JP7051141B2 - スカムトラップ機能を有するメタンガス分離部および該メタンガス分離部を利用するメタン発酵浄化システム - Google Patents

Description

本発明はメタン発酵浄化システムにおいて、メタン発酵に伴って生じるスカムを簡便に除去することができるスカムトラップ機能を有するメタンガス分離部と、該メタンガス分離部を利用するメタン発酵浄化システムに関する。

メタン発酵は、糞尿や生ゴミ等の有機性廃棄物等を嫌気条件下で発酵させ、発生するメタンガスを燃料として利用することが一般的であるが、下水処理場の汚泥や、泡盛の製造過程で生じる泡盛酒粕等をそのまま原料として投入しても発酵処理が可能である。

しかしながら、畜産糞尿や食品残渣をそのまま投入すると、動物の毛や、セルロース、爪楊枝やプラスチック等についてはメタン細菌が分解できなくなり、発酵槽内の上部に蓄積してしまう。また、砂状の黒い残渣は発酵槽内の底部に蓄積し、発酵容積が減少してしまうことが問題となっていた。

そこで、養豚糞尿の場合は、固液分離したり、搾汁して液だけをメタン発酵処理することが行われている。そのため、糞尿処理施設が複雑となり、建設コストや処理コストが高くなっていた。

そこで、本発明者は先に、一般の畜産農家が負担可能な安価で維持管理の簡単な糞尿処理設備として嫌気式メタン発酵浄化槽をいくつか提案している（特許文献１）。このものは、メタン発酵槽中に蓄積したメタンの間欠的な噴出力を用いて生成するスカム層を破壊、除去使用とするものであり、しかも、外部動力を要さないという特徴をも有するものであった。しかしながら、このものは低コストで運用できるものの、処理液の円滑な循環などの点で未だ十分でない点もあり、更なる改善が求められていた。

また本発明者は、別に、メタン発酵により発生したメタンガスの力を利用し、動力手段を要することなくメタン発酵槽内で処理物の円滑な循環を図った発酵浄化装置や（特許文献２）、分離されたメタンガスを送気装置により発酵槽に戻してメタン発酵槽内の処理物をより円滑に循環させることができるメタン発酵浄化装置を提案した（特許文献３）。

しかしながら、特許文献２の装置では、メタン発酵槽２で発生したメタンガスは、そのままの状態でメタンガス分離部からメタンガス配管へ供給されるため、圧力が低く、発生ガス中には０．２％程含まれる硫化水素ガスを除去しにくいという問題があった。また、前記のように、含メタン処理物は、導出管を通って上方に移動し、戻し管上部に設けられたメタンガス分離部まで運ばれるが、発生するメタンガスの量が少なすぎると導出管中での上方へ向かっての流れが弱く、循環がスムーズに行かなくなるおそれがあるので、ある程度の大きさのメタン発酵槽とする必要があり、小型化がしにくいという課題もあった。

その点、特許文献３の装置は、かかる課題を解決し、嫌気状態で処理液を円滑に発酵槽内で循環させることができ、しかも硫化水素含有量の少ない高濃度のメタンを得ることができるが、一方で送気装置等の設備が必要となっており、また、スカムの発生が完全に防げるわけではないため、処理物から簡単にスカムを取り除くことが求められていた。

さらに、メタン発酵には残渣の発生が避けられず、メタン発酵浄化システムから簡単にかかる残渣を取り除くことも求められていた。

特開平１１－１９７６９６ 特開２０１１－６２６３６ 特開２０１２－７１２７７

本発明は、メタン発酵に伴って生じるスカムや残渣を簡単に除去することができるメタンガス分離部およびそのメタンガス分離部を利用するメタン発酵浄化システムの提供をその課題とするものである。

本発明は、上記課題を解決するものであり、メタン発酵浄化システムにおいてメタンガスと処理物を分離するためのメタンガス分離部であって、処理物を貯留可能に形成された本体の開口部内には、処理物の液面の下方に位置するように網部が着脱自在に設けられていることを特徴とするメタンガス分離部である。

また本発明は、前記網部は、前記本体の開口を封止する蓋部の下部開口部に張設されていることを特徴とするメタンガス分離部である。

また本発明は、前記メタンガス分離部を備えたメタン発酵浄化システムである。

更に本発明は、メタンガス分離部からメタン発酵槽へ至る戻し管の途中に残渣トラップを設けたことを特徴とするメタン発酵浄化システムである。

本発明のメタンガス分離部は、処理物から簡単にスカムを除去することができ、特に、蓋部の下部開口部に網部が張設されているものは、蓋部を取り外すだけでスカムを除去することができる。

また、本発明のメタン発酵浄化システムで、メタンガス分離部からメタン発酵槽へ至る戻し管の途中に残渣トラップを設けたものは、処理物から簡単に除去することができる。

本発明のメタン発酵浄化装置の一実施態様を模式的に示した図面である。 本発明のメタン発酵浄化システムで使用するメタン発酵槽の一実施態様を示した断面図である。

以下、本発明のメタンガス分離部およびそのメタンガス分離部を利用するメタン発酵浄化システムの実施態様を示す図と共に本発明を説明する。

図１は、本発明のメタンガス分離部を利用したメタン発酵浄化装置の基本的構成を模式的に示した図面である。図中、１はメタン発酵浄化装置、２はメタン発酵槽、３はメタンガス分離部、４は加温部、５は残渣トラップ、６は原料投入口、７は導出管、８は戻し管、９はメタン配管をそれぞれ示す。

本発明のメタン発酵浄化装置１は、図１に示すように、メタン発酵槽２と、メタンガス分離部３、加温部４、残渣トラップ５を備える。メタン発酵槽２には、メタン発酵槽２から加温部４を経てメタンガス分離部３に連接される導出管７がその端部２２に連通している。さらに、導出管７が設けられた側とは反対側の端部２３には、メタンガス分離部３から残渣トラップ５を経て連接された戻し管８が連通している。

本実施多様のメタン発酵槽２は、略円柱状に形成されたタンクを横に寝かした状態に形成されているが、メタン発酵槽２の形状はこれに限定されるものではない。メタン発酵槽２は、図に示すように、導出管７が連接された側の端部２２の方が高くなるように、その両端部において高低差を有するように設置することが好ましい。このように、メタン発酵槽２の両端部が高低差を有するように設置することで、その天面部２１が傾斜面となる。

導出管７は、メタン発酵槽２の両端部のうち、より高い側の端部２２に連接されており、さらに端部２２において高い位置となるように天面部２１寄りにおいてに連接されている。一方、導出管７が連接された側の端部２２とは反対側の端部２３には、戻し管８が連接され、詳しくはより低い位置となるようにメタン発酵槽２の底面寄りの端部２３に連接されている。また、メタン発酵槽２の下部には、発酵での残留汚泥を取り出すための汚泥排出管２４を設けることが好ましい。

導出管７には、その途中において加温部４が設けられている。かかる加温部４により、導出管７内を通過する気液混合物を適切な温度にまで加温することができる。具体的には、例えば中温発酵を行う場合は、加温部４により中温発酵に適切な温度である３７℃まで加温することができる。加温部４は、気液混合物を適切な温度に加温できる機能を有していれば特に限定されないが、例えば、ガスバーナーなどを好適に利用することができる。なお、本実施態様では、加温部４とメタンガス分離部３は別途設けられているが、ガスバーナーをメタンガス分離部３の下部に設置することにより、加温部４とメタンガス分離部３を一体に設けてもよい。

図２は本発明のメタンガス分離部３の内部構造を示す断面図である。本発明のメタンガス分離部３は、処理物を貯留可能に形成され、上部が開口する有底筒状の本体３１と、該開口を封止する蓋部３２を備える。本体部３１にはその一の側面下部から導出管７が内部へと挿通され、また、本体部３１の他の側面下部には戻し管８が連通されている。導出管７は、メタンガス分離部３内で上方へと屈曲し、後述する網部３３を通過してその先端が液面Ｌ付近に位置するように形成されている。

メタンガス分離部３の本体３１の開口部内には、処理物の液面の下方に略水平に位置するように網部３３が着脱自在に設けられている。具体的には、該蓋部３２の下部開口部に網部３３が張設されている。該網部３３は、蓋部３２の取付時に本体３１内の液面Ｌよりも下方に位置するように設けられており、蓋部３２を本体３１から取り外すことにより、液面付近に浮遊するスカムＳをかかる網部３３により掬いあげて除去することができる。なお、本実施態様では、網部３３は蓋部３２の下部開口部に張設されているが、処理物の液面の下方に位置するように着脱自在に設けられていれば、蓋部３２とは独立して設けてもよい。

メタンガス分離部３内において分離されたメタンガスは、メタンガス配管９を介してシステムの系外に取り出すことができ、利用可能となる。

戻し管８の上部には、処理物投入口６が設けられており、ここから糞尿、生ゴミ等を投入することで戻し管８を通じてメタン発酵槽２中に供給することができる。この処理物投入口６は、そこから処理物が流出しない位置であればどこであっても良い。例えば、図１に示すように、処理物投入口９とメタンガス分離部３とを同じ位置に設けることもできるが、その場合は、例えば、Ｕ字管等を用いて、これらを分離し、メタンガスが漏出しないようにすることが望ましい。

戻し管８の下部には、残渣トラップ５が設けられている。かかる残渣トラップ５により、メタンガスが分離された処理物がメタン発酵槽２へと戻る前に処理物内に残存する残渣を適切に分離除去することができる。なお、残渣トラップ５による残渣の排出作業は、まずバルブ５１を閉じ、次にバルブ５２を開くだけでよい。

本発明のシステムにおいて、低動力でありながら十分なメタン発酵が行われ、ある程度の濃度のメタンガスを供給し得る原理は、図１のシステムにより説明すれば次の通りである。すなわち、メタン発酵槽２中で生じたメタンガスの気泡は、処理物との混合物（以下、「含メタン処理物」という）の状態で、その浮力により、上部へと浮上を開始する。

そして、本発明システムで用いるメタン発酵槽２は、前記のように両端部で高低差を有しており、導出管７は、メタン発酵槽２の両端部のうち、より高い側の端部２２に連接されており、さらに高い位置となるように天面部２１寄りの端部２２においてに連接されているため、比重の軽い含メタン処理物はすべて導出管７方向へ集まることになる。

メタン発酵槽２から排出された含メタン処理物は、導出管７を通って強い力で上方に移動し、加温部４を経て上部に設けられたメタンガス分離部３に至り、メタンガス分離部３においてメタンガスと処理物に分離される。

このようにしてメタンガス分離部３において分離されたメタンガスは、メタンガス配管９を介して系外に排出される。

一方、メタンガスが分離された処理物は、メタンガス気泡が無くなったことによる比重の増加と、また、継続的に導出管７を通って上方に移動して来る含メタン処理物の圧力によって、戻し管８を下に向かって流下し、メタン発酵槽２に戻る。

このようなメカニズムが働くため、本発明メタン発酵浄化装置では少ない外部動力により処理物を循環、撹拌させることが可能となる。更に、処理物投入口６から、糞尿等を投入する場合には、それらが戻り管８を流れ落ちるため、この力によっても循環、撹拌が図れる。

そして、メタン発酵に伴い発生し、含メタン処理物とともにメタンガス分離部３内に移動したスカムは、メタンガス分離部３の蓋部３２の下部に設けられた網部３３により、簡単に除去することができる。また、処理物中の残渣は、残渣トラップ５により簡単に除去することができる。

１ … … メタン発酵浄化装置
２ … … メタン発酵槽
３ … … メタンガス分離部
４… … 加温部
５ … … 残渣トラップ
６ … … 処理物投入口
７ … … 導出管
８ … … 戻し管
９ … … メタンガス配管
２４ … … 汚泥排出管
３１ … … 本体
３２ … … 蓋部
３３ … … 網部
５１ … … バルブ
５２ … … バルブ
Ｌ … … 液面
Ｓ … … スカム

Claims (4)

1. メタン発酵浄化システムにおいてメタンガスと処理物を分離するためのメタンガス分離部であって、処理物を貯留可能に形成された本体の開口部内には、処理物の液面の下方に位置するように網部が着脱自在に設けられ、該本体部の下部にはメタン発酵槽に連接された導出管が内部へと挿通され、該導出管は、前記網部を通過してその先端が液面付近に位置するように形成されていることを特徴とするメタンガス分離部。
2. 前記網部は、前記本体の開口を封止する蓋部の下部開口部に張設されていることを特徴とする請求項１記載のメタンガス分離部。
3. 請求項１または２に記載のメタンガス分離部を備えたメタン発酵浄化システム。
4. メタンガス分離部からメタン発酵槽へ至る戻し管の途中に残渣トラップを設けたことを特徴とする請求項３に記載のメタン発酵浄化システム。

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