(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水あるいは廃棄物をメタン発酵する方法において、メタン発酵を行うメタン発酵槽の内部液の一部を取り出し、該内部液を連続的又は間欠的に減圧脱気装置に供給し、該減圧脱気装置において、減圧下で該内部液を薄膜状にして脱気して該内部液に溶解している二酸化炭素を除去し、該脱気された内部液を連続的又は間欠的に排出した後、再びメタン発酵槽内に戻すことを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項２】
前記二酸化炭素の除去は、減圧処理する真空度を調節することにより、その除去効率を制御することを特徴とする請求項１記載のメタン発酵方法。
【請求項３】
前記減圧脱気装置は、内部に高速回転する円盤を設け、該内部液を該円盤上で厚さ５ｍｍ未満の薄膜状とし、７ｍ／ｓｅｃ以上の速度で壁面に衝突させることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵方法。
【請求項４】
有機性廃水あるいは廃棄物を発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽の内部液の一部を連続的又は間欠的に受入れて処理し排出することが可能な、薄膜状にして脱気する減圧脱気装置と、該メタン発酵槽と減圧脱気装置との間を内部液が循環する流路とを有することを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項５】
前記減圧脱気装置は、該装置内に受入れた内部液を減圧下において厚さ５ｍｍ未満の薄膜状態にして、７ｍ／ｓｅｃ以上の速度で壁面に衝突させることが可能な装置であることを特徴とする請求項４記載のメタン発酵装置。
【請求項６】
有機性廃水あるいは廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から取り出した液を減圧脱気する装置と、該減圧脱気装置を減圧にする真空ポンプからなる装置であって、該減圧脱気装置は、内部に高速で回転する盤を有し、該メタン発酵槽から取出された液を該回転する盤の表面に供給するように構成したことを特徴とするメタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタン発酵方法に係り、特に、有機性廃水あるいは廃棄物から二酸化炭素の濃度を低減したメタンガスが得られるメタン発酵方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃水あるいは廃棄物を処理する設備においては、処理対象物をメタン発酵することでバイオガスを得ることができる。このバイオガスの有効な再利用方法の１つとして、燃料電池に用いて電力エネルギーとして利用する方法が広く研究されている。しかし、バイオガスは、有用なメタンの他に約２０〜４０％の二酸化炭素や数％の硫化水素等を含有しており、これが発電効率の低下の原因となっている。
高純度のメタンを得るために、メタン以外のガス成分を除去する必要がある。硫化水素については、鉄系脱硫剤を用いた乾式脱硫が広く行われており、技術的にも確立している。また、最近では微量の酸素を共存させることにより、硫化水素を単体硫黄として回収する方法も研究されている。
【０００３】
一方、二酸化炭素の除去方法としては、溶媒による吸収処理が一般的である。吸収処理には、二酸化炭素の形態を変えずに吸収させる物理吸収と、化学反応を起こすことで吸収させる反応吸収がある。二酸化炭素を吸収した吸収液は、物理吸収の場合は減圧下でのフラッシング、反応吸収の場合は加熱又はスチームストリッピングを行なうことで二酸化炭素を放散させ、再生することが可能である。この吸収液の再生操作は、二酸化炭素の回収を要する分野において、吸収液として高価な非水溶液を用いてクローズド化したシステムで行われている。
この他に、下水処理における汚泥消化設備でバイオガスからのメタンの精製を行なう場合、溶媒としてバイオガス量とほぼ等量に当たる大量の二次処理水をシャワーリングし、バイオガスを洗浄することで、二酸化炭素を除去している例がある。この方法は、下水処理場のように大量の用水が確保可能なケースにおいては適用可能であるが、し尿処理場や食品工場など、その他の多くの施設では用水が不足するため、適用不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、有機性廃水あるいは廃棄物をメタン発酵することで得られるバイオガスから、高価な溶媒や大量の用水を使用することなく、バイオガス中の二酸化炭素の濃度の低減したメタンを回収することができるメタン発酵方法と装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、有機性廃水あるいは廃棄物をメタン発酵する方法において、メタン発酵を行うメタン発酵槽の内部液の一部を取り出し、該内部液を連続的又は間欠的に減圧脱気装置に供給し、該減圧脱気装置において、減圧下で該内部液を薄膜状にして脱気して該内部液に溶解している二酸化炭素を除去し、該脱気された内部液を連続的又は間欠的に排出した後、再びメタン発酵槽内に戻すことを特徴とするメタン発酵方法としたものである。
前記メタン発酵方法において、二酸化炭素の除去は、減圧処理する真空度を調節することにより、その除去効率を制御することができ、また、前記減圧脱気装置は、内部に高速回転する円盤を設け、該内部液を該円盤上で厚さ５ｍｍ未満の薄膜状とし、７ｍ／ｓｅｃ以上の速度で壁面に衝突させることができる。
また、本発明では、有機性廃水あるいは廃棄物を発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽の内部液の一部を、連続的又は間欠的に受入れて処理し排出することが可能な、薄膜状にして脱気する減圧脱気装置と、該メタン発酵槽と減圧脱気装置との間を内部液が循環する流路とを有することを特徴とするメタン発酵装置としたものである。
前記メタン発酵装置において、減圧脱気装置は、該装置内に受入れた内部液を減圧下において厚さ５ｍｍ未満の薄膜状態にして、７ｍ／ｓｅｃ以上の速度で壁面に衝突させることが可能な装置であるのがよい。
さらに、本発明では、有機性廃水あるいは廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽から取り出した液を減圧脱気する装置と、該減圧脱気装置を減圧にする真空ポンプからなる装置であって、該減圧脱気装置は内部に高速で回転する盤を有し、該メタン発酵槽から取出された液を該回転する盤の表面に供給するように構成したことを特徴とするメタン発酵装置としたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、メタン発酵槽の内部液の一部を取り出した後、大気圧以下に減圧することによって、液中に溶解している二酸化炭素を除去し、再びメタン発酵槽内に戻す。この操作を連続的又は間欠的に繰り返すことによって、メタン発酵槽内部液中に溶解している炭酸ガス分圧を低下させ、飽和炭酸ガス濃度以下に保持する。これによって、メタン発酵槽の内部液からバイオガス中に揮散する炭酸ガスの量を抑制することができ、結果としてバイオガス中の二酸化炭素の濃度を低減することが可能となる。
また、付随的な効果として、メタン発酵槽内部液中より溶存炭酸塩を除去することによって、発酵槽内のアルカリ度が上昇するため、酸発酵が促進され、処理対象物の分解速度が増すという効果も期待できる。
【０００７】
以下に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のメタン発酵装置の一例を示すフロー構成図である。図１において、メタン発酵槽１より発酵槽内部液の一部を循環ポンプ２にて引き抜き、減圧脱気装置３において真空ポンプ４を用いて減圧脱気する。脱気された発酵槽内部液は、水位差によってメタン発酵槽１に返流される。
メタン発酵槽１内部では、常時メタンと二酸化炭素が発生しており、発酵槽内部液中のメタンあるいは二酸化炭素濃度は飽和状態となっている。この発酵槽内部液は、循環ポンプ２により連続的に脱気装置３に供給される。
【０００８】
減圧脱気装置３内は、装置上部から配管接続された真空ポンプ４により、常時負圧の状態を保っている。該装置に供給された発酵槽内部液は、該装置内で高速回転する円盤表面で遠心力を受けて加速され、該円盤上で薄膜状にされる。薄膜状の発酵槽内部液は、真空下において効率よく脱気され、さらに該遠心力により該真空容器内の壁面に衝突することで、脱気効果が促進される。これらの物理的処理により、発酵槽内部液中の二酸化炭素が除去され、ガスの溶解平衡反応式から、溶解成分までもが平衡移動し、ガス化されて除去される。
薄膜厚の条件としては、図３に示すように、５ｍｍ以下が望ましい。消化汚泥を対象とする場合、５ｍｍの薄膜を生成するために必要な円盤表面への７ｍ／ｓｅｃとなる。
なお、この処理によって、二酸化炭素と共にメタンガスの一部も除去されるが、メタンのヘンリー定数は、表１に示すように二酸化炭素のそれと比較して高いため、その量は微量である。
【０００９】
【表１】
0003700843.tif 000002
脱気された発酵槽内部液は、再び吸収液として該脱気装置の下部からメタン発酵槽に戻される。一方、上部から引き抜かれたガス成分は系外に排出される。
以上の操作を連続的あるいは間欠的に繰り返すことによって、メタン発酵槽内部液に溶解する二酸化炭素濃度を飽和濃度以下に抑えることができ、それによってバイオガス中に揮散する二酸化炭素濃度を低減することが可能となる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
以下に、本発明を実際に組み込んだ汚泥消化プロセスにおいて、消化ガス中のメタンを精製することができるメタン発酵法の一例について詳細に説明する。
この実施例では、図２に示す本発明のメタン発酵装置を用いて行い、メタン発酵槽である汚泥消化槽１に、減圧脱気装置３が付いていない従来法と、減圧脱気装置３を取り付けて、消化汚泥を循環させる本方法を比較した。
表２に下水処理場の汚泥消化設備おいて、本発明方法を採用した場合の処理成績と、従来方法による処理成績を示す。
【００１１】
【表２】
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従来方法による処理では、消化ガス中に含まれるＣＯ2は２８〜３５％に及び、Ｈ2Ｓは６００〜１８００ｐｐｍを推移した。その分ＣＨ4は純度が低く５１〜６２％を推移した。
本発明方法では、消化汚泥を減圧脱気処理して循環させ、消化汚泥中に含まれる二酸化炭素を系外に排出することで、消化ガス中のＣＯ2は０．７〜８％と低濃度を推移し、Ｈ2Ｓも４０〜５０ｐｐｍまで低減され、ＣＨ4は８６〜９０％まで高くなった。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、メタン発酵槽の内部液の一部を取り出した後、大気圧以下に減圧することによって、液中に溶解している二酸化炭素を除去し、再びメタン発酵槽内に戻すという操作を連続的又は間欠的に繰り返すことによって、メタン発酵槽内部液中に溶解している炭酸ガス分圧を低下させ、飽和炭酸ガス濃度以下に保持することができるため、人為的に加温したり、高価な溶媒や大量の用水を使用することなく、効率的にバイオガス中の二酸化炭素濃度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタン発酵装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】実施例に用いたメタン発酵装置のフロー構成図。
【図３】クリアランスと排出ＣＯ２ガス濃度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１：メタン発酵槽（汚泥消化槽）、２：循環ポンプ、３：減圧脱気装置、４：真空ポンプ、５：排気（二酸化炭素）、６：消化汚泥、７：脱気消化汚泥、８：汚泥移送ポンプ、９：消化ガス、１０：分配機モーター、１１：円盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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