(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を含むメタン発酵槽に投入してメタン発酵させるメタン発酵処理方法において、
有機性廃棄物の配送ラインに電磁誘導式電気伝導度計を配置して、該配送ライン内を流通する有機性廃棄物の電気伝導度を測定し、
前記電気伝導度の測定値があらかじめ設定した値を下回ったら、前記配送ライン内の洗浄を行う、
ことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項２】
前記配送ラインと並列してバイパスラインを設け、前記配送ライン内の洗浄を行っている間は、前記有機性廃棄物をバイパスラインに流通させる請求項１記載のメタン発酵処理方法。
【請求項３】
有機性廃棄物を、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を含むメタン発酵槽に投入してメタン発酵させるメタン発酵処理装置において、
有機性廃棄物の配送ラインに、配送ライン内を流通する有機性廃棄物の電気伝導度を測定する電磁誘導式電気伝導度計と、配送ライン内を洗浄する洗浄手段とが配置され、
前記洗浄手段は、前記電気伝導度の測定値があらかじめ設定した値を下回ったら、前記配送ラインを洗浄するように構成されていることを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項４】
前記洗浄手段は、洗浄液貯留槽から伸びた洗浄液供給ラインと、該洗浄液供給ラインに配置された配送ポンプと、弁体とで構成され、前記電気伝導度の測定値があらかじめ設定した値を下回ったら、前記弁体を開弁すると共に前記配送ポンプを作動して、前記配送ラインに前記洗浄液貯留槽内の洗浄液を供給するように構成されている請求項３に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
有機性廃棄物の配送ラインと並列してバイパスラインが設けられ、有機性廃棄物の流路が、切り替えバルブによって配送ラインとバイパスラインとに切り替えられるように構成されており、前記洗浄手段によって前記配送ラインの洗浄が行われる間は、有機性廃棄物が前記バイパスラインを流れるように流路が切り替えられる請求項３又は４記載のメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵によって処理するメタン発酵方法及びメタン発酵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ、汚泥等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋立処分されているが、埋立処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するため、有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが開発されている。
【０００３】
メタン発酵処理方法とは、有機性廃棄物を嫌気性下でメタン菌等の嫌気性微生物により発酵処理して有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解する方法であり、有機性廃棄物を大幅に減量することができると共に、副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。また、嫌気性のため曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法でもある。
【０００４】
ところで、メタン発酵処理の原料となる生ごみや汚泥などの有機性廃棄物には、カルシウムや、難溶性の油脂などが含まれている。このため、有機性廃棄物の配送ラインに、炭酸カルシウムを主体としたスケールなどが析出したり、未分解の油脂が付着して、配管などを閉塞させることが問題となっている。
【０００５】
例えば、下記特許文献１には、スラリー調整槽におけるスラリーの油脂濃度、及び油脂に含まれる飽和脂肪酸の割合を測定し、スラリーの油脂濃度、及び油脂に含まれる飽和脂肪酸の割合に応じて、スラリーの希釈率を設定することにより、スラリーの油脂濃度を調整して、メタン発酵処理を行うことが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２０５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、有機性廃棄物の配送ラインを流通する有機性廃棄物の油脂濃度などが所定量を超えないように制御しても、油脂や炭酸カルシウムなどによって配管が閉塞する恐れがあった。また、特許文献１には、配送ラインの閉塞状態を確認する手段についてはなんら開示されていない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、有機性廃棄物の配送ラインの閉塞を防止して、長期にわたって安定したメタン発酵処理を行うことができるメタン発酵処理方法及びメタン発酵処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物を、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を含むメタン発酵槽に投入してメタン発酵させるメタン発酵処理方法において、有機性廃棄物の配送ラインに電磁誘導式電気伝導度計を配置して、該配送ライン内を流通する有機性廃棄物の電気伝導度を測定し、前記電気伝導度の測定値があらかじめ設定した値を下回ったら、前記配送ライン内の洗浄を行うことを特徴とする。
【０００９】
本発明のメタン発酵処理方法によれば、有機性廃棄物の配送ラインに電磁誘導式電気伝導度計を配置して、該配送ライン内を流通する有機性廃棄物の電気伝導度を測定するので、電磁誘導式電気伝導度計は、電極部が付着物などにより閉塞すると、電気伝導度の測定値が低下することから、電磁誘導式電気伝導度計による電気伝導度の測定値を、配送ラインの閉塞状況のモニタリング指標として用いることができる。このため、電気伝導度の測定値が、あらかじめ設定した値を下回ったら、有機性廃棄物の配送ラインを洗浄するようにすることで、油脂や炭酸カルシウムなどが配送ライン内に付着しても速やかに閉塞物質を洗浄除去でき、配送ラインを閉塞することなく長期にわたって安定したメタン発酵処理を行うことができる。
【００１０】
本発明のメタン発酵処理方法は、前記配送ラインと並列してバイパスラインを設け、前記配送ライン内の洗浄を行っている間は、前記有機性廃棄物をバイパスラインに流通させることが好ましい。この態様によれば、有機性廃棄物の配送ラインを洗浄する際でも、バイパスラインを通して有機性廃棄物を配送できるので、有機性廃棄物を効率よくメタン発酵処理することができる。
【００１１】
一方、本発明のメタン発酵処理装置は、有機性廃棄物を、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を含むメタン発酵槽に投入してメタン発酵させるメタン発酵処理装置において、有機性廃棄物の配送ラインに、配送ライン内を流通する有機性廃棄物の電気伝導度を測定する電磁誘導式電気伝導度計と、配送ライン内を洗浄する洗浄手段とが配置され、前記洗浄手段は、前記電気伝導度の測定値があらかじめ設定した値を下回ったら、前記配送ラインを洗浄するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のメタン発酵処理装置によれば、有機性廃棄物の配送ラインに、配送ライン内を流通する有機性廃棄物の電気伝導度を測定する電磁誘導式電気伝導度計と、前記電気伝導度の測定値があらかじめ設定した値を下回ったら、前記配送ラインを洗浄するように構成された洗浄手段とを設置したので、電磁誘導式電気伝導度計は、電極部が付着物などにより閉塞すると、電気伝導度の測定値が低下することから、電磁誘導式電気伝導度計による電気伝導度の測定値を、配送ラインの閉塞状況のモニタリング指標として用いることができる。そして、電気伝導度の測定値が、あらかじめ設定した値を下回ったら、洗浄手段により、有機性廃棄物の配送ラインを洗浄するので、油脂や炭酸カルシウムなどが配送ライン内に付着しても速やかに閉塞物質を洗浄除去でき、配送ラインを閉塞することなく長期にわたって安定したメタン発酵処理を行うことができる。
【００１３】
本発明のメタン発酵処理装置の前記洗浄手段は、洗浄液貯留槽から伸びた洗浄液供給ラインと、該洗浄液供給ラインに配置された配送ポンプと、弁体とで構成され、前記電気伝導度の測定値があらかじめ設定した値を下回ったら、前記弁体を開弁すると共に前記配送ポンプを作動して、前記配送ラインに前記洗浄液貯留槽内の洗浄液を供給するように構成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明のメタン発酵処理装置は、有機性廃棄物の配送ラインと並列してバイパスラインが設けられ、有機性廃棄物の流路が、切り替えバルブによって配送ラインとバイパスラインとに切り替えられるように構成されており、前記洗浄手段によって前記配送ラインの洗浄が行われる間は、有機性廃棄物が前記バイパスラインを流れるように流路が切り替えられることが好ましい。この態様によれば、有機性廃棄物の配送ラインを洗浄する際でも、バイパスラインを通して有機性廃棄物を配送できるので、効率よく有機性廃棄物をメタン発酵処理することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、油脂や炭酸カルシウムなどが、有機性廃棄物の配送ライン内に付着しても、閉塞物質を速やかに洗浄除去できるので、配送ラインを閉塞することなく長期にわたって安定したメタン発酵処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のメタン発酵処理装置について説明する。図１は、本発明のメタン発酵処理装置の概略構成図である。
【００１７】
図１の符号１０は、有機性廃棄物を、必要に応じて粉砕・破砕などの前処理を行って貯留する前処理槽である。有機性廃棄物としては、塵芥、生ごみ、家畜糞尿、廃乳廃液などがある。
【００１８】
前処理槽１０の側壁には、槽内の有機性廃棄物を循環する循環ラインＬ１が併設されている。この循環ラインＬ１の上流が前処理槽１０の底部付近に開口され、下流が前処理槽１０の中位上部付近に開口されている。循環ラインＬ１には、上流側から、循環ポンプＰ１、切り替えバルブＶ１、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ１、熱交換器１１、可溶化装置１２、切り替えバルブＶ２が介装されている。なお、熱交換器１１及び可溶化装置１２は、有機性廃棄物の種類や性状によっては、設置しなくてもよい場合がある。
【００１９】
切り替えバルブＶ１と切り替えバルブＶ２は、配管Ｌ２を介して接続しており、配管Ｌ２がパイパスラインをなしている。循環ラインＬ１の流路は、切り替えバルブＶ１及び切り替えバルブＶ２の作動によって、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ１、熱交換器１１、可溶化装置１２が配置された配管Ｌ１ａを通過する流路と、配管Ｌ２を通過する流路とに切り替えられるように構成されている。
【００２０】
循環ラインＬ１の第１切り替えバルブＶ１と電磁誘導式電気伝導度計Ｅ１との間の配管は分岐しており、洗浄液貯留槽３０へ伸びる配管Ｌ３が接続している。配管Ｌ３には、開閉バルブＶ３が介装されている。
【００２１】
循環ラインＬ１の可溶化装置１２と切り替えバルブＶ２との間の配管は分岐しており、洗浄液貯留槽３０から伸びた配管Ｌ４が接続している。配管Ｌ４には、開閉バルブＶ４、洗浄液循環ポンプＰ２が介装されている。
【００２２】
前処理槽１０の下流には、メタン発酵槽２０が配置されており、前処理槽１０とメタン発酵槽２０とは、移送ポンプＰ３が介装された配管Ｌ５を介して接続している。
【００２３】
メタン発酵槽２０は、槽内に供給された有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスを含むバイオガスを発生させる処理槽であって、メタン発酵槽２０の上部には、図示しないバイオガス取出し手段が設けられている。
【００２４】
メタン発酵槽２０の側壁には、槽内の発酵液を循環する発酵液循環ラインＬ６が併設されている。この発酵液循環ラインＬ６の上流がメタン発酵槽２０の底部付近に開口され、下流がメタン発酵槽２０の中位上部付近に開口されている。発酵液循環ラインＬ６には、上流側から、発酵液循環ポンプＰ４、切り替えバルブＶ５、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２、熱交換器２１、可溶化装置２２、切り替えバルブＶ６が介装されている。なお、熱交換器２１及び可溶化装置２２は、有機性廃棄物の種類や性状、メタン発酵槽２０でのメタン発酵条件によっては、設置しなくてもよい場合がある。
【００２５】
切り替えバルブＶ５と切り替えバルブＶ６は、配管Ｌ７を介して接続しており、配管Ｌ７がパイパスラインをなしている。発酵液循環ラインＬ６の流路は、切り替えバルブＶ５及び切り替えバルブＶ６の作動によって、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２、熱交換器２１、可溶化装置２２が配置された配管Ｌ６ａを通過する流路と、配管Ｌ７を通過する流路とに切り替えられるように構成されている。
【００２６】
発酵液循環ラインＬ６の第１切り替えバルブＶ５と電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２との間の配管は分岐しており、洗浄液貯留槽３０に接続する配管Ｌ８に接続している。配管Ｌ８には、開閉バルブＶ７が介装されている。
【００２７】
発酵液循環ラインＬ６の可溶化装置２２と切り替えバルブＶ６との間の配管は分岐しており、洗浄液貯留槽３０へ伸びる配管Ｌ９が接続している。配管Ｌ９には、開閉バルブＶ８、洗浄液循環ポンプＰ５が介装されている。
【００２８】
メタン発酵槽２０の下部には、消化液排出ポンプＰ６が介装された消化液排出ラインＬ１０が接続している。
【００２９】
次に、このメタン発酵処理装置を用いた本発明のメタン発酵処理方法を説明する。
【００３０】
まず、前処理槽１０に有機性廃棄物を供給する。必要に応じて、槽内の有機性廃棄物に、粉砕・破砕などの前処理を行ってもよい。例えば、塵芥、生ごみ、家畜糞尿などのような有機性廃棄物の場合は、上水と混合し、粉砕・破砕などの前処理を行うことが好ましい。また、廃乳廃液のような有機性廃棄物の場合は、特に前処理を行わなくてもよい。
【００３１】
前処理槽１０では、開閉バルブＶ３，Ｖ４を閉じ、切り替えバルブＶ１，Ｖ２を配管Ｌ２から切り離し、循環ポンプＰ１を作動して槽内の有機性廃棄物を循環ラインＬ１内を流通させる。そして、有機性廃棄物は、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ１、熱交換器１１、可溶化装置１２を順次経由して前処理槽１０に返送される。このようにして、前処理槽１０は、循環ラインＬ１から有機性廃棄物を返送した際に生じる液循環流によって攪拌されている。
【００３２】
電磁誘導式電気伝導度計Ｅ１では、循環ラインＬ１を流通する有機性廃棄物の電気伝導度を測定して常時モニタする。熱交換器１１では、後の工程で有機性廃棄物を可溶化し易くするように加温する。可溶化装置１２では、有機性廃棄物に、超音波照射、オゾンによる酸化、マイクロ波照射、ＵＶ照射、酸を用いた分解、アルカリを加えた処理などを行って、有機性廃棄物中の固形物質の可溶化を行う。なお、有機性廃棄物の性状によっては、熱交換器１１、可溶化装置１２での処理は行わなくてもよい場合がある。
【００３３】
前処理槽１０内の有機性廃棄物は、移送ポンプＰ３を作動してメタン発酵槽２０に供給される。
【００３４】
メタン発酵槽２０には、槽内に嫌気性細菌（主に、メタン菌）が存在しており、供給された有機性廃棄物は、メタン菌の作用によりメタンガスを含むバイオガスと水とに分解される。
【００３５】
メタン発酵槽２０では、開閉バルブＶ７，Ｖ８を閉じ、切り替えバルブＶ５，Ｖ６を配管Ｌ７から切り離し、発酵液循環ポンプＰ４を作動して槽内の発酵液を発酵液循環ラインＬ６内を流通させる。そして、発酵液は、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２、熱交換器２１、可溶化装置２２を順次経由してメタン発酵槽２０に返送される。このようにして、メタン発酵槽２０は、発酵液循環ラインＬ６から発酵液を返送した際に生じる液循環流によって攪拌されている。
【００３６】
電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２では、発酵液循環ラインＬ６を流通する発酵液の電気伝導度を測定して、常時モニタする。熱交換器２１では、発酵液の温度が、メタン発酵槽２０内に存在するメタン菌が最も活性化する温度範囲に保持されるように加温する（例えば中温発酵の場合は３０〜４０℃、高温発酵の場合は５０〜６０℃が好ましい）。可溶化装置２２では、発酵液に、超音波照射、オゾンによる酸化、マイクロ波照射、ＵＶ照射、酸を用いた分解、アルカリを加えた処理などを行って、発酵液中の固形物質の可溶化を行う。なお、発酵液の性状や発酵条件によっては、熱交換器２１、可溶化装置２２での処理は行わなくてもよい場合がある。
【００３７】
そして、メタン発酵処理により発生したバイオガスは、メタン発酵槽２０の上部に臨まされているバイオガス取り出しラインなどを経て回収され、発電利用や熱利用などに供される。
【００３８】
また、メタン発酵槽２０の下部には消化液排出ラインＬ１０が臨まされており、メタン発酵槽２０内の発酵液の水位が一定となるように消化液排出ラインＬ１０に介装した消化液排出ポンプＰ６を作動して、メタン発酵槽２０に貯留されている発酵液が排出される。
【００３９】
通常の処理時では、このようにして有機性廃棄物のメタン発酵処理が行われている。
【００４０】
一方、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ１、Ｅ２の測定値が、設定値を下回った場合は、図２に示す処理が行われる。なお、前処理槽１０、メタン発酵槽２０での処理は、基本的には同一であるので、以下メタン発酵槽２０での処理を用いて説明する。
【００４１】
まず、ステップＳ１で、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２の測定値が設定値未満であるかどうか判断される。設定値を超えている場合は、そのまま継続してメタン発酵処理が行われる。
【００４２】
一方、電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２の測定値が設定値未満の場合は、ステップＳ２にて、切り替えバルブＶ５，Ｖ６を作動して、発酵液循環ラインＬ６の流路を配管Ｌ６を通過するバイパスラインに切り替え、熱交換器２１及び可溶化装置２２が配置された配管Ｌ６ａをメタン発酵槽２０から切り離す。
【００４３】
次に、ステップＳ３にて、開放弁７，８を開き、洗浄液循環ポンプＰ５を作動して、洗浄液貯留槽３０の洗浄液を、熱交換器２１、可溶化装置２２が配置された配管Ｌ６ａに洗浄液を供給して、配管内の洗浄を行う。洗浄液としては、炭酸カルシウムなどのスケールを除去する目的では、塩酸などの強酸が好ましく用いられる。また、油脂を溶解除去する目的では、メタノールとクロロホルムを混合させた溶剤などが好ましく用いられる。なお、発酵液は、配管Ｌ６を通り、バイパスラインからメタン発酵槽２０に循環供給されている。
【００４４】
次に、ステップＳ４にて、洗浄液循環ポンプＰ５の作動時間が所定時間未満かどうかの判断が行われる。所定時間未満なら、所定時間を超えるまで洗浄液循環ポンプＰ５を作動し、所定時間経過した後、ステップＳ５にて、洗浄液循環ポンプＰ５を停止する。
【００４５】
そして、ステップＳ６にて、開放弁Ｖ７，Ｖ８を閉じ、切り替えバルブＶ５，Ｖ６を作動して、発酵液循環ラインＬ６の流路を熱交換器２１及び可溶化装置２２が配置された配管Ｌ６ａに接続し、配管Ｌ７をメタン発酵槽２０から切り離して、ステップＳ１に戻る。
【００４６】
電磁誘導式電気伝導度計は、電極部が付着物などにより閉塞すると、電気伝導度の測定値が低下する。このため、電磁誘導式電気伝導度計による電気伝導度の測定値は、配送ラインの閉塞状況のモニタリング指標として用いることができ、電気伝導度の測定値が低下したら配管内に油脂や炭酸カルシウムなどの閉塞物質が付着しているとみなすことができる。そして、電気伝導度の測定値が、あらかじめ設定した値を下回ったら、発酵液循環ラインＬ６を洗浄することで、閉塞物質が配管内に付着しても、速やかに洗浄除去できるので、配管を閉塞することなく長期にわたって安定したメタン発酵処理を行うことができる。
【００４７】
なお、電気伝導度は、発酵液中のＮＨ４＋濃度や、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン等の塩濃度によっても変化するため、電気伝導度の設定値は、メタン発酵処理条件、有機性廃棄物の種類に応じて適宜設定することが望ましい。
【実施例】
【００４８】
図１に示すメタン発酵処理装置を用いてメタン発酵処理を行った。メタン発酵原料として牛乳廃液の希釈液（ＴＳ：約３５，０００ｍｇ／Ｌ、ＶＳ：約３２，０００ｍｇ．Ｌ）を用いた。電磁誘導式電気伝導度計として東亜ＤＫＫ製（ＭＤＭ−１３６ＡとＭＥ−１１Ｔ）を組み合わせて使用した。
メタン発酵槽２０内の発酵液を、発酵液循環ラインＬ６にて液循環させ、その電気伝導度を計測した。測定結果を図３に示す。なお、メタン発酵液の性状は、（ＴＳ：約８，０００ｍｇ／Ｌ、ＶＳ：約６，０００ｍｇ／Ｌ、ＮＨ４−Ｎ：１，３００〜１，９００ｍｇ／Ｌ）であった。
電磁誘導式電気伝導度計Ｅ２による電気伝導度の測定値が８ｍＳ／ｃｍ以下になったら、発酵液循環ラインＬ６の流路をバイパスラインに切り替え、配管Ｌ６ａ内を０．１Ｎ塩酸水溶液で５ｈ洗浄を行ったところ、配管を閉塞が生じることなくメタン発酵処理を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のメタン発酵処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明のメタン発酵処理方法の制御フロー図である。
【図３】電磁誘導式電気伝導度計による電気伝導度の測定値の経時変化を示す図表である。
【符号の説明】
【００５０】
１０：前処理槽
１１、２１：熱交換器
１２、２２：可溶化装置
２０：メタン発酵槽
３０：洗浄液貯留槽
Ｅ１、Ｅ２：電磁誘導式電気伝導度計
Ｐ１：循環ポンプ
Ｐ２：洗浄液循環ポンプ
Ｐ３：移送ポンプ
Ｐ４：発酵液循環ポンプ
Ｐ５：洗浄液循環ポンプ
Ｐ６：消化液排出ポンプ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６：切り替えバルブ
Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８：開閉バルブ
【図１】
0004858467.tif 000002
【図２】
0004858467.tif 000003
【図３】
0004858467.tif 000004