(57)【要約】【課題】メタン醗酵槽の付属装置の構造を簡単にしてコンパクト化し、その際にメタン醗酵槽で発生する固形成分含量が高い沈殿物も確実に攪拌できるようにして安定的にメタン醗酵を効率よく行なわせることである。【解決手段】醗酵槽１内に供給管２から有機物を含有する醗酵液を供給し、これを攪拌しながらメタン醗酵させる装置において、醗酵槽１の底面の上方から酸素含有の０．５ＭＰａ以上に加圧された攪拌用ガスを底面１ａに向けて間欠的に吹き付け、攪拌用ガスの気泡流Ａを前記底面に沿って広げてから上昇させ、醗酵液を底部から全体に攪拌するメタン醗酵方法とする。攪拌用ガスの間欠的な吹き付け条件は、吹き付け時間を５秒以内とし、かつ１時間以上の間隔を空けて吹き付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する醗酵液を醗酵槽内で攪拌しながらメタン醗酵させるメタン醗酵方法において、
酸素含有の攪拌用ガスを醗酵槽の底面上方から前記底面に間欠的に吹き付けて醗酵液を攪拌することを特徴とするメタン醗酵方法。
【請求項２】
攪拌用ガスの間欠的な吹き付け条件が、吹き付け時間を５秒以内とし、かつ１時間以上の間隔を空けて吹き付ける条件である請求項１に記載のメタン醗酵方法。
【請求項３】
攪拌用ガスが、０．５ＭＰａ以上に加圧された攪拌用ガスである請求項１または２に記載のメタン醗酵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、食品などの廃棄物その他の有機物を含有する物を、メタン醗酵によって無害化処理または有効利用する場合などに用いるメタン醗酵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機性物質の処理方法の1つであるメタン醗酵処理は、得られたメタンガスなどをバイオガスとして再利用できる点でエネルギーをリサイクル処理できる方法である。
【０００３】
通常、メタン醗酵は、有機物が種々の微生物に資化されてメタン（ＣＨ4）に変換される一連の過程をいい、段階的には、先ず、固形有機物が炭水化物、アミノ酸、脂肪酸などの水溶性低分子物質に分解される過程（可溶化過程）があり、さらに分解されて酢酸、プロピオン酸、酪酸などの低級脂肪酸を生成する過程になり、そして酢酸や水素ガスなどに分解される過程となり、最終的には酢酸や水素ガスからメタンが生成する過程となる。
【０００４】
実際には、上記のように段階的に反応が進行するのではなく、可溶化後に一つの糟内で微生物群が共生系をつくり、一連の反応としてメタン醗酵が進行する。
【０００５】
メタン醗酵が良く進行するための条件としては、温度（中温消化法３６〜３８℃、高温消化法４５〜５６℃）、有機物組成、比較的高いｐＨなどであるが、特に嫌気性状態でなければ反応が進行しない。
【０００６】
生成されたメタンガスは、脱硫してクリーンなエネルギーとして利用されることが要望され、特に燃焼用ガスや燃料電池の水素源に利用するためには、予め脱硫して、硫化水素濃度を低減させておくことが望ましい。
【０００７】
例えば、ボイラーやガスタービンの燃焼装置の腐蝕防止や排気ガスの規制などの環境面からは、硫化水素濃度を１０ｐｐｍ以下に下げることが好ましい。また、燃料電池の水素源としては、硫化水素を完全に除去しておく必要がある。
【０００８】
通常、メタン醗酵において用いられる脱硫装置は、メタン醗酵槽とは別の気液接触槽などであり、活性汚泥や硫化水素酸化細菌を含有する混液にメタンガスを接触させて硫化水素を吸収させる。
【０００９】
また、図３に示すように、メタンの醗酵槽１０の底部に近づけて攪拌ガス供給管１１を設けた醗酵槽１０においては、攪拌用ガスとして醗酵槽１０で生成したバイオガスを排出管１２から抜き出して循環させて再利用し、一方、硫化水素の発生量を抑制するために、醗酵槽１０の側壁から給気管１３で空気などの酸素含有気体を供給して、所要の酸素濃度で硫酸還元菌を不活性化させて、醗酵槽１０内の硫化水素の発生量を抑制していた（特許文献１）。なお、図中の符号１４は、原料供給管である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１３６０８９号公報（請求項１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述した場合を含めてメタン醗酵槽では、一般に醗酵液の攪拌が必要であり、図３に示したようなバイオガスによる攪拌手段または攪拌翼等の機械的攪拌手段を必要とする。そして、硫化水素の発生を抑制するためには、醗酵槽の側壁に給気管１３を設け、ここから空気などの酸素含有気体の供給を行なう必要があるので、酸素含有気体の供給と攪拌とはそれぞれの機能がそれぞれの装置に分担されていて、これでは醗酵槽の付属装置の構造が複雑になり、メタン醗酵槽をコンパクトにできないという問題点がある。
【００１２】
また、メタン醗酵槽で発生する固形成分含量が高い沈殿物は、通常の曝気では攪拌を充分に行なえないばかりか、槽内に浮遊物が多く存在するメタン醗酵槽に対して、周知の水処理用の散気塔や微細気泡発生装置のような気泡発生装置を設けて、長時間に亙って気泡を発生させると、スカムが多く発生し却って処理効率を低化させる場合がある。
【００１３】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、酸素含有気体の供給と攪拌とを同じ装置で行なえるようにして、メタン醗酵槽の付属装置の構造を簡単にしてコンパクト化し、その際にメタン醗酵槽で発生する固形成分含量が高い沈殿物も確実に攪拌できるようにして安定的にメタン醗酵を効率よく行なわせることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、この発明では、有機物を含有する醗酵液を醗酵槽内で攪拌しながらメタン醗酵させるメタン醗酵方法において、酸素含有の攪拌用ガスを醗酵槽の底面上方から前記底面に間欠的に吹き付けて醗酵液を攪拌するメタン醗酵方法としたのである。
【００１５】
高圧の攪拌用ガスを醗酵槽底部に向けて間欠的に噴出させると、槽底部に沈降していた固形分濃度の高い沈降物やフロックなども気泡流の衝突する衝撃力やその後に水中で動くときの水の抵抗で粉砕される。
【００１６】
また前記攪拌用ガスは醗酵槽底部に衝突し、さらに横方向に拡散してから浮き上がるので、攪拌用ガスの気泡流が前記底面に沿って広がって上昇することで広い部分が立体的に攪拌され、少量の攪拌用ガスでも効率よく攪拌される。
【００１７】
攪拌用ガスが、０．５ＭＰａ以上、好ましくは０．８〜１．０ＭＰａに加圧された攪拌用ガスを用いると、より効率よく攪拌されるようになり確実に好ましい醗酵状態になる。
【００１８】
攪拌用ガスの吹き付け条件は、メタン生成菌の活性を可及的に低化させない短時間の噴出であり、かつできるだけ長時間のインターバルがあっても硫化水素ガスの発生量を抑制できるようにする。
【００１９】
すなわち、攪拌用ガスを醗酵槽底面に間欠的に吹き付けて、硫酸還元菌と酸素を接触させ、その活性を抑制して硫化水素の発生量を抑制し、その後のインターバルによって攪拌されない時間を充分に確保し、これによりメタン醗酵に必要な嫌気的条件を速やかに回復させる。
【００２０】
好ましくは、攪拌用ガスを間欠的に吹き付ける時間が５秒以内であり、かつ１時間以上の間隔を空けてメタン生成菌の活性を低化させずに硫化水素ガスの発生量を抑制する条件を採用する。
【００２１】
このように、高圧の攪拌用ガスの間欠的吹き付け時間を短時間にして、その後のメタン醗酵を嫌気性環境で充分長時間行なうことにより、一時的に酸素ガスが高まってもメタン醗酵の環境は速やかに回復し、しかも硫化水素濃度がその後に直ぐに高くならないようになり、効率の良いメタン醗酵を行なうことができる。
【００２２】
また、上述のように酸素含有の攪拌用ガスを所定の態様で設置することにより、この発明のメタン醗酵方法では、攪拌と酸素の供給とを1つの装置で行なうので、メタン醗酵槽の付属装置の構造をコンパクトに構成できる方法になる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明は、以上説明したように、メタン醗酵槽の底面上方から酸素含有の攪拌用ガスを前記底面に向けて間欠的に吹き付けて、攪拌用ガスの気泡流を前記底面に沿って広げてから上昇させることで、醗酵液への酸素含有気体の供給と攪拌とを同一の装置で行なえるようになり、メタン醗酵槽は付属装置が少なくてコンパクトになり、かつメタン醗酵槽で発生する固形分濃度の高い沈降物やフロックなどを確実に攪拌でき、安定して確実にメタン醗酵を行なえるメタン醗酵方法となる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、実施形態は、醗酵槽１内に供給管２から有機物を含有する醗酵液の原料を供給し、これを攪拌しながらメタン醗酵させる装置であり、醗酵槽１の底面の上方から酸素含有の高圧の攪拌用ガスを底面１ａに向けて間欠的に吹き付け、攪拌用ガスの気泡流Ａを前記底面に沿って広げてから上昇させ、醗酵液を底部から全体に攪拌するメタン醗酵方法と、その方法に用いる装置である。
【００２５】
この発明に用いられる有機物は、特に限定された材料からなるものでなく、例えば、食品製造工程で多量に排出される有機物を含む排水、ビール粕、酒類の蒸留かす、農産廃棄物、水産廃棄物、し尿、下水汚泥、家畜糞尿、その他食品廃棄物、家庭生ゴミその他の動植物性の有機物を含有する廃棄物などを用いることができる。
【００２６】
醗酵液は、醗酵生成物を含む液状物またはスラリーであるが、醗酵前または初期のものは、原料となる有機物の可溶化工程で生成された水溶性低分子物質を含有する液体やスラリーからなる。
【００２７】
メタン醗酵工程においては、上記の可溶化工程で生成された水溶性低分子物質を材料として嫌気性菌により酢酸や水素に分解すると共に、主としてメタン醗酵菌に資化させてメタンガスなどを生成する。この工程は、通常、中温醗酵（３５〜４０℃）では１５〜３０日間、高温メタン醗酵では７〜１５日間醗酵条件を維持することにより行なわれる。
【００２８】
ところで、図１に示したメタン醗酵方法に用いられる装置は、前記した醗酵液の原料（有機物スラリー）が供給管２から醗酵槽１に供給された後、メタン醗酵処理が充分に進行した醗酵液が、引き抜き管３から引き抜かれて、図外の排水処理工程に移送され、メタンを含むバイオガスは排気管４から醗酵槽１の外部へ排気される。
【００２９】
そして、バイオガスは、ガスホルダー５に一部が貯留されると共に、その一部はコンプレッサー６から供給される圧縮空気と共に攪拌用ガス供給管７に送られる。
【００３０】
また、メタン生成菌の活性が上がって効率よく醗酵が進行するように、攪拌用ガス供給管７に接続された噴出ノズル７ａの先端を接続し、その先端を醗酵槽１の底面１ａの直上５〜２０ｃｍ程度に配置している。
【００３１】
酸素含有の攪拌用ガスは、通常はコンプレッサー６で０．５ＭＰａ以上に加圧された圧縮空気（より好ましくは０．８〜１．０ＭＰａ）を用いることが経済的に好ましいが、また醗酵槽１内のバイオガスから分離される炭酸ガスを電磁弁７ｂを介して空気または酸素ガスと混合し、混合圧縮ガスとして攪拌用ガス供給管７に導入してもよい。図中、符号８は、ガス濃度やガス量の検出手段となる検知器である。
【００３２】
酸素含有攪拌用ガスの醗酵槽１への供給は、高圧の攪拌用ガスを底面１ａに向けて間欠的に吹き付けることにより、嫌気性細菌であるメタン生成菌の活性を長時間低化させることなく、しかも硫酸還元菌の活性を抑制できるように行なう。例えば、０．８〜１．０ＭＰａの高圧空気の噴出時間を５秒以内とし、空気の供給量をメタン醗酵槽で発生するバイオガス全量の２０容量％以下、好ましくは２〜１０容量％として、攪拌用ガスを供給しないインターバル時間を１時間以上とする。
【００３３】
噴出間隔であるインターバル時間を的確に調整するには、排気管４からガスホルダー５に導入されるバイオガス中の硫化水素ガス濃度やメタンガス濃度を検知器８で測定し、例えばメタンガスの燃料としての適正値（ボイラーやガスタービンの硫化水素による腐食防止や法律による排気ガス規制値）の硫化水素濃度１０ｐｐｍ以下に調整することが好ましい。
【００３４】
このようなバイオガスの条件にしておき、醗酵槽１の底面上方から酸素含有の攪拌用ガスをその圧力により前記底面１ａに向けて間欠的に吹き付けると、気泡流が前記底面に沿って勢いよく広がり、固形分濃度の高い沈降物を醗酵液内の下層部全域に酸素含有攪拌用ガスが混合されて、次いで気泡は醗酵槽１内で液面まで上昇する際に醗酵液全体を均一に攪拌する。
【００３５】
このとき、例えば５秒以下という短時間の高圧空気の噴出によって、醗酵液中の酸素濃度は一気に高まり、硫酸還元菌の活性は急速に低化し、液中酸素が微生物群の共生系で消費されるまでの少なくとも１時間は、低硫化水素濃度でメタンガス濃度の高いバイオガスがメタン醗酵によって生産される。
【００３６】
このようにして、メタン醗酵槽に必須の付属装置として、酸素含有気体の供給と攪拌とを同じ装置で行なえる。しかも攪拌は充分に行なえるので、安定して確実にメタン醗酵する。
【実施例１】
【００３７】
第１実施形態の工程に従って生ゴミなどの有機廃棄物を水中に溶ける程度に可溶化し、可溶化液を得た。この可溶化液を一時貯留用タンクから供給管を経由して図１に示す構造のメタン醗酵槽に供給し、３６〜３８℃の中温メタン醗酵を行なった。
【００３８】
メタン醗酵槽には、攪拌用ガスを供給するための噴出ノズルの先端を醗酵槽の底面の１０ｃｍ直上に配置し、０．９ＭＰａの空気を攪拌用ガスとして、噴出停止（インターバル）時間を２時間に設定し、高圧空気の噴出時間を１秒に設定した。
【００３９】
このようにしてメタン醗酵を連続して４４日間行ない、上記の条件で空気の気泡流を醗酵槽底面に沿って広げてから上昇させることにより、醗酵液を攪拌した。２４時間当たりの空気の供給量はメタン醗酵槽で発生するバイオガス全量の約２容量％になった。
【００４０】
メタンの連続醗酵期間中に、１日目、２４日目、２９日目、３３日目、４４日目に計５回の硫化水素濃度の測定を、攪拌用ガスの噴出開始時から２４時間にわたって行ない、その結果を図２に示した。
【００４１】
図２の結果からも明らかなように、生成したバイオガス中の硫化水素濃度は、測定当初の１０００〜２６００ｐｐｍから３〜７時間の間に著しく速やかに低下し、安定して確実に低硫化水素濃度の状態でメタン醗酵を行なわせることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態のメタン醗酵方法に用いるメタン醗酵槽と付属装置を模式的に示す説明図
【図２】実施例のメタン醗酵時間と硫化水素濃度との関係を示す図表
【図３】従来例のメタン醗酵方法に用いるメタン醗酵槽と付属装置を模式的に示す説明図
【符号の説明】
【００４３】
１、１０  醗酵槽
２  供給管
３  引抜き管
４  排気管
５  ガスホルダー
６  コンプレッサー
７、１１  攪拌用ガス供給管
７ａ  噴出ノズル
７ｂ  電磁弁
８  検知器
１２  排出管
１３  給気管
１４  原料供給管
【図１】
2005262014.tif 000003
【図２】
2005262014.tif 000004
【図３】
2005262014.tif 000005