(57)【要約】【課題】芝などの単一種の草木類でメタン発酵を可能にしたメタン発酵処理装置を提供する。【解決手段】有機性廃棄物（刈芝）と酸性電解水を混合させた混合液を所定温度で所定時間滞留させてメタン発酵の基質となる溶液を生成する反応槽（Ｓ２０）と、前記反応槽で生成された溶液をメタン発酵させる発酵槽（Ｓ２６）とを備えたメタン発酵処理装置において、前記反応槽内の温度を検出する反応槽内温度検出手段（Ｓ２０）と、前記検出された温度に基づいて前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する酸性電解水割合調整手段（Ｓ１４，Ｓ２０）とを備える。【選択図】図２
2014155881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物と酸性電解水を混合させた混合液を所定温度で所定時間滞留させてメタン発酵の基質となる溶液を生成する反応槽と、前記反応槽で生成された溶液をメタン発酵させる発酵槽とを備えたメタン発酵処理装置において、前記反応槽内の温度を検出する反応槽内温度検出手段と、前記検出された温度に基づいて前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する酸性電解水割合調整手段とを備えたことを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項２】
前記酸性電解水割合調整手段は、前記所定時間に基づいて前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整することを特徴とする請求項１記載のメタン発酵処理装置。
【請求項３】
前記酸性電解水割合調整手段は、前記検出された温度が前記所定温度となるように前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整することを特徴とする請求項１または２記載のメタン発酵処理装置。
【請求項４】
前記所定温度は、１５０℃から１８０℃の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
前記所定温度は、１６０℃またはその付近の温度であることを特徴とする請求項４記載のメタン発酵処理装置。
【請求項６】
前記有機性廃棄物は、単一種の草木類であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項７】
前記反応槽内の圧力を検出する反応槽内圧力検出手段と、前記反応槽と前記発酵槽の間に設置された開閉弁と、前記開閉弁の動作を制御する開閉弁制御手段とを備え、前記開閉弁制御手段は、前記検出された圧力が所定圧力以上になったとき、前記開閉弁を開くように前記開閉弁の動作を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか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】
この発明はメタン発酵処理装置に関し、より詳しくはメタン発酵の前処理として有機性廃棄物を水熱反応させるメタン発酵処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、嫌気性発酵によりメタンガスを取り出す方法や装置は数多く提案されている（例えば特許文献１，２）。
【０００３】
特許文献１または２記載の技術では、家畜糞尿、生ごみ、紙屑、草木類、下水処理水などを混合した混合物をメタン発酵の原料として使用している。特に特許文献１記載の技術では、ゴルフ場の刈芝に生ごみ（食品残渣）を添加して、これをメタン発酵の原料としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３２８９２号公報
【特許文献２】特許第３６８７９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１または２記載の技術に示すように、メタン発酵においては複数の材料を用いて原料の炭素／窒素比（Ｃ／Ｎ比）などを調整しながら発酵しやすい条件を作り出すのが一般的である。しかしこれまで、芝などの単一種の草木類を用いたメタン発酵（例えば芝のみを原料としたメタン発酵）の例はない。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、芝などの単一種の草木類でメタン発酵を可能にした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】
【０００７】
上記した課題を解決するために、請求項１に係るメタン発酵処理装置にあっては、有機性廃棄物と酸性電解水を混合させた混合液を所定温度で所定時間滞留させてメタン発酵の基質となる溶液を生成する反応槽と、前記反応槽で生成された溶液をメタン発酵させる発酵槽とを備えたメタン発酵処理装置において、前記反応槽内の温度を検出する反応槽内温度検出手段と、前記検出された温度に基づいて前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する酸性電解水割合調整手段とを備える如く構成した。
【０００８】
請求項２に係るメタン発酵処理装置にあっては、前記酸性電解水割合調整手段は、前記所定時間に基づいて前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する如く構成した。
【０００９】
請求項３に係るメタン発酵処理装置にあっては、前記酸性電解水割合調整手段は、前記検出された温度が前記所定温度となるように前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する如く構成した。
【００１０】
請求項４に係るメタン発酵処理装置にあっては、前記所定温度は、１５０℃から１８０℃の範囲内の温度である如く構成した。
【００１１】
請求項５に係るメタン発酵処理装置にあっては、前記所定温度は、１６０℃またはその付近の温度である如く構成した。
【００１２】
請求項６に係るメタン発酵処理装置にあっては、前記有機性廃棄物は、単一種の草木類である如く構成した。
【００１３】
請求項７に係るメタン発酵処理装置にあっては、前記反応槽内の圧力を検出する反応槽内圧力検出手段と、前記反応槽と前記発酵槽の間に設置された開閉弁と、前記開閉弁の動作を制御する開閉弁制御手段とを備え、前記開閉弁制御手段は、前記検出された圧力が所定圧力以上になったとき、前記開閉弁を開くように前記開閉弁の動作を制御する如く構成した。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係るメタン発酵処理装置にあっては、有機性廃棄物と酸性電解水を混合させた混合液を所定温度で所定時間滞留させてメタン発酵の基質となる溶液を生成する反応槽と、反応槽で生成された溶液をメタン発酵させる発酵槽とを備えたメタン発酵処理装置において、反応槽内の温度を検出し、検出された温度に基づいて混合液における酸性電解水の割合を調整する如く構成したので、混合液中の酸性電解水の割合を調整して反応槽内の温度を適温に設定することで芝などの単一種の草木類でメタン発酵が可能となる。
【００１５】
請求項２に係るメタン発酵処理装置にあっては、混合液を滞留させる所定時間に基づいて混合液における酸性電解水の割合を調整する如く構成したので、上記した効果に加え、混合液中の酸性電解水の割合を調整して反応槽内での滞留時間を所望の時間に設定することで芝などの単一種の草木類でメタン発酵が可能となる。
【００１６】
請求項３に係るメタン発酵処理装置にあっては、検出された反応槽内の温度が所定温度となるように混合液における酸性電解水の割合を調整する如く構成したので、上記した効果に加え、芝などの単一種の草木類でメタン発酵が一層容易となる。
【００１７】
請求項４に係るメタン発酵処理装置にあっては、所定温度は、１５０℃から１８０℃の範囲内の温度である如く構成したので、上記した効果に加え、芝などの単一種の草木類でメタン発酵が一層容易となる。
【００１８】
請求項５に係るメタン発酵処理装置にあっては、所定温度は、１６０℃またはその付近の温度である如く構成したので、上記した効果に加え、芝などの単一種の草木類でメタン発酵がより一層容易となる。
【００１９】
請求項６に係るメタン発酵処理装置にあっては、有機性廃棄物は、単一種の草木類である如く構成したので、上記した効果に加え、芝などの単一種の草木類でメタン発酵が可能となる。
【００２０】
請求項７に係るメタン発酵処理装置にあっては、反応槽内の圧力を検出し、検出された圧力が所定圧力以上になったとき、反応槽と発酵槽の間に設置された開閉弁を開くように開閉弁の動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、芝などの単一種の草木類でメタン発酵がより一層容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施例に係るメタン発酵処理装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示す電解水生成装置、水熱処理装置、冷却器等の処理の流れを示すフロー・チャートである。
【図３】図２に示す反応槽の概略図である。
【図４】図２に示す酸性電解水が投入槽に投入されてから水熱処理が完了するまでの処理の流れを示すフロー・チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に即してこの発明に係るメタン発酵処理装置を実施するための形態について説明する。
【実施例】
【００２３】
図１はこの発明の実施例に係るメタン発酵処理装置を全体的に示す概略図である。
【００２４】
図１において符号１０はメタン発酵処理装置を示す。メタン発酵処理装置１０はメタン発酵の前処理に使用される酸性電解水を生成する電解水生成装置１２と、電解水生成装置１２で生成された酸性電解水と刈芝１４など単一種の草木類で構成された有機性廃棄物とを混合し、混合された混合液（混合物）を所定温度で所定時間滞留させてメタン発酵の基質となる溶液（処理溶液または反応生成物）を生成する水熱処理装置１６と、水熱処理装置１６で生成された溶液を例えば５０℃以下に冷却する冷却器（熱交換器等）１８と、冷却された溶液を３５℃程度でメタン発酵（中温メタン発酵）する発酵槽２０とを備える。
【００２５】
発酵槽２０で生成されたバイオガス（メタンの他、二酸化炭素や硫化水素などを含むガス状物質）はガスホルダー（ガスタンク）２２に貯蔵される一方、分離採取された液体成分（消化液）２４は液肥などに利用される。
【００２６】
図２は電解水生成装置１２、水熱処理装置１６、冷却器１８等の処理の流れを示すフロー・チャートである。
【００２７】
以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０において酸性電解水を生成する。酸性電解水は上記した電解水生成装置１２により生成される。具体的にはイオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室の一方に電解質を含有する電解質水溶液を循環させ、他方に原水を供給すると共に、各電解室に電圧を印加することによって酸性電解水を生成する。
【００２８】
次いでＳ１２に進み、生成された酸性電解水を一旦貯留タンクに蓄えた後、Ｓ１４にて貯留タンクに蓄えられた酸性電解水を圧送ポンプによって投入層へ投入する。Ｓ１０の酸性電解水の生成からＳ１４の圧送ポンプの動作までが上記した電解水生成装置１２の処理に相当する。尚、圧送ポンプはモータとそれを駆動するコントローラ（いずれも図示せず）によって制御される。
【００２９】
次にＳ１６では酸性電解水と共に刈芝が投入槽に投入され、ここで刈芝と酸性電解水が混合される。原料として使用される刈芝は芝刈りや芝の収集の過程で僅かに混入する雑草や木の葉などを除いてほぼ１００％同一種の芝である。また、投入される刈芝は自然乾燥され（含水率１０％程度）、粉砕されたものである。
【００３０】
投入槽に投入された刈芝と酸性電解水の混合液は投入槽内に設けられた撹拌装置によって撹拌され、撹拌された混合液はＳ１８にて予熱槽に送られる。予熱槽はヒータなどを用いて例えば１００℃程度の温度環境に設定されており、ここで混合液は加熱される。混合液を予熱槽で予備加熱することにより次工程の反応槽ですばやく所定温度にすることができる。特に圧送ポンプの流量が大きい場合には予熱槽によって予備加熱することは必要であり、これによりスムーズな制御が可能となって効率よく水熱処理ができるようになる。
【００３１】
Ｓ１８で予熱槽を通過した混合液は次にＳ２０において反応槽に送られる。Ｓ１６の投入槽からＳ２０の反応槽までの処理が図１に示した水熱処理装置１６の処理に相当する。
【００３２】
図３は反応槽の概略図である。図３に示すように、反応槽３０は半球形の底を有し、蓋部３２によって密閉可能な筒状のタンク（圧力容器）３４である。タンク３４内には、タンク３４内の混合液を撹拌する撹拌装置３６と、酸性電解水をタンク３４内に供給する電解水供給管３８と、タンク３４内の温度を検出する温度センサ（反応槽内温度検出手段）４０と、タンク３２内の圧力を検出する圧力センサ（反応槽内圧力検出手段）４２が設置される。
【００３３】
タンク３４を囲うジャケット４４にはヒータ４６が設けられ、ヒータ４６によってタンク３４内の混合液が加熱される。
【００３４】
以上のように構成された反応槽３０では、刈芝と酸性電解水を混合させた混合液を所定温度（例えば１６０℃）で所定時間（例えば３０分）滞留させてメタン発酵の基質となる溶液（沈殿物を含む）を生成する。反応槽３０内で刈芝と酸性電解水の混合液を所定温度で所定時間滞留させる水熱処理を施すことにより、セルロース、ヘミセルロース、リグニンなどの芝の成分が加水分解され、糖やアルコール、有機酸などのメタン発酵に有利な物質が生成される。
【００３５】
反応槽３０内の温度はヒータ４６の他、圧送ポンプにより投入される酸性電解水の投入量（流量）を調整することによって制御される。また、反応槽３０内での混合液の滞留時間についても酸性電解水の投入量を調整することによって予め定められた滞留時間内に反応が進むように制御している。換言すると、混合液中の酸性電解水の割合（含有率）を調整することによって反応槽３０内の温度や滞留時間が制御される。
【００３６】
図２の説明に戻ると、次いでＳ２２に進み、反応槽３０により生成された溶液を冷却槽（熱交換器などの冷却器１８）によって例えば５０℃程度に冷却し、Ｓ２４に進んで冷却された溶液を貯留タンク蓄える。
【００３７】
次いでＳ２６に進み、貯留タンクに蓄えられた溶液は発酵槽２０に供給されてここでメタン発酵が行われる。
【００３８】
発酵槽２０はメタン生成菌が繁殖できる環境に温度、ｐＨ等の条件が維持されており、槽内で有機物を主にガス化反応によって分解処理することによりバイオガスを生成させる。発酵槽２０の温度はヒータなどの加熱手段（図示せず）により３５℃程度に維持されると共に、混合液は撹拌手段により撹拌されながら所定の時間滞留される。
【００３９】
尚、投入槽（Ｓ１６）、予熱槽（Ｓ１８）、反応槽３０（Ｓ２０）、冷却槽（Ｓ２２）の間には混合液などの逆流を防止するための逆止弁が設置される。また、反応槽３０と発酵槽２０の間、より具体的には冷却槽と貯留タンク（Ｓ２４）の間には開閉弁５０が設置される。開閉弁５０は冷却槽により冷却された溶液を貯留タンクに溜めるときは開き、そうでないときは閉じるように制御されるものであるが、それ以外に反応槽３０内の圧力を調整する働きもあり、例えば反応槽３０内の圧力が所定圧力以上になると開くように制御される。これにより反応槽３０内の圧力を所定圧力に維持することができる。
【００４０】
次に圧送ポンプが始動され、酸性電解水が投入槽に投入されてから反応槽３０によって生成された溶液が貯留タンクに貯留されるまで、即ち、前処理である水熱処理が完了するまでの処理の流れについて説明する。図４はその処理の流れを示すフロー・チャートである。
【００４１】
図４に示すように、先ずＳ１００において圧送ポンプが始動されて酸性電解水が投入槽に投入される。このとき圧送ポンプは定格最大流量（例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ）で運転される。
【００４２】
次いでＳ１０２に進み、刈芝を投入槽に投入する。次にＳ１０４では投入槽が満水になったか否か判断する。投入槽が満水になったか否かは例えば槽内に設けられたレベルセンサなどで検知される（以降、他の槽やタンクにおける満水判断も同様の方法で検知される）。
【００４３】
Ｓ１０４で否定、即ち、投入槽が満水になったと判断されない間は次の処理には進まず、肯定、即ち、投入槽が満水になったと判断されたときはＳ１０６に進んで投入槽内のヒータおよび撹拌装置を起動する。投入槽内の温度は例えば５０℃に設定される。
【００４４】
次いでＳ１０８に進み、予熱槽が満水になったか否か判断し、否定されるときは次の処理には進ます、肯定されるときはＳ１１０に進んで予熱槽内のヒータを起動する。予熱槽内の温度は例えば１００℃に設定される。
【００４５】
次いでＳ１１２に進み、反応槽３０が満水になったか否か判断し、否定されるときは次の処理には進まない一方、肯定されるときはＳ１１４に進んで反応槽３０内のヒータ４６を起動する。また、このとき圧送ポンプの吐出流量を定格最小流量（例えば１０ｍｌ／ｍｉｎ）にすると共に、冷却槽の冷却器１８を起動する。
【００４６】
次いでＳ１１６では反応槽３０内の温度を所定温度に維持するための圧送ポンプ流量可変制御を実行する。圧送ポンプ流量可変制御は温度センサ４０によって検出された反応槽３０内の温度に基づいて圧送ポンプの吐出流量を制御するものであり、最終的に反応槽３０内の温度が所定の目標温度付近に維持されるように圧送ポンプの吐出流量を制御するものである。以下具体的に数値例を挙げて説明する。
【００４７】
例えば反応槽３０内の目標温度（処理温度）を１６０℃とした場合を例に説明する。先ずＳ１１４に示したように圧送ポンプの吐出流量を定格最小流量（例えば１０ｍｌ／ｍｉｎ）にした後、反応槽３０内の温度がヒータ４６によって上昇し、例えば９０℃になったとき圧送ポンプの吐出流量を２０ｍｌ／ｍｉｎに増加させる。その後、反応槽３０内の温度が１００℃になったら圧送ポンプの吐出流量を２５ｍｌ／ｍｉｎ、以降１１０℃で３０ｍｌ／ｍｉｎ，１２０℃で３５ｍｌ／ｍｉｎ，１３０℃で４０ｍｌ／ｍｉｎ，１４０℃で４５ｍｌ／ｍｉｎ，１５０℃で５０ｍｌ／ｍｉｎというように反応槽３０内の温度上昇に伴って圧送ポンプの吐出流量も徐々に増加させるようにする。
【００４８】
即ち、反応槽３０内の温度が９０℃に達した以降は圧送ポンプの吐出流量を次の式（１）に従って変化させるようにする。
流量Ｙ（ｍｌ／ｍｉｎ）＝０．５Ｘ（℃）−２５  ・・・式（１）
但し、式（１）の係数０．５や２５は反応槽３０内の温度と圧送ポンプの吐出流量との関係をどのようにするかによって変わってくるものであるため、必ずしも式（１）のものに限定されない。尚、式（１）でＹは圧送ポンプの吐出流量、Ｘは検出された反応槽３０内の温度である。
【００４９】
次に圧送ポンプの吐出流量が５０ｍｌ／ｍｉｎになり、反応槽３０内の温度が１５０℃を超えたときは、式（１）により算出していた圧送ポンプの吐出流量を変更して、反応槽３０内の温度が目標温度１６０℃に徐々に収束（例えばオーバーシュートが５℃以内に収束）するように制御する。具体的には反応槽３０内の温度が１５０℃を超えたときは圧送ポンプの吐出流量の変化の幅（増加量）を小さくして、反応槽３０内の温度を微調整できるようにする。この実施例では、１５０℃を超えたときは例えば圧送ポンプの吐出流量を次の式（２）に従って変化させる。
流量Ｙ（ｍｌ／ｍｉｎ）＝Ｘ（℃）／３．２  ・・・式（２）
【００５０】
この実施例では、反応槽３０内の温度が１５０℃を超えた以降は反応槽３０内の温度と滞留時間の積が常に一定となるように圧送ポンプの吐出流量を制御する。従って、例えば目標温度１６０℃、滞留時間を３０分と定めた場合、目標温度と滞留時間の積は４８００（便宜上単位は無視する）となるので、反応槽３０内の温度と滞留時間の積が常に４８００となるように圧送ポンプの吐出流量を制御する。式（２）では、反応槽３０内の温度と滞留時間の積が常に４８００となるように圧送ポンプの吐出流量が算出されるが、具体的には４８００を反応槽３０の体積で除算して式（２）の右辺の分母の数値を算出している（実施例では４８００を１５００で除算した値（３．２）を式（２）の右辺の分母の数値としている）。よって設定される目標温度や滞留時間、反応槽３０の体積などによって式（２）の右辺の分母の数値は変わってくる。
【００５１】
以上のように、この実施例では、反応槽３０内の温度が９０℃から１５０℃に上昇する間は圧送ポンプの吐出流量を所定割合で増加させ、反応槽３０内の温度が１５０℃を超えたとき、即ち、反応槽３０内の温度が目標温度の１６０℃に近づくと、圧送ポンプの吐出流量の変化度合いを変更して、反応槽３０内の温度を微調整できるように、換言すると、反応槽３０内の温度と滞留時間の積が一定となるように圧送ポンプの吐出流量を制御する。
【００５２】
また、圧送ポンプの吐出流量と共に、ヒータ４６の出力を検出された温度に応じて変化させるようにしても良い。例えば反応槽３０内の温度が９０℃未満のときはヒータ４６を１００％の出力で運転して反応槽３０内の温度上昇を促進させると共に、温度が９０℃以上１５０℃未満のときはヒータ４６を５０〜８０％の出力で運転し、さらに温度が１５０℃以上になったときはヒータ４６を２０〜５０％の出力で運転させるようにし、上記の吐出流量と同様、温度が９０℃に達したらヒータ４６の出力値を変更し、さらに１５０℃を超えて目標温度に近づいたらヒータ４６によって反応槽３０内の温度を微調整できるようにする。
【００５３】
次にＳ１１８に進み、圧力センサ４２によって反応槽３０内の圧力を検出し、検出された圧力が所定圧力（例えば０．６ＭＰａ）を超えたか否か判断する。Ｓ１１８で否定されるときは次の処理には進ます、肯定されるときはＳ１２０に進んで開閉弁５０を開いて冷却槽で冷却された溶液を貯留タンクに貯留する。
【００５４】
次にＳ１２２に進み、貯留タンクが満水になったか否か判断し、否定されるときは次の処理には進ます、肯定されるときはＳ１２４に進んで刈芝の投入を停止すると共に、各槽のヒータをすべて停止する。
【００５５】
次いでＳ１２６に進み、再び圧送ポンプ流量可変制御を実行する。ここでの圧送ポンプ流量可変制御はＳ１１６の処理とは逆の制御、即ち、吐出流量を制御して温度を下降させる制御を行う。具体的にはヒータ４６をオフした後、温度が１５０℃以上のときは式（１）に基づいて圧送ポンプの吐出流量を定め、温度が１５０℃未満で７０℃以上のときは式（２）に基づいて圧送ポンプの吐出流量を定める。そして温度が７０℃近辺になったら圧送ポンプの吐出流量を０ｍｌ、即ち、通水をオフにする。尚、ここでいう７０℃とは水熱処理が完了した後に維持しておくべき反応槽３０内の温度である。よって７０℃はあくまで一例であって反応槽３０内の温度は必ずしもこの温度に限定されるものではない。
【００５６】
次にＳ１２８では反応槽３０内の温度が７０℃近辺になったか否か判断し、否定されるときはＳ１２６の処理に戻る一方、肯定されるときはＳ１３０に進んで圧送ポンプ、冷却槽の冷却器１８、投入槽の撹拌装置をすべてオフして処理を終了する。
【００５７】
次にこの実施例に係るメタン発酵処理装置１０を利用した実験例について説明する。
【００５８】
実験１では、刈芝を自然乾燥させ、粉砕したものを負荷有機物としてメタン発酵試験（３５℃の中温メタン発酵）を実施した。但し、この実験では実施例で示した水熱処理は行っていない。尚、このときの種菌は下水処理場の汚泥を用いた。数週間嫌気性下で訓養した後、ＨＲＴ（水理学的平均滞留時間）を２０日、１日の有機物負荷量を２ｇ／Ｌ，４ｇ／Ｌ，６ｇ／Ｌとして実験を行い、バイオガス発生量を観察した。表１に平均バイオガス発生量とバイオガス収率を示す。この結果は訓養終了後２１日目から４０日目の結果である。
【００５９】
また、実験１では、９０日程度の試験期間で後半はバイオガス発生量が不安定となり、発生量も減少した。発酵槽２０内のｐＨは７を基準とし、低下した場合はｐＨ６以下にならないように調整した。
【００６０】
【表１】
2014155881.tif 000003
【００６１】
次に実験２では、反応槽３０を用いた水熱処理を行った。具体的には粉砕した刈芝に酸性電解水を加えて以下の条件で水熱処理を行った。
処理温度：１８０℃
処理圧力：飽和蒸気圧
処理時間（滞留時間）：３０分
芝粉末（乾燥重量）と酸性電解水の比率：２／１００
【００６２】
上記の条件下で水熱処理を行ったときの溶液（水熱処理後の混合液を濾過した溶液）の有機成分を分析した結果を表２に示す。有機物は表２に記載されている他、糖類（グルコース、キシロース、その他）が多く存在していることが分かった。尚、表２に示す濃度はトルエン検量線法による概算値である。
【００６３】
【表２】
2014155881.tif 000004
【００６４】
次に上記の水熱処理により生成された溶液を有機負荷物として実験１と同様の試験（中温メタン発酵）を実施した。この際に添加する有機物の水溶液濃度は必要に応じて適時濃縮／希釈した。有機物負荷量とバイオガス発生量の結果を表３に示す。負荷が高くなるほどバイオガス発生量は抑えられた。
【００６５】
【表３】
2014155881.tif 000005
【００６６】
次に実験２を反応槽３０での処理温度を１５０℃，１６０℃および１８０℃で実施し、そのときの溶液中の有機成分を分析した（表４）。１６０℃での生成物ではメタン発酵阻害物質と考えられるピリジン類、ピリミジン類の生成が１８０℃での処理に比べ非常に少なくアルコール（エタノール）の生成が大きいことが示された。１８０℃の処理ではエタノールの酸化体である酢酸が多く検出されていることから、組成物の加水分解のみならず、生成物の酸化も進んだものと考えられる。一方、１５０℃での処理では全体的に生成物の濃度が低く、反応が進んでいないことが分かる。よってメタン発酵のための水熱処理温度（反応槽３０内の温度）は１６０℃程度が適していると考えられる。尚、表４においても濃度はトルエン検量線法による概算値である。また、糖類分析は定性が主であり濃度は特定できていない。
【００６７】
【表４】
2014155881.tif 000006
【００６８】
また、水熱処理における処理温度に対するＴＯＣ（全有機炭素量）の分析結果を表５に示す。この結果から、１７０℃ではかなり反応が進んでいることが推測される。従って、この処理に適した温度領域は１５０℃以上１８０℃以下、好ましくは１５０℃以上１７０℃以下、最も好ましくは１６０℃近辺といえる。
【００６９】
【表５】
2014155881.tif 000007
【００７０】
次に処理温度を１６０℃および１８０℃、処理時間を３０分で水熱処理した芝を有機負荷物としてメタン発酵試験を実施した。その結果を表６に示す。１８０℃処理の有機物負荷の系ではメタン発酵を維持する為、種菌（種汚泥）を１回／週程度で添加した。この試験でのＨＲＴは１５日に設定した。１６０℃での処理の方がバイオガス発生量は多く、収率も数倍あった。ｐＨの調整は実験１と同じである。
【００７１】
【表６】
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【００７２】
次に処理温度を１６０℃、処理時間を３０分で水熱処理し、これを有機負荷物としてメタン発酵試験を行ったときのバイオガス発生量（平均）と収率を表７に示す（ＨＲＴ１５日）。尚、このときの有機物負荷量は０．５ｇ／Ｌで行った。また、発生したバイオガスの組成を分析し、メタンガス発生量と収率を求めた（表８）。さらにガス分析結果の一例を表９に示す。この系では９０日を越えても安定的にバイオガスの発生が観られた。
【００７３】
【表７】
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【表８】
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【表９】
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【００７４】
尚、実験に供した芝の組成を分析した結果、その組成は７月から１０月まで芝の成長期における各月毎の変化はあまり大きくなくある程度安定していた。分析結果を表１０に示す。従って、刈芝が多く発生する時期のＣ／Ｎ比は安定している。糖質とタンパク質の比率が１／３から１／２程度の範囲内では芝などの草木類単独でもメタン発酵は進むといえる。しかしながら、実験１に示したように前処理を施さないケースでは安定して長期間メタン発酵を持続できない可能性がある。前処理を施し、糖類、アルコール類、有機酸（酢酸）などを有する刈芝溶液を原料とすることで安定し、高収率のメタン発酵が得られる。
【００７５】
酸性電解水を用いた水熱処理により適切に芝組成物を分解することでメタン発酵に有利な物質の生成が観られ、メタンの発酵収率が向上する。このときの酸性電解水の効果としては芝組成物の分解温度を下げる働きがある。また、酸性電解水を用いて水熱処理をすることで芝に付着したウィルス、菌または小動物の殺菌が行われ、発酵槽２０内への外部からの発酵阻害生物の流入を防げる。
【００７６】
【表１０】
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【００７７】
以上の如く、この発明の実施例にあっては、有機性廃棄物（刈芝）と酸性電解水を混合させた混合液を所定温度で所定時間滞留させてメタン発酵の基質となる溶液を生成する反応槽３０（Ｓ２０）と、前記反応槽で生成された溶液をメタン発酵させる発酵槽２０（Ｓ２６）とを備えたメタン発酵処理装置１０において、前記反応槽内の温度を検出する反応槽内温度検出手段（温度センサ）４０と、前記検出された温度に基づいて前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する酸性電解水割合調整手段（圧送ポンプ。Ｓ１１６）とを備える如く構成したので、混合液中の酸性電解水の割合を調整して反応槽３０内の温度を適温に設定することで芝などの単一種の草木類でメタン発酵が可能となる。
【００７８】
また、前記酸性電解水割合調整手段は、前記所定時間に基づいて前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する如く構成したので（圧送ポンプ。Ｓ１１６）、上記した効果に加え、混合液中の酸性電解水の割合を調整して反応槽３０内での滞留時間を所望の時間に設定することで芝などの単一種の草木類でメタン発酵が可能となる。
【００７９】
また、前記酸性電解水割合調整手段は、前記検出された温度が前記所定温度となるように前記混合液における前記酸性電解水の割合を調整する如く構成したので（圧送ポンプ。Ｓ１１６）、芝などの単一種の草木類でメタン発酵が一層容易となる。
【００８０】
また、前記所定温度は、１５０℃から１８０℃の範囲内の温度である如く構成したので（実験２）、芝などの単一種の草木類でメタン発酵が一層容易となる。
【００８１】
また、前記所定温度は、１６０℃またはその付近の温度である如く構成したので（実験２）、芝などの単一種の草木類でメタン発酵がより一層容易となる。
【００８２】
また、前記有機性廃棄物は、単一種の草木類である如く構成したので、芝などの単一種の草木類でメタン発酵が可能となる。
【００８３】
また、前記反応槽内の圧力を検出する反応槽内圧力検出手段（圧力センサ）４２と、前記反応槽と前記発酵槽の間に設置された開閉弁５０と、前記開閉弁の動作を制御する開閉弁制御手段とを備え、前記開閉弁制御手段は、前記検出された圧力が所定圧力以上になったとき、前記開閉弁を開くように前記開閉弁の動作を制御する如く構成したので、芝などの単一種の草木類でメタン発酵がより一層容易となる。
【００８４】
尚、実施例では、反応槽３０内の温度と、それに応じて設定される圧送ポンプの吐出流量などを具体的な数値で示したが、それらは例示であって、必ずしもこの数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１０  メタン発酵処理装置、２０  発酵槽、３０  反応槽、４０  温度センサ（反応槽内温度検出手段）、４２  圧力センサ（反応槽内圧力検出手段）、５０  開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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