JP7219068B2 - メタン発酵処理設備及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、メタン発酵処理に係る処理設備及び処理方法に関するものである。

有機性廃液や有機性廃棄物を処理する技術としては、嫌気性微生物を用いた生物処理が広く行われている。特に、メタン発酵処理は、廃棄物の減量とともに、発生するメタンをエネルギーとして利用できることから有用性の高い技術として注目されている。

一方、嫌気性微生物を用いたメタン発酵処理は、処理に長時間を要することが知られており、処理量を多くするためにメタン発酵処理を行う反応槽の容積が大きくなる傾向にある。したがって、メタン発酵処理を高効率化する技術が求められている。

例えば、特許文献１には、有機性廃液のメタン発酵処理において、有機性廃液中の固形成分を分散させ、分散後の有機性廃液中の難溶解性物質を易溶解性物質へ改質した後、メタン発酵処理を行う処理装置及び処理方法が記載されている。また、特許文献１には、メタン発酵処理を行う前に、有機性廃液中の固形成分の溶解性を増大させる処理を行うことで、メタンガスの生成が促進できることが記載されている。

特開２００４－８８９２号公報

特許文献１のように、メタン発酵処理を行う前に、処理対象物をメタン発酵処理に適した形態とする場合、メタン発酵処理を行う反応槽以外の処理設備を必要とする。例えば、特許文献１においては、有機性廃液中の固形成分を機械的に分散処理する超音波処理装置を備え、分散後の有機性廃液中の難溶解性物質を化学的に改質処理するオゾン処理装置を備えている。したがって、仮に特許文献１の処理装置及び処理方法によりメタン発酵処理の効率が向上しても処理設備としては小型化されない。また、施設整備に係るイニシャルコスト及び運用時のランニングコストの面から、特に小規模処理場では導入が困難である。

メタン発酵処理の効率には、メタン発酵を行う反応槽内の環境も影響している。例えば、メタン発酵処理に伴って生成される阻害物質の存在や、微生物の活性低下などによりメタン発酵処理の効率は低下する。また、メタン発酵を阻害する要因は、メタン発酵処理の段階ごとに異なる要素を含むため、メタン発酵を行う反応槽内でのメタン発酵状態に合わせた対策を行うことが望ましい。特に、メタン発酵処理設備の通常運転時以外にも、処理設備の運転停止時及び運転立ち上げ時において、それぞれ適した対策を行うことが望ましい。

本発明の課題は、処理対象物のメタン発酵処理を行う際に、メタン発酵の状態に応じてメタン発酵を阻害する要因を軽減する対策を行うことでメタン発酵を促進し、処理設備の小型化とランニングコストの低減が可能な処理設備及び処理方法を提供することである。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、メタン発酵の状態に応じてメタン発酵を阻害する影響を軽減する対策を行うことでメタン発酵が促進されることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の処理設備及び処理方法である。なお、本発明における処理方法には、処理設備の運転方法に係る技術も含まれるものである。

上記課題を解決するための本発明の処理設備は、処理対象物をメタン発酵処理する反応槽を備えた処理設備において、反応槽で行われるメタン発酵の状態を検出する検出部と、検出部で検出したメタン発酵の状態に応じて前記反応槽内にある内容物の一部を引き抜く引き抜き部と、反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加する添加部とを備えるという特徴を有する。
本発明の処理設備は、メタン発酵の状態を検出し、検出結果に応じて反応槽内のメタン発酵を阻害する要因を除去する対策を実施するものであり、その対策として反応槽内の内容物の一部を引き抜くとともに、反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加するものである。これにより、メタン発酵を促進することができる。

また、本発明の処理設備の一実施態様としては、添加部は、引き抜き部で引き抜かれた内容物に多孔性物質を添加するという特徴を有する。
この特徴によれば、引き抜かれた内容物に多孔性物質を添加して、メタン発酵の阻害物質を除去する能力を付与させた状態とし、反応物に流入する流入物とすることで、メタン発酵を阻害する要因の除去効果を向上させることが可能となる。また、内容物に含まれるメタン生成菌を循環させることができるため、微生物を有効に活用することができる。

また、本発明の処理設備の一実施態様としては、引き抜き部は、反応槽内の処理対象物を沈降分離した後、処理対象物以外の内容物を引き抜くという特徴を有する。
この特徴によれば、沈降分離した処理対象物以外の内容物を引き抜くことで、メタン発酵の阻害物質を含む内容物を効果的に引き抜くことができ、メタン発酵を阻害する要因の除去効果を向上させることが可能となる。

また、本発明の処理設備の一実施態様としては、検出部は、アンモニア濃度又は消化ガス発生量を検出する検出器を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、メタン発酵の状態をメタン発酵の阻害物質（アンモニア）又はメタン発酵による生成物（消化ガス）の濃度により判断することが可能となる。これにより、メタン発酵性能の低下に係る判断を適正に行うことが可能となる。

上記課題を解決するための本発明の処理設備は、処理対象物をメタン発酵処理する反応槽を備えた処理設備において、反応槽で行われるメタン発酵の状態を検出する検出部と、検出部で検出したメタン発酵の状態に応じて反応槽内に流入する流入物に多孔性物質を添加する添加部とを備えるという特徴を有する。
本発明の処理設備は、メタン発酵の状態を検出し、検出結果に応じて反応槽内のメタン発酵を阻害する要因を除去する対策を実施するものであり、その対策として反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加するものである。これにより、メタン発酵を促進することができる。

また、本発明の処理設備の一実施態様としては、多孔性物質の粒径は、１ｍｍ以下であるという特徴を有する。
この特徴によれば、多孔性物質は微生物の担体としてではなく、アンモニア等のメタン発酵の阻害物質を吸着保持しメタン発酵処理を促進する添加剤としての機能を効果的に発揮することができ、より一層メタン発酵速度を上げることが可能となる。

また、本発明の処理設備の一実施態様としては、多孔性物質は、粉末活性炭であるという特徴を有する。
この特徴によれば、多孔性物質によるメタン発酵の阻害物質を除去する効果のみならず、活性炭が有する微生物の電気共生反応促進効果も得られるため、メタン発酵処理をより促進して、メタン発酵速度を上げることができる。

上記課題を解決するための本発明の処理方法は、処理対象物を反応槽でメタン発酵処理する処理方法において、反応槽で行われるメタン発酵の状態を検出する検出手段と、検出手段で検出したメタン発酵の状態に応じて反応槽内にある内容物の一部を引き抜く引き抜き手段と、反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加する添加手段とを備えるという特徴を有する。
本発明の処理方法は、メタン発酵の状態を検出し、検出結果に応じて反応槽内のメタン発酵を阻害する要因を除去する対策を実施するものであり、その対策として反応槽内の内容物の一部を引き抜くとともに、反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加するものである。これにより、メタン発酵を促進することができる。

上記課題を解決するための本発明の処理方法は、処理対象物を反応槽でメタン発酵処理する処理方法において、反応槽でのメタン発酵処理を停止する前後１日以内に、反応槽に多孔性物質を添加する添加手段を備えるという特徴を有する。
本発明の処理方法は、メタン発酵処理設備の運転停止時におけるメタン発酵の状態に応じて反応槽内のメタン発酵を阻害する要因を除去する対策を実施するものであり、その対策として反応槽でのメタン発酵処理を停止する前後１日以内に反応槽に多孔性物質を添加するものである。これにより、微生物が飢餓状態に陥る前に多孔性物質を添加して微生物の活性低下を抑止することで、メタン発酵を阻害する要因を除去し、メタン発酵速度を上げることができる。

上記課題を解決するための本発明の処理設備の運転立ち上げ方法は、処理対象物を反応槽でメタン発酵処理する処理設備の運転立ち上げ方法において、処理設備の運転立ち上げ時に、反応槽に多孔性物質を添加する添加手段を備えるという特徴を有する。
本発明の処理設備の運転立ち上げ方法は、処理設備の運転立ち上げ時におけるメタン発酵の状態に応じて反応槽内のメタン発酵を阻害する要因を除去する対策を実施するものであり、その対策として処理設備の運転立ち上げ時に反応槽に多孔性物質を添加するものである。これにより、多孔性物質を添加して反応槽内のメタン発酵の阻害物質を除去するとともに、微生物の活性を高めることで、メタン発酵を阻害する要因を除去し、メタン発酵を促進することができる。

本発明によると、処理対象物のメタン発酵処理を行う際に、メタン発酵の状態に応じてメタン発酵を阻害する要因を軽減する対策を行うことでメタン発酵を促進し、処理設備の小型化とランニングコストの低減が可能な処理設備及び処理方法を提供することができる。

本発明の第１の実施態様に係る処理設備の概略説明図である。 本発明の第２の実施態様に係る処理設備の概略説明図である。 メタン発酵処理における上清液引き抜きと多孔性物質添加の効果に係る検証試験について、メタン生成量を表すグラフである。 本発明の第３の実施態様に係る処理設備の概略説明図である。 本発明の第４の実施態様に係る処理設備の概略説明図である。 メタン発酵処理における多孔性物質添加の効果に係る比較試験について、１代目の微生物を用いた際のメタン生成量を表すグラフである。 メタン発酵処理における多孔性物質添加の効果に係る比較試験について、２代目の微生物を用いた際のメタン生成量を表すグラフである。

本発明の処理設備は、処理対象物をメタン発酵処理する処理設備であって、メタン生成菌による嫌気性処理を行う反応槽を備えるものである。

処理対象物としては、生ごみ、食品廃棄物、草木、汚泥を含む有機性排水、家畜糞尿、余剰汚泥などの有機性廃液、有機性廃棄物が挙げられる。なお、処理対象物はこれに限定されるものではなく、嫌気性下でメタン発酵処理が可能な有機物質を含むものであれば、本発明の処理対象となる。

以下、本発明に係る好適な実施態様について、添付図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施態様に記載する処理設備については、本発明に係る処理設備を説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。また、本実施態様の処理方法は、以下の処理設備を用いた処理方法を説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。

本発明の処理設備及び処理方法は、メタン発酵を行う反応槽内でのメタン発酵状態に合わせた対策を行うものである。したがって、本発明に係る実施態様を、処理設備の通常運転時と、処理設備の運転停止時及び運転立ち上げ時に分け、それぞれについて好適な処理設備及び処理方法について例示して説明する。

（通常運転時における処理設備及び処理方法）
本実施態様における通常運転時とは、処理設備が稼働状態にあり、メタン発酵処理が連続して実施されていることを指すものである。処理設備の不具合による異常運転を除き、メタン発酵処理が実施されていればよく、メタン発酵効率の程度については特に限定されない。

［第１の実施態様］
図１には、本発明の第１の実施態様の処理設備の概略説明図が図示されている。
本発明に係る処理設備１ａは、処理対象物をメタン発酵で処理するための処理設備であり、図１に示すように、処理対象物Ｓのメタン発酵を行う反応槽２と、反応槽２中のメタン発酵の状態を検出する検出部３とを備える。また、本発明に係る処理設備１ａは、メタン発酵を阻害する要因を軽減する対策として、検出部３で検出したメタン発酵の状態に応じて反応槽２内の内容物Ｓ１の一部を引き抜く引き抜き部４と、反応槽２に流入する流入物Ｓ２に多孔性物質Ｐを添加する添加部５を備えるものである。また、図１に示すように、反応槽２の前段には濃縮槽６、反応槽２の後段には脱水設備７を備えるものとしてもよい。なお、反応槽２から発生するメタンガスを回収、利用するための脱硫装置及びガス貯留タンクを含むバイオガス利用設備を設けてもよい（不図示）。なお、図１における一点破線の矢印は制御可能となるように接続されていることを示している。

濃縮槽６は、被処理水中の固体分を濃縮するための装置であれば特に制限されないが、例えば、固体分を沈降させて濃縮する沈降分離槽や、遠心力により固体分を分離する遠心分離装置等が挙げられる。濃縮槽６には、固体分の分離を促進するために、必要に応じて凝集剤等が添加される。

脱水設備７は、嫌気性処理された処理液中の固体分を分離するための設備である。例えば、遠心力により固体分を分離する遠心分離装置、ろ過により固体分を分離するろ過装置等が挙げられる。脱水装置７としては、固体分の含水率を低下する作用に優れるという観点から、ろ過装置が好ましい。更に、ろ過装置の前段に沈降分離槽や遠心分離装置等を設けることが好ましい。また、脱水設備７には、固体分の分離を促進するために、必要に応じて凝集剤等が添加される。脱水設備７により脱水された固体分は、焼却設備や乾燥設備、炭化設備等により処理される。

反応槽２は、処理対象物Ｓをメタン発酵処理するための処理槽であり、具体的な構造については特に限定されない。なお、反応槽２の構造は、処理対象物に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、液体成分を多く含む有機性廃水の嫌気性処理に利用される処理槽の構造や、固形成分を多く含む有機性廃棄物の嫌気性処理に利用される処理槽の構造を用いることができる。反応槽２の具体的な構造としては、消化槽の構造、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）方式やＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）方式に係る処理槽の構造が挙げられる。
なお、以下の説明において、本発明の第１の実施態様の処理設備１ａにおける反応槽２として消化槽の構造を例示しているが、これに限定されるものではない。

本発明の第１の実施態様の処理設備１ａにおける反応槽２は、嫌気性下で処理対象物Ｓと微生物とが反応してメタン発酵を行う消化槽であり、嫌気性を維持するために密閉容器とすることが望ましい。

本実施態様における反応槽２は、内部を撹拌するために撹拌部２１が設けられていることが好ましい。撹拌部２１の具体的な構成としては、例えば、図１に示すように回転軸に設置された撹拌羽根２１ａを備えるものが挙げられる。また、他の態様としては、反応槽２内に、窒素ガス等の不活性ガスを供給して撹拌を行うガス撹拌であってもよい。
また、反応槽２の底部の形状は傾斜を有することが好ましい。これにより、固形物残渣の回収を容易とするとともに、反応槽２底部における撹拌効率も向上する。
さらに、反応槽２に係るその他の構造については、特に限定されない。例えば、撹拌効率を上げるための内部構造等を備えるものとしてもよい。

検出部３は、反応槽２中のメタン発酵の状態を検出するものである。なお、検出部３は反応槽２内に設けるものであってもよく、反応槽２から排出された処理水Ｗに対して検出可能に設けられるものであってもよい。
メタン発酵の状態は、メタン発酵を阻害する阻害物質であるアンモニア量、あるいは生成する消化ガス（メタンガス）量によって推定することができる。例えば、アンモニア量が所定値より増加した場合、メタン発酵性能が低下していると判断する。また、メタンガス量が所定値より減少した場合、メタン発酵性能が低下していると判断する。
検出部３の具体的な構成としては、アンモニア濃度を検出するアンモニア検出器又はメタンガス濃度を検出するメタンガス検出器が挙げられる。なお、検出器はガス検出器であってもよく、処理水Ｗ中など水に溶解したものを検出する検出器であってもよい。特に、検出部３としては、アンモニア検出器を用いることが好ましい。これにより、メタン発酵を阻害する要因であるアンモニア濃度を直接モニタリングすることで、適切なタイミングでアンモニアに対する対策を行うことが可能となる。
なお、本実施態様においてはメタン発酵の状態を検出する手段として、アンモニア濃度又はメタンガス濃度を検出するものについて示しているが、これに限定されない。メタン発酵の状態を検出する手段として、メタン発酵を阻害する他の阻害物質の量を検出するものであってもよい。例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の揮発性有機酸濃度を検出するものが挙げられる。
このように、各種阻害物質濃度あるいは生成したメタンガス濃度に基づきメタン発酵の状態を検知することで、メタン発酵を阻害する要因に対する対策を適切なタイミングで行うことが可能となる。

引き抜き部４は、検出部３で検出したメタン発酵の状態に応じて反応槽２内の内容物Ｓ１の一部を引き抜くものであり、反応槽２に設けられる。また、引き抜き部４による引き抜きは、反応槽２内のメタン発酵を阻害する要因を除去する対策の一つである。
引き抜き部４は、検出器３の検出結果に応じて引き抜き操作が制御されるものであればよく、具体的な構造については特に限定されない。例えば、図１に示すように、流量調節機能付きの配管４１を反応槽２の側壁に設ける構造が挙げられる。また、他の態様としては、引き抜きのための配管を反応槽２内に導入した構造としてもよい。また、引き抜き効率を考慮して、配管を介して反応槽２内の内容物Ｓ１を吸引するためのポンプ等を備えるものであってもよい（不図示）。

引き抜き部４によって引き抜かれる内容物Ｓ１は、反応槽２内の固形成分、液体成分のいずれであってもよい。例えば、検出部３の検出結果によってメタン発酵性能が低下していると判断された場合、反応槽２内の撹拌部２１を停止し、反応槽２で処理対象物（固形成分）を沈降分離した後、処理対象物以外の内容物Ｓ１（例えば、上清液等）を引き抜くようにすることが挙げられる。これにより、メタン発酵の阻害物質（例えば、アンモニア等）が含まれた状態の内容物Ｓ１を引き抜くことができ、反応槽２内からメタン発酵を阻害する要因を効果的に除去することが可能となる。

なお、引き抜き部４により内容物Ｓ１（液体成分）が引き抜かれた後、反応槽２内での撹拌効率やメタン発酵処理効率を考慮して、反応槽２の水分量を調整することが好ましい。反応槽２内の水分量の調整手段としては、例えば、図１に示すように、返送路Ｌを介して内容物Ｓ１を反応槽２に返送されることが挙げられる。他の態様としては、内容物Ｓ１に代わって、他の処理槽や処理設備等からの処理水Ｗを反応槽２に供給するものとしてもよい。
内容物Ｓ１には、メタン生成菌が含まれているため、返送路Ｌにより反応槽２に返送して用いることが好ましい。特に、後述する添加部５を介して多孔性物質Ｐが添加された内容物Ｓ１を反応槽２に返送することが好ましい。これにより、メタン発酵の阻害物質を除去する能力を有した状態の内容物Ｓ１を反応槽２に返送することができ、引き抜き部４による引き抜きと併せて、メタン発酵を阻害する要因を除去する対策を行うことが可能となる。
また、多孔性物質Ｐを含む内容物Ｓ１、あるいは内容物Ｓ１に代わって処理水Ｗを反応槽２に供給することで、反応槽２内の処理対象物Ｓの洗浄効果及び反応槽２内のメタン発酵の阻害物質濃度の希釈効果を奏し、メタン発酵を阻害する要因を除去する対策をより一層効果的に行うことができる。

添加部５は、反応槽２に流入する流入物Ｓ２に多孔性物質Ｐを添加するものである。また、添加部５による多孔性物質Ｐの添加は、反応槽２内のメタン発酵を阻害する要因を除去する対策の一つである。
添加部５の具体的な構造については特に限定されない。例えば、図１に示すように、多孔性物質Ｐの貯留槽５１を備え、貯留槽５１から配管５２を介して添加するものが挙げられる。

反応槽２に流入する流入物Ｓ２は、メタン発酵処理に供する処理対象物Ｓ、引き抜き部４により引き抜かれた内容物Ｓ１、引き抜かれた内容物Ｓ１の代わりに反応槽２に供給する処理水Ｗのいずれか、または全部であってもよい。例えば、メタン発酵処理に供する処理対象物Ｓの供給路に添加部５を備えるものであってもよい。また、引き抜き部４により引き抜かれた内容物Ｓ１の代わりに反応槽２に供給する処理水Ｗの供給路に添加部５を備えるものであってもよい。これにより、反応槽２におけるメタン発酵の阻害物質を除去することが可能となる。特に、図１に示すように、引き抜き部４により引き抜かれた内容物Ｓ１を反応槽２に返送する返送路Ｌに添加部５を設けることが好ましい。これにより、メタン発酵の阻害物質を除去する能力を有した状態の内容物Ｓ１を反応槽２に返送することができ、引き抜き部４による引き抜きと併せて、メタン発酵を阻害する要因を除去する対策を行うことが可能となる。

また、添加部５から流入物Ｓ２に対して多孔性物質Ｐを添加する量及びタイミングについては特に限定されない。所定量の多孔性物質Ｐを所定時間ごとに添加するものであってもよく、連続して添加するものであってもよい。また、引き抜き部４により引き抜かれた内容物Ｓ１に多孔性物質Ｐを添加する場合、内容物Ｓ１が引き抜かれたタイミングに合わせて多孔性物質Ｐを添加するようにしてもよい。

多孔性物質Ｐは、ミクロポーラスを有し、メタン発酵の阻害物質を吸着する能力があるものを用いることが好ましい。特に、多孔性物質Ｐとしては、メタン発酵の阻害物質であるアンモニア吸着能に優れたものを用いることが好ましい。このような多孔性物質Ｐの具体的な例としては、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカなどが挙げられる。これにより、メタン発酵を阻害する要因を除去することが可能となり、メタン発酵処理効率を上げる効果を奏する。
また、多孔性物質Ｐとしては活性炭を用いることが特に好ましい。活性炭は、微生物間の電気共生を誘発して共生反応を促進することが知られており、これによりメタン発酵処理効率を上げる効果がより一層発揮される。

本実施態様における多孔性物質Ｐは、微生物の担体としてではなく、メタン発酵の阻害物質を吸着保持し、処理対象物のメタン発酵を促進する添加剤として機能するものである。したがって、多孔性物質Ｐの粒径は、１ｍｍ以下とすることが好ましく、２００μｍ以下とすることがより好ましい。なお、多孔性物質の粒径は、ＪＩＳ規格（Ｋ１４７４）に基づき測定されたものである。
一般的に、多孔性物質Ｐの粒径が小さくなるほど、孔径も小さくなる。また、メタン発酵の阻害物質であるアンモニア等の方が微生物よりも小さく、微生物のような凝集体も形成しないため、小さい孔径に対しては入り込みやすく、吸着保持されやすくなる。これにより、本実施態様における多孔性物質Ｐには微生物よりもメタン発酵の阻害物質の方が吸着保持されやすくなり、処理対象物のメタン発酵速度を上げる効果がより一層発揮される。また、多孔性物質Ｐとして活性炭を用いる場合、粒径が１ｍｍ以下の粉末活性炭を用いることが好ましい。活性炭の粒径が小さくなるほど活性炭によって媒介される微生物間距離が短くなるため、微生物の電気共生反応をより一層促進するという効果も得られる。

以上のように、本実施態様の処理設備１ａでは、検出部３で検出したメタン発酵の状態に基づき、引き抜き部４から反応槽２内の内容物Ｓ１を引き抜く操作を制御し、また、添加部５から反応槽２内に流入する流入物Ｓ２に多孔性物質Ｐを添加することができる。これにより、メタン発酵の状態に応じてメタン発酵を阻害する要因を軽減する対策を行い、メタン発酵を促進する処理設備を提供することができる。
また、この処理設備１ａを用いたメタン発酵処理を行うことにより、メタン発酵の状態に応じてメタン発酵を阻害する要因を軽減する対策を行い、メタン発酵を促進する処理方法を実施することができる。

［第２の実施態様］
図２は、本発明の第２の実施態様の処理設備１ｂの構造を示す概略説明図である。
この処理設備１ｂは、第１の実施態様の処理設備１ａにおける添加部５が検出部３の検出結果によって制御可能となるように接続している。このとき、引き抜き部４については設けてもよく、設けなくてもよい。なお、引き抜き部４を設ける場合、図２に示すように検出部３は引き抜き部４及び添加部５と制御可能に接続するものとしてもよく、検出部３と添加部５のみを制御可能に接続するものとしてもよい。また、本実施態様における検出部３としてはアンモニア検出器を例示しているが、メタン発酵の阻害物質の濃度又はメタンガス濃度を検出するものであればよく、これに限定されない。なお、図２に示す処理設備１ｂにおいて、第１の実施態様の処理設備１ａの構造と同じものについては説明を省略している。

本実施態様の処理設備１ｂは、検出部３で検出したアンモニア濃度に基づき、添加部５から反応槽２内に流入する流入物Ｓ２に多孔性物質Ｐを添加する操作を制御するものである。
例えば、検出部３において検出するアンモニア濃度として１０００ｍｇ／Ｌを基準値とし、この基準値を超えた場合、メタン発酵性能が低下していると判断し、流入物Ｓ２に対して添加部５から多孔性物質Ｐを添加することとしてもよい。

このように、検出器３の検出結果に応じて多孔性物質Ｐを添加する操作を制御することで、適切なタイミングでメタン発酵の阻害物質に対する対策を行い、メタン発酵を阻害する要因を軽減する対策を実施することが可能となる。

次に、引き抜き部４及び添加部５を備えることによるメタン発酵促進について検証を行った結果について説明する。なお、この検証は、処理対象物Ｓを含む固形成分から上清液を引き抜く操作が引き抜き部４を備えることに相当するものとし、多孔性物質Ｐを処理対象物Ｓに添加する操作が添加部５を備えることに相当するものとして検証したものであり、その他の条件について本発明の範囲を制限するものではない。

実施例１として、微生物（メタン生成菌）を含む培地に対して多孔性物質Ｐとして粉末活性炭を添加して調整し、処理対象物Ｓとして酢酸を添加して、メタン発酵試験を行い、メタン生成量を測定した。また、実施例２として、培地に対して多孔性物質を添加して調整し、処理対象物Ｓとして酢酸を添加したものを遠心分離し、得られた上清液を引き抜いて浄水と置換した後、メタン発酵試験を行い、メタン生成量を測定した。一方、比較例１として、培地に対して多孔性物質を添加せずに調整したものについてメタン発酵試験を行い、メタン生成量を測定した。
ここで、実施例１は、添加部５のみを備えたものに相当し、実施例２は、引き抜き部４及び添加部５を備えたものに相当する。

図３は、実施例１、実施例２及び比較例１におけるメタン生成量を表すグラフである。
グラフの内訳としては、実施例１を白い丸、実施例２を黒い四角、比較例を黒い三角で示している。また、横軸は、培養時間を日数で示しており、縦軸は、メタン生成量を示している。

図３の結果から、実施例１及び実施例２においては、いずれも比較例１と比べてメタン発酵が促進されることがわかる。特に、実施例２のように引き抜き部４及び添加部５を備えたことに相当する操作を行うことで、メタン発酵がより一層促進されることがわかる。また、実施例１のように、添加部５を備えたことに相当する操作のみであっても、比較例１と比べてメタン発酵が促進されていることがわかる。また、実施例１と比較例１を比べた場合、時間の経過とともにメタン生成量の差が大きくなっていくことから、メタン発酵処理において多孔性物質Ｐを添加することで、メタン発酵性能の低下を長期間抑制できることがわかる。

（運転停止時における処理設備及び処理方法）
本実施態様における運転停止時とは、稼働状態にあった処理設備を停止することを指すものである。例えば、処理終了による通常運転時からの停止や、メンテナンス等、あらかじめ停止することが定められた期間における停止が挙げられる。また、処理設備の不具合等による異常運転に起因する停止も含まれる。

［第３の実施態様］
図４は、本発明の第３の実施態様の処理設備１ｃの構造を示す概略説明図である。
この処理設備１ｃは、反応槽２に多孔性物質Ｐを添加する添加部８を備え、反応槽２でのメタン発酵処理を停止する前後１日以内に多孔性物質Ｐを添加するものである。
運転停止時後、処理対象物Ｓの供給が停止することで、反応槽２内における微生物（メタン生成菌）が飢餓状態となり、微生物の活性が低下していく。したがって、メタン発酵を阻害する要因を軽減する対策として、微生物が完全に飢餓状態に陥る前、すなわち反応槽２でのメタン発酵処理を停止する前後１日以内に多孔性物質Ｐを添加することで、微生物の活性を安定保持するものである。
また、本実施態様の処理設備１ｃにおいては、第１の実施態様における検出部３及び引き抜き部４については設けてもよく、設けなくてもよい。なお、図４に示す処理設備１ｃにおいて、第１の実施態様の処理設備１ａの構造と同じものについては説明を省略している。

本実施態様の添加部８は、反応槽２に多孔性物質Ｐを供給できるものであれば特に限定されない。例えば、図４に示すように、反応槽２の上部に貯留槽８１及び配管８２を備える構造とするものが挙げられる。また、他の態様としては、反応槽２の前段に設けられた濃縮槽６に多孔性物質Ｐを添加する構造とし、反応槽２に対して間接的に多孔性物質Ｐを添加するものとしてもよい。さらに、他の態様としては、第１の実施態様に示した添加部５と同様の構造を有するものとしてもよい。
また、本実施態様の添加部８は、多孔性物質Ｐの添加を制御する制御部８３を有するものとしてもよい。例えば、制御部８３は、カレンダー等、日時に基づく制御を行うものとし、定期メンテナンス等、あらかじめ処理設備１ｃが停止する日時に関する情報を事前に入力し、その情報に基づき反応槽２に多孔性物質Ｐを添加するものとしてもよい。また、図４に示すように、制御部８３は、第１の実施態様における検出部３と制御可能に接続され、検出部３において検出された結果により、反応槽２においてメタン発酵処理が停止していると判断した場合、反応槽２に多孔性物質Ｐを添加するものとしてもよい。

以上のように、本実施態様の処理設備１ｃは、反応槽２内に多孔性物質Ｐを添加する添加部８を設け、反応槽２でのメタン発酵処理が停止する前後１日以内に添加部８により多孔性物質Ｐを添加するものである。これにより、微生物の飢餓状態に起因するメタン発酵を阻害する要因を軽減する対策を実施することが可能となる。

（運転立ち上げ時における処理設備及び処理方法）
本実施態様における運転立ち上げ時とは、新設した処理設備の反応槽内に新たに処理対象物を供給して設定負荷に達し、通常運転を行うまでの運転期間や、運転停止後の処理設備の運転を再開し、通常運転を行うまでの運転期間を指すものである。

［第４の実施態様］
図５は、本発明の第４の実施態様の処理設備１ｄの構造を示す概略説明図である。
この処理設備１ｄは、反応槽２に多孔性物質Ｐを添加する添加部８を備え、反応槽２でのメタン発酵処理に係る運転立ち上げ時に多孔性物質Ｐを添加するものである。
運転立ち上げ時は、新規処理設備の供用開始であっても、運転停止した処理設備の運転再開であっても、反応槽２内の微生物の活性が低下した状態から処理設備を稼働させることになるため、処理対象物Ｓのメタン発酵処理効率を通常運転時と同程度まで回復させるには時間がかかる。したがって、メタン発酵を阻害する要因を軽減する対策として、反応槽２内に多孔性物質Ｐを添加することで、反応槽２内に存在するメタン発酵の阻害物質を除去するとともに、微生物の活性を高めた状態とするものである。
また、本実施態様の処理設備１ｄにおいては、第１の実施態様における検出部３及び引き抜き部４については設けてもよく、設けなくてもよい。なお、図５に示す処理設備１ｄにおいて、第３の実施態様の処理設備１ｃの構造と同じものについては説明を省略している。

本実施態様の添加部８は、多孔性物質Ｐの添加を制御する制御部８４を有するものとしてもよい。例えば、制御部８４は、カレンダー等、日時に基づく制御を行うものとし、あらかじめ処理設備１ｄの供用開始日時、あるいは運転再開日時に関する情報を事前に入力し、その情報に基づき反応槽２に多孔性物質Ｐを添加するものとしてもよい。

以上のように、本実施態様の処理設備１ｄは、反応槽２内に多孔性物質Ｐを添加する添加部８を設け、反応槽２でのメタン発酵に係る運転立ち上げ時に添加部８により多孔性物質Ｐを添加するものである。これにより、反応槽２内のメタン発酵の阻害物質を除去するとともに、微生物の活性低下を抑制し、メタン発酵を阻害する要因を軽減する対策を実施することが可能となる。

運転停止時及び運転立ち上げ時においては、処理対象物Ｓなど微生物の活動に必要な物質が十分に供給されないため、微生物が飢餓状態となり、微生物の活性低下が起こりやすい。そこで、飢餓状態を経た微生物を植え継いでメタン発酵処理を行い、多孔性物質Ｐを添加することによるメタン発酵促進について検証を行った結果について説明する。なお、この検証は、一定期間メタン発酵を行った微生物を１代目とし、その後一定期間飢餓状態としてから１代目の微生物の一部を植え継いだ２代目の微生物を用いてメタン発酵を行う際に、多孔性物質Ｐの添加の有無について比較実験したものとして検証したものであり、その他の条件について本発明の範囲を制限するものではない。

実施例３として、微生物（メタン生成菌）を含む培地に対して多孔性物質Ｐとして粉末活性炭を添加して調整し、処理対象物Ｓとして酢酸を添加して、一定期間メタン発酵試験を行い、メタン生成量を測定した。このときの微生物を１代目とし、８日間そのまま静置して飢餓状態とした。次いで、１代目の微生物のうちの２０％を新しい培地に植え継ぎ、２代目の微生物として培地を調整し、再度酢酸を添加してメタン発酵試験を行い、メタン生成量を測定した。一方、比較例２として、培地に対して多孔性物質Ｐを添加せずに調整したこと以外は実施例３と同様の手順でメタン発酵試験を行い、メタン生成量を測定した。

図６は、実施例３及び比較例２における１代目の微生物のメタン生成量を表すグラフである。また、図７は、実施例３及び比較例２における２代目の微生物のメタン生成量を表すグラフである。
グラフの内訳としては、実施例３を白い丸、比較例を黒い三角で示している。また、横軸は、培養時間を日数で示しており、縦軸は、メタン生成量を示している。

図６の結果から、１代目の微生物においては、実施例３及び比較例２ともにメタン生成量に大きな差は見られない。しかし、図７の結果から、飢餓状態を経た２代目の微生物においては、実施例３のほうが比較例２よりもメタン生成量の増加速度が速いことがわかる。図６と図７を比較すると、実施例３では１代目の微生物におけるメタン生成量と２代目の微生物におけるメタン生成量が同様の傾きで増加していることから、実施例３においては多孔性物質Ｐの添加により微生物の飢餓状態によるメタン発酵性能の低下が抑制されることがわかる。

以上のように、本実施態様における処理設備及び処理方法においては、メタン発酵の状態に応じ、メタン発酵を阻害する要因を除去した状態でメタン発酵処理を行うことにより、処理対象物のメタン発酵速度を上げることができる。これにより、メタン発酵処理設備の小型化及びランニングコストの低減が可能となる。

なお、上述した実施態様は処理設備及び処理方法の一例を示すものである。本発明に係る処理設備及び処理方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る処理設備及び処理方法を変形してもよい。

例えば、本発明の処理方法は、処理方法の説明において例示した処理設備に係る処理方法として限定されるものではなく、本実施態様で示したいずれの処理設備に対しても適用することができる。

また、本発明の処理設備及び処理方法においては、多孔性物質によるメタン発酵促進効果を阻害しない範囲において、多孔性物質以外の添加物を加えるものとしてもよい。

本発明の処理設備及び処理方法は、有機性廃液や有機性廃棄物等の処理対象物を嫌気性下でメタン発酵処理するものに利用される。例えば、下水処理などの水処理プロセスで発生した汚泥処理に好適に用いられる。また、地域で発生する生ごみ、食品廃棄物、草木等の地域バイオマスの処理に好適に用いられる。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 処理設備、２ 反応槽、２１ 撹拌部、２１ａ 撹拌羽根、３ 検出部、４ 引き抜き部、４１ 配管、５ 添加部、５１ 貯留槽、５２ 配管、６ 濃縮槽、７ 脱水設備、８ 添加部、８１ 貯留槽、８２ 配管、８３，８４ 制御部、Ｌ 返送路、Ｐ 多孔性物質、Ｓ 処理対象物、Ｓ１ 内容物、Ｓ２ 流入物、Ｗ 処理水

Claims (10)

1. 処理対象物をメタン発酵処理する反応槽を備えた処理設備において、
   前記反応槽内のメタン発酵を阻害する阻害物質を検出する検出部と、
   前記検出部で検出したメタン発酵を阻害する阻害物質の量に応じて前記反応槽内にある内容物の一部を引き抜く引き抜き部と、
   前記反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加する添加部と、を備え、
   前記添加部は、前記引き抜き部で引き抜かれた内容物に多孔性物質を添加することを特徴とする、処理設備。
2. 処理対象物をメタン発酵処理する反応槽を備えた処理設備において、
   前記反応槽内のアンモニア濃度またはアンモニア量を検出するアンモニア検出部と、
   前記アンモニア検出部で検出したアンモニア濃度またはアンモニア量に応じて前記反応槽内にある内容物の一部を引き抜く引き抜き部と、
   前記反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加する添加部と、を備えることを特徴とする、処理設備。
3. 前記添加部は、前記引き抜き部で引き抜かれた内容物に多孔性物質を添加することを特徴とする、請求項２に記載の処理設備。
4. 前記引き抜き部は、前記処理対象物を沈降分離した後の上清液を引き抜くものであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の処理設備。
5. 処理対象物をメタン発酵処理する反応槽を備えた処理設備において、
   前記反応槽で行われるメタン発酵の状態を検出する検出部と、
   前記検出部で検出したメタン発酵の状態に応じて前記反応槽内にある内容物の一部を引き抜く引き抜き部と、
   前記反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加する添加部と、を備え、
   前記引き抜き部は、前記処理対象物を沈降分離した後の上清液を引き抜くものであることを特徴とする、処理設備。
6. 前記添加部は、前記引き抜き部で引き抜かれた内容物に多孔性物質を添加することを特徴とする、請求項５に記載の処理設備。
7. 前記検出部は、アンモニア濃度又は消化ガス発生量を検出する検出器を備えることを特徴とする、請求項５又は６に記載の処理設備。
8. 前記多孔性物質の粒径は、１ｍｍ以下であること、及び／又は、粉末活性炭であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の処理設備。
9. 処理対象物を反応槽でメタン発酵処理する処理方法において、
   前記反応槽で行われるメタン発酵の状態を検出する検出工程と、
   前記検出工程で検出したメタン発酵の状態に応じて前記反応槽内にある内容物の一部を引き抜く引き抜き工程と、
   前記反応槽に流入する流入物に多孔性物質を添加する添加工程と、を備え、
   前記添加工程は、前記反応槽でのメタン発酵処理を停止する前後１日以内に、前記反応槽に多孔性物質を添加することを特徴とする、処理方法。
10. 処理対象物を反応槽でメタン発酵処理する処理設備の運転立ち上げ方法において、
    前記処理設備の運転立ち上げ時に、
    前記反応槽で行われるメタン発酵の状態を検出する工程と、
    検出されたメタン発酵の状態に応じて前記反応槽内にある内容物の一部を引き抜き、前記反応槽に多孔性物質を添加する工程を備えることを特徴とする、処理設備の運転立ち上げ方法。

Images