特開2022-167163有機性廃棄物の処理システム、バイオガス生産装置及び有機性廃棄物の処理方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167163
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】有機性廃棄物の処理システム、バイオガス生産装置及び有機性廃棄物の処理方法
(51)【国際特許分類】
C02F 11/04 20060101AFI20221027BHJP
C02F 11/08 20060101ALI20221027BHJP
B09B 3/65 20220101ALI20221027BHJP
C10L 3/08 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
C02F11/04 A ZAB
C02F11/08
B09B3/00 C
C10L3/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021072769
(22)【出願日】2021-04-22
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】加藤 雄大
(72)【発明者】
【氏名】小島 啓輔
(72)【発明者】
【氏名】隅倉 光博
【テーマコード（参考）】
4D004
4D059
【Ｆターム（参考）】
4D004AA02
4D004AA03
4D004CA12
4D004CA13
4D004CA18
4D004CA22
4D004CA34
4D004CB04
4D004CB31
4D004CC07
4D004CC11
4D004CC12
4D059AA01
4D059AA03
4D059AA07
4D059AA08
4D059AA23
4D059BA12
4D059BA22
4D059BA34
4D059BA48
4D059BC01
4D059BF02
4D059BF20
4D059CC10
4D059DA01
4D059DA08
4D059DA39
4D059DA44
4D059DA55
4D059EB20
(57)【要約】
【課題】メタン発酵槽内の微生物量を維持し、バイオガスを効率良く生産できる有機性廃棄物の処理システム、バイオガス生産装置及び有機性廃棄物の処理方法。
【解決手段】有機性廃棄物Ａを加圧して分解し、窒素成分Ｃを含む第一の流体Ｂを得る分解装置１０と、第一の流体Ｂに含まれる窒素成分Ｃを回収し、第二の流体Ｄを得る回収装置２０と、第二の流体Ｄを気体Ｅと液体Ｆとに分離する分離装置３０と、液体Ｆと嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置４０とを有する、有機性廃棄物の処理システム１。
【選択図】図１
【解決手段】有機性廃棄物Ａを加圧して分解し、窒素成分Ｃを含む第一の流体Ｂを得る分解装置１０と、第一の流体Ｂに含まれる窒素成分Ｃを回収し、第二の流体Ｄを得る回収装置２０と、第二の流体Ｄを気体Ｅと液体Ｆとに分離する分離装置３０と、液体Ｆと嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置４０とを有する、有機性廃棄物の処理システム１。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機性廃棄物を加圧して分解し、窒素成分を含む第一の流体を得る分解装置と、
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収装置と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離装置と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置とを有する、有機性廃棄物の処理システム。
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収装置と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離装置と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置とを有する、有機性廃棄物の処理システム。
【請求項2】
前記バイオガス生産装置が、前記培養液を収容する培養槽と、前記培養槽中の前記培養液を濾過する濾過器と、
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、請求項１に記載の有機性廃棄物の処理システム。
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、請求項１に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項3】
有機性廃棄物を加圧して得られる液体からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置であって、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液が収容された培養槽と、
前記培養液を濾過する濾過器と、
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、バイオガス生産装置。
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液が収容された培養槽と、
前記培養液を濾過する濾過器と、
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、バイオガス生産装置。
【請求項4】
有機性廃棄物を加圧して分解し、窒素成分を含む第一の流体を得る分解工程と、
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収工程と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離工程と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産工程とを有する、有機性廃棄物の処理方法。
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収工程と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離工程と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産工程とを有する、有機性廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機性廃棄物の処理システム、バイオガス生産装置及び有機性廃棄物の処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
下水汚泥等の有機性廃棄物は大量に発生し、処理場等に集積する国産バイオマスの一つとして注目されている。これらの有機性廃棄物が有するエネルギーを回収、利用することが求められている。有機性廃棄物に含まれる有機物を有効利用する方法の例として、例えば、メタン発酵によるメタンガスを含むバイオガスの生産が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、有機性廃棄物の一部を水に可溶化し、水に可溶化した有機性廃棄物を濾過し、濾別した液体成分に対してメタン発酵を行う有機性廃棄物の処理方法が提案されている。特許文献１の技術によれば、フィルター濾過で有機性廃棄物から水溶性成分を回収し、メタン発酵の効率を高めることが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－６８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の技術では、濾別した液体成分（培養液）は原料となる有機性廃棄物と比べて有機物の濃度が低く、培養液において排水量に対する微生物の増殖が追い付かず、微生物量が少なくなってしまう。このため、バイオガスの生産効率の低下が懸念される。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、培養液における微生物量を維持し、バイオガスを効率良く生産できる有機性廃棄物の処理システム、バイオガス生産装置及び有機性廃棄物の処理方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を有する。
［１］有機性廃棄物を加圧して分解し、窒素成分を含む第一の流体を得る分解装置と、
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収装置と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離装置と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置とを有する、有機性廃棄物の処理システム。
［２］前記バイオガス生産装置が、前記培養液を収容する培養槽と、前記培養槽中の前記培養液を濾過する濾過器と、
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、［１］に記載の有機性廃棄物の処理システム。
［３］有機性廃棄物を加圧して得られる液体からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置であって、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液が収容された培養槽と、
前記培養液を濾過する濾過器と、
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、バイオガス生産装置。
［１］有機性廃棄物を加圧して分解し、窒素成分を含む第一の流体を得る分解装置と、
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収装置と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離装置と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置とを有する、有機性廃棄物の処理システム。
［２］前記バイオガス生産装置が、前記培養液を収容する培養槽と、前記培養槽中の前記培養液を濾過する濾過器と、
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、［１］に記載の有機性廃棄物の処理システム。
［３］有機性廃棄物を加圧して得られる液体からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産装置であって、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液が収容された培養槽と、
前記培養液を濾過する濾過器と、
前記濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する、バイオガス生産装置。
【0008】
［４］有機性廃棄物を加圧して分解し、窒素成分を含む第一の流体を得る分解工程と、
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収工程と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離工程と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産工程とを有する、有機性廃棄物の処理方法。
前記第一の流体に含まれる前記窒素成分を回収し、第二の流体を得る回収工程と、
前記第二の流体を気体と液体とに分離する分離工程と、
前記液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産するバイオガス生産工程とを有する、有機性廃棄物の処理方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明の有機性廃棄物の処理システム、バイオガス生産装置及び有機性廃棄物の処理方法によれば、メタン発酵槽内の微生物量を維持し、バイオガスを効率良く生産できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
≪有機性廃棄物の処理システム≫
本発明の有機性廃棄物の処理システムは、分解装置と、回収装置と、分離装置と、バイオガス生産装置とを有する。
以下、本発明の有機性廃棄物の処理システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の有機性廃棄物の処理システムは、分解装置と、回収装置と、分離装置と、バイオガス生産装置とを有する。
以下、本発明の有機性廃棄物の処理システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【0012】
図１に示すように、本実施形態の有機性廃棄物の処理システム１は、分解装置１０と、回収装置２０と、分離装置３０と、バイオガス生産装置４０とを有する。分解装置１０と回収装置２０とは、配管で接続されている。回収装置２０と分離装置３０とは、配管で接続されている。分離装置３０とバイオガス生産装置４０とは、配管で接続されている。
図中の矢印は、原料や生成物等の流体の移動方向を示す。
図中の矢印は、原料や生成物等の流体の移動方向を示す。
【0013】
分解装置１０は、有機性廃棄物を加圧して分解し、窒素成分を含む流体を得る装置である。分解装置１０としては、例えば、加圧装置を備える耐圧容器が挙げられる。
加圧装置としては、分解装置１０の内部を加圧可能な装置であればよく、例えば、高圧ポンプや圧力調整バルブ等が挙げられる。
耐圧容器としては、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の耐圧容器が挙げられる。
加圧装置としては、分解装置１０の内部を加圧可能な装置であればよく、例えば、高圧ポンプや圧力調整バルブ等が挙げられる。
耐圧容器としては、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の耐圧容器が挙げられる。
【0014】
分解装置１０は、加熱ヒーターを有していてもよい。
加熱ヒーターとしては、分解装置１０の内部を加熱可能なヒーターであればよく、例えば、高温の水蒸気を通流させるスチームヒーターや、ガスボイラー等が挙げられる。
加熱ヒーターとしては、分解装置１０の内部を加熱可能なヒーターであればよく、例えば、高温の水蒸気を通流させるスチームヒーターや、ガスボイラー等が挙げられる。
【0015】
回収装置２０は、流体に含まれる窒素成分を分離する装置である。回収装置２０としては、例えば、第一の流体Ｂに含まれる窒素成分Ｃを吸着できる吸着剤を備える吸着塔等が挙げられる。
【0016】
分離装置３０は、気液混合流体を気体と液体とに分離する装置である。分離装置３０としては、例えば、熱交換器を備える凝縮器等の気液分離器が挙げられる。
【0017】
バイオガス生産装置４０は、有機性廃棄物Ａから得られる炭素成分を含む液体と嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産する装置である。バイオガス生産装置４０としては、例えば、培養液を収容する培養槽と減圧弁と排出配管とを備えるメタン発酵槽等が挙げられる。
【0018】
バイオガス生産装置４０は、培養槽中の培養液を濾過する濾過器を有することが好ましい。
前記濾過器としては、例えば、嫌気性の微生物が通過しない大きさの孔径を有する濾過フィルター等が挙げられる。
濾過フィルターの孔径は、嫌気性の微生物が通過しない大きさであればよく、例えば、５μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。濾過フィルターの孔径の下限値は、例えば、０．１μｍが好ましい。濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、培養液に含まれる水分を容易に排出できる。加えて、濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、バイオガス生産装置４０の培養槽の内部圧力が高くなり過ぎることを抑制できる。
前記濾過器としては、例えば、嫌気性の微生物が通過しない大きさの孔径を有する濾過フィルター等が挙げられる。
濾過フィルターの孔径は、嫌気性の微生物が通過しない大きさであればよく、例えば、５μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。濾過フィルターの孔径の下限値は、例えば、０．１μｍが好ましい。濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、培養液に含まれる水分を容易に排出できる。加えて、濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、バイオガス生産装置４０の培養槽の内部圧力が高くなり過ぎることを抑制できる。
【0019】
培養槽としては、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の耐圧容器が挙げられる。
減圧弁としては、例えば、圧力調整バルブ等の従来公知の開閉弁等が挙げられる。
排出配管としては、例えば、金属製や樹脂製の配管が挙げられる。
減圧弁としては、例えば、圧力調整バルブ等の従来公知の開閉弁等が挙げられる。
排出配管としては、例えば、金属製や樹脂製の配管が挙げられる。
【0020】
≪有機性廃棄物の処理方法≫
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、分解工程と、回収工程と、分離工程と、バイオガス生産工程とを有する。
有機性廃棄物の処理システム１を用いた有機性廃棄物の処理方法について、図１に基づいて説明する。
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、分解工程と、回収工程と、分離工程と、バイオガス生産工程とを有する。
有機性廃棄物の処理システム１を用いた有機性廃棄物の処理方法について、図１に基づいて説明する。
【0021】
まず、有機性廃棄物Ａを分解装置１０に供給する。
有機性廃棄物Ａとしては、例えば、アンモニア含有消化液、食品廃棄物、家畜排泄物、下水の濃縮汚泥や消化汚泥、有機汚泥等が挙げられる。有機性廃棄物Ａは、炭素成分に加え、窒素成分を含有する。
有機性廃棄物Ａとしては、例えば、アンモニア含有消化液、食品廃棄物、家畜排泄物、下水の濃縮汚泥や消化汚泥、有機汚泥等が挙げられる。有機性廃棄物Ａは、炭素成分に加え、窒素成分を含有する。
【0022】
分解工程は、有機性廃棄物Ａを加圧して分解し、窒素成分Ｃを含む第一の流体Ｂを得る工程である。
分解工程における分解装置１０の内部圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、５ＭＰａ以上が好ましく、１０ＭＰａ以上がより好ましく、２２ＭＰａ（水の臨界圧力）以上であってもよい。分解工程における分解装置１０の内部圧力が上記下限値以上であると、有機性廃棄物Ａを炭素成分と窒素成分Ｃとに分解できる。分解工程における分解装置１０の内部圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａ以下とされる。
分解工程における分解装置１０の内部圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、５ＭＰａ以上が好ましく、１０ＭＰａ以上がより好ましく、２２ＭＰａ（水の臨界圧力）以上であってもよい。分解工程における分解装置１０の内部圧力が上記下限値以上であると、有機性廃棄物Ａを炭素成分と窒素成分Ｃとに分解できる。分解工程における分解装置１０の内部圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａ以下とされる。
【0023】
分解装置１０の内部圧力は、例えば、高圧ポンプと、圧力調整バルブによって調整できる。
【0024】
分解工程では、分解装置１０の内部圧力を高圧（例えば、５ＭＰａ）にしなくてもよく、その場合、有機性廃棄物Ａを分解可能な薬剤を用いたり、分解装置１０を加熱したりすることが好ましい。
有機性廃棄物Ａを分解可能な薬剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、過酸化水素等が挙げられる。
有機性廃棄物Ａを分解可能な薬剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、過酸化水素等が挙げられる。
【0025】
分解装置１０を加熱する場合、分解装置１０の内部温度は、例えば、６０℃以上が好ましく、１００℃以上がより好ましく、３７４℃（水の臨界温度）以上であってもよい。分解装置１０の内部温度が上記下限値以上であると、有機性廃棄物Ａの溶解度が高まり、有機性廃棄物Ａの分解をより促進できる。
なお、分解装置１０の内部温度を３７４℃以上にし、かつ、分解装置１０の内部圧力を５ＭＰａ以上とすることで、分解装置１０の内部を水の亜臨界条件又は水の超臨界条件とすることができる。分解装置１０の内部を水の亜臨界条件又は水の超臨界条件とすることで、有機性廃棄物Ａを完全に分解することができるため、より好ましい。
なお、分解装置１０の内部温度を３７４℃以上にし、かつ、分解装置１０の内部圧力を５ＭＰａ以上とすることで、分解装置１０の内部を水の亜臨界条件又は水の超臨界条件とすることができる。分解装置１０の内部を水の亜臨界条件又は水の超臨界条件とすることで、有機性廃棄物Ａを完全に分解することができるため、より好ましい。
【0026】
分解工程で分解されずに残った固形分は、例えば、押出ポンプ等を用いて、分解装置１０の外部に排出できる。
【0027】
回収工程は、第一の流体Ｂに含まれる窒素成分Ｃを回収し、第二の流体Ｄを得る工程である。
第一の流体Ｂは、分解工程で得られるため、高圧の液体又は気体の状態になっている。
第一の流体Ｂの圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、５ＭＰａ以上が好ましく、１０ＭＰａ以上がより好ましい。第一の流体Ｂの圧力が上記下限値以上であると、後述するバイオガス生産工程における培養液の圧力をより高められる。このため、培養液をよりスムーズに濾過でき、培養液における微生物の濃度を維持できる。その結果、バイオガスをより効率良く生産できる。
第一の流体Ｂの圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａ以下とされる。
第一の流体Ｂは、分解工程で得られるため、高圧の液体又は気体の状態になっている。
第一の流体Ｂの圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、５ＭＰａ以上が好ましく、１０ＭＰａ以上がより好ましい。第一の流体Ｂの圧力が上記下限値以上であると、後述するバイオガス生産工程における培養液の圧力をより高められる。このため、培養液をよりスムーズに濾過でき、培養液における微生物の濃度を維持できる。その結果、バイオガスをより効率良く生産できる。
第一の流体Ｂの圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａ以下とされる。
【0028】
回収工程では、第一の流体Ｂに含まれる窒素成分Ｃを除去して、回収する。
窒素成分Ｃとしては、例えば、窒素や、アンモニア等が挙げられる。これらの窒素成分Ｃは、水素エネルギーの輸送媒体（エネルギーキャリア）や燃料（エネルギー源）として利用可能である。このため、窒素成分Ｃを回収することで、エネルギーを有効利用できるため好ましい。
加えて、窒素成分Ｃを回収することで、後述するバイオガス生産工程において、例えば、高濃度のアンモニアによるメタン発酵の阻害を抑制できる。このため、バイオガスをより効率良く生産できる。
窒素成分Ｃとしては、例えば、窒素や、アンモニア等が挙げられる。これらの窒素成分Ｃは、水素エネルギーの輸送媒体（エネルギーキャリア）や燃料（エネルギー源）として利用可能である。このため、窒素成分Ｃを回収することで、エネルギーを有効利用できるため好ましい。
加えて、窒素成分Ｃを回収することで、後述するバイオガス生産工程において、例えば、高濃度のアンモニアによるメタン発酵の阻害を抑制できる。このため、バイオガスをより効率良く生産できる。
【0029】
窒素成分Ｃを除去する方法としては、例えば、窒素成分Ｃを吸着できる吸着剤を備える吸着塔に第一の流体Ｂを供給し、吸着剤に第一の流体Ｂを接触させ、第一の流体Ｂに含まれる窒素成分Ｃを吸着剤に吸着させ、その後窒素成分Ｃを吸着剤から脱着させる方法が挙げられる。
窒素成分Ｃの吸脱着は、吸着塔の内部圧力及び内部温度を調整することにより制御できる。
窒素成分Ｃを吸着できる吸着剤としては、例えば、ゼオライト、リン酸マグネシウム等、公知の吸着剤が挙げられる。
窒素成分Ｃの吸脱着は、吸着塔の内部圧力及び内部温度を調整することにより制御できる。
窒素成分Ｃを吸着できる吸着剤としては、例えば、ゼオライト、リン酸マグネシウム等、公知の吸着剤が挙げられる。
【0030】
分離工程は、第二の流体Ｄを気体Ｅと液体Ｆとに分離する工程である。
第二の流体Ｄは、窒素成分Ｃが除去されているため、炭素成分と水分とを含む流体になっている。
第二の流体Ｄの圧力は、例えば、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上がより好ましい。第二の流体Ｄの圧力が上記下限値以上であると、後述するバイオガス生産工程における培養液の圧力をより高められる。このため、培養液をよりスムーズに濾過でき、培養液における微生物の濃度を維持できる。その結果、バイオガスをより効率良く生産できる。
第二の流体Ｄの圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａ以下とされる。
第二の流体Ｄは、窒素成分Ｃが除去されているため、炭素成分と水分とを含む流体になっている。
第二の流体Ｄの圧力は、例えば、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上がより好ましい。第二の流体Ｄの圧力が上記下限値以上であると、後述するバイオガス生産工程における培養液の圧力をより高められる。このため、培養液をよりスムーズに濾過でき、培養液における微生物の濃度を維持できる。その結果、バイオガスをより効率良く生産できる。
第二の流体Ｄの圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａ以下とされる。
【0031】
気体Ｅとしては、例えば、分解工程で生成した水蒸気や二酸化炭素を含む排ガスが挙げられる。気体Ｅは、酸素や二酸化硫黄等を含んでいてもよい。
液体Ｆとしては、例えば、分解工程で生成した水や酢酸等の低分子量の有機酸を含む処理液が挙げられる。
液体Ｆとしては、例えば、分解工程で生成した水や酢酸等の低分子量の有機酸を含む処理液が挙げられる。
【0032】
第二の流体Ｄを気体Ｅと液体Ｆとに分離する方法としては、例えば、加熱によって蒸発した水分を冷却によって凝集する方法、亜臨界状態にあった処理液を減圧することによって気化させる方法等が挙げられる。
分離工程における気体Ｅと液体Ｆとの分離は、分離装置３０の内部圧力及び内部温度を調整することにより制御できる。
分離工程における気体Ｅと液体Ｆとの分離は、分離装置３０の内部圧力及び内部温度を調整することにより制御できる。
【0033】
気体Ｅは、排ガスとして、分離装置３０の外部に排出される。
液体Ｆは、処理液として、バイオガス生産装置４０に供給される。
液体Ｆは、処理液として、バイオガス生産装置４０に供給される。
【0034】
バイオガス生産工程は、有機性廃棄物Ａから得られる炭素成分を含む液体Ｆと嫌気性の微生物とを含む培養液からメタンガスを含むバイオガスを生産する工程である。バイオガス生産工程では、嫌気性の微生物によって、処理液（液体Ｆ）に含まれる有機物が分解される。バイオガス生産工程では、嫌気性の微生物によって、二酸化炭素が還元されてもよい。処理液に含まれる有機物の分解や、二酸化炭素の還元によって、メタンガスを含むバイオガスＧが発生する。
バイオガスＧは、バイオガス生産装置４０の外部に供給され、エネルギー源として有効利用できる。
バイオガスＧは、バイオガス生産装置４０の外部に供給され、エネルギー源として有効利用できる。
【0035】
嫌気性の微生物としては、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属古細菌、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ属古細菌等のメタン菌が挙げられる。二酸化炭素の還元によってバイオガスをより効率良く生産できることから、嫌気性の微生物としては、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｂａｒｋｅｒｉが好ましい。
【0036】
バイオガス生産装置４０が液体Ｆと嫌気性の微生物とを含む培養液を濾過する濾過器を有する場合、培養液に含まれる水分及び不要な水溶性成分を濾液として、培養槽に接続された排出配管を介して外部に排出できる。このため、培養液における嫌気性の微生物の濃度を一定以上に保つことができ、微生物量を維持できる。その結果、バイオガスを効率良く生産できる。
培養液における微生物の濃度は、１×１０２～１×１０９Ｃｅｌｌｓ／ｍＬが好ましく、１×１０４～１×１０８Ｃｅｌｌｓ／ｍＬがより好ましい。培養液における微生物の濃度が上記下限値以上であると、バイオガスをより効率良く生産できる。培養液における微生物の濃度が上記上限値以下であると、余剰微生物Ｉの量を低減できる。
培養液における微生物の濃度は、例えば、顕微鏡による観察や、自動セルカウンターを用いた測定により求められる。
培養液における微生物の濃度は、１×１０２～１×１０９Ｃｅｌｌｓ／ｍＬが好ましく、１×１０４～１×１０８Ｃｅｌｌｓ／ｍＬがより好ましい。培養液における微生物の濃度が上記下限値以上であると、バイオガスをより効率良く生産できる。培養液における微生物の濃度が上記上限値以下であると、余剰微生物Ｉの量を低減できる。
培養液における微生物の濃度は、例えば、顕微鏡による観察や、自動セルカウンターを用いた測定により求められる。
【0037】
液体Ｆは、分解工程を経て得られるため、高圧の液体となっている。このため、液体Ｆを含む培養液は、加圧された状態になっており、スムーズに培養液を濾過できる。加えて、高圧の液体Ｆを供給するので、改めてバイオガス生産装置４０の培養槽の内部を加圧する必要がない。このため、バイオガス生産装置４０の培養槽の内部を加圧するためのエネルギーを供給する必要がなく、省エネルギー化を実現できる。
培養槽の内部圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上がより好ましい。
培養槽の内部圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａとされる。
培養槽の内部圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上がより好ましい。
培養槽の内部圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａとされる。
【0038】
バイオガス生産工程において、バイオガスの生産に不要な水分や水溶性成分は、排水Ｈとして、バイオガス生産装置４０の培養槽に接続された排出配管を介して外部に排出される。
バイオガスを生産する上で過剰となった嫌気性の微生物は、余剰微生物Ｉとして、バイオガス生産装置４０の培養槽に接続された排出配管を介して外部に排出される。余剰微生物Ｉは、分解装置１０に供給して、有機性廃棄物Ａとともに分解処理に供してもよい。
バイオガスを生産する上で過剰となった嫌気性の微生物は、余剰微生物Ｉとして、バイオガス生産装置４０の培養槽に接続された排出配管を介して外部に排出される。余剰微生物Ｉは、分解装置１０に供給して、有機性廃棄物Ａとともに分解処理に供してもよい。
【0039】
本実施形態の有機性廃棄物の処理システム１によれば、有機性廃棄物Ａの加圧処理によって得られた窒素成分Ｃをエネルギーキャリアやエネルギー源として有効利用できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、加圧処理によって得られた液体Ｆから、バイオガスを生産できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、バイオガス生産装置４０の内部の嫌気性の微生物の濃度を高く維持することができる。このため、バイオガスを効率良く生産できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、窒素成分Ｃを回収できるため、高濃度のアンモニアによるメタン発酵の阻害を抑制できる。このため、バイオガスを効率良く生産できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、加圧処理によって殺菌された液体Ｆを用いるため、雑菌が混入せず、嫌気性の微生物の安定した培養が可能となる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、加圧処理時に酸素が消費されるため、嫌気性の環境が維持されやすい。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、高温・高圧環境のような特殊な環境に生育する微生物の培養に適した環境を提供できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、加圧処理によって得られた液体Ｆから、バイオガスを生産できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、バイオガス生産装置４０の内部の嫌気性の微生物の濃度を高く維持することができる。このため、バイオガスを効率良く生産できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、窒素成分Ｃを回収できるため、高濃度のアンモニアによるメタン発酵の阻害を抑制できる。このため、バイオガスを効率良く生産できる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、加圧処理によって殺菌された液体Ｆを用いるため、雑菌が混入せず、嫌気性の微生物の安定した培養が可能となる。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、加圧処理時に酸素が消費されるため、嫌気性の環境が維持されやすい。
有機性廃棄物の処理システム１によれば、高温・高圧環境のような特殊な環境に生育する微生物の培養に適した環境を提供できる。
【0040】
≪バイオガス生産装置≫
本発明のバイオガス生産装置は、有機性廃棄物を加圧して得られる液体から、メタンガスを含むバイオガスを生産する装置である。
本発明のバイオガス生産装置は、有機性廃棄物を加圧して得られる液体と嫌気性の微生物とを含む培養液が収容された培養槽と、培養液を濾過する濾過器と、濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する。
以下、本発明のバイオガス生産装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明のバイオガス生産装置は、有機性廃棄物を加圧して得られる液体から、メタンガスを含むバイオガスを生産する装置である。
本発明のバイオガス生産装置は、有機性廃棄物を加圧して得られる液体と嫌気性の微生物とを含む培養液が収容された培養槽と、培養液を濾過する濾過器と、濾過器で生じた濾液を排出する排出配管と、を有する。
以下、本発明のバイオガス生産装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【0041】
図２に示すように、本実施形態のバイオガス生産装置５０は、培養槽５２と、水槽５３と、濾過器５４と、減圧弁５６と、減圧弁５８と、配管Ｌ１と、配管Ｌ２と、排出配管Ｌ３と、排出配管Ｌ４とを有する。濾過器５４は、培養槽５２の内部に設置されている。培養槽５２の外側には、水槽５３が設けられている。配管Ｌ１、配管Ｌ２、排出配管Ｌ３は、それぞれ、培養槽５２に接続されている。排出配管Ｌ４は、水槽５３に接続されている。配管Ｌ２には、減圧弁５６が設けられている。排出配管Ｌ３には、減圧弁５８が設けられている。
【0042】
バイオガス生産装置５０としては、上述の有機性廃棄物の処理システム１が有するバイオガス生産装置４０と同様の耐圧容器と減圧弁と排出配管とを備えるメタン発酵槽等が挙げられる。
バイオガス生産装置５０は、バイオガス生産装置４０と同じでもよく、異なっていてもよい。
バイオガス生産装置５０は、バイオガス生産装置４０と同じでもよく、異なっていてもよい。
【0043】
培養槽５２としては、例えば、嫌気性の微生物を収容できる耐圧容器が挙げられる。耐圧容器としては、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の耐圧容器が挙げられる。
【0044】
水槽５３としては、例えば、水を収容できる耐圧容器が挙げられる。水槽５３の耐圧容器としては、例えば、ガラスや透明な樹脂製の耐圧容器が挙げられる。
【0045】
濾過器５４としては、例えば、嫌気性の微生物が通過しない大きさの孔径を有する濾過フィルター等が挙げられる。
濾過フィルターの孔径は、嫌気性の微生物が通過しない大きさであればよく、例えば、５μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。濾過フィルターの孔径の下限値は、例えば、０．１μｍが好ましい。濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、培養液に含まれる水分を容易に排出できる。加えて、濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、バイオガス生産装置５０の培養槽５２の内部圧力が高くなり過ぎることを抑制できる。
濾過フィルターの孔径は、嫌気性の微生物が通過しない大きさであればよく、例えば、５μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。濾過フィルターの孔径の下限値は、例えば、０．１μｍが好ましい。濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、培養液に含まれる水分を容易に排出できる。加えて、濾過フィルターの孔径が上記下限値以上であると、バイオガス生産装置５０の培養槽５２の内部圧力が高くなり過ぎることを抑制できる。
【0046】
減圧弁５６としては、例えば、圧力調整バルブ等の従来公知の開閉弁等が挙げられる。
減圧弁５８としては、減圧弁５６と同様の開閉弁等が挙げられる。
減圧弁５８としては、減圧弁５６と同様の開閉弁等が挙げられる。
【0047】
配管Ｌ１～Ｌ２としては、例えば、金属製や樹脂製の配管が挙げられる。
排出配管Ｌ３～Ｌ４としては、例えば、配管Ｌ１～Ｌ２と同様の金属製や樹脂製の配管が挙げられる。
排出配管Ｌ３～Ｌ４としては、例えば、配管Ｌ１～Ｌ２と同様の金属製や樹脂製の配管が挙げられる。
【0048】
次に、本実施形態のバイオガス生産装置５０を用いたバイオガスの生産方法について、図２に基づいて説明する。
図２において、符号Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉは、図１で説明した液体Ｆ、バイオガスＧ、排水Ｈ、余剰微生物Ｉと同様である。
図２において、符号Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉは、図１で説明した液体Ｆ、バイオガスＧ、排水Ｈ、余剰微生物Ｉと同様である。
【0049】
まず、液体Ｆを、配管Ｌ１を介して培養槽５２へ供給する。培養槽５２には、嫌気性の微生物を含む培養液が収容されている。
嫌気性の微生物としては、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属古細菌、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ属古細菌等のメタン菌が挙げられる。二酸化炭素の還元によってバイオガスをより効率良く生産できることから、嫌気性の微生物としては、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｂａｒｋｅｒｉが好ましい。
嫌気性の微生物としては、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属古細菌、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ属古細菌等のメタン菌が挙げられる。二酸化炭素の還元によってバイオガスをより効率良く生産できることから、嫌気性の微生物としては、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｂａｒｋｅｒｉが好ましい。
【0050】
液体Ｆは、水や酢酸等の低分子量の有機酸を含む。液体Ｆを培養槽５２へ供給することにより、嫌気性の微生物によって、液体Ｆに含まれる有機物の分解や、二酸化炭素の還元によって、メタンガスを含むバイオガスＧが発生する。
バイオガスＧは、配管Ｌ２を介してバイオガス生産装置５０の外部に供給され、エネルギー源として有効利用できる。
バイオガスＧは、配管Ｌ２を介してバイオガス生産装置５０の外部に供給され、エネルギー源として有効利用できる。
【0051】
液体Ｆと嫌気性の微生物とを含む培養液は、培養槽５２の内部に設置された濾過器５４によって濾過される。この際、培養液に含まれる水分及び不要な水溶性成分が濾過器５４を通過して、水槽５３に貯留される。水槽５３に貯留された水分及び不要な水溶性成分は、排水（濾過器５４で生じた濾液）Ｈとして、排出配管Ｌ４を介して外部に排出される。このため、バイオガス生産装置５０の培養槽５２の内部に含まれる嫌気性の微生物の濃度を一定以上に保つことができ、微生物量を維持できる。その結果、バイオガスを効率良く生産できる。
【0052】
培養液における微生物の濃度は、１×１０２～１×１０９Ｃｅｌｌｓ／ｍＬが好ましく、１×１０４～１×１０８Ｃｅｌｌｓ／ｍＬがより好ましい。培養液における微生物の濃度が上記下限値以上であると、バイオガスをより効率良く生産できる。培養液における微生物の濃度が上記上限値以下であると、余剰微生物Ｉの量を低減できる。
培養液における微生物の濃度は、例えば、顕微鏡による観察や、自動セルカウンターを用いた測定により求められる。
培養液における微生物の濃度は、液体Ｆと混合する前の微生物の濃度、培養槽５２へ供給する液体Ｆの量、及びこれらの組み合わせにより調整できる。
培養液における微生物の濃度は、例えば、顕微鏡による観察や、自動セルカウンターを用いた測定により求められる。
培養液における微生物の濃度は、液体Ｆと混合する前の微生物の濃度、培養槽５２へ供給する液体Ｆの量、及びこれらの組み合わせにより調整できる。
【0053】
液体Ｆは、分解工程を経て得られるため、高圧の液体となっている。このため、液体Ｆを含む培養液は、加圧された状態になっており、培養液は、加圧された状態で濾過器５４を通過する。このため、培養液は、スムーズに濾過器５４を通過し、濾過の効率を高められる。その結果、バイオガスを効率良く生産できる。
加えて、高圧の液体Ｆを供給するので、改めて培養槽５２の内部を加圧する必要がない。このため、培養槽５２の内部を加圧するためのエネルギーを供給する必要がなく、省エネルギー化を実現できる。
培養槽５２の内部圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上がより好ましい。
培養槽５２の内部圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａとされる。
培養槽５２の内部圧力は、減圧弁５６及び減圧弁５８を開閉することにより、調整できる。
加えて、高圧の液体Ｆを供給するので、改めて培養槽５２の内部を加圧する必要がない。このため、培養槽５２の内部を加圧するためのエネルギーを供給する必要がなく、省エネルギー化を実現できる。
培養槽５２の内部圧力は、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高ければよく、例えば、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上がより好ましい。
培養槽５２の内部圧力の上限値は、特に限定されないが、例えば、３０ＭＰａとされる。
培養槽５２の内部圧力は、減圧弁５６及び減圧弁５８を開閉することにより、調整できる。
【0054】
培養槽５２の内部で過剰となった嫌気性の微生物は、培養槽５２の底部に沈降する。培養槽５２の底部に沈降した嫌気性の微生物は、余剰微生物Ｉとして、排出配管Ｌ３を介して、バイオガス生産装置５０の外部に排出される。
【0055】
以上、本発明の有機性廃棄物の処理システム、バイオガス生産装置及び有機性廃棄物の処理方法について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、バイオガス生産装置５０において、濾過器５４は、培養槽５２の内部に設置されている。しかし、バイオガス生産装置において、濾過器は、培養槽の外部に設置されていてもよい。
例えば、バイオガス生産装置５０において、濾過器５４は、培養槽５２の内部に設置されている。しかし、バイオガス生産装置において、濾過器は、培養槽の外部に設置されていてもよい。
【符号の説明】
【0056】
１…有機性廃棄物の処理システム、１０…分解装置、２０…回収装置、３０…分離装置、４０…バイオガス生産装置、５０…バイオガス生産装置、５２…培養槽、５３…水槽、５４…濾過器、５６，５８…減圧弁、Ｌ１～Ｌ２…配管、Ｌ３～Ｌ４…排出配管
【図1】
【図2】