JP4114169B2 - 乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、固形物濃度の高い有機性廃棄物から効率良くメタンガスを産生することのできる乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法及びその装置に関するものである。

鶏、豚又は牛等の家畜の排泄物や家庭又はレストランの生ゴミなどの有機性廃棄物の処理については、従来から好気性菌による堆肥化が主流である。近年、脚光を浴びている循環型リサイクル方法は、嫌気性微生物を利用したメタン発酵法処理であるが、バッチ式であるため、１日の処理量が少なく、大量の水を使い、しかも設備費が大きい。

特許文献１に記載されているように、ラグーンタイプのような広大なメタン発酵処理設備を簡単に組み立て可能とし、またある箇所に破損が生じても、容易に回復でき、かつ容易にメタンガスを回収できるメタンガス回収システムの発明も公開されている。
特開平０６−３２０１８８号公報

しかしながら、従来から行われている湿式のメタンガス発酵方法は、糞尿を混合した汚泥状で、有機物基質の含有率が１０％以下であるため、有機性廃棄物の量が多い割にはメタン発酵の効率が低い。

また、特許文献１に記載の発明は、水分を多く含む有機性廃棄物を対象とする湿式のメタンガス回収システムであり、メタン発酵槽における水の流れを均一にする必要があるなど手間が掛かってしまう。

そこで、本発明は、固形物濃度の高い有機性廃棄物から効率良くメタンガスを産生することのできる乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法及びその装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、有機性廃棄物１０を複数の部屋１１ｂに仕切ったメタン発酵前処理ヤード１１に搬入する有機性廃棄物搬入工程２と、前記メタン発酵前処理ヤード１１内を移動させながら好気性及び通性嫌気性微生物群の働きにより有機性廃棄物１０の水分及び有機性基質の分解を調整する好気性発酵工程３と、前記有機性廃棄物１０を空気遮断式投入機１２で空気を遮断しながらメタン本発酵槽１３に移送する有機性廃棄物移送工程４と、前記メタン本発酵槽１３内に敷いたレール１４ｂ上を走行する撹拌搬送機１４により有機性廃棄物１０を上下に撹拌７ａしながら移動させ、発生したメタンガス１３ｇをメタン本発酵槽１３内に張った気密性の高いガスフード１３ｉ内に収容し、メタン本発酵槽１３の上部又は横側に設けたメタンガス吸引取出口１３ａからメタンガス１３ｇを吸引して回収すると共に、メタン本発酵槽１３に残った有機性廃棄物１０を空気遮断式搬出機１５を利用して堆肥熟成ヤード１６に搬出９ａする嫌気性発酵工程５とからなることを特徴とする乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法１の構成とした。

本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。第１に、空気遮断式投入機の投入口を有機性廃棄物で塞いでいるので、空気を混入させることなく、有機性廃棄物をメタン本発酵槽に移送でき、絶対嫌気性を確保することが可能である。

第２に、有機性廃棄物に含まれる水分が６０％前後に保たれているので、有機性廃棄物の固形濃度が高いため処理が容易であり、有機性廃棄物の含有率が高いのでメタン発酵の効率が良い。

第３に、メタン発酵生成菌溶液を散布し、有機性廃棄物を撹拌搬送機を使用して上下に十分に撹拌することにより、嫌気性メタン発酵菌の増殖が促進されるため、メタンガスの発生量も多くなる。

第４に、投入と排出が固定されているバッチ式のようにメタン発酵槽が独立しておらず、有機性廃棄物が投入から排出まで順次移送され、最終残渣である有機堆肥が自動的に排出されるので、設備的にも効率が良い。

本発明は、固形物濃度の高い有機性廃棄物から効率良くメタンガスを産生するという目的を、有機性廃棄物を複数の部屋に仕切ったメタン発酵前処理ヤードに搬入する有機性廃棄物搬入工程と、前記メタン発酵前処理ヤード内を移動させながら好気性及び通性嫌気性微生物群の働きにより有機性廃棄物の水分及び有機性基質の分解を調整する好気性発酵工程と、前記有機性廃棄物を空気遮断式投入機で空気を遮断しながらメタン本発酵槽に移送する有機性廃棄物移送工程と、前記メタン本発酵槽内の有機性廃棄物の乾燥を防ぐためにメタン発酵生成菌溶液を散布しつつ、前記メタン本発酵槽内に敷いたレール上を走行する撹拌搬送機により有機性廃棄物を上下に撹拌しながら移動させ、前記メタン本発酵槽内に気密性の高いガスフードを張り発生したメタンガスを収容しておき、前記メタン本発酵槽の上部に複数設けたメタンガス吸引取出口からメタンガスを吸引して回収すると共に、前記メタン本発酵槽に残った有機性廃棄物をピットから空気遮断式搬出機を利用して堆肥熟成ヤードに搬出する嫌気性発酵工程とからなる構成とすることで実現した。

以下に、添付図面に基づいて、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法及びその装置について詳細に説明する。図１は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の全工程を示すフローチャートである。

本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法１は、有機性廃棄物搬入工程２、好気性発酵工程３、有機性廃棄物移送工程４、及び嫌気性発酵工程５からなる。さらに、嫌気性発酵工程５は、メタン発酵生成菌溶液散布工程６、有機性廃棄物撹拌工程７、メタンガス取出し工程８、及び堆肥搬出工程９からなる。

有機性廃棄物搬入工程２は、有機性廃棄物１０を複数の部屋１１ｂに仕切ったメタン発酵前処理ヤード１１に搬入する。尚、有機性廃棄物１０とは、鶏糞、豚糞若しくは牛糞等の家畜排泄物、一般家庭から出る生ゴミ、又は業務用食料品廃棄物の生ゴミ等のことであり、これらを主として含むものや、これらの混合物も対象とする。

好気性発酵工程３は、メタン発酵前処理ヤード１１内を移動させながら好気性及び通性嫌気性微生物群の働きにより、有機性廃棄物１０の水分を発酵熱により蒸散させ、含水率を約８０％から約５５％に減少させると共に、多糖類、蛋白質、脂肪及び繊維質を中間的に分解してｐＨ５〜７の弱酸性に調整する。

有機性廃棄物移送工程４は、メタン発酵前処理ヤード１１から貯留槽１２ａに移された有機性廃棄物１０を、空気遮断式投入機１２で空気を遮断しながらメタン本発酵槽１３に移送する。

嫌気性発酵工程５におけるメタン発酵生成菌溶液散布工程６は、メタン本発酵槽１３内の有機性廃棄物１０の乾燥を防ぐためにメタン発酵生成菌溶液１３ｈを散布６ａし、有機性廃棄物１０の含水率を約６０％に調整する。

嫌気性発酵工程５における有機性廃棄物撹拌工程７は、メタン本発酵槽１３内に敷いたレール１４ｂ上を走行する撹拌搬送機１４により有機性廃棄物１０を上下に撹拌７ａしながら移動させる。

嫌気性発酵工程５におけるメタンガス取出し工程８は、メタン本発酵槽１３内に気密性の高いガスフード１３ｉを張り、発生したメタンガス１３ｇを収容しておき、メタン本発酵槽１３の上部に複数設けたメタンガス吸引取出口１３ａからメタンガス１３ｇを吸引８ａして回収する。

嫌気性発酵工程５における堆肥搬出工程９は、メタン本発酵槽１３に残った有機性廃棄物１０をピット１５ａから空気遮断式搬出機１５を利用して堆肥熟成ヤード１６に搬出９ａする。

図２は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の全体を示す平面図である。本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置１ａは、メタン発酵前処理ヤード１１、貯留槽１２ａ、空気遮断式投入機１２、メタン本発酵槽１３、撹拌搬送機１４、空気遮断式搬出機１５、及び堆肥熟成ヤード１６からなる。

メタン発酵前処理ヤード１１は、搬入２ａされた有機性廃棄物１０を複数の部屋１１ｂに順次移動させながら好気性及び通性嫌気性微生物群で発酵させる。尚、メタン発酵前処理ヤード１１から出した有機性廃棄物１０は、貯留槽１２ａに溜めておく。

空気遮断式投入機１２は、貯留槽１２ａの斜面に沿って設置し、常時溜められた有機性廃棄物１０により空気の混入を防ぎつつ、ギア１２ｅで回転するコンベヤ１２ｆ上に複数設けたスクレーパー１２ｇと枠体１２ｂとで作る空間に一定量の有機性廃棄物１０を収納して上方へ移送する。

メタン本発酵槽１３は、空気遮断式投入機１２から有機性廃棄物１０を供給され、蒲鉾型外壁１３ｊの上部に筒状のメタンガス吸引取出口１３ａを複数設け、内部にメタンガス１３ｇをメタンガス吸引取出口１３ａへ吸引８ａするための吸引用パイプ１３ｄとメタン発酵生成菌溶液１３ｈを散布６ａするための供給用パイプ１３ｅを通し、内壁に沿ってメタンガス１３ｇを収容するためのガスフード１３ｉを張った気密性の高い設備である。

撹拌搬送機１４は、メタン本発酵槽１３内に敷いたレール１４ｂ上にギア１４ｅで回転するコンベヤ１４ｆを設置した台車１４ａを載せ、コンベヤ１４ｆ上に複数設けたスクレーパー１４ｇで撹拌７ａしながら有機性廃棄物１０を移動させる。

空気遮断式搬出機１５は、撹拌搬送機１４によりピット１５ａまで移動した有機性廃棄物１０を端に集め、ギアで回転するコンベアに載せて移送する。尚、空気遮断式搬出機１５は、空気遮断式投入機１２と同様の設備である。

堆肥熟成ヤード１６は、空気遮断式搬出機１５から搬出９ａされた有機性廃棄物１０を堆肥として保管する。尚、堆肥熟成ヤード１６は、メタン発酵前処理ヤード１１と同様に複数の部屋に区切られ、堆肥を順次移動させる。堆肥は、含水率を４０％以下にし、必要に応じて肥料成分を添加する。

尚、メタン発酵前処理ヤード１１、メタン本発酵槽１３及び堆肥熟成ヤード１６の床下には、温水パイプ１１ｃ、１４ｄを通し、温水を流すことにより、容器内の有機性廃棄物１０を２０〜６０℃に温めることができる。

図３は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の好気性発酵工程で使用するメタン発酵前処理ヤードの内部を示す側面図である。好気性発酵工程３は、メタン発酵前処理ヤード１１で行われる。

メタン発酵前処理ヤード１１は、前処理を施すための設備である。前処理としては、有機性廃棄物１０に含まれる水分の調整と、有機性廃棄物１０の有機性基質の分解の調整とがあり、好気性微生物と通性嫌気性微生物の微生物群の働きを利用する。

尚、好気性微生物は、酸素が存在していないと増殖できない微生物であり、通性嫌気性微生物は、酸素が存在していても、また、酸素が全く存在していなくても、増殖が可能な微生物である。好気性発酵すると６０〜７０℃の熱を発する。

搬入２ａされる有機性廃棄物１０は、通常約８０％の水分を含んでいるが、微生物群の発酵熱により水分を蒸散させて、約５５％まで減少させる。また、有機性廃棄物１０の多糖類、蛋白質、脂肪及び繊維質を中間的に分解し、ｐＨの値を５〜７、即ち弱酸性に調整する。尚、中間的に分解するとは、完全に分解するのではなく、嫌気性発酵工程５で発酵しやすいように予め処置しておくのである。

メタン発酵前処理ヤード１１は、地面１７の上に建てたコンクリート製の設備であり、床下には複数本の温水パイプ１１ｃを通す。温水を流して内部を２０〜６０℃に温めることにより、微生物群の働きを活性化させ、発酵を促進させることができる。

メタン発酵前処理ヤード１１においては、設備内に仕切り１１ａを設けて複数の部屋１１ｂに分割し、各部屋１１ｂを発酵槽として使用する。各部屋１１ｂに微生物群を繁殖させ、搬入２ａされた有機性廃棄物１０を発酵させる。

例えば、設備の内部を手前側と奥側に分け、さらに手前側を４つの部屋１１ｂに仕切り、奥側も４つの部屋１１ｂに仕切って、全部で８つの部屋１１ｂを設けておき、１日目は第１の部屋１１ｂに有機性廃棄物１０を搬入２ａし、２日目は第２の部屋１１ｂに移し、・・・、８日目は第８の部屋１１ｂに移し、９日目に貯留槽１２ａに送る、という具合に８日に渡って有機性廃棄物１０を発酵させることができる。尚、部屋１１ｂ間を移動させる際は、カーシャベル等を使用して天地替えをしながら行う。

また、有機性廃棄物１０の人手による作業を省くために、メタン発酵前処理ヤード１１に仕切り１１ａを設けずに一直線状にし、撹拌搬送機を使用して移動させるようにすることも可能である。

図４は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の有機性廃棄物移送工程で使用する空気遮断式投入機を示す側面図である。有機性廃棄物移送工程４は、空気遮断式投入機１２を設置した貯留槽１２ａで行われる。

メタン発酵前処理ヤード１１で処理済みの有機性廃棄物１０は、貯留槽１２ａに溜められる。貯留槽１２ａは、地面１７に穴を掘り、地面１７より高い位置まで枠を設けた容器である。

貯留槽１２ａには、複数体の空気遮断式投入機１２を設置する。空気遮断式投入機１２は、チェーンスクレーパー等の搬送手段を有する機械であり、ベルトコンベアやスクリューコンベア等を使用しても良い。

空気遮断式投入機１２は、有機性廃棄物１０を入れる側を貯留槽１２ａの底側にし、斜面状にした貯留槽１２ａの内壁に沿って設置する。また、有機性廃棄物１０を出す側は、メタン本発酵槽１３の内部へ貫通させる。

貯留槽１２ａには、常に有機性廃棄物１０を満たし、有機性廃棄物１０の上面が空気遮断式投入機１２の貫通位置より下がらないようにする。これにより空気が混入しないように有機性廃棄物１０をメタン本発酵槽１３へ投入４ａすることができる。

図５は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の空気遮断式投入機の内部構造を示す断面図である。空気遮断式投入機１２は、枠体１２ｂ、投入口１２ｃ、放出口１２ｄ、ギア１２ｅ、コンベヤ１２ｆ、及びスクレーパー１２ｇ等からなる。

枠体１２ｂは、空気遮断式投入機１２の外枠であり、内部にギア１２ｅ、コンベヤ１２ｆ、及びスクレーパー１２ｇからなる搬送手段を有する。また、貯留槽１２ａ側の下端上面に投入口１２ｃを有し、メタン本発酵槽１３側の上端下面に放出口１２ｄを有する。

投入口１２ｃは、有機性廃棄物１０を入れる穴であり、放出口１２ｄは、有機性廃棄物１０を出す穴である。投入口１２ｃから放出口１２ｄまで、搬送手段により有機性廃棄物１０が運ばれる。

ギア１２ｅは、上端側と下端側にある円盤状の歯車である。上端側のギア１２ｅと下端側のギア１２ｅにコンベヤ１２ｆを掛け、ギア１２ｅを回すことにより、コンベヤ１２ｆを循環させることができる。

コンベヤ１２ｆは、両端を繋いで環状にした湾曲可能な帯状の部材である。コンベヤ１２ｆの動作は、上側を下降、下側を上昇させる。また、コンベヤ１２ｆの表面には、一定間隔ごとに複数のスクレーパー１２ｇを垂直に取り付ける。

スクレーパー１２ｇは、有機性廃棄物１０を掻き取りながら運搬するためのヘラ状の部材である。一のスクレーパー１２ｇ、隣りのスクレーパー１２ｇ、コンベヤ１２ｆの表面、及び枠体１２ｂの内壁で部屋が形成され、内部の空間に有機性廃棄物１０を収納する。

投入口１２ｃで一の部屋に有機性廃棄物１０が入り込み、枠体１２ｂの下側の内壁を擦るように有機性廃棄物１０を上昇させ、放出口１２ｄで有機性廃棄物１０を落下させる。各部屋について繰り返すことで有機性廃棄物１０の投入４ａが行われる。

図６は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の嫌気性発酵工程で使用するメタン本発酵槽の外観を示す斜視図である。嫌気性発酵工程５は、メタン本発酵槽１３で行われる。

メタン本発酵槽１３は、半円状でコンクリート製の蒲鉾型外壁１３ｊに覆われた設備である。蒲鉾型外壁１３ｊは、風雨等の被害から守るために気密性の高い構造となっており、内側に張られるガスフード１３ｉを保護する。また、絶対嫌気性のメタン発酵生成菌の働きを利用するため、地面１７に接する土台１３ｂについても、気密性の高いコンクリート施工する。

湾曲する上面には、複数本の筒状のメタンガス吸引取出口１３ａが取り付けられ、内部のメタンガス１３ｇを回収することができる。尚、メタンガス吸引取出口１３ａの数は、５本程度が好ましい。

図７は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置のメタン本発酵槽の内部を示す側面図である。メタン本発酵槽１３は、蒲鉾型外壁１３ｊ及びガスフード１３ｉの内部に撹拌搬送機１４等の装置が備えられる。

空気遮断式投入機１２から投入４ａされた有機性廃棄物１０は、約２．５ｍの高さを有する発酵槽１４ｃに蓄積され、メタン発酵生成菌溶液散布工程６、及び有機性廃棄物撹拌工程７が開始される。

メタン発酵生成菌溶液散布工程６は、蒲鉾型外壁１３ｊ及びガスフード１３ｉ内に通した供給用パイプ１３ｅからメタン発酵生成菌溶液１３ｈを発酵槽１４ｃ内の有機性廃棄物１０に散布６ａする。供給用パイプ１３ｅには、散布６ａ用に数ヶ所の散布ノズル１３ｆを設ける。尚、散布ノズル１３ｆの数は、３ヶ所程度が好ましい。

メタン発酵生成菌溶液１３ｈは、豚等の家畜の尿であり、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を５０〜８０ｐｐｍ程度まで下げたものを使用する。有機性廃棄物１０の乾燥を防止し、メタン発酵生成菌の不足を補うことができるようになる。

有機性廃棄物撹拌工程７は、撹拌搬送機１４を使用して有機性廃棄物１０を撹拌７ａする。有機性廃棄物１０は、撹拌搬送機１４で上下に撹拌７ａされながら、１日に４ｍ程度、１０日前後かけて発酵槽１４ｃの前端から後端まで徐々に搬送される。

撹拌搬送機１４は、枠体のないチェーンスクレーパー等の搬送手段を有する機械であり、台車１４ａに搭載される。台車１４ａは、発酵槽１４ｃの枠上に沿って発酵槽１４ｃの前端から後端まで敷設されたレール上を移動する。

有機性廃棄物１０の発酵が進むとメタンガス１３ｇが発生し、メタンガス取出し工程８が行われる。発酵槽１４ｃで発生したメタンガス１３ｇは、上昇して蒲鉾型外壁１３ｊの内側に張られたガスフード１３ｉ内に充満する。

メタンガス取出し工程８は、ガスフード１３ｉの頂部に蒲鉾型外壁１３ｊの前端から後端まで通した吸引用パイプ１３ｄでメタンガス１３ｇを吸引８ａし、吸引用パイプ１３ｄに連結するメタンガス吸引取出口１３ａからメタンガス１３ｇを回収する。

ガスフード１３ｉは、メタンガス１３ｇが漏れないように、気密性の高い化学繊維の布地が好ましい。尚、ガスフード１３ｉ内の気圧が上がり過ぎた場合には、ガス圧安全弁１３ｃを使用して気圧の調整をすることができる。

有機性廃棄物１０が撹拌搬送機１４により発酵槽１４ｃの後端まで運ばれたら、堆肥搬出工程９が行われる。発酵後の有機性廃棄物１０は、堆肥として二次利用することが可能である。

堆肥搬出工程９は、発酵槽１４ｃの後端において左端から右端にかけて凹んだピット１５ａに落ちた有機性廃棄物１０を一方の端に集め、空気遮断式搬出機１５を使用して堆肥熟成ヤード１６へ搬出９ａする。

図８は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置のメタン本発酵槽の内部を示す正面図である。メタン本発酵槽１３では、産生したメタンガス１３ｇをガスフード１３ｉ内に貯蔵する。

蒲鉾型外壁１３ｊの両端は、コンクリート製の土台１３ｂにより地面１７に固定する。蒲鉾型外壁１３ｊの頂部には、メタンガス吸引取出口１３ａ及びガス圧安全弁１３ｃが貫通し、蒲鉾型外壁１３ｊ内に通した吸引用パイプ１３ｄに連結される。

また、蒲鉾型外壁１３ｊの左下端から吸引用パイプ１３ｄまで、及び蒲鉾型外壁１３ｊの右下端から吸引用パイプ１３ｄまで、蒲鉾型外壁１３ｊの内壁に沿うようにビニール製でシート状のガスフード１３ｉが張られる。

発酵槽１４ｃ内の有機性廃棄物１０の発酵によりメタンガス１３ｇが発生すると、ガスフード１３ｉを風船状に膨らます。蒲鉾型外壁１３ｊとガスフード１３ｉの二重構造であるため、気密性及び安全性が向上する。

ガスフード１３ｉ内のメタンガス１３ｇは、吸引用パイプ１３ｄから吸引して、メタンガス吸引取出口１３ａから回収することができる。尚、吸引用パイプ１３ｄには、下面に吸引８ａ用の孔を有する。

蒲鉾型外壁１３ｊ内には、吸引用パイプ１３ｄの下側に供給用パイプ１３ｅも通され、下方の発酵槽１４ｃにメタン発酵生成菌溶液１３ｈを散布６ａする。有機性廃棄物１０の乾燥を防止し、発酵を促進させることができる。

発酵槽１４ｃは、約２．５ｍの高さがあるコンクリート製の容器であるが、下側の約１．５ｍは地面１７の下に埋め込んで設置される。また、床下側と左右両側の枠内には、温水パイプ１４ｄを通して、保温することが可能である。

また、発酵槽１４ｃの左右両側の枠上にはレール１４ｂが敷かれ、台車１４ａの車輪をレール１４ｂに載せて走行させることにより、撹拌搬送機１４を発酵槽１４ｃの前端から後端まで移動させることができる。

撹拌搬送機１４は、発酵槽１４ｃの内側に収まる幅を有し、有機性廃棄物１０を十分に撹拌７ａすることができる。下側の有機性廃棄物１０を上側へ掘り起こすことにより全体を発酵させることができる。

蒲鉾型外壁１３ｊ内は、発酵により湿度が高くなるため、ガスフード１３ｉに生じた結露は、蒲鉾型外壁１３ｊの左下端又は右下端で水分を回収し、メタン発酵生成菌溶液１３ｈに戻しても良い。

図９は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の有機性廃棄物撹拌工程で使用する撹拌搬送機を示す側面図である。撹拌搬送機１４は、有機性廃棄物１０を撹拌７ａ及び搬送するために使用する。

図９の上段に示すように、撹拌搬送機１４は、レール１４ｂ上を走行する台車１４ａに搭載される。撹拌搬送機１４は、上側のギア１４ｅと下側のギア１４ｅの間の掛けたコンベヤ１４ｆの表面に複数のスクレーパー１４ｇを取り付けたものである。

撹拌搬送機１４の下側で、発酵槽１４ｃ内の有機性廃棄物１０を削り取り、スクレーパー１４ｇとスクレーパー１４ｇの間に有機性廃棄物１０を載せて、ギア１４ｅの回転によりコンベヤ１４ｆを上面を上昇させて、有機性廃棄物１０を上方に運ぶ。

撹拌搬送機１４の下側が前方に、撹拌搬送機１４の上側が後方に傾いているために、前方にあった有機性廃棄物１０は後方に運ばれて、撹拌搬送機１４の上側を越えた所で落下する。

発酵槽１４ｃの後端から前端に向かって台車１４ａを前進１４ｈさせて、撹拌７ａを繰り返す。尚、発酵槽１４ｃの前端にある有機性廃棄物１０は、約１０〜１２日掛けて発酵槽１４ｃの後端まで移動する。

図９の下段に示すように、撹拌搬送機１４が発酵槽１４ｃの前端まで達したら、撹拌搬送機１４の下端を持ち上げるように回動させ、発酵槽１４ｃの後端まで台車１４ａを後進１４ｉさせる。

尚、撹拌搬送機１４の下端の持上げは、台車１４ａの前部において撹拌搬送機１４の下端を引き上げる、又は、台車１４ａの後部において上下に伸縮するシリンダーを設置して撹拌搬送機１４の上端を下げることにより行う。

図１０は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法においてメタン本発酵槽に複数の発酵槽を設けた場合の撹拌搬送機の動作を示す図である。メタン本発酵槽１３の発酵槽１４ｃを複数配置しても、効率的に処理することができる。

図１０の上段に示すように、蒲鉾型外壁１３ｊ内に発酵槽１４ｃを２つ併設し、１台の台車１４ａを２つの発酵槽１４ｃに渡すように配置する。台車１４ａに搭載する撹拌搬送機１４は、１つの発酵槽１４ｃを撹拌７ａできる大きさで良い。

まず、上に記載した左発酵槽１４ｃの前端に有機性廃棄物１０を投入４ａし、撹拌搬送機１４が左発酵槽１４ｃ側にある状態で、台車１４ａを前進１４ｈさせて撹拌７ａを行う。台車１４ａが発酵槽１４ｃの前端まで達したら、台車１４ａを後進１４ｉさせて、発酵槽１４ｃの後端まで戻す。

次に、下に記載した右発酵槽１４ｃの前端に有機性廃棄物１０を投入４ａし、撹拌搬送機１４を横移動１４ｊさせて右発酵槽１４ｃ側にある状態で、台車１４ａを前進１４ｈさせて撹拌７ａを行う。台車１４ａが発酵槽１４ｃの前端まで達したら、台車１４ａを後進１４ｉさせて、発酵槽１４ｃの後端まで戻す。

また、別の形態としては、図１０の下段に示すように、蒲鉾型外壁１３ｊ内に発酵槽１４ｃを２つ併設し、１台の台車１４ａを２つの発酵槽１４ｃに渡すように配置する。台車１４ａに搭載する撹拌搬送機１４は、１つの発酵槽１４ｃを撹拌７ａできる大きさで良い。

まず、上に記載した左発酵槽１４ｃの前端に有機性廃棄物１０を投入４ａし、撹拌搬送機１４が左発酵槽１４ｃ側にある状態で、台車１４ａを前進１４ｈさせて撹拌７ａを行う。

次に、下に記載した右発酵槽１４ｃの後端に有機性廃棄物１０を投入４ａし、撹拌搬送機１４を回転１４ｋさせて右発酵槽１４ｃ側にある状態で、台車１４ａを後進１４ｉさせて撹拌７ａを行う。

図１１は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法におけるメタンガス発生量を示すグラフである。メタン本発酵槽１３は、約４０ｍの長さがあり、前端に投入４ａされた有機性廃棄物１０は、１日に約４ｍずつ１０日かけて後端まで移動する。

メタンガス発生量１８は、有機性廃棄物１０が投入４ａされてから増加していき、約３日後に最大値１８ａとなり、その後数日間維持されるが、日数の経過とともに徐々に減少していく。

メタンガス発生量１８は、有機性基質の乾物（水分０％換算）１ｍ^３ 当たり６０〜６５ｍ^３ である。尚、有機性廃棄物１０が発酵すると、メタンガス以外に、二酸化炭素、水、アンモニア、硫化水素等も発生する。

図１２は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例２であるメタン本発酵槽の外観を示す斜視図であり、図１３は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例２であるメタン本発酵槽の内部を示す側面図であり、図１４は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例２であるメタン本発酵槽の内部を示す正面図である。

メタン本発酵槽１９では、上面ではなく前面及び後面にメタンガス吸引取出口１９ａを設ける。即ち、メタンガス吸引取出口１９ａは、吸引用パイプ１３ｄを横方向に延長して外側に出したものである。ガスフード１３ｉ内に充満したメタンガス１３ｇを、横側から取り出すことができ、作業が容易となる。

メタンガス吸引取出口１９ａが上方に突き出ないため、ガスフード１３ｉの内側に吸引用パイプ１３ｄを通すことが可能であり、吸引用パイプ１３ｄとガスフード１３ｉとの繋ぎ目からメタンガス１３ｇが漏れるのを防ぐことができる。

尚、ガス圧安全弁１３ｃは、メタン本発酵槽１９の上面に２箇所程度設置する。ガスフード１３ｉ内に充満したメタンガス１３ｇのガス圧を調整することにより、安全性を確保することができる。

また、供給用パイプ１３ｅについても、前面又は後面に供給口を出せば、横側からメタン発酵生成菌溶液１３ｈを供給することができる。

図１５は、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例３である撹拌搬送機を示す側面図である。

メタン本発酵槽１３内の密閉されたガスフード１３ｉの内部において、有機性廃棄物１０からメタンガス１３ｇを発生しやすくするために、撹拌搬送機２０を使用して有機性廃棄物１０を投入４ａ側の端から搬出９ａ側の端まで撹拌７ａしながら一定量ずつ順次移送する。

撹拌搬送機２０は、台車１４ａに搭載され、レール１４ｂ上を走行するが、有機性廃棄物１０を撹拌７ａするのに、スクリューコンベアを用いる。尚、空気遮断式投入機１２及び空気遮断式搬出機１５についても、スクリューコンベアを用いることが可能である。

撹拌搬送機２０は、スクリュー２０ａ、シャフト２０ｂ、軸受２０ｃ、底板２０ｄ、落下口２０ｅ、減速機２０ｆ及び油圧ケーブル２０ｇ等からなる。尚、電気的故障や事故を防ぐため、メタン本発酵槽１３内では電気を使用しない。

スクリュー２０ａは、撹拌搬送機２０の下端から上端まで螺旋状に巻かれた羽であり、有機性廃棄物１０を載せて上方へ運搬することができる。

シャフト２０ｂは、スクリュー２０ａの中心を通る軸であり、スクリュー２０ａを回転させることができる。尚、メタン本発酵槽１３の底面に対して約４５度傾斜する。

軸受２０ｃは、底板２０ｄに垂設され、シャフト２０ｂと底板２０ｄとが平行となるように、シャフト２０ｂの上端と下端を保持する。

底板２０ｄは、運搬中に有機性廃棄物１０が落下しないようにするための板である。尚、スクリューコンベアを単純化し、摩擦が生じないようにするため、上側及び横側を覆う枠体は設けない。また、腐食しやすいので、底板２０ｄ等にはステンレスを使用する。

落下口２０ｅは、底板２０ｄの上方に空けられた穴であり、スクリュー２０ａで上方に運んだ有機性廃棄物１０を落下させる。

減速機２０ｆは、シャフト２０ｂの上部に取り付けられ、油圧によりシャフト２０ｂの回転を制御する。尚、動力としては、屋外に設置した油圧ポンプを利用し、屋外からケーブル操作する。

油圧ケーブル２０ｇは、減速機２０ｆと外部の油圧モーターとを繋ぐ線であり、往用と復用の２本が減速機２０ｆに取り付けられる。尚、巻取機を用いて中間のケーブルの弛みを無くすことで、故障等を防止することができる。

スクリューコンベアは、幅が約２５ｃｍであり、幅が約４ｍのメタン本発酵槽１３にスクリューコンベアを１６基横に並べて設置することで、横一列をばらつきなく均等に撹拌７ａすることができる。

撹拌７ａ後に撹拌搬送機２０の位置を戻す際、スクリューコンベアの下端を持ち上げるために、台車１４ａに上下伸縮シリンダーを設置する。スクリューコンベアには負荷センサーも取り付け、撹拌搬送機２０が停止したときに、上下伸縮シリンダーを動作させてレール１４ｂと平行になるように持ち上げる。また、スクリューコンベアの下端を引き上げる方式を採っても良い。

尚、スクリュー２０ａは、台車１４ａから下へ延びる部分の高さは約２．５ｍであり、台車１４ａから上へ延びる部分の高さは約１ｍであるが、上部に減速機２０ｆを設置することで、重さのバランスを取っている。

以上のように、本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法及びその装置は、空気遮断式投入機の投入口を有機性廃棄物で塞いでいるので、空気を混入させることなく、有機性廃棄物をメタン発酵槽に移送でき、絶対嫌気性を確保することが可能である。

また、有機性廃棄物に含まれる水分が６０％前後に保たれているので、有機性廃棄物の固形濃度が高いため処理が容易であり、有機性廃棄物の含有率が高いのでメタン発酵の効率が良い。

さらに、メタン発酵生成菌溶液を散布し、有機性廃棄物を撹拌搬送機を使用して上下に十分に撹拌することにより、嫌気性メタン発酵菌の増殖が促進されるため、メタンガスの発生量も多くなる。

またさらに、投入と排出が固定されているバッチ式のようにメタン発酵槽が独立しておらず、有機性廃棄物が投入から排出まで順次移送され、最終残渣である有機堆肥が自動的に排出されるので、設備的にも効率が良い。

本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の全工程を示すフローチャートである。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の全体を示す平面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の好気性発酵工程で使用するメタン発酵前処理ヤードの内部を示す側面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の有機性廃棄物移送工程で使用する空気遮断式投入機を示す側面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の空気遮断式投入機の内部構造を示す断面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の嫌気性発酵工程で使用するメタン本発酵槽の外観を示す斜視図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置のメタン本発酵槽の内部を示す側面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置のメタン本発酵槽の内部を示す正面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法の有機性廃棄物撹拌工程で使用する撹拌搬送機を示す側面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法においてメタン本発酵槽に複数の発酵槽を設けた場合の撹拌搬送機の動作を示す図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法におけるメタンガス発生量を示すグラフである。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例２であるメタン本発酵槽の外観を示す斜視図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例２であるメタン本発酵槽の内部を示す側面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例２であるメタン本発酵槽の内部を示す正面図である。 本発明である乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置の実施例３である撹拌搬送機を示す側面図である。

符号の説明

１ 乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法
１ａ 乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置
２ 有機性廃棄物搬入工程
２ａ 搬入
３ 好気性発酵工程
４ 有機性廃棄物移送工程
４ａ 投入
５ 嫌気性発酵工程
６ メタン発酵生成菌溶液散布工程
６ａ 散布
７ 有機性廃棄物撹拌工程
７ａ 撹拌
８ メタンガス取出し工程
８ａ 吸引
９ 堆肥搬出工程
９ａ 搬出
１０ 有機性廃棄物
１１ メタン発酵前処理ヤード
１１ａ 仕切り
１１ｂ 部屋
１１ｃ 温水パイプ
１２ 空気遮断式投入機
１２ａ 貯留槽
１２ｂ 枠体
１２ｃ 投入口
１２ｄ 放出口
１２ｅ ギア
１２ｆ コンベヤ
１２ｇ スクレーパー
１３ メタン本発酵槽
１３ａ メタンガス吸引取出口
１３ｂ 土台
１３ｃ ガス圧安全弁
１３ｄ 吸引用パイプ
１３ｅ 供給用パイプ
１３ｆ 散布ノズル
１３ｇ メタンガス
１３ｈ メタン発酵生成菌溶液
１３ｉ ガスフード
１３ｊ 蒲鉾型外壁
１４ 撹拌搬送機
１４ａ 台車
１４ｂ レール
１４ｃ 発酵槽
１４ｄ 温水パイプ
１４ｅ ギア
１４ｆ コンベヤ
１４ｇ スクレーパー
１４ｈ 前進
１４ｉ 後進
１４ｊ 横移動
１４ｋ 回転
１５ 空気遮断式搬出機
１５ａ ピット
１６ 堆肥熟成ヤード
１７ 地面
１８ メタンガス発生量
１８ａ 最大値
１９ メタン本発酵槽
１９ａ メタンガス吸引取出口
２０ 撹拌搬送機
２０ａ スクリュー
２０ｂ シャフト
２０ｃ 軸受
２０ｄ 底板
２０ｅ 落下口
２０ｆ 減速機
２０ｇ 油圧ケーブル

Claims (5)

1. 有機性廃棄物を複数の部屋に仕切ったメタン発酵前処理ヤードに搬入する有機性廃棄物搬入工程と、前記メタン発酵前処理ヤード内を移動させながら好気性及び通性嫌気性微生物群の働きにより有機性廃棄物の水分及び有機性基質の分解を調整する好気性発酵工程と、前記有機性廃棄物を空気遮断式投入機で空気を遮断しながらメタン本発酵槽に移送する有機性廃棄物移送工程と、前記メタン本発酵槽内に敷いたレール上を走行する撹拌搬送機により有機性廃棄物を上下に撹拌しながら移動させ、発生したメタンガスをメタン本発酵槽内に張った気密性の高いガスフード内に収容し、メタン本発酵槽の上部又は横側に設けたメタンガス吸引取出口からメタンガスを吸引して回収すると共に、メタン本発酵槽に残った有機性廃棄物を空気遮断式搬出機を利用して堆肥熟成ヤードに搬出する嫌気性発酵工程とからなることを特徴とする乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法。
2. 好気性発酵工程において、有機性廃棄物の水分を発酵熱により蒸散させ、含水率を約８０％から約５５％に減少させると共に、多糖類、蛋白質、脂肪及び繊維質を中間的に分解してｐＨ５〜７の弱酸性に調整することを特徴とする請求項１に記載の乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法。
3. 嫌気性発酵工程において、メタン発酵生成菌溶液を散布して有機性廃棄物の含水率を約６０％に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の乾式撹拌連続型メタンガス発酵方法。
4. 搬入された有機性廃棄物を複数の部屋に順次移動させながら好気性及び通性嫌気性微生物群で発酵させる発酵前処理ヤードと、前記発酵前処理ヤードから出した有機性廃棄物を溜める貯留槽と、前記貯留槽の斜面に沿って設置し、常時溜められた有機性廃棄物により空気の混入を防ぎつつ、コンベア上に複数設けたスクレーパーと枠体とで作る空間に一定量の有機性廃棄物を収納して上方へ移送する空気遮断式投入機と、前記空気遮断式投入機から有機性廃棄物を供給され、蒲鉾型外壁の上部又は横側に筒状のメタンガス吸引取出口を設け、内部にメタンガスをメタンガス吸引取出口へ吸引するための吸引用パイプとメタン発酵生成菌溶液を散布するための供給用パイプを通し、内壁に沿ってメタンガスを収容するためのガスフードを張った気密性の高いメタン本発酵槽と、前記メタン本発酵槽内に敷いたレール上にスクリューコンベアを設置した台車を載せ、螺旋状のスクリューで撹拌しながら有機性廃棄物を移動させる撹拌搬送機と、前記撹拌搬送機により運ばれた有機性廃棄物を端に集め、コンベアに載せて移送する空気遮断式搬出機と、前記空気遮断式搬出機から搬出された有機性廃棄物を堆肥として保管する堆肥熟成ヤードとからなることを特徴とする乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置。
5. メタン発酵前処理ヤード、メタン本発酵槽及び堆肥熟成ヤードの床下に温水パイプを通し、２０〜６０℃に温めることを特徴とする請求項４に記載の乾式撹拌連続型メタンガス発酵装置。

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