JP4666606B2 - カルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システム - Google Patents
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Description
本発明はカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システムに関し、とくに貝殻、卵殻、脊椎動物の骨、カニ殻等のカルシウム塊を含む有機性廃棄物を処理するシステムに関する。
例えば火力／原子力発電所では、図３に示すように、海水の取水施設23内でムラサキイガイ、カキ、フジツボ類などの貝類が成長・死滅して堆積し、取水施設23を閉塞して発電支障の原因となるため、定期的に掻き落し廃棄物として処理している。このような貝類廃棄物は港湾施設・水産加工場等においても多量に発生するが、貝殻と貝肉との分離が面倒であるため、従来は貝肉が分解するまで野積で放置するかそのまま焼却処分されることが多い。しかし貝類廃棄物は含水率が高いため、腐敗臭が著しくまた焼却するには重油等のエネルギーを投入する必要があり、焼却時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素（CO2）を多量に発生し、更に塩分由来のダイオキシン類や焼却灰等の環境汚染物質が発生する問題点があった。
これに対し特許文献１及び非特許文献１は、貝類廃棄物をメタン発酵により処理する方法を提案している。特許文献１の開示する貝類廃棄物のメタン発酵処理装置を、図８を参照して、本発明の理解に必要な限度において説明する。図示例の処理装置31は、貝類廃棄物を貝肉ペーストＡと粉砕貝殻Ｃとに分別する高圧分別機32、高圧分別機32からの粉砕貝殻Ｃ上の残存貝肉を残存貝肉溶液Ａ´として洗出す粉砕貝殻洗浄ユニット33、及び高圧分別機32からの貝肉ペーストＡと洗浄ユニット33からの残存貝肉溶液Ａ´とをメタン発酵処理するメタン発酵槽（バイオリアクター）34を有する（同図（Ａ）参照）。
高圧分別機32は、図８（Ｂ）に示すようにシリンダー32c内の一対のピストン32d、32eにより加圧室32aを画成し、その加圧室32aに連なるシリンダー32cの内周面とピストン32eの周縁の凹部32fとの間に貝肉ペースト化用の間隙32bを形成し、加圧手段（例えば油圧ユニット）32gでピストン32d、32eを駆動することにより貝類廃棄物を貝肉ペーストＡと粉砕貝殻Ｃとに分別して流出口2hと払出し口2iとからそれぞれ排出する。分別した粉砕貝殻Ｃには貝肉ペーストＡや海草等の残存有機物が付着しているので、洗浄ユニット33においてアルカリ水溶液等により粉砕貝殻Ｃを水洗し、粉砕貝殻Ｃ上の残存貝肉等の有機物を残存貝肉溶液Ａ´として回収する。メタン発酵槽34はメタン発酵微生物の付着した固定床担体27を内部に有し、微生物が活性を示す温度（例えば37℃又は55℃）で貝肉ペーストＡ及び残存貝肉溶液Ａ´を共にバイオガスＧと消化液Ｄとに分解する。
図８の処理装置によれば、貝殻Ｃによる閉塞を防ぎつつ貝肉Ａを安定的にメタン発酵処理することができ、貝肉ペーストＡ及び残存貝肉溶液Ａ´の80％以上をバイオガスＧに分解することができる。バイオガスＧは60〜70％のメタン（CH4）と30〜40％のCO2を含み、例えばガス発電機や燃料電池に投入して電力及び温熱エネルギー（バイオエネルギー）を回収することができる。従って、図示例の処理装置により、従来の焼却処分等に比し低ランニングコストで貝類廃棄物を処理することができる。また、バイオガスＧ中のCO2は元来貝類に固定された大気中のCO2であって大気中に戻した場合も地球規模でのCO2を増加させないもの（カーボンニュートラルなCO2）であり、メタン発酵ではダイオキシン類等の環境汚染物質も発生しないので、環境負荷を小さく抑えつつ貝類廃棄物を処理することができる。
しかし、図８に示す貝類廃棄物のメタン発酵処理方法は、貝類廃棄物のうち有機物である貝肉Ａを処理対象とするものであり、処理後に無機質である貝殻Ｃが大量に残る問題点がある。貝殻Ｃは主成分が炭酸カルシウム（CaCO3）であり、古くから飼料・肥料として有効利用されており、最近では地盤改良材、建築資材等としての活用も試みられている。ただし、廃棄物として発生する貝殻は品質が安定しておらず、飼料・肥料等として有効に利用・活用できない場合も多い。有効に利用・活用できない貝殻Ｃは廃棄物として処分せざるを得ないのが実情であり、環境負荷を増大させる原因となっている。貝類廃棄物を未活用バイオマスとして有効利用するため、有機物である貝肉Ａだけでなく、貝殻のようなカルシウム塊Ｃも小さな環境負荷で処理する技術の開発が望まれている。
そこで本発明の目的は、カルシウム塊を有機性廃棄物と共に小さな環境負荷で処理するシステムを提供することにある。
本発明者は、カルシウム系無機化合物である廃コンクリート塊（主成分はケイ酸カルシウムCaSiO3及び水酸化カルシウムCa(OH)2）が酸性水溶液中で溶解することに注目した。例えば特許文献３は、破砕したコンクリート塊をCO2ガスと接触させ、次いでCO2水溶液中に浸したのち固液分離してCaCO3として回収するコンクリート廃棄物の処理方法を開示している。また非特許文献２は、水中に分散させたコンクリート塊中にCO2ガスを高圧条件下（例えば3.0MPa≒30気圧程度）で吹き込むことによりカルシウム分を抽出して溶解させたのち、常圧（大気中のCO2分圧≒36Pa）に戻してCaCO3を析出させるCO2固定プロセスを報告している（(1)式及び(2)式参照）。更に非特許文献３は、コンクリート塊からカルシウムイオン（Ca2+）を溶出させる際に、CO2ガスと共に酢酸等を加えることにより、コンクリート塊からのCa2+の溶出速度が促進されることを報告している（(3)式及び(4)式参照）。本発明者の予備的実験によれば、貝殻等のカルシウム塊ＣもCO2水溶液を用いて溶解することが可能である。
［化１］
CaSiO3＋CO2→CaCO3＋SiO2 ………………………………………………………(1)
Ca(OH)2＋CO2→CaCO3＋H2O ………………………………………………………(2)
CaSiO3＋2CH3COOH→Ca2+＋2CH3COO-＋H2O＋SiO2 ……………………………(3)
Ca2+＋2CH3COO-＋CO2＋H2O→CaCO3＋2CH3COOH ………………………………(4)
CaSiO3＋CO2→CaCO3＋SiO2 ………………………………………………………(1)
Ca(OH)2＋CO2→CaCO3＋H2O ………………………………………………………(2)
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Ca2+＋2CH3COO-＋CO2＋H2O→CaCO3＋2CH3COOH ………………………………(4)
また本発明者は、廃コンクリート塊の溶解に用いるCO2ガス及び酢酸は、貝肉等の有機性廃棄物Ａのメタン発酵処理の排出物として得られることに注目した。上述したようにメタン発酵処理ではCO2を含むバイオガスＧが発生しており、通常はCO2を大気中に戻しているので、このCO2を貝殻等のカルシウム塊Ｃの溶解に用いることができる。また、メタン発酵で発生する消化液Ｄには酢酸その他の有機酸が含まれており、通常は二次処理施設で浄化して放流しているが、この有機酸をカルシウム塊Ｃの溶解の促進に利用すれば、外部からの薬剤等の供給が不要となる。すなわち、メタン発酵から排出されるCO2及び有機酸を用いてカルシウム塊Ｃを溶解すれば、外部からの薬剤やエネルギーの投入量を最小限に抑え、バイオマスである有機性廃棄物Ａの多段階利用によってカルシウム塊Ｃを処理することが期待できる。本発明は、この着想に基づく研究開発の結果、完成に至ったものである。
図１の実施例を参照するに、本発明によるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システムの一態様は、生物の殻・骨のようなカルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａから当該カルシウム塊Ｃを分別し、分別後の有機性廃棄物Ａをメタン発酵によりバイオガスＧと消化液Ｄとに分解し、分別したカルシウム塊ＣをバイオガスＧ中の二酸化炭素CO2の水溶液及び／又は消化液Ｄと共に当該二酸化炭素CO 2 が水に溶ける圧力の貯留槽２に投入して溶解してなるものである。カルシウム塊には、生物の殻・骨に代えて又は加えて、主成分がケイ酸カルシウム及び水酸化カルシウムである廃コンクリートを含めることができる。
また、図２の実施例を参照するに、本発明によるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システムの他の態様は、生物の殻・骨のようなカルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａを二酸化炭素CO2の水溶液と共に当該二酸化炭素CO 2 が水に溶ける圧力の貯留槽２に投入して溶解し、溶解後に残る有機性廃棄物Ａをメタン発酵によりバイオガスＧと消化液Ｄとに分解し、バイオガスＧ中の二酸化炭素CO2の水溶液及び／又は消化液Ｄを貯留槽２に戻してなるものである。この場合も、カルシウム塊には、生物の殻・骨に代えて又は加えて、主成分がケイ酸カルシウム及び水酸化カルシウムである廃コンクリートを含めることができる。
好ましくは、図３に示すように、貯留槽２を、底端において二酸化炭素CO2が水に溶ける圧力が得られ且つ鉛直隔壁11により底端で連通した下降部12と上昇部13とに仕切られた深層式貯留槽2aとし、有機性廃棄物Ａから分別したカルシウム塊Ｃ又はカルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａを下降部12の頂端に投入し、バイオガスＧ中の二酸化炭素CO2の水溶液及び／又は消化液Ｄを底端近傍に供給する。この場合は、深層式貯留槽2aの上昇部13に環境中の水域20に連通する放流路14を設け、カルシウム塊Ｃの溶解液Ｋを環境中の水域20に放流することができる。また、図４に示すように、深層式貯留槽2aの上昇部13の頂端近傍にメタン発酵槽１を設け、溶解後に残る有機性廃棄物Ａを上昇部13の頂端近傍においてバイオガスＧと消化液Ｄとに分解することができる。
本発明によるカルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａの処理システムは、有機性廃棄物Ａ中に含まれる生物の殻・骨のようなカルシウム塊Ｃを、有機性廃棄物Ａのメタン発酵で排出されるバイオガスＧ中の二酸化炭素CO2の水溶液及び消化液Ｄと共に、二酸化炭素CO 2 が水に溶ける圧力の貯留槽２に投入して高圧下で溶解するので、次の顕著な効果を奏する。
（イ）品質の安定しない廃棄物のカルシウム塊Ｃを溶解し、炭酸カルシウムCaCO3の溶解液又は粉末として回収できるので、カルシウム塊Ｃの廃棄物の有効利用を図ることができる。
（ロ）有機性廃棄物Ａのメタン発酵で排出されるバイオガスＧ中の二酸化炭素CO2及び消化液Ｄを用いてカルシウム塊Ｃを溶解するので、外部からの新たなエネルギーや薬剤等を投入する必要がなく、省資源型・省エネルギー型の処理システムとすることができる。
（ハ）また、バイオマスである有機性廃棄物Ａの多段階利用によってカルシウム塊Ｃを溶解するので、カルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａの全体を小さな環境負荷で処理することができ、地球環境に調和した処理・処分が可能となる。
（ロ）有機性廃棄物Ａのメタン発酵で排出されるバイオガスＧ中の二酸化炭素CO2及び消化液Ｄを用いてカルシウム塊Ｃを溶解するので、外部からの新たなエネルギーや薬剤等を投入する必要がなく、省資源型・省エネルギー型の処理システムとすることができる。
（ハ）また、バイオマスである有機性廃棄物Ａの多段階利用によってカルシウム塊Ｃを溶解するので、カルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａの全体を小さな環境負荷で処理することができ、地球環境に調和した処理・処分が可能となる。
（ニ）カルシウム塊Ｃを溶解する貯留槽２を深層式貯留槽2aとし、大深度地下の高圧を利用してカルシウム塊Ｃを溶解することにより、縦坑型となるので敷地面積を小さくすることができ、貯留槽の構造を地上設置型より簡素化できる。
（ホ）貝類廃棄物の処理に利用できると共に、卵殻、魚や鳥等の脊椎動物の骨や歯、かに殻等の甲殻類の外骨格を含む有機性廃棄物Ａの処理に広く適用可能である。
（ヘ）また、二酸化炭素に溶解した有機性廃棄物Ａ中のカルシウム塊Ｃを環境中に戻すことが可能となり、環境中に戻したカルシウム塊Ｃを生物が再び成長過程で取り込むことにより、環境におけるカルシウム及び二酸化炭素の新たな物質循環に寄与することが期待できる。
（ホ）貝類廃棄物の処理に利用できると共に、卵殻、魚や鳥等の脊椎動物の骨や歯、かに殻等の甲殻類の外骨格を含む有機性廃棄物Ａの処理に広く適用可能である。
（ヘ）また、二酸化炭素に溶解した有機性廃棄物Ａ中のカルシウム塊Ｃを環境中に戻すことが可能となり、環境中に戻したカルシウム塊Ｃを生物が再び成長過程で取り込むことにより、環境におけるカルシウム及び二酸化炭素の新たな物質循環に寄与することが期待できる。
図１は、カルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａの一例である貝類廃棄物に本発明の処理システムを適用した一実施例を示す。ただし、本発明の適用対象は貝類廃棄物に限定されるものではなく、卵殻、脊椎動物の骨、甲殻類の外骨格等のカルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａに広く適用可能である。図示例の処理システムは、貝類廃棄物（Ａ＋Ｃ）を有機性廃棄物（貝肉）Ａとカルシウム塊（貝殻）Ｃとに分別する分別機６、分別した有機性廃棄物Ａをメタン発酵処理によりバイオガスＧと消化液Ｄとに分解するメタン発酵槽１、メタン発酵槽１で発生したバイオガスＧからCO2を除去するメタン濃縮装置３、CO2が除去されたCH4をエネルギーに変換するエネルギー変換装置４、及びメタン発酵槽１で発生した消化液Ｇを浄化する二次処理施設８を有する。
分別機６は、図８を参照して上述した高圧分別機32と同様に、例えば貝類廃棄物（Ａ＋Ｃ）を加圧してミンチ状に粉砕される有機性廃棄物Ａと硬いカルシウム塊Ｃとに分別するものとすることができる。図８の粉砕貝殻洗浄ユニット33を分別機６に含めてもよい。分別機６によりカルシウム塊Ｃから分別された有機性廃棄物Ａは、メタン発酵装置１においてメタン発酵菌により約66％のCH4と約33％のCO2とを含むバイオガスＧに分解され、一部分は蟻酸、酢酸、プロピオン酸、n-及びi-酪酸、n-及びi-吉草酸、乳酸等の有機酸（分子式モデルR-COOH）を含む消化液Ｄに分解される（(11)式参照）。
［化２］
CxHyOz（有機物）→aCH4＋bCO2＋cH2O ………………………………………(11)
66％×CH4＋33％×CO2＋66％×2O2→CO2＋66%×2H2O ………………………(12)
CO2＋H2O→H2CO3→HCO3 -＋H+ …………………………………………………(13)
CaCO3＋HCO3 -＋H+→Ca(HCO3)2→Ca2+＋2HCO3 - ………………………………(14)
CaCO3＋2R-COOH→Ca2+＋2R-COO-＋HCO3 -＋H+ ………………………………(15)
CxHyOz（有機物）→aCH4＋bCO2＋cH2O ………………………………………(11)
66％×CH4＋33％×CO2＋66％×2O2→CO2＋66%×2H2O ………………………(12)
CO2＋H2O→H2CO3→HCO3 -＋H+ …………………………………………………(13)
CaCO3＋HCO3 -＋H+→Ca(HCO3)2→Ca2+＋2HCO3 - ………………………………(14)
CaCO3＋2R-COOH→Ca2+＋2R-COO-＋HCO3 -＋H+ ………………………………(15)
メタン発酵装置１で発生したバイオガスＧは、メタン濃縮装置３においてCO2を除去してCH4を例えば98％程度に濃縮したのち、例えば燃料電池等のエネルギー変換装置４において電力及び温熱エネルギーに変換する。ただし、メタン濃縮装置３は本発明に必須のものではなく、例えばエネルギー変換装置４をガス発電機やガスボイラー等とした場合は、メタン発酵装置１で発生したバイオガスＧをエネルギー変換装置４に直接導入し、CH4を燃焼させて電力及び温熱エネルギーに変換することができる（(12) 式参照）。メタン発酵装置１で発生した消化液Ｄは二次処理施設８に送られ、有機酸に対する浄化処理を施したのち処理水Ｗとして下水道や河川、海、地下水等に放流することができる。
また図示例の処理システムは、分別機６で分別したカルシウム塊Ｃを取り入れて溶解する貯留槽２を有する。貯留槽２の一例は、好ましくは撹拌装置５を有する耐圧容器である。例えば貯留槽２にカルシウム塊Ｃと共に二次処理施設８の処理水Ｗ等の淡水を仕込み、撹拌装置５で撹拌しながらメタン濃縮装置３及びエネルギー変換装置４においてバイオガスＧから生じたCO2を高圧下で供給する。貯留槽２内の気相中のCO2の分圧を高めることにより、供給したCO2を水に溶かして重炭酸イオンとし（(13)式参照）、この場合のカルシウム塊Ｃの主成分であるCaCO3を重炭酸イオンによりCa2+として溶解することができる（(14)式参照）。
更に図示例のシステムでは、メタン発酵装置１で発生した消化液Ｄの一部も二次処理施設８経由で貯留槽２に供給している。CaCO3の溶解反応（(14)式）は反応速度が小さいため、限られた大きさの貯留槽２でカルシウム塊Ｃを処理するには貯留槽２内の気相中のCO2の分圧を高めて反応速度を大きくする必要があるが、貯留槽２内に酢酸等の有機酸を加えることでCaCO3の溶解反応を更に加速することができる（(15)式及び非特許文献３参照）。また、消化液Ｄ中にはメタン発酵槽１において分解できない粉砕貝殻等のカルシウム塊Ｃが残渣として含まれることがあるが、図示例の処理システムによれば、このような残渣カルシウム塊Ｃを消化液Ｄと共に貯留槽２へ導入して溶解することができる。
貯留槽２において溶解したカルシウム塊Ｃは、カルシウム溶解液Ｋとして貯留槽２から取り出し、例えば常圧に戻してCaCO3を析出させて回収することができる。品質の安定しない貝殻等のカルシウム塊Ｃも、粉末状のCaCO3とすることにより、微細砂や再生コンクリートの原料として有効利用を図ることが期待できる。CaCO3回収後のカルシウム溶解液Ｋ中には二次処理施設８経由で供給した有機酸が含まれているが、必要に応じてCaCO3回収後のカルシウム溶解液Ｋをメタン発酵装置１に戻し、有機酸を再びバイオガスＧに変換リサイクルすることができる。また、カルシウム溶解液Ｋをメタン発酵装置１に戻すことにより、メタン発酵微生物の生育に必要なカルシウムを供給することもできる。
すなわち本発明では、メタン発酵装置１と貯留槽２との間でCO2及び消化液Ｄとカルシウム溶解液Ｋとを循環させることにより、カルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａの全体を効率的に多段階的に処理することも可能である。なお、後述するように、貯留槽２からのカルシウム溶解液Ｋを高圧のまま重炭酸イオン形態のCO2と共に海底、湖底又は地下水等の環境中の水域に放流し、海洋、湖沼又は地下水環境の保全に利用することも可能である。また、後述するように、貯留槽２に供給するCO2が不足する場合は、カルシウム溶解液Ｋ中のCO2を貯留槽２に戻して循環させることも可能である。
図５は、水産加工施設で発生した貝類廃棄物を本発明の処理システムで処理した場合の物質収支・エネルギー収支を試算したものである。例えば有機性廃棄物Ａである貝肉１トンをメタン発酵処理すると53Nm3程度のバイオガスＧを回収することができ、このバイオガスＧを燃焼することにより約87kwh（53Nm3×1.65kwh）のエネルギーと約0.104トンのCO2ガスが得られる。これを全て重炭酸イオン化すると、カルシウム塊Ｃである貝殻の主成分であるCaCO3を0.23トン溶解することができる。また、(14)式のCaCO3の溶解反応に必要なエネルギーは、貝殻の粉砕条件等を考慮して１トンのCaCO3当たり約77.2〜24kwhと考えられる。
図５のように貝肉510トン／月が発生する水産加工施設では、約45000kwh／月（≒510×87）のエネルギーと約53トン／月（≒510×0.104）のCO2ガスが得られ、貝殻120トン／月（≒510×0.23）を溶解することができる。また、貝殻120トン／月の溶解反応に必要なエネルギーは9300〜3000kwh／月程度である。従って、カルシウム塊Ｃに対する有機性廃棄物Ａの比率が4.3倍程度以上の水産加工施設であれば、バイオガスＧ中のカーボンニュートラルなCO2とバイオガスＧの燃焼エネルギーとを用いてカルシウム塊Ｃの全量を溶解することが可能である。
図６は、500万kw級の大型発電所で発生した貝類廃棄物を本発明の処理システムで処理した場合の物質収支・エネルギー収支を試算したものである。発電所等で発生する貝類廃棄物は、カルシウム塊Ｃに対する有機性廃棄物Ａの比率が比較的小さいので、バイオガスＧ中のCO2だけではカルシウム塊Ｃの溶解に不足する場合がある。図示例の大型発電所では、貝肉35トン／月から回収できるバイオガスＧ中のCO2ガスでは約8.1トン／月（≒35×0.23）の貝殻しか溶解できず、約25トン／月で発生する貝殻の４割弱しか溶解することができない。このようにバイオガスＧ中のCO2が不足する場合は、貯留槽２から排出するカルシウム溶解液Ｋ中の重炭酸イオンの一部（図示例では約６割）をCO2として回収し、貯留槽２に戻して循環させることでCO2の不足分を補うことができる。
図７は、厨芥廃棄物等の生ゴミのメタン発酵処理において、メタン発酵装置１の底部に沈積する卵殻・貝殻等のカルシウム塊Ｃが含まれる残渣を本発明の処理システムで処理した場合の物質収支・エネルギー収支を試算したものである。メタン発酵装置１の底部から引き抜いたカルシウム塊Ｃを消化液Ｄと共に貯留槽２へ導入して溶解する。様々な有機成分を含む厨芥生ゴミのメタン発酵では、生ごみ１トン当たり160Nm3以上のバイオガスＧを回収することができ、貝肉のメタン発酵に比し多くのエネルギー及びCO2ガスが得られる。また、厨芥生ゴミ中に含まれるカルシウム塊Ｃは５％程度であり、例えばメタン濃縮装置３からのCO2とエネルギー変換装置４からのバイオエネルギーとを用いて、厨芥生ゴミ中に含まれるカルシウム塊Ｃの全量を十分に溶解させることができる。また、貯留槽２から排出されるカルシウム溶解液Ｋを、下水道に希釈しながら放流処分することができる。
こうして本発明の目的である「カルシウム塊を有機性廃棄物と共に小さな環境負荷で処理するシステム」の提供を達成できる。
図２は、本発明の処理システムを用いて貝類廃棄物を処理する他の実施例を示す。図示例の処理システムは、分別機６を省略し、貝類廃棄物（Ａ＋Ｃ）を貯留槽２に直接投入してカルシウム塊Ｃを溶解し、溶解後に残る有機性廃棄物Ａをメタン発酵槽１に投入してバイオガスＧと消化液Ｄとに分解し、メタン発酵槽１で発生したバイオガスＧ中のCO2をメタン濃縮装置３及びエネルギー変換装置４経由で貯留槽２に戻し、メタン発酵槽１で発生した消化液Ｄを二次処理施設８経由で貯留槽２に戻している。すなわち、カルシウム塊Ｃを溶解する貯留槽２を利用して、貝類廃棄物の貝肉と貝殻とを分離することができる。図１のような分別機６による貝肉と貝殻との分別処理では、粉砕貝殻等が貝肉と共にメタン発酵槽１に進入して固定床担体27を閉塞するおそれがある。貯留槽２において貝殻を溶解して貝肉と分離することにより、固定床担体27の閉塞を防止できると共に、分別機６の省略によるシステムの効率化を図ることができる。
図３は、図１又は図２の実施例における貯留槽２を、大深度地下の高圧を利用した深層式貯留槽2aとした本発明の実施例を示す。図示例の深層式貯留槽2aは、底端においてCO2が水に溶ける圧力が得られ、鉛直隔壁11により底端で連通した下降部12と上昇部13とに仕切られている。例えば地下300ｍ程度まで往復する下降部12と上昇部13とを設けることにより、底端において、CO2を水に溶かしてカルシウム塊Ｃを溶解するために必要な3.0MPa程度の圧力とすることができる。図示例の深層式貯留槽2aは、水域20である海洋に隣接する大型発電所の敷地内にメタン発酵槽１を含むバイオエネルギー回収施設９と併設して設けたものであり、深層式貯留槽2aの上昇部13にフィルター15を介して海洋に連通する放流路14が設けられている。フィルター15に代えて又は加えて、放流路14に適当な沈殿槽（図示せず）等を設けてもよい。
図示例では、バイオエネルギー回収施設９からの処理水Ｗ等の淡水を深層式貯留槽2a内に充填し、カルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａを深層式貯留槽2aの下降部12の頂端に投入している。また、バイオエネルギー回収施設９で発生したバイオガスＧ中のCO2をガス輸送路17及びガス分岐路18により深層式貯留槽2aのCO2可溶化域より深い下降部12の底部近傍に供給し、バイオエネルギー回収施設９で発生した消化液Ｇ又は処理水Ｗを液輸送路19により深層式貯留槽2aの底端に供給している。
深層式貯留槽2aの上昇部13及び下降部12には、従来のディープシャフトプロセスと同様に例えば上昇路13の上部に曝気装置や循環ポンプ等を設け、上昇流及び下降流を形成することができる。深層式貯留槽2aの下降部12に供給されたCO2は、下降流によって貯留槽2aの底部に導かれ、水圧により水中に溶けてカルシウム塊Ｃを溶解させる。水中に溶解した重炭酸イオン及びCa2+を含むカルシウム溶解液Ｋの一部は、上昇部13に設けたフィルター15又は放流路14に設けた沈殿槽によって水中で溶けない有機性廃棄物Ａと分離され、放流路14を介して海洋の深層に放流される。放流された重炭酸イオン及びCa2+は水圧によって重炭酸イオン形態を維持したまま拡散し、海洋の生物に成長過程で取り込ませることによりカルシウム及び二酸化炭素の新たな物質循環を作り出し、海洋環境の保全に寄与する。海洋に代えて、カルシウム溶解液Ｋを湖沼又は地下水等の環境中に水域20に放流し、湖沼又は地下水環境の保全に利用することも可能である。
深層式貯留槽2a内に残る有機性廃棄物Ａは、上昇部13のCO2発泡化域におけるCO2の上昇力を利用して、上昇部13の頂端においてカルシウム溶解液Ｋと共に回収する。カルシウム溶解液Ｋは、地上大気圧に戻ることでCO2が分離してCaCO3が微結晶として析出するので、そのCaCO3を回収して利用することができる。CaCO3を回収した後のカルシウム溶解液Ｋを有機性廃棄物Ａと共にバイオエネルギー回収施設９に送り、メタン発酵槽１におけるメタン発酵に供する。また必要に応じて、カルシウム溶解液Ｋ中の重炭酸イオンの一部をCO2として回収し、貯留槽２の下降部12の頂端に戻して循環させる。
例えば、深層式貯留槽2aを大型発電所で発生する貝類廃棄物の１ヶ月〜１年分を貯留できる大きさとし、上昇部13の頂端からの回収量に応じて深層式貯留槽2aの底端に消化液Ｇ又は処理水Ｗを供給することにより、深層式貯留槽2a内で貝類廃棄物を１ヶ月〜１年間貯留して貝殻を溶解する。有機性廃棄物Ａ等が深層式貯留槽2aの底部に沈降して堆積した場合は、逆洗用ノズル17aを介してCO2を貯留槽2aの底部に激しく噴出させることで、底部に沈降した有機性廃棄物Ａ等を上昇流に戻して回収する。
図４は、深層式貯留槽2aの上昇部13の頂端近傍にメタン発酵微生物の固定床担体27を設けてメタン発酵槽１とし、深層式貯留槽2aとメタン発酵槽１とを一体的に組み合わせ、上昇部13の頂端近傍において有機性廃棄物ＡをバイオガスＧと消化液Ａとに分解する実施例を示す。固定床担体27は、従来のメタン発酵槽１内に設置するものと同様のものとすることができる。
図示例では、メタン発酵微生物の固定床担体27の下方に上昇部13の中央部及び外周部で気泡化したCO2の回収装置26を設け、回収装置26で気泡を回収すると共に回収装置26を通り抜けたカルシウム溶解液Ｋ及び有機性廃棄物Ａを固定床担体27に導入している。好ましくは、固定床担体27の下方に希釈用及びpH調整用の注入路29を設け、固定床担体27の上方の消化液Ｄ又は二次処理施設８からの処理水Ｗを注入路29経由で固定床担体27の下方に注入することにより、固定床担体27に導入するカルシウム溶解液Ｋ中の有機物濃度及びpHを調整する。
更に、メタン発酵微生物の固定床担体27の上方にバイオガス回収装置28を設け、固定床担体27において発生したバイオガスＧを回収してエネルギー変換装置４に送る。同図のように深層式貯留槽2aの上昇部13の頂端に固定床担体27を設けることにより、貝殻の可溶化処理と貝肉のメタン発酵処理とを並行して行い、カルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａの一層効率的な処理が期待できる。
以上、生物の殻・骨のようなカルシウム塊Ｃを含む有機性廃棄物Ａの処理方法について説明したが、本発明の処理システムを廃コンクリート等のカルシウム塊Ｃの処理に適用することも考えられる。すなわち、廃コンクリート塊を含む有機性廃棄物Ａを取り入れて溶解する貯留槽２とメタン発酵槽１とを併設し、メタン発酵槽１で発生したバイオガスＧ中のCO2及び消化液Ｇを貯留槽２に供給して廃コンクリートを溶解する。例えば、図３の深層式貯留槽2aにおける下降部12の頂端に廃コンクリート塊を投入し、深層式貯留槽2aの底端にメタン発酵槽１で発生したバイオガスＧ中のCO2及び消化液Ｇを供給する。メタン発酵槽１から排出されるCO2及び消化液Ｄを用いて廃コンクリート塊を溶解することにより、バイオマスである有機性廃棄物Ａの多段階利用によって廃コンクリートを処理することができ、地球環境に調和した省資源型・省エネルギー型の廃コンクリートの処理システムとすることができる。
１…メタン発酵槽（バイオリアクター）
２…貯留槽（貯留ピット） 2a…深層式貯留槽
３…メタン濃縮装置 ４…エネルギー変換装置（発電装置）
５…撹拌装置 ６…分別機
７…ガスホルダー ８…二次処理施設
９…バイオエネルギー回収施設
10…周壁 11…隔壁
12…下降部 13…上昇部
14…放流路 15…フィルター
17…ガス輸送路 18…ガス分岐路
19…液輸送路
20…海 21…地盤
22…発電所 23…取水施設
24…取水路 25…排水路
26…二酸化炭素回収装置 27…固定床担体
28…バイオガス回収装置 29…注入路
31…メタン発酵処理装置 32…高圧分別機
32a…加圧室 32b…間隙
32c…シリンダー 32d…上部ピストン
32e…下部ピストン 32f…凹部
32g…油圧ユニット 32h…流出口
32i…払出し口 32j…払出しピストン
32k…貝投入口 33…貝殻洗浄ユニット
33a…洗浄タンク 33b…固液分離装置
33c…粉砕貝殻循環ポンプ 33d…振動ふるい
33e…洗浄水ポンプ
34…メタン発酵槽 35…粉砕器
36…スラリータンク 37…スラリー供給ポンプ
38…スラリー循環ポンプ 39…二次処理槽
40…浸漬膜 41…曝気用ブロワー
42…処理水ポンプ 43…脱硫器
44…ガスホルダー 45…洗浄ホッパー
Ａ…有機性廃棄物（貝肉ペースト）
Ａ´…残存貝肉溶液
Ｃ…カルシウム塊（粉砕貝殻）
Ｄ…消化液 Ｅ…エネルギー
Ｇ…バイオガス Ｋ…カルシウム溶解液
Ｓ…海水 Ｗ…処理水
２…貯留槽（貯留ピット） 2a…深層式貯留槽
３…メタン濃縮装置 ４…エネルギー変換装置（発電装置）
５…撹拌装置 ６…分別機
７…ガスホルダー ８…二次処理施設
９…バイオエネルギー回収施設
10…周壁 11…隔壁
12…下降部 13…上昇部
14…放流路 15…フィルター
17…ガス輸送路 18…ガス分岐路
19…液輸送路
20…海 21…地盤
22…発電所 23…取水施設
24…取水路 25…排水路
26…二酸化炭素回収装置 27…固定床担体
28…バイオガス回収装置 29…注入路
31…メタン発酵処理装置 32…高圧分別機
32a…加圧室 32b…間隙
32c…シリンダー 32d…上部ピストン
32e…下部ピストン 32f…凹部
32g…油圧ユニット 32h…流出口
32i…払出し口 32j…払出しピストン
32k…貝投入口 33…貝殻洗浄ユニット
33a…洗浄タンク 33b…固液分離装置
33c…粉砕貝殻循環ポンプ 33d…振動ふるい
33e…洗浄水ポンプ
34…メタン発酵槽 35…粉砕器
36…スラリータンク 37…スラリー供給ポンプ
38…スラリー循環ポンプ 39…二次処理槽
40…浸漬膜 41…曝気用ブロワー
42…処理水ポンプ 43…脱硫器
44…ガスホルダー 45…洗浄ホッパー
Ａ…有機性廃棄物（貝肉ペースト）
Ａ´…残存貝肉溶液
Ｃ…カルシウム塊（粉砕貝殻）
Ｄ…消化液 Ｅ…エネルギー
Ｇ…バイオガス Ｋ…カルシウム溶解液
Ｓ…海水 Ｗ…処理水
Claims (6)
- 生物の殻・骨のようなカルシウム塊を含む有機性廃棄物から当該カルシウム塊を分別し、分別後の有機性廃棄物をメタン発酵によりバイオガスと消化液とに分解し、分別した前記カルシウム塊をバイオガス中の二酸化炭素の水溶液及び／又は消化液と共に当該二酸化炭素が水に溶ける圧力の貯留槽に投入して溶解してなるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システム。
- 生物の殻・骨のようなカルシウム塊を含む有機性廃棄物を二酸化炭素の水溶液と共に当該二酸化炭素が水に溶ける圧力の貯留槽に投入して溶解し、溶解後に残る有機性廃棄物をメタン発酵によりバイオガスと消化液とに分解し、前記バイオガス中の二酸化炭素の水溶液及び／又は消化液を貯留槽に戻してなるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システム。
- 請求項１又は２のシステムにおいて、前記貯留槽を底端において二酸化炭素が水に溶ける圧力が得られ且つ鉛直隔壁により底端で連通した下降部と上昇部とに仕切られた深層式貯留槽とし、前記有機性廃棄物から分別したカルシウム塊又はカルシウム塊を含む有機性廃棄物を下降部の頂端に投入し、前記バイオガス中の二酸化炭素の水溶液及び／又は消化液を底端近傍に供給してなるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システム。
- 請求項３のシステムにおいて、前記深層式貯留槽の上昇部に環境中の水域と連通する放流路を設け、前記カルシウム塊の溶解液を環境中の水域に放流してなるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システム。
- 請求項３又は４のシステムにおいて、前記深層式貯留槽の上昇部の頂端近傍にメタン発酵槽を設け、前記溶解後に残る有機性廃棄物を上昇部の頂端近傍においてバイオガスと消化液とに分解してなるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システム。
- 請求項１から５の何れかのシステムにおいて、前記カルシウム塊に、生物の殻・骨に代えて、主成分がケイ酸カルシウム及び水酸化カルシウムである廃コンクリートを含めてなるカルシウム塊を含む有機性廃棄物の処理システム。
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