特許 7422590 メタン発酵処理方法、及び、メタン発酵処理設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】メタン発酵処理方法、及び、メタン発酵処理設備

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/28 20230101AFI20240119BHJP

   C02F 3/34 20230101ALI20240119BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20240119BHJP

【ＦＩ】

C02F3/28 A

C02F3/34

B01D53/22

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020062842

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021159839

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-10-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000192590

【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】三浦 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】隅 晃彦

【審査官】佐々木 典子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１０４００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６３７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１０７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２１１１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２５８０９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ

Ｂ０１Ｄ ５３／２２、６１／００－７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物に対してメタン発酵処理を施すメタン発酵部と、
前記被処理物中のアンモニア態窒素を硝化することによって前記被処理物を硝化処理する硝化処理部とを備え、
前記硝化処理部は、酸素を透過する酸素透過膜を含み、且つ、前記被処理物と酸素含有気体とが前記酸素透過膜を介して接することで前記酸素透過膜を透過した透過酸素によって前記アンモニア態窒素を硝化して前記硝化処理を実施する構成を有し、
前記硝化処理を経た前記被処理物の第１酸化還元電位、又は、前記メタン発酵部における前記被処理物の第２酸化還元電位を測定できる構成を有し、
前記硝化処理部において前記透過酸素の量を変えることによって、前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御する構成を有し、
前記メタン発酵部が、前記被処理物を収容するメタン発酵槽を有し、
前記硝化処理部が、前記メタン発酵槽の内部で被処理物にすべて浸漬されるように配置され、
前記メタン発酵槽内の前記被処理物が前記硝化処理部の前記硝化処理を経て前記メタン発酵槽内の前記被処理物へ供給される構成を有する、メタン発酵処理設備。

【請求項2】

有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物に対してメタン発酵処理を施すメタン発酵部と、
前記被処理物中のアンモニア態窒素を硝化することによって前記被処理物を硝化処理する硝化処理部と、
前記メタン発酵部の前記被処理物を前記硝化処理部へ送る上流側経路、及び、前記硝化処理部を経た前記被処理物を前記メタン発酵部へ送る下流側経路と、を備え、
前記硝化処理部は、酸素を透過する酸素透過膜を含み、且つ、前記被処理物と酸素含有気体とが前記酸素透過膜を介して接することで前記酸素透過膜を透過した透過酸素によって前記アンモニア態窒素を硝化して前記硝化処理を実施する構成を有し、
前記硝化処理を経た前記被処理物の第１酸化還元電位、又は、前記メタン発酵部における前記被処理物の第２酸化還元電位を測定できる構成を有し、
前記硝化処理部において前記透過酸素の量を変えることによって、前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御する構成を有し、
前記メタン発酵部が、前記被処理物を収容するメタン発酵槽を有し、
前記硝化処理部が、前記メタン発酵槽の外に配置され、
前記メタン発酵槽から取り出された前記メタン発酵処理後の前記被処理物が前記上流側経路を通って前記硝化処理部へ送られ、前記硝化処理部の前記硝化処理によって前記透過酸素が供給された前記被処理物が前記下流側経路を通って前記メタン発酵槽へ直接送られる構成を有する、メタン発酵処理設備。

【請求項3】

前記硝化処理部を経た前記被処理物を前記メタン発酵部へ供給する第１循環経路と、前記硝化処理を経ない前記被処理物を前記メタン発酵部へ供給する第２循環経路とを備え、
前記第１循環経路及び前記第２循環経路をそれぞれ通って前記メタン発酵部へ供給される前記被処理物の各量を変えることによって、前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御する構成を有する、請求項１又は２に記載のメタン発酵処理設備。

【請求項4】

前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御すべく、
前記第１循環経路を通る前記被処理物と、前記第２循環経路を通る前記被処理物とを混合して前記メタン発酵部へ供給する構成を備える、請求項３に記載のメタン発酵処理設備。

【請求項5】

有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物に対してメタン発酵槽においてメタン発酵処理を施すメタン発酵工程と、
前記被処理物中のアンモニア態窒素を硝化することによって前記被処理物を硝化処理する硝化処理工程とを備え、
前記硝化処理工程では、酸素を透過する酸素透過膜を介して前記被処理物と酸素含有気体とが接することで前記酸素透過膜を透過した透過酸素によって前記アンモニア態窒素を硝化して前記硝化処理を実施し、
前記硝化処理を経た前記被処理物の第１酸化還元電位、又は、前記メタン発酵槽における前記被処理物の第２酸化還元電位を測定し、
前記硝化処理工程において前記透過酸素の量を変えることによって、前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御し、
前記酸素透過膜を含む硝化処理部が前記メタン発酵槽の内部で被処理物にすべて浸漬されるように配置され、
前記メタン発酵槽内の前記被処理物が、前記硝化処理を経て、前記メタン発酵槽内の前記被処理物へ供給される、メタン発酵処理方法。

【請求項6】

有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物に対してメタン発酵槽においてメタン発酵処理を施すメタン発酵工程と、
前記被処理物中のアンモニア態窒素を硝化することによって前記被処理物を硝化処理する硝化処理工程とを備え、
前記硝化処理工程では、酸素を透過する酸素透過膜を介して前記被処理物と酸素含有気体とが接することで前記酸素透過膜を透過した透過酸素によって前記アンモニア態窒素を硝化して前記硝化処理を実施し、
前記硝化処理を経た前記被処理物の第１酸化還元電位、又は、前記メタン発酵槽における前記被処理物の第２酸化還元電位を測定し、
前記硝化処理工程において前記透過酸素の量を変えることによって、前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御し、
前記酸素透過膜を含む硝化処理部が前記メタン発酵槽の外に配置され、
前記メタン発酵槽から取り出した前記被処理物が前記硝化処理を経て、該硝化処理によって前記透過酸素が供給された前記被処理物が前記メタン発酵槽へ直接供給される、メタン発酵処理方法。

【請求項7】

前記メタン発酵槽の前記被処理物が前記硝化処理を経て前記メタン発酵槽へ供給されて戻される第１供給工程と、前記メタン発酵槽の前記被処理物が前記硝化処理を経ずに前記メタン発酵槽へ供給されて戻される第２供給工程とを含み、
前記第１供給工程及び前記第２供給工程によってそれぞれ前記メタン発酵槽へ供給される前記被処理物の各量を変えることによって、前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御する、請求項５又は６に記載のメタン発酵処理方法。

【請求項8】

前記第１酸化還元電位を第１設定値以下、又は、前記第２酸化還元電位を第２設定値以下に制御すべく、
前記第１供給工程の前記硝化処理を経た前記被処理物と、前記第２供給工程の前記被処理物とを混合して前記メタン発酵槽へ供給する、請求項７に記載のメタン発酵処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、有機廃棄物などからメタンガスなどのバイオガスを生成させるためのメタン発酵処理方法、及び、該メタン発酵処理方法を実施するためメタン発酵処理設備に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、有機物を含むバイオマスに対してメタン発酵処理を施してメタンガス含有のバイオガスを生成させるためのメタン発酵処理設備が知られている。

【0003】

この種のメタン発酵処理設備としては、例えば、有機性廃棄物を所定の状態に調整する原料調整部と、前記原料調整部で調整される原料を供給されてメタンを生成するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽の状態を計測する計測部と、前記メタン発酵槽から取り出されるメタン発酵液または消化液を固形分および液分に分離する固液分離部と、前記液分に溶存するアンモニア濃度を低下させる液分処理部と、前記液分処理部でアンモニア濃度を低下させられた液分を前記原料調整部へ供給する戻り通路と、前記計測部の計測結果に基づき前記メタン発酵槽から前記固液分離部を経て前記液分処理部に至る区間を流れる液分の流量を制御する制御部とを備える、メタン発酵処理設備が知られている（例えば、特許文献１）。

【0004】

特許文献１に記載のメタン発酵処理設備において、液分処理部は、消化液から分離された液分に含まれるアンモニア態窒素を硝酸態窒素へ変化させる硝化槽を有する。そして、硝化槽においてアンモニア態窒素分が減少した液分をメタン発酵槽へ返送するため、メタン発酵処理の妨げになり得るアンモニア態窒素の濃度を低下させることができる。そのため、アンモニア態窒素の濃度を比較的低く保ちつつメタン発酵処理を良好に続けることができる。

【0005】

しかしながら、アンモニア態窒素を減少させるための硝化槽などは、設備及び運転のために比較的多くのコストを必要とし、また、硝化反応に比較的長時間を必要とするため、メタン発酵処理を阻害し得るアンモニア態窒素を必ずしも効率的に減少させることができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－０６３７１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

これに対して、メタン発酵処理に伴って増加し得るアンモニア態窒素を効率的に減少できる、メタン発酵処理方法及びメタン発酵処理設備が要望されている。

【0008】

本発明は、上記の要望点等に鑑み、アンモニア態窒素を効率的に減少できるメタン発酵処理方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、上記メタン発酵処理方法を実施するためのメタン発酵処理設備を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決すべく、本発明に係るメタン発酵処理設備は、有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物に対してメタン発酵処理を施すメタン発酵部と、
前記被処理物中のアンモニア態窒素を硝化することによって前記被処理物を硝化処理する硝化処理部とを備え、
前記硝化処理部は、酸素を透過する酸素透過膜を含み、且つ、前記被処理物と酸素含有気体とが前記酸素透過膜を介して接することで前記酸素透過膜を透過した透過酸素によって前記アンモニア態窒素を硝化して前記硝化処理を実施する構成を有する。

【0010】

上記のメタン発酵処理設備によれば、メタン発酵処理に伴って増加した被処理物中のアンモニア態窒素を、酸素透過膜を透過した透過酸素によって硝化できる。換言すると、被処理物に含まれるアンモニア態窒素を、膜を透過した透過酸素による硝化反応によって硝酸態窒素や亜硝酸態窒素へ変換できる。よって、アンモニア態窒素を効率的に減少させることができ、アンモニア態窒素が減少した被処理物に対してメタン発酵処理を施すことができる。
従って、上記のメタン発酵処理設備によれば、アンモニア態窒素を効率的に減少できる。

【0011】

本発明に係るメタン発酵処理方法は、有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物に対してメタン発酵槽においてメタン発酵処理を施すメタン発酵工程と、
前記被処理物中のアンモニア態窒素を硝化することによって前記被処理物を硝化処理する硝化処理工程とを備え、
前記硝化処理工程では、酸素を透過する酸素透過膜を介して前記被処理物と酸素含有気体とが接することで前記酸素透過膜を透過した透過酸素によって前記アンモニア態窒素を硝化して前記硝化処理を実施する。
上記のメタン発酵処理方法によれば、上述した理由と同様の理由により、アンモニア態窒素を効率的に減少できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明のメタン発酵処理方法及びメタン発酵処理設備によれば、アンモニア態窒素を効率的に減少できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態のメタン発酵処理方法を実施するためのメタン発酵処理設備の一例を表した概略図。

【図2】他の実施形態のメタン発酵処理設備を表した概略図。

【図3】別の実施形態のメタン発酵処理設備を表した概略図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態のメタン発酵処理設備１について、図面を参照しつつ詳しく説明する。

【0015】

上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、図１に示すように、有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物Ａに対してメタン発酵処理を施すメタン発酵部１０と、
被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を硝化することによって被処理物Ａを硝化処理する硝化処理部２０とを備え、
硝化処理部２０は、酸素を透過する酸素透過膜を含み、且つ、被処理物Ａと酸素含有気体とが酸素透過膜を介して接することで酸素透過膜を透過した透過酸素によってアンモニア態窒素を硝化して硝化処理を実施する構成を有する。

【0016】

上記のメタン発酵処理設備１によれば、メタン発酵処理に伴って増加した被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を、酸素透過膜を透過した透過酸素によって硝化できる。換言すると、被処理物Ａに含まれるアンモニア態窒素を硝化反応によって硝酸態窒素や亜硝酸態窒素へ変換できる。斯かる硝化は、主に硝化細菌によって行われる。このように、アンモニア態窒素を効率的に減少させることができ、アンモニア態窒素が減少した被処理物Ａに対してメタン発酵処理を施すことができる。なお、アンモニア態窒素から生じた硝酸態窒素は、脱窒菌によって脱窒される。
また、酸素濃度の高い方から低い方へ濃度勾配に従って酸素が酸素透過膜を移動する現象を利用しているため、酸素透過膜を経た透過酸素は、被処理物Ａへ徐々に供給される。よって、酸素透過膜を経て被処理物Ａへ供給される透過酸素の単位時間当たりの量は、比較的少量であることから、被処理物Ａ中の酸素濃度が急激に上昇することを抑制できる。よって、透過酸素が供給された被処理物Ａがメタン発酵処理のために戻されても、メタン発酵処理における嫌気性条件を維持しやすい。
従って、アンモニア態窒素を効率的に減少でき、また、メタン発酵処理における嫌気性条件を維持しやすい。

【0017】

また、上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵部１０の被処理物Ａを硝化処理部２０へ送り、硝化処理部２０を経た被処理物Ａをメタン発酵部１０へ送る第１循環経路３０と、メタン発酵部１０の被処理物Ａが取り出されて硝化処理部２０を経ずにメタン発酵部へ送られる（戻される）第２循環経路４０と、をさらに備える。
上記実施形態においては、硝化処理部２０がメタン発酵槽１１の外に配置されていることから、第１循環経路３０及び第２循環経路４０の大半が、メタン発酵槽１１の外に配置されている。換言すると、第１循環経路３０及び第２循環経路４０は、メタン発酵槽１１の外に配置された外部経路となっている。
また、上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、被処理物Ａの酸化還元電位、アンモニア態窒素濃度などを測定する測定部５０をさらに備える。

【0018】

上記のメタン発酵処理設備１は、有機物をメタン発酵部１０へ供給するように構成されている。上記のメタン発酵処理設備１は、有機物をメタン発酵部１０へ断続的に供給する半連続式であってもよく、有機物をメタン発酵部１０へ連続的に供給する連続式であってもよい。また、上記のメタン発酵処理設備１は、新たな有機物を供給せずにメタン発酵処理を継続して終了するバッチ式であってもよい。

【0019】

メタン発酵処理において、例えば下水汚泥、バイオマス、及び、これらの混合物などが原料として使用される。下水汚泥及びバイオマスは、いずれも、メタン発酵処理によってメタンガス等へ変換され得る有機物を含む。
バイオマスとしては、例えば、廃棄処分され得るバイオマスが挙げられる。廃棄処分され得るバイオマスは、例えば、野菜ごみや食品残渣などの生ごみ、古紙、草本類、コーヒー滓、茶滓（茶殻）、製紙工場から排出される製紙スラッジ、製紙工場の生物学的廃水処理設備から発生する余剰汚泥などが挙げられる。

【0020】

上記のメタン発酵処理設備１は、バイオマスを粉砕する粉砕装置など有し、粉砕されたバイオマスをメタン発酵部１０へ供給する構成を有してもよい。

【0021】

メタン発酵部１０は、有機物を含むバイオマスなどとメタン発酵微生物とを含む被処理物Ａに対してメタン発酵処理を施す構成を有する。
詳しくは、図１に示すように、メタン発酵部１０は、メタン発酵処理を行うべく上記の被処理物Ａを収容するメタン発酵槽１１を有する。被処理物Ａは、流動性を有する。

【0022】

メタン発酵微生物は、メタン発酵に関わる微生物群である。メタン発酵微生物には、例えば、酢酸やプロピオン酸などの有機酸を生成する酸生成細菌、メタンガスを生成するメタン生成菌（メタン生成古細菌群）、及び、水素生成細菌などが含まれる。

【0023】

メタン発酵部１０は、メタン発酵槽１１に収容した被処理物Ａに対してメタン発酵処理を施すように構成されている。本実施形態におけるメタン発酵処理は、湿式メタン発酵処理である。メタン発酵処理に伴って、被処理物Ａ中のアンモニア態窒素が増加する。アンモニア態窒素が増え過ぎると、メタン発酵処理の効率が低下する。

【0024】

メタン発酵部１０は、メタン発酵槽１１の内部を嫌気性条件に設定し、嫌気性条件下でメタン発酵処理を行うように構成されている。
仮に、メタン発酵処理において被処理物Ａが好気性条件下におかれると、メタン発酵微生物によるメタン発酵反応が阻害され、メタン発酵処理の効率が低下する。
嫌気性の程度は、例えば被処理物Ａの酸化還元電位によって推測できる。従って、酸化還元電位が低いほど、より嫌気性条件となり、酸化還元電位が高いほど、より好気性条件となる。
メタン発酵処理における被処理物Ａの酸化還元電位は、例えば－４００ｍＶ以下に制御され、好ましくは－３００ｍＶ以下に制御される。

【0025】

メタン発酵処理は、１０質量％未満の固形物濃度で行う湿式メタン発酵処理であってもよく、また、１５質量％以上４０質量％以下の固形物濃度で行う乾式メタン発酵処理であってもよい。
湿式メタン発酵処理における被処理物Ａは、例えば粘稠な液状であり、乾式発酵処理における被処理物Ａは、例えば粉粒を含む流動体である。

【0026】

メタン発酵部１０は、いわゆる中温メタン発酵処理（２０℃を超えて４２℃以下、好ましくは３０℃から４２℃の温度条件下）を行う構成を有してもよい。また、メタン発酵部１０は、高温メタン発酵処理（４２℃を超えて６５℃以下、好ましくは５０℃から６０℃の温度条件下）を行う構成を有してもよい。

【0027】

メタン発酵処理を継続する期間は、メタン発酵が進行してメタンガス等が発生する期間であれば特に制限されない。メタン発酵部１０は、好ましくは１０日以上４５日以下の期間、より好ましくは１０日以上３０日以下の期間、メタン発酵処理を継続する構成を有してもよい。

【0028】

メタン発酵部１０は、メタン発酵処理に伴って生じた発酵残渣の少なくとも一部をメタン発酵槽１１から取り出せる構成を有する。
また、メタン発酵部１０は、メタン発酵処理に伴って生じたバイオガスの少なくとも一部をメタン発酵槽１１から取り出せる構成を有する。
なお、メタン発酵部１０は、いわゆる縦型のメタン発酵槽１１を有してもよく、横型のメタン発酵槽１１を有してもよい。

【0029】

上記のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵部１０で生じたバイオガス（メタンガスを含む）を精製する精製装置を有してもよい。

【0030】

上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、上述したように、酸素を透過する酸素透過膜を含む硝化処理部２０を備える。図１に示すように、硝化処理部２０は、メタン発酵槽１１の外に配置されている。
上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１から供給された被処理物Ａと酸素含有気体Ｂとが酸素透過膜を介して接することで酸素透過膜を透過した透過酸素によって、被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を硝化できる構成を有する。

【0031】

硝化処理部２０は、酸素透過膜を含む膜ユニットを有する。硝化処理部２０では、被処理物Ａと酸素含有気体Ｂとの間に酸素透過膜が配置されている。硝化処理部２０は、被処理物Ａ及び酸素含有気体Ｂを膜ユニットの内部に取り入れて、酸素透過膜を透過した透過酸素を被処理物Ａへ供給する構成を有する。
なお、酸素含有気体Ｂは、酸素ガスを含む気体であれば特に限定されない。酸素含有気体Ｂとしては、空気が採用されてもよい。
また、硝化処理部２０において被処理物Ａへ透過酸素を供給して酸素ガス濃度が減少したオフガスＢ’は、硝化処理部２０から排出されることとなる。

【0032】

上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａが硝化処理部２０の硝化処理を経てメタン発酵槽１１へ供給される構成を有する。
詳しくは、図１に示すように、上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａに透過酸素を供給し、透過酸素が供給された被処理物Ａをメタン発酵槽１１へ戻す第１循環経路３０を備える。また、硝化処理部２０がメタン発酵槽１１の外に配置され、第１循環経路３０の途中に、少なくとも１つの酸素透過膜の膜ユニット（硝化処理部２０）が配置されている。
より詳しくは、上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａを硝化処理部２０へ送る上流側経路３１と、硝化処理部２０を経た被処理物Ａをメタン発酵槽１１へ送る下流側経路３２とを、第１循環経路３０として備える。
上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａを上流側経路３１によって硝化処理部２０へ送り、硝化処理部２０において透過酸素が供給された被処理物Ａを下流側経路３２によってメタン発酵槽１１に送ることで、被処理物Ａを循環できるように構成されている。
なお、上記実施形態のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａを硝化処理部２０へ送るためのポンプ（図示せず）を備え得る。

【0033】

上記のメタン発酵処理設備１において、膜ユニット（酸素透過膜）がメタン発酵部１０（メタン発酵槽１１）の外に配置されていることによって、例えば膜ユニットを簡便に交換できる。また、後に詳述するような第１循環経路３０の流路制御が行いやすいため、被処理物Ａへ供給する透過酸素の量を比較的容易に調節できる。

【0034】

酸素透過膜は、一方面側にある気体中の酸素ガスを透過させて他方の面側へ供給できる膜である。膜を透過した透過酸素は、より酸素ガス濃度の低い方へ供給される。被処理物Ａに含まれる酸素ガス濃度は比較的低いため、酸素透過膜を介して酸素含有気体Ｂと被処理物Ａとが接することによって、膜を透過した透過酸素は、被処理物Ａへと供給される。
このように、酸素透過膜を用いることによって、特に動力がなくても酸素が酸素透過膜を透過でき、膜を透過した透過酸素を効率的に被処理物Ａへ供給できる。従って、透過酸素によってアンモニア態窒素を効率的に硝化させて、減少させることができる。
なお、酸素透過膜を含む膜ユニットとしては、市販されている製品を使用できる。

【0035】

上記のメタン発酵処理設備１は、被処理物Ａの物性値（少なくとも酸化還元電位）を測定できる測定部５０を有する。
具体的には、上記のメタン発酵処理設備１は、図１に示すように、硝化処理部２０によって透過酸素が供給された後であり且つメタン発酵槽１１へ供給される前の被処理物Ａの酸化還元電位を測定する第１電位計５１と、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａの酸化還元電位を測定する第２電位計５２とを、測定部５０として有する。以下、酸化還元電位を単に「ＯＲＰ」と記載する場合がある。
測定部５０は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａのアンモニア態窒素濃度を測定するアンモニア濃度計５３を有してもよい。

【0036】

上記のメタン発酵処理設備１は、図１に示すように、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａが硝化処理部２０を経てからメタン発酵槽１１に供給される構成を有する。詳しくは、上記のメタン発酵処理設備１は、上述した第１循環経路３０を備え、また、斯かる第１循環経路３０及び第２循環経路４０という複数の経路を備える。
上記のメタン発酵処理設備１は、複数の経路によって、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａをメタン発酵槽１１へ供給する構成を有する。なお、図１に示すようにメタン発酵処理設備１が複数の経路を備える場合、硝化処理部２０（酸素透過膜）は、複数の経路のうち少なくとも１経路の途中に配置され、硝化処理部２０が途中に配置された経路が第１循環経路３０となっている。

【0037】

詳しくは、上記のメタン発酵処理設備１は、硝化処理部２０を経た被処理物Ａをメタン発酵部１０へ供給する第１循環経路３０と、硝化処理を経ない被処理物Ａをメタン発酵部１０へ供給する第２循環経路４０とを備える。換言すると、上記のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵部１０からの被処理物Ａが硝化処理部２０を経由してメタン発酵部１０に供給されて戻される第１循環経路３０と、メタン発酵部１０からの被処理物Ａが硝化処理部２０を経由せずにメタン発酵部１０に供給されて戻される第２循環経路４０とを備える。第１循環経路３０及び第２循環経路４０は、例えば、途中で枝分かれし、再び１つになるように構成されている。換言すると、第１循環経路３０及び第２循環経路４０は、それぞれの両端部を互いに共有している。
上記のメタン発酵処理設備１は、経路の途中に取り付けられた複数の弁の操作によって、第１循環経路３０を経た被処理物Ａ、及び、第２循環経路４０を経た被処理物Ａの少なくとも一方を、メタン発酵槽１１へ供給可能な構成を有する。弁の操作によって、単位時間当たりの供給量の増減が可能であり、また、供給の停止及び開始が可能である。
このように、上記のメタン発酵処理設備１は、第１循環経路３０及び第２循環経路４０をそれぞれ通ってメタン発酵槽１１へ供給される被処理物Ａの単位時間当たりの各供給量を変えることができる構成を有する。

【0038】

より詳しくは、上記のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａのうち、第２循環経路４０を通る被処理物Ａのメタン発酵槽１１への供給を止めて、第１循環経路３０を経た被処理物Ａのみをメタン発酵槽１１へ供給可能な構成を有する。また、第１循環経路３０を通る被処理物Ａのメタン発酵槽１１への供給を止めて、第２循環経路４０を経た被処理物Ａのみをメタン発酵槽１１へ供給可能な構成を有する。
なお、上記のメタン発酵処理設備１は、第１循環経路３０を通った被処理物Ａ、及び、第２循環経路４０を通った被処理物Ａのメタン発酵槽１１への供給を両方とも止めることができる構成を有する。

【0039】

また、上記のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１から被処理物Ａを取り出して、第１循環経路３０を経た被処理物Ａ（即ち、透過酸素が供給された被処理物Ａ）と、第２循環経路４０を経た被処理物Ａ（透過酸素が供給されなかった被処理物Ａ）とを共にメタン発酵槽１１へ供給可能な構成を有する。
換言すると、上記のメタン発酵処理設備１は、第１循環経路３０を経由した被処理物Ａと、第２循環経路４０を経由した被処理物Ａとを混合して、メタン発酵部１０へ供給できる構成を有する。例えば、上記のメタン発酵処理設備１は、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａを複数の経路（第１循環経路３０及び第２循環経路４０を含む複数の経路）に分けたあとに混合してメタン発酵槽１１へ戻すことができる構成を有する。

【0040】

上記のメタン発酵処理設備１は、第１循環経路３０、第２循環経路４０、硝化処理部２０、及び測定部５０（第１電位計５１）などを備えることから、硝化処理部２０での硝化処理を経て且つメタン発酵槽１１へ供給される前の被処理物Ａの第１酸化還元電位（以下、単に第１ＯＲＰともいう）を第１設定値以下に制御できる構成を有する。即ち、第１循環経路３０の下流側経路３２を通る被処理物Ａの第１ＯＲＰを第１設定値以下に制御できる構成を有する。
第１設定値としては、例えば、－４００ｍＶ以上－２００ｍＶ以下の１つの値が採用される。なお、酸化還元電位計によって測定される上記の値は、標準水素電極と白金電極とを使用して、液の電位差を測定したときの値である。
一般的に、ＯＲＰの測定では、標準水素電極に代えて、飽和カロメル電極や飽和塩化銀電極、３．３ｍｏｌ／Ｌ塩化銀電極といった比較電極を利用する。よって、比較電極を用いて測定したＯＲＰの値と、標準水素電極と比較電極との電位差から、標準水素電極と白金電極を使用したときのＯＲＰの値に換算してもよい。

【0041】

また、上記のメタン発酵処理設備１は、第１循環経路３０、第２循環経路４０、硝化処理部２０、及び測定部５０（第２電位計５２）などを備えることから、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａの第２酸化還元電位（以下、単に第２ＯＲＰともいう）を第２設定値以下に制御できる構成を有する。
メタン発酵槽１１における被処理物Ａの第２ＯＲＰの設定値（第２設定値）としては、例えば－４００ｍＶ以上－２００ｍＶ以下の１つの値が採用される。
第２ＯＲＰの制御は、以下に説明するように第１ＯＲＰの制御と同様の方法によって実施できる。

【0042】

例えば、上記のメタン発酵処理設備１は、第１循環経路３０及び第２循環経路４０をそれぞれ通ってメタン発酵部１０へ供給される被処理物Ａの各量を変えること、硝化処理部２０において酸素透過膜を透過する透過酸素の量を変えること（例えば硝化処理部２０へ供給する酸素量を変化させること）などによって、メタン発酵槽１１への供給前の被処理物Ａの第１ＯＲＰ（下流側経路３２を通る被処理物Ａの第１ＯＲＰ）、及び、メタン発酵槽１１における被処理物Ａの第２ＯＲＰを調整できるように構成されている。

【0043】

具体的には、上記のメタン発酵処理設備１は、第１電位計５１及び第２電位計５２によって第１ＯＲＰ及び第２ＯＲＰをそれぞれ測定しつつ、第１循環経路３０を経た被処理物Ａ及び第２循環経路４０を経てメタン発酵部１０へ供給される被処理物Ａの、単位時間当たりの各供給量を変えることによって、硝化処理を経てメタン発酵槽１１へ供給される被処理物Ａの第１ＯＲＰを第１設定値以下に制御、又は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａの第２ＯＲＰを第２設定値以下に制御できる構成を有する。
第１ＯＲＰ及び第２ＯＲＰをより低くするためには、第１循環経路３０を経た被処理物Ａの供給を止めたり、後述するように第２循環経路４０を経た被処理物Ａの単位時間当たりの供給量を相対的に多くしたりする。一方、第１ＯＲＰ及び第２ＯＲＰをより高くするためには、第２循環経路４０を経た被処理物Ａの単位時間当たりの供給量を減少させたり、後述するように第１循環経路３０を経た被処理物Ａの単位時間当たりの供給量を相対的に多くしたりする。

【0044】

また、上記のメタン発酵処理設備１は、第１電位計５１及び第２電位計５２によって第１ＯＲＰ及び第２ＯＲＰをそれぞれ測定しつつ、第１循環経路３０を経た被処理物Ａと、第２循環経路４０を経た被処理物Ａとを混合してメタン発酵槽１１の被処理物Ａへ供給することによって、第１ＯＲＰを第１設定値以下に制御、又は、第２ＯＲＰを第２設定値以下に制御できる構成を有する。
例えば、第１循環経路３０を経た被処理物ＡのＯＲＰが－１００ｍＶであり、第２循環経路４０を経た被処理物ＡのＯＲＰが－４００ｍＶであれば、これらを同量ずつ混合すれば、第１ＯＲＰが－２５０ｍＶとなる。第１ＯＲＰを下げることによって、第２ＯＲＰをより低くすることができる。
なお、第１循環経路３０を経ることによって、被処理物Ａ中のアンモニア態窒素が減少するものの、第１循環経路３０を経た被処理物ＡのＯＲＰ値が上昇し過ぎる場合がある。これに対して、上記のごとく被処理物Ａを混合してメタン発酵槽１１へ供給することによって、メタン発酵槽１１における被処理物ＡのＯＲＰの過度な上昇を抑制できる。

【0045】

上記のメタン発酵処理設備１が上述のごとく構成されていることによって、被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を効率的に低下させることができ、また、メタン発酵処理に適した嫌気性条件を保つことができる。詳しくは、硝化処理部２０の酸素透過膜付近において透過酸素を供給して、局所的にアンモニア態窒素を硝化させることによって、アンモニア態窒素を効率的に減少させることができる。しかも、上記のごとく第１ＯＲＰ又は第２ＯＲＰをそれぞれ各設定値以下に制御できるため、好気的条件によってメタン発酵処理が阻害されることを予防できる。

【0046】

本実施形態のメタン発酵処理設備１は、アンモニア濃度計５３によって被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度を測定しつつ、下記のように被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度を制御する構成を有してもよい。
例えば、上記のメタン発酵処理設備１は、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が２５００ｍｇ／Ｌよりも高くなったときに、硝化処理部２０への酸素含有気体Ｂの供給を開始して、被処理物Ａのアンモニア態窒素を減少させる構成を有してもよい。また、上記のメタン発酵処理設備１は、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が１５００ｍｇ／Ｌよりも低くなったときに、硝化処理部２０への酸素含有気体Ｂの供給を止める構成を有してもよい。
また、例えば、上記のメタン発酵処理設備１は、硝化処理部２０からメタン発酵部１０へ被処理物Ａを供給しつつ、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以上２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように、硝化処理部２０へ供給する酸素含有気体Ｂの量（供給する酸素ガス量）を変化させる構成を有してもよい。
一方、例えば、上記のメタン発酵処理設備１は、硝化処理部２０へ酸素含有気体Ｂを供給しつつ、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以上２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように、硝化処理部２０からメタン発酵部１０へ供給する被処理物Ａの量を変化させる構成を有してもよい。

【0047】

次に、他実施形態のメタン発酵処理設備１’について、図２を参照しつつ説明する。なお、特に言及しない限り、他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、上述した実施形態のメタン発酵処理設備１と同様の構成を有する。

【0048】

他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、図２に示すように、硝化処理部２０がメタン発酵槽１１内に配置された構成を有する。硝化処理部２０は、被処理物Ａに浸積されている。
他実施形態のメタン発酵処理設備１’において、メタン発酵部１０及び硝化処理部２０の詳細な構成は、特に言及しない限り、それぞれ前述の図１に示すメタン発酵処理設備１のメタン発酵部１０及び硝化処理部２０と同様である。

【0049】

他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａが、メタン発酵槽１１内の硝化処理部２０を経てからメタン発酵槽１１へ供給される構成を有する。
詳しくは、他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａを槽内の硝化処理部２０に供給し、硝化処理部２０において被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を硝化して、被処理物Ａをメタン発酵槽１１へ戻す第１循環経路３０を備える。斯かる第１循環経路３０は、メタン発酵槽１１の内部に配置されている。なお、メタン発酵槽１１の内部に配置された第１循環経路３０の途中に膜ユニット（酸素透過膜）が配置されている。

【0050】

硝化処理部２０は、図２に示すように、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａに浸漬されていてもよい。一方、硝化処理部２０は、メタン発酵槽１１の内部に配置されていればよく、例えば、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａに浸漬されていなくてもよい。

【0051】

なお、他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、図２に示すように、第１循環経路３０（硝化処理部２０が途中に配置された経路）のみを有してもよいが、上述した実施形態のメタン発酵処理設備１と同様に、第２循環経路４０をさらに備えることで、複数の経路を備えてもよい。

【0052】

他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、上流側経路３１及び下流側経路３２を第１循環経路３０として備える。上流側経路３１と下流側経路３２との間に、硝化処理部２０が配置されている。
他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、第１循環経路３０の上流側経路３１によってメタン発酵槽１１から送られてきた被処理物Ａと、酸素含有気体Ｂとが硝化処理部２０において酸素透過膜を介して接することで、酸素透過膜を透過した透過酸素を被処理物Ａへ供給できる構成を有する。
他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、硝化処理部２０の硝化処理を経た被処理物Ａを、第１循環経路３０の下流側経路３２によってメタン発酵槽１１へ供給して戻すことができる構成を有する。
他実施形態のメタン発酵処理設備１’は、硝化処理部２０を経た被処理物Ａの単位時間当たりの供給量を変化させること、硝化処理部２０への酸素ガスの供給量を変化させることなどによって、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａの第２ＯＲＰを第２設定値以下に制御できるように構成されている。

【0053】

他実施形態のメタン発酵処理設備１’によれば、メタン発酵処理に伴って増加した被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を、酸素透過膜を透過した透過酸素によって硝化できる。換言すると、被処理物Ａに含まれるアンモニア態窒素を硝化反応によって硝酸態窒素や亜硝酸態窒素へ変換できる。よって、アンモニア態窒素を効率的に減少させることができ、アンモニア態窒素が減少した被処理物Ａに対してメタン発酵処理を施すことができる。

【0054】

続いて、別実施形態のメタン発酵処理設備１”について、図３を参照しつつ説明する。なお、特に言及しない限り、別実施形態のメタン発酵処理設備１”は、上述した実施形態のメタン発酵処理設備１と同様の構成を有する。

【0055】

別実施形態のメタン発酵処理設備１”は、図３に示すように、メタン発酵部１０が被処理物Ａを連続的に一方向へ送る構成を有し、メタン発酵部１０において乾式メタン発酵処理を実施するように構成されている。
乾式メタン発酵処理では、被処理物Ａ中の水分が少ないため、被処理物Ａの性状は、様々な大きさの粒で構成される流動体である。また、乾式メタン発酵処理に伴って生じる発酵残渣Ｄの性状も、同様の流動体である。なお、発酵残渣Ｄは燃料などの用途で利用できる。

【0056】

別実施形態におけるメタン発酵部１０は、上流側から下流側へ被処理物Ａを移動させつつ、上流側の被処理物Ａに対してメタン発酵処理の酸生成処理を施しつつ、下流側の被処理物Ａに対してメタン生成処理を施す連続発酵処理装置１５（上述のメタン発酵槽１１に相当）を有する。
換言すると、別実施形態におけるメタン発酵部１０は、連続発酵処理装置１５によって、バイオマスＣが供給される上流側の被処理物Ａに対して酸生成処理を施しつつ、メタン発酵残渣Ｄが取り出される下流側の被処理物Ａに対してメタン生成処理を施し、乾式でメタン発酵処理を実施するように構成されている。

【0057】

例えば、連続発酵処理装置１５は、内部で回転するスクリューを有し、スクリューが回転することによって、供給された被処理物Ａを上流側から下流側へ送る構成を有する。換言すると、連続発酵処理装置１５は、内部において、被処理物Ａに含まれる有機物から有機酸を生じさせることと、有機酸などからメタンガス等を発生させることとを連続的に行うように構成されている。

【0058】

メタン発酵処理設備１”が、図３に示すようなメタン発酵部１０（連続発酵処理装置１５）を備えることによって、乾式メタン発酵処理を行うためのメタン発酵部１０の設置面積を小さくでき、また、設備費用を軽減できる。

【0059】

別実施形態のメタン発酵処理設備１”は、上述した実施形態と同様に、硝化処理部２０、及び、第１循環経路３０などを備える。
別実施形態のメタン発酵処理設備１”では、例えば、連続発酵処理装置１５における下流側の被処理物Ａの一部を取り出して硝化処理部２０を経由させ、硝化処理部２０によって透過酸素が供給された被処理物Ａを、取り出し箇所よりも上流側で戻すように第１循環経路３０が配置されている。
別実施形態のメタン発酵処理設備１’は、第１循環経路３０の上流側経路３１によって連続発酵処理装置１５から送られてきた被処理物Ａを硝化処理部２０へ供給して、硝化処理部２０の硝化処理を経た被処理物Ａを、第１循環経路３０の下流側経路３２によって連続発酵処理装置１５へ供給して戻すことができる構成を有する。
別実施形態のメタン発酵処理設備１”は、図３に示すように、途中に硝化処理部２０が配置された第１循環経路３０のみを、被処理物Ａを循環させるための経路として備えてもよいが、上述のごとき複数の経路で構成されてもよい。

【0060】

別実施形態のメタン発酵処理設備１”によれば、第１循環経路３０を経た被処理物Ａの単位時間当たりの供給量を変化させることによって、連続発酵処理装置１５内の被処理物Ａにおける第２ＯＲＰ及びアンモニア態窒素濃度を制御できる。
例えば、硝化処理部２０を経た被処理物Ａの単位時間当たりの供給量を少なくするか又は供給を停止することによって、連続発酵処理装置１５内の被処理物Ａにおける第２ＯＲＰを低下させることができる。一方で、例えば、硝化処理部２０を経た被処理物Ａの単位時間当たりの供給量を多くすることによって、被処理物Ａにおけるアンモニア態窒素濃度を低下させることができる。

【0061】

別実施形態のメタン発酵処理設備１”によれば、上述した実施形態と同様に、酸素透過膜を透過した透過酸素を被処理物Ａへ供給することによって、被処理物Ａにおけるアンモニア態窒素の濃度を効率的に低下させることができる。

【0062】

さらに、本発明のメタン発酵処理方法の実施形態について説明する。本実施形態のメタン発酵処理方法は、例えば上述したメタン発酵処理設備１，１’，１”のいずれかを用いて、上述したような方法によって実施できる。

【0063】

本実施形態のメタン発酵処理方法は、有機物とメタン発酵微生物とを含む被処理物Ａに対してメタン発酵槽１１においてメタン発酵処理を施すメタン発酵工程と、被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を硝化することによって被処理物Ａを硝化処理する硝化処理工程とを備える。
本実施形態のメタン発酵処理方法では、硝化処理工程では、酸素を透過する酸素透過膜を介して被処理物Ａと酸素含有気体とが接することで酸素透過膜を透過した透過酸素によってアンモニア態窒素を硝化して硝化処理を実施する。

【0064】

また、本実施形態のメタン発酵処理方法は、被処理物Ａの物性値（少なくとも酸化還元電位）を測定する被処理物測定工程をさらに備えてもよい。
被処理物測定工程では、硝化処理を経てメタン発酵槽１１に供給される前の被処理物Ａの第１酸化還元電位（第１ＯＲＰ）を第１電位計５１によって測定してもよい。また、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａの第２酸化還元電位（第２ＯＲＰ）を第２電位計５２によって測定してもよい。また、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａのアンモニア態窒素濃度をアンモニア濃度計５３によって測定してもよい。

【0065】

また、本実施形態のメタン発酵処理方法では、硝化処理工程を実施しつつ、硝化処理工程の硝化処理を経た被処理物Ａをメタン発酵槽１１に供給して、メタン発酵槽１１においてメタン発酵工程を実施してもよい。
例えば、本実施形態のメタン発酵処理方法では、被処理物Ａが上記のメタン発酵槽１１の内部又は外部を通るように配置された第１循環経路３０（上記の硝化処理部２０が途中に配置された経路）によって、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａを循環させつつ、硝化処理工程とメタン発酵工程とを実施してもよい。

【0066】

上記のメタン発酵処理方法によれば、酸素透過膜を透過した透過酸素によって、メタン発酵処理に伴って増加した被処理物Ａ中のアンモニア態窒素を硝化できる。換言すると、被処理物Ａに含まれるアンモニア態窒素を、透過酸素による硝化反応によって硝酸態窒素や亜硝酸態窒素へ変換できる。従って、アンモニア態窒素を効率的に減少させることができる。

【0067】

本実施形態のメタン発酵処理方法のメタン発酵工程では、図１に示すように、被処理物Ａを収容したメタン発酵槽１１でメタン発酵処理を実施する。

【0068】

メタン発酵工程のメタン発酵処理は、好ましくは、３０℃以上４２℃以下又は５０℃以上６０℃以下のいずれかの温度条件下で行う。
好ましくは、メタン発酵工程では、メタン発酵処理を好ましくは１０日以上４５日以下、より好ましくは１０日以上３０日以下の期間継続する。このようなメタン発酵処理によって、メタンガス等を十分に発生させることができる。

【0069】

メタン発酵工程では、バッチ式でメタン発酵処理を実施することができる。
例えば、有機物などを含むバイオマスＣの所定量をメタン発酵部１０に供給した後、所定時間メタン発酵処理を継続し、その後、メタン発酵槽１１の発酵残渣Ｄをメタン発酵槽１１から取り出すことができる。

【0070】

また、メタン発酵工程では、いわゆる半連続式でメタン発酵処理を実施することができる。
例えば、上記バイオマスＣを所定の時間間隔を空けて断続的にメタン発酵部１０に供給した後、１回のバイオマスＣの供給につきメタンガスの発生量が所望の量になるまでメタン発酵処理を行ってもよい。このような操作を繰り返して、半連続式でメタン発酵処理を実施できる。

【0071】

一方、メタン発酵工程では、いわゆる連続式でメタン発酵処理方法を実施することもできる。
例えば、メタン発酵部１０で生じる単位時間当たりのメタンガス発生量が所望量になるように、単位時間当たり所定量のバイオマスＣを連続的にメタン発酵部１０へ供給し、単位時間当たり所定量のメタン発酵槽１１の発酵残渣Ｄをメタン発酵槽１１から取り出すことができる。
このようにして、連続式でメタン発酵処理方法を実施することができる。

【0072】

上記のメタン発酵処理方法では、例えば、図１に示すように、酸素透過膜をメタン発酵槽１１の外に配置し、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａが、硝化処理工程の硝化処理を経てメタン発酵槽１１に供給される。換言すると、メタン発酵槽１１の被処理物Ａが第１循環経路３０（上流側経路３１）によってメタン発酵槽１１から取り出され、取り出された被処理物Ａが硝化処理部２０を経て第１循環経路３０（下流側経路３２）によってメタン発酵槽１１へ戻される。
一方、上記のメタン発酵処理方法では、図２に示すように、メタン発酵槽１１の内部に硝化処理部２０と第１循環経路３０とを配置し、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａが、硝化処理を経て、メタン発酵槽１１へ供給されても（戻されても）よい。

【0073】

上記のメタン発酵処理方法では、被処理物Ａを循環させるための複数の経路（第１循環経路３０及び第２循環経路４０）を用いてもよい。この場合、硝化処理部２０（酸素透過膜）は、複数の経路のうち少なくとも１経路の途中に配置される。

【0074】

上記のメタン発酵処理方法では、被処理物測定工程において、硝化処理を経てメタン発酵槽１１に供給される前の被処理物Ａの第１酸化還元電位（第１ＯＲＰ）、又は、メタン発酵槽１１内の被処理物の第２酸化還元電位（第２ＯＲＰ）の少なくともいずれか一方を測定してもよい。
酸化還元電位は、連続的に常時測定されてもよく、時間間隔を空けて断続的に測定されてもよい。また、必要なときにだけ測定されてもよい。

【0075】

また、被処理物測定工程では、メタン発酵槽１１内の被処理物のアンモニア態窒素濃度を測定してもよい。アンモニア態窒素濃度は、連続的に常時測定されてもよく、時間間隔を空けて断続的に測定されてもよい。また、必要なときにだけ測定されてもよい。

【0076】

上記のメタン発酵処理方法では、メタン発酵処理を継続することに伴って、被処理物Ａのアンモニア態窒素濃度が上昇し得る。アンモニア態窒素を減少させるためには、上述したように、酸素透過膜を経た透過酸素を被処理物Ａに供給し、酸素透過膜付近で局所的にアンモニア態窒素を硝化させる。そして、アンモニア態窒素が減少した被処理物Ａをメタン発酵槽１１へ供給できる。
しかしながら、硝化処理部２０において硝化処理を経た被処理物Ａの第１ＯＲＰは、上昇し得る。第１ＯＲＰが上昇し過ぎると、好気性条件へ近づくため、嫌気性条件下で実施すべきメタン発酵処理に支障が生じ得る。
このように、硝化処理を経ることによって、被処理物Ａのアンモニア態窒素濃度を低下できるものの、過剰の透過酸素を被処理物Ａに供給すると、メタン発酵処理に支障が生じる可能性もある。
そこで、上記のメタン発酵処理方法では、以下のようにして、硝化処理を経た被処理物Ａの第１ＯＲＰ、又は、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａの第２ＯＲＰを各設定値（第１設定値又は第２設定値）以下に制御できる。これにより、アンモニア態窒素を効率的に減少でき、しかもメタン発酵処理における嫌気性条件を良好に維持できる。

【0077】

例えば、上記のメタン発酵処理方法では、メタン発酵工程と硝化処理工程とを同時に実施する。これにより、メタン発酵槽１１における被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度上昇を抑制しつつ、メタン発酵処理を実施できる。
このように上記のメタン発酵処理方法を行いつつ、第１ＯＲＰ及び第２ＯＲＰを第１電位計５１及び第２電位計５２によってそれぞれ測定しつつ、第１ＯＲＰ又は第２ＯＲＰの測定値を設定値以下（第１設定値以下又は第２設定値以下）に制御する。

【0078】

上記の第１ＯＲＰを第１設定値以下に制御、又は、第２ＯＲＰを第２設定値以下に制御するためには、例えば、硝化処理部２０へ送る酸素含有気体Ｂの量を変化させること等によって、硝化処理工程において酸素透過膜を透過する透過酸素の量を変える。

【0079】

上記のメタン発酵処理方法は、硝化処理を経た被処理物Ａをメタン発酵槽１１へ供給する第１供給工程と、硝化処理を経ない被処理物Ａをメタン発酵槽１１へ供給する第２供給工程とを含むことから、例えば、以下のようにして上記の第１設定値又は第２設定値を調整できる。
具体的には、図１に示すように、メタン発酵処理設備が、被処理物Ａを循環させるための複数の経路を有し、複数の経路のうち少なくとも１つの経路の途中に硝化処理部２０が配置されている場合、第１循環経路３０及び第２循環経路４０を用いて、いずれか一方の経路による被処理物Ａの供給と、他方の経路による被処理物Ａの供給とを切り替えることによって、第１ＯＲＰを第１設定値以下に制御、又は、第２ＯＲＰを第２設定値以下に制御できる。
具体的には、メタン発酵槽１１から第１循環経路３０を通って硝化処理を経た被処理物Ａをメタン発酵槽１１に再び供給する第１供給工程、及び、第２循環経路を通るため硝化処理を経ないメタン発酵槽１１からの被処理物Ａをメタン発酵槽１１に再び供給する第２供給工程、の少なくとも一方を実施し、第１供給工程及び第２供給工程による被処理物Ａの各供給量（単位時間当たりの供給量）を変えることによって、メタン発酵槽１１へ供給する被処理物ＡのＯＲＰ（第１ＯＲＰ）を第１設定値以下に制御する。なお、上記の各供給工程では、被処理物Ａの供給を続けて被処理物Ａを循環させてもよい。
より具体的には、第１循環経路３０による供給（第１供給工程）を止める一方で、第２循環経路４０による供給（第２供給工程）を続けることによって、被処理物Ａの第１ＯＲＰを下げて、第１ＯＲＰを第１設定値以下に制御できる。

【0080】

また、上記の第１設定値を調整すべく、例えば、途中に硝化処理部２０が配置された第１循環経路３０を通って硝化処理を経た被処理物Ａと、第２循環経路４０を通って硝化処理を経なかった被処理物Ａとを混合してメタン発酵槽１１へ戻す。
具体的には、メタン発酵槽１１から取り出した被処理物Ａを複数の経路によってメタン発酵槽１１へ戻しつつ、複数の経路のうち少なくとも１経路の途中に配置された硝化処理部２０において硝化処理工程を実施する。そして、第１循環経路３０を通って硝化処理を経た被処理物Ａ（第１供給工程の硝化処理を経た被処理物Ａ）と、第２循環経路４０を通って硝化処理を経なかった被処理物Ａ（第２供給工程の被処理物Ａ）とを混合して、メタン発酵槽１１へ供給する。
より具体的には、例えば、第１循環経路３０を経た被処理物ＡのＯＲＰが－１００ｍＶであり、第２循環経路４０を経た被処理物ＡのＯＲＰが－４００ｍＶであれば、これらを同量ずつ混合した被処理物ＡのＯＲＰ（第１ＯＲＰ）は、－２５０ｍＶとなる。なお、混合するときの量比は、適宜調整される。このように被処理物Ａを混合することによって、第１電位計５１で測定される第１ＯＲＰの過度な上昇を抑制できる。

【0081】

さらに、上記のメタン発酵処理方法では、上記の第２ＯＲＰ（メタン発酵槽１１内の被処理物ＡのＯＲＰ）を第２設定値以下に制御するために、上述した制御法と同様の方法を採用できる。第１ＯＲＰをより低くすることによって、第２ＯＲＰもより低くすることができる。

【0082】

加えて、上記のメタン発酵処理方法では、メタン発酵槽１１内の被処理物Ａのアンモニア態窒素濃度を測定しつつ、例えば斯かる測定値が基準値を上回ったときに、硝化処理工程を開始するか、又は、硝化処理工程において酸素透過膜を経た透過酸素の量を増やす。これにより、被処理物Ａのアンモニア態窒素濃度を低下させる。
また、被処理物Ａのアンモニア態窒素濃度が所定範囲内となるように、後述するような操作をしてもよい。
そして、必要に応じて、硝化処理工程の継続に伴って上昇し得る被処理物ＡのＯＲＰを、上述した方法などによって、設定値以下に制御する。

【0083】

本実施形態のメタン発酵処理方法では、被処理物測定工程において、アンモニア濃度計５３によってメタン発酵槽１１における被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度を測定してもよい。
そして、本実施形態のメタン発酵処理方法では、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度を測定する被処理物測定工程を行いつつ、下記のように被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度を制御してもよい。
例えば、上記のメタン発酵処理方法では、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が２５００ｍｇ／Ｌよりも高くなったときに、硝化処理部２０への酸素含有気体Ｂの供給を開始すること等によって、被処理物Ａのアンモニア態窒素を減少させてもよい。また、上記のメタン発酵処理方法では、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が１５００ｍｇ／Ｌよりも低くなったときに、硝化処理部２０への酸素含有気体Ｂを止めてもよい。
また、例えば、上記のメタン発酵処理方法では、硝化処理部２０からメタン発酵部１０へ被処理物Ａを供給しつつ、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以上２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように、硝化処理部２０へ供給する酸素含有気体Ｂの量（透過酸素の量）を変化させてもよい。
一方、例えば、上記のメタン発酵処理方法では、硝化処理部２０へ酸素含有気体Ｂを供給しつつ、被処理物Ａのアンモニア態窒素の濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以上２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように、硝化処理部２０からメタン発酵部１０へ供給する被処理物Ａの量を変化させてもよい。

【0084】

本実施形態のメタン発酵処理方法におけるメタン発酵処理によって生じたバイオガス（メタンガスを含む）は、例えば燃料として利用される。

【0085】

上記実施形態のメタン発酵処理設備、メタン発酵処理方法などは、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示のメタン発酵処理設備やメタン発酵処理方法などに限定されるものではない。
また、一般のメタン発酵処理設備、メタン発酵処理方法などにおいて用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。

【符号の説明】

【0086】

１、 １’、 １”：メタン発酵処理設備、
１０：メタン発酵部１０、 １１：メタン発酵槽、 １５：連続発酵処理装置、
２０：硝化処理部、
３０：第１循環経路、 ３１：上流側経路、 ３２：下流側経路、
４０：第２循環経路、
５０：測定部、
５１：第１電位計、 ５２：第２電位計、 ５３：アンモニア濃度計、
Ａ：被処理物、 Ｂ：酸素含有気体、 Ｂ’：オフガス、 Ｃ：バイオマス、 Ｄ：発酵残渣。

【図1】

【図2】

【図3】