WO2017163602A1 - メタン発酵システム - Google Patents

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methane
solubilization
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赫哲 吉
康弘 石橋
隆広 中道
川上　茂樹
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日本プライスマネジメント株式会社
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    • 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 methane fermentation system.
  • a solubilization treatment that solubilizes organic waste to the extent that it can be used as a substrate for microorganisms is performed prior to methane fermentation.
  • Equipment to do is needed.
  • a facility for crushing the organic waste as finely as possible and a pretreatment that makes the pulverized organic waste an environment in which microorganisms that perform the solubilization treatment can easily operate are performed.
  • Equipment is required.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a methane fermentation system that is easy to move and can be equipped with the equipment in the right place.
  • the methane fermentation system of the present invention comprises: A solubilization tank housed in a container and performing a solubilization process on an organic processed product; A methane fermentation tank that is contained in a container and ferments the processed product solubilized in the solubilization tank to generate methane; Including a series of processing sequences, including The solubilization tank is An inner container for storing the processed material; An outer container that is provided outside the inner container and contains a heat medium that is heated to a predetermined temperature by heat generated in the solubilization treatment of the processed material stored in the inner container between the inner container; Have A treated product circulation section for circulating the treated product by taking out a part of the treated product stored in the methane fermenter to the outside from the methane fermenter and returning it to the inside, A heat medium circulation part for circulating the heat medium by taking out a part of the heat medium from the solubilization tank and returning it to the inside; A heat exchanging unit that exchanges heat between the heat medium
  • the series of processing sequences is A pulverizing unit for pulverizing a plurality of different organic wastes contained in a container and charged; An organic waste housed in a container and pulverized, and a mixing tank for accommodating and mixing as the treated product sent to the solubilization tank, It is good as well.
  • the series of processing sequences is An ultraviolet irradiation unit for irradiating ultraviolet rays to the processed material stored in the mixing tank; It is good as well.
  • a treated product accommodated in the solubilization tank is provided with a solubilized bacteria supply unit for supplying solubilized bacteria. It is good as well.
  • the solubilization tank is housed in a first container;
  • the methane fermenter is housed in a second container; It is good as well.
  • the series of processing sequences are: A generator that is housed in a container and that generates electricity using methane gas generated in the methane fermentation tank, It is good as well.
  • a plurality of the series of processing rows In each processing row, different types of organic processed products are processed, Collecting methane gas generated in each of the processing rows, comprising a power generation unit that generates power, It is good as well.
  • equipment for generating methane gas from organic waste such as a solubilization tank and a methane fermentation tank, is accommodated in the container. For this reason, since the equipment for generating methane gas can be transported to various places, it is easy to move and the degree of freedom of the equipment place can be increased.
  • the methane fermentation system generates methane gas by methane fermentation of organic waste, and uses the generated methane gas as biomass energy.
  • the organic waste is a substance mainly composed of macromolecular organic compounds such as proteins, carbohydrates, fats and celluloses or compounds derived therefrom, and does not substantially contain solid inorganic compounds.
  • some solid inorganic compounds may be contained as long as they can be easily solubilized and do not adversely affect the growth of microorganisms.
  • organic waste examples include organic waste such as livestock sludge, sewage sludge, and garbage such as food waste. You may use these as a raw material which concentrated the solid concentration before the solubilization process. Moreover, you may add the organic substance of the metabolic pathway in the methane fermentation process which mixed saccharide
  • the methane fermentation system 1 using the above-mentioned organic waste as a treated product is configured with containers 2 and 3 (first and second containers) as a casing, as shown in FIG.
  • Container 2 is a 20 ft container
  • container 3 is a 40 ft container.
  • a series of processing rows are constituted by the components housed in the containers 2 and 3.
  • the main pump 10 with a crusher, the mixing tank 11, and the solubilization tank 12 are accommodated in the container 2.
  • the container 3 contains a methane fermentation tank 13 and a desulfurization device 14 as main contents.
  • a piping 20 is formed between the mono pump 10 with a crusher and the mixing tank 11.
  • a pipe 21 is formed between the mixing tank 11 and the solubilization tank 12.
  • a pipe 22 is formed between the solubilization tank 12 and the methane fermentation tank 13.
  • the pipe 22 is divided into a pipe on the container 2 side and a pipe on the container 3 side, and is configured by connecting both pipes with, for example, a joint.
  • a piping 23 is formed in the methane fermentation tank 13.
  • the organic waste is put into the mono pump 10 with a crusher of the container 2 and passes from the container 3 through the pipe 20 ⁇ the mixing tank 11 ⁇ the pipe 21 ⁇ the solubilization tank 12 ⁇ the pipe 22 ⁇ the methane fermentation tank 13 ⁇ the pipe 23. Discharged. The discharged processed material is used as compost.
  • a pipe 24 is formed between the methane fermentation tank 13 and the desulfurization apparatus 14.
  • a pipe 25 is attached to the desulfurization apparatus 14.
  • Organic waste is introduced from outside the container 2 into the crusher-equipped Monopump (pulverization unit) 10.
  • the crusher-equipped Mono pump 10 pulverizes the input organic waste into an appropriate size and sends it to the mixing tank 11 via the pipe 20.
  • a stirrer is provided inside the mixing tank 11, and the input organic waste is stirred by the stirrer. Thereby, the organic waste accommodated in the mixing tank 11 is mixed and becomes a uniform state.
  • an ultraviolet irradiation unit 30 is attached to the mixing tank 11.
  • the ultraviolet irradiation unit 30 is irradiated with, for example, a light emitting diode (LED) that emits ultraviolet rays into the mixing tank 11.
  • the ultraviolet irradiation unit 30 irradiates the processed material put into the mixing tank 11 with ultraviolet light to sterilize the processed material.
  • a pump 40 and a three-way solenoid valve 41 are attached to the pipe 21. By these operations, the organic waste in the mixing tank 11 is sent to the solubilization tank 12 via the pipe 21.
  • the solubilization tank 12 performs a solubilization process on the charged processed material.
  • the solubilization tank 12 for example, high-temperature solubilization treatment using solubilizing bacteria such as protease-producing bacteria is performed.
  • a culture tank (solubilizing bacteria supply unit) 31 is attached to the solubilization tank 12. In the culture tank 31, solubilized bacteria are cultured, and the solubilized bacteria are supplied from the culture tank 31 to the solubilization tank 12.
  • the solubilization tank 12 is provided with a throw-in heater 33 for raising the temperature in the tank. Thereby, the temperature in the tank of the solubilization tank 12 is maintained at high temperature.
  • a stirrer and a motor for stirring the organic waste are attached in the solubilization tank 12.
  • the solubilization tank 12 is provided with an air insertion port for supplying air to the organic waste. In this way, in the solubilization tank 12, solubilization is promoted by stirring or aeration.
  • High-temperature aerobic means a state in which organic waste is solubilized in a standard state (in an air atmosphere) at a temperature of 50 ° C. to 100 ° C., preferably without applying pressure.
  • the solubilization treatment is a treatment for decomposing a normal polymer organic compound in a solid or water suspension into a low molecular state that can be dissolved in water.
  • ultrahigh temperature solubilization is performed using protease-producing bacteria.
  • protease-producing bacteria are bacteria that can produce and secrete proteolytic enzymes (proteases) outside the cells.
  • protease-producing bacteria examples include Bacillus species, and in particular, Bacillus sp. MU3 (Microbial Patent Deposit Center NITE AP-156).
  • Bacillus species and in particular, Bacillus sp. MU3 (Microbial Patent Deposit Center NITE AP-156).
  • This heat-resistant protease-producing bacterium has an ultra-high temperature aerobic property that can sufficiently act even at 80 ° C.
  • the enzyme produced by this bacterium has a molecular weight of about 57,000, excellent heat resistance, and high protein resolution in a wide pH range.
  • the ultra-high temperature is 50 ° C. to 100 ° C., preferably 60 ° C. to 90 ° C., particularly preferably 70 ° C. to 80 ° C.
  • Ultra-high temperature solubilization is carried out in an aqueous medium under an aerobic or anaerobic condition, preferably an aerobic condition, and the organic waste has an organic waste concentration of 50 wt% or less, preferably 5 to 40 wt%, particularly preferably. It is carried out in contact with a protease-producing bacterium in such an amount that it becomes 10 to 30 wt%.
  • the solids concentration (DS) of the raw material can be increased to an organic waste concentration of 10 to 30 wt%, preferably at a DS of 20% or more, pH 5 to 8, preferably around 6.
  • the solubilization tank atmosphere is optimally aerobic.
  • the time for digestion with protease-producing bacteria is 12 to 72 hours, preferably 24 to 48 hours.
  • it can be carried out under stirring and aeration conditions.
  • ammonia can be removed in situ, solubilization of the raw material and ammonia removal can be performed simultaneously, and methane fermentation can be promoted.
  • Bacillus sp. When MU3 is used as a protease-producing bacterium, since this bacterium is an aerobic thermostable bacterium, it can be solubilized with stirring while being aerated with air, and is optimal in terms of solubilization and ammonia removal.
  • microbial cells producing various degrading enzymes such as lipase-producing bacteria, glycosidase-producing bacteria and / or cellulase-producing bacteria may be added alone or in combination. Is possible. These can be used in the same reaction tank as long as the growth and propagation conditions are similar. However, if the conditions are different, a plurality of solubilization tanks 12 are provided, and each solubilization tank 12 is provided under different conditions. Can be used.
  • solubilize in a high-temperature solubilization tank using a protease-producing bacterium it is preferable to solubilize in a high-temperature solubilization tank using a protease-producing bacterium.
  • the solubilization tank 12 is provided with an ammonia adsorption tank 32.
  • the ammonia adsorption tank 32 is provided for adsorbing and removing ammonia generated in the solubilization process in the solubilization tank 12.
  • the pipe 40 is also provided with a pump 40 and a three-way solenoid valve 42, and the processed product solubilized in the solubilization tank 12 by these operations is sent to the methane fermentation tank 13 through the pipe 22.
  • the methane fermentation tank 13 performs a methane fermentation process on the stored processed product.
  • Methane fermentation treatment uses methane bacteria that normally operate in an anaerobic atmosphere and uses its digestive action.
  • the active temperature range of methane bacteria is usually from 0 to 70 ° C., and in higher temperature ranges there are some species that survive to about 90 ° C., but almost die. In the low temperature region, the limit is 3 ° C to 4 ° C.
  • the methane gas production rate is greatly influenced by this activation temperature.
  • the gas generation rate proceeds faster as the fermenter temperature is higher, and the amount of gas generated increases.
  • the following three temperature regions where methane bacteria are actually liable to live have been confirmed.
  • the temperature of the methane fermentation of the present invention can be any of low temperature, medium temperature and high temperature methane fermentation, but it is preferable to perform high temperature methane fermentation at 40 ° C to 70 ° C, and further methane fermentation at 50 ° C to 55 ° C. Is preferred.
  • the solubilization treatment can be performed under high-temperature aerobic conditions and the methane fermentation treatment can be performed under anaerobic conditions
  • methane fermentation can be performed using the high temperature of the solubilization treatment.
  • the temperature of the soda can be increased, and the bacteria growth condition has the advantage that the bacteria in the solubilization treatment (aerobic condition) are inactivated in the methane fermentation process (anaerobic condition), so that the methane fermentation is not disturbed. .
  • the high-temperature aerobic property means a state in which organic waste is solubilized in a standard state (in an air atmosphere) at a temperature of 50 to 100 ° C., preferably without applying pressure.
  • the processed product that has been processed in the methane fermentation tank 13 is discharged from the pipe 23 using the pump 43.
  • the discharged processed material can be used as compost.
  • the gas generated in the methane fermentation tank 13 is output to the desulfurization device 14 via the pipe 24.
  • the desulfurization device 14 performs a desulfurization process on the input gas, and outputs the extracted methane gas to the outside of the container 3 through the pipe 25.
  • Methane gas output to the outside of the container 3 is used for power generation.
  • methane gas may be sent to a power generation facility (power generation unit) accommodated in the container 4 to generate power.
  • the container 4 is a 20 ft container, in which a gas holder 50 and a gas engine 51 are accommodated.
  • the gas holder 50 stores methane gas sent from the container 3 via the pipe 25.
  • the gas engine 51 generates electricity by turning a gas turbine with methane gas sent from the gas holder 50.
  • the electric power generated by the gas engine 51 is sent to a cubicle (power receiving facility).
  • a plurality of processing rows of containers 2 and 3 are provided, and methane gas output from the containers 3 of each processing row is collected in one power generation equipment 4 ′ to accumulate methane gas.
  • power generation may be performed.
  • the configuration of the power generation facility 4 ′ is substantially the same as that of the container 4 of FIG. 2, but the power generated can be larger than that of the container 4 for collecting a large amount of methane gas.
  • the organic waste to be input may be separated and input to each processing row.
  • the organic waste from the farm A is input to the processing line 5A
  • the organic waste from the food factory B is input to the processing line 5B.
  • the source of the waste is fixed such that the organic waste from the ranch C is input to 5C and the organic waste from the residential area D is input to the processing column 5D. Also good.
  • the ratio of high-molecular organic compounds such as proteins, carbohydrates, fats, and cellulose contained in the organic waste to be input or compounds derived therefrom can be made as constant as possible in each treatment row.
  • the ratio of the compound in the organic waste to be input is changed, the number of fermentation bacteria in the methane fermentation tank 13 is remarkably reduced, and the production amount of methane gas may be reduced. Therefore, by keeping the ratio of the compound in the organic waste constant, the state of the bacteria that ferment the methane gas in the methane fermentation tank 13 can be kept in a state in which the methane gas is easily fermented. As a result, the generation efficiency of methane gas can be stabilized by the processing rows 5A to 5D, and the methane gas can be stably supplied to the generator of the power generation facility 4 '.
  • the solubilization tank 12 is provided with an inner container 12 ⁇ / b> A for storing a processed product and an outer container 12 ⁇ / b> B provided so as to surround the inner container 12 ⁇ / b> A. It has been.
  • a processed product to be solubilized is accommodated in the inner container 12A.
  • a heat medium is accommodated between the outer container 12B and the inner container 12A. In the present embodiment, hot water is used as the heat medium.
  • the methane fermentation system 1 is provided with a treatment product circulation section 60 that circulates the treatment product by the pump 63 by taking out the treatment product from the methane fermentation tank 13 and returning it to the inside. Further, the methane fermentation system 1 is provided with a heat medium circulation unit 61 that circulates the heat medium by taking out the heat medium (water) from the solubilization tank 12 and returning it to the inside.
  • the heat exchanger 62 is provided with a processed product pipe that is a part of the processed product circulation unit 60, and a heat medium pipe that is a part of the heat medium circulating unit 61 is covered around the processed product pipe.
  • Each pipe is formed of a material having high thermal conductivity, for example, copper.
  • Heat exchange is performed between the processed material piping and the heat medium piping.
  • the processed product warmed by the heat medium returns to the methane fermentation tank 13, and further methane fermentation is performed at a temperature with high fermentation efficiency.
  • the temperature of the processed product fermented in the methane fermentation tank 13 is kept uniform, and is maintained so that the methane fermentation efficiency by the fermenting bacteria does not decrease.
  • facilities for generating methane gas from organic waste such as the solubilization tank 12 and the methane fermentation tank 13 are accommodated in the containers 2 and 3. Yes. For this reason, since the equipment for generating methane gas can be transported to various places, it is easy to move and the degree of freedom of the equipment place can be increased.
  • the temperature of the processed material accommodated in the methane fermentation tank 13 is kept constant with the heat
  • FIG. it is not necessary to provide a hot water storage tank for storing hot water for keeping the temperature of the methane fermentation tank 13 constant, so that the entire system can be downsized.
  • Such a device further facilitates the movement of the system.
  • the hot water heated in the solubilization tank 12 is used as a heat medium so that the processed product stored in the methane fermentation tank 13 is maintained at an appropriate temperature.
  • the container 4 The processed material stored in the methane fermentation tank 13 may be maintained at an appropriate temperature by using heat generated by the gas engine 51 that generates power in the power generation facility 4 ′.
  • the present invention can be used for the production of methane gas in biomass power generation or the like.

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Abstract

メタン発酵システム（１）は、コンテナ（２）に収容され、有機性の処理物に対して可溶化処理を行う可溶化槽（１２）と、コンテナ（３）に収容され、可溶化槽（１２）で可溶化処理された処理物を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽（１３）と、を含む、一連の処理列（５）を備える。有機性廃棄物は、破砕機付きモーノポンプ（１０）→混合槽（１１）→可溶化槽（１２）→メタン発酵槽（１３）と送られ、可溶化処理→メタン発酵によりメタンガスを生成して出力する。メタン発酵槽（１３）は、可溶化槽（１２）で発生する熱等を用いて加熱する機構が設けられている。

Description

メタン発酵システム
　本発明は、メタン発酵システムに関する。
　近年、下水汚泥、畜産糞尿及び厨芥類などの有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスを発生させ、発生したメタンガスを用いて発電を行ういわゆるバイオマス発電が盛んに行われるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
　メタン発酵を効率良く行うためには、メタン発酵に先立って、有機性廃棄物に含まれる難分解性固形有機物を、微生物の基質として使用できる程度に有機性廃棄物を可溶化する可溶化処理を行う設備が必要になる。さらに、可溶化処理を効率良く行うためには、有機性廃棄物をできるだけ細かく粉砕する設備や、粉砕された有機性廃棄物を可溶化処理を行う微生物が活動し易い環境にする前処理を行う設備が必要になる。
特開２０１５－１６５０１９号公報
　このように、メタン発酵を行うためには様々な設備が必要になるため、メタンガスを生成するシステムは、大規模なものが多くなる。そのため、設営に時間がかかり、適材適所に設備を建設することが困難になっている。このことが、バイオマス発電の普及を遅らせる要因の１つになっている。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、移動が簡単で、適材適所に設備を置くことができるメタン発酵システムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵システムは、
　コンテナに収容され、有機性の処理物に対して可溶化処理を行う可溶化槽と、
　コンテナに収容され、前記可溶化槽で可溶化処理された処理物を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽と、
　を含む、一連の処理列を備え、
　前記可溶化槽は、
　処理物を収容する内容器と、
　前記内容器の外側に設けられ、前記内容器との間に前記内容器に収容された処理物の可溶化処理で発生する熱により所定の温度に熱せられる熱媒体を収容する外容器と、
　を有し、
　前記メタン発酵槽に収容された処理物の一部を前記メタン発酵槽から外部に取り出して内部に戻すことにより、処理物を循環させる処理物循環部と、
　前記熱媒体の一部を前記可溶化槽から外部に取り出して内部に戻すことにより、前記熱媒体を循環させる熱媒体循環部と、
　前記熱媒体循環部を循環する熱媒体と、前記処理物循環部を循環する処理物との間で熱交換を行う熱交換部と、
　を備える。
 　また、前記一連の処理列は、
　コンテナに収容され、投入された複数の異なる有機性廃棄物を粉砕する粉砕部と、
　コンテナに収容され、粉砕された有機性廃棄物を、前記可溶化槽に送られる前記処理物として収容して混合する混合槽と、を備える、
　こととしてもよい。
　また、前記一連の処理列は、
　前記混合槽に収容された処理物に紫外線を照射する紫外線照射部を備える、
　こととしてもよい。
　前記一連の処理列は、
　前記可溶化槽に収容された処理物に、可溶化菌を供給する可溶化菌供給部を備える、
　こととしてもよい。
　前記可溶化槽が、第１のコンテナに収容され、
　前記メタン発酵槽が、第２のコンテナに収容される、
　こととしてもよい。
　前記一連の処理列は、
　コンテナに収容され、前記メタン発酵槽で発生したメタンガスを用いて発電を行う発電機を備える、
　こととしてもよい。
　前記一連の処理列を複数備え、
　前記各処理列で、種類の異なる有機性の処理物を処理し、
　前記各処理列で生成するメタンガスを収集して、発電を行う発電部を備える、
　こととしてもよい。
　本発明によれば、可溶化槽やメタン発酵槽のような、有機性廃棄物からメタンガスを生成するための設備がコンテナに収容されている。このため、メタンガスを生成するための設備を、様々な場所へ搬送することができるので、移動が簡単で、設備場所の自由度を大きくすることができる。
本発明の一実施の形態に係るメタン発酵システムの構成を示す模式図である。 発電機が収容されたコンテナが連結されたメタン発酵システムの構成を示す模式図である。 複数の異なる処理列が連結されたメタン発酵システムの構成を示す模式図である。
　以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　本実施の形態に係るメタン発酵システムは、有機廃棄物をメタン発酵することにより、メタンガスを生成し、生成されたメタンガスをバイオマスエネルギーとして利用する。ここで、有機性廃棄物とは、タンパク質、炭水化物、脂肪、セルロースなどの高分子有機化合物又はそれ由来の化合物から主としてなる物質であり、実質的に固体状無機化合物は含有しない。ただし、簡単に可溶化できて、微生物の増殖に悪影響を及ぼさない固体状無機化合物であれば、多少は含有されていてもよい。
　かかる有機性廃棄物としては、例えば畜産汚泥、下水汚泥、生ごみなどの厨芥類などの有機性廃棄物を挙げることができる。これらは可溶化処理前に固形物濃度を濃縮処理した原料として使用してもよい。また、糖や有機酸やそれらの混合した、メタン発酵処理における代謝経路の有機物を添加してもよい。
　上述の有機性廃棄物を処理物とするメタン発酵システム１は、図１に示すように、コンテナ２、３（第１、第２のコンテナ）を筐体として構成されている。コンテナ２は、２０ｆｔのコンテナであり、コンテナ３は、４０ｆｔのコンテナである。コンテナ２、３に収容された構成要素で、一連の処理列が構成されている。
　コンテナ２の中には、主な収容物として、破砕機付きモーノポンプ１０と、混合槽１１と、可溶化槽１２と、が収容されている。また、コンテナ３の中には、主な収容物として、メタン発酵槽１３と、脱硫装置１４と、が収容されている。
　破砕機付きモーノポンプ１０と、混合槽１１との間には、配管２０が形成されている。混合槽１１と、可溶化槽１２との間には、配管２１が形成されている。また、可溶化槽１２とメタン発酵槽１３との間には、配管２２が形成されている。配管２２は、コンテナ２側の配管と、コンテナ３側の配管とに分かれており、両配管が例えば継手で連結されることによって構成されている。メタン発酵槽１３には、配管２３が形成されている。
　有機性廃棄物は、コンテナ２の破砕機付きモーノポンプ１０に投入され、配管２０→混合槽１１→配管２１→可溶化槽１２→配管２２→メタン発酵槽１３→配管２３を通って、コンテナ３から排出される。排出された処理物は、堆肥として利用される。
　また、メタン発酵槽１３と、脱硫装置１４との間には配管２４が形成されている。また、脱硫装置１４には、配管２５が取り付けられている。
　破砕機付きモーノポンプ（粉砕部）１０には、コンテナ２の外部から有機性廃棄物が投入される。破砕機付きモーノポンプ１０は、投入された有機性廃棄物を適当な大きさに粉砕して、配管２０を介して混合槽１１に送る。
　混合槽１１の内部には攪拌機が設けられており、投入された有機性廃棄物が攪拌機で攪拌される。これにより、混合槽１１に収容された有機性廃棄物は、混合し均一な状態となる。また、混合槽１１には、紫外線照射部３０が取り付けられている。紫外線照射部３０には、例えば、紫外線を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を混合槽１１内に照射する。紫外線照射部３０は、混合槽１１に投入された処理物に紫外線を照射し、処理物の殺菌を行う。
　配管２１には、ポンプ４０及び三方電磁弁４１が取り付けられている。これらの動作により、混合槽１１の有機性廃棄物は、配管２１を介して、可溶化槽１２に送られる。
　可溶化槽１２は、投入された処理物に対して可溶化処理を行う。可溶化槽１２では、例えば、プロテアーゼ生成菌等の可溶化菌を用いた高温可溶化処理が行われる。可溶化槽１２には、培養槽（可溶化菌供給部）３１が取り付けられている。培養槽３１では、可溶化菌が培養されており、培養槽３１から可溶化槽１２に可溶化菌が供給される。
　可溶化槽１２には、槽内を高温にするための投げ入れ式のヒータ３３が設けられている。これにより、可溶化槽１２の槽内の温度が高温に保たれている。可溶化槽１２の槽内には、有機性廃棄物を攪拌するための攪拌機とモータとが取り付けられている。さらに、また、可溶化槽１２には、有機性廃棄物に空気を供給するための空気挿入口が設けられている。このようにして、可溶化槽１２では、撹拌又は瀑気（ばっき）を行うことで可溶化を促進させる。高温好気性とは、温度を５０℃～１００℃として、好ましくは圧力をかけることなく標準状態（空気雰囲気下）で有機性廃棄物を可溶化する状態を意味する。
　可溶化処理とは、固体状又は水懸濁状の通常高分子状の有機化合物を、水に溶解可能な低分子状態にまで分解する処理である。本実施の形態では、プロテアーゼ生成菌を用いて超高温可溶化が実施される。プロテアーゼ生成菌とは、タンパク質分解酵素（プロテアーゼ）を菌体外に生成分泌することができる菌である。
　プロテアーゼ生成菌としては、例えばＢａｃｉｌｌｕｓ種が挙げられ、特にＢａｃｉｌｌｕｓ　ｓｐ．ＭＵ３（微生物特許寄託センター第ＮＩＴＥ　ＡＰ－１５６号）が挙げられる。この耐熱性のプロテアーゼ生成菌は、８０℃でも十分に活動できる超高温好気性を有する。この菌の産生する酵素は、分子量約５７，０００で、優れた熱耐性を示し、広いｐＨ範囲で、高いタンパク質分解能を有する。
　超高温とは、５０℃～１００℃、好ましくは６０℃～９０℃、特に好ましくは７０℃～８０℃である。超高温可溶化は、水溶液媒体中、好気性又は嫌気性条件下、好ましくは好気性条件下、有機性廃棄物を有機性廃棄物濃度が５０ｗｔ％以下、好ましくは５～４０ｗｔ％、特に好ましくは１０～３０ｗｔ％になるような量で、プロテアーゼ生成菌と接触させて行われる。この実施の形態において、特に好ましい条件では有機性廃棄物濃度１０～３０ｗｔ％まで原料の固形物濃度（ＤＳ）を高めることができ、望ましくはＤＳ２０％以上で、ｐＨ５～８、望ましくは６付近、可溶化槽雰囲気は好気性が最適条件となる。
　プロテアーゼ生成菌により消化させるための時間は１２～７２時間、好ましくは２４～４８時間である。好気性又は嫌気性条件下で実施する場合、攪拌、瀑気（ばっき）条件下で実施することができる。かかる条件下で実施すると、後述するように、アンモニアをその場で除去することが可能となり、原料の可溶化とアンモニア除去を同時に行うことができ、メタン発酵の促進が可能となる。Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｓｐ．ＭＵ３をプロテアーゼ生成菌として用いる場合、この菌は好気性耐熱性菌であるので、空気で瀑気しながら攪拌下で可溶化でき、可溶化、アンモニア除去の両面から最適である。
　この実施の形態に係る可溶化工程は、プロテアーゼ生成菌の他に、リパーゼ生産菌、グリコシターゼ生成菌及び／又はセルラーゼ生成菌など、各種分解酵素を生成する菌体を単独または組み合わせて添加することが可能である。これらは生育、増殖条件が似たようなものであれば、同一の反応槽で使用することができるが、条件が異なる場合は複数の可溶化槽１２を設け、各可溶化槽１２を異なる条件で使用すればよい。この場合、リパーゼ生産菌、グリコシターゼ生成菌及び／又はセルラーゼ生成菌を用いる可溶化槽で可溶化を行った後、プロテアーゼ生成菌による高温可溶化槽で可溶化をすることが好ましい。
　可溶化槽１２にはアンモニア吸着槽３２が設けられている。アンモニア吸着槽３２は、可溶化槽１２における可溶化処理で発生するアンモニアを吸着して除去するために設けられている。
　配管２２にも、ポンプ４０及び三方電磁弁４２が設けられ、これらの動作により、可溶化槽１２で可溶化された処理物は、配管２２を介して、メタン発酵槽１３に送られる。メタン発酵槽１３は、収容された処理物に対してメタン発酵処理を行う。
　メタン発酵処理は、通常嫌気性雰囲気で活動するメタン菌が用いられ、その消化作用を利用するものである。メタン菌の活性温度領域は０～７０℃が普通であり、これ以上の高温領域では９０℃程度まで生き延びる菌種も存在するが、ほとんど死滅する。低温領域では３℃から４℃までが限界とされている。メタンガス生成速度は、この活性温度に非常に大きな影響を受ける。
　ガス生成速度は発酵槽温度が高ければ高いほど早く進みガス発生量が増大する。実際にメタン菌が住みやすいとされている温度領域は次の３つが確認されている。（１）２０℃以下の低温領域、（２）２５～３５℃の中温領域、（３）４５℃以上の高温領域がある。本発明のメタン発酵の温度については低温、中温、高温のメタン発酵がいずれでも適用できるが、４０℃～７０℃で高温メタン発酵を行うのが好ましく、更には５０℃～５５℃でメタン発酵するのが好ましい。
　高温可溶化された有機性廃棄物をメタン発酵処理する場合、乾式（投入固形物濃度を１０％以上とする乾式）の処理方式を採用することによって効率良くメタン発酵処理することができ、本実施形態でも、乾式の処理方式を適用することができる。
　本実施の形態では、可溶化処理を高温好気性条件下で実施し、メタン発酵処理を嫌気性条件下で実施することが出来るので、温度においては可溶化処理の高い温度を利用してメタン発酵の温度を高くすることができ、また菌増殖条件としては可溶化処理（好気性条件）の菌がメタン発酵工程（嫌気性条件）で不活性化されるためメタン発酵を邪魔しないという利点がある。
　本実施の形態では、上記高温好気性とは温度を５０～１００℃として、好ましくは圧力をかけることなく標準状態（空気雰囲気下）で有機性廃棄物を可溶化する状態を意味する。
　メタン発酵槽１３で処理済となった処理物は、ポンプ４３を用いて配管２３から排出される。排出された処理物は、堆肥として用いることができる。
　メタン発酵槽１３で生成されたガスは、配管２４を介して、脱硫装置１４に出力される。脱硫装置１４は、入力したガスに対して脱硫処理を行い、取り出したメタンガスを、配管２５を介してコンテナ３の外部に出力する。
　コンテナ３の外部に出力されたメタンガスは発電に用いられる。例えば、図２に示すように、コンテナ４に収容された発電設備（発電部）にメタンガスを送り、発電を行うようにしてもよい。コンテナ４は２０ｆｔのコンテナであり、中には、ガスホルダ５０と、ガスエンジン５１とが収容されている。ガスホルダ５０は、コンテナ３から配管２５を介して送られたメタンガスを貯留する。ガスエンジン５１は、ガスホルダ５０から送られるメタンガスでガスタービンを回して発電を行う。ガスエンジン５１で発電された電力は、キュービクル（受電設備）へ送られる。
　また、例えば、図３に示すように、コンテナ２及びコンテナ３の処理列を複数備え、各処理列のコンテナ３から出力されるメタンガスを、１つの発電設備４’に収集して、メタンガスを蓄積し、発電を行うようにしてもよい。発電設備４’の構成は、図２のコンテナ４と概略同じであるが、大量のメタンガスを収集するためのコンテナ４よりも発電される電力を大きくすることができる。
　このようなシステムでは、例えば、投入する有機性廃棄物を分別して各処理列に投入すればよい。例えば、図３に示すように、処理列５Ａには、農場Ａから出た有機性廃棄物を投入し、処理列５Ｂには、食品工場Ｂから出た有機性廃棄物を投入し、処理列５Ｃには、牧場Ｃから出た有機性廃棄物を投入し、処理列５Ｄには、住宅地Ｄから出た有機性廃棄物を投入するといったように、廃棄物の出所を固定するようにしてもよい。このようにすれば、投入される有機性廃棄物に含まれるタンパク質、炭水化物、脂肪、セルロースなどの高分子有機化合物又はそれ由来の化合物の割合を各処理列で極力一定にすることができる。
　投入される有機性廃棄物における化合物の割合が変わってしまうと、メタン発酵槽１３における発酵菌の数が著しく減り、メタンガスの生成量が落ち込んでしまうおそれがある。そこで、有機性廃棄物における化合物の割合を一定に保つことにより、メタン発酵槽１３でメタンガスを発酵させる菌の状態を、メタンガスが発酵し易い状態に保つことができる。この結果、メタンガスの発生効率を各処理列５Ａ～５Ｄで安定化させ、発電設備４’の発電機にメタンガスを安定して供給することができる。
　なお、コンテナ２、３より構成される各処理列５Ａ～５Ｄは、互いに近くになくてもよく、発電設備４’と配管で接続されていなくてもよい。遠隔地に処理列５Ａ～５Ｄを設置し、各処理列５Ａ～５Ｄで発生したメタンガスをガス運搬車で、発電設備４’に運搬するようにしてもよい。
　さらに、本実施の形態によれば、図１に示すように、可溶化槽１２には、処理物を収容する内容器１２Ａと、内容器１２Ａを囲むように設けられた外容器１２Ｂとが設けられている。可溶化処理が行われる処理物は、内容器１２Ａ内に収容される。外容器１２Ｂと内容器１２Ａとの間には、熱媒体が収容されている。本実施の形態では、熱媒体として湯水が用いられる。
　また、メタン発酵システム１には、処理物をメタン発酵槽１３から外部に取り出して内部に戻すことにより、処理物をポンプ６３により循環させる処理物循環部６０が設けられている。また、メタン発酵システム１には、熱媒体（水）を可溶化槽１２から外部に取り出して内部に戻すことにより、熱媒体を循環させる熱媒体循環部６１が設けられている。
　処理物循環部６０と、熱媒体循環部６１とは一部が接している。この接した部分に熱交換器（熱交換部）６２が設けられている。熱交換器６２は、熱媒体循環部６１で循環する熱媒体と、処理物循環部６０を循環する処理物との間で熱交換を行う。
　熱交換器６２には、処理物循環部６０の一部である処理物配管が設けられ、その周囲を、熱媒体循環部６１の一部である熱媒体配管が覆っている。各配管は熱伝導性の高い材質、例えば銅製で形成されている。この処理物配管と熱媒体配管との間で熱交換が行われる。熱媒体により暖められた処理物は、メタン発酵槽１３に戻り、発酵効率の高い温度でさらにメタン発酵が行われる。このような熱交換器６２により、メタン発酵槽１３で発酵する処理物の温度が、均一に保たれており、発酵菌によるメタン発酵効率が低下しないように維持されている。
　以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、可溶化槽１２やメタン発酵槽１３のような、有機性廃棄物からメタンガスを生成するための設備がコンテナ２、３に収容されている。このため、メタンガスを生成するための設備を、様々な場所へ搬送することができるので、移動が簡単で、設備場所の自由度を大きくすることができる。
　また、本実施の形態では、可溶化槽１２における可溶化処理で発生した熱で、メタン発酵槽１３に収容される処理物の温度を一定に保っている。これにより、メタン発酵槽１３の温度を一定に保つための湯を貯めておく貯湯タンクを備える必要がなくなるので、システム全体を小型化することができる。このような工夫により、システムの移動がさらに容易になる。
　なお、本実施の形態では、可溶化槽１２で熱せられた温水を熱媒体として、メタン発酵槽１３に収容された処理物を適正な温度に保つようにしたが、これに加えて、コンテナ４，発電設備４’で発電を行うガスエンジン５１で発生した熱を用いて、メタン発酵槽１３に収容された処理物を適正な温度に保つようにしてもよい。
　この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
　本出願は、２０１６年３月２４日に出願された、日本国特許出願２０１６－６０６３７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１６－６０６３７号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
　本発明は、バイオマス発電等におけるメタンガスの生成に利用することができる。
　１　メタン発酵システム、２，３，４　コンテナ、４’　発電設備、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ　処理列、１０　破砕機付きモーノポンプ、１１　混合槽、１２　可溶化槽、１３　メタン発酵槽、１４　脱硫装置、２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６　配管、３０　紫外線照射部、３１　培養槽、３２　アンモニア吸着槽、３３　ヒータ、４０　ポンプ、４１，４２　三方電磁弁、４３　ポンプ、５０　ガスホルダ、５１　ガスエンジン、６０　処理物循環部、６１　熱媒体循環部、６２　熱交換器

Claims (7)

  1. 　コンテナに収容され、有機性の処理物に対して可溶化処理を行う可溶化槽と、
    　コンテナに収容され、前記可溶化槽で可溶化処理された処理物を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽と、
    　を含む、一連の処理列を備え、
    　前記可溶化槽は、
    　処理物を収容する内容器と、
    　前記内容器の外側に設けられ、前記内容器との間に前記内容器に収容された処理物の可溶化処理で発生する熱により所定の温度に熱せられる熱媒体を収容する外容器と、
    　を有し、
    　前記メタン発酵槽に収容された処理物の一部を前記メタン発酵槽から外部に取り出して内部に戻すことにより、処理物を循環させる処理物循環部と、
    　前記熱媒体の一部を前記可溶化槽から外部に取り出して内部に戻すことにより、前記熱媒体を循環させる熱媒体循環部と、
    　前記熱媒体循環部を循環する熱媒体と、前記処理物循環部を循環する処理物との間で熱交換を行う熱交換部と、
    　を備えるメタン発酵システム。
  2. 　前記一連の処理列は、
    　コンテナに収容され、投入された複数の異なる有機性廃棄物を粉砕する粉砕部と、
    　コンテナに収容され、粉砕された有機性廃棄物を、前記可溶化槽に送られる前記処理物として収容して混合する混合槽と、を備える、
    　請求項１に記載のメタン発酵システム。
  3. 　前記一連の処理列は、
    　前記混合槽に収容された処理物に紫外線を照射する紫外線照射部を備える、
    　請求項２に記載のメタン発酵システム。
  4. 　前記一連の処理列は、
    　前記可溶化槽に収容された処理物に、可溶化菌を供給する可溶化菌供給部を備える、
    　請求項３に記載のメタン発酵システム。
  5. 　前記可溶化槽が、第１のコンテナに収容され、
    　前記メタン発酵槽が、第２のコンテナに収容される、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載のメタン発酵システム。
  6. 　前記一連の処理列は、
    　コンテナに収容され、前記メタン発酵槽で発生したメタンガスを用いて発電を行う発電機を備える、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のメタン発酵システム。
  7. 　前記一連の処理列を複数備え、
    　前記各処理列で、種類の異なる有機性の処理物を処理し、
    　前記各処理列で生成するメタンガスを収集して、発電を行う発電部を備える、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のメタン発酵システム。
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