メタン発酵システム
【課題】被発酵材をメタン発酵して得られたメタン発酵液を、該メタン発酵液の温度以上に昇温して処理したことに起因して析出する炭酸カルシウムＣａＣＯ３（アルカリ土類金属の炭酸化合物）の熱交換器の管内への付着を防止することにより、効率よくメタン発酵処理を行うことができるメタン発酵システムを提供すること。
【解決手段】被発酵材Ｍをメタン発酵処理（嫌気性処理）するメタン発酵槽１、メタン発酵槽１内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段２、メタン発酵槽１から出るメタン発酵液中のアルカリ土類金属の含有量を低減するアルカリ土類金属含有量低減処理部３とから構成され、アルカリ土類金属低減処理部３において、メタン発酵液のｐＨと温度を調整することで、被発酵材Ｍ中に含まれるアルカリ土類金属をアルカリ土類金属の炭酸化合物として析出させて、被発酵材Ｍ中のアルカリ土類金属の含有量を低減することを可能とした。
【解決手段】被発酵材Ｍをメタン発酵処理（嫌気性処理）するメタン発酵槽１、メタン発酵槽１内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段２、メタン発酵槽１から出るメタン発酵液中のアルカリ土類金属の含有量を低減するアルカリ土類金属含有量低減処理部３とから構成され、アルカリ土類金属低減処理部３において、メタン発酵液のｐＨと温度を調整することで、被発酵材Ｍ中に含まれるアルカリ土類金属をアルカリ土類金属の炭酸化合物として析出させて、被発酵材Ｍ中のアルカリ土類金属の含有量を低減することを可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被発酵材をメタン発酵処理して得られるメタン発酵液中のカルシウム等を除去して、効率よくメタン発酵が行えるためのメタン発酵システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生ごみ、家畜糞尿、下水処理汚泥等の廃棄物を原料としてメタン発酵処理（嫌気性処理）し、その発酵液（消化液）を肥料として農地へ散布する技術が知られている。
【０００３】
しかし、発酵液をそのまま農地へ散布するため、発酵液中に存在する大腸菌等の菌類によって土壌が汚染されるという欠点があった。
【０００４】
そこで、現在では、図５に示したように、被発酵材Ｍをメタン発酵処理したメタン発酵槽１から出るメタン発酵液を、処理槽６において約７０℃で一定時間加熱して滅菌処理を行ってから、その後、熱交換器４で他の媒体との熱交換により冷却してから農地へ散布することとしている。このように滅菌処理を行ってから農地へ散布することにより、菌類による土壌の汚染は解消することができたが、新たな欠点が生じることとなった。
【０００５】
図５のシステムでは、処理槽６においてメタン発酵液の温度が上昇すると、処理槽６のメタン発酵液中に溶けている二酸化炭素が放散してメタン発酵液のｐＨが上昇し、メタン発酵液中のアンモニアの放散量も増加する。そして、メタン発酵液中のアンモニアが多量に放散することで、土壌中で酸化して硝酸イオン、亜硝酸イオンとなって地下水を汚染する原因となる窒素を除去することができるので、処理槽６でメタン発酵液を昇温して高温で該発酵液の処理を行うことは、発酵液を肥料として農地に還元する上では好ましい。
【０００６】
しかし、一方で、被発酵材Ｍの中にはカルシウムを被発酵材Ｍ中に多く含むものもあり（例えば家庭用生ごみ）、カルシウムを多く含む被発酵材Ｍをメタン発酵処理して得られるメタン発酵液を上述したように処理槽６で高温で処理すると、メタン発酵液中に炭酸水素カルシウムＣａ（ＨＣＯ３）２の状態で溶解していた被発酵材Ｍ由来のＣａが、二酸化炭素の放散によって（ｐＨの上昇によって）液中に存在する炭酸イオンと結合し炭酸カルシウムＣａＣＯ３の状態で処理槽６内に析出する現象が生じる。
【０００７】
この析出した炭酸カルシウムＣａＣＯ３は、処理槽６から出るメタン発酵液とともに熱交換器４に送られ熱交換器４の管内に付着する。この結果、熱交換器４の管が詰まりメタン発酵液が流れにくくなる閉塞トラブルが発生するようになった。このため、管を交換したり洗浄することによりメタン発酵システムの効率が落ちてしまうという欠点が生じるようになった。
以上、被発酵材Ｍの中に含まれるカルシウムを例に述べたが、被発酵材Ｍの中にアルカリ土類金属、例えばマグネシウム等が含まれている場合にも同様のことが言える。
【０００８】
特許文献１においても、段落０００６において、「・・・。昇温方法としては、熱交換器は高温では尿中のカルシウム等によって短時間でスケールが付着し、好ましくないので、・・・」と熱交換器を使用するとスケールが付着するので使用するのが好ましくない旨が記載されている。しかし、特許文献１に記載された発明では、炭酸カルシウムによるスケールの付着を防止する解決策については何ら検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２３５３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その幾つかの態様は、上述したように、被発酵材をメタン発酵して得られたメタン発酵液を、該メタン発酵液の温度以上に昇温して処理したことに起因して析出する炭酸カルシウムＣａＣＯ３（アルカリ土類金属の炭酸化合物）の熱交換器の管内への付着を防止することにより、効率よくメタン発酵処理を行うことができるメタン発酵システムを提供するものである。以下、本発明についてはアルカリ土類金属の一例としてカルシウムとその炭酸化合物を例に挙げて説明するが、本発明は他のアルカリ土類金属（マグネシウム等）に対しても適用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係るメタン発酵システムの第１の態様は、被発酵材をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽から出るメタン発酵液中のアルカリ土類金属の含有量を低減するアルカリ土類金属含有量低減処理部と、を備え前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、前記メタン発酵液のｐＨと温度を調整することによりアルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させて、該アルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するように構成されていることを特徴とするものである。
なお、本発明では「アルカリ土類金属の炭酸化合物」という文言は、主に、アルカリ土類金属の塩基性炭酸塩の意味で用いることとする。
【００１２】
本態様によれば、例えば、アルカリ土類金属であるカルシウムが多く含まれている被発酵材であっても、アルカリ土類金属含有量低減処理部においてｐＨと温度を調整することにより、メタン発酵処理によって得られたメタン発酵液中に含まれるカルシウムを炭酸カルシウムとして析出させることで、メタン発酵液のカルシウムの含有量を低減することができる。
【００１３】
本発明に係るメタン発酵システムの第２の態様は、第１の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、アルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させる析出槽とアルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するアルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽を有することを特徴とするものである。
【００１４】
本態様によれば、アルカリ土類金属含有量低減処理部が析出槽とアルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽を有することにより、析出槽では被発酵材由来のメタン発酵液中のカルシウムを積極的に炭酸カルシウムとして析出させることでメタン発酵液中に含まれるカルシウムの含有量を低減させ、その後、アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽において析出槽で析出した炭酸カルシウムを静置し沈殿させて除去することによって、メタン発酵液中に含まれているカルシウムの殆どを除去することができる。
【００１５】
本発明に係るメタン発酵システムの第３の態様は、第１の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とする。
【００１６】
本態様によれば、第１の態様の効果に加えアルカリ土類金属含有量低減処理部におけるメタン発酵液の温度が７０℃以上に調整されているので、メタン発酵液中に溶けている二酸化炭素が大気中に放散し易くなり（ｐＨの数値が上がる）、二酸化炭素が大気中に放散すると炭酸カルシウムが析出し易くなるので、その結果メタン発酵液中のカルシウムの含有量が低減される。また、メタン発酵液の温度が７０℃以上に調整されているのでメタン発酵液の滅菌も同時に行うことができる。
【００１７】
本発明に係るメタン発酵システムの第４の態様は、第２の態様において、前記析出槽におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とする。
【００１８】
本態様によれば、析出槽におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されているので、析出槽においてはメタン発酵液中に溶けている二酸化炭素が大気中へ次々と放散するため、炭酸カルシウムも析出し易くなりメタン発酵液中のカルシウムの含有量が大幅に低減される。更に、第３の態様と同様にメタン発酵液の滅菌を行うことができる。
【００１９】
本発明に係るメタン発酵システムの第５の態様は、第１または第３の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
本態様によれば、アルカリ土類金属含有量低減処理部に空気供給口を設けることにより、そこから供給される空気でアルカリ土類金属含有量低減処理部中のメタン発酵液をエアレーションすることで、メタン発酵液中の二酸化炭素を大気中に放散し易くするとともに炭酸カルシウムを析出させ、メタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減することができる。
【００２１】
本発明に係るメタン発酵システムの第６の態様は、第２または第４の態様において、前記析出槽にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本態様によれば、析出槽に空気供給口を設けることにより、そこから供給される空気で析出槽中のメタン発酵液をエアレーションすることで、メタン発酵液中の二酸化炭素を大気中に放散し易くするとともに炭酸カルシウムを析出させ、メタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減することができる。さらに、析出した炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液の流動性を高め、炭酸カルシウム分離除去槽に炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を送り込み易くする効果も有している。
【００２３】
本発明に係るメタン発酵システムの第７の態様は、第１、第３または第５の態様のいずれか１の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部の下流側に該アルカリ土類金属含有量低減処理部から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするものである。
【００２４】
本態様によれば、熱交換器を設けることにより、炭酸カルシウムが除去されたメタン発酵液が高温である場合には、該メタン発酵液が持つ熱と他の媒体との間で熱交換を行い、交換した熱を有効利用することができる。
【００２５】
本発明に係るメタン発酵システムの第８の態様は、第２、第４または第６の態様のいずれか１に態様において、前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽の下流側に該アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするものである。
本態様によれば、第７の態様と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
本発明に係るメタン発酵システムの第９の態様は、第７の態様において、前記熱交換器によって前記分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするものである。
【００２７】
本態様によれば、炭酸カルシウムが除去されたメタン発酵液から熱を回収した他の媒体は、その熱をメタン発酵槽の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することができる。これにより、メタン発酵槽の温度を昇温または維持したりするための手段をわざわざ設ける必要がなく、システム全体の設計コストを低減することが可能となる。
【００２８】
本発明に係るメタン発酵システムの第１０の態様は、前記熱交換器によって前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするものである。
【００２９】
本態様によれば、第９の態様と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図５】従来の有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図を参照しながら、本発明に係るメタン発酵システムの実施形態について説明する。また、各実施態様につき構成が同じものについては同じ符号を付し、その説明を省略することとする。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。特にアルカリ土類金属の一例としてカルシウムを挙げているが、他のアルカリ土類金属（マグネシウム等）にも、本発明が適用できるのは言うまでもない。
【００３２】
図１には、本発明に係るメタン発酵システムの第１の実施態様の概略構成図が示されている。
【００３３】
本発明に係るメタン発酵システムは、被発酵材Ｍ（例えば生ゴミや家畜糞尿等）をメタン発酵処理（嫌気性処理）するメタン発酵槽１、メタン発酵槽１内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段２、メタン発酵槽１から出るメタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減するカルシウム含有量低減処理部３とから構成されている。
【００３４】
本態様では、カルシウム含有量低減処理部３において、メタン発酵液中に含まれるカルシウムを低減するため、メタン発酵液中のカルシウムを炭酸カルシウムＳとして析出させる析出槽３０と析出槽３０から出る炭酸カルシウムＳを含有するメタン発酵液から炭酸カルシウムＳを沈殿させて除去する炭酸カルシウム分離除去槽３１が設けられている。
【００３５】
また、被発酵材Ｍがメタン発酵処理された際に発生するバイオガスを収集するためのバイオガス収集管１０、収集したバイオガスを脱硫するための脱硫装置１１および脱硫して精製したバイオガスを利用するためのコジェネレーション１２（例えばガスエンジンシステム）が設けられている。
【００３６】
本態様で使用される被発酵材Ｍとしては、例えば畜産廃棄物、有機性汚泥、緑農廃棄物などが挙げられる。畜産廃棄物としては、家畜（例えば、豚、牛、ニワトリ等）の糞尿や、屠体および／またはその加工品が挙げられる。また、緑農廃棄物には家庭の生ゴミの他、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。
【００３７】
メタン発酵は、いわゆる中温型、高温型、超高温型、またはスラリー（湿式）型のいずれのタイプでも適用可能である。
【００３８】
メタン発酵槽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、空気を遮断したタンクにより構成される。発酵槽１は固形物濃度（通常３〜４０重量％の範囲）と発酵温度（通常、中温発酵では約３２〜３７℃、高温発酵では約５２〜５５℃、超高温発酵では約６０〜７０℃）によって、形状や運転条件が異なってくる。例えば、洗浄廃水が混合したりして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が用いられる。
【００３９】
高含水率の原料（固形物濃度を１０重量％程度まで）の場合は、完全混合方式の発酵槽を用い、中温メタン発酵菌（至適温度３７℃）では滞留時間を２０〜３０日間程度、高温メタン発酵菌（至適温度５５℃）では滞留時間（Retention Time）を１５日間程度、超高温メタン発酵菌（至適温度６５℃）では滞留時間（Retention Time）を１０日間程度、とすることが可能である。
【００４０】
一方、低含水率の原料（固形物濃度約２０〜４０重量％）の場合は、被処理物の固形分濃度を３０〜４０重量％にして押出し式の発酵槽を使用できる程度の固さに調整する。滞留時間については、高含水率の場合と同様に設定することができる。また、Ｃ／Ｎ比の調整のために、必要に応じて若干の有機成分を導入することもできる。
なお、メタン発酵槽１には昇温維持手段２が設けられており、これは加熱または保温ができる装置であれば公知のものが使用可能である。
【００４１】
発酵槽１には、メタン発酵処理によって生成するバイオガスＧを収集するためのバイオガス収集管１０が設けられており、収集されたバイオガスＧは脱硫装置１１に送り込まれて硫黄分が除去され、さらに脱硫処理され精製されたバイオガスはコジェネレーション１２に送られるように構成されている。
なお、脱硫装置１１については公知のものが使用可能であり、例えば生物脱硫塔が挙げられる。
【００４２】
メタン発酵処理されてメタン発酵槽１より出るメタン発酵液は、カルシウム含有量低減処理部３の一部を構成する析出槽３０へ送られる。
析出槽３０は、メタン発酵槽１から出たメタン発酵液中のカルシウム量を低減するため、好気性の条件下において、メタン発酵槽１から出たメタン発酵液を該メタン発酵液の温度以上で加熱して一定時間処理することにより、炭酸カルシウムＳを析出させるための装置である。例えば、中温メタン発酵処理（約３７℃）を行って得られたメタン発酵液を析出槽３０で約７０℃に加熱して３０分間程度処理することで炭酸カルシウムを析出させることができる。
【００４３】
ここで、炭酸カルシウムの析出とアンモニアの放散について説明する。
メタン発酵槽１内ではバイオガスＧとして、主にメタン（約５５容量％）、二酸化炭素（約４５容量％）が発生する。そして、発生した二酸化炭素の一部がメタン発酵液中に溶け込む。更にメタン発酵液中には、メタン発酵処理によって被発酵材Ｍに含まれているたんぱく質やアミノ酸を構成する有機態窒素の一部が分解されて生成したアンモニアと最初から被発酵材Ｍに含まれていたアンモニアが溶け込んでいる。
【００４４】
つまり、析出槽３０には、液中に二酸化炭素とアンモニアが溶け込んでいるメタン発酵液がメタン発酵槽１から送られてくることになる。そして、析出槽３０で好気的条件、例えばメタン発酵液が大気と接触できるような条件で、メタン発酵槽１から送られてきたメタン発酵液（約３７℃）を加熱処理（７０℃で３０分間）すると、メタン発酵液中の二酸化炭素が大気中に放散し、メタン発酵液中に炭酸水素カルシウムＣａ（ＨＣＯ３）２として溶けていたカルシウムが炭酸カルシウムＣａＣＯ３となって析出槽３０中に析出してくる。一方、二酸化炭素が放散することによりメタン発酵液の液性はアルカリ性側に傾くので（ｐＨが上昇するので）、メタン発酵液中にとけているアンモニアも放散する。
【００４５】
従って、アンモニアが放散することによりメタン発酵液中の全窒素の量が減少するので、メタン発酵液を肥料として農地還元した際には、硝酸イオン、亜硝酸イオンの生成が抑制され、これらを原因とする地下水汚染を防止することができる。
【００４６】
析出槽３０は、メタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減するためのものであるので、積極的に炭酸カルシムを析出するようにするのが好ましい。析出槽３０での処理条件は被発酵材料Ｍの種類やメタン発酵処理の条件によって異なる。
【００４７】
被発酵材Ｍが生ごみや家畜糞尿であって、それらを中温メタン発酵処理（約３２〜３７℃）あるいは高温メタン発酵処理（約５２〜５５℃）した場合には、メタン発酵槽１から出るメタン発酵液を析出槽３０で６０〜８０℃まで加熱して３０分間〜５時間（６０℃では５時間程度、７０〜８０℃では３０分から１時間程度）処理するのが好ましい。より好ましくは７０℃以上で３０分間〜１時間程度が好ましい。７０℃以上であればメタン発酵液中に溶けている二酸化炭素を十分放散させることができ、それに伴いメタン発酵液中に溶けているアンモニアも多量に放散させることができるからである。
【００４８】
さらに、７０℃以上と高温であるためメタン発酵液の滅菌処理も行うことができる。例えば、豚パルボウィルスは５５℃程度の加熱処理では完全に滅菌することができないが、７０℃以上で加熱処理すれば完全に滅菌することができる。
【００４９】
以上から、析出槽３０は加熱処理が行えるような加熱手段（図示せず）を有する槽であって、好気的条件が満たされるようなものであればよい。好気的条件は、本態様であれば析出槽３０の上部が開放されており、メタン発酵液が大気と接触できるような構造であれば良い。メタン発酵液が大気と接触できるような構造であれば、メタン発酵液中に溶け込んでいた二酸化炭素やアンモニアが大気中に放散され、再びメタン発酵液中に溶け込むようなことはないからである。
【００５０】
なお、析出槽３０内のメタン発酵液の温度を所定の温度に保つ手段としては、公知の手段を用いることができる。例えば、析出槽３０内に温度計を設けて、設定した所定の温度に析出槽３０内を保てるように温度計の値に連動して加熱手段のスイッチのＯＮ−ＯＦＦが行えるサーモスタットのようなものが挙げられる。
【００５１】
析出槽３０で液中に炭酸カルウシウムＳが析出したメタン発酵液は、液中の炭酸カルシウムＳを分離除去するためカルシウム含有量低減処理部３の一部を構成する炭酸カルシウム分離除去槽３１へ送られる。ここでは、炭酸カルシウム含有のメタン発酵液を静置することによって、炭酸カルシウムを沈殿させてメタン発酵液中から分離する。そして、炭酸カルシウムが分離された上澄みのメタン発酵液は、例えば、一旦貯蔵タンクに蓄えられた後、必要に応じて農地へ肥料として散布される。既に多量のアンモニアが放散されているのでメタン発酵液中に含まれる窒素の量は低減されており、肥料としてメタン発酵液を農地に散布しても、硝酸イオン、亜硝酸イオンによって地下水が汚染されるようなことはない。
【００５２】
一方、分離された炭酸カルシウムは炭酸カルシウム分離除去槽３１の下部に設けられたバルブＢを開けることにより、炭酸カルシウム分離除去槽３１外へ排出され廃棄される。
【００５３】
炭酸カルシウム分離除去槽３１は、炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を静置できるものであればよく、容量等は析出槽３０から出るメタン発酵液の量によって適宜設計すればよい。また、開放型、密閉型どちらのものであっても使用可能である。
【００５４】
図２には、本発明に係るメタン発酵システムの第２の実施態様の概略構成図が示されている。
本態様は、第１の実施態様の析出槽３０の下方に、エアレーションするための空気供給口３０’を設けた態様である。
【００５５】
エアレーションするための空気供給口３０’を設けてメタン発酵液中にポンプＰから空気を送り込むことによって、本態様は、二酸化炭素やアンモニアをメタン発酵液中から放散し易くする効果を有するとともに、析出した炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液の流動性を高め、炭酸カルシウム分離除去槽３１に炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を送り込み易くする効果も有している。
【００５６】
図３には、本発明に係るメタン発酵システムの第３の実施態様の概略構成図が示されている。
【００５７】
本態様は、第２の態様に、炭酸カルシウム分離除去手段３１から出るメタン発酵液（上澄み液）が有している熱をメタン発酵槽１の昇温維持手段２として利用するため、他の熱媒体と熱交換するための熱交換器４を設けた態様である。
炭酸カルシウム分離除去槽３１内での炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液の温度は、炭酸カルシウム分離除去槽３１で炭酸カルシウムを沈殿させるために、炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を静置させるので、静置させている間に温度が下がり析出槽３０から出た時よりも少し低くなる。
【００５８】
例えば、析出槽３０でメタン発酵液を７０℃で３０分間加熱処理した後、炭酸カルシウム分離除去槽３１で、炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を１０分から３０分間程度静置して炭酸カルシウムを沈殿させた場合のメタン発酵液（上澄み液）の温度は約５０〜６０℃である。よって、このメタン発酵液が有している熱を熱交換器を用いて他の媒体と熱交換することにより、メタン発酵液から熱を回収した他の媒体をメタン発酵槽１内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段２として利用することができる。
これにより、メタン発酵槽１内の温度を昇温または維持したりするための手段をわざわざ設ける必要がなく、システム全体の設計コストを低減することが可能となる。
【００５９】
本態様は、第２の態様に熱交換器４を設けた態様であるが、第１の態様に本態様と同じ構成で熱交換器４を設ける態様とすることもできる。この場合は第３の態様と同様の効果が得られる。
【００６０】
なお、熱交換器４については公知のものが使用可能である。例えば、多管円筒形熱交換器、２重管式熱交換器、プレート式熱交換器、コイル式熱交換器、渦巻き式熱交換器等が挙げられる。
【００６１】
図４には、本発明に係るメタン発酵システムの第４の実施態様の概略構成図が示されている。
【００６２】
本態様は、第３の態様において、メタン発酵槽１の下流側であって析出槽３０の上流側に熱交換器５を設けた態様である。更に、熱交換器５は、被発酵材Ｍをメタン発酵処理して発生するバイオガスＧを利用したコジェネレーションより供給される水（約８０℃）が有する熱とメタン発酵槽１から出るメタン発酵液が有する熱とを交換するものであり、これにより、メタン発酵液の温度は、例えば中温メタン発酵（約３７℃）処理によりメタン発酵槽１から出るメタン発酵液の場合、約３７℃から約６０℃まで上昇する。
【００６３】
したがって、析出槽３０に送り込まれる時にはメタン発酵液の温度は約６０℃になっており、析出槽３０においてメタン発酵液を例えば７０℃で処理する場合には、メタン発酵液の温度を昇温させる時間が熱交換器を使用しなかった時よりも大幅に短縮することができる。しかも、メタン発酵液と熱交換する熱媒体は、元々、メタン発酵処理によって発生したバイオガスＧを利用することによって得られたものであるため、本態様では効率よくメタン発酵システムを稼動させることができる。
【００６４】
本態様は、第３の態様に熱交換器５を設けた態様であるが、第１または第２の態様に本態様と同じ構成で熱交換器５を設ける態様とすることもできる。この場合は上述した第４の態様と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、被発酵材をメタン発酵して得られたメタン発酵液を、該メタン発酵液の温度以上に昇温して処理したことに起因して析出する炭酸カルシウムＣａＣＯ３の熱交換器の管内への付着を防止することにより、効率よくメタン発酵処理を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１ メタン発酵槽、 ２ 昇温維持手段、
３ カルシウム（アルカリ土類金属）含有量低減処理部、
４、５ 熱交換器、 ６ 処理槽、 １０ バイオガス収集管、 １１ 脱硫装置、
１２ コジェネレ−ション、 ３０ 析出槽、 ３０’ 空気供給口、
３１ 炭酸カルシウム（アルカリ土類金属の炭酸化合物）分離除去槽、
Ｂ バルブ、 Ｍ 被発酵材、 Ｐ ポンプ、 Ｓ 炭酸カルシウム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被発酵材をメタン発酵処理して得られるメタン発酵液中のカルシウム等を除去して、効率よくメタン発酵が行えるためのメタン発酵システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生ごみ、家畜糞尿、下水処理汚泥等の廃棄物を原料としてメタン発酵処理（嫌気性処理）し、その発酵液（消化液）を肥料として農地へ散布する技術が知られている。
【０００３】
しかし、発酵液をそのまま農地へ散布するため、発酵液中に存在する大腸菌等の菌類によって土壌が汚染されるという欠点があった。
【０００４】
そこで、現在では、図５に示したように、被発酵材Ｍをメタン発酵処理したメタン発酵槽１から出るメタン発酵液を、処理槽６において約７０℃で一定時間加熱して滅菌処理を行ってから、その後、熱交換器４で他の媒体との熱交換により冷却してから農地へ散布することとしている。このように滅菌処理を行ってから農地へ散布することにより、菌類による土壌の汚染は解消することができたが、新たな欠点が生じることとなった。
【０００５】
図５のシステムでは、処理槽６においてメタン発酵液の温度が上昇すると、処理槽６のメタン発酵液中に溶けている二酸化炭素が放散してメタン発酵液のｐＨが上昇し、メタン発酵液中のアンモニアの放散量も増加する。そして、メタン発酵液中のアンモニアが多量に放散することで、土壌中で酸化して硝酸イオン、亜硝酸イオンとなって地下水を汚染する原因となる窒素を除去することができるので、処理槽６でメタン発酵液を昇温して高温で該発酵液の処理を行うことは、発酵液を肥料として農地に還元する上では好ましい。
【０００６】
しかし、一方で、被発酵材Ｍの中にはカルシウムを被発酵材Ｍ中に多く含むものもあり（例えば家庭用生ごみ）、カルシウムを多く含む被発酵材Ｍをメタン発酵処理して得られるメタン発酵液を上述したように処理槽６で高温で処理すると、メタン発酵液中に炭酸水素カルシウムＣａ（ＨＣＯ３）２の状態で溶解していた被発酵材Ｍ由来のＣａが、二酸化炭素の放散によって（ｐＨの上昇によって）液中に存在する炭酸イオンと結合し炭酸カルシウムＣａＣＯ３の状態で処理槽６内に析出する現象が生じる。
【０００７】
この析出した炭酸カルシウムＣａＣＯ３は、処理槽６から出るメタン発酵液とともに熱交換器４に送られ熱交換器４の管内に付着する。この結果、熱交換器４の管が詰まりメタン発酵液が流れにくくなる閉塞トラブルが発生するようになった。このため、管を交換したり洗浄することによりメタン発酵システムの効率が落ちてしまうという欠点が生じるようになった。
以上、被発酵材Ｍの中に含まれるカルシウムを例に述べたが、被発酵材Ｍの中にアルカリ土類金属、例えばマグネシウム等が含まれている場合にも同様のことが言える。
【０００８】
特許文献１においても、段落０００６において、「・・・。昇温方法としては、熱交換器は高温では尿中のカルシウム等によって短時間でスケールが付着し、好ましくないので、・・・」と熱交換器を使用するとスケールが付着するので使用するのが好ましくない旨が記載されている。しかし、特許文献１に記載された発明では、炭酸カルシウムによるスケールの付着を防止する解決策については何ら検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２３５３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その幾つかの態様は、上述したように、被発酵材をメタン発酵して得られたメタン発酵液を、該メタン発酵液の温度以上に昇温して処理したことに起因して析出する炭酸カルシウムＣａＣＯ３（アルカリ土類金属の炭酸化合物）の熱交換器の管内への付着を防止することにより、効率よくメタン発酵処理を行うことができるメタン発酵システムを提供するものである。以下、本発明についてはアルカリ土類金属の一例としてカルシウムとその炭酸化合物を例に挙げて説明するが、本発明は他のアルカリ土類金属（マグネシウム等）に対しても適用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係るメタン発酵システムの第１の態様は、被発酵材をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽から出るメタン発酵液中のアルカリ土類金属の含有量を低減するアルカリ土類金属含有量低減処理部と、を備え前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、前記メタン発酵液のｐＨと温度を調整することによりアルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させて、該アルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するように構成されていることを特徴とするものである。
なお、本発明では「アルカリ土類金属の炭酸化合物」という文言は、主に、アルカリ土類金属の塩基性炭酸塩の意味で用いることとする。
【００１２】
本態様によれば、例えば、アルカリ土類金属であるカルシウムが多く含まれている被発酵材であっても、アルカリ土類金属含有量低減処理部においてｐＨと温度を調整することにより、メタン発酵処理によって得られたメタン発酵液中に含まれるカルシウムを炭酸カルシウムとして析出させることで、メタン発酵液のカルシウムの含有量を低減することができる。
【００１３】
本発明に係るメタン発酵システムの第２の態様は、第１の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、アルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させる析出槽とアルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するアルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽を有することを特徴とするものである。
【００１４】
本態様によれば、アルカリ土類金属含有量低減処理部が析出槽とアルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽を有することにより、析出槽では被発酵材由来のメタン発酵液中のカルシウムを積極的に炭酸カルシウムとして析出させることでメタン発酵液中に含まれるカルシウムの含有量を低減させ、その後、アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽において析出槽で析出した炭酸カルシウムを静置し沈殿させて除去することによって、メタン発酵液中に含まれているカルシウムの殆どを除去することができる。
【００１５】
本発明に係るメタン発酵システムの第３の態様は、第１の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とする。
【００１６】
本態様によれば、第１の態様の効果に加えアルカリ土類金属含有量低減処理部におけるメタン発酵液の温度が７０℃以上に調整されているので、メタン発酵液中に溶けている二酸化炭素が大気中に放散し易くなり（ｐＨの数値が上がる）、二酸化炭素が大気中に放散すると炭酸カルシウムが析出し易くなるので、その結果メタン発酵液中のカルシウムの含有量が低減される。また、メタン発酵液の温度が７０℃以上に調整されているのでメタン発酵液の滅菌も同時に行うことができる。
【００１７】
本発明に係るメタン発酵システムの第４の態様は、第２の態様において、前記析出槽におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とする。
【００１８】
本態様によれば、析出槽におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されているので、析出槽においてはメタン発酵液中に溶けている二酸化炭素が大気中へ次々と放散するため、炭酸カルシウムも析出し易くなりメタン発酵液中のカルシウムの含有量が大幅に低減される。更に、第３の態様と同様にメタン発酵液の滅菌を行うことができる。
【００１９】
本発明に係るメタン発酵システムの第５の態様は、第１または第３の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
本態様によれば、アルカリ土類金属含有量低減処理部に空気供給口を設けることにより、そこから供給される空気でアルカリ土類金属含有量低減処理部中のメタン発酵液をエアレーションすることで、メタン発酵液中の二酸化炭素を大気中に放散し易くするとともに炭酸カルシウムを析出させ、メタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減することができる。
【００２１】
本発明に係るメタン発酵システムの第６の態様は、第２または第４の態様において、前記析出槽にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本態様によれば、析出槽に空気供給口を設けることにより、そこから供給される空気で析出槽中のメタン発酵液をエアレーションすることで、メタン発酵液中の二酸化炭素を大気中に放散し易くするとともに炭酸カルシウムを析出させ、メタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減することができる。さらに、析出した炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液の流動性を高め、炭酸カルシウム分離除去槽に炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を送り込み易くする効果も有している。
【００２３】
本発明に係るメタン発酵システムの第７の態様は、第１、第３または第５の態様のいずれか１の態様において、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部の下流側に該アルカリ土類金属含有量低減処理部から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするものである。
【００２４】
本態様によれば、熱交換器を設けることにより、炭酸カルシウムが除去されたメタン発酵液が高温である場合には、該メタン発酵液が持つ熱と他の媒体との間で熱交換を行い、交換した熱を有効利用することができる。
【００２５】
本発明に係るメタン発酵システムの第８の態様は、第２、第４または第６の態様のいずれか１に態様において、前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽の下流側に該アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするものである。
本態様によれば、第７の態様と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
本発明に係るメタン発酵システムの第９の態様は、第７の態様において、前記熱交換器によって前記分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするものである。
【００２７】
本態様によれば、炭酸カルシウムが除去されたメタン発酵液から熱を回収した他の媒体は、その熱をメタン発酵槽の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することができる。これにより、メタン発酵槽の温度を昇温または維持したりするための手段をわざわざ設ける必要がなく、システム全体の設計コストを低減することが可能となる。
【００２８】
本発明に係るメタン発酵システムの第１０の態様は、前記熱交換器によって前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするものである。
【００２９】
本態様によれば、第９の態様と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【図５】従来の有機性廃棄物処理システムの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図を参照しながら、本発明に係るメタン発酵システムの実施形態について説明する。また、各実施態様につき構成が同じものについては同じ符号を付し、その説明を省略することとする。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。特にアルカリ土類金属の一例としてカルシウムを挙げているが、他のアルカリ土類金属（マグネシウム等）にも、本発明が適用できるのは言うまでもない。
【００３２】
図１には、本発明に係るメタン発酵システムの第１の実施態様の概略構成図が示されている。
【００３３】
本発明に係るメタン発酵システムは、被発酵材Ｍ（例えば生ゴミや家畜糞尿等）をメタン発酵処理（嫌気性処理）するメタン発酵槽１、メタン発酵槽１内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段２、メタン発酵槽１から出るメタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減するカルシウム含有量低減処理部３とから構成されている。
【００３４】
本態様では、カルシウム含有量低減処理部３において、メタン発酵液中に含まれるカルシウムを低減するため、メタン発酵液中のカルシウムを炭酸カルシウムＳとして析出させる析出槽３０と析出槽３０から出る炭酸カルシウムＳを含有するメタン発酵液から炭酸カルシウムＳを沈殿させて除去する炭酸カルシウム分離除去槽３１が設けられている。
【００３５】
また、被発酵材Ｍがメタン発酵処理された際に発生するバイオガスを収集するためのバイオガス収集管１０、収集したバイオガスを脱硫するための脱硫装置１１および脱硫して精製したバイオガスを利用するためのコジェネレーション１２（例えばガスエンジンシステム）が設けられている。
【００３６】
本態様で使用される被発酵材Ｍとしては、例えば畜産廃棄物、有機性汚泥、緑農廃棄物などが挙げられる。畜産廃棄物としては、家畜（例えば、豚、牛、ニワトリ等）の糞尿や、屠体および／またはその加工品が挙げられる。また、緑農廃棄物には家庭の生ゴミの他、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。
【００３７】
メタン発酵は、いわゆる中温型、高温型、超高温型、またはスラリー（湿式）型のいずれのタイプでも適用可能である。
【００３８】
メタン発酵槽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、空気を遮断したタンクにより構成される。発酵槽１は固形物濃度（通常３〜４０重量％の範囲）と発酵温度（通常、中温発酵では約３２〜３７℃、高温発酵では約５２〜５５℃、超高温発酵では約６０〜７０℃）によって、形状や運転条件が異なってくる。例えば、洗浄廃水が混合したりして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が用いられる。
【００３９】
高含水率の原料（固形物濃度を１０重量％程度まで）の場合は、完全混合方式の発酵槽を用い、中温メタン発酵菌（至適温度３７℃）では滞留時間を２０〜３０日間程度、高温メタン発酵菌（至適温度５５℃）では滞留時間（Retention Time）を１５日間程度、超高温メタン発酵菌（至適温度６５℃）では滞留時間（Retention Time）を１０日間程度、とすることが可能である。
【００４０】
一方、低含水率の原料（固形物濃度約２０〜４０重量％）の場合は、被処理物の固形分濃度を３０〜４０重量％にして押出し式の発酵槽を使用できる程度の固さに調整する。滞留時間については、高含水率の場合と同様に設定することができる。また、Ｃ／Ｎ比の調整のために、必要に応じて若干の有機成分を導入することもできる。
なお、メタン発酵槽１には昇温維持手段２が設けられており、これは加熱または保温ができる装置であれば公知のものが使用可能である。
【００４１】
発酵槽１には、メタン発酵処理によって生成するバイオガスＧを収集するためのバイオガス収集管１０が設けられており、収集されたバイオガスＧは脱硫装置１１に送り込まれて硫黄分が除去され、さらに脱硫処理され精製されたバイオガスはコジェネレーション１２に送られるように構成されている。
なお、脱硫装置１１については公知のものが使用可能であり、例えば生物脱硫塔が挙げられる。
【００４２】
メタン発酵処理されてメタン発酵槽１より出るメタン発酵液は、カルシウム含有量低減処理部３の一部を構成する析出槽３０へ送られる。
析出槽３０は、メタン発酵槽１から出たメタン発酵液中のカルシウム量を低減するため、好気性の条件下において、メタン発酵槽１から出たメタン発酵液を該メタン発酵液の温度以上で加熱して一定時間処理することにより、炭酸カルシウムＳを析出させるための装置である。例えば、中温メタン発酵処理（約３７℃）を行って得られたメタン発酵液を析出槽３０で約７０℃に加熱して３０分間程度処理することで炭酸カルシウムを析出させることができる。
【００４３】
ここで、炭酸カルシウムの析出とアンモニアの放散について説明する。
メタン発酵槽１内ではバイオガスＧとして、主にメタン（約５５容量％）、二酸化炭素（約４５容量％）が発生する。そして、発生した二酸化炭素の一部がメタン発酵液中に溶け込む。更にメタン発酵液中には、メタン発酵処理によって被発酵材Ｍに含まれているたんぱく質やアミノ酸を構成する有機態窒素の一部が分解されて生成したアンモニアと最初から被発酵材Ｍに含まれていたアンモニアが溶け込んでいる。
【００４４】
つまり、析出槽３０には、液中に二酸化炭素とアンモニアが溶け込んでいるメタン発酵液がメタン発酵槽１から送られてくることになる。そして、析出槽３０で好気的条件、例えばメタン発酵液が大気と接触できるような条件で、メタン発酵槽１から送られてきたメタン発酵液（約３７℃）を加熱処理（７０℃で３０分間）すると、メタン発酵液中の二酸化炭素が大気中に放散し、メタン発酵液中に炭酸水素カルシウムＣａ（ＨＣＯ３）２として溶けていたカルシウムが炭酸カルシウムＣａＣＯ３となって析出槽３０中に析出してくる。一方、二酸化炭素が放散することによりメタン発酵液の液性はアルカリ性側に傾くので（ｐＨが上昇するので）、メタン発酵液中にとけているアンモニアも放散する。
【００４５】
従って、アンモニアが放散することによりメタン発酵液中の全窒素の量が減少するので、メタン発酵液を肥料として農地還元した際には、硝酸イオン、亜硝酸イオンの生成が抑制され、これらを原因とする地下水汚染を防止することができる。
【００４６】
析出槽３０は、メタン発酵液中のカルシウムの含有量を低減するためのものであるので、積極的に炭酸カルシムを析出するようにするのが好ましい。析出槽３０での処理条件は被発酵材料Ｍの種類やメタン発酵処理の条件によって異なる。
【００４７】
被発酵材Ｍが生ごみや家畜糞尿であって、それらを中温メタン発酵処理（約３２〜３７℃）あるいは高温メタン発酵処理（約５２〜５５℃）した場合には、メタン発酵槽１から出るメタン発酵液を析出槽３０で６０〜８０℃まで加熱して３０分間〜５時間（６０℃では５時間程度、７０〜８０℃では３０分から１時間程度）処理するのが好ましい。より好ましくは７０℃以上で３０分間〜１時間程度が好ましい。７０℃以上であればメタン発酵液中に溶けている二酸化炭素を十分放散させることができ、それに伴いメタン発酵液中に溶けているアンモニアも多量に放散させることができるからである。
【００４８】
さらに、７０℃以上と高温であるためメタン発酵液の滅菌処理も行うことができる。例えば、豚パルボウィルスは５５℃程度の加熱処理では完全に滅菌することができないが、７０℃以上で加熱処理すれば完全に滅菌することができる。
【００４９】
以上から、析出槽３０は加熱処理が行えるような加熱手段（図示せず）を有する槽であって、好気的条件が満たされるようなものであればよい。好気的条件は、本態様であれば析出槽３０の上部が開放されており、メタン発酵液が大気と接触できるような構造であれば良い。メタン発酵液が大気と接触できるような構造であれば、メタン発酵液中に溶け込んでいた二酸化炭素やアンモニアが大気中に放散され、再びメタン発酵液中に溶け込むようなことはないからである。
【００５０】
なお、析出槽３０内のメタン発酵液の温度を所定の温度に保つ手段としては、公知の手段を用いることができる。例えば、析出槽３０内に温度計を設けて、設定した所定の温度に析出槽３０内を保てるように温度計の値に連動して加熱手段のスイッチのＯＮ−ＯＦＦが行えるサーモスタットのようなものが挙げられる。
【００５１】
析出槽３０で液中に炭酸カルウシウムＳが析出したメタン発酵液は、液中の炭酸カルシウムＳを分離除去するためカルシウム含有量低減処理部３の一部を構成する炭酸カルシウム分離除去槽３１へ送られる。ここでは、炭酸カルシウム含有のメタン発酵液を静置することによって、炭酸カルシウムを沈殿させてメタン発酵液中から分離する。そして、炭酸カルシウムが分離された上澄みのメタン発酵液は、例えば、一旦貯蔵タンクに蓄えられた後、必要に応じて農地へ肥料として散布される。既に多量のアンモニアが放散されているのでメタン発酵液中に含まれる窒素の量は低減されており、肥料としてメタン発酵液を農地に散布しても、硝酸イオン、亜硝酸イオンによって地下水が汚染されるようなことはない。
【００５２】
一方、分離された炭酸カルシウムは炭酸カルシウム分離除去槽３１の下部に設けられたバルブＢを開けることにより、炭酸カルシウム分離除去槽３１外へ排出され廃棄される。
【００５３】
炭酸カルシウム分離除去槽３１は、炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を静置できるものであればよく、容量等は析出槽３０から出るメタン発酵液の量によって適宜設計すればよい。また、開放型、密閉型どちらのものであっても使用可能である。
【００５４】
図２には、本発明に係るメタン発酵システムの第２の実施態様の概略構成図が示されている。
本態様は、第１の実施態様の析出槽３０の下方に、エアレーションするための空気供給口３０’を設けた態様である。
【００５５】
エアレーションするための空気供給口３０’を設けてメタン発酵液中にポンプＰから空気を送り込むことによって、本態様は、二酸化炭素やアンモニアをメタン発酵液中から放散し易くする効果を有するとともに、析出した炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液の流動性を高め、炭酸カルシウム分離除去槽３１に炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を送り込み易くする効果も有している。
【００５６】
図３には、本発明に係るメタン発酵システムの第３の実施態様の概略構成図が示されている。
【００５７】
本態様は、第２の態様に、炭酸カルシウム分離除去手段３１から出るメタン発酵液（上澄み液）が有している熱をメタン発酵槽１の昇温維持手段２として利用するため、他の熱媒体と熱交換するための熱交換器４を設けた態様である。
炭酸カルシウム分離除去槽３１内での炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液の温度は、炭酸カルシウム分離除去槽３１で炭酸カルシウムを沈殿させるために、炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を静置させるので、静置させている間に温度が下がり析出槽３０から出た時よりも少し低くなる。
【００５８】
例えば、析出槽３０でメタン発酵液を７０℃で３０分間加熱処理した後、炭酸カルシウム分離除去槽３１で、炭酸カルシウムを含有するメタン発酵液を１０分から３０分間程度静置して炭酸カルシウムを沈殿させた場合のメタン発酵液（上澄み液）の温度は約５０〜６０℃である。よって、このメタン発酵液が有している熱を熱交換器を用いて他の媒体と熱交換することにより、メタン発酵液から熱を回収した他の媒体をメタン発酵槽１内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段２として利用することができる。
これにより、メタン発酵槽１内の温度を昇温または維持したりするための手段をわざわざ設ける必要がなく、システム全体の設計コストを低減することが可能となる。
【００５９】
本態様は、第２の態様に熱交換器４を設けた態様であるが、第１の態様に本態様と同じ構成で熱交換器４を設ける態様とすることもできる。この場合は第３の態様と同様の効果が得られる。
【００６０】
なお、熱交換器４については公知のものが使用可能である。例えば、多管円筒形熱交換器、２重管式熱交換器、プレート式熱交換器、コイル式熱交換器、渦巻き式熱交換器等が挙げられる。
【００６１】
図４には、本発明に係るメタン発酵システムの第４の実施態様の概略構成図が示されている。
【００６２】
本態様は、第３の態様において、メタン発酵槽１の下流側であって析出槽３０の上流側に熱交換器５を設けた態様である。更に、熱交換器５は、被発酵材Ｍをメタン発酵処理して発生するバイオガスＧを利用したコジェネレーションより供給される水（約８０℃）が有する熱とメタン発酵槽１から出るメタン発酵液が有する熱とを交換するものであり、これにより、メタン発酵液の温度は、例えば中温メタン発酵（約３７℃）処理によりメタン発酵槽１から出るメタン発酵液の場合、約３７℃から約６０℃まで上昇する。
【００６３】
したがって、析出槽３０に送り込まれる時にはメタン発酵液の温度は約６０℃になっており、析出槽３０においてメタン発酵液を例えば７０℃で処理する場合には、メタン発酵液の温度を昇温させる時間が熱交換器を使用しなかった時よりも大幅に短縮することができる。しかも、メタン発酵液と熱交換する熱媒体は、元々、メタン発酵処理によって発生したバイオガスＧを利用することによって得られたものであるため、本態様では効率よくメタン発酵システムを稼動させることができる。
【００６４】
本態様は、第３の態様に熱交換器５を設けた態様であるが、第１または第２の態様に本態様と同じ構成で熱交換器５を設ける態様とすることもできる。この場合は上述した第４の態様と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、被発酵材をメタン発酵して得られたメタン発酵液を、該メタン発酵液の温度以上に昇温して処理したことに起因して析出する炭酸カルシウムＣａＣＯ３の熱交換器の管内への付着を防止することにより、効率よくメタン発酵処理を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１ メタン発酵槽、 ２ 昇温維持手段、
３ カルシウム（アルカリ土類金属）含有量低減処理部、
４、５ 熱交換器、 ６ 処理槽、 １０ バイオガス収集管、 １１ 脱硫装置、
１２ コジェネレ−ション、 ３０ 析出槽、 ３０’ 空気供給口、
３１ 炭酸カルシウム（アルカリ土類金属の炭酸化合物）分離除去槽、
Ｂ バルブ、 Ｍ 被発酵材、 Ｐ ポンプ、 Ｓ 炭酸カルシウム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被発酵材をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽から出るメタン発酵液中のアルカリ土類金属の含有量を低減するアルカリ土類金属含有量低減処理部と、を備え
前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、前記メタン発酵液のｐＨと温度を調整することによりアルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させて、該アルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するように構成されていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項２】
請求項１に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、アルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させる析出槽とアルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するアルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽を有することを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項３】
請求項１に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項４】
請求項２に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記析出槽におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項５】
請求項１または請求項３に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項６】
請求項２または請求項４に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記析出槽にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項７】
請求項１、請求項３または請求項５のいずれか１項に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部の下流側に該アルカリ土類金属含有量低減処理部から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項８】
請求項２、請求項４または請求項６のいずれか１項に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽の下流側に該アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項９】
請求項７に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記熱交換器によって前記分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項１０】
請求項８に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記熱交換器によって前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項１】
被発酵材をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽から出るメタン発酵液中のアルカリ土類金属の含有量を低減するアルカリ土類金属含有量低減処理部と、を備え
前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、前記メタン発酵液のｐＨと温度を調整することによりアルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させて、該アルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するように構成されていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項２】
請求項１に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部は、アルカリ土類金属の炭酸化合物を析出させる析出槽とアルカリ土類金属の炭酸化合物を前記メタン発酵液中から分離除去するアルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽を有することを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項３】
請求項１に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項４】
請求項２に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記析出槽におけるメタン発酵液の温度は７０℃以上に調整されていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項５】
請求項１または請求項３に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項６】
請求項２または請求項４に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記析出槽にはメタン発酵液をエアレーションするための空気供給口が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項７】
請求項１、請求項３または請求項５のいずれか１項に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属含有量低減処理部の下流側に該アルカリ土類金属含有量低減処理部から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項８】
請求項２、請求項４または請求項６のいずれか１項に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽の下流側に該アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と他の媒体との間で熱交換するための熱交換器が設けられていることを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項９】
請求項７に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記熱交換器によって前記分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするメタン発酵システム。
【請求項１０】
請求項８に記載されたメタン発酵システムにおいて、前記熱交換器によって前記アルカリ土類金属の炭酸化合物分離除去槽から出るアルカリ土類金属の炭酸化合物が除去されたメタン発酵液と熱交換した前記他の媒体を前記メタン発酵槽内の温度を昇温または維持するための昇温維持手段として利用することを特徴とするメタン発酵システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２１２５３４（Ｐ２０１１−２１２５３４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１２１８（Ｐ２０１０−８１２１８）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【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２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]