JP5190649B2

JP5190649B2 - ガス吸引システム及びそれを用いたガス吸引方法

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Publication number: JP5190649B2
Application number: JP2006232157A
Authority: JP
Inventors: 和夫岡村; 雅晴田崎
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2026-08-29
Also published as: JP2008055258A

Description

本発明は、可燃性ガスを含有する廃棄物からガスを吸引するガス吸引システム及びそれを用いたガス吸引方法に関するものである。

従来、生物分解可能な有機性廃棄物を埋立地において埋立処理し、該埋立処理した有機性廃棄物から嫌気性発酵に伴いメタンガスが発生する間は、メタンガスを回収し、メタンガスの発生が終了した後は、前記埋立処理した有機性廃棄物の発酵分解物を掘起し、堆肥、土壌改良材、覆土材及び固形燃料の少なくとも一つのリサイクル品として回収する有機性廃棄物の処理方法であって、前記掘起した発酵分解物は、リサイクル品を回収した後の未発酵分解物を繰返し埋立処理することができる処理方法がある（特許文献１参照）。

この処理方法におけるメタン回収の方法は、地表面から大気へのメタンガスの拡散を減らし、効率的かつ定量的にガスを回収するため、埋立時あるいは埋立後に埋設した水平ガス井や垂直ガス井あるいは表面ガス井などの単一あるいは組合せたガス井から、ブロアでメタンガスを吸引し、回収したメタンガス中の水分、微細粒子及び硫化水素などを除去するため、除湿機により水分を凝縮、除去し、フィルターにより微細粒子を除去し、乾式脱硫装置あるいは生物脱硫装置により硫化水素を取り除き、メタンガスを燃焼する場合のエンジンやタービンの腐食やトラブルを防止したり、大気汚染防止の観点から、燃焼排ガス中の二酸化イオウ濃度を低減させるようにしている。
特開２００４−２３７２６０号公報

しかしながら、廃棄物層内に存在するメタンガス濃度は、５０％程度の高濃度に達し、このような状況でガスを吸引すると、ガス吸引設備内で、メタンガス濃度が、爆発限界である５〜１５％となる場合があり、爆発が発生する危険性があるため、防爆施設の設置等、余分な設備等を設ける必要があった。

本発明は上記課題を解決し、廃棄物層等の層内に存在するメタンガス等の可燃性ガスを安全に吸引するシステム及びそれを用いたガス吸引方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するものであって、側面にガス吸引孔を有する管を有し、廃棄物層の層内に設けるガス吸引井戸と、前記ガス吸引井戸から空気や可燃性ガスを吸引するガス吸引手段と、前記ガス吸引井戸内に空気を供給する空気供給手段とを備え、前記空気供給手段から空気を供給すると共に、前記ガス吸引手段により前記ガス吸引井戸内から空気や可燃性ガスを吸引することで、前記ガス吸引井戸内に前記廃棄物層の層内から可燃性ガスを吸引し、前記ガス吸引手段は、吸引した可燃性ガス内のメタン濃度を検出するメタン濃度計を有し、前記空気供給手段は、前記ガス吸引井戸内と連通する空気供給管と、前記メタン濃度計の検出値から前記ガス吸引井戸内へ供給する空気量を調整する空気供給バルブとを有するガス吸引システムを用いたガス吸引方法において、まず前記空気供給バルブを全開にし、次に前記ガス吸引装置を作動させ、続いて前記メタン濃度計の検出値が爆発限界より低い所定値になるように前記空気供給バルブを調整し続け、最後に前記メタン濃度計の検出値が０に近い所定値になったら前記ガス吸引システムの作動を終了することを特徴とする。

本発明によれば、側面にガス吸引孔を有する管を有し、廃棄物層の層内に設けるガス吸引井戸と、前記ガス吸引井戸から空気や可燃性ガスを吸引するガス吸引手段と、前記ガス吸引井戸内に空気を供給する空気供給手段とを備え、前記空気供給手段から空気を供給すると共に、前記ガス吸引手段により前記ガス吸引井戸内から空気や可燃性ガスを吸引することで、前記ガス吸引井戸内に前記廃棄物層の層内から可燃性ガスを吸引し、前記ガス吸引手段は、吸引した可燃性ガス内のメタン濃度を検出するメタン濃度計を有し、前記空気供給手段は、前記ガス吸引井戸内と連通する空気供給管と、前記メタン濃度計の検出値から前記ガス吸引井戸内へ供給する空気量を調整する空気供給バルブとを有するガス吸引システムを用いたガス吸引方法において、まず前記空気供給バルブを全開にし、次に前記ガス吸引装置を作動させ、続いて前記メタン濃度計の検出値が爆発限界より低い所定値になるように前記空気供給バルブを調整し続け、最後に前記メタン濃度計の検出値が０に近い所定値になったら前記ガス吸引システムの作動を終了するので、層内の可燃性ガスを空気と混合し、濃度を低くした状態で、吸引することができ、爆発が発生する危険性が少なくなり、防爆施設の設置等、余分な設備等を設ける必要がなくなる。また、可燃性ガスのメタン濃度を所望の濃度に調整することができる。さらに、ガス吸引井戸が有する管内のメタンガスを効率よく吸引することができる。

以下、図面を参照して本発明のガス吸引システムの一実施形態を説明する。図１は、本実施形態のガス吸引システム１を示す。図１において、１はガス吸引システム、２はガス吸引井戸、３は空気供給手段の一例としての空気供給部、４は空気供給管、５は空気供給バルブ、６は供給空気流量計、７はガス吸引手段の一例としてのガス吸引部、８はガス吸引管、９は気水分離器、１０は排水ポンプ、１１は排水バルブ、１２はメタン濃度計、１３はガス吸引装置の一例としてのガス吸引ポンプ、１４はガス吸引バルブ、１５は吸引ガス流量計、１６はガス処理手段の一例としてのガス処理部、１７は脱硫装置、１８は活性炭吸着装置、１９は可燃性ガス燃焼装置、２１は管の一例としての鋼管、２４は蓋、Ｌは廃棄物層である。

１はガス吸引システムであり、地盤内の廃棄物層Ｌ内に設けたガス吸引井戸２と、ガス吸引井戸２内に空気を供給する空気供給部３と、ガス吸引井戸２から可燃性ガスや空気を吸引するガス吸引部７と、吸引した可燃性ガスを処理するガス処理部とからなる。

２はガス吸引井戸であり、図２に示すように、先端２１ａが円錐状に閉じ、先端側側面にガス吸引用孔２２を設け、他端２１ｂを蓋２４により内部を密閉された鋼管２１を廃棄物層Ｌ内に圧入等により設けることで形成される。なお、ガス吸引用の孔２２は、側面全体に設けてもよい。

空気供給部３は、空気供給管４、空気供給バルブ５及び供給空気流量計６からなる。空気供給管４は、地上からガス吸引井戸２内の底部２ａまで挿通し、連通する管であり、地上の空気をガス吸引井戸２内の底部２ａに供給する。空気供給バルブ５は、メタン濃度計１２の検出値から、ガス吸引井戸内へ空気供給管４により供給する空気の流量を調整するバルブである。供給空気流量計６は、空気供給管４により供給する空気の流量を検出する流量計である。

ガス吸引部７は、ガス吸引管８、気水分離機９、排水ポンプ１０、排水バルブ１１、メタン濃度計１２、ガス吸引ポンプ１３、ガス吸引バルブ１４、吸引ガス流量計１５からなる。

ガス吸引管８は、ガス吸引井戸２内に挿入され内部と連通する管であり、ガス吸引井戸２の上部２ｂからガスを吸引する。気水分離機９は、ガス吸引管８と連結され、排気された可燃性ガスから水分を除去するものである。除去された水分等は、排水ポンプ１０及び排水バルブ１１により、排水される。メタン濃度計１２は、ガス吸引ポンプ１３により吸引され、気水分離機９により水分を除去された可燃性ガス内のメタン濃度を検出するものである。ガス吸引ポンプ１３は、気水分離機９により水分を除去された可燃性ガスを、ガス吸引管と連通し吸引するポンプである。ガス吸引バルブ１４は、ガス吸引ポンプ１３により吸引されたガスの流量を調整するバルブである。本実施形態では、後述する脱硫装置１７及び活性炭吸着装置１８等の処理能力を考慮し、吸引するガスは約５０〜５００Ｌ/minに調整する。吸引ガス流量計１５は、ガス吸引バルブ１４により調整された可燃性ガスの流量を検出する流量計であり、本実施形態で流量が適正であるかどうか確認するためのものである。

ガス処理部１６は、脱硫装置１７、活性炭吸着装置１８及び可燃性ガス燃焼装置１９からなり、ガス吸引手段７の下流に連通している。脱硫装置１７は、酸化鉄等により、ガスに含有する硫化水素を除去するためのものである。活性炭吸着装置１８は、ガスに含有するＶＯＣ等を除去するためのものである。可燃性ガス燃焼装置１９は、ガスに含有するメタン等の可燃性ガスを除去するためのものである。

次に、このようなガス吸引システム１の作動について説明する。図３は、本実施形態のガス吸引システム１の作動フローチャートである。まず、ガス吸引システム１は、ステップ１で、空気供給バルブ５を全開にする（ＳＴ１）。このことにより、次のステップでガス吸引ポンプ１３を作動させる際に、いきなりメタンガス濃度の高い可燃性ガスがガス吸引井戸２から吸引されることを防止することができる。

次に、ステップ２で、ガス吸引ポンプ１３を作動させる（ＳＴ２）。この時点では、空気供給バルブ５が全開となっているので、ガス吸引井戸２内の圧力が低くなっても、ガス吸引井戸２周辺からガス吸引井戸２内に可燃性ガスが吸引されることはなく、ガス吸引ポンプ１３により可燃性ガスはほとんど吸引されず、空気供給管４から供給された外気がそのまま吸引される。

続いて、ステップ３で、吸引ガス流量計１５のガス流量検出値が５０〜５００Ｌ/min内の例えば約１００Ｌ/min等となるように、ガス吸引バルブ１４の開度を調整する（ＳＴ３）。そして、ステップ４で、吸引ガス流量計１５のガス流量検出値が約５０〜５００Ｌ/minであるかどうか判断する（ＳＴ４）。吸引ガス流量計１５のガス流量検出値が約５０〜５００Ｌ/minとならない場合には、再度ガス吸引バルブ１４の開度を調整し、吸引ガス流量計１５のガス流量検出値が約５０〜５００Ｌ/minとなった場合には、次のステップ５に進む。

ステップ５では、メタン濃度計１２の検出値が爆発限界より低い所定値、本実施形態では約５％以下の所定値、例えば４％になるように空気供給バルブ５を絞り調整し続ける（ＳＴ５）。

このように空気供給バルブ５を絞ることにより、ガス吸引井戸２内の圧力が低くなり、空気供給管４から空気が供給されると共に、ガス吸引井戸２周辺からガス吸引井戸２内に可燃性ガスが吸引されるようになることで、井戸内に吸引された可燃性ガスと空気供給管４から供給された空気とが混合し、メタン濃度の低い可燃性ガスがガス吸引ポンプ１３により吸引される。

ステップ５のように、ガス吸引ポンプ１３の作動を継続した状態で、例えば４％になるように空気供給バルブ５を絞り調整し続けると、ステップ１で全開であった空気供給バルブ５は、この時点から徐々に絞られ、最終的に全閉となる。

ここで、供給空気流量計６の検出値により、ガス吸引井戸２内の可燃性ガスの希釈割合又は廃棄物層のメタン濃度の目安がわかる。例えば、メタン濃度計１２の検出値が約４％で、吸引ガス流量計１５のガス流量検出値が約１００Ｌ/min、供給空気流量計６の空気流量検出値が約９０Ｌ/minの場合、可燃性ガスのガス量は１０Ｌ/minでガス吸引井戸２内の可燃性ガスを１０倍希釈し、廃棄物層のメタン濃度は４０％であるとわかる。

そして、ステップ６で、メタン濃度計１２の検出値が４％より大きいかどうか判断する（ＳＴ６）。メタン濃度計１２の検出値が４％以下である場合には、次のステップ７に進み、突発的にメタン濃度計１２の検出値が４％より大きくなった場合には、ステップ６１で、ガス吸引ポンプ１３の作動を直ちに停止する（ＳＴ６１）。

次に、ステップ７で、空気供給バルブ５が全閉であるかどうかを判断する（ＳＴ７）。空気供給バルブ５が全閉でない場合、ステップ５に戻り、メタン濃度計１２の検出値が約４％になるように空気供給バルブ５を絞り調整し続ける。この間に、廃棄物層内のメタン濃度が低下していく。空気供給バルブ５が全閉となった場合、ステップ８で、メタン濃度計１２の検出値が約０％に近い所定値、例えば０．１％であるかどうか判断する（ＳＴ８）。メタン濃度計１２の検出値が約０％に近い所定値、例えば０．１％でない場合、空気供給バルブ５が全閉のままガス吸引システム１の作動を続け、メタン濃度計１２の検出値が約０％に近い所定値、例えば０．１％となった時点でガス吸引システム１の作動を終了する。

このように調整することで、ガス吸引井戸２周辺の廃棄物層Ｌからガス吸引井戸２内に吸引された可燃性ガスは、空気供給管４から供給された空気と混合し、ガス吸引井戸２内でメタン濃度を所望の濃度に調整することができ、ガス吸引管８を通り、気水分離機９へと流入する。したがって、爆発が発生する危険性が少なくなり、防爆施設の設置等、余分な設備等を設ける必要がなくなる。
また、鋼管２１は、上端に鋼管２１内部を密閉するための蓋２４を有するので、効率良く可燃性ガスと空気とを混合することができる。

気水分離機９では、水分を凝縮し、排水ポンプ１０や排水バルブ１１を介して、水を除去する。その後、可燃性ガスは、メタン濃度計１２、ガス吸引ポンプ１３、ガス吸引バルブ１４及び吸引ガス流量計１５等を経て、ガス処理部１６に流入する。脱硫装置１７では、酸化鉄等により硫化水素を取り除く。続いて、可燃性ガスは、活性炭吸着装置１８に流入し、ガスに含有するＶＯＣ等を除去し、最後に、可燃性ガス燃焼装置１９等により、燃焼される。このように、可燃性ガスが可燃性ガス燃焼装置１９等により、燃焼されるまでに、気水分離機９、脱硫装置１７及び活性炭吸着装置１８等を介するので、可燃性ガスを燃焼する場合のエンジンやタービンの腐食やトラブルを防止したり、大気汚染防止の観点から、硫化水素やＶＯＣを低減させることができ、環境に優しいシステムを構築することができる。ガス処理部１６はこの例だけではなく、ガス中に含まれる有害ガスを除去するために使用するものであるから、最適な除去システムを選択して取り付けてよい。

このような構造のガス吸引システム１を設置し、作動する際は、図４（ａ）に示すように、ガスの吸引力に応じて廃棄物層ＬをＬ１，Ｌ２等のエリアに区切り、１エリア毎にガス吸引システム１を設置し、作動させる。その際、気水分離器９以降の装置はそれぞれ単独のエリアの他、Ｌ１，Ｌ２等から吸引したガスをまとめて処理してもよい。そして、図４（ｂ）に示すように、上層１Ｌが終了した後、下層２Ｌの１エリア毎（２Ｌ１等）にガス吸引システム１を設置し、作動させる。最終的に、廃棄物層はすべて除去される。なお、エリアを区切る際は、何もする必要はないが、壁のようなものを廃棄物層Ｌに挿入し、区切ってもよい。

図５は、ガス吸引井戸２の他の実施形態を示す。図５に示すガス吸引井戸１２０は、廃棄物層Ｌを掘削し形成した井戸穴Ｈに、先端１２１ａが円錐状に閉じ、側面にガス吸引用孔１２２を設け、他端１２１ｂを密閉された管の一例としての鋼管１２１と、鋼管１２１の周囲に、設置した網１２３とを、一体に挿入し、井戸孔Ｈの上部と鋼管１２１との間にセメントＣを注入し、井戸孔Ｈを密閉状態とするように形成される。

このように鋼管１２１の周囲に網１２３を設けることにより、ガス吸引用の孔１２２から周囲の廃棄物や土砂等が鋼管１２１内に侵入することを制限することができる。また、井戸穴Ｈと鋼管１２１との間の上端をセメントＣで密閉するので、効率良く可燃性ガスと空気とを混合することができると共に、廃棄物層Ｌ内の廃棄物や土砂が鋼管１２１内に入ることを制限することができる。

なお、管内に廃棄物や土砂が入る可能性が少ない場合は網を有しなくてもよい。

本実施形態のガス吸引システムを示す図本実施形態のガス吸引井戸を示す図本実施形態のフローチャートを示す図本実施形態の廃棄物層を示す図他の実施形態のガス吸引井戸を示す図

符号の説明

１…ガス吸引システム、２，１０２…ガス吸引井戸、３…空気供給部、４…空気供給管、５…空気供給バルブ、６…供給空気流量計、７…ガス吸引部、８…ガス吸引管、９…気水分離器、１０…排水ポンプ、１１…排水バルブ、１２…メタン濃度計、１３…ガス吸引ポンプ、１４…ガス吸引バルブ、１５…吸引ガス流量計、１６…ガス処理部、１７…脱硫装置、１８…活性炭吸着装置、１９…可燃性ガス燃焼装置２１，１２１…鋼管、２２，１２２…ガス吸引用孔、１２３…網、２４，１２４…蓋、Ｌ…廃棄物層、Ｈ…井戸穴、Ｃ…セメント

Claims

側面にガス吸引孔を有する管を有し、廃棄物層の層内に設けるガス吸引井戸と、
前記ガス吸引井戸から空気や可燃性ガスを吸引するガス吸引手段と、
前記ガス吸引井戸内に空気を供給する空気供給手段と
を備え、
前記空気供給手段から空気を供給すると共に、前記ガス吸引手段により前記ガス吸引井戸内から空気や可燃性ガスを吸引することで、前記ガス吸引井戸内に前記廃棄物層の層内から可燃性ガスを吸引し、
前記ガス吸引手段は、吸引した可燃性ガス内のメタン濃度を検出するメタン濃度計を有し、
前記空気供給手段は、前記ガス吸引井戸内と連通する空気供給管と、前記メタン濃度計の検出値から前記ガス吸引井戸内へ供給する空気量を調整する空気供給バルブとを有する
ガス吸引システムを用いたガス吸引方法において、
まず前記空気供給バルブを全開にし、
次に前記ガス吸引装置を作動させ、
続いて前記メタン濃度計の検出値が爆発限界より低い所定値になるように前記空気供給バルブを調整し続け、
最後に前記メタン濃度計の検出値が０に近い所定値になったら前記ガス吸引システムの作動を終了する
ことを特徴とするガス吸引方法。