JP2020014994A

JP2020014994A - メタン発酵装置およびメタン発酵方法

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Publication number: JP2020014994A
Application number: JP2018139003A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　貴裕; Takahiro Suzuki; 貴裕鈴木; 和利野村; Kazutoshi Nomura
Original assignee: Kubota Environmental Service Co Ltd
Current assignee: Kubota Environmental Service Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: JP7089428B2

Abstract

【課題】発酵槽内で固形廃棄物の可溶化とメタン発酵とを安定的に進行させる。【解決手段】バイオガスを発生させる発酵液を収容する発酵槽と、発酵槽から取り出された発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、発酵槽から取り出された発酵液を混合部に送る引き抜きルートと、流動物を混合部から発酵槽に送る投入ルートとを具備し、混合部の容積が発酵槽の容積の２０％以下であるメタン発酵装置。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば紙ごみのような固形廃棄物をメタン発酵槽に導入するメタン発酵装置およびメタン発酵方法に関する。

湿式のメタン発酵システムでは、例えば分別された生ごみが可溶化槽に貯留される。可溶化槽では、生ごみの加水分解と酸発酵（すなわち可溶化）が進行し、有機酸を含むスラリーが得られる。その後、スラリーはメタン発酵槽に送られ、メタン発酵槽内で嫌気性微生物により分解される（特許文献１参照）。このとき生成するバイオガスは、一般に約６０ｖｏｌ％のメタンと約４０ｖｏｌ％の二酸化炭素とを含み、エネルギー源として有用である。

廃棄物を減容化するとともにバイオガスの生成量を増加させる観点から、生ごみだけでなく、紙ごみのような有機物を含む固形廃棄物を原料に用いることが望ましい。例えば、特許文献２は、有機性固形廃棄物を槽内で発酵液に浸漬させつつ可溶化し、バイオガスにまで分解することを提案している。

特開２００８−２４６４６１号公報特開２０１２−８６１５７号公報

固形廃棄物は空気を内包しやすいことに加え、様々な性状、形状もしくは比重の材料を含んでいる。よって、メタン発酵槽に投入するまでに、発酵適物から空気を脱気するとともに発酵不適物を適宜に除去し得るシステムを構築することが望まれる。

本発明の一側面は、バイオガスを発生させる発酵液を収容する発酵槽と、前記発酵槽から取り出された前記発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、前記発酵槽から取り出された前記発酵液を前記混合部に送る引き抜きルートと、前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る投入ルートと、を具備し、前記混合部の容積が前記発酵槽の容積の２０％以下である、メタン発酵装置に関する。

本発明の別の側面は、（i）発酵液を収容する発酵槽から前記発酵液を部分的または間欠的に取り出して混合部に送る工程と、（ii）前記混合部で、前記発酵槽から取り出された発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる工程と、（iii）前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る工程と、（iv）前記発酵槽内で前記発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させてバイオガスを発生させる工程と、を具備し、前記混合部における前記流動物の滞留時間が０．５日以内である、メタン発酵方法に関する。

本発明に係るメタン発酵装置およびメタン発酵方法によれば、発酵槽内で紙ごみのような固形廃棄物の可溶化とメタン発酵とを安定的に進行させることができる。

本発明の実施形態に係るメタン発酵システムの一例の構成を示すブロック図である。発酵液と原料廃棄物とを混合して流動物を得るとともに発酵不適物を分離させる混合部の一例の模式図である。発酵液中を浮遊する発酵不適物を除去する分離装置の一例の模式図である。原料廃棄物を分別する前処理装置の一例の構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態に係るメタン発酵装置には、固形廃棄物が原料として発酵槽内に導入される。発酵槽内では、固形廃棄物中の発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵が進行し、バイオガスが生成される。すなわち、メタン発酵装置は、バイオガスを発生させる発酵液を収容するとともに、発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させる発酵槽を具備する。

本実施形態に係るメタン発酵装置は、発酵適物の酸発酵を促すための可溶化槽を具備しないメタン発酵システムの構築を可能にし得る。湿式のメタン発酵システムでは、分別された生ごみを貯留し、生ごみの加水分解と酸発酵を進行させる可溶化槽が通常設置される。一方、本実施形態に係るメタン発酵装置では、固形廃棄物が原料として発酵槽内に導入される。固形廃棄物は、事前に発酵不適物の一部が除去された原料廃棄物として供給される。原料廃棄物は、発酵槽から部分的に取り出された発酵液と混合される。こうして得られる原料廃棄物を含む流動物がメタン発酵槽に導入される。

固形廃棄物は、発酵適物を含み、多少の発酵不適物を含み得る。固形廃棄物は、例えば、家庭から出される一般ごみであってもよい。一般ごみに含まれる発酵不適物は予め十分に分別される。
以下、メタン発酵の原料として用いる固形廃棄物を、原料廃棄物と称する。

発酵液とは、発酵適物の加水分解と酸発酵を経た後、メタン発酵を促進する菌体による消化分解を経て得られた液状物である。

発酵適物とは、加水分解および酸発酵（すなわち可溶化）を経てメタン発酵により分解され得る有機物をいう。発酵適物としては、例えば、生ごみ、紙ごみ、生分解性プラスチックなどが挙げられるが、特に限定されない。

発酵不適物とは、可溶化に適さない材料であり、例えば、金属、プラスチック、鉱物、貝殻類などが挙げられる。発酵不適物は、予め十分に分別される場合でも、原料廃棄物に混在し得る。このような発酵不適物は、適宜、装置系内から分別により除去される。

本発明の実施形態に係るメタン発酵装置は、バイオガスを発生させる発酵液を収容する発酵槽と、発酵槽から部分的または間欠的に取り出された発酵液と原料廃棄物とを混合して流動物を得るとともに原料廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、発酵槽から取り出された発酵液を混合部に送る引き抜きルートと、流動物を混合部から前記発酵槽に送る投入ルートとを具備する。

また、本発明に係るメタン発酵方法は、（i）発酵液を収容する発酵槽から発酵液を部分的または間欠的に取り出して混合部に送る工程と、（ii）混合部で、発酵槽から取り出された発酵液と原料廃棄物とを混合して流動物を得るとともに原料廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる工程と、（iii）流動物を混合部から発酵槽に送る工程と、（iv）発酵槽内で発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させてバイオガスを発生させる工程とを具備する。

混合部は、発酵適物の可溶化を目的とする可溶化槽ではないので、例えば、混合部の容積は、発酵槽の容積の２０％以下である。また、混合部において、流動物もしくは原料廃棄物の滞留時間は、例えば０．５日以内である。

混合部における流動物の滞留時間は、１日あたり混合部に投入される発酵適物量、１日分の発酵適物を混合部に分割して投入する際の分割回数（例えば１〜６回）、発酵液と発酵適物との混合割合等により決定される変数である。一般的には、混合部における流動物の滞留時間がＸ日（または時間）以下であるとは、例えば混合部に原料廃棄物が導入されてからＸ日（または時間）以内に混合物内の流動物を発酵槽に送る場合をいう。

混合部は、その内部で分離させた発酵不適物を沈降させるデッドスペースを有してもよい。このとき、混合部は、デッドスペースよりも上方に流動物を放出する吐出口を有する。デッドスペースには、分離させた発酵不適物を排出する掻き寄せ排出機構を設けてもよい。発酵不適物の除去は、混合部への原料廃棄物の供給を停止してから行われることが好ましい。これにより、混合部に供給された原料廃棄物内の発酵適物が発酵不適物とともに除去される量を抑制することができる。

メタン発酵装置は、発酵槽内の発酵液を循環させる循環ルートを更に有してもよい。例えば、発酵液を発酵槽の下方より引き抜いてから上方に戻すことにより発酵液Ｌを循環させることができる。発酵液を循環させることで、発酵適物の加水分解、酸分解およびメタン発酵が促進される。発酵液の循環は、メタン発酵により生成するバイオガスの滞留も抑制するため、ガス回収も容易になる。発酵液の循環により発生する液流は、高比重な発酵不適物を攪拌し、発酵槽の底部に沈殿させるため、そのような発酵不適物の分離と回収も容易になる。

メタン発酵装置が循環ルートを有する場合、循環ルートから引き抜きルートを第一分岐部で分岐させてもよい。すなわち発酵液を循環させるために発酵槽から引き抜かれた発酵液の少なくとも一部が混合部に送られるように、循環ルートから引き抜きルートを分岐させてもよい。この場合、循環ルートの一部は、発酵槽から混合部に発酵液を送る引き抜きルートの一部として利用される。循環ルートで発酵液を循環させるための駆動力を付与するポンプを、引き抜きルートで発酵液を混合部へ送るポンプとして利用してもよい。

投入ルートを循環ルートの第一分岐部よりも下流側の第二分岐部に合流させてもよい。これにより、流動物が循環する発酵液とともに発酵槽に送られるため、流動物と発酵液との混合が促進される。また、流動物が引き抜きルートに逆流しにくい。この場合、循環ルートの一部は、投入ルートの一部として利用される。また、投入ルートで流動物を発酵槽に送るための駆動力を付与するポンプは、循環ルートで発酵液を発酵槽へ送るポンプとは別に設ければよい。

引き抜きルートおよび投入ルート等の各ルートは、流動物が通過し得る配管などで構成すればよい。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら更に説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１に、本発明に係るメタン発酵装置１００を含むメタン発酵システム１０の一例の構成を示す。メタン発酵装置１００は、発酵液Ｌを収容する発酵槽１１０と、発酵槽１１０から引き抜かれた発酵液Ｌと原料廃棄物Ｃとを混合して流動物Ｓを得る混合部１２０と、発酵槽１１０から取り出された発酵液Ｌを混合部１２０に送る第１引き抜きルートＲ１１と、流動物Ｓを混合部１２０から発酵槽１１０に送る投入ルートＲ２とを具備する。

メタン発酵装置１００は、発酵液Ｌを発酵槽１１０の下方より引き抜いてから上方に戻す循環ルートＲ３を有する。発酵槽１１０の下方には、発酵液Ｌを抜き取る第一吐出口１１４が設けられている。発酵液Ｌは、循環ルートＲ３に設けられた第１ポンプ（ヒドロスタル）Ｐ１の駆動力によって第一吐出口１１４から引き抜かれて上方に送られる。発酵液Ｌを循環させることで、発酵槽１１０内の発酵適物の発酵が促進されるとともに、発酵不適物の分別と回収が容易になる。

循環ルートＲ３の下流端部は二股に分岐しており、２つの分岐路は、それぞれ循環ルートＲ３を通過した発酵液Ｌを発酵槽１１０に放出する上部吹出口１１１および液中吹出口１１２を有する。上部吹出口１１１の上流側および液中吹出口１１２の上流側には、それぞれバルブＶ１およびＶ２が設けられている。

発酵槽１１０は、縦型の円筒状容器であり、内部が嫌気性雰囲気に維持されるように密閉性を有する。発酵槽１１０は、発酵不適物を沈降させるデッドスペースを有してもよい。デッドスペースに沈降する高比重物は、第一底部出口１１３から適宜に外部に排出して除去される。第一底部出口１１３は、例えば掻き寄せ排出機構を有することが好ましい。

図１では、第１引き抜きルートＲ１１および第２引き抜きルートＲ１２の上流側と循環ルートＲ３の上流側とが共通の配管により構成されている。発酵液Ｌは、循環ルートＲ３に設けられた第１ポンプＰ１の駆動力により発酵槽１１０の下方から引き抜かれる。第１引き抜きルートＲ１１および第２引き抜きルートＲ１２は、第一分岐点Ｔ１で循環ルートＲ３から分岐している。第一分岐点Ｔ１の下流に設けられたバルブＶ３と第１引き抜きルートＲ１１に設けられたバルブＶ１０とを開き、第２引き抜きルートＲ１２に設けられたバルブ１１を閉じることにより、発酵液Ｌが第１引き抜きルートＲ１１を通って混合部１２０に送られる。バルブＶ３およびＶ１０を開いたままで、発酵液Ｌの発酵槽１１０内での循環と発酵液Ｌの混合部１２０への供給とを並行して行ってもよい。このような並行動作は一定期間にわたり連続的に行い得る。

混合部は、原料廃棄物Ｃと発酵液Ｌとを混合して、原料廃棄物Ｃに流動性を持たせ、発酵槽１１０内での原料廃棄物Ｃの分散性を向上させるとともに流動物Ｓから空気を脱気するという意義を有する。混合部における流動物の滞留時間は、０．５日より短くてもよく、例えば３時間以下もしくは２時間以下であり、０．５時間以下であってもよい。原料廃棄物Ｃは、混合部１２０で発酵液Ｌと混合攪拌され、液状もしくはスラリー状に分散させた後、気密性が保たれた発酵槽１１０に導入もしくは移送される。混合部から発酵槽に送られる流動物Ｓは、酸発酵は多少進み得るが、少なくとも大きくは進んでいない。流動物中の発酵適物の加水分解および酸発酵は、メタン発酵が行われる発酵槽内で進行する。

混合部１２０内の流動物Ｓは、第２ポンプＰ２（破砕ポンプ）の駆動力により引き抜かれる。流動物Ｓは、投入ルートＲ２を通過し、バルブＶ４を介して発酵槽１１０に供給される。投入ルートＲ２をバルブＶ４の上流側で分岐させ、分岐路を循環ルートＲ３と第二分岐部Ｔ２で合流させてもよい。第二分岐部Ｔ２の上流側のバルブＶ６を開くことで、流動物Ｓは循環ルートＲ３に合流し、上部吹出口１１１および／または液中吹出口１１２から発酵槽１１０に放出される。このとき、発酵液Ｌの発酵槽１１０内での循環と、流動物Ｓの発酵槽１１０への供給とが並行して行われてもよい。このような並行動作は一定期間にわたり連続的に行い得る。第二分岐部Ｔ２は第一分岐部Ｔ１よりも循環ルートＲ３の下流側に設ければよい。これにより、混合部１２０で得られた流動物Ｓの第２引き抜きルートＲ１２への逆流を防止できる。よって、後述するような分離装置３００を設ける場合でも、流動物Ｓ中の発酵適物が除かれることが防止される。

バッチ方式でメタン発酵を行う場合、流動物Ｓを発酵槽１１０に導入した後、発酵が完了するまではバルブＶ３を閉じてもよい。

メタン発酵システム１００は、水蒸気を発酵槽１１０に導入する蒸気入口を有してもよい。水蒸気は、発酵槽１１０の内部を、例えば５０〜６０℃の適正温度範囲内に維持するための熱源として発酵槽１１０に導入される。水蒸気は、発酵液Ｌのアンモニア濃度もしくは有機酸濃度を制御する希釈水としても機能する。紙ごみのような固形廃棄物を用いる場合、発酵液のアンモニア濃度が上昇しにくい。よって、外部から希釈水を追加する必要はなく、発酵槽内の発酵液量は、比較的長期にわたり適正範囲内に維持される。なお、発酵槽１１０の内部を適正温度範囲内に維持する方法として、蒸気による加温以外の方法を用いてもよい。

発酵槽１１０に送られた発酵適物は、発酵槽１１０内の制限されたスペースで、順次、加水分解される。発酵槽１１０とは別に、発酵適物の加水分解および酸発酵を進行させるための可溶化槽を設置する必要はない。上記メタン発酵装置１００では、発酵適物の可溶化に必要なスペースが大幅に削減される。これに伴い、必要機器点数およびエネルギー消費量も削減される。以上により、メタン発酵システム１０の構築と運営に必要なコストが削減される。

発酵槽１１０内に導入される発酵適物量は、発酵槽１１０内の有機酸量に影響を与える。発酵槽１１０内の発酵適物量は、混合部１２０から発酵槽１１０に送る流動物Ｓの量を制御することで調整可能である。発酵槽１１０内の発酵液Ｌの有機酸濃度は、混合部１２０から発酵槽１１０に送る流動物Ｓの量を適正に制御することで適正範囲内に維持される。

混合部１２０には、空気を内包する有機物を含む固形廃棄物が導入されるため、混合部１２０の内部を良好な嫌気性雰囲気に維持することは困難である。ただし、混合部１２０の容積を発酵槽１１０の容積よりも大幅に小さくすれば、混合部１２０に送られて空気と接触する発酵液量は制限される。混合部１２０の容積を発酵槽１１０の容積の２０％以下とすれば、発酵槽１１０から過剰の発酵液Ｌが抜き取られることもなく、発酵液量の増減変化が小さくなる。混合部１２０の容積は、例えば、発酵槽１１０の容積の２０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。

混合部１２０で流動物Ｓを得る場合、発酵液１００質量部に対して混合される原料廃棄物Ｃの量は、１０〜５０質量部が好ましく、１０〜３０質量部がより好ましい。原料廃棄物Ｃの性状、物性、含水率によっては流動性を増す目的で外部から水を追加する必要はない。十分な流動性を有する流動物Ｓを得ることで、配管の詰まりなどの様々な不具合の発生率が低減される。配管の詰まりを更に抑制するには、流速を大きくする対策を講じる他、横方向の配管勾配、−４５°〜＋４５°の勾配とすることが好ましい。加えて、配管内堆積物を保留させる任意配管（トラップ配管部）を併設することが好ましい。

発酵槽１１０は、基本的にその内部が大気との接触を遮断する構造である。発酵液Ｌへの日光照射も抑制する必要がある。一方、発酵槽１１０の内部状況、すなわち発酵槽１１０内における浮上性ごみ（スカム（ＳＣＵＭ））発生状況、発酵液Ｌ中の夾雑物濃度、発酵液ＬのｐＨ値などを把握する必要もある。混合部１２０は、このような状況把握のための発酵液Ｌのモニタリング部としての機能も果たす。この場合、後述するような分離装置３００を設ける場合でも、発酵液Ｌは第一分岐部Ｔ１から分離装置３００をバイパスして混合部１２０に送られる。

図２に、混合部の一例の模式図を示す。混合部１２０は、外部から導入される原料廃棄物Ｃと発酵液Ｌとを混合できるように構成されている。混合部１２０は、発酵槽１１０よりも十分に小型の混合容器１２１と、攪拌羽１２２と、生成した流動物Ｓを発酵槽１１０に移動させる第２ポンプＰ２とを具備する。第２ポンプＰ２の駆動力により、流動物Ｓは混合部１２０から第二吐出口１２４を通過して発酵槽１１０に向かう投入ルートＲ２に放出される。第２ポンプＰ２には、流動物Ｓに含まれる有機物を含む固形廃棄物を破砕し得る破砕ポンプを用いることが好ましい。

混合容器１２１は、その内部に原料廃棄物Ｃを投入するための第一投入口１２５と発酵液Ｌを投入するための第二投入口１２６とを有する。混合容器１２１の容積が小さいので、混合容器１２１の内部に空気が侵入し、嫌気性が損なわれても、発酵槽１１０の内部への影響は無視できる。

混合部１２０で原料廃棄物Ｃと発酵液Ｌとを混合すると、混合部１２０内で、高比重物（例えば、金属、砂利、貝殻）および軽比重物（例えば発砲スチロール）が比重分離作用により分離される。よって、混合部１２０では、高比重の堆積物（ＳＥＤ）と軽比重の浮遊物を容易に取り出して除去することができる。具体的には、高比重物は混合容器１２１の底部のデッドスペース１２１ｄに堆積する。デッドスペース１２１ｄは、混合部１２０で得られる流動物Ｓの第二吐出口１２４よりも鉛直下方の領域である。一方、軽比重物は、第二吐出口１２４よりも鉛直上方の混合スペース１２１ｕにおいて、流動物の液面に浮遊物として浮遊する。その結果、高比重物および軽比重物は、第二吐出口１２４から放出されにくくなり、発酵不適物による弊害を低減することができる。

デッドスペースに沈降する高比重物（ＳＥＤ）は、第二底部出口１２３から適宜に外部に排出される。第二底部出口１２３は、例えば掻き寄せ排出機構１２７を有することが好ましい。軽比重の浮遊物は液面から所定の吸引装置により除去すればよい。このように、発酵不適物を混合部で予め除くことにより、メタン発酵装置の稼働時における不具合の発生率が大きく低減される。すなわち、軽比重物を低減することで、発酵槽内でのガス抜けが軽比重物で阻害されにくくなり、高比重物を低減することで、発酵槽のデッドスペースに沈降する堆積物の量が軽減され、第一底部出口１１３からの堆積物の排出が阻害されにくくなる。更に、発酵液を循環させる際には配管の詰まりが軽減される。

混合部１２０からの発酵不適物（高比重物および軽比重物）の除去は、混合部１２０への原料廃棄物Ｃの供給を停止してから行えばよい。これにより、混合部１２０に新たに供給された原料廃棄物Ｃに含まれる発酵適物が発酵不適物とともに除去されることを防止できる。

発酵槽１１０内には、沈殿する高比重物、液面に浮遊する軽比重物の他に、発酵液Ｌ中を浮遊する発酵不適物（以下、液中浮遊物と称する。）が存在する。発酵槽１１０において液中浮遊物を分離することは困難である一方、有機固形物を含む原料廃棄物を用いると、発酵液における液中浮遊物量は増加する傾向にある。液中浮遊物は、配管の閉塞などの不具合の原因になる。

浮遊性不適物は、発酵槽１１０から部分的または間欠的に取り出された発酵液Ｌを分離装置３００により濾過して除去すればよい。図１のメタン発酵システムでは、第２引き抜きルートＲ１２が分離装置３００を通過するように構成されており、分離装置３００で液中浮遊物が分離された後の発酵液（分離液ＦＬ）が混合部１２０に送られる。なお、浮遊性不適物を除去することが目的の場合、分離装置に送られる発酵液には原則として凝集剤等は添加しない。
以下、第２引き抜きルートＲ１２のうち、分離装置３００から混合部１２０までのルートを濾液ルートＲ４と称する。

図３に、分離装置３００の一例である回転円板式濃縮機の構成を示す。図３（ａ）には、分離装置３００が具備する濾過部３１０と隙間自浄部３２０との関係を鳥瞰図として模式的に示す。隙間自浄部３２０は、複数の回転軸３２３と、回転軸３２３にそれぞれ固定され、その軸方向に沿って間隔を空けて配置された複数のディスク状回転体３２１とを具備する。図３（ｂ）には、濾過部３１０と隙間自浄部３２０との関係を回転軸３２３に沿った断面図として模式的に示す。

濾過部３１０は、発酵不適物の搬送方向に沿って延出配置された複数の帯状部３１５により形成され、隣接する帯状部３１５間にはスリット状隙間３１２Ｇが形成されている。複数の帯状部３１５の上端面がスリット状隙間３１２Ｇとともに濾過面３１１Ｓを形成している。図３（ｂ）に、濾過面３１１Ｓのレベルを破線で示す。複数の回転軸３２３は、複数の帯状部３１５の下方に、それぞれ帯状部３１５の長手方向と交わるように軸支されている。複数のディスク状回転体３２１は、それぞれがスリット状隙間３１２Ｇ内で３２３回転軸の回転に伴って上下動する。

ディスク状回転体３２１は、その偏心位置で回転軸３２３に固定されている。軸心方向で互いに隣接するディスク状回転体３２１は、回転軸３２３の回転に伴う上下動位相が一つのディスク３２１毎に１８０度異なっている。隣接する回転軸３２３間では、隣接するディスク状回転体３２１の上下動位相は同じである。回転軸３２３が、すべて同一方向に同速度で同期して回転するため、回転軸３２３が半回転する毎に、模式図内の左右に示した状態が交互に実現される。

浮遊性不適物と分解途中の発酵適物とを分別することは一般的には困難であるが、分離装置３００によれば、溶解せずに比較的大きいサイズを維持している不適物を選択的に除去することが可能である。発酵液Ｌは、分離装置３００の濾過部３１０の上方から濾過面３１１Ｓの入口側端部に向けて流し込まれる。入口側端部は、隙間自浄部３２０の回転方向の後方端部である。比較的大きいサイズを有する浮遊性不適物は、濾過部３１０と隙間自浄部３２０との隙間を通過せず、濾過面３１１Ｓにトラップされる。トラップされた不適物は、隙間自浄部３２０の回転によって濾過面３１１Ｓを回転方向の前方に移動し、所定の出口に向けて搬送される。分離された不適物は残渣汚泥ＲＣとして回収される。

分離装置３００では、隙間自浄部３２０が常時上下動しているため、濾過部３１０と隙間自浄部３２０との隙間が閉塞しにくい。一方、例えばメッシュタイプのスクリーンを用いると、メッシュが容易に目詰まりを起こす。

分解途中のサイズの小さい発酵適物を含む発酵液Ｌは、隙間自浄部３２０と濾過部３１０との隙間を通過し、貯留槽１７０または混合物１２０に分離液ＦＬとして回収される。

分離液ＦＬは、濾液ルートＲ４へ送らずに貯留槽１７０に回収してもよい。このとき分離装置３００と混合部１２０との間の濾液ルートＲ４に設けられたバルブＶ５は閉じられ、貯留槽１７０と分離装置３００との間に設けられたバルブＶ７が開かれる。貯留槽１７０に回収された分離液ＦＬは、第３ポンプＰ３の駆動力により回収ルートＲ５とバルブＶ８を通過させて発酵槽１１０に戻すか、発酵槽１１０の状態を適正に維持するために廃棄してもよい。分離液ＦＬには、アンモニアなどの発酵阻害物質が蓄積されるため、逐次、部分的にメタン発酵システム外に排出することが望ましい。

分離液ＦＬを廃棄する際には、貯留槽１７０内の分離液ＦＬに凝集剤を混合し、凝集剤を含む発酵液Ｌを、脱水ルートＲ６とバルブＶ９を通過させて脱水装置１８０に送り、残渣汚泥と脱水濾液に分離してから廃棄すればよい。

分離装置３００は、液中浮遊物の除去だけでなく、発酵槽１１０内の発酵適物の分解状態を確認する際にも利用できる。発酵の立ち上げ時、定常運転時などには、発酵槽１１０の内部を目視で確認することは困難であるが、分離装置３００によれば発酵液中の適物の消化分解状態を濾過面３１１Ｓに残る浮遊性不適物を目視して明確に把握することができるため、原料廃棄物Ｃの供給量の制御が容易になる。

図４に、原料廃棄物Ｃを分別するための前処理装置の一例の構成を示す。前処理装置２００は、外部から導入される廃棄物Ｃ１を移送する第１搬送装置２１０と、第１搬送装置２１０から供給される廃棄物Ｃ１を破砕する破砕機２２０と、破砕機２２０で破砕された破砕廃棄物Ｃ２を移送する第２搬送装置２３０と、分別機２４０とを具備する。

第１搬送装置２１０は、例えば、ベルトコンベアであり、連続的に装置系内に導入される廃棄物Ｃ１の一定期間内の供給量を均等化して破砕機２２０に供給する。破砕機２２０は、例えば、二軸破砕機であり、大型の有機物を含む固形廃棄物を細かく破砕し、分別機２４０での処理に適した大きさになるように破砕前処理をする。第２搬送装置２３０は、例えば、ベルトコンベアであり、破砕された固形廃棄物を含む破砕廃棄物Ｃ２の一定期間内の供給量を均等化して分別機２４０に供給する。

分別機２４０は、どのような構成でもよいが、例えば複数の孔を有するメッシュ、パンチングメタルなどの多孔シートで構成された円筒型のドラムとドラム内に設けられた回転破砕刃とを有する。破砕廃棄物Ｃ２は、ドラム内に導入される。破砕廃棄物Ｃ２のうち、多孔シートの孔径よりも小さい固形物は、ドラム内を流通する風力と遠心力によりドラム外に放出される。放出された固形物は、適正な含有量の発酵適物を含む原料廃棄物Ｃとして回収される。布、プラスチックシートなどの軽比重物および金属などの高比重物は発酵不適物ＮＣとして、ドラム内から回収される。

上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成や制御態様は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１０：メタン発酵システム
１００：メタン発酵装置
１１０：発酵槽
１１１：上部吹出口
１１２：液中吹出口
１１３：第一底部出口
１１４：第一吐出口
１２０：混合部
１２１：混合容器
１２１ｄ：デッドスペース
１２１ｕ：混合スペース
１２２：攪拌羽
１２３：第二底部出口
１２４：第二吐出口
１２５：第一投入口
１２６：第二投入口
１２７：掻き寄せ排出機構
１７０：貯留槽
１８０：脱水装置
２００：前処理装置
２１０：第１搬送装置
２２０：破砕機
２３０：第２搬送装置
２４０：分別機
３００：分離装置
３１０：濾過部
３１１Ｓ：濾過面
３１２Ｇ：スリット状隙間
３１５：帯状部
３２０：隙間自浄部
３２１：ディスク状回転体
Ｃ１：廃棄物
Ｃ２：破砕廃棄物
Ｃ：原料廃棄物
ＮＣ：発酵不適物
Ｌ：発酵液
ＦＬ：発酵液（濾液）
Ｓ：流動物
ＲＣ：残渣汚泥
Ｐ１〜Ｐ３：第１〜第３ポンプ
Ｒ１１：第１引き抜きルート
Ｒ１２：第２引き抜きルート
Ｒ２：投入ルート
Ｒ３：循環ルート
Ｒ４：濾液ルート
Ｒ５：回収ルート
Ｖ１〜Ｖ９：バルブ
Ｔ１：第一分岐部
Ｔ２：第二分岐部

Claims

バイオガスを発生させる発酵液を収容する発酵槽と、
前記発酵槽から取り出された前記発酵液と、発酵適物を含む廃棄物と、を混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、
前記発酵槽から取り出された前記発酵液を前記混合部に送る引き抜きルートと、
前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る投入ルートと、を具備し、
前記混合部の容積が、前記発酵槽の容積の２０％以下である、メタン発酵装置。
前記混合部は、前記分離させた発酵不適物を沈降させるデッドスペースを有し、
前記デッドスペースよりも上方に前記流動物を前記投入ルートに放出する吐出口を有する、請求項１に記載のメタン発酵装置。
前記デッドスペースに、前記分離させた発酵不適物を排出する掻き寄せ排出機構が設けられている、請求項２に記載のメタン発酵装置。
前記混合部における前記流動物の滞留時間が、０．５日以内である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のメタン発酵装置。
前記発酵槽内の前記発酵液を循環させる循環ルートを更に有し、
前記循環ルートから前記引き抜きルートが第一分岐部で分岐している、請求項１〜４のいずれか１項に記載のメタン発酵装置。
前記投入ルートが前記循環ルートの前記第一分岐部よりも下流側の第二分岐部で合流している、請求項５に記載のメタン発酵装置。
（i）発酵液を収容する発酵槽から前記発酵液を部分的または間欠的に取り出して混合部に送る工程と、
（ii）前記混合部で、前記発酵槽から取り出された発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる工程と、
（iii）前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る工程と、
（iv）前記発酵槽内で前記発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させてバイオガスを発生させる工程と、を具備し、
前記混合部における前記流動物の滞留時間が、０．５日以内である、メタン発酵方法。
前記工程（ii）において、前記混合部への前記廃棄物の供給を停止し、その後、前記混合部で分離された前記発酵不適物を前記混合部から除去する工程、を更に有する、請求項７に記載のメタン発酵方法。
前記発酵槽内の前記発酵液を循環させる工程を有し、
前記工程（i）が、前記発酵液を循環させるために前記発酵槽より引き抜かれた発酵液の一部を前記混合部に送ることを含み、
前記工程（iii）が、前記流動物を前記循環する発酵液と合流させ、前記循環する発酵液とともに前記発酵槽に送ることを含む、請求項７または８に記載のメタン発酵方法。
前記工程（ii）において、前記発酵液１００質量部に対して混合される前記廃棄物の量が、１０〜５０質量部である、請求項７〜９のいずれか１項に記載のメタン発酵方法。