JPS62266199A - メタン発酵の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はメタン発酵の制御方法に関する。

８０発明の概要 本発明はメタン発酵制御方法において、メタン発酵タン
クにて発生した消化ガスをガス分離袋υに導いてガス分
離膜透過ガスと非透過ガスに分離し、この分離ガスのい
ずれか一方をメタン発酵タンク内液相のｐＨを検知する
ｐＨセンサにより切換動作されるガス注入三方コックを
介してメタン発酵タンクに通気するようにしたことによ
り、メタン発酵タンク内の気相のＣＯｉ分圧に依存して
液相のｐＨ変化か生じることを利用して容易にメタン発
酵のｐＨ制御が行なえるようにしたものである。

Ｃ０従来の技術と問題点 メタン発酵タンクの運転は操作者の実務的な方法に頼っ
ており、時として過負荷による酸敗などの失敗を生じる
ことがある。そこで、従来よりメタン発酵タンクの運転
を自動制御することが試みられており、例えば■流置制
御法、■消化汚泥再循環制御法、■塩基注入制御法、■
ガス洗浄再循環制御法などが提案されている。一方、メ
タン発酵タンクの運転を制御する方法において容易にモ
ニターできるｐ■Ｉは指標としてよく知られている。

前記各制御方法を第２図〜第５図を参照して説明する。

第２図は流置制御法の構成図であり、ｌはメタン発酵タ
ンク、コはｐ　Ｈセンサ、３はｐＨ制御器、ｊは発酵原
料の貯留タンク、デは発酵原料注入コンクである。また
／θｔまメタン発酵タンクｌ内に挿入されている攪拌ｇ
’ｃある。この流量制御方法にあっては、貯留タンクｔ
に一珪溜められた発酵原料はメタン発酵タンクｌに流入
されメタン発酵タンクｌ内でガスと消化汚泥に分離され
て排出される。またこのとき、ｐＨセンサユによりメタ
ン発酵タンクｌ内のｐＨを検知し、ｐＨ制御器３を介し
て発酵原料注入コック９を開閉しメタン発酵タンクｌへ
の発酵原料の流入を制御してタンク内液相のｐＨを制御
している。

上記の流量制御方法はメタン発酵タンクのｐＨ制御の基
本であり、必要不可欠のシステムであるが、発酵原料で
ある流入基質の濃度変動が大きい場合は、単にメタン発
酵タンクへの発酵原料の流入制御だけでは対応しきれず
、ｐ　Ｈ制御は困鮒となる。

第３図は消化汚泥再循環制御法の構成図を示す。

同図に示す方法によると、メタン発酵タンクｌにてガス
と分離された汚泥は固液分離タンクｌ／に移送される。

同タンクｌ／にて分離された液体は配管ｌユに移送され
る。

配管ｌコは一端が消化汚泥排出側、他端が消化汚泥排出
側となっていて、再循環側にはポンプ１３が設けてあり
２再循Ｊ１消化汚泥を発酵原料とともにメタン発酵タン
クｌに戻すようになっている。ポンプ１３はメタン発酵
タンクｌ内のＰＨＴｈ検出するｐＨ七ンづコに接続され
たｐＨ制御器３により駆動が制御せられる。したがって
、メタン発酵タンクｌにて発生した消化ガスは貯留タン
ク（図示せず）に送られるとともに、汚泥液は固液分離
タンク／／に移送されて、固形物と液体に分離され、固
形物はタンク外に排出されるとともに液体状の消化汚泥
は配管／４’に送られる。このときｐ　Ｈ七ンサコがメ
タン発酵タンクｌ内のｐ　Ｈ’！ｚ・検知してその変化
に対応してｐＨ制御器３を介してポンプ１３を作動させ
、固液分離タンク／ｌから排出される消化汚泥を再循環
してメタン発酵タンク／に還元し、タンク内のｐＨを制
御する。

上記の消化汚泥再循環制御方法は、ｐＨ制御性はかなり
良く、種菌植種効果もある。しかしながら、固液分離タ
ンク／／が必要であり、かつ消化汚泥の固液分離が困難
な場合には適用できないという欠点がある。

第４図は塩基注入制御方法の構成図を示す。この方法は
、薬品タンクｌｓ内にメタン発酵原料を−［１貯留して
ここで塩基を注入したうえメタン発酵タンクｌに投入す
る。また、ｐＨセンサコがメタン発酵タンクｌ内のｐＨ
を検知し、ｐＨ制御器酵タンクｌへの投入組を夕／り内
液相のｐ）ｌの変化に対応して制御する。上記の塩基注
入制御方法は、ｐＨ制御性は良いが、薬品注入する点で
コスト高となるという欠点があった。

また、第５図は方ス洗浄再循環制御法のｔ名積−人図で
ある。この方法は、メタン発酵タンクｌで発生したガス
をコンプレッサーｔを介してスクラバノ乙に導き、スク
ラバ１６において消化ガスを水で洗浄して、消化ガス中
のコニ酸化炭素をｍｍさせ、二酩・化炭素を低ドさせた
後ガス攪拌機構を通してメタン発酵タンクｌに再循環さ
せている。

上記の制御方法によると、メタン発酵タンク内液相中の
溶解性二酸化炭素は気相に揮散せられるｋめに液相のｌ
）Ｈに上昇する。この方法はｐＨの制御性は良いが、消
化ガス洗浄用の水を補給しなければならないことと、ガ
ス洗浄装置か必要であるために機構が複釦となり、大形
化することか欠点である。

上記のように、従来のメタン発酵タンクにおけるそれぞ
れのメタン発酵の制御方法には一長一短かあり、第２図
に示す流量制御方法以外はあまり用いられていないのが
実情である。本発明はこのような欠点を改良すべく、新
しいガス分離再従現制御方法を提案するものである。

Ｄ０間照点を解決するための手段 本発明に係るメタン発酵の制御力法は、メタン発酵タン
クで発生したガスを高分子膜等を利用したガス分離装陰
に導いて二酸化炭素温度の異なるガス分離脱透過ガスと
非透過ガスとに分真ｉｔ　Ｌ、各分離ガスを、ガス注入
三方コックに導く。ガス注入三方コックはメタン発酵タ
ンク内液相のｐ　Ｈを検知するｐＨセンサに接ド！した
ｐ　Ｈ制御器により切換え作動され前記分離ガスのいず
れが一方をメタン発酵タンクに通気する。

８０作　　　　用 メタン発酵タンク内の気相のＣ（’Ｊｔ分圧ｖｃ依存し
た液相のＩ）Ｈ変化が生じることを利用して、ｐＨの変
化に対応してガス分離脱透過ガスと非透過ガスがメタン
発酵タンクに再Ｏｋ壌されてメタン発酵のｐＨが制御さ
れる。

Ｆ、実　施　例 以下本発明を実施する装置Ｎを第１図に示す実誰例にも
とづいて説明する。なお、従来と同等部分には同一符号
を付して説明する。

図において、弘はコンプレッサ、Ｓは高分子ｋ・等を用
いたガス分離装膜、６はガス注入三方コック、７はブロ
ワ−である。３はメタン発酵タンクｌ内のｐ■■を検知
するＩ）Ｈセンサーを接続した口（制御器で、このｐＨ
制御器３によってガス注入三方コツクロを切換および１
）１′１閉動作させる。まに１ｐ　■］制御器３によっ
てコンプレッサψのＫ＜　ｍｌを制御するように設けで
ある。

つぎに作用を説明する。

メタン発酵ｊち（料はメタン発酵タンクｌに入り、メタ
ン発酵タンク内のメタン菌その他の微生物の作用により
ガス化される。発生ガスは通１ｋ　６０〜７０％のメタ
ンと、４０〜３０％の二酸化炭素から構成される。発生
ガスの一部はコンプレッサｔにより加圧され、高分子膜
等を用いたガス分離装置Ｓにより、ガス分ｍ膜透過ガス
とガス分離膜非透過ガスとに分離される。この分離され
たガスのうちメタンと二酸化炭素は透過能に差があるた
め、高分子膜の透過ガスと非透過ガスではガス組成が異
なり、一方はメタン濃度が高くなるが、他方は二酸化炭
素の濃度が高くなる。そして、前記の分離されたガスは
それぞれ別の配管／’ｊ、／Ｉによりガス注入三方コツ
クロの接続口に別々に導かれる０ しかして、ガス分離膜透過ガスまたは非透過ガスがガス
注入三方コツクロを通り、ブロワ−７によってメタン発
酵タンク／に通気されると、タンク内の気相の二酸化炭
素Ｃ（Ｊｉ分圧が変化し、これに伴ない液相に溶解した
二酸化炭素濃度とｐＨが変化する。液相のｐＨは、ｐＨ
センサコにより検知され、ｐＨ制御器３により一定のｐ
Ｈ設定値に対して偏差が生じた場合、ガス注入三方コツ
クロに対してコックの切換えを指令する信号が送られる
。つまり、二酸化炭素が低濃度のガス（分離膜透過ガス
）をメタン発酵ガスｌに通気すれば、タンク内のｐＨは
上昇し、二酸化炭素が高濃度のガス（分離換弁ろ過ガス
）を通気すれはタンク内のｐＨは逆に低下する。したか
つて、ガス注入三方コツクロがｐ　Ｈセンサコからの信
号により動作するｐＨ制御器３により切換えられること
により、メタン発酵タンクｌ内のｐＨ制御が行なわれる
。

本発明の方法において高分子膜により発生ガスを分離し
た結果の一例を下記の表１に示す。

表１．高分子膜による消化ガスの分離 結果 上記のＣＨ４濃度とＣＯ，濃度の異なる高分子膜透過ガ
スと非透過ガスのいずれか一方を発酵タンクｌ内に通気
し、メタン発酵タンク内の気相のＣＯ鵞分圧が、タンク
内に通気したガスの組成と等しくなり、液相と気相間で
Ｃｏｔの溶解平衡に達した場合、液相のｐ　Ｈｔゴ次の
ように変化する。

すなわち、制御開始前のｐＨを７．０とすると、通気後
のｐＨはガス分離膜非透過ガスを通気した場合７．４と
なる。一方、ガス分ＩＩＩｍ膜透過ガスを通気した場合
は６．８５　　となる。これは、メタン発酵タンクのｐ
Ｈ制御においては、ｐＨ制御可能範囲については、ガス
洗浄再循環側より狭いが、実用的には充分なｐＨ制御能
力を有することを示している。

本発明による方法をガス洗浄再循環制御法と比較して説
明する。このガス洗浄再循環制御方法はｐＨ制御性は良
いが、ガス洗浄のために人足の清水を絶えず補給する必
要かあり、ランニングコストが高いという欠点があるの
に対して、本発明の方法によるとランニングコストが安
いことが利点である。また、ガス洗浄再循環制御法では
Ｃｏｗ濃度が常に低くなるため、ｐＨを下げることが不
可能であるが、本実施例によるとｐＨを下げることが可
能であるという利点がある。

Ｇ１発明の効果 以上のように、本発明によると再循穆制御システムを用
いてメタン発酵タンク内に高分子膜透過ガスと非透過ガ
スを制御して供給するので、従来のガス洗浄再循環制御
方式のようにガス洗浄のために大臘の水を絶えず補給す
る必要がなく、かつランニングコストが安いという利点
がある。また、ガス洗浄再循環制御方法はｐＨを下げる
ことは不可能であるが、本発明でｒユｐ■■を下げるこ
とも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るメタン発酵の制御方法の適用例の
構成図、第２図以下は従来例を示し、第２図は流量制御
方法の構成図、第８図は消化汚泥再循珍制御方法の構成
図、第４図は塩基注入制御方法の構成図、第５図はガス
洗浄再循環制御方法の構成図である。 ／・・・メタン発酵タンク、コ・・・ｐＨセンサ、３・
・・ｐＨ制御器、５・・・ガス分離装置、６・・・ガス
注入三方コック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタン発酵タンクで発生したガスを高分子膜等を
   利用したガス分離装置に導いて二酸化炭素濃度の異なる
   ガス分離膜透過ガスと非透過ガスとに分離したうえ、各
   分離ガスをガス注入三方コックに導き、該三方コックを
   メタン発酵タンク内液相のｐＨセンサに接続したｐＨ制
   御器により切換え作動させ、前記分離ガスのいずれか一
   方をメタン発酵タンクに通気するようにしたことを特徴
   とするメタン発酵の制御方法。