JP2006247568A - Methane fermentation method - Google Patents

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功夫 中川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a methane fermentation method which enables the monitor of a methane fermentation condition and maintenance of a stable methane fermentation condition. <P>SOLUTION: In the methane fermentation method where organic waste is charged to a methane fermentation tank containing anaerobic microorganisms mainly comprising methane bacteria to be subjected to methane fermentation, and hydrogen sulfide in the produced biogas is desulfurized with a wet desulfurizer, methane gas concentration and carbon dioxide gas concentration in the biogas are measured to calculate hydrogen sulfide concentration in the biogas, and operation control of the methane fermentation is carried out from the calculated value. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、嫌気性微生物を用いて、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物を処理するメタン発酵処理方法に関する。   The present invention relates to a methane fermentation treatment method for treating organic waste such as manure, raw garbage, food processing residue and the like using anaerobic microorganisms.

生ゴミ等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋立処分されているが、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋立処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するために有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが研究、開発されている。   Most organic waste such as garbage is incinerated or landfilled, but due to problems such as the generation of dioxins associated with incineration, tightness of landfill sites, and foul odors, treatment methods with low environmental impact are required. Yes. In order to solve these problems, research and development have been conducted on a system in which organic waste is subjected to methane fermentation, and the generated methane gas is generated using a fuel cell or a gas engine.

メタン発酵は、有機性廃棄物を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換するもので、投入原料の性状や運転条件などにより様々な処理方法、発酵槽が提案されている。   In methane fermentation, organic waste is crushed and slurried, and then this slurry is put into a fermentor and fermented with methane bacteria under anaerobic conditions to convert organic waste into methane gas. Various treatment methods and fermenters have been proposed depending on the properties of the input raw materials and operating conditions.

メタン発酵処理は、有機性廃棄物を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理して有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解する方法であり、有機性廃棄物を大幅に減量することができると共に、副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。また、嫌気性のため曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法である。   In the methane fermentation treatment, organic waste is pulverized and slurried, and then this slurry is put into a fermenter and fermented with methane bacteria under anaerobic conditions to decompose the organic waste into biogas and water. This method is advantageous in that the amount of organic waste can be greatly reduced and methane gas produced as a by-product can be recovered as energy. In addition, since it is anaerobic and does not require aeration power, it is an energy-saving treatment method.

ここで、メタン発酵処理においては、効率よく有機性廃棄物を分解してメタンガスを取り出す必要があるため、メタン発酵槽内の発酵状態を最適に制御することが重要である。   Here, in the methane fermentation treatment, since it is necessary to efficiently decompose organic waste and take out methane gas, it is important to optimally control the fermentation state in the methane fermentation tank.

メタン発酵槽内の発酵効率を向上させる方法として、メタン菌等の栄養素となる金属塩の添加量の調整がある。栄養素としてはニッケルやコバルト等をメタン発酵槽内に添加することが広く知られている。   As a method for improving the fermentation efficiency in the methane fermenter, there is an adjustment of the addition amount of a metal salt serving as a nutrient such as methane bacteria. As nutrients, it is widely known to add nickel, cobalt or the like to the methane fermentation tank.

また、メタン発酵処理に用いる有機性廃棄物中には、プロピオン酸などの有機酸が含まれている。有機酸の蓄積によりメタン菌の活性が低下することが知られており、通常、硫酸還元菌などの有機酸を分解できる微生物を投入して、二酸化炭素、硫化水素等に分解している。   Moreover, organic acids, such as propionic acid, are contained in the organic waste used for methane fermentation treatment. It is known that the activity of methane bacteria decreases due to the accumulation of organic acids. Usually, microorganisms capable of decomposing organic acids such as sulfate-reducing bacteria are introduced and decomposed into carbon dioxide, hydrogen sulfide and the like.

しかしながら、この有機酸の分解で発生する硫化水素は、毒性や腐食性が強く、高濃度になるとメタン発酵等を阻害することが知られている。   However, it is known that hydrogen sulfide generated by the decomposition of the organic acid is highly toxic and corrosive, and inhibits methane fermentation and the like at a high concentration.

この硫化水素を低減させるために、例えば、下記特許文献1では、発酵槽内の硫酸還元菌の生育状況をモニタリング、又は硫酸還元菌の菌数をモニタリングし、モニタリング結果を指標としてメタン発酵槽に栄養塩等を添加している。   In order to reduce this hydrogen sulfide, for example, in Patent Document 1 below, the growth of sulfate-reducing bacteria in the fermenter is monitored, or the number of sulfate-reducing bacteria is monitored, and the monitoring result is used as an index for the methane fermenter. Nutrients are added.

また、下記特許文献2では、バイオガス中のメタンガス含有量及び硫化水素含有量を測定し、測定値に応じて、酸素含有気体又は酸素の供給、停止を行なうことで硫化水素発生量を抑制している。
特開2002−282826号公報 特開2003−136089号公報
In Patent Document 2 below, the methane gas content and the hydrogen sulfide content in the biogas are measured, and the hydrogen sulfide generation amount is suppressed by supplying and stopping the oxygen-containing gas or oxygen according to the measured value. ing.
JP 2002-282826 A JP 2003-136089 A

上記特許文献1、2では、メタン発酵処理において、安定した発酵状態を維持するため、メタン発酵処理槽内の硫化水素濃度を低減させており、その際、バイオガス中の硫化水素濃度を測定し、測定結果に応じた処理を行っている。   In Patent Documents 1 and 2, in order to maintain a stable fermentation state in the methane fermentation treatment, the hydrogen sulfide concentration in the methane fermentation treatment tank is reduced. At that time, the hydrogen sulfide concentration in the biogas is measured. The process according to the measurement result is performed.

しかしながら、バイオガス中の硫化水素は微量であるため、その測定機器は比較的高価なものである。また、その測定手段としてはバッチ式であるため、リアルタイムでの連続した測定ができず、利便性に欠けるものであった。   However, since the amount of hydrogen sulfide in the biogas is very small, the measuring instrument is relatively expensive. Moreover, since the measurement means is a batch type, continuous measurement in real time cannot be performed, and convenience is lacking.

したがって、本発明の目的は、簡便な分析手法で、メタン発酵状態を監視でき、安定した発酵状態を維持できるメタン発酵処理方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a methane fermentation treatment method capable of monitoring the methane fermentation state and maintaining a stable fermentation state with a simple analysis technique.

上記目的を達成するにあたり、本発明のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物を、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を含むメタン発酵槽に投入してメタン発酵すると共に、得られたバイオガス中の硫化水素を脱硫装置で脱硫するメタン発酵処理方法において、前記バイオガス中の、メタンガス濃度又は炭酸ガス濃度を測定して前記バイオガス中の硫化水素濃度を算出し、その値に基づいてメタン発酵の運転制御を行なうことを特徴とする。   In achieving the above-mentioned object, the methane fermentation treatment method of the present invention introduces an organic waste into a methane fermentation tank containing anaerobic microorganisms mainly composed of methane bacteria, and performs methane fermentation. In the methane fermentation treatment method for desulfurizing hydrogen sulfide in a desulfurization apparatus, the methane gas concentration or carbon dioxide concentration in the biogas is measured to calculate the hydrogen sulfide concentration in the biogas, and methane is based on the value. It is characterized by controlling the operation of fermentation.

本発明者らは、種々の検討の結果、有機性廃棄物のメタン発酵で得られるバイオガス中のメタンガス濃度及び炭酸ガス濃度は、バイオガス中の硫化水素濃度と相関性があることを見い出した。そして、このバイオガス中のメタンガス濃度及び炭酸ガス濃度は、非分散赤外線吸収法によって、リアルタイム測定が可能であり、またこれらの測定機器は比較的安価である。   As a result of various studies, the present inventors have found that the methane gas concentration and carbon dioxide concentration in biogas obtained by methane fermentation of organic waste are correlated with the hydrogen sulfide concentration in biogas. . The methane gas concentration and the carbon dioxide gas concentration in the biogas can be measured in real time by the non-dispersive infrared absorption method, and these measuring instruments are relatively inexpensive.

したがって、本発明によれば、比較的簡易な方法で、メタン発酵槽内の硫化水素濃度を算出でき、この算出された硫化水素濃度に応じて、槽内の硫化水素濃度が低減できるように運転状態を適宜制御することで、安定したメタン発酵処理状態を維持できる。   Therefore, according to the present invention, the hydrogen sulfide concentration in the methane fermentation tank can be calculated by a relatively simple method, and the operation is performed so that the hydrogen sulfide concentration in the tank can be reduced according to the calculated hydrogen sulfide concentration. A stable methane fermentation treatment state can be maintained by appropriately controlling the state.

また、本発明においては、算出された前記バイオガス中の硫化水素濃度の増大量に応じて、メタン発酵槽に添加するメタン菌の栄養塩の投入量を増大させることが好ましい。   Moreover, in this invention, it is preferable to increase the input of the nutrient salt of methane bacteria added to a methane fermentation tank according to the increase amount of the hydrogen sulfide concentration in the said biogas calculated.

メタン発酵槽内の水素利用において、メタン菌と硫酸還元菌とは競合関係にあることが知られている。よって、バイオガス中の硫化水素濃度が高い場合においては、メタン菌の活性が低下していると推測できる。   It is known that methane bacteria and sulfate-reducing bacteria have a competitive relationship in using hydrogen in the methane fermentation tank. Therefore, when the hydrogen sulfide concentration in the biogas is high, it can be estimated that the activity of methane bacteria is reduced.

したがって、バイオガス中の硫化水素濃度を、メタン菌の活性指針として用い、この硫化水素濃度が増加した場合、メタン菌の栄養塩となる微量金属を添加することで、メタン菌を活性化でき、それに伴ないメタン発酵槽内の硫化水素濃度を低下でき、安定したメタン発酵状態を維持できる。   Therefore, using the hydrogen sulfide concentration in biogas as an activity guideline for methane bacteria, if this hydrogen sulfide concentration is increased, methane bacteria can be activated by adding trace metals that are nutrient salts of methane bacteria, As a result, the concentration of hydrogen sulfide in the methane fermentation tank can be reduced, and a stable methane fermentation state can be maintained.

また、本発明においては、算出された前記バイオガス中の硫化水素濃度、及び、実測される前記バイオガスの発生量より算出した前記脱硫装置への硫黄流入量を基に、脱硫材への硫黄吸着量を予め算出することで交換時期を決定することが好ましい。   Further, in the present invention, based on the calculated hydrogen sulfide concentration in the biogas and the amount of sulfur inflow into the desulfurization device calculated from the amount of biogas generated actually measured, sulfur to the desulfurization material It is preferable to determine the replacement time by calculating the adsorption amount in advance.

これによれば、硫化水素の発生量を安定化させることにより、脱硫装置の負荷を安定化させることができ、また、脱硫装置に充填する脱硫材の最適な交換時期を設計でき、脱硫材の使用量の低減化、及び、脱硫処理工程の最適化が期待できる。   According to this, by stabilizing the generation amount of hydrogen sulfide, it is possible to stabilize the load of the desulfurization device, and to design an optimal replacement time for the desulfurization material to be filled in the desulfurization device. Reduction of the amount used and optimization of the desulfurization process can be expected.

本発明によれば、バイオガス中のメタンガス濃度及び炭酸ガス濃度はに基づいてバイオガス中の硫化水素濃度を算出するようにしたので、メタンガス濃度又は炭酸ガス濃度を比較的簡単な装置でリアルタイムで測定し、バイオガス中の硫化水素濃度の推移を常時モニタリングできる。また、この算出した硫化水素濃度に応じて栄養塩の添加量を決定する等の方法により、バイオガス中の硫化水素濃度を安定化させて、メタン発酵処理状態を安定化できる。   According to the present invention, since the hydrogen sulfide concentration in the biogas is calculated based on the methane gas concentration and the carbon dioxide concentration in the biogas, the methane gas concentration or the carbon dioxide concentration can be calculated in real time with a relatively simple device. It is possible to measure and constantly monitor the transition of hydrogen sulfide concentration in biogas. Moreover, the methane fermentation treatment state can be stabilized by stabilizing the hydrogen sulfide concentration in the biogas by a method such as determining the amount of nutrient added according to the calculated hydrogen sulfide concentration.

更には、バイオガス中の硫化水素濃度を安定化させることができるので、バイオガスの発生量と併せて考慮することで、脱硫装置での脱硫処理量を推測でき、脱硫装置のサイズ、処理能力などの最適な設計が行なえる。また、脱硫材の最適な交換時期を設計でき、脱硫材の消費量を低減できる。   Furthermore, since the hydrogen sulfide concentration in the biogas can be stabilized, the amount of desulfurization in the desulfurizer can be estimated by taking into account the amount of biogas generated, and the size and processing capacity of the desulfurizer. Optimal design such as can be done. Moreover, the optimal replacement | exchange time of a desulfurization material can be designed, and the consumption of a desulfurization material can be reduced.

以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図1には、本発明のメタン発酵処理方法に用いることができるメタン発酵処理装置の一実施形態の概略構成図が示されている。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The schematic block diagram of one Embodiment of the methane fermentation processing apparatus which can be used for the methane fermentation processing method of this invention is shown by FIG.

まず、図1のメタン発酵処理装置について説明すると、このメタン発酵処理装置は、有機性廃棄物をペースト状に処理する粉砕機1と、このペーストをスラリー化して貯留するスラリー調整槽2と、メタン発酵槽3と、メタン発酵処理後の発酵液を処理するための廃液処理槽4と、メタン発酵処理で得られたバイオガスから硫化水素を除去する乾式脱硫器5と、栄養塩貯留タンク6とで主に構成されている。   First, the methane fermentation treatment apparatus of FIG. 1 will be described. The methane fermentation treatment apparatus includes a pulverizer 1 for treating organic waste into a paste, a slurry adjusting tank 2 for slurrying and storing the paste, and methane. A fermentation tank 3, a waste liquid treatment tank 4 for treating the fermented liquid after the methane fermentation treatment, a dry desulfurizer 5 for removing hydrogen sulfide from the biogas obtained by the methane fermentation treatment, and a nutrient storage tank 6 It is mainly composed of.

粉砕機1からの配管1aは、ペースト供給ポンプ10を介してスラリー調整槽2に連結し、スラリー調整槽2からの配管2aは、スラリー供給ポンプ11を介してメタン発酵槽3に連結している。また、メタン発酵槽3内に金属塩などの栄養塩を添加するための栄養塩貯留タンク6から伸びた配管6aが、栄養塩供給ポンプ20を介してメタン発酵槽3と連結している。   A pipe 1 a from the pulverizer 1 is connected to the slurry adjustment tank 2 via the paste supply pump 10, and a pipe 2 a from the slurry adjustment tank 2 is connected to the methane fermentation tank 3 via the slurry supply pump 11. . A pipe 6 a extending from the nutrient salt storage tank 6 for adding a nutrient salt such as a metal salt into the methane fermentation tank 3 is connected to the methane fermentation tank 3 via the nutrient salt supply pump 20.

メタン発酵槽3の底部には、メタン発酵処理後のスラリーを引き抜くための配管4aが、スラリー引き抜きポンプ12を介して廃液処理槽4に連結している。   On the bottom of the methane fermentation tank 3, a pipe 4 a for extracting the slurry after the methane fermentation treatment is connected to the waste liquid treatment tank 4 via the slurry extraction pump 12.

廃液処理槽4としては脱窒処理が可能であればよく、例えば、微生物によって有機物や窒素を除去する生物処理法を行うための活性汚泥槽や、アンモニアを曝気処理した後に空気と触媒燃焼して窒素ガスに無害化するアンモニアストリッピング法を行う装置等を用いることができる。   The waste liquid treatment tank 4 only needs to be capable of denitrification treatment, for example, an activated sludge tank for performing a biological treatment method for removing organic matter and nitrogen by microorganisms, or after aeration treatment with ammonia and catalytic combustion with air. An apparatus that performs an ammonia stripping method that renders nitrogen gas harmless can be used.

メタン発酵槽3の上部には、発生したバイオガスを取り出すための配管5aが接続されており、バイオガス中の硫化水素を脱硫するための乾式脱硫器5と連結している。   A pipe 5a for taking out the generated biogas is connected to the upper part of the methane fermentation tank 3, and is connected to a dry desulfurizer 5 for desulfurizing hydrogen sulfide in the biogas.

そして、この配管5aと乾式脱硫器5との間には、バイオガス中のメタンガス濃度又は炭酸ガス濃度を測定する測定器7が配置されている。ここで、測定器7としては、メタンガスや炭酸ガスの検出に用いることのできる測定機であれば特に限定はなく、例えば、非分散赤外線吸収測定器などが挙げられる。   Between the pipe 5a and the dry desulfurizer 5, a measuring device 7 for measuring the methane gas concentration or the carbon dioxide gas concentration in the biogas is disposed. Here, the measuring device 7 is not particularly limited as long as it is a measuring device that can be used for detecting methane gas or carbon dioxide gas, and examples thereof include a non-dispersed infrared absorption measuring device.

そして、この測定器7からの測定値は、演算器30に入力されるように構成されており、測定値に応じて、栄養塩供給ポンプ20から栄養塩を供給、あるいは供給量を増大させることができる。   And the measured value from this measuring device 7 is comprised so that it may input into the calculator 30, and it supplies nutrient salt from the nutrient salt supply pump 20, or increases supply amount according to a measured value. Can do.

測定器7において、バイオガス中のメタンガス濃度を測定した場合における演算器30による演算処理及び制御は、図2のフローチャートに示したような処理が行なわれている。   In the measuring device 7, when the methane gas concentration in the biogas is measured, the arithmetic processing and control by the arithmetic unit 30 are performed as shown in the flowchart of FIG.

まず、ステップS1で、測定器7により測定された、バイオガス中のメタン濃度が、測定値として演算器30に入力される。   First, in step S1, the methane concentration in the biogas measured by the measuring device 7 is input to the computing unit 30 as a measured value.

そして、ステップS2へ進み、測定値が所定の以上であるかどうかの判断が行われ、所定値以上であれば、ステップS3へ進み、栄養塩供給ポンプ20からの栄養塩の供給量は、設定量のままでメタン発酵処理がなされる。   And it progresses to step S2 and it is judged whether a measured value is more than predetermined, and if it is more than predetermined value, it will progress to step S3 and the supply amount of the nutrient salt from the nutrient supply pump 20 will be set. The methane fermentation process is performed in the same amount.

一方、測定値が所定値以下の場合、ステップS4へ進み、栄養塩供給ポンプ20から栄養塩を供給、あるいは供給量を増大させる。以上の処理を所定間隔で繰り返し、ステップS2での測定値が所定値以上となるように制御することができる。   On the other hand, when the measured value is less than or equal to the predetermined value, the process proceeds to step S4, where nutrient salt is supplied from the nutrient salt supply pump 20, or the supply amount is increased. The above processing is repeated at predetermined intervals, and control can be performed so that the measured value in step S2 is equal to or greater than the predetermined value.

また、測定器7において、バイオガス中の炭酸ガス濃度を測定した場合における演算器30による演算処理及び制御は、図3のフローチャートに示すような処理が行なわれている。   Further, in the measuring device 7, when the concentration of carbon dioxide in the biogas is measured, the calculation processing and control by the calculator 30 are performed as shown in the flowchart of FIG.

まず、ステップS11で、測定器7により測定された、バイオガス中の炭酸ガス濃度が、測定値として演算器30に入力される。   First, in step S <b> 11, the carbon dioxide concentration in the biogas measured by the measuring device 7 is input to the computing unit 30 as a measured value.

そして、ステップS12へ進み、測定値が所定の以下かどうかの判断が行われ、所定値以下であれば、ステップS13で栄養塩供給ポンプ20からの栄養塩の供給量は、設定量のままでメタン発酵処理がなされる。   Then, the process proceeds to step S12, and it is determined whether or not the measured value is equal to or less than a predetermined value. If the measured value is equal to or less than the predetermined value, the supply amount of the nutrient salt from the nutrient salt supply pump 20 remains the set amount in step S13. Methane fermentation treatment is performed.

一方、測定値が所定値以上の場合、ステップS14へ進み、栄養塩供給ポンプ20から栄養塩を供給、あるいは供給量を増大させる。以上の処理を所定間隔で繰り返し、ステップS12での測定値が所定値以下となるように制御することができる。   On the other hand, when the measured value is equal to or larger than the predetermined value, the process proceeds to step S14, where nutrient salt is supplied from the nutrient salt supply pump 20, or the supply amount is increased. The above processing is repeated at a predetermined interval, and control can be performed so that the measured value in step S12 is less than or equal to the predetermined value.

このように、演算器30では、測定値に応じてメタン発酵槽内に栄養塩を供給できるよう構成されている。   Thus, the computing unit 30 is configured to supply nutrient salts into the methane fermentation tank according to the measured value.

次に、この処理装置を用いた、本発明のメタン発酵処理方法について説明する。
有機性廃棄物は、粉砕機1にまず貯蔵され、破砕・粉砕などの処理がなされ、ペースト化される。そして、ペースト化された有機性廃棄物は、ペースト供給ポンプ10を介してスラリー調整槽2に貯留される。ここで適度な水で希釈されてスラリー化される。
Next, the methane fermentation processing method of this invention using this processing apparatus is demonstrated.
The organic waste is first stored in the pulverizer 1 and is subjected to processing such as crushing and pulverization to form a paste. Then, the pasted organic waste is stored in the slurry adjustment tank 2 via the paste supply pump 10. Here, it is diluted with moderate water and slurried.

次に、このスラリーは、スラリー供給ポンプ11によってメタン発酵槽3に投入されてメタン発酵が行なわれる。   Next, this slurry is put into the methane fermentation tank 3 by the slurry supply pump 11 to perform methane fermentation.

メタン発酵槽3には、図示しないメタン菌等の嫌気性微生物が付着・担持された固定化微生物を充填した固定ろ床等が設置されており、ここでスラリーのメタン発酵が行なわれ、嫌気性微生物による有機性廃棄物の分解が行われる。なお、一定時間毎に供給されるスラリーと同量の発酵液が、スラリー引抜きポンプ12によってメタン発酵槽3の底部から引き抜かれ、メタン発酵槽3内は、常に一定量のスラリーで満たされている。   The methane fermentation tank 3 is provided with a fixed filter bed or the like filled with immobilized microorganisms on which anaerobic microorganisms such as methane bacteria (not shown) are attached and supported, and the slurry is subjected to methane fermentation and anaerobic. Organic waste is decomposed by microorganisms. In addition, the same amount of fermentation broth as the slurry supplied at regular intervals is drawn from the bottom of the methane fermentation tank 3 by the slurry extraction pump 12, and the inside of the methane fermentation tank 3 is always filled with a fixed amount of slurry. .

また、メタン発酵処理で発生したバイオガスは、酸化鉄などの鉄系触媒、(テツゲン製:TGリファイナー)などの脱硫材が充填された乾式脱硫器5で脱硫処理され、硫化水素が取り除かれる。   The biogas generated by the methane fermentation treatment is desulfurized by a dry desulfurizer 5 filled with an iron-based catalyst such as iron oxide and a desulfurization material such as (manufactured by Tetsugen: TG refiner), and hydrogen sulfide is removed.

ここで、バイオガスは、測定器7において、バイオガス中のメタンガス濃度又は炭酸ガス濃度が測定され、測定値が演算器30に入力される。そして、演算器30においては、入力された測定値に基づき演算処理、制御が行なわれ、必要に応じて栄養塩供給ポンプ20からの栄養塩の供給量を調整し、メタン発酵槽3にメタン菌の栄養塩を投入、又は投入量を増加し、メタンガス濃度が所定値以上、あるいは炭酸ガス濃度が所定値以下となるように制御する。   Here, the biogas is measured at the measuring device 7 by measuring the concentration of methane gas or carbon dioxide in the biogas, and the measured value is input to the computing unit 30. The computing unit 30 performs arithmetic processing and control based on the input measurement value, adjusts the amount of nutrient salt supplied from the nutrient salt supply pump 20 as necessary, and puts the methane fungus in the methane fermentation tank 3. The nutrient salt is added or increased, and the methane gas concentration is controlled to be a predetermined value or higher, or the carbon dioxide gas concentration is controlled to be a predetermined value or lower.

乾式脱硫器5の処理能力や、メタン発酵槽のスケールなどにより異なるが、例えば、メタン発酵槽内の硫化水素濃度を600ppm以下となるように制御するには、炭素ガス濃度が42%以上となった時に、栄養塩供給ポンプ20から栄養塩を供給する、あるいは、栄養塩の供給量を増大させることにより、炭酸ガス濃度が42%以下となるようにメタン菌の栄養塩の投入量を制御する。又は、メタンガス濃度が58%以下となった時に、栄養塩供給ポンプ20から栄養塩を供給する、あるいは、栄養塩の供給量を増大させることにより、メタンガス濃度が58%以上となるようにメタン菌の栄養塩の投入量を制御する。   For example, in order to control the hydrogen sulfide concentration in the methane fermentation tank to be 600 ppm or less, the carbon gas concentration is 42% or more, although it depends on the processing capacity of the dry desulfurizer 5 and the scale of the methane fermentation tank. The feed amount of the nutrient salt of methane bacteria is controlled so that the carbon dioxide gas concentration is 42% or less by supplying the nutrient salt from the nutrient salt supply pump 20 or increasing the nutrient salt supply amount. . Alternatively, when the methane gas concentration becomes 58% or less, the methane bacterium is supplied so that the methane gas concentration becomes 58% or more by supplying the nutrient salt from the nutrient salt supply pump 20 or increasing the supply amount of the nutrient salt. To control the amount of nutrient input.

そして、脱硫処理されたバイオガスは、図示しないガスホルダーに回収され、燃料電池発電装置、ガスエンジン等の発電機やボイラーの燃料として有効利用されるようになっている。なお、この実施形態においては、脱硫処理前のバイオガス中のメタンガス濃度又は炭酸ガス濃度を測定しているが、脱硫処理後のメタンガス濃度又は炭酸ガス濃度を測定してもよい。   Then, the desulfurized biogas is collected in a gas holder (not shown) and is effectively used as a fuel for a power generator such as a fuel cell power generation device or a gas engine or a boiler. In this embodiment, the methane gas concentration or carbon dioxide concentration in the biogas before the desulfurization treatment is measured, but the methane gas concentration or carbon dioxide concentration after the desulfurization treatment may be measured.

このように、本発明は、バイオガス中のメタンガス濃度又は炭酸ガス濃度を測定することで、バイオガス中の硫化水素濃度を算出し、その値に基づいてメタン発酵の運転制御を行なうことを特徴としている。   As described above, the present invention calculates the hydrogen sulfide concentration in the biogas by measuring the methane gas concentration or the carbon dioxide concentration in the biogas, and performs the operation control of the methane fermentation based on the value. It is said.

メタン発酵処理を82日間行い、そのうち、滞留日数4日で45日間運転し、バイオガス中の硫化水素濃度と、メタンガス濃度と、炭酸ガス濃度とを測定したところ、図4に示す測定結果が得られた。経過日数における、運転負荷を示す滞留日数と、バイオガス中のメタンガス濃度と、炭酸ガス濃度と、硫化水素濃度との関係を図4に示す。   The methane fermentation treatment was performed for 82 days, of which the operation was performed for 45 days with a residence time of 4 days, and when the hydrogen sulfide concentration, methane gas concentration, and carbon dioxide concentration in the biogas were measured, the measurement results shown in FIG. 4 were obtained. It was. FIG. 4 shows the relationship among the staying days indicating the operational load, the methane gas concentration in the biogas, the carbon dioxide gas concentration, and the hydrogen sulfide concentration in the elapsed days.

そして、滞留日数4日における硫化水素濃度とメタンガス濃度との関係は、図5に示すように負の相関関係にあり、また、炭酸ガスとは図6に示すように正の相関関係にあり、バイオガス中の硫化水素濃度は、バイオガス中のメタンガス濃度、又は炭酸ガス濃度と高い相関性があることがわかった。なお、図5及び6は、図4の測定結果から滞留日数4日のデータを抽出し、プロットしたものである。   And the relationship between the hydrogen sulfide concentration and the methane gas concentration in the staying days of 4 days has a negative correlation as shown in FIG. 5, and the carbon dioxide gas has a positive correlation as shown in FIG. It was found that the hydrogen sulfide concentration in the biogas is highly correlated with the methane gas concentration or the carbon dioxide concentration in the biogas. 5 and 6 are obtained by extracting and plotting the data of the staying days of 4 days from the measurement results of FIG.

すなわち、炭酸ガス濃度が増加又はメタンガス濃度が低下するに伴い、硫化水素濃度が増加し、一方、炭酸ガス濃度が低下、又はメタンガス濃度が増加するに伴い、硫化水素濃度が低下して低濃度で安定する。なお、ここで、バイオガス中の硫化水素濃度は、硫化水素用ガステック検知器を用いて測定し、メタンガス濃度及び炭酸ガス濃度はガスクロマトグラフ(商品名;「P200」 アジレントテクノロジー製)を用いて測定した。   That is, as the carbon dioxide concentration increases or the methane gas concentration decreases, the hydrogen sulfide concentration increases. On the other hand, as the carbon dioxide concentration decreases or the methane gas concentration increases, the hydrogen sulfide concentration decreases and the concentration decreases. Stabilize. Here, the hydrogen sulfide concentration in the biogas is measured using a gas sulfide detector for hydrogen sulfide, and the methane gas concentration and carbon dioxide gas concentration are measured using a gas chromatograph (trade name; “P200” manufactured by Agilent Technologies). It was measured.

よって、バイオガス中の硫化水素濃度を直接測定しなくとも、メタンガス濃度又は炭酸ガス濃度のどちらか一方を測定することで、バイオガス中の硫化水素濃度を算出することができる。   Therefore, the hydrogen sulfide concentration in the biogas can be calculated by measuring either the methane gas concentration or the carbon dioxide concentration without directly measuring the hydrogen sulfide concentration in the biogas.

そして、バイオガス中の硫化水素濃度を、メタン菌の活性指針として用い、この硫化水素濃度が増加した場合において、メタン菌の栄養塩となる微量金属を添加したりするなどの方法でメタン菌を活性化させて、メタン発酵槽内の硫化水素濃度を低下することで、安定したメタン発酵状態を維持できる。   Then, using the hydrogen sulfide concentration in the biogas as an activity guideline for methane bacteria, when this hydrogen sulfide concentration increases, the methane bacteria are added by a method such as adding trace metals that are nutrient salts of methane bacteria. By activating it and reducing the hydrogen sulfide concentration in the methane fermentation tank, a stable methane fermentation state can be maintained.

このように、バイオガス中のメタンガス濃度及び炭酸ガス濃度は連続した検出が可能であるため、メタンガス濃度又は炭酸ガスから、硫化水素濃度を算出することで、濃度バイオガス中の硫化水素濃度の推移をモニタリングでき、メタン菌の栄養塩の供給量を制御する等の方法により、バイオガス中の硫化水素濃度を安定化させて、メタン発酵処理状態を安定化できる。   Thus, since the methane gas concentration and carbon dioxide concentration in biogas can be detected continuously, the transition of the hydrogen sulfide concentration in the concentration biogas can be calculated by calculating the hydrogen sulfide concentration from the methane gas concentration or carbon dioxide gas. Can be monitored, the concentration of hydrogen sulfide in biogas can be stabilized by a method such as controlling the supply amount of nutrient salts of methane bacteria, and the methane fermentation treatment state can be stabilized.

また、バイオガス中の硫化水素濃度を安定化させることで、前記バイオガス中の硫化水素濃度、及び、実測される前記バイオガスの発生量から前記脱硫装置への硫黄流入量を算出でき、それを基に脱硫材への硫黄吸着量を予め算出できるので、脱硫装置での脱硫処理量を推測でき、脱硫材の最適な交換時期を設計できるので、脱硫材の消費量を低減できる。よって、運転コストやメンテナンスコストを低減できる。   In addition, by stabilizing the hydrogen sulfide concentration in the biogas, it is possible to calculate the hydrogen sulfide concentration in the biogas and the amount of sulfur inflow into the desulfurizer from the measured amount of biogas generated, Therefore, the amount of sulfur adsorbed on the desulfurization material can be calculated in advance, so that the amount of desulfurization treatment in the desulfurization apparatus can be estimated, and the optimum replacement time of the desulfurization material can be designed, so that the consumption of desulfurization material can be reduced. Therefore, the operation cost and maintenance cost can be reduced.

本発明のメタン発酵処理方法は、生ゴミ、食品加工残滓、活性汚泥処理などの余剰汚泥等の、有機性廃棄物のメタン発酵処理に好適に用いられる。   The methane fermentation treatment method of the present invention is suitably used for methane fermentation treatment of organic waste such as raw garbage, food processing residue, surplus sludge such as activated sludge treatment.

本発明に用いるメタン発酵処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the methane fermentation processing apparatus used for this invention. 測定器7でメタンガス濃度を測定した場合における演算器30による演算処理、制御方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the arithmetic processing by the calculating unit 30, and the control method when the methane gas density | concentration is measured with the measuring device. 測定器7で炭酸ガス濃度を測定した場合における演算器30による演算処理、制御方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the arithmetic processing by the calculator 30, and the control method when a carbon dioxide gas concentration is measured with the measuring device. バイオガス中の硫化水素濃度、メタンガス濃度、炭酸ガス濃度の経時変化を示す試験結果である。It is a test result which shows the time-dependent change of the hydrogen sulfide density | concentration in biogas, methane gas density | concentration, and a carbon dioxide gas density | concentration. 滞留日数4日におけるメタンガス濃度と硫化水素濃度との関係を示す図表である。It is a graph which shows the relationship between the methane gas density | concentration and the hydrogen sulfide density | concentration in the residence days. 滞留日数4日における炭酸ガス濃度と硫化水素濃度との関係を示す図表である。It is a graph which shows the relationship between the carbon dioxide gas density | concentration and hydrogen sulfide density | concentration in the residence days.

符号の説明Explanation of symbols

1:粉砕機
2:スラリー調整槽
3:メタン発酵槽
4:廃液処理槽
5:乾式脱硫器
6:栄養塩貯留タンク
7:測定器
20:栄養塩供給ポンプ20
30 演算器
1: Crusher 2: Slurry adjustment tank 3: Methane fermentation tank 4: Waste liquid treatment tank 5: Dry desulfurizer 6: Nutrient salt storage tank 7: Measuring instrument 20: Nutrient supply pump 20
30 calculator

Claims (3)

有機性廃棄物を、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を含むメタン発酵槽に投入してメタン発酵すると共に、得られたバイオガス中の硫化水素を脱硫装置で脱硫するメタン発酵処理方法において、
前記バイオガス中の、メタンガス濃度又は炭酸ガス濃度を測定して前記バイオガス中の硫化水素濃度を算出し、その値に基づいてメタン発酵の運転制御を行なうことを特徴とするメタン発酵処理方法。
In the methane fermentation treatment method in which organic waste is put into a methane fermentation tank containing anaerobic microorganisms mainly composed of methane bacteria and methane fermentation is performed, and hydrogen sulfide in the obtained biogas is desulfurized by a desulfurization apparatus.
A methane fermentation treatment method characterized in that a methane gas concentration or a carbon dioxide gas concentration in the biogas is measured to calculate a hydrogen sulfide concentration in the biogas, and methane fermentation operation control is performed based on the value.
算出された前記バイオガス中の硫化水素濃度の増大量に応じて、前記メタン発酵槽に添加するメタン菌の栄養塩の投入量を増大させる請求項1に記載のメタン発酵処理方法。   The methane fermentation treatment method according to claim 1, wherein the input amount of nutrient salts of methane bacteria added to the methane fermentation tank is increased according to the calculated increase amount of the hydrogen sulfide concentration in the biogas. 算出された前記バイオガス中の硫化水素濃度、及び、実測される前記バイオガスの発生量より算出した前記脱硫装置への硫黄流入量を基に、脱硫材への硫黄吸着量を予め算出することで交換時期を決定する請求項1又は2に記載のメタン発酵処理方法。
Based on the calculated concentration of hydrogen sulfide in the biogas and the amount of sulfur inflow into the desulfurizer calculated from the amount of biogas generated actually measured, the sulfur adsorption amount to the desulfurization material is calculated in advance. The methane fermentation treatment method according to claim 1 or 2, wherein the replacement time is determined by the method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103272473A (en) * 2013-05-29 2013-09-04 中国科学院生态环境研究中心 Aquamicrobium defluvii active filler and preparation method thereof
WO2013188161A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Coskata, Inc. Integrated processes for bioconverting syngas to oxygenated organic compound with sulfur supply

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