JP2021186744A - 発酵装置、液肥製造装置及び液肥製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、液肥の濃度を上げて、輸送が容易な液肥を製造することができる発酵装置を提案することを課題とする。
【解決手段】 発酵槽２と固液分離装置５と濃縮装置７を有する発酵装置１において、前記発酵槽２は、嫌気性消化法によって有機物を発酵させて消化液を作るものであり、前記濃縮装置７は、透過膜１０を有し、当該透過膜１０は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有し、前記発酵槽２から取り出された前記消化液から前記固液分離装置５によって個体成分を取り除き、さらに前記濃縮装置７の透過膜１０によって、前記消化液の水分量を減らして濃縮することを特徴とする発酵装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、生ごみや動物のし尿等を発酵させて得られた消化液から液肥を製造する発酵装置に関するものである。また本発明は、液肥製造装置及び液肥製造方法に関するものである。

生ごみやし尿を有効利用する方策の一つとして、嫌気性消化法によってメタンガスを発生させ、当該メタンガスを収集して利用することが提案されている。
即ち生ごみやし尿を原料として嫌気性菌により発酵させ、メタンガスを発生させて発電等に供する。
またこの際の副産物として得られる消化液を液肥として利用する方策が提案されている。

特開２０１７−１９２０７号公報

特許文献１に開示された方法によって、液肥を製造することができる。
しかしながら、製造された液肥は、水分量が多く、輸送コストが嵩む。
本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、液肥の濃度を上げて、輸送が容易な液肥を製造することができる発酵装置を提案することを課題とするものである。
また本発明は、同様の課題を解決することができる液肥製造装置及び液肥製造方法を提案することも課題とするものである。

上記した課題を解決するための態様は、発酵槽と固液分離装置と濃縮装置を有する発酵装置において、前記発酵槽は、嫌気性消化法によって有機物を発酵させて消化液を作るものであり、前記濃縮装置は、透過膜を有し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有し、前記発酵槽から取り出された前記消化液から前記固液分離装置によって個体成分を取り除き、さらに前記濃縮装置の透過膜によって、前記消化液の水分量を減らして濃縮することを特徴とする発酵装置である。

本態様の発酵装置は、発酵槽を有し、当該発酵槽内で有機物を嫌気性消化させて消化液を得ることができる。
発酵槽から取り出された消化液は、多くの固形分を含んでいる。本態様の発酵装置は、固液分離装置を有し、得られた消化液から固形分を除くことができる。
また本態様の発酵装置は、濃縮装置を有している。濃縮装置は、透過膜を有し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有している。
本態様の発酵装置は、透過膜によって、消化液の水分量を減らして濃縮することができる。

上記した態様において、前記透過膜は、４フッ化エチレン樹脂製であることが望ましい。

上記した各態様において、前記濃縮装置は、水槽部と前記透過膜を有し、前記水槽部内が、前記透過膜を含む壁によって複数の空間に仕切られており、一方の空間を導入側空間とし、前記壁を介して隣接する空間を排水側空間とし、前記導入側空間に前記消化液を導入して水分を前記排水側空間に移動させて前記導入側空間の前記消化液を濃縮することが望ましい。

本態様によると、消化液を効率よく濃縮することができる。

上記した各態様において、前記濃縮装置は、水槽部と、膜分離器を有し、当該膜分離器は、内部空間と、当該内部空間と外部を連通する開口を有し、当該開口に前記透過膜が装着されており、前記水槽部内に前記膜分離器が配されていて、前記膜分離器と前記水槽部の内壁の間には隙間があり、前記隙間又は、前記内部空間のいずれか一方に前記消化液を導入して水分を他方に移動させて前記導入側空間の消前記化液を濃縮することが望ましい。

本態様によると、消化液を効率よく濃縮することができる。

上記した態様において、攪拌手段を有し、当該攪拌手段によって、前記水槽部の少なくとも前記消化液を導入する側の空間内の消化液を攪拌することが望ましい。

本態様の発酵装置では、水槽部内の空間の内、少なくとも前記消化液を導入する側の空間が攪拌さる。そのため、透過膜の上流側の相当する空間が攪拌され、透過膜の導入側の面が、拭われる。その結果、透過膜の目詰まりが解消する。

同様の課題を解決するためのもう一つの態様は、発酵槽から取り出された消化液を原料として液肥を製造する液肥製造装置において、固液分離装置と濃縮装置を有し、前記濃縮装置は、透過膜を有し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有するものであり、前記消化液から、前記固液分離装置によって個体成分を取り除き、さらに前記濃縮装置の透過膜によって、前記消化液の水分量を減らして濃縮することを特徴とする液肥製造装置である。

本態様の液肥製造装置は、発酵槽から取り出された消化液を原料として液肥を製造するものである。
発酵槽から取り出された消化液は、多くの固形分を含んでいる。本態様の発酵装置は、固液分離装置を有し、得られた消化液から固形分を除くことができる。
また本態様の発酵装置は、濃縮装置を有している。濃縮装置は、透過膜を有し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有している。
本態様の発酵装置は、透過膜によって、消化液の水分量を減らして濃縮することができる。

同様の課題を解決するためのもう一つの態様は、嫌気性消化法によって有機物を発酵させて消化液を得る消化液製造工程と、当該消化液から固形分を取り除く固形分除去工程と、前記固形分を取り除いた消化液を濃縮する濃縮工程を有し、前記濃縮工程においては、少なくとも一面が透過膜で仕切られた空間に消化液を導入し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有するものであり、透過膜を通して消化液中の水分を排出することによって前記消化液の水分量を減らして濃縮することを特徴とする液肥製造方法である。

本態様によると、消化液を効率よく製造することができる。

本発明の発酵装置、液肥製造装置及び液肥製造方法によって製造された液肥は、濃度が高く輸送が容易である。

本発明の実施形態の発酵装置の系統図である。 図１の発酵装置の本発明の実施形態の濃縮装置の拡大図である。 濃縮装置の分解斜視図である。 濃縮装置の内槽（膜分離器）の分解斜視図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の発酵装置１は、生ごみや、し尿を発酵原料とし、これを破砕して発酵槽２に投入し、メタン発酵させてメタンガスを得るものである。また副産物として、消化液ができる。
本実施形態の発酵装置１は、従来、副産物として廃棄されていた消化液を液肥にする装置である。

本実施形態の発酵装置１は、図１の様に、発酵槽２、受入槽３、固液分離装置５、分離水槽６、濃縮装置７及び水処理装置８によって構成されている。
発酵槽２は、密閉タンクである。発酵槽２は、公知のそれと同様、攪拌装置、温調装置、液面計、温度センサー、圧力センサー等（いずれも図示せず）が取り付けられている。

発酵槽２は、内部に生ごみやし尿が投入され、嫌気性菌の作用によってメタン発酵させ、メタンガスを発生させるものである（嫌気性消化法）。
また発酵の副産物として、消化液ができる。

固液分離装置５は、公知のスクリーンやトロンメル装置である。固液分離装置５は内部にスクリーン４１が内蔵されている。

濃縮装置７は透過膜１０を利用して消化液を濃縮するものである。
濃縮装置７は、図２の様に、水槽部１１と、曝気装置１２によって構成されている。
水槽部１１は、図２、図３の様に二重構造となっている。即ち、水槽部１１は、外槽（水槽部）１５と、内槽（膜分離器）１６を有している。
内槽１６は、外槽１５よりも小さい。内槽１６は、図４の様に、枠部材２０の各面に、透過膜１０が装着されたものである。
枠部材２０は、内部空間２１と外部を連通する開口２２を有し、当該開口２２に透過膜１０が装着されたものである。

透過膜１０は、４フッ化エチレン樹脂製である。透過膜１０は水を透過し、肥料成分を透過させにくい性質を持っている。具体的には、透過膜１０は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を持っている。
本実施形態では、中空糸をろ過膜として使用している。透過膜１０は、具体的には、住友電気工業株式会社製のポアフロン（登録商標）を使用した精密ろ過膜モジュールが使用されている。

曝気装置１２は、送風機２５と、多孔質部材２６によって構成されている。
水槽部１１は、外槽（水槽部）１５の中に、多孔質部材２６と、内槽（膜分離器）１６が内蔵されてものである。
多孔質部材２６は、図２の様に、外槽（水槽部）１５の底部分であって、内槽１６（透過膜１０）の下方に配置されている。
内槽（膜分離器）１６は、外槽（水槽部）１５の中央部にある。多孔質部材２６の外縁部は、内槽１６の外側に至っている。
本実施形態では、曝気装置１２は消化液を攪拌する攪拌手段としても機能する。

前記した様に、内槽（膜分離器）１６は、外槽（水槽部）１５の中央部にある。
したがって、内槽（膜分離器）１６の外壁と、外槽（水槽部）１５の内壁との間には、隙間２８がある。
本実施形態では、内槽（膜分離器）１６の外壁と外槽（水槽部）１５の内壁との間の隙間２８によって内槽１６の外部を取り巻く、環状の外部側空間４０が形成されている。
本実施形態で採用する濃縮装置７は外槽（水槽部）１５を有し、前記外槽（水槽部）１５内が、透過膜１０を含む壁によって複数の空間に仕切られたものである。

水処理装置８は、消化液を、脱窒、脱リン、脱臭して、河川に放出できる程度に浄化する装置である。水処理装置８の構造は、公知であるから、詳細な説明は、省略する。

次に、各部材の関係について説明する。
本実施形態の発酵装置１は、発酵槽２から取り出された消化液を受入槽３に貯留し、それを順に固液分離装置５、分離水槽６、濃縮装置７及び水処理装置８に流すものである。そのため、発酵槽２と受入槽３の間にポンプ３０が設けられている。同様、受入槽３と固液分離装置５の間にポンプ３１があり、分離水槽６と濃縮装置７の間にポンプ３２があり、濃縮装置７と水処理装置８の間にポンプ３３がある。

前記した分離水槽６と濃縮装置７の間のポンプ３２は、分離水槽６から消化液を吸引して、濃縮装置７の外部側空間４０に導入するものである。
前記した濃縮装置７と水処理装置８の間にポンプ３３は、濃縮装置７の内槽（膜分離器）１６から消化液を吸引して、下流側の水処理装置８に送り出すものである。
また本実施形態では、濃縮装置７の外部側空間４０から消化液を取り出すポンプ３５を有している。

本実施形態の発酵装置１では、発酵槽２内で、嫌気性消化法によって有機物を発酵させて消化液を得る消化液製造工程が実施される。消化液は，固液分離装置５に送られ、当該固液分離装置５で、消化液から夾雑物（固形分）４３を取り除く固形分除去工程が実施される。さらに濃縮装置７で固形分を取り除いた消化液を濃縮する濃縮工程が実施される。

以下、発酵装置１の機能について具体的に説明する。
発酵槽２は、生ごみ等の有機物が投入されるものであり、有機物を嫌気性菌によって分解し、メタンガスを生成するものである。そしてその副産物として、消化液ができる。
本実施形態では、発酵槽２にたまった消化液をポンプ３０で抜き取り、受入槽３に貯留する。発酵槽２から拭き取られた消化液には、多くの夾雑物（固形分）４３が含まれている。

そして受入槽３内の消化液は、ポンプ３１によって固液分離装置５に送られる。固液分離装置５においては、スクリーン４１等に消化液を通過させることにより、消化液中の夾雑物（固形分）４３を取り除き、精製した消化液４２を分離水槽６に貯める。

続いて、ポンプ３２によって、分離水槽６内の消化液を濃縮装置７の外部側空間４０に導入する。分離水槽６は二重構造であり、外部側空間４０と、内槽（膜分離器）１６で仕切られた内部空間２１に分かれている。
消化液は、外部側空間４０に導入され、徐々に内部空間２１内に移行してゆく。
ここで、外部側空間４０と内部空間２１の間には、透過膜１０があり、当該透過膜１０は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウム等の肥料成分のいずれかを透過させにくい性質を持っている。
そのため、内部空間２１には肥料成分が希薄な消化液がたまる。その反面、外部側空間４０に残った消化液は、肥料成分の濃度が上昇する。

本実施形態の発酵装置１では、ポンプ３５を使用して外部側空間４０から肥料濃度の高い消化液を回収する。
外部側空間４０から回収された消化液は、一旦保管槽４５に貯められ、その後、図示しないタンクに詰めて運搬される。
外部側空間４０から回収された消化液は、濃縮されて肥料濃度が高いので、肥料成分に対する容積が小さく、運搬が容易である。
外部側空間４０から回収された消化液は、そのまま、あるいは水で薄めて濃度調節され、田畑に施肥される。

なお、濃縮装置７では、曝気装置１２が常時駆動されており、内部の消化液の空気との接触機会が増加されている。
その結果、好気性菌の働きが活発となり、消化液がある程度浄化される。

また本実施形態の発酵装置１では、水槽部１１内の消化液が、曝気装置（攪拌手段）１２が発する気泡によって攪拌される。外部側空間４０（導入側空間）内の消化液についても、曝気装置１２が発する気泡によって攪拌される。
本実施形態の濃縮装置７では、内槽（膜分離器）１６が、外槽（水槽部）１５の中央部にあり、多孔質部材２６の外縁部は、内槽１６の外側に至っている。
そのため曝気装置１２の多孔質部材２６は、透過膜１０の下方にもあり、多孔質部材２６から放出された気泡が透過膜１０の表面付近を通過する。これにより透過膜１０の近傍で消化液が攪拌され、気泡や消化液の動きによって透過膜１０の外部側空間４０（導入側空間）側が拭われる。その結果、膜の目詰まりが抑制される。
即ち、本実施形態では、曝気装置１２によって水槽部１１の外部側空間４０（導入側空間）が曝気され、透過膜１０の外部側空間４０（導入側空間）側の消化液が流動する。その結果、透過膜１０の外部側空間４０（導入側空間）側が気泡や消化液で拭われ、目詰まりが解消する。

一方、内部空間２１内の、肥料成分が希薄な消化液は、ポンプ３３で水処理装置８に送られ、高度に浄化されて河川に放流される。

以上説明した発酵装置１は、受入槽３と分離水槽６を有し、消化液を一時的に貯留するライン構成を採用している。
しかしながら、受入槽３と分離水槽６は、必須ではなく、連続的に消化液を流してもよい。

以上説明した実施形態では、分離水槽６内の消化液を濃縮装置７の外部側空間４０に導入し水分を内部空間２１側に移動させて、外部側空間４０内に残った消化液を濃縮した。
本実施形態の発酵装置１は、外部側空間４０を導入側空間とし、内部空間２１を排水側空間として消化液を濃縮するものである。
しかしながら本発明はこの構成に限定されるものではなく、内部空間２１を導入側空間として、分離水槽６内の消化液を導入し、外部側空間４０を排水側空間として内部空間２１内の消化液を濃縮してもよい。

以上説明した実施形態では、曝気装置１２を攪拌手段としても活用したが、攪拌翼を有する攪拌装置を、外部側空間４０に設けてもよい。

以上説明した構成の内、発酵槽２の下流側の構成は、液肥製造装置として機能している。

１ 発酵装置
２ 発酵槽
３ 受入槽
５ 固液分離装置
６ 分離水槽
７ 濃縮装置
１０ 透過膜
１１ 水槽部
１２ 曝気装置（攪拌手段）
１５ 外槽
１６ 内槽
２１ 内部空間（排水側空間）
２２ 開口
４０ 外部側空間（導入側空間）

Claims (7)

1. 発酵槽と固液分離装置と濃縮装置を有する発酵装置において、
   前記発酵槽は、嫌気性消化法によって有機物を発酵させて消化液を作るものであり、
   前記濃縮装置は、透過膜を有し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有し、
   前記発酵槽から取り出された前記消化液から前記固液分離装置によって個体成分を取り除き、さらに前記濃縮装置の透過膜によって、前記消化液の水分量を減らして濃縮することを特徴とする発酵装置。
2. 前記透過膜は、４フッ化エチレン樹脂製であることを特徴とする請求項１に記載の発酵装置。
3. 前記濃縮装置は、水槽部と前記透過膜を有し、前記水槽部内が、前記透過膜を含む壁によって複数の空間に仕切られており、一方の空間を導入側空間とし、前記壁を介して隣接する空間を排水側空間とし、
   前記導入側空間に前記消化液を導入して水分を前記排水側空間に移動させて前記導入側空間の前記消化液を濃縮することを特徴とする請求項１又は２に記載の発酵装置。
4. 前記濃縮装置は、水槽部と、膜分離器を有し、
   当該膜分離器は、内部空間と、当該内部空間と外部を連通する開口を有し、当該開口に前記透過膜が装着されており、
   前記水槽部内に前記膜分離器が配されていて、前記膜分離器と前記水槽部の内壁の間には隙間があり、
   前記隙間又は、前記内部空間のいずれか一方に前記消化液を導入して水分を他方に移動させて前記導入側空間の消前記化液を濃縮することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発酵装置。
5. 攪拌手段を有し、当該攪拌手段によって、前記水槽部の少なくとも前記消化液を導入する側の空間内の消化液を攪拌することを特徴とする請求項３又は４に記載の発酵装置。
6. 発酵槽から取り出された消化液を原料として液肥を製造する液肥製造装置において、
   固液分離装置と濃縮装置を有し、前記濃縮装置は、透過膜を有し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有するものであり、
   前記消化液から、前記固液分離装置によって個体成分を取り除き、さらに前記濃縮装置の透過膜によって、前記消化液の水分量を減らして濃縮することを特徴とする液肥製造装置。
7. 嫌気性消化法によって有機物を発酵させて消化液を得る消化液製造工程と、当該消化液から固形分を取り除く固形分除去工程と、前記固形分を取り除いた消化液を濃縮する濃縮工程を有し、
   前記濃縮工程においては、少なくとも一面が透過膜で仕切られた空間に消化液を導入し、当該透過膜は、水を透過し、少なくとも窒素、リン酸、カリウムのいずれかを透過させにくい性質を有するものであり、
   透過膜を通して消化液中の水分を排出することによって前記消化液の水分量を減らして濃縮することを特徴とする液肥製造方法。

Images