(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水の嫌気性処理に伴って発生するバイオガス中に蒸散する微粒子成分を除去する装置であって、前記バイオガスを導入する洗浄ドラム本体と、この洗浄ドラム本体に設けられ水膜を形成して上昇する前記バイオガスと接触させ洗浄処理する洗浄水噴射機構と、この洗浄ドラム本体内の洗浄水を水封状態を保持して排水する水封機構とでなることを特徴とするバイオガス中の微粒子除去装置。
【請求項２】
前記請求項１記載のバイオガス中の微粒子除去装置を１台ないし複数台設けて構成したことを特徴とするバイオガス中の微粒子除去装置。
【請求項３】
前記洗浄ドラム本体内でのバイオガスの流速を０．２ｍ／ｓ以下としたことを特徴とする請求項１または２記載のバイオガス中の微粒子除去装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれかに記載のバイオガス中の微粒子除去装置を、嫌気性排水処理装置と発生バイオガスを燃焼させる燃焼装置との間に設置したことを特徴とするバイオガス燃焼設備。
【請求項５】
前記バイオガス中の微粒子除去装置の下流側に乾式脱硫装置を設けたことを特徴とする請求項４記載のバイオガス燃焼設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バイオガス中の微粒子除去装置およびこれを用いたバイオガス燃焼設備に関し、嫌気性排水処理装置で発生するメタンなどのバイオガスを燃焼設備で燃焼する場合にスケールなどの発生を防止できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
工場排水などを環境中に放出しても人体や生態系に悪影響を及ぼさないようにする排水処理の一つに嫌気性排水処理があり、メタン醗酵により有機物を嫌気的に分解することが行われている。
【０００３】
このメタン醗酵は有機物濃度の高い排水処理方式として実用化されており、ばっ気不要のため運転動力費が小さく、余剰汚泥の生成量が少なく、排水からのエネルギ回収が行えるなどの特徴があり、発生バイオガスであるメタンを燃料として燃焼させて熱エネルギを回収することが行われている。
【０００４】
例えばビール製造工場でのビール醸造に伴う排水の処理として、メタン醗酵が行われており、その１例として特公平１−４４１２０号公報に開示されているメタン醗酵リアクタを図３に示すように、背の高い反応容器１を備え、底部に排水の導入口２が設けられている。反応容器１の上端付近には、排出用パイプ３と排水用溝４が設けられ、さらに反応容器１の中間部と上端部にメタンガスと浮遊性スラッジを回収する回収装置５，６を設けておき、回収装置のフード５ａ，６ａ内側に連通させた上昇パイプ７を反応容器１の上部の分離室８に開口する一方、分離室８に上端が位置する下降パイプ９の下端を反応容器１の底部に位置させている。
【０００５】
そして、反応容器１の底部の導入口２から導入された排水は、嫌気性条件下で醗酵が行われ、メタンが発生する。スラッジの粒子の一部はメタンを吸収保持することで周りの液体より軽くなって上昇し、回収装置５，６のフード５ａ，６ａで捕らえられてメタンガスが上昇パイプ７で集められて分離室８を経て外部に排出される。
【０００６】
一方、処理された処理水は反応容器１の上端の排出用パイプ３から排出され、メタンガスが分離されスラッジを含有する液体は、周りの液体より重くなり、下降パイプ９で反応容器１の底部に戻されることで排水と撹拌混合され、再び醗酵処理が行われる。
【０００７】
このメタン醗酵リアクタ１０より発生するバイオガス（メタンガス）は、例えば図４に示すように、脱硫装置１１を経てガスホルダ１２に１次貯溜された後、バイオガス燃焼装置１３で燃焼され、必要に応じてエネルギが回収される。
【０００８】
このようなバイオガス燃焼装置１３としては、エネルギを回収しない場合には、余剰ガス燃焼装置が用いられ、エネルギを回収する場合には、ボイラ、ガスエンジン、ガスタービンなどが用いられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなメタン醗酵リアクタ１０で処理される排水中に微粒子成分が含まれていると、これが蒸散してメタンガス中に含まれ、バイオガス燃焼装置１３で燃焼させる場合にスケール状に析出し、燃焼装置の各部位にトラブルを発生されるという問題がある。
【００１０】
例えば、ビール工場の排水のうち、ビール瓶などの洗浄工程で発生する排水には、シリカ成分が含まれており、このシリカ成分がバイオガス燃焼装置１３でのスケールの原因となる。
【００１１】
また、このシリカ成分以外にも燃焼装置でのスケールの原因なるものとしては、有機物や硫化物、生物膜などをあげることができる。
【００１２】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、排水中に含まれる微粒子成分をバイオガスから除去することができ、燃焼装置でのスケールの析出を防止できるバイオガス中の微粒子除去装置およびこれを用いたバイオガス燃焼設備を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためこの発明の請求項１記載のバイオガス中の微粒子除去装置は、排水の嫌気性処理に伴って発生するバイオガス中に蒸散する微粒子成分を除去する装置であって、前記バイオガスを導入する洗浄ドラム本体と、この洗浄ドラム本体に設けられ水膜を形成して上昇する前記バイオガスと接触させ洗浄処理する洗浄水噴射機構と、この洗浄ドラム本体内の洗浄水を水封状態を保持して排水する水封機構とでなることを特徴とするものである。
【００１４】
このバイオガス中の微粒子除去装置によれば、バイオガスを導入する洗浄ドラム本体と、この洗浄ドラム本体に設けられ水膜を形成して上昇する前記バイオガスと接触させ洗浄処理する洗浄水噴射機構と、この洗浄ドラム本体内の洗浄水を水封状態を保持して排水する水封機構とで構成するようにしており、バイオガスを水膜を貫通させるように接触させることで、微粒子成分を洗浄除去することができるようになり、バイオガスの燃焼によるスケールなどを発生を防止するようにしている。
【００１５】
また、この発明の請求項２記載のバイオガス中の微粒子除去装置は、請求項１記載の構成に加え、前記請求項１記載のバイオガス中の微粒子除去装置を１台ないし複数台設けて構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
このバイオガス中の微粒子除去装置によれば、バイオガス中の微粒子除去装置を１台ないし複数台設けて構成するようにしており、一層確実にバイオガス中の微粒子成分を除去できるようになる。
【００１７】
さらに、この発明の請求項３記載のバイオガス中の微粒子除去装置は、請求項１または２記載の構成に加え、前記洗浄ドラム本体内でのバイオガスの流速を０．２ｍ／ｓ以下としたことを特徴とするものである。
【００１８】
このバイオガス中の微粒子除去装置によれば、洗浄ドラム本体内でのバイオガスの流速を０．２ｍ／ｓ以下とするようにしており、粒子径が１００μｍ以下の微粒子成分の除去もできるようになる。
【００１９】
また、この発明の請求項４記載のバイオガス燃焼設備は、前記請求項１〜３のいずれかに記載のバイオガス中の微粒子除去装置を、嫌気性排水処理装置と発生バイオガスを燃焼させる燃焼装置との間に設置したことを特徴とするものである。
【００２０】
このバイオガス燃焼設備によれば、嫌気性排水処理装置と発生バイオガスを燃焼させる燃焼装置との間に設置するようにしており、発生バイオガスを燃焼させるようにしてもスケールの析出などを防止できるようになる。
【００２１】
さらに、この発明の請求項５記載のバイオガス燃焼設備は、請求項４記載の構成に加え、前記バイオガス中の微粒子除去装置の下流側に乾式脱硫装置を設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
このバイオガス燃焼設備によれば、バイオガス中の微粒子除去装置の下流側に乾式脱硫装置を設けるようにしており、乾式脱硫装置の酸化鉄などの充填剤によって微粒子のトラップ効果が期待でき、一層燃焼に伴うスケールの発生を防止できるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明のバイオガス中の微粒子除去装置の一実施の形態にかかる概略構成図および平面図である。
【００２４】
このバイオガス中の微粒子除去装置（以下、単に微粒子装置とする）２０は、バイオガスが導入される洗浄ドラム本体２１を備えており、縦型円筒状の密閉容器で構成され、側壁中間部にガス導入口２２が形成され、洗浄ドラム本体２１の中心軸上に下向きに開口２３が配置されている。
【００２５】
また、この洗浄ドラム本体２１のガス導入口２２の開口２３より上方には、洗浄水噴射機構２４が設けてある。この洗浄水噴射機構２４は噴射ノズル２５を備え、３個の噴射ノズル２５が半径方向に配置された水平な噴射管２６に等間隔に取り付けてあり、洗浄ドラム本体２１の上端部の洗浄水供給口２７に接続された洗浄水供給管２８から開閉弁２９を介して清水が供給されるようになっており、３つの噴射ノズル２５から噴射する円錐状の水膜３０で洗浄ドラム本体２１の横断面全体を覆うことができるようにしてある。
【００２６】
なお、噴射ノズル２５の個数や噴射角度などは、洗浄ドラム本体２１の横断面全体を水膜で覆うことができれば良く、適宜定めるようにすれば良い。
【００２７】
そして、洗浄ドラム本体２１の上端部には、洗浄されたガスを排出するガス排出口３１が形成してある。
【００２８】
また、噴射ノズル２５から噴射される洗浄水を排出するため洗浄ドラム本体２１の底部に排水口３２が形成され、洗浄ドラム本体２１内と水封状態で排水するため、排水口３２に開閉弁３３を介して水封機構３４が設けてある。
【００２９】
この水封機構３４は、空気抜き管３５と垂直管３６と開閉弁３７とで構成され、排水口３２の開閉弁３３を開き、水封機構３４の開閉弁３７を閉じることで、垂直管３６の高さに応じた水面を洗浄ドラム本体２１内に確保した水封状態で排水できるようにしてある。
【００３０】
そして、運転開始時に洗浄ドラム本体２１の底部に水を入れて水封状態とするため、洗浄用の清水配管２８から分岐した配管３８及び開閉弁３９が排水口３２に接続してあり、排水口３２の開閉弁３３を閉じ、底部から清水を供給できるようにしてある。
【００３１】
このように構成した微粒子除去装置２０では、ガス導入口２２から導入したガスを下向きの開口２３から洗浄ドラム本体２１内に導入することで上方に流す一方、洗浄水供給機構２４の噴射ノズル２５から清水を噴射させて水膜３０で洗浄ドラム本体２１の横断面全体を覆うようにする。
【００３２】
すると、上昇するガスが水膜を貫通するように接触し、ガス中に含まれる微粒子成分が水膜に捕らえられて洗浄され、ガス排出口３１からは微粒子成分が除去されたガスが排出される。
【００３３】
そして、ガス中に含まれる微粒子成分を捕らえた洗浄水は底部の排水口３２から水封機構３４の垂直管３６の高さに応じた水面を越えると排出され、水面が一定に保たれる。
【００３４】
このような水膜による微粒子成分の除去は、ガスの上昇速度（流速）によって除去できる微粒子の平均粒径が異なり、ガスの流速を０．２ｍ／ｓ以下とすることで平均粒径が１００μｍ以下の微粒子成分をも除去することができ、好ましくは０．１ｍ／ｓして微粒子成分の除去が促進されるようにする。
【００３５】
一方、ガスの流速を０．２ｍ／ｓを越えて大きくすると、１００μｍ以下の微粒子成分を除去することができなくなる。
【００３６】
このようなガスの流速は、ガス供給量に対してガス導入口２２の内径と洗浄ドラム本体２１の内径を決定することで定めることができる。
【００３７】
なお、ガス導入口２２からのガスの導入速度は１〜２ｍ／ｓ程度とすることが好ましく、ガス排出口３１からのガスの排出速度は３〜５ｍ／ｓ程度とすることが好ましく、ガスの圧力損失を抑えながら効率的に供給排出できるようにするために定められる。
【００３８】
また、この微粒子除去装置２０を直列に複数台接続し、２段階で微粒子を除去するようにすることもでき、これにより一層細かい微粒子成分を除去することも可能となり、特にガスの流速を後段で小さくすれば微粒子成分を段階的に除去することもできる。
【００３９】
したがって、ビール工場の排水のうち、ビール瓶などの洗浄工程で発生する排水のようにシリカ成分が含まれる場合であっても、このシリカ成分を除去することができ、バイオガス燃焼装置で燃焼させることができるとともに、ビール工場の他の排水と一緒にメタン醗酵処理することもできる。
【００４０】
次に、このような微粒子除去装置２０を用いるバイオガス燃焼設備４０について、図２により説明する。
【００４１】
このバイオガス燃焼設備４０では、例えばバイオガス発生装置として既に図３で説明したメタン醗酵リアクタ１０を備えており、発生するバイオガスであるメタンガスが微粒子除去装置２０に送られて微粒子成分が除去された後、乾式脱硫装置４１を経てガスホルダ１２に一旦貯溜され、バイオガス燃焼装置１３で燃焼される。
【００４２】
このようなメタン醗酵リアクタ１０に送られる排水中に微粒子成分が含まれ、バイオガス中に蒸散して含まれた状態であっても微粒子除去装置２０で除去することができ、バイオガス燃焼装置１３で燃焼させてもスケール状に析出することがなく、問題となることが防止できる。
【００４３】
さらに、このバイオガス燃焼設備４０では、乾式の脱硫装置４１として酸化鉄の粒子を充填材としおくことで、充填材によるトラップ効果によっても微粒子成分を吸着除去することができ、一層確実に微粒子成分を除去することができる。したがって、ビール工場の排水のうち、ビール瓶などの洗浄工程で発生する排水のようにシリカ成分が含まれる場合であっても、このシリカ成分を除去することができ、バイオガス燃焼装置で燃焼させることができるとともに、ビール工場の他の排水と一緒にメタン醗酵処理することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載のバイオガス中の微粒子除去装置によれば、バイオガスを導入する洗浄ドラム本体と、この洗浄ドラム本体に設けられ水膜を形成して上昇する前記バイオガスと接触させ洗浄処理する洗浄水噴射機構と、この洗浄ドラム本体内の洗浄水を水封状態を保持して排水する水封機構とで構成するようにしたので、バイオガスを水膜を貫通させるように接触させることで、微粒子成分を洗浄除去することができ、バイオガスの燃焼によるスケールなどを発生を防止することができる。
【００４５】
また、この発明の請求項２記載のバイオガス中の微粒子除去装置によれば、バイオガス中の微粒子除去装置を１台ないし複数台設けて構成するようにしたので、一層確実にバイオガス中の微粒子成分を除去することができる。
【００４６】
さらに、この発明の請求項３記載のバイオガス中の微粒子除去装置によれば、洗浄ドラム本体内でのバイオガスの流速を０．２ｍ／ｓ以下とするようにしたので、粒子径が１００μｍ以下の微粒子成分の除去も可能となる。
【００４７】
また、この発明の請求項４記載のバイオガス燃焼設備によれば、嫌気性排水処理装置と発生バイオガスを燃焼させる燃焼装置との間に設置するようにしたので、発生バイオガスを燃焼させるようにしてもスケールの析出などを防止することができる。
【００４８】
さらに、この発明の請求項５記載のバイオガス燃焼設備によれば、バイオガス中の微粒子除去装置の下流側に乾式脱硫装置を設けるようにしたので、乾式脱硫装置の酸化鉄などの充填剤によって微粒子のトラップ効果が期待でき、一層燃焼に伴うスケールの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のバイオガス中の微粒子除去装置の一実施の形態にかかる概略構成図および平面図である。
【図２】この発明のバイオガス燃焼設備の一実施の形態にかかる概略構成図である。
【図３】この発明が適用されるバイオガス発生装置としてのメタン醗酵リアクタの概略断面図である。
【図４】従来のバイオガス燃焼設備の概略構成図である。
【符号の説明】
１０  メタン醗酵リアクタ
２０  微粒子除去装置
２１  洗浄ドラム本体
２２  ガス導入口
２４  洗浄水噴射機構
２５  噴射ノズル
２７  洗浄水供給口
３０  水膜
３１  ガス排出口
３２  排水口
３４  水封機構
３６  垂直管
【図１】
0004348665.tif 000002
【図２】
0004348665.tif 000003
【図３】
0004348665.tif 000004
【図４】
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