JP2008029993A

JP2008029993A - メタン発酵装置

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Publication number: JP2008029993A
Application number: JP2006208703A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Watabe; 芳和渡部; Kenji Sato; 健治佐藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP4687600B2

Abstract

【課題】高負荷運転から低負荷運転まで安定した処理が可能なメタン発酵装置を提供する。
【解決手段】グラニュールが収容されたリアクター槽１０の上部に上部気固液分離ゾーン１６を形成し、リアクター槽１０の底部に原水流入ライン１１を接続すると共にリアクター槽１０の上部に処理水ライン１２を接続したメタン発酵装置において、中央部に下部気固液分離ゾーン１４を形成し、その下部気固液分離ゾーン１４に、リアクター槽１０内の廃水をグラニュールと共にリアクター槽１０底部に戻す循環ライン３０を接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃水中の有機物をメタン発酵させて嫌気性処理するメタン発酵装置に関するものである。

ＵＡＳＢ（ＵｐｆｌｏｗＡｎａｅｒｏｂｉｃＳｌｕｄｇＢｌａｎｋｅｔ，上向流式嫌気性汚泥ろ床）法は、嫌気性微生物であるメタン生成細菌を高密度に集積したグラニュールが収容されたリアクターに、廃水を上向流で流し、廃水中の有機物を分解処理するもので、好気性処理に比べて曝気を必要としないので、運転費が少なくてすむ利点がある。また、発生バイオガスがメタンガス主体なのでエネルギーとして利用できる。

このＵＡＳВ法は、グラニュール層が固定床で、上部気固液分離ゾーンを備え、グラニュール層に廃水を流してリアクター内を上向流で流し、気固液分離ゾーンで発生したバイオガスを分離するものであり、グラニュールの比重が、１．０５程度であるが、負荷を上昇させると発生バイオガス量が増大し、気固液の分離・回収が不十分となり、特にバイオガスを巻き込み、見かけ比重の低くなったグラニュールが処理水側に流出するなど、処理能力に限界がある。

このＵＡＳＢ型の気固液分離ゾーンを改造し、気固液分離能力を高めたＥＧＳＢ（ＥｘｐａｎｄｅｄＧｒａｎｕｌａｒＳｌｕｇｅＢｅｄ）型リアクターや、発生したバイオガスによるエアリフトを用いてリアクタ内の廃水を内部循環させるＩＣリアクタ（ＩｎｔｅｒｎａｌＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＲｅａｃｔｏｒ）等があり、廃水とグラニュールの接触効率を高めて、高負荷運転ができるようにしたものが提案（特許文献１〜６）されている。

特開平０８−２５２５９６号公報特開２００３−１９０９８６号公報特開平０７−３２８６８７号公報特許第３３５８３２２号公報特開２０００−１１７２８５号公報特表２００１−５０７６１９号公報

しかしながら、上述した提案では、高負荷運転に対応できるものの、低負荷から高負荷まで変動する場合、特に低負荷運転の場合にはＵＡＳＢ法より性能が劣る問題がある。

すなわち、ＥＧＳＢなどの高負荷型リアクターは、気固液分離能力を上げて、特にグラニュールの系外への流出を防止すると共にバイオガスの吸収能力を高めたために、そのバイオガス発生によってグラニュール層の流動性を高めて、且つ、排水とグラニュールとの接触効率を上げているが、発生するバイオガス量が少ない場合には、グラニュール層の流動状態が悪く、グラニュール層に短絡流が生じ、グラニュールを有効に機能させることができない、また流入するＳＳ（Suspended Solid ）がグラニュール層に堆積してしまうなどの問題がある。

一方、ＩＣリアクタにおいては、発生するバイオガス量によって装置内の内部循環量が決まり、グラニュール層で高い流動性が保たれるが、特にＣＯＤ_Cr容積負荷１０ｋｇ／ｍ³ ／日以下というように低負荷でガス発生量が少ない場合には、流動性が悪く、他の高負荷形リアクターと同じような不具合が起こる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高負荷運転から低負荷運転まで安定した処理が可能なメタン発酵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、グラニュールが収容されたリアクター槽の上部に上部気固液分離ゾーンを形成し、リアクター槽の底部に原水流入ラインを接続すると共にリアクター槽の上部に処理水ラインを接続したメタン発酵装置において、中央部に下部気固液分離ゾーンを形成し、その下部気固液分離ゾーンに、リアクター槽内の廃水をグラニュールと共にリアクター槽底部に戻す循環ラインを接続したことを特徴とするメタン発酵装置である。

請求項２の発明は、循環ラインは、下部気固液分離ゾーンに設けられた廃水取り出し管と、廃水取り出し管からの廃水をリアクター槽の底部に戻す廃水戻し管と、廃水戻し管に接続された容量可変の循環ポンプとからなる請求項１記載のメタン発酵装置である。

請求項３の発明は、廃水取り出し管は、下部気固液分離ゾーンの分離部材に詰まったグラニュールを吸引できるように設けられる請求項２記載のメタン発酵装置である。

請求項４の発明は、廃水取り出し管は、下部気固液分離ゾーンの上部の廃水を取り込むように設けられる請求項２又は３記載のメタン発酵装置である。

請求項５の発明は、廃水取り出し管には、バルブが接続される請求項４記載のメタン発酵装置である。

請求項６の発明は、グラニュール層の上昇流速が設定値となるように循環ラインの循環ポンプの循環量が制御される請求項２記載のメタン発酵装置である。

本発明によれば、高負荷運転から低負荷運転まで安定した運転ができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１において、１０はリアクター槽で、下部に原水流入ライン１１が接続され、上部に処理水ライン１２が接続される。

このリアクター槽１０には、メタン生成細菌等のグラニュールが収容されたグラニュール層１３が形成され、その上部中央のリアクター槽１０には下部気固液分離ゾーン１４が形成され、上部には沈降層１５が形成されると共にその上部に上部気固液分離ゾーン１６が形成される。

気固液分離ゾーン１４、１６は、断面Ｌ形の分離部材１７が、その頂角部が上方を向くように多数並べて設けられ、その上部に、下方の分離部材１７間を覆うように分離部材１７を並べて構成される。

下部気固液分離ゾーン１４上には、分離されたバイオガスを廃水と共に上昇させてリアクター槽１０の上部に設けた気固液分離槽１８まで導入するエアーリフト管１９が設けられる。また上部気固液分離ゾーン１６上にもエアーリフト管２０が設けられる。

気固液分離槽１８には、エアーリフト管１９、２０で廃水をリフトしたバイオガスを排出するガス放出ライン２１が接続され、またバイオガスが分離された廃水をリアクター槽１０の底部に戻す下降管２２が接続される。

下部気固液分離ゾーン１４側のエアーリフト管１９は、図では直管で示したが、下部気固液分離ゾーン１４で分離されたバイオガスを極力取り込めるようにエアーリフト管１９の下端をロート状に形成するとよい。

この下部気固液分離ゾーン１４には、リアクター槽１０内の廃水をグラニュールと共にリアクター槽１０の底部に戻す循環ライン３０が接続される。

循環ライン３０は、下部気固液分離ゾーン１４に位置して設けられた廃水取り出し管２３と、下部気固液分離ゾーン１４上に位置して設けられた廃水取り出し管２４と、これら廃水取り出し管２３，２４に接続されたバルブ２５，２６と、廃水取り出し管２３，２４からの廃水をリアクター槽１０の底部に戻す廃水戻し管２７と、廃水戻し管２７に接続された容量可変の循環ポンプ２８とからなる。

下部気固液分離ゾーン１４上に位置して設けられた廃水取り出し管２４は、気固液分離された廃水を主に取り込むように設けられる。また、下部気固液分離ゾーン１４に位置して設けられた廃水取り出し管２３は、下部気固液分離ゾーン１４の分離部材１７に詰まったグラニュールを吸引除去するように設けられる。この廃水取り出し管２３は、図では上下の分離部材１７，１７の中間に位置する例を示しているが、各分離部材１７の直下に溜まったグラニュールを吸引できるように複数本とし、これを一本に集合するように構成してもよい。

廃水取り出し管２３、２４のバルブ２５，２６は、その開度を調整することで、両廃水取り出し管２３、２４からの廃水量を調節でき、この結果、リアクター槽１０の底部に循環する廃水量とグラニュール量を調節できる。

循環ポンプ２８は、グラニュール核を崩壊させにくいポンプ、例えばダイヤフラムポンプ、モーノポンプ、モノフレックポンプ等、特に固形物を移送するのに適しているポンプを選定する。また循環ポンプ２８の動力は、電力や圧縮空気で駆動する他に、発生したバイオガスを使用して駆動することでポンプ動力費を低減できる。

以上において、原水流入ライン１１から原水（廃水）がリアクター槽１０内のグラニュール層１３内に導入され、上向流となってグラニュールと共に上昇し、その間に廃水中の有機物が分解処理され、下部気固液分離ゾーン１４で気固液分離され、さらに沈降層１５を上昇して、上部気固液分離ゾーン１６で気固液分離されて、処理水が処理水ライン１２より排水される。

また気固液分離ゾーン１４、１６で気固液分離されたバイオガスはエアーリフト管１９、２０にて廃水と共に気固液分離槽１８に流入し、液分が下降管２２にてリアクター槽１０の底部に戻される。

本発明においては、原水流入ライン１１から供給される原水は、最大８ｍ³ ／ｍ² ／ｈ以下となる流量とし、その最大流量を超えない範囲の負荷変動で安定して運転できるようにしたものである。

すなわち、原水流入ライン１１から供給される原水の流量や有機物濃度が下がった場合、エアーリフト管１９，２０による廃水の内部循環量が少なくなり、グラニュール層１３、沈降層１５内のＬＶが下がりグラニュールと排水中の有機物の接触効率が悪くなるが、本発明においては、沈降層１５内のＬＶが８ｍ³ ／ｍ² ／ｈ以上の流速となるように循環ポンプ２８を駆動する。

これにより、下部気固液分離ゾーン１４の廃水が、循環ライン３０、すなわち、廃水取り出し管２３，２４からバルブ２５，２６、廃水戻し管２７を介し、循環ポンプ２８によりリアクター槽１０の底部に循環され、グラニュールと排水中の有機物の接触効率が良好に維持されるため、且つ、ＳＳ（懸濁物）がグラニュール層１３に堆積してしまうことがなくなる。

循環ライン３０による循環量の設定は、バイオガス発生量が少なく、いわゆる負荷が低い場合には、グラニュール層１３の流動性が悪い場合には、高めに、グラニュール層１３の流動性が良い場合には、低めに設定する。

以上本発明は、高負荷運転は勿論低負荷運転でも安定した運転が可能となり、ＣＯＤ_Cr容積負荷１０ｋｇ／ｍ³ ／日以下の低負荷運転においてもグラニュールと廃水の接触効率を下げずに運転ができると共に、グラニュール層１３へのＳＳ蓄積を低減できる。また原水の有機物濃度が低濃度の場合の装置内の滞留時間が短時間においても、循環ライン３０にて廃水を循環できるため、グラニュールと廃水の接触効率を高くすることができる。

上述の実施の形態では、エアーリフト管１９，２０，２２でバイオガスと共に廃水を内部循環するＩＣリアクターに適用する例で説明したが、エアーリフトによる循環を用いずに、循環ライン３０で全て廃水を循環するように構成してもよい。

また気固液分離ゾーン１４，１６は２段の例で説明したが、多段に構成するようにしてもよい。この場合、循環ライン３０で廃水をリアクター槽１０の底部に戻すのは、上段を除いた各気固液分離ゾーンの廃水を戻すようにしても、任意の段の気固液分離ゾーンの廃水を戻すようにしてもよい。

本発明の一実施の形態を示す図である。

符号の説明

１０リアクター槽
１１原水流入ライン
１２処理水ライン
１４下部気固液分離ゾーン
１６上部気固液分離ゾーン
３０循環ライン

Claims

グラニュールが収容されたリアクター槽の上部に上部気固液分離ゾーンを形成し、リアクター槽の底部に原水流入ラインを接続すると共にリアクター槽の上部に処理水ラインを接続したメタン発酵装置において、中央部に下部気固液分離ゾーンを形成し、その下部気固液分離ゾーンに、リアクター槽内の廃水をグラニュールと共にリアクター槽底部に戻す循環ラインを接続したことを特徴とするメタン発酵装置。
循環ラインは、下部気固液分離ゾーンに設けられた廃水取り出し管と、廃水取り出し管からの廃水をリアクター槽の底部に戻す廃水戻し管と、廃水戻し管に接続された容量可変の循環ポンプとからなる請求項１記載のメタン発酵装置。
廃水取り出し管は、下部気固液分離ゾーンの分離部材に詰まったグラニュールを吸引できるように設けられる請求項２記載のメタン発酵装置。
廃水取り出し管は、下部気固液分離ゾーンの上部の廃水を取り込むように設けられる請求項２又は３記載のメタン発酵装置。
廃水取り出し管には、バルブが接続される請求項４記載のメタン発酵装置。
グラニュール層の上昇流速が設定値となるように循環ラインの循環ポンプの循環量が制御される請求項２記載のメタン発酵装置。