JP2001504035A - 有機廃棄物の分別方法 - Google Patents
有機廃棄物の分別方法Info
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Abstract
(57)【要約】
有機廃棄物を分別する方法を説明する。エネルギーを節約する分別を達成し、それによって有益な栄養塩類と肥料生成物を作るために、初めに、有機廃棄物、好ましくは糞尿からの比較的大きい粒子の分離を行い。その後、ガスを作りながら糞尿を消化する。この消化された廃棄物を脱気装置に送り、そこで利用のために栄養塩類を分離するのと同時に、二酸化炭素とアンモニアの形の揮発性物質を除去する。その後、液体フラクションの浸透濾過を行う。エネルギーを節約するために、浸透濾過からの残留フラクションを蒸発・濃縮工程に戻す。濃縮を行うことによって、栄養塩類を分離すること及びアンモニアの残留フラクションを除去することが可能になる。消化によって製造されたガスはエネルギー源/加熱プラントで使用して、蒸発・濃縮工程のためのエネルギーを発生させる。濃縮工程からの残留エネルギーは、脱気工程のために使用する。
Description
【発明の詳細な説明】
有機廃棄物の分別方法
発明の背景
本発明は、栄養塩類に変えることができる成分を含有する水溶液を有する有機
廃棄物、好ましくは糞尿(manure)の分別方法に関する。本発明は、粗大
粒子を除去するために前記廃棄物を分離し、メタンガスを製造しながらこの廃棄
物を消化し、消化されたこの廃棄物を脱気し、そして脱気された液体フラクショ
ンをRO(逆浸透)フィルターに送り、浸透濾過によって濾過を行い、それによ
って浄化水フラクションを分離してそして受入容器に送る。
即ち、本発明は、液体部分をリサイクル及び/又は受入容器に直接廃棄するこ
とができる浄化水にするために有機廃棄物の分別を達成する方法に関する。この
純化の間に、貯蔵しておかなければならない残留生成物が発生しないように、栄
養塩類又は肥料になる生成物の形の有益な成分を製造することが望ましい。
有機廃棄物を分別するいくつかの方法が知られている。これらの方法は実施す
るのに費用がかかることが多く、また同時に、それらがエネルギー浪費し、且つ
同時に、使用不可能な残留生成物を発生させることも、多くの公知の方法の一般
的な特色であった。
本発明は、家畜の糞尿の処理から出発した。従って、本発明は、特に未処理の
糞尿の形の有機廃棄物に関して説明する。しかしながら、本発明は他の種類の有
機廃棄物、例えば食料品製造、魚の加工、及び屠殺場等からの廃水に関して使用
することもできる。
本発明の目的は、冒頭で示したような公知の種類の方法に指摘を行うことであ
り、それによって、わずかなエネルギー使用量で分別
を行うことが可能なり、同時に、浄化水と有益な栄養塩類又は肥料になる生成物
を作ことを可能にする。
これは、利用のために栄養塩類を分離し、CO2とアンモニアの含有物を取り
出して減少させること、残留フラクションをROフィルターから蒸発・濃縮工程
に送り、そこでアンモニアの残留フラクションの除去と共に栄養塩類の濃縮及び
分離を行うこと、消化によって製造されたガスを熱を発生させるエネルギー源/
加熱プラントに送り、蒸発・濃縮工程にエネルギーを提供するために使用するこ
と、濃縮工程からの熱エネルギーを脱気工程にエネルギーを提供するために使用
すること、を特徴とする方法を含む本発明によって達成される。
本発明の方法によって、有機廃棄物中の2つの主要な成分を活用することが可
能になる。すなわち、分別による合計のエネルギー消費量が最少になるようにエ
ネルギーをこのプロセス内で発生させるのに炭素部分を活用するのと共に、リン
及び窒素生成物及びカリの生成物の形の栄養塩類を活用することが可能になる。
初めに、有機廃棄物を分離する。この分離はいくつかの工程に分けることがで
きる。例えば、大まかな分離はスクリュープレスで行うことができ、ここでは2
つのフラクションがもたらされるように廃棄物を圧縮する。1つのフラクション
は、乾燥物質の含有率が35〜40重量%である繊維部分を構成する。典型的に
全廃棄物の5〜15重量%を構成するこの乾燥物質フラクションは、土壌を改良
するのに直接使用することができる。他のフラクションは水性フラクションで、
通常、全廃棄物の95〜85重量%を構成する。この液体フラクションはほとん
ど全ての栄養塩類を含んでいる。そしてこの液体フラクションを次の、精密濾過
によって構成される濾過工程で濾過する。これによって約0.5mmよりも大き
い粒子は分離
される。この分離された粒子フラクションは、再び処理をするためにスクリュー
プレスにもどすことができる。
精密フィルターを透過する水性フラクションは、その後更に消化工程に送り、
ここでメタンガスを発生させながら消化を行わせる。これは生物ガス発生装置内
で行い、ここではメタンガスを作って、炭素成分の大部分を減少させた。
メタンガスはその後プラントを運転するためのエネルギー源として使用する。
従って、メタンガスは、熱を発生させるエネルギー源/加熱プラントに送り、こ
のプラントは、以下で説明するような続く蒸発・濃縮工程にエネルギーを提供す
る。このエネルギー源/加熱プラントでは、電気的なエネルギーも発生させる。
この電気的なエネルギーは、外部で使用すること、又は本発明の方法を実施する
ために使用する装置を駆動させるのに使用することができる。
更に、生物ガス発生装置から液体フラクションを脱気装置/塔の工程に送る。
場合によっては、液体フラクションを限外フィルターに通してから脱気工程に送
る。この様にすると、生物ガス発生装置内のバクテリアを保持することができ、
それによって廃棄物の最適な消化が確実になる。
脱気装置/塔の工程では、アンモニアとCO2の量を減少させる。この脱気装
置/塔は、本願と同時に提出されたデンマーク特許出願「Method and
apparatus for separation of volatil
e components from a liquid」で説明されている。
この特許出願で説明されているように、二酸化炭素の99%を取り出すことがで
き、この場合、少なくとも75%のアンモニアが取り出せる。二酸化炭素は液体
を加熱すると、液体から解放される。塩基性反応が起こり、結果としてアンモニ
アはより揮発性になり、そして同様に液
体から解放される。処理の間、以下の釣り合いが存在している。
この処理によって、アンモニアが二酸化炭素と反応して、炭酸水素アンモニウ
ムNH4HCO3が発生し、これは一般に、窒素肥料成分としてその後利用するた
めに密封したタンクに貯蔵することができる。この部分は、最初の廃棄物の約5
重量%を構成することがある。
脱気の後で、液体フラクションを混合装置の形の緩衝貯蔵容器を経由させて、
RO装置での逆浸透のための工程に送る。緩衝貯蔵容器では、この液体フラクシ
ョンを、以下で説明する蒸発・濃縮工程からの液体と混合する。これによって、
温度を調和させそして、高温に耐えられないRO装置に適切にすることが可能に
なる。この様式では、緩衝貯蔵容器は、混合工程と処理量の制御との両方のため
に機能する。液体は、緩衝貯蔵容器からRO装置に送り、ここで塩類、脂肪酸、
アルコール、アンモニウム等の形の不純物を濾過して取り除く。これによって、
その後リサイクルすること、下水若しくは開いた受入容器に送ること、又は農地
の灌概のために利用することができる浄化水フラクションがもたらされる。RO
装置からの濃縮物は、供給された液体の約30%を構成する。
濃縮物又は乾燥物質フラクションは上述の蒸発・濃縮工程に輸送し、そこで更
に濃縮する。これによって、水を分離して、リン/カリウム肥料生成物としても
たらされる残留生成物を製造するようにする。この肥料フラクションは典型的に
、初期の廃棄物の2〜5重量%を構成する。蒸発・濃縮工程は、ヨーロッパ特許
第544768号明細書で説明される原理に従って機能する。
濃縮工程は、メタンガスの燃焼によって作られたエネルギーに基
づくエネルギー源/加熱プラントの熱エネルギーを受ける。濃縮工程で使用され
た熱の残りは、その後脱気工程で使用する。これによって、外部エネルギー供給
の必要がかなり減少する。脱気工程の後に熱の形で存在する残りのエネルギーは
、約80℃の温度の熱水として存在する。これは、処理のための熱として、又は
暖房として利用することができる。
例えば、本発明の方法によって有機廃棄物の分別を行って、以下の産出物が製
造される様にする。
窒素肥料生成物、
リン−カリウム肥料生成物、
浄化水、
方法にエネルギーを与えることができ、且つ更に約50〜75%の余剰の電力
を製造することができる電気エネルギー、更に
熱エネルギー。
糞尿を分別することによって、典型的に約5%の繊維フラクション又は腐植質
(humus)フラクションが現れる。残りの95%のうちの約85%が浄化水
として現れる。約5%が、リン肥料物質とカリウム肥料物質の含有物を伴う濃縮
された肥料生成物として現れる。最後の5%は、無機窒素肥料物質の形で液体肥
料生成物として現れる。
図面の説明
以下では、添付の概略図を参照して本発明をより詳細に説明する。
図1は、本発明の方法を実施するために使用するプラントの配置ための原理的
な図面である。
図2は、本発明の方法を行うのに使用するプラントの別の態様の
概念を示す。
両方の図において、同じ又は対応する構成要素は同じ参照番号を付されている
。両方の図の装置の個々の部分に対する特定の説明は行わない。
図において、1は未処理の糞尿の供給を示し、2はスクリュープレスを示し、
3は精密フィルターを示し、4は廃棄物を消化する生物ガス発生装置であり、5
はエネルギー源/加熱プラントであり、6は濃縮装置/蒸発装置であり、7は脱
気装置/塔であり、8は混合装置であり、9はROフィルターである。製造され
る生産物は、熱10、窒素肥料生成物11、浄化水12、リン−カリウム肥料生
成物13、及び電力14である。生物ガス15は、生物ガス発生装置4から製造
し、そしてエネルギー源/加熱プラント5に送る。熱16は、エネルギー源/加
熱プラントで製造し、そして濃縮装置6に送る。濃縮装置からの残った熱17は
脱気装置7に送る。
濃縮装置/蒸発装置6は濃縮装置18と蒸発装置19からなる。
この蒸発装置19は、図1に示されるように、生物ガス発生装置4よりも後に配
置されている。この蒸発装置19は、図2に示すように、生物ガス発生装置4の
前に配置することもできる。蒸発装置部分19を生物ガス発生装置の前に配置す
る場合、蒸発装置19は、蒸発装置19を生物ガス発生装置4の後に配置する場
合に必要とされる処理能力の約3倍の処理能力を持つ必要がある。比較的大きい
プラントでは、図1に示される態様が好ましい。例えば単独の農場の設備で利用
する比較的小さいプラントでは、蒸発装置19を生物ガス発生装置4の前に配置
することが好ましい。これによって、隔てられて配置された生物ガス発生装置に
移動するフラクションはかなり減少する。脱気装置/塔7は脱気装置20と塔2
1からなる。
スクリュープレス2の目的は、入ってくる廃棄物全体から繊維と
他の粗大粒子を分離することである。典型的に、約1.5mmよりも大きい粒子
を取り除く。40t/dayの処理能力を持つ分離装置では、約1.5kWの電
力が必要とされる。
精密フィルター3は、続くプラントの部分に比較的大きい粒子を確実に通過さ
せない機能を持つ。従って、精密フィルター3は、約0.5mmよりも大きい粒
子を有する液体フラクションが先に進まないことを確実にする。このフィルター
3は、2.4kWの電力を必要とし、処理能力は186t/dayである。フィ
ルターからの産出物として、約37.2tの濾過された糞尿と約148.8tの
戻りの流れが現れる。
生物ガス発生装置4の目的は、炭素含有率を最少まで減少させ、同時にプラン
トを運転するためのエネルギー源として利用するガスを製造するように糞尿を消
化することである。実行することができるその後の限外濾過(図示せず)は、生
物ガス発生装置4から出る液体がバクテリアと粒子の両方を含まないことを確実
にする。従って、バクテリア培養が維持されて生物ガス発生装置4で最大値が保
たれる。生物ガス発生装置は、精密フィルター3からの生産物を受け取るために
37.2t/dayの処理能力を持つ。炭素含有量が減少した約37.2tの糞
尿と2/3がメタンCH4である1000Nm3/dayのガスが、生物ガス発生
装置4からの生産物として発生する。
エネルギー源/加熱プラント4は、製造されたガスによって電気と熱エネルギ
ーを作る。このプラントは85kWの処理能力を持つ。約160kWの熱と約8
5kWの電力の出力は、生物ガス発生装置から入ってくる投入物に起因する。
脱気装置20の目的は、CO2を除去し且つ糞尿中のアンモニアの含有率を減
少させることである。脱気装置20は37.2t/d
ayの処理能力を有し、そして160kWの熱エネルギーを必要とする。脱気装
置は、1日当たり約37.2tの炭素が減少した糞尿の投入物と、塔21からの
約4.2tの戻りの流れを受け取る。脱気装置から出る生産物は、約35.3t
の脱気された糞尿、NH3を伴う6.1tのスチーム、及び100℃で160k
Wの熱である。
塔21の目的は、アンモニアを濃縮することである。この塔の処理能力は、N
H3を伴うスチームで1日当たり6.1tであり、そして160kWの熱エネル
ギーを必要とする。この投入物では、生産物は約1.9tのアンモニア水と、7
0℃で150kWの熱10を伴う4.2tの凝縮した浄化スチームである。
混合装置8の目的は、脱気装置20と蒸発装置19から流れ込む液体を混合し
、そして同時にROプラントのための緩衝装置として機能することである。この
混合装置の処理能力は46.1t/dayであり1kWのエネルギーを要求する
。混合装置は、35.3tの脱気された糞尿と10.8tの留出物を受け取る。
混合装置からの生産物として、1日当たり46.1tの混合された糞尿がもたら
される。
ROフィルター9の目的は、入ってくる液体のイオンを清浄化して、液体フラ
クション12が完全に浄化水としてもたらされるようにすることである。ROフ
ィルター9の処理能力は、46.1t/dayであり、混合装置8から来る混合
された糞尿の投入物からは、34.1tの浄化水と12tのROの濃縮物がもた
らされる。
蒸発装置19はリン−カリウム成分を濃縮し、液に入っている残留アンモニア
を除去する機能を持つ。蒸発装置19は、1日当たり12tの処理能力を持ち、
20kWのエネルギーを必要とする。蒸発装置19はROの濃縮物を1日当たり
12tと、濃縮装置18に
起因する6.1tの戻りの流れを受け取る。その後現れる産出物は、10.8t
の留出物と7.3tの「中間」濃縮物である。
濃縮装置18は、リン−カリウム成分を濃縮する機能を持つ。この装置は1日
当たり7.3tの処理能力を持ち、160kWのエネルギーを必要とする。蒸発
装置19に起因する7.3tの「中間」濃縮物が存在する。濃縮装置18からの
産出物は、6.1tの凝縮物とリン−カリウム肥料成分を伴う1.2tの最終濃
縮物である。
上記の説明は例示のためのものであり、他の大きさのプラントが可能である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成10年11月12日(1998.11.12)
【補正内容】
明細書
有機廃棄物の分別方法
発明の背景
本発明は、栄養塩類に変えることができる成分を含有する水溶液を有する有機
廃棄物、好ましくは糞尿(manure)の分別方法に関する。本発明は、粗大
粒子を除去するために前記廃棄物を分離し、メタンガスを製造しながらこの廃棄
物を消化し、消化されたこの廃棄物を脱気し、そして脱気された液体フラクショ
ンをRO(逆浸透)フィルターに送り、浸透濾過によって濾過を行い、それによ
って浄化水フラクションを分離してそして受入容器に送る。
即ち、本発明は、液体部分をリサイクル及ひ/又は受入容器に直接廃棄するこ
とができる浄化水にするために有機廃棄物の分別を達成する方法に関する。この
純化の間に、貯蔵しておかなければならない残留生成物が発生しないように、栄
養塩類又は肥料になる生成物の形の有益な成分を製造することが望ましい。
上述のような従来技術の方法の例は、デンマーク特許第9500113号明細
書で説明される。これらの方法を実施するためのプラントはエネルギーを必要と
し、且つ同時に、使用不可能な残留生成物を発生させるという事実のために費用
がかかる。
本発明は、家畜の糞尿の処理から出発した。従って、本発明は、特に未処理の
糞尿の形の有機廃棄物に関して説明する。しかしながら、本発明は他の種類の有
機廃棄物、例えば食料品製造、魚の加工、及び屠殺場等からの廃水に関して使用
することもできる。
本発明の目的は、冒頭で示したような公知の種類の方法に指摘を行うことであ
り、それによって、わずかなエネルギー使用量で分別
を行うことが可能なり、同時に、浄化水と有益な栄養塩類又は肥料になる生成物
を作ことを可能にする。
精密フィルターを透過する水性フラクションは、その後更に消化工程に送り、
ここでメタンガスを発生させながら消化を行わせる。
これは生物ガス発生装置内で行い、ここではメタンガスを作って、炭素成分の大
部分を減少させた。
メタンガスはその後プラントを運転するためのエネルギー源として使用する。
従って、メタンガスは、熱を発生させるエネルギー源/加熱プラントに送り、こ
のプラントは、以下で説明するような続く蒸発・濃縮工程にエネルギーを提供す
る。このエネルギー源/加熱プラントでは、電気的なエネルギーも発生させる。
この電気的なエネルギーは、外部で使用すること、又は本発明の方法を実施する
ために使用する装置を駆動させるのに使用することができる。
更に、生物ガス発生装置から液体フラクションを脱気装置/塔の工程に送る。
場合によっては、液体フラクションを限外フィルターに通してから脱気工程に送
る。この様にすると、生物ガス発生装置内のバクテリアを保持することができ、
それによって廃棄物の最適な消化が確実になる。
脱気装置/塔の工程では、アンモニアとCO2の量を減少させる。この脱気装
置/塔は、本願と同時に提出された国際特許出願WO98/22394「Met
hod and apparatus for separating vol
atile components from a liquid」で説明され
ている。この特許出願で説明されているように、二酸化炭素の99%を取り出す
ことができ、この場合、少なくとも75%のアンモニアが取り出せる。二酸化炭
素は液体を加熱すると、液体から解放される。塩基性反応が起こり、結果として
アンモニアはより揮発性になり、そして同様に液体から解放される。処理の間、
以下の釣り合いが存在している。
この処理によって、アンモニアが二酸化炭素と反応して、炭酸水素アンモニウ
ムNH4HCO3が発生し、これは一般に、窒素肥料成分としてその後利用するた
めに密封したタンクに貯蔵することができる。この部分は、最初の廃棄物の約5
重量%を構成することがある。
請求の範囲
1.有機廃棄物を分離して粗大粒子を除去し、
その廃棄物を消化すると同時にメタンガス(15)を発生させ、
その消化した前記廃棄物を脱気し、そして
その脱気した液体フラクションをROフィルター(9)に送り、その液体フラ
クションを浸透濾過によって濾過し、それによって、浄化水フラクション(12
)を分離して受入容器に送る、
ことを含む、栄養塩類(11,13)に変えることができる成分を含有する水
溶液を含む有機廃棄物、好ましくは糞尿(1)を分別する方法であって、
脱気は、有用な栄養塩類を分離して、CO2とアンモニアの含有物を除去又は
減少させる工程(7)で行い、
残留フラクションをROフィルター(9)から蒸発・濃縮工程(6)に送り、
アンモニアの残留フラクションの除去と共に栄養塩類(13)の濃縮・分離を行
い、
消化によって発生したガス(15)を、蒸発・濃縮工程(6)にエネルギーを
供給するために使用する熱(14)を発生させるエネルギー源/加熱プラント(
15)に送り、
濃縮工程からの熱エネルギー(10)を脱気工程(17)にエネルギーを供給
するために使用する、ことを特徴とする廃棄物の分別方法。
2.粒子の除去を2又はそれ以上の工程(2,3)で行うことを特徴とする請
求項1に記載の方法。
3.第1の工程がスクリュープレス(2)における粗い分離であって、それに
よって乾燥含有率が35〜40重量%の繊維フラクションと約95〜85%を構
成する水フラクションをもたらし、該水
フラクションを約0.5mmよりも大きい粒子を除去するための次の精密濾過(
3)に送ることを特徴とする請求項2に記載の方法。
4.前記消化と共に、水フラクションの限外濾過を行って、バクテリアを保持
しそして最適な消化を確実にすることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の
方法。
5.アンモニアとCO2の形の比較的揮発性のガス成分を抽出する塔(7,2
1)において、蒸発と組み合わせて脱気を行うことを特徴とする請求項1〜4の
いずれかに記載の方法。
6.蒸発・濃縮工程(6)からの液体フラクションと混合された前記脱気した
液体フラクションを混合するために緩衝貯蔵容器(8)を使用して、温度レベル
をRO工程(9)に合わせるようにすることを特徴とする請求項1〜5のうちの
いずれかに記載の方法。
7.前記脱気した液体フラクションを、緩衝貯蔵容器(8)を経由させてRO
フィルター(9)に送ることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法
。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
C02F 9/00 502 C02F 9/00 502B
502F
502G
503 503D
504 504E
504A
// C02F 1/20 1/20 A
C05F 3/00 C05F 3/00
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG
,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT
,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,
CA,CH,CN,CU,CZ,CZ,DE,DE,D
K,DK,EE,EE,ES,FI,FI,GB,GE
,GH,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP,
KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L
V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ
,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,
SK,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,U
G,US,UZ,VN,YU,ZW
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.有機廃棄物を分離して粗大粒子を除去し、 その廃棄物を消化すると同時にメタンガスを発生させ、 その消化した前記廃棄物を脱気し、そして その脱気した液体フラクションをROフィルターに送り、その液体フラクショ ンを浸透濾過によって濾過し、それによって、浄化水フラクションを分離して受 入容器に送る、 ことを含む、栄養塩類に変えることができる成分を含有する水溶液を含む有機 廃棄物、好ましくは糞尿を分別する方法であって、 脱気は、有用な栄養塩類を分離して、CO2とアンモニアの含有物を除去又は 減少させる工程で行い、 残留フラクションをROフィルターから蒸発・濃縮工程に送り、アンモニアの 残留フラクションの除去と共に栄養塩類の濃縮・分離を行い、 消化によって発生したガスを、蒸発・濃縮工程にエネルギーを供給するために 使用する熱を発生させるエネルギー源/加熱プラントに送り、 濃縮工程からの熱エネルギーを脱気工程にエネルギーを供給するために使用す る、ことを特徴とする廃棄物の分別方法。 2.粒子の除去を2又はそれ以上の工程で行うことを特徴とする請求項1に記 載の方法。 3.第1の工程がスクリュープレスにおける粗い分離であって、それによって 乾燥含有率が35〜40重量%の繊維フラクションと約95〜85%を構成する 水フラクションをもたらし、該水フラクションを約0.5mmよりも大きい粒子 を除去するための次の精密濾過に送ることを特徴とする請求項2に記載の方法。 4.前記消化と共に、水フラクションの限外濾過を行って、バクテリアを保持 しそして最適な消化を確実にすることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の 方法。 5.アンモニアとCO2の形の比較的揮発性のガス成分を抽出する塔において 、蒸発と組み合わせて脱気を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記 載の方法。 6.蒸発・濃縮工程からの液体フラクションと混合された前記脱気した液体フ ラクションを混合するために緩衝貯蔵容器を使用して、温度レベルをRO工程に 合わせるようにすることを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれかに記載の方 法。 7.前記脱気した液体フラクションを、緩衝貯蔵容器を経由させてROフィル ターに送ることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
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