(57)【要約】【課題】供給系配管が閉塞するのを防ぎつつ、フィルターのメインテナンス性を大幅に改善できて長期間安定に運転できるメタン発酵処理装置を提供する。【解決手段】第１発酵槽３０及び第２発酵槽４０、第１発酵槽３０の処理液を第２発酵槽４０へ供給するための供給系配管６０、第２発酵槽４０の処理液を第１発酵槽へ返送するための返送系配管７０等から構成され、供給系配管６０に第１発酵槽から第２発酵槽へ供給される処理液をろ過するフィルター８０を設け、このフィルター８０が返送系配管７０により第２発酵槽から第１発酵槽に向けて返送される処理液により逆洗される構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の処理槽及び第２の処理槽と、前記第１の処理槽の処理液を前記第２の処理槽へ供給するための供給系配管と、前記第２の処理槽の処理液を前記第１の処理槽へ返送するための返送系配管とを有するメタン発酵処理装置であって、
前記供給系配管は、前記第１の処理槽から前記第２の処理槽へ供給される処理液をろ過するフィルターを備え、
前記返送系配管は、前記フィルターが前記第２の処理槽から前記第１の処理槽に向けて返送される処理液により逆洗されるように、前記フィルターの下流側において前記供給系配管に接続されていることを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項２】
前記供給系配管は、前記返送系配管が接続されたさらに下流側に開閉弁を備えていることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項３】
前記フィルターは、前記供給系配管の上り勾配部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項４】
前記返送系配管は、返送される前記処理液の流れが前記供給系配管の上流側へ向かうように前記供給系配管に対して斜め方向から接続されていることを特徴とする請求項３に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
前記返送系配管は、その下り勾配部が前記供給系配管の上り勾配部に接続されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のメタン発酵処理装置。
【請求項６】
前記第１の処理槽は、有機性廃棄物のメタン発酵を行う第１の発酵槽であり、
前記第２の処理槽は、前記第１の発酵槽から供給された処理液をメタン発酵させる第２の発酵槽である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【請求項７】
前記第１の処理槽は、有機性廃棄物のメタン発酵を行う発酵槽であり、
前記第２の処理槽は、前記発酵槽で発生した発酵廃液を処理する廃液処理槽である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ゴミ、食品加工残滓、活性汚泥処理などで発生する余剰汚泥等の有機性廃棄物のメタン発酵処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ、消化汚泥等の有機性廃棄物のほとんどは、焼却や埋め立て処分されているが、焼却に伴うダイオキシンの発生や埋め立て処分地の逼迫、悪臭などの問題から、環境負荷の少ない処理方法が求められている。これらの問題を解決するために有機性廃棄物をメタン発酵処理し、発生したメタンガスを燃料電池やガスエンジンを用いて発電するシステムが開発されている。
メタン発酵は、有機性廃棄物を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機性廃棄物をメタンガスに転換するもので、投入原料の性状や運転条件などにより様々な処理方法、発酵槽が提案されている。メタン発酵法は、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気性のため曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法であり、しかも副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。
生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵法で効率的に処理するシステムとして、有機性廃棄物をペースト状に粉砕して、５０〜６０℃で大きな活性を示す高温メタン菌で処理するシステムが特許文献１、特許文献２等に開示されている。高温菌は３６〜３８℃の中温で活性が大きくなる中温菌に比べ２〜３倍程度の活性を有しており、高温菌でメタン発酵を行うことで分解速度の向上と消化率の向上を図ることができるとしている。有機性廃棄物を用いたメタン発酵は、メタンガスの生成量を増大でき、燃料電池などのガス発電に有効利用できるメリットがある。
【０００３】
上記のメタン発酵法おける処理効率を向上させるために、例えば、特許文献３には、体積充填率３０％以上のろ床を導入した高温（５５℃）の第１発酵槽と、供給系配管を通じて第１発酵槽の処理液が供給されると共に体積充填率３０％以上のろ床を導入した高温の第２発酵槽を併せ持ち、第２発酵槽の処理液を第１発酵槽に返送することで、高効率でコンパクトなメタン発酵処理装置を得る技術を開示している。
かかる構成により、前処理での機器コスト、また、ランニングコストを低減し、難分解性の固形物や発酵不適物を分離除去する機能を持たせることができ、滞留時間が３日以下で高速高容積負荷のメタン発酵槽の安定運転ができる。
【特許文献１】特開平１０−１３７７３０号公報
【特許文献２】特開平１３−４６９９７号公報
【特許文献３】特開２００５−１２５３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献３に開示された技術において、第１発酵槽から流出する処理液には、第１発酵槽のろ床を構成する多孔質担体の破砕物、難分解性固形分、発酵不適物等の固形物が含まれている。
このため、第１発酵槽の処理液をフィルターでろ過した後に第２発酵槽へ供給しないと、第１発酵槽から第２発酵槽へ処理液を供給する供給系配管が装置の運転中にこれらの固形物で閉塞される可能性がある。
しかしながら、第１発酵槽の上部オーバーフロー部等にフィルターを設置すると、目詰まりするフィルターのメインテナンスが頻繁に必要となる、フィルターの圧力損失が大きくなる等の問題があり、フィルターのメインテナンス周期を延ばし、その圧力損失を提言するためには、フィルターを大型化する必要があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、より小型のフィルターにより第１の処理槽の処理液を第２の処理槽へ供給する供給系配管が閉塞するのを防ぎつつ、フィルターのメインテナンス性を大幅に改善できて長期間安定に運転できるメタン発酵処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るメタン発酵処理装置は、第１の処理槽及び第２の処理槽と、第１の処理槽の処理液を第２の処理槽へ供給するための供給系配管と、第２の処理槽の処理液を第１の処理槽へ返送するための返送系配管とを有するメタン発酵処理装置であって、供給系配管は、第１の処理槽から第２の処理槽へ供給される処理液をろ過するフィルターを備え、返送系配管は、フィルターが第２の処理槽から第１の処理槽に向けて返送される処理液により逆洗されるように、フィルターの下流側において供給系配管に接続されていることを特徴としている。
この構成によれば、供給系配管にフィルターを設けることにより小型のフィルターで供給系配管の閉塞を防ぐことができると共に、返送系配管を供給系配管のフィルターの下流側に接続して第２の処理槽から第１の処理槽へ向けて返送される処理液を利用してフィルターを逆洗することにより、メインテナンス性を大幅に向上できる。
【０００７】
上記構成において、供給系配管は、返送系配管が接続されたさらに下流側に開閉弁を備えている構成を採用できる。
この構成によれば、開閉弁により供給系配管の流路を閉じることにより、返送系配管により返送された処理液が供給系配管の下流側へ流出するのを防ぐことができるので、返送される処理液によりフィルターが逆洗される。
【０００８】
上記構成において、フィルターは、供給系配管の上り勾配部に設けられている構成を採用でき、また、返送系配管は、返送される処理液の流れが供給系配管の上流側へ向かうように供給系配管に対して斜め方向から接続されている構成を採用でき、さらに、返送系配管は、その下り勾配部が供給系配管の上り勾配部に接続されている構成を採用できる。
この構成によれば、供給系配管に開閉弁を設置せずにフィルターの逆洗が可能になり、また、返送される処理液を効率よくフィルターを通過させてフィルターに付着した固形物を除去して第１の処理槽へ戻すことが可能となる。
【０００９】
上記構成において、第１の処理槽は、有機性廃棄物のメタン発酵を行う第１の発酵槽であり、第２の処理槽は、第１の発酵槽から供給された処理液をメタン発酵させる第２の発酵槽である構成を採用できる。
この構成によれば、直列に設けられた第１の発酵槽及び第２の発酵槽を備え、第１の発酵槽の処理液を第２の発酵槽に供給すると共に第２の発酵槽の処理液を第１の発酵槽における酸敗抑制とpH低下を防止する目的で返送するメタン発酵装置における供給系配管の閉塞の抑制及びフィルターのメインテナンス性の向上が可能となる。
【００１０】
上記構成において、第１の処理槽は、有機性廃棄物のメタン発酵を行う発酵槽であり、第２の処理槽は、発酵槽で発生した発酵廃液を処理する廃液処理槽である、構成を採用できる。
この構成によれば、発酵槽で発生した発酵廃液を廃液処理槽へ供給すると共に、廃液処理槽で生じた活性汚泥水を発酵槽における酸敗抑制とpH低下を防止する目的で返送するメタン発酵装置における供給系配管の閉塞の抑制及びフィルターのメインテナンス性の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より小型のフィルターにより供給系配管が閉塞するのを防ぎつつ、フィルターのメインテナンス性を大幅に改善できて長期間安定に運転できるコンパクトなメタン発酵処理装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係るメタン発酵処理装置の概略構成図である。
このメタン発酵処理装置は、生ゴミ、食品加工残滓、活性汚泥処理などで発生する余剰汚泥等の有機性廃棄物を粗破砕する粉砕分別機１０、粉砕した有機性廃棄物を貯留してスラリー調整するためのスラリー調整槽２０、有機性廃棄物のメタン発酵を行う第１発酵槽３０及び第２発酵槽４０、発酵により生成したガスを貯留するためのガスホルダー５０、第１発酵槽３０の後述する上部処理液３０ａを第２発酵槽４０へ供給するための供給系配管６０、第２処理槽４０の後述する処理液４０ａを第１発酵槽３０へ返送するための返送系配管７０、供給系配管６０に設けられたフィルター８０、供給系配管６０に設けられた開閉弁９０、第２発酵槽４０から移送された廃液を処理する廃液処理槽１２０等から構成されている。
【００１３】
粉砕分別機１０は、配管によりスラリー調整槽２０に接続されており、粗破砕された有機性廃棄物がこの配管を通じてスラリー調整槽２０に供給される。
【００１４】
スラリー調整槽２０は、第１発酵槽３０の後述するろ床３０ｂよりも下部に位置する箇所に配管により連結されており、この配管により有機性廃棄物を含むスラリーが第１発酵槽３０の下部へ供給される。尚、スラリー調整槽２０と第１発酵槽３０とを連結する配管には、図示しないポンプ等の移送手段が設けられている。
【００１５】
第１発酵槽３０は、その内部にろ床３０ｂが設置されている。このろ床３０ｂは、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ビニロン、塩化ビニリデン、ピリジウムポリマー等の合成樹脂素材や、炭素繊維などの繊維素材からなる多孔質固定担体からなり、メタン菌を主体とする嫌気性微生物を担持するために設置されており、菌の吸着効果を有している。ろ床３０ｂは、サイコロ状の流動ろ床でも良いし、シート状に配置して固定ろ床として用いても良い。第１発酵槽３０の下部にスラリー調整槽２０から供給された有機性廃棄物を含むスラリーは、メタン発酵してろ床３０ｂを通過することにより、浮遊粒子（ＳＳ）の少ない液状の上部処理液３０ａとなる。
また、第１発酵槽３０は、その底部から余剰の発酵不適物が外部へ排出されるようになっており、この発酵不適物は、引抜きポンプ１１０により固液分離装置１３０に移送され、固液分離装置１３０において脱水液と排泥とに分離され、脱水液は廃液処理槽１２０へ移送される。
【００１６】
第２発酵槽４０は、供給系配管６０により第１発酵槽３０と直列に接続されており、その内部にろ床４０ｂが設置され、供給系配管６０からの上部処理液３０ａはろ床４０ｂの下部に供給され、ろ床４０ｂを通過して処理液４０ａとなる。尚、ろ床４０ｂとしては、上記した第１発酵槽３０のろ床３０ｂと同様のものを採用できる。
また、第２発酵槽４０は、その底部から余剰の発酵不適物が外部へ排出されるようになっており、この発酵不適物は、第１発酵槽３０の発酵不適物と同様に処理される。
さらに、第２発酵槽４０は、移送ポンプ１００を介して廃液処理槽１２０と配管により接続されており、第２発酵槽４０のろ床４０ｂを通過した処理液４０ａはこの配管を通じて廃液処理槽１２０へ移送される。
【００１７】
ガスホルダー５０は、第１発酵槽３０と第２発酵槽４０の上部空間と配管により接続されており、第１発酵槽３０と第２発酵槽４０において発生したバイオガスが配管を通じて供給され、このバイオガスを貯蔵する。これにより、ガスホルダー５０に貯蔵されたバイオガスがガスエンジン、マイクロガスタービン、燃料電池発電装置等の発電機やボイラーの燃料として有効利用される。ガスエンジン、マイクロガスタービン、燃料電池発電装置等の発電機の廃熱、もしくは、ボイラーで発生した熱の一部は第1発酵槽３０及び第２発酵槽４０の加温に使用される。加温は図示していない発酵槽3０、4０の周囲に巻いた熱配管、もしくは発酵槽3０、4０の上部から熱交換器を介して発酵槽下部へ循環する配管系を設置して行われる。
【００１８】
供給系配管６０は、第１発酵槽３０で形成された上部処理液３０ａを第２発酵槽４０へ供給するために、第１発酵槽３０の上部と第２発酵槽４０の底部とを接続している。尚、上部処理液３０ａは、重力の作用により第１発酵槽３０から第２発酵槽４０へ供給される。
この供給系配管６０は、その中途に、フィルター８０及び開閉弁９０が設けられている。
【００１９】
フィルター８０は、上部処理液３０ａをろ過して上部処理液３０ａに含まれる固形物（例えば、ろ床３０ｂを構成する多孔質固定担体の破砕物、難分解性固形分などの発酵不適物等の供給系配管６０を閉塞させる恐れのあるもの等）を除去する。
また、フィルター８０は、使用していくと固形物で目詰まりを起こすので、メインテナンスの必要があるが、後述するように、第２発酵槽４０からの返送処理液により逆洗されるようになっている。
【００２０】
開閉弁９０は、フィルター８０の下流側（第２発酵槽４０側）に設けられており、ゲートバルブやピンチバルブ等で構成され、通常は開放されており、フィルター８０を逆洗する際に供給系配管６０を閉鎖するために設けられている。開閉弁９１は、移送ポンプ１００の下流側に設けられており、ゲートバルブやピンチバルブ等で構成され、通常は開放されており、フィルター８０を逆洗する際に処理液4０aを返送移送系配管７０に流すために設けられている。
【００２１】
返送系配管７０は、第２発酵槽４０から廃液処理槽１２０へ移送される活性汚泥水としての処理液４０ａの一部を、第１発酵槽３０における酸敗抑制とpH低下を防止する目的で、返送処理液として第１発酵槽３０へ返送するために設けられている。この返送系配管７０は、供給系配管６０のフィルター８０と開閉弁９０との間の接続位置ＣＰに接続されている。
【００２２】
上記構成のメタン発酵処理装置において、通常は移送ポンプ１００は第２発酵槽４０の水位が一定になるように第２発酵槽４０から廃液処理槽１２に処理液４０aを移送するが、第1発酵槽3０の水位上昇検知もしくは、一定時間毎に開閉弁９１を閉じ、移送ポンプ１００を運転すると、第２発酵槽４０の処理液４０ａは点線で示すように返送系配管７０を通り、接続位置ＣＰにおいて供給系配管６０に流れ込む。
このとき、開閉弁９０を閉鎖状態にしておくと、返送系配管７０から返送される返送処理液は、供給系配管６０の下流側へは流れずに上流側にのみ流れ、フィルター８０を通過して第１発酵槽３０へ送られる。すなわち、フィルター８０の逆洗が行われ、フィルター８０から多孔質担体や発酵不適物が分離されて返送処理液により第１発酵槽３０へ返送処理液と共に戻される。
この結果、フィルター８０のメインテナンスを頻繁に実施することなく、フィルター８０の目詰まりや供給系配管６０の閉塞を長期間防止することが可能となる。
【００２３】
図２は、本発明に係るメタン発酵処理装置の第２の実施例の概略構成図である。尚、図２において、図１に示したメタン発酵処理装置と同一の構成部分については同一の符号を使用している。
このメタン発酵処理装置は、供給系配管６０及び返送系配管７０に代えて、供給系配管６０Ａ及び返送系配管７０Ａを備える点と、開閉弁９０を備えていない点において、図１に示したメタン発酵処理装置と異なり、他の構成については同じである。
【００２４】
供給系配管６０Ａは、下流側（第２発酵槽４０側）に向かって上り勾配をもつ上り勾配部６１が第１発酵槽３０に接続されていると共に、この上り勾配部６１にフィルター８０が設けられている。
【００２５】
一方、返送系配管７０Ａは、その出口側に下流側（第１発酵槽３０側）に向けて下り勾配となる下り勾配部７１を備えており、この下り勾配部７１が供給系配管６０Ａにおける上り勾配部６１のフィルター８０の下流側の接続位置ＣＰで接続されている。これにより、返送系配管７０の下り勾配部７１は、フィルター８０の背面に対して正面から対向する向きに配置される。
また、返送系配管７０Ａは、接続位置ＣＰにおいて、返送される返送処理液の流れが供給系配管６０Ａの上流側へ向かうように供給系配管６０Ａに対して斜め方向から接続されている。
【００２６】
このメタン発酵処理装置においては、フィルター８０が供給系配管６０Ａにおける上り勾配部６１に設けられているので、上り勾配部６１に存在する返送処理液は重力の作用により付勢されてフィルター８０を通過して第１発酵槽３０へ到達しやすくなっている。
また、返送系配管７０Ａの下り勾配部７１がフィルター８０の背面に対して正面から対向する向きに配置されるので、移送ポンプ１００により返送された返送処理液のフィルター８０に向かう勢いが衝突等により失われにくく、返送処理液のフィルター８０へ向かう勢いがより一層強くなり、返送処理液がフィルター８０を通過して第１発酵槽３０へより戻りやすくなる。
【００２７】
さらに、返送系配管７０Ａを供給系配管６０Ａに斜め方向から接続することにより、返送処理液の慣性により、返送処理液を供給系配管６０Ａの上流側にのみ向かわせ接続位置ＣＰよりも下流側（第２発酵槽４０側）に流れ込むのを抑制することが可能となり、開閉弁９０を使用せずに、効果的にフィルター８０を逆洗することができる。
【００２８】
図３は、本発明に係るメタン発酵処理装置の第３の実施例の概略構成図である。尚、図３において、図１に示したメタン発酵処理装置と同一の構成部分については同一の符号を使用している。
このメタン発酵処理装置は、第１発酵槽３０及び第２発酵槽４０の代わりに、発酵槽３０Ａを備えている点、及び、廃液処理槽１２０に存在する活性汚泥水である返送処理液を発酵槽３０Ａの酸敗抑制とpH低下を防止する目的で移送ポンプ１００により発酵槽３０Ａに返送する点が異なるが、その他の構成は図１のメタン発酵処理装置と同様である。
【００２９】
このメタン発酵処理装置においても、返送系配管７０を通じて返送される返送処理液は、開閉弁９０を閉鎖することにより、接続位置ＣＰにおいて供給系配管６０に流れ込んでフィルター８０を通過し、発酵槽３０Ａに送られ、フィルター８０の逆洗が行われる。この結果、フィルター８０の目詰まりや供給系配管６０等の閉塞を長期間防止することができる。
【００３０】
上記した第３の実施例に係るメタン発酵処理装置に、第２実施例で説明した供給系配管６０Ａ及び返送系配管７０Ａを適用することも可能である。
【００３１】
上記実施例では、供給系配管６０，６０Ａによる上部処理液３０ａの移送を重力により行う場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるわけではなく、供給系配管６０，６０Ａにポンプ等の移送手段を設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施例に係るメタン発酵処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るメタン発酵処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明に第３の実施例に係るメタン発酵処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…粉砕分別機
２０…スラリー調整槽
３０…第１発酵槽
３０ａ…上部処理液
３０ｂ…ろ床
４０…第２発酵槽
４０ａ…処理液
４０ｂ…ろ床
５０…ガスホルダー
６０，６０Ａ…供給系配管
６１…上り勾配部
７０，７０Ａ…返送系配管
７１…下り勾配部
８０…フィルター
９０，９１・・・開閉弁
１００…移送ポンプ
１１０…引抜きポンプ
１２０…廃液処理槽
１３０…固液分離装置
ＣＰ…接続位置
【図１】
2008136984.tif 000003
【図２】
2008136984.tif 000004
【図３】
2008136984.tif 000005