JP5519893B2 - スラリー分離及びバイオガス生成についてのコンセプト - Google Patents
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Description
第1の特徴において、本発明は動物の排泄物(manures)、エネルギー農作物及び同様の有機物質の嫌気的分解(anaerobic digestion)に関する。本発明のプロセスは、分解されるバイオマス中に含まれる栄養分を、商業的品質の肥料へ再生させることができる。本発明のバイオガス及びスラリー分離システムは、好ましくは畜産業(animal husbandry)の操作と統合され、畜産業の内部的及び外部的な作業を最適化することができる全体的コンセプトとなる。
アンモニアストリッピング(Ammoniastripping)
アンモニアの化学はよく知られており、種々の流体からアンモニアをストリッピングすることは、よく知られている工業プロセスである。例えば、製糖業(Bunertら1995年;Chacukら1994年; Benito及びCubero 1996年)で、及び埋め立てごみ処理廃棄物の処理として地方自治体によって実施されている。アンモニアは、同じ原理に基づいて工業的に豚のスラリーからもストリップすることができる(Liaoら1995年)。
約10〜12のpH、液体/ガス比1:2000、90%の作用率、150時間の操作(Liaoら1995年)。
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嫌気的分解の前におけるバイオマスの加熱前処理は、文献に記載されている技術である(例えば、Li及びNoike1992年)。近年、都市部廃棄物(municipal waste)の加熱前処理が、ノルウェーのビリングスタッド(Billingstad)にある、CambiASによって商業的規模で用いられている。
しかし、化学的加水分解によって著しい追加的なガス収率を作り出す前に、pHは約10〜12、好ましくは11またはそれ以上である。
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移送前のスラリーの衛生処理及び農地への適用は、動物原性感染症及び獣医学的ヴィラ(veterinary vira)、細菌及び寄生体を拡散させる可能性を小さくするための重要な対策である(例えばBendixen、1999年)。嫌気性生物の分解は、スラリー中のズーノーズの数の減少に有効であることが見出されたが、これらの微生物を除去するものではない(Bendixen 1999年、Pagillaら2000年)。排水スラッジの衛生処理にCaOを使用すると、回虫卵及び寄生虫(Eriksenら1996年)並びにウイルスを実質的に減少させることも示されたが、完全な除去ではない(Turner 及び Burton 1997年)。
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嫌気的分解に伴う泡の形成は、発酵装置を操作させるための深刻な問題を構成する可能性がある。発泡の改善のためのいくつかの物質は商業的に利用でき、種々のポリマー、植物油(例えば菜種油)及び種々の塩が含まれる(例えばVardar−Sukan1998年)。しかしながら、ポリマーによって環境的問題を生じたりすることがあり、高コストで効率が悪いこともしばしばある。
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カルシウムイオンは、溶液または懸濁液中の有機物質と無機物質との間にカルシウムブリッジを形成することによって、物質を粒状物とを凝集させ、従って、粒状物の「フロック(flocks)」を形成する手段としてよく知られている(例えば、Sanin and Vesilind 1996年)。この理由から、カルシウムは排水スラッジの脱水に用いられている(Higgins and Novak 1997)。
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デカンター遠心分離機は、過去100年の間に多くの工業プロセスに適用されてきた。
最近のデカンター遠心分離機の使用例の中で、カルンドボルグ(Kalundborg)のノボノルディスクプラント(Novo Nordisk plant)では、大規模なインシュリンの発酵装置からのすべての廃棄物が処理されている。デカンター遠心分離機によって都市部汚泥(municipal sludge)も脱水される(Alfa Laval A/S)。デカンター遠心分離機は汚泥または廃棄物から乾いた(固体)物質を分離し、水相または廃水(reject water)は常套の汚水処理場へ送る。
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溶解したリン(P)は、Caを添加すると、ほぼ直ぐにリン酸カルシウム(Ca 3 (PO 4 ) 2 )として沈殿する(Cheung et al. 1995)。
Cheung K. C., Chu L. M., and Wong M. H. (1997) Ammonia stripping as a pretreatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94,209-221.
リン(P)沈殿にアンモニアのストリッピングを組み合わせることによって、スツルバイト(MgNH4PO4)の形成を防ぐという追加的な重要な特徴がある。スツルバイトは、熱交換装置、パイプでの移送等の重要な運転上の問題をなす(Kruger1993)。メカニズムは、ストリッピングプロセスによるアンモニアの除去、及びCaPO4の形成によるリン(P)除去である。P及びアンモニア除去はスツルバイトの形成を防ぐ。
Kruger (1993) Struvit dannelse i biogasf llesanl g. Roger WasteSystems AS.
廃水の最終的処理及び膜濾過のためのシステムは、過去10年間、例えば蒸気の圧縮に基づくプラント(Funki A/S, Bjornkjaer Maskinfabrikker A/S)及び膜プラント(BioScan A/S, Ansager ApS)の形態で示されている。これらのシステムは、一般に1立方メートルのスラリー当たり50〜100のDkr.の高コストを生じる。プラントは、豚スラリーを除いて、他の種類の排泄物を処理することができない。
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100℃以下の温度、従って約1気圧の圧力での熱的及び化学的加水分解によって、バイオガスの生成のために有機物の利用可能性を高めるための1つの選択肢が示される。しかしながら、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンのような複雑な炭水化物はそのような処理によっては完全に加水分解されない。わら、トウモロコシ(maize)及び他の農作物からの繊維は、そのような処理によってはメタンの形成に利用することができない(Bjerreら 1996年; Schmidt及びThomsen 1998年;Schmidt及びThomsen1998年;Thomsen及びSchmidt1999年;Sirohi及びRai1998年)。これらの物質を微生物分解に利用できるようにするために、100℃以上の適度な温度でのアルカリ石灰処理がよく適する(Curelliら1997年;Changら1997年;Changら1998年)。
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エネルギー農作物の慣習的な使用は主として、燃焼のための固体燃料の形態(木製のチョップとしてのヤナギ、わらまたはホールシード(whole seed))またはエンジン用燃料(菜種油)である。実験に基づいてビートとわらはエタノールの製造のために使用される(Parsby;Sims2001年;Gustavssonら1995年;Wyman及びGoodman1993年;Kuch1998年)。世界の他の部分でエネルギー農作物の使用は広まり、多くの研究がなされている。
陸地のならびに海洋および淡水の植物の使用は文献に記載されている(Gunaseelan1997年;Jewellら1993年;Jarwisら1997年)。エネルギー農作物の嫌気的発酵が、バイオマスの他の用途と競合し得ることを示す調査もある(Chynoweth D. P.、Owens J. M.、及びLegrand R.2001年)。
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今日の動物の死体の処分システムは、動物の死体を処理する許可を受けている登録されているプラントによって行われている。死体は、伝統的に動物食餌として用いられてきた肉および骨粉の製造に主として用いられていた。
現今のBSE危機のために、肉及び骨粉を動物の食料として使用してはならないとするEU委員会から規制され、この慣行は中止となった。
DE3737747は、窒素(N)をストリッピングするプラントおよび方法を記載している。CaOを排泄物へ添加し、それによってアンモニアをストリッピングし、そのアンモニアは塩酸を含む水溶液に吸収させる。発明の多くの特徴はこの文献には記載されていない。このことは、中でも、前処理、例えばアルカリ加水分解、動物小屋の快適性、エネルギー農作物の利用、硫黄溶液中のアンモニアを吸収させること、リン(P)の沈殿、スツルバイト生成の防止など、ならびに局所的ガスエンジンにより、または天然ガス用に確立したパイプラインによりバイオガスを使用することに当てはまる。
発明の多くの特徴はこの文献には記載されていない。このことは、中でも、前処理、例えばアルカリ加水分解、動物小屋の快適性、エネルギー農作物の利用、アンモニアを硫酸用に吸収させること、リン(P)の沈殿、スツルバイト生成の防止など、ならびに局所的ガスエンジンにより、または天然ガス用に確立したパイプラインによりバイオガスを使用することに当てはまる。
US5、525、229は、高温条件および中温条件にて、有機物質の嫌気的分解のための一般的な方式を記載している。
本発明は、エネルギー農作物を利用する、即ち、農場規模のバイオガスのプラントで、動物の排泄物を嫌気的に共分解する新しい方法を提供する。本発明の方法は、スラリーの分離、すなわち動物の排泄物中の栄養分の再生にも関連する。
本発明は、動物の死体、肉および骨粉等と共に動物の排泄物/エネルギー農作物を共分解して、動物の死体を処分する一方で、農作物や排泄物と共に入る動物の廃棄物から肥料の製造を促進する方法を提供する。
この方法の構成は、ビート、トウモロコシ(メイズ)、クローバー草などの年次飼料農
作物であって、1ヘクタールあたりの乾燥物質収獲量が穀物類よりも高い農作物を利用することを可能にする。飼料農作物は、「生の農作物」としても有用であり、輪作される。エネルギー農作物を製造するための土地以外の組合せを用いる場合の、利用し得るエネルギーについて、本発明のコンセプトによって説明する。
Parsbyは、エネルギー農作物、特に穀物類の農作物を用いる場合に、年間50〜80PJまでエネルギー潜在性があると推定した。短いランではこれには150000のhaの面積を必要とし、長いランでは300000のhaの面積を必要とする。しかしながら、バイオガスプラントにおいて分解されるべきトップを含むビートについて、15トン/haの乾燥物質収獲量に基づくと、エネルギー潜在性は年間約100PJになる。共分解された排泄物からのエネルギーがこれに加えられる(約25PJ)。ビートの新しい品種を用いると、乾燥物質の収獲量は、現在のレベル、すなわち1ヘクタール当たり25トンのオーダーを実質的に越える可能性もある。
発明の核心が、より簡単で、しっかりしたプロセスを本発明の核心と一体化できることが特徴的である。常套のプラントと比べて、顕著なエネルギー性能および経済的性能を有する簡単でしっかりしたエネルギープラントが達成される。エネルギープラントは、動物の保有物及び農地の管理と更に統合される。従って、本発明は多くの特徴を有する。
第1の好ましい特徴では、動物の微生物および寄生病原体、例えばカンピロバクター属、サルモネラ属、イェルシニア属、回虫および類似の微生物および寄生有機体を空気中および農地に拡散させること、ならびに感染を防止することに適用し得ることである。
第3の好ましい特徴では、動物排泄物から主要な栄養分の窒素(N)及びリン(P)を分離し、その栄養分を商業的な品質の肥料生成物へ再生させるために発明が適用される可能性がある。
第5の好ましい特徴では、動物小屋で飼っているときに最適な動物の快適性および健康を確保し、同時にアンモニアのようなダストおよびガスの放出を減らすことに適用できる。これは、動物小屋の中を通して廃水で洗い流すか、または再循環させることによって達成される。
第6の好ましい特徴では、本発明の利点の全範囲からの利点に、本発明の様々の特徴を関連付けて適用することができる。
それ以上の好ましい特徴では、記載する1又はそれ以上の特徴と本発明の核心との組合せが好ましいとすることができる。
図1は、本発明の好ましい態様の1つを示している。この態様では、家畜、例えばブタ、牛、馬、山羊、羊、及び/又は家禽、鶏、七面鳥、アヒル、カモなどを含む動物の飼育のための小屋または畜舎(101)において生じる排泄物、好ましくはスラリーの形態の排泄物を、第1の前処理タンク(102)および/または第2の前処理タンク(103)の一方へまたは両方へ移送する。
作用原理は、1つの態様では、排泄物、好ましくは、水、例えば小屋または畜舎の清浄化に用いた廃水を含むスラリーの形態のものを、ストリッパータンクを含む第1の前処理タンクへ送り、そこではストリッパータンクへ、例えばCaOおよび/またはCa(OH)2を添加することによってアンモニアをストリッピングする。しかしながら、スラリーへCaOおよび/またはCa(OH)2を添加することは、スラリーを第1の処理タンクかストリッパータンクに入れる前に行うこともできる。
パータンクを含む前処理タンクを、ストリッピングおよび/または加熱に付し、ストリッピングした窒素(N)またはアンモニアは別のタンク(111)に貯蔵する前に吸収させることが好ましい。アンモニアを含むストリッピングされた窒素(N)は、貯蔵のための別のタンクへ送られる前に、第1の処理タンク内に含まれるストリッパータンクの塔へ吸収することが好ましい。嫌気的発酵の間に、微生物によって分解すること困難な有機物質は、上述のようなストリッパータンクを含む第1の前処理タンク(102)へ送られる前に、第2前処理タンク(103)で前処理をされることが好ましい。そのような有機物質は、例えば大量のセルロースおよび/またはヘミセルロースおよび/またはリグニン、例えば有機物質、例えばわら、トウモロコシを含む穀物類、穀物類廃棄物、及び他の固体の有機物質等の乾燥重量に対して、50%(w/w)以上のセルロースおよび/またはヘミセルロースおよび/またはリグニンを一般に含む。アンモニアを含む窒素(N)は、前処理をされた有機物質から続いてストリッピングされる。
最後に、上述のように前処理に付されたスラリーは、少なくとも1つの高温反応装置および/または少なくとも1つの中温バイオガス反応装置(106)へ送られることが好ましい。スラリーは、バイオガス、即ち主にメタンから成り、場合によって二酸化炭素のより小さいフラクションを有するガスの生産に付随する反応装置内で、嫌気的に分解される。バイオガス反応装置(複数可)は、好ましくは有機物質の基質からのエネルギーの向上した生産のためのエネルギープラントの一部を構成することが好ましい。
バイオガスはガスエンジンへ送ることができ、このエンジンから発生するエネルギーはストリッパータンクを加熱するために使用することができる。しかしながら、バイオガスはまた、各家庭及び工業的顧客に供給するための商業バイオガスのパイプラインシステムに送ることもできる。
更なる態様では、第1の前処理タンクに、発酵性の有機物質を含むサイレージタンク(104)から生じる有機物質を供給することができる。第1の前処理タンクへのそのような有機物質の供給は、例えば貯蔵所からガスを取除くことができる高温発酵タンクのような好気的発酵を含むステップを含み得る。さらに、例えば農業用地(105)から生じ得る農作物廃棄物およびわらを畜舎または動物小屋へ送り、その後第1および/または第2の前処理タンクへ送ることもできる。
図3は、本発明のバイオガスとスラリー分離システムの組合せへの簡単なアプローチを構成する態様を説明する。この態様では、バイオガスの発酵装置は使用せず、第1の(102)および/または第2の(103)の前処理タンクにおける前処理から得られる固体を、分離タンク(111)におけるアンモニアを含む窒素(N)のストリッピング及び回収に続いて、デカンター遠心分離機の分離(107および108)に付している。リン(P)およびカリウム(K)を含む別々の少なくとも半固体状のフラクション(112および113)が得られる。
図4は、図3で説明した態様のようにデカンター遠心分離機の分離の後で、カリウム(K)を分離しない態様を示している。続いて集められる廃水からのカリウム(K)の分離は可能である。
図5および6は、本発明のシステムの好ましい態様を説明する。個々の部材は詳しくここに記述されている。
発明の説明
本発明の好ましい態様を、以下に説明する。
第1の特徴は、ブタおよび牛などの家畜を含む動物を飼育するための畜舎または小屋である第1のデバイス、及び/又は主としてアンモニアをストリッピングし、物質の前処理を行う第2のデバイス、及び/又は主として物質からの向上したエネルギー生産のためのエネルギープラントである第3のデバイスを有するシステムである。
このシステムは、動物小屋及びストリッパータンク及びバイオガス反応装置から成ることが好ましい。更なる成分は、スラリーへCaOまたはCa(OH) 2 を添加するデバイス、例えば硫酸をベースとして操作される吸収塔、アンモニア濃縮物のための貯蔵タンクおよび分解されたスラリーのための貯蔵タンクを含むことができる。
本発明に伴う利点は、以下に詳細に説明する。本発明の衛生処理の中心事項の1つは、以下に詳細に説明する多くの個々の前処理を、単独でまたは組み合わせてなる前処理である。
作用原理は、CaOまたはCa(OH)2を添加することによってアンモニアがストリッピングされるストリッパータンクへ、スラリーを第1の装置から送り、ストリッピングし、タンクに貯蔵する前に塔内で熱を吸収することである。同時に、好ましくは石灰を用いた加熱処理装置を用いて、スラリーを熱及びアルカリ加水分解に付する。最後に、前処理されたスラリーを、1つまたは2つの高温/中温のバイオガス反応装置から成る第3のデバイスへ送り、バイオガスの生産下、即ち主にメタンから成り、より小さなフラクションの二酸化炭素を含むガスの下で、嫌気性に分解する。バイオガスはガスエンジンへ送られ、ストリッパータンクを熱するためにこのエンジンからの熱は使用される。製造された電流は電力網へ販売される。
別法として、家禽排泄物を、ストリッパータンクへ送る前に、第1の高温反応装置および中温反応装置において分解することは好適であり得る。このことは排泄物の品質に依存し、その程度は2つの異なる処理による尿酸の解離の程度である。このことはプラントのある程度の作動時間の後で得られる経験によって明らかになるであろう。このことは、多様な種類の排泄物およびエネルギー農作物を処理することができるプラントの融通性に非常に重要である。
構成される装置は、100℃〜200℃の温度インターバルで温度および圧力を形成することができるように構成される。これによって、エネルギーの使用、タールの生成および技術的パラメーターに妥当な考慮を払って、本発明によってプラント内で分解すべき種々のバイオマスに対して処理を調整することができる。
アンモニアのストリッピングおよびスラリーの衛生処理に関連して、Ca(OH)2またはCaOを添加することによって、正リン酸塩、即ち溶解したリン(P)(PO4 3−)の沈殿を導くことができる。これらのリン(P)粒状物は、他の凝集物と同様にスラリー中に懸濁させることができる。Caを使用すると化学的酸素要求量(COD)が限られた程度で減少するが、このことはCaが正リン酸塩よりも他の塩を沈殿させることを意味する。
デンマーク国の環境およびエネルギー省(the Danish Ministry of Environment and Energy)による法規制第823号では、制御された衛生処理は70℃にて1時間の滞留時間であることが規定されている。これを考慮すると、2つの続く嫌気的分解(高温条件および中温条件)の前における70℃にて1週間の滞留時間という本発明の好ましい態様による処理は、既知のすべての獣医学的及び/又はヒトに関連する細菌および動物原性感染症の病原体を十分に除去すると考えられる。好ましくは、BSEプリオンは少なくともその数が著しく減少する。
しかしながら、第1の特徴において、その後に農地に散布することができるために好ましいことは、前処理であり、従ってスラリーの殺菌処理である。
選択した要素によって、本発明の他の特徴のための基礎を形成することができると理解できるであろう。本発明は、以下に記載する要素のリスト全体を組み合わせたものに限定されるものではない。本発明の他の要素が以下に記載する特定の要素にのみ関連することもあり得るということは明らかであろう。そのような特徴には、窒素(N)及び/又はリン(P)及び/又はカリウム(K)の濃厚化用デバイス;ストリッパータンク、石灰を用いた加熱処理装置及び発酵装置の部品をベースとするエネルギー生成;そして動物の快適性/廃水の処理等が含まれるが、これらに限られる訳ではない。
中でも衛生処理の特徴に関連する以下の特徴は、以下に説明する要素のすべてを含むことを必ずしも必要とはしないと理解されたい。衛生処理に関連する特徴は、以下に記載する要素のいくつかのみの組合せを有するとも理解されたい。
動物小屋(要素番号1)は、グリーンファーム・エネルギー(GreenFarm Energy)・プラントにおいて、好適な処理、最適なスラリー管理、動物の快適性および小屋内の従業者への最適な労働条件、最適な食料安全性および食料品質、ならびに外部環境への放出(アンモニア、ダスト、臭気、メタン、一酸化二窒素及び他のガス)を低減するという機能を果たす。
小屋のシステム(ハウジングシステム)は、年間で250の家畜単位を生産するように構成された合計10のセクションの又はそれ以上のプラントにてバイオガス生産を行う小屋(early weaning house)で構成することができる。各セクションは、例えば640匹の子ブタ(7〜30キログラム)または320匹の肉用ブタ(30〜98キログラム)を飼育可能である。
1)2つの環境システム:ブタ小屋は2つの環境システムとして設計されることが好ましい。ブタ小屋の後端部には、覆いの下側の比較的暖かい環境と小屋の残りの部分の比較的冷たい環境との間で選ぶ機会をブタに提供する、被覆面積を調節可能な覆いが設けられている。温度差は5〜10℃の範囲である。
2)居住(Occupation):ブタは自動化装置からわらを供給されることが好ましい。ブタは自ら自動化装置からのわらを選ぶので、探したり掘ったりする行為は刺激される。わらはエネルギープラントのエネルギー源としても役立つ。
4)シャワー:シャワーは、総床区域の1/4をカバーするスラット全体に形成することが好ましい。このことによって、ブタに固い床よりもスラット上に糞尿をする動機が与えられる。シャワー水は、糞尿を水路に洗い流し、悪臭、アンモニアの損失等を防止する。きれいな固体床は、サルモネラ、ラブソニアなどの糞尿中の病原体を実質的に低減する。
6)水路の設計:V字形状の水路の使用によって排泄物の表面積は減り、水路を最適に洗い流すことが同時に達成される。これは動物小屋からの放出を減少させるための核心である。
8)給餌:食餌を無制限に供給する湿潤式給餌装置によって、食餌を供給する。
スラリー回収タンク(要素番号2)の機能は、動物小屋の毎日のフラッシングからのスラリーを集めて、メイン受入タンクへポンプ送りする前の緩衝機構としてはたらく。スラリーは重力によって回収タンクへ送られる。容積は、例えば50m3のようないずれかの適当な大きさであってよい。タンクはコンクリート製であって、小屋からのスラリーを重力によって回収タンクへ送ることができるように、動物小屋の床下に配することができる。
回収タンクからのスラリーはメイン受入タンク(要素番号3)へポンプ送りすることが好ましい。他の農場/プラントからの受入タンクに他の種類の液体排泄物/廃棄物を加えることもできる。ミンクスラリー、牛スラリー、糖蜜(molasses)、発酵残渣、貯蔵牧草などが選択肢である。受入タンクへの移送はローリー車によって行われ、受入タンクへ直接的に入れられる。体積/容量は、例えば約1000m3のようにいずれかの適当な大きさであってよい。ストリッパータンク内のレベルによって、受入タンクからのスラリーをポンプ送りするポンプを制御することが好ましい。供給量の調節は手動または自動であってよい。最大容量は周囲環境に基づいていずれかの適当な大きさであってよい。
スラリーが受入タンク1からストリッパータンクへポンプ送りされる場合、pHを高めるためにスラリーへ石灰が加えられる。石灰の添加は、30〜60gCaO/kgTSを添加するように調節することが好ましい。石灰は、ローリー車からサイロの中へ吹き込むことができるように、粉体の形態で供給することが好ましい。サイロの体積/容量は、例えば約50〜75m3であってよい。30−60g/kgTSの供給量は、6%TSで3.5m3/hのスラリー容量で、1時間あたり約6〜12kgCaOに対応する。
スラリー(6%TS)へ直接添加された場合、石灰供給量は約60g/kgTSの収量(1時間あたり約8.8キログラムのCaO)である。しかし、アルカリ加圧殺菌および加水分解装置へ、石灰を直接的に添加することも好ましい。石灰を加圧装置へ直接的に添加する(E−媒体は20〜70%TSを保持する)場合、石灰供給量は約30〜60g/kgTSであって、60g/kgd.m.は1バッチあたりCaO342キログラムに対応し、30g/kgd.m.は1バッチあたりCaO171キログラムに対応する。
ハカリ(要素番号5)は、入って来るE−媒体(energy containing organic material、エネルギーを含んでいる有機物質)の重量を計測する。供給者は、プラントへ供給される媒体の種類、例えば厩肥、エネルギー農作物等の種類を特定することが好ましい。
特定はコントロール・パネル上で適切なE−媒体を選択することによってなされる。供給者のパネル表示に従って、受け入れるE−媒体の特性を含めて重量が記録される。
各E−媒体をこのようにして特定して制御する(アルカリ加水分解参照):
・エネルギーポテンシャル
・要求される加熱時間
・要求される保持時間
受入ステーション(要素番号6)は、例えば家禽または他の動物からの厩肥ならびにエネルギー農作物を受け入れる。ステーションは、床に複数のスクリューコンベヤーが装備されている大きいサイロであることが好ましい。ローリー車はサイロにE−媒体の荷物を直接的に入れる。体積/容量は、例えば年間で約9800トンのE−媒体(約51.5%TS)のようにいずれかの適当な大きさであってよい。サイロの体積は、3日間の容量(65h)に対応して、数立方メートルから約100m3(立方メートル)であってよい。
材料はコンクリート/スチールであることが好ましい。
エネルギー農作物用サイロ(要素番号7)は、エネルギー農作物の貯蔵手段を提供する。農作物はサイレージ(貯蔵牧草)として貯蔵することが好ましい。体積/容量は、例えば5000〜10000m3であってよい。サイロは閉じた区画であってよく、そこからのサイレージ液を集めて、受入タンクへポンプ送りする。
厩肥およびエネルギー農作物用の移送および均質化システム
厩肥及びエネルギー農作物用の移送および均質化システム(要素番号8)は、受入ステーションの床のスクリューコンベヤーからE−媒体を受け入れる。E−媒体は更なるスクリューコンベヤーによって加熱処理装置へ送ることができ、同時に、一体化浸軟装置によって浸軟されることが好ましい。体積/容量は、約1.5m3E−媒体または8200トンE−媒体/年を含む条件の下要求されるような、いずれかの適当な大きさであってよい。移送および均質化システムの容量は、約30m3/時間以上であることが好ましい。3つの基本的なパラメーター、即ち、体積、体積あたり重量、及び時間によってE−媒体の制御を行う。これらのパラメーターから、単位時間あたりの体積、時間および総体積および重量が決められる。
アルカリ加圧殺菌(または滅菌)および加水分解装置(要素番号9)は、2つの主要な目的を提供する。1つは、特に種々の家禽の厩肥または他の動物の生成物の中のE−媒体における細菌性病原体を除去することであり、もう一つは、同時に、厩肥を発酵装置内で微生物分解に利用できるようにするため、厩肥の構成要素を加水分解することである。BSEプリオンがプラントに導入された廃棄物中に存在する場合、装置はBSEプリオンを除去するかまたは少なくとも実質的に減らすかすることが好ましい。そのような廃棄物には、消費はされなかった動物の処理から得られる肉、骨粉、動物脂肪または同様の生成物が含まれる。
石灰は、CaOサイロから上側の処理装置へ、例えば1バッチあたり342キログラム加えられる。
下側のパイプは、上側の装置から予備加熱されたE−媒体を受け取る。
2本のパイプの下側の混合容器にCaOを直接加えることができるように、CaOチューブはバイパスを有している。混合チャンバーは、殺菌したE−媒体と受入タンクからの未処理スラリーとを混合し、均質なバイオマスを提供し、E−媒体の熱を再利用するために用いられる。
殺菌装置内の保持時間は、以下の数段階:1.充填時間;2.上側パイプの予熱時間;3.下側パイプの加熱時間;4.選択した温度および圧力の保持時間;5.圧力解放の時間;6.排出時間、および7:CIP時間から成っている。
圧力解放時間は約10分である。圧力はストリッパータンクへ解放される。
排出はスクリューコンベヤーを運転することによって達成される。
CIP時間、清浄化は場合によって行い、一般的に必ずしも必要ではない。
加圧処理装置の体積は1装置につき10m3であり、充填の程度は約75〜90%であ
る。混合容器の体積は25m3である。
加圧処理装置へ移送する各E−媒体を規定することは可能である:
−各E−媒体のためのエネルギーポテンシャル
−必要な加熱時間
−必要な保持時間
−必要なスラリーとの混合時間、
−E−媒体による必要なエネルギーの使用
−レーダー/マイクロ波ゲージからの信号、充填の程度
−オペレータによる視覚的モニタリングによる経験的に基づく値
加圧装置における殺菌および加水分解の後で、処理されたバイオマスは、好ましくは加圧装置の下側に配されている混合タンク(要素番号10)の中へ膨張させられる。ミキサータンクの中へ膨張させる前にストリッパータンクのバイオマスへ熱を移し、アンモニアを集めるため、過剰な圧力(蒸気)はストリッパータンク内に解放される。
ミキサータンクの目的は、受入タンクからの冷たい未処理のスラリーに熱い殺菌したE−媒体を混合して、熱伝達(熱の再使用)と2つの媒体の混合を達成することである。
体積/容量は、例えば約25m3である。断熱ガラスファイバーを含めて、いずれかの適した材料を使用することもできる。動作温度は一般に約70〜95℃である。
体積/容量は、一般に約50m3であり、タンクの好適な材料はステンレス鋼である。タンクの内容物は、液体及び最大で5mmの粒子寸法を有する固体であることが好ましい。発酵装置への供給ポンプと同様に、温度制御のために加熱装置及び撹拌装置が設けられていることが好ましい。油状または脂肪状のバイオマスを発酵装置の中へポンプ送りすることができるように、温度は最低で75℃であることが好ましい。
ストリッパーおよび衛生処理タンク(要素番号12)は、以下の媒体:
−受入タンク1からのスラリー、および/または
−加圧処理装置からのE−媒体、および/または
−液体バイオマスタンクからの液体バイオマススラリー、および/または
−デカンターからの、又は可能であればK分離の後の廃水
を受け入れることが好ましい。
タンクの目的は、受入タンク1からのスラリーを加熱することによって、加圧処理装置において用いられる熱を再生することであり、従って、発酵装置への均質なフィードを製造し、発酵装置へ供給する前にpHを制御し、およびスラリーを殺菌することである。
ストリッパーおよび衛生処理タンクはアンモニアをストリッピングし(工程I)、最終的なストリッパープロセスと共通である吸収塔へガスを送る(工程II)。微生物病原体は除去され、媒体/スラリーは嫌気的分解のために準備される。
底部/床
−コンクリート被覆される円錐形状であって、下向きに20度の角度をなしている。
−撹拌は弱く/砂はマムート(mammut)ポンピングシステムに従って床から除去される。
−底部には砂フィルターが配され、外側の配管を通して排出することができる。フィルタを通してタンクの内容物を排出することもできる。
頂部/天井
−円錐形状で、(泡を封入した)イソフタル酸系ポリエステルにより挟まれ断熱されている。円錐形の角度はおよそ10度である。
−撹拌プロセスからの泡の生成を防止するための散水(drizzle)システムが設けられる。
−最適な均質化、最適なアンモニアの蒸発および媒体中の熱の最適な分配を確保するために、円錐形状の頂部に低速撹拌システムが配されている。
−吸収装置への配管内で湿潤空気によってアンモニアは移送される。
−円筒形状で、(泡を封入した)イソフタル酸系ポリエステルにより挟まれ断熱されている。
−媒体を加熱するために、タンク内側はおよそ600メートルの5/4インチパイプが円筒管形状に取り付けられている。
−加熱プロセスを制御するための伝熱手段(temperature transmitters)が設けられている。
−媒体への酸供給を制御するためのpH計測装置が設けられている。
−底部の外側円筒壁部には、断熱されたバルブ/ポンプ室が設けられている。
−タンクの中程には、アンモニア蒸気ディフューザが設けられている。アルカリ殺菌および加水分解装置にて生成したアンモニア蒸気を媒体中へ拡散させる。
体積/容量:シリンダー壁は約12mの内側直径を有し、9mの高さを有している。このことは、底部の円錐形状部を含めて、タンクは約1000m3の容量を有することを意味する。
1つの好ましい態様では、基本的に底部はコンクリート製であり、鉄補強され、耐圧断熱される。
媒体に接触する表面はイソフタル酸系ポリエステルにより被覆されて、コンクリートおよび鉄補強が腐食損傷を受けることを防止する。底部に取り付けられているパイプ全体もポリエステルまたはステンレス鋼である。頂部および底部は基本的に、(泡を封入した)イソフタル酸系ポリエステルにより挟まれ断熱されている。取り付けられているすべての配管もポリエステルまたはステンレス鋼である。
他の部材
−撹拌要素はステンレス鋼製である。
−加熱要素は被覆された軟鋼および/またはステンレス鋼製である。
−タンク内部のその他のすべての要素はステンレス鋼製である。
このシステムにおけるスラリーからアンモニアをストリッピングするためのデフォルトパラメーターは:約70℃の温度;約10〜12のpH値;1:400以下液体/ガス比、1週間の操作および90%以上の有効性が達成されることである。
考えられる運転条件の例を以下のリストに示す:
媒体:あらゆる種類の液状動物排泄物、液状および固体状の加圧殺菌されたE−媒体、種々の液状有機廃棄物、CaO。
運転温度:70〜80℃
運転ガス組合せ:80%NH4、15%CO2、3%O2、2%その他のガス
インシュレイションk−値:0.20W/m2K
運転最大圧力:+20ミリバール(絶対圧)(無減圧)
媒体中の最大粘度:15%TS
塩基/酸範囲:5〜10pH
媒体中の磨耗性成分(例えば砂):1〜2%
加熱要素内の最高温度:90℃
加熱要素内の最大効率:600kW
伝達効率:7.5kw/20〜25rpm
ストリッパーおよび衛生処理タンクは、アルカリ加圧プロセスからのスラリーおよびE−媒体によって規則的に充填される。最終的に、15%(15%TS)程度までの乾燥物質が得られる。いくつかのレベルスイッチによってタンク内の量を調整する。TS測定装置はTSの内容量を調整する。E−媒体およびスラリーを入れた後、1時間毎にE−媒体を発酵装置にポンプ送りすることができる。
ストリッパーおよび衛生処理タンクの頂部はアンモニア吸収装置を通して換気されることが好ましく(工程I)、pH測定装置はCaOの必要量を調整する。
E−媒体の温度は温度トランスミッタにより調整される。
時限プロセスは、泡の発生を防ぐため、場合によって散水システムに水/スラリーをポンプ送りすることができる。
バイオマスの分解は、好ましくは3つの発酵装置(要素番号13、14および15)を有する多段階発酵装置システムによって提供される。より少ないまたはより多い数の発酵装置を有するシステムを適用することができる。
発酵装置は、最大の融通性および最適なバイオガス生産を達成するように接続されることが好ましい。発酵装置は、高温(45〜65℃)および中温(25〜45℃)で定期的に運転されるように設定される。
分解プロセスは、有機物装入率、保持の時間、および最高の分解(最低90%のVS)に関して最適に行われる。
バイオマスを好ましい運転温度へ加熱するように熱スパイラルは含まれる。
発酵装置は以下の媒体:
−ストリッパーおよび衛生処理タンクからのE−媒体、
−液体バイオマスタンクからの液体、
−酸タンクからの酸
を受け入れることが好ましい。
底部/床
−断熱コンクリートの円錐形状であって、下向きに20度の角度をなしている。
−撹拌は弱く/砂はマムート(mammut)ポンピングシステムに従って床から除去される。
−底部には砂フィルターが配され、外側の配管を通して排出することができる。フィルタを通してタンクの内容物を排出することもできる。
頂部/天井
−軟鋼製の円錐形状である。円錐形の角度はおよそ10度である。
−撹拌プロセスからの泡の生成を防止するための散水(drizzle)システムが設けられる。
−最適な均質化および媒体中の熱の最適な分配を確保するために、円錐形状の頂部に低速撹拌システムが配されている。
−配管内で湿潤空気によってバイオガスはガスバッグへ移送される。
−軟鋼製で円筒形状である。
−媒体を加熱するために、タンク内側は約600メートルの5/4インチパイプが円筒管形状に取り付けられている。
−加熱プロセスを制御するための伝熱手段が設けられている。
−媒体への酸供給を制御するためのpH計測装置が設けられている。
−底部の外側円筒壁部には、断熱されたバルブ/ポンプ室が設けられている。
各タンクの体積/容量は、約1700m3の正味体積を含むいずれかの適する正味容量とすることができる。
底部
−底部は基本的にコンクリート製であって、鉄補強および耐圧被覆されている。
−媒体に接触する表面はイソフタル酸系ポリエステルにより被覆されて、コンクリートおよび鉄補強が腐食損傷を受けることを防止する。
−底部に取り付けられているパイプ全体もポリエステルまたはステンレス鋼である。
頂部および壁部
−頂部および壁部は基本的に軟鋼製である。
−取り付けられているパイプ全体もポリエステルまたはステンレス鋼である。
他の部材
−撹拌要素はステンレス鋼製である。
−加熱要素は軟鋼製である。
−タンク内部のその他のすべての要素はステンレス鋼または軟鋼製である。
運転条件は、例えば以下の条件を含むいずれかの好適な条件であってよい。
媒体:あらゆる種類の動物排泄物、主としてブタスラリー。浸軟されたエネルギー農作物。ある種の有機廃棄物、CaO、有機酸。
運転温度:35〜56℃
運転ガス組合せ:65%CH4、33%CO2、2%その他のガス
インシュレイションk−値:0.25W/m2K、熱損失は10kWと推定される。
運転最大圧力:+20ミリバール(絶対圧)(無減圧)
媒体中の最大粘度:12%TS
塩基/酸範囲:5〜10pH
媒体中の磨耗性成分(例えば砂):1〜2%
加熱要素内の最高温度:80℃
加熱要素内の最大効率:600kW
伝達効率:7.5kw/20〜25rpm
分解は、約55℃にて運転される。熱損失は約10kWと推定される。
タンク内のバイオマスは、14日間で5℃から55℃へ加熱することができ、pH調整のために酸を添加することができる。
発酵装置内のpHを調整するための有機酸用のタンク(要素番号16)を設けることも好ましい。
デカンターの手前の脱ガスされたスラリー用のバッファータンク
発酵装置内での
バイオマスの分解に続いて、脱ガスされたバイオマスは、デカンター内で分離に付される前に、小さいバッファータンク(要素番号17)へポンプ送りされる。
デカンター装置
デカンター装置(要素番号18)の機能は、バイオマスから懸濁する固体(SS(suspended solids))およびリン(P)を取り出すことである。デカンターは、分解されたバイオマスを、2つのフラクション(i)リン(P)を含む固体成分およびii)廃水)に分ける。
び分解されたバイオマスのリン(P)含量の65〜80%が取り出される。デカンターでの分離前にバッファータンクへPAX(Kemira Danmark)を添加する場合、約95〜99%のリン(P)を取り出すことができる。固体フラクションは、シャフトなしスクリューコンベヤーによってコンテナーへ運ばれる。
廃水は0〜1%の懸濁固体および溶解カリウム(K)を含有する。懸濁固体はPAXの添加に依存する。廃水の主な成分は溶解したカリウム(K)であって、これはバイオマスの元々のカリウム(K)含量の約90%になる。廃水は廃水タンクへポンプ送りされる。
デカンター装置から、固体物質フラクション(通常、リン(P)フラクションと称される)は、リン(P)フラクション移送システム(要素番号19)を形成するベルトおよびコンベヤースクリューによって、一連のコンテナへ移送することができる。
共通のコンベヤーバンドはリン(P)フラクションを貯蔵所へ送り、そこでリン(P)フラクションは大量に溜められて、コンポストシートにより被覆され、コンポストにされる。コンポスト化プロセスは、リン(P)フラクションをさらに乾燥させ、d.m.含量を50−60%へ増加させる。
廃水からアンモニアを効率的にストリッピングすることが好ましく、残留レベルは約10ミリグラムNH4−N/リットルまたはそれ以下であることが好ましい。
第2の窒素(N)ストリッピング工程は、周囲圧力にて操作されるスチームストリッパーを用いて行うことが好ましい。ストリッパー原理の利点は、アンモニアと水との沸点差による。100℃に近い温度ではアンモニアの抽出(extraction)が最も効率的である。フィードを加熱するためにエネルギーを用いることは、本質的な運転パラメーターである。従って、ストリッパー装置はフィードを、フィードがストリッパー塔に入る前に、100℃近くまで予熱することになる。これはスチーム−水熱交換装置における電動発電装置からのスチーム(または温水およびスチームであってもよい)を用いることによって提供される。
塔の底部から、アンモニアを含まない水がレベル調整される出口ポンプへポンプ送りされる。
ストリッピングされたアンモニアは、2工程の洗浄凝縮器の底部へ送られ、そこでアンモニアガスは向流の冷却されたアンモニア凝縮物中で最初に凝縮する。凝縮しなかったアンモニアガスはその後向流の純水中(最終的逆浸透工程からの透過液であってよい)で凝縮する。酸の使用が望まれるかまたは必要とされる場合、この段階で硫酸を使用することが適切である。このようにして最終的なより高いアンモニア濃度を達成することができる。
(第1および第2の窒素(N)ストリッピングと共に用いる)アンモニア吸収塔
酸を添加することに関して融通性を得るために、凝縮洗浄器を用いる。塔(要素番号21)は2つの部分から構成され、第1のセクションで凝縮されないアンモニアのフラクションを、その後第2セクションで凝縮させることが好ましい。水の添加を可能な限り制限するように、完全向流で行われる。これにより最終的な凝縮物の最大アンモニア濃度(25%以上)が達成される。アンモニア生成物は別のポンプによってポンプ送りされるか、または循環ポンプのバルブから取り出すことができる。吸収は、水向流の中に硫酸を添加することによって支援することもできる。
硫酸タンクは、窒素(N)ストリッピングプロセス(要素番号22)で用いられる硫酸を貯えるために用いられる。
NSタンク
NSタンク(要素番号23)は、ストリッピングした窒素(N)を貯えるために用いられる。
ガス貯蔵所
例えば電動発電装置に供給するためのバッファーストア(bufferstore)として、ガス貯蔵所(gas store)(要素番号24)を形成することが好ましい。
廃水タンク
デカンター装置からの廃水は、廃水タンク(要素番号25)へポンプ送りすることが好ましい。廃水タンクには、静的に操作される水中に沈められたマイクロフィルターが設けられている。マイクロフィルターは、0.01〜0.1μm以上の粒状物を除去する。膜には、0.2〜0.6バールの負圧が形成される。従って、粒状物を膜表面に残して、透過液は膜を通して吸われる。膜の詰まりおよびスケーリングを防止するため、膜表面の被覆を周期的にバックウォッシュ処理によって除去する必要がある。
マイクロプロセサー制御装置は、透過液の抽出およびバックウォッシュ処理を自動的に制御する。抽出は、例えば300秒の運転時間毎に35秒でバックウォッシュ処理することによって周期的に中断される。総流量は、2〜6m3/時間である。
このタンクから、透過液を、
・動物小屋、水路、スラット等の洗浄、
・更なる分離。溶解したカリウム(K)は逆浸透によって濃縮され、カリウム(K)フラクションは独立したサイレージタンクに貯蔵される。動物小屋を洗うための水はこの透過液から採取することができる。
・カリウム(K)は、他の手段、例えば機械的またはスチーム圧縮によって濃縮することもできる。これは、特定のプラントそれぞれの選択およびスチーム圧縮に利用できる過剰な熱の量に依存する。
微細濾過からの濃縮物を含む廃水タンクは、規則的な間隔で空にされ、粒状濃縮物が除かれる。これは、デカンターからのカリウム(K)フラクションまたはリン(P)フラクションに加えられる。
カリウム(K)タンク(要素番号26)は、カリウム(K)濃縮物(濃厚化物)を貯蔵する目的を果たす。
ガス清浄化
発酵装置において製造されたバイオガスは、微量の硫化水素(H2S)を含み得る。これは、バイオガスを、熱電併給プラントにて燃焼させる前に除去する必要がある(要素番号27)。
ガスは、特定種の好気性細菌のH2Sをスルフェートへ酸化する能力を利用して清浄化される。その種は、主として特定の陸地および海洋環境から知られるチオバチルス属(Thiobacillus)種であってよい。他の種、例えばThimicrospiraおよびSulfolobus等を用いることもできる。
熱電併給プラント(CHP)
CHP(要素番号28)中の主たる要素は、例えば電力製造のための発電機に接続されるガス燃焼エンジンであり得る。CHPのための主たる優先事項は、熱と比べて、できるだけ多くの電力を製造することである。
エンジンは、水循環路(90℃)によって冷却することが好ましく、熱はプラントプロセスにおいて用いられ、例えば動物小屋の加熱に用いられる。
上記発電セットに加えて、蒸気ボイラーが取付けられる。このボイラーは、プロセスを開始するための熱の生産のために用いられ、さらに発電セットのバックアップとして用いられる。
プラントプロセス(発酵装置タンクの加熱)等を始めるためには、油燃焼式ボイラーによって熱は供給される。ガスの生産が達成されると、油燃焼装置はガス燃焼装置に切り替えられる。エンジンを始動させるために十分なガス生産がなされると、エンジンは熱生産を引き継ぐ。
カリウムの分離
廃水からのカリウムを分けるために少なくとも2つの代替手段が可能である(要素番号29)。比較的高いレベルのバイオガス生産では、電動発電装置によって過剰の熱(160℃のスチーム)を生産し、これをカリウム(K)の濃縮に用いることができる。栄養分を含まない留出物は、土地の潅がいに用いることもできるし、またはプラント全体を通してリサイクルすることもできる。
第2の特徴(BSEプリオン)
第2の好ましい特徴において、本発明を適用することによって、排泄物、飼葉、屠殺場廃棄物、肉および骨粉等の中に含まれるBSEプリオンを除去および/または実質的に低減させることができる。これは、前処理および分解(digestion)の組合せによって達成される。
上述したようなこの要素には、BSEプリオンを含む材料の追加的な前処理用デバイス、例えば石灰を用いた加圧・加熱処理装置を追加することができる。石灰を用いた加熱処理装置を用いてプリオン含有材料を含む種々の有機物質を加水分解することができる。
第3の好ましい特徴において、本発明を適用することによって、動物排泄物から主要な栄養分の窒素(N)およびリン(P)を分離し、そして商業的または「有機」品質の肥料生成物へ栄養分を精製することができる。これは、第1の特徴の要素にデカンター遠心分離機を組み合わせることによって達成される。
窒素(N)およびリン(P)は、スラリー中の主要な栄養分であって、動物飼育においてしばしば過剰である。窒素(N)はストリッピングされ、残る分解スラリー中にPを残す第1の特徴に記載したように、集められる。しかしながら、デカンター遠心分離機に付した場合、リン(P)は有機固形分および無機固形分と共にスラリーから除去される。
追加的に組み合わせられる膜エアレーションおよび濾過によって、廃水からカリウム(K)を抽出することが可能である。簡単には、セラミックマイクロフィルターを同時にディフューザおよびフィルターとして使用する。フィルターは廃水中に沈められ、エアレーションおよび濾過の断続的な期間で動作する。エアレーションにより残存する有機物質が分解し、無機凝集物が生成する。処理された水は、詰まりおよびスケーリングが防止されているので、膜濾過に好適である。また、同じ膜を通してエアレーションが行われることにより(air back flushing)、膜の詰まり及びスケーリングが防止される。
第1の特徴の下のように、動物小屋を通して廃水を再循環することもできる。
リン(P)フラクションはさらに乾燥するのに適しており、商業的に価値のある粒状物が生成する。窒素(N)およびカリウム(K)フラクションも同様に商業的価値を有する。
第3の好ましい特徴は、特に、スラリーおよび他の有機物質中に含まれる主要な栄養素の窒素(N)およびリン(P)(ならびにカリウム(K))を濃縮して、商業的価値を有する肥料生成物とするよう構成される。
凝集物中に存在する場合のリン(P)は、デカンター遠心分離機によってストリッピングされることになることを強調することが重要である。
それらは、各栄養分の特定の必要性に従って土地へ用いられ、加えることができる。デカンター遠心分離機の後方で回収される廃水を、動物小屋を通して再循環させることも可能である。畜舎の床およびスラットの清浄化は、良好な屋内環境、減少したアンモニアおよび他のガス放出、スラリー水路を頻繁に洗い流すことに関する追加的な利点と同様に達成される。
システム全体を農業従事者に提案することができ、一方で、他の部分をそれらの状況により好適ないずれかの組合せに合致させることができ、非常に満足できるものである。いずれの場合にも、実際の農業に興味深いのは、デカンター遠心分離機を利用する窒素(N)ストリッピングである。
従って、課題は、廃水を処理して膜濾過に好適なようにし、上述のように50〜60%よりも大きな体積の減少を行うことである。この課題は、新しい状況で、よく知られ、安価でしっかりした技術を用いるものである。
スラリーのエアレーションはよく知られており、2〜4週の間の大気中空気によるエアレーションを行うと、好気性の分解が得られる。
エアレーションは以下のことを達成する:
最初に、残存するアンモニアをストリッピングし、約20℃のいわゆる低温ストリッピングによって吸収塔(前処理の間に用いるものと同じであってよい)内で集める。約1:2000のより大きな液体−ガス比が必要とされる(Liao等1995年)。
3番目に、ストリッピングの後に残存する可能性のあるアンモニアを硝酸塩へ硝化する(Argaman Y.1984年;GnencおよびHarremos1985年)。
このエアレーションは、新しい排水技術、即ちセラミックフィルターを用いてエアレーションと濾過とを組み合わせる微細濾過(micro-filtration)原理を用いることによって、濾過と組み合わせられる(Bouhabila等1998年;Scott等1998年;Zaloum等1996年;Engelhard等1998年)。エネルギー効率のよいエアレーションおよび濾過は、1つの操作で達成される。エアレーションはさらに、「エア・バック・フラッシング(air back flushing)」によってセラミック膜の清浄化に用いられる(Visvanathan等1997年;Silva等2000年)。
膜濾過が使用されない場合であっても、最終的なアンモニアのストリッピングによっておよび残存する臭気成分の除去によって、エアレーション自体を用いる動機となり得る。
この好ましい特徴の主要なデバイスは、ストリッパータンクおよび石灰を用いた加熱処理装置、ならびに融通性があり、多段階(最低で3段階)プロセス構成されるバイオリアクターからなる前処理装置である。
本発明の第4の好ましい特徴において、あらゆる種類の動物排泄物、エネルギー農作物、農作物残留物および他の有機廃棄物を含む広範な有機物質から大量のバイオガスを製造することに本発明を適用することができる。
窒素(N)分に富み、分解しにくい(recalcitrant)材料、例えば家禽の排泄物と厩肥等は、石灰を用いた加熱処理装置で前処理をされる。処理された材料は、ストリッパータンクおよびそれに続く反応装置に入る前に、中温反応装置で前分解される。
前分解によって、容易に利用できる有機物を分解し、窒素(N)がアンモニアとして溶液中に放出されることが確保される。窒素(N)の大部分はこのようにしてストリッパータンクに集められ、分解しにくい(recalcitrant)有機物質はエネルギープラントのそれに続く反応装置で分解される。別法として、材料の質に応じて、反応装置における分解の前に、ストリッパータンクの中に直接入れることもできる。結果は、大量のバイオガス、すなわちスラリー中に含まれているよりも5〜10倍も大きなエネルギーが得られるというものである。
本発明の有機物質は、特に高温温度条件でバイオガスプロセスを抑制するアンモニアについてストリッピングされる(Hansen等1998年;Krylova等1997年;Kayhanian1994年)。アンモニアは、バイオマスも加水分解等される前処理の間にストリッピングされる。
この2段階原理に加えて、家禽排泄物および同様の窒素(N)含有バイオマスの予備的分解に、プラントはさらに別の反応装置を利用することができる。エネルギー農作物も、エネルギープラントでさらに処理される前に、この反応装置において分解される。この第1の分解の間、容易に利用できる有機物の主要なフラクションは分解し、窒素はアンモニアの形で溶液中に放出される。窒素はストリッパータンクでストリッピングされ、窒素(N)フラクション内に集めることができる。
ストリッピングおよび加水分解によって、前処理について説明しているように、分解しにくい繊維を分解に利用することができる。主バイオガスプラントにおいて続く分解によって、最大のガス収率が確保される。
第5の好ましい特徴において、本発明を適用して、動物小屋に飼育される動物の最適な快適性および健康を確保することができ、同時に、ダストおよびアンモニアのようなガスの放出を減らすことができる。これは、小屋、床、スラット、排泄物水路等を清浄化およびすすぐ目的で、動物小屋の中を通して廃水を洗い流しまたは再循環させることによって達成することができる。これによって、悪臭、アンモニアおよびダストを屋内空気に放出し得る表面を減らすことができる。
このシステムによって、さらに、ダストおよびアンモニアの放出を増大することなく、わらを使用することができる。わらは、特にブタによって、しかし他の動物にとっても、実質的に快適な要素である。
より好ましい特徴において、本発明の核心的特徴に、上述した他の特徴を組み合わせることは好ましい。第1の特徴にはすべての組合せが含まれることが好ましい。
向上したバイオガス生産のための方法であって、
i)排泄物を含む有機物質およびそのスラリーからアンモニアを含む窒素(N)をストリッピングし、場合によって有機物質を加水分解すること、
ii)そのようにして得られる有機物質をバイオガス発酵装置へ送ること、ならびに
iii)有機物質の発酵からバイオガスを得ること
の各工程を含む方法。
上記の方法は、デカンター遠心分離機を含む分離ステップのバイオガス発酵に起因する固体の分離工程をさらに含むことができる。好ましくは粒状化された形態のリン(P)および/またはカリウム(K)の分離されたフラクションは、この分離から得られる。
別の好ましい態様では、アンモニアを含む窒素(N)のストリッピング工程は、好ましくは熱加水分解工程および/またはアルカリ加水分解工程を含む工程と、同時に、または続いて、任意の順序で行うことができ、そこでは、いずれか1つの又は2つの工程が、上述したように、上昇した温度および/または高められた圧力にて行われる。
もう1つの態様では、上述の好ましい態様は、畜舎または動物小屋内に十分に高い衛生性基準を達成することに伴う問題点を解決する。これは、排泄物を含む有機物質およびそのスラリー中に存在する、BSEを伴うプリオンおよび/または望ましくない微生物を除去および/または低減することによって解決する。
本発明はまた商業的に受け入れることができる安価な肥料を提供する。これは、前処理の後のデカンター遠心分離によって、アンモニアストリッピング並びにリン(P)含有粒状物及びカリウム(K)含有粒状物の分離と、好ましくは熱及びアルカリ加水分解を含む窒素(N)ストリッピングによって達成される。
i)固体及び/又は液体部分を含む有機物質を供給する工程、
ii)前記有機物質中の生存可能な微生物及び/又はBSEプリオンの数を、前記有機物質を以下の処理;
a)石灰を用いた加熱処理、及び/又は
b)前記有機物質を、所定の温度で加熱及び/又は所定の圧力へ加圧及び/又は塩基若しくは酸の添加に付する処理、及び/又は
c)有機物質の少なくとも一部に加水分解を生じさせる処理
[ここで、上記処理a)、b)及びc)は同時に行ってもよいし、或いは任意の順序で順次行ってもよい。]
に付することによって減らす工程、並びに
iii)少なくとも生存可能な微生物及び/又はBSEプリオンの数の減少した処理済みの有機物質を得る工程
を含んでなる方法を提供する。
石灰を用いた加熱処理工程は有機物質の殺菌を果たすことができ、その場合に、この工程を生存できる微生物はない。石灰は、CaOまたはCa(OH)2を本質的に含むか、または本質的に成ることが好ましい。
有機物質中に存在するBSEプリオンまたは他のプリオンのいずれも、殺菌プロセスによって破壊または除去することができる。上述の工程の後で、微生物および/またはプリオンは、例えば90%の減少、80%の減少、70%の減少、60%の減少、または好ましくは少なくとも50%の減少である。
有機物質が植物起源である場合、窒素(N)ストリッピングに送られる前に、貯蔵(ensilage)することもできる。植物起源の貯蔵された有機物質は、窒素(N)ストリッピングの前に発酵させることができる。貯蔵すべき有機物質には、ビート、トウモロコシ、クローバー草などの年次飼葉農作物が好ましくは含まれ、場合によって植物の頂部も含まれる。
CaOを含む加えられる石灰の量は、好ましくは、乾燥物質1kg当たり約2〜約80g、例えば乾燥物質1kg当たり約5〜約60g、例えば乾燥物質1kg当たり約10〜約80g、例えば乾燥物質1kg当たり約15〜約80g、例えば乾燥物質1kg当たり約20〜約80g、例えば乾燥物質1kg当たり約40〜約80g、例えば乾燥物質1kg当たり約50〜約80g、例えば乾燥物質1kg当たり約60〜約80gであってよい。
操作条件の他の例は、約180℃〜約200℃の間の温度が含まれ、圧力は約10バールから好ましくは約16バール以下であり、pHレベルは約10から約12へ、そして操作時間は少なくとも約5分から好ましくは10分である。
アンモニアを含むストリッピングされた窒素(N)は、タンクで貯えられる前に、場合によって塔で吸収されることが好ましい。アンモニアを含むストリッピングされた窒素(N)は、場合によってタンク内に貯蔵される前に、水または酸性溶液、好ましくは硫酸を含む塔内で吸収することが好ましい。
i)前記有機物質中の、生存可能な微生物及び/又はBSEプリオンの数を、以下の処理:
a)石灰を用いた加圧・加熱処理、及び/又は
b)前記有機物質を、所定の温度で加熱及び/又は所定の圧力へ加圧及び/又は塩基若しくは酸の添加に付する処理、及び/又は
c)有機物質の少なくとも一部に加水分解を生じさせる処理
[ここで、上記処理a)、b)及びc)は同時に行ってもよいし、或いは任意の順序で順次行ってもよい。]
に付することによって、除去、不活性化及び/又は減少させる工程、
ii)前記処理済みの有機物質から、アンモニアを含む窒素(N)をストリッピングする工程、
iii)窒素(N)ストリッピングした有機物質をバイオガス発酵装置へ転じる工程、
iv)窒素(N)ストリッピングした有機物質を発酵させる工程、並びに
v)生存可能な微生物及び/又はBSEプリオンの数が少なくとも減少した発酵させた有機物質及びバイオガスを得る工程
を含んでなる方法が提供される。
発酵から得られる有機物質中にBSEプリオンは存在しないことが好ましい。
好ましい態様では、温度は50℃以上、例えば55℃以上、例えば60℃以上が好ましい。
有機物質は、固体および/または液体部分、例えば排泄物およびそのスラリー、農作物の残余、サイレージの農作物、動物の死体もしくはその一部、屠殺場廃棄物、肉および骨粉をいずれかの組合せにて含むことができる。1つの態様において、有機物質は、最大で50%の固体成分、例えば最大で40%の固体成分、例えば最大で30%の固体成分、例えば最大で20%の固体成分を含む。有機物質は、液体状態であってもよいし、または最大で10%の個体成分を有することもできる。
有機物質は、牛、ブタおよび家禽の飼育場からの、厩肥または動物の排泄物を特に含むことができる。
さらに、動物性有機物、例えば、BSEプリオンもしくは他のプリオンが存在する可能性に関する危険がある(またはない)、動物の死体もしくはその一部、屠殺場廃棄物、肉および骨粉、血しょうまたはそのような動物起源の生成物などを用いることができる。
有機物質は、石灰を用いた加圧・加熱処理装置で処理される前に、好ましくは浸軟装置が備えられており、好ましくは耐食性および耐酸性材料でできているスクリューコンベヤーを用いて、処理することができる。コンベヤーは石灰を用いた加熱処理装置の中へ有機物質を移送し、そこで有機物質は、スチーム注入によってまたは石灰を用いた加熱処理装置の周りのケープ内のスチームによって、またはそれらの組合せによって、加熱される。
液体スラリーの形態の有機物質は、低濃度の固体成分、好ましくは10%以下固体成分を含む水および/または水を添加することによって得ることができる。加えられた水は、リサイクルされた水、サイレージのプラントから得られた有機物質を低濃度で含む水、および/または畜舎の清浄化および/または動物の清浄化および/または窒素(N)ストリッピング工程前の発酵から得られる水、および/または1又はそれ以上のバイオガス製造プラントから得られる水、および/またはリン(P)肥料の濃縮の間に得られる水、および/またはカリウム(K)肥料の濃縮の間に得られる水、および/または雨水を集めた水であってよい。
有機物質中に存在する尿酸および/または尿素のいずれかまたは大部分はアンモニアへ転化され、場合によってアンモニアは上述したように塔へ集められ、吸収されることが好ましい。
石灰を用いた加圧・加熱処理以外の追加の工程は、中温および/または高温発酵である。さらに、石灰を用いた加圧・加熱処理で処理された有機物質は、それから有機物質が窒素(N)ストリッピング工程に付される前または後に、中温および/または高温発酵用プラントに送られる。
発酵は、好ましくは約15℃から好ましくは約65℃以下の温度、好ましくは約25℃から好ましくは約55℃以下の温度、例えば約35℃から好ましくは約45℃以下の温度にて行うことが好ましい。
発酵は、約5日から好ましくは15日以下、例えば約7日から好ましくは10日以下の期間で行うことが好ましい。
1つの態様では、バイオガスの生産は、二つのプラントにおける嫌気性細菌による発酵により行われることが好ましく、すなわち、最初に第1のプラントにて高温発酵細菌による発酵を行い、それから高温発酵させた有機物質を第2のプラントへ送り、そこで中温発酵細菌による発酵が行われることが好ましい。
中温発酵条件は、20℃〜45℃の範囲の温度、例えば30℃〜35℃の範囲の反応温度を含むことが好ましい。高温反応および中温反応は、約5〜15日、例えば約7〜10日で行うことが好ましい。
バイオガス生産の間に、溶液または懸濁液中で有機物質と無機物質との間にカルシウムブリッジを形成することができるカルシウムイオンを添加することによって、粒状物および物質の望ましい凝集が達成され、ここでカルシウムブリッジにより粒状物の「フロック(flocks)」が形成される。カルシウムイオンの添加は、溶解しているリン(P)(PO4 3−)を含む正リン酸塩の沈殿をさらにもたらす。これはリン酸カルシウム(Ca3(PO4)2として沈殿することが好ましく、沈殿したリン酸カルシウムは、スラリー中に懸濁した
状態で残存することが好ましい。
バイオガス生産からおよび固体成分からの分離によって得られる廃水は、サイレージの発酵でおよび/または石灰を用いた加圧・加熱処理プロセスでおよび/または窒素(N)ストリッピングプロセスでおよび/またはバイオガスプラントでおよび/または畜舎のクリーニングでおよび/または地面への散布でおよび/または常套の排水処理プラントで再利用することが好ましい。
ある態様では、廃水が最初にスラリー中に含まれていた10%以下の窒素(N)およびリン(P)を含む場合に受け入れられる。
もう1つの特徴では、得られる廃水を、水中の窒素(N)及びリン(P)含量を低下及び/又は除去することができ、好ましくは残存する有機物質及び臭気物質を分解し、本質的に窒素(N)及びリン(P)を含まない廃水を得ることができる好気性の処理システムにて処理し、前記廃水は適当なときに農地へ散布し、又は畜舎に再循環することができるきれいな廃水を製造する方法が提供される。
このようにして処理された廃水を用いて動物小屋を清浄化することができることによって、畜舎を得られた廃水によって清浄化することを含む、動物用の動物小屋または畜舎における衛生性を向上させる方法が提供される。清浄化には、小屋、床、スラット、排泄物用水路、天井、換気水路、スクラビング排気空気等を清浄化およびすすぐこと、ならびに臭気、アンモニアおよびダストが畜舎を含む所定の地域から周囲環境へ放出されうる表面積を減らすことが含まれる。
本発明のもう1つの特徴では、畜舎内のわらを利用して、動物に掘ること、作業物質、構造的飼料を提供することにより、畜舎内の動物の快適さを向上させる方法が提供される。有機物質を含むわらは畜舎から石灰を用いた加圧・加熱処理装置へ送られ、更に処理する前に有機物質を加水分解する態様も好ましい。また、畜舎内の動物の快適さを向上させる他の全体的な目的は、微生物の数及び動物の毛皮内に付着するダストを減らし、同時に動物の体温を下げるために、動物にスプレーできるという可能性にある。
本明細書において記載する一体化された方法は、
i)動物、好ましくは、乳牛、豚、畜牛、馬、山羊、羊及び/又は家禽等を含む家畜を飼う及び/若しくは繁殖させるための第1のデバイス、すなわち好ましくは畜舎若しくは動物小屋(animal house)、及び/若しくは
ii)第2のデバイス、好ましくは有機物質を前処理するための少なくとも1つの前処理プラントであって、前記有機物質には、好ましくは、動物の排泄物及び/若しくは動物スラリー及び/若しくは植物の一部(植物の一部には、わら、農作物、農作物残留物、貯蔵植物、エネルギー農作物の1種又はそれ以上が含まれる)、場合によって、BSEプリオン若しくは他種のプリオンが存在する可能性のおそれがある若しくはおそれのない動物の死体若しくはその一部、屠殺場廃棄物、肉及び骨粉、血しょう、又は動物から得られるそのような生成物が更に含まれ、及び/若しくは
iii)有機物質を含んでなるバイオマスから向上した量のエネルギーを発生させる第3のデバイスを含んでなるシステムであって、
第1のデバイスは、
a)床、屋根、スタイ、排泄物用水路、スラリー水路、動物、畜舎若しくは動物小屋の換気用水路の1又はそれ以上を清浄化するためのシステムであって、清浄化には清浄化水を用いることが含まれるシステム、
b)清浄化水を、場合によって、畜舎若しくは動物小屋から第2のデバイスへ有機物質及び清浄化水を含むスラリーの形態で、移送するシステムを含んでなり、第2のデバイスは、
a)i)第1のデバイスから第2のデバイスへ送られるスラリーからアンモニアを含む窒素(N)をストリッピングし、又はii)第2のデバイスの追加の前処理タンクから送られる有機物質からアンモニアを含む窒素(N)をストリッピングするための第1の前処理タンク、好ましくはストリッパータンクであって、場合によって有機物質の加水分解に用いることもできるタンク、及び/若しくは
b)第1のデバイスから第2のデバイスへ送られる有機物質を含んでなるスラリーを加水分解するための第2の前処理タンク、好ましくは石灰を用いた加圧・加熱処理装置であって、その加水分解によってスラリー中に存在する生存可能な微生物及び/又は病原性物質又はその一部の数を減らし及び/若しくは不活性化させ、及び/若しくは除去することを含んでなるタンク、及び/若しくは
c)コーン/トウモロコシ、エネルギー農作物、ビート及び農作物残留物の少なくとも1つを含んでなる貯蔵植物物質を形成するための少なくとも1つのタンク、好ましくはサイレージタンク、及び/若しくは
d)少なくとも1つの第2のタンク、好ましくは貯蔵植物及び/若しくは石灰を用いた加圧・加熱処理をされた有機物質を発酵させ、その中の発酵条件は、中温発酵条件及び/若しくは高温発酵条件から選ばれる前処理発酵タンク
を含んでなり、第3のデバイスは、
a)中温発酵条件及び/若しくは高温発酵条件のいずれかの下で有機物質を発酵させるための第2のデバイスから、スラリー及び/若しくは有機物質を送ることができる少なくとも1つのバイオガス発酵装置であって、前記発酵によって主としてメタンガスを含むバイオガスを生産することができるバイオガス発酵装置、
b)バイオガスを集めるための少なくとも1つのタンクであって、場合によってバイオガス分配のための出口又はガスエンジンへ接続されるタンク、
c)少なくとも1つの第1のセパレータであって、好ましくは遠心式デカンタであり、少なくとも1つのバイオガス発酵装置からの発酵物質を、廃水の形態である本質的に液体のフラクションと、本質的に固体のフラクションとに分離し、その固体のフラクションは有機物質及び無機物質を含む固体リン(P)を含んでなる、セパレータ、
d)少なくとも1つの第2のセパレータであって、好ましくはセラミックミクロフィルターであり、少なくとも1つの第1のセパレータからの廃水を、好ましくはエアレーション及び濾過によって更に処理し、その処理によって、臭気成分、窒素(N)化合物及びカリウム(K)化合物の1種又はそれ以上のものの少なくとも一部、好ましくは大部分を除去し、その分離によって更に、分離前と対比して減少した臭気成分、窒素(N)化合物及びカリウム(K)化合物の1種又はそれ以上のものを含む廃水を生じるセパレータ
を含んでなる。
少なくとも1つのサイレージタンク、少なくとも1つの前処理発酵タンク、少なくとも1つのバイオガス発酵装置、少なくとも1つの第1のセパレータ及び少なくとも1つの第2のセパレータの1つ又はそれ以上からの廃水又は液体フラクションを、動物小屋または畜舎の清浄化に再利用することが好ましい。
石灰を用いた加圧・加熱処理装置にてストリップしたアンモニアを含む窒素(N)を集めて、塔へ送り、上述のように吸収させることが好ましい。
システムは、石灰を用いた加圧・加熱処理された有機物質を、更にストリッパータンクへ送る前に、中温発酵タンクまたは高温発酵タンクへ送ることもできる。
システムは、高温反応条件および中温反応条件の両者を、少なくとも5〜15日間、例えば少なくとも7〜10日間、好ましくは少なくとも7日間で行うことができる。
システムは、バイオガス反応装置からの発酵させた有機物質の少なくとも一部をその特定の反応装置内で再利用し、発酵を行う微生物の個体群の接種材料として前記発酵させた有機物質を用いることができる。
システムは、第1のセパレータからの廃水を第2のセパレータで処理し、第2のセパレータは、第1のセパレータからの廃水を、エアレーション及び濾過、場合によって臭気成分の残留物、窒素(N)化合物の残留物及びカリウム(K)化合物の残留物の除去によって更に処理して、残留成分を本質的に含まない本質的にきれいな廃水とすることができる。
本発明のシステムまたは方法は:
システム内、特に動物小屋内のダスト、微生物、アンモニア、汚染空気、液体または他の成分を周囲環境へ放出することをなくするかまたは低減させることができる。
有機物質を含むバイオマス中に含まれるエネルギーの利用度を向上させることができる。
メタンガス及びメタン含有ガスを含むバイオガスの生産性を向上させ、前記ガスをタンク内に局所的に貯蔵し及び/又は前記ガスを商業的ガス供給網へ送ることができる。
商業的に価値があり、農業的作物及び園芸的作物に施肥するための肥料として用いることができる、窒素(N)、リン(P)肥料及び場合によってカリウム(K)の独立フラクションを、有機物質から取り出すことができる。
畜舎内の動物の快適さ及び衛生性を向上させ、そして畜舎からの産出物(output)を得ることができる。前記産出物には排泄物、スラリー及び屠殺する動物が含まれる。清潔な動物は、動物を屠殺する場合に肉が感染している可能性を低減させる。
動物の死体若しくはその一部、肉及び骨粉または動物の処理によって得られるその他のいずれかの生成物を、再生された肥料の形態で農地へ施すための方法を得ることができ、農業的及び園芸的植物生産における動物起源のマクロ形態またはミクロ形態の栄養分からの恩恵を受けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図2】 本発明のもう1つの好ましい態様を示す模式図である。
【図3】 本発明の更にもう1つの好ましい態様を示す模式図である。
【図4】 本発明の更にもう1つの好ましい態様を示す模式図である。
【図5】 本発明のシステムの好ましい態様の前半を示す模式図である。
【図6】 本発明のシステムの好ましい態様の後半を示す模式図である。
Claims (82)
- 有機物質中に存在する生存可能な微生物及び/又はプリオンの数を減らすための方法であって、
i)固体及び/又は液体部分を含む有機物質を供給する工程、
ii)前記有機物質を、以下の処理:
a)有機物質の加水分解を生じる100℃〜220℃の範囲の温度での石灰を用いた加圧・加熱処理であって、石灰はCaOおよび/またはCa(OH)2である処理、及び
b)前記石灰を用いて加圧・加熱処理した有機物質からアンモニアをストリッピングする処理に付する工程、並びに
iii)生存可能な微生物及び/又はプリオンの数の減少した処理済みの有機物質を得る工程を含んでなり、
前記ii)の工程に関連して添加される石灰が溶解した正リン酸塩を沈殿させる、方法。
- 処理済みの有機物質をバイオガス発酵装置へ転じる工程、処理済みの有機物質を発酵させる工程及びバイオガスを得る工程を更に含む請求項1記載の方法。
- 農業用地に、処理済みの有機物質を加える工程を更に含む請求項1記載の方法。
- 農業用地に、処理済みの有機物質の発酵から得られる残留物を加える工程を更に含む請求項2記載の方法。
- 微生物は、動物起源の感染症病原菌および人畜共通病原体から選択される請求項1記載の方法。
- 微生物は、伝染性微生物及び寄生性病原体微生物から選ばれる請求項1記載の方法。
- 固体部分及び/又は液体部分を含む前記有機物質は、有機質肥料及びそのスラリー、農作物残留物、貯蔵農作物、動物の死体若しくはその一部、屠殺場廃棄物、肉及び骨粉、並びにそれらの組合せから選ばれる請求項1または2記載の方法。
- ストリッパータンク内で、有機物質をアンモニアストリッピング工程に付する前に、有機物質を、石灰を用いて加圧・加熱処理することによってバイオガス生産を更に向上させる請求項2記載の方法。
- 石灰を用いて加圧・加熱処理した有機物質を、アンモニアストリッピング工程に付する前に、発酵させる請求項8記載の方法。
- 植物起源の有機物質を、アンモニアストリッピング工程に転じる前に、貯蔵する請求項2記載の方法。
- 貯蔵した植物起源の有機物質を、アンモニアストリッピング工程の前に、発酵させる請求項10記載の方法。
- 最初に、有機物質に所定量の石灰を添加して40℃以上の温度にてpH値を9以上に上昇させることによって、アンモニアストリッピング工程を行う請求項8記載の方法。
- pH値は10以上である請求項12記載の方法。
- pH値は11以上である請求項12記載の方法。
- 温度は50℃以上である請求項12記載の方法。
- 温度は60℃以上である請求項12記載の方法。
- アンモニアストリッピング工程の操作時間は2〜15日である請求項12記載の方法。
- アンモニアストリッピング工程の操作時間は4〜10日である請求項12記載の方法。
- アンモニアストリッピング工程の操作時間は6〜8日である請求項12記載の方法。
- pHレベルは8〜12であり、温度は70℃〜80℃であり、液体の気体に対する割合は1:400以下であり、アンモニアストリッピング工程の操作時間は7日である請求項8記載の方法。
- 有機物質は最大で50%(W/V)の固体部分を含む請求項12記載の方法。
- 有機物質は最大で30%(W/V)の固体部分を含む請求項12記載の方法。
- 有機物質は最大で10%(W/V)の固体部分を含む請求項12記載の方法。
- ストリッピングしたアンモニアを、タンクに貯蔵する前に、塔に吸収させる請求項12記載の方法。
- 塔は水又は酸性溶液を含む請求項24記載の方法。
- 酸性溶液は硫酸を含む請求項25記載の方法。
- 石灰を用いた加圧・加熱処理によってストリッピングしたアンモニアも、タンクに貯蔵する前に塔に吸収させる請求項24記載の方法。
- 有機物質の石灰を用いた加圧・加熱処理を、120℃〜220℃の温度、2バール〜20バールの圧力で、pH値を9から12とするのに十分な石灰を添加し、少なくとも1分から60分以下の石灰を用いた加圧・加熱処理の操作時間にて行う請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
- 温度を180℃〜200℃の範囲とし、圧力を10バールから16バール以下とし、pHレベルを9から12とするのに十分な石灰を添加し、石灰を用いた加圧・加熱処理工程の操作時間を少なくとも5分から10分以下とする請求項28記載の方法。
- 有機物質は、牛類、豚類及び家禽類からの排泄物又は厩肥を更に含む請求項28記載の方法。
- 有機物質はBSEプリオン若しくは他種のプリオンを構成するタンパク質を含んでなり、BSEプリオン若しくは他種のプリオンを、石灰を用いた加圧・加熱処理工程にて除去する請求項28記載の方法。
- 有機物質は、わら、繊維分又はおがくずを更に含む請求項28記載の方法。
- 有機物質は、10%(w/w)以上の繊維分を含む請求項28記載の方法。
- 有機物質は、セルロース及び/又はヘミセルロース及び/又はリグニンを含む炭水化物複合体を10%(w/w)以上の含量で含む請求項28記載の方法。
- CaOを2〜80g/kg(乾燥物質)の量で添加する請求項28記載の方法。
- CaOを5〜60g/kg(乾燥物質)の量で添加する請求項28記載の方法。
- 石灰を用いた加圧・加熱処理の前に、有機物質を浸軟する請求項28記載の方法。
- 浸軟装置を備えたスクリューコンベアによって、有機物質を浸軟させ、有機物質を石灰を用いた加圧・加熱処理装置へ移送し、該石灰を用いた加圧・加熱処理装置にて、スチーム注入によって、石灰を用いた加圧・加熱処理装置まわりのケープ内のスチームによってまたはその両者によって、有機物質を加熱する請求項37記載の方法。
- 有機物質をアンモニアストリッピングに付する前に、石灰を用いた加圧・加熱処理装置内で処理した有機物質を、中温及び/又は高温発酵用の発酵装置に送る請求項28記載の方法。
- 発酵をバクテリア群によって行う請求項39記載の方法。
- 発酵は嫌気的発酵である請求項39記載の方法。
- 動物起源の有機物質は、窒素分(N)を10%(W/V)以上の量で含む請求項39記載の方法。
- 発酵を15℃から65℃までの温度にて行う請求項39記載の方法。
- 発酵を25℃から55℃までの温度にて行う請求項39記載の方法。
- 発酵を35℃から45℃までの温度にて行う請求項39記載の方法。
- 発酵を5日から15日までの時間にて行う請求項39記載の方法。
- 発酵を7日から10日までの時間にて行う請求項39記載の方法。
- 貯蔵する有機物質は、ビート、トウモロコシおよびクローバー草を含む動物飼料農作物を含んで成る請求項10記載の方法。
- バイオガス生産を、1又はそれ以上の発酵装置内で微生物によって行い、有機物質の嫌気的発酵を含む請求項2〜12のいずれかに記載の方法。
- 微生物は、メタンを生産し、および、有機物質を発酵させる場合のメタン生産と比べてより少量の二酸化炭素を生産するバクテリアである請求項49記載の方法。
- 有機物質の嫌気的細菌発酵によってバイオガス生産を2つの発酵装置で行い、最初に、第1の発酵装置で高温細菌による発酵を行い、その後、高温細菌による発酵を行った有機物質を第2の発酵装置へ送り、そこで中温細菌による発酵を行う請求項49記載の方法。
- 高温反応条件には、45℃〜75℃の範囲の反応温度が含まれる請求項51記載の方法。
- 高温反応条件には、55℃〜60℃の範囲の反応温度が含まれる請求項51記載の方法。
- 中温反応条件には、20℃〜45℃の範囲の反応温度が含まれる請求項51記載の方法。
- 中温反応条件には、30℃〜35℃の範囲の反応温度が含まれる請求項51記載の方法。
- 高温反応は、5〜15日で行う請求項51記載の方法。
- 高温反応は、7〜10日で行う請求項51記載の方法。
- 中温反応は、5〜15日で行う請求項51記載の方法。
- 中温反応は、7〜10日で行う請求項51記載の方法。
- ポリマー及び/又は植物油及び/又は1種又はそれ以上の塩を添加することによって、発泡する可能性を低減し及び/又は排除する請求項51記載の方法。
- 植物油は菜種油である請求項60記載の方法。
- 溶液中又は懸濁液中の有機物質と無機物質との間にカルシウムブリッジを形成することができるカルシウムイオンを添加し、該カルシウムブリッジが粒状物の凝集を形成することによって、バイオガス生産の間に粒状物及び物質の所望の凝集を達成する請求項49記載の方法。
- カルシウムイオンの添加によって、溶解したPO4 3−を含む正リン酸塩の沈殿を更に生じさせ、沈殿したリン酸カルシウムはスラリー中に懸濁させる請求項62記載の方法。
- 得られるバイオガスは、熱及び/又は電気を生産することができるガスエンジンへ送られる請求項62記載の方法。
- 熱は、石灰を用いた加圧・加熱処理処理装置及び/又は発酵プラント及び/又はアンモニアストリッパー反応装置及び/又は1又はそれ以上のバイオガス反応装置及び/又は1またはそれ以上の畜舎を加熱するために用いられる請求項64記載の方法。
- 電気は、配電のための商業用電力網へ送られ、販売される請求項64記載の方法。
- 微生物は、カンピロバクター菌及びサルモネラ菌を含む細菌、エルシニア属、カイチュウ属、ウイルス及びウイロイドを含んで成る請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
- 有機物質から窒素(N)含有肥料を生産する工程を更に含んでなり、その生産は、i)アンモニアストリッピング工程において有機物質からストリップされたアンモニアを集める工程、ii)前記アンモニアを、硫酸を含む酸性溶液又は水に吸収さ
せる工程、およびiii)窒素(N)肥料を得る工程を含んでなる請求項2〜12のいずれかに記載の方法。
- 有機物質からリン(P)含有肥料を生産する工程を更に含んでなり、その生産は、i)バイオガス発酵装置からのスラリーを第1の分離装置へ送る工程、ii
)発酵させた有機物質及び無機物質を液体フラクションと固体フラクションとに分離する工程、ならびに、iii)リン(P)の一部を、最初はスラリー中に懸濁された有機リン酸塩及びリン酸カルシウムCa3(PO4)2として含む固体フラクションであって、リン(P)肥料として用いることができる固体フラクションとして得る工程を含んでなる請求項2〜12のいずれかに記載の方法。
- 分離装置は遠心式デカンターである請求項69記載の方法。
- リン(P)を含む固体フラクションを乾燥させて、リン(P)肥料を含む粒状物を製造する請求項69記載の方法。
- 分離工程から得られる廃水は、窒素(N)及びリン(P)を0.1%(W/V)以下の含量で有する請求項69または70記載の方法。
- 廃水はストリッパータンクへ送られ、ストリッパータンク内で有機物質からアンモニアをストリップするために再利用される請求項72記載の方法。
- 畜舎を清浄化するために廃水を再利用する請求項72記載の方法。
- 廃水は、動物起源の病原菌、人畜共通病原体、伝染性細菌、寄生生物、BSEプリオン及び他種のプリオンを含まない請求項72記載の方法。
- スチームストリッパー内において、前記廃水からのアンモニアのストリッピングを行う工程を更に含む請求項69または70記載の方法。
- ストリップしたアンモニアを2段階凝縮装置で凝縮させる請求項76記載の方法。
- 第1の段階で、アンモニアを、向流の冷却したアンモニア凝縮物にて凝縮させる請求項77記載の方法。
- 第1の段階で凝縮されなかったアンモニアを、請求項69に記載の方法から得られた廃水からカリウム(K)を抽出するために用いられる逆浸透工程からの、向流の透過液により凝縮させる請求項78記載の方法。
- ストリッピングしたアンモニアを塔へ送り、第1のアンモニアストリッパータンクからのアンモニアを吸収させる請求項76記載の方法。
- 有機物質からカリウム(K)含有肥料を生産する工程を更に含んでなり、その生産は、i)第1の分離工程からの廃水のカリウム(K)含有液体フラクションを第2の分離工程へ送る工程、ii)該液体フラクションから残存する有機成分及び無機成分を分離する工程、iii)カリウム(K)を含む液体フラクションを得る工程を含んでなり、前記カリウム(K)を含む液体フラクションはカリウム(K)肥料として用いることができる請求項69または70のいずれかに記載の方法。
- 第2の分離工程は、カリウム(K)含有液体フラクションをマイクロフィルターに通して、廃水の濾過および断続的エアレーションを行うことを含んでなり、そのエアレーションによって、残存する有機物質を分解させ、及び無機性凝集粒状物を沈降させる請求項81記載の方法。
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