JP2007044588A - 二槽型乾式嫌気性消化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低含水廃棄物を効率的・経済的にメタン発酵できる二槽型乾式嫌気性消化装置を提供する。
【解決手段】二槽型乾式嫌気性消化装置１は、有孔隔壁14を底面とする格納空間15と有孔隔壁14の下方に連なる密閉空間16とを有する嫌気性消化槽６、及び格納空間15の上部にガス連通路17を介して接続した流体密閉貯留槽20を備えている。嫌気性消化槽６の格納空間15に有機性廃棄物Ａに投入し、流体密閉貯留槽20に嫌気性微生物含有水Ｄを貯え、流体圧入装置22により貯留槽20内の微生物含有水Ｄを密閉空間16に圧入して格納空間15の廃棄物Ａを定期的に撹拌する。好ましくは流体圧入装置22に、貯留槽20内の微生物含有水Ｄを消化槽６の格納空間15の廃棄物Ａが冠水するまで圧入する導水手段24と、冠水後の消化槽６内の微生物含有水Ｄを貯留槽20へ戻す排水手段30とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は二槽型乾式嫌気性消化装置に関し、とくに含水率の低い有機性廃棄物をメタン発酵処理する嫌気性消化装置に関する。本発明は、有機性廃棄物を嫌気性微生物との接触により消化してバイオガスをエネルギーとして回収する廃棄物再資源化型のメタン発酵施設等に有効に利用できる。

脱水汚泥、生ごみ、食品残渣、家畜廃棄物等の固形状有機性廃棄物を有用資源としてメタン発酵によりエネルギーを回収する再資源化処理の普及が進められている。再資源化方法の一例は、特許文献１及び２が開示するように、有機性廃棄物を混入異物と分別した上でスラリー状（又は液状）に粉砕又は微破砕し、粉砕した廃棄物スラリーをメタン発酵菌等の嫌気性微生物が保持されたバイオリアクター（以下、消化槽という。）に投入し、微生物が活性を示す温度で廃棄物スラリーを微生物と接触させて発酵・分解するものである。この方法は、有機性廃棄物を含水率90％以上のスラリー状に調整するので、湿式嫌気性消化法と呼ばれている。

例えば脱水汚泥等のように含水率の低い有機性廃棄物（例えば、含水率65〜80％の有機性廃棄物。以下、低含水廃棄物ということがある。）も、水で希釈することにより湿式嫌気性消化法で再資源化することができる。ただし、例えば低含水廃棄物１トンに希釈水１トンを加えてスラリー状にすると処理対象総量が２トンに増えるので、希釈に応じて大きな容量の消化槽が必要となり、消化槽の保温熱量も増える。また、処理後の消化液をそのまま下水道等に放流できない場合は、消化液中の残留有機物を更に浄化する二次処理施設（排水処理施設等）が必要となり、希釈した場合は二次処理施設も大きくする必要がある。とくに下水道が完備されていない農村地域等では、公共用水域に放流するため高度な二次処理が要求されるので、コスト削減等の観点から二次処理の必要な消化液をできる限り少なくすることが望まれている。

これに対し、特許文献３〜５が開示するように、低含水廃棄物を水で希釈せずに発酵・分解処理する乾式嫌気性消化法が知られている。乾式嫌気性消化法によれば、湿式嫌気性消化法に比して希釈水分だけ処理対象総量を少なくできるので、消化槽の小型化及び消化槽の保温熱量の削減を図ることができる。また、処理後の消化液も湿式嫌気性消化法に比して少ないので、消化液の二次処理コストも低く抑えることができる。

例えば特許文献３の乾式嫌気性消化法は、図７（Ａ）に示すように、有機性廃棄物Ａを粉砕分別工程41において粒径２cm未満に粉砕し、混合工程42において廃棄物Ａの粉砕物より大粒径の粒状通気性副資材（ウッドチップ、小枝・葉、乾燥鶏糞ペレット等）Ｅと混合することにより廃棄物Ａに通気性及び流動性を与える。TS濃度25〜35％に調製した廃棄物Ａと副資材Ｅとの混合物（混合廃棄物）を加温工程43において37℃（又は55℃）に加温した後、嫌気性発酵工程44へ導く。嫌気性発酵工程44において、同図（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、消化槽44a内の混合廃棄物を撹拌装置44bによってピストンフロー的に押し出すように撹拌しながら嫌気性微生物と接触させて発酵させる。特許文献４及び５は、廃棄物Ａを高濃度で消化する乾式嫌気性消化法において、消化槽内のアンモニア濃度の上昇を抑えてメタン発酵の効率を低下させない方法を提案している。

特許第２７０８０８７号公報 特許第３０６４２７２号公報 特開平１１−３０９４９３号公報 特開２００３−０５３３０９号公報 特開２００４−０１７０２４号公報

しかし従来の乾式嫌気性消化法は、有機性廃棄物Ａを流動性が低い低含水状態で処理するため、廃棄物Ａを均一に撹拌して微生物と接触させることが難しく、湿式嫌気性消化法に比し効率的・安定的なメタン発酵を得にくい場合がある。例えば特許文献３は通気性副資材Ｅ等の混合により廃棄物Ａの流動性をある程度高めているが、低含水廃棄物Ａは粘性が高いため、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示す消化槽44aの内周面近傍や撹拌装置44bの撹拌翼44cの間隙部分44d等において撹拌が不十分となり、消化槽44a内の廃棄物濃度が不均一になりやすい。廃棄物濃度が不均一になると局部的な有機酸濃度の上昇やpHの低下が生じ、微生物の死滅や微生物反応の効率低下の要因となる。また従来の乾式嫌気性消化法は、撹拌装置44bによる低含水廃棄物Ａの撹拌を継続するため、撹拌装置44bに故障が発生しやすく、メンテナンスその他のランニングコストが嵩む問題点もある。更に図７の乾式嫌気性消化法は、低含水廃棄物Ａを通気性副資材Ｅ等と混合したうえで処理するため、処理対象総量が増加するという問題点もある。消化槽内の低含水廃棄物Ａの全体を効率的・経済的にメタン発酵できる乾式嫌気性消化法の開発が望まれている。

そこで本発明の目的は、低含水廃棄物を効率的・経済的にメタン発酵できる二槽型乾式嫌気性消化装置を提供することにある。

本発明者は、消化槽内の低含水廃棄物Ａを流体の圧入によって撹拌することに注目した。流体の圧入により低含水廃棄物Ａの全体を撹拌することができれば、廃棄物Ａの全体を均一に微生物と接触させ、不均一な撹拌による微生物反応の効率低下の防止が期待できる。また、廃棄物Ａに対する撹拌装置44b等の機械的撹拌エネルギーを削減できるので、廃棄物Ａの経済的なメタン発酵が期待できる。本発明者は、消化槽内の廃棄物Ａの全体を撹拌できる流体の圧入方法の研究開発の結果、本発明の完成に至ったものである。

図１の実施例を参照するに、本発明による二槽型乾式嫌気性消化装置１は、有孔隔壁14を底面とする有機性廃棄物Ａの格納空間15と有孔隔壁14の下方に連なる密閉空間16とを有する嫌気性消化槽６、格納空間15に連通路17を介して接続した流体密閉貯留槽20、及び貯留槽20内の流体Ｄ（又はＧ）を密閉空間16に圧入して格納空間15の廃棄物Ａを撹拌する流体圧入装置22を備えてなるものである。消化槽６及び／又は貯留槽20に、廃棄物Ａ及び／又は流体Ｄ（又はＧ）を嫌気性微生物の活性温度に保つ保温手段19を設けることが望ましい。密閉空間16に圧入する流体として、嫌気性微生物含有水Ｄ又は消化槽６内で発生したバイオガスＧ等を用いることができる。

流体として嫌気性微生物含有水Ｄを用いる場合は、図１又は図２に示すように、貯留槽20に嫌気性微生物含有水Ｄを貯えると共に連通路17を貯留槽20の気相部に接続し、流体圧入装置22に、貯留槽20内の微生物含有水Ｄを消化槽６の格納空間15の廃棄物Ａが冠水するまで圧入する導水手段24と、冠水後の消化槽６内の微生物含有水Ｄを貯留槽20へ戻す排水手段30とを設ける。好ましくは、導水手段24に、貯留槽20と消化槽６の密閉空間16とを接続するポンプ26付き導水路25と、格納空間15の廃棄物Ａの冠水を検出して信号を出力する冠水検出器27と、ポンプ26を定期的に駆動し且つ検出器27の出力信号に応じてポンプ26を停止する制御装置28とを設ける。

また流体としてバイオガスＧを用いる場合は、図４に示すように、連通路17に開閉弁18を設けると共に貯留槽20内に消化槽６内で発生したバイオガスＧを貯え、流体圧入装置22に、消化槽６の格納空間15からバイオガスＧを回収する開閉弁11付きガス回収路10と、消化槽６の密閉空間16と貯留槽20とを接続する開閉弁39付きガス導入路38と、貯留槽20の内部圧力を検出して信号を出力する圧力検出器37と、検出器37の出力信号に応じ連通路17、回収路10及び導入路38の開閉弁18、11及び39の開閉を制御する制御装置40とを設ける。例えば制御装置40により、回収路10及び導入路38の開閉弁11、39を閉鎖すると共に連通路17の開閉弁18を開放して消化槽６内で発生したバイオガスＧを貯留槽20に貯留し、且つ、検出器37の出力信号に応じ連通路17の開閉弁18を閉鎖すると共に回収路10及び導入路38の開閉弁11、39を開放して貯留槽20内のバイオガスＧを消化槽６の密閉空間16に圧入する。

本発明による二槽型乾式嫌気性消化装置１は、有孔隔壁14を底面とする格納空間15及び有孔隔壁14の下方に連なる密閉空間16を有する嫌気性消化槽６と、格納空間15の上部にガス連通路17を介して接続した流体密閉貯留槽20とを備え、消化槽６の格納空間15に有機性廃棄物Ａに投入し、貯留槽20に流体として嫌気性微生物含有水Ｄ又はバイオガスＧを貯え、流体圧入装置22により貯留槽20内の流体Ｄ又はＧを消化槽６の密閉空間16に例えば定期的に圧入して格納空間15の廃棄物Ａを撹拌するので、次の顕著な効果を奏する。

（イ）密閉空間へ圧入した流体が有孔隔壁を介して格納空間へ送られるので、格納空間に貯えた廃棄物の全体を流体で撹拌することができる。
（ロ）消化槽の格納空間と密閉貯留槽とを連通路で接続するので、流体の圧入に拘らず消化槽内の嫌気状態を維持できる。
（ハ）流体として嫌気性微生物含有水を用いた場合は、格納空間の廃棄物を微生物含有水に冠水させて廃棄物全体を均一に微生物と接触させることができる。
（ニ）可動部の多い機械的な撹拌装置を削減できるので、メンテナンスその他のランニングコストを低く抑え、経済的なメタン発酵処理が実現できる。
（ホ）有機性廃棄物をスラリー状に希釈することなく固形状又は半固形状のまま消化槽の格納空間に投入し、流体の圧入により局部的な有機酸濃度の上昇やpHの低下を抑えて効率的・安定的にメタン発酵することができる。
（ヘ）低含水廃棄物を希釈せずに効率よくメタン発酵することができ、湿式嫌気性消化法のように希釈水を加える必要がないので、消化槽の小型化・消化槽の保温熱量の削減を図り、処理後の消化液も削減して二次処理施設の小型化を図ることができる。

図１及び図２は、嫌気性微生物含有水Ｄを流体として用いた本発明の二槽型乾式嫌気性消化装置１の実施例を示す。図示例の消化装置１は、有孔隔壁14を底面とする有機性廃棄物の格納空間15と有孔隔壁14の下方に連なる密閉空間16とに仕切られた嫌気性消化槽６、嫌気性微生物含有水（流体）Ｄを貯える流体密閉貯留槽20、及び貯留槽20内の微生物含有水Ｄを消化槽６の密閉空間16に圧入する流体圧入装置22を有する。図示例では円筒状の嫌気性消化槽６を用い、例えば図５のように全面又は一部に複数の小孔14aが穿たれた有孔円板の外縁を消化槽６の内周面に密着させて嵌め込むことにより消化槽６の内部に格納空間15と密閉空間16とを形成しているが、有孔隔壁14は図５のような有孔板で形成されたものに限定されず、例えば消化槽６の底壁に小孔14aを穿って有孔隔壁14とし、その底壁の下方に上端開放容器等を接合して密閉空間16としてもよい。

消化槽６の格納空間15には、原料となる有機性廃棄物（底含水廃棄物）Ａを投入する投入口７と、処理後の廃棄物Ａ（消化液）を引き抜く排出口８と、廃棄物Ａの処理時に発生するバイオガスＧを回収するガス回収口９とを設ける。図示例の格納空間15の投入口７は、投入口７を実質上気密に閉鎖する原料供給装置３を介して原料槽２に接続されている。例えば廃棄物Ａを適当な大きさの固形状（例えば塊状・粒状など）又は半固形状（例えば糊状・ペースト状など）に粉砕した上で原料槽２に貯蔵し、原料供給装置３のモータ3aを駆動することにより粉砕した廃棄物Ａを原料槽２から投入口７を介して格納空間15の有孔隔壁14上に投入する。

頂部の投入口７から格納空間15に投入された廃棄物Ａは、後述する微生物含有水Ｄの圧入により撹拌されながら嫌気性微生物により徐々に分解されて底部に沈降する。図示例の格納空間15の排出口８は、底部の有孔隔壁14に隣接して設けられ、排出口８を実質上気密に閉鎖する引抜装置５を介して引抜弁5bに接続されている。格納空間15の底部に沈降した廃棄物Ａは、引抜弁5bの開放と引抜装置５のモータ5aの駆動とにより底部の排出口８から消化液として排出される。原料供給装置３の供給量及び引抜装置５の引抜量により、連続的に投入される廃棄物Ａの消化槽６内の滞留時間を調節できる。なお、図示例の引抜装置５は引抜弁5bの閉鎖時にモータ5aを駆動して格納空間15内の廃棄物Ａを機械的に撹拌する機能を有するが、引抜装置５の撹拌機能は本発明に必須のものではない。ガス回収口９は格納空間15の頂部の気相部に穿たれ、バイオガス回収路10を介してガスタンク（図示せず）等に接続されている。

格納空間15の底面となる有孔隔壁14の小孔14aの大きさは、投入する有機性廃棄物Ａが落下しない範囲内で適当に選択できるが、後述するように有孔隔壁14から密閉空間15に落下した廃棄物Ａも微生物含有水Ｄと共に貯留槽20に戻して嫌気性微生物により分解できるので、有孔隔壁14から多少の廃棄物Ａが落下しても問題はない。本発明の消化装置１は例えば含水率65〜90％の低含水廃棄物Ａの処理に適しているが、有孔隔壁14により廃棄物Ａ中の水分が密閉空間16に落下して貯留槽20に運ばれるので、含水率の高い（例えば含水率90％以上の）有機性廃棄物Ａを処理することも可能である。

消化槽６には、格納空間15の内部を嫌気性微生物の活性温度（例えば、37℃又は55℃）に保温する保温手段19を設けることが望ましい。図示例では、格納空間15の周壁にジャケット型の熱交換器12を取り付け、熱源から熱交換器12に高温水又は蒸気を送って格納空間15の内部を嫌気性微生物の活性温度に保温している。熱交換器12に代えて、例えば消化槽６の周壁にヒータを取り付けて保温手段19としてもよい。ただし、後述するように微生物含有水Ｄを嫌気性微生物の活性温度に保温したうえで消化槽６に圧入することが可能であり、微生物含有水Ｄの圧入によって格納空間15を嫌気性微生物の活性温度に保持できる場合は消化槽６の保温手段19を省略してもよい。

消化槽６の格納空間15の上部と流体密閉貯留槽20の気相部とを連通路17により接続し、消化槽６の密閉空間16と貯留槽20の底部とを流体圧入装置22により接続する。図示例では連通路17に開閉弁を設けていないが、必要に応じて開閉弁17を設けてもよい。貯留槽20に貯える嫌気性微生物含有水Ｄは、例えば消化槽６の排出口８から引き抜いた消化液等の種汚泥Ｂを水Ｗに懸濁したものであるが、メタン発酵菌等の嫌気性微生物を含む適当な排液を用いることができる。例えば有機性廃棄物Ａを予め脱水した上で原料槽２に貯蔵し、脱水時に発生した排液を貯留槽20に貯えて嫌気性微生物含有水Ｄとして用いることができる。消化槽６と貯留槽20との容量比にとくに制限はないが、消化槽６の格納空間15の廃棄物Ａが冠水するに充分な量の微生物含有水Ｄを貯留槽20に貯えることが望ましく、例えば消化槽６と貯留槽20との容量比を１：0.5〜１：５の範囲内とする。

図示例の流体圧入装置22は、貯留槽20内の微生物含有水Ｄを消化槽６の密閉空間16に圧入する導水手段24と、消化槽６内の微生物含有水Ｄを貯留槽20へ戻す排水手段30とを有する。消化槽６の密閉空間16へ圧入された微生物含有水Ｄは、有孔隔壁14を介して上方の格納空間15へ送られ、格納空間15内の廃棄物Ａと混合・撹拌される。望ましくは、格納空間15の廃棄物Ａが冠水するまで微生物含有水Ｄを圧入する。図示例の導水手段24は、貯留槽20と消化槽６の密閉空間16とを接続するポンプ26付き導水路25と、格納空間15の廃棄物Ａの冠水を検出して信号を出力する冠水検出器27と、ポンプ26の駆動及び停止を制御する制御装置28とを有し、制御装置28によりポンプ26を定期的に駆動し、冠水検出器27の出力信号に応じてポンプ26を停止することにより格納空間15の廃棄物Ａを微生物含有水Ｄで例えば所定時間毎に冠水させる。ポンプ26の駆動時間間隔は廃棄物Ａの量や種類等に応じて制御装置28に適宜設定できるが、例えば１日に１〜４回程度とすることができる。このように、微生物含有水（流体）Ｄを密閉空間16に常時圧入するのではなく所定の設定条件に応じて定期的に圧入し、格納空間15の廃棄物Ａを撹拌している。

消化槽６の密閉空間16へ圧入した微生物含有水Ｄは、廃棄物Ａと混合・撹拌して例えば一定時間保持したのち、排水手段30により貯留槽20へ戻される。図１の排水手段30は、貯留槽20と消化槽６の密閉空間16とを接続するポンプ32付き排水路31と、密閉空間16内の水位を検出して信号を出力する水位検出器33と、ポンプ32の駆動及び停止を制御する制御装置28とを有し、制御装置28が冠水検出器27による冠水検出の一定時間後にポンプ32を駆動し、水位検出器33の出力信号に応じてポンプ32を停止することにより消化槽６の格納空間15内の微生物含有水Ｄを貯留槽20へ戻す。ただし、例えば図２のように貯留槽20を消化槽６の下方に設けた場合はポンプ32及び水位検出器33を設ける必要はなく、排水手段30に開閉弁34付き排水路31を設け、制御装置28による開閉弁34の開放により消化槽６の微生物含有水Ｄを貯留槽20へ戻すことができる。また図２に点線で示すように、排水手段30を消化槽６の密閉空間16から廃棄物Ａの冠水位まで上昇して貯留槽20へ下降するサイホン式排水路35とすれば、冠水検出器27を用いずに、貯留槽20の微生物含有水Ｄを消化槽６の廃棄物Ａが冠水するまで圧入したのち貯留槽20へ自動的に戻すことも可能である。

格納空間15の廃棄物Ａを微生物含有水Ｄで定期的に冠水させることにより、廃棄物Ａの全体を微生物含有水Ｄと混合・撹拌し嫌気性微生物と接触させることができる。必要に応じ、廃棄物Ａを微生物含有水Ｄで冠水させたのち、引抜弁5bを閉鎖した上で引抜装置５のモータ5aを駆動して格納空間15の廃棄物Ａと微生物含有水Ｄとを機械的に撹拌してもよい。微生物含有水Ｄに栄養物質を溶解しておけば、水分と共に栄養物質も廃棄物Ａの全体に行き渡る。栄養物質は、嫌気性微生物の正常な増殖やバイオガスＧの安定的な発生に必要な基質・栄養素であり、廃棄物Ａの種類や量等に応じてアンモニア態窒素等の窒素源、リン、あるいはミネラル等の微量成分が挙げられる。

また、貯留槽20の頂部と消化槽６の格納空間15とが連通路17で接続されているので、微生物含有水Ｄの圧入時に消化槽６の格納空間15のバイオガスＧが貯留槽20内に流れ込み、逆に消化槽６の微生物含有水Ｄを貯留槽20へ戻す際に貯留槽20内のバイオガスＧが消化槽６の格納空間15へ流れ込む。この連通路17を介した気体（バイオガスＧ）の移動により、微生物含有水Ｄの圧入に拘らず、消化槽６及び貯留槽20の内部を微生物の発酵に適した嫌気状態に維持できる。図示例では連通路17を単独の経路としているが、複数の経路からなる連通路17としてもよい。

なお、有孔隔壁14の小孔14aは全体的に均一に設けることが望ましいが、図示例のように廃棄物Ａを微生物含有水Ｄで冠水させる場合は、一部に小孔14aを設けた有孔隔壁14（図５（Ｂ）参照）であっても足りる。廃棄物Ａの種類や量等に応じて、全面又は一部分に小孔14aを設けた有孔隔壁14とすることができる。また図示例では、貯留槽20の周壁に保温手段19としてジャケット型の熱交換器21を取り付け、貯留槽20の内部を嫌気性微生物の活性温度に保温している。例えば消化槽６から貯留槽20へ微生物含有水Ｄを戻す際に、微生物含有水Ｄと共に廃棄物Ａ中の有機物が貯留槽20に進入し得る。貯留槽20を保温しておくことにより、このような含有水Ｄ中に混入した有機物を貯留槽20の内部において嫌気性微生物によりメタン発酵することができる。

［実験例１］
本発明の二槽型乾式嫌気性消化装置１によるメタン発酵効率を確認するため、有効容積６リットルの消化槽６及び貯留槽20を用いて図２に示す二槽型乾式嫌気性消化装置１を試作して実験を行った。本実験では原料としてドッグフードを用い、乾燥ペレット状のドッグフードを加水により含水率約80％に調整して低含水廃棄物Ａを模擬した。模擬廃棄物Ａの全化学的酸素要求量（T-CODcr）は500,000mg／リットルであった。模擬廃棄物Ａを滞留時間が15日となる所定量（6リットル／15日＝約0.4L／day）で投入口７から消化槽６の格納空間15に継続的に供給し、同量の消化液を消化槽６の格納空間15の排出口８から継続的に引き抜いた。

消化槽６の排出口８から引き抜いた消化液の一部を水Ｗに懸濁し、嫌気性微生物含有水Ｄとして貯留槽20に貯えた。消化槽６及び貯留槽20の周壁胴部にそれぞれヒータを設置して保温手段19とし、消化槽６及び貯留槽20の内部を嫌気性微生物の活性温度（55℃）に制御した。導水路25のポンプ26を１日２回（12時間間隔で）駆動し、消化槽６の格納空間15の模擬廃棄物Ａを微生物含有水Ｄで定期的に冠水させながら70日間にわたり模擬廃棄物Ａを継続的に分解処理した。70日間にわたりバイオガスＧの発生量を計測し、模擬廃棄物Ａの供給量とバイオガスＧの発生量とを比較した。

本実験の結果を図３のグラフに示す。同グラフが示すように70日間にわたりバイオガスＧの発生量は安定しており、原料（模擬廃棄物Ａ）の供給量に対するバイオガスＧの発生量から算出した有機物分解率は78％であった。廃棄物濃度の不均一による微生物反応の効率低下が見られないことから、本発明の消化装置１によりドッグフード程度の比較的大粒状の廃棄物Ａを１日２回の微生物含有水Ｄの冠水により均一に撹拌することができ、80％程度の高効率で安定的にメタン発酵できることを確認できた。すなわち本発明の消化装置１によれば、低含水廃棄物Ａを湿式嫌気性消化法と同様の高効率でメタン発酵することが可能であり、しかも湿式嫌気性消化法のように希釈水を加える必要がないので消化槽の小型化、消化槽の保温熱量の削減、二次処理施設の小型化が図れる。従って、効率的なメタン発酵を経済的に実現することが可能であり、有機性廃棄物の再資源化コストの削減への寄与が期待できる。

こうして本発明の目的である「低含水廃棄物を効率的・経済的にメタン発酵できる二槽型乾式嫌気性消化装置」の提供を達成できる。

図４は、消化槽６内で発生したバイオガスＧを流体として用いた本発明の二槽型乾式嫌気性消化装置１の実施例を示す。図示例の消化装置１は、図１及び図２と同様の嫌気性消化槽６と、消化槽６内で発生したバイオガス（流体）Ｇを貯える流体密閉貯留槽20と、貯留槽20内のバイオガスＧを消化槽６の密閉空間16に圧入する流体圧入装置22とを有する。貯留槽20は耐圧性とすることが望ましい。消化槽６の格納空間15に投入口７と排出口８とガス回収口９とを設け、ガス回収口９に開閉弁11付きバイオガス回収路10を接続する。また、消化槽６の格納空間15と貯留槽20とを開閉弁18付きガス連通路17で接続し、消化槽６の密閉空間16と貯留槽20の底部とを開閉弁39付きガス導入路38により接続する。図示例では連通路17を単独の経路としているが、これを複数の経路としてもよい。

図示例の流体圧入装置22は、貯留槽20の内部圧力を検出して信号を出力する検出器37と、ガス回収路10の開閉弁11・ガス連通路17の開閉弁18・ガス導入路38の開閉弁39の開閉を制御する制御装置40とを有する。適当な大きさに粉砕した固形状又は半固形状の廃棄物Ａを投入口７から消化槽６の格納空間15の有孔隔壁14上に投入したのち、制御装置40によりガス回収路10及びガス導入路38の開閉弁11、39を閉鎖すると共にガス連通路17の開閉弁18を開放し、消化槽６内で発生したバイオガスＧを貯留槽20に貯留する。

バイオガスＧの貯留により貯留槽20内の圧力は徐々に上昇するが、所定圧力まで上昇したことを検出器37により検出し、検出器37の出力信号に応じて制御装置40がガス連通路17の開閉弁18を閉鎖すると共にガス回収路10及びガス導入路38の開閉弁11、39を開放し、貯留槽20内のバイオガスＧを消化槽６の密閉空間16に吹き込む。密閉空間16に吹き込まれたバイオガスＧは有孔隔壁14を介して上方の格納空間15へ送られ、格納空間15の廃棄物Ａを撹拌する。廃棄物Ａを均一に撹拌するためには、有孔隔壁14の全面に多数の小孔14aを均一に設けることが望ましい。格納空間15に送られたバイオガスＧは、格納空間15の上部に穿たれたガス回収口９からガス回収路10を介してガスタンク（図示せず）等に回収される。すなわち図４の実施例では、バイオガスＧを消化槽６から直接回収するのではなく、貯留槽20及び密閉空間16を介して回収する。

バイオガスＧの吹き込みを開始したのち、検出器37による圧力低下の検出又は一定時間の経過により制御装置40が作動し、再びガス回収路10及びガス導入路38の開閉弁11、39を閉鎖すると共にガス連通路17の開閉弁18を開放してバイオガスＧの貯留槽20への貯留を再開する。このバイオガスＧの貯留と吹き込みとを繰り返すことにより、格納空間15の廃棄物Ａを定期的に撹拌することができる。廃棄物Ａの撹拌頻度は、廃棄物Ａの量や種類等に応じて制御装置40に適宜設定できるが、例えば貯留槽20内の圧力が5〜15kPaとなったときに吹き込みを開始するように設定することができる。このように、バイオガス（流体）Ｇを密閉空間16に常時圧入するのではなく所定の設定条件に応じて定期的に圧入し、格納空間15の廃棄物Ａを撹拌している。

［実験例２］
実験例１と同様の模擬廃棄物Ａと有効容積６リットルの消化槽６及び貯留槽20とを用い、図４の二槽型乾式嫌気性消化装置１を試作してメタン発酵効率を確認する実験を行った。模擬廃棄物Ａは、滞留時間が15日となる所定量（6L／15日＝約0.4L／day）で投入口７から消化槽６の格納空間15に継続的に供給し、同量の消化液を消化槽６の格納空間15の排出口８から継続的に引き抜いた。また消化槽６の周壁胴部に保温手段19としてヒータを設置し、消化槽６の内部を嫌気性微生物の活性温度（55℃）に制御した。バイオガスＧの吹き込みを開始する貯留槽20内の設定圧力を10kPaとして制御装置40に設定し、消化槽６の格納空間15の模擬廃棄物ＡをバイオガスＧの吹き込みにより定期的に撹拌しながら60日間にわたり模擬廃棄物Ａを継続的に分解処理した。60日間にわたりバイオガスＧの発生量を計測し、模擬廃棄物Ａの供給量とバイオガスＧの発生量とを比較した。

本実験の結果を図６のグラフに示す。同グラフが示すように60日間にわたりバイオガスＧの発生量は安定しており、原料（模擬廃棄物Ａ）の供給量に対するバイオガスＧの発生量から算出した有機物分解率は75％であった。廃棄物濃度の不均一による微生物反応の効率低下が見られないことから、実験例１の場合と同様に、図４の消化装置１によってもドッグフード程度の比較的大粒状の廃棄物Ａを均一に撹拌することができ、75％程度の高効率で安定的にメタン発酵できることを確認できた。すなわち本発明において消化槽６内で発生したバイオガスＧを流体として用いた場合も、低含水廃棄物Ａを湿式嫌気性消化法と同様の効率でメタン発酵することが可能であり、しかも湿式嫌気性消化法のように希釈水を加える必要がないので消化槽の小型化、消化槽の保温熱量の削減、二次処理施設の小型化が図れる。更に図４の消化装置１によれば、図１及び図２のように廃棄物Ａの撹拌のためにポンプ26の駆動を必要としないので、効率的なメタン発酵を一層経済的に実現することが期待できる。

本発明の一実施例の説明図である。 本発明の他の実施例の説明図である。 図２の装置を用いた実験結果を示すグラフの一例である。 本発明の更に他の実施例の説明図である。 本発明で用いる有孔隔壁の説明図である。 図４の装置を用いた実験結果を示すグラフの一例である。 従来の乾式嫌気性消化法の一例の説明図である。

符号の説明

１…二槽型乾式嫌気性消化装置
２…原料槽 ３…原料供給装置
3a…モータ ５…引抜装置
5a…モータ 5b…引抜弁
６…嫌気性消化槽 ７…投入口
８…排出口 ９…ガス回収口
10…バイオガス回収路 11…開閉弁
12…（ジャケット型）熱交換器
14…有孔隔壁 14a…小孔
15…格納空間 16…密閉空間
17…連通路 18…開閉弁
19…保温手段 20…流体密閉貯留槽
21…（ジャケット型）熱交換器
22…流体圧入装置
24…導水手段 25…導水路
26…ポンプ 27…冠水検出器
28…制御装置 30…排水手段
31…排水路 32…ポンプ
33…水位検出器 34…開閉弁
35…サイホン式排水路 37…圧力検出器
38…ガス導入路 39…開閉弁
40…制御装置
41…粉砕分別工程 42…混合工程
43…加温工程 44…嫌気性発酵工程
44a…消化槽 44b…撹拌装置
44c…撹拌翼 44d…撹拌翼の間隙部分
45…脱水工程 46…好気性発酵工程
47…乾燥工程 48…ふるい分け工程
Ａ…有機性廃棄物（低含水廃棄物）
Ｂ…種汚泥（嫌気性微生物）
Ｄ…嫌気性微生物含有水
Ｅ…副資材 Ｇ…バイオガス
Ｗ…水

Claims (6)

1. 有孔隔壁を底面とする有機性廃棄物の格納空間と該有孔隔壁の下方に連なる密閉空間とを有する嫌気性消化槽、前記格納空間に連通路を介して接続した流体密閉貯留槽、及び前記貯留槽内の流体を前記密閉空間に圧入して格納空間の廃棄物を撹拌する流体圧入装置を備えてなる二槽型乾式嫌気性消化装置。
2. 請求項１の消化装置において、前記貯留槽に嫌気性微生物含有水を貯えると共に前記連通路を貯留槽の気相部に接続し、前記流体圧入装置に、前記貯留槽内の微生物含有水を消化槽の格納空間の廃棄物が冠水するまで圧入する導水手段と、前記冠水後の消化槽内の微生物含有水を貯留槽へ戻す排水手段とを設けてなる二槽型乾式嫌気性消化装置。
3. 請求項２の消化装置において、前記導水手段に、前記貯留槽と消化槽の密閉空間とを接続するポンプ付き導水路と、前記格納空間の廃棄物の冠水を検出して信号を出力する検出器と、前記ポンプを定期的に駆動し且つ前記検出器の出力信号に応じてポンプを停止する制御装置とを設けてなる二槽型乾式嫌気性消化装置。
4. 請求項１の消化装置において、前記連通路を開閉弁付きガス連通路として前記貯留槽に消化槽内で発生したバイオガスを貯え、前記流体圧入装置に、前記消化槽の格納空間からバイオガスを回収する開閉弁付きガス回収路と、前記消化槽の密閉空間と貯留槽とを接続する開閉弁付きガス導入路と、前記貯留槽の内部圧力を検出して信号を出力する検出器と、前記検出器の出力信号に応じて前記連通路、回収路及び導入路の開閉弁の開閉を制御する制御装置とを設けてなる二槽型乾式嫌気性消化装置。
5. 請求項４の消化装置において、前記制御装置により、前記回収路及び導入路の開閉弁を閉鎖すると共に連通路の開閉弁を開放して消化槽内で発生したバイオガスを貯留槽に貯留し、且つ、前記検出器の出力信号に応じ連通路の開閉弁を閉鎖すると共に回収路及び導入路の開閉弁を開放して貯留槽内のバイオガスを消化槽の密閉空間に圧入してなる二槽型乾式嫌気性消化装置。
6. 請求項１から５の何れかの消化装置において、前記消化槽及び／又は前記貯留槽に、前記廃棄物及び／又は流体を嫌気性微生物の活性温度に保つ保温手段を設けてなる二槽型乾式嫌気性消化装置。

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