JP4577719B2 - 横型多段メタン発酵槽を用いるメタン発酵方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、メタン発酵処理する技術に係り、特に、廃水を横型多段メタン発酵槽を用いて処理するメタン発酵方法と装置に関する。

横型多段メタン発酵槽は、数十年前に開発された技術である。構造は、流入廃水を上下方向に迂流が形成されるように、板で多段に区画形成されており、槽底部に蓄積したメタン菌グラニュール（塊状物）によって有機物がメタンに転換され、廃水が浄化される。メタン菌グラニュールは、多段槽各部の上昇流による回転運動により、ほとんどが球状の大小の塊状物となる。塊状物は、浮遊状のメタン菌に比較して、その濃度が１０倍以上に濃縮されているため、メタン発酵速度も浮遊式のメタン発酵方式に比較して１０倍以上高速であり、高負荷のメタン発酵を行うことができる。横型多段メタン発酵には、メタンを大気放散する開放型と、密閉してメタンを回収する密閉式がある。メタンは、強力な地球温暖化ガスであり、またエネルギー回収の点からも密閉式による方式を採用することが望ましい。汚泥、畜産廃水等に多用されている浮遊式メタン発酵方式では、槽内の撹拌及びスカムの破壊のため、ガス撹拌、機械撹拌、水流撹拌等の撹拌設備を付帯している。一方、横型多段メタン発酵は、高負荷処理が可能なため、単位容積当たりのガス発生量が多く、ガスの上昇流によって形成される流れにより撹拌されるため、撹拌装置は付帯していない。

横型多段メタン発酵装置内液は、自動的に撹拌されるものの、廃水中にSS(浮遊固形物)が多いと、ガスによって浮上分離したSSが蓄積してスカムが形成される。スカムが成長すると、メタン発酵槽気相部に充満して、メタンガス流出口、流出配管を閉塞すると共に、液相部の有効容積を減少して処理に重大な障害を及ぼすため、スカムの簡易かつ合理的な排出方法を実用化することが課題となっていた。また、大量のスカムが蓄積して腐敗すると、高濃度のアンモニア、有機酸等が液相及び気相に移行し、処理水質、バイオガス性状を悪化させる。これはスカムが高濃度であるため、分解に際してメタン菌に有害なアンモニア、有機酸等も高濃度になるため、分解作用による低分子化反応がメタン発酵の前段で停止してしまうためである。スカムの破壊方法として、前記各撹拌方法の他、液散布等があるが、ポンプ、散布ノズル、配管等の設備が必要となり、消費動力も多くなる。
特開平１１−７７００５号公報

本発明は、上記従来技術に鑑み、メタン発酵槽内のスカムを簡易に、効果的に排出することができる横型多段メタン発酵槽を用いるメタン発酵方法と装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、下部が槽の底板に付着し上部が水面下にある溢流板と、下部が槽の底板との間に空隙を有し上部が水面上にある迂流板とを、交互に複数配置した発酵槽と、該発酵槽の内液の流下方向の最後端部溢流板に隣接して配備した溢流する発酵槽の処理水を受水・貯留する処理水槽と、前記発酵槽に被処理水が流入する被処理水流入口と、前記処理水槽に前記最後端部溢流板頂部よりも低位置に配備した処理水流出口とによって構成された横型多段のメタン発酵槽を用いて、被処理水を流入口から流下方向に上下に迂流を形成しながら発酵処理して、処理水を流出口から排出するメタン発酵方法において、前記処理水槽の処理水流出口を間欠的に閉めることにより、前記メタン発酵槽内液の水位を前記迂流板の頂部よりも上昇せしめたのち、該流出口を開けてメタン発酵槽内上部のスカムの少なくとも一部を前記処理水槽に流入して流出口から排出することを特徴とするメタン発酵方法としたものである。
また、本発明では、下部が槽の底板に付着し上部が水面下にある溢流板と、下部が槽の底板との間に空隙を有し上部が水面上にある迂流板とを、交互に複数配置した発酵槽と、該発酵槽の内液の流下方向の最後端部溢流板に隣接して配備した溢流する発酵槽の処理水を受水・貯留する処理水槽と、前記発酵槽に被処理水が流入する被処理水流入口と、前記処理水槽に前記最後端部溢流板頂部よりも低位置に配備した処理水流出口とによって構成された横型多段メタン発酵槽であって、前記処理水槽に配備した処理水流出口に間欠的に開閉可能な手段を配備し、前記発酵槽内上部のスカムの少なくとも一部を前記処理水槽に流入して前記流出口から排出するように構成したことを特徴とする横型多段メタン発酵装置としたものである。
前記本発明において、前記被処理水流入口と、前記処理水流出口を配備した処理水槽とを、前記発酵槽の両端部双方に配備し、前記被処理水流入口から交互に被処理水を注入し、対向端の前記流出口から交互に処理水を排出することができ、さらに、該処理水槽には、流入したスカムを破壊する撹拌手段を設けることができる。

本発明によって、スカムの蓄積を防止できるので、次のような効果を得ることができる。
（１）バイオガス流出口、流出配管の閉塞を防止することができる。
（２）スカム蓄積によるメタン発酵槽の有効容積の減少を防止することができる。
（３）スカムの腐敗による処理水水質及びバイオガス性状の悪化を防止できる。

以下に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、一端部に被処理水の流入口と処理水の流出口を有する本発明のメタン発酵装置の一例を示す概略構成図であり、図２は、両端部にそれぞれ流入口と流出口を有する本発明のメタン発酵装置の一例を示す概略構成図である。
図において、１，１−１，１−２はそれぞれ被処理水（廃水）流入経路（流入管）、２〜９はそれぞれ発酵槽、１０，１０−１，１０−２はそれぞれ処理水槽、１１はグラニュール堆積槽、１２，１２−１，１２−２はそれぞれ処理水流出経路（流出管）、１３はバイオガス排出経路、１４はメタン発酵槽、１５はスカム、１６，１６−１，１６−２はバルブ、１７は迂流板、１８は溢流板である。

図１において、廃水流入管１からの廃水は、槽２を下降し、迂流板１７の下部のメタン菌のグラニュール層１１を通過して槽３を上昇し、溢流板１８の上部を溢流して槽４に流入し、順次槽４、５、６、７、８、９を迂流して、グラニュール堆積層１１を通過したのちに、処理水槽１０に貯留される。処理水槽１０の水位は、流出管１２の設置レベルに保たれる。廃水流入管１からの廃水の有機物は、メタンと二酸化炭素に分解され、バイオガス１３としてメタン発酵槽１４から排出される。バイオガス１３は、燃料等に利用される。メタン発酵によって生成したグラニュールの比較的小径のものは、各槽の上昇流に随伴して次槽に移動するため、下流の槽ほどグラニュール堆積層１１の高さが上昇する。メタン発酵槽１４では、ＳＳに微量のバイオガスが付着して上昇し、液面上にスカム１５を形成する。特に、本発明のメタン発酵槽では、表面が撹拌されていないため、スカムを形成しやすい。スカム１５の蓄積高を検知計で検出あるいは予想して、バルブ１６を閉めて流出を停止すると、処理水槽１０の水面は各槽２〜９液面まで上昇し、そのあとさらに水面が上昇して、各水槽２〜１０全体の水面が迂流板１７頂部を越えたのち、バルブ１６を開放することによって、上昇した分の液を処理水槽１０に流下させる。それに伴い、水面上のスカム１５を処理水槽１０に移動することができるので、スカム１５をメタン発酵槽１４外に排除することができる。
スカム１５は、蓄積と共に乾燥して強度が上昇するために、円滑な流下・破壊が妨げられるので、スカム１５が発生して蓄積する初期段階（スカム高５〜１５ｃｍ程度）の状態でバルブ１６を閉めて排出するとよい。スカム高は、静電容量型等の公知のレベル計による自動検出システムあるいは覗窓からの肉眼観察で確認することができる。

ＳＳ濃度が比較的高い場合には、グラニュール堆積層１１あるいは菌体・固形物混合堆積層が形成されず、菌体が浮遊していても、スカム１５の排除法として有効である。
処理水槽１０に流入したスカムは、移動時の乱流によって破壊されるが、強固な場合は、機械撹拌、ガス撹拌、水流撹拌等の公知の撹拌機を付帯すればよい。
図１のメタン発酵槽１４は、矩形であるが、構造を円筒形にすることによって槽全体の強度を向上することができる。
図１において、グラニュール堆積層１１の高さは、流下方向に向かって上昇し、最終的には、最終槽９から処理水槽１０にグラニュールが溢流してしまう。これを防止するため、廃水を流入管から逆方向に流入せしめたのが図２に示す方法である。

図２において、廃水流入管１−２からの廃水は、槽７に流入し、順次槽６、５、４、３、２を迂流し、処理水槽１０−２に流下し、流出管１２−２を経由してメタン発酵槽１４外に流出する。スカム１５の蓄積高を検知計で検出あるいは予想して、バルブ１６−２を閉めて流出を停止すると、処理水槽１０−２の水面は、各槽２〜７，１０−１の液面まで上昇し、そのあとさらに水面が上昇して、各水槽全体の水面が迂流板１７頂部を越えたのち、バルブ１６−２を開放することによって、上昇した分の液を処理水槽１０−２に流下させる。それに伴い、水面上のスカム１５を処理水槽１０−２に移動することができるので、スカム１５をメタン発酵槽１４外に排除することができる。グラニュール堆積層１１の高さが、槽２で上昇したら、次に廃水を廃水流入管１０−１に切り替えて、槽２に流入せしめて各槽３、４，５，６，７を順次迂流させればよい。処理水は、流出管１２−１を経由して排出される。グラニュール蓄積量の一方側の偏りは、廃水の流下方向を適宜交互に変更することによって修正することができ、槽１４全体の十分量のグラニュールを保持することができるので、安定したメタン発酵を行うことができる。スカム１５の排出も運転に支障が生じないように適宜行えばよい。

本発明の一端部に流入口と流出口を有するメタン発酵装置の一例を示す概略構成図。 本発明の両端部にそれぞれ流入口と流出口を有するメタン発酵装置の一例を示す概略構成図。

符号の説明

１，１−１，１−２：被処理水（廃水）流入経路（流入管）、２〜９：発酵槽、１０，１０−１，１０−２：処理水槽、１１：グラニュール堆積槽、１２，１２−１，１２−２：処理水流出経路（流出管）、１３：バイオガス排出経路、１４：メタン発酵槽、１５：スカム、１６，１６−１，１６−２：バルブ、１７：迂流板、１８：溢流板

Claims (5)

1. 下部が槽の底板に付着し上部が水面下にある溢流板と、下部が槽の底板との間に空隙を有し上部が水面上にある迂流板とを、交互に複数配置した発酵槽と、該発酵槽の内液の流下方向の最後端部溢流板に隣接して配備した溢流する発酵槽の処理水を受水・貯留する処理水槽と、前記発酵槽に被処理水が流入する被処理水流入口と、前記処理水槽に前記最後端部溢流板頂部よりも低位置に配備した処理水流出口とによって構成された横型多段のメタン発酵槽を用いて、被処理水を流入口から流下方向に上下に迂流を形成しながら発酵処理して、処理水を流出口から排出するメタン発酵方法において、前記処理水槽の処理水流出口を間欠的に閉めることにより、前記メタン発酵槽内液の水位を前記迂流板の頂部よりも上昇せしめたのち、該流出口を開けてメタン発酵槽内上部のスカムの少なくとも一部を前記処理水槽に流入して流出口から排出することを特徴とするメタン発酵方法。
2. 前記被処理水流入口と、前記処理水流出口を配備した処理水槽とを、前記発酵槽の両端部双方に配備し、前記被処理水流入口から交互に被処理水を注入し、対向端の前記流出口から交互に処理水を排出することを特徴とする請求項１記載のメタン発酵方法。
3. 下部が槽の底板に付着し上部が水面下にある溢流板と、下部が槽の底板との間に空隙を有し上部が水面上にある迂流板とを、交互に複数配置した発酵槽と、該発酵槽の内液の流下方向の最後端部溢流板に隣接して配備した溢流する発酵槽の処理水を受水・貯留する処理水槽と、前記発酵槽に被処理水が流入する被処理水流入口と、前記処理水槽に前記最後端部溢流板頂部よりも低位置に配備した処理水流出口とによって構成された横型多段メタン発酵槽であって、前記処理水槽に配備した処理水流出口に間欠的に開閉可能な手段を配備し、前記発酵槽内上部のスカムの少なくとも一部を前記処理水槽に流入して前記流出口から排出するように構成したことを特徴とする横型多段メタン発酵装置。
4. 前記被処理水流入口と、前記処理水流出口を配備した処理水槽とを、前記発酵槽の両端部双方に配備し、前記被処理水流入口から交互に被処理水を注入し、対向端の前記流出口から交互に処理水を排出する手段を設けたことを特徴とする請求項３記載のメタン発酵装置。
5. 前記処理水槽には、前記処理水槽に流入したスカムを破壊する撹拌手段を設けることを特徴とする請求項３又は４記載のメタン発酵装置。

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