JP4309607B2 - 有機性廃棄物の処理システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵により処理する有機性廃棄物の処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
メタン発酵を用いた有機性廃棄物の処理システムを制御する場合、測定項目としてガス発生速度、ガス組成、液相pH、揮発性有機酸(以下、VFAと略称する)濃度、アンモニア濃度などが用いられている。
【0003】
このうち、揮発性有機酸濃度は最も有用性が高い測定項目であるが、測定機器が高価であったり、測定に熟練を要するなどの理由により、制御パラメータとして連続測定したり高頻度に測定したりすることは現実的ではない。
【0004】
一方、pHやガス発生速度は測定が容易であるので、日常的に測定されるが、メタン発酵システムを運転管理する目的でpHを測定する場合には、メタン発酵槽内のpHを測定するのが一般的である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、メタン発酵槽内の汚泥がもつ緩衝作用によって、pH値が発酵槽内の状態を必ずしも反映しないという問題がある。また、ガス発生速度によって阻害の有無や程度を判定する基準がなく、システムを制御する具体的な方法は未だ確立されていないのが実情である。
【0006】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、システムへの有機性廃棄物の供給量を制御することによって、システムの立ち上げ、長期運転管理を自動化することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、メタン発酵菌により有機性廃棄物を分解する有機性廃棄物の処理システムにおいて、メタン発酵槽と、メタン発酵槽からの固形成分と液体成分とを分離する固液分離部と、メタン発酵槽へ有機性廃棄物を間欠的に供給する有機性廃棄物供給部と、メタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量を検出する流量検出部と、メタン発酵槽への有機性廃棄物の濃度を検出する入側濃度検出部と、メタン発酵槽内の有機性廃棄物の濃度を求める濃度検出部と、固液分離部に設けられたpH検出部と、メタン発酵槽からのバイオガスの生成量を検出するバイオガス量検出部と、流量検出部、入側濃度検出部および発酵槽濃度検出部からの情報に基づいて、メタン発酵槽からのバイオガス生成量の推定値と、この推定値までに要する推定時間を演算する算出部と、算出部からのバイオガス生成量の推定値および推定時間と、バイオガス量検出部からのバイオガス生成量の測定値および測定時間とを比較し、pH検出部からの情報に基づいてメタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の有無を判定する解析・判定部と、この解析・判定部からの判定結果に基づいて有機性廃棄物供給部を制御する操作部と、を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システムである。
【0008】
本発明は、解析・判定部は、メタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の影響無しと判定し、かつバイオガス生成量の推定値までに要する推定時間よりも、バイオガス生成量の測定値が推定値に到達するのに要した測定時間が大きい場合には、バイオガス生成量の測定値が推定値まで到達するのに要した測定時間後に有機性廃棄物の供給を行なうよう操作部を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理システムである。
【0009】
本発明は、解析・判定部は、メタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の影響無しと判定し、かつバイオガス生成量の推定値までに要する推定時間よりも、バイオガス生成量の測定値が推定値に到達するのに要した測定時間が小さい場合には、バイオガス生成量の推定値までに要する推定時間後に有機性廃棄物の供給を行なうよう操作部を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【0010】
本発明は、解析、判定部は、バイオガス生成量の推定値までに要する推定時間後に有機性破棄物の供給を行った後、所定の安定期間が経過した場合、バイオガス生成量の測定値が推定値まで到達するのに要した測定時間後に有機性廃棄物の供給を行うよう操作部を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理システムである。
【0011】
本発明は、解析・判定部は、メタン発酵槽内の過負荷または阻害物質の影響有と判定した場合には、バイオガス生成量の測定値が推定値の110〜130%に達した後に有機性廃棄物の供給を行なうよう操作部を操作することを特徴とする有機性廃棄物の処理システムである。
【0012】
本発明は、固液分離部は膜を有することを特徴とする有機性廃棄物の処理システムである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0014】
図1は本発明による有機性廃棄物の処理システムの構成例を示すブロック図である。図1に示すように、有機性廃棄物の処理システムは、有機性廃棄物を貯留する原液槽1と、有機性廃棄物を間欠的に供給する有機性廃棄物供給部(ポンプ)2と、有機性廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽3と、メタン発酵槽3から流出する固形成分と液体成分を膜4aにより固液分離する固液分離部4とを備えており、固液分離部4には、pH検出部5が接続されている。
【0015】
またメタン発酵槽3の前段には有機性廃棄物の供給量を検出する流量検出部6と、有機性廃棄物中の固形物量を検出する入側濃度検出部7が設けられている。
【0016】
メタン発酵槽3には発酵槽3内の固形物濃度を測定する発酵槽濃度検出部8が接続されている。さらにメタン発酵槽3には、メタン発酵槽3から生成したバイオガス生成量を検出するバイオガス量検出部9と、バイオガス中のメタン濃度を検出するバイオガス組成検出部10が各々接続される。
【0017】
また、固液分離部4からの固形成分はメタン発酵槽3内へ戻され、他方固液分離部4からの液体成分は外方へ放出される。さらにメタン発酵槽3から生成したバイオガスは外方へ放出されるとともに、その一部はポンプ3aによって固液分離部4へ送られて膜4aを洗浄することができる。
【0018】
なお有機性廃棄物中の固形物量とバイオガス組成が一定と見なせる場合には、入側濃度検出部7とバイオガス組成検出部10を省略することができる。
【0019】
流量検出部6と、入側濃度検出部7と、発酵槽濃度検出部8には、メタン発酵槽3内の固形物濃度に応じたバイオガス発生速度および供給固形物量あたりのバイオガス生成量の推定値を算出し、この値までに要する推定時間を演算する算出部11が接続されている。
【0020】
またバイオガス組成検出部10と、算出部11は、バイオガス生成量の測定値と推定値を比較解析する解析部12に接続されている。さらに解析部12とpH検出部5は、過負荷および阻害物質の有無を判定する判定部13に接続される。判定部13はポンプ2を操作する操作部14を介してポンプ2に接続されている。ところで入側濃度検出部7は、有機性廃棄物の粘度から間接的に有機性廃棄物の濃度を求めることができる。
【0021】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
原液槽1に貯留された有機性廃棄物は、ポンプ2によりメタン発酵槽3内へ一定量供給され、その後ポンプ2が停止する。有機性廃棄物はメタン発酵槽3において、メタン発酵により、メタンを主成分とするバイオガスに分解される。メタン発酵槽3内で発生するバイオガスの量および速度は、メタン発酵槽へ供給される有機性廃棄物量を検出する流量検出部6と、固形物量を検出する入側濃度検出部7と、メタン発酵槽3内の固形物量を検出する発酵槽濃度検出部8とからの情報に基づいて、算出部11で推定することができる。
【0022】
一方、有機性廃棄物が供給された時点からメタン発酵槽3内で発生するバイオガス生成量がバイオガス量検出部9で測定され、この測定値はバイオガスの組成を検出するバイオガス組成検出部10においてバイオガス中のメタン量に変換される。算出部11で推定された値と、バイオガス組成検出部10からの測定値が解析部12で比較され、pH検出部5と解析部12からの情報に基づいて判定部13においてメタン発酵槽3内における過負荷および阻害物質の有無を判定する。判定部13はその後、一定時間経過後に操作部14を介してポンプ2を作動させ、一定量の有機性廃棄物を再度メタン発酵槽3へ供給する。
【0023】
次に算出部11、解析部12および判定部13における作用について詳述する。
メタン発酵槽からのバイオガスのガス発生速度に関して、発明者らはレストランから排出される食品廃棄物を模擬した連続試験を実施したところ以下のような結果が得られた。
【0024】
図2はメタン発酵槽から採取したメタン菌へ一定量の人工基質を投入し、バイオガス生成速度を測定した結果である。図2から、投入基質中に含まれる単位炭素あたりに換算したバイオガス生成量は、メタン発酵が阻害されていない限り一定で、メタン発酵槽内の固形物濃度が、25000mg/kg、55000mg/kg、70000mg/kgおよび90000mg/kgと徐々に増加するのにともない、ガスの生成速度は上昇することが分かる。
【0025】
図3はメタン発酵槽内の固形物濃度55000mg/kgにおける生ごみ投入直後から6時間後までのバイオガス生成速度と、積算ガス量と、メタン濃度を示したものである。投入直後10分間で、一時的にガス発生速度が増加するが、その後ガス生成速度はほぼ一定となり、メタン濃度もほぼ一定を保っている。
【0026】
これらの結果を用いて、算出部11では供給する有機性廃棄物中の有機物量に基づいて、メタン発酵槽3から生成するバイオガスの生成量を推定する。
【0027】
すなわち、まず有機性廃棄物中の固形物濃度と供給量を各々入側濃度検出部7と流量検出部6において検出し、これら固形物濃度と供給量を掛け合わせることにより有機性廃棄物中の有機物量を求める。。
【0028】
またメタン発酵槽3内の固形物量が発酵槽濃度検出部8において検出され、有機性廃棄物中の有機物量と、メタン発酵槽3内の固形物濃度とに基づいて、算出部11においてバイオガス生成量とバイオガス生成速度を推定する。更に算出部11は、このバイオガス生成速度からバイオガスの推定値に到達するのに要した推定時間を算出する。
【0029】
次に解析部12において、算出部11において求められたバイオガス生成量の推定値およびこの推定値に到達するまでの推定時間と、バイオガス量検出部9およびバイオガス組成検出部10から送られてくるバイオガス生成量の測定値および測定時間とを比較する。
【0030】
判定部13では、解析部12からの比較結果と、pH検出部からのpH検出値に基づいて、メタン発酵槽3内の過負荷および阻害物質の有無を判定する。
【0031】
ところで、メタン発酵槽3からの固形成分と液体成分は固液分離部4において分離されており、分離液からは緩衝能をもつ汚泥が除去されているため、固液分離部4の分離液のpHを検出することにより、メタン発酵槽3内の状態をより正確に判定することができる。
【0032】
すなわち判定部13はpH値が7.5以上のときは、過負荷および阻害なしの安全領域と判定し、pH値が7未満のときは過負荷および阻害有りの危険領域と判定する。また判定部13はpH値が7.0〜7.5のときは、過負荷および阻害の可能性がある注意領域と判定する。
【0033】
判定部13は次に過負荷および阻害物質の影響無しと判定し、かつバイオガス生成量の推定値までに要する推定時間よりも、バイオガス生成量の測定値が推定値に到達するのに要した測定時間が大きい場合には、バイオガス生成量の測定値が推定値まで到達するのに要した測定時間後に有機性廃棄物の供給を行なうよう、操作部14を制御し、ポンプ2により一定量の有機性廃棄物をメタン発酵槽3へ供給する(図5)。
【0034】
一方、判定部13は過負荷および阻害物質の影響無しと判定し、かつバイオガス生成量の推定値までに要する推定時間よりも、バイオガス生成量の測定値が推定値に到達するのに要した測定時間が小さい場合には、バイオガス生成量の推定値までに要する推定時間後に有機性廃棄物の供給を行うよう操作部14を制御する(図6)。
【0035】
ところで、判定部13は、図6に示すような制御作用を何回か繰り返して行った後、所定の安定期間が経過した場合、メタン発酵槽3内のメタン発酵作用から順調に行われていると判断する。この場合は、バイオガス生成量の測定値が推定値まで到達するのに要した測定時間後に、有機性廃棄物の供給を行うよう操作部14を制御してもよい。
【0036】
また判定部13は過負荷または阻害物質の影響有と判定した場合には、操作部14を制御して、有機性廃棄物の供給を一時的に停止する。この場合は、メタン発酵槽内のVFA、アンモニア濃度等、詳細な分析を行った後、供給を再開する。
【0037】
ところでメタン発酵槽3内の固形物濃度を発酵槽濃度検出部8により検出する方法は公知の種々の態様が採用され得るが、図4に示したようにメタン発酵槽3内の粘性から固形物濃度(TS濃度)を間接的に求めることもできる。とくに固液分離部4が膜を有する場合には、メタン発酵槽3内の粘性が重要となる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メタン発酵槽内への有機性廃棄物の供給量を制御することによって、システムの立ち上げおよび運転管理を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による有機性廃棄物の処理システムの一実施形態を示す構成図。
【図2】固形物濃度とガス発生速度との関係を示す図。
【図3】生ごみ投入後のガス発生を示す図。
【図4】TS濃度と粘性との関係を示す図。
【図5】判定部による制御作用を示す図。
【図6】判定部による制御作用を示す図。
【図7】判定部による制御作用を示す図。
【符号の説明】
1 原液槽
2 ポンプ
3 メタン発酵槽
4 固液分離部
5 pH検出部
6 流量検出部
7 入側濃度検出部
8 発酵槽濃度検出部
9 バイオガス量検出部
10 バイオガス組成検出部
11 算出部
12 解析部
13 判定部
14 操作部
Claims (5)
- メタン発酵菌により有機性廃棄物を分解する有機性廃棄物の処理システムにおいて、
メタン発酵槽と、
メタン発酵槽からの固形成分と液体成分とを分離する固液分離部と、
メタン発酵槽へ有機性廃棄物を間欠的に供給する有機性廃棄物供給部と、
メタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量を求める流量検出部と、
メタン発酵槽への有機性破棄物の濃度を求める入側濃度検出部と、
メタン発酵槽内の有機性廃棄物の濃度を求める発酵槽濃度検出部と、
固液分離部に設けられたpH検出部と、
メタン発酵槽からのバイオガスの生成量を検出するバイオガス量検出部と、
流量検出部、入側濃度検出部および発酵槽濃度検出部からの情報に基づいて、メタン発酵槽からのバイオガス生成量の推定値と、この推定値までに要する推定時間を演算する算出部と、
算出部からのバイオガス生成量の推定値および推定時間と、バイオガス量検出部からのバイオガス生成量の測定値および測定時間とを比較し、pH検出部からの情報に基づいてメタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の有無を判定する解析・判定部と、
この解析・判定部からの判定結果に基づいて有機性廃棄物供給部を制御する操作部と、を備え、
解析・判定部は、メタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の影響無しと判定し、かつバイオガス生成量の推定値までに要する推定時間よりも、バイオガス生成量の測定値が推定値に到達するのに要した測定時間が大きい場合には、バイオガス生成量の測定値が推定値まで到達するのに要した測定時間後に有機性廃棄物の供給を行なうよう操作部を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 - メタン発酵菌により有機性廃棄物を分解する有機性廃棄物の処理システムにおいて、
メタン発酵槽と、
メタン発酵槽からの固形成分と液体成分とを分離する固液分離部と、
メタン発酵槽へ有機性廃棄物を間欠的に供給する有機性廃棄物供給部と、
メタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量を求める流量検出部と、
メタン発酵槽への有機性破棄物の濃度を求める入側濃度検出部と、
メタン発酵槽内の有機性廃棄物の濃度を求める発酵槽濃度検出部と、
固液分離部に設けられたpH検出部と、
メタン発酵槽からのバイオガスの生成量を検出するバイオガス量検出部と、
流量検出部、入側濃度検出部および発酵槽濃度検出部からの情報に基づいて、メタン発酵槽からのバイオガス生成量の推定値と、この推定値までに要する推定時間を演算する算出部と、
算出部からのバイオガス生成量の推定値および推定時間と、バイオガス量検出部からのバイオガス生成量の測定値および測定時間とを比較し、pH検出部からの情報に基づいてメタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の有無を判定する解析・判定部と、
この解析・判定部からの判定結果に基づいて有機性廃棄物供給部を制御する操作部と、を備え、
解析・判定部は、メタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の影響無しと判定し、かつバイオガス生成量の推定値までに要する推定時間よりも、バイオガス生成量の測定値が推定値に到達するのに要した測定時間が小さい場合には、バイオガス生成量の推定値までに要する推定時間後に有機性廃棄物の供給を行なうよう操作部を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 - 解析、判定部は、バイオガス生成量の推定値までに要する推定時間後に有機性破棄物の供給を行った後、所定の安定期間が経過した場合、バイオガス生成量の測定値が推定値まで到達するのに要した測定時間後に有機性廃棄物の供給を行うよう操作部を制御することを特徴とする請求項2記載の有機性廃棄物の処理システム。
- メタン発酵菌により有機性廃棄物を分解する有機性廃棄物の処理システムにおいて、
メタン発酵槽と、
メタン発酵槽からの固形成分と液体成分とを分離する固液分離部と、
メタン発酵槽へ有機性廃棄物を間欠的に供給する有機性廃棄物供給部と、
メタン発酵槽への有機性廃棄物の供給量を求める流量検出部と、
メタン発酵槽への有機性破棄物の濃度を求める入側濃度検出部と、
メタン発酵槽内の有機性廃棄物の濃度を求める発酵槽濃度検出部と、
固液分離部に設けられたpH検出部と、
メタン発酵槽からのバイオガスの生成量を検出するバイオガス量検出部と、
流量検出部、入側濃度検出部および発酵槽濃度検出部からの情報に基づいて、メタン発酵槽からのバイオガス生成量の推定値と、この推定値までに要する推定時間を演算する算出部と、
算出部からのバイオガス生成量の推定値および推定時間と、バイオガス量検出部からのバイオガス生成量の測定値および測定時間とを比較し、pH検出部からの情報に基づいてメタン発酵槽内の過負荷および阻害物質の有無を判定する解析・判定部と、
この解析・判定部からの判定結果に基づいて有機性廃棄物供給部を制御する操作部と、を備え、
解析・判定部は、メタン発酵槽内の過負荷または阻害物質の影響有と判定した場合には、有機性廃棄物の供給を一時的に停止するよう操作部を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 - 固液分離部は膜を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理システム。
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