(57)【要約】  固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵させ、回収するガスの量を増加させることができるメタン発酵処理システム及びメタン発酵処理方法を提供する。  本発明に係るメタン発酵処理システム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵微生物群により処理してメタン発酵させるものであって、有機廃水が循環する無終端水路１１と、メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床１２と、を備え、隣り合う固定床１２間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下である。固定床１２の下端は、無終端水路１１の底部から１００ｍｍ以上の高さとなるように設置されていることが好ましい。また、無終端水路１１内に、有機廃水中に浮遊する固形有機物を再分散させる再分散装置１４を備えることが好ましい。
2017203684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵微生物群により処理してメタン発酵させるためのメタン発酵処理システムであって、
前記有機廃水が循環する無終端水路と、
メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床と、を備え、
隣り合う前記固定床間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下である
メタン発酵処理システム。
【請求項２】
前記固定床の下端が、前記無終端水路の底部から１００ｍｍ以上の高さとなるように設置されている
請求項１に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項３】
前記無終端水路内に、前記有機廃水中に浮遊する前記固形有機物を再分散させる再分散装置を備える
請求項１又は２に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項４】
前記無終端水路内における前記有機廃水の温度を５０℃以上６５℃以下に加熱保持する加熱装置を備える
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項５】
前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、
前記無終端水路内に、１００ｍｍ以下の孔を有する網状体により形成され、内部に該孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している有機物保持装置を備える
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項６】
前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、
固形有機物を貯留している固形物分解槽を備え、
前記固形物分解槽では、前記無終端水路から供給される、可溶化微生物群を含有する有機廃水によって該固形物分解槽内の固形有機物が溶解し、１００ｍｍ以下の孔を有する排出口から前記無終端水路内に排出する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項７】
前記有機廃水の浮遊物質（ＳＳ）濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ以上である
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項８】
固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵微生物群により処理してメタン発酵させるメタン発酵処理方法であって、
メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床を備え、隣り合う該固定床間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下である無終端水路に、前記有機廃水を循環させる
メタン発酵処理方法。
【請求項９】
前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、
前記無終端水路内に、１００ｍｍ以下の大きさの孔を有する網状体から構成され、内部に該孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している有機物保持装置を設置し、
前記無終端水路における前記有機廃水の循環に伴って、前記有機物保持装置に保持されている前記固形有機物を溶解させる
請求項８に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１０】
固形有機物を貯留し、１００ｍｍ以下の径の孔を有する排出口を備えた固形物分解槽を設置し、
可溶化微生物群を含有する有機廃水によって前記固形物分解槽内の前記固形有機物を溶解させ、前記排出口から前記無終端水路内に前記固形有機物を排出する
請求項８又は９に記載のメタン発酵処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵処理システム及びメタン発酵処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活廃水や産業廃水等、有機物含有量の多い廃水が、自然界の自浄作用を上回って河川等に流入すると、水質汚濁が進行する。具体的には、有機廃水が河川等に流入すると、一時的に好気性微生物が増殖し、溶存酸素が減少する。これにより、今度は、嫌気性微生物の増殖が活発になり、異臭の原因となる物質や水生生物の生態に影響を及ぼし得る物質が発生し、生活環境、自然環境に影響を及ぼすおそれがある。【０００３】
このような水質汚濁を防止するために、河川等に有機廃水を放流する前に、適切な浄化処理が行われてきた。浄化処理の手段としては、例えば、活性汚泥法、メタン発酵法等が広く採用されている。【０００４】
このうち、メタン発酵法は、嫌気性微生物によって有機廃水を分解し、メタンを発生させる方法である。この方法により、有機物がメタン、二酸化炭素、水等に分解される。発生したメタンはエネルギー源としても利用することができる。メタン発酵は、嫌気性条件で行われるため、曝気動力等が不要であり、省エネルギーな処理方法である。また、メタン発酵によれば、有機物含有量の高い廃水についても分解、浄化処理することができる。メタン発酵法は、メタン発酵微生物群を充填又は担持する方法等によって、固定床法、流動床法、上向流嫌気性スラッジブランケット（ＵＡＳＢ）法、プラグフロー法、乾式メタン発酵法等に分けられる。【０００５】
ところで、食品加工工場等から排出される廃水で、厨芥等の固形有機物を含有し、例えば、浮遊物質（ＳＳ）濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度廃水の処理において、流動するメタン発酵微生物担持担体を使用する流動床法や、メタン発酵微生物群自体をグラニュール（粒状）化するＵＡＳＢ法を用いると、廃水と共にメタン発酵微生物群が流出し、効率的な処理を行うことができない。【０００６】
また、効率的なメタン発酵技術として、無終端水路における固定床法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような方法によって、食品加工工場等から排出される高ＳＳ濃度廃水を処理すると、厨芥が固定床間等に滞留し、閉塞が起こったり、固形有機物が沈降したりして、効率的に処理できないことがある。【０００７】
一方、固形有機物を含有する廃水を処理するために、直径５０〜８０ｍｍの中空筒体を固定床として用いる固定床法が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。しかしながら、これらの方法においては、中空筒体内での閉塞を防ぐために固形有機物を粉砕する前処理を施す必要があり、手間とコストを要する。このため、固定床法による廃水処理は、固形有機物の前処理の簡略化の観点から、なお改良の余地があった。【０００８】
他方、粗大な固形有機物を処理するために、プラグフロー法や乾式メタン発酵法等による処理も提案されているが、槽内のメタン発酵微生物群の濃度を高めることができないため、発酵速度が遅い。【０００９】
このように、簡易な粉砕処理で得られる粗大な固形有機物をさらに微粉砕することなく、効率的にメタン発酵できるようにすることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−５９７１号公報
【特許文献２】特開平７−８０４３５号公報
【特許文献３】特開平１１−２０７３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、固形有機物を含む有機廃水を、効率的にメタン発酵させることができるメタン発酵処理システム及びメタン発酵処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の第１の発明は、固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵微生物群により処理してメタン発酵させるためのメタン発酵処理システムであって、前記有機廃水が循環する無終端水路と、メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床と、を備え、隣り合う前記固定床間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下であるメタン発酵処理システムである。【００１３】
（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記固定床の下端が、前記無終端水路の底部から１００ｍｍ以上の高さとなるように設置されているメタン発酵処理システムである。【００１４】
（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記無終端水路内に、前記有機廃水中に浮遊する前記固形有機物を再分散させる再分散装置を備えるメタン発酵処理システムである。【００１５】
（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記無終端水路内における前記有機廃水の温度を５０℃以上６５℃以下に加熱保持する加熱装置を備えるメタン発酵処理システムである。【００１６】
（５）本発明の第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、前記無終端水路内に、１００ｍｍ以下の孔を有する網状体により形成され、内部に該孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している有機物保持装置を備えるメタン発酵処理システムである。【００１７】
（６）本発明の第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、固形有機物を貯留している固形物分解槽を備え、前記固形物分解槽では、前記無終端水路から供給される、可溶化微生物群を含有する有機廃水によって該固形物分解槽内の固形有機物が溶解し、１００ｍｍ以下の孔を有する排出口から前記無終端水路内に排出するメタン発酵処理システムである。【００１８】
（７）本発明の第７の発明は、第１乃至第６のいずれかの発明において、前記有機廃水の浮遊物質（ＳＳ）濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ以上であるメタン発酵処理システムである。【００１９】
（８）本発明の第８の発明は、固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵微生物群により処理してメタン発酵させるメタン発酵処理方法であって、メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床を備え、隣り合う該固定床間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下である無終端水路に、前記有機廃水を循環させるメタン発酵処理方法である。【００２０】
（９）本発明の第９の発明は、第８の発明において、前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、前記無終端水路内に、１００ｍｍ以下の大きさの孔を有する網状体から構成され、内部に該孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している有機物保持装置を設置し、前記無終端水路における前記有機廃水の循環に伴って、前記有機物保持装置に保持されている前記固形有機物を溶解させるメタン発酵処理方法である。【００２１】
（１０）本発明の第１０の発明は、第８又は９の発明において、固形有機物を貯留し、１００ｍｍ以下の径の孔を有する排出口を備えた固形物分解槽を設置し、可溶化微生物群を含有する有機廃水によって前記固形物分解槽内の前記固形有機物を溶解させ、前記排出口から前記無終端水路内に前記固形有機物を排出するメタン発酵処理方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、無終端水路内でメタン発酵を行うとともに、複数の固定床間の距離を所定の範囲にすることで、固形有機物を含む有機廃水を処理する場合に、効率的にメタンガスを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】食品加工工場からの廃棄物からメタンガスを回収するための流れを説明するための図である。
【図２】メタン発酵処理システムの構成を説明するための図である。
【図３】他の態様に係るメタン発酵処理システムの構成を説明するための図である。
【図４】固定床の構成を説明するための図である。
【図５】固定床ユニットの構成を説明するための図である。
【図６】固定床ユニットの構成を説明するための図である。
【図７】有機物保持装置の構成を説明するための図である。
【図８】固形物分解槽の構成を説明するための図である。
【図９】実施例２における固定床の設置高さと堆積物高さの検討結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００２５】
≪１．メタン発酵処理設備≫
図１は、食品加工工場等より排出される固形有機物を含む有機廃水からメタンガスを回収する設備の概略構成図である。メタン発酵処理設備１００は、固形有機物を含む有機廃水を、メタン発酵微生物群で処理し、メタンガスを回収する設備であり、メタン発酵処理システム１と、貯留槽２と、混合槽３と、粉砕装置４とを備える。
【００２６】
例えば食品加工工場５等から排出される有機性の廃棄物は、固形有機物と廃水とに分けられる。メタン発酵処理設備１００では、粉砕装置４において、食品加工工場５から排出される固形有機物が簡易的に粉砕される。次に、混合槽３において、簡易粉砕後の固形有機物と、同じく食品加工工場５から排出される廃水とが混合される。次に、固形有機物と廃水との混合により得られた、固形有機物を含む有機廃水は、メタンガスの原料として貯留槽２に移送され、その貯留槽２において貯留される。その後、貯留槽２に貯留された、固形有機物を含む有機廃水が、メタン発酵処理システム１に移送され、メタン発酵処理システム１において、メタン発酵処理が施される。メタン発酵処理システム１にて生じたメタンガスは回収され、工場内における利用、発電、ガス濃縮等に供することができる。
【００２７】
ここで、「固形有機物」は、粒状の固形物のみに限られず、繊維状の固形物、平面状の固形物、それらの凝集物を含むものである。このような場合の「粒径」とは、その固形有機物のうち最も長い部分をいう。
【００２８】
（１）粉砕装置
粉砕装置４は、例えば食品加工工場５から供給される固形有機物の原料を粉砕する装置である。詳しくは後述するが、メタン発酵処理システム１では、粗大な固形有機物であっても効率的に処理することができることから、この粉砕装置４においては、固形有機物を微粉砕することを要さず、簡易的な粉砕処理とすることができる。なお、固形有機物として、その粒径が例えば１０ｍｍ以上のものを含む固形有機物であっても、メタン発酵処理システム１によれば効率的にメタン発酵処理を施すことができる。
【００２９】
粉砕装置４においては、例えば、回転刃式粉砕機、ハンマー式粉砕機等の簡易な装置により構成することができる。また、粉砕装置４には、例えばネピアグラス等の固形バイオマスを外部から供給することができ、食品加工工場５から排出される固形有機物と共にメタン発酵処理の原料とすることができる。
【００３０】
（２）混合槽
混合槽３は、粉砕装置４において粉砕された固形有機物と、食品加工工場５から廃水が供給され、その固形有機物と廃水とを混合し、固形有機物を含む有機廃水を得る。例えば、混合槽３としては、混合する廃水の収容量や水温等に応じて、各種のタンク等により構成することができる。
【００３１】
（３）貯留槽
貯留槽２は、メタン発酵処理システム１の前段に設けられ、固形有機物を含む有機廃水を貯留する。例えば、貯留槽２としては、固形有機物を含む有機廃水の収容量や水温等に応じて、各種のタンク等により構成することができる。
【００３２】
貯留槽２は、配管等によりメタン発酵処理システム１に接続されており、例えばポンプ等の公知の供液手段により供給量を調節しながら、メタン発酵処理システム１に固形有機物を含む有機廃水を供給する。なお、メタン発酵処理システム１への固形有機物を含む有機廃水の供給は、連続的に行ってもよく、一定の供給量毎に断続的に行ってもよい。
【００３３】
（４）メタン発酵処理システム
メタン発酵処理システム１は、貯留槽２から供給された、固形有機物を含む有機廃水に対してメタン発酵処理を施し、メタンガスを生成させる反応場である。
【００３４】
詳しくは後述するが、このメタン発酵処理システム１においては、固形有機物を含む有機廃水を効率的に処理することができ、メタンガスの生成量を増加させることができる。
【００３５】
≪２．メタン発酵処理システム≫
本実施の形態に係るメタン発酵処理システム１は、上述したように、固形有機物を含む有機廃水を、メタン発酵微生物群によりメタン発酵処理するものである。図２は、本実施の形態に係るメタン発酵処理システムの構成の一例を示す図である。図２に示すように、メタン発酵処理システム１は、固形有機物を含む有機廃水が循環する無終端水路１１と、メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床１２とを備える。そして、このメタン発酵処理システム１では、隣り合う固定床間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下となるように構成されている。
【００３６】
＜２−１．具体的構成について＞
メタン発酵処理システム１においては、固形有機物を含む有機廃水が無終端水路１１に供給され（Ｌ１）、その無終端水路１１内を循環する。その循環に伴って、固形有機物を含む有機廃水が固定床１２と接触し、固定床１２に集積するメタン発酵微生物群による嫌気処理が施され、メタン発酵による有機物の分解が行われる。メタン発酵処理システム１では、このような有機物の分解によるメタンガスの生成反応が生じる。発生したバイオガスは、その後回収され（Ｇ１）、エネルギー資源として利用することができる。
【００３７】
（１）無終端水路
無終端水路１１では、固形有機物を含む有機廃水を循環させ、無終端水路１１内に設けたメタン発酵微生物群が集積される固定床１２と接触させることにより、嫌気性条件下でその固形有機物を含む有機廃水に対するメタン発酵処理を行う。
【００３８】
このように、無終端水路１１内で固形有機物を含む有機廃水を循環させるようにすることで、省動力で固形有機物を含む有機廃水を混合、撹拌することができ、運転コストを低減しつつ、分解基質とメタン発酵微生物群とを効率的に接触させることができる。これにより、従来のメタン発酵処理装置と同等以上のメタン発酵処理能力を奏することができる。
【００３９】
具体的に、無終端水路１１としては、図２に示す真上からの平面視図にあるように、角丸長方形状のものとすることができる。また、円状、楕円状等のものであってもよい。このように、無終端水路１１の平面視したときの形状として、角のない形状であることにより、固形有機物を含む有機廃水の滞留の発生を防ぐことができ、より効率的に循環させることができる。
【００４０】
また、無終端水路１１においては、固形有機物を含む有機廃水が循環する距離、すなわち無終端水路１１の一周あたりの距離を可能な限り長くすることが好ましく、これにより、無終端水路１１内に設けられている固定床１２との接触機会を増やすことができる。具体的には、例えば図２に示すように、直線部の距離が長い無終端水路１１であることが好ましい。
【００４１】
また、無終端水路１１としては、廃水の流れが一周あたり複数回折り返されるような形状のものとすることもできる。図３は、他の態様のメタン発酵処理システムの概略図である。図３に示すように、メタン発酵処理システム１ｂにおいては、無終端水路１１’が、図２に示す無終端水路１１を複数個連結したような形状を有する。この無終端水路１１’においては、廃水の流れが、それまでの流れの方向と逆方向に折り返される箇所を５箇所設けている。このように、廃水の流れが複数回折り返されるような形状にすることによって、設置面積が小さい場合であっても、固形有機物を含む有機廃水が循環する距離を大きくすることができる。これにより、面積あたりに設置可能な固定床１２を増加させることができ、固形有機物を含む有機廃水と固定床１２との接触機会を増加させ、メタン発酵効率を高めることができる。
【００４２】
無終端水路１１の大きさや深さ等は、特に限定されるものではなく、メタン発酵処理量や設置箇所等を考慮し、適宜変更を加えることができる。また、無終端水路１１の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、鉄筋コンクリート等で形成することができる。
【００４３】
また、無終端水路１１は、メタン発酵がなされる嫌気性条件を維持するために、略密閉構造にすることが好ましい。略密閉構造にする手段については、特に限定されるものではない。
【００４４】
無終端水路１１内を循環させる、固形有機物を含む有機廃水の流速としては、特に限定されないが、例えば、３ｍ／ｈ以上に設定することが好ましく、１０ｍ／ｈ以上に設定することがより好ましく、３０ｍ／ｈ以上に設定することがさらに好ましい。固形有機物を含む有機廃水の流速を３ｍ／ｈ以上に設定することで、固形有機物を含む有機廃水が無終端水路１１内を良好に循環するようになり、効率的にメタン発酵を行うことができる。これに加えて、固形有機物を含む有機廃水の流速を３０ｍ／ｈ以上に設定することで、無終端水路１１において充分な流速を維持しつつ、固形有機物を含む有機廃水中の固形有機物の堆積をより効果的に防ぎながら循環させることができる。
【００４５】
また、無終端水路１１におけるメタン発酵処理の処理温度としては、特に限定されないが、循環する固形有機物を含む有機廃水の温度が、中温（３７℃前後、例えば３０〜４０℃）又は高温（５５℃前後、例えば５０〜６５℃）となるようにすることが好ましい。一般に、メタン発酵処理において、常温でも反応が進行するが、メタン発酵の反応効率を高める観点からすると、中温高温に設定して行うことが好ましい。なお、無終端水路１１に、後述する加熱装置を設けることによって、固形有機物を含む有機廃水の温度を調整することができる。
【００４６】
また、無終端水路１１においては、循環する固形有機物を含む有機廃水中に、メタン発酵微生物群以外の有機物を可溶化する可溶化微生物群が存在していてもよい。このように、固形有機物を含む有機廃水中に可溶化微生物群が存在することにより、固形有機物を含む有機廃水中に分散している固形有機物を分解して可溶化、液状化することができ、その固形有機物の粒径を小さくして、固形有機物の分散性、循環性を高めることができる。なお、この分解のメカニズムは完全には解明されていないが、高温条件下で溶解度が上昇した有機物（例えば、炭水化物、蛋白質、脂質）が、低分子量化され（例えば、糖、アミノ酸、ペプチド等まで）、さらにその一部又は大部分は酸分解を受けて酢酸等の有機酸まで分解されると考えられている。そして、この低分子量化された有機物を基質として、メタン発酵微生物群によりメタン発酵がなされる。
【００４７】
（２）固定床
固定床１２は、メタン発酵処理を行うメタン発酵微生物群が集積可能なものであり、無終端水路１１内に複数個設置される。メタン発酵処理システム１においては、無終端水路１１内に設けられた固定床１２に固形有機物を含む有機廃水が接触することによって、固定床１２に集積されるメタン発酵微生物群によるメタン発酵処理が行われる。
【００４８】
図４は、固定床１２の構成の一例を示す図である。図４に示すように、それぞれの固定床１２は、基材１２１と、基材１２１の表面に設けられた固定部１２２とからなり、この固定部１２２にメタン発酵微生物群が集積される。このメタン発酵微生物群により、固形有機物に対してメタン発酵処理が施される。このように、メタン発酵菌が集積される固定床１２を設置することで、固形有機物を含む有機廃水と固定床１２との接触機会を増加させ、メタン発酵効率を高めることができる。
【００４９】
基材１２１は、固定床１２の基板となるものであり、特に限定されないが、例えば、枠体、板状体等から構成される。
【００５０】
固定部１２２は、メタン発酵微生物群が集積されるものであり、メタン発酵微生物群が集積可能な材質で構成されていれば特に限定されない。具体的には、例えば、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、フェルト等からなる織布又は不織布、アクリル繊維等からなる炭素繊維、炭素繊維を配合した不織布、ポリエステル綿等により構成することができる。このような材料は、多孔質であるため微生物を集積しやすく、また比較的安価であり設置も容易である点等から、好ましい。
【００５１】
固定床１２は、無終端水路１１内において、固形有機物を含む有機廃水が循環する循環領域に設置される。具体的に、図２に例示するように、無終端水路１１の周壁面等に固定床１２ａを設置することができる。また、無終端水路１１内に固定床１２の設置面を別途設け、その箇所に固定床１２ｂを設置することもできる。
【００５２】
固定床１２の設置方向としては、特に限定されるものではないが、固定床１２表面に固形有機物が堆積しないようにする観点から、無終端水路１１の水面に対し略垂直且つ廃水の流れに対して略平行に設置するのが好ましい。
【００５３】
また、固定床１２の設置方法としては、特に限定されず、例えば、無終端水路１１の周壁面や固定床設置面等に打設、貼付等して設置することができる。また、予め設置した枠体、板状体等の基材１２１に、メタン発酵微生物群が集積される固定部１２２を貼付、固定することで、固定床１２を構成することもできる。
【００５４】
固定床１２は、上述のようにして構成した固定床１２を単体で設置することに限られず、固定床１２を複数連結させて固定床ユニットを構成してもよい。例えば、図５は、固定床ユニットの構成の一例を示す図である。図６は、他の態様の固定床ユニットの構成を示す図である。図６に示すように、複数の固定床ユニット１２’を所定の間隔を隔てて、向かい合うようにして略平行に設置し、一つの固定床ユニット１２”を構成することもできる。このような固定床ユニット１２’，１２”を用いることで、固定床１２の設置及びメンテナンスが容易となる。
【００５５】
ここで、本実施の形態に係るメタン発酵処理システム１においては、無終端水路１１内に設けられた、複数の固定床１２の隣り合う間隔ｄ（図２、図３、図６中の「ｄ」で示す間隔）が１００ｍｍ以上となるように構成されている。なお、「隣り合う固定床１２の間隔」とは、隣り合う複数の固定床１２の間の最短距離をいう。
【００５６】
また、隣り合う固定床１２の間隔（ｄ）としては２００ｍｍ以上であることが好ましく、３００ｍｍ以上であることがより好ましく、５００ｍｍ以上であることが特に好ましい。このように、隣り合う固定床１２の間隔（ｄ）を１００ｍｍ以上とすることで、無終端水路１１内での閉塞を防止しながら、その固形有機物を含む有機廃水を無終端水路１１内に有効に循環させることができる。
【００５７】
隣り合う固定床１２の間隔（ｄ）の上限値としては、３０００ｍｍ以下であることが好ましく、２０００ｍｍ以下であることがより好ましく、１０００ｍｍ以下であることがさらに好ましい。このように、隣り合う固定床１２の間隔（ｄ）を３０００ｍｍ以下とすることで、固形有機物を含む有機廃水と固定床１２との接触確率、接触機会を高く維持することができ、メタン発酵を効率に行うことができる。
【００５８】
また、固定床１２は、特に限定されないが、無終端水路１１内の底面から所定の高さを設けて設置されることが好ましい。「固定床１２の設置高さ」（図６中の「ｈ」）とは、無終端水路１１内の底面から固定床の下端までの高さをいい、例えば、支柱等を用いて固定床１２を支持することによって、無終端水路１１の底面から所定の間隔を空けて設置することができる。このように、無終端水路１１内の底面から間隙を設けて固定床を設置することで、無終端水路１１の底部においても充分な流速を確保することができ、その無終端水路１１の底部における固形有機物の堆積を防止することができる。
【００５９】
具体的に、固定床１２の設置高さ（ｈ）としては、固定床１２の下端が無終端水路１１の底部から１００ｍｍ以上の高さとなるように設置することが好ましく、２００ｍｍ以上の高さとなるように設置することがより好ましく、３００ｍｍ以上の高さとなるように設置することがさらに好ましい。
【００６０】
なお、固定床１２の設置高さ（ｈ）の上限値としては、固形有機物を含む有機廃水と固定床１２の接触確率を維持してメタン発酵を効率的に行うことができれば特に限定されないが、例えば、無終端水路１１の底部から１０００ｍｍ以下とすることが好ましく、５００ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【００６１】
（３）加熱装置
メタン発酵処理システム１では、無終端水路１１において、加熱装置を設けることができる。加熱装置は、無終端水路１１内の固形有機物を含む有機廃水の温度を加熱調整し、所定の温度に保持する。固形有機物を含む有機廃水の温度を中温又は高温に設定することにより、有機物のメタン発酵効率（固形有機物を含む有機廃水の浄化能力）を高くすることができ、無終端水路１１を小型化できる。
【００６２】
加熱装置としては、特に限定されるものではなく、例えば、ヒーター、恒温機等を用いることができる。また、加熱装置の設置箇所としては、特に限定されるものではない。
【００６３】
（４）循環装置
また、メタン発酵処理システム１では、無終端水路１１において、循環装置を設けることができる。循環装置は、無終端水路１１内において固形有機物を含む有機廃水を循環させる。
【００６４】
循環装置としては、特に限定されるものではないが、例えば図２に示すように、撹拌羽根（循環装置１３）を用いることができる。また、図示しないが、ポンプ等を用いることもできる。
【００６５】
循環装置は、無終端水路１１内の特定の一箇所に設置することができ、また複数の箇所に設置することもできる。また、循環装置の具体的な設置箇所や向き等については、循環水が一定方向に循環されるように適宜設定することができる。
【００６６】
（５）再分散装置
また、メタン発酵処理システム１では、無終端水路１１において、再分散装置を設けることができる。再分散装置は、無終端水路１１内において固形有機物を含む有機廃水の水面に浮上したスカム等の固形有機物を、固形有機物を含む有機廃水中に再度分散させる。
【００６７】
再分散装置１４としては、特に限定されるものではないが、例えば図２に示すように、撹拌羽根（再分散装置１４）を用いることができる。撹拌羽根により構成される再分散装置１４を無終端水路１１内に設けて回転させることにより、当該固形有機物を含む有機廃水の水面に浮上した固形有機物を再分散させることができる。また、再分散装置としては、例えば、無終端水路１１の上方からシャワー等の循環水流を降水させる装置により構成することができ、この装置により、浮上した固形有機物を再分散させることもできる。
【００６８】
なお、再分散装置１４として撹拌羽根を用いる場合、上述した循環装置１３としての役割を兼ねることができる。
【００６９】
（６）吸引口
また、メタン発酵処理システム１では、無終端水路１１において、水路の底部に堆積した固形有機物を吸引する吸入口を設けることができる。無終端水路１１では、その底部において、固形有機物の堆積が生じることがあり、固形有機物を含む有機廃水の滞留の原因にもなる。このとき、固形有機物を吸引する吸入口を設けて、堆積した固形有機物を吸引除去することによって、固形有機物を含む有機廃水の滞留を抑制し、またメンテナンスの頻度を減らすことができる。
【００７０】
（７）有機物保持装置
また、メタン発酵処理システム１では、無終端水路１１において、１００ｍｍ以下の孔を有する網状体により形成され、内部に、その孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している有機物保持装置を設けることができる。
【００７１】
具体的に、図７は、有機物保持装置を備えるメタン発酵処理システムの一例を示す構成図である。図７に示すように、メタン発酵処理システム１ｃは、無終端水路１１内において、固形有機物を含む有機廃水が流れる位置に、有機物保持装置１５を備えている。
【００７２】
メタン発酵処理システム１ｃにおいて、このような有機物保持装置１５を無終端水路１１内に設置すると、有機物保持装置１５によって保持されており、孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物が、固形有機物を含む有機廃水中の可溶化微生物群の作用によって徐々に溶解し、その粒径が小さくなる。そして、固形有機物が、網状体である有機物保持装置１５の孔の大きさよりも小さくなると、その網状体の孔から溶出して、無終端水路１１を循環するようになる。
【００７３】
有機物保持装置１５は、例えば、かご状、筒状等、中空状の形状を有し、直径が１００ｍｍ以下の孔を有する網状体である。また、有機物保持装置１５は、その内部の空間に、その孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している。有機物保持装置１５の孔の大きさが１００ｍｍ以下であることにより、粗大な固形有機物が無終端水路１１内に排出されることを防止でき、無終端水路１１固形有機物の滞留を抑制できる。なお、「直径」とは、孔の端から端までの距離のうち、最長の距離をいう。
【００７４】
このように、粒径が大きい固形有機物を保持した有機物保持装置１５を設けることによって、その固形有機物に対して粉砕等の前処理を施すことなく、粒径が大きい固形有機物をメタン発酵処理に供することができる。
【００７５】
（８）固形物分解槽
また、メタン発酵処理システム１では、固形有機物を貯留している固形物分解槽１６を、無終端水路１１とは別に設けることができる。
【００７６】
具体的に、図８は、固形物分解槽を備えるメタン発酵処理システムの一例を示す構成図である。図８に示すように、メタン発酵処理システム１ｄは、無終端水路１１と別に、固形物分解槽１６を備える。
【００７７】
固形物分解槽１６は、その内部に固形有機物を貯留しており、２本の配管（Ｌ２，Ｌ３）によって、無終端水路１１と接続されている。一方の配管（Ｌ３）付近には、１００ｍｍ以下の大きさの孔を有する排出口１６１が設けられている。
【００７８】
固形物分解槽１６は、この槽内に貯留している固形有機物のうち、所定の粒径より小さくなった固形有機物を、無終端水路１１に排出供給するものである。固形物分解槽１６に含まれる固形有機物は、有機廃水中の可溶化微生物群の作用によって徐々に溶解し、粒径が小さくなる。このようにして、固形物分解槽１６は、固形有機物が、無終端水路１１内を循環可能となる粒径（例えば、１００ｍｍ以下）まで分解し、無終端水路１１内に固形有機物を排出供給することができる。
【００７９】
ここで、２本の配管（Ｌ２，Ｌ３）は、例えば、ポンプ等（図示せず）を用いて、無終端水路１１と固形物分解槽１６との間で固形有機物を含む有機廃水を相互に移送するものである。また、その固形有機物を含む有機廃水の流れの向きは、無終端水路１１から固形物分解槽１６への方向（Ｌ２）と、固形物分解槽１６から無終端水路１１への方向（Ｌ３）とに、それぞれ設定されている。
【００８０】
一方の配管（Ｌ２）は、無終端水路１１からの固形有機物を含む有機廃水を、固形物分解槽１６へ移送する。これに伴い、固形有機物を含む有機廃水中の可溶化微生物群が、固形物分解槽１６へ供給される。固形物分解槽１６内に貯留された固形有機物は、このようにして流入した可溶化微生物群の働きにより部分的に溶出して、無終端水路１１に排出されるまで小さくなる。
【００８１】
もう一方の配管（Ｌ３）は、固形物分解槽１６から無終端水路１１へ、固形有機物を含む有機廃水を排出するものである。固形物分解槽１６の出口付近には、例えば、図８に示すように、１００ｍｍ以下の大きさの孔を有する排出口１６１が設けられている。可溶化微生物群の働きにより、固形物分解槽１６内の固形有機物の粒径が、排出口１６１の孔以下になると、この排出口１６１の孔を抜け、配管（Ｌ３）を通じて無終端水路１１内へ排出され、メタン発酵に供される。
【００８２】
排出口１６１としては、例えば、１００ｍｍ以下の大きさの孔を複数有するフィルターや、１００ｍｍ以下の大きさの管等を用いることができる。
【００８３】
なお、排出口１６１を用いなくても、例えば、固形物分解槽１６中に貯留している固形有機物が所定の粒径より小さくなった場合や、固形有機物を固形物分解槽１６に貯留した時間が所定の時間を超えた場合に、配管（Ｌ３）を通じて無終端水路１１内へ排出することもできる。
【００８４】
また、無終端水路１１から固形有機物を含む有機廃水を供給する代わりに、無終端水路１１以外から可溶化微生物群を含有する水を固形物分解槽へ供給することもできる。このような態様においては、可溶化微生物群を含有する水が固形物分解槽へ供給され、固形物分解槽内で固形物を溶解した後、排出口の孔よりも小さくなった固形有機物を、配管（Ｌ３）を通じて無終端水路内へ排出することもできる。この場合、無終端水路１１から固形有機物を含む有機廃水を供給する配管（Ｌ２）を構成しなくてもよい。このように固形物分解槽を構成しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
このような固形物分解槽１６を備えたメタン発酵処理システム１ｄは、その固形有機物に対して粉砕等の前処理を施すことなく、メタン発酵処理に供することができる。
【００８６】
＜２−２．固形有機物を含む有機廃水について＞
上述したように、本実施の形態に係るメタン発酵処理システム１においては、無終端水路１１内に、固形有機物を含む有機廃水を循環させ、メタン発酵処理を行う。具体的に、このメタン発酵処理に供される固形有機物を含む有機廃水は、固形有機物を含み、例えば、ＳＳ濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ以上の有機物を含有する廃水である。有機廃水としては、例えば、生活廃水（台所浴場、洗濯、清掃等で生じた廃水、し尿およびし尿・浄化槽汚泥等を含む。）、産業廃水（食品工場、バイオ燃料製造工場、その他の工場等で発生した工場廃水、畜産糞尿等を含む。）、各種汚濁物質やその他の有機性廃棄物の水混合液、並びにそれらと雨水が混合した下水等を広く包含する。
【００８７】
ここで、芋加工工場等から発生するデカンタケーキ等の固形有機物、パームオイル工場から発生するパームヤシ殻やオイルスカム等の固形有機物、大豆加工工場から発生するおから等の固形有機物は、従来のメタン発酵処理システムでは処理困難なため、廃棄されることが多い。これに対して、メタン発酵処理システム１によれば、このような固形有機物原料を、微粉砕することなく廃水に混合し、メタン発酵させることができ、発生するメタンガス量を増大させることができる。
【００８８】
具体的に、芋加工工場等から発生するデカンタケーキ等の固形有機物にメタン発酵処理を施す場合、無終端水路１１内に投入される前に、その固形有機物を廃水と混合する。デカンタケーキ等の固形有機物の混合比としては、特に限定されないが、工場から排出される有機廃水に対して０．５ｗｔ／ｗｔ以下であることが好ましい。固形有機物の重量比を０．５ｗｔ／ｗｔ以下とすることにより、固形有機物を含む有機廃水が無終端水路１１内を循環できる程度に流動性を高めることができる。このような固形有機物を含む有機廃水に対し、例えば、原料滞留時間（ＨＲＴ（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）又は水理学的滞留時間ともいう。）１日以上でメタン発酵処理を施すことで、デカンタケーキ等の固形有機物の７０％以上をメタンガス化することができる。
【００８９】
パームオイル工場から発生するパームヤシ殻等の固形有機物にメタン発酵処理を施す場合も、無終端水路１１内に投入される前に、その固形有機物を廃水と混合する。パームヤシ殻等の固形有機物の粒径としては、特に限定されないが、５０ｍｍ以下に粉砕して添加することが好ましい。パームヤシ殻等の固形有機物の粒径を５０ｍｍ以下とすることにより、固形有機物を含む有機廃水が無終端水路１１内を循環できる程度に流動性を高めることができる。このような固形有機物を含む有機廃水に対し、原料滞留時間（ＨＲＴ）１日以上でメタン発酵処理を施すことで、パームヤシ殻等の固形有機物の７０％以上をメタンガス化することができる。
【００９０】
パームオイル工場から発生するパームオイル廃水にメタン発酵処理を施す場合、その水温としては、特に限定されないが、４０℃以上であることが好ましい。パームオイル廃水の温度を４０℃以上になるように維持し、且つ無終端水路１１内の有機廃水の温度を５５℃前後の高温に維持することで、パームオイルが固形分となり水面に浮上することや、配管に付着すること等を防ぐことができる。これにより、残存油脂分を効率的にバイオガス化できる。このような有機廃水に対し、例えば、原料滞留時間（ＨＲＴ）１日以上でメタン発酵処理を施すことで、残存油脂分の８０％以上をメタンガス化することができる。
【００９１】
また、ネピアグラスは、成長が早いイネ科の多年草であり、熱帯地方では年に５〜８回収穫できることから、メタン発酵によるメタンガスの原料として注目されている。このネピアグラスを固形有機物原料として、微粉砕することなく廃水と混合し、メタン発酵処理を施すことができ、発生するメタンガス量を増大させることができる。
【００９２】
ネピアグラスにメタン発酵処理を施す場合も、無終端水路１１内に投入される前に、そのネピアグラスを廃水と混合する。ネピアグラスの粒径としては、特に制限されないが、５０ｍｍ以下に粉砕して添加することが好ましい。ネピアグラスの粒径が５０ｍｍ以下とすることにより、固形有機物を含む有機廃水が無終端水路１１内を循環できる程度に流動性を高めることができる。このような固形有機物を含む有機廃水に対し、例えば、原料滞留時間（ＨＲＴ）１日以上でメタン発酵処理を施すことで、固形有機物であるネピアグラスの７０％以上をメタンガス化することができる。
【実施例】
【００９３】
〔実施例１〕
実施例１では、キャッサバ芋加工工場で排出されたキャッサバピール及び有機廃水を用いて、本発明に係るメタン発酵処理の性能試験を行った。【００９４】
キャッサバピールは、前処理なく有機廃水と混合した。なお、有機廃水との混合後のキャッサバピールは、粒径が１０〜５０ｍｍの範囲のものを含むものであった。【００９５】
メタン発酵処理システムの試作モデルとして、図２に示すようなメタン発酵処理システムを構成した。このメタン発酵処理システムの無終端水路１１としては、幅１１０ｍｍの２本の直線部を有し、深さ４００ｍｍ（うち水深２００ｍｍ）、全長８００ｍｍ、３０Ｌ容のものを用いた。この無終端水路１１に撹拌器を設置した。また、無終端水路１１の一方の直線部に、ポリエチレン製の不織布を貼り付けた、長手方向６００ｍｍ、短手方向２５０ｍｍのステンレス板を固定床１２として、４枚平行に設置した。このとき、固定床１２の間隔は１００ｍｍ間隔とした。無終端水路１１の底部から固定床１２の下端までの距離（設置高さｈ）を、１００ｍｍとなるように設置した。【００９６】
この試作モデルに、キャッサバピールと有機廃水とを混合し得られたキャッサバピールを含む有機廃水を供給し、このキャッサバピールを含む有機廃水を、無終端水路１１で原料滞留時間（ＨＲＴ）５日間処理した。【００９７】
本メタン発酵処理システムにおいて得られたバイオガス回収量は、約１ＮＬ／Ｌ−ｒｅａｃｔｏｒ／日、メタン濃度は約６５％であった。【００９８】
以上の結果より、本メタン発酵処理システムは、固形有機物を含む廃水からメタンを回収することが可能である。【００９９】
〔実施例２〕
メタン発酵処理システムの試作モデルとして、図２に示すようなメタン発酵処理システムを構成した。このメタン発酵処理システムの無終端水路１１としては、幅２ｍの２本の直線部を有し、深さ２．５ｍ（うち水深２ｍ）、全長２０ｍ、１００ｍ３容のものを用いた。この無終端水路１１に撹拌器を設置した。また、無終端水路１１の一方の直線部に、ポリエチレン製の不織布を貼り付けた、長手方向２ｍ、短手方向１ｍのステンレス板を固定床１２として、４枚横並びに設置した固定床ユニット１２’を設けた。このとき、固定床ユニット１２’の間隔は５００ｍｍ間隔とした。【０１００】
無終端水路１１の底部から固定床１２の下端までの距離（設置高さｈ）の影響を検討するために、実施例２では、無終端水路１１の底部から固定床１２の下端までの距離（設置高さｈ）を、０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、２５０ｍｍ、５００ｍｍに変化させてそれぞれ試験を行った。これらの試作モデルを用いて、固形有機物を含む有機廃水としてのパームオイルミル廃水にメタン発酵処理を施した。検討のための前処理として、パームオイルミル廃水の供給量を増加させることで負荷を調節し、負荷を徐々に上昇させて滞留時間１０日に到達したところで、５０ｍｍ以下に粉砕したパームヤシ殻（乾燥物）を重量比で１０％添加し、固形有機物の供給を開始し、以降１２０日運転を継続した。【０１０１】
なお、運転条件として、温度を５５℃に維持し、リアクター内の液体を３ｍ／ｈの速度で循環させた。水路内の流速は、整流板の下流で計測し、その計測値に基づいて制御した。【０１０２】
固定床の直下の堆積物高さ（無終端水路１１底部から堆積物最上部までの高さ）の平均値を、５日おきに１２０日計測した。固定床が堆積物に埋まった場合は、固定床近傍の堆積物の深さを計測した。【０１０３】
図９に、固定床の設置高さｈと堆積物高さの検討結果を示す。図９において、横軸は、試験開始からの日数を示し、縦軸は、固定床直下の堆積物高さを示す。なお、図９において、「試験開始からの日数」は、固形有機物の供給を開始した日を０日とする。【０１０４】
図９のグラフに示されるように、無終端水路１１の底部から固定床の下端までの間隔を空けることで、固形有機物の堆積を防止できることが分かった。特に、その間隔（固定床の設置高さｈ）を１００ｍｍ以上とすることで効果的に固形有機物の堆積を防止できることが分かった。
【符号の説明】
【０１０５】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ    メタン発酵処理システム
１１，１１’，    無終端水路
１２，１２ａ，１２ｂ    固定床
１２’，１２”    固定床ユニット
１００    メタン発酵処理設備
１２１    基材
１２２    固定部
１３    循環装置
１４    再分散装置
１５    有機物保持装置
１６    固形物分解槽
１６１    排出口
２    貯留槽
３    混合槽
４    粉砕装置
５    食品加工工場
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３    液配管
Ｇ１    ガス配管
【図１】
2017203684.tif 000003
【図２】
2017203684.tif 000004
【図３】
2017203684.tif 000005
【図４】
2017203684.tif 000006
【図５】
2017203684.tif 000007
【図６】
2017203684.tif 000008
【図７】
2017203684.tif 000009
【図８】
2017203684.tif 000010
【図９】
2017203684.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月16日(2017.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径が１０ｍｍ以上のものを含む固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵微生物群により処理してメタン発酵させるためのメタン発酵処理システムであって、
前記有機廃水が循環する無終端水路と、
前記無終端水路内に設けられ、メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床と、を備え、
隣り合う前記固定床間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下であり、前記固形有機物を含む有機廃水が該固定床間を流れる
メタン発酵処理システム。
【請求項２】
前記固定床の下端が、前記無終端水路の底部から１００ｍｍ以上の高さとなるように設置されている
請求項１に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項３】
前記無終端水路内に、前記有機廃水中に浮遊する前記固形有機物を再分散させる再分散装置を備える
請求項１又は２に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項４】
前記無終端水路内における前記有機廃水の温度を５０℃以上６５℃以下に加熱保持する加熱装置を備える
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項５】
前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、
前記無終端水路内に、１００ｍｍ以下の孔を有する網状体により形成され、内部に該孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している有機物保持装置を備える
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項６】
前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、
固形有機物を貯留している固形物分解槽を備え、
前記固形物分解槽では、前記無終端水路から供給される、可溶化微生物群を含有する有機廃水によって該固形物分解槽内の固形有機物が溶解し、１００ｍｍ以下の孔を有する排出口から前記無終端水路内に排出する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項７】
前記有機廃水の浮遊物質（ＳＳ）濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ以上である
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のメタン発酵処理システム。
【請求項８】
粒径が１０ｍｍ以上のものを含む固形有機物を含む有機廃水をメタン発酵微生物群により処理してメタン発酵させるメタン発酵処理方法であって、
メタン発酵微生物群が集積される複数の固定床を内部に備え、隣り合う該固定床間の距離が１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下である無終端水路において、前記固形有機物を含む有機廃水を該固定床間に流して循環させる
メタン発酵処理方法。
【請求項９】
前記有機廃水には、可溶化微生物群が含まれており、
前記無終端水路内に、１００ｍｍ以下の大きさの孔を有する網状体から構成され、内部に該孔の大きさよりも大きい粒径の固形有機物を保持している有機物保持装置を設置し、
前記無終端水路における前記有機廃水の循環に伴って、前記有機物保持装置に保持されている前記固形有機物を溶解させる
請求項８に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１０】
固形有機物を貯留し、１００ｍｍ以下の径の孔を有する排出口を備えた固形物分解槽を設置し、
可溶化微生物群を含有する有機廃水によって前記固形物分解槽内の前記固形有機物を溶解させ、前記排出口から前記無終端水路内に前記固形有機物を排出する
請求項８又は９に記載のメタン発酵処理方法。
【国際調査報告】
2017203684.tif 000012
2017203684.tif 000013
2017203684.tif 000014
2017203684.tif 000015