JP2007130510A

JP2007130510A - メタン発酵槽の撹拌方法及びメタン発酵装置

Info

Publication number: JP2007130510A
Application number: JP2002114001A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Sekine; 敏朗関根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】メタン発酵槽の効果的撹拌、あるいは、無動力撹拌の方法及びこれを備えたメタン発酵装置を提供する。
【解決手段】メタン発酵槽Ｗ内に生物ガスを一気に溢流させることによって液を撹拌する。メタン発酵により生成する生物ガスを利用して間欠的に液を撹拌するメタン発酵槽Ｗ内の撹拌方法及びこれを備えるメタン発酵装置。
【効果】少ない通気量で大きな撹拌力が得られ、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用と気体の浮揚力によってメタン発酵槽内のスカム蓄積・汚泥沈積が防止できる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、メタン発酵槽内の液体を撹拌するための方法及びこれを備えたメタン発酵装置に関するものである。
【０００２】
〔従来の技術〕
従来、メタン発酵槽内の撹拌には、機械的方法、ポンプを用いる方法、生物ガスを底部より吹込む方法、発生する生物ガスを利用した無動力撹拌法等がある。
【０００３】
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、生物ガスを底部より吹き込む方法、発生する生物ガスの圧力を利用した無動力撹拌法に属するもので、少ない通気量でも一定の大きな撹拌効果の得られる撹拌方法及びメタン発酵装置を提供するものである。
【０００４】
〔問題を解決するための手段〕
第１に、メタン発酵により生成する生物ガスを利用してメタン発酵槽ｗ内液を撹拌する方法であって、メタン発酵槽ｗ内であってメタン発酵槽ｗの液面下の位置に、ほぼ鉛直に設けられた流出管ｐの下端の周囲に、隔壁、流出管ｐ外壁面、及び前記隔壁下方の水面により気相部ｇを形成し、気相部ｇ内に生物ガスを送り、液体の固体に対する付着力及び表面張力を利用して、間欠的かつ一気に生物ガスを流出管ｐ内に溢流させ、流出管ｐ内にガス層を形成せしめ、このガス層の浮上力によって、メタン発酵槽ｗ液面の下方にガス及び液体を噴出させ、これによってメタン発酵槽ｗ内を撹拌することを特徴とするメタン発酵槽の撹拌方法であり、
第２に、有機性廃棄物をメタン発酵する装置において、メタン発酵槽ｗが、
（ソ）メタン発酵槽ｗを上下に区画する隔壁ｂ
（タ）その下端が隔壁ｂのやや下方の位置に開口し、隔壁ｂを貫通しほぼ鉛直上方に伸び、その上端が隔壁ｂの上方に開口する流出管ｐ
（チ）その下端が隔壁ｂの下方であって、流出管ｐ下端より下方の位置に開口し、その上端が隔壁ｂの上方に開口する連通管ｒ
を備えることを特徴とするメタン発酵装置であり、
第３に、有機性廃棄物をメタン発酵する装置において、
メタン発酵槽ｗが、
（ツ）メタン発酵槽ｗを上下に区画する隔壁ｂ
（テ）その下端が隔壁ｂのやや下方の位置に開口し、隔壁ｂを貫通しほぼ鉛直上方に伸び、その上端が隔壁ｂの上方に開口する流出管ｐ
（ト）その下端が隔壁ｂの下方であって、流出管ｐ下端より下方の位置に開口し、その上端が隔壁ｂの上方に開口する連通管ｒ
（ナ）隔壁ｂの下方に生物ガスを圧入するための通気管
（ク）隔壁ｂの下方に生物ガスを圧入するためのガス圧入機ａ
を備えることを特徴とするメタン発酵装置である。
第４に、上記メタン発酵装置の連通管ｒの少なくとも１つが、メタン発酵槽ｗ槽外に設けられると共に、該槽外に設けられた連通管を温める加温装置を備えることを特徴とするメタン発酵装置である。
【０００５】
〔実施例と作用〕
次に、図面により本発明を詳しく説明する。図１及び図２は、本発明の装置の一実施態様を示す図面であり、図１は平面図、図２はＡ−Ａ縦断面図、図３は噴出時の様子を示すＡ−Ａ縦断面図である。メタン発酵槽ｗ内は隔壁ｂにより上下に区画され，隔壁ｂ上方の上部発酵部ｗ１，下部醗酵部ｗ２が形成されている。流出管ｐは、隔壁ｂを貫通し、その下端が隔壁ｂのやや下方にほぼ水平に開口し、その上端は、隔壁ｂ上方に開口し、ほぼ鉛直に設けられている。、隔壁ｂ、発酵槽ｗ側壁４及び流出管ｐ外壁面により、気相部ｇが形成されている。
次に、図１及図２に示した本発明の作動の状況を説明する。メタン発酵槽ｗ内においては、糖発酵細菌群の作用により、有機物がアミノ酸、低級脂肪酸等に低分子化される。この低分子化された有機物を、メタン菌は、吸収し増殖すると共に，液中にメタンガス，炭酸ガスを主成分とする生物ガスを排出する。この生物ガスの大部分は，気泡となり、メタン発酵槽ｗ内を上昇する。上部醗酵部ｗ１で発生する生物ガスは、メタン発酵槽ｗ内上方に溜まる。下部醗酵部ｗ２で発生する生物ガスは、気相部ｇ内に溜まる。（図２）これに伴って，液面ｓ１は、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用により、流出管ｐの下端の位置より下方まで下降する。やがて、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用が限界に達すると、気相部ｇの生物ガスは、流出管ｐ下方開口部３の周囲から一気に流出管ｐ内に流入し、流出管ｐ内の液を押し上げながら、流出管ｐ内にガス層を形成する。同時に流出管ｐ内に流入した生物ガスに相当する液が連通管ｒより下部醗酵部２に流入してくる。すぐに、ガス層は、流出管ｐ内ガス層上方の液の大部分を押し上げ、流出管ｐ内ガス層下方の液を引き上げながら、流出管ｐ内を上昇し、液と共に流出管ｐ上端より勢いよく噴出する。この噴出と噴出に伴う下部醗酵部２への液の引き込みによって、メタン発酵槽ｗ内の液は流動し、撹拌される。また，噴出により液面Ｓ２には，大きな波動が生じる。（図３）以後周期的にこの噴出が繰り返される。
１回の噴出による撹拌の強さは、気相部ｇ気液接触面積の流出管ｐ断面積に対する比、流出管ｐ断面積、及び流出管ｐ長さによって決まる。気相部ｇ気液接触面積の流出管ｐ断面積に対する比が大きいほど、流出管ｐ内に形成されるガス層の高さが増加し、上昇速度が大きくなるので、激しい噴出と噴出に伴う激しい下部醗酵部２への液の引き込みが起こり、撹拌力が増加する。また、流出管ｐ断面積、及び流出管ｐ長さが大きいほど、大量の液の噴出と噴出に伴う下部醗酵部２への大量の液の引き込みが起こり、撹拌力が増加する。
気相部ｇ気液接触面積の流出管ｐ断面積に対する比はほぼ５０以上が適当である。例えば、気相部ｇ内気液接触面積の流出管ｐ断面積に対する比が６３で、流出管ｐ口径２５ｍｍ、流出管ｐ長さ４５ｃｍ、毎分６００ｍｌで通気すると、毎分ほぼ４回の有意な噴出が起こる。
このように、本実施例の装置は、連続的に上昇してくる生物ガスを気相部ｇ内に溜め込み、一気に放出するので、１回の噴出の大きさは、変わらない。メタン菌が発生する生物ガスだけで、大きな撹拌力が得られる。スカムの蓄積や汚泥の沈積を防止できる。
流出管ｐ下端３の断面は、ほぼ水平にする。これにより、空気が流出管ｐ内に一様に流入し、効果的にガス層が形成される。流出管ｐの口径が大きい場合、この水平性が特に要求される。
また、本発明の装置は、液体と接触する機械的な部分がないので、故障や腐蝕の心配もない。槽内液は、太いパイプ内を通るだけなので、目詰まりがない。
図４は、本発明の装置の別の一実施態様を示す図面であり、図２に相当する縦断面図である。管７，気体圧入機ａ，流量調節弁９及び管８が設けられ，メタン発酵槽ｗ内上方の生物ガスを、気相部ｇに圧入できるよう構成されている点が，図１乃至図３の装置と異なる。
気体圧入機ａを作動させると，メタン発酵槽ｗ内上方の生物ガスが、気相部ｇに圧入される。以後図１乃至図３の装置と同様の作用で，周期的な噴出が起こり，液が撹拌される。噴出回数は、流量調節弁９で調節する。例えば、通気量を少なくすると噴出回数が減少し、通気量を多くすると、噴出回数が増加する。しかも１回の噴出量は、一定である。本実施例においては、撹拌を制御できる利点がある。また、噴出回数は、音で確認できるので、制御する時便利である。零細な個人農家に設置される、小規模プラントなどでは、流量計などの計器が不要で、経済的である。
メタン醗酵の場合、活性汚泥法等酸化処理と異なり、酸素等気体の溶解を考慮する必要がない。撹拌の主目的は、スカム蓄積防止、汚泥沈積防止であり、常時撹拌する必要性は少ない。そこで、撹拌機を自動制御して、間欠運転し、運転経費を節約する例も多い。しかし、運転時には、所定の大きな動力を必要とするので、施設費の低減にはつながらない。本実施例の発明においては、上記のように少量ずつ圧入される生物ガスを気相部ｇ内に溜め込み、間欠的にしかも一気に放出するので、運転経費及び施設費も節約できる。
図５は、本発明の装置のまた別の一実施態様を示す図面であり、図４に相当する縦断面図である。本実施例の装置では、連通管ｒがメタン発酵槽ｗ槽外に設けられると共に、該槽外に設けられた連通管ｒを温める加温装置１０を備える点が、図４の装置と異なる。
本実施例においても図４の装置と同様の作用で，周期的な噴出が起こり，液が撹拌される。液は、上部醗酵部ｗ１から下部醗酵部ｗ２に移動する際、連通管ｒ内で、加温装置１０により加温される。通常の外部加温の場合は、別にポンプが必要であるが、本実施例の装置においては、噴出による撹拌と同時に、液は、連通管ｒを通過するので、ポンプは必要ない。加温装置としては、通常使用されている、温水ジャケットなどを使用すればよい。図１乃至図３に示した装置もホン実施例と同様にして、加温できる。
【０００６】
〔実施例〕
本発明の実施例を説明する。
実験は、図１乃至図３に示した装置により行なった。
２００ｍｍ塩ビパイプを５０ｃｍに切断し上部発酵槽ｗ１、２３ｃｍに切断し下部発酵槽ｗ２とし、上中下に塩ビ板を溶接した。上部塩ビ板は透明板とした。隔壁ｂ中央に口径２５ｍｍ塩ビ管を鉛直に挿入接着し、流出管ｐとした。流出管ｐ下端は、隔壁ｂより３ｃｍ下方にほぼ水平に開口させた。流出管ｐ上端は、隔壁ｂより３０ｃｍ上方にほぼ水平に開口させた。廃水投入管２は４０ｍｍ、処理液排出管３は２０ｍｍ塩ビ管とした。連通管ｒ口径は２５ｍｍで、四方に設けた。下部発酵槽底部より５ｃｍ上方に開口させた。ガス取り出し管５は、口径５ｍｍの軟質チューブとし、先端にコックをつけた。この装置で、３５℃に設定した、恒温水槽内に設置し、メタン醗酵に関する実験を行なった。
種汚泥１５ｋｇ、搾乳牛廃水（固形物４％、有機物３％）４ｋｇを投入し、数日放置後、毎日搾乳牛廃水（固形物４％、有機物３％）０．９乃至１ｋｇを投入し、噴出回数及びガス発生量を測定した。
その結果、１時間にほぼ１回の割合で噴出による撹拌が行なわれた。また投入有機物１ｇあたり３９０ｍｌのガス発生があり醗酵は正常に行なわれていた。
【０００６】
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の装置は、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用と空気の浮揚力を利用したものであり、連続的に送られる生物ガスを気相部ｇ内に溜め込み、一気に流出管ｐ内に溢流させることにより激しい大量の液の噴出を起こす点に特徴を有するものである。
このような本発明の利点をまとめれば下記のとおりである。
（１）少ない通気量でも大きな撹拌力を得られる。効率よく撹拌できる。
（２）通気量に関係なく一定の撹拌が行なえる。通気量を減らしても、撹拌不能状態にならない。
（３）液体と接触する機械的な部分や運動部分がないので、故障も少なく、メンテナンスが安価にできる。
（４）簡単な構造で、無動力撹拌を行なえる。撹拌動力費が不要となる。
以上のような本発明の方法及び装置によれば、有機性俳句物のメタン醗酵処理が、低コストで行なえる。
【０００７】
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の装置の一実施態様を示す、図２におけるＢ−Ｂ横断面図である。
図２は、図１におけるＡ−Ａ縦断面図である。
図３は、図１におけるＡ−Ａ縦断面図であり、噴出の様子を示している。
図４は、本発明の装置の別の一実施態様を示す、図２に相当する縦断面図である。
図５は、本発明の装置の別の一実施態様を示す、図４に相当する縦断面図である。
【符号の説明】
ａはブロワー，ｂは隔壁、ｇは気相部，ｐは流出管，ｆは通気管、ｓ１は液面、ｓ２は液面、ｗはメタン発酵槽、ｗ１は上部醗酵部、ｗ２は下部醗酵部、１は側壁、２は投入管、３は排出管、４は開閉弁、５はガス取り出し管、６は開閉弁、７は管、８は管、９は流量調節弁、１０は加温装置である。
実線矢印は液の流れの方向を示す。点線矢印は生物ガスの流れの方向を示す。

Claims

メタン発酵により生成する生物ガスを利用してメタン発酵槽ｗ内液を撹拌する方法であって、メタン発酵槽ｗ内であってメタン発酵槽ｗの液面下の位置に、ほぼ鉛直に設けられた流出管ｐの下端の周囲に、隔壁、流出管ｐ外壁面、及び前記隔壁下方の水面により気相部ｇを形成し、気相部ｇ内に生物ガスを送り、液体の固体に対する付着力及び表面張力を利用して、間欠的かつ一気に生物ガスを流出管ｐ内に溢流させ、流出管ｐ内にガス層を形成せしめ、このガス層の浮上力によって、メタン発酵槽ｗ液面の下方にガス及び液体を噴出させ、これによってメタン発酵槽ｗ内を撹拌することを特徴とするメタン発酵槽の撹拌方法。
気相部ｇ内に送る生物ガスが、気相部ｇ下方の液中より気相部ｇ内に浮上してくる生物ガスであることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵槽の撹拌方法。
気相部ｇ内に送る生物ガスが、ガス圧入機ａの圧入によるものであることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵槽の撹拌方法。
有機性廃棄物をメタン発酵する装置において、
メタン発酵槽ｗが、
（ア）メタン発酵槽ｗを上下に区画する隔壁ｂ
（イ）その下端が隔壁ｂのやや下方の位置に開口し、隔壁ｂを貫通しほぼ鉛直上方に伸び、その上端が隔壁ｂの上方に開口する流出管ｐ
（ウ）その下端が隔壁ｂの下方であって、流出管ｐ下端より下方の位置に開口し、その上端が隔壁ｂの上方に開口する連通管ｒ
を備えることを特徴とするメタン発酵装置。
有機性廃棄物をメタン発酵する装置において、
メタン発酵槽ｗが、
（エ）メタン発酵槽ｗを上下に区画する隔壁ｂ
（オ）その下端が隔壁ｂのやや下方の位置に開口し、隔壁ｂを貫通しほぼ鉛直上方に伸び、その上端が隔壁ｂの上方に開口する流出管ｐ
（カ）その下端が隔壁ｂの下方であって、流出管ｐ下端より下方の位置に開口し、その上端が隔壁ｂの上方に開口する連通管ｒ
（キ）隔壁ｂの下方に生物ガスを圧入するための通気管
（ク）隔壁ｂの下方に生物ガスを圧入するためのガス圧入機ａ
を備えることを特徴とするメタン発酵装置。
有機性廃棄物をメタン発酵する装置において、
メタン発酵槽ｗが、
（ク）メタン発酵槽ｗを上下に区画する隔壁ｂ
（ケ）その下端が隔壁ｂのやや下方の位置に開口し、隔壁ｂを貫通しほぼ鉛直上方に伸び、その上端が隔壁ｂの上方に開口する流出管ｐ
（コ）その下端が隔壁ｂの下方であって、流出管ｐ下端より下方の位置に開口し、その上端が隔壁ｂの上方に開口する連通管ｒ
を備え、連通管ｒの少なくとも１つが、メタン発酵槽ｗ槽外に設けられると共に、該槽外に設けられた連通管を温める加温装置を備えることを特徴とするメタン発酵装置。
有機性廃棄物をメタン発酵する装置において、
メタン発酵槽ｗが、
（サ）メタン発酵槽ｗを上下に区画する隔壁ｂ
（シ）その下端が隔壁ｂのやや下方の位置に開口し、隔壁ｂを貫通しほぼ鉛直上方に伸び、その上端が隔壁ｂの上方に開口する流出管ｐ
（ス）その下端が隔壁ｂの下方であって、流出管ｐ下端より下方の位置に開口し、その上端が隔壁ｂの上方に開口する連通管ｒ
（セ）隔壁ｂの下方に生物ガスを圧入するための通気管
（ク）隔壁ｂの下方に生物ガスを圧入するためのガス圧入機ａ
を備え、連通管ｒの少なくとも１つが、メタン発酵槽ｗ槽外に設けられると共に、該槽外に設けられた連通管を温める加温装置を備えることを特徴とするメタン発酵装置。
流出管ｐの下端がほぼ水平であることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６又は請求項７記載のメタン発酵装置。