JP2005319388A - Method for setting operation condition of methane fermentation system - Google Patents

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英樹 稲葉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for setting the optimum operation conditions in a methane fermentation system. <P>SOLUTION: In a reaction system where the amount V<SB>30</SB>of a waste charged into a methane fermentation tank 10 is equal to the discharged material amount V<SB>40</SB>from in-tank waste 20 in the methane fermentation tank, the change speed dVS/dt of the amount VS of in-tank organic material in the in-tank waste, the input speed VS<SB>in</SB>of organic material to the methane fermentation tank, the discharge speed VS<SB>out</SB>of organic material from the methane fermentation tank and the gas generation speed dG/dt of gas generating from the in-tank waste are determined and, based on them, the growth speed (dV<SB>21A</SB>/dt)g of methane fermentation sludge 21A is calculated. Thereafter, a first discharge speed F<SB>1</SB>of discharge material of such an extent as not to change the in-tank waste amount V is calculated on the basis of a waste input speed F<SB>in</SB>, the growth speed and the gas generation speed. Subsequently, methane fermentation sludge concentration X in the methane fermentation tank is calculated on the basis of the in-tank waste amount, the growth speed and the first discharge speed and, in accordance with the methane fermentation sludge concentration X, the operation condition is set. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、メタン発酵システムの運転条件の設定方法に関する。   The present invention relates to a method for setting operating conditions of a methane fermentation system.

エネルギー回収型生物処理法としてメタン発酵処理法がある。メタン発酵処理法は、下水処理場における余剰汚泥消化をはじめとして各種産業廃水処理に広く採用されている。   There is a methane fermentation treatment method as an energy recovery type biological treatment method. The methane fermentation treatment method is widely used for various industrial wastewater treatments including excess sludge digestion in sewage treatment plants.

メタン発酵処理法としては、メタン菌などを含むメタン発酵汚泥を浮遊状態で使用するいわゆる標準型や効率型(以下、これらを従来型と称す)と、グラニュールと呼ばれる粒状の汚泥を用いるUASB(upflow anaerobic sludge blanket)法やEGSB(expanded granular sludge blanket)法などがある。   Methane fermentation treatment methods include so-called standard and efficient types that use methane fermentation sludge containing methane bacteria and the like (hereinafter referred to as conventional types), and UASB that uses granular sludge called granules ( There are upflow anaerobic sludge blanket method and EGSB (expanded granular sludge blanket) method.

UASB法やEGSB法は高負荷であり、固形物がグラニュールの成長を妨げるため、固形物濃度の高い廃棄物の消化には不向きである。   The UASB and EGSB methods are highly loaded, and solids impede the growth of granules, so they are not suitable for digesting wastes with high solids concentrations.

一方、従来型のメタン発酵処理法は固形物濃度の高い廃棄物の処理に適しており、下水処理場における余剰汚泥の消化に利用されている。また、近年ではリサイクル社会構築の活性化や海洋投棄禁止などにより、生ごみ、食品工場の有機性固形廃棄物や畜産廃棄物などに利用される例が増えてきている。   On the other hand, the conventional methane fermentation treatment method is suitable for the treatment of waste having a high solid matter concentration, and is used for digestion of excess sludge in a sewage treatment plant. In recent years, examples of use for food waste, organic solid waste in livestock factories, livestock waste, etc. are increasing due to the activation of a recycling society and the prohibition of ocean dumping.

ここで、メタン発酵処理法を用いたメタン発酵システムでは、有機物負荷が運転条件として設定される。この有機物負荷を設定するとき、従来はメタン発酵槽内の固形物濃度に対して行っていた。これは、本来ならばメタン発酵汚泥濃度に対して設定するのが理想的であるが、メタン発酵汚泥と未消化の廃棄物との混合物の中からメタン発酵汚泥のみを計測又は推測することが困難だからである。そのため、従来は、メタン発酵槽内の固形物に対して有機物負荷を設定し、その後はオペレータの経験や勘によって運転が行われてきた。   Here, in the methane fermentation system using the methane fermentation treatment method, the organic load is set as the operation condition. Conventionally, when setting this organic matter load, it was performed with respect to the solid matter concentration in the methane fermenter. This is ideally set for methane fermentation sludge concentration, but it is difficult to measure or estimate only methane fermentation sludge from a mixture of methane fermentation sludge and undigested waste. That's why. Therefore, conventionally, an organic load is set for the solid matter in the methane fermentation tank, and thereafter, the operation is performed based on the experience and intuition of the operator.

これに対し、このようなオペレータによる経験や勘に依存することなく、メタン発酵処理を自動化する技術として、例えば、特許文献1に記載の処理システムがある。   On the other hand, as a technique for automating the methane fermentation process without depending on the experience and intuition of such an operator, for example, there is a processing system described in Patent Document 1.

この処理システムでは、次のようにしてメタン発酵システムを制御している。メタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量とメタン発酵槽内の固形物濃度とを用いて、メタン発酵によって生じるバイオガス生成量の推定値及びその推定値になるまでに要する推定時間を求める。そして、実際に測定したバイオガス生成量及び測定時間と、上記推定値及び推定時間とを比較する。その比較結果と、メタン発酵槽から流出する固形成分及び液体成分を分離する固液分離部でのpH検出値とに基づいてメタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量を調整する。
特開2003−39052号公報
In this processing system, the methane fermentation system is controlled as follows. Using the amount of organic waste supplied to the methane fermenter and the solid concentration in the methane fermenter, calculate the estimated amount of biogas produced by methane fermentation and the estimated time required to reach the estimated value. . And the biogas production amount and measurement time which were actually measured are compared with the said estimated value and estimated time. The supply amount of organic waste to the methane fermentation tank is adjusted based on the comparison result and the pH detection value in the solid-liquid separation unit that separates the solid component and the liquid component flowing out from the methane fermentation tank.
JP 2003-39052 A

しかしながら、特許文献1に記載のシステムにおいても、メタン発酵槽内の固形物濃度は測定しているが、固形物に含まれるメタン発酵汚泥の濃度自体を求めていない。したがって、未消化の固形物も混在しているメタン発酵槽内の固形物に対して有機物負荷を設定すると、過負荷になってメタン発酵が進行しないことがある。   However, even in the system described in Patent Document 1, the solid matter concentration in the methane fermentation tank is measured, but the concentration itself of the methane fermentation sludge contained in the solid matter is not determined. Therefore, when organic load is set with respect to the solid substance in the methane fermenter in which the undigested solid substance is also mixed, it may become overloaded and methane fermentation may not advance.

そのため、バイオガス生成量に応じてシステムを制御しても、メタン発酵が停止する場合もある。特許文献1に記載のシステムでは、メタン発酵が停止しないようにpHを計測して、投入する廃棄物の量を調整している。ただし、pHを中性に維持していても有機酸濃度が高くなると(例えば、1000ppmを越えると)メタン発酵が停止したり、水素発酵に移行したりする場合もある。そのため、特許文献1に記載の処理システムにおいてもメタン発酵システムを最適に運転することは困難である。   Therefore, even if the system is controlled according to the amount of biogas produced, methane fermentation may stop. In the system described in Patent Document 1, pH is measured so that methane fermentation does not stop, and the amount of waste to be input is adjusted. However, even if the pH is kept neutral, when the concentration of the organic acid is high (for example, exceeding 1000 ppm), methane fermentation may stop or shift to hydrogen fermentation. Therefore, even in the treatment system described in Patent Document 1, it is difficult to optimally operate the methane fermentation system.

本発明の目的は、メタン発酵システムにおける最適な運転条件を設定する方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for setting optimum operating conditions in a methane fermentation system.

本発明者は、メタン発酵システムにおける最適な運転条件を設定する方法に関して鋭意研究を行い、次のことを見出した。   The inventor conducted intensive research on a method for setting optimum operating conditions in a methane fermentation system, and found the following.

第1に、本発明者は、メタン発酵槽内の廃棄物は、メタン発酵汚泥により消化されるとガスとしてメタン発酵槽内から消失するため、槽内の廃棄物量が変化することを見出した。第2に、本発明者は、メタン発酵により生じた槽内の廃棄物量の変化を測定することによってメタン発酵汚泥濃度を導き出せることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。   1stly, this inventor discovered that the waste amount in a tank changes, since the waste in a methane fermentation tank will lose | disappear from the inside of a methane fermentation tank as gas, if digested with methane fermentation sludge. Second, the present inventor has found that the concentration of methane fermentation sludge can be derived by measuring the change in the amount of waste in the tank produced by methane fermentation. The present invention has been made based on these findings.

すなわち、本発明に係るメタン発酵システム運転条件の設定方法は、メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、投入廃棄物に含まれる投入有機物のメタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、引抜物に含まれる引抜有機物のメタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、前記変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出し、槽内廃棄物量を変えないように引抜物を引き抜くための第1引抜速度を、投入廃棄物のメタン発酵槽への投入速度である廃棄物投入速度、増殖速度及びガス発生速度に基づいて算出し、槽内廃棄物量、増殖速度及び第1引抜速度に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする。   That is, the method for setting the operating conditions of the methane fermentation system according to the present invention is a method for setting the operating conditions of the methane fermentation system that decomposes the organic matter to be treated contained in the waste in the methane fermentation tank using the methane fermentation sludge. In the reaction system in which the input waste amount of input waste to be input to the methane fermentation tank is the same as the extracted waste amount extracted from the in-tank waste in the methane fermentation tank, The rate of change in the amount of organic matter in the tank, the rate at which the organic matter contained in the input waste is charged into the methane fermentation tank, the rate at which the extracted organic matter contained in the withdrawal is withdrawn from the methane fermentation tank The extraction rate and the gas generation rate of the gas generated from the waste in the tank by methane fermentation are obtained, and the measurement is performed based on the change rate, the organic matter input rate, the organic matter extraction rate, and the gas generation rate. Calculate the growth rate of the methane fermentation sludge in the fermenter and the first extraction speed for extracting the extract so as not to change the amount of waste in the tank. And calculating the methane fermentation sludge concentration in the methane fermentation tank based on the amount of waste in the tank, the growth rate, and the first extraction rate. To do.

上記方法では、先ず、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物量と、メタン発酵槽から引き抜く引抜物量とが同じである反応系において、上述した変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度を求める。次に、それらに基づいてメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する。続いて、廃棄物投入速度、増殖速度及びガス発生速度に基づいて第1引抜速度を算出する。この第1引抜速度で引抜物を引き抜くことにより槽内廃棄物量がほぼ一定に維持される。   In the above method, first, in the reaction system in which the amount of waste input to the methane fermenter and the amount of withdrawn material extracted from the methane fermenter are the same, the change rate, organic material input rate, organic material extraction rate, and gas generation rate described above are set. Ask. Next, the growth rate of methane fermentation sludge is calculated based on them. Subsequently, a first extraction rate is calculated based on the waste input rate, the growth rate, and the gas generation rate. By pulling out the drawn material at the first drawing speed, the amount of waste in the tank is maintained substantially constant.

そして、槽内廃棄物量、増殖速度及び第1引抜速度に基づいてメタン発酵汚泥濃度を算出する。   And the methane fermentation sludge density | concentration is calculated based on the waste amount in a tank, a growth rate, and a 1st extraction speed.

以上のように、メタン発酵汚泥濃度は、上記変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度を求めることによって算出される。そのため、槽内廃棄物のうちメタン発酵に関与するメタン発酵汚泥濃度を用いてメタン発酵システムにおける有機物負荷(言い換えれば、メタン発酵槽へ投入する有機物量)を設定することが可能である。   As described above, the methane fermentation sludge concentration is calculated by determining the change rate, the organic matter input rate, the organic matter extraction rate, and the gas generation rate. Therefore, it is possible to set the organic substance load in the methane fermentation system (in other words, the amount of organic substance input to the methane fermentation tank) using the methane fermentation sludge concentration involved in methane fermentation among the waste in the tank.

また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法において、メタン発酵システムは、メタン発酵槽から引き抜かれた引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、濃縮汚泥の少なくとも一部をメタン発酵槽に返送する際に、槽内廃棄物量を変えないように引抜物を引き抜くための第2引抜速度を、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送速度、廃棄物投入速度、及びガス発生速度に基づいて算出し、槽内廃棄物量、増殖速度、第2引抜速度、返送速度及び濃縮手段の濃縮倍率に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことが好ましい。   Further, in the method for setting the operating conditions of the methane fermentation system according to the present invention, the methane fermentation system has a concentration means for concentrating the extract drawn from the methane fermentation tank to form concentrated sludge, and the concentrated sludge When returning at least a part of the waste to the methane fermentation tank, the second extraction speed for extracting the extract so as not to change the amount of waste in the tank, the return speed of the concentrated sludge to the methane fermentation tank, and the waste input speed And calculating the methane fermentation sludge concentration in the methane fermentation tank based on the amount of waste in the tank, the growth rate, the second extraction speed, the return speed, and the concentration rate of the concentration means. It is preferable.

この場合には、濃縮手段により形成された濃縮汚泥の少なくとも一部がメタン発酵槽内に返送される際に、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送速度、廃棄物投入速度、及びガス発生速度に基づいて第2引抜速度が算出される。この第2引抜速度で引抜物が引き抜かれることにより、濃縮汚泥の少なくとも一部がメタン発酵槽内に返送される際にも槽内廃棄物量がほぼ一定に維持される。   In this case, when at least a part of the concentrated sludge formed by the concentration means is returned into the methane fermentation tank, the return speed of the concentrated sludge to the methane fermentation tank, the waste input speed, and the gas generation speed Based on this, the second drawing speed is calculated. By extracting the extracted material at the second extraction speed, the amount of waste in the tank is maintained substantially constant even when at least a part of the concentrated sludge is returned into the methane fermentation tank.

そして、槽内廃棄物量、増殖速度、第2引抜速度、返送速度及び濃縮倍率に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度が算出される。   And the methane fermentation sludge density | concentration in a methane fermentation tank is computed based on the amount of waste in a tank, a proliferation rate, a 2nd extraction speed, a return speed, and a concentration rate.

濃縮汚泥を返送する場合、濃縮汚泥中にはメタン発酵汚泥も含まれているので、メタン発酵汚泥もメタン発酵槽に返送される。そのため、メタン発酵汚泥濃度が高く維持される。   When returning the concentrated sludge, the methane fermentation sludge is also returned to the methane fermentation tank because the concentrated sludge also contains methane fermentation sludge. Therefore, the methane fermentation sludge concentration is maintained high.

そして、メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度が高く維持されると、有機物を多く投入することが可能(言い換えれば、高負荷運転が可能)になる。   And if the methane fermentation sludge density | concentration in a methane fermenter is maintained high, it will become possible to throw in many organic substances (in other words, high load operation is possible).

また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法は、メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、投入廃棄物に含まれる投入有機物のメタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、引抜物に含まれる引抜有機物のメタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、前記変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する工程を含むことを特徴とする。   In addition, the method for setting the operating conditions of the methane fermentation system according to the present invention is to set the operating conditions of the methane fermentation system that decomposes the organic matter to be treated contained in the waste in the methane fermentation tank using the methane fermentation sludge. In a reaction system in which the input waste amount of input waste to be input to the methane fermentation tank is the same as the extraction amount of the extract drawn from the in-tank waste in the methane fermentation tank, The rate of change in the amount of organic matter in the tank in the product, the rate of input of organic matter contained in the input waste into the methane fermentation tank, the rate of introduction of organic matter in the extract, and the rate of extraction of the extracted organic matter contained in the extract from the methane fermentation tank The organic matter extraction rate and the gas generation rate of the gas generated from the waste in the tank by methane fermentation are obtained, and based on the change rate, the organic matter input rate, the organic matter extraction rate, and the gas generation rate Including the step of calculating the growth rate of the methane fermentation sludge in the fermenter, characterized in.

上記方法でも、先ず、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物量と、メタン発酵槽から引き抜く引抜物量とが同じである反応系において、上述した変化速度、有機物投入速度、有機物引抜速度及びガス発生速度を求める。次に、それらに基づいてメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する。   Even in the above method, first, in the reaction system in which the amount of waste input to the methane fermenter and the amount of extract to be extracted from the methane fermenter are the same, the change rate, the organic matter input rate, the organic matter extraction rate, and the gas generation rate described above are set. Ask. Next, the growth rate of methane fermentation sludge is calculated based on them.

このように増殖速度が算出されると、その増殖速度を用いて槽内廃棄物量が一定になるように引抜物を引き抜くための引抜速度を算出できる。そして、その引抜速度、槽内廃棄物量及び増殖速度に基づいてメタン発酵汚泥濃度を算出することが可能である。このようにメタン発酵汚泥濃度が算出されれば、そのメタン発酵汚泥濃度に対して容積負荷を設定することができる。   When the growth rate is calculated in this way, it is possible to calculate the drawing speed for pulling out the drawn material so that the amount of waste in the tank becomes constant using the growth rate. And it is possible to calculate a methane fermentation sludge density | concentration based on the extraction speed | rate, the waste amount in a tank, and a proliferation rate. If the methane fermentation sludge concentration is calculated in this way, the volume load can be set for the methane fermentation sludge concentration.

また、メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を高く維持する運転・方策を講じることができる。   In addition, it is possible to take measures and operations to maintain a high methane fermentation sludge concentration in the methane fermentation tank.

また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法は、メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、投入廃棄物量、投入廃棄物中の投入有機物の濃度である投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜物中の引抜有機物の濃度である引抜有機物濃度、及び、メタン発酵によって槽内廃棄物から発生するガスのガス発生量を計測し、それらの計測値に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする。   In addition, the method for setting the operating conditions of the methane fermentation system according to the present invention is to set the operating conditions of the methane fermentation system that decomposes the organic matter to be treated contained in the waste in the methane fermentation tank using the methane fermentation sludge. The amount of input waste in a reaction system in which the input waste amount of input waste to be input to the methane fermentation tank is the same as the extracted amount of the extract extracted from the in-tank waste in the methane fermentation tank , Input organic matter concentration, concentration of input organic matter in input waste, amount of waste in tank, amount of extracted material, concentration of extracted organic material, concentration of extracted organic matter in extract, and generated from waste in tank by methane fermentation The method includes measuring a gas generation amount of gas and calculating a methane fermentation sludge concentration in the methane fermentation tank based on the measurement values.

上記方法では、先ず、メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物量と、メタン発酵槽から引き抜く引抜物量とが同じである反応系において、投入廃棄物量、投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜有機物濃度及びガス発生量を計測する。そして、それらの値からメタン発酵汚泥濃度を算出する。   In the above method, first, in a reaction system in which the amount of waste input to the methane fermentation tank is the same as the amount of extract to be extracted from the methane fermenter, the amount of input waste, the concentration of input organic matter, the amount of waste in the tank, the amount of extract, Measure organic matter concentration and gas generation amount. And the methane fermentation sludge density | concentration is computed from those values.

そのため、槽内廃棄物のうちメタン発酵に関与するメタン発酵汚泥濃度に基づいてメタン発酵システムにおける容積負荷を設定することができる。   Therefore, the volume load in the methane fermentation system can be set based on the methane fermentation sludge concentration involved in methane fermentation among the waste in the tank.

また、本発明に係るメタン発酵システムの運転条件の設定方法において、メタン発酵システムは、メタン発酵槽から引き抜かれた引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、濃縮手段から濃縮汚泥の少なくとも一部をメタン発酵槽に返送する際に、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送量を計測し、投入廃棄物量、投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜有機物濃度、ガス発生量、前記返送量及び濃縮手段の濃縮倍率に基づいてメタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことが望ましい。   Further, in the method for setting the operating conditions of the methane fermentation system according to the present invention, the methane fermentation system has a concentration means for concentrating the extract drawn from the methane fermentation tank to form concentrated sludge, and the concentration means When at least a part of the concentrated sludge is returned to the methane fermentation tank, the return amount of the concentrated sludge to the methane fermentation tank is measured, and the input waste amount, input organic substance concentration, in-tank waste amount, withdrawn substance amount, withdrawn organic substance concentration It is desirable to include a step of calculating the methane fermentation sludge concentration in the methane fermentation tank based on the gas generation amount, the return amount, and the concentration rate of the concentration means.

この場合には、濃縮手段により形成された濃縮汚泥の少なくとも一部がメタン発酵槽内に返送される際に、濃縮汚泥のメタン発酵槽への返送量を計測し、投入廃棄物量、投入有機物濃度、槽内廃棄物量、引抜物量、引抜有機物濃度、ガス発生量、返送量及び濃縮倍率に基づいてメタン発酵汚泥濃度が算出される。   In this case, when at least a part of the concentrated sludge formed by the concentration means is returned to the methane fermentation tank, the amount of concentrated sludge returned to the methane fermentation tank is measured, and the amount of waste input and the concentration of input organic matter are measured. The methane fermentation sludge concentration is calculated on the basis of the amount of waste in the tank, the amount of extracted material, the concentration of extracted organic matter, the amount of gas generated, the amount of return, and the concentration rate.

濃縮汚泥を返送する場合、濃縮汚泥中にはメタン発酵汚泥も含まれているので、メタン発酵汚泥もメタン発酵槽に返送される。そのため、メタン発酵汚泥濃度が高く維持される。   When returning the concentrated sludge, the methane fermentation sludge is also returned to the methane fermentation tank because the concentrated sludge also contains methane fermentation sludge. Therefore, the methane fermentation sludge concentration is maintained high.

そして、メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度が高く維持されると、有機物を多く投入することが可能(言い換えれば、高負荷運転が可能)になる。   And if the methane fermentation sludge density | concentration in a methane fermenter is maintained high, it will become possible to throw in many organic substances (in other words, high load operation is possible).

本発明によれば、メタン発酵槽内の槽内廃棄物におけるメタン発酵汚泥濃度が算出される。そのため、そのメタン発酵汚泥濃度を用いて、メタン発酵システムの運転条件を最適化することが可能である。   According to this invention, the methane fermentation sludge density | concentration in the waste in a tank in a methane fermentation tank is calculated. Therefore, the operating conditions of the methane fermentation system can be optimized using the methane fermentation sludge concentration.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。全図を通し、同一又は相当部分には同一符号を付することとする。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Throughout the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

(第1の実施形態)
図1は、メタン発酵システムの一例の構成を示す模式図である。図1のメタン発酵システム1は、本実施形態に係る設定方法によって設定された運転条件によって運転される。
(First embodiment)
Drawing 1 is a mimetic diagram showing the composition of an example of a methane fermentation system. The methane fermentation system 1 in FIG. 1 is operated under the operating conditions set by the setting method according to the present embodiment.

メタン発酵システム1は、生ゴミや食品廃棄物、畜産廃棄物など有機性廃棄物をメタン発酵によって処理するシステムである。図1に示すように、メタン発酵システム1は、メタン発酵槽10を含んで構成される。   The methane fermentation system 1 is a system that processes organic waste such as garbage, food waste, and livestock waste by methane fermentation. As shown in FIG. 1, the methane fermentation system 1 includes a methane fermentation tank 10.

図2は、メタン発酵システム1における廃棄物の流れを示す模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of waste in the methane fermentation system 1.

図1及び図2を参照すると、メタン発酵槽10には、有機物を含む廃棄物がラインL1を通して投入される。また、メタン発酵槽10から槽内廃棄物20の一部がラインL2を通して引き抜かれる。以下では、メタン発酵槽10に投入される廃棄物を投入廃棄物30、メタン発酵槽10から引き抜かれる槽内廃棄物20の一部を引抜物40と称す。   Referring to FIGS. 1 and 2, the methane fermenter 10 is charged with waste containing organic matter through a line L1. Moreover, a part of the waste 20 in the tank is extracted from the methane fermentation tank 10 through the line L2. Hereinafter, the waste that is input to the methane fermentation tank 10 is referred to as input waste 30, and a part of the in-tank waste 20 that is extracted from the methane fermentation tank 10 is referred to as extracted material 40.

図3は、投入廃棄物30、槽内廃棄物20及び引抜物40の構成を示す図表である。   FIG. 3 is a chart showing the configuration of the input waste 30, the in-tank waste 20, and the withdrawn product 40.

図2及び図3を参照し、ある特定の時間におけるメタン発酵システム1の状態を説明すると、投入廃棄物30は、投入有機物31と投入無機物32とを含んで構成されている。槽内廃棄物20は、槽内有機物21と槽内無機物22とを含んで構成されている。槽内有機物21には、メタン菌が存在しメタン発酵に関与するメタン発酵汚泥21A、及び、メタン発酵汚泥21Aにより消化処理されるべき被処理有機物21Bが含まれている。メタン発酵システム1を連続又は半連続で運転している場合、被処理有機物21Bには、メタン発酵による消化前の段階のものと、未消化のものが含まれている。   The state of the methane fermentation system 1 at a specific time will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The input waste 30 includes an input organic substance 31 and an input inorganic substance 32. The tank waste 20 includes a tank organic substance 21 and a tank inorganic substance 22. The organic matter 21 in the tank contains methane fermentation sludge 21A in which methane bacteria exist and is involved in methane fermentation, and an organic matter 21B to be digested by the methane fermentation sludge 21A. In the case where the methane fermentation system 1 is operated continuously or semi-continuously, the organic matter 21B to be treated includes a stage before digestion by methane fermentation and an undigested one.

引抜物40は、引抜有機物41と引抜無機物42とを含んで構成されている。引抜有機物41には、メタン発酵汚泥41A及び未消化有機物41Bが含まれている。メタン発酵システム1を後述する定常状態で運転している場合には、引抜物40と槽内廃棄物20とはほぼ同じ組成である。   The drawn product 40 includes a drawn organic material 41 and a drawn inorganic material 42. The extracted organic matter 41 includes methane fermentation sludge 41A and undigested organic matter 41B. When the methane fermentation system 1 is operated in a steady state to be described later, the drawn product 40 and the in-tank waste 20 have substantially the same composition.

なお、投入廃棄物30、槽内廃棄物20、引抜物40には液体成分も含まれているが簡単のため図示は省略している。また、図2中、斜線は有機物、無機物及びメタン発酵汚泥などを区別するためのものである。更に、図3における槽内廃棄物量Vは、例えば、槽内廃棄物20を110℃程度で乾燥させて残った、いわゆる固形物(Total Solid:TS)の量である。投入廃棄物量V30及び引抜物量V40も同様に、固形物の量である。また、槽内有機物量VSは、槽内廃棄物20を、例えば、600℃で焼いて気体になって出ていった、いわゆるVTS(Volatile Total Solid)の量である。投入有機物量V31及び引抜有機物量V41も同様にVTSの量である。 In addition, although the input waste 30, the waste 20 in the tank, and the extract 40 contain liquid components, they are not shown for simplicity. Further, in FIG. 2, the hatched lines are for distinguishing organic substances, inorganic substances, methane fermentation sludge, and the like. Further, the in-tank waste amount V in FIG. 3 is, for example, an amount of so-called solids (Total Solid: TS) left by drying the in-tank waste 20 at about 110 ° C. Similarly, the input waste amount V 30 and the withdrawn amount V 40 are solid amounts. Further, the amount of organic matter VS in the tank is a so-called VTS (Volatile Total Solid) amount which is generated by burning the waste 20 in the tank at, for example, 600 ° C. Similarly, the input organic matter amount V 31 and the extracted organic matter amount V 41 are VTS amounts.

本実施形態では、特に断らない限り、メタン発酵させる廃棄物は、比較的、固形物濃度が高い(例えば、10000mg/l、すなわち10kg/m以上)廃棄物である。 In this embodiment, unless otherwise specified, the waste to be subjected to methane fermentation is a waste having a relatively high solid concentration (for example, 10,000 mg / l, that is, 10 kg / m 3 or more).

メタン発酵システム1におけるメタン発酵処理は次のようにして実施される。すなわち、先ず、メタン発酵槽10内にラインL1を通して投入廃棄物30を投入する。メタン発酵システム1を稼働する際には、メタン発酵槽10に投入された投入廃棄物30をメタン発酵させるために、種汚泥としてメタン発酵汚泥21Aを予めメタン発酵槽10に入れておく。   The methane fermentation process in the methane fermentation system 1 is performed as follows. That is, first, the input waste 30 is introduced into the methane fermentation tank 10 through the line L1. When the methane fermentation system 1 is operated, the methane fermentation sludge 21 </ b> A is previously placed in the methane fermentation tank 10 as seed sludge in order to cause the input waste 30 introduced into the methane fermentation tank 10 to undergo methane fermentation.

メタン発酵槽10において、被処理有機物21Bは、メタン発酵汚泥21Aによって消化処理される。ここで、被処理有機物21Bがメタン菌によって分解される(言い換えれば、メタン発酵する)際には、メタンを主成分とするガス50(図1参照)が発生する。ガス50の成分としては、メタン、炭酸ガス、水素、硫化水素等の硫黄化合物、窒素などが挙げられる。ただし、メタン発酵が適切に進行している場合には、ガス50の成分は、主にメタン及び炭酸ガスである。   In the methane fermentation tank 10, the organic matter 21B to be treated is digested with the methane fermentation sludge 21A. Here, when the organic matter 21B to be processed is decomposed by methane bacteria (in other words, methane fermentation), a gas 50 (see FIG. 1) containing methane as a main component is generated. Examples of the component of the gas 50 include sulfur compounds such as methane, carbon dioxide, hydrogen, hydrogen sulfide, and nitrogen. However, when methane fermentation proceeds appropriately, the components of the gas 50 are mainly methane and carbon dioxide.

また、分解された被処理有機物21Bの一部はメタン発酵関連菌を含むメタン発酵汚泥21Aになる。したがって、メタン発酵槽10内においてメタン発酵汚泥21Aは増殖する。   A part of the decomposed organic matter 21B becomes methane fermentation sludge 21A containing methane fermentation related bacteria. Therefore, the methane fermentation sludge 21 </ b> A grows in the methane fermentation tank 10.

上記のようにメタン発酵槽10内においてメタン発酵が進行している際にラインL2から引抜物40が引き抜かれる。   When the methane fermentation is proceeding in the methane fermentation tank 10 as described above, the extract 40 is extracted from the line L2.

上述したようなメタン発酵処理においては、メタン発酵が停止しないように投入廃棄物30の量である投入廃棄物量V30を適切に設定する必要がある。例えば、メタン発酵槽10内のメタン発酵汚泥21Aで処理可能な量以上が投入されるとメタン発酵の進行が停止し易い。 In the methane fermentation treatment as described above, it is necessary to appropriately set the input waste amount V 30 that is the amount of the input waste 30 so that the methane fermentation does not stop. For example, if more than the amount that can be treated with the methane fermentation sludge 21A in the methane fermentation tank 10 is introduced, the progress of methane fermentation is likely to stop.

従来、投入廃棄物量は、メタン発酵槽10内の固形物濃度、言い換えれば、槽内廃棄物20に対する槽内有機物21の量、又は、槽内有機物21と槽内無機物22の合計の量に応じて設定されていた。しかし、槽内廃棄物20の固形物は図3に示す構成であることから、固形物濃度が高くても、メタン発酵に関与するメタン発酵汚泥濃度が高いとは限らない。そのため、メタン発酵システム1の運転は、最適な運転条件では運転されておらず、メタン発酵が停止する場合があった。   Conventionally, the input waste amount depends on the solid matter concentration in the methane fermentation tank 10, in other words, the amount of the organic substance 21 in the tank relative to the in-tank waste 20, or the total amount of the organic substance 21 in the tank and the inorganic substance 22 in the tank. Was set. However, since the solid matter of the in-tank waste 20 has the configuration shown in FIG. 3, even if the solid matter concentration is high, the concentration of methane fermentation sludge involved in methane fermentation is not always high. Therefore, the operation of the methane fermentation system 1 is not operated under optimal operation conditions, and methane fermentation sometimes stops.

本実施形態に係る運転条件の設定方法は、メタン発酵槽10内のメタン発酵汚泥濃度Xを算出し、メタン発酵槽10への投入廃棄物量V30をそのメタン発酵汚泥濃度Xに基づいて設定できる点に特徴を有する。 The operation condition setting method according to the present embodiment can calculate the methane fermentation sludge concentration X in the methane fermentation tank 10 and set the amount of waste V 30 input to the methane fermentation tank 10 based on the methane fermentation sludge concentration X. Characterized by points.

以下、メタン発酵システム1の運転条件を設定する方法について説明する。運転条件を設定する場合には、先ず、メタン発酵槽10へ投入する投入廃棄物30の量(すなわち、図3に示す投入廃棄物量V30)と同じ量の引抜物40をメタン発酵槽10から引き抜き、投入廃棄物量V30と引抜物量V40(図3参照)とが同じである反応系を形成する。なお、本実施形態では特に断らない限り、量とは図3に示すように重量を意味するものとする。 Hereinafter, a method for setting the operating conditions of the methane fermentation system 1 will be described. When setting the operating conditions, first, an extract 40 having the same amount as the amount of input waste 30 to be input to the methane fermentation tank 10 (that is, the input waste amount V 30 shown in FIG. 3) is extracted from the methane fermentation tank 10. A reaction system is formed in which the amount of extracted waste V 30 is the same as the amount of extracted waste V 40 (see FIG. 3). In the present embodiment, unless otherwise specified, the quantity means weight as shown in FIG.

メタン発酵槽10内でメタン発酵が進行すると、メタン発酵槽10内の槽内有機物21の一部が消化されてガス50が発生すると共に、メタン発酵汚泥21Aが増殖する。したがって、次式が成り立つ。

Figure 2005319388
ここで、(dVS/dt)cは、槽内有機物21が消化される速度である。以下では、(dVS/dt)cを実質有機物消化速度と称す。(dV21A/dt)gは、メタン発酵汚泥21Aの増殖速度である。また、Gは、メタン発酵により発生したガス50のガス発生量であり、dG/dtはガス発生速度である。なお、水分の蒸発、メタンガス及び炭酸ガスの液中溶解、微量のガスの発生などを考慮すると左辺と右辺とは厳密には等しいとは限らないが、ここでは簡単のために左辺と右辺とは等しいものとする。 When methane fermentation proceeds in the methane fermentation tank 10, a part of the organic matter 21 in the tank in the methane fermentation tank 10 is digested to generate gas 50, and the methane fermentation sludge 21A grows. Therefore, the following equation holds.
Figure 2005319388
Here, (dVS / dt) c is the rate at which the organic matter 21 in the tank is digested. Hereinafter, (dVS / dt) c is referred to as a substantial organic matter digestion rate. (dV 21A / dt) g is the growth rate of the methane fermentation sludge 21A. G is a gas generation amount of the gas 50 generated by methane fermentation, and dG / dt is a gas generation rate. It should be noted that the left side and the right side are not necessarily exactly the same when considering the evaporation of moisture, the dissolution of methane gas and carbon dioxide gas, the generation of a small amount of gas, etc. It shall be equal.

また、メタン発酵槽10における有機物の重量変化に着目すると、槽内有機物21のうちガス50としてメタン発酵槽10外に放出された有機物分の重量が減少する。したがって、次式が成り立つ。

Figure 2005319388
ここで、VSinは、有機物投入速度である。有機物投入速度とは、投入廃棄物30に含まれる投入有機物31のメタン発酵槽10への投入速度である。VSoutは、有機物引抜速度である。有機物引抜速度とは、引抜物40に含まれる引抜有機物41のメタン発酵槽10からの引抜速度である。なお、式(2)は、ガス発生速度dG/dtを一定(すなわち、定数)とみなしてよい場合に成立する式である。ガスの発生は、槽内有機物21がメタン発酵により消化されることに由来する。したがって、ガス発生速度が定数とみなせる場合、(dV21A/dt)gも定数とみなせる。そのため、VSoutもほぼ定数である必要がある。すなわち、式(2)は、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなしてよい場合に成立している。 When attention is paid to the change in the weight of the organic matter in the methane fermentation tank 10, the weight of the organic matter released out of the methane fermentation tank 10 as the gas 50 out of the organic matter 21 in the tank is reduced. Therefore, the following equation holds.
Figure 2005319388
Here, VS in is an organic substance input speed. The organic substance input speed is the input speed of the input organic substance 31 contained in the input waste 30 to the methane fermentation tank 10. VS out is the organic extraction speed. The organic matter drawing speed is a drawing speed of the drawn organic matter 41 contained in the drawn matter 40 from the methane fermentation tank 10. Expression (2) is an expression that is established when the gas generation rate dG / dt may be regarded as constant (that is, a constant). Generation | occurrence | production of gas originates in the organic substance 21 in a tank being digested by methane fermentation. Therefore, when the gas generation rate can be regarded as a constant, (dV 21A / dt) g can also be regarded as a constant. Therefore, VS out needs to be almost constant. That is, Expression (2) is established when the gas generation rate dG / dt and the organic matter extraction rate VS out may be regarded as constants.

式(2)より、増殖速度は、

Figure 2005319388
と表される。 From equation (2), the growth rate is
Figure 2005319388
It is expressed.

ここで、dVS/dtは、槽内廃棄物量Vを適当な時間ごとに計測し、その変化速度を算出することにより求められる。これは次の理由による。   Here, dVS / dt is obtained by measuring the waste amount V in the tank every appropriate time and calculating the rate of change. This is due to the following reason.

すなわち、投入廃棄物量V30と引抜物量V40とは同じであり、メタン発酵が進行していない場合、槽内廃棄物量Vは一定になる。しかし、メタン発酵槽10内では、被処理有機物21Bがメタン発酵により消化されている。これにより、槽内有機物21の一部はガス50として反応系の外に放出される。そのため、槽内有機物21の量は減少する。 That is, the input waste amount V 30 and the withdrawn amount V 40 are the same, and when the methane fermentation is not progressing, the in-tank waste amount V is constant. However, in the methane fermentation tank 10, the organic matter 21B to be treated is digested by methane fermentation. Thereby, a part of the organic substance 21 in the tank is released out of the reaction system as the gas 50. Therefore, the amount of organic matter 21 in the tank is reduced.

この槽内有機物21の重量変化は、槽内廃棄物量Vの変化として現われる。したがって、槽内廃棄物量Vを、例えば、1日ごとに計測し、その変化速度を求めることによって槽内有機物量VSの変化速度dVS/dtが得られる。槽内廃棄物量Vは、例えば、槽内廃棄物20が入れられているメタン発酵槽10をロードセルで計測し、その計測値からメタン発酵槽10の重量を差し引けば良い。これは、「有機物の減少量≒メタンの発生量+炭酸ガスの発生量」が成立すること、すなわち、メタン発酵による槽内廃棄物30の減少がほとんど有機物のガス化に由来することが成り立っている場合である。   The change in the weight of the organic matter 21 in the tank appears as a change in the waste amount V in the tank. Therefore, the change rate dVS / dt of the organic matter amount VS in the tank can be obtained by measuring the waste amount V in the tank, for example, every day and obtaining the change rate thereof. The in-tank waste amount V may be obtained by, for example, measuring the methane fermentation tank 10 in which the in-tank waste 20 is put with a load cell and subtracting the weight of the methane fermentation tank 10 from the measured value. This is because “the reduction amount of organic matter ≈ the generation amount of methane + the generation amount of carbon dioxide gas” is established, that is, the reduction of the waste 30 in the tank due to the methane fermentation is almost derived from the gasification of the organic matter. This is the case.

なお、上述したようにdVS/dtは、槽内廃棄物量Vの変化速度から求めることができるが、次のようにしてもよい。すなわち、メタン発酵槽10内の槽内有機物21の濃度である槽内有機物濃度P(図3参照)を所定の時間ごとに計測する。そして、槽内廃棄物量Vに槽内有機物濃度Pを掛けて槽内有機物量VSを算出する。そして、その時間変化を求めて、dVS/dtを得る。槽内有機物濃度Pは、例えば、灼熱減量(下水試験法)で計測できる。   As described above, dVS / dt can be obtained from the change rate of the waste amount V in the tank, but may be as follows. That is, the organic substance concentration P in the tank, which is the concentration of the organic substance 21 in the tank in the methane fermentation tank 10 (see FIG. 3), is measured every predetermined time. Then, the tank waste amount V is multiplied by the tank organic matter concentration P to calculate the tank organic matter amount VS. Then, the time change is obtained to obtain dVS / dt. The organic substance concentration P in the tank can be measured, for example, by loss on ignition (sewage test method).

また、投入有機物量V31の有機物投入速度VSinは、投入廃棄物30中の投入有機物31の濃度である投入有機物濃度Sin、及び投入廃棄物量V30を計測することで算出できる。 Further, the organic substance input speed VS in of the input organic substance amount V 31 can be calculated by measuring the input organic substance concentration S in which is the concentration of the input organic substance 31 in the input waste 30 and the input waste quantity V 30 .

より具体的には、まず、所定の時間(例えば、1日)ごとに、投入廃棄物量V30及び投入有機物濃度Sinを計測する。そして、投入廃棄物量V30及び投入有機物濃度Sinの計測値を掛け合わせて所定の時間ごとの投入有機物量V31を算出する。所定の時間ごとの投入有機物量V31からその変化速度、すなわち、有機物投入速度VSinを算出する。 More specifically, first, the input waste amount V 30 and the input organic matter concentration S in are measured every predetermined time (for example, one day). Then, by multiplying the input waste amount V 30 and the measured value of the input organic substance concentration S in , the input organic substance amount V 31 per predetermined time is calculated. The rate of change, that is, the organic material input speed VS in is calculated from the amount of organic material input V 31 per predetermined time.

更に、有機物引抜速度VSoutは、引抜物量V40及び引抜物40中の引抜有機物41の濃度である引抜有機物濃度Qを計測して、その時間変化を算出することで求められる。投入廃棄物量V30及び引抜物量V40は、ロードセルなどの重量計測器により計測できる。また、投入有機物濃度Sin及び引抜有機物濃度Qは、下水試験法(VTS)に順ずる方法により計測できる。 Further, the organic matter withdrawal speed VS out is obtained by measuring the withdrawal amount V 40 and the withdrawal organic matter concentration Q, which is the concentration of the withdrawal organic matter 41 in the withdrawal matter 40, and calculating the change over time. The input waste amount V 30 and the withdrawn amount V 40 can be measured by a weight measuring device such as a load cell. Also, it charged organic concentration S in and pulling organic matter concentration Q can measure the forward cheat method sewage test method (VTS).

また、メタン発酵槽10からのガス発生量Gも、例えば、ガスメータなどによって計測できるため、その計測値の時間変化からガス発生速度dG/dtも求まる。   Moreover, since the gas generation amount G from the methane fermentation tank 10 can also be measured by, for example, a gas meter or the like, the gas generation rate dG / dt can also be obtained from the time change of the measured value.

以上述べたように、槽内有機物量VSの変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtは、実験的に求められる。したがって、変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtに基づいて、式(3)からメタン発酵汚泥21Aの増殖速度(dV21A/dt)gが算出される。 As described above, the change rate dVS / dt of the organic substance amount VS in the tank, the organic substance input speed VS in , the organic substance extraction speed VS out, and the gas generation speed dG / dt are obtained experimentally. Therefore, the growth rate (dV 21A / dt) g of the methane fermentation sludge 21A is obtained from the equation (3) based on the change rate dVS / dt, the organic matter input rate VS in , the organic matter extraction rate VS out and the gas generation rate dG / dt. Calculated.

上述したように、式(2)又は式(3)は、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合に成立している式である。したがって、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合に、上記種々の計測を行って取得した計測値に基づいて増殖速度(dV21A/dt)gを算出する。 As described above, Expression (2) or Expression (3) is an expression that is established when the gas generation rate dG / dt and the organic matter extraction rate VS out can be regarded as constants. Therefore, when the gas generation rate dG / dt and the organic matter extraction rate VS out can be regarded as constants, the growth rate (dV 21A / dt) g is calculated based on the measurement values obtained by performing the above various measurements.

また、ガス発生速度dG/dt、及び、算出された増殖速度(dV21A/dt)gを式(1)に代入することによって、実質有機物消化速度(dVS/dt)cが算出される。 Further, the substantial organic matter digestion rate (dVS / dt) c is calculated by substituting the gas generation rate dG / dt and the calculated growth rate (dV 21A / dt) g into the equation (1).

ところで、槽内廃棄物20の量が、実験当初の量よりも極端に減るとメタン発酵汚泥量V21Aも減少する。メタン発酵汚泥量V21Aが減少すると、実験当初の負荷が維持されない。そのため、メタン発酵汚泥21Aの増殖速度(dV21A/dt)gが変化する。したがって、増殖速度(dV21A/dt)gを算出する際には、槽内廃棄物20の容積ができるだけ実験当初の容積に維持されている期間における変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtを用いることが好適である。 By the way, when the amount of the waste 20 in the tank is extremely reduced from the initial amount, the methane fermentation sludge amount V 21A also decreases. When the amount of methane fermentation sludge V 21A decreases, the initial load of the experiment is not maintained. Therefore, the growth rate (dV 21A / dt) g of the methane fermentation sludge 21A changes. Therefore, when calculating the growth rate (dV 21A / dt) g, the change rate dVS / dt, the organic substance input rate VS in during the period in which the volume of the waste 20 in the tank is maintained at the initial volume as much as possible, It is preferable to use an organic matter extraction rate VS out and a gas generation rate dG / dt.

次に、引抜物40の引き抜き速度を最適化する。これは次の理由による。すなわち、槽内廃棄物20の一部は、消化されるとガス50となって系外に出ていく。したがって、投入廃棄物量V30と引抜物量V40とが等しい反応系では、槽内廃棄物量Vは次第に減少する。その結果、メタン発酵システム1の運転ができなくなる場合がある。そこで、メタン発酵槽10内の槽内廃棄物量Vが変化しないように引き抜き速度を最適化する必要がある。 Next, the drawing speed of the drawn material 40 is optimized. This is due to the following reason. That is, a part of the in-tank waste 20 becomes a gas 50 when it is digested and goes out of the system. Therefore, in the reaction system in which the input waste amount V 30 and the withdrawn amount V 40 are equal, the in-tank waste amount V gradually decreases. As a result, the operation of the methane fermentation system 1 may not be possible. Therefore, it is necessary to optimize the extraction speed so that the waste amount V in the tank in the methane fermentation tank 10 does not change.

なお、一定時間引き抜くことで一定量の引抜物が引き抜かれるため、引抜速度を最適化することは、引抜物量V40を最適化することに相当する。 Since a certain amount of the drawn product is withdrawn by pulling out a predetermined time, to optimize the extraction rate is equivalent to optimizing the pulling amount V 40.

以下、引き抜き速度の設定方法について説明する。   Hereinafter, a method for setting the drawing speed will be described.

まず、図1のメタン発酵システム1における重量のバランスに着目すると、

Figure 2005319388
が成り立つ。ここで、Finは、投入廃棄物30の廃棄物投入速度である。Fは、引抜物40の引抜速度である。 First, paying attention to the weight balance in the methane fermentation system 1 of FIG.
Figure 2005319388
Holds. Here, F in is a waste input rate of the input waste 30. F is the drawing speed of the drawn material 40.

槽内廃棄物量Vが変化しない場合の引抜速度Fを第1引抜速度F1とすると、第1引抜速度F1では、dV/dt=0である。したがって、式(4)は、

Figure 2005319388
となる。ガス発生速度dG/dtも式(3)の場合と同様に実験的に求められる。更に、メタン発酵汚泥21Aの増殖速度(dV21A/dt)gは、式(3)により算出される。したがって、廃棄物投入速度Fin、ガス発生速度dG/dt及び増殖速度(dV21A/dt)gに基づいて、式(5)から第1引抜速度F1が算出される。 Assuming that the extraction speed F when the waste amount V in the tank does not change is the first extraction speed F 1 , dV / dt = 0 at the first extraction speed F 1 . Therefore, equation (4) becomes
Figure 2005319388
It becomes. The gas generation rate dG / dt is also obtained experimentally as in the case of the equation (3). Further, the growth rate (dV 21A / dt) g of the methane fermentation sludge 21A is calculated by the equation (3). Therefore, the first extraction speed F 1 is calculated from the equation (5) based on the waste input speed F in , the gas generation speed dG / dt, and the growth speed (dV 21A / dt) g.

なお、槽内廃棄物20の容積変化が無視できない条件で、ガス発生速度dG/dt、及び、槽内廃棄物20中の槽内有機物量VSの変化速度dVS/dtを求めた場合には、式(5)の(dV21A/dt)g及びdG/dtを容積補正することが望ましい。これにより、より好ましい第1引抜速度F1を設定できるからである。 In addition, when the volume change of the waste 20 in the tank cannot be ignored, the gas generation rate dG / dt and the change rate dVS / dt of the organic matter amount VS in the waste 20 in the tank are obtained. It is desirable to correct the volume of (dV 21A / dt) g and dG / dt in Equation (5). This is because a more preferable first drawing speed F 1 can be set.

続いて、式(3)及び式(5)によって算出された増殖速度(dV21A/dt)g及び第1引抜速度F1を用いて、メタン発酵槽10内のメタン発酵汚泥濃度Xを算出する。 Subsequently, the methane fermentation sludge concentration X in the methane fermentation tank 10 is calculated using the growth rate (dV 21A / dt) g and the first extraction rate F 1 calculated by the equations (3) and (5). .

メタン発酵システム1において、メタン発酵汚泥濃度Xに関するマテリアルバランスに着目すると、

Figure 2005319388
が成り立つ。ここで、dX/dtはメタン発酵汚泥濃度Xの変化速度である。Xoutは、図3に示すように引抜物40中のメタン発酵汚泥濃度である。なお、Xoutは、実質的にXに等しい。また、V・(d(V21A/V)/dt)gは、(dV21A/dt)gに相当する。 In methane fermentation system 1, paying attention to the material balance regarding methane fermentation sludge concentration X,
Figure 2005319388
Holds. Here, dX / dt is the rate of change of the methane fermentation sludge concentration X. Xout is the methane fermentation sludge concentration in the extract 40 as shown in FIG. X out is substantially equal to X. V · (d (V 21A / V) / dt) g corresponds to (dV 21A / dt) g.

メタン発酵汚泥濃度Xが一定とみなせる定常状態の場合には、dX/dt≒0である。一方、増殖速度(dV21A/dt)g及び第1引抜速度F1は、式(3)及び式(5)から算出される。また、槽内廃棄物量Vは計測可能な量である。そのため、槽内廃棄物量V、増殖速度(dV21A/dt)g及び第1引抜速度F1に基づいて、式(6)より、メタン発酵汚泥濃度Xを算出できる。なお、上述した定常状態とは、「マテリアルバランス的」及び「生物反応的」に一定の条件になっている状態の意である。 In the steady state where the methane fermentation sludge concentration X can be regarded as constant, dX / dt≈0. On the other hand, the growth rate (dV 21A / dt) g and the first drawing rate F 1 are calculated from the equations (3) and (5). Moreover, the waste amount V in the tank is a measurable amount. Therefore, the methane fermentation sludge concentration X can be calculated from Equation (6) based on the waste amount V in the tank, the growth rate (dV 21A / dt) g, and the first extraction rate F 1 . Note that the above-described steady state means a state in which certain conditions are “material balance-like” and “bioreactive”.

次に、非定常状態、すなわち、メタン発酵槽10内のメタン発酵汚泥濃度Xが時間変化する場合について説明する。この場合、式(6)は、Xの時間tに関する微分方程式である。   Next, a non-steady state, that is, a case where the methane fermentation sludge concentration X in the methane fermentation tank 10 changes with time will be described. In this case, the equation (6) is a differential equation regarding the time t of X.

そのため、式(6)を、Xについて解くことよって、Xを時間の関数として求めることができる。   Therefore, X can be obtained as a function of time by solving Equation (6) for X.

より具体的には、メタン発酵汚泥濃度Xに関しては、式(6)を次のように変形する。

Figure 2005319388
ここで、Xout≒Xである。また、Vは上述したように計測可能であり、また、F1は、実験的に求めることができる。V・(d(V21A/V)/dt)gは増殖速度(dV21A/dt)gに相当しており、式(3)より算出される。したがって、式(7)の微分方程式をXについて解くことが可能である。 More specifically, for the methane fermentation sludge concentration X, equation (6) is modified as follows.
Figure 2005319388
Here, X out ≈X. V can be measured as described above, and F 1 can be obtained experimentally. V · (d (V 21A / V) / dt) g corresponds to the growth rate (dV 21A / dt) g and is calculated from the equation (3). Therefore, the differential equation of equation (7) can be solved for X.

このように非定常状態に関して、Xを時間の関数として求められることにより、定常状態を想定した場合のXの収束値を得ることができる。   Thus, regarding the unsteady state, by obtaining X as a function of time, the convergence value of X when the steady state is assumed can be obtained.

固形物濃度が高い廃棄物の場合、廃棄物がメタン発酵槽に滞留するいわゆる滞留時間が長い(10日〜数十日)。そのため、数百日を経過しないと最適に運転できているかどうか分からない。したがって、仮に当初1ヶ月程メタン発酵が停止せずに運転できても、例えば1年後にはメタン発酵汚泥濃度が下がり、運転できなくなる危険性があった。そのため、メタン発酵処理を固形物濃度が高い廃棄物に適用することは困難であった。   In the case of a waste having a high solid matter concentration, a so-called residence time in which the waste stays in the methane fermentation tank is long (10 days to several tens of days). For this reason, it is not known whether the vehicle is optimally operated after several hundred days. Therefore, even if the methane fermentation can be operated without stopping for about one month at the beginning, there is a risk that, for example, after one year, the concentration of methane fermentation sludge decreases and the operation cannot be performed. For this reason, it has been difficult to apply the methane fermentation treatment to waste having a high solid concentration.

これに対して、本実施形態の運転条件の設定方法では、上述したように式(7)から非定常状態のXを算出し、その収束値、すなわち、定常状態とみなせる場合の値を求める。そして、その定常状態とみなせる場合のメタン発酵汚泥濃度に対して負荷を設定して、当初からその負荷で運転を実施できるよう設備設計をし、その負荷を定格負荷として運転する。そのため、長期間(1年かそれ以上)の事前試験をしなくても短期間のデータで将来も最適に運転することが可能である。   On the other hand, in the operation condition setting method of the present embodiment, as described above, the X in the unsteady state is calculated from the equation (7), and the convergence value, that is, the value in the case where it can be regarded as the steady state is obtained. And a load is set with respect to the methane fermentation sludge density | concentration in the case where it can be considered that it is a steady state, equipment design is carried out from the beginning so that operation can be performed with the load, and the load is operated as a rated load. Therefore, it is possible to operate optimally in the future with short-term data without performing a long-term (one year or more) preliminary test.

なお、上記で算出された各値、例えば、メタン発酵汚泥濃度X等は、次の方法によって、より正確な値とすることができる。すなわち、先ず、算出された値に基づいてメタン発酵システム1の運転条件を設定する。そして、その設定された運転条件のとおりにメタン発酵システム1を運転し、実測とのズレに応じて運転条件を補正する。   In addition, each value calculated above, for example, methane fermentation sludge density | concentration X etc., can be made into a more exact value with the following method. That is, first, the operating condition of the methane fermentation system 1 is set based on the calculated value. And the methane fermentation system 1 is drive | operated according to the set driving | running condition, and a driving | running condition is correct | amended according to deviation with measurement.

以上述べたように、本実施形態に係るメタン発酵システム1の運転条件の設定方法では、従来、計測及び推測が困難だったメタン発酵槽10内における、マテリアルバランス的及び生物反応的に一定の状態のメタン発酵汚泥濃度Xを算出することができる。そのため、メタン発酵槽10内のメタン発酵汚泥濃度Xに基づいてメタン発酵システム1に対する負荷を決定することが可能である。   As described above, in the method for setting the operating conditions of the methane fermentation system 1 according to the present embodiment, the material balance and the biological reaction are constant in the methane fermentation tank 10 that has conventionally been difficult to measure and estimate. The methane fermentation sludge concentration X can be calculated. Therefore, it is possible to determine the load on the methane fermentation system 1 based on the methane fermentation sludge concentration X in the methane fermentation tank 10.

したがって、メタン発酵システム1の運転中にメタン発酵が停止することなく長時間運転が可能である。また、運転中、均一な消化速度で槽内廃棄物20を分解させることが可能である。言い換えれば、メタン発酵システム1を最適に運転することができる。   Therefore, long-time operation is possible without stopping methane fermentation during operation of the methane fermentation system 1. Further, the waste 20 in the tank can be decomposed at a uniform digestion rate during operation. In other words, the methane fermentation system 1 can be optimally operated.

また、本実施形態に係る運転条件の設定方法では、槽内廃棄物20の重量変化に着目してメタン発酵汚泥濃度Xを算出している。このような槽内廃棄物20の重量変化の割合は、メタン発酵処理法により処理すべき廃棄物の固形物濃度が高いほど大きい。   In the operating condition setting method according to the present embodiment, the methane fermentation sludge concentration X is calculated by paying attention to the weight change of the waste 20 in the tank. The ratio of the weight change of the in-tank waste 20 is larger as the solid concentration of the waste to be treated by the methane fermentation treatment method is higher.

そのため、上記設定方法は、固形物濃度の高い高濃度固形廃棄物を処理するメタン発酵システムに対して特に有効である。更に、本実施形態の条件の設定方法では、より短い期間の試験で定常状態のメタン発酵汚泥濃度Xを推測することができる。以上のことから、従来困難だった高濃度固形廃棄物のメタン発酵処理が可能になる。   Therefore, the above setting method is particularly effective for a methane fermentation system that processes high-concentration solid waste having a high solid concentration. Furthermore, in the condition setting method of the present embodiment, the steady state methane fermentation sludge concentration X can be estimated by a test of a shorter period. From the above, it becomes possible to perform methane fermentation of high-concentration solid waste, which has been difficult in the past.

ところで、上記では、メタン発酵汚泥濃度Xを算出する過程を各式に従って順に説明している。しかし、上記過程を、例えばプログラムとしてコンピュータなどに入力しておけば、インプットデータとして、投入廃棄物量V30、投入有機物濃度Sin、槽内廃棄物量V、引抜物量V40、引抜有機物濃度Q及びガス発生量Gを入力することにより、メタン発酵汚泥濃度Xを算出することも可能である。 By the way, in the above, the process of calculating the methane fermentation sludge density | concentration X is demonstrated in order according to each type | formula. However, if the above process is input to a computer or the like as a program, for example, the input waste amount V 30 , the input organic matter concentration S in , the waste amount V in the tank V, the withdrawal amount V 40 , the withdrawal organic matter concentration Q and It is also possible to calculate the methane fermentation sludge concentration X by inputting the gas generation amount G.

(第2の実施形態)
図4は、メタン発酵システムの他の例の構成を示す模式図である。図4のメタン発酵システム2は、濃縮手段60を有している点で、第1の実施形態のメタン発酵システム1と相違する。なお、本実施形態でも特に断らない限り、メタン発酵させる廃棄物は、比較的、固形物濃度が高い廃棄物である。また、本実施形態では、特に断らない限り、量とは重量を意味するものとする。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of another example of the methane fermentation system. The methane fermentation system 2 of FIG. 4 is different from the methane fermentation system 1 of the first embodiment in that it has a concentration means 60. In addition, unless otherwise indicated also in this embodiment, the waste to be methane-fermented is a waste having a relatively high solid concentration. In this embodiment, unless otherwise specified, the amount means weight.

濃縮手段60は、ラインL2を通してメタン発酵槽10から引き抜かれた引抜物40を所定の濃縮倍率Cで濃縮する。より具体的には、引抜物40を固形成分である濃縮汚泥70と、液体成分とに分離する。濃縮手段60は、例えば、デカンター、ベルトプレス、フィルタープレス、膜、乾燥機等である。液体成分は、ラインL3から排水される。濃縮汚泥(固形成分)70の少なくとも一部は、ラインL4を通してメタン発酵槽10に返送される。また、メタン発酵槽10に返送されない固形成分は、ラインL5から排出される。   The concentration means 60 concentrates the extract 40 extracted from the methane fermentation tank 10 through the line L2 at a predetermined concentration ratio C. More specifically, the extract 40 is separated into a concentrated sludge 70 that is a solid component and a liquid component. The concentration means 60 is, for example, a decanter, a belt press, a filter press, a membrane, a dryer or the like. The liquid component is drained from the line L3. At least a part of the concentrated sludge (solid component) 70 is returned to the methane fermentation tank 10 through the line L4. Moreover, the solid component which is not returned to the methane fermentation tank 10 is discharged | emitted from the line L5.

図5は、槽内廃棄物20に対する廃棄物の流れを示す模式図である。図5を参照すると、濃縮汚泥70は有機物71と無機物72とを含んで構成されている。有機物71中には、メタン発酵汚泥71Aと未消化有機物71Bとが含まれている。図5中、斜線は有機物、無機物及びメタン発酵汚泥を区別するためのものである。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the flow of waste with respect to the waste 20 in the tank. Referring to FIG. 5, the concentrated sludge 70 includes an organic substance 71 and an inorganic substance 72. In the organic substance 71, methane fermentation sludge 71A and undigested organic substance 71B are contained. In FIG. 5, diagonal lines are for distinguishing organic substances, inorganic substances and methane fermentation sludge.

次に、メタン発酵システム2の運転条件の設定方法について説明する。   Next, a method for setting operating conditions of the methane fermentation system 2 will be described.

先ず、第1の実施形態と同様にして、増殖速度(dV21A/dt)gを算出する。すなわち、先ず、投入廃棄物量V30と引抜物量V40とが同じである反応系を形成する。そして、槽内有機物量VSの変化速度dVS/dt、有機物投入速度VSin、有機物引抜速度VSout及びガス発生速度dG/dtに基づいて、式(3)から増殖速度(dV21A/dt)gを算出する。 First, as in the first embodiment, the growth rate (dV 21A / dt) g is calculated. That is, first, a reaction system is formed in which the input waste amount V 30 and the withdrawn amount V 40 are the same. Based on the change rate dVS / dt of the organic matter amount VS in the tank, the organic matter input rate VS in , the organic matter extraction rate VS out and the gas generation rate dG / dt, the growth rate (dV 21A / dt) g Is calculated.

次に、メタン発酵槽10からの引抜物40の引抜速度Fを最適化する。メタン発酵システム2では、濃縮手段60から濃縮汚泥70が返送されるため、重量のバランスに着目すると、

Figure 2005319388
が成り立つ。ここで、Rは、濃縮汚泥70のメタン発酵槽10への返送速度である。式(8)は、第1の実施形態の式(4)に相当する式である。 Next, the extraction speed F of the extract 40 from the methane fermentation tank 10 is optimized. In the methane fermentation system 2, since the concentrated sludge 70 is returned from the concentration means 60, when paying attention to the balance of weight,
Figure 2005319388
Holds. Here, R is the return speed of the concentrated sludge 70 to the methane fermentation tank 10. Expression (8) is an expression corresponding to Expression (4) of the first embodiment.

本実施形態において、槽内廃棄物量Vが変化しない場合の引抜速度Fを第2引抜速度F2とすると、第2引抜速度Fの場合、dV/dt=0であるから、式(8)は、

Figure 2005319388
となる。上述したように廃棄物投入速度Finは操作パラメータ(運転条件)であり、ガス発生速度dG/dtは実験的に求められる。また、返送速度Rは、返送される濃縮汚泥70の量である濃縮汚泥量V70(kg)を計測し、その時間変化を求めることで得られる。更に、増殖速度(dV21A/dt)gは、式(3)より算出される。そのため、第2引抜速度F2が、廃棄物投入速度Fin、返送速度R、増殖速度(dV21A/dt)g、ガス発生速度dG/dtに基づいて、式(9)から算出される。 In the present embodiment, if the extraction speed F when the waste amount V in the tank does not change is the second extraction speed F 2 , dV / dt = 0 in the case of the second extraction speed F 2 , the equation (8) Is
Figure 2005319388
It becomes. Waste input rate F in as described above are operating parameters (operating conditions), gas generation rate dG / dt is determined experimentally. The return speed R is obtained by measuring the amount of concentrated sludge V 70 (kg), which is the amount of the concentrated sludge 70 to be returned, and obtaining the change over time. Further, the growth rate (dV 21A / dt) g is calculated from the equation (3). Therefore, the second extraction speed F 2 is calculated from the formula (9) based on the waste input speed F in , the return speed R, the growth speed (dV 21A / dt) g, and the gas generation speed dG / dt.

次に、メタン発酵システム2において、メタン発酵汚泥濃度Xに関するマテリアルバランスに着目すると、

Figure 2005319388
が成り立つ。 Next, in the methane fermentation system 2, paying attention to the material balance regarding the methane fermentation sludge concentration X,
Figure 2005319388
Holds.

式(10)において、Cは、濃縮手段60における濃縮倍率である。また、Xout ≒ Xである。また、式(10)中のV・(d(V21A/V)/dt)gは、増殖速度(dV21A/dt)gに相当する。 In formula (10), C is the concentration factor in the concentration means 60. Also, X out ≒ X. Further, V · (d (V 21A / V) / dt) g in the equation (10) corresponds to the growth rate (dV 21A / dt) g.

式(10)において、槽内廃棄物量Vは計測可能であり、また、返送速度Rは実験的に求められる。また、濃縮倍率Cは計測値であり、例えば、下水試験法に順じ、濃縮前後のTS、VTSを計測し、濃縮前の引抜物40のTS、VTSが何倍に濃縮されたかを算出することで求められる。更に、V・(d(V21A/V)dt)gは (dV21A/dt)gに相当しており、式(3)から算出される。第2引抜速度F2は、式(9)より算出される。そして、Xout ≒ Xである。したがって、槽内廃棄物量V、増殖速度(dV21A/dt)g、第2引抜速度F2、返送速度R、濃縮倍率Cに基づいて、式(10)よりメタン発酵汚泥濃度Xが算出される。 In the equation (10), the in-tank waste amount V can be measured, and the return speed R is experimentally obtained. The concentration ratio C is a measured value. For example, in accordance with the sewage test method, TS and VTS before and after concentration are measured, and how many times the TS and VTS of the extract 40 before concentration are concentrated is calculated. Is required. Further, V · (d (V 21A / V) dt) g corresponds to (dV 21A / dt) g and is calculated from the equation (3). The second drawing speed F 2 is calculated from the equation (9). And X out ≒ X. Therefore, the methane fermentation sludge concentration X is calculated from the equation (10) based on the waste amount V in the tank, the growth rate (dV 21A / dt) g, the second extraction rate F 2 , the return rate R, and the concentration factor C. .

ここで、定常状態のXを算出する場合には、dX/dtを0としてXを求めればよい。非定常状態については、Xの微分方程式を解くことにより、時間tの関数としてのXを算出する。   Here, when calculating X in a steady state, X may be obtained by setting dX / dt to 0. For the unsteady state, X as a function of time t is calculated by solving the differential equation of X.

算出された値に基づいてメタン発酵システム2の運転条件を設定し、その設定された運転条件通りにメタン発酵システム1を運転し実測とのズレに応じて運転条件を補正することが望ましいのは、第1の実施形態の場合と同様である。   It is desirable to set the operation condition of the methane fermentation system 2 based on the calculated value, operate the methane fermentation system 1 according to the set operation condition, and correct the operation condition according to the deviation from the actual measurement. This is the same as in the first embodiment.

本実施形態では、濃縮手段60から濃縮汚泥70を返送しているため、メタン発酵槽10内のメタン発酵汚泥濃度Xを高く維持することができる。したがって、高負荷でメタン発酵システム1を運転することができ、システムを小型化することが可能になる。   In this embodiment, since the concentrated sludge 70 is returned from the concentration means 60, the methane fermentation sludge concentration X in the methane fermentation tank 10 can be maintained high. Therefore, the methane fermentation system 1 can be operated with a high load, and the system can be downsized.

ところで、本実施形態におけるメタン発酵汚泥濃度Xを算出する上記過程を、例えば、プログラムとしてコンピュータなどに入力し、メタン発酵汚泥濃度Xを算出することが可能なのは、第1の実施形態の場合と同様である。この場合には、インプットデータとして、投入廃棄物量V30、投入有機物濃度Sin、槽内廃棄物量V、引抜物量V40、引抜有機物濃度Q、ガス発生量G、濃縮倍率C、及び、濃縮汚泥量V70を入力するようにしておけばよい。 By the way, the process of calculating the methane fermentation sludge concentration X in the present embodiment can be input to a computer or the like as a program, for example, and the methane fermentation sludge concentration X can be calculated as in the case of the first embodiment. It is. In this case, as input data, input waste amount V 30 , input organic matter concentration S in , tank waste amount V, withdrawal amount V 40 , withdrawal organic matter concentration Q, gas generation amount G, concentration factor C, and concentrated sludge The amount V 70 should be entered.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、第1及び第2の実施形態に限定されないことは言うまでもない。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, it cannot be overemphasized that it is not limited to 1st and 2nd embodiment.

例えば、第1及び第2の実施形態では、メタン発酵システムにおける重量のバランスに着目してメタン発酵汚泥濃度等を算出している。しかし、重量に限らず、容積変化に着目してもよい。ただし、メタン発酵が進行しても見かけ上容積が変化しない場合もあるため、重量変化に着目することが好適である。   For example, in the first and second embodiments, the concentration of methane fermentation sludge and the like are calculated by paying attention to the weight balance in the methane fermentation system. However, not only the weight but also the volume change may be noted. However, since the apparent volume may not change even if methane fermentation proceeds, it is preferable to pay attention to the change in weight.

また、第1及び第2の実施形態では、廃棄物の固形物濃度が高いものについて説明しているが、固形物濃度が高いものに限定されるわけではない。ただし、上述したように重量変化を計測し易い観点から固形物濃度が高い方が好ましい。   In the first and second embodiments, the waste having a high solid concentration is described, but the waste is not limited to a high solid concentration. However, as described above, it is preferable that the solid concentration is high from the viewpoint of easily measuring the weight change.

更に、第1及び第2の実施形態では、式(2)又は式(3)は、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合の条件下で成立し、その場合に増殖速度(dV21A/dt)gを算出している。しかしながら、必ずしもガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる場合の計測値に基づいて増殖速度(dV21A/dt)gを算出する必要はない。ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutが時間的に変化する場合の式に基づいて増殖速度(dV21A/dt)gを算出すればよい。 Further, in the first and second embodiments, the expression (2) or the expression (3) is established under the condition that the gas generation rate dG / dt and the organic matter extraction rate VS out can be regarded as constants. Growth rate (dV 21A / dt) g is calculated. However, it is not always necessary to calculate the growth rate (dV 21A / dt) g based on the measured values when the gas generation rate dG / dt and the organic matter extraction rate VS out can be regarded as constants. The growth rate (dV 21A / dt) g may be calculated based on the equations when the gas generation rate dG / dt and the organic matter extraction rate VS out change with time.

ただし、増殖速度(dV21A/dt)gは極めて遅いので、ガス発生速度dG/dt及び有機物引抜速度VSoutを定数とみなせる条件は近似的に成立しており、実際には式(2)又は式(3)を用いて増殖速度(dV21A/dt)gを算出することが可能である。 However, since the growth rate (dV 21A / dt) g is extremely slow, the conditions under which the gas generation rate dG / dt and the organic matter extraction rate VS out can be regarded as constants are approximately established. The growth rate (dV 21A / dt) g can be calculated using equation (3).

第1の実施形態のメタン発酵システム1の実施例について説明する。なお、この場合は、第2の実施形態のメタン発酵システム2において、濃縮汚泥70の返送がない場合に相当する。   The Example of the methane fermentation system 1 of 1st Embodiment is demonstrated. Note that this case corresponds to the case where the concentrated sludge 70 is not returned in the methane fermentation system 2 of the second embodiment.

実施例1では、市販されているミニジャーファーメンター(住友重機械工業株式会社製)を用いてメタン発酵試験を行った。メタン発酵槽10の容積は0.002m(2リットル)であった。メタン発酵槽10は、槽内の汚泥(槽内廃棄物)を攪拌するための攪拌翼を備えていた。攪拌翼は、スラリー状汚泥も攪拌可能なタイプを使用した。 In Example 1, a methane fermentation test was performed using a commercially available mini jar fermenter (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.). The volume of the methane fermentation tank 10 was 0.002 m 3 (2 liters). The methane fermentation tank 10 was equipped with a stirring blade for stirring sludge (waste in the tank) in the tank. The stirring blade used was a type capable of stirring slurry sludge.

実施例1における廃棄物としては、食品工場から排出された食品製造残渣を用いた。廃棄物の組成は表1のとおりである。

Figure 2005319388
表1中、固形物濃度は、例えば、110℃程度で投入廃棄物を乾燥させて残ったもの(図3中の有機物と無機物)の濃度である。また、投入有機物濃度Sinは、110℃で乾燥された固形物を約600℃で焼いて気体になって出ていったものの濃度である。Ashは灰分を示し、CODCrは化学的酸素要求量を示している。 As the waste in Example 1, a food production residue discharged from a food factory was used. The composition of the waste is shown in Table 1.
Figure 2005319388
In Table 1, the solid matter concentration is, for example, the concentration of what remains after drying the input waste at about 110 ° C. (organic matter and inorganic matter in FIG. 3). The input organic substance concentration S in is the concentration of the solid material dried at 110 ° C. and baked at about 600 ° C. to become a gas. Ash indicates ash, and COD Cr indicates chemical oxygen demand.

廃棄物は、メタン発酵しやすいようにメタン発酵槽10に投入する前に家庭用フードプロセッサーにより数mm程度に裁断した。   The waste was cut to about several millimeters by a household food processor before being put into the methane fermentation tank 10 so as to facilitate methane fermentation.

そして、投入した廃棄物の量と同じ量の引抜物を引き抜き、投入廃棄物30の量と引抜物40の量とが同じである反応系を形成した。この反応系において、投入廃棄物量V30、投入有機物濃度Sin、槽内廃棄物量V、引抜物量V40、引抜有機物濃度Q、ガス発生量Gを計測した。 Then, the same amount of the drawn material as the amount of the introduced waste was drawn out to form a reaction system in which the amount of the input waste 30 and the amount of the extracted material 40 were the same. In this reaction system, the input waste amount V 30 , the input organic matter concentration S in , the in-vessel waste amount V, the withdrawn amount V 40 , the withdrawn organic matter concentration Q, and the gas generation amount G were measured.

本実施例では、槽内廃棄物量Vは、槽内廃棄物20を有するメタン発酵槽10ごとロードセルで計測し、メタン発酵槽10の重量を差し引いて求めた。また、投入廃棄物量V30は、電子天秤により計測し、投入有機物濃度Sinは、下水試験法により計測した。同様にして、引抜物量V40及び引抜有機物濃度Qを計測した。また、ガス発生量Gをガスメータで計測した。なお、計測は、1日ごとに行った。図6に、槽内有機物濃度Pが一定になっている場合の槽内有機物濃度Pを示す。図6の横軸はデータが安定している間の経過時間を表しており、縦軸は、槽内有機物濃度Pを示している。 In this example, the in-tank waste amount V was determined by measuring the methane fermentation tank 10 including the in-tank waste 20 together with the load cell and subtracting the weight of the methane fermentation tank 10. Further, the input waste amount V 30 was measured by an electronic balance, and the input organic matter concentration S in was measured by a sewage test method. Similarly, the amount V 40 and the organic concentration Q of the extracted organic matter were measured. Further, the gas generation amount G was measured with a gas meter. Measurement was performed every day. FIG. 6 shows the organic matter concentration P in the tank when the organic substance concentration P in the tank is constant. The horizontal axis in FIG. 6 represents the elapsed time while the data is stable, and the vertical axis represents the organic substance concentration P in the tank.

上述した計測値を用いて、第1の実施形態に示した手法により、メタン発酵汚泥の増殖速度(dV21A/dt)g、第1引抜速度F1、メタン発酵汚泥濃度X及び被処理有機物濃度Sを算出した。また、上記のようにして求められたメタン発酵汚泥濃度Xなどから導かれる微生物学的諸特性も算出した。その結果は、表2のとおりである。

Figure 2005319388
表2中、嫌気汚泥流出量は、メタン発酵汚泥21Aがメタン発酵槽10から流出する速度に相当する。嫌気汚泥発生量は、メタン発酵汚泥21Aが発生する速度に相当する。比増殖速度μは(dS/dt)c/Xに相当し、比消費速度νは、(d(V21A/V)/dt)g/Xに相当する。YX/Sは投入有機物31に対するメタン発酵汚泥の収率である。 Using the measurement values described above, the growth rate (dV 21A / dt) g of the methane fermentation sludge, the first extraction rate F 1 , the methane fermentation sludge concentration X, and the concentration of the organic matter to be treated by the method shown in the first embodiment. S was calculated. In addition, various microbiological characteristics derived from the methane fermentation sludge concentration X obtained as described above were also calculated. The results are shown in Table 2.
Figure 2005319388
In Table 2, the amount of outflow of anaerobic sludge corresponds to the speed at which the methane fermentation sludge 21A flows out from the methane fermentation tank 10. The amount of anaerobic sludge generated corresponds to the speed at which methane fermentation sludge 21A is generated. The specific growth rate μ corresponds to (dS / dt) c / X, and the specific consumption rate ν corresponds to (d (V 21A / V) / dt) g / X. Y X / S is the yield of methane fermentation sludge with respect to the input organic matter 31.

表2に示すように、メタン発酵汚泥濃度Xが15.2g/kg(1.5wt%)であるから、一例として0.5kg(有機物)/kg(メタン発酵汚泥)/dayの汚泥負荷をかけると、7.6kg/m3/dayの容積負荷を掛けることが可能であることが推測できる。言い換えれば、0.002m3のメタン発酵槽10において、7.6kg/m3/dayの容積負荷で運転を実施することが可能である。 As shown in Table 2, since the methane fermentation sludge concentration X is 15.2 g / kg (1.5 wt%), a sludge load of 0.5 kg (organic matter) / kg (methane fermentation sludge) / day is applied as an example. It can be estimated that a volume load of 7.6 kg / m 3 / day can be applied. In other words, in the methane fermentation tank 10 of 0.002 m 3, it is possible to carry out the operation at a volume loading of 7.6kg / m 3 / day.

実際に上記設定条件でメタン発酵システム1を運転すると、ほぼ計算に等しい7.3kg/m3/dayまで有機酸の蓄積もなく安定した運転が可能であった。 When the methane fermentation system 1 was actually operated under the above setting conditions, stable operation was possible without accumulation of organic acids up to 7.3 kg / m 3 / day, which was almost equal to the calculation.

次に、第2の実施形態のメタン発酵システム2の実施例について説明する。メタン発酵槽10の構成は実施例1の場合と同様である。実施例2では、メタン発酵槽10から引き抜かれた引抜物40を濃縮手段60で濃縮する。そして、濃縮汚泥70の一部をメタン発酵槽10に返送する。濃縮手段60としては、高速遠心機を用いた。   Next, examples of the methane fermentation system 2 of the second embodiment will be described. The configuration of the methane fermentation tank 10 is the same as that in the first embodiment. In the second embodiment, the extract 40 extracted from the methane fermentation tank 10 is concentrated by the concentration means 60. Then, a part of the concentrated sludge 70 is returned to the methane fermentation tank 10. As the concentration means 60, a high-speed centrifuge was used.

メタン発酵槽10への投入廃棄物30の組成は表3のとおりである。

Figure 2005319388
濃縮手段60からの濃縮汚泥70を返送しない場合、実施例1と同様にして算出したメタン発酵槽10内のメタン発酵汚泥濃度Xは、0.24wt%程度であった。この場合、容積負荷として約1kg/m3/dayで運転できる程度であった。 Table 3 shows the composition of the input waste 30 to the methane fermentation tank 10.
Figure 2005319388
When the concentrated sludge 70 from the concentration means 60 was not returned, the methane fermentation sludge concentration X in the methane fermentation tank 10 calculated in the same manner as in Example 1 was about 0.24 wt%. In this case, the volume load could be operated at about 1 kg / m 3 / day.

これに対して、濃縮手段60を用いた場合は、メタン発酵槽10に返送する濃縮汚泥量V70及び濃縮倍率Cを考慮して第2の実施形態に示した手法により求めたメタン発酵汚泥濃度Xを算出した。この場合、実施例2のメタン発酵システム2において、表4に示すマテリアルバランスが成立した。

Figure 2005319388
表4に示すバランスが成立している場合、5kg/m3/dayの容積負荷が可能であった。すなわち、濃縮汚泥70の返送がない場合の5倍の容積負荷での運転が可能であった。 On the other hand, when the concentration means 60 is used, the concentration of methane fermentation sludge determined by the method shown in the second embodiment in consideration of the concentrated sludge amount V 70 and the concentration factor C returned to the methane fermentation tank 10. X was calculated. In this case, the material balance shown in Table 4 was established in the methane fermentation system 2 of Example 2.
Figure 2005319388
When the balance shown in Table 4 was established, a volume load of 5 kg / m 3 / day was possible. That is, it was possible to operate with a volume load five times that when the concentrated sludge 70 was not returned.

メタン発酵システムの一例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of an example of a methane fermentation system. 図1のメタン発酵槽10に対する廃棄物の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of the waste with respect to the methane fermenter 10 of FIG. 投入廃棄物、槽内廃棄物及び引抜物の構成を示す図表である。It is a chart which shows composition of input waste, waste in a tank, and a withdrawal thing. メタン発酵システムの他の例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the other example of a methane fermentation system. 図4のメタン発酵槽10に対する廃棄物の流れを示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows the flow of the waste with respect to the methane fermentation tank 10 of FIG. メタン発酵槽10内の槽内有機物濃度Pの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the organic substance density | concentration P in the tank in the methane fermentation tank 10. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,2…メタン発酵システム、10…メタン発酵槽、20…槽内廃棄物、21…槽内有機物、21A…メタン発酵汚泥、21B…被処理有機物、22…槽内無機物、30…投入廃棄物、31…投入有機物、40…引抜物、41…引抜有機物、41A…引抜物中のメタン発酵汚泥、41B…未消化有機物、50…ガス、60…濃縮手段、70…濃縮汚泥。   1, 2 ... Methane fermentation system, 10 ... Methane fermentation tank, 20 ... Waste in tank, 21 ... Organic substance in tank, 21A ... Methane fermentation sludge, 21B ... Organic substance to be treated, 22 ... Inorganic substance in tank, 30 ... Input waste 31 ... Organic material, 40 ... Extracted material, 41 ... Extracted organic material, 41A ... Methane fermentation sludge in the extracted material, 41B ... Undigested organic material, 50 ... Gas, 60 ... Concentration means, 70 ... Concentrated sludge.

Claims (5)

メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、
前記メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、前記メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、前記槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、前記投入廃棄物に含まれる投入有機物の前記メタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、前記引抜物に含まれる引抜有機物の前記メタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって前記槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、
前記変化速度、前記有機物投入速度、前記有機物引抜速度及び前記ガス発生速度に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出し、
槽内廃棄物量を変えないように前記引抜物を引き抜くための第1引抜速度を、前記投入廃棄物の前記メタン発酵槽への投入速度である廃棄物投入速度、前記増殖速度及び前記ガス発生速度に基づいて算出し、
槽内廃棄物量、前記増殖速度及び前記第1引抜速度に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とするメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
A method for setting operating conditions of a methane fermentation system that decomposes organic matter to be treated contained in waste in a methane fermentation tank using methane fermentation sludge,
In the reaction system in which the input waste amount of the input waste to be input to the methane fermentation tank and the extraction amount of the extract extracted from the in-tank waste in the methane fermentation tank are the same, the waste in the tank The rate of change in the amount of organic matter in the tank, the rate of organic matter input that is the rate of input of organic matter contained in the input waste into the methane fermentation tank, the rate of extraction of the extracted organic matter contained in the extract from the methane fermentation tank The organic matter extraction rate, and the gas generation rate of the gas generated from the waste in the tank by methane fermentation,
Calculate the growth rate of the methane fermentation sludge in the methane fermentation tank based on the change rate, the organic matter input rate, the organic matter extraction rate and the gas generation rate,
The first extraction speed for extracting the extract so as not to change the amount of waste in the tank is the waste input speed, the growth speed, and the gas generation speed, which are the input speed of the input waste to the methane fermentation tank. Based on
A method for setting operating conditions of a methane fermentation system, comprising a step of calculating a methane fermentation sludge concentration in the methane fermentation tank based on the amount of waste in the tank, the growth rate, and the first extraction rate.
前記メタン発酵システムは、前記メタン発酵槽から引き抜かれた前記引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、
前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記メタン発酵槽に返送する際に、槽内廃棄物量を変えないように前記引抜物を引き抜くための第2引抜速度を、前記濃縮汚泥の前記メタン発酵槽への返送速度、前記廃棄物投入速度、及び前記ガス発生速度に基づいて算出し、
槽内廃棄物量、前記増殖速度、前記第2引抜速度、前記返送速度及び前記濃縮手段の濃縮倍率に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする請求項1記載のメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
The methane fermentation system has a concentration means for concentrating the extract extracted from the methane fermentation tank to form concentrated sludge,
When returning at least a part of the concentrated sludge to the methane fermentation tank, a second extraction speed for extracting the extract so as not to change the amount of waste in the tank is set to the methane fermentation tank of the concentrated sludge. Calculate based on the return speed, the waste input speed, and the gas generation speed,
The method includes a step of calculating a concentration of methane fermentation sludge in the methane fermentation tank based on the amount of waste in the tank, the growth rate, the second extraction rate, the return rate, and the concentration rate of the concentration means. Item 2. A method for setting operating conditions of the methane fermentation system according to item 1.
メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、
前記メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、前記メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、前記槽内廃棄物中の槽内有機物量の変化速度、前記投入廃棄物に含まれる投入有機物の前記メタン発酵槽への投入速度である有機物投入速度、前記引抜物に含まれる引抜有機物の前記メタン発酵槽からの引抜速度である有機物引抜速度、及び、メタン発酵によって前記槽内廃棄物から発生するガスのガス発生速度を求め、
前記変化速度、前記有機物投入速度、前記有機物引抜速度及び前記ガス発生速度に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥の増殖速度を算出する工程を含むことを特徴とするメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
A method for setting operating conditions of a methane fermentation system that decomposes organic matter to be treated contained in waste in a methane fermentation tank using methane fermentation sludge,
In the reaction system in which the input waste amount of the input waste to be input to the methane fermentation tank and the extraction amount of the extract extracted from the in-tank waste in the methane fermentation tank are the same, the waste in the tank The rate of change in the amount of organic matter in the tank, the rate of organic matter input that is the rate of input of organic matter contained in the input waste into the methane fermentation tank, the rate of extraction of the extracted organic matter contained in the extract from the methane fermentation tank The organic matter extraction rate, and the gas generation rate of the gas generated from the waste in the tank by methane fermentation,
An operation condition of the methane fermentation system, comprising a step of calculating a growth rate of methane fermentation sludge in the methane fermentation tank based on the change rate, the organic matter input rate, the organic matter extraction rate, and the gas generation rate. Setting method.
メタン発酵汚泥を利用してメタン発酵槽内の槽内廃棄物に含まれる被処理有機物を分解するメタン発酵システムの運転条件の設定方法であって、
前記メタン発酵槽へ投入する投入廃棄物の投入廃棄物量と、前記メタン発酵槽内の槽内廃棄物から引き抜かれた引抜物の引抜物量とが同じである反応系において、前記投入廃棄物量、前記投入廃棄物中の投入有機物の濃度である投入有機物濃度、槽内廃棄物量、前記引抜物量、前記引抜物中の引抜有機物の濃度である引抜有機物濃度、及び、メタン発酵によって前記槽内廃棄物から発生するガスのガス発生量を計測し、
それらの計測値に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とするメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
A method for setting operating conditions of a methane fermentation system that decomposes organic matter to be treated contained in waste in a methane fermentation tank using methane fermentation sludge,
In the reaction system in which the input waste amount of the input waste to be input to the methane fermentation tank and the extract amount of the extract extracted from the in-tank waste in the methane fermentation tank are the same, the input waste amount, The concentration of the input organic matter in the input waste, the concentration of the input organic matter, the amount of waste in the tank, the amount of the extracted material, the concentration of the extracted organic material in the extracted material, and the concentration of the extracted organic material in the extracted material, Measure the amount of gas generated,
A method for setting operating conditions of a methane fermentation system, comprising a step of calculating a methane fermentation sludge concentration in the methane fermentation tank based on the measured values.
前記メタン発酵システムは、前記メタン発酵槽から引き抜かれた前記引抜物を濃縮して濃縮汚泥を形成する濃縮手段を有しており、
前記濃縮手段から前記濃縮汚泥の少なくとも一部を前記メタン発酵槽に返送する際に、前記濃縮汚泥の前記メタン発酵槽への返送量を計測し、
前記投入廃棄物量、前記投入有機物濃度、槽内廃棄物量、前記引抜物量、前記引抜有機物濃度、前記ガス発生量、前記返送量及び前記濃縮手段の濃縮倍率に基づいて前記メタン発酵槽内のメタン発酵汚泥濃度を算出する工程を含むことを特徴とする請求項4記載のメタン発酵システムの運転条件の設定方法。
The methane fermentation system has a concentration means for concentrating the extract extracted from the methane fermentation tank to form concentrated sludge,
When returning at least a portion of the concentrated sludge from the concentration means to the methane fermentation tank, the amount of the concentrated sludge returned to the methane fermentation tank is measured,
Methane fermentation in the methane fermentation tank based on the input waste amount, the input organic matter concentration, the waste amount in the tank, the withdrawn amount, the withdrawn organic matter concentration, the gas generation amount, the return amount, and the concentration rate of the concentration means The method for setting operating conditions of the methane fermentation system according to claim 4, further comprising a step of calculating a sludge concentration.
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