(57)【要約】【課題】  メタン発酵システムにおける最適な運転条件を設定する方法を提供すること。【解決手段】  メタン発酵槽１０への投入廃棄物量V30と、メタン発酵槽内の槽内廃棄物２０からの引抜物量V40とが同じである反応系において、槽内廃棄物中の槽内有機物量VSの変化速度dVS/dt、メタン発酵槽への有機物投入速度VSin、メタン発酵槽からの有機物引抜速度VSout及び槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度dG/dtを求め、それらに基づいてメタン発酵汚泥２１Ａの増殖速度(dV21A/dt)gを算出する。次に、槽内廃棄物量Vを変えないような引抜物の第１引抜速度F1を、廃棄物投入速度Fin、増殖速度及びガス発生速度に基づいて算出する。続いて、槽内廃棄物量、増殖速度及び第１引抜速度に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度Xを算出し、それに応じて運転条件を設定する。【選択図】  図２
2005319388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、
前記メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、前記メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、前記槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、前記投入廃棄物に含まれる投入有機物の前記メタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、前記引抜物に含まれる引抜有機物の前記メタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって前記槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、
前記変化速度、前記有機物投入速度、前記有機物引抜速度及び前記ガス発生速度に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出し、
槽内廃棄物量を変えないように前記引抜物を引き抜くための第１引抜速度を、前記投入廃棄物の前記メタン発酵槽への投入速度である廃棄物投入速度、前記増殖速度及び前記ガス発生速度に基づいて算出し、
槽内廃棄物量、前記増殖速度及び前記第１引抜速度に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とするメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
【請求項２】
前記メタン発酵システムは、前記メタン発酵槽から引き抜かれた前記引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、
前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記メタン発酵槽に返送する際に、槽内廃棄物量を変えないように前記引抜物を引き抜くための第２引抜速度を、前記濃縮汚泥の前記メタン発酵槽への返送速度、前記廃棄物投入速度、及び前記ガス発生速度に基づいて算出し、
槽内廃棄物量、前記増殖速度、前記第２引抜速度、前記返送速度及び前記濃縮手段の濃縮倍率に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
【請求項３】
メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、
前記メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、前記メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、前記槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、前記投入廃棄物に含まれる投入有機物の前記メタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、前記引抜物に含まれる引抜有機物の前記メタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって前記槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、
前記変化速度、前記有機物投入速度、前記有機物引抜速度及び前記ガス発生速度に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する工程を含むことを特徴とするメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
【請求項４】
メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、
前記メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、前記メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、前記投入廃棄物量、前記投入廃棄物中の投入有機物の濃度である投入有機物濃度、槽内廃棄物量、前記引抜物量、前記引抜物中の引抜有機物の濃度である引抜有機物濃度、及び、メタン発酵によって前記槽内廃棄物から発生するガスのガス発生量を計測し、
それらの計測値に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とするメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
【請求項５】
前記メタン発酵システムは、前記メタン発酵槽から引き抜かれた前記引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、
前記濃縮手段から前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記メタン発酵槽に返送する際に、前記濃縮汚泥の前記メタン発酵槽への返送量を計測し、
前記投入廃棄物量、前記投入有機物濃度、槽内廃棄物量、前記引抜物量、前記引抜有機物濃度、前記ガス発生量、前記返送量及び前記濃縮手段の濃縮倍率に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする請求項４記載のメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵システムの運転条件の設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー回収型生物処理法としてメタン発酵処理法がある。メタン発酵処理法は、下水処理場における余剰汚泥消化をはじめとして各種産業廃水処理に広く採用されている。
【０００３】
メタン発酵処理法としては、メタン菌などを含むメタン発酵汚泥を浮遊状態で使用するいわゆる標準型や効率型（以下、これらを従来型と称す）と、グラニュールと呼ばれる粒状の汚泥を用いるUASB（upflow anaerobic sludge blanket）法やEGSB（expanded granular sludge blanket）法などがある。
【０００４】
UASB法やEGSB法は高負荷であり、固形物がグラニュールの成長を妨げるため、固形物濃度の高い廃棄物の消化には不向きである。
【０００５】
一方、従来型のメタン発酵処理法は固形物濃度の高い廃棄物の処理に適しており、下水処理場における余剰汚泥の消化に利用されている。また、近年ではリサイクル社会構築の活性化や海洋投棄禁止などにより、生ごみ、食品工場の有機性固形廃棄物や畜産廃棄物などに利用される例が増えてきている。
【０００６】
ここで、メタン発酵処理法を用いたメタン発酵システムでは、有機物負荷が運転条件として設定される。この有機物負荷を設定するとき、従来はメタン発酵槽内の固形物濃度に対して行っていた。これは、本来ならばメタン発酵汚泥濃度に対して設定するのが理想的であるが、メタン発酵汚泥と未消化の廃棄物との混合物の中からメタン発酵汚泥のみを計測又は推測することが困難だからである。そのため、従来は、メタン発酵槽内の固形物に対して有機物負荷を設定し、その後はオペレータの経験や勘によって運転が行われてきた。
【０００７】
これに対し、このようなオペレータによる経験や勘に依存することなく、メタン発酵処理を自動化する技術として、例えば、特許文献１に記載の処理システムがある。
【０００８】
この処理システムでは、次のようにしてメタン発酵システムを制御している。メタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量とメタン発酵槽内の固形物濃度とを用いて、メタン発酵によって生じるバイオガス生成量の推定値及びその推定値になるまでに要する推定時間を求める。そして、実際に測定したバイオガス生成量及び測定時間と、上記推定値及び推定時間とを比較する。その比較結果と、メタン発酵槽から流出する固形成分及び液体成分を分離する固液分離部でのｐＨ検出値とに基づいてメタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量を調整する。
【特許文献１】特開２００３−３９０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のシステムにおいても、メタン発酵槽内の固形物濃度は測定しているが、固形物に含まれるメタン発酵汚泥の濃度自体を求めていない。したがって、未消化の固形物も混在しているメタン発酵槽内の固形物に対して有機物負荷を設定すると、過負荷になってメタン発酵が進行しないことがある。
【００１０】
そのため、バイオガス生成量に応じてシステムを制御しても、メタン発酵が停止する場合もある。特許文献１に記載のシステムでは、メタン発酵が停止しないようにｐＨを計測して、投入する廃棄物の量を調整している。ただし、ｐＨを中性に維持していても有機酸濃度が高くなると（例えば、１０００ｐｐｍを越えると）メタン発酵が停止したり、水素発酵に移行したりする場合もある。そのため、特許文献１に記載の処理システムにおいてもメタン発酵システムを最適に運転することは困難である。
【００１１】
本発明の目的は、メタン発酵システムにおける最適な運転条件を設定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、メタン発酵システムにおける最適な運転条件を設定する方法に関して鋭意研究を行い、次のことを見出した。
【００１３】
第１に、本発明者は、メタン発酵槽内の廃棄物は、メタン発酵汚泥により消化されるとガスとしてメタン発酵槽内から消失するため、槽内の廃棄物量が変化することを見出した。第２に、本発明者は、メタン発酵により生じた槽内の廃棄物量の変化を測定することによってメタン発酵汚泥濃度を導き出せることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
【００１４】
すなわち、本発明に係るメタン発酵システム運転条件の設定方法は、メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、投入廃棄物に含まれる投入有機物のメタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、引抜物に含まれる引抜有機物のメタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、前記変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出し、槽内廃棄物量を変えないように引抜物を引き抜くための第１引抜速度を、投入廃棄物のメタン発酵槽への投入速度である廃棄物投入速度、増殖速度及びガス発生速度に基づいて算出し、槽内廃棄物量、増殖速度及び第１引抜速度に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記方法では、先ず、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物量と、メタン発酵槽から引き抜く引抜物量とが同じである反応系において、上述した変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度を求める。次に、それらに基づいてメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する。続いて、廃棄物投入速度、増殖速度及びガス発生速度に基づいて第１引抜速度を算出する。この第１引抜速度で引抜物を引き抜くことにより槽内廃棄物量がほぼ一定に維持される。
【００１６】
そして、槽内廃棄物量、増殖速度及び第１引抜速度に基づいてメタン発酵汚泥濃度を算出する。
【００１７】
以上のように、メタン発酵汚泥濃度は、上記変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度を求めることによって算出される。そのため、槽内廃棄物のうちメタン発酵に関与するメタン発酵汚泥濃度を用いてメタン発酵システムにおける有機物負荷（言い換えれば、メタン発酵槽へ投入する有機物量）を設定することが可能である。
【００１８】
また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法において、メタン発酵システムは、メタン発酵槽から引き抜かれた引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、濃縮汚泥の少なくとも一部をメタン発酵槽に返送する際に、槽内廃棄物量を変えないように引抜物を引き抜くための第２引抜速度を、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送速度、廃棄物投入速度、及びガス発生速度に基づいて算出し、槽内廃棄物量、増殖速度、第２引抜速度、返送速度及び濃縮手段の濃縮倍率に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことが好ましい。
【００１９】
この場合には、濃縮手段により形成された濃縮汚泥の少なくとも一部がメタン発酵槽内に返送される際に、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送速度、廃棄物投入速度、及びガス発生速度に基づいて第２引抜速度が算出される。この第２引抜速度で引抜物が引き抜かれることにより、濃縮汚泥の少なくとも一部がメタン発酵槽内に返送される際にも槽内廃棄物量がほぼ一定に維持される。
【００２０】
そして、槽内廃棄物量、増殖速度、第２引抜速度、返送速度及び濃縮倍率に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度が算出される。
【００２１】
濃縮汚泥を返送する場合、濃縮汚泥中にはメタン発酵汚泥も含まれているので、メタン発酵汚泥もメタン発酵槽に返送される。そのため、メタン発酵汚泥濃度が高く維持される。
【００２２】
そして、メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度が高く維持されると、有機物を多く投入することが可能（言い換えれば、高負荷運転が可能）になる。
【００２３】
また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法は、メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、投入廃棄物に含まれる投入有機物のメタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、引抜物に含まれる引抜有機物のメタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、前記変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する工程を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記方法でも、先ず、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物量と、メタン発酵槽から引き抜く引抜物量とが同じである反応系において、上述した変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度を求める。次に、それらに基づいてメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する。
【００２５】
このように増殖速度が算出されると、その増殖速度を用いて槽内廃棄物量が一定になるように引抜物を引き抜くための引抜速度を算出できる。そして、その引抜速度、槽内廃棄物量及び増殖速度に基づいてメタン発酵汚泥濃度を算出することが可能である。このようにメタン発酵汚泥濃度が算出されれば、そのメタン発酵汚泥濃度に対して容積負荷を設定することができる。
【００２６】
また、メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を高く維持する運転・方策を講じることができる。
【００２７】
また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法は、メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、投入廃棄物量、投入廃棄物中の投入有機物の濃度である投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜物中の引抜有機物の濃度である引抜有機物濃度、及び、メタン発酵によって槽内廃棄物から発生するガスのガス発生量を計測し、それらの計測値に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする。
【００２８】
上記方法では、先ず、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物量と、メタン発酵槽から引き抜く引抜物量とが同じである反応系において、投入廃棄物量、投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜有機物濃度及びガス発生量を計測する。そして、それらの値からメタン発酵汚泥濃度を算出する。
【００２９】
そのため、槽内廃棄物のうちメタン発酵に関与するメタン発酵汚泥濃度に基づいてメタン発酵システムにおける容積負荷を設定することができる。
【００３０】
また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法において、メタン発酵システムは、メタン発酵槽から引き抜かれた引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、濃縮手段から濃縮汚泥の少なくとも一部をメタン発酵槽に返送する際に、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送量を計測し、投入廃棄物量、投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜有機物濃度、ガス発生量、前記返送量及び濃縮手段の濃縮倍率に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことが望ましい。
【００３１】
この場合には、濃縮手段により形成された濃縮汚泥の少なくとも一部がメタン発酵槽内に返送される際に、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送量を計測し、投入廃棄物量、投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜有機物濃度、ガス発生量、返送量及び濃縮倍率に基づいてメタン発酵汚泥濃度が算出される。
【００３２】
濃縮汚泥を返送する場合、濃縮汚泥中にはメタン発酵汚泥も含まれているので、メタン発酵汚泥もメタン発酵槽に返送される。そのため、メタン発酵汚泥濃度が高く維持される。
【００３３】
そして、メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度が高く維持されると、有機物を多く投入することが可能（言い換えれば、高負荷運転が可能）になる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、メタン発酵槽内の槽内廃棄物におけるメタン発酵汚泥濃度が算出される。そのため、そのメタン発酵汚泥濃度を用いて、メタン発酵システムの運転条件を最適化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。全図を通し、同一又は相当部分には同一符号を付することとする。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１は、メタン発酵システムの一例の構成を示す模式図である。図１のメタン発酵システム１は、本実施形態に係る設定方法によって設定された運転条件によって運転される。
【００３７】
メタン発酵システム１は、生ゴミや食品廃棄物、畜産廃棄物など有機性廃棄物をメタン発酵によって処理するシステムである。図１に示すように、メタン発酵システム１は、メタン発酵槽１０を含んで構成される。
【００３８】
図２は、メタン発酵システム１における廃棄物の流れを示す模式図である。
【００３９】
図１及び図２を参照すると、メタン発酵槽１０には、有機物を含む廃棄物がラインＬ１を通して投入される。また、メタン発酵槽１０から槽内廃棄物２０の一部がラインＬ２を通して引き抜かれる。以下では、メタン発酵槽１０に投入される廃棄物を投入廃棄物３０、メタン発酵槽１０から引き抜かれる槽内廃棄物２０の一部を引抜物４０と称す。
【００４０】
図３は、投入廃棄物３０、槽内廃棄物２０及び引抜物４０の構成を示す図表である。
【００４１】
図２及び図３を参照し、ある特定の時間におけるメタン発酵システム１の状態を説明すると、投入廃棄物３０は、投入有機物３１と投入無機物３２とを含んで構成されている。槽内廃棄物２０は、槽内有機物２１と槽内無機物２２とを含んで構成されている。槽内有機物２１には、メタン菌が存在しメタン発酵に関与するメタン発酵汚泥２１Ａ、及び、メタン発酵汚泥２１Ａにより消化処理されるべき被処理有機物２１Ｂが含まれている。メタン発酵システム１を連続又は半連続で運転している場合、被処理有機物２１Ｂには、メタン発酵による消化前の段階のものと、未消化のものが含まれている。
【００４２】
引抜物４０は、引抜有機物４１と引抜無機物４２とを含んで構成されている。引抜有機物４１には、メタン発酵汚泥４１Ａ及び未消化有機物４１Ｂが含まれている。メタン発酵システム１を後述する定常状態で運転している場合には、引抜物４０と槽内廃棄物２０とはほぼ同じ組成である。
【００４３】
なお、投入廃棄物３０、槽内廃棄物２０、引抜物４０には液体成分も含まれているが簡単のため図示は省略している。また、図２中、斜線は有機物、無機物及びメタン発酵汚泥などを区別するためのものである。更に、図３における槽内廃棄物量Vは、例えば、槽内廃棄物２０を１１０℃程度で乾燥させて残った、いわゆる固形物（Total Solid:TS）の量である。投入廃棄物量V30及び引抜物量V40も同様に、固形物の量である。また、槽内有機物量VSは、槽内廃棄物２０を、例えば、６００℃で焼いて気体になって出ていった、いわゆるVTS(Volatile Total Solid)の量である。投入有機物量V31及び引抜有機物量V41も同様にVTSの量である。
【００４４】
本実施形態では、特に断らない限り、メタン発酵させる廃棄物は、比較的、固形物濃度が高い（例えば、１００００ｍｇ／ｌ、すなわち１０ｋｇ／ｍ３以上）廃棄物である。
【００４５】
メタン発酵システム１におけるメタン発酵処理は次のようにして実施される。すなわち、先ず、メタン発酵槽１０内にラインＬ１を通して投入廃棄物３０を投入する。メタン発酵システム１を稼働する際には、メタン発酵槽１０に投入された投入廃棄物３０をメタン発酵させるために、種汚泥としてメタン発酵汚泥２１Ａを予めメタン発酵槽１０に入れておく。
【００４６】
メタン発酵槽１０において、被処理有機物２１Ｂは、メタン発酵汚泥２１Ａによって消化処理される。ここで、被処理有機物２１Ｂがメタン菌によって分解される（言い換えれば、メタン発酵する）際には、メタンを主成分とするガス５０（図１参照）が発生する。ガス５０の成分としては、メタン、炭酸ガス、水素、硫化水素等の硫黄化合物、窒素などが挙げられる。ただし、メタン発酵が適切に進行している場合には、ガス５０の成分は、主にメタン及び炭酸ガスである。
【００４７】
また、分解された被処理有機物２１Ｂの一部はメタン発酵関連菌を含むメタン発酵汚泥２１Ａになる。したがって、メタン発酵槽１０内においてメタン発酵汚泥２１Ａは増殖する。
【００４８】
上記のようにメタン発酵槽１０内においてメタン発酵が進行している際にラインＬ２から引抜物４０が引き抜かれる。
【００４９】
上述したようなメタン発酵処理においては、メタン発酵が停止しないように投入廃棄物３０の量である投入廃棄物量V30を適切に設定する必要がある。例えば、メタン発酵槽１０内のメタン発酵汚泥２１Ａで処理可能な量以上が投入されるとメタン発酵の進行が停止し易い。
【００５０】
従来、投入廃棄物量は、メタン発酵槽１０内の固形物濃度、言い換えれば、槽内廃棄物２０に対する槽内有機物２１の量、又は、槽内有機物２１と槽内無機物２２の合計の量に応じて設定されていた。しかし、槽内廃棄物２０の固形物は図３に示す構成であることから、固形物濃度が高くても、メタン発酵に関与するメタン発酵汚泥濃度が高いとは限らない。そのため、メタン発酵システム１の運転は、最適な運転条件では運転されておらず、メタン発酵が停止する場合があった。
【００５１】
本実施形態に係る運転条件の設定方法は、メタン発酵槽１０内のメタン発酵汚泥濃度Xを算出し、メタン発酵槽１０への投入廃棄物量V30をそのメタン発酵汚泥濃度Xに基づいて設定できる点に特徴を有する。
【００５２】
以下、メタン発酵システム１の運転条件を設定する方法について説明する。運転条件を設定する場合には、先ず、メタン発酵槽１０へ投入する投入廃棄物３０の量（すなわち、図３に示す投入廃棄物量V30）と同じ量の引抜物４０をメタン発酵槽１０から引き抜き、投入廃棄物量V30と引抜物量V40（図３参照）とが同じである反応系を形成する。なお、本実施形態では特に断らない限り、量とは図３に示すように重量を意味するものとする。
【００５３】
メタン発酵槽１０内でメタン発酵が進行すると、メタン発酵槽１０内の槽内有機物２１の一部が消化されてガス５０が発生すると共に、メタン発酵汚泥２１Ａが増殖する。したがって、次式が成り立つ。
【数１】
2005319388.tif 000003
ここで、(dVS/dt)cは、槽内有機物２１が消化される速度である。以下では、(dVS/dt)cを実質有機物消化速度と称す。(dV21A/dt)gは、メタン発酵汚泥２１Ａの増殖速度である。また、Gは、メタン発酵により発生したガス５０のガス発生量であり、dG/dtはガス発生速度である。なお、水分の蒸発、メタンガス及び炭酸ガスの液中溶解、微量のガスの発生などを考慮すると左辺と右辺とは厳密には等しいとは限らないが、ここでは簡単のために左辺と右辺とは等しいものとする。
【００５４】
また、メタン発酵槽１０における有機物の重量変化に着目すると、槽内有機物２１のうちガス５０としてメタン発酵槽１０外に放出された有機物分の重量が減少する。したがって、次式が成り立つ。
【数２】
2005319388.tif 000004
ここで、VSinは、有機物投入速度である。有機物投入速度とは、投入廃棄物３０に含まれる投入有機物３１のメタン発酵槽１０への投入速度である。VSoutは、有機物引抜速度である。有機物引抜速度とは、引抜物４０に含まれる引抜有機物４１のメタン発酵槽１０からの引抜速度である。なお、式（２）は、ガス発生速度dG/dtを一定（すなわち、定数）とみなしてよい場合に成立する式である。ガスの発生は、槽内有機物２１がメタン発酵により消化されることに由来する。したがって、ガス発生速度が定数とみなせる場合、(dV21A/dt)gも定数とみなせる。そのため、VSoutもほぼ定数である必要がある。すなわち、式（２）は、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなしてよい場合に成立している。
【００５５】
式（２）より、増殖速度は、
【数３】
2005319388.tif 000005
と表される。
【００５６】
ここで、dVS/dtは、槽内廃棄物量Vを適当な時間ごとに計測し、その変化速度を算出することにより求められる。これは次の理由による。
【００５７】
すなわち、投入廃棄物量V30と引抜物量V40とは同じであり、メタン発酵が進行していない場合、槽内廃棄物量Vは一定になる。しかし、メタン発酵槽１０内では、被処理有機物２１Ｂがメタン発酵により消化されている。これにより、槽内有機物２１の一部はガス５０として反応系の外に放出される。そのため、槽内有機物２１の量は減少する。
【００５８】
この槽内有機物２１の重量変化は、槽内廃棄物量Vの変化として現われる。したがって、槽内廃棄物量Vを、例えば、１日ごとに計測し、その変化速度を求めることによって槽内有機物量VSの変化速度dVS/dtが得られる。槽内廃棄物量Vは、例えば、槽内廃棄物２０が入れられているメタン発酵槽１０をロードセルで計測し、その計測値からメタン発酵槽１０の重量を差し引けば良い。これは、「有機物の減少量≒メタンの発生量＋炭酸ガスの発生量」が成立すること、すなわち、メタン発酵による槽内廃棄物３０の減少がほとんど有機物のガス化に由来することが成り立っている場合である。
【００５９】
なお、上述したようにdVS/dtは、槽内廃棄物量Vの変化速度から求めることができるが、次のようにしてもよい。すなわち、メタン発酵槽１０内の槽内有機物２１の濃度である槽内有機物濃度P（図３参照）を所定の時間ごとに計測する。そして、槽内廃棄物量Vに槽内有機物濃度Pを掛けて槽内有機物量VSを算出する。そして、その時間変化を求めて、dVS/dtを得る。槽内有機物濃度Pは、例えば、灼熱減量（下水試験法）で計測できる。
【００６０】
また、投入有機物量V31の有機物投入速度VSinは、投入廃棄物３０中の投入有機物３１の濃度である投入有機物濃度Sin、及び投入廃棄物量V30を計測することで算出できる。
【００６１】
より具体的には、まず、所定の時間（例えば、１日）ごとに、投入廃棄物量V30及び投入有機物濃度Sinを計測する。そして、投入廃棄物量V30及び投入有機物濃度Sinの計測値を掛け合わせて所定の時間ごとの投入有機物量V31を算出する。所定の時間ごとの投入有機物量V31からその変化速度、すなわち、有機物投入速度VSinを算出する。
【００６２】
更に、有機物引抜速度VSoutは、引抜物量V40及び引抜物４０中の引抜有機物４１の濃度である引抜有機物濃度Qを計測して、その時間変化を算出することで求められる。投入廃棄物量V30及び引抜物量V40は、ロードセルなどの重量計測器により計測できる。また、投入有機物濃度Sin及び引抜有機物濃度Qは、下水試験法(VTS)に順ずる方法により計測できる。
【００６３】
また、メタン発酵槽１０からのガス発生量Gも、例えば、ガスメータなどによって計測できるため、その計測値の時間変化からガス発生速度dG/dtも求まる。
【００６４】
以上述べたように、槽内有機物量VSの変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtは、実験的に求められる。したがって、変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtに基づいて、式（３）からメタン発酵汚泥２１Ａの増殖速度(dV21A/dt)gが算出される。
【００６５】
上述したように、式（２）又は式（３）は、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合に成立している式である。したがって、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合に、上記種々の計測を行って取得した計測値に基づいて増殖速度(dV21A/dt)gを算出する。
【００６６】
また、ガス発生速度dG/dt、及び、算出された増殖速度(dV21A/dt)gを式（１）に代入することによって、実質有機物消化速度(dVS/dt)cが算出される。
【００６７】
ところで、槽内廃棄物２０の量が、実験当初の量よりも極端に減るとメタン発酵汚泥量V21Aも減少する。メタン発酵汚泥量V21Aが減少すると、実験当初の負荷が維持されない。そのため、メタン発酵汚泥２１Ａの増殖速度(dV21A/dt)gが変化する。したがって、増殖速度(dV21A/dt)gを算出する際には、槽内廃棄物２０の容積ができるだけ実験当初の容積に維持されている期間における変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtを用いることが好適である。
【００６８】
次に、引抜物４０の引き抜き速度を最適化する。これは次の理由による。すなわち、槽内廃棄物２０の一部は、消化されるとガス５０となって系外に出ていく。したがって、投入廃棄物量V30と引抜物量V40とが等しい反応系では、槽内廃棄物量Vは次第に減少する。その結果、メタン発酵システム１の運転ができなくなる場合がある。そこで、メタン発酵槽１０内の槽内廃棄物量Vが変化しないように引き抜き速度を最適化する必要がある。
【００６９】
なお、一定時間引き抜くことで一定量の引抜物が引き抜かれるため、引抜速度を最適化することは、引抜物量V40を最適化することに相当する。
【００７０】
以下、引き抜き速度の設定方法について説明する。
【００７１】
まず、図１のメタン発酵システム１における重量のバランスに着目すると、
【数４】
2005319388.tif 000006
が成り立つ。ここで、Finは、投入廃棄物３０の廃棄物投入速度である。Fは、引抜物４０の引抜速度である。
【００７２】
槽内廃棄物量Vが変化しない場合の引抜速度Fを第１引抜速度F1とすると、第１引抜速度F1では、dV/dt=0である。したがって、式（４）は、
【数５】
2005319388.tif 000007
となる。ガス発生速度dG/dtも式（３）の場合と同様に実験的に求められる。更に、メタン発酵汚泥２１Ａの増殖速度(dV21A/dt)gは、式（３）により算出される。したがって、廃棄物投入速度Fin、ガス発生速度dG/dt及び増殖速度(dV21A/dt)gに基づいて、式（５）から第１引抜速度F1が算出される。
【００７３】
なお、槽内廃棄物２０の容積変化が無視できない条件で、ガス発生速度dG/dt、及び、槽内廃棄物２０中の槽内有機物量VSの変化速度dVS/dtを求めた場合には、式（５）の(dV21A/dt)g及びdG/dtを容積補正することが望ましい。これにより、より好ましい第１引抜速度F1を設定できるからである。
【００７４】
続いて、式（３）及び式（５）によって算出された増殖速度(dV21A/dt)g及び第１引抜速度F1を用いて、メタン発酵槽１０内のメタン発酵汚泥濃度Xを算出する。
【００７５】
メタン発酵システム１において、メタン発酵汚泥濃度Xに関するマテリアルバランスに着目すると、
【数６】
2005319388.tif 000008
が成り立つ。ここで、dX/dtはメタン発酵汚泥濃度Xの変化速度である。Xoutは、図３に示すように引抜物４０中のメタン発酵汚泥濃度である。なお、Xoutは、実質的にXに等しい。また、V・(d(V21A/V)/dt)gは、（dV21A/dt）gに相当する。
【００７６】
メタン発酵汚泥濃度Xが一定とみなせる定常状態の場合には、dX/dt≒0である。一方、増殖速度(dV21A/dt)g及び第１引抜速度F1は、式（３）及び式（５）から算出される。また、槽内廃棄物量Vは計測可能な量である。そのため、槽内廃棄物量V、増殖速度(dV21A/dt)g及び第１引抜速度F1に基づいて、式（６）より、メタン発酵汚泥濃度Xを算出できる。なお、上述した定常状態とは、「マテリアルバランス的」及び「生物反応的」に一定の条件になっている状態の意である。
【００７７】
次に、非定常状態、すなわち、メタン発酵槽１０内のメタン発酵汚泥濃度Xが時間変化する場合について説明する。この場合、式（６）は、Xの時間tに関する微分方程式である。
【００７８】
そのため、式（６）を、Xについて解くことよって、Xを時間の関数として求めることができる。
【００７９】
より具体的には、メタン発酵汚泥濃度Xに関しては、式（６）を次のように変形する。
【数７】
2005319388.tif 000009
ここで、Xout≒Xである。また、Vは上述したように計測可能であり、また、F1は、実験的に求めることができる。V・(d(V21A/V)/dt)gは増殖速度(dV21A/dt)gに相当しており、式（３）より算出される。したがって、式（７）の微分方程式をXについて解くことが可能である。
【００８０】
このように非定常状態に関して、Xを時間の関数として求められることにより、定常状態を想定した場合のXの収束値を得ることができる。
【００８１】
固形物濃度が高い廃棄物の場合、廃棄物がメタン発酵槽に滞留するいわゆる滞留時間が長い（１０日〜数十日）。そのため、数百日を経過しないと最適に運転できているかどうか分からない。したがって、仮に当初１ヶ月程メタン発酵が停止せずに運転できても、例えば１年後にはメタン発酵汚泥濃度が下がり、運転できなくなる危険性があった。そのため、メタン発酵処理を固形物濃度が高い廃棄物に適用することは困難であった。
【００８２】
これに対して、本実施形態の運転条件の設定方法では、上述したように式（７）から非定常状態のXを算出し、その収束値、すなわち、定常状態とみなせる場合の値を求める。そして、その定常状態とみなせる場合のメタン発酵汚泥濃度に対して負荷を設定して、当初からその負荷で運転を実施できるよう設備設計をし、その負荷を定格負荷として運転する。そのため、長期間（１年かそれ以上）の事前試験をしなくても短期間のデータで将来も最適に運転することが可能である。
【００８３】
なお、上記で算出された各値、例えば、メタン発酵汚泥濃度X等は、次の方法によって、より正確な値とすることができる。すなわち、先ず、算出された値に基づいてメタン発酵システム１の運転条件を設定する。そして、その設定された運転条件のとおりにメタン発酵システム１を運転し、実測とのズレに応じて運転条件を補正する。
【００８４】
以上述べたように、本実施形態に係るメタン発酵システム１の運転条件の設定方法では、従来、計測及び推測が困難だったメタン発酵槽１０内における、マテリアルバランス的及び生物反応的に一定の状態のメタン発酵汚泥濃度Xを算出することができる。そのため、メタン発酵槽１０内のメタン発酵汚泥濃度Xに基づいてメタン発酵システム１に対する負荷を決定することが可能である。
【００８５】
したがって、メタン発酵システム１の運転中にメタン発酵が停止することなく長時間運転が可能である。また、運転中、均一な消化速度で槽内廃棄物２０を分解させることが可能である。言い換えれば、メタン発酵システム１を最適に運転することができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る運転条件の設定方法では、槽内廃棄物２０の重量変化に着目してメタン発酵汚泥濃度Xを算出している。このような槽内廃棄物２０の重量変化の割合は、メタン発酵処理法により処理すべき廃棄物の固形物濃度が高いほど大きい。
【００８７】
そのため、上記設定方法は、固形物濃度の高い高濃度固形廃棄物を処理するメタン発酵システムに対して特に有効である。更に、本実施形態の条件の設定方法では、より短い期間の試験で定常状態のメタン発酵汚泥濃度Xを推測することができる。以上のことから、従来困難だった高濃度固形廃棄物のメタン発酵処理が可能になる。
【００８８】
ところで、上記では、メタン発酵汚泥濃度Xを算出する過程を各式に従って順に説明している。しかし、上記過程を、例えばプログラムとしてコンピュータなどに入力しておけば、インプットデータとして、投入廃棄物量V30、投入有機物濃度Sin、槽内廃棄物量V、引抜物量V40、引抜有機物濃度Q及びガス発生量Gを入力することにより、メタン発酵汚泥濃度Xを算出することも可能である。
【００８９】
（第２の実施形態）
図４は、メタン発酵システムの他の例の構成を示す模式図である。図４のメタン発酵システム２は、濃縮手段６０を有している点で、第１の実施形態のメタン発酵システム１と相違する。なお、本実施形態でも特に断らない限り、メタン発酵させる廃棄物は、比較的、固形物濃度が高い廃棄物である。また、本実施形態では、特に断らない限り、量とは重量を意味するものとする。
【００９０】
濃縮手段６０は、ラインＬ２を通してメタン発酵槽１０から引き抜かれた引抜物４０を所定の濃縮倍率Cで濃縮する。より具体的には、引抜物４０を固形成分である濃縮汚泥７０と、液体成分とに分離する。濃縮手段６０は、例えば、デカンター、ベルトプレス、フィルタープレス、膜、乾燥機等である。液体成分は、ラインＬ３から排水される。濃縮汚泥（固形成分）７０の少なくとも一部は、ラインＬ４を通してメタン発酵槽１０に返送される。また、メタン発酵槽１０に返送されない固形成分は、ラインＬ５から排出される。
【００９１】
図５は、槽内廃棄物２０に対する廃棄物の流れを示す模式図である。図５を参照すると、濃縮汚泥７０は有機物７１と無機物７２とを含んで構成されている。有機物７１中には、メタン発酵汚泥７１Ａと未消化有機物７１Ｂとが含まれている。図５中、斜線は有機物、無機物及びメタン発酵汚泥を区別するためのものである。
【００９２】
次に、メタン発酵システム２の運転条件の設定方法について説明する。
【００９３】
先ず、第１の実施形態と同様にして、増殖速度(dV21A/dt)gを算出する。すなわち、先ず、投入廃棄物量V30と引抜物量V40とが同じである反応系を形成する。そして、槽内有機物量VSの変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtに基づいて、式（３）から増殖速度(dV21A/dt)gを算出する。
【００９４】
次に、メタン発酵槽１０からの引抜物４０の引抜速度Fを最適化する。メタン発酵システム２では、濃縮手段６０から濃縮汚泥７０が返送されるため、重量のバランスに着目すると、
【数８】
2005319388.tif 000010
が成り立つ。ここで、Rは、濃縮汚泥７０のメタン発酵槽１０への返送速度である。式（８）は、第１の実施形態の式（４）に相当する式である。
【００９５】
本実施形態において、槽内廃棄物量Vが変化しない場合の引抜速度Fを第２引抜速度F2とすると、第２引抜速度F２の場合、dV/dt=0であるから、式（８）は、
【数９】
2005319388.tif 000011
となる。上述したように廃棄物投入速度Finは操作パラメータ（運転条件）であり、ガス発生速度dG/dtは実験的に求められる。また、返送速度Rは、返送される濃縮汚泥７０の量である濃縮汚泥量V70(kg)を計測し、その時間変化を求めることで得られる。更に、増殖速度(dV21A/dt)gは、式（３）より算出される。そのため、第２引抜速度F2が、廃棄物投入速度Fin、返送速度R、増殖速度(dV21A/dt)g、ガス発生速度dG/dtに基づいて、式（９）から算出される。
【００９６】
次に、メタン発酵システム２において、メタン発酵汚泥濃度Xに関するマテリアルバランスに着目すると、
【数１０】
2005319388.tif 000012
が成り立つ。
【００９７】
式（１０）において、Cは、濃縮手段６０における濃縮倍率である。また、Xout ≒ Xである。また、式（１０）中のV・(d(V21A/V)/dt)gは、増殖速度(dV21A/dt)gに相当する。
【００９８】
式（１０）において、槽内廃棄物量Vは計測可能であり、また、返送速度Rは実験的に求められる。また、濃縮倍率Cは計測値であり、例えば、下水試験法に順じ、濃縮前後のTS、VTSを計測し、濃縮前の引抜物４０のTS、VTSが何倍に濃縮されたかを算出することで求められる。更に、V・(d(V21A/V)dt)gは (dV21A/dt)gに相当しており、式（３）から算出される。第２引抜速度F2は、式（９）より算出される。そして、Xout ≒ Xである。したがって、槽内廃棄物量V、増殖速度(dV21A/dt)g、第２引抜速度F2、返送速度R、濃縮倍率Cに基づいて、式（１０）よりメタン発酵汚泥濃度Xが算出される。
【００９９】
ここで、定常状態のXを算出する場合には、dX/dtを０としてXを求めればよい。非定常状態については、Xの微分方程式を解くことにより、時間tの関数としてのXを算出する。
【０１００】
算出された値に基づいてメタン発酵システム２の運転条件を設定し、その設定された運転条件通りにメタン発酵システム１を運転し実測とのズレに応じて運転条件を補正することが望ましいのは、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１０１】
本実施形態では、濃縮手段６０から濃縮汚泥７０を返送しているため、メタン発酵槽１０内のメタン発酵汚泥濃度Xを高く維持することができる。したがって、高負荷でメタン発酵システム１を運転することができ、システムを小型化することが可能になる。
【０１０２】
ところで、本実施形態におけるメタン発酵汚泥濃度Xを算出する上記過程を、例えば、プログラムとしてコンピュータなどに入力し、メタン発酵汚泥濃度Xを算出することが可能なのは、第１の実施形態の場合と同様である。この場合には、インプットデータとして、投入廃棄物量V30、投入有機物濃度Sin、槽内廃棄物量V、引抜物量V40、引抜有機物濃度Q、ガス発生量G、濃縮倍率C、及び、濃縮汚泥量V70を入力するようにしておけばよい。
【０１０３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、第１及び第２の実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【０１０４】
例えば、第１及び第２の実施形態では、メタン発酵システムにおける重量のバランスに着目してメタン発酵汚泥濃度等を算出している。しかし、重量に限らず、容積変化に着目してもよい。ただし、メタン発酵が進行しても見かけ上容積が変化しない場合もあるため、重量変化に着目することが好適である。
【０１０５】
また、第１及び第２の実施形態では、廃棄物の固形物濃度が高いものについて説明しているが、固形物濃度が高いものに限定されるわけではない。ただし、上述したように重量変化を計測し易い観点から固形物濃度が高い方が好ましい。
【０１０６】
更に、第１及び第２の実施形態では、式（２）又は式（３）は、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合の条件下で成立し、その場合に増殖速度(dV21A/dt)gを算出している。しかしながら、必ずしもガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合の計測値に基づいて増殖速度(dV21A/dt)gを算出する必要はない。ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutが時間的に変化する場合の式に基づいて増殖速度(dV21A/dt)gを算出すればよい。
【０１０７】
ただし、増殖速度(dV21A/dt)gは極めて遅いので、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる条件は近似的に成立しており、実際には式（２）又は式（３）を用いて増殖速度(dV21A/dt)gを算出することが可能である。
【実施例１】
【０１０８】
第１の実施形態のメタン発酵システム１の実施例について説明する。なお、この場合は、第２の実施形態のメタン発酵システム２において、濃縮汚泥７０の返送がない場合に相当する。
【０１０９】
実施例１では、市販されているミニジャーファーメンター（住友重機械工業株式会社製）を用いてメタン発酵試験を行った。メタン発酵槽１０の容積は０．００２ｍ３（２リットル）であった。メタン発酵槽１０は、槽内の汚泥（槽内廃棄物）を攪拌するための攪拌翼を備えていた。攪拌翼は、スラリー状汚泥も攪拌可能なタイプを使用した。
【０１１０】
実施例１における廃棄物としては、食品工場から排出された食品製造残渣を用いた。廃棄物の組成は表１のとおりである。
【表１】
2005319388.tif 000013
表１中、固形物濃度は、例えば、１１０℃程度で投入廃棄物を乾燥させて残ったもの（図３中の有機物と無機物）の濃度である。また、投入有機物濃度Sinは、１１０℃で乾燥された固形物を約６００℃で焼いて気体になって出ていったものの濃度である。Ashは灰分を示し、CODCrは化学的酸素要求量を示している。
【０１１１】
廃棄物は、メタン発酵しやすいようにメタン発酵槽１０に投入する前に家庭用フードプロセッサーにより数ｍｍ程度に裁断した。
【０１１２】
そして、投入した廃棄物の量と同じ量の引抜物を引き抜き、投入廃棄物３０の量と引抜物４０の量とが同じである反応系を形成した。この反応系において、投入廃棄物量V30、投入有機物濃度Sin、槽内廃棄物量V、引抜物量V40、引抜有機物濃度Q、ガス発生量Gを計測した。
【０１１３】
本実施例では、槽内廃棄物量Vは、槽内廃棄物２０を有するメタン発酵槽１０ごとロードセルで計測し、メタン発酵槽１０の重量を差し引いて求めた。また、投入廃棄物量V30は、電子天秤により計測し、投入有機物濃度Sinは、下水試験法により計測した。同様にして、引抜物量V40及び引抜有機物濃度Qを計測した。また、ガス発生量Gをガスメータで計測した。なお、計測は、１日ごとに行った。図６に、槽内有機物濃度Pが一定になっている場合の槽内有機物濃度Pを示す。図６の横軸はデータが安定している間の経過時間を表しており、縦軸は、槽内有機物濃度Pを示している。
【０１１４】
上述した計測値を用いて、第１の実施形態に示した手法により、メタン発酵汚泥の増殖速度(dV21A/dt)g、第１引抜速度F1、メタン発酵汚泥濃度X及び被処理有機物濃度Sを算出した。また、上記のようにして求められたメタン発酵汚泥濃度Xなどから導かれる微生物学的諸特性も算出した。その結果は、表２のとおりである。
【表２】
2005319388.tif 000014
表２中、嫌気汚泥流出量は、メタン発酵汚泥２１Ａがメタン発酵槽１０から流出する速度に相当する。嫌気汚泥発生量は、メタン発酵汚泥２１Ａが発生する速度に相当する。比増殖速度μは(dS/dt)c/Xに相当し、比消費速度νは、(d(V21A/V)/dt)g/Xに相当する。YX/Sは投入有機物３１に対するメタン発酵汚泥の収率である。
【０１１５】
表２に示すように、メタン発酵汚泥濃度Xが１５．２g/kg(１．５wt%)であるから、一例として０．５kg（有機物）/kg（メタン発酵汚泥）／dayの汚泥負荷をかけると、７．６kg/m3/dayの容積負荷を掛けることが可能であることが推測できる。言い換えれば、０．００２m3のメタン発酵槽１０において、７．６kg/m3/dayの容積負荷で運転を実施することが可能である。
【０１１６】
実際に上記設定条件でメタン発酵システム１を運転すると、ほぼ計算に等しい７．３kg/m3/dayまで有機酸の蓄積もなく安定した運転が可能であった。
【実施例２】
【０１１７】
次に、第２の実施形態のメタン発酵システム２の実施例について説明する。メタン発酵槽１０の構成は実施例１の場合と同様である。実施例２では、メタン発酵槽１０から引き抜かれた引抜物４０を濃縮手段６０で濃縮する。そして、濃縮汚泥７０の一部をメタン発酵槽１０に返送する。濃縮手段６０としては、高速遠心機を用いた。
【０１１８】
メタン発酵槽１０への投入廃棄物３０の組成は表３のとおりである。
【表３】
2005319388.tif 000015
濃縮手段６０からの濃縮汚泥７０を返送しない場合、実施例１と同様にして算出したメタン発酵槽１０内のメタン発酵汚泥濃度Xは、０．２４wt%程度であった。この場合、容積負荷として約１kg/m3/dayで運転できる程度であった。
【０１１９】
これに対して、濃縮手段６０を用いた場合は、メタン発酵槽１０に返送する濃縮汚泥量V70及び濃縮倍率Cを考慮して第２の実施形態に示した手法により求めたメタン発酵汚泥濃度Xを算出した。この場合、実施例２のメタン発酵システム２において、表４に示すマテリアルバランスが成立した。
【表４】
2005319388.tif 000016
表４に示すバランスが成立している場合、５kg/m3/dayの容積負荷が可能であった。すなわち、濃縮汚泥７０の返送がない場合の５倍の容積負荷での運転が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】メタン発酵システムの一例の構成を示す模式図である。
【図２】図１のメタン発酵槽１０に対する廃棄物の流れを示す模式図である。
【図３】投入廃棄物、槽内廃棄物及び引抜物の構成を示す図表である。
【図４】メタン発酵システムの他の例の構成を示す模式図である。
【図５】図４のメタン発酵槽１０に対する廃棄物の流れを示す模式図である
【図６】メタン発酵槽１０内の槽内有機物濃度Pの時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１，２…メタン発酵システム、１０…メタン発酵槽、２０…槽内廃棄物、２１…槽内有機物、２１Ａ…メタン発酵汚泥、２１Ｂ…被処理有機物、２２…槽内無機物、３０…投入廃棄物、３１…投入有機物、４０…引抜物、４１…引抜有機物、４１Ａ…引抜物中のメタン発酵汚泥、４１Ｂ…未消化有機物、５０…ガス、６０…濃縮手段、７０…濃縮汚泥。
【図１】
2005319388.tif 000017
【図２】
2005319388.tif 000018
【図３】
2005319388.tif 000019
【図４】
2005319388.tif 000020
【図５】
2005319388.tif 000021
【図６】
2005319388.tif 000022