JPS61178016A

JPS61178016A - 消化槽におけるメタンガス回収方法

Info

Publication number: JPS61178016A
Application number: JP60018937A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yasuda; 安田　顕弘; Goro Fujiwara; 藤原　護朗; Tamotsu Kodera; 小寺　保
Original assignee: Takuma Research and Development Co Ltd
Current assignee: Takuma Research and Development Co Ltd
Priority date: 1985-02-01
Filing date: 1985-02-01
Publication date: 1986-08-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野：本発明は、有機性廃液の嫌気性メタン発酵消化槽にかけ
る生成混合ガス中の、メタンガス若しくは炭酸ガスにそ
れらの注状に固有の挙、助をとらせることにより、特、
′こメタンガスも濃縮すると共に回収の効率化を図る方
法に係るものである。

従来技術：嫌気性メタン発酵消化槽（以下消化槽と称する。）にお
いて生成される主としてメタンガスと炭酸ガスとの混合
ガス（以下消化ガスと称する。）中のメタンガスを濃。

、宿する方法としては、（イ）ＮａＯＨなどによるアル
カリ洗浄法、（ｏ）　　Ｋ２ＣＯ，などによる熱アルカ
リ洗浄法、（ハ）　ＭＫＡ（モノエタノールアミン）、
ＤＥＡ（ジェタノールアミン）などによるアミンプロセ
ス、（→　モレキュラーシープなどの吸着作用を利用したＰ
ＳＡ方式、などがφるが、０）は薬品コストが嵩むこと、に）はモ
レキュラー７−プの再生に安するエネルギーコストが高
くつくこと、（ロ）（ハ）は設備賛が鳩く、なり大容量
の処理を行う場合にしか採用できないこと等υ諸点に問
題がめる。

また、消化槽に炭酸ガスを吹込むことによりＣＯ２分圧
を＾くしてメタン発酵を促進し、消化プロセスを短時間
に進行させ得ることは、たとえば特公昭５７−４６９１
３号にも開示されているごとく公知であるが、こｎらの
方法では消化槽内空間に他系から００２ガスを導入充填
し、或いはＣ０２吸収液を消化原料液に供給する手段が
とらｎでいる。

発明の目的：本発明は斯かる現況に鑑み、消化旧に２けるメタン発酵
を促進すると共に、生成するメタンガスを幼果的に回収
する手段を提案せんとしてなされたもので、具体的には
消化ガス中の各組成ガス金濃縮することによりメタンガ
スリッチなガス体と炭酸ガスリッチなガス体とに分離し
、前者からはメタンガスを効率よく回収し、後者は消化
槽に饋還してメタ／発酵を促進し、これらの協働により
消化槽にしけるメタンガス回収金高能率とする方法の提
供を目的としている。

発明の構成；本発明方法は、消化槽で生成する消化ガスを、非多孔質
高分子膜で２室に区分されたチャ／パーの一方の室に供
給し、高分子膜を透過することなくこの膜に６ってその
まま排出されるガスを濃縮さ八たメタンガスとして取出
すと共に、高分子膜で隔離された他方の室を減圧状態と
することにより、高分子膜を透過してきたガスｔ−濃縮
された炭酸ガスとして消化槽に鳩還し、消化槽内のＣＯ
！分圧全高め、これによって炭酸ガスのメタン化を促進
するものである。本発明方法の具体化に際しては、在来
の嫌気性消化設備に加えて高分子膜チャンバーと真空ポ
ンプとを付設するだけで済み、イニシャルコストは安価
でろりランニングコストも殆んど真空ポンプの動力費だ
けのため、前記他方式にみるごとき、薬品を多量に使用
したり、１００°Ｃ以上の加熱用熱源又は高圧が不用史
、従来法に比べて低廉である。

以下、本発明方法の１具体例を図面に基づき説明する。

第１図に示すように、嫌気性メタン発酵消化槽（１）で
生成したメタンガスと炭酸ガスとの混合ガスは上部から
取出され、ガス配管（２）を通シガス循壌グロアー（３
）にて７ＪＯ圧され、ガス配管（４）の途中で、後記高
分子膜チャンバー（２）から真空ポンプ四を経て送らル
てくる濃縮さｎた炭酸ガスとよく混合され、しかる後消
化槽内中央部に設けたドラフトチューブ（５）内のノズ
ル（６）から消化槽（１）内に放出される。このガスの
ドラフトチューブ（５）内での上昇に伴って消化槽（１
）底部の消化液が吸い上げられ、消化液への炭酸ガスの
溶解が行われ、充分に炭酸ガスを溶解した消化液が充填
層（７）部をゆっくりと下方に流れる過程でメタン菌に
よる消化作用が行われる。

−万、生成した消化ガスは配管（８）から取出され、た
とえば、有水式のガスホルダー（９）に貯留され、つい
で、配管αｑ、ガスブロアー（２）、送入配管（６）を
経て高分子膜チャ／パー（至）に送られる。高分子膜チ
ャ／パー（至）は高分子膜（ロ）とこの膜で区分された
非透過ガス室（ト）と透過ガス室（至）とからなってお
り、高分子膜α◆は平膜、スパイラル又は中空系などに
モジュール化されている。

、Ｊｉ％分子膜チャンバーａａｌｃ送入された消化ガス
は、真空ポンプ四による吸引で透過ガス室ｑ・が電圧と
なるために炭酸ガス組成分は高分子膜α荀を透過して透
過ガス室Ｑ時に移行し、メタンガス成分は高分子膜ＩＪ
４に宿って非透過ガス室（ト）に残り、メタンガスリッ
チに濃縮さルたガス体は送入配管（６）の下流にめるメ
タンガス取出管（ロ）から排出され、通常のガスホルダ
ーに貯えられるか、或いは必要に応じて直接使用される
。また、透過ガス室（至）に移行した炭酸ガスリッチな
ガス体は配管（至）を経て真空ポンプ（至）のエキシス
トとなって虐遁配−ｅＧＯを通り上記ガス配管（４）に
合流し、この管内を流れる消化ガスと混合され消化槽（
１）へ還流する。

発明の作用；次に斯かる構成により行われる本発明方法の機作につき
詳説する。

消化槽（１）に投入された有機性廃液は、消化槽（１）
内の各種嫌気性菌の作用を受けて分解されるが、＠１段
階は高分子有機質が通性嫌気性菌群（基質分解菌）によ
りいったん低分子中間生成物、すなわちアルコール、有
機酸、有機塩などに分解する。この場合、多量の水素と
少量のメタンガスとが遊離するので第１段階の消化は「
水素発酵」とも言われる。

ついで第２段階では、低分子中間生成物が絶対嫌気性一
群（メタン直）により、水各性悪機吻とガスとに分解さ
れる。すなわち、炭酸ガス、メタンガス、アンモニアな
どになるが、同時にメタンガスを多量に生成するので第
２段階の消化は「メタン発酵」とも言われる。

アンモニアは亜硝酸アンモンの形で消化液中に残るから
、結局メタンガス、炭酸ガスを生成分とし、少量の水素
及び硫化水素を含むガスが消化槽かうの生成ガスとなり
、一般に消化ガスとして扱われる。

このような消化ガスは、メタンガスが６５〜７０高分子
膜チャンバーは、上記のごとき構造となされているが、
高分子膜の種類としては非多孔質膜が好ましく、この膜
は、膜を形成する高分子鎖の間隙が熱振動により揺いで
いることを利用して気体を透過させるもので、高分子膜
を気体が透過する機構は、（＆）　　高分子膜表面に気体が溶ける・・・溶解、（
ｂ）　　ｆｉ体の溶解によって生ずる濃度勾配により、
上記高分子鎖の間隙に拡がり移動する・・・拡散、（ｅ）　　高分子膜の低ｆＩ＆度側へ達した気体が離反
する・・・脱離又は蒸発、から成り立っており、透過７）！Ｉ易度或いは透過速度
は、気体の種類、高分子膜の種類若しくは厚さ、高分子
膜を挾む両側の室の圧差により異り、これらを適宜設定
することにより非透過ガス体又は透過ガス体を選択でき
る。

一般に非多孔質膜での定量気体の透過速度は次式によっ
て表わされる。

ここに、透過推進力は、それぞれの気体について高分子
膜の両側の分圧差で示される。

従って、高分子ｒＪＩＸを用いて混合気体を分離すると
きの度合を示す分離係数（１２）は、たとえばメタンガ
スと炭酸ガスとの２成分系の場合、次式のようにそれぞ
れのガスの透過係数の比で表わすことができる。

すなわち、分離機能を重点に高分子膜を選定するに際し
ては、それぞれのガスの透過係数比、つまシ分離係数（
α）の大なることが基本的条件となる。

本発明方法に用いるのは種種の実験の結果、弗素樹脂全
ベースとした高分子膜で炭酸ガスとメタンガスとの分離
係数（α）が１２のものなどが好適でろるが、他にもＣ
Ａ膜（セルローズアセテート膜）の１種のα＝２７程（
の非常に大きな分離係数、ｔ−有する膜を用いてもよい
ことは勿論であり、本発明方法の要旨である高分子膜と
消化槽とを組合わせた相乗効果によシ、メタンガスを濃
縮すると共にその収得の効率化を図る機作からすれば、
上記分離係数はα＞１０であればよく、このような機能
をもつ高分子膜であればその種類には拘らない。

また、高分子膜を気体が透過する・Ｄに要する透過推進
力は、高分子膜を挾んだ画室におけるそれぞれの気体成
分の分圧差でるるか、この分圧差を生ぜしめる方法は、
高分子＋’Ａを挾む一方の室を常圧（消化槽の圧力。）
とし他方の室を真空ポンプによシ減圧すルばよいが、場
合によっては、一方の室を加圧し他方の室を常圧にして
も、或いは一方の室を加圧し他方の室を減圧してもよく
、分離せんとする混合気体の成分と以後の処理段階に２
ける圧分布のバランスとにより適宜方法を選択できる。

メタン歯には、太陽エネルギーと葉緑素が無くても炭酸
ガスを分解する能力があり、消化のａｔ段階で発生した
水素・脂肪を含有するアルコール及び脂肪酸の力を借り
て炭酸ガスをメタンガスに還元する作用をなす。同時に
脂肪酸は水を還元剤又は水素供与体としてメタン還元が
行わｎ、これらの反応の作表的な式を以下に示す。

ＣＯ□＋４Ｈ，−α、　＋　２Ｈ１０Ｃｏ２＋　ｚＣ，０，ＯＨ−ＣＭ４＋　２ＣＨ，Ｃ０Ｏ
Ｈ■、　＋　２ＣＢｄ、Ｃ０ＯＨ＋Ｈ２０→ＣＨ，＋４
ＣＨ，Ｃ■Ｈ発明の実権例：次に本発明方法の具体例による幾つかの実施例につき説
明する。

〔実験例〕

先づ比較例として高分子膜チャンバーを付帯させない従
来法によりメタン発酵を行った。

すなわち、下水汚泥の熱処理分離液を、充填材を５００
１充填した卵形消化槽に投入し嫌気性消化試験を下記条
件で実施した。

熱処理分離液の投入量　　　　　　１６０１／日ｌ　　
のＣ０Ｄｃｒ１１，６００　Ｑ／ｌｌＩ　　　の滞留日
ａ　　　　　　３．１日消化槽の温度　　　　　　　　
　３６〜３７°Ｃ上記条件による実験結果は下記のとお
りであった。　− 消化槽から生成するガス量　　　　５９４　ｅ／日組成
はＣＨ４濃度　　　　６６．１１ｃｏ、　　’　　　　　　３１．９１Ｈ！　　＃　　　　　　Ｏ−０２Ｔ。

処理水の■Ｄｃｒ４，６００４／ＩＩ　　　ｐＨ７，８従って、メタンガス生成量は３９３１７日　と計算され
る。

〔実施例１〕実験例と同一の条件により消化槽を運転ｒると共に、消
化槽から発生するガスを高分子膜チャンバーに導入し、
透過ガス室を減圧して炭酸ガスリッチなガス体をこの側
に流通させ、そして消化槽に填還した。

又、非透過ガス室に２いて高分子膜に沿って流れるメタ
ンガスリッチなガス体は、４品ガスとして外部へ取出し
た。

偽分子嗅は弗素樹脂系ＣＯｖ’　ｃＨａ分離係数１２の
もので、巾２Ｂ□ｓａｗｘ長さ６００１１１１の膜１枚
を平膜に形成したもので、非透過ガス室は常圧に、又透
過ガス室は真空度３００　Ｔｏｒｒ、の減圧に設定し、
下記のとンりの結果を得た。

消化槽から生成するガス量　　　ｘ、ｘ９ｚＩｌ／日組
成はＣＭ４４度　　　　６２９チＣＯ，＃　　　　　　３５．１チＨ！　　＃　　　　　　０−０２チ濃縮されたメタンガスｆ　　　　　６０２ｇ／日組成ハ
ｃｔｔ、　濃度７２．５　％ ■＝　１　　　　　２５．３チＨ！ｌ　　　　　微少１縮された炭酸ガスｉ　　　　　　　５９０１／日組成
はＣＨ，濃・尤　　　　５３．３チＣＯ，＃　　　　　
　４４．７％Ｈ２Ｉ　　　　　　θ、０３憾処理水の■Ｏｃｒ　　　　　　　　４．７００Ｗｌ／１
１ｐＨ７，６従って、メタンガス生成量は４３６１７日　となり、メ
タンガス収率は実験例に対し１０．９％の向上をみた。

〔実権例２〕実施例１と同一の条件で消化ｆｌを運転すると共に、同
材質の高分子膜を３枚とし、透、Ｉａガス室は真空度２
００　Ｔｏｒｒ、の減圧に設定し、下記のとおりの結果
を得た。

消化槽から生成するガスｔ２，３７０１／日組成はＣｆ
（、濃度　　　　５９．８４■！　　’　　　　　　３
８．２％Ｈ＊　　’　　　　　　ｏ、ｏｚ＊濃縮されたメタンガスｔ　　　　　　５９５１７日組成
はＣＨ４！１度　　　　７９．１％Ｃ０２譲度　　　　
１８．８４Ｈ８Ｉ　　　　　微少濃縮された炭酸ガス量　　　　　１，１７１／日組成は
α４濃度　　　　５３．４チ ■！　　’　　　　　　４４．６’１６Ｈ，Ｉ　　　　
　　Ｏ，０３％逃理水のＣ０Ｄｃｒ　　　　　　　　４．５００　Ｑ／
　ＩＩ　　　ｐＨ７，５従って、メタンガス生成量は４７１１７日　となり、メ
タンガス収率は実験例に対し１９．８％の向上をみた。

発明の効果：本発明方法は高分子膜チャンバーと消化槽とを組合せる
ことにより、濃縮したメタンガスを、消化槽で生成した
メタンガス濃度よりも５−以上濃度を上げて回収すると
共に、従来法によれば廃棄するか又は高い設備費と経常
費を要する炭酸ガス洗浄法等によす分離回収していた炭
酸ガスを、高分子膜チャンバーを流通させることによシ
濃縮された炭酸ガスとなし、これを消化槽へ１還させる
ことにより（透過ガス室金介して饋還される炭酸ガスリ
ッチなガス体量は、非透過ガス室より取出されるメタン
ガスリッチなガス体量の１〜５倍とすることが好ましい
。

）消化槽でのメタン化を一層促進し、メタンガスの収率
向上を可能としたのである。

実験例の結果から明らかなごとく、消化ガスを高分子膜
チャンバーに供給して得らルる濃縮されたメタンガス濃
度は、６６．１１から７１５チないし７９．１１に濃縮
さｎ１収得の効率も１０．９％ないし１９．８１促進さ
ｎている。また、生成ガス総量は、高分子膜チャンバー
の設置り有無にＡ係なく殆んど増減がないことから、上
記現象は消化槽内で炭酸ガスのメタンガスへの還元反応
が促進されたことを示し、その原因は消化槽内の炭酸ガ
ス濃度が３１．９チから３５．１％ないし３８．２チヘ
上昇していること、すなわち消化槽内での炭酸ガス分圧
の上昇により液中への炭酸ガスの溶解菫が増力口し、こ
れによりメタン菌の増殖作用が活性化されたことによる
と推認される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を具体化した１実施例の７ｏ−シー
トでるる。（１）・・・嫌気性メタン発酵消化・１（２）・・・ガ
ス配管　　　　（３）・・・ガス循環ブロアー（４）・
・・ガス配管　　　　（５）・・・ドラフトチューブ（
６）・・・ノズル　　　　　（７）・・・充填層（８）
・・・配管（９）・・・ガスホルダー叫・・・配管　　
　　　　（ロ）・・・ガスブロアーＩＱ・・・送入配ｇ
　　　　【ｌ・・・高分子膜チャンバーα→・・・高分
子膜　　　　（至）・・・非通過ガス室四・・・透過ガ
ス室　　　（１７）・・・メタンガス取出管−・・・配
管　　　　　　（至）・・・真空ポンプ四・・・饋還配
管第１図　　　６手続補正書昭和６０年４月２日事件の表示　特願昭６０−０１８９３７号発明の名称　
　消化槽に２けるメタンガス回収方法補正をする者１１件との関係　　特許出願人ｆ１′、所（居所）　大阪市北区堂島浜１丁目３番２３
号氏名格称）　株式会社田熊総合研究所！　０６　（９３２）　０６６２ほか１名１コ付　昭和　　年　　月　　日ｌ　特許請求の範囲を下記のとおり補正します。［有機性廃液及び汚泥を嫌気性メタン発酵処理する際に
生成される主としてメタンガスと炭酸ガスとが混合した
消化ガスを、適当な分離係数を有する高分子膜で非透過
ガス室と透過ガス室とに区分された高分子膜チャンバー
に導入するようにし、上記透過ガス室に真空ポンプを連
結し該室を減圧すると共に消化槽に連結し、非透過ガス
室に供給された消化ガス成分中のメタンガスは高分子膜
に宿ってそのままメタンガスリッチなガス体として収得
さル、減圧された透過ガス室に移行した炭酸ガスリッチ
なガス体は消化ガスと混合して消化槽に饋還し、消化槽
内での炭酸ガス分圧を高くすることにより消化槽におけ
るメタンガス生成反応を促進し、メタンガス収得の効率
全向上させるよりにしたことを特徴とする消化槽におけ
るメタンガス回収方法。ｌＩＣ１１細書、第２頁第３行目、「有機性廃液の」と
あるを、「有機性廃液及び汚泥の」と補正します。 ■　明細書、第７頁第５行目、「イ機性廃液は、」とろ
ろを、「有機性廃液及び汚泥は、」と補正します。手続補正書昭和６０年６月２１日補正をする者事件との関係　　　特許出願人住所（居所）　大阪市北区堂島浜１丁目３番２３号氏名
侶称）　株式会社田熊総合研究所１！０６　（９３２）　０６６２ほか１名日付　昭和　　年　　月　　日（１）特許請求の範囲を下記のとおり補正します。［有機性廃液及び汚泥を嫌気性メタン発酵処理する際に
生成される主としてメタンガスと炭酸ガスとが混合した
消化ガスを、適当な分離係数を有する高分子膜で非透過
ガス室と透過ガス室とに区分された高分子膜チャンバー
に導入するようにし、上記非透過ガス室に供給され之消
化ガス成分中のメタンガスは高分子膜に滑ってそのまま
メタンガスリッチなガス体として収得され、透過ガス室
に移行した炭酸ガスリッチなガすることにより消化槽に
おけるメタンガス生成反応金促進し、メタンガス収得の
効率を向上させるよりにしたことを特徴とする消化槽に
おけるメタンガス回収方法。」（２）明細書、第４頁第１４行目、「消化槽内のＣＯ２
分圧を高め、」とあるを、「消化槽内をガス攪拌しつつ
該槽内のＣＯ２分圧を高め、」と補正します。（３）　　明細書、第４頁第１７行目、「高分子膜チャ
ンバーと真空ポンプ」とあるを、「高分子膜チャンバー
と真空ポンプ又は加圧プロワ−」と補正します。（４）　　明細書、第４頁第１９行目から第２０行目ま
で、「真空ポンプの動力費」とあるを、「真空ポンプ又
は加圧プロワ−の動力費」と補正します。（５）明細書、第５頁第８行目から第９行目まで、「ガ
ス循環ブロアー（３）」とあるを、「ガス循環プロワ−
（３）」と補正します。（６）明細書、第５頁第１０行目から第１１行目まで、
「真空ポンプ翰」とろろを、「真空ポンプＵ鴨及び加圧
プロワ−（ホ）」と補正します。（７）　　明細書、第６貞第２行目、から第３行目まで
、「ついで、・・・・・・を経て」とめるを、「ついで
、配管αＱｔ−経て」と補正します。（８）　　明細書、第６頁第１３行目から第１４行目ま
で、「送入配管＠」とめるを、「配管αＱ」と補正しま
す。（９）　　明細書、第６頁第１８行目から第１９行目ま
で、「真空ポンプσ燵・・・・・・を通り」とめるを、
「真空にンプＯ優及び加圧プロワ−翰を経て鳩還配・ｇ
ｈυ１に遁り」と補します。 αｑ　明細書、第６頁第２０行目から第７頁第１行目ま
で、「消化槽（１）へ還流する。」とろるを、［消化槽
（１）へ還流する。第２．３．４図は本発明を具体化し
た他の実施例を示したもので、第１図に示す実施例Ｄガ
ス循環プロワ−（３）及びガス配沓−（４）の一部′Ｉ
ｔ除き、透過がスのみを消化槽に吹込み、夜をガス攪拌
しつつメタン化反応？促進させるメタン回収システムで
ある。」と補正します。（ｌυ　明細−薯、第１７頁第２行目から第１４行目ま
で、「・育１図は・・・・・・順還配管」とめるを、［
第１図は本発明方法を具体化した実施例のフローシート
、第２．３．４図は同じく他の実施例のフローシートで
ある。（１）・・・嫌気性メタン発酵消化槽（２）・・・ガス配管　　　　（３）・・・ガス循環プ
ロワ−（４）・・・ガス配管　　　　（５）・・・ドラ
フトチューブ（６）・・・ノズル　　　　　（７）・・
・充填層（８）・・・配管（９）・・・ガスホルダー（
１０・・・配管　　　　　　（至）・・・高分子膜チャ
ンバーａ→・・・高分子ａ！　　　　　（ト）・・・非
透過ガス室（ト）・・・透過ガス室　　　（ロ）・・・
メタンガス取出管（至）・・・配管　　　　　　四・・
・真空ポンプ（イ）・・・加圧プロワ−（財）・・・嘲
還配管に）・・・スクリュ一式攪拌装置　　　　」と補
正します。＠　図面、第１図を添付図面のとおシ補正し、第２図、
第３図、第４図を補充します。手続補正書　２昭和６０年１２月２６日

Claims

【特許請求の範囲】

有機性廃液を嫌気性メタン発酵処理する際に生成される
主としてメタンガスと炭酸ガスとが混合した消化ガスを
、適当な分離係数を有する高分子膜で非透過ガス室と透
過ガス室とに区分された高分子膜チヤンバーに導入する
ようにし、上記透過ガス室に真空ポンプを連結し該室を
減圧すると共に消化槽に連結し、非透過ガス室に供給さ
れた消化ガス成分中のメタンガスは高分子膜に沿つてそ
のままメタンガスリツチなガス体として収得され、減圧
された透過ガス室に移行した炭酸ガスリツチなガス体は
消化ガスと混合して消化槽に饋還し、消化槽内での炭酸
ガス分圧を高くすることにより消化槽におけるメタンガ
ス生成反応を促進し、メタンガス収得の効率を向上させ
るよりにしたことを特徴とする消化槽におけるメタンガ
ス回収方法。