JP6410277B1 - メタン発酵システム及びメタン発酵方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発酵対象物に含まれるプラスチック類・土砂や金属類等の発酵異物の濃度の変動および発酵槽内の固形物濃度の変動を低減し、安定した残渣及び発酵異物の排出と、発酵に必要な残渣の循環の両立が可能なメタン発酵システムおよびメタン発酵方法を提供する。
【解決手段】 横長の筒状をした発酵槽本体１と、発酵槽本体１の長手方向一端側に設けられた供給口２と、発酵槽本体１の長手方向他端側の上部に設けられた上部排出口３と、発酵槽本体１の長手方向他端側の下部に設けられた下部排出口４と、上部排出口３と下部排出口４との中間部に設けられた中間排出口７と、中間排出口７から残渣を引き抜いて発酵槽本体１に返送するための返送経路８と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可燃ごみ（一般廃棄物）等を処理対象とした乾式横型発酵槽を設置するメタン発酵システム及び乾式横型発酵槽を用いたメタン発酵方法に関する。

従来、図２に示すように、横長の円筒状をした発酵槽本体１と、発酵槽本体１の長手方向一端側に設けられた供給口２と、発酵槽本体１の長手方向他端側の上部及び下部に設けられた上部排出口３及び下部排出口４と、発酵槽本体１の内部に設けられた攪拌パドル５と、発酵槽本体１の周面の上部に設けられたガス抜き口６とを備える、乾式横型発酵槽が知られている。

この種の乾式横型発酵槽は、乾式メタン発酵に用いられ、いわゆるプラグフロー（押し流れ）方式であり、容積式ピストンポンプＰ１を用いて供給口２から押し込まれた可燃ごみＧは、供給口２から上部排出口３及び下部排出口４に向けて押し流され、押し流される途中で発酵してメタンガスを発生させ、残渣が上部排出口３及び下部排出口４から排出され、容積式ピストンポンプＰ２を用いて配管内を圧送されるようになっている。発生したメタンガスは、ガス抜き口６を通じて回収されてガス発電機等の燃料に利用される。上部排出口３及び下部排出口４から排出される残渣には、可燃ごみの発酵後の残渣（発酵残渣）に、可燃ごみ中に含まれていた発酵に寄与しない異物（発酵異物、即ち、プラスチック類、土砂、金属類）が含まれ得る。

発酵槽内の固形物濃度は１５〜４０％と高く維持され、プラグフロー方式による物質移動では、発酵槽内での異物の分離（プラスチック類の浮上、土砂・金属類の沈降）は基本的には起こらないが、相対的には、比重の大小により、上部排出口３からはプラスチック類が排出されやすく、下部排出口４からは土砂や金属類が排出されやすい傾向にある。

また、上部排出口３及び下部排出口４からの残渣の一部は、メタン発酵継続に必要な微生物（メタン菌）として、返送経路１１を通じて供給口２に返送して循環させるシステムとなっており、その循環量は、発酵残渣排出量の２０〜３０％程度必要である。

特表２００９−５０２４５５号公報

しかしながら、発酵槽からの発酵残渣は、上部排出口と下部排出口の双方から発酵異物とともに排出され、その配管は、残渣排出と残渣循環とが部分的に兼用する配管構造（両者が途中の分岐点Ｄで分岐する配管構造）となっている。

食品残渣等の異物が比較的少ない発酵対象の場合は、残渣排出と残渣循環を兼ねた設備では問題なく運転可能であったが、可燃ごみを発酵対象とする場合、土砂や金属等の発酵異物が発酵対象物に少なからず混入し、発酵槽から排出される残渣にも混入する。

通常は、乾式メタン発酵の発酵槽内は固形物濃度が１５〜４０％に維持され、槽内での異物の分離は発生しないが、特に種々雑多な可燃ごみを発酵対象物とする場合には、その性状の変動によって、一時的ではあるが、異物の投入量増加や発酵槽内の固形物濃度の低下が生じるおそれがある。

また、発酵槽内での異物の分離が発生すると、残渣に混入した異物により、移送阻害が発生する要因となる。

さらに、循環させる必要のない発酵異物を循環させてしまうこととなり、発酵槽内の異物の濃縮が進行し、安定した発酵を阻害する要因となる。

そこで、本発明は、可燃ごみ（一般廃棄物）等を対象として乾式横型発酵槽を設置するメタン発酵において、発酵対象物に含まれるプラスチック類・土砂や金属類等の発酵異物の濃度の変動および発酵槽内の固形物濃度の変動を低減し、安定した残渣及び発酵異物の排出と、発酵に必要な残渣の循環の両立が可能なメタン発酵システムおよびメタン発酵方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るメタン発酵システムは、横長の筒状をした発酵槽本体と、前記発酵槽本体の長手方向一端側に設けられた供給口と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の上部に設けられた上部排出口と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の下部に設けられた下部排出口と、前記上部排出口と前記下部排出口との中間部に設けられた中間排出口と、前記中間排出口から残渣を引き抜いて前記発酵槽本体に返送するための返送経路と、を備える。

また、本発明に係るメタン発酵方法は、横長の筒状をした発酵槽本体の長手方向一端側の供給口から発酵対象物を供給する工程と、前記発酵槽本体内で発酵対象物を押し流す工程と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の下部排出口から前記発酵槽本体内の下層部の残渣を排出する工程と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の上部排出口から前記発酵槽本体内の上層部の残渣を排出する工程と、前記上部排出口と前記下部排出口の中間部に設けた中間排出口から残渣を引き抜いて前記発酵槽本体に返送する工程と、を含む。

本発明によれば、発酵異物が少ないと想定される中間排出口から残渣を引き抜いて発酵槽本体に返送し、残渣を循環させることにより、発酵異物の循環防止が図られ、発酵槽内の異物の堆積量を減少させることができる。

本発明に係るメタン発酵システムの一実施形態を一部断面で示す概略構成図である。 従来のメタン発酵システムを一部断面で示す概略構成図である。

本発明の実施形態について、以下に図１を参照して説明する。なお、従来技術を含めて、全図及び全実施形態を通じて、同様の同一又は類似の構成部分に同符号を付している。

本発明に係るメタン発酵システムは、図１に概略構成を示すように、横長の円筒状をした発酵槽本体１と、発酵槽本体１の長手方向一端側の側壁１ａに設けられた供給口２と、発酵槽本体１の長手方向他端側の側壁１ｂの上部に設けられた上部排出口３と、発酵槽本体１の長手方向他端側の側壁１ｂの下部に設けられた下部排出口４と、上部排出口３と下部排出口４との中間部に設けられた中間排出口７と、中間排出口７から残渣（発酵残渣及び発酵異物）を引き抜いて発酵槽本体１に返送するための返送経路８と、発酵槽本体１の内部に設けられた攪拌パドル５と、発酵槽本体１の上部に設けられたガス抜き口６と、を備えている。

発酵槽本体１は、図示例では、円筒壁１ｃの両端を一対の側壁１ａ、１ｂで閉じた形状をしているが、横長の筒状であれば円筒状でなくてもよい。

供給口２は、図示例では発酵槽本体１の一端を閉じる側壁１ａに設けられているが、両端間の円周壁１ｃに設けることもできる。下部排出口４及び上部排出口３も図示例では発酵槽本体１の他端を閉じる側壁１ｂに設けられているが、両端間の円周壁１ｃに設けることもできる。上部排出口３は、発酵槽本体１の中間高さより上方の位置に設けられる。下部排出口４は、発酵槽本体１の中間より下で底部近傍に設けられる。

返送経路８は、図示例では、配管の一端を中間排出口７に接続し、配管の他端を、供給口２に接続される配管９に接続している。返送経路８の配管の他端は、発酵槽本体１から引き抜いた残渣を発酵槽本体１内に返送できる部位に接続されておればよく、例えば、発酵槽本体１の一端側に返送口（図示せず。）を設けてそこに接続してもよい。返送経路８にはピストンポンプＰ３が接続され、中間排出口７から排出された残渣は、ピストンポンプＰ３によって返送経路８を返送される。返送経路８の返送量（循環量）は、ピストンポンプＰ３の稼働回数によりコントロールされる。

バルブＶ１、Ｖ２の切換により、上部排出口３からの排出と下部排出口４からの排出が切り換えられる。バルブＶ３は、返送経路８の開閉に用いられる。

上記したように、発酵異物は、比重の大小により、発酵槽本体１の上部にある上部排出口３からはプラスチック類が排出されやすく、発酵槽本体１の下部にある下部排出口４からは土砂や金属類が排出されやすい傾向にある。そのため、上部排出口３と下部排出口４との中間部にある中間排出口７から排出される残渣は、上部排出口３及び下部排出口４から排出される残渣に比較して、含まれる発酵異物が少なくなる傾向がある。

従って、返送経路８により返送される残渣中の発酵異物の割合は、発酵槽内の全残渣中の発酵異物の割合を超えることがなく、返送を繰り返して残渣を循環させても発酵槽内において発酵異物の濃縮が進行することがない。

また、プラスチック類、土砂、金属等の発酵異物を上部排出口３及び下部排出口４から優先的に排出させることで、発酵槽内の異物堆積量が減少し、発酵効率が上昇する。

更に、下部排出口４及び上部排出口３の排出系統１０の配管と、返送経路８による循環系統の配管とを分離することにより、排出系統１０の配管が簡素化され、発酵異物による移送阻害要因が解消される。

上記構成を有するメタン発酵システムによれば、発酵槽内の残渣を排出する系統と、発酵槽内の残渣を循環させる系統を個別に設けるとともに、発酵異物の比較的少ない中間層の残渣を引き抜いて発酵槽本体に返送することにより、循環させるべきでない発酵異物の循環防止が図られ、発酵槽内の発酵に寄与しない異物の堆積量を減少させることができる。

１ 発酵槽本体
２ 供給口
３ 上部排出口
４ 下部排出口
５ 攪拌パドル
６ ガス抜き口
７ 中間排出口
８ 返送経路

Claims (2)

1. 横長の筒状をした発酵槽本体と、前記発酵槽本体の長手方向一端側に設けられた供給口と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の上部に設けられた上部排出口と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の下部に設けられた下部排出口と、前記上部排出口と前記下部排出口との中間部に設けられた中間排出口と、前記中間排出口から残渣を引き抜いて前記発酵槽本体に返送するための返送経路と、を備えることを特徴とするメタン発酵システム。
2. 横長の筒状をした発酵槽本体の長手方向一端側の供給口から発酵対象物を供給する工程と、前記発酵槽本体内で発酵対象物を押し流す工程と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の下部排出口から前記発酵槽本体内の下層部の残渣を排出する工程と、前記発酵槽本体の長手方向他端側の上部排出口から前記発酵槽本体内の上層部の残渣を排出する工程と、前記上部排出口と前記下部排出口の中間部に設けた中間排出口から残渣を引き抜いて前記発酵槽本体に返送する工程と、を含むことを特徴とするメタン発酵方法。