JP2018143903A - メタン発酵バイオリアクタ及びその洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メタン発酵処理を継続しながら溢流ラインを洗浄できるメタン発酵バイオリアクタ及びその洗浄方法を提供する。
【解決手段】メタン発酵微生物群の固定床１４と，内部の発酵液Ｓを固定床１４の下方から槽外へ引き抜き固定床１４の上方に戻して循環させるポンプ２１付き循環ライン２０と，下部から消化液Ｄを槽外へ溢流させ発酵液面に相当する槽外高さＨまで上昇させて放流する開閉弁Ｖ１付き溢流ライン３０とを有する嫌気性発酵槽１０において，溢流ライン３０上に開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４付きの高圧洗浄水噴き入れ口４１，４２，４３を設け，循環ライン２０による発酵液Ｓの循環を継続しながら噴き入れ口４１，４２，４３から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０を洗浄する。好ましは，溢流ライン３０の曲がり部分に高圧洗浄水噴き入れ口４１を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明はメタン発酵バイオリアクタ及びその洗浄方法に関し，とくに有機物含有液をメタン発酵処理によりバイオガスにまで分解して消化液を放流するメタン発酵バイオリアクタ及びその洗浄方法に関する。

生ごみ，食品製造残さ，動植物性残さ等の有機性廃棄物をメタン発酵処理により減容化し，更に有用物を回収して再資源化する技術が実用化されている（非特許文献１，特許文献１，２を参照）。例えば特許文献１は，図５に示すように，スラリー状に破砕した有機性廃棄物Ｅをメタン発酵微生物群の固定床１４が設けられた嫌気性発酵槽１０に投入してバイオガスＧ（メタン，二酸化炭素，硫化水素等を含む）と残留有機物（消化液）Ｄとに変換し，バイオガスＧから燃料電池により電力エネルギーを回収し，残留有機物Ｄから二次処理装置１７によりコンポスト材料（肥料・飼料）を回収する湿式のメタン発酵システムを開示している。

図５のメタン発酵システムにおいて，嫌気性発酵槽１０に投入された有機性廃棄物Ｅは徐々に分解されて発酵液Ｓとなり，更に発酵槽１０内に所要時間滞留しながらバイオガスＧと消化液Ｄとにまで分解される。バイオガスＧからメタン精製装置５１により硫化水素を脱硫し，得られたメタンガスを燃料電池の材料として用いる。このような再資源化技術は，有機性廃棄物の破砕スラリーだけでなく，下水処理場やし尿処理場等において有機性廃水等からメタン発酵を利用して電力エネルギーやコンポスト材料等の有用物を回収する場合にも適用できる。

一般に湿式のメタン発酵システムは，有機性廃棄物や有機性廃水（以下，これらを纏めて有機物含有液Ｅという）を効率的・安定的にメタン発酵するため，嫌気性発酵槽１０内の発酵液Ｓをメタン発酵に適する温度（発酵温度）に保温すると共に，発酵液Ｓを攪拌しながら微生物群と均一に接触させる。例えば図５のメタン発酵システムは，発酵槽１０の固定床１４の上部から発酵液Ｓを槽外へ抜き出し，外付けのポンプ２１付き循環ライン２０を介して発酵槽１０の固定床１４の下部へ戻し，発酵槽１０内に上向き流を形成することにより発酵液Ｓを撹拌している（上向流循環法）。また循環ライン２０上に保温装置２５を設け，発酵液Ｓを保温装置２５で加熱しながら循環させることにより，発酵槽１０内の発酵液Ｓを発酵温度に保温している。循環しながら分解された消化液Ｄは，後続の有機物含有液Ｅの投入によって発酵槽１０の上部（液面）から溢流ライン（オーバーフローライン）３０に送り出され，二次処理装置１７を経由して放流される。

これに対し，図６に示すように，固定床１４の下部から発酵液Ｓを槽外へ抜き出し，外付けのポンプ２１付き循環ライン２０を介して発酵槽１０の固定床１４の上部へ戻し，発酵槽１０に下向き流を形成することにより発酵液Ｓを均一に撹拌することもできる（下向流循環法）。図６においても，循環ライン２０上に保温装置２５を設けることにより，発酵槽１０内の発酵液Ｓを撹拌しながら発酵温度に保温することができる。

図６の下向流循環法において循環しながら分解された消化液Ｄは，発酵槽１０の下部に接続された溢流ライン（オーバーフローライン）３０に送り出されるが，サイフォン現象によって発酵槽１０内の発酵液Ｓが抜け出ないように，更に硫化水素を含むバイオガスＧの大気への放出を防ぐために，溢流ライン３０の中間部分を発酵槽１０の気相部１５と均圧となる槽外高さ（均圧部）まで上昇させている。すなわち，図６において発酵槽１０の下部から送り出された消化液Ｄは，均圧部まで上昇したのち（必要に応じて二次処理装置１７を経由して）放流され，消化液Ｄ中に含まれるバイオガスＧは均圧部からガスライン５０に送られる。

図６の下向流循環法は，図５の上向流循環法と同様に嫌気性発酵槽１０内の発酵液Ｓを発酵温度に保温しながら攪拌することができる。更に，抜き出した発酵液Ｓを上部から比較的均一に発酵槽１内へ戻すことができ，発酵液Ｓの表面にできるスカム層を破壊することができ，発酵槽１内に発生したバイオガスの上昇流と発酵液Ｓの下向流との交差により効果的な攪拌が期待できる点で，図５の上向流循環法よりも優れている。このため，実際の湿式のメタン発酵システムでは図６の下向流循環法を採用することが多い。

財団法人新エネルギー財団編「バイオマス技術ハンドブック〜導入と事業化のためのノウハウ〜 第３章メタン発酵」株式会社オーム社，平成２０年１０月２５日，ｐｐ．２０６〜４４７

特開２０００−１６７５２３号公報 特開２０００−０２３６５６号公報

しかし，図６の下向流循環法のメタン発酵システムにおいて，有機物含有液Ｅのメタン発酵処理を長期間継続した場合に，有機物含有液Ｅ中に含まれる無機物が徐々に結晶として溢流ライン３０の内壁に析出する問題点が経験された。すなわち，例えば有機物含有液Ｅ中にリン酸イオン（ＰＯ_４ ^３−），アンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋），マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）等の無機質イオンが高濃度で含まれており，且つ，以下に述べる複数の条件が重なると，溢流ライン３０において（１）式の反応が右側に進行して無機物イオンがリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４；以下，ＭＡＰという）の結晶として析出して成長することがある。また他の条件が重なると，炭酸カルシウムの結晶が溢流ライン３０の配管内壁に析出する場合もある。
ＰＯ_４ ^３−＋Ｍｇ^２＋＋ＮＨ_４ ^＋＝ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４ ……………………（１）

有機物含有液Ｅ中に無機質イオンが高濃度で含まれていても，酸性では（１）式の反応は右側に進行することはなく，無機物イオンは発酵液Ｓ中に溶解している。通常のスラリー状に破砕した有機性廃棄物Ｅは乳酸発酵等によりｐＨ４〜５程度の酸性である。発酵液ＳはバイオオガスＧにまで分解されるとｐＨ７．５程度の消化液Ｄとなり，その後に溢流ライン３０を介して放流される過程（二次処理装置１７へと送られる過程）で溶存していた炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）が二酸化炭素（ＣＯ_２）として気相部に放出されることによってｐＨが更に上昇し，溢流ライン３０中ではｐＨ８以上となりうる。また溢流ライン３０では，循環圧力が加わらないので消化液Ｄはゆっくりと上昇しながら滞留しており，圧力は低下し，温度も低下する。

溢流ライン３０の配管内壁において，上述したようなｐＨ８程度までの水素イオン濃度の減少，圧力の低下，温度の低下，流速の低下，更には配管粗面での無機物の凝集等といった幾つもの条件が重なると，（１）式の反応が右側に進行してＭＡＰの無機物結晶が析出して成長が始まる。なお，実際の発酵液Ｓは多くの緩衝剤が含まれる複雑な緩衝溶液となっており，（１）は定性的な結晶析出反応を示すものであって，実際の結晶析出反応は非常に複雑なものである。

溢流ライン３０に析出した無機物結晶は配管内壁に付着して成長していくので，放置すると配管を閉塞させるおそれがあり，適宜洗浄して除去する必要がある。ただし，無機物結晶は配管内壁に強固に付着（固着）しているので，配管内に水を流す程度の簡単な洗浄操作で除去することは難しい。メタン発酵処理を中断して溢流ライン３０の内部をブラシ等で擦ることは可能であるが，処理を中断すると洗浄後の嫌気発酵槽１０のメタン発酵処理の再開に非常に手間がかかるので，有機物含有液Ｅを連続的に処理している現場において溢流ライン３０の洗浄のためにメタン発酵処理を中断することは実際上困難である。有機物含有液Ｅを効率的に且つ長期間安定的にメタン発酵処理するため，嫌気性発酵槽１０におけるメタン発酵処理を継続しながら溢流ライン３０を適宜洗浄できる技術の開発が求められている。

そこで本発明の目的は，メタン発酵処理を継続しながら溢流ラインを洗浄できるメタン発酵バイオリアクタ及びその洗浄方法を提供することにある。

図１の実施例を参照するに，本発明によるメタン発酵バイオリアクタは，メタン発酵微生物群の固定床１４を有する嫌気性発酵槽１０，発酵槽１０内部の発酵液Ｓを固定床１４の下方から槽外へ引き抜き固定床１４の上方に戻して循環させるポンプ２１付き循環ライン２０，発酵槽１０の下部から消化液Ｄを槽外へ溢流させ発酵液面に相当する槽外高さＨまで上昇させて放流する開閉弁Ｖ１付き溢流ライン３０，及び溢流ライン３０上に設けた開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４付きの高圧洗浄水噴き入れ口４１，４２，４３を備えてなるものである。

また図１の実施例を参照するに，本発明によるメタン発酵バイオリアクタの洗浄方法は，メタン発酵微生物群の固定床１４と，内部の発酵液Ｓを固定床１４の下方から槽外へ引き抜き固定床１４の上方に戻して循環させるポンプ２１付き循環ライン２０と，下部から消化液Ｄを槽外へ溢流させ発酵液面に相当する槽外高さＨまで上昇させて放流する開閉弁Ｖ１付き溢流ライン３０とを有する嫌気性発酵槽１０において，溢流ライン３０上に開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４付きの高圧洗浄水噴き入れ口４１，４２，４３を設け，循環ライン２０による発酵液Ｓの循環を継続しながら噴き入れ口４１，４２，４３から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０を洗浄してなるものである。

好ましい実施例では，図示例のように，溢流ライン３０の曲がり部分に高圧洗浄水噴き入れ口４１を設け，溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１を開放したまま噴き入れ口４１から溢流ライン３０に水を充填したうえで噴き入れ口４１から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０を洗浄する。更に好ましい実施例では，図示例のように，溢流ライン３０上の槽外高さＨの部位に発酵槽１０の気相部１５と連通する流出管３５を設け，高圧洗浄水噴き入れ口４２，４３を流出管３５に設け，溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１を閉鎖したうえで流出管３５の噴き入れ口４２，４３から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０を洗浄する。図１（Ｂ）に示すように，各噴き入れ口４１，４２，４３から溢流ライン３０内に挿入する高圧水洗浄機６０を設け，高圧水洗浄機６０により高圧洗浄水Ｃを噴き入れることができる。

本発明によるメタン発酵バイオリアクタ及びその洗浄方法は，メタン発酵微生物群の固定床１４と，発酵槽１０内部の発酵液Ｓを固定床１４の下方から槽外へ引き抜き固定床１４の上方に戻して循環させるポンプ２１付き循環ライン２０と，発酵槽１０の下部から消化液Ｄを槽外へ溢流させ発酵液面に相当する槽外高さＨまで上昇させて放流する開閉弁Ｖ１付き溢流ライン３０とを有する嫌気性発酵槽１０において，溢流ライン３０上に開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４付きの高圧洗浄水噴き入れ口４１，４２，４３を設け，循環ライン２０による発酵液Ｓの循環を継続しながら噴き入れ口４１，４２，４３から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０を洗浄するので，次の有利な効果を奏する。

（イ）循環ライン２０による発酵液Ｓの循環を継続しながら溢流ライン３０に高圧洗浄水Ｃを噴き入れることにより，メタン発酵処理を継続しながら溢流ライン３０の配管内壁に析出したＭＡＰ等の無機物結晶を洗浄することができる。
（ロ）また，高圧洗浄水の吐出圧力を十分大きくすることにより，ＭＡＰ等の無機物結晶が配管内壁に非常に強固に固着している場合でも洗い落とすことができる。
（ハ）溢流ライン３０上の高圧洗浄水噴き入れ口を設ける部位にとくに制限はないが，溢流ライン３０の槽外高さＨの部位に流出管３５を設け，その流出管３５に噴き入れ口４２，４３を設けることにより，溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１を閉鎖したうえで流出管３０から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０を効率的に洗浄することができる。

（ニ）また，溢流ライン３０が曲がっていて流出管３５からの高圧洗浄水Ｃの噴き入れが難しい場合は，溢流ライン３０の曲がり部分に高圧洗浄水噴き入れ口４１を設けることにより，曲がっている溢流ライン３０も高圧洗浄水Ｃで洗浄することができる。
（ホ）溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１よりも発酵槽１０側の部分についても，開閉弁Ｖ１を開放したまま噴き入れ口から高圧洗浄水Ｃを噴き入れることにより，メタン発酵処理中の発酵槽１０の嫌気状態を破壊することなく洗浄することができる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明によるメタン発酵バイオリアクタの一実施例の説明図である。 図１のメタン発酵バイオリアクタにおける通常運転時の消化液Ｄの流れを示す説明図である。 図１のメタン発酵バイオリアクタにおける溢流ライン３０の洗浄状態を示す一実施例の説明図である。 図１のメタン発酵バイオリアクタにおける溢流ライン３０の洗浄状態を示す他の実施例の説明図である。 嫌気性発酵槽内に上向き流を形成して発酵液Ｓを撹拌する従来のメタン発酵いバイオリアクタの説明図である。 嫌気性発酵槽内に下向き流を形成して発酵液Ｓを撹拌する従来のメタン発酵いバイオリアクタの説明図である。

図１（Ａ）は，有機性廃棄物の粉砕スラリーである有機物含有液Ｅをメタン発酵微生物群との接触により分解する本発明のメタン発酵バイオリアクタ１の一実施例を示す。図示例のバイオリアクタ１は，メタン発酵微生物群の固定床１４を有する嫌気性発酵槽１０と，発酵槽１０内部に有機物含有液Ｅを取り入れる取入れライン１８と，発酵槽１０内部の発酵液Ｓを循環させるポンプ２１付き循環ライン２０と，余剰の消化液を槽外へ溢流させる開閉弁Ｖ１付き溢流ライン３０と，発酵槽１０の気相部１５からバイオガスＧを取り出すガスライン５０とを有する。

図示例の嫌気性発酵槽１０は，図６に示した従来の発酵槽と同様の気密槽であり，内部に微生物固定床１４を有し，固定床１４に加水分解菌，酸発酵菌，メタン生成菌が含まれるメタン発酵微生物群を保持させる。固定床１４は分解微生物群が高濃度に付着可能な適当な担体，例えば耐酸性樹脂製，炭素繊維製，又はガラス繊維製の中空筒状担体を規則的に並べたものである。好ましくは，ポリエステル繊維，ポリプロピレン繊維，又はポリエチレン繊維を主原料とする耐酸性樹脂製の織布又は不織布を中空筒状枠体の周壁に支持した中空筒状の微生物担体を用いる。耐酸性樹脂製の織布又は不織布は，酸性化しうる発酵槽１０に長期間浸漬させても強度が劣化（脆弱化）しにくい利点を有している。中空筒状の微生物担体を発酵槽１０の内部に搬入し，発酵槽１０内の発酵液Ｓの循環方向と中空筒状担体の中心軸方向とが揃うように規則的に装填して固定床１４とする。

図示例の循環ライン２０は，循環ポンプ２１と，ポンプ２１を発酵槽１０の固定床１４の下部に設けた抜出口に接続するポンプ上流路２２と，ポンプ２１を発酵槽１０の固定床１４の上部（図示例では気相部１５）に接続するポンプ下流路２３とを有する。発酵槽１０内の発酵液Ｓを循環ポンプ２１により抜出口からポンプ上流路２２を介して槽外へ抜き出し，ポンプ下流路２３経由で発酵槽１の気相部１５へ戻して循環させることにより，図６の場合と同様に，発酵槽１０内に下向き流を形成しながら発酵液Ｓを循環させる。

また，図示例の循環ライン２０には有機物含有液Ｅの取入れライン１８が接続されており，新たに取入れた有機物含有液Ｅを，発酵槽１０の下部から抜き出した発酵液Ｓと混合して発酵槽１の気相部１５へ投入している。必要に応じて，ポンプ下流路２３の発酵槽端部（気相部１５）に複数の吐出口８を有する分散吐出器を取り付け，発酵槽１０から抜き出した発酵液Ｓを（取入れライン１８からの有機物含有液Ｅと共に）発酵槽１０の液面に均等に分散させながら投入することができる。循環する発酵液１０を（新たな有機物含有液Ｅと共に）発酵槽１内へ均一に戻すことにより，発酵液Ｓの表面にできるスカム層を破壊することができる。

循環ライン２０には，発酵槽１０内の発酵液Ｓをメタン発酵微生物群の活性温度に保温する保温装置２５を設けることができる。図示例では，保温装置２５を循環ライン２０（ポンプ下流路２３）上に設けた熱交換器とし，熱交換器２５に例えば蒸気その他の高温流体Ｗを送り，その高温流体Ｗとの熱交換により発酵槽１０内の発酵液Ｓを循環しながらメタン発酵に最適な発酵温度に保温している。発酵温度に保温された発酵液Ｓは，発酵槽１０の液面から下向き流によって固定床１４に送られ，固定床１４上のメタン発酵微生物群との接触によりバイオガスＧと消化液Ｄとに分解される。

図示例の溢流ライン３０は，発酵槽１０の発酵液面に相当する槽外高さＨに設けた流出管３５と，発酵槽１０の固定床１４の下部と流出管３５とを接続する溢流路３１と，流出管３５の下流側に接続された放流路３２とを有する。発酵槽１０内で分解された消化液Ｄは，発酵槽１０の下部から溢流路３１へ流れ出し，溢流路３１をゆっくりと流出管３５まで上昇したのち，放流路３２を経由して放流される。必要に応じて放流路３２に二次処理装置１７（図６参照）を設けることができる。溢流ライン３０（溢流路３１）の発酵槽側端には開閉弁Ｖ１が設けられており，消化液Ｄの放流時には開閉弁Ｖ１を開放するが（図２参照），後述するように溢流ライン３０の洗浄時には，必要に応じて開閉弁Ｖ１を短時間閉鎖して消化液Ｄの放流を一時中断する（図３参照）。開閉弁Ｖ１の閉鎖時にも，洗浄に要する程度の短時間であれば，発酵槽１０のメタン発酵は継続することができる。

図示例の溢流ライン３０上の流出管３５は，均圧管３８により発酵槽１０の気相部１５と連通している。発酵槽１０の気相部１５と均圧の流出管３５を介して発酵槽１０内の消化液Ｄを放流することにより，サイフォン現象によって発酵槽１０内の発酵液Ｓが放流路３２へ抜け出すことを防止できる。発酵槽１０の気相部１５に代えて，図６のように流出管３５をガスライン５０に接続して均圧化することもできるが，その場合は，開閉弁Ｖ１を閉鎖して溢流ライン３０を洗浄したのち，開閉弁Ｖ１を開放した際にＵ字管での水の自由振動現象により発酵槽１０内部の発酵液Ｓがガスライン５０に漏れ出すおそれがある。流出管３５を発酵槽１０の気相部１５と連通して均圧化することにより，発酵液Ｓがガスライン５０に漏れ出ることを防止することができる。

また溢流ライン３０は，高圧洗浄水Ｃの開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４付き噴き入れ口４１，４２，４３を有する。上述したように発酵液Ｓ中に無機質イオンが高濃度で含まれている場合に，溢流ライン３０の配管内にＭＡＰ等の無機物結晶が析出し，簡単には除去できない程度に強固に付着することがある。本発明者らは，無機物結晶が配管内壁に強固に付着している場合でも，溢流ライン３０の配管内に所要吐出圧力の高圧洗浄水Ｃを噴き入れることにより付着した無機物結晶を除去できることを見出した。高圧洗浄水Ｃの吐出圧力は適宜調整できるが，例えば吐出圧力を１５ＭＰａ以上とし，望ましくは２０Ｍｐａ以上とし，更に望ましくは２２ＭＰａとする。

好ましい実施例では，図１（Ｂ）に示すような高圧水洗浄機６０を用いて，噴き入れ口４１，４２，４３から溢流ライン３０の配管内に高圧洗浄水Ｃを噴き入れる。例えば高さ１０ｍ程度の大型の嫌気性発酵槽１０を用いる場合は，発酵槽１０の下部から発酵液面に相当する槽外高さＨまで延びる溢流ライン３０も１０ｍ程度の長さとなりうる。図示例の高圧水洗浄機６０は，自走式ノズル６３を先端に取り付けた所要長さの注水管（ホース）６２とその注水管を巻き取るリール（ホースリール）とを有し，所要吐出圧力の高圧水を配管内面に噴き付けるノズル６３を，その噴き付けの反力により配管内壁に沿って（配管長さ方向に沿って）自走させることができるものである。図１（Ｂ）のような高圧水洗浄機６０のノズル６３を溢流ライン３０に沿って自走させながら高圧洗浄水Ｃを噴き付けることにより，長い溢流ライン３０を洗浄する場合も，限られた数の噴き入れ口から溢流ライン３０の全体に高圧洗浄水Ｃを噴き入れることができる。ただし，自走式ノズル６３の原理は図示例に限定されるものではない。

高圧洗浄水Ｃの噴き入れ口４２，４３は，例えば溢流ライン３０上の流出管３５に設けることができる。流出管３５の噴き入れ口４２の開閉弁Ｖ３を開放して高圧水洗浄機６０のノズル６３付き注水管６２を溢流ライン３０の溢流路３１に挿入し，溢流路３１の配管内壁に沿って所要吐出圧力の高圧水を噴き付けながら発酵槽１０の下部まで自走させることにより，溢流路３１の内壁に固着した無機物結晶を除去することができる。また同様に，流出管３５の噴き入れ口４３の開閉弁Ｖ４を開放して高圧水洗浄機６０のノズル６３付き注水管６２を放流ライン３０の放流路３２に挿入し，放流路３２の配管内壁に沿って所要吐出圧力の高圧水を噴き付けながら自走させることにより，放流路３２の内壁に固着した無機物結晶を除去することができる。

ただし，溢流ライン３０に曲がり部分Ｒ１，Ｒ２が存在する場合は，高圧水洗浄機６０のノズル６３の溢流ライン３０に沿った自走が曲がり部分Ｒ１，Ｒ２によって阻止されることがある。図１（Ｂ）において，高圧洗浄水Ｃを所要吐出圧力で噴き付けるノズル６３は，吐出圧力に応じた長さＬが必要であるが，剛性であって曲らない。このため，図１（Ａ）において流出管３５の噴き入れ口４２から挿入した高圧水洗浄機６０のノズル６３が，曲率半径の比較的大きな曲がり部Ｒ２を通過することはできるが，曲率半径の比較的小さい曲がり部Ｒ１を通過できないことがある。

図１（Ａ）は，溢流ライン３０上の流出管３５に高圧洗浄水Ｃの噴き入れ口４２，４３を設けるだけでなく，溢流ライン３０の曲がり部分Ｒ１にも高圧洗浄水Ｃの開閉弁Ｖ２付き噴き入れ口４１を設けている。すなわち，噴き入れ口４１の開閉弁Ｖ２を開放して高圧水洗浄機６０のノズル６３付き注水管６２を溢流ライン３０（溢流路３１）に挿入し，溢流路３１の配管内壁に沿って所要吐出圧力の高圧水を噴き付けながら発酵槽１０の下部まで自走させることにより，溢流ライン３０の曲がり部分Ｒ１と発酵槽１０との間の溢流路３１の内壁に固着した無機物結晶も除去することができる。必要に応じて，図１に点線で示すように，溢流ライン３０の曲がり部分Ｒ２に高圧洗浄水Ｃの開閉弁Ｖ４付き噴き入れ口４４を設けることも可能である。

なお，図１（Ａ）では，溢流ライン３０の曲がり部分Ｒ１の噴き入れ口４１の周辺に高圧洗浄機６０を設置するスペースが確保できないことから，噴き入れ口４１に仮設管路４６（例えばゴムホース，フレキシブルホース等）を接続して高圧洗浄機６０の設置位置まで延ばし，仮設管路４６を介して高圧水洗浄機６０のノズル６３付き注水管６２を噴き入れ口４１に挿入している。

図２は，図１（Ａ）のメタン発酵バイオリアクタ１において，溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１を開放し，高圧洗浄水Ｃの噴き入れ口４１，４２，４３の開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を閉鎖した通常運転の状態を示している。上述したように，取入れライン１８を介して嫌気性発酵槽１０に投入された有機物含有液Ｅは徐々に分解されて発酵液Ｓとなり，更にポンプ２１付き循環ライン２０を介して循環しながら発酵槽１０内に所要時間滞留し，固定床１４のメタン発酵微生物群との接触によりバイオガスＧと消化液Ｄとにまで分解される。分解された消化液Ｄは，図２に太線で示すように，発酵槽１０の下部から溢流ライン３０の溢流路３１に流れ出し，流出管３５までゆっくりと上昇したのち，放流路３２を経由して放流される。

図３は，図１（Ａ）のメタン発酵バイオリアクタ１において，溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１を閉鎖して，溢流ライン３０の流出管３５の噴き入れ口４２，４３から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０の配管内を洗浄する手順を示す。先ず，噴き入れ口４２の開閉弁Ｖ３を開放して溢流路３１の内側に高圧水洗浄機６０のノズル６３付き注水管６２を挿入する。噴き入れ口４２の開閉弁Ｖ３の開放時には，他の噴き入れ口４１，４３の開放弁Ｖ２，Ｖ４は閉鎖しておく。次いで，ノズル６３により所要吐出圧力の高圧水Ｃを噴き付けながら溢流路３１の配管内壁に沿ってノズル６３を曲がり部Ｒ１まで自走させることにより，溢流路３１の内壁に固着した無機物結晶を除去する。除去された無機物結晶は，開閉弁Ｖ１を開放して発酵槽１０の底部に送り出す。発酵槽１０に送り出されて底部に溜まった無機物結晶は，発酵槽１０の底部に設けた開閉弁Ｖ５を開放して槽外へ放流することができる。

また図３において，噴き入れ口４３の開閉弁Ｖ４を開放して流出管３５及び放流路３２の内側に高圧水洗浄機６０のノズル６３付き注水管６２を挿入する。噴き入れ口４３の開閉弁Ｖ４の開放時には，他の噴き入れ口４１，４２の開放弁Ｖ２，Ｖ３は閉鎖しておく。その後，ノズル６３により所要吐出圧力の高圧水Ｃを噴き付けながら放流路３２の配管内壁に沿ってノズル６３を自走させることにより，放流路３２の内壁に固着した無機物結晶を除去する。除去された無機物結晶は，放流路３２の下流側に送られて放流される。

更に図４は，上述した流出管３５からの溢流ライン３０の洗浄（図３）に続いて，流出管３５から高圧洗浄水Ｃを噴き入れることができない部分（例えば曲がり部分Ｒ１と発酵槽１０との間の溢流路３１，溢流路３１の開閉弁Ｖ１よりも発酵槽１０側の部分等）について，曲がり部分Ｒ１に設けた噴き入れ口４１から高圧洗浄水Ｃを噴き入れて溢流ライン３０の配管内を洗浄する手順を示す。この場合は，先ず開閉弁Ｖ２を閉じたまま仮設管路４６の一端を開閉弁Ｖ２に取り付け，溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１を開放したまま，続いて噴き入れ口４１の開閉弁Ｖ２を開放する。仮設管路４６には発酵槽１０の発酵液が流れ込み発酵液面に相当する高さＨまで上昇するので，仮設管路４６の他端は発酵液面高さＨよりも上方まで延ばす。

次いで，仮設管路４６の他端から噴き入れ口４１の内側に高圧水洗浄機６０のノズル６３付き注水管６２を挿入する。噴き入れ口４１の開閉弁Ｖ１の開放時には，他の噴き入れ口４２，４３の開放弁Ｖ３，Ｖ４は閉鎖しておく。ノズル６３により所要吐出圧力の高圧水Ｃを噴き付けながら溢流路３１の配管内壁に沿ってノズル６３を曲がり部Ｒ１から発酵槽１０まで自走させることにより，溢流路３１の内壁に固着した無機物結晶を除去する。溢流ライン３０の開閉弁Ｖ１が開放されているので，溢流路３１の開閉弁Ｖ１よりも発酵槽１０側の部分にもノズル６３を挿入して洗浄することができる。高圧水Ｃの噴き付けにより除去された溢流路３１の無機物結晶は，発酵槽１０の底部に送り出され，発酵槽１０の底部から開閉弁Ｖ５を開放して槽外へ放流することができる。

図３及び図４において，溢流ライン３０の配管内を洗浄する期間中も，嫌気性発酵槽１０の発酵液Ｓはポンプ２１付き循環ライン２０を介して循環させ続けることができ，発酵液Ｓを固定床１４のメタン発酵微生物群と接触させ続けることができる。すなわち，循環ライン２０による発酵液Ｓの循環を継続しながら溢流ライン３０に高圧洗浄水Ｃを噴き入れることにより，発酵槽１０におけるメタン発酵処理を継続しながら溢流ライン３０の配管内壁に析出したＭＡＰ等の無機物結晶を洗浄することができる。また，高圧洗浄水Ｃの吐出圧力を十分大きくすることにより，無機物結晶が配管内壁に非常に強固に固着している場合でも洗い落とすことができる。

こうして本発明の目的である「メタン発酵処理を継続しながら溢流ラインを洗浄できるメタン発酵バイオリアクタ及びその洗浄方法」の提供を達成することができる。

１…バイオリアクタ
１０…嫌気性発酵槽
１４…固定床 １５…気相部
１６…沈殿物排出口 １７…二次処理装置
１８…取入れライン
２０…循環ライン ２１…循環ポンプ
２２…ポンプ上流路 ２３…ポンプ下流路
２５…保温装置（熱交換器）
３０…溢流ライン ３１…溢流路
３２…放流路 ３５…流出管
３８…均圧管
４１，４２，４３，４４…高圧洗浄水噴き入れ口
４６…仮設管路
５０…ガスライン ５１…メタン精製設備
６０…高圧水洗浄機 ６０ａ…ホースリール
６２…注水管 ６３…噴き付けノズル
Ｄ…消化液（余剰の発酵液）
Ｅ…有機物含有液
Ｇ…バイオガス
Ｈ…発酵液面高さ（溢流ライン高さ）
Ｗ…高温流体
Ｌ…（ノズル）長さ
Ｒ１，Ｒ２…曲がり部分
Ｓ…発酵液

Claims (8)

1. メタン発酵微生物群の固定床を有する嫌気性発酵槽，前記発酵槽内部の発酵液を固定床下方から槽外へ引き抜き固定床上方に戻して循環させるポンプ付き循環ライン，前記発酵槽の下部から消化液を槽外へ溢流させ発酵液面に相当する槽外高さまで上昇させて放流する開閉弁付き溢流ライン，及び前記溢流ライン上に設けた開閉弁付きの高圧洗浄水噴き入れ口を備えてなるメタン発酵バイオリアクタ。
2. 請求項１の装置において，前記溢流ラインの曲がり部分に前記高圧洗浄水噴き入れ口を設けてなるメタン発酵バイオリアクタ。
3. 請求項１又は２の装置において，前記溢流ラインの槽外高さ部位に前記発酵槽の気相部と連通する流出管を設け，前記高圧洗浄水噴き入れ口を流出管に設けてなるメタン発酵バイオリアクタ。
4. 請求項１から４の何れかの装置において，前記噴き入れ口から溢流ライン内に挿入する高圧水洗浄機を設けてなるメタン発酵バイオリアクタ。
5. メタン発酵微生物群の固定床と，内部の発酵液を固定床下方から槽外へ引き抜き固定床上方に戻して循環させるポンプ付き循環ラインと，下部から消化液を槽外へ溢流させ発酵液面に相当する槽外高さまで上昇させて放流する開閉弁付き溢流ラインとを有する嫌気性発酵槽において，前記溢流ライン上に開閉弁付きの高圧洗浄水噴き入れ口を設け，前記循環ラインによる発酵液の循環を継続しながら前記噴き入れ口から高圧洗浄水を噴き入れて溢流ラインを洗浄してなるメタン発酵バイオリアクタの洗浄方法。
6. 請求項５の方法において，前記溢流ラインの曲がり部分に高圧洗浄水噴き入れ口を設け，前記溢流ラインの開閉弁を開放したまま前記噴き入れ口から溢流ラインに水を充填したうえで当該噴き入れ口から高圧洗浄水を噴き入れて溢流ラインを洗浄してなるメタン発酵バイオリアクタの洗浄方法。
7. 請求項５又は６の方法において，前記溢流ライン上の槽外高さ部位に前記発酵槽の気相部と連通する流出管を設け，前記高圧洗浄水噴き入れ口を流出管に設け，前記溢流ラインの開閉弁を閉鎖したうえで前記流出管の噴き入れ口から高圧洗浄水を噴き入れて溢流ラインを洗浄してなるメタン発酵バイオリアクタの洗浄方法。
8. 請求項５から７の何れかの方法において，前記噴き入れ口から溢流ライン内に高圧水洗浄機を挿入してなるメタン発酵バイオリアクタの洗浄方法。