JP2013169523A - メタン発酵装置およびその装置における原液供給停止時の返水制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸発酵槽への原液の供給停止期間が所定期間以上となる場合に、メタン菌が沈殿または槽内壁に固着して反応槽のメタン発酵機能が低下するのを防止し、酸発酵の再開までの待ち時間を短くする。
【解決手段】メタン発酵装置1は、酸発酵槽2、条件槽3、反応槽4および処理水槽5とを備え、酸発酵槽2および条件槽3へそれぞれの槽のpHに応じてアルカリ性pH調整剤を供給する構成を備え、前記処理水槽5の処理水を前記酸発酵槽2および前記条件槽3へ還流する構成を備え、酸発酵槽2への原液の供給が停止される際に、前記処理水槽5から前記酸発酵槽2への処理水の還流を停止し、前記処理水槽5から前記条件槽3への処理水の還流を維持する制御装置30を備える。
【選択図】図1
【解決手段】メタン発酵装置1は、酸発酵槽2、条件槽3、反応槽4および処理水槽5とを備え、酸発酵槽2および条件槽3へそれぞれの槽のpHに応じてアルカリ性pH調整剤を供給する構成を備え、前記処理水槽5の処理水を前記酸発酵槽2および前記条件槽3へ還流する構成を備え、酸発酵槽2への原液の供給が停止される際に、前記処理水槽5から前記酸発酵槽2への処理水の還流を停止し、前記処理水槽5から前記条件槽3への処理水の還流を維持する制御装置30を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、メタン発酵装置およびその装置における原液供給停止時の返水制御方法に関する。
従来、メタン発酵装置として、処理対象となる有機性廃水(以下、原液という)を酢酸に分解する酸発酵槽と、前記酸発酵槽において低下した原液のpHを上昇調整するための条件槽と、原液内の酢酸がメタンと炭酸ガスに分解され、メタン発酵が進行しバイオマス分解ガスが発生する反応槽と、反応槽にて発生した処理水を貯留するための処理水槽とを備えたものが公知である。
前記反応槽としては、粒子化(グラニュール化)したメタン菌を高濃度に保持し、原液を高効率にメタン発酵処理するという特徴を持つ菌体グラニュールを使用したUASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)槽が一般に使用されている。
ここで、酸発酵は適度な酸性(例えば、pH4〜pH5程度)で酸発酵反応が活発になるが、原液を供給するだけでは発酵反応が進み過ぎて強酸性となって発酵反応が鈍くなる。そのため、発酵反応による酸発酵槽の酸強化防止のために、酸発酵槽に苛性ソーダを投入して酸発酵槽の酸性度を調整している。
また、原液のpHが所定値以下に低下すると、メタン菌の活動が低下するため、UASB槽でもメタン菌が活性化する所定pH範囲に調整する必要がある。そこで、前記酸発酵槽とUASB槽との間に配置された条件槽にも苛性ソーダを混入して原液のpHを上昇調整している。
さらに、苛性ソーダの消費量を低減するために、酸発酵槽および条件槽に処理水槽の処理水を還流している(例えば、特許文献1参照)。
メタン発酵装置は常時連続して稼動しているとは限らず、原液の供給を所定期間(例えば、工場の休日に伴う2日間以上の長期間)停止する場合がある。このように、原液の供給を所定期間停止する場合に、メタン発酵装置の稼動時と同様に処理水槽から酸発酵槽へ処理水を還流していると、発酵させる原液が酸発酵槽に供給されないため、酸発酵槽のpHが酸発酵に適正な範囲(例えば、pH4〜pH5程度)を超えて上昇する。その結果、メタン発酵装置の停止期間経過後に、原液の供給を再開してメタン発酵装置の稼動を再開する場合、酸発酵槽のpHが所定範囲まで小さくなって酸発酵が再開できるまでの待ち時間が必要となるという不具合が生じる。
一方で、UASB槽の液流が停止(UASB槽内で処理水が長期間滞留)すると、グラニュールが沈殿または槽内壁に固着してUASB槽のメタン発酵機能が低下するため、UASB槽内の液流を維持する必要がある。そのため、処理水槽から条件槽への処理水の還流は、原液の供給停止中も維持する方が望ましい。
しかしながら、特許文献1に記載のメタン発酵装置は、酸発酵槽や条件槽に、それぞれ必要なpHに応じて処理水槽から処理水を還流する構成は具備するが、原液を長期供給停止する際の対策については何ら講じられていない。
そこで、本発明は、酸発酵槽への原液の供給停止期間が所定期間以上となる場合に、メタン菌が沈殿または槽内壁に固着して反応槽のメタン発酵機能が低下するのを防止し、酸発酵の再開までの待ち時間を短くするメタン発酵装置およびその装置における原液供給停止時の返水制御方法を提供することを課題とする。
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、本発明のメタン発酵装置は、酸発酵槽、条件槽、反応槽および処理水槽とを備え、前記酸発酵槽および前記条件槽へそれぞれの槽のpHに応じてアルカリ性pH調整剤を供給する構成を備え、前記処理水槽の処理水を前記酸発酵槽および前記条件槽へ還流する構成を備え、酸発酵槽への原液の供給が停止される際に、前記処理水槽から前記酸発酵槽への処理水の還流を停止し、前記処理水槽から前記条件槽への処理水の還流を維持する制御装置を備えたことにある。
前記本発明のメタン発酵装置は、酸発酵槽への原液の供給停止期間が所定期間以上となる場合に、前記処理水槽から前記条件槽への処理水の還流を維持するため、条件槽、反応槽、処理水槽そして条件槽を順に循環する液流が発生するため応槽内の液流を維持出来てメタン菌が沈殿または槽内壁に固着して反応槽のメタン発酵機能が低下するのを防止することができる。しかも、前記処理水槽から前記酸発酵槽への処理水の還流を停止するため、pHの上昇を抑制出来て酸発酵の再開までの待ち時間を短くすることができる。
本発明のメタン発酵装置における原液供給停止時の返水制御方法は、酸発酵槽で原液を酢酸に分解する工程と、酸発酵槽および条件槽にそれぞれの槽のpHに応じてアルカリ性pH調整剤を供給する工程と、反応槽内の原液をメタン発酵させてバイオマス分解ガスを発生させる工程と、前記バイオマス分解ガス発生工程で発生した処理水を処理水槽に貯留する工程とを備え、前記処理水を前記酸発酵槽および前記条件槽へ還流するようにしたメタン発酵装置における原液供給停止時の返水制御方法であって、酸発酵槽への原液の供給が停止される際に、前記処理水槽から前記酸発酵槽への処理水の還流を停止し、前記処理水槽から前記条件槽への処理水の還流を維持する制御を行うことにある。
制御装置を備えていないメタン発酵装置においても原液の長期供給停止期間における酸発酵槽のpH上昇の抑制および反応槽内の液流を維持出来る運用が可能となる。
本発明は、酸発酵槽への原液の供給停止期間が所定期間以上となる場合に、反応槽内の液流を維持するので、メタン菌が沈殿または槽内壁に固着して反応槽のメタン発酵機能が低下するのを防止できる。しかも、酸発酵槽への還流を停止するので、酸発酵槽のpHの上昇を抑制して、酸発酵の再開までの待ち時間を短くすることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1および図2は、本発明の一実施形態を示し、本発明の実施形態であるメタン発酵装置1の全体構成について図1を参照しながら説明する。メタン発酵装置1は、酸発酵槽2と、条件槽3と、反応槽4と、処理水槽5と、調整剤タンク7とを備えている。
酸発酵槽2は、処理対象となる工場で排出される廃棄物等の原液が投入され、投入された原液の酸発酵反応を行う嫌気性の酸生成菌を浮遊状態で保持する受槽である。酸発酵槽2に投入された原液の中の大きな有機物は、加水分解菌により単糖類、芳香族化合物、アミノ酸および長鎖脂肪酸等に低分子化され、さらに酸生成菌により揮発性脂肪酸にまで分解される。さらに、酸生成菌や水素資化性酢酸生成菌と水素資化成菌によって酢酸に分解される。なお、酸発酵槽2内には原液のpHを検出するための酸発酵槽用pHセンサー(図示省略)が設けられている。
酸発酵槽2と条件槽3との間には、通路10が接続されており、酸発酵槽2から溢れ出した原液は、通路10を介して条件槽3へと流れ込むようになっている。
条件槽3は、酸発酵槽2においてpHが低下した原液のpHを上昇調整するための槽である。なお、条件槽3内には原液のpHを検出するための条件槽用pHセンサー(図示省略)が設けられている。
反応槽4は、UASB型の槽で、その底部には原液をUASB槽4の下部に供給する廃水供給部が配設されている。そして、この廃水供給部と条件槽3との間には、通路11が接続されている。UASB槽4にはメタン菌の集合体であるグラニュール菌体が投入されており、該グラニュール菌体により原液内の酢酸がメタンと炭酸ガスに分解され、メタン発酵が進行し、バイオマス分解ガスが発生する。また、UASB槽4内に一定期間滞留した原液は、酢酸が分解されることにより有機酸の含有率が大きく減少し、pH7〜pH8程度である処理水となる。
処理水槽5は、UASB槽4にて発生した処理水を貯留するためのタンクで、処理水槽5とUASB槽4との間には、UASB槽4内の処理水が処理水槽5に流れる通路12が接続されている。
処理水槽5と酸発酵槽2との間には、処理水槽5内の処理水を処理水槽5から条件槽3に還流するための第一処理水通路20が接続されている。第一処理水通路20の中途部には還流する処理水の量を調節する第一処理水用ポンプ20aが設けられている。
処理水槽5と条件槽3との間には、処理水槽5内の処理水を処理水槽5から条件槽3に還流するための第二処理水通路21が接続されている。第二処理水通路21の中途部には還流する処理水量を調節する第二処理水用ポンプ21aが設けられている。なお、第二処理水通路21、通路11および通路12により、処理水循環路25が構成されている。
調整剤タンク7は、原液のpHを調整するためのpH調整剤を貯留するための容器であり、pH調整剤は例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)等のアルカリ性物質で構成されている。調整剤タンク7には、pH調整剤を条件槽3に供給するための調整剤通路22および酸発酵槽2に供給するための調整剤通路23が接続されている。調整剤通路22、23の中途部には、それぞれ調整剤用ポンプ22a、23aが設けられている。
前記メタン発酵装置1は、酸発酵槽2及び条件槽3に還流される処理水を制御するための制御装置30を備えている。制御装置30は、図2に示すように、RAMやROM等で構成された記憶部31とCPU等で構成された演算部32とから構成されており、第一処理水用ポンプ20a、第二処理水用ポンプ21aおよび調整剤用ポンプ22a、23aと接続されている。
また、前記酸発酵槽用pHセンサーおよび前記条件槽用pHセンサーも、制御装置30に接続されている。そして、制御装置30は、酸発酵槽2および条件槽3がそれぞれ所定pHとなるように、第一処理水用ポンプ20a、第二処理水用ポンプ21aおよび調整剤用ポンプ22a、23aを制御するように構成されている。
また、制御装置30には、制御モード設定部35が接続されている。制御モードとは、工場の稼動時に原液がメタン発酵装置1に供給され、メタン発酵装置1がバイオマス分解ガスを発生する稼動モードと、所定期間以上メタン発酵装置1への原液の供給が停止する休止モードとをいう。なお、稼動モードと休止モードとの切替は、ボタン等の切替手段で作業者が適宜行うことができる。
メタン発酵装置1は、UASB槽4から排出されるバイオマス分解ガスに含まれた硫化水素等の硫化物を除去するため乾式脱硫装置8を備えている。乾式脱硫装置8は、例えば酸化鉄などの脱硫剤を使用しており、バイオマス分解ガスから硫化水素を除去するものである。
次に、以上の構成からなるメタン発酵装置1を使用する場合について説明する。
作業者は、制御モード設定部35を操作して稼動モードに設定する。工場から原液が排水されており、その原液は、適宜、酸発酵槽2へと投入される。酸発酵槽2内は、最適なpHに調整されており、酸発酵槽2に投入された原液の有機物は、酢酸に分解される。さらに、原液が酸発酵槽2に投入されることにより、酸発酵槽2から溢れ出した原液は、通路10を介して条件槽3へと流入する。
原液は、条件槽3において、pHが所定値まで上昇調整される。そして、条件槽3内のpH調整された原液は、通路11を介してUASB槽4へと流入する。
UASB槽4において、該グラニュール菌体により原液内の酢酸がメタンと炭酸ガスに分解され、メタン発酵が進行し、バイオマス分解ガスが発生する。また、前記UASB槽4内に一定期間滞留した原液は、酢酸が分解されることにより有機酸の含有率が大きく減少し、pHが7.4〜8.0である処理水となる。
UASB槽4にて発生した処理水は、通路12を介して処理水槽5に貯留される。さらに、処理水は、既設の排水処理設備へ移送される。また、処理水槽5の処理水の一部は、第一処理水通路20および第二処理水通路21を流れて酸発酵槽2および条件槽3に還流する。
すなわち、制御装置30は、第一処理水用ポンプ20aを制御しているため、予め設定されたpH(pH4〜pH5)となるように、第一処理水通路20を介して処理水槽5の処理水が酸発酵槽2に還流される。
また、制御装置30は、第二処理水用ポンプ21aを制御しているため、第二処理水通路21を介して処理水槽5の処理水が条件槽3に還流される。
さらに、制御装置30は、調整剤用ポンプ22aについては条件槽3のpHが設定範囲(例.pH=7前後)に収まるように、調整剤用ポンプ23aについては酸発酵槽2のpHが設定範囲(例.pH=4〜5)に収まるように制御して、調整剤通路22、23を介して調整剤タンク7のpH調整剤(例.NaOH)を条件槽3および酸発酵槽2にそれぞれの槽のpHに応じて供給する。
以上のように、酸発酵槽2に原液の処理水を還流したり、pH調整剤を供給したりすることで強酸化を防止して酸発酵に適正なpH範囲に調整することができる。そして、条件槽3の原液に処理水を還流したり、pH調整剤を供給したりすることにより、嫌気性メタン菌が活性化するpH範囲に調整することができる。
次に、メタン発酵装置1を所定期間以上停止する場合について説明する。なお、所定期間以上とは、例えば、2日以上の期間をいう。
作業者は、制御モード設定部35を操作して休止モードに設定する。この制御モード設定部35により、制御装置30は、第一処理水用ポンプ20aを停止する。この第一処理水用ポンプ20aの停止により、第一処理水通路20を処理水が流れなくなるため、酸発酵槽2に還流されなくなる。この結果、酸発酵槽2のpHの上昇が抑制される。
また、制御装置30は、第二処理水用ポンプ21aを作動させた状態を維持させる。この第二処理水用ポンプ21aにより、処理水は、条件槽3に還流される状態を維持する。なお、調整剤用ポンプ22a、23aについては、酸発酵槽2および処理槽3のそれぞれのpHに応じてアルカリ性pH調整剤を供給する構成であるため、原液の供給停止によりpHの下降が止まるのに応じて休止状態となる。その結果、条件槽3に還流された処理水は、pHが変化することなく、通路11を流れてUASB槽4に流れ込む。
さらに、UASB槽4の処理水は、通路12を流れて、処理水槽5に返送される。このように、工場の長期間停止に伴って原液の供給を停止した場合であっても、処理水は、処理水循環路25を継続して循環することとなるため、UASB槽の液流を維持することとなり、UASB槽4内で処理水が長期間にわたって滞留することはない。このため、グラニュール(メタン菌)は、UASB槽4内で浮遊しており、グラニュールが沈殿または内壁に固着してUASB槽4のメタン発酵機能が低下するのを防止できる。
工場を再稼動させる際に、作業者は、制御モード設定部35を操作して稼動モードに設定する。このとき、酸発酵槽2は、条件槽3よりも上流に設けられており、休止モードにおける処理水の循環の影響を受けないため、酸発酵槽2のpHは休止前とほとんど上昇しておらず、原液の供給を再開しても、酸発酵の再開までの待ち時間が少なくなる。
以上のように、長期間の原液流入の停止が予め分かっている場合、酸発酵槽への処理水の返送のみ早期に停止する制御を行うことにより、UASB槽4内のメタン菌の活性低下を極力抑えることができる。
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。前記実施の形態は、制御装置30が第一処理水用ポンプ20a、第二処理水用ポンプ21aおよび調整剤用ポンプ22a、23aを制御することにより、第一処理水通路20および第二処理水通路21を流れる処理水や、調整剤通路22,23を流れるpH調整剤の供給を制御したが、これらのポンプ以外に、流量調整バルブ等の流量調整手段を採用することも可能である。
また、休止モードにおいて、第二処理水通路21を流れる処理水の流量は、第二処理水用ポンプ21aを制御することにより、任意に設定することができる。例えば、処理水はグラニュールが沈殿または内壁に固着しない程度に少量に設定することも可能である。このように、処理水の循環を最小限に抑えることにより、省エネの効果がある。
制御装置30は、稼動モードと休止モードとの両方のモードを制御する場合について例示したが、休止モードのみを制御するものであってもよい。
1 メタン発酵装置
2 酸発酵槽
3 条件槽
4 反応槽
5 処理水槽
7 調整剤タンク
8 乾式脱硫装置
20 第一処理水通路
20a 第一処理水用ポンプ
21 第二処理水通路
21a 第二処理水用ポンプ
22、23 調整剤通路
22a、23a 調整剤用ポンプ
25 処理水循環路
30 制御装置
35 制御モード設定部
2 酸発酵槽
3 条件槽
4 反応槽
5 処理水槽
7 調整剤タンク
8 乾式脱硫装置
20 第一処理水通路
20a 第一処理水用ポンプ
21 第二処理水通路
21a 第二処理水用ポンプ
22、23 調整剤通路
22a、23a 調整剤用ポンプ
25 処理水循環路
30 制御装置
35 制御モード設定部
Claims (2)
- 酸発酵槽、条件槽、反応槽および処理水槽とを備え、前記酸発酵槽および前記条件槽へそれぞれの槽のpHに応じてアルカリ性pH調整剤を供給する構成を備え、前記処理水槽の処理水を前記酸発酵槽および前記条件槽へ還流する構成を備えたメタン発酵装置において、
酸発酵槽への原液の供給が停止される際に、前記処理水槽から前記酸発酵槽への処理水の還流を停止し、前記処理水槽から前記条件槽への処理水の還流を維持する制御装置を備えたことを特徴とするメタン発酵装置。 - 酸発酵槽で原液を酢酸に分解する工程と、前記酸発酵槽および条件槽にそれぞれの槽のpHに応じてアルカリ性pH調整剤を供給する工程と、反応槽内の原液をメタン発酵させてバイオマス分解ガスを発生させる工程と、前記バイオマス分解ガス発生工程で発生した処理水を処理水槽に貯留する工程とを備え、前記処理水を前記酸発酵槽および前記条件槽へ還流するようにしたメタン発酵装置における原液供給停止時の返水制御方法であって、
前記酸発酵槽への原液の供給が停止される際に、前記処理水槽から前記酸発酵槽への処理水の還流を停止し、前記処理水槽から前記条件槽への処理水の還流を維持する制御を行うことを特徴とするメタン発酵装置における原液供給停止時の返水制御方法。
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2012
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