(57)【要約】【課題】乾式メタン発酵における不安定要素、つまりＰＨ値の低下を防いで、効率の良いメタン発酵を行うことができるようにする。【解決手段】槽２内でバイオマス１を嫌気性条件下にてメタン発酵させメタンガスを生成し回収するメタン発酵方法であって、前記バイオマス１より固液分離したメタン菌水溶液を槽２外へ導出し、該導出したメタン菌水溶液中の脂肪酸を分解処理し、該脂肪酸処理後の処理済水溶液を前記嫌気性条件下の発酵に再利用する。【選択図】    図１
2006055823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内で有機性廃棄物を嫌気性条件下にてメタン発酵させメタンガスを生成し回収するメタン発酵方法であって、
前記有機性廃棄物より固液分離したメタン菌水溶液を槽外へ導出し、該導出したメタン菌水溶液中の脂肪酸を分解処理し、該脂肪酸処理後の処理済水溶液を前記嫌気性条件下の発酵に再利用することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項２】
前記脂肪酸の分解処理は、水分含有率が６５〜８５ｗｔ％の範囲内である低水分有機性廃棄物を固液分離した前記メタン菌水溶液を槽外へ導出し、該メタン菌水溶液を水分含有率が９０〜９５ｗｔ％の範囲内である高水分有機性廃棄物と混合し、該混合メタン菌水溶液を嫌気性条件下にて発酵することにより行う請求項１に記載のメタン発酵方法。
【請求項３】
前記脂肪酸の分解処理は、前記メタン菌水溶液を好気発酵することにより行う請求項１に記載のメタン発酵方法。
【請求項４】
前記脂肪酸の分解処理は、前記メタン菌水溶液を好気発酵し、該好気発酵処理後の好気発酵済水溶液を、高水分有機性廃棄物と混合させることにより行う請求項１から３の何れかに記載のメタン発酵方法。
【請求項５】
前記脂肪酸は、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ピルビン酸、ギ酸、乳酸、コハク酸、安息香酸のうち少なくとも１種であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のメタン発酵方法。
【請求項６】
槽内で有機性廃棄物を嫌気性条件下にてメタン発酵させメタンガスを生成し回収するメタン発酵装置であって、
前記槽内でメタン菌水溶液を低水分有機性廃棄物に加えて該低水分有機性廃棄物を発酵させる乾式発酵槽と、
前記低水分有機性廃棄物より固液分離したメタン菌水溶液を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽内のメタン菌水溶液を高水分有機性廃棄物に加え混合した混合メタン菌水溶液を、嫌気性条件下にて発酵させ脂肪酸を分解処理する湿式発酵槽と、
前記脂肪酸を分解処理した後の処理済水溶液を前記乾式発酵槽に戻し前記低水分有機性廃棄物に加える循環経路
とを備えていることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項７】
槽内で有機性廃棄物を嫌気性条件下にてメタン発酵させメタンガスを生成し回収するメタン発酵装置であって、
前記槽内でメタン菌水溶液を低水分有機性廃棄物に加えて該低水分有機性廃棄物を発酵させる乾式発酵槽と、
前記低水分有機性廃棄物より固液分離したメタン菌水溶液を貯留する貯留槽と、
前記メタン菌水溶液を曝気処理する好気発酵槽と、
前記貯留槽内のメタン菌水溶液を前記好気発酵槽にて曝気処理した後の好気発酵処理済水溶液として前記乾式発酵槽に戻し前記低水分有機性廃棄物に加える循環経路
とを備えていることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項８】
請求項７のメタン発酵装置において、前記貯留槽と前記湿式発酵槽との間に介在して前記メタン菌水溶液を曝気処理する好気発酵槽を有しており、前記貯留槽内のメタン菌水溶液を、前記好気発酵槽にて曝気処理した後の好気発酵処理済水溶液として前記湿式発酵槽へ導入することを特徴とするメタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物（以下、バイオマスという）からメタンガスを発生させるメタン発酵方法及び装置に関し、より詳しくはバイオマスを固液分離したメタン菌水溶液を、湿式メタン発酵法にて脂肪酸を分解処理し、処理後の処理済水溶液を乾式メタン発酵法に再利用するメタン発酵方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタン発酵方法は、メタン菌ないしは嫌気性細菌の作用によって食品系廃棄物や畜産系廃棄物などのバイオマスから主としてメタンガスを発生させ、これを熱エネルギーとして利活用する。メタン発酵方法における嫌気性細菌の働きは一様なものではなく、大きく分けて２つの段階を経て行われる。第一段階は、バイオマスが通性嫌気性細菌の作用によって酢酸、プロピオン酸などの脂肪酸に分解する酸発酵工程である。第二段階は、脂肪酸が偏性嫌気性細菌の作用によってメタンガスに分解されるメタン発酵工程である。また、メタン発酵方法は乾式メタン発酵法と湿式メタン発酵法とに大別される。乾式メタン発酵法は、家畜糞などのバイオマスについて加水調整を行わず発酵処理する（但し、メタン菌が活動する上で最低限度の水分は確保・補充する）ので、湿式メタン発酵法のようなバイオマスの水分含有率を９０ｗｔ％以上に保持つまり加水調整を施さなくてよいことから、発酵槽が大型化せず、発酵後の残さや廃液の最終処分等が大がかりにならないため、現在注目されている方法である。一例としては、バイオマスに含まれている水分を固液分離し、該分離したメタン菌水溶液（メタン菌を含む水溶液のこと、以下同じ）をバイオマスに循環式に加えて発酵させる乾式メタン発酵法がある。
【０００３】
乾式メタン発酵法は、バイオマスの水分含有率が９０ｗｔ％以下と小さくなる分、湿式メタン発酵法よりも高濃度発酵となり、酸発酵工程において生成する脂肪酸も湿式メタン発酵法より高くなって、メタン発酵が脂肪酸の濃度上昇に伴って抑制される。これは、脂肪酸がバイオマス中のｐＨを低下させ、メタン菌のメタン生成活性度を極端に低下させるからである。なお、中温発酵の場合は、高温発酵の場合よりも酸発酵工程が律速段階となり、脂肪酸がより残存し易く、メタン発酵処理効率が低下してしまう。これは、中温域では種々の嫌気性細菌が増殖しやすい環境条件が整うため、メタン菌以外の酸生成菌が増殖することに起因する。そして、例えば、バイオマス中に生成した酢酸やプロピロン酸などの脂肪酸が２０００〜３０００ｍｇ／Ｌを超えると、メタン発酵が阻害され、プロピオン酸の場合には２００〜５００ｐｐｍ程度の濃度になると、メタン菌が阻害され、メタン発酵しなくなるとも言われている。また、バイオマスが酸性の状態になると、メタン菌が阻害され易くなり、メタン発酵自体が停止し、速やかに脂肪酸濃度を低下させないと、再度メタン菌の立ち上げに困難をきたす事態に陥ってしまう。以上の脂肪酸によるメタン発酵の阻害要因に対し、従来技術には、脂肪酸がバイオマス中に蓄積し酸濃度が高くなった場合、つまりｐＨが低くなった場合にはｐＨ調整を行う（ｐＨ値を上昇させる）ことによってメタン回収効率を向上するようにしたものもある。このｐＨ調整法は、例えば、アルカリ剤（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなど）をバイオマスに添加する方法である（特許文献１や２を参照）。
【特許文献１】特開平７−１２４５９０号公報
【特許文献２】特開２００２−２９２３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のようなｐＨ調整法は、アルカリ中和法であり、多量のアルカリを必要とし、ランニングコストが嵩むという問題がある。また、乾式メタン発酵においては、アルカリ剤と低水分含有のバイオマスとを混合する攪拌機やスクリューフィーダなどを備えなければならず、乾式メタン発酵の利点の一つである設備費の低減化が犠牲となる。
【０００５】
本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものである。その目的は、脂肪酸濃度を湿式メタン発酵法により低下させたメタン菌水溶液を当該メタン発酵に再利用することにより、従来のメタン発酵で使用されていたメタン菌水溶液中のｐＨ調整用のアルカリ剤を極少なくしたり不要にできると共に、メタン発酵の系外へ排出する廃水処理量を減少して、より効率の良いメタン発酵を維持促進させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するため請求項１の発明は、槽内で有機性廃棄物を嫌気性条件下にてメタン発酵させメタンガスを生成し回収するメタン発酵方法であって、前記有機性廃棄物より固液分離したメタン菌水溶液を槽外へ導出し、該導出したメタン菌水溶液中の脂肪酸を分解処理し、該脂肪酸処理後の処理済水溶液を前記嫌気性条件下の発酵に再利用することを特徴としている。
以上のメタン発酵方法は次のように具体化することがより好ましい。すなわち、前記脂肪酸の分解処理は、水分含有率が６５〜８５ｗｔ％の範囲内である低水分有機性廃棄物を固液分離した前記メタン菌水溶液を槽外へ導出し、該メタン菌水溶液を水分含有率が９０〜９５ｗｔ％の範囲内である高水分有機性廃棄物と混合し、該混合メタン菌水溶液を嫌気性条件下にて発酵することにより行うことである（請求項２）。また、前記脂肪酸の分解処理は、前記メタン菌水溶液を好気発酵することにより行うことである（請求項３）。また、前記脂肪酸の分解処理は、前記メタン菌水溶液を好気発酵し、該好気発酵処理後の好気発酵済水溶液を、高水分有機性廃棄物と混合させることにより行うことである（請求項４）。ここで、前記脂肪酸は、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ピルビン酸、ギ酸、乳酸、コハク酸、安息香酸のうち少なくとも１種である（請求項５）。なお、前記脂肪酸処理後の処理済水溶液は、必ずしも中性でなくてもよく、各種試験からはｐＨ６．８〜８．８の範囲内に維持することが最適なものとなる。
【０００７】
請求項６〜８の発明は上記発明を装置として捉えたものである。すなわち、
請求項６の発明は、槽内で有機性廃棄物を嫌気性条件下にてメタン発酵させメタンガスを生成し回収するメタン発酵装置であって、前記槽内でメタン菌水溶液を低水分有機性廃棄物に加えて該低水分有機性廃棄物を発酵させる乾式発酵槽と、前記低水分有機性廃棄物より固液分離したメタン菌水溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽内のメタン菌水溶液を高水分有機性廃棄物に加え混合した混合メタン菌水溶液を、嫌気性条件下にて発酵させ脂肪酸を分解処理する湿式発酵槽と、前記脂肪酸を分解処理した後の処理済水溶液を前記乾式発酵槽に戻し前記低水分有機性廃棄物に加える循環経路とを備えていることを特徴としている。
請求項７の発明は、槽内で有機性廃棄物を嫌気性条件下にてメタン発酵させメタンガスを生成し回収するメタン発酵装置であって、前記槽内でメタン菌水溶液を低水分有機性廃棄物に加えて該低水分有機性廃棄物を発酵させる乾式発酵槽と、前記低水分有機性廃棄物より固液分離したメタン菌水溶液を貯留する貯留槽と、前記メタン菌水溶液を曝気処理する好気発酵槽と、前記貯留槽内のメタン菌水溶液を前記好気発酵槽にて曝気処理した後の好気発酵処理済水溶液として前記乾式発酵槽に戻し前記低水分有機性廃棄物に加える循環経路とを備えていることを特徴としている。
以上の請求項６の発明装置では、前記貯留槽と前記湿式発酵槽との間に介在されて前記メタン菌水溶液を曝気処理する好気発酵槽を有しており、前記貯留槽内のメタン菌水溶液を、前記好気発酵槽にて曝気処理した後の好気発酵処理済水溶液として前記湿式発酵槽へ導入することをがより好ましい（請求項８）。
【発明の効果】
【０００８】
・請求項１の発明では、メタン発酵法において、固液分離したメタン菌水溶液を発酵槽の外へ導出し、該導出したメタン菌水溶液について脂肪酸を分解処理し、該脂肪酸処理後の処理済水溶液を再利用する。発酵槽での固液分離において、脂肪酸はメタン菌水溶液側に移行するので、発酵槽内のバイオマス中の脂肪酸は低下し、メタンガスを高効率で生成し回収することができる。また、固液分離されたメタン菌水溶液中の脂肪酸を分解処理するため、処理後の処理済水溶液を循環再利用することによって廃液処理工程を省略または簡略化できる。
【０００９】
・請求項２の発明では、メタン菌水溶液を水分含有率が９０〜９５ｗｔ％の範囲内とした高水分有機性廃棄物と混合させた後、嫌気性条件下にて発酵することによって、湿式メタン発酵処理において脂肪酸が分解処理され、メタン菌を増殖させることができる。また、メタン発酵において、有機性廃棄物の水分含有率を６５ｗｔ％以上に維持することでメタン菌の正常な活動を保ち、かつ、有機性廃棄物の水分含有率を８５ｗｔ％以下に抑えることで発酵槽の巨大化を防ぎバイオマス自体の最終的な廃棄処理経費を低減できるようにする。
・請求項３の発明では、メタン菌水溶液内に空気又は酸素を供給することで、メタン菌水溶液中の好気性細菌（該好気性細菌は嫌気性条件下でのメタン発酵によっても、一部が残存・休眠している）による酸化分解作用を促し、酸分解された好気発酵処理済水溶液（ｐＨ値が上昇し、酸性から中性へと移行している）として乾式発酵槽に戻すことに意義がある。
・請求項４の発明では、請求項３の酸分解された好気発酵処理済水溶液をさらに高水分有機性廃棄物と混合させた後に乾式発酵槽に戻すことに意義がある。
・請求項５の発明は対象脂肪酸を明確に特定したことに意義がある
【００１０】
・請求項６の発明は、図１や図２等に例示されるようなメタン発酵装置としてのプラントシステムを構築可能にする。そして、湿式発酵槽内において混合メタン菌水溶液を混合することによって、脂肪酸の分解処理時間を短くすることができるので、混合メタン菌水溶液を滞留させるための容量の大きい処理槽を用いることなく、連続的に効率良く処理済水溶液を乾式発酵槽に送ることが可能となる。この場合、請求項８の発明では、好気発酵槽内においてｐＨ値が高くなった好気発酵処理済水溶液が、好気発酵槽から湿式発酵槽へと供給される。また、曝気することによって、溶存しているアンモニアなどのガスを除去したり、好気発酵槽内の攪拌作用も同時に行えという利点を有している。
・請求項７の発明は、図３や図４等に例示されるようなメタン発酵装置としてのプラントシステムを構築可能にする。そして、メタン菌水溶液は好気発酵槽内において酸分解された好気発酵処理済水溶液に処理されて乾式発酵槽に戻すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るメタン発酵方法及び装置について図面を参照しながら説明する。図１は第１実施例のメタン発酵装置を示す模式図、図２はその変形例のメタン発酵装置を示す模式図である。図３は第２実施例のメタン発酵装置を示す模式図、図４はその変形例のメタン発酵装置を示す模式図である。図５は第３実施例のメタン発酵装置を示す模式図、図６はその変形例のメタン発酵装置を示す模式図である。以下の説明では、図１のメタン発酵装置を詳述した後、該装置を用いたメタン発酵方法と、図２〜図６のメタン発酵装置について言及する。なお、図２〜図６の各装置では、図１の装置と作用的に同じ部材や部位に同一符号を付して、変更点だけを説明する。
【００１２】
（第１実施例）図１のメタン発酵装置は、バイオマス１の所定量を槽内に収容可能な乾式発酵槽２と、発酵槽２で固液分離されたメタン菌水溶液（発酵槽２内のバイオマスから固液分離した液側のもの）を導入して貯留する貯留槽３と、メタン菌水溶液と高水分バイオマスとを混合し、嫌気性条件下にて発酵させて脂肪酸を分解処理する湿式発酵槽４とを備え、それら各槽が循環経路５により連結されている。
【００１３】
ここで、乾式発酵槽２は、バイオマス１を保持してメタン発酵させる箇所である。槽構造は、バイオマス１を適宜な保持手段により槽内の任意箇所に載置可能であると共に、槽内上側に設けられてメタン菌水溶液をバイオマス１に加えるノズル１０と、槽内下部に設けられてバイオマス１からメタン菌を含むメタン菌水溶液を固液分離する分離器１１と、槽内上部に接続されて生成したメタンガスを槽外へ導出する回収経路１２などを有している。なお、発酵槽２には、図示を省略しているが、槽内を設定温度に保持する温度調整手段、槽内のメタン菌水溶液中のｐＨ濃度を検知するｐＨ検知器（検知センサ等）などが設けられている。
【００１４】
分離器１１は、バイオマス１からメタン菌水溶液を固液分離するものである。この型式は、重力流下分離器ないしは重力流下分離方法を採用しているが、これ以外の濾過分離器、遠心分離器、圧搾分離器、沈降分離器、浮上分離器、それらの分離方法等でもよい。また、回収経路１２は、不図示の開閉弁を介して開閉されると共に、発酵槽２の上部と不図示の回収タンクとを接続している。なお、メタン菌水溶液をバイオマスに加える方法としては、バイオマス１を発酵槽２内に適量だけセットした後、上部からメタン菌水溶液をノズル１０を介し加えて浸透させる方法（以下、浸透方法と称する）と、発酵槽２内にメタン菌水溶液をノズル等を介して適量だけ貯めた後、バイオマスを発酵槽内に投入し浸漬させる方法（以下、浸漬方法と称する）とがある。
【００１５】
ノズル１０は、複数個が用いられており循環経路５を構成している下流側の配管５ｅの先端に接続されている。このノズル形状としては、前記浸透方法の場合ではシャワーノズル、スプレーノズル、スプリンクラー等が好ましく、前記浸漬方法の場合では注入ノズル等が好ましい。槽内でバイオマス１から分離されたメタン菌水溶液は、貯蔵層３に一旦取り出された後、湿式発酵槽４にて脂肪酸が分解処理され、処理済水溶液として乾式発酵槽２に戻される。このため、通常は、貯留槽３からメタン菌水溶液を導出する工程、すなわち湿式発酵槽４内に注入する工程と、該湿式発酵槽４から処理済水溶液を導出する工程、すなわち乾式発酵槽２内のバイオマス１に加える工程は連続的でなく半連続的又は間欠的となる。
【００１６】
貯留槽３は、乾式発酵槽２で固液分離されて槽外へ導出されたメタン菌水溶液を貯留する箇所である。発酵槽２内のバイオマスから分離されたメタン菌水溶液について、貯留槽の内底側にある程度溜まった時点で、槽内より導出され、導出されたメタン菌水溶液は、高水分バイオマス（水分含有率が９０ｗｔ％以上のバイオマスをいう）が保持されている湿式発酵槽４に送られる。なお、貯留槽３においてもメタンガスが発生するため、槽内上部に接続されて生成したメタンガスを槽外へ導出し回収する回収経路１２ａが設けられている。回収経路１２ａは、発酵槽２からのメタンガスを回収するメインの回収経路１２と接続されている。また、貯留槽３には、図示を省略しているが、槽内を設定温度に保持する温度調整手段、槽内のメタン菌水溶液中のｐＨ濃度を検知するｐＨ検知器（検知センサ等）などが設けられている。
【００１７】
湿式発酵槽４は、メタン菌水溶液と高水分バイオマスとを混合し、脂肪酸を嫌気性条件下にて分解処理する箇所である。槽構造は、高水分バイオマスを適宜貯留すると共に、槽内上側に設けられて貯留槽３側から送られてくるメタン菌水溶液を高水分バイオマスに加える注入ノズル１４と、メタン菌水溶液と高水分バイオマスとを混合させる混合手段と、不図示の温度調整手段とを有している。このうち、注入ノズル１４は、貯留槽３からの循環経路５を構成している下流側の配管５ｃの先端に接続されている。混合手段としては、汎用の攪拌機１５を用いているが、槽底部からポンプにて液を抜き出し、槽上部からその液を戻すといった循環攪拌方法でもよい。要は、湿式発酵槽４内のメタン菌水溶液と高水分バイオマスとを均一に混合する能力を有している態様であればよい。前記温度調整手段は、湿式発酵槽４の槽内温度を設定温度に調整するものであって、ヒーター等が好ましい。なお、メタン発酵温度には、一般に中温発酵（３０〜４０℃）と高温発酵（５０〜６０℃）とがある。以上の装置では発酵速度が大きくメタン生成率も高い高温発酵、プロセスの安定性が高い中温発酵のどちらでも運転可能である。設定温度はバイオマス種類や特性、地域、季節などを考慮して適宜に決定される。そして、装置稼動は、例えば、中温発酵にて運転させる場合、中温発酵の最低温度である３０℃より温度が低くなると、不図示の温度センサが検知し、ヒーターが作動し、設定温度に加熱できるようになっている。また、前記したように、酸発酵によって生じた脂肪酸を偏性嫌気性細菌（酸素がない状態でのみ生息できる菌）の活動によってメタンガスに転換するので、湿式発酵槽４においてもメタンガスが発生するため、槽内上部に接続されて生成したメタンガスを槽外へ導出し回収する回収経路１２ｂが設けられている。この回収経路１２ｂは、発酵槽２からのメタンガスを回収するメインの回収経路１２と接続されている。湿式発酵槽の内底部側にも、ｐＨ濃度を検知する不図示のｐＨ検知器（検知センサ等）が設けられている。
【００１８】
循環経路部５は、発酵槽２において固液分離されたメタン菌水溶液を貯留槽３へ送る配管５ａと、貯留槽３内のメタン菌水溶液をポンプ６ａを介して湿式発酵槽４内へ送る配管５ｂ，５ｃと、湿式発酵槽４内の処理済水溶液をポンプ６ｂを介して発酵槽２内のノズル１０へ送る配管５ｅとから構成されている。また、各配管には開閉弁などが適宜付設されている。
【００１９】
（メタン発酵方法）以上のメタン発酵装置の操作例について説明する。このメタン発酵方法では、乾式発酵槽２内に所定のバイオマス１がセットされる。バイオマス１は、牛糞／鶏糞／豚糞等の家畜糞尿や剪定枝／わら等の敷料である畜産系廃棄物、生ゴミ／魚のあら／パン粉／おから／酒粕等の食品系廃棄物が対象となり、畜産系廃棄物単独、食品系廃棄物単独の各態様以外に、両者を混ぜた態様であっても差し支えない。なお、畜産系廃棄物は、動物の体内でメタン菌が活動しており、メタン発酵の立ち上がりが速い。この点、生ゴミ等の食品系廃棄物は、メタン菌が含まれていないか、含まれていてもごく僅かであり、畜産系廃棄物よりメタン発酵の立ち上がりが遅いので、例えば、対象のバイオマスを予め好気発酵、粉砕などの前処理を行うことが好ましい。また、バイオマスは廃棄された状態のまま、つまり基本的には水分調整を行わないが、水分含有率が６０ｗｔ％より少なくなるとメタン菌の正常な活動が維持されないので、６０ｗｔ％以上になるよう水分を添加する。逆に、水分含有率が８５ｗｔ％以上だと水分が過多になり、発酵槽の巨大化、バイオマス自体の最終処分に時間と経費がかかる。このため、バイオマスの水分含有率は６５〜８５ｗｔ％の範囲に収まるようにする。
【００２０】
以上の装置構成において、装置稼動時に次のような流れを形成する。なお、この例では、湿式発酵槽４に予め用意された高水分バイオマス（前記で説明したバイオマスを水分調整つまり水分含有率９０ｗｔ％以上にしたもの）が貯留されているものとする。まず、湿式発酵槽４内の高水分バイオマスを配管５ｄ，５ｅ及びノズル１０などを介し発酵槽２内のバイオマス１に加える。発酵槽２では、そのバイオマス１について分離器１１で固液分離し、分離後のメタン菌水溶液を配管５ａ等を介して貯留槽３に送る。貯留槽３内のメタン菌水溶液は配管５ｂ，５ｃ、ポンプ６ａを介して湿式発酵槽４に導出される。その後は、設定温度に管理された湿式発酵槽内にて攪拌混合され、脂肪酸が分解処理され、所定の処理済水溶液として処理される。
【００２１】
ここで、湿式発酵槽４内の混合メタン菌水溶液のｐＨ値が設定値より低くなった場合は、貯留槽３から導入するメタン菌水溶液の添加量・供給量を制御又は停止させ、ｐＨ値を６．８〜８．８の範囲内に調整する。換言すると、湿式発酵槽４内で調整された処理済水溶液を発酵槽２内のバイオマス１に加える点は、例えば、従来のように発酵槽２のバイオマス中のｐＨ値を測定し、ｐＨの低下を検知した段階でバイオマス中のｐＨ値を上げようとすることは既に手遅れであることが多いため、発酵槽２側のｐＨ値を基準にｐＨ値を調整するのではなく、湿式発酵槽４における混合メタン菌水溶液のｐＨ値を常に６．８〜８．８の範囲内に維持することによって、効率良くメタン発酵を行えるようにする。
【００２２】
（第１実施例の変形例）図２は図１の実施例に対し、乾式発酵槽内のバイオマスを固液分離し、貯留槽に貯留されたメタン菌水溶液の一部を元の乾式発酵槽に循環させる形態を想定したものである。すなわち、この装置構成では、貯留槽３と湿式発酵槽４とを連結する配管５ｃ途中に、貯留槽３内のメタン菌水溶液を乾式発酵槽２内に直に送る配管５ｆを設け、メタン菌水溶液を循環することになる。このような構成は、メタン菌水溶液のｐＨ値が安定している場合にも、その都度、湿式発酵槽４を介するという手間を省き、メタン菌水溶液の一部を貯留槽３から乾式発酵槽２に直接戻すことによって湿式発酵槽の運転負担を低減できるようにしたものである。
【００２３】
（第２実施例）図３のメタン発酵装置は、バイオマス１の所定量を槽内に収容可能な乾式発酵槽２と、発酵槽２で固液分離されたメタン菌水溶液（発酵槽２内のバイオマスから固液分離した液側のもの）を導入して貯留する貯留槽３と、メタン菌水溶液を曝気処理する好気発酵槽７とを備え、それら各槽が循環経路５により連結されている。換言すると、このメタン発酵装置は、図１の湿式発酵槽４を好気発酵槽７に変更した構造となっている。ここで、好気発酵槽７は、内底部に配置された散気管１６を有している。そして、好気発酵槽７内には、外部に装備される不図示のエアポンプ等よりエアーが散気管１６に圧送されて該散気管の複数の孔から抜き出される。また、好気発酵槽７には、前記した貯留槽３内のメタン菌水溶液が配管５ｂ，５ｃと、ポンプ６ａ及びノズル１７などを介して供給可能になっている。そして、好気発酵槽７内の好気発酵処理済水溶液は、配管５ｄと配管５ｅとの間に介在されたポンプ６ｂにより乾式発酵槽２へ圧送される。なお、この好気発酵槽７にも、図示を省略しているが、槽内を設定温度に保持する温度調整手段、槽内のメタン菌水溶液中のｐＨ濃度を検知するｐＨ検知器（検知センサ等）などが設けられている。
【００２４】
以上の装置構成にあっては、メタン菌水溶液が貯留槽３から好気発酵槽７に導入される。好気発酵槽７では、エアー（酸素でもよい）を槽内底側の散気管１６から連続して吹き込むことによって、好気発酵槽内のメタン菌水溶液を常に好気状態としておき、乾式発酵槽２から固液分離されたメタン菌水溶液のｐＨ値が低い場合であっても運転に支障をきたさぬように、酸分解つまりｐＨ調整が可能となる。この場合、好気発酵槽７内の温度は、乾式発酵槽２内の発酵温度とほぼ同じくなるよう、中温発酵の場合は３０〜４０℃、高温発酵の場合は５０〜６０℃の温度範囲となるように設定する。ここで、本発明の好気発酵処理済水溶液は、メタン菌水溶液を好気発酵槽７にて好気発酵させたものである。この構成では、メタン菌水溶液を専用の好気発酵槽７に導入し、空気（酸素）を供給することによりメタン菌水溶液中の好気性細菌による酸化分解作用を促し、酸分解された好気発酵処理済水溶液のｐＨ値が上昇し、酸性から中性へ移行する。そして、ｐＨ値が高くなった好気発酵処理済水溶液が乾式発酵槽２へ供給される。また、このように曝気することによって、溶存しているアンモニアなどのガスを除去したり、好気発酵槽内の攪拌作用も同時に行える。なお、従来技術としては、乾式メタン発酵の前処理としてバイオマスを曝気（好気発酵）させることは公知である。しかし、本発明は、直接バイオマスを曝気するのではなく、バイオマスから固液分離したメタン菌水溶液を曝気させる。この利点は、例えば、処理対象のバイオマスの容量に比べればメタン菌水溶液の容量は少なく、バイオマス自体を曝気させるよりも曝気設備の費用が抑えられる。また、ｐＨ調整を行うにも、バイオマス自体を調整するよりもメタン菌水溶液を調整する方が、水分率が高く流動性もあり扱いやすい。
【００２５】
（第２実施例の変形例）図４は図３の実施例に対し、図２の構成と同様に乾式発酵槽内のバイオマスを固液分離し、貯留槽に貯留されたメタン菌水溶液の一部を元の乾式発酵槽に循環させる形態を想定したものである。すなわち、この装置構成では、貯留槽３と好気発酵槽７とを連結する配管５ｃ途中に、貯留槽３内のメタン菌水溶液を乾式発酵槽２内に直に送る配管５ｆ及び開閉弁などを設け、メタン菌水溶液を循環する。これは、メタン菌水溶液のｐＨ値が安定している場合にも、その都度、好気発酵槽７を介するという手間を省き、例えば、メタン菌水溶液の一部を貯留槽３から乾式発酵槽２に直接戻すことによって好気発酵槽の運転負担を低減できるようにする。
【００２６】
（第３実施例）図５のメタン発酵装置は、上記第１実施例と第２実施例に対し、貯留槽のメタン菌水溶液を湿式発酵槽へ供給する途中の工程で好気発酵処理を行うようにした例である。すなわち、この装置構成では、貯留槽３と湿式発酵槽４との間に好気発酵槽７が介在されている。この好気発酵槽７は、内底部に配置された散気管１６を有している。そして、好気発酵槽７内には、外部に装備される不図示のエアポンプ等よりエアーが散気管１６に圧送されて散気管１６の複数の孔から抜き出される。また、好気発酵槽７には、前記貯留槽３内のメタン菌水溶液が配管５ｂ，５ｃ、ポンプ６ａ及び開閉弁を介して供給可能になっている。好気発酵槽７と湿式発酵槽４とは、循環経路５を構成している配管５ｇで接続されている。そして、好気発酵槽７内の好気発酵処理済水溶液は、配管５ｇに介在されたポンプ６ｃにより湿式発酵槽４へ圧送される。また、このメタン発酵装置では、好気発酵槽７と湿式発酵槽４とを接続している配管５ｇ途中に、好気発酵槽７内の好気発酵処理済水溶液を乾式発酵槽２内に直に送る配管５ｊ及び開閉弁などを設けており、図３や図４のメタン発酵装置と同様な態様に切換可能となっている。
【００２７】
以上の装置構成にあっては、例えば、湿式発酵槽４内のｐＨ値が安定しにくいような場合に、好気発酵槽７を経由して、湿式発酵槽４に好気発酵処理済水溶液を供給するようにする。また、好機発酵槽７内の好気発酵処理済水溶液を配管５ｇ，５ｊ及び開閉弁等を介して乾式発酵槽２に戻すことにより、例えば、好気発酵処理済水溶液のｐＨ値が安定している場合にも、その都度、湿式発酵槽４を介するという手間を省くようにすることも可能である。
【００２８】
（第３実施例の変形例）図６のメタン発酵装置は、図５の構成に対し、湿式発酵槽内のｐＨ値が、メタン菌水溶液の供給制御によっても、ｐＨ値が安定し難いような形態を想定したものである。すなわち、この装置構成では、湿式発酵槽４内にｐＨ調整剤を配管５ｈを介して添加するｐＨ剤貯槽８と、湿式発酵槽４内に高水分バイオマス（乾式発酵槽内のバイオマスと同じか類似するものを水分調整（水分含有率９０ｗｔ％）したもの）を添加する栄養剤貯槽９とを設け、湿式発酵槽４内の高水分バイオマスのｐＨ値が６．８〜８．８の範囲内に安定しない場合、ｐＨ剤貯槽８や栄養剤貯槽９から不図示の開閉弁などを介してそれぞれ配管５ｈから適量づつ添加することになる。
【００２９】
なお、本発明は、以上の実施例や変形例に何ら制約されるものではなく、請求項で特定した要件を充足すればよく、細部は以上の具体例を参照して種々変形したり展開可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施例のメタン発酵装置を示す模式図である。
【図２】図１のメタン発酵装置の変形例を示す模式図である。
【図３】第２実施例のメタン発酵装置を示す模式図である。
【図４】図３のメタン発酵装置の変形例を示す模式図である。
【図５】第３実施例のメタン発酵装置を示す模式図である。
【図６】図５のメタン発酵装置の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…バイオマス（有機性廃棄物）
２…乾式発酵槽（１０はノズル、１１は分離器）
３…貯留槽
４…湿式発酵槽（１５は攪拌機）
５…循環経路（５ａ〜５ｊは配管、６ａ〜６ｃはポンプ）
７…好気発酵槽（１６は散気管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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