JP2008173554A - メタン発酵システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明に係るメタン発酵システムは、有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発酵するメタン発酵槽と、メタン発酵槽内の発酵液の一部と栄養源が送られて好気性条件下で好気性菌を培養する好気性培養槽と、を備え、前記好気性培養槽で培養された培養液が、前記メタン発酵槽に戻されるように構成される。
【選択図】図1
Description
しかし、メタン発酵を促進する前記酵素は非常に高価であり、しかも、該酵素は継続的に添加しなければならないため、維持コストがかかるという問題があった。
本発明によれば、メタン発酵槽内の発酵液の一部が抜き出されて、栄養源と共に好気性条件下に移されるので、その抜き出されたメタン発酵液中に含まれる好気性菌は、好気性条件の下で培養される。これにより、培養液中に好気性菌によって加水分解酵素が生成される。その培養液を再びメタン発酵槽内に戻し、生成された加水分解酵素をメタン発酵槽に供給することによって、該加水分解酵素は嫌気性下でも有機性廃棄物を加水分解するため、メタン発酵槽内では当該加水分解酵素によって有機性廃棄物の加水分解が進行しつつ、メタン生成菌によるメタン発酵が進行し、メタン発酵効率を向上させることができる。
また、メタン発酵槽に供給する前の有機性廃棄物の全量を処理するための、大きな可溶化処理槽を設置する必要がないので、その導入コストや維持コストがかからず経済的である。
好気性菌は生育して加水分解酵素を生産し、メタン発酵効率を高める加水分解酵素を培養液中に生成する。その際、好気性培養槽において、1日間の培養滞留時間によって、メタン発酵槽におけるメタン発酵効率を向上させるために十分な量の加水分解酵素を生成する。前記培養滞留時間を5日間にすると、加水分解酵素の生成量は更に多くなるが、好気性培養槽に滞留する培養液の量も5倍になり、該好気性培養槽が大型化するため、5日を上限とすることが望ましい。
本発明によれば、好気性培養槽内を好気性菌の生育に必要な好気性条件とすることができる。
本発明によれば、好気性菌を良好に生育させるとともに、該好気性菌による加水分解酵素の生産が良好に行われる。
本発明によれば、好気性培養槽内の培養液を、メタン発酵槽内に戻す際の、メタン発酵槽内の発酵液の温度変化を少なくすることができる。
本発明に係るメタン発酵システムの一実施例を図1に基いて詳細に説明する。
図1のメタン発酵システムは、有機性廃棄物1を磨砕する磨砕機41と、磨砕された有機性廃棄物1が送られて該有機性廃棄物1をメタン発酵させるメタン発酵槽11と、前記メタン発酵槽11内から抜き出された発酵液2の一部と栄養源4が送られて、好気性条件下で好気性菌を培養する好気性培養槽21と、を備えており、好気性培養槽21内の培養液3がメタン発酵槽11に戻されるように構成されている。
また、好気性培養槽21における培養滞留時間が1〜5日になるように、好気性培養液21の容積が設定されている。
好気性培養槽21の容積は、好気性培養槽21での培養滞留時間に応じて、好気性培養槽容積/好気性培養槽供給排出量=培養滞留時間となるような大きさに設定される。
メタン発酵槽11内では、嫌気性菌であるメタン生成菌が増殖し、メタン発酵が行われているが、該メタン発酵槽11内のメタン発酵液2中には、嫌気性条件下では増殖できない好気性菌が存在する。
また、メタン発酵槽11に供給する前の有機性廃棄物1の全量を処理するための、大きな可溶化処理槽を設置する必要がないので、その導入コストや維持コストがかからず経済的である。
このことによって、好気性培養槽21は、メタン発酵槽11に供給される有機性廃棄物量1の全量を処理する可溶化処理槽に比して小規模で足り、好気性培養槽21の導入コストや維持コストが低く抑えられる。
一方、本実施例に必要な好気性培養槽21の容積は、メタン発酵槽11から好気性培養槽21に送るメタン発酵液2の量や培養滞留時間にもよるが、0.9〜45m3でよく、好気性培養槽21の導入費用および維持費用が少なく経済的である。
本発明に係るメタン発酵システムの他の実施例を図2に基いて詳細に説明する。
メタン発酵液を好気性条件下で培養した培養液を、メタン発酵槽に添加した時のメタン発酵効率を調べるため、バッチ法によるメタン発酵試験を行った。図5は、メタン発酵試験に用いたメタン発酵槽の概略構成図である。
試験用メタン発酵槽51内でのメタン発酵によって発生したバイオガス60の量は、湿式ガスメーター59によって測定される。
メタン発酵試験1におけるメタン発酵槽の条件を以下に示す。
メタン発酵温度: 55℃(高温メタン発酵)
有機性廃棄物量: 700ミリリットル(搾乳牛糞尿)
メタン発酵液量: 10リットル
上記試験用メタン発酵槽51からメタン発酵液53を抜き出し、その抜出メタン発酵液61を好気性条件下で1日間培養した。好気性培養槽として、前記抜出メタン発酵液61の量の10〜20倍程度の容量のビーカーを用い、大気開放下で撹拌子によって撹拌した。本試験は小スケールであるため、撹拌子による撹拌のみでも、好気性菌の生育に十分な好気性条件が得られるため、曝気装置による曝気は行わなかった。好気性菌の栄養源として、多糖類であるデンプンを抜出メタン発酵液(培養液)に対して100mg/リットルとなるように加えた。
有機性廃棄物量の0.7%のメタン発酵液を抜き出した実施例1のバイオガス発生速度は、比較例1とほとんど変わらず、メタン発酵効率向上の効果は得られなかったが、投入した有機性廃棄物量の1.0%のメタン発酵液を抜き出した実施例2は、加水分解酵素10gを加えた比較例3および加水分解酵素20gを加えた比較例4と同等のメタン発酵効率の向上効果が得られている。メタン発酵液の抜き出し量を増やした実施例3および実施例4は、実施例2よりも更にバイオガス発生速度が上がり、より効果的である。
メタン発酵槽の発酵温度が37℃の場合について、メタン発酵試験1と同様に、試験用メタン発酵槽を用いたメタン発酵試験を行った。メタン発酵試験2におけるメタン発酵槽の条件を以下に示す。
メタン発酵温度: 37℃(中温メタン発酵)
有機性廃棄物量: 300ミリリットル(搾乳牛糞尿)
メタン発酵液量: 10リットル
メタン発酵槽からメタン発酵液を抜き出し、好気性培養槽において培養後、該培養液をメタン発酵槽に戻し、発生するバイオガスを測定する試験方法は、メタン発酵試験1と同様であるため、その説明は省略する。
また比較例として、メタン発酵槽になにも添加しないもの(比較例5)と、加水分解酵素(COWATEC社製:MethaPlus1,000)添加した場合もの(比較例6)の試験を行った。表4に、比較例における加水分解酵素の添加量を示す。
投入した有機性廃棄物量の0.3%のメタン発酵液を抜き出した実施例5のバイオガス発生速度は、比較例5とほとんど変わらず、メタン発酵効率向上の効果は得られなかったが、投入した有機性廃棄物量の1.0%のメタン発酵液を抜き出した実施例6は、加水分解酵素10gを加えた比較例6よりもメタン発酵効率は向上している。メタン発酵液の抜き出し量を増やした実施例7および実施例8は、実施例5よりも更にバイオガス発生速度が上がり、より効果的である。
4 栄養源、 5 空気、
10 有機性廃棄物供給ライン、
11 メタン発酵槽、 12 有機性廃棄物供給口、
13 メタン発酵液排出口、 14 メタン発酵液抜出口、
20 メタン発酵液移送ライン、
21 好気性培養槽、 22 メタン発酵液供給口、 23 培養液抜出口、
24 曝気装置、 25 撹拌機、
30 培養液移送ライン、
41 磨砕機、 42 スラリータンク、43 バイオガス
51 試験用メタン発酵槽、 52 恒温水槽、 53 メタン発酵液、
54 有機性廃棄物、 55 投入口、 56 投入口キャップ、
57 撹拌パドル、 58 拡販用ハンドル、 59 湿式ガスメーター、
60 バイオガス 61 抜出メタン発酵液
Claims (7)
- 有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発酵するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽内のメタン発酵液の一部と栄養源が送られて好気性条件下で好気性菌を培養する好気性培養槽と、を備え、
前記好気性培養槽で培養された培養液が、前記メタン発酵槽に戻されるように構成されたことを特徴とするメタン発酵システム。 - 請求項1において、単位時間当たりにメタン発酵槽に供給される有機性廃棄物量であり、且つ、単位時間当たりにメタン発酵槽から排出されるメタン発酵液量であるメタン発酵槽供給排出量の1〜10%の量のメタン発酵液を、メタン発酵槽から好気性培養槽に送るように構成したことを特徴とするメタン発酵システム。
- 請求項1または2において、前記好気性培養槽における培養滞留時間が1〜5日であることを特徴とするメタン発酵システム。
- 請求項1から3のいずれか1項において、前記好気性培養槽における好気性条件は、曝気、大気開放下での機械式撹拌、および/またはポンプによる培養液循環によって確保されることを特徴とするメタン発酵システム。
- 請求項1から4のいずれか1項において、前記栄養源として、多糖類、高級脂肪酸、単糖類、二糖類、アミノ酸、油脂類、の少なくとも一成分を、メタン発酵槽内から送られたメタン発酵液の量に対して10mg/リットル以上の濃度になるように添加することを特徴とするメタン発酵システム。
- 請求項1から5のいずれか1項において、前記好気性培養槽内の培養液の温度を、前記メタン発酵槽内のメタン発酵液の温度の±5℃以内に設定することを特徴とするメタン発酵システム。
- 有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽内のメタン発酵液の一部と栄養源とを好気性培養槽に送り、該好気性培養槽において好気性条件下で好気性菌を培養した後、その培養液を前記メタン発酵槽に戻すことを特徴とするメタン発酵方法。
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