JP7596587B1 - Methane fermentation system and methane fermentation method - Google Patents
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Abstract
【課題】高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室の清掃作業性の向上が図られたメタン発酵システム、及びメタン発酵方法を提供する。
【解決手段】メタン発酵システムは、発酵室1と、発酵室1の床面12よりも下方に設けられ、TS(固形物濃度)が15%未満の第1発酵原料7を収容する第2収容部32と、発酵室1内に設置され、TSが15%以上の第2発酵原料8を収容する函体部2と、を備え、函体部2は、第2収容部32に収容された第1発酵原料7が供給されて第2発酵原料8と接触したとき、第1発酵原料7の少なくとも一部を底板21に穿設された分離孔23を通過させて落下させることにより第2発酵原料8と分離することを特徴とする。
【選択図】図6
The present invention provides a methane fermentation system and a methane fermentation method that improve the ease of removing high-water content solid biomass and the ease of cleaning the fermentation chamber.
[Solution] The methane fermentation system comprises a fermentation chamber 1, a second storage section 32 that is provided below the floor surface 12 of the fermentation chamber 1 and that stores a first fermentation raw material 7 having a TS (solids concentration) of less than 15%, and a box section 2 that is installed within the fermentation chamber 1 and stores a second fermentation raw material 8 having a TS of 15% or more. When the first fermentation raw material 7 stored in the second storage section 32 is supplied and comes into contact with the second fermentation raw material 8, the box section 2 separates it from the second fermentation raw material 8 by causing at least a portion of the first fermentation raw material 7 to fall through a separation hole 23 drilled in the bottom plate 21.
[Selected figure] Figure 6
Description
この発明は、農産残渣や畜産糞尿等のバイオマス資源を発酵させるために用いるメタン発酵システム、及びメタン発酵方法に関する。 This invention relates to a methane fermentation system and a methane fermentation method used to ferment biomass resources such as agricultural waste and livestock manure.
従来、バイオマス資源をエネルギー資源として有効活用するための方法として、貯留したバイオマス資源を効率よく発酵させるメタン発酵技術が研究されている。 Traditionally, methane fermentation technology, which efficiently ferments stored biomass resources, has been researched as a method for effectively utilizing biomass resources as an energy resource.
バイオマス資源を効率よく発酵させる方法として、固体バイオマスを貯留した発酵室に対して種菌液としての消化液を循環させることで固体バイオマスに繰り返し接触させる方法がある。この方法においては、発酵後の固体バイオマスが消化液の水分を吸収して含水率の高い高含水固体バイオマスとなるため、荷崩れしやすく、発酵室からの搬出作業性に問題がある。また、高含水固体バイオマスは、発酵室の壁面や床面にこびりつきやすく、放水によっても清掃作業性が向上できない問題がある。そのため、このメタン発酵方法の実施にあたり、高含水固体バイオマスの運搬作業性及び清掃作業性の向上が求められる。 One method for efficiently fermenting biomass resources is to repeatedly contact the solid biomass with digestive fluid, which acts as a seed culture liquid, by circulating it through a fermentation chamber storing solid biomass. In this method, the solid biomass after fermentation absorbs water from the digestive fluid and becomes high-moisture solid biomass, which is prone to collapse and presents a problem in terms of ease of removal from the fermentation chamber. In addition, high-moisture solid biomass tends to stick to the walls and floor of the fermentation chamber, which presents a problem in that cleaning workability cannot be improved even by spraying water. Therefore, when implementing this methane fermentation method, it is necessary to improve the ease of transporting and cleaning the high-moisture solid biomass.
特許文献1には、発酵槽床面に形成され液体原料を収容する液溝と、発酵槽内に設置され固体原料を収容し、液溝に収容された発酵液が供給され、発酵液と固体バイオマスとを液溝表面の籾殻層により分離する発酵槽が開示されている。
特許文献1に開示された発酵槽によれば、バイオマスの入れ替え作業をスムーズに行うことができる。しかしながら、特許文献1に開示された発酵槽では、高含水のバイオマスの荷崩れ防止の観点での搬出作業性を向上できず、また液溝に籾殻が敷き詰められるため発酵槽内の清掃作業性を向上できない問題がある。
The fermentation tank disclosed in
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室の清掃作業性の向上が図られたメタン発酵システム、及びメタン発酵方法を提供することにある。 The present invention was devised in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a methane fermentation system and a methane fermentation method that improve the ease of transporting high-moisture solid biomass and the ease of cleaning the fermentation chamber.
第1発明におけるメタン発酵システムは、発酵室と、前記発酵室の床面よりも下方に設けられ、TS(固形物濃度)が15%未満の第1発酵原料を収容する収容部と、前記発酵室内に設置され、TSが15%以上の第2発酵原料を収容する函体部と、を備え、前記函体部は、前記収容部に収容された前記第1発酵原料が供給されて前記第2発酵原料と接触したとき、前記第1発酵原料の少なくとも一部を底板に穿設された分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離することを特徴とする。 The methane fermentation system of the first invention comprises a fermentation chamber, a storage section that is provided below the floor surface of the fermentation chamber and stores a first fermentation raw material having a TS (solids concentration) of less than 15%, and a box section that is installed in the fermentation chamber and stores a second fermentation raw material having a TS of 15% or more. The box section is characterized in that when the first fermentation raw material stored in the storage section is supplied and comes into contact with the second fermentation raw material, at least a portion of the first fermentation raw material is separated from the second fermentation raw material by dropping it through a separation hole drilled in a bottom plate.
第2発明におけるメタン発酵システムは、第1発明において、前記函体部は、それぞれ前記第2発酵原料を収容する上位函体部と下位函体部とを含み、前記上位函体部は、前記収容部に収容された前記第1発酵原料が供給されて前記第2発酵原料と接触したとき、前記第1発酵原料の少なくとも一部を前記上位函体部の底板に穿設された上位分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離し、前記下位函体部は、前記上位函体部から落下した前記第1発酵原料が供給されて前記第2発酵原料と接触したとき、前記第1発酵原料の少なくとも一部を前記下位函体部の底板に穿設された下位分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離することを特徴とする。 The methane fermentation system of the second invention is characterized in that, in the first invention, the box section includes an upper box section and a lower box section each for storing the second fermentation raw material, and when the first fermentation raw material stored in the storage section is supplied and comes into contact with the second fermentation raw material, the upper box section separates at least a portion of the first fermentation raw material from the second fermentation raw material by dropping it through an upper separation hole drilled in the bottom plate of the upper box section, and when the first fermentation raw material dropped from the upper box section is supplied and comes into contact with the second fermentation raw material, the lower box section separates at least a portion of the first fermentation raw material from the second fermentation raw material by dropping it through a lower separation hole drilled in the bottom plate of the lower box section.
第3発明におけるメタン発酵システムは、第1発明又は第2発明において、前記函体部は、前記第1発酵原料が供給されてバイオガスを生成し、前記収容部は、前記函体部により生成された前記バイオガスが供給されることを特徴とする。 The methane fermentation system of the third invention is the same as that of the first or second invention, characterized in that the box section is supplied with the first fermentation raw material to generate biogas, and the storage section is supplied with the biogas generated by the box section.
第4発明におけるメタン発酵方法は、発酵室の床面よりも下方に設けられTSが15%未満の第1発酵原料を収容する収容部に収容された前記第1発酵原料を、前記発酵室内に設置されTSが15%以上の第2発酵原料が収容された函体部に供給する原料供給工程と、前記原料供給工程により前記函体部に供給されて前記第2発酵原料と接触した前記第1発酵原料のうち少なくとも一部を、前記函体部の底板に穿設された分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離する分離工程と、を有することを特徴とする。 The methane fermentation method according to the fourth invention is characterized by having a raw material supplying step of supplying a first fermentation raw material contained in a storage section that is provided below the floor surface of the fermentation chamber and that stores a first fermentation raw material having a TS of less than 15% to a box section that is installed in the fermentation chamber and that stores a second fermentation raw material having a TS of 15% or more, and a separation step of separating at least a portion of the first fermentation raw material that has been supplied to the box section by the raw material supplying step and that has come into contact with the second fermentation raw material from the second fermentation raw material by dropping it through a separation hole drilled in the bottom plate of the box section.
第1発明~第2発明によれば、メタン発酵システムは、発酵室の床面よりも下方に設けられた収容部に収容された第1発酵原料が供給されたとき分離孔を通過させて落下させることにより第2発酵原料と分離する函体部を備える。このため、高含水の第2発酵原料の荷崩れ及び発酵室内へのこびりつきを抑制できる。これにより、メタン発酵システムについて高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室の清掃作業性の向上を図ることができる。 According to the first and second inventions, the methane fermentation system is provided with a box section that separates the first fermentation raw material from the second fermentation raw material by allowing it to fall through a separation hole when the first fermentation raw material is supplied from the storage section that is located below the floor of the fermentation chamber. This makes it possible to prevent the second fermentation raw material, which has a high moisture content, from collapsing and sticking to the inside of the fermentation chamber. This makes it possible to improve the ease of transporting high moisture solid biomass and the ease of cleaning the fermentation chamber in the methane fermentation system.
特に、第2発明によれば、収容部に収容された第1発酵原料が供給されたとき上位分離孔を通過させて落下させることにより収容された第2発酵原料と分離する上位函体部と、上位函体部から落下した第1発酵原料が供給されたとき下位分離孔を通過させて落下させることにより収容された第2発酵原料と分離する下位函体部と、を備える。このため、函体部の容積によらず大量の発酵原料を効率よく発酵させることができる。これにより、メタン発酵システムについてバイオガスの製造性の向上を図ることができる。 In particular, according to the second invention, an upper box section is provided that, when the first fermentation raw material contained in the storage section is supplied, causes it to fall through an upper separation hole to separate it from the stored second fermentation raw material, and a lower box section is provided that, when the first fermentation raw material that has fallen from the upper box section is supplied, causes it to fall through a lower separation hole to separate it from the stored second fermentation raw material. This makes it possible to efficiently ferment a large amount of fermentation raw material regardless of the volume of the box section. This makes it possible to improve the productivity of biogas in the methane fermentation system.
特に、第3発明によれば、収容部は、函体部により生成されたバイオガスが供給される。すなわち、函体部により生成されるバイオガスは、収容部に収容される第1発酵原料及び第1発酵原料の発酵による生成物に接触し、バイオガス中の硫化水素及びアンモニアが溶出し得る。このため、生成したバイオガスの脱硫処理及びアンモニア除去処理を行う機器を設ける必要がない。これにより、メタン発酵装置の小型化を図ることができる。また、生成されたバイオガス中の二酸化炭素も同様に溶出するため、メタン濃度が純化された、発熱量の高いバイオガスを生成することができる。これにより、ガスの運送・保管等に要するコストが低減されるなど、バイオガスの有用性向上を図ることができる。 In particular, according to the third invention, the storage section is supplied with biogas produced by the box section. That is, the biogas produced by the box section comes into contact with the first fermentation raw material and the product of fermentation of the first fermentation raw material contained in the storage section, and hydrogen sulfide and ammonia in the biogas may be eluted. For this reason, it is not necessary to provide equipment for desulfurization and ammonia removal of the generated biogas. This allows the methane fermentation device to be made smaller. In addition, carbon dioxide in the generated biogas is also eluted in the same manner, so that a biogas with a purified methane concentration and high calorific value can be produced. This allows the usefulness of the biogas to be improved, such as by reducing the costs required for gas transportation and storage.
第4発明によれば、メタン発酵方法は、発酵室の床面よりも下方に設けられた収容部に収容された第1発酵原料を、第2発酵原料が収容された函体部に供給する原料供給工程と、供給された第1発酵原料について分離孔を通過させて落下させることにより第2発酵原料と分離する分離工程と、を有する。このため、高含水の第2発酵原料の荷崩れ及び発酵室内へのこびりつきを抑制できる。これにより、メタン発酵システムについて高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室の清掃作業性の向上を図ることができる。 According to the fourth invention, the methane fermentation method includes a raw material supplying step of supplying the first fermentation raw material contained in a storage section provided below the floor surface of the fermentation chamber to a box section containing the second fermentation raw material, and a separation step of separating the supplied first fermentation raw material from the second fermentation raw material by allowing it to pass through a separation hole and fall. This makes it possible to prevent the second fermentation raw material, which has a high water content, from collapsing and sticking to the inside of the fermentation chamber. This makes it possible to improve the ease of transporting high water content solid biomass and the ease of cleaning the fermentation chamber in the methane fermentation system.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態としてのメタン発酵システム100、及びメタン発酵方法の一例について詳細に説明をする。なお、各図において、第1水平方向Xとし、第1水平方向Xと直交する1つの方向を第2水平方向Yとし、第1水平方向X及び第2水平方向Yのそれぞれと直交する方向を高さ方向Zとする。各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。
Below, with reference to the drawings, a detailed description will be given of an example of a
(メタン発酵システム100)
図面を参照して、本実施形態におけるメタン発酵システム100の一例を説明する。
(Methane fermentation system 100)
An example of a
メタン発酵システム100は、種菌液、家畜ふん尿、消化液等を含み得るTS(固形物濃度)が15%未満の発酵原料(第1の発酵原料)と、籾殻や廃材等の固体バイオマスを含み得るTSが15%以上の発酵原料(第2の発酵原料)と、を接触させることでメタン発酵を促進してバイオガスを生成するシステムである。なお、TSの単位「%」は質量%を指す。
The
メタン発酵システム100は、例えば図1に示すように、開閉部11を有する1以上の発酵室1と、函体部2と、を備える。メタン発酵システム100は、例えば発酵室1で発生したバイオガスを貯留するためのバイオガス採集タンクTを備えてもよい。また、メタン発酵システム100は、作業者Uにより、第2の発酵原料が収容された函体部2が発酵室1内に搬入され、開閉部11が閉塞されてメタン発酵が完了した後、開閉部11が開放されて函体部2が発酵室1外に搬出される。
As shown in FIG. 1, the
メタン発酵システム100は、例えば図2~図3に示すように、発酵室1の床面12(発酵室1の床板材の内表面)よりも下方に設けられ、TSが15%未満の第1の発酵原料を収容する収容部3を備える。ここで、床面12よりも下方の収容部3とは、高さ方向Z(鉛直方向)において、収容部3の底の高さが発酵室1の床板材の内表面(床面12)の高さよりも低ければよい。具体的には、床面12よりも下方の収容部3とは、床面12に切り欠かれて形成される溝部のように床面12と一体であり発酵室1と不可分とされる場合と、床面12よりも鉛直下方(図10参照)又は斜め下方に設けられる収容空間のように床面12と別体であり発酵室1から分離される場合とを含む。
As shown in Figs. 2 and 3, the
また、メタン発酵システム100は、例えば図4~図5に示すように、函体部2が底板21と側板22とからなり、上方が開口した開口部Oを有する函体であり、底板21には第1の発酵原料を通過させつつ第2の発酵原料を通過させない分離孔23が予め穿設されている。このため、メタン発酵システム100は、収容部3に収容された第1の発酵原料が函体部2に供給されて第2の発酵原料と接触したとき、第1の発酵原料の少なくとも一部について分離孔23を通過させて落下させることにより第2の発酵原料と分離できる。
As shown in Figures 4 and 5, the
ここで、従来技術では第1の発酵原料と第2の発酵原料とを繰り返し接触させたとき、第2の発酵原料の含水率が向上し、その結果、高含水の第2の発酵原料が発酵室1内で荷崩れを起こしたり発酵室1内の床や壁にこびりついたりする等、搬出や清掃の作業性に課題があった。一方で、本発明のメタン発酵システム100によれば、高含水の第2の発酵原料について函体部2から漏出せず、かつ、函体部2の分離孔23から第1の発酵原料を排出できる。この場合、高含水の第2の発酵原料の荷崩れ及び発酵室1内へのこびりつきを抑制できる。これにより、メタン発酵システム100について高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室1の清掃作業性の向上を図ることができる。また、収容部3が床面12よりも下方に設けられるため、床面12上でフォークリフト等の車両を走行させて発酵室1内の発酵原料の入替を効率よく実施できる。これにより、メタン発酵システム100について高含水固体バイオマスの搬出作業性の向上を図ることができる。
Here, in the conventional technology, when the first fermentation raw material and the second fermentation raw material are repeatedly brought into contact with each other, the moisture content of the second fermentation raw material increases, and as a result, the high moisture content of the second fermentation raw material collapses in the
メタン発酵システム100は、例えば図2に示すように、排水パイプ4と、送水ポンプ5と、散水パイプ6と、をさらに備えてもよい。メタン発酵システム100は、例えば排水パイプ4を介して収容部3に収容された第1の発酵原料を収容部3から排水し、送水ポンプ5及び散水パイプ6を介して函体部2の上方から第1の発酵原料を供給し、その後第1の発酵原料を収容部3に回収することを繰り返す。この場合、第1の発酵原料を追加することなくメタン発酵の促進を持続させることができる。これにより、メタン発酵システム100について作業性及び経済性の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 2, the
<発酵室1>
発酵室1は、発酵原料を収容してメタン発酵を行うための開閉自在の閉塞空間である。メタン発酵システム100が複数の発酵室1を備えるとき、各発酵室1は互いに独立した閉塞空間となる。発酵室1の材質としては、発酵室1内を密閉でき、かつ、フォークリフト等の車両が内部を走行できる程度の強度を有する材質であればよく、例えばコンクリート製又は鋼製である。
<
The
発酵室1の形状及び寸法は、1以上の函体部2を収容でき、かつ収容部3を形成できる十分な床面積を確保できれば任意であるが、例えば幅1m~10m×高さ1m~10m×奥行1m~50mの略直方体ある。
The shape and dimensions of the
発酵室1は、例えば図2~図3に示すように、開閉部11と、床面12と、側面13と、天井14と、で囲われた閉塞空間である。発酵室1は、床面12に1以上の収容部3が切り欠かれて形成される。
As shown in Figures 2 and 3, for example, the
発酵室1は、例えば函体部2の設置性を考慮して床面12が略水平に形成される。発酵室1は、例えば床面12が開閉部11から発酵室1の排水パイプ4側の奥行方向(図2の第1水平方向X)に向かうにつれて下方に傾斜して形成されてもよい。この場合、第1の発酵原料が開閉部11を通過して発酵室1の外へ漏れ出ることを防ぐことができる。これにより、メタン発酵システム100について経済性の向上を図ることができる。
The
<函体部2>
函体部2は、TSが15%以上の第2の発酵原料を収容する。函体部2の材質としては、例えば鋼製であり、剛性を有する。
<
The
函体部2の形状及び寸法は、発酵室1内に自立して設置できれば任意であるが、例えば幅0.5m~2.5m×高さ0.5m~2.5m×奥行0.5m~2.5mの略直方体である。函体部2は、例えば多角柱体や円柱体等、高さ方向Zに延長された柱体が好ましい。この場合、複数の函体部2を高さ方向Zに積み上げることができ、函体部2の寸法によらずメタン発酵に用いる第2の発酵原料の量を柔軟に調整できる。これにより、メタン発酵システム100について製造性の向上を図ることができる。また、作業者Uが搬出入しやすい寸法に設計しやすい。これにより、メタン発酵システム100について作業性の向上を図ることができる。
The shape and dimensions of the
函体部2は、例えば図4~図5に示すように、底板21と、側板22と、分離孔23と、開口部Oと、を有する。函体部2は、開口部Oを介して内部に第2の発酵原料を収容し、又は収容された第2の発酵原料を排出する。函体部2は、例えば1以上の公知の鋼板からなる側板22と、格子状鋼板とパンチングメタルを重ねた底板21と、で構成され、このとき格子とパンチ穴の隙間が分離孔23に相当する。底板21及び側板22の厚さは、例えば0.1mm~50mmである。
As shown in Figures 4 and 5, for example, the
<<分離孔23>>
分離孔23は、函体部2の底板21に1以上予め穿設される。分離孔23の幅(図5の第1水平方向Xの幅)は、例えば0.05mm~10mmである。分離孔23は、例えば複数穿設されるとき、所定の間隔だけ互いに離間して穿設される。分離孔23は、函体部2に収容された発酵原料のうち分離孔23の幅よりも小さい固形体、又は流動体を第2収容部32に落下させることで、互いに接触し又は混合された異なる複数の発酵原料を分離できる。
<<
One or more separation holes 23 are pre-drilled in the
分離孔23は、予め第2の発酵原料が収容された函体部2に第1の発酵原料が供給されて第2の発酵原料と接触したとき、第1の発酵原料の少なくとも一部を通過させて落下させることにより、第2の発酵原料と分離する。ここで、第1の発酵原料と第2の発酵原料との接触を起因とするメタン発酵に伴い溶出した第2の発酵原料に含まれる成分の一部については、分離孔23を通過して落下する第1の発酵原料とみなす。すなわち、メタン発酵の進行に伴い、第1の発酵原料の体積が増加し、第2の発酵原料の体積が減少し得る。
When the first fermentation raw material is supplied to the
<収容部3>
収容部3は、TSが15%未満の第1の発酵原料を収容する。収容部3は、例えば図2~図3に示すように、発酵室1の床面12に切り欠かれて形成される溝形状である。すなわち、溝形状の収容部3は、発酵室1の床板材の内表面である床面12よりも下方に設けられる。
<
The
収容部3は、例えば開閉部11から離間していれば床面12に任意の形状に切り欠かれて形成されてよく、平面視で1以上の矩形、台形、三角形等を組み合わせた形状でもよい。収容部3は、例えば一方部分(一端)が開閉部11側の床面12に形成され、他方部分(他端)が側面13側の床面12に形成される。収容部3は、例えば他端が排水パイプ4と接続される。このとき、収容部3に収容された第1の発酵原料は、収容部3内を一端から他端に向かって流動し、排水パイプ4を介して収容部3から排水される。
The
収容部3の幅(図2の第2水平方向Yの幅)は任意であるが、例えば100mm~500mmである。 The width of the storage section 3 (width in the second horizontal direction Y in FIG. 2) is arbitrary, but is, for example, 100 mm to 500 mm.
収容部3は、例えば図2に示すように、第1収容部31と、第2収容部32と、第3収容部33と、を含んでもよい。各収容部31、32、33は、例えば一端側において互いに離隔し、他端側において合流する。この場合、一端側と他端側とにおいて合流する場合と比べて、第1の発酵原料が一端側に滞留しにくく、効率よく排水パイプ4側に流動させて収容部3から排水することができる。これにより、メタン発酵システム100について製造性の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 2, the
収容部3は、例えば図3に示すように、底面が略水平に形成される。この場合、収容部3の底面が発酵室1の奥行方向に向かうにつれて下方に傾斜して形成する場合と比べて第1の発酵原料を収容する空間を拡張しやすく、一度のメタン発酵でより多くの第1の発酵原料を収容してメタン発酵に用いることができる。これにより、メタン発酵システム100について製造性の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 3, for example, the bottom surface of the
収容部3は、例えば一端側から他端側に向かうにつれて下方に傾斜して形成されてもよい。この場合、第1の発酵原料が収容部3内に滞留しにくく、効率よく収容部3から排水できる。これにより、メタン発酵システム100について製造性の向上を図ることができる。
The
<排水パイプ4>
排水パイプ4は、一端側が収容部3と接続され、他端側が送水ポンプ5と接続される。排水パイプ4は、収容部3に収容された第1の発酵原料を排水する。排水パイプ4の材質としては、例えば樹脂製である。
<
One end of the
なお、図2~図3の例では、排水パイプ4は発酵室1外に設置された送水ポンプ5と接続するように発酵室1の内外を連通して設けられるが、これに限定されず、発酵室1内に設置された送水ポンプ5と接続されてもよい。
In the example shown in Figures 2 and 3, the
<送水ポンプ5>
送水ポンプ5は、一端側が排水パイプ4と接続され、他端側が散水パイプ6と接続される。送水ポンプ5は、収容部3から排水パイプ4に排水された第1の発酵原料を散水パイプ6に送水する。送水ポンプ5としては、例えば公知の送水用ポンプが用いられる。
<
One end of the
<散水パイプ6>
散水パイプ6は、一端側が送水ポンプ5と接続され、他端側が発酵室1の内部に配置される。散水パイプ6の材質としては、例えば樹脂製である。
<
One end of the
散水パイプ6は、例えば図2~図3に示すように、他端側が発酵室1の天井14付近に設けられる。散水パイプ6は、例えば剛体であるとき側面13に貫通して固定されて天井14に沿って延長され、柔軟体であるとき側面13を貫通して天井14に固定される。
The other end of the
散水パイプ6は、発酵室1内に配置された他端側のパイプ側面に図示しない散水孔が予め穿設されており、送水ポンプ5を動力として一端側から圧送される第1の発酵原料をその散水孔を介して散水する。すなわち、散水パイプ6は、収容部3に収容された第1の発酵原料を発酵室1内の上方から散布して落下させることで、発酵室1内に設置された函体部2に対して第1の発酵原料を供給することができる。
The
散水パイプ6は、例えば図2に示すように、第1散水パイプ61と、第2散水パイプ62と、第3散水パイプ63と、を含んでもよい。各散水パイプ61、62、63は、例えば発酵室1内の一端側において一のパイプから枝分かれしており、他端側において互いに離隔している。この場合、第1の発酵原料を枝分かれしない一のパイプから散水する場合と比べて、第1の発酵原料を広範囲に均等に散布でき、より多くの発酵原料についてメタン発酵の促進を持続できる。これにより、メタン発酵システム100について製造性の向上を図ることができる。
The
<バイオガス採集タンクT>
バイオガス採集タンクTは、発酵室1内で生成されたバイオガスを採集するためのタンクである。バイオガス採集タンクTは、例えば発酵室1と直接接続される。
<Biogas collection tank T>
The biogas collection tank T is a tank for collecting the biogas generated in the
バイオガス採集タンクTは、発酵室1内で生成されるバイオガスの採集及び排出のみを行い、バイオガス採集タンクT内でバイオガスの生成を行わない。バイオガス採集タンクTの材質としては、例えば公知のガスホルダーと同等の鋼材、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料が用いられる。
The biogas collection tank T only collects and discharges the biogas generated in the
(メタン発酵方法)
次に、図面を参照して、本実施形態におけるメタン発酵方法として、メタン発酵システム100の動作の一例を説明する。メタン発酵方法は、例えば原料供給工程と、分離工程と、を有する。
(Methane fermentation method)
Next, as a methane fermentation method in this embodiment, an example of the operation of the
本実施形態では、説明の便宜上、収容部3のうち第2収容部32と、散水パイプ6のうち第2散水パイプ62と、を用いる例を挙げるが、これに限定されず、第1収容部31、第3収容部33又は第1散水パイプ61、第3散水パイプ63が用いられてもよい。
For ease of explanation, this embodiment uses an example in which the
また、本実施形態では、メタン発酵方法の各工程について、メタン発酵システム100が備える図示しない公知のコンピュータ内にインストールされたプログラム等に基づいてメタン発酵システム100が各構成を制御して各工程を実行してもよく、作業者Uが主体となりメタン発酵システム100の各構成を操作してメタン発酵方法の各工程を実行してもよい。
In addition, in this embodiment, the
まず、本実施形態のメタン発酵方法に用いる発酵原料として、第1発酵原料A及び第2発酵原料Bを説明する。なお、第1発酵原料Aは上述の第1の発酵原料に、第2発酵原料Bは上述の第2の発酵原料に、それぞれ対応する。 First, the first fermentation raw material A and the second fermentation raw material B will be described as fermentation raw materials used in the methane fermentation method of this embodiment. Note that the first fermentation raw material A corresponds to the first fermentation raw material described above, and the second fermentation raw material B corresponds to the second fermentation raw material described above.
<第1発酵原料A>
第1発酵原料Aは、第2収容部32に予め収容され、送水ポンプ5を動力として収容部32からの排水と発酵室1内への散水とを繰り返して循環する。第1発酵原料Aは、発酵室1内で湿式メタン発酵する。第1発酵原料Aは、例えばバイオマス資源のうち、TSが2%~5%以上、15%未満の流動体が用いられ、種菌液、家畜ふん尿、消化液等が含まれる。上述のTSを満たす第1発酵原料Aを用いることで、液体の第1発酵原料Aが十分に流動性を保ちながら発酵室1内で循環し、メタン発酵に必要な微生物の活動が活発に行われることが期待される。
<First fermentation raw material A>
The first fermentation raw material A is stored in the
<第2発酵原料B>
第2発酵原料Bは、函体部2に予め収容される。第2発酵原料Bは、函体部2内で乾式メタン発酵する。第2発酵原料Bは、例えばバイオマス資源のうち、TSが15%以上、30%~40%未満の固形体が用いられ、籾殻や廃材等の固体バイオマスが含まれる。一般的な単独の乾式メタン発酵では、含水率60%~80%程度の原料を用いて運転され、これはTS20%~40%程度に相当する。したがって、乾式メタン発酵される第2発酵原料BのTS上限値の目安として、40%が一般的と考えられる。上述のTSを満たす第2発酵原料Bを用いることで、固形バイオマスの第2発酵原料Bが適切に水分を保持しつつ発酵が進行し、効率的にメタンが生成されることが期待される。
<Second fermentation raw material B>
The second fermentation raw material B is accommodated in the
次に、本実施形態のメタン発酵方法の詳細を説明する。なお、図中の実線矢印は、第1発酵原料Aの流動方向を示している。 Next, the methane fermentation method of this embodiment will be described in detail. Note that the solid arrows in the figure indicate the flow direction of the first fermentation raw material A.
<事前準備>
事前準備として、例えば図6に示すように、第2収容部32に第1発酵原料Aを予め収容し、函体部2に第2発酵原料Bを予め収容する。第1発酵原料A中又は第2発酵原料B中には、メタン生成菌が予め存在する。ここで、第2収容部32に収容される第1発酵原料Aを第1発酵原料Aaとする。
<Advance preparations>
6, for example, the first fermentation raw material A is stored in advance in the
また、作業者Uは、発酵室1内をメタン発酵が促進する嫌気性環境下とするために、開閉部11を開放した状態で第1発酵原料A及び第2発酵原料Bを収容した後に、開閉部11を閉塞して発酵室1を密閉し、必要に応じて発酵室1内を脱気(脱酸素)処理する。
In order to create an anaerobic environment in the
<原料供給工程>
原料供給工程において、メタン発酵システム100は、例えば図6に示すように、第1発酵原料Aについて送水ポンプ5を介して第2収容部32から排水パイプ4へ流動させて排水する。その後、メタン発酵システム100は、例えば図7に示すように、排水パイプ4に排水された第1発酵原料Aaを発酵室1上方に設置された第2散水パイプ62に送水する。ここで、第2散水パイプ62に送水される第1発酵原料Aを第1発酵原料Abとする。
<Raw material supply process>
In the raw material supply step, the
次に、メタン発酵システム100は、例えば図7に示すように、第1発酵原料Abについて、第2散水パイプ62に穿設された図示しない散水孔を介して発酵室1内の上方から散水する。ここで、発酵室1内の上方から散水される第1発酵原料Aを第1発酵原料Acとする。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、メタン発酵システム100は、例えば図8に示すように、送水ポンプ5及び第2散水パイプ62を介して発酵室1内の上方から散水した第1発酵原料Acの少なくとも一部を、予め第2発酵原料Bが収容された函体部2の内部に供給する。ここで、函体部2に供給される第1発酵原料Aを第1発酵原料Adとする。
Next, as shown in FIG. 8, the
このとき、第1発酵原料Adと接触した第2発酵原料Bは、メタン生成菌の作用によりメタン発酵が促進される。その結果、第2発酵原料Bが乾式メタン発酵され、函体部2内でバイオガス及び消化液が生成される。函体部2内で第2発酵原料Bから生じたバイオガスは、発酵室1内を上方に移動し、発酵室1の上方に設けられたガス採集タンクTに採集される。
At this time, the second fermentation raw material B that has come into contact with the first fermentation raw material Ad undergoes methane fermentation due to the action of the methanogens. As a result, the second fermentation raw material B undergoes dry methane fermentation, and biogas and digestive liquid are produced in the
<分離工程>
分離工程において、メタン発酵システム100は、例えば図8に示すように、第1発酵原料Adについて函体部2の底板21に予め穿設された分離孔23を通過させて、函体部2よりも下方の第2収容部32に落下させる。ここで、分離孔23を通過する途中の第1発酵原料Aを第1発酵原料Aeとし、分離孔23を通過して第2収容部32に落下する第1発酵原料Aを第1発酵原料Afとする。
<Separation step>
8, the
すなわち、本実施形態のメタン発酵方法は、第2収容部32に収容された第1発酵原料Aを、第2発酵原料Bが収容された函体部2に供給する原料供給工程と、供給された第1発酵原料Aについて分離孔23を通過させて落下させることにより第2発酵原料Bと分離する分離工程と、を有する。この場合、高含水の第2発酵原料Bの荷崩れ及び発酵室1内へのこびりつきを抑制できる。これにより、メタン発酵システム100について高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室1の清掃作業性の向上を図ることができる。
That is, the methane fermentation method of this embodiment has a raw material supplying process in which the first fermentation raw material A contained in the
また、函体部2の内部で乾式メタン発酵した第2発酵原料Bから生じた消化液は、第1発酵原料Aeと同様に、分離孔23を通過して第2収容部32に流下する。第2収容部32に流下した消化液は、第1発酵原料Afとともに、又は第1発酵原料Afの代わりに、第2収容部32から排出され、排水パイプ4、送水ポンプ5、及び第2散水パイプ62を介して発酵室1内上方から散水され、函体部2に供給される。
The digestive liquid generated from the second fermentation raw material B that has undergone dry methane fermentation inside the
このとき、第2収容部32では、函体部2から第1発酵原料A及び消化液の流下が繰り返されて第1発酵原料Aが攪拌され、その結果、第1発酵原料Aの湿式メタン発酵が促進され、第2収容部32内でバイオガス及び消化液が生成される。第2収容部32内で第1発酵原料Aから生じたバイオガスは、発酵室1内を上方に移動し、発酵室1の上方に設けられたガス採集タンクTに採集される。
At this time, in the
第2収容部32において生成される消化液は、第2収容部32よりも上方の函体部2に供給された後、第2収容部32に流下する。この場合、メタン発酵を促進するために発酵原料等を攪拌する攪拌器を設ける必要がない。これにより、メタン発酵システム100の小型化を図ることができる。また、第2収容部32において生成される消化液は、函体部2に収容される第2発酵原料B及び第2発酵原料Bの発酵による生成物との接触により、溶出したNPK成分をより多く含み得る。このため、NPK成分の含有量が向上し、より良質なバイオ液肥として活用することができる。これにより、液肥施用に伴う労力が省力化されるなど、液肥の有用性向上を図ることができる。
The digestive liquid produced in the
上述した各工程を実施し、本実施形態におけるメタン発酵システム100の動作は終了する。なお、メタン発酵システム100では、例えば上述した各工程を繰り返し実施してもよい。
After carrying out each of the above-mentioned steps, the operation of the
(メタン発酵システム100の第1変形例)
メタン発酵システム100は、例えば図9に示すように、函体部2が、それぞれ第2発酵原料B’、B’’を収容する上位函体部2’と下位函体部2’’と、を含んでもよい。
(First Modification of Methane Fermentation System 100)
In the
なお、上位函体部2’及び下位函体部2’’について、底板21’、21’’、側板22’、22’’、分離孔23’、23’’は、それぞれ底板21、側板22、分離孔23と同様の形状及び機能を有する。また、第2発酵原料B’、B’’は、第2発酵原料Bと同様の発酵原料である。
In addition, for the upper box portion 2' and the lower box portion 2'', the bottom plates 21', 21'', the side plates 22', 22'', and the separation holes 23', 23'' have the same shapes and functions as the
すなわち、メタン発酵システム100は、第2収容部32に収容された第1発酵原料Aが供給されたとき上位分離孔23’を通過させて落下させることにより収容された第2発酵原料B’と分離する上位函体部2’と、上位函体部2’から落下した第1発酵原料Aが供給されたとき下位分離孔23’’を通過させて落下させることにより収容された第2発酵原料B’’と分離する下位函体部2’’と、を備える。この場合、函体部2の容積によらず大量の発酵原料を効率よく発酵させることができる。これにより、メタン発酵システム100についてバイオガスの製造性の向上を図ることができる。
That is, the
また、図9では、上位函体部2’及び下位函体部2’’について高さ方向Zに積み上げられた隣り合う2つの函体部2を例示したが、これに限定されない。上位函体部2’及び下位函体部2’’は、例えば高さ方向Zに積み上げられた3以上の函体部2のうち隣り合う何れか2つの函体部2でもよく、離間する何れか2つの函体部2でもよい。また、上位函体部2’及び下位函体部2’’は、上位函体部2’の分離孔23’と下位函体部2’’の開口部Oとが公知の樹脂製パイプ等を介して第1発酵原料Aを供給可能とされていれば、平面視で設置位置が互いに離間し、かつ、高さが異なるように配置された2つの函体部2でもよい。
In addition, in FIG. 9, the upper box part 2' and the lower box part 2'' are illustrated as two
次に、本変形例のメタン発酵方法の詳細を説明する。 Next, we will explain the details of this modified methane fermentation method.
<原料供給工程>
原料供給工程において、メタン発酵システム100は、例えば図9に示すように、送水ポンプ5及び第2散水パイプ62を介して発酵室1内の上方から散水した第1発酵原料Acの少なくとも一部を、予め第2発酵原料B’が収容された上位函体部2’の内部に供給する。ここで、上位函体部2’に供給される第1発酵原料Aを第1発酵原料Agとする。
<Raw material supply process>
In the raw material supply step, the
このとき、第1発酵原料Agと接触した第2発酵原料B’は、メタン生成菌の作用によりメタン発酵が促進される。その結果、第2発酵原料B’が乾式メタン発酵され、上位函体部2’内でバイオガス及び消化液が生成される。上位函体部2’内で第2発酵原料B’から生じたバイオガスは、発酵室1内を上方に移動し、発酵室1の上方に設けられたガス採集タンクTに採集される。
At this time, the second fermentation raw material B' that has come into contact with the first fermentation raw material Ag undergoes methane fermentation due to the action of methanogens. As a result, the second fermentation raw material B' undergoes dry methane fermentation, and biogas and digestive liquid are produced in the upper box section 2'. The biogas generated from the second fermentation raw material B' in the upper box section 2' moves upward within the
<分離工程>
分離工程において、メタン発酵システム100は、例えば第1発酵原料Agについて上位函体部2’の底板21’に予め穿設された分離孔23’を通過させて、上位函体部2’よりも下方の下位函体部2’’に落下させる。ここで、分離孔23’を通過して下位函体部2’’に落下する第1発酵原料Aを第1発酵原料Ahとする。
<Separation step>
In the separation process, the
その後、メタン発酵システム100は、例えば上位分離孔23’を通過させて上位函体部2’から落下した第1発酵原料Ahの少なくとも一部を、予め第2発酵原料B’’が収容された下位函体部2’’の内部に供給する。ここで、下位函体部2’’に供給される第1発酵原料Aを第1発酵原料Aiとする。
Then, the
このとき、第1発酵原料Aiと接触した第2発酵原料B’’は、メタン生成菌の作用によりメタン発酵が促進される。その結果、第2発酵原料B’’が乾式メタン発酵され、下位函体部2’’内でバイオガス及び消化液が生成される。下位函体部2’’内で第2発酵原料B’’から生じたバイオガスは、発酵室1内を上方に移動し、発酵室1の上方に設けられたガス採集タンクTに採集される。
At this time, the second fermentation raw material B" that has come into contact with the first fermentation raw material Ai undergoes methane fermentation due to the action of methanogens. As a result, the second fermentation raw material B" undergoes dry methane fermentation, and biogas and digestive liquid are produced in the
その後、メタン発酵システム100は、例えば第1発酵原料Aiについて下位函体部2’’の底板21’’に予め穿設された分離孔23’’を通過させて、下位函体部2’’よりも下方の第2収容部32に落下させる。ここで、分離孔23’’を通過する途中の第1発酵原料Aを第1発酵原料Ajとし、分離孔23を通過して第2収容部32に落下する第1発酵原料Aを第1発酵原料Akとする。
Then, the
すなわち、本変形例のメタン発酵方法は、原料供給工程では第2収容部32に収容された第1発酵原料Aを、第2発酵原料B’が収容された上位函体部2’に供給する。また、分離工程では、原料供給工程により供給された第1発酵原料Aについて分離孔23’を通過させて落下させることにより第2発酵原料B’と分離するとともに、第2発酵原料B’’が収容された下位函体部2’’に供給した第1発酵原料Aについて分離孔23’’を通過させて落下させることにより第2発酵原料B’’と分離する。この場合、函体部2の容積によらず大量の発酵原料を効率よく発酵させることができる。これにより、メタン発酵システム100についてバイオガスの製造性の向上を図ることができる。
That is, in the methane fermentation method of this modified example, in the raw material supplying process, the first fermentation raw material A stored in the
(メタン発酵システム100の第2変形例)
メタン発酵システム100は、例えば図10に示すように、収容部3(床下収容部34)が発酵室1の床面12よりも下方において発酵室1から分離されて設けられてもよい。また、メタン発酵システム100は、例えばガス回収パイプ7、ガスポンプ8、及びガス吹込みパイプ9をさらに備えてもよい。
(Second modified example of methane fermentation system 100)
10 , the
なお、散水パイプ6は、例えば第1水平方向Xに延長される基部から枝分かれして第2水平方向Yに延長された第1散水パイプ61と、第1散水パイプ61から枝分かれして第1水平方向Xに延長された第2散水パイプ62と、をさらに有してもよい。
The
<床下収容部34>
床下収容部34は、例えば発酵室1の床面12よりも下方に設けられる。床下収容部34は、TSが15%未満の第1の発酵原料を収容する。床下収容部34は、発酵室1と接続(連通)され、発酵室1内の第1の発酵原料等が落下して流入する。
<
The
床下収容部34は、例えば図10に示すように、床面12の鉛直下方に設けられ、床面12の一部が貫通して穿設された1以上の穿孔121を介して発酵室1と接続される。すなわち、発酵室1内を清掃する場合に、洗浄水が穿孔121を介して床下収容部34に落下して床下収容部34内に満たされるので、発酵室1内と床下収容部34内とを同時に洗浄して、洗浄水を床下収容部34から汲み出すことで、発酵室1内と床下収容部34内とを同時に清掃できる。この場合、メタン発酵システム100の清掃作業の所要時間を短縮化できる。これにより、メタン発酵システム100について清掃作業性の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 10, for example, the
床下収容部34の形状及び寸法は、第1の発酵原料を収容できる十分な空間を確保できれば任意であるが、例えば幅1~10m×高さ1~10m×奥行1~50mの略直方体である。
The shape and dimensions of the
<ガス回収パイプ7>
ガス回収パイプ7は、一端側が発酵室1の内部に配置され、他端側がガスポンプ8と接続される。ガス回収パイプ7は、例えば発酵室1内の函体部2に収容された第2の発酵原料の発酵により生成されたバイオガスを回収する。ガス回収パイプ7の材質としては、例えば樹脂製である。
<
One end of the
ガス回収パイプ7は、例えば第1水平方向Xに延長される基部から枝分かれした第1ガス回収パイプ71と第2ガス回収パイプ72とをさらに有してもよい。
The
<ガスポンプ8>
ガスポンプ8は、一端側がガス回収パイプ7と接続され、他端側がガス吹込みパイプ9と接続される。ガスポンプ8は、発酵室1からガス回収パイプ7に排出されたバイオガスをガス吹込みパイプ9に送る。ガスポンプ8としては、例えば公知のガス用ポンプが用いられる。
<
One end of the
<ガス吹込みパイプ9>
ガス吹込みパイプ9は、一端側がガスポンプ8と接続され、他端側が床下収容部34の内部に配置される。ガス吹込みパイプ9は、床下収容部34に収容された第1の発酵原料に対して、発酵室1から排出されたバイオガスを吹き込む。ガス吹込みパイプ9の材質としては、例えば樹脂製である。
<
One end of the
ガス吹込みパイプ9は、例えば第1水平方向Xに延長される基部から枝分かれした第1ガス吹込みパイプ91と第2ガス吹込みパイプ92とをさらに有してもよい。
The
すなわち、メタン発酵システム100は、収容部3(床下収容部34)が、函体部2により生成されたガスが供給される。すなわち、函体部2により生成されるバイオガスは、収容部3に収容される第1の発酵原料及び第1の発酵原料の発酵による生成物に接触し、バイオガス中の硫化水素及びアンモニアが溶出し得る。この場合、生成したバイオガスの脱硫処理及びアンモニア除去処理を行う機器を設ける必要がない。これにより、メタン発酵装置の小型化を図ることができる。また、生成されたバイオガス中の二酸化炭素も同様に溶出するため、メタン濃度が純化された、発熱量の高いバイオガスを生成することができる。これにより、ガスの運送・保管等に要するコストが低減されるなど、バイオガスの有用性向上を図ることができる。
In other words, in the
次に、本変形例のメタン発酵方法の詳細を説明する。図11~図14は、図10のB-B断面に対応するメタン発酵システムの動作の一例を示す模式断面図である。 Next, the details of the methane fermentation method of this modified example will be described. Figures 11 to 14 are schematic cross-sectional views showing an example of the operation of a methane fermentation system corresponding to the cross section B-B in Figure 10.
<事前準備>
事前準備として、例えば図11に示すように、床下収容部34に第1発酵原料Aを予め収容し、函体部2に第2発酵原料Bを予め収容する。第1発酵原料A中又は第2発酵原料B中には、メタン生成菌が予め存在する。ここで、床下収容部34に収容される第1発酵原料Aを第1発酵原料Alとする。
<Advance preparations>
11, for example, the first fermentation raw material A is stored in advance in the
ここで、函体部2は、例えば底板21に予め脚部24が取り付けられ、脚部24を介して床面12に設置されてもよい。このとき、底板21と床面12との間に空間が形成されるため、函体部2が分離孔23と穿孔121とが平面視で重なるように発酵室1内に配置されなくても、供給された第1発酵原料Aについて分離孔23を通過させることができる。
Here, the
また、作業者Uは、発酵室1内をメタン発酵が促進する嫌気性環境下とするために、開閉部11を開放した状態で第1発酵原料A及び第2発酵原料Bを収容した後に、開閉部11を閉塞して発酵室1を密閉し、必要に応じて発酵室1内を脱気(脱酸素)処理する。
In order to create an anaerobic environment in the
<原料供給工程>
原料供給工程において、メタン発酵システム100は、例えば図12に示すように、第1発酵原料Aについて送水ポンプ5を介して床下収容部34から排水パイプ4へ流動させて排水する。その後、メタン発酵システム100は、例えば排水パイプ4に排水された第1発酵原料Amを発酵室1上方に設置された第2散水パイプ62に送水する。ここで、第2散水パイプ62に送水される第1発酵原料Aを第1発酵原料Anとする。
<Raw material supply process>
In the raw material supply step, the
次に、メタン発酵システム100は、例えば第1発酵原料Anについて、第2散水パイプ62に穿設された図示しない散水孔を介して発酵室1内の上方から散水する。ここで、発酵室1内の上方から散水される第1発酵原料Aを第1発酵原料Aoとする。
Next, the
次に、メタン発酵システム100は、例えば図13に示すように、送水ポンプ5及び第2散水パイプ62を介して発酵室1内の上方から散水した第1発酵原料Aoの少なくとも一部を、予め第2発酵原料Bが収容された函体部2の内部に供給する。ここで、函体部2に供給される第1発酵原料Aを第1発酵原料Apとする。
Next, as shown in FIG. 13, the
このとき、第1発酵原料Apと接触した第2発酵原料Bは、メタン生成菌の作用によりメタン発酵が促進される。その結果、第2発酵原料Bが乾式メタン発酵され、函体部2内でバイオガスGa(G)及び消化液が生成される。函体部2内で第2発酵原料Bから生じたバイオガスGaは、発酵室1内を上方に移動し、発酵室1の上方に設けられたガス回収パイプ7に回収される。ここで、ガス回収パイプ7に回収されるバイオガスGをバイオガスGbとする。
At this time, the second fermentation raw material B that has come into contact with the first fermentation raw material Ap undergoes methane fermentation due to the action of the methanogens. As a result, the second fermentation raw material B undergoes dry methane fermentation, and biogas Ga (G) and digestive liquid are produced in the
その後、ガスポンプ8は、ガス回収パイプ7に回収されたバイオガスGbを、ガス吹込みパイプ9を介して床下収容部34に収容された第1発酵原料Alに吹き込む。ここで、床下収容部34に送られるバイオガスGをバイオガスGcとし、床下収容部34内の第1発酵原料Alに吹き込まれるバイオガスGをバイオガスGdとする。バイオガスGdは、第1発酵原料Alと接触して一部成分が溶出した後、穿孔121を通過して発酵室1内に流動し、その後、バイオガスGaとともに、又はバイオガスGaの代わりに、ガス回収パイプ7に回収される。
Then, the
<分離工程>
分離工程において、メタン発酵システム100は、例えば図14に示すように、第1発酵原料Apについて函体部2の底板21に予め穿設された分離孔23を通過させて、函体部2よりも下方の床下収容部34に落下させる。ここで、分離孔23を通過する途中の第1発酵原料Aを第1発酵原料Aqとし、分離孔23を通過して床面12上を流動する第1発酵原料Aを第1発酵原料Arとし、床面12から穿孔121を通過して床下収容部34に落下する第1発酵原料Aを第1発酵原料Asとする。
<Separation step>
14, the
また、函体部2の内部で乾式メタン発酵した第2発酵原料Bから生じた消化液は、第1発酵原料Aqと同様に、分離孔23を通過して床面12上を流動し、穿孔121を通過して床下収容部34に流下する。床下収容部34に流下した消化液は、第1発酵原料Asとともに、又は第1発酵原料Asの代わりに、床下収容部34から排出され、排水パイプ4、送水ポンプ5、及び第2散水パイプ62を介して発酵室1内上方から散水され、函体部2に供給される。
The digestive liquid generated from the second fermentation raw material B that has undergone dry methane fermentation inside the
このとき、床下収容部34では、函体部2から第1発酵原料A及び消化液の流下が繰り返されて第1発酵原料Aが攪拌され、その結果、第1発酵原料Aの湿式メタン発酵が促進され、床下収容部34内でバイオガス及び消化液が生成される。床下収容部34内で第1発酵原料Aから生じたバイオガスは、発酵室1内を上方に移動し、発酵室1の上方に設けられたガス回収パイプ7に回収される。
At this time, in the
床下収容部34において生成される消化液は、床下収容部34よりも上方の函体部2に供給された後、床下収容部34に流下する。この場合、メタン発酵を促進するために発酵原料等を攪拌する攪拌器を設ける必要がない。これにより、メタン発酵システム100の小型化を図ることができる。また、床下収容部34において生成される消化液は、函体部2に収容される第2発酵原料B及び第2発酵原料Bの発酵による生成物との接触により、溶出したNPK成分をより多く含み得る。このため、NPK成分の含有量が向上し、より良質なバイオ液肥として活用することができる。これにより、液肥施用に伴う労力が省力化されるなど、液肥の有用性向上を図ることができる。
The digestive fluid generated in the
本実施形態によれば、メタン発酵システム100は、発酵室1の床面12よりも下方に設けられた収容部3に収容された第1発酵原料7が供給されたとき分離孔23を通過させて落下させることにより第2発酵原料8と分離する函体部2を備える。このため、高含水の第2発酵原料8の荷崩れ及び発酵室1内へのこびりつきを抑制できる。これにより、メタン発酵システム100について高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室1の清掃作業性の向上を図ることができる。
According to this embodiment, the
また、本実施形態によれば、収容部3に収容された第1発酵原料7が供給されたとき上位分離孔23’を通過させて落下させることにより収容された第2発酵原料8’と分離する上位函体部2’と、上位函体部2’から落下した第1発酵原料7が供給されたとき下位分離孔23’’を通過させて落下させることにより収容された第2発酵原料8’’と分離する下位函体部2’’と、を備える。このため、函体部2の容積によらず大量の発酵原料を効率よく発酵させることができる。これにより、メタン発酵システム100についてバイオガスの製造性の向上を図ることができる。
In addition, according to this embodiment, the upper box section 2' separates the first fermentation
また、本実施形態によれば、収容部3は、函体部2により生成されたバイオガスGが供給される。すなわち、函体部2により生成されるバイオガスGは、収容部3に収容される第1発酵原料A及び第1発酵原料Aの発酵による生成物に接触し、バイオガスG中の硫化水素及びアンモニアが溶出し得る。このため、生成したバイオガスGの脱硫処理及びアンモニア除去処理を行う機器を設ける必要がない。これにより、メタン発酵装置の小型化を図ることができる。また、生成されたバイオガスG中の二酸化炭素も同様に溶出するため、メタン濃度が純化された、発熱量の高いバイオガスGを生成することができる。これにより、ガスの運送・保管等に要するコストが低減されるなど、バイオガスGの有用性向上を図ることができる。
According to this embodiment, the
また、本実施形態によれば、メタン発酵方法は、発酵室1の床面12よりも下方に設けられた収容部3に収容された第1発酵原料7を、第2発酵原料8が収容された函体部2に供給する原料供給工程と、供給された第1発酵原料7について分離孔23を通過させて落下させることにより第2発酵原料8と分離する分離工程と、を有する。このため、高含水の第2発酵原料8の荷崩れ及び発酵室内へのこびりつきを抑制できる。これにより、メタン発酵システム100について高含水固体バイオマスの搬出作業性及び発酵室1の清掃作業性の向上を図ることができる。
According to this embodiment, the methane fermentation method includes a raw material supplying process in which the first fermentation
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
100 メタン発酵システム
1 発酵室
11 開閉部
12 床面
121 穿孔
13 壁面
14 天井
2 函体部
2’ 上位函体部
2’’ 下位函体部
21、21’、21’’ 底板
22、22’、22’’ 側板
23、23’、23’’ 分離孔
24 脚部
3 収容部
31、32、33 収容部
34 床下収容部
4 排水パイプ
5 送水ポンプ
6 散水パイプ
61、62、63、64、65 散水パイプ
7、71、72 ガス回収パイプ
8 ガスポンプ
9、91、92 ガス吹込みパイプ
A、Aa~As 第1発酵原料
B、B’、B’’ 第2発酵原料
G、Ga~Gd バイオガス
T ガス採集タンク
O 開口部
U 作業者
100
Claims (4)
前記発酵室の床面よりも下方に設けられ、TS(固形物濃度)が15%未満の第1発酵原料を収容する収容部と、
前記発酵室内に設置され、TSが15%以上の第2発酵原料を収容する函体部と、
を備え、
前記函体部は、前記収容部に収容された前記第1発酵原料が供給されて前記第2発酵原料と接触したとき、前記第1発酵原料の少なくとも一部を底板に穿設された分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離すること
を特徴とするメタン発酵システム。 The fermentation room and
A storage section that is provided below the floor surface of the fermentation chamber and stores a first fermentation raw material having a TS (solid concentration) of less than 15%;
A box portion installed in the fermentation chamber and accommodating a second fermentation raw material having a TS of 15% or more;
Equipped with
The methane fermentation system is characterized in that, when the first fermentation raw material contained in the storage section is supplied and comes into contact with the second fermentation raw material, the box section separates at least a portion of the first fermentation raw material from the second fermentation raw material by dropping it through a separation hole formed in a bottom plate.
前記上位函体部は、前記収容部に収容された前記第1発酵原料が供給されて前記第2発酵原料と接触したとき、前記第1発酵原料の少なくとも一部を前記上位函体部の底板に穿設された上位分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離し、
前記下位函体部は、前記上位函体部から落下した前記第1発酵原料が供給されて前記第2発酵原料と接触したとき、前記第1発酵原料の少なくとも一部を前記下位函体部の底板に穿設された下位分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離すること
を特徴とする請求項1に記載のメタン発酵システム。 The case includes an upper case and a lower case, each of which accommodates the second fermentation raw material;
When the first fermentation raw material contained in the storage section is supplied and comes into contact with the second fermentation raw material, the upper case portion separates at least a portion of the first fermentation raw material from the second fermentation raw material by dropping the first fermentation raw material through an upper separation hole formed in a bottom plate of the upper case portion,
The methane fermentation system of claim 1, characterized in that when the first fermentation raw material dropped from the upper box section is supplied and comes into contact with the second fermentation raw material, the lower box section separates at least a portion of the first fermentation raw material from the second fermentation raw material by dropping it through a lower separation hole drilled in a bottom plate of the lower box section.
前記収容部は、前記函体部により生成された前記バイオガスが供給されること
を特徴とする請求項1又は2に記載のメタン発酵システム。 The housing portion is supplied with the first fermentation raw material to generate biogas,
The methane fermentation system according to claim 1 or 2, wherein the storage section is supplied with the biogas produced by the box section.
前記原料供給工程により前記函体部に供給されて前記第2発酵原料と接触した前記第1発酵原料のうち少なくとも一部を、前記函体部の底板に穿設された分離孔を通過させて落下させることにより前記第2発酵原料と分離する分離工程と、
を有すること
を特徴とするメタン発酵方法。 A raw material supplying step of supplying the first fermentation raw material accommodated in an accommodation section that is provided below the floor surface of the fermentation chamber and accommodates a first fermentation raw material having a TS of less than 15% to a box section that is provided in the fermentation chamber and accommodates a second fermentation raw material having a TS of 15% or more;
A separation process in which at least a portion of the first fermentation raw material that has been supplied to the box section by the raw material supply process and contacted with the second fermentation raw material is dropped through a separation hole formed in a bottom plate of the box section to separate it from the second fermentation raw material;
The methane fermentation method according to claim 1,
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