メタン発酵槽
【課題】槽内に配置された担体が切断されにくく、担体の交換頻度を低減できるメタン発酵槽を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽1内に、嫌気性微生物を担持する担体11が、上部支持体21と下部支持体22との間で、その上下端が保持されて、メタン発酵槽1内に収容されており、上部支持体21及び下部支持体22の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされているメタン発酵槽。下部支持体22が、メタン発酵槽1の底部に固定配置され、上部支持体21が、メタン発酵槽1内の発酵液の水位が低下するに伴い、降下するように構成されていることが好ましい。
【解決手段】有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽1内に、嫌気性微生物を担持する担体11が、上部支持体21と下部支持体22との間で、その上下端が保持されて、メタン発酵槽1内に収容されており、上部支持体21及び下部支持体22の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされているメタン発酵槽。下部支持体22が、メタン発酵槽1の底部に固定配置され、上部支持体21が、メタン発酵槽1内の発酵液の水位が低下するに伴い、降下するように構成されていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、槽内に担体が固定配置されたメタン発酵槽に関する。
【背景技術】
【0002】
メタン発酵処理は、有機性廃棄物を嫌気性下でメタン菌などの嫌気性微生物による作用により処理してメタンガスに転換する処理方法であり、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気性のため曝気動力が不要であることから省エネルギーな有機性廃棄物の処理方法である。しかも、副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。
【0003】
メタン発酵処理では、メタン発酵に関わる微生物の密度を上げることで、処理効率が向上するので、メタン発酵槽内に担体を配置し、該担体に微生物を付着保持させて密度を上げて発酵処理を行うことが行われている。
【0004】
例えば、下記特許文献1には、メタン発酵槽内に、支持体に吊り下げられた複数本の担体を配置し、該支持体を、回転及び/又は上下方向に駆動させて槽内の発酵液を攪拌してメタン発酵処理を行うことが開示されている。
【特許文献1】特開2006−281112号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
メタン発酵が正常に運転している場合(定常運転時)は、担体を支持体で吊り下げ固定してメタン発酵槽内に配置していても、槽内の発酵液は担体の上端部まで満ちているため、担体には浮力が働いており、下方に引っ張られる力が弱く切断されにくい。
【0006】
しかしながら、槽内洗浄などのメンテナンス時に発酵液を流去するなどして、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した場合は、担体自体の重さに加え、担体が吸水した重さがかかる。このため、担体を支持体で吊り下げて支持していると、担体が下方に引っ張られて切断され易かった。担体が切断されると、担体の切断片が発酵槽内を浮遊して、発酵液の排出口や、有機性破棄物の投入口などの配管を閉塞する等の不具合が生じ、更には、担体の交換・取り付けに手間を要し、メンテナンスに手間や費用が嵩む問題があった。
【0007】
上記特許文献1では、担体を吊り下げた支持体を回転及び/又は上下方向に駆動させているが、その目的は、担体に付着したバイオガス及び発酵汚泥を除去すると共に、発酵液を攪拌して温度分布などを均一化することにある。このため、この支持体の前記駆動操作は、メタン発酵槽内に発酵液が充分な水位で充填されている際に行うことを前提にしており、上記特許文献1には、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した際の処置については何ら開示されていない。また、上記特許文献1では、下部支持体を固定することなく、上部支持体を回転及び/又は上下方向に駆動しているので、上部支持体と下部支持体との間隔は、上部支持体を上下方向に駆動させてもほぼ一定間隔を保つこととなり、メタン発酵槽内の水位が低下した際の上記問題点は解決できなかった。
【0008】
したがって、本発明の目的は、槽内に配置された担体が切断されにくく、担体の交換頻度を低減できるメタン発酵槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵槽は、嫌気性微生物を担持する担体が配置されたメタン発酵槽であって、前記担体は、上部支持体と下部支持体との間で、その上下端が保持されて、メタン発酵槽内に収容されており、前記上部支持体及び前記下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされていることを特徴とする。
【0010】
本発明のメタン発酵槽によれば、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされているので、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した場合には、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方を昇降させて両者を近接させることにより、担体が上下方向に縮んで下部支持体上に載り、その重さの大部分が下部支持体によって受けられ、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体が切断されにくくなり、担体の交換頻度を低減できる。
【0011】
本発明のメタン発酵槽は、前記下部支持体が、メタン発酵槽の底部に固定配置され、前記上部支持体が、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下するに伴い、降下するように構成されていることが好ましい。この態様によれば、下部支持体をメタン発酵槽の底部に固定配置し、上部支持体を昇降可能にしたことで、昇降させる部材の重量をできるだけ軽くし、駆動機構を簡略化させると共に、駆動力を低減することができる。
【0012】
本発明のメタン発酵槽は、前記上部支持体が、水中に浸漬された前記担体を上方に引っ張ることができる程度の浮力を有する部材で形成されており、前記メタン発酵槽内の発酵液の水位の変化に追従して昇降動作することが好ましい。この態様によれば、常時は、上部支持体が、発酵槽内の発酵液中で浮力を受けて、担体を上方に引っ張ることにより、担体を上下に伸ばして保持することができる。また、発酵液の水位が低下した場合には、上部支持体も水位の変化に追従して下降するので、担体が上下方向に縮んで下部支持体上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体が切断されることを防ぐことができる。したがって、特に駆動機構を設けずに、上部支持体を昇降動作させることが可能となる。
【0013】
本発明のメタン発酵槽は、前記上部支持体、前記下部支持体及び前記担体は、かご状のフレームに収容されて、前記メタン発酵槽内に設置されていることが好ましい。この態様によれば、かご状のフレームをメタン発酵槽内へ挿入し、あるいは引き上げるだけで、上部支持体、下部支持体及び担体をメタン発酵槽内に設置し、あるいは取り出しできると共に、かご状のフレームが挿入や引き上げの際のガイドとなるので、設置や取出し作業が容易になる。
【0014】
本発明のメタン発酵槽の前記担体は、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ビニロン繊維、塩化ビニリデン繊維、及び炭素繊維から選ばれる繊維素材を不織布状にしたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされているので、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した場合には、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方を昇降させて両者を近接させることにより、担体が上下方向に縮んで下部支持体上に載り、その重さの大部分が下部支持体によって受けられ、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体が切断されにくくなり、担体の交換頻度を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、図1〜3を参照して本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態を説明する。
図1に示すように、このメタン発酵槽1は、円筒状の槽10内に、担体11が複数本配置されている。
【0017】
担体11としては、特に限定はなく、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ビニロン繊維、塩化ビニリデン繊維、及び炭素繊維から選ばれる繊維素材を不織布状に成形したものが、微生物の付着効率が良好であるとの理由から好ましく使用できる。
【0018】
図2を併せて参照すると、担体11は、断面が放射状をなす柱状の形状をなしている。そして、その上下端のそれぞれは、治具12を介して上部支持体21、下部支持体22と連結して、上部支持体21と下部支持体22との間で、担体11の上下端が保持されて配置されている。
なお、担体11の形状は図2に示す形状に限定されず、いずれの形状のものでも使用でき、特に表面積を大きくできる形状が好ましく使用できる。
【0019】
上部支持体21、下部支持体22(以下、上部支持体21と下部支持体22とをまとめて「支持体30a」という)は、図3(a)に示すように、環状の枠体31aに桟32aが平行に複数本(この実施形態では4本)配設された形状をなしている。担体11は、取付け部33aにて連結される。
なお、支持体は、上記図3(a)の形態に限定されず、いずれの形状のものであっても使用できる。なかでも、発酵液が通過でき、担体11の充填率を高くできるような形状をなすものが好ましく使用でき、図3(b)、(c)に示す構造の支持体などが他の好ましい一例として挙げられる。図3(b)の支持体30bは、環状の枠体31bに格子状の桟32bが配設されており、担体11の上端部又は下端部は、桟32bに設けられた複数の取付け部33bで連結して保持される。図3(c)の支持体30cは、環状の枠体31cに、該枠体31cと同心状の桟32cと、該枠体31cの中心から放射状に伸びた桟32dとが配設されており、担体11の上端部又は下端部が、桟32c及び32dに設けられた複数の取付け部33cで連結して保持される。
【0020】
上部支持体21は、ワイヤ61によって吊り下げられており、メタン発酵槽1の外部に固定配置されたウインチ62を駆動させてワイヤ61の巻き取り量を調整することで、メタン発酵槽1内を昇降可能となっている。
【0021】
上部支持体21及び下部支持体22の外周には、支持架台23が複数本(この実施形態では4本)配置されている。支持架台23の下端部は、槽10内の底壁10aに当接している。そして、下部支持体22は、支持架台23と溶接などされて固定されており、これによって、下部支持体22がメタン発酵槽内の底部に固定配置されている。
【0022】
また、支持架台23には、ストッパー40が設けられており、上部支持体21がメタン発酵槽内でストッパー40よりも下方まで降下しないようにされている。
【0023】
次に、上記第1の実施形態のメタン発酵槽を用いたメタン発酵処理方法について、図4,5を用いて説明する。
【0024】
メタン発酵槽1内に、図示しない有機性廃棄物導入管などから有機性廃棄物を供給し、槽内に供給された有機性廃棄物を、担体11に担持された嫌気性微生物によりメタン発酵する。なお、槽内の発酵液は、供給された有機性廃棄物と同量の発酵液が図示しない発酵廃液引き抜き管等から引き抜かれ、槽内には常時一定量の発酵液が満ちている。そして、有機性廃棄物をメタン発酵して得られたバイオガスは、図示しないバイオガス取出し管等から取り出される。
【0025】
定常運転時は、図4に示すように、メタン発酵槽1内の発酵液の液面L1は、ほぼ担体11の上端部まで満ちている。このため、担体11のほぼ全体に浮力が働いており、重力による下方へ引っ張られる力が弱く、担体11は切断されにくい。
【0026】
しかしながら、槽内洗浄などのメンテナンス時に槽内から発酵液を流去するなどして、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下すると、担体11にかかる浮力が低下するばかりか、担体11が発酵液を吸水してその重量が増加しているので、担体11が下方に引っ張られる力が強くなり、担体が切断され易くなる。メタン発酵槽内の発酵液は、高温、高アルカリ性の溶液であることから、メタン発酵処理を長期間実施すると担体が腐食劣化して耐久性が低下し易いので、切断され易くなっている。
【0027】
そこで、このメタン発酵槽1を用いたメタン発酵処理では、メタン発酵槽1内の発酵液の水位が低下したら、ウインチ62を駆動させて巻き取られたワイヤをウインチから引き出して上部支持体21を降下させる。下部支持体22は、メタン発酵槽1の底部10aに固定配置されているので、上部支持体21を降下させると、図5に示すように、上部支持体21が下部支持体22に対して近接し、上部支持体21と下部支持体22との間隔が狭まる。その結果、担体11は上下方向に縮んで下部支持体22上に載り、その重さの大部分が下部支持体22によって受けられ、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体11が切断されにくくなり、担体11の交換頻度を低減できる。また、この実施形態では、上部支持体21の外周に支持架台23が配置されているので、支持架台23が、上部支持体21を昇降移動させる際のガイドになり、上部支持体21が目的の場所に、スムーズかつ正確に昇降する。
【0028】
上部支持体21の位置制御は、例えば、槽内に水位計を設置し、水位計による測定値に応じて、段階的又は連続的にウインチ62を駆動させて巻き取り量を調整するなどの措置により行える。
【0029】
そして、メンテナンスなどが終了し、メタン発酵槽内に発酵液を再導入して、発酵液が正常状態の水位レベルまで達したら、ウインチ62を駆動させてワイヤ61を所定量巻き取って上部支持体21を定常運転時の位置まで上昇させ、担体11を、上部支持体21と下部支持体22との間で上下方向に伸びた状態で保持し、槽内に供給された有機性破棄物を、担体11に担持された嫌気性微生物によりメタン発酵する。
【0030】
このようにしてメタン発酵処理を行うことで、担体の交換頻度を低減でき、長期にわたって安定して効率の良いメタン発酵処理を実施することができる。
【0031】
なお、この実施形態では、ウインチ62によりワイヤ61の巻き取り量を調整することで、上部支持体21を昇降させるようにしたが、上部支持体21を昇降させる構成としては、上記ウインチとワイヤを使用した構成に限定されず、メタン発酵槽内の発酵液の水位に応じて上部支持体21を昇降できる構造であればよい。
【0032】
例えば、図6に示すような昇降装置70にて上部支持体21を昇降させてもよい。図6の昇降装置70は、上部支持体21が、モータ71により回転する支軸72の下端に枢着され、モータ71の回転によって上下移動する機構を備えている。すなわち、支軸72は、フレーム73の上下面に設けられた軸受け74a,74bの間でネジ加工されたネジ軸72aとなっており、ネジ軸72aが通るフレーム73内部の一部分が、フレーム73に固定された雌ネジ部73aに螺装されている。この昇降装置70は、モータ71を駆動させると、その回転動力が駆動ギア75と従動ギア76により支軸72に伝達してネジ軸72aが回転し、雌ネジ部73aによるネジ移動により支軸72が上下に移動する。これにより、上部支持体21を昇降するようになっている。
【0033】
図7を用いて、本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態を説明する。上記第1の実施形態のメタン発酵槽と実質的に同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【0034】
この実施形態のメタン発酵槽1aは、上部支持体21aが、水中に浸漬された担体11を上方に引っ張ることができる程度の浮力を有する部材(以下、「浮き部材」という)で形成されている。
【0035】
上記浮き部材としては、特に限定はなく、比重が1以下のものであればよく、例えば、浮輪、合成樹脂発泡体、金属発泡体、樹脂性中空構造体などが挙げられる。
【0036】
第2の実施形態のメタン発酵槽によれば、定常運転時は、浮き部材からなる上部支持体21aがメタン発酵槽1内の発酵液の水面に浮遊して担体11を上方に引っ張り、下部支持体22aは底部に固定配置されていることから、上部支持体21aと下部支持体22aとの間で、担体11が上下に延びた状態で保持される。
【0037】
そして、発酵液の水位が低下すると、上部支持体21aは水位の変化に追従し、ストッパー40の位置まで下降するので、担体11が縮んで下部支持体22a上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少する。このため、上記第1の実施形態と同様に、担体11が切断されることを防ぐことができる。また、この実施形態では、上部支持体21aを昇降する際に特に動力を必要としないので運転コストを低減でき、更には、昇降装置や、発酵液の水位を計測する水位計などの設備を別途用意する必要もないので装置コストも低減できる。
【0038】
図8に、本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態の変形例を示す。図7に示す実施形態では、一つの上部支持体21aに、複数の担体11を保持する構成としたが、図8に示す実施形態では、一つの浮き部材からなる上部支持体21bで、一つの担体11が支持されて、メタン発酵槽内に担体11が複数配置されている。すなわち、担体11と同数個の上部支持体21bがメタン発酵槽内に配置されている。そして、上部支持体21bと担体11の上端部との間には、上部支持体21bよりも小径の開口部を有する上部固定架台41が固定配置されている。
【0039】
この実施形態によれば、定常運転時は、メタン発酵時に発生したバイオガスによる曝気や、発酵物の沈降防止を目的とした攪拌などにより、発酵液中の担体は攪拌流を受けるが、上部固定架台41を設けたことによって、攪拌流を受けても発酵液中での担体の揺れ動きを低減でき、隣接する担体11との接触を防止できる。そして、発酵液の水位が低下した場合にあっては、上部支持体21bは水位の変化に追従して、上部固定架台41の位置まで下降するので、上記の実施形態と同様の効果が得られる。
【0040】
図9,10を用いて、本発明のメタン発酵槽の第3の実施形態を説明する。図9では、便宜上担体を図示しないが、上記実施形態と同様、上部支持体21cと下部支持体22cとの間には、その上下端が保持されて担体が保持されている。
【0041】
この実施形態のメタン発酵槽1cは、上部支持体21cが支持架台23cと溶接などにより固定されて、槽10内の上部に固定配置されている。
【0042】
図9を併せて参照すると、支持架台23cは中空構造をなしており、下部支持体22cの外周には可動車輪25が配置され、この可動車輪25が、ワイヤ81によって支持されて支持架台23cの下部に設けられたスライド溝26に挿入配置されている。この下部支持体22cは、メタン発酵槽1cの外部に固定配置されたウインチ82を駆動させてワイヤ81の巻き取り量を調整することで、下部支持体22cがスライド溝26の上下方向に移動してメタン発酵槽1c内を昇降移動する。
【0043】
第3の実施形態のメタン発酵槽によれば、定常運転時は、上部支持体21cと下部支持体22cとの間で、担体が上下に延びた状態で保持される。
【0044】
そして、発酵液の水位が低下すると、ウインチ82を駆動させてワイヤ81を巻き取って下部支持体22cを上昇させる。上部支持体21cは槽10の上部に固定配置されているので、下部支持体22cを上昇させることで、担体が縮んで下部支持体22c上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少する。これにより、上記第1,2の実施形態と同様に、担体が切断されることを防ぐことができる。
【0045】
メタン発酵槽内における下部支持体22cの設置高さの位置制御は、例えば、第1の実施形態と同様の方法により、槽内に発酵液の水位を測定する水位計を設置し、水位計による測定値に応じて、段階的又は連続的にウインチ82を駆動して、ワイヤ81の巻き取り量を調整するなどの措置により行える。
【0046】
図11,12を用いて、本発明のメタン発酵槽の第4の実施形態を説明する。なお、図11では、便宜上担体を図示しないが、上記第1,2の実施形態と同様、上部支持体21dと下部支持体22dとの間には、その上下端が保持されて担体が保持されている。
【0047】
この実施形態のメタン発酵槽1dは、上部支持体21dが支持架台23dと溶接などにより固定されて、槽10内の上部に固定配置されている。また、槽10の内壁底面には、エアジャッキ83が複数個(この実施形態では4個)配置されている。このエアジャッキ83は、下部支持体22dの裏面側に形成された棚部35と、槽10の内壁底面との間でエアジャッキ83が挟持されている。
【0048】
図12を併せて参照すると、下部支持体22dの外周には可動車輪25が配置され、この可動車輪25が、支持架台23dの下部に設けられたスライド溝26に挿入配置されている。そして、エアジャッキ83からは、エアチューブ84が延出して、図示しないメタン発酵槽1dの外部に設けられたエアポンプと連結している。
【0049】
第4の実施形態のメタン発酵槽によれば、定常運転時は、上部支持体21dと下部支持体22dとの間で、担体が上下に延びた状態で保持される。
【0050】
そして、発酵液の水位が低下すると、エアジャッキ83に空気を導入して図12の想像線で示すように下部支持体22dを上昇させる。上部支持体21dは槽10の上部に固定配置されているので、下部支持体22dを上昇させることで、担体が縮んで下部支持体22d上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、上記第1〜3の実施形態と同様に、担体が切断されることを防ぐことができる。
【実施例】
【0051】
以下、実施例により、本発明の作用効果を説明する。
【0052】
図1に示すメタン発酵装置を用いて、メタン発酵を行った。担体11として、厚さ10mm、開孔径200μm、空隙率97%程度のポリエステル製の不織布を、幅10cm、長さ2mに裁断して10枚束ねたものを用いた。担体11の上下端を、SUS板(厚さ1mm、長さ10cm)の治具でリベット接続し、SUS板の反対の方を、それぞれ上部支持体21、下部支持体22に接続して、メタン発酵槽1内に収容した。
メタン発酵槽1内に発酵液を充填した後、排水するという操作を10回行った。
排水操作中、メタン発酵槽1内の発酵液の水位が下がるに伴って上部支持体21を降下させたところ、担体11は切断されることなく、またその破断強度も初期値と変わらない値であった。
【0053】
一方、排水操作中、上部支持体21の設置位置を固定させていたところ、排水操作時に担体11が吸水した水の重さで伸びた後に切断した。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態の概略図である。
【図2】担体の概略図である。
【図3】支持枠の概略図である。
【図4】本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態の定常運転時の状態図である。
【図5】同メタン発酵槽の槽内から発酵液を引き抜いた際の状態図である。
【図6】本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態の変形例の要部拡大概略図である。
【図7】本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態の概略図である。
【図8】本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態の変形例の概略図である。
【図9】本発明のメタン発酵槽の第3の実施形態の概略図である。
【図10】同メタン発酵槽の部分Aの拡大断面図である。
【図11】本発明のメタン発酵槽の第4の実施形態の概略図である。
【図12】同メタン発酵槽の部分Bの拡大断面図である。
【符号の説明】
【0055】
1,1a,1b,1c,1d:メタン発酵槽
10:槽
11:担体
12:治具
21,21a,21b,21c,21d:上部支持体
22,22c,22d:下部支持体
23,23c,23d:支持架台
25:可動車輪
26:スライド溝
31a,31b,31c:枠体
32a,32b,32c,32d:桟
33a,33b,33c:取付け部
35:棚部
40:ストッパー
41:上部固定架台
61:ワイヤ
62:ウインチ
70:昇降装置
81:ワイヤ
82:ウインチ
83:エアジャッキ
84:エアチューブ
【技術分野】
【0001】
本発明は、槽内に担体が固定配置されたメタン発酵槽に関する。
【背景技術】
【0002】
メタン発酵処理は、有機性廃棄物を嫌気性下でメタン菌などの嫌気性微生物による作用により処理してメタンガスに転換する処理方法であり、有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解して大幅に減量することができ、嫌気性のため曝気動力が不要であることから省エネルギーな有機性廃棄物の処理方法である。しかも、副産物として生成するメタンガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。
【0003】
メタン発酵処理では、メタン発酵に関わる微生物の密度を上げることで、処理効率が向上するので、メタン発酵槽内に担体を配置し、該担体に微生物を付着保持させて密度を上げて発酵処理を行うことが行われている。
【0004】
例えば、下記特許文献1には、メタン発酵槽内に、支持体に吊り下げられた複数本の担体を配置し、該支持体を、回転及び/又は上下方向に駆動させて槽内の発酵液を攪拌してメタン発酵処理を行うことが開示されている。
【特許文献1】特開2006−281112号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
メタン発酵が正常に運転している場合(定常運転時)は、担体を支持体で吊り下げ固定してメタン発酵槽内に配置していても、槽内の発酵液は担体の上端部まで満ちているため、担体には浮力が働いており、下方に引っ張られる力が弱く切断されにくい。
【0006】
しかしながら、槽内洗浄などのメンテナンス時に発酵液を流去するなどして、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した場合は、担体自体の重さに加え、担体が吸水した重さがかかる。このため、担体を支持体で吊り下げて支持していると、担体が下方に引っ張られて切断され易かった。担体が切断されると、担体の切断片が発酵槽内を浮遊して、発酵液の排出口や、有機性破棄物の投入口などの配管を閉塞する等の不具合が生じ、更には、担体の交換・取り付けに手間を要し、メンテナンスに手間や費用が嵩む問題があった。
【0007】
上記特許文献1では、担体を吊り下げた支持体を回転及び/又は上下方向に駆動させているが、その目的は、担体に付着したバイオガス及び発酵汚泥を除去すると共に、発酵液を攪拌して温度分布などを均一化することにある。このため、この支持体の前記駆動操作は、メタン発酵槽内に発酵液が充分な水位で充填されている際に行うことを前提にしており、上記特許文献1には、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した際の処置については何ら開示されていない。また、上記特許文献1では、下部支持体を固定することなく、上部支持体を回転及び/又は上下方向に駆動しているので、上部支持体と下部支持体との間隔は、上部支持体を上下方向に駆動させてもほぼ一定間隔を保つこととなり、メタン発酵槽内の水位が低下した際の上記問題点は解決できなかった。
【0008】
したがって、本発明の目的は、槽内に配置された担体が切断されにくく、担体の交換頻度を低減できるメタン発酵槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するため、本発明のメタン発酵槽は、嫌気性微生物を担持する担体が配置されたメタン発酵槽であって、前記担体は、上部支持体と下部支持体との間で、その上下端が保持されて、メタン発酵槽内に収容されており、前記上部支持体及び前記下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされていることを特徴とする。
【0010】
本発明のメタン発酵槽によれば、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされているので、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した場合には、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方を昇降させて両者を近接させることにより、担体が上下方向に縮んで下部支持体上に載り、その重さの大部分が下部支持体によって受けられ、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体が切断されにくくなり、担体の交換頻度を低減できる。
【0011】
本発明のメタン発酵槽は、前記下部支持体が、メタン発酵槽の底部に固定配置され、前記上部支持体が、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下するに伴い、降下するように構成されていることが好ましい。この態様によれば、下部支持体をメタン発酵槽の底部に固定配置し、上部支持体を昇降可能にしたことで、昇降させる部材の重量をできるだけ軽くし、駆動機構を簡略化させると共に、駆動力を低減することができる。
【0012】
本発明のメタン発酵槽は、前記上部支持体が、水中に浸漬された前記担体を上方に引っ張ることができる程度の浮力を有する部材で形成されており、前記メタン発酵槽内の発酵液の水位の変化に追従して昇降動作することが好ましい。この態様によれば、常時は、上部支持体が、発酵槽内の発酵液中で浮力を受けて、担体を上方に引っ張ることにより、担体を上下に伸ばして保持することができる。また、発酵液の水位が低下した場合には、上部支持体も水位の変化に追従して下降するので、担体が上下方向に縮んで下部支持体上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体が切断されることを防ぐことができる。したがって、特に駆動機構を設けずに、上部支持体を昇降動作させることが可能となる。
【0013】
本発明のメタン発酵槽は、前記上部支持体、前記下部支持体及び前記担体は、かご状のフレームに収容されて、前記メタン発酵槽内に設置されていることが好ましい。この態様によれば、かご状のフレームをメタン発酵槽内へ挿入し、あるいは引き上げるだけで、上部支持体、下部支持体及び担体をメタン発酵槽内に設置し、あるいは取り出しできると共に、かご状のフレームが挿入や引き上げの際のガイドとなるので、設置や取出し作業が容易になる。
【0014】
本発明のメタン発酵槽の前記担体は、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ビニロン繊維、塩化ビニリデン繊維、及び炭素繊維から選ばれる繊維素材を不織布状にしたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされているので、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下した場合には、上部支持体及び下部支持体の少なくとも一方を昇降させて両者を近接させることにより、担体が上下方向に縮んで下部支持体上に載り、その重さの大部分が下部支持体によって受けられ、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体が切断されにくくなり、担体の交換頻度を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、図1〜3を参照して本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態を説明する。
図1に示すように、このメタン発酵槽1は、円筒状の槽10内に、担体11が複数本配置されている。
【0017】
担体11としては、特に限定はなく、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ビニロン繊維、塩化ビニリデン繊維、及び炭素繊維から選ばれる繊維素材を不織布状に成形したものが、微生物の付着効率が良好であるとの理由から好ましく使用できる。
【0018】
図2を併せて参照すると、担体11は、断面が放射状をなす柱状の形状をなしている。そして、その上下端のそれぞれは、治具12を介して上部支持体21、下部支持体22と連結して、上部支持体21と下部支持体22との間で、担体11の上下端が保持されて配置されている。
なお、担体11の形状は図2に示す形状に限定されず、いずれの形状のものでも使用でき、特に表面積を大きくできる形状が好ましく使用できる。
【0019】
上部支持体21、下部支持体22(以下、上部支持体21と下部支持体22とをまとめて「支持体30a」という)は、図3(a)に示すように、環状の枠体31aに桟32aが平行に複数本(この実施形態では4本)配設された形状をなしている。担体11は、取付け部33aにて連結される。
なお、支持体は、上記図3(a)の形態に限定されず、いずれの形状のものであっても使用できる。なかでも、発酵液が通過でき、担体11の充填率を高くできるような形状をなすものが好ましく使用でき、図3(b)、(c)に示す構造の支持体などが他の好ましい一例として挙げられる。図3(b)の支持体30bは、環状の枠体31bに格子状の桟32bが配設されており、担体11の上端部又は下端部は、桟32bに設けられた複数の取付け部33bで連結して保持される。図3(c)の支持体30cは、環状の枠体31cに、該枠体31cと同心状の桟32cと、該枠体31cの中心から放射状に伸びた桟32dとが配設されており、担体11の上端部又は下端部が、桟32c及び32dに設けられた複数の取付け部33cで連結して保持される。
【0020】
上部支持体21は、ワイヤ61によって吊り下げられており、メタン発酵槽1の外部に固定配置されたウインチ62を駆動させてワイヤ61の巻き取り量を調整することで、メタン発酵槽1内を昇降可能となっている。
【0021】
上部支持体21及び下部支持体22の外周には、支持架台23が複数本(この実施形態では4本)配置されている。支持架台23の下端部は、槽10内の底壁10aに当接している。そして、下部支持体22は、支持架台23と溶接などされて固定されており、これによって、下部支持体22がメタン発酵槽内の底部に固定配置されている。
【0022】
また、支持架台23には、ストッパー40が設けられており、上部支持体21がメタン発酵槽内でストッパー40よりも下方まで降下しないようにされている。
【0023】
次に、上記第1の実施形態のメタン発酵槽を用いたメタン発酵処理方法について、図4,5を用いて説明する。
【0024】
メタン発酵槽1内に、図示しない有機性廃棄物導入管などから有機性廃棄物を供給し、槽内に供給された有機性廃棄物を、担体11に担持された嫌気性微生物によりメタン発酵する。なお、槽内の発酵液は、供給された有機性廃棄物と同量の発酵液が図示しない発酵廃液引き抜き管等から引き抜かれ、槽内には常時一定量の発酵液が満ちている。そして、有機性廃棄物をメタン発酵して得られたバイオガスは、図示しないバイオガス取出し管等から取り出される。
【0025】
定常運転時は、図4に示すように、メタン発酵槽1内の発酵液の液面L1は、ほぼ担体11の上端部まで満ちている。このため、担体11のほぼ全体に浮力が働いており、重力による下方へ引っ張られる力が弱く、担体11は切断されにくい。
【0026】
しかしながら、槽内洗浄などのメンテナンス時に槽内から発酵液を流去するなどして、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下すると、担体11にかかる浮力が低下するばかりか、担体11が発酵液を吸水してその重量が増加しているので、担体11が下方に引っ張られる力が強くなり、担体が切断され易くなる。メタン発酵槽内の発酵液は、高温、高アルカリ性の溶液であることから、メタン発酵処理を長期間実施すると担体が腐食劣化して耐久性が低下し易いので、切断され易くなっている。
【0027】
そこで、このメタン発酵槽1を用いたメタン発酵処理では、メタン発酵槽1内の発酵液の水位が低下したら、ウインチ62を駆動させて巻き取られたワイヤをウインチから引き出して上部支持体21を降下させる。下部支持体22は、メタン発酵槽1の底部10aに固定配置されているので、上部支持体21を降下させると、図5に示すように、上部支持体21が下部支持体22に対して近接し、上部支持体21と下部支持体22との間隔が狭まる。その結果、担体11は上下方向に縮んで下部支持体22上に載り、その重さの大部分が下部支持体22によって受けられ、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、担体11が切断されにくくなり、担体11の交換頻度を低減できる。また、この実施形態では、上部支持体21の外周に支持架台23が配置されているので、支持架台23が、上部支持体21を昇降移動させる際のガイドになり、上部支持体21が目的の場所に、スムーズかつ正確に昇降する。
【0028】
上部支持体21の位置制御は、例えば、槽内に水位計を設置し、水位計による測定値に応じて、段階的又は連続的にウインチ62を駆動させて巻き取り量を調整するなどの措置により行える。
【0029】
そして、メンテナンスなどが終了し、メタン発酵槽内に発酵液を再導入して、発酵液が正常状態の水位レベルまで達したら、ウインチ62を駆動させてワイヤ61を所定量巻き取って上部支持体21を定常運転時の位置まで上昇させ、担体11を、上部支持体21と下部支持体22との間で上下方向に伸びた状態で保持し、槽内に供給された有機性破棄物を、担体11に担持された嫌気性微生物によりメタン発酵する。
【0030】
このようにしてメタン発酵処理を行うことで、担体の交換頻度を低減でき、長期にわたって安定して効率の良いメタン発酵処理を実施することができる。
【0031】
なお、この実施形態では、ウインチ62によりワイヤ61の巻き取り量を調整することで、上部支持体21を昇降させるようにしたが、上部支持体21を昇降させる構成としては、上記ウインチとワイヤを使用した構成に限定されず、メタン発酵槽内の発酵液の水位に応じて上部支持体21を昇降できる構造であればよい。
【0032】
例えば、図6に示すような昇降装置70にて上部支持体21を昇降させてもよい。図6の昇降装置70は、上部支持体21が、モータ71により回転する支軸72の下端に枢着され、モータ71の回転によって上下移動する機構を備えている。すなわち、支軸72は、フレーム73の上下面に設けられた軸受け74a,74bの間でネジ加工されたネジ軸72aとなっており、ネジ軸72aが通るフレーム73内部の一部分が、フレーム73に固定された雌ネジ部73aに螺装されている。この昇降装置70は、モータ71を駆動させると、その回転動力が駆動ギア75と従動ギア76により支軸72に伝達してネジ軸72aが回転し、雌ネジ部73aによるネジ移動により支軸72が上下に移動する。これにより、上部支持体21を昇降するようになっている。
【0033】
図7を用いて、本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態を説明する。上記第1の実施形態のメタン発酵槽と実質的に同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【0034】
この実施形態のメタン発酵槽1aは、上部支持体21aが、水中に浸漬された担体11を上方に引っ張ることができる程度の浮力を有する部材(以下、「浮き部材」という)で形成されている。
【0035】
上記浮き部材としては、特に限定はなく、比重が1以下のものであればよく、例えば、浮輪、合成樹脂発泡体、金属発泡体、樹脂性中空構造体などが挙げられる。
【0036】
第2の実施形態のメタン発酵槽によれば、定常運転時は、浮き部材からなる上部支持体21aがメタン発酵槽1内の発酵液の水面に浮遊して担体11を上方に引っ張り、下部支持体22aは底部に固定配置されていることから、上部支持体21aと下部支持体22aとの間で、担体11が上下に延びた状態で保持される。
【0037】
そして、発酵液の水位が低下すると、上部支持体21aは水位の変化に追従し、ストッパー40の位置まで下降するので、担体11が縮んで下部支持体22a上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少する。このため、上記第1の実施形態と同様に、担体11が切断されることを防ぐことができる。また、この実施形態では、上部支持体21aを昇降する際に特に動力を必要としないので運転コストを低減でき、更には、昇降装置や、発酵液の水位を計測する水位計などの設備を別途用意する必要もないので装置コストも低減できる。
【0038】
図8に、本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態の変形例を示す。図7に示す実施形態では、一つの上部支持体21aに、複数の担体11を保持する構成としたが、図8に示す実施形態では、一つの浮き部材からなる上部支持体21bで、一つの担体11が支持されて、メタン発酵槽内に担体11が複数配置されている。すなわち、担体11と同数個の上部支持体21bがメタン発酵槽内に配置されている。そして、上部支持体21bと担体11の上端部との間には、上部支持体21bよりも小径の開口部を有する上部固定架台41が固定配置されている。
【0039】
この実施形態によれば、定常運転時は、メタン発酵時に発生したバイオガスによる曝気や、発酵物の沈降防止を目的とした攪拌などにより、発酵液中の担体は攪拌流を受けるが、上部固定架台41を設けたことによって、攪拌流を受けても発酵液中での担体の揺れ動きを低減でき、隣接する担体11との接触を防止できる。そして、発酵液の水位が低下した場合にあっては、上部支持体21bは水位の変化に追従して、上部固定架台41の位置まで下降するので、上記の実施形態と同様の効果が得られる。
【0040】
図9,10を用いて、本発明のメタン発酵槽の第3の実施形態を説明する。図9では、便宜上担体を図示しないが、上記実施形態と同様、上部支持体21cと下部支持体22cとの間には、その上下端が保持されて担体が保持されている。
【0041】
この実施形態のメタン発酵槽1cは、上部支持体21cが支持架台23cと溶接などにより固定されて、槽10内の上部に固定配置されている。
【0042】
図9を併せて参照すると、支持架台23cは中空構造をなしており、下部支持体22cの外周には可動車輪25が配置され、この可動車輪25が、ワイヤ81によって支持されて支持架台23cの下部に設けられたスライド溝26に挿入配置されている。この下部支持体22cは、メタン発酵槽1cの外部に固定配置されたウインチ82を駆動させてワイヤ81の巻き取り量を調整することで、下部支持体22cがスライド溝26の上下方向に移動してメタン発酵槽1c内を昇降移動する。
【0043】
第3の実施形態のメタン発酵槽によれば、定常運転時は、上部支持体21cと下部支持体22cとの間で、担体が上下に延びた状態で保持される。
【0044】
そして、発酵液の水位が低下すると、ウインチ82を駆動させてワイヤ81を巻き取って下部支持体22cを上昇させる。上部支持体21cは槽10の上部に固定配置されているので、下部支持体22cを上昇させることで、担体が縮んで下部支持体22c上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少する。これにより、上記第1,2の実施形態と同様に、担体が切断されることを防ぐことができる。
【0045】
メタン発酵槽内における下部支持体22cの設置高さの位置制御は、例えば、第1の実施形態と同様の方法により、槽内に発酵液の水位を測定する水位計を設置し、水位計による測定値に応じて、段階的又は連続的にウインチ82を駆動して、ワイヤ81の巻き取り量を調整するなどの措置により行える。
【0046】
図11,12を用いて、本発明のメタン発酵槽の第4の実施形態を説明する。なお、図11では、便宜上担体を図示しないが、上記第1,2の実施形態と同様、上部支持体21dと下部支持体22dとの間には、その上下端が保持されて担体が保持されている。
【0047】
この実施形態のメタン発酵槽1dは、上部支持体21dが支持架台23dと溶接などにより固定されて、槽10内の上部に固定配置されている。また、槽10の内壁底面には、エアジャッキ83が複数個(この実施形態では4個)配置されている。このエアジャッキ83は、下部支持体22dの裏面側に形成された棚部35と、槽10の内壁底面との間でエアジャッキ83が挟持されている。
【0048】
図12を併せて参照すると、下部支持体22dの外周には可動車輪25が配置され、この可動車輪25が、支持架台23dの下部に設けられたスライド溝26に挿入配置されている。そして、エアジャッキ83からは、エアチューブ84が延出して、図示しないメタン発酵槽1dの外部に設けられたエアポンプと連結している。
【0049】
第4の実施形態のメタン発酵槽によれば、定常運転時は、上部支持体21dと下部支持体22dとの間で、担体が上下に延びた状態で保持される。
【0050】
そして、発酵液の水位が低下すると、エアジャッキ83に空気を導入して図12の想像線で示すように下部支持体22dを上昇させる。上部支持体21dは槽10の上部に固定配置されているので、下部支持体22dを上昇させることで、担体が縮んで下部支持体22d上に載り、上下方向に引っ張られる荷重が減少するので、上記第1〜3の実施形態と同様に、担体が切断されることを防ぐことができる。
【実施例】
【0051】
以下、実施例により、本発明の作用効果を説明する。
【0052】
図1に示すメタン発酵装置を用いて、メタン発酵を行った。担体11として、厚さ10mm、開孔径200μm、空隙率97%程度のポリエステル製の不織布を、幅10cm、長さ2mに裁断して10枚束ねたものを用いた。担体11の上下端を、SUS板(厚さ1mm、長さ10cm)の治具でリベット接続し、SUS板の反対の方を、それぞれ上部支持体21、下部支持体22に接続して、メタン発酵槽1内に収容した。
メタン発酵槽1内に発酵液を充填した後、排水するという操作を10回行った。
排水操作中、メタン発酵槽1内の発酵液の水位が下がるに伴って上部支持体21を降下させたところ、担体11は切断されることなく、またその破断強度も初期値と変わらない値であった。
【0053】
一方、排水操作中、上部支持体21の設置位置を固定させていたところ、排水操作時に担体11が吸水した水の重さで伸びた後に切断した。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態の概略図である。
【図2】担体の概略図である。
【図3】支持枠の概略図である。
【図4】本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態の定常運転時の状態図である。
【図5】同メタン発酵槽の槽内から発酵液を引き抜いた際の状態図である。
【図6】本発明のメタン発酵槽の第1の実施形態の変形例の要部拡大概略図である。
【図7】本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態の概略図である。
【図8】本発明のメタン発酵槽の第2の実施形態の変形例の概略図である。
【図9】本発明のメタン発酵槽の第3の実施形態の概略図である。
【図10】同メタン発酵槽の部分Aの拡大断面図である。
【図11】本発明のメタン発酵槽の第4の実施形態の概略図である。
【図12】同メタン発酵槽の部分Bの拡大断面図である。
【符号の説明】
【0055】
1,1a,1b,1c,1d:メタン発酵槽
10:槽
11:担体
12:治具
21,21a,21b,21c,21d:上部支持体
22,22c,22d:下部支持体
23,23c,23d:支持架台
25:可動車輪
26:スライド溝
31a,31b,31c:枠体
32a,32b,32c,32d:桟
33a,33b,33c:取付け部
35:棚部
40:ストッパー
41:上部固定架台
61:ワイヤ
62:ウインチ
70:昇降装置
81:ワイヤ
82:ウインチ
83:エアジャッキ
84:エアチューブ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
嫌気性微生物を担持する担体が配置されたメタン発酵槽であって、
前記担体は、上部支持体と下部支持体との間で、その上下端が保持されて、メタン発酵槽内に収容されており、
前記上部支持体及び前記下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされていることを特徴とするメタン発酵槽。
【請求項2】
前記下部支持体が、メタン発酵槽の底部に固定配置され、前記上部支持体が、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下するに伴い、降下するように構成されている、請求項1に記載のメタン発酵槽。
【請求項3】
前記上部支持体が、水中に浸漬された前記担体を上方に引っ張ることができる程度の浮力を有する部材で形成されており、前記メタン発酵槽内の発酵液の水位の変化に追従して昇降動作する、請求項2に記載のメタン発酵槽。
【請求項4】
前記上部支持体、前記下部支持体及び前記担体は、かご状のフレームに収容されて、前記メタン発酵槽内に設置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタン発酵槽。
【請求項5】
前記担体は、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ビニロン繊維、塩化ビニリデン繊維、及び炭素繊維から選ばれる繊維素材を不織布状にしたものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタン発酵槽。
【請求項1】
嫌気性微生物を担持する担体が配置されたメタン発酵槽であって、
前記担体は、上部支持体と下部支持体との間で、その上下端が保持されて、メタン発酵槽内に収容されており、
前記上部支持体及び前記下部支持体の少なくとも一方が、他方に対して近接離反できるように昇降可能とされていることを特徴とするメタン発酵槽。
【請求項2】
前記下部支持体が、メタン発酵槽の底部に固定配置され、前記上部支持体が、メタン発酵槽内の発酵液の水位が低下するに伴い、降下するように構成されている、請求項1に記載のメタン発酵槽。
【請求項3】
前記上部支持体が、水中に浸漬された前記担体を上方に引っ張ることができる程度の浮力を有する部材で形成されており、前記メタン発酵槽内の発酵液の水位の変化に追従して昇降動作する、請求項2に記載のメタン発酵槽。
【請求項4】
前記上部支持体、前記下部支持体及び前記担体は、かご状のフレームに収容されて、前記メタン発酵槽内に設置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタン発酵槽。
【請求項5】
前記担体は、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ビニロン繊維、塩化ビニリデン繊維、及び炭素繊維から選ばれる繊維素材を不織布状にしたものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタン発酵槽。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2010−137164(P2010−137164A)
【公開日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−315687(P2008−315687)
【出願日】平成20年12月11日(2008.12.11)
【出願人】(507214083)メタウォーター株式会社 (277)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年12月11日(2008.12.11)
【出願人】(507214083)メタウォーター株式会社 (277)
【Fターム(参考)】
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