JP5400792B2 - 有機性廃棄物の処理システムおよび方法、有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機性廃棄物、特に家畜などの生物の糞尿を含む有機性廃棄物をメタン発酵処理して生じる発酵液の性状を改質して土壌還元を有効に行える有機性廃棄物の処理システム及び方法、有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法に関するものである。
従来より、畜産廃棄物や生ゴミ等の有機性廃棄物の処理には、中温メタン発酵菌（発酵槽の温度：３５℃〜３７℃程度）や高温メタン発酵菌（発酵槽の温度：５０℃〜５５℃程度）による発酵処理が行われている（特許文献１）。
前記メタン発酵処理により生じた発酵液（「消化液」とも言う）は、公知の浄化処理を施して、最終的に土壌に還元される。
前記メタン発酵処理により生じた発酵液（「消化液」とも言う）は、公知の浄化処理を施して、最終的に土壌に還元される。
従来、発酵液の土壌還元は土壌表面への散布ではなく、土壌中に鋤き込むことが行われている。これは表面散布の場合には発酵液から悪臭が発散する心配があると共に、土壌中に鋤き込むようにすれば更に発酵が進行し、肥料化が一層進むことを期待したものである。特に、前記中温メタン発酵処理（前記３５℃〜３７℃程度）の場合は、悪臭の問題は顕著である。
しかし、前記鋤き込みは、土壌に還元された発酵液からの悪臭発生の問題は低減できるが、土壌中に鋤き込まれた発酵液は嫌気性環境下に置かれた状態に近いため、土壌中において更なる嫌気発酵が進行して温暖化係数の高いガスであるメタン（ＣＨ４）や亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が生成し、大気中に放出される問題がある。メタン（ＣＨ４）の温暖化係数（温室効果ポテンシャル）は二酸化炭素の２１倍、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の温暖化係数は二酸化炭素の３１０倍と言われている。
また、土壌中に鋤き込むためには、鋤き込みのための装置が必要であり、労力及びコストのアップに繋がる問題がある。
仮に、前記発酵液を鋤き込まずに土壌表面に散布した場合、好気性環境が維持されることで前記温暖化係数の高いガスの発生の問題は少ないが、また鋤き込みのための装置も不要となり労力及びコストのアップを抑制できるが、前記悪臭発散の問題が出ると共に、発酵液が短時間で乾燥してしまい肥料化が不十分になる問題がある。
本発明の目的は、有機性廃棄物に対してメタン発酵処理を行って生じる発酵液を土壌還元するに際して、土壌還元後の発酵液から温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）が発生する問題を低減できると共に、悪臭の問題なく、有効な肥料化を実現できる有機性廃棄物の処理システムおよび方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、有機性廃棄物に対してメタン発酵処理を行って生じる発酵液の性状を改質して、土壌の表面に散布しても充分に肥料化することができ、以って低コストで有効な土壌還元を実現できる有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、有機性廃棄物に対して高温メタン発酵処理を行うメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽の後段に設けられ、前記メタン発酵槽で生じる発酵液の保水性を向上させる発酵処理を行う発酵液改質処理部と、を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システムである。
本発明において、「高温メタン発酵処理」は、発酵温度がいわゆる中温メタン発酵（３５℃〜３７℃程度）より高い、少なくとも常時４５℃以上、好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃以上の温度での発酵処理を意味する。
本発明において、「高温メタン発酵処理」は、発酵温度がいわゆる中温メタン発酵（３５℃〜３７℃程度）より高い、少なくとも常時４５℃以上、好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃以上の温度での発酵処理を意味する。
本態様によれば、高温メタン発酵処理を行うことで、有機性廃棄物に含まれる悪臭をメタン発酵処理時に分解することができる。特に、有機性廃棄物が家畜などの生物の糞尿を含むものである場合は、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタン等の硫化物を含む悪臭ガス成分が発酵液中に多く含まれるが、本発明では高温メタン発酵処理によって、これらの悪臭成分が分解される。
更に、高温メタン発酵処理がなされた前記発酵液が、前記発酵液改質処理部によって改質され、保水性が向上される。
更に、高温メタン発酵処理がなされた前記発酵液が、前記発酵液改質処理部によって改質され、保水性が向上される。
従って、本発明に係る有機性廃棄物の処理システムによって処理された発酵液のスラリーは、土壌に還元するに際して土壌表面に散布する形を採ることが可能になる。すなわち、以下の効果が得られる。
（１）その高い保水性によって、土壌の表面に散布しても長期間（長時間）にわたって土壌改質を継続させることができ、従来の土中への鋤き込みを行った場合と同様の肥料化を実現できる。これにより、鋤き込み工程が不要となり、その分、労力及びコストを低減することができる。
（２）しかも、発酵液スラリーは好気性環境下（地表面）に置かれるので、地中に鋤き込んだ場合（嫌気性環境）に発生する温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）の発生を防止することができる。
（３）また、高温メタン発酵するので、家畜などの生物の糞尿を含む有機性廃棄物由来の発酵液スラリーであっても悪臭成分は分解され、該発酵液スラリーを土壌の表面に散布した後の悪臭発生の問題がない。
（２）しかも、発酵液スラリーは好気性環境下（地表面）に置かれるので、地中に鋤き込んだ場合（嫌気性環境）に発生する温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）の発生を防止することができる。
（３）また、高温メタン発酵するので、家畜などの生物の糞尿を含む有機性廃棄物由来の発酵液スラリーであっても悪臭成分は分解され、該発酵液スラリーを土壌の表面に散布した後の悪臭発生の問題がない。
本発明の第２の態様は、前記第１の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記メタン発酵槽と前記発酵液改質処理部との間に設けられて、前記発酵液から窒素化合物を除去する窒素化合物除去部を備えたことを特徴とするものである。
メタン発酵処理が行われた発酵液中には、未分解の有機態窒素と、元々含まれていたものに有機態窒素の分解により生成されたものが加わったアンモニア態窒素が含まれる。高温のメタン発酵処理が行われと、アンモニア態窒素が一層多く生成される。
本態様によれば、アンモニア回収装置等の窒素除去部によって前記発酵液中に多く生成された前記アンモニア態窒素を代表とする窒素化合物が除去されるので、窒素化合物除去後の発酵液中に含まれるトータル窒素の量を減らすことができ、土壌散布後に土壌や地下水に対する窒素汚染の問題を改善することができる。
本態様によれば、アンモニア回収装置等の窒素除去部によって前記発酵液中に多く生成された前記アンモニア態窒素を代表とする窒素化合物が除去されるので、窒素化合物除去後の発酵液中に含まれるトータル窒素の量を減らすことができ、土壌散布後に土壌や地下水に対する窒素汚染の問題を改善することができる。
本発明の第３の態様は、前記第１の態様又は第２の態様に係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記メタン発酵槽は６０℃以上の高温でメタン発酵処理を行えるように構成されていることを特徴とするものである。
本態様によれば、前記メタン発酵槽は６０℃以上の高温でメタン発酵処理を行えるので、この６０℃以上の高温でメタン発酵処理を行うことにより、滅菌効果が発現し、人に対する病原性細菌のほとんどを死滅させることができる。７０℃以上の高温でメタン発酵処理を行うとブタプラボウィルスも短時間でほとんど死滅させることができる。従って、別途の滅菌装置を設ける必要がない。
また、６０℃以上の高温でメタン発酵処理を行うので、５０℃〜５５℃程度の高温の温度でのメタン発酵処理よりもその高温の分、多量のアンモニアを生成することができる。このように多量のアンモニアを生成させた状態で前記アンモニア回収部の回収処理にかけることで、多量のアンモニアを発酵液から回収除去することができる。これにより、発酵液中のトータル窒素の量を低減することができ、土壌還元される発酵液からの窒素汚染の問題を一層改善することができる。
本発明の第４の態様は、前記第１の態様から第３の態様のいずれか一つに係る有機性廃棄物の処理システムにおいて、前記発酵液改質処理部では乳酸菌による乳酸発酵が行われる構成であることを特徴とする。
本態様によれば、乳酸菌による乳酸発酵によって発酵液を改質するので、短時間で、簡単且つ低コストで前記改質を行うことができる。尚、乳酸菌以外の他の発酵菌でも、前記発酵液中の糖分、例えばグルコースをオキシ・カルボン酸化できるものは利用することができる。
本発明に係る第５の態様は、有機性廃棄物をメタン発酵処理して生じる発酵液を土壌還元する有機性廃棄物の処理方法であって、前記有機性廃棄物に対して高温でメタン発酵処理を行う第１発酵工程と、前記メタン発酵処理で生じた発酵液に対して保水性を向上させる発酵処理を行う第２発酵工程と、前記第２発酵工程を経た発酵液のスラリーを土壌の表面に散布する第３工程とを含むことを特徴とするものである。
本発明の第６の態様は、前記第５の態様に係る有機性廃棄物の処理方法において、前記有機性廃棄物は家畜などの生物の糞尿を含むものであることを特徴とするものである。
第５の態様と第６の態様の各態様によれば、有機性廃棄物をメタン発酵処理して生じる発酵液を土壌還元するに際して、前記第１の態様の作用効果（１）〜（３）と同様の作用効果を得ることができる。
本発明の第７の態様は、前記第５の態様又は第６の態様に係る有機性廃棄物の処理方法において、前記第１発酵工程と第２発酵工程の間に、前記発酵液からアンモニアを回収するアンモニア回収工程を含むことを特徴とするものである。
本態様によれば、前記第２の態様と同様の作用効果をえることができる。
本態様によれば、前記第２の態様と同様の作用効果をえることができる。
本発明の第８の態様は、有機性廃棄物のメタン発酵で生じる発酵液に対して保水性を向上させる発酵処理を施すことを特徴とする有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法である。
本態様によれば、有機性廃棄物のメタン発酵で生じる発酵液に対して保水性を向上させる発酵処理を施すので、当該発酵液は改質されて保水性が向上する。改質発酵処理液は保水性が向上したことにより、土壌の表面に散布する形を採用しても長期間（長時間）にわたって肥料化を進行させることができ、従来の土中への鋤き込みを行った場合と同様の肥料化を実現できる。これにより、鋤き込み工程が不要となり、その分、労力及びコストを低減することができる。
しかも、改質発酵処理液は地表面に置かれるので、従来のように地中に鋤き込んだ場合（嫌気性環境）に、嫌気性発酵が再開して発生する温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）の発生を防止することができる。
しかも、改質発酵処理液は地表面に置かれるので、従来のように地中に鋤き込んだ場合（嫌気性環境）に、嫌気性発酵が再開して発生する温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）の発生を防止することができる。
本発明の第２の態様は、前記第１の態様に係る有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法において、前記保水性を向上させる発酵処理は、乳酸菌による乳酸発酵で行われることを特徴とするものである。
本態様によれば、乳酸菌による乳酸発酵によって発酵液を改質するので、短時間で、簡単且つ低コストで前記改質を行うことができる。尚、乳酸菌以外の他の発酵菌でも、前記発酵液中の糖分、例えばグルコースをオキシ・カルボン酸化できるものは利用することができる。
本発明の第３の態様は、前記第２の態様に係る有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法において、前記乳酸菌はホモ乳酸発酵を行なう菌であることを特徴とするものである。
本態様によれば、ホモ乳酸発酵を行う菌は乳酸発酵によりエタノール、酢酸、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）等を副生しないので、改質後の発酵液の性状を管理しやすくなる効果が得られる。
本態様によれば、ホモ乳酸発酵を行う菌は乳酸発酵によりエタノール、酢酸、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）等を副生しないので、改質後の発酵液の性状を管理しやすくなる効果が得られる。
本発明によれば、有機性廃棄物に対してメタン発酵処理を行って生じる発酵液を土壌還元するに際して、土壌還元後の発酵液から温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）が発生する問題を改善すると共に、悪臭の問題なく、有効な肥料化を実現することができる。
また、本発明によれば、有機性廃棄物に対してメタン発酵処理を行って生じる発酵液の性状を改質して保水性を向上するので、改質発酵処理液を土壌の表面に散布しても肥料化を充分に進行させることができ、以って低コストで有効な土壌還元を実現することができる。
本発明に係る有機性廃棄物の処理システムおよび方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る有機性廃棄物の処理システムの一実施形態を示す構成図、図２は同処理システムにおける発酵液改質処理部の具体的構成例を示す構成図である。
本実施の形態の有機性廃棄物の処理システムは、畜舎１から導入される家畜糞尿２に対して高温メタン発酵処理を行うメタン発酵層３と、該メタン発酵槽３で生じる発酵液４を受けて該発酵液４の保水性を向上させる発酵処理を行う発酵液改質処理部５を備えている。本実施の形態では、前記メタン発酵槽３と前記発酵液改質処理部５との間に窒素化合物除去部の一例としてアンモニア回収部６が設けられている。窒素化合物除去部としては、アンモニア回収部の他に公知のものも適用できる。また、メタン発酵層３で生成されるバイオガス７を精製する生物脱硫装置８が設けられ、該生物脱硫装置８によってバイオガス７中の硫化水素が除去されて精製バイオガス９となって、その利用先１０に送られるようになっている。
[高温メタン発酵処理]
前記メタン発酵層３は、発酵温度がいわゆる中温メタン発酵（３５℃〜３７℃程度）より高い高温メタン発酵処理を行うように構成されている。具体的には、発酵温度が少なくとも常時４５℃以上、好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃以上の温度で嫌気性発酵処理を行えるように構成される。
前記メタン発酵層３は、発酵温度がいわゆる中温メタン発酵（３５℃〜３７℃程度）より高い高温メタン発酵処理を行うように構成されている。具体的には、発酵温度が少なくとも常時４５℃以上、好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃以上の温度で嫌気性発酵処理を行えるように構成される。
また、メタン発酵槽３は、例えば、４ｔの前記家畜糞尿２が一日３回に分けて送り込まれ、同様に一日３回に分けて前記送り込んだ量と同量の発酵液４を抜き出して後段の前記発酵液改質処理部５に導入するように構成される。そして、メタン発酵槽３の容量は、発酵温度が５５℃の場合、滞留時間として１５日間程度を確保できるように設定される。発酵温度が６０℃の場合は、滞留時間は１０日間程度で足りる。
図３は発酵温度と滅菌効果の関係を示す図である。実線はブタプラボウィルスについて、破線は糞便性大腸菌について示している。この図から、６０℃以上の高温でメタン発酵処理を行うことにより、人に対する病原性細菌のほとんどを死滅させることができることがわかる。７０℃以上の高温でメタン発酵処理を行うとブタプラボウィルスも短時間でほとんど死滅させることができる。
メタン発酵槽３に導入される有機性廃棄物は、本実施例では家畜糞尿２であるが、他の有機性廃棄物でもよい。すなわち、畜産廃棄物や緑農廃棄物、排水処理汚泥などが処理対処として挙げられる。ここで畜産廃棄物としては、前記家畜等の生物の糞尿の他に、屠体および／またはその加工品が挙げられ、より具体的には牛、羊、山羊、ニワトリ等の家畜の屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内蔵、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される、家畜屠体の骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。また緑農廃棄物には、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。
[発酵液の改質処理]
前記発酵液改質処理部５は、前記発酵液４を受けて該発酵液４の保水性を向上させる発酵処理を行うものである。本実施例では、発酵液改質処理部５は乳酸菌による乳酸発酵が行われる構成である。
前記発酵液改質処理部５は、前記発酵液４を受けて該発酵液４の保水性を向上させる発酵処理を行うものである。本実施例では、発酵液改質処理部５は乳酸菌による乳酸発酵が行われる構成である。
該発酵液改質処理部５の具体的構成は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示したものが挙げられる。
図２（Ａ）では、乳酸菌の培養槽１０と発酵液に対する改質発酵層１１とを備え、培養槽１０から乳酸菌が改質発酵槽１１に添加されて、該改質発酵槽１１内で発酵液４中に含まれる糖分を基質として乳酸発酵を進行させるようになっている。
図２（Ａ）では、乳酸菌の培養槽１０と発酵液に対する改質発酵層１１とを備え、培養槽１０から乳酸菌が改質発酵槽１１に添加されて、該改質発酵槽１１内で発酵液４中に含まれる糖分を基質として乳酸発酵を進行させるようになっている。
すなわち、本実施例では、該改質発酵槽１１内に乳酸菌が添加（100mg乳酸菌／10g発酵液）されて室温〜３０℃の範囲で所定時間（５分間〜数１０分間）乳酸発酵が行われるようになっている。尚、乳酸菌の種類によっては発酵時間を２〜３時間にして十分に菌体の密度を高めることが好ましい。この乳酸発酵処理によって前記発酵液は改質されて改質発酵処理液１４となる。図２（Ａ）において、符号１３は攪拌装置を示し、符号２３、２４、２５は開閉弁を示し、各開閉弁２３、２４、２５および攪拌装置１３は、いずれも図示しない制御部によってその動作を制御されるようになっている。
該改質発酵槽１１は前記発酵液４が農地還元できる状態にまで最終処理された改質発酵処理液１４を貯留しておく発酵液貯留槽（スラリータンク）１２が兼用されている。乳酸発酵は、発酵液４中の基質が乳酸発酵によって消費されてなくなれば停止するので前記兼用構造が可能である。
図２（Ｂ）では、改質発酵槽１１と発酵液貯留槽（スラリータンク）１２とが別個に設けられている。また、培養槽１０には、改質発酵槽１１における改質発酵処理液１４が一部抜き出されて補充（10g乳酸菌処理発酵液／10g発酵液）されるようになっている。すなわち、改質発酵槽１１に添加する乳酸菌として、システム立ち上げ当初は培養した乳酸菌で、システム立ち上げ後の適宜の時点から前記改質発酵処理液１４中の乳酸菌を再利用する構成になっている。尚、図２（Ｂ）において、符号２６、２７も開閉弁を示し、各開閉弁２３、２４、２５、２６、２７および攪拌装置１３は、いずれも図示しない制御部によってその動作を制御されるようになっている。
乳酸菌の種類としては、ラクトバシラス属(Lactobacillus グラム陽性の桿菌)、ビフィドバクテリウム属(Bifidobacterium グラム陽性の偏性嫌気性桿菌)、エンテロコッカス属(Enterococcus グラム陽性の球菌)、ラクトコッカス属(Lactococcus グラム陽性の球菌)、ペディオコッカス属(Pediococcus グラム陽性の球菌)、リューコノストック属(Leuconostoc グラム陽性の球菌)が挙げられる。
これらの内、乳酸のみを最終産物として作り出し、エタノール、酢酸、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）等を副生（ヘテロ乳酸発酵）しないホモ乳酸発酵を行う菌を用いることが好ましい。ここで、ホモ乳酸発酵を行う菌として、グラム陽性球菌であるStreptococus属（直鎖状球菌）、Pediococus属（四連球菌）、Leuconostoc属が挙げられる。また、グラム陽性桿菌であるL.lactis、L.acidophilus、L.bulgaricus等も挙げられる。
ヘテロ乳酸発酵を行う菌としては、L.pastrianus、L.brevis、L.fermenti等が挙げられる。
ヘテロ乳酸発酵を行う菌としては、L.pastrianus、L.brevis、L.fermenti等が挙げられる。
尚、乳酸菌以外の他の発酵菌でも、前記発酵液中の糖分、例えばグルコースをオキシ・カルボン酸化できるものは利用することができる。
発酵時間は、Leuconostoc属のbulgaricusを用いた場合、一般の乳製品の製造プロセスでは１２〜４８時間程度であり、この時間を目安に設定することができる。
[改質発酵処理液]
次に、改質発酵処理液１４の性状について説明する。
先ず、図４は、本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４と、改質処理を行っていない原発酵液（原消化液）１６との保水性の比較図である。この比較図は熱天秤法によって求めた温度４０℃における各液の時間経過に対する重量減少曲線である。すなわち、この改質発酵処理液１４を、熱天秤（理学株式会社製：ＴＧ−８１０１ＤサーモフレックスＴＡＳ３００）を使用した熱天秤法にて保水性発現試験（温度と重量減微分値との関係を求める試験）を行った。
次に、改質発酵処理液１４の性状について説明する。
先ず、図４は、本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４と、改質処理を行っていない原発酵液（原消化液）１６との保水性の比較図である。この比較図は熱天秤法によって求めた温度４０℃における各液の時間経過に対する重量減少曲線である。すなわち、この改質発酵処理液１４を、熱天秤（理学株式会社製：ＴＧ−８１０１ＤサーモフレックスＴＡＳ３００）を使用した熱天秤法にて保水性発現試験（温度と重量減微分値との関係を求める試験）を行った。
尚、本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４として、上記したように、発酵液に乳酸菌を添加（100mg乳酸菌／10g発酵液）して改質処理を行った乳酸菌添加発酵液１４Ａ（図２（Ａ）に対応）と、発酵液に乳酸菌処理発酵液を混合（10g乳酸菌処理発酵液／10g発酵液）して改質処理を行った乳酸菌処理発酵液混合発酵液１４Ｂ（図２（Ｂ）に対応）について行った。
本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４Ａ、１４Ｂは、いずれも測定開始後６０時間以上にわたって重量減少（水分蒸発）が少ないのに対して、原発酵液（原消化液）１６では急激に重量が減少している。
図５は、本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４Ａ、１４Ｂと、改質処理を行っていない原発酵液１６と、更に含水澱粉１７について、温度８０℃の下での保水性の比較図である。この比較図は熱天秤法によって求めた温度８０℃における各液の時間経過（開始から５時間程度まで）に対する重量減少曲線である。
本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４Ａ、１４Ｂは、いずれも測定開始後１時間半くらいの位置に変曲点１８が存在するが、他の原発酵液１６と含水澱粉１７には変曲点が存在しない。このことから、本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４Ａ、１４Ｂは、温度８０℃の下で、固化乾燥が始まるまでに一定時間かかるのに対して、他の原発酵液１６と含水澱粉１７はいきなり固化乾燥が始まる傾向があることが解る。
表１に本発明に係る処理を行った改質発酵処理液と、改質処理を行っていない原発酵液と、含水澱粉、水、５％ＮａＣｌについて、熱天秤法における重量減少ピーク時の温度（蒸気圧降下（沸点上昇））の測定結果を示した。本発明に係る処理を行うことによって、原発酵液には存在していた、１１７℃の重量減少ピーク温度が無くなり、重量減少ピーク温度は１３５℃である性状の発酵処理液に変化していることがわかる。
図６（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係る処理を行った改質発酵処理液と、改質処理を行っていない原発酵液についての熱天秤法における重量減少ピーク時の温度を求めた重量減少曲線である。図において、符号２１、２２は前記重量減少曲線を微分して変曲点を解りやすくしたものである。
以上から、本発明に係る処理を行った改質発酵処理液１４Ａ、１４Ｂは、原発酵液（原消化液）１６に対して保水性が大幅に向上されていることが解る。
[窒素化合物の除去]
前記アンモニア回収部６は、前記発酵液４からアンモニアを回収して除去するものである。アンモニア回収部６としては、公知のものが利用可能であるが、本実施例では気液接触式のアンモニア放散塔が使われている。該アンモニア放散塔は、塔内上部から発酵液４を散液し、塔内下部から空気を送り、発酵液４と空気を対向流で気液接触させて発酵液４中のアンモニアを空気中に放散させて回収する構造である。このアンモニア回収部６により、発酵液４中のアンモニアはほとんど除去され、回収されたアンモニアは利用先で適宜利用に供される。
前記アンモニア回収部６は、前記発酵液４からアンモニアを回収して除去するものである。アンモニア回収部６としては、公知のものが利用可能であるが、本実施例では気液接触式のアンモニア放散塔が使われている。該アンモニア放散塔は、塔内上部から発酵液４を散液し、塔内下部から空気を送り、発酵液４と空気を対向流で気液接触させて発酵液４中のアンモニアを空気中に放散させて回収する構造である。このアンモニア回収部６により、発酵液４中のアンモニアはほとんど除去され、回収されたアンモニアは利用先で適宜利用に供される。
本発明においては、メタン発酵槽３で高温メタン発酵処理が行われるので、発酵液４中には一層多くのアンモニア態窒素が生成される。前記発酵液４中に多く生成された前記アンモニア態窒素がアンモニア回収部６によって回収されるので、アンモニア回収処理後の発酵液４中に含まれるトータル窒素の量を効果的に減らすことができる。従って、土壌散布後に土壌や地下水に対する窒素汚染の問題を改善することができる。
本発明に係る有機性廃棄物の処理システム及び方法の作用を説明する。
本有機性廃棄物の処理システムによれば、メタン発酵槽３で高温メタン発酵処理（第１発酵工程）を行うので、有機性廃棄物に含まれる悪臭をメタン発酵処理時に分解することができる。特に、有機性廃棄物が家畜などの生物の糞尿を含むものである場合は、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタン等の硫化物を含む悪臭ガス成分が発酵液中に多く含まれるが、本発明では高温メタン発酵処理によって、これらの悪臭成分が分解される。
更に、高温メタン発酵処理がなされた前記発酵液４が、発酵液改質処理部５によって改質され（第２発酵工程）、保水性が向上している。
本有機性廃棄物の処理システムによれば、メタン発酵槽３で高温メタン発酵処理（第１発酵工程）を行うので、有機性廃棄物に含まれる悪臭をメタン発酵処理時に分解することができる。特に、有機性廃棄物が家畜などの生物の糞尿を含むものである場合は、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタン等の硫化物を含む悪臭ガス成分が発酵液中に多く含まれるが、本発明では高温メタン発酵処理によって、これらの悪臭成分が分解される。
更に、高温メタン発酵処理がなされた前記発酵液４が、発酵液改質処理部５によって改質され（第２発酵工程）、保水性が向上している。
従って、本発明に係る有機性廃棄物の処理システムによって処理された改質発酵処理液１４のスラリーは、土壌に還元するに際して土壌表面に散布する形（第３工程）を採ることが可能になる。すなわち、以下の効果が得られる。
なお、改質発酵処理液１４のスラリーのスラリーを土壌表面に散布するための散布手段としては、ノズルの口径が従来のものより大きいスプリンクラーや、設置してある貯留槽に改質発酵処理液１４のスラリーを溜めてそこから供給ポンプとホースによって農地へ散布するような固設型の装置が使用できる。また、改質発酵処理液１４のスラリーをタンク等に入れて移動しながら農地へ散布するような移動型の装置も使用できる。
（１）改質発酵処理液１４の高い保水性によって、土壌の表面に散布しても長期間（長時間）にわたって土壌改質を継続させることができ、従来の土中への鋤き込みを行った場合と同様の肥料化を実現できる。これにより、鋤き込み工程が不要となり、その分、労力及びコストを低減できる。
（２）しかも、改質発酵処理液１４のスラリーは好気性環境下（地表面）に置かれるので、地中に鋤き込んだ場合（嫌気性環境）に発生する温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）の発生を防止することができる。この点を以下に詳しく説明する。
図７は、ＣＨ４、ＮＨ３、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ３ −、Ｏ２等の安定性に関する酸化還元電位−ｐＨ図である。この図で斜線が付された２箇所の領域は、Ｎ２が安定に存在でき、前記斜線が付された２箇所の領域で挟まれた間の領域はＮ２の他にＮ２Ｏも安定に存在できる領域である。また、下方の領域はＣＨ４、ＮＨ３が安定に存在でき、上方の領域はＮＯ３ −、Ｏ２が安定に存在できる領域である。
土壌表面付近の酸化還元電位は、空気（酸素）の存在によって、ｐＨが７付近では領域１９の辺りになる。すなわち、Ｎ２Ｏは不安定な領域である。しかも土壌表面は好気生環境であるため、嫌気性のメタン生成菌は働かず、ＣＨ４やＮ２Ｏが生成されない。
一方、土壌表面から１５ｃｍ〜２０ｃｍの深さの土中（鋤き込みされた状態）の酸化還元電位は、嫌気性環境に近づくので低下して図の領域２０の辺りになる。この領域２０ではＮ２Ｏが安定に存在できる上に嫌気性発酵菌によってＣＨ４やＮ２Ｏが作られる。従って、嫌気性発酵で作られたＮ２Ｏは、そこで反応が止まって大気中に放散されることになる。
表２は、発酵液４を牧草地の土壌表面に散布した場合の土壌表面から１ｃｍ〜２ｃｍの辺りの酸化還元電位の測定値と、散布して１０時間経過後にその場所から採取したガスの分析結果と、発酵液４を土壌中に鋤き込んだ場合の土壌表面から１５ｃｍ〜２０ｃｍの辺りの酸化還元電位の測定値と、鋤き込み後１０時間経過後にその場所から採取したガスの分析結果を示す。
前者の土壌表面散布の場合、ＣＨ４やＮ２Ｏは検出されないが、後者の土壌中に鋤き込んだ場合はＣＨ４が約１０ｐｐｍ、Ｎ２Ｏが約５００ｐｐｂ検出された。
前者の土壌表面散布の場合、ＣＨ４やＮ２Ｏは検出されないが、後者の土壌中に鋤き込んだ場合はＣＨ４が約１０ｐｐｍ、Ｎ２Ｏが約５００ｐｐｂ検出された。
本発明によれば、上記のように土壌表面に散布するので、好気性が維持されて、温暖化係数の高いガス（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ）の発生を防止することができる。
（３）また、メタン発酵槽３で高温メタン発酵するので、家畜などの生物の糞尿を含む有機性廃棄物由来の発酵液スラリーであっても悪臭成分は分解され、該発酵液スラリーを土壌の表面に散布した後の悪臭発生の問題がない。
本発明は、有機性廃棄物、特に家畜などの生物の糞尿を含む有機性廃棄物をメタン発酵処理して生じる発酵液の性状を改質して土壌還元を有効に行える有機性廃棄物の処理システム及び方法、有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法に利用可能である。
１ 畜舎、 ２ 家畜糞尿、 ３ メタン発酵槽、 ４ 発酵液、 ５ 発酵液改質処理部、 ６ アンモニア回収部、 ７ バイオガス、 ８ 生物脱硫装置、 ９ 精製バイオガス、 １０ 利用先、 １１ 改質発酵槽、 １２ スラリータンク、 １３ 攪拌装置、 １４ 改質発酵処理液（処理消化液）、 １６ 改質処理を行っていない原発酵液、 １７ 含水澱粉、 １８ 変曲点、 １９、２０ 領域、 ２３、２４、２５、２６、２７ 開閉弁
Claims (8)
- 有機性廃棄物に対して高温メタン発酵処理を行うメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽の後段に設けられ、前記メタン発酵槽で生じる発酵液の保水性を向上させる乳酸菌による乳酸発酵処理を行う発酵液改質処理部と、を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 - 請求項１に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽と前記発酵液改質処理部との間に設けられて、前記発酵液から窒素化合物を除去する窒素化合物除去部を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 - 請求項１又は２に記載の有機性廃棄物の処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽は６０℃以上の高温でメタン発酵処理を行えるように構成されていることを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 - 有機性廃棄物をメタン発酵処理して生じる発酵液を土壌還元する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記有機性廃棄物に対して高温でメタン発酵処理を行う第１発酵工程と、
前記メタン発酵処理で生じた発酵液に対して保水性を向上させる乳酸菌による乳酸発酵処理を行う第２発酵工程と、
前記第２発酵工程を経た発酵液のスラリーを土壌の表面に散布する第３工程と、を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。 - 請求項４に記載の有機性廃棄物の処理方法において、
前記有機性廃棄物は家畜などの生物の糞尿を含むものであることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。 - 請求項４又は５に記載の有機性廃棄物の処理方法において、
前記第１発酵工程と第２発酵工程の間に、前記発酵液からアンモニアを回収するアンモニア回収工程を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。 - 有機性廃棄物のメタン発酵で生じる発酵液に対して保水性を向上させる乳酸菌による乳酸発酵処理を施すことを特徴とする有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法。
- 請求項７に記載の有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法において、
前記乳酸菌はホモ乳酸発酵を行なう菌であることを特徴とする有機性廃棄物由来の発酵液の改質方法。
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