JPH11253148A - メタン発酵における負荷推定装置及び負荷推定方法 - Google Patents
メタン発酵における負荷推定装置及び負荷推定方法Info
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- JPH11253148A JPH11253148A JP10063794A JP6379498A JPH11253148A JP H11253148 A JPH11253148 A JP H11253148A JP 10063794 A JP10063794 A JP 10063794A JP 6379498 A JP6379498 A JP 6379498A JP H11253148 A JPH11253148 A JP H11253148A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｆ／Ｍ比および負荷の推定精度の向上を図る
とともに、その推定による負荷が最適であるかどうかを
判断することができる。 【解決手段】 完全混合型メタン発酵タンク１に基質流
入口２から下水汚泥のような有機性基質が供給される。
メタン生成速度は、メタン発酵タンク１とガスホルダー
３の間に設置されたガス流量計４およびメタン濃度計５
により測定したガス流量とメタン濃度の積として計算さ
れる。タンク１の汚泥ＶＳＳ濃度は、ＶＳＳ濃度測定手
段７により測定され、実際には、センサ６ａにより採取
して手分析あるいは汚泥濃度計６により測定される。次
に、比メタン生成活性計算手段８により比メタン生成活
性を算出し、得られた比メタン生成活性をＦ／Ｍ比計算
手段９に供給し、ここでＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を計算す
る。得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を負荷計算手段１０に
供給して有機物容積負荷が計算される。
とともに、その推定による負荷が最適であるかどうかを
判断することができる。 【解決手段】 完全混合型メタン発酵タンク１に基質流
入口２から下水汚泥のような有機性基質が供給される。
メタン生成速度は、メタン発酵タンク１とガスホルダー
３の間に設置されたガス流量計４およびメタン濃度計５
により測定したガス流量とメタン濃度の積として計算さ
れる。タンク１の汚泥ＶＳＳ濃度は、ＶＳＳ濃度測定手
段７により測定され、実際には、センサ６ａにより採取
して手分析あるいは汚泥濃度計６により測定される。次
に、比メタン生成活性計算手段８により比メタン生成活
性を算出し、得られた比メタン生成活性をＦ／Ｍ比計算
手段９に供給し、ここでＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を計算す
る。得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を負荷計算手段１０に
供給して有機物容積負荷が計算される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタン生成速度と
メタン発酵タンク内の汚泥濃度を測定して、計算式によ
りＣＯＤ・ＶＳＳ負荷およびＣＯＤ容積負荷を推定する
メタン発酵における負荷推定装置及び負荷推定方法に関
するものである。
メタン発酵タンク内の汚泥濃度を測定して、計算式によ
りＣＯＤ・ＶＳＳ負荷およびＣＯＤ容積負荷を推定する
メタン発酵における負荷推定装置及び負荷推定方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】メタン発酵における負荷の表現方法の代
表的なものとして有機物容積負荷と有機物負荷率があ
り、これらは次の（１）式および（２）式により計算さ
れる。
表的なものとして有機物容積負荷と有機物負荷率があ
り、これらは次の（１）式および（２）式により計算さ
れる。
【０００３】
【数１】
【０００４】
【数２】
【０００５】有機物容積負荷は、単位容積当り１日当り
の負荷量であり、基質有機物濃度の表現方法としてＶＳ
（強熱減量）の代わりにＴＯＣ（総有機炭素量），ＣＯ
Ｄ（化学的酸素要求量），ＢＯＤ（生物化学的酸素要求
量）などが用いられた場合、有機物容積負荷に相当する
負荷の表現方式は、ＴＯＣ容積負荷、ＣＯＤ容積負荷、
ＢＯＤ容積負荷などとなる。また、有機物負荷率は、Ｆ
／Ｍ比に相当し、基質有機物濃度の表現方法としてＶＳ
（強熱減量）の代わりにＴＯＣ，ＣＯＤ，ＢＯＤなどが
用いられた場合、有機物負荷率に相当する負荷の表現方
式は、ＴＯＣ・ＶＳＳ（揮発性浮遊物質）負荷、ＣＯＤ
・ＶＳＳ負荷、ＢＯＤ・ＶＳＳ負荷などとなる。
の負荷量であり、基質有機物濃度の表現方法としてＶＳ
（強熱減量）の代わりにＴＯＣ（総有機炭素量），ＣＯ
Ｄ（化学的酸素要求量），ＢＯＤ（生物化学的酸素要求
量）などが用いられた場合、有機物容積負荷に相当する
負荷の表現方式は、ＴＯＣ容積負荷、ＣＯＤ容積負荷、
ＢＯＤ容積負荷などとなる。また、有機物負荷率は、Ｆ
／Ｍ比に相当し、基質有機物濃度の表現方法としてＶＳ
（強熱減量）の代わりにＴＯＣ，ＣＯＤ，ＢＯＤなどが
用いられた場合、有機物負荷率に相当する負荷の表現方
式は、ＴＯＣ・ＶＳＳ（揮発性浮遊物質）負荷、ＣＯＤ
・ＶＳＳ負荷、ＢＯＤ・ＶＳＳ負荷などとなる。
【０００６】負荷を計算するためには、基質投入速度、
基質有機物濃度および発酵タンク内汚泥ＶＳＳ濃度など
を測定する必要がある。しかし、従来は、基質有機物濃
度や発酵タンク内汚泥ＶＳＳ濃度などの自動測定が困難
であったり、自動測定器が高価である。これらの理由に
より、基質投入速度を測定してＨＲＴ（水理学的滞留時
間）を制御することは行なわれていたが、連続自動測定
により負荷を測定して負荷を制御することは、ほとんど
行なわれていなかった。
基質有機物濃度および発酵タンク内汚泥ＶＳＳ濃度など
を測定する必要がある。しかし、従来は、基質有機物濃
度や発酵タンク内汚泥ＶＳＳ濃度などの自動測定が困難
であったり、自動測定器が高価である。これらの理由に
より、基質投入速度を測定してＨＲＴ（水理学的滞留時
間）を制御することは行なわれていたが、連続自動測定
により負荷を測定して負荷を制御することは、ほとんど
行なわれていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来より行なわれてい
るメタン発酵のＨＲＴ制御においては、例えば、下水汚
泥を対象として発酵温度を３５℃とした場合、ＨＲＴを
３０日程度にする。ところが、実際には、ＨＲＴを３０
日以下に短縮しても支障を生じないことが多い。しか
し、ＨＲＴを３０日以下にして運転した場合に投入基質
の有機物濃度が上昇した場合に有機物過負荷となりシス
テムフェイリュアー（異常発酵）を生じる可能性がある
ので、安全性を考慮して低負荷運転を行っているのが現
状である。したがって、汚泥発生量の増加や汚泥の有機
物含有比の上昇などにより汚泥処理効率を高める必要が
生じた場合、汚泥処理の増設以外の手段での対応は困難
であった。
るメタン発酵のＨＲＴ制御においては、例えば、下水汚
泥を対象として発酵温度を３５℃とした場合、ＨＲＴを
３０日程度にする。ところが、実際には、ＨＲＴを３０
日以下に短縮しても支障を生じないことが多い。しか
し、ＨＲＴを３０日以下にして運転した場合に投入基質
の有機物濃度が上昇した場合に有機物過負荷となりシス
テムフェイリュアー（異常発酵）を生じる可能性がある
ので、安全性を考慮して低負荷運転を行っているのが現
状である。したがって、汚泥発生量の増加や汚泥の有機
物含有比の上昇などにより汚泥処理効率を高める必要が
生じた場合、汚泥処理の増設以外の手段での対応は困難
であった。
【０００８】また、溶解性有機物濃度が高く、ＳＳ（浮
遊物）濃度が低い産業廃水のような基質を対象とした場
合には、ＵＡＳＢ法が適用される。このＵＡＳＢ法にお
いては、汚泥消化の場合よりＨＲＴを短縮でき、有機物
容積負荷も高くなる。しかし、何らかの原因によりグラ
ニュール汚泥が浮上してタンクから流出すると、Ｆ／Ｍ
比が高くなり、システムフェイリュアーを生じる可能性
があるので、Ｆ／Ｍ比を制御することが望ましい。しか
し、Ｆ／Ｍ比の連続自動測定は困難であり、実際には行
なわれていないのが現状である。
遊物）濃度が低い産業廃水のような基質を対象とした場
合には、ＵＡＳＢ法が適用される。このＵＡＳＢ法にお
いては、汚泥消化の場合よりＨＲＴを短縮でき、有機物
容積負荷も高くなる。しかし、何らかの原因によりグラ
ニュール汚泥が浮上してタンクから流出すると、Ｆ／Ｍ
比が高くなり、システムフェイリュアーを生じる可能性
があるので、Ｆ／Ｍ比を制御することが望ましい。しか
し、Ｆ／Ｍ比の連続自動測定は困難であり、実際には行
なわれていないのが現状である。
【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、比メタン生成活性を用いてＦ／Ｍ比および負荷の推
定精度の向上を図るとともに、その推定による負荷が最
適であるかどうかを判断することができるメタン発酵に
おける負荷推定装置及び負荷推定方法を提供することを
課題とする。
で、比メタン生成活性を用いてＦ／Ｍ比および負荷の推
定精度の向上を図るとともに、その推定による負荷が最
適であるかどうかを判断することができるメタン発酵に
おける負荷推定装置及び負荷推定方法を提供することを
課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するために、第１発明は、有機基質が供給されるメ
タン発酵タンクを有し、このタンクで発酵されたメタン
ガスを貯留部で貯留し、貯留部とメタン発酵タンクとを
連結するガス通路にガス流量計およびメタン濃度計を設
置し、ガス流量計で測定されたガス流量とメタン濃度計
で測定されたメタン濃度の積からメタン生成速度を得る
メタン生成速度計算手段と、前記メタン発酵タンク内の
汚泥の揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）を測定するＶＳＳ濃度
測定手段と、前記メタン生成速度計算手段で得られたメ
タン生成速度をＣＯＤ換算してＶＳＳ濃度測定手段で得
られた汚泥ＶＳＳ濃度で除して比メタン生成活性を得る
比メタン生成活性計算手段と、この比メタン生成活性計
算手段で得られた比メタン生成活性に第１の定数を乗算
し、得られた値に第２の定数を加算してＣＯＤ・ＶＳＳ
負荷を得るＦ／Ｍ比計算手段と、このＦ／Ｍ比計算手段
で得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と前記ＶＳＳ濃度測定手
段で得られたメタン発酵タンク内ＶＳＳ濃度とを乗算し
てＣＯＤ容積負荷を得る負荷計算手段とを備えたことを
特徴とするものである。
達成するために、第１発明は、有機基質が供給されるメ
タン発酵タンクを有し、このタンクで発酵されたメタン
ガスを貯留部で貯留し、貯留部とメタン発酵タンクとを
連結するガス通路にガス流量計およびメタン濃度計を設
置し、ガス流量計で測定されたガス流量とメタン濃度計
で測定されたメタン濃度の積からメタン生成速度を得る
メタン生成速度計算手段と、前記メタン発酵タンク内の
汚泥の揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）を測定するＶＳＳ濃度
測定手段と、前記メタン生成速度計算手段で得られたメ
タン生成速度をＣＯＤ換算してＶＳＳ濃度測定手段で得
られた汚泥ＶＳＳ濃度で除して比メタン生成活性を得る
比メタン生成活性計算手段と、この比メタン生成活性計
算手段で得られた比メタン生成活性に第１の定数を乗算
し、得られた値に第２の定数を加算してＣＯＤ・ＶＳＳ
負荷を得るＦ／Ｍ比計算手段と、このＦ／Ｍ比計算手段
で得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と前記ＶＳＳ濃度測定手
段で得られたメタン発酵タンク内ＶＳＳ濃度とを乗算し
てＣＯＤ容積負荷を得る負荷計算手段とを備えたことを
特徴とするものである。
【００１１】第２発明は、メタン発酵タンクに代えてＵ
ＡＳＢタンクを使用して、メタン生成速度を得るメタン
生成速度計算手段と、前記ＵＡＳＢタンク内の汚泥の揮
発性浮遊物質（ＶＳＳ）を測定するＶＳＳ濃度測定手段
と、このＶＳＳ濃度測定手段により得られた値とＵＡＳ
Ｂタンク有効容積との積から換算ＶＳＳ濃度を得る換算
ＶＳＳ濃度測定手段と、前記メタン生成速度計算手段で
得られたメタン生成速度をＣＯＤ換算して換算ＶＳＳ濃
度測定手段で得られた換算ＶＳＳ濃度で除して比メタン
生成活性を得る比メタン生成活性計算手段と、この比メ
タン生成活性計算手段で得られた比メタン生成活性に第
１の定数を乗算し、得られた値に第２の定数を加算して
ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を得るＦ／Ｍ比計算手段と、このＦ
／Ｍ比計算手段で得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と前記換
算ＶＳＳ濃度測定手段で得られたＵＡＳＢタンク換算Ｖ
ＳＳ濃度とを、乗算してＣＯＤ容積負荷を得る負荷計算
手段とを備えたことを特徴とするものである。
ＡＳＢタンクを使用して、メタン生成速度を得るメタン
生成速度計算手段と、前記ＵＡＳＢタンク内の汚泥の揮
発性浮遊物質（ＶＳＳ）を測定するＶＳＳ濃度測定手段
と、このＶＳＳ濃度測定手段により得られた値とＵＡＳ
Ｂタンク有効容積との積から換算ＶＳＳ濃度を得る換算
ＶＳＳ濃度測定手段と、前記メタン生成速度計算手段で
得られたメタン生成速度をＣＯＤ換算して換算ＶＳＳ濃
度測定手段で得られた換算ＶＳＳ濃度で除して比メタン
生成活性を得る比メタン生成活性計算手段と、この比メ
タン生成活性計算手段で得られた比メタン生成活性に第
１の定数を乗算し、得られた値に第２の定数を加算して
ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を得るＦ／Ｍ比計算手段と、このＦ
／Ｍ比計算手段で得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と前記換
算ＶＳＳ濃度測定手段で得られたＵＡＳＢタンク換算Ｖ
ＳＳ濃度とを、乗算してＣＯＤ容積負荷を得る負荷計算
手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】第３発明は、タンク内で発生したメタンガ
ス流量とメタン濃度の積からメタン生成速度を得た後、
そのメタン生成速度とタンク内の汚泥ＶＳＳ濃度もしく
は汚泥換算ＶＳＳ濃度を用いて比メタン生成活性を測定
した後、比メタン生成活性とＣＯＤ・ＶＳＳ負荷との相
関関係を利用して比メタン生成活性からＦ／Ｍ比を推定
し、その後、推定したＦ／Ｍ比に汚泥ＶＳＳ濃度を乗じ
て負荷を推定するものである。
ス流量とメタン濃度の積からメタン生成速度を得た後、
そのメタン生成速度とタンク内の汚泥ＶＳＳ濃度もしく
は汚泥換算ＶＳＳ濃度を用いて比メタン生成活性を測定
した後、比メタン生成活性とＣＯＤ・ＶＳＳ負荷との相
関関係を利用して比メタン生成活性からＦ／Ｍ比を推定
し、その後、推定したＦ／Ｍ比に汚泥ＶＳＳ濃度を乗じ
て負荷を推定するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施の第１形態を示
す完全混合型メタン発酵（嫌気性消化の）負荷推定処理
装置で、この完全混合型メタン発酵における負荷の推定
装置として、メタン生成速度とメタン発酵タンク内の汚
泥ＶＳＳ濃度を測定して、装置の比メタン生成活性を計
算し、この比メタン生成活性とＦ／Ｍ比の相関関係を利
用してＦ／Ｍ比と負荷を推定するものである。
基づいて説明する。図１は本発明の実施の第１形態を示
す完全混合型メタン発酵（嫌気性消化の）負荷推定処理
装置で、この完全混合型メタン発酵における負荷の推定
装置として、メタン生成速度とメタン発酵タンク内の汚
泥ＶＳＳ濃度を測定して、装置の比メタン生成活性を計
算し、この比メタン生成活性とＦ／Ｍ比の相関関係を利
用してＦ／Ｍ比と負荷を推定するものである。
【００１４】図１において、１は完全混合型メタン発酵
タンクであり、基質流入口２から下水汚泥のような通常
の有機性基質が供給される。タンク１内の嫌気性菌の作
用により、基質の一部はメタンに変換される。メタン生
成速度は、次の（３）式のようにメタン発酵タンク１と
ガスホルダー３の間に設置されたガス流量計４およびメ
タン濃度計５により測定したガス流量とメタン濃度の積
として計算される。
タンクであり、基質流入口２から下水汚泥のような通常
の有機性基質が供給される。タンク１内の嫌気性菌の作
用により、基質の一部はメタンに変換される。メタン生
成速度は、次の（３）式のようにメタン発酵タンク１と
ガスホルダー３の間に設置されたガス流量計４およびメ
タン濃度計５により測定したガス流量とメタン濃度の積
として計算される。
【００１５】
【数３】 メタン生成速度(m3／m3・日)＝ガス流量(m3／hr)×24(hr/日) ×メタン濃度(%)/100 …（３） メタン発酵タンク１の汚泥ＶＳＳ濃度は、ＶＳＳ濃度測
定手段７により測定される。実際には、センサ６ａによ
り採取して手分析あるいは汚泥濃度計６により測定され
たＳＳ濃度に、次の（４）式のようにＶＳＳ／ＳＳの比
率を乗じるなどの手段が用いられる。
定手段７により測定される。実際には、センサ６ａによ
り採取して手分析あるいは汚泥濃度計６により測定され
たＳＳ濃度に、次の（４）式のようにＶＳＳ／ＳＳの比
率を乗じるなどの手段が用いられる。
【００１６】
【数４】 メタン発酵タンク汚泥ＶＳＳ濃度(kg/m3)＝メタン発酵タンク汚泥ＳＳ濃度 (kg/m3)×ＶＳＳ／ＳＳ …（４） タンク１内汚泥のＶＳＳ／ＳＳの比率は、投入汚泥に比
較して変動が少ないことから、このようなＶＳＳ濃度測
定が可能である。次に、比メタン生成活性計算手段８に
より次の（５）式を用いてメタン生成速度をＣＯＤ換算
して汚泥ＶＳＳ濃度で除することにより、システムの比
メタン生成活性を算出する。この比メタン生成活性は、
汚泥を採取して酢酸などを基質として測定した通常の意
味で用いられる比メタン生成活性とは異なる。
較して変動が少ないことから、このようなＶＳＳ濃度測
定が可能である。次に、比メタン生成活性計算手段８に
より次の（５）式を用いてメタン生成速度をＣＯＤ換算
して汚泥ＶＳＳ濃度で除することにより、システムの比
メタン生成活性を算出する。この比メタン生成活性は、
汚泥を採取して酢酸などを基質として測定した通常の意
味で用いられる比メタン生成活性とは異なる。
【００１７】
【数５】
【００１８】次に、比メタン生成活性計算手段８により
得られた比メタン生成活性をＦ／Ｍ比計算手段９に供給
し、このＦ／Ｍ比計算手段９に得られた比メタン生成活
性とＣＯＤ・ＶＳＳ負荷との相関解析により導いた次の
（６）式に、比メタン生成活性を代入することによりＣ
ＯＤ・ＶＳＳ負荷を計算する。
得られた比メタン生成活性をＦ／Ｍ比計算手段９に供給
し、このＦ／Ｍ比計算手段９に得られた比メタン生成活
性とＣＯＤ・ＶＳＳ負荷との相関解析により導いた次の
（６）式に、比メタン生成活性を代入することによりＣ
ＯＤ・ＶＳＳ負荷を計算する。
【００１９】
【数６】 ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷(kg/kg・日)＝ａ×比メタン生成活性＋ｂ …（６） この（６）式において、下水汚泥を基質とした場合、第
１の定数ａ＝4.00、第２の定数ｂ＝-0.012である。これ
らは下水汚泥消化ＨＲＴ制御室内実験において、重力濃
縮混合生汚泥を用いた高温（54℃）および中温（38℃）
消化（ＨＲＴ；20〜3.3日）および遠心濃縮混合生汚泥
を用いた中温（36℃）消化（ＨＲＴ；30〜5日）を行っ
た結果を相関解析して算出したものを図２に示す。下水
汚泥ではＣＯＤ／ＶＳ（強熱減量）の比率の平均値は1.
6であったので、有機物負荷率は、次の（７）式のよう
にＣＯＤ／ＶＳＳ負荷を1.6で除して計算される。
１の定数ａ＝4.00、第２の定数ｂ＝-0.012である。これ
らは下水汚泥消化ＨＲＴ制御室内実験において、重力濃
縮混合生汚泥を用いた高温（54℃）および中温（38℃）
消化（ＨＲＴ；20〜3.3日）および遠心濃縮混合生汚泥
を用いた中温（36℃）消化（ＨＲＴ；30〜5日）を行っ
た結果を相関解析して算出したものを図２に示す。下水
汚泥ではＣＯＤ／ＶＳ（強熱減量）の比率の平均値は1.
6であったので、有機物負荷率は、次の（７）式のよう
にＣＯＤ／ＶＳＳ負荷を1.6で除して計算される。
【００２０】
【数７】 有機物負荷率(kg/kg・日)＝ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷／1.6 …（７） また、Ｆ／Ｍ比計算手段９により得られたＣＯＤ・ＶＳ
Ｓ負荷を負荷計算手段１０に供給し、この負荷計算手段
１０により、次の（８）式を用いてＣＯＤ容積負荷と
（９）式を用いて有機物容積負荷が計算される。
Ｓ負荷を負荷計算手段１０に供給し、この負荷計算手段
１０により、次の（８）式を用いてＣＯＤ容積負荷と
（９）式を用いて有機物容積負荷が計算される。
【００２１】
【数８】 ＣＯＤ容積負荷(kg/m3・日)＝ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷(kg/kg・日)×メタン発酵タ ンク内ＶＳＳ濃度(kg/m3) …（８）
【００２２】
【数９】 有機物容積負荷(kg/m3・日)＝ＣＯＤ容積負荷／1.6 …（９） 豚糞搾汁液を基質とした場合、前記（６）式において、
第１の定数ａ＝4.95，第２の定数ｂ＝-0.074である。こ
れらは，豚糞搾汁液の低温（27〜24℃）二相メタン発酵
プラントおよび低温（23〜15℃）単相メタン発酵ベンチ
スケールブラントの検証を行った結果を相関解析して算
出したものを図３に示す。
第１の定数ａ＝4.95，第２の定数ｂ＝-0.074である。こ
れらは，豚糞搾汁液の低温（27〜24℃）二相メタン発酵
プラントおよび低温（23〜15℃）単相メタン発酵ベンチ
スケールブラントの検証を行った結果を相関解析して算
出したものを図３に示す。
【００２３】図４は本発明の実施の第２形態を示すＵＡ
ＳＢ法における負荷推定装置で、このＵＡＳＢ法におけ
る負荷推定装置としては、メタン生成速度とＵＡＳＢタ
ンク内の汚泥の換算ＶＳＳ濃度を測定して、システムの
比メタン生成活性を計算し、この比メタン生成活性とＦ
／Ｍ比の相関関係を利用してＦ／Ｍ比と負荷を推定する
ものである。
ＳＢ法における負荷推定装置で、このＵＡＳＢ法におけ
る負荷推定装置としては、メタン生成速度とＵＡＳＢタ
ンク内の汚泥の換算ＶＳＳ濃度を測定して、システムの
比メタン生成活性を計算し、この比メタン生成活性とＦ
／Ｍ比の相関関係を利用してＦ／Ｍ比と負荷を推定する
ものである。
【００２４】ここで、換算ＶＳＳ濃度とは、ＵＡＳＢタ
ンク内の汚泥の分布状態が不均一であることを考慮し
て、タンク内総汚泥ＶＳＳ量を測定してタンク容積で除
することにより、汚泥が均一に分布すると仮定した場合
のＶＳＳ濃度に換算したものである。
ンク内の汚泥の分布状態が不均一であることを考慮し
て、タンク内総汚泥ＶＳＳ量を測定してタンク容積で除
することにより、汚泥が均一に分布すると仮定した場合
のＶＳＳ濃度に換算したものである。
【００２５】図４において、４１はＵＡＳＢタンクであ
り、基質流入口４２から基質が供給される。タンク４１
内の嫌気性菌の作用により、基質の一部はメタンに変換
される。メタン生成速度は、前記（３）式のようにタン
ク４１とガスホルダー４３の間に設置されたガス流量計
４４およびメタン濃度計４５により測定したガス流量と
メタン濃度の積として計算される。
り、基質流入口４２から基質が供給される。タンク４１
内の嫌気性菌の作用により、基質の一部はメタンに変換
される。メタン生成速度は、前記（３）式のようにタン
ク４１とガスホルダー４３の間に設置されたガス流量計
４４およびメタン濃度計４５により測定したガス流量と
メタン濃度の積として計算される。
【００２６】ＵＡＳＢタンク４１の汚泥ＶＳＳ濃度は，
ＶＳＳ濃度測定手段４７により測定される。実際には、
タンク底部のスラッジベッドから採取したグラニュール
汚泥を対象として手分析あるいは汚泥濃度計４６により
測定されたＳＳ濃度に、次の（１０）式のようにＶＳＳ
／ＳＳの比率を乗じるなどの手段によりスラッジベッド
部分の汚泥ＶＳＳ濃度が計算される。
ＶＳＳ濃度測定手段４７により測定される。実際には、
タンク底部のスラッジベッドから採取したグラニュール
汚泥を対象として手分析あるいは汚泥濃度計４６により
測定されたＳＳ濃度に、次の（１０）式のようにＶＳＳ
／ＳＳの比率を乗じるなどの手段によりスラッジベッド
部分の汚泥ＶＳＳ濃度が計算される。
【００２７】
【数１０】 スラッジベッド部分の汚泥ＶＳＳ濃度(kg/m3)＝スラッジベッド部分の汚泥 ＳＳ濃度×ＶＳＳ／ＳＳ …（１０） さらに、スラッジベッド容積とＵＡＳＢタンク容積の比
を目視あるいは汚泥界面を検出する装置を用いて測定す
る。あるいは、垂直方向に汚泥ＳＳ濃度を測定できるよ
うな汚泥濃度分布計４８のような計測器を用いる。換算
ＶＳＳ濃度は、次の（１１）式により計算される。
を目視あるいは汚泥界面を検出する装置を用いて測定す
る。あるいは、垂直方向に汚泥ＳＳ濃度を測定できるよ
うな汚泥濃度分布計４８のような計測器を用いる。換算
ＶＳＳ濃度は、次の（１１）式により計算される。
【００２８】
【数１１】 ＵＡＳＢタンク換算ＶＳＳ濃度(kg/m3)＝スラッジベッド部分の汚泥ＶＳＳ濃 度×スラッジベッド容積／ＵＡＳＢタンク容積 …（１１） 次に、前記（３）式で得られたメタン生成速度と（１
１）式で得られたＵＡＳＢタンク換算ＶＳＳ濃度が比メ
タン生成活性計算手段９に供給され、（１２）式を用い
てメタン生成速度をＣＯＤ換算して汚泥ＶＳＳ濃度で除
することにより、装置の比メタン生成活性を算出する。
１）式で得られたＵＡＳＢタンク換算ＶＳＳ濃度が比メ
タン生成活性計算手段９に供給され、（１２）式を用い
てメタン生成速度をＣＯＤ換算して汚泥ＶＳＳ濃度で除
することにより、装置の比メタン生成活性を算出する。
【００２９】
【数１２】
【００３０】次に第１形態の場合と同様に、比メタン生
成活性計算手段９により得られた比メタン生成活性をＦ
／Ｍ比計算手段１０に供給し、このＦ／Ｍ比計算手段１
０により比メタン生成活性とＣＯＤ・ＶＳＳ負荷との相
関解析により導いた前記（６）式に、比メタン生成活性
を代入することによりＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を計算する。
前記（６）式において、酢酸を主成分とした人工基質
を基質とした場合、第１の定数ａ＝1.51、第２の定数ｂ
＝0.27である。これらは、人工基質を用いた高温（48〜
51℃）および中温（34〜36℃）ＵＡＳＢ法室内実験の結
果を相関解析して算出したもので図５に示す。
成活性計算手段９により得られた比メタン生成活性をＦ
／Ｍ比計算手段１０に供給し、このＦ／Ｍ比計算手段１
０により比メタン生成活性とＣＯＤ・ＶＳＳ負荷との相
関解析により導いた前記（６）式に、比メタン生成活性
を代入することによりＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を計算する。
前記（６）式において、酢酸を主成分とした人工基質
を基質とした場合、第１の定数ａ＝1.51、第２の定数ｂ
＝0.27である。これらは、人工基質を用いた高温（48〜
51℃）および中温（34〜36℃）ＵＡＳＢ法室内実験の結
果を相関解析して算出したもので図５に示す。
【００３１】Ｆ／Ｍ比計算手段１０により得られたＣＯ
Ｄ・ＶＳＳ負荷は負荷計算手段１１に供給され、この負
荷計算手段１１により、次の（１３）式を用いてＣＯＤ
容積負荷が計算される。
Ｄ・ＶＳＳ負荷は負荷計算手段１１に供給され、この負
荷計算手段１１により、次の（１３）式を用いてＣＯＤ
容積負荷が計算される。
【００３２】
【数１３】 ＣＯＤ容積負荷(kg/m3・日)＝ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷(kg/kg・日)×ＵＡＳＢタン ク換算ＶＳＳ濃度(kg/m3) …（１３） 図６は第１形態と第２形態のすべてを合わせた場合にお
けるＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性の関係を示
す特性図である。この図６の特性図において、鎖線内の
例は、過負荷により非電離揮発性有機酸濃度が上昇して
比メタン生成活性が急激に低下した例である。従って、
図６において、この２例を除いた場合の相関係数は0.97
2(N：80)であり、ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活
性の関係は、ほぼ比例関係にあり、直線性も高い。
けるＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性の関係を示
す特性図である。この図６の特性図において、鎖線内の
例は、過負荷により非電離揮発性有機酸濃度が上昇して
比メタン生成活性が急激に低下した例である。従って、
図６において、この２例を除いた場合の相関係数は0.97
2(N：80)であり、ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活
性の関係は、ほぼ比例関係にあり、直線性も高い。
【００３３】また、図７は第１形態と第２形態のすべて
を合わせた場合におけるＣＯＤ容積負荷とメタン生成速
度の関係を示す特性図である。この図７は、図６と同様
に鎖線内の例は過負荷により非電離揮発性有機酸濃度が
上昇して比メタン生成活性が急激に低下して、システム
フェイリュアーに陥った例であり、これらの例を除いた
場合の相関係数は0.909(N=80)であった。これらの結果
から、メタン発酵においてメタン生成が順調であれば、
ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性の関係およびＣ
ＯＤ容積負荷とメタン生成速度の関係などにおいて負荷
の広い変動範囲において比例関係が成立する。
を合わせた場合におけるＣＯＤ容積負荷とメタン生成速
度の関係を示す特性図である。この図７は、図６と同様
に鎖線内の例は過負荷により非電離揮発性有機酸濃度が
上昇して比メタン生成活性が急激に低下して、システム
フェイリュアーに陥った例であり、これらの例を除いた
場合の相関係数は0.909(N=80)であった。これらの結果
から、メタン発酵においてメタン生成が順調であれば、
ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性の関係およびＣ
ＯＤ容積負荷とメタン生成速度の関係などにおいて負荷
の広い変動範囲において比例関係が成立する。
【００３４】ＣＯＤ容積負荷とメタン生成速度の相関は
以前から知られているが、ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタ
ン生成活性の方が相関係数が高いことから、メタン生成
速度よりも比メタン生成活性を用いた方がＦ／Ｍ比およ
び負荷の推定の精度が高くなる効果が認められる。近
年、高濃度の汚泥ＳＳ濃度を連続自動計測する計測器が
市販されるようになり、比メタン生成活性の連続自動計
測が可能な状況になっていることから、比メタン生成活
性からＦ／Ｍ比と負荷を推定して現在の負荷が最適であ
るかどうかを判断することができる。
以前から知られているが、ＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタ
ン生成活性の方が相関係数が高いことから、メタン生成
速度よりも比メタン生成活性を用いた方がＦ／Ｍ比およ
び負荷の推定の精度が高くなる効果が認められる。近
年、高濃度の汚泥ＳＳ濃度を連続自動計測する計測器が
市販されるようになり、比メタン生成活性の連続自動計
測が可能な状況になっていることから、比メタン生成活
性からＦ／Ｍ比と負荷を推定して現在の負荷が最適であ
るかどうかを判断することができる。
【００３５】図７における相関回帰式の勾配から、平均
投入ＣＯＤ当たりメタン発生量は、0.204m3/kgとなり、
投入ＣＯＤ当たり理論メタン発生量は、0.35m3/kgであ
るので、投入ＣＯＤの平均分解率は58％となった。投入
ＣＯＤの50％が分解されるのを目安としてＣＯＤ当たり
メタン発生量が、0.175m3/kg以上になることが望ましい
と考えられる。これは図７において任意のＣＯＤ容積負
荷に対応するメタン生成速度が直線で示す鎖線よりも上
の領域に入ることが望ましく、その鎖線よりも下になる
ほどシステムフェイリュアーが起き易い状態となること
を示す。
投入ＣＯＤ当たりメタン発生量は、0.204m3/kgとなり、
投入ＣＯＤ当たり理論メタン発生量は、0.35m3/kgであ
るので、投入ＣＯＤの平均分解率は58％となった。投入
ＣＯＤの50％が分解されるのを目安としてＣＯＤ当たり
メタン発生量が、0.175m3/kg以上になることが望ましい
と考えられる。これは図７において任意のＣＯＤ容積負
荷に対応するメタン生成速度が直線で示す鎖線よりも上
の領域に入ることが望ましく、その鎖線よりも下になる
ほどシステムフェイリュアーが起き易い状態となること
を示す。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、メ
タン生成速度と汚泥ＶＳＳ濃度を測定して比メタン生成
活性を得るようにするとともに、比メタン生成活性とＣ
ＯＤ・ＶＳＳ負荷との相関回帰式を利用して比メタン生
成活性からＦ／Ｍ比を推定し、Ｆ／Ｍ比に汚泥ＶＳＳ濃
度を乗算して負荷を推定するようにしたので、Ｆ／Ｍ比
および負荷の連続自動測定が可能となり、Ｆ／Ｍ比およ
び負荷の推定精度の向上を図ることができるとともに、
その推定による負荷が最適であるかどうかも判断するこ
とができる利点が得られる。また、本発明によれば、完
全混合型メタン発酵（嫌気性消化）とＵＡＳＢ法では同
じメタン発酵ではあるが、タンクの構造や処理対象基質
の性状などが異なるけれども、Ｆ／Ｍ比や負荷の推定手
段がこれらのメタン発酵様式において共通して使用でき
るので、有用性が高くなる利点がある。
タン生成速度と汚泥ＶＳＳ濃度を測定して比メタン生成
活性を得るようにするとともに、比メタン生成活性とＣ
ＯＤ・ＶＳＳ負荷との相関回帰式を利用して比メタン生
成活性からＦ／Ｍ比を推定し、Ｆ／Ｍ比に汚泥ＶＳＳ濃
度を乗算して負荷を推定するようにしたので、Ｆ／Ｍ比
および負荷の連続自動測定が可能となり、Ｆ／Ｍ比およ
び負荷の推定精度の向上を図ることができるとともに、
その推定による負荷が最適であるかどうかも判断するこ
とができる利点が得られる。また、本発明によれば、完
全混合型メタン発酵（嫌気性消化）とＵＡＳＢ法では同
じメタン発酵ではあるが、タンクの構造や処理対象基質
の性状などが異なるけれども、Ｆ／Ｍ比や負荷の推定手
段がこれらのメタン発酵様式において共通して使用でき
るので、有用性が高くなる利点がある。
【図１】本発明の実施の第１形態を示す完全混合型メタ
ン発酵における負荷推定装置の構成図。
ン発酵における負荷推定装置の構成図。
【図２】下水汚泥消化室内実験におけるＣＯＤ・ＶＳＳ
負荷と比メタン生成活性の関係を示す特性図。
負荷と比メタン生成活性の関係を示す特性図。
【図３】豚糞搾汁液の低温二相メタン発酵プラントおよ
び単相メタン発酵ベンチスケールブラントの検証におけ
るＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性の関係を示す
特性図。
び単相メタン発酵ベンチスケールブラントの検証におけ
るＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性の関係を示す
特性図。
【図４】本発明の実施の第２形態を示すＵＡＳＢ法にお
ける負荷推定装置の構成図。
ける負荷推定装置の構成図。
【図５】人工基質を用いた高温および中温ＵＡＳＢ法室
内実験におけるＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性
の関係を示す特性図。
内実験におけるＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と比メタン生成活性
の関係を示す特性図。
【図６】メタン発酵実験におけるＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と
比メタン生成活性の関係を示す特性図。
比メタン生成活性の関係を示す特性図。
【図７】メタン発酵実験におけるＣＯＤ容積負荷とメタ
ン生成速度の関係を示す特性図。
ン生成速度の関係を示す特性図。
１…完全混合型メタン発酵タンク ２…基質流入口 ３…ガスホルダー ４…ガス流量計 ５…メタン濃度計 ６…汚泥濃度計 ６ａ…センサ ７…ＶＳＳ濃度測定手段 ８…比メタン生成活性計算手段 ９…Ｆ／Ｍ比計算手段 １０…負荷計算手段
Claims (3)
- 【請求項１】 有機基質が供給されるメタン発酵タンク
を有し、このタンクで発酵されたメタンガスを貯留部で
貯留し、貯留部とメタン発酵タンクとを連結するガス通
路にガス流量計およびメタン濃度計を設置し、ガス流量
計で測定されたガス流量とメタン濃度計で測定されたメ
タン濃度の積からメタン生成速度を得るメタン生成速度
計算手段と、 前記メタン発酵タンク内の汚泥の揮発性浮遊物質（ＶＳ
Ｓ）を測定するＶＳＳ濃度測定手段と、 前記メタン生成速度計算手段で得られたメタン生成速度
をＣＯＤ換算してＶＳＳ濃度測定手段で得られた汚泥Ｖ
ＳＳ濃度で除して比メタン生成活性を得る比メタン生成
活性計算手段と、 この比メタン生成活性計算手段で得られた比メタン生成
活性に第１の定数を乗算し、得られた値に第２の定数を
加算してＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を得るＦ／Ｍ比計算手段
と、 このＦ／Ｍ比計算手段で得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と
前記ＶＳＳ濃度測定手段で得られたメタン発酵タンク内
ＶＳＳ濃度とを乗算してＣＯＤ容積負荷を得る負荷計算
手段とを備えたことを特徴とするメタン発酵における負
荷推定装置。 - 【請求項２】 有機基質が供給されるＵＡＳＢタンクを
有し、このタンクで発酵されたメタンガスを貯留部で貯
留し、貯留部とＵＡＳＢタンクとを連結するガス通路に
ガス流量計およびメタン濃度計を設置し、ガス流量計で
測定されたガス流量とメタン濃度計で測定されたメタン
濃度の積からメタン生成速度を得るメタン生成速度計算
手段と、 前記ＵＡＳＢタンク内の汚泥の揮発性浮遊物質（ＶＳ
Ｓ）を測定するＶＳＳ濃度測定手段と、 このＶＳＳ濃度測定手段により得られた値とＵＡＳＢタ
ンク有効容積との積から換算ＶＳＳ濃度を得る換算ＶＳ
Ｓ濃度測定手段と、 前記メタン生成速度計算手段で得られたメタン生成速度
をＣＯＤ換算して換算ＶＳＳ濃度測定手段で得られた換
算ＶＳＳ濃度で除して比メタン生成活性を得る比メタン
生成活性計算手段と、 この比メタン生成活性計算手段で得られた比メタン生成
活性に第１の定数を乗算し、得られた値に第２の定数を
加算してＣＯＤ・ＶＳＳ負荷を得るＦ／Ｍ比計算手段
と、 このＦ／Ｍ比計算手段で得られたＣＯＤ・ＶＳＳ負荷と
前記換算ＶＳＳ濃度測定手段で得られたＵＡＳＢタンク
換算ＶＳＳ濃度とを、乗算してＣＯＤ容積負荷を得る負
荷計算手段とを備えたことを特徴とするメタン発酵にお
ける負荷推定装置。 - 【請求項３】 タンク内で発生したメタンガス流量とメ
タン濃度の積からメタン生成速度を得た後、そのメタン
生成速度とタンク内の汚泥ＶＳＳ濃度もしくは汚泥換算
ＶＳＳ濃度を用いて比メタン生成活性を測定した後、比
メタン生成活性とＣＯＤ・ＶＳＳ負荷との相関関係を利
用して比メタン生成活性からＦ／Ｍ比を推定し、その
後、推定したＦ／Ｍ比に汚泥ＶＳＳ濃度を乗じて負荷を
推定するメタン発酵における負荷推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06379498A JP4016474B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | メタン発酵における負荷推定装置及び負荷推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06379498A JP4016474B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | メタン発酵における負荷推定装置及び負荷推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11253148A true JPH11253148A (ja) | 1999-09-21 |
| JP4016474B2 JP4016474B2 (ja) | 2007-12-05 |
Family
ID=13239651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06379498A Expired - Fee Related JP4016474B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | メタン発酵における負荷推定装置及び負荷推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4016474B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006026461A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Toray Ind Inc | メタンガスを生成する嫌気性水処理設備の制御方法および制御装置 |
| JP2009256194A (ja) * | 2008-03-20 | 2009-11-05 | Bekon Energy Technologies Gmbh & Co Kg | バイオガスとたい肥を生成するための複合装置、並びにバイオガス生成装置およびたい肥化装置としての発酵槽の切り替え方法 |
| WO2024231058A1 (de) * | 2023-05-10 | 2024-11-14 | Hitachi Zosen Inova Schmack GmbH | Verfahren zur erzeugung eines methanangereicherten gases |
| CN121225748A (zh) * | 2025-12-02 | 2025-12-30 | 陕西永宏生物科技有限公司 | 一种用于气体排放追踪的分布式监测系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA3051376C (en) | 2019-08-06 | 2020-04-28 | Surface Solutions Inc. | Methane monitoring and conversion apparatus and methods |
-
1998
- 1998-03-16 JP JP06379498A patent/JP4016474B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006026461A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Toray Ind Inc | メタンガスを生成する嫌気性水処理設備の制御方法および制御装置 |
| JP2009256194A (ja) * | 2008-03-20 | 2009-11-05 | Bekon Energy Technologies Gmbh & Co Kg | バイオガスとたい肥を生成するための複合装置、並びにバイオガス生成装置およびたい肥化装置としての発酵槽の切り替え方法 |
| WO2024231058A1 (de) * | 2023-05-10 | 2024-11-14 | Hitachi Zosen Inova Schmack GmbH | Verfahren zur erzeugung eines methanangereicherten gases |
| CN121225748A (zh) * | 2025-12-02 | 2025-12-30 | 陕西永宏生物科技有限公司 | 一种用于气体排放追踪的分布式监测系统 |
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|---|---|
| JP4016474B2 (ja) | 2007-12-05 |
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