(57)【要約】【課題】有機性廃棄物の乾式メタン発酵で大量に発生する発酵残渣を効率的に減容・減容化処理することができる乾式メタン発酵方法および乾式メタン発酵装置を提供する。【解決手段】生物分解性有機物と非生物分解性有機物とを含有する有機性廃棄物から、非生物分解性有機物を除去する前処理を行った後、乾式メタン発酵処理する。乾式メタン発酵処理で発生した発酵残渣を乾燥して含水率３０ｗｔ％以下とする。発酵残渣の乾燥には、乾式メタン発酵で発生するバイオガスによる熱エネルギーを利用する。発酵残渣を３０ｗｔ％以下の低い含水率まで乾燥させることによって、発酵残渣を大幅に減容・減量化することができる。この乾燥残渣は小型の焼却炉で焼却処理することができるため焼却炉を小型化することが可能である。この乾燥残渣を容易に系外へ排出して燃料材として再利用することも可能であり、その場合には、さらに焼却炉を小型化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物分解性有機物と非生物分解性有機物とを含有する有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理する乾式メタン発酵方法において、
該有機性廃棄物から非生物分解性有機物の少なくとも一部を前処理残渣として分離する前処理工程と、
該前処理工程で前処理残渣が分離された有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理するメタン発酵工程と、
該メタン発酵工程からの発酵残渣を乾燥して含水率３０ｗｔ％以下の乾燥残渣を得る乾燥工程とを有する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、前記メタン発酵工程で生成するバイオガスを利用した発電工程を有し、該発電工程で得られた熱エネルギーを前記乾燥工程の乾燥エネルギーとして利用することを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【請求項３】
請求項２において、前記発電工程に補助燃料を供給することを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記乾式メタン発酵処理は、縦型のメタン発酵槽で行われ、前記発酵残渣は脱水処理されることなく乾燥工程に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記乾式メタン発酵処理は、横型のメタン発酵槽で行われ、前記発酵残渣を脱水する脱水工程を更に有し、該脱水工程からの脱水残渣が前記乾燥工程に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記前処理残渣と前記乾燥残渣を焼却する焼却工程を更に有することを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記前処理残渣を焼却する焼却工程を更に有し、前記乾燥残渣は系外へ排出され、固体燃料として利用されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記前処理残渣と前記乾燥残渣は系外へ排出され、固体燃料として利用されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【請求項９】
生物分解性有機物と非生物分解性有機物とを含有する有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理する乾式メタン発酵装置において、
該有機性廃棄物から非生物分解性有機物の少なくとも一部を前処理残渣として分離する前処理手段と、
該前処理手段で前処理残渣が分離された有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理するメタン発酵槽と、
該メタン発酵槽からの発酵残渣を乾燥して含水率３０ｗｔ％以下の乾燥残渣とする乾燥手段とを有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記メタン発酵槽で生成するバイオガスを利用した発電機を有し、該発電機で得られた熱エネルギーが前記乾燥手段の乾燥エネルギーとして利用されることを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記発電機に補助燃料を供給する補助燃料供給手段を有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれか１項において、前記メタン発酵槽は、縦型のメタン発酵槽であり、前記発酵残渣は脱水処理されることなく前記乾燥手段に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【請求項１３】
請求項９ないし１１のいずれか１項において、前記メタン発酵槽は、横型のメタン発酵槽であり、前記発酵残渣を脱水する脱水手段を更に有し、該脱水手段からの脱水残渣が前記乾燥手段に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【請求項１４】
請求項９ないし１３のいずれか１項において、前記前処理残渣と前記乾燥残渣を焼却する焼却手段を更に有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【請求項１５】
請求項９ないし１３のいずれか１項において、前記前処理残渣を焼却する焼却手段と、前記乾燥残渣を固体燃料として系外へ排出する手段とを更に有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【請求項１６】
請求項９ないし１３のいずれか１項において、前記前処理残渣と前記乾燥残渣を固体燃料として系外へ排出する手段を更に有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物の乾式メタン発酵で大量に発生する発酵残渣を効率的に減容・減容化処理することができる乾式メタン発酵方法および乾式メタン発酵装置に関する。詳しくは、生物分解性の固形有機物を含む有機性廃棄物の乾式メタン発酵で発生したバイオガスを燃料としたバイオガス発電等を行うことで、効率的なエネルギー回収を図ると共に発酵残渣を大幅に減容化する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーの回収、再利用による省資源、省エネルギー化が重視され、ごみ焼却設備からの熱回収においても、その回収効率を高めることが望まれており、生ごみ、畜産残渣、食品残渣、製紙業残渣といった生物分解性の固形有機物を含む有機性廃棄物（バイオマス）について、幅広いバイオマス種に対応できる乾式メタン発酵技術によるエネルギー回収技術が注目されている（特開２００５−１４７０４５、特開２００７−２１６１６８）。これらのバイオマスの有効活用については再生可能エネルギーとしての利用、温室効果ガス削減、３Ｒの推進の観点からも普及が期待されている。
【０００３】
一般に、ＴＳ（全固形物）濃度３〜８ｗｔ％程度でメタン発酵するものは湿式メタン発酵法（下水汚泥など）、ＴＳ濃度８〜４０ｗｔ％程度でメタン発酵するものは乾式メタン発酵法と呼ばれる。さらに、乾式メタン発酵法には反応槽が縦型のものと横型のものがあり、縦型の場合はＴＳ濃度が１５〜４０ｗｔ％程度の高濃度の処理が可能であり、一方、横型の場合は槽内物の流動性を確保する必要があるためＴＳ濃度が８〜１５ｗｔ％のやや低濃度の処理が適している。
【０００４】
乾式メタン発酵技術は社会的ニーズがあるにも拘わらず、我が国において普及しているとは言い難い。その原因として、大量に発生する発酵残渣の効率的な処理技術が確立しておらず、さらに産業廃棄物として処理した場合の事業採算性が悪い、といった問題がある。
【０００５】
例えば、一般的な乾式メタン発酵について説明すると以下の通りである。
一般廃棄物の乾式メタン発酵においてはメタン発酵に先立って前処理として廃棄物の分別を行うことにより、発酵不適合物を半量程度除去して主に生ごみと紙ごみの構成物とする。この前処理物にスチームや希釈水を供給することにより昇温や水分調整（ＴＳ濃度調整）を行った上で乾式メタン発酵し、生成するメタンガスと発酵残渣とに分離する。この発酵残渣が前処理残渣と混合されて焼却処理される。
【０００６】
ここで縦型メタン発酵槽を用いた場合の上記乾式メタン発酵におけるマスバランスの概略図を図７に示す。図７の通り、重量ベースで一般廃棄物１００部を前処理装置１で破砕・分別処理して前処理残渣５０部と前処理物５０部とに分離する。前処理物５０部を縦型のメタン発酵槽２で乾式メタン発酵して得られる発酵残渣は４２部である。従って、焼却炉３で処理する前処理残渣５０部との合計は９２部であり、一般廃棄物１００部を直接焼却炉３で処理する場合に対して、ほぼ同規模の焼却炉が必要となる。このようなことから、メタン発酵設備が加わった分だけかえって設備全体としては大規模になってしまうため、事業として成立させることが困難となるケースがある。
【０００７】
従来、メタン発酵処理で生成する発酵残渣を焼却処分せずに、この残渣から炭化物や堆肥を生産し、炭化物については土壌改良剤等の用途があるとされているが、これらは供給過剰であるため十分に利用されていないのが現状である。
【０００８】
よって、乾式メタン発酵の実用化のためには、発酵残渣を大幅に減容・減容化処理することで、後段の焼却炉の負荷を低減し、焼却炉を小型化することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４７０４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２１６１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上を鑑み、本発明は、有機性廃棄物の乾式メタン発酵で大量に発生する発酵残渣を効率的に減容・減容化処理することができる乾式メタン発酵方法および乾式メタン発酵装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、有機性廃棄物の乾式メタン発酵で発生した発酵残渣に高い熱エネルギーを与えて乾燥し、発酵残渣の含水率を所定値以下にまで低減させることにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１３】
［１］  生物分解性有機物と非生物分解性有機物とを含有する有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理する乾式メタン発酵方法において、該有機性廃棄物から非生物分解性有機物の少なくとも一部を前処理残渣として分離する前処理工程と、該前処理工程で前処理残渣が分離された有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理するメタン発酵工程と、該メタン発酵工程からの発酵残渣を乾燥して含水率３０ｗｔ％以下の乾燥残渣を得る乾燥工程とを有することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【００１４】
［２］  ［１］において、前記メタン発酵工程で生成するバイオガスを利用した発電工程を有し、該発電工程で得られた熱エネルギーを前記乾燥工程の乾燥エネルギーとして利用することを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【００１５】
［３］  ［２］において、前記発電工程に補助燃料を供給することを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【００１６】
［４］  ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記乾式メタン発酵処理は、縦型のメタン発酵槽で行われ、前記発酵残渣は脱水処理されることなく乾燥工程に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【００１７】
［５］  ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記乾式メタン発酵処理は、横型のメタン発酵槽で行われ、前記発酵残渣を脱水する脱水工程を更に有し、該脱水工程からの脱水残渣が前記乾燥工程に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【００１８】
［６］  ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記前処理残渣と前記乾燥残渣を焼却する焼却工程を更に有することを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【００１９】
［７］  ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記前処理残渣を焼却する焼却工程を更に有し、前記乾燥残渣は系外へ排出され、固体燃料として利用されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【００２０】
［８］  ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記前処理残渣と前記乾燥残渣は系外へ排出され、固体燃料として利用されることを特徴とする乾式メタン発酵方法。
【００２１】
［９］  生物分解性有機物と非生物分解性有機物とを含有する有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理する乾式メタン発酵装置において、該有機性廃棄物から非生物分解性有機物の少なくとも一部を前処理残渣として分離する前処理手段と、該前処理手段で前処理残渣が分離された有機性廃棄物を乾式メタン発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽からの発酵残渣を乾燥して含水率３０ｗｔ％以下の乾燥残渣とする乾燥手段とを有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【００２２】
［１０］  ［９］において、前記メタン発酵槽で生成するバイオガスを利用した発電機を有し、該発電機で得られた熱エネルギーが前記乾燥手段の乾燥エネルギーとして利用されることを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【００２３】
［１１］  ［１０］において、前記発電機に補助燃料を供給する補助燃料供給手段を有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【００２４】
［１２］  ［９］ないし［１１］のいずれかにおいて、前記メタン発酵槽は、縦型のメタン発酵槽であり、前記発酵残渣は脱水処理されることなく前記乾燥手段に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【００２５】
［１３］  ［９］ないし［１１］のいずれかにおいて、前記メタン発酵槽は、横型のメタン発酵槽であり、前記発酵残渣を脱水する脱水手段を更に有し、該脱水手段からの脱水残渣が前記乾燥手段に送給されることを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【００２６】
［１４］  ［９］ないし［１３］のいずれかにおいて、前記前処理残渣と前記乾燥残渣を焼却する焼却手段を更に有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【００２７】
［１５］  ［９］ないし［１３］のいずれかにおいて、前記前処理残渣を焼却する焼却手段と、前記乾燥残渣を固体燃料として系外へ排出する手段とを更に有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【００２８】
［１６］  ［９］ないし［１３］のいずれかにおいて、前記前処理残渣と前記乾燥残渣を固体燃料として系外へ排出する手段を更に有することを特徴とする乾式メタン発酵装置。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、例えば、有機性廃棄物の乾式メタン発酵で発生するバイオガスと補助的にＬＮＧなどの外部燃料ガスを用いて発電することで所定量の高温の蒸気を得、この高い排熱を回収して発酵残渣を３０ｗｔ％以下の低い含水率まで乾燥させることによって、発酵残渣を大幅に減容・減量した乾燥残渣を得ることができる。この乾燥残渣は小型の焼却炉で焼却処理することができるため焼却炉を小型化することが可能である。また、この乾燥残渣は容易に系外へ排出して燃料材として再利用することが可能であり、その場合には、さらに焼却炉を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスを示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスを示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスを示す模式図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスを示す模式図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスを示す模式図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスを示す模式図である。
【図７】従来の乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスの概略図である。
【図８】縦型発酵槽を用いた乾式メタン発酵処理システムの概略構成図である。
【図９】横型発酵槽を用いた乾式メタン発酵処理システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３２】
本発明における乾式メタン発酵で発生した発酵残渣の含水率低減のメカニズムは以下の通りである。
【００３３】
有機性廃棄物の乾式メタン発酵（ＴＳ濃度８〜４０ｗｔ％）における発酵残渣（横型の乾式メタン発酵の場合は発酵残渣を脱水処理した脱水残渣）の性状としては、通常、６０〜９２ｗｔ％程度が水分である。このような高含水率の発酵残渣から水分を除去すれば、発酵残渣を大幅に減容・減量化することができる。例えば発酵残渣の含水率を３０ｗｔ％まで低減すれば、発酵残渣の量は４３〜８８．６ｗｔ％程度削減できると見込まれる。
【００３４】
ここで、通常の乾式メタン発酵技術においても発酵残渣を脱水する工程や乾燥する工程が存在する。乾燥処理で含水率を高度に低減させることも技術的に可能であるがエネルギー効率が悪いことや、発火の危険性や臭気などの問題のため、通常は脱水処理では含水率を７５〜８５ｗｔ％程度までしか低減していないことが多い。
【００３５】
これに対して本発明では、発酵残渣を高い熱エネルギーを与えて高度に乾燥して含水率を３０ｗｔ％以下まで低下させることにより、発酵残渣の大幅な減容・減量化が可能となる。発酵残渣を含水率３０ｗｔ％以下にまで乾燥して得られる乾燥残渣は移送性や燃焼性に優れるため、許容量の少ない焼却炉や小型の焼却炉に移送して焼却処理することができる上、容易に系外へ排出して固体燃料として再利用することが可能となる。このため、発酵残渣の乾燥のために、高い熱エネルギーをかけても、その分を焼却炉の小型化や固体燃料としての再利用により回収することができ、トータルのエネルギー収支としてはプラスとすることができる。
【００３６】
本発明においては、発酵残渣の乾燥に高い熱エネルギーが必要であるため、バイオガスの焼却や発電処理で発生する高温排ガスの排熱を回収して乾燥処理の熱エネルギーとして使用することが好ましい。この場合、一般に、乾式メタン発酵では発生するバイオガス量は大きく変動するため、発電量の安定化のためにバイオガスが不足しないように、発電の出力を小さめに設定したり、バイオガスが不足する場合に補助燃料ガスを補給したりすることが考えられている。
しかし、本発明においては上記のように高度な乾燥処理に高い熱エネルギーが必要であるため、所定の過剰量の補助燃料ガスを常時供給するように制御するのが好ましい。この場合であっても、発酵残渣の減容・減量化によるメリットの方が格段に大きく、補助燃料ガスの供給によるコストの問題は十分に低減される。
【００３７】
以下にまず、図１〜６を参照して本発明による乾式メタン発酵処理システムのフローとマスバランスを説明する。
前述の通り、乾式メタン発酵槽には縦型と横型とがあり、横型の反応槽では槽内の廃棄物の流動性の確保のため希釈水の添加量が多くなるので、発生する発酵残渣の含水率も高いことから、メタン発酵槽の後段に脱水機を設け、脱水機を介して発酵残渣を乾燥炉に供給する点が、縦型の反応槽を用いる場合とは異なる。脱水機の分離水は希釈水として再使用できる。
図１〜６及び前述の図７において、処理物の移送路を示す線分の近傍に記載したカッコ内の数値はマスバランスを示す数値であり、重量基準で示してある。
【００３８】
［図１：縦型の乾式メタン発酵処理システム（乾燥残渣を焼却炉で焼却処理）］
図１に示す乾式メタン発酵処理システムは、原料である有機性廃棄物を前処理装置１で分別または破砕・分別といった前処理をして発酵不適合物を除去し、分離された前処理残渣は焼却炉３に送給して焼却処分する。前処理物は、昇温・水分調整のためのスチーム・希釈水を添加して、メタン発酵槽２で乾式メタン発酵処理する。乾式メタン発酵処理で発生するバイオガスは発電機５に送給される。乾式メタン発酵槽２からの発酵残渣は、乾燥炉４で含水率３０ｗｔ％以下に乾燥し、乾燥残渣は焼却炉３で前処理残渣と共に焼却処分される。この乾燥炉４には、バイオガスを利用する発電機５で得られた高温の蒸気が供給され乾燥処理が行われる。
この乾式メタン発酵処理システムでは、原料１００部が前処理物５０部と前処理残渣５０部に分離され、前処理物５０部の乾式メタン発酵処理で４２部の発酵残渣が発生する。発酵残渣４２部は乾燥により含水率を３０ｗｔ％以下とすることで、乾燥残渣１３〜１５部に減容・減容化される。焼却炉３にはこの乾燥残渣１３〜１５部と前処理残渣５０部との合計６３〜６５部が導入されるため、図７に示す従来法に比べて、被焼却物量は９２部から６３〜６５部へと大幅に減容・減容化される。
【００３９】
［図２：横型の乾式メタン発酵処理システム（乾燥残渣を焼却炉で焼却処理）］
図２は、乾式メタン発酵槽として横型の乾式メタン発酵槽を用い、乾式メタン発酵槽２からの発酵残渣を脱水する脱水機６を介して発酵残渣を脱水した後、脱水残渣を乾燥炉４に送給して乾燥し、脱水機６の分離水を乾式メタン発酵槽２の希釈水として利用した点のみが図１に示す乾式メタン発酵処理システムと異なり、マスバランスは図１におけると同様である。
【００４０】
［図３：縦型の乾式メタン発酵処理システム（乾燥残渣を固体燃料として再利用）］
図３に示す乾式メタン発酵処理システムは、乾燥炉４からの乾燥残渣を焼却炉３に送給せずに、系外に排出して固形燃料として再利用するようにした点のみが、図１に示す乾式メタン発酵処理システムと異なり、焼却炉３は、５０部の前処理残渣のみを焼却するのみであるため、更に小型化可能である。また、乾燥残渣については有効利用が可能であるという利点がある。
【００４１】
［図４：横型の乾式メタン発酵処理システム（乾燥残渣を固体燃料として再利用）］
図４に示す乾式メタン発酵処理システムは、乾燥炉４からの乾燥残渣を焼却炉３に送給せずに、系外に排出して固形燃料として再利用するようにした点のみが、図２に示す乾式メタン発酵処理システムと異なり、図３の乾式メタン発酵処理システムと同様、焼却炉３は、５０部の前処理残渣のみを焼却するのみであるため、更に小型化可能である。また、乾燥残渣については有効利用が可能であるという利点がある。
【００４２】
［図５：縦型の乾式メタン発酵処理システム（乾燥残渣と前処理残渣を固体燃料として再利用）］
図５の乾式メタン発酵処理システムは、図１において、乾燥残渣と前処理残渣を混合して系外へ排出して固体燃料として再利用するようにしたものであり、焼却炉３を省略することが可能である。
【００４３】
［図６：横型の乾式メタン発酵処理システム（乾燥残渣と前処理残渣を固体燃料として再利用）］
図６の乾式メタン発酵処理システムは、図２において、乾燥残渣と前処理残渣を混合して系外へ排出して固体燃料として再利用するようにしたものであり、焼却炉３を省略することが可能である。
なお、図１〜６では、便宜上前処理装置１において前処理物５０部と前処理残渣５０部とに分離した例を示しているが、破砕・分別を行うことで前処理物が６０部以上（好ましくは７０部以上）になるように分離することが好ましい。
【００４４】
以下に、本発明における処理対象の有機性廃棄物および各処理工程について説明する。
【００４５】
［有機性廃棄物について］
本発明において、処理対象となる有機性廃棄物は、生物分解性有機物と非生物分解性有機物とを含有する可燃ごみであり、通常の都市ごみや、事業系一般ごみ、食品工場からの汚泥等が挙げられる。このうち、生物分解性のごみとしては、厨芥類（生ごみ）、廃棄紙類（紙くず）、木草類などがあり、非生物分解性のごみとしては、布（繊維）類、ゴム・皮革類、プラスチック類などがある。
【００４６】
［前処理について］
本発明における前処理とは、一般廃棄物を分別または破砕・分別し、発酵に不適合な合成樹脂などの非生物分解性の有機性廃棄物を前処理残渣として分別除去して、主として生ごみと紙ごみを選別する処理である。前処理装置としては特に限定されず、特開２０１０−９９５６６や特開２００２−３５６２９等に記載の公知の前処理物装置を用いることができる。
【００４７】
［乾式メタン発酵槽について］
本発明において、乾式メタン発酵槽は縦型、横型を問わないが、縦型の方が乾燥処理の負荷が低いという点でエネルギー効率的に好ましい。
【００４８】
縦型の発酵槽を用いる方式は、図８に示すように、前処理装置１１、供給装置１２、混合装置１３、投入装置１４、乾式メタン発酵槽１５及び汚泥引抜装置１６を備える。前処理装置１１は、微生物の分解効率を上げる、閉塞を防止する等の目的で、生ゴミ等の有機性廃棄物を破砕する装置である。前処理装置１１によって破砕された有機性廃棄物は、さらに必要に応じて選別が行われて異物が除去される。供給装置１２は、前処理装置１１で破砕した有機性廃棄物を混合装置１３へ供給する装置である。混合装置１３は、供給装置１２から供給される有機性廃棄物と汚泥引抜装置１６により乾式メタン発酵層１５から引き抜かれた返送汚泥とを混合する装置である。この返送汚泥には、嫌気性微生物（メタン生成菌）が含まれている。混合装置１３においては、有機性廃棄物の温度や水分をメタン発酵に適した温度や水分に調整するために、加温や水を添加する等の調質も行われる。投入装置１４は、混合装置１３で返送汚泥と混合された有機性廃棄物を乾式メタン発酵槽１５へ投入する装置であり、その投入量は任意の量に調整することができる。乾式メタン発酵槽１５は、嫌気性微生物によって有機性廃棄物をメタン発酵処理して分解する装置である。乾式メタン発酵槽１５から発生するバイオガスは、図示していないバイオガス処理設備へ送出される。プラグフロー（押し出し流れ）の乾式メタン発酵槽１５の汚泥は、有機性廃棄物の投入に応じて、乾式メタン発酵槽１５の底部から汚泥引抜装置１６によって引き抜かれる。汚泥引抜装置１６によって引き抜かれた汚泥は、一部は返送汚泥として混合装置１３へ投入され、その他は余剰汚泥、即ち発酵残渣として系外へ排出される（参考：特開２０１４−１４７９１４号公報）。
【００４９】
一方、横型の発酵槽を用いる方式は、図９に示すように、裁断機２１、ポンプ２２、熱交換器２３、乾式メタン発酵槽２４、脱水機２５、循環配管を備える。裁断機２１で裁断された有機性廃棄物はポンプ２２により一部が熱交換器２３を経て乾式メタン発酵槽２４に投入される。発酵槽２４は、横型円筒状であり、内部に、軸２４Ａ周りに回動可能な複数の撹拌棒２４Ｂからなる撹拌パドルが設けられている。撹拌パドルは０．５〜１回／分程度で穏やかに回転して発酵槽２４に導入された有機性廃棄物を下流側へ移送させる。また、発酵槽２４の外周には嫌気性菌が繁殖し易いように、例えば、槽内を５０〜６０℃に加熱可能な温水ジャケット２４Ｃが円筒状に配置され、所定温度に加熱された水を循環させることで加温が行われる。乾式メタン発酵槽２４でメタン発酵分解された発酵残渣と、ポンプ２２からの有機性廃棄物の残部は脱水機２５で脱水され、脱水残渣が系外へ排出される（参考：特開２００２−１５９９４７号公報）。
【００５０】
乾式メタン発酵処理の処理条件には特に制限はなく、常法に従って行うことができる。
【００５１】
縦型の乾式メタン発酵槽では、通常ＴＳ濃度１５〜４０ｗｔ％で乾式メタン発酵処理が行われ、含水率７５〜８０％程度の発酵残渣が得られる。また、横型の乾式メタン発酵槽では、通常ＴＳ濃度８〜１５ｗｔ％で乾式メタン発酵処理が行われ、含水率８５〜９２ｗｔ％程度の発酵残渣が得られる。
【００５２】
［脱水手段について］
横型の乾式メタン発酵槽においては、発酵残渣の含水量が多いため、乾燥手段の前段において脱水手段による脱水を行うことが好ましい。この場合の脱水機としては公知の技術を用いることができるが、無薬注または高分子凝集剤を０．５〜３ｗｔ％／含有ＳＳｋｇ程度添加してスクリュープレスで脱水処理することが薬注量低減の点で好ましい。また、必要に応じてさらに高分子凝集剤を０．５〜３ｗｔ％／含有ＳＳｋｇ程度となるように添加して遠心分離による第２脱水処理を行った上で脱水残渣を乾燥手段に供給することもできる。
なお、脱水により分離された分離水は、前述の通り乾式メタン発酵槽の希釈水として利用することが好ましい。
横型の乾式メタン発酵槽からの発酵残渣は、前述の通り、通常、含水率８５〜９２ｗｔ％程度であるため、このような発酵残渣を脱水手段で脱水して含水率８５ｗｔ％以下、例えば８０〜８５ｗｔ％程度として乾燥手段に送給することが好ましい。
【００５３】
［乾燥手段について］
乾燥手段としては、周知の間接乾燥手段（被乾燥物を導入するドラムの外周に設けたジャケット内に熱風を吹き込んで間接的に乾燥するもの）、または直接乾燥手段（被乾燥物を導入するドラム内に熱風を吹き込んで、被乾燥物に直接熱風をあてて乾燥するもの）を使用することができる。直接乾燥手段は大型のものを使用でき、少ない基数で処理できるが、その反面、後段に脱臭炉を設置して乾燥排ガスを燃焼させて脱臭することが必要となり、そのための燃料も必要となる。しかし、本発明の一態様においては焼却炉と乾燥炉が併設されるので、乾燥残渣を前処理残渣と共に焼却炉で焼却する際に乾燥排ガスも焼却炉に導入することで脱臭を行うことができる。この場合には、脱臭炉を省略でき、脱臭のための燃料も不要となるので、装置設備の削減やエネルギー効率の点では直接乾燥手段を用いることが好ましい。
【００５４】
本発明においては、このような乾燥手段で、発酵残渣又は脱水残渣を含水率３０ｗｔ％以下、例えば２０〜３０ｗｔ％程度にまで乾燥させる。この乾燥後の含水率が３０ｗｔ％よりも多いと、本発明による発酵残渣の減容・減量化効果を十分に得ることができない。ただし、含水率を過度に低くすることは困難であり、エネルギー効果や粉塵対策の面からも好ましくないため、乾燥後の乾燥残渣の含水率は通常、上記下限以上とする。
【００５５】
［補助燃料について］
本発明においては、バイオガスを有効利用すると共に、所定の乾燥処理に必要な熱量を確保するためにフレッシュな燃料ガス（ＬＮＧ、都市ガス、プロパンガスなど）を補助燃料（バックアップ）ガスとして常にバイオガス発電機に追加供給することが好ましい。このようにすることにより、乾式メタン発酵で発生したバイオガスの利用率を１００％とした上で発電出力を安定化させることができる。
また、乾式メタン発酵で発生したバイオガスは発電機に移送する前に一旦ガスホルダーに導入して保管し、ガスホルダーから所定流量ずつ発電機に移送するようにすることが好ましい。
このとき、発酵残渣を含水率３０ｗｔ％以下まで乾燥するのに必要となる熱量値を算出し、この熱量値から逆算してガスホルダーから発電機に移送するガスの流量を設計値として決定する。その際にガスホルダー内のガスが不足しないようにガスホルダー内のガス量を連続的または定期的に測定してガス量が所定量を下回ったときに補助燃料ガスをバックアップとしてガスホルダー内に追加供給するようにしてもよい。
【００５６】
［その他の処理］
本発明では、発酵残渣（横型の乾式メタン発酵槽の場合は脱水残渣）に対して、特開５２−３４２６５のように、好気性発酵を行った後に乾燥処理を行ってもよく、この場合には、好気性発酵により残渣が減量されると共に７０℃程度まで昇温されるので、乾燥手段の負荷が低減され、よりエネルギー効率を高めることができる。
【００５７】
［固体燃料（助燃材）について］
図３，４のように乾燥残渣を固体燃料として再利用する場合、乾燥残渣は、そのまま助燃材として製造することもできるが、図５，６のように乾燥残渣を前処理残渣と混合して燃焼性の高い助燃材として製造することが好ましい。
このように、乾燥残渣を固体燃料として利用する場合、本発明で得られる乾燥残渣は、発酵残渣が十分に乾燥されて減容・減量されたものであるため、移送性に優れ、容易に外部に搬送して用いることができる。また、助燃材としてではなく単に焼却処分する場合においては、併設する焼却炉がないか運転停止している場合は、容易に別の焼却炉まで搬送して焼却処分することができる。この場合は新たに焼却炉を設置することや運転を再開する必要がないためエネルギー効率的に好ましい。
【実施例】
【００５８】
以下に実施例に代えて、シュミレーション試験結果を挙げる。
一般廃棄物を前処理装置で破砕・分別して前処理残渣５０部と前処理物５０部（厨芥：紙ゴミ＝７：３〜５：５程度で変動。ＴＳ濃度２０〜３０％程度で変動）を得、前処理物５０部を嫌気性微生物と混合して縦型の乾式メタン発酵槽で供給流量８０ｔ／日程度、液温４７〜５７℃、滞留時間５０日程度の条件で処理して、バイオガス１４部と、発酵残渣４２部を得た。バイオガスはバイオガス貯留タンクに一旦貯留され、タンク内のガス量を定期的に測定し、所定の下限値を下回ったときは補助燃料としてＬＮＧが補給される。
【００５９】
タンク内のガスは連続的に所定流量で発電機としてのガスエンジンに送給して発電した。
【００６０】
発生した高温の排ガスを用いて乾燥炉で間接乾燥を行い、発酵残渣の含水率を３０％程度にまで低減し、容量も６４〜７１％程度減容した乾燥残渣１３〜１５部を得た。この乾燥炉は、発電機からの蒸気で十分に乾燥エネルギーを賄うことができた。
【００６１】
焼却炉には、前処理残渣５０部と乾燥残渣１３〜１５部の合計６３〜６５部が送給されるため、前処理残渣５０部と発酵残渣４２部との合計９２部を焼却する従来の焼却炉に比べて大幅に小型化でき、省スペース化され、さらに発酵残渣の燃焼性が向上したことにより焼却炉における補助燃料の使用量が低減されるため、トータルでは補助燃料の使用量の増加は抑制される。
【符号の説明】
【００６２】
１  前処理装置
２  メタン発酵槽
３  焼却炉
４  乾燥炉
５  発電機
６  脱水機
１１  前処理装置
１２  供給装置
１３  混合装置
１４  投入装置
１５  乾式メタン発酵槽
１６  汚泥引抜装置
２１  裁断機
２２  ポンプ
２３  熱交換器
２４  乾式メタン発酵槽
２５  脱水機
【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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【図９】
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