WO2004004937A1 - 乾式メタン発酵槽及び有機物処理システム - Google Patents

乾式メタン発酵槽及び有機物処理システム Download PDF

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WO2004004937A1
WO2004004937A1 PCT/JP2003/008372 JP0308372W WO2004004937A1 WO 2004004937 A1 WO2004004937 A1 WO 2004004937A1 JP 0308372 W JP0308372 W JP 0308372W WO 2004004937 A1 WO2004004937 A1 WO 2004004937A1
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WO
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dry
organic matter
methane
fermenter
fermentation tank
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Application number
PCT/JP2003/008372
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shinzo Ito
Original Assignee
Obayashi Corporation
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Publication date
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Priority to JP2004519227A priority patent/JPWO2004004937A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/16—Solid state fermenters, e.g. for koji production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/36—Means for collection or storage of gas; Gas holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/24—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes inside the vessel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a dry methane fermentation tank and a dry methane fermentation method for decomposing organic matter such as organic waste having a high solid matter concentration by methane fermentation.
  • An effective method of recovering resources from organic waste is to use methane fermentation.
  • Methane fermentation is often performed on liquid waste, such as industrial effluents, organic effluents, livestock manure, etc., where the percentage of solid organic matter is less than 10%, for example. This is called wet methane fermentation.
  • wet methane fermentation the treatment of post-fermentation wastewater, which is discharged in large quantities during wet methane fermentation, requires considerable costs, including initial costs and operation costs.
  • the solids content is high, to utilize such wet methane fermentation, it is diluted by adding a liquid such as water to form a slurry.
  • a liquid such as water
  • water is added before fermentation, and the treatment volume increases, resulting in poor treatment efficiency.
  • the added liquid must be treated as wastewater.
  • methane fermentation there is a method in which methane fermentation is carried out in a non-waterlogged state without adding water to solid wastes having a high ratio of, for example, 10% or more, more typically 20% or more. It is called methane fermentation.
  • methane fermentation In dry methane fermentation, solids in the fermenter can be treated without dilution, so the treatment volume does not increase, the moisture content of the fermentation residue is low, and wastewater treatment after fermentation is unnecessary.
  • methane fermentation is performed in a dry state, the whole system can be made easy and simple.
  • the amount of organic waste to be fermented at a time is charged, and after fermentation is completed, all fermentation residues are removed, and fresh organic waste is added.
  • Batch method of charging, or continuous input of organic waste before processing, complete mixing method of fermenting while mixing all, fermentation tank is elongated, and processing is performed at both ends in the long axis direction, respectively.
  • a front-end organic waste input port and a fermentation residue discharge port are provided, and a certain amount of organic waste is added daily from the input port, so that a certain amount of fermentation residue is pushed out of the discharge port every day. There are methods.
  • the plug-flow method can save installation space compared to the batch method. Also, in the plug-flow method, unlike the complete mixing method, organic wastes with different fermentation times are treated separately, and different microflora that act in each fermentation stage can exist independently. Efficiency is better. Fermenters that use the plug-flow method include a horizontal fermenter that is longer in the horizontal direction than the height and a vertical fermenter that is higher in the horizontal direction.
  • an organic waste inlet before treatment is provided in the longitudinal direction, and a fermentation residue outlet is provided on the opposite side.
  • the organic waste before treatment is first heated to 55 ° C by blowing high-temperature steam and then put into a fermentation tank.
  • the input organic waste is pushed out from the input port to the discharge port using the power of a piston pump or the like to generate a flow of waste and to continuously process waste.
  • the fermentation residue discharged from the fermenter while passing through the fermenter is then used as compost or carbonized by carbonization.
  • a horizontal fermenter required problems such as the need for kinetic energy to push out waste in the tank.
  • a waste inlet is provided at the top of the fermenter, and a drain is provided at the bottom, so that the input organic waste is pushed out to the outlet by gravity.
  • a power source there is no need for a power source to cause this.
  • methane is collected from the upper part of the fermentation tank, and there is a problem that if the height of the fermentation tank increases, methane generated in the lower part cannot be discharged stably to the upper part. Also have limitations.
  • the reaction temperature is about 37 ° C or about 55 ° C depending on the type of methane bacteria used, but the reaction at about 55 ° C suppresses the growth of bacteria other than methane bacteria. Therefore, the efficiency of methane generation is high.
  • the waste before treatment is first heated to 55 ° C by blowing high-temperature steam into the waste, and then put into the fermentation tank. Then, during the treatment, the temperature of the waste decreased, and there was a problem that methane generation was not performed stably.
  • the present invention provides a dry methane fermentation tank that can save energy for methane generation, stably generate methane, and stably discharge the generated methane, thereby increasing the efficiency of methane generation. It was made for the purpose. Disclosure of the invention
  • the dry methane fermentation tank of the present invention is a dry methane fermentation tank for performing methane fermentation of the organic matter in a dry state in a storage section for storing organic matter, and discharging methane gas generated by the methane fermentation to the outside.
  • a gas passage for guiding the methane gas is provided outside the housing.
  • the gas passage is constituted by a porous pipe buried in the organic substance.
  • gas passage may be constituted by a perforated panel and an inner wall surface of the fermenter.
  • the gas passage, one said perforated panel and good c also be characterized in that it is constituted by a space surrounded by at the inner wall surface of the front Symbol fermentor embedded in said organic material the gas passage
  • it may be characterized by being constituted by a space surrounded by the two parallel perforated panels embedded in the organic substance and the inner wall surface of the fermenter.
  • a small hole may not be provided at a predetermined length from the upper end of the porous panel.
  • a heating device capable of heating the organic matter in the tank to a constant temperature may be further provided.
  • a heating device capable of heating the organic substance in the tank to a predetermined temperature is provided at a predetermined length from an upper end of the perforated panel in which the small holes are not provided. It can be characterized by being arranged.
  • the heating device heats the organic matter using hot water. You may.
  • a collection tube for discharging methane gas from the inside of the fermenter to the outside of the fermenter may be provided.
  • the collection tube is provided on a side surface of a wall of the storage section.
  • a plurality of the dry methane fermentation tanks may be provided, and the plurality of dry methane fermentation tanks may be arranged in a horizontal direction with the input port of the organic matter facing upward.
  • a fermenter includes an input portion for organic matter, a storage portion for storing and fermenting the organic material input from the input portion, and the organic material fermented in the storage portion.
  • the dry fermentation tank may be configured so that the pressure in the dry fermentation tank is increased by the pressure of gas generated by fermentation of the organic matter in the storage unit.
  • the open discharge section is plugged with the organic substance, and the input section is sealed, and the fermentation is performed by the pressure of gas generated by fermentation of the organic substance.
  • the organic matter may be configured to be extruded from the discharge part. For example, when the organic material is compacted in the opened discharge unit, the discharge unit is plugged with the organic substance, but it is not necessary to completely shut off the gas flow, Even if the gas is constantly leaking, any condition may be used as long as the organic substance is moved by the gas pressure.
  • the dry fermentation tank may further include a gas passage provided in the storage unit and configured to guide a gas generated in the storage unit to the input unit, and a gas passage provided in the input unit and guided by the gas passage. And a collecting section that generates a pressure to collect and push the organic matter in the storage section toward the discharge section side.
  • the inner wall of the dry fermenter may be smooth-finished.
  • the resistance of the wall surface of the dry fermentation tank may be larger on the discharge section side than on the input section side.
  • the resistance in order to cause the resistance of the wall surface, not only does the resistance gradually increase in the direction of the discharge portion, but also, for example, an obstacle protruding from the wall surface is provided near the discharge portion.
  • the resistance may be locally increased by roughening the wall near the discharge section in the previous period.
  • the cross-sectional area of the dry fermentation tank may be smaller on the discharge section side than on the input section side. Also in this case, the cross-sectional area does not need to be gradually reduced, and a configuration in which the opening diameter of the discharge portion is extremely smaller than the diameter of the storage portion may be used.
  • the dry fermenter may include a vertically continuous portion and a horizontal portion that are integrally continuous, the input portion being provided in the vertical portion, and the discharge portion being provided in the horizontal portion.
  • the input portion being provided in the vertical portion
  • the discharge portion being provided in the horizontal portion.
  • the vertical portion and the horizontal portion may not be completely vertical and horizontal, respectively, and in particular, the horizontal portion may be lowered toward the discharge portion.
  • the dry fermenter may be provided with a heating device for heating the organic matter in the storage unit to a constant temperature.
  • the fermentation method according to the present invention is a dry fermentation tank comprising: an input section for an organic substance; a storage section for storing the organic substance; and a discharge section for the organic substance.Dry fermentation in which the organic substance is fermented in a dry state.
  • a dry fermentation method wherein the organic matter after fermentation is extruded from the discharge part by a pressure of a gas generated by fermentation of the organic matter in the storage part. .
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a methane fermentation tank according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of a concrete wall of the methane fermentation tank according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view of the body of the methane fermentation tank according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a flow of the organic waste put into the methane fermentation tank according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an overall configuration diagram of a methane fermentation tank according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a concrete wall of a methane fermentation tank according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is a horizontal sectional view of a methane fermentation tank body according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a horizontal cross-sectional view of the body of the methane fermentation tank according to the first embodiment of the present invention, which crosses the gas collection header tube.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing the flow of the organic waste put into the methane fermentation tank according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an overall configuration diagram of a methane fermentation tank according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 11 is a horizontal sectional view of a body part of a methane fermentation tank according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 12 is a sectional view of a concrete wall of a methane fermentation tank according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing the flow of organic waste put into the methane fermentation tank according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 14 is an overall configuration diagram of a methane fermentation tank according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 15 is an arrow view as viewed from the side of the methane fermentation tank according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 16 is a view of the upper space of the methane fermentation tank according to Example 4 of the present invention as viewed from above, and is a view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the inner (left side) and outer (right side) wall surfaces of the methane fermentation tank according to Example 4 of the present invention, and is a view taken along DD and EE in FIG. 16, respectively.
  • FIG. 18 shows a gas outlet portion of the methane fermentation tank according to Example 4 of the present invention (FIG. 14C).
  • FIG. 15 is a view taken in the direction of the arrow CC in FIG. 14.
  • FIG. 19 is a view of the perforated panel (left side) and the inner wall surface (right side) of the methane fermentation tank according to Example 4 of the present invention, respectively, as viewed from arrows FF and GG in FIG.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram of a heating system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 21 is an overall configuration diagram of a methane fermentation apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 22 is an overall configuration diagram of a methane fermentation apparatus according to Embodiment 5 of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 23 is a sectional view of a methane fermentation apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 24 is an overall configuration diagram of the dry methane fermentation system according to the embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the structure, shape, dimensions, material, equipment, and the like of the dry methane fermentation tank are not limited to those described in the following Examples, but include all modifications that satisfy the purpose of the present invention.
  • a vertical fermenter was used as an example, but a horizontal fermenter may be used.
  • the methane fermentation method performed in the dry fermentation tank, the fermentation tank heating method, the heating temperature, and the like also include all the modifications that satisfy the purpose of the present invention.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of Embodiment 1 of a dry methane fermentation tank according to the present invention.
  • the dry methane fermentation tank 100 of this embodiment is made of concrete, has a columnar shape with its lower part squeezed, and has a height of 15.45 m.
  • the cross-sectional diameter of the upper cylindrical part is 2.2.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the concrete wall 101.
  • hot water pipes 102 and 104 are provided as heating devices for the fermenter.
  • the fermenter 100 can be heated and maintained at a constant temperature by flowing water at an appropriate temperature into the hot water pipes 102 and 104, for example, from the bottom up. . Since water has a large specific heat, the temperature of the fermenter 100 can be kept very stable by using warm water for heating. In addition, when using hot water, solar heat and waste heat can be used, so using hot water is advantageous in terms of cost.
  • the hot water pipe is divided into several parts.
  • the hot water pipe in the upper part of the tank is designed independently, and water with a higher water temperature than the hot water pipe in the center to the lower part of the tank flows, or By flowing a large amount of water, it is possible to heat organic waste close to room temperature, which has just been added, more quickly, and to maintain the temperature more easily and stably when raising the temperature of the entire tank.
  • the hot water pipe is divided into two parts 102 and 104, and the upper hot water pipe 104 is connected to the lower hot water pipe 102 so that the temperature of the entire fermenter is 55 ° C.
  • hot water is allowed to flow, and the organic matter is rapidly heated in the initial stage.
  • hot water of 55 ° C or more may be flowed in consideration of keeping the entire fermenter at 55 ° C.
  • the entire fermentation consists of multi-stage reaction processes by various kinds of bacteria, so by setting the hot water pipe of each part to a different temperature, the temperature can be adjusted to a temperature suitable for each bacteria or each reaction process. Water temperature can be adjusted.
  • the hot water pipe 108 should be filled with hot water at a higher temperature so that the lower hot water pipe 102 of the fermenter 100 has a temperature of 55 ° C and the upper hot water pipe 104 has a temperature of 37 ° C. May flow.
  • Insulation material 106 is installed outside the wall of the fermenter to prevent heat radiation to the surroundings.
  • a discharge port 108 for discharging methane gas generated by methane fermentation in the fermenter 100 to the outside of the fermenter 100 is provided in the upper part of the fermenter 100.
  • a methane gas treatment device (not shown) for collecting and processing methane gas discharged from the outlets 108 of the plurality of fermenters 100 collectively is provided.
  • the lower part of the fermenter 100 is provided with a residue discharge port 110 for discharging the fermentation residue after the fermentation treatment in the tank, and a discharge device 112 for adjusting the discharge amount.
  • Organic waste 1 14 has a high percentage of solids and few gaps, so unlike a liquid, it is not easy for a large amount of gas to flow out of the storage unit 1 16 without interruption. Absent. By providing the perforated pipe 120, a large amount of methane gas can easily flow out of the organic waste 114.
  • the perforated pipes 120 are installed in parallel with the long axis direction of the fermenter 100, and are arranged, for example, as shown in FIG. 3, eight on the circumference and one at the center of the circle.
  • the perforated pipe 120 is made of, for example, stainless steel and has a number of small holes of 100-200 ⁇ m. If these small holes are clogged, it can be easily removed by backflowing the gas into the perforated pipe.
  • methane fermentation is performed as shown in FIG.
  • the methane fermentation tank 100 is charged with 7.5 m3 of organic waste 111 for 3 days.
  • Fermenter 1 0 organic waste 1 1 4 in 0 stagnates 2 5 minutes, after which the amount of discharged charging amount has reached equilibrium, daily, 7. 5 m 3 was charged, corresponding to the insertion were divided organic
  • discharging waste 114 a certain amount of organic waste 114 is kept in the fermenter 100.
  • untreated organic waste 111 When untreated organic waste 111 is fed into fermenter 100, it is mixed with fermentation residue as a seed for anaerobic bacteria, such as wheat, sawdust, rice bran, pruned branches, waste paper, etc. Into the fermenter 100.
  • the input organic waste 1 1 4 is subjected to acid generation for the first few days.
  • various facultative anaerobic bacteria break down carbohydrates such as sugars in organic waste into alcohol and low molecular organic acids, fats into fatty acids, and proteins into amino acids.
  • methane is produced by methane bacteria from the decomposition products, alcohols and organic acids.
  • the methane generated in the organic waste 1 14 flows through the perforated pipe 120 into the space 1 18 above the organic waste storage 1 116, and by the pressure of the generated methane itself, It is conveyed to the outside of the fermenter 100 through the outlet 108 and collected.
  • a large amount of organic waste 114 is present, a plurality of such methane fermentation tanks 100 are arranged on flat ground, and a common treatment plant for treating methane collected from each is provided.
  • An efficient organic matter processing system can be constructed.
  • FIG. 5 is an overall configuration diagram of Embodiment 2 of the dry methane fermentation tank according to the present invention.
  • the gas passage is directly connected to the gas outlet, and the methane gas passing through the gas passage is designed to be directly discharged to the outside of the fermenter through the gas outlet.
  • the dry methane fermentation tank 200 of this embodiment is made of concrete, has a columnar shape with its upper and lower parts squeezed, has a height of 15.45 m, and has a cross-sectional diameter of the upper column of 2 mm. 25 m.
  • the concrete wall 201 has a hot water pipe 202 and a heat insulating material 206 as in the first embodiment.
  • the hot water pipe is divided into three parts 202, 203 and 204, and the hot water flowing through the hot water pipe is heated to a temperature higher than 55 ° C as the hot water pipe is located at the top, so that the whole is quickly and uniformly Temperature of 55 ° C.
  • hot water of 55 ° C or more may be supplied in consideration of setting the entire fermenter to 55 ° C.
  • the water temperature may be adjusted to a temperature suitable for each bacterium or each reaction process by setting the hot water pipe of each part to another temperature.
  • the fermenter 200 is provided with a discharge port 208, a residue discharge port 210, and a discharge device 212 for adjusting the discharge amount.
  • a porous pipe 220 as a gas passage is buried in the organic waste 214, but in this embodiment, the porous pipe 220 is connected to the gas collecting header pipe 222.
  • the methane gas which is connected and collected by the perforated pipe 222 is discharged directly to the outside of the fermenter 200 through the header pipe 222.
  • the perforated pipe 220 has the same structure as that of the first embodiment, and is arranged, for example, as shown in FIG.
  • the header pipe 222 has a structure as shown in FIG. 8, for example.
  • the methane gas collected by the perforated pipe 220 is discharged to the outside of the fermentation tank 200 and sent to a methane gas treatment device (not shown). Carry.
  • the methane fermentation is performed using the methane fermentation tank having the above-described configuration. The method is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here.
  • the produced methane is fermented through a porous pipe 220 and a header pipe 222. It is carried out of the tank and collected. In addition, methane that is not collected by the perforated pipe 220 and passes upward in the organic waste is discharged from the methane outlet 208 provided in the upper part of the fermenter 200 and collected.
  • FIG. 10 is an overall configuration diagram of Embodiment 3 of the dry methane fermentation tank according to the present invention.
  • the gas passage is designed to be built along the walls of the fermenter.
  • the dry methane fermentation tank 300 of the present embodiment is made of concrete, and has a prismatic shape with its lower part squeezed. The height is 15.45 m, the length of one side of the torso prism is 4.4 m, and the length of one side of the narrowed lower part is 1.5 m (see Fig. 11). .
  • the concrete wall 301 has a hot water pipe 302 and a heat insulating material 303 as in the first embodiment.
  • the hot water pipe is divided into two portions 302, 304, and the upper hot water pipe 304 is supplied with high-temperature water from the lower hot water pipe 302, so that the whole is quickly and uniformly.
  • hot water of 55 ° C or more may be supplied in consideration of keeping the entire fermenter at 55 ° C.
  • the water temperature may be adjusted to a temperature suitable for each bacterium or each reaction process by setting the hot water pipe of each part to another temperature.
  • a perforated panel 320 is further provided inside the concrete wall 301 at an interval of 20 cm in parallel with the wall 301.
  • the perforated panel 320 is made of, for example, stainless steel and has an infinite number of small holes of 100—200; / m.
  • the space between the perforated panel 320 and the concrete wall 301 becomes a gas passage for methane gas generated by methane fermentation in organic waste 314, and methane gas is discharged to the upper space 318 more stably. Work as you would.
  • the discharged methane gas is transported to the outside of the fermenter 300 and then to a methane gas treatment device (not shown).
  • the fermenter 300 is provided with a discharge port 310, a residue discharge port 310, and a discharge device 312 for adjusting the discharge amount.
  • methane fermentation is performed as shown in FIG. 13, but the method is the same as that in Example 1, and the description is omitted here.
  • the generated methane passes through the space between the perforated panel 320 and the concrete wall 301, flows into the space 318 above the organic waste storage unit 316, and generates meta- Due to the pressure of the fermenter itself, it is conveyed to the outside of the fermentor through the outlet 308 and collected.
  • the fermenter had a prismatic shape
  • a single rectangular perforated panel was installed so as to run parallel to the ⁇ wall, and a gas passage was formed with the ⁇ wall on three sides.
  • the gas passage may be formed by installing a perforated panel at a corner and forming a triangular prism-shaped space having a right-angled triangular cross section along with two inner walls.
  • a gas passage can be formed by a single perforated panel and the inner wall of the tank by bonding both ends of one rectangular perforated panel to the curved inner wall. Can be done.
  • FIG. 14 is an overall configuration diagram of Embodiment 4 of the dry methane fermentation tank according to the present invention.
  • the dry methane fermentation tank 400 of this embodiment is made of, for example, concrete, and has a prismatic shape with its lower part narrowed.
  • a structure in which three tanks are continuous is used, but a single tank may be used, and in the case of a plurality of tanks, the number is not limited.
  • the height of one fermenter is 14.48 m
  • the cross section of the body prism is 4 m x
  • the concrete wall 401 has a hot water pipe 402 as in the first embodiment, and the outermost wall has a heat insulating material 406. No insulation is provided on the concrete wall shared by adjacent fermenters.
  • FIG. 20 shows the hot water pipe 02 in the entire fermenter. In this way, by making the wall on which the hot water pipes are arranged so that the adjacent fermenters share the same structure, the plurality of fermenters can be efficiently heated.
  • the accommodating part 4 16 is spaced 90 cm from the long side wall 401 on both sides and at a distance of 20 cm.
  • the two perforated panels 4 20 having the following are provided in parallel with the long side wall 401, but they need not be completely parallel.
  • the multi-hole panel 420 is made of, for example, stainless steel and has an infinite number of small holes of 100-200; um.
  • the space between the perforated panels 420 serves as a gas passage for methane gas generated by methane fermentation in the organic waste 414, and methane gas is more stable. Functions to be discharged.
  • the upper part of the perforated panel 420 (a part of a predetermined length from the upper end) is not provided with small holes, and serves as a heating panel 4 22 as organic waste 4 1 around the perforated panel 4 20.
  • the temperature can be maintained higher than 4.
  • acid production occurs and carbon dioxide gas is produced.
  • Different reaction conditions are appropriate for this initial process, as different bacterial groups function than the main methane fermentation process that occurs later.
  • the heating panel 422 provided on the upper part of the perforated panel 422 can adjust the temperature to a temperature suitable for the initial process.
  • the hot water pipes in the heating panel 422 together with the upper hot water pipes are separated from the hot water pipes running in the wall so that the temperature and flow rate can be set independently.
  • high-temperature water or a large amount of hot water should be used.
  • the space part 418 becomes closed, and the carbon dioxide gas generated in the initial reaction is generated by the gas pressure. It is easier to move to the bottom.
  • the organic waste moves to the lower part, fermentation proceeds and the proportion of methane gas in the gas produced increases.Therefore, by not recovering the gas from the upper part 422, the carbon dioxide generated in the initial process is eliminated. It is not necessary to collect a large amount of gas, and a gas with a higher methane gas ratio can be recovered. Further, the upper end of the heating panel 422 is sharply pointed like a blade, and the injected organic waste hits the upper end of the heating panel 422 and falls on both sides.
  • a methane outlet 408 for discharging methane gas to the outside of the fermenter 400 is provided on the side wall of the housing section 4 16.
  • the concentration of carbon dioxide gas generated by the initial reaction is high, and by providing the methane outlet 408 on the side wall of the storage part 416, the concentration of methane gas is higher than in the case of recovery at the upper part High gas can be recovered.
  • the methane outlet 408 is directly connected to the space in the multi-hole panel 420 as shown in FIG. 18 to facilitate discharge of the gas collected in the perforated panel 420. I have.
  • the methane gas discharged from the methane outlet 408 is transported to a methane gas treatment device (not shown).
  • the methane fermentation is performed using the methane fermentation tank having the above configuration, but the method is the same as in Example 1, and the description is omitted here.
  • the methane produced in the organic waste storage unit 416 by methane fermentation is efficiently collected in the space between the perforated panel 420 and the inner space, passes through the outlet 408, and passes through the fermenter tank. Carried outside.
  • FIG. 21 is an overall configuration diagram of Embodiment 5 of the dry methane fermentation apparatus according to the present invention.
  • the dry methane fermentation tank 500 of this example is made of concrete, extends vertically 2 m from the inlet port 502, which is the input section, and then curves gently. Up to 4, it has an L-shape that extends 9 m straight and horizontal.
  • the inner wall 5 1 1 1 of the fermenter 500 (see Fig. 23) should have a smooth finish, such as a mirror finish, so that organic waste can easily move inside the tank. To obtain a similar effect, the horizontal portion of the fermenter 504 may be gently lowered toward the outlet 504.
  • the cross section is rectangular, and the horizontal section has a height of 1.2111 and a width of 1.8 m, and as shown in Fig. 22, the discharge port 504 side has a width of up to 1.5 m. Are narrowed down. In this way, the cross-sectional area can be reduced near the outlet 504, or an obstacle protruding from the wall can be provided near the outlet 504, or the wall near the outlet 504 can be roughened. By increasing the resistance applied to the organic waste in the tank near the outlet 504, the organic matter is compacted as it approaches the outlet 504, and the outlet 504 is plugged with the organic matter. Make it easy to be.
  • FIG. 23 shows a cross-sectional view of the 500 horizontal part of the fermenter.
  • a hot water pipe 508 is provided in the concrete wall 506 as a heating device for the fermenter tank 500.
  • the fermenter 500 can be heated and maintained at a constant temperature. Since water has a large specific heat, the temperature of the fermentation tank 500 can be maintained very stably by using warm water for heating.
  • heating water for example, solar heat or waste heat can be used, so using warm water is advantageous in terms of cost.
  • a space as a gas chamber 512 is provided on the upper input port 502 side of the fermenter 500 vertical part (FIG. 21). Furthermore, over the entire fermenter tank 500, the upper concrete wall 506 in the horizontal part and the upper concrete wall 506 continue. A space is provided along the wall of the vertical part as a gas collecting part 516, which is partitioned by a perforated panel 514 and the end of the outlet 504 is closed (Fig. 21 and Fig. 23) .
  • the perforated panel 5 14 is made of, for example, stainless steel and has an infinite number of small holes of 100-200 ⁇ m.
  • This gas collecting section 5 16 serves as a gas passage for methane gas generated by methane fermentation.However, since the outlet 504 side is provided with a wall and is isolated from the outside, it is generated in the fermentation tank 500. The methane gas flows out to the gas chamber 5 12 through the gas collecting section 5 16. By providing the gas collecting section 516 in this way, methane gas can easily flow in the fermenter 500, and the gas collection amount can be stabilized.
  • the entire fermentation consists of multi-stage reaction processes by various types of bacteria, so the hot water pipe 508 is divided into several parts so that the water temperature can be adjusted to a temperature suitable for each bacteria or each reaction process. So that each can be set to a different temperature.
  • the hot water pipe 508 is divided into two parts, and the fermenter 500 is connected to the hot water pipe 508 so that the horizontal part is 55 ° C and the vertical part is 37 ° C. Flows hot water at a higher temperature. For example, 60 ° C and 42 ° C hot water should be supplied to the horizontal hot water pipe and the vertical hot water pipe, respectively.
  • a heat insulator 510 is attached to the outside of the wall 506 of the fermenter 500 to prevent heat radiation to the surroundings.
  • the methane fermentation tank 500 configured as described above is installed, for example, so that its horizontal part is buried underground and its vertical part is out of the ground. Thus, heat radiation from the fermenter 500 is reduced, and heat loss can be prevented. Also, since the methane fermentation tank 500 does not need to be installed on the ground, the land can be used effectively. Furthermore, since the height of the input port 502 of the methane fermentation tank 500 is reduced, the input of organic waste is facilitated.
  • the fermentation residue discharged from the fermenter 500 contributes to methane bacteria and other fermentation. Injected together as fungal species.
  • the input organic waste is subjected to acid production for the first few days. That is, various facultative anaerobic bacteria cause sugars in organic waste, etc. Carbohydrates are broken down into alcohol and low molecular organic acids, fats into fatty acids, and proteins into amino acids. Later, methane is produced by methane bacteria from the decomposition products, alcohols and organic acids.
  • the fermentation residue outlet 504 is closed and the gas exhaust pipe 518 opening / closing valve 520 is left open, so the methane gas generated in the organic matter is It escapes to the collecting section 5 16, flows into the gas chamber 5 12, and is collected through the gas discharge pipe 5 18.
  • the storage section of the methane fermentation tank 500 will be filled with organic waste in about 25 days.
  • the methane fermentation tank 500 has a narrow width near the fermentation residue discharge port 504, so that as it approaches the discharge port 504, the organic waste is compacted and the organic waste is discharged. As if 504 were plugged, gas would not escape through outlet 504 even if outlet 504 was opened. If the gap in the organic waste is wide and a large amount of methane gas leaks from the open discharge port 504 even after 25 days, increase the amount of organic waste to be input and compact more tightly. By doing so, it is possible to eliminate gaps in organic waste.
  • the on-off valve 520 of the gas discharge pipe 518 is closed, and one day of organic waste is charged. 0 Close 2 tightly.
  • the methane gas generated from the organic waste escapes from the organic matter into the gas collecting section 5 16 and flows into the gas chamber 5 12, where there is nowhere to go, and the gas chamber 1 5 12 Gas pressure rises.
  • the pressurized gas pushes the organic waste inside the tank toward the outlet 504, so that the organic waste moves to the outlet 504 side as a whole and is closest to the outlet 504.
  • the fermentation residue is pushed out from the outlet 504.
  • a panel-type door which is urged to the closed side and opened outward may be provided at the outlet 504.
  • a hole is dug directly outside the outlet so that the fermentation residue can be dropped when it is extruded from the outlet 504. Keep it lower than the bottom of 00.
  • an efficient organic matter treatment system can be constructed.
  • the dry methane fermentation system comprises a foreign matter separation device 602, a crushing device 604, a mixing device 606, a dry methane fermentation tank 608, a desulfurization device 610, a methane gas storage device 612, It consists of a residue treatment device 614 and a cogeneration system 616.
  • foreign substances such as plastics that cannot be processed by methane fermentation are removed from the collected garbage and the like by the foreign substance separation device 602, and turned into waste consisting essentially of organic matter.
  • This organic waste is crushed by a crusher 604 into a size suitable for subsequent processing.
  • the pulverized organic waste is mixed with a moisture content adjusting material such as wheat straw, sawdust, rice bran, pruned branches, waste paper, etc., and a fermentation residue as a seed for anaerobic bacteria.
  • a moisture content adjusting material such as wheat straw, sawdust, rice bran, pruned branches, waste paper, etc.
  • the organic waste is fermented in the methane fermentation tank 608 by the method described in the above example.
  • the generated methane gas is collected, the pressure is increased by a blower or the like, hydrogen sulfide is removed using a desulfurization device 610, and the methane gas is stored in a methane gas storage device 612.
  • the collected methane gas may be stored in the methane gas storage device 612 without desulfurization.
  • the pressure is increased by a blower or the like and the sulfuration is performed by the desulfurization device 610. Perform hydrogen removal. Meanwhile, it is discharged from the methane fermentation tank 6 08
  • the fermentation residue is sent to a waste treatment unit 6 14, where it is composted and reused, or carbonized and treated as char.
  • the methane gas obtained in this way is supplied to the cogeneration system 616 and used as electric energy or heat energy. Part of this heat energy can also be used for heating the methane fermentation tank 608. Industrial potential
  • a dry methane fermentation tank capable of increasing the efficiency of methane collection by stably generating methane from organic waste materials and stably discharging the generated methane.

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Abstract

有機廃棄物を乾式状態でメタン発酵させ、発生したメタンガスを外部に排出する乾式メタン発酵槽において、有機廃棄物を収容する収容部において発生したメタンガスを収容部内から収容部外の空間に導くための多孔パイプを有機廃棄物内に埋設し、さらに温水を利用して有機廃棄を加温する加温装置をコンクリート壁内に設ける。このようにして、有機廃棄物から、安定してメタンを生成し、生成したメタンを安定して排出することにより、メタン収集の効率を高められる乾式メタン発酵槽を提供することができる。

Description

明 細 書 乾式メタン発酵槽及び有機物処理システム 技術分野
本発明は、 固形物濃度が高い有機廃棄物等の有機物をメタン発酵によって分解 するための乾式メタン発酵槽及び乾式メタン発酵法に関する。 背景技術
有機廃棄物から資源を回収する有効な方法として、 メタン発酵を利用するもの がある。 メタン発酵は、 固形の有機物の割合が例えば 1 0 %以下であるような、 工場排水、 有機性排水、 家畜糞尿などの、 液状廃棄物に対して行われることが多 く、 このタイプの方法は湿式メタン発酵と呼ばれる。 しかし、 湿式メタン発酵の 際に多量に排出される発酵後の廃水の処理には、初期費用や運用費用などを含め、 多大な経費を要する。 また、 発酵の際、 ゆっく り攪拌する必要があり、 その際の 攪拌エネルギーも必要となる。
固形物の割合が高い場合、 このような湿式メタン発酵を利用するためには、 水 などの液体を加えることによって希釈し、 スラリー状にする。 しかし、 発酵前に 加水し、 処理容積が増加するため、 処理効率が悪くなり、 さらに、 加えた液体は 結局廃水として処理しなければならなくなる。
一方、 固形物が例えば 1 0 %以上、 より典型的には 2 0 %以上という高い割合 を占める廃棄物に対して、加水せずに非浸水状態でメタン発酵を行う方法があり、 これは乾式メタン発酵と呼ばれている。 乾式メタン発酵では、 発酵槽内の固形物 を希釈せずに処理することができるため、 処理容積が増加することはなく、 発酵 残渣の含水率が低く、 発酵後の廃水処理が不要である。 また、 メタン発酵を乾式 状態で行うため、 システム全体を、 极いやすく、 シンプルなものにすることがで きる。
乾式メタン発酵槽内での発酵方式としては、 一度に発酵させる量だけ有機廃棄 物を投入し、 発酵が終わると全ての発酵残渣を除去し、 また新しく有機廃棄物を 投入するバッチ方式や、 連続的に処理前の有機廃棄物を投入するが、 全てを混合 させつつ発酵させる完全混合方式や、 発酵槽を細長く し、 長軸方向の両端に、 そ れぞれ処理前の有機廃棄物投入口と発酵残渣排出口とを設け、 投入口から毎日一 定量の有機廃棄物を加えることにより、 毎日一定量の発酵残渣が排出口から押し 出されるようにする Plug - flow方式等がある。
Plug-flow方式は、バッチ方式より設置スペースが節約できる。また、 Plug- flow 方式においては、 完全混合方式とは違い、 発酵時間の異なる有機廃棄物は別々に 処理され、 各発酵段階で作用する異なる菌相を独立に存在させることができるの で、 発酵効率がより良くなる。 Plug- flow 方式を行う発酵槽は、 高さに比べて横 方向に長い横型発酵槽と、 横方向に比べ高さが高い縦型発酵槽がある。
横型発酵槽を用いた Plug-flow方式では、 長軸方向に、 処理前の有機廃棄物投 入口と、 その反対側に発酵残渣の排出口が設けられる。 廃棄物処理過程では、 ま ず処理前の有機廃棄物に高温の蒸気を吹き込むことにより 5 5 °Cに加温した後、 発酵槽に投入する。 槽内では、 投入した有機廃棄物を、 ピス トンポンプなどの動 力を使って投入口から排出口方向に押し出すことにより、 廃棄物の流れを生じさ せ、 連続的に廃棄物を処理する。 発酵槽中を発酵しながら通過して排出された発 酵残渣は、 その後、 堆肥として利用されたり、 乾留して炭化物として処理された りする。 しかし、 このような横型発酵槽では、 槽内で廃棄物を押し出すための動 力エネルギーが必要となる、 等の問題点があつた。
一方、 縦型発酵槽では、 発酵槽上部に廃棄物投入口を設け、 下部に排出ロを設 けることにより、 投入された有機廃棄物は重力によって排出口に押し出されるた め、 廃棄物の流れを生じさせるための動力源は必要ない。 しかし、 メタンを集気 するのは発酵槽上部からであり、 発酵槽の高さが高くなると、 下部で生じるメタ ンが安定して上部に排出されないという問題点があり、 そのため槽の深さにも限 界が生じる。
また、 反応温度は、 用いるメタン菌種によって、 3 7 °C前後または 5 5 °C前後 で行われるが、 5 5 °C前後で反応を行う方が、 メタン細菌以外の菌の増殖が抑え られるため、 メタン発生の効率がよい。 しかし、 廃棄物処理過程で、 まず処理前 の廃棄物に高温の蒸気を吹き込むことにより 5 5 °Cに加温した後、 発酵槽に投入 すると、 処理中に廃棄物の温度が低下し、 メタン生成が安定に行われないという 問題点があった。
なお、 これらの問題点は、 大型の横型発酵槽でも生じるものである。
そこで、 本発明は、 メタン生成のエネルギーを省力化できると共に、 安定して メタンを生成し、 生成したメタンを安定して排出することにより、 メタン生成の 効率を高められる乾式メタン発酵槽を提供することを目的としてなされた。 発明の開示
本発明の乾式メタン発酵槽は、 有機物を収容する収容部において前記有機物を 乾式状態でメタン発酵させ、 前記メタン発酵により発生したメタンガスを外部に 排出する乾式メタン発酵槽であって、 前記収容部内から前記収容部外に、 前記メ タンガスを導くためのガス通路を備えることを特徴とする。
また、 前記ガス通路が、 前記有機物内に埋設される多孔パイプによって構成さ れることを特徴としてもよレ、。
また、 前記ガス通路が、 多孔パネルと前記発酵槽の内壁面とによって構成され ることを特徴としてもよい。
また、 前記ガス通路が、 前記有機物内に埋設された 1枚の前記多孔パネルと前 記発酵槽の内壁面とで囲まれた空間によって構成されることを特徴としてもよい c また、 前記ガス通路が、 前記有機物内に埋設された平行な 2枚の前記多孔パネ ルと前記発酵槽の内壁面とで囲まれた空間によって構成されることを特徴として もよい。
また、 前記多孔パネルの上端から所定の長さにおいて、 小孔が設けられていな いことを特徴としてもよい。
また、 前記槽内の前記有機物を一定の温度に加温することができる加温装置を さらに備えることを特徴としてもよレ、。
また、前記小孔が設けられていない多孔パネルの上端から所定の長さの部分に、 前記槽内の前記有機物を一定の温度に加温することができる加温装置の少なくと も一部が配設されていることを特徴としてもよレ、。
また、 前記加温装置が、 温水を利用して前記有機物を加温することを特徴とし てもよい。
また、 発酵槽内から発酵槽外にメタンガスを排出するための捕集管を備えるこ とを特徴としてもよレ、。
また、 前記捕集管が、 前記収容部の壁側面に設けられていることを特徴として ちょい。
さらに、 大量の有機物を処理する場合、 前記の乾式メタン発酵槽を複数備え、 前記有機物の投入口を上方に向けた状態で、 前記複数の乾式メタン発酵槽を水平 方向に並べて配置してもよい。
さらに、 別の実施態様として、 本発明にかかる発酵槽は、 有機物の投入部と、 この投入部から投入された有機物を収容して発酵するための収容部と、 この収容 部内で発酵した該有機物を排出するための排出部と、 を備え、 前記収容部内にお いて該有機物が発酵することにより生成したガスの圧力によって、 発酵後の前記 有機物が前記排出部から押し出されるように構成されていることを特徴とする。 また、 前記乾式発酵槽が、 前記収容部内の前記有機物が発酵することにより生 成したガスの圧力によって、 前記乾式発酵槽内の圧力が高まるように構成されて いることを特徴としてもよい。
また、 前記乾式発酵槽は、 開放された前記排出部が前記有機物で栓をされ、 前 記投入部が密閉された状態で、 該有機物が発酵することにより生成したガスの圧 力によって、 発酵後の該有機物が前記排出部から押し出されるように構成されて いることを特徴としてもよい。 例えば、 開放された前記排出部において、 前記有 機物が押し固められると、 前記排出部が前記有機物で栓をされた状態となるが、 完全に気体の流通を遮断する必要はなく、 一時的に、 あるいは常時ガスが漏れて いても、 ガス圧で前記有機物が動かされる状態であればよい。
また、 前記乾式発酵槽は、 前記収容部に設けられ該収容部内において生成した ガスを前記投入部側に導くためのガス通路と、 前記投入部側に設けられ前記ガス 通路によって導かれたガスが捕集されて前記収容部内の有機物を排出部側に押し 出す圧力が生じる捕集部とを備えていることを特徴としてもよい。
また、 前記乾式発酵槽の内壁が、 平滑仕上げを施されていることを特徴として もよい。 また、 前記乾式発酵槽の壁面の抵抗が、 前記投入部側より前記排出部側の方が 大きいことを特徴としてもよい。 ここで、 壁面の抵抗を生じさせるのに、 前記排 出部方向に向かうほど抵抗の大きさが徐々に大きくなるだけではなく、 例えば、 前記排出部付近に、 壁面から突出した障害物を設けたり、 前期排出部付近の壁面 を粗面にしたりすることによって、 局部的に抵抗を大きく してもよい。
また、 前記乾式発酵槽の断面積が、 前記投入部側より前記排出部側の方が小さ いことを特徴としてもよレ、。 ここでも、 断面積が徐々に小さくなる必要はなく、 排出部の開口径が収容部の直径に比べて極端に小さくなっているような構成でも よい。
また、 前記乾式発酵槽は、 一体に連続した垂直部と水平部とを備え、 前記投入 部が前記垂直部に、 前記排出部が前記水平部に設けられていることを特徴として もよい。 例えば、 前記発酵槽が L字型をしており、 垂直部の上面に前記投入部が あり、 水平部の先端部に前記排出部があるような構成でもよい。 また、 垂直部や 水平部は、 それぞれ完全な垂直や水平でなくても良く、 特に水平部は、 前記排出 部の方向に向かって、 下降していても良い。
また、 前記乾式発酵槽が、 前記収容部内の前記有機物を一定の温度に加温する ための加温装置を備えることを特徴としてもよい。
さらに、 本発明にかかる発酵法は、 有機物の投入部と、 前記有機物を収容する 収容部と、 前記有機物の排出部と、 を備えた乾式発酵槽において、 前記有機物を 乾式状態で発酵させる乾式発酵法であって、 前記収容部内の前記有機物が発酵す ることにより生成したガスの圧力によって、 発酵後の前記有機物を前記排出部か ら押し出させることを特徴とする乾式発酵法としてもよレ、。
また、 前記発酵槽に前記有機物を投入し、 開放した前記排出部に前記有機物で 栓をし、 前記投入部を密閉した状態で、 前記発酵槽内で前記有機物が発酵するこ とにより生成したガスの圧力のみによって、 発酵後の前記有機物を前記排出部か ら押し出させることを特徴としてもよレ、。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例 1によるメタン発酵槽の全体構成図である。 図 2は、 本発明の実施例 1によるメタン発酵槽のコンクリ一ト壁の断面図であ る。
図 3は、 本発明の実施例 1によるメタン発酵槽胴体部の水平方向の断面図であ る。
図 4は、 本発明の実施例 1によるメタン発酵槽に投入された有機廃棄物の流れ を示す概念図である。
図 5は、 本発明の実施例 2によるメタン発酵槽の全体構成図である。
図 6は、 本発明の実施例 2によるメタン発酵槽のコンクリ一ト壁の断面図であ る。
図 7は、 本発明の実施例 1によるメタン発酵槽胴体部の水平方向の断面図であ る。
図 8は、 本発明の実施例 1によるメタン発酵槽胴体部のガス捕集ヘッダー管を 横切る水平方向の断面図である。
図 9は、 本発明の実施例 2によるメタン発酵槽に投入された有機廃棄物の流れ を示す概念図である。
図 1 0は、 本発明の実施例 3によるメタン発酵槽の全体構成図である。
図 1 1は、 本発明の実施例 3によるメタン発酵槽胴体部の水平方向の断面図で ある。
図 1 2は、 本発明の実施例 3によるメタン発酵槽のコンクリート壁の断面図で ある。
図 1 3は、 本発明の実施例 3によるメタン発酵槽に投入された有機廃棄物の流 れを示す概念図である。
図 1 4は、 本発明の実施例 4によるメタン発酵槽の全体構成図である。
図 1 5は、本発明の実施例 4によるメタン発酵槽の側面からみた矢視図である。 図 1 6は、 本発明の実施例 4によるメタン発酵槽上部空間を上面からみた図で あり、 図 1 4における B-B矢視図である。
図 1 7は、 本発明の実施例 4によるメタン発酵槽の内部 （左側） 及び外部 （右 側）の壁面の断面図であり、それぞれ図 1 6における D-D及び E-E矢視図である。 図 1 8は、 本発明の実施例 4によるメタン発酵槽のガス排出口部分 （図 1 4 C 図 1 4における C-C矢視図である。
図 1 9は、 本発明の実施例 4によるメタン発酵槽の多孔パネル （左側） と内部 の壁面 （右側） の、 それぞれ図 1 8における F-F及び G- G矢視図である。
図 2 0は、 本発明の実施例 4による加熱システム概念図である。
図 2 1は、 本発明の実施例 5によるメタン発酵装置の全体構成図である。
図 2 2は、 本発明の実施例 5によるメタン発酵装置の上方から見た全体構成図 である。
図 2 3は、 本発明の実施例 5によるメタン発酵装置の断面図である。
図 2 4は、本発明の実施例による乾式メタン発酵システムの全体構成図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の目的、 特徴、 利点及びそのアイデアは、 本明細書の記載により、 当業 者には明らかであろう。 以下に記載される発明の実施の形態及び具体的な実施例 などは、 本発明の好ましい態様を示すものであり、 例示または説明のために示さ れているのであって、 本発明をそれらに限定するものではない。 本明細書で開示 されている本発明の意図並びに範囲内で、 本明細書に記した記載に基づき、 様々 な改変並びに修飾ができることは、 当業者には明らかである。
例えば、 乾式メタン発酵槽の構造、 形状、 寸法、 材質、 装置等は、 下記実施例 に記載の物に限られず、 本発明の趣旨を満たす全ての変形例を含む。 例えば、 実 施例では縦型発酵槽を例に挙げたが、 横型発酵槽でも構わない。 また、 乾式発酵 槽内で行われるメタン発酵方法、 発酵槽加温方法 ·加温温度等も同様に、 本発明 の趣旨を満たす全ての変形例を含む。
また、 上記各実施例の構成要素を組み合わせてできる実施形態でもよい。
以下、 図を参照しながら、 本発明を詳細に説明する。
ぐ実施例 1〉
図 1は、 本発明による乾式メタン発酵槽の実施例 1の全体構成図である。
本実施例の乾式メタン発酵槽 1 0 0はコンクリート製であり、 下部が絞られた 円柱状の形状を持ち、 高さは 1 5 . 4 5 m 上部円柱部分の断面の直径は 2 . 2
5 mである。 図 2に、 コンクリート製の壁 1 0 1の断面図を示す。 コンクリート壁 1 0 1の 中には、 発酵槽の加温装置として温水管 1 0 2， 1 0 4が配管されている。 この 温水管 1 0 2， 1 0 4内に、 適切な温度の水を、 例えば下から上に流すことによ り、 発酵槽 1 0 0を加温し、 一定の温度に保持することができる。 水は比熱が大 きいため、 加温のために温水を用いることによって、 非常に安定に発酵槽 1 0 0 の温度を一定に保つことができる。 また、 温水を用いる際には、 太陽熱や廃熱な どを利用することもできるため、 温水利用はコスト面で有利である。
ここで、 温水管をいくつかの部分に分け、 例えば図 1のように、 槽上部の温水 管を独立に設計し、 槽中央部〜下部の温水管より高い水温の水を流すか、 または より多量の水を流すことにより、 投入したばかりの常温に近い有機廃棄物をより 急速に加温することができ、 槽全体の温度を高温にする場合、 より容易に、 そし て安定に温度を一定にできる。 本実施例では、 温水管を 2つの部分 1 0 2、 1 0 4に分け、 発酵槽全体が 5 5 °Cとなるように、 下部温水管 1 0 2より、 上部温水 管 1 0 4には、 より高温の水を流し、 有機物の投入初期に急速に加温する。 下部 温水管 1 0 2においても、 発酵槽全体を 5 5 °Cにすることを考慮に入れると、 5 5 °C以上の温水を流してもよい。 また、 後述するように、 発酵全体は多種の細菌 による多段階の反応過程からなるため、 各部分の温水管を別の温度に設定するこ とにより、各細菌あるいは各反応過程に適した温度に水温を調節できる。例えば、 発酵槽 1 0 0の下部温水管 1 0 2は 5 5 °C、 上部温水管 1 0 4は 3 7 °Cとなるよ うに、 温水管 1 0 8にはそれ以上の温度の温水を流してもよい。
また、 発酵槽本体の壁の外側には、 周囲への放熱を防ぐため、 断熱材 1 0 6を 装着する。
発酵槽 1 0 0上部には、 発酵槽 1 0 0内でメタン発酵によって生成されたメタ ンガスを発酵槽 1 0 0外部に排出する排出口 1 0 8を設ける。 そして、 発酵シス テムとして、 複数の発酵槽 1 0 0の排出口 1 0 8から排出されたメタンガスを、 まとめて集気し、 処理するメタンガス処理装置 （図示せず） を設ける。 発酵槽 1 0 0下部には、槽内で発酵処理を終えた発酵残渣を排出する残渣排出口 1 1 0と、 排出量を調節する排出装置 1 1 2を設ける。
発酵槽 1 0 0内部において、 有機廃棄物 1 1 4内を収容する収容部 1 1 6の上 部に、 空間 1 1 8を確保する。 有機廃棄物 1 1 4内でメタン発酵により発生した メタンガスが、 より安定に上部の空間 1 1 8に排出されるように、 メタンガスを 導くためのガス通路として、 直径 2 0 c mの多孔パイプ 1 2 0を有機廃棄物 1 1 4内に埋設する。 有機廃棄物 1 1 4は固形物の割合が高く、 隙間があまりないの で、 液体中とは異なり、 多量に生じた気体が滞りなく収容部 1 1 6から外部に流 出するのは容易ではない。 し力 し、 多孔パイプ 1 2 0を設けることによって、 多 量のメタンガスが容易に有機廃棄物 1 1 4中から流出できるようになる。
多孔パイプ 1 2 0は、 発酵槽 1 0 0の長軸方向に平行に設置し、 例えば図 3に 示すように、 円周上に 8本と円の中心に 1本というように配列する。 多孔パイプ 1 2 0は、 例えばステンレス製で、 1 0 0— 2 0 0 μ mの小孔が無数に空いてい るようなものにする。 この小孔が詰まった場合は、 多孔パイプ中にガスを逆流す ることなどによって、 容易に除去することができる。
以上の構成を持つメタン発酵槽 1 0 0を用いて、 図 4に示すようにメタン発酵 を行う。 メタン発酵槽 1 0 0には、 有機廃棄物 1 1 4を 7 . 5 m 3 日投入する。 発酵槽 1 0 0内の有機廃棄物 1 1 4が 2 5 分滞留し、 投入量と排出量が平衡に 達した後は、 毎日、 7 . 5 m 3投入し、 投入した分に相当する有機廃棄物 1 1 4を 排出する、 というようにして、 発酵槽 1 0 0内には一定の量の有機廃棄物 1 1 4 が保たれる。
未処理の有機廃棄物 1 1 4を発酵槽 1 0 0に投入するとき、 麦藁、 おがくず、 米糠、 剪定枝、 古紙などの含水率調整材ゃ、 嫌気性細菌の種菌としての発酵残渣 と混合し、 発酵槽 1 0 0に投入する。 投入された有機廃棄物 1 1 4は、 最初の数 日間は、 酸生成に供される。 即ち、 様々な通性嫌気性菌によって、 有機廃棄物内 の糖などの炭水化物はアルコールや低分子の有機酸に、 脂肪は脂肪酸に、 タンパ ク質はアミノ酸等に分解される。 その後、 分解産物であるアルコールや有機酸か ら、 メタン細菌によってメタンが生成される。
有機廃棄物 1 1 4内で生成されたメタンは、 多孔パイプ 1 2 0を通じて、 有機 廃棄物収容部 1 1 6の上部の空間 1 1 8に流入し、 生成されたメタンそれ自体の 圧力によって、 排出口 1 0 8を通じて、 発酵槽 1 0 0の外部に運ばれ、 集気され る。 有機廃棄物 1 1 4が大量にある場合、 以上のようなメタン発酵槽 1 0 0を平地 に複数個配置し、 各々から集気されたメタンを処理する共通の処理場等を設ける ことによって、 効率のよい有機物処理システムを構築することができる。
<実施例 2 >
図 5は、 本発明による乾式メタン発酵槽の実施例 2の全体構成図である。 実施 例 2では、 ガス通路が直接ガス排出口に繋がっており、 ガス通路を通ったメタン ガスは、ガス排出口を通じて発酵槽外部に直接排出されるように設計されている。 本実施例の乾式メタン発酵槽 2 0 0はコンクリート製であり、 上部と下部が絞 られた円柱状の形状を持ち、 高さは 1 5 . 4 5 m、 上部円柱部分の断面の直径は 2 . 2 5 mである。
図 6に示すように、 コンク リート壁 2 0 1は、 実施例 1 と同様、 温水管 2 0 2 及び断熱材 2 0 6を有する。本実施例では、温水管を 3つの部分 2 0 2 , 2 0 3 , 2 0 4に分け、 温水管が上部になるほど温水管に流す温水を 5 5 °Cより高温にし て、 早く均一に全体の温度が 5 5 °Cになるように加温できるようにする。 下部温 水管 2 0 2においても、発酵槽全体を 5 5 °Cにすることを考慮に入れると、 5 5 °C 以上の温水を流してもよい。 また、 各部分の温水管を別の温度に設定することに より、 各細菌あるいは各反応過程に適した温度に水温を調節してもよい。
発酵槽 2 0 0には、 実施例 1と同様、 排出口 2 0 8、 残渣排出口 2 1 0、 排出 量を調節する排出装置 2 1 2を設ける。
発酵槽 2 0 0内部に、 ガス通路としての多孔パイプ 2 2 0を有機廃棄物 2 1 4 内に埋設するが、 本実施例では、 多孔パイプ 2 2 0はガス捕集ヘッダー管 2 2 2 に接続されており、 多孔パイプ 2 2 0により集気されたメタンガスはヘッダー管 2 2 2を通じて、 直接発酵槽 2 0 0外部に排出される。 多孔パイプ 2 2 0は、 実 施例 1と同じ構造を持ち、 例えば図 7のように配置される。 またヘッダー管 2 2 2は、 例えば図 8のような構造であり、 多孔パイプ 2 2 0によって集気されたメ タンガスを発酵槽 2 0 0外に排出し、 メタンガス処理装置 （図示せず） に運ぶ。 以上の構成を持つメタン発酵槽を用いて、 図 9に示すようにメタン発酵を行う 力 その方法は実施例 1と同じなので、 ここでは説明は省略する。
生成されたメタンは、 多孔パイプ 2 2 0とヘッダー管 2 2 2とを通じて、 発酵 槽の外部に運ばれ、 集気される。 また、 多孔パイプ 2 2 0によって集気されず、 有機廃棄物中を上方に通り抜けたメタンは発酵槽 2 0 0上部に設けられたメタン 排出口 2 0 8より排出、 集気される。
<実施例 3 >
図 1 0は、 本発明による乾式メタン発酵槽の実施例 3の全体構成図である。 実 施例 3では、 ガス通路が発酵槽の壁に沿って構築されるように設計されている。 本実施例の乾式メタン発酵槽 3 0 0はコンクリート製であり、 下部が絞られた 角柱状の形状を持つ。 高さは 1 5 . 4 5 m、 胴部角柱部分の一辺の長さは 4 . 4 mで、 下部の絞られた部分の一辺の長さは 1 . 5 mである （図 1 1参照）。
図 1 2に示すように、 コンク リート壁 3 0 1は、 実施例 1と同様、 温水管 3 0 2及び断熱材 3 0 6を有する。 本実施例では、 温水管を 2つの部分 3 0 2、 3 0 4に分け、 上部温水管 3 0 4には、 下部温水管 3 0 2より、 高温の水を流すこと によって、 早く均一に全体を 5 5 °Cに加温できるようにする。 下部温水管 3 0 2 においても、 発酵槽全体を 5 5 °Cにすることを考慮に入れると、 5 5 °C以上の温 水を流してもよい。 また、 各部分の温水管を別の温度に設定することにより、 各 細菌あるいは各反応過程に適した温度に水温を調節してもよい。
本実施例では、 さらに、 コンクリート壁 3 0 1の内側に、 壁 3 0 1と平行に 2 0 c mの間隔をおいて、 多孔パネル 3 2 0を設ける。 多孔パネル 3 2 0は、 例え ばステンレス製で、 1 0 0— 2 0 0 ;/ mの小孔が無数に空いているものにする。 多孔パネル 3 2 0とコンクリート壁 3 0 1の間の空間は有機廃棄物 3 1 4内でメ タン発酵により発生したメタンガスのガス通路となり、 メタンガスが、 より安定 に上部の空間 3 1 8に排出されるように機能する。 排出されたメタンガスは発酵 槽 3 0 0外部に運ばれ、 その後メタンガス処理装置 （図示せず） に運ばれる。 発酵槽 3 0 0には、 実施例 1と同様、 排出口 3 0 8、 残渣排出口 3 1 0、 排出 量を調節する排出装置 3 1 2を設ける。
以上の構成を持つメタン発酵槽を用いて、 図 1 3に示すようにメタン発酵を行 うが、 その方法は実施例 1と同じなので、 ここでは説明は省略する。
生成されたメタンは、 多孔パネル 3 2 0とコンクリート壁 3 0 1の間の空間を 通って、 有機廃棄物収容部 3 1 6の上部の空間 3 1 8に流入し、 生成されたメタ ンそれ自体の圧力によって、 排出口 3 0 8を通じて、 発酵槽の外部に運ばれ、 集 気される。
なお、 本実施例では、 発酵槽は角柱状であるため、 一枚の長方形の多孔パネル を、 內壁に平行に沿わせるように設置し、 三方の內壁とともに、 ガス通路を構成 したが、 多孔パネルを角に設置し、 二方の内壁とともに、 断面が直角三角形であ る三角柱状の空間によってガス通路を構成してもよい。 また、 発酵槽が円柱状で あっても、 一枚の長方形の多孔パネルの両端を、 湾曲した内壁面に接着させるこ とにより、 一枚の多孔パネルと槽内壁によって、 ガス通路を構成することができ る。
<実施例 4 >
図 1 4は、 本発明による乾式メタン発酵槽の実施例 4の全体構成図である。 本実施例の乾式メタン発酵槽 4 0 0は、 例えばコンクリート製であり、 下部が 絞られた角柱状の形状を持つ。 ここでは、 例として 3つの槽が連続した構造とし たが、 単独でも良く、 複数の場合、 その数は限定されない。 図 1 4及び図 1 5に 示すように、 一つの発酵槽の高さは 1 4 . 4 8 m、 胴部角柱部分の断面は 4 m x
2 mの長方形で、 下部の絞られた部分 （排出口 4 1 0 ) の一辺の長さは 1 . 5 m である。
図 1 7に示すように、 コンク リート壁 4 0 1は、 実施例 1 と同様、 温水管 4 0 2を有し、 最も外側の壁は断熱材 4 0 6を有する。 隣接する発酵槽同士が共有す るコンク リート壁には断熱材は設けない。 図 2 0には、 発酵槽全体における温水 管 0 2の配管を示す。 このように、 温水管を配置した壁を、 隣接した発酵槽が共 有するような構造にすることにより、 複数の発酵槽を効率よく加温することがで さる。
本実施例では、 図 1 4、 図 1 6、 及び図 1 9に示すように、 収容部 4 1 6に、 両側の長辺の壁 4 0 1から 9 0 c m離して、 2 0 c mの間隔をもつ 2枚の多孔パ ネル 4 2 0を長辺の壁 4 0 1 と平行に設けるが、 完全な平行でなくてもよい。 多 孔パネル 4 2 0は、 例えばステンレス製で、 1 0 0— 2 0 0； u mの小孔が無数に 空いているものにする。 多孔パネル 4 2 0間の空間は有機廃棄物 4 1 4内でメタ ン発酵により発生したメタンガスのガス通路となり、 メタンガスが、 より安定に 排出されるように機能する。
多孔パネル 4 2 0の上部 （上端より所定の長さの部分） 4 2 2は、 小孔が設け られておらず、 加熱パネル 4 2 2として、 多孔パネル 4 2 0周辺の有機廃棄物 4 1 4より高い温度に維持できるようになっている。 メタン発酵反応の初期には、 酸生成がおき、 炭酸ガスが産生される。 この初期過程では、 後に起きる主メタン 発酵過程と異なる細菌群が機能するため、 異なる反応条件が適している。 また、 槽全体の温度を一定にする場合、 投入した有機廃棄物は、 通常の槽設定温度 （5 5 °C) より低いため、 槽全体を一定の温度にするためには、 初期過程で、 より多 くの熱エネルギーを与える必要がある。 従って、 多孔パネル 4 2 0の上部に設け られた加熱パネル 4 2 2によって、 初期過程に適した温度に調節できるのが好ま しい。 そこで、 上部温水管と共に加熱パネル 4 2 2における温水管は壁内を走る 温水管とは別系統とし、 独立に温度設定や流量設定ができるように構成する。 こ れにより、 初期過程で多くの熱エネルギーを与える場合、 高温の水を流すか、 多 量の温水を流せばよいことになる。 また、 上部 4 2 2には小孔がないため、 発酵 槽 4 0 0のふたを閉めた場合、 空間部 4 1 8が密閉状態になり、 初期反応で生じ た炭酸ガスは、 気体の圧力で下部に移動しやすくなる。 しかも、 有機廃棄物が下 部に移動するにつれ、 発酵が進み、 生じる気体中にメタンガスの割合が増えてい くので、 上部 4 2 2から気体を回収しないことで、 初期過程で生じた炭酸ガスの 多く含まれるガスを回収しなくて済み、 よりメタンガスの割合の高いガスを回収 できるようになる。 また、 加熱パネル 4 2 2の上端は刃状に鋭く尖っており、 投 入された有機廃棄物は、 加熱パネル 4 2 2の上端に当たって、 両側に落下する。
また、 図 1 5に示すように、 メタンガスを発酵槽 4 0 0外部に排出するため のメタン排出口 4 0 8を収容部 4 1 6の側面壁に設ける。収容部上部においては、 初期反応で生じた炭酸ガスの濃度が高く、 メタン排出口 4 0 8を収容部 4 1 6の 側面壁に設けることにより、 上部で回収する場合に比べ、 よりメタンガスの濃度 の高いガスを回収できる。 このメタン排出口 4 0 8は、 図 1 8に示すように、 多 孔パネル 4 2 0内の空間と直接繋がっており、 多孔パネル 4 2 0内に集気された ガスの排出を容易にしている。 メタン排出口 4 0 8より排出されたメタンガスは メタンガス処理装置 （図示せず） に運ばれる。 以上の構成を持つメタン発酵槽を用いてメタン発酵を行うが、 その方法は実施 例 1と同じなので、 ここでは説明は省略する。 メタン発酵によって、 有機廃棄物 の収容部 4 1 6内で生成されたメタンは、 効率よく、 多孔パネル 4 2 0と中の空 間に集気され、 排出口 4 0 8を通り、 発酵槽の外部に運ばれる。
<実施例 5 >
図 2 1は、 本発明による乾式メタン発酵装置の実施例 5の全体構成図である。 本実施例の乾式メタン発酵槽 5 0 0はコンクリート製であり、 投入部である投 入口 5 0 2側から垂直に 2 m延び、 それからゆるやかに湾曲した後、 排出部であ る排出口 5 0 4まで、 まっすぐ水平に 9 m延びるような L字型をしている。 発酵 槽 5 0 0の内壁面 5 1 1 (図 2 3参照） は、 有機廃棄物が槽内部で移動しやすい ように、 鏡面仕上げなどの平滑仕上げにする。 同様の効果を得るため、 発酵槽 5 0 0の水平部分は、 排出口 5 0 4に向かってなだらかに下っていてもよい。
断面は長方形であり、 水平部分の断面において、 高さ 1 . 2 111、 幅1 . 8 mで あって、 図 2 2に示すように、 排出口 5 0 4側では 1 . 5 mにまで幅が絞られて いる。 このように、 排出口 5 0 4付近で断面積を小さく したり、 あるいは、 排出 口 5 0 4付近に壁面から突出した障害物を設けたり、 排出口 5 0 4付近の壁面を 粗面にしたり して、 排出口 5 0 4付近で槽内の有機廃棄物にかかる抵抗を上昇さ せることにより、 有機物が排出口 5 0 4に近づく程押し固められ、 排出口 5 0 4 が有機物によって栓をされやすくする。
図 2 3に、 発酵槽 5 0 0水平部の断面図を示す。 コンクリート壁 5 0 6の中に は、 発酵槽 5 0 0の加温装置として温水管 5 0 8が配管されている。 この温水管 5 0 8内に、 適切な温度の水を流すことにより、 発酵槽 5 0 0を加温し、 一定の 温度に保持することができる。 水は比熱が大きいため、 加温のために温水を用い ることによって、 非常に安定に発酵槽 5 0 0の温度を一定に保つことができる。 また、水を加温する際などには、太陽熱や廃熱などを利用することもできるため、 温水利用はコスト面で有利である。
発酵槽 5 0 0垂直部の上部投入口 5 0 2側には、 ガスチャンバ一 5 1 2として の空間を設ける （図 2 1 )。 さらに、 発酵槽 5 0 0内全体に渡って、 水平部分にお ける上部コンクリート壁 5 0 6と、 その上部コンクリート壁 5 0 6にひきつづく 垂直部の壁にそって、 多孔パネル 5 1 4で仕切られ、 排出口 5 0 4端部が閉止さ れたガス捕集部 5 1 6としての空間を設ける （図 2 1および図 2 3 )。 多孔パネル 5 1 4は、 例えばステンレス製で、 1 0 0— 2 0 0 μ mの小孔が無数に空いてい る。 このガス捕集部 5 1 6はメタン発酵により発生したメタンガスのガス通路と なるが、 排出口 5 0 4側は壁が設けられ外界と遮断されているため、 発酵槽 5 0 0内で生成したメタンガスは、 ガス捕集部 5 1 6を通ってガスチャンバ一 5 1 2 の方に流出する。 このように、 ガス捕集部 5 1 6を設けることによって、 メタン ガスが発酵槽 5 0 0の中で流れやすくなり、 ガス収集量が安定する。
後述するように、発酵全体は多種の細菌による多段階の反応過程からなるため、 各細菌あるいは各反応過程に適した温度に水温を調節できるように、 温水管 5 0 8をいくつかの部分に分け、 それぞれ、 別の温度に設定できるようにする。 本実 施例では、 温水管 5 0 8を 2つの部分に分け、 発酵槽 5 0 0の水平部は 5 5 °C、 垂直部は 3 7 °Cとなるように、 温水管 5 0 8にはそれ以上の温度の温水を流す。 例えば、 水平部温水管と垂直部温水管に、 それぞれ 6 0 °Cと 4 2 °Cの温水を流す ようにする。発酵槽 5 0 0本体の壁 5 0 6の外側には、周囲への放熱を防ぐため、 断熱材 5 1 0を装着する。
ガスチヤンバー 5 1 2の壁には、 メタンガスを排出するガス排出管 5 1 8と、 それに付属して、 ガスチャンバ一 5 1 2内のガス圧を調節することができるよう に、 開閉弁 5 2 0が設けられている。
以上のように構成されたメタン発酵槽 5 0 0は、 例えば、 その水平部分を地中 に埋設し、 垂直部分を地中から外に出すように設置する。 これにより、 発酵槽 5 0 0からの放熱が少なくなり、 熱の損失を防ぐことができる。 また、 メタン発酵 槽 5 0 0を地上に設置しなくて済むため、 その分の土地を有効利用できる。 さら に、 メタン発酵槽 5 0 0の投入口 5 0 2の高さが低くなるため、 有機廃棄物の投 入が容易になる。
本実施例の投入口 5 0 2から、 未処理の有機廃棄物を発酵槽 5 0 0に投入する とき、 発酵槽 5 0 0から排出された発酵残渣を、 メタン菌やその他発酵に寄与す る菌の菌種として一緒に投入する。 投入された有機廃棄物は、 最初の数日間は、 酸生成に供される。 即ち、 様々な通性嫌気性菌によって、 有機廃棄物内の糖など の炭水化物はアルコールや低分子の有機酸に、 脂肪は脂肪酸に、 タンパク質はァ ミノ酸等に分解される。 その後、 分解産物であるアルコールや有機酸から、 メタ ン細菌によってメタンが生成される。
最初のうちは、 発酵残渣排出口 5 0 4を閉鎖し、 ガス排出管 5 1 8の開閉弁 5 2 0は開けたままにしておくので、 有機物内で生成されたメタンガスは、 有機物 內からガス捕集部 5 1 6に抜け出し、 ガスチャンバ一 5 1 2に流れ込んでガス排 出管 5 1 8を通って集気される。 投入する有機物を一 S当たり l m 3にすると、 約 2 5日でメタン発酵槽 5 0 0の収容部は有機廃棄物で満たされることになる。 このメタン発酵槽 5 0 0は、 発酵残渣排出口 5 0 4近辺で幅が狭くなつている ため、 排出口 5 0 4に近くなるにつれて、 有機廃棄物は押し固められ、 有機廃棄 物が排出口 5 0 4に栓をしたようになり、 排出口 5 0 4を開放してもガスは排出 口 5 0 4を通って逃げなくなる。 有機廃棄物内の隙間が広く、 2 5日経ってもメ タンガスが開放した排出口 5 0 4から多量に漏れるような場合、 投入する有機廃 棄物の量を増やし、 より密に押し固められるようにすることで、 有機廃棄物内の 隙間をなくすことができる。
有機廃棄物が排出口 5 0 4に栓をするようになった段階で、 ガス排出管 5 1 8 の開閉弁 5 2 0を閉じ、 一日分の有機廃棄物を投入し、 有機物投入口 5 0 2を密 閉する。 この状態で、 有機廃棄物内から発生したメタンガスは、 有機物内からガ ス捕集部 5 1 6に抜け出し、 ガスチャンバ一 5 1 2に流れ込むが、 そこで行き場 が無くなり、ガスチャンバ一 5 1 2内のガス圧が上がる。圧力の上がったガスは、 槽内部の有機廃棄物を、 排出口 5 0 4に向かって押すため、 有機廃棄物は全体に 排出口 5 0 4側に移動し、 もっとも排出口 5 0 4に近い発酵残渣は排出口 5 0 4 から押し出される。 有機廃棄物約一日分の投入量に対する発酵残渣が排出された ところで、 ガス排出管 5 1 8の開閉弁 5 2 0を開けると、 ガスチャンバ一 5 1 2 内のメタンガスが排出され、 発酵槽 5 0 0内のガスの圧力が下がると共に、 メタ ンガスがガス排出管 5 1 8を通って集気される。
あるいは、 メタン発酵槽 5 0 0の構造として、 閉止側に付勢され外向きに開く パネ式の扉を、 排出口 5 0 4に設けても良い。 発酵残渣が排出口 5 0 4から押し 出されると落下できるように、 排出口のすぐ外側は、 穴などを掘って、 発酵槽 5 0 0の底面より低く しておく。 発酵槽内に圧力が生じ、 押し固められた有機廃棄 物が内側から扉を押した場合、 扉が開き、 発酵残渣が排出される。 この場合、 バ ネを適度の強度にしておくことにより、 排出口 5 0 4近くで有機廃棄物が押し固 められやすくなる。
このように、 この方法では、 横型の Plug- Flow方式であっても、 発酵槽 5 0 0 内の有機廃棄物を移動させるのに動力は必要なく、 槽内部のガス圧だけで有機廃 棄物が移動するため、 多大なエネルギーの節約になる。
以上のようなメタン発酵槽 5 0 0を平地に複数個配置し、 各々から集気された メタンを処理する共通の処理場等を設けることによって、 効率よい有機物処理シ ステムを構築することができる。
<本発明による乾式メタン発酵システムなどの構成例 >
次に、 本発明に係る実施形態の一例である乾式メタン発酵システムの一構成例 について、 図 2 4を参照しながら説明する。
本発明による乾式メタン発酵システムは、 異物分別装置 6 0 2、 破砕装置 6 0 4、 混合装置 6 0 6、 乾式メタン発酵槽 6 0 8、 脱硫装置 6 1 0、 メタンガス貯 蔵装置 6 1 2、 残渣処理装置 6 1 4、 コ ' ジエネレーションシステム 6 1 6から なる。
まず、 異物分別装置 6 0 2によって、 収集された生ゴミなどから、 メタン発酵 で処理できないプラスチックなどの異物を除去し、 ほとんど有機物だけから成る 廃棄物にする。 この有機廃棄物を、 破砕装置 6 0 4によって、 後の処理に適当な 大きさに破砕する。 次に、 混合装置 6 0 6を用いて、 粉砕された有機廃棄物を、 麦藁、 おがくず、 米糠、 剪定枝、 古紙などの含水率調整材ゃ、 嫌気性細菌の種菌 としての発酵残渣と混合し、 メタン発酵槽 6 0 8に投入する。
メタン発酵 6 0 8槽内で、 上記実施例に記載した方法によって、 有機廃棄物を 発酵させる。 発生したメタンガスを集気し、 ブロア等で増圧して脱硫装置 6 1 0 を用いて硫化水素を除去し、 メタンガス貯蔵装置 6 1 2に貯蔵する。 あるいは、 集気したメタンガスを、 脱硫せずにメタンガス貯蔵装置 6 1 2に貯蔵してもよい 力 その場合でも、 メタンガスを利用する前に、 ブロア等による増圧及び脱硫装 置 6 1 0による硫化水素除去を行う。 一方、 メタン発酵槽 6 0 8から排出される 発酵残渣は、 廃棄物処理装置 6 1 4に送られ、 堆肥化され再利用されたり、 乾留 され炭化物として処理されたりする。
このようにして得られたメタンガスは、 コ · ジエネレーションシステム 6 1 6 に供給され、 電力エネルギーや熱エネルギーとして利用される。 この熱エネルギ 一の一部は、 メタン発酵槽 6 0 8の加温に利用することもできる。 産業上の利用の可能性
本発明により、 有機廃棄物質から安定してメタンを生成し、 生成したメタンを 安定して排出することにより、 メタン収集の効率を高められる乾式メタン発酵槽 を提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 有機物を収容する収容部において前記有機物を乾式状態でメタン発酵させ、 前記メタン発酵により発生したメタンガスを外部に排出する乾式メタン発酵槽で あって、
前記収容部内から前記収容部外に、 前記メタンガスを導くためのガス通路を備 えることを特徴とする乾式メタン発酵槽。
2 . 前記ガス通路が、 前記有機物内に埋設される多孔パイプによって構成され ることを特徴とする請求項 1に記載の乾式メタン発酵槽。
3 . 前記ガス通路が、 多孔パネルと前記発酵槽の内壁面とによって構成される ことを特徴とする請求項 1に記載の乾式メタン発酵槽。
4 . 前記ガス通路が、 前記有機物内に埋設された 1枚の前記多孔パネルと前記 発酵槽の内壁面とで囲まれた空間によって構成されることを特徴とする請求項 3 に記載の乾式メタン発酵槽。
5 . 前記ガス通路が、 前記有機物内に埋設された平行な 2枚の前記多孔パネル と前記発酵槽の内壁面とで囲まれた空間によって構成されることを特徴とする請 求項 3に記載の乾式メタン発酵槽。
6 . 前記多孔パネルの上端から所定の長さの部分において、 小孔が設けられて いないことを特徴とする請求項 4または 5に記載の乾式メタン発酵槽。
7 . 前記槽内の前記有機物を一定の温度に加温することができる加温装置をさ らに備えることを特徴とする請求項 1から 3のいずれかに記載の乾式メタン発酵 槽。
8 . 前記加温装置が、 温水を利用して前記有機物を加温することを特徴とする 請求項 7に記載の乾式メタン発酵槽。
9 . 前記小孔が設けられていない多孔パネルの上端から所定の長さの部分に、 前記槽内の前記有機物を一定の温度に加温することができる加温装置の少なくと も一部が配設されていることを特徴とする請求項 6に記載の乾式メタン発酵槽。
1 0 . 発酵槽内から発酵槽外に前記メタンガスを排出するための捕集管を備え ることを特徴とする請求項 1から 9に記載の乾式メタン発酵槽。
1 1 . 前記捕集管が、 前記収容部の壁側面に設けられていることを特徴とする 請求項 1 0に記載の乾式メタン発酵槽。
1 2 . 請求項 1から 1 1のいずれかに記載の乾式メタン発酵槽を複数備え、 前記有機物の投入口を上方に向けた状態で、 前記複数の乾式メタン発酵槽を水 平方向に並べて配置することを特徴とする有機物処理システム。
1 3 . 前記複数の乾式メタン発酵槽のうちの少なく とも二つの隣接する発酵槽 力 収容部の壁を共有することを特徴とする請求項 1 2に記載の有機物処理シス テム。
1 4 . 有機物の投入部と、 この投入部から投入された有機物を収容して発酵す るための収容部と、この収容部内で発酵した該有機物を排出するための排出部と、 を備え、
前記収容部内において該有機物が発酵することにより生成したガスの圧力によ つて、 発酵後の前記有機物が前記排出部から押し出されるように構成されている ことを特徴とする乾式発酵槽。
1 5 . 前記収容部内の前記有機物が発酵することにより生成したガスの圧力に よって前記乾式発酵槽内の圧力が高まるように構成されていることを特徴とする 請求項 1 4に記載の乾式発酵槽。
1 6 . 開放された前記排出部が前記有機物で栓をされ、 前記投入部が密閉され た状態で、 該有機物が発酵することにより生成したガスの圧力によって発酵後の 該有機物が前記排出部から押し出されるように構成されていることを特徴とする 請求項 1 5に記載の乾式発酵槽。
1 7 . 前記収容部に設けられ該収容部内において生成したガスを前記投入部側 に導くためのガス通路と、 前記投入部側に設けられ前記ガス通路によって導かれ たガスが捕集されて前記収容部内の有機物を排出部側に押し出す圧力が生じる捕 集部とを備えていることを特徴とする請求項 1 6に記載の乾式発酵槽。
1 8 . 前記乾式発酵槽の内壁が、 平滑仕上げを施されていることを特徴とする 請求項 1 6に記載の乾式発酵槽。
1 9 . 前記乾式発酵槽の壁面の抵抗が、 前記投入部側より前記排出部側の方が 大きいことを特徴とする請求項 1 6から 1 8のいずれかに記載の乾式発酵槽。
2 0 . 前記乾式発酵槽の断面積が、 前記投入部側より前記排出部側の方が小さ
20
差替え用紙（規則 26) いことを特徴とする請求項 1 6に記載の乾式発酵槽。
2 1 . —体に連続した垂直部と水平部とを備え、 前記投入部が前記垂直部に、 前記排出部が前記水平部に設けられていることを特徴とする請求項 1 3から 1 6 のいずれかに記載の乾式発酵槽。
2 2 . 前記収容部内の前記有機物を一定の温度に加温するための加温装置を備 えることを特徴とする請求項 1 4から 1 6のいずれかに記載の乾式発酵槽。
2 3 . 有機物の投入部と、
前記有機物を収容する収容部と、
前記有機物の排出部と、 を備えた乾式発酵槽において、 前記有機物を乾式状態 で発酵させる乾式発酵法であって、
前記収容部内の前記有機物が発酵することにより生成したガスの圧力によって、 発酵後の前記有機物を前記排出部から押し出させることを特徴とする乾式発酵法。
2 4 . 前記発酵槽に前記有機物を投入し、 開放した前記排出部に前記有機物で 栓をし、 前記投入部を密閉した状態で、
前記発酵槽内で前記有機物が発酵することにより生成したガスの圧力のみによ つて、 発酵後の前記有機物を前記排出部から押し出させることを特徴とする請求 項 2 3に記載の乾式発酵法。
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