを特徴とする。
また、塩素濃度を3000ppm以下としたことにより、燃焼装置等においても腐食や配管等の閉塞等のトラブルが発生する虞がなく、また、セメント焼成設備に投入した場合においても、セメントの操業や品質に悪影響を及ぼす虞が無い。
このバイオマス燃料は、上述した有機廃棄物スラリーの燃料化方法により得ることができる。
また、このバイオマス燃料をセメント焼成設備に燃料として投入した場合、塩素濃度が3000ppm以下と極めて低くかつ含水率も35質量%以下と低いことから、セメント焼成設備における燃焼効率を高めることができ、しかもセメントの操業や品質に悪影響を及ぼす虞が無い。
有機廃棄物スラリーとして、含水率85質量%、塩素濃度8500ppm、発熱量4200kcal/kgの牛糞(180kg/日)に脱塩処理した上水道水70Lを加えて撹拌・混合した牛糞スラリーを用いた。この牛糞スラリーの固形分の濃度は11質量%であった。
この牛糞スラリーの日発生量は0.25m3/日であり、この牛糞スラリーを容量2m3の貯留槽に貯留した。
この貯留槽の容量は、牛糞スラリーの日発生量の8倍であり、貯留槽内の牛糞スラリーの温度は20℃であった。この牛糞スラリーを撹拌機を用いて撹拌した。
次いで、このケーキを乾燥設備内に搬入し、太陽熱及び風力を利用して天日乾燥を行い、含水率55質量%、塩素濃度2400ppm、発熱量3990kcal/kgの乾燥脱塩素牛糞(60kg/日)を得た。
この乾燥脱塩素牛糞をセメント焼成設備のセメントキルンの窯尻部に燃料として投入したところ、セメントキルンの燃焼効率が低下することはなく、セメントの操業や品質に影響は無かった。
有機廃棄物スラリーとして、含水率80質量%、塩素濃度8000ppm、発熱量4500kcal/kgの豚糞(150kg/日)に脱塩処理した上水道水100Lを加えて撹拌・混合した豚糞スラリーを用いた。この豚糞スラリーの固形分の濃度は12質量%であった。
この豚糞スラリーの日発生量は0.25m3/日であり、この豚糞スラリーを容量2m3の貯留槽に貯留した。
この貯留槽の容量は、豚糞スラリーの日発生量の8倍であり、貯留槽内の豚糞スラリーの温度は20℃であった。この豚糞スラリーを撹拌機を用いて撹拌した。
次いで、このケーキを乾燥設備内に搬入し、太陽熱及び風力を利用して天日乾燥を行い、含水率25質量%、塩素濃度2550ppm、発熱量4280kcal/kgの乾燥脱塩素豚糞(40kg/日)を得た。
有機廃棄物スラリーとして、含水率80質量%、塩素濃度8000ppm、発熱量4500kcal/kgの豚糞100kg/日に脱塩処理した上水道水150Lを加えて撹拌・混合した豚糞スラリーを用いた。この豚糞スラリーの固形分の濃度は8質量%であり、実施例2の豚糞スラリーの固形分の濃度と比べて低いものであった。
この豚糞スラリーの日発生量は0.25m3/日であり、この豚糞スラリーを容量2m3の貯留槽に貯留した。
この貯留槽の容量は、豚糞スラリーの日発生量の8倍であり、貯留槽内の豚糞スラリーの温度は20℃であった。この豚糞スラリーを撹拌機を用いて撹拌した。
次いで、このケーキを乾燥設備内に搬入し、太陽熱及び風力を利用して天日乾燥を行い、含水率25質量%、塩素濃度1620ppm、発熱量3110kcal/kg、の乾燥脱塩素豚糞(27kg/日)を得た。
有機廃棄物スラリーとして、含水率80質量%、塩素濃度8000ppm、発熱量4500kcal/kgの豚糞(150kg/日)に脱塩処理した上水道水100Lを加えて撹拌・混合した豚糞スラリーを用いた。この豚糞スラリーの固形分の濃度は12質量%であった。
この豚糞スラリーの日発生量は0.25m3/日であり、この豚糞スラリーを容量4m3の貯留槽に貯留した。
この貯留槽の容量は、豚糞スラリーの日発生量の16倍と、実施例2の貯留槽と比べて大きいものであり、貯留槽内の豚糞スラリーの温度は20℃であった。この豚糞スラリーを撹拌機を用いて撹拌した。
次いで、このケーキを乾燥設備内に搬入し、太陽熱及び風力を利用して天日乾燥を行い、含水率25質量%、塩素濃度2550ppm、発熱量3060kcal/kgの乾燥脱塩素豚糞(40kg/日)を得た。
有機廃棄物スラリーとして、含水率80質量%、塩素濃度8000ppm、発熱量4500kcal/kgの豚糞(150kg/日)に脱塩処理した上水道水100Lを加えて撹拌・混合した豚糞スラリーを用いた。この豚糞スラリーの固形分の濃度は12質量%であった。
この豚糞スラリーの日発生量は0.25m3/日であり、この豚糞スラリーを容量2m3の貯留槽に貯留した。
この貯留槽の容量は、豚糞スラリーの日発生量の8倍であった。また、この貯留槽は保温性が高く、貯留槽内の豚糞スラリーの温度は40℃で、実施例2の貯留槽内の豚糞スラリーと比べてかなり高温であった。この豚糞スラリーを撹拌機を用いて撹拌した。
次いで、このケーキを乾燥設備内に搬入し、太陽熱及び風力を利用して天日乾燥を行い、含水率25質量%、塩素濃度2550ppm、発熱量2930kcal/kgの乾燥脱塩素豚糞(40kg/日)を得た。
有機廃棄物スラリーとして、含水率80質量%、塩素濃度8000ppm、発熱量4500kcal/kgの豚糞(150kg/日)に脱塩処理した上水道水100Lを加えて撹拌・混合した豚糞スラリーを用いた。この豚糞スラリーの固形分の濃度は12質量%であった。
この豚糞スラリーの日発生量は0.25m3/日であり、この豚糞スラリーを容量2m3の貯留槽に貯留した。
この貯留槽の容量は、豚糞スラリーの日発生量の8倍であり、貯留槽内の豚糞スラリーの温度は20℃であった。なお、この比較例4では、実施例2と異なり、この豚糞スラリーの撹拌を行わなかった。
次いで、この発熱量が小さい乾燥脱塩素豚糞をセメント焼成設備のセメントキルンの窯尻部に燃料として投入したところ、セメントキルンの燃焼効率が低下し、セメントの操業に大きな影響があった。
2 貯留装置
3 脱水機
4 乾燥設備
5 乾燥機
6 粉砕機
7 排水処理装置
11 貯留槽
12 撹拌手段
13 温度制御手段
14 投入用配管
15 取出用配管
16 制御器
S 有機廃棄物スラリー
Claims (11)
- 家畜排泄物を含有する有機廃棄物を水と混合してなる有機廃棄物スラリーの貯留方法であって、
前記有機廃棄物スラリーは、前記有機廃棄物および洗浄水を含む含水率60質量%以上の高含水率有機廃棄物スラリー、前記有機廃棄物が塩素および/または塩素化合物を5000ppm〜30000ppm含みかつ前記有機廃棄物と等量以上かつ10倍量以下の水と混合してなる塩素含有有機廃棄物スラリーのいずれか一方または双方を含むとともに、固形分の濃度を10質量%以上かつ40質量%以下とし、
前記有機廃棄物スラリーの固形分の沈降・滞留による嫌気性発酵を生じさせないように、この有機廃棄物スラリー中の固形分の濃度を保持しかつ該有機廃棄物スラリーの温度を制御しつつ撹拌することを特徴とする有機廃棄物スラリーの貯留方法。 - 前記有機廃棄物スラリーの含水率は90質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の有機廃棄物スラリーの貯留方法。
- 前記有機廃棄物スラリーの温度は、0℃以上かつ30℃以下であることを特徴とする請求項1または2記載の有機廃棄物スラリーの貯留方法。
- 前記撹拌におけるスラリーの滞留時間は、1時間以上かつ10日以下であることを特徴とする請求項1、2または3記載の有機廃棄物スラリーの貯留方法。
- 請求項1ないし4のいずれか1項記載の有機廃棄物スラリーの貯留方法により貯留された有機廃棄物スラリーを燃料化するための方法であって、
前記有機廃棄物スラリーを脱水して塩素濃度が3000ppm以下の脱塩素有機廃棄物とし、
この脱塩素有機廃棄物を乾燥または加熱乾燥して、塩素濃度が3000ppm以下かつ含水率が35質量%以下の乾燥脱塩素有機廃棄物とすることを特徴とする有機廃棄物スラリーの燃料化方法。 - 前記加熱乾燥における熱源は、太陽熱、前記有機廃棄物の発酵過程にて発生する発酵熱のいずれか一方、または双方であることを特徴とする請求項5記載の有機廃棄物スラリーの燃料化方法。
- 前記脱塩素有機廃棄物を乾燥または加熱乾燥した後に、分級、粉砕、解砕のいずれか1つまたは2つ以上を行うことを特徴とする請求項5または6記載の有機廃棄物スラリーの燃料化方法。
- 請求項1ないし4のいずれか1項記載の有機廃棄物スラリーの貯留方法により貯留された有機廃棄物スラリーを、脱水し、その後乾燥または加熱乾燥してなるバイオマス燃料であって、
塩素濃度が3000ppm以下、含水率が35質量%以下かつ発熱量が3500kcal/kg以上であることを特徴とするバイオマス燃料。 - 家畜排泄物を含有する有機廃棄物を水と混合してなる有機廃棄物スラリーの貯留装置であって、
前記有機廃棄物および洗浄水を含む含水率60質量%以上の高含水率有機廃棄物スラリー、前記有機廃棄物が塩素および/または塩素化合物を5000ppm〜30000ppm含みかつ前記有機廃棄物と等量以上かつ10倍量以下の水と混合してなる塩素含有有機廃棄物スラリーのいずれか一方または双方を含むとともに、固形分の濃度を10質量%以上かつ40質量%以下とした有機廃棄物スラリーを貯留する貯留槽と、
貯留された前記有機廃棄物スラリーを撹拌する撹拌手段と、
貯留された前記有機廃棄物スラリーの温度を制御する温度制御手段とを備え、
前記有機廃棄物スラリーの固形分の沈降・滞留による嫌気性発酵を生じさせないように、この有機廃棄物スラリー中の固形分の濃度を保持しかつ該有機廃棄物スラリーの温度を制御しつつ撹拌することを特徴とする有機廃棄物スラリーの貯留装置。 - 前記撹拌手段は、撹拌機、前記有機廃棄物スラリー中に空気を送る送風機、前記有機廃棄物スラリーを循環させる循環ポンプのいずれか1種または2種以上を備えていることを特徴とする請求項9記載の有機廃棄物スラリーの貯留装置。
- 前記温度制御手段は、前記有機廃棄物スラリーを加熱する加熱手段、前記有機廃棄物スラリーを流体を介して冷却/加温する温度調節手段のいずれか一方または双方を備えていることを特徴とする請求項9または10記載の有機廃棄物スラリーの貯留装置。
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