(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を湿式ビーズミルにて微細粉砕する粉砕工程と、
この粉砕工程で微細粉砕された有機物をメタン発酵槽に供給し嫌気性微生物で分解しメタン発酵させてメタンガスを生成するメタン発酵工程と、
このメタン発酵工程でメタン発酵した後の消化液をＵＦ膜で濃縮液と透過液とに分離する分離工程と、
この分離工程で分離された前記濃縮液を前記メタン発酵槽へ返送する返送工程と、
返送工程での濃縮液の返送により生じる水流によって、前記メタン発酵槽の内容物を撹拌する撹拌工程と
を備えることを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項２】
メタン発酵工程と、分離工程と、返送工程と、撹拌工程とを繰り返す
ことを特徴とする請求項１記載のメタン発酵方法。
【請求項３】
粉砕工程では、体積を基準にした累積分布における５０％の粒径が２０μｍ以下となるように有機物を湿式ビーズミルにて微細粉砕する
ことを特徴とする請求項１または２記載のメタン発酵方法。
【請求項４】
粉砕工程では、固形分の比率が１０％以下になるように有機物の含水率を調整して湿式ビーズミルにて微細粉砕する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のメタン発酵方法。
【請求項５】
粉砕工程では、有機物を湿式ビーズミルにて１時間以上微細粉砕する
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載のメタン発酵方法。
【請求項６】
分離工程では、ＵＦ膜で分離された透過液をＲＯ膜で分離する
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載のメタン発酵方法。
【請求項７】
有機物を嫌気性微生物にて分解しメタン発酵させてメタンガスを生成するメタン発酵システムであって、
有機物を微細粉砕する湿式ビーズミルと、
この湿式ビーズミルで微細粉砕された有機物を嫌気性微生物にて分解しメタン発酵させてメタンガスを生成するメタン発酵槽と、
このメタン発酵槽にてメタン発酵した後の消化液を濃縮液と透過液とに濃縮分離するＵＦ膜分離装置と、
前記濃縮液をメタン発酵槽へ返送する返送手段とを備え、
この返送手段による濃縮液の返送によって前記メタン発酵槽の内容物が撹拌される
ことを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項８】
湿式ビーズミルは、体積を基準にした累積分布における５０％の粒径が２０μｍ以下となるように有機物を微細粉砕する
ことを特徴とする請求項７記載のメタン発酵システム。
【請求項９】
透過液を分離するＲＯ膜分離装置を備えた
ことを特徴とする請求項７または８記載のメタン発酵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を嫌気性微生物で分解しメタン発酵させてメタンガスを生成するためのメタン発酵方法およびメタン発酵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、食物残渣、家畜糞尿および木質原料等の固形分を多く含む有機物を、嫌気性微生物にてメタン発酵してメタンガスを生成する技術としては、前記有機物を粉砕または破砕し所定粒径にふるい分けした後に、メタン発酵する構成のシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１の構成では、有機物を粉砕する具体的な手段や粉砕後の粒径が記載されておらず、一般的な破砕・粉砕手段で有機物の破砕や粉砕を行っただけでは、メタンガスへの転換効率が低く、効率的にメタンガスを生成できなかった。
【０００５】
また、特に、木質や繊維質を含む有機物を用いると、嫌気性微生物による分解に時間がかかり、効率的にメタンガスを生成できなかった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、効率的にメタンガスを生成できるメタン発酵方法およびメタン発酵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】
【０００７】
請求項１に記載されたメタン発酵方法は、有機物を湿式ビーズミルにて微細粉砕する粉砕工程と、この粉砕工程で微細粉砕された有機物をメタン発酵槽に供給し嫌気性微生物で分解しメタン発酵させてメタンガスを生成するメタン発酵工程と、このメタン発酵工程でメタン発酵した後の消化液をＵＦ膜で濃縮液と透過液とに分離する分離工程と、この分離工程で分離された前記濃縮液を前記メタン発酵槽へ返送する返送工程と、返送工程での濃縮液の返送により生じる水流によって、前記メタン発酵槽の内容物を撹拌する撹拌工程とを備えるものである。
【０００８】
請求項２に記載されたメタン発酵方法は、メタン発酵工程と、分離工程と、返送工程と、撹拌工程とを繰り返すものである。
【０００９】
請求項３に記載されたメタン発酵方法は、請求項１または２記載のメタン発酵方法において、粉砕工程では、体積を基準にした累積分布における５０％の粒径が２０μｍ以下となるように有機物を湿式ビーズミルにて微細粉砕するものである。
【００１０】
請求項４に記載されたメタン発酵方法は、請求項１ないし３いずれか一記載のメタン発酵方法において、粉砕工程では、固形分の比率が１０％以下になるように有機物の含水率を調整して湿式ビーズミルにて微細粉砕するものである。
【００１１】
請求項５に記載されたメタン発酵方法は、請求項１ないし４いずれか一記載のメタン発酵方法において、粉砕工程では、有機物を湿式ビーズミルにて１時間以上微細粉砕するものである。
【００１２】
請求項６記載のメタン発酵方法は、請求項１ないし５いずれか一記載のメタン発酵方法において、分離工程では、ＵＦ膜で分離された透過液をＲＯ膜で分離するものである。
【００１３】
請求項７記載のメタン発酵システムは、有機物を嫌気性微生物にて分解しメタン発酵させてメタンガスを生成するメタン発酵システムであって、有機物を微細粉砕する湿式ビーズミルと、この湿式ビーズミルで微細粉砕された有機物を嫌気性微生物にて分解しメタン発酵させてメタンガスを生成するメタン発酵槽と、このメタン発酵槽にてメタン発酵した後の消化液を濃縮液と透過液とに濃縮分離するＵＦ膜分離装置と、前記濃縮液をメタン発酵槽へ返送する返送手段とを備え、この返送手段による濃縮液の返送によって前記メタン発酵槽の内容物が撹拌されるものである。
【００１４】
請求項８記載のメタン発酵システムは、請求項７記載のメタン発酵システムにおいて、湿式ビーズミルは、体積を基準にした累積分布における５０％の粒径が２０μｍ以下となるように有機物を微細粉砕するものである。
【００１５】
請求項９記載のメタン発酵システムは、請求項７または８記載のメタン発酵システムにおいて、透過液を分離するＲＯ膜分離装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、有機物を湿式ビーズミルで微細粉砕するため、嫌気性微生物による分解が進行しやすく、効率的にメタンガスを生成できる。
【００１７】
また、湿式ビーズミルで微細粉砕した有機物をメタン発酵するため、消化液によってＵＦ膜の細孔が閉塞されにくく、消化液を濃縮しやすい。
【００１８】
さらに、濃縮液の返送により生じる水流によってメタン発酵槽の内容物が撹拌されるため、微細粉砕された有機物に対して嫌気性微生物が均一に作用しやすく分解が進行しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るメタン発酵システムの構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の粒度分布を示すグラフである。
【図３】実施例２の粒度分布を示すグラフである。
【図４】実施例３の粒度分布を示すグラフである。
【図５】実施例および比較例のメタン発生量を示すグラフである。
【図６】実施例および比較例のメタン転換率を示すグラフである。
【図７】有機物としてソルガムを用いた場合の実施例および比較例のメタン転換率を示すグラフである。
【図８】有機物としてパームヤシを用いた場合の実施例のメタン転換率を示すグラフである。
【図９】有機物としてコーヒーかすを用いた場合の実施例および比較例のメタン転換率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１において、１はメタン発酵システムであり、このメタン発酵システム１は、例えば、食物残渣、家畜糞尿および木質原料等の有機物を含有する有機性廃棄物２を嫌気性微生物にて分解しメタン発酵させて、メタンガス３を生成するものである。
【００２２】
メタン発酵システム１は、有機性廃棄物２が微細粉砕される湿式ビーズミル４と、嫌気性微生物が充填され湿式ビーズミル４で微細粉砕された有機物である粉砕有機物５が前記嫌気性微生物にて分解されメタン発酵させてメタンガス３が生成されるメタン発酵槽６とを備えている。また、メタン発酵槽６には、メタン発酵した後の消化液７が濃縮分離されるＵＦ膜分離装置８およびＲＯ膜分離装置９が接続されている。
【００２３】
湿式ビーズミル４は、従来、例えばレアメタル等の金属や塗料等を微細粉砕する際に用いられていたもので、被粉砕物を液体に混合したスラリー状の原料が所定量ずつ供給され、内部に充填されたビーズによって微細粉砕する。
【００２４】
そして、メタン発酵システム１では、液体と混合されたスラリー状の有機性廃棄物２が湿式ビーズミル４に所定量ずつ供給され、有機性廃棄物２がいわゆるバッチ式で微細粉砕されて、粉砕有機物５となる。なお、有機性廃棄物２の種類や状態によっては、湿式ビーズミル４で微細粉砕しやすいように、湿式ビーズミル４の前段に別途、前処理破砕手段を設けてよい。すなわち、前処理破砕手段で予め有機性廃棄物２を破砕してから液体と混合しスラリー状にして、このスラリー状の有機性廃棄物２が湿式ビーズミル４で微細粉砕される構成にしてもよい。
【００２５】
また、湿式ビーズミル４には、配管部材11を介して有機物貯留槽12が接続されており、湿式ビーズミル４で微細粉砕された粉砕有機物５は、配管部材11を通って有機物貯留槽12へ供給される。
【００２６】
有機物貯留槽12には、配管部材13を介してメタン発酵槽６に接続されており、有機物貯留槽12に貯留された粉砕有機物５が所定量ずつメタン発酵槽６へ供給される。
【００２７】
メタン発酵槽６は、密閉型の反応槽であり、内部には図示しない嫌気性微生物であるメタン菌が充填されているとともに、嫌気条件下に保たれている。また、メタン発酵槽６内には、粉砕有機物５に対してメタン菌が均一に作用するように混合する撹拌機が設置されている。
【００２８】
そして、メタン発酵槽６内では、粉砕有機物５が嫌気性微生物で分解されメタン発酵させて、メタン発酵の進行に伴って、メタンガス３と、メタンが分解され窒素やリン等の肥料成分が残存した消化液７とが生成される。
【００２９】
具体的には、メタン発酵槽６内では、メタン発酵によって生成されたメタンガスが最上部の空洞部分に滞留し、その下部に消化液７が貯留される割合が高い。
【００３０】
また、メタン発酵の進行に伴って、消化液７の下層ほど、高濃度のメタン菌が生成されるとともに、メタン菌が粉砕有機物５に付着するためＴＳ（蒸発残留物）濃度が高くなる。一方、消化液７の上層では、メタン発酵の進行に伴って、有機物濃度が低下するとともにＴＳ濃度が低下し、例えばＴＳ濃度が約２〜５％となる。
【００３１】
すなわち、メタン発酵槽６内では、メタン発酵の進行に伴って、最上部の空洞部分にはメタンガスが滞留し、肥料成分が残存した消化液７内では、ＴＳ濃度が低い上層と、ＴＳ濃度が高い下層とが存在する。なお、ＴＳ濃度が低い消化液の上層にも、嫌気性微生物にて分解されていない未消化の粉砕有機物５等のＴＳが含まれている。
【００３２】
メタン発酵槽６には、配管部材14を介してＵＦ膜分離装置８が接続されており、メタン発酵槽６内の消化液７の上層がＵＦ膜分離装置８へ供給される。
【００３３】
ＵＦ膜分離装置８は、例えば孔径０．０３μｍ程度の細孔を有するＵＦ膜（限外ろ過膜）によって、消化液７を、細孔を通過しない微粒子状の粉砕有機物５等のＴＳが含まれる濃縮液15と、細孔を通過した透過液16とに分離するものである。
【００３４】
ＵＦ膜分離装置８には、配管部材17を介してＲＯ膜分離装置９が接続されており、透過液16がＵＦ膜分離装置８からＲＯ膜分離装置９へ供給される。
【００３５】
また、ＵＦ膜分離装置８には、返送経路となる返送手段としての配管部材18を介してメタン発酵槽６に接続されており、濃縮液15がＵＦ膜分離装置８からメタン発酵槽６へ返送される。
【００３６】
そして、ＵＦ膜分離装置８からメタン発酵槽６へ濃縮液15が返送されることにより、メタン発酵槽６内で水流が発生し、この水流によってメタン発酵槽６の内容物が撹拌される。
【００３７】
なお、メタン発酵槽６内の消化液７は、ＴＳ濃度が低い上層とＴＳ濃度が高い下層とに明確に分離していない場合もあるが、メタン発酵槽６とＵＦ膜分離装置８との循環ラインとなる配管部材14および配管部材18を常に嫌気状態に保つことにより、仮に消化液７の上層と下層とが一部混合された状態であっても、ＵＦ膜は閉塞されず、濃縮液15が返送されることによるメタン発酵槽６内の全体的なＴＳ濃度を向上または維持する作用は低下しない。
【００３８】
また、濃縮液15がメタン発酵槽６へ返送されるため、メタン発酵槽15でのメタン発酵と、ＵＦ膜分離装置８での消化液７の濃縮分離と、ＵＦ膜分離装置８からメタン発酵槽６への濃縮液15の返送と、返送によりメタン発酵槽６内の内容物の撹拌とが実質的に繰り返される。
【００３９】
ＲＯ膜分離装置９は、ＲＯ膜（逆浸透膜）によって、透過液16をイオンレベルで分離するものである。すなわち、ＵＦ膜分離装置８で濃縮液15と分離された透過液16であっても、イオン化した成分が含まれていて排水基準等を考慮するとそのままでは排水できないため、排水できるように、ＲＯ膜分離装置９にて、透過液16を、肥料成分が含まれる濃縮水21と、排水可能な透過水22とに分離する。
【００４０】
そして、ＲＯ膜分離装置９にて得られた濃縮水21は、排出量を有機性廃棄物２の投入量の３０％以下に抑えることができ、かつ、通常よりも高い濃度の液肥として再利用できる。
【００４１】
また、ＲＯ膜分離装置９で得られた透過水22は、有機物等の希釈用途等で再利用したり、排水したりする等、適宜処理できる。
【００４２】
次に、上記メタン発酵システム１におけるメタン発酵方法を説明する。
【００４３】
有機物としての有機性廃棄物２を嫌気性微生物で分解しメタン発酵させてメタンガス３を発生させる際には、まず、有機性廃棄物２を湿式ビーズミル４にて微細粉砕する。
【００４４】
有機性廃棄物２を微細粉砕する際には、有機性廃棄物２と水とを混合してスラリー状にする。なお、前段に前処理破砕手段を設置した場合は、前処理破砕手段にて破砕するとともに水と混合してスラリー状にしてもよい。
【００４５】
ここで、湿式ビーズミル４で粉砕を行うには、スラリーの含水率が非常に重要である。具体的には、例えば、従来レアメタル等の金属を湿式ビーズミル４にて粉砕する際には、スラリーに１５〜３０％の割合で固形分が含まれるように含水率を調整していた。しかしながら、有機性廃棄物２は、比重が２未満で、金属より小さく、水より小さいか、水より若干小さいか、または、水と同等であるため、湿式ビーズミル４における粉砕の進行状態が金属とは異なる。すなわち、有機性廃棄物２には、アミノ酸、リグニンおよびタンパク質等が含まれているため、粉砕の進行に伴って粘度が上昇する。粘度が上昇しすぎると、湿式ビーズミル４内での有機性廃棄物２の循環が阻害されて粉砕が進行しにくく、所定の大きさに粉砕できなくなってしまう。
【００４６】
そこで、湿式ビーズミル４にて有機性廃棄物２を粉砕する際には、スラリーにおける固形分の含有率が１０％以下（ＴＳ）となるように水分調整することが好ましい。
【００４７】
このように水分調整したスラリー状の有機性廃棄物２を所定量ずつ湿式ビーズミル４に供給して微細粉砕する。
【００４８】
スラリー状の有機性廃棄物２における固形分の含有率が１０％以下であるため、粉砕の初期では、粉砕中のスラリー状の有機性廃棄物２に粘度が発現しておらず、このような状態でビーズミル４を高速回転させると、適切に粉砕できないとともに、中心の渦が大きくなって溢れてしまう可能性がある。
【００４９】
したがって、粉砕開始から３０分は、中速でビーズミルを回転させて粉砕を行い、粉砕開始から３０分経過し、ある程度粘度が発現してから、それ以降２時間まで最大速度でビーズミルを回転させて粉砕する。
【００５０】
このように粉砕初期には中速でビーズミルを回転させ、その後ビーズミルを高速で回転させることにより、有機性廃棄物２を適切に、例えば、体積を基準にした累積分布（積算分布）における５０％の粒径（メジアン径）が２０μｍ以下となるように微細粉砕できる。なお、有機性廃棄物２のメジアン系が０．８μｍ以上１０μｍ以下となるように粉砕するとより好ましい。
【００５１】
微細粉砕した粉砕有機物５は、一旦、有機物貯留槽12に貯留し、所定量ずつメタン発酵槽６へ供給する。
【００５２】
そして、粉砕有機物５をメタン発酵槽６内の嫌気性微生物で分解しメタン発酵させることにより、メタンガス３が生成されるとともに、メタンが分解され例えば窒素やリン等の他の肥料成分が残存した消化液７が生成される。
【００５３】
メタン発酵で生成されたメタンガス３は、適宜回収され、例えばエンジン発電機のエネルギー源等として利用される。
【００５４】
メタン発酵で生成された消化液７は、比較的に、上層のＴＳ濃度が低く、下層のＴＳ濃度が高くなり、下層ではメタン発酵が進行している。そこで、ＴＳ濃度が低い上層を、ＵＦ膜分離装置８へ供給する。
【００５５】
ＵＦ膜分離装置８では、ＵＦ膜により、消化液７を、ＴＳが含まれる濃縮液15と、ＵＦ膜の細孔を通過した透過液16とに分離する。なお、ＵＦ膜の細孔（例えば孔径０．０３μｍ）は、バクテリアや細菌等が通過できないため、消化液７にメタン菌が含まれていても、濃縮液15とともに分離される。
【００５６】
このようにＵＦ膜分離装置８で分離された濃縮液15は、メタン菌を含むＴＳ成分が主成分であるため、メタン発酵槽６へ返送してメタン発酵槽６内のＴＳ濃度の低下を抑制するために利用し、ＴＳ成分を殆ど含まずイオン化した肥料成分を含む透過液16は、ＲＯ膜分離装置９へ供給する。
【００５７】
なお、メタン発酵槽６への濃縮液15の返送により、メタン発酵槽６内で水流が発生し、この水流によって、メタン発酵槽６の内容物が撹拌される。
【００５８】
ＲＯ膜分離装置９では、ＲＯ膜により、透過液16を、肥料成分が含まれる濃縮水21と、排水可能な透過水22とに分離する。
【００５９】
そして、濃縮水21は液肥等として再利用され、透過水は希釈用水として再利用されるか排水される。
【００６０】
次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。
【００６１】
上記メタン発酵システム１およびメタン発酵方法によれば、有機性廃棄物２に、例えば木質や繊維質等のメタン菌による分解が進行しにくい有機物成分が含まれていたとしても、有機性廃棄物２を湿式ビーズミル４にて、例えば従来の破砕機等では粉砕できない大きさに微細粉砕するため、嫌気性微生物による分解が進行しやすく、メタン転換率を向上できるとともに分解時間を短縮でき、効率的にメタンガスを生成できる。
【００６２】
特に、有機性廃棄物２を、体積を基準にした累積分布における５０％の粒径が２０μｍ以下となるように湿式ビーズミル４にて微細粉砕することにより、嫌気性微生物による有機性廃棄物２の分解が進行しやすいため、より効率的にメタンガスを生成できる。
【００６３】
また、従来のように有機性廃棄物２を例えば破砕機等で破砕するだけでは、ＵＦ膜の細孔に対して消化液７に含まれる未消化のＴＳの粒径が大きく、ＵＦ膜分離装置８で消化液７を膜分離する際に細孔が閉塞されてしまう。具体的には、分離する消化液７に４ｍｍ以上の物質が数％でも含まれていると、ＵＦ膜の細孔が閉塞されてしまう。
【００６４】
しかしながら、上述のように有機性廃棄物２を湿式ビーズミル４にてメジアン径が２０μｍ以下となるよう微細粉砕することにより、消化液７に含まれる未消化の粉砕有機物５によってＵＦ膜の細孔が閉塞されることは稀である。
【００６５】
すなわち、有機性廃棄物２を、メジアン径が２０μｍ以下となるように微細粉砕することにより、メタン発酵後の消化液７をＵＦ膜分離装置８にて濃縮する際に、消化液７中に残存している未消化の粉砕有機物５によってＵＦ膜の細孔が閉塞されにくく、スムーズに濃縮できる。
【００６６】
有機性廃棄物２を湿式ビーズミル４にて微細粉砕する際には、有機性廃棄物２を、固形分の比率が１０％以下になるように含水率を調整することにより、粉砕中における粘度の過度の上昇を防止できるため、有機性廃棄物２を所望の粒度、例えばメジアン径が２０μｍ以下となるように微細粉砕できる。
【００６７】
ここで、例えば、通常、膜分離を行う際には、予め含水率を抑えた状態からスタートするため、膜が閉塞されないように段階的に膜分離を行う。そして、通常通りに含水率を抑えてスラリー状の有機性廃棄物２における固形分が増加させると、粉砕およびメタン発酵後にＵＦ膜分離装置８で濃縮する際にＵＦ膜の細孔が閉塞されてしまう可能性が高くなる。そこで、メタン発酵前（微細粉砕前）に、固形分の比率が１０％以下になるようにスラリー状の有機性廃棄物２の含水率を調整することにより、消化液７の流動性を確保でき、消化液７を濃縮する際に、消化液７における固形分の濃度が上昇して流動性が低下することによるＵＦ膜の閉塞を防止でき、消化液７を濃縮しやすい。
【００６８】
したがって、有機性廃棄物２の含水率を調整することにより、有機性廃棄物２を適切に微細粉砕でき、メタン発酵を進行しやすくできるとともに、メタン発酵後に消化液７を濃縮しやすいので、メタン発酵から濃縮分離までの一連の工程を効率的に進行できる。
【００６９】
メタン発酵後の消化液７をＵＦ膜で濃縮分離することにより、消化液７に含まれる粉砕有機物５等のＴＳを消化液７から濃縮分離でき、ＴＳを含む濃縮液15をメタン発酵槽６に返送して無駄なく効率的にメタン発酵を進行できる。
【００７０】
また、ＵＦ膜分離装置８からメタン発酵槽６へ濃縮液15を返送することにより、メタン発酵槽６内で水流が発生し、この水流がメタン発酵槽６の内容物への撹拌作用を奏するため、メタン発酵槽６内に設置された撹拌機の動力を低減できる。
【００７１】
さらに、消化液７には、イオン化した成分が多く含まれており、その中でもアンモニアはメタン発酵槽６内で高濃度になるとメタン発酵を阻害する成分であるが、消化液７をＵＦ膜にて分離することにより、イオン化した成分を消化液７および濃縮液15から分離できるため、メタン発酵の阻害リスクを低減できる。
【００７２】
ＵＦ膜で濃縮分離した後の透過液16をＲＯ膜で分離することにより、排水可能レベルまで浄化でき、容易かつ適切に処理できる。すなわち、透過液16に含まれるイオン化した成分をＲＯ膜で濃縮水21として分離できるため、イオン化したアンモニア窒素、リンおよびカリウム等の肥料成分を含む濃縮水21は、濃縮液体肥料等として有効利用でき、透過水22は、再利用するか、そのまま排水できる。
【００７３】
また、通常、メタン発酵にて得られる低濃度の液体肥料の量が膨大であり、運搬方法や運用方法等を考慮すると利活用しにくいという問題が考えられたが、ＵＦ膜およびＲＯ膜を用いて濃縮分離することにより、濃縮水21として高濃度な液体肥料が得られるだけでなく、従来の濃縮分離方法と比較して容積を例えば１／１５〜１／１４に減容でき、運搬面や運用面の問題にも対応できる。
【００７４】
なお、上記一実施の形態では、原料として有機性廃棄物２を用いた構成としたが、このような構成には限定されず、有機物を含有しているものであれば、廃棄物ではないもの原料として適用できる。
【００７５】
また、メタン発酵後の消化液７をＵＦ膜で濃縮分離し、その濃縮分離した透過液16をＲＯ膜で濃縮分離する構成としたが、このような構成には限定されず、透過液16を他の方法で濃縮分離等の処理を行う構成にしてもよい。
【実施例】
【００７６】
以下、実施例および比較例について説明する。
【００７７】
まず、有機物の粒度の違いによるメタン発酵効率を確認した。
【００７８】
固形分が約７％であるスラリー状となるように含水率を調整した有機物を、湿式ビーズミルにて１時間粉砕し、この粉砕した試料を実施例１とした。実施例１の試料の粒度分布を図２に示す。
【００７９】
この実施例１では、体積を基準にした累積分布における５０％の粒径であるメジアン径が１９．７μｍで、算術標準偏差が３１．１μｍであった。
【００８０】
実施例１と同様に含水率を調整した有機物を、湿式ビーズミルにて１．５時間粉砕した試料を実施例２とした。実施例２の試料の粒度分布を図３に示す。
【００８１】
この実施例２では、メジアン径が１４．４μｍで、算術標準偏差が１７．４μｍであった。
【００８２】
実施例１および実施例２と同様に含水率を調整した有機物を、湿式ビーズミルにて２時間粉砕した試料を実施例３とした。実施例３の試料の粒度分布を図４に示す。
【００８３】
この実施例３では、メジアン径が１１．９μｍで、算術標準偏差が１２．６μｍであった。
【００８４】
また、従来のように有機物を破砕ミキサーで粒径１〜５ｍｍに破砕したものを比較例とした。
【００８５】
これら各実施例および比較例について、同じ嫌気性微生物を用いて同様の条件でメタン発酵を行い、メタン発生量およびメタン転換率を測定した。
【００８６】
各実施例および比較例について、３検体のメタン発生量の平均を図５に示し、３検体のメタン転換率の平均を図６に示す。
【００８７】
図５および図６に示すように、湿式ビーズミルで微細粉砕した実施例１ないし実施例３のいずれも、破砕ミキサーで処理した比較例に比べて、メタン発生量およびメタン転換率が良好であるとともに、メタン発酵開始後すぐに差が生じておりメタン発酵の進行速度の違いも明確であった。
【００８８】
また、実施例１ないし実施例３を比較すると、湿式ビーズミルでの粉砕時間が長く粒径が小さい程、メタン発生量、メタン転換率およびメタン発酵の進行速度のいずれも良好であった。
【００８９】
次に、有機物としてソルガム、パームヤシまたはコーヒーかすを用い、それぞれ粉砕後の粒径の違いによるメタン発酵効率を確認するため、それぞれの試料の量をＣＯＤ値で揃えて、ＩＳＯ１４８５３に準拠しＢＭＰ（ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｔｈａｎｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）試験を行った。
【００９０】
まず、各有機物を湿式ビーズミルで２〜１０μｍに微細粉砕した試料をナノ処理物（実施例）とし、同様に１００〜５００μｍに微細粉砕した試料をマイクロ処理物（実施例）とし、破砕ミキサーにて１〜５ｍｍに処理した試料をミキサー処理物（比較例）とした。
【００９１】
実施例であるマイクロ処理物およびナノ処理物と、比較例であるミキサー処理物とを、それぞれ１１０℃で２時間の乾熱した後に重量を計測しＴＳを求めた。
【００９２】
また、実施例であるマイクロ処理物およびナノ処理物は、２０μｌを秤量して、１９８０μｌの水とともにＣＯＤ反応用バイアル（１００倍希釈）に入れてＣＯＤを計測した。
【００９３】
比較例であるミキサー処理物は、２．０ｍｇを２０００μｌの水とともにＣＯＤ反応用バイアルに入れて、ＨＡＣＨ社計測器でＣＯＤを計測した。
【００９４】
ＢＰＭ試験は、バイアル瓶（最終容量５０ｍｌ）を密閉後に窒素置換して、５５℃の恒温槽内に静置した。
【００９５】
そして、経時的に発生するバイオガスを採取し発生量を計測するとともに、ガスクロマトグラフィでメタンガスおよびＣＯ２成分を計測し、メタン転換率を算出した。
【００９６】
なお、上記各計測は、各試料で３検体ずつ実施した。これら各計測結果を表１に示す。また、各試料のメタン転換率の推移を図７に示す。
【００９７】
【表１】
0005705359.tif 000002
【００９８】
有機物としてソルガムを用いた場合には、表１に示すように、ナノ処理、マイクロ処理およびミキサー処理のいずれもメタンガスが生成された。
【００９９】
また、図７に示すように、ナノ処理を行った場合は、ミキサー処理を行った場合に比べて計測開始直後からメタン転換率が著しく向上した。マイクロ処理を行った場合は、ミキサー処理を行った場合に比べて最終的なメタン転換率が良好であった。
【０１００】
次に、有機物としてパームヤシを用いた場合の各計測結果を表２に示し、各試料のメタン転換率の推移を図８に示す。なお、有機物としてパームヤシを用いた場合については、実施例であるナノ処理物およびマイクロ処理物を用いた場合のみ各計測を行った。
【０１０１】
【表２】
0005705359.tif 000003
【０１０２】
有機物としてパームヤシを用いた場合には、表２に示すように、ナノ処理およびマイクロ処理のいずれもメタンガスが生成された。
【０１０３】
また、図８に示すように、ナノ処理を行った場合は、メタン転換率が向上し、マイクロ処理を行った場合は、計測開始から１０日以降からメタン転換率が上昇した。
【０１０４】
次に、有機物としてコーヒーかすを用いた場合の各計測結果を表３に示す、各試料のメタン転換率の数位を図９に示す。
【０１０５】
【表３】
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【０１０６】
有機物としてコーヒーかすを用いた場合には、表３に示すように、ナノ処理、マイクロ処理およびミキサー処理のいずれもメタンガスが生成された。
【０１０７】
また、図９に示すように、ナノ処理を行った場合は、ミキサー処理を行った場合に比べて計測開始直後からメタン転換率が著しく向上した。マイクロ処理を行った場合は、ミキサー処理を行った場合に比べて計測開始５日目以降からのメタン転換率が向上した。
【符号の説明】
【０１０８】
１    メタン発酵システム
２    有機物としての有機性廃棄物
３    メタンガス
４    湿式ビーズミル
５    有機物としての粉砕有機物
６    メタン発酵槽
７    消化液
８    ＵＦ膜分離装置
９    ＲＯ膜分離装置
15    濃縮液
16    透過液
18    返送手段としての配管部材
【要約】
【課題】効率的にメタンガスを生成できるメタン発酵システムを提供する。
【解決手段】有機性廃棄物２を嫌気性微生物にて分解しメタン発酵させてメタンガス３を生成するメタン発酵システム１である。このメタン発酵システム１は、有機性廃棄物２を微細粉砕する湿式ビーズミル４を備える。また、メタン発酵システム１は、湿式ビーズミル４で微細粉砕した有機性廃棄物２を嫌気性微生物にて分解し、メタン発酵させてメタンガス３を生成するメタン発酵槽６を備える。有機性廃棄物２は、固形分の比率が１０％以下になるように含水率を調整した状態で湿式ビーズミル４にて微細粉砕される。また、このように含水率を調整した有機性廃棄物２は、体積を基準にした累積分布における５０％の粒径が２０μｍ以下となるように微細粉砕される。
【選択図】図１【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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