JP2002370099A

JP2002370099A - メタン発酵処理装置

Info

Publication number: JP2002370099A
Application number: JP2002108936A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Taki; 善樹滝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2002-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】UASB法によるメタン発酵処理装置の高コストの
原因がタワー型であることに着目し、これを横型にする
ことにより、低コストのメタン発酵を実現するメタン発
酵処理装置を提供すること。【解決手段】嫌気槽１内にバッグ３を浮かべ、バッグ３
の一端から有機酸を含む前処理液を流入させ、バッグ３
内でメタン発酵させた後、他端からメタン発酵処理され
た処理水を排出させるとともに、バッグ３内で生成した
メタンガスをバッグ３外に取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はメタン発酵処理装置に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】畜産分野の糞尿スラリーは約
５〜１０kgBOD／ｍ³と、高濃度廃水である。高濃度有機
廃水の処理には、好気的に対し非酸素での嫌気的処理の
メリットとして、発生汚泥量を大幅に削減できること、
ばっきのための電気消費がゼロであること、バイオマス
をエネルギーに変換できること等があげられ、畜産廃棄
物の処理に有効である。特にUASB法によるメタン発酵装
置がコンパクト化、高効率化の面で注目される。

【０００３】現在最も開発の進んでいるメタン発酵装置
は、UASB(上向流嫌気性汚泥床upflow anaerobic sludge
blanket)法に代表される。反応槽下部に原水供給装
置、上部に気液固３相分離装置（GSS :gas solid separ
ator）を備えた極めて単純な構成である。GSSは発生し
たガスを捕集すると同時に、気泡とともに上昇したグラ
ニユールを分離版に衝突させてガスと分離し、リアクタ
ー内に戻す。処理水の一部を循環、原水と混合する方式
の円筒状構造に代表されるような浄化槽とメタン発酵槽
でである。

【０００４】槽本体は外装を囲む加・保温槽と給湯設備
により、３８℃又は５５℃付近（高温メタン発酵発酵
法）を維持している。また、２相嫌気消化法では２槽の
独立した嫌気槽を連結することで異なる微生物環境条件
を人為的につくることによるメタン発酵の効率化を図っ
ている。

【０００５】中小の畜産業者にとって、安く、使いやす
いメタン発酵装置が開発できれば、糞尿処理とメタンガ
スのエネルギーとしての活用は、生産コストの削減に大
きく寄与することと、環境対策の方法として理想的であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、UASB法による
メタン発酵装置は、BOD/COD除去率が８０〜９０％にと
どまることと、設備コストが高いため中小の規模には採
算に乗りにくい難点が指摘されている。

【０００７】また、メタン発酵に関与する一連の細菌群
は、最低３種類の有機酸生成細菌・酢酸生成細菌・酢酸
利用メタン生成細菌による共生的生態系が形成されなけ
ればならない。さらに、高負荷有機廃水処理の際に急速
に発生する酢酸、プロピオン酸などの低級脂肪酸と水素
が過剰に蓄積することによって、メタン発酵に関与する
酢酸利用メタン生成細菌群の増殖を阻害する特性がメタ
ン発酵の高速化を阻んでいる。

【０００８】特に、最後のメタン生成細菌は、その代謝
過程において多くのエネルギーを獲得できないため、菌
体の増殖速度が遅くわずかの量の菌体しか新たに合成で
きない。中・高温度メタン発酵にかかわる偏性嫌気性細
菌バイオマスであるグラニユール汚泥を、いかに安定的
多量にシステム内に保持できるかが重要である。有機酸
生成の前段とメタン生成細菌の利用する基質、増殖環境
条件と最適温度域が異なる。これらの偏性嫌気性菌固有
の特性を、うまくクリアーでき、かつ安価な設備の開発
によって、利用を促進できる。

【０００９】本発明はUASB法によるメタン発酵装置の高
コストの原因がタワー型であることに着目し、これを横
型にすることにより、低コストのメタン発酵を実現する
ことができるメタン発酵装置を提供することをその課題
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に係るメタン発酵処理装置は、嫌気槽内にバ
ッグを浮かべ、バッグの一端から有機酸を含む前処理液
を流入させ、バッグ内でメタン発酵させた後、他端から
メタン発酵処理された処理水を排出させるとともに、バ
ッグ内で生成したメタンガスをバッグ外に取り出すこと
を特徴とする。

【００１１】なお、上記嫌気槽には有機酸を含む前処理
水が貯留するのが好ましい。

【００１２】また、上記バッグの下部を上下動させる手
段を設けるのが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１〜図４はメタン発酵処理装置
の平面図と断面図である。メタン発酵処理装置は嫌気槽
１とばっき槽２とを備えるとともに、ばっき槽２にはバ
ッグ３を浮かべ、バッグ３にはガスホルダー４４を連結
して中心設備としたものである。

【００１４】嫌気槽１は配管６を通して原水（牛、豚等
の糞尿スラリー）が投入されるもので、中央で周壁５よ
りも低い隔壁７を介して２分割されている。上部はシー
ト７で被覆して嫌気状態にする。嫌気槽１の一側とばっ
き槽２との間には越流堰８が形成されている。嫌気槽１
には攪拌ミキサー９が設置されている。

【００１５】嫌気槽１は、水面をシート７により空気を
遮断し、嫌気状態にすることで有機酸の発酵槽とする。
嫌気槽１には原水が配管６より供給される。嫌気槽１の
表層水は越流堰８により集められて配管９から、上部に
溜まったバイオガス（水素、炭酸ガス）はガス管１０を
経由してそれぞれバッグ３に送られる。

【００１６】ばっき槽２にはばっきポンプ１２が設けら
れている。嫌気槽１とばっき槽２とは隔壁水面に設けた
連結管１３により、ばっき槽２の上部の泡を嫌気槽１に
移すように構成されている。ばっき槽２には処理水の一
部を排出するポンプ１５と配管１７を設置する。

【００１７】嫌気槽１とバッグ３との間に配置された配
管９にはタンク１１が設けられている。このタンク１１
はメタン発酵バッグ３内のｐHを調整する目的の、アル
カリ分および微量成分の供給源である。嫌気槽１、ばっ
き槽２は温室にすることにより冬季・夜間の水温を保持
する。

【００１８】バッグ３はゴム、布、硬質ポリエチレン等
の合成樹脂から袋状に構成すればよい。バッグ３の両端
には開閉する口を設けておき、内部は嫌気状態にする。

【００１９】バッグ３はばっき槽２の両側に配置された
支持部材２０の間に保持される。バッグ３は、両端をほ
ぼ水面よりやや下がった位置に水平方向、または流出口
の位置するところを若干高くなるように設置する。バッ
グ３の両端は嫌気槽１水面のレベルに浮いた状態で固定
されるが、両端をほぼ水面よりやや下がった位置に水平
方向、または流出口の位置するところを若干高くして固
定して設置するのが好ましい。なお、一方の口は、有機
酸を含む一次処理水を供給する配管１８を介して嫌気槽
１に連結されている。配管９の一端は水槽の越流堰８に
開口している。さらに、バッグ３内には他方の口側にフ
ロート式の気液固三相分離装置１９が配置されている。
気液固三相分離装置１９は配管１８を介してガスホルダ
ー４に連結され、また別の配管１４を介してばっき槽２
に連結されている。配管１８にはバルブ２６が設けられ
ている。なお、バッグ３は上から吊って一定レベルより
も下がらないように構成してもよい。

【００２０】気液固三相分離装置１９は、図５及び図６
に示されるように、ドーナツ型のフロート２４下部に円
錐状のグラニユール分離板２１、ガス採集用配管１８、
処理水収集用配管１４の開口部を連結して成るもので、
分離板２１の中央の円形開放部には処理水収集用配管１
４の排出管口を取り付ける。ガス排出口はフロート２４
の上部に出して設置する。上記気液固三相分離装置１９
はバッグ３の底部にたまったグラニユール２５の流失を
とめるとともに、水位の変動に合わせて全体が上下に動
くもので、バッグ３内の水位の変動により内部の液とガ
スの界面に浮かび、処理水の排出を間歇的に行なう。バ
ッグ３内を上昇するメタン菌グラニユール分離版２１の
底部にあてて水と分離することによってグラニユール２
５が処理水収集用配管１４に入るのを防止する。フロー
ト式であり、ガスの発生によってバッグ３が膨張し、バ
ッグ３の断面形状が横楕円形から縦楕円形に変形するこ
とによって断面積が大きくなる。

【００２１】なお、気液固三相分離装置１９は配管１４
を介してばっき槽２に、配管１８を介してガスホルダー
４に連結している。

【００２２】ここで、上記構成のメタン発酵処理装置に
ついてさらに詳しく説明する。

【００２３】上部水面をシートで遮蔽した嫌気発酵槽１
は、メタン発酵の前処理槽として酢酸に至る有機酸の生
成を行なう。ここではまず牛、豚等の糞尿スラリーによ
って構成された高分子有機物から加水分解がスタート
し、酢酸以外の有機酸、アルコール、水素、炭酸ガスが
最初の段階で酸生成菌によりつくられる。後半では、酢
酸生成菌により酢酸がつくられる。なお、嫌気槽１は２
分割され、前半部の上澄みが隔壁７を超えて後半部に流
入する。ここまでの嫌気性菌によるメタン発酵の前処理
は、中温域において比較的容易に進行する。したがっ
て、内部にポンプ等の攪拌機を設置することで足りる。
同嫌気槽内での有機酸生成反応は次のとおりである。

【００２４】

【表１】上記有機酸生成反応により明らかなように、嫌気槽１で
は有機酸とともに水素が生成される。

【００２５】次に、嫌気槽１内の溶液の一部は越流堰８
を通ってばっき槽２に移送される。ばっき槽２では光合
成細菌が投入される。光合成細菌の光合成系は植物や藻
類のそれと異なり、水を分解して酸素を発生しない。水
の代わりに硫化水素やチオ硫酸、水素および低分子有機
物のような水より低い酸化還元電位をもった物質を電子
供与体とし、光エネルギーを利用して生育する。また、
一部の光合成細菌は光がなくても呼吸により生育し、嫌
気条件下で脱窒や発酵により生育するように多様なエネ
ルギー獲得機能を有する。紅色非硫黄細菌は酢酸等の低
級脂肪酸、エタノール、糖等の低分子化合物を電子供与
体として光従属的に生育すると同時に、暗条件では好気
的条件下で従属栄養的にも生育できる。この有機酸を好
気的に分解する機能は、発熱反応であるため前段で生成
される有機酸を嫌気槽１に入れ、その嫌気槽１にメタン
発酵バッグ３を沈め、熱源を得ることができる。つま
り、光合成細菌は有機酸を基質として増殖するが、その
際熱を発生するからバッグ３は加温される。光合成細菌
のばっきによる温度は夏季約４０℃、冬季２２℃程度発
生する。中温メタン菌の適温は約３８℃近辺であり、嫌
気槽１を温室で囲むことにより冬季にも、地域によって
は適温域を保てる。高温メタン発酵は５５℃近辺で活性
なメタン菌であり、メタン生成効率は３倍以上であると
いわれている。発生するメタンガスとボイラーを利用
し、不足する温度を確保することも容易である。

【００２６】なお、光合成細菌のうち光独立栄養生物に
分類されている、紅色硫黄細菌chromatiaceae科・緑色
硫黄細菌Chlorobiaceae科および水素ガスを利用できる
非硫黄再菌類Rhodospirillaceae科の一部細菌は、電子
供与体として硫化水素などの還元型の無機硫黄化合物と
水素ガス、エネルギー源として光、炭素源として炭酸ガ
スを用いる。したがって、これらの光合成細菌を複合的
に活用することによって、メタン発酵バッグ３から発生
する硫化水素、水素ガス、炭酸ガスおよび有機酸を基質
として活用する安価なハイブリット型浄化設備が構築で
きる。

【００２７】次に、嫌気槽１内の有機酸を含む廃水溶液
の一部は配管９を通ってメタン発酵バッグ３内に供給さ
れる。そのとき、配管９の途中のタンクでメタン発酵バ
ッグ３内のｐH・微量ミネラル成分を調整するための溶
液を添加する。また、嫌気槽１内では水素等のガスが発
生するが、このガスも配管９を経てメタン発酵バッグ３
内に送られる。

【００２８】メタン発酵バッグ３にメタン菌を投入する
ことによりメタン菌は有機酸を基質として増殖し、メタ
ンガスを発生するとともに、バッグ３内にはメタン細菌
が顆粒状になったグラニユール２５が生成され、底部に
沈降し堆積する。発酵バッグ３内において酢酸からメタ
ンを生成する反応は以下のとおりである。

【００２９】

【表２】

【００３０】袋状のメタン発酵バッグ３は、有機酸を含
む廃水を取り入れた状態では、水中に浮遊した姿でとど
まるが、密閉した袋状のバッグ３内は嫌気環境であり、
ばっき槽２内に満たされた汚水中に半浮遊状態で浮か
べ、内部の嫌気槽１からの有機酸を素にメタン発酵を
し、バイオガスを発生、バッグ３が膨らむことによって
バッグ３は断面が楕円形に変形し、一部はばっき槽２の
水面２６より上に出る。水面２６に対しバッグ３内の水
面２６は同じまたは上下に移動して形成される。バイオ
ガスが発生するにしたがってバッグ３が膨張し、その断
面形状が円形に変形しながら浮上する。その際、ガスを
収容した天井部は水面上に突出すると同時に、バッグ３
の断面積が２倍程度に増えることによって、ガスホルダ
ー４を新たに創出したことになる。水とガスの流出入を
制御することでバッグ３内水位、ガス容量、内部のガス
圧を選択することができる。

【００３１】なお、バッグ３断面形状と面積の関係を下
表に数値で表した。５ｍ×１０ｍのバッグ３（外周囲５
ｍ×２＝１０ｍ）内容物の量によって、断面形状が変化
し容積が変わる。ガスの発生によって膨張すると、最大
容量である円筒形になり、内部液量４０ｍ³のケースで
は４０m³のガスを貯留することが可能である。バッグ３
内の水位は、内外の液比重差によるが、ほぼ同レベルが
想定される。

【００３２】

【表３】

【００３３】ガス圧の上昇にあわせて、バルブ２６を開
放することでバッグ３の断面形状は元に復し、バッグ３
は横方向に広がると同時に天井部は低くなる。ガスによ
る膨張と開放、天井部の上昇と下降の繰り返しによっ
て、バッグ３の内容物はバッグ３の断面が変化すること
で、両横方向からの内容物の移動によりゆっくりと攪拌
混合される。

【００３４】ばっきポンプ１２のブローをバッグ３の下
部に噴射することで内部の攪拌エネルギーとして活用し
てもよい。この方式は、UASB方式の上昇流ろ過的連続接
触循環方式であるのに比べて、横流れ混合攪拌による、
回分式である。バッグ３は柔構造の設備であるが、水に
浮かべることにより、内外の水面はほぼ同じレベルに保
たれ、重量の負荷はほぼゼロである。また、膨張によっ
て内容積を増加することで急激な部分的圧がかかること
もない。したがって、容器の疲労による劣化は少ない。
内圧を適度にコントロールすることによって、液とガス
の排出を自動化できるとともに、薄い膜によって熱の均
一な伝達を可能にしている。処理水・ガスの流出入は電
動バルブを時間・圧力センサーとの連動により開閉すれ
ばよい。

【００３５】以上のように、バッグ３内のバイオガスは
ガス圧により配管１８（水面２６）を経由してガスホル
ダー４に排出される。また、配管１４からばっき槽２に
供給された処理水は、ばっき槽２に添加された光合成細
菌による三次処理工程に移される。バッグ３は楕円形の
断面を横から縦にすることによっても混合される。内部
の処理水はフロート式の気液固三相分離装置１９により
固体と液体に分離され、液体のみが配管１４からばっき
槽２に放出される。したがって、メタン菌の形成したグ
ラニユール２５は排出されないので、その流出を最小に
することができる。グラニユール２５はバッグ３内に保
持されるのでメタンの生成は継続的に行われるＵＡＳＢ
法はバイオガスと上昇流によるグラニユール２５の流
出、処理水に含まれるＳＳ分による閉塞があるため流速
が重要であるが、それらの心配は横流れ方式のため発生
しない。

【００３６】UASB法の維持管理コストの大きな部分であ
る適温度維持のためのコスト、メタン細菌の特徴的な挙
動に適した微生物環境を維持することを解決する方法と
して、光合成細菌添加嫌気槽１内設置と、２相嫌気槽を
採用し前処理槽において酢酸を生成する有機酸・メタノ
ールを作り、それらの基質をバッグ３に供給加温するこ
とで、設備コストを廉価にすると同時にメタン菌の増殖
に適した環境をつくった。また、フロート式の気液固三
相分離装置１９によりバッグ方式においてもメタン菌の
形成するグラニユール汚泥の滞留を効率化することがで
きる。また、大容量のグラニユール２５の生成と保持が
可能となった。

【００３７】嫌気槽１には光合成細菌を添加して中温メ
タン発酵の基礎代謝温度３８℃を得るとともに、有機酸
を含む処理水をメタン発酵の処理水の後処理での基質と
して、光合成細菌による酸化分解処理をする。なお、メ
タン発酵の処理状況に合わせて不必要になった有機酸は
ばっき槽２に放流し、光合成細菌の基質として処理する
ことで、有効利用が可能である。

【００３８】上記の有機酸生成過程で発生する多量のH₂
は、酢酸の生成の進行を遅らせることが知られている。
一方、メタン生成過程では、H₂はHCO₃の還元によるメタ
ンガスの生成を促進させる。これによってメタン発酵細
菌の栄養共生が構築されている。したがって、H₂を含む
バイオガスを嫌気槽１からバッグ３に送ることは反応系
全体の律速に有効であると同時に、物理的攪拌による接
触を増す反応促進とメタン生成効果がある。

【００３９】ところで、今日知られているメタン生成菌
の種類は１９属５９種類といわれているが、これらの基
質の利用性は種によって大幅に異なっている。たとえ
ば、Methanosarucina属は水素、メチルアミン類、メタ
ノール、酢酸などを資化できるが、Mrthsnothrix属は酢
酸以外を一切資化できないなどである。また増殖の温度
領域は極めて限られているのも特徴である。特に酢酸資
化性メタン生成菌のグラニユール生成速度は非常に遅い
ことで知られている。したがって最終段階のメタンの生
成速度が反応の全体のスピードを決めることと、酢酸以
外の物質（有機酸・水素等）は制限的要因となる恐れが
大であるため別の嫌気槽においてつくり、バッグ３に随
時生成した酢酸をはじめとする有機酸を、人為的に環境
条件をコントロールしたバッグ３内に送ることが望まし
い。以上の理由により、酢酸資化細菌のメタン生成工程
を、酸生成の嫌気槽の後方に分離する方が有効である。

【００４０】また、高温メタン菌は中温メタン菌の３倍
以上の効率メタン生成が可能であるから、別の嫌気槽１
に設置し、別途のボイラー設備によることで５５℃以上
の高温バイオガスの発生により膨張することと、ガスを
取り出すことの反復によって、内容物の横方向からの攪
拌混合が起こる。また、内容物の適量を適時取り出すに
際しては、メタン菌のグラニユール２５の比重が1.0３
とやや水より重いため、取り出し口を内部水面の比較的
高い位置に設け、分離して排出するためのフロート式気
液固三相分離装置１９を設ける。この気液固三相分離装
置１９は、厳密にはUASB法のガス分離が目的ではない。
水面に近い位置より処理水を取り出すことによって、や
や比重の重いグラニユール(1.0３)の流出を少なくする
ことが主目的である。

【００４１】バッグ３によるメタン発酵槽では、バッグ
３の両端部を長方形のばっき水槽の両端に近い水面の位
置に固定するとともに、流入出口管を左右に取り付け、
内容物である有機酸を含む排水を一方向から流速毎時１
ｍ以下の設定で流す。そのためには、バッグ３の縦方向
のサイズ、処理量、投入スピードの相関により設計す
る。内部にバイオガスが充満したとき、嫌気槽１水面上
にバッグ３が浮上する。大容量の汚水をバッグ３内に収
容し同時にガスホルダー４を兼用するが水に浮かべて両
端部を支持すること、ガスホルダー４は水面上に出るた
めに構造物に物理的負荷は比較的少なく、高温に対する
物性疲労の少ない材質によるバッグ製作によれば、耐久
性の問題は少ない。

【００４２】なお、バッグ３の前後に別系統の独立した
配管３０を設け、自吸式ポンプ３１により処理水を嫌気
状態で再循環することでグラニユール２５との接触頻度
を大とすることも有効である。

【００４３】微生物種ごとに、最適の環境と基質を供給
することが難しいが、別の前処理槽において別個の条件
による生成の工程をつくり、個別の環境条件とフローを
コントロールできるので、比較的容易にメタン発酵を効
率化できる。

【００４４】メタン生成工程を二つに分け、第一の嫌気
槽１で有機酸と酢酸までを生成し、第二の工程でメタン
を生成する構成を採用しているので、極めて安価な設備
によって実用化することが可能である。

【００４５】また、メタン発酵の処理水を光合成細菌の
培養液に変え、農業用資材（肥料、有機堆肥、光合成細
菌培養液）として有効活用することもできる。

【００４６】バッグ式メタン発酵設備は、UASBのタンク
設備に比してHRT（水理学的滞留時間：hydraulic reten
tion time）は、嫌気槽１の容量が加わるため大きい
が、後処理も兼ねるため遜色はない。生物学的観点より
のフロー設計は１槽循環式に比して合理的である。ま
た、メタン発酵効率を決めるのは、グラニユール汚泥を
流出させないSRT（sludge retention time菌体の滞留時
間）を長くすること、最終のメタン菌に適した基質を集
中的に補給することができる点で有利である。畜産分野
で導入可能なメタン発酵設備としては、従来のものに比
べ、設備コストで５分の１以下、温度管理費用で１０分
の１以下と目的を達成できる。さらに、UASB法の維持管
理コストの大きな部分である適温度維持のためのコス
ト、メタン細菌の特徴的な挙動に適した微生物環境を維
持することを解決する方法として光合成細菌添加嫌気槽
内設置と、２相嫌気槽を採用し前処理槽にて、酢酸を生
成する有機酸・メタノールを作り、それらの基質をバッ
グ３に供給加温することで、設備コストを廉価にすると
同時にメタン菌の増殖に適した環境をつくることができ
る。

【００４７】ところで、図７（ａ）（ｂ）及び図８に示
されるように、バッグ３はばっき槽２に横方向に浮かべ
て設置され、一方に固定した流入口３５から原水を投入
し、片方に固定した流出口３６から処理水とガスを取り
出すように構成してもよい。

【００４８】なお、水に浮かべたメタンバッグ３内の水
位は常にばっき槽２の水位と同一であるが、投入した原
水は必ずしもバッグ３内を横方向に均一に流れない。グ
ラニュール２５の比重は水より若干重い１．０３である
が、バイオガスの発生によって内部の廃液は常に上下に
循環することによって流入水と攪拌混合される。ガスの
生成によってグラニュール２５は浮上するが、ガスを放
出した後に沈降する。しかし、このように横流れと循環
系によってグラニュール２５と有機汚水との接触頻度を
高めるには物理的な限界がある。

【００４９】そこで、メタンバッグ３の下にもう１つの
小型エアバッグ３７を紐３８で左右に固定し、配管３９
につなげて空気ポンプ（図示せず）で配管３９から空気
を給排することを繰り返すように構成するのが好まし
い。なお、メタンバッグ３の膨張収縮によっても、横方
向からの内容物のゆっくりした移動に加えて前後に攪拌
する効果が得られる。

【００５０】これにより、図９（ａ）（ｂ）に示される
ように、メタンバッグ３の一部を間歇的にリフトアップ
することでグラニュール２５等の内容物を前後に移動さ
せ攪拌して液状の有機汚水と細菌群のスラリーとの混合
接触が促進され、メタン生成が効率化する。

【００５１】従来のUASB方式では、処理水の循環による
連続再接触方式であるが、これに対し、設備内部が閉塞
する心配のない上記のバッグ３方式は、動物の胃腸内に
おいて嫌気性細菌群と食物の混合攪拌をもっとも効率よ
く行なっている動物の消化器官の蠕動が緩慢に行なわれ
るように、一定の時間回分的に運転する。グラニュール
２５のような嫌気性菌の増殖率は好気性の細菌類のそれ
に比して低いため、急速な攪拌は望ましくないが、原水
と処理水の循環・流出入を同時に且つ連続的に行なうの
ではなく、一定量の原水を一定時間バッグ３内に滞留さ
せることにより、上記の攪拌方式によれば内容物全体を
緩慢に移動させることができるので、高濃度の汚水のメ
タンガス化処理を容易にして汚泥量を少なくする効果が
期待できる。

【００５２】メタン発酵の最大のメリットは、活性汚泥
方式に比較して発生する汚泥量が５分の１にすることと
安価なエネルギー源（電気・熱）の確保にある。メタン
発酵方式によれば、約６０％の有機物質がガス化可能で
ある。したがって、最大限のガス化には連続方式ではな
く回分式の運転がメリットである。原水と処理水の循環
・流出入を同時に且つ連続的に行なう方式では、循環水
の一部を処理水として系外に取り出さねばならないため
未処理の有機物が混合している。また、UASB方式では加
温エネルギーを必要とするが、上述のバッグ３方式によ
れば、メタン発酵廃液を光合成細菌によって３次処理す
ることで再利用し排出量を最低にするとともに、３次処
理に相当する光合成細菌添加ばっき槽２で発生する中温
(約３５℃)を活用してバッグ３本体を加温する。

【００５３】また、ばっき槽２上部にキャノピー（天
蓋）を設置することで、発生するアンモニアガスを集め
て冬季の温度管理に利用することができる。

【００５４】上述のように、エアバッグ３の膨張収縮を
一定の時間間隔をおいて繰り返すことで、メタン菌を含
む汚泥はメタンガス、炭酸ガス、水素ガス等を生成する
ことによって浮上してくるため、メタンガス等を含むバ
イオガスの生成が低下した段階で、排水の流出口３６に
設置した越流堰４０を超えて放出するが、その際にメタ
ン菌の塊であるグラニュール２５の流出を最小限にする
必要が求められる。なぜならば、高効率なメタン発酵を
可能にするグラニュール２５の生成には、極めて長い期
間(年間増殖率１．２)を要するため、グラニュール２５
の浮上による流出はシステムの機能低下を招くため、極
力流亡を阻止する仕組みが不可欠だからである。

【００５５】そこで、図７（ａ）に示すように、バッグ
３内排出口水面に、比重の軽い(比重０．９４程度)シー
ト４１を越流堰４０の前に浮かべて係留した。これによ
り、バイオガスを抱いて浮上したメタン細菌グラニュー
ル２５がシート４０に衝突する。バイオガスは軽いか
ら、そのままシート４１の縁から出てさらに上昇し、ガ
スホルダに移動するが、これに対し、グラニュール２５
はシート４１に当たった後は沈降する。これにより、グ
ラニュール２５の流出を防止することができる。

【００５６】なお、バッグ３がばっき槽２に浮上するこ
とで、バッグ３の内外の水位は同一であるが原水の投入
によった全体の水位が上昇する。そこで、図示しない
が、ばっき槽２に設置した排出用のポンプに付属したフ
ロートが水位の上昇を感知すると作動し、処理水を排出
することによって水位が一定に維持される。ポンプの作
動スタートとストップのレベルは、メタンバッグ３内流
出口のタンクに設置された越流堰の水位レベルに合わせ
て設定することでバッグ３内の水位は一定に維持され
る。バッグ３内の排出水はタンクの下部に取り付けた配
管よりエアリフト方式によって間歇的に排出されるた
め、バッグ３内の廃水が過剰に流出することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】メタン発酵処理装置の平面図

【図２】図１のＸ−Ｘ線上の断面図

【図３】図１のＹ−Ｙ線上の断面図

【図４】バッグが膨張した状態の断面図

【図５】気液固三相分離装置の斜視図

【図６】気液固三相分離装置の縦断面図

【図７】（ａ）（ｂ）はバッグの下に小型エアバッグを
配置した状態を示す断面図

【図８】図７の底面図

【図９】（ａ）（ｂ）は上記小型エアバッグが膨満した
状態を示す断面図

【符号の説明】

１嫌気槽２ばっき槽３バッグ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】嫌気槽内にバッグを浮かべ、バッグの一
端から有機酸を含む前処理液を流入させ、バッグ内でメ
タン発酵させた後、他端からメタン発酵処理された処理
水を排出させるとともに、バッグ内で生成したメタンガ
スをバッグ外に取り出すことを特徴とするメタン発酵処
理装置。
【請求項２】上記嫌気槽には有機酸を含む前処理水が
貯留されるものである、請求項１記載のメタン発酵処理
装置。
【請求項３】上記バッグの下部を上下動させる手段を
設けた、請求項１または２に記載のメタン発酵処理装
置。