(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．生分解性成分を含む有機性廃液流を、非汚染水と、固形物の少なくとも９５パーセントがガスに転換する、少なくとも１０パーセントの生分解性固形物を含有する無毒性の生分解性供給原料とからなる計量供給されたスラリー流と共に、完全に混合された高温嫌気性消化槽に高温反応温度で導入し、前記消化槽は、流体中に懸濁された加水分解発酵微生物及びメタン生成微生物からなる活性な生成微生物嫌気性消化群を有し、前記生分解性供給原料は、ブドウ糖、テンサイ糖、テンサイ糖蜜、テンサイシロップ、テンサイジュース、サトウキビ糖蜜、蔗糖、サトウキビシロップ、サトウキビジュース、コーンシロップ、穀物、オートムギ粉、米紛、コーンフラワー、小麦粉、ポテトジュース、ポテトパルプ、モロコシ及びそれらの混合物からなる群から選択され、
ｂ．前記高温嫌気性消化槽中の混合物を高温反応温度で嫌気的に消化することによってバイオガスを発生させ、
ｃ．前記高温消化槽のヘッドスペースからバイオガスを取り出し、
ｄ．前記高温消化槽から混合物の一部を、完全に混合されたメタン生成消化槽にメタン生成反応温度で移送し、前記消化槽は、流体中に懸濁された加水分解醗酵微生物及びメタン生成微生物からなる活性な生成微生物嫌気性消化群を含み、
ｅ．前記メタン生成嫌気性消化槽中の混合物をメタン生成反応温度で嫌気的に消化することによってバイオガスを発生させ、
ｆ．前記メタン生成消化槽のヘッドスペースからバイオガスを取り出し、
ｇ．バイオガスを使用する
工程からなる、生分解性有機材料を実質的に廃物を全く残さない産生ガスに転換する方法。
【請求項２】
高温反応温度が４６℃〜７６℃の範囲内である請求項１の方法。
【請求項３】
高温反応温度が５６℃である請求項２の方法。
【請求項４】
メタン生成反応温度が２５℃〜４５℃の範囲内である請求項３の方法。
【請求項５】
メタン生成反応温度が３５℃である請求項４の方法。
【請求項６】
各消化槽の底部から流体を抜き出し、各消化槽の中央上部の漏斗形流出口及びプレートに送り込むために各消化槽に取り付けられた外部ポンプを操作して各消化槽の上部にわたって液体を均等に拡散し、各消化槽中の流体表面に蓄積された浮渣を減少させる、さらなる工程を含む請求項１の方法。
【請求項７】
バルブが、追加の無毒性の生分解性供給原料を混合ラインに導入するために設けられ、各消化槽の上部で追加の供給原料を流体と混合する、さらなる工程を含む請求項６の方法。
【請求項８】
高温消化槽の流体滞留時間が１〜８日間で、メタン生成消化槽の流体滞留時間が４〜１５日間である請求項７の方法。
【請求項９】
無毒性の生分解性供給原料を、複数のバルブ及び粘度ポンプを有する加熱輸送パイプラインを用いて、落下タンクから複数の保持貯蔵タンクに移送する、さらなる工程を含む請求項６の方法。
【請求項１０】
無毒性の生分解性供給原料を、粘度ポンプを用いて、保持タンクから混合ラインを通して高温嫌気性消化槽に計量供給する、さらなる工程を含む請求項９の方法。
【請求項１１】
いかなる時にもバイオガス生成を最大化するために、必要に応じて、供給原料が可変的に計量供給される請求項１０の方法。
【請求項１２】
生成されるバイオガスの大部分がメタンであり、前記メタンが以下の群：蒸気を生じるためのボイラー、内部燃焼エンジン、エネルギー生成タービン、後の使用のための少なくとも１つのガス貯蔵タンク及びガスバーナーから選択される態様で使用される請求項１１の方法。
【請求項１３】
生成されたバイオガスが蒸気を発生させるために用いられる請求項１１の方法。
【請求項１４】
生成されたバイオガスが高温消化槽を加熱するのに用いられる請求項１１の方法。
【請求項１５】
生成されたバイオガスがガス燃焼発電機を作動するために用いられる請求項１１の方法。
【請求項１６】
供給原料が糖蜜であり、複数の蒸気熱交換器が糖蜜を予熱するのに用いられる請求項１３の方法。
【請求項１７】
蒸気タービンで発電させるために蒸気を用いるさらなる工程を含む請求項１３の方法。
【請求項１８】
消化槽に導入された供給原料の量が、発電所に供給すべきガス生成の要求を予想して可変的に調節される請求項１０の方法。
【請求項１９】
供給原料が、固形物の少なくとも９５パーセントがガスに転換される少なくとも５０パーセント生分解性の固形物である請求項１の方法。
【請求項２０】
供給原料が、固形物の少なくとも９５パーセントがガスに転換される少なくとも７５パーセント生分解性の固形物である請求項１の方法。
【請求項２１】
供給原料が、固形物の少なくとも９５パーセントがガスに転換される少なくとも９０パーセント生分解性の固形物である請求項１の方法。
【請求項２２】
供給原料が、実質的に完全に生分解性である請求項１の方法。
【請求項２３】
高温消化槽で少なくとも７０℃にて３０分間混合物を保持して、混合物を低温殺菌する、さらなる工程を含む請求項１の方法。
【請求項２４】
ａ．前記スラリーを受け入れる加熱落下タンク、
ｂ．前記スラリーを少なくとも１つの貯蔵タンクに移送するためのポンプを備える落下タンクと連結する加熱ライン、
ｃ．加水分解発酵嫌気性微生物群を含み、高温で少なくとも１つの貯蔵タンクと連結する高温嫌気性消化槽、
ｄ．第２の加水分解発酵嫌気性微生物群を含み、中温の温度で前記高温嫌気性消化槽と連続して連結するメタン生成嫌気性消化槽、
ｅ．前記スラリーを消化槽に導入し、消化槽間で再循環させるための複数のパイプライン及びポンプ、
ｆ．浮渣を減少させ、そのような消化槽内の再循環流体を拡散させるために各消化槽上部内にある円錐形開口及びスプラッシュプレート、及び
ｇ．消化槽からバイオガスを取り出すために各消化槽の最上部に連結される取り出しパイプライン
からなる、請求項１に記載の方法のための装置。
【請求項２５】
ガス洗浄器が取り出しパイプラインに、ガス圧縮機が前記洗浄器に、少なくとも１つのガス貯蔵タンクが前記圧縮機に連結して設置される請求項２４の装置。
【請求項２６】
蒸気発生ボイラーが取り出しパイプラインに連結して設置されている請求項２４の装置。
【請求項２７】
前記スラリーを、粘度ポンプを用いて少なくとも１つの貯蔵タンクに送ることによって、高温消化槽に調整量で可変的に計量供給する請求項２４の装置。
【請求項２８】
前記スラリーを調整量でメタン生成消化槽に可変的に計量供給する請求項２７の装置。
【請求項２９】
ピーク発電力要求量に対して、所定時間でバイオガス生成を最大にするため、供給原料が必要に応じて可変的に計量供給される請求項２８の装置。
【請求項３０】
蒸気熱交換器が高温消化槽を加熱し、ポンピングを容易にするために供給原料の予熱に使用される請求項２９の装置。
【請求項３１】
蒸気熱交換器が供給原料を予熱するのに用いられる請求項３０の装置。
【請求項３２】
消化槽を既存の廃水処理施設に組み込み、廃水の生分解性固形物のバイオガスへの転換を改善する請求項２４の装置。
【請求項３３】
ａ．前記無毒性の生分解性供給原料を受け入れる落下タンク、
ｂ．該落下タンクと連結する貯蔵タンク、
ｃ．前記供給原料を落下タンクから貯蔵タンクに移送するための粘度ポンプ、
ｄ．水を前記供給原料に添加し、前記スラリーを形成するための混合タンク、
ｅ．前記混合タンクから供給されるスラリーの量を可変的に調整するための調節バルブ、
ｆ．前記混合タンクと連結する入口、ガス用第１出口及び非ガス原料用第２出口を備え、加水分解発酵嫌気性微生物群を含有する高温嫌気性消化槽、及び
ｇ．前記混合タンクと連結する入口、前記高温消化槽からの非ガス出口と連結する第２入口、ガス用第１出口及び非ガス原料用第２出口を備え、加水分解発酵嫌気性微生物の第２群を含有する中温嫌気性消化槽
からなる、請求項１に記載の方法のための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無毒の生分解性有機材料ならびに糖、澱粉及び／又は炭水化物のような高エネルギー固形物を産生ガスに転換することによって出力を発生させるのに有用なメタン及び他の可燃性ガスの生成に関する。ガスは主としてメタン、二酸化炭素及び水素からなる。出力は、電気を生み出すためにボイラー又は他の適当なエンジンもしくは発電機でガスをさらに燃焼して発生させることができる。電気はガス生成工場の操業に用いることができ、余分な電気は、エンジン、自動車、トラック、バス等に用いられる別のところに販売のために利用することができる。ガスはまた、ピーカー工場のガス燃焼エンジン発電機に燃料として使用できる。あるいは、ガスは、洗浄してクリーンガスとして販売され、天然ガスを補うことができる。
【０００２】
【従来の技術】
種々の有機性廃物、特に下水汚泥有機性廃物の嫌気性消化によるメタン及び他の有用なバイオガスの生成はよく知られている。嫌気性生物分解のための基質を提供する有機性供給混合物は、多種多様な有機性炭素源を含んでいるかもしれない。多くの消化槽設計、供給原料、混合物及び添加物は、メタン収量を増加させ、有用な生成物への有機材料のより優れた転換効率を提案する。
【０００３】
バイオガスの生成は17世紀に発見された。今日、メタンのようなバイオガスは、管理された環境のなかで、嫌気性消化槽を用いる都市廃水処理施設で通常生成される。これらの消化槽のほとんどは完全に混合消化槽である。都市施設の廃水処理は大変費用がかかり、その費用は居住者又は事業者に下水道に廃物を処分するための料金を課すことによって補われる。嫌気性処理は、実質的に多量の熱が必要であるが、この熱は発生したメタンガスによって補うことができる。非常に好結果で、かつ基本的な嫌気性消化の多数の変形がある。有機物のバイオガスへの転換は、消化槽の微生物によって行われる。消化槽の有機物含有量及び温度が一定の範囲内で維持されている限り、これらの微生物は作用する。
【０００４】
嫌気性フィルタ型反応器は、細菌を消化槽内の固定化された不活性物質に付着されることによって、消化槽内の細菌保持を促進させる。また、長期間の施行にわたる高エネルギー固形物の充填又は固形物の蓄積によって消化槽内の固形物濃度が増加すると、嫌気性フィルタ型反応器が詰まるため、約１パーセント（１％）未満の固形物を含有する液状供給原料に主に限定される。
水平プラグ式フロー消化槽の設計が実現されたが、水平プラグ式フロー反応器は重力によって安定しない傾向があり、均質な固形状供給原料（肥料のような）の使用に限定される。水平プラグ式フロー反応器の設計は、液相からのガスの迅速な遊離を助長する。水平プラグ式フロー反応器は、消化槽内の生物学的に不活性領域、供給原材料の漏洩及び細菌の洗い流しによって、生物分解性フラクションの転換効率が約４０〜６０％と一般的に乏しい。
【０００５】
メタンを発生する陸生植物体の嫌気性消化は、D. L. Klass and S. Ghosh, "Methane Production by Anaerobic Digestion of Bermuda Grass", presented at Symposium on Biomass as a Non-Fossil Fuel Source, ACS／Chem. Soc. of Japan Joint Chemical Congress, Honolulu, Hawaii, Apr. 1-6, 1979 によって例示されるように認められている。同様に、メタンを発生する水生植物体の嫌気性消化は、R. P. Lecuier and J. H. Marten, "An Economic Assessment of Fuel Gas from Water Hyacinths", Symposium papers, Clean Fuels from Biomass, Sewage, Urban Refuse, Agricultural Wastes, Orlando, Fla., Jan. 27-30, 1976で例示されるように認められている。
【０００６】
米国特許第4,329,428号は、陸生又は水生由来の植物体と有機性廃物との混合物の高温及び中温嫌気性消化によって、より高収量で高率のメタンガスの生成を示している。米国特許第4,424,064号は、少なくとも一部又は全部が有機的に汚染された水で生長する水生植物体の高温又は中温嫌気性消化によって、より高収量で高率なメタンガスの生成を示している。米国特許第4,316,961号は、異なる植物体の抽出物の存在下で、通常、低生分解性の植物体及び／又は有機性廃物の高温又は中温の嫌気性消化によって、メタンガスのより高い収率を示している。
【０００７】
逆流嫌気性汚泥ブランケット法（Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) process）は、通常、供給原料の１パーセント未満の少量の固形物を含む可溶性有機性廃物を主に含有する供給原料の生物転換のために開発された。細菌性マスを反応器中に沈降させる。逆流嫌気性汚泥ブランケット法及び反応器は、以下の文献に記載されている：G. Lettinga, et al. "Anaerobic Treatment of Methanolic Wastes," Water Research, Vol. 33, pp. 725-737, Pergamon Press Ltd., 1979及びG. Lettinga, et al., "Upflow Sludge Blanket Processes," 3rd International Symposium on Anaerobic Digestion, 1983, Cambridge Mass.ならびにG. Lettinga, et al., "Anaerobic Treatment of Raw Domestic Sewage" at Ambient Temperatures Using a Granular Bed .UASB Reactor, Biotechnology and Bioengineering, Vol. XXV, pp. 1701-1723, 1983。この反応器の設計は、約１パーセント未満の固形物を含有する液状供給原料に限定され、それは有効なガス／液体分離機、床拡大のための再利用及び反応器の底部にわたって原材料を分散する手段が必要である。
【０００８】
タワーデザイン又は支持膜反応器を具体化する連続フロー式流動化床発酵槽は、G. F. Andrews, "Fluidized-Bed Fermenters: A Steady-State Analysis," Biotechnology and Bioengineering, Vol. XXIV, pp. 2013-2030, 1982に記載されている。この記述は、タワー発酵槽で層状化が起こる傾向があり、固形物濃度がタワー発酵槽の高さによって変動し、タワー発酵槽の上部の低い細胞濃度により低い容積生産性をもたらす。
【０００９】
米国特許第4,208,279号は、高さより約５倍幅が広い非攪拌の消化容積の上部及び一方側に供給される動物性廃物の嫌気性消化を示している。廃棄汚泥は、反応器の反対側で取り除く。消化槽中の固形物移動は本質的に水平で、ガス生成を除いて、液体の容積は攪拌されない。固形物の適切な滞留時間は１ヶ月以上で、固形物の供給濃度は約５パーセントである。
米国特許第4,311,593号は、高さより約４倍幅が広い消化槽容積での廃水の嫌気性消化を示している。微生物は表面積が高い媒体上に安定化される。ガスを生成し、反応器の液体を通してバブルすることによって、媒体上の微生物バイオマスが攪拌される。米国特許第4,388,186号は、垂直に細長く、攪拌される消化槽中の汚泥を嫌気性消化する前に、汚泥を機械的濃縮すること示している。米国特許第 '186号はまた、細長い攪拌された消化槽中で、アルカリ性発酵段階に進む前に、酸性発酵段階と酸性減退段階とを別々に行うこと示している。米国特許第1,806,698号は、固形物が底部で回収される汚泥消化槽を示している。消化槽の上部に蓄積する上清液が消化槽の含有物の表面で再利用され、泡の浮渣が減少する。また、米国特許第1,880,773号は、固形物が槽の底部に沈殿する消化槽中での下水汚泥の嫌気性消化を示している。消化槽の上部の上清液を再循環して、消化槽の含有物の最上面で泡又は残渣が蓄積するのを防ぐ。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、１以上の消化槽に有用なバイオガスの生成に適した供給原料を供給するための方法及び装置の双方を提供する。供給原料は、１０〜１００パーセント（10〜100％）の生分解性固形物である糖、澱粉及び／又は他の適当な炭水化物（以下、「供給原料」）であり、それを全く新規な供給原料として供給してもよく、廃物流と組み合わせて供給してもよい。本発明は、固形物の９５パーセント（95％）以上が生分解性で、バイオガスに転換される高比率の固形物を含む供給原料を用いる。純粋な糖は９９パーセント以上(99+%)の固形物を含有し、９９パーセント(99+%)生分解性であるため、優れた供給原料である。ビート糖蜜は、約４５パーセント(45%) から約４７パーセント(47%)の砂糖ベースを含む。そのような糖蜜は、約９５重量パーセント(95%) の糖をバイオガスに転換する。９５重量パーセント(95%)の澱粉もバイオガスに転換する。糖、澱粉又は炭水化物供給原料のバランスはほとんど水である。
【００１１】
使用可能な他の供給原料は、限定されるわけではないが、例えば、澱粉、高エネルギー糖類 (多糖類としても知られている)、ビート糖、ビート糖蜜、糖ビートシロップ、糖ビートジュース、サトウキビ糖蜜、蔗糖、サトウキビシロップ、サトウキビジュース、コーンシロップ、ブドウ糖、穀物、コーンフラワー、小麦粉、米粉、ポテトジュース、ポテトパルプ、大豆モロコシのような原材料及び他の類似した原材料、ならびに／又は１０〜１００パーセント(10〜100%)の生分解性固形物を含む全ての供給原料のそれらを組み合わせたものを含む。上記例の純粋な糖は、固形物を１００％バイオガスに転換する。
【００１２】
この発明の目的は、廃水処理場で用いられない場合の処理する液体廃物の量が非常に少ない嫌気性消化槽を用いる方法である。この方法は、供給原料の９８〜１００パーセントを、本発明の主な目的である産生ガスに転換する。
この発明は、均一で高いバイオ変換率及び増加したプロセスの安定性と収益性とを提供するための多量の無毒の供給原料の注入を提供する。増加した嫌気性消化システムの安定性は、高含有量のメタンを含む、より高品質の産生ガスの生成及び供給原料のより効率的な利用をもたらす。この発明の実施に利用されるバルブ及び／又はポンプは、消化槽含有物の外面に位置し、消化槽休止時間をほとんど又は全く必要とせずに、必要に応じて取り替えることができる。本発明は、消化槽内で成長し、保持される高温性微生物及びメタン生成微生物の濃度が非常に高いため、標準的都市の汚水処理場での供給原料の生分解性成分を実質的に完全に生物転換し、汚水バイオソリッドをより高度に生物転換することを提供する。この発明は、より高められた生物転換率で、供給原料の生分解性成分の実質的に完全な生物転換を提供する。
【００１３】
本発明の方法は、使用すべき適切な供給原料を決定する基本的な工程を含み、少なくとも１つの消化槽に、全く新規な供給原料又は廃水が混入された供給原料のいずれかとして１種以上の供給原料を供給して投入流を形成し、高温嫌気性消化槽、次いで連続的に操作される中温嫌気性消化槽を通して流れを再循環させる。投入流の含有量と各消化槽の温度は、転換の過程中は注意深く設定し、モニターしなければならない。その方法は、投入流を予熱し（特に、全く新規の供給原料を使用する際に）、より厳正な使用のために、反応して生成されるバイオガスを洗浄する付加工程を含んでいてもよい。
この方法は、１つの消化槽又は完全な混合消化槽型のいくつかの連続消化槽で行うことができる。この方法及び装置は、様々な形状のタンクで働く。消化槽タンクの内部は可動部品を含まない。この発明の嫌気性消化方法及び装置は、従来使用されていた連続攪拌タンク式消化槽よりも２から１０倍多い固形物を充填することことができ、よって、有用なガスに転換される固形物１ポンド当り、消化容積の要件は低い。中温条件下で作動する従来の攪拌タンク式攪拌槽は、約０．０５〜０．１ポンドの有機物／ft3／日の固形充填物を収容する。固形物を濃縮するこの発明の高温嫌気性消化方法及び装置は、糖、澱粉又は炭水化物の充填下で、３．０ポンドの有機物／ft3／日を上回るより高い固形充填物を処理する。消化槽に入る汚泥が減少すればするほど利用可能な糖が増え、多量のガスが生成される。糖供給嫌気性消化槽の利点は温度であり、この温度は、都市下水廃水処理場で使用される場合に７０℃以上に調節され、システムの優れた安定性を維持することができる。加水分解発酵微生物群は、汚染物質や毒性成分に比較的抵抗性があるのに対し、メタン生成微生物は毒性成分対する抵抗性が低い。
【００１４】
装置は、少なくとも１つ、好ましくは２つの連続して作動される嫌気性消化槽、適切な供給原料収集及び運搬システム、例えば、落下タンク等、パイプ系、チューブ系、バルブ、温度調節器、加熱器及び洗浄器を備える。特に、装置は、投入が高温消化槽及び中温消化槽の上部の液体レベルでわかるように、テンサイ糖蜜又はサトウキビ糖蜜のような計量かつ調節された供給原料を高温消化槽の混合ラインに注入するためのパイプ及び貯蔵タンクを備える。 装置は消化槽の内容の一部を連続して再利用し、その内容を消化槽の上部の液体レベルに戻すことによって浮渣の生成を減少又は除去する。
特に、消化槽の混合／再循環ラインは、消化槽の底部からスラリーを取り出し、消化槽上部近傍のスラリーレベルの上部にスラリーを注入する外部ポンプを備える。このポンピング法は、常に消化槽を完全に混合する。約１０〜１００パーセントの生分解性固形物の懸濁固形物濃度を有する新規の供給原料を再循環混合ラインに導入し、消化槽のスラリーで直ぐに希釈して、消化槽上部に入れる。標準的な廃水処理場は、プラントに流入する非常に低エネルギーの固形物を有する。最初の及び二次的な汚泥は、消化槽の所望の固形物含有量に調節される。所望の固形物の調節により、作業者が適量の糖、澱粉及び／又は炭水化物供給原料を添加して、非常に活性な高温消化槽及び中温消化槽を作り出すことができる。
【００１５】
少なくとも２つの非常に異なるシステムが本発明によって提供される。第１は、水み及び／又は既存の消化槽スラリーのみと混合され、慎重に選択され、厳格にモニターされた供給原料を含む投入流を使用するバイオガス生成用の独立型システムである。第２は、廃液流中でのより優れたバイオガスの生成及び生分解性固形物の高い転換率のために、既存廃液の流れの質を改善するための（例えば、都市の廃水処理施設で見られるような）既存廃液の流れに対する追加方式の（組み込み）システムである。
【００１６】
本発明の第１の目的は、最少費用を目指して最大量のバイオガスを効率的に生成することである。
本発明の第１の観点は、１０％〜１００％の有機生分解性固形物に調整された供給原料で作動する高温嫌気性消化槽及び中温嫌気性消化槽の双方を使用する独立型システムである。供給原料は高い生分解性でなければならず、混合用スラリーを生成するために十分な水のみを用いる。独立型システムは、どんな廃棄物も用いず、いかなる種類の廃水又は下水処理場とも一緒に用いられない。このシステムの消化槽はそれぞれ、液体中で懸濁された加水分解発酵微生物を含む活性な生成微生物嫌気性消化群を有する。独立型システムにおいて、供給原料は糖、澱粉、炭水化物又はそれらを組み合わせたどんなものであってもよく、好ましくは、実質的に十分に生分解性（即ち、約９９パーセント99％生分解性）である９０〜１００パーセント(90%〜100%)の固形物を含有すべきである。一旦消化槽が始動すると、供給原料は混合され、次いで、消化してバイオガスになる消化槽に連続して慎重に導入される。
【００１７】
独立型システムは、実質上完全な（即ち、約１００％）生分解性固形物の生物転換をもたらす。その結果、供給原料を希釈するために添加されるいくらかの非汚染水は、工程を継続するための許容レベルで消化槽を保持するのに使用されるべきである。生成されたバイオガスは、各消化槽内部の上部に上昇し、上部から排出されるため、湿っている。独立型システムは、低含水量の無毒性、有機、高生分解性供給原料を使用し、供給原料及び微生物の洗浄は、たとえあるとしてもほとんど行われないため、その結果、転換効率が増大し、消化槽の状態がより安定する。
【００１８】
従って、独立型システムの重要な目的の１つは、処理する廃液はほとんど生成せず、より高いバイオガス生成を行い、廃棄するバイオソリッドを有さないことである。
また、独立型システムの重要な目的の１つは、供給原料がバイオガスとして現れるまで各消化槽内に留まるため、制限のない保持時間を提供することである。
さらに、独立型システムの目的の１つは、再生可能な生成物からバイオガスを生成し、廃棄物を使用せず又は都市からの下水を受け入れる廃水処理場と共に使用する単独の目的のために建設された全く新しく構成された自立型の施設で、糖、澱粉及び炭水化物の供給原料を嫌気性消化するための方法及び装置を提供することである。
独立型システムの目的は、非汚染水又は消化液のいずれかと混合し、ポンピングを楽にするために必要なスラリーを作り出すことができる、例えば、糖、澱粉及び炭水化物のような乾燥供給原料を使用することである。
独立型システムの目的は、本発明でなければ廃液流で見られる病原体や他の汚染物質を低温殺菌することが必要となるより高温の必要性を避けることである。独立型消化槽／バイオガスプラントでは、全固形物をガスに転換させた後は、廃棄する残りの物は、例えあったとしてもほとんど存在しないであろう。
【００１９】
本発明の別の観点は、適切に選択された供給原料濃度を廃液流と混合し、次いで、バイオガスに転換するために消化槽に導入する。このシステムと都市又は他の廃水処理施設との組み合わせは、販売に有利な高容積のバイオガスを生成するのに役立つと同時に、施設が下水汚泥を低温殺菌してClass A biosolids 40 C.F.R. Part 503 Standardを達成するのに役立つ。
メタンガス生成の主な費用の１つは、消化槽の建設費用である。都市の廃水処理場の場合、世界中に何千もの用地が存在し、廃水処理場は数十万ドル、多くは数億ドルの費用で建設された。処理場は適所に設置したが、今までにお金が返却されていないので、処理場が収入を生み出すために建設されなかったことにより全ては非営利である。それらは環境の安全のために廃水を処理するためだけに建設された。本発明の方法及び装置で、消化槽は非常に多量のメタンを生成することができ、投資された補助金で収益が戻ってくるであろう。生成されたガスは、様々な用途に使用することができる。ガスは、蒸気又は電気が同時発生するためのボイラーでバイオガスとして直接用いることができる。バイオガスを洗浄してメタンガスを清浄し、クリーンガスを低温殺菌し、貯蔵タンクにポンプ移送して、一般の人々に天然ガスの代わりに販売することが可能である。
【００２０】
本発明の方法及び装置の目的は、例えば、澱粉、高エネルギー糖類( 多糖類としても知られている)、テンサイ糖、テンサイ糖蜜、テンサイシロップ、テンサイジュース、サトウキビ糖蜜、蔗糖、サトウキビシロップ、サトウキビジュース、コーンシロップ、ブドウ糖、穀物の澱粉類、オートムギ粉、米紛、コーンフラワー、小麦粉、ポテトジュース、ポテトパルプ、モロコシ及び他の類似した原材料、ならびに／又はそれらを組み合わせたもののような無毒の生分解性糖又は澱粉の供給原料を調節供給することによって生じた非常に多量のガスから経済的で有益な嫌気性消化槽を作り出すことである。
【００２１】
本発明の目的は、既存の都市廃水下水処理場や消化槽の能力を高め、バイオマスや有機廃物材料の生分解性成分の有用な産生ガスへの実質上完全な生物転換をもたらすことである。
本発明の目的は、この工程を、既存のいかなる都市廃水処理場又は他の類似施設に加えること及びタンク、ポンプ、圧縮機及び添加に必要な供給原料のような物の費用から生じる投資金に収益を生み出せることを可能とすることである。
本発明の目的は、高温消化槽の低温殺菌能力によって、最近の40 C.F.R. Part 503 Standards for Class A biosolidsの糞便大腸菌の必要条件を満たすよう都市廃水処理場を援助することである。
【００２２】
本発明の目的は、処理場の電気及びガスの全必要量を生成し、外部市場に販売する過剰な電力及びガスをもつことである。
本発明の目的は、既存の処理場消化槽で、糖、澱粉及び炭水化物のような過剰の供給原料を添加することによって、高温及び中温嫌気性消化で、高収量で高率のメタンガスをどのように生成するかを都市廃水処理場に教示することである。
本発明の目的は、コーンシロップ、コーンフラワー、小麦粉、ポテト、テンサイシロップ、テンサイ糖蜜、サトウキビのような再生可能な無毒性有機体から生成されるクリーン燃焼ガスの発生を教示することである。
本発明の目的は、糖、澱粉及び炭水化物のような再生可能な無毒性有機材料から生成されるクリーン燃焼ガスの発生を教示することである。
【００２３】
本発明の目的は、現在ほとんど又は全く調整なしの天然ガスで運転する既存のトラック、バス、自動車又は農場機械を作動させるのに用いることができる販売可能なガス性生物（即ち、メタン）を生成するためにバイオガスの洗浄の使用を教示することである。
本発明の他の目的は、加熱消化槽、糖蜜タンク及びパイプのような多様な用途のため、電気を発生させる蒸気タービン、工場使用の熱交換器のために、排水処理場で必要な蒸気を生成して、ガス燃焼ボイラーで燃焼することによっていくらかの未洗浄のバイオガスを利用すること及び／又は地域の地元電力会社に過剰な電力を生み出し、販売することである。
本発明の他の目的は、農場主が供給原料の多量の供給を生産し、販売することができるように多量の需要を作り出すために、テンサイ糖蜜及びサトウキビ糖蜜又はテンサイジュース、サトウキビジュース、コーンフラワー 及び小麦粉用の多量の需要を作りだすことである。
本発明の目的は、一方が高温消化槽及び他方が中温消化槽の２段階消化槽システムを用いて、最大限に廃水処理場を改善することである。
本発明のさらなる他の目的は、有益な方法でいくつかの廃水処理施設を除いて、高温又は中温嫌気性消化槽で糖、澱粉及び／又は炭水化物の高固形物濃度を上手く用いることである。
本発明の目的は、例えば、糖又はテンサイ糖蜜及びサトウキビ糖蜜ならびに澱粉のような高生分解性固形物の工程を用いることである。
【００２４】
ビート糖蜜は、本発明に記載される供給原料の種類の一例である。カリフォルニア州、FresnoのBSK Analytical Laboratoriesによるビート糖蜜の固形物サンプルの簡易分析を以下の表に示す：
【００２５】
【表１】
0004149766.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004149766.tif 000003
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、先行技術の典型的な廃水処理場のフロー図である。
図２において、この発明の方法及び装置は、埋設された落下タンク１０を明らかにする。この特定の実施例において、タンク１０の上部は地面に対して同一水準であるが、高くても、低くてもよい。落下タンク１０は、メタンガスの高い生産量を得る目的で、消化槽に供給するためにポンプ輸送できるようにスラリー状である移送供給原料(例えば、サトウキビ糖蜜、テンサイ糖蜜及び／又は新規のいかなる供給原料)を落下させるため、大型自動車８がタンク１０上にまで運転できるような移送運輸のために車道に沿っている。タンク１０の底部は、タンク１０の一端が他端よりも低いので、供給原料がタンク１０の低い端部に流れるように配置されている。タンク１０の低い端部に、流出口パイプ５０が存在し、タンク１０から搬出された供給原料の運搬を調節するため、パイプ５０に連結されたバルブ１５が存在する。粘度定格ポンプ９０でスラリー貯蔵庫にポンプ輸送し、供給原料タンク１００及び１０５のそれぞれで混合することによって運搬が行われる。
【００２８】
落下タンク１０の内部には、タンクの底部の全長にわたって延びる小パイプ３０が存在する。循環温水は、より容易にポンプ輸送できるように供給原料を温める熱交換器として作用するために、連続的にパイプ３０に流されている。熱交換パイプ３０は、落下タンク１０の底部に横に配置されており、運搬パイプ５０に沿って供給原料貯蔵庫及び混合タンク１００及び１０５まで延びている。
【００２９】
図２に示される供給原料のスラリー貯蔵タンク１００及び１０５は、供給されるべき供給原料の予想量によって大きさが調整される。別の補助タンク１１０及び１２０が、高温消化槽２００にポンプ輸送する前に、スラリーを生成するために添加される水を必要とするであろうコーンフラワー、小麦粉又は他の乾燥澱粉／炭水化物用の貯蔵庫及び混合タンクとして設けられてもよい。供給原料のスラリー貯蔵タンク１００と１０５は、バルブ５８で連結された流出口パイプ５５及び流れを調整するメーター５９を有する粘度ポンプ９５を備える。熱交換パイプ３０は、供給原料を温め、流し続けるようにパイプ５５に沿って消化槽に延びる。高温消化槽２００に供給された供給原料の量は、均衡のとれた消化槽を維持するためにメーター５９を用いて調節される。常に、消化槽は、約６．７〜約７．８のｐＨ読み取り値であることが必要であり、約７のｐＨが最適である。
【００３０】
図３は、高温消化槽２００と中温消化槽３００との断面図である。ガスパイプ６０は、各消化槽２００と３００とのドーム状の上部に設けられる。各消化槽内で生成されたガスは、図４に示されるように、ガス洗浄器５００、熱電併給ユニット４００、蒸気ボイラー３５０、又は最後の手段として、常に燃焼する閃光パイプ３２５の４箇所のうち１箇所にパイプ輸送される。
ポンプ９１と９２及びバルブ４１〜４７と４８（図３に示された）は、ポンプ９１及び９２が消化槽２００及び３００それぞれの底部から引き出されるように配置される。バルブ４１及び４２は、パイプ５５からの移送が高温消化槽２００又は中温消化槽３００に流れるかを調整するのに用いられる。消化槽２００では、バルブ４４及び４５が、ポンプ９１を用いて消化槽内の物質の循環を調整するのに用いられる。バルブ４５及び４６を開くことによって、物質は消化槽の底部から再循環のために引き出される。バルブ４２を開くことによって、新たな供給原料が消化槽２００に導入される。同じバルブ形状が、ポンプ９２及びバルブ４６と４７を用いる中温消化槽３００に用いられる。バルブ４１を開くことによって、新たな供給原料が消化槽３００に導入される。バルブ４８は、中温消化槽３００に、パイプ６７を通して高温消化槽２００から引き出させる。バルブ４１〜４８を調整することによって、異なる物質の混合物の受け入れが可能である。
【００３１】
依然としてバイオガスに消化、転換されなかった生分解性固形物は、消化液体及び重い固形物が沈殿する消化槽２００及び３００の底部に沈殿する。次いで、固形物及び汚泥が、各消化槽の底部からパイプ６５を通して引き出され、追加の糖／供給原料が、供給原料を混合するためにポンプ９１又は９２を用いバルブ４１又は４２を通して注入されるかもしれず、再循環して消化槽の上部に戻される。ポンプ９１及び９２は、消化槽２００及び３００の上部で液状汚泥を排出する。
【００３２】
各消化槽において、漏斗形流出口７０が、排出パイプ６５の先端に設けられ、漏斗７０の上部の外周部と同じ大きさの円いスチールプレート７１を備える。パイプ６０は、ガス排出パイプ６０への液体のいかなる跳ね返りも起こらないように、漏斗よりも高いところに取り付けられている。また、 プレート７１は、スラリーが消化槽２００及び３００の上部にわたって均等に広がるように、液体スプレッダー及び残渣防止器として機能する。漏斗７０とプレート７１の相互作用は、液体／汚泥を急速な回転運動で排出し、消化槽液体の上部にわたって広がる。この方法で、フローはタンク２００及び３００の外壁に均等に広がり、浮渣の形成を防ぐ。再循環消化槽の液体／汚泥の均等な広がりは、加水分解発酵微生物を含む高含有量の活性な生成微生物の嫌気性消化集団を促進する。そのような高含有量の微生物はまた、利用可能な栄養素の全て及び生分解性固形物を消化してバイオガスに転換する大きな可能性を有する有機原料を有する。
【００３３】
本発明は、高エネルギー固形物供給消化槽である高温嫌気性消化槽２００を製造するための装置を提供する。消化槽内の固形含有量は、１５パーセント(15%)を越えることができ、そのうち、５パーセント(5%) は汚泥、残りの１０パーセント(10%) は、テンサイ糖蜜等の無毒性な供給原料に由来する。本発明を下水廃物の都市廃水システムで用いる場合、汚泥は調整することが可能な要因である。廃水下水システムに流入する廃液の固形含有量は、始めに処理場へ移送された際、１〜２パーセント(1〜2%) であり、棒ぶるい、グリットタンク、浄化器及び二次的な汚泥の濃縮の後、固形物の割合はより高くなる。水が廃棄池に送られるとき、重い汚泥は処理のため消化槽に送られる。例えば、１０体積パーセント(10%) の糖供給原料を再循環／混合ライン６５に添加すると、嫌気性菌数が増加するため、添加した供給原料が数時間のうちに９８％〜１００％生分解性になり、加水分解の嫌気性発酵微生物の消化槽群が非常に増加する。生分解性下水汚泥はまた、より速くバイオガスに転換することができる。
【００３４】
独立型バイオガス生成プラントの消化槽において、消化槽内の固形物含有量は、例えば、純粋な糖（100％固形物）又は約４７パーセントの糖で、約９８パーセントの固形物であるサトウキビ糖蜜のような、９８〜１００パーセントの生分解性固形物である１５パーセントの固形物であってもよい。
下水処理なしの独立型バイオガスプラントでは、処理する廃水はほとんど存在しない。固形物のすべてはバイオガスに転換される。非汚染水又は井戸水は、消化槽に供給される固形物を希釈するためにのみに必要である。消化液のいくらかは、まず供給原料と混合するために用いられ、次に混合ライン６５に計量しながら供給される。消化の高い状態における高温嫌気性菌は、より多い数の酸生成菌及びメタン生成微生物を含む。廃液基質濃度が増大するにつれて、いかなる生物学的方法の効率も向上する。また、廃液濃度が増大するにつれて、適切な水力保持時間(HRT)を維持する間、反応器充填物はある程度増加することができる。嫌気性処理において、これは単位時間当たりの反応器の単位容積当たりのメタンのより大きな産生を意味する。
【００３５】
図３では、高温消化槽２００の液状汚泥を、底部ライン６７からポンプ輸送し、中温消化槽３００にポンプ供給することができる。中温消化槽は、廃物用高温消化槽２００から以外は加熱されない。より低い温度での中温消化槽３００では、ビート糖蜜及び糖、澱粉等の新たな供給原料は、より低い割合で供給される。これは、高い生分解性の９８〜１００パーセントの固形物である糖、澱粉及び炭水化物のみである供給原料だけを用い、都市のいかなる廃水下水処理プラントとも接続されない、図５の独立型バイオガスプラントの最初の高温消化槽２００から取り残されたいくらかの生分解性固形物を完全に転換するために最終消化槽とされるべきである。
【００３６】
独立型バイオガスプラントは、独立型バイオガスプラントが約９９パーセントの供給原料をバイオガスに転換するため、例えば、浄化器、起泡分離濃縮器及びベルトフィルタ方法のような下水処理場が必要とする多くの装置は不要である。都市の廃水下水処理場では、消化槽３００もまた最終消化槽である。中温消化槽３００は、高温消化槽２００と同様に建設され、操業される。図４に示されるように、汚泥の最終的な引き出しは、消化槽３００の底部ラインからポンプ輸送され、ベルトフィルタ３１０にポンプ供給される。
【００３７】
図４は、図３での消化槽２００と３００及びパイプ６０を通って、消化槽２００及び３００から排出される消化されたガスの流れを示すフロー図である。ガスは、消化ガス熱電併給装置４００に移送され、電力を発生させるためのエネルギー源として使用される。さらに、熱電併給装置４００で発生した蒸気又は温水は、高温の高温消化槽２００を維持するための熱処理用熱源及び、図２に示される、落下タンク１０及び貯蔵タンク１００と１０５における供給原料の流動性を維持するパイプ３０中の温水として用いられる。温水循環は、供給原料パイプライン５０及び５５を温める循環水として利用される。
【００３８】
図４は、消化槽２００及び３００からパイプ６０を通して排出され、必要であれば、蒸気用ボイラー３５０に移送されるガスのフロー図を示す。フロー図はまた、消化槽からパイプ６０を通してガス洗浄器５００に排出され、次いで高圧ガスユニット６００で加圧され、一般的なプロパンタンク型の大きな加圧ガスタンク７００に貯蔵されるガスを示す。この点からのガスは、トラック上の加圧タンク８００ に移送され、例えば、水抜き井戸ポンプや他の多くのエンジンを動かすエンジンを作動するプロパンを用いる農場主のような消費者に届けられる。洗浄された後、ガスは、どのような天然ガスの乗物（つまり、バス、トラック、自動車、フォークリフト等）にも使用することができる。図４で、中温消化槽３００からの汚泥は、ベルトフィルタ３１０及びバイオソリッド貯蔵タンク３１５にパイプ輸送される。これらのバイオソリッドは、最近の40 C.F.R. Part 503 Standard を満たしているため、バイオソリッドは、トラック３２０に積まれ、 肥料や堆肥として販売される。低温殺菌が、７０℃以上で３０分間以上、固形物又はスラリーを保持することによって行われる。
【００３９】
図５は、図３での消化槽２００及び３００を示すいかなる廃水システムにも属さない糖／澱粉工場のフロー図である。消化槽２００と３００から排出される消化ガスは、消化ガス熱電併給装置４００に移送され、電力を発生させるためのエネルギー源として使用される。さらに、熱電併給装置４００で生じた蒸気又は温水は、高温の高温消化槽２００を維持するための熱処理用の熱源及び、図２の供給原料の貯蔵タンク１００と１０５を維持するための加熱温水ライン３０として用いられる。温水パイプ３０は、パイプライン５０及び５５を温める循環水として利用することができる。図５は、消化槽２００及び３００からパイプ６０を通して排出され、必要であれば、蒸気用ボイラー３５０に移送されるガスのフロー図を示す。フロー図はまた、消化槽からパイプ６０を通してガス洗浄器５００に排出され、高圧ガス装置６００で加圧され、一般的なプロパンタンク型の大きな加圧ガスタンク７００に貯蔵されるガスを示す。この点からのガスは、トラック上の加圧タンク８００に移送され、例えば、水抜き井戸を動かすエンジンを作動するプロパンを用いる農場主のような消費者に届けられる。洗浄後、ガスはいかなる天然ガスの乗物（つまり、バス、トラック、自動車、フォークリフト等）にも使用することができる。図５で、もしあれば、中温消化槽３００からの極微量の廃液を、パイプ６８を通して、灌漑パイプラインに移送し、農場で用いる場合、穀物に使用することができる灌漑水と混合し、又は都会に建てられる場合、下水ラインに移送する。
【００４０】
高温消化槽の温度範囲は、約３７．８℃〜９７℃で、好ましい範囲は約４０℃〜６０℃、最適温度は５０℃〜５５℃であるべきである。同様に、中温消化槽の温度範囲は、約２１℃〜４０℃で、最適温度は約３０〜３５℃であるべきである。高温消化槽の好ましい水力保持時間は約１〜８日で、中温消化槽の好ましい水力保持時間は約４〜１５日である。
【００４１】
稼動独立型システムの例
今日一般に行われているようなバイオガス生成に関し、独立型施設は非常に特有の提案である。独立型施設は１以上の消化槽から構成することができる。それは高温嫌気性消化槽だけ、又は中温の嫌気性消化槽だけであってもよく、もしくは建設しようとする発電所の設計次第で、高温嫌気性消化槽及び中温嫌気性消化槽の各1つずつ又はいくつかであってもよい。高温の温度範囲は５０〜５５℃が最適であるため、高温の温度は約５０℃に維持されるべきであり、中温独立型消化槽については３５℃に維持されるべきである。多くの研究は独自のパターンを示す：水力保持時間(HRT)が減少し、充填率が増加する場合、揮発性固形物(VS)の分解割合が進む。
【００４２】
独立型消化槽において、充填率は、通常の廃水処理場での下水廃物充填率よりも１〜１０００％ 増大する。消化槽に供給された供給原料が１００%まで生分解性であるという事実により、VS分解は１００％までである。添加された含水量だけが消化槽のレベルを調節する。消化槽スラリーは、計量された供給原料を、消化槽の循環ラインへ希釈するために用いられる。これは、投じられた供給原料がバイオガスとして排出されることを意味する。供給原料の全てがバイオガスに転換される段階まで、HRTは数日又は数ヶ月継続される。処理する廃液は、例えあるとしても、ほとんど存在しないため、糖又は微生物の洗浄は行われない。
【００４３】
糖のバイオガス／電気／お金への転換 (独立型システム)
以下の仮定及び計算は、添付クレームの範囲に限定されることなく、例示的な目的のみの例として、独立型消化槽システムの有用性、有効性及び生産性を証明するためにここに記載されている。
【００４４】
調整及び定義：糖分が高い基質は、酸性の傾向があると予想することができるため、緩衝液を添加してもよい。ほとんどの生物学的方法では、メタン生成割合は、温度が18〜27°F (10〜15℃) 上昇するごとに実質的に倍になる。pHが下がれば、炭酸カルシウム (CaCO3、通常「石灰」と呼ばれる)を、維持すべき割合にpHを戻すために添加することができる。アンモニア(NH3) は、非常に高濃度ではバイオガス製造工程に有毒であるが、少量のアンモニアは消化槽内の酸性状態を中和することができる。酸性pHは、10.000容量部の発電機容量に対し、40容量部の温水と混合した１容量部のアンモニアを用いて中和することができる。バイオガス生成を最適化するため、先行技術で公知の事実であるが、必要に応じて、栄養バランス及びpH調整を消化槽システムに対して行ってもよい。
C／N = 窒素に対する炭素の比率
NH3 = アンモニア(分子)は、非常に高濃度ではバイオガス工程に対し有毒である。
NH4+   アンモニウムイオン
BOD  生物学的酸素要求量
COD  化学的酸素要求量
【００４５】
温度：中温菌： 21〜40℃、30〜35℃(70〜105°F)が最適であり、高温菌：40〜60℃、50〜55℃ (104〜140°F) が最適である。高温性微生物は、中温(20〜40℃)で生存するのに対し、中温性微生物は通常、高温では生存することができない。
仮定条件：糖の分析 = 780,000 mg／kg COD、(78重量%) = 520,000 mg／kg BOD (52 重量％)。比率1.5 x BOD = COD。従って：1 lbの糖は0.78 lbsのCOD又は0.52 lbsのBODに等しい。消化システムでガスに変換された1ポンドのCODは、約20立方フィートのバイオガスを産する。バイオガスは約70％がメタンである。1立方フィートのメタンは980 BTUに等しい。消化システムは、供給された約95〜99%のCODをガスに変換することができる。糖がシステムで約98％変換されるであろうと仮定することは合理的である。
【００４６】
計算：
1 lbの糖から生成されるバイオガス = 1 (lbの糖) X 0.78 (%のCOD) X 0.98 (変換%) X 変換された20立方ft.／lb.＝消化槽に供給された1ポンドの糖につき15.29 立方フィートのバイオガス。
1キロワット(kwh)の電気を生じるのに、発電機は約12,500 BTUが必要であると想定する。これは、発電機業界で「熱消費率」として知られており、実際の数は選択された発電機に依る。生じたBTU = 15.29 (cu. ft.のバイオガス) x 0.7 (メタンの％) x 980 BTU／cu.-ft. = 生じた10,489 kwh= 10,704.7／12,500 = 消化槽に供給された1ポンドの糖当り0.84 kwh。
【００４７】
経済状態：カリフォルニアの発電所は、ピーク時に、1kwhにつき$0.10〜$1.10の電気を売る。１キロワット時が10セントに値するならば、価格が電気の供給需要により$1.10 kwh以上である場合は、ガスに変換された1 lbの糖は10 x 0.84又は8.4セント、あるいはlbの糖当り92.4セントの価値がある。カリフォルニア州は、近年1 kwhにつき$3.00ほど支払った。
【００４８】
結論／利益：独立型消化槽の優れた特性は以下のとおりである：
A.再生可能な電気の産生
A.コスト競争力
B.非化石燃料
C.信頼性
D.給電能
E.電力の質
F.安全性
G.非エネルギー利益(農業及び製糖業)
H.新方式
I.貯蔵力
J.有用性
独立型施設は、規制されていない電気市場においてコスト競争力があるのに対し、再生可能な多数のエネルギー施設にはそれがない。
独立型施設での再生可能な電気発生のための糖、澱粉及び炭水化物の使用は、現在の化石燃料発生システムと比較して、同程度の信頼性及び給電能を提供している。糖、澱粉及び炭水化物は、より安全で簡単に貯蔵することができ、化石燃料の貯蔵よりも非常に環境に安全である。
【００４９】
独立型消化槽の重要な特性の1つは、バイオガスが化石燃料と全く同様に需要に有用であることである。独立型施設が存在する場合、火曜日の午後1時〜5時のような特定の時間帯、特定の場所で電気の需要が高いとすると、独立型施設は、この需要期間を満たすためにその許容量を増大させる。独立型消化槽は、火曜日の午前11時30分までは、１０〜１５%の低許容量で作動するだろう。次いで、糖供給原料を増やすことによって、所望の増加したバイオガス量が午後1時の必要量を満たすのに有効となるであろう。この生産増加により、独立型消化槽の許容量の２０〜１００%を１時間半以内で変動することができる。これは、独立型消化槽が確実な量の電気を生産することによって、システムが化石燃料発電機のピーク電力と経済的に等しい電力を有効かつ能率的に提供することができることを強調する。
【００５０】
独立型で無毒性の再生可能なエネルギー消化槽は、既存の環境又は構造に同化する能力を有し、製糖業／農業において、新規農地の開発及び新規役目の創造を含む利益に関連する広大な非エネルギーを有するであろう。
独立型消化槽は、制御かつ計量された、糖、澱粉又は炭水化物のような、無毒性供給原料のみを使用する。潜在する抗生物質、消毒薬及び洗浄薬を含有し、また制御不能に高及び低容積間で供給を可変する廃液流を受け入れる下水廃物処理場とは異なって、独立型消化槽は厳重に制御され、操作者による指令を実行するであろう。
【００５１】
廃水処理場の例
添付クレームの範囲に限定されることなく、例示的な目的のみの例として、以下の仮定及び計算は、既存の廃水処理施設と組み合わせる場合、本発明の消化槽システムの有用性、効率及び生産性を証明するためにここに記載されている。廃水処理場で用いられる場合の本発明の方法及び装置は、追加の25％に加えてさらに標準転換の約50％の生分解性固形物の転換を促進する。固形物からバイオガスへの転換率は、処理する固形物が２５％以下で、より多くの電気を発生させるために生成されたバイオガスがより多いことを意味する。
この方法は、糖供給原料を常にメーターで制御し、所望のバイオガス量を生成して特定の時間にガス燃焼発電機を作動させるために必要とされる量の原料を供給する独立型消化槽の方法と同じである。通常、下水処理場は、追加の栄養素が必要にならないように移送廃物中に十分な栄養素を含む。消化工程は、約pH７を維持する。
【００５２】
糖／供給原料を用いる場合の投資に対する収益率は、廃水処理場で用いられる場合に増加するであろう。生分解性汚泥の転換を７５％に増加することができる。これは以下の理由により、ほとんどの廃水処理場で生分解性汚泥がわずか１／２という通常の転換量から５０％増加となる。  廃水施設は、ガス生成を増加させ、HRTを減少させる、より多くの微生物群を作り出すために、既存の消化槽に添加された糖、澱粉又は炭水化物を含むことによって、その生分解性固形物のバイオガスへの転換を約５０％増加する。
例えば、同じ供給原料（糖）割合を用いる１０００００ガロンの高温消化槽は、１日当り$３７８．００の収益を始めとする結果を生み出すことができる。さらに、処理及び肥料価値のため安全に地上に散布できるバイオソリッドを生産するために、消化槽温度を７０℃に上昇させ、全病原体を低温殺菌する能力を有する利点がある。
【００５３】
１％の固形物を含む１０００００ガロンタンクに基づく廃水下水処理施設は、１０００ガロンの固形物に匹敵し、それは、約２４日の水力保持時間のために５０％がガスに全く転換されない。糖を添加することによって、容易に消化可能な糖を転換するだけでなく、廃液流に存在する生分解性固形物及び通常バイオガスに転換されないであろう固形物のさらに２５％を消費する高濃度の微生物が生成される。ほとんどの既存の消化槽は、約１００〜３００万ガロンの許容量を有する。廃水処理場は既存の消化槽を備えているので、装置及び方法ならびに独立型消化槽の補足パイプと供給原料（即ち、糖、澱粉）貯蔵用タンクを、非常に実現的なバイオガス発生施設を作り出すのに加える必要があるであろう。
ごくわずかな節約は、ガス生成の増加、より少ないバイオソリッド、病原体が存在しないバイオソリッド、バイオソリッド処理にかかる低費用、低許容量及び同じ方法でより短い水力保持時間を達成するのに必要とされる少ない消化槽を含む。
【００５４】
上述した明細書では、本発明はある好ましい実施態様に関連して記載されており、多くの詳細内容は例示の目的のために記載されているのに対し、本発明はさらなる実施態が可能であり、ここに記載されている詳細な内容のある部分が本発明の基本原理から外れることなく、相当に変更可能であることは当業者にとって明らかであろう。
本発明の図面及び特性は、特に、以下の図面と共に理解する場合に、本発明を実施するための最良形態である以下記載の完全な研究により、より明瞭になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術の典型的な廃水場のフロー図である。
【図２】本発明のフロー図の第１部分である。
【図３】本発明の消化／混合／再循環、パイプ及びスカムリムーバーの例を示す側断面図である。
【図４】本発明のフロー図の第２部分である。
【図５】本発明の別のフロー図の独立部分である。
【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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