(57)【要約】【課題】酸生成処理が行われた有機物からアンモニアをより効果的に除去し、メタン発酵を促進すること。【解決手段】本発明のメタン発酵システムは、酸生成菌により有機物の酸生成処理を行う酸生成タンクと、メタン生成菌により、前記酸生成処理が行われた有機物のメタン発酵処理を行うメタン発酵タンクと、前記酸生成処理が行われた有機物を前記メタン発酵タンクへ移送するための移送経路を形成し、アルカリ剤の導入部を有する移送管と、前記移送管に設けられ、前記移送管内の前記酸生成処理が行われた有機物を搬送する搬送手段と、前記移送管内の発酵ガスを排気する排気手段と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2008272715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸生成菌により有機物の酸生成処理を行う酸生成タンクと、
メタン生成菌により、前記酸生成処理が行われた有機物のメタン発酵処理を行うメタン発酵タンクと、
前記酸生成処理が行われた有機物を前記メタン発酵タンクへ移送するための移送経路を形成し、アルカリ剤の導入部を有する移送管と、
前記移送管に設けられ、前記移送管内の前記酸生成処理が行われた有機物を搬送する搬送手段と、
前記移送管内の発酵ガスを排気する排気手段と、
を備えたことを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項２】
前記搬送手段は、スクリューコンベアであることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵システム。
【請求項３】
前記移送管に、燃焼によって発生したガスを供給する給気手段を備え、
前記給気手段による前記ガスの供給及び前記排気手段による発酵ガスの排気により、前記移送管内に、前記酸生成処理が行われた有機物の前記搬送手段による搬送方向と逆方向の気流を生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタン発酵システム。
【請求項４】
前記給気手段は、摂氏６０度以上の前記ガスを供給し、
前記排気手段からの排気ガスの熱により、前記メタン発酵タンク内を加温する加温手段を備えたことを特徴とする請求項３に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、有機物の再資源化技術に関し、特に有機物をメタン発酵する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生ゴミ、糞尿、紙、剪定枝等の有機性廃棄物（以下、単に有機物という。）をメタン発酵させて、発酵ガスを電力等のエネルギとして再資源化する技術が提案されている（特許文献１）。メタン発酵には、有機物に加水してメタン発酵する湿式メタン発酵と有機物に加水せずにメタン発酵する乾式メタン発酵とが一般に知られている。
【０００３】
有機物を湿式メタン発酵する手法は、加水している分だけ発酵タンクの容量を大きくする必要があり、また、多量の排水が発生するという短所がある。一方、有機物を乾式メタン発酵する手法では、このような問題がなく、より簡便なメタン発酵が可能である。
【０００４】
ここで、有機物が発酵するとメタンガスの他に、アンモニア等も発生する。アンモニアが発酵タンク内に多く存在すると、有機物のメタン発酵を阻害することが知られている。アンモニアを除去する方法としては、有機物に加水することで希釈してメタン発酵させ、発酵タンク内の液体を取り出してアンモニアを除去する方法がある。しかし、この方法は乾式メタン発酵の場合には採用できない。アンモニアを除去する他の方法としては、発酵タンク内の発酵ガスを取り出し、アンモニアを除去して発酵タンク内に発酵ガスを還流する方法がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９２３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、アンモニア水溶液はｐＨが約７．８（室温３７℃）でアンモニウムイオンとアンモニアそのものの形態で溶解している濃度がほぼ同一となる。さらに、発酵タンク内のｐＨが７．８未満である場合には、アンモニウムイオンとして存在し易い性質を有している。このような性質から、発酵タンク内の発酵ガスを取り出し、アンモニアガスを発酵ガスから除去して発酵タンク内に還流しても発酵タンク内のアンモニアの除去効果が低い。メタン発酵はｐＨが中性近傍で最も促進されるため、アンモニアの気散を促進するために発酵タンク内をアルカリ性とすると、その度合いによりメタン発酵が阻害される。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、酸生成処理が行われた有機物からアンモニアをより効果的に除去し、メタン発酵を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、酸生成菌により有機物の酸生成処理を行う酸生成タンクと、メタン生成菌により、前記酸生成処理が行われた有機物のメタン発酵処理を行うメタン発酵タンクと、前記酸生成処理が行われた有機物を前記メタン発酵タンクへ移送するための移送経路を形成し、アルカリ剤の導入部を有する移送管と、前記移送管に設けられ、前記移送管内の前記酸生成処理が行われた有機物を搬送する搬送手段と、前記移送管内の発酵ガスを排気する排気手段と、を備えたことを特徴とするメタン発酵システムが提供される。
【０００９】
本発明では、前記排気手段が前記移送管内の発酵ガスを排気することで、前記酸生成処理によって発生したアンモニアの大部分が除去され、アンモニアがより少ない状態で、前記酸生成処理が行われた有機物を前記メタン発酵タンクに供給できる。また、アンモニアの除去を前記酸生成処理が行われた有機物の移送と共に行うことができ、処理効率を高められる。前記移送管は前記導入部を有し、当該移送管内に前記アルカリ剤を導入することで、前記酸生成処理が行われた有機物のｐＨをアンモニアの気散が促進されるよう設定でき、アンモニアの除去効率を高められる。前記アルカリ剤の導入を前記酸生成タンクから前記メタン発酵タンクへの移送過程で行うことにより、前記メタン発酵タンク内のｐＨに与える影響を低減し、前記メタン発酵タンク内をメタン発酵に適したｐＨに設定できる。したがって、酸生成処理が行われた有機物からアンモニアをより効果的に除去し、メタン発酵を促進することができる。
【００１０】
本発明においては、前記搬送手段は、スクリューコンベアであってもよい。この構成によれば、前記酸生成処理が行われた有機物からのアンモニアの脱気を促進でき、アンモニアの除去効果を向上できる。
【００１１】
また、本発明においては、前記移送管に、燃焼によって発生したガスを供給する給気手段を備え、前記給気手段による前記ガスの供給及び前記排気手段による発酵ガスの排気により、前記移送管内に、前記搬送手段による前記酸生成処理が行われた有機物の前記搬送手段による搬送方向と逆方向の気流を生じさせてもよい。この構成によれば、前記給気手段により供給される、燃焼によって発生したガスと前記有機物との接触効果を向上でき、アンモニアの除去効果を向上できる。
【００１２】
また、本発明においては、前記給気手段は、摂氏６０度以上の前記ガスを供給し、前記排気手段からの排気ガスの熱により、前記メタン発酵タンク内を加温する加温手段を備えてもよい。この構成によれば、前記給気手段により供給される前記ガスが摂氏６０度以上であることにより、アンモニアの除去効果を向上できる。また、その余熱を前記メタン発酵タンク内の加温に活用することで、当該余熱を有効に活用しながら、メタン発酵を促進できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べた通り、本発明によれば、酸生成処理が行われた有機物からアンモニアをより効果的に除去し、メタン発酵を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るメタン発酵システムＡを備えたごみ処理システム１００のシステム構成図である。ごみ処理システム１００はごみを焼却処理するごみ焼却設備１０１と、メタン発酵システムＡと、を備える。ごみ焼却設備１０１は、例えば、ごみをガス化ないし溶融するガス化・溶融炉、ガス化・溶融炉で発生したガスを燃焼する燃焼炉、燃焼炉から発生する高温ガスを熱交換して温水等に再利用する熱交換器、燃焼炉から発生する高温ガスを無害化して排気する排気装置等を備える。
【００１５】
メタン発酵システムＡは、酸生成菌により有機物の酸生成処理を行う酸生成タンク１と、メタン生成菌により、酸生成処理が行われた有機物のメタン発酵処理を行うメタン発酵タンク２と、酸生成タンク１で酸生成処理が行われた有機物をメタン発酵タンクへ移送するための移送経路を形成する移送管３と、移送管３に設けられ、移送管３内の、酸生成処理が行われた有機物を搬送する搬送装置４と、を備える。
【００１６】
酸生成タンク１内には、酸生成菌が保持され、酸生成タンク１に投入される有機物に含まれる低分子の糖やアミノ酸を有機酸に変換する。その際、アンモニウムイオンが発生する。酸生成タンク１には粉砕装置５で粉砕された有機物が投入される。本実施形態では、処理対象とする有機物に加水しないメタン発酵を想定する。
【００１７】
粉砕装置５はごみ処理システム１００に搬送されてきたごみ（有機物）を粉砕する。また、粉砕装置５にはメタン発酵に不適なごみを選別・除外する装置を設けてもよい。粉砕の際に生じた臭気は配管５ａを介してごみ焼却設備１０１へ供給され、ごみ焼却設備１０１の燃焼炉にて燃焼することで、臭気が大気開放されることを防止できる。
【００１８】
移送管３は、筒状の本体３ａと、本体３ａの一方端部に設けた導入部３ｂと、本体３ａの他方端部に設けた導出部３ｃと、を備える。導入部３ｂはその上方が開口しており、酸生成タンク１での酸生成処理を経た有機物が投入される。導入部３ｂには、また、アルカリ剤の投入装置６からアルカリ剤が投入される。アルカリ剤としては、生石灰、消石灰、苛性ソーダ等が挙げられる。導出部３ｃは、その下方が開口しており、移送管３内を搬送された、酸生成処理が行われた有機物は、導出部３ｃからメタン発酵タンク２へ排出される。
【００１９】
導入部３ｂ及び導出部３ｃ内にはそれぞれ攪拌機３ｄが配設されており、攪拌機３ｄの回転により、導入部３ｂへ投入された有機物の本体３ａへの送り出し、本体３ａから導出部３ｃへの有機物の送り出しを円滑にする。
【００２０】
搬送装置４は、本実施形態の場合、スクリューコンベアであり、スクリュー４ａと、スクリュー４ａを回転駆動する駆動部４ｂと、を備える。スクリュー４ａはその軸方向が本体３ａの長手方向に設定されて本体３ａ内に延在しており、その回転により矢印ｄ１方向に酸生成処理が行われた有機物を搬送する。
【００２１】
移送管３には、移送管３内の発酵ガスを排気する排気装置７が設けられている。排気装置７は、移送管３内に一部が挿入された配管７ａと、配管７ａを介して移送管３内の気体、つまり、発酵ガスを吸引排気するコンプレッサ７ｂと、を備える。排気装置７が移送管３内の発酵ガスが排気することにより、アンモニアガスが排気され、酸生成処理が行われた有機物からアンモニアの大部分を除去できる。
【００２２】
本実施形態の場合、移送管３には更に、燃焼によって発生したガスを移送管３に供給する給気装置８が設けられている。給気装置８は、移送管３内に一部が挿入された配管８ａと、配管８ａを介して移送管３内に、燃焼によって発生したガスを圧送するコンプレッサ８ｂと、を備える。本実施形態の場合、給気装置８による、燃焼によって発生したガスの供給及び排気装置７による排気により、移送管３内には搬送装置４による酸生成処理が行われた有機物の搬送方向（矢印ｄ１）と逆方向の気流を生じさせる。これにより、移送管３内における、給気装置８からの燃焼によって発生したガスと酸生成処理が行われた有機物との接触効果を向上でき、酸生成処理が行われた有機物中のアンモニアの除去効果を向上できる。
【００２３】
給気装置８が供給する、燃焼によって発生したガスは、本実施形態の場合、ごみ焼却設備１０１から供給され、ごみ焼却設備１０１で生じる高温ガスを用いている。酸生成処理が行われた有機物に高温ガスを接触させることにより、アンモニアの除去効果を向上できる。
【００２４】
メタン発酵タンク２内には、メタン発酵菌が保持され、移送管３から排出される酸生成処理が行われた有機物をメタンに変換する。メタン発酵タンク２の周囲にはこれを取り巻くようにして加温装置２ａが配設されている。加温装置２ａは排気装置７からの排気ガスが通過する経路を形成している。
【００２５】
本実施形態では、給気装置８により高温ガスが移送管３内に供給されるので、排気装置７からの排気ガスもその熱を有する。このため、発酵ガスが加温装置２ａ内を通過することで、その熱によりメタン発酵タンク２が加温され、その内部の有機物のメタン発酵が促進される。加温装置２ａを通過したガスは、ごみ焼却設備１０１へ供給され、ごみ焼却設備１０１の燃焼炉にて燃焼することで脱臭される。
【００２６】
メタン発酵タンク２内の、メタン発酵後の有機物の残渣は、残渣処理装置９へ排出される。残渣処理装置９ではメタン発酵後の有機物の残渣が脱水され、所定の処理が施されて廃棄される。残渣処理の過程で発生したガスはごみ焼却設備１０１へ供給され、ごみ焼却設備１０１の燃焼炉にて燃焼することで脱臭される。
【００２７】
メタン発酵タンク２内で発生したメタンガスは脱硫・精製装置１０で脱硫・精製処理が行われたのち、ガスホルダ１１に蓄積される。ガスホルダ１１に蓄積されたメタンガスは、発電等に用いられることになる。
【００２８】
係る構成からなるメタン発酵システムＡでは、排気装置７が移送管３内の発酵ガスを排気することで、アンモニアガスが除去され、アンモニアがより少ない状態で、酸生成処理が行われた有機物をメタン発酵タンク２に供給できる。したがって、メタン発酵タンク２内をアンモニア濃度が低下した状態とすることができ、メタン発酵を促進できる。
【００２９】
また、アンモニアの除去を酸生成処理が行われた有機物の移送と共に行うことができ、処理効率を高められる。移送管３は導入部３ｂを有し、移送管３内にアルカリ剤を導入することで、酸生成処理が行われた有機物のｐＨをアンモニアの気散が促進されるよう設定でき、アンモニアの除去効率を高められる。アルカリ剤の導入を酸生成タンク１からメタン発酵タンク２への移送過程で行うことにより、メタン発酵タンク２内のｐＨに与える影響を低減し、メタン発酵タンク２内をメタン発酵に適したｐＨに設定できる。したがって、酸生成処理が行われた有機物からアンモニアをより効果的に除去し、メタン発酵を促進することができる。
【００３０】
図２（ａ）はアンモニウムイオン（ＮＨ4+）のアンモニア（ＮＨ3）への遷移とｐＨとの関係の実験例を示す。同図の実験例は、常温で１リッターあたり１０００ｍｇ〜６０００ｍｇのアンモニウムイオンを含有する酸生成処理が行われた有機物について、そのｐＨを６．５から１１．０に変化させた場合のアンモニアの発生量を示す。この実験例では、ｐＨが７．８付近からアンモニウムイオンのアンモニアへの遷移が促進されはじめ、特に、ｐＨが９以上で遷移の促進効果が高いことが分かる。
【００３１】
したがって、移送管３内の酸生成処理が行われた有機物のｐＨは９以上としておくことが望ましい。なお、メタン発酵はｐＨが中和状態で最も促進されるため、メタン発酵タンク２内ではｐＨを中性域に下げるよう、酸性剤を投入することが望ましい。
【００３２】
移送管３内の酸生成処理が行われた有機物のｐＨは移送管３内に投入するアルカリ剤の量により調整できる。図２（ｂ）は酸生成処理が行われた有機物に消石灰の量を変えて添加した場合のｐＨの変化の実験例を示す。同図において添加率は酸生成処理が行われた有機物の乾燥重量に対する消石灰の添加量を示す。消石灰の添加率が約５％の時にｐＨが８程度となっており、投入装置６から消石灰を移送管３内に投入する場合、酸生成処理が行われた有機物の乾燥重量の５％以上の量の消石灰を投入することが好ましい。更に、ｐＨを９以上とするために、酸生成処理が行われた有機物の乾燥重量の約８％程度の量の消石灰を投入することが好ましい。
【００３３】
搬送装置４としては、スクリューコンベア以外の装置も適用可能であるが、スクリューコンベアを採用することにより、酸生成処理が行われた有機物の搬送中、酸生成処理が行われた有機物に剪断力が作用して酸生成処理が行われた有機物が剪断されながら搬送されるので、酸生成処理が行われた有機物中に内包されているアンモニア脱気が促進され、アンモニアの除去効果を向上できる。また、投入装置６から投入されるアルカリ剤と酸生成処理が行われた有機物との混合が促進され、酸生成処理が行われた有機物の均質なｐＨ上昇にも効果がある。スクリュー４ａの羽根の傾斜は、たとえば、５乃至４５度程度とすることができ、また、スクリュー４ａの回転速度は１０乃至６０ｒｐｍとすることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、給気装置８による燃焼によって発生したガスの供給及び排気装置７によるガスの排気により、移送管３内に、搬送装置４による酸生成処理が行われた有機物の搬送方向と逆方向の気流を生じさせている。気流の方向は酸生成処理が行われた有機物の搬送方向と同方向としてもよいが、本実施形態のように逆方向とすることで、移送管３内に供給される燃焼によって発生したガスと酸生成処理が行われた有機物との接触効果を向上でき、アンモニアの除去効果を向上できる。
【００３５】
アンモニアの除去効果を向上するため、移送管３内における酸生成処理が行われた有機物の搬送は、ある程度の時間をかけて行うことが望ましい。図３（ａ）は移送管３内の１時間あたりの通気量を、１ｋｇｆの酸生成処理が行われた有機物に対して１３０リットルに設定し、のアンモニアガスの濃度変化を異なるｐＨ毎に調べた実験例を示す。この実験例では、ｐＨが９．３である酸生成処理が行われた有機物について、１ｋｇｆの酸生成処理が行われた有機物あたり５５００ｍｇのアンモニアの除去に１時間程度を要している。
【００３６】
搬送装置４として本実施形態のようにスクリューコンベアを用いる場合、通気量との関係でアンモニアの除去に効果的な搬送時間を確保できるように移送管３の管長をとすることが望ましい。
【００３７】
また、本実施形態では、給気装置８が移送管３内に供給する燃焼によって発生したガスとして高温ガスを用い、酸生成処理が行われた有機物に高温ガスを接触させることにより、アンモニアの除去効果を向上できる。図３（ｂ）は、酸生成処理が行われた有機物に常温（摂氏２５度）で通気した場合と、摂氏６０度で通気した場合での、酸生成処理が行われた有機物のアンモニア濃度の通気時間に対する変化の実験例を示す。同図の実験例では、予め牛糞からアンモニア生成したものを原料（ｐＨ＝９．３）とし、通気量を原料１リットルあたりで、１時間あたり１３０リットルとしたものである。摂氏６０度で通気した場合は常温の場合よりも８倍程度、アンモニアの除去速度の向上が認められる。したがって、給気装置８が移送管３内に供給する、燃焼によって発生したガスは摂氏６０度以上であることが望ましい。
【００３８】
本実施形態では、給気装置８が給気装置８が移送管３内に供給する燃焼によって発生したガスとして、ごみ焼却設備１０１にて生じる高温ガスを利用しているので、エネルギの有効活用を図ることができる。また、排気装置７からの排気ガスを加温装置２ａに導き、その余熱をメタン発酵タンク２内の加温に活用することで、当該余熱を有効に活用しながら、メタン発酵を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係るメタン発酵システムＡを備えたごみ処理システム１００のシステム構成図である。
【図２】（ａ）はアンモニウムイオンのアンモニアガスへの遷移とｐＨとの関係の実験例を示す図、（ｂ）は酸生成処理が行われた有機物に消石灰の量を変えてを添加した場合のｐＨの変化の実験例を示す図である。
【図３】（ａ）は移送管３内の１時間あたりの通気量を、１ｋｇｆの酸生成処理が行われた有機物に対して１３０リットルに設定し、のアンモニアガスの濃度変化を異なるｐＨ毎に調べた実験例を示す図、（ｂ）は、酸生成処理が行われた有機物に常温で通気した場合と、摂氏６０度で通気した場合での、酸生成処理が行われた有機物のアンモニア濃度の通気時間に対する変化の実験例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ  メタン発酵システム
１  酸生成タンク
２  メタン発酵タンク
３  移送管
４  搬送装置
【図１】
2008272715.tif 000003
【図２】
2008272715.tif 000004
【図３】
2008272715.tif 000005