溶存メタン回収方法及び装置
【課題】嫌気性処理水に含まれる溶存メタンを物理的作用である物質移動作用により簡単且つ安価に効率良く回収できるようにしてエネルギの有効利用を確実に行い得るようにする。
【解決手段】嫌気性処理水供給装置３により多孔質性の保水部材１４の上部に供給した嫌気性処理水５を保水部材１４に沿い流下させ、保水部材１４の下部より空気７を供給して嫌気性処理水５と空気７とを接触させ、嫌気性処理水５から空気７への物質移動作用によって嫌気性処理水５中の溶存メタンを空気中に回収する。
【解決手段】嫌気性処理水供給装置３により多孔質性の保水部材１４の上部に供給した嫌気性処理水５を保水部材１４に沿い流下させ、保水部材１４の下部より空気７を供給して嫌気性処理水５と空気７とを接触させ、嫌気性処理水５から空気７への物質移動作用によって嫌気性処理水５中の溶存メタンを空気中に回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性微生物により処理した嫌気性処理水等の溶存メタン含有排水中に含まれる溶存メタンを物理的作用である物質移動作用によりガス化して回収するようにした溶存メタン回収方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタンは強力な温室効果ガスの一つとして知られており、その温室効果は二酸化炭素のおよそ２１倍であるといわれている。又、その量は二酸化炭素についで多いといわれており、産業活動の結果、大気中のメタン濃度は２００年前に比べて２倍以上に達していると推定され、メタンが気象に与える影響、すなわち地球温暖化が懸念されている。
【０００３】
一方、有機性排水を処理するプロセスには嫌気性微生物群を利用する場合と、好気性微生物群を利用する場合とがあるが、嫌気性微生物群の働きを利用した有機性排水処理プロセス、すなわち嫌気性排水処理プロセスは、好気性微生物群の働きを利用した標準活性汚泥法に比べて余剰汚泥の発生が少ないことや、エネルギ消費量が少ない等の長所を有することから、産業排水や下水等の処理に普及している。又、嫌気性排水処理プロセスによって各種排水を処理することで、エネルギとして利用可能なメタンガスを生成させることができる。
【０００４】
しかし、嫌気性排水処理プロセスにおいて生成されたメタンガスの一部は、気相と液相との間の物理的作用である物質移動作用によって嫌気性処理水に溶け込んでしまう。これにより、生成されたメタンガスの回収量が減少してしまうだけでなく、溶存メタンを含んだ嫌気性処理水が排出されることで、メタンガスは何れは大気中に放出されてしまう。
【０００５】
なお、溶存メタンを含む排水は、嫌気性処理水以外にも、石油発掘の際の間隙水や、埋立て処分地の浸出等があり、これらの排水の処理の際にもメタンの大気気散が生じている。
【０００６】
而して、上記した理由により、地球温暖化防止の観点から、嫌気性処理水等（以下、単に嫌気性処理水という）に含まれた溶存メタンを回収することが必要である。しかし、嫌気性処理水に含まれている溶存メタンを物理的作用である物質移動作用により回収する技術はないのが現状である。而して、有機性排水を処理する技術としては特許文献１、２がある。
【０００７】
特許文献１では、深海から採集した化学合成依存生物を用いて、有機性排水である嫌気性処理排液、及び汚泥脱水機の排液中に含まれている溶存メタンを生物学的に酸化して処理するようにしている。
【０００８】
特許文献２では、酸生成槽からメタン生成槽に送給されなかった流出液の残部を減圧容器に送給し、この減圧容器で減圧攪拌することにより、液中に含有される溶存水素や二酸化炭素等のガス成分を気相側へ移行させて回収する方法が示されている。又、この方法では、減圧容器において溶存水素を液相から除去して酸生成槽での水素濃度を適切に保つことで、酸生成槽での酢酸生成効率及びメタン生成槽でのメタン生成効率を高めるようしている。
【０００９】
更に、この特許文献２においては文献中に示されている実験結果から見ると、減圧容器からは、液中に含有される溶存ガスである水素や二酸化炭素等のガス成分と共に、溶存メタンも回収されることは明らかである。しかし、減圧容器で溶存メタンを回収するためには、減圧度を大きくしなけばならず、減圧度を溶存水素の回収に適したレベルにすると溶存メタンを効率よく回収することはできない。従って、この方法では、溶存メタンの回収に適用するのは効率が悪く、実施するには不適当である。
【００１０】
又、仮に、特許文献２の装置を実機に適用しようとする場合には、減圧容器を真空圧に耐えられるよう強固な構造としなけばならず、又、真空圧にするために真空ポンプ等が必要となり、更に、回収された水素とメタンを分離するための複雑なシステムが必要となり、その結果、設備費、運転維持費が高価となる。
【特許文献１】特開平１１−１６９８８４号公報
【特許文献２】特開平５−３０９４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１では溶存メタンを生物学的に酸化処理しており、溶存メタンを回収することはできないため、エネルギの有効利用を図ることができない。
【００１２】
又、特許文献２では、水素とメタンとを別々に生産回収することにより、酸醗酵段階の水素濃度を調整することを目的としており、溶存メタンの回収は直接の目的とはしてはいないため、溶存メタンの回収に適用しても上述したように、効率良い溶存メタンの回収は困難であり、又、溶存メタン回収の効率を上げるためには設備費、運転維持費が高価となる。
【００１３】
本発明は、前記実情に鑑み、嫌気性処理水のような溶存メタン含有排水中に含まれる溶存メタンを物理的作用である物質移動作用により簡単且つ安価に効率良く回収できるようにしてエネルギの有効利用を確実に行い得るようにした溶存メタンの回収方法及び装置を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１の溶存メタン回収方法は、気相中に配置した多孔質性の保水部材の上部から溶存メタン含有排水を供給して気液接触させ、該溶存メタン含有排水から気相への物質移動作用により前記溶存メタン含有排水に含まれる溶存メタンをガス化して回収するものである。
【００１５】
本発明の請求項２の溶存メタン回収方法では、溶存メタン含有排水を保水部材の上部から流下或は散水するようにしており、請求項３の溶存メタン回収方法では、保水部材の下部或は保水部材を収納した容器の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給するようにしている。
【００１６】
本発明の請求項４の溶存メタン回収装置は、多孔質性の保水部材と、該保水部材に上部から溶存メタン含有排水を供給する溶存メタン含有排水供給手段と、溶存メタン含有排水と気相とが接触して溶存メタン含有排水中の溶存メタンがガス化して生じたメタンガスを回収するメタンガス回収手段とを設けたものである。
【００１７】
本発明の請求項５の溶存メタン回収装置においては、保水部材の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給するガス供給手段を設けたものであり、請求項６の溶存メタン回収装置においては、保水部材は容器内に収納されている。
【００１８】
保水部材の下部或は保水部材を収納した容器の下部から保水部材に向けて供給するガスとしては、空気以外に、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、或は炭酸ガス等、種々のガスを用いることができる。又、これらのガスを空気と混ぜて供給しても良い。例えば、空気に炭酸ガスを混合した混合ガス、或は炭酸ガスを単独で供給すると、溶存メタン含有排水から回収したメタンを含むガスを精製する際に、アルカリ剤等を通すことで、炭酸ガス成分のみを除去できるので、得られるガスのメタン濃度を向上させることができ、これによって回収ガスの再利用（燃焼、燃料電池等）を行ないやすくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１〜６記載の溶存メタン回収方法及び装置によれば、下記のごとき種々の優れた効果を奏し得る。
Ｉ）保水部材を流下する溶存メタン含有排水は、保水部材に形成された個々の連続した比表面積の大きい多孔部に短絡することなく均一に充たされるため、保水部材に対し高効率に接触することができ、その結果、空気や不活性ガスとの気液接触により、溶存メタン含有排水中に含有されている溶存メタンの空気或は不活性ガスへの放出が活発に行なわれ、従って、これまで回収されずに大気放出されていた溶存メタン含有排水中の溶存メタンを簡単且つ確実にしかも安価に効率良く回収することができる。
ＩＩ）回収したメタンは、後段で脱硫や炭酸ガスの吸着等の適切な処理を施すことにより、メタンガス利用の創エネルギプロセスに利用できてエネルギの有効利用を確実に行うことができる。
ＩＩＩ）比表面積の大きい多孔質の保水部材を用いているため、溶存メタン含有排水と気相が高効率に接触することができて、保水部材を収納する容器の容積を小さくできるうえ、物質移動作用を用いて溶存メタンを回収するようにしているため、装置が簡略化でき、その結果、設備費、運転維持費を安価にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図３は本発明を実施する形態の第一例である。
図１に示すように、溶存メタン回収装置１は、密閉された立方体箱状の容器２と、容器２内上部に収納された複数の嫌気性処理水供給装置３と、各嫌気性処理水供給装置３の側面に幕状に垂下されて容器２内に収納された溶存メタン回収ユニット４と、嫌気性処理水供給装置３に嫌気性処理水５を供給する嫌気性処理水供給管路６と、容器２の下部に空気７を供給する給気管路８と、容器２内で回収されたメタンを含むメタン回収ガス９を取出すためのメタンガス回収管路１０と、容器２の下端近傍から処理水１１を排水するための排水管路１２を備えている。
【００２１】
嫌気性処理水供給装置３は上部が開放された深さの浅い箱状の容器であり、嫌気性処理水供給装置３を配した長辺側の側面上縁側には、複数のスリット３ａが刻設されている。而して、嫌気性処理水供給管路６から供給された嫌気性処理水５が嫌気性処理水供給装置３に所定量溜まると、嫌気性処理水５はスリット３ａからオーバーフローして溶存メタン回収ユニット４の全幅に亘って供給され均一に流下し得るように構成されている。嫌気性処理水供給装置３に形成するスリット３ａの形状は、図１に示すような逆三角形形状以外に、種々の形状を採用することができる。
【００２２】
溶存メタン回収ユニット４は、嫌気性処理水供給装置３から嫌気性処理水５を流下させることで、嫌気性処理水５に含有されている溶存メタンを回収するためのユニットである。而して、図２及び図３に示すように、溶存メタン回収ユニット４は、塩化ビニール板１３の両面にポリウレタンスポンジ製の保水部材１４を貼着する等して固設した構造である。保水部材１４は、導液性のシート１５と、シート１５に対し一体的に形成されて上下方向に段状に並設された複数の多孔質棒状体１６を備えている。
【００２３】
多孔質棒状体１６の鉛直方向断面形状は二等辺三角形状で、その頂部は半円形に形成され、上下の多孔質棒状体１６、１６間にはくびれ部１７が形成されている。又、多孔質棒状体１６の二等辺三角形状の頂部は水平方向へ突出している。更に、シート１５の両面に固設される多孔質棒状体１６は、図示するように、一面側の多孔質棒状体１６の頂部が他面側の多孔質棒状体１６のくびれ部１７に対向するよう、高さ方向の位相をずらして設けられている。
【００２４】
保水部材１４は連続気泡を有する多孔質体であり、連続気泡は孔径５〜５，０００μｍ、好ましくは３０〜３，０００μｍ、空隙率は１０〜９０％、好ましくは３０〜９０％とする。又、比表面積は５００〜１０，０００ｍ２／ｍ３とすることが好ましい。更に、保水部材１４としては、多孔質スポンジのような発泡成形体、或は焼結金属のような粒子若しくは繊維状物の結合体を用いることができる。具体的には、ポリウレタン製等のスポンジ状のものや、セラミックス等の透液性の多孔質体が好ましいが、不織布のような透液性のシートを用いても良い。
【００２５】
多孔質棒状体１６の鉛直方向断面形状は、図示例のようなくびれ部１７を形成する場合、三角形状の他に矩形状、半円形状等任意の断面形状とすることができるが、図示したような三角形状の場合、多孔質棒状体１６の底辺同士が水平方向へ対向するよう、そろばん球状に配置しても良いし、或は四角形状にした場合は長手方向の対角線が水平方向或は垂直方向を向くように配置しても良い。又、斯かる多孔質棒状体１６は、比表面積を大きくするため、図示例のようにくびれ部１７を介して上下方向に連続的に接続されているものが好ましいが、くびれ部１７を形成する場合は、導水性シート１５の片面又は両面に、多孔質棒状体１６を貼り付けた形状のものが容易に製作することができて好ましい。更に、シート１５は織物或は網状のシートやネット等の透液性のシートが好ましいが、樹脂のような非透液性のシートを用いても良い。
【００２６】
嫌気性処理水供給管路６は、嫌気性処理水供給管路６に対し長手方向に間隔を置いて接続した３本の分岐管路６ａを介して、３組の嫌気性処理水供給装置３のスリット３ａが形成されていない側面に接続されており、嫌気性処理水供給装置３のうち、分岐管路６ａ長手方向の前後の２組の嫌気性処理水供給装置３は連通管路６ｂにより接続されている。又、給気管路８は、平面視で嫌気性処理水供給管路６と９０度角度を異にして配置されていると共に、給気管路８の長手方向両端部近傍に接続された分岐管路８ａは、容器２の下側面に接続されている。更に、排水管路１２は、給気管路８と平行に配置されると共に、嫌気性処理水供給管路６の給気管路８から離反した側の端部側下方に位置するよう配置されて容器２の下側面に接続されている。更に又、メタンガス回収管路１０は、容器２の排水管路１２接続部と対向する面の上側部に接続されている。
【００２７】
次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
例えば、下水、産業排水、汚泥等の有機性排水が嫌気性微生物により処理されて生成された嫌気性処理水５は嫌気性処理水供給管路６を送給され、分岐管路６ａから、当該分岐管路６ａに接続された嫌気性処理水供給装置３に導入され、この嫌気性処理水供給装置３から連通管路６ｂを介して、下流側の嫌気性処理水供給装置３に供給される。
【００２８】
而して、嫌気性処理水供給装置３に所定量の嫌気性処理水５が溜まると嫌気性処理水５は、スリット３ａからオーバーフローして、下方へ垂下している溶存メタン回収ユニット４の全幅に亘って供給され、均一に流下する。而して、流下した嫌気性処理水５は、鉛直方向に配置した複数の多孔質棒状体１６間を順次流下するが、一気に流下するのではなく、多孔質棒状体１６及び導水性シート１５の表面形状に沿い、順々に伝いながらゆっくりと流下する。
【００２９】
又、嫌気性処理水５は、保水部材１４の多孔質棒状体１６及びシート１５内の連続気泡である個々の多孔部内に侵入し、多孔部内を均一に充たした状態で短絡することなく流下する。又、給気管路８から送給された空気７は、分岐管路８ａから容器２内に供給されて容器２内を上昇する。
【００３０】
このため、嫌気性処理水５と空気７とは保水部材１４において気液接触する。そうすると、嫌気性処理水５中の溶存メタンの濃度は空気７中のメタンの濃度よりも高いため、液体と気体との系において両相の組成の温度、圧力が一定になろうとする気液平衡の原理により、液相である嫌気性処理水５中の溶存メタンは、気相である空気７中へ物理的作用である物質移動作用により移動し、空気７中のメタン濃度が高まることで嫌気性処理水５中の溶存メタンはガスとして気相である空気７中に回収される。空気７中に回収されたメタンはメタン回収ガス９として容器２内を上昇し、メタンガス回収管路１０から後段に送給される。
【００３１】
又、嫌気性処理水５を上方から下方へ向けて流下させ、空気７を下方から上方へ向けて流すことにより、嫌気性処理水５と空気７との接触効率が向上し、その結果、メタン回収速度が速まり、しかも空気７が上昇するにつれて徐々に空気７中のメタン濃度は高くなる。このため、容器２の下部では嫌気性処理水５中のメタン濃度は低い状態となる。
【００３２】
溶存メタン回収ユニット４を流下して溶存メタンを回収された嫌気性処理水５は容器２下部の排水管路１２から排出される。
【００３３】
本図示例によれば、保水部材１４を流下する嫌気性処理水５は、保水部材１４の多孔質棒状体１６及び導水性シート１５に形成された個々の連続した比表面積の大きい多孔部に短絡することなく均一に充たされる。このため、嫌気性処理水５は気相に対し高効率に接触することができ、その結果、空気７との気液接触により、嫌気性処理水５に含有されている溶存メタンの空気７への放出が活発に行なわれる。
【００３４】
従って、これまで回収されずに大気放出されていた嫌気性処理水５中の溶存メタンを、物理的作用である物質移動作用により簡単且つ確実にしかも安価に効率良く回収することができ、又、回収したメタンは、後段で脱硫や炭酸ガスの吸着等の適切な処理を施すことにより、メタンガス利用の創エネルギプロセスに利用できてエネルギの有効利用を確実に行うことができる。
【００３５】
又、上述のように、比表面積の大きい多孔質の保水部材１４を用いているため、嫌気性処理水と気相が高効率に接触することができて、保水部材１４を収納する容器２の容積を小さくできるうえ、物質移動作用を用いて溶存メタンを回収するようにしているため、装置を簡略化できる。その結果、設備費、運転維持費を安価にすることができる。
【００３６】
図４、図５は本発明を実施する形態の第二例である。
而して、本図示例においては、図５に示すように、軸心Ｌに対して直行する方向の断面形状が円形の短柱体である円筒状多孔質性スポンジを保水部材１８として使用するようにしている。保水部材１８は外周面を樹脂製の補強部材１９により補強されている。
【００３７】
有底円筒状の容器２０には、無底無蓋の網目状で且つ円筒状の複数の容器２１が多段に収納され、容器２１内には図５に示す形状の保水部材１８が多数収納されている。容器２１内の保水部材１８の向きは任意となる。
【００３８】
容器２１の上部には、嫌気性処理水２２が供給される嫌気性処理水供給管路２３が容器２０の軸心と合致するよう縦向きに配置されており、嫌気性処理水供給管路２３の下端には、スプリンクラのような嫌気性処理水散水装置２４が旋回可能に設けられている。又、図中、２５は容器２０の下端部近傍に接続されて空気２６を容器２０内に供給するようにした給気管路、２７は容器２０の上端部近傍に接続されてメタン回収ガス２８を回収するメタンガス回収管路、２９は容器２０の下端部近傍に給気管路２５と１８０度位相を異ならしめ且つ給気管路２５よりも下方に位置するよう接続された排水管路であり、メタンが回収された処理水３０が排出されるようになっている。
【００３９】
保水部材１８の空隙率、比表面積、材質は前記実施の形態の第一例の保水部材１４と同様にする。又、保水部材１８は図示例の形状の他に、軸心に対して直交する方向の断面形状が矩形状の短柱状、同じく軸心に対して直交する方向の断面形状が三角形状の短柱状、等任意の断面形状とすることができるが、強度を高めるためには、断面形状を図示例のような短円柱状とすると良い。
【００４０】
本図示例においては、嫌気性処理水供給管路２３から供給された嫌気性処理水２２は、旋回している嫌気性処理水散水装置２４によって容器２１内の保水部材１８に散布され、散布された嫌気性処理水２２は、保水部材１４の外周面に沿い流下すると共に、保水部材１４内の連続する気泡である個々の多孔部内を均一に充たした状態で、短絡することなく流下する。又、給気管路２５から送給された空気２６は容器２０から網状の容器２１内に供給されて保水部材１８間や保水部材１８の多孔部内を上昇する。
【００４１】
このため、嫌気性処理水２２と空気２６とは気液接触する。そうすると、嫌気性処理水２２中の溶存メタンの濃度は、空気２６中のメタンの濃度よりも高いため、液相である嫌気性処理水２２中の溶存メタンは、実施の形態の第一例で説明したように、気相である空気２６中へ物理的作用である物質移動作用により移動し、空気２６中のメタン濃度が高まることで嫌気性処理水２２中の溶存メタンはガスとして空気２６中に回収される。空気２６中に回収されたメタンは空気２６に同伴され、メタン回収ガス２８は容器２０内を上昇し、メタンガス回収管路２７から後段に送給される。
【００４２】
又、嫌気性処理水２２を上方から下方へ向けて流下させ、空気２６を下方から上方へ向けて流すことにより、嫌気性処理水２２と空気２６との接触効率が向上し、その結果、メタン回収速度が速まり、しかも空気２６が上昇するにつれて徐々に空気２６中のメタン濃度は高くなる。このため、容器２０の下部では空気２６中のメタン濃度は低い状態となる。
【００４３】
保水部材１８を流下して溶存メタンを回収された嫌気性処理水３０は容器２０下部の排水管路２９から排出される。而して、本図示例においても、前記第一例と同様の効果を奏することができる。
【００４４】
図６、図７は本発明を実施する形態の第三例で、基本的構成は図４、図５に示す第二例と似ているが、異なるところは、保水部材が中空円筒状で、容器が矩形状である点である。
【００４５】
而して、本図示例においては、図７に示すように、保水部材３１として、軸心Ｌに対して直行する方向の断面形状が中心部を軸心方向にくり抜かれた円筒状の短柱体である中空円筒状多孔質性スポンジを使用するようにしている。保水部材３１は図示してないが樹脂等により形成した細い骨組みの補強部材により外周表面を補強されている。３１ａは保水部材３１の中空孔である。
【００４６】
有底矩形筒状の容器３２には、無底無蓋の網目状で且つ矩形筒状の複数の容器３３が多段に収納され、容器３３内には図７に示す形状の多数の保水部材３１が収納されている。容器３２内の保水部材３１の向きは任意となる。図６中、図４に示す符号と同一の符号のものは同一のものを示す。
【００４７】
保水部材３１の空隙率、比表面積、材質は前記実施の形態の第二例の保水部材１８と同様にする。又、保水部材３１は図示例の形状の他に、軸心Ｌに対して直交する方向の断面形状を中心部においてくり抜き、図７のように貫通形状に形成された中空矩形状の短柱状や、断面形状が中空三角形状の短柱状、等任意の中空断面形状とすることができるが、強度を高めるためには、断面形状を図示例のような中空短円柱状とすると良い。更に、これらの保水部材も、強度を高めるため、図示してないが樹脂等により形成した細い骨組みの補強部材により外周表面を補強することが好ましい。
【００４８】
本図示例においても、嫌気性処理水供給管路２３から供給された嫌気性処理水２２は、旋回している嫌気性処理水散水装置２４により容器３３内の保水部材３１に散布され、散布された嫌気性処理水２２は、保水部材３１の外周面及び中空孔３１ａ内周面に沿い流下すると共に、保水部材３１内の連続する気泡である個々の多孔部内を均一に充たした状態で、短絡することなく流下する。又、給気管路２５から送給された空気２６は容器３２から網状の容器３３内に供給されて容器３２内を上昇する。
【００４９】
このため、実施の形態の第一例、第二例と同様、気相である空気７と嫌気性処理水２２が気液接触する。その結果、物理的作用による物質移動作用により嫌気性処理水２２中の溶存メタンは空気２６中に回収され、空気２６に同伴されて上昇し、メタン濃度が濃くなったメタン回収ガス２８はメタンガス回収管路２７から後段に送給される。
【００５０】
保水部材３１を流下して溶存メタンを回収された嫌気性処理水３０は容器２０下部の排水管路２９から排出される。
【００５１】
而して、本図示例においても、前記第二例と同様の作用効果を奏することができる。
【００５２】
[実験例]
本発明者は、本発明の作用効果を確認するために、図１に類似した図８に示す装置を用い実験を行なった。
図中、４１は有底有蓋の容器、４２は容器４１内に収納された溶存メタン回収ユニットにおける多孔質の保水部材である。保水部材４２は図２、図３に示す溶存メタン回収ユニット４の保水部材１４と略同一の構成のものを使用しており、塩化ビニル板に固設した保水部材４２の多孔質棒状体４３は鉛直方向へ段状に配置されており、保水部材４２の上下の多孔質棒状体４３は導液性のシートと一体的に接続されている。
【００５３】
又、容器４１の内側面に取り付けられる保水部材４２の多孔質棒状体４３の頂部は半円球状であるが、容器４１内側面から離反した位置に配置される保水部材４２の多孔質棒状体４３は、対向する多孔質棒状体４３の二等辺三角形状の底辺が水平対向されてそろばん玉形状に配置されている。多孔質棒状体４３の材質はポリウレタンスポンジである。
【００５４】
又、図８中、４４は容器４１の上側部から容器４１内に旋回可能に設置されたスプリンクラのような嫌気性処理水散水装置４５に嫌気性処理水４６を供給する嫌気性処理水供給管路、４７は容器４１の下端部近傍に接続されて送風機４８により空気４９を容器４１内に供給するようにした給気管路、５０は容器４１の上端部近傍に接続されてメタン回収ガス５１を回収するメタンガス回収管路、５２は外気が容器４１へ流入するのを阻止する水封装置、５３は容器４１の下端部近傍に給気管路４７と１８０度位相を異ならしめ且つ給気管路４７よりも下方に位置するよう接続されて処理水５４が排出されるようにした排水管路、５５は排水管路５３の中途部に設けられたＵ字管、５６は容器４１の底部に形成されて容器４１から排水管路５３を介しガスが外部へ漏洩したり外気が容器４１内へ侵入するのを防止するための水封槽である。
【００５５】
容器４１は内辺２０ｃｍ×２０ｃｍ、塔高さ２．０ｍの角柱形で、容量約８０ｌであり、多孔質棒状体４３の二等辺三角形は、三辺が３．０ｃｍ×３．０ｃｍ×４．２ｃｍであり、保水部材４２は紙面に平行な方向において１０列、多孔質棒状体４３は鉛直方向へ４６列配置した構成としている。
【００５６】
上記装置での実験は以下のように行った。すなわち、嫌気性処理水供給管路４４を通り供給された嫌気性処理水４６を、旋回する嫌気性処理水散水装置４５から溶存メタン回収ユニットの保水部材４２に散水し、保水部材４２の表面及び保水部材４２の多孔部を通り流下する嫌気性処理水４６に送風機４８により給気管路４７を通り容器４１内に供給された空気４９を接触させて、物質移動作用により、嫌気性処理水４６中の溶存メタンをガスとして空気４９へ移動させ、メタンを含有したメタン回収ガス５１を容器４１内に上昇させ、メタン回収管路５０から水封装置５２を介して後段に送給した。この際、溶存メタンを回収された処理水５４は排水管路５３から後段へ送給された。
【００５７】
嫌気性処理水４６の散水量は４２０ｌ／ｄａｙとし、回収装置は温度制御は行なわず、常温条件下（１０〜２５℃）で運転した。又、給気管路４７から容器４１内へ供給される空気４９の量は、運転開始後５１日までの期間は、およそ７３ＮＬ／ｄａｙであった。
【００５８】
この実験における溶存メタン回収後の嫌気性処理水４６及び処理水５４に含まれる溶存メタン濃度の経日変化を図示すると、図９のようなグラフが得られた。
【００５９】
この実験において運転開始後５１日までは、嫌気性処理水４６に含まれる溶存メタン濃度はおよそ２２．７ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであり、処理水５４に含まれる溶存メタン濃度はおよそ１．０ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであった。
【００６０】
又、運転開始後５２日目以降は、メタン回収ガス５１中のメタン濃度を高めるために、容器４１内へ供給される空気４９の量はおよそ３６ＮＬ／ｄａｙと減少させた。而して、運転開始後５２日以降は、嫌気性処理水４６に含まれる溶存メタン濃度は、およそ５２．０ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであり、処理水５４に含まれる溶存メタン濃度はおよそ１１．３ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであった。
【００６１】
又、図９で得られた嫌気性処理水４６中の溶存メタンの濃度と、処理水５４中に残存する溶存メタンの濃度から実験装置の溶存メタン回収率の経日変化を求めると、図１０のようなグラフが得られた。運転開始後５１日までの実験装置による溶存メタン回収率は、およそ９６％であり、運転開始後５２日以降は、おおよそ７８％であった。
【００６２】
又、メタン回収管路５０から排出されたメタン回収ガス５１のメタンガス濃度の経日変化を測定すると、図１１のグラフが得られた。運転開始後５１日までの実験装置におけるメタン回収ガス５１のメタンガス濃度は、およそ４．０％であり、運転開始後５２日以降は、おおよそ２１．３％であった。
【００６３】
図８に示す実験装置の運転の継続に伴って、保水部材４２への生物膜の付着及び成長が見られたが、保水部材４２の保水性は保たれ、又、溶存メタンの回収効率への影響は見られなかった。
【００６４】
なお、本発明の実施の形態においては、容器２，２０，３２，４１には、空気７，２６，４９を供給する場合について説明したが、窒素ガスのような空気以外のガスを供給するようにしても実施可能なこと、本発明において処理の対象となる排水は、溶存メタンを含む嫌気性処理水であるが、溶存メタン含有排水なら嫌気性処理水に限らず、全ての排水に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の溶存メタン回収方法及び装置に適用する本発明の溶存メタン回収装置の実施の形態の第一例の斜視図である。
【図２】図１の装置に適用する溶存メタン回収ユニットの斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。
【図４】本発明の溶存メタン回収方法及び装置に適用する本発明の溶存メタン回収装置の実施の形態の第二例の斜視図である。
【図５】図４の装置に適用する保水部材の斜視図である。
【図６】本発明の溶存メタン回収方法及び装置に適用する本発明の溶存メタン回収装置の実施の形態の第三例の斜視図である。
【図７】図６の装置に適用する保水部材の斜視図である。
【図８】実験に適用した溶存メタン回収装置の縦断面図である。
【図９】嫌気性処理水と溶存メタンを回収した処理水について、縦軸に溶存メタン濃度を採り、横軸に経過時間を採って示すグラフである。
【図１０】図９に示すグラフの基となったデータから実験装置の溶存メタン回収率を求めたグラフで、縦軸に溶存メタン回収率を採り、横軸に経過時間を採って示すグラフである。
【図１１】図８に示す実験装置において、縦軸にメタン回収ガス中のメタンガス濃度を採り、横軸に経過時間を採って示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１ 溶存メタン回収装置
２ 容器
３ 嫌気性処理水供給装置（溶存メタン含有排水供給手段）
５ 嫌気性処理水（溶存メタン含有排水）
７ 空気
８ 給気管路（ガス供給手段）
１０ メタンガス回収管路（メタンガス回収手段）
１４ 保水部材
１８ 保水部材
２０ 容器
２２ 嫌気性処理水（溶存メタン含有排水）
２４ 嫌気性処理水散水装置（溶存メタン含有排水供給手段）
２５ 給気管路（ガス供給手段）
２６ 空気
２７ メタンガス回収管路（メタンガス回収手段）
３１ 保水部材
３２ 容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性微生物により処理した嫌気性処理水等の溶存メタン含有排水中に含まれる溶存メタンを物理的作用である物質移動作用によりガス化して回収するようにした溶存メタン回収方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタンは強力な温室効果ガスの一つとして知られており、その温室効果は二酸化炭素のおよそ２１倍であるといわれている。又、その量は二酸化炭素についで多いといわれており、産業活動の結果、大気中のメタン濃度は２００年前に比べて２倍以上に達していると推定され、メタンが気象に与える影響、すなわち地球温暖化が懸念されている。
【０００３】
一方、有機性排水を処理するプロセスには嫌気性微生物群を利用する場合と、好気性微生物群を利用する場合とがあるが、嫌気性微生物群の働きを利用した有機性排水処理プロセス、すなわち嫌気性排水処理プロセスは、好気性微生物群の働きを利用した標準活性汚泥法に比べて余剰汚泥の発生が少ないことや、エネルギ消費量が少ない等の長所を有することから、産業排水や下水等の処理に普及している。又、嫌気性排水処理プロセスによって各種排水を処理することで、エネルギとして利用可能なメタンガスを生成させることができる。
【０００４】
しかし、嫌気性排水処理プロセスにおいて生成されたメタンガスの一部は、気相と液相との間の物理的作用である物質移動作用によって嫌気性処理水に溶け込んでしまう。これにより、生成されたメタンガスの回収量が減少してしまうだけでなく、溶存メタンを含んだ嫌気性処理水が排出されることで、メタンガスは何れは大気中に放出されてしまう。
【０００５】
なお、溶存メタンを含む排水は、嫌気性処理水以外にも、石油発掘の際の間隙水や、埋立て処分地の浸出等があり、これらの排水の処理の際にもメタンの大気気散が生じている。
【０００６】
而して、上記した理由により、地球温暖化防止の観点から、嫌気性処理水等（以下、単に嫌気性処理水という）に含まれた溶存メタンを回収することが必要である。しかし、嫌気性処理水に含まれている溶存メタンを物理的作用である物質移動作用により回収する技術はないのが現状である。而して、有機性排水を処理する技術としては特許文献１、２がある。
【０００７】
特許文献１では、深海から採集した化学合成依存生物を用いて、有機性排水である嫌気性処理排液、及び汚泥脱水機の排液中に含まれている溶存メタンを生物学的に酸化して処理するようにしている。
【０００８】
特許文献２では、酸生成槽からメタン生成槽に送給されなかった流出液の残部を減圧容器に送給し、この減圧容器で減圧攪拌することにより、液中に含有される溶存水素や二酸化炭素等のガス成分を気相側へ移行させて回収する方法が示されている。又、この方法では、減圧容器において溶存水素を液相から除去して酸生成槽での水素濃度を適切に保つことで、酸生成槽での酢酸生成効率及びメタン生成槽でのメタン生成効率を高めるようしている。
【０００９】
更に、この特許文献２においては文献中に示されている実験結果から見ると、減圧容器からは、液中に含有される溶存ガスである水素や二酸化炭素等のガス成分と共に、溶存メタンも回収されることは明らかである。しかし、減圧容器で溶存メタンを回収するためには、減圧度を大きくしなけばならず、減圧度を溶存水素の回収に適したレベルにすると溶存メタンを効率よく回収することはできない。従って、この方法では、溶存メタンの回収に適用するのは効率が悪く、実施するには不適当である。
【００１０】
又、仮に、特許文献２の装置を実機に適用しようとする場合には、減圧容器を真空圧に耐えられるよう強固な構造としなけばならず、又、真空圧にするために真空ポンプ等が必要となり、更に、回収された水素とメタンを分離するための複雑なシステムが必要となり、その結果、設備費、運転維持費が高価となる。
【特許文献１】特開平１１−１６９８８４号公報
【特許文献２】特開平５−３０９４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１では溶存メタンを生物学的に酸化処理しており、溶存メタンを回収することはできないため、エネルギの有効利用を図ることができない。
【００１２】
又、特許文献２では、水素とメタンとを別々に生産回収することにより、酸醗酵段階の水素濃度を調整することを目的としており、溶存メタンの回収は直接の目的とはしてはいないため、溶存メタンの回収に適用しても上述したように、効率良い溶存メタンの回収は困難であり、又、溶存メタン回収の効率を上げるためには設備費、運転維持費が高価となる。
【００１３】
本発明は、前記実情に鑑み、嫌気性処理水のような溶存メタン含有排水中に含まれる溶存メタンを物理的作用である物質移動作用により簡単且つ安価に効率良く回収できるようにしてエネルギの有効利用を確実に行い得るようにした溶存メタンの回収方法及び装置を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１の溶存メタン回収方法は、気相中に配置した多孔質性の保水部材の上部から溶存メタン含有排水を供給して気液接触させ、該溶存メタン含有排水から気相への物質移動作用により前記溶存メタン含有排水に含まれる溶存メタンをガス化して回収するものである。
【００１５】
本発明の請求項２の溶存メタン回収方法では、溶存メタン含有排水を保水部材の上部から流下或は散水するようにしており、請求項３の溶存メタン回収方法では、保水部材の下部或は保水部材を収納した容器の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給するようにしている。
【００１６】
本発明の請求項４の溶存メタン回収装置は、多孔質性の保水部材と、該保水部材に上部から溶存メタン含有排水を供給する溶存メタン含有排水供給手段と、溶存メタン含有排水と気相とが接触して溶存メタン含有排水中の溶存メタンがガス化して生じたメタンガスを回収するメタンガス回収手段とを設けたものである。
【００１７】
本発明の請求項５の溶存メタン回収装置においては、保水部材の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給するガス供給手段を設けたものであり、請求項６の溶存メタン回収装置においては、保水部材は容器内に収納されている。
【００１８】
保水部材の下部或は保水部材を収納した容器の下部から保水部材に向けて供給するガスとしては、空気以外に、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、或は炭酸ガス等、種々のガスを用いることができる。又、これらのガスを空気と混ぜて供給しても良い。例えば、空気に炭酸ガスを混合した混合ガス、或は炭酸ガスを単独で供給すると、溶存メタン含有排水から回収したメタンを含むガスを精製する際に、アルカリ剤等を通すことで、炭酸ガス成分のみを除去できるので、得られるガスのメタン濃度を向上させることができ、これによって回収ガスの再利用（燃焼、燃料電池等）を行ないやすくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１〜６記載の溶存メタン回収方法及び装置によれば、下記のごとき種々の優れた効果を奏し得る。
Ｉ）保水部材を流下する溶存メタン含有排水は、保水部材に形成された個々の連続した比表面積の大きい多孔部に短絡することなく均一に充たされるため、保水部材に対し高効率に接触することができ、その結果、空気や不活性ガスとの気液接触により、溶存メタン含有排水中に含有されている溶存メタンの空気或は不活性ガスへの放出が活発に行なわれ、従って、これまで回収されずに大気放出されていた溶存メタン含有排水中の溶存メタンを簡単且つ確実にしかも安価に効率良く回収することができる。
ＩＩ）回収したメタンは、後段で脱硫や炭酸ガスの吸着等の適切な処理を施すことにより、メタンガス利用の創エネルギプロセスに利用できてエネルギの有効利用を確実に行うことができる。
ＩＩＩ）比表面積の大きい多孔質の保水部材を用いているため、溶存メタン含有排水と気相が高効率に接触することができて、保水部材を収納する容器の容積を小さくできるうえ、物質移動作用を用いて溶存メタンを回収するようにしているため、装置が簡略化でき、その結果、設備費、運転維持費を安価にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図３は本発明を実施する形態の第一例である。
図１に示すように、溶存メタン回収装置１は、密閉された立方体箱状の容器２と、容器２内上部に収納された複数の嫌気性処理水供給装置３と、各嫌気性処理水供給装置３の側面に幕状に垂下されて容器２内に収納された溶存メタン回収ユニット４と、嫌気性処理水供給装置３に嫌気性処理水５を供給する嫌気性処理水供給管路６と、容器２の下部に空気７を供給する給気管路８と、容器２内で回収されたメタンを含むメタン回収ガス９を取出すためのメタンガス回収管路１０と、容器２の下端近傍から処理水１１を排水するための排水管路１２を備えている。
【００２１】
嫌気性処理水供給装置３は上部が開放された深さの浅い箱状の容器であり、嫌気性処理水供給装置３を配した長辺側の側面上縁側には、複数のスリット３ａが刻設されている。而して、嫌気性処理水供給管路６から供給された嫌気性処理水５が嫌気性処理水供給装置３に所定量溜まると、嫌気性処理水５はスリット３ａからオーバーフローして溶存メタン回収ユニット４の全幅に亘って供給され均一に流下し得るように構成されている。嫌気性処理水供給装置３に形成するスリット３ａの形状は、図１に示すような逆三角形形状以外に、種々の形状を採用することができる。
【００２２】
溶存メタン回収ユニット４は、嫌気性処理水供給装置３から嫌気性処理水５を流下させることで、嫌気性処理水５に含有されている溶存メタンを回収するためのユニットである。而して、図２及び図３に示すように、溶存メタン回収ユニット４は、塩化ビニール板１３の両面にポリウレタンスポンジ製の保水部材１４を貼着する等して固設した構造である。保水部材１４は、導液性のシート１５と、シート１５に対し一体的に形成されて上下方向に段状に並設された複数の多孔質棒状体１６を備えている。
【００２３】
多孔質棒状体１６の鉛直方向断面形状は二等辺三角形状で、その頂部は半円形に形成され、上下の多孔質棒状体１６、１６間にはくびれ部１７が形成されている。又、多孔質棒状体１６の二等辺三角形状の頂部は水平方向へ突出している。更に、シート１５の両面に固設される多孔質棒状体１６は、図示するように、一面側の多孔質棒状体１６の頂部が他面側の多孔質棒状体１６のくびれ部１７に対向するよう、高さ方向の位相をずらして設けられている。
【００２４】
保水部材１４は連続気泡を有する多孔質体であり、連続気泡は孔径５〜５，０００μｍ、好ましくは３０〜３，０００μｍ、空隙率は１０〜９０％、好ましくは３０〜９０％とする。又、比表面積は５００〜１０，０００ｍ２／ｍ３とすることが好ましい。更に、保水部材１４としては、多孔質スポンジのような発泡成形体、或は焼結金属のような粒子若しくは繊維状物の結合体を用いることができる。具体的には、ポリウレタン製等のスポンジ状のものや、セラミックス等の透液性の多孔質体が好ましいが、不織布のような透液性のシートを用いても良い。
【００２５】
多孔質棒状体１６の鉛直方向断面形状は、図示例のようなくびれ部１７を形成する場合、三角形状の他に矩形状、半円形状等任意の断面形状とすることができるが、図示したような三角形状の場合、多孔質棒状体１６の底辺同士が水平方向へ対向するよう、そろばん球状に配置しても良いし、或は四角形状にした場合は長手方向の対角線が水平方向或は垂直方向を向くように配置しても良い。又、斯かる多孔質棒状体１６は、比表面積を大きくするため、図示例のようにくびれ部１７を介して上下方向に連続的に接続されているものが好ましいが、くびれ部１７を形成する場合は、導水性シート１５の片面又は両面に、多孔質棒状体１６を貼り付けた形状のものが容易に製作することができて好ましい。更に、シート１５は織物或は網状のシートやネット等の透液性のシートが好ましいが、樹脂のような非透液性のシートを用いても良い。
【００２６】
嫌気性処理水供給管路６は、嫌気性処理水供給管路６に対し長手方向に間隔を置いて接続した３本の分岐管路６ａを介して、３組の嫌気性処理水供給装置３のスリット３ａが形成されていない側面に接続されており、嫌気性処理水供給装置３のうち、分岐管路６ａ長手方向の前後の２組の嫌気性処理水供給装置３は連通管路６ｂにより接続されている。又、給気管路８は、平面視で嫌気性処理水供給管路６と９０度角度を異にして配置されていると共に、給気管路８の長手方向両端部近傍に接続された分岐管路８ａは、容器２の下側面に接続されている。更に、排水管路１２は、給気管路８と平行に配置されると共に、嫌気性処理水供給管路６の給気管路８から離反した側の端部側下方に位置するよう配置されて容器２の下側面に接続されている。更に又、メタンガス回収管路１０は、容器２の排水管路１２接続部と対向する面の上側部に接続されている。
【００２７】
次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
例えば、下水、産業排水、汚泥等の有機性排水が嫌気性微生物により処理されて生成された嫌気性処理水５は嫌気性処理水供給管路６を送給され、分岐管路６ａから、当該分岐管路６ａに接続された嫌気性処理水供給装置３に導入され、この嫌気性処理水供給装置３から連通管路６ｂを介して、下流側の嫌気性処理水供給装置３に供給される。
【００２８】
而して、嫌気性処理水供給装置３に所定量の嫌気性処理水５が溜まると嫌気性処理水５は、スリット３ａからオーバーフローして、下方へ垂下している溶存メタン回収ユニット４の全幅に亘って供給され、均一に流下する。而して、流下した嫌気性処理水５は、鉛直方向に配置した複数の多孔質棒状体１６間を順次流下するが、一気に流下するのではなく、多孔質棒状体１６及び導水性シート１５の表面形状に沿い、順々に伝いながらゆっくりと流下する。
【００２９】
又、嫌気性処理水５は、保水部材１４の多孔質棒状体１６及びシート１５内の連続気泡である個々の多孔部内に侵入し、多孔部内を均一に充たした状態で短絡することなく流下する。又、給気管路８から送給された空気７は、分岐管路８ａから容器２内に供給されて容器２内を上昇する。
【００３０】
このため、嫌気性処理水５と空気７とは保水部材１４において気液接触する。そうすると、嫌気性処理水５中の溶存メタンの濃度は空気７中のメタンの濃度よりも高いため、液体と気体との系において両相の組成の温度、圧力が一定になろうとする気液平衡の原理により、液相である嫌気性処理水５中の溶存メタンは、気相である空気７中へ物理的作用である物質移動作用により移動し、空気７中のメタン濃度が高まることで嫌気性処理水５中の溶存メタンはガスとして気相である空気７中に回収される。空気７中に回収されたメタンはメタン回収ガス９として容器２内を上昇し、メタンガス回収管路１０から後段に送給される。
【００３１】
又、嫌気性処理水５を上方から下方へ向けて流下させ、空気７を下方から上方へ向けて流すことにより、嫌気性処理水５と空気７との接触効率が向上し、その結果、メタン回収速度が速まり、しかも空気７が上昇するにつれて徐々に空気７中のメタン濃度は高くなる。このため、容器２の下部では嫌気性処理水５中のメタン濃度は低い状態となる。
【００３２】
溶存メタン回収ユニット４を流下して溶存メタンを回収された嫌気性処理水５は容器２下部の排水管路１２から排出される。
【００３３】
本図示例によれば、保水部材１４を流下する嫌気性処理水５は、保水部材１４の多孔質棒状体１６及び導水性シート１５に形成された個々の連続した比表面積の大きい多孔部に短絡することなく均一に充たされる。このため、嫌気性処理水５は気相に対し高効率に接触することができ、その結果、空気７との気液接触により、嫌気性処理水５に含有されている溶存メタンの空気７への放出が活発に行なわれる。
【００３４】
従って、これまで回収されずに大気放出されていた嫌気性処理水５中の溶存メタンを、物理的作用である物質移動作用により簡単且つ確実にしかも安価に効率良く回収することができ、又、回収したメタンは、後段で脱硫や炭酸ガスの吸着等の適切な処理を施すことにより、メタンガス利用の創エネルギプロセスに利用できてエネルギの有効利用を確実に行うことができる。
【００３５】
又、上述のように、比表面積の大きい多孔質の保水部材１４を用いているため、嫌気性処理水と気相が高効率に接触することができて、保水部材１４を収納する容器２の容積を小さくできるうえ、物質移動作用を用いて溶存メタンを回収するようにしているため、装置を簡略化できる。その結果、設備費、運転維持費を安価にすることができる。
【００３６】
図４、図５は本発明を実施する形態の第二例である。
而して、本図示例においては、図５に示すように、軸心Ｌに対して直行する方向の断面形状が円形の短柱体である円筒状多孔質性スポンジを保水部材１８として使用するようにしている。保水部材１８は外周面を樹脂製の補強部材１９により補強されている。
【００３７】
有底円筒状の容器２０には、無底無蓋の網目状で且つ円筒状の複数の容器２１が多段に収納され、容器２１内には図５に示す形状の保水部材１８が多数収納されている。容器２１内の保水部材１８の向きは任意となる。
【００３８】
容器２１の上部には、嫌気性処理水２２が供給される嫌気性処理水供給管路２３が容器２０の軸心と合致するよう縦向きに配置されており、嫌気性処理水供給管路２３の下端には、スプリンクラのような嫌気性処理水散水装置２４が旋回可能に設けられている。又、図中、２５は容器２０の下端部近傍に接続されて空気２６を容器２０内に供給するようにした給気管路、２７は容器２０の上端部近傍に接続されてメタン回収ガス２８を回収するメタンガス回収管路、２９は容器２０の下端部近傍に給気管路２５と１８０度位相を異ならしめ且つ給気管路２５よりも下方に位置するよう接続された排水管路であり、メタンが回収された処理水３０が排出されるようになっている。
【００３９】
保水部材１８の空隙率、比表面積、材質は前記実施の形態の第一例の保水部材１４と同様にする。又、保水部材１８は図示例の形状の他に、軸心に対して直交する方向の断面形状が矩形状の短柱状、同じく軸心に対して直交する方向の断面形状が三角形状の短柱状、等任意の断面形状とすることができるが、強度を高めるためには、断面形状を図示例のような短円柱状とすると良い。
【００４０】
本図示例においては、嫌気性処理水供給管路２３から供給された嫌気性処理水２２は、旋回している嫌気性処理水散水装置２４によって容器２１内の保水部材１８に散布され、散布された嫌気性処理水２２は、保水部材１４の外周面に沿い流下すると共に、保水部材１４内の連続する気泡である個々の多孔部内を均一に充たした状態で、短絡することなく流下する。又、給気管路２５から送給された空気２６は容器２０から網状の容器２１内に供給されて保水部材１８間や保水部材１８の多孔部内を上昇する。
【００４１】
このため、嫌気性処理水２２と空気２６とは気液接触する。そうすると、嫌気性処理水２２中の溶存メタンの濃度は、空気２６中のメタンの濃度よりも高いため、液相である嫌気性処理水２２中の溶存メタンは、実施の形態の第一例で説明したように、気相である空気２６中へ物理的作用である物質移動作用により移動し、空気２６中のメタン濃度が高まることで嫌気性処理水２２中の溶存メタンはガスとして空気２６中に回収される。空気２６中に回収されたメタンは空気２６に同伴され、メタン回収ガス２８は容器２０内を上昇し、メタンガス回収管路２７から後段に送給される。
【００４２】
又、嫌気性処理水２２を上方から下方へ向けて流下させ、空気２６を下方から上方へ向けて流すことにより、嫌気性処理水２２と空気２６との接触効率が向上し、その結果、メタン回収速度が速まり、しかも空気２６が上昇するにつれて徐々に空気２６中のメタン濃度は高くなる。このため、容器２０の下部では空気２６中のメタン濃度は低い状態となる。
【００４３】
保水部材１８を流下して溶存メタンを回収された嫌気性処理水３０は容器２０下部の排水管路２９から排出される。而して、本図示例においても、前記第一例と同様の効果を奏することができる。
【００４４】
図６、図７は本発明を実施する形態の第三例で、基本的構成は図４、図５に示す第二例と似ているが、異なるところは、保水部材が中空円筒状で、容器が矩形状である点である。
【００４５】
而して、本図示例においては、図７に示すように、保水部材３１として、軸心Ｌに対して直行する方向の断面形状が中心部を軸心方向にくり抜かれた円筒状の短柱体である中空円筒状多孔質性スポンジを使用するようにしている。保水部材３１は図示してないが樹脂等により形成した細い骨組みの補強部材により外周表面を補強されている。３１ａは保水部材３１の中空孔である。
【００４６】
有底矩形筒状の容器３２には、無底無蓋の網目状で且つ矩形筒状の複数の容器３３が多段に収納され、容器３３内には図７に示す形状の多数の保水部材３１が収納されている。容器３２内の保水部材３１の向きは任意となる。図６中、図４に示す符号と同一の符号のものは同一のものを示す。
【００４７】
保水部材３１の空隙率、比表面積、材質は前記実施の形態の第二例の保水部材１８と同様にする。又、保水部材３１は図示例の形状の他に、軸心Ｌに対して直交する方向の断面形状を中心部においてくり抜き、図７のように貫通形状に形成された中空矩形状の短柱状や、断面形状が中空三角形状の短柱状、等任意の中空断面形状とすることができるが、強度を高めるためには、断面形状を図示例のような中空短円柱状とすると良い。更に、これらの保水部材も、強度を高めるため、図示してないが樹脂等により形成した細い骨組みの補強部材により外周表面を補強することが好ましい。
【００４８】
本図示例においても、嫌気性処理水供給管路２３から供給された嫌気性処理水２２は、旋回している嫌気性処理水散水装置２４により容器３３内の保水部材３１に散布され、散布された嫌気性処理水２２は、保水部材３１の外周面及び中空孔３１ａ内周面に沿い流下すると共に、保水部材３１内の連続する気泡である個々の多孔部内を均一に充たした状態で、短絡することなく流下する。又、給気管路２５から送給された空気２６は容器３２から網状の容器３３内に供給されて容器３２内を上昇する。
【００４９】
このため、実施の形態の第一例、第二例と同様、気相である空気７と嫌気性処理水２２が気液接触する。その結果、物理的作用による物質移動作用により嫌気性処理水２２中の溶存メタンは空気２６中に回収され、空気２６に同伴されて上昇し、メタン濃度が濃くなったメタン回収ガス２８はメタンガス回収管路２７から後段に送給される。
【００５０】
保水部材３１を流下して溶存メタンを回収された嫌気性処理水３０は容器２０下部の排水管路２９から排出される。
【００５１】
而して、本図示例においても、前記第二例と同様の作用効果を奏することができる。
【００５２】
[実験例]
本発明者は、本発明の作用効果を確認するために、図１に類似した図８に示す装置を用い実験を行なった。
図中、４１は有底有蓋の容器、４２は容器４１内に収納された溶存メタン回収ユニットにおける多孔質の保水部材である。保水部材４２は図２、図３に示す溶存メタン回収ユニット４の保水部材１４と略同一の構成のものを使用しており、塩化ビニル板に固設した保水部材４２の多孔質棒状体４３は鉛直方向へ段状に配置されており、保水部材４２の上下の多孔質棒状体４３は導液性のシートと一体的に接続されている。
【００５３】
又、容器４１の内側面に取り付けられる保水部材４２の多孔質棒状体４３の頂部は半円球状であるが、容器４１内側面から離反した位置に配置される保水部材４２の多孔質棒状体４３は、対向する多孔質棒状体４３の二等辺三角形状の底辺が水平対向されてそろばん玉形状に配置されている。多孔質棒状体４３の材質はポリウレタンスポンジである。
【００５４】
又、図８中、４４は容器４１の上側部から容器４１内に旋回可能に設置されたスプリンクラのような嫌気性処理水散水装置４５に嫌気性処理水４６を供給する嫌気性処理水供給管路、４７は容器４１の下端部近傍に接続されて送風機４８により空気４９を容器４１内に供給するようにした給気管路、５０は容器４１の上端部近傍に接続されてメタン回収ガス５１を回収するメタンガス回収管路、５２は外気が容器４１へ流入するのを阻止する水封装置、５３は容器４１の下端部近傍に給気管路４７と１８０度位相を異ならしめ且つ給気管路４７よりも下方に位置するよう接続されて処理水５４が排出されるようにした排水管路、５５は排水管路５３の中途部に設けられたＵ字管、５６は容器４１の底部に形成されて容器４１から排水管路５３を介しガスが外部へ漏洩したり外気が容器４１内へ侵入するのを防止するための水封槽である。
【００５５】
容器４１は内辺２０ｃｍ×２０ｃｍ、塔高さ２．０ｍの角柱形で、容量約８０ｌであり、多孔質棒状体４３の二等辺三角形は、三辺が３．０ｃｍ×３．０ｃｍ×４．２ｃｍであり、保水部材４２は紙面に平行な方向において１０列、多孔質棒状体４３は鉛直方向へ４６列配置した構成としている。
【００５６】
上記装置での実験は以下のように行った。すなわち、嫌気性処理水供給管路４４を通り供給された嫌気性処理水４６を、旋回する嫌気性処理水散水装置４５から溶存メタン回収ユニットの保水部材４２に散水し、保水部材４２の表面及び保水部材４２の多孔部を通り流下する嫌気性処理水４６に送風機４８により給気管路４７を通り容器４１内に供給された空気４９を接触させて、物質移動作用により、嫌気性処理水４６中の溶存メタンをガスとして空気４９へ移動させ、メタンを含有したメタン回収ガス５１を容器４１内に上昇させ、メタン回収管路５０から水封装置５２を介して後段に送給した。この際、溶存メタンを回収された処理水５４は排水管路５３から後段へ送給された。
【００５７】
嫌気性処理水４６の散水量は４２０ｌ／ｄａｙとし、回収装置は温度制御は行なわず、常温条件下（１０〜２５℃）で運転した。又、給気管路４７から容器４１内へ供給される空気４９の量は、運転開始後５１日までの期間は、およそ７３ＮＬ／ｄａｙであった。
【００５８】
この実験における溶存メタン回収後の嫌気性処理水４６及び処理水５４に含まれる溶存メタン濃度の経日変化を図示すると、図９のようなグラフが得られた。
【００５９】
この実験において運転開始後５１日までは、嫌気性処理水４６に含まれる溶存メタン濃度はおよそ２２．７ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであり、処理水５４に含まれる溶存メタン濃度はおよそ１．０ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであった。
【００６０】
又、運転開始後５２日目以降は、メタン回収ガス５１中のメタン濃度を高めるために、容器４１内へ供給される空気４９の量はおよそ３６ＮＬ／ｄａｙと減少させた。而して、運転開始後５２日以降は、嫌気性処理水４６に含まれる溶存メタン濃度は、およそ５２．０ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであり、処理水５４に含まれる溶存メタン濃度はおよそ１１．３ｍｇＣＨ４−ＣＯＤ／Ｌであった。
【００６１】
又、図９で得られた嫌気性処理水４６中の溶存メタンの濃度と、処理水５４中に残存する溶存メタンの濃度から実験装置の溶存メタン回収率の経日変化を求めると、図１０のようなグラフが得られた。運転開始後５１日までの実験装置による溶存メタン回収率は、およそ９６％であり、運転開始後５２日以降は、おおよそ７８％であった。
【００６２】
又、メタン回収管路５０から排出されたメタン回収ガス５１のメタンガス濃度の経日変化を測定すると、図１１のグラフが得られた。運転開始後５１日までの実験装置におけるメタン回収ガス５１のメタンガス濃度は、およそ４．０％であり、運転開始後５２日以降は、おおよそ２１．３％であった。
【００６３】
図８に示す実験装置の運転の継続に伴って、保水部材４２への生物膜の付着及び成長が見られたが、保水部材４２の保水性は保たれ、又、溶存メタンの回収効率への影響は見られなかった。
【００６４】
なお、本発明の実施の形態においては、容器２，２０，３２，４１には、空気７，２６，４９を供給する場合について説明したが、窒素ガスのような空気以外のガスを供給するようにしても実施可能なこと、本発明において処理の対象となる排水は、溶存メタンを含む嫌気性処理水であるが、溶存メタン含有排水なら嫌気性処理水に限らず、全ての排水に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の溶存メタン回収方法及び装置に適用する本発明の溶存メタン回収装置の実施の形態の第一例の斜視図である。
【図２】図１の装置に適用する溶存メタン回収ユニットの斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。
【図４】本発明の溶存メタン回収方法及び装置に適用する本発明の溶存メタン回収装置の実施の形態の第二例の斜視図である。
【図５】図４の装置に適用する保水部材の斜視図である。
【図６】本発明の溶存メタン回収方法及び装置に適用する本発明の溶存メタン回収装置の実施の形態の第三例の斜視図である。
【図７】図６の装置に適用する保水部材の斜視図である。
【図８】実験に適用した溶存メタン回収装置の縦断面図である。
【図９】嫌気性処理水と溶存メタンを回収した処理水について、縦軸に溶存メタン濃度を採り、横軸に経過時間を採って示すグラフである。
【図１０】図９に示すグラフの基となったデータから実験装置の溶存メタン回収率を求めたグラフで、縦軸に溶存メタン回収率を採り、横軸に経過時間を採って示すグラフである。
【図１１】図８に示す実験装置において、縦軸にメタン回収ガス中のメタンガス濃度を採り、横軸に経過時間を採って示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１ 溶存メタン回収装置
２ 容器
３ 嫌気性処理水供給装置（溶存メタン含有排水供給手段）
５ 嫌気性処理水（溶存メタン含有排水）
７ 空気
８ 給気管路（ガス供給手段）
１０ メタンガス回収管路（メタンガス回収手段）
１４ 保水部材
１８ 保水部材
２０ 容器
２２ 嫌気性処理水（溶存メタン含有排水）
２４ 嫌気性処理水散水装置（溶存メタン含有排水供給手段）
２５ 給気管路（ガス供給手段）
２６ 空気
２７ メタンガス回収管路（メタンガス回収手段）
３１ 保水部材
３２ 容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相中に配置した多孔質性の保水部材の上部から溶存メタン含有排水を供給して気液接触させ、該溶存メタン含有排水から気相への物質移動作用により前記溶存メタン含有排水に含まれる溶存メタンをガス化して回収することを特徴とする溶存メタン回収方法。
【請求項２】
溶存メタン含有排水を保水部材の上部から流下或は散水する請求項１に記載の溶存メタン回収方法。
【請求項３】
保水部材の下部或は保水部材を収納した容器の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給する請求項１又は２に記載の溶存メタン回収方法。
【請求項４】
多孔質性の保水部材と、該保水部材に上部から溶存メタン含有排水を供給する溶存メタン含有排水供給手段と、溶存メタン含有排水と気相とが接触して溶存メタン含有排水中の溶存メタンがガス化して生じたメタンガスを回収するメタンガス回収手段とを設けたことを特徴とする溶存メタン回収装置。
【請求項５】
保水部材の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給するガス供給手段を設けた請求項４に記載の溶存メタン回収装置。
【請求項６】
保水部材は容器内に収納されている請求項５に記載の溶存メタン回収装置。
【請求項１】
気相中に配置した多孔質性の保水部材の上部から溶存メタン含有排水を供給して気液接触させ、該溶存メタン含有排水から気相への物質移動作用により前記溶存メタン含有排水に含まれる溶存メタンをガス化して回収することを特徴とする溶存メタン回収方法。
【請求項２】
溶存メタン含有排水を保水部材の上部から流下或は散水する請求項１に記載の溶存メタン回収方法。
【請求項３】
保水部材の下部或は保水部材を収納した容器の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給する請求項１又は２に記載の溶存メタン回収方法。
【請求項４】
多孔質性の保水部材と、該保水部材に上部から溶存メタン含有排水を供給する溶存メタン含有排水供給手段と、溶存メタン含有排水と気相とが接触して溶存メタン含有排水中の溶存メタンがガス化して生じたメタンガスを回収するメタンガス回収手段とを設けたことを特徴とする溶存メタン回収装置。
【請求項５】
保水部材の下部から保水部材に向けて空気或は不活性ガス若しくは炭酸ガス、又はこれらのガスのうち所定のガスの混合ガスを供給するガス供給手段を設けた請求項４に記載の溶存メタン回収装置。
【請求項６】
保水部材は容器内に収納されている請求項５に記載の溶存メタン回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１６８２６４（Ｐ２００８−１６８２６４Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５９６８（Ｐ２００７−５９６８）
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【出願人】（５０４３８９５４４）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（５０１２７３８８６）独立行政法人国立環境研究所 (30)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【出願人】（５０４３８９５４４）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（５０１２７３８８６）独立行政法人国立環境研究所 (30)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
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