JPH10504967A - 固形有機廃棄物の嫌気発酵装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 固形有機廃棄物の嫌気発酵のために、固形廃棄物が、液状の物質、特に嫌気性スラリ、と混合せしめられ、そして該混合物の温度が、２５°Ｃと７０°Ｃの間の値、好ましくは３０°Ｃと４０°Ｃの間（中温性）そして５５°Ｃと６５°Ｃの間の値（好熱性）、にされる。軽量物の即時の上昇および浮揚によって、メタン発生帯域上に浮く固形物の層（１０）が、反応装置内で混合物から形成される。浮層は、反応装置の供給端（７）または混合部（２）から排出端（１４）へと移転し、固形有機物の加水分解と酸性化が浮層中で生起する。発酵した浮層は、該浮層下のメタン発生帯域における流体およびスラリの滞留時間から独立して、排出端（１４）を通じて排出される。

Description

【発明の詳細な説明】 固形有機廃棄物の嫌気発酵装置および方法 第１に、本発明は、反応装置タンクにおける固形有機物の嫌気発酵方法であっ て、該反応装置タンク内には固形有機物と嫌気流体との混合物が存在し、メタン 発生流体上に浮く物質の層が反応装置タンクの供給端から排出端へと移転されメ タン形成反応が前記浮層下のメタン発生流体中でひき起こされ、そして流体が前 記浮層の中に、および、またはその上に吹き付けられる方法に関するものである 。 そのような方法は米国特許４３３４９９７号明細書に開示されている。 有機廃棄物は、なかんずく、野菜、果実および園芸廃棄物、家庭廃棄物および 有機産業廃棄物から成り得る。 下水の浄化および天然肥料の処理は、数十年間にわたって、発酵プロセスを使 用してきた。発酵の結果として生物ガスが生成され、廃棄物またはスラリが安定 化する。しかし、発酵プロセスは、ますます、農業関連産業からの廃棄物と家庭 廃棄物（野菜、果実および園芸廃棄物など）の処理にも使用されている。 完全混合式反応装置（ｒｅａｃｔｏｒ）またはプラグフロー（ｐｌｕｇ−ｆｌ ｏｗ）式反応装置が使用されるとき、発酵さるべき廃棄物の、および、バイオマ ス（メタン発生スラッジ）の滞留時間は、互いにまったく同じである。しかし、 メタン発生バクテリアの成長率は比較的低く、その結果、前記バイオマスの、し たがって、発酵さるべき物質の滞留時間を、比較的長く（２０〜３０日）しなく てはならない。この結果として、反応装置タンクの長さが比較的長くなる。発酵 物質およびメタン発生バイオマスの滞留時間の相互間に分離が生じるようにされ たいくつかのシステムが知られているが、通常それらは、相互間に複雑な分離シ ステムを備えた複数の反応装置を使用する。 前記米国特許明細書に開示された方法においては、浮層は、メタン発生流体帯 域から独立して移転されそして排出される。換言すると、浮層およびメタン発生 スラリの滞留時間は、互いに同じであることを要しない。浮層上に吹き付けられ る流体は、浮層のための運搬機能を遂行するにすぎない脱酸素化された水から成 る。流体はそれを浮層の中に、および、その上に勢いよく吹き付ける必要があり 、それは混合効果をも有し、その結果、浮層の固形部分が、前記メタン発生流体 中に吹き込まれて該浮層の厚さを損なうことになる。各々の場合、浮層の構成要 素を発酵させる企てはなされない。浮層は、単に迷惑な物と見なされるだけであ り、したがって、できるだけ薄く保たれる。浮層は、可能なかぎり迅速に反応タ ンクから排出される。 本発明の目的は、制御された発酵反応を浮層において生じさせることである。 この目的のため、前文に記述された方法は、浮層中で発酵をひき起こすととも に、ろ過（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ）によって、浮層から酸性発酵生成物を除去 しかつそれらを浮層下のメタン発生帯域へ駆逐するため、浮層の中に、および、 またはその上に吹き付けられた流体を浮層下のメタン発生帯域から引き出すこと と、発酵反応が浮層中で生じ得るような制御された態様で、浮層を運動させるこ ととを特徴とする。 固形廃棄物および嫌気スラリは、反応装置の外部で混合され得るが、この混合 はそれを実反応装置の混合部で行うことが好ましい。 混合間に、沈下した重い物体は、定期的に除去されなくてはならない。 嫌気スラリは、適切な発酵性能レベルを達成するためには、それを望ましい温 度にしなくてはならないであろう。このことは、中温性バクテリアの場合、温度 をほぼ３０°Ｃとほぼ４０°Ｃとの間にしなくてはならないこと、一方、好熱性 バクテリアの場合、ほぼ５５°Ｃとほぼ６５°Ｃの間の温度が好ましいことを意 味する。 本発明によれば、軽い固形物の即時の浮上およびバイオマスの沈下によって、 前記２種の物の相互分離がひき起こされ、前記２種の物は各個にそしてそれらの 固有時間を以て適切に発酵せしめられる。メタン発生帯域からの流体は、浮層中 に、および、またはその上に吹き付けられ、それによって浮層における発酵が達 成される。 メタン発生帯域で形成された生物ガスは、上に向かって流れそして泡化して浮 層を通過し、その結果として、浮上が増進せしめられ、それと同時に、浮層の混 合と切開（ｂｒｅａｋｉｎｇ−ｏｐｅｎ）とが生起せしめられる。もしメタン発 生帯域から撤収される流体が、固形物の取入れおよび混合の改善にも使用される ならば、混合はいっそう強化される。 もし形成された生物ガスが、さまざまの異なる位置で、反応装置の下部分内に 注入されることによって少なくとも部分的に再循環せしめられるならば、１ｍな いし２ｍの厚さの浮層は、ある程度まで破壊され、そして反応装置の内容物は、 よりよく混合されるであろう。 反応装置内における浮層中の発酵物質の滞留時間は、ほぼ５日である。この時 間の間に、浮層は機械的手段を使用して反応装置の排出端に向かって移動せしめ られる。 反応装置の排出端において、浮層は水シール（ｓｅａｌ）の一部分を構成する そらせ板の真下に押されまたは他の機構を介して移転せしめられる。このそらせ 板は、浮層の厚さを規制するように調節され得る。 本発明は、さらに上記方法を実施するための反応装置であって、固形廃棄物と 嫌気流体との混合物のための供給端およびメタン発生流体上の浮層のための排出 端を備えた反応装置タンク、前記供給端から前記排出端へと前記浮層を移転する 手段、前記浮層の中に、そして、またはその上に流体を吹き付ける手段、および 前記流体と前記浮層下に位置するスラリから独立して前記排出端において、水シ ールを介して、前記浮層を反応装置から排出する手段を有するものに関する。 そのような反応装置は、やはり前記米国特許４３３４９９７号明細書から知ら れている。 本発明による前記方法を実施するため、浮層の中に、そして、またはその上に 流体を吹き付ける前記手段は、浮層下のメタン発生帯域から流体を引き出し得る 複数の管路と接続される。 この場合、反応装置内で形成される生物ガスを排出する手段が設けられ、それ らは反応装置の底にそれぞれ異なる位置を以て据付けられる。 前記浮層を移動させる手段は、液圧で運動できる羽根であって、浮層の前進方 向に枢動でき、そしてこの枢動間に浮層中で下向きの並進運動を遂行でき、また それがほぼ垂直の位置に達したとき浮層の外側の位置へと上方向に運動できそし て、最後に、出発位置へと逆方向に枢動できるものから構成される。一つの羽根 はまた平行四辺形の経路に従って、順次、斜め前方向に、反応装置の排出端の方 向に、斜めうしろ上方向に、そして最後に、反応装置の供給端の方向に機械的に 運動し得る。 以下、本発明による反応装置を概略的に例示する図面を参照して、いっそう詳 細に本発明について説明する。 図面は、その頂部を閉鎖された反応装置タンク１であって、混合部２および発 酵部３から構成されるものを示す。 野菜、果実および園芸ごみのごとき固形有機物の供給コンベヤ４は、その排出 端を通じて、回転ドラム篩５の上方で外へ向かって開いており、この篩は、木の 枝、自動車タイヤ、コンクリートブロックのような極粗大廃棄物を、該篩を通過 した物によって形成される発酵用廃棄物から分別し得る。極粗大廃棄物は溜め置 場６に落下し、そして前記篩を通過する物は、水シールのように設計された入口 ７を通じて、混合部２内に落ちる。該部において、石、ガラス、セラミック材料 、金属および粗い砂は底に沈み、新たに到着した発酵さるべき構成材料と反応装 置内のメタン発生バイオマスとが混合される。次いで、混合部において、混合物 は、加熱・混合ユニット８によって２５〜７０°Ｃ、好ましくは３０〜４０°Ｃ （中温性）または５５〜６５°Ｃ（好温性）、に加熱される。前記加熱・混合ユ ニットは複壁型の竪ノズルであってそれらのキャビティ内を温水が流れるものか ら構成されている。沈降して混合部の底に横たわっている物は、時々、グラブク レーン９によって除去される。 発酵部３において、実生物転換が生じ、その結果として、生物ガスの上昇泡に よって惹起される繊維性材料の上昇および浮遊によって、１ｍ〜２ｍの厚さを有 する浮層１０が形成される。浮層は液圧駆動される羽根１１によって反応装置の 排出端１４の方向へ推進される。この排出端は水シールとして設計されている。 排出端の前には、そらせ板１３およびプランジャ１２が存在し、それらは、そら せ板１３の下の浮層１０の被発酵物を押して水シール１４の方向に通らせ、該水 シールは、被発酵物が排出領域に落ちるのを可能にする。羽根１１は、浮層の前 方向へ枢動でき、同時に、下方向並進運動を行い得る。羽根が垂直位置に達した とき、それらは上方へ運動しそして出発位置に向かって枢動する。 取入口７から出口１２に至る、浮層構成物の概ね５日にわたる運搬の間、有機 物は加水分解されそして酸性化され、一方、さらにメタンが、浮層中に形成され る。６と７の間のｐＨを以て、澱粉および蛋白質のような物質が、砂糖、酢酸お よびアミノ酸のような溶解物質に生物転換される。酸性化生成物は、高酸性化浮 層の場合、生物学的分解過程が停止せしめられるから、蓄積してはならない。浮 層からその下のメタン発生帯域への酸性化生成物の排出が、緩衝流体の浮層を通 じるパーコレーションによって生じる。緩衝流体はメタン発生帯域から管路１６ および篩１７によって引き出され、管路１８および浮層内の、および、または浮 層上の吹付ヘッド１９を通じて戻され得る。引き出された流体はさらに浮層内の 発酵にも寄与する。 前記溶解酸性化生成物は、浮層１０の下のメタン発生バイオマス中で生物ガス に転換される。生物ガスは上方へ流れ、該ガスが浮層を通って泡化しそれによっ て浮層の特別な混合と切開とが達成された後、管路２０を通じて反応装置から出 て行く。その結果として、外殻（ｃｒｕｓｔ）、盲点（ｂｌｉｎｄ ｓｐｏｔ） または死点（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）が形成されない。 前記生物ガスは、管路２０を通ってタンク２１へと流れ、その内部において泡 が分離される。そこから、生物ガスは、排出管路２２を通じて、例えば、発電機 へと流れる。排出管路２２の分岐管路２３は、生物ガスがコンプレッサ２４を通 過した後、生物ガスの一部分を反応装置の最下部分に開通している複数の管路へ と運搬する。余分の生物ガスはメタン発生帯域における混合を増強し、浮層の切 開（ｏｐｅｎｉｎｇ−ｕｐ）をより大きくする。 管路１６を通じてメタン発生帯域から引き出される流体は、浮層を通じて前記 パーコレーションに使用されるのに加えて、被発酵物質の供給および混合（管路 ２５参照）の改善およびグラブクレーン９によって収集された物の吹付け（管路 ２６参照）に使用され得る。 浮層の酸性度は６から７の間であり、そしてメタン発生スラリにおける酸性度 は７から８の間である。 以上説明した反応装置および方法の最も重要な利点は、浮層およびメタン発生 帯域のそれぞれの滞留時間が、複雑な装置を設けることなしに異なり得ることで ある。浮層における物質の滞留時間は概ね５日であり、メタン発生帯域における それは、乾燥物質の含量（通常それは７％より小さい）に従属するが、例えば、 ２０日である。さらに、浮層それ自体における発酵作用も増進される。 排出された被発酵物質は、例えば、堆肥になるように処理され得る。 メタン発生帯域から排出されたスラリは、遠心分離機内で分離されて、一方に おいて、水を生じそして、他方において、固形物質およびメタンバクテリアを生 じる。 本発明の範囲内で様々の修正ならびに付加が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年８月２７日 【補正内容】 請求の範囲 １． 反応装置タンク（１）における固形有機物の嫌気発酵方法であって、前 記反応装置タンク内に固形有機物と嫌気流体との混合物が存在し、メタン発生流 体上に浮く物質（１０）の層が前記反応タンクの供給端（７）から排出端（１４ ）へと移転されてメタン形成反応が前記浮層（１０）下のメタン発生流体中でひ き起こされ、そして流体が前記浮層（１０）の中に、および、またはその上に吹 き付けられる発酵方法において、前記浮層中で発酵をひき起こすとともに、パー コレーションによって、前記浮層から酸性発酵生成物を除去しかつそれらを前記 浮層下のメタン発生帯域へと駆逐するため、前記浮層の中に、および、またはそ の上に吹き付けられた前記流体を前記浮層（１０）下のメタン発生帯域から引き 出すことと、前記発酵反応が前記浮層中で生じ得るような制御された態様で、前 記浮層（１０）を運動させることとを特徴とする嫌気発酵方法。 ２． 請求項１に記載の方法において、前記固形廃棄物と嫌気スラリとの混合 が、前記反応装置の混合部（２）で行われることを特徴とする嫌気発酵方法。 ３． 請求項１または２に記載の方法において、混合間に、沈下して重い物体 が定期的に除去されることを特徴とする嫌気発酵方法。 ４． 請求項１から３の何れか一項に記載の方法において、前記メタン発生帯 域からの流体が、固形物の取入れおよび混合を改善するためにも使用されること を特徴とする嫌気発酵方法。 ５． 請求項１から４の何れか一項に記載の方法において、前記メタンが、異 なるいくつかの位置において、前記反応装置（１）の下部分に注入されることに よって少なくとも部分的に再循環せしめられることを特徴とする嫌気発酵方法。 ６． 請求項１から５の何れか一項に記載の方法において、前記浮層（１０） が、機械的手段（１１）を使用して、前記反応装置の排出端（１４）へと移転せ しめられることを特徴とする嫌気発酵方法。 ７． 請求項１から６の何れか一項に記載の方法を実施するための反応装置で あって、固形廃棄物と嫌気流体との混合物のための供給端（７）およびメタン発 生流体上の浮層（１０）のための排出端（１４）を備えた反応装置タンク（１） 、 前記供給端（７）から前記排出端（１４）へと前記浮層を移転する手段（１１） 、前記浮層の中に、および、またはその上に流体を吹き付ける手段（１９）およ び、前記流体および前記浮層下に位置するスラリから独立して前記排出端におい て、水シール（１４）を介して、前記浮層を反応装置から排出する手段（１２， １３）を有するものにおいて、前記浮層の中に、および、またはその上に流体を 吹き付けるための前記手段（１９）が、前記浮層（１０）下のメタン発生帯域か ら前記流体を引き出し得る複数の管路と接続されていることを特徴とする反応装 置。 ８． 請求項７に記載の装置であって、反応装置の底にそれぞれ異なる位置を 以て据付けられていて該反応装置内で形成されるメタンを排出する手段（２７） を有することを特徴とする反応装置。 ９． 請求項７または８に記載の装置であって、反応装置内に形成された浮層 （１０）を、制御された態様で該反応装置の排出端（１４）へと移転する機械的 手段（１１）を有することを特徴とする反応装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (71)出願人 ジー リミテッド グローバル インバイ アランメンタル エンジニアリング リミ テッド インド国411 004 パン，アプト ロー ド，オップ．ホテル コヒノア イグゼキ ュテイブ，ケイ．ジー．マンション 1233 ／シー (72)発明者 バン ディユク，メイネ オランダ国 エヌエル − 8571 エムエ ックス ハリッヒ，トロフォルンステルヴ ェク ２ (72)発明者 ファベル，イエレ オランダ国 エヌエル − 8571 ケイイ ー エラフイゼン，ブオーレン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 反応装置タンクにおける固形有機物の嫌気発酵方法であって、前記反応 装置タンク内に固形有機物と嫌気流体との混合物が存在し、メタン発生流体上に 浮く物質の層が前記反応タンクの供給端から排出端へと移転されてメタン形成反 応が前記浮層下のメタン発生流体中でひき起こされ、そして流体が前記浮層の中 に、および、またはその上に吹き付けられる発酵方法において、前記浮層中で発 酵をひき起こすとともに、パーコレーションによって、前記浮層から酸性発酵生 成物を除去しかつそれらを前記浮層下のメタン発生帯域へと駆逐するため、前記 浮層の中に、および、またはその上に吹き付けられた前記流体を前記浮層下のメ タン発生帯域から引き出すことと、前記発酵反応が前記浮層中で生じ得るような 制御された態様で、前記浮層を運動させることとを特徴とする嫌気発酵方法。 ２． 請求項１に記載の方法において、前記固形廃棄物と嫌気スラリとの混合 が、前記反応装置タンクの混合部で行われることを特徴とする嫌気発酵方法。 ３． 請求項１または２に記載の方法において、混合間に、沈下して重い物体 が定期的に除去されることを特徴とする嫌気発酵方法。 ４． 請求項１から３の何れか一項に記載の方法において、前記メタン発生帯 域からの流体が、固形物の取入れおよび混合を改善するためにも使用されること を特徴とする嫌気発酵方法。 ５． 請求項１から４の何れか一項に記載の方法において、前記生物ガスが、 異なるいくつかの位置において、前記反応装置の下部分に注入されることによっ て少なくとも部分的に再循環せしめられることを特徴とする嫌気発酵方法。 ６． 請求項１から５の何れか一項に記載の方法において、前記浮層が、機械 的手段を使用して、前記反応装置の排出端へと移転せしめられることを特徴とす る嫌気発酵方法。 ７． 請求項１から６の何れか一項に記載の方法を実施するための反応装置で あって、固形廃棄物と嫌気流体との混合物のための供給端およびメタン発生流体 上の浮層のための排出端を備えた反応装置タンク、前記供給端から前記排出端へ と前記浮層を移転する手段、前記浮層の中に、および、またはその上に流体を吹 き付ける手段および、前記流体および前記浮層下に位置するスラリから独立して 前記排出端において、水シールを介して、前記浮層を前記反応装置から排出する 手段を有するものにおいて、前記浮層の中に、および、またはその上に流体を吹 き付けるための前記手段が、前記浮層下のメタン発生帯域から前記流体を引き出 し得る複数の管路と接続されていることを特徴とする反応装置。 ８． 請求項７に記載の装置であって、反応装置の底にそれぞれ異なる位置を 以て据付けられていて該反応装置内で形成される生物ガスを排出する手段を有す ることを特徴とする反応装置。 ９． 請求項７または８に記載の装置であって、反応装置内に形成された浮層 を、制御された態様で該反応装置の排出端へと移転する機械的手段を有すること を特徴とする反応装置。