JP7175078B2 - Methane fermentation system and methane fermentation method - Google Patents

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Description

本発明は、有機性廃棄物等のバイオマス原料から、メタン等のバイオガスを生成させるメタン発酵システム及びメタン発酵方法に関する。 The present invention relates to a methane fermentation system and a methane fermentation method for producing biogas such as methane from biomass raw materials such as organic waste.

従来より、有機性廃棄物等のバイオマス原料（生物資源）から、種々の発酵技術によって、バイオガスを生成させることが広く行われている。例えば、有機性廃棄物等のバイオマス原料から種々の発酵技術によって、メタンを生成させる場合、二相四段階の発酵プロセス、すなわち、酸生成相（液化、加水分解及び酸生成）と、メタン生成相（水素生成、酢酸生成及びメタン生成）とによって、メタン発酵が行われる。 BACKGROUND ART Conventionally, biogas is widely produced from biomass raw materials (biological resources) such as organic waste by various fermentation techniques. For example, when methane is produced from biomass raw materials such as organic waste by various fermentation techniques, a two-phase four-step fermentation process, namely an acidogenic phase (liquefaction, hydrolysis and acidogenesis) and a methanogenic phase (hydrogen production, acetogenesis and methanogenesis) lead to methane fermentation.

有機性廃棄物等のバイオマス原料には、糖質、タンパク質、脂肪等が含まれており、これらを液化、加水分解等によって低分子化、酸生成し、低級脂肪酸及びアルコールを生成させる。そして、水素生成、酢酸生成によって、水素＋二酸化炭素、又は酢酸を、細菌（メタン菌）を用いて発酵させることで、メタンが生成される。このようにして生成されたバイオガス（メタン）及び熱を、回収するようになっている。 Biomass raw materials such as organic wastes contain carbohydrates, proteins, fats, etc. These are liquefied, hydrolyzed, or the like to reduce the molecular weight and generate acids to generate lower fatty acids and alcohols. Then, methane is produced by fermenting hydrogen + carbon dioxide or acetic acid using bacteria (methanobacteria) by hydrogen production and acetogenesis. The biogas (methane) and heat thus produced are adapted to be recovered.

通常のバイオガス発電設備では、バイオマス原料を、３６℃程度の中温、或いは５５℃程度の高温で発酵させている場合が多い。 In a typical biogas power generation facility, biomass raw materials are often fermented at a medium temperature of about 36°C or a high temperature of about 55°C.

有機性廃棄物等のバイオマス原料が、複合資材から形成されている場合、バイオマス原料に適合して発酵させる細菌の条件を、明確に選択できない。このような場合、複合資材から形成されたバイオマス原料（例えば、生ごみ、糞尿等）を、３６℃程度の中温で発酵させるようにしている。 When biomass raw materials such as organic wastes are formed from composite materials, it is not possible to clearly select conditions for bacteria that are compatible with the biomass raw materials and ferment them. In such a case, biomass raw materials (for example, garbage, manure, etc.) formed from composite materials are fermented at a medium temperature of about 36°C.

３６℃程度の中温で発酵させると、発酵中の安定性が維持されるとともに、細菌の管理がしやすく、発酵反応が安定的に進むという利点がある。その反面、３６℃程度の中温で発酵させると、分解速度が遅い、ガス発生速度が遅い、未発酵の残渣が残る、滞留時間が長い等の問題がある。 Fermentation at a medium temperature of about 36°C has the advantages of maintaining stability during fermentation, facilitating the control of bacteria, and stably progressing the fermentation reaction. On the other hand, fermentation at a medium temperature of about 36° C. causes problems such as slow decomposition rate, slow gas generation rate, residual unfermented residue, and long retention time.

そこで、例えば、複数の食品廃棄物を、別々の温度の調整槽で予め可溶化し、中温発酵温度で発酵させるものとして、例えば、特開２００９‐２４８０４０号公報（特許文献１）が知られている。 Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-248040 (Patent Document 1) is known as a method in which a plurality of food wastes are solubilized in advance in separate temperature control tanks and fermented at a mesophilic fermentation temperature. there is

特許文献１においては、脂質含有率が高い高脂質含有食品廃棄物と、該高脂質含有食品廃棄物を除く他の食品廃棄物と、を同一のメタン発酵槽内にて、中温発酵温度でメタン発酵処理する、食品廃棄物のメタン発酵処理方法が開示されている。 In Patent Document 1, high-fat-containing food waste with a high lipid content and other food waste excluding the high-lipid-containing food waste are treated in the same methane fermentation tank at a mesophilic fermentation temperature to methane. A method for fermenting food waste by methane fermentation is disclosed.

特許文献１に記載のメタン発酵処理方法では、高脂質含有食品廃棄物と他の食品廃棄物とを、夫々別個の前処理設備にて破砕、選別した後、高脂質含有食品廃棄物を第１調整槽で加温して可溶化するとともに、他の食品廃棄物を第２調整槽で加温して可溶化する。そして、第１調整槽及び第２調整槽から排出される液状廃棄物を、夫々メタン発酵槽に供給し、３０℃以上４０℃未満の中温発酵温度で発酵するようにしている。 In the methane fermentation treatment method described in Patent Document 1, high-fat-containing food waste and other food waste are crushed and sorted in separate pretreatment equipment, and then the high-lipid-containing food waste is first processed. It is heated and solubilized in the adjustment tank, and other food waste is heated and solubilized in the second adjustment tank. The liquid wastes discharged from the first adjustment tank and the second adjustment tank are respectively supplied to the methane fermentation tank and fermented at a mesophilic fermentation temperature of 30°C or higher and lower than 40°C.

しかしながら、特許文献１に記載のメタン発酵処理方法では、複数の食品廃棄物を、中温発酵温度で発酵させることはできるものの、複数の食品廃棄物を、別々の温度の調整槽で予め可溶化しなければならず、作業が煩雑であるという問題があった。 However, in the methane fermentation treatment method described in Patent Document 1, although a plurality of food wastes can be fermented at the mesophilic fermentation temperature, the plurality of food wastes are solubilized in advance in separate temperature control tanks. Therefore, there is a problem that the work is complicated.

また、例えば、ホテルや食品工場の食品廃棄物等において、バイオマス原料が、比較的明確である場合、バイオマス原料に適合して発酵させる細菌の条件がはっきりしている。このような場合、バイオマス原料（例えば、食品廃棄物等）を、５５℃程度の高温で発酵させるようにしている。 In addition, for example, in the case of food waste from hotels and food factories, when the biomass raw material is relatively clear, the conditions for bacteria that are compatible with the biomass raw material and ferment it are clear. In such a case, the biomass raw material (for example, food waste, etc.) is fermented at a high temperature of about 55°C.

５５℃程度の高温で発酵させると、反応速度が速いという利点を有する。しかしながら、５５℃程度まで加温するためのエネルギー損失が大きく、また、発酵中の安定性が悪く、かつ細菌の管理が難しいという問題がある。また、発酵を阻害する物質（重金属やアンモニア等）が発生することや、揮発性脂肪酸の蓄積によるｐＨの低下等により、運転が不安定であるという問題がある。さらに、バイオマス原料が、複合資材から形成されている場合、複合資材のそれぞれに適合する細菌の選択が難しい。 Fermentation at a high temperature of about 55°C has the advantage of a fast reaction rate. However, there are problems such as a large energy loss for heating to about 55° C., poor stability during fermentation, and difficulty in controlling bacteria. In addition, there is a problem that the operation is unstable due to the generation of substances (heavy metals, ammonia, etc.) that inhibit fermentation, and the decrease in pH due to the accumulation of volatile fatty acids. Furthermore, when biomass raw materials are formed from composite materials, it is difficult to select bacteria that are compatible with each of the composite materials.

上述のように、従来のメタン発酵システムでは、中温発酵には、分解速度やガス発生速度、未発酵の残渣等の問題があり、また、高温発酵には、加温のためのエネルギー損失や安定的な運転が困難である等の問題がある。 As described above, in the conventional methane fermentation system, mesophilic fermentation has problems such as decomposition rate, gas generation rate, and unfermented residue, and high-temperature fermentation has problems such as energy loss and stability due to heating. There are problems such as difficult driving.

そこで、２つの発酵槽を設け、有機性廃棄物を、温度の異なる発酵槽で発酵させる二段階発酵システムが提案されている。二段階発酵システムとして、例えば、特開平４‐６２８００号公報（特許文献２）及び特開２００６‐２２４０９０号公報（特許文献３）が知られている。
Therefore, a two-stage fermentation system has been proposed in which two fermenters are provided and organic waste is fermented in fermenters having different temperatures. As a two-stage fermentation system, for example, JP-A-4-62800 (Patent Document 2) and JP-A-2006-224090 (Patent Document 3) are known.

特許文献２においては、家畜糞尿等のメタン発酵原料を、メタン菌によりメタン発酵処理槽で発酵処理して、メタンガスを得るメタン発酵方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a methane fermentation method in which methane fermentation raw materials such as livestock manure are fermented with methane bacteria in a methane fermentation treatment tank to obtain methane gas.

特許文献２に記載のメタン発酵方法では、メタン発酵処理槽を、中温メタン菌を含む第１の処理槽（通常の中温温度）と、低温メタン菌を含む第２の処理槽（２０℃～２５℃）とによって構成し、低温メタン菌を別途培養して、第２の処理槽内に補充供給することにより、低温メタン菌によるメタン発酵処理の実用化と、運転制御の容易化とを図るようにしている。 In the methane fermentation method described in Patent Document 2, the methane fermentation treatment tanks are a first treatment tank (ordinary medium temperature temperature) containing mesophilic methane bacteria and a second treatment tank (20° C. to 25° C.) containing low temperature methane bacteria. ° C), and by separately culturing low-temperature methane bacteria and replenishing it into the second treatment tank, the methane fermentation treatment using low-temperature methane bacteria can be put into practical use and operation control can be facilitated. I have to.

特許文献３においては、易分解性及び難分解性の有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを得るメタン発酵システムが開示されている。 Patent Literature 3 discloses a methane fermentation system that obtains biogas by methane fermentation treatment of easily decomposable and persistent organic wastes.

特許文献３に記載のメタン発酵システムでは、易分解性有機性廃棄物を、第一メタン発酵槽で、中温（３８℃）又は高温（５５℃）でメタン発酵する一方で、難分解性有機性廃棄物を、第二メタン発酵槽で、高温（５５℃±２℃）でメタン発酵し、各々のメタン発酵槽を、メタン発酵に最適な設計とするのを可能とするようにしている。 In the methane fermentation system described in Patent Document 3, easily decomposable organic waste is methane-fermented in a first methane fermentation tank at medium temperature (38 ° C.) or high temperature (55 ° C.), while persistent organic waste is The waste is methane fermented in a second methane fermenter at high temperature (55° C.±2° C.), allowing each methane fermenter to be optimally designed for methane fermentation.

特開２００９‐２４８０４０号公報JP-A-2009-248040 特開平４‐６２８００号公報JP-A-4-62800 特開２００６‐２２４０９０号公報JP-A-2006-224090

しかしながら、上記特許文献１では、上述のように、複数の食品廃棄物を、中温発酵温度で発酵させることはできるものの、複数の食品廃棄物を、別々の温度の調整槽で予め可溶化しなければならず、作業が煩雑であるという問題があった。 However, in Patent Document 1, as described above, although a plurality of food wastes can be fermented at the mesophilic fermentation temperature, the plurality of food wastes must be solubilized in advance in separate temperature control tanks. However, there is a problem that the work is complicated.

また、上記特許文献２では、中温で発酵させた後、低温（２０℃～２５℃）で発酵させるようにしている。上述のように、中温で発酵させると、分解速度やガス発生速度、未発酵の残渣、滞留時間が長い等の問題がある。また、中温より低い温度で発酵させると、中温で発酵させるのに適合する細菌が活躍できず、十分な発酵が行われないため、別の細菌の選択して、使用することが必要になる。 Moreover, in Patent Document 2 above, fermentation is performed at a low temperature (20° C. to 25° C.) after fermentation at a medium temperature. As described above, medium-temperature fermentation causes problems such as decomposition rate, gas generation rate, unfermented residue, and long retention time. In addition, if fermentation is performed at a temperature lower than medium temperature, bacteria that are suitable for fermentation at medium temperature will not be active and sufficient fermentation will not be performed, so it is necessary to select and use other bacteria.

上記特許文献３では、中温（３８℃）又は高温（５５℃）で発酵させた後、高温（５５℃±２℃）で発酵させるようにしている。上述のように、中温で発酵させると、分解速度が遅い、ガス発生速度が遅い、未発酵の残渣が残る、滞留時間が長い等の問題がある。また、高温で発酵させると、加温のためのエネルギー損失や安定的な運転が困難である等の問題がある。また、高温で生育できない細菌が死滅してしまう。 In Patent Document 3, fermentation is performed at medium temperature (38° C.) or high temperature (55° C.) and then at high temperature (55° C.±2° C.). As described above, medium-temperature fermentation causes problems such as a slow decomposition rate, a slow gas generation rate, unfermented residues remaining, and a long retention time. Fermentation at a high temperature also causes problems such as energy loss due to heating and difficulty in stable operation. Also, bacteria that cannot grow at high temperatures are killed.

したがって、中温発酵の利点を維持しつつ、中温発酵及び高温発酵における上記問題を解決することのできるメタン発酵システムの開発が望まれる。 Therefore, it is desired to develop a methane fermentation system that can solve the above problems in mesophilic fermentation and high-temperature fermentation while maintaining the advantages of mesophilic fermentation.

そこで、発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、中温発酵の利点をより向上させることができ、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを効率的に生成することができる、メタン発酵システム及びメタン発酵方法に関する新たな知見を得た。 Therefore, in view of the actual situation, the inventors have made extensive studies and found that the advantages of mesophilic fermentation can be further improved, and biogas containing methane can be efficiently generated by fermenting organic waste. We obtained new knowledge about a methane fermentation system and a methane fermentation method that can be used.

本発明は、有機性廃棄物を発酵させて、メタンを含むバイオガスを効率的に生成することのできる、メタン発酵システム及びメタン発酵方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a methane fermentation system and a methane fermentation method capable of fermenting organic waste and efficiently producing biogas containing methane.

本発明のメタン発酵システムは、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを生成するためのメタン発酵システムであって、有機性廃棄物を発酵させるための第１の発酵槽と、第１の発酵槽と異なる温度帯で運転され、前記第１の発酵槽中の残渣をさらに発酵させるための第２の発酵槽と、を備え、第１の発酵槽内の温度は、３０～４０℃の範囲であり、第２の発酵槽内の温度は、前記第１の発酵槽内の前記温度より高い温度から４５℃までの範囲である、ことを特徴とする。 The methane fermentation system of the present invention is a methane fermentation system for fermenting organic waste to produce biogas containing methane, comprising: a first fermenter for fermenting organic waste; and a second fermenter operated in a temperature zone different from that of the first fermenter for further fermentation of the residue in the first fermenter, wherein the temperature in the first fermenter is 30 to 40. °C, and the temperature in the second fermenter is characterized in that it ranges from a temperature higher than said temperature in said first fermenter to 45 °C.

上記構成のメタン発酵システムによれば、第１の発酵槽内の温度は、３０～４０℃の範囲であり、第２の発酵槽内の温度は、第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲であるため、第１の発酵槽において、中温発酵の温度域（３０～４０℃の範囲の）で、有機性廃棄物を発酵するとともに、第２の発酵槽において、中温発酵の温度域（第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲）で発酵することで、第１の発酵槽中で発酵しきれなかった未発酵の残渣をさらに発酵することができる。 According to the methane fermentation system having the above configuration, the temperature in the first fermenter is in the range of 30 to 40 ° C., and the temperature in the second fermenter is higher than the temperature in the first fermenter. to 45 ° C., so in the first fermenter, organic waste is fermented in the temperature range for mesophilic fermentation (in the range of 30 to 40 ° C.), and in the second fermenter, mesophilic Further fermenting the unfermented residue that has not been fermented in the first fermentation tank by fermenting in the fermentation temperature range (range from temperature higher than the temperature in the first fermentation tank to 45 ° C.). can be done.

これにより、第１の発酵槽と第２の発酵槽とで、発酵におけるエネルギー条件を変えることなく、中温発酵の異なる温度域で、それぞれの温度域において活躍できる細菌によって、有機性廃棄物を二段階で発酵させることにより、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを、効率的に生成することができる。 As a result, in the first fermenter and the second fermenter, without changing the energy conditions in fermentation, organic waste is divided into two by bacteria that can be active in each temperature range in different temperature ranges of mesophilic fermentation. By fermenting in stages, organic waste can be fermented to efficiently produce biogas containing methane.

また、有機性廃棄物を段階的に発酵させることで、未発酵の残渣の生成量を少なくすることができる。さらに、有機性廃棄物が複合資材から形成されている場合でも、より効率的に発酵させることができる。また、高温発酵に比し、加温に必要なエネルギーが小さく、かつ運転管理が容易である。 In addition, by fermenting the organic waste in stages, the amount of unfermented residue can be reduced. Furthermore, even when organic waste is made up of composite materials, it can be fermented more efficiently. In addition, compared to high-temperature fermentation, the energy required for heating is small, and operation management is easy.

本発明の一態様として、前記第２の発酵槽での発酵後における廃棄物の一定量を、固液分離するための固液分離槽をさらに備える、のが好ましい。
As one aspect of the present invention, it is preferable to further include a solid-liquid separation tank for solid-liquid separation of a certain amount of waste after fermentation in the second fermenter.

上記構成のメタン発酵システムによれば、第２の発酵槽での発酵後における廃棄物の一定量を、固液分離するための固液分離槽をさらに備えるため、固液分離によって、廃棄物の一定量をたとえば汚泥を含む固形物と消化液を含む液体とに分離することができる。
According to the methane fermentation system configured as described above, the solid-liquid separation tank for solid-liquid separation of a certain amount of waste after fermentation in the second fermentation tank is further provided. The aliquots can be separated into solids containing, for example, sludge and liquids containing digestive juices .

本発明のメタン発酵方法は、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを生成するためのメタン発酵方法であって、前記有機性廃棄物を、第１の発酵槽へ投入する工程と、前記第１の発酵槽での前記有機性廃棄物の所定日数の発酵によって生成されたバイオガスを回収する工程と、前記第１の発酵槽中の残渣の一定量を、前記第１の発酵槽と異なる温度帯で運転される第２の発酵槽へ投入する工程と、前記第２の発酵槽での前記発酵物の所定日数の発酵によって生成されたバイオガスをさらに回収する工程と、を備え、前記第１の発酵槽内の温度は、３０～４０℃の範囲であり、前記第２の発酵槽内の温度は、前記第１の発酵槽内の前記温度より高い温度から４５℃までの範囲である、ことを特徴とする。 The methane fermentation method of the present invention is a methane fermentation method for fermenting organic waste to produce biogas containing methane, comprising a step of introducing the organic waste into a first fermentation tank. a step of recovering biogas produced by fermentation of said organic waste for a predetermined number of days in said first fermenter; A step of feeding into a second fermenter operated in a temperature zone different from that of the tank, and a step of further recovering biogas generated by fermentation of the fermented product for a predetermined number of days in the second fermenter. wherein the temperature in said first fermenter is in the range of 30-40°C and the temperature in said second fermenter is above said temperature in said first fermenter to 45°C. characterized by being in the range of

上記メタン発酵方法によれば、第１の発酵槽内の温度は、３０～４０℃の範囲であり、第２の発酵槽内の温度は、第１の発酵槽内の前記温度より高い温度から４５℃までの範囲であるため、第１の発酵槽において、中温発酵の温度域（３０～４０℃の範囲の）で、有機性廃棄物を発酵するとともに、第２の発酵槽において、中温発酵の温度域（第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲）で発酵することで、第１の発酵槽中で発酵しきれなかった未発酵の残渣をさらに発酵することができる。 According to the methane fermentation method, the temperature in the first fermenter is in the range of 30 to 40 ° C., and the temperature in the second fermenter is higher than the temperature in the first fermenter. Since the range is up to 45 ° C., in the first fermenter, the organic waste is fermented in the temperature range for mesophilic fermentation (in the range of 30 to 40 ° C.), and in the second fermenter, mesophilic fermentation is performed. By fermenting in the temperature range of (from the temperature higher than the temperature in the first fermenter to 45 ° C), the unfermented residue that could not be fermented in the first fermenter can be further fermented. can.

これにより、第１の発酵槽と第２の発酵槽とで、発酵におけるエネルギー条件を変えることなく、中温発酵の異なる温度域で、それぞれの温度域で活躍できる細菌によって、有機性廃棄物を二段階で発酵させることにより、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを効率的に生成することができる。 As a result, in the first and second fermenters, organic waste is divided into two by bacteria that can be active in different temperature ranges of mesophilic fermentation without changing the energy conditions in fermentation. By fermenting in stages, organic waste can be fermented to efficiently produce biogas containing methane.

また、有機性廃棄物を段階的に発酵させることで、未発酵の残渣の生成量を少なくすることができる。さらに、有機性廃棄物が複合資材から形成されている場合でも、より効率的に発酵させることができる。また、高温発酵に比し、加温に必要なエネルギーが小さく、かつ運転管理が容易である。 In addition, by fermenting the organic waste in stages, the amount of unfermented residue can be reduced. Furthermore, even when organic waste is made up of composite materials, it can be fermented more efficiently. In addition, compared to high-temperature fermentation, the energy required for heating is small, and operation management is easy.

本発明のさらに他の態様として、前記第２の発酵槽での発酵後における廃棄物の一定量を、固液分離する工程をさらに備える、のが好ましい。上記メタン発酵方法によれば、第２の発酵槽での発酵後における廃棄物の一定量を、固液分離する工程をさらに備えるため、固液分離によって、廃棄物の一定量をたとえば汚泥を含む固形物と消化液を含む液体とに、容易に分離することができる。
As still another aspect of the present invention, it is preferable to further include a step of solid-liquid separation of a certain amount of waste after fermentation in the second fermenter. According to the above methane fermentation method, since the step of solid-liquid separation of a certain amount of waste after fermentation in the second fermenter is further provided, the solid-liquid separation causes a certain amount of waste to be separated, including sludge, for example. It can be easily separated into solids and liquids containing digestive juices .

本発明の別の態様として、前記第２の発酵槽へ投入された発酵後における前記廃棄物と同量の原料を、前記第１の発酵槽に投入して、メタン発酵させる、のが好ましい。上記メタン発酵方法によれば、第２の発酵槽へ投入された発酵後における廃棄物と同量の原料を、第１の発酵槽に投入して、メタン発酵させるため、発酵しきれなかった廃棄物を、さらにより効率的に発酵させることができる。 As another aspect of the present invention, it is preferable that the same amount of raw materials as the waste after fermentation introduced into the second fermenter is introduced into the first fermenter and subjected to methane fermentation. According to the methane fermentation method, the same amount of raw material as the waste after fermentation put into the second fermentation tank is put into the first fermentation tank and methane fermentation is performed. products can be fermented even more efficiently.

以上のように、本発明によれば、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを効率的に生成することのできるメタン発酵システム及びメタン発酵方法を提供することができる、といった優れた効果を奏し得る。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a methane fermentation system and a methane fermentation method capable of fermenting organic waste and efficiently producing biogas containing methane. can be effective.

本発明の一実施形態に係るメタン発酵システムを利用したメタン発酵方法において、異なる温度帯における、バイオガスの経時的な発酵量を示す曲線グラフである。4 is a curve graph showing the amount of biogas fermented over time in different temperature zones in the methane fermentation method using the methane fermentation system according to one embodiment of the present invention. 図１に示す曲線グラフを、棒グラフにした図である。It is the figure which made the curve graph shown in FIG. 1 into the bar graph.

以下、本発明の一実施形態に係るメタン発酵システムについて、詳細に説明する。 Hereinafter, a methane fermentation system according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

発明者らは、上述のように、中温発酵の利点をより向上させることができ、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを効率的に生成することができるメタン発酵システム及びメタン発酵方法に関する新たな知見を得た。本実施形態に係るメタン発酵システムは、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを生成するためのメタン発酵システムである。 As described above, the inventors have developed a methane fermentation system and a methane fermentation system that can further improve the advantages of mesophilic fermentation and can ferment organic waste to efficiently produce biogas containing methane. New knowledge about the method was obtained. The methane fermentation system according to this embodiment is a methane fermentation system for fermenting organic waste to produce biogas containing methane.

本実施形態に係るメタン発酵システムは、有機性廃棄物を発酵させるための第１の発酵槽と、第１の発酵槽と異なる温度帯で運転され、第１の発酵槽中の残渣をさらに発酵させるための第２の発酵槽と、を備える。なお、バイオガスは、第１の発酵槽で、既に一度回収しているため、第２の発酵槽の容積は、第１の発酵槽の容積より少なくてもよい。 The methane fermentation system according to the present embodiment has a first fermenter for fermenting organic waste and is operated in a temperature zone different from that of the first fermenter, and the residue in the first fermenter is further fermented. and a second fermenter for allowing the Since the biogas has already been collected once in the first fermenter, the volume of the second fermenter may be smaller than that of the first fermenter.

第１の発酵槽内の温度は、中温発酵に適した中温度帯温度であり、本実施形態においては、３０～４０℃の範囲であり、好ましくは、３６℃である。 The temperature in the first fermenter is a medium temperature zone suitable for mesophilic fermentation, and in the present embodiment, it is in the range of 30 to 40°C, preferably 36°C.

また、第２の発酵槽内の温度は、中温発酵に適した温度であり、本実施形態においては、第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲であり、好ましくは、４０℃～４５℃の範囲であり、より好ましくは、４２℃である。 In addition, the temperature in the second fermenter is a temperature suitable for mesophilic fermentation, and in the present embodiment, it ranges from a temperature higher than the temperature in the first fermenter to 45 ° C., preferably It is in the range of 40°C to 45°C, more preferably 42°C.

本実施形態においては、異なる中温度帯の温度で、二段階に発酵させるようにしている。通常の中温度帯の温度（３０～４０℃の範囲）では、活躍できる菌が多く、有機性廃棄物を発酵させて、メタンを含むバイオガスを効率的に生成することができる。 In this embodiment, fermentation is performed in two stages at different medium temperature ranges. At normal medium temperature range (range of 30 to 40°C), many bacteria can be active, and organic waste can be fermented to efficiently produce biogas containing methane.

また、第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲における中温度帯の温度で、熱に強く活躍できる菌があり、第１の発酵槽内と、発酵におけるエネルギー条件を変えることなく、発酵時の運転管理もあまり変わらない。 In addition, there are bacteria that are highly heat-resistant in the medium temperature range, which ranges from a temperature higher than the temperature in the first fermenter to 45 ° C, and changes the energy conditions in the first fermenter and in the fermentation. Therefore, the operation management during fermentation does not change much.

次に、本発明の一実施形態に係るメタン発酵方法について、詳細に説明する。本実施形態に係るメタン発酵方法は、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを生成するためのメタン発酵方法である。 Next, the methane fermentation method according to one embodiment of the present invention will be described in detail. The methane fermentation method according to this embodiment is a methane fermentation method for fermenting organic waste to produce biogas containing methane.

本実施形態に係るメタン発酵方法は、有機性廃棄物を、第１の発酵槽へ投入する工程と、第１の発酵槽での前記有機性廃棄物の所定日数の発酵によって生成されたバイオガスを回収する工程と、第１の発酵槽中の残渣の一定量を、第１の発酵槽と異なる温度帯で運転される第２の発酵槽へ投入する工程と、第２の発酵槽での発酵物の所定日数の発酵によって生成されたバイオガスをさらに回収する工程と、を備える。なお、バイオガスは、第１の発酵槽で、既に一度回収しているため、第２の発酵槽の容積は、第１の発酵槽の容積より少なくてもよい。 The methane fermentation method according to the present embodiment comprises a step of introducing organic waste into a first fermenter, and biogas produced by fermentation of the organic waste for a predetermined number of days in the first fermenter. A step of collecting the residue in the first fermenter, a step of inputting a certain amount of the residue in the first fermenter into a second fermenter operated in a different temperature zone from the first fermenter, and a second fermenter in the and recovering further biogas produced by the predetermined number of days of fermentation of the fermentate. Since the biogas has already been collected once in the first fermenter, the volume of the second fermenter may be smaller than that of the first fermenter.

第１の発酵槽内の温度は、中温発酵に適した中温度帯温度であり、本実施形態においては、３０～４０℃の範囲であり、好ましくは、３６℃である。 The temperature in the first fermenter is a medium temperature zone suitable for mesophilic fermentation, and in the present embodiment, it is in the range of 30 to 40°C, preferably 36°C.

また、第２の発酵槽内の温度は、中温発酵に適した温度であり、本実施形態においては、第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲であり、好ましくは、４０℃～４５℃の範囲であり、より好ましくは、４２℃である。 In addition, the temperature in the second fermenter is a temperature suitable for mesophilic fermentation, and in the present embodiment, it ranges from a temperature higher than the temperature in the first fermenter to 45 ° C., preferably It is in the range of 40°C to 45°C, more preferably 42°C.

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.

（メタン発酵システムを利用したメタン発酵方法）
発明者らは、本発明の一実施形態に係るメタン発酵システムを利用して、以下のようにメタン発酵を行った。 (Methane fermentation method using methane fermentation system)
The inventors performed methane fermentation as follows using the methane fermentation system according to one embodiment of the present invention.

まず、有機性廃棄物を、第１の発酵槽へ投入し、３６～３８℃の範囲の中温度帯で、４０日間置いた。そして、第１の発酵槽での発酵によって生成されたバイオガスを、回収した。 First, the organic waste was put into the first fermenter and placed in a medium temperature range of 36-38° C. for 40 days. The biogas produced by fermentation in the first fermentor was then recovered.

次に、第１の発酵槽中の発酵しきれなかった未発酵の残渣の一定量を、第２の発酵槽へ投入し、４２℃の中温度帯で、所要日数、具体的には、１０日間置いた。 Next, a certain amount of unfermented residue that could not be fermented in the first fermenter is put into the second fermenter, and the required number of days, specifically, 10 in a medium temperature range of 42 ° C. left for days.

そして、第２の発酵槽での未発酵の残渣の発酵によって生成されたバイオガスを、さらに回収した。結果を、以下の図１及び図２に示す。なお、図１において、横軸は、発酵日数を示し、縦軸は、１ｍｌ当りのバイオガスの総数を示す。 The biogas produced by the fermentation of the unfermented residue in the second fermenter was then further recovered. The results are shown in Figures 1 and 2 below. In FIG. 1, the horizontal axis indicates the number of days of fermentation, and the vertical axis indicates the total number of biogases per ml.

（試験結果）
図１及び図２の結果から、第１の発酵槽での発酵によって、バイオガスが、経時的に生成され、生成量が一旦飽和に達した。３６～３８℃の範囲の中温度帯での発酵で、バイオガスを、効率的に回収することができることが確認された。 (Test results)
From the results of FIGS. 1 and 2, biogas was generated over time by fermentation in the first fermenter, and the amount of production reached saturation once. It was confirmed that biogas can be efficiently recovered by fermentation in a medium temperature range of 36 to 38°C.

そして、第２の発酵槽での発酵によって、第１の発酵槽での発酵で発酵しきれなかった未発酵の残渣から、バイオガスが、経時的かつ連続的にさらに生成され、４２℃の中温度帯での発酵で、有機性廃棄物の利用率が向上され、バイオガスを、さらにより効率的に回収することができることが確認された。 Then, by fermentation in the second fermenter, biogas is further generated over time and continuously from the unfermented residue that has not been fermented in the first fermenter. Fermentation in the temperature zone was found to improve the utilization of organic waste and to recover biogas even more efficiently.

なお、第１の発酵槽での発酵によって、バイオガスが、経時的に生成され、生成量が一旦飽和に達したが、第１の発酵槽での３６～３８℃の範囲の中温度帯で、発酵に適する細菌の種類と、第２の発酵槽での４２℃の中温度帯で、発酵に適する細菌の種類と、が異なるためであると思われる。 In addition, biogas was generated over time by fermentation in the first fermenter, and the amount of production reached saturation once, but in the medium temperature range of 36 to 38 ° C in the first fermenter , the type of bacteria suitable for fermentation differs from the type of bacteria suitable for fermentation in the medium temperature zone of 42° C. in the second fermenter.

以上のように、本実施形態に係るメタン発酵システムによれば、第１の発酵槽において、中温発酵の温度域（３０～４０℃の範囲の）で、有機性廃棄物を発酵するとともに、第２の発酵槽において、中温発酵の温度域（第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲）で発酵することで、第１の発酵槽中で発酵しきれなかった未発酵の残渣をさらに発酵することができる。 As described above, according to the methane fermentation system according to the present embodiment, in the first fermenter, organic waste is fermented in the mesophilic fermentation temperature range (within the range of 30 to 40 ° C.). In the fermenter of 2, by fermenting in the temperature range of mesophilic fermentation (range from temperature higher than the temperature in the first fermenter to 45 ° C), unfermented that could not be fermented in the first fermenter can be further fermented.

これにより、第１の発酵槽と第２の発酵槽とで、発酵におけるエネルギー条件を変えることなく、中温発酵の異なる温度域で、それぞれの温度域において活躍できる細菌によって、有機性廃棄物を二段階で発酵させることにより、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを効率的に生成することができる。 As a result, in the first fermenter and the second fermenter, without changing the energy conditions in fermentation, organic waste is divided into two by bacteria that can be active in each temperature range in different temperature ranges of mesophilic fermentation. By fermenting in stages, organic waste can be fermented to efficiently produce biogas containing methane.

また、有機性廃棄物を段階的に発酵させることで、未発酵の残渣の生成量を少なくすることができる。さらに、有機性廃棄物が複合資材から形成されている場合でも、より効率的に発酵させることができる。また、高温発酵に比し、加温に必要なエネルギーが小さく、かつ運転管理が容易である。 In addition, by fermenting the organic waste in stages, the amount of unfermented residue can be reduced. Furthermore, even when organic waste is made up of composite materials, it can be fermented more efficiently. In addition, compared to high-temperature fermentation, the energy required for heating is small, and operation management is easy.

また、メタン発酵方法によって、第１の発酵槽において、中温発酵の温度域（３０～４０℃の範囲の）で、有機性廃棄物を発酵するとともに、第２の発酵槽において、中温発酵の温度域（第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲）で発酵することで、第１の発酵槽中で発酵しきれなかった未発酵の残渣をさらに発酵することができる。 In addition, by the methane fermentation method, in the first fermenter, the organic waste is fermented in the mesophilic fermentation temperature range (range of 30 to 40 ° C.), and in the second fermenter, the mesophilic fermentation temperature is By fermenting at a temperature range (ranging from a temperature higher than the temperature in the first fermenter to 45 ° C.), the unfermented residue that has not been fermented in the first fermenter can be further fermented.

これにより、第１の発酵槽と第２の発酵槽とで、発酵におけるエネルギー条件を変えることなく、中温発酵の異なる温度域で、それぞれの温度域で活躍できる細菌によって、有機性廃棄物を二段階で発酵させることにより、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを効率的に生成することができる。 As a result, in the first and second fermenters, organic waste is divided into two by bacteria that can be active in different temperature ranges of mesophilic fermentation without changing the energy conditions in fermentation. By fermenting in stages, organic waste can be fermented to efficiently produce biogas containing methane.

また、有機性廃棄物を段階的に発酵させることで、未発酵の残渣の生成量を少なくすることができる。さらに、有機性廃棄物が複合資材から形成されている場合でも、より効率的に発酵させることができる。また、高温発酵に比し、加温に必要なエネルギーが小さく、かつ運転管理が容易である。 In addition, by fermenting the organic waste in stages, the amount of unfermented residue can be reduced. Furthermore, even when organic waste is made up of composite materials, it can be fermented more efficiently. In addition, compared to high-temperature fermentation, the energy required for heating is small, and operation management is easy.

なお、本発明のメタン発酵システム及びメタン発酵方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し得ることは勿論のことである。 It goes without saying that the methane fermentation system and the methane fermentation method of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention.

上記実施形態において、第１の発酵槽内の温度は、３０～４０℃の範囲であり、第２の発酵槽内の温度は、第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲であるが、これに限定されるものではない。 In the above embodiment, the temperature in the first fermenter ranges from 30 to 40°C and the temperature in the second fermenter ranges from a temperature above the temperature in the first fermenter to 45°C. range, but is not limited thereto.

第１の発酵槽での発酵によって、バイオガスが、中温度帯での発酵で経時的に生成され、回収されることができ、第２の発酵槽での発酵によって、第１の発酵槽での発酵によって発酵しきれなかった未発酵の残渣から、バイオガスを、さらに効率的に生成され、回収されることができるような温度帯であればよい。 Fermentation in the first fermenter allows biogas to be produced and recovered over time in fermentation in the mid-temperature zone, and fermentation in the second fermenter results in The temperature range may be such that biogas can be more efficiently produced and recovered from the unfermented residue left unfermented by the fermentation.

なお、上記実施形態において、第２の発酵槽内の温度は、第１の発酵槽内の温度より高い温度から４５℃までの範囲である。第１の発酵槽内の温度が、第２の発酵槽内の温度より高い温度の場合、第１の発酵槽内の高い温度により、第２の発酵槽で活躍できる細菌が死滅するため、発酵が不十分となる。そのため、第２の発酵槽内の温度は、第１の発酵槽内の温度より高い温度である必要がある。 In the above embodiment, the temperature in the second fermenter ranges from a temperature higher than the temperature in the first fermenter to 45°C. If the temperature in the first fermenter is higher than the temperature in the second fermenter, the higher temperature in the first fermenter kills the bacteria that can be active in the second fermenter, so the fermentation is insufficient. Therefore, the temperature in the second fermenter should be higher than the temperature in the first fermenter.

本実施形態に係るメタン発酵システム及びメタン発酵方法において、第２の発酵槽での発酵後における廃棄物の一定量を、固液分離するための固液分離槽をさらに備えるようにしてもよい。そうすることで、廃棄物の一定量をたとえば汚泥を含む固形物と消化液を含む液体とに分離することができる。
The methane fermentation system and methane fermentation method according to the present embodiment may further include a solid-liquid separation tank for solid-liquid separation of a certain amount of waste after fermentation in the second fermentation tank. In doing so , a certain amount of waste can be separated into solids, including, for example, sludge, and liquids, including digestive juices .

本実施形態に係るメタン発酵方法において、第２の発酵槽へ投入された第１の発酵槽の発酵後における残渣と同量の有機性廃棄物を、第１の発酵槽に投入して、メタン発酵させるようにしてもよい。そうすることで、発酵しきれなかった廃棄物を、さらにより効率的に発酵させることができる。

In the methane fermentation method according to the present embodiment, the same amount of organic waste as the residue after fermentation in the first fermenter introduced into the second fermenter is introduced into the first fermenter, and methane You may make it ferment. By doing so, the unfermented waste can be fermented more efficiently.

本発明のメタン発酵システム及びメタン発酵方法は、有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを効率的に生成することのできるメタン発酵設備等に有効に利用される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The methane fermentation system and methane fermentation method of the present invention are effectively used in methane fermentation equipment and the like capable of efficiently producing biogas containing methane by fermenting organic waste.

Claims (5)

有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを生成するためのメタン発酵システムであって、
前記有機性廃棄物をメタン菌によってメタン発酵させるための第１の発酵槽と、
前記第１の発酵槽と異なる温度帯で運転され、前記第１の発酵槽で用いられたメタン菌によって、前記第１の発酵槽中の残渣をさらにメタン発酵させるための第２の発酵槽とを備え、
前記第１の発酵槽内の温度は、中温発酵の温度域である３０～４０℃の範囲であり、
前記第２の発酵槽内の温度は、前記第１の発酵槽内の温度より高く、かつ中温発酵の温度域である４０～４５℃の範囲であり、
前記メタン菌は、前記第１の発酵槽および前記第２の発酵槽内で生存可能であることを特徴とする、メタン発酵システム。 A methane fermentation system for fermenting organic waste to produce biogas containing methane, comprising:
a first fermenter for methane fermentation of the organic waste by methane bacteria ;
A second fermenter operated in a temperature zone different from that of the first fermenter, and for further methane-fermenting the residue in the first fermenter with the methane bacteria used in the first fermenter; and with
The temperature in the first fermentation tank is in the range of 30 to 40 ° C., which is the temperature range for mesophilic fermentation,
The temperature in the second fermenter is higher than the temperature in the first fermenter and is in the range of 40 to 45 ° C., which is the temperature range for mesophilic fermentation ,
The methane fermentation system , wherein the methane bacteria can survive in the first fermenter and the second fermenter. 前記第２の発酵槽での発酵後における廃棄物の一定量を、固液分離するための固液分離槽をさらに備える、請求項１に記載のメタン発酵システム。 The methane fermentation system according to claim 1, further comprising a solid-liquid separation tank for solid-liquid separation of a certain amount of waste after fermentation in the second fermenter. 有機性廃棄物を発酵させてメタンを含むバイオガスを生成するためのメタン発酵方法であって、
前記有機性廃棄物を、第１の発酵槽へ投入する工程と、
メタン菌を第１の発酵槽へ投入する工程と、
前記第１の発酵槽での前記有機性廃棄物の所定日数の発酵によって生成されたバイオガスを回収する工程と、
前記第１の発酵槽中の残渣の一定量を、前記第１の発酵槽と異なる温度帯で運転される第２の発酵槽へ投入する工程と、
前記第２の発酵槽へ投入された前記残渣を、前記第１の発酵槽へ投入したメタン菌を用いて前記第２の発酵槽内でさらに発酵させることで生成されたバイオガスを回収する工程とを備え、
前記第１の発酵槽内の温度は、中温発酵の温度域である３０～４０℃の範囲であり、
前記第２の発酵槽内の温度は、前記第１の発酵槽内の温度より高く、かつ中温発酵の温度域である４０～４５℃の範囲であることを特徴とする、メタン発酵方法。 A methane fermentation method for fermenting organic waste to produce biogas containing methane, comprising:
introducing the organic waste into a first fermenter;
A step of introducing methane bacteria into the first fermenter;
recovering biogas produced by fermentation of the organic waste for a predetermined number of days in the first fermenter;
A step of introducing a fixed amount of the residue in the first fermenter into a second fermenter operated in a temperature zone different from that of the first fermenter;
A step of recovering biogas produced by further fermenting the residue introduced into the second fermenter in the second fermenter using the methane bacteria introduced into the first fermenter. and
The temperature in the first fermentation tank is in the range of 30 to 40 ° C., which is the temperature range for mesophilic fermentation,
The methane fermentation method, wherein the temperature in the second fermenter is higher than the temperature in the first fermenter and is in the range of 40 to 45°C, which is the temperature range for mesophilic fermentation. 前記第２の発酵槽での発酵後における廃棄物の一定量を、固液分離する工程をさらに備える、請求項３に記載のメタン発酵方法。 4. The methane fermentation method according to claim 3, further comprising the step of solid-liquid separating a fixed amount of waste after fermentation in the second fermenter. 前記第１の発酵槽中の残渣の一定量を第２の発酵槽へ投入する工程の後、
前記第２の発酵槽へ投入した前記残渣と同量の有機性廃棄物を、前記第１の発酵槽に投入する工程をさらに備える、請求項３又は４に記載のメタン発酵方法。 After the step of introducing a certain amount of the residue in the first fermenter into the second fermenter,
The methane fermentation method according to claim 3 or 4, further comprising a step of charging the same amount of organic waste as the residue charged into the second fermenter into the first fermenter.
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