废弃物处理系统

1.一种废弃物处理系统，具有将从有机废弃物回收的有价值物 作为燃料进行发电的发电装置，其特征是包括甲烷发酵槽，使上 述有机废弃物进行厌氧性发酵和、电解槽，导入上述甲烷发酵槽 发酵时生成的分解液，上述电解槽具有从上述发电装置供给电力 的电极对。
2.根据权利要求1所述的废弃物处理系统，其特征是，在电解 槽中进而包括从液体分离气泡的分离装置。
3.根据权利要求1或2所述的废弃物处理系统，其特征是，上 述电极对包括由白金或含有白金的导电体构成的阳极和、由含有 铜-锌合金、铁的导电体或含有铝的导电体构成的阴极。
4.根据权利要求1所述的废弃物处理系统，其特征是，进而含 有表面活性剂添加部以便向导入上述电解槽的分解液中添加表面 活性剂。
5.根据权利要求1所述的废弃物处理系统，其特征是，进而含 有药剂供给部，在导入上述电解槽的分解液中添加氯化物或次氯 酸盐。
6.根据权利要求1所述的废弃物处理系统，其特征是，进而含 有极性控制部，使得从上述发电装置给予上述电极对的电位极性 反转。
7.根据权利要求1所述的废弃物处理系统，其特征是，进而含 有在分解液导入该电解槽前从上述分解液中分离固形物的装置。
8.根据权利要求7所述的废弃物处理系统，其特征是，分离上 述固形物的装置是由膜构成，该膜从分解液分离出规定粒径以上 的固形物。
9.根据权利要求1所述的废弃物处理系统，其特征是，上述发 电装置是输出直流电。
10.根据权利要求9所述的废弃物处理系统，其特征是，上述 发电装置输出直流，而且是输出恒定电流或恒定电压的电力。
11.根据权利要求1所述的废弃物处理系统，其特征是，上述 发电装置是与上述电解槽整体地构成。

技术领域\n本发明涉及废弃物处理系统，特别是处理有机废弃物，而且 也涉及处理该有机废弃物分解液的废弃物处理系统。\n背景技术\n以往，在文献中公开了在处理有机废弃物的同时，回收该处 理时产生的电能及热能的技术(参照专利文献1)。在该技术中，是 使有机废弃物厌氧性发酵得到甲烷气体的同时，对产生的分解污 泥脱水进行低分子化，得到甲烷气体。而后，将得到的甲烷气体 作为燃料电池的燃料。\n专利文献1\n日本第151131/2002号发明专利公开公报\n发明内容\n可是，上述的厌氧性发酵的分解液在进行排水处理时，必需 除去氮。若通过微生物处理进行除氮时，作为氢供应体不仅需要 大量的甲醇，且需要高分子凝聚剂和大规模的处理槽，消耗成本。 进而，在有机废弃物的处理上也需要除去磷，对此也要消耗投入 药剂等成本，另外，也需要进行复杂的pH调节的处理。\n本发明就是鉴于上述的实际情况而考虑出的，其目的在于提 供以低成本可以处理有机废弃物的废弃物处理系统。\n发明内容\n按照本发明的废弃物处理系统，具有将从有机废弃物回收的 有价值物作为燃料进行发电的发电装置，其特征是包括甲烷发酵 槽，使上述有机废弃物进行厌氧性发酵和、电解槽，在上述甲烷 发酵槽发酵时导入生成的分解液，上述电解槽具有从上述发电装 置供给电力的电极对。\n按照本发明，在电解槽中，是通过氧化还原分解液内的氨、 有机态氮及氮氧化物，由此将其作为氮气而除去。另外，在电解 槽中，由于电解将阴极附近作成碱性(pH10～14)，所以可将分解 液内的磷成份作为磷酸盐结晶后除去。由此，在废弃物处理系统 中，对于有机废弃物发酵后的分解液的除氮，不需要用于微生物 处理的甲醇和大规模的处理槽。另外，由于可通过电化学地将磷 成份与分解液中的钙离子、镁离子或铁离子形成化合物成为固体 后从分解液分离出去，所以不用药剂等，就能将磷成份从分解液 除去。\n另外，按照本发明，可以将从废弃物回收得到的电力再利用 在该系统内，所以可极大地抑制送电损失等，即高效地利用得到 的电力。\n进而，按照本发明，发电装置供给电解槽的电极对的电量的 增减，是对应于应该供给到电极槽的电极对的电量的增减。这是 由于发电装置供给电解槽的电极对的电量的增减，对应于导入发 电装置的甲烷气体量的增减，另外，导入发电装置的甲烷气体量 的增减，对应于导入电解槽的分解液量的增减，而且，导入电解 槽的分解液量的增减，对应于应该供给电解槽的电极对的电量的 增减的缘故。因此，废弃物处理系统构成了稳定的系统，该系统 即使对于在电解槽作为处理对象的分解液发生增减，也可极大地 抑制从发电装置以外供给电解槽的电极对所必需电量的变动，同 时，即使废弃物的发酵得到的甲烷气体量发生增减，也可以极力 抑制供给电解槽的电极对的以外的电量的剩余电量的变动。\n按照本发明的废弃物处理系统，最好是在上述电解槽中进而 包括从液体分离气泡的分离装置。\n这样，不使用凝聚剂等的药剂，通过在电解槽的电解中发生 的气泡可将磷成份等的固形物从分解液中分离。另外，可除去含 在分解液中的悬浮固体SS(Suspended Solids)成份。\n另外，按照本发明的废弃物处理系统，上述电极对，包括由 白金或含有白金的导电体构成的阳极和、由含有铜-锌合金、铁 的导电体或含有铝的导电体构成的阴极。\n这样，可提高电解槽的分解液中的氮成份的除去能力。\n另外，按照本发明的废弃物处理系统，进而含有表面活性剂 添加部，以便向导入上述电解槽的分解液中添加表面活性剂。\n这样，可减小在电解槽内生成的气泡，所以可抑制电解槽内 由于气泡引起的液面升高。\n进而最好是含有药剂供给部，以便在导入上述电解槽的分解 液中添加氯化物或次氯酸盐。\n由此，提高了电解槽的电解的氮除去能力。特别是在添加氯 化钙时，通过如上述的磷成份和钙离子生成化合物，也可提高电 解槽的磷除去能力。\n另外，按照本发明的废弃物处理系统，优选的进而含有极性 控制部，使得上述发电装置给予上述电极对的电位极性反转。\n这样，可将电极对的双方的电极变成在水电解时发生氧的阳 极。因此，可在电极对的双方的电极上发生气体，且通过上述反 应，将附着磷酸盐的电极附近变更极性形成酸性，所以可通过电 解反应除去附着在该双方电极上的垢。\n另外，按照本发明的废弃物处理系统，优选的进而含有在分 解液导入该电解槽前从上述分解液中分离固形物的装置。\n这样，可确实地避免在电解槽内在电极上附着固形物，阻碍 电解反应。\n按照本发明的废弃物处理系统，其中分离上述固形物的装置 是由膜构成的，该膜从分解液分离出规定粒径以上的固形物。\n按照本发明的废弃物处理系统，优选的是输出直流电。\n这样，在废弃物处理系统中，例如作为发电装置使用燃料电 池时，由于该燃料电池输出直流电，所以没有必要设置将发电装 置输出的电力变换成供给电极对的直流的装置。因此，可作到系 统的省空间化。\n按照本发明的废弃物处理系统，上述发电装置，优选的是输 出直流，而且是输出恒定电流或恒定电压的电力。\n这样，在废弃物处理系统中，对于电解槽内的电极对可供给 稳定的电力。因此，电解槽内电解的水处理能力能够稳定。\n另外，按照本发明的废弃物处理系统，上述发电装置，优选 的是与上述电解槽一体地构成。\n这样，通过将发电装置和电解槽装入到同一壳体内，可使系 统进一步节约空间。\n附图说明\n图1是表示作为本发明的一个实施方式的废弃物处理系统的 处理流程的图。\n图2是模式地表示图1的电解槽及气泡分离槽的结构图。\n图3是表示图1的废弃物处理系统变形例的处理流程图。\n图4是说明在图1的废弃物处理系统中电解槽和发电机整体 地构成的变形例的构成图。\n图5是说明图1的废弃物处理系统的另一个变形例的构成图。\n图6是说明图1的废弃物处理系统的再一个变形例的构成图。\n具体实施方式\n以下，参照附图对于本发明的实施方式进行说明。另外，在 以下的说明中，对于同一部件除了特殊标记时，是付与相同的符 号，这些的名称及功能也相同。因此，对于这些不再进行重复详 细说明。\n图1是表示作为本发明的一个实施方式的废弃物处理系统的 处理流程图。\n在废弃物处理系统中，粪尿、厨房垃圾、污泥等的有机废弃 物导入到可以进行厌氧性发酵的甲烷发酵槽100。甲烷发酵槽100 保持在投入废弃物的气体转化率最高的条件，即，35～55℃及 pH6～8。另外，在甲烷发酵槽100内具有搅拌内容物的装置。\n在甲烷发酵槽100，进行规定时间的发酵后，生成的甲烷气体 在气柜500中精制，然后，送到发电机600。发电机600，是以甲 烷气体作为发电的原料。发电机600得到的电力的一部分被利用 于如后述的电解槽700的电解处理中，剩余的部分供给到其他的 装置等。\n甲烷发酵槽100内的分解液被送到流量调节槽200中。然后流 量调节槽200内的分解液，以规定量通过细孔网300除去固形物后， 送到电解槽700。另外，细孔网300是可除去粒径数百μm以上固 形物的膜。通过细孔网300扑获的固形物送到复合堆肥槽400。\n在电解槽700，对于分解液进行电解处理。电解槽700的电解 处理是基于发电机600得到的电力加在电解槽700内的电极对上 的电位，而进行的。通过电解处理，如后所述，从分解液除去含 有有机性氮及氨性氮的氮成份。另外，在电解槽槽700上连接气 泡分离槽800。在电解槽700，通过水的电解发生气体，通过该气 体的发生，气体与分解液内的磷化合物和生化需氧量 BOD(Biochemical Oxygen Demand)成份及悬浮固体成份一起浮上 液面。气泡分离槽800可从分解液分离含有该磷化合物的气泡。 在气泡分离槽800中被分离的气泡送到复合堆肥槽400。\n电解槽700内的分解液除去氮成份、磷成份及BOD成份后， 从电解槽700排放到外部。\n图2是模式地表示电解槽700及气泡分离槽800的结构图。\n在电解槽700上设置由电极701、702构成的电极对。向电极 对701、702供给由发电机600生成的电力。发电机600向电极701、 702供给电力是通过电力控制部601控制的，电解处理后从排出口 705排出。电力控制部601是将电极701、702的一侧作成阳极， 另一侧作成阴极。\n通过由流量调节槽200中具备的泵201及过滤器构成的细孔 网300，从管707每隔一定时间向电解槽700导入一定量的分解液。\n在电解槽700的侧部形成排出口703、704。在电解槽700的 底部形成排出口705，排出口705通过阀706开闭。阀706的开闭 通过图中未示出的控制电路控制。\n排出口703设置在电解槽700的上部，排出口704设置在电 解槽700的下部。排出口703、704与气泡分离槽800连接。在电 解槽700内如后述地生成的气泡，通过排出口703送到气泡分离 槽800中。电解槽700内的液体通过排出口704送到气泡分离槽 800中。\n在送到气泡分离槽800的高度方向的大致中部设置过滤器 800A，通过过滤器800A分离从电解槽700输送的气泡和液体。 气泡部分从设置在过滤器800A上方的排出口送到复合堆肥槽 400。另一方面，液体部分从设置在过滤器800A下方的气泡分离 槽800的底部的排出口802排出。\n排出口802上连接着泵803。在气泡分离槽800中从气泡中分 离出的液体通过泵803经过排出口802及管708返回到电解槽 700。\n从甲烷发酵槽100经过流量调节槽200及细孔网300送到电 解槽700的分解液，在一定时间内，通过泵803在电解槽700和 气泡分离槽800间循环。此外，在循环间，对于分解液，使用电 极701、702进行电解处理，而且产生的气泡从气泡分离槽800送 到复合堆肥槽400进行分离。\n在这里，对在电解槽700中的电解反应进行说明。\n在阴极侧，如式(1)～(5)所示，生成氢气和氢氧化物离子。另 外与此同时，通过这些高催化作用，有机态氮的硝酸离子经过亚 硝酸离子，还原为氨。\n(化1)\nH2O+e-�1/2H2↑+OH- ...(1)\nNO3-+H2O+2e-�NO2-+2OH- ...(2)\nNO2-+5H2O+6e-�NH3+7OH- ...(3)\nNO2-+7H++6e-�NH3+2H2O ...(4)\nNO2-+8H++6e-�NH4+2H2O ...(5)\n另一方面，在阳极侧，如式(6)～(8)所示，在生成氧的同时生 成氯气，氯气进而被氧化成次氯酸。\n(化2)\nH2O�1/2O2↑+2H++2e- ...(6)\n2Cl-�Cl2↑+2e- ...(7)\nCl2+H2O�H++Cl-+HClO ...(8)\n而后，在阴极侧发生的氨通过与次氯酸等的液层的反应被氧 化，如式(9)所示成为氮气。此外，该反应可以通过向电解槽700 添加氯化物或者次氯酸盐而加速。从这个观点看，本实施方式的 系统中，最好具有向电解槽700内添加氯化物或次氯酸盐(特别是 氯化钙)的装置。\n(化3)\n2/3NH3+HClO→1/3N2↑+HCl+H2O ...(9)\n分解液内的钙离子通过电解被吸引到阴极附近。在阴极附近， 按照式(1)的反应，碱的浓度上升(pH10～14)，因此分解液内的磷酸 离子在阴极附近，如式(10)所表示的那样结晶出羟基磷灰石附着在 阴极上。\n(化4)\n10Ca2++2OH-+6PO43-→Ca10(OH)2(PO4)6 ...(10)\n                            (羟基磷灰石)\n此外，上述的结晶向阴极的附着量的增加时刻，电力控制部 601切换对电极701、702给予的极性。因此，电极701、702中， 由于作为阴极而附着了结晶的电极被切换成阳极。在阳极上，如 式(6)所示，在电极附近成为酸性的同时生成了气体的氧，所以附 着的结晶分离，由于气泡上浮。浮上的结晶如以上所示被送到气 泡分离部800。\n如上所述，通过电解槽700的电解处理，从分解液中除去氮 化合物及磷化合物。\n另外，电极701，702中的其中一个是由含有铁的导电体构成 时，当该电极被作成阴极时，则铁溶解出，如式(11)所示形成磷酸 铁。因此，可以提高电解槽700中的除磷效果。所以电极701，702 中的其中一个最好是由含有铁的导电体构成。\n(化5)\nFe3++PO43-→FePO4 ...(11)\n为了有效地进行在式(6)～式(8)所示的阳极侧的各个反应，阳 极最好是由白金或者含有白金的导电体构成的。\n进而，最好是具有向电解槽700内投入表面活性剂的装置。 这样，可以使电解槽700内发生的气泡减小，可以抑制由于电解 槽700内的发泡使液面上升。此外，如果可以在导入电解槽700 内的分解液中加入表面活性剂，也可以在将分解液导入到电解槽 700内之前将表面活性剂混合到分解液中。\n在表1中表示了上述的本实施方式中的氮化合物及磷化合物 的具体除去效果。\n                    表1   废水   (分离后)   SS   mg/L   T-P   mg/L   T-N   mg/L   电解处理前   6,660   300   2,300   电解处理后   -   5   50\n·电流条件：7A/L\n·阳极：白金铱\n·阴极：黄铜\n在表1中，表示了电解槽700中处理前及处理后的、分解液 的SS成份浓度、总合磷浓度(T-P)及总合氮浓度(T-N)。此外表 1是表示了在电解槽700中，在电极701、702上流过7A/L(安培/ 升)的电流4小时，每4小时交换电极701、702间的极性，作为 电极701使用白金-铱，作为电极702使用黄铜的结果。\n从表1可以看出，通过利用本实施方式的电解槽700可以完 全地除去SS成份，可以除去98％左右的氮浓度及磷浓度。\n图3中，表示了图1的废弃物处理系统的变形例的处理流程。\n图3所示的废弃物处理系统中，有机废弃物被导入到甲烷发 酵槽100。在甲烷发酵槽100中生成的甲烷气体在气体柜500内精 制，而后送到发电机600。\n甲烷发酵槽100内的分解液通过细孔网300后，送到分离膜 310、分离膜310是可以除去粒径数百μm以上的固形物的膜。\n而后，通过分离膜310的分解液在电解槽700电解处理后， 被排出。\n以上所说明的废弃物处理系统，是由发电机600供给直流电 而构成的，电解槽700与发电机600成为一体的结构，而且，电 解槽700的电极701、702最好与发电机600直接连接。在图4中 表示了对于图1的废弃物处理系统，说明这样变形例的电解槽700 和发电机600的构成图。此外，在图4中省略了图1所示的复合 堆肥槽400及气泡分离槽800。\n参照图4，在废弃物处理系统中，分解液从甲烷发酵槽100 经过流量调节槽200及细孔网300被送到电解槽700，甲烷气体从 甲烷发酵槽100经过气柜500被送到发电机600。\n本实施方式的发电机600中内装有变换装置，可以将发电得 到的交流电变换成直流电，所以可以供给直流电。另外，发电机 600中内装有稳定化装置，可以将供给的电力的电压和/或电流稳 定在一定的值。也就是，在发电机600中通过发电产生的电力经 过向直流的变换及稳定化装置的稳定后供给输出端子611、612。\n发电机600具备输出直流电的输出端子611、612。而且，电 解槽700内的电极701、702与输出端子611、612直接连接。因 此，发电机600和电解槽700成为整体的结构。另外，在本实施 方式中，由于发电机600和电解槽700成为整体的结构，所以也 可将它们装在同一壳体内。\n另外，作为如图1所示的系统的变形例，可举出如图5所示， 在电解槽700上连接燃料电池900系统，该燃料电池作为燃料是 使用在电解槽700中按照式(1)发生的氢气。另外，在图5中也省 略了图1所示的复合堆肥槽400及气泡分离槽800。\n在图5所示的系统，通过公知的技术将在电解槽700内发生 的氢气送到燃料电池900。在燃料电池900内通过将送来的氢气变 换成水生成电能和水。生成的电能适宜地供给到电解槽700内的 电极上。另外，在燃料电池900中内藏为了将供给的电力的电压 和/或电流稳定在一定值的稳定化装置，通过该稳定化装置，从燃 料电池900将电力供给到电解槽700内的电极上。\n在电解槽700内的溶液的电导率高到必要以上时，为了降低 该电导率，最好将燃料电池900内生成的水送到电解槽700内。\n另外，在系统内，设置用于向电解槽700供给电解促进剂的 储存槽时，燃料电池900内生成的水，也可以送到该槽中作为溶 剂使用。\n作为图1所示系统的再一个变形例，可举出图6所示的系统。 在图6所示的系统中，相对于图5所示的系统将导入到气柜500 的甲烷气体作为燃料导入到发电机600使用，而图6是将导入到 气柜500的甲烷气体导入到燃料电池900，作为该燃料电池900 的发电燃料。即，图6所示的系统，作为本发明的发电装置，使 用燃料电池900代替发电机600。由此，对于图6所示的系统，是 用燃料电池900向电极701、702供给电力代替图4所示的系统中 的，向电极701、702供给电力的发电机600。\n因此，对于图6所示的系统，与图5所示的系统比较，由于 不需要发电机600，所以可降低构筑系统时的成本。而且，对于图 6所示的系统，由于可将燃料电池900生成的直流电直接供给到电 极701、702，所以不需要图4和图5所示的系统中作为必要的、 将发电机600的交流电向直流电的变换。由于不需要这样的电力 变换，除了不需要用于该变换的装置之外，可避免该变换的电力 消耗。\n这次公开的实施方式列举了所有的方面，但是不受这些例子 的限制。本发明可进行各种变更。