JP2005125185A - バイオガス発生装置およびバイオガス発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 一般家庭や事業所で排出される生ごみ、糞尿、汚水を一括処理でき、発生したメタンガスや処理後の水を有効利用可能なバイオガス発電システムを提案すること。
【解決手段】 バイオガス発電システム１は、バイオガス発生装置２と、ここから発生するメタンガスから抽出した水素ガスを燃料とする燃料電池４とを有している。バイオガス発生装置２はバイオリアクタ１３と合併浄化槽１４が連結又は一体化されており、生ごみ、トイレの洗浄水がバイオリアクタ１３で醗酵分解処理された後に合併浄化槽１４で処理される。台所、風呂からの排水や手洗い水などの雑排水は合併浄化槽１４で浄化処理される。バイオリアクタ１３で発生したメタンガスから抽出した水素ガスは燃料電池４に供給され、一般家庭で消費される電力の電力源として利用され、合併浄化槽１４から排出される水はトイレの洗浄水、庭木の散水などとして用いられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般家庭あるいは事業所などから排出される生ごみや糞尿を資源としてバイオガス（メタンガス）を発生させるバイオガス発生装置に関するものである。また、本発明は、かかるバイオガス発生装置から発生するバイオガス（メタンガス）を有効利用可能なバイオガス発電システムに関するものである。

一般家庭などから排出される汚水、例えばトイレ排水、風呂や台所の排水は下水道を経由して行政が行う終末処理場で浄化され河川放流されている。また、一般家庭や食堂、レストラン等事業所の食品残渣などの生ごみは、ほとんど行政の焼却炉で一旦加熱乾燥し焼却処理されているが、例外的にコンポスト化されている部分も少量ある。

しかしながら、一般家庭や事業所において、トイレなどから排出される汚水や生ごみでバイオガスを発生させる装置や、汚水、生ごみを一括して処理することのできる装置については何ら提案されておらず、また、実用化されていない。このような生活排水および生ごみを一括処理できる処理装置があれば、収集・処理委託の必要もなく、下水道代の節約にもなる。

既存の合併浄化槽での発生ガスは温室効果ガスである二酸化炭素とメタンガスであり、メタンガスは二酸化炭素の２０倍の温室効果をもっているといわれ、コジェネレーションに再利用するのが最適である。また、メタンガス発生後の消化液はそのままで、窒素、リンを多量に含んだ液肥として庭木や農作物に、またトイレのリサイクル水洗水として使用でき、水道水の節約が約束される。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、一般家庭や事業所に設置するのに適した、食品残渣、生ごみを資源としたバイオガス発生装置およびバイオガス発電システムを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のバイオガス発生装置は、
嫌気性微生物により有機廃棄物を醗酵分解する独立密閉型のバイオリアクタと、嫌気濾床槽、ばっ気槽、沈殿槽および消毒槽を有する合併浄化槽とを、連結もしくは一体化し、有機廃棄物からメタンガスを発生させると共に汚水を浄化するバイオガス発生部と、
前記浄化した処理水をリサイクルするために貯留する貯水槽と、
前記バイオリアクタで発生するガスを回収するガスホルダと、
前記バイオリアクタに食品残渣などの生ごみおよびトイレの水洗水を供給する第１供給部と、
前記合併浄化槽に台所、風呂などからの汚水および手洗い水などの雑排水を供給する第２供給部とを有していることを特徴としている。

食品残渣などの生ごみとトイレから排出される排泄物を含む汚水は、ペースト状でバイオリアクタに供給される。これに対して、手洗い水、台所、風呂から発生する汚水は、バイオリアクタに供給されずに、合併浄化槽の嫌気濾床槽に直接供給される。塩素系の洗剤などを含む手洗い水、台所や風呂からの汚水をバイオリアクタに供給すると、バイオリアクタにおいて不純なガスが発生し、また、そこでの醗酵分解処理性能が低下してしまう。本発明では、処理対象を分けてあるので、バイオリアクタにおける醗酵分解処理を促進でき、したがって、不純物を含まないバイオガスが発生する。

ここで、食品残渣などの生ごみを効率良くバイオリアクタに送り込むことができるように、また、それらの醗酵分解処理が促進されるようにするためには、これらをバイオリアクタに供給する前記第１供給部に、食品残渣などの生ごみを所定の大きさに破砕する破砕機を配置して、糞および生ごみをペースト状にしてバイオリアクタに送ることが望ましい。

また、処理後に発生する水を有効利用するためには、前記貯水槽に貯留された処理後の水をトイレの洗浄水および／または庭木などの散水として供給する貯留水供給部を配置することが望ましい。このようにすれば、メタンガス発生後の消化液はそのままで、窒素、リンを多量に含んだ液肥として庭木や農作物に、またトイレのリサイクル水洗水として使用でき、水道水の節約が約束される。

さらに、前記貯水槽に溜まった余剰の水を地下浸透させる排水部を配置することが望ましい。このようにすれば、下水道に余剰水を排出する場合に比べて、下水道代を節約できる。

一方、本発明のバイオガス発電システムは、
上記構成のバイオガス発生装置と、
前記ガスホルダに貯留されたガスから水素ガスを抽出するガス処理部と、
ガス処理部から供給される水素ガスを燃料とする燃料電池などの電力あるいは動力の発生源とを有していることを特徴としている。

また、本発明のバイオガス発電システムは、
上記構成のバイオガス発生装置と、
前記ガスホルダに貯留されたガスから異物を除去するガス処理部と、
ガス処理部を介して供給されるガスを燃料とするガスエンジン、ガスタービンなどの電力あるいは動力の発生源とを有していることを特徴としている。

ここで、前記の電力あるいは動力の発生源に対して、ＬＰＧあるいは都市ガスを前記ガス処理部を介して供給可能なガス補給部を有していることが望ましい。

以上説明したように、本発明では、バイオリアクタと合併浄化槽とを一体化すると共に、塩素系の洗剤等を含む手洗い水および台所や風呂の排水をバイオリアクタに通さずに直接に合併浄化槽に流すようにしている。従って、本発明によれば、一般家庭や事業所において、汚水および食品残渣などの生ごみから効率良くメタンガスを発生でき、しかもこれらを一括処理できるバイオガス発生装置を実現できる。

また、本発明では、かかるバイオガス発生装置から発生するメタンガスから抽出した水素ガスを燃料電池などの燃料として利用し、あるいは、メタンガスから硫化水素およびアンモニアを除去してガスエンジンあるいはガスタービンの燃料として利用しているので、メタンガスを大気中に放出することなく一般家庭あるいは事業所などの熱源あるいは電力源として利用可能なバイオガス発電システムを実現できる。

さらに、ＬＰＧあるいは都市ガスなどを必要に応じてガス補給源として用いるようにすれば、生ごみなどの処理量が充分でない場合においても、必要なときに必要な電力、熱を供給可能になるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したバイオガス発電システムの一例を説明する。

図１はバイオガス発電システムの概略構成図であり、図２はバイオガス発電システムによる処理の流れを示す流れ図である。本例のバイオガス発電システム１は、一般家庭あるいは事業所に設置して用いられるものであり、バイオガス発生装置２と、ここから発生するバイオガスを処理するガス処理部３と、処理により得られた純度の高い水素ガスを燃料源とする燃料電池４と、発生ガス不足時にバイオガス代替燃料として使用するＬＰＧ若しくは都市ガスを補給するためのガス補給部５とを有している。燃料電池４の代わりに、ガスエンジン、ガスタービンなどの動力発生源や電力発生源を配置し、これらに対して、ガス処理部３の脱硫塔のみを介してバイオガスを供給してもよい。勿論、図１に示すように燃料電池４およびガスエンジン、ガスタービンなどを併設することも可能である。

バイオガス発生装置２は処理タンク１１を備え、この処理タンク１１の内部は垂直仕切り壁１２によって仕切られて、一方の側に密閉されたバイオリアクタ１３が形成され、他方の側に合併浄化槽１４が形成されている。密閉型の処理タンクを製造し、その内部を仕切るようにしてもよいし、バイオリアクタ１３と合併浄化槽１４を連結して一体化してもよい。バイオリアクタ１３が形成されている密閉タンク１１の上面部分には開口１１ａが形成され、ここにはガスを捕捉するためのガスホルダ１５が密閉状態で取り付けられている。

バイオリアクタ１３の下端部分には第１供給管１６が横方向に引き出されており、この第１供給管１６の上流側の部分は、複数の分岐管（図においては分岐管１７、１８のみを示してある。）を介して、トイレ洗浄水の排出部１９、生ごみ破砕機２０の排出端に連通している。したがって、食品残渣などの生ごみを生ごみ破砕機２０に投入すると、所定の大きさに破砕された後に分岐管１８および第１供給管１６を介してバイオリアクタ１３に供給される。同様に、トイレから排出される排泄物を含む汚水は分岐管１７および第１供給管１６を介してバイオリアクタ１３に供給される。通常は、これらが混合してペースト状態でバイオリアクタ１３に供給される。

合併浄化槽１４は、バイオリアクタ１３に隣接配置されている嫌気濾床槽２１と、垂直仕切り板２２を介して隣接配置されたばっ気槽２３と、仕切り板２４を介して隣接配置された沈殿槽２５と、仕切り板２６を介して隣接配置された消毒槽２７とを備えている。嫌気濾床槽２１には、第２供給管５１を介して、風呂、台所からの排水や手洗い水などの雑排水が供給される。

嫌気濾床槽２１は、仕切り板１２の上端部分を貫通して延びるＵ字状または逆Ｕ字状の連通管２８を介してバイオリアクタ１３に連通することにより、バイオリアクタ１３の密閉状態を維持している。嫌気濾床槽２１は仕切り板２２の上端部分に形成した連通部２２ａを介してばっ気槽２３に連通しており、ばっ気槽２３はその底部が仕切り板２４の下端部に形成した連通部２４ａを介して沈殿槽２５に連通している。沈殿槽２５は仕切り板２６の上側の連通部２６ａを介して消毒槽２７に連通している。ばっ気槽２３には不図示のブロワから空気供給管３０を介して空気が強制供給される。

消毒槽２７には、合併浄化槽１４で処理された後の水を排出するための排水管２９が水平に取り付けられている。排水管２９から排出される水は、処理タンク１１に隣接配置されている貯水槽３１に回収される。貯水槽３１には、水位が所定レベルを超えると地下浸透させるために貯留水を排出するオーバーフロー管３２が接続されている。また、トイレの洗浄水あるいは庭木の散水として貯留水を供給するために、ポンプ３３によって貯留水を供給するための給水管３４が接続されている。

次に、処理タンク１１の内部の上端部分、本例ではガスホルダ１５に連通しているバイオリアクタ１３の上端部分が、ガス供給管４１を介して、ガス処理部３の脱硫塔４２に連通しており、発生したバイオガスが脱硫塔４２に供給されるようになっている。ガス処理部３はこの脱硫塔４２と改質機４３を備えており、脱硫塔４２において酸化第二鉄により硫化水素およびアンモニアを除去し、改質機４３において水素ガスのみを抽出し、水素ガスが燃料電池４に供給される。

この構成のバイオガス発電システム１では、風呂、台所から排出される汚水や手洗い水などの雑排水が第２供給管５１を介して合併浄化槽１４の嫌気濾床槽２１に供給され、浄化処理が施される。これに対して、生ごみおよび排泄物を含むトイレ洗浄水は第１供給管１６を介してバイオリアクタ１３に供給され、ここで醗酵分解処理が施された後に、合併浄化槽１４の嫌気濾床槽２１に供給されて浄化処理が施される。従って、バイオリアクタ１３に塩素系の洗剤などが流入して醗酵分解処理が阻害され、不純物を多く含むガスが発生するという弊害が起きず、有機物を効率良く分解処理できる。

バイオリアクタ１３で発生したバイオガスはガスホルダ１５に蓄えられ、脱硫塔４２で硫化水素およびアンモニアが除去され、改質機４３を介して水素ガスのみが燃料電池４に供給される。よって、燃料電池４によって効率良く発電が行われる。また、発生ガス不足時にバイオガス代替燃料として、ガス補給部５からＬＰＧや都市ガスなどから得られる水素ガスを補給すればよい。

次に、合併浄化槽１４で処理された後に発生した水は貯水槽３１に蓄えられる。この水は、トイレ洗浄水として利用され、また、庭木の散水として利用される。なお、改質機４３も発熱するので、ここから発生する熱を利用することもできる。

以上のように、本例のバイオガス発電システム１は、一般家庭や事業所で発生する生ごみや糞尿でバイオガスを発生し、廃棄物を一括処理することができる。また、処理により発生するメタンガスを燃料電池の燃料として用いるようにしているので、発生したガスを電力源として再利用することができる。さらには、処理によって発生した水をトイレ洗浄水あるいは庭木の散水として再利用することができる。

本発明を適用したバイオガス発電システムの概略構成図である。 図１のバイオガス発電システムの処理動作を示す流れ図である。

符号の説明

１ バイオガス発電システム
２ バイオガス発生装置
３ ガス処理部
４ 燃料電池
５ ガス補給部
１１ 処理タンク
１２ 垂直仕切り壁
１３ バイオリアクタ
１４ 合併浄化槽
１５ ガスホルダ
１６ 第１供給管
１７、１８ 分岐管
１９ トイレ排出部
２０ 生ごみ破砕機
２１ 嫌気濾床槽
２２、２４、２６ 仕切り板
２３ ばっ気槽
２５ 沈殿槽
２７ 消毒槽
２８ 空気供給管
２９ 排水管
３１ 貯水槽
３２ オーバーフロー管
３３ ポンプ
３４ 給水管
４１ 供給管
４２ 脱硫塔
４３ 改質機

Claims (7)

1. 嫌気性微生物により有機廃棄物を醗酵分解する独立密閉型のバイオリアクタと、嫌気濾床槽、ばっ気槽、沈殿槽および消毒槽を有する合併浄化槽とを、連結もしくは一体化し、有機廃棄物からメタンガスを発生させると共に汚水を浄化するバイオガス発生部と、
   前記浄化した処理水をリサイクルするために貯留する貯水槽と、
   前記バイオリアクタで発生するガスを回収するガスホルダと、
   前記バイオリアクタに食品残渣などの生ごみおよびトイレの水洗水を供給する第１供給部と、
   前記合併浄化槽に台所、風呂などからの汚水および手洗い水などの雑排水を供給する第２供給部とを有しているバイオガス発生装置。
2. 請求項１において、
   前記第１供給部は、食品残渣などの生ごみを所定の大きさに破砕する生ごみ破砕機を備えているバイオガス発生装置。
3. 請求項１または２において、
   前記貯水槽に貯留されている水をトイレ洗浄水および／または庭木などの散水として供給する貯留水供給部を有しているバイオガス発生装置。
4. 請求項１、２または３において、
   前記貯水槽に貯留されている水を地下浸透させる排水部を有しているバイオガス発生装置。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載のバイオガス発生装置と、
   前記ガスホルダに貯留されたガスから水素ガスを抽出するガス処理部と、
   ガス処理部から供給される水素ガスを燃料とする燃料電池などの電力あるいは動力の発生源とを有しているバイオガス発電システム。
6. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載のバイオガス発生装置と、
   前記ガスホルダに貯留されたガスから異物を除去するガス処理部と、
   ガス処理部を介して供給されるガスを燃料とするガスエンジン、ガスタービンなどの電力あるいは動力の発生源とを有しているバイオガス発電システム。
7. 請求項５または６において、
   前記の電力あるいは動力の発生源に対して、ＬＰＧあるいは都市ガスを前記ガス処理部を介して供給可能なガス補給部を有しているバイオガス発電システム。

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