特開 2024-146176 発酵システム

(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】P2024146176

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】発酵システム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20241004BHJP

   C12M 1/38 20060101ALI20241004BHJP

   C02F 3/28 20230101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 H

C12M1/38 A

C02F3/28 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023058921

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(71)【出願人】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 翔

(72)【発明者】

【氏名】三井 哲弥

(72)【発明者】

【氏名】多川 正

【テーマコード（参考）】

4B029

4D040

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029AA12

4B029BB01

4B029DF01

4D040AA04

4D040AA34

4D040AA63

(57)【要約】

【課題】発酵槽内の温度分布の偏りを低減し、被処理水を効率よく発酵させることができる発酵システムを提供する。
【解決手段】発酵システム１は、被処理水Ｗ中の基質を微生物によって発酵可能に構成されている。発酵システム１は、内部に空間を有する発酵槽２と、発酵槽２内に配置され、発酵槽２内に被処理水Ｗを供給可能に構成された被処理水供給部３と、発酵槽２内における被処理水供給部３の下方に配置され、微生物を担持可能に構成された複数の微生物担体４と、発酵槽２内に、発酵槽２内の温度を調整するための温度調整ガスＧを供給可能に構成されたガス供給部５と、温度調整ガスＧの温度を調節可能に構成されたガス温度調節装置６と、を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理水中の基質を微生物によって発酵可能に構成された発酵システムであって、
内部に空間を有する発酵槽と、
前記発酵槽内に配置され、前記発酵槽内に前記被処理水を供給可能に構成された被処理水供給部と、
前記発酵槽内における前記被処理水供給部の下方に配置され、前記微生物を担持可能に構成された複数の微生物担体と、
前記発酵槽内に、前記発酵槽内の温度を調整するための温度調整ガスを供給可能に構成されたガス供給部と、
前記温度調整ガスの温度を調節可能に構成されたガス温度調節装置と、を有する、発酵システム。

【請求項2】

前記ガス温度調節装置は、前記温度調整ガスを加熱可能に構成されたガス加熱部を有している、請求項１に記載の発酵システム。

【請求項3】

前記ガス温度調節装置は、互いに温度の異なる２種以上の原料ガスを混合して前記温度調整ガスを作製可能に構成されたガス混合部を有している、請求項１に記載の発酵システム。

【請求項4】

前記発酵システムは、前記基質を前記微生物によって発酵させることによりバイオガスを製造可能に構成されているとともに、前記発酵槽で生じた前記バイオガスを貯蔵可能に構成されたバイオガス貯蔵容器と、前記バイオガス貯蔵容器に貯蔵された前記バイオガスの少なくとも一部を前記ガス温度調節装置に供給するバイオガス循環路と、をさらに有しており、前記ガス温度調節装置は、前記バイオガスを含む前記温度調整ガスの温度を調節可能に構成されている、請求項１に記載の発酵システム。

【請求項5】

前記発酵システムは、さらに、前記バイオガス貯蔵容器に接続され、前記バイオガス貯蔵容器から供給される前記バイオガスを燃焼させることにより発電可能に構成されたガス発電機を有しており、前記ガス温度調節装置は、前記ガス発電機を用いて前記温度調整ガスの温度を調節可能に構成されている、請求項４に記載の発酵システム。

【請求項6】

前記ガス温度調節装置は、前記ガス発電機から生じる廃熱を利用して前記温度調整ガスを加熱可能に構成されたガス加熱部を有している、請求項５に記載の発酵システム。

【請求項7】

前記ガス発電機は、前記バイオガスの燃焼によって生じる排ガスを前記ガス温度調節装置に導く排ガス供給路を有しており、前記ガス温度調節装置は、前記バイオガス循環路から供給される前記バイオガスと、前記排ガス供給路から供給される前記排ガスとを含む複数種類のガスを混合することにより前記温度調整ガスを作製可能に構成されたガス混合部を有している、請求項５に記載の発酵システム。

【請求項8】

前記ガス温度調節装置は、さらに、前記バイオガス循環路から供給される前記バイオガスの少なくとも一部を加熱可能に構成されたガス加熱部を有しており、前記ガス混合部は、前記バイオガス循環路から供給される前記バイオガス、前記ガス加熱部において加熱された前記バイオガス及び前記排ガス供給路から供給される前記排ガスのうち２種以上のガスを混合することにより前記温度調整ガスを作製可能に構成されている、請求項７に記載の発酵システム。

【請求項9】

前記微生物担体は、メタンを含む前記バイオガスを発生可能に構成されている、請求項４に記載の発酵システム。

【請求項10】

前記発酵システムは、さらに、前記発酵槽内に配置され、前記発酵槽内の雰囲気温度を測定可能に構成された温度センサを有しており、前記ガス温度調節装置は、前記温度センサにより測定される前記発酵槽内の雰囲気温度に基づいて前記温度調整ガスの温度を調節可能に構成されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の発酵システム。

【請求項11】

前記ガス供給部のガス吹き出し口は、前記発酵槽内において、前記発酵槽の高さの１／２となる位置よりも下方に配置されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の発酵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発酵システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、有機物を含む被処理水からの有機物の除去や資源の回収などを目的として、微生物による発酵が利用されている。微生物を用いた水処理を効率よく行う方法として、微生物が担持された微生物担体に被処理水を散布し、重力によって被処理水を透過させつつ微生物担体と接触した被処理水を発酵させる、下降流スポンジ懸架（Ｄｏｗｎ－ｆｌｏｗ Ｈａｎｇｉｎｇ Ｓｐｏｎｇｅ、ＤＨＳ）法が知られている。

【0003】

微生物によって被処理水中の基質を発酵させる場合、発酵効率を高めるために、微生物の温度を発酵に適した温度に保つことが望ましい。かかる観点から、ＤＨＳ法による発酵を行う場合、例えば、微生物担体に散布する被処理水の温度を調整する、あるいは微生物担体が収容された発酵槽の外壁の温度を調整する等の方法により、微生物の温度を発酵に適した温度に保つことが検討されている。例えば特許文献１には、反応槽に加熱手段としてのヒーターや温水管などを設けた散水式水処理装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１７９５１７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、ＤＨＳ法においては、被処理水が発酵槽の上方から下方に流れ落ちる過程で被処理水の温度が徐々に低下するため、発酵槽内における上部の温度と下部の温度との間に差が生じやすい。それ故、例えば、微生物担体に散布する被処理水の温度を発酵に適した温度にした場合であっても、発酵槽の下部の温度が発酵に適した温度よりも低くなりやすいという問題がある。

【0006】

また、特許文献１の散水式水処理装置のように、発酵槽の外壁を加熱手段によって加熱する場合には、発酵槽の外壁に近い部分を容易に加熱することができる一方で、外壁から離れた部分は加熱されにくいため、発酵槽内における外壁の近傍の温度と内部の温度との間に差が生じやすい。それ故、例えば、発酵槽の外壁を発酵に適した温度にした場合であっても、発酵槽内における外壁から離れた部分の温度が発酵に適した温度よりも低くなりやすいという問題がある。

【0007】

このように、ＤＨＳ法においては、発酵槽内の温度分布に偏りが生じやすく、発酵効率の向上という点で未だ改善の余地がある。

【0008】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、発酵槽内の温度分布の偏りを低減し、被処理水を効率よく発酵させることができる発酵システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、被処理水中の基質を微生物によって発酵可能に構成された発酵システムであって、
内部に空間を有する発酵槽と、
前記発酵槽内に配置され、前記発酵槽内に前記被処理水を供給可能に構成された被処理水供給部と、
前記発酵槽内における前記被処理水供給部の下方に配置され、前記微生物を担持可能に構成された複数の微生物担体と、
前記発酵槽内に、前記発酵槽内の温度を調整するための温度調整ガスを供給可能に構成されたガス供給部と、
前記温度調整ガスの温度を調節可能に構成されたガス温度調節装置と、を有する、発酵システムにある。

【発明の効果】

【0010】

前記発酵システムは、前記発酵槽内に温度調整ガスを供給可能に構成されたガス供給部と、前記温度調整ガスの温度を調節可能に構成されたガス温度調節装置と、を有している。そのため、ガス温度調節装置によって温度を調節した後の温度調整ガスを発酵槽内に吹き込むことにより、発酵槽内の温度を微生物の発酵に適した温度に速やかに調整することができる。さらに、前記温度調整ガスを発酵槽内に吹き込むことにより、発酵槽内の雰囲気の温度を直接的に制御し、発酵槽内における温度分布の偏りを容易に低減することができる。

【0011】

以上のごとく、上記態様によれば、発酵槽内の温度分布の偏りを低減することができ、被処理水を効率よく発酵させることができる発酵システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態１における発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図2】図２は、実施形態２における、ガス混合部を備えた発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図3】図３は、実施形態３における、ガス加熱部とガス混合部との両方を備えた発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図4】図４は、実施形態４における、バイオガスを温度調整ガスとして用いる発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図5】図５は、実施形態５における、ガス発電機から生じる排ガスを温度調整ガスとして用いる発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図6】図６は、実施形態６における、発酵槽内に複数の排ガス供給路を設けた発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図7】図７は、実施形態６における、鉛直方向に立設された排ガス供給路を有する発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図8】図８は、実施形態６における、発酵槽の壁面に排ガス供給路を兼ねた案内部材を設けた発酵システムの概略構成を示す説明図である。

【図9】図９は、案内部材の他の態様を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（実施形態１）
前記発酵システムに係る実施形態について、図１を参照して説明する。本形態の発酵システム１は、被処理水Ｗ中の基質を微生物によって発酵可能に構成されている。図１に示すように、発酵システム１は、内部に空間を有する発酵槽２と、発酵槽２内に配置され、発酵槽２内に被処理水Ｗを供給可能に構成された被処理水供給部３と、発酵槽２内における被処理水供給部３の下方に配置され、微生物を担持可能に構成された複数の微生物担体４と、発酵槽２内に、発酵槽２内の温度を調整するための温度調整ガスＧを供給可能に構成されたガス供給部５と、温度調整ガスＧの温度を調節可能に構成されたガス温度調節装置６と、を有している。なお、図１においては、便宜上、微生物担体４の記載を一部割愛した。

【0014】

本形態の発酵システム１は、種々の態様の発酵に適用することができる。例えば、発酵システム１は、被処理水Ｗ中の基質を嫌気的に発酵させることができるように構成されていてもよく、好気的に発酵させることができるように構成されていてもよい。さらに、発酵システム１は、被処理水Ｗ中の基質を除去することができるように構成されていてもよく、被処理水Ｗ中の基質を資源に変換し、回収することができるように構成されていてもよい。発酵システム１に用いられる被処理水Ｗは特に限定されることはなく、所望の基質を含む被処理水Ｗを用いることができる。また、発酵システム１に用いられる微生物は、被処理水Ｗや基質の種類及び所望する発酵の態様等に応じて公知の微生物から適宜選択することができる。

【0015】

例えば、本形態の発酵システム１は、被処理水Ｗ中の有機物を発酵させてメタンを含むバイオガスＢを発生させ、バイオガスＢを資源として回収することができるように構成されている。本形態の発酵システム１における被処理水Ｗとしては、例えば、下水汚泥や食品残渣等の有機廃棄物を含む汚水等を使用することができる。また、被処理水Ｗとして、例えば、機械加工を行う加工装置から回収された廃水溶性クーラント等の有機物を含む工業排水を用いることも可能である。

【0016】

発酵槽２の形状や大きさは種々の態様を取り得る。例えば、本形態の発酵システム１における発酵槽２は、高さ及び直径が２ｍの円筒形状を有している。

【0017】

発酵槽２の内部には、被処理水Ｗが流通可能に構成された仕切り板２１が設けられている。発酵槽２の内部の空間は、仕切り板２１により、微生物担体４が保持される上部空間２２と、被処理水Ｗが保持される下部空間２３との２つの空間に区画されている。

【0018】

発酵槽２の上部空間２２には、被処理水供給部３と、微生物担体４と、ガス供給部５と、が配置されている。被処理水供給部３は、微生物担体４及びガス供給部５の上方に配置されており、発酵槽２内に被処理水Ｗを供給することができるように構成されている。被処理水供給部３は、発酵槽２の外部から発酵槽２内に被処理水Ｗを供給することができる限り、種々の態様を取り得る。被処理水供給部３としては、例えば、発酵槽２内に被処理水Ｗを散布可能に構成された散水ノズルや、被処理水Ｗを放出するための小孔を備えた散水管などを使用することができる。また、発酵槽２の上部空間２２には、被処理水Ｗの発酵によって生じたバイオガスＢを発酵槽２の外部に導くガス導出管２４が設けられている。

【0019】

発酵システム１は、さらに、発酵槽２内に配置され、発酵槽２内の雰囲気温度を測定可能に構成された温度センサ２６を有しており、ガス温度調節装置６は、温度センサ２６により測定される発酵槽２内の雰囲気温度に基づいて温度調整ガスＧの温度を調節可能に構成されていてもよい。本形態の発酵システム１における温度センサ２６は、発酵槽２の上部空間２２に配置されており、上部空間２２の雰囲気温度を測定することができるように構成されている。このように、発酵槽２内に温度センサ２６を設けることにより、発酵槽２内の雰囲気温度を正確に測定することができる。そして、ガス温度調節装置６において、温度センサ２６により測定される雰囲気温度に基づいて温度調整ガスＧの温度を調節することにより、発酵槽２内の雰囲気温度を発酵に適した温度により容易に調整することができる。

【0020】

発酵槽２の下部空間２３には、被処理水Ｗを発酵槽２の外部へ導く被処理水導出管２５が設けられている。被処理水導出管２５から導出された被処理水Ｗは、そのまま発酵システム１の外部に排出されてもよい。また、図に示さないが、被処理水導出管２５から導出された被処理水Ｗの一部を被処理水供給部３に循環させ、発酵槽２内に供給する被処理水Ｗとして利用することもできる。

【0021】

発酵槽２の仕切り板２１上には、多数の微生物担体４が保持されている。微生物担体４としては、例えば、樹脂製のスポンジ等の多孔質体や、筒状に成形されたプラスチック等の筒状体、多孔質体の周囲にプラスチック製の支持枠が設けられた支持枠付き多孔質体等を用いることができる。

【0022】

微生物担体４の大きさは、発酵槽２よりも十分に小さければ特に限定されることはない。例えば、微生物担体４の大きさは、一辺１００ｍｍの直方体に内包される程度であればよい。

【0023】

微生物担体４のアスペクト比は、例えば０．５以上２以下であってもよい。この場合には、発酵槽２内により多量の微生物担体４を充填し、被処理水Ｗの発酵効率をより高めることができる。なお、微生物担体４のアスペクト比は、微生物担体４を基準となる平面上に最も安定に載置した状態における、微生物担体４の幅の最大値に対する高さの比である。

【0024】

ガス供給部５は、発酵槽２の上部空間２２に設けられており、少なくとも１か所のガス吹き出し口５１を有している。ガス供給部５は、発酵槽２内に温度調整ガスＧを供給することができるように構成されていればよく、その具体的な構成は種々の態様を取り得る。例えば、本形態のガス供給部５は、ガス吹き出し口５１としての貫通孔を複数備えた管であり、管の基端が発酵槽２の外部に配置されたガス温度調節装置６に接続されている。ガス温度調節装置６から供給される温度調整ガスＧは、ガス供給部５の貫通孔から発酵槽２の上部空間２２に放出される。

【0025】

ガス供給部５のガス吹き出し口５１は、発酵槽２内において、発酵槽２の高さの１／２となる位置よりも下方に配置されていることが好ましい。ＤＨＳ法においては、発酵槽２内の雰囲気が下方から上方へ向かって流れやすくなっている。そのため、ガス吹き出し口５１を発酵槽２の高さの１／２となる位置よりも下方に設けることにより、温度調整ガスＧを発酵槽２内の雰囲気の流れに乗せて発酵槽２全体により容易に拡散させることができる。その結果、発酵槽２内の温度分布の偏りをより低減することができる。

【0026】

同様の観点から、ガス供給部５のガス吹き出し口５１は、温度調整ガスＧを下方に向かって吹き出すことができるように配置されていることが好ましい。

【0027】

本形態のガス温度調節装置６は、発酵槽２の外側に配置されており、ガス源７に接続されている。ガス温度調節装置６は、ガス源７から供給される温度調整ガスＧの温度を調整することができるように供給されている。また、ガス温度調節装置６は、装置内において温度を調整した温度調整ガスＧをガス供給部５に供給することができるように構成されている。

【0028】

温度調整ガスＧとしては、発酵槽２における発酵を阻害しない限り、種々のガスを使用することができる。例えば、発酵槽２において好気的発酵が行われる場合には、温度調整ガスＧとして、空気などの酸素を含むガスを使用することができる。また、発酵槽２において嫌気的発酵が行われる場合には、温度調整ガスＧとして、窒素や二酸化炭素などの酸素を含まないガスを使用することができる。また、発酵槽２において嫌気的発酵が行われる場合には、発酵槽２において生じるバイオガスＢを温度調整ガスＧとして再利用することもできる。

【0029】

ガス温度調節装置６において温度調整ガスＧの温度を調整する方法は特に限定されることはなく、種々の方法を採用することができる。例えば、本形態のガス温度調節装置６は、温度調整ガスＧを加熱可能に構成されたガス加熱部６１を有しており、ガス源７からガス温度調節装置６に供給された温度調整ガスＧを加熱して所望の温度に調整できるように構成されている。ガス加熱部６１としては、例えば、電力や燃料の燃焼熱によって温度調整ガスＧを加熱可能に構成されたヒーターや、熱媒との熱交換によって温度調整ガスＧを加熱可能に構成された熱交換器などを使用することができる。

【0030】

また、発酵システム１の周囲に廃熱を発生させる機器や設備がある場合、ガス加熱部６１は、発酵システム１の外部の機器や設備で生じた廃熱を用いて温度調整ガスＧを加熱することができるように構成されていてもよい。このように、廃熱を用いて温度調整ガスＧを加熱することにより、温度調整ガスＧを加熱する際の消費エネルギーの削減が期待できる。

【0031】

なお、図には示さないが、ガス温度調節装置６は、温度調整ガスＧを冷却可能に構成されたガス冷却部を有しており、ガス源７からガス温度調節装置６に供給された温度調整ガスＧを冷却して所望の温度に調整できるように構成されていてもよい。この場合、ガス冷却部としては、例えば、冷媒との熱交換によって温度調整ガスＧを加熱可能に構成された熱交換器などを使用することができる。

【0032】

ガス温度調節装置６からガス供給部５に供給する温度調整ガスＧの温度は、発酵に用いられる微生物の種類や発酵槽２における発酵の態様等に応じて適宜設定すればよい。例えば、本形態の発酵システム１のように、発酵槽２において嫌気的発酵によりメタンを含むバイオガスを製造しようとする場合、ガス温度調節装置６において温度調整ガスＧの温度を３０℃以上６０℃以下の範囲内に調整する事が好ましい。また、温度調整ガスＧとして、酸素を含まないガスを使用することが好ましい。

【0033】

次に、本形態の発酵システム１の作用効果を説明する。発酵システム１は、発酵槽２内に温度調整ガスＧを供給可能に構成されたガス供給部５と、温度調整ガスＧの温度を調節可能に構成されたガス温度調節装置６と、を有している。そのため、ガス温度調節装置６によって温度を調節した後の温度調整ガスＧを発酵槽２内に吹き込むことにより、発酵槽２内の温度を微生物の発酵に適した温度に速やかに調整することができる。さらに、温度調整ガスＧを発酵槽２内に吹き込むことにより、発酵槽２内の雰囲気の温度を直接的に制御し、発酵槽２内における温度分布の偏りを容易に低減することができる。

【0034】

以上のように、本形態の発酵システム１は、発酵槽２内の温度分布の偏りを低減することができ、被処理水Ｗを効率よく発酵させることができる。

【0035】

（実施形態２）
本形態においては、図２を参照しつつガス温度調節装置の他の態様の例を説明する。なお、本形態以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一の符号は、特に示さない限り、既出の形態における構成要素等と同様の構成要素等を表す。

【0036】

本形態の発酵システム１０２は、図２に示すように、発酵槽２と、被処理水供給部３と、微生物担体（図示略）と、ガス供給部５と、ガス温度調節装置６０２と、を有している。発酵システム１０２におけるガス温度調節装置６０２以外の部分の構成は、実施形態１の発酵システム１における対応する部分の構成と同様である。

【0037】

本形態のガス温度調節装置６０２は、互いに温度の異なる２種以上の原料ガスＧ１、Ｇ２、・・・を混合して温度調整ガスＧを作製可能に構成されたガス混合部６２を有している。本形態のガス混合部６２は、より具体的には、第１の原料ガスＧ１が充填された第１のガス源７ａと、第２の原料ガスＧ２が充填された第２のガス源７ｂとの２つのガス源７を接続することができるように構成されている。ガス混合部６２は、これらのガス源７から供給される原料ガスＧ１と原料ガスＧ２とを混合して温度調整ガスＧを作製することができるように構成されている。ガス源７における原料ガスＧ１、Ｇ２の種類は、発酵槽２における発酵を阻害しない限り特に限定されることはない。例えば、原料ガスＧ１と原料ガスＧ２とは、互いに同一の種類のガスであってもよく、異なる種類のガスであってもよい。

【0038】

また、ガス温度調節装置６０２は、発酵槽２内に設けられた温度センサ２６に接続されており、温度センサ２６により測定される発酵槽２内の雰囲気温度に基づいて、第１の原料ガスＧ１と第２の原料ガスＧ２との混合比率を調節することができるように構成されている。

【0039】

本形態のガス温度調節装置６０２は、第１の原料ガスＧ１と第２の原料ガスＧ２と所望の比率で混合することにより、温度調整ガスＧの温度を、第１の原料ガスＧ１の温度から第２の原料ガスＧ２の温度までの範囲内において所望の値に調節することができる。そして、ガス混合部６２において作製した温度調整ガスＧを、ガス供給部５のガス吹き出し口５１から発酵槽２内に供給することにより、発酵槽２内の温度を調整することができる。

【0040】

本形態のガス温度調節装置６０２のように、互いに温度の異なる原料ガスＧ１と原料ガスＧ２とを混合して温度調整ガスＧを作製することにより、温度調整ガスＧの加熱および冷却に必要なエネルギーを低減でき、温度調整ガスＧの温度を効率的に制御することができる。それ故、本形態の発酵システム１０２は、発酵槽２内の温度をより容易に発酵に適した温度に調整し、発酵効率を高めることができる。その他、本形態の発酵システム１０２は、実施形態１の発酵システム１と同様の作用効果を得ることができる。

【0041】

（実施形態３）
本形態においては、図３を参照しつつ、ガス加熱部６１とガス混合部６２との両方を備えたガス温度調節装置６０３の例を説明する。本形態の発酵システム１０３は、図３に示すように、発酵槽２と、被処理水供給部３と、微生物担体（図示略）と、ガス供給部５と、ガス温度調節装置６０３と、を有している。発酵システム１０３におけるガス温度調節装置６０３以外の部分の構成は、実施形態１の発酵システム１における対応する部分の構成と同様である。

【0042】

ガス温度調節装置６０３は、ガス加熱部６１と、ガス加熱部６１の下流に接続されたガス混合部６２と、ガス加熱部６１及びガス混合部６２の上流に接続された分配部６３と、を有している。分配部６３は、ガス源７から供給される原料ガスＧ３をガス加熱部６１とガス混合部６２とに分配することができるように構成されている。

【0043】

このように構成されたガス温度調節装置６０３は、ガス源７から供給される原料ガスＧ３の一部をガス加熱部６１において加熱するとともに、ガス加熱部６１で加熱された原料ガスＧ３’と、分配部６３を通過した未加熱の原料ガスＧ３とをガス混合部６２において混合することができる。温度調整ガスＧが取り得る温度範囲の上限は、ガス混合部６２において混合される原料ガスのうち最も温度の高い原料ガスの温度となる。それ故、原料ガスＧ３の一部をガス加熱部６１で加熱することにより、温度調整ガスＧが取り得る温度範囲の上限をより高くすることができる。さらに、ガス温度調節装置６０３は、加熱後の原料ガスＧ３’と、未加熱の原料ガスＧ３とをガス混合部６２において混合することにより、温度調整ガスＧの温度をより精密に調節することができる。従って、本形態の発酵システム１０３は、発酵槽２内の温度をより広い温度範囲から調整することができるととともに、発酵槽２内の温度をより精密に調整することができる。その他、本形態の発酵システム１０３は、実施形態１の発酵システム１と同様の作用効果を得ることができる。

【0044】

（実施形態４）
本形態では、図４を参照しつつ、発酵槽２において発生したバイオガスＢを温度調整ガスＧとして再利用可能に構成された発酵システム１０４の例を説明する。本形態の発酵システム１０４は、図４に示すように、発酵槽２と、被処理水供給部３と、微生物担体（図示略）と、ガス供給部５と、ガス温度調節装置６と、を有している。発酵システム１０４におけるガス温度調節装置６以外の部分の構成は、実施形態１の発酵システム１における対応する部分の構成と同様である。

【0045】

また、発酵システム１０４は、発酵槽２で生じたバイオガスＢを貯蔵可能に構成されたバイオガス貯蔵容器７０４と、バイオガス貯蔵容器７０４に貯蔵されたバイオガスＢの少なくとも一部をガス温度調節装置６に供給するバイオガス循環路７１と、をさらに有している。そして、ガス温度調節装置６は、バイオガスＢを含む温度調整ガスＧの温度を調節可能に構成されている。

【0046】

本形態のガス温度調節装置６は、バイオガス循環路７１から供給されるバイオガスＢを加熱可能に構成されたガス加熱部６１を有している。また、ガス温度調節装置６は、発酵槽２内に設けられた温度センサ２６に接続されており、温度センサ２６により測定される発酵槽２内の雰囲気温度に基づいてバイオガスＢの温度を調節し、所望の温度を有する温度調整ガスＧを作製できるように構成されている。

【0047】

バイオガス貯蔵容器７０４は、ガス温度調節装置６に加え、バイオガスＢを消費して動作するバイオガス消費装置８に接続されていてもよい。例えば、本形態のバイオガス貯蔵容器７０４には、バイオガス消費装置８としてのガス発電機８１が接続されている。この場合、ガス温度調節装置６０３のガス加熱部６１は、バイオガス消費装置８から生じる廃熱Ｈを利用して温度調整ガスを加熱可能に構成されていることが好ましい。これにより、ガス加熱部６１において温度調整ガスＧを加熱する際の消費エネルギーを削減することが期待できる。

【0048】

発酵槽２において被処理水Ｗを嫌気的に発酵させてバイオガスＢを発生させる場合、本形態の発酵システム１のように、バイオガスＢの一部を温度調整ガスＧとして循環させることにより、発酵システム１の外部からの酸素の混入を低減することができる。これにより、発酵システム１の系内における嫌気性雰囲気が維持されやすくなり、酸素の混入による発酵効率の低下をより容易に回避することができる。さらに、バイオガスＢの一部を温度調整ガスＧとして循環させることにより、温度調整ガスＧの原料となる原料ガスを別途準備することなく発酵槽２内の発酵を促進させることができる。その他、本形態の発酵システム１０４は、実施形態１の発酵システム１と同様の作用効果を得ることができる。

【0049】

（実施形態５）
本形態では、図５を参照しつつ、ガス発電機から生じる廃熱Ｈおよび排ガスＥを利用して温度調整ガスＧの温度を調節可能に構成された発酵システム１０５の例を説明する。本形態の発酵システム１０５は、図５に示すように、発酵槽２と、被処理水供給部３と、微生物担体（図示略）と、ガス供給部５と、ガス温度調節装置６０３と、バイオガス貯蔵容器７０４と、を有している。発酵システム１０５におけるガス温度調節装置６０３及びバイオガス貯蔵容器７０４以外の部分の構成は、実施形態１の発酵システム１における対応する部分の構成と同様である。

【0050】

本形態の発酵システム１０５は、さらに、バイオガス貯蔵容器７０４に接続され、バイオガス貯蔵容器７０４から供給されるバイオガスＢを燃焼させることにより発電可能に構成されたガス発電機８１を有している。発酵システム１０５のガス温度調節装置６０３は、ガス発電機８１を用いて温度調整ガスＧの温度を調節可能に構成されている。また、ガス温度調節装置６０３は、発酵槽２内に設けられた温度センサ２６に接続されており、温度センサ２６により測定される発酵槽２内の雰囲気温度に基づいて温度調整ガスＧの温度を調節できるように構成されている。

【0051】

本形態のガス温度調節装置６０３は、より具体的には、ガス加熱部６１と、ガス加熱部６１の下流に接続されたガス混合部６２と、ガス加熱部６１及びガス混合部６２の上流に接続された分配部６３と、を有している。分配部６３は、バイオガス循環路７１を介してバイオガス貯蔵容器７０４に接続されており、バイオガス貯蔵容器７０４から供給されるバイオガスＢをガス加熱部６１とガス混合部６２とに分配することができるように構成されている。

【0052】

ガス温度調節装置６０３のガス加熱部６１は、ガス発電機８１から生じる廃熱Ｈを利用してバイオガスＢを加熱可能に構成されている。これにより、ガス加熱部６１においてバイオガスＢを加熱する際の消費エネルギーを削減することが期待できる。なお、ガス加熱部６１は、ガス発電機８１において発電された電力や、発酵システム１０５の外部から供給される電力を利用してバイオガスＢを加熱可能に構成されていてもよい。

【0053】

ガス温度調節装置６０３のガス混合部６２は、バイオガス循環路７１から供給されるバイオガスＢと、バイオガスＢとは異なる温度を有するガスとを混合することにより温度調整ガスＧを作製可能に構成されている。より具体的には、ガス混合部６２は、分配部６３と、ガス加熱部６１と、後述するガス発電機８１の排ガス供給路８２とにそれぞれ接続されている。そして、ガス混合部６２は、バイオガス循環路７１から分配部６３を介して供給される未加熱のバイオガスＢ、ガス加熱部６１によって加熱されたバイオガスＢ’及び排ガス供給路８２から供給される排ガスＥのうち２種以上のガスを混合することにより温度調整ガスＧを作製可能に構成されている。

【0054】

本形態の発酵システム１０５におけるガス発電機８１は、バイオガスＢの燃焼によって生じる排ガスＥをガス温度調節装置６０３のガス混合部６２に導く排ガス供給路８２を有している。また、ガス温度調節装置６０３のガス混合部６２は、前述したように、バイオガス循環路７１から供給されるバイオガスＢと、排ガス供給路８２から供給される排ガスＥとを含む複数種類のガスを混合することにより温度調整ガスＧを作製可能に構成されている。

【0055】

本形態の発酵システム１０５のように、発酵槽２において嫌気的発酵を行う場合には、発酵槽２内の雰囲気を嫌気性雰囲気にすることが望ましい。これに対し、ガス発電機８１から生じる排ガスＥは、ガス発電機８１における燃焼によって酸素の量が少なくなっているため、温度調整ガスＧに配合する場合においても発酵効率の低下を容易に回避することができる。さらに、排ガスＥは、ガス発電機８１内での燃焼によってある程度高い温度を有しているため、排ガスＥを温度調整ガスＧに配合することにより、エネルギーを消費せずに温度調整ガスＧの温度を調節することができる。このように、ガス発電機８１から生じる排ガスＥは、発酵槽２において嫌気的発酵を行う場合に、温度調整ガスＧに好適な性質を有している。そして、排ガスＥを単にガス発電機８１から排出する代わりに温度調整ガスＧに配合することにより、排ガスＥを有効利用することができる。

【0056】

また、本形態の発酵システム１０５におけるガス混合部６２は、バイオガス循環路７１から供給されるバイオガスＢ、ガス加熱部６１において加熱されたバイオガスＢ及び排ガス供給路８２から供給される排ガスＥのうち２種以上のガスを混合することにより温度調整ガスＧを作製可能に構成されている。そのため、発酵システム１０５は、温度調整ガスＧの取り得る温度範囲をより広くするとともに、温度調整ガスＧの温度をより精密に調整することができる。その他、本形態の発酵システム１０５は、実施形態１の発酵システム１と同様の作用効果を得ることができる。

【0057】

（実施形態６）
本形態においては、図６～図９を参照しつつガス供給部５の他の態様の例を説明する。前述したように、ガス供給部５は、発酵槽２内に温度調整ガスＧを供給することができれば、どのような態様であってもよい。例えば図６に示すように、ガス供給部５は、高さ方向に互いに間隔をあけて配置された複数の管５２を有しており、ガス温度調節装置６から供給される温度調整ガスＧを、これらの管５２のそれぞれから発酵槽２内に放出することができるように構成されていてもよい。また、例えば図７に示すように、ガス供給部５は、水平方向に互いに間隔をあけて配置された複数の管５２を有しており、ガス温度調節装置６から供給される温度調整ガスＧを、これらの管５２のそれぞれから発酵槽２内に放出することができるように構成されていてもよい。

【0058】

また、ガス供給部５は、図８及び図９に示すように、発酵槽２の内壁面２７から突出し、発酵槽２の内壁面２７を伝う被処理水Ｗを発酵槽２の内壁面２７よりも内側に誘導可能に構成された案内部材５３、５４を兼ねていてもよい。案内部材５３、５４は、被処理水Ｗを発酵槽２の内壁面２７よりも内側に誘導し、案内部材５３、５４の先端から微生物担体４に滴下することができる。これにより、被処理水Ｗをより効率よく発酵させることができる。

【0059】

案内部材５３、５４の数、配置及び形状は種々の態様を取り得る。例えば図８に示す案内部材５３は、発酵槽２の内壁面２７に沿った円環状の形状を有しており、発酵槽２の内壁面２７から水平方向に突出するように配置されている。また、図８においては、３個の案内部材５３が上下方向に互いに間隔をあけて配置されている。案内部材５３の内部には、温度調整ガスＧの流路５３１が設けられており、流路５３１は案内部材５３の先端に開口している。ガス温度調節装置６から供給された温度調整ガスＧは、案内部材５３の流路５３１を通り、案内部材５３の先端から発酵槽２内に供給される。

【0060】

また、例えば図９に示す案内部材５４は、発酵槽２の内壁面２７に沿った円環状の形状を有しており、発酵槽２の内壁面２７から斜め下方に突出するように配置されている。また、図９においては、３個の案内部材５４が上下方向に互いに間隔をあけて配置されている。案内部材５４の内部には、温度調整ガスＧの流路５４１が設けられており、流路５４１は案内部材５４の先端に開口している。ガス温度調節装置６から供給された温度調整ガスＧは、案内部材５４の流路５４１を通り、案内部材５４の先端から発酵槽２内に供給される。

【0061】

以上、実施形態１～６に基づいて本発明に係る発酵システムの態様を説明したが、本発明に係る発酵システムの具体的な態様は実施形態１～６の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。

【0062】

例えば、実施形態１～５においては、ガス供給部５として貫通孔が設けられた管を用いる例を説明したが、このような構成を有するガス供給部５に替えて、例えば実施形態６に示すガス供給部を用いることも可能である。

【0063】

また、実施形態４～５においては、バイオガス貯蔵容器７０４に貯蔵されたバイオガスＢをガス温度調節装置６、６０３に導入し、バイオガスＢからなる温度調整ガスＧを作製する発酵システム１０４、１０５の例を説明したが、ガス温度調節装置には、さらに、外部から原料ガスを供給するガス源が接続されていてもよい。この場合には、例えば、発酵システムの運転の初期段階等のように発酵槽内の雰囲気が安定しない場合、ガス源から供給される原料ガスを用いて温度調整ガスＧを作製し、発酵槽の雰囲気がある程度安定した後にバイオガスＢを用いて温度調整ガスＧを作製することができる。そして、このように、発酵槽内の雰囲気の状態に応じて温度調整ガスＧの原料となる原料ガスを使い分けることにより、発酵システムの運転の初期段階から容易に発酵効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0064】

１、１０２～１０５ 発酵システム
２ 発酵槽
３ 被処理水供給部
４ 微生物担体
５ ガス供給部
６、６０２～６０３ ガス温度調節装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】