JP2022045838A - 残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の課題は、被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを、低コストで除去することができる残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムを提供することである。【解決手段】上記課題を解決するために、加温した気体を処理水に導入する気体導入手段を備える残存メタン除去システム及び方法、並びに、処理水に対して超音波を照射する超音波照射手段、且つ／又は、処理水を減圧する減圧手段を備える残存メタン除去システム及び方法を提供し、これらの残存メタン除去システムを備える嫌気処理システムを提供する。本発明によれば、比較的簡易な設備により、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させてメタンガスとして除去することが可能となる。これにより、大量の処理水に対して効率的な処理が可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することができる。【選択図】図１
Description
本発明は、残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法に関するものである。また、本発明は、残存メタン除去システムを備える嫌気処理システムに関するものである。
一般に、有機物を含む排水を処理する方法として、種々の微生物を利用した生物処理が知られている。特に、嫌気的な環境下での生物処理（以下、「嫌気処理」と呼ぶ）は、曝気動力が不要で、余剰汚泥がほとんど発生しないことなど、導入に係るメリットが高いことが挙げられる。
このような嫌気処理としては、メタン発酵処理が知られている。メタン発酵処理は、嫌気的な環境下における嫌気性微生物の働きにより、排水中の有機物をメタンと二酸化炭素に分解する嫌気処理であり、処理コストや生成ガスの有用性の観点から、嫌気処理として広く用いられている。
例えば、特許文献１には、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させるために、担体の存在下で有機物を含む被処理水を嫌気処理する際に、可溶化処理した汚泥を供給する被処理水の処理装置及び処理方法が記載されている。
特許文献１に記載されるように、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させ、メタンガスの回収効率を高めることは知られている。
メタンガスは燃料源として有益である一方、二酸化炭素以上の温室効果を有するため、嫌気処理により発生したメタンを確実に回収する必要がある。しかしながら、嫌気処理により発生したメタンは全てがガス化して回収されるものではなく、嫌気処理後の処理水中にメタンが残存することがある。そのため、処理水を河川などに放流した際、処理水中に残存したメタンが大気中に放出されることとなる。
メタンガスは燃料源として有益である一方、二酸化炭素以上の温室効果を有するため、嫌気処理により発生したメタンを確実に回収する必要がある。しかしながら、嫌気処理により発生したメタンは全てがガス化して回収されるものではなく、嫌気処理後の処理水中にメタンが残存することがある。そのため、処理水を河川などに放流した際、処理水中に残存したメタンが大気中に放出されることとなる。
近年、環境への影響を鑑み、二酸化炭素をはじめとする温室効果ガスの排出規制が厳しくなっている。このため、嫌気処理後の処理水中に残存しているメタンを除去する必要性が高まってきている。特に、被処理水を嫌気処理した後の大量の処理水に対し、イニシャルコストやランニングコストをかけずに残存したメタンを処理する技術が求められている。
本発明の課題は、被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを、低コストで除去することができる残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムを提供することである。
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、嫌気処理された後の処理水に対し、比較的簡易な手段によりメタンのガス化を促進することで、処理水中の残存メタンを低コストで除去することが可能となることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムである。
すなわち、本発明は、以下の残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムである。
上記課題を解決するための本発明の残存メタン除去システムは、被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去するシステムであって、加温した気体を処理水に導入する気体導入手段を備えるという特徴を有する。
本発明の残存メタン除去システムは、処理水に対して加温した気体を導入することで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
また、本発明の残存メタン除去システムの一実施態様としては、加温した気体は、燃焼により生じたガスであるという特徴を有する。
この特徴によれば、気体を加温するコストが不要となり、ランニングコストを大幅に低減させることが可能となる。また、燃焼により生じたガスはメタンをほとんど含まないため、処理水中に残存したメタンをより効果的に気相に移動させることが可能となる。
この特徴によれば、気体を加温するコストが不要となり、ランニングコストを大幅に低減させることが可能となる。また、燃焼により生じたガスはメタンをほとんど含まないため、処理水中に残存したメタンをより効果的に気相に移動させることが可能となる。
また、本発明の残存メタン除去システムの一実施態様としては、ガスは、嫌気処理で生じたメタンの燃焼により生じるものであるという特徴を有する。
この特徴によれば、燃焼により生じたガスを容易に得ることができるとともに、嫌気処理工程内で生成する成分を有効活用することが可能となる。また、メタンガス活用に係る燃焼装置など、既設の設備を利用することができる。これにより、本発明の残存メタン除去システムのために、新たに設備を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
この特徴によれば、燃焼により生じたガスを容易に得ることができるとともに、嫌気処理工程内で生成する成分を有効活用することが可能となる。また、メタンガス活用に係る燃焼装置など、既設の設備を利用することができる。これにより、本発明の残存メタン除去システムのために、新たに設備を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
また、上記課題を解決するための本発明の残存メタン除去システムの別態様としては、被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去するシステムであって、処理水に対して超音波を照射する超音波照射手段、且つ／又は、前記処理水を減圧する減圧手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、処理水に対して超音波照射や減圧処理を行うことで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
この特徴によれば、処理水に対して超音波照射や減圧処理を行うことで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
また、上記課題を解決するための本発明の嫌気処理システムとしては、被処理水に対する嫌気処理を行う嫌気処理槽と、上記残存メタン除去システムとを備えるという特徴を有する。
本発明の嫌気処理システムは、嫌気処理槽と残存メタン除去システムとを備えることで、排水処理における一連の処理過程の中で残存メタンの除去を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な残存メタン除去を行うことが可能となる。
本発明の嫌気処理システムは、嫌気処理槽と残存メタン除去システムとを備えることで、排水処理における一連の処理過程の中で残存メタンの除去を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な残存メタン除去を行うことが可能となる。
また、上記課題を解決するための本発明の残存メタン除去方法としては、被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去する方法であって、加温した気体を前記処理水に導入する気体導入工程を備えるという特徴を有する。
本発明の残存メタン除去方法は、処理水に対して加温した気体を導入することで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
本発明の残存メタン除去方法は、処理水に対して加温した気体を導入することで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
また、上記課題を解決するための本発明の残存メタン除去方法の別態様としては、被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去する方法であって、処理水に対して超音波を照射する超音波照射工程、且つ／又は、処理水を減圧する減圧工程を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、処理水に対して超音波照射や減圧処理を行うことで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
この特徴によれば、処理水に対して超音波照射や減圧処理を行うことで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
本発明によれば、被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを、低コストで除去することができる残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムを提供することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムの実施態様を詳細に説明する。本発明における残存メタン除去方法は、本発明における残存メタン除去システムの作動の説明に置き換えるものとする。
なお、実施態様に記載する残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムについては、本発明に係る残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムを説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
なお、実施態様に記載する残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムについては、本発明に係る残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムを説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
本発明の残存メタン除去システム及び嫌気処理システムにおいて、嫌気処理対象である被処理水は、嫌気処理が可能な物質を含有するものであれば特に限定されない。具体的な被処理水の例としては、例えば、食品工場、化学工場、紙パルプ工場等の各種工場から排出される工業排水や、下水などの生活排水などが挙げられる。
〔第１の実施態様〕
［嫌気処理システム］
図１は、本発明の第１の実施態様における嫌気処理システム及び残存メタン除去システムの構造を示す概略説明図である。
本実施態様における嫌気処理システム１Ａは、図１に示すように、嫌気処理槽２と、嫌気処理槽２から排出された処理水Ｗ１に残存しているメタンを除去する残存メタン除去システム１０Ａを備えるものである。また、嫌気処理システム１Ａは、嫌気処理槽２に被処理水Ｗを導入する導入配管Ｌ１と、嫌気処理槽２と残存メタン除去システム１０Ａを接続し、嫌気処理槽２で被処理水Ｗが処理された後の処理水Ｗ１を残存メタン除去システム１０Ａに供給する接続配管Ｌ２と、残存メタン除去後の処理水Ｗ２を残存メタン除去システム１０Ａから排出する排出配管Ｌ３とを備えている。
［嫌気処理システム］
図１は、本発明の第１の実施態様における嫌気処理システム及び残存メタン除去システムの構造を示す概略説明図である。
本実施態様における嫌気処理システム１Ａは、図１に示すように、嫌気処理槽２と、嫌気処理槽２から排出された処理水Ｗ１に残存しているメタンを除去する残存メタン除去システム１０Ａを備えるものである。また、嫌気処理システム１Ａは、嫌気処理槽２に被処理水Ｗを導入する導入配管Ｌ１と、嫌気処理槽２と残存メタン除去システム１０Ａを接続し、嫌気処理槽２で被処理水Ｗが処理された後の処理水Ｗ１を残存メタン除去システム１０Ａに供給する接続配管Ｌ２と、残存メタン除去後の処理水Ｗ２を残存メタン除去システム１０Ａから排出する排出配管Ｌ３とを備えている。
本実施態様における嫌気処理システム１Ａは、嫌気処理槽２で被処理水Ｗを嫌気処理した後、嫌気処理槽２で発生したメタンが残存（溶存）する処理水Ｗ１に対し、残存メタン除去システム１０Ａにより、処理水Ｗ１中のメタンをガス化して除去するものである。
（嫌気処理槽）
嫌気処理槽２は、被処理水Ｗに対して嫌気処理を行うための槽である。
嫌気処理槽２で行う処理は、被処理水Ｗ中に含まれる処理対象に合った嫌気処理であれば、特に制限されない。特に、本発明の効果をより発揮するという観点から、処理後の処理水Ｗ１中にメタンを比較的多く含むものが好ましい。このような嫌気処理としては、メタン発酵が挙げられる。
嫌気処理槽２は、被処理水Ｗに対して嫌気処理を行うための槽である。
嫌気処理槽２で行う処理は、被処理水Ｗ中に含まれる処理対象に合った嫌気処理であれば、特に制限されない。特に、本発明の効果をより発揮するという観点から、処理後の処理水Ｗ１中にメタンを比較的多く含むものが好ましい。このような嫌気処理としては、メタン発酵が挙げられる。
嫌気処理槽２としては、メタン発酵を進行させることができるものであればよく、具体的な構造については特に限定されない。例えば、処理対象である被処理水Ｗの性質に応じて適宜選択することができる。例えば、被処理水Ｗが液体成分を多く含む場合や、固形成分を多く含む場合などに応じ、好適な嫌気処理槽２の構造を選択することができる。
また、嫌気処理槽２としては、単槽あるいは２槽以上の複数槽からなるものとすることができる。例えば、図１に示すように、嫌気処理槽２を単槽とする場合、いわゆる消化槽として知られる構造を用いることができる。一方、嫌気処理槽２を複数槽とする場合、酸生成槽及びメタン発酵槽を備えるものとすること等が挙げられる。
また、嫌気処理槽２としては、単槽あるいは２槽以上の複数槽からなるものとすることができる。例えば、図１に示すように、嫌気処理槽２を単槽とする場合、いわゆる消化槽として知られる構造を用いることができる。一方、嫌気処理槽２を複数槽とする場合、酸生成槽及びメタン発酵槽を備えるものとすること等が挙げられる。
図１に示すように、嫌気処理槽２を単槽とする場合、嫌気的条件の維持のために密閉容器とした槽内部に、撹拌機構を設けるものとすることが挙げられる。そして、導入配管Ｌ１により嫌気処理槽２内に導入された被処理水Ｗと嫌気性菌とが反応し、嫌気処理槽２内でメタン及び二酸化炭素を主成分とするガスが発生するとともに、ガス化せずに残存しているメタンを含む処理水Ｗ１が生成する。
嫌気処理槽２内で発生したガスは、ガス回収配管Ｌ４を介して槽外に放出又は回収される。また、嫌気処理槽２内で生成された処理水Ｗ１は接続配管Ｌ２を介して、残存メタン除去システム１０Ａに導入される。
嫌気処理槽２内で発生したガスは、ガス回収配管Ｌ４を介して槽外に放出又は回収される。また、嫌気処理槽２内で生成された処理水Ｗ１は接続配管Ｌ２を介して、残存メタン除去システム１０Ａに導入される。
一方、嫌気処理槽２を複数槽とした場合の構造の一例について説明する。
図２は、本実施態様の嫌気処理システムにおける嫌気処理槽２の別態様を示す概略説明図である。
嫌気処理槽２を複数槽とする場合の一例として、図２には、酸生成槽２１及びメタン発酵槽２２を備えるものを示している。酸生成槽２１及びメタン発酵槽２２は、内部に収容する微生物により、被処理水Ｗを嫌気処理するための反応槽である。なお、酸生成槽２１及びメタン発酵槽２２は、嫌気的条件の維持のために、天井を有し、閉じた空間を形成していることが好ましい。
図２は、本実施態様の嫌気処理システムにおける嫌気処理槽２の別態様を示す概略説明図である。
嫌気処理槽２を複数槽とする場合の一例として、図２には、酸生成槽２１及びメタン発酵槽２２を備えるものを示している。酸生成槽２１及びメタン発酵槽２２は、内部に収容する微生物により、被処理水Ｗを嫌気処理するための反応槽である。なお、酸生成槽２１及びメタン発酵槽２２は、嫌気的条件の維持のために、天井を有し、閉じた空間を形成していることが好ましい。
酸生成槽２１は、導入配管Ｌ１により導入される被処理水Ｗに対し、内部に収容する酸生成菌（主として嫌気性の酸生成菌）により、糖、蛋白質及び油分などの固体や高分子有機物を分解して、単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸を生成する酸生成処理を行うものである。酸生成槽２１で処理された被処理水Ｗは、接続配管Ｌ５を介してメタン発酵槽２２へ供給される。
なお、酸生成槽２１は、内部の水温調整手段、ｐＨ調整剤の投入手段、菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい（不図示）。
メタン発酵槽２２は、接続配管Ｌ５により供給される酸生成槽２１で処理された被処理水Ｗに含まれる単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸等からメタンを生成するメタン発酵処理を行うものである。メタン発酵処理は、浮遊法、固定床法、流動床法、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法、ＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）法等により保持されたメタン生成菌により溶存酸素のない嫌気性雰囲気で行うものである。
メタン発酵槽２２には、嫌気処理に適した嫌気性菌が存在するグラニュール層が形成される。そして、酸生成槽２１から被処理水Ｗがメタン発酵槽２２内に導入されると、グラニュール層に含まれる嫌気性菌によってメタン発酵が行われる。その結果、メタン発酵槽２２内では、メタン及び二酸化炭素を主成分とするガスが発生するとともに、ガス化せず
に残存しているメタンを含む処理水Ｗ１が生成する。また、メタン発酵槽２２の内部には気固液分離手段であるセトラー２３が設けられていてもよい。
なお、メタン発酵槽２２は、さらに付帯する各種設備を設けることができる。例えば、内部の水温調整手段、ｐＨ調整剤の投入手段、菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい（不図示）。
に残存しているメタンを含む処理水Ｗ１が生成する。また、メタン発酵槽２２の内部には気固液分離手段であるセトラー２３が設けられていてもよい。
なお、メタン発酵槽２２は、さらに付帯する各種設備を設けることができる。例えば、内部の水温調整手段、ｐＨ調整剤の投入手段、菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい（不図示）。
メタン発酵槽２２内で発生したガスは、ガス回収配管Ｌ６を介して槽外に放出又は回収される。また、嫌気処理槽２内で生成された処理水Ｗ１は接続配管Ｌ２を介して、残存メタン除去システム１０Ａに導入される。
本実施態様の嫌気処理システム１Ａは、ガス回収配管Ｌ４、Ｌ６を介して槽外に放出又は回収されたガスのうち、メタンガスの回収、精製及び貯留を行う手段を備えるものとすることが好ましい。これにより、被処理水Ｗから有用なエネルギー源であるメタンガスを回収して有効利用することが可能となる。また、図１及び図２に示すように、メタンガスの活用として、ガス燃焼による発電を行うための燃焼装置Ｃを備えることが好ましい。これにより、後述する残存メタン除去システム１０Ａにおいて、このガス燃焼に用いる燃焼装置から排出される排ガスを活用することが可能となる。
［残存メタン除去システム］
残存メタン除去システム１０Ａは、嫌気処理槽２から排出された処理水Ｗ１中の残存メタンを除去するためのものである。
本実施態様の残存メタン除去システム１０Ａは、図１及び図２に示すように、貯留部１１、気体導入手段１２、ガス回収機構１３を備えている。
残存メタン除去システム１０Ａは、嫌気処理槽２から排出された処理水Ｗ１中の残存メタンを除去するためのものである。
本実施態様の残存メタン除去システム１０Ａは、図１及び図２に示すように、貯留部１１、気体導入手段１２、ガス回収機構１３を備えている。
貯留部１１は、接続配管Ｌ２を介して導入された処理水Ｗ１を貯留することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、貯留部１１としては、槽の高さが槽幅よりも大きい槽とすることが挙げられる。これにより、貯留部１１内における気体の移動時間（浮上に係る時間）を長くすることができ、気体導入手段１２により導入される気体と処理水Ｗ１中の残存メタンの接触効率を高めることが可能となる。
気体導入手段１２は、加温した気体を貯留部１１内の処理水Ｗ１に導入するものである。気体導入手段１２は、貯留部１１内に加温した気体を導入し、加温した気体と処理水Ｗ１を接触させることができるものであればよく、具体的な構造については特に限定されない。
気体導入手段１２としては、例えば、図１及び図２に示すように、貯留部１１と接続する配管１２ａを備えること等が挙げられる。なお、配管１２ａは、貯留部１１の下部と接続するように設けることが好ましい。これにより、貯留部１１内における気体の移動時間を長くすることができ、気体と処理水Ｗ１中の残存メタンの接触効率を高めることが可能となる。
また、気体導入手段１２としては、曝気処理に使用される構造を活用し、図１及び図２に示すように、散気部１２ｂを備えることが好ましい。これにより、貯留部１１内に導入する気体と処理水Ｗ１の接触効率をより高めることが可能となる。散気部１２ｂの構造は特に限定されないが、散気板として知られる公知の構造を用いることが挙げられる。
気体導入手段１２としては、例えば、図１及び図２に示すように、貯留部１１と接続する配管１２ａを備えること等が挙げられる。なお、配管１２ａは、貯留部１１の下部と接続するように設けることが好ましい。これにより、貯留部１１内における気体の移動時間を長くすることができ、気体と処理水Ｗ１中の残存メタンの接触効率を高めることが可能となる。
また、気体導入手段１２としては、曝気処理に使用される構造を活用し、図１及び図２に示すように、散気部１２ｂを備えることが好ましい。これにより、貯留部１１内に導入する気体と処理水Ｗ１の接触効率をより高めることが可能となる。散気部１２ｂの構造は特に限定されないが、散気板として知られる公知の構造を用いることが挙げられる。
気体導入手段１２により、加温した気体と処理水Ｗ１を接触させることで、処理水Ｗ１内に溶存している残存メタンを気相に移動させることが可能となる。特に、加温した気体を用いることで、単に気体と処理水Ｗ１を接触させることよりも効果的に残存メタンを気相に移動させ、メタンのガス化を促進することが可能となる。
気体導入手段１２により導入される加温した気体としては、気体の成分については特に限定されないが、メタンを含まない気体であることが好ましい。また、加温した気体としては、空気やその他の混合ガスを加温機構で加温して用いるものとしてもよいが、燃焼によって生じたガスを用いることが好ましい。燃焼により生じたガスは一定以上の温度を有するため、常温の気体を加温する必要がなく、ランニングコストを大幅に低減させることが可能となる。また、燃焼により生じたガスはメタンをほとんど含まないため、処理水Ｗ１中に残存したメタンを効果的に気相に移動させることが可能となる。
また、気体導入手段１２により導入される加温した気体として、燃焼により生じたガスを用いる場合、気体導入手段１２と接続する燃焼装置Ｃ自体の構造や、燃焼装置Ｃで燃焼させる対象などについては特に限定されない。燃焼装置Ｃとしては、物質の燃焼を行うことができる公知の構成を用いることができる。
ここで、燃焼装置Ｃとしては、本実施態様における残存メタン除去システム１０Ａのために新設するものとしてもよいが、コスト面を鑑み、既設の燃焼装置を利用することが好ましい。例えば、ごみ焼却施設における燃焼装置のほか、バイオガス等のガス燃焼による発電施設における燃焼装置などが挙げられる。
ここで、燃焼装置Ｃとしては、本実施態様における残存メタン除去システム１０Ａのために新設するものとしてもよいが、コスト面を鑑み、既設の燃焼装置を利用することが好ましい。例えば、ごみ焼却施設における燃焼装置のほか、バイオガス等のガス燃焼による発電施設における燃焼装置などが挙げられる。
例えば、気体導入手段１２により導入される加温した気体として、燃焼により生じたガスを用いる場合、嫌気処理の処理過程で生じた排出物を燃焼する燃焼装置から発生するガスを用いることが挙げられる。このとき、上述したように、嫌気処理槽２で発生したメタンガスを用いた発電に用いられる燃焼装置から発生するガスを、本実施態様における加温した気体として用いることが特に好ましい。これにより、燃焼により生じたガスを容易に得ることができるとともに、嫌気処理工程内で生成する成分を有効活用することが可能となる。また、メタンガス活用に係る燃焼装置のように、既設の設備を利用することができる。したがって、本実施態様の残存メタン除去システム１０Ａのために、新たに設備を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。なお、燃焼装置で燃焼される嫌気処理の処理過程で生じた排出物は、メタンガスに限定されるものではなく、その他の例としては、嫌気処理で生じた汚泥などが挙げられる。
ガス回収機構１３は、処理水Ｗ１中から放出されたガス化したメタンと加温した気体の混合ガスを回収するためのものである。
ガス回収機構１３は、貯留部１１の上部に設けられたガス回収配管１３ａと、回収したガスを処理するガス処理設備１３ｂとを備えている。
ガス回収機構１３は、貯留部１１の上部に設けられたガス回収配管１３ａと、回収したガスを処理するガス処理設備１３ｂとを備えている。
ガス処理設備１３ｂとしては、ガス回収配管１３ａにより回収した混合ガスの処理を行うものであればよく、具体的な設備については特に限定されない。例えば、混合ガスの成分などに応じて公知の処理設備を選択することができる。より具体的には、混合ガスを貯蔵する設備のほか、化学変換・膜分離などの処理を行う設備や燃焼を行う設備などが挙げられる。
例えば、気体導入手段１２により、燃焼により生じたガスを導入した場合、ガス回収配管１３ａにより回収される混合ガスはメタンと二酸化炭素の混合ガスとなる。このとき、ガス処理設備１３ｂとして、混合ガスに空気を加えて燃焼させる設備とすることが挙げられる。これにより、メタンの処理ができるとともに、ガス処理設備１３ｂの燃焼により生じたガスを、気体導入手段１２で用いる加温した気体として再度活用することが可能となる。
例えば、気体導入手段１２により、燃焼により生じたガスを導入した場合、ガス回収配管１３ａにより回収される混合ガスはメタンと二酸化炭素の混合ガスとなる。このとき、ガス処理設備１３ｂとして、混合ガスに空気を加えて燃焼させる設備とすることが挙げられる。これにより、メタンの処理ができるとともに、ガス処理設備１３ｂの燃焼により生じたガスを、気体導入手段１２で用いる加温した気体として再度活用することが可能となる。
本実施態様の残存メタン除去システム１０Ａの別の態様としては、燃焼により生じたガスの温度を調整するための機構を備えるものとしてもよい。
燃焼装置で生じたガスの温度は、１００度を超えることもあることが知られている。一方、本実施態様における残存メタン除去システム１０Ａは、処理水Ｗ１と気体を接触させるものであり、１００度を超えるガスをそのまま供給すると、貯留部１１内の処理水Ｗ１が蒸発（気化）することで、ガス回収配管１３ａにより回収する混合ガス中に水蒸気が多く含まれることとなり、ガス処理設備１３ｂにおける処理が困難になるなど、熱による不具合が発生するおそれがある。したがって、燃焼により生じたガスの温度を調整し、貯留部１１に供給することが好ましい。
燃焼装置で生じたガスの温度は、１００度を超えることもあることが知られている。一方、本実施態様における残存メタン除去システム１０Ａは、処理水Ｗ１と気体を接触させるものであり、１００度を超えるガスをそのまま供給すると、貯留部１１内の処理水Ｗ１が蒸発（気化）することで、ガス回収配管１３ａにより回収する混合ガス中に水蒸気が多く含まれることとなり、ガス処理設備１３ｂにおける処理が困難になるなど、熱による不具合が発生するおそれがある。したがって、燃焼により生じたガスの温度を調整し、貯留部１１に供給することが好ましい。
図３は、本実施態様における残存メタン除去システム１０Ａの別態様を示す概略説明図である。なお、図３は、残存メタン除去システム１０Ａに対し、ガスの温度を調整する機構を設けた際の概略説明図であり、嫌気処理槽２については図示を省略している。
図３に示すように、ガスの温度を調整する機構として、気体導入手段１２の配管１２ａ上に温度調整機構１４を設け、ガスの温度調整を行うことが挙げられる。より具体的には、温度調整機構１４により、ガスの温度を１００度以下に冷却すること等が挙げられる。これにより、ガスを貯留部１１内に供給した際に、熱による不具合が発生することを抑制することが可能となる。
温度調整機構１４としては、ガスの温度調整が可能なものであればよく、公知の構成を用いることができる。温度調整機構１４の一例としては、空気等の気体や冷却水等の液体を用いた熱交換器が挙げられる。また、温度調整機構１４の他の例としては、本実施態様の嫌気処理システム１Ａにおける嫌気処理槽２に対し、燃焼により生じたガスを用いた加温が可能となるようにガスの配管等の配置を行うことが挙げられる。これにより、嫌気処理槽２を加温処理した後に冷却されたガスを、配管１２ａを介して貯留部１１に供給することで、嫌気処理システム１Ａ全体としての省エネルギー化が可能となる。
以上のように、本実施態様の残存メタン除去システム１０Ａにより、処理水に対して加温した気体を導入することで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
特に、加温した気体として、燃焼により生じたガスを用いることで気体を加温するコストが不要となり、ランニングコストを大幅に低減させることが可能となる。また、燃焼により生じたガスはメタンをほとんど含まないため、処理水中に残存したメタンをより効果的に気相に移動させることが可能となる。
また、嫌気処理で生じた排出物（メタンなど）の燃焼により生じるガスを用いることで、嫌気処理工程内で生成する成分の有効活用が可能となるとともに、既設の設備を利用することができる。これにより、本実施態様における残存メタン除去システムのために、新たに設備を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
特に、加温した気体として、燃焼により生じたガスを用いることで気体を加温するコストが不要となり、ランニングコストを大幅に低減させることが可能となる。また、燃焼により生じたガスはメタンをほとんど含まないため、処理水中に残存したメタンをより効果的に気相に移動させることが可能となる。
また、嫌気処理で生じた排出物（メタンなど）の燃焼により生じるガスを用いることで、嫌気処理工程内で生成する成分の有効活用が可能となるとともに、既設の設備を利用することができる。これにより、本実施態様における残存メタン除去システムのために、新たに設備を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
また、本実施態様における嫌気処理システム１Ａは、嫌気処理槽と残存メタン除去システムとを備えることで、排水処理における一連の処理過程の中で残存メタンの除去を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な残存メタン除去を行うことが可能となる。
〔第２の実施態様〕
図４は、本発明の第２の実施態様における嫌気処理システム及び残存メタン除去システムを示す概略説明図である。
第２の実施態様に係る嫌気処理システム１Ｂは、第１の実施態様における残存メタン除去システム１０Ａにおける気体導入手段１２に代えて、超音波照射手段１５と減圧手段１６が設けられた残存メタン除去システム１０Ｂを備えるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
また、図４においては、嫌気処理槽２が単槽からなるものを図示しているが、これに限定されるものではない。本実施態様における嫌気処理システム１Ｂにおける嫌気処理槽２については、第１の実施態様で示した嫌気処理槽２であればよく、単槽に代えて複数槽からなるものとしてもよい。
図４は、本発明の第２の実施態様における嫌気処理システム及び残存メタン除去システムを示す概略説明図である。
第２の実施態様に係る嫌気処理システム１Ｂは、第１の実施態様における残存メタン除去システム１０Ａにおける気体導入手段１２に代えて、超音波照射手段１５と減圧手段１６が設けられた残存メタン除去システム１０Ｂを備えるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
また、図４においては、嫌気処理槽２が単槽からなるものを図示しているが、これに限定されるものではない。本実施態様における嫌気処理システム１Ｂにおける嫌気処理槽２については、第１の実施態様で示した嫌気処理槽２であればよく、単槽に代えて複数槽からなるものとしてもよい。
本実施態様における残存メタン除去システム１０Ｂは、図４に示すように、超音波照射手段１５と減圧手段１６を備えている。
超音波照射手段１５は、貯留部１１内の処理水Ｗ１に対して超音波を照射するものである。超音波照射手段１５による超音波照射の効果により、処理水Ｗ１中に残存しているメタンがエネルギーを得ることで活性化し、メタンのガス化が促進される。
また、減圧手段１６は、貯留部１１内の処理水Ｗ１を減圧するものである。減圧手段１６により処理水Ｗ１が減圧条件下となることで、処理水Ｗ１中に残存しているメタンのガス化が促進される。
また、減圧手段１６は、貯留部１１内の処理水Ｗ１を減圧するものである。減圧手段１６により処理水Ｗ１が減圧条件下となることで、処理水Ｗ１中に残存しているメタンのガス化が促進される。
超音波照射手段１５及び減圧手段１６により、処理水Ｗ１に対して超音波照射や減圧処理を行うことで、処理水Ｗ１中に残存（溶存）したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水Ｗ１中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
なお、超音波照射手段１５と減圧手段１６はいずれか片方を備えるものであればよいが、処理水Ｗ１中のメタンをガス化する効率を鑑み、図４に示すように、両方を備えることが好ましい。
超音波照射手段１５の具体例としては、図４に示すように、貯留部１１内に超音波照射装置１５ａを設けることが挙げられる。これにより、処理水Ｗ１に対して効果的に超音波を照射することが可能となる。また、超音波照射装置１５ａの設置箇所は貯留部１１内に限定されるものではなく、貯留部１１外に超音波照射装置１５ａを設け、貯留部１１内の処理水Ｗ１に超音波を照射するものとしてもよい。これにより、超音波照射装置１５ａのメンテナンス作業が容易となる。
減圧手段１６の具体例としては、図４に示すように、ガス回収配管１３ａ上に減圧ポンプ１６ａを設けることが挙げられる。これにより、部品点数を少なくすることが可能となる。また、減圧ポンプ１６ａの設置箇所はガス回収配管１３ａ上に限定されるものではない。他の例としては、貯留部１１に対してガス回収配管１３ａ以外の配管を設け、減圧ポンプ１６ａを設けるものとすることなどが挙げられる。
以上のように、本実施態様の残存メタン除去システム１０Ｂにより、処理水に対して超音波照射や減圧処理を行うことで、処理水中に残存したメタンを気相中に効果的に移動させることができ、メタンガスとして処理水中から除去することが可能となる。これにより、比較的簡易な設備により、大量の処理水に対して効率的に処理を行うことが可能となり、低コストで残存しているメタンを除去することが可能となる。
また、本実施態様における嫌気処理システム１Ｂは、上述した嫌気処理システム１Ａと同様に、嫌気処理槽と残存メタン除去システムとを備えることで、排水処理における一連の処理過程の中で残存メタンの除去を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な残存メタン除去を行うことが可能となる。
〔第３の実施態様〕
図５は、本発明の第３の実施態様における嫌気処理システムを示す概略説明図である。
第３の実施態様に係る嫌気処理システム１Ｃは、図５に示すように、嫌気処理槽２の後段、且つ残存メタン除去システム１０の前段に、処理設備３を備えるものである。嫌気処理槽２と処理設備３は、接続配管Ｌ７を介して接続されており、処理設備３と残存メタン除去システム１０は、接続配管Ｌ８を介して接続されている。なお、本実施態様における残存メタン除去システム１０としては、上述した残存メタン除去システム１０Ａ、１０Ｂを適宜選択することができ、図５には残存メタン除去システム１０Ａの構造を示している。また、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
図５は、本発明の第３の実施態様における嫌気処理システムを示す概略説明図である。
第３の実施態様に係る嫌気処理システム１Ｃは、図５に示すように、嫌気処理槽２の後段、且つ残存メタン除去システム１０の前段に、処理設備３を備えるものである。嫌気処理槽２と処理設備３は、接続配管Ｌ７を介して接続されており、処理設備３と残存メタン除去システム１０は、接続配管Ｌ８を介して接続されている。なお、本実施態様における残存メタン除去システム１０としては、上述した残存メタン除去システム１０Ａ、１０Ｂを適宜選択することができ、図５には残存メタン除去システム１０Ａの構造を示している。また、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
本実施態様における嫌気処理システム１Ｃは、嫌気処理槽２により嫌気処理された処理水Ｗ１が、さらに処理設備３による処理を経た後、残存メタン除去システム１０に導入されて残存メタンが除去されるものである。
ここで、処理設備３としては、一般的な嫌気処理において設けられる付帯設備とすることが挙げられる。このような付帯設備の例としては、固液分離設備などが挙げられる。
また、処理設備３の他の例としては、嫌気処理により生成した排出物を用いたエネルギーの効率的な回収・利用や有害物質の除去に係る設備を設けることが挙げられる。
また、処理設備３の他の例としては、嫌気処理により生成した排出物を用いたエネルギーの効率的な回収・利用や有害物質の除去に係る設備を設けることが挙げられる。
嫌気処理により生成した排出物を用いたエネルギーの効率的な回収・利用や有害物質の除去に係る処理設備３の一例について説明する。
嫌気処理槽２における嫌気処理によって、被処理水Ｗを処理した後の排出物（処理水Ｗ１）中には、メタンのほか、硫化水素、水素、アンモニア等が生成する。これら生成物（以下、「還元性物質」と呼ぶ）を電子供与体として機能させた電極反応を行うことで、発電や脱硫処理が可能となる。
嫌気処理槽２における嫌気処理によって、被処理水Ｗを処理した後の排出物（処理水Ｗ１）中には、メタンのほか、硫化水素、水素、アンモニア等が生成する。これら生成物（以下、「還元性物質」と呼ぶ）を電子供与体として機能させた電極反応を行うことで、発電や脱硫処理が可能となる。
図６は、本実施態様の嫌気処理システムにおける処理設備の一例を示す概略説明図である。なお、図６において、嫌気処理槽２及び残存メタン除去システム１０（残存メタン除去システム１０Ａ）については一部図示を省略している。
処理設備３の具体的な構造の一例としては、図６に示すように、第１のセル３１ａ及び第２のセル３１ｂと、セル３１ａ、３１ｂの間を仕切るように設けられたイオン交換体３２と、セル３１ａ、３１ｂにそれぞれ配置された電極３３ａ、３３ｂとを備えるものが挙げられる。ここで、第１のセル３１ａは、嫌気処理槽２から接続配管Ｌ７を介して導入された処理水Ｗ１が電極３３ａに接触するように形成されており、第１のセル３１ａに配置された電極３３ａはアノードとして機能する。一方、第２のセル３１ｂは、酸素を含む気体や酸化剤の水溶液などからなる電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されており、第２のセル３１ｂに配置された電極３３ｂはカソードとして機能する。また、電極３３ａ、３３ｂは導線により外部回路と接続されている（不図示）。これにより、処理設備３において、処理水Ｗ１中の還元性物質を電子供与体として作用させることで発生する電気エネルギーの回収及び利用が可能となるとともに、処理水Ｗ１中の還元性物質として硫化水素を含む場合、脱硫処理も可能となる。
処理設備３の具体的な構造の一例としては、図６に示すように、第１のセル３１ａ及び第２のセル３１ｂと、セル３１ａ、３１ｂの間を仕切るように設けられたイオン交換体３２と、セル３１ａ、３１ｂにそれぞれ配置された電極３３ａ、３３ｂとを備えるものが挙げられる。ここで、第１のセル３１ａは、嫌気処理槽２から接続配管Ｌ７を介して導入された処理水Ｗ１が電極３３ａに接触するように形成されており、第１のセル３１ａに配置された電極３３ａはアノードとして機能する。一方、第２のセル３１ｂは、酸素を含む気体や酸化剤の水溶液などからなる電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されており、第２のセル３１ｂに配置された電極３３ｂはカソードとして機能する。また、電極３３ａ、３３ｂは導線により外部回路と接続されている（不図示）。これにより、処理設備３において、処理水Ｗ１中の還元性物質を電子供与体として作用させることで発生する電気エネルギーの回収及び利用が可能となるとともに、処理水Ｗ１中の還元性物質として硫化水素を含む場合、脱硫処理も可能となる。
処理設備３において電極反応に供された処理水Ｗ１は接続配管Ｌ８を介して、残存メタン除去システム１０に導入される。このとき、処理水Ｗ１中の還元性物質は、電極反応により消費されているが、メタンは残存したままの状態である。したがって、処理設備３から排出された処理水Ｗ１に対して、残存メタン除去システム１０によるメタン除去処理を行うことで、排出配管Ｌ３から排出される処理水Ｗ２は、還元性物質及びメタンが除去された状態で系外に排出される。
以上のように、本実施態様における嫌気処理システム１Ｃは、嫌気処理槽以外の処理設備を設け、且つ残存メタン除去システムを最後段に配置することにより、河川などの環境下に放流する前に、残存メタンを含む処理水Ｗ１に対する残存メタン除去処理を実施し、処理水Ｗ１から確実にメタンを除去した処理水Ｗ２として放流することが可能となる。また、処理設備を経由することにより処理水Ｗ２の水質向上を図ることが可能となる。
なお、上述した実施態様は、残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムの一例を示すものである。本発明に係る残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムは、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システムを変形してもよい。
例えば、本実施態様における残存メタン除去システムは、処理設備と一体化するものとしてもよい。例えば、処理設備として図６に示したような電極反応を行う構造を用いた場合、第１のセルに対して気体導入手段により加温した気体を導入することで、処理設備内で電極反応と残存メタン除去処理を行うこと等が挙げられる。これにより、設備の小型化が可能となり、システムの低コスト化が可能となる。
本発明の残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法は、被処理水を嫌気処理する排水処理において、処理水中にガス化しなかったメタンが残存するものに対し、好適に利用される。
また、本発明の嫌気処理システムは、被処理水を嫌気処理する排水処理における一連の処理過程の中で、処理水中の残存メタンの除去を行うことのできる嫌気処理システムとして好適に利用される。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 嫌気処理システム、１０Ａ，１０Ｂ 残存メタン除去システム、１１ 貯留部、１２ 気体導入手段、１２ａ 配管、１２ｂ 散気部、１３ ガス回収機構、１３ａ ガス回収配管、１３ｂ ガス処理設備、１４ 温度調整機構、１５ 超音波照射手段、１５ａ 超音波照射装置、１６ 減圧手段、１６ａ 減圧ポンプ、２ 嫌気処理槽、２１ 酸生成槽、２２ メタン発酵槽、２３ セトラー、３ 処理設備、３１ａ 第１のセル、３１ｂ 第２のセル、３２ イオン交換体、３３ａ，３３ｂ 電極、Ｃ 燃焼装置、Ｌ１ 導入配管、Ｌ２，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ８ 接続配管、Ｌ３ 排出配管、Ｌ４，Ｌ６ ガス回収配管、Ｗ 被処理水、Ｗ１，Ｗ２ 処理水
Claims (7)
- 被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去するシステムであって、
加温した気体を前記処理水に導入する気体導入手段を備えることを特徴とする、残存メタン除去システム。 - 前記加温した気体は、燃焼により生じたガスであることを特徴とする、請求項１に記載の残存メタン除去システム。
- 前記ガスは、前記嫌気処理で生じたメタンの燃焼により生じるものであることを特徴とする、請求項２に記載の残存メタン除去システム。
- 被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去するシステムであって、
前記処理水に対して超音波を照射する超音波照射手段、且つ／又は、前記処理水を減圧する減圧手段を備えることを特徴とする、残存メタン除去システム。 - 被処理水に対する嫌気処理を行う嫌気処理槽と、
請求項１～４のいずれか一項に記載の残存メタン除去システムと、を備えることを特徴とする、嫌気処理システム。 - 被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去する方法であって、
加温した気体を前記処理水に導入する気体導入工程を備えることを特徴とする、残存メタン除去方法。 - 被処理水が嫌気処理された後の処理水に残存しているメタンを除去する方法であって、
前記処理水に対して超音波を照射する超音波照射工程、又は／且つ、前記処理水を減圧する減圧工程を備えることを特徴とする、残存メタン除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020151664A JP2022045838A (ja) | 2020-09-09 | 2020-09-09 | 残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020151664A JP2022045838A (ja) | 2020-09-09 | 2020-09-09 | 残存メタン除去システム及び残存メタン除去方法並びに嫌気処理システム |
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| JP (1) | JP2022045838A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7398601B1 (ja) | 2023-05-30 | 2023-12-14 | 三菱化工機株式会社 | 有機性排水処理装置および有機性排水処理方法 |
-
2020
- 2020-09-09 JP JP2020151664A patent/JP2022045838A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP7398601B1 (ja) | 2023-05-30 | 2023-12-14 | 三菱化工機株式会社 | 有機性排水処理装置および有機性排水処理方法 |
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