JP4541245B2 - Dry methane fermentation - Google Patents

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Description

本発明は、有機性廃棄物等のバイオマスをメタン発酵させるための乾式メタン発酵および湿式乾式併用メタン発酵に関する。   The present invention relates to dry methane fermentation and wet dry combined methane fermentation for methane fermentation of biomass such as organic waste.

有機性廃棄物等のバイオマスからエネルギーを回収する方法として、メタン発酵を利用するものがある。メタン発酵は、固形物の割合(TS濃度)が10%以下であるような液状バイオマスに対して行われる湿式メタン発酵と、固形物が例えば10%以上、より典型的には20%以上と云う高い割合を占める有機性廃棄物等のバイオマスに対して、加水せずに非浸水状態でメタン発酵を行う乾式メタン発酵とが知られている。   As a method for recovering energy from biomass such as organic waste, there is a method using methane fermentation. Methane fermentation refers to wet methane fermentation performed on liquid biomass in which the ratio of solids (TS concentration) is 10% or less, and solids are, for example, 10% or more, more typically 20% or more. Dry methane fermentation is known in which methane fermentation is performed without adding water to biomass such as organic waste that occupies a high proportion.

湿式メタン発酵は歴史もあり、実績も多く、ほぼ完成された技術であるが、次のような問題がある。   Wet methane fermentation has a long history and many achievements, and is a nearly completed technology, but it has the following problems.

ア、湿式メタン発酵の際に排出される多量の発酵廃液の処理には初期費用や運用費用などを含め、多大な経費を要する。また、発酵を促進させるために撹拌する必要があり、その撹拌エネルギーも必要となる。   A. Processing of a large amount of fermentation waste liquid discharged during wet methane fermentation requires a large amount of expenses including initial costs and operation costs. Moreover, in order to accelerate | stimulate fermentation, it is necessary to stir and the stirring energy is also required.

イ、固形物の割合が高い場合、湿式メタン発酵を利用するためには水などの液を加えることによって希釈し、スラリー状にする。しかし、この加水のため処理容量が増加するため処理効率が悪くなり、更に、加えた液体は結局廃水として処理しなければならない。   When the ratio of solids is high, in order to use wet methane fermentation, it is diluted by adding a liquid such as water to form a slurry. However, due to this addition of water, the treatment capacity increases, resulting in poor treatment efficiency. Furthermore, the added liquid must eventually be treated as waste water.

ウ、湿式メタン発酵で発生する含水率の高い(約95%)発酵残渣は、それを液肥として利用する以外、脱水装置にて固液分離を行い、液分は廃水処理プラントで処理された後、付近の河川や下水道に放流される。一方、固分すなわち脱水ケーキは堆肥化システムにて堆肥にされ販売されるか、または埋立や焼却にて処分される。稲ワラ等の難分解性有機物を多く含む畜産糞尿等を湿式メタン発酵にて処理する場合(このケースが一番多い)30日程度の発酵期間では分解率に限度があり(40〜45%の分解率が実状)、発酵残渣にはまだ多くの未発酵有機分が存在している。このため前述の脱水ケーキは有機分が豊富なバイオマスである。堆肥化システムは脱水ケーキの有機分を好気性発酵にて、C0とH0に変換するプロセスであり、このプロセスはエネルギー回収に何ら寄与せずむしろ撹拌や切り返し等でエネルギーを消費する。 C) Fermentation residue with high water content (about 95%) generated by wet methane fermentation is separated into solid and liquid using a dehydrator, except that it is used as liquid fertilizer, and the liquid is processed at a wastewater treatment plant. , Discharged into nearby rivers and sewers. On the other hand, solids or dehydrated cakes are composted and sold in a composting system, or disposed of in landfills or incineration. When livestock manure containing a lot of persistent organic matter such as rice straw is treated by wet methane fermentation (this is the most common case), there is a limit on the decomposition rate in the fermentation period of about 30 days (40-45% The decomposition rate is the actual state), and the fermentation residue still contains a lot of unfermented organic components. For this reason, the aforementioned dehydrated cake is a biomass rich in organic components. Composting system with aerobic fermentation of organic matter of dehydrated cake, a process of converting into C0 2 and H 2 0, the process consumes energy rather stirring and turning back the like without any contribution to the energy recovery.

一方、乾式メタン発酵では、発酵対象バイオマスを希釈せずに処理することができるため、処理容量が増加することはなく、発酵残渣の含水率が低く、発酵廃液処理が不要である。このためシステム全体を、扱いやすく、シンプルなものにすることができる。従って、乾式メタン発酵は湿式メタン発酵に比べて初期コストの低減化が計れるという利点がある。しかし、乾式メタン発酵は10数年前にヨーロッパで開発された技術で実績も出てきているが、まだまだ技術開発が必要なこれからの技術であり、種々の提案がなされている。   On the other hand, in dry methane fermentation, the biomass to be fermented can be processed without dilution, so that the processing capacity does not increase, the moisture content of the fermentation residue is low, and the fermentation waste liquid treatment is unnecessary. This makes the entire system easy to handle and simple. Therefore, dry methane fermentation has the advantage that the initial cost can be reduced compared to wet methane fermentation. However, although dry methane fermentation has a track record with technology developed in Europe a few decades ago, it is a future technology that still requires technological development, and various proposals have been made.

例えば、特許文献1(特開2002−320949号公報)には、アンモニア等によるメタン発酵阻害を防止するために、有機性廃棄物に無機多孔体を混合してこれをメタン発酵槽に導入する乾式メタン発酵法が開示されている。   For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-320949), in order to prevent inhibition of methane fermentation by ammonia or the like, an organic porous material is mixed with an inorganic porous material and introduced into a methane fermentation tank. A methane fermentation process is disclosed.

従来、メタン発酵法において、活性汚泥の脱水ケーキ、おから、糞尿等の窒素含有率の高い有機性廃棄物を処理する場合、アンモニア性窒素濃度が高いと、メタン発酵阻害を招くことが知られている。湿式メタン発酵の場合は加水して希釈されるため比較的容易に窒素濃度を低下させることができるが、乾式メタン発酵の場合は、固形物濃度が高く、すなわち有機物濃度が高いため窒素濃度も高くなり、アンモニア性窒素によるメタン発酵阻害の危険性が大きい。このため、乾式メタン発酵の処理対象バイオマスの種類は湿式メタン発酵の場合に比較して限度がある。特許文献1はこのような問題を解決しようとするものである。   Conventionally, in the methane fermentation method, when processing organic sludge with high nitrogen content such as dehydrated cake of activated sludge, okara, manure, etc., it is known that methane fermentation inhibition will be caused if the ammonia nitrogen concentration is high. ing. In the case of wet methane fermentation, the nitrogen concentration can be lowered relatively easily because it is diluted with water, but in the case of dry methane fermentation, the solid concentration is high, that is, the organic matter concentration is high, so the nitrogen concentration is also high. Therefore, there is a great risk of inhibition of methane fermentation by ammonia nitrogen. For this reason, there are limits to the types of biomass to be processed in dry methane fermentation compared to wet methane fermentation. Patent document 1 is going to solve such a problem.

特許文献2(特開2003−53309号公報)には、有機性固形廃棄物を光照射条件下で、メタン発酵性微生物とともに光合成細菌を若干含有した嫌気性消化汚泥を用いて嫌気性消化処理することが開示されている。特許文献2の発明もアンモニア濃度を低減しようとするものである。   In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-53309), an organic solid waste is subjected to an anaerobic digestion treatment using anaerobic digested sludge containing some photosynthetic bacteria together with methane-fermenting microorganisms under light irradiation conditions. It is disclosed. The invention of Patent Document 2 also attempts to reduce the ammonia concentration.

特許文献3(特開2004−188392号公報)には、有機性廃棄物を乾式メタン発酵により処理する場合の前処理として、有機性廃棄物に生石灰を投入してアルカリ反応工程を行うことが開示されている。この発明は有機性廃棄物の減容化、可溶化および脱アンモニアを促進しようとするものである。   Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-188392) discloses that quick lime is added to an organic waste to perform an alkali reaction step as a pretreatment when the organic waste is processed by dry methane fermentation. Has been. The present invention seeks to promote organic waste volume reduction, solubilization and deammonification.

特許文献4(特開2002−52398号公報)には、メタン発酵汚泥に繊維を混合した後、炭化することが開示されている。この発明は発酵残渣を効率よく処理して再利用しようとするものである。   Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-52398) discloses that carbon is mixed with methane fermentation sludge and then carbonized. This invention is intended to efficiently process and reuse fermentation residues.

また、メタン発酵とは全く別に、古くから石炭のガス化が行なわれ、実用もされたが、効率が悪く、石油や天然ガスに市場を奪われていた。しかし、石油危機をきっかけに、改めて石炭のガス化の研究開発が高効率化を目指して世界各地で行なわれている。これらのガス化は高温・高圧の条件下での化学反応によるガス化であり、プラントは複雑でかつ危険性を有し厳密な運転管理を要する。当然のことながらプラントは大規模なものとなり多額の建設コストを要する。   Also, apart from methane fermentation, coal was gasified for a long time and was put to practical use, but it was inefficient and was deprived of the market by oil and natural gas. However, triggered by the oil crisis, coal gasification research and development is being carried out around the world with the aim of increasing efficiency. These gasifications are gasifications by chemical reactions under conditions of high temperature and high pressure, and the plant is complicated and dangerous and requires strict operation management. Naturally, the plant becomes large and requires a large amount of construction cost.

低石炭化度炭(亜瀝青炭、褐炭、亜炭)や泥炭のような低品位の石炭は世界的に分布・埋蔵されているが、現状ではあまり有効に活用されていおらず、そのバイオガス化に関しても平成12年度のNEDO国際共同研究提案公募事業で研究が行なわれたが成果が得られていないという実情である。
特開2002−320949号公報 特開2003−53309号公報 特開2004−188392号公報 特開2002−52398号公報 特開2003−19491号公報 特開2002−102828号公報
Low-grade coal, such as low-rank coal (sub-bituminous coal, lignite, lignite) and peat, is distributed and buried worldwide, but currently it is not used effectively, and its biogasification In fact, research was conducted in the NEDO International Joint Research Proposal Project in 2000, but no results have been obtained.
JP 2002-320949 A JP 2003-53309 A JP 2004-188392 A JP 2002-52398 A JP 2003-19491 A JP 2002-102828 A

メタン発酵の処理対象となる有機性廃棄物は一般に含水率が高いので、エネルギー密度が非常に小さい。このためメタン発酵をエネルギー回収の観点から実施することは経済的に不利と言われている。ところで、エネルギー回収の観点から乾式メタン発酵と湿式メタン発酵とを比較した場合、乾式メタン発酵は発酵残渣の処理が不要となるため、すなわちエネルギーを大量に消費する廃水処理が不要なため、湿式に比べてより多くのエネルギーを系外(プラント外)に供給できる。   Since organic wastes to be treated for methane fermentation generally have a high moisture content, the energy density is very low. For this reason, it is said that it is economically disadvantageous to implement methane fermentation from the viewpoint of energy recovery. By the way, when comparing dry methane fermentation and wet methane fermentation from the viewpoint of energy recovery, dry methane fermentation does not require treatment of fermentation residues, that is, wastewater treatment that consumes a large amount of energy is unnecessary, so that Compared to this, more energy can be supplied outside the system (outside the plant).

しかし、従来の乾式メタン発酵処理においてはエネルギー回収については未だ充分に考慮されていない。   However, in the conventional dry methane fermentation treatment, energy recovery is not yet fully considered.

本発明は、従来の乾式メタン発酵法よりも回収エネルギーを増大できるような乾式メタン発酵法を提供することを目的とするものである。このために、バイオガス発生量の増大化、発酵対象物の分解率向上による回収エネルギーの増大を計るものである。更に、本発明は分解率向上により処理対象廃棄物の減容化を計るものである。   An object of this invention is to provide the dry methane fermentation method which can increase recovery energy rather than the conventional dry methane fermentation method. For this purpose, the amount of biogas generated is increased and the recovery energy is increased by improving the decomposition rate of the fermentation object. Furthermore, the present invention aims to reduce the volume of waste to be treated by improving the decomposition rate.

また、メタン発酵の発酵特性を判定する指標としてC/N比(生物分解性炭素量/生物分解性窒素量)があるが、メタン発酵の基質である生物分解性炭素の量が生物分解性窒素に対して適量よりも少な過ぎると、メタンの発生量が少なくなり、逆に炭素の量が適量よりも多過ぎてもメタン発酵が阻害される傾向がある。一般に乾式メタン発酵処理の対象物であるバイオマス(有機廃棄物など)は窒素を多く含んでいるが、本発明は発酵対象物における生物分解性炭素量を、窒素量に関係なく、調整することにより、アンモニア性窒素によるメタン発酵阻害の回避とC/N比の適性化を目的とするものである。   In addition, there is a C / N ratio (biodegradable carbon content / biodegradable nitrogen content) as an index for determining fermentation characteristics of methane fermentation, but the amount of biodegradable carbon that is a substrate for methane fermentation is biodegradable nitrogen. If the amount is less than the appropriate amount, the amount of methane generated decreases, and conversely, even if the amount of carbon is more than the appropriate amount, methane fermentation tends to be inhibited. In general, biomass (organic waste, etc.), which is an object of dry methane fermentation treatment, contains a lot of nitrogen, but the present invention adjusts the amount of biodegradable carbon in the fermentation object regardless of the amount of nitrogen. It aims at avoiding methane fermentation inhibition by ammonia nitrogen and optimizing the C / N ratio.

本発明者は、バイオマス(有機性廃棄物など)の有機質組成は炭水化物、脂肪、蛋白質で構成されており、それらの保有エネルギーは炭水化物で16kJ/g、脂肪で37kJ/g、蛋白質で17kJ/gであり、脂肪の保有エネルギーは炭水化物および蛋白質の2倍以上であること、また、バイオガス発生量は炭水化物で790ml/g、脂肪で1,250ml/g、蛋白質で704ml/gであり、脂肪は炭水化物および蛋白質の1.5倍以上であることに着目した。   The present inventor has shown that the organic composition of biomass (organic waste, etc.) is composed of carbohydrates, fats, and proteins, and the retained energy is 16 kJ / g for carbohydrates, 37 kJ / g for fats, and 17 kJ / g for proteins. The retained energy of fat is more than twice that of carbohydrates and proteins, and the amount of biogas generated is 790 ml / g for carbohydrates, 1,250 ml / g for fats, and 704 ml / g for proteins. It was noted that it is 1.5 times more than carbohydrates and proteins.

油脂は疎水性物質であり、液中では浮上性の油脂固まりを形成する傾向が強く、微生物では分解し難い。このため、従来から油脂はメタン発酵処理が困難であるとみなされてきたが、特許文献5(特開2003−19491号公報)には生ごみ等の有機性廃棄物スラリーを油脂の分散剤として用いて、油脂と混合し、油脂の分散性をよくすることにより、槽内TS濃度3〜7%のメタン発酵槽内で油脂を嫌気性微生物により分解することが提案されている。また、特許文献6(特開2002−102828号公報)には、調質槽において生ごみ等の固形有機性廃棄物と油脂含有廃棄物とを混合し加温して、油脂を可溶化した後に、この液状混合物をメタン発酵槽内においてTS濃度3〜6%程度となるようにしてメタン発酵処理することが提案されている。   Fats and oils are hydrophobic substances, have a strong tendency to form levitating fats and oils in liquids, and are hardly decomposed by microorganisms. For this reason, oils and fats have been conventionally considered difficult to be subjected to methane fermentation treatment, but Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-19491) discloses organic waste slurries such as garbage as a dispersant for fats and oils. It has been proposed that oil and fat be decomposed by anaerobic microorganisms in a methane fermentation tank having a TS concentration of 3 to 7% in the tank by mixing with the oil and fat and improving the dispersibility of the oil and fat. In Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-102828), solid organic waste such as garbage and fat-containing waste are mixed in a tempering tank and heated to solubilize the fat. It has been proposed that this liquid mixture be subjected to methane fermentation treatment so that the TS concentration is about 3 to 6% in the methane fermentation tank.

しかしながら、これらの特許文献5または6に開示されている方法は、油脂を含有する有機性廃棄物を処理することを目的としたもので、油脂を積極的に活用しているものではなく、その処理の仕方は従来の湿式メタン発酵法である。   However, the methods disclosed in these Patent Documents 5 and 6 are intended to treat organic waste containing fats and oils, and are not actively utilizing fats and oils. The treatment method is a conventional wet methane fermentation method.

また、本発明は低石炭化度炭(亜瀝青炭、褐炭、亜炭)や泥炭のような低品位の石炭を有効利用し、これらからもバイオガスを得ることを目的とするものである。   Another object of the present invention is to effectively utilize low-grade coal such as low-coalized coal (subbituminous coal, lignite, lignite) and peat, and to obtain biogas from these.

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、乾式メタン発酵法において油脂を積極的に活用することにより本発明の目的が達成されることを見出し、本発明をなしたものである。   As a result of earnest research to solve the above problems, the present inventor has found that the object of the present invention can be achieved by actively utilizing fats and oils in the dry methane fermentation method, and has made the present invention. It is.

すなわち、本発明は、発酵対象物を乾式メタン発酵処理する方法において、発酵対象物が油脂を含有しており、前記油脂の前記発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%であり、メタン発酵槽からの既発酵物を種汚泥として前記発酵対象物と混合し、該混合物を前記メタン発酵槽に導入し、該メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上であるをことを特徴とする乾式メタン発酵法である。   That is, the present invention is a method of subjecting a fermentation object to a dry methane fermentation treatment, wherein the fermentation object contains fats and oils, the ratio of the fats and oils to the total amount of the fermentation objects is 3 to 15% by mass, and methane The fermented product from the fermenter is mixed with the fermentation object as seed sludge, the mixture is introduced into the methane fermenter, and the total solid concentration in the methane fermenter is 25% or more. It is a dry methane fermentation method.

この場合、発酵対象物が油脂および低含水物質を含有しており、全ての発酵対象物と種汚泥とを一度に混合してもよいし、好ましくは油脂を低含水物質と混合して含浸させた後に、油脂含浸低含水物質、他の発酵対象物および種汚泥とを混合するという2段階で行ってもよい。   In this case, the fermentation object contains fats and oils and a low water content, and all the fermentation objects and seed sludge may be mixed at one time, or preferably the fats and oils are mixed with the low water content and impregnated. After that, it may be performed in two stages of mixing the oil-impregnated low water-containing substance, other fermentation object and seed sludge.

本発明においては、低含水物質としては、含水率が15%以下、好ましくは10%以下の植物性バイオマスや動物性バイオマス、或は低石炭化度炭(例えば、亜瀝青炭)がある。また、廃白土のように既に油脂を含有している低含水物質も利用できる。   In the present invention, the low moisture content includes plant biomass and animal biomass having a moisture content of 15% or less, preferably 10% or less, or low coal content coal (for example, subbituminous coal). Moreover, the low water content substance which already contains fats and oils, such as waste clay, can also be utilized.

また、本発明においては発酵対象物が油脂および泥炭を含有していてもよい。泥炭や低石炭化度炭を利用した場合、乾式メタン発酵槽からの発酵残渣を乾燥して、燃料やセメント焼成材とすることにより、より一層効率的にエネルギー回収を計ることができる。   Moreover, in this invention, the fermentation target object may contain fats and oils and peat. When peat or low-coalized coal is used, energy recovery can be measured more efficiently by drying the fermentation residue from the dry methane fermenter to obtain a fuel or cement fired material.

また、本発明は、発酵対象物を湿式メタン発酵法と乾式メタン発酵法とを併用して処理する方法であり、主とする発酵対象物を湿式メタン発酵法により処理し、湿式メタン発酵槽からの発酵残渣を脱水して脱水ケーキとし、乾式メタン発酵処理用の発酵対象物が前記脱水ケーキを主としており、更に油脂および低含水物質を含有しており、前記油脂の前記乾式メタン発酵処理用発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%であり、乾式メタン発酵槽からの既発酵物を種汚泥として前記乾式メタン発酵処理用発酵対象物と混合し、該混合物を前記乾式メタン発酵槽に導入し、該乾式メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上であるをことを特徴とする湿式乾式併用メタン発酵法により、前記目的を達成した。   In addition, the present invention is a method for treating a fermentation object using a wet methane fermentation method and a dry methane fermentation method in combination, and treating the main fermentation object by a wet methane fermentation method, from a wet methane fermentation tank. The fermentation residue for the dry methane fermentation treatment is mainly composed of the dehydrated cake, and further contains fats and oils and a low water content, and the fats and fats are fermented for the dry methane fermentation treatment. The ratio with respect to the total amount of the object is 3 to 15% by mass, the already fermented product from the dry methane fermentation tank is mixed with the fermentation object for the dry methane fermentation treatment as seed sludge, and the mixture is added to the dry methane fermentation tank. Introduced and achieved the object by a wet dry combined methane fermentation method characterized in that the total solid concentration in the dry methane fermentation tank is 25% or more.

この場合、好ましくは、湿式メタン発酵槽からの発酵残渣の脱離液と乾式メタン発酵槽からの発酵残渣とを混合して液肥とする。   In this case, preferably, the fermentation residue desorption liquid from the wet methane fermentation tank and the fermentation residue from the dry methane fermentation tank are mixed to form liquid fertilizer.

本発明によれば、乾式メタン発酵法において油脂の特徴を積極的に生かすこと(すなわち、発酵対象物である廃棄物の中にたまたま入っているというものではなく、発酵対象物の全量に対して油脂を3〜15質量%の割合で混入すること)により、バイオガスの発生量を増加させることができ(油脂の保有エネルギー量は脂肪分と同等である)、また、発酵対象物の分解率を向上させることができる。その結果、回収エネルギーの増大を計ることができる。   According to the present invention, the characteristics of fats and oils are positively utilized in the dry methane fermentation method (that is, it does not happen to be in the waste that is the fermentation target, but the total amount of the fermentation target). It is possible to increase the amount of biogas generated by mixing fats and oils in a ratio of 3 to 15% by mass (the amount of energy held by fats and oils is equivalent to that of fats), and the decomposition rate of the fermentation object Can be improved. As a result, an increase in recovered energy can be measured.

油脂は疎水性であり、液中では浮上性の油脂固まりを形成して微生物に分解され難いが、本発明は湿式メタン発酵ではなく、メタン発酵槽における全固形物濃度を25%以上とした乾式メタン発酵をベースにしており、発酵対象物をよく混合すれば、油脂が固まったりせず、発酵対象物を効率よく処理できるとともに廃水処理も不要となる。この場合、油脂は含水率がゼロであるので、水分を増加させることなく、発酵対象物に添加することができる。   Fats and oils are hydrophobic and form a floating fat mass in the liquid and are not easily decomposed by microorganisms, but the present invention is not wet methane fermentation, and is a dry type in which the total solid concentration in the methane fermentation tank is 25% or more Based on methane fermentation, if the fermentation object is mixed well, the fats and oils do not harden, the fermentation object can be processed efficiently and wastewater treatment is not required. In this case, since the moisture content of oil and fat is zero, it can be added to the fermentation object without increasing the water content.

更に、本発明によれば、乾式メタン発酵法における分解率を向上できるので、乾式メタン発酵槽からの廃棄物を減容化することができる。   Furthermore, according to the present invention, since the decomposition rate in the dry methane fermentation method can be improved, the waste from the dry methane fermentation tank can be reduced.

本発明では油脂を積極的に活用するが、油脂は窒素濃度がゼロであるので、乾式メタン発酵法におけるトータル有機炭素とトータル窒素との割合の調整が行い易く、従って、それらを適切な割合とすることによりアンモニア性窒素によるメタン発酵阻害を回避して、円滑にメタン発酵を行うことができ、安定した運転ができる乾式メタン発酵システムを提供できる。本発明を活用することにより、乾式メタン発酵の普及が計られ、結果として温暖化ガス削減(CO問題)に貢献できる。 In the present invention, fats and oils are actively used. However, since the fats and oils have a nitrogen concentration of zero, it is easy to adjust the ratio of total organic carbon and total nitrogen in the dry methane fermentation method. By doing so, methane fermentation inhibition by ammonia nitrogen can be avoided, methane fermentation can be performed smoothly, and a dry methane fermentation system capable of stable operation can be provided. By utilizing the present invention, the spread of dry methane fermentation can be promoted, and as a result, it can contribute to the reduction of greenhouse gases (CO 2 problem).

本発明によれば、発酵対象物が油脂および低含水物質を含有しており、全ての発酵対象物と種汚泥とを一度に混合してもよい。しかし、油脂を低含水物質と混合して含浸させた後に、油脂含浸低含水物質、他の発酵対象物および種汚泥とを混合するという2段階で行うと、油脂は低含水物質に含浸された状態で他の発酵対象物や種汚泥を混合され、従って、メタン発酵槽内において油脂が全体的に均一に分散した状態となるので、高い生分解性が得られ、好ましい。   According to the present invention, the fermentation object contains fats and oils and a low water content, and all the fermentation objects and seed sludge may be mixed at once. However, when the oil and fat is mixed with the low water content and impregnated and then mixed in the oil and fat impregnated low water content material, other fermentation object and seed sludge, the fat and oil is impregnated with the low water content material. Since other fermentation objects and seed sludge are mixed in the state, and therefore, the fats and oils are dispersed uniformly throughout the methane fermentation tank, high biodegradability is obtained, which is preferable.

バイオマスとしての油脂(菜種や大豆等の植物油、廃棄された料理用油等)の活用としては、従来はバイオディーゼル油が一般的であったが、本発明の油脂の活用の仕方はバイオディーゼル油の生産・利用の仕方に比べると、簡単で容易であり、バイオマスエネルギー利用拡大に貢献できる。   Conventionally, biodiesel oil has been commonly used as oil and fat as biomass (vegetable oil such as rapeseed and soybeans, discarded cooking oil, etc.). Compared to the production and use of, it is simple and easy, and can contribute to the expansion of biomass energy use.

また、本発明によれば、低石炭化度炭(亜瀝青炭、褐炭、亜炭)や泥炭と言う低品位の石炭が有効活用でき、バイオガス(メタンガス)を得ることができる。この場合、従来の石炭のガス化のように大規模なプラントは不要であり、本発明によるプラントはシンプルで危険性はほとんど無く、運転管理も容易であり、プラントの建設費は安価なものとなる。   Moreover, according to the present invention, low-grade coal such as low-coalized coal (subbituminous coal, lignite, lignite) or peat can be effectively used, and biogas (methane gas) can be obtained. In this case, there is no need for a large-scale plant like conventional coal gasification, the plant according to the present invention is simple, has almost no danger, is easy to manage, and the construction cost of the plant is low. Become.

油脂と低含水物質とを混合したものを発酵補助材料として予め準備しておくことが好ましい。例えば、亜瀝青炭(低石炭化度炭の一種)と油脂との混合物を発酵補助材料として分配できるように用意しておくことが好ましい。このようにすると、多数のメタンガスプラントにそれぞれが必要とする分量の発酵補助材料を簡単に供給することできる。従って、小規模なメタンガスプラントを、メタン発酵処理の対象となるバイオマスが発生する各地に分散配置することができ、しかも各メタンガスプラントでは発生したバイオマスと発酵補助材料とを種汚泥と共に発酵槽に投入するだけでよいので、手間が掛からず、効率よくプラントを操業することができる。また、メタンガスプラントが各地に分散配置されているのでエネルギーセキュリティの観点からも効果が有る。   It is preferable to prepare in advance a mixture of fats and oils and a low water content as a fermentation auxiliary material. For example, it is preferable to prepare a mixture of sub-bituminous coal (a kind of low-coalized coal) and fats and oils as a fermentation auxiliary material. If it does in this way, the quantity of fermentation auxiliary material which each requires in many methane gas plants can be supplied easily. Therefore, small-scale methane gas plants can be distributed in various locations where biomass targeted for methane fermentation treatment is generated, and the generated biomass and fermentation auxiliary materials in each methane gas plant are introduced into the fermentor together with seed sludge. Therefore, the plant can be operated efficiently without taking time and effort. In addition, since methane gas plants are distributed in various places, it is effective from the viewpoint of energy security.

生ごみや下水処理場の脱水汚泥等の有機性廃棄物と低品位の石炭とを協働して発酵させることにより、廃棄物の処理と低品位の石炭の活用を同時に行うことができる。   By co-fermenting organic waste such as garbage and dewatered sludge from sewage treatment plants with low-grade coal, waste can be treated and low-grade coal can be used simultaneously.

含水率が15%以下の低含水率の低品位の石炭は粉砕が容易で、かつ粉砕に要するエネルギーも他のバイオマスに比較して小さい。また、低品位の石炭は比重が大きいので乾式メタン発酵槽の容量を小さくすることができる。   Low quality coal with a moisture content of 15% or less is easy to pulverize, and the energy required for pulverization is small compared to other biomass. Moreover, since the low-grade coal has a large specific gravity, the capacity of the dry methane fermentation tank can be reduced.

また、本発明において低品位の石炭を利用した場合、発酵残渣を乾燥すると、発熱量が大きい燃料やセメント焼成材を得ることができる。これは石炭の未発酵分に固定炭素が多く含まれているためと思慮される。   In addition, when low-grade coal is used in the present invention, when the fermentation residue is dried, a fuel or cement fired material having a large calorific value can be obtained. This is thought to be because a large amount of fixed carbon is contained in the unfermented portion of coal.

更に、本発明において低品位の石炭を利用した場合、硫化水素(HS)濃度が非常に低いバイオガスを得られる。 Furthermore, when low grade coal is used in the present invention, a biogas having a very low hydrogen sulfide (H 2 S) concentration can be obtained.

本発明によれば、湿式メタン発酵法と乾式メタン発酵法とを併用することにより、発酵対象バイオマスを非常に効率的に処理することができ、湿式メタン発酵槽からの発酵残渣を乾式メタン発酵において利用するため、湿式メタン発酵法のみの場合に必要である廃水処理プラントおよび脱水ケーキの堆肥化プラントが不要であり、従って、設備をコンパクトなものとすることができる。   According to the present invention, by combining the wet methane fermentation method and the dry methane fermentation method, the biomass to be fermented can be treated very efficiently, and the fermentation residue from the wet methane fermentation tank can be treated in the dry methane fermentation. Therefore, the wastewater treatment plant and the dewatering cake composting plant, which are necessary only in the case of the wet methane fermentation method, are unnecessary, and therefore the equipment can be made compact.

本発明は、発酵対象物を乾式メタン発酵処理する方法である。本発明における発酵対象物はメタン菌により発酵できるバイオマスであれば特に限定されない。発酵対象物のうち主となる処理対象バイオマスとしては、例えば、下水処理場で発生する汚泥の脱水ケーキ、食品工場等の排水処理プラントで発生する活性汚泥の脱水ケーキ、湿式メタン発酵プラントの発酵残渣の脱水ケーキ等がある。一般に、これらの脱水ケーキは窒素濃度が高い難分解性の有機性廃棄物であるが、本発明の方法により効率よく分解可能である。   The present invention is a method for subjecting a fermentation object to a dry methane fermentation treatment. The fermentation object in the present invention is not particularly limited as long as it is biomass that can be fermented by methane bacteria. Examples of the main biomass to be processed among fermentation objects include, for example, sludge dewatering cakes generated at sewage treatment plants, activated sludge dewatering cakes generated at wastewater treatment plants such as food factories, and fermentation residues from wet methane fermentation plants. There are dehydrated cakes. In general, these dehydrated cakes are hardly decomposable organic wastes having a high nitrogen concentration, but can be efficiently decomposed by the method of the present invention.

本発明における発酵対象物は油脂を含有しており、油脂の発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%である。油脂の割合が多過ぎても少な過ぎても、メタン発酵槽における発酵が上手くいかない。本発明で使用する油脂としては、例えば、菜種や大豆などの油脂植物から得られる植物性油脂、魚油等の動物性油脂、使用済みテンプラ油等の廃食用油、レストラン街等の廃水に設けられるグリーストラップの油脂スカム、レストラン厨房の排気フードに発生する飛散油脂のドレン、食用油精製工程で生成する副産物の油滓、鉱物油を改質して食用油脂と同等の性状にしたもの等がある。   The fermentation object in this invention contains fats and oils, and the ratio with respect to the whole quantity of the fermentation objects of fats and oils is 3-15 mass%. Fermentation in the methane fermenter does not work well if the proportion of fat is too much or too little. Examples of the fats and oils used in the present invention include vegetable oils obtained from oily plants such as rapeseed and soybeans, animal fats and oils such as fish oils, waste edible oils such as used tempura oil, and wastewaters such as restaurant streets. There are grease scum of grease traps, drainage of splashed oil and fat generated in the exhaust hood of restaurant kitchens, oil and soot of by-products generated in the edible oil refining process, and mineral oil modified to have the same properties as edible oil and fat .

本発明においては、メタン発酵槽からの既発酵物を種汚泥として返送して、全部の発酵対象物と混合して、メタン発酵槽に導入する。なお、メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上となるように予め各発酵対象物および種汚泥の割合を決める。この場合、発酵対象物として低含水物質を含めると全固形物濃度を調整し易い。また、必要ならば加水してもよい。全発酵対象物と種汚泥との割合は1:3〜8程度が好ましい。   In the present invention, the already fermented product from the methane fermentation tank is returned as seed sludge, mixed with all the fermentation objects, and introduced into the methane fermentation tank. In addition, the ratio of each fermentation object and seed sludge is determined in advance so that the total solid concentration in the methane fermentation tank is 25% or more. In this case, when a low water content is included as a fermentation object, it is easy to adjust the total solid concentration. Moreover, you may add water if necessary. The ratio of the whole fermentation object and the seed sludge is preferably about 1: 3 to 8.

低含水物質としては、メタン発酵が可能な有機成分を含んでおり、含水率が15%以下、好ましくは10%以下の植物性バイオマスや動物性バイオマス、或は低石炭化度炭(例えば、亜瀝青炭)がある。また、廃白土のように既に油脂を含有している低含水物質も利用できる。   The low water content includes organic components capable of methane fermentation, and has a water content of 15% or less, preferably 10% or less. Bituminous coal). Moreover, the low water content substance which already contains fats and oils, such as waste clay, can also be utilized.

具体的には、例えば、もみがら、乾燥した芝の刈りカス、オフィス等から排出されるシュレッダ紙、米ぬかや麦ふすま等穀物精製工程での副産物、トウモロコシの穂軸、包葉を乾燥したもの、煎定枝チップを乾燥したもの、稲ワラ、麦ワラ等を乾燥したもの、バガスを乾燥したもの、乾式メタン発酵の発酵残渣を乾燥したもの、ススキ、ヨシ等草本類を乾燥したもの等である。これらの低含水物質は必要に応じて、発酵可能となる適性サイズに粉砕して、或は既に粉砕状態にあるものでも発酵可能となる適性サイズになるように更に細かく粉砕して使用すればよい。例えば、もみがら、トウモロコシの穂軸、包葉を乾燥したもの、稲ワラ、麦ワラ等を乾燥したもの等は粉砕して使用することが好ましい。   Specifically, for example, rice husks, dried grass cuttings, shredder paper discharged from offices, rice bran, wheat bran and other by-products in the grain refining process, corn cobs, dried foliage, Examples include dried decoction chips, dried rice straw, wheat straw and the like, dried bagasse, dried fermentation residue of dry methane fermentation, dried grass and other herbs. If necessary, these low water content substances may be crushed to an appropriate size that can be fermented, or even finely ground to an appropriate size that can be fermented even if already in a pulverized state. . For example, rice bran, corn cobs, dried foliage, dried rice straw, wheat straw and the like are preferably used after being pulverized.

含水率の低い低石炭化度炭として、例えば亜瀝青炭、褐炭、亜炭がある。これを微粉炭化して使用する。また、本発明では、含水率は高いが、泥炭も使用できる。低石炭化度炭や泥炭は、無煙炭のように根源植物がほぼ完全に石炭化しているものではなく、有機分を含んでいるので、本発明においては低石炭化度炭や泥炭の有機分であるバイオマスをメタン発酵させてバイオガスを発生させる。そして、残渣を乾燥して燃料やセメント焼成材として活用することが好ましい。   Examples of low coal coal with a low water content include sub-bituminous coal, lignite, and lignite. This is finely powdered and used. Moreover, in this invention, although a moisture content is high, peat can also be used. The low-coalized coal and peat are not completely coalified as the anthracite, and contain organic components, so in the present invention, the low-carbonized coal and peat are the organic components of low-carbonized coal and peat. Biomass is generated by methane fermentation of a certain biomass. And it is preferable to dry a residue and to utilize as a fuel or a cement baking material.

低含水物質は1種類だけでもよいが、複数種類を混合して使用してもよい。また、主となる処理対象バイオマスと油脂と低含水物質と種汚泥とを全て一緒に混合してもよいし、油脂を低含水物質に含浸させてから、この油脂含浸低含水物質と主となる処理対象バイオマスと種汚泥とを混合してもよい。   Although only one type of low water content material may be used, a plurality of types may be used in combination. Moreover, the main biomass to be treated, the oil and fat, the low water content and the seed sludge may be mixed together, or the oil and fat may be impregnated in the low water content and then the oil and fat impregnated low water content and the main material. You may mix processing target biomass and seed sludge.

油脂がすでに含浸されている低含水率の物質を使用してもよい。例えば、食用油の精製工程の中で脱色用に使用される活性白土の廃棄物(廃白土)、油脂植物(落花生等)を乾燥し粉砕したもの等が挙げられる。   Low moisture content materials that are already impregnated with fats and oils may be used. For example, activated white clay waste (waste white clay) used for decolorization in the process of refining edible oil, oily plants (such as peanuts) dried and pulverized can be used.

また、油脂を含浸させるため、または、水分調整をするために、含水率が15%以下の物質を本発明の発酵対象物として使用してもよい。このような物質としては、例えば、おがくず、有機性廃棄物の炭化物(木炭等)、間伐材、流木等の木本類を乾燥したもの、建築廃材の木質部を粉砕したもの等がある。   Moreover, in order to impregnate fats and oils or to adjust moisture, a substance having a moisture content of 15% or less may be used as the fermentation object of the present invention. Examples of such substances include sawdust, organic waste charcoal (charcoal, etc.), thinned wood, dried wood such as driftwood, and crushed woody parts of building waste.

以下、図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.

図1は本発明の方法の一実施例を示す工程図である。この実施例において発酵対象物10のうちの主たる処理対象バイオマス11は活性汚泥ケーキである。発酵対象物10のうちの油脂12として廃テンプラ油を用いた。発酵対象物10のうちの低含水物質13としてシュレッダー紙を用いた。まず、油脂12と低含水物質13とを含浸・混合装置1において混合し、低含水物質(シュレッダー紙)13に油脂(廃テンプラ油)12を含浸させる。次に、油脂を含浸した低含水物質と、活性汚泥ケーキ11と、メタン発酵槽からの既発酵物である種汚泥とを混合装置2において混合する。この混合物を乾式メタン発酵槽3に導入し、メタン菌による嫌気性消化によりバイオガス(主成分はメタンCH)を発生させる。なお、メタン発酵槽3における全固形物濃度が25%以上となるように、各発酵対象物10(11、12、13)の割合および種汚泥との割合は選定しておく。 FIG. 1 is a process diagram showing an embodiment of the method of the present invention. In this embodiment, the main processing target biomass 11 of the fermentation target 10 is an activated sludge cake. Waste tempura oil was used as the fat 12 in the fermentation object 10. Shredder paper was used as the low water content 13 in the fermentation object 10. First, the oil and fat 12 and the low water content 13 are mixed in the impregnation / mixing device 1, and the low water content (shredder paper) 13 is impregnated with the oil (waste tempura oil) 12. Next, the low water content substance impregnated with fats and oils, the activated sludge cake 11, and the seed sludge which is the already fermented product from a methane fermentation tank are mixed in the mixing apparatus 2. FIG. This mixture is introduced into the dry methane fermenter 3 to generate biogas (main component is methane CH 4 ) by anaerobic digestion with methane bacteria. In addition, the ratio of each fermentation target object 10 (11, 12, 13) and the ratio with seed sludge are selected so that the total solid concentration in the methane fermentation tank 3 is 25% or more.

乾式メタン発酵槽3で発生したバイオガスは、バイオガス貯蔵・供給システム4において、ガスホルダーに貯蔵され、ブロア等にて増圧され、脱硫装置にてHS(硫化水素)を除去してコ・ジェネレーションシステム5に供給される。そして、コ・ジェネレーションシステム5において、バイオガスを燃料として、ガスエンジンや燃料電池にて電力を発生させ、同時に発生する排熱をメタン発酵槽3の加温用および乾燥装置6の加熱用の熱エネルギーとして供給する。 The biogas generated in the dry methane fermentation tank 3 is stored in a gas holder in the biogas storage / supply system 4, and is pressurized by a blower or the like, and H 2 S (hydrogen sulfide) is removed by a desulfurization apparatus. Supplied to the cogeneration system 5. In the cogeneration system 5, electric power is generated by a gas engine or a fuel cell using biogas as fuel, and the exhaust heat generated at the same time is used for heating the methane fermentation tank 3 and heating the drying device 6. Supply as energy.

一方、乾式メタン発酵槽3からの既発酵物は大部分が種汚泥として混合装置2に返送され、種汚泥として返送されなかった分(残渣)は乾燥装置6により乾燥され、焼却処分または埋立処分される。なお、低含水物質13としてもみがら等を使用した場合は、乾燥装置6により適切な含水率にまで乾燥され、堆肥として使用してもよい。   On the other hand, most of the already fermented product from the dry methane fermenter 3 is returned to the mixing device 2 as seed sludge, and the portion (residue) that has not been returned as seed sludge is dried by the drying device 6 and is incinerated or landfilled. Is done. In addition, when rice bran etc. are used as the low moisture content 13, it may be dried by the drying apparatus 6 to an appropriate moisture content, and may be used as compost.

図2は本発明の方法の別の実施例を示す工程図である。この実施例において発酵対象物10のうちの主たる処理対象バイオマス11として生ごみを用いた。発酵対象物10のうちの油脂12として食用油を用いた。発酵対象物10のうちの低含水物質13として低石炭化度炭(亜瀝青炭)を用いた。まず、亜瀝青炭を粉砕装置7により発酵可能となる適性サイズに微粉末化する。次に、生ごみ11と食用油12と微粉炭化した微粉亜瀝青炭13とを含浸・混合装置1において混合する。これらの混合物(11、12、13)と、メタン発酵槽からの既発酵物である種汚泥とを混合装置2において混合する。この混合物を乾式メタン発酵槽3に導入し、メタン菌による嫌気性消化によりバイオガス(主成分はメタンCH)を発生させる。 FIG. 2 is a flow chart showing another embodiment of the method of the present invention. In this example, garbage was used as the main processing target biomass 11 of the fermentation target 10. Edible oil was used as the fat 12 in the fermentation object 10. Low coal content coal (subbituminous coal) was used as the low water content 13 in the fermentation object 10. First, the subbituminous coal is pulverized to a suitable size that can be fermented by the pulverizer 7. Next, the garbage 11, the edible oil 12, and the finely powdered carbonized subbituminous coal 13 are mixed in the impregnation and mixing apparatus 1. These mixtures (11, 12, 13) and seed sludge, which is already fermented from the methane fermenter, are mixed in the mixing device 2. This mixture is introduced into the dry methane fermenter 3 to generate biogas (main component is methane CH 4 ) by anaerobic digestion with methane bacteria.

乾式メタン発酵槽3で発生したバイオガスは、バイオガス貯蔵・供給システム4において、ガスホルダーに貯蔵され、ブロア等にて増圧され、コ・ジェネレーションシステム5に供給される。なお、本発明の方法により得られたバイオガスは硫化水素の濃度が低いが、脱硫装置にてHS(硫化水素)を除去した後にコ・ジェネレーションシステム5に供給することが好ましい。そして、コ・ジェネレーションシステム5において、バイオガスを燃料として、ガスエンジンや燃料電池にて電力を発生させ、同時に発生する排熱をメタン発酵槽3の加温用および乾燥装置6の加熱用の熱エネルギーとして供給する。 The biogas generated in the dry methane fermentation tank 3 is stored in a gas holder in the biogas storage / supply system 4, is pressurized by a blower, etc., and is supplied to the cogeneration system 5. Although the biogas obtained by the method of the present invention has a low hydrogen sulfide concentration, it is preferably supplied to the cogeneration system 5 after removing H 2 S (hydrogen sulfide) with a desulfurization apparatus. In the cogeneration system 5, electric power is generated by a gas engine or a fuel cell using biogas as fuel, and the exhaust heat generated at the same time is used for heating the methane fermentation tank 3 and heating the drying device 6. Supply as energy.

一方、乾式メタン発酵槽3からの既発酵物は主に種汚泥として混合装置2に返送され、残渣は乾燥装置6により、適切な含水率になるまで乾燥して、燃料またはセメント焼成材として活用する。   On the other hand, the already fermented product from the dry methane fermenter 3 is mainly returned to the mixing device 2 as seed sludge, and the residue is dried by the drying device 6 until an appropriate water content is obtained, and used as a fuel or cement fired material. To do.

また、図2に示した実施例では亜瀝青炭を使用したが、これに代えて乾燥した泥炭を使用してもよい。   Further, although subbituminous coal is used in the embodiment shown in FIG. 2, dry peat may be used instead.

図3は本発明の方法の更に別の実施例を示す工程図である。この実施例が図1に示した方法と異なっている点は、図1の実施例では発酵対象物として油脂12と低含水物質13とを使用したが、図3の実施例においては低含水物質13として既に油脂を含んでいる廃白土を使用している点である。従って、含浸・混合装置は不要であり、混合装置2に直接に、主たる処理対象バイオマス(活性汚泥ケーキ)11と、廃白土13と種汚泥とを供給し混合している。また、種汚泥として混合装置2に返送されなかった、乾式メタン発酵槽3からの発酵残査は、乾燥装置6により適切な含水率にまで乾燥され、堆肥として使用する。その他の点は図1に示した実施例と同様である。   FIG. 3 is a flow chart showing still another embodiment of the method of the present invention. The difference between this embodiment and the method shown in FIG. 1 is that, in the embodiment of FIG. 1, fats and oils 12 and a low water content 13 are used as fermentation objects, but in the embodiment of FIG. The point is that waste white clay already containing oil is used as No. 13. Therefore, the impregnation / mixing device is unnecessary, and the main processing target biomass (activated sludge cake) 11, waste white clay 13 and seed sludge are supplied and mixed directly to the mixing device 2. Moreover, the fermentation residue from the dry-type methane fermenter 3 that has not been returned to the mixing device 2 as seed sludge is dried to an appropriate moisture content by the drying device 6 and used as compost. The other points are the same as those of the embodiment shown in FIG.

図4は本発明の湿式乾式併用メタン発酵法の一実施例を示す工程図である。この実施例における乾式メタン発酵法に関しては図1に関して説明した方法と同様であり、低含水物質13としてもみがらが使用され、粉砕装置8により粉砕されてから含浸・混合装置1に供給され、油脂12と混合されて、油脂を含浸する点、および乾式メタン発酵槽3からの発酵残渣が堆肥として使用する点が図1の実施例と異なっているだけである。   FIG. 4 is a process diagram showing an embodiment of the wet dry combined methane fermentation method of the present invention. The dry methane fermentation method in this example is the same as the method described with reference to FIG. 1, rice husk is used as the low water content 13, pulverized by the pulverizer 8, and then supplied to the impregnation / mixer 1. 1 is different from the embodiment of FIG. 1 only in that it is impregnated with oil and fat and impregnated with fat and oil, and the fermentation residue from the dry methane fermentation tank 3 is used as compost.

一方、湿式メタン発酵法に関しては基本的には従来の方法と類似であり、発酵対象物としては従来から湿式メタン発酵により処理されているバイオマスであれば特に限定されない。図示した実施例では処理対象バイオマス20として畜産糞尿を用いた。まず、異物分別・破砕装置21において畜産糞尿に混入している石ころ等異物を除去し、処理適性サイズに破砕する。次に、湿式メタン発酵の適性含水率にするため、水を注入し薄める(加水22)。この加水した畜産糞尿20を湿式メタン発酵槽23に導入し、メタン菌の嫌気性消化によりバイオガス(主成分はメタンCH)を発生させる。湿式メタン発酵槽23からの発酵残査は、脱水装置24により固液分離される。脱水装置24からの脱離液は廃水処理システム25により放流適性水質まで浄化され、一部は加水22用の水として使用され、残りは放流される。他方、脱水装置24からの固形分すなわち脱水ケーキは乾式メタン発酵の主たる処理対象バイオマスとして利用され、乾式メタン発酵の混合装置2へ供給される。 On the other hand, the wet methane fermentation method is basically similar to the conventional method, and the fermentation target is not particularly limited as long as it is a biomass that has been conventionally treated by wet methane fermentation. In the illustrated embodiment, livestock manure was used as the biomass 20 to be treated. First, foreign matter such as stones mixed in livestock manure is removed by the foreign matter separation / crushing device 21 and crushed to a suitable size for processing. Next, in order to obtain an appropriate water content for wet methane fermentation, water is injected and diluted (hydrolysis 22). This hydrolyzed livestock manure 20 is introduced into the wet methane fermentation tank 23 to generate biogas (main component is methane CH 4 ) by anaerobic digestion of methane bacteria. The fermentation residue from the wet methane fermentation tank 23 is solid-liquid separated by the dehydrator 24. The desorbed liquid from the dehydrator 24 is purified by the waste water treatment system 25 to a quality suitable for discharge, and part of it is used as water for hydration 22, and the rest is discharged. On the other hand, the solid content from the dehydrator 24, that is, the dehydrated cake, is used as a main processing target biomass in the dry methane fermentation and is supplied to the mixing device 2 in the dry methane fermentation.

湿式メタン発酵槽23で発生したバイオガスは、バイオガス貯蔵・供給システム4に送られる。バイオガス貯蔵・供給システムは、湿式および乾式両メタン発酵槽23、3で発生したバイオガスをガスホルダーに貯蔵し、ブロア等にて増圧し、脱硫装置にてHS(硫化水素)を除去して、コ・ジェネレーションシステム5に供給する。そして、コ・ジェネレーションシステム5において、バイオガスを燃料として、ガスエンジンや燃料電池にて電力を発生させ、同時に発生する排熱を湿式および乾式両発酵槽23、3の加温用および乾燥装置6の加熱用の熱エネルギーとして供給する。 The biogas generated in the wet methane fermentation tank 23 is sent to the biogas storage / supply system 4. The biogas storage and supply system stores the biogas generated in both wet and dry methane fermentation tanks 23 and 3 in a gas holder, increases the pressure with a blower, etc., and removes H 2 S (hydrogen sulfide) with a desulfurizer. To the cogeneration system 5. In the co-generation system 5, electric power is generated by a gas engine or a fuel cell using biogas as fuel, and exhaust heat generated at the same time is used for heating both the wet and dry fermenters 23 and 3 and the drying device 6. It is supplied as thermal energy for heating.

図5は本発明の湿式乾式併用メタン発酵法の別の実施例を示す工程図である。この実施例は図4に示した実施例と基本的には同じであるが、湿式メタン発酵槽23からの発酵残渣が脱水装置24により固液分離された後、その脱離液が乾式メタン発酵槽3からの発酵残渣とともに混合装置9に供給・混合されて液肥とされる点が異なっている。   FIG. 5 is a process diagram showing another embodiment of the wet dry combined methane fermentation method of the present invention. This embodiment is basically the same as the embodiment shown in FIG. 4, but after the fermentation residue from the wet methane fermentation tank 23 is solid-liquid separated by the dehydrator 24, the effluent is dry methane fermentation. It differs from the fermented residue from the tank 3 in that it is supplied and mixed to the mixing device 9 to form liquid fertilizer.

発酵対象物として、活性汚泥ケーキ100g(含水率85%)、廃テンプラ油15g(含水率0%)、粉砕したもみがら15g(含水率10%)、芝刈りカス15g(含水率10%)、シュレッダー紙15g(含水率5%)を用いた。各発酵対象物のVS(揮発性固形分:固形分中で強熱(600℃)によって無くなる量で、固形分中の有機成分の指標である)を予め測定したところ、活性汚泥ケーキ100gでは12.8g、廃テンプラ油15gでは15.0g、もみがら15gでは10.1g、芝刈りカス15gでは12.2g、シュレッダー紙15gでは13.5gであり、全発酵対象物160g中のVSは63.6gであった。   As fermentation objects, activated sludge cake 100 g (water content 85%), waste tempura oil 15 g (water content 0%), ground rice bran 15 g (water content 10%), lawn mower 15 g (water content 10%), Shredder paper 15 g (water content 5%) was used. When VS (volatile solid content: the amount lost due to high heat (600 ° C.) in the solid content, which is an indicator of the organic component in the solid content) of each fermentation object was measured in advance, it was 12 for 100 g of activated sludge cake. 8g, 15.0g for waste tempura oil 15g, 10.1g for 15g of chaff, 12.2g for lawn mower 15g, 13.5g for shredder paper 15g, and VS in 160g of the whole fermentation object is 63. It was 6 g.

粉砕したもみがら、芝刈りカスおよびシュレッダー紙を廃テンプラ油とよく混合して、廃テンプラ油をこれら低含水物質に含浸させた。この油脂含浸低含水物質と活性汚泥ケーキと種汚泥749g(含水率70%)をミキサーにてよく混合してから2Lのガラス瓶に詰めた。ガラス瓶への合計投入量は909gで、その全体の含水率は67.5%であった。これをインキュベータ(57℃に設定)に14日間設置した。   The ground rice cake, lawn mower and shredder paper were mixed well with waste tempura oil, and the waste tempura oil was impregnated with these low water content substances. This oil-impregnated low water content material, activated sludge cake and 749 g of seed sludge (water content 70%) were mixed well with a mixer and then packed into a 2 L glass bottle. The total amount charged into the glass bottle was 909 g, and the total water content was 67.5%. This was placed in an incubator (set at 57 ° C.) for 14 days.

ガラス瓶の重量を毎日または2日毎に電子天秤にて計測した。初期重量と終了(14日後)重量の差に0.9を乗じた値をVS分解量とした(すなわち、発生バイオガス中には水分も含まれているので、水分を0.1と想定し、測定減量値に0.9を乗じた値を実際のVS分解量とした)。この結果、終了時には最初の重量よりも56.2g減量していた。従って、メタン菌による分解率は(0.9×減量値/VS)であり、この実施例では0.795であり、7割以上で約8割近くも有機分が高効率で分解されたことが確認できた。   The weight of the glass bottle was measured with an electronic balance every day or every two days. The value obtained by multiplying the difference between the initial weight and the end weight (after 14 days) by 0.9 is defined as the VS decomposition amount (that is, the generated biogas contains water, so the water is assumed to be 0.1). The value obtained by multiplying the measured weight loss value by 0.9 was taken as the actual VS decomposition amount). As a result, the weight was reduced by 56.2 g from the initial weight at the end. Therefore, the decomposition rate by methane bacteria is (0.9 × weight loss value / VS). In this example, it was 0.795, and the organic content was decomposed with high efficiency by about 70% or more and about 80%. Was confirmed.

また、適宜ガスバッグで発生するガスを補集してガスクロマトグラフィーでガス分析を行った。メタンガス濃度も良好であった。   In addition, gas generated in a gas bag was appropriately collected, and gas analysis was performed by gas chromatography. The methane gas concentration was also good.

発酵対象物は実施例1と同じものを同じ分量で用いた。種汚泥も実施例1と同じ分量とした。   The same fermentation object as in Example 1 was used in the same amount. The amount of seed sludge was the same as in Example 1.

実施例2では実施例1と異なって油脂を低含水物質(粉砕したもみがら、芝刈りカス、シュレッダー紙)に含浸させずに、活性汚泥ケーキ、廃テンプラ油、粉砕したもみがら、芝刈りカス、シュレッダー紙および種汚泥に油脂を直接混合した。そして、この混合物を実施例1と同じく2Lのガラス瓶に詰め、これをインキュベータ(57℃に設定)に14日間設置した。   In Example 2, unlike Example 1, fats and oils were not impregnated in low-moisture substances (crushed rice cake, lawn mower, shredder paper), but activated sludge cake, waste tempura oil, ground rice cake, lawn mower The fats and oils were directly mixed into the shredder paper and seed sludge. Then, this mixture was filled in a 2 L glass bottle as in Example 1, and placed in an incubator (set at 57 ° C.) for 14 days.

初期重量と終了(14日後)重量の差は55.5gであり、初期の全発酵対象物160g中のVSは実施例1と同じく63.6gであるので、分解率は0.785である。実施例2のように油脂を直接に発酵対象物に混合しても、高効率で発酵対象物中の有機分が分解されたことが確認できた。
〔比較例〕
実施例1および実施例2と比較するために発酵対象物しとて油脂を使用しないものを調べた。実施例1、2における油脂15gの代わりに、各低含水物質の分量を5gづつ増加した。すなわち、発酵対象物として、活性汚泥ケーキ100g(含水率85%)、粉砕したもみがら20g(含水率10%)、芝刈りカス20g(含水率10%)、シュレッダー紙20g(含水率5%)を用いた。各発酵対象物のVSを予め測定したところ、活性汚泥ケーキ100gでは12.8g、もみがら20gでは13.5g、芝刈りカス20gでは16.2g、シュレッダー紙20gでは18.1gであり、全発酵対象物160g中のVSは60.6gであった。
Since the difference between the initial weight and the end weight (after 14 days) is 55.5 g, and the VS in the initial total fermentation target 160 g is 63.6 g as in Example 1, the degradation rate is 0.785. Even when the fats and oils were directly mixed with the fermentation object as in Example 2, it was confirmed that the organic component in the fermentation object was decomposed with high efficiency.
[Comparative Example]
In order to compare with Example 1 and Example 2, the thing which does not use fats and oils as a fermentation target was investigated. Instead of 15 g of fats and oils in Examples 1 and 2, the amount of each low water content was increased by 5 g. That is, as an object to be fermented, 100 g of activated sludge cake (water content 85%), 20 g of ground rice bran (water content 10%), 20 g of lawn mower (20% water content), 20 g of shredder paper (5% water content) Was used. When the VS of each fermentation target was measured in advance, it was 12.8 g for 100 g of activated sludge cake, 13.5 g for 20 g of chaff, 16.2 g for lawn mower 20 g, 18.1 g for shredder paper 20 g, and total fermentation The VS in 160 g of the object was 60.6 g.

これら発酵対象物(活性汚泥ケーキ、粉砕したもみがら、芝刈りカス、シュレッダー紙)と種汚泥749g(含水率70%)をミキサーにてよく混合してから2Lのガラス瓶に詰めた。ガラス瓶への合計投入量は909gで、その全体の含水率は67.5%であった。実施例1と同じく、これをインキュベータ(57℃に設定)に14日間設置した。   These fermentation objects (activated sludge cake, ground rice cake, lawn mower, shredder paper) and 749 g of seed sludge (water content 70%) were mixed well in a mixer and then packed into a 2 L glass bottle. The total amount charged into the glass bottle was 909 g, and the total water content was 67.5%. As in Example 1, this was placed in an incubator (set at 57 ° C.) for 14 days.

初期重量と終了(14日後)重量の差は40.4gであり、初期の全発酵対象物160g中のVSは60.6gであったので、分解率は0.6である。   The difference between the initial weight and the end weight (after 14 days) was 40.4 g, and the VS in the initial fermentation object 160 g was 60.6 g, so the degradation rate was 0.6.

従って、油脂を使用しなかったこの比較例では発酵対象物の分解が実施例1や実施例2に比較して低いことが確認できた。   Therefore, in this comparative example which did not use fats and oils, it was confirmed that the decomposition of the fermentation object was lower than in Example 1 and Example 2.

発酵対象物として、生ごみ100g(含水率80%)、食用油15g(含水率0%)、亜瀝青炭50g(含水率5%)を用いた。各発酵対象物のVS(揮発性固形分:固形分中で強熱(600℃)によって無くなる量で、固形分中の有機成分の指標である)を予め測定したところ、生ごみ100gでは18.0g、食用油15gでは15.0g、亜瀝青炭50gでは23.8gであり、全発酵対象物165g中のVSは56.8gであった。   100 g of raw garbage (water content 80%), 15 g of edible oil (water content 0%), and 50 g of sub-bituminous coal (water content 5%) were used as fermentation objects. When the VS (volatile solid content: the amount lost by ignition (600 ° C.) in the solid content, which is an indicator of the organic component in the solid content) of each fermentation object was measured in advance, it was 18. It was 15.0 g for 0 g, edible oil 15 g, and 23.8 g for 50 g of subbituminous coal, and VS in 165 g of the entire fermentation target was 56.8 g.

これらの生ごみ、食用油および微粉炭化した亜瀝青炭をよく混合した後、これらと種汚泥852g(含水率67%)とをミキサーにてよく混合してから2Lのガラス瓶に詰めた。ガラス瓶への合計投入量は1017gで、その全体の含水率は64.2%であった。これをインキュベータ(57℃に設定)に14日間設置した。   These garbage, edible oil, and finely powdered sub-bituminous coal were mixed well and then mixed with 852 g of seed sludge (water content 67%) in a mixer and then packed into a 2 L glass bottle. The total amount charged into the glass bottle was 1017 g, and the total water content was 64.2%. This was placed in an incubator (set at 57 ° C.) for 14 days.

ガラス瓶の重量を毎日または2日毎に電子天秤にて計測した。初期重量と終了(14日後)重量の差に0.9を乗じた値をVS分解量とした。この結果、終了時には最初の重量よりも36.0g減量していた。従って、メタン菌による分解率は(0.9×減量値/VS)であり、この実施例では0.570であり、約6割近くも有機分が高効率で分解されたことが確認できた。   The weight of the glass bottle was measured with an electronic balance every day or every two days. A value obtained by multiplying the difference between the initial weight and the end weight (after 14 days) by 0.9 was defined as the VS decomposition amount. As a result, the weight was reduced by 36.0 g from the initial weight at the end. Therefore, the decomposition rate by methane bacteria is (0.9 × weight loss value / VS), which is 0.570 in this example, and it was confirmed that the organic component was decomposed with high efficiency by about 60%. .

また、適宜ガスバッグで発生するガスを補集してガスクロマトグラフィーでガス分析を行った。メタンガス濃度も良好であった。また、硫化水素濃度は非常に低いものであった。   In addition, gas generated in a gas bag was appropriately collected, and gas analysis was performed by gas chromatography. The methane gas concentration was also good. Moreover, the hydrogen sulfide concentration was very low.

実施例3では亜瀝青炭自体がメタン発酵している可能性があるので、比較するために亜瀝青炭の代わりに木炭50g(含水率10%)を使用して調べた。その他の発酵対象物(生ごみおよび食用油)は実施例3と同じものを同じ分量で用いた。種汚泥も実施例3と同じ分量とした。   In Example 3, since subbituminous coal itself may be methane-fermented, for comparison, 50 g of charcoal (water content 10%) was used instead of subbituminous coal. Other fermentation objects (garbage and edible oil) were the same as in Example 3 and used in the same amount. The amount of seed sludge was also the same as in Example 3.

各発酵対象物のVSは生ごみ100gでは18.0g、食用油15gでは15.0g、木炭50gでは0gであり、全発酵対象物165g中のVSは33.0gであった。   The VS of each fermentation target was 18.0 g for 100 g of garbage, 15.0 g for edible oil 15 g, and 0 g for 50 g of charcoal, and VS in 165 g of the total fermentation target was 33.0 g.

これら発酵対象物(生ごみ、食用油、木炭)と種汚泥852g(含水率67%)とをミキサーにてよく混合してから2Lのガラス瓶に詰めた。ガラス瓶への合計投入量は1017gで、その全体の含水率は64.5%であった。実施例3と同じく、これをインキュベータ(57℃に設定)に14日間設置した。
初期重量と終了(14日後)重量の差は25.8gであった。
These fermentation objects (garbage, edible oil, charcoal) and 852 g of seed sludge (water content 67%) were mixed well with a mixer and then packed into a 2 L glass bottle. The total amount charged into the glass bottle was 1017 g, and the total water content was 64.5%. As in Example 3, this was placed in an incubator (set at 57 ° C.) for 14 days.
The difference between the initial weight and the end weight (after 14 days) was 25.8 g.

亜瀝青炭を使用した実施例3では、14日間で36.0g減量していたが、木炭を使用した実施例4では25.8gしか減量していない。実施例3と実施例4においては、生ごみ、食用油および種汚泥については同じものを同じ分量使用したので、両者における減量の差は亜瀝青炭がメタン発酵可能な有機成分を含んでいたことを示している。   In Example 3 using sub-bituminous coal, the weight was reduced by 36.0 g in 14 days, but in Example 4 using charcoal, the weight was reduced only by 25.8 g. In Example 3 and Example 4, because the same amount of garbage, edible oil and seed sludge were used in the same amount, the difference in weight loss between the two was that subbituminous coal contained an organic component capable of methane fermentation. Show.

また、実施例4では初期の全発酵対象物165g中のVSは33.0gであったので、メタン菌による分解率は(0.9×減量値/VS)であり、この実施例4では0.703であり、約7割近くも有機分が高効率で分解されたことが確認できた。木炭はメタン発酵可能な有機成分を殆ど含んでいないので、他の発酵対象物(生ごみ、食用油)が油脂を使用したことにより効率よく分解されていることが確認できた。   Moreover, in Example 4, since VS in 165g of all initial fermentation objects was 33.0g, the decomposition rate by methane bacteria is (0.9 x weight loss value / VS). It was confirmed that the organic component was decomposed with high efficiency as much as about 70%. Since charcoal contains almost no organic component capable of methane fermentation, it was confirmed that other fermentation objects (garbage, edible oil) were efficiently decomposed by using fats and oils.

本発明の方法の一実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows one Example of the method of this invention. 本発明の方法の別の実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows another Example of the method of this invention. 本発明の方法の更に別の実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows another Example of the method of this invention. 本発明の湿式乾式併用メタン発酵法の一実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows one Example of the wet dry combined methane fermentation method of this invention. 本発明の湿式乾式併用メタン発酵法の別の実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows another Example of the wet-dry type combined use methane fermentation method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 含浸・混合装置
2 混合装置
3 乾式メタン発酵槽
4 バイオガス貯蔵・供給システム
5 コ・ジェネレーションシステム
6 乾燥装置
7 微粉炭化装置
11 主たる処理対象バイオマス
12 油脂
13 低含水物質
20 湿式メタン発酵法における処理対象バイオマス
23 湿式メタン発酵槽
24 脱水装置
25 廃水処理システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impregnation and mixing apparatus 2 Mixing apparatus 3 Dry-type methane fermentation tank 4 Biogas storage and supply system 5 Co-generation system 6 Drying apparatus 7 Fine powder carbonization apparatus 11 Main processing target biomass 12 Oils and fats 13 Low water content 20 Processing in wet methane fermentation method Target biomass 23 Wet methane fermentation tank 24 Dehydrator 25 Wastewater treatment system

Claims (8)

発酵対象物を乾式メタン発酵処理する方法において、発酵対象物が油脂および含水率が15%以下の低含水物質を含有しており、前記油脂の前記発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%であり、全発酵対象物とメタン発酵槽からの既発酵物とを混合し、該混合物を前記メタン発酵槽に導入し、該メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上であることを特徴とする乾式メタン発酵法。
In the method of subjecting a fermentation object to a dry methane fermentation treatment, the fermentation object contains an oil and fat and a low water content having a moisture content of 15% or less, and the ratio of the fat to the total amount of the fermentation object is 3 to 15 mass. The total fermentation object and the already fermented product from the methane fermenter are mixed, the mixture is introduced into the methane fermenter, and the total solid concentration in the methane fermenter is 25% or more. A feature of dry methane fermentation.
発酵対象物を乾式メタン発酵処理する方法において、発酵対象物が油脂および含水率が15%以下の低含水物質を含有しており、前記油脂の前記発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%であり、前記油脂を前記低含水物質に含浸させた後に、該油脂含浸低含水物質、他の発酵対象物およびメタン発酵槽からの既発酵物とを混合して、該混合物を前記メタン発酵槽に導入し、該メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上であることを特徴とする乾式メタン発酵法。
In the method of subjecting a fermentation object to a dry methane fermentation treatment, the fermentation object contains an oil and fat and a low water content having a moisture content of 15% or less, and the ratio of the fat to the total amount of the fermentation object is 3 to 15 mass. After the oil and fat is impregnated in the low water content, the oil and fat impregnated low water content material, another fermentation object and the already fermented product from the methane fermenter are mixed, and the mixture is mixed with the methane fermentation. A dry methane fermentation method, which is introduced into a tank and has a total solid concentration of 25% or more in the methane fermentation tank.
発酵対象物を乾式メタン発酵処理する方法において、発酵対象物が油脂および亜瀝青炭、褐炭、または亜炭を含有しており、前記油脂の前記発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%であり、前記発酵対象物およびメタン発酵槽からの既発酵物とを混合して、該混合物をメタン発酵槽に導入し、該メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上であることを特徴とする乾式メタン発酵法。
In the method of subjecting a fermentation object to a dry methane fermentation treatment, the fermentation object contains oil and fat and subbituminous coal, lignite, or lignite , and the ratio of the fat to the total amount of the fermentation object is 3 to 15% by mass. The fermentation object and the already fermented product from the methane fermentation tank are mixed, the mixture is introduced into the methane fermentation tank, and the total solid concentration in the methane fermentation tank is 25% or more. Dry methane fermentation method.
発酵対象物を乾式メタン発酵処理する方法において、発酵対象物が油脂および泥炭を含有しており、前記油脂の前記発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%であり、前記発酵対象物およびメタン発酵槽からの既発酵物とを混合して、該混合物をメタン発酵槽に導入し、該メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上であることを特徴とする乾式メタン発酵法。
In the method of subjecting a fermentation object to a dry methane fermentation treatment, the fermentation object contains fats and oils and peat, and the ratio of the fats and oils to the total amount of the fermentation objects is 3 to 15% by mass, and the fermentation object and A dry methane fermentation method characterized by mixing a previously fermented product from a methane fermentation tank, introducing the mixture into the methane fermentation tank, and having a total solid concentration of 25% or more in the methane fermentation tank.
乾式メタン発酵槽からの発酵残渣を乾燥して、燃料とすることを特徴とする請求項3または請求項4記載の乾式メタン発酵法。
The dry methane fermentation method according to claim 3 or 4, wherein the fermentation residue from the dry methane fermenter is dried to obtain fuel.
乾式メタン発酵槽からの発酵残渣を乾燥して、セメント焼成材とすることを特徴とする請求項3または請求項4記載の乾式メタン発酵法。
The dry methane fermentation method according to claim 3 or 4, wherein the fermentation residue from the dry methane fermenter is dried to obtain a cement fired material.
発酵対象物を湿式メタン発酵法と乾式メタン発酵法とを併用して処理する方法であり、主とする発酵対象物を湿式メタン発酵法により処理し、湿式メタン発酵槽からの発酵残渣を脱水して脱水ケーキとし、乾式メタン発酵処理用の発酵対象物が前記脱水ケーキを主としており、更に油脂および含水率が15%以下の低含水物質を含有しており、前記油脂の前記乾式メタン発酵処理用発酵対象物の全量に対する割合が3〜15質量%であり、乾式メタン発酵槽からの既発酵物を種汚泥として前記乾式メタン発酵処理用発酵対象物と混合し、該混合物を前記乾式メタン発酵槽に導入し、該乾式メタン発酵槽における全固形物濃度が25%以上であることを特徴とする湿式乾式併用メタン発酵法。
This is a method of treating a fermentation object using a combination of a wet methane fermentation method and a dry methane fermentation method. The main fermentation object is treated by a wet methane fermentation method, and the fermentation residue from the wet methane fermentation tank is dehydrated. The dehydrated cake, the fermentation object for the dry methane fermentation treatment mainly comprises the dehydrated cake, and further contains fats and oils and a low water content having a water content of 15% or less, for the dry methane fermentation treatment of the fats and oils. The ratio to the total amount of the fermentation object is 3 to 15% by mass, the already fermented product from the dry methane fermentation tank is used as seed sludge and mixed with the fermentation object for dry methane fermentation treatment, and the mixture is mixed with the dry methane fermentation tank The wet dry combined methane fermentation method, wherein the total solid concentration in the dry methane fermentation tank is 25% or more.
湿式メタン発酵槽からの発酵残渣の脱離液と乾式メタン発酵槽からの発酵残渣とを混合して液肥とすることを特徴とする請求項7記載の湿式乾式併用メタン発酵法。
The wet dry combined methane fermentation method according to claim 7, wherein the fermentation residue desorption liquid from the wet methane fermentation tank and the fermentation residue from the dry methane fermentation tank are mixed to form liquid fertilizer.
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