JP2012110833A - メタン発酵前処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可溶化槽までで微細化してスクリーンを通過してしまう砂、貝殻、卵の殻、骨片等の比較的小さな発酵不適物を可溶化液から除去することを可能にしたメタン発酵前処理装置を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物Ｓ１をメタン発酵処理する際の前処理に用いるメタン発酵前処理装置Ａであって、有機性廃棄物Ｓ３を可溶化処理する可溶化槽４と、可溶化槽４で有機性廃棄物Ｓ３を可溶化処理してなる可溶化液Ｓ４を通過させることにより、可溶化液Ｓ４に含まれる発酵不適物を除去する第１固液分離手段のスクリーン５と、スクリーン５で処理した後の可溶化液Ｓ６を受け入れるとともに可溶化液Ｓ６に遠心力を作用させて可溶化液Ｓ６に含まれる発酵不適物を分離する液体サイクロン１０及び液体サイクロン１０で分離した発酵不適物を受け入れて脱水処理する水切装置１１、１３を有する第２固液分離手段７とを備えて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生ごみ、水産加工廃棄物等の有機性廃棄物をメタン発酵処理する際の前処理に用いるメタン発酵前処理装置に関する。

従来、生ごみ、水産加工廃棄物等の有機性廃棄物（バイオマス原料）をメタン発酵処理する際には、メタン発酵効率を向上させるため、有機性廃棄物を発酵しやすいように可溶化（スラリー化）する処理を行う。

また、この前処理工程はメタン発酵前処理装置を用いて行われ、このメタン発酵前処理装置は、例えば、粗破砕機、微破砕機、選別機、可溶化槽、スクリーン（第１固液分離手段）を備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、前処理工程では、有機性廃棄物を粗破砕機、微破砕機で順に裁断した後、回転式や篩式などの選別機によって有機性廃棄物から大きな発酵不適物（発酵不適物の一部）を粗選別除去し、処理後の有機性廃棄物を可溶化槽に送る。次に、可溶化槽で有機性廃棄物を加熱しながら可溶化処理し、スラリー状の可溶化液をスクリーンに通過させ、このスクリーンによって可溶化液に含まれる発酵不適物を捕捉除去する。そして、このようにメタン発酵前処理装置で処理した可溶化液をメタン発酵槽に供給し、メタン発酵工程を行ってメタンガスを生産する。

特許第３７１０９３８号公報

一方、生ごみ等の有機性廃棄物には、ビニル、プラスチック、布（繊維）、割り箸、貝殻、骨、種、砂などの発酵不適物が混在している。そして、前処理ではこのような発酵不適物を除去しつつ可溶化して可溶化液（発酵原料）を生成するが、上記従来のメタン発酵前処理装置では、選別機で発酵不適物を粗選別除去し、また、可溶化槽で発酵不適物を沈殿又は浮上させて分離除去し、さらに、可溶化槽からメタン発酵槽の間に設けたスクリーンを通過させることにより可溶化液から発酵不適物を捕捉除去するようにしている。

しかしながら、このメタン発酵前処理装置においては、発酵不適物を選別機や可溶化槽、スクリーンによって高効率で除去しようとすると、発酵不適物とともに可溶化液（発酵原料）の多くも分離されてしまい、可溶化液が極端に減少する。従来、数ｍｍ〜数十ｍｍ（例えば６ｍｍ〜１０ｍｍ程度）の大きな網目のスクリーンを使用するようにしているため、可溶化槽までで相当部分が微細化する砂、貝殻、卵の殻、骨片等の比較的小さな発酵不適物は、スクリーンを通過することになる。

そして、このように発酵不適物が系外に排出されず、可溶化槽からメタン発酵槽に流入することによって、メタン発酵槽及びそれ以後の工程（水処理など）で、槽内や配管、撹拌機、ポンプなどの機器に対し、発酵不適物の堆積、閉塞、摩耗などの機械的トラブルが生じる場合があった。また、系外に排出されず、発酵不適物が大量に系内に蓄積すると、メタン発酵機能が低下する。

さらに、可溶化槽の定期清掃やメタン発酵槽からの発酵不適物の排除などを行うために運転を休止する頻度が多くなり、また、このような作業を行っても完全に系内の発酵不適物を除去しきれない場合があった。特に、貝殻、卵の殻などは、含有するカルシウム分がスケールとして系内に蓄積しやすく、また、系内から除去しにくく、運転の障害になっている。

本発明のメタン発酵前処理装置は、有機性廃棄物をメタン発酵処理する際の前処理に用いるメタン発酵前処理装置であって、前記有機性廃棄物を可溶化処理する可溶化槽と、前記可溶化槽で前記有機性廃棄物を可溶化処理してなる可溶化液を通過させることにより、前記可溶化液に含まれる発酵不適物を除去する第１固液分離手段のスクリーンと、前記スクリーンで処理した後の可溶化液を受け入れるとともに該可溶化液に遠心力を作用させて前記可溶化液に含まれる発酵不適物を分離する液体サイクロン及び該液体サイクロンで分離した発酵不適物を受け入れて脱水処理する水切装置を有する第２固液分離手段とを備えて構成されていることを特徴とする。

この発明においては、第１固液分離手段のスクリーンによって可溶化液から発酵不適物を除去した後、液体サイクロン及び水切装置を有する第２固液分離手段によって可溶化液から発酵不適物を除去することができる。これにより、可溶化槽までで微細化してスクリーンを通過してしまう砂、貝殻、卵の殻、骨片等の比較的小さな発酵不適物を第２固液分離手段によって可溶化液から除去することが可能になる。

また、本発明のメタン発酵前処理装置においては、前記液体サイクロンで分離した可溶化液を受け入れて可溶化処理する再可溶化槽を備えるとともに、前記再可溶化槽から一部の可溶化液を前記可溶化槽に返送するように構成されていることが望ましい。

この発明においては、第２固液分離手段の液体サイクロンで分離した可溶化液を再可溶化槽に送り、その可溶化液の一部を再可溶化槽から可溶化槽に返送して循環させる。そして、この循環によって可溶化液に含まれる発酵不適物の除去を繰り返し行うことができ、発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。また、再可溶化槽で可溶化液（発酵原料）のさらなる可溶化を進めることができるとともに、ポンプなどによって再可溶化槽から可溶化槽に返送して可溶化液を循環させることによって可溶化を促進させることが可能になる。

また、第２固液分離手段で処理した後の可溶化液が再可溶化槽から可溶化槽に返送されるため、可溶化槽から第１固液分離手段のスクリーン、さらに第２固液分離手段の液体サイクロンに送られる可溶化液の見かけ上の発酵不適物濃度を低下させることでき、また、可溶化液の流動性を改善することができ、発酵不適物の除去を容易にすることができる。さらに、第２固液分離手段で処理した後の可溶化液を再可溶化槽から可溶化槽に返送することで、可溶化槽の容量を最小限にとどめることができ、可溶化槽でのスカム浮上や沈殿によるトラブルリスクを低減させることが可能になる。

さらに、本発明のメタン発酵前処理装置においては、前記第１固液分離手段のスクリーンで除去した発酵不適物と、前記第２固液分離手段で除去した発酵不適物とを受け入れて脱水処理する脱水機を備えていることがより望ましい。

この発明においては、第２固液分離手段で除去した沈降性の発酵不適物と、第１固液分離手段のスクリーンで除去した浮上性及び沈降性の発酵不適物とを脱水機で脱水処理することにより、これら発酵不適物に含まれた可溶化液（発酵原料）を分離し、可溶化槽に戻すことができる。これにより、発酵不適物を高効率で除去しつつ可溶化液の減少を抑えることが可能になる。また、発酵不適物から水分を除去して発酵不適物を減容化することができ、その処分を容易にすることが可能になる。

また、本発明のメタン発酵前処理装置においては、前記可溶化槽と前記スクリーンの間に破砕ポンプを備え、前記破砕ポンプの駆動によって、前記可溶化槽から可溶化液を破砕処理しながら前記スクリーンに送り、且つ、可溶化液の一部を前記破砕ポンプから前記可溶化槽に、あるいは前記スクリーンから前記可溶化槽に返送するように構成されていることがさらに望ましい。

この発明においては、破砕ポンプによって可溶化液を可溶化槽からスクリーンに破砕処理しながら送ることで、可溶化液の可溶化を促進させることができるとともに、可溶化液に含まれる発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。また、可溶化液の一部を破砕ポンプから可溶化槽に、あるいはスクリーンから可溶化槽に返送することにより、確実に、可溶化液の可溶化を促進させることができるとともに、可溶化液に含まれる発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。

さらに、本発明のメタン発酵前処理装置においては、前記可溶化槽が、前記有機性廃棄物を受け入れて可溶化する可溶化部と、前記可溶化部で前記有機性廃棄物を可溶化処理してなる可溶化液を前記可溶化部からオーバーフローさせて受け入れる調整部とを備えるとともに、駆動によって、前記可溶化部内の可溶化液を吸引し、破砕処理しながら前記可溶化部に返送する破砕ポンプを備えていてもよい。

この発明においては、可溶化槽の可溶化部によって有機性廃棄物を可溶化し、この可溶化部から調整部に可溶化液をオーバーフローさせることで、沈降性の発酵不適物（一部の発酵不適物）を可溶化部に留め、この沈降性の発酵不適物を除去した可溶化液を調整部で一時的に貯留し、沈降性の発酵不適物を除去した可溶化液を調整部からスクリーンに送ることができる。そして、このように可溶化部から調整部に可溶化液をオーバーフローさせるように構成することで、可溶化に寄与する滞留時間を一定に保って安定的に可溶化処理を行うことが可能になる。また、発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。

さらに、破砕ポンプの駆動によって、可溶化部内の可溶化液を吸引し、破砕処理しながら可溶化部に返送して循環させることにより、可溶化液の可溶化を促進させることができるとともに、確実に、可溶化に寄与する滞留時間を一定に保って安定的に可溶化処理を行うことが可能になる。

また、本発明のメタン発酵前処理装置において、前記水切装置は、前記液体サイクロンで分離した発酵不適物を沈降性不適物濃縮液として受け入れ、さらに発酵不適物を重力沈降させて再濃縮する重力分離装置と、前記液体サイクロンから前記沈降性不適物濃縮液を前記重力分離装置に定量排出させる濃縮液定量排出装置と、前記重力分離装置で再濃縮した発酵不適物をパイプ内に受け入れ、前記パイプ内を移動するブレードによって搬送して排出させる不適物排出装置とを備えて構成されていることが望ましい。

この発明においては、濃縮液定量排出装置によって重力分離装置に沈降性不適物濃縮液を液体サイクロンから定量供給（排出）することができ、重力分離装置によって沈降性不適物濃縮液中の発酵不適物を濃縮し、沈降性不適物濃縮液を液体成分と発酵不適物に分離することができ、不適物排出装置によって脱水処理後の発酵不適物を搬送して系内から排出することができる。そして、例えば重力分離装置からオーバーフローさせるなどして分離排出した沈降性不適物濃縮液の液体成分を可溶化槽に返送するように構成すると、さらに発酵不適物を高効率で除去しつつ可溶化液の減少を抑えることが可能になる。また、このように構成した水切装置によって処理することで発酵不適物を確実に減容化することができ、その処分を容易にすることが可能になる。

さらに、本発明のメタン発酵前処理装置においては、前記不適物排出装置のブレードに、前記パイプ内の発酵不適物を掻き揚げつつ搬送するためのブラシが取り付けられていてもよい。

この発明においては、ブレードだけではパイプ内の発酵不適物を掻き揚げて搬送しにくい場合に、ブレードにブラシを取り付けることによって、発酵不適物を掻き揚げて確実に搬送することができ、好適に発酵不適物を排出することが可能になる。

本発明のメタン発酵前処理装置においては、可溶化槽までで微細化してスクリーンを通過してしまう砂、貝殻、卵の殻、骨片等の比較的小さな発酵不適物を第２固液分離手段によって可溶化液から除去することが可能になる。

これにより、発酵不適物を除去した好適な状態の可溶化液（発酵原料）をメタン発酵槽に供給することができ、メタン発酵槽及びそれ以後の工程で、槽内や配管、撹拌機、ポンプなどの機器に対し、発酵不適物の堆積、閉塞、摩耗などの機械的トラブルが生じることを防止できる。また、系外に排出されず、発酵不適物が大量に系内に蓄積することがないため、従来と比較し、メタン発酵機能を向上させ、メタンガスの製造歩掛りを向上させることが可能になる。さらに、可溶化槽の定期清掃やメタン発酵槽からの発酵不適物の排除などを行うために運転を休止する頻度を少なくすることも可能になる。

本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置の第２固液分離手段を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置の第２固液分離手段のパイプコンベア（水切装置）の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置の第２固液分離手段のパイプコンベア（水切装置）の変形例を示す側断面図である。 パイプコンベア（水切装置）のブレードに取り付けるブラシを示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置の第２固液分離手段のパイプコンベア（水切装置）の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置の変形例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置の変形例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るメタン発酵前処理装置を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るメタン発酵前処理装置の変形例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るメタン発酵前処理装置の変形例を示すブロック図である。

以下、図１から図６を参照し、本発明の第１実施形態に係るメタン発酵前処理装置について説明する。ここで、本実施形態は、生ごみ、水産加工廃棄物等の有機性廃棄物（バイオマス原料）をメタン発酵処理する際の前処理に用いるメタン発酵前処理装置に関するものである。

本実施形態のメタン発酵前処理装置Ａは、図１に示すように、有機性廃棄物（以下、廃棄物という）Ｓ１を受け入れる受入ホッパ１と、破砕機２（２ａ、２ｂ）と、選別機３と、可溶化槽４と、第１固液分離手段５と、脱水機６と、第２固液分離手段７とを備えて構成されている。

破砕機２は、受入ホッパ１から供給された廃棄物Ｓ１を破砕処理するためのものであり、本実施形態では、粗破砕機２ａと微破砕機２ｂによって２段階破砕を行うように構成されている。例えば、粗破砕機２ａでは、破砕後の粒径が２００ｍｍ以下となるようにし、その後さらに細かく破砕する微破砕機２ｂでは、破砕後の粒径が５０ｍｍ以下となるようにする。

ここで、廃棄物Ｓ１の種類は多種多様であるため、破砕機２は、必ずしも本実施形態のように限定されるものではなく、持ち込まれる廃棄物Ｓ１の形態に応じて、その数、種類、組み合わせなどを適宜選定すればよい。例えば、大型の固形生ごみを多く含むような場合には、粗破砕機２ａとして２軸破砕手段又はハンマー破砕手段等を用い、微破砕機２ｂとして２軸破砕手段を用いことが好ましい。また、繊維分などが少ない生ごみの場合には、例えば圧縮破砕手段を用いることが好ましい。また、水分が少ない生ごみの場合には、例えばパルパー手段を用いることが好ましい。

選別機３は、例えば回転ドラム式、篩式などの選別機であり、破砕機２で破砕処理した廃棄物Ｓ２に混入しているビニル等の大きな発酵不適物（粗不適物）を粗選別する。

可溶化槽４は、選別機３で粗選別処理して一部の発酵不適物を除去した後の廃棄物Ｓ３を例えば水分量８５％以上の所定の水分量になるように可溶化（スラリー化）するためのものである。また、この可溶化槽４は、選別機３から送られた廃棄物Ｓ３を加温装置８で加熱しつつ撹拌することにより可溶化し、可溶化液（発酵原料）Ｓ４を生成するように構成されている。また、加温装置８は、例えば、廃棄物Ｓ３に蒸気を吹き込んで加熱するように構成されていたり、循環させた廃棄物Ｓ３を熱交換によって加熱するように構成されている。そして、本実施形態では、このような加温装置８によって４０℃程度になるように加熱して廃棄物Ｓ３を可溶化し、可溶化液Ｓ４を生成するように構成されている。

第１固液分離手段５は、可溶化液Ｓ４中に残留して含まれる比較的大きなビニル等の発酵不適物を除去するためのものである。そして、本実施形態において、この第１固液分離手段５は、例えば目開きが１〜２０ｍｍ程度、好ましくは１０〜１２ｍｍ程度のスクリーンとされ、ポンプ９の駆動とともに可溶化槽４から可溶化液Ｓ４を送液して通過させることにより、可溶化液Ｓ４中の発酵不適物の一部を捕捉除去する。

スクリーン５としては、例えばドラムスクリーン、シーブ等を用いることができる。また、可溶化液Ｓ４を通過させるスクリーン５の網部としては、例えば、織金網（金属線を織り込んでなる金網）、パンチングメタル（金属を主体とした素材に孔をあけて加工してなるスクリーン）、ウェッジワイヤ（逆三角形の断面をして異形線を等間隔に並べて目（スリット）を形成したスクリーン）等を用いるようにすればよい。

脱水機６は、スクリーン５で捕捉除去した発酵不適物を受け入れ、この発酵不適物を脱水処理するように設けられている。また、本実施形態では、この脱水機６で脱水処理して得た可溶化液Ｓ５を可溶化槽４に返送するように構成されている。

第２固液分離手段７は、可溶化槽４までで微細化して第１固液分離手段５のスクリーンを通過してしまう砂、貝殻、卵の殻、骨片等の比較的小さな発酵不適物を除去するためのものである。そして、本実施形態において、この第２固液分離手段７は、図１及び図２（ａ）に示すように、液体サイクロン１０と水切装置２７とを備えて構成されている。また、水切装置２７は、ロータリーバルブ（濃縮液定量排出装置）１２と、水切タンク（重力分離装置）１３と、パイプコンベア（不適物排出装置）１１とを備えて構成されている。

液体サイクロン１０は、スクリーン５を通過し、ポンプ３６の駆動とともに可溶化液Ｓ６を受け入れ、遠心力を作用させることによって、可溶化液Ｓ７と、この可溶化液Ｓ７に含まれた発酵不適物とを分離する。

そして、第２固液分離手段７は、液体サイクロン１０によって分離された沈降性の発酵不適物を含む沈降性不適物濃縮液が、液体サイクロン１０の下部に設置された水切装置２７のロータリーバルブ１２、水切タンク１３を通してパイプコンベア１１に排出されるように構成されている。すなわち、水切装置２７は、液体サイクロン１０とロータリーバルブ１２が密閉状態で接続し、ロータリーバルブ１２の下部の水切タンク１３内で一旦大気解放され、液体サイクロン１０の下部から排出される沈降性不適物濃縮液を水切タンク１３に供給する。また、水切タンク１３とパイプコンベア１１とは再び密閉状態で接続し、水切タンク１３で受け入れた沈降性不適物濃縮液が更に沈殿濃縮したものをパイプコンベア１１で受け入れるように構成されている。また、水切タンク１３には、液をオーバーフローで排出する排水口２１が設けられている。

また、パイプコンベア１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、円筒状のパイプ１５と、複数のブレード１６と、牽引体１７と、駆動装置１８と、排出口２０を備えて構成されている。パイプ１５は、高低差をつけて配置され、排出口２０は少なくとも水切タンク１３の排水口２１のオーバーフロー位置よりも高い位置に配置されている。そして、複数のブレード１６は、貫通孔を備えて形成されるとともに牽引体１７で連結してパイプ１５の内部に配置され、駆動装置１８の駆動によって牽引体１７を牽引するとともにパイプ１５の内部を移動するように設けられている。

次に、上記構成からなる本実施形態のメタン発酵前処理装置Ａを用いて有機性廃棄物（バイオマス原料）Ｓ１の前処理を行う方法について説明するとともに、本実施形態のメタン発酵前処理装置Ａの作用及び効果について説明する。

はじめに、生ごみ等の廃棄物Ｓ１を受入ホッパ１に投入し、粗破砕機２ａ、微破砕機２ｂで順次廃棄物Ｓ１を破砕する。そして、所定の粒径以下になるように破砕した廃棄物Ｓ２を選別機３に送り、この選別機３で廃棄物Ｓ２に混入しているビニル等の大きな発酵不適物を粗選別するとともに、粗不適物を除去した廃棄物Ｓ３を可溶化槽４に送る。

次に、可溶化槽４において、廃棄物Ｓ３を加温装置８で加熱しつつ撹拌することにより可溶化し、可溶化液Ｓ４を生成する。また、ポンプ９を駆動して可溶化槽４から可溶化液Ｓ４をスクリーン５に送り、スクリーン５を通過させることで、可溶化液Ｓ４に含まれる比較的大きなビニル等の発酵不適物を捕捉除去する。このとき、スクリーン５で捕捉した発酵不適物を脱水機６で脱水処理し、この脱水処理で得た可溶化液Ｓ５を可溶化槽４に返送する。これにより、発酵原料の可溶化液Ｓ５が系内に戻され、可溶化液Ｓ７が減少することを抑えることが可能になる。ちなみに、可溶化液は、低濃度で数千ｃｐ、高濃度で数万ｃｐの粘性を有している。

一方、スクリーン５を通過した可溶化液Ｓ６には、可溶化槽４までで相当部分が微細化する砂、貝殻、卵の殻、骨片等の比較的小さな発酵不適物がスクリーン５で捕捉されずに残留している。

これに対し、本実施形態では、このような発酵不適物が残留して含まれた可溶化液Ｓ６をポンプ３６の駆動によって第２固液分離手段７の液体サイクロン１０に送る。そして、可溶化液Ｓ７と、この可溶化液Ｓ７に含まれた比較的小さな発酵不適物とを分離する。分離した発酵不適物は、ロータリーバルブ１２を通じ、沈降性不適物濃縮液として水切タンク１３に排出される。水切タンク１３で一旦大気開放された沈降性不適物濃縮液は、水切タンク１３内で更に重力沈降して再濃縮され、発酵不適物を含まない液分が排水口２１から排水され、再濃縮された発酵不適物は水切タンク１３下部からパイプコンベア１１に排出される。このパイプコンベア１１において、駆動装置１８の駆動により牽引体１７を牽引し、ブレード１６がパイプ１５内を移動すると、沈降性不適物濃縮液に含まれる発酵不適物は、排出口２０まで移送されて排出される。また、水切タンク１３の排水口２１から排出された沈降性不適物濃縮液の液体成分（可溶化液Ｓ８）は、本実施形態では、可溶化槽４に返送される。これにより、発酵原料の可溶化液Ｓ８が系内に戻され、可溶化液Ｓ７が減少することを抑えることが可能になる。

ここで、図３から図６に示すように、ブレード１６の表面にブラシ１９を単数または複数取り付けて構成し、パイプコンベア１１のパイプ１５内の発酵不適物を効率よく且つ確実にブラシ１９で掻き揚げて搬送できるようにしてもよい。このとき、例えば、ブラシ１９は、円筒状の取付部２２と、取付部２２の側面に一体に取り付けられたワイヤーブラシからなる捕捉部２３とを備えて構成することが好ましい。また、捕捉部２３は、パイプ１５の内面に内接し、牽引体１７が配される位置に切り込み２４を設けて形成することが好ましい。そして、このように構成したブラシ１９は、ブレード１６に設けられた貫通孔と取付部２２の内孔にボルト２５を挿通し、ナット２６で固定することにより、ブレード１６に取り付けられる。このとき、牽引体１７と捕捉部２３が干渉しないように、牽引体１７が捕捉部２３の切り込み２４部分に配置される。なお、図６に示すように、取付部２２の側面に扇状の捕捉部２３を設けてパイプコンベア１１を構成してもよい。

一方、液体サイクロン１０によって処理した後の可溶化液Ｓ７がメタン発酵槽（メタン発酵工程）に送られ、この可溶化液Ｓ７を発酵原料にしてメタン発酵（メタンガス（バイオ燃料）の生産）が行われる。

このため、発酵不適物を除去した好適な状態の可溶化液Ｓ７がメタン発酵槽に供給されることになり、メタン発酵槽及びそれ以後の工程で、槽内や配管、撹拌機、ポンプなどの機器に対し、発酵不適物の堆積、閉塞、摩耗などの機械的トラブルが生じることがない。

したがって、本実施形態のメタン発酵前処理装置Ａにおいては、第１固液分離手段５のスクリーンによって可溶化液Ｓ４から発酵不適物を除去した後、液体サイクロン１０及び水切装置１１、１３を有する第２固液分離手段７によって可溶化液Ｓ６から発酵不適物を除去することができる。これにより、可溶化槽４までで微細化してスクリーン５を通過してしまう砂、貝殻、卵の殻、骨片等の比較的小さな発酵不適物を第２固液分離手段７によって可溶化液Ｓ６から除去することが可能になる。

よって、本実施形態のメタン発酵前処理装置Ａによれば、発酵不適物を除去した好適な状態の可溶化液（発酵原料）Ｓ７をメタン発酵槽に供給することができ、メタン発酵槽及びそれ以後の工程で、槽内や配管、撹拌機、ポンプなどの機器に対し、堆積、閉塞、摩耗などの機械的トラブルが生じることを防止できる。また、系外に排出されず、発酵不適物が大量に系内に蓄積することがないため、従来と比較し、メタン発酵機能を向上させ、メタンガスの製造歩掛りを向上させることが可能になる。さらに、可溶化槽４の定期清掃やメタン発酵槽からの発酵不適物の排除などを行うために運転を休止する頻度を少なくすることも可能になる。

また、本実施形態のメタン発酵前処理装置Ａにおいては、水切装置２７が水切タンク（重力分離装置）１３と、ロータリーバルブ（濃縮液定量排出装置）１２と、パイプコンベア（不適物排出装置）１１とを備えて構成されている。これにより、ロータリーバルブ１２によって水切タンク１３に沈降性不適物濃縮液を液体サイクロン１０から定量供給（排出）することができ、水切タンク１３によって沈降性不適物濃縮液中の発酵不適物を濃縮し、沈降性不適物濃縮液を液体成分と発酵不適物に分離することができる。また、パイプコンベア１１によって脱水処理後の発酵不適物を搬送して系内から排出することができる。そして、水切タンク１３からオーバーフローさせて分離排出した沈降性不適物濃縮液の液体成分を可溶化槽４に返送することで、さらに発酵不適物を高効率で除去しつつ可溶化液の減少を抑えることが可能になる。また、このように構成した水切装置２７によって処理することで発酵不適物を確実に減容化することができ、その処分を容易にすることが可能になる。

さらに、パイプコンベア１１のブレード１６に、パイプ１５内の発酵不適物を掻き揚げつつ搬送するためのブラシ１９を取り付けることによって、ブレード１６だけではパイプ１５内の発酵不適物を掻き揚げて搬送しにくい場合に、発酵不適物を掻き揚げて確実に搬送することができ、好適に発酵不適物を排出することが可能になる。

以上、本発明に係るメタン発酵前処理装置の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１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、本実施形態では、メタン発酵前処理装置Ａが受入ホッパ１と破砕機２と選別機３と可溶化槽４と第１固液分離手段５と脱水機６と第２固液分離手段７とを備えて構成されているものとしたが、本発明に係るメタン発酵前処理装置においては、少なくとも可溶化槽４と第１固液分離手段５と第２固液分離手段７を備えて構成されていればよく、これら構成要素４、５、７を備えていれば、本実施形態の作用効果を得ることが可能である。

また、図７に示すように、第２固液分離手段７の液体サイクロン１０で分離した可溶化液Ｓ７を受け入れる再可溶化槽３０を設け、再可溶化槽３０から一部の可溶化液Ｓ９をポンプ３１で可溶化槽４に返送するようにしてもよい。この場合には、本実施形態の作用効果に加え、一部の可溶化液Ｓ９を再可溶化槽３０から可溶化槽４に返送して循環させることにより、発酵不適物の除去を循環によって繰り返し行うことが可能になる。このため、発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。

また、液体サイクロン１０で分離した可溶化液Ｓ７を再可溶化槽３０に送り、加温装置３２によって再可溶化槽３０内の可溶化液Ｓ７を加熱することで、さらなる可溶化を進めることができる。さらに、このように再可溶化槽３０で可溶化液Ｓ７のさらなる可溶化を進めることができるとともに、ポンプ３１などによって再可溶化槽３０から可溶化槽４に返送して可溶化液Ｓ９を循環させることによっても可溶化を促進させることが可能になる。

また、第２固液分離手段７によって発酵不適物の除去処理を施した可溶化液Ｓ７が再可溶化槽３０から可溶化槽４に返送されるため、可溶化槽４からスクリーン５、第２固液分離手段７の液体サイクロン１０に送られる可溶化液Ｓ４、Ｓ６の見かけ上の発酵不適物濃度を低下させることでき、また、可溶化液Ｓ４、Ｓ６の流動性を改善することができる。これにより、発酵不適物の除去を容易にすることができる。さらに、第２固液分離手段７によって発酵不適物の除去処理を施した可溶化液Ｓ７を再可溶化槽３０から可溶化槽４に返送することで、可溶化槽４の容量を最小限にとどめることができ、可溶化槽４でのスカム浮上や沈殿によるトラブルリスクを低減させることも可能になる。

また、図８に示すように、第１固液分離手段５のスクリーンで除去した発酵不適物と、第２固液分離手段７で除去した発酵不適物とを受け入れて、脱水機６で脱水処理を施すようにしてもよい。この場合には、第２固液分離手段７で除去した沈降性の発酵不適物と、第１固液分離手段５のスクリーンで除去した浮上性及び沈降性の発酵不適物とを脱水機６で脱水処理することにより、これら発酵不適物に含まれた可溶化液（発酵原料）Ｓ５を可溶化槽４に戻すことができる。これにより、発酵不適物を高効率で除去しつつ可溶化液Ｓ７の減少を抑えることが可能になる。また、発酵不適物を減容化することができ、その処分を容易にすることが可能になる。

次に、図９を参照し、本発明の第２実施形態に係るメタン発酵前処理装置について説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様、生ごみ、水産加工廃棄物等の有機性廃棄物（バイオマス原料）をメタン発酵処理する際の前処理に用いるメタン発酵前処理装置に関するものである。このため、第１実施形態と同様の構成に対しては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態のメタン発酵前処理装置Ｂは、第１実施形態と同様、有機性廃棄物（以下、廃棄物という）Ｓ１を受け入れる受入ホッパ１と、破砕機２と、選別機３と、可溶化槽４と、第１固液分離手段５と、脱水機６と、第２固液分離手段７とを備えて構成されている。

この一方で、本実施形態のメタン発酵前処理装置Ａは、可溶化槽４と第１固液分離手段５のスクリーンとの間に破砕ポンプ３３を備え、可溶化槽４から破砕ポンプ３３の駆動によって可溶化液Ｓ４を破砕処理してスクリーン５に送りつつ、可溶化液Ｓ６の一部をスクリーン５から可溶化槽４に返送するように構成されている。なお、破砕ポンプ３３は、破砕機構を備えたポンプであり、例えば、インペラの前に切刃と固定刃を備えた渦巻きポンプなどである。そして、駆動によって可溶化液Ｓ４を圧送するとともに、可溶化液Ｓ４中の発酵不適物を破砕（裁断）することができるように構成されている。

このように構成した本実施形態のメタン発酵前処理装置Ｂにおいては、第１実施形態の作用効果に加え、破砕ポンプ３３によって可溶化液Ｓ４を可溶化槽４からスクリーン５に破砕処理しながら送ることで、可溶化液（発酵原料）Ｓ４の可溶化を促進させることができる。

また、破砕ポンプ３３の駆動によってスクリーン５に送られた可溶化液Ｓ４は、第１実施形態と同様に第２固液分離手段７の液体サイクロン１０に送られて処理されるとともに、その一部が破砕ポンプ３３による圧送力によってスクリーン５から可溶化槽４に返送される。これにより、可溶化液Ｓ４、Ｓ６が可溶化槽４から破砕ポンプ３３、破砕ポンプ３３からスクリーン５、スクリーン５から可溶化槽４に循環することになる。

このように可溶化液Ｓ４、Ｓ６が循環することで、可溶化槽４や破砕ポンプ３３により、確実に可溶化液Ｓ４、Ｓ６の可溶化を促進させることができる。また、可溶化液Ｓ４、Ｓ６が循環することで、可溶化槽４やスクリーン５によって可溶化液Ｓ４、Ｓ６に含まれた発酵不適物を除去する除去効率を上昇させることが可能になる。

以上、本発明に係るメタン発酵前処理装置の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態の変更例を含め、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、図１０に示すように、可溶化槽４とスクリーン５の間に破砕ポンプ３３を備え、可溶化槽４から破砕ポンプ３３の駆動によって可溶化液Ｓ４を破砕処理してスクリーン５に送りつつ、可溶化液Ｓ４の一部を破砕ポンプ３３から可溶化槽４に返送するように構成してもよい。この場合においても、本実施形態と同様、破砕ポンプ３３によって可溶化液Ｓ４を可溶化槽４からスクリーン５に破砕処理しながら送ることで、可溶化液Ｓ４の可溶化を促進させることができるとともに、可溶化液Ｓ４に含まれた発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。また、可溶化液Ｓ４の一部を破砕ポンプ３３から可溶化槽４に返送することにより、確実に、可溶化液Ｓ４の可溶化を促進させることができるとともに、可溶化液Ｓ４に含まれた発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。

さらに、図１１に示すように、選別機３で選別した後の廃棄物Ｓ３を受け入れて可溶化する可溶化部３４と、可溶化部３４からオーバーフローさせた可溶化液Ｓ９を受け入れる調整部３５とを備えて可溶化槽４を構成してもよい。また、これに加えて、その駆動によって、可溶化部３４内の可溶化液Ｓ９を吸引し、破砕処理して可溶化部３４に返送する破砕ポンプ３３を備えるようにしてもよい。

そして、この場合においては、可溶化槽４の可溶化部３４によって廃棄物Ｓ３を可溶化し、この可溶化部３４から調整部３５に可溶化液Ｓ９をオーバーフローさせることで、沈降性の発酵不適物（一部の発酵不適物）を可溶化部３４に留め、この沈降性の発酵不適物を除去した可溶化液Ｓ９を調整部３５に一時的に貯留することができ、調整部３５からスクリーン５に送ることができる。このように可溶化部３４から調整部３５に可溶化液Ｓ９をオーバーフローさせるように構成することで、可溶化に寄与する滞留時間を一定に保って安定的に可溶化処理を行うことが可能になるとともに、発酵不適物の除去効率を上昇させることが可能になる。

また、破砕ポンプ３３によって、可溶化部３４内の可溶化液Ｓ９を吸引し、破砕処理して可溶化部３４に返送して循環させることにより、可溶化を促進させることができるとともに、確実に、可溶化に寄与する滞留時間を一定に保って安定的に可溶化処理を行うことが可能になる。

１ 受入ホッパ
２ 破砕機
２ａ 粗破砕機
２ｂ 微破砕機
３ 選別機
４ 可溶化槽
５ 第１固液分離手段（スクリーン）
６ 脱水機
７ 第２固液分離手段
８ 加温装置
９ ポンプ
１０ 液体サイクロン
１１ パイプコンベア（不適物排出装置）
１２ ロータリーバルブ（濃縮液定量排出装置）
１３ 水切タンク（重力分離装置）
１５ パイプ
１６ ブレード
１７ 牽引体
１８ 駆動装置
１９ ブラシ
２０ 排出口
２１ 排水口
２２ 取付部
２３ 捕捉部
２４ 切り込み
２５ ボルト
２６ ナット
２７ 水切装置
３０ 再可溶化槽
３１ ポンプ
３２ 加温装置
３３ 破砕ポンプ
３４ 可溶化部
３５ 調整部
３６ ポンプ
Ａ メタン発酵前処理装置
Ｂ メタン発酵前処理装置

Claims (7)

1. 有機性廃棄物をメタン発酵処理する際の前処理に用いるメタン発酵前処理装置であって、
   前記有機性廃棄物を可溶化処理する可溶化槽と、
   前記可溶化槽で前記有機性廃棄物を可溶化処理してなる可溶化液を通過させることにより、前記可溶化液に含まれる発酵不適物を除去する第１固液分離手段のスクリーンと、
   前記スクリーンで処理した後の可溶化液を受け入れるとともに該可溶化液に遠心力を作用させて前記可溶化液に含まれる発酵不適物を分離する液体サイクロン及び該液体サイクロンで分離した発酵不適物を受け入れて脱水処理する水切装置を有する第２固液分離手段とを備えて構成されていることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
2. 請求項１記載のメタン発酵前処理装置において、
   前記液体サイクロンで分離した可溶化液を受け入れて可溶化処理する再可溶化槽を備えるとともに、前記再可溶化槽から一部の可溶化液を前記可溶化槽に返送するように構成されていることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のメタン発酵前処理装置において、
   前記第１固液分離手段のスクリーンで除去した発酵不適物と、前記第２固液分離手段で除去した発酵不適物とを受け入れて脱水処理する脱水機を備えていることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のメタン発酵前処理装置において、
   前記可溶化槽と前記スクリーンの間に破砕ポンプを備え、
   前記破砕ポンプの駆動によって、前記可溶化槽から可溶化液を破砕処理しながら前記スクリーンに送り、且つ、可溶化液の一部を前記破砕ポンプから前記可溶化槽に、あるいは前記スクリーンから前記可溶化槽に返送するように構成されていることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のメタン発酵前処理装置において、
   前記可溶化槽が、前記有機性廃棄物を受け入れて可溶化する可溶化部と、前記可溶化部で前記有機性廃棄物を可溶化処理してなる可溶化液を前記可溶化部からオーバーフローさせて受け入れる調整部とを備えるとともに、
   駆動によって、前記可溶化部内の可溶化液を吸引し、破砕処理しながら前記可溶化部に返送する破砕ポンプを備えていることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のメタン発酵前処理装置において、
   前記水切装置は、前記液体サイクロンで分離した発酵不適物を沈降性不適物濃縮液として受け入れ、さらに発酵不適物を重力沈降させて再濃縮する重力分離装置と、前記液体サイクロンから前記沈降性不適物濃縮液を前記重力分離装置に定量排出させる濃縮液定量排出装置と、前記重力分離装置で再濃縮した発酵不適物をパイプ内に受け入れ、前記パイプ内を移動するブレードによって搬送して排出させる不適物排出装置とを備えて構成されていることを特徴とするメタン発酵前処理装置。
7. 請求項６記載のメタン発酵前処理装置において、
   前記不適物排出装置のブレードに、前記パイプ内の発酵不適物を掻き揚げつつ搬送するためのブラシが取り付けられていることを特徴とするメタン発酵前処理装置。

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