WO2020027132A1 - 有機物のメタン発酵における消化液の処理装置及びその処理方法 - Google Patents

有機物のメタン発酵における消化液の処理装置及びその処理方法 Download PDF

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眞一 下瀬
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株式会社下瀬微生物研究所
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for treating a digestive juice, which is a residue after fermenting an organic substance in a methane fermenter or the like.
  • Patent Literature 1 a system for recovering methane gas by methane fermentation of organic waste such as sewage sludge, night soil, food waste, livestock waste, or organic matter such as a resource crop or its waste. There is.
  • JP 2007-44579 A Japanese Patent No. 4153685
  • the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and does not discharge the digested liquid discharged by methane fermentation to public sewers and rivers using advanced purification treatment equipment.
  • the present invention utilizes waste produced in the final step as a valuable resource, and provides an apparatus and a treatment method that hardly generate waste.
  • the present invention has the following means for solving the above-mentioned problems. That is, the present invention provides a methane fermentation tank for fermenting organic matter, a digestion liquid tank connected to the methane fermentation tank, for storing digestive juice generated in the fermentation tank, and a digestion liquid tank connected to the digestion liquid tank. Containing in a closed container, stirring while heating to a predetermined temperature range under reduced pressure, decomposing organic components of organic matter using microorganisms, and comprising a vacuum fermentation drying apparatus to obtain a reduced volume dried product. It is characterized by being.
  • digestion fluid discharged by methane fermentation can be treated without an advanced purification facility. Further, since the waste generated in the final step can be used as an organic fertilizer, almost no waste is generated.
  • the reduced-pressure fermentation dryer includes at least two or more primary reduced-pressure fermentation dryers, and is connected in series to the plurality of primary reduced-pressure fermentation dryers. And a next reduced pressure fermentation dryer. According to this configuration, the number of installation bases of the secondary vacuum fermentation dryer can be reduced, so that the installation space can be reduced and the running cost can be suppressed.
  • a sorting device for removing foreign matter mixed in the secondary dried product discharged from the secondary vacuum fermentation dryer is preferably provided. According to this configuration, foreign substances have already been removed from the organic fertilizer produced in the final step, and this organic fertilizer can be used with confidence.
  • a main pipe connected to the digestion solution tank, a distribution pipe branched from the main pipe, a plurality of primary vacuum fermentation dryers respectively connected to the distribution pipe, and an opening and closing of the distribution pipe
  • a valve is provided for each.
  • an optimal amount of digestion liquid can be supplied from the digestion liquid tank to each of two or more primary vacuum fermentation dryers.
  • the primary decompression / fermentation dryer corresponding to the on-off valve can be stopped. Can be suppressed.
  • methane gas generated in the methane fermentation tank is combusted for gas power generation, and a part of the heat energy is used as a heat source of a reduced-pressure fermentation drying apparatus.
  • the steam generating boiler provided in the vacuum fermentation drier is not required, the facility configuration is simple, and the running cost can be suppressed.
  • the present invention provides a methane fermentation step of organic matter, a storage step of digestive juice generated after the methane fermentation, and a storage of the digestive juice in a closed container, and stirring while heating to a predetermined temperature range under reduced pressure.
  • a method for treating digestive juices in methane fermentation of organic matter characterized by comprising a step of decomposing organic components of organic matter using microorganisms and obtaining a reduced-volume dried product under reduced pressure fermentation and drying, The same effect as the digestion liquid treatment device in methane fermentation of organic matter can be expected.
  • digestive liquid discharged by methane fermentation can be treated without an advanced purification treatment facility. Further, since the waste generated in the final step can be used as an organic fertilizer, almost no waste is generated.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a methane fermentation tank in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of a primary vacuum fermentation dryer of FIG. 1. It is a figure which shows the front of the vacuum fermentation drying apparatus of FIG. It is a figure which shows the discharge part of the secondary vacuum fermentation dryer of FIG.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a sorting device in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a digestion solution treatment apparatus in methane fermentation of organic matter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a methane fermentation tank
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a schematic configuration of the machine
  • FIG. 4 is a diagram showing a front view of a vacuum fermentation drying apparatus.
  • reference numeral 1 denotes a methane fermentation tank, and organic waste such as sewage sludge, human waste, food waste, livestock waste, or a resource crop or its waste is supplied through an inlet 1a.
  • Organic matter such as is fed into the fermenter 1b and methane fermentation can be performed.
  • the stirring is performed by a plurality of rotating blades 1e,... Mounted in two stages on the rotating shaft 1d connected to the motor 1c with a speed reducer, methane fermentation of organic matter is promoted, and methane gas G is generated.
  • the methane gas G generated in the methane fermentation tank 1 is recovered from the gas recovery pipe 1f into the gas tank 6, and is stored in the gas tank 6 while removing unnecessary carbon dioxide gas.
  • the methane gas G stored in the gas tank 6 is supplied as fuel for the gas power generation boiler 7 and burns the methane gas G, converting its thermal energy into power for turbine and converting it into electric energy.
  • this heat energy can be used as steam for heating in a vacuum fermentation drying apparatus described below, and surplus electric energy can be supplied to a power company.
  • the digested liquid L which is a fermentation residue in the fermentation tank 1b
  • a transfer pump 2b and an opening / closing valve 2c are provided in series in the middle of the discharge pipe 2a, and the digestion liquid is supplied from the methane fermentation tank 1 by driving the transfer pump 2b to open / close the opening / closing valve 2c.
  • L can be transferred to the digestive juice tank 2.
  • the methane gas G can be supplied to the gas tank 6 stably and continuously.
  • the digestive juice tank 2 is subjected to fermentation treatment in the methane fermentation tank 1 over one month, and the digestive juice L, which is a residue, is stored.
  • the digestion liquid tank 2 can supply the digestion liquid L to the vacuum fermentation drying apparatus A.
  • the reduced-pressure fermentation dryer A includes three primary reduced-pressure fermentation dryers 3 and only one secondary reduced-pressure fermentation dryer 3 '.
  • the digestion liquid tank 2 is connected to a primary vacuum fermentation dryer 3 through three branch pipes 2e each branching from a main pipe 2d provided at a lower portion thereof. 2f is provided. By adjusting the opening degree of each of the opening and closing valves 2f, it is possible to supply the primary vacuum fermentation dryer 3 with an optimal amount of digestion liquid L.
  • the digestion liquid L is supplied from the digestion liquid tank 2 to the primary reduced-pressure fermentation dryer 3 by gravity, but a pump may be provided to forcibly supply the digestion liquid L.
  • the primary vacuum fermentation dryer 3 is a closed container that stores a digestion liquid L supplied from a main pipe 2d to a distribution pipe 2e and further through an inlet 30a.
  • a substantially cylindrical tank (pressure-resistant tank) 30 formed airtight so as to be held below is provided.
  • a heating jacket 31 is provided on the peripheral wall of the tank 30, and the heating steam generated in the gas power boiler 7 is supplied to the heating jacket 31.
  • the temperature of the steam supplied from the gas power generation boiler 7 is preferably, for example, about 140 ° C.
  • the stirring shaft 32 is provided inside the tank 30 so as to be surrounded by the heating jacket 31 and extends in the longitudinal direction (the left-right direction in FIG. 3).
  • the stirring shaft 32 is rotated at a predetermined rotation speed by the electric motor 32a.
  • the stirring shaft 32 is provided with a plurality of stirring plates 32b spaced apart in the axial direction.
  • the stirring plates 32b stir the digestive juice L and perform primary fermentation and drying treatment of the digestive juice L from the digestive juice L.
  • the dried product is sent in the longitudinal direction of the tank 30.
  • An inlet 30a for digestive juice L is provided in the upper portion of the front wall of the tank 30.
  • the digestive juice L introduced from the inlet 30a is stirred by the rotation of the stirring shaft 32 while being heated by the heating jacket 31. Is done.
  • the primary dried product is discharged from a discharge portion 30b provided at a lower portion of a rear wall of the tank 30.
  • a hydraulic motor may be used instead of the electric motor 32a.
  • a discharge pipe 3a is connected to each discharge section 30b of the primary vacuum fermentation dryer 3, and these three discharge pipes 3a are assembled into one discharge main pipe 3b.
  • a screw conveyor 3c is provided in each of the discharge pipe 3a and the discharge main pipe 3b as shown in FIG. 4 in order to discharge a viscous primary dried product.
  • the main discharge pipe 3b is connected to the inlet 30'a of the secondary vacuum fermentation dryer 3 'inclining upward to the right. In this way, the primary dried product is fed from the primary vacuum fermentation dryer 3 to the secondary vacuum fermentation dryer 3 '. After a lapse of a predetermined time, the secondary dried product can be discharged from the discharge section 30'b of the secondary vacuum fermentation dryer 3 'as shown in FIG.
  • the secondary vacuum fermentation dryer 3 ' has substantially the same configuration as the primary vacuum fermentation dryer 3 and will not be described in detail.
  • FIG. 1 three primary vacuum fermentation dryers 3 and one secondary vacuum fermentation dryer 3 ′ are connected to one cooling tower 8, but in FIG. The following description is based on the assumption that one cooling tower 8 is provided for the vacuum fermentation dryer 3. Further, the gas power boiler 7 is the same as the cooling tower 8.
  • a guide portion 30c is provided at an upper portion of the tank 30 to guide the vapor generated from the heated digestive liquid L to the condensing portion 33.
  • a plurality of cooling pipes 33b supported by a pair of heads 33a are provided inside the condensing section 33 supported by the communication path 34 via the guide section 33c, and the plurality of cooling pipes 33b and the cooling tower 8, a cooling water path 80 is provided.
  • the condensing section 33 extends in parallel along the longitudinal direction of the tank 30, and the condensing section 33 is arranged behind the guide section 30c.
  • the cooling tower 8 is provided with a pump 82 for pumping cooling water from a water receiving tank 81 and a nozzle 83 for jetting the pumped cooling water.
  • the cooling water jetted from the nozzle 83 receives the air from the fan 85 while flowing down the downflow portion 84, the temperature of the cooling water drops, and flows into the water receiving tank 81 again.
  • the cooling water cooled by the cooling tower 8 is sent by the cooling water pump 86, sent to the condenser 33 by the cooling water path 80, and flows through the plurality of cooling pipes 33b again. Then, as described above, after the temperature rises due to heat exchange with the steam generated inside the tank 30, the coolant flows through the cooling water path 80 again and flows into the water receiving tank 81 of the cooling tower 8. That is, the cooling water circulates in the cooling water path 80 between the condenser 33 and the cooling tower 8.
  • condensed water in which steam generated from the heated digestive liquid L is condensed in the condensing section 33 is also injected.
  • condensed water generated by exchanging heat with high-temperature steam is collected below the condensing section 33.
  • a vacuum pump 36 is connected to the condensing section 33 through a communication path 35 so as to reduce the pressure in the tank 30.
  • the communication path 34 is provided with an opening / closing valve 3d so that when the primary vacuum fermentation dryer 3 is stopped, air or the like is not sucked from the inside thereof.
  • the condensed water guided to the water receiving tank 81 of the cooling tower 8 is mixed with the cooling water, is pumped by the pump 82 as described above, is injected from the nozzle 83, and is cooled while flowing down the downflow portion 84. .
  • the condensed water contains the same microorganisms as those added to the tank 30, and the odor components and the like contained in the condensed water are decomposed, so that the odor does not escape to the outside of the tank. ing.
  • the digestion liquid L contained in the tank 30 is stirred by the rotation of the stirring shaft 32 while being heated by the heating steam supplied to the heating jacket 31. Is done. Then, the digestive juice L contained in the tank 30 is heated effectively by receiving the heating from the outside by the heating jacket 31 surrounding the inside of the tank 30 and the heating from the inside by the stirring shaft 32 and the like. The digestive juice L is stirred by the stirring shaft 32.
  • the pressure is reduced by the operation of the vacuum pump 36, the boiling point is reduced in the tank 30, and moisture evaporates in a temperature range in which the decomposition of the organic components of the digestive juice L is promoted by microorganisms.
  • one step (one cycle) is preferably performed, for example, for 24 hours.
  • the digestive juice L is charged over 30 minutes, and the digestive juice L is added over 23 hours.
  • a drying step of drying the digested juice is provided, and the primary dried product (water content: 30 to 40%) is discharged over 30 minutes.
  • the pressure in the tank 30 is reduced to -0.06 to -0.07 MPa (gauge pressure; hereinafter, the gauge pressure is omitted)
  • the water temperature in the tank 30 is maintained at 76 to 69 ° C (saturated steam temperature). You.
  • the primary fermentation decomposition and drying of the digestive juice L is promoted by the microorganisms described below.
  • the step of vacuum fermentation drying treatment by the secondary vacuum fermentation dryer 3 ′ is also substantially the same as the above, and the primary dried product is put into the tank 30 ′ over 30 minutes, and the primary drying is performed for 23 hours as described above.
  • the unfermented organic matter of the product is fermented and further dried.
  • the pressure in the tank 30 ' is reduced to -0.09 to -0.10 MPa
  • the water temperature in the tank 30' is maintained at 46 to 42 ° C (saturated steam temperature).
  • secondary fermentation decomposition drying is promoted by the microorganisms described below.
  • the secondary dried product water content 10% or less
  • a microorganism to be added to the organic matter in the tanks 30 and 30 ' for example, as described in Patent Document 2, a plurality of types of indigenous bacteria are used as a base, and this is used.
  • a pre-cultured complex effective microorganism group is preferable, and the so-called SHIMOSE 1/2/3 group is the center of the colony.
  • SHIMOSE 1 was transferred to FERM BP-7504 (Patent Microorganisms Depositary Center, Biotechnology and Industrial Technology Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (METI), 1-3-1 Higashi 1-3 Tsukuba, Ibaraki, Japan) Deposited internationally).
  • SHIMOSE 2 is a microorganism belonging to FERM BP-7505 (similar to SHIMOSE 1 and deposited internationally) and Pichiafarinosa, which is resistant to salt
  • SHIMOSE 3 is FERM BP-7506 (SHIMOSE 1 and Similarly, it is a microorganism belonging to Staphylococcus.
  • the digestion liquid L accommodated in the digestion liquid tank 2 is introduced into the inlet 30a of the tank 30 of the primary vacuum fermentation dryer 3. Then, the open / close valve 2f is closed, and the inside of the tank 30 is hermetically sealed at atmospheric pressure.
  • the atmosphere opening valve 36a provided near the vacuum pump 36 is closed to seal the inside of the tank 30. Then, the inside of the tank 30 is heated under reduced pressure, and the organic components of the digestive juice L stored therein are dried by primary fermentation. That is, heating steam is supplied from the gas power generation boiler 7 to heat the inside of the tank 30.
  • the inside of the tank 30 is heated by the heating steam, and the stirring shaft 32 is rotated at a predetermined rotation speed (for example, about 8 rpm). Further, the inside of the tank 30 is depressurized by the operation of the vacuum pump 36, The temperature in the tank 30 becomes an optimum environment for the activity of the microorganism, and the decomposition of the organic component of the organic matter by the microorganism is suitably promoted.
  • the rotation speed (8 rpm) of the stirring shaft 32 is an example, and another value may be used as long as the organic component of the organic substance can be decomposed.
  • the primary dried product is put into the secondary vacuum fermentation dryer 3 ′, and the procedure of the secondary vacuum fermentation drying process of the primary dried product is almost the same as the primary vacuum fermentation drying process. Is omitted.
  • the secondary dried product can be discharged from the discharge section 30'b of the secondary vacuum fermentation dryer 3 '.
  • the secondary dried product subjected to the secondary vacuum fermentation drying by the secondary vacuum fermentation dryer 3 ′ is conveyed to the sorting device 4 by the discharge conveyor 41. That is, the secondary conveyor dried at the lower part of the tank 30 'of the secondary vacuum fermentation dryer 3' by the discharge conveyor 41 is used to sort the secondary dried product 4 at a higher position than the discharge part 30b. Transport to The sorting device 4 removes foreign substances that are not decomposed by the reduced-pressure fermentation drying treatment by the reduced-pressure fermentation dryer A, specifically, plastics, metals, and the like.
  • the sorting device 4 includes a magnetic separator 42 and a vibrating sieve 43.
  • the magnetic separator 42 is, for example, a suspension type, and is suspended on the discharge conveyor 41.
  • the magnetic separator 42 attracts a magnetic material (indicated by a black circle) such as a metal fitting or an iron piece from among the dried materials conveyed by the discharge conveyor 41 with a magnet, and continuously discharges the container by a belt 42b moving between pulleys 42a. 42c.
  • the magnetic separator 42 removes metal such as metal fittings and iron pieces mixed in the dried product.
  • the vibration sieve 43 sifts large foreign matter from the secondary dried product discharged from the secondary vacuum fermentation dryer 3 ′ and conveyed by the discharge conveyor 41.
  • the vibrating sieve 43 includes a wire mesh 43a having a mesh (opening) of a predetermined size, and a vibration motor 43b for vibrating the wire mesh 43a.
  • the vibrating sieve 43 is supported by the lower base 43d by a plurality (for example, four) of coil springs 43c. Further, the wire mesh 43a is provided in a state of being inclined obliquely downward, and one end (the left end in FIG. 6) of the wire mesh 43a is provided at a position lower than the other end (the right end in FIG. 6). ing.
  • the mesh of the wire netting 43a is set to a size of 5 mm ⁇ 5 mm. Note that the mesh size is merely an example, and may be another value.
  • the vibrating sieve 43 sorts out foreign substances such as plastics mixed in the secondary dried product.
  • the driving of the vibrating motor 43b sieves the dried material supplied from the discharge conveyor 41 to the wire netting 43a. Specifically, the secondary dried product passes through the mesh of the wire netting 43a, falls downward, and is stored in the storage container 44 arranged below the vibrating sieve 43. On the other hand, since a large foreign substance such as plastic cannot pass through the mesh of the wire mesh 43a, it moves to one end side (front side) while sliding down or rolling down along the inclined surface of the wire mesh 43a. Is discharged to a discharge container 43e disposed below and in front of the container. As described above, as described above, the dried product is fermented and dried by the reduced-pressure fermentation drying apparatus A and reduced in volume, so that the dried product is suitable for sieving. , And stored in the storage container 44.
  • the storage container 44 stores high-quality organic fertilizer.
  • the waste produced in the final step is used as an organic fertilizer as a valuable material.
  • the waste is a valuable organic animal feed for livestock.
  • it may be used as an organic feed for aquaculture.
  • the present invention can be used in a methane fermentation of organic matter, a digestion liquid processing apparatus and a processing method for digestion liquid as fermentation waste.
  • a Vacuum fermentation dryer 1 Methane fermentation tank 2 Digestion liquid tank 3 Primary vacuum fermentation dryer 3 'Secondary vacuum fermentation dryer 4 Sorting device (magnetic separator, vibrating sieve) 6 Gas tank 7 Gas power boiler 8 Cooling tower

Abstract

有機物のメタン発酵における消化液の処理装置は有機物を発酵させるメタン発酵槽１と、該メタン発酵槽に接続され、発酵槽内で生成された消化液を貯留する消化液槽２と、前記消化液槽に接続され、消化液を密閉容器に収容し、減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌するとともに、微生物を利用して有機物の有機成分を分解させ、減容した乾燥物を得る減圧発酵乾燥装置Ａとを備えている。

Description

有機物のメタン発酵における消化液の処理装置及びその処理方法
　本発明は、有機物をメタン発酵槽などで発酵処理させた後、残りかすである消化液を処理する装置及びその方法に関するものである。
　従来より、特許文献１に記載するように、下水汚泥、し尿、食品廃棄物、畜産廃棄物などの有機性廃棄物、あるいは資源作物またはその廃棄物などの有機物をメタン発酵によりメタンガスを回収するシステムがある。
　一方、メタン発酵よりメタンガスを効率よく、またガス回収量の変動を抑えるためには、定期的にメタン発酵槽の消化液を排出し、新規に有機物を投入する必要がある。また、前記消化液を公共下水道や河川に放流するためには、高度な浄化処理設備が必要になったり、さらにその下水道を整備するなど、前記消化液を廃棄処理するには色々と課題があった。
特開２００７－４４５７９号公報 特許第４１５３６８５号公報
　本発明は、上述したような実情を考慮してなされたものであって、メタン発酵により排出される消化液に対して、高度な浄化処理設備を利用して公共下水道や河川に放流することなく、また、最終工程で製造される廃棄物を有価物として利用するものであり、廃棄物をほとんど発生させない装置及びその処理方法である。
　本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、有機物を発酵させるメタン発酵槽と、該メタン発酵槽に接続され、発酵槽内で生成された消化液を貯留する消化液槽と、前記消化液槽に接続され、消化液を密閉容器に収容し、減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌するとともに、微生物を利用して有機物の有機成分を分解させ、減容した乾燥物を得る減圧発酵乾燥装置とを備えていることを特徴とする。
　本発明によれば、高度な浄化処理施設がなくても、メタン発酵による排出される消化液を処理することができる。また、最終工程で発生する廃棄物は有機肥料として利用できるので、ほとんど廃棄物を発生させないものである。
　本発明において、前記減圧発酵乾燥装置は、少なくとも２基以上の一次減圧発酵乾燥機を備え、前記複数基の一次減圧発酵乾燥機に直列に接続され、一次減圧発酵乾燥機の設置基数以下の二次減圧発酵乾燥機と、を備えていることが好ましい。この構成によれば、二次減圧発酵乾燥機の設置基数を減らことが可能であるので、その設置スペースを減らし、またランニングコストも抑えることが可能である。
　本発明において、前記二次減圧発酵乾燥機から排出される二次乾燥物に混入している異物を除去する選別装置を備えていることが好ましい。この構成によれば、最終工程で製造される有機肥料から、すでに異物が除去されており、この有機肥料を安心して使用することができる。
　本発明において、前記消化液槽に接続された主配管と、前記主配管からそれぞれ分岐した分配管と、前記分配管にそれぞれ接続された複数基の一次減圧発酵乾燥機と、前記分配管に開閉弁をそれぞれ設けることが好ましい。この構成によれば、前記それぞれの開閉弁を調整することで、前記消化液槽から２基以上の一次減圧発酵乾燥機のそれぞれに最適量の消化液を投入することができる。また、前記それぞれの開閉弁の内、少なくともひとつの開閉弁を閉にすることにより、その開閉弁に対応する一次減圧発酵乾燥機を停止させることができ、消化液の排出量が少ない時にランニングコストを抑えることができる。
　本発明において、前記メタン発酵槽で生成されたメタンガスをガス発電用に燃焼させ、その熱エネルギーの一部を減圧発酵乾燥装置の熱源に利用させることが好ましい。この構成によれば、前記減圧発酵乾燥機に設けている蒸気発生ボイラーが不要となり、設備構成が簡単でランニングコストを抑えることができる。
　また、本発明は、有機物のメタン発酵工程と、前記メタン発酵後に生成された消化液の貯留工程と、前記消化液を密閉容器に収容し、減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌するとともに、微生物を利用して有機物の有機成分を分解させ、減容した乾燥物を得る減圧発酵乾燥工程と、を備えていることを特徴とする有機物のメタン発酵における消化液の処理方法であり、有機物のメタン発酵における消化液の処理装置と同じ効果が期待できる。
　本発明に係る有機物のメタン発酵における消化液の処理装置及びその処理方法によれば、高度な浄化処理施設がなくても、メタン発酵による排出される消化液を処理することができる。また、最終工程で発生する廃棄物は有機肥料として利用できるので、ほとんど廃棄物を発生させないものである。
本発明の実施形態に係る有機物のメタン発酵における消化液の処理装置の概略構成を示す図である。 図１のメタン発酵槽の概略構成を示す図である。 図１の一次減圧発酵乾燥機の概略構成を模式的に示す図である。 図１の減圧発酵乾燥装置の正面を示す図である。 図１の二次減圧発酵乾燥機の排出部を示す図である。 図１の選別装置の概略構成を示す斜視図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る有機物のメタン発酵における消化液の処理装置の概略構成を示す図、図２は、メタン発酵槽の概略構成を示す図、図３は、一次減圧発酵乾燥機の概略構成を模式的に示す図、図４は、減圧発酵乾燥装置の正面を示す図である。
　図１及び図２に示すように、１はメタン発酵槽であり、１ａの投入口より、下水汚泥、し尿、食品廃棄物、畜産廃棄物などの有機性廃棄物、あるいは資源作物またはその廃棄物などの有機物が発酵槽１ｂ内に投入され、メタン発酵させることができる。その間、減速機付モータ１ｃに連結した回転軸１ｄに上下２段に取り付けられた複数枚の回転羽根１ｅ，・・・により撹拌され、有機物のメタン発酵が促進され、メタンガスＧが発生する。前記メタン発酵槽１内では発生したメタンガスＧは、ガス回収管１ｆからガスタンク６に回収され、その間に不要な炭酸ガスを排除してガスタンク６に貯留される。
　前記ガスタンク６に貯留されたメタンガスＧは、ガス発電ボイラー７の燃料として供給され、メタンガスＧを燃焼させ、その熱エネルギーをタービンの動力エネルギーに変換して電気エネルギーに変換するものである。また、この熱エネルギーを後述の減圧発酵乾燥装置の加熱用蒸気として利用したりすることができるほか、余剰電気エネルギーは電力会社にも供給することができる。
　前記メタン発酵槽１でメタン発酵させ続けると、発酵液のｐＨの濃度が低下するが、ｐＨ調整剤としてアルカリ剤を投入すると、ｐＨ濃度は回復し、安定的にメタン発酵を続けることができる。これらのことを繰り返してアルカリ剤を投入するが、ひと月が経過するころから、メタンガスＧ発生効率が落ちてくる。
　そこで、前記発酵槽１ｂ内の発酵かすである消化液Ｌをその下部に設けた排出口１ｇから、排出管２ａを介して消化液槽２に移し替える必要がある。また、前記排出管２ａの途中には搬送ポンプ２ｂと開閉バルブ２ｃが直列に設けられており、前記搬送ポンプ２ｂを駆動して開閉バルブ２ｃを開閉操作することにより、メタン発酵槽１から消化液Ｌを消化液槽２に移し替えることができる。また、前記投入口１ａから再び有機物を投入することなど、前記同様のことを繰り返すことにより、メタンガスＧを安定的に連続してガスタンク６に供給することができる。
　前記消化液槽２にはメタン発酵槽１でひと月かけて発酵処理され、そのかすである消化液Ｌが貯留されている。前記消化液槽２からは減圧発酵乾燥装置Ａに消化液Ｌを供給することができる。本実施例では、前記減圧発酵乾燥装置Ａは３基の一次減圧発酵乾燥機３と、一基のみの二次減圧発酵乾燥機３’とで構成されている。前記消化液槽２はその下部に設けた主配管２ｄからそれぞれ三つに分岐した分配管２ｅを介して一次減圧発酵乾燥機３に接続されており、また前記それぞれの分配管２ｅには開閉バルブ２ｆが設けられている。前記開閉バルブ２ｆのそれぞれの開度を調整することにより、一次減圧発酵乾燥機３にはそれぞれ最適な量の消化液Ｌを供給することができる。なお、本実施例では消化液Ｌを消化液槽２から一次減圧発酵乾燥機３に重力で押し出すようにして供給しているが、ポンプを設けて強制的に供給するようにしてもよい。
　前記減圧発酵乾燥装置Ａには３基の一次減圧発酵乾燥機３を設けているが、すべて同じ構成であるので、その一つについて説明する。前記一次減圧発酵乾燥機３は、図１及び図３に示すように、主配管２ｄから分配管２ｅ、さらに投入口３０ａを経て供給される消化液Ｌを収容する密閉容器として、内部を大気圧以下に保持するように気密に形成された略円筒状のタンク（耐圧タンク）３０を備えている。このタンク３０の周壁部には、加熱ジャケット３１が設けられ、ガス発電ボイラー７で発生した加熱用蒸気が加熱ジャケット３１に供給されるようになっている。なお、ガス発電ボイラー７から供給される蒸気の温度は、例えば１４０℃程度が好ましい。
　また、前記加熱ジャケット３１に取り囲まれるようにして、タンク３０の内部にはその長手方向（図３の左右方向）に延びる撹拌シャフト３２が設けられている。撹拌シャフト３２は、電動モータ３２ａによって所定の回転速度で回転される。撹拌シャフト３２には、その軸方向に離間して複数の撹拌板３２ｂが設けられており、これら撹拌板３２ｂによって、消化液Ｌが撹拌されるとともに、消化液Ｌから一次発酵乾燥処理された一次乾燥物がタンク３０の長手方向に送られるようになっている。
　前記タンク３０の前壁上部には消化液Ｌの投入口３０ａが設けられており、この投入口３０ａから投入された消化液Ｌが、加熱ジャケット３１によって加熱されながら、撹拌シャフト３２の回転によって撹拌される。そして、所定時間経過した後、前記一次乾燥物がタンク３０の後壁下部に設けられた排出部３０ｂから排出される。なお、電動モータ３２ａの代わりに、油圧モータを用いてもよい。
　前記一次減圧発酵乾燥機３のそれぞれの排出部３０ｂには排出分配管３ａが接続されており、これら三つの排出分配管３ａは一つの排出主配管３ｂに集合されている。なお、これら排出分配管３ａ及び排出主配管３ｂには、粘性のある一次乾燥物を排出するために、図４に示すように配管内にはスクリューコンベア３ｃを設けている。
　前記排出主配管３ｂは、右上がりに傾斜して二次減圧発酵乾燥機３’の投入口３０’ａに接続されている。このようにして、一次乾燥物は一次減圧発酵乾燥機３から二次減圧発酵乾燥機３’に投入される。そして、所定時間経過した後、図５に示すように二次減圧発酵乾燥機３’の排出部３０’ｂから二次乾燥物を排出することができる。なお、二次減圧発酵乾燥機３’は一次減圧発酵乾燥機３とほぼ同じ構成であるので詳細は省略する。
　図１では１基のクーリングタワー８に対して、３基の一次減圧発酵乾燥機３と１基の二次減圧発酵乾燥機３’を接続しているが、図３では分り易くするために、一次減圧発酵乾燥機３に対して１基のクーリングタワー８を設けていることにして説明する。さらに、前記ガス発電ボイラー７についても、クーリングタワー８と同様である。
　前記タンク３０の上部には、加熱された消化液Ｌから発生する蒸気を凝縮部３３へ案内する案内部３０ｃが突設されている。前記案内部３３ｃを介して連通路３４に支持された凝縮部３３の内部には、１対のヘッド３３ａによって支持された複数の冷却管３３ｂを備えており、これら複数の冷却管３３ｂと、クーリングタワー８との間には、冷却水経路８０が設けられている。本実施形態では、凝縮部３３は、タンク３０の長手方向に沿って平行に延びており、案内部３０ｃの後方側に凝縮部３３が配置されている。
　そして、凝縮部３３において冷却管３３ｂ内を流通し、高温の蒸気との熱交換によって温度が上昇した冷却水は、図３に模式的に矢印で示すように冷却水経路８０を流通してクーリングタワー８の受水槽８１に流入する。クーリングタワー８には、その受水槽８１から冷却水を汲み上げる汲み上げポンプ８２と、汲み上げた冷却水を噴射するノズル８３とが設けられている。このノズル８３から噴射された冷却水は、流下部８４を流下する間にファン８５からの送風を受けて温度が低下し、再び受水槽８１に流入するようになっている。
　クーリングタワー８で冷却された冷却水は、冷却水ポンプ８６によって送水され、冷却水経路８０によって凝縮部３３に送られて、再び複数の冷却管３３ｂ内を流通する。そして、上述のようにタンク３０の内部で発生した蒸気との熱交換によって温度が上昇した後に、再び冷却水経路８０を流通して、クーリングタワー８の受水槽８１に流入する。つまり、冷却水は凝縮部３３とクーリングタワー８との間の冷却水経路８０を循環する。
　上述のように循環する冷却水の他に、クーリングタワー８では、加熱された消化液Ｌから発生する蒸気が凝縮部３３において凝縮した凝縮水も注水される。なお、図示しないが凝縮部３３の下方に、高温の蒸気と熱交換することによって生成した凝縮水が集められるようになっている。また、凝縮部３３には連通路３５を介して真空ポンプ３６が接続され、タンク３０内を減圧するようになっている。
　すなわち、真空ポンプ３６の作動によって、連通路３５を介して凝縮部３３から空気及び凝縮水が吸い出され、さらに連通路３４及び案内部３０ｃを介してタンク３０内の空気及び蒸気が吸い出される。こうして、凝縮部３３からは凝縮水が真空ポンプ３６に吸い出され、この真空ポンプ３６から導水管によって、クーリングタワー８の受水槽８１に導かれる。なお、前記連通路３４には、開閉バルブ３ｄが設けられており、一次減圧発酵乾燥機３を停止している際には、その内部から空気などが吸引されないようにしている。
　こうしてクーリングタワー８の受水槽８１に導かれた凝縮水は、冷却水と混ざり合って上述のように汲み上げポンプ８２に汲み上げられ、ノズル８３から噴射された後に、流下部８４を流下しながら冷却される。なお、凝縮水には、タンク３０内に添加されたものと同じ微生物が含まれており、この凝縮水に含まれる臭気成分等が分解されているので、臭気はタンク外部へ発散しないようになっている。
　上記構成の一次減圧発酵乾燥機３の作動について説明すると、タンク３０内に収容された消化液Ｌは、加熱ジャケット３１に供給される加熱用蒸気によって加熱されながら、撹拌シャフト３２の回転に伴い撹拌される。そして、タンク３０内を取り囲む加熱ジャケット３１による外側からの加熱と、撹拌シャフト３２などによる内側からの加熱とを受けて、タンク３０内に収容された消化液Ｌが効果的に昇温されるとともに、撹拌シャフト３２によって消化液Ｌが撹拌される。加えて、真空ポンプ３６の作動によって減圧されているため、タンク３０内では沸点が低下し、微生物によって消化液Ｌの有機成分の分解が促進される温度領域で水分が蒸発する。
　なお、一次減圧発酵乾燥機３による減圧発酵乾燥工程では１工程（１サイクル）は、例えば２４時間であることが好ましく、まず３０分かけて消化液Ｌが投入され、２３時間かけて消化液Ｌの有機成分を分解させる発酵工程と同時に、消化液を乾燥させる乾燥工程とを設け、さらに３０分かけて一次乾燥物(含水率３０～４０%)を排出している。その間、タンク３０内を－０．０６～－０．０７ＭＰａ（ゲージ圧；以下、ゲージ圧は省略する）に減圧すると、タンク３０内の水分温度は７６～６９℃（飽和蒸気温度）に維持される。その結果、消化液Ｌは、後述する微生物によって、一次発酵分解乾燥が促進される。
　次に、二次減圧発酵乾燥機３’による減圧発酵乾燥処理する工程もほぼ上記同様の工程で、３０分かけて一次乾燥物をタンク３０’内に投入し、前記同様２３時間かけて一次乾燥物の未発酵分の有機物を発酵させ、さらに乾燥させることになる。その間、タンク３０’内を－０．０９～－０．１０ＭＰａに減圧すると、タンク３０’内の水分温度は４６～４２℃（飽和蒸気温度）に維持される。その結果、一次乾燥物は、後述する微生物によって、二次発酵分解乾燥が促進される。そして、二次減圧発酵乾燥機３’の排出部３０’ｂから二次乾燥物(含水率１０%以下)を排出させることができる。
　そして、そのような乾燥処理を行う際に、タンク３０，３０’内の有機物に添加する微生物としては、例えば特許文献２に記載されているように、複数種類の土着菌をベースとし、これを予め培養した複合有効微生物群が好ましく、通称、SHIMOSE １／２／３群がコロニーの中心になる。
　なお、SHIMOSE １は、FERM BP-7504（経済産業省産業技術総合研究所生命工学工業技術研究所特許微生物寄託センター（日本国茨城県つくば市東１丁目１－３）に、２００３年３月１４日に国際寄託されたもの）である。また、SHIMOSE ２は、FERM BP-7505（SHIMOSE １と同様に国際寄託されたもの）、塩に耐性を有するピチアファリノサ（Pichiafarinosa）に属する微生物であり、SHIMOSE ３は、FERM BP-7506（SHIMOSE １と同様に国際寄託されたもの）、スタフィロコッカス（Staphylococcus）に属する微生物である。
　ここで、前記一次減圧発酵乾燥機３による有機物の減圧発酵乾燥処理の手順について説明する。まず、前記消化液槽２に収容された消化液Ｌを一次減圧発酵乾燥機３のタンク３０の投入口３０ａからに投入する。そして、開閉バルブ２ｆを閉じて、タンク３０内を大気圧状態で密閉する。
　その後、タンク３０内の消化液Ｌに所定の微生物を添加した後に、真空ポンプ３６近傍に設けた大気開放バルブ３６ａを閉じてタンク３０内を密閉する。そして、タンク３０内を減圧下で加熱し、その内部に収容した消化液Ｌの有機成分を一次発酵乾燥させる。すなわち、ガス発電ボイラー７から加熱用蒸気を供給し、タンク３０内を加熱する。
　そうして加熱用蒸気によってタンク３０内を加熱するとともに、撹拌シャフト３２を所定の回転速度（例えば、８ｒｐｍ程度）で回転させ、さらに、真空ポンプ３６の作動によってタンク３０内を減圧し、これにより、タンク３０内の温度が微生物の活動至適環境となり、微生物による有機物の有機成分の分解が好適に促進される。なお、撹拌シャフト３２の回転速度（８ｒｐｍ）は一例であって、有機物の有機成分の分解が可能であれば他の値であってもよい。
　このようにしてタンク３０内の温度及び圧力を維持しつつ、所定の時間が経過した場合、真空ポンプ３６及びガス発電ボイラー７からの加熱蒸気の供給を停止し、大気開放バルブ３６ａを開放して大気圧状態とする。一方、撹拌シャフト３２を逆回転させ、タンク３０の排出部３０ｂの蓋を開いて、タンク３０から一次乾燥物を排出する。このとき、タンク３０から排出される一次乾燥物は減容されている。
　次に、前記二次減圧発酵乾燥機３’に一次乾燥物が投入され、その一次乾燥物の二次減圧発酵乾燥処理の手順は、ほぼ一次減圧発酵乾燥処理と同じであるので、その詳細については省略する。このようにして、前記二次減圧発酵乾燥機３’の排出部３０’ｂから二次乾燥物を排出することができる。
　そして、図５に示すように前記二次減圧発酵乾燥機３’によって二次減圧発酵乾燥処理された二次乾燥物は、排出コンベア４１によって、選別装置４へ向けて搬送される。つまり、排出コンベア４１によって、二次減圧発酵乾燥機３’のタンク３０’下部の排出部３０’ｂから排出される二次乾燥物を、排出部３０ｂよりも高い位置に設けられた選別装置４まで搬送する。選別装置４によって、減圧発酵乾燥装置Ａによる減圧発酵乾燥処理では分解されない異物、具体的には、プラスチックや金属等を取り除くようにしている。
　選別装置４は、図６に概略を示すように、磁選機４２と振動ふるい機４３とを備えている。磁選機４２は、例えば吊り下げ式のもので、排出コンベア４１上に吊り下げられている。磁選機４２は、排出コンベア４１によって搬送される乾燥物の中から金具や、鉄片等の磁性物（黒丸で示す）を磁石によって吸着し、プーリ４２ａ間を移動するベルト４２ｂによって連続的に排出容器４２ｃへ排出するように構成されている。磁選機４２によって、乾燥物に混入している金具や、鉄片等の金属が除去される。
　振動ふるい機４３は、二次減圧発酵乾燥機３’から排出され、排出コンベア４１によって搬送された二次乾燥物から、大き目の異物をふるい分けるものである。振動ふるい機４３には、所定の大きさの網目（開口部）を有する金網４３ａと、金網４３ａを振動させる振動モータ４３ｂとを備えている。振動ふるい機４３は、複数（例えば４つ）のコイルばね４３ｃによって下台４３ｄに支持されている。また、金網４３ａが斜め下方に向けて傾斜した状態で設けられており、金網４３ａの一端側（図６の左端側）が、他端側（図６の右端側）よりも低い位置に設けられている。本実施形態では、金網４３ａの網目が、５ｍｍ×５ｍｍの大きさに設定されている。なお、網目のサイズは一例であって、他の値であってもよい。振動ふるい機４３によって、二次乾燥物に混入しているプラスチック等の異物が選別される。
　このように、振動ふるい機４３は、コイルばね４３ｃによって下台４３ｄに対しフローティング支持されているので、振動モータ４３ｂの駆動により、排出コンベア４１から金網４３ａに供給された乾燥物がふるい分けられる。具体的には、二次乾燥物は、金網４３ａの網目を通過して、下方に落下し、振動ふるい機４３の下方に配置された貯留容器４４に貯留される。一方、プラスチック等の大き目の異物は、金網４３ａの網目を通過できないため、金網４３ａの傾斜面に沿って滑り落ちたり、転がり落ちたりしながら一端側（前方側）へ移動し、振動ふるい機４３の前方下方に配置された排出容器４３ｅに排出される。このように、上述したように、減圧発酵乾燥装置Ａにより発酵乾燥され、減容されることによって乾燥物は、ふるい分けに適したものになっており、異物以外の乾燥物がほとんど金網４３ａの網目を通過して、貯留容器４４に貯留されるようになっている。
　このように、二次乾燥物から金属片やプラスチックなどの異物が除去され、貯留容器４４には良質な有機肥料が貯留される。なお、本発明の実施例では最終工程で製造される廃棄物を有価物としての有機肥料として利用しているが、添加物を配合することにより、廃棄物を有価物である家畜用の有機飼料や、養殖用の有機飼料として利用してもよい。
　今回、開示した実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。本発明の技術的範囲は、前記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
　この出願は、２０１８年７月３１日に日本で出願された特願２０１８－１４３８１２号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
　本発明は、有機物のメタン発酵において、発酵かすである消化液の処理装置及びその処理方法に利用することができる。
　Ａ　　減圧発酵乾燥装置
　１　　メタン発酵槽
　２　　消化液槽
　３　　一次減圧発酵乾燥機
　３’　二次減圧発酵乾燥機
　４　　選別装置（磁選機、振動ふるい機）
　６　　ガスタンク
　７　　ガス発電ボイラー
　８　　クーリングタワー

Claims (6)

  1. 　有機物を発酵させるメタン発酵槽と、
    　該メタン発酵槽に接続され、発酵槽内で生成された消化液を貯留する消化液槽と、
    　該消化液槽に接続され、消化液を密閉容器に収容し、減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌するとともに、微生物を利用して有機物の有機成分を分解させ、減容した乾燥物を得る減圧発酵乾燥装置とを設けたことを特徴とする有機物のメタン発酵における消化液の処理装置。
  2. 　請求項１に記載の有機物のメタン発酵における消化液の処理装置において、
    　前記減圧発酵乾燥装置は、少なくとも２基以上の一次減圧発酵乾燥機を備え、
    　前記一次減圧発酵乾燥機に直列に接続され、一次減圧発酵乾燥機の設置基数以下の二次減圧発酵乾燥機と、
    を備えたことを特徴とする有機物のメタン発酵における消化液の処理装置。
  3. 　請求項２に記載の有機物のメタン発酵における消化液の処理装置において、
    　前記二次減圧発酵乾燥機から排出される乾燥物に混入している異物を除去する選別装置を備えていることを特徴とする有機物のメタン発酵における消化液の処理装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか１つに記載の有機物のメタン発酵における消化液の処理装置において、
    　前記消化液槽に接続された主配管と、
    　前記主配管からそれぞれ分岐した分配管と、
    　前記分配管にそれぞれ接続された少なくとも２基以上の一次減圧発酵乾燥機と、
    　前記分配管に開閉弁をそれぞれ設けたことを特徴とする有機物のメタン発酵における消化液の処理装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載の有機物のメタン発酵における消化液の処理装置において、
    　前記メタン発酵槽で生成されたメタンガスをガス発電用に燃焼させ、その熱エネルギーの一部を減圧発酵乾燥装置の熱源に利用させることを特徴とする有機物のメタン発酵における消化液の処理装置。
  6. 　有機物のメタン発酵工程と、
    　前記メタン発酵後に生成された消化液の貯留工程と、
    　前記消化液を密閉容器に収容し、減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌するとともに、微生物を利用して有機物の有機成分を分解させ、減容した乾燥物を得る減圧発酵乾燥工程と、を備えていることを特徴とする有機物のメタン発酵における消化液の処理方法。
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