精製システムの微生物の定着方法
【課題】生物脱硫槽内の充填材に効率よく微生物を定着させ、水の使用量を減少させることができる精製システムの微生物の定着方法を提供する。
【解決手段】微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽１１と、生物脱硫槽１１の上部と接続され微生物を含む処理水を散布する給水管３５と、給水管３５の開閉を行う給水弁３６と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の処理水を排出する排水管３７と、排水管３７の開閉を行う排水弁３８と、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御する制御装置４１と、を具備する、精製システム２の微生物の定着方法であって、制御装置４１は、排水弁３８を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽１１内の充填材の上面以上の高さまで微生物を含む処理水を貯溜して静置する。
【解決手段】微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽１１と、生物脱硫槽１１の上部と接続され微生物を含む処理水を散布する給水管３５と、給水管３５の開閉を行う給水弁３６と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の処理水を排出する排水管３７と、排水管３７の開閉を行う排水弁３８と、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御する制御装置４１と、を具備する、精製システム２の微生物の定着方法であって、制御装置４１は、排水弁３８を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽１１内の充填材の上面以上の高さまで微生物を含む処理水を貯溜して静置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精製システムの微生物の定着方法、特に精製システムを構成する生物脱硫槽に微生物を定着させる方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、有機性廃水、厨芥類などの食品残渣及び糞尿等の廃棄されていた有機性廃棄物を、嫌気性細菌を利用してメタン発酵することでメタンガス（気体状態のメタン）を主成分とした混合気体であるバイオガスを発生させ、該バイオガスを燃料ガスとして使用するバイオガス発電装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
バイオガスを燃料ガスとして使用する場合、バイオガスは、多くの不純物を含んでおり、そのまま使用すると、発電装置や環境に対して悪影響を与えるので、バイオガスを精製し、不純物を除去する必要がある。不純物の一つである硫黄を取り除く（脱硫する）方法として、バイオガスに含まれる硫化水素等の不純物を微生物の働きにより除去する精製システムを用いた方法が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５４８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４３７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
精製システムは、微生物が定着する充填材が充填されている生物脱硫槽を有する。従来、微生物を含む水、例えば、処理水を生物脱硫槽の上部から充填材へ散布することにより、微生物を充填材に定着させていた。
しかし、この方法では、微生物が充填材の表面に定着するまでに時間がかかってしまい、充填材の表面全体に微生物が定着しない可能性があった。
また、微生物が定着する量が少ないと生物脱硫槽自体の脱硫能力が低下していた。そこで、微生物による脱硫能力が低下していても硫化水素を水に溶解させることによって除去するため絶え間なく処理水を充填材へ散布しなければならず、処理水を非常に多く使用していた。その結果、充填材の表面に定着した微生物が剥離し脱硫が不安定になる可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、生物脱硫槽内の充填材に効率よく微生物を定着させ、水の使用量を減少させることができる精製システムの微生物の定着方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽と、該生物脱硫槽の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管と、該給水管の開閉を行う給水弁と、前記生物脱硫槽の底部と接続され生物脱硫槽内の水を排出する排水管と、該排水管の開閉を行う排水弁と、前記給水弁及び排水弁の開閉を制御する制御装置と、を具備する、精製システムの微生物の定着方法であって、前記制御装置は、排水弁を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽内の充填材の上面以上の高さまで微生物を含む水を貯溜して静置するものである。
【０００９】
請求項２においては、前記制御装置は、給水弁を間欠的に開状態にして、生物脱硫槽内の充填材に水を間欠的に供給するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、充填材全体を、一定時間微生物を含む水に浸すことができる。したがって、生物脱硫槽内の充填材に効率よく微生物を定着させ、脱硫時の水の使用量を減少させることができる。
【００１２】
請求項２においては、充填材全体に定着した微生物に対し、微生物が活動することができる最低限の水を散布することができる。したがって、水の使用量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオガス発電装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る生物脱硫槽の構成図。
【図３】本発明の一実施形態に係る生物脱硫槽内に微生物を定着させるための給水弁及び排水弁の開閉制御を示すフローチャート図。
【図４】本発明の一実施形態に係る生物脱硫槽内に微生物を定着させながら生物脱硫をするための給水弁及び排水弁の開閉制御を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本発明の一実施形態であるバイオガスの精製システム２を含む発電システム１００の全体構成について図１を用いて説明する。
【００１５】
発電システム１００は、精製システム２を用いて有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製し、その精製したバイオガスを用いて発電するものである。発電システム１００は、発酵槽１と、精製システム２と、ガスホルダ３と、ガスエンジン発電機４と、それぞれの装置を繋ぐガス通路５から構成される。
【００１６】
発酵槽１は、有機性廃棄物のガス化によりバイオガスを発生させるものである。発酵槽１は、例えば、ＵＡＳＢ型の反応槽である。発酵槽１には、有機性廃棄物の一種である有機性廃水が廃水供給部を介して供給されるとともに、グラニュール菌体が投入される。これにより、発酵槽１において、メタン発酵が行われ、有機性排水に含まれる有機物がメタンと炭酸ガスに分解されて、バイオガスが発生する。バイオガスは、メタンを主成分とした混合気体であり、その他の成分として硫化水素や炭酸ガス等を含む。
【００１７】
精製システム２は、発酵槽１で有機性廃水のガス化により発生したバイオガス中の硫化水素を除去して、バイオガスを精製するものである。精製システム２は、バイオガスが発酵槽１から流れ出てガスエンジン発電機４に至る途中に設置される。精製システム２は、生物脱硫槽１１と、空気注入装置１３とを備える。
【００１８】
生物脱硫槽１１は、微生物を用いてバイオガスを脱硫するものである。生物脱硫槽１１は、発酵槽１とガス通路５を介して接続され、バイオガスの流れ方向において発酵槽１の下流側に配置される。生物脱硫槽１１は、発酵槽１で発生したバイオガス中の硫化水素がバイオガスを燃料ガスとして使用するガスエンジン発電機４を腐蝕させるため、バイオガス中の硫化水素を除去する。
【００１９】
生物脱硫槽１１の上下方向中間部には、図１及び図２に示すように、微生物の定着面積を拡大するために、複数の充填材３１ａを充填した充填層３１が設けられている。充填層３１には複数の充填材３１ａが無作為に充填されている。充填材３１ａは、その表面に微生物が定着できる材質で筒状に形成されており、例えばポリプロピレンで形成されている。
また、生物脱硫槽１１内には生物脱硫槽１１内に貯溜される処理水の水位を検出する水位センサ３２が設けられている。
【００２０】
空気注入装置１３は、バイオガスに空気を注入するための装置である。空気注入装置１３は、ファンや送風側バルブを有し、発酵槽１と生物脱硫槽１１とを接続するガス通路５を流れるバイオガスに空気を注入管２６を介して注入することができるように構成される。生物脱硫槽１１における脱硫反応では、微生物は好気性環境で活発に活動する。そこで、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入する前に、空気を空気注入装置１３よりバイオガスに注入することで、微生物の活動を活発化させるようになっている。
また、空気注入装置１３は、ファンの回転速度を調節することや、送風側バルブの開度調整をすることにより、バイオガスに注入する空気注入量を調節することができるように構成される。なお、空気注入装置１３は、本実施形態においてはファンを有する構成としたが、これに限定するものではない。例えば、空気注入装置１３は、ポンプやコンプレッサを有する構成とすることも可能である。
【００２１】
ガスホルダ３は、精製システム２で精製後のバイオガスを一時貯溜して、精製後のバイオガスをガスエンジン発電機４へ供給するときのバイオガス供給量を調節するための装置である。ガスホルダ３は、生物脱硫槽１１とガス通路５を介して接続され、バイオガスの流れ方向において生物脱硫槽１１の下流側に配置される。
【００２２】
ガスエンジン発電機４は、燃料ガスとして精製システム２で精製後のバイオガスを用いて発電するものである。ガスエンジン発電機４は、ガスエンジン及び発電機を有する。ガスエンジン発電機４においては、ガスエンジンと発電機とが連結され、このガスエンジンの出力軸の回転により発電機の磁石またはコイルが回転することによって、発電が行われる。ガスエンジン発電機４は、ガスホルダ３よりも下流に設けられている。
【００２３】
また、発酵槽１、精製システム２、ガスホルダ３及びガスエンジン発電機４は、バイオガス及び空気を流通させるガス通路５によって、前述の順序で接続されている。
ガス通路５は、第一ガス管２１と、第二ガス管２２と、第三ガス管２３とで構成されている。第一ガス管２１は、発酵槽１と精製システム２の生物脱硫槽１１とを接続し、バイオガスを発酵槽１から生物脱硫槽１１へ向かって流通させるとともに、このバイオガスに空気注入装置１３により注入された空気を流通させる。第二ガス管２２は、精製システム２の生物脱硫槽１１とガスホルダ３とを接続し、脱硫後のバイオガス及び空気を生物脱硫槽１１からガスホルダ３へ向かって流通させる。第三ガス管２３は、ガスホルダ３とガスエンジン発電機４とを接続し、精製システム２で精製後のバイオガス及び空気をガスホルダ３からガスエンジン発電機４へ向かって流通させる。
第一ガス管２１の途中には、空気を空気注入装置１３から注入させるための注入管２６が接続されている。
また、第二ガス管２２にはガス弁３３が設けられており、ガス弁３３を開閉することにより、第二ガス管２２から下流へのバイオガス及び空気の流入又は停止を切り換えることができる。
【００２４】
ガス弁３３は、制御装置４１に接続されており、制御装置４１はガス弁の開閉を制御することが可能となっている。ガス弁３３は、通常運転時には開状態となっている。また、制御装置４１は、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入していない状態で生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための開閉制御を行う場合には、ガス弁３３を閉状態とする。また、発電システム１００全体の稼動を停止する際にはガス弁３３を閉状態とする。
【００２５】
また、精製システム２は、生物脱硫槽１１の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管３５と、給水管３５の開閉を行う給水弁３６と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の水を排出する排水管３７と、排水管３７の開閉を行う排水弁３８と、前記給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御する制御装置４１と、を具備する。
【００２６】
給水管３５は、処理水の流れ方向において上流端が発酵槽１に接続されている。給水管３５の上流端は、発酵槽１の上部に接続されている。発酵槽１には、有機性廃棄物の一種である有機性廃水が廃水供給部を介して供給されており、発酵槽１において、メタン発酵が行われた後の処理水が、給水管３５に流入する。ここで、処理水とは、メタン発酵が行われた後の有機性廃水を主成分とし、硫黄酸化細菌などの微生物が含まれる水である。
給水管３５の下流端は、生物脱硫槽１１の上部から生物脱硫槽１１内部に貫入されている。給水管３５の下流端は複数の吐出口が設けられており、処理水は、複数の吐出口からシャワー状に吐出される。
【００２７】
給水管３５の中途部には、給水弁３６が設けられている。給水弁３６は、電磁弁であり。電磁弁を電気的に制御して開閉することにより給水管３５の開閉を行うことができる。
【００２８】
排水管３７は、上流端が、生物脱硫槽１１の底部に接続されている。生物脱硫槽１１の上部に接続した給水管３５から生物脱硫槽１１内へ散布された処理水は、生物脱硫槽１１底部に落下し、排水管３７から図示せぬ水封槽を経由して処理水貯留槽に排出される。
排水管３７の中途部には排水弁３８が設けられている。排水弁３８は、電磁弁であり、電磁弁を電気的に制御して開閉することにより排水管３７の開閉を行うことができる。
【００２９】
制御装置４１は、水位センサ３２と、ガス弁３３と、給水弁３６と、排水弁３８と接続している。制御装置４１は、ＲＡＭやＲＯＭ等で構成された記憶部とＣＰＵ等で構成された演算部とから構成されている。制御装置４１は、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御することにより、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させる。
【００３０】
次に、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための給水弁３６及び排水弁３８の開閉制御について図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３１】
まず、ガス弁３３を閉状態とすることにより、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入していない状態とする（ステップＳ１０）。
生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための開閉制御を開始すると、まず、給水弁３６は開状態にし、排水弁３８は閉状態にする（ステップＳ２０）。この状態においては、給水弁３６から生物脱硫槽１１へ処理水が流入し、生物脱硫槽１１内の処理水が排水弁３８から排出されることなく、生物脱硫槽１１内に貯溜されることとなる。
【００３２】
次に、水位センサ３２により検出された水位ｈが、充填層３１の予め定められている上面の高さＨよりも高いか否かについて判断する（ステップＳ３０）。充填層３１の上面の高さ以下である場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ３１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ３１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ３０の処理を行う。充填層３１の上面の高さよりも高い場合には、給水弁３６を閉状態にし、排水弁３８は閉状態を維持する（ステップＳ４０）。この状態においては、生物脱硫槽１１内に処理水が貯溜されたまま維持されることとなる。また、処理水の水位が、充填層３１の上面の高さよりも高いため、充填層３１が処理水と絶えず接触していることとなり、微生物の充填層３１での定着が促進される。
【００３３】
次に、一定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ５０）。ここで一定時間Ｔ１とは、微生物の充填層３１での定着が行われるのに充分な時間であり、例えば、本実施形態では２４時間である。
一定時間Ｔ１が経過していない場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ５１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ５１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ５０の処理を行う。一定時間Ｔ１が経過した場合には、給水弁３６は閉状態を維持し、排水弁３８を開状態にする（ステップＳ６０）。この状態においては、一定時間Ｔ１が経過したことにより、微生物の充填層３１での定着が充分行われたものと判断し、処理水を排出する。
【００３４】
次に、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させながら生物脱硫するための給水弁３６及び排水弁３８の開閉制御について図４に示すフローチャートを用いて説明する。
この制御は、前述の生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための給水弁３６及び排水弁３８の開閉制御を行った後に行う制御である。すなわち、前述の制御により、微生物の充填層３１での定着が充分行われた状態において、使用する処理水の量を少なくしつつ、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させながら生物脱硫するための制御である。
【００３５】
まず、ガス弁３３を開状態にすることにより、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入している状態とする（ステップＳ１１０）。
次に、給水弁３６を開状態とし、排水弁３８を開状態とする（ステップＳ１２０）。この状態においては、給水弁３６から生物脱硫槽１１に処理水が流入するため微生物に水分が与えられ、微生物が乾燥するのを防止することができる。また、微生物が硫化水素を分解した結果として生成される硫酸を洗い流し、排水弁３８から処理水とともに排出することができる。
【００３６】
次に、一定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３０）。ここで一定時間Ｔ２とは、微生物が生育するために最低限必要な水量を供給できる時間である。
一定時間Ｔ２が経過していない場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ１３１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ１３１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ１３０の処理を行う。この状態においては、給水弁３６が開状態で維持され、排水弁３８が開状態で維持されるので、引き続き給水弁３６から生物脱硫槽１１に処理水が流入するため微生物に水分が与えられ、微生物が乾燥するのを防止することができる。また、微生物が硫化水素を分解した結果として生成される硫酸を洗い流し、排水弁３８から処理水とともに排出することができる。
【００３７】
ステップＳ１３０において、一定時間Ｔ２が経過していると判断された場合は次に給水弁３６を閉状態とし、排水弁３８を開状態とする（ステップＳ１４０）。この状態においては、処理水が生物脱硫槽１１内に流入しない。微生物は、バイオガスに含まれる硫化水素を分解し硫酸にする。処理水を流入させないことにより、無駄な処理水の流入を防止することができる。
【００３８】
次に、一定時間Ｔ３が経過したか否かを判断する（ステップＳ１５０）。ここで、一定時間Ｔ３とは、処理水を散布しなくても微生物が乾燥しない時間であり、本実施形態においては６時間である。
一定時間Ｔ３が経過していない場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ１５１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ１５１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ１５０を処理する。この状態においては、給水弁３６が閉状態で維持され、排水弁３８が開状態で維持されるので、引き続き処理水が生物脱硫槽１１内に流入しない。微生物は、バイオガスに含まれる硫化水素を分解し硫酸にする。処理水を流入させないことにより、無駄な処理水の流入を防止することができる。
【００３９】
次に、一定時間Ｔ３が経過後において、ガス弁３３が開状態であるか否かを判断する（ステップＳ１６０）。ガス弁３３が開状態であれば生物脱硫が引き続き行われていると判断し、再びステップＳ１２０を行う。ガス弁３３が閉状態であるときは、生物脱硫が終了したものと判断し制御を終了する。
【００４０】
以上のように、微生物が定着する充填材３１ａを充填した生物脱硫槽１１と、生物脱硫槽１１の上部と接続され微生物を含む処理水を散布する給水管３５と、給水管３５の開閉を行う給水弁３６と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の処理水を排出する排水管３７と、排水管３７の開閉を行う排水弁３８と、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御する制御装置４１と、を具備する、精製システム２の微生物の定着方法であって、制御装置４１は、排水弁３８を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽１１内の充填材３１ａの上面以上の高さまで微生物を含む処理水を貯溜して静置するものである。
【００４１】
このように構成することにより、充填層３１全体を、一定時間処理水に浸すことができる。したがって、生物脱硫槽１１内の充填材３１ａに効率よく微生物を定着させ、脱硫時の水の使用量を減少させることができる。
【００４２】
また、制御装置４１は、給水弁３６を間欠的に開状態にして、生物脱硫槽１１内の充填材３１ａに処理水を間欠的に供給するものである。
このように構成することにより、充填材３１ａ全体に定着した微生物に対し、微生物が活動することができる最低限の処理水を散布することができる。したがって、処理水の使用量を減少させることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 発酵槽
２ 精製システム
３ ガスホルダ
４ ガスエンジン発電機
５ ガス通路
１１ 生物脱硫槽
１３ 空気注入空気注入装置
３１ 充填層
３１ａ 充填材
３２ 水位センサ
３３ ガス弁
３５ 給水管
３６ 給水弁
３７ 排水管
３８ 排水弁
４１ 制御装置
１００ バイオガス発電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精製システムの微生物の定着方法、特に精製システムを構成する生物脱硫槽に微生物を定着させる方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、有機性廃水、厨芥類などの食品残渣及び糞尿等の廃棄されていた有機性廃棄物を、嫌気性細菌を利用してメタン発酵することでメタンガス（気体状態のメタン）を主成分とした混合気体であるバイオガスを発生させ、該バイオガスを燃料ガスとして使用するバイオガス発電装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
バイオガスを燃料ガスとして使用する場合、バイオガスは、多くの不純物を含んでおり、そのまま使用すると、発電装置や環境に対して悪影響を与えるので、バイオガスを精製し、不純物を除去する必要がある。不純物の一つである硫黄を取り除く（脱硫する）方法として、バイオガスに含まれる硫化水素等の不純物を微生物の働きにより除去する精製システムを用いた方法が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５４８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４３７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
精製システムは、微生物が定着する充填材が充填されている生物脱硫槽を有する。従来、微生物を含む水、例えば、処理水を生物脱硫槽の上部から充填材へ散布することにより、微生物を充填材に定着させていた。
しかし、この方法では、微生物が充填材の表面に定着するまでに時間がかかってしまい、充填材の表面全体に微生物が定着しない可能性があった。
また、微生物が定着する量が少ないと生物脱硫槽自体の脱硫能力が低下していた。そこで、微生物による脱硫能力が低下していても硫化水素を水に溶解させることによって除去するため絶え間なく処理水を充填材へ散布しなければならず、処理水を非常に多く使用していた。その結果、充填材の表面に定着した微生物が剥離し脱硫が不安定になる可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、生物脱硫槽内の充填材に効率よく微生物を定着させ、水の使用量を減少させることができる精製システムの微生物の定着方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽と、該生物脱硫槽の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管と、該給水管の開閉を行う給水弁と、前記生物脱硫槽の底部と接続され生物脱硫槽内の水を排出する排水管と、該排水管の開閉を行う排水弁と、前記給水弁及び排水弁の開閉を制御する制御装置と、を具備する、精製システムの微生物の定着方法であって、前記制御装置は、排水弁を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽内の充填材の上面以上の高さまで微生物を含む水を貯溜して静置するものである。
【０００９】
請求項２においては、前記制御装置は、給水弁を間欠的に開状態にして、生物脱硫槽内の充填材に水を間欠的に供給するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、充填材全体を、一定時間微生物を含む水に浸すことができる。したがって、生物脱硫槽内の充填材に効率よく微生物を定着させ、脱硫時の水の使用量を減少させることができる。
【００１２】
請求項２においては、充填材全体に定着した微生物に対し、微生物が活動することができる最低限の水を散布することができる。したがって、水の使用量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオガス発電装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る生物脱硫槽の構成図。
【図３】本発明の一実施形態に係る生物脱硫槽内に微生物を定着させるための給水弁及び排水弁の開閉制御を示すフローチャート図。
【図４】本発明の一実施形態に係る生物脱硫槽内に微生物を定着させながら生物脱硫をするための給水弁及び排水弁の開閉制御を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本発明の一実施形態であるバイオガスの精製システム２を含む発電システム１００の全体構成について図１を用いて説明する。
【００１５】
発電システム１００は、精製システム２を用いて有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製し、その精製したバイオガスを用いて発電するものである。発電システム１００は、発酵槽１と、精製システム２と、ガスホルダ３と、ガスエンジン発電機４と、それぞれの装置を繋ぐガス通路５から構成される。
【００１６】
発酵槽１は、有機性廃棄物のガス化によりバイオガスを発生させるものである。発酵槽１は、例えば、ＵＡＳＢ型の反応槽である。発酵槽１には、有機性廃棄物の一種である有機性廃水が廃水供給部を介して供給されるとともに、グラニュール菌体が投入される。これにより、発酵槽１において、メタン発酵が行われ、有機性排水に含まれる有機物がメタンと炭酸ガスに分解されて、バイオガスが発生する。バイオガスは、メタンを主成分とした混合気体であり、その他の成分として硫化水素や炭酸ガス等を含む。
【００１７】
精製システム２は、発酵槽１で有機性廃水のガス化により発生したバイオガス中の硫化水素を除去して、バイオガスを精製するものである。精製システム２は、バイオガスが発酵槽１から流れ出てガスエンジン発電機４に至る途中に設置される。精製システム２は、生物脱硫槽１１と、空気注入装置１３とを備える。
【００１８】
生物脱硫槽１１は、微生物を用いてバイオガスを脱硫するものである。生物脱硫槽１１は、発酵槽１とガス通路５を介して接続され、バイオガスの流れ方向において発酵槽１の下流側に配置される。生物脱硫槽１１は、発酵槽１で発生したバイオガス中の硫化水素がバイオガスを燃料ガスとして使用するガスエンジン発電機４を腐蝕させるため、バイオガス中の硫化水素を除去する。
【００１９】
生物脱硫槽１１の上下方向中間部には、図１及び図２に示すように、微生物の定着面積を拡大するために、複数の充填材３１ａを充填した充填層３１が設けられている。充填層３１には複数の充填材３１ａが無作為に充填されている。充填材３１ａは、その表面に微生物が定着できる材質で筒状に形成されており、例えばポリプロピレンで形成されている。
また、生物脱硫槽１１内には生物脱硫槽１１内に貯溜される処理水の水位を検出する水位センサ３２が設けられている。
【００２０】
空気注入装置１３は、バイオガスに空気を注入するための装置である。空気注入装置１３は、ファンや送風側バルブを有し、発酵槽１と生物脱硫槽１１とを接続するガス通路５を流れるバイオガスに空気を注入管２６を介して注入することができるように構成される。生物脱硫槽１１における脱硫反応では、微生物は好気性環境で活発に活動する。そこで、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入する前に、空気を空気注入装置１３よりバイオガスに注入することで、微生物の活動を活発化させるようになっている。
また、空気注入装置１３は、ファンの回転速度を調節することや、送風側バルブの開度調整をすることにより、バイオガスに注入する空気注入量を調節することができるように構成される。なお、空気注入装置１３は、本実施形態においてはファンを有する構成としたが、これに限定するものではない。例えば、空気注入装置１３は、ポンプやコンプレッサを有する構成とすることも可能である。
【００２１】
ガスホルダ３は、精製システム２で精製後のバイオガスを一時貯溜して、精製後のバイオガスをガスエンジン発電機４へ供給するときのバイオガス供給量を調節するための装置である。ガスホルダ３は、生物脱硫槽１１とガス通路５を介して接続され、バイオガスの流れ方向において生物脱硫槽１１の下流側に配置される。
【００２２】
ガスエンジン発電機４は、燃料ガスとして精製システム２で精製後のバイオガスを用いて発電するものである。ガスエンジン発電機４は、ガスエンジン及び発電機を有する。ガスエンジン発電機４においては、ガスエンジンと発電機とが連結され、このガスエンジンの出力軸の回転により発電機の磁石またはコイルが回転することによって、発電が行われる。ガスエンジン発電機４は、ガスホルダ３よりも下流に設けられている。
【００２３】
また、発酵槽１、精製システム２、ガスホルダ３及びガスエンジン発電機４は、バイオガス及び空気を流通させるガス通路５によって、前述の順序で接続されている。
ガス通路５は、第一ガス管２１と、第二ガス管２２と、第三ガス管２３とで構成されている。第一ガス管２１は、発酵槽１と精製システム２の生物脱硫槽１１とを接続し、バイオガスを発酵槽１から生物脱硫槽１１へ向かって流通させるとともに、このバイオガスに空気注入装置１３により注入された空気を流通させる。第二ガス管２２は、精製システム２の生物脱硫槽１１とガスホルダ３とを接続し、脱硫後のバイオガス及び空気を生物脱硫槽１１からガスホルダ３へ向かって流通させる。第三ガス管２３は、ガスホルダ３とガスエンジン発電機４とを接続し、精製システム２で精製後のバイオガス及び空気をガスホルダ３からガスエンジン発電機４へ向かって流通させる。
第一ガス管２１の途中には、空気を空気注入装置１３から注入させるための注入管２６が接続されている。
また、第二ガス管２２にはガス弁３３が設けられており、ガス弁３３を開閉することにより、第二ガス管２２から下流へのバイオガス及び空気の流入又は停止を切り換えることができる。
【００２４】
ガス弁３３は、制御装置４１に接続されており、制御装置４１はガス弁の開閉を制御することが可能となっている。ガス弁３３は、通常運転時には開状態となっている。また、制御装置４１は、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入していない状態で生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための開閉制御を行う場合には、ガス弁３３を閉状態とする。また、発電システム１００全体の稼動を停止する際にはガス弁３３を閉状態とする。
【００２５】
また、精製システム２は、生物脱硫槽１１の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管３５と、給水管３５の開閉を行う給水弁３６と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の水を排出する排水管３７と、排水管３７の開閉を行う排水弁３８と、前記給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御する制御装置４１と、を具備する。
【００２６】
給水管３５は、処理水の流れ方向において上流端が発酵槽１に接続されている。給水管３５の上流端は、発酵槽１の上部に接続されている。発酵槽１には、有機性廃棄物の一種である有機性廃水が廃水供給部を介して供給されており、発酵槽１において、メタン発酵が行われた後の処理水が、給水管３５に流入する。ここで、処理水とは、メタン発酵が行われた後の有機性廃水を主成分とし、硫黄酸化細菌などの微生物が含まれる水である。
給水管３５の下流端は、生物脱硫槽１１の上部から生物脱硫槽１１内部に貫入されている。給水管３５の下流端は複数の吐出口が設けられており、処理水は、複数の吐出口からシャワー状に吐出される。
【００２７】
給水管３５の中途部には、給水弁３６が設けられている。給水弁３６は、電磁弁であり。電磁弁を電気的に制御して開閉することにより給水管３５の開閉を行うことができる。
【００２８】
排水管３７は、上流端が、生物脱硫槽１１の底部に接続されている。生物脱硫槽１１の上部に接続した給水管３５から生物脱硫槽１１内へ散布された処理水は、生物脱硫槽１１底部に落下し、排水管３７から図示せぬ水封槽を経由して処理水貯留槽に排出される。
排水管３７の中途部には排水弁３８が設けられている。排水弁３８は、電磁弁であり、電磁弁を電気的に制御して開閉することにより排水管３７の開閉を行うことができる。
【００２９】
制御装置４１は、水位センサ３２と、ガス弁３３と、給水弁３６と、排水弁３８と接続している。制御装置４１は、ＲＡＭやＲＯＭ等で構成された記憶部とＣＰＵ等で構成された演算部とから構成されている。制御装置４１は、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御することにより、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させる。
【００３０】
次に、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための給水弁３６及び排水弁３８の開閉制御について図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３１】
まず、ガス弁３３を閉状態とすることにより、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入していない状態とする（ステップＳ１０）。
生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための開閉制御を開始すると、まず、給水弁３６は開状態にし、排水弁３８は閉状態にする（ステップＳ２０）。この状態においては、給水弁３６から生物脱硫槽１１へ処理水が流入し、生物脱硫槽１１内の処理水が排水弁３８から排出されることなく、生物脱硫槽１１内に貯溜されることとなる。
【００３２】
次に、水位センサ３２により検出された水位ｈが、充填層３１の予め定められている上面の高さＨよりも高いか否かについて判断する（ステップＳ３０）。充填層３１の上面の高さ以下である場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ３１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ３１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ３０の処理を行う。充填層３１の上面の高さよりも高い場合には、給水弁３６を閉状態にし、排水弁３８は閉状態を維持する（ステップＳ４０）。この状態においては、生物脱硫槽１１内に処理水が貯溜されたまま維持されることとなる。また、処理水の水位が、充填層３１の上面の高さよりも高いため、充填層３１が処理水と絶えず接触していることとなり、微生物の充填層３１での定着が促進される。
【００３３】
次に、一定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ５０）。ここで一定時間Ｔ１とは、微生物の充填層３１での定着が行われるのに充分な時間であり、例えば、本実施形態では２４時間である。
一定時間Ｔ１が経過していない場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ５１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ５１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ５０の処理を行う。一定時間Ｔ１が経過した場合には、給水弁３６は閉状態を維持し、排水弁３８を開状態にする（ステップＳ６０）。この状態においては、一定時間Ｔ１が経過したことにより、微生物の充填層３１での定着が充分行われたものと判断し、処理水を排出する。
【００３４】
次に、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させながら生物脱硫するための給水弁３６及び排水弁３８の開閉制御について図４に示すフローチャートを用いて説明する。
この制御は、前述の生物脱硫槽１１内に微生物を定着させるための給水弁３６及び排水弁３８の開閉制御を行った後に行う制御である。すなわち、前述の制御により、微生物の充填層３１での定着が充分行われた状態において、使用する処理水の量を少なくしつつ、生物脱硫槽１１内に微生物を定着させながら生物脱硫するための制御である。
【００３５】
まず、ガス弁３３を開状態にすることにより、バイオガスが生物脱硫槽１１に流入している状態とする（ステップＳ１１０）。
次に、給水弁３６を開状態とし、排水弁３８を開状態とする（ステップＳ１２０）。この状態においては、給水弁３６から生物脱硫槽１１に処理水が流入するため微生物に水分が与えられ、微生物が乾燥するのを防止することができる。また、微生物が硫化水素を分解した結果として生成される硫酸を洗い流し、排水弁３８から処理水とともに排出することができる。
【００３６】
次に、一定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３０）。ここで一定時間Ｔ２とは、微生物が生育するために最低限必要な水量を供給できる時間である。
一定時間Ｔ２が経過していない場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ１３１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ１３１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ１３０の処理を行う。この状態においては、給水弁３６が開状態で維持され、排水弁３８が開状態で維持されるので、引き続き給水弁３６から生物脱硫槽１１に処理水が流入するため微生物に水分が与えられ、微生物が乾燥するのを防止することができる。また、微生物が硫化水素を分解した結果として生成される硫酸を洗い流し、排水弁３８から処理水とともに排出することができる。
【００３７】
ステップＳ１３０において、一定時間Ｔ２が経過していると判断された場合は次に給水弁３６を閉状態とし、排水弁３８を開状態とする（ステップＳ１４０）。この状態においては、処理水が生物脱硫槽１１内に流入しない。微生物は、バイオガスに含まれる硫化水素を分解し硫酸にする。処理水を流入させないことにより、無駄な処理水の流入を防止することができる。
【００３８】
次に、一定時間Ｔ３が経過したか否かを判断する（ステップＳ１５０）。ここで、一定時間Ｔ３とは、処理水を散布しなくても微生物が乾燥しない時間であり、本実施形態においては６時間である。
一定時間Ｔ３が経過していない場合には所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ１５１）。所定時間経過していなかった場合には再びステップＳ１５１をループ処理し、所定時間経過していた場合は再びステップＳ１５０を処理する。この状態においては、給水弁３６が閉状態で維持され、排水弁３８が開状態で維持されるので、引き続き処理水が生物脱硫槽１１内に流入しない。微生物は、バイオガスに含まれる硫化水素を分解し硫酸にする。処理水を流入させないことにより、無駄な処理水の流入を防止することができる。
【００３９】
次に、一定時間Ｔ３が経過後において、ガス弁３３が開状態であるか否かを判断する（ステップＳ１６０）。ガス弁３３が開状態であれば生物脱硫が引き続き行われていると判断し、再びステップＳ１２０を行う。ガス弁３３が閉状態であるときは、生物脱硫が終了したものと判断し制御を終了する。
【００４０】
以上のように、微生物が定着する充填材３１ａを充填した生物脱硫槽１１と、生物脱硫槽１１の上部と接続され微生物を含む処理水を散布する給水管３５と、給水管３５の開閉を行う給水弁３６と、生物脱硫槽１１の底部と接続され生物脱硫槽１１内の処理水を排出する排水管３７と、排水管３７の開閉を行う排水弁３８と、給水弁３６及び排水弁３８の開閉を制御する制御装置４１と、を具備する、精製システム２の微生物の定着方法であって、制御装置４１は、排水弁３８を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽１１内の充填材３１ａの上面以上の高さまで微生物を含む処理水を貯溜して静置するものである。
【００４１】
このように構成することにより、充填層３１全体を、一定時間処理水に浸すことができる。したがって、生物脱硫槽１１内の充填材３１ａに効率よく微生物を定着させ、脱硫時の水の使用量を減少させることができる。
【００４２】
また、制御装置４１は、給水弁３６を間欠的に開状態にして、生物脱硫槽１１内の充填材３１ａに処理水を間欠的に供給するものである。
このように構成することにより、充填材３１ａ全体に定着した微生物に対し、微生物が活動することができる最低限の処理水を散布することができる。したがって、処理水の使用量を減少させることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 発酵槽
２ 精製システム
３ ガスホルダ
４ ガスエンジン発電機
５ ガス通路
１１ 生物脱硫槽
１３ 空気注入空気注入装置
３１ 充填層
３１ａ 充填材
３２ 水位センサ
３３ ガス弁
３５ 給水管
３６ 給水弁
３７ 排水管
３８ 排水弁
４１ 制御装置
１００ バイオガス発電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽と、該生物脱硫槽の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管と、該給水管の開閉を行う給水弁と、前記生物脱硫槽の底部と接続され生物脱硫槽内の水を排出する排水管と、該排水管の開閉を行う排水弁と、前記給水弁及び排水弁の開閉を制御する制御装置と、を具備する、精製システムの微生物の定着方法であって、
前記制御装置は、排水弁を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽内の充填材の上面以上の高さまで微生物を含む水を貯溜して静置する、
精製システムの微生物の定着方法。
【請求項２】
前記制御装置は、給水弁を間欠的に開状態にして、生物脱硫槽内の充填材に水を間欠的に供給する
請求項１に記載の精製システムの微生物の定着方法。
【請求項１】
微生物が定着する充填材を充填した生物脱硫槽と、該生物脱硫槽の上部と接続され微生物を含む水を散布する給水管と、該給水管の開閉を行う給水弁と、前記生物脱硫槽の底部と接続され生物脱硫槽内の水を排出する排水管と、該排水管の開閉を行う排水弁と、前記給水弁及び排水弁の開閉を制御する制御装置と、を具備する、精製システムの微生物の定着方法であって、
前記制御装置は、排水弁を一定時間閉状態にして、生物脱硫槽内の充填材の上面以上の高さまで微生物を含む水を貯溜して静置する、
精製システムの微生物の定着方法。
【請求項２】
前記制御装置は、給水弁を間欠的に開状態にして、生物脱硫槽内の充填材に水を間欠的に供給する
請求項１に記載の精製システムの微生物の定着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１８２７５２（Ｐ２０１１−１８２７５２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３８４１（Ｐ２０１０−５３８４１）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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