メタン発酵方法及びメタン発酵装置
【課題】長期にわたって安定した発酵状態を維持することができるメタン発酵方法及びメタン発酵装置を提供すること。
【解決手段】質量流量計１４に通して求められる有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物を油脂除去器１３に通して油脂を除去した分離液を質量流量計１３に通して求められる密度とを測定し、これらの密度に基づいて該有機性廃棄物中の全有機物濃度を、密度−濃度変換器２１にてＴＳ濃度として求め、このＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように有機性廃棄物に希釈水供給量を決定して、ＰＩＤコントローラ２２から希釈水供給手段８に制御信号を送るように構成されているメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行う。
【解決手段】質量流量計１４に通して求められる有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物を油脂除去器１３に通して油脂を除去した分離液を質量流量計１３に通して求められる密度とを測定し、これらの密度に基づいて該有機性廃棄物中の全有機物濃度を、密度−濃度変換器２１にてＴＳ濃度として求め、このＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように有機性廃棄物に希釈水供給量を決定して、ＰＩＤコントローラ２２から希釈水供給手段８に制御信号を送るように構成されているメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、牛乳、ヨーグルト、アイスクリームなどの油脂を多く含む有機性廃棄物をメタン発酵によって処理するメタン発酵方法及びメタン発酵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥や畜産汚泥などの有機性廃棄物をメタン発酵処理し、メタンガスと炭酸ガスを主体としたバイオガスを回収する方式は古くから行われている。メタン発酵処理は、発酵槽内に酸生成細菌やメタン生成細菌を増殖させ、これら細菌群により有機物を分解させる処理方法であって、有機性廃棄物をバイオガスとしてエネルギーリサイクルできることから、生ごみや食品廃棄物を対象に適用が広がっている。
【０００３】
メタン発酵処理では、細菌群に与える有機物量が少ないと、槽内の細菌群が増殖できず菌数が減少してしまい、細菌群に与える有機物量が多すぎると、細菌群の中間代謝物である酢酸やプロピオン酸がメタン発酵槽内に蓄積していき、槽内のｐＨが低下して発酵効率が悪化してしまう。このため、メタン発酵処理では、細菌群の処理能力に対して与える負荷、すなわち、メタン発酵槽への投入有機物量を適性に保持することが重要である。
また、油脂を多く含む有機性廃棄物の処理では、油脂塊が析出して、メタン発酵槽や配管などを閉塞する恐れがある。このため、有機性廃棄物の油脂濃度に応じて希釈水量を調整することも重要である。
【０００４】
そこで、有機性廃棄物のメタン発酵処理を安定して行うにあたり、メタン発酵槽に供給する有機性廃棄物中の有機物濃度や油脂濃度を測定し、メタン発酵槽の発酵状態に応じて有機性廃棄物の供給量を調整することが行われている。
【０００５】
下記特許文献１には、原水ＣＯＤｃｒ濃度測定値、メタンガス濃度測定値及び発生ガス量測定値を予め入れておいたコンピュータに入力して全データを分析し、流入原水量を自動制御して嫌気性排水処理を行うことが開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、スラリー調整槽におけるスラリーの油脂濃度、及び油脂に含まれる飽和脂肪酸の割合を測定し、スラリーの油脂濃度、及び油脂に含まれる飽和脂肪酸の割合に応じて、スラリーの希釈率を設定することにより、スラリーの油脂濃度を調整して、メタン発酵処理を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８８０８１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０５０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
有機性廃棄物中の有機物濃度や油脂濃度の測定方法としては、ＣＯＤ計やＴＯＣ計等の機器を用いて測定する方法が一般的である。しかしながら、測定対象の有機性廃棄物中の有機物濃度、特に油脂濃度が高くなると、これらの測定機器に有機性廃棄物が付着して、測定機器が汚染することがあり、有機物濃度や油脂濃度を連続して正確に測定し続けることができない。
【０００９】
また、特許文献１では、原水ＣＯＤｃｒ濃度を手分析で測定しており、特許文献２では、油脂濃度をクロロホルム−メタノール抽出による手分析で測定している。手分析であれば、誤計測による制御不良の危険性が少なくなる。しかしながら、例えば、食品製造ラインなどでは、製品の切り替えや製造装置の洗浄に伴って１日の作業時間の間で濃度変動が大きい廃液が排出される。特に、乳製品の製造設備より発生する廃乳廃液等では、多種類の製品毎により油脂濃度や有機物濃度は一定せず、日毎に変動する。ちなみに、乳製品工場での実情では、固形分濃度（ＴＳ）＝２〜８重量％程度で日毎の変動幅がある。このため、手分析では有機物濃度や油脂濃度の測定が間に合わず、油脂塊が析出して配管閉塞が生じたり、メタン発酵槽内の細菌群の生育に支障が生じることがあり、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができない。
【００１０】
メタン発酵槽では、廃乳廃液等が嫌気性微生物により処理される。このメタン発酵処理は生物処理であることから、メタン発酵槽への投入物（ＩＮＰＵＴ）である廃乳廃液等の有機性廃棄物の組成（特に有機物濃度）を単位時間当たり一定に保つことが、安定した処理には大変に重要である。特に、メタン発酵槽への投入物の組成を単位時間当たり一定に保つことは、水力学的な滞留時間（滞留日数、ＨＲＴ）を短縮（高速化）した高速メタン発酵処理では特に重要である。
【００１１】
乳製品の製造設備より発生する廃乳廃液等では、多種類の製品毎により固形分濃度は一定せず、日毎の固形分濃度も変動する。この廃乳廃液等をメタン発酵処理におけるバイオマス原料として捉えると、日毎で固形分濃度が変動した状態で廃乳廃液等をメタン発酵槽へ投入することは、安定した処理には不都合である。
【００１２】
メタン発酵槽に供給する有機性廃棄物の固形分の投入量を単位時間当たり一定に保つには、以下が必要となる。
１）有機性廃棄物を組成分析した後に、比例計算などにより水希釈して、固形分濃度を調整し、有機性廃棄物等を流動性のあるスラリー状とする。
２）スラリー状の有機性廃棄物を単位時間当たり一定量でメタン発酵槽へ投入する。
【００１３】
スラリー状の有機性廃棄物を、単位時間当たり一定量でメタン発酵槽へ投入することは、絞り弁の使用、定量ポンプとインバータを組み合わせた動作制御、タイマーの時間制御などにより、容易に自動化が可能である。
【００１４】
一方で、廃乳廃液などのような油脂濃度や有機物濃度が日々で変動する有機性廃棄物の場合、濃度調整をした有機性廃棄物を貯留する貯液タンク（調整槽）などを別個に設けるなどで対応していたが、設置面積（スペース）を要するなどの問題があった。また、有機性廃棄物の組成分析、希釈水量の調整などに多くの労力を要し、省人化を図る上で大きな支障となっていた。
【００１５】
ところで、循環型社会形成推進基本法（平成１２年６月２日）の公布により、廃棄物等のうち有用なものを、循環資源として位置づけ、その循環的な利用を従来よりも促進することとなった。廃棄物等の処理の優先順位は、次の通りである。
『発生抑制』＞『再使用』＞『再生利用』＞『熱回収』＞『適正処分』
【００１６】
例えば、乳製品の製造では、上記『発生抑制』に係る改善や開発を、製造工程の全体を通して、総合的に推進している。ただし、上記『再使用』や『再生利用』に係る改善や開発では、食品の品質的な要求により、ある程度の範囲に限定されてしまうこととなる。
従って、乳製品の製造設備（プラント）では、廃乳廃液等は必ず発生することとなり、乳製品工場の規模によっては、その発生量が年間で数百トンに至ることもある。
【００１７】
廃乳廃液等は一般的に、産業廃棄物における「動植物性残渣」、「汚泥」、「廃酸」として、焼却や脱水された後に、それを埋め立てる等して処理されている。食品廃棄物の一部は、飼料として資源化されているが、一定の品質を確保する必要があり、その取り扱い等には注意が必要である。また、廃乳廃液等から飼料への処理費では、飼料そのものは有償で売却されるが、飼料の収集費や運搬費の支払いが発生するため、実態では逆有償となっている。
【００１８】
前述したような背景から、廃乳廃液の処理においては、特に上記『熱回収』が注目されている。具体的には、廃乳廃液をメタン発酵処理し、エネルギーとして回収することが注目されている。
しかしながら、油脂濃度や固形分濃度が日毎変動する有機性廃棄物をメタン発酵処理するにあたり、これらの濃度を自動調整して、所定の濃度に調整された有機性廃棄物をメタン発酵槽に供給する方法は、これまで知られていなかった。
メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物中の油脂濃度が大きすぎると、油脂塊が析出して配管が閉塞する問題がある。また、有機物濃度が変動すると、メタン発酵処理が安定せず、異常発酵が生じて悪臭などのトラブルが発生するおそれがある。
【００１９】
廃乳廃液等のメタン発酵処理は、実験や研究の段階から、現場での実証試験の段階へ移行しており、汎用設備（プラント）としての可能性が評価される時期に来ている。
【００２０】
廃乳廃液等をメタン発酵処理する際には、特に以下が重要（課題）となる。
１）適切な発酵処理と熱回収が安定して継続的に維持されること。
２）各処理に係る経済性と各作業に係る合理性が付帯されること。
【００２１】
廃乳廃液等をメタン発酵処理する際には、さらに以下が重要（課題）となる。
１）食品工場の衛生性を保つためには、メタン発酵処理が信頼性を保ちつつ安定しており、 発酵処理の不良等による異常臭気が発生しないこと。
２）多種類の製品を扱う乳製品工場では、廃乳廃液等の組成（特に有機物濃度）が一定ではないため、その組成の変化へ柔軟に対応できる処理設備であること。
３）既存工場に付設する場合には、設置面積を限定されることが多く、コンパクトな処理設備が要求されるため、発酵処理が高速化等されていること。
４）処理設備では、廃乳廃液等の投入作業以外が原則として自動化されており、常時の監視作業等が発生しないこと。
【００２２】
前述したように、廃棄乳等のメタン発酵処理は、乳製品工場へ処理設備を設置した上で実証試験の段階へ移行している。ただし、現状では実証試験の課題を抽出中の段階であり、上記の課題を含めて、それら課題への具体的な解決手段は見出されていない。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができるメタン発酵方法及びメタン発酵装置を提供することであり、上記の課題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者らは、種々の検討の結果、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度から、有機性廃棄物の油脂濃度及び有機物濃度を算出できることを見出した。
【００２５】
したがって、本発明のメタン発酵方法の第一は、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の油脂濃度を求め、この油脂濃度があらかじめ定めた設定値となるように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を調整することを特徴とする。
【００２６】
本発明のメタン発酵方法の第一によれば、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の油脂濃度を求めるようにしたので、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の油脂濃度を簡易な方法で、かつ、正確に把握することができる。そして、上記油脂濃度があらかじめ定めた設定値となるように有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、希釈水量の供給量を最小に抑えることができるので、処理コストを低減できる。そして、油脂塊の析出を抑制し、配管閉塞など生じにくくなるので、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００２７】
また、本発明のメタン発酵方法の第二は、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度として求め、このＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を調整することを特徴とする。
【００２８】
本発明のメタン発酵方法の第二によれば、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて全固形分濃度をＴＳ濃度として求めるようにしたので、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の有機物濃度を正確に把握することができる。そして、上記ＴＳ濃度に基づいて、ＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００２９】
本発明のメタン発酵方法は、前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定し、このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求め、このバイオガス流量に基づく有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とすることが好ましい。メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量は、発酵によって分解される有機物の量と相関性があるため、バイオガスの流量からメタン発酵槽に投入できる有機物量、言い換えれば有機性廃棄物の供給量を求めることができる。しかしながら、有機性廃棄物の発生量は、日々変動することがあるため、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量を越えることはできない。そこで、バイオガスの流量から求めた有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、いずれか少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とすることにより、メタン発酵を破綻させることなく、長期運転が可能となる。
【００３０】
本発明のメタン発酵方法は、前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものであることが好ましい。乳製品の工場等から排出される廃乳廃液は、油脂分を大量に含有しており、しかも油脂分の割合が日々変化する。このような有機性廃棄物は、発酵の資源となる有機物の量を、固形分濃度や、密度だけからでは、正確に把握することができず、メタン発酵槽への有機物投入量が適正でないため、発酵に破綻を来たすことがあった。本発明は、上記のような廃乳廃液を含有する有機性廃棄物のメタン発酵に特に効果的である。
【００３１】
一方、本発明のメタン発酵装置の第一は、有機性廃棄物の貯留部と、該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置と、を備え、前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、油脂濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められた油脂濃度を、設定範囲となるように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とする。
【００３２】
本発明のメタン発酵装置の第一によれば、有機物濃度測定手段において、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の油脂濃度として求めることができる。このため、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の油脂濃度を正確に把握することができる。そして、ＰＩＤコントローラにおいて、上記油脂濃度があらかじめ定めた設定範囲となるように前記有機性廃棄物に希釈水を供給制御するので、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、希釈水量の供給量を最小に抑えることができるので、処理コストを低減できる。そして、油脂塊の析出を抑制し、配管閉塞など生じにくくなるので、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００３３】
また、本発明のメタン発酵装置の第二は、有機性廃棄物の貯留部と、該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置とを備え、前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、全有機物濃度をＴＳ濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められたＴＳ濃度を前記メタン発酵槽に投入されるべき基準濃度と比較して、その差を補償するように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とする。
【００３４】
本発明のメタン発酵装置の第二によれば、有機物濃度測定手段において、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度として求めることができる。このため、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の有機物濃度を正確に把握することができる。そして、ＰＩＤコントローラにおいて、上記ＴＳ濃度に基づいて、ＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較し、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給制御するので、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００３５】
本発明のメタン発酵装置は、前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定するバイオガス流量計と、このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求めるバイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器と、前記バイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器で求められた有機性廃棄物の供給量と、前記貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とするポンプ制御信号変換器とを有する、有機性廃棄物供給量制御装置を更に備えていることが好ましい。この態様によれば、有機性廃棄物の供給量が日々変動する場合であっても、前記ポンプ制御信号変換器において、前記バイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器で求められた有機性廃棄物の供給量と、前記貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とすることで、メタン発酵を破綻させることなく、長期運転が可能となる。
【００３６】
本発明のメタン発酵装置は、前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものであることが好ましい。乳製品の工場等から排出される廃乳廃液は、油脂分を大量に含有しており、しかも油脂分の割合が日々変化することから、特に本発明のメタン発酵装置で処理することに適している。
【００３７】
本発明は、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定して、これらの密度に基づいて有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を求め、あらかじめ実験的に求めた有機性廃棄物等の油脂濃度や有機物濃度の設定値を基にして、連続的に希釈水量を調整しながら、有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を調整してメタン発酵処理することである。これにより、メタン発酵処理の反応を安定化でき、その設備（プラント）の処理能力を向上できる。
このとき、メタンガスの発生量から処理可能な固形分量を正確に算出できることなどを見出した。
【００３８】
つまり、前述した通り、本発明では、具体的に下記の方法を適用する。
１）有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定して、これらの密度に基づいて有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を求める。
２）あらかじめ実験的に求めた有機性廃棄物等の油脂濃度や有機物濃度の設定値に基づいて、連続的に希釈水量を調整する。
３）メタンガスの発生量からメタン発酵槽の活性（反応状態）を評価して、処理可能な有機物の量、すなわち、有機性廃棄物の供給量を算出する。そして、バイオガスの流量から求めた有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、いずれか少ない方の供給量をメタン発酵槽への供給量とする。
【００３９】
そして、上記の方法と機能を単独で活用するか、上記の方法と機能を複合的に組合せて使用しながら、設定値そのものへ上下限（リミット）付きのカスケード制御を適用して、以下の条件に基づき、アクティブに運転条件や操作条件を修正や補正することで、メタン発酵処理の反応の安定化に加えて、信頼性の向上も期待できる。
（ａ）油脂濃度や有機物濃度の設定値を自動制御しつつ、メタンガスなどのバイオガスの発生量からメタン発酵槽の活性を評価し、設定値を適宜、修正や補正することで、メタン発酵槽の運転条件を最適化し、設備（プラント）の処理能力を向上する。
（ｂ）メタン発酵槽でのｐＨの変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。有機酸等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｃ）メタン発酵槽での電気伝導率の変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。アンモニア性窒素等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｄ）その他に必要に応じて有機性廃棄物のｐＨや電気伝導率の変化により、希釈水の添加量を自動で調整する。
【００４０】
メタン発酵槽の状態を監視し得られた情報から、油脂濃度や有機物濃度の設定値をアクティブに制御し、発酵処理の性能を向上する。これにより、小容量の汎用プラントへの展開が期待できる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて算出した有機性廃棄物中の油脂濃度や有機物濃度の値が設定値となるように、有機性廃棄物の希釈率を調整するので、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。
また、有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度の調整は、作業を自動化できるので、作業全体を省人化できる。つまり、対象の作業への技能の要求が低減する。また、固形分を調整するための貯液タンク（調整槽）の削除や容量の低減が可能となり、設備全体の設置面積（スペース）を縮小（コンパクト）化できる。また、固形分の投入量の変動を減らすことができるので、水力学的な滞留日数（ＨＲＴ）の短縮を安定して維持でき、さらなる発酵槽の縮小化やＨＲＴの短縮化の可能性がある。
そして、油脂濃度や有機物濃度の変化の大きい有機性廃棄物であっても、油脂濃度や有機物濃度をほぼ一定に調整して、メタン発酵槽に供給できるので、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができ、異常発酵を確実に防止して、臭気等の発生の危機を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のメタン発酵装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】有機物濃度ユニットの概略構成図である。
【図３】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【図４】有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分と、有機性廃棄物の油脂濃度との関係を示す図表である。
【図５】本発明のメタン発酵装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図６】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【図７】有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）と、ＴＳ濃度との関係を示す図表である。
【図８】本発明のメタン発酵装置の第３の実施形態の概略構成図である。
【図９】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【図１０】本発明のメタン発酵装置の第４の実施形態の概略構成図である。
【図１１】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に本発明のメタン発酵装置の概略構成図を示す。
【００４４】
図１の符号１は、有機性廃棄物を、必要に応じて粉砕・破砕などの前処理を行って貯留する貯留槽である。有機性廃棄物としては、塵芥、生ごみ、家畜糞尿、廃乳廃液などがある。
【００４５】
貯留槽１の下流には、貯留槽１に貯留された有機性廃棄物を適当な濃度に希釈調整する調整槽２が設けられている。貯留槽１と調整槽２とを連通する有機性廃棄物供給ラインＬ１には第１移送ポンプ４が介装されている。
【００４６】
調整槽２には、希釈水制御弁８が配置された希釈水供給ラインＬ２と、循環ラインＬ３とが接続している。循環ラインＬ３には、循環ポンプ５と有機物濃度測定ユニット１０とが介装されている。
【００４７】
有機物濃度測定ユニット１０は、図２に示すように、油脂除去器１３と、質量流量計１４と、切り替えバルブ１５とで主に構成されている。切り替えバルブ１５の開口部１５ａには循環ラインＬ３ａが接続している。切り替えバルブ１５の開口部１５ｂからは質量流量計１４に接続する配管Ｌ３ｃが伸びている。切り替えバルブ１５の開口部１５ｃからは油脂除去器１３に接続する配管Ｌ３ｄが伸びている。また、油脂除去器１３からは配管Ｌ３ｅが伸びて質量流量計１４に接続している。そして、質量流量計１４からは循環ラインＬ３ｂが伸びている。油脂除去器１３としては、内部に攪拌機が配置され、槽内に供給された有機性廃棄物を遠心分離して油脂を除去する方式のものが挙げられる。質量流量計１４としては、コリオリ式流量計等が挙げられる。この実施形態では、質量流量計１５が、本発明における密度測定器である。
【００４８】
調整槽２の下流には、メタン発酵槽３が配設されている。調整槽２とメタン発酵槽３とは、供給ラインＬ４を介して連通されており、この供給ラインＬ４に第２移送ポンプ６が介装されている。メタン発酵槽３の内部には、メタン発酵槽内の水位を測定する水位計９が配置されている。メタン発酵槽３は、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスを含むバイオガスを発生させるもので、その上部には、バイオガス取り出しラインＬ５が併設されており、下部には、排出ポンプ７が介装された消化液排出ラインＬ６が併設されている。
【００４９】
上述した希釈水制御弁８の開度制御は、演算手段としてのＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）２０により制御される。
【００５０】
ＰＬＣ２０は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、周知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを所定に備えている。Ｉ／Ｏインターフェイスの入力側に、有機物濃度測定ユニット１０の質量流量計１４が接続されている。
【００５１】
図３に示すように、このＰＬＣ２０は、濃度−密度変換器２１、除算器２２、ＰＩＤコントローラ２３を有している。
【００５２】
次に、このような構成のメタン発酵装置を用いたメタン発酵処理方法について説明する。
【００５３】
先ず、貯留槽１に有機性廃棄物を投入する。貯留槽１では、必要に応じて、槽内の有機性廃棄物に、粉砕・破砕などの前処理を行ってもよい。例えば、塵芥、生ごみ、家畜糞尿などのような有機性廃棄物の場合は、上水と混合し、粉砕・破砕などの前処理を行うことが好ましい。また、廃乳廃液のような有機性廃棄物の場合は、特に前処理を行わなくてもよい。そして、槽内に貯留された有機性廃棄物は、有機性廃棄物供給ラインＬ１を経て、調整槽２へ送られる。
【００５４】
調整槽２に供給した有機性廃棄物は、希釈水供給ラインＬ２から供給される希釈水で希釈して有機物濃度を調整する。希釈水は、ＰＬＣ２０からの出力により、希釈水制御弁８の開閉度を制御して希釈水の供給量を調整し、有機物濃度を調整する。そして、有機物濃度を調整した有機性廃棄物は、ＰＬＣ２０から出力される駆動信号で駆動されている第２移送ポンプ６により、供給ラインＬ４を通り、メタン発酵槽３へ送られる。
【００５５】
また、調整槽２内の有機性廃棄物は、循環ラインＬ３を通して有機物濃度測定ユニット１０へ送られ、ここで、有機性廃棄物の密度（ρ１）と、有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを測定して、それぞれの算出結果をＰＬＣ２０の濃度−密度変換器２１に入力する。そして、有機物濃度測定ユニット１０に供給された有機性廃棄物は、循環ラインＬ３を通して調整槽２に返送する。
【００５６】
有機物濃度測定ユニット１０での有機性廃棄物の密度（ρ１）、有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）は、例えば、以下のようにして測定することができる。すなわち、切り替えバルブ１５により、循環ラインＬ３ａと配管Ｌ３ｄとを連通させて、有機性廃棄物を油脂除去器１３側に流す。そして、油脂除去器１３では、有機性廃棄物を攪拌分離などして、油脂分と油脂分を含まない分離液とに分離し、分離液を質量流量計１４に流通して上記密度（ρ２）を測定する。次いで、切り替えバルブ１５により、循環ラインＬ３ａと配管Ｌ３ｃとを連通させて、有機性廃棄物を油脂除去器１３に流すことなく質量流量計１４に流通して上記密度（ρ１）を測定する。この時、油脂除去器１３には、８０〜９０℃の温水を流すなどの処理を行い、油脂除去器１３内の攪拌機などに固着した油脂を洗浄し取り除く。
【００５７】
メタン発酵槽３には、槽内に嫌気性細菌（主に、メタン菌）が存在しており、供給された有機性廃棄物は、メタン菌の作用によりメタンガスを含むバイオガスと水とに分解される。なお、メタン発酵槽３に貯留されている発酵液は、メタン菌が最も活性化する温度範囲に保持されることが好ましいため、熱交換器などにより常にメタン菌の活性温度範囲（例えば５０〜６０℃）を維持するように加熱することが好ましい。また、メタン発酵槽３の下部には消化液排出ラインＬ６が臨まされており、メタン発酵槽３内の発酵液の水位が一定となるように消化液排出ラインＬ６に介装した排出ポンプ７を駆動して、メタン発酵槽３に貯留されている発酵液を排出する。
【００５８】
そして、メタン発酵処理により発生したバイオガスは、メタン発酵槽３の上部に臨まされているバイオガス取り出しラインＬ５を経て回収し、回収したバイオガスは、発電利用や熱利用などに供される。
【００５９】
以下、図３に示す機能ブロック図を参照して、ＰＬＣ２０で実行される制御について説明する。
【００６０】
濃度−密度変換器２１には、有機物濃度測定ユニット１０で測定した調整槽２内の有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを、１５℃での値に補正して入力する。
【００６１】
油脂分離前の密度（ρ１）に比べ、油脂分離後の分離液の密度（ρ２）の方が大きく、その差分は、図４に示すように油脂濃度と相関がある。このため、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の密度（ρ２）とから有機性廃棄物の油脂濃度を算出できる。
【００６２】
すなわち、濃度−密度変換器２１では、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の分離液の密度（ρ２）とを入力し、下式（１）より、有機性廃棄物の油脂濃度を算出する演算が行われる。
(ρ２)−(ρ１)＝ａ×油脂濃度・・・（１）
【００６３】
なお、式（１）中のａは、油脂分離後の密度（ρ２）と油脂分離前の密度（ρ１）との差分と、油脂濃度との関係をあらかじめ調べて決定する。図４では、ａ＝０．０００８であった。
【００６４】
次に、濃度−密度変換器２１での演算で算出した調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度を、除算器２２に入力し、滞留時間で除した後、油脂負荷の測定値（Ａ１）としてＰＩＤコントローラ２３に入力する。そして、ＰＩＤコントローラ２３では、除算器２２から出力された値（Ａ１）が、油脂負荷設定値（Ａ０）になるように、希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。油脂負荷設定値（Ａ０）は、配管閉塞や、メタン発酵槽３内に有機物や油脂のフロッグなどが発生しないように決定された値である。
【００６５】
上記制御により、調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度に応じて、調整槽２に供給する希釈水量を調整できるので、調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度を一定となるように調整できる。
【００６６】
このように、本実施形態では、有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを測定し、これらの密度に基づいて有機性廃棄物の油脂濃度を求めるようにしたので、乳製品の工場等から排出される廃乳廃液などのような油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の油脂濃度を速やか、かつ正確に把握することができる。そして、この油脂濃度に基づいて、希釈水制御弁８の開度を制御して調整槽２に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を常に適正な値に調整することができるので、配管閉塞などが生じにくくなる。
【００６７】
なお、この実施形態では、密度測定器として質量流量計を使用して密度を測定するようにしたが、質量流量計以外の測定手段を用いてもよい。例えば、一定の容積Ｖの枡やタンクに貯液した有機性廃棄物の重量Ｗを、ロードセルで計測し、重量Ｗを容積Ｖで除して密度ρを算出することもできる。 そして、本実施形態の構成は、概略的には以下の通りである。
【００６８】
１）有機性廃棄物の油脂分離前の密度（ρ１）、油脂分離後の密度（ρ２）を密度計測器で計測する。
２）密度と油脂濃度との相関関係を、あらかじめ実験的に算出する（上式（１）より）。そして、この算出した相関関係と、実測した密度とを比較演算して、目標とする油脂濃度に相当する密度とするために必要な水希釈量や水希釈率［％］を算出する。
３）「質量流量計」を設置した場合には、有機性廃棄物の質量流量［ｋｇ／ｈ］に対し、水希釈率［％］を乗じて水希釈の流量を算出し、質量流量計の出口以降の部分で有機性廃棄物に対し水希釈を比例添加する。
４）一定の容積の枡やタンクに貯液した有機性廃棄物の重量を「ロードセル」で計測し、密度を算出した場合には、調整槽２への送液量に、希釈率Ｋ［％］を乗じた水希釈を調整槽へ添加し、撹拌や循環などにより混合する。
５）上記の内容は、あらかじめプログラミングした演算装置、計測器、自動弁などにより、人手を介することなく、全て自動的に動作するようにシステムを構築する。
【００６９】
図５に、本発明のメタン発酵装置の第２の実施形態の概略構成図を示す。このメタン発酵装置は、メタン発酵槽３の上部に併設されたバイオガス取り出しラインＬ５に、バイオガス流量計１１が介装されており、希釈水制御弁８の開度制御、第２移送ポンプ６の流量制御が、演算手段としてのＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）３０により制御されるように構成されている点で相違する。
【００７０】
ＰＬＣ３０は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、周知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを所定に備えている。Ｉ／Ｏインターフェイスの入力側に、バイオガス流量計１１、有機物濃度測定ユニット１０の質量流量計１４が接続されている。
【００７１】
図６に示すように、このＰＬＣ３０は、濃度−密度変換器３１、ＰＩＤコントローラ３２、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３、ローレベルセレクタ３４、ポンプ制御信号変換器３５を有している。
【００７２】
以下、図６に示す機能ブロック図を参照して、ＰＬＣ３０で実行される制御について説明する。
【００７３】
濃度−密度変換器３１には、有機物濃度測定ユニット１０で測定した調整槽２内の有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを、１５℃での値に補正して入力する。
【００７４】
前述したように、油脂分離前の密度（ρ１）に比べ、油脂分離後の分離液の密度（ρ２）の方が大きく、その差分は、図４に示すように油脂濃度と相関があるので、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の密度（ρ２）とから有機性廃棄物の油脂濃度を算出できる。
【００７５】
また、油脂分離後の密度（ρ２）は、図７に示すようにＴＳ濃度と相関がある。そして、油脂も有機物なので、油脂濃度をＴＳ濃度に換算し、油脂分離後の密度（ρ２）から計算されたＴＳ濃度に加算することで、有機性廃棄物の全固形分濃度をＴＳ濃度(Ｔ−ＴＳ)として算出できる。
【００７６】
すなわち、濃度−密度変換器３１では、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の分離液の密度（ρ２）とを入力し、下式（１）、（２）より、有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）として算出する演算が行われる。
(ρ２)−(ρ１)＝ａ×油脂濃度・・・（１）
Ｔ−ＴＳ＝油脂分離後のＴＳ濃度＋油脂濃度×ＴＳ換算係数・・・（２）
【００７７】
なお、式（１）中のａは、油脂分離後の密度（ρ２）と油脂分離前の密度（ρ１）との差分と、油脂濃度との関係をあらかじめ調べて決定する。図４では、ａ＝０．０００８であった。また、式（２）中のＴＳ換算係数は、油脂濃度の異なる有機性廃棄物の発酵実験により、油脂起因のバイオガス発生量と、油脂分離後のＴＳに起因するバイオガス発生量が同じになるように決定した値である。
【００７８】
次に、濃度−密度変換器３１での演算で算出した調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）をＰＩＤコントローラ３２に入力し、メタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）と比較する。そして、有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）と、基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）との差分が所定範囲となるようにバルブ制御信号を希釈水制御弁８に出力し、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。なお、基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）は、配管閉塞や、メタン発酵槽３内に有機物や油脂のフロッグなどが発生しないように決定する。
【００７９】
上記制御により、調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度に応じて、調整槽２に供給する希釈水量を調整できるので、調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度を一定となるように調整できる。
【００８０】
一方、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３には、バイオガス流量計１１で測定したバイオガスの流量を、０℃、１気圧、乾燥状態での値に補正して入力する。
【００８１】
バイオガスの発生量は、有機性廃棄物のＴＳ濃度と相関関係があるので、入力されたバイオガスの流量から、バイオガスの発生量に対応する有機性廃棄物の供給量（Ｑ）が算出できる。なお、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３では、メタン発酵槽３での有機性破棄物の分解率が好ましくは５５〜７８％、より好ましくは６５〜７０％での値として算出する。
【００８２】
次に、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３での演算結果（Ｑ）を、ローレベルセレクタ３４に入力し、有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）と比較して、小さい方の値（Ｑｌｏｗ）をポンプ制御信号変換器３５に入力する。
【００８３】
そして、ポンプ制御信号変換器３５では、ローレベルセレクタ３４から出力された値の供給量（Ｑｌｏｗ）となるようにポンプ制御信号を第２移送ポンプ６に出力して、調整槽２からメタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量を制御する。なお、供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）は、定格処理量の有機性廃棄物を処理する際に必要とされる有機性廃棄物の供給量として決定する。
【００８４】
本実施形態の構成は、概略的には以下の通りである。
１）有機性廃棄物（例えば、固形分濃度（ＴＳ）＝２〜８重量％程度）の油脂分離前の密度（ρ１）、油脂分離後の密度（ρ２）を密度計測器で計測する。
２）密度とＴＳ濃度（全固形物濃度）との相関関係を、あらかじめ実験的に算出する（上式（１）、（２）より）。そして、この算出した相関関係と、実測した密度とを比較演算して、目標とするＴＳ濃度（例えば３．５重量％程度）に相当する密度とするために必要な水希釈量や、水希釈率［％］を算出する。
３）「質量流量計」を設置した場合には、有機性廃棄物の質量流量［ｋｇ／ｈ］に対し、水希釈率［％］を乗じて水希釈の流量を算出し、質量流量計の出口以降の部分で、廃棄乳等へ水希釈量を比例添加する。
４）一定の容積の枡やタンクに貯液した廃棄乳等の重量を「ロードセル」で計測し、密度を算出した場合には、調整槽２への送液量に、希釈率［％］を乗じた水希釈量を調整槽へ添加し、撹拌や循環などにより混合する。
５）上記の内容は、あらかじめプログラミングした演算装置、計測器、自動弁などにより、人手を介することなく、全て自動的に動作するようにシステムを構築する。
【００８５】
このように、この実施形態では、有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを測定し、これらの密度に基づいて全固形分濃度をＴＳ濃度として求めるようにしたので、乳製品の工場等から排出される廃乳廃液などのような油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の有機物濃度を正確に把握することができる。
【００８６】
また、上記ＴＳ濃度に基づいて、ＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように希釈水制御弁８の開度を制御して調整槽２に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。
【００８７】
また、メタン発酵槽３での発酵状態が良好であると（バイオガス流量−廃液供給量変換器３３で算出する際に設定した分解率以上の場合）、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３からの出力は基準供給量よりも大きな値となるが、メタン発酵槽３での発酵状態が悪化すると（バイオガス流量−廃液供給量変換器３３で算出する際に設定した分解率以下の場合）、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３の出力は基準供給量よりも小さな値となる。このため、バイオガスの発生量が一定となるように有機性廃棄物を常時供給量し続けると、メタン発酵槽３には処理能力を超える負荷の有機性廃棄物が供給されてメタン発酵処理が破綻する恐れがあるが、バイオガスの流量から求めた有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留槽１から供給可能な有機性廃棄物の基準供給量とを比較して、いずれか少ない方の供給量をメタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量とすることにより、メタン発酵を破綻させることなく、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００８８】
そして、設定値そのものへ上下限（リミット）付きのカスケード制御を適用して、以下の条件に基づき、アクティブに運転条件や操作条件を修正や補正することで、メタン発酵処理の反応の安定化に加えて、信頼性の向上も期待できる。
【００８９】
（ａ）メタンガスなどのバイオガスの発生量からメタン発酵槽の活性を評価し、設定値を適宜、修正や補正することで、運転条件を最適化し、設備（プラント）の処理能力を向上する。
（ｂ）メタン発酵槽でのｐＨの変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。有機酸等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｃ）メタン発酵槽での電気伝導率の変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。アンモニア性窒素等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｄ）その他に必要に応じて有機性廃棄物のｐＨや電気伝導率の変化により、希釈水の添加量を自動で調整する。
【００９０】
メタン発酵槽の状態を監視し得られた情報から、有機物濃度の設定値をアクティブに制御し、発酵処理の性能を向上する。これにより、小容量の汎用プラントへの展開が期待できる。
【００９１】
図８に、本発明のメタン発酵装置の第３の実施形態の概略構成図を示す。
【００９２】
このメタン発酵装置は、貯留槽１の下流にメタン発酵槽３が配置されている点で、第１の実施形態と相違する。
【００９３】
貯留槽１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７には、第２移送ポンプ６、有機物濃度測定ユニット１０が介装されている。そして、メタン発酵槽３と有機物濃度測定ユニット１０との間には、希釈水制御弁８及び希釈水流量計１２が配置された希釈水供給ラインＬ８が接続している。
【００９４】
この実施形態において、希釈水制御弁８の開度制御、第２移送ポンプ６の流量制御は、ＰＬＣ４０により制御される。
【００９５】
ＰＬＣ４０のＩ／Ｏインターフェイスの入力側には、希釈水流量計１２、有機物濃度測定ユニット１０内の質量流量計１４が接続されている。
【００９６】
図９に示すように、このＰＬＣ４０は、濃度−密度変換器４１、第１除算器４２、第２除算器４３、第３除算器４４、ポンプ制御信号変換器４５、減算器４６、ＰＩＤコントローラ４７を有している。
【００９７】
濃度−密度変換器４１では、質量流量計１４から出力されたデータに基づき調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度を演算して、演算結果を第１除算器４２に入力する。第１除算器４２では、濃度−密度変換器４１で演算した油脂濃度を、滞留時間で除して油脂負荷を演算し、演算結果を第２除算器４３に入力する。第２除算器４３では、第１除算器４２で演算した油脂負荷を、油脂負荷設定値で除して希釈倍率を演算し、演算結果を第３除算器４４に入力する。第３除算器４４では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）を、第２除算器４４で演算した希釈倍率で除し、演算結果（ｑ１）をポンプ制御信号変換器４５及び減算器４６に入力する。ポンプ制御信号変換器４５では、第３除算器４５で算出した値（ｑ１）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御する。減算器４６では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）から、第３除算器４５で算出した値（ｑ１）で減じて、演算結果（ｑ２）をＰＩＤコントローラ４７に入力する。ＰＩＤコントローラ４７では、第３除算器４５から出力された値（ｑ２）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。
【００９８】
この実施形態では、貯留部１内の有機性廃棄物をメタン発酵槽３に配送する際に、貯留部１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７にて有機性廃棄物の濃度調整を行うようにしたので、調整槽２を省略でき、メタン発酵装置の小型化が可能となる。
【００９９】
図１０に、本発明のメタン発酵装置の第４の実施形態の概略構成図を示す。
【０１００】
このメタン発酵装置は、貯留槽１の下流にメタン発酵槽３が配置されている点で、上記第２の実施形態と相違する。
【０１０１】
貯留槽１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７には、第２移送ポンプ６、有機物濃度測定ユニット１０が介装されている。そして、メタン発酵槽３と有機物濃度測定ユニット１０との間には、希釈水制御弁８及び希釈水流量計１２が配置された希釈水供給ラインＬ８が接続している。
【０１０２】
この実施形態において、希釈水制御弁８の開度制御、第２移送ポンプ６の流量制御は、ＰＬＣ５０により制御される。
【０１０３】
ＰＬＣ５０のＩ／Ｏインターフェイスの入力側には、バイオガス流量計１１、希釈水流量計１２、有機物濃度測定ユニット１０内の質量流量計１４が接続されている。
【０１０４】
図１１に示すように、このＰＬＣ５０は、濃度−密度変換器５１、第１除算器５２、バイオガス流量−廃液供給量変換器５３、ローレベルセレクタ５４、第２除算器５５、ポンプ制御信号変換器５６、減算器５７、ＰＩＤコントローラ５８を有している。
【０１０５】
濃度−密度変換器５１では、質量流量計１４から出力されたデータに基づき調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）を演算して、演算結果を第１除算器５２に入力する。第１除算器５２では、濃度−密度変換器５１で演算したＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）で除し、演算結果（Ｂ１）を第２除算器５５に入力する。バイオガス流量−廃液供給量変換器５３では、バイオガス流量計１１から出力されたデータに基づきメタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量（Ｑ）を演算して、演算結果をローレベルセレクタ５４に入力する。ローレベルセレクタ５４では、有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）と、バイオガス流量−廃液供給量変換器５３から出力された値（Ｑ）とを比較して、低い方の値（Ｑｌｏｗ）を第２除算器５５及び減算器５７に入力する。第２除算器５５では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ）を第１除算器５２で算出した値（Ｂ１）で除し、演算結果（ｑ１）をポンプ制御信号変換器５６及び減算器５７に入力する。ポンプ制御信号変換器５６では、第２除算器５５で算出した値（ｑ１）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御する。減算器５７では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ）を、第２除算器５５で算出した値（ｑ１）で減じて、演算結果（ｑ２）をＰＩＤコントローラ５８に入力する。ＰＩＤコントローラ５８では、第２除算器５５から出力された値（ｑ２）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。
【０１０６】
この実施形態では、貯留部１内の有機性廃棄物をメタン発酵槽３に配送する際に、貯留部１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７にて有機性廃棄物の濃度調整を行うようにしたので、調整槽２を省略でき、メタン発酵装置の小型化が可能となる。
【実施例】
【０１０７】
（実施例１）
図１に示すメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行った。有機性廃棄物として、生ごみ厨芥を用いた。メタン発酵槽３内は５５℃に維持してメタン発酵処理を行った。メタン発酵槽３の液容積は、５．２ｍ３で、滞留時間を４日（１日の処理容積＝１，３００Ｌ／ｄ）とした。メタン発酵槽３への有機性廃棄物の設定流量は５４．２Ｌ／ｈとした。油脂負荷設定値は２．５ｇ／Ｌ／ｄとした。
貯留槽１に貯留された有機性廃棄物の密度（ρ１）及び有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）を、供給ラインＬ７の設置されている有機物濃度測定ユニット１０で測定し、１５℃での値に補正してＰＣＬ２０の濃度−密度変換器２１に入力した。
有機性廃棄物の密度（ρ１）は１．００２ｋｇ／Ｌであり、この有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）は１．０２０ｋｇ／Ｌであった。分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分は０．０１８であり、図４から、この有機性廃棄物の油脂分は２２．５ｇ／Ｌと算出できた。この演算結果を、除算器２２に入力した。
除算器２２では、濃度−密度変換器２１で演算した有機性廃棄物の油脂濃度を、滞留時間（＝４日）で除し、得られた値（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）を油脂負荷として演算し、ＰＩＤコントローラ２３に入力した。
ＰＩＤコントローラ２３では、除算器２２で演算された油脂負荷（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）が、油脂負荷設定値（＝２.５ｇ／Ｌ／ｄ）となるように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御した。
このようにしてメタン発酵したところ、長期にわたって、破綻することなくメタン発酵処理できた。
【０１０８】
（実施例２）
図８に示すメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行った。有機性廃棄物として、生ごみ厨芥を用いた。メタン発酵槽３内は５５℃に維持してメタン発酵処理を行った。メタン発酵槽３の液容積は、５．２ｍ３で、滞留時間を４日（１日の処理容積＝１，３００Ｌ／ｄ）とした。油脂負荷設定値は２．５ｇ／Ｌ／ｄとした。メタン発酵槽３への有機性廃棄物の設定流量は５４．２Ｌ／ｈとした。
貯留槽１に貯留された有機性廃棄物の密度（ρ１）及び有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）を、供給ラインＬ７の設置されている有機物濃度測定ユニット１０で測定し、１５℃での値に補正してＰＣＬ４０の濃度−密度変換器４１に入力した。
有機性廃棄物の密度（ρ１）は１．００２ｋｇ／Ｌであり、この有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）は１．０２０ｋｇ／Ｌであった。分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分は０．０１８であり、図４から、この有機性廃棄物の油脂分は２２．５ｇ／Ｌと算出できた。この演算結果を、第１除算器４２に入力した。
第１除算器４２では、濃度−密度変換器４１で演算した有機性廃棄物の油脂濃度（＝２２．５ｇ／Ｌ）を、滞留時間（＝４日）を除し、得られた値（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）を油脂負荷として演算し、第２除算器４３に入力した。
第２除算器４３では、第１除算器４２で演算した油脂負荷（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）を、油脂負荷設定値（＝２.５ｇ／Ｌ／ｄ）で除し、得られた値（＝２．５６）を希釈倍率として、第３除算器４４に入力した。
第３除算器４４では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（＝５４．２Ｌ／ｈ）を、第２除算器４４で演算した希釈倍率（＝２．５６）で除し、演算結果（＝２１．２Ｌ／ｈ）をポンプ制御信号変換器４５及び減算器４６に入力した。
ポンプ制御信号変換器４５では、第３除算器４５で算出した値（＝２１．２Ｌ／ｈ）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御した。
減算器４６では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（＝５４．２Ｌ／ｈ）から、第３除算器４５で算出した値（＝２１．２Ｌ／ｈ）で減じて、演算結果（＝３３．０Ｌ／ｈ）をＰＩＤコントローラ４７に入力した。
ＰＩＤコントローラ４７では、第３除算器４５から出力された値（＝３３．０Ｌ／ｈ）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御した。
このようにしてメタン発酵したところ、長期にわたって、破綻することなくメタン発酵処理できた。
【０１０９】
（実施例３）
図１０に示すメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行った。有機性廃棄物として、ＴＳ濃度が４０〜１００ｇ／Ｌの廃乳廃液を用いた。メタン発酵槽３内は５５℃に維持してメタン発酵処理を行った。有機物の基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）は３５ｇ／Ｌとした。流量設定値（Ｆｂａｓｅ）は１６６Ｌ／ｈとした。
貯留槽１に貯留された有機性廃棄物の密度（ρ１）及び有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）を、供給ラインＬ７の設置されている有機物濃度測定ユニット１０で測定し、１５℃での値に補正してＰＣＬ５０の濃度−密度変換器５１に入力した。
有機性廃棄物の密度（ρ１）は１．００２ｋｇ／Ｌであり、この有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）は１．０２０ｋｇ／Ｌであった。分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分は０．０１８であり、図４から、この有機性廃棄物の油脂分は２２．５ｇ／Ｌと計算でき、ＴＳ換算係数として１．１を掛けて、油脂起因のＴＳ濃度を２５ｇ／Ｌと算出した。また、分離液の密度（ρ２）から図５より、分離液のＴＳ濃度を５０ｇ／Ｌと算出した。そして、油脂起因のＴＳ濃度と分離液のＴＳ濃度との和（７５ｇ／Ｌ）を、この有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）として演算し、演算結果を第１除算器５２に入力した。
第１除算器５２では、濃度−密度変換器５１で演算した有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ＝７５ｇ／Ｌ）を、基準濃度（ＴＳｂａｓｅ＝３５ｇ／Ｌ）を除し、得られた値（Ｂ１＝２．１４）を第２除算器５５に入力した。
バイオガス流量−廃液供給量変換器５３では、バイオガス流量計１１から出力されたバイオガス流量に基づきメタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量（Ｑ）を演算して、演算結果をローレベルセレクタ５４に入力した。そして、ローレベルセレクタ５４において、有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）と、バイオガス流量−廃液供給量変換器５３から入力された値（Ｑ）とを比較して、低い方の値（Ｑｌｏｗ）を第２除算器５５及び減算器５７に入力した。なお、メタン発酵槽３内の発酵状態が良好な場合、供給量設定値（Ｑｂａｓｅ＝１６６Ｌ／ｈ）が選択され、１６６Ｌ／ｈを第２除算器５５及び減算器５７に入力した。
第２除算器５５では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ＝１６６Ｌ／ｈ）を、第１除算器５２で算出した値（Ｂ１＝２．１４）で除し、得られた演算結果（ｑ１＝７７．６Ｌ／ｈ）をポンプ制御信号変換器５６及び減算器５７に入力した。
ポンプ制御信号変換器５６では、第２除算器５５で算出した値（ｑ１＝７７．６Ｌ／ｈ）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御した。
減算器３７では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ＝１６６Ｌ／ｈ）を、第２除算器５５で算出した値（ｑ１＝７７．６Ｌ／ｈ）で減じて、演算結果（ｑ２＝８８．４Ｌ／ｈ）をＰＩＤコントローラ５８に入力した。
ＰＩＤコントローラ５８では、第２除算器５５から出力された値（ｑ２＝８８．４Ｌ／ｈ）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御した。
このようにしてメタン発酵したところ、長期にわたって、破綻することなくメタン発酵処理できた。
【符号の説明】
【０１１０】
１：貯留槽
２：調整槽
３：メタン発酵槽
４：第１移送ポンプ
５：循環ポンプ
６：第２移送ポンプ
７：排出ポンプ
８：希釈水制御弁
９：水位計
１０：有機物濃度測定ユニット
１１：バイオガス流量計
１２：希釈水流量計
１３：油脂除去器
１４：質量流量計
１５：切り替えバルブ
２０，３０，４０，５０：ＰＬＣコントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、牛乳、ヨーグルト、アイスクリームなどの油脂を多く含む有機性廃棄物をメタン発酵によって処理するメタン発酵方法及びメタン発酵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥や畜産汚泥などの有機性廃棄物をメタン発酵処理し、メタンガスと炭酸ガスを主体としたバイオガスを回収する方式は古くから行われている。メタン発酵処理は、発酵槽内に酸生成細菌やメタン生成細菌を増殖させ、これら細菌群により有機物を分解させる処理方法であって、有機性廃棄物をバイオガスとしてエネルギーリサイクルできることから、生ごみや食品廃棄物を対象に適用が広がっている。
【０００３】
メタン発酵処理では、細菌群に与える有機物量が少ないと、槽内の細菌群が増殖できず菌数が減少してしまい、細菌群に与える有機物量が多すぎると、細菌群の中間代謝物である酢酸やプロピオン酸がメタン発酵槽内に蓄積していき、槽内のｐＨが低下して発酵効率が悪化してしまう。このため、メタン発酵処理では、細菌群の処理能力に対して与える負荷、すなわち、メタン発酵槽への投入有機物量を適性に保持することが重要である。
また、油脂を多く含む有機性廃棄物の処理では、油脂塊が析出して、メタン発酵槽や配管などを閉塞する恐れがある。このため、有機性廃棄物の油脂濃度に応じて希釈水量を調整することも重要である。
【０００４】
そこで、有機性廃棄物のメタン発酵処理を安定して行うにあたり、メタン発酵槽に供給する有機性廃棄物中の有機物濃度や油脂濃度を測定し、メタン発酵槽の発酵状態に応じて有機性廃棄物の供給量を調整することが行われている。
【０００５】
下記特許文献１には、原水ＣＯＤｃｒ濃度測定値、メタンガス濃度測定値及び発生ガス量測定値を予め入れておいたコンピュータに入力して全データを分析し、流入原水量を自動制御して嫌気性排水処理を行うことが開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、スラリー調整槽におけるスラリーの油脂濃度、及び油脂に含まれる飽和脂肪酸の割合を測定し、スラリーの油脂濃度、及び油脂に含まれる飽和脂肪酸の割合に応じて、スラリーの希釈率を設定することにより、スラリーの油脂濃度を調整して、メタン発酵処理を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８８０８１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０５０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
有機性廃棄物中の有機物濃度や油脂濃度の測定方法としては、ＣＯＤ計やＴＯＣ計等の機器を用いて測定する方法が一般的である。しかしながら、測定対象の有機性廃棄物中の有機物濃度、特に油脂濃度が高くなると、これらの測定機器に有機性廃棄物が付着して、測定機器が汚染することがあり、有機物濃度や油脂濃度を連続して正確に測定し続けることができない。
【０００９】
また、特許文献１では、原水ＣＯＤｃｒ濃度を手分析で測定しており、特許文献２では、油脂濃度をクロロホルム−メタノール抽出による手分析で測定している。手分析であれば、誤計測による制御不良の危険性が少なくなる。しかしながら、例えば、食品製造ラインなどでは、製品の切り替えや製造装置の洗浄に伴って１日の作業時間の間で濃度変動が大きい廃液が排出される。特に、乳製品の製造設備より発生する廃乳廃液等では、多種類の製品毎により油脂濃度や有機物濃度は一定せず、日毎に変動する。ちなみに、乳製品工場での実情では、固形分濃度（ＴＳ）＝２〜８重量％程度で日毎の変動幅がある。このため、手分析では有機物濃度や油脂濃度の測定が間に合わず、油脂塊が析出して配管閉塞が生じたり、メタン発酵槽内の細菌群の生育に支障が生じることがあり、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができない。
【００１０】
メタン発酵槽では、廃乳廃液等が嫌気性微生物により処理される。このメタン発酵処理は生物処理であることから、メタン発酵槽への投入物（ＩＮＰＵＴ）である廃乳廃液等の有機性廃棄物の組成（特に有機物濃度）を単位時間当たり一定に保つことが、安定した処理には大変に重要である。特に、メタン発酵槽への投入物の組成を単位時間当たり一定に保つことは、水力学的な滞留時間（滞留日数、ＨＲＴ）を短縮（高速化）した高速メタン発酵処理では特に重要である。
【００１１】
乳製品の製造設備より発生する廃乳廃液等では、多種類の製品毎により固形分濃度は一定せず、日毎の固形分濃度も変動する。この廃乳廃液等をメタン発酵処理におけるバイオマス原料として捉えると、日毎で固形分濃度が変動した状態で廃乳廃液等をメタン発酵槽へ投入することは、安定した処理には不都合である。
【００１２】
メタン発酵槽に供給する有機性廃棄物の固形分の投入量を単位時間当たり一定に保つには、以下が必要となる。
１）有機性廃棄物を組成分析した後に、比例計算などにより水希釈して、固形分濃度を調整し、有機性廃棄物等を流動性のあるスラリー状とする。
２）スラリー状の有機性廃棄物を単位時間当たり一定量でメタン発酵槽へ投入する。
【００１３】
スラリー状の有機性廃棄物を、単位時間当たり一定量でメタン発酵槽へ投入することは、絞り弁の使用、定量ポンプとインバータを組み合わせた動作制御、タイマーの時間制御などにより、容易に自動化が可能である。
【００１４】
一方で、廃乳廃液などのような油脂濃度や有機物濃度が日々で変動する有機性廃棄物の場合、濃度調整をした有機性廃棄物を貯留する貯液タンク（調整槽）などを別個に設けるなどで対応していたが、設置面積（スペース）を要するなどの問題があった。また、有機性廃棄物の組成分析、希釈水量の調整などに多くの労力を要し、省人化を図る上で大きな支障となっていた。
【００１５】
ところで、循環型社会形成推進基本法（平成１２年６月２日）の公布により、廃棄物等のうち有用なものを、循環資源として位置づけ、その循環的な利用を従来よりも促進することとなった。廃棄物等の処理の優先順位は、次の通りである。
『発生抑制』＞『再使用』＞『再生利用』＞『熱回収』＞『適正処分』
【００１６】
例えば、乳製品の製造では、上記『発生抑制』に係る改善や開発を、製造工程の全体を通して、総合的に推進している。ただし、上記『再使用』や『再生利用』に係る改善や開発では、食品の品質的な要求により、ある程度の範囲に限定されてしまうこととなる。
従って、乳製品の製造設備（プラント）では、廃乳廃液等は必ず発生することとなり、乳製品工場の規模によっては、その発生量が年間で数百トンに至ることもある。
【００１７】
廃乳廃液等は一般的に、産業廃棄物における「動植物性残渣」、「汚泥」、「廃酸」として、焼却や脱水された後に、それを埋め立てる等して処理されている。食品廃棄物の一部は、飼料として資源化されているが、一定の品質を確保する必要があり、その取り扱い等には注意が必要である。また、廃乳廃液等から飼料への処理費では、飼料そのものは有償で売却されるが、飼料の収集費や運搬費の支払いが発生するため、実態では逆有償となっている。
【００１８】
前述したような背景から、廃乳廃液の処理においては、特に上記『熱回収』が注目されている。具体的には、廃乳廃液をメタン発酵処理し、エネルギーとして回収することが注目されている。
しかしながら、油脂濃度や固形分濃度が日毎変動する有機性廃棄物をメタン発酵処理するにあたり、これらの濃度を自動調整して、所定の濃度に調整された有機性廃棄物をメタン発酵槽に供給する方法は、これまで知られていなかった。
メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物中の油脂濃度が大きすぎると、油脂塊が析出して配管が閉塞する問題がある。また、有機物濃度が変動すると、メタン発酵処理が安定せず、異常発酵が生じて悪臭などのトラブルが発生するおそれがある。
【００１９】
廃乳廃液等のメタン発酵処理は、実験や研究の段階から、現場での実証試験の段階へ移行しており、汎用設備（プラント）としての可能性が評価される時期に来ている。
【００２０】
廃乳廃液等をメタン発酵処理する際には、特に以下が重要（課題）となる。
１）適切な発酵処理と熱回収が安定して継続的に維持されること。
２）各処理に係る経済性と各作業に係る合理性が付帯されること。
【００２１】
廃乳廃液等をメタン発酵処理する際には、さらに以下が重要（課題）となる。
１）食品工場の衛生性を保つためには、メタン発酵処理が信頼性を保ちつつ安定しており、 発酵処理の不良等による異常臭気が発生しないこと。
２）多種類の製品を扱う乳製品工場では、廃乳廃液等の組成（特に有機物濃度）が一定ではないため、その組成の変化へ柔軟に対応できる処理設備であること。
３）既存工場に付設する場合には、設置面積を限定されることが多く、コンパクトな処理設備が要求されるため、発酵処理が高速化等されていること。
４）処理設備では、廃乳廃液等の投入作業以外が原則として自動化されており、常時の監視作業等が発生しないこと。
【００２２】
前述したように、廃棄乳等のメタン発酵処理は、乳製品工場へ処理設備を設置した上で実証試験の段階へ移行している。ただし、現状では実証試験の課題を抽出中の段階であり、上記の課題を含めて、それら課題への具体的な解決手段は見出されていない。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができるメタン発酵方法及びメタン発酵装置を提供することであり、上記の課題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者らは、種々の検討の結果、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度から、有機性廃棄物の油脂濃度及び有機物濃度を算出できることを見出した。
【００２５】
したがって、本発明のメタン発酵方法の第一は、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の油脂濃度を求め、この油脂濃度があらかじめ定めた設定値となるように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を調整することを特徴とする。
【００２６】
本発明のメタン発酵方法の第一によれば、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の油脂濃度を求めるようにしたので、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の油脂濃度を簡易な方法で、かつ、正確に把握することができる。そして、上記油脂濃度があらかじめ定めた設定値となるように有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、希釈水量の供給量を最小に抑えることができるので、処理コストを低減できる。そして、油脂塊の析出を抑制し、配管閉塞など生じにくくなるので、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００２７】
また、本発明のメタン発酵方法の第二は、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度として求め、このＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を調整することを特徴とする。
【００２８】
本発明のメタン発酵方法の第二によれば、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて全固形分濃度をＴＳ濃度として求めるようにしたので、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の有機物濃度を正確に把握することができる。そして、上記ＴＳ濃度に基づいて、ＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００２９】
本発明のメタン発酵方法は、前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定し、このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求め、このバイオガス流量に基づく有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とすることが好ましい。メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量は、発酵によって分解される有機物の量と相関性があるため、バイオガスの流量からメタン発酵槽に投入できる有機物量、言い換えれば有機性廃棄物の供給量を求めることができる。しかしながら、有機性廃棄物の発生量は、日々変動することがあるため、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量を越えることはできない。そこで、バイオガスの流量から求めた有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、いずれか少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とすることにより、メタン発酵を破綻させることなく、長期運転が可能となる。
【００３０】
本発明のメタン発酵方法は、前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものであることが好ましい。乳製品の工場等から排出される廃乳廃液は、油脂分を大量に含有しており、しかも油脂分の割合が日々変化する。このような有機性廃棄物は、発酵の資源となる有機物の量を、固形分濃度や、密度だけからでは、正確に把握することができず、メタン発酵槽への有機物投入量が適正でないため、発酵に破綻を来たすことがあった。本発明は、上記のような廃乳廃液を含有する有機性廃棄物のメタン発酵に特に効果的である。
【００３１】
一方、本発明のメタン発酵装置の第一は、有機性廃棄物の貯留部と、該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置と、を備え、前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、油脂濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められた油脂濃度を、設定範囲となるように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とする。
【００３２】
本発明のメタン発酵装置の第一によれば、有機物濃度測定手段において、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の油脂濃度として求めることができる。このため、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の油脂濃度を正確に把握することができる。そして、ＰＩＤコントローラにおいて、上記油脂濃度があらかじめ定めた設定範囲となるように前記有機性廃棄物に希釈水を供給制御するので、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、希釈水量の供給量を最小に抑えることができるので、処理コストを低減できる。そして、油脂塊の析出を抑制し、配管閉塞など生じにくくなるので、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００３３】
また、本発明のメタン発酵装置の第二は、有機性廃棄物の貯留部と、該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置とを備え、前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、全有機物濃度をＴＳ濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められたＴＳ濃度を前記メタン発酵槽に投入されるべき基準濃度と比較して、その差を補償するように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とする。
【００３４】
本発明のメタン発酵装置の第二によれば、有機物濃度測定手段において、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度として求めることができる。このため、油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の有機物濃度を正確に把握することができる。そして、ＰＩＤコントローラにおいて、上記ＴＳ濃度に基づいて、ＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較し、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給制御するので、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。その結果、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００３５】
本発明のメタン発酵装置は、前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定するバイオガス流量計と、このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求めるバイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器と、前記バイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器で求められた有機性廃棄物の供給量と、前記貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とするポンプ制御信号変換器とを有する、有機性廃棄物供給量制御装置を更に備えていることが好ましい。この態様によれば、有機性廃棄物の供給量が日々変動する場合であっても、前記ポンプ制御信号変換器において、前記バイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器で求められた有機性廃棄物の供給量と、前記貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とすることで、メタン発酵を破綻させることなく、長期運転が可能となる。
【００３６】
本発明のメタン発酵装置は、前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものであることが好ましい。乳製品の工場等から排出される廃乳廃液は、油脂分を大量に含有しており、しかも油脂分の割合が日々変化することから、特に本発明のメタン発酵装置で処理することに適している。
【００３７】
本発明は、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定して、これらの密度に基づいて有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を求め、あらかじめ実験的に求めた有機性廃棄物等の油脂濃度や有機物濃度の設定値を基にして、連続的に希釈水量を調整しながら、有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を調整してメタン発酵処理することである。これにより、メタン発酵処理の反応を安定化でき、その設備（プラント）の処理能力を向上できる。
このとき、メタンガスの発生量から処理可能な固形分量を正確に算出できることなどを見出した。
【００３８】
つまり、前述した通り、本発明では、具体的に下記の方法を適用する。
１）有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定して、これらの密度に基づいて有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を求める。
２）あらかじめ実験的に求めた有機性廃棄物等の油脂濃度や有機物濃度の設定値に基づいて、連続的に希釈水量を調整する。
３）メタンガスの発生量からメタン発酵槽の活性（反応状態）を評価して、処理可能な有機物の量、すなわち、有機性廃棄物の供給量を算出する。そして、バイオガスの流量から求めた有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、いずれか少ない方の供給量をメタン発酵槽への供給量とする。
【００３９】
そして、上記の方法と機能を単独で活用するか、上記の方法と機能を複合的に組合せて使用しながら、設定値そのものへ上下限（リミット）付きのカスケード制御を適用して、以下の条件に基づき、アクティブに運転条件や操作条件を修正や補正することで、メタン発酵処理の反応の安定化に加えて、信頼性の向上も期待できる。
（ａ）油脂濃度や有機物濃度の設定値を自動制御しつつ、メタンガスなどのバイオガスの発生量からメタン発酵槽の活性を評価し、設定値を適宜、修正や補正することで、メタン発酵槽の運転条件を最適化し、設備（プラント）の処理能力を向上する。
（ｂ）メタン発酵槽でのｐＨの変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。有機酸等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｃ）メタン発酵槽での電気伝導率の変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。アンモニア性窒素等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｄ）その他に必要に応じて有機性廃棄物のｐＨや電気伝導率の変化により、希釈水の添加量を自動で調整する。
【００４０】
メタン発酵槽の状態を監視し得られた情報から、油脂濃度や有機物濃度の設定値をアクティブに制御し、発酵処理の性能を向上する。これにより、小容量の汎用プラントへの展開が期待できる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて算出した有機性廃棄物中の油脂濃度や有機物濃度の値が設定値となるように、有機性廃棄物の希釈率を調整するので、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。
また、有機性廃棄物の油脂濃度や有機物濃度の調整は、作業を自動化できるので、作業全体を省人化できる。つまり、対象の作業への技能の要求が低減する。また、固形分を調整するための貯液タンク（調整槽）の削除や容量の低減が可能となり、設備全体の設置面積（スペース）を縮小（コンパクト）化できる。また、固形分の投入量の変動を減らすことができるので、水力学的な滞留日数（ＨＲＴ）の短縮を安定して維持でき、さらなる発酵槽の縮小化やＨＲＴの短縮化の可能性がある。
そして、油脂濃度や有機物濃度の変化の大きい有機性廃棄物であっても、油脂濃度や有機物濃度をほぼ一定に調整して、メタン発酵槽に供給できるので、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができ、異常発酵を確実に防止して、臭気等の発生の危機を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のメタン発酵装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】有機物濃度ユニットの概略構成図である。
【図３】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【図４】有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分と、有機性廃棄物の油脂濃度との関係を示す図表である。
【図５】本発明のメタン発酵装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図６】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【図７】有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）と、ＴＳ濃度との関係を示す図表である。
【図８】本発明のメタン発酵装置の第３の実施形態の概略構成図である。
【図９】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【図１０】本発明のメタン発酵装置の第４の実施形態の概略構成図である。
【図１１】同メタン発酵装置にてＰＬＣで実行される制御の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に本発明のメタン発酵装置の概略構成図を示す。
【００４４】
図１の符号１は、有機性廃棄物を、必要に応じて粉砕・破砕などの前処理を行って貯留する貯留槽である。有機性廃棄物としては、塵芥、生ごみ、家畜糞尿、廃乳廃液などがある。
【００４５】
貯留槽１の下流には、貯留槽１に貯留された有機性廃棄物を適当な濃度に希釈調整する調整槽２が設けられている。貯留槽１と調整槽２とを連通する有機性廃棄物供給ラインＬ１には第１移送ポンプ４が介装されている。
【００４６】
調整槽２には、希釈水制御弁８が配置された希釈水供給ラインＬ２と、循環ラインＬ３とが接続している。循環ラインＬ３には、循環ポンプ５と有機物濃度測定ユニット１０とが介装されている。
【００４７】
有機物濃度測定ユニット１０は、図２に示すように、油脂除去器１３と、質量流量計１４と、切り替えバルブ１５とで主に構成されている。切り替えバルブ１５の開口部１５ａには循環ラインＬ３ａが接続している。切り替えバルブ１５の開口部１５ｂからは質量流量計１４に接続する配管Ｌ３ｃが伸びている。切り替えバルブ１５の開口部１５ｃからは油脂除去器１３に接続する配管Ｌ３ｄが伸びている。また、油脂除去器１３からは配管Ｌ３ｅが伸びて質量流量計１４に接続している。そして、質量流量計１４からは循環ラインＬ３ｂが伸びている。油脂除去器１３としては、内部に攪拌機が配置され、槽内に供給された有機性廃棄物を遠心分離して油脂を除去する方式のものが挙げられる。質量流量計１４としては、コリオリ式流量計等が挙げられる。この実施形態では、質量流量計１５が、本発明における密度測定器である。
【００４８】
調整槽２の下流には、メタン発酵槽３が配設されている。調整槽２とメタン発酵槽３とは、供給ラインＬ４を介して連通されており、この供給ラインＬ４に第２移送ポンプ６が介装されている。メタン発酵槽３の内部には、メタン発酵槽内の水位を測定する水位計９が配置されている。メタン発酵槽３は、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスを含むバイオガスを発生させるもので、その上部には、バイオガス取り出しラインＬ５が併設されており、下部には、排出ポンプ７が介装された消化液排出ラインＬ６が併設されている。
【００４９】
上述した希釈水制御弁８の開度制御は、演算手段としてのＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）２０により制御される。
【００５０】
ＰＬＣ２０は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、周知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを所定に備えている。Ｉ／Ｏインターフェイスの入力側に、有機物濃度測定ユニット１０の質量流量計１４が接続されている。
【００５１】
図３に示すように、このＰＬＣ２０は、濃度−密度変換器２１、除算器２２、ＰＩＤコントローラ２３を有している。
【００５２】
次に、このような構成のメタン発酵装置を用いたメタン発酵処理方法について説明する。
【００５３】
先ず、貯留槽１に有機性廃棄物を投入する。貯留槽１では、必要に応じて、槽内の有機性廃棄物に、粉砕・破砕などの前処理を行ってもよい。例えば、塵芥、生ごみ、家畜糞尿などのような有機性廃棄物の場合は、上水と混合し、粉砕・破砕などの前処理を行うことが好ましい。また、廃乳廃液のような有機性廃棄物の場合は、特に前処理を行わなくてもよい。そして、槽内に貯留された有機性廃棄物は、有機性廃棄物供給ラインＬ１を経て、調整槽２へ送られる。
【００５４】
調整槽２に供給した有機性廃棄物は、希釈水供給ラインＬ２から供給される希釈水で希釈して有機物濃度を調整する。希釈水は、ＰＬＣ２０からの出力により、希釈水制御弁８の開閉度を制御して希釈水の供給量を調整し、有機物濃度を調整する。そして、有機物濃度を調整した有機性廃棄物は、ＰＬＣ２０から出力される駆動信号で駆動されている第２移送ポンプ６により、供給ラインＬ４を通り、メタン発酵槽３へ送られる。
【００５５】
また、調整槽２内の有機性廃棄物は、循環ラインＬ３を通して有機物濃度測定ユニット１０へ送られ、ここで、有機性廃棄物の密度（ρ１）と、有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを測定して、それぞれの算出結果をＰＬＣ２０の濃度−密度変換器２１に入力する。そして、有機物濃度測定ユニット１０に供給された有機性廃棄物は、循環ラインＬ３を通して調整槽２に返送する。
【００５６】
有機物濃度測定ユニット１０での有機性廃棄物の密度（ρ１）、有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）は、例えば、以下のようにして測定することができる。すなわち、切り替えバルブ１５により、循環ラインＬ３ａと配管Ｌ３ｄとを連通させて、有機性廃棄物を油脂除去器１３側に流す。そして、油脂除去器１３では、有機性廃棄物を攪拌分離などして、油脂分と油脂分を含まない分離液とに分離し、分離液を質量流量計１４に流通して上記密度（ρ２）を測定する。次いで、切り替えバルブ１５により、循環ラインＬ３ａと配管Ｌ３ｃとを連通させて、有機性廃棄物を油脂除去器１３に流すことなく質量流量計１４に流通して上記密度（ρ１）を測定する。この時、油脂除去器１３には、８０〜９０℃の温水を流すなどの処理を行い、油脂除去器１３内の攪拌機などに固着した油脂を洗浄し取り除く。
【００５７】
メタン発酵槽３には、槽内に嫌気性細菌（主に、メタン菌）が存在しており、供給された有機性廃棄物は、メタン菌の作用によりメタンガスを含むバイオガスと水とに分解される。なお、メタン発酵槽３に貯留されている発酵液は、メタン菌が最も活性化する温度範囲に保持されることが好ましいため、熱交換器などにより常にメタン菌の活性温度範囲（例えば５０〜６０℃）を維持するように加熱することが好ましい。また、メタン発酵槽３の下部には消化液排出ラインＬ６が臨まされており、メタン発酵槽３内の発酵液の水位が一定となるように消化液排出ラインＬ６に介装した排出ポンプ７を駆動して、メタン発酵槽３に貯留されている発酵液を排出する。
【００５８】
そして、メタン発酵処理により発生したバイオガスは、メタン発酵槽３の上部に臨まされているバイオガス取り出しラインＬ５を経て回収し、回収したバイオガスは、発電利用や熱利用などに供される。
【００５９】
以下、図３に示す機能ブロック図を参照して、ＰＬＣ２０で実行される制御について説明する。
【００６０】
濃度−密度変換器２１には、有機物濃度測定ユニット１０で測定した調整槽２内の有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを、１５℃での値に補正して入力する。
【００６１】
油脂分離前の密度（ρ１）に比べ、油脂分離後の分離液の密度（ρ２）の方が大きく、その差分は、図４に示すように油脂濃度と相関がある。このため、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の密度（ρ２）とから有機性廃棄物の油脂濃度を算出できる。
【００６２】
すなわち、濃度−密度変換器２１では、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の分離液の密度（ρ２）とを入力し、下式（１）より、有機性廃棄物の油脂濃度を算出する演算が行われる。
(ρ２)−(ρ１)＝ａ×油脂濃度・・・（１）
【００６３】
なお、式（１）中のａは、油脂分離後の密度（ρ２）と油脂分離前の密度（ρ１）との差分と、油脂濃度との関係をあらかじめ調べて決定する。図４では、ａ＝０．０００８であった。
【００６４】
次に、濃度−密度変換器２１での演算で算出した調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度を、除算器２２に入力し、滞留時間で除した後、油脂負荷の測定値（Ａ１）としてＰＩＤコントローラ２３に入力する。そして、ＰＩＤコントローラ２３では、除算器２２から出力された値（Ａ１）が、油脂負荷設定値（Ａ０）になるように、希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。油脂負荷設定値（Ａ０）は、配管閉塞や、メタン発酵槽３内に有機物や油脂のフロッグなどが発生しないように決定された値である。
【００６５】
上記制御により、調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度に応じて、調整槽２に供給する希釈水量を調整できるので、調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度を一定となるように調整できる。
【００６６】
このように、本実施形態では、有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを測定し、これらの密度に基づいて有機性廃棄物の油脂濃度を求めるようにしたので、乳製品の工場等から排出される廃乳廃液などのような油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の油脂濃度を速やか、かつ正確に把握することができる。そして、この油脂濃度に基づいて、希釈水制御弁８の開度を制御して調整槽２に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を常に適正な値に調整することができるので、配管閉塞などが生じにくくなる。
【００６７】
なお、この実施形態では、密度測定器として質量流量計を使用して密度を測定するようにしたが、質量流量計以外の測定手段を用いてもよい。例えば、一定の容積Ｖの枡やタンクに貯液した有機性廃棄物の重量Ｗを、ロードセルで計測し、重量Ｗを容積Ｖで除して密度ρを算出することもできる。 そして、本実施形態の構成は、概略的には以下の通りである。
【００６８】
１）有機性廃棄物の油脂分離前の密度（ρ１）、油脂分離後の密度（ρ２）を密度計測器で計測する。
２）密度と油脂濃度との相関関係を、あらかじめ実験的に算出する（上式（１）より）。そして、この算出した相関関係と、実測した密度とを比較演算して、目標とする油脂濃度に相当する密度とするために必要な水希釈量や水希釈率［％］を算出する。
３）「質量流量計」を設置した場合には、有機性廃棄物の質量流量［ｋｇ／ｈ］に対し、水希釈率［％］を乗じて水希釈の流量を算出し、質量流量計の出口以降の部分で有機性廃棄物に対し水希釈を比例添加する。
４）一定の容積の枡やタンクに貯液した有機性廃棄物の重量を「ロードセル」で計測し、密度を算出した場合には、調整槽２への送液量に、希釈率Ｋ［％］を乗じた水希釈を調整槽へ添加し、撹拌や循環などにより混合する。
５）上記の内容は、あらかじめプログラミングした演算装置、計測器、自動弁などにより、人手を介することなく、全て自動的に動作するようにシステムを構築する。
【００６９】
図５に、本発明のメタン発酵装置の第２の実施形態の概略構成図を示す。このメタン発酵装置は、メタン発酵槽３の上部に併設されたバイオガス取り出しラインＬ５に、バイオガス流量計１１が介装されており、希釈水制御弁８の開度制御、第２移送ポンプ６の流量制御が、演算手段としてのＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）３０により制御されるように構成されている点で相違する。
【００７０】
ＰＬＣ３０は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、周知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを所定に備えている。Ｉ／Ｏインターフェイスの入力側に、バイオガス流量計１１、有機物濃度測定ユニット１０の質量流量計１４が接続されている。
【００７１】
図６に示すように、このＰＬＣ３０は、濃度−密度変換器３１、ＰＩＤコントローラ３２、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３、ローレベルセレクタ３４、ポンプ制御信号変換器３５を有している。
【００７２】
以下、図６に示す機能ブロック図を参照して、ＰＬＣ３０で実行される制御について説明する。
【００７３】
濃度−密度変換器３１には、有機物濃度測定ユニット１０で測定した調整槽２内の有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを、１５℃での値に補正して入力する。
【００７４】
前述したように、油脂分離前の密度（ρ１）に比べ、油脂分離後の分離液の密度（ρ２）の方が大きく、その差分は、図４に示すように油脂濃度と相関があるので、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の密度（ρ２）とから有機性廃棄物の油脂濃度を算出できる。
【００７５】
また、油脂分離後の密度（ρ２）は、図７に示すようにＴＳ濃度と相関がある。そして、油脂も有機物なので、油脂濃度をＴＳ濃度に換算し、油脂分離後の密度（ρ２）から計算されたＴＳ濃度に加算することで、有機性廃棄物の全固形分濃度をＴＳ濃度(Ｔ−ＴＳ)として算出できる。
【００７６】
すなわち、濃度−密度変換器３１では、油脂分離前の密度（ρ１）と油脂分離後の分離液の密度（ρ２）とを入力し、下式（１）、（２）より、有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）として算出する演算が行われる。
(ρ２)−(ρ１)＝ａ×油脂濃度・・・（１）
Ｔ−ＴＳ＝油脂分離後のＴＳ濃度＋油脂濃度×ＴＳ換算係数・・・（２）
【００７７】
なお、式（１）中のａは、油脂分離後の密度（ρ２）と油脂分離前の密度（ρ１）との差分と、油脂濃度との関係をあらかじめ調べて決定する。図４では、ａ＝０．０００８であった。また、式（２）中のＴＳ換算係数は、油脂濃度の異なる有機性廃棄物の発酵実験により、油脂起因のバイオガス発生量と、油脂分離後のＴＳに起因するバイオガス発生量が同じになるように決定した値である。
【００７８】
次に、濃度−密度変換器３１での演算で算出した調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）をＰＩＤコントローラ３２に入力し、メタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）と比較する。そして、有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）と、基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）との差分が所定範囲となるようにバルブ制御信号を希釈水制御弁８に出力し、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。なお、基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）は、配管閉塞や、メタン発酵槽３内に有機物や油脂のフロッグなどが発生しないように決定する。
【００７９】
上記制御により、調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度に応じて、調整槽２に供給する希釈水量を調整できるので、調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度を一定となるように調整できる。
【００８０】
一方、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３には、バイオガス流量計１１で測定したバイオガスの流量を、０℃、１気圧、乾燥状態での値に補正して入力する。
【００８１】
バイオガスの発生量は、有機性廃棄物のＴＳ濃度と相関関係があるので、入力されたバイオガスの流量から、バイオガスの発生量に対応する有機性廃棄物の供給量（Ｑ）が算出できる。なお、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３では、メタン発酵槽３での有機性破棄物の分解率が好ましくは５５〜７８％、より好ましくは６５〜７０％での値として算出する。
【００８２】
次に、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３での演算結果（Ｑ）を、ローレベルセレクタ３４に入力し、有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）と比較して、小さい方の値（Ｑｌｏｗ）をポンプ制御信号変換器３５に入力する。
【００８３】
そして、ポンプ制御信号変換器３５では、ローレベルセレクタ３４から出力された値の供給量（Ｑｌｏｗ）となるようにポンプ制御信号を第２移送ポンプ６に出力して、調整槽２からメタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量を制御する。なお、供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）は、定格処理量の有機性廃棄物を処理する際に必要とされる有機性廃棄物の供給量として決定する。
【００８４】
本実施形態の構成は、概略的には以下の通りである。
１）有機性廃棄物（例えば、固形分濃度（ＴＳ）＝２〜８重量％程度）の油脂分離前の密度（ρ１）、油脂分離後の密度（ρ２）を密度計測器で計測する。
２）密度とＴＳ濃度（全固形物濃度）との相関関係を、あらかじめ実験的に算出する（上式（１）、（２）より）。そして、この算出した相関関係と、実測した密度とを比較演算して、目標とするＴＳ濃度（例えば３．５重量％程度）に相当する密度とするために必要な水希釈量や、水希釈率［％］を算出する。
３）「質量流量計」を設置した場合には、有機性廃棄物の質量流量［ｋｇ／ｈ］に対し、水希釈率［％］を乗じて水希釈の流量を算出し、質量流量計の出口以降の部分で、廃棄乳等へ水希釈量を比例添加する。
４）一定の容積の枡やタンクに貯液した廃棄乳等の重量を「ロードセル」で計測し、密度を算出した場合には、調整槽２への送液量に、希釈率［％］を乗じた水希釈量を調整槽へ添加し、撹拌や循環などにより混合する。
５）上記の内容は、あらかじめプログラミングした演算装置、計測器、自動弁などにより、人手を介することなく、全て自動的に動作するようにシステムを構築する。
【００８５】
このように、この実施形態では、有機性廃棄物の密度（ρ１）と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度（ρ２）とを測定し、これらの密度に基づいて全固形分濃度をＴＳ濃度として求めるようにしたので、乳製品の工場等から排出される廃乳廃液などのような油脂分の割合が変動する有機性廃棄物であっても、有機性廃棄物中の有機物濃度を正確に把握することができる。
【００８６】
また、上記ＴＳ濃度に基づいて、ＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように希釈水制御弁８の開度を制御して調整槽２に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を常に適正な値に調整することができる。
【００８７】
また、メタン発酵槽３での発酵状態が良好であると（バイオガス流量−廃液供給量変換器３３で算出する際に設定した分解率以上の場合）、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３からの出力は基準供給量よりも大きな値となるが、メタン発酵槽３での発酵状態が悪化すると（バイオガス流量−廃液供給量変換器３３で算出する際に設定した分解率以下の場合）、バイオガス流量−廃液供給量変換器３３の出力は基準供給量よりも小さな値となる。このため、バイオガスの発生量が一定となるように有機性廃棄物を常時供給量し続けると、メタン発酵槽３には処理能力を超える負荷の有機性廃棄物が供給されてメタン発酵処理が破綻する恐れがあるが、バイオガスの流量から求めた有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留槽１から供給可能な有機性廃棄物の基準供給量とを比較して、いずれか少ない方の供給量をメタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量とすることにより、メタン発酵を破綻させることなく、長期にわたって安定した発酵状態を維持することができる。
【００８８】
そして、設定値そのものへ上下限（リミット）付きのカスケード制御を適用して、以下の条件に基づき、アクティブに運転条件や操作条件を修正や補正することで、メタン発酵処理の反応の安定化に加えて、信頼性の向上も期待できる。
【００８９】
（ａ）メタンガスなどのバイオガスの発生量からメタン発酵槽の活性を評価し、設定値を適宜、修正や補正することで、運転条件を最適化し、設備（プラント）の処理能力を向上する。
（ｂ）メタン発酵槽でのｐＨの変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。有機酸等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｃ）メタン発酵槽での電気伝導率の変動を評価し、希釈水の添加量を自動で調整（増加）する。アンモニア性窒素等の発酵阻害物質の増大を回避する。
（ｄ）その他に必要に応じて有機性廃棄物のｐＨや電気伝導率の変化により、希釈水の添加量を自動で調整する。
【００９０】
メタン発酵槽の状態を監視し得られた情報から、有機物濃度の設定値をアクティブに制御し、発酵処理の性能を向上する。これにより、小容量の汎用プラントへの展開が期待できる。
【００９１】
図８に、本発明のメタン発酵装置の第３の実施形態の概略構成図を示す。
【００９２】
このメタン発酵装置は、貯留槽１の下流にメタン発酵槽３が配置されている点で、第１の実施形態と相違する。
【００９３】
貯留槽１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７には、第２移送ポンプ６、有機物濃度測定ユニット１０が介装されている。そして、メタン発酵槽３と有機物濃度測定ユニット１０との間には、希釈水制御弁８及び希釈水流量計１２が配置された希釈水供給ラインＬ８が接続している。
【００９４】
この実施形態において、希釈水制御弁８の開度制御、第２移送ポンプ６の流量制御は、ＰＬＣ４０により制御される。
【００９５】
ＰＬＣ４０のＩ／Ｏインターフェイスの入力側には、希釈水流量計１２、有機物濃度測定ユニット１０内の質量流量計１４が接続されている。
【００９６】
図９に示すように、このＰＬＣ４０は、濃度−密度変換器４１、第１除算器４２、第２除算器４３、第３除算器４４、ポンプ制御信号変換器４５、減算器４６、ＰＩＤコントローラ４７を有している。
【００９７】
濃度−密度変換器４１では、質量流量計１４から出力されたデータに基づき調整槽２内の有機性廃棄物の油脂濃度を演算して、演算結果を第１除算器４２に入力する。第１除算器４２では、濃度−密度変換器４１で演算した油脂濃度を、滞留時間で除して油脂負荷を演算し、演算結果を第２除算器４３に入力する。第２除算器４３では、第１除算器４２で演算した油脂負荷を、油脂負荷設定値で除して希釈倍率を演算し、演算結果を第３除算器４４に入力する。第３除算器４４では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）を、第２除算器４４で演算した希釈倍率で除し、演算結果（ｑ１）をポンプ制御信号変換器４５及び減算器４６に入力する。ポンプ制御信号変換器４５では、第３除算器４５で算出した値（ｑ１）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御する。減算器４６では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）から、第３除算器４５で算出した値（ｑ１）で減じて、演算結果（ｑ２）をＰＩＤコントローラ４７に入力する。ＰＩＤコントローラ４７では、第３除算器４５から出力された値（ｑ２）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。
【００９８】
この実施形態では、貯留部１内の有機性廃棄物をメタン発酵槽３に配送する際に、貯留部１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７にて有機性廃棄物の濃度調整を行うようにしたので、調整槽２を省略でき、メタン発酵装置の小型化が可能となる。
【００９９】
図１０に、本発明のメタン発酵装置の第４の実施形態の概略構成図を示す。
【０１００】
このメタン発酵装置は、貯留槽１の下流にメタン発酵槽３が配置されている点で、上記第２の実施形態と相違する。
【０１０１】
貯留槽１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７には、第２移送ポンプ６、有機物濃度測定ユニット１０が介装されている。そして、メタン発酵槽３と有機物濃度測定ユニット１０との間には、希釈水制御弁８及び希釈水流量計１２が配置された希釈水供給ラインＬ８が接続している。
【０１０２】
この実施形態において、希釈水制御弁８の開度制御、第２移送ポンプ６の流量制御は、ＰＬＣ５０により制御される。
【０１０３】
ＰＬＣ５０のＩ／Ｏインターフェイスの入力側には、バイオガス流量計１１、希釈水流量計１２、有機物濃度測定ユニット１０内の質量流量計１４が接続されている。
【０１０４】
図１１に示すように、このＰＬＣ５０は、濃度−密度変換器５１、第１除算器５２、バイオガス流量−廃液供給量変換器５３、ローレベルセレクタ５４、第２除算器５５、ポンプ制御信号変換器５６、減算器５７、ＰＩＤコントローラ５８を有している。
【０１０５】
濃度−密度変換器５１では、質量流量計１４から出力されたデータに基づき調整槽２内の有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）を演算して、演算結果を第１除算器５２に入力する。第１除算器５２では、濃度−密度変換器５１で演算したＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）で除し、演算結果（Ｂ１）を第２除算器５５に入力する。バイオガス流量−廃液供給量変換器５３では、バイオガス流量計１１から出力されたデータに基づきメタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量（Ｑ）を演算して、演算結果をローレベルセレクタ５４に入力する。ローレベルセレクタ５４では、有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）と、バイオガス流量−廃液供給量変換器５３から出力された値（Ｑ）とを比較して、低い方の値（Ｑｌｏｗ）を第２除算器５５及び減算器５７に入力する。第２除算器５５では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ）を第１除算器５２で算出した値（Ｂ１）で除し、演算結果（ｑ１）をポンプ制御信号変換器５６及び減算器５７に入力する。ポンプ制御信号変換器５６では、第２除算器５５で算出した値（ｑ１）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御する。減算器５７では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ）を、第２除算器５５で算出した値（ｑ１）で減じて、演算結果（ｑ２）をＰＩＤコントローラ５８に入力する。ＰＩＤコントローラ５８では、第２除算器５５から出力された値（ｑ２）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御する。
【０１０６】
この実施形態では、貯留部１内の有機性廃棄物をメタン発酵槽３に配送する際に、貯留部１とメタン発酵槽３とを連通する供給ラインＬ７にて有機性廃棄物の濃度調整を行うようにしたので、調整槽２を省略でき、メタン発酵装置の小型化が可能となる。
【実施例】
【０１０７】
（実施例１）
図１に示すメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行った。有機性廃棄物として、生ごみ厨芥を用いた。メタン発酵槽３内は５５℃に維持してメタン発酵処理を行った。メタン発酵槽３の液容積は、５．２ｍ３で、滞留時間を４日（１日の処理容積＝１，３００Ｌ／ｄ）とした。メタン発酵槽３への有機性廃棄物の設定流量は５４．２Ｌ／ｈとした。油脂負荷設定値は２．５ｇ／Ｌ／ｄとした。
貯留槽１に貯留された有機性廃棄物の密度（ρ１）及び有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）を、供給ラインＬ７の設置されている有機物濃度測定ユニット１０で測定し、１５℃での値に補正してＰＣＬ２０の濃度−密度変換器２１に入力した。
有機性廃棄物の密度（ρ１）は１．００２ｋｇ／Ｌであり、この有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）は１．０２０ｋｇ／Ｌであった。分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分は０．０１８であり、図４から、この有機性廃棄物の油脂分は２２．５ｇ／Ｌと算出できた。この演算結果を、除算器２２に入力した。
除算器２２では、濃度−密度変換器２１で演算した有機性廃棄物の油脂濃度を、滞留時間（＝４日）で除し、得られた値（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）を油脂負荷として演算し、ＰＩＤコントローラ２３に入力した。
ＰＩＤコントローラ２３では、除算器２２で演算された油脂負荷（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）が、油脂負荷設定値（＝２.５ｇ／Ｌ／ｄ）となるように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御した。
このようにしてメタン発酵したところ、長期にわたって、破綻することなくメタン発酵処理できた。
【０１０８】
（実施例２）
図８に示すメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行った。有機性廃棄物として、生ごみ厨芥を用いた。メタン発酵槽３内は５５℃に維持してメタン発酵処理を行った。メタン発酵槽３の液容積は、５．２ｍ３で、滞留時間を４日（１日の処理容積＝１，３００Ｌ／ｄ）とした。油脂負荷設定値は２．５ｇ／Ｌ／ｄとした。メタン発酵槽３への有機性廃棄物の設定流量は５４．２Ｌ／ｈとした。
貯留槽１に貯留された有機性廃棄物の密度（ρ１）及び有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）を、供給ラインＬ７の設置されている有機物濃度測定ユニット１０で測定し、１５℃での値に補正してＰＣＬ４０の濃度−密度変換器４１に入力した。
有機性廃棄物の密度（ρ１）は１．００２ｋｇ／Ｌであり、この有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）は１．０２０ｋｇ／Ｌであった。分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分は０．０１８であり、図４から、この有機性廃棄物の油脂分は２２．５ｇ／Ｌと算出できた。この演算結果を、第１除算器４２に入力した。
第１除算器４２では、濃度−密度変換器４１で演算した有機性廃棄物の油脂濃度（＝２２．５ｇ／Ｌ）を、滞留時間（＝４日）を除し、得られた値（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）を油脂負荷として演算し、第２除算器４３に入力した。
第２除算器４３では、第１除算器４２で演算した油脂負荷（＝５．６２５ｇ／Ｌ／ｄ）を、油脂負荷設定値（＝２.５ｇ／Ｌ／ｄ）で除し、得られた値（＝２．５６）を希釈倍率として、第３除算器４４に入力した。
第３除算器４４では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（＝５４．２Ｌ／ｈ）を、第２除算器４４で演算した希釈倍率（＝２．５６）で除し、演算結果（＝２１．２Ｌ／ｈ）をポンプ制御信号変換器４５及び減算器４６に入力した。
ポンプ制御信号変換器４５では、第３除算器４５で算出した値（＝２１．２Ｌ／ｈ）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御した。
減算器４６では、メタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量設定値（＝５４．２Ｌ／ｈ）から、第３除算器４５で算出した値（＝２１．２Ｌ／ｈ）で減じて、演算結果（＝３３．０Ｌ／ｈ）をＰＩＤコントローラ４７に入力した。
ＰＩＤコントローラ４７では、第３除算器４５から出力された値（＝３３．０Ｌ／ｈ）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御した。
このようにしてメタン発酵したところ、長期にわたって、破綻することなくメタン発酵処理できた。
【０１０９】
（実施例３）
図１０に示すメタン発酵装置を用いてメタン発酵を行った。有機性廃棄物として、ＴＳ濃度が４０〜１００ｇ／Ｌの廃乳廃液を用いた。メタン発酵槽３内は５５℃に維持してメタン発酵処理を行った。有機物の基準濃度（ＴＳｂａｓｅ）は３５ｇ／Ｌとした。流量設定値（Ｆｂａｓｅ）は１６６Ｌ／ｈとした。
貯留槽１に貯留された有機性廃棄物の密度（ρ１）及び有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）を、供給ラインＬ７の設置されている有機物濃度測定ユニット１０で測定し、１５℃での値に補正してＰＣＬ５０の濃度−密度変換器５１に入力した。
有機性廃棄物の密度（ρ１）は１．００２ｋｇ／Ｌであり、この有機性廃棄物から油脂分を除去した分離液の密度（ρ２）は１．０２０ｋｇ／Ｌであった。分離液の密度（ρ２）と有機性廃棄物の密度（ρ１）との差分は０．０１８であり、図４から、この有機性廃棄物の油脂分は２２．５ｇ／Ｌと計算でき、ＴＳ換算係数として１．１を掛けて、油脂起因のＴＳ濃度を２５ｇ／Ｌと算出した。また、分離液の密度（ρ２）から図５より、分離液のＴＳ濃度を５０ｇ／Ｌと算出した。そして、油脂起因のＴＳ濃度と分離液のＴＳ濃度との和（７５ｇ／Ｌ）を、この有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ）として演算し、演算結果を第１除算器５２に入力した。
第１除算器５２では、濃度−密度変換器５１で演算した有機性廃棄物のＴＳ濃度（Ｔ−ＴＳ＝７５ｇ／Ｌ）を、基準濃度（ＴＳｂａｓｅ＝３５ｇ／Ｌ）を除し、得られた値（Ｂ１＝２．１４）を第２除算器５５に入力した。
バイオガス流量−廃液供給量変換器５３では、バイオガス流量計１１から出力されたバイオガス流量に基づきメタン発酵槽３への有機性廃棄物の供給量（Ｑ）を演算して、演算結果をローレベルセレクタ５４に入力した。そして、ローレベルセレクタ５４において、有機性廃棄物の供給量設定値（Ｑｂａｓｅ）と、バイオガス流量−廃液供給量変換器５３から入力された値（Ｑ）とを比較して、低い方の値（Ｑｌｏｗ）を第２除算器５５及び減算器５７に入力した。なお、メタン発酵槽３内の発酵状態が良好な場合、供給量設定値（Ｑｂａｓｅ＝１６６Ｌ／ｈ）が選択され、１６６Ｌ／ｈを第２除算器５５及び減算器５７に入力した。
第２除算器５５では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ＝１６６Ｌ／ｈ）を、第１除算器５２で算出した値（Ｂ１＝２．１４）で除し、得られた演算結果（ｑ１＝７７．６Ｌ／ｈ）をポンプ制御信号変換器５６及び減算器５７に入力した。
ポンプ制御信号変換器５６では、第２除算器５５で算出した値（ｑ１＝７７．６Ｌ／ｈ）の供給量となるようにポンプ制御信号を出力して第２移送ポンプ６の駆動を制御した。
減算器３７では、ローレベルセレクタ５４から出力された値（Ｑｌｏｗ＝１６６Ｌ／ｈ）を、第２除算器５５で算出した値（ｑ１＝７７．６Ｌ／ｈ）で減じて、演算結果（ｑ２＝８８．４Ｌ／ｈ）をＰＩＤコントローラ５８に入力した。
ＰＩＤコントローラ５８では、第２除算器５５から出力された値（ｑ２＝８８．４Ｌ／ｈ）と、希釈水流量計１２の値とを比較し、その差を補填するように希釈水制御弁８にバルブ制御信号を出力して、希釈水制御弁８の開閉度を制御した。
このようにしてメタン発酵したところ、長期にわたって、破綻することなくメタン発酵処理できた。
【符号の説明】
【０１１０】
１：貯留槽
２：調整槽
３：メタン発酵槽
４：第１移送ポンプ
５：循環ポンプ
６：第２移送ポンプ
７：排出ポンプ
８：希釈水制御弁
９：水位計
１０：有機物濃度測定ユニット
１１：バイオガス流量計
１２：希釈水流量計
１３：油脂除去器
１４：質量流量計
１５：切り替えバルブ
２０，３０，４０，５０：ＰＬＣコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物の油脂濃度を求め、この油脂濃度があらかじめ定めた設定値となるように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を調整することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項２】
有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度として求め、このＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を調整することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項３】
前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定し、このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求め、このバイオガス流量に基づく有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とする請求項１又は２記載のメタン発酵方法。
【請求項４】
前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のメタン発酵方法。
【請求項５】
有機性廃棄物の貯留部と、
該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、
前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、
前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、
前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、
前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置と、を備え、
前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、
前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、油脂濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められた油脂濃度を、設定範囲となるように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項６】
有機性廃棄物の貯留部と、
該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、
前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、
前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、
前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、
前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置と、を備え、
前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、
前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、全有機物濃度をＴＳ濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められたＴＳ濃度を前記メタン発酵槽に投入されるべき基準濃度と比較して、その差を補償するように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項７】
前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定するバイオガス流量計と、
このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求めるバイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器と、
前記バイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器で求められた有機性廃棄物の供給量と、前記貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とするポンプ制御信号変換器とを有する、有機性廃棄物供給量制御装置を更に備えている請求項５又は６記載のメタン発酵装置。
【請求項８】
前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものである請求項５〜７のいずれか１項に記載のメタン発酵装置。
【請求項１】
有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物の油脂濃度を求め、この油脂濃度があらかじめ定めた設定値となるように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の油脂濃度を調整することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項２】
有機性廃棄物の密度と、該有機性廃棄物から油脂を除去した分離液の密度とを測定し、これらの密度に基づいて前記有機性廃棄物中の全固形分濃度をＴＳ濃度として求め、このＴＳ濃度をメタン発酵槽に投入されるべき有機物の基準濃度と比較して、その差を補償するように前記有機性廃棄物に希釈水を供給することにより、メタン発酵槽に供給される有機性廃棄物の有機物濃度を調整することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項３】
前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定し、このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求め、このバイオガス流量に基づく有機性廃棄物の供給量と、有機性廃棄物の貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とする請求項１又は２記載のメタン発酵方法。
【請求項４】
前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のメタン発酵方法。
【請求項５】
有機性廃棄物の貯留部と、
該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、
前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、
前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、
前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、
前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置と、を備え、
前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、
前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、油脂濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められた油脂濃度を、設定範囲となるように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項６】
有機性廃棄物の貯留部と、
該有機性廃棄物をメタン発酵処理してバイオガスを取り出すメタン発酵槽と、
前記貯留部から前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を供給する供給手段と、
前記有機性廃棄物の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、
前記メタン発酵槽に供給される前記有機性廃棄物を希釈する希釈水供給手段と、
前記希釈水供給手段の希釈水供給量を制御する希釈水供給制御装置と、を備え、
前記有機物濃度測定手段は、油脂除去器と、密度測定器とを有し、前記有機性廃棄物を前記密度測定器に通して求められる密度と、前記有機性廃棄物を前記油脂除去器に通して油脂を除去した分離液とし、この分離液を前記密度測定器に通して求められる密度とを測定するように構成されており、
前記希釈水供給制御装置は、前記有機物濃度測定手段から入力される前記有機性廃棄物の密度と前記分離液の密度とから、全有機物濃度をＴＳ濃度として求める密度−濃度変換器と、この密度−濃度変換器によって求められたＴＳ濃度を前記メタン発酵槽に投入されるべき基準濃度と比較して、その差を補償するように希釈水供給量を決定して、前記希釈水供給手段に制御信号を送るＰＩＤコントローラとを有していることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項７】
前記メタン発酵槽から取り出されるバイオガスの流量を測定するバイオガス流量計と、
このバイオガス流量に基づいて必要とされる有機性廃棄物の供給量を求めるバイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器と、
前記バイオガス流量−有機性廃棄物供給量変換器で求められた有機性廃棄物の供給量と、前記貯留部から供給可能な有機性廃棄物の供給量とを比較して、少ない方の供給量を、前記希釈された有機性廃棄物のメタン発酵槽への供給量とするポンプ制御信号変換器とを有する、有機性廃棄物供給量制御装置を更に備えている請求項５又は６記載のメタン発酵装置。
【請求項８】
前記有機性廃棄物が廃乳廃液を含有するものである請求項５〜７のいずれか１項に記載のメタン発酵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２３４２０３（Ｐ２０１０−２３４２０３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３１８０（Ｐ２００９−８３１８０）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「バイオマス等未活用エネルギー実証試験／バイオマス等未活用エネルギー実証試験／小型高速メタン発酵システムによる食品バイオマスエネルギー化実証試験事業」に係る委託研究、産業技術強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６１３８）明治乳業株式会社 (265)
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「バイオマス等未活用エネルギー実証試験／バイオマス等未活用エネルギー実証試験／小型高速メタン発酵システムによる食品バイオマスエネルギー化実証試験事業」に係る委託研究、産業技術強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６１３８）明治乳業株式会社 (265)
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
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