(57)【要約】【課題】メタン発酵槽内に発生した泡を効率よく消泡できるメタン発酵処理方法及びメタン発酵処理装置を提供する。【解決手段】メタン発酵槽１と、メタン発酵槽１内の発酵液温度を所定範囲に調整する熱水を流通させるボイラー３と、メタン発酵槽１上部に発生したバイオガスを利用するバイオガス利用装置５とを備え、ボイラー３からの熱水及び／又はバイオガス利用装置５の排熱により加熱された流体によって、メタン発酵槽１の液面に発生する泡を加熱する加熱手段が設けられているメタン発酵処理装置を用いてメタン発酵処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の発酵液温度が所定範囲となるように熱水を流通させるボイラーと、前記メタン発酵槽上部に発生したバイオガスを利用するバイオガス利用装置とを備えたメタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、
前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体により、前記メタン発酵槽の液面に発生する泡を加熱して消泡することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記メタン発酵槽内上方の気相部に、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体が流通する配管を設けて、前記泡を加熱する、請求項１に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項３】
前記メタン発酵槽内上方の気相部から、前記ボイラーからの熱水の一部を散水して、前記泡を加熱する、請求項１又は２に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項４】
前記メタン発酵槽の液面に発生する泡をメタン発酵槽外に取り出した後、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体により加熱して消泡し、メタン発酵槽に返送する、請求項１に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項５】
前記バイオガス利用装置が、燃料電池発電装置である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項６】
有機性廃棄物をメタン発酵してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の発酵液温度を所定範囲に調整する熱水を流通させるボイラーと、前記メタン発酵槽上部に発生したバイオガスを利用するバイオガス利用装置とを備えたメタン発酵処理装置であって、
前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体によって、前記メタン発酵槽の液面に発生する泡を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記メタン発酵槽内の気相部に配置された、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置からの排熱により加熱された流体が流通する配管で構成されている請求項６に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、前記ボイラーからの熱水の一部を、前記メタン発酵槽内上方の気相部から散水する手段で構成されている請求項６に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項９】
前記加熱手段は、前記メタン発酵槽の液面に発生する泡をメタン発酵槽外に取り出す配管と、この配管の経路上で、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置からの排熱により加熱された流体によって、前記泡を加熱する手段で構成されている請求項６に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項１０】
前記バイオガス利用装置が、燃料電池発電装置である、請求項６〜８のいずれか１項に記載のメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期にわたって、有機性廃棄物を安定してメタン発酵処理できるメタン発酵処理方法及びメタン発酵処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタン発酵処理は、有機性廃棄物を嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換するもので、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気性のため曝気動力が不要であり、省エネルギーな処理法である。
【０００３】
ところで、メタン発酵処理では、処理中に槽内の発酵液が発泡することがあった。発泡が生じる原因としては、発酵液の粘度増加、有機性廃棄物からの発泡性物質の混入、微生物からの発泡性物質の分泌などがある。発泡が激しくない時は問題ないが、発泡が激しくなると、泡界面が上昇してバイオガスの回収経路などに発酵液などが進入してしまい、配管を閉塞したり、圧力計などの計測器具を損傷する問題があった。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、メタン発酵槽内の発酵液中に、上部に発生したガスを捕集して貯留するガス貯留部を有し、下部の側面複数箇所に捕集したガスをまとめて排出させる機能を有する切欠部を設けたガス捕集装置を設置して、ガス捕集装置の切欠部からガスを排出させて、該排出したガスにより発酵液を撹拌させることにより、消泡をすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７４３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、発酵液内に排出したバイオガスによって、発酵液上面に新たに泡を生じることがあり、泡の発生を十分抑制できない問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、メタン発酵槽内に発生した泡を効率よく消泡できるメタン発酵処理方法及びメタン発酵処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の発酵液温度が所定範囲となるように熱水を流通させるボイラーと、前記メタン発酵槽上部に発生したバイオガスを利用するバイオガス利用装置とを備えたメタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体により、前記メタン発酵槽の液面に発生する泡を加熱して消泡することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のメタン発酵処理装置は、有機性廃棄物をメタン発酵してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の発酵液温度を所定範囲に調整する熱水を流通させるボイラーと、前記メタン発酵槽上部に発生したバイオガスを利用するバイオガス利用装置とを備えたメタン発酵処理装置であって、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体によって、前記メタン発酵槽の液面に発生する泡を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ボイラーからの熱水及び／又はバイオガス利用装置の排熱により加熱された流体によって、メタン発酵槽の液面に発生する泡を加熱することで、泡の粘度を低下させて消泡し易くすることができる。また、メタン発酵装置で排出される排熱を有効利用するので、ランニングコストや装置コストなどを抑えることができ、効率よくメタン発酵槽の液面に発生する泡を消泡できる。
【００１１】
本発明においては、前記メタン発酵槽内上方の気相部に、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体が流通する配管を設けて、前記泡を加熱することが好ましい。この態様によれば、メタン発酵槽内上方の気相部に、ボイラーからの熱水及び／又はバイオガス利用装置の排熱により加熱された流体が流通する配管を設けて泡を加熱することで、発酵液の液面に生じた泡を効果的に加熱し、泡の粘度を低下させて消泡し易くできる。また、発泡が激しくなって泡界面が上昇しても、熱水や加熱流体が流通する配管に泡が接触することで消泡が促進されるので、泡界面が配管の設置位置よりも上部に至ることを防止でき、バイオガスの回収経路などに発酵液などが進入するなどのトラブルの発生を効果的に防止できる。
【００１２】
本発明においては、前記メタン発酵槽内上方の気相部から、前記ボイラーからの熱水の一部を散水して、前記泡を加熱することが好ましい。この態様によれば、発酵液上面に発生した泡を、熱水からの伝熱により加熱して消泡すると共に、散水された熱水により物理的に消泡できるので、発酵液上面に発生する泡を効率よく消泡できる。
【００１３】
本発明においては、前記メタン発酵槽の液面に発生する泡をメタン発酵槽外に取り出した後、前記ボイラーからの熱水及び／又は前記バイオガス利用装置の排熱により加熱された流体により加熱して消泡し、メタン発酵槽に返送することが好ましい。この態様によれば、メタン発酵槽の液面に発生する泡をメタン発酵槽外に取り出すので、泡界面が上昇して、バイオガスの回収経路などに発酵液などが進入するなどのトラブルの発生を防止できる。また、槽外に取り出された泡は、熱水や加熱流体によって加熱して消泡して、メタン発酵槽に返送するので、メタン発酵槽内の発酵液面が低下するといったトラブルの発生を防止できる。
【００１４】
本発明においては、前記バイオガス利用装置が、燃料電池発電装置であることが好ましい。燃料電池発電装置からは、発電時に排出される排熱を利用して温水等が取り出されるので、温水を利用して、メタン発酵槽の液面に発生する泡を加熱して消泡できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ボイラーからの熱水及び／又はバイオガス利用装置の排熱により加熱された流体によって、メタン発酵槽の液面に発生する泡を加熱するようにしたので、メタン発酵槽の液面に発生する泡を消泡できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のメタン発酵装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】同メタン発酵装置のメタン発酵槽の気相部の平面図である。
【図３】本発明のメタン発酵装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図４】本発明のメタン発酵装置の第３の実施形態の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１，２を参照して本発明のメタン発酵処理装置の第１の実施形態を説明する。このメタン発酵処理装置は、メタン発酵槽１と、メタン発酵槽１内の発酵液の温度を所定範囲に調整する熱水を供給するボイラー３と、メタン発酵処理時に発生したバイオガスを回収するバイオガスホルダ４と、燃料電池発電装置５とで主に構成されている。この実施形態では、燃料電池発電装置５が、本発明における「バイオガス利用装置」に相当する。
【００１８】
メタン発酵槽１は、有機性廃棄物を、槽内に存在する微生物によりメタン発酵処理してメタンガスを含むバイオガスを発生させるものである。メタン発酵槽１内には、担体１０が装填されており、この担体１０に嫌気性微生物（主に、メタン菌）が担持されている。
メタン発酵槽１には、有機性廃棄物供給源から伸びた有機性廃棄物供給ラインＬ１が接続しており、槽内に有機性廃棄物が供給されるように構成されている。また、メタン発酵槽１の側壁には、上流側から発酵液循環ポンプＰ１と熱交換器２とが介装された循環ラインＬ２が併設されている。この循環ラインＬ２の上流は、メタン発酵槽１の底部付近に開口され、下流はメタン発酵槽１の発酵液液面レベル付近に開口されている。
【００１９】
熱交換器２には、ボイラー３から伸びた熱水ラインＬ３が挿通されている。この実施形態では、熱水ラインＬ３は、図２（図中の矢印は熱水の流通方向を意味する）に示すように、メタン発酵槽１内上方の気相部を蛇行するように通過した後、熱交換器２に挿通されている。すなわち、ボイラー３から供給される熱水は、まずメタン発酵槽１上部の気相部を通り、気相部を加熱した後、熱交換器２にて、発酵液との熱交換により発酵液を加熱するように構成されている。メタン発酵槽１上部の気相部に配置される熱水ラインＬ３の下方面には、散水孔が形成されていてもよい。熱水ラインＬ３の下方面に散水孔が形成されていることで、ボイラー３からの熱水の一部を発酵液上面に散水できるので、発酵液上面に生成される泡を散水により物理的にも消泡できる。
【００２０】
熱交換器２を通過する発酵液は、発酵液循環ポンプＰ１の駆動により一定流量に設定されおり、熱交換器２を通過させる熱水流量及び熱水温度を制御することで、熱交換器２を通過する発酵液の加熱温度が制御される。これにより、メタン発酵槽１の発酵液の温度が一定範囲に保たれる。
【００２１】
メタン発酵槽１の上部には、このメタン発酵槽１内で発生したメタンガスを含むバイオガスを取出すバイオガス取出しラインＬ４が接続され、バイオガスホルダ４に連結している。
【００２２】
メタン発酵槽１の上部側壁には、オーバフローした発酵廃液を排出する発酵廃液排出ラインＬ５が設けられている。メタン発酵槽１は発酵液で常時満たされた状態にあり、従って、有機性廃棄物供給ラインＬ１から供給される有機性廃棄物と同量の発酵廃液が、発酵廃液排出ラインＬ５から槽外に排出される。
【００２３】
バイオガスホルダ４からは、バイオガス供給ラインＬ６，７が伸びて、ボイラー３、燃料電池発電装置５にそれぞれ連結している。
【００２４】
次に、このメタン発酵装置を用いた場合を例にして、本発明のメタン発酵処理方法について説明する。
【００２５】
必要により前処理された有機性廃棄物が、有機性廃棄物供給ラインＬ１からメタン発酵槽１内に供給される。例えば、塵芥、生ごみ、家畜糞尿などのような有機性廃棄物の場合は、上水と混合し、粉砕・破砕などの前処理を行うことが好ましい。
【００２６】
メタン発酵槽１では、槽内に供給された有機性廃棄物を、担体１０に担持された嫌気性微生物によりメタン発酵する。槽内の発酵液は、発酵液循環ポンプＰ１を駆動することにより、循環ラインＬ２から一定流量で引き抜かれ、熱交換器２にてボイラー３からの熱水との熱交換により加温されて、メタン発酵槽１へ返送される。これにより、槽内の発酵液が循環され、発酵液上面に形成されたスカム等が破壊されると共に、メタン発酵槽１内の発酵液温度の均一化が図られる。なお、槽内の発酵液は、供給された有機性廃棄物と同量の発酵液が、発酵廃液引き抜きラインＬ５から引き抜かれ、槽内には常時一定量の発酵液が満ちている。そして、有機性廃棄物をメタン発酵した際に発生したバイオガスは、バイオガス取出しラインＬ４から槽外に取り出され、バイオガスホルダ４に貯留される。
【００２７】
バイオガスホルダ４に貯留されたバイオガスは、バイオガス供給ラインＬ６，７から、ボイラー３、燃料電池発電装置５に供給される。ボイラー３では、バイオガスを燃焼し、燃焼時に生成される燃焼熱でボイラー内に貯留された水を加熱して熱水を生成する。生成された熱水は、熱交換器２に導入し、主に発酵液の加熱に使用される。また、燃料電池発電装置５では、バイオガスを水蒸気改質して水素含有ガスを生成し、水素含有ガスと空気とを電極反応して電力を取り出し、その際排出される排熱で水を加熱して温水を生成される。生成された温水は、給湯設備などに供される。
【００２８】
このようにしてメタン発酵処理を実施していると、発酵液の粘度増加、有機性廃棄物からの発泡性物質の混入、微生物からの発泡性物質の分泌などの要因によって、発酵液が発泡することがあった。
また、メタン発酵槽１の気相部は、外気温による影響を受けて、発酵液の温度よりも低くなっていることがあった。特に冬場などは、発酵液の温度を５５℃程度に調整して、高温メタン発酵処理を行った場合であっても、気相部の温度は、およそ２５〜３５℃にまで低下することがあった。低温下では、泡は粘度が高くなるので、容易に消泡し難くなる。このため、特に寒冷地や冬場などでは、一度泡が生じると、泡の粘度が高くなって消泡し難くなるので、泡界面が上昇するトラブルが生じ易い傾向にあった。
【００２９】
そこで、本実施形態では、ボイラー３から伸びた熱水ラインＬ３を、メタン発酵槽１内上方の気相部を蛇行するように通過した後、熱交換器２に連通して、ボイラー３から供給される熱水で、メタン発酵槽１上部の気相部を加熱し、その後、熱交換器２にて、発酵液との熱交換により発酵液を加熱することとした。
【００３０】
これにより、気相部の温度を高めて、発酵液の液面に泡が発生しても泡の粘度を低下できるので、消泡し易く、泡界面の上昇を抑制できる。また、発泡が激しくなって泡界面が上昇しても、気相部に配置された熱水ラインＬ３に泡が接触することで消泡が促進されるので、泡界面が熱水ラインＬ３の設置位置よりも上部に至ることを防止できる。また、熱水ラインＬ３に散水孔が形成されている場合においては、熱水の一部を散水孔から発酵液上面に散水できるので、発酵液上面に生成される泡を物理的にも消泡できる。
【００３１】
また、気相部の温度が、嫌気性微生物の死滅温度を超えると、発酵液の界面で、嫌気性微生物が死滅し、メタン発酵効率が低下する傾向にあるので、気相部の温度が、嫌気性微生物の死滅温度を超えないように調整しながら、気相部に配置された熱水ラインＬ３に熱水を流通させることが好ましい。具体的には、嫌気性微生物として高温メタン菌を使用する場合は、５５〜６０℃の熱水を流通させて、気相部の温度を５５〜５８℃に調整することが好ましい。また、嫌気性微生物として中温メタン菌を使用する場合は、３５〜４０℃の熱水を流通させて、気相部の温度を３５〜３８℃に調整することが好ましい。
【００３２】
このように、本発明によれば、ボイラー３から生成される熱水の熱を利用して、メタン発酵槽１の液面に発生する泡を加熱して消泡するので、メタン発酵装置から排出される排熱を有効利用でき、効率よくメタン発酵槽の液面に発生する泡を消泡できる。また、新たな付帯設備の設置は特に不要であるので、設備費用を抑えることができ、経済的である。
【００３３】
なお、この実施形態では、バイオガス利用装置として、燃料電池発電装置を用いたが、燃料電池発電装置に限定されず、ガスエンジン発電装置、マイクロガスタービン発電装置、バイオガスボイラなどが使用できる。また、メタン発酵槽１の気相部において、熱水ラインＬ３は、図２に示すように、気相部を蛇行するように配置したが、このような配置形態に限定されず、発酵液面に発生する泡が接触し易いように熱水ラインＬ３を配置した形態であれば好ましく採用できる。また、この実施形態では、熱水ラインＬ３は、メタン発酵槽１の気相部を通過した後、熱交換器２に挿通されるように構成されているが、熱交換器２を通過した後、メタン発酵槽１の上方の気相部を通過するように構成されていてもよい。
【００３４】
本発明のメタン発酵処理装置の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態と実質的に同じ箇所には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
この実施形態では、ボイラー３から伸びた熱水ラインＬ３が、熱交換器２に挿通されており、熱交換器２に対し、ボイラー３で生成された熱水を循環供給できるように構成されている点、燃料電池発電装置５の温水取り出し口から伸びた温水供給ラインＬ８が、メタン発酵槽１内上方の気相部を蛇行するように通過した後、図示しない給湯設備などに連結している点で相違する。
【００３６】
この実施形態では、燃料電池発電装置５から排出される温水の熱を利用して、メタン発酵槽１の液面に発生する泡を加熱して消泡するので、メタン発酵装置から排出される排熱を有効利用でき、効率よくメタン発酵槽の液面に発生する泡を消泡できる。また、ボイラー３で生成された熱水は、熱交換器２にて発酵液を加熱するのみに使用するので、発酵液の温度調整をより正確に行うことができ、更には、熱水の熱量消費を低く抑えることができるので、ボイラー３におけるバイオガスの消費量を低減できる。
【００３７】
本発明のメタン発酵処理装置の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。なお、第１の実施形態と実質的に同じ箇所には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
この実施形態では、メタン発酵槽１の液面上方から、吸引ポンプＰ２、破泡カラム６が配置された泡吸引ラインＬ９が伸びて、メタン発酵槽１の下部側壁に接続している点、ボイラー３から伸びた熱水ラインＬ３が、破泡カラム６を通過した後、熱交換器２の順に挿通されている点で相違する。
【００３９】
この実施形態では、メタン発酵槽１の液面に発生する泡を、吸引ポンプＰ２を駆動して泡吸引ラインＬ９からメタン発酵槽１外に取り出すので、泡界面が上昇して、バイオガスの回収経路などに発酵液などが進入するなどのトラブルの発生をより確実に防止できる。そして、取り出された泡は、破泡カラム６に送られ、熱水ラインＬ３を流通する熱水からの伝熱により加熱して消泡し、再度メタン発酵槽１に返送するので、メタン発酵槽内の発酵液面が低下するといったトラブルの発生を防止できる。
【符号の説明】
【００４０】
１：メタン発酵槽
２：熱交換器
３：ボイラー
４：バイオガスホルダ
５：燃料電池発電装置
６：破泡カラム
１０：担体
Ｌ１：有機性廃棄物供給ライン
Ｌ２：循環ライン
Ｌ３：熱水ライン
Ｌ４：バイオガス取出しライン
Ｌ５：発酵廃液排出ライン
Ｌ６，７：バイオガス供給ライン
Ｌ８：温水供給ライン
Ｌ９：泡吸引ライン
Ｐ１：発酵液循環ポンプ
Ｐ２：吸引ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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