JPH0763717B2 - 嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置 - Google Patents
嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置Info
- Publication number
- JPH0763717B2 JPH0763717B2 JP10236384A JP10236384A JPH0763717B2 JP H0763717 B2 JPH0763717 B2 JP H0763717B2 JP 10236384 A JP10236384 A JP 10236384A JP 10236384 A JP10236384 A JP 10236384A JP H0763717 B2 JPH0763717 B2 JP H0763717B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- concentration
- digestion
- reaction rate
- organic
- methane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、下水汚泥等の有機物を含む原料を投入し、
嫌気発酵させ、メタンガスを生成する嫌気性消化プロセ
スの将来の消化状態を演算予測する消化状態模擬装置に
関する。
嫌気発酵させ、メタンガスを生成する嫌気性消化プロセ
スの将来の消化状態を演算予測する消化状態模擬装置に
関する。
従来、この種の装置として、第１図に示すものがあつ
た。図において、１は、嫌気性の消化槽であり、有機物
を含む原料は配管ａより、消化槽１内に導かれる。消化
槽１内では、原料中の有機物は、消化槽１内に存在する
酸生成微生物によつて分解され、有機酸となる。有機酸
はさらにメタン生成微生物によつて分解され、メタンガ
ス、炭酸ガスとなる。消化処理後の原料は配管ｂより、
消化槽１外へ排出される。消化処理によつて発生するガ
スは、配管ｃより引き抜かれる。２は配管ａに備えつけ
られた入力情報の計測装置である。３は模擬入力情報の
入力装置である。４は入力回路であり、計測装置２、模
擬入力情報の入力装置３の出力が、それぞれ信号線2s,3
sによつて接続されている。５は演算予測回路であり、
入力回路４の出力が信号線4sによつて接続されている。
６は出力回路であり、演算予測回路５の出力が、接続さ
れている。また、７は比率設定装置であり、その出力を
信号線7sによつて入力回路４に接続させている。
た。図において、１は、嫌気性の消化槽であり、有機物
を含む原料は配管ａより、消化槽１内に導かれる。消化
槽１内では、原料中の有機物は、消化槽１内に存在する
酸生成微生物によつて分解され、有機酸となる。有機酸
はさらにメタン生成微生物によつて分解され、メタンガ
ス、炭酸ガスとなる。消化処理後の原料は配管ｂより、
消化槽１外へ排出される。消化処理によつて発生するガ
スは、配管ｃより引き抜かれる。２は配管ａに備えつけ
られた入力情報の計測装置である。３は模擬入力情報の
入力装置である。４は入力回路であり、計測装置２、模
擬入力情報の入力装置３の出力が、それぞれ信号線2s,3
sによつて接続されている。５は演算予測回路であり、
入力回路４の出力が信号線4sによつて接続されている。
６は出力回路であり、演算予測回路５の出力が、接続さ
れている。また、７は比率設定装置であり、その出力を
信号線7sによつて入力回路４に接続させている。
次に動作について説明する。
まず、演算予測回路における演算内容について説明す
る。次にこの演算式の一例を示す。
る。次にこの演算式の一例を示す。
ＧCO2a＝ＹCO2/LV・Ka・Sa・（Lvo−Lvn）・Ｖ ……
（４） ＧCH4＝ＹCH4/La・Km・Sm・（Lao−Lan）・Ｖ ……
（７） ＧCO2m＝ＹCO2/La・Km・Sm・（Lao−Lan）・Ｖ ……
（８） pH＝log（Alko−0.85・0.83・Lao） −log（CO2）１＋log（0.88/Kc） ……（10） ただし、 Q:原料流量（m3/day） V:タンク容積（m3） Lv:有機物濃度（g/g） Ka:酸発酵過程における反応速度定数（g/g/day） Lvn:非生物分解性の有機物濃度（g/g） NH:アンモニア性窒素濃度（mg/） ＹNH/Lv：単位有機物分解量に対するアンモニア性窒素
の生成比率（mg/ton） ＧCO2a：酸発酵過程における炭酸ガス発生速度（Nm3/da
y） La:有機物濃度（mg/） Km:メタン発酵過程における反応速度定数（m3/Nm3/da
y） Sa:有機物分解量換算の酸生成微生物濃度（g/g） Sm:発生メタンガス量換算のメタン生成微生物濃度（Mm3
/m3） ＹLa/Lv：有機物分解量に対する有機酸生成比率（mg/
t） Lan:非生物分解性の有機酸濃度（mg/） ＹCH4/La：有機酸分解量に対するメタン発生比率（Mm3/
mg） ＧCH4：メタンガス発生速度（Nm3/day） ＧCO2m：メタン発酵過程における炭酸ガス生成速度（Nm
3/day） Alk:アルカリ度（mg/） ＹAlk/NH：アンモニア性窒素生成量に対するアルカリ度
の生成比（mg/mg） ＹAlk/La：有機酸濃度分解量に対するアルカリ度の生成
比（mg/mg） pH:pH （CO2）1:液相の炭酸ガス濃度（mg/） Kc:炭酸解離定数 添字i:投入原料を示す 添字o:消化槽内原料を示す ＹCO2/Lv：有機物分解量に対する炭酸ガス生成比率（Nm
3/t） ＹCO2/La：有機酸分解量に対する炭酸ガス生成比率（Nm
3/mg） 以上の演算式では、嫌気性消化プロセスの反応過程を第
５図に示すように簡略化している。すなわち、投入原料
中の有機物は、まず、酸発酵過程において酸生成微生物
によつて分解され、有機酸、炭酸ガス、アンモニア性窒
素を生成する。つぎに、メタン発酵過程では、メタン生
成微生物によつて、有機酸が分解され、メタンガス、炭
酸ガスを生成する。消化槽内のアルカリ度は、アンモニ
ア性窒素と有機酸濃度から定まり、消化槽内のpHは、消
化槽内アルカリ度と消化槽内液相における炭酸の解離平
衡から定まる。
（４） ＧCH4＝ＹCH4/La・Km・Sm・（Lao−Lan）・Ｖ ……
（７） ＧCO2m＝ＹCO2/La・Km・Sm・（Lao−Lan）・Ｖ ……
（８） pH＝log（Alko−0.85・0.83・Lao） −log（CO2）１＋log（0.88/Kc） ……（10） ただし、 Q:原料流量（m3/day） V:タンク容積（m3） Lv:有機物濃度（g/g） Ka:酸発酵過程における反応速度定数（g/g/day） Lvn:非生物分解性の有機物濃度（g/g） NH:アンモニア性窒素濃度（mg/） ＹNH/Lv：単位有機物分解量に対するアンモニア性窒素
の生成比率（mg/ton） ＧCO2a：酸発酵過程における炭酸ガス発生速度（Nm3/da
y） La:有機物濃度（mg/） Km:メタン発酵過程における反応速度定数（m3/Nm3/da
y） Sa:有機物分解量換算の酸生成微生物濃度（g/g） Sm:発生メタンガス量換算のメタン生成微生物濃度（Mm3
/m3） ＹLa/Lv：有機物分解量に対する有機酸生成比率（mg/
t） Lan:非生物分解性の有機酸濃度（mg/） ＹCH4/La：有機酸分解量に対するメタン発生比率（Mm3/
mg） ＧCH4：メタンガス発生速度（Nm3/day） ＧCO2m：メタン発酵過程における炭酸ガス生成速度（Nm
3/day） Alk:アルカリ度（mg/） ＹAlk/NH：アンモニア性窒素生成量に対するアルカリ度
の生成比（mg/mg） ＹAlk/La：有機酸濃度分解量に対するアルカリ度の生成
比（mg/mg） pH:pH （CO2）1:液相の炭酸ガス濃度（mg/） Kc:炭酸解離定数 添字i:投入原料を示す 添字o:消化槽内原料を示す ＹCO2/Lv：有機物分解量に対する炭酸ガス生成比率（Nm
3/t） ＹCO2/La：有機酸分解量に対する炭酸ガス生成比率（Nm
3/mg） 以上の演算式では、嫌気性消化プロセスの反応過程を第
５図に示すように簡略化している。すなわち、投入原料
中の有機物は、まず、酸発酵過程において酸生成微生物
によつて分解され、有機酸、炭酸ガス、アンモニア性窒
素を生成する。つぎに、メタン発酵過程では、メタン生
成微生物によつて、有機酸が分解され、メタンガス、炭
酸ガスを生成する。消化槽内のアルカリ度は、アンモニ
ア性窒素と有機酸濃度から定まり、消化槽内のpHは、消
化槽内アルカリ度と消化槽内液相における炭酸の解離平
衡から定まる。
（１）式は、嫌気性消化プロセスにおける有機物量に関
する物質収支式である。（１）式の左辺は、消化槽内有
機物濃度の変化速度であり、（１）式の右辺の第１〜３
項はそれぞれ消化槽へ投入される有機物量、消化槽から
引き抜かれる有機物量、消化槽において分解される有機
物量を示している。
する物質収支式である。（１）式の左辺は、消化槽内有
機物濃度の変化速度であり、（１）式の右辺の第１〜３
項はそれぞれ消化槽へ投入される有機物量、消化槽から
引き抜かれる有機物量、消化槽において分解される有機
物量を示している。
同様に、（２），（３），（５），（６），（９）式
は、それぞれ酸生成微生物量に関する物質収支式、アン
モニア性窒素量に関する物質収支式、有機酸量に関する
物質収支式、メタン生成微生物量に関する物質収支式、
アルカリ度に関する物質収支式である。（４），
（７），（８），（10）式はそれぞれ、酸発酵過程にお
ける炭酸ガス生成速度、メタンガス生成速度、メタン発
酵過程における炭酸ガス生成速度、そして消化槽内pHを
演算する演算式である。また、（１）式右辺第３項、
（５）式右辺第４項は、それぞれ、酸発酵過程における
反応速度、メタン発酵過程における反応速度を示す反応
速度項である。
は、それぞれ酸生成微生物量に関する物質収支式、アン
モニア性窒素量に関する物質収支式、有機酸量に関する
物質収支式、メタン生成微生物量に関する物質収支式、
アルカリ度に関する物質収支式である。（４），
（７），（８），（10）式はそれぞれ、酸発酵過程にお
ける炭酸ガス生成速度、メタンガス生成速度、メタン発
酵過程における炭酸ガス生成速度、そして消化槽内pHを
演算する演算式である。また、（１）式右辺第３項、
（５）式右辺第４項は、それぞれ、酸発酵過程における
反応速度、メタン発酵過程における反応速度を示す反応
速度項である。
これらの演算式は、消化槽１への投入原料流量、濃度等
の消化槽への実際あるいは模擬の入力情報と、反応速度
定数Ka,Km等の演算式中の係数が既知であれば、Runge−
Kutta法等を用いて簡単に解くことができる。すなわ
ち、消化槽への実際の入力情報は、計測装置２によつて
計測され、信号線2sを介して、入力回路４に送られ、さ
らに、信号線4sを介して、演算予測回路に入力される。
また、模擬入力情報にて演算予測する場合は模擬の入力
情報を、施設運転員が、模擬入力情報の入力装置３から
入力することで、信号線3sを介して入力回路４に、さら
に、信号線4sを介して、演算予測回路５に入力される。
の消化槽への実際あるいは模擬の入力情報と、反応速度
定数Ka,Km等の演算式中の係数が既知であれば、Runge−
Kutta法等を用いて簡単に解くことができる。すなわ
ち、消化槽への実際の入力情報は、計測装置２によつて
計測され、信号線2sを介して、入力回路４に送られ、さ
らに、信号線4sを介して、演算予測回路に入力される。
また、模擬入力情報にて演算予測する場合は模擬の入力
情報を、施設運転員が、模擬入力情報の入力装置３から
入力することで、信号線3sを介して入力回路４に、さら
に、信号線4sを介して、演算予測回路５に入力される。
一方、反応速度定数等の演算式中の係数は、比率設定装
置７より入力され、信号線7sを介して入力回路４に入力
され、さらに信号線4sによつて演算予測回路５に入力さ
れる。演算予測回路５では、Runge−Kutta法等により、
（１）〜（10）式を解く。演算結果である消化プロセス
の将来の生成物量、濃度は、信号線5sを介して出力回路
６へ送られ、さらに表示装置（図示せず）に送られて時
系列図等の形で表示される。施設運転員はこの演算結果
をもとに投入原料量等の運転条件を決定し、施設運用を
行なう。
置７より入力され、信号線7sを介して入力回路４に入力
され、さらに信号線4sによつて演算予測回路５に入力さ
れる。演算予測回路５では、Runge−Kutta法等により、
（１）〜（10）式を解く。演算結果である消化プロセス
の将来の生成物量、濃度は、信号線5sを介して出力回路
６へ送られ、さらに表示装置（図示せず）に送られて時
系列図等の形で表示される。施設運転員はこの演算結果
をもとに投入原料量等の運転条件を決定し、施設運用を
行なう。
従来の消化状態模擬装置は、以上のように構成されてい
たので、投入原料性状の変化に基づいて演算式中の係数
が変化するために、長期に亘つてこれら係数を一定値に
固定すると、模擬予測精度が低下する。
たので、投入原料性状の変化に基づいて演算式中の係数
が変化するために、長期に亘つてこれら係数を一定値に
固定すると、模擬予測精度が低下する。
このため、施設運転員が誤まつた予測結果に基づいて投
入原料等の運転条件を変更させるために、消化状態に異
常を来たすことがしばしばあり、安定した消化槽運用を
行なうことは困難であつた。
入原料等の運転条件を変更させるために、消化状態に異
常を来たすことがしばしばあり、安定した消化槽運用を
行なうことは困難であつた。
また従来装置は、一定期間ごとに実験室規模の実験を行
ない、これら係数を定め、更新するには、多大の時間、
労力を要するといつた欠点があつた。
ない、これら係数を定め、更新するには、多大の時間、
労力を要するといつた欠点があつた。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、消化槽から発生するメタンガス
量、炭酸ガス量ならびに、消化槽内有機物濃度、同有機
酸濃度を用いてメタン発酵過程の反応速度を示す反応速
度項内の係数、酸発酵過程の反応速度を示す反応速度項
内の係数ならびに単位有機物分解量に対する有機酸生成
比率を逐次更新することにより、演算予測精度が良く、
かつ実験に基づく係数更新を省くことができる嫌気性消
化プロセスの消化状態模擬装置を提供することを目的と
する。
ためになされたもので、消化槽から発生するメタンガス
量、炭酸ガス量ならびに、消化槽内有機物濃度、同有機
酸濃度を用いてメタン発酵過程の反応速度を示す反応速
度項内の係数、酸発酵過程の反応速度を示す反応速度項
内の係数ならびに単位有機物分解量に対する有機酸生成
比率を逐次更新することにより、演算予測精度が良く、
かつ実験に基づく係数更新を省くことができる嫌気性消
化プロセスの消化状態模擬装置を提供することを目的と
する。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第２
図において、21,8はそれぞれ消化槽１内に備えつけられ
た有機物濃度計、有機酸濃度計であり、これらの出力は
それぞれ信号線21s,8sによつて入力回路４に接続されて
いる。9,10はそれぞれ発生した消化ガスを引抜くための
配管ｃに備え付けられたガス流量計、ガス分析計であ
り、これらの出力はそれぞれ信号線9s,10sによつて入力
回路４に接続されている。11,12は、それぞれ除去有機
物換算の酸生成微生物濃度、および発生メタンガス量換
算のメタン生成微生物濃度を演算する演算器であり、入
力回路４の出力がそれぞれ信号線11s,12sによつて接続
されている。13,14,15はそれぞれ現在から過去に至る一
定期間のプロセス値から除去有機物量当りの有機酸生成
比率ＹLa/Lv、酸発酵過程における反応速度を示す反応
速度項内の係数、メタン発酵過程における反応速度を示
す反応速度項内の係数を演算するための演算回路であ
る。
図において、21,8はそれぞれ消化槽１内に備えつけられ
た有機物濃度計、有機酸濃度計であり、これらの出力は
それぞれ信号線21s,8sによつて入力回路４に接続されて
いる。9,10はそれぞれ発生した消化ガスを引抜くための
配管ｃに備え付けられたガス流量計、ガス分析計であ
り、これらの出力はそれぞれ信号線9s,10sによつて入力
回路４に接続されている。11,12は、それぞれ除去有機
物換算の酸生成微生物濃度、および発生メタンガス量換
算のメタン生成微生物濃度を演算する演算器であり、入
力回路４の出力がそれぞれ信号線11s,12sによつて接続
されている。13,14,15はそれぞれ現在から過去に至る一
定期間のプロセス値から除去有機物量当りの有機酸生成
比率ＹLa/Lv、酸発酵過程における反応速度を示す反応
速度項内の係数、メタン発酵過程における反応速度を示
す反応速度項内の係数を演算するための演算回路であ
る。
演算回路13には、入力回路４の出力が信号線13sによつ
て接続されている。演算回路14には演算器11および入力
回路４の出力が信号線16s,14sによつて接続されてい
る。演算回路15には演算器12および入力回路４の出力が
信号線17s,15sによつて接続されている。演算回路13,1
4,15の出力は、それぞれ信号線18s,19s,20sによつて演
算予測回路５に接続されている。
て接続されている。演算回路14には演算器11および入力
回路４の出力が信号線16s,14sによつて接続されてい
る。演算回路15には演算器12および入力回路４の出力が
信号線17s,15sによつて接続されている。演算回路13,1
4,15の出力は、それぞれ信号線18s,19s,20sによつて演
算予測回路５に接続されている。
次に、動作について説明する。本発明によると、イガス
相で用いる消化ガス流量計、ガス分析計等の計器は、消
化液に浸漬させて用いる濃度計等よりも保守性、信頼性
の面で優れている。ロ演算式に示したように、ガス生成
速度は、メタン発酵過程、酸発酵過程における反応速度
と比例しておりかつ直接計測可能であることからメタン
生成速度、炭酸ガス生成速度は、反応速度定数を更新す
る際の主要な情報となる。ハ演算式中の諸係数のうち、
酸発酵過程、メタン発酵過程における反応速度を示す項
内の係数ならびに除去有機物量当りの有機酸生成比率
（ＹLa/Lv）を更新するだけで、実用上問題ない精度で
消化状態の模擬が可能である。
相で用いる消化ガス流量計、ガス分析計等の計器は、消
化液に浸漬させて用いる濃度計等よりも保守性、信頼性
の面で優れている。ロ演算式に示したように、ガス生成
速度は、メタン発酵過程、酸発酵過程における反応速度
と比例しておりかつ直接計測可能であることからメタン
生成速度、炭酸ガス生成速度は、反応速度定数を更新す
る際の主要な情報となる。ハ演算式中の諸係数のうち、
酸発酵過程、メタン発酵過程における反応速度を示す項
内の係数ならびに除去有機物量当りの有機酸生成比率
（ＹLa/Lv）を更新するだけで、実用上問題ない精度で
消化状態の模擬が可能である。
以下、係数更新方法の一例を示す。メタン生成過程にお
ける反応速度を示す演算式中の反応速度項内の係数更新
は、（７）式を解くことによつて達成される。すなわ
ち、（７）式を次式のように変形すれば、過去一定期間
のメタンガス生成速度（ＧCH4）、メタン生成微生物濃
度（Sm）、消化槽内有機酸濃度（Lao）を用いて、反応
速度項内の係数Km,Lanを定めることができる。
ける反応速度を示す演算式中の反応速度項内の係数更新
は、（７）式を解くことによつて達成される。すなわ
ち、（７）式を次式のように変形すれば、過去一定期間
のメタンガス生成速度（ＧCH4）、メタン生成微生物濃
度（Sm）、消化槽内有機酸濃度（Lao）を用いて、反応
速度項内の係数Km,Lanを定めることができる。
メタンガス生成速度（ＧCH4）は、消化ガス流量と消化
ガス中のメタンガス濃度の積として求める。消化ガス流
量、メタンガス濃度は、それぞれ消化ガス流量計９、消
化ガス分析計10にて計測される。消化槽内有機酸濃度
（Lao）は、有機酸濃度計８で計測される。消化ガス流
量、メタンガス濃度、有機酸濃度の計測値は、それぞれ
信号線9s,10s,8sによつて、入力回路４に送られ、信号
線15sによつて、演算回路15に入力される。分解有機酸
量に対するメタンガス発生比率ＹCH4/Laは、比率設定装
置７において設定され、信号線7sを介して、入力回路４
に送られ、さらに、信号線15sによつて、演算回路15に
入力される。メタン生成微生物濃度（Sm）は、メタンガ
ス生成速度、原料流量が計測できれば、例えば本発明者
等が既に出願した消化槽内微生物監視装置（特願昭58−
105122号）に示したように、発生メタンガス量換算のメ
タン生成微生物濃度を演算できる。
ガス中のメタンガス濃度の積として求める。消化ガス流
量、メタンガス濃度は、それぞれ消化ガス流量計９、消
化ガス分析計10にて計測される。消化槽内有機酸濃度
（Lao）は、有機酸濃度計８で計測される。消化ガス流
量、メタンガス濃度、有機酸濃度の計測値は、それぞれ
信号線9s,10s,8sによつて、入力回路４に送られ、信号
線15sによつて、演算回路15に入力される。分解有機酸
量に対するメタンガス発生比率ＹCH4/Laは、比率設定装
置７において設定され、信号線7sを介して、入力回路４
に送られ、さらに、信号線15sによつて、演算回路15に
入力される。メタン生成微生物濃度（Sm）は、メタンガ
ス生成速度、原料流量が計測できれば、例えば本発明者
等が既に出願した消化槽内微生物監視装置（特願昭58−
105122号）に示したように、発生メタンガス量換算のメ
タン生成微生物濃度を演算できる。
ここで、 k,k＋1:時刻 Ｇ ：時刻ｋからｋ＋１の間に発生した消化ガス
量 ａ ：時刻ｋからｋ＋１の間に発生したメタンガ
ス濃度 その他の記号は既に示した通りである。
量 ａ ：時刻ｋからｋ＋１の間に発生したメタンガ
ス濃度 その他の記号は既に示した通りである。
原料流量Ｑの計測値は、入力情報の計測装置２において
計測され、信号線2sによつて、入力回路４に送られる。
消化ガス流量Ｇ、メタンガス濃度ａは、消化ガス流量計
９、消化ガス分析計10において計測され、信号線9s,10s
によつて入力回路４に送られる。これらの信号は、さら
に、信号線12sによつて演算器12に入力される。演算器1
2では（12）式の演算が行なわれ、その演算結果は信号
線17sを介して演算回路15に入力される。
計測され、信号線2sによつて、入力回路４に送られる。
消化ガス流量Ｇ、メタンガス濃度ａは、消化ガス流量計
９、消化ガス分析計10において計測され、信号線9s,10s
によつて入力回路４に送られる。これらの信号は、さら
に、信号線12sによつて演算器12に入力される。演算器1
2では（12）式の演算が行なわれ、その演算結果は信号
線17sを介して演算回路15に入力される。
演算回路15では、信号線15s,17sからの情報を（11）式
に代入して、係数Km,Lanを算出する。演算結果である係
数Km,Lanは信号線20sによつて、演算予測回路５に送ら
れる。
に代入して、係数Km,Lanを算出する。演算結果である係
数Km,Lanは信号線20sによつて、演算予測回路５に送ら
れる。
酸生成過程における反応速度を示す演算式中の反応速度
項内の係数更新は、（７），（８）および（４）式を解
くことによつて達成される。すなわち、（７），
（８），（４）式を以下に示すように変形，整理すれば
過去一定期間のメタンガス生成速度（ＧCH4）、炭酸ガ
ス生成速度（ＧCO2m＋ＧCO2a）、酸生成微生物濃度（S
a）、消化槽内有機物濃度（Lvo）を用いて、反応速度項
内の係数Ka,Lvnを定めることができる。
項内の係数更新は、（７），（８）および（４）式を解
くことによつて達成される。すなわち、（７），
（８），（４）式を以下に示すように変形，整理すれば
過去一定期間のメタンガス生成速度（ＧCH4）、炭酸ガ
ス生成速度（ＧCO2m＋ＧCO2a）、酸生成微生物濃度（S
a）、消化槽内有機物濃度（Lvo）を用いて、反応速度項
内の係数Ka,Lvnを定めることができる。
（４）式，（８）式より、 ＧCO2a＋ＧCO2m＝ＹCO2/La・Km・Sm・（Lao−Lan）・Ｖ ＋ＹCO2/Lv・Ka・Sa・（Lvo−Lvn）・Ｖ ……（13） （13）式，（７）式より、 （14）式より 全炭酸ガス生成速度（ＧCO2a＋ＧCO2m）は、消化ガス流
量と消化ガス中の炭酸ガス濃度の積として求まる。消化
ガス流量、炭酸ガス濃度は、それぞれ、消化ガス流量計
９、消化ガス分析計10において計測される。メタンガス
生成速度ＧCH4については、前述した通りである。消化
槽内有機物濃度（Lvo）、有機物濃度計21で計測され
る。消化ガス流量、メタンガス濃度、炭酸ガス濃度、有
機物濃度の計測値は、信号線9s,10s,21sによつて入力回
路４に送られ、さらに、信号線14sよつて演算回路14に
入力される。分解有機酸量に対するメタンガス発生比率
ＹCH4/La、分解有機酸量に対する炭酸ガス発生比率Ｙ
CO2/La、分解有機酸量に対する炭酸ガス発生比率Ｙ
CO2/Lvは、比率設定装置７において設定され、信号線7s
を介して入力回路４に送られ、さらに信号線14sによつ
て演算回路14に入力される。
量と消化ガス中の炭酸ガス濃度の積として求まる。消化
ガス流量、炭酸ガス濃度は、それぞれ、消化ガス流量計
９、消化ガス分析計10において計測される。メタンガス
生成速度ＧCH4については、前述した通りである。消化
槽内有機物濃度（Lvo）、有機物濃度計21で計測され
る。消化ガス流量、メタンガス濃度、炭酸ガス濃度、有
機物濃度の計測値は、信号線9s,10s,21sによつて入力回
路４に送られ、さらに、信号線14sよつて演算回路14に
入力される。分解有機酸量に対するメタンガス発生比率
ＹCH4/La、分解有機酸量に対する炭酸ガス発生比率Ｙ
CO2/La、分解有機酸量に対する炭酸ガス発生比率Ｙ
CO2/Lvは、比率設定装置７において設定され、信号線7s
を介して入力回路４に送られ、さらに信号線14sによつ
て演算回路14に入力される。
酸生成微生物濃度（Sa）は、原料流量、投入原料中の有
機物濃度、消化槽内有機物濃度が計測できれば、本発明
者等が既に出願した上記消化槽内微生物濃度監視装置
（特願昭58−105122号）に示したように、除去有機物量
換算の酸生成微生物濃度を演算できる。
機物濃度、消化槽内有機物濃度が計測できれば、本発明
者等が既に出願した上記消化槽内微生物濃度監視装置
（特願昭58−105122号）に示したように、除去有機物量
換算の酸生成微生物濃度を演算できる。
原料流量Ｑの計測値ならびに投入原料中の有機物濃度Lv
iは、入力情報の計測装置２において計測され、信号線2
sによつて、入力回路４に送られる。消化槽内有機物濃
度（Lvo）は、有機物濃度計21で計測され、信号線21sに
よつて入力回路４に送られる。これらの信号は、さらに
信号線11sによつて演算器11に入力される。演算器11で
は（16）式の演算が行なわれ、その演算結果は信号線16
sによつて演算回路14に入力される。演算回路14では、
信号線16s,14sからの情報を（15）式に代入して係数Ka,
Lvoを算出する。演算結果である係数Ka,Lvoは信号線19s
によつて演算予測回路５に送られる。
iは、入力情報の計測装置２において計測され、信号線2
sによつて、入力回路４に送られる。消化槽内有機物濃
度（Lvo）は、有機物濃度計21で計測され、信号線21sに
よつて入力回路４に送られる。これらの信号は、さらに
信号線11sによつて演算器11に入力される。演算器11で
は（16）式の演算が行なわれ、その演算結果は信号線16
sによつて演算回路14に入力される。演算回路14では、
信号線16s,14sからの情報を（15）式に代入して係数Ka,
Lvoを算出する。演算結果である係数Ka,Lvoは信号線19s
によつて演算予測回路５に送られる。
分解除去有機物量当りの有機酸生成比率ＹLa/Lvの更新
は、（４），（５），（７），（８）式を解くことによ
つて達成される。すなわち、（４），（５），（７），
（８）式式を以下に示すように変形，整理すれば、過去
一定期間のメタンガス生成速度（ＧCH4）、炭酸ガス生
成速度（ＧCO2a＋ＧCO2m）、投入原料中の有機酸濃度
（Lai）、消化槽内有機酸濃度（Lao）を用いて、除去有
機物量当りの有機酸生成比率ＹLa/Lvを定めることがで
きる。
は、（４），（５），（７），（８）式を解くことによ
つて達成される。すなわち、（４），（５），（７），
（８）式式を以下に示すように変形，整理すれば、過去
一定期間のメタンガス生成速度（ＧCH4）、炭酸ガス生
成速度（ＧCO2a＋ＧCO2m）、投入原料中の有機酸濃度
（Lai）、消化槽内有機酸濃度（Lao）を用いて、除去有
機物量当りの有機酸生成比率ＹLa/Lvを定めることがで
きる。
（５）式，（７）式より （17）式に（４），（７），（８）式より導びかれた
（15）式を代入整理すると、 （18）式において、メタンガス生成速度（ＧCH4）、全
炭酸ガス生成速度（ＧCO2a＋ＧCO2m）は、前述した通
り、消化ガス流量計９ならびに消化ガス分析計10によつ
て計測され、信号線9s,10sによつて入力回路４に送られ
る。有入原料中の有機酸濃度（Lai）ならびに投入原料
量（Ｑ）は、入力情報の計測装置２において計測され、
信号線2sによつて入力回路４に送られる。消化槽内有機
酸濃度（Lao）は、有機酸濃度計８で計測され、信号線8
sによつて入力回路４に送られる。除去有機物量当りの
炭酸ガス生成比率ＹCO2/Lv、除去有機物量当りの炭酸ガ
ス生成比率ＹCO2/La、除去有機物量当りのメタンガス生
成比率ＹCH4/Laは比率設定装置７によつて設定され、信
号線7sによつて入力回路４に送られる。これらの信号
は、さらに信号線13sによつて演算回路13に送られる。
演算回路13はこれらの信号を（18）式に代入して除去有
機物量当りの有機酸生成比率ＹLa/Lvを定める。その演
算結果であるＹLa/Lvは、信号線18sによつて演算予測回
路５に送られる。
（15）式を代入整理すると、 （18）式において、メタンガス生成速度（ＧCH4）、全
炭酸ガス生成速度（ＧCO2a＋ＧCO2m）は、前述した通
り、消化ガス流量計９ならびに消化ガス分析計10によつ
て計測され、信号線9s,10sによつて入力回路４に送られ
る。有入原料中の有機酸濃度（Lai）ならびに投入原料
量（Ｑ）は、入力情報の計測装置２において計測され、
信号線2sによつて入力回路４に送られる。消化槽内有機
酸濃度（Lao）は、有機酸濃度計８で計測され、信号線8
sによつて入力回路４に送られる。除去有機物量当りの
炭酸ガス生成比率ＹCO2/Lv、除去有機物量当りの炭酸ガ
ス生成比率ＹCO2/La、除去有機物量当りのメタンガス生
成比率ＹCH4/Laは比率設定装置７によつて設定され、信
号線7sによつて入力回路４に送られる。これらの信号
は、さらに信号線13sによつて演算回路13に送られる。
演算回路13はこれらの信号を（18）式に代入して除去有
機物量当りの有機酸生成比率ＹLa/Lvを定める。その演
算結果であるＹLa/Lvは、信号線18sによつて演算予測回
路５に送られる。
以上示したように係数更新を行ないながら、第１図に示
したものと同様な手順で消化状態の模擬を行なう。これ
らの係数更新法について、実施例データを用い、計算機
シミユレーシヨンによつて検討した結果を第３図及び第
４図にそれぞれ示す。ここで、係数更新は過去３日間の
データを用いて逐次更新した。第３図及び第７図に示す
ように、実測値と計算値は、数値傾向共、実用上あまり
問題ない精度でよく一致している。
したものと同様な手順で消化状態の模擬を行なう。これ
らの係数更新法について、実施例データを用い、計算機
シミユレーシヨンによつて検討した結果を第３図及び第
４図にそれぞれ示す。ここで、係数更新は過去３日間の
データを用いて逐次更新した。第３図及び第７図に示す
ように、実測値と計算値は、数値傾向共、実用上あまり
問題ない精度でよく一致している。
なお、上記実施例では、メタン生成微生物濃度、酸生成
微生物濃度を、それぞれメタンガス量、除去有機物量に
換算し、演算算出するものの例を示したが、たとえば
420等によつて消化槽内のこれら微生物濃度を直接計測
する手段を設けてもよい。
微生物濃度を、それぞれメタンガス量、除去有機物量に
換算し、演算算出するものの例を示したが、たとえば
420等によつて消化槽内のこれら微生物濃度を直接計測
する手段を設けてもよい。
また、有機物濃度、有機酸濃度については、１回／日程
度以上の測定頻度であればよく、実験室で手分析を行な
い入力回路へ直接入力する様にしてもよい。
度以上の測定頻度であればよく、実験室で手分析を行な
い入力回路へ直接入力する様にしてもよい。
さらに、上記実施例では、酸発酵過程の反応速度を示す
反応速度項内の係数Ｋａ,Lvn，メタン発酵過程の反応速
度項内の係数Ｋｍ,Lanのすべてを更新する場合の例を示
したが、Ｌvn,Lanの値を固定し、Ｋａ,Kｍのみを更新す
る様にしてもよい。
反応速度項内の係数Ｋａ,Lvn，メタン発酵過程の反応速
度項内の係数Ｋｍ,Lanのすべてを更新する場合の例を示
したが、Ｌvn,Lanの値を固定し、Ｋａ,Kｍのみを更新す
る様にしてもよい。
また、新たに定めた係数値を平滑化処理しながら、更新
して行く方法も推奨される。
して行く方法も推奨される。
また、上記実施例では、酸発酵過程ならびにメタン発酵
過程における反応速度を、基質濃度に比例する１次反応
式とした場合の例を示したが、酵素反応の基礎速度式で
あるMichaelis-Menten式ならびにこれらの修正式とした
場合においても同様の効果を奏する。
過程における反応速度を、基質濃度に比例する１次反応
式とした場合の例を示したが、酵素反応の基礎速度式で
あるMichaelis-Menten式ならびにこれらの修正式とした
場合においても同様の効果を奏する。
また、この嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置を用
いて消化槽の熱効率ならびに消化処理原料の処分費用を
考離しながら、最適な投入量、消化温度等の運転条件を
自動的に決定するようにし、この決定された運転条件に
基づいて消化槽の運用制御を、たとえば発明者等がすで
に出願した嫌気性消化槽制御装置（特願昭58−54475
号）により行なえば、より効率の良い運用が可能とな
る。
いて消化槽の熱効率ならびに消化処理原料の処分費用を
考離しながら、最適な投入量、消化温度等の運転条件を
自動的に決定するようにし、この決定された運転条件に
基づいて消化槽の運用制御を、たとえば発明者等がすで
に出願した嫌気性消化槽制御装置（特願昭58−54475
号）により行なえば、より効率の良い運用が可能とな
る。
以上のように、この発明によれば、消化槽から発生する
メタンガス量、炭酸ガス生成量ならびに消化槽内有機物
濃度、同有機酸濃度を用いて、演算式中の反応速度項内
の係数ならびに、有機物分解量に対する有機酸生成比率
を逐次更新するようにしたので、人手を要する係数更新
のための実験が不要で、かつ予測精度も良いという極め
て優れた効果がある。
メタンガス量、炭酸ガス生成量ならびに消化槽内有機物
濃度、同有機酸濃度を用いて、演算式中の反応速度項内
の係数ならびに、有機物分解量に対する有機酸生成比率
を逐次更新するようにしたので、人手を要する係数更新
のための実験が不要で、かつ予測精度も良いという極め
て優れた効果がある。
第１図は従来の嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置
を示すブロツク線図、第２図は本発明の一実施例による
嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置のブロツク線
図、第３図及び第４図は本発明の模擬装置で、消化状態
を演算予測した結果を示す図、第５図は嫌気性消化プロ
セスの反応過程を示す模式図。 １……嫌気性消化槽、２……入力情報の計測装置、３…
…模擬入力情報の入力回路、４……入力回路、５……演
算予測回路、６……出力回路、７……比率設定装置、８
……有機酸濃度計、９……消化ガス流量計、10……ガス
分析計、11,12……演算器、13,14,15……演算回路、21
……有機物濃度計。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
を示すブロツク線図、第２図は本発明の一実施例による
嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置のブロツク線
図、第３図及び第４図は本発明の模擬装置で、消化状態
を演算予測した結果を示す図、第５図は嫌気性消化プロ
セスの反応過程を示す模式図。 １……嫌気性消化槽、２……入力情報の計測装置、３…
…模擬入力情報の入力回路、４……入力回路、５……演
算予測回路、６……出力回路、７……比率設定装置、８
……有機酸濃度計、９……消化ガス流量計、10……ガス
分析計、11,12……演算器、13,14,15……演算回路、21
……有機物濃度計。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】有機物を含む原料物質を連続的あるいは間
欠的に投入しこれを嫌気的に酸発酵ならびにメタン発酵
させ、有機物を分解してメタンガス、炭酸ガスを発生す
る嫌気性消化プロセスへの入力情報あるいは模擬入力情
報を入力信号とし、将来の該プロセスの消化状態、該プ
ロセスからの生成物量あるいは生成物濃度を、予め定め
られた反応速度項を含む演算式を用いて演算予測する演
算予測回路を有し、この演算予測した結果を出力する嫌
気性消化プロセス消化状態模擬装置において、現在より
過去に至る予め定められた一定期間における該プロセス
のメタンガス生成速度、消化槽内メタン生成微生物濃
度、消化槽内有機酸濃度またはこれらの代替指標となる
ものを計測する第１手段により計測した値を用いてメタ
ン発酵過程の反応速度を示す反応速度項内の係数を演算
し、この演算結果を出力とする第１の演算回路と、現在
より過去に至る予め定められた一定期間における該プロ
セスのメタンガス生成速度、炭酸ガス生成速度、酸生成
微生物濃度、消化槽内有機物濃度またはこれらの代替指
標となるものを計測する第２手段により計測した値を用
いて酸発酵過程の反応速度を示す反応速度項内の係数を
演算し、この演算結果を出力とする第２の演算回路と、
現在より過去に至る予め定められた一定期間における該
プロセスのメタンガス発生量、炭酸ガス発生量、投入物
質中の有機物および有機酸濃度、消化槽内の有機物およ
び有機酸濃度またはこれらの代替指標となるものを計測
する第３手段により計測した値を用いて単位有機物分解
量に対する有機物の生成比率を演算しこの演算結果を出
力とする第３の演算回路のうちの少なくとも１つ以上の
演算回路とを備え、上記第１乃至第３の演算回路の出力
を用いて、演算予測回路内の予め定められた演算式中の
メタン発酵過程の反応速度を示す反応速度項内の係数、
酸発酵過程を示す反応速度を示す反応速度項内の係数、
単位有機物分解量に対する有機物の生成比率のうち少な
くとも１つ以上を逐次更新することを特徴とする嫌気性
消化プロセスの消化状態模擬装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10236384A JPH0763717B2 (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10236384A JPH0763717B2 (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60244400A JPS60244400A (ja) | 1985-12-04 |
| JPH0763717B2 true JPH0763717B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=14325372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10236384A Expired - Lifetime JPH0763717B2 (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0763717B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4630244B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2011-02-09 | 荏原エンジニアリングサービス株式会社 | 嫌気性微生物による有機性廃棄物の処理方法及び装置 |
| JP2011200792A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 嫌気処理装置及び嫌気処理方法 |
| CN104034912B (zh) * | 2014-06-26 | 2015-11-18 | 湖南中本智能科技发展有限公司 | 一种全自动单胃动物仿生消化仪 |
| CN114262136B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-05-02 | 北京城市排水集团有限责任公司 | 一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器及其控制方法 |
-
1984
- 1984-05-21 JP JP10236384A patent/JPH0763717B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60244400A (ja) | 1985-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Moody et al. | Using biochemical methane potential assays to aid in co-substrate selection for co-digestion | |
| Hassam et al. | A generic and systematic procedure to derive a simplified model from the anaerobic digestion model No. 1 (ADM1) | |
| Hill | A comprehensive dynamic model for animal waste methanogenesis | |
| Orzi et al. | Potential odour emission measurement in organic fraction of municipal solid waste during anaerobic digestion: Relationship with process and biological stability parameters | |
| Daniel-Gromke et al. | Digestion of bio-waste-GHG emissions and mitigation potential | |
| JPH02136733A (ja) | バイオマス・プロセスの光学密度測定の装置および方法 | |
| US20020022260A1 (en) | Apparatus for operating fermentation | |
| CN102494722B (zh) | 一种城镇生活垃圾处理系统温室气体排放监测方法 | |
| CN102209688B (zh) | 水质模拟方法和装置 | |
| EP0661538A3 (en) | Method for measuring a corrosion potential, method of simulating potential characteristics of a reaction rate, and plant monitoring system adopting system | |
| JPS6114800B2 (ja) | ||
| JPH0763717B2 (ja) | 嫌気性消化プロセスの消化状態模擬装置 | |
| Rozzi | Modelling and control of anaerobic digestion processes | |
| CN115809749B (zh) | 污水处理综合性在线预测模型的建立方法及预测预警方法 | |
| Ekama et al. | Integration of complete elemental mass-balanced stoichiometry and aqueous-phase chemistry for bioprocess modelling of liquid and solid waste treatment systems− Part 3: Measuring the organics composition | |
| von Schalien et al. | Adaptive on‐line model for aerobic Saccharomyces cerevisiae fermentation | |
| Lotter et al. | Carbon balance and modelling of oil degradation in soil bioreactors | |
| Jones et al. | Towards a useful dynamic model of the anaerobic wastewater treatment process: a practical illustration of process identification | |
| Swiniarski et al. | Progress towards estimation of biomass in a batch fermentation process | |
| Van Vooren | Buffer capacity based multipurpose hard-and software sensor for environmental applications | |
| CN107194129A (zh) | 一种应用乳酸修正的adm1模型分析餐厨垃圾产甲烷的方法 | |
| CN111141876A (zh) | 厌氧消化液起泡潜能的快速测定方法 | |
| Früh et al. | On-line measurement and control of penicillin V production | |
| Law et al. | Formation and emission of methane in rice soils: Experimental determination and modeling analysis. Final report | |
| Tanyanyiwa | Co‐digestion of industrial and domestic wastewater. |