JP2003306686A - 生分解性有機材料を産生ガスに転換するための方法及び装置 - Google Patents

生分解性有機材料を産生ガスに転換するための方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】生分解性の供給原料から嫌気性消化によって、
メタン等のバイオガスを生成する方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】非汚染水と、固形物の９５％以上がガスに
転換する、１０％以上の生分解性固形物を含有する無毒
性の生分解性供給原料とからなるスラリー流を、高温嫌
気性消化槽に高温で導入し、前記消化槽は、流体中に懸
濁された加水分解発酵微生物及びメタン生成微生物から
なる活性な生成微生物嫌気性消化群を有し、前記生分解
性供給原料は、ブドウ糖等及びそれらの混合物からなる
群から選択され、前記高温嫌気性消化槽中の混合物を高
温で嫌気的に消化してバイオガスを発生させて取り出
し、前記高温消化槽から混合物の一部を、メタン生成消
化槽にメタン生成反応温度で移送し、前記消化槽は、前
記活性な生成微生物嫌気性消化群を含み、前記メタン生
成嫌気性消化槽中の混合物をメタン生成反応温度で嫌気
的に消化してバイオガスを発生させて取り出す。

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、無毒の生分解性
有機材料ならびに糖、澱粉及び／又は炭水化物のような
高エネルギー固形物を産生ガスに転換することによって
出力を発生させるのに有用なメタン及び他の可燃性ガス
の生成に関する。ガスは主としてメタン、二酸化炭素及
び水素からなる。出力は、電気を生み出すためにボイラ
ー又は他の適当なエンジンもしくは発電機でガスをさら
に燃焼して発生させることができる。電気はガス生成工
場の操業に用いることができ、余分な電気は、エンジ
ン、自動車、トラック、バス等に用いられる別のところ
に販売のために利用することができる。ガスはまた、ピ
ーカー工場のガス燃焼エンジン発電機に燃料として使用
できる。あるいは、ガスは、洗浄してクリーンガスとし
て販売され、天然ガスを補うことができる。
【０００２】
【従来の技術】種々の有機性廃物、特に下水汚泥有機性
廃物の嫌気性消化によるメタン及び他の有用なバイオガ
スの生成はよく知られている。嫌気性生物分解のための
基質を提供する有機性供給混合物は、多種多様な有機性
炭素源を含んでいるかもしれない。多くの消化槽設計、
供給原料、混合物及び添加物は、メタン収量を増加さ
せ、有用な生成物への有機材料のより優れた転換効率を
提案する。
【０００３】バイオガスの生成は17世紀に発見された。
今日、メタンのようなバイオガスは、管理された環境の
なかで、嫌気性消化槽を用いる都市廃水処理施設で通常
生成される。これらの消化槽のほとんどは完全に混合消
化槽である。都市施設の廃水処理は大変費用がかかり、
その費用は居住者又は事業者に下水道に廃物を処分する
ための料金を課すことによって補われる。嫌気性処理
は、実質的に多量の熱が必要であるが、この熱は発生し
たメタンガスによって補うことができる。非常に好結果
で、かつ基本的な嫌気性消化の多数の変形がある。有機
物のバイオガスへの転換は、消化槽の微生物によって行
われる。消化槽の有機物含有量及び温度が一定の範囲内
で維持されている限り、これらの微生物は作用する。
【０００４】嫌気性フィルタ型反応器は、細菌を消化槽
内の固定化された不活性物質に付着されることによっ
て、消化槽内の細菌保持を促進させる。また、長期間の
施行にわたる高エネルギー固形物の充填又は固形物の蓄
積によって消化槽内の固形物濃度が増加すると、嫌気性
フィルタ型反応器が詰まるため、約１パーセント（１
％）未満の固形物を含有する液状供給原料に主に限定さ
れる。水平プラグ式フロー消化槽の設計が実現された
が、水平プラグ式フロー反応器は重力によって安定しな
い傾向があり、均質な固形状供給原料（肥料のような）
の使用に限定される。水平プラグ式フロー反応器の設計
は、液相からのガスの迅速な遊離を助長する。水平プラ
グ式フロー反応器は、消化槽内の生物学的に不活性領
域、供給原材料の漏洩及び細菌の洗い流しによって、生
物分解性フラクションの転換効率が約４０〜６０％と一
般的に乏しい。
【０００５】メタンを発生する陸生植物体の嫌気性消化
は、D. L. Klass and S. Ghosh, "Methane Production
by Anaerobic Digestion of Bermuda Grass", presente
d atSymposium on Biomass as a Non-Fossil Fuel Sour
ce, ACS／Chem. Soc. of Japan Joint Chemical Congre
ss, Honolulu, Hawaii, Apr. 1-6, 1979 によって例示
されるように認められている。同様に、メタンを発生す
る水生植物体の嫌気性消化は、R. P. Lecuier and J.
H. Marten, "An Economic Assessment of FuelGas from
Water Hyacinths", Symposium papers, Clean Fuels f
rom Biomass, Sewage, Urban Refuse, Agricultural Wa
stes, Orlando, Fla., Jan. 27-30, 1976で例示される
ように認められている。
【０００６】米国特許第4,329,428号は、陸生又は水生
由来の植物体と有機性廃物との混合物の高温及び中温嫌
気性消化によって、より高収量で高率のメタンガスの生
成を示している。米国特許第4,424,064号は、少なくと
も一部又は全部が有機的に汚染された水で生長する水生
植物体の高温又は中温嫌気性消化によって、より高収量
で高率なメタンガスの生成を示している。米国特許第4,
316,961号は、異なる植物体の抽出物の存在下で、通
常、低生分解性の植物体及び／又は有機性廃物の高温又
は中温の嫌気性消化によって、メタンガスのより高い収
率を示している。
【０００７】逆流嫌気性汚泥ブランケット法（Upflow A
naerobic Sludge Blanket (UASB) process）は、通常、
供給原料の１パーセント未満の少量の固形物を含む可溶
性有機性廃物を主に含有する供給原料の生物転換のため
に開発された。細菌性マスを反応器中に沈降させる。逆
流嫌気性汚泥ブランケット法及び反応器は、以下の文献
に記載されている：G. Lettinga, et al. "Anaerobic T
reatment of Methanolic Wastes," Water Research, Vo
l. 33, pp. 725-737, Pergamon Press Ltd., 1979及び
G. Lettinga, et al., "Upflow Sludge Blanket Proces
ses," 3rd International Symposium on Anaerobic Dig
estion, 1983, Cambridge Mass.ならびにG. Lettinga,
et al., "Anaerobic Treatment of Raw Domestic Sewag
e" at Ambient Temperatures Using a Granular Bed .U
ASB Reactor, Biotechnology andBioengineering, Vol.
XXV, pp. 1701-1723, 1983。この反応器の設計は、約
１パーセント未満の固形物を含有する液状供給原料に限
定され、それは有効なガス／液体分離機、床拡大のため
の再利用及び反応器の底部にわたって原材料を分散する
手段が必要である。
【０００８】タワーデザイン又は支持膜反応器を具体化
する連続フロー式流動化床発酵槽は、G. F. Andrews, "
Fluidized-Bed Fermenters: A Steady-State Analysi
s," Biotechnology and Bioengineering, Vol. XXIV, p
p. 2013-2030, 1982に記載されている。この記述は、タ
ワー発酵槽で層状化が起こる傾向があり、固形物濃度が
タワー発酵槽の高さによって変動し、タワー発酵槽の上
部の低い細胞濃度により低い容積生産性をもたらす。
【０００９】米国特許第4,208,279号は、高さより約５
倍幅が広い非攪拌の消化容積の上部及び一方側に供給さ
れる動物性廃物の嫌気性消化を示している。廃棄汚泥
は、反応器の反対側で取り除く。消化槽中の固形物移動
は本質的に水平で、ガス生成を除いて、液体の容積は攪
拌されない。固形物の適切な滞留時間は１ヶ月以上で、
固形物の供給濃度は約５パーセントである。米国特許第
4,311,593号は、高さより約４倍幅が広い消化槽容積で
の廃水の嫌気性消化を示している。微生物は表面積が高
い媒体上に安定化される。ガスを生成し、反応器の液体
を通してバブルすることによって、媒体上の微生物バイ
オマスが攪拌される。米国特許第4,388,186号は、垂直
に細長く、攪拌される消化槽中の汚泥を嫌気性消化する
前に、汚泥を機械的濃縮すること示している。米国特許
第 '186号はまた、細長い攪拌された消化槽中で、アル
カリ性発酵段階に進む前に、酸性発酵段階と酸性減退段
階とを別々に行うこと示している。米国特許第1,806,69
8号は、固形物が底部で回収される汚泥消化槽を示して
いる。消化槽の上部に蓄積する上清液が消化槽の含有物
の表面で再利用され、泡の浮渣が減少する。また、米国
特許第1,880,773号は、固形物が槽の底部に沈殿する消
化槽中での下水汚泥の嫌気性消化を示している。消化槽
の上部の上清液を再循環して、消化槽の含有物の最上面
で泡又は残渣が蓄積するのを防ぐ。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、１以上の消
化槽に有用なバイオガスの生成に適した供給原料を供給
するための方法及び装置の双方を提供する。供給原料
は、１０〜１００パーセント（10〜100％）の生分解性
固形物である糖、澱粉及び／又は他の適当な炭水化物
（以下、「供給原料」）であり、それを全く新規な供給
原料として供給してもよく、廃物流と組み合わせて供給
してもよい。本発明は、固形物の９５パーセント（95
％）以上が生分解性で、バイオガスに転換される高比率
の固形物を含む供給原料を用いる。純粋な糖は９９パー
セント以上(99+%)の固形物を含有し、９９パーセント(9
9+%)生分解性であるため、優れた供給原料である。ビー
ト糖蜜は、約４５パーセント(45%) から約４７パーセン
ト(47%)の砂糖ベースを含む。そのような糖蜜は、約９
５重量パーセント(95%) の糖をバイオガスに転換する。
９５重量パーセント(95%)の澱粉もバイオガスに転換す
る。糖、澱粉又は炭水化物供給原料のバランスはほとん
ど水である。
【００１１】使用可能な他の供給原料は、限定されるわ
けではないが、例えば、澱粉、高エネルギー糖類 (多糖
類としても知られている)、ビート糖、ビート糖蜜、糖
ビートシロップ、糖ビートジュース、サトウキビ糖蜜、
蔗糖、サトウキビシロップ、サトウキビジュース、コー
ンシロップ、ブドウ糖、穀物、コーンフラワー、小麦
粉、米粉、ポテトジュース、ポテトパルプ、大豆モロコ
シのような原材料及び他の類似した原材料、ならびに／
又は１０〜１００パーセント(10〜100%)の生分解性固形
物を含む全ての供給原料のそれらを組み合わせたものを
含む。上記例の純粋な糖は、固形物を１００％バイオガ
スに転換する。
【００１２】この発明の目的は、廃水処理場で用いられ
ない場合の処理する液体廃物の量が非常に少ない嫌気性
消化槽を用いる方法である。この方法は、供給原料の９
８〜１００パーセントを、本発明の主な目的である産生
ガスに転換する。この発明は、均一で高いバイオ変換率
及び増加したプロセスの安定性と収益性とを提供するた
めの多量の無毒の供給原料の注入を提供する。増加した
嫌気性消化システムの安定性は、高含有量のメタンを含
む、より高品質の産生ガスの生成及び供給原料のより効
率的な利用をもたらす。この発明の実施に利用されるバ
ルブ及び／又はポンプは、消化槽含有物の外面に位置
し、消化槽休止時間をほとんど又は全く必要とせずに、
必要に応じて取り替えることができる。本発明は、消化
槽内で成長し、保持される高温性微生物及びメタン生成
微生物の濃度が非常に高いため、標準的都市の汚水処理
場での供給原料の生分解性成分を実質的に完全に生物転
換し、汚水バイオソリッドをより高度に生物転換するこ
とを提供する。この発明は、より高められた生物転換率
で、供給原料の生分解性成分の実質的に完全な生物転換
を提供する。
【００１３】本発明の方法は、使用すべき適切な供給原
料を決定する基本的な工程を含み、少なくとも１つの消
化槽に、全く新規な供給原料又は廃水が混入された供給
原料のいずれかとして１種以上の供給原料を供給して投
入流を形成し、高温嫌気性消化槽、次いで連続的に操作
される中温嫌気性消化槽を通して流れを再循環させる。
投入流の含有量と各消化槽の温度は、転換の過程中は注
意深く設定し、モニターしなければならない。その方法
は、投入流を予熱し（特に、全く新規の供給原料を使用
する際に）、より厳正な使用のために、反応して生成さ
れるバイオガスを洗浄する付加工程を含んでいてもよ
い。この方法は、１つの消化槽又は完全な混合消化槽型
のいくつかの連続消化槽で行うことができる。この方法
及び装置は、様々な形状のタンクで働く。消化槽タンク
の内部は可動部品を含まない。この発明の嫌気性消化方
法及び装置は、従来使用されていた連続攪拌タンク式消
化槽よりも２から１０倍多い固形物を充填することこと
ができ、よって、有用なガスに転換される固形物１ポン
ド当り、消化容積の要件は低い。中温条件下で作動する
従来の攪拌タンク式攪拌槽は、約０．０５〜０．１ポン
ドの有機物／ft3／日の固形充填物を収容する。固形物
を濃縮するこの発明の高温嫌気性消化方法及び装置は、
糖、澱粉又は炭水化物の充填下で、３．０ポンドの有機
物／ft3／日を上回るより高い固形充填物を処理する。
消化槽に入る汚泥が減少すればするほど利用可能な糖が
増え、多量のガスが生成される。糖供給嫌気性消化槽の
利点は温度であり、この温度は、都市下水廃水処理場で
使用される場合に７０℃以上に調節され、システムの優
れた安定性を維持することができる。加水分解発酵微生
物群は、汚染物質や毒性成分に比較的抵抗性があるのに
対し、メタン生成微生物は毒性成分対する抵抗性が低
い。
【００１４】装置は、少なくとも１つ、好ましくは２つ
の連続して作動される嫌気性消化槽、適切な供給原料収
集及び運搬システム、例えば、落下タンク等、パイプ
系、チューブ系、バルブ、温度調節器、加熱器及び洗浄
器を備える。特に、装置は、投入が高温消化槽及び中温
消化槽の上部の液体レベルでわかるように、テンサイ糖
蜜又はサトウキビ糖蜜のような計量かつ調節された供給
原料を高温消化槽の混合ラインに注入するためのパイプ
及び貯蔵タンクを備える。 装置は消化槽の内容の一部
を連続して再利用し、その内容を消化槽の上部の液体レ
ベルに戻すことによって浮渣の生成を減少又は除去す
る。特に、消化槽の混合／再循環ラインは、消化槽の底
部からスラリーを取り出し、消化槽上部近傍のスラリー
レベルの上部にスラリーを注入する外部ポンプを備え
る。このポンピング法は、常に消化槽を完全に混合す
る。約１０〜１００パーセントの生分解性固形物の懸濁
固形物濃度を有する新規の供給原料を再循環混合ライン
に導入し、消化槽のスラリーで直ぐに希釈して、消化槽
上部に入れる。標準的な廃水処理場は、プラントに流入
する非常に低エネルギーの固形物を有する。最初の及び
二次的な汚泥は、消化槽の所望の固形物含有量に調節さ
れる。所望の固形物の調節により、作業者が適量の糖、
澱粉及び／又は炭水化物供給原料を添加して、非常に活
性な高温消化槽及び中温消化槽を作り出すことができ
る。
【００１５】少なくとも２つの非常に異なるシステムが
本発明によって提供される。第１は、水み及び／又は既
存の消化槽スラリーのみと混合され、慎重に選択され、
厳格にモニターされた供給原料を含む投入流を使用する
バイオガス生成用の独立型システムである。第２は、廃
液流中でのより優れたバイオガスの生成及び生分解性固
形物の高い転換率のために、既存廃液の流れの質を改善
するための（例えば、都市の廃水処理施設で見られるよ
うな）既存廃液の流れに対する追加方式の（組み込み）
システムである。
【００１６】本発明の第１の目的は、最少費用を目指し
て最大量のバイオガスを効率的に生成することである。
本発明の第１の観点は、１０％〜１００％の有機生分解
性固形物に調整された供給原料で作動する高温嫌気性消
化槽及び中温嫌気性消化槽の双方を使用する独立型シス
テムである。供給原料は高い生分解性でなければなら
ず、混合用スラリーを生成するために十分な水のみを用
いる。独立型システムは、どんな廃棄物も用いず、いか
なる種類の廃水又は下水処理場とも一緒に用いられな
い。このシステムの消化槽はそれぞれ、液体中で懸濁さ
れた加水分解発酵微生物を含む活性な生成微生物嫌気性
消化群を有する。独立型システムにおいて、供給原料は
糖、澱粉、炭水化物又はそれらを組み合わせたどんなも
のであってもよく、好ましくは、実質的に十分に生分解
性（即ち、約９９パーセント99％生分解性）である９０
〜１００パーセント(90%〜100%)の固形物を含有すべき
である。一旦消化槽が始動すると、供給原料は混合さ
れ、次いで、消化してバイオガスになる消化槽に連続し
て慎重に導入される。
【００１７】独立型システムは、実質上完全な（即ち、
約１００％）生分解性固形物の生物転換をもたらす。そ
の結果、供給原料を希釈するために添加されるいくらか
の非汚染水は、工程を継続するための許容レベルで消化
槽を保持するのに使用されるべきである。生成されたバ
イオガスは、各消化槽内部の上部に上昇し、上部から排
出されるため、湿っている。独立型システムは、低含水
量の無毒性、有機、高生分解性供給原料を使用し、供給
原料及び微生物の洗浄は、たとえあるとしてもほとんど
行われないため、その結果、転換効率が増大し、消化槽
の状態がより安定する。
【００１８】従って、独立型システムの重要な目的の１
つは、処理する廃液はほとんど生成せず、より高いバイ
オガス生成を行い、廃棄するバイオソリッドを有さない
ことである。また、独立型システムの重要な目的の１つ
は、供給原料がバイオガスとして現れるまで各消化槽内
に留まるため、制限のない保持時間を提供することであ
る。さらに、独立型システムの目的の１つは、再生可能
な生成物からバイオガスを生成し、廃棄物を使用せず又
は都市からの下水を受け入れる廃水処理場と共に使用す
る単独の目的のために建設された全く新しく構成された
自立型の施設で、糖、澱粉及び炭水化物の供給原料を嫌
気性消化するための方法及び装置を提供することであ
る。独立型システムの目的は、非汚染水又は消化液のい
ずれかと混合し、ポンピングを楽にするために必要なス
ラリーを作り出すことができる、例えば、糖、澱粉及び
炭水化物のような乾燥供給原料を使用することである。
独立型システムの目的は、本発明でなければ廃液流で見
られる病原体や他の汚染物質を低温殺菌することが必要
となるより高温の必要性を避けることである。独立型消
化槽／バイオガスプラントでは、全固形物をガスに転換
させた後は、廃棄する残りの物は、例えあったとしても
ほとんど存在しないであろう。
【００１９】本発明の別の観点は、適切に選択された供
給原料濃度を廃液流と混合し、次いで、バイオガスに転
換するために消化槽に導入する。このシステムと都市又
は他の廃水処理施設との組み合わせは、販売に有利な高
容積のバイオガスを生成するのに役立つと同時に、施設
が下水汚泥を低温殺菌してClass A biosolids 40 C.F.
R. Part 503 Standardを達成するのに役立つ。メタンガ
ス生成の主な費用の１つは、消化槽の建設費用である。
都市の廃水処理場の場合、世界中に何千もの用地が存在
し、廃水処理場は数十万ドル、多くは数億ドルの費用で
建設された。処理場は適所に設置したが、今までにお金
が返却されていないので、処理場が収入を生み出すため
に建設されなかったことにより全ては非営利である。そ
れらは環境の安全のために廃水を処理するためだけに建
設された。本発明の方法及び装置で、消化槽は非常に多
量のメタンを生成することができ、投資された補助金で
収益が戻ってくるであろう。生成されたガスは、様々な
用途に使用することができる。ガスは、蒸気又は電気が
同時発生するためのボイラーでバイオガスとして直接用
いることができる。バイオガスを洗浄してメタンガスを
清浄し、クリーンガスを低温殺菌し、貯蔵タンクにポン
プ移送して、一般の人々に天然ガスの代わりに販売する
ことが可能である。
【００２０】本発明の方法及び装置の目的は、例えば、
澱粉、高エネルギー糖類( 多糖類としても知られてい
る)、テンサイ糖、テンサイ糖蜜、テンサイシロップ、
テンサイジュース、サトウキビ糖蜜、蔗糖、サトウキビ
シロップ、サトウキビジュース、コーンシロップ、ブド
ウ糖、穀物の澱粉類、オートムギ粉、米紛、コーンフラ
ワー、小麦粉、ポテトジュース、ポテトパルプ、モロコ
シ及び他の類似した原材料、ならびに／又はそれらを組
み合わせたもののような無毒の生分解性糖又は澱粉の供
給原料を調節供給することによって生じた非常に多量の
ガスから経済的で有益な嫌気性消化槽を作り出すことで
ある。
【００２１】本発明の目的は、既存の都市廃水下水処理
場や消化槽の能力を高め、バイオマスや有機廃物材料の
生分解性成分の有用な産生ガスへの実質上完全な生物転
換をもたらすことである。本発明の目的は、この工程
を、既存のいかなる都市廃水処理場又は他の類似施設に
加えること及びタンク、ポンプ、圧縮機及び添加に必要
な供給原料のような物の費用から生じる投資金に収益を
生み出せることを可能とすることである。本発明の目的
は、高温消化槽の低温殺菌能力によって、最近の40 C.
F.R. Part503 Standards for Class A biosolidsの糞便
大腸菌の必要条件を満たすよう都市廃水処理場を援助す
ることである。
【００２２】本発明の目的は、処理場の電気及びガスの
全必要量を生成し、外部市場に販売する過剰な電力及び
ガスをもつことである。本発明の目的は、既存の処理場
消化槽で、糖、澱粉及び炭水化物のような過剰の供給原
料を添加することによって、高温及び中温嫌気性消化
で、高収量で高率のメタンガスをどのように生成するか
を都市廃水処理場に教示することである。本発明の目的
は、コーンシロップ、コーンフラワー、小麦粉、ポテ
ト、テンサイシロップ、テンサイ糖蜜、サトウキビのよ
うな再生可能な無毒性有機体から生成されるクリーン燃
焼ガスの発生を教示することである。本発明の目的は、
糖、澱粉及び炭水化物のような再生可能な無毒性有機材
料から生成されるクリーン燃焼ガスの発生を教示するこ
とである。
【００２３】本発明の目的は、現在ほとんど又は全く調
整なしの天然ガスで運転する既存のトラック、バス、自
動車又は農場機械を作動させるのに用いることができる
販売可能なガス性生物（即ち、メタン）を生成するため
にバイオガスの洗浄の使用を教示することである。本発
明の他の目的は、加熱消化槽、糖蜜タンク及びパイプの
ような多様な用途のため、電気を発生させる蒸気タービ
ン、工場使用の熱交換器のために、排水処理場で必要な
蒸気を生成して、ガス燃焼ボイラーで燃焼することによ
っていくらかの未洗浄のバイオガスを利用すること及び
／又は地域の地元電力会社に過剰な電力を生み出し、販
売することである。本発明の他の目的は、農場主が供給
原料の多量の供給を生産し、販売することができるよう
に多量の需要を作り出すために、テンサイ糖蜜及びサト
ウキビ糖蜜又はテンサイジュース、サトウキビジュー
ス、コーンフラワー 及び小麦粉用の多量の需要を作り
だすことである。本発明の目的は、一方が高温消化槽及
び他方が中温消化槽の２段階消化槽システムを用いて、
最大限に廃水処理場を改善することである。本発明のさ
らなる他の目的は、有益な方法でいくつかの廃水処理施
設を除いて、高温又は中温嫌気性消化槽で糖、澱粉及び
／又は炭水化物の高固形物濃度を上手く用いることであ
る。本発明の目的は、例えば、糖又はテンサイ糖蜜及び
サトウキビ糖蜜ならびに澱粉のような高生分解性固形物
の工程を用いることである。
【００２４】ビート糖蜜は、本発明に記載される供給原
料の種類の一例である。カリフォルニア州、FresnoのBS
K Analytical Laboratoriesによるビート糖蜜の固形物
サンプルの簡易分析を以下の表に示す：
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、先行技術の典型的な廃水
処理場のフロー図である。図２において、この発明の方
法及び装置は、埋設された落下タンク１０を明らかにす
る。この特定の実施例において、タンク１０の上部は地
面に対して同一水準であるが、高くても、低くてもよ
い。落下タンク１０は、メタンガスの高い生産量を得る
目的で、消化槽に供給するためにポンプ輸送できるよう
にスラリー状である移送供給原料(例えば、サトウキビ
糖蜜、テンサイ糖蜜及び／又は新規のいかなる供給原
料)を落下させるため、大型自動車８がタンク１０上に
まで運転できるような移送運輸のために車道に沿ってい
る。タンク１０の底部は、タンク１０の一端が他端より
も低いので、供給原料がタンク１０の低い端部に流れる
ように配置されている。タンク１０の低い端部に、流出
口パイプ５０が存在し、タンク１０から搬出された供給
原料の運搬を調節するため、パイプ５０に連結されたバ
ルブ１５が存在する。粘度定格ポンプ９０でスラリー貯
蔵庫にポンプ輸送し、供給原料タンク１００及び１０５
のそれぞれで混合することによって運搬が行われる。
【００２８】落下タンク１０の内部には、タンクの底部
の全長にわたって延びる小パイプ３０が存在する。循環
温水は、より容易にポンプ輸送できるように供給原料を
温める熱交換器として作用するために、連続的にパイプ
３０に流されている。熱交換パイプ３０は、落下タンク
１０の底部に横に配置されており、運搬パイプ５０に沿
って供給原料貯蔵庫及び混合タンク１００及び１０５ま
で延びている。
【００２９】図２に示される供給原料のスラリー貯蔵タ
ンク１００及び１０５は、供給されるべき供給原料の予
想量によって大きさが調整される。別の補助タンク１１
０及び１２０が、高温消化槽２００にポンプ輸送する前
に、スラリーを生成するために添加される水を必要とす
るであろうコーンフラワー、小麦粉又は他の乾燥澱粉／
炭水化物用の貯蔵庫及び混合タンクとして設けられても
よい。供給原料のスラリー貯蔵タンク１００と１０５
は、バルブ５８で連結された流出口パイプ５５及び流れ
を調整するメーター５９を有する粘度ポンプ９５を備え
る。熱交換パイプ３０は、供給原料を温め、流し続ける
ようにパイプ５５に沿って消化槽に延びる。高温消化槽
２００に供給された供給原料の量は、均衡のとれた消化
槽を維持するためにメーター５９を用いて調節される。
常に、消化槽は、約６．７〜約７．８のｐＨ読み取り値
であることが必要であり、約７のｐＨが最適である。
【００３０】図３は、高温消化槽２００と中温消化槽３
００との断面図である。ガスパイプ６０は、各消化槽２
００と３００とのドーム状の上部に設けられる。各消化
槽内で生成されたガスは、図４に示されるように、ガス
洗浄器５００、熱電併給ユニット４００、蒸気ボイラー
３５０、又は最後の手段として、常に燃焼する閃光パイ
プ３２５の４箇所のうち１箇所にパイプ輸送される。ポ
ンプ９１と９２及びバルブ４１〜４７と４８（図３に示
された）は、ポンプ９１及び９２が消化槽２００及び３
００それぞれの底部から引き出されるように配置され
る。バルブ４１及び４２は、パイプ５５からの移送が高
温消化槽２００又は中温消化槽３００に流れるかを調整
するのに用いられる。消化槽２００では、バルブ４４及
び４５が、ポンプ９１を用いて消化槽内の物質の循環を
調整するのに用いられる。バルブ４５及び４６を開くこ
とによって、物質は消化槽の底部から再循環のために引
き出される。バルブ４２を開くことによって、新たな供
給原料が消化槽２００に導入される。同じバルブ形状
が、ポンプ９２及びバルブ４６と４７を用いる中温消化
槽３００に用いられる。バルブ４１を開くことによっ
て、新たな供給原料が消化槽３００に導入される。バル
ブ４８は、中温消化槽３００に、パイプ６７を通して高
温消化槽２００から引き出させる。バルブ４１〜４８を
調整することによって、異なる物質の混合物の受け入れ
が可能である。
【００３１】依然としてバイオガスに消化、転換されな
かった生分解性固形物は、消化液体及び重い固形物が沈
殿する消化槽２００及び３００の底部に沈殿する。次い
で、固形物及び汚泥が、各消化槽の底部からパイプ６５
を通して引き出され、追加の糖／供給原料が、供給原料
を混合するためにポンプ９１又は９２を用いバルブ４１
又は４２を通して注入されるかもしれず、再循環して消
化槽の上部に戻される。ポンプ９１及び９２は、消化槽
２００及び３００の上部で液状汚泥を排出する。
【００３２】各消化槽において、漏斗形流出口７０が、
排出パイプ６５の先端に設けられ、漏斗７０の上部の外
周部と同じ大きさの円いスチールプレート７１を備え
る。パイプ６０は、ガス排出パイプ６０への液体のいか
なる跳ね返りも起こらないように、漏斗よりも高いとこ
ろに取り付けられている。また、 プレート７１は、ス
ラリーが消化槽２００及び３００の上部にわたって均等
に広がるように、液体スプレッダー及び残渣防止器とし
て機能する。漏斗７０とプレート７１の相互作用は、液
体／汚泥を急速な回転運動で排出し、消化槽液体の上部
にわたって広がる。この方法で、フローはタンク２００
及び３００の外壁に均等に広がり、浮渣の形成を防ぐ。
再循環消化槽の液体／汚泥の均等な広がりは、加水分解
発酵微生物を含む高含有量の活性な生成微生物の嫌気性
消化集団を促進する。そのような高含有量の微生物はま
た、利用可能な栄養素の全て及び生分解性固形物を消化
してバイオガスに転換する大きな可能性を有する有機原
料を有する。
【００３３】本発明は、高エネルギー固形物供給消化槽
である高温嫌気性消化槽２００を製造するための装置を
提供する。消化槽内の固形含有量は、１５パーセント(1
5%)を越えることができ、そのうち、５パーセント(5%)
は汚泥、残りの１０パーセント(10%) は、テンサイ糖蜜
等の無毒性な供給原料に由来する。本発明を下水廃物の
都市廃水システムで用いる場合、汚泥は調整することが
可能な要因である。廃水下水システムに流入する廃液の
固形含有量は、始めに処理場へ移送された際、１〜２パ
ーセント(1〜2%) であり、棒ぶるい、グリットタンク、
浄化器及び二次的な汚泥の濃縮の後、固形物の割合はよ
り高くなる。水が廃棄池に送られるとき、重い汚泥は処
理のため消化槽に送られる。例えば、１０体積パーセン
ト(10%) の糖供給原料を再循環／混合ライン６５に添加
すると、嫌気性菌数が増加するため、添加した供給原料
が数時間のうちに９８％〜１００％生分解性になり、加
水分解の嫌気性発酵微生物の消化槽群が非常に増加す
る。生分解性下水汚泥はまた、より速くバイオガスに転
換することができる。
【００３４】独立型バイオガス生成プラントの消化槽に
おいて、消化槽内の固形物含有量は、例えば、純粋な糖
（100％固形物）又は約４７パーセントの糖で、約９８
パーセントの固形物であるサトウキビ糖蜜のような、９
８〜１００パーセントの生分解性固形物である１５パー
セントの固形物であってもよい。下水処理なしの独立型
バイオガスプラントでは、処理する廃水はほとんど存在
しない。固形物のすべてはバイオガスに転換される。非
汚染水又は井戸水は、消化槽に供給される固形物を希釈
するためにのみに必要である。消化液のいくらかは、ま
ず供給原料と混合するために用いられ、次に混合ライン
６５に計量しながら供給される。消化の高い状態におけ
る高温嫌気性菌は、より多い数の酸生成菌及びメタン生
成微生物を含む。廃液基質濃度が増大するにつれて、い
かなる生物学的方法の効率も向上する。また、廃液濃度
が増大するにつれて、適切な水力保持時間(HRT)を維持
する間、反応器充填物はある程度増加することができ
る。嫌気性処理において、これは単位時間当たりの反応
器の単位容積当たりのメタンのより大きな産生を意味す
る。
【００３５】図３では、高温消化槽２００の液状汚泥
を、底部ライン６７からポンプ輸送し、中温消化槽３０
０にポンプ供給することができる。中温消化槽は、廃物
用高温消化槽２００から以外は加熱されない。より低い
温度での中温消化槽３００では、ビート糖蜜及び糖、澱
粉等の新たな供給原料は、より低い割合で供給される。
これは、高い生分解性の９８〜１００パーセントの固形
物である糖、澱粉及び炭水化物のみである供給原料だけ
を用い、都市のいかなる廃水下水処理プラントとも接続
されない、図５の独立型バイオガスプラントの最初の高
温消化槽２００から取り残されたいくらかの生分解性固
形物を完全に転換するために最終消化槽とされるべきで
ある。
【００３６】独立型バイオガスプラントは、独立型バイ
オガスプラントが約９９パーセントの供給原料をバイオ
ガスに転換するため、例えば、浄化器、起泡分離濃縮器
及びベルトフィルタ方法のような下水処理場が必要とす
る多くの装置は不要である。都市の廃水下水処理場で
は、消化槽３００もまた最終消化槽である。中温消化槽
３００は、高温消化槽２００と同様に建設され、操業さ
れる。図４に示されるように、汚泥の最終的な引き出し
は、消化槽３００の底部ラインからポンプ輸送され、ベ
ルトフィルタ３１０にポンプ供給される。
【００３７】図４は、図３での消化槽２００と３００及
びパイプ６０を通って、消化槽２００及び３００から排
出される消化されたガスの流れを示すフロー図である。
ガスは、消化ガス熱電併給装置４００に移送され、電力
を発生させるためのエネルギー源として使用される。さ
らに、熱電併給装置４００で発生した蒸気又は温水は、
高温の高温消化槽２００を維持するための熱処理用熱源
及び、図２に示される、落下タンク１０及び貯蔵タンク
１００と１０５における供給原料の流動性を維持するパ
イプ３０中の温水として用いられる。温水循環は、供給
原料パイプライン５０及び５５を温める循環水として利
用される。
【００３８】図４は、消化槽２００及び３００からパイ
プ６０を通して排出され、必要であれば、蒸気用ボイラ
ー３５０に移送されるガスのフロー図を示す。フロー図
はまた、消化槽からパイプ６０を通してガス洗浄器５０
０に排出され、次いで高圧ガスユニット６００で加圧さ
れ、一般的なプロパンタンク型の大きな加圧ガスタンク
７００に貯蔵されるガスを示す。この点からのガスは、
トラック上の加圧タンク８００ に移送され、例えば、
水抜き井戸ポンプや他の多くのエンジンを動かすエンジ
ンを作動するプロパンを用いる農場主のような消費者に
届けられる。洗浄された後、ガスは、どのような天然ガ
スの乗物（つまり、バス、トラック、自動車、フォーク
リフト等）にも使用することができる。図４で、中温消
化槽３００からの汚泥は、ベルトフィルタ３１０及びバ
イオソリッド貯蔵タンク３１５にパイプ輸送される。こ
れらのバイオソリッドは、最近の40 C.F.R. Part 503 S
tandard を満たしているため、バイオソリッドは、トラ
ック３２０に積まれ、 肥料や堆肥として販売される。
低温殺菌が、７０℃以上で３０分間以上、固形物又はス
ラリーを保持することによって行われる。
【００３９】図５は、図３での消化槽２００及び３００
を示すいかなる廃水システムにも属さない糖／澱粉工場
のフロー図である。消化槽２００と３００から排出され
る消化ガスは、消化ガス熱電併給装置４００に移送さ
れ、電力を発生させるためのエネルギー源として使用さ
れる。さらに、熱電併給装置４００で生じた蒸気又は温
水は、高温の高温消化槽２００を維持するための熱処理
用の熱源及び、図２の供給原料の貯蔵タンク１００と１
０５を維持するための加熱温水ライン３０として用いら
れる。温水パイプ３０は、パイプライン５０及び５５を
温める循環水として利用することができる。図５は、消
化槽２００及び３００からパイプ６０を通して排出さ
れ、必要であれば、蒸気用ボイラー３５０に移送される
ガスのフロー図を示す。フロー図はまた、消化槽からパ
イプ６０を通してガス洗浄器５００に排出され、高圧ガ
ス装置６００で加圧され、一般的なプロパンタンク型の
大きな加圧ガスタンク７００に貯蔵されるガスを示す。
この点からのガスは、トラック上の加圧タンク８００に
移送され、例えば、水抜き井戸を動かすエンジンを作動
するプロパンを用いる農場主のような消費者に届けられ
る。洗浄後、ガスはいかなる天然ガスの乗物（つまり、
バス、トラック、自動車、フォークリフト等）にも使用
することができる。図５で、もしあれば、中温消化槽３
００からの極微量の廃液を、パイプ６８を通して、灌漑
パイプラインに移送し、農場で用いる場合、穀物に使用
することができる灌漑水と混合し、又は都会に建てられ
る場合、下水ラインに移送する。
【００４０】高温消化槽の温度範囲は、約３７．８℃〜
９７℃で、好ましい範囲は約４０℃〜６０℃、最適温度
は５０℃〜５５℃であるべきである。同様に、中温消化
槽の温度範囲は、約２１℃〜４０℃で、最適温度は約３
０〜３５℃であるべきである。高温消化槽の好ましい水
力保持時間は約１〜８日で、中温消化槽の好ましい水力
保持時間は約４〜１５日である。
【００４１】稼動独立型システムの例 今日一般に行われているようなバイオガス生成に関し、
独立型施設は非常に特有の提案である。独立型施設は１
以上の消化槽から構成することができる。それは高温嫌
気性消化槽だけ、又は中温の嫌気性消化槽だけであって
もよく、もしくは建設しようとする発電所の設計次第
で、高温嫌気性消化槽及び中温嫌気性消化槽の各1つず
つ又はいくつかであってもよい。高温の温度範囲は５０
〜５５℃が最適であるため、高温の温度は約５０℃に維
持されるべきであり、中温独立型消化槽については３５
℃に維持されるべきである。多くの研究は独自のパター
ンを示す：水力保持時間(HRT)が減少し、充填率が増加
する場合、揮発性固形物(VS)の分解割合が進む。
【００４２】独立型消化槽において、充填率は、通常の
廃水処理場での下水廃物充填率よりも１〜１０００％
増大する。消化槽に供給された供給原料が１００%まで
生分解性であるという事実により、VS分解は１００％ま
でである。添加された含水量だけが消化槽のレベルを調
節する。消化槽スラリーは、計量された供給原料を、消
化槽の循環ラインへ希釈するために用いられる。これ
は、投じられた供給原料がバイオガスとして排出される
ことを意味する。供給原料の全てがバイオガスに転換さ
れる段階まで、HRTは数日又は数ヶ月継続される。処理
する廃液は、例えあるとしても、ほとんど存在しないた
め、糖又は微生物の洗浄は行われない。
【００４３】糖のバイオガス／電気／お金への転換 (独
立型システム) 以下の仮定及び計算は、添付クレームの範囲に限定され
ることなく、例示的な目的のみの例として、独立型消化
槽システムの有用性、有効性及び生産性を証明するため
にここに記載されている。
【００４４】調整及び定義：糖分が高い基質は、酸性の
傾向があると予想することができるため、緩衝液を添加
してもよい。ほとんどの生物学的方法では、メタン生成
割合は、温度が18〜27°F (10〜15℃) 上昇するごとに
実質的に倍になる。pHが下がれば、炭酸カルシウム (Ca
CO3、通常「石灰」と呼ばれる)を、維持すべき割合にpH
を戻すために添加することができる。アンモニア(NH3)
は、非常に高濃度ではバイオガス製造工程に有毒である
が、少量のアンモニアは消化槽内の酸性状態を中和する
ことができる。酸性pHは、10.000容量部の発電機容量に
対し、40容量部の温水と混合した１容量部のアンモニア
を用いて中和することができる。バイオガス生成を最適
化するため、先行技術で公知の事実であるが、必要に応
じて、栄養バランス及びpH調整を消化槽システムに対し
て行ってもよい。 C／N = 窒素に対する炭素の比率 NH3 = アンモニア(分子)は、非常に高濃度ではバイオガ
ス工程に対し有毒である。 NH4 + アンモニウムイオン BOD 生物学的酸素要求量 COD 化学的酸素要求量
【００４５】温度：中温菌： 21〜40℃、30〜35℃(70〜
105°F)が最適であり、高温菌：40〜60℃、50〜55℃ (1
04〜140°F) が最適である。高温性微生物は、中温(20
〜40℃)で生存するのに対し、中温性微生物は通常、高
温では生存することができない。 仮定条件：糖の分析 = 780,000 mg／kg COD、(78重量%)
= 520,000 mg／kg BOD (52 重量％)。比率1.5 x BOD =
COD。従って：1 lbの糖は0.78 lbsのCOD又は0.52 lbs
のBODに等しい。消化システムでガスに変換された1ポン
ドのCODは、約20立方フィートのバイオガスを産する。
バイオガスは約70％がメタンである。1立方フィートの
メタンは980 BTUに等しい。消化システムは、供給され
た約95〜99%のCODをガスに変換することができる。糖が
システムで約98％変換されるであろうと仮定することは
合理的である。
【００４６】計算：1 lbの糖から生成されるバイオガス
= 1 (lbの糖) X 0.78 (%のCOD) X 0.98 (変換%) X 変
換された20立方ft.／lb.＝消化槽に供給された1ポンド
の糖につき15.29 立方フィートのバイオガス。1キロワ
ット(kwh)の電気を生じるのに、発電機は約12,500 BTU
が必要であると想定する。これは、発電機業界で「熱消
費率」として知られており、実際の数は選択された発電
機に依る。生じたBTU = 15.29 (cu. ft.のバイオガス)
x 0.7 (メタンの％) x 980 BTU／cu.-ft. = 生じた10,4
89 kwh= 10,704.7／12,500 = 消化槽に供給された1ポン
ドの糖当り0.84 kwh。
【００４７】経済状態：カリフォルニアの発電所は、ピ
ーク時に、1kwhにつき$0.10〜$1.10の電気を売る。１キ
ロワット時が10セントに値するならば、価格が電気の供
給需要により$1.10 kwh以上である場合は、ガスに変換
された1 lbの糖は10 x 0.84又は8.4セント、あるいはlb
の糖当り92.4セントの価値がある。カリフォルニア州
は、近年1 kwhにつき$3.00ほど支払った。
【００４８】結論／利益：独立型消化槽の優れた特性は
以下のとおりである： A.再生可能な電気の産生 A.コスト競争力 B.非化石燃料 C.信頼性 D.給電能 E.電力の質 F.安全性 G.非エネルギー利益(農業及び製糖業) H.新方式 I.貯蔵力 J.有用性 独立型施設は、規制されていない電気市場においてコス
ト競争力があるのに対し、再生可能な多数のエネルギー
施設にはそれがない。独立型施設での再生可能な電気発
生のための糖、澱粉及び炭水化物の使用は、現在の化石
燃料発生システムと比較して、同程度の信頼性及び給電
能を提供している。糖、澱粉及び炭水化物は、より安全
で簡単に貯蔵することができ、化石燃料の貯蔵よりも非
常に環境に安全である。
【００４９】独立型消化槽の重要な特性の1つは、バイ
オガスが化石燃料と全く同様に需要に有用であることで
ある。独立型施設が存在する場合、火曜日の午後1時〜5
時のような特定の時間帯、特定の場所で電気の需要が高
いとすると、独立型施設は、この需要期間を満たすため
にその許容量を増大させる。独立型消化槽は、火曜日の
午前11時30分までは、１０〜１５%の低許容量で作動す
るだろう。次いで、糖供給原料を増やすことによって、
所望の増加したバイオガス量が午後1時の必要量を満た
すのに有効となるであろう。この生産増加により、独立
型消化槽の許容量の２０〜１００%を１時間半以内で変
動することができる。これは、独立型消化槽が確実な量
の電気を生産することによって、システムが化石燃料発
電機のピーク電力と経済的に等しい電力を有効かつ能率
的に提供することができることを強調する。
【００５０】独立型で無毒性の再生可能なエネルギー消
化槽は、既存の環境又は構造に同化する能力を有し、製
糖業／農業において、新規農地の開発及び新規役目の創
造を含む利益に関連する広大な非エネルギーを有するで
あろう。独立型消化槽は、制御かつ計量された、糖、澱
粉又は炭水化物のような、無毒性供給原料のみを使用す
る。潜在する抗生物質、消毒薬及び洗浄薬を含有し、ま
た制御不能に高及び低容積間で供給を可変する廃液流を
受け入れる下水廃物処理場とは異なって、独立型消化槽
は厳重に制御され、操作者による指令を実行するであろ
う。
【００５１】廃水処理場の例 添付クレームの範囲に限定されることなく、例示的な目
的のみの例として、以下の仮定及び計算は、既存の廃水
処理施設と組み合わせる場合、本発明の消化槽システム
の有用性、効率及び生産性を証明するためにここに記載
されている。廃水処理場で用いられる場合の本発明の方
法及び装置は、追加の25％に加えてさらに標準転換の約
50％の生分解性固形物の転換を促進する。固形物からバ
イオガスへの転換率は、処理する固形物が２５％以下
で、より多くの電気を発生させるために生成されたバイ
オガスがより多いことを意味する。この方法は、糖供給
原料を常にメーターで制御し、所望のバイオガス量を生
成して特定の時間にガス燃焼発電機を作動させるために
必要とされる量の原料を供給する独立型消化槽の方法と
同じである。通常、下水処理場は、追加の栄養素が必要
にならないように移送廃物中に十分な栄養素を含む。消
化工程は、約pH７を維持する。
【００５２】糖／供給原料を用いる場合の投資に対する
収益率は、廃水処理場で用いられる場合に増加するであ
ろう。生分解性汚泥の転換を７５％に増加することがで
きる。これは以下の理由により、ほとんどの廃水処理場
で生分解性汚泥がわずか１／２という通常の転換量から
５０％増加となる。 廃水施設は、ガス生成を増加さ
せ、HRTを減少させる、より多くの微生物群を作り出す
ために、既存の消化槽に添加された糖、澱粉又は炭水化
物を含むことによって、その生分解性固形物のバイオガ
スへの転換を約５０％増加する。例えば、同じ供給原料
（糖）割合を用いる１０００００ガロンの高温消化槽
は、１日当り$３７８．００の収益を始めとする結果を
生み出すことができる。さらに、処理及び肥料価値のた
め安全に地上に散布できるバイオソリッドを生産するた
めに、消化槽温度を７０℃に上昇させ、全病原体を低温
殺菌する能力を有する利点がある。
【００５３】１％の固形物を含む１０００００ガロンタ
ンクに基づく廃水下水処理施設は、１０００ガロンの固
形物に匹敵し、それは、約２４日の水力保持時間のため
に５０％がガスに全く転換されない。糖を添加すること
によって、容易に消化可能な糖を転換するだけでなく、
廃液流に存在する生分解性固形物及び通常バイオガスに
転換されないであろう固形物のさらに２５％を消費する
高濃度の微生物が生成される。ほとんどの既存の消化槽
は、約１００〜３００万ガロンの許容量を有する。廃水
処理場は既存の消化槽を備えているので、装置及び方法
ならびに独立型消化槽の補足パイプと供給原料（即ち、
糖、澱粉）貯蔵用タンクを、非常に実現的なバイオガス
発生施設を作り出すのに加える必要があるであろう。ご
くわずかな節約は、ガス生成の増加、より少ないバイオ
ソリッド、病原体が存在しないバイオソリッド、バイオ
ソリッド処理にかかる低費用、低許容量及び同じ方法で
より短い水力保持時間を達成するのに必要とされる少な
い消化槽を含む。
【００５４】上述した明細書では、本発明はある好まし
い実施態様に関連して記載されており、多くの詳細内容
は例示の目的のために記載されているのに対し、本発明
はさらなる実施態が可能であり、ここに記載されている
詳細な内容のある部分が本発明の基本原理から外れるこ
となく、相当に変更可能であることは当業者にとって明
らかであろう。本発明の図面及び特性は、特に、以下の
図面と共に理解する場合に、本発明を実施するための最
良形態である以下記載の完全な研究により、より明瞭に
なるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術の典型的な廃水場のフロー図である。
【図２】本発明のフロー図の第１部分である。
【図３】本発明の消化／混合／再循環、パイプ及びスカ
ムリムーバーの例を示す側断面図である。
【図４】本発明のフロー図の第２部分である。
【図５】本発明の別のフロー図の独立部分である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラリー レーベン アメリカ合衆国、カリフォルニア 93702、 フレスノ、イースト ハンティントン ブ ールバード 3504 Ｆターム(参考） 4B029 AA02 BB02 BB06 CC01 DA05 DB17 DF01 DF05 DG06 DG08 4B065 AA01X AA57X AC14 AC20 BB14 BB22 BB26 BC03 BC08 BC20 BC50 BD50 CA55 CA60

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ．非汚染水と、固形物の少なくとも９
    ５パーセントがガスに転換する、少なくとも１０パーセ
    ントの生分解性固形物を含有する無毒性の生分解性供給
    原料とからなる計量供給されたスラリー流を、完全に混
    合された高温嫌気性消化槽に高温反応温度で導入し、前
    記消化槽は、流体中に懸濁された加水分解発酵微生物及
    びメタン生成微生物からなる活性な生成微生物嫌気性消
    化群を有し、前記生分解性供給原料は、ブドウ糖、テン
    サイ糖、テンサイ糖蜜、テンサイシロップ、テンサイジ
    ュース、サトウキビ糖蜜、蔗糖、サトウキビシロップ、
    サトウキビジュース、コーンシロップ、穀物、オートム
    ギ粉、米紛、コーンフラワー、小麦粉、ポテトジュー
    ス、ポテトパルプ、モロコシ及びそれらの混合物からな
    る群から選択され、 ｂ．前記高温嫌気性消化槽中の混合物を高温反応温度で
    嫌気的に消化することによってバイオガスを発生させ、 ｃ．前記高温消化槽のヘッドスペースからバイオガスを
    取り出し、 ｄ．前記高温消化槽から混合物の一部を、完全に混合さ
    れたメタン生成消化槽にメタン生成反応温度で移送し、
    前記消化槽は、流体中に懸濁された加水分解醗酵微生物
    及びメタン生成微生物からなる活性な生成微生物嫌気性
    消化群を含み、 ｅ．前記メタン生成嫌気性消化槽中の混合物をメタン生
    成反応温度で嫌気的に消化することによってバイオガス
    を発生させ、 ｆ．前記メタン生成消化槽のヘッドスペースからバイオ
    ガスを取り出し、 ｇ．バイオガスを使用する 工程からなる、生分解性有機材料を実質的に廃物を全く
    残さない産生ガスに転換する方法。
  2. 【請求項２】 高温反応温度が約４６℃〜７６℃の範囲
    内である請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 高温反応温度が約５６℃である請求項２
    の方法。
  4. 【請求項４】 メタン生成反応温度が約２５℃〜４５℃
    の範囲内である請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 メタン生成反応温度が約３５℃である請
    求項4の方法。
  6. 【請求項６】 各消化槽の底部から流体を抜き出し、各
    消化槽の中央上部の漏斗形流出口及びプレートに送り込
    むために各消化槽に取り付けられた外部ポンプを操作し
    て各消化槽の上部にわたって液体を均等に拡散し、各消
    化槽中の流体表面に蓄積された浮渣を減少させる、さら
    なる工程を含む請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 バルブが、追加の無毒性の生分解性供給
    原料を混合ラインに導入するために設けられ、各消化槽
    の上部で追加の供給原料を流体と混合する、さらなる工
    程を含む請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 高温消化槽の流体滞留時間が約１〜８日
    間で、メタン生成消化槽の流体滞留時間が約４〜１５日
    間である請求項７の方法。
  9. 【請求項９】 無毒性の生分解性供給原料を、複数のバ
    ルブ及び粘度ポンプを有する加熱輸送パイプラインを用
    いて、落下タンクから複数の保持貯蔵タンクに移送す
    る、さらなる工程を含む請求項６の方法。
  10. 【請求項１０】 無毒性の生分解性供給原料を、粘度ポ
    ンプを用いて、保持タンクから混合ラインを通して高温
    嫌気性消化槽に計量供給する、さらなる工程を含む請求
    項９の方法。
  11. 【請求項１１】 いかなる時にもバイオガス生成を最大
    化するために、必要に応じて、供給原料が可変的に計量
    供給される請求項１０の方法。
  12. 【請求項１２】 生成されるバイオガスの大部分がメタ
    ンであり、前記メタンが以下の群：蒸気を生じるための
    ボイラー、内部燃焼エンジン、エネルギー生成タービ
    ン、後の使用のための少なくとも１つのガス貯蔵タンク
    及びガスバーナーから選択される態様で使用される請求
    項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 生成されたバイオガスが蒸気を発生さ
    せるために用いられる請求項１１の方法。
  14. 【請求項１４】 生成されたバイオガスが高温消化槽を
    加熱するのに用いられる請求項１１の方法。
  15. 【請求項１５】 生成されたバイオガスがガス燃焼発電
    機を作動するために用いられる請求項１１の方法。
  16. 【請求項１６】 供給原料が糖蜜であり、複数の蒸気熱
    交換器が糖蜜を予熱するのに用いられる請求項１３の方
    法。
  17. 【請求項１７】 蒸気タービンで発電させるために蒸気
    を用いるさらなる工程を含む請求項１３の方法。
  18. 【請求項１８】 消化槽に導入された供給原料の量が、
    発電所に供給すべきガス生成の要求を予想して可変的に
    調節される請求項１０の方法。
  19. 【請求項１９】 供給原料が、固形物の少なくとも９５
    パーセントがガスに転換される少なくとも５０パーセン
    ト生分解性の固形物である請求項１の方法。
  20. 【請求項２０】 供給原料が、固形物の少なくとも９５
    パーセントがガスに転換される少なくとも７５パーセン
    ト生分解性の固形物である請求項１の方法。
  21. 【請求項２１】供給原料が、固形物の少なくとも９５パ
    ーセントがガスに転換される少なくとも９０パーセント
    生分解性の固形物である請求項１の方法。
  22. 【請求項２２】 供給原料が、実質的に完全に生分解性
    である請求項１の方法。
  23. 【請求項２３】 廃水処理場からの廃流をスラリーと混
    合し、高温消化槽で少なくとも７０℃にて３０分間混合
    物を保持して、混合物を低温殺菌する、さらなる工程を
    含む請求項１の方法。
  24. 【請求項２４】 ａ．生分解性原料を受け入れる加熱
    落下タンク、 ｂ．前記原料を少なくとも１つの貯蔵タンクに移送する
    ためのポンプを備える落下タンクと連結する加熱ライ
    ン、 ｃ．加水分解発酵嫌気性微生物群を含み、高温で少なく
    とも１つの貯蔵タンクと連結する高温嫌気性消化槽、 ｄ．第２の加水分解発酵嫌気性微生物群を含み、中温の
    温度で前記高温嫌気性消化槽と連続して連結するメタン
    生成嫌気性消化槽、 ｅ．供給原料を消化槽に導入し、消化槽間で再循環させ
    るための複数のパイプライン及びポンプ、 ｆ．浮渣を減少させ、そのような消化槽内の再循環流体
    を拡散させるために各消化槽上部内にある円錐形開口及
    びスプラッシュプレート、及び ｇ．消化槽からバイオガスを取り出すために各消化槽の
    最上部に連結される取り出しパイプラインからなる生分
    解性有機材料を産生ガスに転換するための装置。
  25. 【請求項２５】 ガス洗浄器が取り出しパイプライン
    に、ガス圧縮機が前記洗浄器に、少なくとも１つのガス
    貯蔵タンクが前記圧縮機に連結して設置される請求項２
    ４の装置。
  26. 【請求項２６】 蒸気発生ボイラーが取り出しパイプラ
    インに連結して設置されている請求項２４の装置。
  27. 【請求項２７】 生分解性原料が水の混合物であり、供
    給原料がブドウ糖、テンサイ糖、テンサイ糖蜜、テンサ
    イシロップ、テンサイジュース、サトウキビ糖蜜、蔗
    糖、サトウキビシロップ、サトウキビジュース、コーン
    シロップ、穀物、オートムギ粉、米紛、コーンフラワ
    ー、小麦粉、ポテトジュース、ポテトパルプ、モロコシ
    及びそれらを組み合わせた原料の群から選択される請求
    項２４の装置。
  28. 【請求項２８】 供給原料を落下タンクに運び、粘度ポ
    ンプを用いて少なくとも１つの貯蔵タンクに送ることに
    よって、高温消化槽に調整量で可変的に計量供給する請
    求項２７の装置。
  29. 【請求項２９】 供給原料を調整量でメタン生成消化槽
    に可変的に計量供給する請求項２８の装置。
  30. 【請求項３０】ピーク発電力要求量に対して、所定時間
    でバイオガス生成を最大にするため、供給原料が必要に
    応じて可変的に計量供給される請求項２９の装置。
  31. 【請求項３１】 蒸気熱交換器が高温消化槽を加熱し、
    ポンピングを容易にするために供給原料の予熱に使用さ
    れる請求項３０の装置。
  32. 【請求項３２】 蒸気熱交換器が供給原料を予熱するの
    に用いられる請求項３１の装置。
  33. 【請求項３３】 消化槽を既存の廃水処理施設に組み込
    み、廃水の生分解性固形物のバイオガスへの転換を改善
    する請求項２４の装置。
  34. 【請求項３４】 ａ．無毒性の生分解性炭水化物原料
    を受け入れる落下タンク、 ｂ．該落下タンクと連結する貯蔵タンク、 ｃ．原料を落下タンクから貯蔵タンクに移送するための
    粘度ポンプ、 ｄ．水を前記原料に添加し、スラリーを形成するための
    混合タンク、 ｅ．前記混合タンクから供給されるスラリーの量を可変
    的に調整するための調節バルブ、 ｆ．前記混合タンクと連結する入口、ガス用第１出口及
    び非ガス原料用第２出口を備え、加水分解発酵嫌気性微
    生物群を含有する高温嫌気性消化槽、及び ｇ. 前記混合タンクと連結する入口、前記高温消化槽か
    らの非ガス出口と連結する第２入口、ガス用第１出口及
    び非ガス原料用第２出口を備え、加水分解発酵嫌気性微
    生物の第２群を含有する中温嫌気性消化槽 からなる生分解性供給原料を産生ガスに転換するための
    装置。
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