JP4348665B2 - 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 - Google Patents
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Description
【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
Claims (5)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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