(57)【要約】  【課題】有機物含有液を短時間で分解できる省エネルギー型の嫌気処理方法及び装置を提供する。  【解決手段】嫌気性微生物群が付着する固定床６と嫌気性微生物群が浮遊可能な固定床６下方の下部空間７とを有する嫌気発酵槽１内に有機物含有液Ｌを装填する。下部空間７内の含有液Ｌを撹拌し、下部空間７内の含有液Ｌ中の高分子有機物を前記撹拌により当該空間７内で回動させつつ浮遊微生物群により低分子有機物に分解し、下部空間７内の含有液Ｌ中の低分子有機物を前記撹拌により固定床６を貫いて循環させつつ付着微生物群によりバイオガスＧに分解処理する。好ましくは、発酵槽１の底壁1Bを下向き凸の半球状とし、底壁1Bの内面中央に半径方向軸線回りの撹拌流Ｒを形成する。更に好ましくは、固定床６の中央に下降流駆動スクリュー12内蔵の縦貫流路11を設け、底壁1b内面中央の撹拌流Ｒと固定床６中央の下降流Ｄとにより低分子有機物を循環させる。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性微生物群が付着する固定床と当該微生物群が浮遊可能な固定床下方の下部空間とを有する嫌気発酵槽内に有機物含有液を装填し、下部空間内の含有液を撹拌し、下部空間内の含有液中の高分子有機物を前記撹拌により当該空間内で回動させつつ前記浮遊微生物群により低分子有機物に分解し、下部空間内の含有液中の低分子有機物を前記撹拌により固定床を貫いて循環させつつ前記付着微生物群によりバイオガスに分解処理してなる有機物含有液の嫌気処理方法。
【請求項２】
請求項１の処理方法において、前記発酵槽の底壁を下向き凸の半球状とし、底壁内面中央の半径方向軸線回りの撹拌流により下部空間内の高分子有機物を当該空間内で回動させ、底壁内面周縁に沿って上昇する前記撹拌流により低分子有機物を循環させてなる有機物含有液の嫌気処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２の処理方法において、前記固定床に複数の縦貫流路を形成し、前記低分子有機物を前記縦貫流路経由で昇降させてなる有機物含有液の嫌気処理方法。
【請求項４】
請求項３の処理方法において、前記固定床の中央の縦貫流路内に下降流駆動スクリューを設け、前記底壁内面中央の撹拌流と前記固定床中央の下降流とにより低分子有機物を循環させてなる有機物含有液の嫌気処理方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れかの処理方法において、前記嫌気性微生物群に高温メタン生成菌を含め、前記発酵槽内を高温メタン生成菌の活性温度に保温してなる有機物含有液の嫌気処理方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れかの処理方法において、前記固定床を型枠に保持したガラス繊維製又は炭素繊維製の中空筒状担体としてなる有機物含有液の嫌気処理方法。
【請求項７】
有機物含有液を装填する嫌気発酵槽、前記発酵槽内に設けた嫌気性微生物群が付着する固定床及び前記微生物群が浮遊可能な固定床下方の下部空間、及び前記下部空間内の含有液を、当該含有液中の高分子有機物が当該空間内で回動し且つ当該含有液中の低分子有機物が固定床を貫いて循環するように撹拌する撹拌手段を備えてなる有機物含有液の嫌気処理装置。
【請求項８】
請求項７の処理装置において、前記嫌気性微生物群に高温メタン生成菌を含め、前記発酵槽内を高温メタン生成菌の活性温度に保温する保温手段を設けてなる有機物含有液の嫌気処理装置。
【請求項９】
請求項７又は８の処理装置において、前記撹拌手段に、前記発酵槽の下向き凸の半球状底壁と当該底壁内面中央で半径方向軸線回りに回転する撹拌子とを含めてなる有機物含有液の嫌気処理装置。
【請求項１０】
請求項７から９の何れかの処理装置において、前記固定床に複数の縦貫流路を形成してなる有機物含有液の嫌気処理装置。
【請求項１１】
請求項１０の処理装置において、前記固定床の中央の縦貫流路内に下降流駆動スクリューを設けてなる有機物含有液の嫌気処理装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１の処理装置において、前記保温手段を、前記縦貫流路の何れかの周壁を所定温度の流体が還流する間隙付き二重伝熱壁としてなる有機物含有液の嫌気処理装置。
【請求項１３】
請求項７から１２の何れかの処理装置において、前記固定床を型枠に保持したガラス繊維製又は炭素繊維製の中空筒体担体としてなる有機物含有液の嫌気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機物含有液の嫌気処理方法及び装置に関し、とくに有機性廃水や有機性廃棄物スラリー等の有機物含有液をメタン生成菌その他の嫌気性微生物群によりバイオガスに分解処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から下水処理場の汚泥処理やし尿処理等では、メタン生成菌を主体とする嫌気性微生物群を用いた嫌気性消化処理（以下、単に嫌気処理という。）が提案されている。また最近では、一般家庭やホテル・レストラン等から排出される生ごみ、食品工場等から排出される食品製造残さ、農業・林業・畜産・水産の生産施設や加工解体施設・製紙パルプ工場等から排出される動植物性残さ等の有機性廃棄物についても、スラリー状に粉砕した上で嫌気性微生物群により嫌気処理する技術が開発され普及が進められている。嫌気性微生物群による嫌気処理は、焼却処分・埋め立て処分が難しい高水分の有機性廃棄物を分解すると共に、電力エネルギー・熱エネルギー源として利用可能なバイオガスを生成できるので、有機性廃棄物を有価資源としてリサイクルする循環型社会の形成に寄与する技術として普及が期待されている。
【０００３】
しかし従来の嫌気処理は、有機性廃水や有機性廃棄物の粉砕スラリー（以下、これらを纏めて有機物含有液という。）の有機物濃度（COD負荷）や固形物（SS）濃度が高い場合に、希釈水を添加するため反応槽の容積が大きくなり、反応槽の加熱等に要するエネルギーが増大して全体的なエネルギー回収効率が低下する問題点があった。
【０００４】
特許文献１は、比較的粒度が大きい高濃度有機物含有液（例えば、生ごみスラリー）を高温菌群により嫌気処理する方法を提案している。この処理方法は、図６に示すように有機性廃棄物Ｓをディスポーザー21等でスラリー状に粉砕し、高温菌群が付着したガラス繊維製の中空筒状担体10を設けた発酵槽20Aへ粉砕後の廃棄物Ｓ（有機物含有液Ｌ）を送り、高温菌群が活性を示す温度で有機物含有液Ｌと高温菌群とを接触させて分解する。図示例では、有機物含有液Ｌと高温菌群とを効率的に接触させるため、発酵槽20Aの外側の循環流路23及び循環ポンプ22を介して有機物含有液Ｌを発酵槽20Aの底部から上部へ循環させ、発酵槽20A内に緩やかな下降流を形成している。循環流路23上に設けた保温手段24（例えば、高温流体Ｈが還流する熱交換器等）により、有機物含有液Ｌを高温菌群が活性を示す温度に保温する。
【０００５】
特許文献１で用いる高温菌群は、比較的高い温度（50〜60℃）で活性を示す高温メタン生成菌を含む。高温メタン生成菌は、34〜38℃が活性温度の中温メタン生成菌に比し処理速度及びガス発生率が高いので、COD負荷やSS濃度が高い有機物含有液Ｌを効率的に分解できる。高温菌群は増殖速度が遅いものの、ガラス繊維製の中空筒状担体10を用いれば発酵槽20A内に高温菌群を高濃度に保持することが可能である。特許文献１の嫌気処理方法によれば、発酵槽20Aの小型化を図り、発酵槽20Aの保温費及び設備費を削減し、全体的なエネルギー回収効率の改善が期待できる。
【０００６】
また特許文献２は、有機物含有液Ｌを撹拌手段25で撹拌しながら高温菌群により分解処理する方法及び装置を提案している。例えば図７に示すように、高温菌群が付着したガラス繊維製の中空筒状担体10を配設した発酵槽20B内の底部に撹拌手段25を設け、有機物含有液Ｌを発酵槽20Bへ装填し、発酵槽20B内の温度を保温手段24により高温菌が活性を示す温度に保ち、撹拌手段25により有機物含有液Ｌを撹拌しつつ高温菌群と接触させて分解処理する。図示例の撹拌手段25は、発酵槽20Bの底部に設けた磁性体製の回転形撹拌部材26と、発酵槽20B内の鉛直軸線の回りの回転磁界を形成する攪拌駆動装置27とを含む。発酵槽20Bの底壁を介して撹拌部材26と対向する攪拌駆動装置27の形成する回転磁界に応じて発酵槽20B内の撹拌部材26が鉛直軸線の回りに回転し、発酵槽20B内の有機物含有液Ｌに渦流を形成する。
【０００７】
特許文献１の方法では、長期に亘り処理を継続した場合に、たとえ循環ポンプ22で有機物含有液Ｌを適当に循環していても発酵槽20Aの底部に汚泥が経時的に滞留し、処理効率が徐々に低下することが経験された。とくにスケールアップ時すなわち有機物含有液Ｌの処理量や有機物濃度を増やした場合に、処理効率の低下が認められた。これに対し特許文献２の方法によれば、発酵槽20Bの底部の撹拌により汚泥の沈殿・堆積を阻止し、浮遊した汚泥を発酵処理で生じたガス気泡により拡散させることができるので、スケールアップ等を伴う長期運転に際しても処理効率の低下を防止できる。
【０００８】
【特許文献１】特許第２７０８０８７号公報
【特許文献２】特開平１０−００５７１８号公報
【特許文献３】特開平１１−２０７３７９号公報
【非特許文献１】村田徳治著「廃棄物の資源化技術」株式会社オーム社、平成12年9月30日第１版、pp28-37
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２の発酵槽20Bの底部の撹拌手段25は、汚泥の沈殿・堆積の抑制に効果があるものの、有機物含有液Ｌを昇降させる流れの形成にはあまり寄与しない。すなわち特許文献２の方法では、撹拌手段25のみによって高温菌群と有機物含有液Ｌとを効率的に接触させることが難しく、効率的な接触を確保するためには例えば特許文献１のような循環ポンプ22を併設して発酵槽20B内に含有液Ｌの下降流又は上昇流を形成する必要がある。撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した嫌気処理は、有機物含有液Ｌの沈殿抑制と効率的な微生物接触とによる長期間安定的な連続処理が可能であるものの、複数の動力源を必要とするのでランニング・コストが嵩む問題点がある。嫌気処理の普及を図るため、長期間安定的な連続運転を低コストで実現できるシステムの開発が望まれている。
【００１０】
また特許文献２の方法は、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した場合でも、発酵槽20B内の有機物含有液Ｌの水理学的滞留時間（Hydraulic Retention Time；以下、HRTということがある。）が短くなると効率的処理が難しくなる。図８は、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した発酵槽20Bに有機物含有液Ｌを連続的に投入しながら嫌気処理を50日間継続し、投入量を徐々に増やしてHRTを段階的に短縮したときに残留処理液Ｅ（図７参照）中の揮発性固形物（VSS）濃度の変化を測定した実験結果のグラフを示す。この実験では、実験開始後26日間はHRT≒５日とし、27〜38日の間はHRT≒３日とし、39日目以降はHRT≒２日とした。同グラフから分かるように、HRTが３日以上あればVSSをある程度効率的に分解できるが、HRTが２日になると未分解のVSSが急激に増加する。すなわち撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した嫌気処理では、有機物含有液Ｌの有機物濃度や固形物濃度にもよるが、HRTを２日以下に短縮すると有機物含有液Ｌの効率的な分解が難しくなる。ランニング・コストを削減するためにはHRTを短くすることが有利であり、有機物含有液Ｌを短時間で効率的に分解できる嫌気処理技術の開発が望まれている。
【００１１】
そこで本発明の目的は、有機物含有液を短時間で分解できる省エネルギー型の嫌気処理方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
有機物含有液Ｌの嫌気処理は、先ず炭水化物・タンパク質・脂肪等の高分子有機物が加水分解細菌により比較的低分子の有機酸やアルコール等に分解され、更に有機酸等がメタン生成菌によりバイオガスに分解される２段階で進行することが知られている（非特許文献１参照）。第１段階の反応を酸生成、第２段階の反応をメタン生成という。
【００１３】
特許文献１及び２の嫌気処理において、嫌気性微生物群の大部分は担体10に付着して嫌気処理に寄与し、嫌気性微生物群の一部分は有機物含有液Ｌ中に浮遊しつつ嫌気処理に寄与すると考えられる。本発明者は、嫌気処理に寄与する微生物群を分子生物学的手法により解析したところ、担体10には酸生成を担う微生物群よりもメタン生成を担う微生物群（有機酸分解メタン生成菌群）が多く存在しているとの知見を得た。すなわち、詳細には更なる分析が必要であるが、発酵槽内の担体に付着した微生物（以下、付着微生物ということがある。）と有機物含有液Ｌ中に浮遊している微生物（以下、浮遊微生物ということがある。）とは嫌気処理に寄与する作用が同一ではなく、メタン生成は付着微生物及び浮遊微生物の両者が担っているが、酸生成は主に浮遊微生物が担っていると予想される。従来から効率的な嫌気処理のためには、担体によって嫌気性微生物群を発酵槽内に高濃度で保持することが有効であると指摘されているが（例えば非特許文献１のp36参照）、浮遊微生物の作用を充分に発揮させることにより嫌気処理の効率を更に改善できる可能性がある。本発明は、この知見に基づく更なる研究開発の結果、完成に至ったものである。
【００１４】
図１の実施例を参照するに、本発明による有機物含有液の嫌気処理方法は、嫌気性微生物群が付着する固定床６と嫌気性微生物群が浮遊可能な固定床６下方の下部空間７とを有する嫌気発酵槽１内に有機物含有液Ｌを装填し、下部空間７内の含有液Ｌを撹拌し、下部空間７内の含有液Ｌ中の高分子有機物を前記撹拌により当該空間７内で回動させつつ前記浮遊微生物群により低分子有機物に分解し、下部空間７内の含有液Ｌ中の低分子有機物を前記撹拌により固定床６を貫いて循環させつつ前記付着微生物群によりバイオガスＧに分解処理してなるものである。
【００１５】
好ましくは、発酵槽１の底壁1Bを下向き凸の半球状とし、底壁1B内面中央の半径方向軸線回りの撹拌流Ｒにより下部空間７内の高分子有機物を当該空間７内で回動させ、底壁内面周縁に沿って上昇する撹拌流Ｒにより低分子有機物を循環させる。更に好ましくは、固定床６に複数の縦貫流路11（図１（Ｂ）参照）を形成し、低分子有機物を縦貫流路11経由で昇降させる。この場合、固定床６の中央の縦貫流路11C内に下降流Ｄの駆動スクリュー12を設け、底壁1bの内面中央の撹拌流Ｒと固定床６の中央の下降流Ｄとにより低分子有機物を循環させることができる。
【００１６】
また図１の実施例を参照するに、本発明による有機物含有液の嫌気処理装置は、有機物含有液Ｌを装填する嫌気発酵槽１、発酵槽１内に設けた嫌気性微生物群が付着する固定床６及び嫌気性微生物群が浮遊可能な固定床６下方の下部空間７、及び下部空間７内の含有液Ｌを、当該含有液Ｌ中の高分子有機物が当該空間７内で回動し且つ当該含有液Ｌ中の低分子有機物が固定床６を貫いて循環するように撹拌する撹拌手段14を備えてなるものである。
【００１７】
好ましくは、撹拌手段14に、発酵槽１の下向き凸の半球状底壁1Bと底壁1B内面中央で半径方向軸線回りに回転する撹拌子14Aとを含める。更に好ましくは、固定床６に複数の縦貫流路11（図１（Ｂ）参照）を形成し、固定床６の中央の縦貫流路11C内に下降流駆動スクリュー12を設ける。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による有機物含有液の嫌気処理方法及び装置は、嫌気性微生物群が付着する固定床の下方に、（固定床に付着していない）嫌気性微生物群が浮遊可能な下部空間を設け、下部空間内の有機物含有液の撹拌により含有液中の高分子有機物を下部空間内で回動させつつ分解し、下部空間内の含有液中の低分子有機物を前記撹拌により固定床を貫いて循環させつつバイオガスに分解処理するので、次の顕著な効果を奏する。
【００１９】
（イ）固定床の下方に含有液と浮遊微生物とを接触させる下部空間を設け、固定床の付着微生物だけでなく下部空間の浮遊微生物を積極的に利用して有機物含有液を分解するので、有機物分解の短時間化及び効率改善が期待できる。
（ロ）下部空間内の撹拌によって有機物含有液を循環させるので、従来のポンプによる含有液の循環に比し循環流の均質化を図り、有機物含有液と固定床との接触の一様化を図り、固定床による有機物分解の効率化が期待できる。
（ハ）従来のポンプ等による有機物含有液の循環に比し、循環のための駆動エネルギーを削減できるので、ランニング・コストが低い経済的な嫌気処理が実現できる。
（ニ）下部空間の浮遊微生物を活用するので、発酵槽内の担体充填量を削減できる可能性があり、発酵槽の小型化が図れる。
【００２０】
（ホ）また、固定床内に有機物含有液の保温機能付き縦貫流路を設け、発酵槽内に保温手段を内蔵することができるので、発酵槽の更なる小型化が図れる。
（ヘ）発酵槽の小型化を図ることにより、発酵槽の保温費及び設備費を削減し、全体的なエネルギー回収効率の改善が期待できる。
（ト）効率的で省エネルギー型の小型嫌気処理装置が実現できるので、嫌気処理の普及による循環型社会の形成への寄与が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の嫌気処理装置の一実施例を示す。図示例の嫌気処理装置は、有機物含有液Ｌを装填する嫌気発酵槽１と、発酵槽１内に保持した嫌気性微生物群が付着する固定床６と、固定床６の下方の発酵槽１内に設けた嫌気性微生物群が浮遊可能な下部空間７とを有する。本発明の１つの特徴は、有機物含有液Ｌと（固定床６に付着していない）浮遊微生物とを接触させるに充分な容積の下部空間７を固定床６の下方に設けることにある。
【００２２】
固定床６の種類は特に限定されず、嫌気性微生物群が高濃度に付着可能な従来の適当な担体、例えばガラスビーズ・溶融スラグ・酢酸セルロース・活性炭繊維・スポンジ・ほっき貝・発泡させた石・ゼオライト等を使用できる。図示例の固定床６は、担体10として、例えば図４に示すガラス繊維製又は炭素繊維製の多孔質周壁10bを、型枠としてのエポキシ樹脂製の枠体10cに保持して形成した中空筒状担体10aを規則的に並べたものである。ガラス繊維製又は炭素繊維製の織布又は不織布で形成した多孔質周壁10bは、内部に数μｍ〜数百μｍ径の無数の小空隙を有し、その空隙に微生物が付着して高濃度に増殖できるので嫌気性微生物群を効率よく担持できる。例えば多孔質周壁10bを低密度の不織布製とすることにより、微生物が増殖する充分な空隙を確保する。また炭素繊維は、ガラス繊維に比し酸に対する強度劣化が少ないので、発酵槽１内が酸性化し易い嫌気処理の微生物担体にとくに適している（特許文献３参照）。また、図示例の担体10としての中空筒状担体10aは、筒体の径の大きさを調節することにより固形分濃度の高い有機物含有液Ｌ中でも閉塞を避けることができる。
【００２３】
固定床６は、適当な支持部材９により発酵槽１内の下部空間７の上方に支持することができる。図示例では、発酵槽１の内側の所要高さ部位に水平に張設した通水性支持板を支持部材９とし、その支持部材９上に中空筒状担体10を規則的に縦向き並列に載置して固定床６としている（図１（Ｂ）参照）。但し、支持部材９の構造は図示例に限定されず、例えば発酵槽１の周壁1Sへの係止又は周壁1Sの頂端からの吊り下げ等により固定床６を下部空間７の上方に支持してもよい。
【００２４】
下部空間７には、有機物含有液Ｌを撹拌する撹拌手段14を設ける。撹拌手段14の撹拌強さを適当に調節し、含有液Ｌ中の高分子有機物を下部空間７内で回動させ、含有液Ｌ中の低分子有機物を上方の固定床６へ送り込む。撹拌手段14の撹拌によって含有液Ｌと浮遊微生物とを接触させることにより、上述した浮遊微生物による酸生成機能を促進し、下部空間７において含有液Ｌ中の高分子有機物を低分子有機物に分解することが期待できる。また、従来の嫌気処理では有機物含有液Ｌの全体を固定床６の付着微生物と接触させていたのに対し、本発明では含有液Ｌ中の低分子有機物をいわば選択的に固定床６の付着微生物と接触させることができる。
【００２５】
図示例の撹拌手段14は、発酵槽１の下向き凸の半球状底壁1Bと、底壁1Bの内面中央で半径方向軸線回りに回転する撹拌子14Aとを含む。撹拌子14Aの回転により下部空間７内に半径方向軸線回りの撹拌流Ｒを形成し、撹拌流Ｒの無限遠方向の遠心力により底壁1Bの内面周縁に沿って上昇する上昇流Ｕを形成する。上昇流Ｕの強さを調節することにより、比較的重い高分子有機物を上昇流Ｕに抗して下部空間７内で回動させ、比較的軽い低分子有機物を固定床６へ送り込む。本発明の他の特徴は、下部空間７内の撹拌手段14により固定床６を貫く有機物含有液Ｌの循環流を形成することにある。
【００２６】
図示例では、固定床６に複数の上下方向の縦貫流路11を設け、撹拌手段14により形成された上昇流Ｕを外側（周縁側又は発酵槽１の周壁1S側）の縦貫流路11経由で固定床６の上部空間８へ送り、上部空間８の有機物含有液Ｌを内側の縦貫流路11経由で下部空間７へ下降させ、固定床６を貫く含有液Ｌの循環流を形成している。図示例の縦貫流路11は、例えば筒状担体10の中空路を利用して形成することができる。好ましくは、図示例のように固定床６の中央の縦貫流路11C内に下降流Ｄを形成する駆動スクリュー12を設け、底壁1bの内面中央の（下部空間７内の半径方向軸線回りの）撹拌流Ｒと固定床６の中央の下降流Ｄとにより含有液Ｌを循環させる。撹拌子14とスクリュー12とを単独の回転軸に取り付けることができ、単独の駆動力で両者を同時に駆動することができる。但し、スクリュー12は本発明に必須のものではなく、撹拌手段14だけで固定床６を貫く含有液Ｌの循環流を形成することも可能である。
【００２７】
図示例の撹拌手段14と縦貫流路11付き固定床６との組み合わせによれば、単独の駆動力で発酵槽１内に有機物含有液Ｌの循環流を形成できるので、撹拌手段と循環ポンプとを併設した従来の嫌気処理方法に比し少ないエネルギーで含有液Ｌと固定床６とを効率的に接触させることができる。また、循環ポンプによる含有液Ｌの循環に比し、撹拌手段14の回転軸線からの距離に応じて含有液Ｌの上昇流Ｕ及び下降流Ｄの強さを揃えて循環流の均質化を図り、発酵槽１内における含有液Ｌと固定床６との接触のバラツキを少なくし、固定床６の付着微生物による安定的な反応を期待できる。但し、本発明で用いる撹拌手段14は図示例に限定されず、撹拌強さの調節により高分子有機物を下部空間７内で回動させ且つ低分子有機物を固定床６へ送り込めるものであれば足りる。また、固定床６も通水性であれば含有液Ｌを貫通させることができるので、縦貫流路11の構造も図示例に限定されない。
【００２８】
嫌気処理に際し、発酵槽１内の固定床６に酸生成及びメタン生成用の嫌気性微生物群を付着させ、取入口（図示せず）から発酵槽１内に有機物含有液Ｌを取り入れる。含有液Ｌが有機性廃棄物スラリーである場合は、有機物を平均数100ミクロン程度に細かく粉砕し、等量ないし２倍程度の希釈水Ｗと混合して含有液Ｌを調製することが望ましい。発酵槽１の小型化及びバイオガス発生量の効率化の観点からは希釈水は余り多くない方が望ましく、含有液Ｌの有機物濃度をCODcr値で10〜30万mg/L程度とするのがよい。嫌気性微生物群として高温菌群を使用する場合は、発酵槽１内を高温メタン生成菌の活性温度（54〜56℃）に保温する。次いで撹拌手段14を駆動し、含有液Ｌ中の高分子有機物を下部空間７で回動させつつ浮遊微生物と接触させ、含有液Ｌ中の低分子有機物を固定床６と交差させて循環させることにより、含有液Ｌを付着微生物と接触させてバイオガスＧに分解する。
【００２９】
［実験例１］
本発明による嫌気処理の効率を確認するため、図２に示す容積５リットルの下部空間７付き発酵槽１を試作して実験を行った。図示例の発酵槽１は、下部空間７の下方の発酵槽底壁1Bを下向き凸の半球状とし、下部空間７の上方の通水性支持部材９によりガラス繊維製又は炭素繊維製の中空筒状担体10を規則的に並べた固定床６を保持し、固定床６の中央に縦貫流路11Cを形成したものである。発酵槽１の上方から頂壁及び縦貫流路11Cを貫いて底壁1Bに至る鉛直回転軸15を設け、回転軸15の底壁1B側端に撹拌子14Aを取り付け、縦貫流路11Cの内面と対向する回転軸15上の部位に下降流Ｄの駆動スクリュー12を取り付けた。固定床６には図８の実験（特許文献２参照）と同様の高温菌群を付着させ、取入口18から図８の実験と同様の有機物含有液Ｌ（T-COD濃度＝24900mg/リットル、SS濃度＝16700mg/リットル）を連続的に投入し、回転駆動装置15Aにより回転軸15を回転させて撹拌子14A及びスクリュー12を駆動しながら嫌気処理を継続し、処理液排出口19から排出される処理液Ｅ中の揮発性固形物（VSS）濃度を継続的に測定した。
【００３０】
本実験では、発酵槽１による嫌気処理を80日間継続し、投入量を徐々に増やしてHRT（水理学的滞留時間）を段階的に短縮したときに処理液Ｅ中のVSS濃度の変化を測定した。本実験結果を図３に示す。実験開始後30日間はHRT≒５日とし、31〜43日の間はHRT≒３日とし、44〜58日の間はHRT≒２日とし、59日目以降はHRT≒１日とした。図３のグラフと図８のグラフとの比較から、本発明の嫌気処理装置によればHRTを２日程度に短縮してもVSSの効率的な分解が可能であり、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した従来の下部空間７なしの嫌気処理装置に比し同じ濃度の有機物含有液Ｌを短時間で処理できることを確認できた。また、従来の嫌気処理ではHRT＝５日程度であっても処理液Ｅ中に濃度2000mg/リットル程度のVSSが残るのに対し、本発明の嫌気処理ではHRT＝５日程度とすれば処理液Ｅ中のVSS濃度を1000mg/リットル程度に減少することが可能であり、従来の嫌気処理に比しVSSの除去効率が高いことが確認できた。
【００３１】
すなわち、本発明の嫌気処理によれば、従来の嫌気処理に比し有機物含有液Ｌを短時間で効率的に分解処理できることを実験的に確認できた。この理由の１つは、固定床６の下方に含有液Ｌと浮遊微生物とを接触させる下部空間７を設けたことにより、下部空間７の浮遊微生物による含有液Ｌの分解反応、例えば酸生成を促進できたことにあると考えられる。また、他の理由として、下部空間７内の撹拌手段14のみによって発酵槽１内に均質な循環流を形成するので、従来の循環ポンプによる含有液Ｌの循環に比し固定床６の付着微生物と含有液Ｌとの均質で安定的な接触を確保し、付着微生物による反応を促進できたことにあると考えられる。
［実験例２］
【００３２】
次に、下部空間７内の撹拌手段14によって有機物含有液Ｌを循環させる効果を確認するため、含有液Ｌとして表１の有機酸溶液を用い、撹拌手段25と循環ポンプ22とを併設した従来の嫌気処理装置による有機酸除去効率（T-CODcr分解率）と、本発明の嫌気処理装置による有機酸除去効率（T-CODcr分解率）を比較する実験を行った。本実験では、含有液ＬのT-CODcr負荷量（kg/m3/day）を徐々に上昇させながら嫌気処理を継続し、含有液ＬのT-CODcr負荷量の上昇に応じたT-CODcr分解率の変化を測定した。
【００３３】
従来の嫌気処理による実験結果を図５（Ａ）に示し、本発明の嫌気処理による実験結果を同図（Ｂ）に示す。同図（Ａ）の実験結果から、従来の嫌気処理では有機物含有液ＬのT-CODcr負荷量が60（kg/m3/day）を越えると急激に分解率が低下し始め、T-CODcr負荷量が70（kg/m3/day）を越えると分解率が50％以下に低下することが分かる。これに対し同図（Ｂ）の実験結果からは、本発明の嫌気処理ではT-CODcr負荷量を100（kg/m3/day）程度に上昇させても分解率が70％以上に保たれ、T-CODcr負荷量が120（kg/m3/day）以上となってはじめて分解率が50％以下に低下することが確認できた。これらの実験結果から、嫌気性微生物群による嫌気処理では、固定床６の下方に下部空間７を設け、下部空間７内の撹拌手段14によって含有液Ｌを循環させることが、有機酸等の低分子有機物の効率的分解に極めて有効であることが確認できた。しかも、従来の嫌気処理では、例えば高さ10ｍの発酵槽１内に7.5リットル／分程度の流量で含有液Ｌを環流するために約18.5kWの駆動エネルギーが必要であるのに対し、本発明の嫌気処理では含有液Ｌの循環の駆動エネルギーを約1/3の5.5kW程度に削減できる。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
こうして本発明の目的である「有機物含有液を短時間で分解できる省エネルギー型の嫌気処理方法及び装置」の提供を達成できる。
【実施例１】
【００３６】
図２の実施例では、固定床６に設けた縦貫流路11cの周壁に、所定温度の流体Ｈとして、例えば高温流体Ｈが還流する間隙16付き二重伝熱壁17を設け、縦貫流路11経由で昇降する有機物含有液Ｌを所定温度の流体Ｈとの熱交換により嫌気性微生物群の活性温度に保温している。図示例では、固定床６の中央の縦貫流路11cの周壁を二重伝熱壁17とし、二重伝熱壁17の間隙16に連通する（高温）流体入口13A及び出口13Bを設け、入口13Aから流体Ｈを間隙16に充填し、間隙16通過後の流体Ｈを出口13Bへ還流させている。含有液Ｌは、スクリュー12によって縦貫流路11Cを下降する際に、伝熱壁17を介して流体Ｈにより加熱される。所定温度の流体Ｈとして、例えばガス抜き口28を通じて得たバイオガスＧから回収した熱エネルギーを利用できる。但し、二重伝熱壁17は固定床６の中央の縦貫流路11Cに限らず、固定床６の適当な縦貫流路11に設けることができる。発酵槽１内の縦貫流路11で含有液Ｌを保温することにより、図６に示す発酵槽１の外側に保温手段24を設ける従来方法に比し、発酵槽１の更なる小型化を図ることが可能となる。また、含有液Ｌの保温を確実なものとするため、発酵槽１の外側に保温手段として、例えば断熱材製の保温ジャケット又は図７のような保温手段24を設けることができるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例の縦断面図及び横断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の縦断面図である。
【図３】本発明の嫌気処理方法による槽内の水理学的滞留時間（HRT）と揮発性固形物（VSS）の分解量との関係を示す実験結果のグラフである。
【図４】本発明で用いる固定床担体の一例の説明図である。
【図５】本発明の嫌気処理による有機酸の除去効率と従来の嫌気処理による有機酸の除去効率とを比較した実験結果を示すグラフである。
【図６】従来の嫌気処理方法の一例の説明図である。
【図７】従来の嫌気処理方法の他の例の説明図である。
【図８】図７の従来の嫌気処理方法による槽内の水理学的滞留時間（HRT）と揮発性固形物（VSS）の分解量との関係を示す実験結果のグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１…嫌気発酵槽        1B…（下向きの半球凸状）底壁
1S…周壁              ３…高分子有機物
５…低分子有機物      ６…固定床
７…下部空間          ８…上部空間
９…固定床支持部材    10…（中空筒状）担体
10a…中空筒状担体     10b…多孔質周壁
10c…（樹脂製）枠体   11、11c…縦貫流路
12…下降流駆動スクリュー
13A…（高温）流体入口
13B…（高温）流体出口
14…撹拌手段          14A…撹拌子
15…回転軸            15A…回転駆動装置
16…間隙              17…二重伝熱壁
18…取入口            19…処理液排出口
20A、20B…発酵槽      21…ディスポーザー
22…循環ポンプ        23…循環流路
24…保温手段          25…撹拌手段
26…撹拌部材          28…ガス抜き口
27…撹拌駆動装置      29…脱硫装置
Ｄ…下降流            Ｅ…（残留）処理液
Ｇ…バイオガス        Ｈ…（高温）流体
Ｌ…有機物含有液      Ｒ…撹拌流
Ｓ…有機性廃棄物      Ｕ…上昇流
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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