JPH0724840B2 - メタン発酵の制御方法 - Google Patents

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制御方法において、 メタン発酵タンクにpHセンサを配備する一方、該メタン
発酵タンクに固液分離タンクを接続するとともに該固液
分離タンクにおいて分離された消化汚泥が供給されるpH
調節タンクを連結し、上記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、pH調節タンクに配備された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
方のガスを選択的にpH調節タンクに導いて消化汚泥のpH
を調節し、pH調節された消化汚泥をメタン発酵タンク内
へ再循環するようにしたことにより、 簡易な方法でメタン発酵タンクのpH制御を確実に行なう
ことができるものである。

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が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、７はpHセンサ、６はpH制御器、13は発酵原料の貯
留タンク、14は発酵原料注入コツクである。また、15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13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７によりメタン発酵タンク
１内のpHを検知し、pH制御器６を介して発酵原料注入コ
ツク14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２に移送される。同タンク
２にて分離された液体は配管16に移送される。

配管16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12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12はメタン発酵タンク
１内のpHを検出するpHセンサ７に接続されたpH制御器６
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16に移送さ
れる。このときpHセンサ７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６を介してポン
プ12を作動させ、固液分離タンク２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
内液相の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２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17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６がメタン発酵タンク１内のpHを検
知し、pH制御器７を介して発酵原料コツク14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
入を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
プレッサー５を介してスクラバ18に導き、スクラバ18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さ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 本発明にかかるメタン発酵の制御方法は、メタン発酵タ
ンクて発生したメタンガス及び二酸化炭素を含むガスが
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調節タンク
に配備されたpH制御器の指令によって高分子膜透過ガス
と高分子膜非透過ガスの何れか一方のガスが選択的にpH
調節タンクに導かれて消化汚泥のpHが調節され、このpH
調節された消化汚泥がメタン発酵タンク内へ再循環され
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pH調節タンクに導かれ
て消化汚泥のpHが調節され、このpH調節された消化汚泥
がメタン発酵タンク内へ再循環されて該メタン発酵タン
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、７は該メタン発酵
タンク１に配備されたpHセンサ、６は上記pHセンサ７に
接続されたpH制御器、２はメタン発酵タンク１と接続し
た固液分離タンク、３は固液分離タンク２と連結したpH
調節タンクである。また、４は高分子膜等を用いたガス
分離装置で、このガス分離装置４にはコンプレツサ５を
介してメタン発酵タンク１からの発生ガスが供給され
る。10はガス注入三方コツクで、該三方コツク10の２つ
の接続口から送り込まれる。前記ガス分離装置４で分離
されたガス分離膜透過ガスと非透過ガスはブロワ11を介
してpH調節タンク３に通気される。９はpH調節タンク３
内液相のpHを検知するpHセンサで、pH制御器８に接続さ
れている。また、ガス注入三方コツク10の弁はpH制御器
８により切換え動作される。

pH調節タンク３で発生したガスはメタン発酵タンク１で
発生したガスの供給路に合流して貯留タンク（図示せ
ず）に送られるとともに、消化汚泥は配管19によつて所
定の場所に排出される。配管19の途中から配管20が分岐
されていて、この配管20は途中にポンプ12が介在された
うえ、メタン発酵タンク１に導かれている。前記ポンプ
12はpH制御器６によつて制御せられる。上記ガス分離装
置４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21
と、二酸化炭素濃度の低いガス分離膜非透過ガス22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５により加圧され、高分子膜等を用いたガス分
離装置４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21と二酸化炭素濃度の低い高分子膜非
透過ガス22とに分離され、このガスがガス注入三方コッ
ク10の接続口に別々に導かれる。

一方、メタン発酵タンク１における消化汚泥は固液分離
タンク２に送られ、消化汚泥と脱離液に分離され、消化
汚泥はpH調節タンク３に入る。このpH調節タンク３にガ
ス注入三方コツク10を介してブロア11によりガス分離膜
透過ガスまたは非透過ガスが通気されるとタンク内の気
相の二酸化炭素分圧が変化し、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。つまり、二酸化炭
素濃度の低いガス分離膜非透過ガス22をpH調節タンク３
に通気すると該pH調節タンク３内の消化汚泥のpHが上昇
し、二酸化炭素濃度の高いガス分離膜透過ガス21をpH調
節タンク３に通気すると該pH調節タンク３内の消化汚泥
のpHが低下する。

したがつて、ガス注入三方コツク10がpHセンサ９からの
信号により動作するpH制御器８により切換えられてpH調
節器３内液相のpH制御が行なわれる。

このようにしてpH調節されたpH調節器３内の消化汚泥は
配管19を通つて排出されるが、このとき、pHセンサ７に
よりメタン発酵タンク１のpHを検知してその信号をpH制
御器６に送つて一定の設定値とつき合せ、偏差が生じた
場合、ポンプ12に対してON指令の信号が送られる。これ
により、pH調節タンク３に二酸化炭素低濃度のガスを通
気してpHが上昇したpH調節汚泥をメタン発酵タンク１に
再循環させれば、メタン発酵タンク１のpHは上昇する。
逆に、pH調節タンク３に二酸化炭素高濃度のガスを通気
してpHが低下したpH調節汚泥を再循環させれば、メタン
発酵タンク１のpHは低下する。

このようにしてガス注入三方コツク10の切換え、および
ポンプ12のON,OFF動作によりメタン発酵タンク１のpH制
御が可能である。

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調節タンクに配備されたpH制御器の指令によって
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pH調節タンクに導いて消化汚泥のpHを調節し、こ
のpH調節された消化汚泥をメタン発酵タンク内へ再循環
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、ガス洗浄再循環方式は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。さらに、消化汚泥は固液分離されることにより消化
汚泥を再循環させることができるので、メタン発酵に必
要な微生物の濃度を高めることができ、メタン発酵の発
酵速度を高める効果がある。

【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……固液分離タンク、３…
…pH調節タンク、４……ガス分離装置、６……pH制御
器、７……pHセンサ、８……pH制御器、９……pHセン
サ、10……ガス注入三方コック、21……ガス分離膜透過
ガス、22……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センサを配備する一
   方、該メタン発酵タンクに固液分離タンクを接続すると
   ともに該固液分離タンクにおいて分離された消化汚泥が
   供給されるpH調節タンクを連結し、上記メタン発酵タン
   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、pH調節タンクに配備された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選択的にpH調節タンクに導いて
   消化汚泥のpHを調節し、pH調節された消化汚泥をメタン
   発酵タンク内へ再循環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。