(57)【要約】【課題】有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成時において、含有するＮ2及びＯ2を、低コストで脱気することができるバイオガスの生成方法、及びバイオガスの生成システムを提供する。【解決手段】  バイオガスの生成方法は、精製装置６５で排出されるオフガスを、一次原料Ｍ１が投入された状態の希釈槽１０内の下部に導入し、オフガスを希釈槽１０の底面１０ａに向けて吐出するオフガス吐出工程と、オフガス吐出工程の後、希釈槽１０内の一次原料Ｍ１に混在するＮ2及びＯ2を、オフガスにより、希釈槽１０の下部から一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上に浮上させ、希釈槽１０内の上部に貯留した貯留ガスを、第２吸引ポンプＰ２で吸引する貯留ガス吸引工程と、を有することを特徴とする。【選択図】 図１
2011213855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入して攪拌した状態の原料を、発酵槽に供給して前記発酵槽内でメタン発酵させて発酵ガスを生成し、前記発酵ガスに含有する不要ガスを、精製装置で除去してバイオガスを生成するバイオガスの生成方法において、
前記精製装置で排出されるオフガスを、前記原料が投入された状態の前記希釈槽内の下部に導入し、前記オフガスを前記希釈槽の底面に向けて吐出するオフガス吐出工程と、
前記オフガス吐出工程の後、前記希釈槽内の前記原料に混在するＮ2及びＯ2を、前記オフガスにより、前記希釈槽の下部から前記原料の最上位面上に浮上させ、前記希釈槽内の上部に貯留した貯留ガスを、ポンプで吸引する貯留ガス吸引工程と、を有することを特徴とするバイオガスの生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載するバイオガスの生成方法において、
有機性廃棄物と水とを前記希釈槽に投入後、次に有機性廃棄物と水とを前記希釈槽に投入するまでの１サイクルの間に、前記オフガス吐出工程及び前記貯留ガス吸引工程が、それぞれ複数回に亘って実施されることを特徴とするバイオガスの生成方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するバイオガスの生成方法において、
前記オフガス吐出工程は、有機性廃棄物と水とを攪拌しているときに、実施されることを特徴とするバイオガスの生成方法。
【請求項４】
有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入して攪拌した状態の原料を、発酵槽に供給して前記発酵内でメタン発酵させて発酵ガスを生成し、前記発酵ガスに含有する不要ガスを、精製装置で除去してバイオガスを生成するバイオガスの生成システムにおいて、
前記精製装置から排出されたオフガスを、ノズルを通じて前記希釈槽の下部から前記原料の液面に向けて吐出させるオフガス吐出部と、
前記希釈槽に前記原料が投入された状態にあるとき、前記原料の最上位面上にある前記希釈槽内の空間の雰囲気を吸引する吸引ポンプと、
を備えていることを特徴とするバイオガスの生成システム。
【請求項５】
請求項４に記載するバイオガスの生成システムにおいて、
前記オフガス吐出部は、前記希釈槽の底より径小な環状または板状に形成され、
前記ノズルは、前記希釈槽の底と対向する向きに複数設けられていることを特徴とするバイオガスの生成システム。
【請求項６】
請求項４に記載するバイオガスの生成システムにおいて、
前記希釈槽に、投入した有機性廃棄物及び水を攪拌する攪拌手段を備え、
前記攪拌手段は、前記希釈槽の軸線方向に延びる中空状の軸部と、前記軸部を中心に径外側に延び、前記希釈槽より径小な少なくとも１つの羽根部と、を有し、
前記オフガス吐出部は、前記羽根部に形成され、前記軸部の内部にある軸部管路と連通していること、
前記ノズルは、前記希釈槽の底と対向する向きに複数設けられていることを特徴とするバイオガスの生成システム。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のいずれか１つに記載するバイオガスの生成システムにおいて、
前記吸引ポンプによる雰囲気の吸引と、前記オフガス吐出部の前記ノズルから前記オフガスの吐出とを制御する制御手段を有することを特徴とするバイオガスの生成システム。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれか１つに記載するバイオガスの生成システムにおいて、
前記希釈槽は、２つ以上有し、前記各希釈槽は、前記発酵槽と並列に併設され、
前記精製装置から排出されたオフガスが流通するオフガス管路が、前記各希釈槽の前記オフガス吐出部と並列に接続されていることを特徴とするバイオガスの生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成方法及び生成システム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全と、エネルギの有効活用の観点から、有機性廃棄物をメタン発酵させて得られるバイオガスは、有益なエネルギ源として注目されており、バイオガスの普及に向けた技術開発が広く行われている。バイオガスは、例えば、燃料電池、発電設備等に用いる燃料として利用することができるほか、ライフラインである導管に供給することで、都市ガスとして民生用にも利用できると期待されている。
一般的に、バイオガスの精製前のガスとして、メタン発酵槽内で生成した発酵ガスは、ＣＨ4とＣＯ2で大半を占めており、これら以外に、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3、Ｈ2、Ｎ2及びＯ2等のガス成分や水分を含んでいる。このような発酵ガスをエネルギとして利用するときには、ＣＨ4以外の異物をできるだけ排除して、ＣＨ4の組成割合を相対的に高くしておく必要がある。
従来、ＣＯ2の含有割合を低減させる方法の１つとして、例えば、特許文献１に記載されたメタンガス発酵方法及びその装置が開示されている。図１３は、特許文献１に記載されたメタンガス発酵装置の説明図である。図１４は、従来のメタンガスの生成システムについて、例示した概略フロー図である。
【０００３】
特許文献１は、メタン発酵槽３０１に有機性廃棄物が供給された状態にあるとき、図１３に示すように、内部液の一部を循環ポンプ３０３によりメタン発酵槽３０１外の減圧脱気装置３０２に圧送する。この減圧脱気装置３０２内で、圧送された内部液を大気圧以下に減圧することで、内部液に溶解しているＣＯ2が真空ポンプ３０４で吸引し除去され、この後、脱気した内部液が、循環ポンプ３０３によってメタン発酵槽３０１内に還流されている。ＣＯ2は、特許文献１のようなメタンガス発酵装置で低減できるほか、図１４に示すように、ＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ及びＮＨ3と共に、周知のメタンガス精製装置２６５で概ね除去できる技術が既に開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１１１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１４に示すように、メタン発酵槽２５０内で生成した状態にある発酵ガスから、含有するＮ2及びＯ2を精度良く除去する必要があり、発酵ガスの精製時にＮ2及びＯ2を脱気するのに、コストが相当かかり、発酵ガスの精製後のガスにＮ2及びＯ2を含有しないバイオガスを、都市ガスとして導管に供給することが困難である問題がある。
この問題は、以下の理由で生じていた。
【０００６】
通常、都市ガスの代表として、導管を流通している１３Ａガスの成分は、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、及びＣ4Ｈ10からなり、ＣＨ4が９０％近くを占め、次いでＣ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10の組成割合の順で組成され、１３Ａガスには、Ｎ2やＯ2は含まれていない。
１３Ａガス等の都市ガスのユーザーは、そのガス成分や燃焼特性に基づいたガス機器を使用している。そのため、精製後の発酵ガスであるバイオガスを、都市ガスとして利用しようとすると、ユーザー側のガス機器等の都合上、バイオガスの成分や燃焼特性を、ユーザーが現在使用している１３Ａのガス等に合わせる必要がある。
また、１３Ａガス等の都市ガスは、鋼製の導管に流通させてガス使用者に供給している場合がある。このような場合、Ｏ2を含むバイオガスを導管に流通させると、導管が経時的に酸化して腐食する虞もあり、バイオガスにＯ2が含有することは好ましくない。バイオガスを、燃料電池等で燃料として用いる場合についても、１３Ａガス等の都市ガスと同様に、設備の都合上、Ｎ2及びＯ2が含まれていないことが好ましい。
従って、バイオガスを都市ガスや、燃料電池等の燃料として利用するには、バイオガスにＮ2及びＯ2が含有していないよう、発酵ガスの精製時に、Ｎ2及びＯ2を脱気しておかなければならない。
【０００７】
メタンガスの生成システムでは、希釈槽２１０を通じてメタン発酵槽２５０に供給された原料を、メタン発酵槽２５０内でメタン発酵させて発酵ガスが生成される。前述したように、メタン発酵槽２５０内で生成した発酵ガスから、ＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ及びＮＨ3を除去することは、既存のメタンガス精製装置２６５でできている。
しかしながら、一般的に、既存のメタンガス精製装置２６５には、Ｎ2及びＯ2までをも脱気できる機能が搭載されておらず、既存のメタンガス精製装置２６５では、Ｎ2及びＯ2の脱気はできていない。そのため、発酵ガスの精製時に、Ｎ2及びＯ2までをも脱気しようとすると、Ｎ2及びＯ2までをも脱気できる機能を、既存のメタンガス精製装置２６５に付加させる改造を行わなければならない。あるいは、ＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ及びＮＨ3をはじめ、Ｎ2及びＯ2までをも脱気できる新たなメタンガス精製装置を設備する必要があり、そのような大がかりな設備投資に多大なコストがかかる。
従って、都市ガスとして、Ｎ2及びＯ2を含有しないバイオガスを導管に供給するしようとすると、設備コストが余りにもかかり過ぎるため、１３Ａガス等の都市ガスと共に、バイオガスを、導管に供給することが困難な状況にあり、バイオガスが、民生用の都市ガスとして幅広くスムーズに普及できない一因にもなっている。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成時において、含有するＮ2及びＯ2を、低コストで脱気することができるバイオガスの生成方法、及びバイオガスの生成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】
【０００９】
上記の問題点を解決するために、本発明のバイオガスの生成方法、及び本発明のバイオガスの生成システムは、次の構成を有している。
（１）有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入して攪拌した状態の原料を、発酵槽に供給して発酵槽内でメタン発酵させて発酵ガスを生成し、発酵ガスに含有する不要ガスを、精製装置で除去してバイオガスを生成するバイオガスの生成方法であって、精製装置で排出されるオフガスを、原料が投入された状態の希釈槽内の下部に導入し、オフガスを希釈槽の底面に向けて吐出するオフガス吐出工程と、オフガス吐出工程の後、希釈槽内の原料に混在するＮ2及びＯ2を、オフガスにより、希釈槽の下部から原料の最上位面上に浮上させ、希釈槽内の上部に貯留した貯留ガスを、ポンプで吸引する貯留ガス吸引工程と、を有することを特徴とする。
（２）（１）に記載するバイオガスの生成方法において、有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入後、次に有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入するまでの１サイクルの間に、オフガス吐出工程及び貯留ガス吸引工程が、それぞれ複数回に亘って実施されることを特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載するバイオガスの生成方法において、オフガス吐出工程は、有機性廃棄物と水とを攪拌しているときに、実施されることを特徴とする。
（４）有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入して攪拌した状態の原料を、発酵槽に供給して発酵内でメタン発酵させて発酵ガスを生成し、発酵ガスに含有する不要ガスを、精製装置で除去してバイオガスを生成するバイオガスの生成システムにおいて、精製装置から排出されたオフガスを、ノズルを通じて希釈槽の下部から原料の最上位面に向けて吐出させるオフガス吐出部と、希釈槽に原料が投入された状態にあるとき、原料の最上位面上にある希釈槽内の空間の雰囲気を吸引する吸引ポンプと、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
（５）（４）に記載するバイオガスの生成システムにおいて、オフガス吐出部は、希釈槽の底より径小な環状または板状に形成され、ノズルは、希釈槽の底と対向する向きに複数設けられていることを特徴とする。
（６）（４）に記載するバイオガスの生成システムにおいて、希釈槽に、投入した有機性廃棄物及び水を攪拌する攪拌手段を備え、攪拌手段は、希釈槽の軸線方向に延びる中空状の軸部と、軸部を中心に径外側に延び、希釈槽より径小な少なくとも１つの羽根部とを有し、オフガス吐出部は、羽根部に形成され、軸部の内部にある軸部管路と連通していること、ノズルは、希釈槽の底と対向する向きに複数設けられていることを特徴とする。
（７）（４）乃至（６）のいずれか１つに記載するバイオガスの生成システムにおいて、吸引ポンプによる雰囲気の吸引と、オフガス吐出部のノズルからオフガスの吐出とを制御する制御手段を有することを特徴とする。
（８）（４）乃至（７）のいずれか１つに記載するバイオガスの生成システムにおいて、希釈槽は、２つ以上有し、各希釈槽は、発酵槽と並列に併設され、精製装置から排出されたオフガスが流通するオフガス管路が、各希釈槽のオフガス吐出部と並列に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成を有する本発明の作用効果について説明する。
本発明の流体制御弁のバイオガスの生成方法では、
（１）精製装置で排出されるオフガスを、原料が投入された状態の希釈槽内の下部に導入し、オフガスを希釈槽の底面に向けて吐出するオフガス吐出工程と、オフガス吐出工程の後、希釈槽内の原料に混在するＮ2及びＯ2を、オフガスにより、希釈槽の下部から原料の最上位面上に浮上させ、希釈槽内の上部に貯留した貯留ガスを、ポンプで吸引する貯留ガス吸引工程と、を有するので、オフガス吐出工程において、ＣＯ2を主成分とするオフガスを、Ｎ2及びＯ2を含有した原料内に希釈槽の底面に向けて吐出することで、吐出口で原料が詰まることなくオフガスが原料内に充填される。
その後、Ｎ2、Ｏ2とオフガスとの間で置換が行われ、Ｎ2ガス、Ｏ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2とオフガスとの置換反応で生成された化合物（以下、単に「貯留ガス」と称する。）が、原料の最上位面上に向けて浮上し、希釈槽の上部にある原料の最上位面上の空間に、時間の変化と共に貯留されてくる。貯留ガス吸引工程では、希釈槽の上部に貯留した貯留ガスをポンプで吸引することで、貯留ガス、すなわち原料内に含有していたＮ2及びＯ2は、外部に排出され、発酵槽に供給する原料に混在するのを防止することができる。
【００１２】
ところで、希釈槽の上部にある原料の最上位面上の空間には、吐出したオフガスが一部含まれていることもあり、このような一部のオフガスは、貯留ガス吸引工程で、貯留ガスと共に外部に排出されることもあるが、発酵槽に供給する前の状態にある原料にも、主にＣＯ2からなるオフガスが残留していることも考えられる。
しかしながら、発酵槽で原料をメタン発酵させた発酵ガスを生成した後、発酵ガスに含まれるＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスは、ＣＨ4ガス精製工程において既存の精製装置で除去できるため、発酵槽に供給する前の状態の原料に残留したＣＯ2も、このＣＨ4ガス精製工程で除去することもできる。また、オフガス吐出工程で再利用するオフガスとして、原料に残留したＣＯ2を再び希釈槽に向けて供給することもできる。
従って、本発明のバイオガスの生成方法では、オフガス吐出工程で、メタン発酵前の状態にある原料にオフガスを吐出して、貯留ガス吸引工程で、オフガスの吐出によって、Ｎ2ガス、Ｏ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2とオフガスとの置換反応で生成された化合物が排気されるため、Ｎ2及びＯ2の脱気に大がかりな設備を要することなく、簡単にＮ2及びＯ2の脱気をすることができる。
ひいては、有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成時において、原料に含有するＮ2及びＯ2を、低コストで脱気することができるため、発酵ガスを精製したバイオガスを導管に供給することも可能となり、このようなバイオガスが、民生用の都市ガスとして幅広くスムーズに普及できることも期待できる、という優れた効果を奏する。
さらに、本発明のバイオガスの生成方法により生成したバイオガスを、民生用の都市ガスが流通する鋼製の導管に供給しても、バイオガスにＯ2が含まれていないため、導管が経時的に酸化して腐食する虞もない。
【００１３】
（２）有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入後、次に有機性廃棄物と水とを希釈槽に投入するまでの１サイクルの間に、オフガス吐出工程及び貯留ガス吸引工程が、それぞれ複数回に亘って実施されるので、メタン発酵前の状態にある原料に含有するＮ2及びＯ2を、より確かに脱気することができる。
（３）オフガス吐出工程は、有機性廃棄物と水とを攪拌しているときに、実施されるので、吐出したオフガスが原料内に充填し易くなり、オフガスとＮ2、Ｏ2との置換が促進されて、希釈槽の上部に向けた貯留ガスの浮上を活性化させることができる。
【００１４】
また、本発明のバイオガスの生成システムでは、
（４）精製装置から排出されたオフガスを、ノズルを通じて希釈槽の下部から原料の最上位面に向けて吐出させるオフガス吐出部と、希釈槽に原料が投入された状態にあるとき、原料の最上位面上にある希釈槽内の空間の雰囲気を吸引する吸引ポンプと、を備えているので、ＣＯ2を主成分とするオフガスを、オフガス吐出部からメタン発酵前の状態にある原料に吐出し充填することで、原料では、Ｎ2、Ｏ2とオフガスとの間で置換が行われ、Ｎ2ガス、Ｏ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2とオフガスとの置換反応で生成された化合物（貯留ガス）が、原料の最上位面上に向けて浮上する。
浮上した貯留ガスは、オフガスの吐出後、時間の変化と共に、希釈槽の上部にある原料の最上位面上の空間に貯留され、ポンプにより、貯留した貯留ガスを吸引することで、外部に排出することができる。すなわち、貯留ガスが排出された状態の原料は、それまで原料に含有していたＮ2、Ｏ2を脱気した状態の原料に変化している。
Ｎ2、Ｏ2を脱気した状態の原料を発酵槽に供給し、メタン発酵を実施しても、このときに生じる発酵ガスに含有する不要ガスには、Ｎ2、Ｏ2がほとんど含有していない。一方、既存の精製装置を用いて従来通りの精製工程で、発酵ガスを精製することで、発酵ガスに含有するＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスは除去できる。
【００１５】
従って、本発明のバイオガスの生成システムでは、発酵槽でメタン発酵を行う前に、原料に含有するＮ2、Ｏ2を予め脱気しておき、この状態の原料に基づいてメタン発酵を実施するため、発酵ガスに含有する不要ガスに、Ｎ2、Ｏ2がほとんど含有していない。すなわち、発酵ガスから不要ガスを除去するのに、そのまま既存の精製装置を用いることができるため、精製装置に大がかりな設備投資が不要であり、これに伴う多大な設備コストもかからない。
ひいては、有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成時において、原料に含有するＮ2及びＯ2を、低コストで脱気することができるため、発酵ガスを精製したバイオガスを導管に供給することも可能となり、このようなバイオガスが、民生用の都市ガスとして幅広くスムーズに普及できることも期待できる、という優れた効果を奏する。
【００１６】
（５）オフガス吐出部は、希釈槽の底より径小な環状または板状に形成され、ノズルは、希釈槽の底と対向する向きに複数設けられているので、希釈槽内にある原料でノズル穴が詰まることなく、希釈槽内の原料に対し、万遍なくオフガスを吐出し、希釈槽とオフガス吐出部との隙間を通じて、オフガスが、原料の最上位液面に向けて移動することができる。
（６）希釈槽に、投入した有機性廃棄物及び水を攪拌する攪拌手段を備え、攪拌手段は、希釈槽の軸線方向に延びる中空状の軸部と、軸部を中心に径外側に延び、希釈槽より径小な少なくとも１つの羽根部とを有し、オフガス吐出部は、羽根部に形成され、軸部の内部にある軸部管路と連通していること、ノズルは、希釈槽の底と対向する向きに複数設けられているので、希釈槽内にある原料でノズル穴が詰まることなく、希釈槽内の原料に対し、万遍なくオフガスを吐出し、希釈槽と羽根部との隙間を通じて、オフガスが、原料の最上位面に向けて移動することができる。
しかも、オフガス吐出部を攪拌手段の羽根部に設けていることで、希釈槽内の省スペース化が可能となり、羽根部を、軸部中心に回転させれば、希釈槽内にある原料に対し、オフガス吐出部から吐出したオフガスを、希釈槽内の隅々まで行き渡らせることができる。
【００１７】
（７）吸引ポンプによる雰囲気の吸引と、オフガス吐出部のノズルからオフガスの吐出とを制御する制御手段を有するので、希釈槽に投入した原料から、混在するＮ2及びＯ2を脱気させて希釈槽の外部に排出するまでの一連のことが、制御手段によって、例えば２４時間、無人化運転で行う等、自動化して実施することができる。
（８）希釈槽は、２つ以上有し、各希釈槽は、発酵槽と並列に併設され、精製装置から排出されたオフガスが流通するオフガス管路が、各希釈槽のオフガス吐出部と並列に接続されているので、２つ以上の希釈槽のうち、一部の希釈槽において、希釈槽上部の空間に貯留した貯留ガスをポンプで吸引していたり、希釈槽内に原料を投入している間、残りの希釈槽において、Ｎ2、Ｏ2を脱気した状態の原料を発酵槽に供給し続けることができるため、供給に途切れがなく安定した状態で、Ｎ2、Ｏ2を脱気した状態の原料を、発酵槽に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係るバイオガス生成システムの全体構成を示すシステム図である。
【図２】第１実施形態に係るバイオガス生成システムに用いるオフガス吐出部を示す斜視図である。
【図３】図２に示すオフガス吐出部を下側から見た平面図である。
【図４】図３中、Ａ−Ａ矢視断面図である。
【図５】第１実施形態に係るバイオガス生成システムの作用を説明する説明図である。
【図６】第２実施形態に係るバイオガス生成システムの全体構成を示すシステム図である。
【図７】第２実施形態に係るバイオガス生成システムに用いる希釈槽攪拌部を示す斜視図である。
【図８】図７に示す希釈槽攪拌部を下側から見た平面図である。
【図９】図７中、Ｂ−Ｂ矢視断面図である。
【図１０】図７に示す希釈槽攪拌部の変形例に係る攪拌部を示す斜視図である。
【図１１】変形例に係るバイオガス生成システムのオフガス吐出部を正面から見た説明図である。
【図１２】図１１に示すオフガス吐出部を上方から見た説明図である。
【図１３】特許文献１に記載されたメタンガス発酵装置の説明図である。
【図１４】従来のバイオガス生成システムの全体構成を示すシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明に係るバイオガスの生成システムについて、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態では、バイオガスの生成システムは、細かく粉砕した状態の食品残渣物や、下水汚泥、糞尿等の有機性廃棄物と、水とからなる一次原料を希釈槽に投入して攪拌し、一次原料に混在するＮ2及びＯ2を脱気した二次原料を、発酵槽に供給して発酵槽内でメタン発酵させて発酵ガスを生成する。この後、発酵ガスに含有する不要ガスを、精製装置で除去してバイオガスを生成し、都市ガスや燃料電池等に向けの燃料として導管や貯蔵タンクに供給するバイオガス生成システムである。
第１実施形態に係るバイオガス生成システムの全体構成を示すシステム図を図１に示す。図２乃至図４は、本実施形態に係るバイオガス生成システムの希釈槽に用いるオフガス吐出部を示す図であり、図２がオフガス吐出部の斜視図、図２に示すオフガス吐出部を下側から見た平面図を図３に示し、図４は、図３中、Ａ−Ａ矢視断面図である。
【００２０】
バイオガス生成システム１は、図１に示すように、制御装置５と、２つの希釈槽１０Ａ，１０Ｂ（１０）と、発酵槽５０と、圧縮機６０と、精製装置６５と、可溶化槽８０と、バッファタンク８５と、２つの第１，第２吸引ポンプＰ１，吸引ポンプＰ２と、制御装置５により流路を開閉する１２の第１バルブＶ１乃至第１２バルブＶ１２と、オフガス管路Ｌｃと、４つの第１管路Ｌ１乃至第４管路Ｌ４等とからなる。
はじめに希釈槽１０について、図１を用いて説明する。
本実施形態では、バイオガス生成システム１に２つの希釈槽１０Ａ，１０Ｂが配設されている。希釈槽１０Ａと希釈槽１０Ｂとは同じ構成であるため、以下、希釈槽１０と総称する。
【００２１】
希釈槽１０は、その下部に位置する底１０ａと、底１０ａの周方向に延びてこの底１０ａと接続する側壁１０ｂと、この側壁１０ｂに囲まれる開口を塞ぐ天井１０ｃとを有したタンク状に形成されている。この希釈槽１０は、その内部に、有機性廃棄物と水とからなる一次原料Ｍ１を、本実施形態では、例えば、１ｔｏｎ収容できる容積を確保した大きさとなっている。一次原料Ｍ１は、例えば、スラリー状、液体状、粒状の物質と混じり合った流動性の高い性状等、すなわち有機性廃棄物と水とが混ざり合った状態となっている。
【００２２】
希釈槽１０Ａ，１０Ｂは、一次原料Ｍ１を希釈槽１０Ａ，１０Ｂに向けて圧送する管路である原料供給管路Ｌｍと、それぞれ接続している。すなわち、第１バルブＶ１において並列に２つに分岐した原料供給管路Ｌｍは、希釈槽１０Ａ，１０Ｂと接続しており、一次原料Ｍ１を、各天井１０ｃ側から希釈槽１０内にそれぞれ供給できるようになっている。
なお、一次原料Ｍ１を希釈槽１０内に投入するときには、希釈槽１０内において、その投入した一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬと天井１０ｃとの間に所定容積の空間１０Ｓが確保され、しかも一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬが、次述する排気管路Ｌｇの高さより低位にしておく必要がある。
【００２３】
バイオガス生成システム１は、希釈槽１０に一次原料Ｍ１が投入された状態にあるとき、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上にある希釈槽１０内の空間１０Ｓの雰囲気を吸引する第２吸引ポンプＰ２（吸引ポンプ）を備えている。
すなわち、希釈槽１０Ａ，１０Ｂは、第２吸引ポンプＰ２において並列に２つに分岐した排気管路Ｌｇと、それぞれ接続している。排気管路Ｌｇは、第２吸引ポンプＰ２により、各希釈槽１０内の上部に溜まった後述する貯留ガスを、各希釈槽１０の天井１０ｃ付近から外部に強制的に排気する管路である。
また、希釈槽１０には、原料供給管路Ｌｍから当該希釈槽１０内部に供給された一次原料Ｍ１を攪拌する希釈槽攪拌部３０が設けられ、図示しない駆動源により希釈槽攪拌部３０の羽根が回転できるようになっている。
【００２４】
希釈槽１０の底１０ａには、オフガス吐出部２０が配設されている。オフガス吐出部２０は、図２乃至図４に示すように、底１０ａより径小な円環状に形成された中空の環状管２１、及びこの環状管２１を希釈槽１０の底１０ａから離間させて支持する中空状の支持管２５を４つ有する。オフガス吐出部２０は、一次原料Ｍ１が強い酸性やアルカリ性の物質であってもその接触に耐え得る性質を持つ材料からなる。
【００２５】
オフガス吐出部２０では、後に詳述するが、精製装置６５から排出されたＣＯ2を主成分とするオフガスを流通させる環状管流路２２が、環状管２１に形成され、各支持管２５にも、このオフガスを流通させる支持管流路２６が形成されている。環状管２１と支持管２５との接合部では、環状管流路２２と各支持管流路２６とが連通している。
また、希釈槽１０の底１０ａに配設したオフガス吐出部２０の環状管２１には、図３及び図４に示すように、底１０ａと対向する向きに複数のノズル２３が環状管２１の周方向に沿って設けられている。
すなわち、オフガス吐出部２０では、精製装置６５から排出されたオフガスが、支持管２５の支持管流路２６、及び環状管２１の環状管流路２２を流通し、複数のノズル２３を通じて、希釈槽１０の底１０ａ側から、希釈槽１０に投入された一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬに向けて吐出するようになっている。
【００２６】
希釈槽１０Ａ，１０Ｂは、発酵槽５０と並列に併設され、第２バルブＶ２、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、可溶化槽８０、バッファタンク８５及び図示しないポンプを介して並列に配管した第１管路Ｌ１によって接続されている。第１管路Ｌ１は、希釈槽１０の底１０ａ付近の側壁１０ｂと接続している。
【００２７】
可溶化槽８０は、発酵槽５０でメタン発酵させ易くするため、希釈槽１０内に貯留した一次原料Ｍ１から、Ｎ2ガス、Ｏ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2とオフガスとの置換反応で生成された化合物（以下、単に「貯留ガス」と総称する。）を脱気した状態の二次原料Ｍ２を、発酵槽５０の供給する前に、例えば、可溶化発酵、加温処理等、周知の技術により、分解し易く、可溶し易い状態にしておく槽であり、いわば二次原料Ｍ２の前処理を行う槽である。
バッファタンク８５は、可溶化槽８０で前処理した二次原料Ｍ２を、一旦、槽内に貯留しておくタンクであり、当該バッファタンク８５の底部と発酵槽５０とが第１管路Ｌ１で接続している。
【００２８】
ここで、バイオガス生成システム１にバッファタンク８５を設ける理由について、簡単に説明する。
本願出願人は、可溶化槽８０や発酵槽５０に投入された状態の二次原料Ｍ２を試料として、この試料中では溶存酸素量（ＯＤ）がほぼ「０」であることを、実験を通じて確認し、Ｏ2の二次原料Ｍ２への溶け込み量が非常に少ないことを把握している。
バイオガス生成システム１では、バッファタンク８５内の上部で二次原料Ｍ２との間に、たとえＯ2やＮ2が残留していたとしても、Ｏ2等がバッファタンク８５内に貯留した二次原料Ｍ２にほとんど溶け込まない。そのため、前処理した二次原料Ｍ２を、バッファタンク８５の底部から発酵槽５０に供給することで、前処理した二次原料Ｍ２を発酵槽５０に向けて流通させるときに、Ｏ2等が二次原料Ｍ２と共に混入して発酵槽５０に流入するのを防止することができている。
すなわち、本実施形態では、オフガス吐出部２０を配設した希釈槽１０以外に、第１管路Ｌ１上にバッファタンク８５を設け、その底部と発酵槽５０とを第１管路Ｌ１で接続することで、バイオガス生成システム１において、バッファタンク８５は、発酵槽５０に供給する二次原料Ｍ２に、Ｎ2及びＯ2の含有を防ぐ２次的なフィルタとして機能する。
【００２９】
発酵槽５０は、希釈槽１０から可溶化槽８０及びバッファタンク８５を通じて供給された二次原料Ｍ２を、本実施形態では、例えば、１４ｔｏｎ収容できる容積を確保した大きさとなっている。発酵槽５０は、その内部に供給された二次原料Ｍ２を、図示しない駆動源によって攪拌する発酵槽攪拌部５１を有しており、発酵槽５０内で、周知技術によりメタン発酵させて発酵ガスを生成する。
【００３０】
発酵槽５０は、第２管路Ｌ２により、第５バルブＶ５、及び周知の圧縮機６０を介して精製装置６５と接続している。
精製装置６５は、発酵槽５０内で生成し圧縮機６０で凝縮された発酵ガスに、ＣＨ4ガス以外に含有するＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスを、周知の方法により除去する精製装置である。但し、この精製装置６５では、このような不要ガスを発酵ガスから除去するときに、ＣＯ2を主成分とするオフガスだけは、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスと区別して分離できるようになっている。
精製装置６５は、第１吸引ポンプＰ１、第１１バルブＶ１１、及び第１２バルブＶ１２を設けたオフガス管路Ｌｃと接続している。オフガス管路Ｌｃは、精製装置６５から排出されたオフガスを、希釈槽１０に向けて流通させる管路である。オフガス管路Ｌｃは、第１２バルブＶ１２において並列に２つ分岐して希釈槽１０Ａ，１０Ｂとそれぞれ接続し、希釈槽１０Ａ，１０Ｂ内にそれぞれ配設されたオフガス吐出部２０の４つの支持管２５の支持管流路２６と連通している。
【００３１】
また、精製装置６５は、当該精製装置６５で不要ガスを除去して得られたＣＨ4ガス（バイオガス）を、第７バルブＶ７、ガス調整装置７０、及び第８バルブＶ８を介した第３管路Ｌ３により、１３Ａガス等に代表される都市ガスが流通する導管Ｌと接続している。なお、ガス調整装置７０は、バイオガスを都市ガスの特性に合わせるため、バイオガスに、臭気の付加処理、熱量の調整処理、ガス圧の調整処理等の各処理を行う周知の装置である。
【００３２】
精製装置６５が第３管路Ｌ３を通じて導管Ｌと接続する一方で、この精製装置６５は、第９バルブＶ９、及びバイオガスを一時的に貯留する貯蔵タンク７５を介して第１０バルブＶ１０と接続している。精製装置６５で不要ガスを除去したバイオガスは、第１０バルブＶ１０を通じて燃料電池、発電設備に向けの燃料として供給するようにもなっている。
【００３３】
バイオガス生成システム１は、制御装置５（制御手段）を有している。制御装置５は、希釈槽１０の空間１０Ｓにおいて、第２吸引ポンプＰ２による雰囲気の吸引を制御するほか、オフガス吐出部２０のノズル２３からオフガスの吐出を制御する。
すなわち、制御装置５は、第１吸引ポンプＰ１及び第２吸引ポンプＰ２の作動、第１バルブＶ１から第１２バルブＶ１２までの各バルブの開閉制御、希釈槽１０の希釈槽攪拌部３０及び発酵槽５０の発酵槽攪拌部５１の回転制御を行う。また、制御装置５は、精製装置６５において発酵ガスに含有するＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスから、ＣＯ2を主成分とするオフガスを分離してオフガス管路Ｌｃに供給するのに伴う制御を行う。
【００３４】
次に、上記構成を有するバイオガス生成システム１を用いたバイオガスの生成方法について説明する。
まず、希釈槽１０Ａ，１０Ｂのいずれか一方の希釈槽１０に、もしくは両方の希釈槽１０Ａ，１０Ｂに一次原料Ｍ１を供給するため、第１バルブＶ１を開路して、原料供給管路Ｌｍから希釈槽１０に一次原料Ｍ１を投入し、希釈槽攪拌部３０で攪拌する。
最初のフローでは、一次原料Ｍ１の投入後、所定時間が経過したときに、第２バルブＶ２、第３バルブＶ３を開路して、希釈槽１０内に貯留した一次原料Ｍ１を第１管路Ｌ１を通じて可溶化槽８０及びバッファタンク８５を経て発酵槽５０に圧送する。発酵槽５０への圧送後には、直ちに一次原料Ｍ１を希釈槽１０内に充填しておく。
発酵槽５０内に投入された一次原料Ｍ１を発酵槽攪拌部５１で攪拌しながら、周知の方法によって発酵槽５０内でメタン発酵させて発酵ガスを生成する。生成した発酵ガスは、第５バルブＶ５及び圧縮機６０を通じて、精製装置６５に圧送する。精製装置６５では、周知の方法により、発酵ガスに含有するＨ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスを除去すると共に、不要ガスとオフガスであるＣＯ2とを分離し、第１１バルブＶ１１と第１２バルブＶ１２を開路した状態のオフガス管路Ｌｃに、オフガスを第１吸引ポンプＰ１で圧送する。
なお、最初のフローでは、発酵ガスからオフガスを含む不要ガスを除去した状態のガスが、第３管路Ｌ３及び第４バルブＶ４側に流通しないよう、第７バルブＶ７と第９バルブＶ９とを閉路しておく。
【００３５】
次いで、本発明のバイオガスの生成方法のオフガス吐出工程と、貯留ガス吸引工程とを行う。オフガス吐出工程と貯留ガス吸引工程については、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係るバイオガス生成システムの作用を説明する説明図である。
オフガス吐出工程では、精製装置６５から排出され、オフガス管路Ｌｃを通じて希釈槽１０のオフガス吐出部２０に向けて還流されたオフガスを、一次原料Ｍ１が投入し充填された状態の希釈槽１０内の下部にあるオフガス吐出部２０に導入する。具体的には、オフガス管路Ｌｃと連通する支持管２５の支持管流路２６、環状管２１の環状管流路２２を通じて、環状管２１のノズル２３から希釈槽１０の底１０ａに向けてオフガスを吐出する。
このオフガス吐出工程は、希釈槽１０内に充填した一次原料Ｍ１を希釈槽攪拌部３０で攪拌しているときに、実施する。
【００３６】
オフガス吐出工程の後、貯留ガス吸引工程を実施する。貯留ガス吸引工程では、オフガスであるＣＯ2をオフガス吐出部２０のノズル２３から吐出することにより、希釈槽１０内の一次原料Ｍ１に混在するＮ2及びＯ2を、希釈槽１０の下部から一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上に向けて浮上させる。
すなわち、図５に示すように、ノズル２３から吐出したＣＯ2が一次原料Ｍ１に吹き込まれると、一次原料Ｍ１を希釈槽１０内に、所定時間（例えば、２４時間等）、一時的に貯蔵している間に、一次原料Ｍ１に残留するＮ2ガスやＯ2ガスが、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上へと追い込まれ、希釈槽１０の空間１０Ｓに貯留される。
【００３７】
あるいは、一次原料Ｍ１の化学的性質によっては、一次原料Ｍ１が所定時間、希釈槽１０内に貯蔵している間に、一次原料Ｍ１に吹き込まれたＣＯ2とＮ2ガス、Ｏ2ガスとの間に置換反応が生じ、Ｎ2、Ｏ2を含む化合物として、残留していたＮ2やＯ2が、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上に浮上し、希釈槽１０の空間１０Ｓに貯留される。
このように、ノズル２３から吐出したＣＯ2により、一次原料Ｍ１に残留するＮ2ガスやＯ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2を含む化合物、すなわち貯留ガスが、希釈槽１０の上部にある空間１０Ｓに溜まり、溜まった貯留ガスを、第２吸引ポンプＰ２で吸引し排気管路Ｌｇを通じて外部に排気する。
オフガス吐出工程及び貯留ガス吸引工程を通じることで、一次原料Ｍ１からＮ2やＯ2が脱気された二次原料Ｍ２が得られ、二次原料Ｍ２を発酵槽５０に供給し、発酵槽５０において、この二次原料Ｍ２に基づいてメタン発酵が行われる。
【００３８】
本発明のバイオガスの生成方法では、有機性廃棄物と水とからなる一次原料Ｍ１を希釈槽１０に投入後、次に一次原料Ｍ１を希釈槽１０に投入するまでの１サイクルの間に、オフガス吐出工程及び貯留ガス吸引工程を、それぞれ複数回に亘って実施している。
すなわち、本実施形態では、希釈槽１０は、例えば、１ｔｏｎの一次原料Ｍ１を収容できる容積を、発酵槽５０は、例えば、１４ｔｏｎの二次原料Ｍ２を収容できる容積を、それぞれ確保している。そのため、希釈槽１０で一次原料Ｍ１を、例えば２４時間、一時的に貯蔵した後、二次原料Ｍ２を発酵槽５０に供給したら、第１バルブＶ１を開路し直ぐに一次原料Ｍ１を原料供給管路Ｌｍから繰り返し補給する必要がある。希釈槽１０より容積が大きい発酵槽５０でメタン発酵が行われていると、発酵槽５０から生成する発酵ガスも大量となっている。
従って、大量に生じる発酵ガスから得られるオフガスも、十分な量を確保することができるため、発酵槽５０より容積が小さい希釈槽１０において、一次原料Ｍ１を希釈槽１０に投入後、次に一次原料Ｍ１を希釈槽１０に投入するまでの１サイクルの間に、オフガス吐出工程及び貯留ガス吸引工程を、それぞれ複数回に亘って実施することができている。
なお、希釈槽１０Ａ，１０Ｂとオフガス管路Ｌｃとは並列に接続されているため、希釈槽１０の一方で、一次原料Ｍ１を希釈槽１０内に充填している間、他方の希釈槽１０で、オフガス吐出工程を実施していることができる。あるいは、希釈槽１０の一方でオフガス吐出工程を実施している間に、他方の希釈槽１０で貯留ガス吸引工程を実施することもできる。
【００３９】
ところで、バイオガスの生成方法のオフガス吐出工程と、貯留ガス吸引工程とを行うと、本来バイオガスに不要なＣＯ2が一次原料Ｍ１や二次原料Ｍ２に混入してしまう。
しかしながら、図１に示すように、バイオガス生成システム１には、精製装置６５が配設されており、第３管路Ｌ３を通じて導管Ｌにバイオガスを供給する場合、及び第４管路Ｌ４を通じて燃料電池、発電設備に向けの燃料としてバイオガスを供給する場合には、精製装置６５が、二次原料Ｍ２をメタン発酵させた発酵ガスから、ＣＯ2を不要ガスとして除去する。
かくして、ＣＯ2、Ｎ2、Ｏ2を含まず、ＣＨ4ガスの純度が高いバイオガスが得られる。
【００４０】
本実施形態に係るバイオガスの生成システム及び生成方法の作用効果について説明する。
本実施形態に係るバイオガスの生成方法では、精製装置６５で排出されるオフガスを、一次原料Ｍ１が投入された状態の希釈槽１０内の下部に導入し、オフガスを希釈槽１０の底１０ａに向けて吐出するオフガス吐出工程と、オフガス吐出工程の後、希釈槽１０内の一次原料Ｍ１に混在するＮ2及びＯ2を、オフガスにより、希釈槽１０の下部から一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上に浮上させ、希釈槽１０内の上部にある空間１０Ｓに貯留した貯留ガスを、第２吸引ポンプＰ２で吸引する貯留ガス吸引工程と、を有するので、オフガス吐出工程において、ＣＯ2を主成分とするオフガスを、Ｎ2及びＯ2を含有した一次原料Ｍ１内に希釈槽１０の底１０ａに向けて吐出することで、ノズル２３で一次原料Ｍ１が詰まることなくオフガスが一次原料Ｍ１内に充填される。
その後、Ｎ2、Ｏ2とオフガスとの間で置換が行われ、Ｎ2ガス、Ｏ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2とオフガスとの置換反応で生成された化合物（貯留ガス）が、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上に向けて浮上し、一次原料Ｍ１の最上位面Ｓｌ上にある希釈槽１０の空間１０Ｓに、時間の変化と共に貯留されてくる。貯留ガス吸引工程では、希釈槽１０の空間１０Ｓに貯留した貯留ガスを第２吸引ポンプＰ２で吸引することで、貯留ガス、すなわち一次原料Ｍ１内に含有していたＮ2及びＯ2は、外部に排出され、発酵槽５０に供給する二次原料Ｍ２に混在するのを防止することができる。
【００４１】
ところで、希釈槽１０の空間１０Ｓには、吐出したオフガスが一部含まれていることもあり、このような一部のオフガスは、貯留ガス吸引工程で、貯留ガスと共に外部に排出されることもあるが、発酵槽５０に供給する前の状態にある二次原料Ｍ２にも、主にＣＯ2からなるオフガスが残留していることも考えられる。
しかしながら、発酵槽５０で二次原料Ｍ２をメタン発酵させた発酵ガスを生成した後、発酵ガスに含まれるＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスは、ＣＨ4ガス精製工程において既存の精製装置６５で除去できるため、発酵槽５０に供給する前の状態の二次原料Ｍ２に残留したＣＯ2も、このＣＨ4ガス精製工程で除去することができる。また、オフガス吐出工程で再利用するオフガスとして、二次原料Ｍ２に残留したＣＯ2を再び希釈槽１０に向けて供給することもできる。
【００４２】
従って、本発明のバイオガスの生成方法では、オフガス吐出工程で、メタン発酵前の状態にある一次原料Ｍ１にオフガスを吐出して、貯留ガス吸引工程で、オフガスの吐出によって、Ｎ2ガス、Ｏ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2とオフガスとの置換反応で生成された化合物が排気されるため、Ｎ2及びＯ2の脱気に大がかりな設備を要することなく、簡単にＮ2及びＯ2の脱気をすることができる。
ひいては、有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成時において、一次原料Ｍ１に含有するＮ2及びＯ2を、低コストで脱気することができるため、発酵ガスを精製したバイオガスを導管Ｌに供給することも可能となり、このようなバイオガスが、民生用の都市ガスとして幅広くスムーズに普及できることも期待できる、という優れた効果を奏する。
さらに、本発明のバイオガスの生成方法により生成したバイオガスを、民生用の都市ガスが流通する鋼製の導管Ｌに供給しても、バイオガスにＯ2が含まれていないため、導管Ｌが経時的に酸化して腐食する虞もない。
【００４３】
また、本実施形態のバイオガスの生成方法では、一次原料Ｍ１を希釈槽１０に投入後、次に一次原料Ｍ１を希釈槽１０に投入するまでの１サイクルの間に、オフガス吐出工程及び貯留ガス吸引工程が、それぞれ複数回に亘って実施されるので、メタン発酵前の状態にある一次原料Ｍ１に含有するＮ2及びＯ2を、より確かに脱気することができる。
また、本実施形態のバイオガスの生成方法では、オフガス吐出工程は、一次原料Ｍ１を攪拌しているときに、実施されるので、吐出したオフガスが一次原料Ｍ１内に充填し易くなり、オフガスとＮ2、Ｏ2との置換が促進されて、希釈槽１０の上部に向けた貯留ガスの浮上を活性化させることができる。
【００４４】
一方、本実施形態のバイオガス生成システム１では、精製装置６５から排出されたオフガスを、ノズル２３を通じて希釈槽１０の下部から一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬに向けて吐出させるオフガス吐出部２０と、希釈槽１０に一次原料Ｍ１が投入された状態にあるとき、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上にある希釈槽１０内の空間１０Ｓの雰囲気（貯留ガス）を吸引する第２吸引ポンプＰ２と、を備えているので、ＣＯ2を主成分とするオフガスを、オフガス吐出部２０からメタン発酵前の状態にある一次原料Ｍ１に吐出し充填することで、一次原料Ｍ１では、Ｎ2、Ｏ2とオフガスとの間で置換が行われ、Ｎ2ガス、Ｏ2ガス、あるいはＮ2、Ｏ2とオフガスとの置換反応で生成された化合物（貯留ガス）が、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上に向けて浮上する。
浮上した貯留ガスは、オフガスの吐出後、時間の変化と共に、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬ上の希釈槽１０の空間１０Ｓに貯留され、第２吸引ポンプＰ２により、貯留した貯留ガスを吸引することで、外部に排出することができる。すなわち、貯留ガスが排出された状態の二次原料Ｍ２は、それまで一次原料Ｍ１に含有していたＮ2、Ｏ2を脱気した状態の原料に変化している。
Ｎ2、Ｏ2を脱気した状態の二次原料Ｍ２を発酵槽５０に供給し、メタン発酵を実施しても、このときに生じる発酵ガスに含有する不要ガスには、Ｎ2、Ｏ2がほとんど含有していない。一方、既存の精製装置６５を用いて従来通りの精製工程で、発酵ガスを精製することで、発酵ガスに含有するＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3等の不要ガスは除去できる。
【００４５】
従って、本実施形態のバイオガス生成システム１では、発酵槽５０でメタン発酵を行う前に、一次原料Ｍ１に含有するＮ2、Ｏ2を予め脱気しておき、この状態の二次原料Ｍ２に基づいてメタン発酵を実施するため、発酵ガスに含有する不要ガスに、Ｎ2、Ｏ2がほとんど含有していない。すなわち、発酵ガスから不要ガスを除去するのに、そのまま既存の精製装置６５を用いることができるため、Ｎ2及びＯ2の脱気に大がかりな設備を要することなく、これに伴う多大な設備コストもかからない。
ひいては、有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成時において、一次原料Ｍ１に含有するＮ2及びＯ2を、低コストで脱気することができるため、発酵ガスを精製したバイオガスを導管Ｌに供給することも可能となり、このようなバイオガスが、民生用の都市ガスとして幅広くスムーズに普及できることも期待できる、という優れた効果を奏する。
さらに、本実施形態のバイオガス生成システム１では、生成したバイオガスを、民生用の都市ガスが流通する鋼製の導管Ｌに供給しても、バイオガスにＯ2が含まれていないため、導管Ｌが経時的に酸化して腐食する虞もない。
【００４６】
また、本実施形態のバイオガス生成システム１では、オフガス吐出部２０は、希釈槽５０の底１０ａより径小な環状に形成され、ノズル２３は、希釈槽１０の底１０ａと対向する向きに複数設けられているので、希釈槽１０内にある一次原料Ｍ１でノズル２３穴が詰まることなく、希釈槽１０内の一次原料Ｍ１に対し、万遍なくオフガスを吐出し、希釈槽１０とオフガス吐出部２０との隙間を通じて、オフガスが、一次原料Ｍ１の液面に向けて移動することができる。
【００４７】
また、本実施形態のバイオガス生成システム１では、第２吸引ポンプＰ２による雰囲気の吸引と、オフガス吐出部２０のノズル２３からオフガスの吐出とを制御する制御装置５を有するので、希釈槽１０に投入した一次原料Ｍ１から、混在するＮ2及びＯ2を脱気させて希釈槽２０の外部に排出するまでの一連のことが、制御装置５によって、例えば２４時間、無人化運転で行う等、自動化して実施することができる。
【００４８】
また、本実施形態のバイオガス生成システム１では、希釈槽１０Ａ，１０Ｂは、２つ有し、各希釈槽１０Ａ，１０Ｂは、発酵槽５０と並列に併設され、精製装置６５から排出されたオフガスが流通するオフガス管路Ｌｃが、各希釈槽１０Ａ，１０Ｂのオフガス吐出部２０と並列に接続されているので、希釈槽１０Ａ，１０Ｂの希釈槽１０のうち、一方の希釈槽１０Ａ（１０Ｂ）において、希釈槽１０Ａ（１０Ｂ）上部の空間１０Ｓに貯留した貯留ガスを第２吸引ポンプＰ２で吸引していたり、希釈槽１０Ａ（１０Ｂ）内に一次原料Ｍ１を投入している間、他方の希釈槽１０Ｂ（１０Ａ）の希釈槽１０において、Ｎ2、Ｏ2を脱気した状態の二次原料Ｍ２を発酵槽５０に供給し続けることができるため、供給に途切れがなく安定した状態で、Ｎ2、Ｏ2を脱気した二次原料Ｍ２を、発酵槽５０に供給することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るバイオガス生成システムの第２実施形態について、図６乃至図９を用いて説明する。図６は、第２実施形態に係るバイオガス生成システムの全体構成を示すシステム図である。図７は、第２実施形態に係るバイオガス生成システムに用いる攪拌部を示す斜視図であり、図７に示す攪拌部を下側から見た平面図を図８に示す。図９は、図８中、Ｂ−Ｂ矢視断面図である。
第１実施形態に係るバイオガス生成システム１では、オフガス吐出部２０を、希釈槽１０の希釈槽攪拌部３０とは別体で希釈槽１０の底１０ａに配設した。
これに対し、第２実施形態に係るバイオガス生成システム１０１では、オフガス吐出部を、希釈槽攪拌部１３０（攪拌手段）の羽根部１３５に形成している。
しかしながら、第２実施形態のバイオガス生成システム１０１では、希釈槽攪拌部１３０が、第１実施形態の希釈槽攪拌部３０の構成と異なるが、その他の部分については、第１実施形態のバイオガス生成システム１と同様である。
したがって、第１実施形態とは異なる部分を中心に説明し、同様な部分は第１実施形態と同じ符号を用いて、説明を省略または簡単に行う。
【００５０】
バイオガス生成システム１０１は、図６に示すように、投入した有機性廃棄物及び水、すなわち一次原料Ｍ１を攪拌する希釈槽攪拌部１３０を希釈槽１０に備えている。希釈槽攪拌部１３０は、図７に示すように、希釈槽１０の軸線ＡＸ方向に延びる中空状の軸部１３１と、この軸部１３１の先端部のボス１３３から軸部１３１を中心に径外側に延び、希釈槽１０より径小な４つの羽根部１３５とを有している。
本発明のオフガス吐出部は、４つの羽根部１３５に形成され、軸部１３１の内部にある軸部管路１３２と連通している。
すなわち、希釈槽攪拌部１３０には、図９に示すように、精製装置６５から排出されたＣＯ2を主成分とするオフガスを流通させる軸部管路１３２が、軸部１３１に形成され、各羽根部１３５にも、このオフガスを流通させる羽根部管路１３６が形成されている。ボス１３３では、軸部管路１３２と各羽根部管路１３６とが連通している。第１実施形態で説明したオフガス管路Ｌｃは、軸部１３１の軸部管路１３２と連通している。各羽根部１３５には、ノズル１３７が、希釈槽１０の底１０ａと対向する向きに複数設けられている。
【００５１】
従って、第１実施形態のバイオガス生成システム１と同様、本実施形態のバイオガス生成システム１０１でも、発酵槽５０でメタン発酵を行う前に、一次原料Ｍ１に含有するＮ2、Ｏ2を予め脱気しておき、この状態の二次原料Ｍ２に基づいてメタン発酵を実施するため、発酵ガスに含有する不要ガスに、Ｎ2、Ｏ2がほとんど含有していない。すなわち、発酵ガスから不要ガスを除去するのに、そのまま既存の精製装置６５を用いることができるため、Ｎ2及びＯ2の脱気に大がかりな設備を要することなく、これに伴う多大な設備コストもかからない。
ひいては、有機性廃棄物からメタン発酵して得られるバイオガスの生成時において、一次原料Ｍ１に含有するＮ2及びＯ2を、低コストで脱気することができるため、発酵ガスを精製したバイオガスを導管Ｌに供給することも可能となり、このようなバイオガスが、民生用の都市ガスとして幅広くスムーズに普及できることも期待できる、という優れた効果を奏する。
【００５２】
また、本実施形態のバイオガス生成システム１０１では、希釈槽１０に、投入した一次原料Ｍ１を攪拌する希釈槽攪拌部１３０を備え、希釈槽攪拌部１３０は、希釈槽１０の軸線ＡＸ方向に延びる中空状の軸部１３１と、軸部１３１を中心に径外側に延び、希釈槽１０より径小な４つの羽根部１３５とを有し、本発明のオフガス吐出部は、羽根部１３５に形成され、軸部１３１の内部にある軸部管路１３２と連通していること、ノズル１３７は、希釈槽１０の底１０ａと対向する向きに複数設けられているので、希釈槽１０内にある一次原料Ｍ１でノズル１３７穴が詰まることなく、希釈槽１０内の一次原料Ｍ１に対し、万遍なくオフガスを吐出し、希釈槽１０と羽根部１３５との隙間を通じて、オフガスが、一次原料Ｍ１の最上位面ＳＬに向けて移動することができる（図５参照）。
しかも、本発明のオフガス吐出部を希釈槽攪拌部１３０の羽根部１３５に設けていることで、希釈槽１０内の省スペース化が可能となり、羽根部１３５を、軸部１３１中心に回転させれば、希釈槽１０内にある一次原料Ｍ１に対し、オフガス吐出部である羽根部１３５から吐出したオフガスを、希釈槽１０内の隅々まで行き渡らせることができる。
【００５３】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。
（１）例えば、第１実施形態では、参照する図３に示すように、オフガス吐出部２０の環状管２１に対し、複数のノズル２３を同じピッチ円上に配置して配列したが、ノズルの配置やノズルの数量は、適宜変更可能である。また、環状管２１を４つの支持管２５で支持したが、支持管２５の配置、支持管２５の形状、及び支持管２５の数量については、第１実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
（２）また、第２実施形態では、希釈槽攪拌部１３０の羽根部１３５に対し、複数のノズル１３５を同じピッチ線上に配置して配列したが、ノズルの配置、ノズルの形状、及びノズルの数量は、適宜変更可能である。また、ノズルを有した羽根部の配置、羽根部の形状、及び羽根部の数量についても、第２実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
（３）第１，第２実施形態では、希釈槽１０を、１ｔｏｎの一次原料Ｍ１を収容できる容積を確保した大きさとし、発酵槽５０を、１４ｔｏｎの二次原料Ｍ２を収容できる容積を確保した大きさであると例示した。しかしながら、希釈槽及び発酵槽の各容積は、原料から発酵ガスを生成するときの条件や、オフガスを発生させて希釈槽に還流するときの条件等によって、適宜変更されるものであり、第１，第２実施形態で説明したような１ｔｏｎの希釈槽１０と、１４ｔｏｎの発酵槽５０に限定されるものではない。
【００５４】
（４）また、第２実施形態では、参照する図７に示すように、１本の軸部１３１からボス１３３を介して４つの羽根部１３５が延びる希釈槽攪拌部１３０を、希釈槽１０に配設した。
しかしながら、希釈槽攪拌部１３０に代えて、図１０に示すような希釈槽攪拌部１８０を、攪拌手段として希釈槽１０に用いても良い。
すなわち、希釈槽攪拌部１８０は、希釈槽１０の軸線ＡＸ方向に延びる中空状の軸部１８１と、この軸部１８１の中間部から軸部１８１を中心に径外側に延び、希釈槽１０より径小な４つの第１羽根部１８５Ａと、軸部１８１の先端部から軸部１８１を中心に径外側に延び、希釈槽１０より径小な４つの第２羽根部１８５Ｂと、を有している。
希釈槽攪拌部１８０には、精製装置６５から排出されたオフガスを流通させる軸部管路１８２が、軸部１３１に形成され、第１，第２羽根部１８５Ａ，羽根部１８５Ｂにも、このオフガスを流通させる第１，第２羽根部管路１８６Ａ，１８６Ｂが形成されている。軸部管路１８２と、第１羽根部管路１８６Ａと、第２羽根部管路１８６Ｂとが連通している。第１，第２羽根部１８５Ａ，羽根部１８５Ｂには、第１，第２ノズル１８７Ａ，１８７Ｂが、希釈槽１０の底１０ａと対向する向きに複数設けられている。
【００５５】
希釈槽攪拌部１８０は、軸部１８１、第１羽根部管路１８６Ａ及び第２羽根部管路１８６Ｂの材料として、安価な金属製パイプを用いて、このパイプに穿孔の加工を施した後、第１羽根部管路１８６Ａと第２羽根部管路１８６Ｂを軸部１８１に接合するだけで製造できるため、低コストで希釈槽攪拌部１８０を製造することができる。
【００５６】
（５）また、第１実施形態では、参照する図１及び図２に示すように、希釈槽１０の底１０ａより径小な円環状で形成されたオフガス吐出部２０を底１０ａに配設した。
しかしながら、オフガス吐出部２０に代えて、図１１及び図１２に示すようなオフガス吐出部１２０を、オフガス吐出部として希釈槽１１０の周囲に設けても良い。
オフガス吐出部１２０は、希釈槽１１０の側壁１１０ｂより径大な環状で、第１実施形態で説明したオフガス管路Ｌｃと連通する環状管１２１と、この環状管１２１と連通し、環状管１２１の周方向に所定間隔で離間して配置された複数の分岐管１２５とからなる。各分岐管１２５においてその先端部は、側壁１１０ｂの下部を挿通して希釈槽１１０内に、ノズル１２３として配置されている。
オフガス管路Ｌｃには、精製装置６５から排出されたオフガスが希釈槽１１０内に向けて流通できる一方で、その反対の流れを防止する逆止バルブＶ２１が設けられている。また、排気管路Ｌｇには、貯留ガスの流れを制御する開閉バルブＶ２２が設けられている。オフガス管路Ｌｃを流通するオフガスが、逆止バルブＶ２１、オフガス吐出部１２０を通じて各分岐管１２５に流れ、各ノズル１２３から一次原料Ｍ１に吹き込んでいる間、開閉バルブＶ２２は開路し、それ以外のときには、閉路している。
【００５７】
（６）また、第１，第２実施形態では、第１管路Ｌ１にバッファタンク８５を設けたバイオガス生成システム１，１０１としたが、第１管路Ｌ１にバッファタンク８５を設けないバイオガス生成システムとしても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１，１０１  バイオガス生成システム（バイオガスの生成システム）
５  制御装置（制御手段）
１０Ａ，１０Ｂ（１０），１１０  希釈槽
１０ａ（希釈槽の）底
１０Ｓ  （希釈槽内の）空間
２０，１２０  オフガス吐出部
２１，１２１  環状管
２３，１２３，１３７  ノズル
５０  発酵槽
１３０  希釈槽攪拌部（攪拌手段）
１３１  軸部
１３５  羽根部
Ｐ２  第２吸引ポンプ（吸引ポンプ）
Ｌｃ  オフガス管路
Ｍ１  一次原料
ＡＸ  軸線
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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