JP2012187489A - 醤油粕のメタン発酵処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】醤油粕のメタン発酵処理装置において、オーバーフロー管１１の上端開口部付近で、消化液に含まれる浮遊物が相互に凝集して閉鎖栓を形成することを予防する。
【解決手段】撹拌装置５を有する密閉式のタンク１、スラリー循環ポンプ９を介装するスラリー循環パイプ１０、および、消化液を取り出すためのオーバーフロー管１１を具備する醤油粕のメタン発酵処理装置において、該スラリー循環パイプ１０の一方端を該タンク１の上部のガスホルダー室３に連通し、その他方端を該タンク１のスラリー収納槽２に連通して醤油粕のスラリーを間欠的に循環可能とし、オーバーフロー管１１の下方端を該スラリー循環パイプ１０に連通し、その上方端を該タンク１内のスラリーと同じ高さとなるように開口する。
【選択図】図１

Description

本発明は、醤油粕のメタン発酵処理装置の改良に関する。

従来より醤油粕のメタン発酵処理方法、および、処理装置が知られている（例えば、特許文献１、または、２参照）。本発明者らは、醤油粕のメタン発酵処理を効率よく行うため、図２のような、撹拌装置５を有する密閉式のタンク１、スラリー循環ポンプ９を介装したスラリー循環パイプ１０、および発酵処理済の醤油粕のスラリー（以下、消化液という）を取り出すためのオーバーフロー管１１とからなり、該スラリー循環パイプ１０の一方端を該タンク１のガスホルダー室３に連通し、その他方端を該タンク１のスラリー収納槽２に連通してスラリーを循環可能とし、一方オーバーフロー管１１の一方端をタンク１のスラリー収納槽２に連通し、その他方端を該タンク内スラリー表面と同じ高さ（図２の一点鎖線イで示す高さ）になるように立ち上げて大気中に開口し、更にタンク１のガスホルダー室３に醤油粕のスラリー供給管１５を連通した装置を開発した。
この装置は、スラリー供給管１５から新しい醤油粕スラリーが投入されると、その投入量に応じて消化液がオーバーフロー管１１の開口部から溢れ出て消化液収納槽７へ排出される。

しかし、醤油粕のスラリーは、多量の繊維分、難消化物などの水不溶性固形分由来の浮遊物が多いため、配管（オーバーフロー管１１）内で相互に凝集して閉鎖栓となりやすい。そのため、これを定期的に解砕しなければならない。配管内の閉鎖栓形成を防止するために、配管を太くすると消化液の排出流速が緩慢になって、浮遊物がオーバーフロー管１１の開口上端壁を乗り越えることができず、消化液だけが少しずつ排出される結果、開口部付近で浮遊物が濃縮され、相互に凝集し、閉鎖栓を形成しやすくなる。また、反対に配管の内径を細くすると浮遊物は相互に接触する機会が増加して凝集しやすくなり消化液が詰まりやすくなる。

特許第４３３８０３０号 特許第４２６５７８０号

本発明は、醤油粕のメタン発酵処理装置において、オーバーフロー管１１の上端開口部付近で、消化液に含まれる浮遊物が相互に凝集して閉鎖栓を形成することを予防することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、前述の図２の装置において、「オーバーフロー管１１の下方端をタンク１のスラリー収納槽２に連通する」部分を、「オーバーフロー管１１の下方端をスラリー循環パイプ１０に連通する」ように変更したところ、スラリー循環ポンプ９稼動時は流量のバランスから、オーバーフローせず、ポンプ停止時に一気にオーバーフロー管１１へ消化液が流れ、この流れによりオーバーフロー管１１の上端開口部付近にあった詰まりは破壊され、閉鎖栓形成を防止できることを知り、この知見に基づいて本発明を完成した。

すなわち本発明は、撹拌装置５を有する密閉式のタンク１、スラリー循環ポンプ９を介装したスラリー循環パイプ１０、および、消化液を取り出すためのオーバーフロー管１１とからなり、該スラリー循環パイプ１０の一方端を該タンク１の上部のガスホルダー室３に連通し、その他方端を該タンク１のスラリー収納槽２に連通して醤油粕のスラリーを間欠的に循環可能とし、オーバーフロー管１１の下方端を該スラリー循環パイプ１０に連通し、その上方端を該タンク１内のスラリーと同じ高さとなるように開口し、更にタンク１のガスホルダー室３に醤油粕のスラリー供給管１５、および、ガス排出管８を連通して間欠的に該スラリーを供給可能としたことを特徴とする醤油粕のメタン発酵処理装置である。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示すような、本発明の醤油粕のメタン発酵処理装置によれば、オーバーフロー管１１の上端開口部付近にあった詰まりは破壊され、また消化液に含まれる浮遊物が相互に凝集して閉鎖栓を形成することを予防することができる。

本発明のメタン発酵処理装置の一具体例を示す概略説明図である。 改良前のメタン発酵処理装置の一具体例を示す概略説明図である。

図１は、本発明のメタン発酵処理装置の一具体例を示す概略説明図で、図１（ａ）は、タンク１のスラリー収納槽２からスラリーをタンク１外に取り出し、再びタンク１内に戻す操作を、スラリー循環ポンプ９を介装したスラリー循環パイプ１０を通して行いつつ、メタン発酵処理を行い、その消化液がオーバーフロー管１１のイの位置からロの位置まで減圧吸引され、タンク１内のスラリー表面イより低い位置に留まっている状態を示す。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態からスラリー循環を中断した直後の状態を示し、ポンプ停止時にオーバーフロー管１１の消化液は、一気にロの位置からイの位置まで上昇し、消化液案内管１２を経て消化液収納槽７に排出される状態を示す。なお、オーバーフロー管１１へ消化液が流入することにより上端開口部付近にあった詰まりは破壊され、閉鎖栓形成を防止できる。

図２は、本発明の改良前のメタン発酵処理装置の概略説明図である。すなわち密閉式のタンク１を下部のスラリー収納槽２（液相部）と上部のガスホルダー室３（気相部）とで構成した。また該スラリー収納槽２外周側壁にスラリー液温を所定の品温に保持する加熱手段４（例えば、加温ジャケット）を設けた。スラリー収納槽２内には、撹拌装置５を設けた。また、醤油粕受入槽６と、メタン発酵終了後の消化液収納槽７と、消化濾液収納槽１３と、脱硫装置１６と、ガスホルダー室３からガスを取り出すガス排出管８と、スラリー循環ポンプ９を介装したスラリー循環パイプ１０と、消化液を取り出すためのオーバーフロー管１１とを設けた。そして、該スラリー循環パイプ１０の一方端を該タンク１のガスホルダー室３に連通し、その他方端を該タンク１のスラリー収納槽２に連通してスラリーを循環可能とした。またオーバーフロー管１１の下方端をタンクのスラリー収納槽２に連通し、その上方端を、該タンク１内スラリー表面と同じ高さ（図２において一点鎖線イの位置）になるように立上げて大気中に開口した。溢れた消化液は、消化液案内管１２を介して消化液収納槽７に排出される。更にスラリー供給ポンプ１４を介装したスラリー供給管１５の一方端を上記醤油粕受入槽６内に連通し、その他方端をスラリー循環パイプ１０に連通した。脱硫装置１６とガスホルダー室３とをガス排出管８により気密的に連通した。消化液収納槽７と消化濾液収納槽１３とを固液分離機１７を介装したパイプ１８で連通した。なお、６ａは醤油粕原料投入口、６ｂは活性汚泥含有水性液の投入口、６ｃは水の投入口、６ｄは撹拌手段（プロペラ式、ブレード式、圧縮空気通気式などの撹拌手段）、１９は発電機、２０は醤油粕収納ホッパー、２１は定量排出機、２２は移送機（スクリューフィーダー）をそれぞれ意味する。このようにしてメタン発酵処理装置を設けた。

本発明は、前述の図２の装置において、「オーバーフロー管１１の下方端をタンク１のスラリー収納槽２に連通する」代わりに、「オーバーフロー管１１の下方端をスラリー循環パイプ１０に連通する」以外は、全く同様な構成を採用する。

すなわち、図１（ａ）に示すように、該スラリー循環パイプ１０の一方端を密閉式のタンク１のガスホルダー室３に連通し、その他方端を該タンク１のスラリー収納槽２に連通して醤油粕スラリーを循環可能とし、オーバーフロー管１１の下方端を該スラリー循環パイプ１０に連通し、その上方端を該タンク１内のスラリーと同じ高さとなるように開口する。
本発明は、このような装置において、醤油粕スラリーの投入と醤油粕スラリーの循環を間欠的に行う。

醤油粕は水不溶性の固形分が多いため、醤油粕のメタン発酵を良好に行うためには間欠運転を行い、発酵槽内のスラリーの滞留時間を十分に取り発酵を促進する必要がある。また、この水不溶性固形分により、配管が詰まりやすく、その対策が求められていた。
本発明では、タンクからの消化液の抜き取りの配管を、タンク底部の循環用の配管から分岐して立ち上げ、循環ポンプ稼動時は流量のバランスから消化液はオーバーフローせず、ポンプ停止時に一気にオーバーフローして、消化液が配管内を勢いよく排出し、このとき配管内の閉鎖栓が押し流され、あるいは解砕され、配管内が詰まることを予防する。しかも、複雑な自動弁、配管ラインの設置を行うことなくこの効果を達成できる。
また、原料を連続的に投入し、投入した分に見合う消化液をオーバーフローにより排出する場合は、投入口とオーバーフロー開口部が離れていても、ショートパスにより未発酵原料が流出する危険を有するが、間欠的にスラリーを投入すれば、未発酵原料の流出を最小限に抑えることが可能となる。ポンプの間欠的運転は、任意の手段（例えばカムタイマ等）を利用して容易に行うことができる。

本発明によれば、醤油粕のメタン発酵処理装置において、オーバーフロー管１１の上端開口部付近で、消化液に含まれる浮遊物が相互に凝集して閉鎖栓を形成することを予防することができる。

（醤油粕スラリーの調製）
短冊状に切断した醤油粕１重量部に対し、水道水８重量部を加え、ミキサーで均一に混和し、スラリーを得た。

（メタン発酵処理装置）
図１（ａ）、図１（ｂ）において、タンク１を内径１４００ｍｍ、高さ３３００ｍｍ、容量約５０００リットルの密閉式の有底筒型タンク（底部は傾斜構造）とし、該タンク１内にモーター（図面簡略のため図示せず）で駆動するプロペラ式撹拌装置５を設置した。スラリー循環パイプ１０を内径５０ｍｍのステンレス製パイプとし、スラリー循環ポンプ９を介装し、その一方端をタンク１のスラリー収納槽２に連通し、他方端を該タンク１のガスホルダー室３に連通して、スラリーを循環可能とした。一方オーバーフロー管１１を内径５０ｍｍのステンレス製パイプとし、その下方端をスラリー循環パイプ１０に連通し、その上方端を該タンク内スラリーの表面と同じ高さ、一点鎖線イになるように立上げて大気中に開口し、更にガスホルダー室３に醤油粕のスラリー供給管１５およびガス排出管８を連通した。

本発明の上記一具体例を示す装置を用いて表１に示す条件により、各ポンプを稼動または停止させ、醤油粕のメタン発酵処理を実施した。

（表１）

１）前処理：
メタン種菌汚泥３重量部に対し醤油粕スラリー１重量部を加えて醤油粕のスラリーを調製した。これをタンク１に投入して、ガスホルダー室３（天井と消化液面との距離が２０ｃｍの気相部）と、スラリー収納槽２（液相部）とを構成し、スラリー循環ポンプ９および撹拌装置５を稼動させて、スラリーを撹拌しながら、３７℃の品温で２０日間メタン発酵処理した（このときオーバーフロー管１１の消化液は、一点鎖線ロの位置であった）。

２）醤油粕スラリー投入：
次いで、スラリー循環ポンプ９を稼動させながら、スラリー供給ポンプ１４を使用して、タンク１内に醤油粕のスラリーを１０リットル投入した。その結果、オーバーフロー管１１内の消化液液面は、ロの位置からイの位置まで上昇した。

３）消化液循環：
スラリー循環ポンプ９を稼動させてスラリー循環パイプ１０の流路にスラリーを２０分間循環通流させた。

４）消化液排出：
２０分経過後、スラリー循環ポンプ９を停止した。すると、オーバーフロー管１１の消化液は、イの位置から急上昇し、イの位置を超えた消化液（醤油粕スラリーの投入量にほぼ等しい量の消化液）は消化液案内管１２を経て消化液収納槽７に排出された。

上記２）〜４）の操作を繰り返した。その結果、オーバーフロー管１１の上端開口部付近で、消化液に含まれる浮遊物が相互に凝集して閉鎖栓を形成することを予防することができた。

（比較例）
オーバーフロー管１１の下方端をスラリー循環パイプ１０に連通する代わりに、オーバーフロー管１１の下方端をタンク１のスラリー収納槽２に連通する以外は全く同様にして、醤油粕のメタン発酵処理を行った（図２参照）。
この結果、消化液に含まれる比較的比重の軽い未消化物、水不溶性固形分の浮遊物がオーバーフロー管１１の一点鎖線イの位置付近で相互に凝集して閉鎖栓となり、人為的にこれを定期的に解砕しなければならなかった。

１・・・・タンク
２・・・・スラリー収納槽（液相部）
３・・・・ガスホルダー室（気相部）
４・・・・加熱手段
５・・・・撹拌装置
６・・・・醤油粕受入槽
６ａ・・・醤油粕原料投入口
６ｂ・・・活性汚泥含有水性液の投入口
６ｃ・・・水の投入口
６ｄ・・・撹拌手段
７・・・・消化液収納槽
８・・・・ガス排出管
９・・・・スラリー循環ポンプ
１０・・・スラリー循環パイプ
１１・・・オーバーフロー管
１２・・・消化液案内管
１３・・・消化濾液収納槽
１４・・・スラリー供給ポンプ
１５・・・スラリー供給管
１６・・・脱硫装置
１７・・・固液分離機
１８・・・パイプ
１９・・・発電機
２０・・・醤油粕収納ホッパー
２１・・・定量排出機
２２・・・移送機（スクリューフィーダー）

Claims (1)

1. 撹拌装置５を有する密閉式のタンク１、スラリー循環ポンプ９を介装したスラリー循環パイプ１０、および、消化液を取り出すためのオーバーフロー管１１を具備し、該スラリー循環パイプ１０の一方端を該タンク１の上部のガスホルダー室３に連通し、その他方端を該タンク１のスラリー収納槽２に連通して醤油粕のスラリーを間欠的に循環可能とし、オーバーフロー管１１の下方端を該スラリー循環パイプ１０に連通し、その上方端を該タンク１内のスラリーと同じ高さとなるように開口し、更にタンク１のガスホルダー室３に醤油粕のスラリー供給管１５、および、ガス排出管８を連通して間欠的に該スラリーを供給可能としたことを特徴とする醤油粕のメタン発酵処理装置。

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