(57)【要約】【課題】可溶化残査，メタン発酵汚泥の排出量が低減でき、コンポスト化、焼却処理する最終処理物の量を減少するメタン発酵装置を提供する。【解決手段】有機性物質１を可溶化する可溶化槽４と、可溶化槽４から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽４３とを備えたメタン発酵装置において、可溶化槽４から排出された可溶化物７をメタン発酵槽４３へ搬送する途中に、前記可溶化物７を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行うキャビテーション処理槽３７と、キャビテーション処理槽３７で固形分を破壊・微粒化したキャビテーション処理物を前記メタン発酵槽４３へ搬送する搬送ライ４２を設けたことを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004105878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記可溶化槽から排出された可溶化物をメタン発酵槽へ搬送する途中に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行うキャビテーション処理槽と、
そのキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化したキャビテーション処理物を前記メタン発酵槽へ搬送する搬送ラインと
を設けたことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項２】
請求項１記載のメタン発酵装置において、前記可溶化槽とキャビテーション処理槽の間に前記可溶化物中の固体分と液体分を分離する固液分離手段を設け、その固液分離手段から得られた可溶化液を前記キャビテーション処理槽に供給することを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項３】
有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記メタン発酵槽から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行うキャビテーション処理槽と、
そのキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化したキャビテーション処理物を前記メタン発酵槽へ搬送する搬送ラインを設けたことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項４】
請求項１または請求項３記載のメタン発酵装置において、前記キャビテーション処理物の一部を前記可溶化槽へ戻す戻し搬送ラインを併設したことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項５】
有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記可溶化槽から排出された可溶化物をメタン発酵槽へ搬送する途中に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理槽と、
前記メタン発酵槽から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理槽と、
前記第１のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記メタン発酵槽へ搬送する搬送ラインと
を設けたことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項６】
有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記可溶化槽から排出された可溶化物をメタン発酵槽へ搬送する途中に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理槽と、
前記メタン発酵槽から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理槽と、
前記第１のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記可溶化槽へ戻す戻しラインと
を設けたことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載のメタン発酵装置において、前記可溶化槽で生成した可溶化物を予め粉砕する粉砕手段を設けたことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項８】
請求項７記載のメタン発酵装置において、前記粉砕手段が前記可溶化物中の固形分を粉砕しながら可溶化物を搬送するポンプであることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載のメタン発酵装置において、前記メタン発酵槽は菌を付着させた固定床担体を備えた固定床式メタン発酵槽であることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項１０】
有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記可溶化工程とメタン発酵工程の間に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射して可溶化物中の固形分を破壊・微粒化するキャビテーション処理工程を設けたことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のメタン発酵方法において、前記可溶化工程とキャビテーション処理工程の間に前記可溶化物中の固体分と液体分を分離する固液分離工程を設け、その固液分離工程で得られた可溶化液を前記キャビテーション処理工程に供給することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１２】
有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記メタン発酵工程から排出された汚泥を高圧で液中に噴射して固形分を破壊・微粒化するキャビテーション処理工程と、
そのキャビテーション処理工程の処理物を前記メタン発酵工程へ搬送する搬送工程を設けたことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１３】
請求項１０または請求項１２記載のメタン発酵方法において、前記キャビテーション処理物の一部を前記可溶化工程へ戻す戻し工程を併設したことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１４】
有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記可溶化工程とメタン発酵工程の間に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理工程と、
前記メタン発酵工程から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理工程と、
前記第１のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記メタン発酵工程へ搬送する搬送工程と
を設けたことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１５】
有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記可溶化工程とメタン発酵工程の間に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理工程と、
前記メタン発酵工程から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理工程と、
前記第１のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記可溶化工程へ戻す戻し工程と
を設けたことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１６】
請求項１０ないし請求項１５のいずれか１項記載のメタン発酵方法において、前記可溶化工程とキャビテーション処理工程の間で予め可溶化物を粉砕する粉砕工程を設けたことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１７】
請求項１６記載のメタン発酵方法において、前記粉砕工程に前記可溶化物中の固形分を粉砕しながら可溶化物を搬送するポンプを用いたことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項１８】
請求項１０ないし請求項１７のいずれか１項記載のメタン発酵方法において、前記メタン発酵工程には菌を付着させた固定床担体を備えた固定床式メタン発酵槽を用いたことを特徴とするメタン発酵方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば有機性廃棄物などからメタンを発酵する装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタン発酵は、下水・し尿処理の分野では、最終沈澱池汚泥及び余剰活性汚泥の処理に適用されてきた。近年、ごみ焼却炉からのダイオキシン類の排出、埋立地の不足、ＣＯ２　問題が大きな課題となり、これらの環境負荷を低減する方法の一つとして、メタン発酵技術の利用が活発化している。メタン発酵は、有機性廃棄物（厨芥類、汚泥、バイオマス等）を発酵させてメタンガスを生成する技術であり、そのまま燃焼してはエネルギー回収ができない高水分廃棄物からのエネルギー回収が可能である。
【０００３】
メタン発酵は、大きく分けると加水分解菌、酢酸化菌による可溶化過程と、メタン生成菌によるメタン発酵過程の二段階の生化学反応から成っている。タンパク質、炭水化物、脂肪等の高分子有機化合物は、まず加水分解菌などによって低分子化されて高級脂肪酸、アミノ酸、糖類となる。次に液化された有機物は発酵菌、酢酸化菌によってＨ２、ＣＯ２、有機酸（酢酸、酪酸、プロピオン酸、ピルビン酸、ギ酸、乳酸、コハク酸等）に分解され、最後にメタン発酵過程でメタン生成菌によってメタンが生成する。
【０００４】
このように可溶化過程とメタン発酵過程では、活躍する微生物の種類が全く異なり、最適ｐＨ値も可溶化過程は４〜５、メタン生成過程は７．５前後と異なることから、最近は可溶化槽とメタン発酵槽を分離して発酵効率を高める二相式と呼ばれる方法が採用される場合が多い。
【０００５】
なお、可溶化とは、微生物の働きによる有機物の低分子化のみでなく、各種の物理化学的方法により、生物（厨芥類はそもそも動物あるいは植物である）の細胞等を破壊し、内容物（有機物）を液相に放出させ、低分子化することをも指している。
【０００６】
図４に、従来技術による厨芥類のメタン発酵システムのフローチャートを示す。有機性廃棄物（厨芥類、草木など）１は破砕機２で２０ｍｍ以下程度に破砕された後、調整水３と共に可溶化槽４に投入される。主に有機性廃棄物１中に存在する微生物の働きによって可溶化され、メタン発酵の原料となる有機酸及び、有機酸の前駆体となる高級脂肪酸、アミノ酸、糖類等の有機物が生成される。
【０００７】
スラリ状の可溶化物は弁５を介して脱水機６へ送られ、可溶化液７と可溶化残査８に分離される。可溶化残査８は主に、分解されにくいセルロース等の繊維質そのもの、及びセルロースを主成分とした植物細胞壁というカプセルに囲まれているために分解されなかった有機物（細胞質）から成っている。この可溶化残査８は、通常、コンポストに加工して肥料として利用されるか、または単純に焼却処理される場合が多い。
【０００８】
一方、低分子の有機化合物を多量に含んだ可溶化液７は、貯留槽９を経由してポンプ１０によりメタン発酵槽１１へ送られ、メタン生成菌の働きにより、メタン約５０〜６５％、ＣＯ２　約３５〜５０％のガスが生成される。メタン発酵槽１１には、メタン生成菌以外にも可溶化作用を行う菌が各種共存しているため、有機酸以外の有機物も分解されて有機酸となり、最終的にメタン発酵の原料となる。
【０００９】
生成したガスは生成ガスライン１２により抜き出され、ガスホルダ１３に貯留された後、主に燃料として利用される。メタン発酵槽１１の廃液は、ポンプ１４により沈降槽１５に送られ、底部に濃縮した汚泥１６（主に菌体）と上澄の廃水１７に分けられる。廃水１７はポンプ１８によって抜き出され、廃水排出ライン１９から図示していない廃水処理装置へ送られ、好気活性汚泥法などにより最終処理された後放流される。
【００１０】
一方、汚泥１６はポンプ２０で抜き出され、切替弁２１を介して、一部は汚泥返送ライン２２を経由してメタン発酵槽１１へ返送し、メタン発酵の種汚泥として利用される。残りの汚泥は余剰汚泥排出ライン２３から排出される。余剰汚泥２４は、可溶化残査８同様、コンポスト化あるいは焼却処理される。
【００１１】
なお、メタン発酵に関連するものとして、例えば特許文献１などがある。
【特許文献１】
特開２００１−３００４８６号公報
【発明が解決しようとする課題】
この従来のメタン発酵システムには、以下のような問題点がある。
すなわち、排出される可溶化残査８や余剰汚泥２４は、コンポスト化あるいは焼却処理されているが、現状、コンポストの需要は実際には少ない上、季節変動が大きく、流通ルートも確立していないため、大量に製造しても消費しきることができない。また、水分含有率が高いため、焼却処理するためには大量の燃料が必要となる。可燃ごみと共に焼却炉で燃やすこともあるが、熱回収などの面では不利である。これらのことから、可溶化残査８及び余剰汚泥２４の発生量をできるだけ低減することが望まれている。
【００１２】
可溶化残査８及び（または）余剰汚泥２４は炭素を含む有機物であることから、低分子の有機物に分解することができれば、メタン発酵の原料として利用することができる。そこで、これらを再び可溶化槽４に投入して、分解を進める方法が考えられる。
【００１３】
しかし、同じ条件で再処理しても、元々分解しくい繊維質等をそれ以上分解し、植物の細胞壁を破壊することは困難である。また、菌体は植物細胞同様、細胞壁を持っており、有機物（細胞質）を収めたカプセルの状態であるため、やはり分解されにくい。
【００１４】
このため可溶化促進を目的として、酵素添加、アルカリ添加、機械的微破砕、オゾン、超音波処理、高温高圧処理などの手段が考えられている。しかし、添加物はコスト高であり、アルカリ添加は後処理が必要な場合がある。機械的微破砕は、大きな動力が必要であり、破砕刃の摩耗が問題となる。オゾン、超音波、水熱反応等も効果はあるが、特殊な装置が必要となる。
【００１５】
また、汚泥や廃水と比較して固形分の比較的多い厨芥類等の有機性廃棄物をメタン発酵する場合、予め可溶化して固液分離を行っても、高度な分離でなければ可溶化液には粗大粒子が含まれるのが避けられない。このため固定床、流動床、ＵＡＳＢなど、高い菌濃度で運転可能な菌体固定型のメタン発酵槽は、閉塞が問題となるため利用できない。閉塞が問題とならない完全混合型のメタン発酵槽では、槽内の菌体濃度に限界があるため、処理の高速化が困難であり、装置が大型になる。高度な固液分離は不可能ではないが、固形分として除去される割合が高くなるため、メタン発酵槽へ導入可能な有機物量が減り、ガス発生量が低下し、可溶化残査が増加するなどの問題点を有している。
【００１６】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、可溶化残査及び（または）メタン発酵汚泥の排出量が低減でき、コンポスト化、焼却処理するべき最終処理物の量を減少することができるメタン発酵装置及びメタン発酵方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、例えば厨芥類、汚泥、バイオマスの如き有機性廃棄物などの有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記可溶化槽から排出された可溶化物をメタン発酵槽へ搬送する途中に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行うキャビテーション処理槽と、
そのキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化したキャビテーション処理物を前記メタン発酵槽へ搬送する搬送ラインとを設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記可溶化槽とキャビテーション処理槽の間に前記可溶化物中の固体分と液体分を分離する固液分離手段を設け、その固液分離手段から得られた可溶化液を前記キャビテーション処理槽に供給することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第３の手段は、有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記メタン発酵槽から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行うキャビテーション処理槽と、
そのキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化したキャビテーション処理物を前記メタン発酵槽へ搬送する搬送ラインを設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第４の手段は前記第１の手段または第２の手段において、前記キャビテーション処理物の一部を前記可溶化槽へ戻す戻し搬送ラインを併設したことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第５の手段は、有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記可溶化槽から排出された可溶化物をメタン発酵槽へ搬送する途中に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理槽と、
前記メタン発酵槽から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理槽と、
前記第１のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記メタン発酵槽へ搬送する搬送ラインとを設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第６の手段は、有機性物質を可溶化する可溶化槽と、
その可溶化槽から排出された可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵槽とを備えたメタン発酵装置において、
前記可溶化槽から排出された可溶化物をメタン発酵槽へ搬送する途中に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理槽と、
前記メタン発酵槽から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理槽と、
前記第１のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理槽で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記可溶化槽へ戻す戻しラインとを設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第７の手段は前記第１の手段ないし第６の手段のいずれかにおいて、前記可溶化槽で生成した可溶化物を予め粉砕する粉砕手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第８の手段は前記第７の手段において、前記粉砕手段が前記可溶化物中の固形分を粉砕しながら可溶化物を搬送するポンプであることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第９の手段は前記第１の手段ないし第８の手段のいずれかにおいて、前記メタン発酵槽は菌を付着させた固定床担体を備えた固定床式メタン発酵槽であることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第１０の手段は、有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記可溶化工程とメタン発酵工程の間に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射して可溶化物中の固形分を破壊・微粒化するキャビテーション処理工程を設けたことを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の第１１の手段は前記第１０の手段において、前記可溶化工程とキャビテーション処理工程の間に前記可溶化物中の固体分と液体分を分離する固液分離工程を設け、その固液分離工程で得られた可溶化液を前記キャビテーション処理工程に供給することを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の第１２の手段は、有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記メタン発酵工程から排出された汚泥を高圧で液中に噴射して固形分を破壊・微粒化するキャビテーション処理工程と、
そのキャビテーション処理工程の処理物を前記メタン発酵工程へ搬送する搬送工程を設けたことを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の第１３の手段は前記第１０の手段または第１２の手段において、前記キャビテーション処理物の一部を前記可溶化工程へ戻す戻し工程を併設したことを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の第１４の手段は、有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記可溶化工程とメタン発酵工程の間に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理工程と、
前記メタン発酵工程から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理工程と、
前記第１のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記メタン発酵工程へ搬送する搬送工程とを設けたことを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の第１５の手段は、有機性物質を可溶化する可溶化工程と、
その可溶化工程により生成した可溶化物よりメタンを発酵させるメタン発酵工程とを備えたメタン発酵方法において、
前記可溶化工程とメタン発酵工程の間に、前記可溶化物を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第１のキャビテーション処理工程と、
前記メタン発酵工程から排出された汚泥を高圧で液中に噴射してキャビテーション処理を行う第２のキャビテーション処理工程と、
前記第１のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第１のキャビテーション処理物ならびに前記第２のキャビテーション処理工程で固形分を破壊・微粒化した第２のキャビテーション処理物の少なくともいずれか一方の処理物を前記可溶化工程へ戻す戻し工程とを設けたことを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の第１６の手段は前記第１０の手段ないし第１５の手段のいずれかにおいて、前記可溶化工程とキャビテーション処理工程の間で予め可溶化物を粉砕する粉砕工程を設けたことを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の第１７の手段は前記第１６の手段において、前記粉砕工程に前記可溶化物中の固形分を粉砕しながら可溶化物を搬送するポンプを用いたことを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の第１８の手段は前記第１０の手段ないし第１７の手段のいずれかにおいて、前記メタン発酵工程には菌を付着させた固定床担体を備えた固定床式メタン発酵槽を用いたことを特徴とするものである。
【００３５】
【発明の実施形態】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、第１実施形態に係るメタン発酵システムのフローチャートである。
【００３６】
破砕機２により２０ｍｍ以下程度に破砕された有機性廃棄物（厨芥類や草木など）１は調整水３とともに可溶化槽４に投入され、可溶化槽４において廃棄物１中に含まれる不特定の微生物の働きと比較的穏やかな攪拌条件により６〜７割が可溶化され、メタン発酵の原料となる有機酸や低分子有機物を生成する。
【００３７】
同時に可溶化槽４からライン３１によって内容物の一部を抜き出し、ミリングポンプ３２を通過させ、ライン３３で可溶化槽４に戻す。ミリングポンプ３２は、固形物を含む液体を細かく破砕しながら移送する装置である。
【００３８】
可溶化槽４の内容物は微生物により低分子化とミリングポンプ３２による破砕の相乗効果により、処理後の可溶化物をスクリュープレスなどからなる脱水機６によって固液分離した際、液側に含まれる有機物量が増加し、その分、可溶化残査８の量を低減することが可能である。
【００３９】
可溶化液７は、ラインを通ってバッファ槽３４に溜められる。可溶化槽４に投入される廃棄物１が厨芥類全てで紙や草木などの硬い繊維質をほとんど含まない場合は、脱水機６を使用せず、可溶化物すべてをミリングポンプ３２によりバイパスライン６０を通して直接バッファ槽３４へ入れても良い。これは後述する第２実施形態でも同様である。
【００４０】
バッファ槽３４の液は高圧ポンプ３５で加圧され、口径３〜５ｍｍ程度のジェットノズル３６からキャビテーション処理槽３７内の液中に噴射され、キャビテーションジェット３８を生じる。キャビテーション処理槽３７内の液（キャビテーションジェット３８の周囲液）は、システム稼動初期時は水、その後はジェットノズル３６から噴射された可溶化液となる。
【００４１】
キャビテーションとは、液体が高速で流動したり、強い圧力変動下で液体中に気泡状の空洞（キャビティ）が発生して、これらの気泡が超高速で潰れる現象であり、気泡崩壊時の衝撃圧発生は超音波と同様、細胞を損傷・破壊させる効果がある。噴射圧力を５〜１０ＭＰａ程度とすることにより、固形物を破壊し、微粒化することが可能である。２〜５ＭＰａ程度では微粒化はそれほど進まないが、細胞に損傷を与えることにより生分解性が向上する。
【００４２】
排出ライン３９からキャビテーション処理槽３７を出た液は、切替弁４０を経て戻りライン４１からバッファ槽３４へ戻され、さらにキャビテーション処理される。このように液を何度か循環させてキャビテーション処理を繰り返すことにより可溶化・微粒化が促進された後、切替弁４０を切替え、可溶化液をライン４２から貯留槽９へ移送して溜め、ポンプ１０によりメタン発酵槽４３へ供給する。なお、キャビテーション処理された可溶化液の一部を、可溶化槽４に戻すことも可能である。可溶化槽４へ戻すことにより、溶解した有機物が有機酸に変換され、さらにメタン発酵しやすくなる。また、メタン発酵汚泥は弱アルカリ性であるため、有機酸の生成で酸性となった可溶化物のｐＨ値を上昇させることにより、微生物が働きやすくなり、さらに可溶化の促進、有機酸の生成に寄与することができる。その結果、さらに可溶化残査と余剰汚泥の発生量を低減し、バイオガス発生量を増大させ、処理を高速化することができる。
【００４３】
前述のように可溶化液はミリングポンプ３２やキャビテーション処理によって微細化されているため、閉塞を回避することができるので、菌体固定型の高速メタン発酵槽４３を利用することが可能となり、本実施形態では固定床式メタン発酵槽４３を利用している。固定床式メタン発酵槽４３は内部に菌を付着させた固定床担体４４が装填されており、可溶化液を流通させて分解し、バイオガスを発生させる。
【００４４】
処理後の廃液は、ライン４５から沈降槽１５へ排出される。固定床担体４４から剥離した汚泥（菌体）は発酵槽４３の底部から、抜き出しライン４６とポンプ１４で抜き出される。抜き出された汚泥の一部は切替弁４７によって沈降槽１５へ送られ、最終的に余剰汚泥２４となる。
【００４５】
固定床担体４４には菌体が高濃度で保持されているため、種汚泥を返送する必要はない。抜き出し汚泥の残りの一部はライン４９によりバッファ槽３４へ送られ、可溶化液とともにキャビテーション処理により可溶化・微粒化され、貯留槽９を経て発酵原料としてメタン発酵槽４３へ供給される。発酵槽４３から抜き出した汚泥をすべてキャビテーション処理に回しても良いが、汚泥中にはどうしても生分解できない無機物も含まれているので、ある程度、余剰汚泥２４として引き抜く必要がある。
【００４６】
本実施形態では、ミリングポンプ３２の使用によって可溶化残査を減らし、可溶化及びメタン発酵汚泥をキャビテーション処理によってさらに可溶化して、メタン発酵の原料とすることにより、汚泥の最終排出量を低減し、その分、メタンの発生量を増加させることができる。
【００４７】
ミリングポンプ３２の代わりに、可溶化槽内容物に対してキャビテーション処理することも不可能ではないが、粗大粒子が多いため、ノズル閉塞の可能性がある。ノズル径を大きくすれば閉塞を回避できるが、大口径ノズルで高圧噴射を行うためには、強力で大容量のポンプが必要となるため、設備費と動力費がかかることになる。
【００４８】
図２は、本発明の第２実施形態に係るメタン発酵システムのフローチャートである。
可溶化槽４とミリングポンプ３２で処理され、脱水機６で絞られた可溶化液７はバッファ槽３４へ送られ、高圧ポンプ３５とノズル３６を通過して第１のキャビテーション処理槽３７で第１のキャビテーション処理がなされる。可溶化槽４に投入される廃棄物１の中に木のような硬い繊維質が少ない場合は、脱水機６を使用せず、可溶化物すべてを直接バッファ槽３４へ入れても良い。循環処理後の液はライン４２により貯留槽９に溜められ、メタン発酵槽４３へ供給される。
【００４９】
メタン発酵槽４３からの抜き出した汚泥の一部は切替弁４７によってライン４８から沈降槽１５へ排出され、最終的に余剰汚泥２４となるが、残りの一部は、ライン４９により汚泥バッファ槽５０へ送られ、高圧ポンプ５１とノズル５２を通過して第２のキャビテーション処理槽５３で第２のキャビテーション処理がなされる。
【００５０】
処理後の液は切替弁５５と戻りライン５６により汚泥バッファ槽５０へ戻して循環処理した後、切替弁５５によりライン５７と切替弁５８を経由して、一部はライン４２を経由して貯留槽９へ送られ、そのまま発酵原料となる。この第２のキャビテーション処理物は前記第１のキャビテーション処理槽３７で処理された第１のキャビテーション処理物と適当な割合で混合して、あるいは時経列的に別々に貯留槽９へ送給される。
【００５１】
キャビテーション処理後の残りの一部はライン５９により可溶化槽４へ戻すことにより、溶解した有機物が有機酸に変換され、さらにメタン発酵しやすくなる。また、メタン発酵汚泥は弱アルカリ性であるため、有機酸の生成で酸性となった可溶化物のｐＨ値を上昇させることにより、微生物が働きやすくなり、さらに可溶化の促進、有機酸の生成に寄与することができる。その結果、さらに可溶化残査と余剰汚泥の発生量を低減し、バイオガス発生量を増大させ、処理を高速化することができる。
【００５２】
本実施形態では、第１のキャビテーション処理槽３７で処理された第１のキャビテーション処理物は全て貯留槽９へ送られ、第２のキャビテーション処理槽５３で処理された第２のキャビテーション処理物は、一部が貯留槽９へ送られ、残りが可溶化槽４へ送られる例を示したが、第１のキャビテーション処理槽３７で処理された第１のキャビテーション処理物の一部または全部を可溶化槽４へ送ることも可能である。その際、第２のキャビテーション処理槽５３で処理された第２のキャビテーション処理物は、必要に応じて可溶化槽４または貯留槽９へ送られる。
【００５３】
図３は、本発明の第３実施形態に係るメタン発酵システムのフローチャートである。
本実施形態は、完全混合型のメタン発酵槽１１を使用して、可溶化液７に対するキャビテーション処理を省略している。そのため処理速度は第１，２実施形態の菌固定型には劣るが、設備が簡単で、メンテナンスが省力化できるという利点がある。
【００５４】
本実施形態では、メタン発酵槽１１から抜出した汚泥に対してのみキャビテーション処理槽５３を使用してキャビテーション処理を行い、処理後の汚泥を可溶化槽４及びまたは貯留槽９に戻すことにより、可溶化を促進し、余剰汚泥の発生量低減と、ガス生成量の増大を図っている。同図に示すようにキャビテーション処理物を貯留槽９に戻す際、可溶化液７と適当な割合で混合される。本実施形態の場合、ミリングポンプ３２からのバイパスライン６０は貯留槽９に接続されている。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）可溶化残査及び（または）メタン発酵汚泥の排出量が低減でき、コンポスト化、焼却処理するべき最終処理物の量を減少することができる。
【００５６】
（２）前述の残査、汚泥が低減された分、有機物の可溶化率が増加し、メタン生成量を増大させることができる。
【００５７】
（３）菌固定型のメタン発酵槽を利用できることから、処理速度が向上し、設備をコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るメタン発酵システムのフローチャートである。
【図２】本発明の第２実施形態に係るメタン発酵システムのフローチャートである。
【図３】本発明の第３実施形態に係るメタン発酵システムのフローチャートである。
【図４】従来のメタン発酵システムのフローチャートである。
【符号の説明】
１：有機性廃棄物、２：破砕機、３：調整水、４：可溶化槽、５：ライン、６：脱水機、７：可溶化液、８：可溶化残査、９：貯留槽、１０：ポンプ、１１：メタン発酵槽（完全混合型）、１２：ガスライン、１３：ガスホルダ、１４：ポンプ、１５：沈降槽、１６：汚泥、１７：廃水、１８：切替弁、１９：廃水排出ライン、２０：ポンプ、２１：切替弁、２２：汚泥返送ライン、２３：汚泥排出ライン、２４：余剰汚泥、３１：ライン、３２：ミリングポンプ、３３：ライン、３４：バッファ槽、３５：高圧ポンプ、３６：ジェットノズル、３７：第１のキャビテーション処理槽、３８：キャビテーションジェット、３９：ライン、４０：切替弁、４１：循環ライン、４２：ライン、４３：メタン発酵槽（固定床型）、４４：固定床担体、４５：廃水ライン、４６：汚泥抜出しライン、４７：切替弁、４８：ライン、４９：ライン、５０：汚泥バッファ槽、５１：高圧ポンプ、５２：ジェットノズル、５３：第２のキャビテーション処理槽、５４：キャビテーションジェット、５５：切替弁、５６：循環ライン、５７：ライン、５８：切替弁、５９：ライン、６０：バイパスライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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