(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下段に設けられた下部流入部と、上部流出部とが設けられた第１発酵槽であって、下から上方向に被発酵液の旋回上向流が槽内部に形成される第１発酵槽と、
前記第１発酵槽に設けられた前記上部流出部と接続された上部流入部を有し、当該上部流出部から当該上部流入部へ流れた前記旋回上向流の被発酵液の流れによって、上から下方向に被発酵液の旋回下向流が槽内部に形成される第２発酵槽と、
前記第２発酵槽に設けられた中間流出部と前記第１発酵槽の下段に設けられた前記下部流入部とを接続し、当該第２発酵槽から被発酵液を当該第１発酵槽へ供給する循環部と、を備え、
前記第１発酵槽の前記下部流入部および前記上部流出部は、当該下部流入部における被発酵液の流入方向および当該上部流出部における被発酵液の流出方向が、断面視で当該第１発酵槽の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられ、
前記第２発酵槽の前記上部流入部は、当該上部流入部における被発酵液の流入方向が、断面視で当該第２発酵槽の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられている、発酵処理装置。
【請求項２】
前記第１発酵槽の中段であって、前記下部流入部より上方に中部流入部がさらに設けられている、請求項１に記載の発酵処理装置。
【請求項３】
前記被発酵液の原料を、前記循環部のポンプ部の下流に投入するための原料供給用ポンプ部を配置した原料供給ラインをさらに備える請求項１または２に記載の発酵処理装置。
【請求項４】
前記第２発酵槽の前記中間流出部は、当該中間流出部における被発酵液の流出方向が、断面視で当該第２発酵槽の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられている、請求項１に記載の発酵処理装置。
【請求項５】
前記第２発酵槽は、前記中間流出部より下部に発酵残渣を回収するための回収口部を有し、
前記第２発酵槽の前記回収口部から回収された発酵残渣を前記第１発酵槽へ供給するための残渣循環ラインをさらに備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の発酵処理装置。
【請求項６】
前記残渣循環ラインは、固液分離装置を備える請求項５に記載の発酵処理装置。
【請求項７】
前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、当該第２発酵槽内に送り込む蒸気供給ラインをさらに備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の発酵処理装置。
【請求項８】
前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、前記被発酵液を加温するために当該第１発酵槽に供給する加温用蒸気供給ラインをさらに備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の発酵処理装置。
【請求項９】
前記第１、第２発酵槽は、縦長の筒形状である請求項１〜８のいずれか１項に記載の発酵処理装置。
【請求項１０】
前記第１、第２発酵槽で処理される発酵は、水素発酵、メタン発酵、アルコール発酵、乳酸発酵、酪酸型発酵、ブタノール−アセトン型発酵、硝酸塩発酵または酢酸発酵である請求項１から９のいずれか１項に記載の発酵処理装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか1項に記載の発酵処理装置を用いて、第１発酵槽と第２発酵槽との間で被発酵液を循環させながら発酵処理を行い可燃性ガスを生成する方法であって、
前記第１発酵槽内の被発酵液を下から上へ向かう旋回上向流を形成する旋回上向流形成ステップと、
前記第１発酵槽の上部流出部から前記第２発酵槽の上部流入部へ流れた前記旋回上向流の被発酵液の流れによって、上から下へ向かう被発酵液の旋回下向流を形成する旋回下向流形成ステップと、
前記第２発酵槽の中間流出部から前記第１発酵槽の下段に設けられた下部流入部へ被発酵液を循環する循環ステップと、を含む方法。
【請求項１２】
前記第１発酵槽の中段であって、前記下部流入部より上方に設けられた中部流入部へ循環媒体を供給する第２循環ステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記被発酵液の原料を前記循環ステップで用いられる循環用ポンプ部の下流側に投入する原料供給ステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２発酵槽の槽下部から発酵残渣を回収する回収ステップと、
回収ステップで回収された発酵残渣を前記第１発酵槽へ供給する残渣循環ステップと、をさらに含む請求項１１または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、当該第２発酵槽内に送り込む蒸気供給ステップをさらに含む請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、前記被発酵液を加温するために当該第１発酵槽に供給する加温用蒸気供給ステップをさらに含む請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１発酵槽と第２発酵槽との間で被発酵液を循環させながら発酵処理を行い可燃性ガスを生成する方法およびそれに用いられる発酵処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被発酵液を撹拌しながら発酵処理する方法として、一般的に、機械撹拌方式、ガス撹拌方式がある。この撹拌の目的としては、投入物と槽内の汚泥の混合、タンク内温度の均一化、汚泥粒子に付着しているガスの分離、タンク内のスカム除去、タンク内の沈殿物の除去が挙げられる。
【０００３】
機械撹拌方式は、タンク上部から竪型撹拌機をぶら下げ、撹拌羽根で撹拌する方式やタンク内に水中撹拌機を投入して撹拌する方式等である。この機械撹拌方式の利点は、撹拌を行わせたい場所に狙い通りに撹拌できること、また、ガス撹拌に比べ低動力で撹拌できること等が挙げられる。一方この方式の欠点としては、撹拌効率が狭く、汚泥の短絡が生じやすいこと等が挙げられる。そのため、効率的な撹拌を行うためには、発酵槽タンクと撹拌機とのセット台数を多く必要とする。また、撹拌羽根にスカム等が絡みつく可能性がある。また、水中撹拌機の場合可動部が内部にあるため、メンテナンス時にタンクを開放し、取り出さねばならない。また、竪型撹拌機の場合タンク上部にモーター等の荷重がかかるため、タンクのルーフ強度、側壁強度等を十分に設計する必要がある。
【０００４】
また、ガス撹拌方式は、発酵槽タンク内で、ガス圧縮機等によりバイオガスを噴射させ、ガスの上昇効果によりタンク内を撹拌する方式である。このガス撹拌方式の利点は、液位変動があっても撹拌力が一定であること、撹拌力が大きいこと、タンク内部に可動部がないので、故障が少ないことが挙げられる。一方この方式の欠点として、ルーツブロア、ガス圧縮機を使用するため動力が大きくなること、可燃性ガスを扱うためガスラインに安全弁などの安全装置が必要となることが挙げられる。
【０００５】
また、特許文献１には、反応槽の上部開口部と下部開口部とを外部循環流路を介して接続して、外部循環流路に配置した膜分離装置で槽内液を固液分離しながら、槽内液を循環させて撹拌することが開示されている。また、特許文献２には、酸生成部（槽）及びメタン生成部（槽）を分離した嫌気性生物処理方法において、酸生成部のｐＨが所定値以下に低下したときに、メタン生成部への処理水の一部又は全部を酸生成部に返送することにより、酸生成部を最適ｐＨ範囲に保持することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７０６３１
【特許文献２】特開２０００−１６７５８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであって、機械撹拌方式やガス撹拌方式の欠点を改善し、発酵槽の撹拌動力の低減、撹拌装置等のメンテナンス性の向上、発酵処理効率性の向上を目的とした、発酵処理装置および発酵処理で可燃性ガスを生成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、下から上方向に被発酵液の旋回上向流を形成可能な第１発酵槽と、
前記第１発酵槽に設けられた上部流出部と接続された上部流入部を有し、当該上部流出部から当該上部流入部へ流れた前記旋回上向流の被発酵液の流れによって、上から下方向に被発酵液の旋回下向流を形成可能な第２発酵槽と、
前記第２発酵槽に設けられた中間流出部と前記第１発酵槽の下段に設けられた下部流入部とを接続し、当該第２発酵槽から被発酵液を当該第１発酵槽へ供給する循環部と、を備える発酵処理装置である。
【０００９】
この構成によって、第１発酵槽と第２発酵槽とを、それらの上部同士（上部流出部と上部流入部）を例えば配管等で接続（連結）し、かつ当該上部同士よりも下側（中間流出部と下部流入部）において循環部で接続（連結）し、第１、第２発酵槽内で被発酵液を旋回させながら発酵処理を行うことができる。これによって、機械撹拌方式やガス撹拌方式に比較して、過剰な撹拌を行わずに発酵処理可能となるため、発酵槽の撹拌動力を低減できる。また、撹拌装置に相当する循環部のポンプ部（第２発酵槽から第１発酵槽へ被発酵液を送給するポンプ機能）を発酵槽外部地上に設置しているため、外部でメンテナンスでき、メンテナンス性を向上できる。また、第１発酵槽内の旋回上向流と第２発酵槽内の旋回下向流とのそれぞれの強さを均一ではなく、段階的に小さくなるように設定しており、すなわち、第１発酵槽内の旋回上向流よりも第２発酵槽内の旋回下向流のほうを段階的に弱く（流速も小さく）して、第２発酵槽内に被発酵液（発酵汚泥（残渣））を濃縮させる場所（沈殿させる場所）を設けている。これによって、第１発酵槽上部と第２発酵槽上部の両方から可燃性ガスを得ることができ、発酵処理効率を向上させることができる。
【００１０】
発酵槽に投入される被発酵液の原料は、特に制限されないが、例えば、バイオマス（生ごみ、家畜糞尿、下水汚泥、食品廃棄物等）であることが好ましく、その含水率が９０％以上であることが好ましい。被発酵液の原料は、発酵槽へ投入される前に温度調整されることが好ましく、例えば、２０〜６０℃の範囲で温度調整され、３０〜４０℃（中温）あるいは５０〜６０℃（高温）に温度調整されることがより好ましい。
【００１１】
上記発明において、前記第１発酵槽の中段であって、前記下部流入部より上方に中部流入部がさらに設けられていることが好ましい。例えば、第２発酵槽の中間流出部から第１発酵槽の下部流入部まで接続された循環部（配管部）から分岐して、第２発酵槽からの被発酵液をこの中部流入部へ下部流入部と同様に送り込む。これによって、第１発酵槽での旋回上向流の旋回速度を中段位置で加速できるようにし、旋回上向流の旋回速度が減衰しないように維持できる。下部流入部と中部流入部とも旋回を加速する方向へ向いており、被発酵液の流入によって、旋回上向流の旋回が加速されることになる。なお、中部流入部へ送り込まれる循環媒体は、第２発酵槽の中間流出部から循環される被処理液に限定されず、後述する発酵残渣等でもよい。
【００１２】
発酵槽の中部流入部の位置は、発酵槽の底部から液面に向かって、液面までの距離を１としたときにその０．２５〜０．８、より好ましくは０．４〜０．７５である。また、下部流入部と中部流入部における流入量の割合は、下部：中部＝２５：７５〜７５：２５の範囲が好ましい。
【００１３】
上記発明において、前記被発酵液の原料を、前記循環部のポンプ部の下流に投入するための原料供給用ポンプ部を配置した原料供給ラインをさらに備えることが好ましい。被発酵液の原料を第１発酵槽に投入（原料供給）する場合に、循環部のポンプ部の下流側に投入することで、原料供給用のポンプ部と循環部のポンプ部を動作させて、被発酵液の循環の流れにのって原料を供給でき、さらに、原料を第１発酵槽内で旋回させながら分散させることができるため、原料の分散効果が大きく、発酵効率も高くなる。
【００１４】
上記発明の一実施形態として、前記第１発酵槽の前記下部流入部および前記上部流出部は、当該下部流入部における被発酵液の流入方向および当該上部流出部における被発酵液の流出方向が、断面視で当該第１発酵槽の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられ、
前記第２発酵槽の前記上部流入部は、当該上部流入部における被発酵液の流入方向が、断面視で当該第２発酵槽の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられている。さらに、前記第２発酵槽の前記中間流出部は、当該中間流出部における被発酵液の流出方向が、断面視で当該第２発酵槽の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられていることが好ましい。また、前記中部流入部は、当該中部流入部における循環媒体（例えば、被発酵液）の流入方向が、断面視で当該第１発酵槽の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられている（下部流入部と同様の構成が好ましい）。
【００１５】
この構成により、第１発酵槽の下部流入部の入口と上部流出部の出口とを第１発酵槽の断面円状の接線方向にすることで、循環部のポンプ部の動力によって旋回上向流を生じさせ、第２発酵槽の上部流入部の入口を第２発酵槽の断面円状の接線方向にすることで、旋回下向流を生じさせることができる。さらに、第２発酵槽の中間流出部の出口を第２発酵槽の断面円状の接線方向にすることで、旋回下向流をさらに効果的に生じさせることができるため好ましい。
【００１６】
上記発明の一実施形態として、前記第２発酵槽は、前記中間流出部より下部に発酵残渣を回収するための回収口部を有し、
前記第２発酵槽の前記回収口部から回収された発酵残渣を前記第１発酵槽へ供給するための残渣循環ラインをさらに備える。
【００１７】
この構成により、発酵残渣を回収できるとともに、残渣循環ラインのポンプ部によって発酵残渣を第１発酵槽に再投入させることができる。残渣循環ラインの一方端を回収口部に接続し、他方端を循環部のポンプ部の下流側に接続することが好ましい。
【００１８】
上記中部流入部へ送り込まれる循環媒体として、第２発酵槽から排出される上記発酵残渣（例えば、濃縮されたメタン発酵汚泥）を上記ポンプ部によって直接に中部流入部へ送り込むように構成できる。ここでは、第２発酵槽から中部流入部へ至る第２残渣循環ラインが形成されることになる。
【００１９】
上記発明の一実施形態として、前記残渣循環ラインは、固液分離装置を備えることが好ましい。
【００２０】
この構成により、発酵残渣中の液体分と固体分を分離させた後に、固体分の残渣（水分率が、例えば７５〜９７％）を第１発酵槽に再投入させることができ、被発酵液の濃度を高めることができる。残渣循環ラインには、固液分離装置の下流側にろ液を排出する経路と残渣を戻す経路を有し、残渣を戻す経路にポンプ部を設置することが好ましい。
【００２１】
上記中部流入部へ送り込まれる循環媒体として、第２発酵槽から排出され、固液分離装置でろ液が分離された後の発酵残渣をポンプ部によって直接に中部流入部へ送り込むように構成できる。ここでは、第２発酵槽から固液分離装置を介して中部流入部へ至る第３残渣循環ラインが形成されることになる。
【００２２】
上記発明の一実施形態として、前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、当該第２発酵槽内に送り込む蒸気供給ラインをさらに備える。
【００２３】
この構成により、可燃性ガスを例えばボイラ等で燃焼させて蒸気を発生させ、この蒸気を第２発酵槽内に下降流として送り込むことで、スカム除去、加温（発酵促進用）を同時に行わせることができる。この蒸気供給ラインは、第２発酵槽の内部に蒸気供給用配管を投入させることで、蒸気を送り込んでもよく、また、旋回下降流になるように蒸気を送り込んでもよい。
【００２４】
上記発明の一実施形態として、前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、前記被発酵液を加温するために当該第１発酵槽に供給する加温用蒸気供給ラインをさらに備える。
【００２５】
この構成により、可燃性ガスを例えばボイラ等で燃焼させて蒸気を発生させ、この蒸気を第１発酵槽内の被発酵液の加温（発酵促進用）、沈殿物の巻き上げ等に利用することができる。この蒸気供給ラインは、第１発酵槽ジャケットと接続されて第１発酵槽を加温することができ、また、第１発酵槽内に配管を投入させて直接蒸気を送り込んでもよく、また、旋回上向流になるように蒸気を送り込んでもよい。また、第１発酵槽に投入される原料の加温のためにこの蒸気を利用することができる。
【００２６】
上記発明の一実施形態として、前記第１、第２発酵槽は、縦長の筒形状であることが好ましい。これによって、従来の機械撹拌方式の装置では大型発酵槽（タンク）を用いていたため工期が長いものであったが、本発明によれは、装置を工場で組み立てし、現地では据え付けのみ行えばよく、工期を飛躍的に短縮できる。また、縦長の筒形状（断面円）の発酵槽は、その直径に対する水深（水深／直径）が１〜５であることが好ましく、２．３〜３．６であることがより好ましく、２．６〜３．３がさらに好ましい。この理由は、旋回上向流・下向流を発生しやすくするためである。
【００２７】
第１、第２発酵槽で処理される発酵は、特に制限されないが、例えば、水素発酵、メタン発酵、アルコール発酵、乳酸発酵、酪酸型発酵、ブタノール−アセトン型発酵、硝酸塩発酵または酢酸発酵が挙げられ、特に、原料をバイオマスに設定した場合には、水素発酵、メタン発酵（嫌気性発酵）が好ましい。
【００２８】
また、他の本発明は、第１発酵槽と第２発酵槽との間で被発酵液を循環させながら発酵処理を行い可燃性ガスを生成する方法であって、
前記第１発酵槽内の被発酵液を下から上へ向かう旋回上向流を形成する旋回上向流形成ステップと、
前記第１発酵槽の上部流出部から前記第２発酵槽の上部流入部へ流れた前記旋回上向流の被発酵液の流れによって、上から下へ向かう被発酵液の旋回下向流を形成する旋回下向流形成ステップと、
前記第２発酵槽の中間流出部から前記第１発酵槽の下段に設けられた下部流入部へ被発酵液を循環する循環ステップと、を含む。
【００２９】
この構成によって、第１発酵槽と第２発酵槽とを、それらの上部同士（上部流出部と上部流入部）を例えば配管等で接続（連結）し、かつ当該上部同士よりも下側（中間流出部と下部流入部）において循環部で接続（連結）し、第１、第２発酵槽内で被発酵液を旋回させながら発酵処理を行い、可燃性ガスを生成できる。
【００３０】
上記発明において、前記第１発酵槽の中段であって、前記下部流入部より上方に設けられた中部流入部へ循環媒体を供給する第２循環ステップをさらに含むことが好ましい。例えば、第２発酵槽の中間流出部から第１発酵槽の下部流入部まで接続された循環部（配管部）から分岐して、第２発酵槽からの被発酵液をこの中部流入部へ下部流入部と同様に送り込む。これによって、第１発酵槽での旋回上向流の旋回速度を中段位置で加速できるようにし、旋回上向流の旋回速度が減衰しないように維持できる。下部流入部と中部流入部とも旋回を加速する方向へ向いており、被発酵液の流入によって、旋回上向流の旋回が加速されることになる。
【００３１】
上記発明において、前記被発酵液の原料を前記循環ステップで用いられる循環用ポンプ部の下流側に投入する原料供給ステップをさらに含むことが好ましい。循環用ポンプの下流側に投入することで、原料供給用のポンプ部と循環用ポンプを動作させて、被発酵液の循環の流れにのって原料を供給でき、さらに、原料を第１発酵槽内で旋回させながら分散させることができるため、原料の分散効果が大きく、発酵効率も高くなる。
【００３２】
上記発明の一実施形態として、前記第２発酵槽の槽下部から発酵残渣を回収する回収ステップと、回収ステップで回収された発酵残渣を前記第１発酵槽へ供給する残渣循環ステップと、をさらに含む。この構成により、発酵残渣を回収できるとともに、発酵残渣を第１発酵槽に再投入させることができる。
【００３３】
上記発明の一実施形態として、前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、当該第２発酵槽内に送り込む蒸気供給ステップをさらに含む。この構成により、可燃性ガスを例えばボイラ等で燃焼させて蒸気を発生させ、この蒸気を第２発酵槽内に下降流として送り込むことで、スカム除去、加温（発酵促進用）を同時に行わせることができる。
【００３４】
上記発明の一実施形態として、前記第１、第２発酵槽で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、前記被発酵液を加温するために当該第１発酵槽に供給する加温用蒸気供給ステップをさらに含む。この構成により、可燃性ガスを例えばボイラ等で燃焼させて蒸気を発生させ、この蒸気を第１発酵槽内の被発酵液の加温（発酵促進用）、沈殿物の巻き上げ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１の発酵処理装置を説明するための図である。
【図２】実施形態２の発酵処理装置を説明するための図である。
【図３】実施形態３の発酵処理装置を説明するための図である。
【図４】実施形態４の発酵処理装置を説明するための図である。
【図５】実施形態５の発酵処理装置を説明するための図である。
【図６】実施形態６の発酵処理装置を説明するための図である。
【図７】実施形態７の発酵処理装置を説明するための図である。
【図８】実施形態８の発酵処理装置を説明するための図である。
【図９】実施形態９の発酵処理装置を説明するための図である。
【図１０】実施形態１０の発酵処理装置を説明するための図である。
【図１１】実施形態１１の発酵処理装置を説明するための図である。
【図１２】実験例における速度等高線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（実施形態１）
実施形態１の発酵処理装置を図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は、第１発酵槽１０と第２発酵槽２０と循環部２（循環ライン）を有している。第１発酵槽１０は、下から上方向に被発酵液の旋回上向流１０１を形成可能な形状であり、縦長の円筒形状（断面円）である。第２発酵槽２０は、上から下方向に被発酵液の旋回下向流２０１を形成可能な形状であり、縦長の円筒形状（断面円）である。第１発酵槽１０の上部に設けられた上部流出部１２と第２発酵槽２０の上部に設けられた上部流入部２１とは、配管３で接続され、被処理液が第１発酵槽１０から第２発酵槽２０へ流入する。また、第２発酵槽２の中間部に設けられた中間流出部２２と第１発酵槽１０の下部に設けられた流入部１１とは、循環部２を介して接続され、循環部２にはポンプＰ２が設置されており、第２発酵槽２０から第１発酵槽１０へ被発酵液を送り込む。この循環部２（ポンプＰ２）が被処理液を第１発酵槽１０から第２発酵槽２０へと循環する機能を担っている。循環部２は配管を有して構成できる。旋回上向流１０１は旋回下向流２０１より強度、流速が大きく、図１において矢印の太さでそれを表現している。
【００３７】
また、第１発酵槽１０の下部流入部１１および上部流出部１２は、下部流入部１１における被発酵液の流入方向および上部流出部１２における被発酵液の流出方向が、断面視で第１発酵槽１０の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられている。また、第２発酵槽２０の上部流入部２１は、上部流入部２１における被発酵液の流入方向が、断面視で第２発酵槽２０の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられ、さらに中間流出部２２が、中間流出部２２における被発酵液の流出方向が、断面視で第２発酵槽２０の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられている。すなわち、第１発酵槽１０の下部流入部１１の入口と上部流出部１２の出口とを第１発酵槽１０の断面円状の接線方向にすることで、循環部２のポンプＰ２の動力によって旋回上向流を生じさせ、第２発酵槽２０の上部流入部２１の入口を第２発酵槽２０の断面円状の接線方向にすることで、旋回下向流を生じさせる。さらに、第２発酵槽２０の中間流出部２２の出口を第２発酵槽２０の断面円状の接線方向にすることで、旋回下向流をさらに効果的に生じさせる。
【００３８】
また、第１発酵槽１０の下部流入部１１の流入位置および上部流出部１２の流出位置は、当該第１発酵槽１０の断面視で円中心から当該円の接線方向に向かって、当該円半径値の０．５倍以上１．０倍未満の位置に設けられていることが好ましく、０．６倍以上０．７５倍以下の位置に設けられていることがより好ましい。また、第２発酵槽２０の上部流入部２１の流入位置および中間流出部２２の流出位置は、当該第２発酵槽２０の断面視で円中心から当該円の接線方向に向かって、当該円半径値の０．５倍以上１．０倍未満の位置に設けられていることが好ましく、０．６倍以上０．７５倍以下の位置に設けられていることがより好ましい。図１（ｂ）に示すように、下部流入部１１の流入位置および上部流出部１２の流出位置が、第１発酵槽１０の断面中心ラインから接線方向に向かって半径値の０．５倍以上の位置に設けられている。また、第２発酵槽２０の上部流入部２１の流入位置および中間流出部２２の流出位置は、当該第２発酵槽２０の断面視で円中心から当該円の接線方向に向かって、当該円半径値の０．５倍以上の位置に設けられている。
【００３９】
また、第２発酵槽２０の中間流出部２２の位置は、当該第２発酵槽２０の底部から液面までの距離を１とした場合に、当該底部から０．１以上０．５以下の距離であることが好ましく、０．２以上０．４以下の距離であることがより好ましい。これによって、中間流出部２２よりも下側に旋回下向流の弱い場所を作り、発酵残渣（汚泥）をより濃縮させることが可能となる。
【００４０】
また、第２発酵槽２０は、中間流出部２２より下部に発酵残渣を回収するための回収口部２３を有している。回収口部２３は、発酵残渣の回収ライン４の一方端と接続し、ポンプＰ３の動作によって、発酵残渣を回収ライン４を通じて回収する。
【００４１】
また、被発酵液の原料（バイオマス）は、原料供給ライン１に設置されたポンプＰ１の動作で、循環部２のポンプＰ２の下流側に投入でき、さらに、ポンプＰ１と循環部２のポンプＰ２とを動作させることで、被発酵液の循環の流れにのって原料を供給できる。
【００４２】
第１発酵槽１０と第２発酵槽２０の上部から、バイオガス（可燃性ガス）が生じ、それぞれの配管５，６からバイオガスを取り出すことができる。
【００４３】
（実施形態２）
実施形態２の発酵処理装置を図２を参照しながら説明する。以下では、実施形態１と同じ構成、符号等は同じ機能であるため、説明を簡単にあるいは省略し、異なる構成を中心にして説明する。図２において、第２発酵槽２０の回収口部２３から回収された発酵残渣を第１発酵槽１０へ供給するための残渣循環ライン４１が設けられている。発酵残渣を回収できるとともに、残渣循環ライン４１のポンプＰ３によって発酵残渣を第１発酵槽１０に再投入させることができる。残渣循環ライン４１の一方端を回収口部２３に接続し、他方端を循環部２のポンプＰ２の下流側に接続して、被発酵液の循環の流れにのって発酵残渣を供給する。
【００４４】
（実施形態３）
実施形態３の発酵処理装置を図３を参照しながら説明する。以下では、実施形態２と同じ構成、符号等は同じ機能であるため、説明を簡単にあるいは省略し、異なる構成を中心にして説明する。図３において、残渣循環ライン４２に固液分離装置４３が設けられている。固液分離装置４３で発酵残渣中の液体分と固体分を分離させた後に、固体分の残渣（水分率が、例えば７５〜９７％）を第１発酵槽１０に再投入させることができる。残渣循環ライン４２は、固液分離装置４３の下流側にろ液を排出する経路４２１と残渣を戻す経路４２２を有し、残渣を戻す経路４２２にポンプＰ４を設置して、循環部２のポンプＰ２の下流側に残渣を送る。
【００４５】
（実施形態４）
実施形態４の発酵処理装置を図４を参照しながら説明する。以下では、実施形態１と同じ構成、符号等は同じ機能であるため、説明を簡単にあるいは省略し、異なる構成を中心にして説明する。図４において、第１発酵槽１０と第２発酵槽２０で生成されたバイオガスを、ボイラ５０で燃焼させて蒸気を発生させる。この蒸気を第２発酵槽２０内に下降流として送り込む。これによって、スカム除去、加温（発酵促進用）を同時に行わせることができる。図４の蒸気供給ライン７は、第２発酵槽２０の内部に配管を投入させることで、蒸気を送り込んでいる。
【００４６】
（実施形態５）
実施形態５の発酵処理装置を図５を参照しながら説明する。以下では、実施形態１と同じ構成、符号等は同じ機能であるため、説明を簡単にあるいは省略し、異なる構成を中心にして説明する。図５において、第１発酵槽１０と第２発酵槽２０で生成されたバイオガスを、ボイラ５０で燃焼させて蒸気を発生させる。この蒸気を第１発酵槽１０内の被発酵液の加温（発酵促進用）に利用する。この蒸気供給ライン８は、第１発酵槽１０内に配管を投入させて旋回上向流１０１になるように蒸気を送り込む。蒸気供給ライン８から第１発酵槽１０へ蒸気が流入される流入方向は、上記下部流入部の流入方向（構成）と同様にして、旋回上向流を発生するようにする。
【００４７】
（実施形態６）
実施形態６の発酵処理装置を図６を参照しながら説明する。実施形態６は実施形態１の各構成を有し、さらに、中部流入部１１１を有している。以下では、実施形態１と同じ構成、符号等は同じ機能であるため、説明を簡単にあるいは省略し、異なる構成を中心にして説明する。図６において、第１発酵槽１０には、槽下段の下部流入部１１と槽中段の中部流入部１１１が設けられている。循環部２（循環ライン）が途中で２ラインに分岐され、第１分岐ラインＬ１と下部流入部１１とが接続され、第２分岐ラインＬ２と中部流入部１１１とが接続される。下部流入部１１および中部流入部１１１によって、旋回上向流の旋回速度を中段位置で加速できるようにし、旋回上向流の旋回速度が減衰しないように維持できる。
【００４８】
第１発酵槽１０の下部流入部１１および中部流入部１１１は、下部流入部１１および中部流入部１１１のそれぞれにおける被発酵液の流入方向が、断面視で第１発酵槽１０の中心軸へ向かう方向と異なるように設けられている。下部流入部１１および中部流入部１１１の流入位置および上部流出部１２の流出位置は、当該第１発酵槽１０の断面視で円中心から当該円の接線方向に向かって、当該円半径値の０．５倍以上１．０倍未満の位置に設けられていることが好ましく、０．６倍以上０．７５倍以下の位置に設けられていることがより好ましい。なお、図６において、下部流入部１１の向きと中部流入部１１１の向きが上下位置で重なっているが、これに制限されない。
【００４９】
また、第１発酵槽１０の中部流入部１１１の位置は、第１発酵槽１０の底部から液面に向かって、液面までの距離を１としたときにその０．２５〜０．８、より好ましくは０．４〜０．７５である。また、下部流入部１１と中部流入部１１１における流入量の割合は、下部：中部＝２５：７５〜７５：２５の範囲である。
【００５０】
（実施形態７）
実施形態７の発酵処理装置を図７を参照しながら説明する。実施形態７は、実施形態２の各構成を有し、さらに中部流入部１１１を有している。図７に示すように、第１発酵槽１０には、槽下段の下部流入部１１と槽中段の中部流入部１１１が設けられている。残渣循環ライン４１が接続されている循環部２（循環ライン）が途中で２ラインに分岐され、第１分岐ラインＬ１と下部流入部１１とが接続され、第２分岐ラインＬ２と中部流入部１１１とが接続される。中部流入部１１１は上記実施形態６と同様の構成を有している。
【００５１】
（実施形態８）
実施形態８の発酵処理装置を図８を参照しながら説明する。実施形態８は、実施形態３の各構成を有し、さらに中部流入部１１１を有している。図８に示すように、第１発酵槽１０には、槽下段の下部流入部１１と槽中段の中部流入部１１１が設けられている。固液分離装置４３を介して残渣を戻す経路４２２が接続されている循環部２（循環ライン）が途中で２ラインに分岐され、第１分岐ラインＬ１と下部流入部１１とが接続され、第２分岐ラインＬ２と中部流入部１１１とが接続される。中部流入部１１１は上記実施形態６と同様の構成を有している。
【００５２】
（実施形態９）
実施形態９の発酵処理装置を図９を参照しながら説明する。実施形態９は、実施形態４の各構成を有し、さらに中部流入部１１１を有している。図９に示すように、第１発酵槽１０には、槽下段の下部流入部１１と槽中段の中部流入部１１１が設けられている。循環部２（循環ライン）が途中で２ラインに分岐され、第１分岐ラインＬ１と下部流入部１１とが接続され、第２分岐ラインＬ２と中部流入部１１１とが接続される。中部流入部１１１は上記実施形態６と同様の構成を有している。
【００５３】
また、実施形態５（図５）のように、実施形態９においても、第１発酵槽１０内に配管を投入させて旋回上向流１０１になるように蒸気を送り込むための蒸気供給ライン８を設置してもよい。蒸気供給ライン８から第１発酵槽１０へ蒸気が流入される流入方向は、上記下部流入部の流入方向（構成）と同様にして、旋回上向流を発生するようにする。
【００５４】
（実施形態１０）
実施形態１０の発酵処理装置を図１０を参照しながら説明する。実施形態１０は、実施形態２の各構成を有し、さらに中部流入部１１１を有している。図１０に示すように、第１発酵槽１０には、槽下段の下部流入部１１と槽中段の中部流入部１１１が設けられている。中部流入部１１１と、残渣循環ライン４１が直接に接続されており、発酵残渣が中部流入部１１１から第１発酵槽１０へ流入される構成である。中部流入部１１１は上記実施形態６と同様の構成を有している。
【００５５】
（実施形態１１）
実施形態１１の発酵処理装置を図１１を参照しながら説明する。実施形態１１は、実施形態３の各構成を有し、さらに中部流入部１１１を有している。図１１に示すように、第１発酵槽１０には、槽下段の下部流入部１１と槽中段の中部流入部１１１が設けられている。中部流入部１１１と、残渣を戻す経路４２２が直接に接続されており、固液分離処理後の発酵残渣が中部流入部１１１から第１発酵槽１０へ流入される構成である。中部流入部１１１は上記実施形態６と同様の構成を有している。
【００５６】
（可燃性ガスを生成する方法）
また、本発明は、第１発酵槽１０と第２発酵槽２０との間で被発酵液を循環させながら発酵処理を行い可燃性ガスを生成する方法である。上記発酵処理装置の実施形態１〜１１のいずれをも用いることができる。
【００５７】
本方法は、第１発酵槽１０の内の被発酵液を下から上へ向かう旋回上向流１０１を形成する旋回上向流形成ステップと、第１発酵槽１０の上部流出部１２から第２発酵槽２０の上部流入部２１へ流れた旋回上向流１０１の被発酵液の流れによって、上から下へ向かう被発酵液の旋回下向流２０１を形成する旋回下向流形成ステップと、第２発酵槽２０の中間流出部２２から第１発酵槽１０の下段に設けられた下部流入部１１へ濃縮された被発酵液を循環する循環ステップと、第２発酵槽２０の槽下部から発酵残渣を回収する回収ステップとを含む。さらに、上記回収ステップで回収された発酵残渣を第１発酵槽１０へ供給する残渣循環ステップと含んでもよい。また、第１、第２発酵槽１０、２０で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、当該第２発酵槽２０内に送り込む蒸気供給ステップをさらに含んでもよい。また、第１、第２発酵槽１０、２０で生じた可燃性ガスを燃焼させて得られた蒸気を、被発酵液を加温するために当該第１発酵槽１０に供給する加温用蒸気供給ステップをさらに含んでもよい。
【００５８】
さらに、第１発酵槽１０の中段であって、下部流入部１１より上方に設けられた中部流入部１１１へ循環媒体を供給する第２循環ステップをさらに含むことが好ましい。上記実施形態６〜１１に対応している。
【００５９】
＜実験例＞
上記実施形態１および６の発酵処理装置の構成において、第１発酵槽の旋回上向流についてシミュレーション実験を行った。第1、第２発酵槽として、内径３．５ｍ、水深１０．４ｍ（水深／直径＝２．９７）の１００ｍ３タンクとした。循環させる液体は水とした。実験例１、２は、実施形態１の構成において、循環量をそれぞれ３３ｍ３／ｈ、２５ｍ３／ｈに設定したものである。実験例３〜７は、実施形態６の構成において、循環量を２５ｍ３／ｈに設定し、中部流入部１１１の高さ位置（タンク底部からの距離）を変え、かつ下部流入部１１および中部流入部１１１の流入量を変えたものである。下部流入部の流入量と中部流入部の流入量の合計が循環量になる。表１に各条件と実験結果を示す。上部流出部１２のノズル高さ位置は、１０．１５ｍ、下部流入部１１のノズル高さ位置は０．１５ｍである。各部分での流速分布（％）は、全断面積に対する０．１ｍ／sec以上（タンク底部で汚泥が沈降しない速度、かつタンク表層でスカム等が移動するための速度）の流速を持つ分布の割合を示す。各断面における速度をシミュレーションによって計算し、分布（速度等高線図など）を求め上記割合を求める。図１２に速度等高線図を示す。
【００６０】
【表１】
0005771099.tif 000002
【００６１】
実験例２と実験例３〜７の比較（同じ循環量、分割流入の有無）から、下部と中部とで分割して流入させる方が、下部の流速分布の０．１ｍ／ｓｅｃ以上の面積が増加するとの結果（４０．９％＜４３．４％〜58.3％）であった。また、下部に強い流速を与えても遠心力が増加するため０．１ｍ／ｓｅｃ以上の面積が増加しないが、下部と中部に分割して流入させることで、上部（表層）流速分布の０．１ｍ／ｓｅｃ以上の面積が増加することが確かめられた（３９．３％＜４８．０％〜６２．７％）。
【００６２】
実験例１と、実験例４、７の比較（循環量減少、分割流入の有無）から、循環量が減少しても下部と上部とで分割流入することで、下部流速分布の０．１ｍ／ｓｅｃ以上の面積が増加することが確かめられた（５５．０％＜５５．９％、５８．３％）。
【符号の説明】
【００６３】
２      循環部
３      配管
４      発酵残渣の回収ライン
１０    第１発酵槽
１１    下部流入部
１２    上部流出部
２０    第２発酵槽
２１    上部流入部
２２    中間流出部
２３    回収口部
４１    酵残渣循環ライン
４３    固液分離装置
１１１  中部流入部
Ｌ１    第１分岐ライン
Ｌ２    第２分岐ライン
【図１】
0005771099.tif 000003
【図２】
0005771099.tif 000004
【図３】
0005771099.tif 000005
【図４】
0005771099.tif 000006
【図５】
0005771099.tif 000007
【図６】
0005771099.tif 000008
【図７】
0005771099.tif 000009
【図８】
0005771099.tif 000010
【図９】
0005771099.tif 000011
【図１０】
0005771099.tif 000012
【図１１】
0005771099.tif 000013
【図１２】
0005771099.tif 000014