JP2006082075A - System for treating biomass - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for treating biomass without composting biomass so that the treated biomass can be utilized effectively. <P>SOLUTION: This system for treating biomass has: a hydrogen fermentation tank for hydrogen-fermenting biomass; a hydrogen-fermentation gas recovering unit connected to the hydrogen fermentation tank for recovering the produced hydrogen-fermentation gas; a methane fermentation tank in which residues of the hydrogen-fermented biomass are received and methane-fermented; a methane-fermentation gas recovering unit connected to the methane fermentation tank for recovering the produced methane-fermentation gas; a solid-liquid separating unit in which residues of the methane-fermented biomass are subjected to solid-liquid separation to recover dehydrated residues; and an combustible gas producing unit for producing combustible gas from the dehydrated residues. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

バイオマスの処理方法に関する。より詳細には、バイオマスを、コンポスト化することなく有効利用可能に処理する方法に関する。   The present invention relates to a method for treating biomass. More specifically, the present invention relates to a method for processing biomass so that it can be used effectively without composting.

生ごみ、家畜糞尿、下水汚泥などの有機性廃棄物、または資源作物あるいはその廃棄物などの処理システムとして、微生物利用技術が行われており、好気発酵によりコンポストを得るシステム、嫌気発酵によりメタンガスを発生させてそれを燃料として用いるシステムなどがある。   Microorganism utilization technology is used as a treatment system for organic waste such as food waste, livestock manure, sewage sludge, or resource crops or their waste. A system that obtains compost by aerobic fermentation, methane gas by anaerobic fermentation There is a system that generates and uses it as fuel.

好気発酵によりコンポストを得る場合、常に酸素（空気）を送給する必要があるため、送風時に臭気が飛散するという問題があり、環境上好ましいものではなく、改良の要請が強い。   When compost is obtained by aerobic fermentation, it is necessary to always supply oxygen (air). Therefore, there is a problem that odors are scattered at the time of blowing air, which is not environmentally preferable, and there is a strong demand for improvement.

一方、密閉したシステムで処理が可能な嫌気発酵では、そのような問題がないため、近年注目を集めており、このシステムによる処理が増大している。そして、嫌気発酵システムから得られたメタンガスは、発電装置などに送給されて有効に利用されている。さらに、メタン発酵残渣は、脱水処理された後、コンポストなどとして有効利用されるようになっている。しかし、現在、コンポストは供給過剰になっているため、このような発酵残渣は廃棄・埋立処分される場合が多く、そのための処理コストが必要であるなど、発酵残渣の処理方法についてさらなる改善が望まれている。   On the other hand, anaerobic fermentation that can be processed in a closed system has no such problem, and has attracted attention in recent years, and the processing by this system is increasing. And the methane gas obtained from the anaerobic fermentation system is supplied to a power generation device etc. and used effectively. Further, the methane fermentation residue is effectively used as compost after being dehydrated. However, because compost is currently oversupplied, such fermentation residues are often discarded or disposed of in landfills, and processing costs for that are required. It is rare.

そこで、有機性廃棄物を発酵槽でコンポスト化した後、得られたコンポストを炭化装置で炭化処理し、発酵工程で発生する臭気ガスを炭化処理工程で発生する乾留ガスと混合して燃焼させる方法が提案されている（特許文献１）。また、有機性廃棄物のメタン発酵残渣をガス化して、発電に供する方法も考案されている（特許文献２）。
特開２０００−１０７７３１号公報 特開２００２−１５１１３１号公報 Therefore, after composting organic waste in a fermenter, the resulting compost is carbonized in a carbonizer, and the odor gas generated in the fermentation process is mixed with the dry distillation gas generated in the carbonization process and burned. Has been proposed (Patent Document 1). Moreover, the method of gasifying the methane fermentation residue of organic waste and using it for electric power generation is also devised (patent document 2).
JP 2000-107731 A JP 2002-151131 A

本発明は、バイオマスを、コンポスト化することなく有効利用可能に処理する方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the method of processing biomass effectively, without composting.

本発明は、バイオマスを水素発酵処理し、次いでメタン発酵処理した残渣をガス化することにより、嫌気発酵残渣の有効利用が可能となることを見出したことに基づく。   The present invention is based on the finding that anaerobic fermentation residue can be effectively used by subjecting biomass to a hydrogen fermentation treatment and then gasifying the methane fermentation treatment residue.

本発明は、バイオマスを水素発酵させる水素発酵槽；該水素発酵槽と連結し、生成する水素発酵ガスを回収する水素発酵ガス回収装置；該水素発酵の残渣を受け入れメタン発酵させるメタン発酵槽；該メタン発酵槽と連結し、生成するメタン発酵ガスを回収するメタン発酵ガス回収装置；該メタン発酵の残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置；および、該脱水残渣を可燃性ガス化する可燃性ガス化装置を備える、バイオマス処理システムを提供する。   The present invention relates to a hydrogen fermenter for hydrogen fermentation of biomass; a hydrogen fermentation gas recovery device for recovering hydrogen fermentation gas that is connected to the hydrogen fermenter; and a methane fermenter for receiving methane fermentation residue of the hydrogen fermentation; A methane fermentation gas recovery device that is connected to a methane fermentation tank and recovers the generated methane fermentation gas; a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the residue of the methane fermentation and recovery of the dehydration residue; and the dehydration residue A biomass processing system including a combustible gasifier for combustible gasification is provided.

一つの実施態様において、本発明のバイオマス処理装置は、前記脱水残渣を乾燥し、乾燥した脱水残渣を可燃性ガス化装置に供給する乾燥装置をさらに備えている。   In one embodiment, the biomass processing apparatus of the present invention further includes a drying device that dries the dehydrated residue and supplies the dried dehydrated residue to the combustible gasifier.

さらに、別の実施態様において、本発明のバイオマス処理装置は、前記可燃性ガス送給装置からの可燃性ガスにより発電を行う発電装置を備えている。   Furthermore, in another embodiment, the biomass processing apparatus of the present invention includes a power generation device that generates power using the combustible gas from the combustible gas supply device.

また、別の実施態様において、本発明のバイオマス処理装置は、メタン発酵ガス回収装置からのメタンガスを発電装置に導入するメタンガス送給装置をさらに備える。   Moreover, in another embodiment, the biomass processing apparatus of the present invention further includes a methane gas supply device that introduces methane gas from the methane fermentation gas recovery device into the power generation device.

本発明は、さらに、バイオマスを水素発酵させて、水素発酵ガスおよび水素発酵残渣を得る工程；該水素発酵残渣をメタン発酵させて、メタン発酵ガスおよびメタン発酵残渣を得る工程；該メタン発酵残渣を固液分離して、脱水濾液および脱水残渣を得る工程；および該脱水残渣を可燃性ガス化する工程；を含む、バイオマスの処理方法を提供する。   The present invention further includes a step of subjecting biomass to hydrogen fermentation to obtain a hydrogen fermentation gas and a hydrogen fermentation residue; a step of subjecting the hydrogen fermentation residue to methane fermentation to obtain a methane fermentation gas and a methane fermentation residue; There is provided a method for treating biomass, comprising solid-liquid separation to obtain a dehydrated filtrate and a dehydrated residue; and a step of combustible gasification of the dehydrated residue.

一つの実施態様において、本発明の方法は、該可燃性ガスを発電装置に送給し、発電を行う工程を含む。   In one embodiment, the method of the present invention includes the step of supplying the combustible gas to a power generation device to generate power.

本発明によれば、ガス化処理前に、水素発酵処理とメタン発酵処理とを組み合わせることにより、水素ガスが回収され、さらにメタンガスの単位時間あたりの発生量が増加するため、バイオマスからのエネルギー回収量が増加する。また、発酵残渣（固形分）の量および含水率が、メタン発酵単独の場合に比べて、低下する。そのため、脱水残渣（固形分）を可燃性ガス化する過程における必要な乾燥エネルギーが大きく削減でき、可燃性ガス化装置の小型化が可能となる。得られた可燃性ガスは、発電用の燃料として利用できるので、発酵残渣を近年過剰気味のコンポスト以外の用途として使用できる。   According to the present invention, hydrogen gas is recovered by combining the hydrogen fermentation process and the methane fermentation process before the gasification process, and further, the amount of methane gas generated per unit time increases, so that energy recovery from biomass is achieved. The amount increases. Moreover, the quantity and moisture content of a fermentation residue (solid content) fall compared with the case of methane fermentation alone. Therefore, the drying energy required in the process of converting the dehydration residue (solid content) into combustible gas can be greatly reduced, and the combustible gasification apparatus can be downsized. Since the obtained combustible gas can be used as a fuel for power generation, the fermentation residue can be used for purposes other than composting with an excess of taste in recent years.

このように、本発明によれば、バイオマスから発酵によってエネルギーを回収し、さらに発酵残渣を可燃性ガス化して、熱エネルギーを回収できる。しかも、最終廃棄物の量が大きく減少するので、バイオマスの著しい減量が達成される。   Thus, according to this invention, energy is collect | recovered from biomass by fermentation, Furthermore, a fermentation residue can be made into combustible gas and heat energy can be collect | recovered. Moreover, since the amount of final waste is greatly reduced, a significant reduction in biomass is achieved.

本発明のバイオマス処理システムを、添付の図面を参照しつつ、説明する。   The biomass processing system of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明のバイオマス処理システムの一実施態様を示す系統図である。本発明のバイオマス処理システムは、バイオマス１を水素発酵させる水素発酵槽２；該水素発酵槽２と連結し、生成する水素発酵ガス３を回収する水素発酵ガス回収装置３１；該水素発酵の残渣４を受け入れメタン発酵させるメタン発酵槽５；該メタン発酵槽５と連結し、生成するメタン発酵ガス６を回収するメタン発酵ガス回収装置６１；該メタン発酵の残渣７を固液分離し、脱水残渣９を回収するための固液分離装置８；および、該脱水残渣９を可燃性ガス化する可燃性ガス化装置１３を備えている。   FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the biomass processing system of the present invention. The biomass processing system of the present invention includes a hydrogen fermenter 2 for fermenting biomass 1 with hydrogen; a hydrogen fermentation gas recovery device 31 connected to the hydrogen fermenter 2 and recovering the produced hydrogen fermentation gas 3; a residue 4 of the hydrogen fermentation A methane fermentation tank 5 for receiving methane fermentation; a methane fermentation gas recovery device 61 connected to the methane fermentation tank 5 for recovering the produced methane fermentation gas 6; a solid-liquid separation of the residue 7 of the methane fermentation, and a dehydrated residue 9 And a solid-liquid separation device 8 for collecting the dehydration residue 9 and a combustible gasifier 13 for converting the dehydrated residue 9 into a combustible gas.

可燃性ガス化装置１３で生成した可燃性ガス１４は、燃料として利用される。例えば、後述の発電装置において、発電のために利用され、生じた電力は、本発明のバイオマス処理システムを構成する各装置における消費電力として利用される他、売電される。   The combustible gas 14 produced | generated by the combustible gasifier 13 is utilized as a fuel. For example, in a power generation device described later, the generated power is used for power generation, and is used as power consumption in each device constituting the biomass processing system of the present invention and sold.

図２は、図１のシステムに加えて、バイオマス１を前処理し、水素発酵槽２に供給するための前処理槽２０、メタン発酵の脱水残渣９を乾燥し、乾燥物１２を得て、これを可燃性ガス化装置１３に供給するための乾燥装置１１、および可燃性ガス１４を燃焼させて発電するための発電装置１５を備え、それにより電力１６を得るように構成されている。また、必要に応じて、メタン発酵ガス６からのメタンガスを貯蔵するガス貯蔵装置１７を備えている。   2, in addition to the system of FIG. 1, the biomass 1 is pretreated, the pretreatment tank 20 for supplying to the hydrogen fermentation tank 2, the dehydrated residue 9 of methane fermentation is dried, and a dried product 12 is obtained. A drying device 11 for supplying this to the combustible gasification device 13 and a power generation device 15 for generating electric power by burning the combustible gas 14 are provided, whereby electric power 16 is obtained. Moreover, the gas storage apparatus 17 which stores the methane gas from the methane fermentation gas 6 is provided as needed.

図２における前処理槽２０は、必ずしも必要ないが、後述するように、難分解性のバイオマスを水素発酵する場合に、備えることが好ましい。さらに、乾燥装置１１は、可燃性ガス化装置１３に乾燥手段が組み込まれている場合は、特に必要とされないが、可燃性ガス化装置とは別に設けることが好ましい。   The pretreatment tank 20 in FIG. 2 is not necessarily required, but is preferably provided when hydrogen-fermenting a hardly decomposable biomass as described later. Further, the drying device 11 is not particularly required when the drying means is incorporated in the combustible gasifier 13, but is preferably provided separately from the combustible gasifier.

以下、本発明のバイオマス処理システムを用いて、バイオマスを処理する方法について図１および図２に基づいて、説明する。本発明のバイオマス処理方法は、バイオマス１を必要に応じて前処理する工程（図２参照）、バイオマス１あるいは前処理された前処理後バイオマス２１（図２参照）を水素発酵させて、水素発酵ガス３および水素発酵残渣４を得る工程；該水素発酵残渣４をメタン発酵させて、メタン発酵ガス６およびメタン発酵残渣７を得る工程；該メタン発酵残渣７を固液分離して、脱水濾液１０および脱水残渣９を得る工程；必要に応じて、該脱水残渣９を乾燥する工程；該脱水残渣９あるいは脱水残渣９の乾燥物１２を可燃性ガス化する工程；を含む。好ましくは、さらに、可燃性ガス１４を発電装置１５で燃焼させて発電する工程をさらに含む（図２参照）。このように、本発明の方法は、バイオマスから、水素およびメタンをエネルギーとして回収し、さらに、その発酵残渣をガス化し、そのガスを発電などの用途に利用することに特徴がある。   Hereinafter, a method for processing biomass using the biomass processing system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The biomass treatment method of the present invention includes a step of pretreating biomass 1 as necessary (see FIG. 2), hydrogen fermentation of biomass 1 or pretreated post-treatment biomass 21 (see FIG. 2), and hydrogen fermentation. A step of obtaining a gas 3 and a hydrogen fermentation residue 4; a step of methane fermentation of the hydrogen fermentation residue 4 to obtain a methane fermentation gas 6 and a methane fermentation residue 7; a solid-liquid separation of the methane fermentation residue 7; And a step of obtaining the dehydrated residue 9; a step of drying the dehydrated residue 9 if necessary; a step of combustible gasification of the dehydrated residue 9 or the dried product 12 of the dehydrated residue 9. Preferably, the method further includes a step of generating power by burning the combustible gas 14 with the power generation device 15 (see FIG. 2). Thus, the method of the present invention is characterized in that hydrogen and methane are recovered from biomass as energy, the fermentation residue is gasified, and the gas is used for applications such as power generation.

（バイオマス）
本明細書で、バイオマスとは、生物由来の有機資源を意味する。好ましくは、有機性廃棄物、資源作物あるいはその廃棄物などの有機性物質が用いられる。有機性廃棄物としては、例えば、食品工業、製紙工業、畜産業などにおける有機性廃水、有機廃棄物、あるいは糞尿、または都市下水の汚泥などが例示されるが、有機物を含む廃棄物であれば、これらに制限されない。資源作物としては、例えば、とうもろこし、さとうきびなどが挙げられ、さらにこれらの処理工程で発生する廃棄物なども、本発明に使用される。 (biomass)
In the present specification, the biomass means an organic resource derived from a living organism. Preferably, organic substances such as organic waste, resource crops or waste thereof are used. Examples of organic waste include organic waste water, organic waste, manure and sludge in municipal sewage in the food industry, paper industry, livestock industry, etc. Not limited to these. Examples of resource crops include corn and sugar cane, and waste generated in these treatment steps is also used in the present invention.

まず、バイオマス１を、図１に示すようにそのまま水素発酵に供するか、もしくは図２に示すようにバイオマス１を前処理槽２０で前処理する。   First, the biomass 1 is directly subjected to hydrogen fermentation as shown in FIG. 1, or the biomass 1 is pretreated in the pretreatment tank 20 as shown in FIG.

（前処理）
バイオマス１の前処理手段に特に制限はなく、例えば、加熱処理、超音波処理、破砕処理、酸処理、アルカリ処理などの物理化学的処理が挙げられる。これらの処理は、単独で、あるいは組み合わせて行われる。これらの前処理によって、バイオマス１を発酵されやすい形態に変化させる。 (Preprocessing)
There is no restriction | limiting in particular in the pre-processing means of the biomass 1, For example, physicochemical processes, such as heat processing, an ultrasonic treatment, a crushing process, an acid process, an alkali process, are mentioned. These processes are performed alone or in combination. By these pretreatments, the biomass 1 is changed to a form that is easily fermented.

バイオマス１が、有機汚泥などの難分解性物質を含む場合には、これらの難分解性物質を可溶化するために、アルカリ処理をすることが好ましい。アルカリ前処理を行うことにより、前処理後バイオマス２１が水素発酵微生物によって利用され易くなり、水素発生効率が向上する。さらに、水素発酵工程中にｐＨが低下することから、アルカリ性の前処理後バイオマス２１を水素発酵槽２に投入することが好ましい。すなわち、アルカリ処理した前処理後バイオマス２１が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ剤の代わりに、水素発酵槽２に投入される。   When the biomass 1 contains a hardly decomposable substance such as organic sludge, it is preferable to perform an alkali treatment in order to solubilize these hardly decomposable substances. By performing the alkali pretreatment, the pretreated biomass 21 is easily used by the hydrogen-fermenting microorganism, and the hydrogen generation efficiency is improved. Furthermore, since pH falls during a hydrogen fermentation process, it is preferable to introduce | transduce the biomass 21 after alkaline pretreatment into the hydrogen fermenter 2. FIG. That is, the pretreated biomass 21 subjected to the alkali treatment is charged into the hydrogen fermenter 2 in place of an alkali agent such as sodium hydroxide or potassium hydroxide.

アルカリ処理に特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ剤を用いて、バイオマス１のｐＨは１０以上、好ましくはｐＨ１０〜１２に調整される。アルカリ処理は、通常０．５〜２４時間、好ましくは２〜１２時間攪拌することにより行われる。連続的にアルカリ前処理を行う場合、滞留時間が０．５〜２４時間、好ましくは２〜１２時間となるように処理を行う。このような処理により、バイオマス１中に含まれる水素消費型細菌、あるいは水素発酵に悪影響を与える微生物（例えば、乳酸菌、メタン生成菌など）の活動を低下させ、あるいはこれらの微生物を死滅させることができる。   There is no restriction | limiting in particular in alkali treatment, For example, the pH of biomass 1 is adjusted to 10 or more, Preferably pH 10-12 using alkaline agents, such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The alkali treatment is usually performed by stirring for 0.5 to 24 hours, preferably 2 to 12 hours. When the alkali pretreatment is continuously performed, the treatment is performed so that the residence time is 0.5 to 24 hours, preferably 2 to 12 hours. By such treatment, the activity of hydrogen-consuming bacteria contained in the biomass 1 or microorganisms (for example, lactic acid bacteria, methanogens, etc.) that adversely affect hydrogen fermentation can be reduced, or these microorganisms can be killed. it can.

アルカリ前処理は、加熱下で行ってもよい。加熱温度に特に制限はないが、３０℃〜９０℃で、あるいは３５〜８０℃で行われる。さらに、アルカリ処理の効率を高めるために超音波処理、破砕処理などを組合せてもよい。超音波処理の条件に特に制限はなく、処理温度、処理量を考慮して、周波数、処理時間を適宜決定すればよい。   The alkali pretreatment may be performed under heating. Although there is no restriction | limiting in particular in heating temperature, It carries out at 30 to 90 degreeC or 35 to 80 degreeC. Furthermore, ultrasonic treatment, crushing treatment, and the like may be combined to increase the efficiency of alkali treatment. There are no particular limitations on the conditions of the ultrasonic treatment, and the frequency and the treatment time may be appropriately determined in consideration of the treatment temperature and the treatment amount.

バイオマス１が酸処理に適したものである場合は、酸処理を行った後、そのまま前処理後バイオマス２１として用いてもよい。しかし、次の水素発酵工程においてアルカリ性に調整しておくことが有利である場合は、酸処理後のバイオマスをさらにアルカリ側にｐＨ調整し、アルカリ性の前処理後バイオマス２１としてもよい。この場合も、ｐＨは、好ましくは１０以上、より好ましくはｐＨ１０〜１２に調整され得る。   When the biomass 1 is suitable for acid treatment, it may be used as the pre-treated biomass 21 as it is after acid treatment. However, when it is advantageous to adjust to alkaline in the next hydrogen fermentation step, the pH of the biomass after acid treatment may be further adjusted to the alkali side to obtain the biomass after alkaline pretreatment 21. Also in this case, the pH can be adjusted to preferably 10 or more, more preferably pH 10-12.

（水素発酵）
上記バイオマス１あるいは前処理後バイオマス２１は、水素発酵槽２に導入され、水素発酵が行われる。 (Hydrogen fermentation)
The biomass 1 or the pretreated biomass 21 is introduced into the hydrogen fermenter 2 and subjected to hydrogen fermentation.

水素発酵槽２は、バイオマス１の投入口、水素発酵ガス３を回収する水素発酵ガス回収装置２１、および水素発酵残渣４の取出口が備えられている。水素発酵槽２内は、嫌気性雰囲気に保たれている。この水素発酵槽２内で、バイオマス１を水素発酵させることにより、水素および二酸化炭素を主成分とする水素発酵ガス３が生成する。   The hydrogen fermenter 2 is provided with an inlet for biomass 1, a hydrogen fermentation gas recovery device 21 for recovering the hydrogen fermentation gas 3, and an outlet for the hydrogen fermentation residue 4. The inside of the hydrogen fermenter 2 is maintained in an anaerobic atmosphere. In this hydrogen fermenter 2, hydrogen fermentation gas 3 mainly composed of hydrogen and carbon dioxide is generated by subjecting biomass 1 to hydrogen fermentation.

水素発酵に使用される微生物は、嫌気性非光合成微生物群あるいは純粋菌であり、水素生成能を有する微生物群または純粋菌であれば、どのような由来のものでもよい。好適には、水素生成能を有する微生物群が用いられ、例えば、下水汚泥や生ごみのメタン発酵後の汚泥、あるいはその培養物が用いられる。水素発酵は、一般的には２０〜６０℃、好ましくは３０〜３７℃で行われる。   The microorganism used for the hydrogen fermentation is an anaerobic non-photosynthetic microorganism group or a pure bacterium, and may be of any origin as long as it is a microorganism group or a pure bacterium having hydrogen-producing ability. Preferably, a microorganism group having hydrogen-producing ability is used, for example, sewage sludge, sludge after methane fermentation of garbage, or a culture thereof. Hydrogen fermentation is generally performed at 20 to 60 ° C, preferably 30 to 37 ° C.

本発明においては、水素発酵は、酸性条件下あるいはアルカリ条件下で行われる。酸性条件下で行われる場合、ｐＨは、好ましくは４〜７．５であり、より好ましくはｐＨ５．５〜７である。水素発酵中に有機酸が生成して水素発酵液のｐＨが低下するので、アルカリ前処理した前処理後バイオマス２１をｐＨ調整のために水素発酵槽２に添加しても良い。アルカリ条件下で行われる場合、ｐＨは１０〜１２で行うことが好ましい。   In the present invention, hydrogen fermentation is performed under acidic conditions or alkaline conditions. When carried out under acidic conditions, the pH is preferably 4 to 7.5, and more preferably pH 5.5 to 7. Since an organic acid is generated during hydrogen fermentation and the pH of the hydrogen fermentation liquor is lowered, the pretreated biomass 21 subjected to alkali pretreatment may be added to the hydrogen fermenter 2 for pH adjustment. When performed under alkaline conditions, the pH is preferably 10-12.

生成した水素発酵ガス３は、水素発酵ガス回収装置２１に回収された後、適宜精製（炭酸ガスなどの除去）され、燃料電池用燃料として使用されたり、あるいは水素ガスステーションへ供給され得る。あるいは、以下に詳述する乾燥工程に使用する乾燥装置１１の燃料として、または水素発酵槽２もしくはメタン発酵槽５を所定の温度に維持するための熱源として、利用することもできる。   The produced hydrogen fermentation gas 3 is recovered by the hydrogen fermentation gas recovery device 21, and then appropriately purified (removal of carbon dioxide or the like), and can be used as a fuel for a fuel cell or supplied to a hydrogen gas station. Or it can also utilize as a heat source for maintaining the hydrogen fermenter 2 or the methane fermenter 5 at a predetermined temperature as a fuel for the drying device 11 used in the drying process described in detail below.

水素発酵残渣４は、水素発酵槽２で生成した有機酸、分解されなかった有機物などを含有するので、これをメタン発酵させることにより、バイオマス１からの更なるエネルギー回収が可能となるのみならず、廃棄物の量が減少する。   Since the hydrogen fermentation residue 4 contains the organic acid produced | generated in the hydrogen fermenter 2, the organic matter which was not decomposed | disassembled, etc., not only the further energy recovery from biomass 1 is attained by carrying out methane fermentation of this. The amount of waste is reduced.

（メタン発酵）
この水素発酵残渣４は、次いで、メタン発酵槽５へ移送され、嫌気的にメタン発酵される。水素発酵残渣４のメタン発酵によって、水素発酵の副生物である有機酸（酢酸、ギ酸、乳酸、酪酸、プロピオン酸など）、あるいは水素発酵では利用されなかった炭水化物、タンパク質、脂質などから、メタン発酵ガス６が生成される。したがって、上記のように、バイオマス１から、さらなるエネルギーが回収される。 (Methane fermentation)
This hydrogen fermentation residue 4 is then transferred to a methane fermentation tank 5 where it is anaerobically methane fermented. By methane fermentation of hydrogen fermentation residue 4, methane fermentation from organic acids that are by-products of hydrogen fermentation (acetic acid, formic acid, lactic acid, butyric acid, propionic acid, etc.) or carbohydrates, proteins, lipids, etc. that were not used in hydrogen fermentation Gas 6 is produced. Therefore, further energy is recovered from the biomass 1 as described above.

メタン発酵細菌は、活性汚泥や消化汚泥を嫌気条件下で馴養することにより、集積される。メタン発酵は、一般的に２５〜６５℃、好ましくは３０〜４０℃、高温菌の場合は５０〜６０℃で行われる。メタン発酵は、一般的にｐＨ５〜１０、好ましくは７〜９のアルカリ側で行われる。メタンガスの発生量（有機物の分解率）は、一般に、高温発酵の方が中温発酵よりも高い。   Methane-fermenting bacteria are accumulated by acclimatizing activated sludge and digested sludge under anaerobic conditions. Methane fermentation is generally performed at 25 to 65 ° C, preferably 30 to 40 ° C, and in the case of thermophilic bacteria, 50 to 60 ° C. Methane fermentation is generally carried out on the alkaline side at pH 5-10, preferably 7-9. The amount of methane gas generated (decomposition rate of organic matter) is generally higher in high temperature fermentation than in medium temperature fermentation.

このメタン発酵においては、水素発酵残渣４がアルカリ性である場合は、そのままメタン発酵に使用してもよく、あるいはｐＨ調整剤の添加によってｐＨ調整を行ってもよい。   In this methane fermentation, when the hydrogen fermentation residue 4 is alkaline, it may be used for methane fermentation as it is, or pH may be adjusted by adding a pH adjusting agent.

メタン発酵槽５は、メタン発酵ガス６を回収するメタン発酵ガス回収装置２２を備えている。メタン発酵で生じたメタン発酵ガス８は、通常、メタンガスと二酸化炭素との混合ガスである。この発生ガスは、そのまま、あるいは二酸化炭素除去を行った後、メタン発酵ガス回収装置２２に貯留してもよい。   The methane fermentation tank 5 includes a methane fermentation gas recovery device 22 that recovers the methane fermentation gas 6. The methane fermentation gas 8 produced by methane fermentation is usually a mixed gas of methane gas and carbon dioxide. This generated gas may be stored in the methane fermentation gas recovery device 22 as it is or after carbon dioxide removal.

生成したメタン発酵ガス６は、メタン発酵ガス回収装置２２に回収された後、適宜精製（炭酸ガスなどの除去）され、必要に応じてガス貯蔵装置１７に貯蔵され（図２参照）、メタンガスとしてガス発電に供され得る。あるいは、メタンガスは、さらに水素へ改質され、上記と同様に水素として別途使用され得る。   The produced methane fermentation gas 6 is recovered by the methane fermentation gas recovery device 22 and then appropriately purified (removal of carbon dioxide, etc.) and stored in the gas storage device 17 as necessary (see FIG. 2) as methane gas. It can be used for gas power generation. Alternatively, methane gas can be further reformed to hydrogen and used separately as hydrogen as described above.

本発明においては、バイオマス１を水素発酵させた後にメタン発酵に供しているため、バイオマス１を直接メタン発酵させる従来のシステムに比べて、メタン発酵後の有機物の分解率が１０〜２０％程度向上している。そのため、メタンガスの発生量が多くなるとともに、生成するメタン発酵残渣７は、従来システムのメタン発酵残渣に比べて有機物含有量が少ない。しかし、メタン発酵残渣７は有機物を含有するので、さらに水素発酵槽２あるいは前処理槽２０に返送することができ、廃棄されるバイオマス１の量が減少する。さらに、メタン発酵残渣はアルカリ性であるため、バイオマス１の処理に使用するアルカリ量を減少することができる。   In the present invention, since biomass 1 is subjected to hydrogen fermentation after being subjected to hydrogen fermentation, the decomposition rate of organic matter after methane fermentation is improved by about 10 to 20% as compared with the conventional system in which biomass 1 is directly subjected to methane fermentation. is doing. For this reason, the amount of methane gas generated is increased, and the produced methane fermentation residue 7 has a lower organic matter content than the methane fermentation residue of the conventional system. However, since the methane fermentation residue 7 contains organic matter, it can be returned to the hydrogen fermentation tank 2 or the pretreatment tank 20, and the amount of biomass 1 to be discarded is reduced. Furthermore, since the methane fermentation residue is alkaline, the amount of alkali used for the treatment of the biomass 1 can be reduced.

次に、このメタン発酵残渣７を、脱水残渣９を回収するための固液分離装置８に投入する。この固液分離装置８により、メタン発酵残渣７は脱水濾液１０と脱水残渣９とに分離される。固液分離装置８としては、通常、汚泥などの分離に用いる脱水機で、十分な固液分離能を有するものであれは特に制限はなく用いられる。このような固液分離機としては、例えば、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機、ロータリープレス脱水機などが挙げられる。この固液分離装置８によりメタン発酵残渣７が固液分離され、脱水残渣（固形分）９と脱水濾液１０とに分離される。脱水残渣（固形分）９中の水分含量は、８５質量％以下であることが好ましく、８０質量％以下であることがより好ましい。脱水濾液１０は、当該技術分野で通常行われる水処理に供される。   Next, this methane fermentation residue 7 is put into a solid-liquid separator 8 for recovering the dehydrated residue 9. The solid-liquid separator 8 separates the methane fermentation residue 7 into a dehydrated filtrate 10 and a dehydrated residue 9. The solid-liquid separation device 8 is usually a dehydrator used for separating sludge and the like, and any solid-liquid separation device 8 having sufficient solid-liquid separation ability is used without any particular limitation. Examples of such a solid-liquid separator include a centrifugal dehydrator, a screw press dehydrator, and a rotary press dehydrator. The solid-liquid separation device 8 separates the methane fermentation residue 7 into a solid-liquid separation, which is separated into a dehydrated residue (solid content) 9 and a dehydrated filtrate 10. The water content in the dehydrated residue (solid content) 9 is preferably 85% by mass or less, and more preferably 80% by mass or less. The dehydrated filtrate 10 is subjected to water treatment usually performed in the technical field.

脱水残渣（固形分）９は、次いで、必要に応じて、乾燥装置１１に移送され、好ましくは水分含量が２０〜４０％となるように乾燥され、乾燥物１２が得られる。   The dehydration residue (solid content) 9 is then transferred to a drying device 11 as necessary, and dried to preferably have a water content of 20 to 40%, whereby a dried product 12 is obtained.

さらに、得られた乾燥物１２を、可燃性ガス化装置１３に投入して、可燃性ガス化する。この可燃性ガス化装置１３では、約９００℃の高温水蒸気と有機性物質とを接触させ、一酸化炭素、水素、メタンなどの可燃性ガス１４を発生させるとともに、有機性物質が低分子化される。有機物をガス化することにより、バイオマス１の量は、最初に投入された量の１／２００〜１／１０まで減らすことができる。   Furthermore, the obtained dried material 12 is thrown into the combustible gasifier 13, and combustible gasification is carried out. In this combustible gasifier 13, high temperature steam at about 900 ° C. is brought into contact with an organic substance to generate a combustible gas 14 such as carbon monoxide, hydrogen, methane, and the organic substance is reduced in molecular weight. The By gasifying the organic matter, the amount of biomass 1 can be reduced to 1/200 to 1/10 of the amount initially charged.

なお、図２においては、乾燥装置１１と可燃性ガス化装置１３とが別々の装置として構成されているが、図１に示すように、乾燥および可燃性ガス化の機能を１つの装置内に備えるように構成されたガス化装置１３を用いてもよい。   In FIG. 2, the drying device 11 and the combustible gasifier 13 are configured as separate devices. However, as shown in FIG. 1, the functions of drying and combustible gasification are included in one device. You may use the gasifier 13 comprised so that it might be equipped.

可燃性ガス化装置１３から取り出された可燃性ガス１４は、例えば図２に示すように、発電用エネルギーとして発電装置１５に送給される。発電装置１５は、例えば、燃料電池が備えられており、送給されたガス１４を原料として発電が行われる。また、上述のように、メタン発酵ガス回収装置６１に回収されたメタン発酵ガス６あるいは精製されたメタンガスは、ガス貯蔵装置１７に貯蔵される。このメタンガスを発電装置１５に送給し、発電に利用してもよい。   The combustible gas 14 taken out from the combustible gasifier 13 is supplied to the power generator 15 as power generation energy, for example, as shown in FIG. The power generation device 15 includes, for example, a fuel cell, and generates power using the supplied gas 14 as a raw material. Further, as described above, the methane fermentation gas 6 recovered by the methane fermentation gas recovery device 61 or the purified methane gas is stored in the gas storage device 17. This methane gas may be supplied to the power generation device 15 and used for power generation.

発電された電力１６は、本発明のバイオマス処理システムを構成する各装置における消費電力として利用され得る。あるいは、余剰の電力１６は、売電され得る。一方、ガス化装置１３、発電装置１５などの運転によって生じる排熱（図２において破線の矢印で示す）は、水素発酵槽２およびメタン発酵槽５の保温、乾燥装置１１における乾燥などにおける熱源として利用することも可能である。   The generated electric power 16 can be used as power consumption in each device constituting the biomass processing system of the present invention. Alternatively, surplus power 16 can be sold. On the other hand, exhaust heat (indicated by broken arrows in FIG. 2) generated by the operation of the gasifier 13, the power generator 15, etc. is used as a heat source for heat retention in the hydrogen fermenter 2 and methane fermenter 5, drying in the dryer 11, and the like. It can also be used.

以下に実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

（実施例１）
汚泥（水分９６％）２０ｋｇを水素発酵およびメタン発酵に供した。汚泥を８０℃まで加熱して前処理をした後、水素発酵を温度３５℃で行った。水素の発生が止まった時点で、水素発酵残渣をメタン発酵に供した。メタン発酵は、高温（温度５５℃）で行い、メタンガスの発生が止まったところで発酵を終了した。発酵残渣を３０００ｒｐｍで遠心分離して、脱水し、脱水後の固形分量および水分量を測定し、ついで、水分４０％以下まで乾燥し、９００℃の高熱蒸気で可燃性ガス化した。結果を表１に示す。 Example 1
20 kg of sludge (water content 96%) was subjected to hydrogen fermentation and methane fermentation. After the sludge was heated to 80 ° C. and pretreated, hydrogen fermentation was performed at a temperature of 35 ° C. When hydrogen generation ceased, the hydrogen fermentation residue was subjected to methane fermentation. Methane fermentation was performed at a high temperature (temperature of 55 ° C.), and the fermentation was terminated when the generation of methane gas stopped. The fermentation residue was centrifuged at 3000 rpm, dehydrated, the solid content and water content after dehydration were measured, then dried to a water content of 40% or less, and combustible gasified with high-temperature steam at 900 ° C. The results are shown in Table 1.

（比較例１）
実施例１と同じ汚泥（水分９６％）２０ｋｇを、水素発酵することなく、そのままメタン発酵に供した。実施例１と同様にメタン発酵を行い、脱水残渣を可燃性ガス化した。結果を表１に示す。 (Comparative Example 1)
20 kg of the same sludge (water content 96%) as in Example 1 was directly subjected to methane fermentation without hydrogen fermentation. Methane fermentation was performed in the same manner as in Example 1 to convert the dehydrated residue into combustible gas. The results are shown in Table 1.

表１の結果が示すように、水素発酵とメタン発酵とを組合わせた実施例１のメタン発酵の効率が、メタン発酵を単独で行った場合（比較例１）よりも大きかった。さらに、水素発酵とメタン発酵とを組合わせた実施例１の脱水残渣の量および水分量が、メタン発酵のみの場合（比較例１）に比べて、低下した。実施例１で生じる可燃性ガスは、比較例１で生じる可燃性ガスとほぼ同量回収された。このように、水素発酵とメタン発酵とを組み合わせることにより、エネルギーの回収量が増加し、そのうえ、脱水残渣（固形分）の量および含水率が低下することから、脱水残渣の乾燥に必要なエネルギーが大幅に削減できる。そのため、可燃性ガス化装置の小型化を図ることができ、さらに、発酵によるエネルギー回収も加えると、トータルのエネルギー回収量が向上する。   As the result of Table 1 shows, the efficiency of methane fermentation of Example 1 which combined hydrogen fermentation and methane fermentation was larger than the case where methane fermentation was performed independently (Comparative Example 1). Furthermore, the amount of dehydration residue and the amount of water in Example 1 combined with hydrogen fermentation and methane fermentation were lower than in the case of only methane fermentation (Comparative Example 1). The combustible gas produced in Example 1 was recovered in substantially the same amount as the combustible gas produced in Comparative Example 1. Thus, by combining hydrogen fermentation and methane fermentation, the amount of energy recovered increases, and in addition, the amount of dehydrated residue (solid content) and water content decrease, so the energy required for drying the dehydrated residue Can be greatly reduced. Therefore, the combustible gasifier can be downsized, and when energy recovery by fermentation is added, the total energy recovery amount is improved.

本発明によれば、水素発酵とメタン発酵とを組合せることにより、バイオマスからのエネルギー回収量が増加し、メタン発酵後の脱水残渣から可燃性ガスを生じさせるので、近年過剰気味のコンポストの代わりに、バイオマスを発電用の燃料などの用途に利用できるようになる。さらに、可燃性ガス化対象物質の量および水分量が減少することから、可燃性ガス化装置の小型化を図ることができる。発酵によるエネルギー回収を考慮すると、トータルのエネルギー回収量が向上するので、バイオマスの処理において、極めて有用な装置として利用される。   According to the present invention, by combining hydrogen fermentation and methane fermentation, the amount of energy recovered from biomass is increased, and flammable gas is generated from dehydrated residues after methane fermentation. In addition, biomass can be used for applications such as fuel for power generation. Furthermore, since the amount of combustible gasification target substance and the amount of moisture are reduced, the combustible gasification device can be downsized. Considering energy recovery by fermentation, the total energy recovery amount is improved, so that it is used as an extremely useful apparatus in biomass processing.

本発明のバイオマス処理方法の一実施態様を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows one embodiment of the biomass processing method of this invention. 本発明のバイオマス処理方法の別の実施態様を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows another embodiment of the biomass processing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ バイオマス
２ 水素発酵槽
３ 水素発酵ガス
４ 水素発酵残渣
５ メタン発酵槽
６ メタン発酵ガス
７ メタン発酵残渣
８ 脱水装置
９ 脱水残渣（固形分）
１０ 脱水濾液
１１ 乾燥装置
１２ 乾燥物
１３ ガス化装置
１４ 可燃性ガス
１５ 発電装置
１６ 電力
１７ ガス貯蔵装置
２０ 前処理槽
２１ 前処理後バイオマス
３１ 水素発酵ガス回収装置
６１ メタン発酵ガス回収装置 1 Biomass 2 Hydrogen Fermenter 3 Hydrogen Fermentation Gas 4 Hydrogen Fermentation Residue 5 Methane Fermenter 6 Methane Fermentation Gas 7 Methane Fermentation Residue 8 Dehydrator 9 Dehydrated Residue (Solid Content)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Dehydrated filtrate 11 Drying device 12 Dry matter 13 Gasifier 14 Combustible gas 15 Power generation device 16 Electric power 17 Gas storage device 20 Pretreatment tank 21 Pretreatment biomass 31 Hydrogen fermentation gas recovery device 61 Methane fermentation gas recovery device

Claims (6)

バイオマスを水素発酵させる水素発酵槽；該水素発酵槽と連結し、生成する水素発酵ガスを回収する水素発酵ガス回収装置；該水素発酵の残渣を受け入れメタン発酵させるメタン発酵槽；該メタン発酵槽と連結し、生成するメタン発酵ガスを回収するメタン発酵ガス回収装置；該メタン発酵の残渣を固液分離し、脱水残渣を回収するための固液分離装置；および、該脱水残渣を可燃性ガス化する可燃性ガス化装置を備える、バイオマス処理システム。   Hydrogen fermentation tank for hydrogen fermentation of biomass; Hydrogen fermentation gas recovery apparatus for recovering hydrogen fermentation gas produced by connecting to the hydrogen fermentation tank; Methane fermentation tank for receiving methane fermentation from the residue of hydrogen fermentation; A methane fermentation gas recovery device for connecting and recovering the produced methane fermentation gas; a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the residue of the methane fermentation and recovery of the dehydration residue; and combustible gasification of the dehydration residue A biomass processing system comprising a combustible gasifier. 前記脱水残渣を乾燥し、乾燥した脱水残渣を可燃性ガス化装置に供給する乾燥装置をさらに備える、請求項１に記載のバイオマス処理システム。   The biomass processing system according to claim 1, further comprising a drying device that dries the dehydrated residue and supplies the dried dehydrated residue to a combustible gasifier. さらに、前記可燃性ガス送給装置からの可燃性ガスにより発電を行う発電装置を備える、請求項１または２に記載のバイオマス処理システム。   Furthermore, the biomass processing system of Claim 1 or 2 provided with the electric power generating apparatus which produces electric power with the combustible gas from the said combustible gas supply apparatus. メタン発酵ガス回収装置からのメタンガスを発電装置に導入するメタンガス送給装置をさらに備える、請求項３に記載のバイオマス処理システム。   The biomass processing system according to claim 3, further comprising a methane gas supply device that introduces methane gas from the methane fermentation gas recovery device into the power generation device. バイオマスを水素発酵させて、水素発酵ガスおよび水素発酵残渣を得る工程；
該水素発酵残渣をメタン発酵させて、メタン発酵ガスおよびメタン発酵残渣を得る工程；
該メタン発酵残渣を固液分離して、脱水濾液および脱水残渣を得る工程；および
該脱水残渣を可燃性ガス化する工程；を含む、バイオマスの処理方法。 Hydrogenating the biomass to obtain hydrogen fermentation gas and hydrogen fermentation residue;
Methane fermentation of the hydrogen fermentation residue to obtain methane fermentation gas and methane fermentation residue;
A method for treating biomass, comprising: solid-liquid separation of the methane fermentation residue to obtain a dehydrated filtrate and a dehydrated residue; and a step of combustible gasification of the dehydrated residue. さらに、該可燃性ガスを発電装置に送給し、発電を行う工程を含む、請求項５に記載のバイオマスの処理方法。   Furthermore, the processing method of the biomass of Claim 5 including the process of supplying this combustible gas to a power generator, and performing electric power generation.

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