JP2008307486A - Methane fermentation treatment apparatus and control method of methane fermentation tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メタン発酵処理装置およびメタン発酵槽の制御方法に関する。 The present invention relates to a methane fermentation treatment apparatus and a method for controlling a methane fermentation tank.
生ごみ、汚泥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開発されている。 Most organic waste such as garbage and sludge is incinerated or landfilled. However, due to problems such as dioxin generation due to incineration, tightness of landfill sites, and bad odors, treatment methods with low environmental impact are required. It has been. In order to solve these problems, a system has been developed in which organic waste is subjected to methane fermentation treatment, 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.
メタン発酵法は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、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り、しかも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。生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵法で効率的に処理するシステムとして、有機性廃棄物をペースト状に粉砕して、50〜60℃で大きな活性を示す高温メタン菌で処理するシステムが特許文献1や特許文献2等に開示されている。高温菌は36〜38℃の中温で活性が大きくなる中温菌に比べ2〜3倍の活性を持っており、高温菌でメタン発酵を行うことで分解速度の向上と消化率の向上を図ることができるとしている。
The methane fermentation method decomposes organic waste into biogas and water, greatly reducing the amount of waste, and is anaerobic and does not require aeration power. There is an advantage that methane gas can be recovered as energy. As a system that efficiently treats organic waste such as garbage by methane fermentation, a system that pulverizes organic waste into a paste and treats it with a high-temperature methane bacterium that exhibits high activity at 50 to 60 ° C. It is disclosed in
メタン発酵槽を円滑に維持するためには、いくつかの因子を測定し管理することが必要である。運転の管理指標に槽内温度、pH、活性汚泥浮遊物質量(MLSS)、有機酸量、アンモニア性窒素濃度、バイオガス発生量などがある。しかしながら、本来発酵を担っているのは嫌気性細菌であり、これらの挙動を直接把握することができれば、より確実に発酵状態を診断できるようになる。
ところで、メタン発酵で重要なのは、効率よくメタンガスを取り出すことである。そのため、温度や生ゴミ負荷量などの管理が必要とされる。実際、温度、pH、MLSS、有機酸量、アンモニア性窒素濃度、バイオガス発生量などの値を経過日数ごとに測定して管理しているが、管理するファクターが多すぎて発酵を不安定にさせる直接の要因をつかめない。そのため、メタン発酵槽の中身、つまり活動している菌体数に着目し、これを制御ファクターとして取り扱うことが、発酵槽の定常状態を維持するのに適切である。 By the way, what is important in methane fermentation is to efficiently extract methane gas. Therefore, management such as temperature and garbage load is required. Actually, the temperature, pH, MLSS, organic acid amount, ammonia nitrogen concentration, biogas generation amount, etc. are measured and managed for each elapsed day, but there are too many factors to manage and the fermentation becomes unstable. I can't figure out the direct factors that make it happen. Therefore, paying attention to the contents of the methane fermentation tank, that is, the number of active cells, and handling this as a control factor is appropriate for maintaining the steady state of the fermentation tank.
これまで、メタン発酵槽内に存在する活性菌のすべての菌数を把握するために、生菌の体内に存在する加水分解酵素(エステラーゼ酵素)の作用を利用し、加水分解により蛍光を発する蛍光試薬を実際の消化汚泥に投入、蛍光顕微鏡により観察した画像を加工し菌をカウントする方法を採用していた(特許文献3)。この方法で測定した全活性菌数とガス発生量は相関が認められた。従って、菌数の低下が察知できれば生ごみスラリーの投入量を抑える制御を行うことができ、発酵を破綻させることなく運転することができる。 Until now, in order to grasp the total number of active bacteria present in the methane fermenter, the action of the hydrolase (esterase enzyme) present in the living bacteria and the fluorescence that fluoresces by hydrolysis A method was adopted in which the reagent was put into actual digested sludge, the image observed with a fluorescence microscope was processed, and the bacteria were counted (Patent Document 3). There was a correlation between the total number of active bacteria measured by this method and the amount of gas generated. Therefore, if a decrease in the number of bacteria can be detected, it is possible to control to suppress the input amount of the garbage slurry, and it is possible to operate without breaking the fermentation.
しかしながら、全菌数では、菌数の低下が起きたとき、単に生ごみ中の有機物が少なくなったためか、投入する生ごみの成分変動による阻害物質の影響か判断しにくかった。また、有機物量の低下を調べるには、スラリーのTS濃度、炭素、水素、窒素からの元素分析が必要になり手間がかかる。有機物が少ないために菌数低下が起こるのは当然のことなので(増殖に必要な栄養がないと考えてよい)、特にスラリー量を減らすなどの処置は必要ない。一方、投入生ごみ中のタンパク質の量が増えるなどしてアンモニア性窒素等の菌を直接阻害する物質が存在した場合、すばやくアンモニアを希釈するなどの対処が必要になり、菌数が低下したことで対処方法を迷っている時間はない。 However, it was difficult to judge the total number of bacteria when the number of bacteria declined, because the organic matter in the garbage was simply reduced, or the influence of the inhibitory substance due to the fluctuation of the ingredients in the garbage. In addition, in order to investigate the decrease in the amount of organic substances, elemental analysis from the TS concentration of the slurry, carbon, hydrogen, and nitrogen is required, which is troublesome. Since it is natural that the number of bacteria decreases due to the small amount of organic matter (it may be considered that there is no nutrition necessary for growth), it is not particularly necessary to take measures such as reducing the amount of slurry. On the other hand, if there is a substance that directly inhibits bacteria such as ammonia nitrogen due to an increase in the amount of protein in the input garbage, it is necessary to take measures such as diluting ammonia quickly, and the number of bacteria has decreased. There is no time to get lost.
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、発酵槽内の菌数を適切に管理することにより阻害による発酵不良を見極めることができ、常に槽内を良好な状態に保持し、メタン発酵の安定化を図ることができるメタン発酵処理装置およびメタン発酵槽の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can appropriately determine the number of bacteria in the fermenter so that fermentation failure due to inhibition can be determined. It aims at providing the control method of the methane fermentation processing apparatus which can aim at stabilization of fermentation, and a methane fermentation tank.
上記課題を解決するために、本発明は、有機性廃棄物を供給してメタンガスを主成分とするバイオガスを発生する発酵槽を有するメタン発酵処理装置において、前記発酵槽から発酵液の一部を取り出す手段と、前記取り出された発酵液中の全活性菌数およびメタン発酵菌数を計測する菌数計測計と、前記菌数計測計で計測した発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合が所定のしきい値以下になったときに、前記発酵槽の不安定な運転状態に対する警報を出力する警報出力手段と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a fermenter for supplying organic waste and generating biogas containing methane gas as a main component. , A microbial fermentation counter for measuring the total number of active bacteria and methane fermentation bacteria in the extracted fermentation broth, and a methane fermentation bacterium for all active bacteria in the fermentation broth measured by the bacterial count And an alarm output means for outputting an alarm for an unstable operation state of the fermenter when the ratio of the above becomes a predetermined threshold value or less.
発明によれば、発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合を調べることで、単に生ごみ中の有機物が少なくなったためか、あるいは投入する生ごみの成分変動による阻害物質の影響かを見極めることかでき、常に槽内を良好な状態に保持し、メタン発酵の安定化を図ることができる。 According to the invention, by examining the ratio of methane-fermenting bacteria to the total active bacteria in the fermentation broth, whether the organic matter in the garbage is simply reduced, or the influence of the inhibitory substance due to the fluctuation of the ingredients of the garbage to be introduced It can be determined, and the inside of the tank can always be kept in a good state, and methane fermentation can be stabilized.
アンモニア性窒素濃度が2000mg/Lを越えた領域では、メタン菌/全菌比が0.2以下に低下し、酢酸濃度が1000mg/L以上に上昇する。このため、本発明では、前記全活性菌に対するメタン発酵菌の菌数の割合が0.2以下になったときに、発酵槽に対する運転状態の警報を出力する。これによって、発酵槽に対する復旧操作を行うことで、メタン発酵をより安定に行うことができる。 In the region where the ammoniacal nitrogen concentration exceeds 2000 mg / L, the methane bacteria / total bacteria ratio decreases to 0.2 or less, and the acetic acid concentration increases to 1000 mg / L or more. For this reason, in the present invention, when the ratio of the number of methane fermentation bacteria to the total active bacteria becomes 0.2 or less, an operation state alarm for the fermenter is output. Thereby, methane fermentation can be performed more stably by performing recovery operation with respect to a fermenter.
本発明のメタン発酵処理装置は、前記発酵槽への投入スラリーを調整する調整手段をさらに有し、前記調整手段は、前記警報出力手段からの警報が出力されたときに、前記発酵槽へ供給するスラリー投入量を調整することを特徴とする。これによって、メタン菌と全活性菌の割合は、再び所定以上となり、かつ、アンモニア性窒素濃度および酢酸濃度は低下するので、安定な発効が可能となる。 The methane fermentation treatment apparatus of the present invention further includes adjusting means for adjusting the slurry charged into the fermenter, and the adjusting means is supplied to the fermenter when an alarm is output from the alarm output means. The amount of slurry charged is adjusted. As a result, the ratio of the methane bacteria to the total active bacteria becomes a predetermined value or more again, and the ammonia nitrogen concentration and the acetic acid concentration are lowered, so that stable effect can be achieved.
また、前記警報出力手段からの警報が出力されたときに、前記発酵槽内の有機酸を一部取り除く操作を行うことを特徴とする。これによって、メタン菌と全活性菌の割合は、再び所定以上となり、かつ、アンモニア性窒素濃度および酢酸濃度は低下するので、安定な発効が可能となる。 Further, when an alarm is output from the alarm output means, an operation of removing a part of the organic acid in the fermenter is performed. As a result, the ratio of the methane bacteria to the total active bacteria becomes a predetermined value or more again, and the ammonia nitrogen concentration and the acetic acid concentration are lowered, so that stable effect can be achieved.
本発明は、有機性廃棄物を供給してメタンガスを主成分とするバイオガスを発生するメタン発酵槽の制御方法において、前記発酵槽から発酵液の一部を取り出し、前記取り出した発酵液中の全活性菌数およびメタン発酵菌数を計測し、前記計測結果に基づき、前記発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合を算出し、前記算出した発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合が所定のしきい値以下になったときに、警報を出力することを特徴とする。本発明によれば、メタン発酵槽内の全活性菌およびメタン発酵菌の菌数比に着目し、発酵槽内の菌数を適切に管理することにより阻害による発酵不良を見極めることができ、常に槽内を良好な状態に保持し、メタン発酵の安定化を図ることができる。 The present invention provides a method for controlling a methane fermentation tank that supplies organic waste and generates biogas mainly composed of methane gas. In the methane fermentation tank, a part of the fermentation liquid is extracted from the fermentation tank, The total number of active bacteria and the number of methane fermentation bacteria are measured, and based on the measurement result, the ratio of methane fermentation bacteria to the total active bacteria in the fermentation broth is calculated, and the methane fermentation for all active bacteria in the calculated fermentation broth An alarm is output when the proportion of bacteria falls below a predetermined threshold value. According to the present invention, paying attention to the number ratio of all active bacteria and methane fermentation bacteria in the methane fermenter, by appropriately managing the number of bacteria in the fermenter, it is possible to determine the fermentation failure due to inhibition, always The inside of the tank can be maintained in a good state, and methane fermentation can be stabilized.
また、本発明は、前記全活性菌に対するメタン発酵菌の菌数の割合が0.2以下になったとき、前記警報を出力することを特徴とする。本発明によれば、アンモニア性窒素濃度2000mg/Lを越えた領域では、メタン菌/全菌比が0.2以下に低下し、酢酸濃度が1000mg/L以上に上昇するため、発酵槽に対する復旧操作を行うことで、メタン発酵をより安定に行うことができる。 In addition, the present invention is characterized in that the alarm is output when the ratio of the number of methane fermentation bacteria to the total active bacteria becomes 0.2 or less. According to the present invention, in the region where the ammoniacal nitrogen concentration exceeds 2000 mg / L, the ratio of methane bacteria / total bacteria decreases to 0.2 or less, and the acetic acid concentration increases to 1000 mg / L or more. By performing the operation, methane fermentation can be performed more stably.
また本発明は、前記警報が出力されたときに、前記発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合に基づいて前記発酵槽へ供給するスラリー投入量を調整することを特徴とする。本発明によれば、スラリー供給部から前記発酵槽へ供給するスラリー投入量を調整することにより、発酵液中の阻害物質である有機酸濃度が低下し、メタン菌/全菌比も0.2以上となりメタン発酵をより安定に行うことができる。 In addition, the present invention is characterized in that when the alarm is output, the amount of slurry charged to be supplied to the fermenter is adjusted based on the ratio of methane fermentation bacteria to the total active bacteria in the fermentation broth. According to the present invention, by adjusting the amount of slurry supplied from the slurry supply unit to the fermenter, the concentration of organic acid, which is an inhibitory substance in the fermentation liquid, is reduced, and the methane bacteria / total bacteria ratio is also 0.2. Thus, methane fermentation can be performed more stably.
また本発明は、前記警報が出力されたときに、前記発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合に基づいて前記発酵槽内の有機酸を一部取り除くことを特徴とする。本発明によれば、発酵槽内の有機酸を一部取り除くことにより、発酵液中の阻害物質である有機酸濃度が低下し、メタン菌/全菌比も0.2以上となりメタン発酵をより安定に行うことができる。 Further, the present invention is characterized in that when the alarm is output, a part of the organic acid in the fermenter is removed based on a ratio of methane fermentation bacteria to all active bacteria in the fermentation broth. According to the present invention, by removing a part of the organic acid in the fermenter, the concentration of the organic acid that is an inhibitory substance in the fermented liquid is reduced, and the methane bacteria / total bacteria ratio becomes 0.2 or more, so that the methane fermentation is further performed. It can be performed stably.
本発明によれば、発酵槽内の菌数を適切に管理することにより阻害による発酵不良を見極めることができ、常に槽内を良好な状態に保持し、メタン発酵の安定化を図ることができるメタン発酵処理装置およびメタン発酵槽の制御方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to determine a fermentation failure due to inhibition by appropriately managing the number of bacteria in the fermenter, always maintaining the inside of the fermenter in a good state, and stabilizing the methane fermentation. A method for controlling a methane fermentation treatment apparatus and a methane fermentation tank can be provided.
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施形態に係るメタン発酵槽の模式図である。図1に示すように、メタン発酵処理装置1は、粉砕機11、微粉砕機12、スラリー調整槽13、スラリー供給ポンプ14(調整手段)、メタン発酵槽15、廃液処理槽17、ガスホルダー18、ガス利用システム19、ポンプ20、取出し口(取り出し手段)21、スラリー引抜きポンプ22、菌数計測計23、制御部(警報出力手段)24及び希釈水供給ポンプ25を備えている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view of a methane fermenter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a methane
メタン発酵処理装置1は、有機性廃棄物を供給してメタンガスを主成分とするバイオガスを発生する。有機性廃棄物には、たとえば生ゴミや活性汚泥の余剰汚泥などが含まれる。粉砕機11は、投入された有機性廃棄物を粗砕するものである。微粉砕機12は、更に分解速度及び消化率の向上を図るために、粗砕した有機性廃棄物をペースト化し、スラリー調整槽13に投入する。スラリー調整槽13は、ペースト化された有機性廃棄物を希釈水供給ポンプ25により供給される希釈水により適当な固形物濃度に調整してスラリー化を行う。スラリー供給ポンプ14は、スラリー調整槽13によりスラリー化された有機性廃棄物をメタン発酵槽15に送る。
The methane
メタン発酵槽15は、スラリー化された有機性廃棄物からメタンガスを主成分とするバイオガスを発生する。このメタン発酵槽15は、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16が設置されている。メタン発酵槽15内では、(1)スラリー供給ポンプ14により有機性廃棄物を循環させる、(2)攪拌羽根15aで攪拌する、(3)バイオガスの一部をポンプ20によりメタン発酵槽15の下部に吹き込んでバブリングして攪拌する、などの方法で攪拌が行われ、嫌気性微生物による分解が行われる。
The
このメタン発酵槽15内には、メタン生成菌のほか、生ゴミ等の固形分をメタン菌がガス化できるまでに分解(有機酸)する酸生成菌などが存在する。バイオガスの効率的な発生には、活性メタン菌の存在は言うまでもなく、その他の酸生成菌らの存在も重要になる。
In this
廃液処理槽17は、メタン発酵槽15の発酵液を廃水基準以下に処理され下水放流する。発酵により生成したバイオガスは、ガスホルダー18に回収され、ガスタービンや燃料電池などのガス利用システム19でエネルギーとして利用される。
The waste
メタン発酵槽15には、発酵液の一部をサンプリングできる取出し口21を設け、この取出し口21から発酵液を毎日取り出す。スラリー引抜きポンプ22は、メタン菌/全活性菌比を計測するため、メタン発酵層15内の一部の発酵液を菌数計測計23に送る。所定の前処理が施されたサンプルとしての発酵液を2分割し、菌数計測計23を用いて、一方は蛍光試薬を添加して全活性菌数を測定し、もう一方はメタン菌数を蛍光顕微鏡により測定する。菌数計測計23は、取出し口21から取り出された発酵液中の全活性菌数およびメタン発酵菌数を計測するものである。
The
制御部24は、発酵液中の全活性菌数及びメタン発酵菌数に基づいて全活性菌数に対するメタン発酵菌の割合(メタン菌/全活性菌比)を算出し、発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合が所定のしきい値(例えば0.2)以下になったときに、メタン発酵槽15の不安定な運転状態に対する警報を出力する。
The
ここで、例えば、制御部24は、メタン発酵槽15内の安定化を図るため、菌数計測計23で計測した発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合が所定のしきい値以下になったときに、メタン発酵槽15の不安定な運転状態に対する警報をスラリー供給ポンプ14へ出力する。そして、スラリー供給ポンプ14は、メタン発酵槽15へ供給するスラリー投入量を調整することにより投入有機物負荷を軽減してメタン発酵槽15に対する復旧操作を制御する。また、制御部24は、メタン発酵槽15内の有機酸を一部取り除くことによりメタン発酵槽15に対する復旧操作を制御する。
Here, for example, in order for the
上述したメタン発酵槽内の全活性菌の測定は、以下の通りである。メタン発酵槽15内に存在する活性菌のすべての菌数を把握するために、生菌の体内に存在する加水分解酵素(エステラーゼ酵素)の作用を利用し、加水分解により蛍光を発する蛍光試薬を実際の消化汚泥に投入し、蛍光顕微鏡により観察した画像を加工し菌数をカウントする方法を取り入れている(特許文献3参照)。蛍光試薬には、5-(6-)カルボキシフルオレセインジアセテート、5-カルボキシフルオレセインジアセテートアセトキシメチルエステートなどからなる群を用いる。エステラーゼ酵素により、蛍光試薬のエステル結合が加水分解され、その際に蛍光を発する。この方法により計測された菌は、酸生成菌、メタン菌のほか、発酵に関わる菌が全て含まれているとみなす。
The measurement of all the active bacteria in the methane fermenter mentioned above is as follows. In order to grasp the total number of active bacteria present in the
また、メタン菌の測定は、以下の通りである。メタン菌は、上述の全活性菌のように酵素を利用して蛍光染色しなくても、メタン菌の体内には特異的な蛍光性補酵素(8-ヒドロキシ−5−ジアザフラビン誘導体)があり、420nmの波長により励起され、472nmの蛍光波長を生ずる。通常、補酵素F420と呼ばれ、メタン菌を観察する簡易的な方法として知られる。特開平8−154662号公報では、この原理を利用し、蛍光分光光度計により蛍光強度を測定することによりメタン菌の活性を把握して、不測の事態に備えている。本発明では、全活性菌の菌数測定と同じ手段を用い、蛍光顕微鏡により観察した画像を加工し菌数をカウントする方法を取り入れている。 Measurement of methane bacteria is as follows. Methane bacteria have a specific fluorescent coenzyme (8-hydroxy-5-diazaflavin derivative) in the body of methane bacteria without fluorescent staining using enzymes like the above all active bacteria, Excitation with a wavelength of 420 nm results in a fluorescence wavelength of 472 nm. It is usually called coenzyme F420 and is known as a simple method for observing methane bacteria. In JP-A-8-154661, this principle is used to measure the fluorescence intensity with a fluorescence spectrophotometer to grasp the activity of methane bacteria and prepare for an unexpected situation. In the present invention, the same means as that for measuring the number of all active bacteria is used, and a method of processing the image observed with a fluorescence microscope and counting the number of bacteria is incorporated.
図2は、一般的な55℃高温メタン発酵実験におけるメタン菌/全菌比と、主に阻害の原因になるアンモニア性窒素濃度、酢酸濃度との関係を示したグラフである。アンモニア性窒素濃度はイオンクロマトグラフ法より、酢酸濃度はガスクロマトグラフ法により分析した。アンモニア性窒素濃度2000mg/Lを越えた領域では、メタン菌/全菌比が0.2以下に低下し、酢酸濃度が1000mg/L以上に上昇した。表1に発酵液のデータを示す。
図2、表1では、アンモニアによるメタン菌の阻害が起こり、酢酸からメタンを生成するメタン菌の代謝機能が低下していることを示しており、発酵の悪化を表している。通常、安定発酵が行なわれているときは、酢酸濃度は1000mg/L以下となり、常に消費されているため、適正範囲に戻すように対処しければならない。メタン菌/全活性菌比とアンモニア性窒素濃度、メタン菌/全活性菌比と酢酸濃度は互いに相関があり、メタン菌/全活性菌比を0.2以上に管理することで、アンモニア性窒素濃度2000mg/L以下、酢酸濃度1000mg/L以下が可能となることが分かる。 FIG. 2 and Table 1 show that the inhibition of methane bacteria by ammonia has occurred, and the metabolic function of methane bacteria that produce methane from acetic acid is reduced, indicating a deterioration in fermentation. Usually, when stable fermentation is performed, the acetic acid concentration is 1000 mg / L or less, and since it is always consumed, it must be dealt with so that it returns to an appropriate range. The ratio of methane bacteria / total active bacteria and ammonia nitrogen concentration, and the ratio of methane bacteria / total active bacteria and acetic acid concentration are correlated with each other. By controlling the ratio of methane bacteria / total active bacteria to 0.2 or more, ammonia nitrogen It can be seen that a concentration of 2000 mg / L or less and an acetic acid concentration of 1000 mg / L or less are possible.
このため、制御部24は、メタン菌/全活性菌比が0.2以下となった場合、スラリー量を減らすなどの対策を行なう。具体的には、制御部24は、メタン菌/全菌比のしきい値を0.2とし、それ以下になった場合、次の対応を行なう。
For this reason, when the methane bacteria / total active bacteria ratio is 0.2 or less, the
制御部24は、メタン菌/全活性菌比がk<0.2のとき、現行のスラリー投入量をq1(L/D)とすると、kの場合、投入量q2(L/D)を式(1)で算出する。
・q2=q1×(k/0.2) ・・・ (1)
When the ratio of methane bacteria / total active bacteria is k <0.2, and the current slurry input amount is q1 (L / D), the
・ Q 2 = q1 × (k / 0.2) (1)
図2、表1では、メタン菌/全活性菌比が0.25を越えると、アンモニア性窒素濃度および酢酸濃度が十分に下がるため、メタン菌/全活性菌比が0.25を確認した時点で、元のスラリー量に徐々に戻す操作をすればよい。 2 and Table 1, when the methane bacteria / total active bacteria ratio exceeds 0.25, the ammonia nitrogen concentration and the acetic acid concentration are sufficiently lowered. Then, an operation of gradually returning to the original slurry amount may be performed.
以下、本発明のメタン菌/全活性菌比の計測によりメタン発酵槽15の槽内制御を行った実施例を説明する。メタン発酵槽15内の温度は55℃、メタン発酵槽15の容量は10リットルである。滞留時間(HRT)は10日であり、1日のスラリー投入量は、1L/dである。投入する有機性廃棄物は、厨芥ごみを希釈してミキシングしたスラリーである。スラリーの固形分濃度(TS)は100,000mg/Lに調整している。
Hereinafter, the Example which performed the tank control of the
スラリー引抜きポンプ22により引き抜かれた発酵液をすばやく取り、その一部を水で5〜20倍に、好ましくは10〜15倍に希釈する。希釈後、固形分を除去するため、孔径20〜30μmのフィルターでろ過し、ろ液を超音波分散処理する。その後、pH緩衝液を加え、サンプルのpHをアルカリ性に調整する場合もある。pH緩衝液には、NaOHやKOHにKH2PO4を加えてアルカリ性に調整した試薬を使用した。
The fermentation liquor extracted by the
希釈・分散した発酵液サンプルを2個に分割し、一方は全活性菌数の測定を行うため蛍光試薬5-カルボキシフルオレセインジアセテートを加え、再び充分に混合し。もう一方はメタン菌数を計測するため、そのまま用いる。試料をバクテリア計測盤(エルマ株式会社)などのプレパラートに垂らし、蛍光顕微鏡(E−600,ニコン製)により観察をした。全活性菌およびメタン菌をそれぞれ蛍光観察し、観察画像を市販のソフト(Optimas6.51)で画像解析し、菌数をカウントした。 The diluted and dispersed fermentation broth sample is divided into two parts, and one of them is added with the fluorescent reagent 5-carboxyfluorescein diacetate to measure the total number of active bacteria, and thoroughly mixed again. The other is used as it is to measure the number of methane bacteria. The sample was hung on a preparation such as a bacteria measuring board (Elma Co., Ltd.) and observed with a fluorescence microscope (E-600, manufactured by Nikon). All active bacteria and methane bacteria were observed with fluorescence, and the observed images were analyzed with commercially available software (Optimas 6.51), and the number of bacteria was counted.
図3に、55℃のメタン発酵槽15の運転日数とメタン菌/全活性菌比、アンモニア性窒素濃度、酢酸濃度の変化を示す。測定開始約30日以降にメタン菌/全活性菌比が0.12を示し、それに伴いアンモニア性窒素濃度、酢酸濃度が上昇したことが確認できた。
FIG. 3 shows changes in the operating days of the
投入生ごみスラリー量を上述した式(1)を用いて、スラリー投入量q2を決定した。
・q2=1×(0.12/0.2)=0.6(L/d)
The slurry input amount q 2 was determined using the above formula (1) for the amount of input raw material slurry.
Q 2 = 1 × (0.12 / 0.2) = 0.6 (L / d)
次に、制御部24は、スラリー供給ポンプ14を制御することによりメタン発酵槽15内へのスラリー投入量を減少させた。この復旧操作により酢酸濃度が減少するとともに、メタン菌/全活性菌比が徐々に上昇し、アンモニア性窒素濃度も徐々に減少するきざしが見られた。このメタン菌/全活性菌比を計測してしきい値を0.2と置いてスラリー量の調整を行なったことで、メタン発酵槽15は、長期にわたって安定した運転ができた。
また、スラリー投入量を減少させる代わりに、有機酸を選択的に分離する透過膜を有する分離部にメタン発酵槽15内の発酵液を循環し、発酵液から有機酸の一部を取り除くことでも同様な効果が得られる。
Next, the
Alternatively, instead of reducing the slurry input amount, the fermentation liquid in the
以上述べてきたように、メタン発酵槽15内のアンモニア性窒素濃度、酢酸濃度、および発酵槽内の菌の挙動を観察することでメタン菌/全活性菌比のしきい値を決め、しきい値以下となったとき、式に従って、生ゴミの投入量を調整した。これにより、安定した発酵状態を長期にわたって管理・維持できるメタン発酵槽を実現することが可能となった。
As described above, the threshold of the methane bacteria / total active bacteria ratio is determined by observing the ammonia nitrogen concentration, acetic acid concentration in the
以上本実施形態によれば、メタン菌と全活性菌の割合が所定以下となったときに、メタン発酵層15に投入するスラリー量を減少させる、あるいは、有機酸の一部を取り除くことによって、メタン発酵を安定させることができる。この操作によって、メタン菌と全活性菌の割合は、再び0.2以上となり、かつ、アンモニア性窒素濃度および酢酸濃度は低下するので、安定な発効が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, when the ratio of methane bacteria and all active bacteria becomes a predetermined value or less, by reducing the amount of slurry to be introduced into the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば、上記実施形態では、メタン発酵槽15に対する復旧操作の例として、スラリー供給ポンプ14からメタン発酵槽15へ供給するスラリー投入量を調整する場合やメタン発酵槽15内の有機酸を一部取り除く場合の例について説明したが本発明ではこれらの例に限定されることはない。
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, in the said embodiment, when adjusting the slurry input amount supplied to the
1・・・メタン発酵処理装置
11・・・粉砕機
12・・・微粉砕機
13・・・スラリー調整槽
14・・・スラリー供給ポンプ
15・・・メタン発酵槽
15a・・・攪拌羽根
16・・・固定ろ床
17・・・廃液処理槽
18・・・ガスホルダー
19・・・ガス利用システム
20・・・ポンプ
21・・・取出し口
22・・・スラリー引抜きポンプ
23・・・菌数計測計
24・・・制御部
25・・・希釈水供給ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記発酵槽から発酵液の一部を取り出し手段と、
前記取り出された発酵液中の全活性菌数およびメタン発酵菌数を計測する菌数計測計と、
前記菌数計測計で計測した発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合が所定のしきい値以下になったときに、前記発酵槽の不安定な運転状態に対する警報を出力する警報出力手段と、を有することを特徴とするメタン発酵処理装置。 In a methane fermentation treatment apparatus having a fermenter that supplies organic waste and generates biogas mainly composed of methane gas,
Means for removing a portion of the fermentation broth from the fermentor;
A bacterial count counter for measuring the total number of active bacteria and the number of methane fermentation bacteria in the extracted fermentation broth;
An alarm output that outputs an alarm for an unstable operation state of the fermenter when the ratio of methane fermentation bacteria to the total active bacteria in the fermentation broth measured by the microbe count is below a predetermined threshold value And a methane fermentation treatment apparatus.
前記調整手段は、前記警報出力手段からの警報が出力されたときに、前記発酵槽へ供給するスラリー投入量を調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のメタン発酵処理装置。 It further has adjusting means for adjusting the slurry charged to the fermenter,
3. The methane fermentation treatment apparatus according to claim 1, wherein the adjusting unit adjusts a slurry input amount to be supplied to the fermenter when an alarm is output from the alarm output unit. 4. .
前記発酵槽から発酵液の一部を取り出し、
前記取り出した発酵液中の全活性菌数およびメタン発酵菌数を計測し、
前記計測結果に基づき、前記発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合を算出し、
前記算出した発酵液中の全活性菌に対するメタン発酵菌の割合が所定のしきい値以下になったときに、警報を出力することを特徴とするメタン発酵槽の制御方法。 In the control method of the methane fermentation tank that supplies organic waste and generates biogas mainly composed of methane gas,
Remove a portion of the fermentation broth from the fermentor,
Measure the total number of active bacteria and the number of methane fermentation bacteria in the extracted fermentation broth,
Based on the measurement results, calculate the ratio of methane fermentation bacteria to all active bacteria in the fermentation broth,
A control method for a methane fermenter, wherein an alarm is output when the ratio of the methane fermentation bacteria to the total active bacteria in the fermentation broth is equal to or less than a predetermined threshold value.
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