JP5298193B2 - 有機廃棄物を処理するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、有機廃棄物を処理するための方法及び装置に関するものである。より具体的には、本発明は、醸造廃棄物を処理するための方法及び装置に関するものである。
本発明は、有機廃棄物を処理するための方法及び装置に関するものである。より具体的には、本発明は、醸造廃棄物を処理するための方法及び装置に関するものである。
背景
嫌気性消化は、産業や地上自治体による有機副産物又は有機基質をクリーンで再生可能なエネルギーに変換するために使用される方法であり、酸素の非存在下で微生物を使用して生分解性物質を分解させるものである。これは、一般的には、廃水及び有機廃棄物を処理するために使用されている。嫌気性消化は、ガス (例えば、メタン)及び栄養分に富んだ固形物（これらは、回収及び使用が可能である）を生成する。つまり、嫌気性消化の副産物は、例えば化石燃料の代わりに使用できる再生可能なエネルギー源である。さらに、消化過程の副産物である栄養分に富んだ固形物は、土壌改良のために使用できる (例えば、肥料)。
嫌気性消化は、産業や地上自治体による有機副産物又は有機基質をクリーンで再生可能なエネルギーに変換するために使用される方法であり、酸素の非存在下で微生物を使用して生分解性物質を分解させるものである。これは、一般的には、廃水及び有機廃棄物を処理するために使用されている。嫌気性消化は、ガス (例えば、メタン)及び栄養分に富んだ固形物（これらは、回収及び使用が可能である）を生成する。つまり、嫌気性消化の副産物は、例えば化石燃料の代わりに使用できる再生可能なエネルギー源である。さらに、消化過程の副産物である栄養分に富んだ固形物は、土壌改良のために使用できる (例えば、肥料)。
醸造所で使用される商業用嫌気性消化装置では、ビール粕や高濃度廃水は消化されないのが普通である。醸造所で使用される消化装置は、約５０００ｐｐｍの化学的酸素要求量 (「ＣＯＤ」)レベルの実質的に液体である廃棄物への適用に制限されている。ビール粕及び高濃度廃水は、通常、現場から離れたところで取り出され、そして豚及び牛用の飼料添加剤として使用されている。これは、再生可能エネルギー生産を、高濃度廃水及びビール粕も効率的に嫌気性消化された場合に達成されるであろう潜在的再生可能エネルギー生産の約５％に制限する。
したがって、有機廃棄物、特に醸造廃棄物を処理するための改良されたシステム及び方法に対する要望がある。
概要
従来、消化装置は醸造所で使用されてきたが、いずれもビール粕及び高濃度廃水(例えば、約５０００ｐｐｍを有意に超えるＣＯＤレベルを有する廃水）を効率的には消化していなかった。一般に、ある物質（例えば水）中における有機化合物の量を間接的に測定するために、ＣＯＤ試験が使用されている。ＣＯＤ値は、化学的プロセスによって酸化されたときに、物質１リットル当たりに消費される酸素の量の測定値である（１００万分の１（ｐｐｍ）或いはミリグラム／リットル（ｍｇ／Ｌ）で表される）。
従来、消化装置は醸造所で使用されてきたが、いずれもビール粕及び高濃度廃水(例えば、約５０００ｐｐｍを有意に超えるＣＯＤレベルを有する廃水）を効率的には消化していなかった。一般に、ある物質（例えば水）中における有機化合物の量を間接的に測定するために、ＣＯＤ試験が使用されている。ＣＯＤ値は、化学的プロセスによって酸化されたときに、物質１リットル当たりに消費される酸素の量の測定値である（１００万分の１（ｐｐｍ）或いはミリグラム／リットル（ｍｇ／Ｌ）で表される）。
本発明は、一態様では、醸造廃棄物の処理方法を特徴とする。この方法は、ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を受け取ることを含む。また、この方法は、該ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第１排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第１排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第２排出物を生成することを含む。この方法は、該第２排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させることを含む。
いくつかの実施形態では、この方法は、ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を栓流消化装置に供給する前に該ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を混合させることを含む。上記第１排出物は、気体、液体及び固体を含むことができる。いくつかの実施形態では、該第１排出物の液体は、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理された第１排出物の一部分である。
いくつかの実施形態では、上記第２排出物は気体、液体及び固体を含む。いくつかの実施形態では、該第２排出物の液体は、固定膜嫌気性消化装置で処理された第２排出物の一部分である。いくつかの実施形態では、上記第３排出物は気体、液体及び固体を含む。
いくつかの実施形態では、この方法は、第３排出物の液体の一部分を栓流嫌気性消化装置に再循環させることを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、第３排出物の液体を処理して酸素要求量の低い液体を生成させることを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、第１排出物及び第２排出物の固体を処理して土壌改良材料（例えば肥料）を生成させることを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、第１、第２及び第３排出物の気体を集めることを含む。この集めた気体はメタンを含むことができる。いくつかの実施形態では、該メタンの一部をボイラー内で燃焼させて栓流嫌気性消化装置、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置及び固定膜嫌気性消化装置に熱を供給する。いくつかの実施形態では、該メタンの一部は、熱を発生する発電機装置又は熱電併給システムによって消費され、該発電機装置又は熱電併給システムによって生じた熱の少なくとも一部分を栓流嫌気性消化装置、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置又は固定膜嫌気性消化装置の少なくとも一つに供給する。
本発明は、別の態様では、醸造廃棄物の処理方法を特徴とする。この方法は、ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を受け取ることを含む。また、この方法は、高濃度廃水を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第１排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第１排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第２排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該ビール粕及び低濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第３排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第４排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第４排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第５排出物を生成させることを含む。
いくつかの実施形態では、この方法は、該第１、第２、第３、第４又は第５排出物の少なくとも一つの液体を処理して酸素要求量の低い液体を生成させることを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、該第１、第２、第３、第４又は第５排出物の少なくとも一つの固体を処理して土壌改良材料を生成させることを含む。
本発明は、別の態様では、醸造廃棄物を処理するための３段階嫌気性消化システムを特徴とする。このシステムは、ビール粕、低濃度廃水又は高濃度廃水の少なくとも一つを受け取るための少なくとも１個の入口を備える。また、このシステムは、ビール粕、低濃度廃水又は高濃度廃水の少なくとも一つを処理して第１排出物を生成させるための該少なくとも1個の入口に連結された栓流嫌気性消化装置を備える。また、このシステムは、該第１排出物を処理して第２排出物を生成させるための該栓流消化装置の出口に連結された上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置を備える。また、このシステムは、該第２排出物を処理して固体、液体及び気体を含む第３排出物を生成させるための該上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置の出口に連結された固定膜嫌気性消化装置を備える。
いくつかの実施形態では、該栓流嫌気性消化装置、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置及び固定膜嫌気性消化装置は、単一の消化装置構造体に組み込まれている。
本発明、別の態様では、醸造廃棄物の処理方法を特徴とする。この方法は、ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を受け取ることを含む。また、この方法は、該低濃度廃水及び高濃度廃水を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第１排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第１排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第２排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該ビール粕を栓流嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第３排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第４排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第４排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第５排出物を生成させることを含む。
本発明は、別の態様では、醸造廃棄物の処理方法を特徴とする。この方法は、ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を受け取ることを含む。また、この方法は、低濃度廃水を上向嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第１排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第１排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第２排出物を生成させることを含む。また、この方法は、ビール粕及び高濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第３排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第４排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第４排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第５排出物を生成させることを含む。
本発明は、別の態様では、有機廃棄物の処理方法を特徴とする。この方法は、有機廃棄固形物、低濃度廃水及び高濃度廃水を受け取ることを含む。また、この方法は、有機廃棄固形物、低濃度廃水及び高濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第１排出物を生成させることを含む。また、この方法は、該第１排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第２排出物を生成することを含む。また、この方法は、該第２排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させることを含む。
図面の簡単な説明
本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点、並びに本発明自体は、添付した図面（必ずしもスケールに従っていない）と共に、次の例示的説明を読めば完全に理解できるであろう。
図１は、本発明の例示実施形態に従う有機廃棄物処理システムの略図である。
図２は、本発明の例示実施形態に従う醸造廃棄物を処理するためのシステム及び方法の略図である。
図３は、本発明の例示実施形態に従う醸造廃棄物処理システムの略図である。
図４は、本発明の例示実施形態に従う醸造廃棄物処理システムの略図である。
本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点、並びに本発明自体は、添付した図面（必ずしもスケールに従っていない）と共に、次の例示的説明を読めば完全に理解できるであろう。
例示実施形態の詳細な説明
図１は、本発明の例示実施形態に従う、有機廃棄物を処理するための嫌気性消化装置システム１１６の略図である。高濃度（高ＣＯＤ）廃水１０４、低濃度（低ＣＯＤ）廃水１０８及び有機廃棄固形物１１２（例えば、ビール粕）をシステム１１６に供給する。高濃度廃水１０４、低濃度廃水１０８及び有機廃棄固形物１１２をシステム１１６で処理して気体１２０、液体１２４及び固体１２８を生成させる。気体１２０は、通常、メタンと、二酸化炭素と、数種の微量ガスとの混合物を含む。液体１２４は、有機化合物の濃度が低いので、その後公営処理場で処理するために排出される場合が多い。固体１２８は、土壌改良材料として使用できる。土壌改良材料とは、栄養分として土壌に加えることのできる材料（例えば肥料）や、その物理的性質（例えば、保水性、浸透性、水分浸透、水はけ、通気及び組成）を改良するための材料のことである。
図１は、本発明の例示実施形態に従う、有機廃棄物を処理するための嫌気性消化装置システム１１６の略図である。高濃度（高ＣＯＤ）廃水１０４、低濃度（低ＣＯＤ）廃水１０８及び有機廃棄固形物１１２（例えば、ビール粕）をシステム１１６に供給する。高濃度廃水１０４、低濃度廃水１０８及び有機廃棄固形物１１２をシステム１１６で処理して気体１２０、液体１２４及び固体１２８を生成させる。気体１２０は、通常、メタンと、二酸化炭素と、数種の微量ガスとの混合物を含む。液体１２４は、有機化合物の濃度が低いので、その後公営処理場で処理するために排出される場合が多い。固体１２８は、土壌改良材料として使用できる。土壌改良材料とは、栄養分として土壌に加えることのできる材料（例えば肥料）や、その物理的性質（例えば、保水性、浸透性、水分浸透、水はけ、通気及び組成）を改良するための材料のことである。
水（例えば、自然水路又は工業廃水廃水）中に存在する酸化性材料は、いずれも生化学的プロセス（例えば、細菌によるプロセス）又は化学的プロセスによって酸化される。自然水路の全ては、細菌と栄養分とを含有しており、このような水路に持ち込まれたほとんどの廃棄化合物により生化学反応が始まる。生化学反応は、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）として測定されるものを創り出す。自然水路に持ち込まれた酸化性化学物質により、同様に化学反応が始まる。化学反応は、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）として測定されるものを創り出す。このＢＯＤ試験もＣＯＤ試験も、廃棄汚染物質についての相対的な酸素欠乏の影響を測定するものである。ＢＯＤ試験は、生分解性汚染物質の酸素要求量を測定するものであり、ＣＯＤ試験は、生分解性汚染物質の酸素要求量＋非生分解性酸化性汚染物質の酸素要求量を測定するものである。
図２は、本発明の例示実施形態に従う、醸造廃棄物を処理するためのシステム２１６及び方法の略図である。醸造廃棄物は、高濃度廃水２０４、低濃度廃水２０８及び及びビール粕２１２（まとめて醸造廃棄物２８０）を含む。ビールの醸造カスは、ビール醸造過程の副産物であり、煮沸された大麦麦芽から本質的になり、典型的には約１０００００ｐｐｍを超えるＣＯＤを有する。ビール醸造カスは、概して２０〜３０％の固形分であり、残りは液体（例えば水）である。低濃度廃水２０８は、通常、瓶詰めラインにおいて、装置を洗浄するときの醸造ホースで生じ、典型的には約５０００ｐｐｍのＣＯＤを有する。高濃度廃水は、概して、使用済み酵母及び沈殿物（すなわち、発酵過程の間に生成される、ビール発酵器の底部で集められるほぼ死滅した又は不活性な酵母である沈殿物）を含み、典型的には約５００００ｐｐｍ〜約１０００００ｐｐｍのＣＯＤを有する。高濃度廃水には、ビール底部液及びビール粕も含まれる。
高濃度廃水２０４、低濃度廃水２０８及び及びビール粕２１２は、システム２１６に供給される。高濃度廃水２０４、低濃度廃水２０８及び及びビール粕２１２は、プレミックスタンク２４６内で混合される。プレミックスタンク２４６内での混合により、醸造廃棄物２８０が均質化され、醸造所のバッチプロセスが準連続プロセスに変わる。均質化された醸造廃棄物（基質）を、ポンプ２３２を使用してプレミックスタンク２４６から嫌気性消化装置２４２の入口２３４に汲み上げる。ポンプ速度は、このポンプ速度へのフィードバックとしてのプレミックスタンク内の基質量を用いて制御される。プレミックスタンク２４６の過剰充填を防止するため、プレミックスタンク２４６が一杯になったときにポンプ速度を増加することができる。同様に、プレミックスタンク２４６が空になったときにポンプ速度を減少させることができる。所定の水準でポンプ２３２を止める。ポンプ２３２の操作を制御するために使用されるフィードバックアルゴリズムの例は、ＰＩＤ（比例積分微分：proportional，integral，derivative）コントローラである。ポンプ２３２の操作を制御すると、醸造所のバッチプロセスよりも連続的な準連続プロセスとなる。
この実施形態では、嫌気性消化装置２４２は３段階嫌気性消化装置である。この嫌気性消化装置２４２の容器２２２は、栓流消化装置２８４と、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８と、固定膜嫌気性消化装置２９２とを収容している。この実施形態では、栓流消化装置２８４、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８及び固定膜嫌気性消化装置２９２は、全て、単一の消化装置構造（すなわち、容器２２２）に組み込まれている。栓流嫌気性消化装置２８４の出口は、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の入口に、例えば、導管、チューブその他の構造を介して連結されている。上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の出口は、固定膜嫌気性消化装置２９２の入口に、例えば導管、チューブその他の構造を介して連結されている。いくつかの実施形態では、独立した消化装置の１個以上が別個の容器内に収容されており、そして互いに連結されている。
いくつかの実施形態では、栓流嫌気性消化装置２８４の排出物が嫌気性消化装置２４２の容器２２２から出口２２６を介して固体分離モジュール２２８に排出され、固体分離モジュール２２８の排出物の液体部分が上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の入口に供給される。いくつかの実施形態では、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の排出物が嫌気性消化装置２４２の容器２２２から出口２２６を介して固体分離モジュール２２８に排出され、固体分離モジュール２２８の排出物の液体部分が上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の入口に供給される。
基質（高濃度廃水２０４と、低濃度廃水２０８と、ビール粕２１２との混合物）が栓流嫌気性消化装置２８４に供給される。栓流嫌気性消化装置において、有機物質は入口から導入され、該物質は重力により出口方向に流れる。基質、特に高濃度の不溶性固形物は、栓流嫌気性消化装置２８４を通ってゆっくりと流れ、当該装置内において、該基質は可溶性の酸に分解する。栓流嫌気性消化装置２８４は、固体と、液体と、気体との組合せを排出する。栓流嫌気性消化装置２８４排出物の気体部分は、後の使用及び処理のために、最初に嫌気性消化装置２４２の容器のヘッドスペースで貯蔵される。栓流嫌気性消化装置２８４の排出物の固体部分は、追加の処理又は廃棄のために、嫌気性消化装置２４２の容器２２から出口２２６を介して排出される。栓流嫌気性消化装置２８４の排出物の液体部分（いくらかの懸濁物と共に）は、追加の処理のために、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８に供給される。いくつかの実施形態では、栓流嫌気性消化装置２８４は、例えば、外部高固体ループ通路１２を備える、米国特許第６９８２０３５号に記載された消化装置の一部である（米国特許第６９８２０３５号の全内容を引用により含めるものとする）。
上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８は、栓流嫌気性消化装置２８４から受け取った液体を処理して固体と、液体と、気体との組合せを含む排出物を生成する。いくつかの実施形態では、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８も、固体と、液体と、気体との組合せを含む排出物を生成するために処理される、固体分離モジュール２２８からの液体を受け取る。上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８は、消火装置２８８内で懸濁される粒状スラッジのブランケットとなる。栓流嫌気性消化装置２８４の排出物の液体部分は、このブランケットを介して上方向に流れ、そして上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８内に存在する嫌気性細菌により処理（分解）される。この分解プロセスにより、固体、液体及び気体が生成する。栓流嫌気性消化装置２８４の気体部分排出物は、まず最初に、後の使用及び処理のために、嫌気性消化装置２４２の容器のヘッドスペースに、このプロセスの他の工程で生成されたガスと共に貯蔵される。上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の排出物の固体部分は、追加の処理又は廃棄のために、嫌気性消化装置２４２の容器２２２から出口２２６を介して排出される。いくつかの実施形態では、追加の処理（例えば、固体分離モジュール２２８による処理）により、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の入口に向かう液体部分が生じる。上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８の排出物の液体部分（いくらかの懸濁物と共に）は、追加の処理のために、固定膜嫌気性消化装置２９２に供給される。
固定膜嫌気性消化装置２９２は、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８から受け取った液体を処理して固体と、液体と、気体との組合せを含む排出物を生成する。固定膜嫌気性消化装置２９２は、メタン生成細菌がバイオフィルムを成長させる表面積を創り出すかなりの量の媒体を有する。この細菌が有機物質を代謝するときに、この細菌はバイオフィルムを生成する。バイオフィルムが成長すると、これが分離し、容器２２２の底部に沈殿する。固定膜媒体上で形成するバイオフィルムに加えて、容器内に生じる浮遊細菌が沈降し、スラッジブランケットとなり得る。さらに、固定膜から分離し、沈降したバイオフィルムにより、スラッジブランケットが増える。スラッジブランケットの形成により、該システムの上向流嫌気性スラッジブランケット（ＵＡＳＢ）部材が形成される。スラッジブランケットの容量を制御することができることが重要である。というのは、これがあまりにも多く蓄積すると媒体が詰まるし、また追加のバイオフィルムが分離するのが妨げられるからである。一実施形態では、この媒体は、容器２２２の底部よりも上で懸濁され、そしてスラッジブランケットの容量は、容器２２２の外側にあるスラッジブランケットの一部分を出口２２６を介して固体分離モジュール２２８にポンプで汲み上げることにより制御される。いくつかの実施形態では、固定膜嫌気性消化装置２９２は、例えば、内部低固体チャンバー１３を備える米国特許第６９８２０３５号に記載された消化装置の一部である（米国特許第６９８２０３５号の全内容を引用によりここに含めるものとする）。
固定膜嫌気性消化装置２９２排出物の気体部分は、まず最初に、嫌気性消化装置２４２の容器のヘッドスペースに、このプロセスの他の工程で生じた気体と共に、後の使用及び処理のために貯蔵される。固定膜嫌気性消化装置２９２の排出物の固体部分は、追加の処理又は廃棄のために、嫌気性消化装置２４２の容器２２２から出口２２６を介して排出される。固定膜嫌気性消化装置２９２の排出物の液体部分の一部が栓流嫌気性消化装置２８４に再循環される。
この液体部分を栓流嫌気性消化装置２８４に再循環させることで、栓流嫌気性消化装置２８４で使用する細菌が補充される。固定膜嫌気性消化装置２９２の排出物の液体部分の別の部分が容器２２２の出口２３８からポンプ２９０で液体処理後モジュール２６４に汲み出される。ポンプ速度は、フィードバックとしての嫌気性消化装置２４２内におけるスラリーの容量（ガス、有機肥料、及び添加されるスラリーの容量とバランスしなければならない消化装置から除去される液体排出物の容量）により制御される。液体処理後モジュール２６４は液体を処理し、地域排出要件を満たす液体１２４を生成する。
いくつかの実施形態では液体１２４は、公営処理場２４４に供給される。いくつかの実施形態では、液体１２４は土壌利用される（例えば、灌漑用）。いくつかの実施形態では、液体処理後モジュール２６４は、液体の酸素要求量を減少させる曝気槽を備える。いくつかの実施形態では、液体処理後モジュール２６４は、残留浮遊固体が排出液からろ過できるように該固体を凝集又は集塊させる凝集化過程を備える。いくつかの実施形態では、液体処理後モジュール２６４に緩衝材料を添加して液体１２４のｐＨを許容できるレベルの範囲内とする。
嫌気性消化装置２４２からの気体排出物は、バイオガススクラブモジュール２５０に出口２１０を介して供給される。これらの気体は、バイオガススクラビングプロセスによって処理される。この気体から湿気が除去される。Ｈ2Ｓが除去できる。ＣＯ2が除去できる。正確なスクラビングプロセスは、バイオガスの最終用途に依存する。このガスをボイラーの燃焼に用いようとする場合には、最低限のスクラビングしか必要とされない。天然ガス流通システム（例えば、公益事業会社）に供給しようとする場合には、さらに多くのスクラビングが必要となる。生成されるバイオガスは、消化装置２４２のヘッドスペースに蓄積し、その後消化装置２４２から排出される。いくつかの実施形態では、このガスは、まず、随意の外部補助貯蔵容器（図示しない）に排出される。いくつかの実施形態では、バイオガスの構成成分は、配送されたバイオガスのＢｔｕをガスメーター２４８により計量できるようにガス分析器を使用して同定及び定量される。
システム２１６の貯蔵容量又は回収能力を超えて生成されたバイオガスは、いずれもフレア装置２５２内で燃焼される。フレア装置２５２は、過剰のガス（例えば、メタン）を燃やす。メタンは、二酸化炭素と水に転化され、その後大気に排出されるが、これは、メタンにはＣＯ2と比較して２０倍を超える温室ガス効果があるため、重要である。
嫌気性消化装置２４２によって生成された気体は、主としてメタンガスを含み、残りはＣＯ2ガスと微量ガスである。この気体中にはいくらか湿気が存在するが、これは、通常凝縮器で除去される。微量ガスとしてのＨ2Ｓの濃度がかなりのものである（例えば、約１０００ｐｐｍを超える）場合には、Ｈ2Ｓを減少させることができる。Ｈ2Ｓは、ボイラー又は燃焼機関内で燃焼するが、ただし、これが最終的に大気に排出されると酸化し、腐食性のＨ2ＳＯ4（硫酸）を生成するであろう。バイオガスにおけるＨ2Ｓ濃度を減少させるための当業者に周知の方法がいくつか存在する。いくつかの実施形態では、バイオガススクラブモジュール２１２は、Ｈ2Ｓを分離する活性炭ろ過システムを備える。いくつかの実施形態では、最初の段階で塩化第二鉄を醸造副産物と共に導入してＨ2Ｓ形成を防止する。
この実施形態では、嫌気性消化装置２４２で生成された気体の一部分は、ボイラー２２４で使用される。ボイラー２２４は、この気体を燃やして、醸造廃棄物２８０を処理する際に嫌気性消化装置２４２により使用される熱２０６を生成する。嫌気性消化装置２４２の温度を制御して嫌気性細菌の代謝を最適にすることが望ましい。熱交換器２２０がボイラー２２４から熱を受け取る。ボイラー２２４からの熱２０６は、嫌気性消化装置２４２及び／又は固体分離モジュール２２８から受け取った液体を熱する。続いて、加熱された液体２１２は、熱交換器２２０から嫌気性消化装置２４２の容器２２２の入口２３４に排出される。加熱された液体２１２は、嫌気性消化装置２４２の容器２２２で行われる嫌気性消化過程で使用される。いくつかの実施形態では、ボイラー２２４は、醸造所において他の目的（例えば、ビール醸造過程や設備の加熱）で使用される醸造ボイラーである。いくつかの実施形態では、ボイラー２２４は、専ら嫌気性消化装置システム２１６のために使用される専用ボイラーである。
消化装置２４２によって生成されたバイオガスの全部が醸造工程及びボイラー２２４では消費されない場合には、余剰のガスを、後にガスの利用者に流通させるためガス公益事業者に販売することができる。ガス公益事業者に提供するためのガスは、そのバイオガスから湿気、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2を除去する必要がある。ガスからこれらの物質を除去するために利用できる、当業者に周知の様々な技術が存在する。例えば、バイオガスからこれらの物質を除去するスキッド装着ユニットが市販されている（例えば、米国マサチューセッツ州ピッツフィールドのニュー・エナジー・ソルーションズ社が販売するＮＥＯ−Ｇａｓ（ＴＭ）プラント）。いくつかの実施形態では、余剰のガスは、該余剰のガスを消費する発電機装置を使用して電気に変換され、或いは熱電併給システムを使用して熱と電気に変換される。いくつかの実施形態では、気体は圧縮され、保存される。いくつかの実施形態では、余剰のガスは、フレア装置２５２内で燃やされる。
いくつかの実施形態では、バイオガスのいくらか又は全てを使用して発電機装置や熱電併給システムにより電気を発生させる。いくつかの実施形態では、バイオガスから発電機装置や熱電併給システムにより熱を生成させ、そしてこの熱を回収する。いくつかの実施形態では、回収された熱を消化装置に供給し、そしてこの熱を使用して消化装置の温度を制御する。いくつかの実施形態では、回収された熱は、消化装置内でバイオガスに変換される有機廃棄物をもたらしたプロセスにおけるプロセス加熱といった他の目的のために使用される。
嫌気性消化装置２４２によって生成された固体は、ポンプにより固体分離モジュール２２８に汲み出される。嫌気性消化装置２４２は、ポンプ２９８により固体を固体分離モジュール２２８に送り出す。一実施形態では、固体分離モジュール２２８は、固形物から水を絞るねじプレスを備えるものであり、そして、該モジュールは、土壌改良材料１２８を生成し、該土壌改良材料は、固体装填容器２５６にポンプ２６０により送り出される。土壌改良材料１２８は、トラックで敷地外に運び出される。固形物から絞られた液体は、ポンプ２４０を使用して嫌気性消化装置２４２に戻される。いくつかの実施形態では、ポンプ２４０で汲み上げられた液体は、熱交換器２２０から容器２２２の入口２３４に再循環する液体と混合される。
図３は、本発明の例示実施形態に従う、醸造廃棄物２８０を処理するためのシステム３１６の略図である。高濃度（高ＣＯＤ）廃水２０４、低濃度（低ＣＯＤ）廃水２０８及び有機廃棄固形物２１２（例えば、ビール粕又はチーズ製造工程の副産物）がシステム３１６に供給される。高濃度廃水２０４、低濃度廃水２０８及び有機廃棄固形物２１２をシステム３１６で処理して気体１２０、液体１２４及び固体１２８を生成する。気体１２０は、典型的には、メタンと、二酸化炭素と、数種の微量ガスとの混合物を含む。生成された液体１２４は、有機化合物を実質的に含んでいないため、後で公営処理場（例えば、図２の公営処理場２４４）で処理するために排出される場合もある。固体１２８は、例えば土壌改良材料として使用できる。
システム３１６は、複数の嫌気性消化装置３４２ａ及び３４２ｂ（例えば、図２の３段階嫌気性消化装置２３２を２個）備える。複数の嫌気性消化装置は、プロセスを水平的拡大縮小することや二重化により嫌気性消化装置の故障というリスクを軽減するために有益だと考えられる。高濃度廃水２０４、低濃度廃水２０８及び廃棄固形物２１２は、嫌気性消化装置３４２ａ及び３４２ｂの両方に供給される。システム３１６は、醸造廃棄物２８０の処理を促進させるための、２個の嫌気性消化装置３４２ａ及び３４２ｂに連結される一連の処理装置３７０を備える。処理装置３７０は、嫌気性消化装置３４２ａ及び３４２ｂの排出物を処理するのに必要な各種部材及びモジュール（例えば、図２のシステム２１６の部材及びモジュール）を備える。例えば、処理装置３７０は、嫌気性消化装置３４２ａ及び３４２ｂによって生成された固体を処理するための１個以上の固体分離モジュール（例えば、図２の固体分離モジュール２２８）を備える。さらに、該処理装置は、液体処理後モジュール（例えば、図２の液体処理後モジュール２６４）を備える。このように、単一系列の処理装置群を使用して嫌気性消化装置３４２ａ及び３４２ｂの排出物を処理することができる。
図４は、本発明の例示実施形態に従う、醸造廃棄物２８０を処理するためのシステム４１６の略図である。高濃度廃水２０４、低濃度廃水２０８及び有機廃棄固形物２１２がシステム４１６に供給される。高濃度廃水２０４、低濃度廃水２０８及び有機廃棄固形物２１２をシステム４１６で処理して気体１２０、液体１２４及び固体１２８を生成する。気体１２０は、典型的には、メタンと、二酸化炭素と、数種の微量ガスとの混合物を含む。生成された液体１２４は、有機化合物を実質的に含んでいないので、後で公営処理場（例えば、図２の公営処理場２４４）で処理するために排出される場合がある。固体１２８は、例えば土壌改良材料として使用できる。
システム４１６は、２個の嫌気性消化装置４０４及び４８０を備える。嫌気性消化装置４０４は、２段階嫌気性消化装置である。嫌気性消化装置４０４の第１段階は上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置を備え、第２段階は固定膜嫌気性消化装置を備える。嫌気性消化装置４８０は３段階嫌気性消化装置である。嫌気性消化装置４８０の第１段階は栓流嫌気性消化装置を備え、第２段階は上向流スラッジブランケット嫌気性消化装置を備え、第３段階は固定膜嫌気性消化装置を備える（例えば、図２の嫌気性消化装置２０４の栓流消化装置２８４、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置２８８及び固定膜嫌気性消化装置２９２）。
高濃度廃水２０４を嫌気性消化装置４０４の上向流嫌気性消化装置に供給して第１排出物を生成させる。第１排出物の一部分（例えば、液体部分）を嫌気性消化装置４０４の固定膜嫌気性消化装置に供給して第２排出物を生成させる。
低濃度廃水２０８及びビール粕２１２を嫌気性消化装置４８０の栓流嫌気性消化装置に供給して第３排出物を生成させる。第３排出物の一部分（例えば、液体部分）を嫌気性消化装置４８０の上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置に供給して第４排出物を生成させる。第４排出物の一部分（例えば、液体部分）を固定膜嫌気性消化装置に供給して第５排出物を生成させる。
システム４１６は、醸造廃棄物２８０の処理を促進させるための、２個の嫌気性消化装置４０４及び４８０に連結した一連の処理装置４７０を備える。処理装置４７０は、嫌気性消化装置４０４及び４８０の排出物を処理するのに必要な各種部材及びモジュール（例えば、図２のシステム２１６の部材及びモジュール）を備える。このように、単一系列の処理装置群を使用して嫌気性消化装置４０４及び４８０の排出物を処理することができる。
いくつかの実施形態では、第１、第２、第３、第４又は第５排出物の少なくとも一つの液体を処理（例えば、図２の液体処理後モジュール２６４を使用して）して酸素要求量の低い液体（例えば、低ＣＯＤの液体）を生成する。いくつかの実施形態では、第１、第２、第３、第４又は第５排出物の少なくとも一つの固体を処理（例えば、図２の固体分離モジュール２６４を使用して）土壌改良材料を生成する。
米国特許第６９８２０３５号には、原理を本発明の原理に適用できる嫌気性消化装置用の各種システム、部材及びプロセスが記載されている。したがって、この米国特許の全内容を引用により本明細書に含めるものとする。
当業者であれば、複数の容器、重複容器及び／又は他の消化装置技術を使用することを含め、本明細書において説明したもののバリエーション、変更及び他の実施は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく当業者の実施範囲内にあり、かつ、本発明に包含されるものとみなす。したがって、本発明は、先の例示的説明にのみ規定されるものではない。
１０４ 高濃度廃水
１０８ 低濃度廃水
１１２ 有機廃棄固形物
１１６ 嫌気性消化装置システム
１２０ 気体
１２４ 液体
１２８ 固体／土壌改良材料
２０４ 高濃度廃水
２０６ 熱
２０８ 低濃度廃水
２１０ 出口
２１２ ビール粕／有機廃棄固形物
２１６ 嫌気性消化装置システム
２２０ 熱交換器
２２２ 容器
２２４ ボイラー
２２６ 出口
２２８ 固体分離モジュール
２３２ ポンプ
２３４ 入口
２３８ 出口
２４０ ポンプ
２４２ 嫌気性消化装置
２４４ 公営処理場
２４６ プレミックスタンク
２４８ ガスメーター
２５０ バイオガススクラブモジュール
２５２ フレア装置
２５６ 固体装填容器
２６０ ポンプ
２６４ 液体処理後モジュール
２８０ 醸造廃棄物
２８４ 栓流嫌気性消化装置
２８８ 上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置
２９０ ポンプ
２９２ 固定膜嫌気性消化装置
２９８ ポンプ
３１６ システム
３４２ａ 嫌気性消化装置
３４２ｂ 嫌気性消化装置
３７０ 処理装置
４０４ 嫌気性消化装置
４１６ システム
４８０ 嫌気性消化装置
４７０ 処理装置
１０８ 低濃度廃水
１１２ 有機廃棄固形物
１１６ 嫌気性消化装置システム
１２０ 気体
１２４ 液体
１２８ 固体／土壌改良材料
２０４ 高濃度廃水
２０６ 熱
２０８ 低濃度廃水
２１０ 出口
２１２ ビール粕／有機廃棄固形物
２１６ 嫌気性消化装置システム
２２０ 熱交換器
２２２ 容器
２２４ ボイラー
２２６ 出口
２２８ 固体分離モジュール
２３２ ポンプ
２３４ 入口
２３８ 出口
２４０ ポンプ
２４２ 嫌気性消化装置
２４４ 公営処理場
２４６ プレミックスタンク
２４８ ガスメーター
２５０ バイオガススクラブモジュール
２５２ フレア装置
２５６ 固体装填容器
２６０ ポンプ
２６４ 液体処理後モジュール
２８０ 醸造廃棄物
２８４ 栓流嫌気性消化装置
２８８ 上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置
２９０ ポンプ
２９２ 固定膜嫌気性消化装置
２９８ ポンプ
３１６ システム
３４２ａ 嫌気性消化装置
３４２ｂ 嫌気性消化装置
３７０ 処理装置
４０４ 嫌気性消化装置
４１６ システム
４８０ 嫌気性消化装置
４７０ 処理装置
Claims (22)
- 醸造廃棄物の処理方法であって、
ビール粕、５０００ｐｐｍ以下のＣＯＤを有する低濃度廃水及び５０００ｐｐｍを超えるＣＯＤを有する高濃度廃水を受け取り;
該ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第１排出物を生成させ;
該第１排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第２排出物を生成させ;そして
該第２排出物を固定膜嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させること
を含む醸造廃棄物の処理方法。 - 前記ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を前記栓流消化装置に供給する前に該ビール粕、低濃度廃水及び高濃度廃水を混合させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１排出物が気体、液体及び固体を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１排出物の液体が前記上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理される第１排出物の一部分である、請求項１に記載の方法。
- 前記第２排出物が気体、液体及び固体を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第２排出物の液体が前記固定膜嫌気性消化装置で処理される第２排出物の一部分である、請求項１に記載の方法。
- 前記第３排出物が気体、液体及び固体を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第３排出物の液体の一部分を前記栓流嫌気性消化装置に再循環させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第３排出物の液体を処理して酸素要求量の低い液体を生成させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１排出物及び第２排出物の固体を処理して土壌改良材料を生成させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１、第２及び第３排出物の気体を集めることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記集めた気体がメタンを含む、請求項１１に記載の方法。
- 前記メタンの一部をボイラー内で燃焼させて前記栓流嫌気性消化装置、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置及び固定膜嫌気性消化装置に熱を供給することを含む、請求項１２に記載の方法。
- 前記メタンの一部を、熱を発生する発電機装置又は熱電併給システムによって消費させ、該発電機装置又は熱電併給システムによって生じた熱の少なくとも一部分を前記栓流嫌気性消化装置、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置又は固定膜嫌気性消化装置の少なくとも一つに供給することを含む、請求項１２に記載の方法。
- 醸造廃棄物の処理方法であって、
ビール粕、５０００ｐｐｍ以下のＣＯＤを有する低濃度廃水及び５０００ｐｐｍを超えるＣＯＤを有する高濃度廃水を受け取り;
該高濃度廃水を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第１排出物を生成させ;
該第１排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第２排出物を生成させ;
該ビール粕及び低濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させ;
該第３排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第４排出物を生成させ;そして
該第４排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第５排出物を生成させること
を含む醸造廃棄物の処理方法。 - 前記第１、第２、第３、第４又は第５排出物の少なくとも一つの液体を処理して酸素要求量の低い液体を生成させることを含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記第１、第２、第３、第４又は第５排出物の少なくとも一つの固体を処理して土壌改良材料を生成させることを含む、請求項１５に記載の方法。
- 醸造廃棄物を処理するための３段階嫌気性消化システムであって、
ビール粕、５０００ｐｐｍ以下のＣＯＤを有する低濃度廃水又は５０００ｐｐｍを超えるＣＯＤを有する高濃度廃水の少なくとも一つを受け取るための少なくとも１個の入口と、
該ビール粕、低濃度廃水又は高濃度廃水の少なくとも一つを処理するための少なくとも１個の入口に連結された、第１排出物を生成させるための栓流嫌気性消化装置と、
該第１排出物を処理して第２排出物を生成させるための該栓流消化装置の出口に連結された上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置と、
該第２排出物を処理して固体、液体及び気体を含む第３排出物を生成させるための該上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置の出口に連結された固定膜嫌気性消化装置と
を備える３段階嫌気性消化システム。 - 前記栓流嫌気性消化装置、上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置及び固定膜嫌気性消化装置が単一の消化装置構造体に組み込まれている、請求項１８に記載のシステム。
- 醸造廃棄物の処理方法であって、
ビール粕、５０００ｐｐｍ以下のＣＯＤを有する低濃度廃水及び５０００ｐｐｍを超えるＣＯＤを有する高濃度廃水を受け取り;
該低濃度廃水及び高濃度廃水を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第１排出物を生成させ;
該第１排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第２排出物を生成させ;
該ビール粕を栓流嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させ;
該第３排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第４排出物を生成させ;そして
該第４排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第５排出物を生成させること
を含む醸造廃棄物の処理方法。 - 醸造廃棄物の処理方法であって、
ビール粕、５０００ｐｐｍ以下のＣＯＤを有する低濃度廃水及び５０００ｐｐｍを超えるＣＯＤを有する高濃度廃水を受け取り;
該低濃度廃水を上向嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第１排出物を生成させ;
該第１排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第２排出物を生成させ;
該ビール粕及び高濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させ;
該第３排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第４排出物を生成させ;そして
該第４排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第５排出物を生成させること
を含む醸造廃棄物の処理方法。 - 有機廃棄物の処理方法であって、
有機廃棄固形物、５０００ｐｐｍ以下のＣＯＤを有する低濃度廃水及び５０００ｐｐｍを超えるＣＯＤを有する高濃度廃水を受け取り；
該有機廃棄固形物、低濃度廃水及び高濃度廃水を栓流嫌気性消化装置で処理して第１排出物を生成させ;
該第１排出物の一部分を上向流嫌気性スラッジブランケット消化装置で処理して第２排出物を生成させ;そして
該第２排出物の一部分を固定膜嫌気性消化装置で処理して第３排出物を生成させること
を含む有機廃棄物の処理方法。
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