(57)【要約】【課題】  優れたバイオガス回収システムを提供すること【解決手段】    バイオマスを嫌気発酵させる嫌気発酵槽；該嫌気発酵槽と連結し、生成するバイオガスを回収するバイオガス回収装置；該嫌気発酵残渣を、微生物を用いて乾燥させるバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含むバイオガス回収システムが提供される。【選択図】  図４
2006110540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを嫌気発酵させる嫌気発酵槽；該嫌気発酵槽と連結し、生成するバイオガスを回収するバイオガス回収装置；該嫌気発酵の残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含む、バイオガス回収システム。
【請求項２】
バイオマスをメタン発酵させるメタン発酵槽；該メタン発酵槽と連結し、生成するメタン発酵ガスを回収するメタン発酵ガス回収装置；該メタン発酵の残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含む、バイオガス回収システム。
【請求項３】
メタン発酵残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置をさらに含み、該脱水残渣を前記バイオ乾燥装置で乾燥する、請求項２に記載のバイオガス回収システム。
【請求項４】
バイオマスを水素発酵させる水素発酵槽；該水素発酵槽と連結し、生成する水素発酵ガスを回収する水素発酵ガス回収装置；該水素発酵の残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置；該脱水残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含む、バイオガス回収システム。
【請求項５】
バイオマスを水素発酵させる水素発酵槽；該水素発酵槽と連結し、生成する水素発酵ガスを回収する水素発酵ガス回収装置；該水素発酵の残渣を受け入れメタン発酵させるメタン発酵槽；該メタン発酵槽と連結し、生成するメタン発酵ガスを回収するメタン発酵ガス回収装置；該メタン発酵の残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置；該脱水残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含む、バイオガス回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスから、効率的にバイオガスを回収するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生物由来の有機資源であるバイオマスには、有機性廃棄物、資源作物あるいはその廃棄物などが含まれる。これらのバイオマスの中でも、生ごみ、家畜糞尿、食品残渣・魚介残渣などの有機性廃棄物、または、資源作物あるいはその廃棄物は、一般に、下水汚泥などと比べると、水分が少ないため、比較的容易に乾燥され、焼却処分にされる場合が多い（特許文献１）。一方、資源の有効利用、環境の保全という観点から、バイオマスを単に焼却処理するだけではなく、有効利用するための検討が種々なされている。例えば、微生物を利用してバイオマスから、メタンガス、水素ガスなどのバイオガスをエネルギーとして回収する研究がなされている（特許文献２あるいは特許文献３参照）。これらのバイオガスのうち、水素は燃料電池などの用途に利用され、メタンはガスエンジン、発電などの用途に利用されている。しかし、バイオマスからバイオガスを回収して生じる発酵残渣は、一部がコンポスト化される他は、ほとんど、従来と同様、焼却処理されている。この発酵残渣、特に、下水汚泥、食品工業廃水、製紙工業廃水などの水を多量に含む有機性廃棄物に対して嫌気発酵を行い、バイオガスを回収した発酵残渣は、水分含量が非常に高く、焼却処分する前に、燃焼に耐え得る水分量まで乾燥する必要がある。この発酵残渣の乾燥に、回収したエネルギーであるバイオガスを利用したり、乾燥した発酵残渣の燃焼を補助する（助燃する）ために回収したバイオガスを利用すると、せっかく回収したバイオガスが本来の目的に使用されず、結果として、バイオガスの回収効率が低下する。
【０００３】
そこで、バイオマスから嫌気発酵によってバイオガスを回収し、回収したバイオガスを助燃に使用することなく発酵残渣を乾燥・焼却する、バイオガス回収システムが望まれている。特に、水分含量が高いバイオマスの場合には、その要望が高い。
【特許文献１】特開２００２−１７４４１２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４９９８３号公報
【特許文献３】特開２００３−１３５０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、バイオマスから嫌気発酵によってバイオガスを回収し、嫌気発酵残渣の乾燥および／または焼却のための燃料として、あるいは発酵残渣燃焼のための補助燃料として、バイオガスまたは外部からの補助燃料を利用する必要がないシステムであって、全体としてバイオガスの回収率を高め、かつ補助燃料を使用しないシステム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】
【０００５】
本発明は、バイオマスを嫌気発酵させる嫌気発酵槽；該嫌気発酵槽と連結し、生成するバイオガスを回収するバイオガス回収装置；該嫌気発酵の残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含むバイオガス回収システムを提供する。
【０００６】
本発明はまた、バイオマスをメタン発酵させるメタン発酵槽；該メタン発酵槽と連結し、生成するメタン発酵ガスを回収するメタン発酵ガス回収装置；該メタン発酵の残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含むバイオガス回収システムを提供する。
【０００７】
好ましい実施態様においては、メタン発酵残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置をさらに含み、該脱水残渣をバイオ乾燥装置で乾燥させる。
【０００８】
さらに、本発明は、バイオマスを水素発酵させる水素発酵槽；該水素発酵槽と連結し、生成する水素発酵ガスを回収する水素発酵ガス回収装置；該水素発酵の残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置；該脱水残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含むバイオガス回収システムを提供する。
【０００９】
また、別の本発明は、バイオマスを水素発酵させる水素発酵槽；該水素発酵槽と連結し、生成する水素発酵ガスを回収する水素発酵ガス回収装置；該水素発酵の残渣を受け入れメタン発酵させるメタン発酵槽；該メタン発酵槽と連結し、生成するメタン発酵ガスを回収するメタン発酵ガス回収装置；該メタン発酵の残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置；該脱水残渣を微生物によって減量・乾燥するバイオ乾燥装置；および、得られた乾燥残渣を焼却する焼却装置；を含むバイオガス回収システムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のバイオガス回収システムは、バイオ乾燥装置を備えているので、嫌気発酵後の水分含量の高い嫌気発酵残渣を微生物によって減量し、かつ燃焼に適切な程度まで乾燥することができる。従って、嫌気発酵により回収したバイオガスを、嫌気発酵残渣の燃焼エネルギーとして、あるいは発酵残渣燃焼のための補助燃料として利用する必要がない。そのため、効率的にバイオガスが回収できる。さらに、嫌気発酵残渣の焼却または助燃のために利用していた外部燃料が不要となるため、ランニングコスト削減が可能となる。また、嫌気発酵を行うことにより発酵残渣中の有機物量が減少し、さらにバイオ乾燥装置における微生物の作用により有機物量が大きく減少するので、乾燥装置および焼却装置が小型化でき、さらに、燃焼により発生するＣＯ２量が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のバイオガス回収システムを、添付の図面を参照しつつ、説明する。なお、本明細書で、バイオマスとは、生物由来の有機資源を意味する。好ましくは、有機性廃棄物、資源作物あるいはその廃棄物などの有機性物質が用いられる。有機性廃棄物としては、例えば、食品工業、製紙工業、畜産業などにおける有機性廃水、有機廃棄物、あるいは糞尿、または都市下水の汚泥などが例示されるが、有機物を含む廃棄物であれば、これらに制限されない。資源作物としては、例えば、とうもろこし、さとうきびなどが挙げられ、さらにこれらの処理工程で発生する廃棄物なども、本発明に使用される。
【００１２】
（システム１）
図１は、本発明のバイオガス回収システムの一実施態様（システム１）を示す系統図である。本発明のバイオガス回収システムは、嫌気性発酵（水素発酵、メタン発酵、ブタン発酵など）に広く利用される。図１（Ａ）は、比較的水分が少ないバイオマス（例えば、生ゴミ、家畜糞尿、屎尿、食品残渣、魚介残渣、資源作物など）に適したシステムである。図１（Ａ）は、バイオマス１を嫌気発酵させる嫌気発酵槽２０、嫌気発酵槽２０で生成するバイオガス２１を回収するバイオガス回収装置２２、バイオガス発酵後の嫌気発酵残渣２３を、微生物を用いて減量・乾燥させるバイオ乾燥装置１１、および、得られた乾燥残渣１２を焼却する焼却装置１３を含むように構成されている。
【００１３】
図１（Ｂ）のシステムは、水分が多いバイオマス（例えば、下水汚泥、食品工業廃水、製紙工業廃水など）に適したシステムである。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のシステムにおいて、嫌気発酵槽２０と乾燥装置１１との間に固液分離装置８を備えている場合である。水分量が高い嫌気発酵残渣２３は、固液分離装置８で脱水残渣９と分離水１０に分離される。脱水残渣９はバイオ乾燥装置１１に移送され、バイオ乾燥された乾燥残渣１２が焼却装置１３で焼却される。
【００１４】
なお、図１（Ａ）および（Ｂ）には示していないが、バイオマス１を前処理する前処理槽３０を設け、前処理後バイオマス３１を嫌気発酵槽２０に導入するように構成してもよい。前処理については、後述する。
【００１５】
図１（Ａ）および（Ｂ）で示されるシステム１においては、バイオマス１は、必要に応じて前処理されて、嫌気発酵槽２０に送られる。嫌気発酵槽２０では嫌気発酵（例えば、メタン発酵、水素発酵、ブタン発酵など）が行われ、バイオガス２１が発生し、バイオガス回収装置２２に回収される。メタン発酵の場合、バイオガス２２は、メタンと二酸化炭素を主成分とするメタン発酵ガスである。水素発酵の場合、バイオガス２２は、水素と二酸化炭素を主成分とする水素発酵ガスである。
【００１６】
嫌気発酵の残渣２３は、図１（Ａ）の場合には、乾燥装置１１に移送され、バイオ乾燥される。図１（Ｂ）の場合には、固液分離装置８で脱水残渣９と分離水１０に分離される。脱水残渣９はバイオ乾燥装置１１に移送されて、バイオ乾燥される。
【００１７】
固液分離装置８としては、通常、汚泥などの分離に用いる脱水機で、十分な固液分離能を有するものであれば、特に制限はなく用いられる。このような固液分離機としては、例えば、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機、ロータリープレス脱水機などが挙げられる。この固液分離装置８により嫌気発酵残渣２３が固液分離され、脱水残渣（固形分）９と分離水１０とに分離される。一般に、固液分離装置８による脱水残渣（固形分）９中の水分含量は、８５質量％以下であることが好ましく、８０質量％以下であることがより好ましい。
【００１８】
分離水１０は、一部を処理システムに還流するように構成してもよく、廃棄するように構成してもよい。
【００１９】
図１（Ａ）における嫌気発酵残渣２３、図１（Ｂ）における脱水残渣９は、バイオ乾燥装置１１でバイオ乾燥される。以下、嫌気発酵残渣２３および脱水残渣９をまとめて、発酵残渣という。この発酵残渣のバイオ乾燥装置１１によるバイオ乾燥、すなわち、微生物による発酵、好ましくは好気的発酵によって、発酵残渣量を減少させる点に、本発明の特徴がある。また、バイオ乾燥時の発酵による発酵熱を、バイオ乾燥に利用することができるという利点もある。
【００２０】
バイオ乾燥装置１１は、発酵残渣を好気的に発酵させるための種々の手段を備えている。例えば、バイオ乾燥装置１１は、空気を送り込む通気手段と発酵残渣を撹拌する撹拌手段を備えている。このバイオ乾燥装置１１に投入された発酵残渣と、この発酵残渣を発酵することができる微生物（発酵微生物）とを混合し、通気撹拌することにより、好気的発酵が行われ、発酵残渣を消費して発酵を行い、発熱する。発酵熱は、さらなる発酵残渣の乾燥に使用される。すなわち、発酵中に発酵残渣中の有機物が消費され、そして水分が蒸発して、発酵残渣が乾燥される。なお、発酵微生物は、バイオマス１に付着したものをそのまま利用してもよいが、いったん発酵残渣を好気的に発酵させたもの（すなわち、乾燥残渣１２）を種菌として使用する方が、発酵効率すなわち乾燥効率がよい。余剰の発酵熱は、発酵残渣の予備加熱、予備乾燥などに用いられる。特に、図１（Ｂ）に示すような下水汚泥などの嫌気発酵で生じる脱水残渣９の水分含量は、一般に７５〜８５％となる。従って、余剰の発酵熱を発酵残渣の予備乾燥に用いてもよい。このようなバイオ乾燥装置１１により、発酵残渣の水分濃度は、３０〜４０％程度とされ、乾燥残渣１２が得られる。同時に、このバイオ乾燥中に、微生物の増殖などの代謝に有機物が利用されることにより、発酵残渣中の有機物が消費され、乾燥残渣１２の量が大きく減少する。なお、嫌気発酵中に悪臭が発生する場合は、悪臭防止のために脱臭装置を設けてもよい。
【００２１】
バイオ乾燥装置１１としては、回転ドラム式通気乾燥装置などが用いられる。この装置は、連続的に発酵残渣を乾燥することができ、得られる乾燥残渣１２は、乾燥後、そのまま焼却装置１３に導入されて、焼却される。
【００２２】
焼却装置１３に特に制限はなく、例えば、循環流動型燃焼装置などが用いられる。炉内での熱、空気、燃料の混合攪拌が効率よく行われ、しかも、１０００℃以下の均一な温度で焼却できる装置が、低ＮＯｘ、低硫黄、ダイオキシンの低減といったクリーンな排ガス特性が得られる点から、好ましく用いられる。
【００２３】
このように構成されたシステム１は、嫌気発酵によりバイオマスからエネルギーが回収され、バイオ乾燥装置１１におけるバイオ乾燥により、従来、発酵残渣の乾燥、あるいは焼却のための助燃に使用されていたエネルギーが、本来の用途である燃料電池、ガスエンジンなどに利用される。そのため、エネルギー回収率が向上する。嫌気発酵により有機物量が減少し、嫌気発酵残渣が改質され、脱水残渣９の含水率が低下する。このように、嫌気発酵により有機物含有量が減少し、その上、バイオ乾燥中に有機物量が大きく減少することから、バイオ乾燥装置１１および焼却装置１３を小型化することができる。
【００２４】
（システム２）
図２は、本発明のバイオガス回収システムの一実施態様（システム２）を示す系統図であり、嫌気発酵がメタン発酵である場合の図である。
【００２５】
このシステム２において、図２（Ａ）は、バイオマス１をメタン発酵するメタン発酵槽５（嫌気発酵槽）、メタン発酵ガス６（バイオガス）を回収するメタンガス回収装置１６、メタン発酵残渣７（嫌気性発酵残渣）をバイオ乾燥するバイオ乾燥装置１１、得られる乾燥残渣１２を焼却する焼却装置１３を備えている。図２（Ａ）のシステムは、比較的水分が少ないバイオマス（例えば、生ゴミ、家畜糞尿、屎尿、食品残渣、魚介残渣、資源作物など）からのメタン発酵に適したシステムである。
【００２６】
図２（Ｂ）のシステムは、水分が多いバイオマス（例えば、下水汚泥、食品工業廃水、製紙工業廃水など）に適したシステムである。そのため、図２（Ａ）において、メタン発酵残渣７を固液分離するための固液分離装置８を備えている。
【００２７】
なお、図２のシステム２も、システム１と同様、バイオマス１の前処理を行うシステムを備えていてもよい。
【００２８】
このシステム２では、バイオマス１は、必要に応じて前処理されて、メタン発酵槽５へ移送され、嫌気的にメタン発酵される。メタン発酵細菌は、活性汚泥や消化汚泥を嫌気条件下で馴養することにより、集積される。メタン発酵は、一般的に２５〜６５℃、好ましくは３０〜４０℃、高温菌の場合は５０〜６０℃で行われる。メタン発酵は、一般的にｐＨ５〜１０、好ましくは７〜９のアルカリ側で行われる。メタンガスの発生量（有機物の分解率）は、一般に、高温発酵の方が中温発酵よりも高い。
【００２９】
メタン発酵で生じたメタン発酵ガス６は、通常、メタンガスと二酸化炭素との混合ガスである。このメタン発酵ガス６は、そのまま、あるいは二酸化炭素除去を行った後、メタン発酵ガス回収装置１６に貯留してもよい。
【００３０】
生成したメタン発酵ガス６は、メタン発酵ガス回収装置２２に回収された後、適宜精製（炭酸ガスなどの除去）され、メタンガスとしてガス発電に供され得る。あるいは、メタンガスは、さらに水素へ改質され、水素として別途使用され得る。
【００３１】
メタン発酵残渣７は、システム１と同様、そのまま乾燥装置１１に導入されるか(図２（Ａ）参照)、あるいはいったん固液分離装置８で固形分（脱水残渣９）として回収されて(図２（Ｂ）参照)、バイオ乾燥装置１１に導入され、微生物による好気的発酵処理（バイオ乾燥）を行って、減量され、乾燥残渣１２とされた後、焼却装置１３で焼却される。このバイオ乾燥以降のシステムについては、上記システム１での説明が適用される。
【００３２】
このように構成されたシステム２は、メタン発酵によりバイオマスからメタンをエネルギーとして回収する。このシステムでは発酵残渣７（図２（Ａ）または脱水残渣９（図２（Ｂ））の乾燥あるいは焼却のための助燃にメタンが使用されないため、メタンが本来の用途であるガスエンジンなどに利用される。そのため、エネルギー回収率が向上する。さらに、メタン発酵により有機物含有量が減少し、そして、バイオ乾燥中に有機物量が微生物の代謝により大きく減少するため、バイオ乾燥装置１１および焼却装置１３も小型化できる。
【００３３】
（システム３）
図３は、本発明のバイオガス回収システムの一実施態様（システム３）を示す系統図であり、嫌気発酵が水素発酵である場合の図である。このシステム３は、バイオマス１を前処理する前処理槽３０、前処理後バイオマス３１を水素発酵する水素発酵槽２（嫌気発酵槽）、水素発酵ガス３（バイオガス）を回収する水素ガス回収装置１５、水素発酵残渣４を固液分離する固液分離装置８、得られる脱水残渣（固形分）９、脱水残渣９をバイオ乾燥するバイオ乾燥装置１１、得られる乾燥残渣１２を焼却する焼却装置１３を備えている。
【００３４】
バイオマス１の前処理方法に特に制限はなく、例えば、加熱処理、超音波処理、破砕処理、酸処理、アルカリ処理などの物理化学的処理が挙げられる。これらの処理は、単独で、あるいは組み合わせて行われる。これらの前処理によって、バイオマス１を発酵されやすい形態に変化させる。
【００３５】
バイオマス１が、有機汚泥などの難分解性物質を含む場合には、これらの難分解性物質を可溶化するために、アルカリ処理をすることが好ましい。アルカリ前処理を行うことにより、前処理後バイオマス３１が水素発酵微生物によって利用され易くなり、水素発生効率が向上する。さらに、水素発酵工程中にｐＨが低下することから、アルカリ性の前処理後バイオマス３１を水素発酵槽２に投入することが好ましい。すなわち、アルカリ処理した前処理後バイオマス３１が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ剤の代わりに、水素発酵槽２に投入される。
【００３６】
アルカリ処理に特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ剤を用いて、バイオマス１のｐＨは１０以上、好ましくはｐＨ１０〜１２に調整される。アルカリ処理は、通常０．５〜２４時間、好ましくは２〜１２時間攪拌することにより行われる。連続的にアルカリ前処理を行う場合、滞留時間が０．５〜２４時間、好ましくは２〜１２時間となるように処理を行う。このような処理により、バイオマス１中に含まれる水素消費型細菌、あるいは水素発酵に悪影響を与える微生物（例えば、乳酸菌、メタン生成菌など）の活動を低下させ、あるいはこれらの微生物を死滅させることができる。
【００３７】
アルカリ前処理は、加熱下で行ってもよい。加熱温度に特に制限はないが、３０℃〜９０℃で、あるいは３５〜８０℃で行われる。さらに、アルカリ処理の効率を高めるために超音波処理、破砕処理などを組合せてもよい。超音波処理の条件に特に制限はなく、処理温度、処理量を考慮して、周波数、処理時間を適宜決定すればよい。
【００３８】
バイオマス１が酸処理に適したものである場合は、酸処理を行った後、そのまま前処理後バイオマス３１として用いてもよい。しかし、次の水素発酵工程においてアルカリ性に調整しておくことが有利である場合は、酸処理後のバイオマスをさらにアルカリ側にｐＨ調整し、アルカリ性の前処理後バイオマス３１としてもよい。この場合も、ｐＨは、好ましくは１０以上、より好ましくはｐＨ１０〜１２に調整され得る。
【００３９】
なお、上記前処理の説明は、システム２のメタン発酵においても適用されることは言うまでもない。
【００４０】
上記バイオマス１あるいは前処理後バイオマス３１は、水素発酵槽２に導入され、水素発酵が行われる。水素発酵槽２内は、嫌気性雰囲気に保たれている。この水素発酵槽２内で、バイオマス１を水素発酵させることにより、水素および二酸化炭素を主成分とする水素発酵ガス３が生成する。
【００４１】
水素発酵に使用される微生物は、嫌気性非光合成微生物群あるいは純粋菌であり、水素生成能を有する微生物群または純粋菌であれば、どのような由来のものでもよい。好適には、水素生成能を有する微生物群が用いられ、例えば、下水汚泥や生ごみのメタン発酵後の汚泥、あるいはその培養物が用いられる。水素発酵は、一般的には２０〜６０℃、好ましくは３０〜３７℃で行われる。
【００４２】
水素発酵は、酸性条件下あるいはアルカリ条件下で行われる。酸性条件下で行われる場合、ｐＨは、好ましくは４〜７．５であり、より好ましくはｐＨ５．５〜７である。水素発酵中に有機酸が生成して水素発酵液のｐＨが低下するので、アルカリ前処理した前処理後バイオマス１４をｐＨ調整のために水素発酵槽２に添加しても良い。アルカリ条件下で行われる場合、ｐＨは１０〜１２で行うことが好ましい。
【００４３】
生成した水素発酵ガス３は、水素発酵ガス回収装置１５に回収された後、適宜精製（炭酸ガスなどの除去）され、燃料電池用燃料として使用されたり、あるいは水素ガスステーションへ供給され得る。
【００４４】
水素発酵残渣４は、固液分離装置８で固形分（脱水残渣９）として回収され、バイオ乾燥装置１１に導入され、微生物による好気的発酵処理を行って、減量され、乾燥残渣１２とされた後、焼却装置１３で焼却される。このバイオ乾燥以降のシステムについては、上記システム１での説明が適用される。
【００４５】
このように構成されたシステム３は、水素発酵によりバイオマスから水素をエネルギーとして回収する。さらに、水素発酵により有機物含有量が減少し、そして、バイオ乾燥中に有機物量が微生物の代謝により大きく減少するため、バイオ乾燥装置１１および焼却装置１３も小型化できる。
【００４６】
（システム４）
図４は、本発明のバイオガス回収システムのなかで、最も好ましい態様（システム４）を示す系統図である。このシステム４は、バイオマス１を前処理する前処理槽３０、水素発酵槽２およびメタン発酵槽５を備えている。水素発酵槽２には、発生した水素発酵ガス３を回収する水素発酵ガス回収装置１５が連結されている。また、メタン発酵槽５には、発生したメタン発酵ガス６を回収するメタン発酵ガス回収装置１６が連結されている。さらに、メタン発酵残渣７を固液分離するための固液分離装置８、得られる脱水残渣（固形分）９をバイオ乾燥するバイオ乾燥装置１１、得られる乾燥残渣１２を焼却する焼却装置１３を備えている。
【００４７】
システム４は、バイオマス１を必要に応じて前処理し、水素発酵槽２に導入して嫌気発酵を行い、発生する水素発酵ガス３を水素発酵ガス回収装置１５に回収するように構成している。水素発酵残渣４は、水素発酵槽２で生成した有機酸、分解されなかった有機物などを含んでおり、これをメタン発酵槽５へ移送する。メタン発酵により生じるメタンおよび二酸化炭素を主成分とするメタン発酵ガス６はメタン発酵ガス回収装置１６に回収される。水素発酵、メタン発酵については、上記システム２および３の説明が適用される。
【００４８】
メタン発酵残渣７は固液分離装置８を用いて固液分離され、脱水残渣９は、前記システム１〜３と同様、バイオ乾燥装置１１（例えば回転ドラム式通気乾燥装置）に導入され、微生物による好気的発酵処理を行って、減量され、乾燥される。得られた乾燥残渣１２は、焼却装置１３に導入されて、焼却される。
【００４９】
従って、水素発酵ガス回収装置１５およびメタン発酵ガス回収装置１６に回収された水素およびメタンを脱水残渣９の乾燥あるいは焼却のための助燃に使用する必要がない。水素およびメタンは適宜精製（炭酸ガスなどの除去）され、燃料電池、ガスエンジンなどに使用される。
【００５０】
システム４においては、水素発酵およびメタン発酵を行うことにより、バイオマスからのエネルギー回収量が増加する。さらに、メタン発酵残渣７は、それぞれ単独の発酵を行った場合に比べて、有機物含量が減少するうえ、固液分離されやすくなっている。そのため、脱水残渣９の固形分量および含水率が減少する。さらに、水素発酵およびメタン発酵により有機物含有量が減少し、また、バイオ乾燥中に有機物量が微生物の代謝により大きく減少する。従って、乾燥装置１１および焼却装置１２が小型化でき、焼却に必要な外部燃料の使用量も減少または不要となり、ランニングコスト削減が可能となる。
【００５１】
以下に実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
【実施例】
【００５２】
下水汚泥を水素発酵およびメタン発酵に供した。汚泥を８０℃まで加熱して前処理をした後、水素発酵を温度３５℃、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）１日で行い、水素発酵残渣をメタン発酵に供した。メタン発酵は高温（温度５５℃）、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）１０日で行った。メタン発酵残渣をスクリュープレスで脱水し、脱水残渣の固形分量および水分量を測定した。脱水残渣を回転ドラム式通気乾燥装置（乾燥装置１１）に投入して、バイオ乾燥を行った。比較として、外部燃料を用いて乾燥した。これらの方法で脱水残渣を１００ｔ／日処理した場合の乾燥残渣について、比較検討した。結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2006110540.tif 000003
【００５４】
表１の結果が示すように、バイオ乾燥および燃料乾燥（外部燃料を利用した乾燥）において、同じ水分含量（４０％）となるように乾燥した場合、本発明に用いるバイオ乾燥装置を用いた場合、乾燥残渣の重量は２８ｔであったが、燃料乾燥を行った場合は、４２ｔであった。これは、可燃分の１／３がバイオ乾燥中に減少したことを示す。そして、水分の蒸発量もバイオ乾燥の方が大きかった。バイオ乾燥における水の蒸発量をエネルギーに換算すると約８２０万ｋＪであるが、このエネルギーは微生物によりもたらされるので、外部エネルギー消費量はゼロである。他方、燃料を利用して乾燥した場合、水分の蒸発に用いたエネルギーは約７５０万kJであった。これをメタンに換算すると２０９ｍ３Ｎであった。従って、本発明のバイオガス回収システムでは、助燃あるいは自燃できるまで乾燥するために必要な２０９ｍ３Ｎのメタンの消費をすることなく、エネルギーとして回収できた。
【００５５】
このように、本発明のバイオガス回収システムは優れたバイオマスの処理システムであり、エネルギーの回収と有機物の焼却量の減少による二酸化炭素の発生が抑制される、環境にやさしいシステムである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のバイオガス回収システムは、バイオガス回収後の発酵残渣をバイオ乾燥することにより、有機物量を大きく減少させるとともに発酵残渣を乾燥できるので、従来、発酵残渣の乾燥あるいは焼却のための助燃に使用していたバイオガスを使用しなくて済み、外部エネルギーも大きく低減されるか不要となる。すなわち、エネルギーの消費を抑制しながら、バイオガスの回収を効率よく行うバイオマスからのエネルギー回収システムであり、バイオマス処理システムでもある。そのため、バイオマスからのエネルギー回収システムおよび処理システムとして、汎用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のエネルギー回収システムの一実施態様を示す系統図である。
【図２】本発明のエネルギー回収システムであって、メタン発酵を行う場合の態様を示す系統図である。
【図３】本発明のエネルギー回収システムであって、水素発酵を行う場合の態様を示す系統図である。
【図４】本発明のエネルギー回収システムであって、水素発酵とメタン発酵とを行う場合の態様を示す系統図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  バイオマス
２  水素発酵槽
３  水素発酵ガス
４  水素発酵残渣
５  メタン発酵槽
６  メタンガス
７  メタン発酵残渣
８  固液分離装置
９  脱水残渣
１０  分離水
１１  バイオ乾燥装置
１２  乾燥残渣
１３  焼却装置
１５  水素ガス回収装置
１６  メタンガス回収装置
２０  嫌気発酵槽
２１  バイオガス
２２  バイオガス回収装置
２３  嫌気発酵残渣
３０  前処理槽
３１  前処理後バイオマス
【図１】
2006110540.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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