(57)【要約】【課題】発酵槽上部からの汚泥の流出を十分に抑制することができるメタン発酵装置を提供する。【解決手段】メタン発酵装置は、グラニュール状の微生物汚泥を収容した発酵槽２を備え、発酵槽２内の下部に被処理水を導入し、上方に流動させることで汚泥に向流接触させ、被処理水中の有機物を分解しメタンを含むバイオガスを発生させ、発酵槽２の上部から処理水及びバイオガスを排出する。発酵槽２内には、バイオガス、汚泥及び被処理水を互いに分離する気固液分離部７と、発酵槽２から排出されたバイオガスを還流させ、気固液分離部７よりも上で被処理水に吹き込むガス吹込部９と、が設けられている。気固液分離部７の分離作用と、ガス吹込部９から吹き込まれたバイオガスの撹拌作用とにより、汚泥の沈降が十分に促進されるため、発酵槽２上部からの汚泥の流出を十分に抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラニュール状の汚泥を収容した発酵槽を備え、前記発酵槽内の下部に被処理水を導入し、上方に流動させることで前記汚泥に向流接触させ、前記被処理水中の有機物を分解しメタンを含むバイオガスを発生させ、前記発酵槽の上部から処理水及びバイオガスを排出するメタン発酵装置であって、
前記発酵槽内には、前記バイオガス、前記汚泥及び前記被処理水を互いに分離する気固液分離部と、前記発酵槽から排出された前記バイオガスを還流させ、前記気固液分離部よりも上で前記被処理水に吹き込むガス吹込部と、が設けられていることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項２】
前記発酵槽から排出された前記バイオガスから二酸化炭素を除去する脱炭装置を備え、
前記ガス吹込部は、前記脱炭装置によって二酸化炭素が除去された前記バイオガスを前記被処理水に吹き込むことを特徴とする請求項１記載のメタン発酵装置。
【請求項３】
前記気固液分離部の上には、前記気固液分離部によって前記バイオガス及び前記汚泥から分離された前記被処理水を収容して前記発酵槽内の上部に誘導する誘導部が設けられ、
前記ガス吹込部は、前記誘導部の外側で、前記バイオガスを前記被処理水に吹き込むことを特徴とする請求項１又は２記載のメタン発酵装置。
【請求項４】
前記ガス吹込部は、前記誘導部の内側で、前記バイオガスを前記被処理水に吹き込むことを特徴とする請求項３記載のメタン発酵装置。
【請求項５】
前記ガス吹込部は、前記バイオガスを前記被処理水に間欠的に吹き込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のメタン発酵装置。
【請求項６】
前記被処理水を前記発酵槽内で上方に流動させるための動力源を、前記ガス吹込部が前記バイオガスを吹き込むのに同期して停止させることを特徴とする請求項５記載のメタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中の有機物を分解しメタンを含むバイオガスを発生させるメタン発酵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタン発酵装置として、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）反応装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたメタン発酵装置は、グラニュール状の汚泥を収容した発酵槽を備え、発酵槽内の下部に被処理水を導入し、上方に流動させることで汚泥に向流接触させ、被処理水中の有機物を分解しながらメタンを含むバイオガスを発生させ、発酵槽の上部から処理水及びバイオガスを排出する。発酵槽内には、汚泥が処理水と共に発酵槽上部から流出することを防止する流出防止板と、発酵槽から排出されたバイオガスを還流させ、流出防止板よりも下で被処理水に吹き込むガス吹込部と、が設けられている。そして、ガス吹込部により吹き込まれたバイオガスの浮上に伴う撹拌作用等によって、汚泥から微細気泡等が分離され、汚泥の沈降が促進される。このため、発酵槽上部からの汚泥の流出が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平４−３４９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したメタン発酵装置では、ガス吹込部によって吹き込まれたバイオガスの浮上が流出防止板により妨げられ、汚泥の沈降を十分に促進することができず、発酵槽上部からの汚泥の流出を十分に抑制することができないおそれがある。
【０００５】
本発明は、発酵槽上部からの汚泥の流出を十分に抑制することができるメタン発酵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るメタン発酵装置は、グラニュール状の汚泥を収容した発酵槽を備え、発酵槽内の下部に被処理水を導入し、上方に流動させることで汚泥に向流接触させ、被処理水中の有機物を分解しメタンを含むバイオガスを発生させ、発酵槽の上部から処理水及びバイオガスを排出するメタン発酵装置であって、発酵槽内には、バイオガス、汚泥及び被処理水を互いに分離する気固液分離部と、発酵槽から排出されたバイオガスを還流させ、気固液分離部よりも上で被処理水に吹き込むガス吹込部と、が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
このようなメタン発酵装置では、気固液分離部において、汚泥からバイオガスの微細気泡等が分離され、汚泥の沈降が促進される。気固液分離部の上では、ガス吹込部からバイオガスが吹き込まれる。吹き込まれたバイオガスの浮上に伴う撹拌作用等により、気固液分離部よりも上に浮上した汚泥からもバイオガスの微細気泡等が分離される。このため、汚泥の沈降が更に促進される。ここで、ガス吹込部は、気固液分離部よりも上においてバイオガスを吹き込むことから、ガス吹込部から吹き込まれたバイオガスの浮上が気固液分離部によって妨げられることはない。また、ガス吹込部から吹き込まれたバイオガスが気固液分離部の分離作用を阻害することもない。このように、気固液分離部とガス吹込部とが効果的に協働することで、汚泥の沈降が十分に促進されるため、発酵槽上部からの汚泥の流出を十分に抑制することができる。
【０００８】
ここで、発酵槽から排出されたバイオガスから二酸化炭素を除去する脱炭装置を備え、ガス吹込部は、脱炭装置によって二酸化炭素が除去されたバイオガスを被処理水に吹き込むことが好ましい。この場合、ガス吹込部からバイオガスを吹き込むときに、二酸化炭素が被処理水に溶け込むことが防止される。これにより、二酸化炭素の微細気泡の発生が抑制され、汚泥の沈降をより確実に促進することができる。
【０００９】
また、気固液分離部の上には、気固液分離部によってバイオガス及び汚泥から分離された被処理水を収容して発酵槽内の上部に誘導する誘導部が設けられ、ガス吹込部は、誘導部の外側で、バイオガスを被処理水に吹き込むことが好ましい。誘導部の内側には、気固液分離部によってバイオガス及び汚泥から分離された被処理水が収容されることから、誘導部の外側には、気固液分離部によって被処理水から分離されたバイオガスが残存する。このため、誘導部の内側と比べ、誘導部の外側にはバイオガスの微細気泡が多く存在し、その影響で微生物汚泥が浮上し易い。従って、誘導部の外側において吹き込まれたバイオガスの浮上に伴う撹拌作用等により、汚泥の沈降を促進することで、発酵槽上部からの汚泥の流出をより効果的に抑制することができる。
【００１０】
また、ガス吹込部は、誘導部の内側で、バイオガスを被処理水に吹き込むことが好ましい。この場合、発酵槽上部からの汚泥の流出をより確実に抑制することができる。
【００１１】
また、ガス吹込部は、バイオガスを被処理水に間欠的に吹き込むことが好ましい。この場合、バイオガスを吹き込んでいないときには被処理水の動きが鎮まり、バイオガスを吹き込んでいるときに微細気泡から分離された汚泥がより沈降し易くなる。このため、汚泥の沈降をより確実に促進することができる。
【００１２】
また、被処理水を発酵槽内で上方に流動させるための動力源を、ガス吹込部がバイオガスを吹き込むのに同期して停止させることが好ましい。この場合、バイオガスを吹き込むときには被処理水の上方への流動を抑制することで、発酵槽上部からの汚泥の流出をより確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るメタン発酵装置によれば、発酵槽上部からの汚泥の流出を十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るメタン発酵装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１中の発酵槽の要部断面図である。
【図３】ガス吹込部から吹き込まれたバイオガスの作用の一例を示す図である。
【図４】ガス吹込部から吹き込まれたバイオガスの作用の他の例を示す図である。
【図５】メタン発酵装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による生物学的排水処理装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るメタン発酵装置の一実施形態を示すブロック図、図２は、図１中の発酵槽の要部断面図、図３は、ガス吹込部から吹き込まれたバイオガスの作用の一例を示す図、図４は、ガス吹込部から吹き込まれたバイオガスの作用の他の例を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、メタン発酵装置１００は、酸生成槽１と、発酵槽２と、脱炭装置３とを備えている。酸生成槽１は、有機物を含有する排水等を導入し、メタン発酵に適した被処理水として調整する。例えば、酸生成槽１では、有機物の有機酸化、排水のｐＨ調整及び温度調整等が行われる。
【００１７】
発酵槽２は、酸生成槽１で調整された被処理水を導入し、高負荷でメタン発酵処理を行うＥＧＳＢ（ExpandedGranular Sludge Bed）反応槽である。発酵槽２には、メタン菌を含むグラニュール状の微生物汚泥が収容されている。グラニュール状の微生物汚泥は、発酵槽２の下部に沈殿し、微生物汚泥床４を形成している。
【００１８】
酸生成槽１と発酵槽２との間にはポンプ５が配置されており、酸生成槽１で調整された被処理水が、ポンプ５により発酵槽２に圧送される。ポンプ５によって圧送された被処理水は、発酵槽２の下部に導入され、ポンプ５を動力源として発酵槽２内を上方に流動する。微生物汚泥床４は、被処理水の流動に伴って上方に膨張する。微生物汚泥床４が膨張することで、グラニュール状の微生物汚泥と被処理水とが効率よく向流接触する。この過程において、微生物汚泥に含まれるメタン菌によって被処理水中の有機物が分解されると共に、メタンを含むバイオガスが発生する。発酵槽２内の上部まで流動した被処理水は、後述するように処理水として排出される。排出された処理水の一部は、被処理水の調整用に酸生成槽１に戻される。また、発酵槽２内の上部まで浮上したバイオガスも排出される。
【００１９】
脱炭装置３は、吸着剤等により、発酵槽２から排出されたバイオガスから二酸化炭素を除去する。吸着剤としては、ゼオライトや活性炭等が挙げられる。脱炭装置３によって二酸化炭素を除去されたバイオガス（脱炭バイオガス）は、例えばエネルギー源として有効利用される。
【００２０】
続いて、発酵槽２内の構成についてより詳細に説明する。図２に示すように、発酵槽２内の上部には、セトラー６とガス吹込部９とが設けられている。セトラー６は、発酵槽２内の被処理水の水面よりも下方に配置された気固液分離部７と、気固液分離部７の上部から発酵槽２内の被処理水の水面に亘って配置された誘導部８とを有している。
【００２１】
気固液分離部７は、発酵槽２内の被処理水の水面よりも下方において、被処理水の上方への流動を妨げ、バイオガス、微生物汚泥及び被処理水を互いに分離する。
【００２２】
誘導部８は、上方に向かうにつれて広がった漏斗状の筒体であり、誘導部８の下端部は気固液分離部７の上部に向かって開口し、誘導部８の上端部は発酵槽２内の被処理水の水面に達している。誘導部８の上部には、越流堰８ａが設けられている。誘導部８は、気固液分離部７の上部に回り込んだ被処理水を下部から導入して上部に誘導する。このようにして、誘導部８は、気固液分離部７によってバイオガス及び微生物汚泥から分離された被処理水を収容して発酵槽２内の上部に誘導する。誘導部８に収容され発酵槽２内の上部に流動した被処理水は、越流堰８ａに流入し、処理水として発酵槽２から排出される。
【００２３】
ガス吹込部９は、発酵槽２の上部から排出され、脱炭装置３において二酸化炭素を除去されたバイオガスを還流させ、気固液分離部７よりも上で被処理水中に吹き込む。ガス吹込部９は、バイオガスを吐出する複数のノズル９ａを有している。複数のノズル９ａは、誘導部８の外側と内側とに配置されている。
【００２４】
このように構成されたメタン発酵装置１００では、気固液分離部７において、微生物汚泥からバイオガスの微細気泡等が分離される。これにより、多くの微生物汚泥の沈降が促進されるが、気固液分離部７よりも上に浮上してしまう微生物汚泥も存在する。そのような微生物汚泥の沈降を促進するために、気固液分離部７の上ではガス吹込部９からバイオガスが吹き込まれる。
【００２５】
具体的には、図３に示すように、ガス吹込部９のノズル９ａから吹き込まれたバイオガスの気泡Ｂ１が浮上すると、その気泡Ｂ１の周囲の被処理水が撹拌され、気泡Ｂ１の近傍に位置する微生物汚泥のグラニュール４ａから微細気泡Ｂ２が分離される。また、図４に示すように、ガス吹込部９のノズル９ａから吹き込まれたバイオガスの気泡Ｂ１が被処理水の水面まで浮上して破裂すると、その気泡Ｂ１の周囲の被処理水が撹拌され、気泡Ｂ１の近傍に位置する微生物汚泥のグラニュール４ａから微細気泡Ｂ２が分離される。このように、ガス吹込部９から吹き込まれたバイオガスの撹拌作用によって、グラニュール４ａから微細気泡Ｂ２が分離され、グラニュール４ａの沈降が促進される。このような撹拌作用を十分に得るために、ガス吹込部９は、グラニュール４ａよりも大きい気泡Ｂ１が生じるようにバイオガスを吹き込むことが好ましい。
【００２６】
ここで、ガス吹込部９は、気固液分離部７よりも上においてバイオガスを吹き込むことから、ガス吹込部９から吹き込まれたバイオガスの浮上が気固液分離部７によって妨げられることはない。また、ガス吹込部９から吹き込まれたバイオガスが気固液分離部７の分離作用を阻害することもない。このように、気固液分離部７とガス吹込部９とが効果的に協働することで、微生物汚泥の沈降が十分に促進されるため、発酵槽２上部からの微生物汚泥の流出を十分に抑制することができる。
【００２７】
また、ガス吹込部９から吹き込まれているのは、もともと被処理水中で発生したバイオガスであるため、ガス吹込部９からガスを吹き込んだとしても、発酵槽２から排出されるバイオガスが希釈されることはない。
【００２８】
また、ガス吹込部９は、脱炭装置３によって二酸化炭素が除去されたバイオガスを被処理水に吹き込むため、ガス吹込部９からバイオガスを吹き込むときに、二酸化炭素が被処理水に溶け込むことが防止される。これにより、二酸化炭素の微細気泡の発生が抑制され、微生物汚泥の沈降をより確実に促進することができる。
【００２９】
また、ガス吹込部９は、誘導部８の外側に配置されたノズル９ａからバイオガスを吹き込む。誘導部８の内側には、気固液分離部７によってバイオガス及び微生物汚泥から分離された被処理水が収容されることから、誘導部８の外側には、気固液分離部７によって被処理水から分離されたバイオガスが残存する。このため、誘導部８の内側と比べ、誘導部８の外側にはバイオガスの微細気泡が多く存在し、その影響で微生物汚泥が浮上し易い。従って、誘導部８の外側において吹き込まれたバイオガスの浮上に伴う撹拌作用等により、微生物汚泥の沈降を促進することで、発酵槽２上部からの汚泥の流出をより効果的に抑制することができる。
【００３０】
また、ガス吹込部９は、誘導部８の内側に配置されたノズル９ａからもバイオガスを吹き込むため、発酵槽２上部からの汚泥の流出をより確実に抑制することができる。
【００３１】
なお、ガス吹込部９は、バイオガスを被処理水に間欠的に吹き込んでもよい。この場合、バイオガスを吹き込んでいないときには被処理水の動きが鎮まり、バイオガスを吹き込んでいるときに微細気泡から分離された微細物汚泥がより沈降し易くなる。このため、微細物汚泥の沈降をより確実に促進することができる。
【００３２】
また、ガス吹込部９がバイオガスを吹き込むのに同期してポンプ５を停止させてもよい。この場合、バイオガスを吹き込むときには被処理水の上方への流動を抑制することで、発酵槽上部からの汚泥の流出をより確実に抑制することができる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、有機物を含有する排水等が十分にメタン発酵に適している場合等には、発酵槽２の前段に酸生成槽１を設けなくてもよい（図５参照）。また、発酵槽２は、ＥＧＳＢ反応槽に限られず、例えばＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）反応槽であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
２…発酵槽、３…脱炭装置、５…ポンプ、７…気固液分離部、８…誘導部、９…ガス吹込部、１００…メタン発酵装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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