JP2009518170A - 基質及び沈殿物の連動した搬送メカニズムを含む発酵装置とその運転方法 - Google Patents

Abstract

有機材料を含む基質を生物学的に分解するため、及び、分解時に生じるバイオガスを獲得するための発酵装置が記載される。発酵装置内で基質を同時に循環するため、及び、堆積した沈殿物を排出するために、横に存する攪拌シャフト（１１）を備える攪拌装置が、発酵装置内で次々に攪拌径よりも小さい軸間隔で配設されることが提案される。本発明はまた上記発酵装置の運転方法に関している。

Description

本発明は発酵装置に関している。当該発酵装置は、有機材料を含む基質を生物学的に分解するため、及び、分解時に発生するバイオガスを獲得するための発酵装置であり、一方の端部に基質用の取込口、タンクの反対側の端部に処理された基質用の吐出口、並びに、少なくとも１つのバイオガス用の流出口を備える縦長の閉じたタンクを有している。その際上記タンクは複数の反応容積セルを有し、上記反応容積セルはそれぞれ個々に駆動される攪拌装置を含む。上記攪拌装置は、基質をかき混ぜるための、円形状に動く攪拌翼及びタンクの縦延び（縦伸長方向）に対して横方向（左右方向）に存する攪拌シャフトを有している。また、本発明は上記発酵装置の運転方法に関している。

例えばバイオ廃棄物、食料品からの残余物、又は、再生原料といった、有機材料を含む基質の発酵では、所謂湿式発酵と乾式発酵に区別される。湿式発酵の場合は、例えば内部に存する環流（ループ流）を用いるループリアクタといったバイオガスリアクタ内で処理される流動性の懸濁液が基質から作られるのに対し、乾式発酵の場合は、基質は、例えば端部で閉じて存するタンク内へ取入れられ、攪拌装置を用いてバイオガスを生成しながら循環され、そして、もう一方の端部で処理された基質がタンクから排出される。

嫌気的に処理される基質が非常に多くの固体を含み、そのため約１５％よりも僅かな固形物濃度での湿式法の駆動範囲までの必要な希釈が経済的でない場合、或いは、湿式方法の際に頻繁に必要となるコスト高な阻害物質除去がその他のプロセス技術的な理由から不必要である場合、乾式発酵法は湿式発酵法の代わりに利用される。乾式発酵は好ましくは３５パーセント以下の固体含有量の場合、発酵槽入口で行なわれる、また、縦置き又は横置きのリアクターとして設計することが出来る。

廃棄物処理及び残留廃棄物処理に使用する場合では、乾式発酵の長所は、比較的僅かな、発酵前に取入れられる投入物質の精製コスト及びコンディショニングコストである。目の粗い阻害物質の減少させ、そして、それに続き発酵のために２０〜６０ｍｍのフラクションの細分をした後は、通常、発酵リアクターへの注入前には、更なる阻害物質、例えば木、プラスチック、ガラス、並びに砂、及び石のための、除外は必要ない。

発酵槽自体で可能な課題により、この僅かな使用前処理のための技術的コストが達成される。発酵槽長に渡る発酵媒体での有機化合物の生化学的変換により、取込口から排出口の間で、固形物濃度は、およそ３５％の乾燥物質から、２０％よりも僅かな乾燥物質へ減少し、また、粘度は３００００〜６００００ｍＰａｓから、５０００ｍＰａｓより僅かな粘度にまで減少する。固形物を多く含んで使用した際、更に、沈殿性及び浮遊性の上述の阻害物質が、広範囲に及び安定した状態で分散されていた場合、それは変化するガス媒体の物性によって発酵槽内でかき混ぜられる。それは沈下膜及び浮遊膜の形成をもたらす傾向にある。通常発酵槽に配設される、物質の移行及び媒体のガス抜きを改善するための攪拌器は、更に、この分別された分離を促進する。

それゆえ、横置きの乾式発酵槽には、攪拌器に加えて、更に、特に沈殿物を搬送及び取り出すための装置が存在する。

特許文献１には、スラストロッドを介して伝動される動きによって沈殿物をリアクター端部へより希釈になる媒体の方向へ搬送する、特別なスクレーパー（掻器）が記載されている。

それゆえこの既知の構成の場合、かき混ぜるため及び阻害物質を除外するため、別々の装置が必要であり、それは工業技術的コスト及び駆動技術的コストを高める。特にメンテナンス及び阻害物の処理は、それらが発酵槽の消耗と関連し得るので、多大な問題をもたらす。

ＥＰ０６１７１２０Ｂ１

本発明は、冒頭述べられた種類の発酵装置、並びに、上記発酵装置の駆動方法を具体化するという課題に基づいている。それは攪拌器具の本来の均一化機能及びガス抜き機能に加え、発酵槽の入口と出口の間で、固体の流れのプラグフロー特性（Pfropfenstromcharakteristik）の障害なしに、同時に発酵槽端部への沈殿物の移動を行い、又、硬化した浮遊カバーの形成を抑えるようなものである。

上記課題は、本発明に従い、発酵装置の場合に、攪拌シャフトが攪拌径よりも小さな軸間隔で配設されることで、攪拌翼が攪拌シャフトの回転に際しオーバーラッピング領域を覆う（ueberstreichen）ことにより解決される。

本発明は、特許文献１に記載されるような従来技術を基礎にしている。この既知の発酵装置は別々に制御可能で、横方向に存する攪拌器具装置を有しており、上記攪拌器具装置は次々につなげられる仮想反応容積セル（攪拌セル）の列へ、攪拌槽を分ける。発酵物の取出しと基質の注入の組み合わせによって、水平なプラグフローが行なわれる一方で、パドルに似たバー攪拌器具が垂直な媒体の交換を行い、加えてそのそれぞれの攪拌セルで液体から姿を現す攪拌バーにより浮遊カバーが破砕される。その際、沈殿物の移送はプッシュフレームを用いて別々に行なわれる。既知の発酵装置の場合は、攪拌シャフトは、攪拌シャフトの間隔が攪拌径よりも大きくなるように、発酵槽に配設されている。

実験的に確認済みの理論的な研究から、驚くべきことに、この攪拌システムが発酵槽の底に沿った沈殿物の所望の移送にも利用可能であることが示された。そのために、移動砂丘により既知の、風上側から風下側への材料移動による水平推移効果が利用される。その際、移送手段はリアクターの底に対して適切に設計された間隔で、沈殿物をタンクの縦軸に対して横方向の山（Duene）へともに押し動かす攪拌翼である。しかしながら現在の通常の攪拌器の配置及び軸間隔では、この搬送プロセスは効果的には行なわれず、そして完全な停止状態となり得る、或いは、それどころか乾燥物質成分、媒体の粘度、及び、阻害物質成分に依存し、攪拌器具の不動作を導き得る。

本発明の特に好ましい実施形態では、攪拌翼はその外端に攪拌バーを有し、それらはタンク幅に渡って（フォーク形状に）分岐しており、また、相互にずれて配設されている。詳しく示されたように、沈殿物の山は移動可能であるために十分小さく維持されているべきである。そのため攪拌バーはリアクター幅に渡り分岐され、好ましくは１２０度以下又は９０度以下の角度で相互にずらされて攪拌シャフト上に配設される。攪拌シャフトが攪拌径よりも小さな軸間隔で配設されている攪拌システムの特別な配置との組み合わせでは、沈殿物のすくい上げの最大高さは、回転する攪拌バーの間の死空間（デッドスペース）へ、幾何学的に所望の方法で予め設定される。隣接する攪拌シャフトの回転方向が同様の場合、沈殿物は一方側に蓄積される、そして、連続攪拌器具の、ずらされて動き、（櫛のように）すく攪拌バーによって、他方側で再び取去られ、また、底上で次の山まで移送される。横方向で分岐されてシャフト上でずらされて配設されている攪拌バーにより、バーが全幅に渡って同時に沈殿物内へ入り込むこと、及びそれにより、機械的過負荷によって損傷すること、が避けられる。更に、目の粗い物質が側面で攪拌バーとタンク壁の間に挟まり動けなくなる、ということもない。

合目的な方法で、発酵装置の吐出領域に底付近の吸込みポートが配設される、それはそこまで移送された沈殿物を排出するためのものである。特に、特別な沈殿物特性を有する発酵媒体を処理するために、本発明の着想の他形態に従い、装備内で、発酵装置の排出領域に、傾斜した壁を有する収集ポケットが形成されている、また、その最下点で吸込みポートが終端する。

本発明は更に、有機材料を含む基質を生物学的に分解するための方法、及び、その分解の際に発生するバイオガスを獲得する方法に関している。その際、上記基質は、縦長で閉じたタンク内へ取り込まれ、又、タンク内で複数の反応ゾーンを貫流する。その際、タンク内では、基質はそれぞれ個々に駆動される攪拌装置によって循環され、そして、分解生成物はタンクから排出される。上記攪拌装置はタンクの縦延びに対して横方向に存する軸の周りで円形状に動く攪拌翼を備えている。

方法面では、提示された課題は、攪拌径よりも狭い軸間隔で配設されている隣接する攪拌器具の攪拌翼が、互い違いに機能するように制御されることにより解決される。それにより、隣接する攪拌器具の攪拌翼が互いにブロックしないことが保証される。

特に、隣接する攪拌器具の攪拌翼は同じように動かされる。同様の回転方向により、沈殿物は一側に蓄積され、そして、隣接する攪拌器具のずれて作動して櫛のようにすく攪拌バーによってもう一方側に再度取去られ、また、底上で次の山まで搬送される。

本発明は、横方向に存する攪拌装置を有する横置きタンクを備える全ての発酵装置に適している。特に、高い沈殿傾向のある基質を処理する場合には、大きな利点とともに本発明を使用することが出来る。

本発明により、全体で、僅かな投資コストで、発酵物のかき混ぜと発酵槽での沈殿物の排出を同時に行なう、技術的に洗練された解決法が使用可能となる。その際の特別な利点は、処理されるべき基質についてのプラグフロー特性が、発酵装置内で、沈殿物の排出により妨げられないことである。

以下において本発明は、図中に概略的に示される実施例を用いて詳細に説明される

図は横置きの閉じたタンク１を有する発酵装置を示す。上記タンクは、端部に処理されるべき基質用の取込口２、そして、向かい側の端部に排出口３及び４を有する。基質は供給用スクリューコンベア５を介してタンク１の取込口２へもたらされる。上記基質は例えばバイオ廃棄物又は再生原料から成る。タンク１にはタンク軸に対して横方向に配設される攪拌装置６が配設されており、それらはそれぞれタンク軸に対して横方向に並べられ、個々に駆動される攪拌シャフト１１を有している。攪拌装置６の攪拌翼には攪拌バー１２が取付けられている。上記攪拌バーはタンク幅に渡り分岐しており、攪拌シャフトに１２０度以下の角度で相互にずらされて配設されている。更に、攪拌シャフト１１は攪拌径よりも僅かな軸間隔で配設されており、それにより攪拌バー１２により櫛ですくような状態となる。隣接する攪拌器具６のオーバーラップ領域（櫛領域）は符号１３で表される。構成段階で軸間隔６並びに攪拌径を幾何学的に決定することで、所望の方法で技術的に、沈殿物の積上げ１４の最大高さを、回転する攪拌バー１２の間の死空間に予め設定することが出来る。隣合う攪拌装置６が同様の方向に回転する場合、堆積物は、片側に溜まり、ずらされて作動し櫛のようにすく連続攪拌器具の攪拌バーによりもう片側へと運ばれ、そして、底上で次の山まで搬送される。処理の間にタンク内で発生するバイオガスは、ガス排出口１５を介してタンク１から排出される。発酵槽端部まで搬送された堆積物の山１４は、吐出口１４の領域へ達する。そこでは、乾燥物質及び堆積物が集積された底部フラクションが、タンク１から吸取られる。固形成分の乏しい液体は、タンクの上方領域で吐出口３を介して排出される。下流に接続されるタンク１６では、発酵物が分離されそして排水プレス１８へ搬送される。プレス水が、例えば液体肥料として、パイプ２０を介して排出される一方で、分離された発酵残物質は続いて、配送管１９を介して排出される。腐敗物及びプレス水は、戻しパイプ１７を介して、タンク１の端部へ一時的に戻される。

閉じた横置きタンクを有する発酵装置である。

符号の説明

１ タンク
２ 取込口
３ 吐出口
４ 吐出口
６ 攪拌装置
７ 軸間隔
１１ 攪拌シャフト
１２ 攪拌バー
１３ オーバーラップ領域

Claims (6)

1. 有機材料を含んだ基質を生物学的に分解するための、及び、上記分解の際に発生するバイオガスを獲得するための発酵装置にして、縦長で閉じたタンク（１）を有し、上記タンクが、端部に基質用の取入口（２）を、そして、タンク（１）の反対側の端部に処理された基質用の吐出口（３、４）を、並びに、少なくとも１つのガス用の排出口（１５）を備えており、またその際タンク（１）は複数の反応容積セルを有し、上記反応容積セルが、円形状に動かされる攪拌翼を備えそれぞれ複数の単独に駆動される攪拌装置（６）を含み、また、基質をかき混ぜるためのタンク（１）の縦延びに対して横方向に存する攪拌シャフト（１１）を含んでいる、発酵装置において、攪拌シャフト（１１）が攪拌径よりも小さい軸間隔（７）で配設されることで、攪拌翼が攪拌シャフト（１１）の回転の際オーバーラップ領域（１３）を覆うことを特徴とする発酵装置。
2. 請求項１に記載の発酵装置において、攪拌翼がその外端に攪拌バー（１２）を有し、上記攪拌バーがタンク（１）幅に渡って分岐しておりそして相互にずらされて配設されていることを特徴とする発酵装置。
3. 請求項１又は２に記載の発酵装置において、発酵装置の吐出領域に、沈殿物を排出するための底近傍の吸込みポート（４）が配設されていることを特徴とする発酵装置。
4. 請求項３に記載の発酵装置において、タンク（１）が、発酵装置の吐出領域に、傾斜した壁を有する収集ポケットを備え、その最下点で吸込みポート（４）が終端していることを特徴とする発酵装置。
5. 有機材料を含んだ基質を生物学的に分解するための、及び、上記分解の際に発生するバイオガスを獲得するための方法にして、その際基質が、縦長で閉じたタンク（１）へ取り入れられ、タンク（１）内で複数の反応ゾーンを貫流し、その中で、タンク（１）の縦延びに対して横方向に存する軸（１１）の周りで円形状に動く攪拌翼を備えそれぞれ単独に駆動される攪拌装置（６）を用いて循環され、そして、分解生成物がタンク（１）から取去られる方法において、攪拌径よりも小さい軸間隔で配設される隣接する攪拌器具（６）の攪拌翼が、互い違いに機能するように制御されることを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、隣接する攪拌装置（６）の攪拌翼が同じように動かされることを特徴とする方法。

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