JP3852109B2

JP3852109B2 - メタン発酵処理装置

Info

Publication number: JP3852109B2
Application number: JP2002099919A
Authority: JP
Inventors: 元之依田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP2003290796A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はメタン発酵処理装置に関し、特には、ガス発生量が比較的少ない場合であっても効果的にガス攪拌を行うことができるメタン発酵処理装置に関する。詳細には、本発明は排水の浄化、汚泥の分解など、溶解性および固形有機物の嫌気的メタン発酵処理に用いられるメタン発酵処理装置であって、敷地面積が比較的小さく、機械的な攪拌装置が不要であり、高濃度の汚泥、有機性固形物などを処理するのに好適なメタン発酵処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタン発酵槽としては、下水汚泥の嫌気性消化に用いられている卵形消化槽が最も攪拌効率が良く、デッドスペースが少ないとされている。そのため、従来から、卵形消化槽が下水道分野など中〜大規模の処理施設に適用されている。ところが、このような卵形消化槽は組立コストが嵩んでしまい、また、内部の攪拌装置としても複雑な機械的な攪拌装置が用いられているため、設備全体のコストが著しく嵩んでしまう。そのため、卵形消化槽は下水道分野などに利用範囲が限定されている。
【０００３】
このため、畜産糞尿処理など設備コストを比較的低く抑えることが必要とされる場合には、従来から、直径数メートル、高さ１０メートル程度の円筒形のリアクターが多く用いられている。そのようなリアクターでは、内部の攪拌装置としてガス攪拌装置が多く用いられている。例えば、反応槽の内部が上室と主反応室とに分割され、それらがパイプによって接続され、発生するガス圧によって主反応室内の汚泥が上室に持ち上げられ、上室の液面がある一定のレベルになると上室内の汚泥がパイプを介して落下せしめられ、その落下する汚泥流によって主反応室内の攪拌が行われるものがある。しかしながら、比較的大きい敷地面積が必要であり、また、装置構造も複雑であるためにコストが嵩んでしまう。
【０００４】
また従来、上部に形成された出口と下部に形成された入口とを有するメタン発酵槽を具備し、出口及び入口と連通する貯留タンクを入口よりも高い位置に配置し、メタン発酵槽内のガス圧によってメタン発酵槽内から出口を介して貯留タンク内に押し出された液が、重力により落下し、入口を介してメタン発酵槽内に流入すると、それにより、メタン発酵槽内が攪拌されるようになっているメタン発酵処理装置が知られている。この種のメタン発酵処理装置の例としては、例えば特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたものがある。特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置では、まず、メタン発酵槽内で生成したメタンが配管を介して貯留タンクに供給される。その際に、ガスを伴って運ぶ水が貯留タンク内に集められる。次いで、貯留タンク内の水が配管を介してメタン発酵槽内に戻して供給され、その水によってメタン発酵槽内が攪拌されるようになっている。詳細には、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置は、排水用嫌気リアクターであるＵＡＳＢタイプのものであり、発生するガスによって槽内液と汚泥とをライザー管を介して上昇させ、気液分離後にダウンカマーで槽内に返送するようになっている内部循環型のリアクターを有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置はＵＡＳＢタイプのものであり、リアクター容量（ｍ^３）当たり一日のガス発生量が２〜２０Ｎｍ^３と比較的多いため、メタン発酵槽内のガスリフト効果によってメタン発酵槽内の液を貯留タンクまで押し出すことができる。しかしながら、通常のスラリー用発酵槽を有するメタン発酵処理装置のようにガス発生量がＵＡＳＢタイプのものほど多くないメタン発酵処理装置に特表２００１−５０７６１９号公報に記載された構成を適用した場合には、メタン発酵槽内のガス圧によってメタン発酵槽内の液を貯留タンクまで押し出すことができず、ガス攪拌を効果的に行うことができない。
【０００６】
つまり、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置では、メタン発酵槽内のガス圧によってメタン発酵槽内の液が出口を介して貯留タンク内に押し出される時に、入口も開放されており、閉鎖されていない。その結果、メタン発酵槽内のガス圧が入口側にも分散してしまう。そのため、ガス圧が比較的低い場合には、メタン発酵槽内の液をガス圧により貯留タンク内まで十分に押し出すことができないおそれがある。また、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置では、貯留タンク内の液が重力により落下し、入口を介してメタン発酵槽内に流入する時に、出口も開放されており、閉鎖されていない。その結果、貯留タンク内の液が出口を介してメタン発酵槽内に流入するおそれがある。そのため、貯留タンク内の液が入口のみを介してメタン発酵槽内に流入する場合よりもメタン発酵槽内の攪拌が不十分になってしまうおそれがある。つまり、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置の構成をガス発生量がＵＡＳＢタイプのものほど多くないメタン発酵処理装置に適用した場合には、メタン発酵槽内の液をガス圧により貯留タンク内まで十分に押し出すことができないおそれがあり、また、メタン発酵槽内の攪拌が不十分になってしまうおそれがある。
【０００７】
前記問題点に鑑み、本発明はガス発生量が比較的少ない場合であっても効果的にガス攪拌を行うことができるメタン発酵処理装置を提供することを目的とする
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、出口と入口とを有するメタン発酵槽を具備し、前記出口及び前記入口と連通する貯留タンクを前記入口よりも高い位置に配置し、前記メタン発酵槽内のガス圧によって前記メタン発酵槽内から前記貯留タンク内に押し出された液が、重力により落下して前記メタン発酵槽内に流入すると、それにより、前記メタン発酵槽内が攪拌されるようになっているメタン発酵処理装置において、前記出口と前記貯留タンクとの間に出口弁を配置すると共に、前記入口と前記貯留タンクとの間に入口弁を配置し、前記メタン発酵槽内のガス圧によって前記メタン発酵槽内の液が前記貯留タンク内に押し出される貯留時には、前記出口弁を開弁すると共に、前記入口弁を閉弁し、前記貯留タンク内の液が重力により落下して前記メタン発酵槽内に流入する攪拌時には、前記出口弁を閉弁すると共に、前記入口弁を開弁することを特徴とするメタン発酵処理装置が提供される。
【０００９】
請求項１に記載のメタン発酵処理装置では、メタン発酵槽内のガス圧によってメタン発酵槽内の液が出口を介して貯留タンク内に押し出される貯留時に、出口と貯留タンクとの間に配置された出口弁が開弁され、入口と貯留タンクとの間に配置された入口弁が閉弁される。そのため、貯留時にメタン発酵槽内のガス圧が入口を介して分散してしまうのを回避することができる。その結果、入口が開放されている場合よりも確実にメタン発酵槽内の液をガス圧によって貯留タンク内まで押し出すことができる。更に、貯留タンク内の液が重力により落下し入口を介してメタン発酵槽内に流入する攪拌時には、出口弁が閉弁され、入口弁が開弁される。そのため、貯留タンク内の液が出口を介してメタン発酵槽内に流入してしまうのを回避することができる。その結果、貯留タンク内の液が入口及び出口の両方を介してメタン発酵槽内に流入する場合よりも効果的にメタン発酵槽内の攪拌を行うことができる。すなわち、ガス発生量が比較的少ない場合であっても効果的にガス攪拌を行うことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、前記入口及び前記出口を前記メタン発酵槽内に配置し、前記貯留タンクを前記メタン発酵槽上であって前記メタン発酵槽用の敷地内に収まる位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置が提供される。
【００１１】
請求項２に記載のメタン発酵処理装置では、入口及び出口がメタン発酵槽内に配置されている。そのため、入口及び出口がメタン発酵槽の外側に突出している場合よりもメタン発酵処理装置の敷地面積を小さくすることができる。更に、貯留タンクがメタン発酵槽上であってメタン発酵槽用の敷地内に収まる位置に配置されている。そのため、貯留タンクがメタン発酵槽用の敷地よりも外側に突出している場合よりもメタン発酵処理装置の敷地面積を小さくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は本発明のメタン発酵処理装置の第一の実施形態の概略構成図である。図１において、１は有機汚泥、スラリー状有機性廃棄物、破砕された生ゴミなどのメタン発酵処理を行うためのメタン発酵槽である。第一の実施形態の嫌気性のメタン発酵槽１は、高さが７ｍ以上とされ、直径が高さの３分の１以下とされ、縦長のカラム状の形状とされている。つまり、縦横比が３以上とされている。好ましくは、縦横比が４以上とされ、経済的な理由から、高さは１０ｍ以上２５ｍ以下とされる。２はメタン発酵槽１の上部に形成された出口、３はメタン発酵槽１の下部に形成された入口である。４は出口２及び入口３と連通している貯留タンクである。この貯留タンク４は入口３よりも高い位置に配置されている。
【００１４】
５は貯留タンク４と入口３とを連通させるためにメタン発酵槽１に沿って鉛直方向に延びている縦配管、６は出口２と縦配管５とを連通させるために水平方向に延びている横配管、７は入口３と縦配管５とを連通させるために水平方向に延びている横配管である。８は出口２と貯留タンク４との間に配置された出口弁、９は入口３と貯留タンク４との間に配置された入口弁である。詳細には、出口弁８は横配管６上に配置されており、入口弁９は横配管７上に配置されている。１０はメタン発酵槽１内のガスを抜くための配管、１１は貯留タンク４内のガスを抜くための配管である。配管１０及び配管１１は合流してガスホルダー（図示せず）まで延びている。１２は配管１０上に配置された弁、１３は配管１０と配管１１とが合流して形成された配管上に配置された弁である。１４は原泥を供給するための供給口、１５は処理汚泥を排出するための排出口である。
【００１５】
図１に示すように、第一の実施形態のメタン発酵処理装置では、メタン発酵槽１内の液を貯留タンク４内に貯留すべき貯留時に、出口弁８が開弁され、入口弁９が閉弁され、弁１２が閉弁され、弁１３が開弁される。つまり、弁１２が閉弁されるため、メタン発酵槽１内で発生するガスは弁１２を介してメタン発酵槽１外に流出することができない。その結果、メタン発酵槽１内で発生するガスおよびそのガス圧によって押し出される槽内液は出口２及び入口３を介してメタン発酵槽１外に流出しようとする。ところが、第一の実施形態では、貯留時に入口弁９が閉弁されているため、メタン発酵槽１内で発生するガスおよびそのガス圧によって押し出される槽内液は入口３を介してメタン発酵槽１外に流出することができない。一方、貯留時に出口弁８は開弁されているため、メタン発酵槽１内で発生するガスおよびそのガス圧によって押し出される槽内液は、出口２を介してメタン発酵槽１外に流出する。また、貯留時に弁１３が開弁されているため、出口２を介してメタン発酵槽１外に流出したガス及び槽内液は、貯留タンク４内に流入することができる。貯留タンク４内に流入した液は一時的に貯留タンク４内に貯留される。貯留タンク４から溢れ出たガスは弁１３を介してガスホルダーに送られる。尚、この貯留時には、原泥はポンプ等により、連続的あるいは間欠的に供給口１４を介してメタン発酵槽１内に供給され、処理汚泥も引き抜きポンプ又は重力などにより、連続的あるいは間欠的に排出口１５を介してメタン発酵槽１外に引き抜かれる。
【００１６】
次いで、貯留タンク４内の液によってメタン発酵槽１内を攪拌すべき攪拌時には、出口弁８が閉弁され、入口弁９が開弁され、弁１２が開弁され、弁１３が閉弁される。つまり、弁１３が閉弁されるため、貯留タンク４内の液から発生するガスは弁１３を介してガスホルダーまで移動することができない。一方、弁１２が開弁されるため、メタン発酵槽１内で発生するガスが配管１０、弁１２及び配管１１を介して貯留タンク４内に流入する。重力および配管１１を介して貯留タンク４内に流入するガスの圧力により、貯留タンク４内の液が下側、つまり、配管５の側に付勢される。ところが、攪拌時には出口弁８が閉弁されているため、貯留タンク４内の液は出口２を介してメタン発酵槽１内に流入することができない。一方、攪拌時に入口弁９が開弁されているため、貯留タンク４内の液は入口３を介してメタン発酵槽１内に流入することができる。メタン発酵槽１内の液は、入口３を介してメタン発酵槽１内に流入する液によって攪拌される。
【００１７】
第一の実施形態によれば、上述したように、メタン発酵槽１内のガス圧によってメタン発酵槽１内の液が出口２を介して貯留タンク４内に押し出される貯留時に、出口２と貯留タンク４との間に配置された出口弁８が開弁され、入口３と貯留タンク４との間に配置された入口弁９が閉弁される。そのため、貯留時にメタン発酵槽１内のガス圧が入口３を介して分散してしまうのを回避することができる。その結果、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置のように入口が開放されている場合よりも確実にメタン発酵槽１内の液をガス圧によって貯留タンク４内まで押し出すことができる。更に、貯留タンク４内の液が重力により落下し入口３を介してメタン発酵槽１内に流入する攪拌時には、出口弁８が閉弁され、入口弁９が開弁される。そのため、貯留タンク４内の液が出口２を介してメタン発酵槽１内に流入してしまうのを回避することができる。その結果、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置のように貯留タンク内の液が入口及び出口の両方を介してメタン発酵槽内に流入する場合よりも効果的にメタン発酵槽１内の攪拌を行うことができる。すなわち、ガス発生量が比較的少ない場合であっても効果的にガス攪拌を行うことができる。なお、この実施形態では、望ましい実施形態として、メタン発酵槽の上部に出口、下部に入口を設けたが、下部に出口、上部に入口を設けることも可能である。出口と入口の位置関係は、高さに関係なく、メタン発酵槽内の汚泥の混合が良好に行えるような位置関係であれば、特に制限はない。
【００１８】
以下、本発明のメタン発酵処理装置の第二の実施形態について説明する。図２は本発明のメタン発酵処理装置の第二の実施形態の概略構成図である。図２において、１０１は有機汚泥、スラリー状有機性廃棄物、破砕された生ゴミなどのメタン発酵処理を行うためのメタン発酵槽である。第二の実施形態の嫌気性のメタン発酵槽１０１も、高さが７ｍ以上とされ、直径が高さの３分の１以下とされ、縦長のカラム状の形状とされている。つまり、縦横比が３以上とされている。好ましくは、縦横比が４以上とされ、経済的な理由から、高さは１０ｍ以上２５ｍ以下とされる。１０２はメタン発酵槽１０１の上部に形成された出口、１０３はメタン発酵槽１０１の下部に形成された入口である。出口１０２及び入口１０３はメタン発酵槽１０１内に配置されている。１０４は出口１０２及び入口１０３と連通している貯留タンクである。この貯留タンク１０４は入口１０３よりも高い位置に配置されている。詳細には、貯留タンク１０４は、メタン発酵槽１０１の上であって、メタン発酵槽１０１用の敷地内に収まる位置に配置されている。
【００１９】
１０６は出口１０２と貯留タンク１０４とを連通させるための配管、１０７は入口３と貯留タンク１０４とを連通させるための配管である。１０８は出口１０２と貯留タンク１０４との間に配置された出口弁、１０９は入口１０３と貯留タンク１０４との間に配置された入口弁である。詳細には、出口弁１０８は配管１０６上に配置されており、入口弁１０９は配管１０７上に配置されている。１１０はメタン発酵槽１０１内のガスを抜くための配管、１１１は貯留タンク１０４内のガスを抜くための配管である。配管１１０及び配管１１１は合流してガスホルダー（図示せず）まで延びている。１１２は配管１１０上に配置された弁、１１３は配管１１０と配管１１１とが合流して形成された配管上に配置された弁である。１１４は原泥を供給するための供給口、１１５は処理汚泥を排出するための排出口である。
【００２０】
図２に示すように、第二の実施形態のメタン発酵処理装置では、メタン発酵槽１０１内の液を貯留タンク１０４内に貯留すべき貯留時に、出口弁１０８が開弁され、入口弁１０９が閉弁され、弁１１２が閉弁され、弁１１３が開弁される。つまり、弁１１２が閉弁されるため、メタン発酵槽１０１内で発生するガスは弁１１２を介してメタン発酵槽１０１外に流出することができない。その結果、メタン発酵槽１０１内で発生するガスおよびそのガス圧によって押し出される槽内液は出口１０２及び入口１０３を介してメタン発酵槽１０１外に流出しようとする。ところが、第二の実施形態では、貯留時に入口弁１０９が閉弁されているため、メタン発酵槽１０１内で発生するガスおよびそのガス圧によって押し出される槽内液は入口１０３を介してメタン発酵槽１０１外に流出することができない。一方、貯留時に出口弁１０８は開弁されているため、メタン発酵槽１０１内で発生するガスおよびそのガス圧によって押し出される槽内液は、出口１０２を介してメタン発酵槽１０１外に流出する。また、貯留時に弁１１３が開弁されているため、出口１０２を介してメタン発酵槽１０１外に流出したガス及び槽内液は、貯留タンク１０４内に流入することができる。貯留タンク１０４内に流入した液は一時的に貯留タンク１０４内に貯留される。貯留タンク１０４から溢れ出たガスは弁１１３を介してガスホルダーに送られる。尚、この貯留時には、原泥はポンプ等により、連続的あるいは間欠的に供給口１１４を介してメタン発酵槽１０１内に供給され、処理汚泥も引き抜きポンプ又は重力などにより、連続的あるいは間欠的に排出口１１５を介してメタン発酵槽１０１外に引き抜かれる。
【００２１】
次いで、貯留タンク１０４内の液によってメタン発酵槽１０１内を攪拌すべき攪拌時には、出口弁１０８が閉弁され、入口弁１０９が開弁され、弁１１２が開弁され、弁１１３が閉弁される。つまり、弁１１３が閉弁されるため、貯留タンク１０４内の液から発生するガスは弁１１３を介してガスホルダーまで移動することができない。一方、弁１１２が開弁されるため、メタン発酵槽１０１内で発生するガスが配管１１０、弁１１２及び配管１１１を介して貯留タンク１０４内に流入する。重力および配管１１１を介して貯留タンク１０４内に流入するガスの圧力により、貯留タンク１０４内の液が配管１０６及び配管１０７の側に付勢される。ところが、攪拌時には出口弁１０８が閉弁されているため、貯留タンク１０４内の液は出口１０２を介してメタン発酵槽１０１内に流入することができない。一方、攪拌時に入口弁１０９が開弁されているため、貯留タンク１０４内の液は入口１０３を介してメタン発酵槽１０１内に流入することができる。メタン発酵槽１０１内の液は、入口１０３を介してメタン発酵槽１０１内に流入する液によって攪拌される。
【００２２】
第二の実施形態によれば、上述したように、メタン発酵槽１０１内のガス圧によってメタン発酵槽１０１内の液が出口１０２を介して貯留タンク１０４内に押し出される貯留時に、出口１０２と貯留タンク１０４との間に配置された出口弁１０８が開弁され、入口１０３と貯留タンク１０４との間に配置された入口弁１０９が閉弁される。そのため、貯留時にメタン発酵槽１０１内のガス圧が入口１０３を介して分散してしまうのを回避することができる。その結果、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置のように入口が開放されている場合よりも確実にメタン発酵槽１０１内の液をガス圧によって貯留タンク１０４内まで押し出すことができる。更に、貯留タンク１０４内の液が重力により落下し入口１０３を介してメタン発酵槽１０１内に流入する攪拌時には、出口弁１０８が閉弁され、入口弁１０９が開弁される。そのため、貯留タンク１０４内の液が出口１０２を介してメタン発酵槽１０１内に流入してしまうのを回避することができる。その結果、特表２００１−５０７６１９号公報に記載されたメタン発酵処理装置のように貯留タンク内の液が入口及び出口の両方を介してメタン発酵槽内に流入する場合よりも効果的にメタン発酵槽１０１内の攪拌を行うことができる。すなわち、ガス発生量が比較的少ない場合であっても効果的にガス攪拌を行うことができる。
【００２３】
また第二の実施形態によれば、上述したように、入口１０３及び出口１０２がメタン発酵槽１０１内に配置されている。そのため、入口３から延びる配管７及び出口２から延びる配管６がメタン発酵槽１の外側に突出している第一の実施形態のメタン発酵処理装置よりもメタン発酵処理装置の敷地面積を小さくすることができる。更に、貯留タンク１０４がメタン発酵槽１０１上であってメタン発酵槽１０１用の敷地内に収まる位置に配置されている。そのため、貯留タンク４がメタン発酵槽１用の敷地よりも外側に突出している第一の実施形態のメタン発酵処理装置よりもメタン発酵処理装置の敷地面積を小さくすることができる。
【００２４】
上述した第一及び第二の実施形態では、攪拌時に貯留タンク内の液及びその液から発生するガスをメタン発酵槽内に強制的に送り込むための手段が設けられていないが、他の実施形態では、攪拌時に貯留タンク内の液及びその液から発生するガスをメタン発酵槽内に強制的に送り込むためにブロワ、コンプレッサ等を設けることも可能である。これにより、攪拌強度を高めることができる。この構成は、処理すべき汚泥の濃度が高いときなどに効果的である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ガス発生量が比較的少ない場合であっても効果的にガス攪拌を行うことができる。
【００２６】
請求項２に記載の発明によれば、メタン発酵処理装置の敷地面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタン発酵処理装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明のメタン発酵処理装置の第二の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１メタン発酵槽
２出口
３入口
４貯留タンク
８出口弁
９入口弁

Claims

出口と入口とを有するメタン発酵槽を具備し、前記出口及び前記入口と連通する貯留タンクを前記入口よりも高い位置に配置し、前記メタン発酵槽内のガス圧によって前記メタン発酵槽内から前記貯留タンク内に押し出された液が、重力により落下して前記メタン発酵槽内に流入すると、それにより、前記メタン発酵槽内が攪拌されるようになっているメタン発酵処理装置において、前記出口と前記貯留タンクとの間に出口弁を配置すると共に、前記入口と前記貯留タンクとの間に入口弁を配置し、前記メタン発酵槽内のガス圧によって前記メタン発酵槽内の液が前記貯留タンク内に押し出される貯留時には、前記出口弁を開弁すると共に、前記入口弁を閉弁し、前記貯留タンク内の液が重力により落下して前記メタン発酵槽内に流入する攪拌時には、前記出口弁を閉弁すると共に、前記入口弁を開弁することを特徴とするメタン発酵処理装置。
前記入口及び前記出口を前記メタン発酵槽内に配置し、前記貯留タンクを前記メタン発酵槽上であって前記メタン発酵槽用の敷地内に収まる位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。