(57)【要約】【課題】醗酵槽内の嫌気性微生物の活性の変化が、リアルタイムで、かつ硫化水素による被毒なしに安価に計測でき、この計測値に基づいて、醗酵槽における処理負荷制御を適正かつ連続的に行い、高負荷運転が可能なメタン醗酵処理装置とその運転方法を提供する。【解決手段】醗酵槽３５から排出されるバイオガスの一部を脱硫塔３６の前段で分岐し、この分岐したバイオガスを脱硫器４１で脱硫処理した後、当該ガスの二酸化炭素濃度を隔膜式二酸化炭素濃度計４２で計測し、この計測値と所定の二酸化炭素濃度値とを比較して、計測値が前記所定濃度値より増大した際または減少した際に、前記醗酵槽３５における処理負荷を低減または増大する処理負荷制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を醗酵槽において嫌気性生物により分解処理してバイオガスとし、前記醗酵槽から排出されたバイオガスを脱硫塔で脱硫処理した後、バイオガス利用設備に供給するメタン醗酵処理装置の運転方法において、
前記醗酵槽から排出されるバイオガスの一部を前記脱硫塔の前段で分岐し、この分岐したバイオガスを脱硫器で脱硫処理した後、当該ガスの二酸化炭素濃度を計測し、この計測値と所定の二酸化炭素濃度値とを比較して、計測値が前記所定濃度値より増大した際または減少した際に、前記醗酵槽における処理負荷を低減または増大する処理負荷制御を行うことを特徴とするメタン醗酵処理装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の運転方法において、前記処理負荷を低減または増大する制御は、前記醗酵槽内のｐＨを増大または減少する制御とすることを特徴とするメタン醗酵処理装置の運転方法。
【請求項３】
請求項１に記載の運転方法において、前記処理負荷を低減または増大する制御は、前記醗酵槽に投入する有機性廃棄物の量を低減または増大する制御とすることを特徴とするメタン醗酵処理装置の運転方法。
【請求項４】
有機性廃棄物を嫌気性生物により分解処理する醗酵槽と、前記醗酵槽から排出されたバイオガスを脱硫処理する脱硫塔とを備えるメタン醗酵処理装置において、
前記醗酵槽から排出されるバイオガスの一部を前記脱硫塔の前段で分岐するバイオガスバイパスラインと、このバイパスライン上に設けた脱硫器と、バイパスライン上の前記脱硫器の後段に設けた二酸化炭素濃度計と、前記二酸化炭素濃度計の計測値に基づいて、前記醗酵槽における処理負荷を低減または増大する制御を行う制御装置とを備えることを特徴とするメタン醗酵処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のメタン醗酵処理装置において、前記二酸化炭素濃度計は、隔膜式二酸化炭素濃度計とすることを特徴とするメタン醗酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機性廃棄物を醗酵槽において嫌気性生物により分解処理してバイオガスとし、前記醗酵槽から排出されたバイオガスを脱硫塔で脱硫処理した後、バイオガス利用設備に供給するメタン醗酵処理装置とその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなメタン醗酵処理装置とその運転方法に関し、嫌気性処理槽内が過負荷状態になるのを防止し、有機性廃棄物を含む芥厨を確実に分解し、処理廃水の水質の悪化を防ぐことを目的とした厨芥処理装置が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
図３は、特許文献１に開示された厨芥処理装置の構成図である。図３について、同公報の記載を引用して以下に説明する。即ち、図３において、「台所のシンク１などから発生した厨芥は、適量の水とともに厨芥処理装置の厨芥粉砕手段２によって細かく粉砕され、ポンプ３によって厨芥前処理槽４に搬送される。そして必要な場合は、効率よく嫌気性処理されるように、この厨芥前処理槽４で前処理が施されるようになっている。厨芥前処理槽４から嫌気性処理槽５への厨芥の搬送は嫌気性処理槽５内が良好な反応状態にあると判断されたときに厨芥搬送手段９を介して行われる。厨芥搬送手段９は、例えばバルブ１０、ポンプ１１及び流量計１２等で構成されている。上記の判断は、嫌気性処理の結果発生したガスを検出するガス検出手段としてのガス検出装置６からの出力を基に、情報処理手段としての情報処理装置７によってなされ、厨芥投入量制御手段としての厨芥投入量制御装置８に送られる。厨芥投入量制御装置８は、送られてきた判断情報に基づいて厨芥搬送手段９を制御し、厨芥を前処理槽４から嫌気性処理槽５に搬送するようになっている。厨芥を嫌気性処理したことで発生した処理廃水は管路１４、余剰汚泥は管路１８により嫌気性処理槽５から排出され、消化ガスは管路１９によってガスタンク１３に送られる。１５，１７はバルブ、１６は流量計である。」
また、「前記ガス検出装置６は、例えばＳｎＯ2半導体ガスセンサなどのメタンガスを測定できるメタンガス検出装置２１と、例えば赤外線を利用して二酸化炭素を測定できる二酸化炭素検出装置２０から構成されている。」旨、記載されている。
【０００４】
さらに、上記装置の作用に関して下記のように記載されている。即ち、「上記構成において、第１に、嫌気性処理では、厨芥の有機物に含まれる炭素源は分解の最終産物として、メタンガスと二酸化炭素ガスになり、この２成分が発生するガスの総量の殆んどを占める。嫌気性菌への負荷が適当で良好な生育条件にあるとき、発生するメタンガスと二酸化炭素の合計に占める各ガスの比率はある一定範囲の値となる。例えば過負荷となる量の厨芥を投入した際には、厨芥投入後の二酸化炭素ガスの比率が大きくなる。このような嫌気性処理過程で発生するガスがガス検出手段によって検出され、その出力情報を情報処理手段で処理することにより嫌気性処理槽内の反応状態が把握される。そして、上記のように、過負荷となる量の厨芥が投入されたとき、更に厨芥を加えていくと厨芥処理の機能を果たせなくなるが、反応状態の把握結果に基づき、新たに厨芥を投入しなければ、反応速度が遅いながらも、徐々に厨芥の分解が進行し嫌気性菌は良好な生育条件へと回復していく。このように、反応状態の把握結果に基づいて嫌気性処理槽への厨芥の投入を加減することで、嫌気性処理槽内を良好な反応状態下に維持することが可能となり、厨芥の確実な分解処理及び処理廃水の水質の悪化を防ぐことが可能となる。」旨、記載されている。
【０００５】
ところで、上記構成のようにメタンガスと二酸化炭素の成分濃度を検出する場合、下記のような問題がある。まず、嫌気性処理槽内で発生するバイオガス中には、上記メタンガスと二酸化炭素の他に、５００〜２０００ｐｐｍの硫化水素が含有している。硫化水素は、ガス測定器にとって、被毒物となる問題があるため、測定器に測定ガスを導入する前に、除去されることが望ましい。
【０００６】
また、一般に、バイオガス中のメタンの成分濃度を検出する検出器やメタンガス分析計等のメタンガス濃度検出装置は一般に高価である。その理由は、検出器の性能，精度を維持するためには、洗浄ビン，ガスクーラ等で、ガス中の水蒸気分を除去したドライガスを検出器に通流する必要があり、そのための設備、例えばガスを冷却する設備と、そのメンテナンスおよび動力が必要となり、経済性の観点から好ましくない問題がある。さらに、メタンガス濃度分析の信頼性および精度を確保するためには、定期的に標準ガス（メタン濃度が正確なガス）を用いて校正する作業が必要となる問題もある。
【０００７】
なお、前記特許文献１に記載された赤外線を利用する方式の二酸化炭素濃度計も、例えば、後述する隔膜式二酸化炭素濃度計等と比較して高価である。隔膜式二酸化炭素濃度計は、二酸化炭素が電極の隔膜を通過して内部電解液のｐＨを変えることを利用して炭酸イオン濃度を測定する原理に基づく。
【０００８】
次に、前記特許文献１に記載された装置以外の従来技術の例について、図２に基づいて述べる。嫌気性処理槽内における処理負荷としては、前記特許文献１にも記載されるように、有機性廃棄物が嫌気性菌に対する負荷となるので、処理対象となる有機性廃棄物を含む芥厨の量が負荷となる。その他にも、ｐＨ、温度などの反応状態によっても負荷量は変動する。従って、処理対象となる有機性廃棄物の量や温度の変動が比較的少ないシステムの場合には、負荷変動は、ｐＨが主なファクターとなる。嫌気性処理槽内における活性菌は、ｐＨの変化に非常に敏感であり、嫌気性処理槽内（以下、醗酵槽ともいう。）に有機酸が蓄積し、ｐＨが低下すると、それに伴い菌活性が低下する。従って、例えばアルカリ等のｐＨ調整剤を投入してｐＨを適正範囲内に制御することにより、適正な醗酵状態が維持できる。
【０００９】
図２は、ｐＨに基づいて醗酵状態の制御を行うメタン醗酵処理装置の概略構成を示す。
図２において、３２は前処理装置、３３は混合槽、３４は有機性廃棄物の供給ポンプ、３５は醗酵槽、３６は脱硫塔、３７は廃液タンク、３８はガスタンク、３９はｐＨ測定装置を示す。ｐＨ測定装置３９においては、醗酵槽５から定期的に醗酵廃液をサンプリングして、そのｐＨを測定する。このｐＨ値が適正範囲内になっるように、図示しない制御装置によりｐＨ調整剤を醗酵槽５に投与して負荷制御を行い、適正な醗酵状態を保つ。
【００１０】
しかしながら、図２のようなメタン醗酵処理装置の場合には、下記のような問題があった。醗酵原料の醗酵槽内の滞留日数は概ね２０日以上に設定されており、醗酵槽の大きさは数十ｍ3以上になるのが一般的である。そのため、醗酵槽内の代表ｐＨを計測するだけでは、バラツキが多く、またその応答性も鈍いため、連続的な適正な負荷制御ができない。従って、バイオガスの安定供給を行うためには、負荷に余裕を持った運転を行っており、菌の能力を最大限に活用できていないのが現状である。
【特許文献１】特開平６−１２６２６７号公報（第２−３頁、図１−２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、醗酵槽内の嫌気性微生物の活性の変化が、リアルタイムで、かつ硫化水素による被毒なしに安価に計測でき、この計測値に基づいて、醗酵槽における処理負荷制御を適正かつ連続的に行い、高負荷運転が可能なメタン醗酵処理装置とその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下により達成される。即ち、請求項１の発明によれば、有機性廃棄物を醗酵槽において嫌気性生物により分解処理してバイオガスとし、前記醗酵槽から排出されたバイオガスを脱硫塔で脱硫処理した後、バイオガス利用設備に供給するメタン醗酵処理装置の運転方法において、前記醗酵槽から排出されるバイオガスの一部を前記脱硫塔の前段で分岐し、この分岐したバイオガスを脱硫器で脱硫処理した後、当該ガスの二酸化炭素濃度を計測し、この計測値と所定の二酸化炭素濃度値とを比較して、計測値が前記所定濃度値より増大した際または減少した際に、前記醗酵槽における処理負荷を低減または増大する処理負荷制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、上記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２または３の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の運転方法において、前記処理負荷を低減または増大する制御は、前記醗酵槽内のｐＨを増大または減少する制御とする（請求項２）。さらにまた、請求項１に記載の運転方法において、前記処理負荷を低減または増大する制御は、前記醗酵槽に投入する有機性廃棄物の量を低減または増大する制御とする（請求項３）。
【００１４】
嫌気性醗酵槽から排出されるバイオガスのガス組成は、投入する原料により多少変化するが、概ねメタンが６０体積％、二酸化炭素が４０体積％である。しかしながら、醗酵槽内に有機酸が蓄積しｐＨが低下すると、それに伴い菌活性が低下しバイオガス中のメタン濃度が低下すると共に二酸化炭素の濃度が上昇する。この二酸化炭素濃度の変化をリアルタイムで計測し、菌活性を正常に戻す操作を実施することで、常に適正な醗酵状態を保つことができ、高負荷運転が可能となる。また、分岐したバイオガスを脱硫器で脱硫処理した後、当該ガスの二酸化炭素濃度を計測するので、硫化水素による被毒なしに計測できる。なお、分岐したバイオガスを脱硫器で脱硫処理せずに、システムの主系統に設けた脱硫塔で脱硫処理した後のバイオガスをサンプリングして二酸化炭素濃度を計測することもできるが、この場合には、比較的容積が大きい脱硫塔がバッファーとして機能するために、二酸化炭素濃度の経時的変化を応答よくリアルタイムで計測することができない。
【００１５】
さらに、前記運転方法を実施するための装置としては、下記請求項４ないし５の発明が好ましい。即ち、有機性廃棄物を嫌気性生物により分解処理する醗酵槽と、前記醗酵槽から排出されたバイオガスを脱硫処理する脱硫塔とを備えるメタン醗酵処理装置において、前記醗酵槽から排出されるバイオガスの一部を前記脱硫塔の前段で分岐するバイオガスバイパスラインと、このバイパスライン上に設けた脱硫器と、バイパスライン上の前記脱硫器の後段に設けた二酸化炭素濃度計と、前記二酸化炭素濃度計の計測値に基づいて、前記醗酵槽における処理負荷を低減または増大する制御を行う制御装置とを備えることを特徴とする（請求項４）。
【００１６】
また、前記請求項４に記載のメタン醗酵処理装置において、前記二酸化炭素濃度計は、隔膜式二酸化炭素濃度計とすることを特徴とする（請求項５）。隔膜式二酸化炭素濃度計は、前述のように、二酸化炭素が電極の隔膜を通過して内部電解液のｐＨを変えることを利用して炭酸イオン濃度を測定する原理に基づくので、構成が簡単で安価である。また、前述のメタンガス濃度計のようなメンテナンスの問題もなく、前段に小容量の脱硫器を設けることによりリアルタイムで安全に測定可能である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、醗酵槽内の嫌気性微生物の活性の変化が、リアルタイムで、かつ硫化水素による被毒なしに安価に計測でき、この計測値に基づいて、醗酵槽における処理負荷制御を適正かつ連続的に行い、高負荷運転が可能となる。高負荷運転が可能になれば、醗酵楷をコンパクトにすることが出来る。また、これにより、製造コストの低減と設置面積の縮小が進み、嫌気性醗酵装置の市場導入が加速する。嫌気性醗酵の導入により、有機性廃棄物の減容化とエネルギー回収が進み、循環型社会形成の一助となりうる重要な技術が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、この発明の実施形態に関して、図１に基いて説明する。図１は、この発明の実施形態に関わるメタン醗酵処理装置の概略システム系統図である。なお、図１において、図２に示した部材と同一機能部材には、同一番号を付してその詳細説明を省略する。
【００１９】
図１において、図２と異なる主な点は、図２におけるｐＨ測定装置３９に代えて、醗酵槽３５から排出されるバイオガスの一部を脱硫塔３６の前段で分岐するバイオガスバイパスライン４０を設け、このバイパスライン上に脱硫器４１と隔膜式二酸化炭素濃度計４２とを設けた点である。さらに、図１においては図示を省略しているが、前記隔膜式二酸化炭素濃度計４２の計測値に基づいて、前記醗酵槽３５における処理負荷を低減または増大する制御を行う制御装置を設けている。
【００２０】
図１の構成によれば、醗酵槽３５内に有機酸が蓄積しｐＨが低下すると、それに伴い菌活性が低下しバイオガス中のメタン濃度が低下すると共に二酸化炭素の濃度が上昇するが、この二酸化炭素濃度の変化を、隔膜式二酸化炭素濃度計４２によりリアルタイムで計測し、図示しない制御装置により菌活性を正常に戻す操作を実施することで、常に適正な醗酵状態を保つことができ、高負荷運転が可能となる。また、分岐したバイオガスを脱硫器４１で脱硫処理した後、当該ガスを隔膜式二酸化炭素濃度計４２に通流して二酸化炭素濃度を計測するので、硫化水素による被毒なしに計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施形態に関わるメタン醗酵処理装置の概略システム系統図。
【図２】従来のメタン醗酵処理装置の一例を示す概略システム系統図。
【図３】特許文献１に開示された従来のメタン醗酵処理装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００２２】
３２    前処理装置
３５    醗酵槽
３６    脱硫塔
４０    バイオガスバイパスライン
４１    脱硫器
４２    隔膜式二酸化炭素濃度計
【図１】
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【図２】
2005081264.tif 000004
【図３】
2005081264.tif 000005