(57)【要約】【課題】下水・家畜排泄物などの高含水率の有機性廃棄物の処理にあたって、発生する処理水や残渣の環境負荷が低く、メタンガスの生成が効率的で収量が多く、設備が比較的小型で建設コストが低廉であり、運転も容易な処理システムを実現すること。【解決手段】汚泥を好気発酵によって可溶化する可溶化槽と、可溶化した汚泥を嫌気メタン発酵させるメタン生成槽とからなる発酵工程の前段に凝集工程を設置して、乾式処理ができるように汚泥の含水率を７０ｗｔ％以下とした２段型メタンガス生成システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水・家畜排泄物等の、高含水率の原料バイオマスを処理してメタンガスを生成し回収するシステムであって、
該原料バイオマスに凝集剤を、混合撹拌し、原料バイオマス中の固形浮遊物および溶解物を吸着、イオン交換または吸着およびイオン交換を場合によっては伴って、凝集沈殿させて汚泥を得る凝集沈殿槽と、
機械的に外気から密封され、撹拌手段、熱風発生手段および通気手段を具え、沈殿した該汚泥を好気発酵によって可溶化する可溶化槽と、
機械的に外気から密封され、撹拌手段および熱交換手段を備え、可溶化した該汚泥を嫌気メタン発酵させるメタン生成槽と、
該凝集沈殿槽、該可溶化槽ならびに該メタン生成槽を記載の順に接続して、各槽の間に、該汚泥を移送する移送装置を具えたことを特徴とする前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システム。
【請求項２】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、凝集剤は多機能無機炭化物を含むことを特徴とする２段型メタンガス生成システム。
【請求項３】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、該可溶化槽および／または該メタン生成槽に多機能無機炭化物を追加供給することを特徴とする２段型メタンガス生成システム。
【請求項４】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、該メタン生成槽で発生した汚泥の一部を該可溶化槽および／または該メタン生成槽へリサイクルすることを特徴とする２段型メタンガス生成システム。
【請求項５】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、該可溶化槽ならびに該メタン生成槽は、中心固定軸が固定されて、胴部が回転自在に支持されて、機械的に外気から密封された横置ドラム型の槽であることを特徴とする２段型メタンガス生成システム。
【請求項６】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、汚泥を脱水する脱水機をさらに備え、凝縮沈殿槽内の該濃縮汚泥を脱水したあと、該可溶化槽へ移送することを特徴とする２段型メタンガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水・家畜排泄物などの高含水率の有機性廃棄物を処理するシステムに関する。とくに、原料バイオマスを、凝集工程により汚泥と処理水に分離したうえで、汚泥の部分を乾式でメタン化処理し、メタンガスを効率的に得るシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に工程図で示すように、従来、原料バイオマスは、一般的にまず活性汚泥処理装置６によって処理され、残った汚泥は発酵などの方法で処理されている。この中で使われる活性汚泥処理装置６は、大型の曝気槽６２や沈殿池６３を必要とし、また曝気の為の電力が大きく、初期建設コスト、運転コスト、操業エネルギー、敷地面積の面で課題がある。【０００３】
また、活性汚泥処理装置６の処理水１０２ならびに、濃縮汚泥１０４の固液分離時の処理水はＢＯＤ、ＣＯＤが高く、高度水処理が必要であるという問題がある。【０００４】
活性汚泥法処理装置６から排出される濃縮汚泥１０４が、凝集槽８１を経て固液分離・脱水装置８２を通った後は汚泥ケーキ１０６となり、次段の工程に送られる。活性汚泥法では、微生物の同化により汚泥量が増加する反面、微生物の分解によって炭酸ガスと水が生成し、汚泥量が減少する現象も起こる。従来の処理では、次段の発酵処理９１による堆肥・メタン１１１の生産、焼却・炭化処理９２による焼却灰・炭１１２の生産、ならびに乾燥処理９３による土壌改良剤１１３の生産の工程の負荷を小さくするために、この汚泥量は最小化をめざしている。たとえば、茨城県筑西市明野西部農業集落排水施設では、活性汚泥処理装置に流入するＢＯＤは１１０ｍｇ／ｌ、ＳＳは６４ｍｇ／ｌである（２０１３年１月）。通常家庭排水では、除去ＢＯＤの３５〜４５％が汚泥となる（非特許文献１）。仮に除去ＢＯＤの４０％が汚泥となる場合、ＳＳ分が余剰の汚泥になったとすると、１１０ｘ０．４＝４４ｍｇ／ｌのＳＳが余剰の汚泥になったことになる。実際はＢＯＤの部分の中に、ＳＳ以外の溶存成分の寄与があるので、元のＢＯＤに寄与する有機物のうち、多くても約２／３が汚泥となったと考えられる。【０００５】
これは、汚泥を資源として捉えると資源を浪費していることになるという問題があることを示している。したがって資源を有効に使うという点で、活性汚泥法以外の方法が提案されている。たとえば、発生する汚泥を嫌気発酵でメタン化することができる。その場合、発生するメタンガスは燃料として用いることができる。さらに、発酵残渣は肥料として用いることができる。この場合は汚泥の量が多いほど、大量のメタンガスなどを得られる。【０００６】
しかし、メタンガスを生成することを目的とすると別の課題もある。メタン発酵には嫌気性環境が必要であるが、それはほとんどの場合、原料バイオマスを大量の水に浸漬して酸素を遮断する湿式（または水封式）で実現される。この結果として、発酵残渣と水の混合物が嫌気発酵の生成物として得られる。【０００７】
これをそのまま液肥として消費できる条件があれば好都合である。しかし液肥の用途が無い環境では、この混合物の固液分離操作と水処理が、さらに必要になるという課題があった。【０００８】
それを避けるために、湿式ではなく、原料バイオマスの水分を減少させ含水率を７０ｗｔ％以下として発酵させる乾式法が有った。本願発明者らは、既に原料バイオマスの水分を減少させるために乾燥する手段として、嫌気発酵槽の直前に好気発酵乾燥槽を配置し、さらに、嫌気発酵工程の残渣を好気発酵乾燥槽にリサイクルする方法を提案した（特許文献１）。【０００９】
この方法によれば、嫌気発酵工程に投入される原料バイオマスの含水率を７０ｗｔ％以下に低下させ、乾式嫌気発酵を行うので、処理量を大幅に低下できる。たとえば、９７ｗｔ％の含水率の原料バイオマスを７０ｗｔ％の含水率にした場合、減容率及び減量率は、約１／１０となる。また、嫌気発酵工程の残渣のリサイクルによりメタン収率（単位原料バイオマスあたりのメタン生成量）が高まる。【００１０】
しかし、原料バイオマスの好気発酵熱を使用する乾燥工程のために原料バイオマスの持つエネルギーが消費されてしまうという課題が残った。【００１１】
また別の例で、凝集沈殿と発酵を組み合わせる方法として、有機性固形物を含有する有機性廃水を無機凝集剤の添加により固液分離処理する凝集沈殿槽と、この凝集沈殿槽で分離された処理液に含まれている有機性成分を酸発酵反応させる酸生成槽と、酸発生槽で処理された処理液を嫌気性処理する嫌気性処理槽とを備えることを特徴としている処理システムが提案されている（特許文献２）。【００１２】
この例においては、有機性廃水に含まれている懸濁物質のような微細な有機性固形物を凝集沈殿槽により凝集沈殿させることで取り除くため、後段での嫌気性処理槽を通過することはなく、処理水の水質が向上するとしているが、凝集沈殿した有機性固形物の資源化が目的でなく、後段での嫌気性処理水の処理の効率化が目的である。【００１３】
一般に有機性廃棄物処理においては汚泥資源のエネルギー化の最大化は実現されていない。【００１４】
ところで、従来の凝集剤を用いた凝集法には次の問題点があった。つまり、硫酸アルミニウム、塩化鉄のような無機系凝集剤と、高分子凝集剤を併用している上に、天然又は人口ゼオライトを添加しているために、複数の原料調達元、生産のプロセスの複雑化、凝集プロセスの複雑化、凝集コストの増大、脱水性向の低さ、凝集剤の環境への悪影響という問題があった。また凝集後の上澄み液のＢＯＤも十分に低下せず、処理設備外に放流するためには、高度水処理の追加も必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／００２２７０
【特許文献２】特開２００５−１２５２０２号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】”汚水・排水処理”、１４１頁、オーム社（２００９）
【非特許文献２】EfficientMethane Fermentation System with Hydrolysis Technology Using High TemperatureAerobic Hydrolysis Bacteria、環境と安全、 Vol.3, No.1,pp.13-20(2012)
【非特許文献３】Journalof Environmental Biotechnology, vol.9, No.2, 89-93(2009)
【非特許文献４】Promotion effect of various charcoals on the proliferation ofcomposting microorganisms, Tanso, No.224, 261-265(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の解決課題は、下水・家畜排泄物などの高含水率の有機性廃棄物の処理にあたって、発生する処理水や生成物（残渣）の環境負荷が低く、エネルギー化できる原料汚泥の収量を増やすことにより、メタンガス生成の収量が高く、設備が比較的小型で建設コストが低廉であり、運転も容易な処理システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、下水・家畜排泄物等の、高含水率の原料バイオマスを処理してメタンガスを生成し回収するシステムであって、該原料バイオマスに凝集剤を混合撹拌し、原料バイオマス中の固形浮遊物および溶解物を、吸着、イオン交換または吸着およびイオン交換を場合によっては伴って、凝集沈殿させて汚泥を得る凝集沈殿槽と、
機械的に外気から密封され、撹拌手段、熱風発生手段および通気手段を具え、沈殿した該汚泥を好気発酵によって可溶化する可溶化槽と、
機械的に外気から密封され、撹拌手段および熱交換手段を備え、可溶化した該汚泥を嫌気メタン発酵させるメタン生成槽と、
該凝集沈殿槽、該可溶化槽ならびに該メタン生成槽を記載の順に接続して、各槽の間に、該汚泥を移送する移送装置を具えたことを特徴とする２段型メタンガス生成システムである。【００１９】
本発明の基本的考え方は、好気発酵を行う可溶化槽の次段に嫌気メタン発酵を行うメタン生成槽を連結してなる２段式のメタンガス生成装置において、その前工程として凝集沈殿槽を配置したものである。凝集沈殿槽には適宜な脱水機を追加することができる。【００２０】
凝集沈殿槽及び脱水機によって、原料バイオマスの含水率を低下できるので、前後段の発酵槽において、原料バイオマスは減容減量されて処理される。よって、加熱乾燥して減容する場合に比べて、必要なエネルギーを低減でき、エネルギー効率が改善される。【００２１】
本発明の凝集剤は、従来の問題を解決するために、主成分として多機能無機炭化物を含んだ凝集剤である。多機能とは、凝集機能の他に、分離された汚泥の発酵工程においても発酵菌類を表面に着生させ繁殖させる菌床としての能力を有したり、発酵工程のｐＨを調整したり、嫌気メタン発酵において発生する硫化水素の発生を抑制したり、最終残渣が土地改良に使用できたりする、複数の機能を保有していることを指す。【００２２】
多機能無機炭化物を凝集剤として使用すると、従来の凝集剤に比較して、コストや凝集沈殿速度は同等であるが、吸着およびイオン交換機能の効果も加わって、凝集効率は優れている。同時に、環境負荷が低く、脱水性向も優れている。あらかじめ凝集沈殿という操作によって汚泥を多機能無機炭化物の周囲に付着させておく処理は発酵工程の一層の効率化を実現する。【００２３】
２段の発酵工程の内、前段の好気発酵を行う可溶化槽に多機能無機炭化物を加えることにより、好気発酵による可溶化速度を高め、また、続く嫌気メタン発酵の阻害要因となる酸性条件を緩和するので嫌気メタン発酵によるメタン生成速度が上昇する。【００２４】
また、前記好気発酵による可溶化工程（ここでは加水分解を伴う低分子化プロセス）に続く、有機酸を生成する酸生成工程において嫌気発酵阻害物質であるアンモニアを除去できるので、後段の嫌気メタン発酵を促進できる（非特許文献２）。【００２５】
また、前段の好気発酵による可溶化における加水分解過程及び酸生成過程が進行し、後段の嫌気メタン発酵過程ではそれら生成された有機酸がほとんどメタン発酵に利用されて消費されることが、実証実験によって示されている（非特許文献３）。【００２６】
また、本発明で言う多機能無機炭化物の表面において、セルロース分解酵素を分泌するCellulomones属等に見られる分枝型の細胞形態を示す微生物の存在がＳＥＭ顕微鏡で、菌数が増大することがＡＴＰ測定実験から確認されたので、好気可溶化発酵プロセスに多機能無機炭化物を投入すると、多機能無機炭化物は好気発酵による可溶化効率を上昇させることになる(非特許文献４)。【００２７】
また、多機能無機炭化物は、表１のｐＨの欄に示すように、表面及び内部のアルカリ性維持機能により、後段の嫌気メタン発酵によるメタン生成においても、有機酸によるｐＨの低下を抑制してメタン発酵菌の活動が阻害されることを減少させる。さらに、多機能無機炭化物は、嫌気性発酵に伴い発生し、装置腐食の原因となる硫化水素を抑制する。これらの機能を強化するため、多機能無機炭化物を可溶化槽および／またはメタン生成槽において追加供給することもできる。
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【００２８】
凝集沈殿槽で凝集剤として加えた多機能無機炭化物は勿論後段の発酵槽においても凝集以外のこれらの機能を発揮するが、必要に応じて可溶化槽および／またはメタン生成槽において追加して加えることによって、所望の機能を強化することもできる。【００２９】
本発明のシステムにおいて、メタン生成槽において残った残渣の一部を、可溶化槽にリサイクルすることもできる。これは、適宜メタン生成槽の汚泥の一部または全部を可溶化槽に戻して、未発酵の汚泥をさらに発酵させるためである。【００３０】
可溶化槽およびメタン生成槽の構造としては、横置ドラム型が望ましい。回転する撹拌羽根を利用する構造であると、低含水率の原料バイオマスの粘性のため回転のためのトルクが大きいので回転羽根への機械的な負荷が大きく、駆動のための消費電力も大きい。さらに回転羽根による撹拌が及ばない原料バイオマスも存在する。【００３１】
それに対して、横置ドラム型は、中心固定軸が固定されて、胴部が回転自在に支持されており、ドラム発酵槽の回転に伴って内部の原料バイオマスが反転され、ドラムの回転のためのトルクが小さく、さらに内部の撹拌羽根による効果によって、撹拌が及ばない部分が少ない。
【発明の効果】
【００３２】
原料バイオマスの処理にあたって、活性汚泥法ならびに高度水処理を用いないで、生成汚泥の資源化を促進する。エネルギーを消費する熱乾燥でなく、凝集ならびに脱水工程によって原料バイオマスの含水率を低下させる。このために前後段の発酵は処理時間が短くなる。以上の理由によってメタンガスの収量が多くコンパクトなメタンガス生成システムを実現できる。【００３３】
さらに、前段の好気発酵を行う可溶化槽に横置ドラム型の構造を用いれば、可溶化槽自体の回転により原料バイオマスが反転して撹拌されるために、撹拌効率が高いので、可溶化速度を高めることができる。後段のメタン生成槽についても、同様に撹拌効率が高いので、メタンガス生成速度を高めることができる。【００３４】
また、前段の好気発酵を行う可溶化槽において、多機能無機炭化物を追加して加えることにより、可溶化速度を高め、続く嫌気メタン発酵の阻害要因である酸性条件を緩和するのでメタンガスの生成速度が増加する。さらに、メタン生成と共に発生する腐食性の硫化水素を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムの工程図
【図２】横置ドラム型の発酵槽の概念図
【図３】活性汚泥法を使う高含水率の原料バイオマス処理システムの工程図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明による前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムについて実施例をあげて説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は本発明による前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムの工程図である。この図１に沿って、工程の流れを説明する。メタンガス生成システム１に受け入れられた下水・家畜排泄物などの高含水率の有機性廃棄物である原料バイオマスは、原料入口５１を通って凝集・脱水装置２０の最初の段階である凝集沈殿槽２１に入る。【００３８】
ここで、多機能無機炭化物を含む凝集剤を原料バイオマスに混合撹拌して、原料バイオマス中の固形浮遊物および溶解物の凝集沈殿を行う。凝集沈殿した汚泥は凝集沈殿槽２１の下側から抜き取られ、沈殿汚泥移送ポンプ２３を通過して脱水機２２に投入される。脱水機２２は遠心脱水機方式、ベルトプレス方式など適宜な方式を選定することができる。凝集沈殿後の処理水は、特別な処理を行うことなく、処理水配管２５から廃棄される。または、図示しない簡易な処理工程を置いても良い。【００３９】
汚泥は、脱水機２２によって脱水され、含水率を７０ｗｔ％以下となる。脱水機２２の後段に乾燥装置を配置して、可溶化槽３１に投入する原料バイオマスの含水率をさらに下げることもできる。脱水によって発生する処理水は、戻水配管２４を通って全量が凝集沈殿槽２１に戻される。脱水後の残余の汚泥は、移送装置５２を経て可溶化槽３１に送られる。【００４０】
可溶化槽３１は機械的に密封されており、撹拌手段、熱風発生手段および通気手段を備えている。図１に図示しない熱風発生手段で発生した熱風を通気手段によって可溶化槽３１の槽内に吹き込んで、槽内を所望の温度に保持しておくこともできる。可溶化槽３１にあらかじめ加温された、好気発酵を行う種菌を投入しておくと、移送された汚泥は、撹拌手段によって撹拌されて空気中の酸素と触れ、所望の温度で好気発酵して可溶化が進む。また、図１に図示しない排気手段、脱臭手段により、発酵に伴って発生する臭気を脱臭してから大気に放散することができる。【００４１】
可溶化槽３１を機械的に密封する理由は、槽内の熱エネルギーを放散しないようにして、次段のメタン生成槽を加温することに使用するためであり、また発生するアンモニア臭を放散しないようにするためである。【００４２】
可溶化槽３１で好気発酵した汚泥においては、含まれていた高分子の多糖類、脂肪、タンパク質が、それぞれ、低分子である、単糖、脂肪酸類、アミノ酸類に分解される。さらに、これらの単分子は有機酸に速やかに分解される。これを、移送装置５３を経て、メタン生成槽４１に送る。【００４３】
メタン生成槽４１は機械的に密封されており、撹拌手段および熱交換手段を備えている。熱交換手段は可溶化槽３１の排気熱をメタン生成槽４１に導き、内容物である汚泥を加温する。汚泥は撹拌手段によって適時に撹拌され、嫌気メタン発酵が進み、また生成されたメタンが汚泥から放出されやすくする。メタン生成槽４１を機械的に密封する理由はメタン生成に必要な嫌気環境を維持し、汚泥の嫌気メタン発酵が進んで発生したメタンガスを、ガス配管１３を経て回収し、ガスタンク１１に蓄積するためである。蓄積されたガスは、熱風発生手段や発電用ガスエンジンなどの燃料として使用される。【００４４】
メタン生成槽４１で残渣となった部分は、移送装置５５を通って、必要な範囲で可溶化槽３１にリサイクルされる。メタン生成槽４１の残渣は、メタン発酵が終了しなかった部分を含んでいるので、移送装置５５を通って、メタン生成槽４１の入口にリサイクルしてもよい。【００４５】
ここで、工程の最初に置かれた凝集沈殿槽２１で使われる凝集剤について説明する。凝集剤は多機能無機炭化物、もしくは多機能無機炭化物に既存の凝集剤を加えたものである。多機能無機炭化物というのは表１および表２に示したように、一般炭および活性炭と異なる原料、製法、機能を有するものを指す。
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【００４６】
具体的には、表１に示した通り、多機能無機炭化物は、通常の燃料として使う一般炭を製造するよりも２００℃程度高い高温で、酸素を一切遮断して原料を焼成して製造するので、ほぼ完全に炭素からなっており、比重が０．２８〜０．３と極めて軽く、比表面積は３００ｍ2／ｇ以上と、通常の一般炭の５０ｍ2／ｇ以下に比べ大きく、また特に通電性がある。【００４７】
一方、表２に示した通り、活性炭は材料を２００〜６００℃で蒸し焼きにした上で、６００〜１０００℃の高温で賦活するという２段階の製造工程が必要であるが、多機能無機炭化物は１段階の焼成工程のみで製造できるので、工程が簡易で所要エネルギーを下げることができる。また、多機能無機炭化物は弱アルカリ性であり発酵に有利であるのに対して、活性炭は強アルカリ性であって、発酵菌をはじめとする微生物は活動を停止するか死滅してしまう。また、活性炭が木、ヤシ殻、石炭などを原料として製造されるのにたいして、多機能無機炭化物の原料となるのはバイオマス全般であり、たとえば下水処理後に発生する汚泥残渣からも製造できるので、環境対策ともなる。【００４８】
多機能無機炭化物の具体的な例としては、株式会社ベンチャーバイザーズ・プロ製の高機能無機炭を粉末として、金属篩により２５０〜６００μｍの粒径範囲の部分を選別したものである。【００４９】
この多機能無機炭化物について、以下の方法にしたがって凝集機能の実験を行った。（１）あらかじめ乳鉢で粉砕して粉末とした多機能無機炭化物を、金属篩によって２５０〜６００ミクロンの粒経に揃えておく。（２）対象排水は、茨城県筑西市の生活排水処理場において活性汚泥法の曝気槽で生成された濃縮汚泥を希釈したものを用いる。（３）凝集剤として多機能無機炭化物を１リットルにつき０．１ｇを用いて、撹拌モーターで撹拌後、メスシリンダーに移し、上澄み液と汚泥層の境界の位置の時間的変化から凝集沈降速度を測定する。（４）一定時間後の汚泥をろ過し、ろ過後の汚泥の含水量を測定する。（５）上澄み液のＣＯＤをパックテストで測定する。【００５０】
表３に、多機能無機炭化物、天然ゼオライト、市販の無機系凝集剤パルクリーン（シエエス化学工業株式会社製造の商品名）をそれぞれ単独で凝集剤として用いた場合、及び、多機能無機炭化物に天然ゼオライト、硫化アルミニウムをそれぞれ加えた凝集剤を用いた場合の凝集実験結果を示す。パルクリーン以外の撹拌回転数は６５０ｒｐｍで撹拌時間は５分間で行った。パルクリーンについては、６５０ｒｐｍで２．５分間、ついで１５０ｒｐｍで２．５分間撹拌を行った。撹拌後、１０００ｃｃのメスシリンダーに移して、沈降速度を凝集汚泥の上面の高さの時間変化によって測定した。表３に凝集汚泥の上面以下の体積の測定結果を示してある。
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【００５１】
表３に示した沈降速度の実験結果より、多機能無機炭化物は、市販の凝集剤である天然ゼオライト、パルクリーンとほぼ同じ凝集機能を有することが示された。これは多機能無機炭化物が正電荷を持ち、且つ導電性を有するため、汚泥の微粒子の持つ負電荷を面的に中和させ、固形浮遊物および溶解物を、吸着、イオン交換または吸着およびイオン交換を場合によっては伴って凝集を促進するためと考えられる。多機能無機炭化物の重力脱水性向も天然ゼオライト、パルクリーンなど市販凝集剤等に劣らなかった。【００５２】
次に、表４に、上記実験による凝集沈殿後の上澄み液のＢＯＤについて、多機能無機炭化物とパルクリーンの比較を示してある。上澄み液のＢＯＤの測定は株式会社オオスミに委託した。この測定により、多機能無機炭化物を使った場合の上澄み液のＢＯＤが低いことが示された。事業場排水（海域及び湖沼以外への排出水）に対し、ＢＯＤは１６０ｍｇ/ｌ以下と、環境省によって定められている。したがって、本発明における凝集沈殿槽２１の上澄み液は、多機能無機炭化物による凝集能力によってＢＯＤが十分に低いので、別段の処理をすることなく、ほとんどそのまま放流することも可能である。【００５３】
上記実験によれば、表４に示すように、多機能無機炭化物を凝集剤として使ったときの上澄み液のＢＯＤ除去率は９９．６％以上である。前記、茨城県筑西市の生活排水処理場においては、活性汚泥法に流入する流入水、つまり原排水のＢＯＤは２０１３年１月において、約１１０ｐｐｍである。活性汚泥法の後に、高度水処理を行った放流水のＢＯＤは０．９ｐｐｍであるので、ＢＯＤ除去率は約９９．２％である。仮に流入水に対して多機能無機炭化物を凝集剤として使ったとき、この流入水に対して同じ除去率である９９．６％を有しているとすると、凝集沈殿後の上澄み液のＢＯＤを０．５ｐｐｍ以下に抑えることができることになる。このことは凝集沈殿後に高度水処理が必ずしも必要でないことを示している。
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【００５４】
活性汚泥化法では、有機物は好気性微生物群による吸着、同化を経て、フロック化（粒子の粗大化）し、汚泥を生成するので、処理には比較的長い時間を要する。それに対し、多機能無機炭化物による凝集沈殿においては、物理化学的相互作用により凝集が起こるので凝集速度が大きく、かつフロック化した粒子が大きいので沈殿速度も大きい。また、凝集剤のランニングコストは活性汚泥法における曝気の電気代と比べると安価である。さらに、凝集沈殿汚泥はそのほとんどが資源化の原料となるので、資源化の観点からみても本発明は活性汚泥法を用いた場合より優れている。【００５５】
以上の実験から以下の結論が得られた。多機能無機炭化物は、既存の凝集剤と比較して、他の凝集機能は同等の効果を示し、ＢＯＤ除去に優れた効果を示した。よって、多機能無機炭化物の単独の使用により、既存の複数成分の凝集剤のデメリットを改善できることがわかった。【００５６】
また、必要に応じて可溶化槽および／またはメタン生成槽において、多機能無機炭化物を追加供給することによって、アルカリ性を維持したり、硫化水素の発生を抑制したりするなど所望の機能を強化することもできる。
【実施例２】
【００５７】
図２は横置ドラム型の発酵槽の概念図である。本発明である前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムにおいては、２段型発酵槽をなしている可溶化槽ならびにメタン生成槽は横置ドラム型であることが望ましい。なぜなら、乾式の工程とするために含水率を７０ｗｔ％以下とすると、汚泥は流動しない粘度状になるので、回転する撹拌羽根を持った装置では大きな撹拌トルクが必要となるからである。【００５８】
図２において見てとれるように、可溶化槽３１とメタン生成槽４１は横置ドラムの長手方向の長さ寸法が異なるだけで基本的構造は同じである。両槽の同じ部分の符号は同じ番号としてあり、添え字がａであるのは可溶化槽３１の一部であることを示し、添え字がｂであるのはメタン生成槽４１の一部であることを示す。以下の説明および図において、両槽に共通な場合は、添え字を省略することがある。【００５９】
可溶化槽３１およびメタン生成槽４１の両槽とも、ベース１２０の上に固定された前面チャンバー１２２および後面チャンバー１２３によって、円筒形をしたドラムの胴部１２１が回転自在に支持されている。【００６０】
固定されている前面チャンバー１２２および後面チャンバー１２３とドラムの胴部１２１の間には回転シール機構を有し、機械的に外気から密封されている。また、可溶化槽３１は撹拌手段、熱風発生手段および通気手段を備えており、メタン生成槽４１は、撹拌手段および熱交換手段を備えている。【００６１】
両槽とも前面チャンバー１２２および後面チャンバー１２３に固定されて支持されている中心固定軸１２４を備えている。【００６２】
両槽は、両槽の間の通気を遮断するシャッターを備え、外気から密封された移送装置５３によって、図１に示す順に接続されている。またメタン生成槽４１の出口には発酵残滓を排出する切出機５４が設置され、そこから発酵の残滓が可溶化槽３１へリサイクルされる。
図２では、生成したメタンガスを貯留するガスホルダーその他の付属装置の図示を省略してある。【００６３】
両槽とも撹拌手段として、３種類のパドル状の撹拌羽根を内部に備えている。図２においては、図面が煩雑になることを避けて、同じ撹拌羽根については１つだけ符号をつけてある。
第１の撹拌羽根である移送羽根１２６は槽の内壁上に螺旋曲線を描いて多数が配列されて立設されており、各羽根が槽の回転に伴って内容物を槽の出口方向（図２で右方向）へ向かって推進移送する。【００６４】
第２の撹拌羽根である反転羽根１２７は同じく槽の内壁の上下左右の各位置において中心固定軸１２４に平行な各１列をなして配列立設されており、各羽根が槽の回転に伴って内容物を回転方向にすくい上げて、内容物を反転撹拌する。【００６５】
第３の撹拌羽根である固定羽根１２５は、中心固定軸１２４に十字型にクロスして取り付けられている。固定羽根１２５は、前面方向（図２で左方向）に内容物を移送する力を発生する。これは、移送羽根１２６による推進力に抗して内容物を攪拌する。【００６６】
以上の点以外は実施例１と同様である。【００６７】
本実施例によれば、可溶化槽３１とメタン生成槽４１を基本的に同じ構造としてあるので、装置の製作や保守にかかる費用が少ない。
可溶化槽３１ならびにメタン生成槽４１を横置ドラム型とすることにより、小さな動力で槽内容物の撹拌が可能になり、また撹拌されない部分が少ない。【００６８】
可溶化槽３１の内部では撹拌手段により、吹き込まれる熱風と槽内容物との接触が良好になり好気発酵が早く進む。メタン生成槽４１の内部では、撹拌手段により嫌気発酵進行中のバイオマス塊が砕かれてメタンガスの汚泥からの放散が良好になる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、原料バイオマスを排出するあらゆる産業、特に農漁業・畜産・食品加工・同販売流通等多くの産業の発達に寄与すると共に、生ごみ処理に当たる自治体等の活動に貢献することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１      メタンガス生成システム
１１    ガスタンク
１２    横置ドラム型発酵槽
１２０ａ、１２０ｂ  ベース
１２１ａ、１２１ｂ  胴部
１２２ａ、１２２ｂ  前面チャンバー
１２３ａ、１２３ｂ  後面チャンバー
１２４ａ、１２４ｂ  中心固定軸
１２５ａ、１２５ｂ  固定羽根
１２６ａ、１２６ｂ  移送羽根
１２７ａ、１２７ｂ  反転羽根
１３    ガス配管
２０    凝集・脱水装置
２１    凝集沈殿槽
２２    脱水機
２３    沈殿汚泥移送ポンプ
２４    戻水配管
２５    処理水配管
３１    可溶化槽
４１    メタン生成槽
５１    原料入口
５２    移送装置
５３    移送装置
５４    切出機
５５    移送装置
６      活性汚泥処理装置
６１    最初沈殿池
６２    曝気槽
６３    沈殿池
７      高度水処理
８１    凝集槽
８２    固液分離・脱水装置
９１    発酵処理
９２    焼却・炭化処理
９３    乾燥処理
１０１  原水
１０２  処理水
１０３  高度処理水
１０４  濃縮汚泥
１０５  返送汚泥
１０６  汚泥ケーキ
１１１  堆肥・メタン
１１２  焼却灰・炭
１１３  土壌改良剤
【図１】
2015019382.tif 000007
【図２】
2015019382.tif 000008
【図３】
2015019382.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月11日(2013.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水・家畜排泄物等の、高含水率の原料バイオマスを処理してメタンガスを生成し回収するシステムであって、
該原料バイオマスに含多機能無機炭化物凝集剤を、混合撹拌し、原料バイオマス中の固形浮遊物および溶解物を吸着、イオン交換または吸着およびイオン交換を場合によっては伴って、凝集沈殿させて汚泥を得る凝集沈殿槽と、
場合によっては、汚泥を脱水する脱水機をさらに備え、該凝縮沈殿槽内の該汚泥を脱水し、所定の含水率とし、
機械的に外気から密封され、撹拌手段、熱風発生手段および通気手段を具え、汚泥を好気発酵によって可溶化する可溶化槽と、
機械的に外気から密封され、撹拌手段および熱交換手段を備え、可溶化した汚泥を嫌気メタン発酵させるメタン生成槽と、
該凝集沈殿槽、該可溶化槽ならびに該メタン生成槽を記載の順に接続して、各槽の間に、該汚泥を移送する移送装置を具えたことを特徴とする前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システム。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、該可溶化槽および／または該メタン生成槽に含多機能無機炭化物凝集剤を追加供給することを特徴とする２段型メタンガス生成システム。
【請求項４】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、該メタン生成槽で発生した該汚泥の一部を該可溶化槽および／または該メタン生成槽へリサイクルすることを特徴とする２段型メタンガス生成システム。
【請求項５】
請求項１に記載の前置凝集工程を有する２段型メタンガス生成システムであって、該可溶化槽ならびに該メタン生成槽は、中心固定軸が固定され、胴部が回転自在に支持されて、機械的に外気から密封された横置ドラム型の槽であることを特徴とする２段型メタンガス生成システム。
【国際調査報告】
2015019382.tif 000010
2015019382.tif 000011
2015019382.tif 000012
2015019382.tif 000013