JP5364661B2 - メタン生成におけるアンモニア除去方法及び除去システム - Google Patents
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Description
(1)まず、本発明に係るアンモニア除去方法は、
有機性廃棄物のメタンガス生成用原料をメタン発酵槽に送る前に、この原料に含まれる窒素成分をアンモニア発酵槽にてアンモニアに転換するアンモニア転換工程と、
アンモニア転換処理された原料を第1の閉鎖循環系アンモニア除去装置に導入して嫌気雰囲気の下で該装置にて循環させながら原料中に含まれるアンモニアを第1段階の濃度レベルで(例えば最終目標に至らない濃度)ガス化除去する第1段階のアンモニア除去工程と、
前記第1段階のアンモニア除去工程に付された原料をメタン発酵槽に送り、メタン発酵工程と並行して、前記メタン発酵槽に送られた原料の一部を、メタン発酵槽外の第2の閉鎖循環系アンモニア除去装置に取り出して、嫌気雰囲気の下で該装置にて循環させながら原料中に含まれるアンモニアをガス化除去した後、前記メタン発酵槽に戻し、このような原料の一部のメタン発酵槽外取り出し、アンモニア除去、およびメタン発酵槽内戻しを繰り返して、メタン発酵槽内の原料のアンモニアを前記第1段階の濃度レベルよりも濃度が低い第2段階の濃度レベルまで除去する(例えば、メタン発酵に支障のない最終目標濃度)第2段階のアンモニア除去工程と、を有することを特徴とする。
(2)また、上記アンモニア除去方法を実施するシステムとして、
有機性廃棄物のメタンガス生成用原料をメタン発酵槽に送る前に、この原料に含まれる窒素成分をアンモニアに転換するアンモニア発酵槽と、アンモニア転換処理された原料を嫌気雰囲気の下で循環させながら原料中に含まれるアンモニアを第1段階の濃度レベルでガス化除去する第1の閉鎖循環系アンモニア除去装置とを有する第1のアンモニア除去システムと、
前記第1のアンモニア除去システムから前記メタン発酵槽に送られた原料の一部を、メタン発酵処理の段階でメタン発酵槽外に取り出して嫌気雰囲気の下で循環させながら原料中に含まれるアンモニアをガス化除去し、その後、前記メタン発酵槽に戻し、このような原料の一部のメタン発酵槽外取り出し、アンモニア除去、およびメタン発酵槽内戻しを繰り返して、メタン発酵槽内の原料のアンモニアを前記第1段階の濃度レベルよりも濃度が低い第2段階の濃度レベルまで除去する第2の閉鎖循環系アンモニア除去装置を有する第2のアンモニア除去システムと、を備えることを特徴とする。
(イ)第1段階アンモニア除去システム101では、アンモニア発酵槽2でアンモニア転換処理された原料を、第1の閉鎖循環系アンモニア除去装置(3、4)に導入して嫌気雰囲気の下で循環させながら原料中に含まれるアンモニアを、メタン発酵の最終目標の濃度レベルに至らない濃度レベル(第1段階濃度レベル)でガス化除去する。例えば、材料が鶏糞のように含有窒素濃度が非常に高く、転換された当初アンモニア濃度が 9000mg/L程度ある場合には、6000mg/L程度になるまでアンモニア除去を行う。第1の閉鎖循環系アンモニア除去装置(3、4)の構成については、後述するが、それは嫌気性雰囲気の下、メタン発酵槽温度〜80℃の温度で実行される。
(2)規定回数(一回以上)だけ放散塔10と配管36の経路で循環してアンモニア除去が行われた後、戻り配管52を介してメタン発酵槽7に戻される。
(1)メタン発酵阻害の要因となるアンモニア除去を、メタン発酵の前段階とメタン発酵段階にて、2段階アンモニア除去システムを併用することで行うので、高濃度窒素含有の有機性廃棄物を使用した場合でも、無加水或いは外部からの希釈水量を極力減らして、効率の良い(時間短縮、エネルギー消費の低減)、しかも余裕をもってアンモニア除去を実行することができ、しかも、今までメタン発酵普及に向けて大きな阻害要因であった排水量を大幅に低減することができ、実用化レベルの高濃度窒素含有の有機性廃棄物を使用したメタン生成設備を実現することができた。
(2)さらにアンモニア除去手段として、アンモニアストリッピング方式を採用した場合であっても、閉鎖循環系による嫌気性雰囲気でのアンモニア除去を可能にするので、脱酸素手段を不要とし、設備コストの低減を図ることができる。
(3)しかもアンモニア放散塔とアンモニアスクラバーとの間を等温・気液平衡状態に保つことができるので、アンモニア除去工程において可溶化した原料の水分蒸発やアンモニア除去に用いたアンモニア搬送ガス(循環ガス)の凝縮を抑制してアンモニア除去時のエネルギー消費を抑えることができる。
(4)消化液は、メタン発酵槽へ戻して再生利用できるため、排水量を極力抑えることが可能となる。
(5)アンモニア除去工程に付されたメタン発酵液をメタン発酵槽に戻す場合には、加熱器および再生熱交換器を用いてメタン発酵槽の温度を好ましい温度に維持できるので、メタン発酵の促進とエネルギー消費の両立を図ることができる。
Claims (4)
- 有機性廃棄物のメタンガス生成用原料をメタン発酵槽に送る前に、この原料に含まれる窒素成分をアンモニア発酵槽にてアンモニアに転換するアンモニア転換工程と、
アンモニア転換処理された原料を第1の閉鎖循環系アンモニア除去装置に導入して嫌気雰囲気の下で該装置にて循環させながら原料中に含まれるアンモニアを第1段階の濃度レベルでガス化除去する第1段階のアンモニア除去工程と、
前記第1段階のアンモニア除去工程に付された原料をメタン発酵槽に送り、メタン発酵工程と並行して、前記メタン発酵槽に送られた原料の一部を、メタン発酵槽外の第2の閉鎖循環系アンモニア除去装置に取り出して、嫌気雰囲気の下で該装置にて循環させながら原料中に含まれるアンモニアをガス化除去した後、前記メタン発酵槽に戻し、このような原料の一部のメタン発酵槽外取り出し、アンモニア除去、およびメタン発酵槽内戻しを繰り返して、メタン発酵槽内の原料のアンモニアを前記第1段階の濃度レベルよりも濃度が低い第2段階の濃度レベルまで除去する第2段階のアンモニア除去工程と、を有し、
前記第1及び第2の閉鎖循環系アンモニア除去装置は、いずれも、嫌気性雰囲気の塔内で可溶化原料中のアンモニアをガス化するアンモニア放散塔と、ガス化したアンモニアを酸性洗浄することにより除去するアンモニアスクラバーと、を備え、
前記アンモニア放散塔と前記アンモニアスクラバーとの間に嫌気性雰囲気ガスを循環させ、この循環ガスに、前記アンモニア放散塔に放出される可溶化原料を気液接触させて、原料中に含まれるアンモニアをガス化し、このガス化されたアンモニアが前記循環ガスに乗って前記アンモニアスクラバーに送られ、前記循環ガスは、アンモニアスクラバーでアンモニアガスを除去した後に前記アンモニア放散塔に戻される循環工程を繰り返し、且つこの循環工程において前記アンモニア放散塔と前記アンモニアスクラバーの両者を等温制御しながら閉鎖循環系の下で気液平衡状態を維持することを特徴とするメタン生成におけるアンモニア除去方法。 - 前記第1段階のアンモニア除去工程及び第2段階のアンモニア除去工程は、メタン発酵槽温度〜80℃の温度下で行われる請求項1記載のアンモニア除去方法。
- 前記メタン発酵槽に送られた原料に対する前記第2段階のアンモニア除去工程と、前記アンモニア発酵槽に新たに導入される前記第1段階のアンモニア除去工程とは、並行に行われる請求項1又は2記載のアンモニア除去方法。
- 有機性廃棄物のメタンガス生成用原料をメタン発酵槽に送る前に、この原料に含まれる窒素成分をアンモニアに転換するアンモニア発酵槽と、アンモニア転換処理された原料を嫌気雰囲気の下で循環させながら原料中に含まれるアンモニアを第1段階の濃度レベルでガス化除去する第1の閉鎖循環系アンモニア除去装置とを有する第1のアンモニア除去システムと、
前記第1のアンモニア除去システムから前記メタン発酵槽に送られた原料の一部を、メタン発酵処理の段階でメタン発酵槽外に取り出して嫌気雰囲気の下で循環させながら原料中に含まれるアンモニアをガス化除去し、その後、前記メタン発酵槽に戻し、このような原料の一部のメタン発酵槽外取り出し、アンモニア除去、およびメタン発酵槽内戻しを繰り返して、メタン発酵槽内の原料のアンモニアを前記第1段階の濃度レベルよりも濃度が低い第2段階の濃度レベルまで除去する第2の閉鎖循環系アンモニア除去装置を有する第2のアンモニア除去システムと、を備え、
前記第1及び第2の閉鎖循環系アンモニア除去装置は、いずれも、嫌気性雰囲気の塔内で可溶化原料を気液接触させてガス化するアンモニア放散塔と、ガス化したアンモニアを酸性洗浄することにより除去するアンモニアスクラバーと、を有し、
さらに、前記アンモニア放散塔と前記アンモニアスクラバーとの間に嫌気性雰囲気ガスを循環させて前記アンモニア放散塔で放散したアンモニアガスを前記アンモニアスクラバーに搬送する循環ガス機構と、
前記アンモニア放散塔と前記アンモニアスクラバーとの両者間を、気液平衡の状態で等温制御する温度制御装置と、を備えることを特徴とするアンモニア除去システム。
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