JP4834563B2 - Methane fermentation system and method - Google Patents
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Description
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵させるメタン発酵システムおよび方法に関するものである。 The present invention relates to a methane fermentation system and method for methane fermentation of organic waste in a methane fermenter.
畜産廃棄物や生ゴミ等の有機性廃棄物の処理する技術として、嫌気性条件下のメタン発酵槽において、嫌気性菌であるメタン生成菌を用いてメタン発酵させるメタン発酵処理(嫌気性消化)が知られており、バイオガス(嫌気性微生物の代謝により産生されるメタンを主成分とするガス)を回収し、リサイクルエネルギーとして活用できることから、風力発電、太陽光発電などと並び、再生可能なエネルギー資源の一つに位置付けられ今後の普及が期待されている。 As a technology for processing organic waste such as livestock waste and garbage, methane fermentation treatment using anaerobic methane-producing bacteria in an anaerobic methane fermentation tank (anaerobic digestion) Is known and can recover biogas (gas mainly composed of methane produced by the metabolism of anaerobic microorganisms) and use it as recycled energy. It is positioned as one of the energy resources and is expected to spread in the future.
前記メタン発酵処理を行う場合、メタン発酵効率を高めるために、メタン発酵槽の前段に大型の可溶化処理槽を設け、メタン発酵槽内でのメタン発酵処理の前に、前記可溶化処理槽にて好気性菌を用いた分解処理(好気性処理)を行うことによって有機性廃棄物を可溶化し、続くメタン発酵処理を容易にする方法が取られていた(特許文献1:特開2003−164840号公報)。 When performing the methane fermentation treatment, in order to increase the methane fermentation efficiency, a large solubilization treatment tank is provided in the front stage of the methane fermentation tank, and before the methane fermentation treatment in the methane fermentation tank, In other words, a method has been adopted in which organic waste is solubilized by performing a decomposition treatment (aerobic treatment) using an aerobic bacterium to facilitate the subsequent methane fermentation treatment (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-2003). 164840).
また、欧州等においては、上述のような可溶化処理槽での可溶化処理を行わず、メタン発酵槽に加水分解酵素(セルロース分解酵素)を添加することによりメタン発酵を促進させ、メタン発酵効率を更に向上させる方法が、検討されている。
特許文献1に記載された可溶化処理槽による可溶化処理は、メタン発酵槽に供給する前の有機性廃棄物の全量に対して行う前処理であり、メタン発酵槽と同規模の大きな可溶化処理槽を設置しなければならない。 The solubilization treatment by the solubilization treatment tank described in Patent Document 1 is a pretreatment to be performed on the total amount of organic waste before being supplied to the methane fermentation tank, and a large solubilization of the same scale as the methane fermentation tank. A treatment tank must be installed.
また、メタン発酵槽に酵素を添加する方法では、可溶化処理槽を設けなくてもよいので、省スペースでメタン発酵システムに必要な設備の設置が可能であり、設備等の導入コストが抑えられる。
しかし、メタン発酵を促進する前記酵素は非常に高価であり、しかも、該酵素は継続的に添加しなければならないため、維持コストがかかるという問題があった。
In addition, in the method of adding an enzyme to the methane fermentation tank, it is not necessary to provide a solubilization treatment tank, so it is possible to install equipment necessary for the methane fermentation system in a small space, and the installation cost of equipment and the like can be suppressed. .
However, the enzyme that promotes methane fermentation is very expensive, and the enzyme has to be continuously added.
本発明の目的は、大型の可溶化処理槽を必要とせず、しかも、メタン発酵槽への酵素添加を行わなくても、メタン発酵槽におけるメタン発酵効率を向上させることのできるメタン発酵システムおよび方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a methane fermentation system and method that do not require a large-sized solubilization tank and can improve the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank without adding an enzyme to the methane fermentation tank. Is to provide.
上記目的を達成するため、本発明の第1の態様に係るメタン発酵システムは、有機性廃棄物を嫌気性条件下でメタン発酵するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽内のメタン発酵液の一部と栄養源が送られて好気性条件下で好気性菌を培養する好気性培養槽と、を備え、前記好気性培養槽で培養された培養液が、前記メタン発酵槽に戻されるように構成されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a methane fermentation system according to a first aspect of the present invention includes a methane fermentation tank for methane fermentation of an organic waste under anaerobic conditions, and a methane fermentation solution in the methane fermentation tank. An aerobic culture tank in which an aerobic bacterium is cultured under an aerobic condition by sending a part and a nutrient source, so that the culture solution cultured in the aerobic culture tank is returned to the methane fermentation tank It is structured.
メタン発酵槽内では、嫌気性菌であるメタン生成菌が増殖し、メタン発酵が行われているが、該メタン発酵槽内の発酵液中には、嫌気性条件下では増殖できない好気性菌が存在する。
本発明によれば、メタン発酵槽内の発酵液の一部が抜き出されて、栄養源と共に好気性条件下に移されるので、その抜き出されたメタン発酵液中に含まれる好気性菌は、好気性条件の下で培養される。これにより、培養液中に好気性菌によって加水分解酵素が生成される。その培養液を再びメタン発酵槽内に戻し、生成された加水分解酵素をメタン発酵槽に供給することによって、該加水分解酵素は嫌気性下でも有機性廃棄物を加水分解するため、メタン発酵槽内では当該加水分解酵素によって有機性廃棄物の加水分解が進行しつつ、メタン生成菌によるメタン発酵が進行し、メタン発酵効率を向上させることができる。
In the methane fermentation tank, anaerobic methane-producing bacteria are grown and methane fermentation is carried out. In the fermentation liquid in the methane fermentation tank, there are aerobic bacteria that cannot grow under anaerobic conditions. Exists.
According to the present invention, a part of the fermentation broth in the methane fermenter is extracted and transferred to the aerobic condition together with the nutrient source, so the aerobic bacteria contained in the extracted methane fermentation broth are Incubated under aerobic conditions. Thereby, a hydrolase is produced | generated by an aerobic microbe in a culture solution. The culture broth is returned again into the methane fermenter, and the hydrolyzing enzyme is hydrolyzed to organic waste even under anaerobic conditions by supplying the produced hydrolase to the methane fermenter. In the inside, hydrolysis of organic waste proceeds by the hydrolase, and methane fermentation by the methanogen progresses, so that methane fermentation efficiency can be improved.
したがって、メタン発酵槽へ酵素試薬を添加する必要がないので、メタン発酵システムを稼動させるための維持コストを低減することができる。
また、メタン発酵槽に供給する前の有機性廃棄物の全量を処理するための、大きな可溶化処理槽を設置する必要がないので、その導入コストや維持コストがかからず経済的である。
Therefore, since it is not necessary to add an enzyme reagent to a methane fermentation tank, the maintenance cost for operating a methane fermentation system can be reduced.
Moreover, since it is not necessary to install a large solubilization processing tank for processing the whole amount of the organic waste before supplying to the methane fermentation tank, its introduction cost and maintenance cost are not required and it is economical.
本発明の第2の態様に係るメタン発酵システムは、第1の態様において、単位時間当たりにメタン発酵槽に供給される有機性廃棄物量であり、且つ、単位時間当たりにメタン発酵槽から排出されるメタン発酵液量であるメタン発酵槽供給排出量の1〜10%の量のメタン発酵液を、メタン発酵槽から好気性培養槽に送るように構成したことを特徴とする。 The methane fermentation system according to the second aspect of the present invention is the amount of organic waste supplied to the methane fermentation tank per unit time in the first aspect, and is discharged from the methane fermentation tank per unit time. 1 to 10% of the amount of methane fermenter supplied and discharged, which is the amount of methane fermentation broth, is sent from the methane fermenter to the aerobic culture tank.
本発明によれば、メタン発酵槽から好気性培養槽に送る発酵液量は、前記メタン発酵槽において処理する有機性廃棄物量に対して少量でよいので、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物量の全量を処理するための可溶化処理槽に比して、好気性培養槽は小規模で足り、好気性培養槽の導入コストや維持コストが低く抑えられる。 According to the present invention, the amount of the fermented liquid sent from the methane fermentation tank to the aerobic culture tank may be small with respect to the amount of organic waste to be treated in the methane fermentation tank, so that the organic waste supplied to the methane fermentation tank Compared to the solubilization tank for processing the whole quantity, the aerobic culture tank is small and the introduction cost and maintenance cost of the aerobic culture tank can be kept low.
本発明の第3の態様に係るメタン発酵システムは、第1または第2の態様において、前記好気性培養槽における培養滞留時間が1〜5日であることを特徴とする。
好気性菌は生育して加水分解酵素を生産し、メタン発酵効率を高める加水分解酵素を培養液中に生成する。その際、好気性培養槽において、1日間の培養滞留時間によって、メタン発酵槽におけるメタン発酵効率を向上させるために十分な量の加水分解酵素を生成する。前記培養滞留時間を5日間にすると、加水分解酵素の生成量は更に多くなるが、好気性培養槽に滞留する培養液の量も5倍になり、該好気性培養槽が大型化するため、5日を上限とすることが望ましい。
In the methane fermentation system according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the culture residence time in the aerobic culture tank is 1 to 5 days.
Aerobic bacteria grow and produce hydrolase, and produce hydrolase in the culture solution that enhances methane fermentation efficiency. At that time, a sufficient amount of hydrolase is produced in the aerobic culture tank to improve the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank by the culture residence time for one day. When the culture residence time is 5 days, the amount of hydrolase produced is further increased, but the amount of the culture solution retained in the aerobic culture tank is also increased five times, and the aerobic culture tank is enlarged. It is desirable to set the upper limit to 5 days.
本発明の第4の態様に係るメタン発酵システムは、第1乃至第3のいずれかの態様において、前記好気性培養槽における好気性条件は、曝気、大気開放下での機械式撹拌、および/またはポンプによる培養液循環によって確保されることを特徴とする。
本発明によれば、好気性培養槽内を好気性菌の生育に必要な好気性条件とすることができる。
The methane fermentation system according to the fourth aspect of the present invention is the methane fermentation system according to any one of the first to third aspects, wherein the aerobic condition in the aerobic culture tank is aeration, mechanical agitation under open air, and / or Or it is ensured by culture solution circulation by a pump.
According to the present invention, the aerobic culture tank can be set to aerobic conditions necessary for the growth of aerobic bacteria.
本発明の第5の態様に係るメタン発酵システムは、第1乃至第4のいずれかの態様において、前記栄養源として、多糖類、高級脂肪酸、単糖類、二糖類、アミノ酸、油脂類、の少なくとも一成分を、メタン発酵槽内から送られたメタン発酵液の量に対して10mg/リットル以上の濃度になるように添加することを特徴とする。
本発明によれば、好気性菌を良好に生育させるとともに、該好気性菌による加水分解酵素の生産が良好に行われる。
The methane fermentation system according to the fifth aspect of the present invention is the methane fermentation system according to any one of the first to fourth aspects, wherein the nutrient source is at least one of polysaccharides, higher fatty acids, monosaccharides, disaccharides, amino acids, and fats and oils. One component is added so that it may become a density | concentration of 10 mg / liter or more with respect to the quantity of the methane fermentation liquid sent from the inside of a methane fermenter.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while producing aerobic bacteria favorably, production of the hydrolase by this aerobic bacteria is performed favorably.
本発明の第6の態様に係るメタン発酵システムは、第1乃至第5のいずれかの態様において、前記好気性培養槽内の培養液の温度を、前記メタン発酵槽内のメタン発酵液の温度の±5℃以内に設定することを特徴とする。
本発明によれば、好気性培養槽内の培養液を、メタン発酵槽内に戻す際の、メタン発酵槽内の発酵液の温度変化を少なくすることができる。
The methane fermentation system according to a sixth aspect of the present invention is the methane fermentation system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the temperature of the culture solution in the aerobic culture tank is the temperature of the methane fermentation solution in the methane fermentation tank. It is characterized by being set within ± 5 ° C.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature change of the fermentation liquid in a methane fermentation tank at the time of returning the culture liquid in an aerobic culture tank in a methane fermentation tank can be decreased.
本発明の第7の態様に係るメタン発酵方法は、有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽内のメタン発酵液の一部と栄養源とを好気性培養槽に送り、該好気性培養槽において好気性条件下で好気性菌を培養した後、その培養液を前記メタン発酵槽に戻すことを特徴とする。本発明によれば、第1の態様と同様の作用効果が得られる。 In the methane fermentation method according to the seventh aspect of the present invention, a part of the methane fermentation solution in the methane fermentation tank for methane fermentation of organic waste and a nutrient source are sent to the aerobic culture tank, and the aerobic culture tank After culturing aerobic bacteria under aerobic conditions, the culture solution is returned to the methane fermentation tank. According to the present invention, the same effect as the first aspect can be obtained.
本発明によれば、大型の可溶化処理槽を必要とせず、しかも、メタン発酵槽への酵素添加を行わなくても、メタン発酵槽におけるメタン発酵効率を向上させることができる。 According to the present invention, the methane fermentation efficiency in the methane fermentation tank can be improved without requiring a large-sized solubilization tank and without adding an enzyme to the methane fermentation tank.
[実施例1]
本発明に係るメタン発酵システムの一実施例を図1に基いて詳細に説明する。
図1のメタン発酵システムは、有機性廃棄物1を磨砕する磨砕機41と、磨砕された有機性廃棄物1が送られて該有機性廃棄物1をメタン発酵させるメタン発酵槽11と、前記メタン発酵槽11内から抜き出された発酵液2の一部と栄養源4が送られて、好気性条件下で好気性菌を培養する好気性培養槽21と、を備えており、好気性培養槽21内の培養液3がメタン発酵槽11に戻されるように構成されている。
[Example 1]
An embodiment of the methane fermentation system according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
The methane fermentation system of FIG. 1 includes a
本発明で使用する有機性廃棄物1としては、例えば、生ごみ、排水処理汚泥、畜産廃棄物や緑農廃棄物などを挙げることができる。ここで、畜産廃棄物としては、家畜の糞尿や、屠体、その加工品が挙げられ、より具体的にはブタ、牛、羊、山羊、ニワトリなどの家畜の糞尿やこれらの屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内臓、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される家畜屠体の骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。その他の廃棄物としては、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。なお、有機性廃棄物1の状態により、必要に応じて前処理として二軸破砕機による破砕工程や分別工程を実施することができる。 Examples of the organic waste 1 used in the present invention include garbage, wastewater treatment sludge, livestock waste, and green farm waste. Here, livestock waste includes livestock manure, carcass, and processed products thereof. More specifically, livestock manure such as pigs, cattle, sheep, goats, chickens, and carcasses thereof, In addition to bone, meat, fat, internal organs, blood, brain, eyeballs, skin, hoofs, horns, etc. isolated from, such as bones, meat, etc. of livestock carcasses represented by meat and bone meal, meat meal, bone meal, blood meal etc. Also included are crushed crushed materials and dried products obtained by drying blood. Examples of other waste include household waste, industrial waste, agricultural and marine industrial waste, food processing waste, and the like. In addition, according to the state of the organic waste 1, a crushing process and a sorting process by a biaxial crusher can be performed as a pretreatment as necessary.
有機性廃棄物1は磨砕機41によって、メタン生成菌による発酵が行われやすいように微細に磨砕される。磨砕された有機性廃棄物1は有機性廃棄物供給ライン10を介して有機性廃棄物供給口12からメタン発酵槽11内に供給され、メタン発酵槽11内においてメタン生成菌によるメタン発酵が行われる。
The organic waste 1 is finely ground by the
磨砕された有機性廃棄物1が有機性廃棄物供給口12からメタン発酵槽11へ供給されるとともに、メタン発酵槽11内のメタン発酵液2は、メタン発酵液排出口13から排出され、スラリータンク42に送られて数ヶ月間貯留されるようになっている。メタン発酵槽11に供給される有機性廃棄物1の量はメタン発酵槽11から排出されるメタン発酵液2の量と同量であり、これを以下の説明では「メタン発酵槽供給排出量」と称する。
While the ground organic waste 1 is supplied from the organic
メタン発酵槽11内の温度は55℃に設定され、いわゆる高温メタン発酵を行うようになっている。メタン発酵によって生成されたバイオガスは、脱硫処理などの精製処理工程に送られる。有機性廃棄物1のメタン発酵槽11での滞留時間は例えば15日間(メタン発酵槽容積/メタン発酵槽供給排出量=15日)に設定されている。
The temperature in the
メタン発酵槽11内の温度を37℃に設定して中温メタン発酵を行うこともできる。その場合、有機性廃棄物1のメタン発酵槽11での滞留時間は例えば35日間(メタン発酵槽容積/供給排出量=35日)に設定することができる。
Intermediate temperature methane fermentation can also be performed by setting the temperature in the
メタン発酵槽11内のメタン発酵液2の一部は、メタン発酵液抜出口14から抜き出され、メタン発酵液移送ライン20を介して送られ、メタン発酵液供給口22から好気性培養槽21内に供給される。メタン発酵槽11から好気性培養槽21内に送られるメタン発酵液2の量は、単位時間当たりにメタン発酵槽11に供給される有機性廃棄物1量であり、且つ、単位時間当たりにメタン発酵槽11から排出されるメタン発酵液2量であるメタン発酵槽供給排出量に対して1〜10%であることが望ましい。
A part of the
好気性発酵槽21は、曝気装置24および撹拌機25を備え、曝気を行いながら大気開放下で撹拌されることによって好気性条件を確保するように構成されている。更に、ポンプ(図示せず)によって、培養液3を好気性培養槽21内で循環させるように構成されていることが好ましい。曝気条件、撹拌速度、培養液の循環速度等は、該培養槽21の容積や培養温度によって決定される。
The
前記メタン発酵槽11から前記メタン発酵液2が供給された好気性培養槽21には、好気性菌の生育に適した栄養源4が添加され、前記好気性条件下において、好気性菌が培養される。前記栄養源4としては、デンプン等の多糖類、ステアリン酸等の高級脂肪酸、グルコース等の単糖類、シュークロース等の二糖類、グリシン等のアミノ酸、ステアリン酸トリグリセリド等の油脂類が挙げられる。これらのうち少なくとも一成分を、メタン発酵槽11内から送られたメタン発酵液2の量に対して10mg/リットル以上の濃度になるように加えると、栄養源の必要量を満たせるので、そのようにすることが望ましい。
A
好気性培養槽21内の温度は、メタン発酵槽11内の温度とほぼ同じであることが好ましく、好気性培養槽21の培養液3の温度が、メタン発酵槽内11のメタン発酵液2の温度の±5℃以内となるように設定されることが好ましい。
また、好気性培養槽21における培養滞留時間が1〜5日になるように、好気性培養液21の容積が設定されている。
The temperature in the
Further, the volume of the
好気性培養槽21内で所定時間培養された培養液3は、該好気性発酵槽21の培養液抜出口23から抜き出され、培養液移送ライン30を介して送られ、培養液供給口15からメタン発酵槽11内に戻される。
The
尚、実際にメタン発酵システムを運転する際には、メタン発酵液2がメタン発酵槽11から好気性培養槽21へ連続的に供給されるとともに、好気性培養槽21内の培養液3が好気性培養槽21から連続的に抜き出され、培養液移送ライン30を介してメタン発酵槽11に戻され、メタン発酵液3と培養液2が循環するように構成されている。
In actual operation of the methane fermentation system, the
好気性培養槽21に供給されるメタン発酵液2の量は好気性培養槽21からメタン発酵槽へ送られる培養液3の量と同量であり、これを以下の説明では「好気性培養槽供給排出量」と称する。
好気性培養槽21の容積は、好気性培養槽21での培養滞留時間に応じて、好気性培養槽容積/好気性培養槽供給排出量=培養滞留時間となるような大きさに設定される。
The amount of the
The volume of the
次に、上記実施例の作用を説明する。
メタン発酵槽11内では、嫌気性菌であるメタン生成菌が増殖し、メタン発酵が行われているが、該メタン発酵槽11内のメタン発酵液2中には、嫌気性条件下では増殖できない好気性菌が存在する。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
In the
本実施例によれば、前記メタン発酵槽11内のメタン発酵液2中に含まれる好気性菌を好気性培養槽21に移して、好気性条件下で培養することにより、培養液3中に好気性菌が増殖し、その増殖に伴って加水分解酵素が生成される。加水分解酵素が生成された培養液3を、再びメタン発酵槽11内に戻し、生成された加水分解酵素をメタン発酵槽11内に供給することによって、該加水分解酵素は嫌気性下でも有機性廃棄物1を加水分解するため、メタン発酵槽11内では当該加水分解酵素によって有機性廃棄物1の加水分解が進行しつつ、メタン生成菌によるメタン発酵が進行し、メタン発酵効率を向上させることができる。
According to the present embodiment, the aerobic bacteria contained in the
したがって、メタン発酵槽11へ酵素試薬を添加する必要がないので、メタン発酵システムを稼動させるための維持コストを低減することができる。
また、メタン発酵槽11に供給する前の有機性廃棄物1の全量を処理するための、大きな可溶化処理槽を設置する必要がないので、その導入コストや維持コストがかからず経済的である。
Therefore, since it is not necessary to add an enzyme reagent to the
Moreover, since it is not necessary to install a large solubilization processing tank for processing the whole amount of the organic waste 1 before supplying it to the
メタン発酵槽11から好気性培養槽21に送るメタン発酵液2の量は、単位時間当たりにメタン発酵槽11に供給される有機性廃棄物1量であり、且つ、単位時間当たりにメタン発酵槽11から排出されるメタン発酵液2量であるメタン発酵槽供給排出量に対して1〜10%でよい。また、好気性培養槽21において、1日間の培養滞留時間によって、メタン発酵槽11におけるメタン発酵効率を向上させるために十分な量の加水分解酵素を生成する。前記培養滞留時間を5日間にすると、加水分解酵素の生成量は更に多くなるが、好気性培養槽21に滞留する培養液3の量も5倍になり、該好気性培養槽21が大型化するため、5日を上限とすることが望ましい。
このことによって、好気性培養槽21は、メタン発酵槽11に供給される有機性廃棄物量1の全量を処理する可溶化処理槽に比して小規模で足り、好気性培養槽21の導入コストや維持コストが低く抑えられる。
The amount of the
As a result, the
例えば、55℃の高温メタン発酵を行うメタン発酵槽11において、90m3/日の有機性廃棄物1を処理する場合に必要なメタン発酵槽11の容積は1350m3である。このメタン発酵の前処理として可溶化処理槽を設ける場合、該可溶化処理槽としてはほぼ同程度の容積が必要となる。
一方、本実施例に必要な好気性培養槽21の容積は、メタン発酵槽11から好気性培養槽21に送るメタン発酵液2の量や培養滞留時間にもよるが、0.9〜45m3でよく、好気性培養槽21の導入費用および維持費用が少なく経済的である。
For example, in the
On the other hand, the volume of the
また、前記好気性培養槽21における好気性条件は、曝気および大気開放下での機械式撹拌によって確保されるように構成されているため、曝気条件、撹拌速度を変更することによって、好気性菌が加水分解酵素を生産するのに最適な好気性条件となるように調整することができる。ポンプを用いて培養液を循環させて空気を取り入れている場合は、培養液の循環速度を変更することによっても、好気性条件の調整が可能である。
In addition, since the aerobic condition in the
また、前記好気性培養槽21内の培養液3の温度を、前記メタン発酵槽11内のメタン発酵液2の温度の±5℃以内に設定されているので、好気性培養槽21内の培養液3を、メタン発酵槽11内に戻したことによるメタン発酵槽11内のメタン発酵液2の温度変化を少なくすることができる。
Moreover, since the temperature of the
[実施例2]
本発明に係るメタン発酵システムの他の実施例を図2に基いて詳細に説明する。
[Example 2]
Another embodiment of the methane fermentation system according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
本実施例においては、好気性培養槽21内で所定時間培養された培養液3が、該好気性発酵槽21から培養液供給ライン30を介して有機性廃棄物供給ライン10に導入され、有機性廃棄物1をメタン発酵槽11に供給する有機性廃棄物供給口12からメタン発酵槽11に戻されるように構成されている。
In this embodiment, the
本実施例によれば、培養液3をメタン発酵槽11に供給する際に、培養液3を有機性廃棄物供給ライン10に導入して有機性廃棄物供給口12から供給することによって、メタン発酵槽11に培養液供給口を別途設ける必要がなく、メタン発酵槽11の設計変更を要しない。尚、他の構成については実施例1と同様である。
According to this embodiment, when the
[他の実施例]
メタン発酵液を好気性条件下で培養した培養液を、メタン発酵槽に添加した時のメタン発酵効率を調べるため、バッチ法によるメタン発酵試験を行った。図5は、メタン発酵試験に用いたメタン発酵槽の概略構成図である。
[Other embodiments]
In order to investigate the methane fermentation efficiency when the culture solution obtained by culturing the methane fermentation broth under an aerobic condition was added to the methane fermentation tank, a methane fermentation test by a batch method was performed. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the methane fermentation tank used in the methane fermentation test.
試験用メタン発酵槽51の中央には投入口55が備えられ、投入口55から有機性廃棄物54が投入される。有機性廃棄物54の投入後は該投入口55に投入口キャップ56がされて空気の出入りが遮断され、試験用メタン発酵槽51内は嫌気性条件となる。また、撹拌用ハンドル58を回転させて撹拌パドル57が回転し、メタン発酵液53を撹拌できるように構成されている。試験用メタン発酵槽51は、恒温水槽52によって一定の温度に保たれる。メタン発酵槽51の容量は10リットルである。
試験用メタン発酵槽51内でのメタン発酵によって発生したバイオガス60の量は、湿式ガスメーター59によって測定される。
An
The amount of
メタン発酵槽の温度を、高温メタン発酵である55℃に設定したメタン発酵試験1と、中温メタン発酵である37℃に設定したメタン発酵試験2と、を行った。
The methane fermentation test 1 which set the temperature of the methane fermentation tank to 55 degreeC which is high temperature methane fermentation, and the
[メタン発酵試験1]
メタン発酵試験1におけるメタン発酵槽の条件を以下に示す。
メタン発酵温度: 55℃(高温メタン発酵)
有機性廃棄物量: 700ミリリットル(搾乳牛糞尿)
メタン発酵液量: 10リットル
上記試験用メタン発酵槽51からメタン発酵液53を抜き出し、その抜出メタン発酵液61を好気性条件下で1日間培養した。好気性培養槽として、前記抜出メタン発酵液61の量の10〜20倍程度の容量のビーカーを用い、大気開放下で撹拌子によって撹拌した。本試験は小スケールであるため、撹拌子による撹拌のみでも、好気性菌の生育に十分な好気性条件が得られるため、曝気装置による曝気は行わなかった。好気性菌の栄養源として、多糖類であるデンプンを抜出メタン発酵液(培養液)に対して100mg/リットルとなるように加えた。
[Methane fermentation test 1]
The conditions of the methane fermentation tank in the methane fermentation test 1 are shown below.
Methane fermentation temperature: 55 ° C (high temperature methane fermentation)
Organic waste volume: 700ml (milking cow manure)
Methane fermentation liquid volume: 10 liters The
本試験において、メタン発酵槽から抜き出した抜出メタン発酵液量を表1に示す。表1に記載した、抜出メタン発酵液量/メタン発酵槽供給排出量(%)は、メタン発酵槽に投入した有機性廃棄物量に対する、メタン発酵槽から抜き出した発酵液量の割合である。本試験はバッチ法によって行うため、「メタン発酵槽に投入した有機性廃棄物量」を「メタン発酵槽供給排出量」として計算した。 Table 1 shows the amount of the extracted methane fermentation liquid extracted from the methane fermentation tank in this test. The extracted methane fermentation liquid amount / methane fermenter supply / discharge amount (%) described in Table 1 is the ratio of the amount of fermentation liquid extracted from the methane fermentation tank to the amount of organic waste charged into the methane fermentation tank. Since this test is performed by a batch method, the “amount of organic waste input to the methane fermenter” was calculated as the “methane fermenter supply / discharge amount”.
また比較例として、メタン発酵槽になにも添加しないもの(比較例1)と、加水分解酵素(COWATEC社製:MethaPlus1,000)添加した場合もの(比較例2〜比較例4)の試験を行った。表2に、比較例における加水分解酵素の添加量を示す。 Moreover, as a comparative example, the test of what is not added to a methane fermenter (Comparative Example 1) and the case where a hydrolase (COWATEC: MethaPlus 1,000) is added (Comparative Example 2 to Comparative Example 4) went. Table 2 shows the amount of hydrolase added in the comparative example.
加水分解酵素を1g添加した場合(比較例2)は、そのメタン発酵効率は加水分解酵素を添加しない場合(比較例1)とほとんど変わらず、効果がないと言える。加水分解酵素を10g添加した場合(比較例3)は、バイオガス発生速度が上がり、メタン発酵効率が向上している。比較例3の2倍量の加水分解酵素(20g)を添加したした場合(比較例4)も、比較例1に比してバイオガス発生速度が上がっているが、添加量の増加に比例した効果は得られなかった。 When 1 g of hydrolase is added (Comparative Example 2), the methane fermentation efficiency is almost the same as when no hydrolase is added (Comparative Example 1), and it can be said that there is no effect. When 10 g of hydrolase is added (Comparative Example 3), the biogas generation rate is increased and the methane fermentation efficiency is improved. When the amount of hydrolase (20 g) twice that of Comparative Example 3 was added (Comparative Example 4), the biogas generation rate was higher than that of Comparative Example 1, but was proportional to the increase in the amount added. The effect was not obtained.
次に、メタン発酵槽からメタン発酵液を抜き出し、該発酵液に栄養源を加え、好気性条件下で1日間培養した培養液をメタン発酵槽に戻してメタン発酵を行った実施例1〜実施例4について説明する。
有機性廃棄物量の0.7%のメタン発酵液を抜き出した実施例1のバイオガス発生速度は、比較例1とほとんど変わらず、メタン発酵効率向上の効果は得られなかったが、投入した有機性廃棄物量の1.0%のメタン発酵液を抜き出した実施例2は、加水分解酵素10gを加えた比較例3および加水分解酵素20gを加えた比較例4と同等のメタン発酵効率の向上効果が得られている。メタン発酵液の抜き出し量を増やした実施例3および実施例4は、実施例2よりも更にバイオガス発生速度が上がり、より効果的である。
Next, the methane fermentation broth was extracted from the methane fermenter, a nutrient source was added to the fermented broth, and the culture broth cultured for one day under aerobic conditions was returned to the methane fermenter to perform methane fermentation. Example 4 will be described.
The biogas generation rate of Example 1 from which 0.7% of the organic waste amount of methane fermentation liquid was extracted was almost the same as that of Comparative Example 1, and the effect of improving methane fermentation efficiency was not obtained. Example 2 which extracted 1.0% of methane fermentation liquid of the amount of toxic waste is the improvement effect of the methane fermentation efficiency equivalent to the comparative example 3 which added hydrolase 10g, and the comparative example 4 which added hydrolase 20g. Is obtained. Example 3 and Example 4 which increased the extraction amount of the methane fermentation broth are more effective than Example 2 because the biogas generation rate is further increased.
メタン発酵槽の発酵温度が55℃である高温メタン発酵の場合、投入した有機性廃棄物量に対して1.0%以上の量のメタン発酵液を抜き出し、栄養源を与えて好気性条件下において培養することによって、加水分解酵素の添加による効果以上のメタン発酵効率の向上を実現することができた。 In the case of high-temperature methane fermentation where the fermentation temperature of the methane fermenter is 55 ° C, 1.0% or more of the methane fermentation broth is extracted with respect to the amount of the organic waste added, and the nutrient source is provided under aerobic conditions. By culturing, the methane fermentation efficiency could be improved more than the effect of adding hydrolase.
[メタン発酵試験2]
メタン発酵槽の発酵温度が37℃の場合について、メタン発酵試験1と同様に、試験用メタン発酵槽を用いたメタン発酵試験を行った。メタン発酵試験2におけるメタン発酵槽の条件を以下に示す。
メタン発酵温度: 37℃(中温メタン発酵)
有機性廃棄物量: 300ミリリットル(搾乳牛糞尿)
メタン発酵液量: 10リットル
メタン発酵槽からメタン発酵液を抜き出し、好気性培養槽において培養後、該培養液をメタン発酵槽に戻し、発生するバイオガスを測定する試験方法は、メタン発酵試験1と同様であるため、その説明は省略する。
[Methane fermentation test 2]
About the case where the fermentation temperature of a methane fermentation tank is 37 degreeC, the methane fermentation test using the test methane fermentation tank was done similarly to the methane fermentation test 1. FIG. The conditions of the methane fermentation tank in the
Methane fermentation temperature: 37 ° C (medium temperature methane fermentation)
Organic waste volume: 300ml (milking cow manure)
The amount of methane fermentation broth: 10 liters The methane fermentation broth was extracted from the methane fermentation tank, cultured in an aerobic culture tank, returned to the methane fermentation tank, and the test method for measuring the generated biogas is the methane fermentation test 1 Since this is the same, the description thereof is omitted.
本試験において、メタン発酵槽から抜き出した抜出メタン発酵液量を表3に示す。表3に記載した、抜出メタン発酵液量/メタン発酵槽供給排出量(%)の説明は、メタン発酵試験1と同様であるのでここでは省略する。
また比較例として、メタン発酵槽になにも添加しないもの(比較例5)と、加水分解酵素(COWATEC社製:MethaPlus1,000)添加した場合もの(比較例6)の試験を行った。表4に、比較例における加水分解酵素の添加量を示す。
Table 3 shows the amount of the extracted methane fermentation liquid extracted from the methane fermentation tank in this test. The explanation of the extracted methane fermentation liquid amount / methane fermenter supply / discharge amount (%) described in Table 3 is the same as in the methane fermentation test 1 and is omitted here.
Moreover, as a comparative example, a test was carried out on a sample not added to the methane fermenter (Comparative Example 5) and a case where a hydrolase (COWATEC: MethaPlus 1,000) was added (Comparative Example 6). Table 4 shows the amount of hydrolase added in the comparative example.
投入した有機性廃棄物量の0.3%のメタン発酵液を抜き出した実施例5のバイオガス発生速度は、比較例5とほとんど変わらず、メタン発酵効率向上の効果は得られなかったが、投入した有機性廃棄物量の1.0%のメタン発酵液を抜き出した実施例6は、加水分解酵素10gを加えた比較例6よりもメタン発酵効率は向上している。メタン発酵液の抜き出し量を増やした実施例7および実施例8は、実施例5よりも更にバイオガス発生速度が上がり、より効果的である。
The biogas generation rate of Example 5, which extracted 0.3% of the methane fermentation liquid of the amount of the organic waste input, was almost the same as that of Comparative Example 5, and the effect of improving the methane fermentation efficiency was not obtained. Example 6 which extracted 1.0% of methane fermentation liquid of the amount of the organic waste which performed did methane fermentation efficiency is improving rather than the comparative example 6 which added hydrolase 10g. Example 7 and Example 8 which increased the extraction amount of the methane fermentation broth are more effective than Example 5 because the biogas generation rate is further increased.
メタン発酵槽の発酵温度が37℃である中温メタン発酵の場合には、投入した有機性廃棄物量に対して1.0%以上の量のメタン発酵液を抜き出し、栄養源を与えて好気性条件下において培養することによって、加水分解酵素の添加による効果以上のメタン発酵効率の向上を実現することができた。 In the case of mesophilic methane fermentation where the fermentation temperature of the methane fermenter is 37 ° C., 1.0% or more of the methane fermentation broth is extracted with respect to the amount of organic waste added, and a nutrient source is provided to provide aerobic conditions. By culturing below, the methane fermentation efficiency could be improved more than the effect of adding hydrolase.
尚、メタン発酵試験1およびメタン発酵試験2において、好気性菌の栄養源は多糖類であるデンプンを用いたが、ステアリン酸等の高級脂肪酸、グルコース等の単糖類、シュークロース等の二糖類、グリシン等のアミノ酸、ステアリン酸トリグリセリド等の油脂類を栄養源として加えても、同様の結果が得られることが試験により分かっている。
In addition, in the methane fermentation test 1 and the
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵させるメタン発酵システムおよび方法に利用可能である。 The present invention is applicable to a methane fermentation system and method for methane fermentation of organic waste in a methane fermenter.
1 有機性廃棄物、 2 メタン発酵液、 3 培養液、
4 栄養源、 5 空気、
10 有機性廃棄物供給ライン、
11 メタン発酵槽、 12 有機性廃棄物供給口、
13 メタン発酵液排出口、 14 メタン発酵液抜出口、
20 メタン発酵液移送ライン、
21 好気性培養槽、 22 メタン発酵液供給口、 23 培養液抜出口、
24 曝気装置、 25 撹拌機、
30 培養液移送ライン、
41 磨砕機、 42 スラリータンク、43 バイオガス
51 試験用メタン発酵槽、 52 恒温水槽、 53 メタン発酵液、
54 有機性廃棄物、 55 投入口、 56 投入口キャップ、
57 撹拌パドル、 58 拡販用ハンドル、 59 湿式ガスメーター、
60 バイオガス 61 抜出メタン発酵液
1 organic waste, 2 methane fermentation broth, 3 culture broth,
4 nutrient sources, 5 air,
10 Organic waste supply line,
11 Methane fermentation tank, 12 Organic waste supply port,
13 Methane fermentation liquid outlet, 14 Methane fermentation liquid outlet,
20 Methane fermentation broth transfer line,
21 aerobic culture tank, 22 methane fermentation broth supply port, 23 culture broth outlet,
24 aeration device, 25 stirrer,
30 culture fluid transfer line,
41 grinding machine, 42 slurry tank, 43
54 organic waste, 55 inlet, 56 inlet cap,
57 Stir paddle, 58 Sales handle, 59 Wet gas meter,
60
Claims (6)
前記栄養源として、少なくとも油脂類を、メタン発酵槽内から送られたメタン発酵液の量に対して10mg/リットル以上の濃度になるように添加するとともに、
前記好気性培養槽において加水分解酵素が生成された培養液が、前記メタン発酵槽に戻されるように構成されたことを特徴とするメタン発酵システム。 A methane fermentation tank for methane fermentation of organic waste under anaerobic conditions, and a part of the methane fermentation liquid in the methane fermentation tank and a nutrient source are sent to aerobic bacteria contained in the methane fermentation liquid. An aerobic culture tank for producing a hydrolase in the culture medium by culturing under aerobic conditions,
As the nutrient source, at least oils and fats are added so as to have a concentration of 10 mg / liter or more with respect to the amount of the methane fermentation solution sent from the methane fermentation tank ,
A methane fermentation system, wherein a culture solution in which a hydrolase is generated in the aerobic culture tank is returned to the methane fermentation tank.
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