(57)【要約】本発明の意図は、バイオガスプラント（０）内の複数の発酵槽チャンバを通過する発酵基質の全体処理量が、発酵槽チャンバの個数を変えずに、増大されるように、バイオガスプラント（０）用の発酵槽の供給方法を変更することである。これは、単位時間当たりに総量（Ｍｉ）の生の発酵基質（３）を、植菌発酵槽チャンバ（１）に供給し、滞留期間（ｔｉ）において発酵させることと、リターンパス（１１０）によって、植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の一部を、自己植菌基質（３２）の形態で、植菌発酵槽チャンバ（１）に戻し、この、植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の一部が、生の発酵基質（３）と混合されることと、植菌発酵槽チャンバ（１）に連結された高速発酵槽チャンバ（２）に、高速発酵植菌基質（３３）の形態で、植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の混合物を供給し、この混合物と、単位時間当たりに総量（ＭＲ）の生の高速発酵基質（３０）を混合することと、によって実現される。ここで、高速発酵槽チャンバ（２）内に導入された発酵基質の混合物が、滞留期間（ｔｓ）を経た後に、発酵された産出基質（３１）が、高速発酵槽チャンバ（２）から取り出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガスプラント（０）用の発酵槽の供給方法であって、
単位時間当たりに総量（Ｍｉ）の生の発酵基質（３）を、少なくとも１つの植菌発酵槽チャンバ（１）に供給し、滞留期間（ｔｉ）において発酵させるステップと、
リターンパス（１１０）によって、前記植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の一部を、自己植菌基質（３２）の形態で、前記植菌発酵槽チャンバ（１）に直接的に戻し、この、前記植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の一部が、さらなる生の発酵基質（３）と混合される、ステップと、
前記植菌発酵槽チャンバ（１）に連結された少なくとも１つの高速発酵槽チャンバ（２）に、高速発酵植菌基質（３３）の形態で、前記植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の混合物を供給し、この混合物と、単位時間当たりに総量（ＭＲ）の生の高速発酵基質（３０）を混合する、ステップと、
を有し、
前記高速発酵槽チャンバ（２）内に導入された発酵基質の混合物が、滞留期間（ｔｓ）を経た後に、発酵された産出基質（３１）が、前記高速発酵槽チャンバ（２）から取り出されることを特徴とする発酵槽の供給方法。
【請求項２】
前記高速発酵槽チャンバ（２）内での前記滞留期間（ｔｓ）は、前記植菌発酵槽チャンバ（１）内での前記滞留期間（ｔｉ）より短いことを特徴とする請求項１に記載の発酵槽の供給方法。
【請求項３】
前記植菌発酵槽チャンバ（１）に単位時間当たりに供給される生の前記発酵基質（３）の総量（Ｍｉ）は、前記高速発酵槽チャンバ（２）に単位時間当たりに供給される生の前記高速発酵基質（３０）の総量（ＭＲ）より、少ないことを特徴とする請求項１に記載の発酵槽の供給方法。
【請求項４】
前記植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の一部は、常に、前記植菌発酵槽チャンバ（１）に戻され、また、前記植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の他部は、前記高速発酵槽チャンバ（２）へ供給されることを特徴とする請求項１に記載の発酵槽の供給方法。
【請求項５】
少なくとも１つの前記植菌発酵槽チャンバ（１）は、１個以上の高速発酵槽チャンバ（２）に連結され、これらの発酵槽チャンバ（１，２）に、発酵基質が供給されることを特徴とする請求項１に記載の発酵槽の供給方法。
【請求項６】
複数の発酵槽チャンバを備えたバイオガスプラント（０）であって、
自己植菌用のリターンパス（１１０）を有する少なくとも１つの第１植菌発酵槽チャンバ（１）と、
少なくとも１つの高速発酵槽チャンバ（２）に、前記第１植菌発酵槽チャンバ（１）内で発酵された発酵基質の一部である高速発酵植菌基質（３３）を、供給するための、少なくとも１つの高速植菌パス（１１１）と、
が備えられ、
少なくとも１つの前記植菌発酵槽チャンバ（１）に連結された少なくとも１つの前記高速発酵槽チャンバ（２）内での発酵基質の滞留期間（ｔｓ）は、少なくとも１つの前記植菌発酵槽チャンバ（１）内での発酵基質の滞留期間（ｔｉ）より短い、ことを特徴とするバイオガスプラント（０）。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の発酵槽の供給方法に従って、前記バイオガスプラント（０）は、作動されることを特徴とする請求項６に記載のバイオガスプラント（０）。
【請求項８】
少なくとも１つの発酵槽チャンバを有するバイオガスプラント用の変更方法であって、
高速植菌パス（１１１）によって植菌発酵槽チャンバ（１）の出口（１２）に連結されるように、高速発酵槽チャンバ（２）が、設置され、
前記高速発酵槽チャンバ（２）内で、高速発酵植菌基質（３３）と生の高速発酵基質（３０）を混合し、発酵させることが可能である、ことを特徴とするバイオガスプラント用の変更方法。
【請求項９】
前記植菌発酵槽チャンバ（１）は、自己植菌基質（３２）のための自己植菌用リターンパス（１１０）を備えていることを特徴とする請求項８に記載のバイオガスプラント用の変更方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスプラント用の発酵槽の供給方法、複数の発酵槽チャンバを備えたバイオガスプラント、及び、少なくとも１つの発酵槽チャンバを有するバイオガスプラントの変更方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な異なる実施形態としての、バイオガスプラントにおけるバイオマスの嫌気性発酵を行う発酵槽が、公知である。
【０００３】
本出願は、有機廃棄物の嫌気性発酵に適し、また、欧州特許第0 621 336号公報の方法に従って作動し、栓流モードで動作する横型発酵装置を周知している。
この横型発酵装置は、一端部において入口を、また、反対側端部において出口を有する、細長い水平タンクである。
【０００４】
みじん切りされた有機廃棄物が、この入口から供給され、また、発酵物及び貯蔵タンクからの圧搾水によって、植菌される。これにより、発酵されることになる基質（有機廃棄物）に、メタノバクテリウム綱が混入される。
発酵槽内において、有機廃棄物は、バイオガスを作るための制御された混合のもとに分解され、そして、出口から出た後に、好気性腐敗物として提供される。
【０００５】
より大きな容量を有することを発端として述べる類の、バイオガスプラントに対する世界中の需要は、大規模な発酵槽の建設にますます至ってしまう。
これには、発酵槽が、スチールまたはコンクリートから作られる発酵槽タンクとして、現場で建設される必要がある。
容量を増やすために、１０メートル以上の直径を有する全長５０メートル以上の水平（横）型の発酵槽タンクが、昨今現実化されている。
【０００６】
このようなタンク内で動作する撹拌ユニットが、有機廃棄物を混合して特定の均質性を実現するためだけでなく、さらに、同時に、特に砂や石材のような固形重量物が、発酵槽タンクの底に沈殿して、排出されなくなることを防止するために必要とされる。
栓流モードは、低流速のみを有するため、発酵槽が、栓流モードで作動されたとしても、その環流は、沈んでいる重量物を排出させることはできない。
発酵槽の入口から出口までを通り抜ける有機廃棄物の通過期間は、数日間である。
【０００７】
その結果、混合することは別にして、撹拌ユニットは、さらに、これらの重量物を、発酵槽タンクの底部から上部の方へ再び移動させることを助長する。その後の沈殿において、重量物は、栓流モードによって、発酵槽の出口の方向に移動される。
このため、発酵槽と交差するシャフトを有する撹拌ユニットは、多数の撹拌アームを含み、これらのアームは、シャフトから離れたほうの端部において適切な羽根が備えられる。
【０００８】
発酵槽を通過する発酵基質の移送、及び、発酵処理の制御に関する技術的問題点が、温度、発酵基質の含水量、及び、ｐＨ値などのパラメータを測定し、最適化することによって、解決されている。
また、発酵部分の保存を可能にする発酵方法が、例えば、欧州特許第1 841 853号公報から公知である。
【０００９】
バイオガスプラントを通過する発酵基質の全体処理量を増大させるために、欧州特許第1 930 404号公報に開示されているように、発酵槽内の発酵基質の滞留期間を、減らすことが可能である。
この欧州特許第1 930 404号公報は、発酵槽の出口からの発酵植菌基質の一部が、同一の発酵槽に戻されて、植菌手段として用いられる、発酵方法を開示している。
【００１０】
従って、発酵槽自体から排出される発酵植菌基質の一部は、発酵槽の入口領域において新鮮なバイオマスに自己植菌させるために、用いられる。
このように、単一の発酵槽を通過する処理量は、増大されることができ、また、発酵槽内の発酵基質の滞留期間は、数日に削減することができる。
【００１１】
これにより、バイオガスプラントの全体のバイオマス処理量は、欧州特許第1 930 404号公報に従って作動し、互いに並列に配置された、複数の発酵槽によって、増大されることができる。
従って、達成可能な最大処理量は、各発酵槽の処理量によって増大される、発酵槽の個数に相当する。
【００１２】
これは、例として図２に示されている。
この場合、双方の発酵槽によって排出が、２倍になる。その一方で、発酵槽内のバイオマスの滞留期間は、同一であり、また、各発酵槽の排出の一部が、其々の発酵槽の自己植菌に用いられる。
【００１３】
英国特許第720,018号公報は、典型的な自己植菌に依存していない。
英国特許第720,018号公報は、バイオマス用の嫌気性発酵方法を開示している。ここでは、発酵基質が所定のオーダーで供給される、いくつかの発酵槽チャンバが用いられている。
英国特許第720,018号公報に従った方法によって、バイオガスプラントを通過するバイオマスの処理量が、増大されたという表記はない。
バクテリアが植菌発酵槽内で再利用されることができるように、高速発酵槽内で発酵が生じる消化溶液が、個別の植菌発酵槽に供給される。
【００１４】
この方法が、処理量の増加に至るかどうかは、開示されておらず、また、当業者にも認識できない。
この方法は、発酵槽の作動方法の最適化や特定のコストの削減に至るであろう、バクテリアの再利用を可能にしない。
欧州特許第1 930 404号公報に従った自己植菌のアイデアは、英国特許第720,018号公報に従った、高速発酵槽から分離した植菌発酵槽に、高速発酵槽内で発酵が生じる消化溶液を戻すアイデアから離れることを、教示する。従って、これら２つの方法の組み合わせは、提案されておらず、また、当業者は、この組み合わせから遠ざかっている。
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、発酵槽チャンバの個数を変えずに、バイオガスプラント内の複数の発酵槽チャンバを通過する基質の全体処理量が増大される方法を、提供する意図を有する。
最小限の有益な取り組みによって、バイオガスプラントを通過する全体処理量が、分離した各発酵槽チャンバの処理量のｎ倍以上になることが、実現される。
【００１６】
たとえ複数の発酵槽チャンバが用いられたとしても、本発明における設備技術の必要な投資は、達成可能な全体処理量から見て、ｎ個の連結されていない発酵槽チャンバを簡素に並列配置するための設備投資より、少なくてすむ。
【００１７】
この問題は、複数の発酵槽チャンバの特有の供給方法と連結によって、解決される。
これは、植菌発酵槽チャンバからの自己植菌基質が、リターンパスによって植菌発酵槽チャンバに戻され、その上、高速植菌パスによって、植菌発酵槽チャンバから独立した少なくとも１つのさらなる高速発酵槽チャンバに供給されて、この高速発酵槽チャンバ内で追加の新鮮で生の発酵基質と混合される、事実によるためである。
【００１８】
これは、高速発酵槽チャンバ内で著しくより短い滞留期間を実現すること、及び、並列に配置された同数の発酵槽チャンバを有するバイオガスプラントと比較して、バイオガスプラントにおける生の発酵基質の全体処理量を増大させること、を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明における好適な実施形態が、添付図面に関連して説明される。
【図１】本発明の方法に従って、互いに連結され、また、発酵基質が供給される植菌発酵槽チャンバ及び高速発酵槽チャンバ、を有するバイオガスプラントを示した概略図である。
【図２】従来技術に従って、並列に配置された、自己植菌を行う第１及び第２発酵槽を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本願は、間隔を空けて互いに分離されてもよく、または、互いに隣接して配置されてもよい、閉空間形態のいくつかの発酵槽チャンバを開示する。
関連する発酵槽チャンバの内部空間は、互いに分離され、また、異なる導管すなわちパスによって互いに連結される。
【００２１】
図１は、本発明の一例として、植菌発酵槽チャンバ１、及び、この植菌発酵槽チャンバ１に連結された高速発酵槽チャンバ２を含んだ、バイオガスプラント０を示している。
ここで示されているバイオガスプラント０内において、発酵槽チャンバ１と２の双方は、内部空間において同一の寸法を有するため、発酵基質が加えられる、すなわち、供給される、同一の有効容積を有することになる。
バイオガスプラント０は、以下のように連結され、発酵基質が供給される、複数の植菌発酵槽チャンバ１、及び、複数の高速発酵槽チャンバ２を任意の個数で有することができる。
【００２２】
本発明における発酵槽の供給方法は、さらに、異なる有効容積を有する発酵槽チャンバに適用可能であるが、本明細書においては同一の有効容積に関して例示される。
【００２３】
植菌発酵槽チャンバ１に、インプット側１０から、生の発酵基質３が供給される。この発酵基質３は、植菌発酵槽チャンバ１のアウトプット側１１のほうへ向かう栓流モードにおいて、前進される。
生の発酵基質３は、植菌発酵基質が発酵されるまで、数日の滞留期間ｔｉにおいて植菌発酵槽チャンバ１内で発酵される。
【００２４】
アウトプット側１１における出口１２から、発酵された植菌発酵基質の一部である自己植菌基質３２が、リターンパス１１０によって、植菌発酵槽チャンバ１のインプット側１０に戻され、植菌発酵槽チャンバ１の内部空間に再導入される。
これにより、自己植菌基質３２は、新鮮な生の発酵基質３と混合され、基質混合物を形成する。
この基質混合物は、その後、栓流モードで植菌発酵槽チャンバ１を通過して、発酵される。
【００２５】
従って、植菌発酵槽チャンバ１への供給は、植菌発酵槽チャンバ１において発酵した自己植菌基質３２を、新鮮な生の発酵基質３に自己植菌させることによって、もたらされる。
概して、植菌発酵槽チャンバ１に、単位時間当たりに総量Ｍｉの生の発酵基質３が供給される。Ｍｉは、単位時間当たりのバイオガスプラント０の全体処理量Ｍｓの一部を定める。
【００２６】
高速発酵植菌基質３３として指定される、植菌発酵槽チャンバ１内で発酵された発酵基質３の混合物は、出口１２から高速植菌パス１１１を経由して高速発酵槽チャンバ２のインプット側２０へ供給される。
その後、高速発酵植菌基質３３は、単位時間当たりに総量ＭＲの生の高速発酵基質３０と共に、高速発酵槽チャンバ２内に導入される。この新鮮な生の高速発酵基質３０への植菌は、高速発酵槽チャンバ２内で起こる。
高速発酵植菌基質３３と新鮮な生の高速発酵基質３０の混合物は、さらに、高速発酵槽チャンバ２を経由して、栓流モードによってアウトプット側２１へ進み、これにより、発酵される。
【００２７】
高速発酵槽チャンバ２内での滞留期間ｔｓが経過した後に、発酵された産出基質３１が、出口２２から取り出される。
発酵される基質の全体量Ｍｓは、全てがバイオガスプラント０を通過して、発酵される。
この、単位時間当たりのバイオガスプラント０の全体処理量Ｍｓは、植菌発酵槽チャンバ１を通過する単位時間当たりに総量Ｍｉの生の発酵基質３と、単位時間当たりに総量ＭＲの生の高速発酵基質３０との和に相関がある。ここで、全体質量の１０％は、バイオガスに転換されるため、Ｍｓは、Ｍｉ＋ＭＲの和より小さい。
【００２８】
本発明において説明される供給方法に従って、発酵槽チャンバ１と２の双方に、異なる総量Ｍｉ、ＭＲの生の発酵基質が供給される。
これは、高速発酵槽チャンバ２内で自己植菌しないので、高速発酵槽チャンバ２内の発酵が、植菌発酵槽チャンバ１内の発酵より著しく早く進むため、可能となる。
【００２９】
高速発酵槽チャンバ２内で自己植菌が必要とされないため、高速発酵槽チャンバ２内の滞留期間ｔｓは、大幅に縮小されることができる。
その結果、植菌発酵槽チャンバ１内の発酵基質の滞留期間ｔｉは、高速発酵槽チャンバ２内の発酵基質の滞留期間ｔｓより長い。
【００３０】
これは、単位時間当たりの生の高速発酵基質の総量ＭＲの、従って、バイオガスプラント０の全体の処理量の、ほぼ２倍化（ダブリング）をもたらす。また、バイオガスプラント０の全体の処理量は、並列に配置された２つの同一の発酵槽チャンバの作動と比較して、著しく増大されることができる。
【００３１】
このようなバイオガスプラント０の構築は、植菌発酵槽チャンバ１に対して、１つのリターンパス１１０のみを必要とする。ここで、発酵された産出基質３１は、さらなる使用のために、高速発酵槽チャンバ２のアウトプット側２１から直接的に取り出されることができる。
【００３２】
20,000Mg/a（一年当たりに20,000メガグラム（10の6乗グラム））の処理量Ｍｉを有する植菌発酵槽チャンバ１、及び、35,000Mg/aの処理量ＭＲを有する同一寸法の高速発酵槽チャンバ２を用いることによって、55,000Mg/aの全体処理量が実現されることができる。
自己植菌型の典型的方法に従った、２つの発酵槽チャンバを作動させた場合、自己植菌に依存した各々の発酵槽は、同一の20,000Mg/aの処理量を有するため、40,000Mg/aのみの全体処理量が、実現可能である。
【００３３】
しかしながら、図１に従ったバイオガスプラント０のガス出力は、並列に配置された２つの発酵槽チャンバのガス出力よりわずかに低い。これは、高速発酵槽チャンバ２内の滞留期間Ｔｓが、より短いためである。
【００３４】
本発明における供給方法と、現状技術とを比較するために、表１は、２つのバイオガスプラントを対比している。
現状技術に従った一実施形態として、３つの同一の発酵槽チャンバが、並列に配置され、これら３つの発酵槽チャンバすべてにおける全体年次処理量は、一年当たりに60,000メガグラム（10の6乗グラム）に到達する。
３つの発酵槽チャンバの各々は、他のチャンバから独立して作動され、また、全体年次処理量の三分の一を提供する。
【００３５】
本発明における供給方法に従って作動する、植菌発酵槽チャンバ及び高速発酵槽チャンバを有する、バイオガスプラントにおける、全体年次処理量は、１つ少ない２つの発酵槽チャンバを用いたときでさえ、一年当たりに55,000メガグラムに到達することができる。
【表１】
2016504052.tif 000003
【００３６】
テストプラントとして、同一の有効容積を有する２つの発酵槽チャンバ１、２が、連結され、そして、発酵基質が供給された。
ここで用いられる供給パラメータ、及び、発酵槽チャンバ１、２の技術的詳細は、表２に示されている。
【表２】
2016504052.tif 000004
【００３７】
また、植菌発酵槽チャンバ１と高速発酵槽チャンバ２の、図１に示された間隔を空けた配置とは別に、植菌発酵槽チャンバ１と高速発酵槽チャンバ２が、極めて短いパス１１０、１１１を備えて直接的に隣接した配置、または、互いに直接的に隣接した配置となる、小型のバイオガスプラント０が構築されてもよい。
【００３８】
好ましくは、２つまたは３つの高速発酵槽チャンバ２に連結された１つの植菌発酵槽チャンバ１が備えられる。
これは、高速発酵植菌基質３３を十分に供給することを可能にし、複数の高速発酵槽チャンバ２の動作を最適化する。
【００３９】
少なくとも１つの発酵槽チャンバを有する、現存するバイオガスプラントを、本明細書で説明した発酵槽の供給方法に従って作動することができるように、変更することが可能である。
この目的を達成するために、少なくとも１つの植菌発酵槽チャンバ１は、リターンパス１１０を備えていなければならず、また、高速植菌パス１１１により少なくとも１つの高速発酵槽チャンバ２に作動可能に連結されていなければならない。
【００４０】
このような変更方法は、バイオガスプラントを通過する、生の発酵基質の処理量を増加させるために望ましい。
公知のバイオガスプラントは、多くの場合、並列に配置された、複数の分離した発酵槽チャンバを含むため、本発明における変更方法は、高速発酵槽チャンバ２と植菌発酵槽チャンバ１を連結することから成る。
【符号の説明】
【００４１】
0  バイオガスプラント
1  植菌発酵槽チャンバ
10  インプット側
11  アウトプット側
110  リターンパス
111  高速植菌パス
12  出口
2  高速発酵槽チャンバ
20  インプット側
21  アウトプット側
22  出口
3  生の発酵基質
30  生の高速発酵基質
31  発酵された産出基質
32  自己植菌基質
33  高速発酵植菌基質
ti  植菌発酵槽チャンバ内の滞留期間
ts  高速発酵槽チャンバ内の滞留期間
Mi  単位時間当たりに植菌発酵槽チャンバを通過する総量 ／ 植菌処理量
MR  単位時間当たりの生の高速発酵基質の総量 ／ 高速発酵処理量
Ms  単位時間当たりにバイオガスプラントを通過する全体量 ／ 全体処理量
【図１】
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【図２】
2016504052.tif 000006
【国際調査報告】
2016504052.tif 000007
2016504052.tif 000008
2016504052.tif 000009
2016504052.tif 000010
2016504052.tif 000011
2016504052.tif 000012