JP2709085B2

JP2709085B2 - メタン発酵処理装置の安全装置

Info

Publication number: JP2709085B2
Application number: JP19299488A
Authority: JP
Inventors: 龍夫梅田; 聰塚田; 達郎山本; 康光平山
Original assignee: 三井鉱山株式会社
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1988-08-02
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH0244000A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はメタン発酵処理装置の安全装置に関するも
のである。

〔従来技術および解決しようとする課題〕

一般に、メタン発酵は、高濃度有機性排水の処理や活
性汚泥処理で発生する余剰汚泥の減量化処理等に利用さ
れている。

そして、従来用いられているメタン発酵処理装置は、
たとえば、第５図に示すフローシートに示されるように
なっている。

すなわち、メタン発酵槽内51で発生したメタンガス
は、フィルタ54によって夾雑物が除去された後、ライン
61、62を介してガスホルダ52に一旦貯溜される。

前記ガスホルダ52に貯溜されたメタンガスはライン6
3、64、逆火防止装置57、およびライン65を介して建屋7
0内のボイラ53の燃料として供給されるようになってい
る。

この一連のメタンガスの流れの間に、メタンガス中に
含有している水分が温度降下して凝縮するので、凝縮し
た水はライン68、69を介して凝縮水回収装置55、56にそ
れぞれ回収し、適宜廃棄処分している。

また、メタン発酵装置51とガスホルダ52との圧力異常
に対応するために、高圧および／または負圧に対処する
安全弁58、59がライン66、67を介してメタン発酵槽51と
ガスホルダ52とにそれぞれ設けられている。

しかしながら、上記のように構成されている従来のメ
タン発酵装置にあっては、点検および管理の指標になる
べき機器が多く、維持管理に繁雑さが伴っていたことか
ら、比較的高度な運転技術を必要とするとともに、点検
および管理には多くの労力を費やしていた。

また、安全に寄与し、かつ、安全を司る機器が散在し
ていたために、それらの機器の異常を見逃す危険が高
く、安全上の問題を有していた。

この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解
決したものであって、維持管理を容易とし、しかも、安
全に動作することのできるメタン発酵装置の安全装置を
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するためにこの発明は、メタン発
酵槽内の高濃度有機性排水や活性汚泥の余剰汚泥をメタ
ン発酵処理した際に生じたメタンガスを、ボイラに供給
し、あるいあガスホルダに一旦貯溜した後にボイラに供
給するようにしたメタン発酵処理の安全装置であって、
該安全装置は、前記メタン発酵槽内で生じたメタンガス
中の夾雑物を除去するフィルタ機構と、少なくともメタ
ン発酵槽またはガスホルダのうちのいずれか一方が高圧
または負圧異常になった際に正常な圧力範囲内とする水
封機構と、メタンガス中の凝縮水を排出するオーバーフ
ロー機構と、逆火を防止する逆火防止機構とを具えたも
のであり、前記フィルタ機構は複数の砂利層を有してい
るとともに、前記逆火防止機構は複数の砂利層を有し、
この砂利層は前記フィルタ機構の砂利層と兼用した手段
を採用したものである。

また、メタン発酵槽内の高濃度有機性排水や活性汚泥
の余剰汚泥をメタン発酵処理した際に生じたメタンガス
を、ボイラに供給し、あるいはガスホルダに一旦貯溜し
た後にボイラに供給するようにしたメタン発酵処理の安
全装置であって、該安全装置は、安全装置本体内に４つ
の仕切壁を配設して内部を５室に区画して、第１室、第
２室および第３室の下部を連通させるとともに、第４室
および第５室の下部を連通させ、前記第１室、第２室お
よび第３室に、その底面よりも上部に多孔板を設けてそ
の上面に砂利層を形成し、前記第１層を前記メタン発酵
槽と、第２室を前記ガスホルダと、第３室を前記ボイラ
とそれぞれ接続し、前記第４室および第５室を液室に形
成し、第３室と第４室との間に小孔を設けて、第１室、
第２室および第３室の下部に凝縮水を貯溜可能として余
剰の水を第４室および第５室に流入させ、第４室に静止
液面で開口して外部と連通する配管を配設し、また、こ
の配管と連通するとともに、第４室と第５室との間の仕
切壁の下端からの高さがガスホルダの最大許容圧力に相
当する水頭位置で開口する配管を第５室に設けたもので
あり、前記第５室には、第４室と第５室との間の仕切壁
の下端よりも上方で、第４室の内部での配管の開口位置
よりも下方の位置で開口する配管が設けられ、この配管
は前記メタン発酵槽と接続しており、また、前記第２室
には給水管が設けられている手段を採用したものであ
る。

〔作用〕

この発明は上記の手段を採用したことにより、メタン
ガスは、その内部の夾雑物をフィルタ機構で除去される
とともに、ガスホルダまたはボイラに伝達され、しか
も、この過程で再びフィルタ機構を通過するので２回の
濾過が行われ、また、圧力異常に対しては水封機構によ
って所定の圧力範囲外になることは防止され、また、メ
タンガス中の凝縮水はオーバーフロー機構で排出され、
さらに、逆火は逆火防止機構で確実に防止されることと
なる。

〔実施例〕

以下、図面に示すこの発明の実施例について説明す
る。

第１図にはこの発明によるメタン発酵処理装置の安全
装置４が使用されているメタン発酵処理装置全体のフロ
ーシートが示されていて、メタン発酵槽１はライン５を
介してこの発明による安全装置４に接続され、この安全
装置４は、ライン６を介してガスホルダ２に接続される
とともに、ライン７を介して建屋８内のボイラ３と接続
されている。

そして、前記安全装置は、従来のフローシートを示す
第５図におけるフィルタ、凝縮水収装置、逆火防止装
置、および安全弁の機能を有している。

そして、第２図〜第４図にはこの発明によるメタン発
酵処理装置の安全装置が示されていて、第２図は概略平
面図、第３図は第４図のIII-III線断面図、第４図は第
２図のIV-IV線断面図である。

まず、ステンレス、ライニング鋼板等からなる不燃性
で耐食性の高い材質からなるほぼ直方形の安全装置本体
11の内部に、仕切壁12、13、14、15を配設して安全装置
本体11と前記各仕切壁12、13、14および15との間で第１
室16、第２室17、第３室18、第４室19、および第５室20
が形成されている。

そして、前記仕切壁12、13おおび15は安全装置本体11
と上部および両側部の３辺とが密接し、下部の１辺は接
触しない構造とし、仕切壁14は安全装置本体11と４辺と
も密接しているが中央よりも上部に開口部21を有し、ま
た、中央下部には短管を仕切壁14に対して垂直に設けた
小孔22を有する構造となっている。

なお、前記小孔22を短管を用いて形成することなく、
仕切壁14に穿設して形成したものでも良いが、後述の逆
火防止機構との関連で、小孔22を火が通過する場合を想
定すれば、仕切壁14に穿設して形成するよりも短管を用
いて形成した方が火との接触面が大きくなるので温度降
下による消火を期待することができ、この意味では小孔
22は短管で形成する方が好ましいものである。

そして、第４図に示すように、第１室16から第３室18
までの底板として穴面積の総和を極力大きくした多孔板
23を設け、この多孔板23は前記仕切壁14に設けた小孔22
よりもやや高く配設されている。

第１室16内において前記多孔板23の上部には、平均径
５〜20mm程度で、充填高さがおよそ150〜300mm程度の砂
利層24を設け、また、第２室17と第３室18とにもそれぞ
れ砂利層25、26を設けている。

前記砂利層25、26に充填する砂利の平均径は砂利層24
と同一か、あるいはやや小さめとするのが良く、また、
砂利層25、26の充填高さはおよそ100〜200mmが目安で砂
利層24より低くても良い。

また、前記砂利層24、25、26の充填剤としては不燃性
で比熱が比較的高いものであれば、形状の如何を問わず
砂利以外のものを使用することも可能であり、砂利層2
4、25、26の水洗い、または交換の頻度は、砂利層24で
３年程度、砂利層25、26で６年程度が目安である。

前記第１室16の側面上部にはバルブ27を介してメタン
発酵槽１と接続する配管28が設けられ、また、第２室17
の側面上部には前記ガスホルダ２と接続する配管29が設
けられ、さらに、天板30にはバルブ31を介して給水用の
配管32が接続している。

第３室18の側面上部には建屋８内のボイラ３と接続す
る配管33が設けられている。

第５室20の側面最上部付近には、上端が大気に開放さ
れ、そして、十分な高さを有する配管34が設けられてい
る。

第５室20の外側で第５室20の近傍にはオーバーフロー
用の配管35が立設され、配管35の上端には大気に開放さ
れたオーバーフロー孔36が設けられている。

前記第４室19の内部において小孔22よりもやや低い位
置に、底板37に対して垂直に立ち上がる配管38の上端に
開放し、また、第５室20の内部において配管34との接合
部よりやや低い位置に、底板37に対して垂直に立ち上が
る配管39の上端に位置し、配管38と配管39との他端はと
もに前記配管35に連通している。

また、第５室20にはオーバーフロー孔36と配管38の上
端とを結ぶ線上よりも少し低い位置に、底板37に対して
垂直に立ち上がる配管40の一端を開口し、この配管40の
他端は前記バルブ27よりもメタン発酵槽１側の配管28に
連通している。

なお、前記各配管の径は15〜30mm程度としている。

また、前記第１室16〜第４室19の上部を覆う天板30お
よび第５室20の上部を覆う天板41は必要に応じて安全装
置本体11内を開放点検できるように、フランジ構造にす
るのが好ましい。

この場合、両天板30、41は同一レベルでも良いし、底
板37も底板42と同一レベルでも構わない。

また、第４室の仕切壁15の下端部43と底板37との間隙
は10mm程度以上であれば大きい程良く、多孔板23と液面
ａとの間隔は極力小さくするのが望ましく15〜30mm程度
とするのが良い。

そして、この発明によるメタン発酵処理装置の安全装
置は、上記のように構成されていることにより、メタン
ガス中の夾雑物を除去するフィルタ機構、高圧および／
または負圧の圧力異常に対処する水封機構、凝縮水を回
収後に自動的に排出するオーバーフロー機構、および温
度降下で逆火燃焼を抑止するための砂利槽および水槽を
有する逆火防止機構が形成されているものである。

そして、まず、フィルタ機構について説明すると、こ
のフィルタ機構は第１室〜第３室から構成され、メタン
発酵槽１から配管28（５）とバルブ27とを経て安全装置
本体11内に流入したメタンガスを第１室16に充填した砂
利層24で濾過するものである。

この場合、メタンガスには時折、乾燥して剥離した薄
膜状の汚泥や羽根等が混入するので、それら夾雑物を除
去するものであり、第１室16の砂利層24のバックアップ
用として第２室17に砂利層25、第３室18に砂利層26を配
設して砂利層24、25の下面の多孔板23と液面ａとで形成
される空間を設けてある。

これにより、第１室16に流入したメタンガスは、砂利
層24を通過後に多孔板23と液面ａとの間隙を通り、砂利
層26と配管33（７）を経てボイラ３に到達する場合と、
砂利層24を通過後に多孔板23と液面ａとの間隙を通り、
砂利層25と配管29（６）とを経て一旦ガスホルダ２に貯
溜された後に、ガスホルダ２から配管29（６）、砂利層
25、多孔板23と液面ａとの間隙、砂利層26の順に通り、
配管33（７）を通ってボイラ３に到達する場合との２通
りのうちのどちらかの流路で流れにことなり、少なくと
も２回はフィルタとしての砂利層を通過することにな
る。

したがって、最低２回のこの濾過でボイラ内の目詰ま
りによる失火を未然に防止することができるものであ
る。

そして、上記の場合、前記小孔22の開口径を大きくす
ることは砂利層24から多孔板23と液面ａとの間隙を通
り、小孔22から第４室19、さらに、開口部21、配管33
（７）を経てボイラ３に移動する一回濾過のメタンガス
の量が増加するので好ましいことではない。

また、水封機構は高圧および／または負圧の圧力異常
に対処するものであり、配管35、38、39、40と第４室19
および第５室20とか構成されていて、まず、ガスホルダ
２の最大許容圧力を定め、仕切壁15の下端部43と同一の
液面ｂから液面ｃまでの水圧が、ガスホルダ２の最大許
容圧力に等しくなるように液面ｃの位置を決め、配管39
の上端を液面ｃに一致させておく。

つづいて、運転前の静止液面の液面ｄと液面ｅとを液
面ｂと液面ｃとのほぼ中間に取り、配管38の上端とオー
バーフロー孔36のオーバーフローレベルを一致させ、ま
た、第４室19と第５室20の水面積はほぼ等しくなるよう
に決めてある。

そして、上記のような水封機構の作動に関しては以下
のように作動する。

すなわち、運転前の液面ｄに対して、運転時にはメタ
ン発酵槽１とガスホルダ２との所定圧力に応じて圧力が
作用し、液面ｄが下降して液面ｅが上昇し、メタン発酵
槽１とガスホルダ２との所定圧力に均衡する水頭差とし
て、たとえば、液面ｆと液面ｇの状態となる。

そして、メタン発酵槽１とガスホルダ２とに何らかの
事情で異常な圧力が作用すると、たとえば、液面ｆは液
面ｂまで下降し、液面ｇは液面ｃまで上昇して液面ｃを
超える水は配管39の上端から配管39、35を経てオーバー
フロー孔36から排出される。

さらに圧力が高くなってガスホルダ２の最大許容圧力
を超えると水封が破られてメタンガスが第４室19から下
端部43をくぐり抜けて第５室20、配管34を経て大気に放
出されるようになっている。

この場合、配管35の鉛直管部の長さを液面ｂと液面ｃ
との間の長さよりも十分に長くしておくことが有効であ
る。

一方、負圧の異常を生ずることがあれば、第４室19と
第５室20との液面位置が前記とは逆になる。

すなわち、液面ｅが下がり液面ｄが上がることになる
が、液面ｄには配管38の上端が開口しているので実際に
は液面ｄが上昇することはなく、液面ｄを超える水は配
管38、35を経てオーバーフロー孔36より排出されること
になる。

また、液面ｅが下がって下端部43まできた時に、下端
部43と液面ｄとで形成される水頭差が最大負圧を示し、
それより大きな負圧が生じても水封が破れて第５室20の
空気が下端部43をくぐり抜けて第４室19に流入するので
負圧の増大を招くことはないものである。

したがって、下端部43と液面ｄとの水頭差に見合う水
圧が最大許容負圧であり、その絶対値はガスホルダ２の
最大許容圧力の絶対値に対しておよそ半分になる。

また、水封機構の最後には、万が一バルブ27を運転中
に開け忘れたり、砂利層24が目詰まりを起こした時に備
えるのと、メタン発酵槽１の最大許容圧力を決めるため
に、一部が安全装置本体11の内部で大半がその外側に露
出している配管40を設けている。

この配管40の一端は第５室20に開放されているので配
管40の水平部の上部液面ｈと液面ｃとで形成する水頭差
が最大で、その状態以上にメタン発酵槽１の圧力が上昇
すれば、配管40の水封が破れてメタンガスはメタン発酵
槽１から配管40を経由して第５室20に吹き出し、配管34
を経て大気中に放出されることになる。

ここに液面ｈの位置を決めることによりメタン発酵槽
１の最大許容圧力が決定されることになり、上述したガ
スホルダ２の最大許容圧力、そして、最大許容負圧と合
わせて全ての機器と配管の構造強度条件を定めることが
可能となるものである。

そして、上記の水封機構では、蒸発した水分やオーバ
ーフローした水に起因する水不足で水封が不完全になる
ことは第２室17の上部にバルブ31を有する配管32が接続
されており、ここから少量の水を連続的、または間欠的
に供給するので確実に防止できるものである。

つぎにオーバーフロー機構について説明する。

オーバーフロー機構は凝縮水の回収と排出のためのも
のであり、したがって、安全装置本体11が第１図に示す
フローシートの全ての機器および配管の中で最低位に設
けられている。

そして、メタン発酵槽１から安全装置本体11に至る途
中の温度降下で凝縮した水分、すなわち、凝縮水は配管
28（５）とバルブ27とを経て自然落下で第１室16に流入
し、砂利層24で濾過された後に水層部44に落下するよう
になっている。

同様に、ガスホルダ２から安全装置本体11までと、ボ
イラ３から安全装置本体11までの間で生成する凝縮水
は、配管29（６）から砂利層25、配管33（７）から砂利
層26をそれぞれ経由して水層部44まで自然流下してく
る。

そして、回収され、また、濾過された凝縮水が集まる
と水層部44の液面ａが上昇し、小孔22から第４室へ余剰
の凝縮水がオーバーフローする。

ここで第４室19と第５室20の運転時の液面がそれぞ
れ、例えば、ｆとｇであるとした場合に、その液頭差は
保持されたまま第４室19へオーバーフローした凝縮水に
見合う分だけ液面ｆと液面ｇとが上昇する。

この場合、凝縮水が過剰であれば、第４室19と第５室
20の液面はそれぞれｄとｃとに近ずき、やがては配管38
および／または配管39の上端部から配管35を経てオーバ
ーフロー孔36から排出されるようになっている。

つぎに、逆火防止機構について説明する。

この逆火防止機構は、ボイラ３付近での出火は勿論、
メタン発酵槽１あるいはガスホルダ２周辺からの出火も
考慮しておく必要があるものであり、このために配管28
（５）、29（６）、33（７）のいずれを通って火が走っ
てきても、まず砂利層24、25、26のどれかを通過しなけ
ればならず、そして、常温で比熱の大きな砂利層を火が
通過する際の急激な温度降下だけで消火が可能となって
いる。

そして、それでも火が砂利層を通過した場合に備え
て、多孔板23と液面ａとの間隙を狭めて液面ａによる温
度降下でも消火ができるようになっている。

また、安全装置を介してボイラ３からガスホルダ２、
このガスホルダ２からメタン発酵槽１と火が伝播する場
合には、さらに別の砂利層を通過しなければならないよ
うになっているのでメタンガスの貯蔵あるいはその発生
源等に向かって火が走る逆火現象は安全装置本体11の内
部で確実に抑止することができるようになっている。

そして、前記のように機能する各機構を構成する各部
材は兼用してあり、たとえば、砂利層24、25、26はメタ
ンガスのフィルタとして機能するほか、凝縮水の濾過に
も用いることができ、さらに、逆火防止の充填層として
機能するようにしている。

また、前記第４室19と第５室20との水封機構によって
ガスホルダ２とメタン発酵槽１の最大許容圧力を超える
異常な圧力に対処するとともに、全ての機器と配管との
最大許容負圧を上回る異常な圧力にも対処することがで
きるようになっている。

さらに、前記第１室16から第３室18までの底部に設け
た多孔板23と液面ａとの間に空間を設けたことにより、
液面の逆火防止面として機能させることができ、メタン
発酵槽１からガスホルダ２へ、あるいはメタン発酵槽１
および／またはガスホルダ２からボイラ３へ移動するメ
タンガスの流れがその空間内で自由になることからガス
ホルダ２から取り出される配管を従来２本必要であった
ものから１本にすることができるものである。

さらに、メタン発酵槽１で生成する硫化水素等の臭気
成分を伴うメタンガスが配管を経て大気放出するように
なっているが、余剰メタンガス燃焼装置を設けて、ガス
ホルダあるいは安全装置等の圧力を検出しておき、大気
放出させる前に自動的に燃焼する装置として余剰メタン
ガス燃焼装置に兼用しておくことが好ましい。

また、メタンガス中に含まれる腐食性の高い硫化水素
をボイラに供給しないように、ボイラに接続する配管の
途中に脱硫塔を設けることが好ましい。

なお、この発明を前記実施例のように構成することな
く、第１室を第２室と第３室との両方に接するようにし
ても良いし、第４室または第５室を第１室および／また
は第２室に接するようにしても良く、さらに、全体形状
も直方形に限定することなく、円筒形や球形等に形成し
ても良いものである。

〔発明の効果〕

この発明は前記のように構成したことにより、本体内
に各機能を有するようにできて全体を小型とすることが
できるとともに、配管も少なくてすみ、また、構成部材
は全て固定されていて移動する部分がないので故障が少
なく、かつ、安全であるなどのすぐれた効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による安全装置が設けられているメタ
ン発酵処理装置の全体のフローシート、第２図はこの発
明によるメタン発酵処理装置の安全装置を示す概略平面
図、第３図は第４図のIII-III線に沿ってみた概略横断
面図、第４図は第２図のIV-IV線に沿ってみた概略縦断
面図、第５図は従来のもののフローシートである。１、51……メタン発酵槽２、52……ガスホルダ３、53……ボイラ４……安全装置５、６、７……ライン８……建屋 11……安全装置本体 12、13、14、15……仕切壁 16……第１室 17……第２室 18……第３室 19……第４室 20……第５室 21……開口部 22……小孔 23……多孔板 24、25、26……砂利層 27、31……バルブ 28、29、32、33、34、35、38、39、40……配管 30、41……天板 36……オーバーフロー孔 37、42……底板 43……下端部 44……水層部 54……フィルタ 55、56……凝縮水回収装置 57……逆火防止装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平山康光栃木県栃木市国府町字萱場１番三井三池化工機株式会社栃木工場内 (56)参考文献特開昭60−24400（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】メタン発酵槽内の高濃度有機性排水や活性
汚泥の余剰汚泥をメタン発酵処理した際に生じたメタン
ガスを、ボイラに供給し、あるいはガスホルダに一旦貯
溜した後にボイラに供給するようにしたメタン発酵処理
の安全装置であって、該安全装置は、前記メタン発酵槽
内で生じたメタンガス中の夾雑物を除去するフィルタ機
構と、少なくともメタン発酵槽またはガスホルダのうち
のいずれか一方が高圧または負圧異常になった際に正常
な圧力範囲内とする水封機構と、メタンガス中の凝縮水
を排出するオーバーフロー機構と、逆火を防止する逆火
防止機構とを具えたことを特徴とするメタン発酵処理装
置の安全装置。
【請求項２】前記フィルタ機構は複数の砂利層を有して
いる請求項１記載のメタン発酵処理装置の安全装置。
【請求項３】前記逆火防止機構は複数の砂利層を有し、
この砂利層は前記フィルタ機構の砂利層と兼用している
請求項１記載のメタン発酵処理装置の安全装置。
【請求項４】メタン発酵槽内の高濃度有機性排水は活性
汚泥の余剰汚泥をメタン発酵処理した際に生じたメタン
ガスを、ボイラに供給し、あるいはガスホルダに一旦貯
溜した後にボイラに供給するようにしたメタン発酵処理
の安全装置であって、該安全装置は、安全装置本体内に
４つの仕切壁を配設して内部を５室に区画して、第１
室、第２室および第３室の下部を連通させるとともに、
第４室および第５室の下部を連通させ、前記第１室、第
２室および第３室に、その底面よりも上部に多孔板を設
けてその上面に砂利層を形成し、前記第１層を前記メタ
ン発酵槽と、第２室を前記ガスホルダと、第３室を前記
ボイラとそれぞれ接続し、前記第４室および第５室を液
室に形成し、第３室と第４室との間に小孔を設けて、第
１室、第２室および第３室の下部に凝縮水を貯溜可能と
して余剰の水を第４室および第５室に流入させ、第４室
に静止液面で開口して外部と連通する配管を配設し、ま
た、この配管と連通するとともに、第４室と第５室との
間の仕切壁の下端からの高さがガスホルダの最大許容圧
力に相当する水頭位置で開口する配管を第５室に設けた
ことを特徴とするメタン発酵処理装置の安全装置。
【請求項５】前記第５室には、第４室と第５室との間の
仕切壁の下端よりも上方で、第４室の内部での配管の開
口位置よりも下方の位置で開口する配管が設けられ、こ
の配管は前記メタン発酵槽と接続している請求項４記載
のメタン発酵処理装置の安全装置。
【請求項６】前記第２室には給水管が設けられている請
求項４記載のメタン発酵処理装置の安全装置。