JP2005013909A - 有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法、飼料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機性廃棄物を発酵処理することによって生成するアンモニアを有効利用するとともに、付加価値の高い肥料や飼料を製造する方法を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法は、有機性廃棄物を好気的または嫌気的に発酵させる発酵工程と、発酵によって生成するアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、を行うことによって実施される。回収されたアンモニアは、例えば、穀物葉茎などの飼料原料のアンモニア処理に使用できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物を発酵した際に得られる生成物を処理し、付加価値の高い飼料や肥料などの製造に利用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
畜産廃棄物や生ごみなどの有機性廃棄物の処理には、嫌気的または好気的発酵法が広く採用されている。嫌気的発酵であるメタン発酵処理では、嫌気性微生物の代謝により産生されるメタンを主成分とするバイオガスを回収し、リサイクルエネルギーとして活用することが可能である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、メタン発酵処理において生成するメタン発酵残渣は、多量の植物栄養成分を含むことから、堆肥化（好気性コンポスト化）して肥料として活用されている。
【０００４】
しかし、メタン発酵残渣中には多量のアンモニア態窒素が含まれているため、発酵残渣を堆肥化する場合は、含水率や炭素／窒素比（Ｃ／Ｎ比）の調整のために、比較的多量（ともすれば発酵残渣量と同量）の副資材が必要となる。また、一般的に堆肥ヤードも例えばメタン発酵施設部分の１０倍以上という大きな面積を要するため、メタン発酵処理を行う諸利点の多くが失われてしまうのが実情であった。さらに、堆肥中に含まれるアンモニア態窒素が多すぎると、散布された土壌中でアンモニアが硝酸や亜硝酸に変化することにより、地下水汚染を引き起こすという問題も指摘されている。
【０００５】
また、鶏糞などの含水率の少ない有機性廃棄物は、直接好気的に発酵させ、堆肥化する処理も行われている。この好気的発酵による堆肥化では、大量のアンモニアガスが生成するが、その利用は図られておらず、脱臭装置を設けない場合は、むしろ異臭など周辺環境への影響が懸念されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３３１７０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、有機性廃棄物に含まれる炭素分については、メタン発酵によりバイオガスとして回収され、エネルギーとして有効利用する途が拓かれつつあるが、窒素分については、農地の窒素過多が問題となっているにもかかわらず、肥料成分としての利用以外には殆ど用途が開発されていない現状にある。
【０００８】
本発明の課題は、有機性廃棄物を発酵処理することによって生成するアンモニアを回収するとともに、これを有効利用して付加価値の高い肥料や飼料を製造する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、有機性廃棄物を好気的または嫌気的に発酵させる発酵工程と、発酵によって生成するアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、を含むことを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法である。
【００１０】
この発明によれば、有機性廃棄物中の窒素分をアンモニアとして有効利用することが可能となる。つまり、回収されたアンモニアは例えば飼料製造などの過程で使用可能であるため、肥料成分としての活用が主であった有機性廃棄物中の窒素分について、従来とは全く異なる用途で利用する途が開かれる。また、アンモニア態窒素が分離された発酵後の有機性廃棄物は、窒素過多が解消されて肥料原料として扱いやすいものとなっている。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記第１の態様において、前記発酵工程では、嫌気的に発酵を行い、生成したバイオガスを回収することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法である。この第２の態様によれば、第１の態様の作用効果に加え、有機性廃棄物を嫌気的に発酵させ、生成するバイオガス（メタンを主成分とするガス）を回収することにより、燃料等として有効利用できる。つまり、有機性廃棄物に含まれる炭素成分については、バイオガスとして取出しエネルギー資源として活用することが可能である。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記アンモニア回収工程では、アンモニアを含有する発酵液を蒸発濃縮してアンモニアを分離することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法である。この第３の態様によれば、第２の態様の作用効果に加え、発酵液を蒸発濃縮してアンモニアを分離することにより、アンモニアの回収と発酵液の減量とを同時に行うことができるので、効率よく発酵産物の処理および利用を図ることが可能になる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記第２または第３の態様において、前記バイオガスを燃料として、ガスエンジン、温水ボイラー、蒸気ボイラー、ガスタービンまたは燃料電池から選ばれる熱放出型装置を稼動させるとともに、前記熱放出型装置から得られる熱を、前記発酵工程または前記アンモニア回収工程において熱源として利用することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法である。この第４の態様によれば、前記第２または第３の態様の作用効果に加え、バイオガスをガスエンジン、燃料電池等の熱放出型装置の燃料として用い、廃棄物資源から電力や熱を回収するとともに、回収した熱を、発酵工程やアンモニア回収工程で利用することによって、エネルギー効率が極めて高いプロセスを構築できる。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記第１の態様において、前記発酵工程では、好気性下で発酵を行いアンモニアガスを生成させ、前記アンモニア回収工程では、生成したアンモニアガスを気液接触させて液体中に吸収させることを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法である。
【００１５】
この第５の態様によれば、前記第１の態様と同様の作用効果に加え、発酵により発生するガス状のアンモニアを液体中に吸収させることにより、アンモニア濃度を高めた状態で回収することができる。
【００１６】
本発明の第６の態様は、前記第１から第５の態様のいずれか１つにおいて、アンモニア分離後の発酵残渣を肥料化することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法である。この第６の態様によれば、前記第１から第５の態様の作用効果に加え、アンモニア分離後の発酵残渣は、通常問題になっている窒素過多の状態を改善することができるため、液肥として畑等に散布できるようになる。この液肥は、硝酸・亜硝酸による地下水汚染抑制の点でも特に有利に使用することができる。
【００１７】
本発明の第７の態様は、前記第１から第６のいずれか１つの有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法により回収されたアンモニアを、飼料原料と接触させるアンモニア処理工程を含むことを特徴とする、飼料の製造方法である。
【００１８】
この第７の態様の飼料の製造方法によれば、アンモニア処理により、そのままでは家畜が消化吸収することが困難な穀物の葉茎などの繊維質が加安分解され、消化吸収しやすくなるとともに、粗蛋白価が増加するため、付加価値の高い飼料を製造することができる。
【００１９】
すなわち、アンモニア処理した穀物葉茎などの飼料原料は、セルロースやヘミセルロースにアンモニアが作用して加安分解が起こり、さらにアミノ化された分解物からアミノ酸重合体が形成される。従って、高消化性繊維および全溶解性窒素量が増加し、粗蛋白価が高く、家畜の食欲向上や肉質改善効果に優れた飼料となる。このように、第７の態様によれば、有機性廃棄物に含まれる窒素分を、アンモニアの形態で取出し、従来とは異なる飼料製造という新しい用途に利用することが可能になる。
【００２０】
また、飼料の高付加価値化に廃棄物由来のアンモニアを利用することにより、工業用薬品のアンモニアを使用する場合に比べて格段に低コストで飼料製造が可能となる。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記アンモニア処理工程の前に、回収されたアンモニアを濃縮するアンモニア濃縮工程を含むことを特徴とする、飼料の製造方法である。この第８の態様によれば、第７の態様の作用効果に加え、アンモニア濃縮を行うことにより、より高濃度のアンモニアで飼料原料を処理することが可能となり、アンモニア処理の効率を高めることができる。
【００２２】
本発明の第９の態様は、第２または第３の態様の方法により回収されたアンモニアを、飼料原料と接触させるアンモニア処理工程を含み、前記バイオガスを燃料として、ガスエンジン、温水ボイラー、蒸気ボイラー、ガスタービンまたは燃料電池から選ばれる熱放出型装置を稼動させるとともに、前記熱放出型装置から得られる熱を利用し、前記アンモニア処理工程を加熱条件で行うことを特徴とする、飼料の製造方法である。この第９の態様によれば、アンモニア処理により、そのままでは家畜が消化吸収することが困難な穀物の葉茎などの繊維質が加安分解され、消化吸収しやすくなるとともに、粗蛋白価が増加するため、付加価値の高い飼料を製造することができる。しかも、バイオガスをガスエンジン、燃料電池等の熱放出型装置の燃料として用い、廃棄物資源から電力や熱を回収するとともに、回収した熱を、アンモニア処理工程で利用することによって、飼料製造の効率を高めることが可能となる。また、プロセス全体のエネルギー効率も極めて高いものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
＜プロセスの概要＞
本発明の有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法は、有機性廃棄物を好気的または嫌気的に発酵させる発酵工程と、発酵によって生成するアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、を行うことによって実施される。
【００２４】
嫌気的発酵の場合、発酵液中に含まれるアンモニアの回収は、例えば、発酵液のｐＨを変化させて、アンモニアを蒸散分離させる方法、あるいは、発酵液を蒸発濃縮して凝縮水とともにアンモニアを分離する方法、などにより行うことができる。
【００２５】
好気的発酵の場合、発酵過程でアンモニアはガス化して揮発するため、発酵物（有機性廃棄物）との分離は容易であり、ガス化したアンモニアは気液接触により液体中に回収できる。
【００２６】
以上のようにして回収されたアンモニアは、例えば、穀物葉茎などの飼料原料のアンモニア処理に使用できる。すなわち、本発明の飼料の製造方法は、有機性廃棄物の発酵産物として回収されたアンモニアを飼料原料と接触させることにより実施される。飼料の製造過程でアンモニアを利用することにより、高消化性繊維および全溶解性窒素量が増加し、粗蛋白価が高く、家畜の食欲向上や肉質改善効果に優れた飼料が得られる。
【００２７】
また、アンモニア分離後の発酵物（メタン発酵残渣、その濃縮物、好気発酵の発酵物）は、これを肥料化することにより、リン、カリウムと比較して窒素含有量のバランスをとった肥料として活用できる。
【００２８】
さらに、嫌気的発酵の場合、発酵過程で生成するバイオガスを燃料として、アンモニアの回収、発酵液の蒸発濃縮、飼料製造（アンモニア処理）における熱量を供給する。
【００２９】
＜有機性廃棄物＞
本発明において有機性廃棄物とは、例えば、畜産廃棄物や緑農廃棄物、排水処理汚泥などが挙げられる。ここで畜産廃棄物としては、家畜の糞尿や、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。
【００３０】
＜発酵工程＞
本発明プロセスにおいて、発酵工程は、嫌気的または好気的に実施することが出来る。
（１）メタン発酵（嫌気的発酵）：
メタン発酵に先立ち、原料となる有機性廃棄物の状態により、必要に応じて前処理として破砕・分別工程を実施することができる。破砕・分別工程は、例えば、以下に示すような分別破砕、あるいは全量破砕により行うことができる。
分別破砕の場合は、破砕分別機を用い、有機性廃棄物の中で容易に破砕可能な部位を液と共にスラリーとして回収する。一方、破砕しにくい部位は塊状物として別途収集する。スラリーの含水率は、７０〜９０重量％、塊状物の含水率は４０〜６０重量％程度である。破砕分別機は、有機性の固形物をせん断力、引っ張り力によって破砕するもので、カッター部分は２軸式または３軸式のものが利用できる。牛などの動物屠体を原料とする場合は、３軸式で破砕処理する方が破砕の細かさや均一性の観点から好ましい。
【００３１】
選別除去すべき混入プラスチック類、シート類などは、メッシュによる選別、風選（風力による選別）などで除去することができる。
【００３２】
また、全量粉砕の場合は、例えばディスポーザー等の破砕機を使用して全対象物を破砕する。含水率は、一例として６０〜７０重量％であるが、加工品の場合は広い範囲をとる。
【００３３】
メタン発酵は、いわゆる中温型、高温型、またスラリー（湿式）型、ドライ（乾式）型のいずれのタイプでも適用可能である。
【００３４】
発酵槽は、絶対嫌気性のメタン発酵菌による活動を維持するために、二槽方式をとる発酵プロセスの場合も、後段においては空気を完全に遮断したタンクにより構成される。発酵槽は固形物濃度（通常３〜４０重量％の範囲）と発酵温度（通常、中温発酵では３７℃、高温発酵では５５℃）によって、形状や運転条件が異なってくる。例えば、洗浄廃水が混合したりして高含水率になった原料（固形物濃度１０重量％まで）の場合は湿式型の完全混合方式の発酵槽、低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、いわゆる乾式型のプラグフロー式（押出し式）の発酵槽を用いることが好ましい。
【００３５】
発酵槽には、生成するバイオガスを回収するための回収手段のほか、必要に応じて保温のための加熱手段を設けておくことが好ましい。また、バイオガスの回収手段には、必要に応じて脱硫装置を設けることもできる。これらは既知の構成のものを利用できる。
【００３６】
高含水率の原料（固形物濃度を１０重量％程度まで）の場合は、完全混合方式の発酵槽を用い、高温メタン発酵菌（至適温度５５℃）では、滞留時間（Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）を１５日間程度、中温メタン発酵菌（至適温度３７℃）では、滞留時間を２０〜３０日間程度とすることが可能である。
【００３７】
低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、被処理物の固形分濃度を３０〜４０重量％にして押出し式の発酵槽を使用できる程度の固さに調整する。滞留時間については、高含水率の場合と同様に設定することができる。また、Ｃ／Ｎ比の調整のために、必要に応じて若干の有機成分を導入することもできる。
【００３８】
高含水率型のメタン発酵後の発酵残渣は、例えば水分含有率９５重量％、固形分５重量％程度を含む液体であり、嫌気性微生物の菌体およびその代謝産物に由来する各種のアミノ酸や有機酸などを多量に含んでいる。
【００３９】
メタン発酵後に必要に応じて発酵残渣の固液分離工程を設けることができる。後に続くアンモニア回収工程で濃縮を行う場合、要するエネルギー消費を抑える上では、固液分離を行い初発水分量を減じておくことが好ましい。固液分離は、例えばデカンター、凝集沈殿槽、遠心脱水機、スクリュープレス、膜分離器など、スラリー濃度を高めることが可能な装置を利用可能であり、発酵残渣の性状に応じて選択される。
【００４０】
以上のメタン発酵において、発酵により生成するバイオガスは、有機性廃棄物の種類により異なるが、通例メタンを６０重量％程度、二酸化炭素を４０重量％程度含んでいるため、例えばガスエンジン、温水ボイラー、蒸気ボイラー、ガスタービン、燃料電池等の熱放出型装置の燃料として利用できる。ここで、熱放出型装置には、温水ボイラー、蒸気ボイラーのように熱交換を主目的とする装置のほか、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池など電力発生を主目的とし、副次的に熱を発生する装置が含まれる。これらの中でも、特に、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池などによるコージェネレーションシステムを採用することにより、バイオガスを燃料として熱と電力を回収することができる。
【００４１】
バイオガスを燃料として熱放出型装置で回収された熱は、例えば蒸気の形態で供給され、メタン発酵槽の加温や発酵液の濃縮、後述するアンモニア回収工程における濃縮装置の加温、飼料製造の際の加温などの熱源として利用される。
【００４２】
また、発酵槽や濃縮装置においては、真空ポンプなどの減圧装置、攪拌装置などの動力として電力を消費するが、このときの電力の全てをコージェネレーションによる電力で賄うことが可能であり、余剰の電力は他の用途に転用できる。
【００４３】
（２）好気的発酵：
有機性廃棄物が鶏糞などの場合は、好気的条件で静置し、発酵させることにより堆肥化することができる。必要に応じて、発酵は複数の段階に分けて実施できる。この過程でガス状のアンモニアが多量に生成するため、発酵槽にはアンモニア回収のための排気装置を設けて回収する。
【００４４】
＜アンモニア回収工程＞
（１）発酵液中のアンモニアの回収（メタン発酵の場合）：
蛋白質等の窒素を含有する物質を原料とするメタン発酵液中には、数％以上の濃度の多量のアンモニアが含まれることもある。メタン発酵の発酵液からアンモニアを回収する方法は、特に限定されるものではないが、以下に例示する方法が好ましい。
【００４５】
▲１▼ｐＨ調整によるアンモニア分離（嫌気的発酵の場合）：
メタン発酵工程で得られる発酵液のｐＨ調整を実施することによるアンモニアストリッピングである。具体的には、発酵液に、例えばアルカリ性物質を添加してｐＨを変化させ、アンモニアを放散させ、それを液中にトラップして濃アンモニア水として回収する。この方法は、発酵液のｐＨ変化を利用してアンモニアを放散させるという簡易な手段であるため、大掛りな設備も要しない。
【００４６】
発酵液に投入するアルカリ性物質としては、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物（例えば消石灰、苛性ソーダなど）を用いることができる。発酵液のｐＨは８以上に調整することが好ましい。
【００４７】
アンモニアストリッピングに際しては、アンモニアの放散を促進するため、加温および／もしくは減圧条件で行うか、または発酵液のエアレーションを行うことが好ましい。アンモニアストリッピングは、例えば、スプレー方式、棚段方式、充填層方式等の塔類、膜分離装置、エアレーションタンク等によって行うことができる。
【００４８】
▲２▼蒸発濃縮によるアンモニア分離（嫌気的発酵における発酵液から回収する場合）
メタン発酵残渣を、蒸発濃縮することによって、効率よくアンモニアを回収することができる。
【００４９】
蒸発濃縮は、既知の蒸発濃縮装置を使用して行うことができるが、本発明においては、特に多重効用方式の濃縮装置を用いて減圧下で行うことが好ましい。多重効用方式の濃縮装置としては、二重効用缶、三重効用缶など既知の構成の装置を使用可能である。これによって比較的低い温度での蒸発が可能になり、エネルギー効率が著しく高められる。多重効用缶では、単一の蒸発缶による濃縮装置と比較して、所要熱量を数分の一まで低減できる。
【００５０】
また、多重効用缶方式の濃縮装置においては、各缶を接続する蒸気導入経路上にスチームコンプレッサーを備えたものが好ましい。スチームコンプレッサーによりスチームの持つエネルギーを再度高めて使用することにより、熱効率が改善され濃縮効率が向上する。
【００５１】
濃縮を実施することによって、含水率９０重量％以上の発酵残渣の含水率を６０〜７０重量％まで低下させ、液量を２５〜３５％にまで減容することができる。蒸発濃縮の過程で、蒸発しやすいアンモニアは発酵液から容易に分離されるので、凝縮水とともに回収することが可能となる。また、蒸発濃縮により、有機性廃棄物由来の菌体や雑草種子などを不活性化できることが確認されている。例えば、ヒトに対する病原性細菌やウィルスは、６〜７時間の高温発酵槽内滞留で不活性化させることができるが、ブタパルボウィルス属などはメタン発酵では不活性化せず残存する。しかし、濃縮工程により、これらのウィルスをほぼ完全に死滅させることができる。また、雑草種子についても、濃縮工程で不活性化できる。
【００５２】
多重効用方式等による濃縮には、加熱源としての燃料を確実に入手できることが前提になる。本発明プロセスにおいては、前記熱放出型装置でバイオガスを燃料として生成した熱を、例えば蒸気の形態で濃縮装置に供給し、濃縮装置の熱源として利用することが可能である。バイオガスを燃料として発生する熱量は、濃縮装置の熱源として利用しても余りあるので、これによってプロセス全体のエネルギー的自立が可能になる。
【００５３】
アンモニア分離後の発酵残渣は、窒素分が減少しており、Ｃ／Ｎ比が改善された分だけ、土壌は窒素過多の状態になり難い。従って、濃縮工程で濃縮された発酵残渣の濃縮物は、そのまま液肥として使用することができるが、乾燥して粉末肥料にしたり、あるいはペレット状に成形して粒状肥料にしたりすることも可能である。
【００５４】
また、発酵残渣の濃縮物に、水分含有率がおよそ７０重量％を下回る程度（例えば、水分含有率４０〜６５重量％、好ましくは５０〜６０重量％）まで濃縮すると、有機酸・アミノ酸など（特に酢酸をはじめとするカルボン酸類）の濃度が高くなって腐敗や変質を起こし難い状態になってくる。通常、濃縮しない状態のメタン発酵残渣は、常温で放置すると数日で好気性細菌やかびが発生して腐敗を引き起こすが、本発明プロセスで得られる高度濃縮物は、常温でも６ヶ月以上十分に保管できる。また、濃縮によって体積が１／１０以下に減容しているので、そのまま液体肥料として、あるいは乾燥肥料の原料として容易に流通させることもできる。
【００５５】
さらに、発酵残渣の濃縮物中には、有機酸などの有価物が多量に含まれているので、これらを単離、精製することによって化学製品として利用できる。有価物の具体例としては、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸、クエン酸、乳酸、酒石酸などのオキシカルボン酸、トリプトファン、グリシンなどのアミノ酸などが挙げられる。これらの有価物は、濃縮物中に発酵残渣と比較して数十倍に濃縮された状態で存在する。また、０．１％程度、もしくはそれ以下の低濃度ではあるがビタミン類（ＶＢ_１２、ＶＢ_１１）なども含有される。
【００５６】
（２）ガス状アンモニアの回収（好気的発酵の場合）：
好気的発酵におけるアンモニアの回収は、前記したように発酵槽（堆肥化設備）にアンモニア回収のための排気装置を設け、アンモニア回収装置で気液接触させて液中にトラップすることにより、容易に回収することができる。
【００５７】
＜アンモニア濃縮工程＞
上記アンモニア回収工程で得られるアンモニアの濃度が低い場合は、濃縮を行い、後述するアンモニア処理に適した濃度にすることが好ましい。アンモニアを濃縮する場合は、例えば、電気透析法、あるいは逆浸透法を用いて、液中濃度を例えば２０重量％程度まで濃縮することが可能である。また、例えばＵ字管、濡れ壁塔、スプレー塔、バブリング塔などの気液接触手段を用いて濃縮を行うことも可能である。なお、メタン発酵残渣を蒸発濃縮する場合は、酢酸、プロピオン酸などの有機酸が凝縮水中に混入している場合が多いので、これらを同時に除去可能な電気透析で濃縮することが好ましい。
【００５８】
＜飼料の製造（アンモニア処理）＞
アンモニア処理（アンモニアの長時間曝気）は、常温から加温条件において、飼料原料の乾物重量あたり、例えば１〜３重量％程度のアンモニアを添加することにより行われる。この処理は、密閉室あるいは密閉容器（例えば、袋状の軟質樹脂シート内）などで行うことができる。アンモニア処理の期間は、概ね２０〜３０日間程度とすることが好ましい。
【００５９】
穀物の葉茎（例えば、藁類や半乾燥牧草など）をアンモニア処理することによって、飼料としての消化性、栄養価及び家畜の嗜好性が向上するとともに、保存時の品質も維持される。藁類の主成分であるセルロース、ヘミセルロース及びリグンなどは、互いに複雑に絡み合い、硬い組織を作って、微生物や酸素では分解されにくい組織を形成している。これにアンモニアを作用させると、加安分解（架橋結合の開裂などの分解反応と窒素が添加される反応）などが起って、そのままでは家畜が消化吸収することが困難な穀物の葉茎などが、消化吸収されやすくなり、粗蛋白価が高く、付加価値の高い飼料になる。
【００６０】
すなわち、アンモニア処理によって、穀物葉茎などの飼料原料では、セルロースやヘミセルロースにアンモニアが作用して加安分解が起こり、さらにアミノ化された分解物からアミノ酸重合体が形成される結果、消化吸収性の向上と粗蛋白価の増加が起こる。
【００６１】
アンモニア処理の効果を数値的に示す方法としては、例えば、ア）高消化性繊維の低消化性繊維に対する割合の増加、イ）全溶解性窒素量の増加など、を測定する方法がある。良好なアンモニア処理を行えば、上記ア）、イ）の数値を未処理品の２倍以上にすることも可能である。
【００６２】
本発明の飼料製造方法では、高付加価値を持つ飼料を作る際のアンモニアとして、有機性廃棄物の堆肥設備から発生するガス中、あるいは嫌気性発酵設備の発酵残渣中からアンモニアを取出し、必要に応じ濃縮したものを使用する。このように、有機性廃棄物からアンモニアを回収することによって、工業薬品のアンモニアを使用する場合に比べて、アンモニア処理のコストを格段に低減することが可能となる。
【００６３】
アンモニア処理においては、回収アンモニアの濃度が１０重量％程度である場合、穀物葉茎類に対する効果を充分に得るためには、常温（外気温）よりは、例えば４０℃程度の加熱条件で処理することが好ましい。加熱によって反応速度が上がり、１０重量％以下〜数重量％程度の比較的薄いアンモニア溶液でも、充分にアンモニア処理の効果を得ることができる。アンモニア処理時の加熱温度範囲は、好ましくは２０℃から６０℃程度である。加熱に要する熱源は、嫌気性発酵の場合、前記したようにバイオガスのコージェネレーションシステム等から供給することができる。また、太陽熱を利用することも有効な方法である。
【００６４】
以下、図面に基づき本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロセスの概要を示すブロック図である。このプロセスでは、有機性廃棄物としての牛糞尿と生ごみから、発酵産物の処理と連携して飼料製造を行う例を挙げる。
【００６５】
まず、生ごみを、生ごみホッパーから破砕分別機に導入し、破砕後、ペースターで発酵しやすい形態にペースト化する。この過程で発酵不適物としての金属やビニールなどを取り除いておく。次に、牛糞尿受槽に貯留しておいた牛糞尿と、ペースト化された生ごみを混合槽に投入し、十分に混合する。
【００６６】
混合された発酵原料は、メタン発酵槽に投入し、前記した条件で嫌気的に発酵を行う。発酵過程で生成したバイオガスは、脱硫塔に導入し、硫化水素などを除去することによって、精製バイオガスとする。なお、本実施形態では、発酵液を利用して生物脱硫処理を行うため、後記するエアレーションタンクの発酵液を脱硫塔に供給し循環させるようにした。
【００６７】
発酵が完了したら、発酵液を発酵槽から抜出し、調整槽に移す。調整槽では、ｐＨ調整剤を添加し、発酵液のｐＨを８以上に調整する。このｐＨ変化により、発酵過程で発酵液中に蓄積されたアンモニアが放散されやすい状態となる。本実施形態では、ｐＨ調整後の発酵液をエアレーションタンクに移し、アンモニアの放散を促すために、液中にブロアで空気を導入する。
【００６８】
エアレーションにより生成する放散アンモニアを含む空気は、アンモニアトラップ処理（例えば、Ｕ字管、濡れ壁塔、スプレー塔、バブリング塔などの気液接触手段を用いてアンモニアを水に吸収させる）することで、アンモニア溶液として回収される。図１中、破線で示すように、回収したアンモニア溶液の濃度が薄い場合は、濃縮装置を使用して所定濃度まで濃縮を行うことができる。濃縮装置としては、前記アンモニアトラップと同様の気液接触手段を使用することができるほか、例えば逆浸透膜、電気透析装置なども使用できる。また、放散アンモニア含有空気を直接吸湿した稲わらに接触させて、稲わらにトラップさせる方法も好ましい。
【００６９】
アンモニア処理による飼料製造は、以上の如くして得られたアンモニア溶液を、穀物葉茎を充填したアンモニア処理槽に導入し、所定時間接触させることにより行う。これにより、消化吸収性に優れ、粗蛋白価が高い飼料が得られる。
【００７０】
一方、アンモニア放散後のエアレーションタンク内の発酵残渣は、固液分離機に導入し、液分は水処理設備で浄化した後に放流し、固形分は堆肥設備で肥料化し農地還元する。ここで得られる肥料は、通常のメタン発酵液由来の肥料に比べ、窒素分が少なく、Ｃ／Ｎ比が良好な肥料となる。
【００７１】
図２は、第１実施形態の応用例であり、図１と同様のプロセスに、バイオガスを利用したコージェネレーションシステムを付加したものである。なお、図２においては図１と同様の構成は図示を省略し、相違部分のみを示している。
【００７２】
本実施形態では、図１と同様の処理により、脱硫塔で精製したバイオガスをガスエンジンに導入し、発電を行うとともに、ガスエンジンで発生した余剰熱を利用してアンモニア処理槽を加温する。具体的には、ガスエンジンとアンモニア処理槽とを温水循環ラインで結び、アンモニア処理槽を加温する。これにより、アンモニア処理の効率を上げ、処理期間を短縮できる。
【００７３】
またガスエンジンで発生した電力は、発酵工程（メタン発酵槽など）やアンモニア回収工程（ブロアなど）、アンモニア濃縮工程（濃縮装置など）の動力源として利用できる。
【００７４】
図３も、第１実施形態の応用例であり、図１と同様のプロセスに、バイオガスを利用したコージェネレーションシステムとして、ガスタービンを付加したものである。なお、図３においては図１と同様の構成は図示を省略し、相違部分のみを示している。
【００７５】
図３のプロセスでは、ガスタービンを使用するため、第２実施形態より高温の熱水が得られる。従って、ガスタービンとアンモニア処理槽とを熱水循環ラインで結び、アンモニア処理槽をより高い温度まで加熱することが可能になり、アンモニア処理の効率をさらに向上させ得る。また、ガスタービンで発生した電力は、発酵工程（メタン発酵槽など）やアンモニア回収工程（ブロアなど）、アンモニア濃縮工程（濃縮装置など）の動力源として利用できる。
【００７６】
図４は、本発明の第４実施形態に係るプロセスの概要を示すブロック図である。このプロセスは、第１実施形態と異なり、アンモニア回収工程において、多重効用缶方式（ここでは、三重効用缶）の蒸発濃縮装置を使用している。多重効用缶方式の蒸発濃縮装置を用いることにより、発酵液中のアンモニアを高効率で分離回収できると同時に、発酵残渣を減量できるので、堆肥化も非常に容易になる。
【００７７】
図４のプロセスでは、有機性廃棄物としての豚糞尿などから、発酵産物の処理と連携して飼料製造を行う例を挙げる。豚糞尿受入槽に貯留しておいた豚糞尿を前処理槽に導入し、所要の前処理を実施した後、メタン発酵槽に移し、前記した条件で嫌気的に発酵を行う。発酵過程で生成したバイオガスは、脱硫塔（ここでは図示せず）に導入し、硫化水素などを除去することによって、精製バイオガスとする。
【００７８】
発酵が完了したら、発酵液を発酵槽から抜出し、固液分離機に移す。分離された固形分は、堆肥設備に移し、肥料化する。一方、液分は、三重効用缶式の蒸発濃縮装置に導入し、水分を蒸発させ濃縮する。本実施形態では、蒸発濃縮の熱源として、メタン発酵工程で回収されたバイオガスを燃料とした蒸気ボイラーの蒸気を使用する。これにより、エネルギー効率良くプロセスを実施できる。
【００７９】
蒸発濃縮の過程では、アンモニアも蒸発するため、凝縮器で捕集し、凝縮水として回収する。アンモニア含有凝縮水は、濃縮装置としての電気透析装置により濃縮し、濃縮アンモニア水を得る。
【００８０】
以上の如くして得られた濃縮アンモニア溶液を、穀物葉茎を充填したアンモニア処理槽に導入し、所定時間接触させることにより飼料製造を行う。ここで、アンモニア処理は、蒸気ボイラーの蒸気を利用して加熱条件で実施できる。一方、三重効用缶式の蒸発濃縮装置で分離された濃縮物は、前記堆肥設備に移し、肥料化する。
【００８１】
図５は、本発明の第５実施形態に係るプロセスの概要を示すブロック図である。このプロセスでは、三重効用缶へ供給する蒸気として、バイオガスを燃料とする蒸気ボイラーの熱（蒸気）だけでなく、同様にバイオガスを燃料とする固体電解質型燃料電池から発生する蒸気も利用するようにした。他の構成は、第４実施形態（図４）と同様である。
【００８２】
固体電解質型燃料電池は、発生する熱を蒸気として取出すことが可能であるため、蒸発濃縮装置の熱源としての利用に適しており、コージェネレーションシステムとして本発明プロセスに組み込むことにより、エネルギー効率を高めることが可能になる。また、固体電解質型燃料電池からの蒸気は、アンモニア処理の加熱にも利用できる。固体電解質型燃料電池で発生した電力は、発酵工程（メタン発酵槽など）やアンモニア回収工程（三重効用缶など）、アンモニア濃縮工程（電気透析装置など）の動力源として利用できる。
【００８３】
図６は、本発明の第６実施形態に係るプロセスの概要を示すブロック図である。このプロセスでは、好気的発酵により有機性廃棄物としての鶏糞を堆肥化するとともに、アンモニアを回収して飼料製造に利用する例を挙げる。
【００８４】
本実施形態では、鶏糞を１次発酵槽（鶏糞堆肥舎）に導入し、好気的条件で発酵させる。この段階で、鶏糞中に含まれるアンモニアが蒸散するので、１次発酵槽に排気設備を設け、アンモニア含有空気を取出す。１次発酵槽から取出したアンモニア含有空気は、アンモニア回収装置に導入し、アンモニア水として回収する。アンモニア回収装置としては、前記と同様の気液接触手段（Ｕ字管、濡れ壁塔、スプレー塔、バブリング塔など）を利用することができる。
【００８５】
得られたアンモニア水は、濃縮装置としての逆浸透装置にかけて、所定濃度まで濃縮する。濃縮アンモニア水は、稲わらなどの穀物葉茎を充填したアンモニア処理槽に導入し、アンモニア処理を実施する。
【００８６】
一方、１次発酵槽から取出した発酵鶏糞は、２次発酵槽に移し、ここで発酵を完成させ堆肥化する。
【００８７】
本実施形態では、鶏糞のように含水量が少なく、窒素分の多い有機性廃棄物について、好気的発酵を行うことによって、アンモニアをガス化して分離、回収し、飼料製造に利用する。例えば、鶏糞堆肥設備から好気的発酵により発生するガス中のアンモニア濃度は１％程度に達することもあり、これをアンモニア回収装置でトラップして濃縮アンモニア水として回収することによって、飼料原料のアンモニア処理に使用可能な濃度にすることができる。このような方法を用いれば、ｐｐｍレベルのアンモニア含有ガスでも１０重量％程度のアンモニア濃縮液として回収することが可能になる。
【００８８】
図７は、本発明の第７実施形態に係るプロセスの概要を示すブロック図である。このプロセスは、図１のエアレーションタンクに代えて減圧放散装置を用いる以外は、第１実施形態と同様に実施できる。このように、ｐＨ調整後のメタン発酵液を減圧にすることによっても効率よくアンモニアを分離、回収することができる。また、エアレーション（第１実施形態）や減圧放散（第７実施形態）に変えて、またはこれらの操作に加えて、発酵液を加温することにより、さらにアンモニアの回収効率を高めることができる。
【００８９】
【実施例】
次に、実施例、試験例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらによって制約されるものではない。
【００９０】
実施例１
図１のプロセスに従い、有機性廃棄物からアンモニアの回収と飼料製造を実施した。牛糞尿３ｔ／日、摩砕した事業系生ゴミ１ｔ／日を高温（約５５℃）メタン発酵槽に投入し、平均滞留日数１５日間の発酵処理を行った。発酵残渣である発酵液は約４ｔ／日を引き抜き、遠心法による固液分離後、液側にアルカリ成分として水酸化カルシウムを添加してｐＨ９に調整し、エアレーションによってアンモニアを放散させた。
【００９１】
放散アンモニアを含む空気を、アンモニア回収装置としての冷却Ｕ字管を通して約５重量％のアンモニア水として回収した。このアンモニア水を再度、加熱放散、冷却Ｕ字管にてトラップし、約１５重量％のアンモニア水とした。これを稲藁を充填した容器に移し、約１ヶ月間放置して窒素含有の稲藁飼料とした。なお、本実施例では、アンモニア処理の達成を、飼料の全溶解性窒素量及び高消化性繊維の量が共に処理前の２倍以上であることを基準として判断した。
【００９２】
アンモニアを放散した発酵液は一部をバイオガスの生物脱硫装置の循環液として使用すると共に固液分離して液側を水処理して放流、固形分を堆肥設備で堆肥として農地還元した。
【００９３】
実施例２
図２のプロセスに従い、上記実施例１において生物脱硫装置を通して精製したバイオガスをガスエンジンにてコージェネレーション燃料として使用した。得られた電力をメタン発酵工程、アンモニア回収工程およびアンモニア濃縮工程の動力源として利用した。また、ガスエンジンにより発生する熱（温水、約７０℃）を、稲藁を充填したアンモニア処理容器内を加温する熱源として使用した。その結果、アンモニア処理期間（稲藁のＮ／Ｃ重量比が０．０３以上になるまでの期間）は約２０日間に短縮された。
【００９４】
実施例３
図３のプロセスに従い、上記実施例２において、ガスエンジンに替えてガスタービンを使用し、約９０℃の熱水をアンモニア処理容器加熱コイル（熱水配管）に供給した。その結果、稲藁のアンモニア処理期間は約１０日に短縮された。また、麦稈についても同様に実施したところ、アンモニア処理を２０日で行うことができた。
【００９５】
実施例４
図４のプロセスに従い、有機性廃棄物からアンモニアの回収と飼料製造を実施した。豚糞尿１０ｔ／日を約３０日間かけて中温（約３７℃）でメタン発酵処理した。得られた発酵液は、固液分離後、三重効用缶方式の蒸発濃縮装置により蒸発濃縮した。ここでは、バイオガスを燃料とする蒸気ボイラーの蒸気を熱源とした。
【００９６】
蒸発により得られた凝縮水中のアンモニア（濃度約１％）は、濃縮装置としての電気透析装置を用いて陰極側に濃縮した。得られた濃縮アンモニア水（約２０％）を密閉室内で稲藁、麦稈に作用させた。また、蒸発濃縮による発酵残渣は肥料として堆肥化して農地還元した。
【００９７】
実施例５
図５のプロセスに従い、有機性廃棄物からアンモニアの回収と飼料製造を実施した。上記実施例４において、蒸気ボイラーに加えて、バイオガスの一部を固体電解質型の燃料電池にも導入し、電力と蒸気を回収した。ここでコージェネレーションによって蒸気を回収することにより、蒸発濃縮装置（三重効用缶）の熱源として、燃料電池からの蒸気を有効利用できることが明らかになった。なお、単なる温水、熱水では三重効用缶での所要温度レベルを賄うには不充分であることから、コージェネレーションによる熱量の供給はプロセス全体のエネルギーの効率化を図る上で有効である。
【００９８】
実施例６
図６のプロセスに従い、有機性廃棄物からアンモニアの回収と飼料製造を実施した。鶏糞の堆肥化装置から発生するアンモニア含有空気（アンモニア濃度約５，０００ｐｐｍ）を実施例１においてアンモニア回収に使用したものと同様の冷却Ｕ字管に通し、約５％のアンモニア水溶液を回収した。これを、逆浸透装置を用いてアンモニア濃度約２０％の濃縮液として、実施例１と同じ方法で稲藁、麦稈のアンモニア化を２０日間行い、消化率及び溶解性窒素含有量について基準を満たす飼料を得た。
【００９９】
実施例７
図７のプロセスに従い、有機性廃棄物からアンモニアの回収と飼料製造を実施した。ここでは、エアレーションの代わりに、発酵液を減圧容器に導き、アンモニアを放散させた以外は上記実施例１と同様に実施した。減圧により放散してきたアンモニア濃度は、約５００ｐｐｍと実施例１の場合に比べてかなり低かったため、３０日のアンモニア化処理の後、再度、該放散ガスを稲藁充填容器に導いてアンモニア処理を実施した。つまり、３０日のアンモニア処理を二回行った。得られた飼料は、実施例１とほぼ同質であった。
【０１００】
以上、本発明を種々の実施形態に関して述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適用可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法によれば、有機性廃棄物の発酵過程で生成するアンモニアを回収することにより、有機性廃棄物中の窒素分を有効利用することが可能となる。つまり、アンモニアとして回収された窒素分は、飼料製造などの過程で使用可能であるため、従来とは全く異なる用途で利用する途が開かれる。
【０１０２】
また、本発明の飼料の製造方法によれば、アンモニア処理により、そのままでは家畜が消化吸収することが困難な穀物の葉茎などの繊維質が加安分解され、消化吸収しやすくなるとともに、粗蛋白価が増加するため、付加価値の高い飼料を製造することができる。
【０１０３】
すなわち、アンモニア処理した穀物葉茎などの飼料原料は、セルロースやヘミセルロースにアンモニアが作用して加安分解が起こり、さらにアミノ化された分解物からアミノ酸重合体が形成される。従って、高消化性繊維および全溶解性窒素量が増加し、粗蛋白価が高く、家畜の食欲向上や肉質改善効果に優れた飼料となる。また、飼料の製造に有機性廃棄物由来のアンモニアを利用することにより、工業用薬品のアンモニアを使用する場合に比べて格段に低コストで飼料の高付加価値化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るアンモニア回収・飼料製造プロセスの概要を示す図面。
【図２】第２実施形態に係るアンモニア回収・飼料製造プロセスの概要を示す図面。
【図３】第３実施形態に係るアンモニア回収・飼料製造プロセスの概要を示す図面。
【図４】第４実施形態に係るアンモニア回収・飼料製造プロセスの概要を示す図面。
【図５】第５実施形態に係るアンモニア回収・飼料製造プロセスの概要を示す図面。
【図６】第６実施形態に係るアンモニア回収・飼料製造プロセスの概要を示す図面。
【図７】第７実施形態に係るアンモニア回収・飼料製造プロセスの概要を示す図面。

Claims (9)

1. 有機性廃棄物を好気的または嫌気的に発酵させる発酵工程と、
   発酵によって生成するアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、
   を含むことを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法。
2. 請求項１において、前記発酵工程では、嫌気的に発酵を行い、生成したバイオガスを回収することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法。
3. 請求項２において、前記アンモニア回収工程では、アンモニアを含有する発酵液を蒸発濃縮してアンモニアを分離することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法。
4. 請求項２または請求項３において、前記バイオガスを燃料として、ガスエンジン、温水ボイラー、蒸気ボイラー、ガスタービンまたは燃料電池から選ばれる熱放出型装置を稼動させるとともに、
   前記熱放出型装置から得られる熱を、前記発酵工程または前記アンモニア回収工程において熱源として利用することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法。
5. 請求項１において、前記発酵工程では、好気的に発酵を行いアンモニアガスを生成させ、
   前記アンモニア回収工程では、生成したアンモニアガスを気液接触させて液体中に吸収させることを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項において、アンモニア分離後の発酵残渣を肥料化することを特徴とする、有機性廃棄物由来の発酵産物の処理方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法により回収されたアンモニアを、飼料原料と接触させるアンモニア処理工程を含むことを特徴とする、飼料の製造方法。
8. 請求項７において、前記アンモニア処理工程の前に、回収されたアンモニアを濃縮するアンモニア濃縮工程を含むことを特徴とする、飼料の製造方法。
9. 請求項２または請求項３に記載の方法により回収されたアンモニアを、飼料原料と接触させるアンモニア処理工程を含み、
   前記バイオガスを燃料として、ガスエンジン、温水ボイラー、蒸気ボイラー、ガスタービンまたは燃料電池から選ばれる熱放出型装置を稼動させるとともに、
   前記熱放出型装置から得られる熱を利用し、前記アンモニア処理工程を加熱条件で行うことを特徴とする、飼料の製造方法。

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