(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを、メタン生成菌が活性状態にあるメタン発酵槽に導入して５０℃を超える高温でメタン発酵するメタン発酵工程と、
前記メタン発酵槽から抜き出された消化液と、空気とをアンモニアストリッピング装置に導入し、該消化液と該空気とを接触させて、該消化液中のアンモニアを該空気中に放散させるアンモニアストリッピング工程と、
前記アンモニアを放散させた消化液中に溶解した酸素を除去する脱酸素工程とを有し、
前記脱酸素工程で脱酸素した消化液の少なくとも一部を前記メタン発酵槽に返送するバイオガスシステムであって、
前記アンモニアストリッピング工程で前記空気中に放散されたアンモニアを水に溶解してアンモニア水として回収する回収工程と、
前記アンモニア回収工程で回収したアンモニア水を導入してアンモニア酸化細菌による亜硝酸化及びアナモックス菌による脱窒を行う工程を有することを特徴とするバイオガスシステム。
【請求項２】
前記メタン発酵槽から抜き出され、前記アンモニアストリッピング装置に導入される前の消化液から二酸化炭素を除去する調整工程を有することを特徴とする請求項１記載のバイオガスシステム。
【請求項３】
前記脱酸素工程において、前記消化液は、メタン発酵槽に新たに導入されるバイオマスと未混合であることを特徴とする請求項１又は２記載のバイオガスシステム。
【請求項４】
前記脱酸素工程で脱酸素した消化液の少なくとも一部は、前記メタン発酵槽にバイオマスを供給するバイオマス供給管とは独立して設けられ、前記メタン発酵槽に直接接続された返送管を介して、メタン発酵槽に新たに導入されるバイオマスと未混合のまま前記メタン発酵槽に返送されることを特徴とする請求項３記載のバイオガスシステム。
【請求項５】
前記アンモニア酸化細菌による亜硝酸化及びアナモックス菌による脱窒を行う工程は、アナモックス菌を担持した微生物担体を備えたリアクタに、前記アンモニア水を導入し、被処理液のｐＨ、ＤＯ、酸化還元電位（ＯＲＰ）の少なくともいずれか１つ以上を調整して、アンモニア性窒素から亜硝酸を生成し、該生成した亜硝酸とアンモニアの反応により窒素を生成して共脱窒を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のバイオガスシステム。
【請求項６】
前記アンモニア酸化細菌による亜硝酸化及びアナモックス菌による脱窒を行う工程は、アンモニア酸化細菌と、アモナックス菌と担持した導電性微生物担持電極を備えたリアクタに、前記アンモニア水を導入し、前記導電性微生物担持電極の電位を調節することによって共脱窒を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のバイオガスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオガスシステムに関し、詳しくはアンモニアストリッピングを行った後の消化液を、メタン生成菌に酸化ストレスを与えることなくメタン発酵槽に返送し、利用することができるバイオガスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
畜産し尿などの有機性廃棄物をメタン発酵処理し、メタンガスを得て電気や熱を回収するバイオガスシステムはバイオエネルギー技術として注目されている。
【０００３】
メタン発酵は、導入されるバイオマス中の有機物を、微生物が分解し（加水分解、酸発酵、メタン発酵）、最終的に主にメタンと二酸化炭素とからなるバイオガスを得るものである。
【０００４】
メタン発酵の方式としては、バイオマスの導入からメタン発酵までの全ての反応を１つのメタン発酵槽で行うシステムのほか、通性嫌気性の加水分解菌及び酸発酵菌による加水分解及び酸発酵を行う酸発酵槽と、絶対嫌気性のメタン生成菌によるメタン発酵を行うメタン発酵槽をそれぞれ設けて、２槽を組み合わせるシステムがある。
【０００５】
メタン発酵は、いずれの場合も微生物を利用しているため、発酵不良が起こらないように、有機物負荷や、各種ストレスに留意しなければならない。
【０００６】
一般に、メタン発酵槽から取り出される消化液には、メタン発酵に関わる微生物の菌体も含まれた状態で、約４．５ｗｔ％の未利用の強熱減量（有機物量）が残留している。
【０００７】
しかし、消化液中には発酵によって生じた窒素成分（アンモニア、亜硝酸態窒素など）が溶解しており、窒素成分の濃度が高くなると、特にメタン発酵温度が高温であるほど顕著に発酵阻害を起こしてしまうので、メタン発酵槽内からアンモニア成分を除去するために、未利用の有機物が残留していても消化液ごとメタン発酵槽外に排出しなければならなかった。
【０００８】
このアンモニア成分を除くことができれば、消化液中の未利用の有機物を利用できるのではないかと考え、特許文献１では、ＭＦ膜、特許文献２では、拡散透析または電気透析による膜分離を行ってアンモニア成分を分離し、アンモニア成分を除いた消化液をメタン発酵槽へ返送している。
【０００９】
特許文献１で使用している膜は、消化液中のアンモニアだけを選択的に除去できるものではない。特許文献２では、拡散透析または電気透析であるため、除去選択性が向上している。しかし、実施例によると、アンモニア性窒素の除去率は５０％程度であり、アンモニア除去性能は十分とはいえない。
【００１０】
アンモニア除去効率の点でいえば、膜処理よりも、物理的にアンモニアを放散させて回収するアンモニアストリッピングのほうがより効率が良い。
【００１１】
特許文献３では、アンモニアストリッピングによってアンモニアを分離した消化液を、可溶化処理槽（酸発酵槽）やその前段にある混合槽に返送し、バイオマスの希釈水として利用し、酸発酵槽に導入している。
【特許文献１】特開平１−２１８６９６号公報
【特許文献２】特開２００７−０４４５７９号公報
【特許文献３】特開２００６−２１８４２９号公報
【特許文献４】特開２００５−１９３１４６号公報  膜とアンモニアストリッピングを併用
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、消化液を可溶化処理槽に希釈水として返送すると、問題があることを見出した。
【００１３】
メタン発酵は、大きく３つの過程（加水分解、酸発酵、メタン発酵）に分類されている。
【００１４】
メタン発酵槽に導入されたバイオマスは、主に、高分子化合物、すなわち炭水化物（デンプン、セルロースなど）、脂肪、蛋白質で構成されている。これら高分子物質を、その構成化合物（単糖類や、アミノ酸、脂肪酸、グリセリンなどの低分子化合物）に加水分解するのが加水分解菌と呼ばれる微生物群による反応である。
【００１５】
次に、低分子化合物は、酸発酵菌と呼ばれる微生物群により、酢酸などの低級脂肪酸、アルコールなどに分解する。
【００１６】
そして、最後にメタン生成菌と呼ばれる微生物群によって、メタンが生成する。メタン生成は、酢酸、蟻酸、水素と二酸化炭素による反応が主に知られている。
【００１７】
メタン発酵槽から排出される消化液は、約４．５％の有機物量を含んでいるが、消化液中に残されている有機物は、各微生物群の分解速度の差から、ある程度分解された糖類などの低分子量の有機物と考えることができる。
【００１８】
低分子量の有機物は、加水分解菌などのように高分子の有機物を基質とし、低分子の有機物に分解することで活動エネルギーを得ている微生物にとっては、利用価値が少ない有機物であり、むしろメタン生成菌（や酸発酵菌）にとって利用価値の高いものといえる。
【００１９】
特許文献３は、この消化液を、可溶化処理槽に返送して、例えば、１０〜１５％の有機物濃度に調整している。しかし、この特許文献３は有機物の濃度の調整は可能であるが、同時に低分子有機物質と高分子有機物質を混合してしまい、その混合状態については全く認識していない。つまり、濃度と分子量の違いについて全く考慮されていない。本発明者の解析によると、有機物濃度の約３分の１が低分子有機物質が混合された状態になっている。この低分子有機物質は、加水分解菌には利用価値のない有機物である。
【００２０】
一方、消化液をメタン発酵菌が活動している場所に直接返送させようと考えると、別の問題がある。
【００２１】
アンモニアストリッピングは、アンモニアストリッピング装置内で消化液と空気とを接触させ、アンモニアを気体として取り出すものである。
【００２２】
当然アンモニアストリッピングを終えた消化液は、多くの空気と接触して、消化液内にほぼ可溶上限の酸素を溶解させた状態になる。
【００２３】
本発明者らは、メタン生成菌が活性状態にあるメタン発酵槽で行うバイオガスシステムでは、アンモニアストリッピングをしたままの消化液をメタン発酵槽に返送した場合、大きな問題があるということを見出した。
【００２４】
溶存酸素の高い消化液をメタン発酵槽に返送してしまうと、低分子量の有機物を返送するメリットよりも、消化液中の溶存酸素が酸化ストレスとなって、メタン生成菌にダメージを与え、反対にメタン発酵効率が低下してしまうというデメリットの方が大きく、そのまま返送することができないという問題があることを見出した。
【００２５】
本発明者らはこれらの問題を解決し、バイオガスシステムにおいて、消化液の低分子の有機物を有効に利用することができないかと鋭意研究に励んだ結果、本発明を完成させるに至った。
【００２６】
そこで、本発明の課題はアンモニアストリッピングを行った後の消化液を、メタン生成菌に酸化ストレスを与えることなくメタン生成菌が活性状態にあるメタン発酵槽に返送し、利用することのできるバイオガスシステムを提供することにある。
【００２７】
本発明の他の課題は以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題は以下の各発明によって解決される。
【００２９】
（請求項１）
バイオマスを、メタン生成菌が活性状態にあるメタン発酵槽に導入して５０℃を超える高温でメタン発酵するメタン発酵工程と、
前記メタン発酵槽から抜き出された消化液と、空気とをアンモニアストリッピング装置に導入し、該消化液と該空気とを接触させて、該消化液中のアンモニアを該空気中に放散させるアンモニアストリッピング工程と、
前記アンモニアを放散させた消化液中に溶解した酸素を除去する脱酸素工程とを有し、
前記脱酸素工程で脱酸素した消化液の少なくとも一部を前記メタン発酵槽に返送するバイオガスシステムであって、
前記アンモニアストリッピング工程で前記空気中に放散されたアンモニアを水に溶解してアンモニア水として回収する回収工程と、
前記アンモニア回収工程で回収したアンモニア水を導入してアンモニア酸化細菌による亜硝酸化及びアナモックス菌による脱窒を行う工程を有することを特徴とするバイオガスシステム。
【００３０】
（請求項２）
前記メタン発酵槽から抜き出され、前記アンモニアストリッピング装置に導入される前の消化液から二酸化炭素を除去する調整工程を有することを特徴とする請求項１記載のバイオガスシステム。
【００３１】
（請求項３）
前記脱酸素工程において、前記消化液は、メタン発酵槽に新たに導入されるバイオマスと未混合であることを特徴とする請求項１又は２記載のバイオガスシステム。
【００３２】
（請求項４）
前記脱酸素工程で脱酸素した消化液の少なくとも一部は、前記メタン発酵槽にバイオマスを供給するバイオマス供給管とは独立して設けられ、前記メタン発酵槽に直接接続された返送管を介して、メタン発酵槽に新たに導入されるバイオマスと未混合のまま前記メタン発酵槽に返送されることを特徴とする請求項３記載のバイオガスシステム。
【００３３】
（請求項５）
前記アンモニア酸化細菌による亜硝酸化及びアナモックス菌による脱窒を行う工程は、アナモックス菌を担持した微生物担体を備えたリアクタに、前記アンモニア水を導入し、被処理液のｐＨ、ＤＯ、酸化還元電位（ＯＲＰ）の少なくともいずれか１つ以上を調整して、アンモニア性窒素から亜硝酸を生成し、該生成した亜硝酸とアンモニアの反応により窒素を生成して共脱窒を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のバイオガスシステム。
【００３４】
（請求項６）
前記アンモニア酸化細菌による亜硝酸化及びアナモックス菌による脱窒を行う工程は、アンモニア酸化細菌と、アモナックス菌と担持した導電性微生物担持電極を備えたリアクタに、前記アンモニア水を導入し、前記導電性微生物担持電極の電位を調節することによって共脱窒を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のバイオガスシステム。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、アンモニアストリッピングを行った後の消化液を、メタン生成菌に酸化ストレスを与えることなくメタン発酵槽に返送し、利用することができるバイオガスシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３７】
本発明のメタン発酵方法に用いられるバイオマス（有機性廃棄物）としては、例えば畜産廃棄物（例えば牛、豚、羊、山羊、ニワトリなどの家畜糞尿や飼料残渣、敷稈）、緑農廃棄物、生ごみ、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物、廃水処理汚泥（例えば下水処理汚泥やし尿処理汚泥など）などを挙げることができ、これらバイオマスの２以上の種類を組み合わせてメタン発酵原料とする共発酵を行うこともできる。
【００３８】
本発明において、メタン発酵槽は、メタン生成菌が活性状態にあって活発に活動し、最終物質のメタンガスの生成が行われている槽を指す。
【００３９】
本発明において、メタン生成菌が活性状態にあるというのは、メタン発酵槽内で、メタン生成菌が低分子量の有機物を分解してメタンを生成している状態であることを意味する。
【００４０】
本発明では、（Ａ）バイオマスをメタン発酵槽に受け入れ、同一の槽内でバイオマスの加水分解、酸発酵、メタン発酵を進行させる態様であってもよいし、（Ｂ）バイオマスをメタン発酵槽に受け入れる前に、加水分解および酸発酵して低分子化した後、その原料を、メタン発酵槽に受け入れ、メタン発酵させる態様のいずれでもよい。
【００４１】
ここで、再度、加水分解、酸発酵、メタン発酵の３つの過程に分類されるメタン生成までの分解反応について説明する。
【００４２】
メタン発酵槽に導入されたバイオマスは、主に、高分子化合物、すなわち炭水化物（デンプン、セルロースなど）、脂肪、蛋白質で構成されている。これら高分子物質を、その構成化合物（単糖類や、アミノ酸、脂肪酸、グリセリンなどの低分子化合物）に加水分解するのが加水分解菌と呼ばれる微生物群による反応である。
【００４３】
次に、低分子化合物は、酸発酵菌と呼ばれる微生物群により、酢酸などの低級脂肪酸、アルコールなどに分解する。
【００４４】
そして、最後にメタン生成菌と呼ばれる微生物群によって、メタンが生成する。メタン生成は、酢酸、蟻酸、水素と二酸化炭素による反応が主に知られている。
【００４５】
酢酸による生成反応：ＣＨ３ＣＯＯＨ-＋Ｈ２Ｏ→ＣＨ４＋ＨＣＯ３
蟻酸による生成反応：４ＨＣＯＯＨ-＋２Ｈ+→ＣＨ４＋ＣＯ２＋２ＨＣＯ３
水素と二酸化炭素による生成反応：４Ｈ２＋ＣＯ２→ＣＨ４＋２Ｈ2Ｏ
【００４６】
なお、これら３つの過程のうち、加水分解菌、酸発酵菌は、通性嫌気性であり、菌体の増殖速度が早く、そのためのエネルギーを得るための反応（分解）速度も早い。一方、メタン生成菌は、絶対嫌気性であり、菌体の増殖速度が遅い。
【００４７】
加水分解菌、酸発酵菌は通性嫌気性菌なので、酸素の存在が与える影響は比較的少なく、酸素は積極的に排除すべき対象ではない。
【００４８】
絶対嫌気性菌のメタン生成菌は、分子状酸素の存在（酸化ストレス）によってその活動が著しく阻害される。菌種によって酸素の許容範囲に幅はあるが、酸素存在下ではメタン生成菌の多くは死滅、あるいは生存していても活動することのできない活動停止状態に陥る。そのため、最終物質のメタン生成が行われているメタン発酵槽は、酸素の存在しない嫌気状態に維持されている必要がある。
【００４９】
メタン発酵槽から排出される消化液は、約４．５％の有機物量を含んでいる。消化液中に残されている有機物は、各微生物群の分解速度の差から、ある程度分解された糖類などの低分子量の有機物と考えることができる。
【００５０】
低分子量の有機物は、加水分解菌などのように高分子の有機物を基質とし、低分子の有機物に分解することで活動エネルギーを得ている微生物にとっては、利用価値が少ない有機物であり、むしろメタン生成菌にとって利用価値の高いものといえる。
【００５１】
消化液中の酸素による酸化ストレスの問題を克服することができれば、消化液は、低分子の有機物／低級脂肪酸などを利用するメタン生成菌が活動し、メタン生成が活発な槽へ返送することが、有機物の有効利用の点で好ましい。
【００５２】
また本発明では、メタン発酵槽とは別に加水分解槽を有する態様の場合に、その加水分解槽にメタン発酵槽から排出される消化液を返送しないことが重要である。加水分解菌の活性を阻害する要因を排除するためである。
【００５３】
図１は本発明のバイオガスシステムを実施する好ましい態様を示すフロー図である。
【００５４】
図１において、１はメタン発酵工程であり、２は調整工程であり、３はアンモニアストリッピング工程であり、４はアンモニア回収工程、５は共脱窒工程、６は脱酸素工程である。
【００５５】
図１において、メタン発酵工程１は、バイオマスを受け入れる。バイオマスの受け入れ方としては、例えば１日３回投入する場合は、８時間毎にするように、時間的な間隔をおいて投入する。メタン発酵工程１は、同一の槽内でバイオマスの加水分解、酸発酵、メタン発酵を進行させるメタン発酵槽１０からなり、５０℃を超える高温、好ましくは６０℃〜８０℃で、メタン発酵が行われる。
【００５６】
メタン発酵によって得られたバイオガスは、バイオガス輸送管１１により、次の精製工程に送られる。バイオガスの精製工程としては、例えば生物脱硫法が挙げられる。
【００５７】
消化液は、消化液排出管１２を通して、調整工程２に送られる。
【００５８】
調整工程２では、貯留槽２１内において、消化液中の二酸化炭素の除去と、消化液の滅菌が行われる。図２は、本発明における調整工程２を示す図である。
【００５９】
消化液には、大過剰の二酸化炭素が溶解しているので、メタン発酵槽内の分圧と、メタン発酵槽外の分圧の差から、大気に開放するだけでもある程度の二酸化炭素が放散される。
【００６０】
そのため、図２においては、タンク状の貯留槽２１の上部に、二酸化炭素排出口２２を設け、二酸化炭素排出口２２から放散された二酸化炭素を外部に排出している。貯留槽２１の構造は、放散された二酸化炭素を排出することができれば限定されない。また、貯留槽２１に隣接して消化液から放出された二酸化炭素を回収する設備（図示せず）などを設ければ、二酸化炭素を回収し、利用することもできる。
【００６１】
この二酸化炭素の放散によって、消化液中の重炭酸イオンが減少し、消化液のｐＨを１程度上昇させることができ、アンモニアストリッピングに適した状態に調整することができる。
【００６２】
さらに、貯留槽２１は、消化液の温度が７０℃を超えていない場合に、７０℃を超える環境下におくための加温装置２３を備えていることが好ましい。加温装置２３により、貯留槽２１内の消化液は７０℃を超えるように加温され、３０分以上その状態を維持する。
【００６３】
加温装置２３としては、コージェネレーションの熱水を利用する温水コイルなどが好ましく、熱源としては、本発明により得られるバイオガスを燃焼させて生成する熱エネルギーを用いることが低コスト化を図る上で好ましい。
【００６４】
調整槽２１内で、７０℃を超える環境下に３０分以上という、高温の環境下に置かれることによってバイオマス中の病原菌などが殺菌され、脱窒後消化液の衛生上の問題（消化液に含まれる病原菌等の殺菌や雑草の種子の不活性化を行わなければならない）を解決することができる。３０分以下では、上記の問題が解決しない。なお、この温度保持時間には効果の上で必要な上限はない。
【００６５】
また、加温されて消化液の温度が上がることにより、アンモニアが放散しやすい状態になる。
【００６６】
この調整工程２では、二酸化炭素の放散をすることで消化液のｐＨを上昇させることができ、殺菌のために加温することで、アンモニアが更に放散しやすい状態とすることができるので、消化液輸送管２４を通して、次のアンモニアストリッピング工程で効率的にアンモニアストリッピングを行うことができる。  
【００６７】
３はアンモニアストリッピング工程である。アンモニアストリッピング工程３はアンモニアストリッピング装置３０を備える。アンモニアストリッピング装置３０の構成例を図３に示す。
【００６８】
アンモニアストリッピング装置３０は、アンモニア放散塔である。図３は、アンモニアストリッピング装置３０の下に、脱酸素工程６の貯留タンク６１を設置した態様を示している。
【００６９】
消化液は、消化液輸送管２４、送液ポンプ３０４を通してアンモニアストリッピング装置３０に導入される。
【００７０】
アンモニアストリッピング装置３０の例としては、内部に多孔板３０６が設けられ、多孔板３０６上に樹脂、金属、セラミックで形成される各種の充填材３０７が充填される。充填材３０７の上方には消化液輸送管２４と接続されたスプレーノズル３０８が設けられ、消化液を充填材３０７に散布可能に構成されている。
【００７１】
アンモニアストリッピング装置３０の下部には空気導入口３０５があり、コンプレッサ又はブロワ３０９により空気を導入する。
【００７２】
コンプレッサ又はブロワ３０９から導入する空気もあらかじめ加温されていることが好ましい。
【００７３】
消化液輸送管２４から送られてくる消化液は、二酸化炭素が除かれているため、アンモニアストリッピング装置３０にて発生する気体はほとんどがアンモニアのみであり、アンモニアストリッピング装置３０の容量を小さくすることができ、またコンプレッサ又はブロワ３０９により導入しなければならない空気量も少なくすることができる。更に７０℃を超える高温に加温されているので効率よくアンモニア放散が行われる。
【００７４】
アンモニアストリッピング装置３０において、放散されたアンモニアは、ガス状あるいはミスト状でアンモニアストリッピング装置３０の上方に設けたアンモニア排出口３１２から排出され、アンモニア回収工程４に送られる。
【００７５】
アンモニア回収工程４は凝縮器４１を備えている。凝縮器４１は水を蓄えており、アンモニア排出口３１２から排出されたガス状あるいはミスト状となったアンモニアを凝集器４１内部に蓄えた水に吸収させアンモニア水とする。
【００７６】
アンモニアは水に溶解しやすいので比較的容易にアンモニア水として回収できる。
【００７７】
回収したアンモニア水は、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化する独立栄養型のアンモニア酸化細菌と、前記亜硝酸性窒素とアンモニアの反応により窒素を生成するアナモックス菌を担持した繊維性処理材を用いて同時に脱窒を行う共脱窒工程５に送られる。
【００７８】
なお、脱窒処理されて窒素分を除いた水の一部は凝集器へ返送され、再びアンモニアを吸収する。
【００７９】
共脱窒工程５は、共脱窒リアクタからなる。
【００８０】
共脱窒リアクタは独立栄養性アンモニア酸化細菌と、アナモックス菌を担持した微生物担体を備えており、アンモニア水（以下、被処理液とする）を導入し、被処理液のｐＨ、ＤＯ、酸化還元電位（ＯＲＰ）の少なくともいずれか一つ以上を調整して、アンモニア性窒素から亜硝酸を生成し、該生成した亜硝酸とアンモニアの反応により窒素を生成して共脱窒を行うように反応速度論的な制御を行うもの、独立栄養性アンモニア酸化細菌と、アナモックス菌を担持した導電性微生物担持電極を備え、導電性微生物担持電極に対してカーボンプレートなどを用いた対極を設置し、微生物電極の電位を調節することによってアンモニア含有水の共脱窒を行うものなどの態様が挙げられ、どの態様を用いるかは限定されない。
【００８１】
アンモニアストリッピング装置でアンモニア成分を除いた消化液（脱窒消化液）は、アンモニアストリッピング装置３０下部の接続管３１０を通して脱酸素工程６へ送られる。
【００８２】
脱酸素工程６は、貯留タンク６１を備え、アンモニアストリッピングを終えた消化液は、貯留タンク６１に導入され、貯留タンク６１内で、消化液中のＣＯＤ或いはＢＯＤにより溶解した酸素が消費される（脱酸素）。消化液の好ましい滞留時間は１時間〜２４時間、さらに好ましくは２時間〜５時間である。
【００８３】
滞留時間が１時間より短いと、消化液中の酸素の消費が十分でなく、２４時間以内に消化液中の溶存酸素は全て消費されるので、２４時間を越えてタンクに滞留させる必要がない。
【００８４】
脱酸素により、消化液は嫌気状態になる。すると、酸素の影響で活動停止状態になって存在していたメタン生成菌が、活動状態に再生することが期待できる。メタン発酵槽に活動状態にあるメタン生成菌を添加することができ、メタン発酵槽内のメタン生成菌の菌体濃度を高く維持できるという利点もある。
【００８５】
好ましい滞留時間経過後、返送管６２から、消化液の少なくとも一部がメタン発酵槽に返送される。
【００８６】
返送管６２はメタン発酵槽に直接接続されても良いし、メタン発酵槽１０にバイオマスを供給するバイオマス供給管１３へ接続してもよい。
【００８７】
貯留タンク６１は、一態様として、貯留タンク６１内部に図示しない機械式の攪拌機等を設ければ、脱酸素がより早く進行し、滞留させる時間を短くすることができる。
【００８８】
また、貯留タンク６１内を攪拌しない他の態様では、時間の経過に従って、消化液中のＳＳ成分が沈降する。貯留タンク６１底部では、固形分濃度が多い状態となるので、貯留タンク６１底近傍から消化液を引き抜くようにすれば、より有機物量の多い消化液をメタン発酵槽１０へ返送することができる。また、上部の固形分濃度が薄い消化液は、メタン発酵槽１０へ返送せずに排出管６３から排出して水処理設備などへ移送し、廃棄することもできる。廃棄する場合も、アンモニア成分が除かれているため、比較的処理が容易になっている。
【００８９】
メタン発酵槽１０へ返送される消化液は貯留タンク６１において脱酸素しているため、メタン発酵槽へ返送してもメタン発酵槽内のメタン生成菌に酸化ストレスを与えることなく消化液中の有機物をメタン発酵に利用することができる。
【００９０】
図４は本発明のバイオガスシステムを実施する他の態様を示すフロー図である。
【００９１】
図４において、１はメタン発酵工程であり、メタン発酵工程１は、メタン発酵槽１０Ａ及び酸発酵槽１０Ｂからなる。
【００９２】
メタン発酵工程１は、まず、酸発酵槽１０Ｂにバイオマスを受け入れる。酸発酵槽１０Ｂ内では、バイオマスの加水分解、酸発酵が行われ、高分子有機物は低分子化される。その後、低分子化されたバイオマスがメタン発酵槽１０Ａに導入され、メタン発酵が行われ、バイオガスが得られる。
【００９３】
図４の態様では、メタン発酵槽１０Ａが、バイオマスを加水分解および酸発酵して低分子化された原料を受け入れ、槽内で主にメタン発酵が進行している槽にあたる。
【００９４】
以下、調整工程２、アンモニアストリッピング工程３、アンモニア回収工程４、共脱窒工程５、および脱酸素工程６は図１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００９５】
脱酸素工程６より消化液を返送する返送管６２は、酸発酵槽１０Ｂではなく、メタン発酵槽１０Ａに接続することができる。
【００９６】
脱酸素工程６により、消化液中の溶存酸素が除かれているので、酸化ストレスを与えることなく、メタン生成菌にとって利用価値のある有機物を、メタン発酵槽１０Ａに直接返送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明のメタン発酵システムを実施する好ましい態様を示すフロー図
【図２】本発明に用いる調整手段の例を示す図
【図３】本発明に用いるアンモニアストリッピング工程及び脱酸素工程の装置例を示す図
【図４】本発明のメタン発酵システムを実施する他の好ましい態様を示すフロー図
【符号の説明】
【００９８】
１：メタン発酵工程
１０：メタン発酵槽
１０Ａ：メタン発酵槽
１０Ｂ：酸発酵槽
１１：バイオガス輸送管
１２：消化液排出管
１３：バイオマス供給管
２：調整工程
２１：貯留槽
２２：二酸化炭素排出口
２３：加温装置
２４：消化液輸送管
３：アンモニアストリッピング工程
３０：アンモニアストリッピング装置
３０４：送液ポンプ
３０５：空気導入口
３０６：多孔板
３０７：充填材
３０８：スプレーノズル
３０９：コンプレッサ又はブロワ
３１０：接続管
３１１：ドレンバルブ
３１２：アンモニア排出口
４：アンモニア回収工程
４１：凝縮器
５：共脱窒工程
６：脱酸素工程
６１：貯留タンク
６２：返送管
６３：排出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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