TWI724206B

TWI724206B - 甲烷發酵處理方法及處理裝置

Info

Publication number: TWI724206B
Application number: TW106123954A
Authority: TW
Inventors: 吉村英樹; 村岡英樹; 森光俊仁
Original assignee: 日商生物活用有限公司; 日商野阪科技股份有限公司
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2021-04-11
Also published as: TW201908248A

Abstract

［課題］提供從有機廢棄物產生甲烷氣體的裝置。　　［解決手段］具有：將廢棄物投入的廢棄物投入槽(2)、產生甲烷氣體的發酵槽(1)、使用該甲烷氣體而運轉的發電機(3)、將使用該發電機(3)運轉時的廢熱而被加熱的溫水(15)循環而將流經循環路(11)的有機廢棄液(9)加熱至預定溫度的加熱器(4)；其中，設置從設於該發酵槽(1)的下端部的流出口(10)流通並在比發酵槽內的有機廢棄液(9)的液面(12)還更上方具有流入口(17)的循環路(11)。

Description

甲烷發酵處理方法及處理裝置

[0001] 本發明係有關於以小規模構造所構成，能夠將家畜的糞尿及廚餘垃圾等有機廢棄物進行甲烷發酵處理的甲烷發酵處理方法及其裝置。

[0002] 將廚餘垃圾、家畜的排泄物、食品加工殘渣、污泥等有機廢棄物作為原料能夠使甲烷發酵，該甲烷氣體可作為取代化石燃料者，是對環境佳的可再生能源。　　甲烷氣體隨著有機物的腐敗及發酵等而產生，是無色無味的可燃性氣體，活用甲烷發酵技術而大量產生的廢棄物的處理受到注目。　　甲烷發酵技術幾乎不使用化石燃料，而將碳中和的有機廢棄物作為能量原料來利用這點，從防止地球暖化的觀點來看是有助於抑制溫室效應氣體的系統。　　[0003] 另外，雖然早在從前就已知有將廚餘垃圾、家畜的排泄物、食品加工殘渣等有機廢棄物作為原料而使甲烷發酵的裝置，但實際上是該裝置成為大規模的設備。　　例如，特開2011-31167號的「污泥消化裝置」，該裝置的循環經路具有：從槽的內部經由外部貫通槽壁而延伸的第1橫管及第2橫管23、26，在配置於該等橫管的槽的外部的部分的外側配置有外管，在第1橫管及第2橫管與外管之間形成外側流路。各外管的槽壁側的端部經由配管來連接，將兩外側流路連通。在第2橫管的外管連接熱媒介導入管，在第1橫管的外管連接熱媒介導出管，在配置外管的部分，污泥通過第1橫管及第2橫管內，熱媒介通過外側流路。藉此，將循環經路內的污泥加熱。　　[0004] 特許第4218504號的「甲烷發酵處理方法」為不減少甲烷發酵槽內的菌數而能夠將甲烷發酵槽的溫度保持在高溫的甲烷發酵處理方法。　　也就是說，在將有機廢棄物進行原料漿料化並供給至甲烷發酵槽內，藉由厭氧性微生物來使甲烷發酵，作為發酵廢液而取出的甲烷發酵處理方法中，藉由連接至甲烷發酵槽外部的循環經路來使發酵液的一部分循環，在該循環經路的途中設置熱交換器，以循環泵來控制發酵液的循環流量使得甲烷發酵槽內的溫度成為53～57℃。　　[0005] 特開平11-290827號的「發酵槽內的有機廢棄物的加溫方法」為在使高濃度的有機廢棄物發酵時，能夠均勻地加溫。　　在這裡，藉由跨越連通於該發酵槽而設於槽外的污泥循環管以循環泵裝置使含有甲烷菌等的發酵槽內的TS濃度1.5～7%的污泥作循環來進行攪拌混合，以伴隨著攪拌混合而產生的摩擦熱來加溫。　　[0006] 除此之外，還有：特開2004-837號的「有機廢棄物的厭氧性處理方法及處理系統」、特開昭59-186700號的「水・污泥處理系統」、特開昭58-205592號的「下水處理裝置」、特開2007-229657號的「有機物含有液的發酵槽投入方法及處理裝置」、特開2000-157255號的「生物氣體製造方法及裝置」。　　[0007] 　　[專利文獻1]特開2011-31167的「污泥消化裝置」　　[專利文獻2]特許第4218504號的「甲烷發酵處理方法」　　[專利文獻3]特開平11-290827號的「發酵槽內的有機廢棄物的加溫方法」　　[專利文獻4]特開2004-837號的「有機廢棄物的厭氧性處理方法及處理系統」　　[專利文獻5]特開昭59-186700號的「水・污泥處理系統」　　[專利文獻6]特開昭58-205592號的「下水處理裝置」　　[專利文獻7]特開2007-229657號的「有機物含有液的發酵槽投入方法及處理裝置」　　[專利文獻8]特開2000-157255號的「生物氣體製造方法及裝置」

［發明所欲解決的問題］　　[0008] 因此，從以前開始就已知有各種甲烷發酵處理裝置。本發明所欲解決的課題為：特別是改良上述特許第4218504號的「甲烷發酵處理方法」的問題點，提供一種能夠以更簡單化的工程來有效率地生成甲烷氣體的甲烷發酵處理方法及緊湊化的處理裝置。［解決問題的手段］　　[0009] 本發明為一種利用甲烷發酵技術的小型且能搬送・設置至必要處所的甲烷發酵處理裝置，利用產生的甲烷氣體進行發電，利用發電時所產生的廢熱作為加熱用來利用，又能夠將處理廢棄物而取出甲烷氣體後的消化液作為農作物的肥料來利用的系統。　　[0010] 另外，本發明的甲烷發酵處理裝置，具有：用以產生甲烷氣體的發酵槽、用以將廚餘垃圾等廢棄物投入的廢棄物投入槽、以及氣體引擎發電機。在廢棄物投入槽內安裝攪拌機，以及為了將投入廢棄物投入槽的廢棄物(有機性資源)送至發酵槽，而在廢棄物投入槽與發酵槽之間連接搬送管，並在其之間設置用以將廢棄物送出的泵。其中，有機廢棄物藉由攪拌機來攪拌而液化成為有機廢棄液。　　[0011] 被送至發酵槽的有機廢棄液雖經由發酵而生成甲烷氣體，但為了使該發酵槽內的有機廢棄液循環而設置循環路，因此在發酵槽的下端部具有流出口，在有機廢棄液的液面上方具有流入口。　　接著，發酵槽內的有機廢棄液在循環路內循環，為了使其從上方流落，不將流入口設於液面下。發酵槽的上部空間充滿產生的甲烷氣體，該甲烷氣體被導向外部作為使發電機運轉的能源而被消耗。　　[0012] 有機廢棄液經由循環路而流落，在發酵槽內部被攪拌，又在發酵槽內部安裝攪拌機來攪拌。接著，在循環路的途中安裝加熱器，將流經該循環路的有機廢棄液加熱至預定的溫度。　　其中，作為加熱手段使用溫水，該溫水使用因在發酵槽內生成的甲烷氣體而運作的發電機的廢熱。雖未限定上述加熱器的具體構造，但一般設為2重管構造，可以設為將溫水循環流動的外徑的大的管的中心軸部貫通上述循環路的構造。　　但是，若不需要電的情形，可以安裝鍋爐及溫水產生裝置(氣體給熱水器)來取代上述發電機。［發明的效果］　　[0013] 本發明的甲烷氣體處理方法，將投入廢棄物投入槽的有機廢棄物液化並送至發酵槽，使其在該發酵槽中從設於其下端部的流出口流出並在循環路循環，從發酵槽的上部液面上方流落。因此，有機廢棄液在發酵槽內部的上下層間作循環，而藉由設於循環路途中的加熱器來加熱至適度的溫度，能夠從有機廢棄液有效率地使甲烷氣體產生。　　[0014] 接著，產生的甲烷氣體，會因循環而從上方流落的有機廢棄液而不會在液面上產生多量的泡泡，能有效率地產生甲烷氣體。也就是說，若在液面上產生大量的泡泡而使發酵槽的上部空間充滿泡泡的話，無法將甲烷氣體取出，且配置於上部空間的各種量測器會有因此產生誤動作的危險，但本發明為了防止該等現象而抑制泡泡的產生。　　[0015] 接著，在發酵槽內安裝攪拌機，使有機廢棄液在水平面內循環，即便在循環路的流入口僅有1個位置，也因液面循環而使產生的泡泡一一消滅。　　另一方面，流經循環路的有機廢棄液的加熱，係利用因生成的甲烷氣體而運轉的發電機的廢熱而升溫的溫水，不需要作為特別加熱源的能量，又，使攪拌機轉動的電能係由發電機直接供應。

[0017] 圖1為本發明的甲烷發酵處理裝置的概略圖，同圖的1表示發酵槽、2表示廢棄物投入槽、3表示發電機、4表示加熱器。　　在上述廢棄物投入槽2中，投入有成為產生甲烷氣體的原料的廚餘垃圾、家畜的排泄物、食品加工殘渣、污泥等有機廢棄物6，這些混合在一起的固形物藉有具備破碎機能的泵5來粉碎成細粒並送出。　　[0018] 因此，該泵5配置於投入槽2的流出口，向發酵槽1送出的有機廢棄物6通過具有破砕機能的泵5。又，在投入槽2中安裝有攪拌機7，被投入的各種物體混合在一起，經由攪拌使得有機廢棄物6變得均勻，接著有機廢棄物6成為有機廢棄液9。有機廢棄液9被上述泵5所壓出，而流經搬送管8被送至發酵槽1。　　[0019] 在發酵槽1中，從上述廢棄物投入槽2送出的有機廢棄液9被加熱至預定的溫度並同時被攪拌，使得有機廢棄液9發酵並有效率地產生甲烷氣體。　　其中，發酵槽1由大的槽所構成，使發酵槽內的有機廢棄液9作循環。亦即，在發酵槽1的底部設置流出口10，並經由具備破碎機能的泵5的吸入，有機廢棄液9會流經循環路11而循環，能夠從設於發酵槽1上部的流入口流落。其中，上述流入口17配置於比液面12還更上方，因此有機廢棄液9會流落至液面12。　　[0020] 在循環路11的一部分設置加熱器4，藉由該加熱器4能使得流經循環路11的液狀的有機廢棄液9升溫。　　接著，在發酵槽1的內部將攪拌機13a、13b安裝於兩側對角線上，能夠攪拌收容於發酵槽1內部的有機廢棄液9。　　本發明中，因為從發酵槽1底部流出而從液面上方流落，利用該落流重量於發酵槽內在上下方向形成循環的流動。而藉由將攪拌機13a、13b安裝於發酵槽的兩側對角線上的位置並攪拌，能夠在水平面內形成循環的流動並均勻地混合。　　[0021] 另外，在發酵槽1的上部空間14充滿因有機廢棄液9發酵而產生的甲烷氣體，該甲烷氣體被導入至與發酵槽1別體設置的容器(槽)內並收容，能將該甲烷氣體作另外的使用。又，利用該甲烷氣體使上述發電機3運轉，藉由以氣體引擎來運轉的發電機3所產生的電能夠用於各用途。　　另一方面，將利用從發電機3所產生的廢熱而被加熱的溫水流入溫水加熱器4。　　[0022] 作為安裝於上述廢棄物投入槽2及發酵槽1的攪拌機7、13a、13b的動力，又作為將泵5驅動的動力的電力也由上述發電機3供應。也就是說，本發明的甲烷發酵處理裝置不需要外部能量的供應，能夠獨立運作。因此，藉由將本發明的裝置搬送/設置至必要的處所，能夠將從發電機3生成的電量或發電機3的廢熱輕易地利用。　　[0023] 該溫水加熱器4如圖2的具體例所示，上述循環路11將中心軸部貫通，藉由使溫水15流經加熱器4而加熱循環路11，從而加熱流經循環路11的有機廢棄液9。　　利用上述發電機3的運轉而發生的廢熱，將溫水單元16內的溫水15升溫，該溫水15在上述加熱器4內循環。　　[0024] 接著，經加熱的有機廢棄液9流經循環路11並從發酵槽1的液面上方流落，使發酵槽內部的有機廢棄液9溫度上升至約30℃～40℃、或50℃～60℃因而能夠發酵。該溫度為有機廢棄液9容易發酵的溫度，控制使得該2個溫度帶能切換。又，在從液面上方流落而形成在上下方向循環的流動的同時，在有機廢棄液9的液面12產生的多數泡泡被破壞而消滅。　　[0025] 圖3為本發明的甲烷發酵處理裝置的發酵槽1的實施例，(a)為平面圖、(b)為正面圖。同圖所示的發酵槽1係形成概略長方體的槽，該發酵層1收容有從上述廢棄物投入槽2送來的有機廢棄液9，而產生甲烷氣體。　　該發酵層1的上端部配置有循環路11，該流入口17設於前端。　　[0026] 接著，在發酵層1的兩側安裝攪拌機13a、13b，兩攪拌機13a、13b的高度雖相同，但位於對角線上。因此，若使兩攪拌機13a、13b旋轉，有機廢棄液9在水平面內會以反時針方向循環流動。　　另一方面，流經循環路11而從上述流入口17流落的有機廢棄液9形成在上下方向循環的流動，發酵槽內的有機廢棄液9均勻地混合，而因水平面內的循環流動在液面上產生的泡泡被從上方的流入口17流落的有機廢棄液9一一破壞。　　[0027] 另外，在發酵槽1的兩側，設置於對角線上的攪拌機13a、13b的旋轉雖使有機廢棄液9以反時針方向循環並流動，但取代攪拌機13a、13b也可以在對角線上安裝噴射有機廢棄液9的噴嘴。也就是說，使循環路11在途中分岐而從噴射噴嘴噴射。當然，若必要的話安裝別的噴射用泵也可以。　　[0028] 圖4表示除了圖3所示的發酵槽1以外的廢棄物投入槽2、發電機3、溫水單元16、甲烷氣體槽18。本發明的甲烷發酵處理裝置收容於容器而構成，以大的槽而構成的發酵層1被收容於容器19中，其他構成的構件即上述廢棄物投入槽2、發電機3、溫水單元16、甲烷氣體槽18被收容於容器20中。　　[0029] 因此，能將該等容器19、20載於軌道並運送至預定的處所。將被運送的兩容器19、20相互連接，在廢棄物投入槽2中投入有機廢棄物5而產生甲烷氣體因而能夠運轉。　　因此，藉由收容於容器19、20的構成，並不需要將各個裝置運送至現場而設置，因此在使全體緊湊化的同時，安裝作業也能省力化。

[0030]1‧‧‧發酵槽2‧‧‧廢棄物投入槽3‧‧‧發電機4‧‧‧加熱器5‧‧‧破碎泵6‧‧‧有機廢棄物7‧‧‧攪拌機8‧‧‧搬送管9‧‧‧有機廢棄液10‧‧‧流出口11‧‧‧循環路12‧‧‧液面13‧‧‧攪拌機14‧‧‧上部空間15‧‧‧溫水16‧‧‧溫水單元17‧‧‧流入口18‧‧‧甲烷氣體槽19‧‧‧容器20‧‧‧容器

[0016] 　　[圖1]表示本發明的甲烷發酵處理裝置的概略圖。　　[圖2]表示用以加熱有機廢棄液所流通的循環路的加熱器。　　[圖3]將構成甲烷發酵處理裝置的發酵槽收容於容器的情形。　　[圖4]將構成甲烷發酵處理裝置的廢棄物投入槽、發電機、溫水單元、及甲烷氣體槽收容於容器的情形。

1‧‧‧發酵槽

2‧‧‧廢棄物投入槽

3‧‧‧發電機

4‧‧‧加熱器

5‧‧‧破碎泵

6‧‧‧有機廢棄物

7‧‧‧攪拌機

8‧‧‧搬送管

9‧‧‧有機廢棄液

10‧‧‧流出口

11‧‧‧循環路

12‧‧‧液面

13‧‧‧攪拌機

13b‧‧‧攪拌機

14‧‧‧上部空間

15‧‧‧溫水

16‧‧‧溫水單元

17‧‧‧流入口

Claims

一種甲烷發酵處理裝置，係從有機廢棄物產生甲烷氣體的裝置，該甲烷發酵處理裝置具有：將廢棄物投入的廢棄物投入槽、產生甲烷氣體的發酵槽、使用該甲烷氣體而運轉的發電機、及將使用該發電機運轉時的廢熱而被加熱的溫水作循環而將流經循環路的有機廢棄液加熱至30℃~40℃及50℃~60℃的2個溫度帶的溫度的加熱器；其中，控制使得該2個溫度帶能切換；上述廢棄物投入槽與發酵槽藉由搬送管來連接並設置用以將投入該廢棄物投入槽的有機廢棄物送至發酵槽的泵，以及設置從設於該發酵槽的下端部的流出口流通並在比發酵槽內的有機廢棄液的液面還更上方具有流入口的循環路。
如請求項1所記載的甲烷發酵處理裝置，其中，在上述發酵槽內安裝攪拌機，在水平面內形成有機廢棄液的循環流動。
如請求項2所記載的甲烷發酵處理裝置，其中，在將發酵槽的形狀設為概略長方體時，將攪拌機安裝於兩側並使其位置位於對角線上。
如請求項2或請求項3所記載的甲烷發酵處理裝置，其中，安裝噴射噴嘴來取代上述攪拌機。
如請求項1至3中任1項所記載的甲烷發酵處理裝置，其中，使用鍋爐來取代上述發電機。
如請求項1至3中任1項所記載的甲烷發酵處理裝置，其中，使用溫水產生裝置來取代上述發電機。
一種甲烷發酵處理方法，係從將有機廢棄物粉碎成細粒的有機廢棄液來產生甲烷氣體的方法，其中，在發酵槽中從設於其下端部的流出口將循環路延伸，將該流入口設於比發酵槽內的有機廢棄液的液面還更上方；上述有機廢棄液在流經循環路的同時被設於途中的加熱器加熱至30℃~40℃及50℃~60℃的2個溫度帶的溫度，藉由使前述有機廢棄液從上述流入口流落至液面來形成在上下方向循環的流動；其中，控制使得該2個溫度帶能切換。
如請求項7所記載的甲烷發酵處理方法，其中，在上述發酵槽的側面安裝攪拌機，在水平面內形成有機廢棄液循環的流動。
如請求項7或請求項8所記載的甲烷發酵處理方法，其中，上述發酵槽的兩側面，在對角線上相同高度處安裝攪拌機。
如請求項8所記載的甲烷發酵處理方法，其中，安裝噴射噴嘴來取代上述攪拌機。