JPH0724839B2 - メタン発酵の制御方法 - Google Patents

メタン発酵の制御方法

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JPH0724839B2
JPH0724839B2 JP61109113A JP10911386A JPH0724839B2 JP H0724839 B2 JPH0724839 B2 JP H0724839B2 JP 61109113 A JP61109113 A JP 61109113A JP 10911386 A JP10911386 A JP 10911386A JP H0724839 B2 JPH0724839 B2 JP H0724839B2
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旭 松永
弘志 島▲崎▼
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株式会社明電舍
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02W10/20Sludge processing

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  • Treatment Of Sludge (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明はメタン発酵の制御方法に関する。
B.発明の概要 本発明はメタン発酵タンクで発生したメタンガスと二酸
化炭素を含むガスを高分子膜を利用したガス分離装置に
導いて、透過能差に基づいて二酸化炭素濃度の高い高分
子膜透過ガスと二酸化炭素濃度の低い高分子膜非透過ガ
スとに分離し、メタン発酵タンクのpH設定値に偏差が生
じた際に上記高分子膜透過ガスと高分子膜非透過ガスの
何れか一方のガスをメタン発酵タンク内に選択的に通気
するようにしたことにより、 メタン発酵タンク内の気相のCO2分圧に依存して液相のp
H変化が生じることを利用して容易にメタン発酵のpH制
御が行なえるようにしたものである。
C.従来の技術と問題点 メタン発酵タンクの運転は操作者の実務的な方法に頼つ
ており、時として過負荷による酸敗などの失敗を生じる
ことがある。そこで、従来よりメタン発酵タンクの運転
を自動制御することが試みられており、例えば流量制
御法、消化汚泥再循環制御法、塩基注入制御法、
ガス洗浄再循環制御法などが提案されている。一方、メ
タン発酵タンクの運転を制御する方法において容易にモ
ニターできるpHは指標としてよく知られている。
前記各制御方法を第2図〜第5図を参照して説明する。
第2図は流量制御法の構成図であり、1はメタン発酵タ
ンク、2はpHセンサ、3はpH制御器、8は発酵原料の貯
留タンク、9は発酵原料注入コツクである。また10はメ
タン発酵タンク1内に挿入されている攪拌翼である。こ
の流量制御方法にあつては、貯留タンク8に一旦溜めら
れた発酵原料はメタン発酵タンク1に流入されメタン発
酵タンク1内でガスと消化汚泥に分離されて排出され
る。またこのとき、pHセンサ2によりメタン発酵タンク
1内のpHを検知し、pH制御器3を介して発酵原料注入コ
ツク9を開閉しメタン発酵タンク1への発酵原料の流入
を制御してタンク内液相のpHを制御している。
上記の流量制御方法はメタン発酵タンクのpH制御の基本
であり、必要不可欠のシステムであるが、発酵原料であ
る流入基質の濃度変動が大きい場合は、単にメタン発酵
タンクへの発酵原料の流入制御だけでは対応しきれず、
pH制御は困難となる。
第3図は消化汚泥再循環制御法の構成図を示す。同図に
示す方法によると、メタン発酵タンク1にてガスと分離
された汚泥は固液分離タンク11に移送される。同タンク
11にて分離された液体は配管12に移送される。
配管12は一端が消化汚泥排出側、他端が消化汚泥再循環
側となつていて、再循環側にはポンプ13が設けてあり、
再循環消化汚泥を発酵原料とともにメタン発酵タンク1
に戻すようになつている。ポンプ13はメタン発酵タンク
1内のpHを検出するpHセンサ2に接続されたpH制御器3
により駆動が制御せられる。したがつて、メタン発酵タ
ンク1にて発生した消化ガスは貯留タンク(図示せず)
に送られるとともに、汚泥液は固液分離タンク11に移送
されて、固形物と液体に分離され、固形物はタンク外に
排出されるとともに液体状の消化汚泥は配管14に送られ
る。このときpHセンサ2がメタン発酵タンク1内のpHを
検知してその変化に対応してpH制御器3を介してポンプ
13を作動させ、固液分離タンク11から排出される消化汚
泥を再循環してメタン発酵タンク1に還元し、タンク内
のpHを制御する。
上記の消化汚泥再循環制御方法は、pH制御性はかなり良
く、種菌植種効果もある。しかしながら、固液分離タン
ク11が必要であり、かつ消化汚泥の固液分離が困難な場
合には適用できないという欠点がある。
第4図は塩基注入制御方法の構成図を示す。この方法
は、薬品タンク15内にメタン発酵原料を一旦貯留してこ
こで塩基を注入したうえメタン発酵タンク1に投入す
る。また、pHセンサ2がメタン発酵タンク1内のpHを検
知し、pH制御器3を介して発酵原料注入コツク9を開閉
し、メタン発酵タンク1への投入量をタンク内液相のpH
の変化に対応して制御する。上記の塩基注入制御方法
は、pH制御性は良いが、薬品注入する点でコスト高とな
るという欠点があつた。
また、第5図はガス洗浄再循環制御法の構成図である。
この方法は、メタン発酵タンク1で発生したガスをコン
プレツサー4を介してスクラバ16に導き、スクラバ16に
おいて消化ガスを水で洗浄して、消化ガス中の二酸化炭
素を溶解させ、二酸化炭素を低下させた後ガス攪拌機構
を通してメタン発酵タンク1に再循環させている。
上記の制御方法によると、メタン発酵タンク内液相中の
溶解性二酸化炭素は気相に揮散せられるために液相のpH
は上昇する。この方法はpHの制御性は良いが、消化ガス
洗浄用の水を補給しなければならないことと、ガス洗浄
装置が必要であるために機構が複雑となり、大形化する
ことが欠点である。
上記のように、従来のメタン発酵タンクにおけるそれぞ
れのメタン発酵の制御方法には一長一短があり、第2図
に示す流量制御方法以外はあまり用いられていないのが
実情である。本発明はこのような欠点を改良すべく、新
しいガス分離再循環制御方法を提案するものである。
D.問題点を解決するための手段 本発明に係るメタン発酵タンクにpHセンサとpH制御器を
配備する一方、該メタン発酵タンクで発生したメタンガ
ス及び二酸化炭素を含むガスをコンプレッサを介して高
分子膜を利用したガス分離装置に導き、この高分子膜の
透過能差に基づいて二酸化炭素濃度の高い高分子膜透過
ガスと二酸化炭素濃度の低い高分子膜非透過ガスとに分
離し、メタン発酵タンクのpH設定値に偏差が生じた際
に、前記pH制御器の指令により高分子膜透過ガスと高分
子膜非透過ガスの何れか一方のガスをメタン発酵タンク
内に選択的に通気するようにしたメタン発酵の制御方法
を提供する。
E.作用 かかるメタン発酵の制御方法によれば、メタン発酵タン
クで発生した二酸化炭素を含むガスが高分子膜を利用し
たガス分離装置に導かれ、この高分子膜の透過能差に基
づいて二酸化炭素濃度の高い高分子膜透過ガスと二酸化
炭素濃度の低い高分子膜非透過ガスとに分離される。そ
してメタン発酵タンクのpH設定値に偏差が生じた際に
は、pH制御器の指令により高分子膜透過ガスと高分子膜
非透過ガスの何れか一方のガスがメタン発酵タンク内に
選択的に通過され、気相の二酸化炭素ガスの分圧に依存
した液相のpH変化が生じてメタン発酵タンク内のpHが調
節される。
F.実施例 以下本発明を実施する装置を第1図に示す実施例にもと
づいて説明する。なお、従来と同等部分には同一符号を
付して説明する。
図において、1はメタン発酵タンク、2は該メタン発酵
タンク1に配備されたpHセンサ、4はコンプレツサ、5
は高分子膜等を用いたガス分離装置、6はガス注入三方
コツク、7はブロワーである。3はメタン発酵タンク1
に配備された前記pHセンサ2に接続されたpH制御器で、
このpH制御器3によつてガス注入三方コツク6を切換お
よび開閉動作させる。また、pH制御器3によつてコンプ
レツサ4の駆動を制御するように設けてある。上記ガス
分離装置5は、高分子膜の透過能差に基づいて、詳細は
後述するように二酸化炭素濃度の高いガス分離膜透過ガ
ス17と、二酸化炭素濃度の低いガス分離膜非透過ガス18
とに分離する機能を有している。
つぎに作用を説明する。
メタン発酵原料はメタン発酵タンク1に入り、メタン発
酵タンク内のメタン菌その他の微生物の作用によりガス
化される。発生ガスは通常60〜70%のメタンと、40〜30
%の二酸化炭素から構成される。発生ガスの一部はコン
プレツサ4により加圧され、高分子膜等を用いたガス分
離装置5の透過能差に基づいて、二酸化炭素濃度の高い
高分子膜透過ガス17と二酸化炭素濃度の低い高分子膜非
透過ガス18とに分離され、このガスがガス注入三方コッ
ク6の接続口に別々に導かれる。
しかして、ガス分離膜透過ガスまたは非透過ガスがガス
注入三方コツク6を通り、ブロワー7によつてメタン発
酵タンク1に通気されると、タンク内の気相の二酸化炭
素CO2分圧が変化し、これに伴ない液相に溶解した二酸
化炭素濃度とpHが変化する。液相のpHは、pHセンサ2に
より検知され、pH制御器3により一定のpH設定値に対し
て偏差が生じた場合、ガス注入三方コツク6に対してコ
ツクの切換えを指令する信号が送られる。つまり、二酸
化炭素濃度の低いガス分離膜非透過ガス18をメタン発酵
タンク1に通気すると該メタン発酵タンク1内のpHが上
昇し、二酸化炭素濃度の高いガス分離膜透過ガス17をメ
タン発酵タンク1に通気すると該メタン発酵タンク1内
のpHが低下する。したがつて、ガス注入三方コツク6が
pHセンサ2からの信号により動作するpH制御器3により
切換えられることにより、メタン発酵タンク1内のpH制
御が行なわれる。
本発明の方法において高分子膜により発生ガスを分離し
た結果の一例を下記の表1に示す。
表1.高分子膜による消化ガスの分離 結果 上記のCH4濃度とCO2濃度の異なる高分子膜透過ガスと非
透過ガスのいずれか一方を発酵タンク1内に通気し、メ
タン発酵タンク内の気相のCO2分圧が、タンク内に通気
したガスの組成と等しくなり、液相と気相間でCO2の溶
解平衡に達した場合、液相のpHは次のように変化する。
すなわち、制御開始前のpHを7.0とすると、通気後のpH
はガス分離膜非透過ガスを通気した場合7.4となる。一
方、ガス分離膜透過ガスを通気した場合は6.85となる。
これは、メタン発酵タンクのpH制御においては、pH制御
可能範囲については、ガス洗浄再循環制より狭いが、実
用的には充分なpH制御能力を有することを示している。
本発明による方法をガス洗浄再循環制御法と比較して説
明する。このガス洗浄再循環制御方法はpH制御性は良い
が、ガス洗浄のために大量の清水を絶えず補給する必要
があり、ランニングコストが高いという欠点があるのに
対して、本発明の方法によるとランニングコストが安い
ことが利点である。また、ガス洗浄再循環制御法ではCO
2濃度が常に低くなるため、pHを下げることが不可能で
あるが、本実施例によるとpHを下げることが可能である
という利点がある。
G.発明の効果 以上のように、本発明によると再循環制御システムを用
いてメタン発酵タンクのpH設定値に偏差が生じた際に
は、pH制御器の指令に基づいて高分子膜を利用したガス
分離装置の高分子膜透過ガスと高分子膜非透過ガスの何
れか一方のガスをメタン発酵タンク内に選択的に通気す
るようにしたことにより、従来のガス洗浄再循環制御方
式のようにガス洗浄のために大量の水を絶えず補給する
必要がなく、かつランニングコストが安いという利点が
ある。また、ガス洗浄再循環制御方法はpHを下げること
は不可能であるが、本発明ではpHを下げることも可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るメタン発酵の制御方法の適用例の
構成図、第2図以下は従来例を示し、第2図は流量制御
方法の構成図、第3図は消化汚泥再循環制御方法の構成
図、第4図は塩基注入制御方法の構成図、第5図はガス
洗浄再循環制御方法の構成図である。 1……メタン発酵タンク、2……pHセンサ、3……pH制
御器、5……ガス分離装置、6……ガス注入三方コッ
ク、17……ガス分離膜透過ガス、18……ガス分離膜非透
過ガス。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタン発酵タンクにpHセンサとpH制御器を
    配備する一方、該メタン発酵タンクで発生したメタンガ
    ス及び二酸化炭素を含むガスをコンプレッサを介して高
    分子膜を利用したガス分離装置に導き、この高分子膜の
    透過能差に基づいて二酸化炭素濃度の高い高分子膜透過
    ガスと二酸化炭素濃度の低い高分子膜非透過ガスとに分
    離し、メタン発酵タンクのpH設定値に偏差が生じた際
    に、前記pH制御器の指令により高分子膜透過ガスと高分
    子膜非透過ガスの何れか一方のガスをメタン発酵タンク
    内に選択的に通気するようにしたことを特徴とするメタ
    ン発酵の制御方法。
JP61109113A 1986-05-13 1986-05-13 メタン発酵の制御方法 Expired - Lifetime JPH0724839B2 (ja)

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