JP2007160182A

JP2007160182A - メタン発酵装置

Info

Publication number: JP2007160182A
Application number: JP2005357979A
Authority: JP
Inventors: Fumio Kohama; 文夫小濱
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: JP4619937B2

Abstract

【課題】汚泥濃度を安定させ、処理効率を向上を図ることができるメタン発酵装置を提供する。
【解決手段】メタン発酵装置１の発酵槽２は、汚泥が格納され排水が導入される内部空間Ｒを画成する発酵槽本体３と、内部空間Ｒを、発酵空間Ｒ１と濃縮空間Ｒ２とに上下に仕切ると共に開口７が形成されたバッフル板５と、発酵空間Ｒ１の汚泥を通過させ、濃縮空間Ｒ２に落下させる間隙Ｇと、発酵空間Ｒ１と濃縮空間Ｒ２とを連結し、濃縮空間Ｒ２の汚泥を発酵空間Ｒ１に返送するための、汚泥引抜きラインＬ１１及びラインＬ１３と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水、有機性廃棄物、又は余剰汚泥を発酵槽に導入し、汚泥中のメタン菌によりメタン発酵処理して処理水を得るメタン発酵装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の発酵槽が知られている。この発酵槽では、導入された排水が槽内で撹拌されて汚泥と混合される。そして、排水中の有機物が、汚泥中のメタン菌によりメタン発酵処理されることで、有機物が低減された処理水が得られる。
特開２００５−８１２４５号公報

しかしながら、この種の発酵槽では、導入された排水が槽内で撹拌され汚泥と完全に混合されるので、導入される前の排水の水質やその他の諸条件により、発酵槽内の汚泥濃度が変動し易い。上記特許文献１の発酵槽では、バッチ運転によって汚泥濃度の変動を抑えているが、処理効率を向上するために連続運転とした場合には上記のように汚泥濃度の変動が起こりやすい。そして、発酵に関与する槽内の汚泥濃度が変動すると、メタン菌によるメタン発酵反応の効率が安定せず、処理効率の向上を図ることができない。

そこで、本発明は、汚泥濃度を安定させ、処理効率の向上を図ることができるメタン発酵装置を提供することを目的とする。

本発明に係るメタン発酵装置は、排水、有機性廃棄物、又は余剰汚泥を発酵槽に導入し、汚泥中のメタン菌によりメタン発酵処理して処理水を得るメタン発酵装置において、発酵槽は、汚泥が格納され排水が導入される内部空間を画成する発酵槽本体と、内部空間を、発酵空間と濃縮空間とに上下に仕切ると共に、濃縮空間で発生し浮上するガスを発酵空間に通過させる開口が形成された仕切り部と、発酵空間から濃縮空間に落下する汚泥を通過させる連通部と、発酵空間と濃縮空間とを連結し、濃縮空間から発酵空間に汚泥を返送する返送ラインと、を備えたことを特徴とする。

このメタン発酵装置では、発酵槽の内部空間が、仕切り部によって上下に仕切られ、発酵空間と濃縮空間とが形成されている。濃縮空間には、連通部を通じて発酵空間からの汚泥が落下するので、この濃縮空間には汚泥が濃縮され、濃縮空間の汚泥濃度は発酵空間よりも高くなる。濃縮空間で発生したガスは、仕切り部の開口を通過して円滑に発酵空間に浮上する。このように、発酵槽の内部空間内には、汚泥濃度が高く、汚泥を安定的に保持した濃縮空間が形成される。そして、この濃縮空間からは、返送ラインを通じて、発酵空間へ汚泥が返送される。従って、発酵空間には、安定的に濃縮空間からの汚泥を供給することができ、汚泥濃度を安定させることができる。その結果、発酵空間におけるメタン発酵反応の効率を安定させることができ、メタン発酵装置における排水の処理効率を向上することができる。

また、この場合、連通部は、仕切り部の外縁部と発酵槽本体の内壁との間の間隙によって形成されており、仕切り部の発酵空間側の面は、外縁部に向って徐々に低くなっていることが好ましい。この場合、発酵空間において沈降した汚泥は、仕切り部の発酵空間側の面に沿って下降しながら、円滑に外縁部に案内され、連通部を通じて濃縮空間に落下する。

本発明のメタン発酵装置によれば、汚泥濃度を安定させ、処理効率を向上させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るメタン発酵装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２に示すメタン発酵装置１は、有機物を含む排水Ｗを連続運転によって処理し、有機物を低減させた処理水を得る装置である。このタイプのメタン発酵装置は、固形物を比較的多く含む排水の処理に用いられる。このメタン発酵装置１では、処理対象の排水ＷがラインＬ１を通じ、後述するラインＬ１３の濃縮汚泥に合流して、発酵槽２に導入される。発酵槽２は、断面円形の発酵槽本体３を備えており、排水Ｗは、この発酵槽本体３で画成される内部空間Ｒに導入される。内部空間Ｒにおいては、排水Ｗと汚泥とが混合された状態で滞留し、汚泥中のメタン菌によって、排水Ｗ中の有機物がメタン発酵処理されメタンガスや二酸化炭素等に変化する。そして、排水Ｗの一部が内部空間Ｒの上部に設けられた流出樋４から流出し、有機物が低減された処理水として得られる。この処理水に混入した汚泥は、図示しない回収装置によって回収され、内部空間Ｒに再び導入される。また、排水Ｗ中で発生したメタンガスや二酸化炭素等の気体は、気泡となって浮上しガス溜まり部６に溜まった後、発酵槽２の上部に接続されたガスラインＬ２を通じてバイオガスとして回収される。

このような処理が行われる発酵槽２の内部空間Ｒには、中心よりもやや下方に、バッフル板（仕切り部）５が設けられている。このバッフル板５によって、内部空間Ｒが上下２空間に仕切られており、バッフル板５よりも上に位置する発酵空間Ｒ１と下に位置する濃縮空間Ｒ２とが形成されている。このバッフル板５は、発酵槽本体３と同心に配置され、下方に向かって拡径した漏斗形状をなしている。そして、バッフル板５の下端である外縁部と発酵槽本体３の内壁との間には、間隙Ｇが形成されている。この間隙Ｇは、発酵空間Ｒ１と濃縮空間Ｒ２を連通させる連通部として機能する。

このようなバッフル板５の形状により、バッフル板５の発酵空間Ｒ１側には、外側に向かって徐々に低くなる円錐面５ａが存在している。このため、発酵空間Ｒ１において自重で沈降する汚泥は、この円錐面５ａの傾斜に沿って外縁部に向かって降下し、間隙Ｇを通過して円滑に濃縮空間Ｒ２に落下する。このように、内部空間Ｒでは、汚泥が濃縮空間Ｒ２に集まり濃縮されていくので、濃縮空間Ｒ２における汚泥濃度は、発酵空間Ｒ１の汚泥濃度よりも高くなる。従って、濃縮空間Ｒには、高い汚泥濃度で大量の汚泥が安定的に保持される。

また、バッフル板５中央の一番高い位置にも、発酵空間Ｒ１と濃縮空間Ｒ２を連通させる開口７が形成されている。従って、濃縮空間Ｒ２において発生するガスは、漏斗形状のバッフル板５により案内されて中央に集められ、開口７を通じ、発酵空間Ｒ１を経由して円滑にガス溜まり部６に到達する。このとき、浮上するガスのガスリフト効果によって、発酵空間Ｒ１の撹拌されメタン発酵反応が促進される。また、ガスを通過させる開口７を設けたことで、濃縮空間Ｒ２で発生したメタンガスが、間隙Ｇを上向きに通過することが抑制されるので、間隙Ｇにおいて汚泥を更に円滑に落下させることができる。

また、発酵槽本体３の底部は、下方ほど径が小さくなったすり鉢状をなしている。この形状により、濃縮空間Ｒ２において自重で沈降する汚泥が中央に集められるので、濃縮空間Ｒ２の底部においては、更に汚泥濃度が高くなる。そして、発酵槽本体３の底部中央には、汚泥引抜きラインＬ１１が接続されており、底部に溜まった濃縮汚泥をポンプＰ１によって引き抜くことができる。引き抜かれた濃縮汚泥は、ラインＬ１２及びラインＬ１３を通じて、それぞれ濃縮空間Ｒ２及び発酵空間Ｒ３に送られる。

ラインＬ１２は、先端が３つに分岐し、図２に示すように、濃縮空間Ｒ２に配置された３つの噴出口Ｎ１２を有している。ラインＬ１２の濃縮汚泥は、３つの噴出口Ｎ１２から、水平に濃縮空間Ｒ２に噴出される。これらの噴出孔Ｎ１２は、発酵槽本体３断面の円周上に等間隔に配置され、各噴出孔Ｎ１２からは、発酵槽本体３の半径方向に対して斜めに濃縮汚泥が噴出されるので、濃縮空間Ｒ２には、円周方向の流れが発生する。そして、濃縮空間Ｒ２に浮遊する汚泥は、この円周方向の流れと、底部のすり鉢状の形状によって、撹拌されながら濃縮空間Ｒ２の底部に集められる。

また、ラインＬ１３は、先端が３つに分岐し、発酵空間Ｒ１に配置された３つの噴出口Ｎ１３を有している。また、上記のラインＬ１３には、排水Ｗを導入するラインＬ１が合流している。ラインＬ１３からの濃縮汚泥はラインＬ１からの排水Ｗにより希釈された後に、３つの噴出口Ｎ１３から水平に発酵空間Ｒ３に噴出される。このように、汚泥引抜きラインＬ１１及びラインＬ１３は、発酵空間Ｒ１と濃縮空間Ｒ２とを連結し、濃縮空間Ｒ２から発酵空間Ｒ１に汚泥を返送する汚泥返送ラインとして機能する。そして、安定的に汚泥を保持する濃縮空間Ｒ２から汚泥が安定的に供給されるので、発酵空間Ｒ１における汚泥濃度を高く維持することができ、メタン発酵反応の効率を高く維持することができる。

また、これらの噴出孔Ｎ１３は、発酵槽本体３断面の円周上に等間隔に配置され、各噴出孔Ｎ１３からは、発酵槽本体３の半径方向に対して斜めに汚泥が噴出されるので、発酵空間Ｒ１には、円周方向の流れが発生する。そして、発酵空間Ｒ１のバッフル板５付近の汚泥は、この円周方向の流れ及びバッフル板５の円錐面５ａの形状により、間隙Ｇに向かって円滑に移動するので、汚泥が円滑に濃縮空間Ｒ２に落下する。

以上のように、メタン発酵装置１においては、発酵槽本体３の内部空間Ｒがバッフル板５によって上下に仕切られ、発酵空間Ｒ１と濃縮空間Ｒ２とに分けられている。そして、バッフル板５と発酵槽本体３の内壁との間に形成された間隙Ｇを通じて、発酵空間Ｒ１から濃縮空間Ｒ２へ汚泥が落下する。従って、発酵槽本体３の下部に形成される濃縮空間Ｒ２には汚泥が濃縮され、汚泥が安定的に大量に保持されるので、濃縮空間Ｒ２は、安定的な汚泥の供給源として機能する。そして、この濃縮空間Ｒ２の底部の濃縮汚泥が、汚泥引抜きラインＬ１１及びラインＬ１３を通じて発酵空間Ｒ１に返送される。よって、発酵空間Ｒ１には、汚泥を安定して供給することができ、発酵空間Ｒ１の汚泥濃度を安定的に高く維持することができる。その結果、発酵空間Ｒ１におけるメタン発酵反応の効率を安定させることができ、メタン発酵装置１における排水Ｗの処理効率を向上することができる。

なお、発酵槽において上下に偏った汚泥濃度分布を有する排水処理装置としては、従来から、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法を用いる装置が知られている。しかしながら、このＵＡＳＢ法は、例えば、固形物濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上というような高い固形物濃度の排水には適用できない。従って、上記のような高い固形物濃度の排水の処理には、特に、上記メタン発酵装置１を好適に用いることができる。

本発明に係るメタン発酵装置の一実施形態を示す図である。図１に示す発酵槽から排水を取り去った状態のＩＩ−ＩＩ断面図である。

符号の説明

１…メタン発酵装置、２…発酵槽、３…発酵槽本体、５…バッフル板（仕切り部）、５ａ…円錐面（発酵空間側の面）、７…開口、Ｇ…間隙（連通部）、Ｒ…内部空間、Ｒ１…発酵空間、Ｒ２…濃縮空間、Ｌ１１…汚泥引抜きライン（返送ライン）、Ｌ１３…ライン（返送ライン）、排水…Ｗ。

Claims

排水、有機性廃棄物、又は余剰汚泥を発酵槽に導入し、汚泥中のメタン菌によりメタン発酵処理して処理水を得るメタン発酵装置において、
前記発酵槽は、
前記汚泥が格納され前記排水が導入される内部空間を画成する発酵槽本体と、
前記内部空間を、発酵空間と濃縮空間とに上下に仕切ると共に、前記濃縮空間で発生し浮上するガスを前記発酵空間に通過させる開口が形成された仕切り部と、
前記発酵空間から前記濃縮空間に落下する前記汚泥を通過させる連通部と、
前記発酵空間と前記濃縮空間とを連結し、前記濃縮空間から前記発酵空間に前記汚泥を返送する返送ラインと、を備えたことを特徴とするメタン発酵装置。
前記連通部は、前記仕切り部の外縁部と前記発酵槽本体の内壁との間の間隙によって形成されており、
前記仕切り部の前記発酵空間側の面は、前記外縁部に向って徐々に低くなっていることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。