(57)【要約】【課題】  メタン発酵物を統一的に処理することにより処理効率を向上させると共に処理コストを低減させる。【解決手段】  有機性原料をメタン発酵処理して得られるメタン発酵物としての消化ガス及び消化液を処理する装置であって、消化液から液体成分を脱離液として分離する固液分離器と、硝化脱窒処理対象水を硝化液循環法に基づいて硝化脱窒処理することにより硝化脱窒処理済水とする硝化脱窒手段と、硝化脱窒処理済水を消化ガスと気液接触させることにより当該消化ガスから硫黄成分を硫黄吸収液として脱硫させる脱硫手段とを具備し、脱離液を硝化脱窒処理対象水として硝化脱窒手段に供給すると共に硫黄吸収液を硝化循環液として硝化脱窒手段に供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性原料をメタン発酵処理して得られるメタン発酵物としての消化ガス及び消化液を処理する装置であって、
前記消化液から液体成分を脱離液として分離する固液分離器と、
硝化脱窒処理対象水を硝化液循環法に基づいて硝化脱窒処理することにより硝化脱窒処理済水とする硝化脱窒手段と、
前記硝化脱窒処理済水を消化ガスと気液接触させることにより当該消化ガスから硫黄成分を硫黄吸収液として脱硫させる脱硫手段とを具備し、
前記脱離液を硝化脱窒処理対象水として前記硝化脱窒手段に供給すると共に前記硫黄吸収液を硝化循環液として前記硝化脱窒手段に供給する
ことを特徴とするメタン発酵物処理装置。
【請求項２】
脱硫手段は、生物脱硫装置であることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵物処理装置。
【請求項３】
硝化脱窒手段は、廃水処理設備において廃水の硝化脱窒処理に供されるものであることを特徴とする請求項１または２記載のメタン発酵物処理装置。
【請求項４】
硝化脱窒手段は、硝化菌を担持させる充填材を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のメタン発酵物処理装置。
【請求項５】
有機性原料をメタン発酵処理して得られるメタン発酵物としての消化ガス及び消化液を処理する方法であって、
前記消化液から液体成分を脱離液として分離する固液分離工程と、
硝化脱窒処理対象水を硝化液循環法に基づいて硝化脱窒処理することにより硝化脱窒処理済水とする硝化脱窒工程と、
前記硝化脱窒処理済水を消化ガスと気液接触させることにより当該消化ガスから硫黄成分を硫黄吸収液として脱硫させる脱硫工程とを有し、
前記脱離液を硝化脱窒処理対象水として前記硝化脱窒工程に供給すると共に前記硫黄吸収液を硝化脱窒処理対象水兼硝化循環液として前記硝化脱窒工程に供給する
ことを特徴とするメタン発酵物処理方法。
【請求項６】
生物脱硫装置を用いて脱硫工程を行うことを特徴とする請求項５記載のメタン発酵物処理方法。
【請求項７】
廃水処理設備において廃水の硝化脱窒処理に供される設備を用いて硝化脱窒工程を行うことを特徴とする請求項５または６記載のメタン発酵物処理方法。
【請求項８】
硝化菌を充填材に担持させた状態で硝化脱窒工程を行うことを特徴とする請求項５〜７いずれかに記載のメタン発酵物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵物処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性原料をメタン発酵処理して得られるバイオガス（消化ガス）の脱硫技術の１つとして、硫黄酸化細菌を用いる生物脱硫法が知られている。この生物脱硫法は、硫黄酸化細菌を用いてバイオガス中に含まれる硫化水素を水溶性の硫酸イオンまで酸化することによりバイオガスから水に溶け込ませた状態で分離するものである。生物脱硫法を用いたバイオガスの脱硫技術については例えば以下の公報に開示されている。
【特許文献１】特開平８−０７６６７０号公報
【特許文献２】特開２００２−０７９０３４号公報
【特許文献３】特開２００２−０７９２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、バイオガス（消化ガス）は、メタンガス、二酸化炭素、上記硫化水素及びアンモニア等を含むものであるが、燃料として再利用するためには硫化水素（硫黄成分）に加えてアンモニア（窒素成分）も除去する必要がある。
一方、有機性原料をメタン発酵処理した場合に得られる処理物には消化ガスとしてのバイオガスの他に消化液がある。この消化液は、固形成分が液体成分中に溶け込んだスラリー状のものであり、廃液として河川等に放流するために、例えばＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）等の値が水質規制に合致する状態まで浄化される。
【０００４】
このようにメタン発酵処理によって得られたメタン発酵物であるバイオガス（消化ガス）と消化液とについては、各々に個別に処理が施されて再利用あるいは放流されており、したがって処理効率が低いと共に処理コストが比較的高くなるという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、メタン発酵物を統一的に処理することにより処理効率を向上させると共に処理コストを低減させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、メタン発酵物処理装置に係わる第１の手段として、有機性原料をメタン発酵処理して得られるメタン発酵物としての消化ガス及び消化液を処理する装置であって、前記消化液から液体成分を脱離液として分離する固液分離器と、硝化脱窒処理対象水を硝化液循環法に基づいて硝化脱窒処理することにより硝化脱窒処理済水とする硝化脱窒手段と、前記硝化脱窒処理済水を消化ガスと気液接触させることにより当該消化ガスから硫黄成分を硫黄吸収液として脱硫させる脱硫手段とを具備し、前記脱離液を硝化脱窒処理対象水として前記硝化脱窒手段に供給すると共に前記硫黄吸収液を硝化循環液として前記硝化脱窒手段に供給する、という解決手段を採用する。
また、メタン発酵物処理装置に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、脱硫手段として生物脱硫装置を用いる、という解決手段を採用する。
また、メタン発酵物処理装置に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、廃水処理設備において廃水の硝化脱窒処理に供されるものを硝化脱窒手段として用いる、という解決手段を採用する。
また、メタン発酵物処理装置に係わる第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、硝化脱窒手段は硝化菌を担持させる充填材を備える、という解決手段を採用する。
【０００７】
一方、本発明では、メタン発酵物処理方法に係わる第１の手段として、有機性原料をメタン発酵処理して得られるメタン発酵物としての消化ガス及び消化液を処理する方法であって、前記消化液から液体成分を脱離液として分離する固液分離工程と、硝化脱窒処理対象水を硝化液循環法に基づいて硝化脱窒処理することにより硝化脱窒処理済水とする硝化脱窒工程と、前記硝化脱窒処理済水を消化ガスと気液接触させることにより当該消化ガスから硫黄成分を硫黄吸収液として脱硫させる脱硫工程とを有し、前記脱離液を硝化脱窒処理対象水として前記硝化脱窒工程に供給すると共に前記硫黄吸収液を硝化循環液として前記硝化脱窒工程に供給する、という解決手段を採用する。
また、メタン発酵物処理方法に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、生物脱硫装置を用いて脱硫工程を行う、という解決手段を採用する。
また、メタン発酵物処理方法に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、廃水処理設備において排水の硝化脱窒処理に供される設備を用いて硝化脱窒工程を行う、という解決手段を採用する。
また、メタン発酵物処理方法に係わる第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、硝化菌を充填材に担持させた状態で硝化脱窒工程を行う、という解決手段を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、有機性原料をメタン発酵処理して得られるメタン発酵物、つまり消化ガス及び消化液とを統一的に処理することができるので、処理効率を向上させると共に処理コストを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係わるメタン発酵物処理装置の構成及び処理工程を示す処理系統図である。この図１において、符号１はメタン発酵槽、２は生物脱硫塔（脱硫手段）、３は固液分離器、４は硝化脱窒処理設備（硝化脱窒手段）、５は沈殿槽である。
【００１０】
メタン発酵槽１は、外部から供給された有機性原料をメタン菌の作用によって発酵させることによりメタン発酵物としての消化液及びバイオガス（消化ガス）を生成するものである。このメタン発酵槽１によって生成された消化液及びバイオガスのうち、バイオガスは、メタン（ＣＨ4）、二酸化炭素（ＣＯ2）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）及びアンモニア（ＮＨ3）等からなる複合ガスであり燃料として利用されるものであるが、硫化水素（Ｈ2Ｓ）は燃焼器に腐食等を生じせしめるので有害成分であり、除去する必要がある。
【００１１】
生物脱硫塔２は、上記バイオガスが供給されるようになっており、当該バイオガスを硝化循環液と気液接触させることによりバイオガスからアンモニア（ＮＨ3）や上記有害成分である硫化水素（Ｈ2Ｓ）等の可溶性成分を脱離させるものである。より詳細には、この生物脱硫塔２は、硫黄酸化細菌が担持された多孔性の充填材２ａが内部に充填されると共に、当該充填材２ａの下方からバイオガスが供給される一方、上方から硝化循環液が散布される構造を備えている。
【００１２】
このように構成された生物脱硫塔２は、硫黄酸化細菌が付着した充填材２ａの表面でバイオガスと硝化循環液とが気液接触することにより硫黄成分である硫化水素（Ｈ2Ｓ）を酸化して可溶性の硫酸イオン（ＳＯ４２−）化し、硝化循環液に効果的に溶け込ませてバイオガスから離脱させる。なお、このような硫黄成分が混入した硝化循環液（硫化水素吸収液）は、硝化脱窒処理対象水の１つとして硝化脱窒処理設備４に供給される。なお、このような生物脱硫塔２によって硫黄成分が除去されたバイオガスは、脱硫バイオガスとして外部に排出され燃料に供される。また、この処理過程でバイオガスから二酸化炭素（ＣＯ２）も除去され、その結果メタン含有率体積比で５０〜６０％から７０〜８０％迄濃縮されるため、燃料利用上好適となる。
【００１３】
固液分離器３は、上記消化液が供給されるようになっており、当該消化液を液体成分である脱離液と固形成分である残渣とに分離する。このような固液分離器３には種々の方式のものが知られているが、如何なるものも適用可能である。この固液分離器３から排出される脱離液は、有機物、窒素化合物及びアンモニア（ＮＨ3）等を含んであり、川等に放流する場合の環境基準を満足しないので、硝化脱窒処理対象水の１つとして硝化脱窒処理設備４に供給されて浄化される。
【００１４】
硝化脱窒処理設備４は、周知の硝化液循環法に基づいて、つまり脱窒槽４ａと硝化槽４ｂとの間で硝化脱窒処理対象水を循環させることにより、当該硝化脱窒処理対象水を硝化脱窒処理するものである。脱窒槽４ａは、硝化脱窒処理対象水の他に脱窒用有機物源としてのメタノールが供給される槽であり、嫌気性雰囲気下において有機物を栄養源とする脱窒菌の作用により、硝化槽４ｂの硝化処理によって生成した酸化窒素イオンＮＯ２−やＮＯ３−を還元して窒素ガス（Ｎ2）を発生させる。
【００１５】
硝化槽４ｂは、好気性雰囲気かつ曝気雰囲気における硝化菌の作用によりアンモニアイオンＮＨ４＋を上記酸化窒素イオンＮＯ２−やＮＯ３−に酸化（硝化）するものである。さらに詳しくは、この硝化槽４ｂは、内部に硝化菌を担持する多孔性の充填材４ｃが充填される一方、当該充填材４ｃの下方から曝気用の空気が上方に向けて噴射されることにより、硝化反応が効率良く行われるようになっている。なお、この硝化槽４ｂでは硝化菌を多孔性の充填材４ｃに担持させることにより、硝化菌が後段の沈殿槽５に流れ出すことを効果的に防止している。
【００１６】
ここで、硝化液循環法に基づく硝化脱窒処理設備は、例えば下水処理等の廃水処理において用いられており、既存の設備として存在するものである。したがって、このような既存の硝化脱窒処理設備を本メタン発酵物処理装置における硝化脱窒処理設備４に流用することが可能である。
【００１７】
沈殿槽５は、硝化脱窒処理設備４（より正確には硝化槽４ｂ）から排出された硝化脱窒処理済水の固形成分（汚泥）を沈殿させることによって液体成分（上澄液）と分離するものである。この沈殿槽５における流入水のうち、その一部は沈殿槽５にて分離されて処理済水として外部の河川等に放流される。
【００１８】
ここで、本メタン発酵物処理装置では、図示するように生物脱硫塔２及び硝化脱窒処理設備４からなる硝化液循環路が形成されている。すなわち、硝化槽４ｂから排出された硝化脱窒処理済水は、硝化循環液として生物脱硫塔２に供給されるように構成されており、硝化脱窒処理設備４における脱窒槽４ａと硝化槽４ｂとは、生物脱硫塔２と共にループ状の硝化液循環路を形成している。
【００１９】
また、図示するように、硝化槽４ｂから排出された硝化脱窒処理済水は、生物脱硫塔２を経由することなく脱窒槽４ａに直接供給されるようにも構成されている。すなわち、本メタン発酵物処理装置は、硝化脱窒処理済水を生物脱硫塔２及び脱窒槽４ａのいずれにも供給可能に構成されているが、これは、例えば生物脱硫塔２のみに硝化循環液を供給した場合に脱窒槽４ａが必要とする硝化脱窒処理対象水の液量を確保することができないといった事態を回避するための措置である。
【００２０】
次に、このように構成された本メタン発酵物処理装置の作用・効果について詳しく説明する。
本メタン発酵物処理装置は、上述した構成から解るように、メタン発酵槽１によって得られると共に各々に異なる処理が必要とされる２つのメタン発酵物つまり消化液及びバイオガス（消化ガス）を、生物脱硫塔２及び硝化脱窒処理設備４からなる硝化液循環路において統一的に処理している。したがって、本メタン発酵物処理装置によれば、消化液及びバイオガスを個別に処理した場合に比較して、全体的な処理効率を向上させることができると共に処理コストを大幅に低減させることができる。
【００２１】
例えば、バイオガスの脱硫を消化液の処理とは別に行った場合には、生物脱硫塔２に供給する水を別途用意する必要がある。しかしながら、本メタン発酵物処理装置では、生物脱硫塔２を硝化液循環路内に取り込むことにより硝化槽４ｂから排出された硝化脱窒処理済水を用いてバイオガスの脱硫を行うので、バイオガスの脱硫用に別途水を用意する必要がなく、よって処理コストを大幅に低減させることができる。
【００２２】
また、既存の硝化脱窒処理設備を本メタン発酵物処理装置における硝化脱窒処理設備４に流用した場合には、本メタン発酵物処理装置の装置コストを低減することができるので、これによってメタン発酵物の処理コストを大幅に低減することができる。
【００２３】
さらに、本メタン発酵物処理装置における硝化脱窒処理設備４では、硝化槽４ｂの硝化菌を多孔性の充填材４ｃに担持させるので、硝化菌が沈殿槽５に流れ出すことを効果的に防止することができる。したがって、硝化槽４ｂにおける硝化性能をより長く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係わるメタン発酵物処理装置の構成及び処理工程を示す処理系統図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…メタン発酵槽、２…生物脱硫塔（脱硫手段）、３…固液分離器、４…硝化脱窒処理設備（硝化脱窒手段）、５…沈殿槽
【図１】
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