JP2013001883A - メタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法及びメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バイオマスガス中の硫化水素を効率良く低減させ、さらにバイオマスガス中のメタンガス濃度を高め、バイオマスガスの燃焼による窒素酸化物の発生の少ないメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法及びメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置を提供することを目的とする。
【解決手段】メタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法において、前処理した有機系廃棄物を嫌気性発酵のメタン発酵槽で発酵させメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させる工程と、発生したバイオマスガスに酸素を供給する工程と、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により低減化する生物脱硫工程と、硫化水素を低減化したバイオマスガスを搬送する工程と、を有すること特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】メタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法において、前処理した有機系廃棄物を嫌気性発酵のメタン発酵槽で発酵させメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させる工程と、発生したバイオマスガスに酸素を供給する工程と、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により低減化する生物脱硫工程と、硫化水素を低減化したバイオマスガスを搬送する工程と、を有すること特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、家畜排泄物や食品系廃棄物等の有機物を嫌気的に微生物で分解し、メタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させ、発生したバイオマスガス中の硫化水素を生物脱硫法により除去する生物脱硫によるメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法及びメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置に関する。
地球規模での環境問題やエネルギー問題を解決するためには、有機系廃棄物の環境保全的な有効利用が重要であり、有機系廃棄物のメタン発酵法によるバイオマスガスのエネルギー利用が注目されている。
メタン発酵による発生するバイオマスガスの主成分は、メタンガス５６〜６０％、炭酸ガス約４０％、硫化水素１〜２％である。このような状態のバイオマスガスをガスエンジン発電機やマイクロガスタービン発電機等の利用機器で燃焼させた場合、利用機器の腐食や燃焼により二酸化硫黄が発生するという問題が発生する。そのため、バイオマスガス中の硫化水素の低減化が必要である。
バイオマスガス中の硫化水素の低減化方法として、特開２０００−１０２７７９号公報（特許文献１）には、乾式吸着脱硫法として鉄や酸化鉄の粉体、あるいはそれらを造粒したペレットを脱硫槽に充填し、その間にバイオマスガスを流すことによる硫化水素を低減する方法が開示されている。また、特開２００２−２７５４８２号公報（特許文献２）には、湿式脱硫法として、メタン発酵槽の下流に脱硫槽を設け、そこでアルカリ水溶液を散布することにより、バイオマスガス中の硫化水素をアルカリ硫酸塩として回収する硫化水素の低減化法が開示されている。また、特開２００６−１４３７７９号公報（特許文献３）には、生物脱硫法として、バイオマスガスに空気を供給して好気性の硫黄酸化細菌群を担持する充填材を設けた生物脱硫手段を通過させ、バイオマスガス中の硫化水素を硫黄酸化細菌群を担持する充填材と接触させて硫化水素を回収する硫化水素の低減化法が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示された乾式吸着脱硫法は、鉄や酸化鉄の交換や廃棄処理が必要であり、保守・管理のための費用が過大になるという問題を有する。また、特許文献２に開示された湿式脱硫法は、大量のアルカリ水溶液が必要であり、回収されたアルカリ硫酸塩の処理に多くの費用がかかるという問題を有する。また、特許文献３に開示された生物脱硫法は、バイオマスガス中に供給される空気は、生物脱硫手段の好気性の硫黄酸化細菌群が必要とする酸素量が約１／５であり、必要としない窒素ガスが４／５であるため、生物脱硫手段を通過したバイオマスガス中に窒素ガスがそのまま残り、バイオマスガス中のメタンガス濃度を低減化すると共に、窒素ガスを含むバイオマスガスを燃焼させると窒素酸化物が発生するという問題を有する。
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、バイオマスガス中の硫化水素を効率良く低減させ、さらにバイオマスガス中のメタンガス濃度を高め、バイオマスガスの燃焼による窒素酸化物の発生の少ないメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法及びメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置を提供することを目的とする。
本発明のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法は、前記課題を解決するために、前処理した有機系廃棄物を嫌気性発酵のメタン発酵槽で発酵させメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させる工程と、発生したバイオマスガスに酸素を供給する工程と、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により低減化する生物脱硫工程と、硫化水素を低減化したバイオマスガスを搬送する工程と、を有することを特徴とする。なお、有機系廃棄物の前処理とは。異物の分別、粉砕、酸生成による嫌気性のメタン生成菌の増殖とうの処理で、前処理された有機系廃棄物をスラリー状にすることである。
また、本発明のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法は、生物脱硫工程の後に、硫化水素の量を低減化したバイオマスガスを酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段により硫化水素の量をさらに低減化する乾式脱硫工程を実施することを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法。
また、本発明のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置は、前処理した有機系廃棄物が投入され嫌気性発酵でメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させるメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽のバイオマスガス中に酸素を供給する酸素供給手段と、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により脱硫する生物脱硫手段と、前記生物脱硫手段を通過したバイオマスガス中の硫化水素をさらに低減化する酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段と、前記乾式脱硫手段を通過したバイオマスガスを搬送する搬送手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置は、前記メタン発酵槽内の酸素が供給される近傍に好気性硫黄酸化菌群を担持する菌床を配置することを特徴とする。
前処理した有機系廃棄物を嫌気性発酵のメタン発酵槽で発酵させメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させる工程と、発生したバイオマスガスに酸素を供給する工程と、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により低減化する生物脱硫工程と、硫化水素を低減化したバイオマスガスを搬送する工程と、を有することで、メタン発酵槽の嫌気性発酵を阻害することなくバイオマスガス中に酸素を供給することができ、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群からなる生物脱硫手段により効率良く硫化水素を低減化することができ、バイオマスガス中のメタン濃度を高め、バイオマスガス燃焼による窒素酸化物の発生の少ないバイオマスガスを得ることが可能になる。
生物脱硫工程の後に、硫化水素の量を低減化したバイオマスガスを酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段により硫化水素の量をさらに低減化する乾式脱硫工程を実施することで、確実にバイオマスガス中の硫化水素量を低減化することが可能になる。
前処理した有機系廃棄物が投入され嫌気性発酵でメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させるメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽のバイオマ
スガス中に酸素を供給する酸素供給手段と、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により脱硫する生物脱硫手段と、前記生物脱硫手段を通過したバイオマスガス中の硫化水素をさらに低減化する酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段と、前記乾式脱硫手段を通過したバイオマスガスを搬送する搬送手段と、を備えることで、簡単な構成の装置の配置で効率良く硫化水素を低減化しメタン濃度の高いバイオマスガスを得ることが可能となる。
メタン発酵槽内の酸素が供給される近傍に好気性の硫黄酸化菌群を担持する菌床を配置することで、有機系廃棄物中の硫黄酸化菌群を菌床で増殖させ、酸素が供給される近傍で活性化する硫黄酸化菌群により効率良くバイオマスガス中の硫化水素を酸化除去することが可能になる。
生物脱硫工程の後に、硫化水素の量を低減化したバイオマスガスを酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段により硫化水素の量をさらに低減化する乾式脱硫工程を実施することで、確実にバイオマスガス中の硫化水素量を低減化することが可能になる。
前処理した有機系廃棄物が投入され嫌気性発酵でメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させるメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽のバイオマ
スガス中に酸素を供給する酸素供給手段と、酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により脱硫する生物脱硫手段と、前記生物脱硫手段を通過したバイオマスガス中の硫化水素をさらに低減化する酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段と、前記乾式脱硫手段を通過したバイオマスガスを搬送する搬送手段と、を備えることで、簡単な構成の装置の配置で効率良く硫化水素を低減化しメタン濃度の高いバイオマスガスを得ることが可能となる。
メタン発酵槽内の酸素が供給される近傍に好気性の硫黄酸化菌群を担持する菌床を配置することで、有機系廃棄物中の硫黄酸化菌群を菌床で増殖させ、酸素が供給される近傍で活性化する硫黄酸化菌群により効率良くバイオマスガス中の硫化水素を酸化除去することが可能になる。
本発明の実施形態を図により説明する。図１は、本発明のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置の概略図である。
メタン発酵槽１は、有機系廃棄物供給手段２から前処理された有機系廃棄物が供給される。有機系廃棄物の前処理とは、異物の除去、粉砕、メタン生成菌の増殖を行い、有機系廃棄物をスラリー状にする処理のことである。メタン発酵槽１内には供給された前処理されスラリー状の有機系廃棄物を撹拌する撹拌手段（図示せず）が配置される。メタン発酵槽１に供給された前処理された有機系廃棄物の有機物は絶対嫌気性細菌であるメタン生成菌を主体とする微生物により分解し、メタンガス、二酸化炭素が発生する。また、有機物に含まれる硫黄成分が、メタン生成菌が活性化される嫌気状態で活性化する硫黄還元菌により還元されて硫化水素が発生する。
メタン発酵槽1内のスラリー状の有機系廃棄物は、一部の固体成分が汚泥３としてメタ
ン発酵槽の底に沈殿する。メタン発酵槽１内の汚泥３の上に溜まる液体を消化液（液肥）４という。メタン発酵槽１の下部に沈殿する汚泥３は汚泥排出管６により一定期間経過後排出される。消化液４は、所定の時間間隔でその一部を消化液排出管７から排出する。消化液４は、有機物に含まれる窒素やリンがほぼそのままの状態で残っているので液肥として農地に還元することができる。また、排出された消化液４を処理施設に搬送し処理する場合もある。
ン発酵槽の底に沈殿する。メタン発酵槽１内の汚泥３の上に溜まる液体を消化液（液肥）４という。メタン発酵槽１の下部に沈殿する汚泥３は汚泥排出管６により一定期間経過後排出される。消化液４は、所定の時間間隔でその一部を消化液排出管７から排出する。消化液４は、有機物に含まれる窒素やリンがほぼそのままの状態で残っているので液肥として農地に還元することができる。また、排出された消化液４を処理施設に搬送し処理する場合もある。
メタン発酵槽1の上部のガス溜まりにバイオマスガス５が溜まる。メタン発酵槽１の上
部のガス溜まりにバイオマスガス導通管８が連結される。バイオマスガス導通管８は乾式脱硫槽１２の下部に連結される。乾式脱硫槽１２の上部にはバイオマスガス搬送管１４が連結される。バイオマス搬送管１４には、吸引ブロワー１５等のガス吸引手段が連結される。吸引ブロワー１５の吸引力により、バイオマス搬送管１４．乾式脱硫槽１２、バイオマス導通管８に負圧が発生し、メタン発酵槽1内のバイオマスガス５を吸引搬送する。
部のガス溜まりにバイオマスガス導通管８が連結される。バイオマスガス導通管８は乾式脱硫槽１２の下部に連結される。乾式脱硫槽１２の上部にはバイオマスガス搬送管１４が連結される。バイオマス搬送管１４には、吸引ブロワー１５等のガス吸引手段が連結される。吸引ブロワー１５の吸引力により、バイオマス搬送管１４．乾式脱硫槽１２、バイオマス導通管８に負圧が発生し、メタン発酵槽1内のバイオマスガス５を吸引搬送する。
メタン発酵槽1内のバイオマスガス５中に酸素貯蔵部９から酸素供給管１０を介して高
濃度の酸素が供給される。酸素供給管１０には制御弁が設置される。また、メタン発酵槽1内のバイオマスガス５中にバイオマスガス５中の硫化水素の濃度を検出する硫化水素濃
度センサ２０が設置される。硫化水素濃度センサの測定値に基づき酸素供給管１０に設置した制御弁１１が制御され、バイオマスガス５中に供給する酸素の量を制御する。メタン発酵槽１のバイオマスガス５の存在する壁面、消化液４の液面及びバイオマスガス中には、有機系廃棄物中に存在する好気性の硫黄酸化細菌群が生息している。これらの好気性の硫黄酸化菌群を増殖するために、メタン発酵槽１内の酸素が供給される近傍に菌床２１を
配置する。
濃度の酸素が供給される。酸素供給管１０には制御弁が設置される。また、メタン発酵槽1内のバイオマスガス５中にバイオマスガス５中の硫化水素の濃度を検出する硫化水素濃
度センサ２０が設置される。硫化水素濃度センサの測定値に基づき酸素供給管１０に設置した制御弁１１が制御され、バイオマスガス５中に供給する酸素の量を制御する。メタン発酵槽１のバイオマスガス５の存在する壁面、消化液４の液面及びバイオマスガス中には、有機系廃棄物中に存在する好気性の硫黄酸化細菌群が生息している。これらの好気性の硫黄酸化菌群を増殖するために、メタン発酵槽１内の酸素が供給される近傍に菌床２１を
配置する。
バイオマスガス５中に酸素が供給されることで、メタン発酵槽１の壁面、消化液４の液面及び菌床２１に生息する好気性の硫黄酸化細菌群が活性化し、バイオマスガス５中の硫化水素が酸化されて除去する生物脱硫が行われる。バイオマスガス５中の硫化水素濃度に応じて酸素供給量を制御することにより効率良く硫化水素を除去することが可能となる。硫黄酸化菌群で酸化された硫黄酸化物は消化液４に落下し良い肥料成分となる。バイオマスガス５中に空気を供給する場合に比較し、酸素を供給することで供給気体の量を１／５とすることができる。空気供給の場合、窒素ガスを多く含むため、脱硫後のバイオマスガス５中に窒素ガスがそのまま残り、バイオマスガス５中の窒素ガスがメタンガス濃度を低下させ、燃焼により窒素酸化物が発生するという問題が発生する。
また、生物脱硫による硫化水素量を低減化したバイオマスガス５を乾式脱硫槽１２に供給する。乾式脱硫槽１２内には、酸化鉄や鉄等の硫化水素を吸着する物質が充填された乾式脱硫手段１３を配置する。バイオマスガス５中での生物脱硫手段により十分バイオマスガス５中の硫化水素の低減化が可能な場合、乾式脱硫を省略しても良い。
次に本発明のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法の工程を順に説明する。
第一工程は、家畜排泄物や食品系廃棄物等の有機系廃棄物に対して、異物の除去、粉砕、メタン生成菌の増殖等の前処理を実施し、有機系廃棄物をスラリー状にする。前処理されスラリー状にされた有機系廃棄物をメタン発酵槽１に投入する工程である。
第一工程は、家畜排泄物や食品系廃棄物等の有機系廃棄物に対して、異物の除去、粉砕、メタン生成菌の増殖等の前処理を実施し、有機系廃棄物をスラリー状にする。前処理されスラリー状にされた有機系廃棄物をメタン発酵槽１に投入する工程である。
第二工程は、メタン発酵槽１に投入されたスラリー状の有機系廃棄物を、嫌気性のメタン生成菌を主体とする微生物によりメタンガスと炭酸ガスを発生させ、有機系廃棄物に含まれる硫黄成分を、メタン生成菌が活性化される嫌気状態で活性化する硫黄還元菌により還元して硫化水素を発生させる工程である。
第３工程は、メタン発酵で発生しメタン発酵槽1の上部のガス溜まりに溜まったバイオ
マスガス５中に、酸素貯蔵部９から酸素を供給する工程である。メタン発酵槽1の上部の
ガス溜まりには、バイオマスガス５中の硫化水素の濃度を測定する硫化水素濃度センサ２０が設置され、バイオマスガス5中の硫化水素の濃度に応じて酸素供給量を制御する。
マスガス５中に、酸素貯蔵部９から酸素を供給する工程である。メタン発酵槽1の上部の
ガス溜まりには、バイオマスガス５中の硫化水素の濃度を測定する硫化水素濃度センサ２０が設置され、バイオマスガス5中の硫化水素の濃度に応じて酸素供給量を制御する。
第４工程は、酸素の供給で活性化した好気性の硫黄酸化細菌群でバイオマスガス５中の硫化水素を酸化して除去する生物脱硫工程である。
第５工程は、生物脱硫工程後のバイオマスガス５中の硫化水素をより低減化する乾式脱硫工程である。乾式脱硫工程は、酸化鉄や鉄等の硫化水素を吸着する物質を充填した乾式脱硫手段１３により実施される。バイオマスガス５中での生物脱硫工程によりバイオマスガス５中の硫化水素の低減化が十分可能な場合、乾式脱硫工程を省略しても良い。
第６工程は、乾式脱硫工程を通過し硫化水素の量を低減したバイオマスガス５をボイラー等の利用機器に搬送する工程である。
以上のように本発明のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法及びメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置によれば、メタン発酵槽の嫌気性発酵を阻害することなくバイオマスガス中に酸素を供給することができ、酸素が供給されたバイオマスガスを好気性の硫黄酸化細菌群による生物脱硫手段を通過させることで効率良く硫化水素を低減化することができ、バイオマスガス中のメタン濃度を高め、燃焼による窒素酸化物の発生の少ないバイオマスガスを得ることが可能になる。
1：メタン発酵槽、２：有機系廃棄物供給手段、３：汚泥、４：消化液、５：バイオマ
スガス、６：汚泥排出管、７：消化液排出管、８：バイオマスガス導通管、９：酸素貯蔵部、１０：酸素供給管、１１：制御弁、１２：乾式脱硫槽、１３：乾式脱硫手段、１４：バイオマスガス搬送管、１５：吸引ブロワー、２０：硫化水素濃度センサ、２１：菌床
スガス、６：汚泥排出管、７：消化液排出管、８：バイオマスガス導通管、９：酸素貯蔵部、１０：酸素供給管、１１：制御弁、１２：乾式脱硫槽、１３：乾式脱硫手段、１４：バイオマスガス搬送管、１５：吸引ブロワー、２０：硫化水素濃度センサ、２１：菌床
Claims (4)
- 前処理した有機系廃棄物を嫌気性発酵のメタン発酵槽で発酵させメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させる工程と、
発生したバイオマスガスに酸素を供給する工程と、
酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により低減化する生物脱硫工程と、
硫化水素を低減化したバイオマスガスを搬送する工程と、を有すること特徴とするメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法。 - 生物脱硫工程の後に、硫化水素の量を低減化したバイオマスガスを酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段により硫化水素の量をさらに低減化する乾式脱硫工程を実施することを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化方法。
- 前処理した有機系廃棄物が投入され嫌気性発酵でメタンガス、炭酸ガス及び硫化水素を主成分とするバイオマスガスを発生させるメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽のバイオマスガス中に酸素を供給する酸素供給手段と、
酸素が供給されたバイオマスガス中の硫化水素を好気性の硫黄酸化細菌群により脱硫する生物脱硫手段と、
前記生物脱硫手段を通過したバイオマスガス中の硫化水素をさらに低減化する酸化鉄や鉄等の粉末が充填された乾式脱硫手段と、
前記乾式脱硫手段を通過したバイオマスガスを搬送する搬送手段と、
を備えることを特徴とするを特徴とするメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置。 - 前記メタン発酵槽内の酸素が供給される近傍に好気性硫黄酸化菌群を担持する菌床を配置することを特徴とするメタン発酵バイオマスガスの硫化水素低減化装置。
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2013001883A true JP2013001883A (ja) | 2013-01-07 |
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