CN116903212A - 有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置具备：使有机物发酵的甲烷发酵槽1；消化液槽2，其连接于该甲烷发酵槽，并将在发酵槽内生成的消化液贮留；和减压发酵干燥装置A，其连接于前述消化液槽，将消化液收纳于密闭容器，一边在减压下加热至规定的温度范围并一边进行搅拌，并且利用微生物使有机物的有机成分分解，得到经减容的干燥物。

Description

有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置及其处理方法

本申请是申请日为2019年7月30日、PCT国际申请号为PCT/JP2019/029833、国家阶段申请号为201980039642.3、发明名称为“有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置及其处理方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及将有机物在甲烷发酵槽等发酵处理后对作为剩余残留物的消化液进行处理的装置及其方法。

背景技术

以往，如专利文献1中所记载那样，有将下水污泥、粪便、食品废弃物、牲畜废弃物等有机性废弃物、或资源作物或其废弃物等有机物利用甲烷发酵来回收甲烷气体的系统。

另一方面，为了利用甲烷发酵效率良好地回收甲烷气体、并且抑制气体回收量的变动，需要定期地将甲烷发酵槽的消化液排出并新投入有机物。另外，为了将前述消化液排放到公共下水道、河流中，需要高度的净化处理设备，或者进一步配备其下水道等，对前述消化液进行废弃处理时存在各种各样的课题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-44579号公报

专利文献2：日本专利第4153685号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是考虑如上所述的实际情况而做出的，为下述基本不产生废弃物的装置及其处理方法：无需将通过甲烷发酵排出的消化液利用高度的净化处理设备排放到公共下水道、河流，而且将最终工序中制造的废弃物作为有用物利用。

用于解决课题的手段

本发明中用于解决上述课题的手段如下构成。即，本发明的特征在于，具备：甲烷发酵槽，其使有机物发酵；消化液槽，其连接于该甲烷发酵槽，并将在发酵槽内生成的消化液贮留；和减压发酵干燥装置，其连接于前述消化液槽，将消化液收纳于密闭容器，一边在减压下加热至规定的温度范围并一边进行搅拌，并且利用微生物使有机物的有机成分分解，得到经减容的干燥物。

根据本发明，即使没有高度的净化处理设施，也能够对通过甲烷发酵排出的消化液进行处理。另外，最终工序中产生的废弃物能够作为有机肥料利用，因此基本不产生废弃物。

在本发明中，前述减压发酵干燥装置优选具备至少2台以上的一次减压发酵干燥机，并具备串联连接于前述多台的一次减压发酵干燥机且为一次减压发酵干燥机的设置台数以下的二次减压发酵干燥机。利用该构成，能够减少二次减压发酵干燥机的设置台数，因此能够减少其设置空间，另外，也可抑制运行成本。

在本发明中，优选具备筛选装置，其将混入至从前述二次减压发酵干燥机排出的二次干燥物中的异物去除。利用该构成，全部异物均从最终工序中制造的有机肥料中去除，能够安心地使用该有机肥料。

在本发明中，优选具有：连接于前述消化液槽的主配管、从前述主配管各自分支而成的分配管、分别连接于前述分配管的多台的一次减压发酵干燥机、和分别设置于前述分配管的开闭阀。利用该构成，通过调节前述各个开闭阀，能够从前述消化液槽将最适量的消化液投入至2台以上的一次减压发酵干燥机各自中。另外，通过将前述各个开闭阀内的至少一个开闭阀关闭，能够使与该开闭阀对应的一次减压发酵干燥机停止，能够在消化液的排出量少时抑制运行成本。

在本发明中，优选使前述甲烷发酵槽中生成的甲烷气体燃烧而用于气体发电，并将其热能的一部分用于减压发酵干燥装置的热源。利用该构成，无需在前述减压发酵干燥机上设置的蒸气发生锅炉，设备构成简单且能够抑制运行成本。

另外，本发明的有机物的甲烷发酵中的消化液的处理方法的特征在于，具备：有机物的甲烷发酵工序；在前述甲烷发酵后所生成的消化液的贮留工序；和减压发酵干燥工序，将前述消化液收纳于密闭容器，一边在减压下加热至规定的温度范围一边进行搅拌，并且利用微生物使有机物的有机成分分解，得到经减容的干燥物，从而能够期待与有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置相同的效果。

发明的效果

根据本发明涉及的有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置及其处理方法，即使没有高度的净化处理设施，也能够对通过甲烷发酵排出的消化液进行处理。另外，最终工序中产生的废弃物能够作为有机肥料利用，因此几乎不产生废弃物。

附图说明

[图1]为示出本发明的实施方式涉及的有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置的概略构成的图。

[图2]为示出图1的甲烷发酵槽的概略构成的图。

[图3]为示意性地示出图1的一次减压发酵干燥机的概略构成的图。

[图4]为示出图1的减压发酵干燥装置的正面的图。

[图5]为示出图1的二次减压发酵干燥机的排出部的图。

[图6]为示出图1的筛选装置的概略构成的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1为示出本发明的实施方式涉及的有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置的概略构成的图，图2为示出甲烷发酵槽的概略构成的图，图3为示意性地示出一次减压发酵干燥机的概略构成的图，图4为示出减压发酵干燥装置的正面的图。

如图1及图2所示，1为甲烷发酵槽，下水污泥、粪便、食品废弃物、牲畜废弃物等有机性废弃物、或资源作物或其废弃物等有机物自1a的投入口被投入至发酵槽1b内并能够进行甲烷发酵。其间，由以上下2段安装于旋转轴1d(其连结于带减速机的发动机1c)的多片旋转叶片1e、···进行搅拌，有机物的甲烷发酵得以被促进，产生甲烷气体G。在前述甲烷发酵槽1内产生的甲烷气体G从气体回收管1f被回收至气体罐6，其间将不需要的二氧化碳排除，贮留于气体罐6。

对于贮留于前述气体罐6的甲烷气体G而言，作为气体发电锅炉7的燃料而供给，使甲烷气体G燃烧，将其热能转化为涡轮的动能并转化为电能。另外，除了能够将该热能用作后述的减压发酵干燥装置的加热用蒸气以外，剩余电能还可以供给至电力公司。

若在前述甲烷发酵槽1中持续进行甲烷发酵，则发酵液的pH的浓度会降低，投入作为pH调节剂的碱剂时，pH浓度会恢复，能够稳定地持续进行甲烷发酵。针对上述情况反复投入碱剂，但经过一个月后，甲烷气体G产生效率降低。

因此，需要将前述发酵槽1b内的作为发酵残留物的消化液L从设置于其下部的排出口1g、经由排出管2a转移至消化液槽2。另外，在前述排出管2a的中途串联地设置有搬运泵2b和开闭阀2c，通过驱动前述搬运泵2b而对开闭阀2c进行开闭操作，由此能够从甲烷发酵槽1将消化液L转移至消化液槽2。另外，通过重复从前述投入口1a再次投入有机物等与前述同样的操作，能够稳定连续地将甲烷气体G供给至气体罐6。

在前述消化液槽2中贮留有在甲烷发酵槽1中经一个月发酵处理而成为其残留物的消化液L。能够从前述消化液槽2向减压发酵干燥装置A供给消化液L。本实施例中，前述减压发酵干燥装置A由3台的一次减压发酵干燥机3和仅一台的二次减压发酵干燥机3’构成。前述消化液槽2经由从设置于其下部的主配管2d分支为三个的各个分配管2e连接于一次减压发酵干燥机3，另外，在前述各个分配管2e上设置有开闭阀2f。通过调节前述开闭阀2f各自的开度，能够向一次减压发酵干燥机3分别供给最适量的消化液L。需要说明的是，本实施例中，将消化液L以从消化液槽2利用重力挤出至一次减压发酵干燥机3的方式来供给，但也可以设置泵来强制性地供给。

在前述减压发酵干燥装置A中设置有3台的一次减压发酵干燥机3，但由于全部为相同构成，因此仅对其一进行说明。如图1及图3所示，前述一次减压发酵干燥机3具备以使内部保持为大气压以下的方式气密地形成的大致圆筒状的罐(耐压罐)30，作为对从主配管2d经由分配管2e、进而经由投入口30a而供给的消化液L进行收纳的密闭容器。在该罐30的周壁部设置有加热夹套31，在气体发电锅炉7中产生的加热用蒸气被供给至加热夹套31。需要说明的是，从气体发电锅炉7供给的蒸气的温度例如优选140℃左右。

另外，以包围前述加热夹套31的方式在罐30的内部设置有沿其长度方向(图3的左右方向)延伸的搅拌轴32。搅拌轴32利用电动发动机32a而以规定的旋转速度旋转。在搅拌轴32上沿其轴向间隔地设置有多个搅拌板32b，通过这些搅拌板32b，消化液L被搅拌，并且由消化液L经一次发酵干燥处理而成的一次干燥物沿罐30的长度方向被输送。

在前述罐30的前壁上部设置有消化液L的投入口30a，从该投入口30a投入的消化液L一边被加热夹套31加热一边通过搅拌轴32的旋转而被搅拌。然后，经过规定时间后，前述一次干燥物从设置于罐30的后壁下部的排出部30b被排出。需要说明的是，可以使用液压发动机来代替电动发动机32a。

在前述一次减压发酵干燥机3的各个排出部30b连接有排出分配管3a，所述三个排出分配管3a汇聚于一个排出主配管3b。需要说明的是，就所述排出分配管3a及排出主配管3b而言，为了将有粘性的一次干燥物排出，如图4所示那样在配管内设置有螺旋输送机3c。

前述排出主配管3b向右上方倾斜地与二次减压发酵干燥机3’的投入口30’a连接。这样，一次干燥物从一次减压发酵干燥机3被投入至二次减压发酵干燥机3’。而且，经规定时间后，如图5所示，能够从二次减压发酵干燥机3’的排出部30’b将二次干燥物排出。需要说明的是，二次减压发酵干燥机3’为与一次减压发酵干燥机3基本相同的构成，因此省略详细说明。

图1中，相对1台的冷凝塔8，连接有3台的一次减压发酵干燥机3和1台的二次减压发酵干燥机3’，但在图3中，为了容易理解，以一次减压发酵干燥机3设置1台的冷凝塔8的方式进行说明。此外，关于前述气体发电锅炉7，也与冷凝塔8同样。

在前述罐30的上部突出设置有导引部30c，所述导引部30c将由经加热的消化液L产生的蒸气向冷凝部33导引。在经由前述导引部33c被连通路34支承的冷凝部33的内部具备由1对头33a支承的多个冷却管33b，在所述多个冷却管33b与冷凝塔8之间设置有冷却水经路80。本实施方式中，冷凝部33沿罐30的长度方向平行地延伸，在导引部30c的后方侧配置有冷凝部33。

然后，对于在冷凝部33中在冷却管33b内流通并通过与高温蒸气的热交换而温度上升的冷却水而言，如图3中用箭头示意性示出的那样，在冷却水经路80内流通而流入至冷凝塔8的接水槽81。在冷凝塔8中设置有从该接水槽81汲取冷却水的汲取泵82、和将汲取的冷却水进行喷射的喷嘴83。从该喷嘴83喷射的冷却水在流下部84中流下的期间受到来自鼓风机85的送风从而温度降低，并再次流入至接水槽81。

经冷凝塔8冷却的冷却水通过冷却水泵86被输送，通过冷却水经路80而被运送至冷凝部33，再次在多个冷却管33b内流通。然后，如上所述地通过与在罐30的内部产生的蒸气的热交换而温度上升后，再次在冷却水经路80中流通，流入至冷凝塔8的接水槽81。即，冷却水在冷凝部33与冷凝塔8间的冷却水经路80中循环。

除了如上所述那样进行循环的冷却水以外，在冷凝塔8中，也注入有由被加热的消化液L产生的蒸气在冷凝部33冷凝而成的冷凝水。需要说明的是，虽然未图示，但在冷凝部33的下方，通过与高温蒸气进行热交换而生成的冷凝水被收集。另外，真空泵36介由连通路35而与冷凝部33连接，对罐30内进行减压。

即，通过真空泵36的工作，空气及冷凝水从冷凝部33经由连通路35被抽出，进而经由连通路34及导引部30c，罐30内的空气及蒸气被抽出。这样，冷凝水从冷凝部33被抽出至真空泵36，通过导水管从该真空泵36被导入至冷凝塔8的接水槽81。需要说明的是，在前述连通路34设置有开闭阀3d，使一次减压发酵干燥机3停止时，不会从其内部抽吸空气等。

这样被导入至冷凝塔8的接水槽81的冷凝水与冷却水混合并如上所述地被汲取泵82汲取，从喷嘴83被喷射后，一边在流下部84中流下一边被冷却。需要说明的是，冷凝水中包含与添加罐30内的微生物相同的微生物，该冷凝水中包含的臭气成分等被分解，因此臭气不向罐外部散发。

对上述构成的一次减压发酵干燥机3的工作进行说明，收纳于罐30内的消化液L一边被供给至加热夹套31的加热用蒸气加热，一边随着搅拌轴32的旋转而被搅拌。然后，受到基于包围罐30内的加热夹套31的来自外侧的加热和基于搅拌轴32等的来自内侧的加热，从而收纳于罐30内的消化液L有效地升温，并且消化液L被搅拌轴32搅拌。而且，通过真空泵36的工作而被减压，因此罐30内沸点降低，在消化液L的有机成分的分解被微生物促进的温度区域，水分蒸发。

需要说明的是，在基于一次减压发酵干燥机3的减压发酵干燥工序中，1个工序(1个循环)例如优选为24小时，设置首先用30分钟投入消化液L，并用23小时使消化液L的有机成分分解的发酵工序，同时设置使消化液干燥的干燥工序，进而用30分钟将一次干燥物(含水率30～40％)排出。其间，若将罐30内减压至-0.06～-0.07MPa(表压；以下省略表压)，则罐30内的水分温度被维持为76～69℃(饱和蒸气温度)。其结果，利用后述的微生物而消化液L的一次发酵分解干燥被促进。

接着，基于二次减压发酵干燥机3’进行减压发酵干燥处理的工序也为基本与上述同样的工序，用30分钟将一次干燥物投入至罐30’内，与前述同样地用23小时使一次干燥物的未发酵部分的有机物发酵，进而使其干燥。其间，若将罐30’内减压至-0.09～-0.10MPa，则罐30’内的水分温度被维持为46～42℃(饱和蒸气温度)。其结果，利用后述的微生物而一次干燥物的二次发酵分解干燥被促进。然后，可以从二次减压发酵干燥机3’的排出部30’b将二次干燥物(含水率10％以下)排出。

而且，进行这样的干燥处理时，作为在罐30、30’内的有机物中添加的微生物，优选例如专利文献2所记载那样，以多种土著菌为基础、并将其预培养而得到的复合有效微生物群，通称SHIMOSE1/2/3群成为菌落的中心。

需要说明的是，SHIMOSE 1是FERM BP-7504(于2003年3月14日在日本经济产业省产业技术综合研究所生命工学工业技术研究所专利微生物保藏中心(日本茨城县筑波市东1丁目1-3)进行了国际保藏)。另外，SHIMOSE 2是FERM BP-7505(与SHIMOSE 1同样地进行了国际保藏)，并且是对盐具有耐性的属于粉状毕赤酵母(Pichia farinosa)的微生物，SHIMOSE 3是FERM BP-7506(与SHIMOSE 1同样地进行了国际保藏)，并且是属于是属于葡萄球菌属(Staphylococcus)的微生物。

此处，对基于前述一次减压发酵干燥机3的有机物的减压发酵干燥处理的步骤进行说明。首先，将收纳于前述消化液槽2的消化液L从一次减压发酵干燥机3的罐30的投入口30a投入。然后，将开闭阀2f关闭，将罐30内在大气压状态下密闭。

其后，向罐30内的消化液L中添加规定的微生物后，将设置于真空泵36附近的大气开放阀36a关闭而使罐30内密闭。然后，对罐30内在减压下进行加热，使收纳于其内部的消化液L的有机成分进行一次发酵干燥。即，由气体发电锅炉7供给加热用蒸气对罐30内进行加热。

这样利用加热用蒸气对罐30内进行加热，并且使搅拌轴32以规定的旋转速度(例如，8rpm左右)旋转，进而，通过真空泵36的工作对罐30内进行减压，由此，罐30内的温度成为微生物的最适活动环境，基于微生物的有机物的有机成分的分解被良好地促进。需要说明的是，搅拌轴32的旋转速度(8rpm)为一例，只要可实现有机物的有机成分的分解，也可以为其他值。

这样维持罐30内的温度及压力、并且经过规定时间的情况下，停止来自真空泵36及气体发电锅炉7的加热蒸气的供给，使大气开放阀36a而成为大气压状态。另一方面，使搅拌轴32反向旋转，打开罐30的排出部30B的盖，从罐30将一次干燥物排出。此时，从罐30排出的一次干燥物被减容。

接着，向前述二次减压发酵干燥机3’中投入一次干燥物，该一次干燥物的二次减压发酵干燥处理的步骤基本与一次减压发酵干燥处理相同，因此省略其详细说明。这样，也能够从前述二次减压发酵干燥机3’的排出部30’b排出二次干燥物。

然后，如图5所示那样，利用前述二次减压发酵干燥机3’进行了二次减压发酵干燥处理的二次干燥物通过排出输送机41朝向筛选装置4搬运。即，利用排出输送机41从二次减压发酵干燥机3’的罐30’下部的排出部30’b排出的二次干燥物被搬运至设置于比排出部30b高的位置的筛选装置4。利用筛选装置4，将在基于减压发酵干燥装置A的减压发酵干燥处理中未被分解的异物、具体而言塑料、金属等去除。

如图6概略示出的那样，筛选装置4具备磁选器42和振动筛分机43。磁选器42是例如悬吊式的磁选器，因此悬吊于排出输送机41上。磁选器42构成为：利用磁铁从被排出输送机41搬运的干燥物中吸附金属零件、铁片等磁性物(用黑圆点表示)，利用在滑轮(pulley)42a间移动的带42b连续地向排出容器42c排出。利用磁选器42，混入至干燥物中的金属零件、铁片等金属被去除。

对于振动筛分机43而言，从自二次减压发酵干燥机3’排出并由排出输送机41搬运的二次干燥物中筛分出大的异物。振动筛分机43具备：具有规定大小的网眼(开口部)的金属网43a、和使金属网43a振动的振动发动机43b。振动筛分机43通过多个(例如4个)螺旋弹簧43c被支承于下台43d。另外，以朝向斜下方倾斜的状态设置有金属网43a，金属网43a的一端侧(图6的左端侧)设置于比另一端侧(图6的右端侧)低的位置。本实施方式中，金属网43a的网眼被设定为5mm×5mm的大小。需要说明的是，网眼的尺寸为一例，也可以为其他值。利用振动筛分机43混入至二次干燥物的塑料等异物被筛选出。

这样，振动筛分机43通过螺旋弹簧43c被浮动支承于下台43d，因此通过振动发动机43B的驱动，从排出输送机41供给至金属网43a的干燥物被筛分。具体而言，二次干燥物通过金属网43a的网眼向下方落下，并贮留在配置于振动筛分机43的下方的贮留容器44。另一方面，塑料等大的异物无法通过金属网43a的网眼，因此沿金属网43a的倾斜面滑落、或一边滚落一边移动至一端侧(前方侧)，并被排出至配置于振动筛分机43的前下方的排出容器43e。这样，如上所述，通过减压发酵干燥装置A进行发酵干燥并进行减容，由此干燥物成为适于筛分的物质，异物以外的干燥物基本通过金属网43a的网眼并贮留在贮留容器44中。

这样，从二次干燥物将金属片、塑料等异物去除，在贮留容器44中贮留有优质的有机肥料。需要说明的是，本发明的实施例中，将最终工序中制造的废弃物用作作为有用物的有机肥料，但也可以通过配合添加物来将废弃物用作作为有用物的家畜用的有机饲料、养殖用的有机饲料。

此次公开的实施方式在所有方面为例示，并不作为限定性解释的根据。本发明的技术范围并非仅通过前述实施方式来解释，而是基于权利要求书的记载来限定。另外，本发明的技术范围中包含与权利要求书同等含义及范围内的全部变更。

本申请主张基于2018年7月31日在日本提出申请的日本特愿2018-143812号的优先权。通过参照将其全部内容并入本申请中。

产业上的可能性

本发明可以在有机物的甲烷发酵中作为发酵残留物的消化液的处理装置及其处理方法而利用。

附图标记说明

A 减压发酵干燥装置

1 甲烷发酵槽

2 消化液槽

3 一次减压发酵干燥机

3’二次减压发酵干燥机

4筛选装置(磁选器、振动筛分机)

6 气体罐

7 气体发电锅炉

8 冷凝塔

Claims (4)

1.有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置，其特征在于，设置有：

甲烷发酵槽，其使有机物发酵；

消化液槽，其连接于所述甲烷发酵槽，并将在发酵槽内生成的消化液贮留；和

减压发酵干燥装置，其连接于所述消化液槽，将消化液收纳于密闭容器，一边在减压下加热至规定的温度范围一边进行搅拌，并且利用微生物使有机物的有机成分分解，得到经减容的干燥物，

所述减压发酵干燥装置具备至少2台以上的一次减压发酵干燥机和所述一次减压发酵干燥机的设置台数以下的二次减压发酵干燥机，所述二次减压发酵干燥机串联连接于所述一次减压发酵干燥机，

所述有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置还具有：

连接于所述消化液槽的主配管；

从所述主配管各自分支而成的分配管；

分别连接于所述分配管的至少2台以上的所述一次减压发酵干燥机；和

分别设置于所述分配管的开闭阀，

利用所述一次减压发酵干燥机进行发酵干燥处理所需的处理时间以及利用所述二次减压发酵干燥机进行发酵干燥处理所需的处理时间比在所述甲烷发酵槽中的发酵处理所需的处理时间短，

在利用所述2台以上的一次减压发酵干燥机同时期进行发酵干燥处理的情况下，通过调节所述开闭阀各自的开度，从而从所述消化液槽向所述2台以上的一次减压发酵干燥机分别供给最适量的消化液，

通过减压至以表压计为－0.06MPa～－0.07MPa来进行利用所述一次减压发酵干燥机进行的发酵干燥处理，由此从所述一次减压发酵干燥机排出的一次干燥物的含水率为30％～40％，

通过减压至以表压计为－0.09MPa～－0.10MPa来进行利用所述二次减压发酵干燥机进行的发酵干燥处理，由此从所述二次减压发酵干燥机排出的二次干燥物的含水率为10％以下。

2.如权利要求1所述的有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置，其特征在于，在所述有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置中，

具备筛选装置，其将混入至从所述二次减压发酵干燥机排出的所述二次干燥物中的异物去除。

3.如权利要求1或2所述的有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置，其特征在于，在所述有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置中，

使在所述甲烷发酵槽中生成的甲烷气体燃烧而用于气体发电，并将其热能的一部分用于减压发酵干燥装置的热源。

4.有机物的甲烷发酵中的消化液的处理方法，其特征在于，使用权利要求1～3中任一项所述的有机物的甲烷发酵中的消化液的处理装置，所述有机物的甲烷发酵中的消化液的处理方法具备下述工序：

有机物的甲烷发酵工序；

在所述甲烷发酵后所生成的消化液的贮留工序；和

减压发酵干燥工序，将所述消化液收纳于密闭容器，一边在减压下加热至规定的温度范围一边进行搅拌，并且利用微生物使有机物的有机成分分解，得到经减容的干燥物。