JP7095501B2 - 廃棄物処理施設の管理方法及び廃棄物処理施設の管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、回収した廃棄物を処理してメタンガスを発生させる廃棄物処理施設の管理方法及び管理装置に関する。

近年、家畜糞尿、食品残渣物等の廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成し、生成したバイオガスをガス発電機に供給して発電を行うバイオガス発電が注目されている。排出事業者から収集した廃棄物は、運搬車でバイオガス発電施設へ搬入されていた。バイオガス発電施設を運営している事業者は、廃棄物の受入費と、発電した電力の売電とにより収益をあげることができる。

従来、運搬車が積載している廃棄物の質や量は把握されておらず、バイオガス発電施設の運転状態に関係なく廃棄物が持ち込まれ、処理されていた。そのため、廃棄物の組成不良により発電不足になったり、廃棄物量が多過ぎて受け入れできなくなったりし、バイオガス発電施設を安定的に運用することが困難であった。

例えば特許文献１には、ごみ収集所に集められたごみの種類及び量についてのデータを情報センターで収集・管理し、そのデータを用いてごみ収集車の最適コースを決定してごみ収集車に伝送指示し、ごみ処理場にカロリー量の安定したごみを供給するシステムが開示されている。また、特許文献１には、過去のごみの収集データをベースとして、今回のごみの収集量及びカロリー量を予測し、ごみ収集所の選定を含むごみ収集計画の策定を行うことが記載されている。

しかし、特許文献１に記載の方法をバイオガス発電施設への廃棄物搬入に適用した場合でも、バイオガス発電施設の運転状態は考慮されず、バイオガス発電施設の収益性を十分に高めることができなかった。

特開２００２－６０００５号公報 特開２００５－３４８２８号公報 特開２００１－３３１５６０号公報 特開２００５－８３３９号公報 特開２００４－２６９１５０号公報

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、回収した廃棄物を処理してメタンガスを発生させる廃棄物処理施設を安定的に運転し、収益性を向上させることができる廃棄物処理施設の管理方法及び廃棄物処理施設の管理装置を提供することを課題とする。

本発明による廃棄物処理施設の管理方法は、廃棄物を湿式メタン発酵槽で処理してバイオガスを発生させ、該バイオガスを利用する複数の廃棄物処理施設の運転管理を管理装置によって行う管理方法において、廃棄物を排出事業者から回収したことの通知を前記管理装置が受信するステップと、前記通知の受信に伴い、前記管理装置が、前記複数の廃棄物処理
施設のそれぞれについて、該廃棄物を受け入れた場合の予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を計算するステップと、前記管理装置が、前記計算の結果に基づいて、回収した廃棄物の搬送先となる廃棄物処理施設を決定するステップと、前記搬送先として決定した廃棄物処理施設で、搬入された廃棄物の量を測定するステップと、前記管理装置が、廃棄物量の実計量値を取得し、該実計量値を用いて、予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を再計算するステップと、前記管理装置が、前記再計算の結果を用いて、次回の廃棄物回収の通知の受信に伴う予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益の計算を行うステップと、を備えるものである。

本発明の一態様において、予測バイオガス発生量から売電に伴う予測売電利益を算出し、該予測売電利益、前記廃棄物を受け入れる場合の受入価格、及び前記廃棄物の輸送コストに基づいて、前記予測収益を算出する。

本発明の一態様において、前記管理装置が、廃棄物処理施設に搬入した廃棄物を前記湿式メタン発酵槽に投入する量及び投入するタイミングを決定する。

本発明による廃棄物処理施設の管理装置は、廃棄物を湿式メタン発酵槽で処理してバイオガスを発生させ、該バイオガスを利用する複数の廃棄物処理施設の運転管理を行う管理装置において、廃棄物を排出事業者から回収したことが通知されると、前記複数の廃棄物処理施設のそれぞれについて、該廃棄物を受け入れた場合の予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を計算し、計算結果に基づいて、回収した廃棄物の搬送先となる廃棄物処理施設を決定する管理装置であって、廃棄物処理施設に搬入された廃棄物の量を測定する測定器から廃棄物の実計量値を取得し、該実計量値を用いて、予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を再計算し、この再計算の結果を用いて、次回の廃棄物回収の通知に伴う予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益の計算を行うものである。

本発明の一態様において、予測バイオガス発生量から売電に伴う予測売電利益を算出し、該予測売電利益、前記廃棄物を受け入れる場合の受入価格、及び前記廃棄物の輸送コストに基づいて、前記予測収益を算出する。

本発明の一態様において、廃棄物処理施設に搬入した廃棄物を前記湿式メタン発酵槽に投入する量及び投入するタイミングを決定する。

本発明によれば、回収した廃棄物を処理してメタンガスを発生させる廃棄物処理施設を安定的に運転し、収益性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る廃棄物処理システムの模式図である。 同実施形態に係る管理装置の機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る廃棄物処理システムの模式図である。図１に示すように、廃棄物処理システムは、廃棄物を湿式メタン発酵させてメタンガスを含むバイオガスを生成し、生成したバイオガスを利用する複数の廃棄物処理施設２と、廃棄物処理施設２へ廃棄物を搬入する運搬車３と、各廃棄物処理施設２の運転状態を管理し、運搬車３に対して廃棄物搬入先となる廃棄物処理施設２を指示する管理装置１とを備える。

廃棄物処理施設２に搬入される廃棄物は、家畜糞尿、食品残渣物等の有機ごみである。廃棄物処理施設２としては、例えば産廃処理施設、一般廃棄物処理施設、し尿処理場、下水処理場などが挙げられる。
バイオガスの利用としては、発電を行う、ボイラ燃料とする、導管注入する、精製又は液化して燃料とする、水素を製造する、などが挙げられる。下記の実施形態では、発電を行う例について説明する。

各廃棄物処理施設２には、前処理部２１、湿式メタン発酵槽２２、発電機２３、脱水器２４等が設置されている。前処理部２１は、例えば、破砕、選別、調質の機能を有し、湿式メタン発酵に適さない異物を除去したり、水分調整を行ったりする。破砕、選別機能を有する装置としては、多軸式低速回転破砕機や回転ブレード式破砕分別機、湿式破砕分別機等を用いることができる。

湿式メタン発酵槽２２は、前処理部２１から供給される有機性廃棄物を、嫌気性反応により減量化すると共にバイオガスを発生させる。湿式メタン発酵槽２２は、嫌気性条件を維持するために密閉槽であり、熱の拡散を抑えるために断熱構造となっている。

発電機２３はガスエンジン発電機であり、湿式メタン発酵槽２２で発生したバイオガスを用いて発電を行う。発電された電力は、売電システムを用いて売電される。

湿式メタン発酵槽２２で生成されるバイオガスの主成分はメタンガス及び二酸化炭素であり、微量の硫化水素が含まれる。そのため、発電機２３にバイオガスを供給する前に、脱硫装置（図示略）により硫化水素が除去される。

脱水器２４は、湿式メタン発酵槽２２の消化液の脱水処理を行う。脱水残渣は、焼却処理されたり、堆肥化利用されたりする。脱水濾液は、前処理部２１で再利用されたり、分離水処理設備（図示略）で処理されたりする。

廃棄物処理施設２には、運搬車３の重量を測定する重量測定器２０（トラックスケール）が設けられている。重量測定器２０で、廃棄物処理施設２に到着した際の運搬車３の重量と、受入ホッパ等に廃棄物を投入した後の運搬車３の重量とを測定する。測定値の差分から、廃棄物処理施設２に搬入された廃棄物の重量（実計量値）が算出される。

また、廃棄物処理施設２には、重量測定器２０による測定結果や、設備の現在の運転負荷率（湿式メタン発酵槽２２の設計値に対する廃棄物投入量の比率）、発電量等の情報を収集し、管理装置１へ送信するコンピュータ（図示略）が設けられている。

運搬車３は、排出事業者４から廃棄物を回収する。運搬車３のドライバーは、管理装置１と通信可能なスマートフォン等の通信端末（図示略、以下ドライバー端末と記載する。）を所有しており、排出事業者から廃棄物を回収すると、排出事業者名、廃棄物の種類、廃棄物量等をドライバー端末に入力する。ドライバー端末は運搬車３に取り付けられていてもよい。廃棄物の回収の際に廃棄物量を正確に把握することは困難であるため、ドライバー端末に入力する廃棄物量は、ごみ袋の数など大まかな値でよい。

ドライバー端末は、入力された情報を管理装置１へ送信する。管理装置１は、ドライバー端末から情報を受信すると、廃棄物を搬入する廃棄物処理施設２を決定し、ドライバー端末に通知する。廃棄物を搬入する廃棄物処理施設２の決定方法については後述する。運搬車３は、通知された廃棄物処理施設２へ廃棄物を搬送する。

図２は、管理装置１の機能を示すブロック図である。管理装置１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）や、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク等からなる記憶部１０を有したコンピュータである。

記憶部１０は、管理プログラム、施設リスト、排出事業者情報、価格データ、履歴データ等を格納している。

施設リストには、各廃棄物処理施設２の所在地、廃棄物処理能力、発電機容量等が記録されている。

排出事業者情報は、廃棄物を排出する排出事業者４の所在地、排出される廃棄物の種類等が記録されている。

価格データには、売電価格が記録されている。また、排出事業者４との間で事前に廃棄物の受入価格（重量当たりの単価等）が決まっている場合は、受入価格も価格データに記録される。

履歴データには、各廃棄物処理施設２の稼働履歴が記録されている。稼働履歴は、例えば、運搬車３により廃棄物が搬入されるにあたり事前に計算した廃棄物の予測重量、廃棄物処理施設２の予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益の計算結果と、搬入された廃棄物の実計量値、廃棄物実計量値に基づく廃棄物処理施設２の運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益とを含む。また、履歴データには、排出事業者４毎に、排出された廃棄物内の異物量の情報が含まれていてもよい。

管理装置１のＣＰＵが管理プログラムを実行することで、通信部１１、運転負荷率計算部１２、バイオガス発生量計算部１３、収益計算部１４、搬送先決定部１５、登録部１６及び運転計画作成部１７が実現される。

通信部１１は、運搬車３のドライバーが所有する通信端末と通信を行い、情報の送受信を行う。また、通信部１１は、各廃棄物処理施設２から、重量測定器２０による測定結果や、設備の現在の運転負荷率、発電量等の情報を受信する。

運転負荷率計算部１２は、通信部１１がドライバー端末から廃棄物量を含む情報を受信すると、各廃棄物処理施設２から現在の運転負荷率の情報を収集し、廃棄物処理施設２毎に、運搬車３が搬送する廃棄物を受け入れた場合の予測運転負荷率を計算する。運転負荷率計算部１２は、履歴データに含まれる過去に計算した予測運転負荷率、及び実際に廃棄物を搬入した際の運転負荷率を学習データとして機械学習を行った機械学習アルゴリズムを用いて、予測運転負荷率を算出する。

バイオガス発生量計算部１３は、通信部１１がドライバー端末から情報を受信すると、運転負荷率計算部１２が算出した予測運転負荷率等に基づいて、廃棄物処理施設２毎に、運搬車３が搬送する廃棄物を受け入れた場合の予測バイオガス発生量を計算する。バイオガス発生量計算部１３は、履歴データに含まれる過去に計算した予測バイオガス発生量、及び搬入された廃棄物の実計量値を用いた予測バイオガス発生量を学習データとして機械学習を行った機械学習アルゴリズムを用いて、予測バイオガス発生量を算出する。

収益計算部１４は、施設リストに記録されている各廃棄物処理施設２の発電機容量を参照し、廃棄物処理施設２毎に、予測バイオガス発生量に基づく発電量と、価格データに記憶されている売電価格とから、売電に伴う予測売電利益を計算する。収益計算部１４は、
廃棄物処理施設２毎に、予測売電利益、廃棄物を受け入れる場合の受入価格、及び廃棄物輸送コストから、予測収益を計算する。一般に、分解しやすい（バイオガスが発生しやすい）廃棄物は受入価格が低く、分解に時間がかかる（バイオガス発生に時間がかかる）廃棄物は受入価格が高く設定される。廃棄物輸送コストは、排出事業者４の所在地から、廃棄物処理施設２の所在地までの輸送距離に応じた値である。

搬送先決定部１５は、収益計算部１４が算出した予測収益が最大となる廃棄物処理施設２を廃棄物の搬送先として決定する。通信部１１は、決定した搬送先をドライバー端末に通知する。

ドライバーは、ドライバー端末に通知された搬送先の廃棄物処理施設２へ廃棄物を搬送する。受入ホッパに廃棄物を投入する前後で運搬車３の重量を測定する。廃棄物処理施設２のコンピュータは、測定した重量の差分を計算し、廃棄物の実計量値を管理装置１へ送信する。また、廃棄物処理施設２のコンピュータは、廃棄物が搬入された時点での運転負荷率を管理装置１へ送信する。

登録部１６は、廃棄物を受け入れた廃棄物処理施設２から受信した廃棄物の実計量値、及び廃棄物搬入時の運転負荷率を記憶部１０の履歴データに登録する。

運転負荷率計算部１２は、登録された実計量値を用いて、廃棄物搬入に伴う運転負荷率を再計算する。

バイオガス発生量計算部１３は、登録された実計量値を用いて、予測バイオガス発生量を再計算する。また、収益計算部１４は、再計算された予測バイオガス発生量を用いて、予測収益を再計算する。運転負荷率計算部１２、バイオガス発生量計算部１３及び収益計算部１４の再計算結果は、履歴データに登録される。

運転計画作成部１７は、廃棄物を受け入れた廃棄物処理施設２の運転負荷率と、受け入れた廃棄物の実計量値とから、廃棄物を湿式メタン発酵槽２２に投入するタイミングと投入量の計画を含む運転計画を作成する。

このように、本実施形態によれば、管理装置１は、ドライバー端末から廃棄物回収の通知を受信すると、複数の廃棄物処理施設２の運転負荷率から、回収した廃棄物を受け入れた場合の予測運転負荷率や予測バイオガス発生量、予測収益を計算し、廃棄物を搬入する廃棄物処理施設２を決定する。そのため、廃棄物処理施設２を安定的に運転し、収益を得ることができる。

また、本実施形態では、廃棄物処理施設２において搬入された廃棄物量を計量し、実計量値を用いて、運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を再計算する。管理装置１は、ドライバー端末からの通知に伴い計算した結果と、廃棄物処理施設２における実計量値を用いて再計算した結果との差異を蓄積し、学習する。これにより、管理装置１は、予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益の予測精度を高め、廃棄物処理施設２の収益性を向上させることができる。

上記実施形態において、廃棄物処理施設２のコンピュータは、受け入れた廃棄物から除去した異物量の情報を管理装置１へ送信してもよい。

廃棄物の受入価格は、含水率や、前処理部２１において除去された異物量、廃棄物処理施設２の運営費、バイオガス発生量等に基づいて、定期的に変更してもよい。例えば、異物量が多く、異物の焼却処分費などが嵩む廃棄物を排出する排出事業者については、受入
価格（重量当たりの単価等）を上げる。一方、異物量が少なく、メタンガスの発生効率が高い良質な廃棄物を排出する排出事業者については、受入価格（重量当たりの単価等）を下げる。

廃棄物処理施設２に搬入された廃棄物の実計量値の測定方法は、廃棄物を受入ホッパに投入する前後の運搬車３の重量を測定し、その差分から算出するものに限定されず、例えば、廃棄物が投入される受入ホッパの重量変化から算出してもよい。

排出事業者４から排出される廃棄物量がある程度決まっている（ほぼ一定量）である場合は、排出予定の廃棄物量を排出事業者情報に登録しておいてもよい。管理装置１は、この廃棄物量を用いて、予測運転負荷率等を計算してもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 管理装置
２ 廃棄物処理施設
３ 運搬車
４ 排出事業者

Claims (6)

1. 廃棄物を湿式メタン発酵槽で処理してバイオガスを発生させ、該バイオガスを利用する複数の廃棄物処理施設の運転管理を管理装置によって行う管理方法において、
   廃棄物を排出事業者から回収したことの通知を前記管理装置が受信するステップと、
   前記通知の受信に伴い、前記管理装置が、前記複数の廃棄物処理施設のそれぞれについて、該廃棄物を受け入れた場合の予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を計算するステップと、
   前記管理装置が、前記計算の結果に基づいて、回収した廃棄物の搬送先となる廃棄物処理施設を決定するステップと、
   前記搬送先として決定した廃棄物処理施設で、搬入された廃棄物の量を測定するステップと、
   前記管理装置が、回収した廃棄物の搬送先の廃棄物処理施設について、廃棄物量の実計量値を取得し、該実計量値を用いて、予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を再計算するステップと、
   前記管理装置が、前記再計算の結果を用いて、次回の廃棄物回収の通知の受信に伴う予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益の計算を行うステップと、
   を備えることを特徴とする廃棄物処理施設の管理方法。
2. 請求項１に記載の管理方法において、予測バイオガス発生量から売電に伴う予測売電利益を算出し、該予測売電利益、前記廃棄物を受け入れる場合の受入価格、及び前記廃棄物の輸送コストに基づいて、前記予測収益を算出することを特徴とする廃棄物処理施設の管理方法。
3. 請求項１又は２に記載の管理方法において、前記管理装置が、廃棄物処理施設に搬入した廃棄物を前記湿式メタン発酵槽に投入する量及び投入するタイミングを決定することを特徴とする廃棄物処理施設の管理方法。
4. 廃棄物を湿式メタン発酵槽で処理してバイオガスを発生させ、該バイオガスを利用する複数の廃棄物処理施設の運転管理を行う管理装置において、
   廃棄物を排出事業者から回収したことが通知されると、前記複数の廃棄物処理施設のそれぞれについて、該廃棄物を受け入れた場合の予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を計算し、計算結果に基づいて、回収した廃棄物の搬送先となる廃棄物処理施設を決定する管理装置であって、
   廃棄物処理施設に搬入された廃棄物の量を測定する測定器から廃棄物の実計量値を取得し、該実計量値を用いて、回収した廃棄物の搬送先の廃棄物処理施設について、予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益を再計算し、この再計算の結果を用いて、次回の廃棄物回収の通知に伴う予測運転負荷率、予測バイオガス発生量及び予測収益の計算を行うことを特徴とする廃棄物処理施設の管理装置。
5. 請求項４に記載の管理装置において、予測バイオガス発生量から売電に伴う予測売電利益を算出し、該予測売電利益、前記廃棄物を受け入れる場合の受入価格、及び前記廃棄物の輸送コストに基づいて、前記予測収益を算出することを特徴とする廃棄物処理施設の管理装置。
6. 請求項４又は５に記載の管理装置において、廃棄物処理施設に搬入した廃棄物を前記湿式メタン発酵槽に投入する量及び投入するタイミングを決定することを特徴とする廃棄物処理施設の管理装置。

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