(57)【要約】【課題】亜臨界水処理時のメイラード反応を効果的に抑制しながらケーキをメタン発酵し易い易分解物に短時間で効率よく変換でき、メタン発酵を短時間で効率よく行って高効率なメタンガス発電を行うことができるメタンガス発電システムを提供する。【解決手段】メタンガス発電システムＳにおいて、固液分離部１Ｃで分離されたケーキに水を加えて水分調整した混合物を所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する亜臨界水処理部２と、固液分離部１Ｃで分離された搾液と亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物をメタン発酵するメタン発酵部４と、メタンガスを精製する精製装置６と、メタンガスを燃料として発電する発電装置７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を破砕したスラリー状の破砕物を搾液とケーキに固液分離する固液分離部と、該固液分離部で分離されたケーキに水を加えて水分調整したケーキと水の混合物を所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する亜臨界水処理部と、前記固液分離部で分離された搾液と前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理された処理物をメタン発酵するメタン発酵部と、該メタン発酵部でメタン発酵して生成されたバイオガスからメタンガスを精製する精製装置と、該精製装置により精製されたメタンガスを燃料として発電する発電装置と、を備えてあるメタンガス発電システム。
【請求項２】
前記発電装置の発電時に発生する排熱を前記亜臨界水処理部の熱源として利用するための熱変換部を備えてある請求項１記載のメタンガス発電システム。
【請求項３】
前記熱変換部で変換した排熱を前記メタン発酵部の熱源としても利用する請求項２記載のメタンガス発電システム。
【請求項４】
前記固液分離部で分離された搾液と前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理された処理物を攪拌して一時的に貯留する一時貯留部を備え、該一時貯留部で一時的に貯留された攪拌物を前記メタン発酵部に供給してメタン発酵する請求項１〜３のいずれか一項記載のメタンガス発電システム。
【請求項５】
前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理された処理物を固液分離せずに前記メタン発酵部に供給してメタン発酵する請求項１〜４のいずれか一項記載のメタンガス発電システム。
【請求項６】
前記固液分離部で分離されたケーキを浸水処理及び脱水処理する浸水脱水処理部を備え、該浸水脱水処理部で脱水処理されたケーキに水を加えて水分調節したケーキと水の混合物を前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理する請求項１〜５のいずれか一項記載のメタンガス発電システム。
【請求項７】
前記浸水脱水処理部で脱水処理する際に生じる洗浄水を搾液及び処理物とともに前記メタン発酵部でメタン発酵する請求項６記載のメタンガス発電システム。
【請求項８】
前記メタン発酵部で発生した消化液を所定の消化液用亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する消化液用亜臨界水処理部を備えてある請求項１〜７のいずれか一項記載のメタンガス発電システム。
【請求項９】
前記亜臨界水処理部の運転状態を、前記混合物を所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する混合物処理状態と、前記メタン発酵部で発生した消化液を所定の消化液用亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する消化液処理状態とに切り換えるための切り換え手段を備えてある請求項１〜７のいずれか一項記載のメタンガス発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ごみなどの原料を破砕したスラリー状の破砕物をメタン発酵部でメタン発酵してバイオガスを生成し、バイオガスから精製されたメタンガスを燃料として発電するメタンガス発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、例えば、特許文献１には、生ごみ又は食品残渣を粉砕したスラリー状の含水食品残渣を前処理装置で亜臨界水処理し、亜臨界水処理した含水食品残渣をメタン発酵設備でメタン発酵し、メタン発酵によって発生したバイオガスを発電装置に供給して電力を発電するように構成したメタン発酵処理施設が開示されている。特許文献１に記載の技術は、スラリー状の含水食品残渣を前処理装置で亜臨界水処理してメタン発酵設備に供給することで、高い効率でメタン発酵して低コストで迅速に生ごみ又は食品残渣を処理しようとするものである。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、粥状物製造用容器で処理された懸濁液を固体液体分離機で液体流と固体とに分離し、固体液体分離機で分離した液体流をメタン発生装置へ供給するとともに、固体液体分離機で分離した固体を固体加水分解反応装置で加水分解処理して、加水分解処理した可溶性の化合物から第２の固体液体分離機で分離した液体をメタン発生装置へ供給するように構成した有機性廃棄物の処理装置が開示されている。特許文献２に記載の技術は、固体液体分離機で分離した固体を固体加水分解反応装置で加水分解処理することで効率的なバイオガス反応装置系を得ようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１１６７３号公報（図１、及び、段落「００１５」〜「００１７」参照）
【特許文献２】特開平５−１９４０６８号公報（図１、図２、段落「００１０」及び「００４３」参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の技術では、生ごみ又は食品残渣を粉砕したスラリー状の含水食品残渣をそのまま前処理装置で亜臨界水処理している。この特許文献１の亜臨界水処理について、本発明者が研究等を重ねたところ、亜臨界水処理によって加熱することでスラリー状の含水食品残渣に含まれる糖がメイラード反応を起こし、そのメイラード反応に起因してメタン発酵が阻害され、結果として、メタンガス回収量が減少して発電装置の発電量が減少する一因になっていることが判明した。
【０００６】
また、上述した特許文献２に記載の技術は、加水分解処理するものではあるが亜臨界水処理するものではないため、固体をメタン発酵し易い易分解物に短時間で効率よく変換してメタン発酵を効率よく行う観点から改善の余地があった。なお、特許文献２に記載の技術は、メタン発酵して生成されたメタンガスを地域に供給するものであり、メタン発酵して生成されたメタンガスを燃料として発電するものではないため、高効率なメタンガス発電を行うための工夫はなされていない。
【０００７】
本発明の目的は、亜臨界水処理時のメイラード反応を効果的に抑制しながらケーキをメタン発酵し易い易分解物に短時間で効率よく変換でき、メタン発酵を短時間で効率よく行って高効率なメタンガス発電を行うことができるメタンガス発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、メタンガス発電システムにおいて、原料を破砕したスラリー状の破砕物を搾液とケーキに固液分離する固液分離部と、該固液分離部で分離されたケーキに水を加えて水分調整したケーキと水の混合物を所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する亜臨界水処理部と、前記固液分離部で分離された搾液と前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理された処理物をメタン発酵するメタン発酵部と、該メタン発酵部でメタン発酵して生成されたバイオガスからメタンガスを精製する精製装置と、該精製装置により精製されたメタンガスを燃料として発電する発電装置と、を備えてある。
【０００９】
上記構成によると、糖を多く含む搾液を固液分離部で分離してタンパク質を多く含むケーキのみを亜臨界水処理することで、メタン発酵を阻害する要因となる亜臨界水処理時のメイラード反応を効果的に抑制しながら、固液分離部で分離されたケーキをメタン発酵し易い易分解物に短時間で効率よく変換できる。そして、亜臨界水処理された処理物を固液分離部で分離された搾液とともにメタン発酵することで、メタン発酵部によるメタン発酵を短時間で効率よく行うことができ、メタンガス回収量を増加させて高効率なメタンガス発電を行うことができる。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明のメタンガス発電システムにおいて、前記発電装置の発電時に発生する排熱を前記亜臨界水処理部の熱源として利用するための熱変換部を備えてある。
【００１１】
上記構成によると、発電装置の発電時に発生する排熱を、比較的高温となり多くの熱量が必要な亜臨界水処理部の熱源として有効利用し、亜臨界水処理部の熱源の全部又は一部を別途確保しなくてもよくなる。これにより、システム全体のエネルギー効率を向上させて更に高効率なメタンガス発電を行うことができる。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明のメタンガス発電システムにおいて、前記熱変換部で変換した排熱を前記メタン発酵部の熱源としても利用する。
【００１３】
上記構成によると、熱変換部で熱変換された排熱を、メタン発酵部の熱源として無駄なく有効利用し、メタン発酵部の熱源の全部又は一部を別途確保しなくてもよくなる。これにより、システム全体のエネルギー効率を更に向上させることができる。
【００１４】
第４の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか一つのメタンガス発電システムにおいて、前記固液分離部で分離された搾液と前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理された処理物を攪拌して一時的に貯留する一時貯留部を備え、該一時貯留部で一時的に貯留された攪拌物を前記メタン発酵部に供給してメタン発酵する。
【００１５】
上記構成によると、一時貯留部においてメタン発酵部に供給する供給物の組成を均一にして、メタン発酵部に供給する供給物の組成変化を少なくすることができる。これにより、メタン発酵部に供給する供給物の組成が大きく変化してメタン発酵の管理等に支障が生じることを回避できる。
【００１６】
第５の発明は、上記第１〜第４の発明のいずれか一つのメタンガス発電システムにおいて、前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理された処理物を固液分離せずに前記メタン発酵部に供給してメタン発酵する。
【００１７】
上記構成によると、亜臨界水処理部において亜臨界水のもつ加水分解能により混合物を効率よく分解することで、亜臨界水処理部の下手側で処理物を固液分離しなくても、メタン発酵部によるメタン発酵を短時間で効率よく行うことができる。
【００１８】
第６の発明は、上記第１〜第５の発明のいずれか一つのメタンガス発電システムにおいて、前記固液分離部で分離されたケーキを浸水処理及び脱水処理する浸水脱水処理部を備え、該浸水脱水処理部で脱水処理されたケーキに水を加えて水分調節したケーキと水の混合物を前記亜臨界水処理部で亜臨界水処理する。
【００１９】
上記構成によると、浸水処理及び脱水処理によって固液分離部で分離されたケーキに含まれる糖濃度を更に低減することができ、亜臨界水処理時におけるメイラード反応を更に効果的に抑制することができる。また、脱水処理したケーキの水分量を亜臨界水処理に適した水分量に調整して適切な水分量で亜臨界水処理を効率よく行うことができる。
【００２０】
第７の発明は、上記第６の発明のメタンガス発電システムにおいて、前記浸水脱水処理部で脱水処理する際に生じる洗浄水を搾液及び処理物とともに前記メタン発酵部でメタン発酵する。
【００２１】
上記構成によると、浸水脱水処理部で脱水処理に用いた洗浄水を排水することなく搾液及び処理物とともにメタン発酵部に供給してメタン発酵することができ、廃棄物となる排水の量を低減できるとともに最終的なメタンガス回収量を増加させることができる。
【００２２】
第８の発明は、上記第１〜第７の発明のいずれか一つのメタンガス発電システムにおいて、前記メタン発酵部で発生した消化液を所定の消化液用亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する消化液用亜臨界水処理部を備えてある。
【００２３】
上記構成によると、メタン発酵部で発生した消化液の全部又は一部を排水することなく再び亜臨界水処理して、システム内の処理水等として有効利用したり再びメタン発酵に供したりすることが可能となる。
【００２４】
第９の発明は、上記第１〜第７の発明のいずれか一つのメタンガス発電システムにおいて、前記亜臨界水処理部の運転状態を、前記混合物を所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する混合物処理状態と、前記メタン発酵部で発生した消化液を所定の消化液用亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する消化液処理状態とに切り換えるための切り換え手段を備えてある。
【００２５】
上記構成によると、メタン発酵部で発生した消化液の全部又は一部を排水することなく再び亜臨界水処理して、システム内の処理水等として有効利用したり再びメタン発酵に供したりすることが可能となる。さらに、消化液のための専用の亜臨界水処理部を備えることなく消化液を亜臨界水処理することができ、メタンガス発電システムの小型化や製造コスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】メタンガス発電システムの第１実施形態を説明するブロック図である。
【図２】メタンガス発電システムの第２実施形態を説明するブロック図である。
【図３】メタンガス発電システムの第３実施形態を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係るメタンガス発電システムＳの第１実施形態を説明するブロック図である。なお、図１では、原料となる生ごみから生成した生成物の流れを太線の実線で示し、排熱の流れを破線で示し、制御系の配線等を細線の実線で示してある（図２及び図３においても同様）。図１に示すように、メタンガス発電システムＳは、原料となる生ごみを受け入れて前処理する前処理装置１と、前処理装置１で前処理されたケーキと水の混合物を所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する亜臨界水処理部２と、前処理装置１で前処理された搾液及び洗浄水と亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物を攪拌して一時的に貯留する一時貯留部３と、一時貯留部３で攪拌して一時的に貯留された攪拌物をメタン発酵するメタン発酵部４と、メタン発酵部４でメタン発酵して生成されたバイオガスからメタンガスを精製する精製装置６と、精製装置６により精製されたメタンガスを燃料として発電する発電装置７と、これらの装置等を制御するとともに発電装置７で発電された電力を制御する制御装置８とを備える。ここで、メタンガス発電システムＳで処理される「生ごみ」とは、家庭や飲食店から排出される調理かす、食べ残しや残飯などの廃棄物を意味し、具体的には、ご飯、うどん、そば、野菜、肉、魚介類などを意味し、物質構成としては、タンパク質、糖を含む炭水化物、脂質が主なものである。
【００２８】
前処理装置１は、生ごみを受け入れる受け入れ部１Ａと、受け入れ部１Ａに受け入れられた生ごみを破砕機等によりスラリー状に破砕する破砕部１Ｂと、破砕部１Ｂで破砕したスラリー状の破砕物を搾液とケーキに固液分離する固液分離部１Ｃと、固液分離部１Ｃで分離されたケーキを浸水脱水処理する浸水脱水処理部１Ｄと、浸水脱水処理部１Ｄで脱水処理されたケーキに水を加えて水分調整する水分調整部１Ｅとを備える。
【００２９】
破砕部１Ｂは、生ごみをスラリー状に破砕できるものであればせん断式や回転ブレード式などの種々の破砕機を採用できるが、生ごみに混入した異物を分離可能な回転ブレード式破袋分別機が好ましい。これにより、生ごみに混入した異物、具体的には、割り箸などの木屑、ごみ袋や弁当箱などのプラスチック類、空き缶やスプーンやフォークなどの金属類、などの可燃ごみや不燃ごみとして通常処理される異物を、生ごみを破砕する回転ブレードの遠心力を利用して分離除去できる。
【００３０】
固液分離部１Ｃは、破砕部１Ｂで破砕したスラリー状の破砕物を、固形分であるケーキと液体分である搾液とに分離できるものであれば、フィルタープレス機や遠心分離機などであってもよいが、連続処理の観点からスクリュープレス機が好ましい。そして、固液分離部１Ｃで分離された糖を多く含む搾液は、亜臨界水処理部２による亜臨界水処理を経ずに一時貯留部３に直接貯留される。一方、固液分離部１Ｃで分離されたタンパク質を多く含むケーキは、浸水脱水処理部１Ｄによる浸水脱水処理や水分調整部１Ｅによる水分調整を経て亜臨界水処理部２に供給されて所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理される。これにより、破砕部１Ｂで破砕したスラリー状の破砕物をそのまま亜臨界水処理部２に供給して糖とタンパク質が含まれた状態で亜臨界水処理する場合に比べ、亜臨界水処理時におけるメイラード反応を効果的に抑制することができ、メイラード反応に起因して後工程であるメタン発酵部４でのメタン発酵が阻害されることを防止できる。
【００３１】
ここで、メイラード反応とは、還元糖とアミノ化合物（アミノ酸、ペプチドおよびタンパク質）を加熱したときに起こる反応である。また、還元糖とは、例えばグルコース、フルクトース、グリセルアルデヒドなどの全ての単糖、ラクトース、アラビノース、マルトースなどのマルトース型二糖・オリゴ糖などであり、単糖又は二糖類など重合度の小さい水溶性の糖である。したがって、固液分離部１Ｃにおいて生ごみに含まれる糖の内の水溶性の糖を予めタンパク質を多く含む水不溶性の固形分から分離することによって、加熱時（亜臨界水処理時）におけるメイラード反応を効果的に抑制することができる。
【００３２】
浸水脱水処理部１Ｄは、ケーキを浸水処理するための容器と、ケーキを脱水処理する脱水装置とを備える。脱水装置は、ケーキを脱水できるものであればフィルタープレス機や遠心分離機などであってもよいが、連続処理の観点からスクリュープレス機が好ましい。浸水脱水処理部１Ｄでは、固液分離部１Ｃで固液分離することで脱水処理されたケーキを容器に入れて浸水処理し、さらに、浸水処理したケーキを脱水装置で再び脱水処理する。これにより、固液分離部１Ｃで分離されたケーキに含まれる糖濃度を更に低減することができ、亜臨界水処理時におけるメイラード反応を更に効果的に抑制することができる。この場合、固液分離部１Ｃで固液分離する際にスクリュープレス機で脱水する回数や、浸水処理したケーキを脱水装置で再び脱水する回数は、１回であってもよいが、複数回行うとケーキに含まれる糖濃度を多く低減できる。また、固液分離部１Ｃで固液分離する際にスクリュープレス機で脱水する速度や、浸水処理したケーキを脱水装置で再び脱水する速度は、低速であっても高速であってもよいが、所定速度よりも低速で脱水するとケーキに含まれる糖濃度を効率よく低減できる。
【００３３】
浸水脱水処理部１Ｄで脱水処理する際に生じる洗浄水は、固液分離部１Ｃで分離された搾液と同様に、亜臨界水処理部２による亜臨界水処理を経ずに一時貯留部３に直接貯留される。これにより、浸水脱水処理部１Ｄで脱水処理に用いた洗浄水を排水することなく搾液及び処理物とともにメタン発酵部４に供給してメタン発酵することができ、廃棄物となる排水の量を低減できるとともに最終的なメタンガス回収量を増加させることができる。
【００３４】
水分調整部１Ｅは、浸水脱水処理部１Ｄで脱水処理されたケーキに水を加えて亜臨界水処理に適した含水率に調整する。水分調整部１Ｅにおけるケーキと水の混合比率は、ＴＳ（全固形分濃度）５〜３０％、好ましくは５〜２０％、より好ましくは５〜１５％であることが望ましい。混合比率が、５％未満では固形分濃度が低く、処理量が不十分となり、３０％を超えると含水率が低く、亜臨界水処理できなくなる。水分調整部１Ｅは、配管や制御バルブ等を介して亜臨界水処理部２に接続されている。
【００３５】
亜臨界水処理部２は、熱交換器などにより構成された加熱部２Ａを備え、この加熱部２Ａによって所定の亜臨界水処理条件となるように加熱される。水分調整部１Ｅで水分調整されたケーキと水の混合物は、亜臨界水処理部２に供給されて所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理される。これにより、従来メタン発酵部４でメタン発酵する際に微生物が長時間をかけて分解していた高分子成分を亜臨界水のもつ加水分解能により短時間で分解することができ、水分調整されたケーキと水の混合物をメタン発酵し易い易分解物に短時間で効率よく変換できる。亜臨界水処理部２での亜臨界水処理条件は、温度が１２０〜２２０℃、好ましくは１４０〜２２０℃、より好ましくは１６０〜２２０℃であり、時間が５〜６０分間、好ましくは１０〜６０分間、より好ましくは１０〜３０分間であることが望ましい。温度が１２０℃未満では亜臨界水処理による可溶化が不十分となり、温度が２２０℃を超えると炭化が起こってしまう。また、時間が５分未満では亜臨界水処理による可溶化が不十分となり、時間が６０分間を超えると炭化が起こってしまう。
【００３６】
亜臨界水処理部２は、配管や制御バルブ等を介して一時貯留部３に接続され、亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物は、一時貯留部３に供給される。一時貯留部３は、バッファータンクなどにより構成され、そのタンク内部に供給された内容物を攪拌する攪拌装置を備える。亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物や、前処理装置１で前処理された搾液及び洗浄水は、一時貯留部３の内部で攪拌装置によりメタン発酵し易い混合状態に攪拌されながら、一時貯留部３の内部に一時的に貯留される。つまり、亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物や前処理装置１で前処理された搾液及び洗浄水をそのままメタン発酵部４に供給すると、それぞれの供給量や供給時期の相違等によってメタン発酵部４に供給される供給物の組成が大きく変化してメタン発酵の管理等に支障が生じるおそれがあるが、これらの処理物並びに搾液及び洗浄水を一時貯留部３を経てメタン発酵部４に供給することで、一時貯留部３においてメタン発酵部４に供給する供給物の組成を均一にして、メタン発酵部４に供給する供給物の組成変化を少なくすることができる。なお、前処理装置１で前処理された搾液及び洗浄水は、亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物と混合して一時貯留部３に供給するように構成してもよい。
【００３７】
一時貯留部３は、配管や制御バルブ等を介してメタン発酵部４に接続され、一時貯留部３で一時的に貯留された攪拌物は、メタン発酵部４に供給される。メタン発酵部４は、タンクなどの槽状の容器により構成され、熱交換器などにより構成された加熱部４Ａと、メタン発酵により発生した消化液を貯留するための消化液貯留部４Ｂとを備える。メタン発酵部４は、加熱部４Ａによって加熱されて所定のメタン発酵温度となるように維持管理される。これにより、攪拌物が酸素のない嫌気状態でメタン生成菌を主体とする微生物の作用によって分解され、メタンを主成分とするバイオガスが発生する。メタン発酵部４でのメタン発酵温度は、５０〜６０℃、好ましくは５５℃であることが望ましい。
【００３８】
消化液貯留部４Ｂは、配管や制御バルブ等を介して浸水脱水処理部１Ｄ及び水分調整部１Ｅに接続されている。消化液貯留部４Ｂは、メタン発酵部４で発生した消化液の発生量と、後段の浸水脱水処理部１Ｄ、水分調整部１Ｅ及び排水装置５への消化液の供給量を制御するための制御部として機能する。消化液貯留部４Ｂに貯留された消化液の一部は、浸水脱水処理部１Ｄでケーキを浸水処理するため処理水や水分調整部１Ｅでケーキの水分調整を行うための水として再利用される。これにより、消化液の一部を排水することなく浸水脱水処理部１Ｄの処理水及び水分調整部１Ｅの水として有効活用して廃棄物となる排水の量を低減できる。また、消化液の一部を亜臨界水処理部２及び一時貯留部３を介して再びメタン発酵に供して、最終的なメタンガス回収量を増加させることができる。消化液貯留部４Ｂには、消化液を排水処理する排水装置５が接続され、消化液貯留部４Ｂに貯留された消化液の一部が排水装置５により排水処理されてから廃棄される。なお、消化液貯留部４Ｂに貯留された消化液の一部を浸水脱水処理部１Ｄの処理水としてのみ再利用してもよく、水分調整部１Ｅの水としてのみ再利用してもよい。また、排水装置５を廃止して、消化液貯留部４Ｂに貯留された消化液の全部を浸水脱水処理部１Ｄの処理水及び水分調整部１Ｅの水として再利用してもよい。
【００３９】
メタン発酵部４には、ガスホルダー６Ａを介して精製装置６が接続されている。メタン発酵部４で生成したバイオガスは、ガスホルダー６Ａに一時的に貯留され、制御バルブ等を介して適量ずつ精製装置６に供給される。精製装置６は、メタン発酵部４で生成した主にメタンガスと二酸化炭素からなるバイオガスからメタンガスを精製して回収するための装置である。本実施形態では、精製装置６が、膜材料に無機材料を用いた分離膜、具体的には、例えば、テトラアルコキシシラン（テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシラン）と、炭化水素基を含有する炭化水素基含有トリアルコキシシラン（トリメトキシシラン又はトリエトキシシランのＳｉ原子に炭素数１〜６のアルキル基又はフェニル基が結合したもの）との反応によって得られる複合ポリシロキサン網目構造体に、二酸化炭素と親和性を有する金属塩（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｉ、及びＦｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属の酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩、又はリン酸塩）を少量添加した二酸化炭素／メタンガス分離膜で構成されている。これにより、高濃度のメタンガスを得ることができ、高い分離機能によって従来必要であった吸着剤の交換などのメンテナンスを不要にできる。また、分離膜自体の耐久性を向上させることもできる。
【００４０】
精製装置６は、ガスホルダー６Ｂを介して発電装置７に接続されている。精製装置６で精製されたメタンガスは、ガスホルダー６Ｂに一時的に貯留され、制御バルブ等を介して適量ずつ発電装置７に供給される。本実施形態では、発電装置７が、酸素極に酸素を供給し燃料極にメタンガスを供給することで発電する燃料電池が採用されている。燃料電池としては、リン酸形（ＰＡＦＣ）や固体高分子形（ＰＥＦＣ）等の低温型や、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）や固体酸化物形（ＳＯＦＣ）等の高温型等を用いることができるが、本実施形態では、発電時の運転温度が７００℃以上と最も高い固体酸化物形（ＳＯＦＣ）の燃料電池が採用されている。なお、発電装置７は、燃料電池に限らず、メタンガスを燃料としてエンジンを駆動して発電するガスエンジン発電機などであってもよい。
【００４１】
発電装置７は、熱交換器などにより構成された熱変換部７Ａを備える。熱変換部７Ａは、燃料電池の発電時に発生する排熱を熱媒油等の流体に熱変換し、亜臨界水処理部２の加熱部２Ａ及びメタン発酵部４の加熱部４Ａに供給する。つまり、本発明に係るメタンガス発電システムＳでは、亜臨界水処理部２の加熱部２Ａやメタン発酵部４の加熱部４Ａで多く熱源が必要であり、例えばボイラーや電気ヒーター等の熱源を別途用意すると、その分システム全体としてのエネルギー効率や発電効率が低下するため、発電効率が良くかつ発電時の運転温度が７００℃以上と高い固体酸化物形（ＳＯＦＣ）の燃料電池を採用し、その発電時に発生する排熱を亜臨界水処理部２の加熱部２Ａ及びメタン発酵部４の加熱部４Ａで有効利用している。つまり、メタン発酵部４でのメタン発酵温度は、比較的低温であるが、亜臨界水処理部２での亜臨界水処理温度は、比較的高温であり、専ら亜臨界水処理部２で多くの熱源が必要となる。そこで、特に亜臨界水処理部２の加熱部２Ａの熱源として有効活用できるように、発電時の運転温度が７００℃以上となる固体酸化物形（ＳＯＦＣ）の燃料電池が採用されている。
【００４２】
熱変換部７Ａは、配管や制御バルブ等を介して亜臨界水処理部２の加熱部２Ａに接続され、亜臨界水処理部２の加熱部２Ａは、配管や制御バルブ等を介してメタン発酵部４の加熱部４Ａに接続されている。つまり、熱変換部７Ａで熱変換された排熱のうちの亜臨界水処理部２の加熱部２Ａで熱源として用いられて余った余剰熱が、メタン発酵部４の加熱部４Ａの熱源として利用される。これにより、亜臨界水処理部２での亜臨界水処理温度とメタン発酵部４でのメタン発酵温度との温度差に着目し、熱変換部７Ａで熱変換された排熱を無駄なく有効利用できる。また、メタン発酵部４の加熱部４Ａは、配管や制御バルブ等を介して熱変換部７Ａに接続されている。これにより、熱変換部７Ａと亜臨界水処理部２の加熱部２Ａとメタン発酵部４の加熱部４Ａとの間で流体を循環させることができ、メタン発酵部４の加熱部４Ａの戻り熱を無駄なく有効利用できる。なお、亜臨界水処理部２の加熱部２Ａの余剰熱をメタン発酵部４の加熱部４Ａに供給するのではなく、熱変換部７Ａで熱変換された排熱をメタン発酵部４の加熱部４Ａに直接供給してもよい。
【００４３】
制御装置８は、メタンガス発電システムＳを統括的に制御するものであり、システム内の各種機器の作動を制御するシステム制御部８Ａと、発電装置７で発電された電力及びシステム内の使用電力を制御する電力制御部８Ｂとを備える。前処理装置１の破砕機やスクリュープレス機等の各種機器や、システム内の各種制御バルブ等の制御機器は、制御装置８に接続されている。また、前処理装置１内の各種機器の電力情報や異常情報などの前処理装置１の稼働状態を計測するための計測機器類や、亜臨界水処理部２の内部の温度や圧力などの処理状態を計測するための計測機器類や、メタン発酵部４のメタン発酵温度などのメタン発酵状態を計測するための計測機器類や、精製装置６のメタンガス精製量などのメタンガス精製状態を計測するための計測機器類や、発電装置７の電力量などの発電状態を計測するための計測機器類も、制御装置８に接続されている。
【００４４】
制御装置８のシステム制御部８Ａは、前処理装置１の受け入れ部１Ａに供給された生ごみが連続処理されるように、システム内の各種機器や制御機器を制御する。また、制御装置８のシステム制御部８Ａは、システム内の各種計測機器類からの計測値に基づいて、亜臨界水処理部２において所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理され、メタン発酵部４において所定のメタン発酵温度でメタン発酵され、精製装置６において所定量のメタンガスが精製され、発電装置７において所定の電力が発電されるように、システム内の各種機器及び制御機器を制御する。
【００４５】
制御装置８には、外部電源を入力しかつ発電装置７で発電した発電電力を外部に出力するための接続部９が接続されている。接続部９は、プラグやコンセントなどにより構成され、簡単に外部電源等と接続できるように構成されている。制御装置８の電力制御部８Ｂは、システム内の各種機器で消費される消費電力と発電装置７で発電された発電電力とを監視し、発電電力が消費電力よりも上回る場合には、接続部９を介して発電電力を外部に出力する。また、制御装置８の電力制御部８Ｂは、発電装置７が発電を開始していない準備運転時等には、外部電源から入力した電力をシステム内の各種機器の電力として使用するように電力制御し、発電装置７が発電を開始すると、外部電源から入力した電力の使用をやめて発電装置７で発電した電力をシステム内の各種機器の電力として使用するように電力制御する。
【００４６】
［第２実施形態］
図２は、本発明に係るメタンガス発電システムＳの第２実施形態を説明するブロック図である。なお、後述する以外の他の構成は、上記第１実施形態と同様である。図２に示すように、メタン発酵部４の消化液貯留部４Ｂには、配管や制御バルブ等を介して消化液用亜臨界水処理部１０が接続されている。消化液貯留部４Ｂは、メタン発酵部４で発生した消化液の発生量と、後段の消化液用亜臨界水処理部１０への消化液の供給量を制御するための制御部として機能する。
【００４７】
消化液用亜臨界水処理部１０は、メタン発酵部４で発生した消化液を所定の消化液用亜臨界水処理条件で亜臨界水処理するものである。消化液用亜臨界水処理部１０は、熱交換器などにより構成された加熱部１０Ａを備え、この加熱部１０Ａによって所定の消化液用亜臨界水処理条件となるように加熱される。消化液用亜臨界水処理部１０での消化液用亜臨界水処理条件は、亜臨界水処理部２での亜臨界水処理条件よりも高温で行うことが望ましい。すなわち、消化液用亜臨界水処理条件は、温度が１６０〜２５０℃、好ましくは１６０〜２２０℃、より好ましくは１７０〜２１０℃であり、時間が５〜６０分間、好ましくは１０〜６０分間、より好ましくは１０〜３０分間であることが望ましい。温度が１６０℃未満では亜臨界水処理による可溶化が不十分となり、温度が２５０℃を超えると炭化が起こってしまう。また、時間が５分未満では亜臨界水処理による可溶化が不十分となり、時間が６０分間を超えると炭化が起こってしまう。
【００４８】
熱変換部７Ａは、配管や制御バルブ等を介して消化液用亜臨界水処理部１０の加熱部１０Ａに接続され、消化液用亜臨界水処理部１０の加熱部１０Ａは、配管や制御バルブ等を介してメタン発酵部４の加熱部４Ａに接続されている。つまり、熱変換部７Ａで熱変換された排熱が、消化液用亜臨界水処理部１０の加熱部１０Ａの熱源として利用され、消化液用亜臨界水処理部１０の加熱部１０Ａで熱源として用いられて余った余剰熱が、メタン発酵部４の加熱部４Ａの熱源として利用される。なお、消化液用亜臨界水処理部１０の加熱部１０Ａの余剰熱をメタン発酵部４の加熱部４Ａに供給するのではなく、熱変換部７Ａで熱変換された排熱をメタン発酵部４の加熱部４Ａに直接供給してもよい。
【００４９】
消化液用亜臨界水処理部１０は、配管や制御バルブ等を介して一時貯留部１１に接続されている。これにより、消化液用亜臨界水処理部１０で亜臨界水処理された処理水は、バッファータンクなどにより構成された一時貯留部１１に供給される。この場合、一時貯留部１１は、消化液用亜臨界水処理部１０で亜臨界水処理された処理水の処理量と、後段の浸水脱水処理部１Ｄ、水分調整部１Ｅ及び排水装置５への処理水の供給量を制御するための制御部として機能する。
【００５０】
一時貯留部１１は、配管や制御バルブ等を介して浸水脱水処理部１Ｄ及び水分調整部１Ｅに接続され、メタン発酵部４で発生した消化液の一部が、浸水脱水処理部１Ｄでケーキを浸水処理するため処理水や水分調整部１Ｅでケーキの水分調整を行うための水として再利用される。これにより、消化液の一部を排水することなく浸水脱水処理部１Ｄの処理水及び水分調整部１Ｅの水として有効活用して廃棄物となる排水の量を低減できる。また、消化液の一部を亜臨界水処理部２及び一時貯留部３を介して再びメタン発酵に供して、最終的なメタンガス回収量を増加させることができる。一時貯留部１１には、消化液を排水処理する排水装置５が接続され、一時貯留部１１に貯留された消化液の一部が排水装置５により排水処理されてから廃棄される。なお、メタン発酵部４で発生した消化液の一部を浸水脱水処理部１Ｄの処理水としてのみ再利用してもよく、水分調整部１Ｅの水としてのみ再利用してもよい。また、排水装置５を廃止して、メタン発酵部４で発生した消化液の全部を浸水脱水処理部１Ｄの処理水及び水分調整部１Ｅの水として再利用してもよい。
【００５１】
なお、消化液用亜臨界水処理部１０を配管や制御バルブ等を介して一時貯留部３に接続して、消化液用亜臨界水処理部１０で亜臨界水処理された処理水の全部又は一部を、亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物や前処理装置１で前処理された搾液及び洗浄水とともに一時貯留部３に供給して、メタン発酵部４で再びメタン発酵するように構成してもよい。これにより、一時貯留部１１を廃止してメタンガス発電システムＳの小型化や製造コスト削減を図ることができる。この場合においても、消化液用亜臨界水処理部１０で亜臨界水処理された処理水は、一時貯留部３に直接供給するように構成してもよく、亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物と混合して一時貯留部３に供給するように構成してもよい。
【００５２】
［第３実施形態］
図３は、本発明に係るメタンガス発電システムＳの第３実施形態を説明するブロック図である。なお、後述する以外の他の構成は、上記第１及び第２実施形態と同様である。図３に示すように、メタン発酵部４の消化液貯留部４Ｂには、配管や制御バルブ等を介して亜臨界水処理部２が接続されている。つまり、上記第２実施形態において亜臨界水処理部２とは別に消化液用亜臨界水処理部１０を設ける構成に代えて、亜臨界水処理部２が消化液用亜臨界水処理部として機能するように構成されている。
【００５３】
制御装置８のシステム制御部８Ａは、切り換え手段として機能するものであり、制御バルブ等を切り換え操作して、亜臨界水処理部２の運転状態を、水分調整部１Ｅで水分調整された混合物を所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する混合物処理状態と、メタン発酵部４で発生した消化液を所定の消化液用亜臨界水処理条件で亜臨界水処理する消化液処理状態とに切り換える。つまり、制御装置８のシステム制御部８Ａは、混合物処理状態において、制御バルブ等を切り換え操作して、水分調整部１Ｅで水分調整された混合物を亜臨界水処理部２に供給し、消化液貯留部４Ｂに貯留された消化液の亜臨界水処理部２への供給を停止するように制御する。そして、制御装置８のシステム制御部８Ａは、システム内の各種計測機器類からの計測値に基づいて、混合物を上記第１実施形態で示した所定の亜臨界水処理条件で亜臨界水処理するように制御する。また、制御装置８のシステム制御部８Ａは、消化液処理状態において、制御バルブ等を切り換え操作して、水分調整部１Ｅで水分調整された混合物の亜臨界水処理部２への供給を停止し、消化液貯留部４Ｂに貯留された消化液を亜臨界水処理部２へ供給するように制御する。この場合、消化液貯留部４Ｂは、メタン発酵部４で発生した消化液の発生量と、後段の亜臨界水処理部２への消化液の供給量を制御するための制御部として機能する。そして、制御装置８のシステム制御部８Ａは、システム内の各種計測機器類からの計測値に基づいて、消化液を上記第２実施形態で示した所定の消化液用亜臨界水処理条件で亜臨界水処理するように制御する。
【００５４】
すなわち、制御装置８のシステム制御部８Ａは、前処理装置１の受け入れ部１Ａへの生ごみの供給量やメタン発酵部４への攪拌物の供給量などを自動的に演算することで亜臨界水処理部２の稼働状態を監視し、水分調整部１Ｅで水分調整された混合物を亜臨界水処理部２で亜臨界水処理していない時間は、亜臨界水処理部２の運転状態を、混合物処理状態から消化液処理状態に一時的に切り換えるように制御する。これにより、上記第２実施形態で記載した消化液用亜臨界水処理部１０を備えることなく消化液を亜臨界水処理することができ、つまり、亜臨界水処理部２を消化液用亜臨界水処理部１０として兼用することができ、メタンガス発電システムＳの小型化や製造コスト削減を図ることができる。
【００５５】
亜臨界水処理部２は、一時貯留部１１に接続され、亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理物は、一時貯留部１１に一時的に貯留されてから浸水脱水処理部１Ｄの処理水及び水分調整部１Ｅの水として再利用される。この場合、一時貯留部１１は、亜臨界水処理部２で亜臨界水処理された処理水の処理量と、後段の浸水脱水処理部１Ｄ、水分調整部１Ｅ及び排水装置５への処理水の供給量を制御するための制御部として機能する。なお、一時貯留部１１を廃止して、一時貯留部３が一時貯留部１１として機能するように構成してもよい。この場合、制御装置８のシステム制御部８Ａが、一時貯留部３から攪拌物をメタン発酵部４に供給する配管の制御バルブと、一時貯留部３から処理水を浸水脱水処理部１Ｄ及び水分調整部１Ｅに供給する配管の制御バルブとを適宜切り換え操作するように構成すればよい。
【００５６】
なお、本実施形態では、制御装置８のシステム制御部８Ａが、切り換え手段として機能するように構成した例を示したが、切り換え手段として異なる構成を採用してもよい。具体的には、例えば、混合物や消化液を亜臨界水処理部２に供給する配管等に手動操作式のバルブ等を設けて、作業者が手動でバルブ等を操作して、亜臨界水処理部２の運転状態を混合物処理状態と消化液処理状態とに切り換えるように構成してもよい。
【００５７】
また、消化液処理状態で処理された処理水の全部又は一部を、混合物処理状態で処理された処理物や前処理装置１で前処理された搾液及び洗浄水とともに一時貯留部３に供給して、メタン発酵部４で再びメタン発酵するように構成してもよい。これにより、一時貯留部１１を廃止してメタンガス発電システムＳの小型化や製造コスト削減を図ることができる。
【実施例】
【００５８】
以下、表１〜表７に基づいて本発明の実施例を説明する。なお、後述する実施例は一例として示すものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
［メイラード反応の抑制］
糖としてグルコース、タンパク質としてポリペプトンを用いて、糖とタンパク質が混在する状態で亜臨界水処理することによって起こるメイラード反応が、どの程度メタン発酵を阻害するかについて調べた。つまり、試料Ａ；グルコース  ５０ｇ／Ｌ  の水溶液、試料Ｂ；ポリペプトン  ５０ｇ／Ｌ  の水溶液、試料Ｃ；グルコース／ポリペプトン  ５０ｇ／Ｌ  の水溶液、を試料として用いる。そして、これらの試料Ａ，Ｂ，Ｃをステンレス製の亜臨界反応管に入れて密栓し、以下の表１に示す温度に設定したオイルバス中に攪拌しながら１０分間浸漬し、１０分経過後、オイルバスから上記反応管を引き上げる、という手順で亜臨界水処理を行った。
【００６０】
次に、亜臨界水処理後の試料７．５ｇと、汚泥３０ｇを、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／アルミニウム（ＡＬ）／ポリエチレン（ＰＥ）の三層構造のフィルム製のチャック付きラミネート袋に入れ、空気を抜いてからチャックした。その後、試料と汚泥を封入したラミネート袋の体積を測定して初期体積とした。そして、該ラミネート袋を５５℃のインキュベーター内に静置して７日間発酵を続け、発酵後のラミネート袋の体積を発酵後体積として測定し、以下の式によりバイオガス発生量を決定した。
（バイオガス発生量）＝（発酵後体積）−（初期体積）
そして、７日間発酵後にガスクロマトグラフィーを用いて、メタンガス（ＣＨ４）と二酸化炭素（ＣＯ２）の比率（ＣＨ４／ＣＯ２）を測定し、上記バイオガス発生量と該比率（ＣＨ４／ＣＯ２）からメタンガス発生量を決定した。その結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2014124614.tif 000003
【００６２】
表１の結果から明らかなように、生ごみそのものを想定した糖とタンパク質が混在する試料Ｃでは、亜臨界水処理を行うことによってメタンガス発生量が低減し、特に２００℃×１０分間の亜臨界水処理によって大きくメタンガス発生量が低減しており、メイラード反応によりメタン発酵が大きく阻害されたと考えられる。これに対して、生ごみを搾液とケーキに分離し、分離したケーキを想定したタンパク質のみの試料Ｂでは、メイラード反応によるメタン発酵の阻害がなく、亜臨界水処理を行うことによってメタンガス発生量が増加している。同様に、分離した搾液を想定した糖のみの試料Ａでも亜臨界水処理を行うことによってメタンガス発生量が増加している。
【００６３】
［消化液用亜臨界水処理］
次に、１００Ｌ規模で馴養したメタン発酵槽からの消化残渣を、実験的に有機分を増加させるために２倍程度の濃縮を行い、亜臨界水処理（消化液用亜臨界水処理）してメタン発酵することによって、上記消化残渣から更にメタンガスの回収が可能であり、同時に廃棄物となるメタン発酵の最終残渣量（発酵後の最終固形分濃度）が低減されることについて調べた。
【００６４】
再亜臨界水処理は以下の表２に示す温度に設定した以外は、上記の最初の亜臨界水処理と同様の条件で行い、メタン発酵の消化残渣を再度、亜臨界水処理（消化液用亜臨界水処理）した。再亜臨界水処理後の試料１０ｇと、汚泥４０ｇを用いた以外は上記の最初のメタン発酵と同様にしてメタン発酵を行い、同様にしてバイオガス発生量及びメタンガス発生量を決定した。その結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
2014124614.tif 000004
【００６６】
表２の結果から明らかなように、上記メタン発酵の消化残渣を再度、亜臨界水処理（消化液用亜臨界水処理）することによって、更にメタンガスを回収することができ、加えて、廃棄物となるメタン発酵の最終残渣量（発酵後の最終固形分濃度）が低減されることも分かった。
【００６７】
［実施例］
以下の表３に示す配合比率を有する「標準生ごみ」２７６ｇに蒸留水３６０ｇを加え、家庭用ミキサー（ブレンダー）で破砕し、スラリー状にしたものを、目開き１ｍｍの篩を用いて、搾液２３８．５ｇとケーキ３９７．５ｇに固液分離した。上記篩上に残ったケーキ３９７．５ｇに蒸留水１８５．５ｇを加えて、４０００ｒｐｍで５分間、遠心分離して水相を除去し、これを３回繰り返して上記ケーキを洗浄した。
【００６８】
【表３】
2014124614.tif 000005
【００６９】
次に、上記のように洗浄したケーキ３９７．５ｇに、生ごみを固液分離した際に除去した搾液と同量の蒸留水２３８．５ｇを加え、以下の表４に示した亜臨界水温度（１２０〜２２０℃）で１０分間、亜臨界水処理した。次に、亜臨界水処理した処理物と、生ごみを固液分離した際に除去した搾液と、上記洗浄に用いた水を混合し、それを汚泥３０ｇに加え、メタン発酵を行った（亜臨界水処理物：搾液：洗浄水の混合比率＝３．７５ｇ：２．２５ｇ：５．２５ｇ）。メタン発酵容器には、マルエム株式会社製のバイアル瓶（Ｎо．８）を用い、ブチルゴム栓、アルミシールで密栓後、インキュベーター（５５℃）内に静置した。２４時間毎にシリンジでガスを抜いて体積を測定し、７日間の合計量をバイオガス発生量とした。その結果を以下の表４に示す。なお、上記のようなバッチ試験で行ったため、２４時間毎のバイオガス発生量の合計量からの最終メタンガス濃度を正確に測定することが困難であっため、バイオガス発生量の合計量により比較した。
【００７０】
【表４】
2014124614.tif 000006
【００７１】
表４の結果から明らかなように、亜臨界水処理を行わなかったものに比較して、１２０〜２２０℃で１０分間、亜臨界水処理したものは、バイオガスの発生量が非常に多くなっていることが分かる。
【００７２】
［比較例］
上記表３に示す配合を有する「標準生ごみ」２７６ｇに蒸留水３６０ｇを加え、家庭用ミキサー（ブレンダー）で破砕し、スラリー状にしたものを試料とした。すなわち、「標準生ごみ」を搾液とケーキに固液分離しなかった以外は、実施例と同様にして、亜臨界水処理及びメタン発酵を行った。その結果を以下の表５に示す。
【００７３】
【表５】
2014124614.tif 000007
【００７４】
表５から明らかなように、亜臨界水処理なしに比較すると、比較的低温（１２０〜１６０℃）の１０分間の亜臨界水処理条件下では、バイオガス発生量が同等又は若干低下している程度であるが、特に、比較的高温（１８０〜２２０℃）の１０分間の亜臨界水処理条件下では、バイオガス発生量が低下している。これは、タンパク質と糖を含む生ごみをそのまま亜臨界水処理したため、メイラード反応が起こり、メタン発酵が阻害されたためと考えられる。本発明においては、上記実施例のように、生ごみを、タンパク質を多く含むケーキと糖を多く含む搾液に予め固液分離して、上記ケーキのみを亜臨界水処理することによって、生ごみに含まれる糖のうちの水溶性の糖を、タンパク質を多く含む水不溶性の固形分から分離し、メタン発酵を阻害するメイラード反応を抑制してバイオガス発生量を増加させるものである。
【００７５】
［浸水脱水処理］
以下の表６に示す配合比率を有する「標準生ごみ−２」１００ｇを、回転ブレード式破袋分別機（株式会社共立製）で破砕し、スラリー状にした破砕物を、下記の処理条件Ａ，Ｂ，Ｃで処理し、その処理中における各脱水処理の前後のケーキに水を加えて、亜臨界水処理に適した水分量である全固形分濃度（ＴＳ）が１０％となる水分条件に水分調整した。そして、水分調整した各混合物の総糖濃度（ラフィノース、二糖（セロビオース，マルトース，スクロース）、グルコース、フルクトースの分析濃度の合計）を測定して、固液分離したケーキを浸水脱水処理することによって、どの程度ケーキに含まれる糖濃度を低減できるかについて調べた。同時に、どのように浸水脱水処理すれば効率よくケーキに含まれる糖濃度を低減できるかについて調べた。
【００７６】
【表６】
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（注１）肉類を想定し、ドッグフード：水＝１：２の重量比としたもの。
【００７７】
処理条件Ａ；スラリー状の破砕物を蒸留水中に２４時間浸水し、浸水後、脱水装置としてスクリュープレス機（川口精機株式会社製「ＤＭ−１５Ｓ」）を用いて繰り返し脱水した。その際、浸水前の破砕物、１回目の脱水後のケーキ、２回目の脱水後のケーキ、３回目の脱水後のケーキ、４回目の脱水後のケーキを上記水分条件に水分調整して、水分調整した各混合物の総糖濃度を測定した。また、上記スクリュープレス機による脱水は、脱水１回目と２回目の脱水速度が低速（スクリュープレス機の回転数：１ｒｐｍ）となり、脱水３回目と４回目の脱水速度が高速（スクリュープレス機の回転数：５ｒｐｍ，表７の「Ｈ」）となる低速脱水と、脱水１回目からすべて脱水速度が高速（スクリュープレス機の回転数：５ｒｐｍ）となる高速脱水とを行った。なお、表７では、浸水前の破砕物を水分調整した混合物の総糖濃度（脱水回数；０）に対して各脱水後のケーキの混合物の総糖濃度をパーセント表示してある。
処理条件Ｂ；スラリー状の破砕物を、浸水処理せずに、上記スクリュープレス機を用いて繰り返し脱水した。その際、脱水前の破砕物、１回目の脱水後のケーキ、２回目の脱水後のケーキ、３回目の脱水後のケーキを上記水分条件に水分調整して、水分調整した各混合物の総糖濃度を測定した。また、上記スクリュープレス機による脱水は、脱水１回目と２回目の脱水速度が低速（スクリュープレス機の回転数：１ｒｐｍ）となり、脱水３回目の脱水速度が高速（スクリュープレス機の回転数：５ｒｐｍ，表７の「Ｈ」）となる低速脱水と、脱水１回目からすべて脱水速度が高速（スクリュープレス機の回転数：５ｒｐｍ）となる高速脱水とを行った。なお、表７では、脱水前の破砕物を水分調整した混合物の総糖濃度（脱水回数；０）に対して各脱水後のケーキの混合物の総糖濃度をパーセント表示してある。
処理条件Ｃ；スラリー状の破砕物を、上記スクリュープレス機を用いて一回脱水して固液分離し、脱水後のケーキを蒸留水中に２４時間浸水し、浸水後、上記スクリュープレス機を用いて繰り返し脱水した。その際、固液分離前の破砕物、浸水後の１回目の脱水後のケーキ、２回目の脱水後のケーキ、３回目の脱水後のケーキを上記水分条件に水分調整して、水分調整した各混合物の総糖濃度を測定した。また、上記スクリュープレス機による脱水は、浸水後の脱水１回目と２回目の脱水速度が高速（スクリュープレス機の回転数：５ｒｐｍ）となり、脱水３回目の脱水速度が低速（スクリュープレス機の回転数：１ｒｐｍ，表７の「Ｌ」）となる高速脱水を行った。なお、表７では、固液分離前の破砕物を水分調整した混合物の総糖濃度（脱水回数；０）に対して各脱水後のケーキの混合物の総糖濃度をパーセント表示してある。
【００７８】
【表７】
2014124614.tif 000009
【００７９】
表７から明らかなように、各処理条件において、脱水回数が多いほど混合物の総糖濃度が減少していることが分かる。つまり、一回脱水するよりも複数回脱水する方が混合物の総糖濃度を多く低減することができる。また、処理条件Ａの低速脱水と処理条件Ｂの低速脱水とを比較すると、処理条件Ａの方が処理条件Ｂよりも混合物の総糖濃度が多く減少していることが分かる。同様に、処理条件Ａの高速脱水と処理条件Ｂの高速脱水とを比較すると、処理条件Ａの方が処理条件Ｂよりも混合物の総糖濃度が多く減少していることが分かる。つまり、処理条件Ｂのように浸水処理せずに脱水するよりも、処理条件Ａのように浸水した後に脱水した方が、混合物の総糖濃度を効率よく低減することができ、結果として、亜臨界水処理時におけるメイラード反応を効果的に抑制できると考えられる。
【００８０】
また、処理条件Ａの低速脱水と高速脱水とを比較すると、低速脱水の方が高速脱水よりも混合物の総糖濃度が多く減少していることが分かる。同様に、処理条件Ｂの低速脱水と高速脱水とを比較すると、低速脱水の方が高速脱水よりも混合物の総糖濃度が多く減少していることが分かる。つまり、混合物を高速で脱水するよりも低速で脱水した方が効率よく混合物の総糖濃度を低減することができる。また、処理条件Ｃの高速脱水と処理条件Ａの高速脱水とを比較すると、処理条件Ｃの方が処理条件Ａよりも混合物の総糖濃度が更に多く減少していることが分かる。つまり、処理条件Ｃのように浸水前に脱水して固液分離した方が、混合物の総糖濃度を更に効率よく低減することができ、結果として、亜臨界水処理時におけるメイラード反応を更に効果的に抑制できると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明のメタンガス発電システムは、生ごみ以外の原料、例えば、汚泥、木材や植物残渣などの植物由来の廃棄物、家畜の糞尿等の廃棄物などのバイオマス原料からメタンガスを生成してメタンガス発電するメタンガス発電システムにも利用可能である。また、本発明のメタンガス発電システムの全部又は一部を、物の発明としてではなく方法の発明として利用することも可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１Ｃ    固液分離部
１Ｄ    浸水脱水処理部
２      亜臨界水処理部
３      一時貯留部
４      メタン発酵部
６      精製装置
７      発電装置
７Ａ    熱変換部
８Ａ    システム制御部（切り換え手段）
１０    消化液用亜臨界水処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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