JP2005329396A - メタン発酵システム - Google Patents

Abstract

【課題】 メタン発酵槽の小型化、異物堆積の防止及び撹拌動力の低減が図られると共に異物を焼却する場合に優れた熱バランスを呈するシステムを提供する。
【解決手段】 選別装置２で可燃ごみから生ごみを選別し、この生ごみを後段のメタン発酵を速やかに行うべく可溶化槽３で可溶化し、この可溶化生ごみを固液分離装置４で生ごみ分離液と脱水異物とに固液分離し、メタン発酵槽５の大型化、異物堆積及び撹拌動力の増大を招く脱水異物を分離した生ごみ分離液を、メタン発酵槽５でメタン発酵する。また、メタン発酵槽５の消化汚泥を脱水機７で脱水して脱水消化汚泥とし、固液分離装置４で固液分離した脱水異物を発酵乾燥機６で発酵乾燥し発酵乾燥異物としてその含水率を大幅に低減し、この含水率が大幅に低減された発酵乾燥異物と脱水消化汚泥を焼却設備８で焼却する場合に、焼却量を低減すると共に発熱量を高める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可燃ごみを基にメタン発酵処理してバイオガスを得るメタン発酵システムに関する。

この種のメタン発酵システムとしては、可燃ごみを選別装置により生ごみと異物に選別し、この選別装置で選別された生ごみを可溶化槽で可溶化し、この可溶化槽で可溶化された生ごみをメタン発酵槽で撹拌処理を伴うメタン発酵処理に供し、メタンと二酸化炭素を主成分とするバイオガスを得るメタン発酵システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２７５６８６号公報

しかしながら、上記メタン発酵システムにあっては、選別装置で選別を行っても生ごみに異物が混入する。この異物としては、例えば、土砂、金属片等の重量物や、紙類、プラスチックフィルム類、剪定枝、繊維類等の破片等の軽量物がある。そして、この異物が生ごみと共にメタン発酵槽に導入されるため、メタン発酵槽を大型化する必要がある。このメタン発酵槽の容量は、プロセスや微量塩類添加の有無等により異なるが、投入物量に対し７日〜３０日程度必要であり、例えば、メタン発酵槽投入物（選別された生ごみ）量が１００ｔ／日、異物混入率が３０％、メタン発酵槽滞留日数が２０日の場合には、メタン発酵槽の容量は２０００ｍ^３必要であるが、異物が混入していなければ、１４００ｍ^３で十分である。

また、異物がメタン発酵槽で滞留しないようにするには、大きな撹拌動力が必要となる。因みに、異物が混入しない場合には、メタン発酵槽容量１ｍ^３当たりの撹拌動力は８Ｗ程度であれば良いが、異物が３０％程度混入していると、メタン発酵槽容量１ｍ^３当たりの撹拌動力は１００Ｗ程度が必要となる。

また、上記重量異物はメタン発酵槽で底部に堆積し消化汚泥と共に引き抜くことが可能であるが、軽量異物は、撹拌力が強い場合には、一部が液中に浮遊し、一部が液面に浮上し堆積してスカム（堆積物）を形成し、また、撹拌力が弱い場合には、発生するバイオガスにより押し上げられて全量が液面に浮上し硬いスカムを形成する。何れにしてもスカムが形成され、このスカムは一度形成されてしまうと除去が困難である。そして、このスカムによりバイオガスが気相部に抜け難くなり突沸が起こる虞がある。この突沸が生じると、メタン発酵槽内圧力が急上昇してメタン発酵槽に設置されている安全弁が開き、外部にバイオガスが漏洩してしまう。ここで、このスカムの形成には、メタン発酵槽内の汚泥濃度も深く関係し、メタン発酵槽内の汚泥濃度が高い方が液の粘性が高まるため、軽量異物は液中に浮遊しスカムは発生し難くなる。従って、汚泥濃度を例えば８％以上とし、適正な撹拌力を与えればスカムの発生は殆ど無くなることになるが、実際には、撹拌力は汚泥濃度が高まるに連れ大きくすることが必要とされ、一方、撹拌を停止してしまうとスカムが容易に発生してしまう。

また、メタン発酵槽の消化汚泥を引き抜き、脱水機で脱水して脱水消化汚泥とし、この脱水消化汚泥を焼却処理に供することにすると、脱水消化汚泥に混入している（含まれている）異物の含水率（７０％程度）が、可溶化槽に投入される前の異物の含水率（３５％程度）に比して非常に高く、従って、焼却に際して、焼却ごみのその量が多い一方でその発熱量が低く、熱バランスが悪い。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、メタン発酵槽の小型化、異物堆積の防止及び撹拌動力の低減が図られると共に、異物を焼却する場合にあって優れた熱バランスを呈するメタン発酵システムを提供することを目的とする。

本発明によるメタン発酵システムは、可燃ごみから生ごみを選別する選別装置と、この選別装置で選別された生ごみを可溶化する可溶化槽と、この可溶化槽で可溶化された生ごみを固液分離する固液分離装置と、この固液分離装置で固液分離された生ごみ分離液をメタン発酵するメタン発酵槽と、このメタン発酵槽からの消化汚泥を脱水する脱水機と、固液分離装置で固液分離された脱水異物を発酵乾燥する発酵乾燥機と、を具備したことを特徴としている。

このようなメタン発酵システムによれば、可燃ごみは選別装置に供給されて生ごみが選別され、この選別装置で選別された生ごみは、後段のメタン発酵を速やかに行うべく可溶化槽で可溶化され、この可溶化槽で可溶化された生ごみは、固液分離装置で生ごみ分離液と脱水異物とに固液分離され、槽の大型化、異物堆積及び撹拌動力の増大を招く脱水異物が分離された生ごみ分離液が、メタン発酵槽でメタン発酵される。また、メタン発酵槽の消化汚泥は、脱水機で脱水されて脱水消化汚泥とされ、固液分離装置で固液分離された脱水異物は、発酵乾燥機で発酵乾燥され発酵乾燥異物とされてその含水率が大幅に低減される。このため、この含水率が大幅に低減された発酵乾燥異物と上記脱水消化汚泥とを焼却設備で焼却する場合には、焼却量が低減されると共に発熱量が高くなる。

ここで、脱水機からの脱水消化汚泥を発酵乾燥機に投入し、発酵乾燥機は、脱水異物及び脱水消化汚泥を発酵乾燥する構成とすると、脱水消化汚泥の含水率がさらに低減されるため、焼却設備で焼却する場合には焼却量が一層低減されると共に発熱量が一層高くなる。

また、上記のようにメタン発酵槽の前段に固液分離装置が設けられているため、メタン発酵槽の汚泥濃度が低下し、メタン発酵槽の異物は液面に浮上する。このため、メタン発酵槽の液面の異物を排出する上部異物排出装置を備えていると、異物の堆積が一層防止される。

ここで、固液分離装置としては種々のものが挙げられるが、生ごみには、剪定枝の小片や粒径の大きい異物が混入しているため、これらの選別除去能力が高いスクリュープレスを採用することが好ましい。

また、スクリュープレスは、その選別粒度が５ｍｍ〜２０ｍｍとされていると、生ごみから異物が効果的に除去される。

また、発酵乾燥機としては種々のものが挙げられるが、上記作用を効果的に奏する構成としては、脱水異物、又は、脱水異物及び脱水消化汚泥を槽内に投入する投入装置と、槽内に給気する給気装置と、槽内を所定に撹拌する撹拌装置と、槽内の温度を所定温度に調整する温度調整装置と、発酵乾燥異物、又は、発酵乾燥異物及び発酵乾燥消化汚泥を排出する排出装置と、を備える構成が挙げられる。

ここで、発酵乾燥機の容量は、堆肥化の場合、良好な品質の堆肥を得るには、脱水異物の発生量の７日分〜１４日分であるが、このメタン発酵システムでは乾燥を目的としているので、発酵乾燥機の容量を、脱水異物の発生量、又は、脱水異物及び脱水消化汚泥の発生量の１日分〜７日分とすることが可能であり、この容量で、脱水異物の含水率、又は、脱水異物及び脱水消化汚泥の含水率を例えば３０〜３５％程度の所望の含水率に低下することが可能である。

また、生ごみの調整には、メタン発酵後の消化汚泥を添加することが好ましい。これは、生ごみの酸発酵速度はｐＨが低下すると共に低下するが、消化汚泥はアルカリ度が高いため、ｐＨ低下の緩衝に効果的であると共に可溶化に必要な菌を添加する効果があるからである。この消化汚泥の生ごみに対する添加量は、生ごみ１に対して１〜１．５程度で可溶化は十分進行するが、後段の固液分離装置での分離性を高めるためには、生ごみ１に対して４〜７程度とするのが好ましい。このように生ごみに対して消化汚泥を多く添加することで、固液分離装置で固液分離された脱水異物に、本来メタン発酵するべき有機物が混入する割合が低下し、バイオガスの発生量が増加する。

従って、消化汚泥の一部を、選別装置からの選別された生ごみに添加し、この添加量を、選別された生ごみの４倍〜７倍とするのが好適である。

ここで、選別装置からの選別された生ごみに対する消化汚泥の添加率を高めると、可溶化槽を大型化する必要がある。

従って、可溶化槽の小型化を図るには、消化汚泥の一部を、選別装置からの選別された生ごみと可溶化槽からの可溶化された生ごみとに添加するのが好ましい。

このように本発明によるメタン発酵システムによれば、メタン発酵槽の前段で脱水異物が除去されるため、メタン発酵槽の小型化、異物堆積の防止及び撹拌動力の低減を図ることが可能になると共に、この脱水異物が発酵乾燥異物とされその含水率が大幅に低減されるため、焼却に供する場合には焼却量が低減されると共に発熱量が高くなり、優れた熱バランスを呈することが可能となる。

以下、本発明によるメタン発酵システムの好適な実施形態について図１〜図７を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１〜図６は、本発明の第一実施形態に係るメタン発酵システムを示す各図であって、図１は、メタン発酵システムを示すブロック構成図、図２及び図３は、メタン発酵槽及び上部異物排出装置を示す各図、図４及び図５は、メタン発酵槽及び他の上部異物排出装置を示す各図、図６は、固液分離装置としてのスクリュープレスを示す図である。

図１に示すように、メタン発酵システム１００は、破砕装置１、選別装置２、可溶化槽３、固液分離装置４、メタン発酵槽５をこの順に接続し、固液分離装置４に対して発酵乾燥機６を、メタン発酵槽５に対して脱水機７を各々接続し、さらに、これらの発酵乾燥機６、脱水機７及び選別装置２に対して焼却設備８を接続して備えている。

また、このメタン発酵システム１００は、メタン発酵槽５に対してガスホルダ９を、焼却設備８に対してボイラ１０を各々接続し、これらのガスホルダ９及びボイラ１０に対してスーパーヒータ１１、発電機１２をこの順に接続し、さらに、脱水機７に対して排水処理設備１３を接続して備えている。

破砕装置１は、施設に搬入された可燃ごみを破砕するものである。この破砕装置１としては、竪型又は横型の切断機、竪型又は横型のスイングハンマ、竪型又は横型のリンググラインダ、単軸又は多軸の低速回転破砕機等が採用されるが、後段の選別装置２による選別が行い易いのは、竪型リンググラインダ又は低速回転破砕機である。

破砕装置１の後段の選別装置２は、破砕装置１で破砕された可燃ごみを、生ごみを多く含んだ選別生ごみと、この生ごみ以外のごみを多く含んだ選別異物とに選別するものである。この選別装置２は乾式と湿式に大別されるが、湿式の場合には前段の破砕装置１を設けなくても良い。この湿式の選別装置としては、可燃ごみに水や汚泥等を加え強力な撹拌力により破砕・選別するハイドロパルパーと呼ばれる装置を用いるのが好ましい。

また、乾式の選別装置としては、篩い分け型、比重差型、電磁波型、磁気型、渦電流型やこれらの組み合わせ方式等が採用される。篩い分け型には、振動式、回転式、ローラ式が、比重差型には、風力式、機械式、複合式が、電磁波型には、Ｘ線式、近赤外線式、可視光線式が、磁気型には、吊り下げ式、ドラム式、プーリ式が、渦電流型には、永久磁石式、リニアモータ式が各々ある。ここで、篩い分け型に、風力式による比重差型と磁気型とを組み合わせるのが、可燃ごみから生ごみを選別するのに好適である。

また、破砕装置１の前段に、可燃ごみが混入した袋を破袋するために破袋機、除袋機を設けても良く、破袋機と破砕装置１との間に選別装置２を設けても良い。破袋機としては、圧縮型、回転型、熱溶断型があり、圧縮型には、加圧刃式、直立刃式が、回転型には、ドラム式、回転刃式、剪断式が各々あるが、可燃ごみの破袋には、剪断式が好ましい。

また、破袋機と破砕装置１との間に選別装置２を設ける場合には、上記選別装置の何れも適用可能であるが、破砕されていない可燃ごみを対象とした選別であるため、篩い分け型のローラ式を採用するのが好ましい。

そして、可燃ごみの生ごみ比率が３０〜５０％の場合には、当該選別装置２により、選別生ごみは、その生ごみ比率が７０〜８０％となると共に生ごみ以外のごみ比率が２０〜３０％となり、一方、選別異物は、その生ごみ比率が５％以下となると共に、生ごみ以外のごみ比率が９５％以上となる。

この選別装置２の後段の可溶化槽３は、選別装置２で選別された選別生ごみを、後段のメタン発酵槽５で速やかにメタン発酵させるべく、可溶化するものである。この可溶化槽３では、メタン発酵を容易とするように温度調整及び濃度調整が行われ、生ごみが酸発酵し、有機物が乳酸、酢酸等に低分子化される。この可溶化槽３での生ごみの調整温度は、３０°Ｃ〜６０°Ｃである。ここで、メタン発酵温度が３８°Ｃ前後の中温発酵では可溶化槽内温度を３８°Ｃ〜４０°Ｃに、メタン発酵温度が５５°Ｃ前後の高温発酵では可溶化槽内温度を５５°Ｃ〜６０°Ｃに各々設定するが、中温発酵のメタン発酵でも可溶化槽内温度を５５°Ｃ〜６０°Ｃとする場合もある。また、可溶化槽３での生ごみの調整濃度は、メタン発酵槽５の方式によって異なるが、概ね５％〜２５％である。

前段で乾式の選別装置を用いる場合には、可溶化槽３で生ごみに水や汚泥を添加して所定の汚泥濃度に調整するが、湿式の選別装置を用いる場合には、ハイドロパルパーで水や汚泥を添加しているため、特に可溶化槽３で濃度調整する必要は無く、概ね５％〜９％となる。

この生ごみの調整には、メタン発酵後の消化汚泥を添加することが好ましい。これは、生ごみの酸発酵速度はｐＨが低下すると共に低下するが、消化汚泥はアルカリ度が高いため、ｐＨ低下の緩衝に効果的であると共に可溶化に必要な菌を添加する効果があるからである。

消化汚泥の生ごみに対する添加量は、生ごみ１に対して１〜１．５程度で可溶化は十分進行するが、後段の固液分離装置（スクリュープレス脱水機；詳しくは後述）４での分離性を高めるためには、生ごみ１に対して４〜７程度とするのが好ましい。このように生ごみに対して消化汚泥を多く添加することで、固液分離装置４で固液分離されて排出される脱水異物に、本来メタン発酵するべき有機物が混入する割合が低下し、バイオガスの発生量が増加する。具体的には、例えば生ごみに対する消化汚泥の添加率が５．５の場合、消化汚泥の添加率が１．５の場合よりバイオガスの発生量が３０〜５０％増加する。従って、メタン発酵後の消化汚泥の一部を、選別装置２からの選別された生ごみに添加し、この添加量を、選別された生ごみの４倍〜７倍とするのが好適である。なお、消化汚泥は、可溶化槽３に直接添加しても良く、また、選別装置２と可溶化槽３とを接続し選別装置２で選別された生ごみを可溶化槽３に移送するラインに添加するようにしても良く、要は、選別装置２からの選別された生ごみに対して添加できれば良い。

ところで、選別装置２からの選別された生ごみに対する消化汚泥の添加率を高めると、可溶化槽３を大型化する必要がある。従って、可溶化槽３の小型化を図るには、メタン発酵後の消化汚泥の一部を、選別装置２からの選別された生ごみと可溶化槽３からの可溶化された生ごみとに添加するのが好ましい。

ここで、生ごみの可溶化については消化汚泥の添加率が１〜１．５程度で問題ないため、選別装置２からの選別された生ごみに対する消化汚泥の添加率は１〜１．５程度とし、可溶化槽３からの可溶化された生ごみに残りの消化汚泥を添加し、最終的に消化汚泥の添加率を４〜７に高めることがより好ましい。なお、消化汚泥は、可溶化槽３と固液分離装置４とを接続し可溶化槽３で可溶化された生ごみを固液分離装置４に移送するラインに添加するようにしても良く、また、当該ラインに機械撹拌による混合槽を設け当該混合槽に添加しても良く、さらにまた、固液分離装置４に直接添加しても良く、要は、可溶化槽３からの可溶化された生ごみに対して添加できれば良い。

また、可溶化槽３は、酸素を遮断して嫌気的な条件で運転する場合と、空気に触れた状態又は積極的に空気や酸素を吹き込んで好気的な条件で運転する場合とがあるが、何れの場合も、適正な運転条件であれば、生ごみの可溶化は進行する。

この可溶化槽３での滞留時間は、１〜４８時間とするのが良い。ここで、酸発酵は、滞留時間が長くなるに連れて進行するが、可溶化槽内のｐＨが低下すると共に酸発酵速度も低下するため、滞留時間は８時間程度とするのが特に好ましい。また、滞留時間をこれ以上長くすると、可溶化槽３の容量を大きくする必要があると共に加熱熱量が増加するため、経済的に好ましくない。

この可溶化槽３の後段の固液分離装置４は、可溶化槽３で可溶化された可溶化生ごみ（酸発酵生ごみ）を、生ごみ分離液と脱水異物とに固液分離するものである。この固液分離装置４としては、スクリュープレス脱水機、遠心脱水機、フィルタープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、多重円板脱水機、ドラムスクリーン等が採用されるが、生ごみには、剪定枝の小片や粒径の大きい異物が混入しているため、これらの選別除去能力が高いスクリュープレス脱水機（以下単にスクリュープレスと呼ぶ）を採用するのが好ましい。

このスクリュープレスは、図６に示すように、内部に、回転するスクリュー羽根４ａを備え、このスクリュー羽根４ａを収容するケーシング４ｂに、内外を連通する所定径の選別孔４ｃを多数有し、投入口４ｄから投入された可溶化生ごみを、前半部で重力脱水し、後半部で、スクリュー羽根４ａの押し出しによる圧搾力と回転による剪断力で脱水して、生ごみ分離液と脱水異物とに分離し、生ごみ分離液を生ごみ分離液排出口４ｅから排出する一方で、脱水異物を、送り方向の終端に設けられている脱水異物排出口４ｆから排出する。

ここで、可溶化生ごみを生ごみ分離液と脱水異物とに効果的に分離する（生ごみから異物を効果的に除去する）には、スクリュープレスの選別孔４ｃによる選別粒度を５ｍｍ〜２０ｍｍとするのが好ましい。

そして、導入される可溶化生ごみの濃度が１５％である場合には、スクリュープレスにより、生ごみ分離液の濃度は１０．７％となり、生ごみに含まれる異物の８０％以上が脱水異物として除去される。この脱水異物は、その含水率が５０％程度である。なお、選別孔４ｃは、スリットの場合もある。

この固液分離装置４の後段のメタン発酵槽５は、固液分離装置４で分離された分離処理液をメタン発酵し、メタンと二酸化炭素を主成分とするバイオガスを生成するものである。ここで、メタン発酵自体には強力な撹拌は必要無く、メタン生成菌とメタン発酵の原料が接触できる程度の撹拌であれば良いが、前述したように、可燃ごみから選別した生ごみをメタン発酵する場合には、多少の異物がメタン発酵槽５に投入されるため、異物がメタン発酵槽５に滞留しないように、ある程度撹拌することが必要である。この撹拌には、機械撹拌機による撹拌、ポンプによる液撹拌、ガスブロワ又はガスコンプレッサによるガス撹拌等があるが、機械撹拌機による撹拌が好ましい。

図２及び図３に示すように、機械撹拌機５ａは、メタン発酵槽５の略中央に、複数の撹拌機羽根５ｂが設けられた撹拌機軸５ｃを、当該撹拌機羽根５ｂが液中に浸漬するように吊設し、この撹拌機軸５ｃを縦型の撹拌機用電動機５ｄにより回転させるものであり、撹拌機羽根５ｂの回転によりメタン発酵槽５を好適に撹拌する。

このようなメタン発酵槽５には、メタン発酵槽５の液面の異物を排出するための上部異物排出装置２０が付設されている。この上部異物排出装置２０は、メタン発酵槽５の中央から離間した位置に、掻取ブレード２０ａが設けられた掻取ブレード軸２０ｂを、当該掻取ブレード２０ａが液面に浸漬するように吊設し、この掻取ブレード軸２０ｂを縦型の上部異物排出装置用電動機２０ｃにより回転させ、この掻取ブレード軸２０ｂと共に回転する掻取ブレード２０ａにより液面の異物を掻き取り異物排出区画２０ｄに集め異物排出口２０ｅを介してメタン発酵槽５外に排出するものである。

また、この上部異物排出装置２０に代えて、図４及び図５に示す上部異物排出装置２１を用いても良い。この上部異物排出装置２１は、撹拌機軸５ｃに外挿される中空の第一掻取ブレード軸２１ｂを吊設すると共に、この第一掻取ブレード軸２１ｂの外周面に水平方向に張り出す第二掻取ブレード軸２１ｆを設け、この第二掻取ブレード軸２１ｆの先端の下面に、掻取ブレード２１ａが液面に浸漬するように配設し、第一掻取ブレード軸２１ｂを横型の上部異物排出装置用電動機２１ｃにより回転させ、これらの第一、第二掻取ブレード軸２１ｂ，２１ｆと共に回転する掻取ブレード２１ａにより液面の異物を掻き取り異物排出区画２１ｄに集め異物排出口２１ｅを介してメタン発酵槽５外に排出するものである。なお、この上部異物排出装置２１には、第二掻取ブレード軸２１ｆ及び掻取ブレード２１ａが垂れ下がらないように、メタン発酵槽５の周壁面に沿ってその内側に突出し第二掻取ブレード軸２１ｆの先端部下面を下から支える円環状の軸サポート２１ｇが設けられている。

そして、このメタン発酵槽５で生成されたバイオガスは、先ず、ガスホルダ９で貯留され、ガスエンジンや燃料電池といった発電機やボイラの燃料として用いられたり、バイオガス中のメタン濃度を気体分離膜方式、ＰＳＡ方式又は加圧水吸収方式等により濃縮し自動車燃料等として利用される。

また、メタン発酵槽５にあっては、メタン発酵後の残渣である消化汚泥を適宜底部から引き抜くためのバルブ（不図示）を備えている。

このメタン発酵槽５に接続される脱水機７は、メタン発酵槽５から引き抜かれた消化汚泥を脱水するものである。ここで、大きな異物は先の固液分離装置４で除去されているため、脱水機７の前段にスクリーンを設ける必要は無く、消化汚泥の直接の投入が可能である。この脱水機７としては、スクリュープレス、遠心脱水機、フィルタープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、多重円板脱水機等が採用される。

また、上記固液分離装置４に接続される発酵乾燥機６は、固液分離装置４で固液分離された脱水異物を発酵乾燥させるものである。この発酵乾燥機６としては、円筒式、平面式、サイロ式、円錐式等が採用される。円筒式には、ロータリーキルン式、リボン撹拌式、半円筒パドル式が、平面式には、スクープ式、パドル式が、サイロ式には、オーガー式、撹拌羽根式が、円錐式には、スクリュー式が各々あるが、脱水異物を槽内に投入する投入装置と、槽内に給気する給気装置と、槽内を所定に撹拌する撹拌装置と、槽内の温度を所定温度に調整する温度調整装置と、脱水異物を発酵乾燥させた発酵乾燥異物を排出する排出装置と、を備えているのが好ましい。

前述したように、可溶化生ごみの濃度が１５％（調整濃度５％〜２５％）である場合には、脱水異物の含水率は５０％程度であり、脱水異物には生ごみ等の易分解性有機物が付着している。このため、温度条件、通気条件等を調整すれば、有機物が分解し、その発熱によって脱水異物の含水率が低下する。発酵乾燥機内の温度は、通常は有機物の発熱により調整は不要であり、５０°Ｃ〜７０°Ｃに維持されるが、寒冷地や運転立ち上げ時は加熱することが好ましい。また、通気は、堆積する脱水異物等の容量１ｍ^３当たり最大で１００Ｌ／分で十分である。この発酵乾燥機６の排気ガスには、高濃度のアンモニア等の悪臭物質が含まれているため、排気ガスを捕集し脱臭処理することが好ましい。このため、発酵乾燥機６としては、排気ガスを捕集し易い構造のものを採用するのが好ましい。排気ガスを捕集し易いのは、円筒式、サイロ式、円錐式等であるが、発酵乾燥機が大型化する場合はやむを得ず平面式を採用することもある。

発酵乾燥機６の容量は、投入される脱水異物等の量により決定される。通常、堆肥化する場合には良好な堆肥を得るために滞留日数を１日当たりの投入量の７〜１４日とするが、本実施形態では乾燥のみを目的としているため、滞留日数は、投入される脱水異物等の含水率により変化するが、概ね１日〜７日程度で良く、通常は３日程度で良い。

そして、この発酵乾燥機６により、含水率５０％程度の脱水異物は、その含水率が３０〜３５％程度迄低下される。

この発酵乾燥機６、上記脱水機７及び上記選別装置２に接続される焼却設備８は、発酵乾燥機６で発酵乾燥された発酵乾燥異物、脱水機７で脱水された脱水消化汚泥、選別装置２で選別された選別異物を焼却するものである。この焼却設備８としては、流動床焼却炉を有するものや、ストーカ焼却炉を有するもの等が採用される。

このように構成されたメタン発酵システム１００によれば、施設に搬入された可燃ごみは破砕装置１で破砕され、この破砕装置１からの可燃ごみは選別装置２で選別生ごみと選別異物とに選別され、この選別装置２からの選別生ごみは可溶化槽３で可溶化され、この可溶化槽３からの可溶化生ごみは固液分離装置４で生ごみ分離液と脱水異物とに固液分離され、メタン発酵槽５の大型化、異物堆積及び撹拌動力の増大を招く脱水異物が分離された生ごみ分離液が、メタン発酵槽５でメタン発酵されバイオガスが生成される。

このように、メタン発酵槽５の前段で、生ごみ分離液から脱水異物が除去されるため、メタン発酵槽５の小型化、異物堆積（スカム発生）の防止及び撹拌動力の低減が図られる。

また、このように固液分離装置４により生ごみ分離液から脱水異物が除去されるが、多少の異物はメタン発酵槽５に生ごみ分離液と共に投入される。この異物としては、例えば、土砂、金属片等の重量物や、紙類、プラスチックフィルム類、剪定枝、繊維類等の破片等の軽量物がある。メタン発酵槽５にあっては、重量物はメタン発酵槽５の底部に堆積しバルブを開にすることで消化汚泥と共に適宜引き抜かれる。

このメタン発酵槽５では、前段の固液分離装置４の設置により汚泥濃度が低下しているため、固液分離装置４により少なくされているが導入された軽量物（軽量異物）は、液面に浮上する。そして、この液面の軽量物は、図２及び図３、又は、図４及び図５に示した上部異物排出装置２０，２１により効果的に槽外に排出される。

一方、固液分離装置４で固液分離された脱水異物は発酵乾燥機６で発酵乾燥され、メタン発酵槽５の消化汚泥は脱水機７で脱水され、これらの発酵乾燥機６からの発酵乾燥異物、脱水機７からの脱水消化汚泥及び選別装置２で選別された選別異物はごみとして焼却設備８で焼却される。

このように、焼却設備８の前段で、発酵乾燥機６により脱水異物の含水率が大幅に低減されると共に、脱水機７により消化汚泥の含水率が低減されるため、焼却設備８での焼却量が低減されると共に発熱量が高くなる。このため、焼却設備８が優れた熱バランスを呈することになる。

そして、当該焼却設備８からの焼却熱によりボイラ１０が運転されて蒸気が生成され、スーパーヒータ１１では、ガスホルダ９からのバイオガスで、ボイラ１０からの蒸気が過熱蒸気とされ、このスーパーヒータ１１からの過熱蒸気により例えば蒸気タービン等を用いた発電機１２で効率的に発電される。一方、脱水機７からの脱水分離液は排水処理設備１３で規定の水質となるように処理されてから系外に排水される。

図７は、本発明の第二実施形態に係るメタン発酵システムを示すブロック構成図である。この第二実施形態のメタン発酵システム１０１が第一実施形態のメタン発酵システム１００と違う点は、脱水機７の脱水消化汚泥を焼却設備８に投入するのに代えて、発酵乾燥機６に投入するようにし、焼却設備８では、発酵乾燥機６からの発酵乾燥異物及び発酵乾燥消化汚泥、選別装置２からの選別異物を焼却するようにした点である。

このように構成しても、第一実施形態のメタン発酵システム１００と同様な効果を得ることができるというのはいうまでもなく、加えて、脱水機７の脱水消化汚泥が発酵乾燥されてから焼却されるため、第一実施形態に比して脱水消化汚泥の含水率がさらに低減され、焼却設備８での焼却量が一層低減されると共に発熱量が一層高められ、一層優れた熱バランスを呈することになる。

以下、上記効果を確認すべく本発明者らが実施した実施例１及び比較例１について述べる。用いられる可燃ごみの内容は表１に、結果は表２に各々示す。

（実施例１）
第一実施形態のメタン発酵システム１００を用い、表１に示す内容の可燃ごみ４１０．０ｔ／日（生ごみ混入率５０．９％）を処理した。固液分離装置としては、選別粒度が１０ｍｍのスクリュープレスを用いた。なお、ここでは、消化汚泥の一部を可溶化槽やスクリュープレスには戻していない。

（比較例１）
実施例１の固液分離装置であるスクリュープレス、発酵乾燥機を無くし、可溶化槽の可溶化生ごみを直接メタン発酵槽に導入している点以外は、実施例１と同様とした。

表１に示すように、メタン発酵槽への投入量は、比較例１では５８２．０９ｔ／日であったが、実施例１では可溶化槽とメタン発酵槽との間にスクリュープレスを設置しているため、５０２．５２ｔ／日となった。その結果、メタン発酵槽の容量が約１４％低減でき小型化できた。

また、メタン発酵槽への投入汚泥濃度（ＴＳ濃度）は、比較例１では１５．０％であったが、実施例１では１０．７％となり、メタン発酵槽の汚泥濃度（ＴＳ濃度）は、比較例１では９．６０％（内訳は異物濃度が４．２２％、汚泥濃度が５．３８％）であったが、実施例１では５．１２％（内訳は異物濃度が０．８７％、汚泥濃度が４．２５％）となり、メタン発酵槽の異物濃度は約１／５迄低減できた。このように、メタン発酵槽へ投入される異物（異物堆積の基になる）は完全には除去できないが、大幅に低減できた。また、メタン発酵槽の汚泥濃度は比較例１に比して大幅に低減するため、メタン発酵槽に浮遊する異物は少なく殆どの異物がメタン発酵槽の液面に浮上し、この異物は上部異物排出装置により容易に除去でき異物の堆積を防止できた。また、メタン発酵槽への異物の低減、スカムの発生防止、メタン発酵槽の小型化、汚泥濃度の低下により、メタン発酵槽の撹拌動力も低減できた。

また、焼却設備でのごみ（選別装置からの選別異物、発酵乾燥機からの発酵乾燥異物、脱水機からの脱水消化汚泥）焼却量は、比較例１では２６９．０ｔ／日であったが、実施例１では２５０．０ｔ／日となり、焼却量を低減できた。また、比較例１ではメタン発酵によるごみ減量化率は（４１０．０ｔ／日−２６９．０ｔ／日）／４１０．０ｔ／日＝３４．４％であったが、実施例１では２５０．０ｔ／日で、メタン発酵によるごみ減量化率は（４１０．０ｔ／日−２５０．０ｔ／日）／４１０．０ｔ／日＝３９．０％であった。また、焼却ごみの湿基準低位発熱量は、比較例１では９２２５ｋＪ／ｋｇであったが、実施例１では１０１８６ｋＪ／ｋｇとなり、発熱量が１割以上高められ焼却し易いごみ質に改善された。以上より、焼却設備で優れた熱バランスを呈することが確認された。

本発明の第一実施形態に係るメタン発酵システムを示すブロック構成図である。 図１中のメタン発酵槽を上部異物排出装置と共に示す側面構成図である。 図２の平面構成図である。 図１中のメタン発酵槽を他の上部異物排出装置と共に示す側面構成図である。 図４の平面構成図である。 図１中の固液分離装置としてのスクリュープレスを示す側面構成図である。 本発明の第二実施形態に係るメタン発酵システムを示すブロック構成図である。

符号の説明

２…選別装置、３…可溶化槽、４…固液分離装置（スクリュープレス）、５…メタン発酵槽、６…発酵乾燥機、７…脱水機、８…焼却設備、２０，２１…上部異物排出装置、１００，１０１…メタン発酵システム。

Claims (9)

1. 可燃ごみから生ごみを選別する選別装置と、
   この選別装置で選別された生ごみを可溶化する可溶化槽と、
   この可溶化槽で可溶化された生ごみを固液分離する固液分離装置と、
   この固液分離装置で固液分離された生ごみ分離液をメタン発酵するメタン発酵槽と、
   このメタン発酵槽からの消化汚泥を脱水する脱水機と、
   前記固液分離装置で固液分離された脱水異物を発酵乾燥する発酵乾燥機と、を具備したメタン発酵システム。
2. 前記脱水機からの脱水消化汚泥を前記発酵乾燥機に投入し、
   前記発酵乾燥機は、前記脱水異物及び前記脱水消化汚泥を発酵乾燥することを特徴とする請求項１記載のメタン発酵システム。
3. 前記メタン発酵槽の液面の異物を排出する上部異物排出装置を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のメタン発酵システム。
4. 前記固液分離装置は、スクリュープレスであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のメタン発酵システム。
5. 前記スクリュープレスは、その選別粒度が５ｍｍ〜２０ｍｍとされていることを特徴とする請求項４記載のメタン発酵システム。
6. 前記発酵乾燥機は、前記脱水異物、又は、前記脱水異物及び前記脱水消化汚泥を槽内に投入する投入装置と、前記槽内に給気する給気装置と、前記槽内を所定に撹拌する撹拌装置と、前記槽内の温度を所定温度に調整する温度調整装置と、前記発酵乾燥異物、又は、前記発酵乾燥異物及び前記発酵乾燥消化汚泥を排出する排出装置と、を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のメタン発酵システム。
7. 前記発酵乾燥機は、その容量が、前記脱水異物の発生量、又は、前記脱水異物及び前記脱水消化汚泥の発生量の１日分〜７日分であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のメタン発酵システム。
8. 前記消化汚泥の一部を、前記選別装置からの前記選別された生ごみに添加し、
   この添加量を、前記選別された生ごみの４倍〜７倍としたことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のメタン発酵システム。
9. 前記消化汚泥の一部を、前記選別装置からの前記選別された生ごみと前記可溶化槽からの前記可溶化された生ごみとに添加することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のメタン発酵システム。

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