JP2002001310A - 発酵槽のスカム除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発酵槽に生成するスカムをメンテナンス性の
よい装置を使用して効率的に除去する方法の提供。 【解決手段】 発酵槽１に設けた噴出管１４から液中に
加圧気体を噴出すると、それによって形成されるバブル
１９が液面２に浮上する。バブル１９は液面２を噴火状
に持ち上げ水平方向に押し広げるので、スカム３は細か
く破壊されて分散する。そして分散したスカム３はオー
バーフロー配管５から脱離液とともに排出し除去され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は家畜の糞尿や生ゴ
ミ、下水汚泥などの有機物含有液等を発酵する発酵槽内
に生成する有機物由来によるスカムの除去及び抑制方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】家畜の糞尿や生ゴミ、下水汚泥などの有
機物含有液から液肥とともにメタンガスなどの有用物を
生成する方法として、発酵槽を使用した発酵法（いわゆ
るバイオガスプラント）がある。原料供給源から発酵槽
に連続又は間欠的に供給される有機物含有液は、槽内を
通過する間に嫌気性のメタン菌により発酵させることに
よりバイオガスと称されるメタンガスを主成分とする気
体を生成し、発酵を終了させた後の有機物含有液を離脱
液と称し、この脱離液は液肥として槽上部からオーバフ
ローさせて外部に排出し、液肥タンクなどに回収され
る。一方、生成したメタンガスなどの気体は発酵槽の上
部に設けた気体排出配管から排出されて、ガスタンクな
どに回収される。

【０００３】発酵槽内で有機物含有液を発酵させるとス
カムと呼ばれる未消化繊維物等の浮遊物が、発生したバ
イオガスを包含して浮上し、次第に液面上で成長し、ス
ポンジ質の層をなしてくる。このスカムは発酵を継続す
ると次第に成長し、発酵容積を縮小したり発酵を妨げた
りするので、攪拌などにより細分化して流動性を付与
し、脱離液に同伴させて随時外部に排出する必要があ
る。発酵槽内のスカムを攪拌するには攪拌装置が使用さ
れる。このような攪拌装置としては、槽内に設けた回転
パドルやミキサー等の攪拌部を槽外に設けた減速モータ
等の回転駆動部で回転する機械式の攪拌装置、または槽
内外を循環するスラリー循環配管に設けたスラリーポン
プでスカムを含む槽内スラリーを循環させ、その循環エ
ネルギーで槽内のスカムを攪拌する液循環式の攪拌装置
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者の機械式の
攪拌装置は、構造が複雑で高コストである上に、槽内に
回転部分を有するため信頼性が低くメンテナンスに手間
がかるという問題がある。また後者の液循環式の攪拌装
置は、循環配管やポンプにスラリーが詰まりやすく、信
頼性とメンテナンス性において前者と同様な問題があ
る。そこで本発明は、このような従来の攪拌装置を使用
したスカム除去方法の問題を解決することを課題とし、
そのための新しいスカム除去方法を提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、発酵
槽内に生成するスカムを除去する方法において、発酵槽
の液中に加圧した気体（以下加圧した気体を単に気体と
いう）をバブル状に噴出し、液面に上昇するバブルによ
りスカムを分散し、その分散したスカムを発酵槽から流
出させて除去することを特徴とするものである（請求項
１）。上記スカム除去方法において、気体として、発酵
を抑制しない気体または発酵により生成した気体を使用
することができる（請求項２）。

【０００６】さらに上記スカム除去方法において、発酵
槽に１本または複数本の噴出管を設け、噴出管の先端部
から気体を噴出することができる（請求項３）。さらに
上記スカム除去方法において、発酵槽に複数本の噴出管
を設け、共通の加圧気体供給装置から供給される気体を
各噴出管の先端部からパルス状に噴出することができる
（請求項４）。さらに上記スカム除去方法において、噴
出管の先端部に下方に向かって広がる拡大管を設け、そ
の拡大管から気体を噴出することができる（請求項
５）。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
より説明する。図１は本発明のスカム除去方法を実施す
る装置のプロセスフロー図である。１は発酵槽、２は発
酵槽１内に形成される液面、３は液面２に浮遊したスカ
ム、４は発酵槽１に有機物含有液等の発酵原料を供給す
る供給配管、５はオーバフロー配管、６は加圧気体供給
装置、７は加圧気体ボンベ、８は発酵槽１で発酵により
生成された気体の貯蔵タンク、９は加圧ポンプ、１０は
リザーブタンク、１１，１２は開閉弁、１３は加圧気体
配管、１４は噴出管、１５は噴出管１４の先端部に設け
た拡大管、１６は調整弁、１７は制御部、１８は気体排
出配管である。

【０００８】発酵槽１は鋼板，コンクリート製等で作ら
れ、槽本体の頂部に蓋をして密閉型としたものである。
例えば発酵原料として有機物含有液を使用する場合は、
有機物含有液を供給する供給配管４は図示しない有機物
含有液を受け入れる受入タンク等の供給源に接続され、
その先端は槽本体の底部付近に開口している。オーバー
フロー配管５はメタン発酵後の脱離液を外部に排出する
もので、その吸込口の位置で液面２のレベルが規制され
る。発酵槽１の上部に気体排出配管１８の先端部が開口
している。発酵により生成したメタンガス等の気体は気
体排出配管１８を経て貯蔵タンク８に貯蔵される。なお
気体排出配管１８には生成した気体を貯蔵タンク８に強
制的に送るブロワ等の移送手段を設けることもできる。

【０００９】加圧気体供給装置６は発酵を抑制しない気
体または発酵により生成した気体を発酵槽１に供給す
る。有機物含有液を発酵する場合は嫌気性メタン菌など
を使用し、発酵を抑制する酸素が実質的に存在しない雰
囲気で発酵が行われるので、高圧の加圧気体ボンベ７に
は窒素ガスや炭酸ガスのような発酵を抑制しない気体が
収容される。なお加圧気体ボンベ７の出口部には減圧弁
（図示せず）が設けられ、発酵槽１への噴出圧力（噴出
部におけるヘッド圧よりわずかに大きい値）に適合した
圧力レベルに減圧する。加圧ポンプ９は貯蔵タンク８の
低圧の気体を発酵槽１への噴出圧力に適合するように加
圧し、リザーブタンク１０は加圧ポンプ９により加圧さ
れた気体の貯蔵や、加圧ポンプ９の吐出圧のムラや変動
を平滑化するために設けられる。なお開閉弁１１、１２
は発酵槽１に供給する気体を加圧気体ボンベ７または貯
蔵タンク８のいずれかに切り換えるものである。

【００１０】先端部に漏斗状の拡大管１５を取り付けた
噴出管１４は発酵槽１の下部に開口する。噴出管１４か
ら噴出する気体はバブル状になって液中を浮上するが、
浮上とともに減少する水頭圧にバランスするようにその
径が拡大する。そしてスカム３の存在する液面２に達す
ると、水面２を噴火状に持ち上げ、さらに水平方向に押
し広げる。それによってスカム３は細かく分断破壊され
て水平方向に分散する。この持ち上げと押し広げる力は
液面２に浮上するバブル径にほぼ比例するので、噴出管
１４から噴出する際のバブル径は大きいほうが望まし
い。噴出管１４から拡大管１５に入った気体の径は徐々
に拡大し、噴出管１４より口径の大きい出口からそれと
同一径で噴出する。そのため拡大管１５を用いることに
より液中に噴出するバブル径が大きくなる。制御部１７
はスカム破壊を行うとき調整弁１６を開ける方向に制御
し、適量噴出後に調整弁１６を閉める方向に制御する。

【００１１】次に上記プロセスフロー図により発酵槽１
内に生成するスカム３を除去する方法を説明する。先ず
発酵槽１内に供給配管４から有機物含有液を所定レベル
まで供給して発酵を開始する。発酵菌は有機物含有液に
同伴させて供給しても、別途供給してもよい。例えば有
機物含有液として家畜の糞尿を使用する場合には、通
常、牛の糞尿中に多量の嫌気性のメタン菌が含まれてい
るので、有機物含有液に牛の糞尿を含ませばよい。発酵
が進むとメタンガスを主体として炭酸ガスや硫化水素ガ
スを多少含んだ気体が生成し、気体排出配管１８を経て
次いで図示しない硫化水素除去装置を経て貯蔵タンク８
に貯蔵される。発酵が安定してきたら供給配管４から有
機物含有液を発酵槽１に連続又は間欠的に供給して平常
運転に入る。一方、メタン発酵後の脱離液はオーバーフ
ロー配管５から外部に連続又は間欠的に取り出される。

【００１２】発酵に伴い液中に生成したスカム３はその
浮力により浮上して液面２に集まるが、発酵の継続によ
り浮上したスカム３は徐々に成長して大きくなる。気体
の発生が活発になってきたとき、または液面にある程度
スカム３が成長する段階になったとき、開閉弁１１また
は開閉弁１２を開けて気体を噴出管１４に供給する。す
ると加圧気体が噴出管１４の拡大管１５から噴出され、
バブル１９となって液面２に浮上する。そして前記のよ
うにバブル１９の液面２に対する持ち上げと押し広げる
力によりスカム３は破壊されて水平方向に細かく分散す
る。このように液中に細かく分散されたスカム残渣は、
脱離液に容易に同伴してオーバーフロー配管５より外部
に排出して除去される。

【００１３】図２は本発明のスカム除去方法を実施する
他の装置のプロセスフロー図であり、図１と同じ部分に
は同一符号が付されている。なお図２における加圧気体
供給装置６は図１の場合と同一に構成されるので、その
内部は省略して示している。発酵槽１の平面積（または
発酵面積）が大きい場合には、スカム３も広い範囲に分
散する。この例は、広い面積に応じて複数の噴出管１４
を分散配列し、スカム３の夫々の破壊領域を各噴出管１
４で分担させるものである。各噴出管１４から噴出する
気体流量は、共通の制御部１７による各調整弁１６の制
御によって同時並列的に行われる。なお調整弁１６ごと
に制御部１７を設け、それぞれ独立して気体流量を制御
することもできる。その場合には各調整弁１６を噴出管
１４の圧力降下、噴出抵抗、あるいはスカム３の発生量
などに応じて最適な値に設定することができる。

【００１４】図３は図２の変形例を示すプロセスフロー
図である。この例では複数の噴出管１４への気体流量は
共通の制御部１７および調整弁１６によって制御され
る。このように構成すると装置構成が簡単になりコスト
的にも有利になる。なお図３の場合において、各噴出管
１４の噴出部分に詰まりや水頭圧差などが生じると、気
体の各噴出量にアンバランスを生じるおそれがある。そ
のような場合には、各噴出管１４へ気体をパルス的に供
給することによって解決できる。例えば図３の場合には
制御部１７から調整弁１６に間歇的に開閉信号を出力す
ると、調整弁１６は急速に開閉するので、それによって
パルス状に噴出する気体の衝撃力で噴出部分の詰まりを
吹き飛ばしたり、水頭圧差を相殺することができる。な
お、図２の場合は制御部１７から各調整弁１６に個々に
開閉信号を出力すればよい。

【００１５】これまで説明した実施形態は、発酵原料と
して有機物含有液を使用する場合であるが、本発明の除
去方法はこれに限らず、発酵に際してスカムを生成する
ような発酵原料であればいずれも適用することができ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上のように本発明のスカム除去方法
は、発酵槽の液中に気体をバブル状に噴出し、液面に上
昇するバブルによりスカムを分散し、その分散したスカ
ムを発酵槽から流出させて除去することを特徴とする。
そのため機械的要素を有しないので信頼性が高く、メン
テナンスが容易でコスト的にも有利である。また発酵槽
内には攪拌翼などの機械部分がないので発酵容積の減少
もない。さらに液循環式の攪拌装置のような配管詰まり
等のトラブルも発生しない。

【００１７】上記スカム除去方法において、気体とし
て、発酵を抑制しない気体または発酵により生成した気
体を使用することができる。それによって発酵を抑制す
ることなく効率的にスカムを除去できる。また発酵によ
り生成した気体を使用する場合は、発酵槽内に噴出した
後、再び加圧気体供給装置に戻すことができるので、コ
スト的にきわめて有利である。さらに上記スカム除去方
法において、発酵槽に１本または複数本の噴出管を設
け、噴出管の先端部から気体を噴出することができる。
このような噴出管を使用することにより、簡単な装置で
気体を容易に発酵槽の液中に噴出することができる。ま
た複数本の噴出管を使用すると、広い平面積を有する発
酵槽に生成するスカムを効率よく除去することができ
る。

【００１８】さらに上記スカム除去方法において、発酵
槽に複数本の噴出管を設け、共通の加圧気体供給装置か
ら供給される気体を各噴出管の先端部からパルス状に噴
出することができる。このように気体をパルス状に噴出
することにより、噴出部における詰まりなどを取り除
き、また噴出部の水頭圧差を相殺し、各噴出管から均等
に加圧気体を噴出させることができる。さらに上記スカ
ム除去方法において、噴出管の先端部に下方に向かって
広がる拡大管を設け、その拡大管から気体を噴出するこ
とができる。このような拡大管によりバブル状に噴出す
る気体の径を大きくできるので、スカムをより強力に破
壊して除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスカム除去方法を実施する装置のプロ
セスフロー図。

【図２】本発明のスカム除去方法を実施する他の装置の
プロセスフロー図。

【図３】図２の変形例を示すプロセスフロー図。

【符号の説明】

１ 発酵槽 ２ 液面 ３ スカム ４ 供給配管 ５ オーバーフロー配管 ６ 加圧気体供給装置 ７ 加圧気体ボンベ ８ 貯蔵タンク ９ 加圧ポンプ １０ リザーブタンク １１ 開閉弁 １２ 開閉弁 １３ 加圧気体配管 １４ 噴出管 １５ 拡大管 １６ 調整弁 １７ 制御部 １８ 気体排出配管 １９ バブル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発酵槽１内に生成するスカムの除去方法
   において、発酵槽１の液中に気体をバブル状に噴出し、
   液面２に上昇するバブル１９でスカム３を分散させ、そ
   の分散したスカム３を発酵槽１から流出させて除去する
   ことを特徴とする発酵槽のスカム除去方法。
2. 【請求項２】 気体として、発酵を抑制しない気体また
   は発酵により生成した気体を使用する請求項１に記載の
   発酵槽のスカム除去方法。
3. 【請求項３】 発酵槽１に１本または複数本の噴出管１
   ４を設け、噴出管１４の先端部から気体を噴出するよう
   にした請求項１または請求項２に記載の発酵槽のスカム
   除去方法。
4. 【請求項４】 発酵槽１に複数本の噴出管１４を設け、
   共通の加圧気体供給装置６から供給される気体を各噴出
   管１４の先端部からパルス状に噴出するようにした請求
   項１または請求項２に記載の発酵槽のスカム除去方法。
5. 【請求項５】 噴出管１４の先端部に下方に向かって広
   がる拡大管１５を設け、その拡大管１５から気体を噴出
   する請求項３または請求項４に記載の発酵槽のスカム除
   去方法。