JP5307325B2 - メタン発酵消化液の濃縮装置とその濃縮方法 - Google Patents

Description

本発明は、メタン発酵消化液の濃縮装置とその濃縮方法に関する。

一般に、有機性廃棄物を発酵させメタンを生成した後に残留する消化液を肥料として利用するには、消化液を減量・圧縮して貯留・輸送の効率化を果たすことが求められる。すなわち、メタン発酵処理を経た有機性廃棄物は消化液として排出される。消化液は窒素、リン、カリウムなどを含有しているので、液肥として利用することが期待されている。しかしながら、消化液は、Ｔ−Ｎ（総窒素）で、１，０００−５，０００mg／L、Ｔ−Ｐ（総リン）で、２００−８００mg／L、Ｔ−Ｋ（総カリ）で１，０００−４０００mg／L程度と肥料成分が薄い。このため、消化液を濃縮・減量して、貯蔵や輸送、農地への施用の効率化を図り、季節的も地域的にも偏在する肥料の需要に応える必要がある。

従来、消化液の濃縮・減量化を図る取り組みとして、消化液をそのまま蒸留することにより水分を分離する方法が知られている（非特許文献１および特許文献２参照）。また、消化液の固形分を脱水機で分離して得られるろ液に対して蒸留することにより水分を分離する方法も知られている（非特許文献２参照）。非特許文献１に記載の技術は、消化液に硫酸を添加してｐｈ調整を行った後、蒸発器により消化液の濃縮と高濃度アンモニア水の抽出を行うものである。また、特許文献１に記載の発明は、連続処理により１段目のアンモニアストリッピングを第１蒸発装置でｐＨの高い状態で行い、２段目の蒸留を第２蒸発装置でｐＨの低い状態で行うことにより清浄な凝縮水（蒸留水）へのアンモニアの混入を防止するようにしている。さらに、非特許文献２に記載の技術は、メタン発酵後の消化液を固液分離機で固液分離させ、分離されたろ液に硫酸を添加後、減圧濃縮機にかけ、放流用の凝縮水と液肥用濃縮液を取り出すようにしている。
地域生物系廃棄物資源化システム専門委員会・畜産環境対策緊急調査検討分科会調査報告書「畜尿・消化液処理の現状と展望」社団法人日本有機資源協会編集・発行、平成１７年９月２日発行、ｐ．１３０−１３２ 白藤沙織、松田従三、近江谷和彦、吉田賢輔、前田俵吾、吉田毎郎著「農業環境工学関連７学会２００５年合同大会講演要旨集」日本植物工場学会、日本農業気象学会、日本生物環境調節学会、農業情報学会、農業機械学会、農業施設学会、生態工学会、２００５年９月１２日−１５日、金沢大学、ｐ．２２４ 特許第３７０３４２０号（第４頁、第５頁、図１）

しかしながら、上述のような従来の技術では、消化液中のアンモニア態窒素（ＮＨ_４−Ｎ）は蒸留の際、あるいは減圧濃縮の際に揮発し、蒸留液（清浄水）を汚染するため、消化液またはろ液に酸を添加して処理される溶液のｐＨを４−５まで下げる必要がある。消化液またはろ液のｐＨは一般的に８前後となるので、ｐＨを４−５まで下げるには、大量の酸を添加しなければならず、装置の複雑化や大型化を招くだけでなくコストアップを招くという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、酸を添加する必要がなくしかも簡素な構造で消化液またはろ液からアンモニア態窒素濃縮液と清浄な蒸留液とを分離して回収するメタン発酵消化液の濃縮装置とその濃縮方法を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係るメタン発酵消化液の濃縮装置は、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備え、蒸留タンク内に注入された消化液を加熱手段で加熱し、蒸発した気体を冷却部で凝縮させ、このアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を切替弁を介して第１の受液タンクに導き、蒸留タンク内で蒸発する気体のアンモニア濃度が低下すると切替弁を切り替え、冷却部で凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに導き、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収するようにしたものである。

請求項１に係るメタン発酵消化液の濃縮装置では、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備え、蒸留タンク内に注入された消化液を加熱手段で加熱し、蒸発した気体を冷却部で凝縮させ、このアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を切替弁を介して第１の受液タンクに導き、蒸留タンク内で蒸発する気体のアンモニア濃度が低下すると切替弁を切り替え、冷却部で凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに導き、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収するようにしたことにより、蒸留タンクに消化液を注入して切替弁を切り替え、第１の受液タンクを冷却部に連通させ、加熱手段により蒸留タンク内の消化液を加熱するとともに、減圧ポンプにより、吸気側が連通する蒸留タンクと冷却部と第１の受液タンクとを常圧または常圧より低い第１の圧力条件下におくと、蒸留タンクの消化液から蒸発したアンモニア濃度の濃い気体は冷却部で冷却されて凝縮し、切替弁を介して第１の受液タンクに集められる。蒸留が継続し時間の経過とともに、蒸留タンク内の消化液中のアンモニア態窒素成分が低下し、凝縮液のアンモニア濃度が低下すると、切替弁を切り替え第２の受液タンクを冷却部に連通させる。アンモニア濃度の低い清浄蒸留液は切替弁を介して第２の受液タンクに集められる。処理が完了すると、蒸留タンクからは残留した消化液濃縮液が、第１の受液タンクからは貯留されたアンモニア濃縮蒸留液が、第２の受液タンクからは貯留された清浄蒸留液がそれぞれ回収される。このため、メタン発酵完了後の消化液に対し酸を添加することなく分離濃縮処理を行うことができる。回収された消化液濃縮液やアンモニア濃縮液を肥料として用いることができ、回収された清浄蒸留水はアンモニア濃度が低く、他の水質汚濁項目も清浄な値であるため、環境に負荷を与えることなく放流することができる。

また、請求項２に係るメタン発酵消化液の濃縮装置は、切替弁の動作を制御する制御装置を設けるとともに、冷却部と切替弁との間に、冷却部により冷却され凝縮された溶液を一時的に貯留するモニタリング貯留部を設け、モニタリング貯留部には、一時的に貯留された溶液の成分を検知するとともに上記制御装置と電気的に接続されるセンサを設け、制御装置がセンサからのモニタリング信号に基づき凝縮された溶液のアンモニア濃度に応じて高濃度の溶液を第１の受液タンクに、低濃度の溶液を第２の受液タンクにそれぞれ導くように切替弁を切り替えるものである。

請求項２に係るメタン発酵消化液の濃縮装置では、切替弁の動作を制御する制御装置を設けるとともに、冷却部と切替弁との間に、冷却部により冷却され凝縮された溶液を一時的に貯留するモニタリング貯留部を設け、モニタリング貯留部には、一時的に貯留された溶液の成分を検知するとともに上記制御装置と電気的に接続されるセンサを設け、制御装置がセンサからのモニタリング信号に基づき凝縮された溶液のアンモニア濃度に応じて高濃度の溶液を第１の受液タンクに、低濃度の溶液を第２の受液タンクにそれぞれ導くように切替弁を切り替えることにより、冷却部により冷却され凝縮された溶液は、含まれるアンモニア成分の濃度がバッチ処理開始から時間の経過に伴い徐々に低下してゆくため、モニタリング貯留部に貯留される溶液のアンモニア濃度が所定値以上であれば、制御装置により切替弁は第１の受液タンク側に切り替えられ、アンモニア濃度が所定値以下に低下した場合、切替弁は第２の受液タンク側に切り替えられるので、アンモニア濃縮蒸留液と清浄蒸留液との切り分けが自動的にかつ確実に行われる。

さらに、請求項３に係るメタン発酵消化液の濃縮装置は、減圧ポンプの吸入側を冷却部に、排出側をモニタリング貯留部にそれぞれ接続し、減圧ポンプとモニタリング貯留部との間に接続される通路には、制御装置と電気的に接続され開閉動作される第１の開閉弁を介して排気処理装置を設け、減圧ポンプと第１の開閉弁との間の通路と第１の受液タンクとの間には、一端が第１の受液タンクの液中に没するよう底面近傍に開口して配置され、第２の開閉弁を有する吹き込みパイプを設け、第１の受液タンクと排気処理装置との間には、一端が第１の受液タンクに他端が第３の開閉弁を介して排気処理装置に接続される排気パイプを設け、第１の受液タンク側への切替弁切り替え時、第１の開閉弁を閉じて第２第３の開閉弁を開き、減圧ポンプ排出側の気体を吹き込みパイプを通じて第１の受液タンク内の液中に導き、気室に逃げた気体を排気パイプを通じて排気処理装置に導き、第２の受液タンク側への切替弁の切り替え時、第１の開閉弁を開いて第２第３の開閉弁を閉じ、減圧ポンプ排出側の気体を第１の開閉弁を介して排気処理装置に導くようにしたものである。

請求項３に係るメタン発酵消化液の濃縮装置では、減圧ポンプの吸入側を冷却部に、排出側をモニタリング貯留部にそれぞれ接続し、減圧ポンプとモニタリング貯留部との間に接続される通路には、制御装置と電気的に接続され開閉動作される第１の開閉弁を介して排気処理装置を設け、減圧ポンプと第１の開閉弁との間の通路と第１の受液タンクとの間には、一端が第１の受液タンクの液中に没するよう底面近傍に開口して配置され、第２の開閉弁を有する吹き込みパイプを設け、第１の受液タンクと排気処理装置との間には、一端が第１の受液タンクに他端が第３の開閉弁を介して排気処理装置に接続される排気パイプを設け、第１の受液タンク側への切替弁切り替え時、第１の開閉弁を閉じて第２第３の開閉弁を開き、減圧ポンプ排出側の気体を吹き込みパイプを通じて第１の受液タンク内の液中に導き、気室に逃げた気体を排気パイプを通じて排気処理装置に導き、第２の受液タンク側への切替弁の切り替え時、第１の開閉弁を開いて第２第３の開閉弁を閉じ、減圧ポンプ排出側の気体を第１の開閉弁を介して排気処理装置に導くようにしたことにより、高濃度のアンモニア濃縮蒸留液を集める際、第１の開閉弁を閉じ第２第３の開閉弁を開放すると、吹き込みパイプの減圧ポンプ排出側からアンモニア成分を含む気体が第１の受液タンクの液中に吹き込まれ、アンモニア成分は液中に溶け込む。このため、第１の受液タンク内では少量の液に気体中のアンモニア成分を溶け込ませることができ、濃縮蒸留液の高濃縮化と減量化が図られる。アンモニア成分が少なくなった室内の気体は排気パイプを通じて排気処理装置に送られ、排気処理される。冷却部で凝縮される蒸留液のアンモニア濃度低下をモニタが検知すると、制御装置により切替弁が切り替えられる。第２第３の開閉弁を閉じ第１の開閉弁を開くと、アンモニア成分の少ない気体は第１の開閉弁を経由して排気処理装置に送られ、排気処理される。このため、排気処理装置の負荷が軽減される。

請求項４に係るメタン発酵消化液の濃縮装置は、蒸留タンクには、消化液にエアを送り込むエアポンプを設け、このエアポンプの単位時間当たりのエア送り込み量を、減圧ポンプの単位時間当たりの吸引量と同一または小さくなるよう調整可能としたものである。

請求項４に係るメタン発酵消化液の濃縮装置では、蒸留タンクには、消化液にエアを送り込むエアポンプを設け、このエアポンプの単位時間当たりのエア送り込み量を、減圧ポンプの単位時間当たりの吸引量と同一または小さくなるよう調整可能としたことにより、蒸留タンク内を常圧または減圧に保持したまま、消化液中に空気が送り込まれるので、蒸留タンク内の湿度を低下させ、気液接触面積を増大させることができ、アンモニア成分の蒸発を増大させる。蒸留タンク内を常圧で加熱状態とし、外部からエアを取り込み循環させると、アンモニアを濃縮するのに有効となる。

請求項５に係るメタン発酵消化液の濃縮方法は、メタン発酵消化液の濃縮装置を、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備えて構成し、蒸留タンクに消化液を注入するとともに切替弁を介して第１の受液タンクを冷却部に連通させる第１のステップと、加熱手段により蒸留タンク内の消化液を加熱するとともに、減圧ポンプにより連通する蒸留タンクと冷却部と第１の受液タンクとを常圧または常圧より低い第１の圧力条件下におく第２のステップと、冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を第１の受液タンクに集める第３のステップと、冷却部で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度が低下した後、切替弁を切り替え第２の受液タンクを冷却部に連通させる第４のステップと、冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに集める第５のステップと、蒸留タンク内の液量減少後、減圧ポンプを停止させ、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収する第６のステップとを有するようにしたものである。

請求項５に係るメタン発酵消化液の濃縮方法では、メタン発酵消化液の濃縮装置を、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備えて構成し、蒸留タンクに消化液を注入するとともに切替弁を介して第１の受液タンクを冷却部に連通させる第１のステップと、加熱手段により蒸留タンク内の消化液を加熱するとともに、減圧ポンプにより連通する蒸留タンクと冷却部と第１の受液タンクとを常圧または常圧より低い第１の圧力条件下におく第２のステップと、冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を第１の受液タンクに集める第３のステップと、冷却部で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度が低下した後、切替弁を切り替え第２の受液タンクを冷却部に連通させる第４のステップと、冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに集める第５のステップと、蒸留タンク内の液量減少後、減圧ポンプを停止させ、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収する第６のステップとを有するようにしたことにより、第１のステップで、蒸留タンクに消化液を注入して切替弁を切り替えると、第１の受液タンクは冷却部に連通される。第２の手段で加熱手段により蒸留タンク内の消化液を加熱すし、減圧ポンプにより、吸気側が連通する蒸留タンクと冷却部と第１の受液タンクとを常圧または常圧より低い第１の圧力条件下においてバッチ処理すると、蒸留タンクの消化液から蒸発したアンモニア濃度の濃い気体は冷却部で冷却されて凝縮する。第３のステップで、冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液は切替弁を介して第１の受液タンクに集められる。蒸留が継続し時間の経過とともに、蒸留タンク内の消化液中のアンモニア態窒素成分が低下し、凝縮液のアンモニア濃度が低下すると、第４のステップで切替弁を切り替え第２の受液タンクを冷却部に連通させる。第５のステップで、アンモニア濃度の低い清浄蒸留液は切替弁を介して第２の受液タンクに集められる。処理が完了すると、第６のステップで、蒸留タンクからは残留した消化液濃縮液が、第１の受液タンクからは貯留されたアンモニア濃縮蒸留液が、第２の受液タンクからは貯留された清浄蒸留液がそれぞれ回収される。このため、メタン発酵完了後の消化液に対し酸を添加することなく、時間差で分離濃縮処理を行うことができ、回収された消化液濃縮液やアンモニア濃縮液を肥料として用いることができ、回収された清浄蒸留水はアンモニア濃度が低く、他の水質汚濁項目も清浄な値であるため、環境に負荷を与えることなく放流することができる。

請求項６に係るメタン発酵消化液の濃縮方法は、第５のステップで、減圧ポンプの圧力を常圧または第１の圧力条件より低い第２の圧力条件とするようにしたものである。

請求項６に係るメタン発酵消化液の濃縮方法では、第５のステップで、減圧ポンプの圧力を常圧または第１の圧力条件より低い第２の圧力条件としたことにより、清浄蒸留水を第２の受液タンクに集める際、減圧力が大きくなり、蒸留タンクでの水分の蒸発量が増加し、冷却部における凝縮効率が向上し、清浄蒸留水回収の時間が短縮化される。

請求項７に係るメタン発酵消化液の濃縮方法は、切替弁の動作を制御する制御装置を設けるとともに、冷却部と切替弁との間に、冷却部により冷却され凝縮された溶液を一時的に貯留するモニタリング貯留部を設け、モニタリング貯留部には、一時的に貯留された溶液の成分を検知するとともに上記制御装置と電気的に接続されるセンサを設け、制御装置がセンサからのモニタリング信号に基づき凝縮された溶液のアンモニア濃度に応じて高濃度の溶液を第１の受液タンクに、低濃度の溶液を第２の受液タンクにそれぞれ導くように切替弁を切り替えるべく構成し、第４のステップで、冷却部で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度低下をセンサが検知すると、制御装置が切替弁を動作させ、低濃度の溶液を第２の受液タンクに導くように連通路を切り替えるようにしたものである。

請求項７に係るメタン発酵消化液の濃縮方法では、切替弁の動作を制御する制御装置を設けるとともに、冷却部と切替弁との間に、冷却部により冷却され凝縮された溶液を一時的に貯留するモニタリング貯留部を設け、モニタリング貯留部には、一時的に貯留された溶液の成分を検知するとともに上記制御装置と電気的に接続されるセンサを設け、制御装置がセンサからのモニタリング信号に基づき凝縮された溶液のアンモニア濃度に応じて高濃度の溶液を第１の受液タンクに、低濃度の溶液を第２の受液タンクにそれぞれ導くように切替弁を切り替えるべく構成し、第４のステップで、冷却部で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度低下をセンサが検知すると、制御装置が切替弁を動作させ、低濃度の溶液を第２の受液タンクに導くように連通路を切り替えるようにしたことにより、第４のステップで、アンモニア濃度が所定値以下に低下した場合、切替弁は制御装置により第２の受液タンク側に切り替えられるので、アンモニア濃縮蒸留液と清浄蒸留液との切り分けが自動的にかつ確実に行われる。

請求項８に係るメタン発酵消化液の濃縮方法は、減圧ポンプの吸入側を冷却部に、排出側をモニタリング貯留部にそれぞれ接続し、減圧ポンプとモニタリング貯留部との間に接続される通路には、制御装置と電気的に接続され開閉動作される第１の開閉弁を介して排気処理装置を設け、減圧ポンプと第１の開閉弁との間の通路と第１の受液タンクとの間には、一端が第１の受液タンクの液中に没するよう底面近傍に開口して配置され、第２の開閉弁を有する吹き込みパイプを設け、第１の受液タンクと排気処理装置との間には、一端が第１の受液タンクに他端が第３の開閉弁を介して排気処理装置に接続される排気パイプを設けて構成し、第３のステップで、第１の開閉弁を閉じて第２第３の開閉弁を開き、減圧ポンプ排出側の気体を吹き込みパイプを通じて第１の受液タンク内の液中に導き、気室に逃げた気体を排気パイプを通じて排気処理装置に導いて排気処理し、第５のステップで、第１の開閉弁を開いて第２第３の開閉弁を閉じ、減圧ポンプ排出側の気体を第１の開閉弁を介して排気処理装置に導いて排気処理するようにしたものである。

請求項８に係るメタン発酵消化液の濃縮方法では、減圧ポンプの吸入側を冷却部に、排出側をモニタリング貯留部にそれぞれ接続し、減圧ポンプとモニタリング貯留部との間に接続される通路には、制御装置と電気的に接続され開閉動作される第１の開閉弁を介して排気処理装置を設け、減圧ポンプと第１の開閉弁との間の通路と第１の受液タンクとの間には、一端が第１の受液タンクの液中に没するよう底面近傍に開口して配置され、第２の開閉弁を有する吹き込みパイプを設け、第１の受液タンクと排気処理装置との間には、一端が第１の受液タンクに他端が第３の開閉弁を介して排気処理装置に接続される排気パイプを設けて構成し、第３のステップで、第１の開閉弁を閉じて第２第３の開閉弁を開き、減圧ポンプ排出側の気体を吹き込みパイプを通じて第１の受液タンク内の液中に導き、気室に逃げた気体を排気パイプを通じて排気処理装置に導いて排気処理し、第５のステップで、第１の開閉弁を開いて第２第３の開閉弁を閉じ、減圧ポンプ排出側の気体を第１の開閉弁を介して排気処理装置に導いて排気処理するようにしたことにより、第３のステップで、バッチ処理の開始により高濃度のアンモニア濃縮蒸留液を集める際、第１の開閉弁を閉じ第２第３の開閉弁を開放されると、吹き込みパイプからアンモニア成分を含む気体が第１の受液タンク液中に吹き込まれ、アンモニア成分は液中に溶け込み、アンモニア成分が少なくなった第１の受液タンク室内の気体は排気パイプを通じて排気処理装置に送られ、排気処理される。このため、第１の受液タンク内では少量の液に気体中のアンモニア成分を溶け込ませることができ、濃縮蒸留液の高濃縮化と減量化が図られる。第４のステップで、冷却部で凝縮される蒸留液のアンモニア濃度低下をモニタが検知すると、制御装置により切替弁が切り替えられる。第５のステップで、第２第３の開閉弁を閉じ第１の開閉弁を開くと、アンモニア成分の少ない気体は第１の開閉弁を経由して排気処理装置に送られ、排気処理される。このため、排気処理装置の負荷が軽減される。

請求項９に係るメタン発酵消化液の濃縮方法は、蒸留タンクには、消化液にエアを送り込むエアポンプを設け、このエアポンプの単位時間当たりのエア送り込み量を、減圧ポンプの単位時間当たりの吸引量と同一または小さくなるよう調整可能とし、第３のステップまたは第３および第５のステップで、蒸留タンクの消化液にエアレーションを行うようにしたものである。

請求項９に係るメタン発酵消化液の濃縮方法では、蒸留タンクには、消化液にエアを送り込むエアポンプを設け、このエアポンプの単位時間当たりのエア送り込み量を、減圧ポンプの単位時間当たりの吸引量と同一または小さくなるよう調整可能とし、第３のステップまたは第３および第５のステップで、蒸留タンクの消化液にエアレーションを行うようにしたことにより、蒸留タンク内を常圧または減圧に保持したまま、消化液中に空気が送り込まれるので、蒸留タンク内の湿度を低下させ、気液接触面積を増大させることができ、アンモニア成分の蒸発を増大させる。蒸留タンク内を常圧で加熱状態とし、外部からエアを取り込み循環させると、アンモニアを濃縮するのに有効となる。

本発明に係るメタン発酵消化液の濃縮装置では、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備え、蒸留タンク内に注入された消化液を加熱手段で加熱し、蒸発した気体を冷却部で凝縮させ、このアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を切替弁を介して第１の受液タンクに導き、蒸留タンク内で蒸発する気体のアンモニア濃度が低下すると切替弁を切り替え、冷却部で凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに導き、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収するようにしたので、簡素な構造で、バッチ処理により酸を添加することなしに消化液からアンモニア態窒素濃縮蒸留液と清浄な蒸留液と消化液濃縮液とを時間差で分離して回収することができ、コストダウンを図ることができる。

本発明に係るメタン発酵消化液の濃縮方法では、メタン発酵消化液の濃縮装置を、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備えて構成し、蒸留タンクに消化液を注入するとともに切替弁を介して第１の受液タンクを冷却部に連通させる第１のステップと、加熱手段により蒸留タンク内の消化液を加熱するとともに、減圧ポンプにより連通する蒸留タンクと冷却部と第１の受液タンクとを常圧または常圧より低い第１の圧力条件下におく第２のステップと、冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を第１の受液タンクに集める第３のステップと、冷却部で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度が低下した後、切替弁を切り替え第２の受液タンクを冷却部に連通させる第４のステップと、冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに集める第５のステップと、蒸留タンク内の液量減少後、減圧ポンプを停止させ、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収する第６のステップとを有するようにしたので、酸を添加しないで、バッチ処理の進行に伴い消化液からまずアンモニア濃縮蒸留液を分離して回収し、その後、消化液のアンモニア成分が減少すると、清浄な蒸留液と消化液濃縮液とを分離して回収することができ、コストダウンを図ることができる。

酸を添加しないで、消化液またはろ液からアンモニア態窒素濃縮蒸留液と清浄な蒸留液とを分離して回収するという目的を、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入され、この消化液蒸発後の濃縮液が排出される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され蒸留タンク内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、減圧ポンプと冷却部との間に通路を介して設けられた切替弁と、この切替弁を介して冷却部にそれぞれ連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れ貯留された凝縮蒸留液を排出させる第１および第２の受液タンクとを備えて構成し、蒸留タンク内に注入された消化液を加熱手段で加熱してバッチ処理を行い、蒸発した気体を冷却部で凝縮させ、このアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を切替弁を介して第１の受液タンクに導き、蒸留タンク内で蒸発する気体のアンモニア濃度が低下すると切替弁を切り替え、冷却部で凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに導き、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収することにより実現した。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置を示す説明図である。本実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置２は、図１に示すように、蒸留タンク３と、この蒸留タンク３に連通され、蒸留タンク３で蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部４と、冷却部４を介して蒸留タンク３に連通され蒸留タンク３内の圧力を減圧させる減圧ポンプ５と、この減圧ポンプ５と冷却部４との間に通路１０を介して設けられた切替弁６と、この切替弁６を介して冷却部４にそれぞれ連通可能な第１および第２の受液タンク７、８と、蒸留タンク３に設けられたヒータ（加熱手段）９とを備えている。

蒸留タンク３には、上部に導入弁（開閉弁）１１が、底部に蒸留タンク排出弁１２がそれぞれ設けられる。蒸留タンク３には、導入弁１１を介して外部から有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後残留する消化液Ｌまたはそのろ液が注入されるようになっている。蒸留タンク排出弁１２は、処理完了後、蒸留タンク３内に残った消化液濃縮液（ろ液濃縮液）を外部に排出するようになっている。ヒータ９は、蒸留タンク３に消化液（ろ液）Ｌが注入されると、蒸留タンク３を加熱し、内部の消化液Ｌを設定された所定の減圧下で沸騰させ、蒸発を促すようになっている。切替弁６は、切り替え動作により冷却部４と第１の受液タンク７または第２の受液タンク８のうち一方とを連通させるようになっている。切替弁６は、アンモニア濃縮蒸留液を集める際には、冷却部４と第１の受液タンク７とを連通させ、アンモニア成分の低下した清浄蒸留液を集める際には、冷却部４と第２の受液タンク８とを連通させるようになっている。消化液Ｌの蒸発促進にヒータ９を用い、気化した気体の凝縮に冷却部４を用いるのは、アンモニアの、水によく溶け、気化しやすく凝縮しやすい性質を利用したものである。減圧ポンプ５は、蒸留タンク３、冷却部４および切替弁６を介して連通する第１の受液タンク７または第２の受液タンク８のうち一方を、常圧以下の予め設定された圧力Ｐ１（Ｐ１≦常圧）（第１の圧力条件）で減圧するようになっている。減圧ポンプ５は、排気側が外気側に連通し、装置２内で生じるガスを外部に排出するようになっている。

第１の受液タンク７には、上部に第１のエア抜き弁１３が、底部に第１の排出弁１４がそれぞれ設けられる。また、第２の受液タンク８には、上部に第２のエア抜き弁１５が、底部に第２の排出弁１６がそれぞれ設けられる。各エア抜き弁１３、１５は、それぞれのタンク７、８に集められた溶液を排出弁１４、１６を通じて外部に排出する際に開放され、各タンク７、８内を外気に連通させ、溶液を排出しやすくしている。

本実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置は、蒸留タンク３に消化液Ｌを一旦注入すると、バッチ処理によりまずアンモニア濃縮蒸留液Ｌ−ＮＨを第１の受液タンク７に集め、その後、清浄蒸留液Ｌ−Ｗを第２の受液タンク８に集めるようにしている。処理完了後、蒸留タンク３から減量された消化液の濃縮液Ｌｃを、第１の受液タンク７からアンモニア濃縮蒸留液Ｌ−ＮＨを、第２の受液タンク８から清浄蒸留液Ｌ−Ｗをそれぞれ回収するようになっている。

次に、本発明に係るメタン発酵消化液の濃縮方法について、上記実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置の作用に基づいて説明する。まず、導入弁１１を開いて、蒸留タンク３に外部から消化液（またはろ液）Ｌを注入し、注入完了後、導入弁１１を閉じるとともに、切替弁６を切り替え、第１の受液タンクを冷却部４に連通させる（第１のステップ）。この第１のステップでは、各受液タンク７、８のエア抜き弁１３、１５と排出弁１４、１６はいずれも閉じられている。次に、ヒータ９で蒸留タンク３を加熱し、消化液Ｌの温度を常温で沸騰しない温度まで上昇させ、消化液Ｌの蒸発を促すとともに、減圧ポンプ５により蒸留タンク３、冷却部４および第１の受液タンク７を予め設定された第１の圧力Ｐ１（Ｐ１≦常圧）（第１の圧力条件）で減圧する（第２のステップ）。次に、冷却部４により内部に導入された蒸留タンク３からの蒸気を冷却して凝縮し、凝縮された蒸留液を切替弁６を介して第１の受液タンク７に集める（第３のステップ）。この第３のステップでは、消化液Ｌに豊富に含まれるアンモニア態窒素が蒸気となって気化し、気化したアンモニア成分は減圧下で冷却部４に導かれると冷却されて凝縮される。この凝縮した蒸留液はアンモニア成分の濃度が高い。このため、アンモニア成分が濃縮されたアンモニア濃縮蒸留液Ｌ−ＮＨは第１の受液タンク７に集められる。凝縮により液体成分が除かれた気体の一部は減圧ポンプ５により外部に排出される。なお、ヒータ９は、減圧ポンプ５による減圧下で消化液Ｌを沸騰させるか沸騰点に近い温度に加熱し消化液Ｌの蒸発を促すようになっている。また、減圧ポンプ５により装置内のエア圧は常圧より低くなっているので、冷却部で蒸気が冷却され凝縮を促すようになっている。

次に、第３のステップの進行に伴い、蒸留タンク３内の消化液Ｌに含まれるアンモニア成分は徐々に低下するが、その前に、消化液Ｌ中のアンモニア成分が低下して濃度の高いアンモニア成分を含む蒸留水が得られなくなる時間を予め実験結果に基づいて求めておく。第３のステップでこのアンモニア成分低下推定時間が経過すると、切替弁６を切り替え第２の受液タンク８を冷却部４に連通させ、減圧ポンプ５により蒸留タンク３、冷却部４および第２の受液タンク８を予め設定された第２の圧力Ｐ２（Ｐ２≦Ｐ１≦常圧）（第２の圧力条件）で減圧し、アンモニア成分の濃度が低い凝縮液、すなわち、清浄蒸留液Ｌ−Ｗを第２の受液タンク８に集める（第５のステップ）。第２の圧力Ｐ２は、アンモニア成分濃度の低い清浄な蒸留液Ｌ−Ｗを効率的に得るため、第１の圧力Ｐ１より低くすることが好ましいものの、第１の圧力Ｐ１と同じとしてもよい。この第５のステップでは、蒸留タンク３内の消化液Ｌからすでに多量のアンモニア成分が気化して失われている。次に、第５のステップの進行に伴い、蒸留タンク３内の消化液Ｌの液量が減少し、アンモニア成分の失われた消化液の濃縮液Ｌｃとなると、減圧ポンプ５を停止させるとともに冷却部４の冷却を停止する。そして、導入弁１１と蒸留タンク排出弁１２とを開いて蒸留タンク３から消化液濃縮液Ｌｃを回収し、第１のエア抜き弁１３と第１の排出弁１４とを開いて第１の受液タンク７からアンモニア濃縮凝縮液Ｌ−ＮＨを回収し、第２のエア抜き弁１５と第２の排出弁１６とを開いて第２の受液タンク８から清浄蒸留液Ｌ−Ｗをそれぞれ回収する（第６のステップ）。

このように、第１の実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置２を用いた濃縮方法では、メタン発酵完了後の消化液（またはろ液）Ｌに対し酸を添加することなく時間差で分離濃縮処理を行うことができる。バッチ処理が始まると、まず消化液（またはろ液）Ｌからアンモニア濃縮蒸留液Ｌ−ＮＨを分離させ、その後、消化液Ｌのアンモニア成分が減少すると、清浄な蒸留液Ｌ−Ｗを分離させるとともに、消化液Ｌは濃縮され濃縮液Ｌｃとして得られる。回収された消化液濃縮液（ろ液濃縮液）Ｌｃやアンモニア濃縮液Ｌ−ＮＨは肥料として用いることができ、回収された清浄蒸留水Ｌ−Ｗはアンモニア濃度が低く、他の水質汚濁項目も清浄な値であるため、環境に負荷を与えることなく放流することができる。すなわち、実験結果から、回収された清浄蒸留水Ｌ−Ｗは、アンモニア以外の水質汚濁項目、例えば、全窒素、全リン、ｐＨ、ＥＣ（電気伝導率）、濁度および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）についても清浄な値であったことが確認された。

次に、本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置１０２とその装置１０２を用いた濃縮方法について説明する。第２の実施例に係る濃縮装置１０２は、図２に示すように、切替弁２６の動作を制御する制御装置３０を設けた点およびモニタリング貯留部３１を設けた点を除いて、上記第１の実施例とほぼ同一の構成を備えている。

すなわち、本実施例に係る濃縮装置１０２は、上記第１の実施例に係る濃縮装置２の切替弁６に相当する切替弁２６が設けられる。切替弁２６には、切り替え動作を制御する制御装置３０が電気的に接続される。切替弁２６は、上記第１の実施例と同様に、冷却部４と、第１の受液タンク７または第２の受液タンク８のいずれか一方とを選択的に連通させるようになっている。また、本実施例に係る濃縮装置１０２は、減圧ポンプ５と冷却部４との間と切替弁２６との間の通路１０に、モニタリング貯留部３１が設けられる。モニタリング貯留部３１は冷却部４により冷却され凝縮された溶液を一時的に貯留するようになっている。このモニタリング貯留部３１には、制御装置３０と電気的に接続されるセンサ３２が設けられる。センサ３２は、一時的に貯留された溶液のアンモニア成分の量を検知し検知したモニタリング信号を制御装置３０に送出するようになっている。制御装置３０は、モニタリング信号に基づいて、モニタリング貯留部３１に貯留される溶液のアンモニア成分量が多い場合、切替弁２６を動作させ冷却部４と第１の受液タンク７とを連通させ、アンモニア成分量が所定値以下に減少した場合、切替弁２６を切り替え動作させ冷却部４と第２の受液タンク８とを連通させるようになっている。

このように、本実施例に係る濃縮装置１０２では、冷却部４により冷却され凝縮された溶液は、含まれるアンモニア成分の濃度がバッチ処理開始から時間の経過に伴い徐々に低下してゆくため、モニタリング貯留部３１に貯留される溶液のアンモニア濃度が所定値以上であれば、制御装置３０により切替弁２６は第１の受液タンク７側に切り替えられ、アンモニア濃度が所定値以下に低下した場合、切替弁２６は第２の受液タンク８側に切り替えられるので、アンモニア濃縮蒸留液Ｌ−ＮＨと清浄蒸留液Ｌ−Ｗとの切り分けが自動的にかつ確実に行われる。従って、上記第１の実施例に係る濃縮方法では、第５のステップで、実験結果により得られたアンモニア成分低下推定時間に基づいて切替弁６を切り替えるようにしているのに対し、本実施例に係る濃縮方法では、冷却部４で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度低下をセンサ３２が検知すると、切替弁２６は自動的に切り替えられるので、作業効率が向上する。なお、センサ３２はアンモニア成分量の検出に当たって、単位時間当たりの流出量、ｐＨ、ＥＣ（導電率）、濁度などを検知しこれらデータに基づいて成分量を検出するようにしている。

次に、本発明の第３の実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置２０２とその装置２０２を用いた濃縮方法について説明する。第３の実施例に係る濃縮装置２０２は、図３に示すように、減圧ポンプ４５の配置を変更し、減圧ポンプ４５の吸入側を冷却部４に、排出側をモニタリング貯留部３１にそれぞれ接続した点、減圧ポンプ４５の排出側と第１の受液タンク７とを接続し、第１の受液タンク７の液Ｌ−ＮＨ中に気体のアンモニア成分を溶かし込む吹き込みパイプ４６を設けた点、減圧ポンプ４５の排出側に第１の開閉弁４７を介して排気処理装置４８を設けた点、第１の受液タンク７の第１のエア抜き弁１３に代えて第１の受液タンク７と排気処理装置４８とを接続する排気パイプ４９を設けた点、蒸留タンク３内の消化液Ｌにエアを送り込むエアポンプ５０を設けた点を除いて、上記第２の実施例とほぼ同一の構成を備えている。

すなわち、第３の実施例に係る濃縮装置２０２は、減圧ポンプ４５を冷却部４とモニタリング貯留部３１との間に配置し、減圧ポンプ４５の吸入側を冷却部４に、排出側をモニタリング貯留部３１が設けられた通路１０にそれぞれ連通させて接続している。減圧ポンプ４５とモニタリング貯留部３１との間の通路１０には、分岐通路５１が接続される。この分岐通路５１には、第１の開閉弁４７を介して排気処理装置４８が設けられる。第１の開閉弁４７は制御装置３０と電気的に接続され、制御装置３０により開閉動作されるようになっている。減圧ポンプ４５と第１の開閉弁４７との間の分岐通路５１には、吹き込みパイプ４６の一端が接続される。吹き込みパイプ４６の他端は、第１の受液タンク７内に延長され、液Ｌ−ＮＨ中に没して気体を液に吹き込むよう底面近傍に開口して配置される。吹き込みパイプ４６には、制御装置３０と電気的に接続され、制御装置３０により開閉動作される第２の開閉弁５２が設けられる。第１の受液タンク７には、第１のエア抜き弁１３に代えて、第１の受液タンク７と排気処置装置４８とを連通する排気パイプ４９が設けられる。排気パイプ４９には、第３の開閉弁５３が設けられる。この第３の開閉弁５３は、制御装置３０と電気的に接続され、制御装置３０により開閉動作されるようになっている。蒸留タンク３には、エアポンプ５０が設けられ、消化液Ｌに外部のエアを送り込み、蒸留タンク３内の湿度を低下させるとともに、気液接触面積を増大させ、蒸発するアンモニア成分を増加させるようになっている。蒸留タンク３内を常圧で加熱状態とし、外部からエアを取り込み循環させると、アンモニアを濃縮するのに有効となる。エアポンプ５０には、図示しない流量調整弁が設けられ、単位時間当たりのエア送り込み量を調整可能に構成される。このため、エアポンプ５０は、単位時間当たりのエア送り込み量を減圧ポンプ４５の単位時間当たりの吸引量と同一に設定することもできれば、この単位時間当たりの吸引量より小さくすることもできるようになっている。エアポンプ５０から蒸留タンク３内へのエア送り込み量を減圧ポンプ４５の吸引量より小さくした場合、蒸留タンク３内の圧力が低下し、これら両ポンプ５０、４５の吸引量とエア送り込み量が同じ場合、蒸留タンク３内のその時点の圧力が維持される。従って、同じになったとき、常圧の場合は常圧に、４００hPaの減圧状態の場合は、４００hPaの減圧状態を維持することになる。

このように、上記第３の実施例に係る濃縮装置２０２では、バッチ処理の開始により高濃度のアンモニア濃縮蒸留液を集める際、第１の開閉弁４７を閉じ第２第３の開閉弁５２、５３を開放すると、吹き込みパイプ４６の減圧ポンプ４５排出側開口端部からアンモニア成分を含む気体が第１の受液タンク７の液Ｌ−ＮＨ中に吹き込まれ、アンモニア成分は液中に溶け込む。このため、第１の受液タンク７内では少量の液Ｌ−ＮＨに気体中のアンモニア成分を溶け込ませることができ、濃縮蒸留液Ｌ−ＮＨの高濃縮化と減量化が図られる。このとき、第１の受液タンク７の気室は、排気処理装置４８に連通しており、ほぼ常圧に保持される。アンモニア成分が少なくなった室内の気体は排気パイプ５３を通じて排気処理装置４８に送られ、排気処理される。冷却部４で凝縮される蒸留液のアンモニア濃度低下をモニタ３２が検知すると、制御装置３０により切替弁２６が切り替えられる。第２第３の開閉弁５２、５３を閉じ第１の開閉弁４７を開放すると、アンモニア成分の少ない気体は第１の開閉弁４７を経由して排気処理装置４８に送られ、排気処理される。このため、排気処理装置４８の負荷が軽減される。第２のエア抜き弁１５は、第２の受液タンク８内の清浄蒸留液Ｌ−Ｗの水位上昇に伴ってエア抜きを行うようになっている。従って、上記第１第２の実施例に係る濃縮方法では、第１の受液タンク７により集められるアンモニア濃縮蒸留液では、冷却部４の凝縮のみに依存するのに対し、本実施例に係る濃縮方法では、吹き込みパイプ４６によりアンモニア成分を含む気体が第１の受液タンク７の液Ｌ−ＮＨ中に吹き込まれるので、受液タンク７内の液Ｌ−ＮＨに気体中のアンモニア成分を溶け込ませることができ、アンモニア濃縮蒸留液Ｌ−ＮＨの高濃縮化と減量化を図ることができる。

なお、上記各実施例について、メタン発酵後の消化液ついて述べたがこれに限られるものではなく、ろ液についても適用可能であることは言うまでもない。また、上記各実施例について、第１の圧力Ｐ１（第１の圧力条件）は、一定の圧力に限られるものではなく、時間の経過に応じて変化する可変の圧力条件も含む。すなわち、１つの値ではなく、時間に応じていくつかの圧力値を与えてもよい。例えば、時間の経過とともに徐々に圧力を低下させてもよいし、常圧より低い値Ｐｘ１と、常圧と等しいか常圧より低いが上記値Ｐｘ１よりは高い値Ｐｘ２（Ｐｘ１＜Ｐｘ２≦常圧）とを繰り返すようにしてもよい。これらを一定値の圧力や時間に応じて変化する圧力を含めて圧力条件と呼ぶ。第２の圧力Ｐ２（第２の圧力条件）は、清浄水を得るためであり、第１の圧力Ｐ１より低くすることが望ましい。さらに、上記第３の実施例に係る濃縮装置２０２では、蒸留タンク３内を減圧して濃縮するようにしているがこれに限られるものではなく、蒸留タンク内を常圧で加熱してもよい。そのとき、外部からエアポンプ５０によりエアを取り込み循環させると、アンモニアを濃縮するのに有効となる。また、各実施例について、冷却凝縮時の圧力を常圧とする場合、減圧ポンプを停止させるようにしているがこれに限られるものではなく、減圧ポンプに代えて開閉弁を設けるようにしてもよい。

本発明の第１の実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置を示す説明図である。（実施例１） 本発明の第２の実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置を示す説明図である。（実施例２） 本発明の第３の実施例に係るメタン発酵消化液の濃縮装置を示す説明図である。（実施例３）

符号の説明

２ 濃縮装置
３ 蒸留タンク
４ 冷却部
５ 減圧ポンプ
６ 切替弁
７ 第１の受液タンク
８ 第２の受液タンク
９ ヒータ（加熱手段）
Ｌ 消化液（ろ液）
Ｌｃ 消化液濃縮液
Ｌ−ＮＨ アンモニア濃縮蒸留液
Ｌ−Ｗ 清浄蒸留液

Claims (9)

1. 有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、
   この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、
   この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、
   吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、
   冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、
   これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備え、
   蒸留タンク内に注入された消化液を加熱手段で加熱し、蒸発した気体を冷却部で凝縮させ、このアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を切替弁を介して第１の受液タンクに導き、蒸留タンク内で蒸発する気体のアンモニア濃度が低下すると切替弁を切り替え、冷却部で凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに導き、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収することを特徴とするメタン発酵消化液の濃縮装置。
2. 切替弁の動作を制御する制御装置を設けるとともに、
   冷却部と切替弁との間に、冷却部により冷却され凝縮された溶液を一時的に貯留するモニタリング貯留部を設け、
   モニタリング貯留部には、一時的に貯留された溶液の成分を検知するとともに上記制御装置と電気的に接続されるセンサを設け、
   制御装置がセンサからのモニタリング信号に基づき凝縮された溶液のアンモニア濃度に応じて高濃度の溶液を第１の受液タンクに、低濃度の溶液を第２の受液タンクにそれぞれ導くように切替弁を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵消化液の濃縮装置。
3. 減圧ポンプの吸入側を冷却部に、排出側をモニタリング貯留部にそれぞれ接続し、
   減圧ポンプとモニタリング貯留部との間に接続される通路には、制御装置と電気的に接続され開閉動作される第１の開閉弁を介して排気処理装置を設け、
   減圧ポンプと第１の開閉弁との間の通路と第１の受液タンクとの間には、一端が第１の受液タンクの液中に没するよう底面近傍に開口して配置され、第２の開閉弁を有する吹き込みパイプを設け、
   第１の受液タンクと排気処理装置との間には、一端が第１の受液タンクに他端が第３の開閉弁を介して排気処理装置に接続される排気パイプを設け、
   第１の受液タンク側への切替弁切り替え時、第１の開閉弁を閉じて第２第３の開閉弁を開き、減圧ポンプ排出側の気体を吹き込みパイプを通じて第１の受液タンク内の液中に導き、気室に逃げた気体を排気パイプを通じて排気処理装置に導き、
   第２の受液タンク側への切替弁の切り替え時、第１の開閉弁を開いて第２第３の開閉弁を閉じ、減圧ポンプ排出側の気体を第１の開閉弁を介して排気処理装置に導くことを特徴とする請求項２に記載のメタン発酵消化液の濃縮装置。
4. 蒸留タンクには、消化液にエアを送り込むエアポンプを設け、このエアポンプの単位時間当たりのエア送り込み量を、減圧ポンプの単位時間当たりの吸引量と同一または小さくなるよう調整可能としたことを特徴とする請求項１または３のうちいずれか１に記載のメタン発酵消化液の濃縮装置。
5. メタン発酵消化液の濃縮装置を、有機性廃棄物を発酵させてメタン生成後に残留する消化液が注入される蒸留タンクと、この蒸留タンクに設けられ内部の消化液を所定の温度で加熱する加熱手段と、この蒸留タンクに連通され蒸留タンクで蒸発した気体を冷却して凝縮させる冷却部と、吸引側が冷却部に接続され装置内の圧力を減圧させる減圧ポンプと、冷却部に連通され、冷却部で冷却された凝縮液を導き入れる第１および第２の受液タンクと、これら第１および第２の受液タンクと冷却部との間に設けられ連通路を切り替える切替弁とを備えて構成し、
   蒸留タンクに消化液を注入するとともに切替弁を介して第１の受液タンクを冷却部に連通させる第１のステップと、
   加熱手段により蒸留タンク内の消化液を加熱するとともに、減圧ポンプにより連通する蒸留タンクと冷却部と第１の受液タンクとを常圧または常圧より低い第１の圧力条件下におく第２のステップと、
   冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の高いアンモニア濃縮蒸留液を第１の受液タンクに集める第３のステップと、
   冷却部で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度が低下した後、切替弁を切り替え第２の受液タンクを冷却部に連通させる第４のステップと、
   冷却部で冷却され凝縮されたアンモニア濃度の低い清浄蒸留液を第２の受液タンクに集める第５のステップと、
   蒸留タンク内の液量減少後、減圧ポンプを停止させ、第１の受液タンクからアンモニア濃縮蒸留液を、第２の受液タンクから清浄蒸留液を、蒸留タンクから消化液の濃縮液をそれぞれ回収する第６のステップとを有することを特徴とするメタン発酵消化液の濃縮方法。
6. 第５のステップで、減圧ポンプの圧力を常圧または第１の圧力条件より低い第２の圧力条件とすることを特徴とする請求項５に記載のメタン発酵消化液の濃縮方法。
7. 切替弁の動作を制御する制御装置を設けるとともに、冷却部と切替弁との間に、冷却部により冷却され凝縮された溶液を一時的に貯留するモニタリング貯留部を設け、モニタリング貯留部には、一時的に貯留された溶液の成分を検知するとともに上記制御装置と電気的に接続されるセンサを設け、制御装置がセンサからのモニタリング信号に基づき凝縮された溶液のアンモニア濃度に応じて高濃度の溶液を第１の受液タンクに、低濃度の溶液を第２の受液タンクにそれぞれ導くように切替弁を切り替えるべく構成し、
   第４のステップで、冷却部で冷却され凝縮された凝縮液のアンモニア濃度低下をセンサが検知すると、制御装置が切替弁を動作させ、低濃度の溶液を第２の受液タンクに導くように連通路を切り替えることを特徴とする請求項５または６に記載のメタン発酵消化液の濃縮方法。
8. 減圧ポンプの吸入側を冷却部に、排出側をモニタリング貯留部にそれぞれ接続し、減圧ポンプとモニタリング貯留部との間に接続される通路には、制御装置と電気的に接続され開閉動作される第１の開閉弁を介して排気処理装置を設け、減圧ポンプと第１の開閉弁との間の通路と第１の受液タンクとの間には、一端が第１の受液タンクの液中に没するよう底面近傍に開口して配置され、第２の開閉弁を有する吹き込みパイプを設け、第１の受液タンクと排気処理装置との間には、一端が第１の受液タンクに他端が第３の開閉弁を介して排気処理装置に接続される排気パイプを設けて構成し、
   第３のステップで、第１の開閉弁を閉じて第２第３の開閉弁を開き、減圧ポンプ排出側の気体を吹き込みパイプを通じて第１の受液タンク内の液中に導き、気室に逃げた気体を排気パイプを通じて排気処理装置に導いて排気処理し、
   第５のステップで、第１の開閉弁を開いて第２第３の開閉弁を閉じ、減圧ポンプ排出側の気体を第１の開閉弁を介して排気処理装置に導いて排気処理することを特徴とする請求項７に記載のメタン発酵消化液の濃縮方法。
9. 蒸留タンクには、消化液にエアを送り込むエアポンプを設け、このエアポンプの単位時間当たりのエア送り込み量を、減圧ポンプの単位時間当たりの吸引量と同一または小さくなるよう調整可能とし、
   第３のステップまたは第３および第５のステップで、蒸留タンクの消化液にエアレーションを行うことを特徴とする請求項８に記載のメタン発酵消化液の濃縮方法。

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