ガス処理システム
【課題】低コストで、バイオガス中に含まれるメタンをメタンよりも温暖化係数が約１／２０も小さい二酸化炭素に変換して放出できるとともに、バイオガス中に含まれるアンモニアも窒素に変換して放出できるようなバイオガス処理システムを提供する。
【解決手段】有機性廃棄物をメタン発酵処理する第１発酵槽１、同じく第１発酵槽１より小型に設計された第２発酵槽２、第２発酵槽内の温度を維持するための温度維持手段３、接触酸化塔４、接触酸化塔の内部に設けられたバイオガス酸化手段であるガスバーナ５及び触媒充填層６から構成され、第１発酵槽１で生成したバイオガス中のメタン及びアンモニアを接触酸化塔４内で二酸化炭素及び窒素へ変換するための燃焼用の熱エネルギーを、第２発酵槽２で有機性廃棄物の一部をメタン発酵することによって生成し、前記燃焼用熱エネルギーを無駄なく供給することにより、低コストで稼動できるガス処理装置を実現した。
【解決手段】有機性廃棄物をメタン発酵処理する第１発酵槽１、同じく第１発酵槽１より小型に設計された第２発酵槽２、第２発酵槽内の温度を維持するための温度維持手段３、接触酸化塔４、接触酸化塔の内部に設けられたバイオガス酸化手段であるガスバーナ５及び触媒充填層６から構成され、第１発酵槽１で生成したバイオガス中のメタン及びアンモニアを接触酸化塔４内で二酸化炭素及び窒素へ変換するための燃焼用の熱エネルギーを、第２発酵槽２で有機性廃棄物の一部をメタン発酵することによって生成し、前記燃焼用熱エネルギーを無駄なく供給することにより、低コストで稼動できるガス処理装置を実現した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物を嫌気性処理する際に発生するバイオガスの処理において、バイオガス中のメタンを温暖化係数の低い二酸化炭素に、アンモニアを窒素に、それぞれ変換し大気に放出するとともに、前記変換に係る熱エネルギーを有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給する被燃焼物（バイオガス）処理システムを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家畜糞尿、生ごみ、下水処理汚泥等の有機性廃棄物をメタン発酵処理（嫌気性処理）し、発酵処理によって発生するメタンガスを回収して発電や熱源として利用する技術が知られている（特許文献１）。
【０００３】
例えば、特許文献１の図２、図３では、有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン菌によって発酵処理し、発生したバイオガスを脱硫塔で硫黄化合物を除去後、精製バイオガスとして回収してガスエンジンあるいはガスダービンによって電力として取り出す技術が開示されている。
【０００４】
しかし、開示された上記技術では以下のような欠点が指摘されていた。
【０００５】
大量の有機性廃棄物を処理する場合にはかなり大きなメタン発酵槽が必要となる。そして、実際大容量のメタン発酵槽が製造され稼動しているが、メタン発酵における、例えば中温発酵の至適温度である３７℃を維持して一定のバイオガスを発生させるには、メタン発酵槽の温度を常温から３７℃まで上げる昇温手段と昇温し終わった後の発酵槽内の温度を維持するための手段が必要となり、更にそれぞれの手段に必要な熱エネルギーを供給する装置が必要となる。
【０００６】
よって、上記のような状況では各手段や装置を製造するためのコストがかかり、さらに発生したバイオガス中の硫黄分の除去を行うための脱硫装置の設置にもコストかかることから、システム自体がかなり高価になってしまうという欠点が生じていた。
【０００７】
そこで、システム自体のコストを下げるために、メタン発酵槽を嫌気性にした状態で自然のままで有機性廃棄物をメタン発酵し、発生するバイオガスをそのまま大気に放出するという措置が採られる場合も少なくなかった。
【０００８】
一方、近年、地球温暖化が問題となっているが、バイオガスに含まれるメタンは二酸化炭素に対して約２０倍もの温暖化係数を有しており、大気中にそのまま放出したとすれば地球温暖化を促進する要因にもなり、大気中にそのまま放出するのは環境に悪影響を与えることとなる。また、バイオガス中に含まれるメタン以外のガス、例えばアンモニアについても大気中にそのまま放出するのは環境上良くないとされている。
【０００９】
よって、バイオガスをそのまま大気中に放出する措置を採ること自体が、現在の地球環境を悪化させることとなり、好ましい措置ではない。
以上のような現状から、低コストで、バイオガス中に含まれるメタンをメタンよりも温暖化係数が約１／２０も小さい二酸化炭素に変換して放出できるとともに、バイオガス中に含まれるアンモニアも窒素に変換して放出できるようなバイオガス処理システムが求められていた。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１３９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、有機性廃棄物を嫌気性処理する際に発生するバイオガスの処理において、バイオガス中のメタンを温暖化係数の低い二酸化炭素に、アンモニアを窒素に、それぞれ変換してから大気に放出するとともに、前記変換に係る熱エネルギーを有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給するバイオガスの処理システムを提供するものである。
なお、上記メタンは嫌気性処理する際に生じるバイオガス中に含まれ、アンモニアは発酵液が気液接触することなどで発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係る被燃焼ガス処理システムの第１の態様は、有機性廃棄物を発酵処理する際に生じるガスを処理するためのガス処理システムであって、有機性廃棄物を発酵処理させる第１発酵槽と、前記第１発酵槽より小型で有機性廃棄物を発酵処理させる第２発酵槽と、前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるメタンを燃焼させる反応塔と、を備え、前記第２発酵槽には槽内の温度を維持するための温度維持手段が設けられており、前記反応塔内には、前記メタンを燃焼させるための前記第２発酵槽から発生するバイオガスを燃料とする燃焼手段が設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【００１３】
本態様によれば、反応塔内には、第１発酵槽で嫌気性発酵により生じたガス中に含まれるメタンを燃焼させる燃焼手段が設けられているので、メタンは燃焼によって酸化分解反応を起し二酸化炭素に変換され反応塔から排出される。二酸化炭素は温暖化係数がメタンの１／２０なので本発明により地球の温暖化防止に貢献できる。
なお、メタンの燃焼によって発生する二酸化炭素は、元々はメタン発酵される有機性廃棄物に由来するものなので、自然界に最初から存在しており大気中に放出されたとしても温暖化に影響を与えるものではない。
【００１４】
また、本発明では、メタンを燃焼させるための燃料を、第２発酵槽で有機性廃棄物を嫌気性処理して生成するバイオガスとしているので、すなわち、もともと処理しなければならないものから生成されるものを燃料としているので、燃料として他のものを用意する必要がなくコストをかけずに前記被燃焼ガスを処理することが可能となる。
【００１５】
さらに、第１発酵槽より小型に設計され、且つ温度維持手段を設けた第２発酵槽を設けることで、小型な第２発酵槽においては、小型であるため、それ程コストをかけずに槽内の温度を維持する温度維持手段（装置）を設けることが可能となり、設けられた温度維持手段（装置）によって常に一定のバイオガスが生成するので、第１発酵槽で生成する前記被燃焼ガスの生成量に変動があっても、その変動に応じて燃焼手段への前記バイオガスの供給を調整することができる。
【００１６】
本発明に係るガス処理システムの第２の態様は、第１の態様におけるガス処理システムにおいて、前記反応塔は、前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるアンモニア及び前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを酸化する部分を有し、前記アンモニアを酸化する部分には触媒充填層が設けられ、前記触媒充填層は、前記反応塔内において前記メタンが燃焼する部分よりも下流側に設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【００１７】
有機性廃棄物を発酵処理する際に生じるガス中には、発酵処理によって生成するメタン等の可燃性ガス及び放散するアンモニア等の分解性ガス等が含まれている。
本態様によれば、第１の態様の効果に加え、前記ガス中に含まれるアンモニアについても、反応塔内に触媒充填層を設け、この部分でアンモニアを酸化して窒素に変換し反応塔から排出できるようにしている。これにより、大気汚染の原因となる物質のアンモニアを直接大気中に排出しないで済むので大気汚染を防止することができる。
【００１８】
なお、本態様では、第１発酵槽から生じるガス中に含まれるアンモニアだけでなく、有機性廃棄物を第１発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアも酸化して窒素に変換できるので、より一層の大気汚染を防止することが可能となる。
【００１９】
本発明に係るガス処理システムの第３の態様は、第２の態様におけるガス処理システムにおいて、前記有機性廃棄物を前記第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを前記反応塔で酸化するように構成されたことを特徴とする。
【００２０】
本態様によれば、第２の態様の効果に加え、有機性廃棄物を第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを、反応塔で酸化して窒素に変換できるので、第２の態様よりも更に大気汚染を防止することができる。
【００２１】
本発明に係るガス処理システムの第４の態様は、第１から第３の態様におけるいずれか１つのガス処理システムにおいて、前記第１発酵槽で処理される有機性廃棄物の一部を、前記第２発酵槽に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
第１発酵槽が有機性廃棄物を大量に嫌気性発酵処理するために第２発酵槽より大型に設計されると、槽内を昇温させるための手段や槽内の温度を維持するための温度維持手段を設けるにはコストがかかり過ぎるため、槽内を昇温したり槽内の温度を維持するようなことをせずに、自然の状態で嫌気性発酵が行われることが多い。そのため、滞留時間が長くなるため、有機性廃物の処理の効率が悪くなる。
そこで、本態様によれば、第１発酵槽で処理されるべき有機性廃棄物の一部を、温度維持手段が設けられている第２発酵槽に供給することで、有機性廃棄物処理の効果を上げることができる。
【００２３】
つまり、本態様は第１から第３のいずれか１つの態様の効果と相俟って、第２発酵槽で有機性廃棄物処理の効果を上げるとともに、他の燃料を使用せずに、燃焼手段への燃料となるバイオガスの生成を一定にし、その供給を調整することができるという効果を得ることができる。
【００２４】
本発明に係るガス処理システムの第５の態様は、第１から第４の態様におけるいずれか１つのガス処理システムにおいて、前記反応塔内から発生した排ガスを、前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽又は前記第２発酵槽で嫌気性発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中に送り込むように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
通常、有機性廃棄物を嫌気性処理した際に発生するバイオガスには硫化水素等の硫黄化合物が含まれる。よって、第１発酵槽内で生成する被燃焼物や第２発酵槽内で生成するバイオガス中にも硫化水素等の硫黄化合物は含まれている。そしてそれらが反応塔内で酸化されると大気汚染の原因となる硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）が生成される。
【００２６】
本態様によれば、反応塔から発生した排ガスを、有機性廃棄物を第１発酵槽又は第２発酵槽で嫌気性発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中に送り込むことで、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を発酵液中で硫酸イオンとして存在させることができるので、大気汚染を防止することができる。更に、コストのかかる脱硫装置を設ける必要がなくなる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、バイオガス中のメタンを温暖化係数の低い二酸化炭素に、アンモニアを窒素に、それぞれ変換し大気に放出するとともに、前記変換に係る熱エネルギーを有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給することが可能な被燃焼ガス（バイオガス）処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図１を参照しながら、本発明に係るガス処理システムの実施態様について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１には、本発明のガス処理システムの概略図が示されている。
本発明の被燃焼ガス処理システムは、有機性廃棄物をメタン発酵（嫌気性）処理する第１発酵槽１、第１発酵槽１より小型に設計された有機性廃棄物をメタン発酵（嫌気性）処理する第２発酵槽２、第２発酵槽２内の温度を維持するための温度維持手段３、反応塔４、反応塔４の内部に設けられた燃焼手段であるガスバーナ５及び燃焼手段であるガスバーナ５より下流に設けられた触媒充填層６から構成されている。
【００３０】
ここで、本実施態様の説明において、「第１発酵槽１から生じるガス」と第１発酵槽１から生じるバイオガスは同じものである。
【００３１】
[第１発酵槽１から生じるガスであるバイオガス（メタン、アンモニア）の処理]
バイオガス中には、メタン、アンモニア以外にもガスは含まれるが（例えば二酸化炭素、硫化水素等）、本発明では環境に影響を与える物質として、主にメタンとアンモニアの処理を中心に説明する。
畜舎１０（有機性廃棄物の発生元）から排出された家畜糞尿は、排出管９を通じて第１発酵槽１に導入される。導入された家畜糞尿は第１発酵槽においてメタン発酵される。ここでのメタン発酵は、第１発酵槽１自体を昇温せずに自然のままで発酵を行う。理由は、第１発酵槽１は大量の家畜糞尿を処理するため、容量が大きく設計されているので、昇温手段や槽内の温度維持手段を用いるとコストがかかるためである。
なお、メタン発酵の滞留日数は１０〜１００日程度である。
【００３２】
上記のように、自然のままで発酵を行うので、発酵温度は約５〜３０℃程度の範囲内で行われる。このため発生するバイオガスの量は変動することとなる。例えば、一日を通してみれば、日中は温度が高くバイオガスの発生量が多いが、夜は温度が低いためバイオガスの発生量は少なくなる。また、夏場は一般に気温が高いため槽内の温度も高くなるのでバイオガスの発生量は多くなるが、冬場は逆に一般に気温が低いため槽内の温度も低くなるのでバイオガスの発生量は少なくなる。
【００３３】
以上のようなバイオガス生成システムでは、生成されるバイオガスが常に一定量でないため、精製バイオガスを一定量供給することができず、電力等には使用することが出来ない。しかし、環境に悪影響を及ぼすことから使用することのできないバイオガスをそのまま大気中に放散することはできない。本発明はこのようなバイオガスを環境に悪影響を与えないガスに変換して、大気中に放出することを可能とした発明である。
【００３４】
ここで、本発明で処理される有機性廃棄物は、上述した畜舎から発生する家畜の糞尿以外に、例えば、緑農廃棄物や排水処理汚泥などが挙げられる。ここで緑農廃棄物としては、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。
【００３５】
また、本発明で使用される第１発酵槽１は、絶対嫌気性のメタン発酵菌による活動を維持するために、槽内の嫌気性がある程度維持できるものであればよいが、空気を完全に遮断したタンクにより構成されることがより好ましい。
【００３６】
第１発酵槽１で、有機性廃棄物をメタン発酵することによって生成したバイオガスは収集管７で集められ反応塔４内へ送られる。反応塔４へ送られたバイオガス中のメタンは燃焼手段であるガスバーナ５で燃やされ、酸化分解反応を起し二酸化炭素になって反応塔４外へ放出される。二酸化炭素の温暖化係数はメタンの１／２０であり、メタンをそのまま大気中に放出するよりも、二酸化炭素に変換して反応塔４外へ放出した方が環境に与える負荷はかなり小さいものとなる。
【００３７】
一方、バイオガス中のアンモニアは反応塔４内で以下のような熱分解反応を起す。
２ＮＨ３＋３Ｏ２→Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
ここで、反応塔４内に触媒充填層６が設けられていることにより、反応速度が速くなりより多くのアンモニアを窒素に変換することができる。
【００３８】
反応塔４の大きさはシステムの規模により任意に設計できるが、本実施態様では直径１ｍ、高さ４ｍの接触酸化塔を用いた。反応塔４内に設ける触媒充填層６は、アンモニアの熱分解反応に対して触媒作用を有するものであれば公知の物質でよく、本実施態様では１００〜２００メッシュのステンレス製の網を使用した。
【００３９】
なお、アンモニアガスが通過する際の触媒充填層６（ステンレス製の網の場合）の部分の温度は３００〜５００℃の範囲であればよく、好ましくは３００〜４００℃の範囲が好ましい。これより高い温度になるとアンモニアから窒素酸化物（いわゆるＮＯｘ）が生成し、これらが大気中に放出されると環境に悪影響を及ぼすことになるからである。触媒充填層６の最適温度は触媒充填層６に充填される物質により異なるので、上記範囲に限定されものではない。
【００４０】
バイオガス中に含まれる他の成分、例えば硫化水素は反応塔４内では酸化され硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）となるため、この硫黄酸化物が反応塔４内から排出される排ガス中に含まれる。硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）は環境汚染の原因となるのでそのまま大気中に放出することはできない。そこで、反応塔４内から排出されるガスを、第１発酵槽又は第２発酵槽で嫌気性発酵処理した後の次工程で処理される発酵液１１、２１中に送り込んで、発酵液１１、２１中で硫酸イオンとして存在させるようにする。なお、排出される排ガス中の硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）濃度はかなり低いので、発酵液１１、２１中に送り込んで硫酸イオンになっても、発酵液１１、２１中での硫酸イオンの濃度は薄く発酵液のｐＨに影響を及ぼすようなことはない。
【００４１】
以上のように、本発明によって、第１発酵槽で生じたガス（バイオガス）中のメタンは温暖化係数の低い二酸化炭素に変換し、アンモニアは窒素に変換して大気に放出するので、放出されたガスは環境に悪影響を及ぼすことはない。
【００４２】
[第２発酵槽２から発生するバイオガスの利用]
畜舎１０（有機性廃棄物の発生源）から排出された家畜糞尿は、排出管９’を通じて第２発酵槽２に導入される。導入された家畜糞尿は第２発酵槽においてメタン発酵される。ここでのメタン発酵は、第２発酵槽２を図示しない昇温手段を使って発酵槽内を所定の温度まで昇温して行われる。発酵温度は通常、中温発酵では３７℃、高温発酵では５５℃、超高温では６０℃である。また滞留時間は、中温発酵では２０〜３０日間程度、高温発酵では１５日間程度、超高温発酵では１０日間程度である。なお、昇温後、第２発酵槽２の槽内の温度を一定に保つため、第２発酵槽２には保温維持手段３が設けられている。この保温維持手段を設けることにより、槽内の温度が一定に保たれ第２発酵槽２より生成するバイオガスの量は一定となる。この点が第１発酵槽１と異なる点である。
【００４３】
さらに、第２発酵槽２は第１発酵槽１よりも小型に設計されている。設計については、システムの規模により任意であるが、第１発酵槽１の容量を１００としたとき、第２発酵槽２の容量が０．１〜１程度となるように設計するのが望ましい。
【００４４】
第２発酵槽２で有機性廃棄物をメタン発酵することによって生成したバイオガスは収集管８で集められ、反応塔４内に設けられたメタン燃焼手段であるガスバーナ５の燃料として供給される。なお、第２発酵槽２で生成するバイオガスの量は一定なので安定供給できる燃料としてバイオガスを利用できる。ここで、バイオガスの生成量は反応塔４内の温度を３００〜５００℃に維持できるだけの量が必要である。従って、有機性廃棄物は、反応塔４内の温度を３００〜５００℃に維持できるだけの量のバイオガスを生成させるための量が必要となり、この量によって第２発酵槽２の容量、すなわち第２発酵槽２の設計の大きさが決まることとなる。一方、第１発酵槽で発酵処理によって生成するバイオガスは、生成量が一定にならないため反応塔４内の温度を一定に保つことが出来ないので、燃焼用の燃料としては不向きである。
【００４５】
以上より、本発明は、実際に第１発酵槽１で処理しなければならない有機性廃棄物の一部を使用し、バイオガスを生成させて燃料として供給することによって、他の燃料を使用することなく、前述した第１発酵槽１で生成したバイオガス中のメタン及びアンモニアを反応塔４内で二酸化炭素及び窒素へ変換することができるので、他の燃料を使用する無駄を省き、一方では有機性廃棄物を効率よく処理することが出来るという効果を有している。
【００４６】
本発明で使用される第２発酵槽２は、絶対嫌気性のメタン発酵菌による活動を維持するために、空気を完全に遮断したタンクにより構成されることが望ましい。メタン発酵槽は固形物濃度（通常３〜４０重量％の範囲）と発酵温度（通常、中温発酵では３７℃、高温発酵では５５℃、超高温６０℃）によって、形状や運転条件が異なってくる。例えば、高含水率になった原料（固形物濃度１０重量％まで）の場合は湿式型の完全混合方式の発酵槽、低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、いわゆる乾式型のプラグフロー式（押出し式）の発酵槽を用いることが好ましい。
【００４７】
ここで、第２発酵槽２は第１発酵槽より小型に設計されているので、槽内の温度を昇温するのに必要な熱量（熱エネルギー）は少なくてすみ、また槽内の温度を維持するための温度維持手段３も小型のものを使用できるため、バイオガス処理にかかるコストを低く抑えることができる。さらに、小型化されているため第１発酵槽１で発生するバイオガスの発生量の変動に対して柔軟に対応することが可能となる。例えば、第１発酵槽１で発生するバイオガスが殆ど出ない時は、第２発酵槽のバイオガスをガスバーナ５に供給することにより燃焼させたり、第２発酵槽の温度を下げてバイオガスの発生量を抑えたりすることもできる。逆に、第１発酵槽１で発生するバイオガスの発生量が多いときは、第２発酵槽の稼動率を上げて生成するバイオガスの量を増やしてガスバーナ５に供給する。
【００４８】
また、図２に示す本発明の第２の実施態様のように、制御部１２を設け、反応塔４の入り口に設けられたガス流量計１４の値に応じてバルブ１３の開度を調節し、ガスバーナ５に送り込むガスの量を調節するようにしても良い。
【００４９】
次に、第３の実施態様について図３を参照にしながら説明する。なお第１、第２の実施態様と重複する部分につては説明を省略する。
第３の実施態様では、有機性廃棄物を第１発酵槽１で発酵処理した後の次工程で処理（好気的処理）される発酵液中１１から放散されるアンモニアを、放散ガス収集管１５を通じてバイオガス収集管７に送り込んで、第１発酵槽１で発酵処理した際に生じたバイオガスと一緒に反応塔４へ送り込む態様である。本態様により、発酵液中の１１から放散されるアンモニアは反応塔において窒素に変換され反応塔から放出される。
【００５０】
さらに、有機性廃棄物を第２発酵槽２で発酵処理した後の次工程で処理（好気的処理）される発酵液中２１から放散されるアンモニアを、放散ガス収集管１６を通じてバイオガス収集管７に送り込むように構成してもよい。
なお、放散ガス収集管１５、１６を通じて反応塔へ直接発酵液１１、２１から放散されるアンモニアを導入するように構成してもよい。
【００５１】
図４には第４の実施態様が記載されているが、本態様は第２の実施態様の制御部１２、バルブ１３、ガス流量計１４の構成部分を第３の実施態様に適用したものである。
【００５２】
以上、説明したように本発明のガス（バイオガス）処理システムは、低コストで、バイオガス中に含まれるメタンをメタンよりも温暖化係数が約１／２０も小さい二酸化炭素に変換して放出できるとともに、バイオガス中に含まれるアンモニアも窒素に変換して放出できるという効果を有している。
さらに、本発明は、上記の変換に係る熱エネルギーを、他の燃料を使用することなく、有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給できる効果も有している。
【００５３】
なお、図１〜図４に示した実施態様では、第１発酵槽１、第２発酵槽２及び反応塔４はそれぞれ１基ずつであるが、これらは有機性廃棄物の処理量に応じて適宜増設すればよい。
【００５４】
次に本発明にかかる実施例について説明する。
[実施例]
牛１５０００頭を飼育する規模の農場においては、一日に排出される糞尿の量は約９００ｔであり、これを処理するには本発明にかかる第１発酵槽の総容量は１０万ｍ３必要となる。
そこで、実施例では、処理量４ｔ／日のデモンストレーション用プラント（第１発酵槽）とそれに併設されるベンチスケールプラント（第２発酵槽）を用い以下のような条件で試験を行った。
第１発酵槽：１基（容量 ６０ｍ３）
第２発酵槽：１基（容量 ０．１２ｍ３）
第１発酵槽への有機性廃棄物投入量： ４ｔ／日（発酵液全窒素量３５００ｍｇ／Ｌ）
第２発酵素への有機性廃棄物投入量：１０ｋｇ／日
反応塔（接触酸化塔）：１基
【００５５】
第２発酵層でメタン発酵処理（高温メタン発酵：５５℃）により生成したバイオガスを反応塔４内に設けられたガスバーナ５にバイオガス収集管８を通じて燃料として送り込み、ガスバーナ５で反応塔４内の触媒充填層６が約３００℃になるまで加熱する。
一方、第１発酵槽でメタン発酵（５５℃）処理により生成した被燃焼ガス（バイオガス）をバイオガス収集管７を通じて反応塔４内へ送り込む。
送り込まれたバイオガス中のメタンはガスバーナ５によって燃やされ、酸化分解反応を起し二酸化炭素に変換される。バイオガス中のアンモニアは触媒充填層６で熱分解され窒素に変換される。変換された二酸化炭素と窒素は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含んだガスと一緒に反応塔４から硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するため発酵液１１、２１中に送られる。
【００５６】
本実施例では、反応塔４の出口付近のガスを採取して、アンモニア、スカトールの濃度を調べた。
その結果、アンモニア及び亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は検出されず、悪臭成分であるスカトールはガスクロマトグラフで測定した結果検出されなかった。
よって、本発明では、有機性廃棄物中に含まれていたアンモニアを殆ど窒素に変換することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 第１発酵槽 ２ 第２発酵槽 ３ 温度維持手段 ４ 反応塔 ５ 燃焼手段
６ 触媒充填層 ７、８ バイオガス収集管 ９、９’ 排出管 １０ 畜舎
１１、２１ 発酵液 １２ 制御部 １３ バルブ １４ ガス流量計 １５、１６ 放散ガス収集管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物を嫌気性処理する際に発生するバイオガスの処理において、バイオガス中のメタンを温暖化係数の低い二酸化炭素に、アンモニアを窒素に、それぞれ変換し大気に放出するとともに、前記変換に係る熱エネルギーを有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給する被燃焼物（バイオガス）処理システムを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家畜糞尿、生ごみ、下水処理汚泥等の有機性廃棄物をメタン発酵処理（嫌気性処理）し、発酵処理によって発生するメタンガスを回収して発電や熱源として利用する技術が知られている（特許文献１）。
【０００３】
例えば、特許文献１の図２、図３では、有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン菌によって発酵処理し、発生したバイオガスを脱硫塔で硫黄化合物を除去後、精製バイオガスとして回収してガスエンジンあるいはガスダービンによって電力として取り出す技術が開示されている。
【０００４】
しかし、開示された上記技術では以下のような欠点が指摘されていた。
【０００５】
大量の有機性廃棄物を処理する場合にはかなり大きなメタン発酵槽が必要となる。そして、実際大容量のメタン発酵槽が製造され稼動しているが、メタン発酵における、例えば中温発酵の至適温度である３７℃を維持して一定のバイオガスを発生させるには、メタン発酵槽の温度を常温から３７℃まで上げる昇温手段と昇温し終わった後の発酵槽内の温度を維持するための手段が必要となり、更にそれぞれの手段に必要な熱エネルギーを供給する装置が必要となる。
【０００６】
よって、上記のような状況では各手段や装置を製造するためのコストがかかり、さらに発生したバイオガス中の硫黄分の除去を行うための脱硫装置の設置にもコストかかることから、システム自体がかなり高価になってしまうという欠点が生じていた。
【０００７】
そこで、システム自体のコストを下げるために、メタン発酵槽を嫌気性にした状態で自然のままで有機性廃棄物をメタン発酵し、発生するバイオガスをそのまま大気に放出するという措置が採られる場合も少なくなかった。
【０００８】
一方、近年、地球温暖化が問題となっているが、バイオガスに含まれるメタンは二酸化炭素に対して約２０倍もの温暖化係数を有しており、大気中にそのまま放出したとすれば地球温暖化を促進する要因にもなり、大気中にそのまま放出するのは環境に悪影響を与えることとなる。また、バイオガス中に含まれるメタン以外のガス、例えばアンモニアについても大気中にそのまま放出するのは環境上良くないとされている。
【０００９】
よって、バイオガスをそのまま大気中に放出する措置を採ること自体が、現在の地球環境を悪化させることとなり、好ましい措置ではない。
以上のような現状から、低コストで、バイオガス中に含まれるメタンをメタンよりも温暖化係数が約１／２０も小さい二酸化炭素に変換して放出できるとともに、バイオガス中に含まれるアンモニアも窒素に変換して放出できるようなバイオガス処理システムが求められていた。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１３９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、有機性廃棄物を嫌気性処理する際に発生するバイオガスの処理において、バイオガス中のメタンを温暖化係数の低い二酸化炭素に、アンモニアを窒素に、それぞれ変換してから大気に放出するとともに、前記変換に係る熱エネルギーを有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給するバイオガスの処理システムを提供するものである。
なお、上記メタンは嫌気性処理する際に生じるバイオガス中に含まれ、アンモニアは発酵液が気液接触することなどで発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係る被燃焼ガス処理システムの第１の態様は、有機性廃棄物を発酵処理する際に生じるガスを処理するためのガス処理システムであって、有機性廃棄物を発酵処理させる第１発酵槽と、前記第１発酵槽より小型で有機性廃棄物を発酵処理させる第２発酵槽と、前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるメタンを燃焼させる反応塔と、を備え、前記第２発酵槽には槽内の温度を維持するための温度維持手段が設けられており、前記反応塔内には、前記メタンを燃焼させるための前記第２発酵槽から発生するバイオガスを燃料とする燃焼手段が設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【００１３】
本態様によれば、反応塔内には、第１発酵槽で嫌気性発酵により生じたガス中に含まれるメタンを燃焼させる燃焼手段が設けられているので、メタンは燃焼によって酸化分解反応を起し二酸化炭素に変換され反応塔から排出される。二酸化炭素は温暖化係数がメタンの１／２０なので本発明により地球の温暖化防止に貢献できる。
なお、メタンの燃焼によって発生する二酸化炭素は、元々はメタン発酵される有機性廃棄物に由来するものなので、自然界に最初から存在しており大気中に放出されたとしても温暖化に影響を与えるものではない。
【００１４】
また、本発明では、メタンを燃焼させるための燃料を、第２発酵槽で有機性廃棄物を嫌気性処理して生成するバイオガスとしているので、すなわち、もともと処理しなければならないものから生成されるものを燃料としているので、燃料として他のものを用意する必要がなくコストをかけずに前記被燃焼ガスを処理することが可能となる。
【００１５】
さらに、第１発酵槽より小型に設計され、且つ温度維持手段を設けた第２発酵槽を設けることで、小型な第２発酵槽においては、小型であるため、それ程コストをかけずに槽内の温度を維持する温度維持手段（装置）を設けることが可能となり、設けられた温度維持手段（装置）によって常に一定のバイオガスが生成するので、第１発酵槽で生成する前記被燃焼ガスの生成量に変動があっても、その変動に応じて燃焼手段への前記バイオガスの供給を調整することができる。
【００１６】
本発明に係るガス処理システムの第２の態様は、第１の態様におけるガス処理システムにおいて、前記反応塔は、前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるアンモニア及び前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを酸化する部分を有し、前記アンモニアを酸化する部分には触媒充填層が設けられ、前記触媒充填層は、前記反応塔内において前記メタンが燃焼する部分よりも下流側に設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【００１７】
有機性廃棄物を発酵処理する際に生じるガス中には、発酵処理によって生成するメタン等の可燃性ガス及び放散するアンモニア等の分解性ガス等が含まれている。
本態様によれば、第１の態様の効果に加え、前記ガス中に含まれるアンモニアについても、反応塔内に触媒充填層を設け、この部分でアンモニアを酸化して窒素に変換し反応塔から排出できるようにしている。これにより、大気汚染の原因となる物質のアンモニアを直接大気中に排出しないで済むので大気汚染を防止することができる。
【００１８】
なお、本態様では、第１発酵槽から生じるガス中に含まれるアンモニアだけでなく、有機性廃棄物を第１発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアも酸化して窒素に変換できるので、より一層の大気汚染を防止することが可能となる。
【００１９】
本発明に係るガス処理システムの第３の態様は、第２の態様におけるガス処理システムにおいて、前記有機性廃棄物を前記第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを前記反応塔で酸化するように構成されたことを特徴とする。
【００２０】
本態様によれば、第２の態様の効果に加え、有機性廃棄物を第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを、反応塔で酸化して窒素に変換できるので、第２の態様よりも更に大気汚染を防止することができる。
【００２１】
本発明に係るガス処理システムの第４の態様は、第１から第３の態様におけるいずれか１つのガス処理システムにおいて、前記第１発酵槽で処理される有機性廃棄物の一部を、前記第２発酵槽に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
第１発酵槽が有機性廃棄物を大量に嫌気性発酵処理するために第２発酵槽より大型に設計されると、槽内を昇温させるための手段や槽内の温度を維持するための温度維持手段を設けるにはコストがかかり過ぎるため、槽内を昇温したり槽内の温度を維持するようなことをせずに、自然の状態で嫌気性発酵が行われることが多い。そのため、滞留時間が長くなるため、有機性廃物の処理の効率が悪くなる。
そこで、本態様によれば、第１発酵槽で処理されるべき有機性廃棄物の一部を、温度維持手段が設けられている第２発酵槽に供給することで、有機性廃棄物処理の効果を上げることができる。
【００２３】
つまり、本態様は第１から第３のいずれか１つの態様の効果と相俟って、第２発酵槽で有機性廃棄物処理の効果を上げるとともに、他の燃料を使用せずに、燃焼手段への燃料となるバイオガスの生成を一定にし、その供給を調整することができるという効果を得ることができる。
【００２４】
本発明に係るガス処理システムの第５の態様は、第１から第４の態様におけるいずれか１つのガス処理システムにおいて、前記反応塔内から発生した排ガスを、前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽又は前記第２発酵槽で嫌気性発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中に送り込むように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
通常、有機性廃棄物を嫌気性処理した際に発生するバイオガスには硫化水素等の硫黄化合物が含まれる。よって、第１発酵槽内で生成する被燃焼物や第２発酵槽内で生成するバイオガス中にも硫化水素等の硫黄化合物は含まれている。そしてそれらが反応塔内で酸化されると大気汚染の原因となる硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）が生成される。
【００２６】
本態様によれば、反応塔から発生した排ガスを、有機性廃棄物を第１発酵槽又は第２発酵槽で嫌気性発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中に送り込むことで、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を発酵液中で硫酸イオンとして存在させることができるので、大気汚染を防止することができる。更に、コストのかかる脱硫装置を設ける必要がなくなる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、バイオガス中のメタンを温暖化係数の低い二酸化炭素に、アンモニアを窒素に、それぞれ変換し大気に放出するとともに、前記変換に係る熱エネルギーを有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給することが可能な被燃焼ガス（バイオガス）処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図１を参照しながら、本発明に係るガス処理システムの実施態様について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１には、本発明のガス処理システムの概略図が示されている。
本発明の被燃焼ガス処理システムは、有機性廃棄物をメタン発酵（嫌気性）処理する第１発酵槽１、第１発酵槽１より小型に設計された有機性廃棄物をメタン発酵（嫌気性）処理する第２発酵槽２、第２発酵槽２内の温度を維持するための温度維持手段３、反応塔４、反応塔４の内部に設けられた燃焼手段であるガスバーナ５及び燃焼手段であるガスバーナ５より下流に設けられた触媒充填層６から構成されている。
【００３０】
ここで、本実施態様の説明において、「第１発酵槽１から生じるガス」と第１発酵槽１から生じるバイオガスは同じものである。
【００３１】
[第１発酵槽１から生じるガスであるバイオガス（メタン、アンモニア）の処理]
バイオガス中には、メタン、アンモニア以外にもガスは含まれるが（例えば二酸化炭素、硫化水素等）、本発明では環境に影響を与える物質として、主にメタンとアンモニアの処理を中心に説明する。
畜舎１０（有機性廃棄物の発生元）から排出された家畜糞尿は、排出管９を通じて第１発酵槽１に導入される。導入された家畜糞尿は第１発酵槽においてメタン発酵される。ここでのメタン発酵は、第１発酵槽１自体を昇温せずに自然のままで発酵を行う。理由は、第１発酵槽１は大量の家畜糞尿を処理するため、容量が大きく設計されているので、昇温手段や槽内の温度維持手段を用いるとコストがかかるためである。
なお、メタン発酵の滞留日数は１０〜１００日程度である。
【００３２】
上記のように、自然のままで発酵を行うので、発酵温度は約５〜３０℃程度の範囲内で行われる。このため発生するバイオガスの量は変動することとなる。例えば、一日を通してみれば、日中は温度が高くバイオガスの発生量が多いが、夜は温度が低いためバイオガスの発生量は少なくなる。また、夏場は一般に気温が高いため槽内の温度も高くなるのでバイオガスの発生量は多くなるが、冬場は逆に一般に気温が低いため槽内の温度も低くなるのでバイオガスの発生量は少なくなる。
【００３３】
以上のようなバイオガス生成システムでは、生成されるバイオガスが常に一定量でないため、精製バイオガスを一定量供給することができず、電力等には使用することが出来ない。しかし、環境に悪影響を及ぼすことから使用することのできないバイオガスをそのまま大気中に放散することはできない。本発明はこのようなバイオガスを環境に悪影響を与えないガスに変換して、大気中に放出することを可能とした発明である。
【００３４】
ここで、本発明で処理される有機性廃棄物は、上述した畜舎から発生する家畜の糞尿以外に、例えば、緑農廃棄物や排水処理汚泥などが挙げられる。ここで緑農廃棄物としては、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。
【００３５】
また、本発明で使用される第１発酵槽１は、絶対嫌気性のメタン発酵菌による活動を維持するために、槽内の嫌気性がある程度維持できるものであればよいが、空気を完全に遮断したタンクにより構成されることがより好ましい。
【００３６】
第１発酵槽１で、有機性廃棄物をメタン発酵することによって生成したバイオガスは収集管７で集められ反応塔４内へ送られる。反応塔４へ送られたバイオガス中のメタンは燃焼手段であるガスバーナ５で燃やされ、酸化分解反応を起し二酸化炭素になって反応塔４外へ放出される。二酸化炭素の温暖化係数はメタンの１／２０であり、メタンをそのまま大気中に放出するよりも、二酸化炭素に変換して反応塔４外へ放出した方が環境に与える負荷はかなり小さいものとなる。
【００３７】
一方、バイオガス中のアンモニアは反応塔４内で以下のような熱分解反応を起す。
２ＮＨ３＋３Ｏ２→Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
ここで、反応塔４内に触媒充填層６が設けられていることにより、反応速度が速くなりより多くのアンモニアを窒素に変換することができる。
【００３８】
反応塔４の大きさはシステムの規模により任意に設計できるが、本実施態様では直径１ｍ、高さ４ｍの接触酸化塔を用いた。反応塔４内に設ける触媒充填層６は、アンモニアの熱分解反応に対して触媒作用を有するものであれば公知の物質でよく、本実施態様では１００〜２００メッシュのステンレス製の網を使用した。
【００３９】
なお、アンモニアガスが通過する際の触媒充填層６（ステンレス製の網の場合）の部分の温度は３００〜５００℃の範囲であればよく、好ましくは３００〜４００℃の範囲が好ましい。これより高い温度になるとアンモニアから窒素酸化物（いわゆるＮＯｘ）が生成し、これらが大気中に放出されると環境に悪影響を及ぼすことになるからである。触媒充填層６の最適温度は触媒充填層６に充填される物質により異なるので、上記範囲に限定されものではない。
【００４０】
バイオガス中に含まれる他の成分、例えば硫化水素は反応塔４内では酸化され硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）となるため、この硫黄酸化物が反応塔４内から排出される排ガス中に含まれる。硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）は環境汚染の原因となるのでそのまま大気中に放出することはできない。そこで、反応塔４内から排出されるガスを、第１発酵槽又は第２発酵槽で嫌気性発酵処理した後の次工程で処理される発酵液１１、２１中に送り込んで、発酵液１１、２１中で硫酸イオンとして存在させるようにする。なお、排出される排ガス中の硫黄酸化物（いわゆるＳＯｘ）濃度はかなり低いので、発酵液１１、２１中に送り込んで硫酸イオンになっても、発酵液１１、２１中での硫酸イオンの濃度は薄く発酵液のｐＨに影響を及ぼすようなことはない。
【００４１】
以上のように、本発明によって、第１発酵槽で生じたガス（バイオガス）中のメタンは温暖化係数の低い二酸化炭素に変換し、アンモニアは窒素に変換して大気に放出するので、放出されたガスは環境に悪影響を及ぼすことはない。
【００４２】
[第２発酵槽２から発生するバイオガスの利用]
畜舎１０（有機性廃棄物の発生源）から排出された家畜糞尿は、排出管９’を通じて第２発酵槽２に導入される。導入された家畜糞尿は第２発酵槽においてメタン発酵される。ここでのメタン発酵は、第２発酵槽２を図示しない昇温手段を使って発酵槽内を所定の温度まで昇温して行われる。発酵温度は通常、中温発酵では３７℃、高温発酵では５５℃、超高温では６０℃である。また滞留時間は、中温発酵では２０〜３０日間程度、高温発酵では１５日間程度、超高温発酵では１０日間程度である。なお、昇温後、第２発酵槽２の槽内の温度を一定に保つため、第２発酵槽２には保温維持手段３が設けられている。この保温維持手段を設けることにより、槽内の温度が一定に保たれ第２発酵槽２より生成するバイオガスの量は一定となる。この点が第１発酵槽１と異なる点である。
【００４３】
さらに、第２発酵槽２は第１発酵槽１よりも小型に設計されている。設計については、システムの規模により任意であるが、第１発酵槽１の容量を１００としたとき、第２発酵槽２の容量が０．１〜１程度となるように設計するのが望ましい。
【００４４】
第２発酵槽２で有機性廃棄物をメタン発酵することによって生成したバイオガスは収集管８で集められ、反応塔４内に設けられたメタン燃焼手段であるガスバーナ５の燃料として供給される。なお、第２発酵槽２で生成するバイオガスの量は一定なので安定供給できる燃料としてバイオガスを利用できる。ここで、バイオガスの生成量は反応塔４内の温度を３００〜５００℃に維持できるだけの量が必要である。従って、有機性廃棄物は、反応塔４内の温度を３００〜５００℃に維持できるだけの量のバイオガスを生成させるための量が必要となり、この量によって第２発酵槽２の容量、すなわち第２発酵槽２の設計の大きさが決まることとなる。一方、第１発酵槽で発酵処理によって生成するバイオガスは、生成量が一定にならないため反応塔４内の温度を一定に保つことが出来ないので、燃焼用の燃料としては不向きである。
【００４５】
以上より、本発明は、実際に第１発酵槽１で処理しなければならない有機性廃棄物の一部を使用し、バイオガスを生成させて燃料として供給することによって、他の燃料を使用することなく、前述した第１発酵槽１で生成したバイオガス中のメタン及びアンモニアを反応塔４内で二酸化炭素及び窒素へ変換することができるので、他の燃料を使用する無駄を省き、一方では有機性廃棄物を効率よく処理することが出来るという効果を有している。
【００４６】
本発明で使用される第２発酵槽２は、絶対嫌気性のメタン発酵菌による活動を維持するために、空気を完全に遮断したタンクにより構成されることが望ましい。メタン発酵槽は固形物濃度（通常３〜４０重量％の範囲）と発酵温度（通常、中温発酵では３７℃、高温発酵では５５℃、超高温６０℃）によって、形状や運転条件が異なってくる。例えば、高含水率になった原料（固形物濃度１０重量％まで）の場合は湿式型の完全混合方式の発酵槽、低含水率の原料（固形物濃度３０〜４０重量％）の場合は、いわゆる乾式型のプラグフロー式（押出し式）の発酵槽を用いることが好ましい。
【００４７】
ここで、第２発酵槽２は第１発酵槽より小型に設計されているので、槽内の温度を昇温するのに必要な熱量（熱エネルギー）は少なくてすみ、また槽内の温度を維持するための温度維持手段３も小型のものを使用できるため、バイオガス処理にかかるコストを低く抑えることができる。さらに、小型化されているため第１発酵槽１で発生するバイオガスの発生量の変動に対して柔軟に対応することが可能となる。例えば、第１発酵槽１で発生するバイオガスが殆ど出ない時は、第２発酵槽のバイオガスをガスバーナ５に供給することにより燃焼させたり、第２発酵槽の温度を下げてバイオガスの発生量を抑えたりすることもできる。逆に、第１発酵槽１で発生するバイオガスの発生量が多いときは、第２発酵槽の稼動率を上げて生成するバイオガスの量を増やしてガスバーナ５に供給する。
【００４８】
また、図２に示す本発明の第２の実施態様のように、制御部１２を設け、反応塔４の入り口に設けられたガス流量計１４の値に応じてバルブ１３の開度を調節し、ガスバーナ５に送り込むガスの量を調節するようにしても良い。
【００４９】
次に、第３の実施態様について図３を参照にしながら説明する。なお第１、第２の実施態様と重複する部分につては説明を省略する。
第３の実施態様では、有機性廃棄物を第１発酵槽１で発酵処理した後の次工程で処理（好気的処理）される発酵液中１１から放散されるアンモニアを、放散ガス収集管１５を通じてバイオガス収集管７に送り込んで、第１発酵槽１で発酵処理した際に生じたバイオガスと一緒に反応塔４へ送り込む態様である。本態様により、発酵液中の１１から放散されるアンモニアは反応塔において窒素に変換され反応塔から放出される。
【００５０】
さらに、有機性廃棄物を第２発酵槽２で発酵処理した後の次工程で処理（好気的処理）される発酵液中２１から放散されるアンモニアを、放散ガス収集管１６を通じてバイオガス収集管７に送り込むように構成してもよい。
なお、放散ガス収集管１５、１６を通じて反応塔へ直接発酵液１１、２１から放散されるアンモニアを導入するように構成してもよい。
【００５１】
図４には第４の実施態様が記載されているが、本態様は第２の実施態様の制御部１２、バルブ１３、ガス流量計１４の構成部分を第３の実施態様に適用したものである。
【００５２】
以上、説明したように本発明のガス（バイオガス）処理システムは、低コストで、バイオガス中に含まれるメタンをメタンよりも温暖化係数が約１／２０も小さい二酸化炭素に変換して放出できるとともに、バイオガス中に含まれるアンモニアも窒素に変換して放出できるという効果を有している。
さらに、本発明は、上記の変換に係る熱エネルギーを、他の燃料を使用することなく、有機性廃棄物の一部を使って無駄なく供給できる効果も有している。
【００５３】
なお、図１〜図４に示した実施態様では、第１発酵槽１、第２発酵槽２及び反応塔４はそれぞれ１基ずつであるが、これらは有機性廃棄物の処理量に応じて適宜増設すればよい。
【００５４】
次に本発明にかかる実施例について説明する。
[実施例]
牛１５０００頭を飼育する規模の農場においては、一日に排出される糞尿の量は約９００ｔであり、これを処理するには本発明にかかる第１発酵槽の総容量は１０万ｍ３必要となる。
そこで、実施例では、処理量４ｔ／日のデモンストレーション用プラント（第１発酵槽）とそれに併設されるベンチスケールプラント（第２発酵槽）を用い以下のような条件で試験を行った。
第１発酵槽：１基（容量 ６０ｍ３）
第２発酵槽：１基（容量 ０．１２ｍ３）
第１発酵槽への有機性廃棄物投入量： ４ｔ／日（発酵液全窒素量３５００ｍｇ／Ｌ）
第２発酵素への有機性廃棄物投入量：１０ｋｇ／日
反応塔（接触酸化塔）：１基
【００５５】
第２発酵層でメタン発酵処理（高温メタン発酵：５５℃）により生成したバイオガスを反応塔４内に設けられたガスバーナ５にバイオガス収集管８を通じて燃料として送り込み、ガスバーナ５で反応塔４内の触媒充填層６が約３００℃になるまで加熱する。
一方、第１発酵槽でメタン発酵（５５℃）処理により生成した被燃焼ガス（バイオガス）をバイオガス収集管７を通じて反応塔４内へ送り込む。
送り込まれたバイオガス中のメタンはガスバーナ５によって燃やされ、酸化分解反応を起し二酸化炭素に変換される。バイオガス中のアンモニアは触媒充填層６で熱分解され窒素に変換される。変換された二酸化炭素と窒素は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含んだガスと一緒に反応塔４から硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するため発酵液１１、２１中に送られる。
【００５６】
本実施例では、反応塔４の出口付近のガスを採取して、アンモニア、スカトールの濃度を調べた。
その結果、アンモニア及び亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は検出されず、悪臭成分であるスカトールはガスクロマトグラフで測定した結果検出されなかった。
よって、本発明では、有機性廃棄物中に含まれていたアンモニアを殆ど窒素に変換することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るバイオガス処理システムの概略図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 第１発酵槽 ２ 第２発酵槽 ３ 温度維持手段 ４ 反応塔 ５ 燃焼手段
６ 触媒充填層 ７、８ バイオガス収集管 ９、９’ 排出管 １０ 畜舎
１１、２１ 発酵液 １２ 制御部 １３ バルブ １４ ガス流量計 １５、１６ 放散ガス収集管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を発酵処理する際に生じるガスを処理するためのガス処理システムであって、
有機性廃棄物を発酵処理させる第１発酵槽と、
前記第１発酵槽より小型で有機性廃棄物を発酵処理させる第２発酵槽と、
前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるメタンを燃焼させる反応塔と、
を備え、
前記第２発酵槽には槽内の温度を維持するための温度維持手段が設けられており、
前記反応塔内には、前記メタンを燃焼させるための前記第２発酵槽から発生するバイオガスを燃料とする燃焼手段が設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載されたガス処理システムにおいて、
前記反応塔は、前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるアンモニア及び前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを酸化する部分を有し、
前記アンモニアを酸化する部分には触媒充填層が設けられ、
前記触媒充填層は、前記反応塔内において前記メタンが燃焼する部分よりも下流側に設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【請求項３】
請求項２に記載のガス処理システムにおいて、前記有機性廃棄物を前記第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを前記反応塔で酸化するように構成されたことを特徴とするガス処理システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載したガス処理システムにおいて、前記第１発酵槽で処理される有機性廃棄物の一部を、前記第２発酵槽に供給するように構成されていることを特徴とするガス処理システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載したガス処理システムにおいて、前記反応塔内から発生した排ガスを、前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽又は前記第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中に送り込むように構成されていることを特徴とするガス処理システム。
【請求項１】
有機性廃棄物を発酵処理する際に生じるガスを処理するためのガス処理システムであって、
有機性廃棄物を発酵処理させる第１発酵槽と、
前記第１発酵槽より小型で有機性廃棄物を発酵処理させる第２発酵槽と、
前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるメタンを燃焼させる反応塔と、
を備え、
前記第２発酵槽には槽内の温度を維持するための温度維持手段が設けられており、
前記反応塔内には、前記メタンを燃焼させるための前記第２発酵槽から発生するバイオガスを燃料とする燃焼手段が設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載されたガス処理システムにおいて、
前記反応塔は、前記第１発酵槽から生じるガス中に含まれるアンモニア及び前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを酸化する部分を有し、
前記アンモニアを酸化する部分には触媒充填層が設けられ、
前記触媒充填層は、前記反応塔内において前記メタンが燃焼する部分よりも下流側に設けられていることを特徴とするガス処理システム。
【請求項３】
請求項２に記載のガス処理システムにおいて、前記有機性廃棄物を前記第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中から放散されるアンモニアを前記反応塔で酸化するように構成されたことを特徴とするガス処理システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載したガス処理システムにおいて、前記第１発酵槽で処理される有機性廃棄物の一部を、前記第２発酵槽に供給するように構成されていることを特徴とするガス処理システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載したガス処理システムにおいて、前記反応塔内から発生した排ガスを、前記有機性廃棄物を前記第１発酵槽又は前記第２発酵槽で発酵処理した後の次工程で処理される発酵液中に送り込むように構成されていることを特徴とするガス処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１０７０９（Ｐ２０１０−１１０７０９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６６３０（Ｐ２００８−２８６６３０）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（５０４３０００８８）国立大学法人帯広畜産大学 (96)
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（５０４３０００８８）国立大学法人帯広畜産大学 (96)
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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