JP7298842B2 - Methane fermentation device and methane fermentation method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば紙ごみのような固形廃棄物をメタン発酵槽に導入するメタン発酵装置およびメタン発酵方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a methane fermentation apparatus and a methane fermentation method for introducing solid waste such as waste paper into a methane fermentation tank.
湿式のメタン発酵システムでは、例えば分別された生ごみが可溶化槽に貯留される。可溶化槽では、生ごみの加水分解と酸発酵(すなわち可溶化)が進行し、有機酸を含むスラリーが得られる。その後、スラリーはメタン発酵槽に送られ、メタン発酵槽内で嫌気性微生物により分解される(特許文献1参照)。このとき生成するバイオガスは、一般に約60vol%のメタンと約40vol%の二酸化炭素とを含み、エネルギー源として有用である。 In a wet methane fermentation system, for example, separated garbage is stored in a solubilization tank. In the solubilization tank, hydrolysis and acid fermentation (that is, solubilization) of garbage proceed to obtain a slurry containing organic acids. After that, the slurry is sent to a methane fermentation tank and decomposed by anaerobic microorganisms in the methane fermentation tank (see Patent Document 1). The biogas produced at this time generally contains about 60 vol% methane and about 40 vol% carbon dioxide, and is useful as an energy source.
廃棄物を減容化するとともにバイオガスの生成量を増加させる観点から、生ごみだけでなく、紙ごみのような有機物を含む固形廃棄物を原料に用いることが望ましい。例えば、特許文献2は、有機性固形廃棄物を槽内で発酵液に浸漬させつつ可溶化し、バイオガスにまで分解することを提案している。 From the viewpoint of reducing the volume of waste and increasing the amount of biogas produced, it is desirable to use not only food waste but also solid waste containing organic matter such as paper waste as raw materials. For example, Patent Literature 2 proposes solubilizing organic solid waste while immersing it in a fermentation liquid in a tank and decomposing it into biogas.
固形廃棄物は空気を内包しやすいことに加え、様々な性状、形状もしくは比重の材料を含んでいる。よって、メタン発酵槽に投入するまでに、発酵適物から空気を脱気するとともに発酵不適物を適宜に除去し得るシステムを構築することが望まれる。 Solid waste tends to contain air and contains materials of various properties, shapes and specific gravities. Therefore, it is desired to construct a system capable of degassing the air from the material suitable for fermentation and appropriately removing the material unsuitable for fermentation before the material is put into the methane fermentation tank.
本発明によるメタン発酵装置の第一の特徴構成は、バイオガスを発生させる発酵液を収容する発酵槽と、前記発酵槽から取り出された前記発酵液と、発酵適物を含む廃棄物と、を投入し混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る投入ルートと、前記発酵液に含まれる固形物を除去する分離装置と、前記発酵槽から取り出され前記分離装置により固形物が除去された前記発酵液を前記混合部に送るろ液ルートと、前記発酵槽から取り出された前記発酵液を、前記分離装置を経ずに前記混合部に送る引き抜きルートと、を備え、前記混合部に送られる前記発酵液の供給ルートが、前記ろ液ルートと前記引き抜きルートの何れかに切替え可能に構成されている点にある。 A first characteristic configuration of the methane fermentation apparatus according to the present invention includes a fermenter containing a fermentation liquid for generating biogas, the fermentation liquid taken out from the fermenter, and waste containing fermentation materials. A mixing unit that is charged and mixed to obtain a fluid and separates at least a part of unsuitable substances for fermentation derived from the waste, an input route that sends the fluid from the mixing unit to the fermenter, and the fermented liquid a separation device for removing solids contained in the fermenter, a filtrate route for sending the fermented liquid from which solids have been removed by the separation device to the mixing unit, and the a withdrawal route for sending the fermented liquid to the mixing section without passing through the separation device, and the supply route of the fermented liquid sent to the mixing section is switched between the filtrate route and the withdrawal route. The point is that it is configured to be possible.
同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記発酵槽から引抜いた前記発酵液を前記発酵槽に戻す循環ルートを備え、前記循環ルートから分岐する分岐ルートに前記分離装置が設けられている点にある。The second characteristic configuration includes, in addition to the first characteristic configuration described above, a circulation route for returning the fermented liquid extracted from the fermenter to the fermenter, and a branch route branching from the circulation route. The point is that the device is provided.
本発明によるメタン発酵方法の第一の特徴構成は、(i)発酵液を収容する発酵槽から前記発酵液を取り出して混合部に送る工程と、(ii)前記混合部で、前記発酵槽から取り出された前記発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる工程と、(iii)前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る工程と、(iv)前記発酵槽内で前記発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させてバイオガスを発生させる工程と、(v)前記発酵槽から前記発酵液を取り出して、分離装置を用いて固形物を除去した後に前記混合部に送る工程と、を具備し、前記発酵槽に収容された前記発酵液の固形物濃度(M)に基づいて前記工程(i)と前記工程(v)とを切り替える点にある。 The first characteristic configuration of the methane fermentation method according to the present invention includes (i) a step of taking out the fermented liquid from a fermenter containing the fermented liquid and sending it to a mixing section; (iii) mixing the extracted fermentation liquid with waste containing fermentation-suitable substances to obtain a fluid and separating at least a part of fermentation-unsuitable substances derived from the waste; (iv) hydrolysis, acid fermentation, and methane fermentation of the fermentable material in the fermenter to generate biogas; (v) the fermentation; taking out the fermentation liquid from the tank, removing solids using a separation device, and sending it to the mixing unit, wherein the solids concentration (M) of the fermentation liquid contained in the fermentation tank The point is that the step (i) and the step (v) are switched based on the above.
同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記発酵槽に収容された前記発酵液の前記固形物濃度(M)が所定濃度より低いときに、前記工程(i)を実行する点にある。 In the second characteristic configuration, in addition to the first characteristic configuration described above, when the solid matter concentration (M) of the fermentation liquid contained in the fermenter is lower than a predetermined concentration, the step (i ) The point is to execute
同第三の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記発酵槽に収容された前記発酵液の前記固形物濃度(M)が所定濃度より高いときに、前記工程(v)を実行する点にある。The third characteristic configuration is, in addition to the first or second characteristic configuration described above, when the solid matter concentration (M) of the fermentation liquid contained in the fermenter is higher than a predetermined concentration, the step It lies in executing (v).
同第四の特徴構成は、上述した第二または第三の特徴構成に加えて、前記固形物濃度(M)は、前記分離装置へ送る発酵液量(A)と前記分離装置で濾過した発酵液量(B)を測定して、M=(A-B)/Aにより算出される点にある。The fourth characteristic configuration is, in addition to the second or third characteristic configuration described above, the solid concentration (M) is the amount of fermentation liquid (A) sent to the separation device and the fermentation liquid filtered by the separation device. The point is that the liquid volume (B) is measured and calculated by M=(AB)/A.
本発明に係るメタン発酵装置およびメタン発酵方法によれば、発酵槽内で紙ごみのような固形廃棄物の可溶化とメタン発酵とを安定的に進行させることができる。 According to the methane fermentation apparatus and the methane fermentation method according to the present invention, solubilization of solid waste such as waste paper and methane fermentation can be stably progressed in the fermentation tank.
本発明に係るメタン発酵装置には、固形廃棄物が原料として発酵槽内に導入される。発酵槽内では、固形廃棄物中の発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵が進行し、バイオガスが生成される。すなわち、メタン発酵装置は、バイオガスを発生させる発酵液を収容するとともに、発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させる発酵槽を具備する。 In the methane fermentation apparatus according to the present invention, solid waste is introduced into the fermenter as a raw material. In the fermenter, hydrolysis, acid fermentation and methane fermentation of fermentable substances in the solid waste proceed to produce biogas. That is, the methane fermentation apparatus is equipped with a fermenter that accommodates a fermentation liquor that generates biogas and that advances hydrolysis, acid fermentation, and methane fermentation of a fermentation-suitable substance.
本実施形態に係るメタン発酵装置は、発酵適物の酸発酵を促すための可溶化槽を具備しないメタン発酵システムの構築を可能にし得る。湿式のメタン発酵システムでは、分別された生ごみを貯留し、生ごみの加水分解と酸発酵を進行させる可溶化槽が通常設置される。一方、本発明に係るメタン発酵装置では、固形廃棄物が原料として発酵槽内に導入される。固形廃棄物は、事前に発酵不適物の一部が除去された原料廃棄物として供給される。原料廃棄物は、発酵槽から部分的に取り出された発酵液と混合される。こうして得られる原料廃棄物を含む流動物がメタン発酵槽に導入される。 The methane fermentation apparatus according to the present embodiment can enable construction of a methane fermentation system that does not include a solubilization tank for promoting acid fermentation of a fermentable substance. In the wet methane fermentation system, a solubilization tank is usually installed to store the sorted garbage and to promote hydrolysis and acid fermentation of the garbage. On the other hand, in the methane fermentation apparatus according to the present invention, solid waste is introduced into the fermentation tank as a raw material. Solid waste is supplied as raw material waste from which a portion of unfermentable substances have been removed in advance. The raw material waste is mixed with the fermented liquor partially withdrawn from the fermenter. The fluid containing raw material waste thus obtained is introduced into the methane fermenter.
固形廃棄物は、発酵適物を含み、多少の発酵不適物を含み得る。固形廃棄物は、例えば、家庭から出される一般ごみであってもよい。一般ごみに含まれる発酵不適物は予め十分に分別される。
以下、メタン発酵の原料として用いる固形廃棄物を、原料廃棄物と称する。
Solid waste contains fermentables and may contain some unfermentables. Solid waste may be, for example, general waste generated by a household. Materials unsuitable for fermentation contained in general waste are sufficiently sorted in advance.
Hereinafter, solid wastes used as raw materials for methane fermentation are referred to as raw material wastes.
発酵液とは、発酵適物の加水分解と酸発酵を経た後、メタン発酵を促進する菌体による消化分解を経て得られた液状物である。 A fermented liquid is a liquid obtained through hydrolysis and acid fermentation of a fermentable material, followed by digestive decomposition by fungal cells that promote methane fermentation.
発酵適物とは、加水分解および酸発酵(すなわち可溶化)を経てメタン発酵により分解され得る有機物をいう。発酵適物としては、例えば、生ごみ、紙ごみ、生分解性プラスチックなどが挙げられるが、特に限定されない。 Fermentable matter refers to organic matter that can be decomposed by methane fermentation via hydrolysis and acid fermentation (ie, solubilization). Materials suitable for fermentation include, but are not particularly limited to, raw garbage, waste paper, and biodegradable plastics.
発酵不適物とは、可溶化に適さない材料であり、例えば、金属、プラスチック、鉱物、貝殻類などが挙げられる。発酵不適物は、予め十分に分別される場合でも、原料廃棄物に混在し得る。このような発酵不適物は、適宜、装置系内から分別により除去される。 Substances unsuitable for fermentation are materials unsuitable for solubilization, and examples thereof include metals, plastics, minerals, and shellfish. Inappropriate substances for fermentation may be mixed in raw material waste even if they are sufficiently separated in advance. Such substances unsuitable for fermentation are appropriately removed from the apparatus system by separation.
本発明に係るメタン発酵装置は、バイオガスを発生させる発酵液を収容する発酵槽と、前記発酵槽から取り出された前記発酵液と、発酵適物を含む廃棄物と、を混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る投入ルートと、前記発酵液に含まれる固形物を除去する分離装置と、前記発酵槽から取り出され前記分離装置により固形物が除去された前記発酵液を前記混合部に送るろ液ルートと、を備えている。 A methane fermentation apparatus according to the present invention mixes a fermenter containing a fermented liquid for generating biogas, the fermented liquid taken out from the fermenter, and a waste containing a fermentation suitable material to produce a fluid material. a mixing unit for separating at least a portion of unsuitable substances for fermentation derived from the waste, an input route for sending the fluid from the mixing unit to the fermenter, and removing solids contained in the fermentation liquid and a filtrate route for sending the fermented liquid, which has been taken out from the fermenter and from which solid matter has been removed by the separation device, to the mixing section.
発酵槽から引抜いた発酵液を発酵槽に戻す循環ルートを備え、循環ルートから分岐する分岐ルートに分離装置が設けられ、発酵槽で除去困難な固形物である浮遊性不適物が分離装置で除去された発酵液が混合部に送られることで、発酵槽に収容された発酵液が適正な状態に維持される。 Equipped with a circulation route that returns the fermented liquid drawn from the fermenter to the fermenter, and a separation device is installed in the branch route that branches off from the circulation route. The fermented liquid contained in the fermenter is maintained in an appropriate state by sending the mixed fermented liquid to the mixing section.
分離装置で発酵不適物の少なくとも一部が除去されているので、発酵処理済みの発酵液を脱水機で脱水処理する際に、脱水機までの配管や脱水機本体の詰りが防止できる。なお、固形物である浮遊性発酵不適物や未発酵適物の除去が不十分な場合には、さらに分離装置により固形物が除去される。なお分離装置では固形物である浮遊性不適物以外に発酵処理されずに残る発酵不適物も除去される。 Since at least part of the substances unsuitable for fermentation are removed by the separator, clogging of the piping to the dehydrator and the body of the dehydrator can be prevented when dehydrating the fermented liquid with the dehydrator. In addition, when the removal of floating unfermentable substances and unfermentable substances, which are solid substances, is insufficient, the solid substances are further removed by a separation device. In addition to the floating unsuitable materials, which are solids, the separation device also removes fermentation unsuitable materials that remain without being fermented.
発酵槽から取り出された発酵液を、分離装置を経ずに混合部に送る引き抜きルートをさらに備えている。 A withdrawal route is further provided for sending the fermented liquid taken out from the fermenter to the mixing section without passing through the separator.
また、本発明に係るメタン発酵方法は、(i)発酵液を収容する発酵槽から前記発酵液を部分的または間欠的に取り出して混合部に送る工程と、(ii)前記混合部で、前記発酵槽から取り出された前記発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる工程と、(iii)前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る工程と、(iv)前記発酵槽内で前記発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させてバイオガスを発生させる工程とを具備する。 Further, the methane fermentation method according to the present invention includes: (i) a step of partially or intermittently taking out the fermented liquid from a fermenter containing the fermented liquid and sending it to a mixing section; and (ii) in the mixing section, (iii) a step of mixing the fermentation liquid taken out from the fermenter with waste containing fermentation-suitable substances to obtain a fluid and separating at least a part of fermentation-unsuitable substances derived from the waste; and (iv) hydrolysis, acid fermentation, and methane fermentation of the fermentable material in the fermenter to generate biogas. .
前記発酵槽に収容された発酵液の固形物濃度が所定濃度より低いときに、前記混合部に前記廃棄物を投入するとともに、前記発酵槽から取り出された前記発酵液を、前記引き抜きルートを介して前記混合部に送る。 When the solid matter concentration of the fermented liquid contained in the fermenter is lower than a predetermined concentration, the waste is introduced into the mixing unit, and the fermented liquid taken out of the fermenter is removed through the extraction route. and sent to the mixing section.
前記発酵槽に収容された前記発酵液の固形物濃度が所定濃度より高いときに、固形物を除去した前記発酵液を、ろ液ルートを介して前記発酵槽に供給する。 When the solid matter concentration of the fermentation liquid contained in the fermentation tank is higher than a predetermined concentration, the fermentation liquid from which the solid matter has been removed is supplied to the fermentation tank through a filtrate route .
前記固形物濃度(M)は、前記分離装置へ送る発酵液量(A)と前記分離装置で濾過した発酵液量(B)を測定して、M=(A-B)/Aにより算出される。 The solids concentration (M) is calculated by measuring the amount of fermented liquid (A) sent to the separation device and the amount of fermented liquid (B) filtered by the separation device, and calculated by M = (A - B) / A. be.
工程(i)において、発酵槽に収容された発酵液の固形物濃度が所定濃度より低いときは、発酵槽から取り出した発酵液を直接前記混合部に送り、固形物濃度が所定濃度に達しているときは、発酵槽から取り出した発酵液を、分離装置を介して固形物を除去した発酵液を混合部に送ることにより、初期の立上げに要する時間を短縮でき、また発酵槽に収容された発酵液の状態を発酵に適した状態に保ち、効率よく発酵処理することができる。 In step (i), when the solids concentration of the fermentation liquid contained in the fermenter is lower than the predetermined concentration, the fermentation liquid taken out of the fermenter is directly sent to the mixing section, and the solids concentration reaches the predetermined concentration. When the fermentation liquid is removed from the fermenter, the solid matter is removed through the separation device and sent to the mixing unit to shorten the time required for initial start-up, and the fermenter is stored in the fermenter. The state of the fermented liquid can be maintained in a state suitable for fermentation, and the fermentation treatment can be efficiently performed.
分離装置で固形物が除去された発酵液を貯留する貯留槽と、発酵槽に収容された発酵液の固形物濃度が所定濃度より高くなり発酵効率が低下する虞があるときに、貯留槽に貯留された発酵液を発酵槽に供給する回収ルートを備えることにより、発酵液の固形物濃度を早期に適正な濃度に調整することができる。 A storage tank for storing the fermented liquid from which the solid matter has been removed by the separation device, and a storage tank for storing the fermented liquid in which the concentration of solids in the fermented liquid contained in the fermenter tank is higher than a predetermined concentration and there is a risk that the fermentation efficiency will decrease. By providing a recovery route for supplying the stored fermentation liquid to the fermenter, the solid concentration of the fermentation liquid can be quickly adjusted to an appropriate concentration.
なお、混合部は、発酵適物の可溶化を目的とする可溶化槽ではないので、例えば、混合部の容積は、発酵槽の容積の20%以下である。また、混合部において、流動物もしくは原料廃棄物の滞留時間は、例えば0.5日以内である。 In addition, since the mixing section is not a solubilization tank for the purpose of solubilizing the fermentable material, the volume of the mixing section is, for example, 20% or less of the volume of the fermenter. Moreover, in the mixing section, the retention time of the fluid or raw material waste is, for example, within 0.5 days.
混合部における流動物の滞留時間は、1日あたり混合部に投入される発酵適物量、1日分の発酵適物を混合部に分割して投入する際の分割回数(例えば1~6回)、発酵液と発酵適物との混合割合等により決定される変数である。一般的には、混合部における流動物の滞留時間がX日(または時間)以下であるとは、例えば混合部に原料廃棄物が導入されてからX日(または時間)以内に混合物内の流動物を発酵槽に送る場合をいう。 The retention time of the fluid in the mixing section is the amount of the fermentation-suitable material introduced into the mixing section per day, and the number of divisions (for example, 1 to 6 times) when dividing the fermentation-suitable material for one day into the mixing section. , are variables determined by the mixing ratio of the fermented liquid and the fermented material. In general, when the residence time of the fluid in the mixing section is X days (or hours) or less, for example, the flow in the mixture is within X days (or hours) after the raw material waste is introduced into the mixing section. It refers to the case where animals are sent to the fermenter.
混合部は、その内部で分離させた発酵不適物を沈降させるデッドスペースを有してもよい。このとき、混合部は、デッドスペースよりも上方に流動物を放出する吐出口を有する。デッドスペースには、分離させた発酵不適物を排出する掻き寄せ排出機構を設けてもよい。発酵不適物の除去は、混合部への原料廃棄物の供給を停止してから行われることが好ましい。これにより、混合部に供給された原料廃棄物内の発酵適物が発酵不適物とともに除去される量を抑制することができる。 The mixing section may have a dead space in which the separated fermentation unsuitable materials settle. At this time, the mixing section has a discharge port that discharges the fluid above the dead space. The dead space may be provided with a scraping and discharging mechanism for discharging the separated unsuitable substances for fermentation. The removal of unsuitable substances for fermentation is preferably performed after stopping the supply of raw material waste to the mixing section. As a result, it is possible to suppress the amount of the fermentation-suitable substances in the raw material waste supplied to the mixing section that are removed together with the fermentation-unsuitable substances.
メタン発酵装置は、発酵槽内の発酵液を循環させる循環ルートを更に有してもよい。例えば、発酵液を発酵槽の下方より引き抜いてから上方に戻すことにより発酵液Lを循環させることができる。発酵液を循環させることで、発酵適物の加水分解、酸分解およびメタン発酵が促進される。発酵液の循環は、メタン発酵により生成するバイオガスの滞留も抑制するため、ガス回収も容易になる。発酵液の循環により発生する液流は、高比重な発酵不適物を攪拌し、発酵槽の底部に沈殿させるため、そのような発酵不適物の分離と回収も容易になる。 The methane fermentation apparatus may further have a circulation route for circulating the fermentation liquid in the fermenter. For example, the fermentation liquid L can be circulated by withdrawing the fermentation liquid from the bottom of the fermenter and returning it to the top. By circulating the fermented liquid, hydrolysis, acidolysis and methane fermentation of the fermentable material are promoted. Circulation of fermentation liquid also suppresses retention of biogas generated by methane fermentation, so gas recovery is facilitated. The liquid flow generated by the circulation of the fermentation broth agitates the substances unsuitable for fermentation, which have a high specific gravity, and deposits them at the bottom of the fermenter, thus facilitating the separation and recovery of such substances unsuitable for fermentation.
メタン発酵装置が循環ルートを有する場合、循環ルートから引き抜きルートを第一分岐部で分岐させてもよい。すなわち発酵液を循環させるために発酵槽から引き抜かれた発酵液の少なくとも一部が混合部に送られるように、循環ルートから引き抜きルートを分岐させてもよい。この場合、循環ルートの一部は、発酵槽から混合部に発酵液を送る引き抜きルートの一部として利用される。循環ルートで発酵液を循環させるための駆動力を付与するポンプを、引き抜きルートで発酵液を混合部へ送るポンプとして利用してもよい。 When the methane fermentation apparatus has a circulation route, the extraction route may be branched from the circulation route at the first branch. That is, the withdrawal route may be branched from the circulation route so that at least a portion of the fermentation liquid withdrawn from the fermenter for circulating the fermentation liquid is sent to the mixing section. In this case, part of the circulation route is used as part of the withdrawal route for sending the fermentation liquid from the fermenter to the mixing section. A pump that provides a driving force for circulating the fermentation broth through the circulation route may be used as a pump that sends the fermentation broth through the withdrawal route to the mixing section.
投入ルートを循環ルートの第一分岐部よりも下流側の第二分岐部に合流させてもよい。これにより、流動物が循環する発酵液とともに発酵槽に送られるため、流動物と発酵液との混合が促進される。また、流動物が引き抜きルートに逆流しにくい。この場合、循環ルートの一部は、投入ルートの一部として利用される。また、投入ルートで流動物を発酵槽に送るための駆動力を付与するポンプは、循環ルートで発酵液を発酵槽へ送るポンプとは別に設ければよい。 The input route may be merged with the second branching portion on the downstream side of the first branching portion of the circulation route. This promotes mixing of the fluid with the fermentation broth, since the fluid is sent to the fermenter together with the circulating fermentation broth. In addition, it is difficult for the fluid to flow back into the extraction route. In this case, part of the circulation route is used as part of the input route. Also, the pump that provides the driving force for sending the fluid to the fermenter via the input route may be provided separately from the pump that sends the fermentation liquid to the fermenter via the circulation route.
引き抜きルートおよび投入ルート等の各ルートは、流動物が通過し得る配管などで構成すればよい。 Each route, such as a withdrawal route and an injection route, may be composed of a pipe or the like through which a fluid can pass.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら更に説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be further described with reference to the drawings. However, the following embodiments do not limit the present invention.
図1に、本発明に係るメタン発酵装置100を含むメタン発酵システム10の一例の構成を示す。メタン発酵装置100は、発酵液Lを収容する発酵槽110と、発酵槽110から引き抜かれた発酵液Lと原料廃棄物Cとを混合して流動物Sを得る混合部120と、発酵槽110から取り出された発酵液Lを混合部120に送る第1引き抜きルートR11と、流動物Sを混合部120から発酵槽110に送る投入ルートR2とを具備する。
FIG. 1 shows an example configuration of a
メタン発酵装置100は、発酵液Lを発酵槽110の下方より引き抜いてから上方に戻す循環ルートR3を有する。発酵槽110の下方には、発酵液Lを抜き取る第一吐出口114が設けられている。発酵液Lは、循環ルートR3に設けられた第1ポンプ(ヒドロスタル)P1の駆動力によって第一吐出口114から引き抜かれて上方に送られる。発酵液Lを循環させることで、発酵槽110内の発酵適物の発酵が促進されるとともに、発酵不適物の分別と回収が容易になる。
The
循環ルートR3の下流端部は二股に分岐しており、2つの分岐路は、それぞれ循環ルートR3を通過した発酵液Lを発酵槽110に放出する上部吹出口111および液中吹出口112を有する。上部吹出口111の上流側および液中吹出口112の上流側には、それぞれバルブV1およびV2が設けられている。
The downstream end of the circulation route R3 is bifurcated, and each of the two branches has an
発酵槽110は、縦型の円筒状容器であり、内部が嫌気性雰囲気に維持されるように密閉性を有する。発酵槽110は、発酵不適物を沈降させるデッドスペースを有してもよい。デッドスペースに沈降する高比重物は、第一底部出口113から適宜に外部に排出して除去される。第一底部出口113は、例えば掻き寄せ排出機構を有することが好ましい。
The
図1では、第1引き抜きルートR11および第2引き抜きルートR12の上流側と循環ルートR3の上流側とが共通の配管により構成されている。発酵液Lは、循環ルートR3に設けられた第1ポンプP1の駆動力により発酵槽110の下方から引き抜かれる。第1引き抜きルートR11および第2引き抜きルートR12は、第一分岐点T1で循環ルートR3から分岐している。
In FIG. 1, the upstream side of the first withdrawal route R11 and the second withdrawal route R12 and the upstream side of the circulation route R3 are configured by common piping. The fermented liquid L is drawn from below the
第一分岐点T1の下流に設けられたバルブV3と第1引き抜きルートR11に設けられたバルブV10とを開き、第2引き抜きルートR12に設けられたバルブ11を閉じることにより、発酵液Lが第1引き抜きルートR11を通って混合部120に送られるように構成できる。バルブV3およびV10を開いたままで、発酵液Lの発酵槽110内での循環と発酵液Lの混合部120への供給とを並行して行ってもよい。このような並行動作は一定期間にわたり連続的に行い得る。
By opening the valve V3 provided downstream of the first branch point T1 and the valve V10 provided on the first extraction route R11 and closing the valve 11 provided on the second extraction route R12, the fermentation liquid L is It can be configured to be sent to the
また、第一分岐点T1の下流に設けられたバルブV3と第2引き抜きルートR12に設けられたバルブV11を開くとともに、ろ液ルートR4に設けられたバルブV5を開き、第1引き抜きルートR11に設けられたバルブV10を閉じることにより、発酵液Lがろ液ルートR4を通って混合部120に送られるようにも構成できる。
In addition, the valve V3 provided downstream of the first branch point T1 and the valve V11 provided on the second withdrawal route R12 are opened, and the valve V5 provided on the filtrate route R4 is opened to move to the first withdrawal route R11. By closing the provided valve V10, the fermented liquid L can be sent to the
混合部120は、原料廃棄物Cと発酵液Lとを混合して、原料廃棄物Cに流動性を持たせ、発酵槽110内での原料廃棄物Cの分散性を向上させるとともに流動物Sから空気を脱気するという意義を有する。混合部120における流動物の滞留時間は、0.5日より短くてもよく、例えば3時間以下もしくは2時間以下であり、0.5時間以下であってもよい。原料廃棄物Cは、混合部120で発酵液Lと混合攪拌され、液状もしくはスラリー状に分散させた後、気密性が保たれた発酵槽110に導入もしくは移送される。
The
混合部120の液面を目視することにより、発酵液の状態を把握することができ、その状態に基づいて混合部120への発酵液Lの供給ルートを切り替えることができる。つまり、発酵液に固形物である浮遊性不適物が多く混ざっているような場合には、発酵槽110から取り出され後述する分離装置300により固形物が除去された発酵液(分離液)を後述のろ液ルートR4を介して投入し、発酵液の固形物濃度が低い場合には、発酵槽110から取り出された発酵液を直接混合部120に投入するように、ルートR11に切り替えることができる。
By visually observing the liquid surface of the
なお、図1には示されていないが、ろ液ルートR4に代えて、分離装置300により固形物が除去された発酵液(分離液)であって貯留槽170に貯留された発酵液(分離液)を混合部120に投入することも可能である。
Although not shown in FIG. 1, instead of the filtrate route R4, a fermentation liquid (separated liquid) from which solid matter has been removed by the
混合部120から発酵槽に送られる流動物Sは、酸発酵は多少進み得るが、少なくとも大きくは進んでいない。流動物中の発酵適物の加水分解および酸発酵は、メタン発酵が行われる発酵槽内で進行する。
The fluid S sent from the
混合部120内の流動物Sは、第2ポンプP2の駆動力により引き抜かれる。流動物Sは、投入ルートR2を通過し、バルブV4を介して発酵槽110に供給される。投入ルートR2をバルブV4の上流側で分岐させ、分岐路を循環ルートR3と第二分岐部T2で合流させてもよい。第二分岐部T2の上流側のバルブV6を開くことで、流動物Sは循環ルートR3に合流し、上部吹出口111および/または液中吹出口112から発酵槽110に放出される。このとき、発酵液Lの発酵槽110内での循環と、流動物Sの発酵槽110への供給とが並行して行われてもよい。このような並行動作は一定期間にわたり連続的に行い得る。第二分岐部T2は第一分岐部T1よりも循環ルートR3の下流側に設ければよい。これにより、混合部120で得られた流動物Sの第2引き抜きルートR12への逆流を防止できる。よって、後述するような分離装置300を設ける場合でも、流動物S中の発酵適物が除かれることが防止される。なお、第2ポンプP2は破砕ポンプに使用してもよい。
The fluid S in the
バッチ方式でメタン発酵を行う場合、流動物Sを発酵槽110に導入した後、発酵が完了するまではバルブV3を閉じてもよい。
When the methane fermentation is performed in batch mode, after the fluid S is introduced into the
メタン発酵システム100は、水蒸気を発酵槽110に導入する蒸気入口を有してもよい。水蒸気は、発酵槽110の内部を、例えば50~60℃の適正温度範囲内に維持するための熱源として発酵槽110に導入される。水蒸気は、発酵液Lのアンモニア濃度もしくは有機酸濃度を制御する希釈水としても機能する。紙ごみのような固形廃棄物を用いる場合、発酵液のアンモニア濃度が上昇しにくい。よって、外部から希釈水を追加する必要はなく、発酵槽内の発酵液量は、比較的長期にわたり適正範囲内に維持される。なお、発酵槽110の内部を適正温度範囲内に維持する方法として、蒸気による加温以外の方法を用いてもよい。
発酵槽110に送られた発酵適物は、発酵槽110内の制限されたスペースで、順次、加水分解される。発酵槽110とは別に、発酵適物の加水分解および酸発酵を進行させるための可溶化槽を設置する必要はない。上記メタン発酵装置100では、発酵適物の可溶化に必要なスペースが大幅に削減される。これに伴い、必要機器点数およびエネルギー消費量も削減される。以上により、メタン発酵システム10の構築と運営に必要なコストが削減される。
Fermentable material sent to the
発酵槽110内に導入される発酵適物量は、発酵槽110内の有機酸量に影響を与える。発酵槽110内の発酵適物量は、混合部120から発酵槽110に送る流動物Sの量を制御することで調整可能である。発酵槽110内の発酵液Lの有機酸濃度は、混合部120から発酵槽110に送る流動物Sの量を適正に制御することで適正範囲内に維持される。
The amount of fermentation suitable material introduced into the
混合部120には、空気を内包する有機物を含む固形廃棄物が導入されるため、混合部120の内部を良好な嫌気性雰囲気に維持することは困難である。ただし、混合部120の容積を発酵槽110の容積よりも大幅に小さくすれば、混合部120に送られて空気と接触する発酵液量は制限される。混合部120の容積を発酵槽110の容積の20%以下とすれば、発酵槽110から過剰の発酵液Lが抜き取られることもなく、発酵液量の増減変化が小さくなる。混合部120の容積は、例えば、発酵槽110の容積の20%以下が好ましく、10%以下がより好ましい。
Since solid waste containing organic matter containing air is introduced into the
混合部120で流動物Sを得る場合、発酵液100質量部に対して混合される原料廃棄物Cの量は、10~50質量部が好ましく、10~30質量部がより好ましい。原料廃棄物Cの性状、物性、含水率によっては流動性を増す目的で外部から水を追加する必要はない。十分な流動性を有する流動物Sを得ることで、配管の詰まりなどの様々な不具合の発生率が低減される。配管の詰まりを更に抑制するには、流速を大きくする対策を講じる他、横方向の配管勾配、-45°~+45°の勾配とすることが好ましい。加えて、配管内堆積物を保留させる任意配管(トラップ配管部)を併設することが好ましい。
When the fluid S is obtained in the
発酵槽110は、基本的にその内部が大気との接触を遮断する構造である。発酵液Lへの日光照射も抑制する必要がある。一方、発酵槽110の内部状況、すなわち発酵槽110内における浮上性ごみ(スカム(SCUM))発生状況、発酵液L中の夾雑物濃度、発酵液LのpH値などを把握する必要もある。混合部120は、このような状況把握のための発酵液Lのモニタリング部としての機能も果たす。この場合、後述するような分離装置300を設ける場合でも、発酵液Lは第一分岐部T1から分離装置300をバイパスして混合部120に送られる。
The
図2に、混合部の一例の模式図を示す。混合部120は、外部から導入される原料廃棄物Cと発酵液Lとを混合できるように構成されている。混合部120は、発酵槽110よりも十分に小型の混合容器121と、攪拌羽122と、生成した流動物Sを発酵槽110に移動させる第2ポンプP2とを具備する。第2ポンプP2の駆動力により、流動物Sは混合部120から第二吐出口124を通過して発酵槽110に向かう投入ルートR2に放出される。第2ポンプP2には、流動物Sに含まれる有機物を含む固形廃棄物を破砕し得る破砕ポンプを用いることが好ましい。
FIG. 2 shows a schematic diagram of an example of the mixing section. The
混合容器121は、その内部に原料廃棄物Cを投入するための第一投入口125と発酵液Lを投入するための第二投入口126とを有する。混合容器121の容積が小さいので、混合容器121の内部に空気が侵入し、嫌気性が損なわれても、発酵槽110の内部への影響は無視できる。
The mixing
混合部120で原料廃棄物Cと発酵液Lとを混合すると、混合部120内で、高比重物(例えば、金属、砂利、貝殻)および軽比重物(例えば発砲スチロール)が比重分離作用により分離される。よって、混合部120では、高比重の堆積物(SED)と軽比重の浮遊物を容易に取り出して除去することができる。具体的には、高比重物は混合容器121の底部のデッドスペース121dに堆積する。デッドスペース121dは、混合部120で得られる流動物Sの第二吐出口124よりも鉛直下方の領域である。一方、軽比重物は、第二吐出口124よりも鉛直上方の混合スペース121uにおいて、流動物の液面に浮遊物として浮遊する。その結果、高比重物および軽比重物は、第二吐出口124から放出されにくくなり、発酵不適物による弊害を低減することができる。
When the raw material waste C and the fermentation liquid L are mixed in the
デッドスペースに沈降する高比重物(SED)は、第二底部出口123から適宜に外部に排出される。第二底部出口123は、例えば掻き寄せ排出機構127を有することが好ましい。軽比重の浮遊物は液面から所定の吸引装置により除去すればよい。このように、発酵不適物を混合部で予め除くことにより、メタン発酵装置の稼働時における不具合の発生率が大きく低減される。すなわち、軽比重物を低減することで、発酵槽内でのガス抜けが軽比重物で阻害されにくくなり、高比重物を低減することで、発酵槽のデッドスペースに沈降する堆積物の量が軽減され、第一底部出口113からの堆積物の排出が阻害されにくくなる。更に、発酵液を循環させる際には配管の詰まりが軽減される。
High specific gravity objects (SED) that settle in the dead space are appropriately discharged to the outside from the second
混合部120からの発酵不適物(高比重物および軽比重物)の除去は、混合部120への原料廃棄物Cの供給を停止してから行えばよい。これにより、混合部120に新たに供給された原料廃棄物Cに含まれる発酵適物が発酵不適物とともに除去されることを防止できる。
The removal of fermentation unsuitable substances (high specific gravity substances and light specific gravity substances) from the
発酵槽110内には、発酵不適物として槽内で沈殿する高比重物、液面に浮遊する軽比重物の他に、発酵液L中を浮遊する発酵不適物(以下、浮遊性不適物と称する。)が存在する。発酵槽110において液中浮遊物を分離することは困難である一方、有機固形物を含む原料廃棄物を用いると、発酵液における浮遊性不適物量は増加する傾向にある。浮遊性不適物は、配管の閉塞などの不具合の原因になる。
In the
この様な浮遊性不適物は、発酵槽110から部分的または間欠的に取り出された発酵液Lを分離装置300により濾過して除去すればよい。図1のメタン発酵システムでは、第2引き抜きルートR12が分離装置300を通過するように構成されており、分離装置300で液中浮遊物が分離された後の発酵液(分離液FL)が混合部120に送られる。なお、浮遊性不適物を除去することが目的の場合、分離装置に送られる発酵液には原則として凝集剤等は添加しない。
以下、第2引き抜きルートR12のうち、分離装置300から混合部120までのルートをろ液ルートR4と称する。
Such floating unsuitable matter may be removed by filtering the fermented liquid L partially or intermittently taken out of the
Hereinafter, the route from the
図3に、分離装置300の一例である回転円板式濃縮機の構成を示す。図3(a)には、分離装置300が具備する濾過部310と隙間自浄部320との関係を鳥瞰図として模式的に示す。隙間自浄部320は、複数の回転軸323と、回転軸323にそれぞれ固定され、その軸方向に沿って間隔を空けて配置された複数のディスク状回転体321とを具備する。図3(b)には、濾過部310と隙間自浄部320との関係を回転軸323に沿った断面図として模式的に示す。
FIG. 3 shows the configuration of a rotary disc type concentrator, which is an example of the
濾過部310は、発酵不適物の搬送方向に沿って延出配置された複数の帯状部315により形成され、隣接する帯状部315間にはスリット状隙間312Gが形成されている。複数の帯状部315の上端面がスリット状隙間312Gとともに濾過面311Sを形成している。図3(b)に、濾過面311Sのレベルを破線で示す。複数の回転軸323は、複数の帯状部315の下方に、それぞれ帯状部315の長手方向と交わるように軸支されている。複数のディスク状回転体321は、それぞれがスリット状隙間312G内で323回転軸の回転に伴って上下動する。
ディスク状回転体321は、その偏心位置で回転軸323に固定されている。軸心方向で互いに隣接するディスク状回転体321は、回転軸323の回転に伴う上下動位相が一つのディスク321毎に180度異なっている。隣接する回転軸323間では、隣接するディスク状回転体321の上下動位相は同じである。回転軸323が、すべて同一方向に同速度で同期して回転するため、回転軸323が半回転する毎に、模式図内の左右に示した状態が交互に実現される。
The disk-shaped
浮遊性不適物と分解途中の発酵適物とを分別することは一般的には困難であるが、分離装置300によれば、溶解せずに比較的大きいサイズを維持している不適物を選択的に除去することが可能である。発酵液Lは、分離装置300の濾過部310の上方から濾過面311Sの入口側端部に向けて流し込まれる。入口側端部は、隙間自浄部320の回転方向の後方端部である。比較的大きいサイズを有する浮遊性不適物は、濾過部310と隙間自浄部320との隙間を通過せず、濾過面311Sにトラップされる。トラップされた不適物は、隙間自浄部320の回転によって濾過面311Sを回転方向の前方に移動し、所定の出口に向けて搬送される。分離された不適物は残渣汚泥RCとして回収される。
It is generally difficult to separate floating unsuitable substances from fermentation suitable substances in the process of decomposition, but according to the
分離装置300では、隙間自浄部320が常時上下動しているため、濾過部310と隙間自浄部320との隙間が閉塞しにくい。一方、例えばメッシュタイプのスクリーンを用いると、メッシュが容易に目詰まりを起こす。
In the
分解途中のサイズの小さい発酵適物を含む発酵液Lは、隙間自浄部320と濾過部310との隙間を通過し、貯留槽170または混合部120に分離液FLとして回収される。
The fermented liquid L containing small-sized fermentable substances in the middle of decomposition passes through the gap between the gap self-cleaning
図4に、別の分離装置300Aの一例の構成を示す。
分離装置300Aが具備する濾過部310Aは、図3の分離装置300と概ね同じ構成であり、発酵不適物の搬送方向に沿って延出配置された複数の帯状部315Aを有し、隣接する帯状部315A間にはスリット状隙間312AGが形成されている。複数の帯状部315Aの上端面がスリット状隙間312AGとともに濾過面311ASを形成している。
FIG. 4 shows an example configuration of another
分離装置300Aが具備する隙間自浄部320Aは、回転体ではなく、概ね櫛形の形状を有する。隙間自浄部320Aは、それぞれのスリット状隙間312AGに一方向から挿入される複数の爪部321Aと、複数の爪部321Aを支持する支柱部322Aとを具備する。支柱部322Aは、発酵不適物の搬送方向に交わるように軸支されており、図4(a)から図4(b)の順に示されるように、搬送方向に沿って移動する。その後、図4(c)に示されるように濾過部310Aの下方を逆方向に移動して元の位置に戻る機構を有する。この周回動作が繰り返されることで、濾過面に堆積する発酵不適物が複数の爪部321Aで掻き取られ、濾過部310Aの後方で残渣汚泥RCとして回収される。
The gap self-cleaning
即ち、分離装置は、発酵液を濾過する濾過面を有するとともに、濾過面に開口する複数のスリット状隙間を有する濾過部と、スリット状隙間内で運動して濾過面に堆積する発酵不適物を搬送する隙間自浄部とを具備する。そして、濾過部が、発酵不適物の搬送方向に沿って延出配置された複数の帯状部を有し、隣接する帯状部間にスリット状隙間が形成されている。 That is, the separation device has a filtration surface for filtering the fermented liquid, a filtration unit having a plurality of slit-shaped gaps that open to the filtration surface, and unfermented substances that move in the slit-shaped clearances and accumulate on the filtration surface. and a gap self-cleaning section for conveying. The filtering section has a plurality of band-shaped portions arranged to extend along the conveying direction of the unfermentable substances, and slit-shaped gaps are formed between the adjacent band-shaped portions.
さらに、隙間自浄部が、濾過部の下方に配置された複数の回転軸と、複数の回転軸にそれぞれ固定され、回転軸の軸方向に沿って間隔を空けて配置された複数のディスク状回転体とを具備し、複数の回転軸が、それぞれ発酵不適物の搬送方向と交わるように軸支され、かつ発酵不適物の搬送方向に沿って間隔を空けて配置され、複数のディスク状回転体が、それぞれスリット状隙間内で回転軸の回転に伴って上下動する。 Further, the gap self-cleaning part is fixed to a plurality of rotating shafts arranged below the filtering part, and a plurality of disk-shaped rotating shafts arranged at intervals along the axial direction of the rotating shafts. A plurality of disk-shaped rotating bodies each having a plurality of rotating shafts supported so as to intersect the conveying direction of the unfermentable substances and arranged at intervals along the conveying direction of the unfermentable substances. move up and down with the rotation of the rotary shaft within the slit-shaped gap.
複数のスリット状隙間が開口する濾過面に発酵液を導入して、発酵液を複数のスリット状隙間で水切りし、濾過面に発酵不適物を堆積させる工程と、スリット状隙間内を自浄する隙間自浄部により濾過面に堆積する発酵不適物を回収する工程とを備えて発酵不適物を除去する工程が構成されている。 A step of introducing a fermented liquid into a filtration surface having a plurality of slit-shaped gaps, draining the fermentation liquid through the plurality of slit-shaped gaps, depositing substances unsuitable for fermentation on the filtration surface, and a step of self-cleaning the slit-shaped gaps. A step of removing fermentation-improper substances deposited on the filtration surface by the self-cleaning part is provided.
分離液FLは、濾液ルートR4へ送らずに貯留槽170に回収してもよい。このとき分離装置300と混合部120との間の濾液ルートR4に設けられたバルブV5は閉じられ、貯留槽170と分離装置300との間に設けられたバルブV7が開かれる。貯留槽170に回収された分離液FLは、第3ポンプP3の駆動力により回収ルートR5とバルブV8を通過させて発酵槽110に戻すか、発酵槽110の状態を適正に維持するために廃棄してもよい。分離液FLには、アンモニアなどの発酵阻害物質が蓄積されるため、逐次、部分的にメタン発酵システム外に排出することが望ましい。
The separated liquid FL may be collected in the
分離液FLを廃棄する際には、貯留槽170内の分離液FLに凝集剤を混合し、凝集剤を含む発酵液Lを、脱水ルートR6とバルブV9を通過させて脱水装置180に送り、残渣汚泥と脱水濾液に分離してから廃棄すればよい。
When discarding the separated liquid FL, a flocculant is mixed with the separated liquid FL in the
分離装置300は、液中浮遊物の除去だけでなく、発酵槽110内の発酵適物の分解状態を確認する際にも利用できる。発酵の立ち上げ時、定常運転時などには、発酵槽110の内部を目視で確認することは困難であるが、分離装置300によれば発酵液中の適物の消化分解状態を濾過面311Sに残る浮遊性不適物を目視して明確に把握することができるため、原料廃棄物Cの供給量の制御が容易になる。さらに、発酵液中の適物の消化分解状態に基づいて、上述したように混合部120に投入する発酵液のルートを選択することができる。
The
図5に、原料廃棄物Cを分別するための前処理装置の一例の構成を示す。前処理装置200は、外部から導入される廃棄物C1を移送する第1搬送装置210と、第1搬送装置210から供給される廃棄物C1を破砕する破砕機220と、破砕機220で破砕された破砕廃棄物C2を移送する第2搬送装置230と、分別機240とを具備する。
FIG. 5 shows the configuration of an example of a pretreatment device for sorting raw material waste C. As shown in FIG. The
第1搬送装置210は、例えば、ベルトコンベアであり、連続的に装置系内に導入される廃棄物C1の一定期間内の供給量を均等化して破砕機220に供給する。破砕機220は、例えば、二軸破砕機であり、大型の有機物を含む固形廃棄物を細かく破砕し、分別機240での処理に適した大きさになるように破砕前処理をする。第2搬送装置230は、例えば、ベルトコンベアであり、破砕された固形廃棄物を含む破砕廃棄物C2の一定期間内の供給量を均等化して分別機240に供給する。
The first conveying
分別機240は、どのような構成でもよいが、例えば複数の孔を有するメッシュ、パンチングメタルなどの多孔シートで構成された円筒型のドラムとドラム内に設けられた回転破砕刃とを有する。破砕廃棄物C2は、ドラム内に導入される。破砕廃棄物C2のうち、多孔シートの孔径よりも小さい固形物は、ドラム内を流通する風力と遠心力によりドラム外に放出される。放出された固形物は、適正な含有量の発酵適物を含む原料廃棄物Cとして回収される。布、プラスチックシートなどの軽比重物および金属などの高比重物は発酵不適物NCとして、ドラム内から回収される。
The sorting
以上説明したように、本発明によるメタン発酵装置は、バイオガスを発生させる発酵液を収容する発酵槽と、発酵槽から取り出された発酵液と、発酵適物を含む廃棄物と、を混合して流動物を得るとともに廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る投入ルートと、発酵液に含まれる固形物を除去する分離装置と、混合部に廃棄物を投入するとともに、発酵槽から取り出され分離装置により固形物が除去された発酵液を混合部に送るろ液ルートと、とを備え、混合部で廃棄物と浮遊性不適物が除去された発酵液とを混合して流動物を得るように構成されている。 As described above, the methane fermentation apparatus according to the present invention mixes a fermenter containing a fermented liquid for generating biogas, a fermented liquid taken out of the fermenter, and a waste material containing fermentable substances. A mixing unit for obtaining a fluid material and separating at least a part of unsuitable substances derived from waste, an input route for sending the fluid material from the mixing unit to the fermenter, and removing solids contained in the fermentation broth. and a filtrate route for feeding the waste into the mixing section, and sending the fermentation liquid taken out of the fermentation tank and having solids removed by the separation device to the mixing section, wherein the waste is removed in the mixing section and the fermented liquid from which the floating unsuitable matter has been removed to obtain a fluid.
そして、発酵槽から引抜いた発酵液を発酵槽に戻す循環ルートを備え、循環ルートから分岐する分岐ルートに分離装置が設けられている。 A circulation route for returning the fermented liquid extracted from the fermenter to the fermenter is provided, and a separation device is provided in a branch route branching from the circulation route.
また、発酵槽から取り出された発酵液を、分離装置を経ずに混合部に送る引き抜きルートをさらに備え、発酵槽に収容された発酵液の固形物濃度が所定濃度より低いときに、混合部に廃棄物を投入するとともに、発酵槽から取り出された発酵液を、引き抜きルートを介して混合部に送るように構成されている。 In addition, the fermented liquid taken out from the fermenter is further provided with a withdrawal route to the mixing section without passing through the separation device, and when the solid concentration of the fermented liquid contained in the fermenter is lower than a predetermined concentration, the mixing section and the fermentation liquid taken out from the fermentation tank is sent to the mixing section through the extraction route.
さらに、分離装置で浮遊性不適物が除去された発酵液を貯留する貯留槽と、発酵槽に収容された発酵液の固形物濃度が所定濃度より高いときに、貯留槽に貯留された発酵液を発酵槽に供給する回収ルートと、と備えている。 Further, a storage tank for storing the fermentation liquid from which the floating unsuitable matter has been removed by the separation device, and the fermentation liquid stored in the storage tank when the solid matter concentration of the fermentation liquid stored in the fermentation tank is higher than a predetermined concentration. and a recovery route for supplying the fermenter.
本発明によるメタン発酵方法は、(i)発酵液を収容する発酵槽から発酵液を取り出して混合部に送る工程と、(ii)混合部で、発酵槽から取り出された発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる工程と、(iii)流動物を混合部から発酵槽に送る工程と、(iv)発酵槽内で発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させてバイオガスを発生させる工程と、を具備し、工程(i)において、発酵槽から取り出した発酵液から固形物を除去した発酵液を混合部に送るように構成されている。 The methane fermentation method according to the present invention includes (i) a step of removing the fermentation liquid from the fermentation tank containing the fermentation liquid and sending it to the mixing section; (iii) a step of sending the fluid from the mixing section to the fermenter; (iv ) a step of hydrolyzing, acid fermentation, and methane fermentation of a fermentation suitable material in a fermenter to generate biogas, and in step (i), solids are removed from the fermentation liquid taken out of the fermenter. It is configured to send the removed fermented liquid to the mixing section.
なお、発酵槽に収容された発酵液の固形物濃度が所定濃度より低いときは、発酵槽から取り出した発酵液を直接前記混合部に送り、固形物濃度が所定濃度に達しているときは、発酵槽から取り出した発酵液を、分離装置を介して固形物を除去した発酵液を混合部に送るように構成されていてもよい。 In addition, when the solid concentration of the fermented liquid contained in the fermenter is lower than the predetermined concentration, the fermented liquid taken out from the fermenter is directly sent to the mixing unit, and when the solids concentration reaches the predetermined concentration, The fermentation liquid taken out from the fermenter may be configured to be sent to the mixing section after removing the solids through the separation device.
なお、発酵液の固形物濃度は、混合部120の液面を目視確認し、分離装置300で分離された固形物の状態を目視確認することにより間接的に行なうことも可能であるが、循環ルートR3を介して循環される発酵液の一部をサンプリングして、所定の試験方法を用いて固形物濃度を測定するようにしてもよい。
The concentration of solids in the fermented liquid can be indirectly determined by visually confirming the liquid surface of the
固形物濃度(M)は、分離装置へ送る発酵液量(A)と分離装置で濾過した発酵液量(B)を測定して、M=(A-B)/Aにより算出することができるまた、発酵液をメッシュで濾過してメッシュの上に残った残留物の乾燥重量をもともとの検体の重量との比で測定することができる。 The solids concentration (M) can be calculated by measuring the amount of fermented liquid (A) sent to the separator and the amount of fermented liquid (B) filtered by the separator, and calculated by M = (A - B) / A. Alternatively, the fermentation broth can be filtered through a mesh and the dry weight of the residue left on the mesh can be measured relative to the weight of the original specimen.
上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成や制御態様は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。 The above-described embodiment is one aspect of the present invention, and the present invention is not limited by the description, and the specific configuration and control mode of each part can be appropriately changed and designed within the scope of the effects of the present invention. It goes without saying that
10:メタン発酵システム
100:メタン発酵装置
110:発酵槽
111:上部吹出口
112:液中吹出口
113:第一底部出口
114:第一吐出口
120:混合部
121:混合容器
121d:デッドスペース
121u:混合スペース
122:攪拌羽
123:第二底部出口
124:第二吐出口
125:第一投入口
126:第二投入口
127:掻き寄せ排出機構
170:貯留槽
180:脱水装置
200:前処理装置
210:第1搬送装置
220:破砕機
230:第2搬送装置
240:分別機
300:分離装置
310:濾過部
311S:濾過面
312G:スリット状隙間
315:帯状部
320:隙間自浄部
321:ディスク状回転体
C1:廃棄物
C2:破砕廃棄物
C:原料廃棄物
NC:発酵不適物
L:発酵液
FL:発酵液(濾液)
S:流動物
RC:残渣汚泥
P1~P3:第1~第3ポンプ
R11:第1引き抜きルート
R12:第2引き抜きルート
R2:投入ルート
R3:循環ルート
R4:ろ液ルート
R5:回収ルート
V1~V9:バルブ
T1:第一分岐部
T2:第二分岐部
10: Methane fermentation system 100: Methane fermentation device 110: Fermentation tank 111: Upper outlet 112: Submerged outlet 113: First bottom outlet 114: First outlet 120: Mixing section 121: Mixing
S: fluid RC: residual sludge P1-P3: 1st-3rd pumps R11: 1st withdrawal route R12: 2nd withdrawal route R2: Input route R3: Circulation route R4: Filtrate route R5: Recovery route V1-V9 : valve T1: first branch T2: second branch
Claims (6)
前記発酵槽から取り出された前記発酵液と、発酵適物を含む廃棄物と、を投入し混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる混合部と、
前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る投入ルートと、
前記発酵液に含まれる固形物を除去する分離装置と、
前記発酵槽から取り出され前記分離装置により固形物が除去された前記発酵液を前記混合部に送るろ液ルートと、
前記発酵槽から取り出された前記発酵液を、前記分離装置を経ずに前記混合部に送る引き抜きルートと、
を備え、
前記混合部に送られる前記発酵液の供給ルートが、前記ろ液ルートと前記引き抜きルートの何れかに切替え可能に構成されているメタン発酵装置。 a fermenter containing a fermented liquid for generating biogas;
The fermented liquid taken out from the fermenter and the waste containing the fermentation suitable material are put in and mixed to obtain a fluid material, and a mixing unit that separates at least a part of the fermentation unsuitable material derived from the waste. and,
an input route for sending the fluid from the mixing unit to the fermenter;
a separation device for removing solids contained in the fermentation liquid;
a filtrate route for sending the fermented liquid taken out from the fermenter and from which solid matter has been removed by the separation device to the mixing section;
a withdrawal route for sending the fermented liquid taken out from the fermenter to the mixing unit without passing through the separation device;
with
A methane fermentation apparatus , wherein a supply route of the fermented liquid sent to the mixing section is switchable between the filtrate route and the extraction route.
前記循環ルートから分岐する分岐ルートに前記分離装置が設けられている請求項1記載のメタン発酵装置。 Equipped with a circulation route that returns the fermented liquid extracted from the fermenter to the fermenter,
The methane fermentation apparatus according to claim 1, wherein the separation device is provided in a branch route branching from the circulation route.
(ii)前記混合部で、前記発酵槽から取り出された前記発酵液と発酵適物を含む廃棄物とを混合して流動物を得るとともに前記廃棄物に由来する発酵不適物の少なくとも一部を分離させる工程と、
(iii)前記流動物を前記混合部から前記発酵槽に送る工程と、
(iv)前記発酵槽内で前記発酵適物の加水分解、酸発酵およびメタン発酵を進行させてバイオガスを発生させる工程と、
(v)前記発酵槽から前記発酵液を取り出して、分離装置を用いて固形物を除去した後に前記混合部に送る工程と、を具備し、
前記発酵槽に収容された前記発酵液の固形物濃度(M)に基づいて前記工程(i)と前記工程(v)とを切り替えるメタン発酵方法。 (i) removing the fermented liquid from a fermenter containing the fermented liquid and sending it to a mixing section;
(ii) in the mixing unit, the fermentation liquid taken out from the fermenter and waste containing fermentation-suitable substances are mixed to obtain a fluid, and at least part of fermentation-unsuitable substances derived from the waste is removed; a step of separating;
(iii) sending the flow from the mixing section to the fermenter;
(iv) hydrolysis of the fermentable material, acid fermentation and methane fermentation in the fermenter to generate biogas;
(v) removing the fermented liquid from the fermenter, removing solids using a separation device, and then sending it to the mixing section;
A method of methane fermentation, wherein the step (i) and the step (v) are switched based on the solid matter concentration (M) of the fermentation liquid stored in the fermenter.
The solids concentration (M) is calculated by measuring the amount of fermented liquid (A) sent to the separation device and the amount of fermented liquid (B) filtered by the separation device, and calculated by M = (A - B) / A. The methane fermentation method according to claim 4 or 5 .
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