JP2003285031A - 有機性廃棄物のメタン発酵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸やアルカリの使用量を減少させ、小型化さ
れた有機性廃棄物のメタン発酵装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 酸生成槽とメタン生成槽とを備えた有機
性廃棄物のメタン発酵装置において、上記の酸生成槽か
らメタン生成槽へ送られる可溶化液の移送量を、上記メ
タン生成槽のｐＨが６．０〜８．０の範囲内を保持でき
るように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、有機性廃棄物を
処理するためのメタン発酵装置に関し、詳しくは、酸生
成槽とメタン生成槽によって有機性廃棄物を処理するメ
タン発酵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタン発酵装置としては、例えば、図４
に示されるような装置が知られている。この装置は、酸
生成槽１、メタン生成槽２及び両者を連結する配管３、
有機性廃棄物である被処理対象物を酸生成槽１に送る被
処理対象物供給管４、消化液を排出する排出管５、上記
酸生成槽１及びメタン生成槽２のｐＨを調節するための
酸注入タンク６ａ，６ｂやアルカリ注入タンク７ａ，７
ｂ、及び上記酸生成槽１及びメタン生成槽２からの回収
ガスを回収するガス回収管８ａ，８ｂから構成される。

【０００３】上記装置は、被処理対象物供給管４から導
入された被処理対象物を酸生成槽１内で酸発酵させて有
機酸を生成し、このとき発生する二酸化炭素ガス等をガ
ス回収管８ａから回収すると共に、上記有機酸を含む可
溶化液を配管３によってメタン生成槽２に送り、次い
で、上記メタン生成槽２でメタン発酵を行い、得られる
メタンガスをガス回収管８ｂから回収すると共に、メタ
ン発酵後の消化液を排出管５から排出する装置である。

【０００４】この酸生成槽１及びメタン生成槽２の反応
におけるそれぞれの好適なｐＨ条件は、６以下の弱酸
性、及びｐＨ６〜８の中性付近とそれぞれ異なる。この
ため、酸生成槽１においては、被処理対象物供給管４か
ら導入される被処理対象物のｐＨによってｐＨが変化し
ないように、酸注入タンク６ａ及びアルカリ注入タンク
７ａから酸又はアルカリを注入し、ｐＨを好ましい範囲
に調整している。

【０００５】また、上記メタン生成槽２においては、ｐ
Ｈ６以下の酸生成槽１中の可溶化液が配管３を通じて導
入されるので、ｐＨは酸性の方向に変化しやすい。この
ため、酸注入タンク６ｂ及びアルカリ注入タンク７ｂか
ら酸又はアルカリを注入し、ｐＨを好ましい範囲に調整
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
酸やアルカリの使用量は、被処理対象物たる有機性廃棄
物の量にあわせて増大するという問題点を有する。ま
た、これにあわせて、上記の酸やアルカリの貯蔵場所で
ある酸注入タンク６ａ，６ｂや、アルカリ注入タンク７
ａ，７ｂが大型化するため、装置全体として大型化する
という問題点を有する。

【０００７】そこで、この発明は、酸やアルカリの使用
量を減少させ、小型化された有機性廃棄物のメタン発酵
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、酸生成槽と
メタン生成槽とを備えた有機性廃棄物のメタン発酵装置
において、上記の酸生成槽からメタン生成槽へ送られる
可溶化液の移送量を、上記メタン生成槽のｐＨが６．０
〜８．０の範囲内を保持できるように制御することによ
り、上記の課題を解決したのである。

【０００９】酸生成槽からメタン生成槽へ送られる可溶
化液の移送量を、メタン生成槽のｐＨが６．０〜８．０
の範囲内を保持できるように制御するので、メタン生成
槽に流入する有機酸等の量とメタン生成菌による有機酸
等の分解量がバランスし、基本的に、メタン生成槽に酸
やアルカリを導入する必要性がなくなる。このため、余
分な酸やアルカリを使用する必要性がなくなり、また、
これらを収納するタンクも小さいものでよく、装置を小
型化することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を説明
する。この発明にかかる有機性廃棄物のメタン発酵装置
（以下、単に「メタン発酵装置」と称する。）は、図１
に示すように、酸生成槽１１とメタン生成槽１２とを備
えた装置である。このメタン発酵装置には、被処理対象
物である有機性廃棄物を酸生成槽１１に送る被処理対象
物供給管１４等の被処理対象物供給手段、酸生成槽１１
内の可溶化液をメタン生成槽１２に移送する移送配管１
３等の移送手段、メタン生成槽１２内で、上記可溶化液
をメタン発酵させて得られる反応液（以下、「消化液」
と称する。）をメタン生成槽１２外に排出する排出管１
５等の排出手段、上記メタン生成槽１２のｐＨを調節す
るためのアルカリ注入タンク１７等のｐＨ調整手段、及
び上記酸生成槽１１及びメタン生成槽１２からの発生ガ
スを回収するガス回収管１８ａ，１８ｂから構成され
る。

【００１１】また、図１に示すように、酸生成槽１１内
の液を撹拌するための撹拌手段として、酸生成槽１１下
部の液を上部に戻す循環ライン２１や、メタン生成槽１
２下部の液を上部に戻す循環ライン２２が設けられる。
この循環ライン２１は、図１に示すように、移送配管１
３を枝分かれさせて、移送配管１３内の一部の可溶化液
を酸生成槽１１の上部に戻すようにしてもよく、図示し
ないが、移送配管１３と別個に循環ライン２１を設けて
もよい。また、上記循環ライン２２は、図１に示すよう
に、後述する返送配管１９を枝分かれさせて、返送配管
１９内の一部の消化液をメタン生成槽１２の上部に戻す
ようにしてもよく、図示しないが、返送配管１９と別個
に循環ライン２２を設けてもよい。さらに、後述する図
２に示すような、上記循環ライン２１，２２の代わり
に、撹拌羽根及びモータを用いた撹拌装置を用いてもよ
い。

【００１２】また、メタン生成槽１２内の消化液の一部
を酸生成槽１１に返送する返送配管１９等の返送手段が
設けられる。この返送手段によって、酸生成槽１１から
可溶化液と共にメタン生成槽１２に移送された酸生成菌
が酸生成槽１１に戻され、酸生成槽１１内の酸生成菌濃
度を高く保持できる。同様に、メタン生成槽１２内のメ
タン生成菌は、消化液と共に酸生成槽１１に送られ、移
送配管１９により可溶化液と共に戻ってくるので、メタ
ン生成槽１２内のメタン生成菌濃度も高く保持できる。

【００１３】さらにまた、図１に示すように、上記排出
管１５等の排出手段の周囲に隔壁２３を設けてもよい。
この隔壁２３を設けることによって、上記排出手段の周
囲を含む上記隔壁内部の消化液の液面部が、メタン生成
槽１２内の循環ライン２２等の撹拌手段による撹拌作用
を受けるのを防止し、上澄み液を排出するので、後述す
るように、酸生成槽１１やメタン生成槽１２から移送さ
れた酸生成菌やメタン生成菌が排出手段によって排出さ
れるのを抑制できる。

【００１４】次に、この発明にかかるメタン発酵装置の
作用について説明する。厨芥、食物残渣、下水汚泥、食
品工場廃棄物、都市ごみ等の有機性廃棄物が、被処理対
象物として、被処理対象物供給管１４より、酸生成槽１
１に導入される。そして、この酸生成槽１１内で加水分
解され、さらに、酸生成菌等の微生物反応によって分解
され、有機酸を含む可溶化液となる。また、分解にとも
ない、炭酸ガス、水素ガス、アンモニア等が生成され、
これらのガスはガス回収管１８ａで回収される。

【００１５】上記酸生成槽１１内では、上記酸生成菌が
活発に働いて、有機性廃棄物（被処理対象物）が分解さ
れて有機酸等の酸性物質が生成されるので、可溶化液の
ｐＨは６以下となる。

【００１６】また、酸生成槽１１内の可溶化液は、循環
ライン２１で循環させることができ、この撹拌により原
料の加水分解も促進される。

【００１７】酸生成槽１１で製造された可溶化液は、移
送手段によってメタン生成槽１２によって移送される。
この移送手段としては、図１に示すような、ポンプ２５
ａによって移送配管１３を経由して移送する方法、後述
するが、図２に示すような溢流堰装置２７ａ，２７ｂに
よる方法等、任意の方法を採用することができる。

【００１８】メタン生成槽１２内においては、メタン生
成菌等の微生物反応によって、酸生成槽１１から移送さ
れた可溶化液中の有機酸等が分解され、メタンガスや炭
酸ガスが生成される。これらのガスは、ガス回収管１８
ｂにより回収される。

【００１９】上記のメタン生成菌は、ｐＨが６．０〜
８．０の付近で活発に働くので、メタン生成槽１２内の
ｐＨ域を上記範囲内に保持する。メタン生成槽１２内の
ｐＨ値は、酸性の強い可溶化液の移送量の影響を大きく
受けるので、メタン生成槽１２内のｐＨ値をｐＨ計２４
ｂによって監視しながら、酸生成槽１１からメタン生成
槽１２へ移送される可溶化液の移送量をバルブ２６によ
って制御する。

【００２０】ｐＨが８．０に近づく場合は、上記可溶化
液の移送量を増加させて、ｐＨを低下させることができ
る。但し、可溶化液の移送量が過大になると、メタン生
成菌の負荷が大きくなり、その働きが悪くなるので、予
め定められた設計流量を超えての移送は行わない。

【００２１】また、ｐＨが６．０に近づくときは、上記
可溶化液の移送を減じ、又は停止し、移送されてくる有
機酸等の量より、メタン生成菌による有機酸等の分解量
を多くすることで、ｐＨを上昇させる。

【００２２】なお、可溶化液の移送を停止しても、ｐＨ
の低下が続く場合は、アルカリ注入タンク１７から少量
のアルカリを注入して、メタン生成菌の活性を高めるよ
うにしてもよい。

【００２３】上記のｐＨの調整法の具体例としては、下
記の調整法があげられる。まず、図３に示すように、上
記のｐＨの範囲内、すなわち、ｐＨ６．０〜８．０の範
囲内に、可溶化液の移送量を増加させるための第１ｐＨ
基準値を設定すると共に、上記ｐＨの範囲内であって、
上記第１ｐＨ基準値より小さいｐＨの範囲内に、可溶化
液の移送量を減少させるための第２ｐＨ基準値を設定す
る。この第１ｐＨ基準値を上回る場合や、第２ｐＨ基準
値を下回る場合に、上記可溶化液の移送量を下記に示す
条件で調整することにより、ｐＨが８．０を上回るのを
防止したり、６．０を下回るのを防止したりすることが
可能なように設定すれば、ｐＨの変化を６．０〜８．０
の範囲で保持することができ、不要なアルカリの使用が
削減される。

【００２４】上記メタン生成槽のｐＨを測定し、所定時
間経過後に計測されたｐＨが上記第１ｐＨ基準値と第２
ｐＨ基準値との間にあるとき（図３の及びの範囲）
は、上記可溶化液の移送量を保持する。なお、ｐＨが第
１ｐＨ基準値と第２ｐＨ基準値との間にあり、そのｐＨ
が低下傾向にあるとき（図３のの範囲）は、その移送
量は、予め定められた設計流量で、メタン生成槽１２の
規模、被処理対象物の種類等によって決定される。

【００２５】また、上記所定時間後に計測したメタン生
成槽１２のｐＨがｐＨ６．０と上記第２ｐＨ基準値との
間にあって、ｐＨが減少しているとき（図３のの範
囲）は、上記可溶化液の移送量を所定割合だけ減じる。
この減じる割合は、任意の割合、例えば、設計流量の１
０％等と設定することができる。なお、さらに、所定時
間経過後のｐＨが、前回より低下していれば、さらに所
定割合を減じ、増加していれば、前回の移送量を保持す
る。

【００２６】上記の所定時間は、メタン生成槽１２の規
模、被処理対象物の種類等によって変わるが、３０分〜
２時間の範囲で設定することができる。なお、所定時間
の長短に応じて、移送量の増減割合を変更することが望
ましい。

【００２７】上記の処置にも関わらず、上記可溶化液の
移送量を減じた場合でも、ｐＨが低下し続け、上記第２
ｐＨ基準値とｐＨの６．０との間に設定した下限値より
低下した場合は、上記可溶化液の移送量の減じる割合を
増加させる。それでもなお、低下してｐＨ６．０より下
回る場合は、上記アルカリ注入タンク１７より少量のア
ルカリを注入し、ｐＨを６．０より上回るようにする。

【００２８】一方、メタン生成槽１２のｐＨが上記第１
ｐＨ基準値とｐＨ８．０との間にあって、上記した所定
時間後のｐＨが増加しているとき（図３のの範囲）
は、上記可溶化液の移送量を所定割合だけ増加させる。
この増加割合は、任意の割合、例えば、設計流量の１０
％等と設定することができる。なお、さらに、所定時間
経過後のｐＨが、前回より増加していれば、さらに所定
割合を増加させる。但し、前回の移送量が設計流量と等
しい場合は、その移送量を保持する。また、前回よりも
ｐＨが低下していれば、移送量を増加させず、その移送
量を保持する。

【００２９】なお、上記以外の場合、すなわち、ｐＨが
第１ｐＨ基準値とｐＨ８．０との間にあって、ｐＨが減
少しているとき（図３のの範囲）は、前回の移送量
（設計流量）を保持し、ｐＨがｐＨ６．０と第２ｐＨ基
準値との間にあって、ｐＨが増加しているとき（図３の
の範囲）も、前回の移送量（設計流量から所定割合を
何回か減少させた後の移送量）を保持する。

【００３０】上述したように、ｐＨが第２ｐＨ基準値を
下回り、ｐＨが減少傾向の場合は、１回あるいは複数回
の移送量カットを行っており、可溶化液の移送量は、設
計流量の半分あるいは、それ以下の少流量となっている
ときがある。このようなとき、ｐＨが増加傾向に転じて
も、第１ｐＨ基準値に達するまでは流量を増加させず、
メタン生成菌の活性を充分に回復させる。このようにす
れば、メタン生成菌がすみやかに活性を取り戻し、メタ
ン発酵装置を安定して運転することができる。

【００３１】上記のｐＨ調整法を採用すると、アルカリ
や酸をほとんど使用する必要がなく、これらの薬液注入
手段を小型化することができる。

【００３２】また、メタン生成槽１２内の消化液を循環
ライン２２で循環させることにより、メタン生成槽１２
内を撹拌し、有機酸等と微生物との接触を増加させるこ
とができ、反応をより進行させることができる。

【００３３】さらに、上記メタン生成槽１２の消化液の
一部はポンプ２５ｂ及び返送配管１９等の返送手段によ
って酸生成槽１１に送り返される。酸生成槽１１からメ
タン生成槽１２に移送される可溶化液中には、酸生成菌
が含まれている。この酸生成菌を酸生成槽１１に戻すこ
とによって、菌体濃度を高く保持することができる。な
お、メタン生成菌も返送配管１９等の返送手段により、
酸生成槽１１に送られ、移送配管１３によってメタン生
成槽１２に戻されるので、菌体濃度が高く保持される。
上記の両方の菌は、その好適なｐＨ域が異なり、酸生成
槽１１では、酸生成菌が、メタン生成槽１２では、メタ
ン生成菌の活性が高くなる。

【００３４】酸生成槽１１で発生した二酸化炭素を主と
するガス、及びメタン生成槽１２で発生したメタンを主
とするガスは、ガス回収管１８ａ，１８ｂからそれぞれ
回収される。

【００３５】上記メタン生成槽１２で製造された消化液
は、排出手段によってメタン生成槽１２の外部、すなわ
ち、メタン発酵装置の系外に排出される。この排出手段
としては、図１に示すような排出管１５による方法、オ
ーバーフローによる方法等、任意の方法を採用できる。
このとき排出される消化液としては、メタン生成槽１２
内の消化液のうち上澄み液が好ましい。上澄み液は菌体
濃度が低いため、そのまま排出されても、酸生成槽１１
やメタン生成槽１２の菌体濃度に影響を与えない。ま
た、上澄み液を排出すると後の排水処理が容易となる。

【００３６】この発明にかかるメタン発酵装置として
は、図１以外に図２に示す装置を用いることもできる。
図２に示すメタン発酵装置は、１つの槽を壁２８によっ
て酸生成槽１１ａとメタン生成槽１２ａに分けたもので
ある。各槽は、撹拌羽根を用いた撹拌装置２９ａ，２９
ｂを用いてもよく、上記の図１と同様に循環ラインで槽
内を撹拌してもよい。さらに、被処理対象物供給管１
４、排出管１５等の回収手段、ポンプ２５ｃ及び返送配
管１９ａ等の返送手段は、図１に示す場合と同様のもの
を用いることができる。ガスを回収するガス回収管１８
ｃは、槽が全体で１つのため、１つのガス回収管１８ｃ
を設ければ十分である。

【００３７】また、酸生成槽１１ａからメタン生成槽１
２ａへの移送手段としては、溢流堰２７ａ及びこの溢流
堰２７ａを駆動させる駆動装置２７ｂを用いることがで
きる。また、図示しないが、酸生成槽１１ａの液面部か
らメタン生成槽１２ａの液面部にかけて、図１の場合と
同様に、ポンプと移送配管を設けてもよい。

【００３８】上記の溢流堰２７ａは、駆動装置２７ｂに
よって上下動することができるので、酸生成槽１１ａの
可溶化液をメタン生成槽１２ａに移送する量を調整で
き、図１に示す移送手段を用いた上記のｐＨ調整と同様
のｐＨ調整を行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】この発明によれば、酸生成槽からメタン
生成槽へ送られる可溶化液の移送量を、メタン生成槽の
ｐＨが６．０〜８．０の範囲内を保持できるように制御
するので、メタン生成槽に移送される有機酸等の量と、
メタン生成菌による有機酸等の分解量がバランスし、基
本的に、メタン生成槽に酸やアルカリを導入する必要性
がなくなる。このため、余分な酸やアルカリを使用する
必要性がなくなり、また、これらを収納するタンクも小
さいものでよく、装置を小型化することができる。

【００４０】さらに、ｐＨの第１ｐＨ基準値や第２ｐＨ
基準値、上限値、下限値等を設定して、可溶化液の移送
量の減少割合や、増加割合を制御することにより、メタ
ン発酵装置を安定して運転することができる。

【００４１】また、酸生成槽とメタン生成槽との間に移
送手段及び返送手段を設け、この排出手段の周囲に隔壁
を設けた場合は、排出される液中に酸生成菌やメタン生
成菌が排出されるのを抑制できる。そして、メタン生成
槽に移送された酸生成菌が返送手段で酸生成槽に返送さ
れ、酸生成槽への返送で移送されたメタン生成菌が移送
手段で移送されるので、菌体を系外に出るのを抑制で
き、菌体濃度を高濃度で保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかるメタン発酵装置の例を示す模
式図

【図２】この発明にかかるメタン発酵装置の他の例を示
す模式図

【図３】この発明におけるｐＨ調整の例を示すグラフ

【図４】従来のメタン発酵装置の例を示す模式図

【符号の説明】

１１，１１ａ 酸生成槽 １２，１２ａ メタン生成槽 １３ 移送配管 １４ 被処理対象物供給管 １５ 排出管 １７ アルカリ注入タンク １８ａ，１８ｂ，１８ｃ ガス回収管 １９，１９ａ 返送配管 ２１，２２ 循環ライン ２３ 隔壁 ２４ａ，２４ｂ ｐＨ計 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ ポンプ ２６ バルブ ２７ａ 溢流堰 ２７ｂ 駆動装置 ２８ 壁 ２９ａ，２９ｂ 撹拌装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 郁子 大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会 社栗本鐵工所内 (72)発明者 塚越 由季子 大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会 社栗本鐵工所内 Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA03 AA04 CA15 CA18 CB05 CC12 DA02 DA20 4D059 AA03 AA07 BA13 BJ00 BJ01 DA01 DA31 EA05 EB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸生成槽とメタン生成槽とを備えた有機
   性廃棄物のメタン発酵装置において、 上記の酸生成槽からメタン生成槽へ送られる可溶化液の
   移送量を、上記メタン生成槽のｐＨが６．０〜８．０の
   範囲内を保持できるように制御する有機性廃棄物のメタ
   ン発酵装置。
2. 【請求項２】 上記ｐＨの範囲内に、上記可溶化液の移
   送量を増加させるための第１ｐＨ基準値を設定すると共
   に、上記ｐＨの範囲内であって、上記第１ｐＨ基準値よ
   り小さいｐＨの範囲内に、上記可溶化液の移送量を減少
   させるための第２ｐＨ基準値を設定し、 上記メタン生成槽のｐＨが上記第１ｐＨ基準値と第２ｐ
   Ｈ基準値との間にあるときは、上記可溶化液の移送量を
   保持し、 所定時間後に計測した上記メタン生成槽のｐＨがｐＨ
   ６．０と上記第２ｐＨ基準値との間にあって、ｐＨが低
   下しているときは、上記可溶化液の移送量を所定割合だ
   け減じ、 所定時間後に計測した上記メタン生成槽のｐＨが上記第
   １ｐＨ基準値とｐＨ８．０との間にあって、ｐＨが増加
   しているときは、上記可溶化液の移送量を所定割合だけ
   増やすことを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物
   のメタン発酵装置。
3. 【請求項３】 上記酸生成槽内の可溶化液をメタン生成
   槽に移送する移送手段、メタン生成槽内の消化液の一部
   を酸生成槽に返送する返送手段、及び、メタン生成槽内
   の消化液のうち上澄み液を系外に排出する排出手段を有
   し、 上記排出手段の周囲に隔壁を設け、上記排出手段の周囲
   を含む上記隔壁内部の消化液の液面部が、メタン生成槽
   内の撹拌手段による撹拌作用を受けるのを防止した請求
   項１又は２に記載の有機性廃棄物のメタン発酵装置。