(57)【要約】【課題】装置を小型化する。【解決手段】生物処理装置１００は、有機性の固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように破砕する破砕部１１０と、固形物導入口３２０ａ、および、固形物導入口３２０ａの上方に設けられた第１処理液排出口３１２が形成され、加水分解菌、酸発酵菌、および、メタン発酵菌のうちのいずれか１または複数を含む嫌気性微生物群、ならびに、破砕された固形廃棄物を含む懸濁液を収容する第１反応槽３１０と、第１反応槽３１０内における固形物導入口３２０ａと第１処理液排出口３１２との間に設けられ、固形廃棄物の第１処理液排出口３１２への移動を制限する、水平面に対して傾斜した複数の第１傾斜板３３２とを有する可溶化リアクタ１３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性の固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように破砕する破砕部と、
固形物導入口、および、前記固形物導入口の上方に設けられた第１処理液排出口が形成され、加水分解菌、酸発酵菌、および、メタン発酵菌のうちのいずれか１または複数を含む嫌気性微生物群、ならびに、破砕された前記固形廃棄物を含む懸濁液を収容する第１反応槽と、前記第１反応槽内における前記固形物導入口と前記第１処理液排出口との間に設けられ、前記固形廃棄物の前記第１処理液排出口への移動を制限する、水平面に対して傾斜した複数の第１傾斜板とを有する可溶化リアクタと、
を備える生物処理装置。
【請求項２】
前記第１反応槽内における前記固形物導入口の下方に設けられ、前記第１反応槽内にガスを供給する散気部を備える請求項１に記載の生物処理装置。
【請求項３】
前記散気部は、前記第１反応槽から排気されたバイオガスを供給する請求項２に記載の生物処理装置。
【請求項４】
前記第１処理液排出口から排出された第１処理液を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽に貯留された前記第１処理液を前記第１反応槽に循環させる循環ポンプと、
を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の生物処理装置。
【請求項５】
前記第１反応槽内に収容された懸濁液のｐＨを５以上７未満の所定の値に調整するｐＨ調整部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の生物処理装置。
【請求項６】
前記嫌気性微生物群の栄養塩を前記第１反応槽に供給する栄養塩供給部を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の生物処理装置。
【請求項７】
前記第１処理液排出口から排出された第１処理液が導入される処理液導入口、および、前記処理液導入口の上方に設けられた第２処理液排出口が形成され、前記嫌気性微生物群、および、前記第１処理液を収容する第２反応槽と、前記第２反応槽内における前記処理液導入口と前記第２処理液排出口との間に設けられ、前記嫌気性微生物群の前記第２処理液排出口への移動を制限する、水平面に対して傾斜した複数の第２傾斜板とを有するメタン発酵リアクタと、
前記第２反応槽から前記嫌気性微生物群を取り出して前記第１反応槽に送出する送出部と、
を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の生物処理装置。
【請求項８】
有機性の固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように破砕する工程と、
固形物導入口、および、前記固形物導入口の上方に設けられた第１処理液排出口が形成され、加水分解菌、酸発酵菌、および、メタン発酵菌のうちのいずれか１または複数を含む嫌気性微生物群、ならびに、破砕された前記固形廃棄物を含む懸濁液を収容する第１反応槽と、前記第１反応槽内における前記固形物導入口と前記第１処理液排出口との間に設けられ、前記固形廃棄物の前記第１処理液排出口への移動を制限する、水平面に対して傾斜した複数の第１傾斜板とを有する可溶化リアクタの前記固形物導入口を通じて前記第１反応槽内に前記破砕された固形廃棄物を導入する工程と、
を含むメタンガス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、生物処理装置、および、メタンガス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、農産廃棄物、畜産廃棄物、水産廃棄物、食品廃棄物、家庭から廃棄される生ゴミ等の有機性の固形廃棄物（以下、単に「固形廃棄物」という）は、乾燥され、焼却されることで減容化された後、埋め立て処分されていた。しかし、固形廃棄物を焼却する際にダイオキシンが発生するおそれがある。このため、焼却に代わる減容化技術、例えば、メタン発酵処理が開発されている。メタン発酵処理は、固形廃棄物を可溶化する反応と、可溶化された被処理液を酸発酵させる反応と、酸発酵させた被処理液をメタン発酵させる反応とを含む。これらの反応を一槽で行う場合と、各反応をそれぞれ別の槽に分けてシリーズで行う場合とがある。
【０００３】
各反応を一槽で行う場合（例えば、特許文献１）、固形廃棄物の存在下で微生物反応を行わせ、残留する固形廃棄物はある割合で排出するが、それとともに微生物も排出される。したがって、槽内の微生物濃度を高めることができず、容積あたりの処理速度が上がらないため、装置が大型化してしまう。
【０００４】
一方、各反応を別の槽に分けてシリーズで行う方式で上記メタン発酵処理を行う技術として、生ゴミ溶解槽、酸生成槽、沈殿槽、および、メタン発酵槽を備えた装置が開発されている（例えば、非特許文献１）。生ゴミ溶解槽は、生ゴミ（固形廃棄物）を水とともに攪拌して、好気性微生物群で可溶化する。酸生成槽は、生ゴミ溶解槽において生成された、粒径が１ｍｍ未満の生ゴミが懸濁された可溶化液を攪拌して酸発酵させる。沈殿槽は、酸生成槽によって生成された懸濁液から固形物を沈降分離する。メタン発酵槽は、ＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）方式のリアクタであり、メタン発酵菌のグラニュールが収容される。メタン発酵槽は、沈殿槽によって固形物が取り除かれた被処理液中の有機物を、グラニュールによってメタンガスに分解する。この場合、メタン発酵槽には固形廃棄物が流入しないので、メタン発酵槽は小型化可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１３５２８４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】坂本勝ら、好気性可溶化プロセスを適用した生ごみの二相式メタン発酵特性  廃棄物学会論文誌、Vol.16，No.5，pp.369-377（2005）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記非特許文献１のようなメタン発酵処理技術では、可溶化専用の生ゴミ溶解槽、酸発酵専用の酸生成槽、沈殿槽が必要になり、全体として装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本開示は、このような課題に鑑み、装置を小型化することが可能な生物処理装置、および、メタンガス製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る生物処理装置は、有機性の固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように破砕する破砕部と、固形物導入口、および、前記固形物導入口の上方に設けられた第１処理液排出口が形成され、加水分解菌、酸発酵菌、および、メタン発酵菌のうちのいずれか１または複数を含む嫌気性微生物群、ならびに、破砕された前記固形廃棄物を含む懸濁液を収容する第１反応槽と、前記第１反応槽内における前記固形物導入口と前記第１処理液排出口との間に設けられ、前記固形廃棄物の前記第１処理液排出口への移動を制限する、水平面に対して傾斜した複数の第１傾斜板とを有する可溶化リアクタと、を備える。
【００１０】
また、前記第１反応槽内における前記固形物導入口の下方に設けられ、前記第１反応槽内にガスを供給する散気部を備えてもよい。
【００１１】
また、前記散気部は、前記第１反応槽から排気されたバイオガスを供給してもよい。
【００１２】
また、前記第１処理液排出口から排出された第１処理液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽に貯留された前記第１処理液を前記第１反応槽に循環させる循環ポンプと、を備えてもよい。
【００１３】
また、前記第１反応槽内に収容された懸濁液のｐＨを５以上７未満の所定の値に調整するｐＨ調整部を備えてもよい。
【００１４】
また、前記嫌気性微生物群の栄養塩を前記第１反応槽に供給する栄養塩供給部を備えてもよい。
【００１５】
また、前記第１処理液排出口から排出された第１処理液が導入される処理液導入口、および、前記処理液導入口の上方に設けられた第２処理液排出口が形成され、前記嫌気性微生物群、および、前記第１処理液を収容する第２反応槽と、前記第２反応槽内における前記処理液導入口と前記第２処理液排出口との間に設けられ、前記嫌気性微生物群の前記第２処理液排出口への移動を制限する、水平面に対して傾斜した複数の第２傾斜板とを有するメタン発酵リアクタと、前記第２反応槽から前記嫌気性微生物群を取り出して前記第１反応槽に送出する送出部と、を備えてもよい。
【００１６】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るメタンガス製造方法は、有機性の固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように破砕する工程と、固形物導入口、および、前記固形物導入口の上方に設けられた第１処理液排出口が形成され、加水分解菌、酸発酵菌、および、メタン発酵菌のうちのいずれか１または複数を含む嫌気性微生物群、ならびに、破砕された前記固形廃棄物を含む懸濁液を収容する第１反応槽と、前記第１反応槽内における前記固形物導入口と前記第１処理液排出口との間に設けられ、前記固形廃棄物の前記第１処理液排出口への移動を制限する、水平面に対して傾斜した複数の第１傾斜板とを有する可溶化リアクタの前記固形物導入口を通じて前記第１反応槽内に前記破砕された固形廃棄物を導入する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、装置を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】生物処理装置を説明する図である。
【図２】メタンガス製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２０】
（生物処理装置１００）
図１は、生物処理装置１００を説明する図である。なお、図１中、固形廃棄物、液体、ガス等の物質の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
【００２１】
図１に示すように、生物処理装置１００は、破砕部１１０と、固形物導入部１２０と、可溶化リアクタ１３０と、散気部１４０と、貯留槽１５０と、循環ポンプ１６０と、ｐＨ調整部１７０と、栄養塩供給部１８０と、第１処理液導入部１９０と、メタン発酵リアクタ２００と、送出部２１０とを含んでいる。
【００２２】
破砕部１１０は、有機性の固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下（最も大きい箇所の長さ、長径）となるように破砕する。固形廃棄物は、生物（動植物や微生物）に由来する廃棄物である。固形廃棄物は、例えば、下水汚泥、農産廃棄物、畜産廃棄物、水産廃棄物、食品廃棄物、家庭から廃棄される生ゴミ等である。固形廃棄物には、加水分解菌、酸発酵菌を含む嫌気性微生物群が付着していることもある。
【００２３】
固形物導入部１２０は、破砕部１１０によって破砕された固形廃棄物を後述する可溶化リアクタ１３０（第１反応槽３１０）に導入する。固形物導入部１２０は、例えば、ホッパ１２２と、スクリューフィーダ１２４とを含んでいる。ホッパ１２２は、上方から下方に向かって内部空間が漸減する略円錐形状に形成され、破砕部１１０によって破砕された固形廃棄物を貯留する。スクリューフィーダ１２４は、ホッパ１２２に貯留された固形廃棄物を可溶化リアクタ１３０に送出する。固形物導入部１２０は、可溶化リアクタ１３０において固形廃棄物の大部分が可溶化および酸発酵される程度の量の固形廃棄物を送出する。固形物導入部１２０は、例えば、固形廃棄物を間欠的に可溶化リアクタ１３０に導入する。
【００２４】
可溶化リアクタ１３０は、所謂ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）方式の装置である。図１に示すように、可溶化リアクタ１３０は、第１反応槽３１０と、導入管３２０と、セトラー３３０と、第１ガス排出管３４０とを含んでいる。
【００２５】
第１反応槽３１０は、中空形状（例えば、四角筒形状）の容器である。第１反応槽３１０は、固形廃棄物および嫌気性微生物群を含む懸濁液を収容する。可溶化リアクタ１３０は、第１反応槽３１０において、固形廃棄物に付着した、または第１反応槽３１０内で繁殖した、もしくは、後述するメタン発酵リアクタ２００から送出された嫌気性微生物群によって固形廃棄物を可溶化し、酸発酵させる。具体的に説明すると、嫌気性微生物のうち、加水分解菌が、固形廃棄物中の有機物を加水分解して可溶化する。また、嫌気性微生物のうち、酸発酵菌が、可溶化された有機物を酸発酵させる。したがって、第１反応槽３１０において、有機物（有機酸）を含む液体（第１処理液）と、二酸化炭素を主成分とするバイオガスとが生成される。
【００２６】
導入管３２０は、一部が第１反応槽３１０内に配され、他部がスクリューフィーダ１２４の出口に接続された配管である。導入管３２０の一部には、複数の固形物導入口３２０ａが形成されている。固形物導入口３２０ａは、上方に臨んでいる。導入管３２０の他部の端部は、スクリューフィーダ１２４に接続される。したがって、第１反応槽３１０には、導入管３２０（固形物導入口３２０ａ）を通じて、スクリューフィーダ１２４から固形廃棄物および第１処理液が導入される。なお、第１処理液は、後述する貯留槽１５０から循環配管１６２、ホッパ１２２を経由して、スクリューフィーダ１２４に導入される。
【００２７】
上記したように、第１反応槽３１０内で、加水分解菌および酸発酵菌によって固形廃棄物中の有機物が可溶化、酸発酵されるとバイオガスが生成される。また、後述する散気管１４６からもバイオガスが導入される。これらのバイオガスは、そのまま浮上し、あるいは固形廃棄物に付着して固形廃棄物とともに浮上することがある。
【００２８】
セトラー３３０は、第１反応槽３１０の内部に設置される。セトラー３３０は、導入管３２０（固形物導入口３２０ａ）の上方であって、第１反応槽３１０の第１処理液排出口３１２の下方に設置される。セトラー３３０は、浮上してくるガスを捕集できる構造の複数の第１傾斜板３３２で構成される。第１傾斜板３３２は、下面開放で上面が閉じられた形状（逆さロート状、半球形状、切妻屋根状など）である。
【００２９】
セトラー３３０によって捕集されたガス（バイオガス）は、第１ガス排出管３４０を通じ、バイオガスタンク１４２に送られる。
【００３０】
セトラー３３０を備えることにより、バイオガスが付着し、浮上した固形廃棄物を第１傾斜板３３２に衝突させて、固形廃棄物からバイオガスを分離することができる。バイオガスが取り除かれた固形廃棄物のうち、第１処理液の移動によって上昇しない程度に大きいもの（以下、「大きい固形廃棄物」と称する）は、自重で落下する。つまり、セトラー３３０（第１傾斜板３３２）は、固形廃棄物の第１処理液排出口３１２への移動を制限する。したがって、大きい固形廃棄物が第１処理液とともに第１反応槽３１０外に排出されてしまう事態を回避することができる。
【００３１】
なお、第１傾斜板３３２を複数設け水平に一定の間隔をおいて並べた傾斜板列としてもよい。また、第１傾斜板３３２を上下方向に多段とし、上面視した際に、下方の傾斜板列の第１傾斜板３３２間の隙間を上方の傾斜板列の第１傾斜板３３２が被覆するようにしてもよい。これにより、ガスとともに浮上した固形廃棄物を、いずれかの第１傾斜板３３２に衝突させることができる。
【００３２】
一方、固形廃棄物は、可溶化され、酸発酵され続けることにより、小さくなり、第１処理液の移動に伴って上昇してしまう程度に小さくなることもある。第１処理液の移動に伴って上昇してしまう程度に小さい固形廃棄物（以下、「小さい固形廃棄物」と称する）は、投入された固形廃棄物のごく一部（推定５％程度）である。このため、小さい固形廃棄物は、後段のＵＡＳＢ法のメタン発酵リアクタ２００に導入されても、破砕部１１０によって破砕された固形廃棄物が直接導入された場合と比べて問題は極めて小さくなる。さらに、後述するように、小さい固形廃棄物の一部は、貯留槽１５０で沈降し、ドレン配管１５６から排出することができる。
【００３３】
セトラー３３０によってバイオガスが捕集され除去された液は、第１処理液として第１反応槽３１０の上部に形成された第１処理液排出口３１２を通じて、オーバーフローする。
【００３４】
散気部１４０は、バイオガスタンク１４２と、ブロワ１４４と、散気管１４６とを含んでいる。バイオガスタンク１４２は、第１反応槽３１０から排気されたバイオガスを貯留する。ブロワ１４４は、バイオガスタンク１４２に貯留されたバイオガスを散気管１４６に送り込む。散気管１４６は、第１反応槽３１０内に設けられ、第１反応槽３１０にバイオガスを供給する。
【００３５】
貯留槽１５０は、第１反応槽３１０から排出された第１処理液を貯留する。貯留槽１５０には、仕切板１５２が設けられている。仕切板１５２は、貯留槽１５０の一方の側面と当該側面に対向する側面に接続され、また、液面の上方から液面下まで延在している。仕切板１５２の下端は、貯留槽１５０の底面から離隔している。また、貯留槽１５０における仕切板１５２によって区画された一方の領域には、攪拌機１５４が設けられる。
【００３６】
循環ポンプ１６０は、第１処理液を第１反応槽３１０に循環させる。循環ポンプ１６０は、循環配管１６２に設けられる。循環配管１６２は、貯留槽１５０の一方の領域（攪拌機１５４が設けられた領域）と、ホッパ１２２とを接続する。循環配管１６２は、貯留槽１５０に貯留された第１処理液を第１反応槽３１０に送出する。上記したように、貯留槽１５０は、第１反応槽３１０から排出された第１処理液を貯留する。したがって、循環ポンプ１６０は、第１処理液を、ホッパ１２２、スクリューフィーダ１２４を通じて、第１反応槽３１０に循環させることになる。これにより、ホッパ１２２に付着した固形廃棄物を第１処理液で洗い流すことができる。
【００３７】
なお、第１反応槽３１０には、やがて、可溶化しきれなかった固形廃棄物の残渣が蓄積していく。このため、残渣は、第１処理液中に懸濁されて流出する。貯留槽１５０の他方の領域には攪拌機１５４が設けられていないため、第１反応槽３１０から流出した固形廃棄物の一部が他方の領域において沈殿していく可能性がある。この沈殿物は、ドレン弁１５８を開けて適宜排出・処分する。
【００３８】
ｐＨ調整部１７０は、第１反応槽３１０内に収容された懸濁液のｐＨを５以上７未満の所定の値（例えば、６）に調整する。ｐＨ調整部１７０は、例えば、ｐＨメータ１７２と、アルカリタンク１７４と、ポンプ１７６とを含んでいる。ｐＨメータ１７２は、貯留槽１５０の一方の領域のｐＨを測定する。アルカリタンク１７４は、アルカリ溶液を貯留する。ポンプ１７６は、ｐＨメータ１７２が測定したｐＨが５以上７未満の所定の値となるように、アルカリタンク１７４に貯留されたアルカリ溶液を貯留槽１５０の一方の領域に供給する。例えば、ポンプ１７６は、ｐＨメータ１７２が測定したｐＨが５．５になった場合に、アルカリ溶液の供給を開始する。これにより、貯留槽１５０に貯留された第１処理液のｐＨを５以上７未満に維持することができる。したがって、循環ポンプ１６０によって第１反応槽３１０に送出される第１処理液のｐＨも５以上７未満となり、第１反応槽３１０内に収容された懸濁液のｐＨが５以上７未満の所定の値に維持されることになる。
【００３９】
第１反応槽３１０において、酸発酵菌による固形廃棄物の酸発酵が進行すると、懸濁液のｐＨが低下する。そうすると、加水分解菌および酸発酵菌の活性が低下してしまう。そこで、上記したように、ｐＨ調整部１７０が第１反応槽３１０に収容された懸濁液のｐＨを５以上７未満の所定の値に調整する。これにより、第１反応槽３１０において、加水分解菌および酸発酵菌の活性が低下してしまう事態を回避することができる。したがって、第１反応槽３１０において固形廃棄物の可溶化および酸発酵を効率よく行うことが可能となる。また、第１反応槽３１０に収容された懸濁液のｐＨを６未満に調整するとメタン発酵菌の活性を抑制することができる。
【００４０】
栄養塩供給部１８０は、栄養塩を第１反応槽３１０に供給する。栄養塩供給部１８０は、例えば、栄養塩タンク１８２と、ポンプ１８４とを含んでいる。栄養塩タンク１８２は、嫌気性微生物群のうち、加水分解菌および酸発酵菌の栄養塩を貯留する。ポンプ１８４は、栄養塩タンク１８２に貯留された栄養塩を貯留槽１５０の一方の領域に供給する。そうすると、循環ポンプ１６０によって栄養塩が第１反応槽３１０に供給されることになる。栄養塩供給部１８０を備える構成により、第１反応槽３１０において、加水分解菌および酸発酵菌の活性を維持することが可能となる。
【００４１】
第１処理液導入部１９０は、貯留槽１５０に貯留された第１処理液をメタン発酵リアクタ２００に導入する。第１処理液導入部１９０は、例えば、導入配管１９２と、導入ポンプ１９４とを含んでいる。導入配管１９２は、貯留槽１５０の他方の領域（攪拌機１５４が設けられていない領域）と、メタン発酵リアクタ２００の第２反応槽４１０（処理液導入口４１２）とを接続する。導入ポンプ１９４は、導入配管１９２に設けられる。
【００４２】
メタン発酵リアクタ２００は、所謂ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）方式の装置である。メタン発酵リアクタ２００は、散気部を備えない点を除けば、可溶化リアクタ１３０とほぼ同じ構成である。具体的に説明すると、メタン発酵リアクタ２００は、第２反応槽４１０と、セトラー４３０と、第２ガス排出管４４０とを含んでいる。
【００４３】
第２反応槽４１０は、中空形状（例えば、四角筒形状）の容器である。第２反応槽４１０は、第１処理液とメタン発酵菌を収容する。メタン発酵リアクタ２００は、第２反応槽４１０において、メタン発酵菌によって、第１処理液に含まれる有機物をメタンガスに変換する。そうすると、有機物が分解されて取り除かれた液体（第２処理液）と、メタンガスを主成分とするバイオガスとが生成される。生成されたバイオガスは、メタンガスタンク２０２に貯留される。生成された第２処理液は、後段の処理設備に排出される。
【００４４】
生物処理装置１００の運転を開始する前に、第２反応槽４１０には、メタン発酵菌のグラニュールが収容される。グラニュールは、メタン発酵菌の集合体を主体とする塊状の粒子である。グラニュールは、培養液（第１処理液、第２処理液）の移動によって上昇しない程度の大きさおよび質量密度であるため、第２反応槽４１０の下部に沈降する。このため、第２反応槽４１０の下部において、グラニュールで構成されるグラニュール層が形成されることとなる。
【００４５】
第１処理液は、導入配管１９２、第２反応槽４１０に形成された処理液導入口４１２を通じて第２反応槽４１０内に導入される。
【００４６】
処理液導入口４１２から導入された第１処理液は、グラニュール層を通って上昇し、最終的に、第２反応槽４１０における処理液導入口４１２の上方に形成された第２処理液排出口４１４に到達する。上記したように、メタン発酵菌は、第１処理液中の有機物をメタンガスに変換する。したがって、処理液導入口４１２から導入された第１処理液が、グラニュール層を通過する過程で、第１処理液中の有機物はメタンガスに変換されることになる。
【００４７】
このように、有機物がメタンガスに分解されて取り除かれた第２処理液は、第２処理液排出口４１４から排出される。
【００４８】
セトラー４３０は、第２反応槽４１０の内部に設置される。セトラー４３０は、処理液導入口４１２の上方であって、第２処理液排出口４１４の下方に設置される。セトラー４３０は、浮上してくるバイオガス（メタンガス）を捕集できる構造の複数の第２傾斜板４３２で構成される。第２傾斜板４３２は、第１傾斜板３３２と同様に、下面開放で上面が閉じられた形状（逆さロート状、半球形状、切妻屋根状など）である。
【００４９】
セトラー４３０によって捕集されたガスは、第２ガス排出管４４０を通じ、メタンガスタンク２０２に送られる。
【００５０】
セトラー４３０を備えることにより、バイオガスが付着し、浮上したグラニュールを第２傾斜板４３２に衝突させて、グラニュールからバイオガスを分離することができる。バイオガスが取り除かれたグラニュールは、自重でグラニュール層まで落下する。つまり、セトラー４３０（第２傾斜板４３２）は、グラニュールの第２処理液排出口４１４への移動を制限する。したがって、グラニュールが第２処理液とともに第２反応槽４１０外に排出されてしまう事態を回避することができる。
【００５１】
なお、第２傾斜板４３２を複数設け水平に一定の間隔をおいて並べた傾斜板列としてもよい。また、第２傾斜板４３２を上下方向に多段とし、上面視した際に、下方の傾斜板列の第２傾斜板４３２間の隙間を上方の傾斜板列の第２傾斜板４３２が被覆するようにしてもよい。これにより、ガスとともに浮上したグラニュールを、いずれかの第２傾斜板４３２に衝突させることができる。
【００５２】
第２処理液排出口４１４から排出された第２処理液は、貯留槽１５０の他方の領域（撹拌機を設けていない領域）に戻される。貯留槽１５０に戻された第２処理液の一部を他方の領域からオーバーフローさせ（流出液）てもよい。また、貯留槽１５０の他方の領域に戻されたその他の第２処理液を、仕切板１５２の下端と貯留槽１５０の底面との間の間隙を経由して流入する第１処理液とともに、導入配管１９２を通じて第２反応槽４１０に導入されるようにしてもよい。
【００５３】
送出部２１０は、第２反応槽４１０から嫌気性微生物群を含む第２処理液を取り出して第１反応槽３１０に送出する。送出部２１０は、例えば、送出配管２１２と、ポンプ２１４とを含んでいる。送出配管２１２は、一端が第２反応槽４１０に接続され、他端の開口がホッパ１２２に臨んでいる。ポンプ２１４は、送出配管２１２に設けられる。したがって、ポンプ２１４が駆動されると、第２反応槽４１０に収容された嫌気性微生物群を含む第２処理液がホッパ１２２に送出される。これにより、第１反応槽３１０に嫌気性微生物群が送出される。これにより、第１反応槽３１０内の嫌気性微生物群の濃度（特に、加水分解菌および酸発酵菌の濃度）を上昇させることができる。したがって、第１反応槽３１０において固形廃棄物の可溶化および酸発酵を促進させることが可能となる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態の可溶化リアクタ１３０には、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の固形廃棄物が導入される。０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の固形廃棄物は、第１反応槽３１０においてグラニュールと同様の挙動を示す。つまり、固形廃棄物は、ガスが付着しなければ、上昇流となって流れる第１処理液に随伴することはない。したがって、第１反応槽３１０における固形廃棄物の滞留時間を長くすることができる。これにより、固形廃棄物の可溶化および酸発酵を充分に行うことが可能となる。
【００５５】
また、可溶化リアクタ１３０のみで可溶化と酸発酵とを行うことができるため、可溶化専用の装置と、酸発酵専用の装置を備えた従来技術と比較して、生物処理装置１００を小型化することが可能となる。
【００５６】
（メタンガス製造方法）
続いて、生物処理装置１００を用いたメタンガス製造方法について説明する。図２は、メタンガス製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。図２に示すように、メタンガス製造方法は、破砕工程Ｓ５１０と、第１導入工程Ｓ５２０と、可溶化・酸発酵工程Ｓ５３０と、第２導入工程Ｓ５４０と、メタン発酵工程Ｓ５５０とを含む。
【００５７】
（破砕工程Ｓ５１０）
破砕工程Ｓ５１０は、破砕部１１０が固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように破砕する工程である。
【００５８】
（第１導入工程Ｓ５２０）
第１導入工程Ｓ５２０は、固形物導入部１２０が破砕された固形廃棄物を可溶化リアクタ１３０に導入する工程である。
【００５９】
（可溶化・酸発酵工程Ｓ５３０）
可溶化・酸発酵工程Ｓ５３０は、可溶化リアクタ１３０において、加水分解菌によって固形廃棄物の有機物を可溶化し、可溶化した有機物を酸発酵菌によって酸発酵させて第１処理液を生成する工程である。
【００６０】
（第２導入工程Ｓ５４０）
第２導入工程Ｓ５４０は、第１処理液導入部１９０が第１処理液をメタン発酵リアクタ２００に導入する工程である。
【００６１】
（メタン発酵工程Ｓ５５０）
メタン発酵工程Ｓ５５０は、メタン発酵リアクタ２００において、メタン発酵菌によって第１処理液中の有機物をメタンガスに分解し、メタンガスを製造する工程である。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態のメタン製造方法によれば、可溶化と酸発酵とを並行して行うことができるため、可溶化専用の装置と、酸発酵専用の装置を備えた従来技術と比較して、生物処理装置１００を小型化することが可能となる。
【００６３】
以上、添付図面を参照しながら一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６４】
例えば、上述した実施形態において、メタン発酵リアクタ２００がＵＡＳＢ方式のリアクタである場合を例に挙げて説明した。しかし、メタン発酵リアクタ２００は、ＣＳＴＲ（撹拌タンク）、固定床、流動床、またＵＡＳＢ方式と類似した方式などのリアクタであってもよい。また、可溶化リアクタ１３０は、セトラー３３０が１つ設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、可溶化リアクタ１３０は、セトラーを鉛直方向に２つ備えてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態において、破砕部１１０が固形廃棄物を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように破砕する構成を例に挙げて説明した。しかし、破砕部１１０は、第１処理液の移動に伴って上昇しない大きさになるように固形廃棄物を破砕すればよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、散気部１４０が第１反応槽３１０から排気されたバイオガスを第１反応槽３１０に再導入する構成を例に挙げて説明した。この構成により、低コストで固形廃棄物を揺動させることができる。しかし、散気部１４０は、第１反応槽３１０において固形廃棄物を揺動でき、嫌気性微生物群の活性を低下させない程度に酸素の含有率が低ければ、ガスの種類に限定はない。散気部１４０は、例えば、燃焼排ガスや、脱臭が必要なガスを第１反応槽３１０に供給してもよい。
【００６７】
また、上記実施形態において、生物処理装置１００が、貯留槽１５０と、循環ポンプ１６０とを備え、第１処理液を第１反応槽３１０に循環させる構成を例に挙げて説明した。しかし、貯留槽１５０、循環ポンプ１６０は必須の構成ではない。例えば、新たな培養液を第１反応槽３１０に連続して供給してもよい。この場合、第１反応槽３１０内の第１処理液（培養液）のｐＨが常時５以上７未満に維持されていれば、ｐＨ調整部１７０を省略してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態において、生物処理装置１００が栄養塩供給部１８０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、固形廃棄物に嫌気性微生物の栄養塩が含まれている場合には、栄養塩供給部１８０を省略してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態において、ｐＨ調整部１７０が貯留槽１５０にアルカリ溶液を供給する構成を例に挙げて説明した。しかし、ｐＨ調整部１７０は、第１反応槽３１０内のｐＨを５以上７未満に維持できれば、アルカリ溶液の供給箇所に限定はない。例えば、ｐＨ調整部１７０は、ホッパ１２２や第１反応槽３１０にアルカリ溶液を供給してもよい。
【００７０】
また、上記実施形態において、栄養塩供給部１８０が貯留槽１５０に栄養塩を供給する構成を例に挙げて説明した。しかし、栄養塩供給部１８０は、第１反応槽３１０に栄養塩を供給できればよい。例えば、栄養塩供給部１８０は、ホッパ１２２や第１反応槽３１０に栄養塩を供給してもよい。
【００７１】
また、上記実施形態において、生物処理装置１００が送出部２１０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、送出部２１０は必須の構成ではない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本開示は、生物処理装置、および、メタンガス製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００  生物処理装置
１１０  破砕部
１３０  可溶化リアクタ
１４０  散気部
１５０  貯留槽
１６０  循環ポンプ
１７０  ｐＨ調整部
１８０  栄養塩供給部
２００  メタン発酵リアクタ
２１０  送出部
３１０  第１反応槽
３１２  第１処理液排出口
３２０ａ  固形物導入口
３３２  第１傾斜板
４１０  第２反応槽
４１２  処理液導入口
４１４  第２処理液排出口
４３２  第２傾斜板
【図１】
2019042692.tif 000003
【図２】
2019042692.tif 000004