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技術 メタン発酵システム及びメタン発酵方法

出願人 住友重機械エンバイロメント株式会社
発明者 栗栖治夫
出願日 2005年3月16日 (15年9ヶ月経過) 出願番号 2005-075729
公開日 2006年9月28日 (14年3ヶ月経過) 公開番号 2006-255571
状態 特許登録済
技術分野 汚泥処理 固体廃棄物の処理
主要キーワード 含水固形物 沈殿式 導入水 液状有機性廃棄物 PSA方式 TS濃度 メタン発酵システム 家庭ごみ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年9月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

メタン発酵を効率的に行い且つ分離液滅菌処理等を容易とする。

解決手段

固液分離手段3で固液分離した一方側であり水分が混じる分離汚泥のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送する従来方式に加えて、固液分離した他方側であり固形物が混じる分離液のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送すると共に分離液のさらに一部をメタン発酵槽1からの汚泥に混合するように返送し、即ち分離汚泥の一部のみを返送する従来方式に加えて分離液の一部も返送し、分離汚泥及び分離液の残りを系外に排出することで、系内の増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌導入水分を系外に概ね排出しメタン発酵槽1内を所望のTS濃度の一定条件とすると共に分離液の系外への排出量を低減する。しかも、このように分離液のさらに一部をメタン発酵槽1からの汚泥に混合するように返送することで、メタン発酵槽1内のTS濃度を所望に高める。

概要

背景

従来、有機性廃棄物メタン発酵槽メタン発酵し、このメタン発酵槽の汚泥沈殿槽固液分離し、固液分離した分離汚泥の一部をメタン発酵槽に返送する一方で、分離汚泥の残り及び固液分離した分離液を系外に排出する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置にあっては、メタン発酵槽でのメタン発酵により、有機性廃棄物中の固形物の大部分はガス化されて放出される一方で、一部は未分解固形物(残渣)としてメタン発酵槽に残り、さらに一部は増殖メタン菌(固形物)としてメタン発酵槽に残る。また、有機性廃棄物中の水分は、メタン発酵槽にそのまま残る。従って、この未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分が、系内での増量分となる。
特開2002−301495号公報

概要

メタン発酵を効率的に行い且つ分離液の滅菌処理等を容易とする。固液分離手段3で固液分離した一方側であり水分が混じる分離汚泥のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送する従来方式に加えて、固液分離した他方側であり固形物が混じる分離液のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送すると共に分離液のさらに一部をメタン発酵槽1からの汚泥に混合するように返送し、即ち分離汚泥の一部のみを返送する従来方式に加えて分離液の一部も返送し、分離汚泥及び分離液の残りを系外に排出することで、系内の増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に概ね排出しメタン発酵槽1内を所望のTS濃度の一定条件とすると共に分離液の系外への排出量を低減する。しかも、このように分離液のさらに一部をメタン発酵槽1からの汚泥に混合するように返送することで、メタン発酵槽1内のTS濃度を所望に高める。

目的

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、メタン発酵槽内が所望の高いTS濃度の一定条件とされメタン発酵が効率的に行われると共に、分離液の系外への排出量が低減され後段での分離液の例えば滅菌処理等が容易とされるメタン発酵システム及びメタン発酵方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

有機性廃棄物メタン発酵するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽からの汚泥固液分離する固液分離手段と、前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部を、前記有機性廃棄物に混合するように返送する分離汚泥返送ラインと、前記固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、前記有機性廃棄物に混合するように返送する第一の分離液返送ラインと、前記固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、前記メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送する第二の分離液返送ラインと、前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残りを系外に排出する分離汚泥排出ラインと、前記固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出する分離液排出ラインと、を具備したメタン発酵システム

請求項2

前記固液分離手段は、機械式又は沈殿式であることを特徴とする請求項1記載のメタン発酵システム。

請求項3

有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵し、このメタン発酵槽からの汚泥を固液分離手段で固液分離し、前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部及び前記固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、前記有機性廃棄物に混合するように返送すると共に、前記固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、前記メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送し、前記固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残り及び前記固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出することを特徴とするメタン発酵方法

技術分野

0001

本発明は、メタン発酵システム及びメタン発酵方法に関する。

背景技術

0002

従来、有機性廃棄物メタン発酵槽メタン発酵し、このメタン発酵槽の汚泥沈殿槽固液分離し、固液分離した分離汚泥の一部をメタン発酵槽に返送する一方で、分離汚泥の残り及び固液分離した分離液を系外に排出する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置にあっては、メタン発酵槽でのメタン発酵により、有機性廃棄物中の固形物の大部分はガス化されて放出される一方で、一部は未分解固形物(残渣)としてメタン発酵槽に残り、さらに一部は増殖メタン菌(固形物)としてメタン発酵槽に残る。また、有機性廃棄物中の水分は、メタン発酵槽にそのまま残る。従って、この未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分が、系内での増量分となる。
特開2002−301495号公報

発明が解決しようとする課題

0003

ここで、上記公報に記載のようにメタン発酵槽からの汚泥を固液分離するものとして沈殿槽や、例えば機械式のものを用いた場合には、分離汚泥に水分が、分離液に固形分が各々混じると共に、供給される汚泥濃度やその他条件により固形物の回収率が異なることになる。従って、分離汚泥の一部をメタン発酵槽に返送し、分離汚泥の残り及び分離液を系外に排出する上記公報の方式では、前述した系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に排出しメタン発酵槽内を所望の高いTS濃度の一定条件とすることはほぼ不可能であり、メタン発酵を効率的に行うことが難しい。

0004

また、系外に排出される分離液に対しては、後段で例えば滅菌処理等が施されることになるが、上記従来技術では分離液の排出量が多く、後段での滅菌処理等が容易では無い。

0005

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、メタン発酵槽内が所望の高いTS濃度の一定条件とされメタン発酵が効率的に行われると共に、分離液の系外への排出量が低減され後段での分離液の例えば滅菌処理等が容易とされるメタン発酵システム及びメタン発酵方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明によるメタン発酵システムは、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽と、メタン発酵槽からの汚泥を固液分離する固液分離手段と、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部を、有機性廃棄物に混合するように返送する分離汚泥返送ラインと、固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、有機性廃棄物に混合するように返送する第一の分離液返送ラインと、固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送する第二の分離液返送ラインと、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残りを系外に排出する分離汚泥排出ラインと、固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出する分離液排出ラインと、を具備したことを特徴としている。

0007

また、本発明によるメタン発酵方法は、有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵し、このメタン発酵槽からの汚泥を固液分離手段で固液分離し、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の一部及び固液分離手段で固液分離した分離液の一部を、有機性廃棄物に混合するように返送すると共に、固液分離手段で固液分離した分離液のさらに一部を、メタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送し、固液分離手段で固液分離した分離汚泥の残り及び固液分離手段で固液分離した分離液の残りを系外に排出することを特徴としている。

0008

このようなメタン発酵システム及びメタン発酵方法によれば、固液分離した一方側であり水分が混じる分離汚泥のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送する従来方式に加えて、固液分離した他方側であり固形物が混じる分離液のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送すると共に分離液のさらに一部をメタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送し、すなわち固液分離した分離汚泥の一部のみを返送する従来方式に加えて固液分離した分離液の一部も返送し、分離汚泥及び分離液の残りを系外に排出するようにしているため、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に概ね排出することが可能とされメタン発酵槽内を所望のTS濃度の一定条件とすることが可能とされると共に、分離液の系外への排出量を低減することが可能とされる。しかも、このように分離液のさらに一部をメタン発酵槽からの汚泥に混合するように返送しているため、メタン発酵槽内のTS濃度を所望に高めることが可能とされる。

0009

ここで、固液分離した分離汚泥に水分が混じり、固液分離した分離液に固形分が混じる固液分離手段としては、具体的には、機械式又は沈殿式の固液分離手段が挙げられる。

発明の効果

0010

このように本発明によれば、メタン発酵槽内を所望の高いTS濃度の一定条件とすることが可能とされるため、メタン発酵を効率的に行うことが可能になると共に、分離液の系外への排出量を低減することが可能とされるため、後段での分離液の例えば滅菌処理等を容易とすることが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、本発明によるメタン発酵システム及びメタン発酵方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係るメタン発酵システムを示す概略構成図であり、例えば廃棄物処理設備等に採用されるものである。

0012

図1に示すように、メタン発酵システム100は、メタン発酵槽1、混合槽2、固液分離手段3をこの順に接続して備えると共に、固液分離手段3の分離汚泥排出側とメタン発酵槽1とを接続する分離汚泥返送ラインL1、この分離汚泥返送ラインL1の途中で分岐される分離汚泥排出ラインL4、固液分離手段3の分離液排出側とメタン発酵槽1とを接続する第一の分離液返送ラインL2、固液分離手段3の分離液排出側と混合槽2とを接続する第二の分離液返送ラインL3、これらの分離液返送ラインL2,L3の途中で分岐される分離液排出ラインL5を備え、導入される有機性廃棄物を所定にメタン発酵処理するものである。そして、ここでは、有機性廃棄物として、食品残渣等の含水固形物家庭ごみ等)が高濃度の有機性廃棄物として導入される。

0013

メタン発酵槽1は、導入される有機性廃棄物、分離汚泥返送ラインL1を介して返送される分離汚泥の一部、及び、第一の分離液返送ラインL2を介して返送される分離液の一部を撹拌機により撹拌しながらメタン発酵し、メタン二酸化炭素を主成分とするバイオガスを生成するものである。このメタン発酵槽1で生成されたバイオガスは、例えば、ガスエンジン燃料電池といった発電機やボイラ燃料として用いられる。また、バイオガス中のメタンを、例えば、気体分離膜方式、PSA方式又は加圧水吸収方式等により濃縮することで、自動車燃料等として利用される。

0014

このメタン発酵槽1に接続される混合槽2は、メタン発酵槽1からの汚泥及び第二の分離液返送ラインL3を介して返送される分離液のさらに一部を、撹拌機の撹拌により混合し、性状を均一化するものである。

0015

この混合槽2に接続される固液分離手段3は、混合槽2からの汚泥を固形物と液体とに分離するためのものであり、分離汚泥と分離液とに分離する。この固液分離手段3としては、例えば、スクリュープレス脱水機遠心脱水機フィルタープレス脱水機ベルトプレス脱水機多重円板脱水機等の機械式の固液分離手段、又は、沈殿式(沈降分離式)の固液分離手段(沈殿槽)が用いられる。

0016

固液分離手段3の分離汚泥排出側とメタン発酵槽1とを接続する分離汚泥返送ラインL1は、固液分離手段3からの分離汚泥の一部をメタン発酵槽1に返送する。一方、固液分離手段3の分離液排出側とメタン発酵槽1とを接続する第一の分離汚泥返送ラインL2は、固液分離手段3からの分離液の一部をメタン発酵槽1に返送する。また、固液分離手段3の分離液排出側と混合槽2とを接続する第二の分離汚泥返送ラインL3は、固液分離手段3からの分離液のさらに一部を混合槽2に返送する。

0017

また、分離汚泥返送ラインL1から分岐された分離汚泥排出ラインL4は、分離汚泥の残りを系外に排出し、第一、第二の分離液返送ラインL2,L3から分岐された分離液排出ラインL5は、分離液の残りを系外に排出し河川等に放流すべく後段の滅菌処理に供する。

0018

次に、このように構成されたメタン発酵システム100の作用について説明する。導入された有機性廃棄物は、メタン発酵槽1で、固液分離手段3から分離汚泥返送ラインL1を介して返送される分離汚泥の一部及び固液分離手段3から第一の分離液返送ラインL2を介して返送される分離液の一部と混合され、この分離汚泥及び分離液の返送により所望の高いTS濃度とされたメタン発酵槽1においてメタン発酵される。

0019

このメタン発酵槽1でのメタン発酵により、有機性廃棄物中の固形物の大部分はガス化されバイオガスとして放出されて所定に利用され、一部は未分解固形物(残渣)としてメタン発酵槽1に残り、さらに一部は増殖メタン菌(固形物)としてメタン発酵槽1に残る。一方、有機性廃棄物中の水分は、メタン発酵槽1にそのまま残る(ごく一部の水分はガス化し、反応によりごく少量の水は発生する)。

0020

この未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分が、メタン発酵槽1での増量分となり、メタン発酵槽1内を所望のTS濃度の一定条件(メタン発酵槽1内の液面の増減が無い、TS濃度が一定)とするには、この増量分を系外に排出する必要があるが、これについては後述する。

0021

メタン発酵槽1の汚泥は、混合槽2で固液分離手段3から第二の分離液返送ラインL3を介して返送される分離液のさらに一部と混合され、この混合槽2の汚泥は、固液分離手段3で分離汚泥と分離液とに固液分離される。

0022

ここで、固液分離手段3としては、前述のように、機械式又は沈殿式が用いられているため、固液分離した分離汚泥には水分が、固液分離した分離液には固形分が各々混じると共に、供給される汚泥濃度やその他条件により固形物の回収率が異なることになる。従って、従来のような分離汚泥の一部をメタン発酵槽に返送し分離汚泥の残り及び分離液の全部を系外に排出する方式では、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に排出しメタン発酵槽内を所望の高いTS濃度の一定条件とすることはほぼ不可能である。

0023

しかしながら、本実施形態においては、固液分離手段3の分離汚泥の一部が分離汚泥返送ラインL1によりメタン発酵槽1に返送されると共に分離液の一部が第一の分離液返送ラインL2によりメタン発酵槽1に返送され、分離液のさらに一部が第二の分離液返送ラインL3により混合槽2に返送され、一方、分離汚泥の残りが分離汚泥排出ラインL4を介して系外に排出されると共に、分離液の残りが分離液排出ラインL5を介して系外に排出される。

0024

このように、本実施形態では、固液分離した一方側であり水分が混じる分離汚泥のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送する従来方式に加えて、固液分離した他方側であり固形物が混じる分離液のその一部を有機性廃棄物に混合するように返送すると共に分離液のさらに一部をメタン発酵槽1からの汚泥に混合するように返送し、すなわち固液分離した分離汚泥の一部のみを返送する従来方式に加えて固液分離した分離液の一部も返送し、分離汚泥及び分離液の残りを系外に排出するようにしているため、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分を系外に概ね排出することが可能とされメタン発酵槽1内を所望のTS濃度の一定条件とすることが可能とされると共に、分離液の系外への排出量を低減することが可能とされる。しかも、このように分離液のさらに一部をメタン発酵槽1からの汚泥に混合するように返送しているため、メタン発酵槽1内のTS濃度を所望に高めることが可能とされる。これらの結果、メタン発酵を効率的に行うこと、及び、後段での分離液の滅菌処理等を容易とすることが可能とされる。なお、本実施形態にあっては、種汚泥投入及び加水の必要は無い。

0025

図2は、図1のメタン発酵システム100の物質収支の一例を示す図であり、固液分離手段3の分離汚泥のTS回収率が70%の時のものである。ここでは、食品糟25kg(水分18.75kg、TS(固形物)6.25kg;TS濃度25%)が有機性廃棄物として導入されている。この有機性廃棄物が、TS濃度4%のメタン発酵槽1でメタン発酵され、バイオガス4.4kgが放出される一方で、未分解固形物及び増殖メタン菌1.85kg、水分18.75kgの混合物(TS濃度8.98%)が系内の増加分として残る。

0026

ここで、メタン発酵槽1のTS濃度を4%として系内のバランスを保つには、図2に示すように、分離汚泥の一部1.54kg(水分1.39kg、TS0.15kg)をメタン発酵槽1に返送すると共に、分離液の一部27.86kgをメタン発酵槽1に返送し、分離液のさらに一部164kgを混合槽2に返送すれば良い。これにより、メタン発酵槽1のTS濃度が4%に保たれると共に、分離汚泥の残り12.5kg(水分11.2kg、TS1.25kg)及び分離液の残り7.6kg(水分7.54kg、TS0.02kg)が系外に排出され、系内での増量分となる未分解固形物、増殖メタン菌、導入水分が系外に概ね排出される。

0027

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、分離汚泥の一部を分離汚泥返送ラインL1により、分離液の一部を第一の分離液返送ラインL2によりメタン発酵槽1に返送するようにしているが、有機性廃棄物をメタン発酵槽1に移送するラインに返送しても良く、また、メタン発酵槽1の前段に有機性廃棄物が流入する例えば酸生成槽を設ける場合には当該酸生成槽に返送するようにしても良く、要は、有機性廃棄物に混合するように返送できれば良い。

0028

また、上記実施形態においては、分離液のさらに一部を第二の分離液返送ラインL3により混合槽2に返送するようにしているが、メタン発酵槽1の汚泥を混合槽2に移送するラインに返送しても良い。また、混合槽2は無くても良く、この場合には、メタン発酵槽1の汚泥を固液分離手段3に移送するラインに返送すれば良く、要は、メタン発酵槽1からの汚泥に混合するように返送できれば良い。

0029

また、上記実施形態においては、特に好適であるとして、食品残渣等の含水固形物を高濃度の有機性廃棄物として対象としているが、高濃度の液状有機性廃棄物であっても良く、要は、有機性廃棄物全般に対して適用可能である。

図面の簡単な説明

0030

本発明の実施形態に係るメタン発酵システムを示す概略構成図である。
図1のメタン発酵システムの物質収支の一例を示す図である。

符号の説明

0031

1…メタン発酵槽、2…混合槽、3…固液分離手段、100…メタン発酵システム、L1…分離汚泥返送ライン、L2…第一の分離液返送ライン、L3…第二の分離液返送ライン、L4…分離汚泥排出ライン、L5…分離液排出ライン。

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