JP2016155086A - 再資源化設備 - Google Patents

Abstract

【課題】家畜排せつ物の再資源化によって家畜排せつ物の排出を抑制し、資源の有効活用が可能な再資源化設備を提供する。
【解決手段】家畜から排出された排せつ物を収集する集積槽２と、前記集積槽２の前記排せつ物を水分と固形分に分離する分離装置３と、前記固形分を処理して活性炭を得る再資源化装置６と、前記水分を浄化する高度処理システム９と、を備え、前記活性炭により前記水分を濾過１１することで再利用可能な水１２を得る、ことを特徴とする再資源化設備１００により解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、家畜排せつ物等の再資源化設備に関する。

家畜から排出される尿、糞、スラリー等の家畜排せつ物は、水分と固形分に分離されるなどして適切に処理された後、処分されなければならない。従来から、処理後の家畜排せつ物は、単に捨てられることなく畜産業における資源として農産物や飼料作物の生産などに有効利用されてきた。近年、資源循環型社会に対する要求が益々高まっており、このためには家畜排せつ物は資源として再利用可能な状態まで加工・再資源化される必要がある。

再資源化のための、家畜排せつ物などの廃棄物の燃焼などの過程では、二酸化炭素、ダイオキシン類、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、煤塵等の排出・放散を抑制することが重要な課題である。例えば、炭素を含む廃棄物を焼却したときに発生する二酸化炭素は、温室効果増大を招く物質と目されている。また、塩素を含む廃棄物を焼却すると、一般にダイオキシン類と総称される毒性の強い物質群が発生する。十分高温で焼却すること、焼却温度を一定に保つこと、再燃焼装置を使用すること等によって、ダイオキシン類の大気中への放出をある程度抑えられるが、更なる抑制の要求がある。

また近年、畜産経営の大規模化が進行しているが、臭いの出る畜舎を都市部に建設することは困難なため、郊外に建設される場合がほとんどである。そのため、事業主の選択が制限され、郊外から都市部に豚肉を供給する際には輸送費用もかかる。

従来から、廃棄物を燃焼させ、活性炭素やカーボンナノチューブなどの炭素材料を製造する技術（特許文献１）や、浄化槽処理水の脱色処理機能を備えた固液分離システム（特許文献２）が知られている。

特許第４０４７３３１号公報 特開２００６−２８１０４０号公報

そこで本発明は、家畜排せつ物の再資源化によって家畜排せつ物の排出を抑制し、資源の有効活用が可能な再資源化設備を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、家畜から排出された排せつ物を収集する集積槽（２）と、前記集積槽（２）の前記排せつ物を水分と固形分に分離する分離装置（３）と、前記固形分を処理して活性炭（７）を得る再資源化装置（６）と、前記水分を浄化する高度処理システムと、を備え、浄化した前記水分を前記活性炭（７）によって濾過（１１）することで再利用可能な水（１２）を得る、ことを特徴とする再資源化設備（１００）を提案する。

家畜排せつ物の再資源化によって、糞や尿を畜舎外に排出することなく畜舎内で再利用可能な水を得ることができる。家畜排せつ物自体の排出や臭いの放出を抑制できるため、都市部においても再資源化設備の建設が可能になり、迅速かつ安価な畜産物の提供が可能になる。

再資源化設備１００のブロック図であって、家畜排せつ物の処理フロー図である。 固形分生成装置２０の概略図である。 水分生成装置３０の概略図である。 糞（固形分）を乾燥させながら炭化する炭化装置４の概略側面図である。

以下では図面に則して本発明の実施形態に係る再資源化設備１００を説明する。
図１は、再資源化設備１００のブロック図であって、家畜排せつ物の処理フロー図である。豚舎１では例えば１５０００頭の豚が飼育される。１頭当たり１日に６ｋｇの糞尿を排出すると仮定すると、糞尿の総量は９００００ｋｇ／日になり、この大量の糞尿をどのように処理するかが問題となる。豚舎１が４棟あれば、糞尿の総量は３６００００ｋｇ／日になる。先ず、各豚舎から糞尿を集め、集積槽２にて１箇所に収集する。

次いで、集積槽２に溜められた糞尿は分離装置３にて水分と固形分に分離される。具体的には、分離装置３は、排せつ物のうちの糞を収容して発酵させメタンガスを発生させた糞の残滓として固形分を生成する固形分生成装置２０（図２）と、排せつ物のうちの尿を収集して尿から主に水分のみ分離する水分生成装置３０（図３）を備える。

図２は、固形分生成装置２０の概略図である。
図示のように、固形分生成装置２０は、糞を収容・発酵させるための複数の発酵容器２１、発酵容器２１を加熱し糞に含まれる水分を適度に蒸発させて発酵を促進させるヒータ２３、発生したメタンガス２２を送風するファン２５、メタンガスにより起動し発電するガスタービン式発電機２６などを有する。固形分生成装置２０が地下処理室２４に配置されれば、地上のスペースを有効活用することができ、好都合である。

糞を発酵させることでメタンガス２２が発生するが、この際ヒータ２３で糞を加熱するとともに、不図示の撹拌装置により発酵容器２１内で撹拌すると、発酵が促進される。発生したメタンガス２２は、ファン２５によりガスタービン式発電機２６に送られても良く、ガスタービン式発電機２６はメタンガス２２の燃焼によって自家発電するようになっている。

発電した電気は豚舎１内の電灯やエアーコンディショナーなどの各種機械のために利用することができる。

図３は、排せつ物のうちの尿を収集して尿から主に水分のみ分離する水分生成装置３０を示す概略図である。
水分生成装置３０は、尿を蓄えておくためのタンク３１、タンク３１に接続して適当な圧力により尿から主に水分のみ分離する真空ポンプ３２、接続ダクト３３により真空ポンプ３２と接続されて水分を蓄える水分タンク３４などを有する。水分タンク３４内の水分は浄化槽８に運ばれ処理されるが、浄化槽８以降の処理については後述する。

図１を参照して、メタンガス２２を十分放出した糞（固形分）は、炭化装置４に運ばれ、乾燥させながら炭化される。

図４は、糞（固形分）を乾燥させながら炭化する炭化装置４の概略側面図である。
炭化装置４は、糞を収容した発酵容器２１を運搬するためのベルトコンベア４３、発酵容器２１内の糞に赤外レーザー光を照射することで糞を炭化させるレーザー炭化装置４１、糞を乾燥させる真空乾燥機４２などを有する。ここで、真空乾燥とは、乾燥対象物である糞を密閉した状態で、乾燥の条件である水蒸気分圧差を人工的に大きくするために真空ポンプで減圧排気する方法である。真空乾燥機４２内には不図示のヒータを備え、ヒータにより糞を加熱しながら減圧排気してもよい。これにより、乾燥がさらに促進される。

また、矢印４４で示すように発酵容器２１に上下の（又は左右の）振動を加えることで、糞に満遍なく赤外レーザー光を照射することができ、乾燥と炭化作用を促進させることができる。
別な形態として、炭化装置４は、糞を収容した発酵容器２１を運搬するためのベルトコンベア４３、発酵容器２１内の糞にレーザー光を照射して炭化するレーザー炭化装置４１、糞を温風乾燥させる温風式乾燥装置を有してもよい。

また、不図示のレーザー装置から、消臭効果のある紫外線レーザー光４４を糞に照射することで、糞の臭いを抑制することができる。

このようにして糞は炭化され、炭化装置４のベルトコンベア４３で出口に運搬され、出口に設けられた貯蔵部に蓄えられる。しかしながら、図１に示すように、固形分は臭いが発生し易いため、脱臭槽５で臭い取り処理がなされると好ましい。例えば、脱臭槽５内の密閉された保管槽に糞を保管しておき、発生した臭気を、保管槽の排気口からパイプを通してファンの送風により別の室に送り込む。室には、例えば４カ月以上発酵させられた完熟堆肥が堆積されており、臭気は完熟堆肥を通気させられることにより、臭気は脱臭槽５外に排出可能な程度に脱臭され、糞も十分に脱臭される。

次いで、糞は再資源化装置６によって活性炭７に完全に変換される。
糞（固形分）を活性炭７に処理可能な再資源化装置６は従来から知られている。例えば特許文献１によれば、内部に処理対象物が装填された密閉したコンテナ内に窒素を送り込んで酸素を追い出し（工程１）、その状態で、段階を踏みつつ、コンテナ内に組み込んだヒータを用いてコンテナの内部温度を上昇させていく（工程２〜５）。工程２では水分を、工程３では塩素を、工程４及び５では高分子ガスを抽出できる。工程６又は所定時間以上放置後のコンテナ内には、再利用可能な炭素や金属が残る。無酸素雰囲気内での加熱であるため、二酸化炭素やダイオキシン類等は生じない。ヒータ内蔵型のコンテナを使用するため、炉が不要であり処理効率も高い。二酸化炭素もダイオキシン類も発生せず、炭素（例えば不活性炭素）、金属等を再利用可能な形態で回収でき、省スペース・省エネルギー・低コストな処理システムが得られる。また、得られた不活性炭素を賦活処理して、カーボンナノチューブや活性炭を連続的に大量生産することもできる。

このようにして、糞は活性炭７に変換される。活性炭は、炭素を主成分とする多孔質の物質であり、その微細な穴に多くの物質を吸着させる性質がある。活性炭の表面が非極性の性質を持つため、水のような極性分子は吸着力が低く、穴より小さな粒状の有機物を選択的に吸着しやすい。その性質を利用して、活性炭は脱臭や水質浄化など、有害物質の吸着に用いられる。また活性炭は加熱・煮沸によって吸着物質を放出し再利用することができる。

一方、特許文献２から浄化槽処理水の脱色処理機能を備えた固液分離システムが知られている。図１に示す再資源化設備１００ではこのような高度処理システムが設けられており、浄化槽８、高度処理部９及び高度処理水槽１０を備えている。分離装置３にて分離された水分は浄化槽８へ送られ、曝気処理される。

高度処理部９では、浄化槽８で曝気処理した濾液にポリ硫酸第二鉄を加える手段、ポリ硫酸第二鉄が加えられた液を導入して攪拌反応させる第１の反応タンク、該第１の反応タンクで処理された液を第２の反応タンクへ移送する途上で有機凝集剤を加える手段、第２の反応タンクで反応処理されて固体と液体成分に分離させたスラリーを傾斜配置されて連続駆動されるスクリーンコンベアの上流側の低い位置に供給する手段、連続的にコンベアで搬送中のスラリーを圧搾処理して固液分離する手段を備えている。

そして、固液分離する手段は、スクリーンコンベアの往路上面に搾りローラを複数段設けることで構成され、下流側に向かって上昇搬送する間に、その自重と搾りローラによる圧力でスラリーの液分が分離してスクリーンコンベアの網目から落下し（濾液）、固形分はその下流側端部から落下することによって固液分離が行われる。

よって、この高度処理システムは、分離装置３に代えて、畜産汚物処理工程における当初の糞等の固液分離にも兼用できる。

このようにしてスクリーンコンベアから落下した濾液は別な分離槽に移されて、曝気処理が施された後、高度処理水槽１０に溜められる。浄化槽８内の水は、例えばｐＨ６．８、生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）１００ＰＰＭ程度を有するのに対し、高度処理部９での処理を終えた高度処理水槽１０内の水は、例えばｐＨ６．３、生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）８ＰＰＭ程度となり、良好な高度処理水となる。この高度処理水槽１０内の水は豚舎１の洗浄などに用いることができる。

そして、この高度処理水を活性炭７によってさらに濾過１１することで純水を得ることができる。このためには、高度処理水に活性炭７を入れた状態で数時間静置させればよい。このようにして再利用可能な水（純水）１２が得られ、例えば家畜の飲料水に使用できる。もちろん、再利用可能な水（純水）１２は家畜を飼育する畜舎の洗浄に使用されてもよい。

従って本発明によれば、家畜から排出された排せつ物は適切な処理を施すことにより、炭化した固形分と浄化した水分に分けられ、さらに浄化した水分は炭化した固形分で濾過することでより純度の高い純水にすることができる。純水は畜舎内で再利用可能なため、畜舎から外部へ排出しなければならない廃棄物は大幅に低減される。再資源化設備１００内で、廃棄物を殆ど排出することなく資源循環が形成され、環境に対する悪影響が殆どない。

また本発明は、豚舎１から出る豚の排せつ物に限らず、牛舎から出る牛の排せつ物や鶏舎から出る鶏の排せつ物にも応用することができる。再資源化設備からの臭気の放出は大幅に抑制され、郊外のみならず都市部においても再資源化設備の建設が可能となる。分離装置３や高度処理システムや再資源化装置６はコンパクトなため、広い設置スペースを要しない。

２ 集積槽
３ 分離装置
６ 再資源化装置
９ 高度処理システム
１１ 濾過
１２ 再利用可能な水
１００ 再資源化設備

Claims (6)

1. 家畜から排出された排せつ物を収集する集積槽（２）と、前記集積槽（２）の前記排せつ物を水分と固形分に分離する分離装置（３）と、前記固形分を処理して活性炭（７）を得る再資源化装置（６）と、前記水分を浄化する高度処理システムと、を備え、
   浄化した前記水分を前記活性炭（７）によって濾過（１１）することで再利用可能な水（１２）を得る、ことを特徴とする再資源化設備（１００）。
2. 前記分離装置（３）は、前記排せつ物のうちの糞を収容し発酵させてメタンガスを発生させた糞の残滓として前記固形分を生成する固形分生成装置（２０）と、前記排せつ物のうちの尿を収集して尿から主に水分のみ分離する水分生成装置（３０）と、を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の再資源化設備（１００）。
3. 前記再利用可能な水（１２）は家畜の飲料水に使用される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の再資源化設備（１００）。
4. 家畜を飼育する畜舎（１）をさらに備え、前記再利用可能な水（１２）は前記畜舎（１）の洗浄に使用される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の再資源化設備（１００）。
5. 前記固形分を乾燥させながら炭化する炭化装置（４）が、前記分離装置（３）と前記再資源化装置（６）の間に設けられ、
   前記炭化装置（４）は、前記固形分にレーザー光を照射して炭化するレーザー炭化装置（４１）と、前記固形分を真空乾燥させる真空式乾燥装置（４２）を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の再資源化設備（１００）。
6. 前記固形分を乾燥させながら炭化する炭化装置（４）が、前記分離装置（３）と前記再資源化装置（６）の間に設けられ、
   前記炭化装置（４）は、前記固形分にレーザー光を照射して炭化するレーザー炭化装置（４１）と、前記固形分を温風乾燥させる温風式乾燥装置を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の再資源化設備（１００）。
   

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