本発明に係るメタン発酵システム、飼料� ��造装置及び製造方法の概要について以下説� ��する。

 [有機性廃棄物]
 本発明において有機性廃棄物とは、例えば� ��畜産廃棄物や緑農廃棄物、排水処理汚泥な� ��が挙げられる。ここで畜産廃棄物としては� ��家畜の糞尿や、屠体および/またはその加工 品が挙げられ、より具体的には牛、羊、山羊 、ニワトリ等の家畜の屠体、そこから分離さ れた骨、肉、脂肪、内蔵、血液、脳、眼球、 皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉 、骨粉、血粉などに代表される、家畜屠体の 骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾 燥した乾燥物も含まれる。また緑農廃棄物に は、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみ として、農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等 が含まれる。

 [発酵槽および発酵工程]
 超高温メタン発酵(60℃以上で行うメタン発� ��)
 超高温メタン発酵に先立ち、原料となる有� ��性廃棄物の状態により、必要に応じて前処� ��として破砕・分別工程、夾雑物除去を実施� ��ることができる。破砕・分別工程は、例え� ��、以下に示すような分別破砕、あるいは全� ��破砕により行うことができる。

 分別破砕の場合は、破砕分別機を用い、� ��機性廃棄物の中で容易に破砕可能な部位を� ��と共にスラリーとして回収する。一方、破� ��しにくい部位は塊状物として別途収集する� ��スラリーの含水率は、70~90重量%、塊状物の� ��水率は40~60重量%程度である。破砕分別機は� ��有機性の固形物をせん断力、引っ張り力に� ��って破砕するもので、カッター部分は2軸式 または3軸式のものが利用できる。牛などの� �物屠体を原料とする場合は、3軸式で破砕処� ��する方が破砕の細かさや均一性の観点から� ��ましい。

 選別除去すべき混入プラスチック類、シ� ��ト類などは、メッシュによる選別、風選(風 力による選別)などで除去することができる� �

 また、全量粉砕の場合は、例えばディス� ��ーザー等の破砕機を使用して全対象物を破� ��する。含水率は、一例として60~70重量%であ� ��が、加工品の場合は広い範囲をとる。

 超高温メタン発酵は、超高温型、またス� ��リー(湿式)型、ドライ(乾式)型のいずれのタ イプでも適用可能である。

 夾雑物除去の場合は、例えば、牛舎から� ��糞尿を処理する場合には飼料の稲わらや麦� ��が夾雑物として含まれるのでスクリーンや� ��ィルターによって除去しておくとよい。

 発酵槽は、超高温メタン発酵菌による活� ��を維持するために、発酵槽内の温度を60℃� �上に維持し空気を完全に遮断したタンクに� �り構成される。発酵槽は固形物濃度(通常3~40 重量%の範囲)等によって、形状や運転条件が� ��なってくる。例えば、洗浄廃水が混合した� ��して高含水率になった原料(固形物濃度10重� ��%まで)の場合は湿式型の完全混合方式の発� �槽、低含水率の原料(固形物濃度30~40重量%)の 場合は、いわゆる乾式型のプラグフロー式(� �出し式)の発酵槽を用いることが好ましい。

 発酵槽内の温度は、所謂中温メタン発酵( 約37℃)や高温メタン発酵(約55℃)に比して、60 ℃以上の例えば62℃、65℃、70℃、75℃、更に� ��80℃という超高温メタン発酵を行える温度� �設定される。これにより、発酵液中の有機� �窒素がアンモニア態窒素に分解する反応が� �行し、発酵液中に存在するアンモニア態窒� �の割合を増加させることができる。

 同じ量の有機性廃棄物を処理するのに、� ��温メタン発酵菌による発酵処理では発酵日� ��が30日、高温メタン発酵菌による発酵処理� �は発酵日数が15日と発酵日数に長時間を要す るのに対し、超高温メタン発酵菌(60℃以上)� �は、発酵日数を10日間程度とすることが可能 である。

 従って、滞留時間(Retention Time)が15日間程 度の高温メタン発酵菌(至適温度55℃)や滞留� �間が30日間程度の中温メタン発酵菌(至適温� �37℃)よりも、小さな発酵槽で発酵工程を行� �ことが可能となり、設備もコンパクト化で� �設備にかかるコストも抑えることが可能と� �る。

 [アンモニア回収装置およびアンモニア回収 工程]
 発酵槽から抜出ポンプによって抜出された� ��酵液は、液中に含まれているアンモニアを� ��収するために、アンモニア回収装置へ送ら� ��る。

 アンモニア回収装置は、例えばアンモニ� ��回収塔(アンモニア放散塔)である場合は、� �酵液を噴霧するシャワー、発酵液とアンモ� �ア回収塔内を流れる気体とを気液接触させ� �充填層およびアンモニア回収後の液体を貯� �しておく循環タンクから構成される。

 上記アンモニア回収塔で発酵液中のアン� ��ニアが放散するので、そのアンモニアを回� ��し、次工程のアンモニア処理槽へ移送する� ��までが本工程である。

 アンモニア回収塔内の温度は発酵槽内の温� ��と同程度かそれ以上に維持しておくことが� ��ましい。発酵液中のアンモニアを大量に放� ��させ、回収するためである。具体的には、5 5~75℃である。 
 充填層については、発酵液とアンモニア回� ��塔内を流れる気体とが接触できるものであ� ��ば既知の構造をすべて採用することができ� ��。例えば多孔質マット等を使用できる。気� ��接触を充分行わせようとすれば、多孔質マ� ��ト等を棚段的に設けるのが好ましい。

 なお、循環タンクに蓄えられたアンモニ� ��回収後の発酵液は、一度目で回収しきれな� ��ったアンモニアを回収するために、再度循� ��ポンプによってアンモニア回収塔に送られ� ��。また、循環タンクに蓄えられたアンモニ� ��回収後の液体は所定量になった場合には図� ��しないスラリータンクへ送られるか或は発� ��槽へ戻される。

 発酵槽へアンモニア回収後の発酵液を戻す� ��以下のような効果がある。 
 発酵槽内で有機性廃棄物に含まれている有� ��態窒素が分解されてアンモニア態窒素とな� ��、発酵液中のアンモニア態窒素の量が一定� ��上になると、発酵槽内のメタン発酵菌の活� ��を下げることになる(アンモニア阻害)。そ� �で、アンモニアを回収した後の発酵液を発� �槽に戻すことで、発酵槽内の発酵液中のア� �モニアの濃度を薄めることができ、メタン� �酵菌の活性を維持することが可能となる。� �タン発酵菌がアンモニア阻害を起こす発酵� �中のアンモニア濃度は、2000mg/L以上であると 言われている。

 アンモニア回収後の発酵液は、スラリー� ��ンクに送られて貯留され、肥料として適宜� ��壌に還元される。このアンモニア回収後の� ��酵液中に含まれる有機体窒素およびアンモ� ��ア態窒素のトータルの量は上記の如く効果� ��に減少している。すなわち、超高温メタン� ��酵(60℃以上の温度でメタン発酵)を行うこと によって、発酵液中におけるアンモニア態窒 素の存在割合をある程度増加させた状態にし 、この状態の発酵液に対してアンモニア回収 装置によるアンモニア回収を実行するので、 多量のアンモニアが回収除去される。これに より、発酵液中の窒素のトータル量を低減し て窒素汚染源となる過剰窒素分を予め除去す ることができるので、該発酵液を肥料として 土壌に還元したときに地下水の窒素汚染の問 題を低減することができる。これが当該メタ ン発酵システムによって得られる効果である 。

 [アンモニア処理槽およびアンモニア処理工 程(飼料の製造)]
 アンモニア回収工程で回収したアンモニア� ��、アンモニア回収塔とアンモニア処理槽と� ��間を循環している気液接触させた気体(以下 「循環空気」という)が、アンモニア回収塔� �らアンモニア処理槽へ移送し、アンモニア� �理槽において飼料原料と接触させる(アンモ� ��ア処理)工程である。

 循環空気はアンモニア回収塔で回収したア� ��モニアを、アンモニア処理槽へ移送する。� �
 そして、移送されたアンモニアの殆どはア� ��モニア処理槽内で飼料と接触し反応してし� ��う。よって、循環空気がアンモニア処理槽� ��出てからアンモニア回収塔へ流入する際に� ��、循環空気にはアンモニアは殆ど含まれて� ��ない。

 アンモニア処理槽内におけるアンモニア処� ��(アンモニアの長時間曝気)は、常温から加� �条件において、飼料原料の乾物重量あたり� �例えば1~3重量%程度のアンモニアを添加する� ��とにより行われる。 
 添加するアンモニアの使用量は本発明で発� ��するアンモニアで充分にまかなうことがで� ��る。

 アンモニア処理は、密閉した室内などで� ��うことができる。アンモニア処理の期間は� ��概ね20~30日間程度とすることが好ましい。

 穀物の葉茎(例えば、藁類や半乾燥牧草な ど)をアンモニア処理することによって、飼� �としての消化性、栄養価及び家畜の嗜好性� �向上するとともに、保存時の品質も維持さ� �る。藁類の主成分であるセルロース、ヘミ� �ルロース及びリグンなどは、互いに複雑に� �み合い、硬い組織を作って、微生物や酸素� �は分解されにくい組織を形成している。こ� �にアンモニアを作用させると、加安分解(架� ��結合の開裂などの分解反応と窒素が添加さ� ��る反応)などが起って、そのままでは家畜が 消化吸収することが困難な穀物の葉茎などが 、消化吸収されやすくなり、粗蛋白価が高く 、付加価値の高い飼料になる。

 すなわち、アンモニア処理によって、穀� ��葉茎などの飼料原料では、セルロースやヘ� ��セルロースにアンモニアが作用して加安分� ��が起こり、さらにアミノ化された分解物か� ��アミノ酸重合体が形成される結果、消化吸� ��性の向上と粗蛋白価の増加が起こる。

 アンモニア処理の効果を数値的に示す方� ��としては、例えば、(1)高消化性繊維の低消� ��性繊維に対する割合の増加、(2)全溶解性窒� ��量の増加など、を測定する方法がある。良� ��なアンモニア処理を行えば、上記(1)、(2)の� ��値を未処理品の2倍以上にすることも可能で ある。

 本発明の飼料製造方法では、高付加価値� ��持つ飼料を作る際のアンモニアとして、有� ��性廃棄物を超高温メタン発酵した発酵液中� ��存在するアンモニアを回収し、使用する。� ��のように、有機性廃棄物からアンモニアを� ��収することによって、工業薬品のアンモニ� ��を使用する場合に比べて、アンモニア処理� ��コストを格段に低減することが可能となる� ��

 アンモニア処理においては、回収アンモ� ��アの濃度が10重量%程度である場合、穀物葉� ��類に対する効果を充分に得るためには、常� ��(外気温)よりは、例えば40℃程度の加熱条件 で処理することが好ましい。加熱によって反 応速度が上がり、充分にアンモニア処理の効 果を得ることができる。アンモニア処理時の 加熱温度範囲は、好ましくは20℃から60℃程� �である。

 以上、各工程及び各工程における装置に� ��いて説明したが、一連の工程における各装� ��内の温度は、メタン発酵槽の温度付近ある� ��はそれ以上に保たれていることが熱収支上� ��ましい。