(57)【要約】【課題】有機廃棄物を、より一層エネルギー回収効率高くバイオガス化すること。【解決手段】有機廃棄物をメタン発酵するメタン発酵方法であって、有機廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化する高温可溶化処理工程を行うとともに、有機廃棄物から発生したアンモニア成分を除去する高温可溶化処理工程を行った後、可溶化した有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵工程を行うメタン発酵方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物をメタン発酵するメタン発酵方法であって、
前記有機廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化する高温可溶化処理工程を行うとともに、メタン発酵槽にて発生したアンモニアを含む処理水を返送し、可溶化槽にてアンモニア除去工程を行った後、可溶化した前記有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵工程を行うメタン発酵方法。
【請求項２】
前記有機廃棄物が茶滓を主成分として含有する茶滓廃棄物である請求項１に記載のメタン発酵方法。
【請求項３】
前記高温可溶化処理工程を嫌気性条件下で行う請求項１または２に記載のメタン発酵方法。
【請求項４】
前記高温メタン発酵工程を経た処理済みの排水を、前記高温可溶化処理工程に供される有機廃棄物の希釈液として返送する返送工程を行う請求項１〜３のいずれか一項に記載のメタン発酵方法。
【請求項５】
有機廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置であって、
前記有機廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化する高温可溶化槽を設け、前記高温可溶化槽は散気部を有するとともに、散気されたガス中に回収されるアンモニアを回収除去するアンモニア回収部を有し、前記高温可溶化槽にて可溶化された前記有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵槽を設けたメタン発酵装置。
【請求項６】
前記散気部にバイオガスを供給するバイオガス供給部を設けてある請求項５に記載のメタン発酵装置。
【請求項７】
前記高温メタン発酵槽を経た処理済みの排水を前記高温可溶化槽に返送する処理水返送部を有する請求項５または６に記載のメタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機廃棄物をメタン発酵する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料工場等から大量の茶滓等のバイオマス廃棄物（有機廃棄物）が発生している。従来このような廃棄物の大部分はコンポスト処理あるいは焼却処理されている。
【０００３】
コンポスト処理においては、毎日大量に発生するバイオマス廃棄物をコンポスト処理するための広大な敷地と安定的な受け入れ先の確保が難しい。焼却処理においては、バイオマス廃棄物が水分を含有するため多量の焼却用エネルギーが必要であり、経済的ではなく好ましくない。このためバイオマス廃棄物の処理には改善が求められている。
【０００４】
そこで、これらバイオマスは工場から安定した量が排出されること、他の一般廃棄物と別個に排出されることから異物混入がなく品質が安定していること、さらに臭気が少ないといった特徴が着目され、近年のゼロエミッション等の廃棄物の複合有効処理思想の高まりをも受けて、より効率のよい処理方法が模索されてはじめている。たとえば、廃棄物を生ゴミと混合して堆肥化する処理方法や、炭化処理して活性炭として利用する再利用処理方法などの再利用化が研究されている（たとえば特許文献１）。
【０００５】
また、このような廃棄物をメタン発酵してメタンガスを得る試みもなされている（たとえば特許文献２）。しかし、リグニン、ヘミセルロース等の高次構造を含む難分解性の木質系バイオマスをそのまま通常のメタン発酵処理に供しても、バイオガス化効率は低い。
【０００６】
そこで、本願出願人は、有機廃棄物として、たとえば茶滓のような木質バイオマスから効率よくバイオガスを生産する技術を提供する目的で特許文献２に示すように、木質バイオマス含有排水を受け入れる受け入れ部を設けるとともに、木質バイオマス含有排水を可溶化する可溶化槽を備え、可溶化された木質バイオマス含有排水をメタン発酵するメタン発酵槽を備えたメタン発酵装置を提案している。
【０００７】
また、このような可溶化を行うにあたって、茶滓を可溶化するには、特定の酵素処理液
が有効に用いられることも見出している（たとえば特許文献３）。
【０００８】
また、生ごみを可溶化処理するにあたり、８０℃程度の温度下でアンモニアストリッピング処理を行うと、アンモニア除去効果が期待でき、好適なメタン発酵に有効であることも知られている（たとえば特許文献４）。この際、耐熱性のプロテアーゼ生成菌が有効に用いられることも近年明らかになっている（たとえば特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３２５０４４号公報
【特許文献２】特開２００７−３２６０７０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８４１０７号公報
【特許文献４】特開２００３−３２６２３７号公報
【特許文献５】特開２０１１−０８３７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のメタン発酵装置にて効率よくバイオガスを発生させるには、有機廃棄物含有排水の可溶化効率を上げること、メタン発酵環境を適切に維持管理することが肝要であると考えられる。
特に茶滓は、一般的な食品生ごみのＣ／Ｎ比が１３〜１６程度に対して、Ｃ／Ｎ比が９〜１１程度と低く、投入ＣＯＤに対するＮ割合が高くなることから、高濃度処理ではメタン発酵槽内でアンモニア阻害が起こりやすい。
【００１１】
しかし、特許文献３に記載の技術によると、高濃度の窒素成分が、メタン発酵槽にて高濃度アンモニアになり発酵阻害の要因となる虞がある。そのために、可溶化槽とメタン発酵槽との間に、アンモニア除去槽を別途設けて、アンモニア除去を行うことも考えられる。しかし、このような構成では、アンモニア除去槽を別途有するために、装置が全体として大型化する。さらに、酵素は触媒としての機能があるが、随時添加していると酵素の使用量が大幅に増え、運転費用が嵩むという問題が予想される。
【００１２】
一方、特許文献４、５に記載の技術によると、高温可溶化と同時にアンモニア除去を行うので、装置全体として大型化する問題は解消され得るように考えられる。しかし、８０℃以上の高温可溶化では温度維持に必要な運転コストがかかり、エネルギー回収量が低下するとともに、後段のメタン発酵槽との温度差が高くなると、大型な冷却塔および熱交換器などが必要となるものと予想される。
【００１３】
したがって、本発明は上記実情に鑑み、有機廃棄物含有排水を処理する場合であっても、より一層バイオガス化を効率化し、エネルギー回収効率を高くすることができるメタン発酵方法およびメタン発酵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明にかかるメタン発酵方法の特徴構成は、
有機廃棄物をメタン発酵するメタン発酵方法であって、
前記有機廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化する高温可溶化処理工程を行うとともに、メタン発酵槽にて発生したアンモニアを含む処理水を返送し、可溶化槽にてアンモニア除去工程を行った後、可溶化した前記有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵工程を行う点にある。
【００１５】
〔作用効果１〕
上記構成によると、有機廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で高温可溶化処理工程を行って可溶化するから、耐熱性微生物を利用することなく、高温可溶化処理工程において有機廃棄物を可溶化することができる。ここで、耐熱性プロテアーゼは、酵素としてそのまま用いるから、微生物に直接生産させるのに比べて管理が容易である。また、微生物の好適な育成条件を厳密に維持しなくても、可溶化処理時の温度条件を管理することで活性高く可溶化が行えるという観点からも管理容易である。
【００１６】
なお、有機廃棄物を可溶化する際には、ペクチナーゼ、プロテアーゼが常温〜６０℃程度の温度域で特に有効に作用することが知られており、これら両成分が主成分として含まれる酵素処理液が、きわめて高い可溶化率を達成するうえで有効であると考えられている。しかし、本発明者らによると、プロテアーゼを用いて高温可溶化処理を行うと、十分に効率的に有機廃棄物の可溶化をおこなうとともにメタン発酵を実行できるようになることが明らかになっている。すなわち、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で高温可溶化処理工程を行って可溶化することにより、高温可溶化処理工程において、最小限度で耐熱性プロテアーゼを添加物として利用するだけで可溶化処理の効率化を図れることが明らかになり、少ない資源で可溶化処理を効率化することができた。
【００１７】
また、耐熱性プロテアーゼとしては、有機廃棄物の可溶化に適した温度域として、高温可溶化処理工程の温度域として、７０℃以上８０℃未満の温度域で利用する。この温度域は耐熱性微生物を利用するのに比べて比較的緩やかな温度管理にて維持可能な環境であり、継続運転を行う上で管理容易な温度域でありながら、高効率にタンパク質成分を分解し、可溶化を促進することができる。
【００１８】
ここで、高温可溶化処理工程の温度域が７０℃以上８０℃未満とすることにより、酵素処理液により有機廃棄物を可溶化するにあたって、通常常温〜６０℃程度で行われる可溶化処理に比べ、反応速度が高い高温域での酵素可溶化を可能とする。またこの温度域では、可溶化とメタン発酵槽からの返送液中に含まれるアンモニア成分を除去することができる。これにより、後続の高温メタン発酵工程でのアンモニア阻害を抑制できるようになり、効率の良いメタン発酵が可能になる。また、可溶化とアンモニア除去とを別々の槽で行うことなく一つの槽内で行えるようになるから、メタン発酵装置全体としての装置の小型化を図ることができる。
【００１９】
後続の高温メタン発酵工程では、可溶化した有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する。これにより、可溶化された有機廃棄物含有排水を固液混合状態で、高温で優れた活性を有する微生物を用いてメタン発酵することができ、高温可溶化処理工程にて可溶化された可溶化液と残渣とを、高温メタン発酵槽に固液混合状態で供給することにより、そのままの高温状態を維持しつつ、可溶化液と残渣とをともに高温メタン発酵することができる。したがって、供給された有機廃棄物の一部からも有効にメタン発酵してバイオガス化することができるため、エネルギー回収効率を高くできる。
【００２０】
すなわち、従来、有機廃棄物の処理をおこなう場合に、大規模な可溶化槽およびメタン発酵槽を用いる必要があったところ、コンパクトにかつ省エネルギーで有機廃棄物を可溶化するとともに、メタン発酵が可能になるので、有機廃棄物の効率的な処理の観点できわめて有用であるといえる。
【００２１】
〔構成２〕
前記有機廃棄物が茶滓を主成分として含有する茶滓廃棄物である請求項１に記載のメタン発酵方法。
【００２２】
〔作用効果２〕
有機廃棄物としては、茶滓廃棄物が特に可溶化困難な処理対象として知られており、このような有機廃棄物は、特にアンモニア阻害の起きやすく、エネルギー回収効率を高くすることが困難であるものであるので、このような有機廃棄物がエネルギー回収に用いられることは非常に顕著な効果といえ、有意義である。
【００２３】
〔構成３〕
また、前記高温可溶化処理工程を嫌気性条件下で行ってもよい。
【００２４】
〔作用効果３〕
高温可溶化処理工程を嫌気性条件下で行うと、嫌気性条件下で行われる高温メタン発酵工程に対して、嫌気性条件下で生成した可溶化液を供給することができるので、高温メタン発酵工程におけるメタン発酵条件を、好適な状況に維持しやすくできる。
【００２５】
〔構成４〕
また、前記高温メタン発酵工程を経た処理済みの排水を、前記高温可溶化処理工程に供される有機廃棄物の希釈液として返送する返送工程を行ってもよい。
【００２６】
〔作用効果４〕
返送される処理済液は、高温可溶化処理工程に供給される有機廃棄物を希釈して流動化する効果を発揮するから、高温可溶化処理工程における可溶化反応を効率化し、可溶化液を減容化した残渣とともに固液混合状態として高温メタン発酵工程に供給するのに寄与する。また、高温可溶化処理工程において有機廃棄物含有排水を流動化させるのに別途必要となる希釈水の量を大幅に削減することができ、メタン発酵装置全体として運転コストを低減することができ、エネルギー回収効率の向上に寄与する。
【００２７】
なお、高温可溶化処理工程では、酸発酵が同時に進行し、高温可溶化処理工程を行う槽内のｐＨが低下する場合がある。高温メタン発酵工程を経て返送される処理済液は、ｐＨ７〜８程度であることから、その処理済液を高温可溶化処理工程に返送すると、高温可溶化処理工程における可溶化液を希釈するとともに、処理液中に含まれるアルカリを再利用する効果を発揮することにもなる。そのため、高温可溶化処理工程を行うｐＨを好適に維持する目的で苛性ソーダなどのｐＨ調整剤を用いるとしても、そのｐＨ調整剤の使用量を削減できる。
【００２８】
〔構成５〕
上記目的を達成するための本発明にかかる有機廃棄物のメタン発酵装置の特徴構成は、
有機廃棄物をメタン発酵するメタン発酵装置であって、
前記有機廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化する高温可溶化槽を設け、前記高温可溶化槽は散気部を有するとともに、散気されたガス中に回収されるアンモニアを回収除去するアンモニア回収部を有し、前記可溶化槽にて可溶化された前記有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵槽を設けた点にある。
【００２９】
〔作用効果５〕
上記構成によると、有機廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化するとともに、メタン発酵槽にて発生したアンモニア成分を除去する高温可溶化処理工程を高温可溶化槽にて行った後、可溶化した有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵工程を高温メタン発酵槽にて行うことができる。つまり、上記メタン発酵方法を効率よく行うことができる構成となっている。
【００３０】
上記構成において、アンモニア成分の除去は、高温可溶化槽に設けられた散気部より可溶化液に散気することにより、可溶化液中に含まれるアンモニア成分を気相中に移動させて除去することができる。ここで除去されたアンモニアは、アンモニア回収部で回収されるから、アンモニアが外部に放出されて悪影響を生じることが抑制される。
【００３１】
〔構成６〕
また、前記散気部にバイオガスを供給するバイオガス供給部を設けてあってもよい。
【００３２】
〔作用効果６〕
散気部にバイオガスを供給するバイオガス供給部を設けてあれば、散気部からの散気をバイオガスで行うことにより、高温可溶化槽内を嫌気状態に維持したままアンモニア成分の除去が行えるので、高温可溶化槽で可溶化した可溶化液を、メタン発酵に適した嫌気状態に維持したまま高温メタン発酵槽において後続の高温メタン発酵工程を行える。そのため、高温メタン発酵工程におけるメタン発酵条件を、好適な状況に維持しやすくできる。なお、高温可溶化槽を嫌気性条件に維持して散気操作を行うには、窒素ガスなどの不活性ガスを利用することも考えられるが、バイオガスは高温メタン発酵槽で生成したもの等をそのままあるいは貯留して利用することができるので、入手容易である。また、加えて、高温メタン発酵槽で得られたバイオガスであれば、バイオガス供給部に供給するための配管構造等を簡略化した構成にすることができるので、一層有利となる。
高温可溶化槽からアンモニアを除去した後のバイオガスは、アンモニア回収部でアンモニアを回収した後、再度バイオガスとして有効利用することができる。
【００３３】
〔構成７〕
前記高温メタン発酵槽を経由した有機廃棄物含有排水を前記高温可溶化槽に返送する処理水返送部を有してもよい。
【００３４】
〔作用効果７〕
このような構成によると、上述のメタン発酵方法における返送工程を行える。
つまり、返送される処理済液は、高温可溶化槽に供給される有機廃棄物を希釈して流動化する効果を発揮するから、高温可溶化槽における可溶化反応を効率化し、可溶化液を減容化した残渣とともに固液混合状態として高温メタン発酵槽に供給するのに寄与する。また、高温可溶化槽において有機廃棄物含有排水を流動化させるのに別途必要となる希釈水の量を大幅に削減することができ、メタン発酵装置全体として運転コストを低減することができ、エネルギー回収効率の向上に寄与する。
【発明の効果】
【００３５】
したがって、有機廃棄物含有排水を処理する場合であっても、より一層バイオガス化を効率化し、エネルギー回収効率を高くできるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】メタン発酵装置のフロー図
【図２】プロテアーゼによる茶滓可溶化実験結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に、本発明の実施形態にかかるメタン発酵方法および装置を説明する。なお、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００３８】
本発明の実施形態にかかるメタン発酵方法は、有機廃棄物として、茶滓を主成分として含有する茶滓廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化する高温可溶化処理工程を行うとともに、メタン発酵槽にて発生したアンモニア成分を除去する高温可溶化処理工程を行った後、可溶化した有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵工程を行うものである。
また、本発明の実施形態にかかるメタン発酵装置は、有機廃棄物として茶滓を主成分として含有する茶滓廃棄物を、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化する高温可溶化槽１を設け、高温可溶化槽１は散気部１３を有する。また、散気されたガス中に回収されるアンモニアを回収除去するアンモニア回収部１４を有し、可溶化した有機廃棄物を、５０℃以上８０℃未満の温度域で高温メタン発酵する高温メタン発酵槽２を設けたものである。
【００３９】
〔高温可溶化槽〕
高温可溶化槽１は気密断熱構造の高温可溶化槽本体１０に、有機廃棄物として茶滓を固形成分として含有する茶滓含有排水の原水を希釈水により希釈して受け入れる受入部１１に排水供給路Ｌ１を接続して設けてある。これにより、排水供給路Ｌ１から供給された原水を高温可溶化槽本体１０の内部での滞留時間内に酵素処理液により可溶化する。また、高温可溶化槽本体１０には、可溶化された茶滓含有排水のほぼ全量が、可溶化液と固体成分との固液混合状態として後述の高温メタン発酵槽２に移流する移送路Ｌ２を接続して設けてある。また、高温可溶化槽本体１０の上部には、排水を酵素分解処理するための酵素処理液を高温可溶化槽本体１０の内部に添加する酵素添加部Ｌ３を設けてある。さらに、高温可溶化槽本体１０の下部には、酵素処理によっても可溶化せず固液混合状態を形成しない、おもにメタン化しない無機成分からなる残渣を必要に応じて引き抜くための引抜路Ｌ４を設けて構成してある。また、高温可溶化槽本体１０の周壁には、ヒータ１２を設けて、高温可溶化槽本体１０内部の温度を酵素処理液の活性が高く維持される７５℃程度（たとえば７０℃〜８０℃）に維持可能に構成してある。また、高温可溶化槽は散気部１３を有するとともに、散気されたガス中に回収されるアンモニアを回収除去するアンモニア回収路Ｌｂおよびアンモニア回収部１４を有する。高温可溶化槽１からアンモニアを除去した後のバイオガスは、アンモニア回収部１４でアンモニアを回収した後、バイオガス返送路Ｌｄよりバイオガスタンク４に返送され、再度バイオガスとして有効利用することができる。
【００４０】
酵素処理液としては、耐熱性プロテアーゼを用いる。耐熱性プロテアーゼは、タカラバイオ株式会社製のプロテアーゼ（Bacillusの生産するプロテアーゼ）が好適に用いられる。耐熱性プロテアーゼは、有機廃棄物としての茶滓廃棄物に対して使用量３ｍＬ／ｋｇ（乾燥重量）程度となるように酵素添加部Ｌ３より高温可溶化槽内に添加される。
【００４１】
有機廃棄物としては、たとえば茶滓含有排水として、茶飲料抽出後の茶滓を希釈し、ＣＯＤ１００００〜３０００００ｍｇ／Ｌ、好ましくはＣＯＤ１００００〜２０００００ｍｇ／Ｌ、もっとも好ましくはＣＯＤ５００００〜１５００００ｍｇ／Ｌ程度の原水として高温可溶化槽１に供給する。このほか、有機廃棄物として茶滓含有排水以外にも種々の有機物を含有する排水に対して可溶化処理を行うことができる。
【００４２】
供給される原水は、高温可溶化槽１にて、可溶化される。高温可溶化槽１では酵素添加部Ｌ３より、高温可溶化槽１に投入バイオマスの乾燥重量の０．１〜５％程度となるように酵素が添加される。原水は、高温可溶化槽１内で１〜７２時間、好ましくは２４〜４８時間滞留して、溶解性ＣＯＤ５０００〜１０００００ｍｇ／Ｌ程度の可溶化排水にＳＳが０．５〜１０％のリグニン等の難溶性成分を主成分とする固体成分が混合された固液混合状態で移送路Ｌ２に排出される。
【００４３】
なお、高温可溶化槽１において、有機廃棄物としての茶滓の可溶化反応は酸素存在下で行えることが知られているが、嫌気状態であっても可溶化を行えることが確認されている。
【００４４】
散気部１３には、バイオガスタンク４からバイオガスを供給するバイオガス供給路Ｌｃおよびバイオガス供給部１５を設けてあり、後述の高温メタン発酵槽２から回収されたバイオガスを散気部１３より散気可能に構成してある。
【００４５】
〔高温メタン発酵槽〕
高温メタン発酵槽２は、高温可溶化槽１から移送路Ｌ２を介して供給される可溶化された茶滓含有排水をメタン発酵するメタン発酵容器２０を備える。そのメタン発酵容器２０には、可溶化された茶滓含有排水を加熱して５５℃に維持するための熱交換器２１を内部に設けてある。メタン発酵容器２０は、気密断熱構造に形成されるとともに、上部にはメタン発酵により発生したバイオガスを回収するバイオガス回収路Ｌａを接続して設けられ、回収されたバイオガスは、バイオガスタンク４に貯留され、必要に応じてメタン消費設備に供給される構成としてある。
【００４６】
また、高温メタン発酵槽２には、ポンプと接続される排水路Ｌ５が設けられている。この排水路Ｌ５により、高温メタン発酵槽２で処理された茶滓含有排水の主に液相は、固液分離槽３に移送される。
【００４７】
高温可溶化槽１からの可溶化排水および固体成分は、高温メタン発酵槽２にてＣＯＤ２０００〜６００００ｍｇ／Ｌ程度の処理済排水となる。ここでの処理済排水中の一部の酵素は活性が低下しておらず、供給排水を返送排水で希釈することにより、酵素添加部Ｌ３より、添加する酵素量を節約することができる。
【００４８】
〔固液分離槽〕
固液分離槽３は、排水路Ｌ５から供給される処理済排水を受け入れて貯留する固液分離槽本体３０を設け、受け入れた処理済排水を静置して固液分離する構成としてある。そして固液分離され、未溶の茶滓を含まない処理済排水（液相）は、放流路Ｌ６よりメタン発酵装置の外部に放流可能に構成してある。固液分離槽本体３０には、処理済排水を、排水供給路Ｌ１を介して高温可溶化槽１の上流側に設けられる希釈路Ｌ８に返送する返送路Ｌ７を処理水返送部３１から分岐して設けてある。これにより、排水供給路Ｌ１に供給される高濃度の茶滓含有排水を、より効率よく処理可能な濃度に希釈するとともに、活性を保ったまま排出される酵素や微生物を高温可溶化槽１、高温メタン発酵槽２にて再利用することができるように構成してある。また、固液分離により生じた未溶の茶滓を主成分とする固相は、高温可溶化槽１、高温メタン発酵槽２に返送処理したり、引き抜いたりして別途処理される。
【００４９】
排水供給路Ｌ１から供給される茶滓４０ｋｇに対して返送路Ｌ７より返送される処理済排水２０Ｌおよび希釈路Ｌ８より供給される水道水８０Ｌを返送混合することにより、茶滓含有排水は、ＣＯＤ１００００〜１０００００ｍｇ／Ｌに希釈される。これにより、溶解性ＣＯＤ５０００〜３００００ｍｇ／Ｌ程度の可溶化排水にＳＳが３％程度のリグニン等の難溶性成分を主成分とする固体成分が混合された固液混合状態を維持することができ、高温可溶化を効率よく行える濃度となる。
【００５０】
つまり、返送される処理済排水を希釈に利用することにより、茶滓を希釈流動化させるのに必要な希釈水に占める水道水の割合を、２０％程度削減できるとともに、高温メタン発酵槽２内のアンモニウムイオン濃度を２０００ｍｇ／Ｌ以下にしつつ、高温可溶化槽１から高温メタン発酵槽２に供給される茶滓含有排水の濃度をきわめて高く維持できるようになる。そのため、高温メタン発酵槽２におけるメタン発酵効率を高く維持して安定したバイオガス供給が行えるようになった。すなわち、液体のみの供給を想定しているＵＡＳＢ等の高負荷メタン発酵を行う場合に比べても、高効率に茶滓からバイオガスを生産できるようになった。
【００５１】
また、返送される処理済排水には高温メタン発酵槽２で発生した嫌気汚泥（微生物）が一部含まれているが、この嫌気汚泥は、高温可溶化槽１を経由して高温メタン発酵槽２に循環されることになる。そのため、高温可溶化槽１において、茶滓の可溶化を嫌気状態にて行う形態としてあれば、返送された嫌気汚泥が好気条件下に晒されて活性を失うことを抑制できるので、嫌気汚泥を高い活性が維持された状態で高温メタン発酵槽２に循環できることになり、高温メタン発酵槽２のバイオガス化効率を高く維持するのに寄与する。
【００５２】
〔プロテアーゼによる茶滓可溶化実験〕
上述の実施の形態で用いた茶滓を、７５℃においてｐＨ７．０に維持した条件下上述の耐熱性プロテアーゼで可溶化する可溶化処理を行ったところ図２のようになった。なお、図において、高温可溶化槽に対する茶滓の供給量は、３０ｇ（乾燥重量）／Ｌ（供給液量）／ｄ(１日)とし、耐熱性プロテアーゼは、９０μＬ（酵素量）／Ｌ（供給液量）／ｄ(１日)とした状態で、高温可溶化槽内での処理液の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は３日として試験した。
図より、耐熱性プロテアーゼを用いた場合、耐熱性プロテアーゼを用いない場合（７５℃、ｐＨコントロールなし）に比べて極めて高い可溶化効率を発揮することが読み取れ、複数種の酵素を用いることなく単一の酵素のみでも十分な可溶化効率を実現できることが明らかになった。
【００５３】
なお、本発明においては、耐熱性プロテアーゼの存在下に、７０℃以上８０℃未満の温度域で可溶化するとともに、茶滓から発生したアンモニア成分を除去する高温可溶化処理工程を行えばよく、耐熱性プロテアーゼの存在下という場合、少なくとも耐熱性プロテアーゼが酵素として有効に機能する状態で存在していれば、他にさらに別の添加物（酵素、薬品等）が添加されていても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のメタン発酵装置は、茶滓含有排水を、より一層エネルギー回収効率高くバイオガス化するメタン発酵方法および装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１        ：高温可溶化槽
１０      ：高温可溶化槽本体
１１      ：受入部
１２      ：ヒータ
１３      ：散気部
１４      ：アンモニア回収部
１５      ：バイオガス供給部
２        ：高温メタン発酵槽
２０      ：メタン発酵容器
２１      ：熱交換器
３        ：固液分離槽
３０      ：固液分離槽本体
３１      ：処理水返送部
４        ：バイオガスタンク
Ｌ１      ：排水供給路
Ｌ２      ：移送路
Ｌ３      ：酵素添加部
Ｌ４      ：引抜路
Ｌ５      ：排水路
Ｌ６      ：放流路
Ｌ７      ：返送路
Ｌ８      ：希釈路
Ｌａ      ：バイオガス回収路
Ｌｂ      ：アンモニア回収路
Ｌｃ      ：バイオガス供給路
【図１】
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【図２】
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