JP4611777B2

JP4611777B2 - メタン発酵システム及びメタン発酵方法

Info

Publication number: JP4611777B2
Application number: JP2005075729A
Authority: JP
Inventors: 治夫栗栖
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: JP2006255571A

Description

本発明は、メタン発酵システム及びメタン発酵方法に関する。

従来、有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵し、このメタン発酵槽の汚泥を沈殿槽で固液分離し、固液分離した分離汚泥の一部をメタン発酵槽に返送する一方で、分離汚泥の残り及び固液分離した分離液を系外に排出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置にあっては、メタン発酵槽でのメタン発酵により、有機性廃棄物中の固形物の大部分はガス化されて放出される一方で、一部は未分解固形物（残渣）としてメタン発酵槽に残り、さらに一部は増殖メタン菌（固形物）としてメタン発酵槽に残る。また、有機性廃棄物中の水分は、メタン発酵槽にそのまま残る。従って、この未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分が、系内での増量分となる。
特開２００２−３０１４９５号公報

ここで、上記公報に記載のようにメタン発酵槽からの汚泥を固液分離するものとして沈殿槽や、例えば機械式のものを用いた場合には、分離汚泥に水分が、分離液に固形分が各々混じると共に、供給される汚泥濃度やその他条件により固形物の回収率が異なることになる。従って、分離汚泥の一部をメタン発酵槽に返送し、分離汚泥の残り及び分離液を系外に排出する上記公報の方式では、前述した系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に排出しメタン発酵槽内を所望の高いＴＳ濃度の一定条件とすることはほぼ不可能であり、メタン発酵を効率的に行うことが難しい。

また、系外に排出される分離液に対しては、後段で例えば滅菌処理等が施されることになるが、上記従来技術では分離液の排出量が多く、後段での滅菌処理等が容易では無い。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、メタン発酵槽内が所望の高いＴＳ濃度の一定条件とされメタン発酵が効率的に行われると共に、分離液の系外への排出量が低減され後段での分離液の例えば滅菌処理等が容易とされるメタン発酵システム及びメタン発酵方法を提供することを目的とする。

本発明によるメタン発酵システムは、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽と、メタン発酵槽からの汚泥を固液分離する固液分離手段と、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部を、有機性廃棄物に混合するように返送する分離汚泥返送ラインと、固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、有機性廃棄物に混合するように返送する第一の分離液返送ラインと、固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送する第二の分離液返送ラインと、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残りを系外に排出する分離汚泥排出ラインと、固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出する分離液排出ラインと、を具備したことを特徴としている。

また、本発明によるメタン発酵方法は、有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵し、このメタン発酵槽からの汚泥を固液分離手段で固液分離し、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部及び固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、有機性廃棄物に混合するように返送すると共に、固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送し、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残り及び固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出することを特徴としている。

このようなメタン発酵システム及びメタン発酵方法によれば、固液分離した一方側であり水分が混じる分離汚泥のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送する従来方式に加えて、固液分離した他方側であり固形物が混じる分離液のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送すると共に分離液のさらに一部をメタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送し、すなわち固液分離した分離汚泥の一部のみを返送する従来方式に加えて固液分離した分離液の一部も返送し、分離汚泥及び分離液の残りを系外に排出するようにしているため、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に概ね排出することが可能とされメタン発酵槽内を所望のＴＳ濃度の一定条件とすることが可能とされると共に、分離液の系外への排出量を低減することが可能とされる。しかも、このように分離液のさらに一部をメタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送しているため、メタン発酵槽内のＴＳ濃度を所望に高めることが可能とされる。

ここで、固液分離した分離汚泥に水分が混じり、固液分離した分離液に固形分が混じる固液分離手段としては、具体的には、機械式又は沈殿式の固液分離手段が挙げられる。

このように本発明によれば、メタン発酵槽内を所望の高いＴＳ濃度の一定条件とすることが可能とされるため、メタン発酵を効率的に行うことが可能になると共に、分離液の系外への排出量を低減することが可能とされるため、後段での分離液の例えば滅菌処理等を容易とすることが可能となる。

以下、本発明によるメタン発酵システム及びメタン発酵方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るメタン発酵システムを示す概略構成図であり、例えば廃棄物処理設備等に採用されるものである。

図１に示すように、メタン発酵システム１００は、メタン発酵槽１、混合槽２、固液分離手段３をこの順に接続して備えると共に、固液分離手段３の分離汚泥排出側とメタン発酵槽１とを接続する分離汚泥返送ラインＬ１、この分離汚泥返送ラインＬ１の途中で分岐される分離汚泥排出ラインＬ４、固液分離手段３の分離液排出側とメタン発酵槽１とを接続する第一の分離液返送ラインＬ２、固液分離手段３の分離液排出側と混合槽２とを接続する第二の分離液返送ラインＬ３、これらの分離液返送ラインＬ２，Ｌ３の途中で分岐される分離液排出ラインＬ５を備え、導入される有機性廃棄物を所定にメタン発酵処理するものである。そして、ここでは、有機性廃棄物として、食品残渣等の含水固形物（家庭ごみ等）が高濃度の有機性廃棄物として導入される。

メタン発酵槽１は、導入される有機性廃棄物、分離汚泥返送ラインＬ１を介して返送される分離汚泥の一部、及び、第一の分離液返送ラインＬ２を介して返送される分離液の一部を撹拌機により撹拌しながらメタン発酵し、メタンと二酸化炭素を主成分とするバイオガスを生成するものである。このメタン発酵槽１で生成されたバイオガスは、例えば、ガスエンジンや燃料電池といった発電機やボイラの燃料として用いられる。また、バイオガス中のメタンを、例えば、気体分離膜方式、ＰＳＡ方式又は加圧水吸収方式等により濃縮することで、自動車燃料等として利用される。

このメタン発酵槽１に接続される混合槽２は、メタン発酵槽１からの汚泥及び第二の分離液返送ラインＬ３を介して返送される分離液のさらに一部を、撹拌機の撹拌により混合し、性状を均一化するものである。

この混合槽２に接続される固液分離手段３は、混合槽２からの汚泥を固形物と液体とに分離するためのものであり、分離汚泥と分離液とに分離する。この固液分離手段３としては、例えば、スクリュープレス脱水機、遠心脱水機、フィルタープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、多重円板脱水機等の機械式の固液分離手段、又は、沈殿式（沈降分離式）の固液分離手段（沈殿槽）が用いられる。

固液分離手段３の分離汚泥排出側とメタン発酵槽１とを接続する分離汚泥返送ラインＬ１は、固液分離手段３からの分離汚泥の一部をメタン発酵槽１に返送する。一方、固液分離手段３の分離液排出側とメタン発酵槽１とを接続する第一の分離汚泥返送ラインＬ２は、固液分離手段３からの分離液の一部をメタン発酵槽１に返送する。また、固液分離手段３の分離液排出側と混合槽２とを接続する第二の分離汚泥返送ラインＬ３は、固液分離手段３からの分離液のさらに一部を混合槽２に返送する。

また、分離汚泥返送ラインＬ１から分岐された分離汚泥排出ラインＬ４は、分離汚泥の残りを系外に排出し、第一、第二の分離液返送ラインＬ２，Ｌ３から分岐された分離液排出ラインＬ５は、分離液の残りを系外に排出し河川等に放流すべく後段の滅菌処理に供する。

次に、このように構成されたメタン発酵システム１００の作用について説明する。導入された有機性廃棄物は、メタン発酵槽１で、固液分離手段３から分離汚泥返送ラインＬ１を介して返送される分離汚泥の一部及び固液分離手段３から第一の分離液返送ラインＬ２を介して返送される分離液の一部と混合され、この分離汚泥及び分離液の返送により所望の高いＴＳ濃度とされたメタン発酵槽１においてメタン発酵される。

このメタン発酵槽１でのメタン発酵により、有機性廃棄物中の固形物の大部分はガス化されバイオガスとして放出されて所定に利用され、一部は未分解固形物（残渣）としてメタン発酵槽１に残り、さらに一部は増殖メタン菌（固形物）としてメタン発酵槽１に残る。一方、有機性廃棄物中の水分は、メタン発酵槽１にそのまま残る（ごく一部の水分はガス化し、反応によりごく少量の水は発生する）。

この未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分が、メタン発酵槽１での増量分となり、メタン発酵槽１内を所望のＴＳ濃度の一定条件（メタン発酵槽１内の液面の増減が無い、ＴＳ濃度が一定）とするには、この増量分を系外に排出する必要があるが、これについては後述する。

メタン発酵槽１の汚泥は、混合槽２で固液分離手段３から第二の分離液返送ラインＬ３を介して返送される分離液のさらに一部と混合され、この混合槽２の汚泥は、固液分離手段３で分離汚泥と分離液とに固液分離される。

ここで、固液分離手段３としては、前述のように、機械式又は沈殿式が用いられているため、固液分離した分離汚泥には水分が、固液分離した分離液には固形分が各々混じると共に、供給される汚泥濃度やその他条件により固形物の回収率が異なることになる。従って、従来のような分離汚泥の一部をメタン発酵槽に返送し分離汚泥の残り及び分離液の全部を系外に排出する方式では、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に排出しメタン発酵槽内を所望の高いＴＳ濃度の一定条件とすることはほぼ不可能である。

しかしながら、本実施形態においては、固液分離手段３の分離汚泥の一部が分離汚泥返送ラインＬ１によりメタン発酵槽１に返送されると共に分離液の一部が第一の分離液返送ラインＬ２によりメタン発酵槽１に返送され、分離液のさらに一部が第二の分離液返送ラインＬ３により混合槽２に返送され、一方、分離汚泥の残りが分離汚泥排出ラインＬ４を介して系外に排出されると共に、分離液の残りが分離液排出ラインＬ５を介して系外に排出される。

このように、本実施形態では、固液分離した一方側であり水分が混じる分離汚泥のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送する従来方式に加えて、固液分離した他方側であり固形物が混じる分離液のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送すると共に分離液のさらに一部をメタン発酵槽１からの汚泥に混合するように返送し、すなわち固液分離した分離汚泥の一部のみを返送する従来方式に加えて固液分離した分離液の一部も返送し、分離汚泥及び分離液の残りを系外に排出するようにしているため、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に概ね排出することが可能とされメタン発酵槽１内を所望のＴＳ濃度の一定条件とすることが可能とされると共に、分離液の系外への排出量を低減することが可能とされる。しかも、このように分離液のさらに一部をメタン発酵槽１からの汚泥に混合するように返送しているため、メタン発酵槽１内のＴＳ濃度を所望に高めることが可能とされる。これらの結果、メタン発酵を効率的に行うこと、及び、後段での分離液の滅菌処理等を容易とすることが可能とされる。なお、本実施形態にあっては、種汚泥の投入及び加水の必要は無い。

図２は、図１のメタン発酵システム１００の物質収支の一例を示す図であり、固液分離手段３の分離汚泥のＴＳ回収率が７０％の時のものである。ここでは、食品糟２５ｋｇ（水分１８．７５ｋｇ、ＴＳ（固形物）６．２５ｋｇ；ＴＳ濃度２５％）が有機性廃棄物として導入されている。この有機性廃棄物が、ＴＳ濃度４％のメタン発酵槽１でメタン発酵され、バイオガス４．４ｋｇが放出される一方で、未分解固形物及び増殖メタン菌１．８５ｋｇ、水分１８．７５ｋｇの混合物（ＴＳ濃度８．９８％）が系内の増加分として残る。

ここで、メタン発酵槽１のＴＳ濃度を４％として系内のバランスを保つには、図２に示すように、分離汚泥の一部１．５４ｋｇ（水分１．３９ｋｇ、ＴＳ０．１５ｋｇ）をメタン発酵槽１に返送すると共に、分離液の一部２７．８６ｋｇをメタン発酵槽１に返送し、分離液のさらに一部１６４ｋｇを混合槽２に返送すれば良い。これにより、メタン発酵槽１のＴＳ濃度が４％に保たれると共に、分離汚泥の残り１２．５ｋｇ（水分１１．２ｋｇ、ＴＳ１．２５ｋｇ）及び分離液の残り７．６ｋｇ（水分７．５４ｋｇ、ＴＳ０．０２ｋｇ）が系外に排出され、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分が系外に概ね排出される。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、分離汚泥の一部を分離汚泥返送ラインＬ１により、分離液の一部を第一の分離液返送ラインＬ２によりメタン発酵槽１に返送するようにしているが、有機性廃棄物をメタン発酵槽１に移送するラインに返送しても良く、また、メタン発酵槽１の前段に有機性廃棄物が流入する例えば酸生成槽を設ける場合には当該酸生成槽に返送するようにしても良く、要は、有機性廃棄物に混合するように返送できれば良い。

また、上記実施形態においては、分離液のさらに一部を第二の分離液返送ラインＬ３により混合槽２に返送するようにしているが、メタン発酵槽１の汚泥を混合槽２に移送するラインに返送しても良い。また、混合槽２は無くても良く、この場合には、メタン発酵槽１の汚泥を固液分離手段３に移送するラインに返送すれば良く、要は、メタン発酵槽１からの汚泥に混合するように返送できれば良い。

また、上記実施形態においては、特に好適であるとして、食品残渣等の含水固形物を高濃度の有機性廃棄物として対象としているが、高濃度の液状有機性廃棄物であっても良く、要は、有機性廃棄物全般に対して適用可能である。

本発明の実施形態に係るメタン発酵システムを示す概略構成図である。図１のメタン発酵システムの物質収支の一例を示す図である。

符号の説明

１…メタン発酵槽、２…混合槽、３…固液分離手段、１００…メタン発酵システム、Ｌ１…分離汚泥返送ライン、Ｌ２…第一の分離液返送ライン、Ｌ３…第二の分離液返送ライン、Ｌ４…分離汚泥排出ライン、Ｌ５…分離液排出ライン。

Claims

有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽からの汚泥を固液分離する固液分離手段と、
前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部を、前記有機性廃棄物に混合するように返送する分離汚泥返送ラインと、
前記固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、前記有機性廃棄物に混合するように返送する第一の分離液返送ラインと、
前記固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、前記メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送する第二の分離液返送ラインと、
前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残りを系外に排出する分離汚泥排出ラインと、
前記固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出する分離液排出ラインと、を具備したメタン発酵システム。
前記固液分離手段は、機械式又は沈殿式であることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵システム。
有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵し、
このメタン発酵槽からの汚泥を固液分離手段で固液分離し、
前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部及び前記固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、前記有機性廃棄物に混合するように返送すると共に、前記固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、前記メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送し、
前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残り及び前記固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出することを特徴とするメタン発酵方法。