JP2006281112A - メタン発酵処理方法及びメタン発酵槽 - Google Patents

Abstract

【課題】 可溶化しにくい有機性固形物やその他の異物が付着して担体が閉塞されるのを防止し、発酵液と担体との接触性を良好にして発酵効率を高められるようにしたメタン発酵処理方法及びメタン発酵槽を提供する。
【解決手段】 スラリー化した有機性廃棄物をメタン発酵槽１０内に投入して、嫌気性微生物によりメタン発酵させる際に、メタン発酵槽１０内に、支持体１１に吊り下げられた複数本の担体１２を配置し、支持体１１を駆動させて、担体１２に付着したバイオガス及び発酵汚泥を除去すると共に、メタン発酵槽１０内の発酵液Ｌを攪拌する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、嫌気性微生物を用いて、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するメタン発酵処理方法及びメタン発酵槽に関する。

生ゴミ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、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋立処分地の逼迫、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に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研究、開発されている。

メタン発酵処理は、有機性廃棄物を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌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ある。

ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵法で効率的に処理するメタン発酵装置として、例えば下記特許文献１、２には、有機性廃棄物をペースト状に粉砕して、５０〜６０℃で大きな活性を示す高温メタン菌で処理するメタン発酵装置が開示されている。高温菌は３６〜３８℃の中温で活性が大きくなる中温菌に比べ２〜３倍程の活性を持っており、高温菌でメタン発酵を行うことで分解速度の向上と消化率の向上を図っている。有機性廃棄物を用いたメタン発酵は、メタンガスの生成量を増大でき、燃料電池などのガス発電に有効利用できるメリットがある。

また、メタン発酵槽内に微生物を担体に担持したろ床を設けて処理効率を向上させることも検討されており、例えば、下記特許文献３には、合成樹脂からなる線材を紐状に編み込んで形成した担体に、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を担持させた固定化微生物を発酵槽内に充填することが記載されている。また、この文献には、担体の内部に磁性体となり得る金属を充填し、外部から磁力によって固定化微生物を流動させてもよいことが記載されている。
特開平１０−１３７７３０号公報 特開２００１−４６９９７号公報 特開２００４−４１９２９号公報

しかしながら、メタン発酵システムにおける有機性廃棄物の希釈されたスラリーには、可溶化しにくい有機性固形物やそれ以外の異物が多く含まれており、メタン発酵槽内のメタン菌の生息する担体を閉塞させ、安定なメタン発酵の阻害の要因となり、担体の異物除去費や交換費がランニングコストに大きく占める問題があった。

また、担体と担体との隙間の流路が閉塞した場合には、発酵液の液循環が悪化して槽内の温度分布に偏りが生じ、安定かつ効率的なメタン発酵ができなくなるという問題があった。

前記特許文献３には、担体の内部に磁性体となり得る金属を充填し、外部から磁力によって固定化微生物を流動させてもよいことが記載されているものの、一般に磁力は距離が離れると吸引力が急激に低下するため、発酵槽の内周に近接した担体しか流動させることができず、担体を効果的に流動させることができなかった。

したがって、本発明の目的は、可溶化しにくい有機性固形物やその他の異物が付着して担体が閉塞されるのを防止し、発酵液と担体との接触性を良好にして発酵効率を高められるようにしたメタン発酵処理方法及びメタン発酵槽を提供することにある。

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、スラリー化した有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入して、嫌気性微生物によりメタン発酵させるメタン発酵処理方法において、前記メタン発酵槽には、支持体に吊り下げられた複数本の担体が配置されており、前記支持体を駆動させて、前記担体に付着したバイオガス及び発酵汚泥を除去することを特徴とする。

そして、担体を吊り下げた支持体の駆動により、担体がメタン発酵槽内の発酵液を揺るがすか、あるいは支持体の駆動力によっては、メタン発酵槽内が撹拌状態となれば、なお好ましい。

本発明のメタン発酵処理方法においては、前記支持体を回転及び／又は上下方向に駆動させることが好ましい。

また、前記担体の下端部を、別の支持体にそれぞれ連結して、複数本の担体を所定の間隔を有しながら上下の支持体間に支持させることが好ましい。

一方、本発明の発酵槽は、スラリー化された有機性廃棄物を、嫌気性微生物によりメタン発酵させるメタン発酵槽において、
前記メタン発酵槽には、嫌気性微生物を担持させるための担体と、該担体を吊り下げ支持する支持体と、この支持体を駆動させる機構とが設けられていることを特徴とする。

本発明の発酵槽においては、前記駆動機構は、前記支持体を回転及び／又は上下移動させるものであることが好ましい。また、前記担体の下端部が別の支持体にそれぞれ連結され、複数本の前記担体が所定の間隔を有して上下の支持体間に支持されていることが好ましい。

本発明によれば、複数本の担体が支持体に吊り下げられて発酵槽内に配置されているので、担体どうしの間隙を保って配置することができる。また、支持体を駆動させることにより、発酵液中で全ての担体を同時に動かすことができ、担体に付着した可溶化しにくい有機性固形物やその他の異物を払い落して、担体が閉塞されるのを防止できる。更に、発酵液中で担体を動かすことにより、発酵液が流動して担体との接触性を高め、支持体の駆動力によっては発酵槽内全体を撹拌できるので、効率よく発酵に寄与できる状態にすることができると共に、発酵液の温度分布を均一にすることもできる。したがって、有機性廃棄物のメタン発酵効率を高めると共に、メタン発酵処理を長時間安定して行うことが可能となる。

本発明の好ましい態様において、前記支持体を回転及び／又は上下方向に駆動させる場合には、担体を発酵液中で効果的に動かして、有機性固形物やその他の異物による担体の閉塞を防止し、発酵液を流動させることができる。

また、前記担体の下端部を、別の支持体にそれぞれ連結して、複数本の担体を所定の間隔を有しながら上下の支持体間に支持させる場合は、担体を回転等させたときに、担体の下端部に連結された別の支持体が、上方の支持体に対して遅れて動作することにより、複数本の担体が互いによじれ合ってこすられるため、担体に付着した有機性固形物やその他の異物を効果的に払い落すことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１〜４には、本発明のメタン発酵槽を用いたメタン発酵処理装置の一実施形態が示されている。

図１に示すように、このメタン発酵処理装置は、メタン菌等の嫌気性微生物によって有機性廃棄物を発酵処理するためのメタン発酵槽１０を有している。メタン発酵槽１０内には、支持体１１に吊り下げられて支持された複数本の担体１２が配置されている。各担体１２の下端部には、重り１３が取付けられ、発酵液Ｌ中で浮遊しないようにされている。

支持体１１の形状は、特に限定されるものではないが、この実施形態の場合、図２に示すように、環状の枠体１４に格子状の桟１５を配設し、枠体１４の中央部に位置する桟１５に、後述する支軸１６の連結部１７を設けた形状をなしている。そして、前記担体１２は、枠体１４及び桟１５の複数の取付け部１８に連結されて吊り下げ支持されるようになっている。

また、担体１２の材質及び形状も、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ビニロン、塩化ビニリデン、ピリジウムポリマー等の合成樹脂からなる不織布、織布、紐体等で形成されたものが好ましく使用される。その他、発泡樹脂等の多孔質な材料で形成されていてもよい。また、担体１２の材質としては、ポリ（β−ヒドロキシ酢酸）、ポリεカプロラクタム、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸等の生分解性プラスチックを用いることもできる。担体１２は、例えば図３に示すように、その断面が放射状をなす柱状等に形成されて、その表面積ができるだけ大きくなるようにされている。

なお、メタン発酵槽１０内の担体１２の充填率、言い換えると、メタン発酵槽１０の発酵液Ｌが貯留される部分の容積中に占める担体１２の体積の割合は、５〜４０％とすることが好ましい。充填率が上記よりも低いと、発酵液が固定化微生物に接触しにくくなって発酵効率が低下し、充填率が上記よりも高いと、担体１２どうしの間隙が小さくなるため、担体１２を動かしたときの乱流効果が乏しくなり、担体１２表面に付着する不溶性固形物や異物を払い落しにくくなる。

支持体１１の前記連結部１７には、駆動装置１９によって駆動される支軸１６が連結されている。そして、駆動装置１９により、支軸１６は、回転動作Ａ、昇降動作Ｂ、揺動動作Ｃなどの動作を行い、支軸１６に支持された支持体１１が動かされ、支持体１１に吊り下げ支持された複数の担体１２が動くようになっている。

図４は、上記駆動装置１９の一例を示している。この駆動装置１９は、フレーム２０を有し、このフレーム２０の上下面に設けられた軸受け２１，２２に支軸１６が挿通支持されている。支軸１６は、その上半部がスプライン軸１６ａをなしており、このスプライン軸１６ａには、スリーブ２３がスプライン嵌合して装着され、このスリーブ２３に従動ギヤ２４が取付けられている。

また、フレーム２０上の上記軸受け２１の側方には、モータ２５が設置され、その駆動軸２６は、下方に向けてフレーム２０の内方に突出し、この駆動軸２６に、上記従動ギヤ２４に歯合する駆動ギヤ２７が装着されている。なお、スリーブ２３及び従動ギヤ２４は、図示しない支持部材によって、上下移動を規制されつつ回転可能に支持されている。

更に、支軸１６のスプライン軸１６ａの下方部分には、支軸１６に固着された一対のフランジ２８，２９で上下を挟まれたスリーブ３０が装着されている。そして、このスリーブ３０の斜め上方には、図示しないモータによって回転するクランク３１が配置され、このクランク３１と上記スリーブ３０とがリンク３２によって連結されている。

したがって、モータ２５の作動により駆動軸２６及び駆動ギヤ２７が回転すると、従動ギヤ２４、スリーブ２３を介して、スリーブ２３にスプライン嵌合する支軸１６が矢印Ａで示す如く回転する。また、図示しないモータによってクランク３１が回転すると、リンク３２を介してスリーブ３０が上下動し、スリーブ３０と一緒に支軸１６も矢印Ｂで示す如く上下動する。

このようにして、支軸１６が回転及び上下動することにより、支軸１６に支持された支持体１１も回転及び上下動し、支持体１１に吊り下げ支持された複数本の担体１２を動かすことができる。

なお、上記駆動装置１９において、図示しない連動機構を介してモータ２５にクランク３１が連動するようにすれば、１つのモータ２５で回転及び上下動を行わせることができる。また、モータ２５の回転方向を所定時間毎に切り替えて反復回転させれば、支持体１１を反復回転させることができ、発酵液Ｌと担体１２との衝突力を高めて、担体に付着した有機性固形物やその他の異物を効果的に払い落すことができる。

図５に、上記駆動装置１９の別の実施例を示す。図４と同一の部材には、同一の符号を付してある。本実施例が示す駆動装置１９では、支持体１１が１台のモータ２５で、支軸１６を中心とする回転と同時に上下移動する機構を備えている。支軸１６は、フレーム２０ａの上下面に設けられた軸受け２１，２２の間では、ネジ加工されたネジ軸１６ｂとなっており、ネジ軸１６ｂが通るフレーム２０ａ内部の一部分が雌ネジ部２０ｂになっている。駆動装置１９は、メタン発酵槽に固定されており、雌ネジ部２０ｂも固定部分となるので、ネジ軸１６ｂ回転すると、回転に伴って回転方向により上下に移動する。モータ２５の回転動力は、駆動ギア２７とプーリー２７ａにより支軸１６に伝達する。プーリー２７ａも回転と同時に上下するので、プーリー２７ａは、上下方向が固定された駆動ギア２７から外れないような、長さを有している。

上記駆動装置１９では、回転及び上下動を行う機構となっているが、公知の駆動機構によって、支持体１１を水平方向に揺動させることも可能である。

再び図１に示すように、メタン発酵槽１０には、図示しない前処理装置及びスラリー調整槽によって処理された有機性廃棄物のスラリーがスラリー供給管３３を介して供給されるようになっている。

また、メタン発酵槽１０の底部には、残渣取出し管３４が取付けられている。更に、メタン発酵槽１０の側壁下部には、発酵廃液取出し管３５が連結され、この発酵廃液取出し管３５は、活性汚泥槽などの生物反応槽からなる廃液処理設備３６に連結されている。更に、この廃液処理設備３６で処理された廃液は、排出管３７を通して外部に排出されるようになっている。

また、メタン発酵槽１０の側部には、汚泥循環ポンプ３８を途中に有する引き抜き管３９が連結されており、この引き抜き管３９は、汚泥熱交換器４０を介して、返送管４１に連結されており、返送管４１を通して汚泥を発酵槽１０内に戻すようになっている。汚泥熱交換器４０には、温水が循環しており、汚泥を加熱して発酵槽１０内に戻し、発酵槽１０内の発酵液Ｌの温度を一定に保つようにしている。

更に、メタン発酵槽１０の上部には、発酵によって発生するバイオガスを取出すバイオガス取出し管４２が接続されている。

次に、上記メタン発酵処理装置を用いた、本発明によるメタン発酵処理装置の一実施形態を説明する。図示しない前処理装置及びスラリー調整槽を通して供給されるスラリー化した生ゴミ等の有機性廃棄物は、スラリー供給管３３を通してメタン発酵槽１０に供給され、メタン発酵槽１０内に配置された担体１２に担持された嫌気性微生物によりメタン発酵がなされる。こうして発生したバイオガスは、バイオガス取出し管４２を通して取出され、図示しない発電機等に送られる。

このとき、前述した駆動装置１９により、支持体１１が回転しつつ上下動を行うため、支持体１１に支持された担体１２が発酵液Ｌ内で動き、発酵液Ｌと担体１２との接触性が良好となり、発酵液Ｌが担体１２に保持された嫌気性微生物に効果的に接触するため、発酵効率を高めることができる。また、担体１２に付着する不溶性の固形物やその他の異物が、担体１２の動きによって衝突する発酵液Ｌの乱流によって払い落とされ、担体１２の目詰まりを防止して、発酵効率を長期に亘って良好に維持することができる。更に、担体１２が動くことによって、メタン発酵槽１０内で発酵液Ｌが攪拌されるため、発酵液Ｌの温度を均一に保つことができる。

こうして発酵処理がなされた発酵廃液は、発酵廃液取出し管３５を通して取出され、廃液処理設備３６で処理された後、排出管３７を通して外部に排出される。

図６には、本発明のメタン発酵槽を用いたメタン発酵処理装置の他の実施形態が示されている。なお、前記実施形態と実質的に同一部分には同符号を付してその説明を省略することにする。

このメタン発酵槽１０ａは、支持体１１に吊り下げ支持された複数本の担体１２の下端部が、もう１つの支持体４３によって連結された状態で吊り下げられている点が、前記実施形態と相違している。これによって、複数本の担体１２は、所定の間隔を有しながら並列して、上下の支持体１１、４３間に支持される。そして、駆動装置１９により支持体１１が回転すると、下方の支持体４３は、上方の支持体１１よりも遅れて回転するため、担体１２が捩られて互いに接触し合い、担体１２表面に付着した不溶性の固形物やその他の異物を効果的に払い落すことができる。この場合、支持体１１を反復回転させることにより、上記効果を高めることができる。

本発明のメタン発酵処理方法及び発酵槽は、生ゴミ、食品加工残滓、活性汚泥処理などの余剰汚泥等の、有機性廃棄物のメタン発酵処理に好適に用いられる。

本発明のメタン発酵槽を用いたメタン発酵処理装置の一実施形態を示す説明図 同メタン発酵槽に用いられる支持体を示す平面図 同メタン発酵槽に用いられる担体の断面図 同メタン発酵槽に用いられる駆動装置の説明図 同メタン発酵槽に用いられる別の実施例を示す駆動装置の説明図 本発明のメタン発酵槽を用いたメタン発酵処理装置の他の実施形態を示す説明図

符号の説明

１０、１０ａ：メタン発酵槽
１１：支持体
１２：担体
１４：枠体
１５：桟
１６：支軸
１６ａ：スプライン軸
１６ｂ：ネジ軸
１７：連結部
１８：取付け部
１９：駆動装置
２０、２０ａ：フレーム
２０ｂ：雌ネジ部
２３：スリーブ
２４：従動ギヤ
２５：モータ
２５ａ：モータ固定板
２６：駆動軸
２７：駆動ギヤ
２７ａ：プーリー
２８，２９：フランジ
３０：スリーブ
３１：クランク
３２：リンク
３３：スラリー供給管
３４：残渣取出し管
３５：発酵廃液取出し管
３６：廃液処理設備
３７：排出管
３８：汚泥循環ポンプ
３９：引き抜き管
４０：汚泥熱交換器
４１：返送管
４２：バイオガス取出し管
４３：支持体

Claims (6)

1. スラリー化した有機性廃棄物をメタン発酵槽内に投入して、嫌気性微生物によりメタン発酵させるメタン発酵処理方法において、
   前記メタン発酵槽には、支持体に吊り下げられた複数本の担体が配置されており、
   前記支持体を駆動させて、前記担体に付着したバイオガス及び発酵汚泥を除去することを特徴とするメタン発酵処理方法。
2. 前記支持体を回転及び／又は上下方向に駆動させる請求項１に記載のメタン発酵処理方法。
3. 前記担体の下端部を、別の支持体にそれぞれ連結して、複数本の担体を所定の間隔を有しながら上下の支持体間に支持させる請求項１又は２に記載のメタン発酵処理方法。
4. スラリー化された有機性廃棄物を、嫌気性微生物によりメタン発酵させるメタン発酵槽において、
   前記メタン発酵槽には、嫌気性微生物を担持させるための担体と、該担体を吊り下げ支持する支持体と、この支持体を駆動させる機構とが設けられていることを特徴とするメタン発酵槽。
5. 前記駆動機構は、前記支持体を回転及び／又は上下移動させるものである請求項４に記載のメタン発酵槽。
6. 前記担体の下端部が別の支持体にそれぞれ連結され、複数本の前記担体が所定の間隔を有して上下の支持体間に支持されている請求項４又は５に記載のメタン発酵槽。