(57)【要約】【課題】有機性廃棄物をメタン発酵処理した残渣であるメタン発酵残液を効率良く処理し、バイオガスとともに有効利用できる技術を提供すること。【解決手段】有機性廃棄物をメタン発酵するとともに、生成したバイオガスを回収するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程の発酵残液を濃縮する濃縮工程と、前記メタン発酵工程で得られるバイオガスを燃料として電力と熱を回収するコージェネレーション工程と、含み、前記濃縮工程における熱源として、前記コージェネレーション工程において回収された熱を利用するようにした、有機性廃棄物の処理方法。【選択図】        図１
2004298688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵するとともに、生成したバイオガスを回収するメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程の発酵残液を濃縮する濃縮工程と、
を含むことを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記メタン発酵工程で得られるバイオガスを燃料として電力と熱を回収するコージェネレーション工程を含み、
前記濃縮工程における熱源として、前記コージェネレーション工程において回収された熱を利用するようにしたことを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記濃縮工程で濃縮された発酵残液の濃縮物から有価物を回収する工程を含むことを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項において、前記濃縮工程が、多重効用方式の濃縮装置を使用して減圧下で濃縮を行うものであることを特徴とする、有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置と、
前記メタン発酵による発酵残液を濃縮する濃縮装置と、
前記メタン発酵で得られるバイオガスから電力と熱を発生させるコージェネレーション装置と、
前記コージェネレーション装置により発生した熱を前記濃縮装置に供給する熱供給手段と、を備えたことを特徴とするバイオガスシステム。
【請求項６】
有機性廃棄物をメタン発酵するとともに、生成したバイオガスを回収するメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程の発酵残液を濃縮する濃縮工程と、
前記メタン発酵工程で得られるバイオガスを燃料として電力と熱を発生させるコージェネレーション工程と、を含み、
前記濃縮工程における熱源として、前記コージェネレーション工程において回収された熱を利用して濃縮を行うことを特徴とする、メタン発酵残液濃縮物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性廃棄物の処理方法等に関し、詳細には、有機性廃棄物のメタン発酵処理の過程で生成するバイオガスを効率的に利用する有機性廃棄物の処理方法、および該方法に適したバイオガスシステム、さらには、前記発酵残液から肥料や有価物等を再生するためのメタン発酵残液濃縮物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
畜産廃棄物や生ごみなどの有機性廃棄物のメタン発酵処理では、バイオガス（嫌気性微生物の代謝により産生されるメタンを主成分とするガス）を回収し、リサイクルエネルギーとして活用できることから、風力発電、太陽光発電などと並び再生可能なエネルギー資源の一つに位置付けられ、今後の普及が期待されている。メタン発酵とそれによって生成するバイオガスを利用するシステム（本発明において、「バイオガスシステム」と称する）については、システムの全体的な熱利用効率を改善する目的で燃料電池などの発電装置によって生成する熱量をメタン発酵槽の加温に利用する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１のシステムでは、発電装置で発生する熱量の一部しか有効活用することができず、多くの熱は放出されてしまうため、熱利用効率の向上はあまり期待できない。
【０００３】
一方、メタン発酵処理において生成するメタン発酵残液は、多量の植物栄養成分を含むことから、堆肥化（好気性コンポスト化）して肥料として活用されている。しかし、発酵残液を堆肥化する場合は、含水率や炭素／窒素比の調整のために、比較的多量（ともすれば発酵残液量と同量）の副資材を必要とし、また堆肥ヤードも例えばメタン発酵部分の１０倍以上という大きな面積を要するため、メタン発酵処理を行う諸利点の多くが減殺されてしまうのが実情であった。
【０００４】
また、発酵残液に凝集剤を加えて沈澱物を除去した後、膜濾過などを施して放流する処理も行われているが、この方法では、環境負荷を軽減するため、凝集剤の投入と凝集物の分別、膜濾過、オゾン等による脱色などの操作が必要であり、各種の水処理プロセスの中で最もコストが大きいものとなっている。
【０００５】
以上のように、発酵残液の処理負担が大きいことがバイオガスシステムの普及を妨げる要因になっている。
【０００６】
ところで、焼酎業界では焼酎蒸留残渣を減圧下、多重効用方式の濃縮装置を用いて効率良く濃縮する技術が実用化されている（例えば、非特許文献１）。しかし、多重効用方式の濃縮技術をメタン発酵残液の処理に適用するという検討は、これまで一切なされてこなかった。これは、飼料原料として有効利用が図られてきた焼酎粕とは異なり、メタン発酵処理後の残渣についてはコンポスト化以外の有効な活用法がないことが一因であると考えられる。つまり、メタン発酵後の残渣は利用手段のない廃棄物であり、エネルギーを加えて濃縮する価値は見出されていなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３３１７０１号公報
【非特許文献１】
焼酎蒸留残渣処理設備−全リサイクル型処理設備の開発；
「産業機械」、２００１年７月、ｐ．６２−６３
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、有機性廃棄物のメタン発酵により生成するバイオガスを利用するバイオガスシステムは、有効なエネルギーの供給源となり得るが、メタン発酵は発酵残液の処理を要するため、トータルでのシステム効率が大きく低下してしまう。従って、有機性廃棄物をメタン発酵処理した残渣であるメタン発酵残液を効率良く処理し、バイオガスとともに有効利用できる技術の提供が求められている。これが本発明の課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵するとともに、生成したバイオガスを回収するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程の発酵残液を濃縮する濃縮工程と、を含むことを特徴とする。メタン発酵残液の処理コストを低減するには、その体積を減容させることが最も有効である。また、メタン発酵残液の濃縮により得られる濃縮物は、有価物を多量に含むほか、肥料または肥料原料として利用できる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る有機性廃棄物の処理方法は、第１の態様において、さらに、前記メタン発酵工程で得られるバイオガスを燃料として電力と熱を回収するコージェネレーション工程を含み、前記濃縮工程における熱源として、前記コージェネレーション工程において回収された熱を利用するようにしたことを特徴とする。バイオガスを燃料とするコージェネレーション工程は、電力と熱を回収できるが、これまで、この熱分は殆ど有効利用されていなかった。本態様では濃縮装置の熱源として、コージェネレーション工程において回収された熱を利用するようにしたので、プロセス全体のエネルギー資源の効率的な活用を図ることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係る有機性廃棄物の処理方法は、第１または第２の態様において、前記濃縮工程で濃縮された発酵残液の濃縮物から有価物を回収する工程を含むことを特徴とする。メタン発酵残液の濃縮物中には、例えば有機酸やアミノ酸などの有価物が豊富に存在する。本態様の有機性廃棄物の処理方法では、これらの有価物を回収することにより、有機性廃棄物をリサイクル資源として有効活用できるとともに、有機性廃棄物処理プラントの経済的な自立性を高めることができる。
【００１２】
本発明の第４の態様に係る有機性廃棄物の処理方法は、第１から第３のいずれか一の態様において、前記濃縮工程が、多重効用方式の濃縮装置を使用して減圧下で濃縮を行うものであることを特徴とする。多重効用方式の濃縮装置では、少ない熱量で高度の濃縮が可能になるため、コージェネレーション工程で発生する熱の消費量を最小限にしつつ十分な濃縮が行える。また、減圧多重効用方式では低温濃縮が可能になるため、有価物の変性や分解が起こり難く、それらの回収効率が高くなる。
【００１３】
本発明の第５の態様に係るバイオガスシステムは、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置と、前記メタン発酵による発酵残液を濃縮する濃縮装置と、前記メタン発酵で得られるバイオガスから電力と熱を発生させるコージェネレーション装置と、前記コージェネレーション装置により発生した熱を前記濃縮装置の熱源として供給する熱供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
このバイオガスシステムは、コージェネレーション装置により発生した熱を濃縮装置に供給する熱供給手段を備えたので、濃縮装置の熱源として、コージェネレーション工程によって発生した熱を有効利用して効率的に濃縮を行うことができる。従って、このバイオガスシステムは、有機性廃棄物の処理方法の実施に適したシステムである。
【００１５】
本発明の第６の態様に係るメタン発酵残液濃縮物の製造方法は、有機性廃棄物をメタン発酵するとともに、生成したバイオガスを回収するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程の発酵残液を濃縮する濃縮工程と、前記メタン発酵工程で得られるバイオガスを燃料として電力と熱を発生させるコージェネレーション工程と、を含み、前記濃縮工程における熱源として、前記コージェネレーション工程において回収された熱を利用して濃縮を行うことを特徴とする。この特徴によれば、濃縮工程における多重効用方式の濃縮装置の熱源として、コージェネレーション工程において回収された熱を利用して濃縮を行うことにより、バイオガス中のエネルギー資源を有効活用しながら肥料または肥料原料となるメタン発酵残液濃縮物を製造することができる。本製造方法によって得られる濃縮物は、有価物を豊富に含むとともに、腐敗し難いため常温保存が可能であり、貯蔵性に優れるので液肥または乾燥肥料の原料として価値が高い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明において有機性廃棄物とは、例えば、畜産廃棄物や緑濃廃棄物、排水処理汚泥などが挙げられる。ここで畜産廃棄物としては、家畜の糞尿や、屠体および／またはその加工品が挙げられ、より具体的には牛、羊、山羊、ニワトリ等の家畜の屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内蔵、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される、家畜屠体の骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。また緑濃廃棄物には、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。
【００１７】
本発明では、原料となる有機性廃棄物の状態により、必要に応じて前処理として破砕・分別工程を実施することができる。破砕・分別工程は、例えば、以下に示すような分別破砕、あるいは全量破砕により行うことができる。
分別破砕の場合は、破砕分別機を用い、有機性廃棄物の中で容易に破砕可能な部位を液と共にスラリーとして回収する。一方、破砕しにくい部位は塊状物として別途収集する。スラリーの含水率は、７０〜９０重量％、塊状物の含水率は４０〜６０重量％程度である。破砕分別機は、有機性の固形物をせん断力、引っ張り力によって破砕するもので、カッター部分は２軸式または３軸式のものが利用できる。牛などの動物屠体を原料とする場合は、３軸式で破砕処理する方が破砕の細かさや均一性の観点から好ましい。
【００１８】
選別除去すべき混入プラスチック類、シート類などは、メッシュによる選別、風選（風力による選別）などで除去することができる。
【００１９】
また、全量粉砕の場合は、例えばディスポーザー等の破砕機を使用して全対象物を破砕する。含水率は、一例として６０〜７０重量％であるが、加工品の場合は広い範囲をとる。
【００２０】
＜メタン発酵工程＞
本発明のバイオガスシステムでは、メタン発酵により有機性廃棄物からバイオガスを回収する。
【００２１】
メタン発酵は、いわゆる中温型、高温型、またスラリー（湿式）型、ドライ（乾式）型のいずれのタイプでも適用可能である。
【００２２】
発酵槽は、絶対嫌気性のメタン発酵菌による活動を維持するために、二槽方式をとる発酵プロセスの場合でも、後段においては空気を完全に遮断したタンクにより構成される。発酵槽は固形物濃度（通常７重量％〜４０重量％の範囲）と発酵温度（通常、中温発酵では３７℃、高温発酵では５５℃）によって、形状や運転条件が異なってくる。特に本発明においては、高含水率の原料（固形物濃度１０重量％まで）の場合は湿式型の完全混合方式の発酵槽、低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、いわゆる乾式型のプラグフロー式（押出し式）の発酵槽を用いることが好ましい。
【００２３】
発酵槽には、生成するバイオガスを回収するための回収手段のほか、必要に応じて保温のための加熱手段を設けておくことが好ましい。また、バイオガスの回収手段には、必要に応じて脱硫装置を設けることもできる。これらは既知の構成のものを利用できる。
【００２４】
一般のメタン発酵においては、高温発酵で１５日間程度、中温発酵で２０〜３０日間程度の滞留時間（Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）をとっているが、本発明においては、高含水率の原料（固形物濃度を１０重量％程度まで）の場合は、完全混合方式の発酵槽を用い、高温メタン発酵菌（至適温度５５℃）では、滞留時間を１０日間程度、中温メタン発酵菌（至適温度３７℃）では、滞留時間を１５〜２０日間程度と通常のメタン発酵の所要日数より短くすることも可能である。低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、被処理物の固形分濃度を３０〜４０重量％にして押出し式の発酵槽を使用できる程度の固さに調整する。滞留時間については、高含水率の場合と同様に設定することができる。また、必要な場合は炭素／窒素比の調整のために、若干の有機成分を導入することもできる。
【００２５】
メタン発酵後の発酵残液は、水分含有率９５重量％、固形分５重量％程度を含む液体であり、嫌気性微生物の菌体およびその代謝産物に由来する各種のアミノ酸や有機酸などを多量に含んでいる。
【００２６】
メタン発酵後に必要に応じて発酵残液の固液分離工程を設けることができる。後に続く濃縮工程のエネルギー消費を抑える上では、固液分離を行い初発水分量を減じておくことが好ましい。固液分離は、例えばデカンター、凝集沈殿槽、遠心脱水機、スクリュープレス、膜分離器など、スラリー濃度を高めることが可能な装置を利用可能であり、発酵残液の性状に応じて選択される。
【００２７】
＜コージェネレーション工程＞
コージェネレーション工程では、バイオガスを燃料として電力と熱を発生させる。バイオガスは有機性廃棄物の種類により異なるが、通例メタンを６０重量％程度、二酸化炭素を４０重量％程度含んでいるため、コージェネレーションにおけるエネルギー源として十分に利用できる。
【００２８】
コージェネレーション工程で使用する装置としては、例えば、マイクロガスタービン；りん酸塩型、固体高分子膜型、溶融塩型、固体電解質型等の燃料電池；ガスエンジン；スチームボイラと発電機の組合せ等が挙げられる。コージェネレーション工程では、バイオガスを燃料として熱と電力を回収することができる。この段階で回収された熱は、濃縮工程における濃縮装置の熱源として利用できる。コージェネレーション工程で生成した熱は、例えば蒸気の形態で濃縮装置に供給される。
【００２９】
また、コージェネレーション工程で得られる電力も、濃縮工程において利用できる。濃縮工程では、真空ポンプなどの減圧装置、攪拌装置などの動力として電力を消費するが、このときの電力の全てをコージェネレーション工程で賄うことが可能であり、余剰の電力は他の用途に転用できる。
【００３０】
なお、蒸気発生に関しては、スタンドアローン方式ではなくなるが、別途スチームボイラを用いて燃料の一部にバイオガス、一部に灯油を用いる方法なども安定した濃縮が行える点で有利である。
【００３１】
＜濃縮工程＞
濃縮工程では、含水率９０重量％以上の発酵残液を含水率６０〜７０重量％まで濃縮し、液量を２５〜３５％にまで減容することができる。濃縮は、既知の濃縮装置を使用して行うことができるが、本発明においては、特に多重効用方式の濃縮装置を用いて減圧下で行うことが好ましい。多重効用方式の濃縮装置としては、二重効用缶、三重効用缶など既知の構成の装置を使用可能である。これによって比較的低い温度での蒸発が可能になり、エネルギー効率が著しく高められる。多重効用缶では、単一の蒸発缶による濃縮装置と比較して、所要熱量を１／３．５まで低減できる。
【００３２】
また、多重効用方式においては、各缶を接続する蒸気導入経路上にスチームコンプレッサーを備えたものが好ましい。スチームコンプレッサーにより強制的に蒸気を導入することにより、缶内のメタン発酵残液が強制循環し、さらに熱効率が改善され濃縮効率が向上する。
【００３３】
濃縮工程を実施することによって、有機性廃棄物由来の菌体や雑草種子などを不活性化できることが確認されている。例えば、ヒトに対する病原性細菌やウィルスは、６〜７時間の高温発酵槽内滞留で不活性化させることができるが、ブタパルボウィルス属などはメタン発酵では不活性化せず残存する。しかし、濃縮工程により、これらのウィルスをほぼ完全に死滅させることができる。また、エゾノギシギシなどの雑草種子についても、濃縮工程で不活性化できる。
【００３４】
スタンドアローン型にもなり得るバイオガスシステムには、燃料が容易に得られることが重要である。つまり、多重効用方式等による濃縮には、加熱源としてのスチームボイラの設置と、その燃料を確実に入手できることが前提になる。そこで、本発明のバイオガスシステムにおいては、前記コージェネレーション工程で生成した熱を、例えば蒸気の形態で濃縮装置に供給し、濃縮装置の熱源として利用するようにした。バイオガスのコージェネレーションにより発生する熱量は、濃縮装置の熱源として利用しても余りあるので、これによってバイオガスシステムをエネルギー的に自立可能なシステムとして構築することが可能になった。
【００３５】
＜濃縮物＞
濃縮工程で濃縮された発酵残液の濃縮物は、そのまま液肥として使用することができるが、乾燥して粉末肥料にしたり、あるいはペレット状に成形して粒状肥料にしたりすることも可能である。発酵残液の濃縮物は、水分含有率がおよそ７０重量％を下回る程度（例えば、水分含有率４０〜６５重量％、好ましくは５０〜６０重量％）まで濃縮されており、固形分濃度（ＴＳ）が高く、有機酸やアミノ酸を多量に含む結果として腐敗や変質を起こし難い状態になっている。通常、濃縮しない状態のメタン発酵残液は、常温で放置すると数日で好気性細菌やかびが発生して腐敗を引き起こすが、本発明のバイオガスシステムで得られる高度濃縮物は、常温でも６ヶ月以上十分に保管できる。また、濃縮によって体積が１／１０以下に減容しているので、そのまま液体肥料として、あるいは乾燥肥料の原料として容易に流通させることができる。
【００３６】
さらに、発酵残液の濃縮物中には、有機酸などの有価物が多量に含まれているので、これらを単離、精製することによって化学製品として利用できる。有価物の具体例としては、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸、クエン酸、乳酸、酒石酸などのオキシカルボン酸、トリプトファン、グリシンなどのアミノ酸などが挙げられる。これらの有価物は、濃縮物中に発酵残液と比較して数十倍に濃縮された状態で存在する。また、０．１％程度の低濃度ではあるがビタミン類（ＶＢ１２、ＶＢ１１）なども含有される。
【００３７】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るバイオガスシステム１０１の概要を示すブロック図である。このバイオガスシステム１０１は、主要な構成としてメタン発酵装置としての発酵槽１０、脱硫装置としての脱硫器２０、改質装置としてのコンバータ３０、コージェネレーション装置としての燃料電池４０、濃縮装置５０、および熱供給手段としての経路６２を備えている。各装置の構成および機能は前記したとおりである。
【００３８】
図１に示すように、有機性廃棄物は、発酵槽１０に投入され、嫌気的条件の下で所定期間メタン発酵が行われる。
【００３９】
図１において、メタン発酵により生成するバイオガスは、図示しない捕集手段によって集められ脱硫器２０へ送られる。脱硫器２０では、バイオガス中に含まれる硫化水素が除去される。硫化水素はコンバータ３０および燃料電池４０に使用する金属触媒に対して触媒毒として作用するが、脱硫操作によって、メタンガスが精製された状態になり、そのままコンバータ３０に導入できるようになる（経路６１）。
【００４０】
コンバータ３０では、脱硫器２０を通過したメタンガスが、例えば白金触媒などの貴金属系触媒の作用により改質され、水素まで分解されるとともに、一酸化炭素（または二酸化炭素）が生成する。コンバータ３０としては、りん酸塩型燃料電池や固体高分子膜型燃料電池等において広く使用されているものとして、例えば、水蒸気改質方式、部分酸化方式、オートサーマル方式等のコンバータを利用できる。
【００４１】
燃料電池４０は、公知のように、水素極と酸素極との間に電解質を挟み込んだ基本構造をしており、水素極では水素が反応して電子を放出するとともに水素イオンを生成する。この水素は電解質を通過して酸素極へ移動し、そこで酸素と反応して水を生じる。この反応の過程で水素極から酸素極へ向って電子が流れ、発電が行われる。図１では、コンバータ３０から供給された水素によって反応が行われ、発生した電力と熱が回収される。発生した熱量は、蒸気として経路６２を通して濃縮装置５０に供給され、加熱に使用される。
【００４２】
本発明のバイオガスシステム１０１において利用可能な燃料電池４０としては、例えば、りん酸塩型、固体高分子膜型、溶融塩型、固体電解質型等の燃料電池を挙げることができる。りん酸塩型、固体高分子型の燃料電池４０は、２００℃以下の比較的低温で反応が行われるので硫化水素による被毒を受けやすいが、この問題は脱硫器２０の設置によってほぼ回避できる。溶融塩型、固体電解質型の燃料電池４０の場合は、反応温度が５００℃を超える高温であり、触媒がなくても十分に反応が進行するため、触媒被毒の問題はほとんど生じない。なお、溶融塩型、固体電解質型の燃料電池４０の場合は、脱硫や改質を行わずに、例えばメタン含有ガスをそのまま燃料電池４０に供給することが可能である。
【００４３】
メタン発酵後の残渣である発酵残液は、経路６２を介して濃縮装置５０に送られ、ここで水分含量７０重量％以下まで濃縮される。熱供給手段としての経路６２は、通常の流体流路を構成するもの（例えば、断熱性配管など）であればよいが、本実施形態では、燃料電池４０からの熱は蒸気として供給されるため、経路６２にスチームコンプレッサーを配備することも可能である。
【００４４】
図２に、本発明で好適に使用できる濃縮装置５０の例を示す。この濃縮装置５０は、第一缶５１、第二缶５２、第三缶５３により構成され、各缶内で流体を強制循環させる強制循環方式の三重効用缶である。ここで、強制循環方式とは、加熱部（図示せず）での蒸発は避け飽和温度の液として濃縮缶内を強制循環させる方式である。発酵残液は濃縮度が進むに従い液の粘度が増加してくるため、強制循環方式を採用することによって高濃度濃縮液の流動性を保ち、かつ装置内でのスケーリング発生を最小限に抑えることができる。
【００４５】
第一缶５１には、燃料電池４０により発生した蒸気が経路６２により、また発酵槽１０からの発酵残液が経路６３により導入される。発酵残液は、加熱部（図示せず）において、燃料電池４０で発生した蒸気により予加熱してから第一缶に導入される。
【００４６】
第一缶５１の内部は図示しない減圧装置によりほぼ真空状態に維持されているため、発酵残液は低温で濃縮される。このため濃縮物およびそこに含まれる有価物が熱変性したり、分解したりすることがほとんどない。
【００４７】
第一缶５１で所定濃度まで濃縮された濃縮物は、経路６７を介して第二缶５２へ送出され、そこで第一缶５１の場合と同様に濃縮された後、経路６８を通って第三缶５３へ送られ、さらに濃縮される。また、第一缶５１から排出された蒸気は、経路６５を通って第二缶５２へ送られ、第二缶５２から排出された蒸気は、経路６６を通ってさらに第三缶５３へ送られる。蒸気が通過する経路６５および経路６６の途中には、スチームコンプレッサー７１、７２が配備されている。このように燃料電池４０によって発生した蒸気を第一缶５１、第二缶５２、第三缶５３で繰返し蒸発熱源として利用することにより、単効用方式に比べ数分の一の熱量での濃縮が可能となり熱効率がよい。各缶における圧力、温度は、例えば、第一缶５１が２０〜３０ｋＰａ、６０〜７０℃、第２缶５２が４７〜７０ｋＰａ、８０〜９０℃、第３缶５３が約１００ｋＰａ、〜１００℃程度が目安となる。
【００４８】
濃縮装置５０によって水分含有率が７０重量％以下まで濃縮された濃縮物は、そのまま液肥としても利用できるが、必要に応じて乾燥機によって乾燥させて粉末肥料にすることもできる。また、必要に応じて有価物回収装置（精密濾過膜など）により有価物を回収してもよい。
【００４９】
濃縮過程で生ずる凝縮液は、脱窒装置で窒素分を除去した後、再利用することができる。脱窒装置としては、活性汚泥法による簡易生物処理による硝化および脱窒を行う装置を例示することができる。
【００５０】
以上の構成のバイオガスシステム１０１では、メタン発酵の残渣である発酵残液の濃縮を、燃料電池４０による発電に伴い生ずる熱（蒸気）で行うようにしたので、システム効率が非常によく、発酵残液の低コスト処理が可能な自立的システムが実現した。
【００５１】
図３は、本発明の別の実施形態に係るバイオガスシステム１０２の概要を示す図面である。本実施形態のバイオガスシステム１０２は、コージェネレーション装置として、図１の燃料電池４０に換えてマイクロガスタービン４１を配備している。また、マイクロガスタービン４１には改質が不要であるため、コンバータ３０は配備されていない。
【００５２】
バイオガスシステム１０２では、マイクロガスタービン４１によりバイオガスを燃料として発電を行うとともに、発電に伴って生成する蒸気を、濃縮装置５０の熱源として利用することができる。図３の他の構成については、図１と同様であるため、同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図３において、マイクロガスタービン４１に換え、例えばガスエンジンや、スチームボイラと発電機の組合せなどを使用することも可能である。
【００５３】
【実施例】
次に、実施例、試験例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらによって制約されるものではない。
【００５４】
実施例
（１）濃縮：
家畜糞尿と生ごみとの混合物をメタン発酵した発酵残液を図２と同様の三重効用缶方式の濃縮装置にかけた場合、単位立方メートルあたりの所要電力量は２０ｋＷｈ、灯油換算の燃料消費量は１８ｋｇであった。濃縮に必要な電力および蒸気に関しては、本発明のバイオガスシステムからコージェネレーションによって得られる量で十分に賄えるものであった。
【００５５】
（２）腐敗防止：
メタン発酵残液中の有機酸を液体クロマトグラフィーを用いて分離定量したところ、酢酸濃度約２８００ｍｇ／リットル、クエン酸濃度約１５０ｍｇ／リットルであった。一方、濃縮後の液の分析結果は、酢酸が約１２０００ｍｇ／リットル、クエン酸が約７１０ｍｇ／リットルとなった。この濃縮物は、乾燥を防止できる程度の栓（不完全な密閉状態）をして、６ヶ月間放置しても腐敗防止効果および防黴効果を維持した。
【００５６】
（３）有価物の回収
濃縮物を濃縮直後に精密濾過膜（ロミコンＵＦ膜モジュールシステム：オルガノ株式会社製）で濾過し、その液を冷却して析出物を得た。析出物を再溶解して、その液をニンヒドリン法で発色させ吸光検出器を備えた液体クロマトグラフィーで分離定量した。分析の結果、トリプトファンが濃縮物中に８５ｍｇ／リットルの濃度で検出された。
【００５７】
比較例
従来方式の水処理：
実施例１と同じ家畜糞尿と生ごみとの混合物をメタン発酵させた発酵残液は、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）：９０，０００ｐｐｍ、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）：２５，０００ｐｐｍ、全窒素（Ｔ−Ｎ）：８，０００ｐｐｍ、全固形分（ＴＳ）６５，０００ｐｐｍ、強熱残量（ＶＳ）：５０，０００ｐｐｍであった。この発酵残液についてｐＨ調整後、ポリ鉄による凝集沈澱、上澄水の濾過（精密濾過膜）処理、生物処理（活性汚泥処理）、窒素除去処理（硝化脱窒）を順次行った。処理後の水質は、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）：２５０ｐｐｍ、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）：４５０ｐｐｍ、全窒素（Ｔ−Ｎ）：５０ｐｐｍ、浮遊物質（ＳＳ）１５０ｐｐｍであった。以上の処理に要する電力や薬剤の量は、メタン発酵残液の単位立方メートル当り以下の通りであった。
【００５８】
電力        ：〜４０ｋＷｈ
ポリ鉄      ：１５ｋｇ
酸・アルカリ：０．５ｋ当量
メタノール  ：５ｋｇ
この処理に要した電力や薬剤消費量は、例えば一般下水処理の場合の１００倍程度であり、極めてコストが高く実用化には大きな問題があることが判明した。
【００５９】
以上、本発明を種々の実施形態に関して述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適用可能である。
【００６０】
例えば、バイオガスシステムの熱利用効率を向上させるため、第一実施形態のバイオガスシステム１０１（図１）では燃料電池４０で発生する蒸気を、また第二実施形態のバイオガスシステム１０２（図２）ではマイクロガスタービン４１で発生する蒸気を、それぞれ濃縮装置５０の熱源として使用しているが、図４に示すバイオガスシステム１０１’および図５に示すバイオガスシステム１０２’のように、濃縮に用いる熱の一部または全部として外部の熱源（例えば木材等を燃料にした蒸気ボイラなど）からの熱を利用することも可能である。この場合、システムのエネルギー的自立性は得られないが、濃縮に用いる熱源を安定的に確保することが可能になる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明に係る有機性廃棄物の処理方法によれば、メタン発酵残液を濃縮処理することにより、その体積を減容させ、メタン発酵残液の処理コストを低減することが可能になる。また、メタン発酵残液の濃縮により得られる濃縮物は、有価物を多量に含むほか、肥料または肥料原料として利用できる。
【００６２】
本発明に係るバイオガスシステムは、コージェネレーション装置により発生した熱を濃縮装置の熱源として供給する供給手段を備えたので、濃縮装置の熱源として、コージェネレーション工程によって発生した熱を有効に利用して効率的に濃縮を行うことができる。
【００６３】
本発明に係るメタン発酵残液濃縮物の製造方法は、濃縮工程における多重効用方式の濃縮装置の熱源として、コージェネレーション工程において回収された熱を利用して濃縮を行うことにより、バイオガス中のエネルギー資源を有効活用しながら肥料または肥料原料となるメタン発酵残液濃縮物を製造することができる。この製造方法によって得られる濃縮物は、有価物を豊富に含むとともに、腐敗し難いため常温保存が可能であり、貯蔵性に優れるので液肥または乾燥肥料の原料として価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオガスシステムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明のバイオガスシステムに使用可能な三重効用式濃縮装置の模式図。
【図３】本発明の別の実施形態に係るバイオガスシステムの概略構成を示すブロック図。
【図４】図１のバイオガスシステムの変形例を示す図面。
【図５】図３のバイオガスシステムの変形例を示す図面。
【符号の説明】
１０  発酵槽
２０  脱硫器
３０  コンバータ
４０  燃料電池
４１  マイクロガスタービン
５０  濃縮装置
５１  第一缶
５２  第二缶
５３  第三缶
６２  熱供給経路
７１、７２  スチームコンプレッサー
【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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