(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵槽とメタンガス精製装置とガスエンジン発電機とでバイオガス発電システムを構成し、
有機性廃棄物を前記発酵槽内にて発酵してバイオガスを発生させ、発生したバイオガス中に含まれる硫化水素等の不純物を前記メタンガス精製装置にて除去し、不純物を除去したバイオガスを前記ガスエンジン発電機に供給する構成において、
前記メタンガス精製装置は、微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽と、前記生物脱硫槽の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管と、前記生物脱硫槽の底部と接続され生物脱硫槽内の水を排出する排水管と、前記生物脱硫槽の入口へ空気を注入する空気注入装置とを備え、
前記生物脱硫槽に、前記充填材の上方で、前記給水管の吐出部の下方に、生物脱硫槽の全面にわたる散水板を配置し、
前記散水板に、複数の排出孔を穿設し、各排出孔より上方に向かって円筒状に構成した結合部を立設し、前記結合部にパイプ状の溢流体を嵌装可能とし、
前記結合部に対する溢流体の高さを調節可能とした
ことを特徴とするバイオガス発電システムのメタンガス精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスに含まれる硫化水素等の不純物を微生物の働きにより除去するメタンガス精製装置の技術に関し、特に、微生物が定着する充填材が充填されている生物脱硫槽を備えるメタンガス精製装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、有機性廃水、厨芥類などの食品残渣、及び糞尿等の廃棄されていた有機性廃棄物を、嫌気性細菌を利用してメタン発酵することで、メタンガス（気体状態のメタン）を主成分とした混合気体であるバイオガスを発生させ、該バイオガスを燃料ガスとして使用するバイオガス発電装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
バイオガスを燃料ガスとして使用する場合、バイオガスは、多くの不純物を含んでおり、そのまま使用すると、発電装置や環境に対して悪影響を与えるので、バイオガスを精製し、不純物を除去する必要がある。不純物の一つである硫黄を取り除く（脱硫する）方法として、バイオガスに含まれる硫化水素等の不純物を微生物の働きにより除去するメタンガス精製装置を用いた方法が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５４８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４３７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メタンガス精製装置は、微生物が定着する充填材が充填されている生物脱硫槽を備える。従来、微生物を含む水、例えば、処理水を生物脱硫槽の上部から充填材へ散布することにより、微生物を充填材に定着させていた。処理水を散布する方法としては、スプレーノズルなどを用いた圧縮による噴射散布が従来から知られている。しかし、圧縮による噴射散布では、処理水に汚泥などが含まれているため、スプレーノズル内で目詰まりが発生し、処理水を散布することができない場合があった。
また、処理水を散布する方法としては、複数の排出孔を設けた散水板を用いた自然流下による散布がある。散水板の表面に処理水を流下させ、散水板表面から排出孔を通って生物脱硫槽内の充填材へ処理水を流下させて散布する方法である。しかし、生物脱硫槽自体が傾いている場合や、散水板が傾いている場合には、処理水が散水板の表面の低い位置に偏って集まり、低い位置に配置された排出孔から処理水が流下するため、処理水の散布に偏りが発生していた。
【０００６】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、微生物を含む水に汚泥等の固形物が含まれていたとしても、微生物を含む水を散布することができ、生物脱硫槽に傾きがあった場合でも、微生物を含む水を均等に散布することができるメタンガス精製装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
請求項１においては、発酵槽とメタンガス精製装置とガスエンジン発電機とでバイオガス発電システムを構成し、有機性廃棄物を前記発酵槽内にて発酵してバイオガスを発生させ、発生したバイオガス中に含まれる硫化水素等の不純物を前記メタンガス精製装置にて除去し、不純物を除去したバイオガスを前記ガスエンジン発電機に供給する構成において、前記メタンガス精製装置は、微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽と、前記生物脱硫槽の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管と、前記生物脱硫槽の底部と接続され生物脱硫槽内の水を排出する排水管と、前記生物脱硫槽の入口へ空気を注入する空気注入装置とを備え、前記生物脱硫槽に、前記充填材の上方で、前記給水管の吐出部の下方に、生物脱硫槽の全面にわたる散水板を配置し、前記散水板に、複数の排出孔を穿設し、各排出孔より上方に向かって円筒状に構成した結合部を立設し、前記結合部にパイプ状の溢流体を嵌装可能とし、前記結合部に対する溢流体の高さを調節可能としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、発酵槽とメタンガス精製装置とガスエンジン発電機とでバイオガス発電システムを構成し、有機性廃棄物を前記発酵槽内にて発酵してバイオガスを発生させ、発生したバイオガス中に含まれる硫化水素等の不純物を前記メタンガス精製装置にて除去し、不純物を除去したバイオガスを前記ガスエンジン発電機に供給する構成において、前記メタンガス精製装置は、微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽と、前記生物脱硫槽の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管と、前記生物脱硫槽の底部と接続され生物脱硫槽内の水を排出する排水管と、前記生物脱硫槽の入口へ空気を注入する空気注入装置とを備え、前記生物脱硫槽に、前記充填材の上方で、前記給水管の吐出部の下方に、生物脱硫槽の全面にわたる散水板を配置し、前記散水板に、複数の排出孔を穿設し、各排出孔より上方に向かって円筒状に構成した結合部を立設し、前記結合部にパイプ状の溢流体を嵌装可能とし、前記結合部に対する溢流体の高さを調節可能としたので、散水板の傾きやたわみ、生物脱硫槽の傾きなどによって、微生物を含む水が偏って貯溜された場合であっても、溢流体によって排出孔の入口の高さを等しくすることによって、均等に散布することができる。
【００１１】
また、散水板の傾きやたわみ、生物脱硫槽の傾きなどによって、微生物を含む水が偏って貯溜された場合であっても、溢流体によって排出孔の入口の高さを等しくすることによって、均等に散布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオガス発電装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る生物脱硫槽の構成図。
【図３】（ａ）本発明の一実施形態に係る散水板の平面図（ｂ）同じく側面断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る排出孔及び溢流体の断面拡大図。
【図５】本発明の一実施形態に係る排出孔及び排出孔に結合した状態の溢流体の断面拡大図。
【図６】本発明の一実施形態に係る傾いた状態の生物脱硫槽及び散水板を示す側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明の一実施形態である、バイオガスのメタンガス精製装置２を含む発電システム１００の、全体構成について図１を用いて説明する。
【００１４】
発電システム１００は、メタンガス精製装置２を用いて有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製し、その精製したバイオガスを用いて発電するものである。発電システム１００は、発酵槽１と、メタンガス精製装置２と、ガスホルダ３と、ガスエンジン発電機４と、それぞれの装置を繋ぐガス通路５から構成される。
【００１５】
発酵槽１は、有機性廃棄物のガス化によりバイオガスを発生させるものである。発酵槽１は、例えば、ＵＡＳＢ型の反応槽である。発酵槽１には、有機性廃棄物の一種である有機性廃水が廃水供給部を介して供給されるとともに、グラニュール菌体が投入される。これにより、発酵槽１において、メタン発酵が行われ、有機性排水に含まれる有機物がメタンと炭酸ガスに分解されて、バイオガスが発生する。バイオガスは、メタンを主成分とした混合気体であり、その他の成分として硫化水素や炭酸ガス等を含む。
【００１６】
メタンガス精製装置２は、発酵槽１で有機性廃水のガス化により発生したバイオガス中の硫化水素を除去して、バイオガスを精製するものである。メタンガス精製装置２は、バイオガスが発酵槽１から流れ出てガスエンジン発電機４に至る途中に設置される。メタンガス精製装置２は、生物脱硫槽１１と、空気注入装置１３とを備える。
【００１７】
生物脱硫槽１１は、微生物を用いてバイオガスを脱硫するものである。生物脱硫槽１１は、発酵槽１とガス通路５である第一ガス管２１を介して接続され、バイオガスの流れ方向において発酵槽１の下流側に配置される。
生物脱硫槽１１は、発酵槽１で発生したバイオガス中の硫化水素がバイオガスを燃料ガスとして使用するガスエンジン発電機４を腐蝕させるため、バイオガス中の硫化水素を除去する。
【００１８】
生物脱硫槽１１の上下方向中間部には、図１及び図２に示すように、微生物の定着面積を拡大するために、複数の充填材３１ａを充填した充填層３１が設けられている。充填層３１には複数の充填材３１ａが無作為に充填されている。充填材３１ａは、その表面に微生物が定着できる材質で筒状に形成されており、例えばポリプロピレンで形成されている。また、生物脱硫槽１１内には、生物脱硫槽１１内に貯溜される処理水の水位を検出する水位センサ３２が設けられている。
【００１９】
空気注入装置１３は、バイオガスに空気を注入するための装置である。空気注入装置１３は、ファンや送風側バルブを有し、発酵槽１と生物脱硫槽１１とを接続するガス通路５である第一ガス管２１を流れるバイオガスに空気を注入管２６を介して注入することができるように構成される。生物脱硫槽１１における脱硫反応では、微生物は好気性環境で活発に活動する。そこで、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入する前に、空気を空気注入装置１３よりバイオガスに注入することで、微生物の活動を活発化させるようになっている。また、空気注入装置１３は、ファンの回転速度を調節することや、送風側バルブの開度調整をすることにより、バイオガスに注入する空気注入量を調節することができるように構成される。なお、空気注入装置１３は、本実施形態においてはファンを有する構成としたが、これに限定するものではない。例えば、空気注入装置１３は、ポンプやコンプレッサを有する構成とすることも可能である。
【００２０】
ガスホルダ３は、メタンガス精製装置２で精製後のバイオガスを一時貯溜して、精製後のバイオガスをガスエンジン発電機４へ供給するときのバイオガス供給量を調節するための装置である。ガスホルダ３は、生物脱硫槽１１と第二ガス管２２を介して接続され、バイオガスの流れ方向において生物脱硫槽１１の下流側に配置される。
【００２１】
ガスエンジン発電機４は、燃料ガスとしてメタンガス精製装置２で精製後のバイオガスを用いて発電するものである。ガスエンジン発電機４は、ガスエンジン及び発電機を有する。ガスエンジン発電機４においては、ガスエンジンと発電機とが連結され、このガスエンジンの出力軸の回転により、発電機の磁石またはコイルが回転することによって、発電が行われる。ガスエンジン発電機４は、ガスホルダ３よりも下流に設けられている。
【００２２】
また、発酵槽１、メタンガス精製装置２、ガスホルダ３及びガスエンジン発電機４は、バイオガス及び空気を流通させる、第一ガス管２１と第二ガス管２２と第三ガス管２３により構成されたガス通路５によって、前述の順序で接続されている。
即ち、ガス通路５は、第一ガス管２１と、第二ガス管２２と、第三ガス管２３とで構成されている。第一ガス管２１は、発酵槽１とメタンガス精製装置２の生物脱硫槽１１とを接続し、バイオガスを発酵槽１から生物脱硫槽１１へ向かって流通させるとともに、このバイオガスに空気注入装置１３により注入された空気を流通させる。第二ガス管２２は、メタンガス精製装置２の生物脱硫槽１１とガスホルダ３とを接続し、脱硫後のバイオガス及び空気を生物脱硫槽１１からガスホルダ３へ向かって流通させる。第三ガス管２３は、ガスホルダ３とガスエンジン発電機４とを接続し、メタンガス精製装置２で精製後のバイオガス及び空気をガスホルダ３からガスエンジン発電機４へ向かって流通させる。第一ガス管２１の途中には、空気を空気注入装置１３から注入させるための注入管２６が接続されている。また、第二ガス管２２にはガス弁３３が設けられており、ガス弁３３を開閉することにより、第二ガス管２２から下流へのバイオガス及び空気の流入又は停止を切り換えることができる。
【００２３】
また、メタンガス精製装置２は、生物脱硫槽１１の上部と接続され、微生物を含む水（処理水）を散布する給水管３５と、給水管３５の開閉を行う給水弁３６と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の処理水を排出する排水管３７と、排水管３７の開閉を行う排水弁３８と、を備える。
【００２４】
また、メタンガス精製装置２は、ガス弁３３、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御する制御装置４０を備える。制御装置４０は、水位センサ３２、ガス弁３３、給水弁３６及び排水弁３８と接続されている。制御装置４０はガス弁３３の開閉を制御することが可能となっている。ガス弁３３は、通常運転時には開状態となっている。また、制御装置４０は、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入していない状態で生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための開閉制御を行う場合には、ガス弁３３を閉状態とする。また、発電システム１００全体の稼動を停止する際にはガス弁３３を閉状態とする。
【００２５】
給水管３５は、処理水の流れ方向において上流端が発酵槽１に接続されている。給水管３５の上流端は、発酵槽１の上部に接続されている。発酵槽１には、有機性廃棄物の一種である有機性廃水が廃水供給部を介して供給されており、発酵槽１において、メタン発酵が行われた後の処理水が、給水管３５に流入する。ここで、処理水とは、メタン発酵が行われた後の有機性廃水を主成分とし、硫黄酸化細菌などの微生物が含まれる水である。給水管３５の下流端は、生物脱硫槽１１の上部から生物脱硫槽１１内部に貫入されている。
【００２６】
給水管３５の中途部には、給水弁３６が設けられている。給水弁３６は、電磁弁であり。電磁弁を電気的に制御して開閉することにより給水管３５の開閉を行うことができる。
【００２７】
また、生物脱硫槽１１の上部であって、給水管３５の下流端よりも下部の位置に散水板４１が設けられている。図３（ａ）に示すように、散水板４１は平面視円形状に形成されており、外周に外縁部４１ａが形成されている。外縁部４１ａは、他の部分よりも高い段状に形成されている。また、生物脱硫槽１１の内面には掛止部１１ａが平面視環状に形成されており、図３（ｂ）に示すように、散水板４１の外縁部４１ａの下面が、生物脱硫槽１１の内面に設けられた掛止部１１ａの上面と当接することにより、散水板４１が掛止部１１ａに支持される。このように構成することにより、外縁部４１ａから処理水が流下するのを防止する。また、散水板４１は、掛止部１１ａによって下方から支持されているだけなので、生物脱硫槽１１を上方から目視確認したり、生物脱硫槽１１または散水板４１をメンテナンスしたりする際に、散水板４１を容易に上方へ移動させることができる。
【００２８】
散水板４１には、図３に示すように、複数の排出孔４２が設けられている。排出孔４２は散水板４１に互いの距離が均等な間隔となるように配置されている。本実施形態においては、排出孔４２が複数の列となるように配置されている。また、排出孔４２の配置はこれに限定するものでなく、例えば、同心円の円周上に均等に配置することも可能である。
【００２９】
また、排出孔４２は円形に形成されている。排出孔４２の直径は、処理水中に存在する固形物の直径よりも大きい。具体的には、排出孔４２の直径は数ｃｍとなるように形成されている。このように構成することにより、排出孔４２に処理水中の固形物が詰まるおそれがない。
【００３０】
また、図３（ｂ）に示すように、排出孔４２の下面から上方に向かって結合部４２ａが立設されている。結合部４２ａは円筒状に形成されており、その外径は排出孔４２の内径と等しくなるように形成されている。結合部４２ａの下部にはフランジ部４２ｂが設けられており、結合部４２ａが排出孔４２の上方へ抜けるのを防止する。また、結合部４２ａの外周には螺子溝が設けられている。結合部４２ａにはロックナット４２ｃが螺設されており、ロックナット４２ｃを締結することにより、結合部４２ａが下方へ移動するのを防止することができる。また、散水板４１の下面とフランジ部４２ｂの上面とが当接することにより、結合部４２ａが上方へ移動するのを防止することができる。
【００３１】
また、排出孔４２の上部には、溢流体４５が脱着可能に設けられている。溢流体４５は、図４に示すように、パイプ状に形成されており、内径は結合部４２ａの内径と等しくなるように形成されている。溢流体４５の下部は、結合部４２ａと結合するための溢流体結合部４５ａが設けられている。溢流体結合部４５ａは、その内径が結合部４２ａの外径と等しくなるように形成されている。溢流体結合部４５ａの内周には螺子溝が設けられている。溢流体４５は、溢流体結合部４５ａを結合部４２ａに螺嵌することにより、排出孔４２の上部に固設される。また、溢流体４５は、結合部４２ａから取り外すこともできる。このように構成することにより、溢流体４５は、排出孔４２に対して脱着可能に設けられている。また、結合部４２ａに溢流体４５が螺嵌されていることにより、処理水は、溢流体４５の上面に設けられた孔からしか排出孔４２内へ流入しない。
【００３２】
次に、溢流体４５の高さの調節方法について説明する。結合部４２ａには、図５に示すように、溢流体４５よりも下方でロックナット４２ｃよりも上方に溢流体側ロックナット４５ｂが螺設されている。ロックナット４２ｃは結合部４２ａの軸方向に移動可能となっている。溢流体４５の溢流体結合部４５ａを結合部４２ａに螺嵌する際に、溢流体４５の上端が所望の高さとなるところで、溢流体側ロックナット４５ｂを下方から上方へ締結することにより、溢流体４５が固定される。このようにして、溢流体４５は任意の高さで固定される。なお、溢流体４５の高さの調節方法は、本実施形態に記載される方法に限定されるものではなく、例えば、溢流体４５を結合部４２ａに軸方向に摺動自在に嵌設して、所望の位置で外側からリング等によって締め付けることにより固定することもできる。
【００３３】
例えば、散水板４１が傾いたり処理水の重みによってたわんだりした場合や、生物脱硫槽１１を設置した際に生物脱硫槽１１自体に傾きがあった場合には、図６に示すように片側（図６では左側）に処理水が偏在する。なお、図６においては、生物脱硫槽１１自体に傾きがあった場合を表している。このような場合には、処理水が偏る側（図６では左側）に位置する溢流体４５を上方へ移動させて、全ての溢流体４５の上面の高さが同じになるように調節する。
【００３４】
このように構成することにより、処理水が生物脱硫槽１１の上部の給水管３５から散水板４１へ流入してきた場合、処理水の水面が溢流体４５を越えない高さにあるときは、散水板４１の下方へと処理水が流下することはない。処理水の水面が溢流体４５を越える高さになると、処理水は、溢流体４５の内側及び排出孔４２を通って散水板４１の下方にある充填層３１へと流下する。このとき、溢流体４５の上面の高さが同じであるので、処理水は散水板４１全体から均一に散布されることになる。このように構成することにより、充填層３１内の充填体３１ａに均等に処理水が付着することで、充填体３１ａの表面に微生物を定着させることができる。
【００３５】
排水管３７は、上流端が、生物脱硫槽１１の底部に接続されている。生物脱硫槽１１の上部に接続した給水管３５から生物脱硫槽１１内へ散布された処理水は、生物脱硫槽１１底部に落下し、排水管３７から図示せぬ水封槽を経由して図示せぬ処理水貯留槽に排出される。排水管３７の中途部には排水弁３８が設けられている。排水弁３８は、電磁弁であり、電磁弁を電気的に制御して開閉することにより排水管３７の開閉を行うことができる。
【００３６】
制御装置４０は、水位センサ３２と、ガス弁３３と、給水弁３６と、排水弁３８と接続している。制御装置４０は、ＲＡＭやＲＯＭ等で構成された記憶部とＣＰＵ等で構成された演算部とから構成されている。制御装置４０は、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御することにより、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させる。
【００３７】
以上のように、メタンガス精製装置２は、微生物が定着する充填材３１ａを充填した生物脱硫槽１１と、生物脱硫槽１１の上部と接続され処理水を散布する給水管３５と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の処理水を排出する排水管３７と、生物脱硫槽１１の入口へ空気を注入するための空気注入装置１３とを備えるメタンガス精製装置２であって、生物脱硫槽１１は、充填材３１ａの上方に設けられた散水板４１を備え、散水板４１は、複数の排出孔４２を有し、各排出孔４２の上面に、パイプ状の溢流体４５を設けたものである。このように構成することにより、散水板４１の傾きやたわみ、生物脱硫槽１１の傾きなどによって、処理水が偏って貯溜された場合であっても、溢流体４５によって排出孔４２の入口の高さを等しくすることによって、均等に散布することができる。また、散水板４１の傾きやたわみ、生物脱硫槽１１の傾きの変化に合わせて、生物脱硫槽１１を設置した場所で簡易に溢流体４５の高さを調整することができる。
【００３８】
また、溢流体４５の高さを調整可能としたものである。このように構成することにより、散水板４１の傾きやたわみ、生物脱硫槽１１の傾きなどによって、微生物を含む水が偏って貯溜された場合であっても、溢流体４５によって排出孔４２の入口の高さを等しくすることによって、均等に散布することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    発酵槽
２    メタンガス精製装置
３    ガスホルダ
４    ガスエンジン発電機
５    ガス通路
１１    生物脱硫槽
１３    空気注入装置
３１    充填層
３１ａ    充填材
３２    水位センサ
３３    ガス弁
３５    給水管
３６    給水弁
３７    排水管
３８    排水弁
４０    制御装置
４１    散水板
４２    排出孔
４５    溢流体
１００    発電システム
【図１】
0005627513.tif 000002
【図２】
0005627513.tif 000003
【図３】
0005627513.tif 000004
【図４】
0005627513.tif 000005
【図５】
0005627513.tif 000006
【図６】
0005627513.tif 000007