メタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法
【課題】 脂肪の塊が発生した場合でも、その脂肪の塊を排出して、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができるメタン発酵処理装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽４を有するメタン発酵処理装置１であって、メタン発酵槽４内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう浮上油分処理装置１１と、浮上油分処理装置１１で処理された油分を、メタン発酵槽４から外部に引き抜いた発酵液を加熱装置７で加温してメタン発酵槽４へ戻す発酵液循環ライン５中に投入する油分処理ライン９とを有する。浮上脂分処理装置１１は、メタン発酵槽４内から抜き取った脂分を切断又は破砕する。又浮上油分処理装置１１は、８０℃以上の温度で溶解させるか、マイクロ波を照射して融解させる。
【解決手段】 本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽４を有するメタン発酵処理装置１であって、メタン発酵槽４内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう浮上油分処理装置１１と、浮上油分処理装置１１で処理された油分を、メタン発酵槽４から外部に引き抜いた発酵液を加熱装置７で加温してメタン発酵槽４へ戻す発酵液循環ライン５中に投入する油分処理ライン９とを有する。浮上脂分処理装置１１は、メタン発酵槽４内から抜き取った脂分を切断又は破砕する。又浮上油分処理装置１１は、８０℃以上の温度で溶解させるか、マイクロ波を照射して融解させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガス等の資源回収を回収するメタン発酵処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ、汚泥等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋立処分されているが、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋立処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するために有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが開発されている。
【０００３】
メタン発酵は、有機性廃棄物を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換するもので、投入原料の性状や運転条件などにより様々な処理方法、発酵槽が提案されている。メタン発酵法は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気処理で曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法である。しかも、副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。メタン発酵は発酵対象として、生分解性の有機性廃棄物であれば、アンモニア阻害を起こす濃度以下で十分な反応時間を確保すれば、発酵は問題なく可能である。また、高濃度の飽和脂肪酸を含む廃棄物に関しては、その他の廃棄物と混合することや、水希釈により濃度を下げることで対処していた。
【０００４】
また、メタン発酵に関する他の従来技術として、濃度油脂や油脂含有廃棄物を油脂が塊状にならないように均一に分散する技術が提案されている（特許文献１参照）。さらに、固体成分を分離するものや油分離をマイクロ波を使って行なう技術が提案されている（特許文献２〜特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０２８２８号公報
【特許文献２】特開２００７− ２９８４１号公報
【特許文献３】特開２００５−１９３１４６号公報
【特許文献４】特開２００７− ８１１号公報
【特許文献５】特開２００６−２０５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、メタン発酵を行なう場合、処理対象物の有機物スラリーをメタン発酵槽に投入して行なうが、処理する有機物中の脂肪濃度、特に、飽和脂肪酸濃度が増大すると、メタン発酵槽内で、飽和脂肪酸が分解される前に、飽和脂肪酸どうしが、接触し付着を繰り返して脂肪の塊が造粒し、配管を閉塞させ、槽自体の容積を減少させるという問題が生じる。また、蓄積した脂肪酸もｐＨを低下させるなどの、阻害要因となり、発酵が不安定になり、酸敗して発酵を停止してしまうという問題があった。また、上記特許文献１記載の技術では、油脂が塊状にならないように均一に分散し、再度スラリー化して処理を行なっているが、この油脂によって再度油脂の塊が発生する原因となり、上述した配管の閉塞や槽自体の容積を減少させるという問題は解決されない。
【０００６】
また、脂肪の中でも、直鎖飽和脂肪酸であるパルミチン酸とステアリン酸は、それぞれ融点が、６２．６℃、７０．５℃と高く、５５℃の高温メタン発酵でも分解し難い脂肪酸である。主に動物性脂肪に多く含有されるパルミチン酸とステアリン酸の含有率が高い場合、脂肪の塊が生じやすい。これまでは、高濃度の飽和脂肪酸が存在する特異な発酵を行なう方法として、脂肪どうしの接触を防止したり、分散させるために、汚泥と混在させて発酵を行なう方法や、その他の有機性廃棄物と混合したり、水の希釈を増加させることで、融点の高いステアリン酸やパルミチン酸といった飽和脂肪酸濃度を低下させ、脂肪が接触して造粒されることを防止するのが一般的で、メタン発酵槽への投入方法については詳細な検討はなされていないのが実情であった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、脂肪の塊が発生した場合でも、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができるメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵する発酵槽を有するメタン発酵処理装置であって、前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理装置と、前記油分処理装置で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する油分処理経路とを有する。この構成によれば、脂肪の塊が発生しても、その脂肪の塊を排出して、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができる。
【０００９】
前記脂分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕する構成を採用できる。この構成によれば、発酵槽内で油分の塊の発生を防止することができる。
【００１０】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を８０℃以上の温度で融解させる構成を採用できる。この構成よれば、油分を可溶化させることができる。
【００１１】
前記油分処理装置は、前記発酵槽から抜き取った油分にマイクロ波を照射して融解させる構成を採用できる。この構成によれば、油分を可溶化させることができる。
【００１２】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を水熱反応で可溶化する構成を採用できる。前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を超音波で分散させる構成を採用できる。この構成によれば、油分を可溶化することができる。
【００１３】
前記油分処理経路は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうちの少なくとも一方に接続される構成を採用できる。この構成によれば、加熱装置の付近は、循環する発酵液の温度が高いため、油分処理装置によって処理した油分をさらに可溶化することができる。
【００１４】
前記有機性廃棄物のn-ヘキサン抽出物質濃度が２g／Ｌ以上であるのが好ましい。前記有機性廃棄物中のパルミチン酸とステアリン酸の含有比率が、全脂肪酸の４０％以上であるのが好ましい。
【００１５】
本発明は、有機性廃棄物を発酵槽でメタン発酵するメタン発酵処理方法であって、前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理工程と、前記油分処理工程で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する投入工程とを有する。この構成によれば、脂肪の塊が発生しても、その脂肪の塊を排出して、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができる。
【００１６】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕することができる。この構成によれば、発酵槽内で油分の塊の発生を防止することができる。
【００１７】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を可溶化することができる。この構成によれば、発酵槽内で油分の塊の発生を防止することができる。
【００１８】
前記投入工程は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうち、少なくとも一方に前記油分処理工程で処理された油分を投入する。この構成によれば、加熱装置の付近は、循環する発酵液の温度が高いため、油分処理装置によって処理した油分をさらに可溶化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、脂肪の塊が発生した場合でも、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができるメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るメタン発酵処理装置の構成図である。図１に示すように、メタン発酵処理装置１は、有機性廃棄物貯留槽２、スラリー供給ポンプ３、メタン発酵槽４、発酵液循環ライン（循環経路）５、発酵液循環ポンプ６、加熱装置７、発酵液引抜きポンプ８、油分処理ライン９、浮上油分引抜きポンプ１０及び浮上油分処理装置１１を備える。
【００２１】
メタン発酵処理装置１は、生ごみ等の有機性廃棄物を供給してメタンガスを主成分とするバイオガス等の資源を回収するものである。有機性廃棄物貯留槽２は、有機性廃棄物を水道水などで所定濃度に調整したスラリーを貯留するものである。スラリー供給ポンプ３は、有機性廃棄物貯留槽２に貯留されスラリー化された有機性廃棄物をメタン発酵槽４へ供給する。
【００２２】
メタン発酵槽４は、有機性廃棄物からメタンガスを主成分とするバイオガスなどを発生させるものである。このメタン発酵槽４は、メタン菌等の嫌気性微生物が付着・担持された固定化微生物を充填した固定ろ床が設置されている。発酵により生成したバイオガスは、ガスタービンや燃料電池などのガス利用システムでエネルギーとして利用される。
【００２３】
発酵液循環ライン５は、メタン発酵槽４から外部に引き抜いた発酵液を加熱装置７で加温してメタン発酵槽４へ戻す経路である。発酵液循環ポンプ６は、メタン発酵槽４内の発酵液を引き抜き、発酵液を加熱装置７に加温される発酵液循環ライン５中に移送する。加熱装置７は、発酵液循環ライン５中の発酵液を加温するものである。発酵液引抜きポンプ８は、メタン発酵槽４内の発酵廃液を廃液処理槽（不図示）へ供給する。
【００２４】
油分処理ライン９は、メタン発酵槽６内に蓄積した浮上油分を発酵液循環ライン５中に投入する経路である。この油分処理ライン９は、発酵液循環ライン５中の加熱装置７の導入前又は加熱装置７の出口付近に接続され、浮上油分処理装置１１によって処理された油分を発酵液循環ライン５へ戻すことができる。浮上油分引抜きポンプ１０は、メタン発酵槽４内で、蓄積して浮上した油分を引き抜き、浮上油分処理装置１１へ供給する。
【００２５】
浮上油分処理装置１１は、メタン発酵槽４内から抜き取った油分に対して塊防止処理を行なうものである。例えば、浮上油分処理装置１１は、メタン発酵槽４内から抜き取った油分に対して、カッターミキサー、粉砕ポンプ、超音波照射などによる物理的な切断や破砕を加えるか、又は、加温やマイクロ波を照射することで、熱により可溶化を行なう。
【００２６】
浮上油分処理装置１１が、例えばカッターミキサーや粉砕ポンプなどにより構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分をカッターミキサーや粉砕ポンプなどで、再分散することができる。また、浮上油分処理装置１１が、例えばヒーターにより構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分を所定以上の温度（例えば８０℃以上）で融解させることができる。また、浮上油分処理装置１１がマイクロ波を照射できる装置で構成される場合、メタン発酵槽４から抜き取った油分にマイクロ波を照射して融解させることができる。
【００２７】
また、浮上油分処理装置１１が高温高圧の水熱反応で可溶化できる装置で構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分を水熱反応で可溶化することができる。さらに、浮上油分処理装置１１が超音波を発する装置で構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分を超音波分散で再分散することができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例について説明する。まず、本発明の実施例１〜実施例４について説明する。実施例１〜実施例４は、アイスクリームを試料として用いた場合の例である。
【００２９】
飽和脂肪酸率の高い有機物として、アイスクリームを材料にして、水道水で２倍希釈し、食堂用カッターミキサーで調整したものを原料スラリーとして用いた。表１に作成したアイスクリームスラリーの組成を示す。
【００３０】
【表１】
発酵条件は、メタン発酵槽４としては発酵容積５リットルの完全混合槽で発酵温度５５℃、滞留時間(ＨＲＴ)１０日で行なった。
【００３１】
アイスクリームスラリーを貯留する有機性廃棄物貯留槽２の容積は５リットルで、室温にて、所定の攪拌強度で攪拌させながら、実験を行なった。試料の投入は、発酵液循環ライン５に１日１２分割で所定量のアイスクリームスラリーを投入した。浮上した油分物質は、浮上油分引き抜きポンプ１０によって１日１回、メタン発酵槽４外へ吸引して排出し、以下の実施例のように浮上油分処理装置１１によって可溶化処理を行ない、発酵液循環ライン５に合流させた。また、メタン発酵槽４をメシュフィルターでろ過し、メッシュにのこった油分を秤量して、油分の蓄積傾向を比較評価した。
【００３２】
比較例１
メタン発酵槽４内で発生した浮上油分物質を排出することなく、１０日間運転した。
【００３３】
実施例１
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、５倍希釈したのち浮上油分処理装置１１としてのカッターミキサーで、２分間程度、粉砕して再分散後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００３４】
実施例２
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１としての電子レンジで２分程度マイクロ波を照射して融解させた後に、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００３５】
実施例３
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１によって高温高圧の水熱反応で可溶化した後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００３６】
実施例４
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１によって超音波を１５分間照射した後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
油分蓄積量の比較を表２に示す。
【００３７】
【表２】
これらの結果より、メタン発酵槽４内に発生した例えば脂肪粒などの浮上油分を浮上油分処理装置１１で油分の塊の発生防止処理を行ない、再度、可溶化もしくは分散して、メタン発酵槽４の外部に引き抜き加温して戻す発酵液循環ライン５中に投入することで、メタン発酵槽４での油分の塊の発生を防止できるのが分かる。
【００３８】
次に、本発明の実施例５〜実施例９について説明する。尚、実施例５〜実施例９は、オリーブ油廃液、サラダ油廃液、アイスクリーム廃液、生ごみ希釈廃液１及び生ごみ希釈廃液２を試料として用いている。表３に実験に用いた試料の組成を示す。所定の有機性廃液を水で濃度調整を行ない発酵実験に用いた。
【表３】
発酵条件は、メタン発酵槽４が発酵容積５リットルの完全混合槽で発酵温度５５℃、滞留時間(ＨＲＴ)１０日で行なった。試料の投入は１日１２分割で所定量を投入した。浮上した油分物質は、浮上油分引き抜きポンプ１０によって１日１回、メタン発酵槽４外へ吸引して排出し、以下の実施例のように浮上油分処理装置１１によって可溶化処理を行ない、発酵液循環ライン５に合流させた。また、メタン発酵槽４をメシュフィルターでろ過し、メッシュに残った油分を秤量して、油分の蓄積傾向を比較評価した。
【００３９】
実施例５
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、カッターミキサーで、２分間程度、粉砕後、発酵液循環ライン５に合流させて、１０日間運転した。
【００４０】
実施例６
試料４の生ごみ希釈廃液１をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、カッターミキサーで、２分間程度、粉砕後、発酵液循環ライン５に合流させて、１０日間運転した。
【００４１】
実施例７
試料５の生ごみ希釈廃液２をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、カッターミキサーで、２分間程度、粉砕後、発酵液循環ライン５に合流させて、１０日間運転した。
【００４２】
実施例８
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１によって超音波を１５分間照射した後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００４３】
実施例９
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１としての電子レンジで２分程度マイクロ波を照射した後に、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００４４】
比較例２
試料１のオリーブ油廃液をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４５】
比較例３
試料２のサラダ油廃液をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４６】
比較例４
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４７】
比較例５
試料５の生ごみ希釈廃液２をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４８】
油分蓄積量の比較を表４に示す。
【００４９】
【表４】
アイスクリーム廃液を用いて、油分塊防止処理と発酵液循環ライン５への返送を行なわないで発酵した場合（比較例４）、油脂の粒が発酵液に蓄積した。
【００５０】
生ごみ希釈廃液を用いて、油分塊防止処理と発酵液循環ライン５への返送を行なわないで発酵した場合（比較例５）、油脂の粒が発酵液に蓄積した。
【００５１】
オリーブ油（比較例２）やサラダ油（比較例３）を用いて、油分塊防止処理と発酵液循環ライン５への返送を行なわないで発酵した場合、油脂の粒は発酵液に蓄積しなかった。
【００５２】
アイスクリーム廃液を用いて、カッターミキサー（実施例５）による粉砕や、超音波照射（実施例６）、マイクロ波照射（実施例９）を行なって、発酵液循環ライン７に返送した場合、油脂の粒の蓄積は少なかった。
【００５３】
生ごみ希釈廃液１、２を用いて、カッターミキサー（実施例６、７）による粉砕を行なって、発酵液循環ライン５に返送した場合、油脂の粒の蓄積は少なかった。
【００５４】
これらの結果より、メタン発酵槽４内に発生した浮上油分を上述の方法を用いて、再度、油分塊防止処理を行なって、発酵液循環ライン５に投入することで、メタン発酵槽５での油分の塊の発生を防止することが可能になることがわかる。
また、脂肪粒が発生し易い条件として、そのときの有機性廃棄物試料の性状が、パルミチン酸とステアリン酸の含有率が全脂肪酸の４０％以上で、n-ヘキサン抽出物質濃度が２ｇ／Ｌ以上である場合であることが確認された。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係るメタン発酵処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・メタン発酵処理装置
２・・・有機性廃棄物貯留槽
３・・・スラリー供給ポンプ
４・・・メタン発酵槽
５・・・発酵液循環ライン
６・・・発酵液循環ポンプ
７・・・加熱装置
８・・・発酵液引き抜きポンプ
９・・・油分処理ライン
１０・・・浮上汚泥引き抜きポンプ
１１・・・油分処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガス等の資源回収を回収するメタン発酵処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ、汚泥等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋立処分されているが、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋立処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するために有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが開発されている。
【０００３】
メタン発酵は、有機性廃棄物を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換するもので、投入原料の性状や運転条件などにより様々な処理方法、発酵槽が提案されている。メタン発酵法は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気処理で曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法である。しかも、副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。メタン発酵は発酵対象として、生分解性の有機性廃棄物であれば、アンモニア阻害を起こす濃度以下で十分な反応時間を確保すれば、発酵は問題なく可能である。また、高濃度の飽和脂肪酸を含む廃棄物に関しては、その他の廃棄物と混合することや、水希釈により濃度を下げることで対処していた。
【０００４】
また、メタン発酵に関する他の従来技術として、濃度油脂や油脂含有廃棄物を油脂が塊状にならないように均一に分散する技術が提案されている（特許文献１参照）。さらに、固体成分を分離するものや油分離をマイクロ波を使って行なう技術が提案されている（特許文献２〜特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０２８２８号公報
【特許文献２】特開２００７− ２９８４１号公報
【特許文献３】特開２００５−１９３１４６号公報
【特許文献４】特開２００７− ８１１号公報
【特許文献５】特開２００６−２０５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、メタン発酵を行なう場合、処理対象物の有機物スラリーをメタン発酵槽に投入して行なうが、処理する有機物中の脂肪濃度、特に、飽和脂肪酸濃度が増大すると、メタン発酵槽内で、飽和脂肪酸が分解される前に、飽和脂肪酸どうしが、接触し付着を繰り返して脂肪の塊が造粒し、配管を閉塞させ、槽自体の容積を減少させるという問題が生じる。また、蓄積した脂肪酸もｐＨを低下させるなどの、阻害要因となり、発酵が不安定になり、酸敗して発酵を停止してしまうという問題があった。また、上記特許文献１記載の技術では、油脂が塊状にならないように均一に分散し、再度スラリー化して処理を行なっているが、この油脂によって再度油脂の塊が発生する原因となり、上述した配管の閉塞や槽自体の容積を減少させるという問題は解決されない。
【０００６】
また、脂肪の中でも、直鎖飽和脂肪酸であるパルミチン酸とステアリン酸は、それぞれ融点が、６２．６℃、７０．５℃と高く、５５℃の高温メタン発酵でも分解し難い脂肪酸である。主に動物性脂肪に多く含有されるパルミチン酸とステアリン酸の含有率が高い場合、脂肪の塊が生じやすい。これまでは、高濃度の飽和脂肪酸が存在する特異な発酵を行なう方法として、脂肪どうしの接触を防止したり、分散させるために、汚泥と混在させて発酵を行なう方法や、その他の有機性廃棄物と混合したり、水の希釈を増加させることで、融点の高いステアリン酸やパルミチン酸といった飽和脂肪酸濃度を低下させ、脂肪が接触して造粒されることを防止するのが一般的で、メタン発酵槽への投入方法については詳細な検討はなされていないのが実情であった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、脂肪の塊が発生した場合でも、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができるメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵する発酵槽を有するメタン発酵処理装置であって、前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理装置と、前記油分処理装置で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する油分処理経路とを有する。この構成によれば、脂肪の塊が発生しても、その脂肪の塊を排出して、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができる。
【０００９】
前記脂分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕する構成を採用できる。この構成によれば、発酵槽内で油分の塊の発生を防止することができる。
【００１０】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を８０℃以上の温度で融解させる構成を採用できる。この構成よれば、油分を可溶化させることができる。
【００１１】
前記油分処理装置は、前記発酵槽から抜き取った油分にマイクロ波を照射して融解させる構成を採用できる。この構成によれば、油分を可溶化させることができる。
【００１２】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を水熱反応で可溶化する構成を採用できる。前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を超音波で分散させる構成を採用できる。この構成によれば、油分を可溶化することができる。
【００１３】
前記油分処理経路は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうちの少なくとも一方に接続される構成を採用できる。この構成によれば、加熱装置の付近は、循環する発酵液の温度が高いため、油分処理装置によって処理した油分をさらに可溶化することができる。
【００１４】
前記有機性廃棄物のn-ヘキサン抽出物質濃度が２g／Ｌ以上であるのが好ましい。前記有機性廃棄物中のパルミチン酸とステアリン酸の含有比率が、全脂肪酸の４０％以上であるのが好ましい。
【００１５】
本発明は、有機性廃棄物を発酵槽でメタン発酵するメタン発酵処理方法であって、前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理工程と、前記油分処理工程で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する投入工程とを有する。この構成によれば、脂肪の塊が発生しても、その脂肪の塊を排出して、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができる。
【００１６】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕することができる。この構成によれば、発酵槽内で油分の塊の発生を防止することができる。
【００１７】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を可溶化することができる。この構成によれば、発酵槽内で油分の塊の発生を防止することができる。
【００１８】
前記投入工程は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうち、少なくとも一方に前記油分処理工程で処理された油分を投入する。この構成によれば、加熱装置の付近は、循環する発酵液の温度が高いため、油分処理装置によって処理した油分をさらに可溶化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、脂肪の塊が発生した場合でも、脂肪粒による発酵槽内の閉塞を抑制し、発酵の悪化を抑制することができるメタン発酵処理装置及びメタン発酵処理方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るメタン発酵処理装置の構成図である。図１に示すように、メタン発酵処理装置１は、有機性廃棄物貯留槽２、スラリー供給ポンプ３、メタン発酵槽４、発酵液循環ライン（循環経路）５、発酵液循環ポンプ６、加熱装置７、発酵液引抜きポンプ８、油分処理ライン９、浮上油分引抜きポンプ１０及び浮上油分処理装置１１を備える。
【００２１】
メタン発酵処理装置１は、生ごみ等の有機性廃棄物を供給してメタンガスを主成分とするバイオガス等の資源を回収するものである。有機性廃棄物貯留槽２は、有機性廃棄物を水道水などで所定濃度に調整したスラリーを貯留するものである。スラリー供給ポンプ３は、有機性廃棄物貯留槽２に貯留されスラリー化された有機性廃棄物をメタン発酵槽４へ供給する。
【００２２】
メタン発酵槽４は、有機性廃棄物からメタンガスを主成分とするバイオガスなどを発生させるものである。このメタン発酵槽４は、メタン菌等の嫌気性微生物が付着・担持された固定化微生物を充填した固定ろ床が設置されている。発酵により生成したバイオガスは、ガスタービンや燃料電池などのガス利用システムでエネルギーとして利用される。
【００２３】
発酵液循環ライン５は、メタン発酵槽４から外部に引き抜いた発酵液を加熱装置７で加温してメタン発酵槽４へ戻す経路である。発酵液循環ポンプ６は、メタン発酵槽４内の発酵液を引き抜き、発酵液を加熱装置７に加温される発酵液循環ライン５中に移送する。加熱装置７は、発酵液循環ライン５中の発酵液を加温するものである。発酵液引抜きポンプ８は、メタン発酵槽４内の発酵廃液を廃液処理槽（不図示）へ供給する。
【００２４】
油分処理ライン９は、メタン発酵槽６内に蓄積した浮上油分を発酵液循環ライン５中に投入する経路である。この油分処理ライン９は、発酵液循環ライン５中の加熱装置７の導入前又は加熱装置７の出口付近に接続され、浮上油分処理装置１１によって処理された油分を発酵液循環ライン５へ戻すことができる。浮上油分引抜きポンプ１０は、メタン発酵槽４内で、蓄積して浮上した油分を引き抜き、浮上油分処理装置１１へ供給する。
【００２５】
浮上油分処理装置１１は、メタン発酵槽４内から抜き取った油分に対して塊防止処理を行なうものである。例えば、浮上油分処理装置１１は、メタン発酵槽４内から抜き取った油分に対して、カッターミキサー、粉砕ポンプ、超音波照射などによる物理的な切断や破砕を加えるか、又は、加温やマイクロ波を照射することで、熱により可溶化を行なう。
【００２６】
浮上油分処理装置１１が、例えばカッターミキサーや粉砕ポンプなどにより構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分をカッターミキサーや粉砕ポンプなどで、再分散することができる。また、浮上油分処理装置１１が、例えばヒーターにより構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分を所定以上の温度（例えば８０℃以上）で融解させることができる。また、浮上油分処理装置１１がマイクロ波を照射できる装置で構成される場合、メタン発酵槽４から抜き取った油分にマイクロ波を照射して融解させることができる。
【００２７】
また、浮上油分処理装置１１が高温高圧の水熱反応で可溶化できる装置で構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分を水熱反応で可溶化することができる。さらに、浮上油分処理装置１１が超音波を発する装置で構成される場合、メタン発酵槽４内から抜き取った油分を超音波分散で再分散することができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例について説明する。まず、本発明の実施例１〜実施例４について説明する。実施例１〜実施例４は、アイスクリームを試料として用いた場合の例である。
【００２９】
飽和脂肪酸率の高い有機物として、アイスクリームを材料にして、水道水で２倍希釈し、食堂用カッターミキサーで調整したものを原料スラリーとして用いた。表１に作成したアイスクリームスラリーの組成を示す。
【００３０】
【表１】
発酵条件は、メタン発酵槽４としては発酵容積５リットルの完全混合槽で発酵温度５５℃、滞留時間(ＨＲＴ)１０日で行なった。
【００３１】
アイスクリームスラリーを貯留する有機性廃棄物貯留槽２の容積は５リットルで、室温にて、所定の攪拌強度で攪拌させながら、実験を行なった。試料の投入は、発酵液循環ライン５に１日１２分割で所定量のアイスクリームスラリーを投入した。浮上した油分物質は、浮上油分引き抜きポンプ１０によって１日１回、メタン発酵槽４外へ吸引して排出し、以下の実施例のように浮上油分処理装置１１によって可溶化処理を行ない、発酵液循環ライン５に合流させた。また、メタン発酵槽４をメシュフィルターでろ過し、メッシュにのこった油分を秤量して、油分の蓄積傾向を比較評価した。
【００３２】
比較例１
メタン発酵槽４内で発生した浮上油分物質を排出することなく、１０日間運転した。
【００３３】
実施例１
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、５倍希釈したのち浮上油分処理装置１１としてのカッターミキサーで、２分間程度、粉砕して再分散後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００３４】
実施例２
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１としての電子レンジで２分程度マイクロ波を照射して融解させた後に、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００３５】
実施例３
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１によって高温高圧の水熱反応で可溶化した後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００３６】
実施例４
メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１によって超音波を１５分間照射した後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
油分蓄積量の比較を表２に示す。
【００３７】
【表２】
これらの結果より、メタン発酵槽４内に発生した例えば脂肪粒などの浮上油分を浮上油分処理装置１１で油分の塊の発生防止処理を行ない、再度、可溶化もしくは分散して、メタン発酵槽４の外部に引き抜き加温して戻す発酵液循環ライン５中に投入することで、メタン発酵槽４での油分の塊の発生を防止できるのが分かる。
【００３８】
次に、本発明の実施例５〜実施例９について説明する。尚、実施例５〜実施例９は、オリーブ油廃液、サラダ油廃液、アイスクリーム廃液、生ごみ希釈廃液１及び生ごみ希釈廃液２を試料として用いている。表３に実験に用いた試料の組成を示す。所定の有機性廃液を水で濃度調整を行ない発酵実験に用いた。
【表３】
発酵条件は、メタン発酵槽４が発酵容積５リットルの完全混合槽で発酵温度５５℃、滞留時間(ＨＲＴ)１０日で行なった。試料の投入は１日１２分割で所定量を投入した。浮上した油分物質は、浮上油分引き抜きポンプ１０によって１日１回、メタン発酵槽４外へ吸引して排出し、以下の実施例のように浮上油分処理装置１１によって可溶化処理を行ない、発酵液循環ライン５に合流させた。また、メタン発酵槽４をメシュフィルターでろ過し、メッシュに残った油分を秤量して、油分の蓄積傾向を比較評価した。
【００３９】
実施例５
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、カッターミキサーで、２分間程度、粉砕後、発酵液循環ライン５に合流させて、１０日間運転した。
【００４０】
実施例６
試料４の生ごみ希釈廃液１をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、カッターミキサーで、２分間程度、粉砕後、発酵液循環ライン５に合流させて、１０日間運転した。
【００４１】
実施例７
試料５の生ごみ希釈廃液２をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、カッターミキサーで、２分間程度、粉砕後、発酵液循環ライン５に合流させて、１０日間運転した。
【００４２】
実施例８
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１によって超音波を１５分間照射した後、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００４３】
実施例９
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、メタン発酵槽４内に浮上した油分物質を浮上油分引き抜きポンプ１０で抜き取り、浮上油分処理装置１１としての電子レンジで２分程度マイクロ波を照射した後に、発酵液循環ライン５に混合させ、１０日間運転した。
【００４４】
比較例２
試料１のオリーブ油廃液をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４５】
比較例３
試料２のサラダ油廃液をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４６】
比較例４
試料３のアイスクリーム廃液をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４７】
比較例５
試料５の生ごみ希釈廃液２をメタン発酵槽４に投入し、１０日間運転した。
【００４８】
油分蓄積量の比較を表４に示す。
【００４９】
【表４】
アイスクリーム廃液を用いて、油分塊防止処理と発酵液循環ライン５への返送を行なわないで発酵した場合（比較例４）、油脂の粒が発酵液に蓄積した。
【００５０】
生ごみ希釈廃液を用いて、油分塊防止処理と発酵液循環ライン５への返送を行なわないで発酵した場合（比較例５）、油脂の粒が発酵液に蓄積した。
【００５１】
オリーブ油（比較例２）やサラダ油（比較例３）を用いて、油分塊防止処理と発酵液循環ライン５への返送を行なわないで発酵した場合、油脂の粒は発酵液に蓄積しなかった。
【００５２】
アイスクリーム廃液を用いて、カッターミキサー（実施例５）による粉砕や、超音波照射（実施例６）、マイクロ波照射（実施例９）を行なって、発酵液循環ライン７に返送した場合、油脂の粒の蓄積は少なかった。
【００５３】
生ごみ希釈廃液１、２を用いて、カッターミキサー（実施例６、７）による粉砕を行なって、発酵液循環ライン５に返送した場合、油脂の粒の蓄積は少なかった。
【００５４】
これらの結果より、メタン発酵槽４内に発生した浮上油分を上述の方法を用いて、再度、油分塊防止処理を行なって、発酵液循環ライン５に投入することで、メタン発酵槽５での油分の塊の発生を防止することが可能になることがわかる。
また、脂肪粒が発生し易い条件として、そのときの有機性廃棄物試料の性状が、パルミチン酸とステアリン酸の含有率が全脂肪酸の４０％以上で、n-ヘキサン抽出物質濃度が２ｇ／Ｌ以上である場合であることが確認された。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係るメタン発酵処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・メタン発酵処理装置
２・・・有機性廃棄物貯留槽
３・・・スラリー供給ポンプ
４・・・メタン発酵槽
５・・・発酵液循環ライン
６・・・発酵液循環ポンプ
７・・・加熱装置
８・・・発酵液引き抜きポンプ
９・・・油分処理ライン
１０・・・浮上汚泥引き抜きポンプ
１１・・・油分処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵する発酵槽を有するメタン発酵処理装置であって、
前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理装置と、
前記油分処理装置で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する油分処理経路と、
を有することを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項２】
前記脂分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕する、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項３】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を８０℃以上の温度で融解させる、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項４】
前記油分処理装置は、前記発酵槽から抜き取った油分にマイクロ波を照射して融解させる、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を水熱反応で可溶化する、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項６】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を超音波で分散させる、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項７】
前記油分処理経路は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうちの少なくとも一方に接続されている、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項８】
前記有機性廃棄物のn-ヘキサン抽出物質濃度が２g／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項９】
前記有機性廃棄物中のパルミチン酸とステアリン酸の含有比率が、全脂肪酸の４０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項１０】
有機性廃棄物を発酵槽でメタン発酵するメタン発酵処理方法であって、
前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理工程と、
前記油分処理工程で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する投入工程と、
を有することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項１１】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕する、ことを特徴とする請求項１０に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１２】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を可溶化する、ことを特徴とする請求項１０に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１３】
前記投入工程は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうち、少なくとも一方に前記油分処理工程で処理された油分を投入する、ことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵する発酵槽を有するメタン発酵処理装置であって、
前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理装置と、
前記油分処理装置で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する油分処理経路と、
を有することを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項２】
前記脂分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕する、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項３】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を８０℃以上の温度で融解させる、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項４】
前記油分処理装置は、前記発酵槽から抜き取った油分にマイクロ波を照射して融解させる、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を水熱反応で可溶化する、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項６】
前記油分処理装置は、前記発酵槽内から抜き取った油分を超音波で分散させる、ことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項７】
前記油分処理経路は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうちの少なくとも一方に接続されている、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項８】
前記有機性廃棄物のn-ヘキサン抽出物質濃度が２g／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項９】
前記有機性廃棄物中のパルミチン酸とステアリン酸の含有比率が、全脂肪酸の４０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項１０】
有機性廃棄物を発酵槽でメタン発酵するメタン発酵処理方法であって、
前記発酵槽内から抜き取った油分に対して前記油分の塊の発生を防止する処理を行なう油分処理工程と、
前記油分処理工程で処理された油分を、前記発酵槽から外部に引き抜いた発酵液を加温して前記発酵槽へ戻す循環経路中に投入する投入工程と、
を有することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項１１】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を切断又は破砕する、ことを特徴とする請求項１０に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１２】
前記脂分処理工程は、前記発酵槽内から抜き取った脂分を可溶化する、ことを特徴とする請求項１０に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１３】
前記投入工程は、前記循環経路中に設けられた加熱装置の導入前および前記加熱装置の出口のうち、少なくとも一方に前記油分処理工程で処理された油分を投入する、ことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のメタン発酵処理方法。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２２９５９０（Ｐ２００８−２２９５９０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７６７４４（Ｐ２００７−７６７４４）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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