JP6396676B2 - メタン発酵装置及び含水有機廃棄物の処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、メタン発酵装置及び含水有機廃棄物の処理方法に関する。
ここで含水有機廃棄物としては、食品工場等で発生する高濃度有機廃水、食品原料残渣、及び、家庭、飲食店、コンビニ等から発生する生ごみ、さらには、畜産業から発生する家畜糞尿、並びに、浄水場等で発生する下水汚泥等を挙げることができる。
従来の嫌気発酵であるメタン発酵においては、液体や気体を発酵槽中に噴射する方式や発酵液中に設置したプロペラ型の攪拌機によって攪拌を行う方法は、いずれも発酵槽の一部に推進力を与えて攪拌する方式であるため、攪拌ムラが生じやすく、攪拌が不確実な場合には発酵液中の浮遊物が発酵液上部に蓄積してスカム（浮きかす）を形成する場合がしばしばある。このようなスカムが形成した場合には発酵が滞ってしまい、発酵槽内に存在する嫌気性微生物の生態系が崩れて、発酵が機能しなくなってしまう危険性もある。（以上、特許文献１段落0004から一部編集を加えて引用）。
すなわち、メタン発酵においては、完全に消化しきれずに、未消化の高濃度消化廃液が出ることが多い。また、未消化物が多いため、スカムが表面停滞し、滞留物による槽の閉塞および配管の閉塞が発生し、運転を停止して清掃をする必要があった。
この問題点を解決するために、発酵槽をヘッドスペースができる構造として、このヘッドスペースに達する長さのアームを備えることが提案されている。（特許文献１要約等）
しかし、この技術でも水平回転軸両端の発酵槽両側壁に対するシール性が要求されるメカニカル部を備える必要があり、定期的なメインテナンスを必要とした。
しかし、この技術でも水平回転軸両端の発酵槽両側壁に対するシール性が要求されるメカニカル部を備える必要があり、定期的なメインテナンスを必要とした。
また、メタン発酵で生成するバイオガスは、標準的にメタン（ＣＨ4）が約60vol％、二酸化炭（ＣＯ2）40vol％とともに微量の硫化水素（Ｈ2Ｓ）約0.2vol％が含まれる（特許文献３段落0003参照）。硫黄含有化合物が、酸素の無い状態で微生物に分解されることにより、硫黄成分が還元されて硫化水素となるためである。バイオガス中の硫化水素の濃度が高くなると、バイオガスの品質を低下させるだけでなく、メタン発酵を阻害する。
そのような場合、通常、酸化鉄や活性炭を利用する乾式脱硫方式に比して安価である生物脱硫塔が使用される（特許文献１段落0005、特許文献２段落0010、特許文献３段落0005等）。
そして、生物脱硫塔で生成する硫酸は、循環水の酸性度を増大させるため中和させる必要がある。この中和にバイオガス生成に際して副生するアンモニアを利用することが提案されている（特許文献４要約等）。
本発明は、攪拌のためのメカニカル機構を備えない簡単な構造で、且つ、攪拌効率も良好で消化率を増大させることができるメタン発酵装置および該メタン発酵装置を用いた含水有機廃棄物の処理方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記各構成のメタン発酵装置(1)及び含水有機廃棄物処理方法(2)に想到した。
(1) 含水有機廃棄物からの発酵原液を嫌気発酵させるメタン発酵槽と、脱硫を行う脱硫塔と、前記メタン発酵槽からのバイオガスを前記脱硫塔で脱硫を行い又は脱硫を行わずに貯留するガスホルダとを備えるメタン発酵装置であって、
前記メタン発酵槽が、
縦型の回流仕切り壁、該回流仕切り壁の内側及び外側の少なくとも一方に充填される接触床、発酵槽に供給される発酵原液を循環させる循環配管を備え、
該循環配管は、循環方向に循環ポンプ及び吸引噴射器を備え、
前記吸引噴射器は、ガスホルダとバイオガスを吸引可能に接続され、
前記循環配管の先部に噴射管が接続されるとともに、該噴射管の噴射口が回流仕切り壁の内側又は外側の下方開口に臨むように配されて、
該噴射口からバイオガスが吸引混合された前記発酵原液を噴射させることにより、前記回流仕切り壁を挟んで旋回流を発生するようにしたものであり、
前記脱硫塔が、
塔中間高さ位置に微生物担体が充填されるとともに、該微生物担体の下方に液貯留部を、同上方にシャワーパイプを備え、また、
前記脱硫塔の液貯留部に元部が接続され、前記シャワーパイプに先部が接続される液循環配管を備え、
該液循環配管は、循環方向に循環ポンプ及び吸引噴射器を備え、
前記微生物担体の直下高さ位置にバイオガスを導入可能とされ、
前記微生物担体が、水圧により扁平度を変化させ得る撓み性を有する合成樹脂製の扁平網状筒体の充填体で形成されている、ことを特徴とする。
前記メタン発酵槽が、
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前記吸引噴射器は、ガスホルダとバイオガスを吸引可能に接続され、
前記循環配管の先部に噴射管が接続されるとともに、該噴射管の噴射口が回流仕切り壁の内側又は外側の下方開口に臨むように配されて、
該噴射口からバイオガスが吸引混合された前記発酵原液を噴射させることにより、前記回流仕切り壁を挟んで旋回流を発生するようにしたものであり、
前記脱硫塔が、
塔中間高さ位置に微生物担体が充填されるとともに、該微生物担体の下方に液貯留部を、同上方にシャワーパイプを備え、また、
前記脱硫塔の液貯留部に元部が接続され、前記シャワーパイプに先部が接続される液循環配管を備え、
該液循環配管は、循環方向に循環ポンプ及び吸引噴射器を備え、
前記微生物担体の直下高さ位置にバイオガスを導入可能とされ、
前記微生物担体が、水圧により扁平度を変化させ得る撓み性を有する合成樹脂製の扁平網状筒体の充填体で形成されている、ことを特徴とする。
(2)含水有機廃棄物を、液状若しくはスラリーの場合はそのまま、又は、固状の場合若しくはスラリーを形成しない固状を含む場合は破砕して発酵原液として、メタン発酵によりバイオガスを生成させる含水有機廃棄物の処理方法であって、
前記メタン発酵を、脱硫塔を備えた上記（１）のメタン発酵装置を用いて行うとともに、前記脱硫塔から発生する脱硫済みの消化液を好気生物処理槽に導入し、さらに沈殿槽を経て、河川に放流可能な汚染濃度に浄化処理することを、特徴とする。
前記メタン発酵を、脱硫塔を備えた上記（１）のメタン発酵装置を用いて行うとともに、前記脱硫塔から発生する脱硫済みの消化液を好気生物処理槽に導入し、さらに沈殿槽を経て、河川に放流可能な汚染濃度に浄化処理することを、特徴とする。
以下、本発明に係るメタン発酵装置および含水有機廃棄物の処理方法について、図例に基づいて、作用とともに説明する。
図１は、一実施形態における、含水有機廃棄物３２の処理方法の流れ図である。
含水有機廃棄物３２は、前処理として、異物（無機物等）を除去しておく。含水有機廃棄物が、有機廃棄物が液状若しくはスラリーの場合はそのまま発酵原液７とし、固状の場合は、適宜、注水しながら中間粉砕機３３でスラリー状として、発酵原液７とする。ここで、粉砕粒径は、５mm以下、望ましくは３mm以下、さらに望ましくは２mm以下とする。発酵原液７をメタン発酵装置のメタン発酵槽１に供給容易とし、且つ、メタン発酵に際して発酵分解を促進させるためである。
ここで、発酵原液となる含水有機廃棄物としては、前述の技術分野の項で挙げたものを使用できる。
通常、液又はスラリーである発酵原液７は、原液貯槽３５に貯留しておき、該原液貯槽３５の底部流出口３７に接続され、供給ポンプ３６を備えた原液供給配管３８を介してメタン発酵装置のメタン発酵槽（以下、単に「発酵槽」と称することがある。）１に供給する。メタン発酵槽１への原液供給量は、供給配管３８に備えられている液流量計３０及び流量制御弁３１により制御する。
また、含水有機廃棄物３２が家畜糞尿等を含む場合、原液貯槽３５の原液供給配管３８の供給ポンプ３６とメタン発酵槽1の原液供給口３９との間に、衛生処理タンク（図示せず）を設けて、加熱処理（例えば、70〜72℃×１ｈ）して殺菌・不活性化しておくことが望ましい。これにより、消化液の直接液肥化や、沈殿槽５１で発生する沈降汚泥６１をコンポスト（堆肥）４０とすることが容易となる。
そして、本実施形態のメタン発酵装置は、含水有機廃棄物３２からの発酵原液７を嫌気発酵（メタン発酵）させる発酵槽１と、発酵槽１からのバイオガスの脱硫を行う生物脱硫塔１７、及び，脱硫後のバイオガスを貯留するガスホルダ１０とを備えたものである。
ここで、発酵槽１の最上部に設けられたガス出口１５と生物脱硫塔１７の底部側の側面（微生物担体１９の直下位置高さ）に設けられたガス流入口１８の間は一次ガス配管１６で接続されている。また、発酵槽１の越流口４１と、生物脱硫塔１７の底部側の液貯留部２０の側面に形成された液流入口５６との間は、消化液移送配管４２で接続されている。微生物担体１９の生物脱硫塔１７の上端側に設けられたガス流出口２８とガスホルダ１０の底部流入口（図示せず）との間は二次ガス配管１６Ａで接続されている。さらに、ガスホルダ１０の底部還流口（図示せず）との間はガス還流配管１２で接続されている。
なお、メタン発酵で生成するバイオガスおよび消化液中にＨ2Ｓを実質的に含まず脱硫を行わない場合は、バイオガス１１を、ガスホルダ１０に脱硫塔１７を経ずに直接導入することもできる。
上記発酵槽１は、図２に示す如く、通常、竪型とされている。発酵槽１からガスホルダ１０へのバイオガスの排出導入を、気体輸送機を用いずに行うことが容易となるためである。
発酵槽１の断面は、図例では円形であるが、楕円形、矩形、多角形等任意である。また径（一辺）と高さの比は、１：1〜１：５程度が好適である。発酵槽１の材質は、鋼板製、樹脂製、コンクリート製等任意である。
なお、発酵槽１は、図示しないが、保温乃至加温のために、断熱材で被覆されているとともに、加熱手段を外部又は内部に備えている。加熱手段としては、電気ヒータ、蒸気直噴、ジャケット構造（温水乃至蒸気）等を挙げることができる。そして、これらの加熱手段で、中温発酵の場合は、例えば、30〜40℃に、高温発酵の場合は、例えば、50〜60℃にそれぞれ、槽内温度を制御する。
発酵槽１は、縦型の回流仕切り壁２、該回流仕切り壁２の内側及び外側の少なくとも一方に充填される接触床４、及び、発酵槽１に供給される発酵原液を循環させる循環配管８を備えている。
図２に示す本実施形態では、回流仕切り壁が上昇流管（ドラフトチューブ）２で形成されている。そして、接触床６４は、上昇流管２の外側に充填されて形成されている。該接触床６４は、メタン菌を担持可能であれば、紐状、ハニカム状、板状等、特に限定されないが、特公平6-34997号公報で提案されている板状の接触床要素６５で形成することが望ましい（図４参照）。
図例では、接触床６４は、複数個の板状の接触床要素６５が、発酵槽１の内壁上部に取り付けられ、放射状に所定ピッチで切欠きを有する大・小リング体からなる一対の接触床枠１ａ、１ｂに、放射状に懸架保持されている。該接触床要素６５は、図４に示す如く、複数本の扁平網管６６の上・下端に、それぞれ、取り付け部材６７および錘６８が取り付けられ、扁平網管６６の上・下端が閉じられた支持端、自由端とされたものである。扁平網管６６は、図５に示す如く、網管を略完全に押し潰してなる形状である。
接触床６４の構成を、上記の如く、多数本の扁平網管を並列させて、搖動可能に少なくとも上端で連結した板状の接触床要素６５で形成されているものとした場合は、菌増殖フロックが適度に剥離して生成フロックによる閉塞が発生せず、発酵原液との接触面積が安定し、この点からもメタン生成効率が良好となる。
ここでは、上昇流管２の内径を小さくして旋回流を発生し易くしてあるが、上昇流管２の内径を大きくして、上昇流管２の内側にも接触床を形成してもよい。この場合は、エアリフト作用が弱まり旋回流３の攪拌効果が低減するおそれがある。
第一循環配管８は、循環方向に、循環ポンプ６および第一吸引噴射器（エジェクタ）９を備えている。循環配管８の元部が発酵槽１の底部に形成された吸引口５と接続され、先部は噴射管１４と接続されている。また、第一吸引噴射器９には、第二流体入口１３がガスホルダ１０とガス還流配管１２を介して接続されている。なお、ガス流量は、ガスホルダ１０からのガス還流配管１２に取り付けられたガス流量計３０Ａと制御バルブ３１とにより制御される。
また、噴射管１４の噴射口１４ａが上昇流管２の下方開口（回流仕切り壁の内側の下方開口）に臨むように配されている。
そして、噴射口１４ａからバイオガスが吸引混合された被処理液７Ａを噴射させることにより、上昇流管（回流仕切り壁）２の外側から内側に向かう旋回流３が発生する。噴流効果とエアリフトによる対流循環効果の双方の作用により、槽内被処理液７が、液滴状となって、接触床４に何度も繰り返し接触して、メタン細菌を活性化させるため、被処理液７Ａの発酵処理が促進される。こうして、被処理液７Ａ中の有機物は酸生成菌により低級脂肪酸に分解され、ガス生成菌（メタン菌）によってさらに分解され、ＣＨ4とＣＯ2等のバイオガスが生成する。なお、有機物に含硫アミノ酸（システィン等）が含まれる場合、Ｈ2Ｓも生成する。このため、バイオガスおよび消化液（処理済み液)の双方に硫黄成分が含まれ脱硫処理をする必要がある。
なお、発酵槽１における循環流量は、発酵槽１の大きさにもよるが、０．２〜１回転／ｈできる流量が望ましい。したがって、大型装置の場合は、循環ポンプ６及び第一吸引噴射器９の台数を増やせばよい。また、循環ポンプ６の吐出量にバイオガスの吸引量が加算され循環混合流体は比重が小さくなり、循環噴射流の流速を速めるため、相対的に小出力の循環ポンプで旋回流を発生させることができる。
上記のメタン発酵に伴い発生するスカム（浮遊フロック）及び消化液（発酵液）７Ａは槽内旋回流３による噴流攪拌作用によって、スカムを含む消化液７Ａが偏在滞留することなく、且つ、微細化され凝集フロックが生成することない。したがって、発酵槽１の底部に泥状物もほとんど発生しないとともに、越流口（移送口）４１や消化液移送配管４２に閉塞が発生することがない。
そして、発酵槽１で生成したバイオガスは発酵槽１のガス出口１５から排出されて一次ガス配管１６を介して生物脱硫塔１７へ移送される。処理済み液（消化液）７Ａも越流口４１から消化液移送配管４２を介して生物脱硫塔１７へ移送される。ここで、発酵槽１から生物脱硫塔１７のガス流入口１８にバイオガスが差圧で流入する。また、発酵槽１から消化液７Ａが生物脱硫塔１７の液貯留部２０に落差で流入する。
上記生物脱硫塔１７は、硫黄酸化細菌が担持される微生物担体１９が充填されている。
この微生物担体１９は、スポンジ体、ラシヒリング、脱臭用樹脂単体等任意である。特に、前述の特公平6-34997号公報で提案されている図５に示すような扁平網管６６で形成した接触床要素６５（図４参照）や、特許第3170636号公報で提案されている図６に示す扁平網状筒体７０を無数、ラシヒリングと同様に充填させて接触床を形成することが望ましい。後者の場合は、旋回浮遊に際して扁平度が変化することにより、前者の場合は、扁平網管が独立搖動することにより、それぞれ微生物担体１９に閉塞が発生し難くなるためである。
そして、微生物担体１９の下方に液貯留部２０を、同上方にシャワーパイプ２７をそれぞれ備えている。液貯留部２０底部の吸引口２３と、シャワーパイプ２７の消化液吐出口２３Ａとの間には、循環ポンプ２２を備えた第二循環配管２４が配されている。該循環配管２４は、循環方向に循環ポンプ２２及び第二吸引噴射器（エジェクタ）を備えている。そして、前記微生物担体の直下高さ位置にガス導入口１８が形成され、バイオガスを導入可能とされている。
さらに、上記循環配管２４の吐出側に、循環液（消化液）にエアを吸引混合する第二吸引噴射器２５を備えている。なお、第二吸引噴射器２５のエア吸引配管２６は、エア流量計３０Ｂと流量制御弁３１を備え、吸引エア量を制御可能となっている。なお、硫黄酸化細菌が必要とする吸引エア量は、生成ガスの３〜５％である。
そして、循環ポンプ２２を稼働させると、空気が第二吸引噴射器２５で吸引混合された循環液（消化液）が、シャワーパイプ２７から液滴状に噴射される。この結果、微生物担持体１９の下側に発酵槽１から流入したバイオガス１１が、消化液と、微生物担持体１９の部位で向流接触する。
すると、微生物担体１９に担持された硫黄酸化細菌が噴射液中の空気で酸化されて活性化して、Ｈ2Ｓが効率よく酸化されて硫酸（Ｈ2ＳＯ4）となる。こうして、発酵槽１からのバイオガス及び消化液が脱硫される。
ここで、消化液も脱硫させるのは、後述の如く、Ｈ2Ｓは水１容に対して2.3容であり、消化液にもＨ2Ｓが溶けていることが考えられるためである。消化液中のＨ2Ｓが実質的に含まれない場合は、循環液は、市水（水道水）を直接使用したり、後述の如く、消化液を生物処理槽及び沈殿槽等で処理したものを、回収再使用したりしてもよい。後述の浄化処理液を還流使用してもよい。後者の場合は、廃水量を低減できて望ましい。
また、硫化水素及び炭酸ガスの水に対する溶解度は、それぞれ水１容に対して2.3容（25℃）、約１容（常温常圧）である（大木他3名著「化学辞典」東京化学同人、1994年刊参照）。これに対して、メタンは水に殆ど溶けない。このため、バイオガスを水と上記向流接触させることにより、硫化水素は水に吸収されながら硫黄酸化細菌により酸化されるとともに、炭酸ガスも溶解除去される。その結果、バイオガスのメタン比率が増大して、バイオガスの品質が向上することが期待できる。
さらに、メタン発酵に際して、含水有機廃棄物が家畜糞尿の如くタンパク質を多く含む場合、すなわちＣ／Ｎ比が低い場合、発酵原液もＣ／Ｎ比が低すぎて（Ｃ／Ｎ比＝１０未満）、有機酸アンモニウムが生成し、分解有機酸のＣＨ4とＣＯ2への分解が阻害される。このため、バイオガス中及び消化液中のアンモニアは除去することが望ましい。本実施形態では、アンモニアは、生物脱硫塔１７へ導入されて、生物脱硫塔１７で生成する硫酸と反応して中性の安定な硫酸アンモニウムとなる。なお、アンモニアは硫化水素と反応して、水に易容でアルカリ性を示す不安定な硫化アンモニウム（ＮＨ4ＨＳ・ＮＨ3）も生成するが、硫化アンモニウムは生物脱硫塔１７へ導入されて、硫酸と反応して同様に硫酸アンモニウムとなる。このため、アンモニアがメタン発酵および後述の生物処理槽４３における生物浄化を阻害することが殆どない。
脱硫されたバイオガス１１は、ガスホルダ１０に導入される。有水式ガスホルダ１０の内圧は、ゲージ圧で２〜３kPa（200〜300mmAq）程度とする。また、ガスホルダ１０に貯留されたバイオガスは回収ガス５９とし、精製して都市ガス等に販売する。該精製法としては、慣用の膜分離法、吸着法、薬液洗浄法、高圧洗浄法等を挙げることができる。
他方、脱硫された消化液は、生物脱硫塔１７の越流口２１から脱硫液移送配管４２Ａを経て好気生物処理槽４３の底部側の液流入口４４へ導入される。
生物処理槽４３は、旋回流４５を発生させるために縦邪魔板（バッフル）４６を備え、その一方に散気管（曝気管）４７が配され、他方に酸化細菌が担持された接触床６４が配されている。散気管４７からは送風機４８により空気を吹き込み曝気（エアレーション）により接触酸化処理を行う。ここで、接触床６４は、発酵槽１で用いたものを使用可能である。
そして、好気生物処理槽４３の上部に設けられた越流口４９と、沈殿槽５１のセンターウェル５２との間に液落下配管５０が設けられて、好気生物処理槽４３からフロック含有処理済み液が沈殿槽５１へ落差流入するようになっている。なお、好気生物処理槽４３の生物酸化（活性汚泥）処理により発生するフロックは、本実施形態では、凝集沈殿する前に越流口４９から沈殿槽５１へ一次清浄液として移送されるため、好気生物処理槽４３の底部にフロックが沈殿することはない。
沈殿槽５１は、上側中央部に筒状のセンターウェル５２を備えるとともに、該センターウェル５２と槽内壁との間にドーナツ状の越流口５４を備えている。そして、該越流口５４からの清浄化処理液は排水配管５５から廃水溝５８に排水されるようになっている。
図３に発酵槽の他の態様を示す。
この発酵槽１Ａは、槽の内周壁の内側を複数枚（図例では４枚）の邪魔板（回流仕切壁）６０で四角断面の内側と同じく4個の割円断面からなる外側とに区画されている。該四角断面の内側に接触床４が充填され、前記割円断面の各下方開口に噴射管１４を噴射口が臨むように配されている。そして、循環配管８の循環ポンプ６を稼働させて、発酵槽１Ａ内の被処理液７Ａを循環させるに際して、第一吸引噴射器９から、バイオガスが吸引混合された被処理液７Ａを、前記割円断面の下方開口に噴射管１４から噴射させるものである。他の構成は、図２と同様であるので、同一図符号を付してそれらの説明を省略する。
この発酵槽１Ａは、前述の発酵槽１と対比すると、下記長所・短所を有する。
１）長所：多くの旋回流を得やすくなる。
２）短所：邪魔板のコストが嵩む。
次に、上記実施形態における作用・効果の概要をまとめると下記の如くになる。
従来のメタン発酵装置の問題点は、メタン発酵槽内、送出し口及び移送配管等での閉塞が発生し易いことにあり、結果的にバイオガス生成効率も低い。本発明のメタン発酵装置は、これらの問題点を解決できる。
本実施形態のメタン発酵装置は、循環ポンプによる発酵原液を循環噴射させると同時に、該循環流にバイオガスを吸引混合することにより、発酵原液中の懸濁固形分が微細化されるとともに、フロックの発生も抑制される。さらに、発酵原液をバイオガスと混合噴射させることにより発酵原液が液滴状となってメタン菌が活性化してメタンの生成効率が良好となる。
また、循環水量も多いため、どの接触床にも循環水が均一に行きわたる。このため、メタン菌の着床も均一で、バイオガスに全ての接触床が寄与でき、発酵効率が向上する。
さらに、生物脱硫塔においても、Ｈ2Ｓを含有する消化液を、循環ポンプで循環させて吸引噴射器を作動させることにより、エアが吸引混合されて酸素が略飽和状態の循環液が、噴射口から微生物担体に噴射される。このため、微生物担体１９に着床した硫黄酸化細菌で脱硫が効率よく行われる。
本発明における生物脱硫塔は、乾式脱硫の脱硫剤である酸化鉄等を使用しないため、定期的に脱硫剤を交換乃至補充する必要がない。生物脱硫では、Ｈ2Ｓの酸化には、空気中の酸素のみを利用するため、安価に脱硫を継続できる。
メタン発酵により生成した消化液は、適宜、生物脱硫塔を経て好気性の生物処理槽４３にて、沈殿槽５１を経て放流可能に十分な水質（例えば、水質汚濁法排水基準日間平均ＣＯＤ120mg/Lより格段に低値；表２参照）まで浄化できる。
なお、含水有機廃棄物がアミノ酸を含む場合、メタン発酵により生成するアンモニアが発生してｐＨが８以上になると、有機酸アンモニウムが蓄積し、低級脂肪酸のＣＨ4およびＣＯ2への分解が阻害される。
このため、上記実施形態で、生物脱硫塔の酸化反応で生成する硫酸と中和してアンモニアを除去しているが、下記方法でも可能である。
図示は省略するが、特許第2564131号で提案されている下記構成の表面曝気浸漬炉床水処理装置を用いて、消化液中のアンモニアを、曝気水車にて蒸発揮散処理させてもよい。
「生物処理法の一種である固定接触法における接触酸化法に使用される表面曝気浸漬濾床水処理装置において、処理槽の上部に水車を水平に回転可能に固定し、水車の水の掻き出し部材のすぐ下部より前記処理槽の下部に向けて、前記処理槽の幅全域にわたり下部が開放されている回流仕切板を設けて、前記水車の水掻き出し部材の一部が水没する位置に水位を調節し、前記水車の回転により、前記回流仕切板を境にして回流を発生させるように構成するとともに、前記回流仕切板の少なくとも一側に浸漬濾床が配され、該浸漬濾床が扁平網管を主要素とする板状濾床要素を複数枚、並立させて形成されていることを特徴とする。」
また、図１における好気生物処理槽においても、送風機と散気管を用いて曝気する方法であるが、この曝気に際してアンモニアを揮散除去することもできる。好気微生物にとって、アンモニアは阻害要因となるが、生物処理槽を複数槽設け、第1段目にて、曝気処理すれば、アンモニアを揮散除去できる。
生物処理槽に回流接触床を充填することにより、生物処理槽（曝気槽）における活性汚泥量（ＭＬＳＳ：Mixed Liquor Suspended Solid)が大幅に増大することにより、放流可能な処理水が得られる。
含水有機廃棄物の種類によって多少の変化はあるが、中温発酵処理（37〜38℃）を、メタン発酵槽の滞留時間10〜15日程度で、400〜1200L/kg-vs（有機物原料１kg当たりのガス発生量）のバイオガスが得られる。そのときの、メタンガスと炭酸ガスの比は、前者/後者＝54/46〜69/31の範囲内である。そして、得られたバイオガスの低発熱量は、21000〜23000ｋJ/ｍ3である。
それぞれ下記各仕様の装置（槽・塔）を用いて、各有機廃棄物の処理を行った。
＜メタン発酵槽１（１基）＞
・槽寸法・・・800φ×1400Ｈ
・槽容量・・・500Ｌ
・接触床容量・・・300Ｌ
・循環ポンプ（１台）・・・32A×40Ｌ/分×10ｍＨ×0.25ｋＷ
・吸引噴射器（２基）・・・32A×32A
・加温ヒータ（１基）・・・１kw
・槽寸法・・・800φ×1400Ｈ
・槽容量・・・500Ｌ
・接触床容量・・・300Ｌ
・循環ポンプ（１台）・・・32A×40Ｌ/分×10ｍＨ×0.25ｋＷ
・吸引噴射器（２基）・・・32A×32A
・加温ヒータ（１基）・・・１kw
＜生物脱硫塔１７（１基）＞
・塔寸法・・・350φ×1600Ｈ
・微生物担体容量・・・350φ×900Ｈ＝85Ｌ
・水槽容量・・・350φ×400Ｈ＝38Ｌ
・循環ポンプ（１台）・・・25Ａ×30Ｌ/分×10ｍＨ×0.2ｋＷ
・吸引噴射器（１基）・・・25Ａ×25Ａ
・塔寸法・・・350φ×1600Ｈ
・微生物担体容量・・・350φ×900Ｈ＝85Ｌ
・水槽容量・・・350φ×400Ｈ＝38Ｌ
・循環ポンプ（１台）・・・25Ａ×30Ｌ/分×10ｍＨ×0.2ｋＷ
・吸引噴射器（１基）・・・25Ａ×25Ａ
＜好気生物処理槽４３（２槽式１基）＞
・槽寸法・・・Ｗ800×Ｌ1200×Ｈ1200
・槽容量・・・400Ｌ×２槽＝800Ｌ
・接触床容量・・・250Ｌ×２槽＝500Ｌ
・送風機・・・25Ａ×0.2ｍ3/分×0.1kgf/cm2×0.4kW
・槽寸法・・・Ｗ800×Ｌ1200×Ｈ1200
・槽容量・・・400Ｌ×２槽＝800Ｌ
・接触床容量・・・250Ｌ×２槽＝500Ｌ
・送風機・・・25Ａ×0.2ｍ3/分×0.1kgf/cm2×0.4kW
＜沈殿槽５１（１基）＞
・槽寸法・・・800φ×1200Ｈ
・槽寸法・・・800φ×1200Ｈ
＜有水式ガスホルダ１０（1基）＞
・有水タンク寸法・・・600φ×600Ｈ＝140Ｌ
・ガスホルダ寸法・・・450φ×800Ｈ＝125Ｌ
・ガスゲージ圧・・・２〜３kPa（200〜300mmAq）
・有水タンク寸法・・・600φ×600Ｈ＝140Ｌ
・ガスホルダ寸法・・・450φ×800Ｈ＝125Ｌ
・ガスゲージ圧・・・２〜３kPa（200〜300mmAq）
＜中間粉砕機（一軸回転刃式破砕機）３３（1基）＞
・シリンダ寸法・・・200φ×Ｌ300
・動力・・・2.2kW
・シリンダ寸法・・・200φ×Ｌ300
・動力・・・2.2kW
＜原液貯槽３５（１基）＞
・槽寸法・・・Ｗ500×Ｌ800×Ｈ500＝200Ｌ
・供給ポンプ（１台）・・・25Ａ×30L/分×10mH×0.2kW
・槽寸法・・・Ｗ500×Ｌ800×Ｈ500＝200Ｌ
・供給ポンプ（１台）・・・25Ａ×30L/分×10mH×0.2kW
そして、下記特性の各食堂生ごみを粉砕して、又は豚糞尿はそのまま、それぞれ発酵原液とした。これらの発酵原液を、表１に示す条件で、メタン発酵（中温発酵：約35℃）及び一連の後処理を行った。なお「ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）」は、重クロム酸で酸化するＣＲ法に準じて測定した。
＜食堂生ごみ＞
・含水率：85％、ＣＯＤ：200ｇ/kg、粉砕大きさ：約２mm。
・含水率：85％、ＣＯＤ：200ｇ/kg、粉砕大きさ：約２mm。
＜豚糞尿＞
・含水率:90％、ＣＯＤ：90ｇ/kg、粉砕せずにそのまま。
・含水率:90％、ＣＯＤ：90ｇ/kg、粉砕せずにそのまま。
そして、バイオガス生成量・組成および消化液・浄化処理水の各ＣＯＤについて計測した結果を、表２に示す。該表２に示す結果から、良好な組成のバイオガスが得られるとともに、河川に放流可能な十分に低いＣＯＤを有する浄化処理水が得られることが確認できた。
１・・・（メタン）発酵槽
６・・・メタン発酵槽の循環ポンプ
７・・・発酵原液（被処理液）
７Ａ・・・消化液（処理済み液）
９・・・第一吸引噴射器
１０・・・有水式ガスホルダ（ガスホルダ）
１７・・・生物脱硫塔
１９・・・微生物担体
２２・・・脱硫塔の循環ポンプ
２５・・・第二吸引噴射器
２７・・・シャワーパイプ
３２・・・（含水）有機廃棄物
３３・・・中間粉砕機
３５・・・原液貯槽
４３・・・好気生物処理槽
５１・・・沈殿槽
６４・・・接触床
６・・・メタン発酵槽の循環ポンプ
７・・・発酵原液（被処理液）
７Ａ・・・消化液（処理済み液）
９・・・第一吸引噴射器
１０・・・有水式ガスホルダ（ガスホルダ）
１７・・・生物脱硫塔
１９・・・微生物担体
２２・・・脱硫塔の循環ポンプ
２５・・・第二吸引噴射器
２７・・・シャワーパイプ
３２・・・（含水）有機廃棄物
３３・・・中間粉砕機
３５・・・原液貯槽
４３・・・好気生物処理槽
５１・・・沈殿槽
６４・・・接触床
Claims (5)
- 含水有機廃棄物からの発酵原液を嫌気発酵させるメタン発酵槽と、脱硫を行う脱硫塔と、前記メタン発酵槽からのバイオガスを前記脱硫塔で脱硫を行い又は脱硫を行わずに貯留するガスホルダとを備えるメタン発酵装置であって、
前記メタン発酵槽が、
縦型の回流仕切り壁、該回流仕切り壁の内側及び外側の少なくとも一方に充填される接触床及び被処理液を循環させる循環配管を備え、
該循環配管は、循環方向に循環ポンプ及び吸引噴射器を備え、
前記吸引噴射器は、前記ガスホルダとバイオガスを吸引可能に接続され、さらに、
前記循環配管の先端側に噴射管が接続されるとともに、該噴射管の噴射口が前記回流仕切り壁の内側又は外側の下方開口に臨むように配されて、
該噴射口からバイオガスが吸引混合された前記被処理液を噴射させることにより、前記回流仕切り壁を挟んで旋回流が発生するようにしたものであり、
前記脱硫塔が、
塔中間高さ位置に微生物担体が充填されるとともに、該微生物担体の下方に液貯留部を、同上方にシャワーパイプを備え、また、
前記脱硫塔の液貯留部に元部が接続され、前記シャワーパイプに先部が接続される液循環配管を備え、
該液循環配管は、循環方向に循環ポンプ及び吸引噴射器を備え、
前記微生物担体の直下高さ位置にバイオガスを導入可能とされ、
前記微生物担体が、水圧により扁平度を変化させ得る撓み性を有する合成樹脂製の扁平網状筒体の充填体で形成されている、
ことを特徴とするメタン発酵装置。 - 前記接触床が、多数本の扁平網管を並列させて、搖動可能に少なくとも上端で連結した板状接触床要素で形成されていることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵装置。
- 前記微生物担体が、多数本の扁平網管を並列させて、搖動可能に少なくとも上端で連結した板状接触床要素の充填体で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタン発酵装置。
- 前記脱硫塔が、さらに、液貯留部にメタン発酵槽からの消化液を導入可能とされている、ものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメタン発酵装置。
- 含水有機廃棄物を、液状若しくはスラリーの場合はそのまま、又は、固状の場合若しくはスラリーを形成しない固状を含む場合は中間粉砕機で粉砕して発酵原液として、メタン発酵によりバイオガスを生成させる含水有機廃棄物の処理方法であって、
前記メタン発酵を、請求項４に記載のメタン発酵装置を用いて行うとともに、前記脱硫塔から発生する脱硫済みの消化液を好気生物処理槽に導入し、さらに沈殿槽を経て、河川に放流可能な汚染濃度に浄化処理することを、特徴とする含水有機廃棄物の処理方法。
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