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

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

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）。

特開２０１０−１９４４９１号公報

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。

本発明の一実施形態に係るメタン発酵装置の全体構成についての概略図である。 同メタン発酵装置における制御装置の制御構成を示すブロック図である。

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

Claims (2)

1. 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。
2. 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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