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JP4044577B2 - Methane fermentation equipment - Google Patents
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JP4044577B2 - Methane fermentation equipment - Google Patents

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Description

本発明は、家畜ふん尿、生ゴミなどの原料を嫌気性微生物によりメタン発酵するためのメタン発酵装置である。   The present invention is a methane fermentation apparatus for methane fermentation of raw materials such as livestock manure and garbage by anaerobic microorganisms.

家畜ふん尿及び生ゴミなどから嫌気性発酵によりメタンガスを生成し、そのメタンガスをコジェネレーション等に有効利用する場合、メタン発酵効率を向上させるため、メタン発酵を行う上でのそれぞれの段階を個別の槽において行う方式が採用されている。図1はその代表的な例を図示したものであり、例えば、第I槽では酸生成槽として有機酸を生成後、第II槽のメタン発酵槽に移送して嫌気性発酵させて、その発酵により生じたメタンガスを第III槽の脱硫塔に導入し、メタンガス中の硫化水素(HS)を除去し、第IV槽においてガス貯溜する、というものである。また一部には、酸生成槽とメタン発酵槽、メタン発酵槽とガス貯溜などの組み合わせたものを採用している。
特開2003−285031号公報
When methane gas is generated from livestock manure and garbage by anaerobic fermentation and the methane gas is effectively used for cogeneration, etc., each stage in performing methane fermentation is separated into individual tanks in order to improve methane fermentation efficiency. The method of performing in is adopted. FIG. 1 shows a typical example. For example, in the first tank, after generating an organic acid as an acid generator, it is transferred to a methane fermenter in the second tank and subjected to anaerobic fermentation. Is introduced into the desulfurization tower of the III tank, hydrogen sulfide (H 2 S) in the methane gas is removed, and gas is stored in the IV tank. In some cases, a combination of an acid generator and a methane fermenter, a methane fermenter and a gas reservoir, etc. is employed.
JP 2003-285031 A

しかしながら、前述した従来のものでは、受入加温、酸生成、メタン発酵、脱硫、ガス貯溜の各々は独立、また酸生成とメタン発酵、メタン発酵とガス貯溜などの組み合わせたものもあるが、各処理装置間の移送ポンプ、配管を必要とし、各処理装置を単独に設置するとき熱損失が大きく、設置スペースに余裕のない場所では適用できない、という問題を有していた。   However, in the above-mentioned conventional ones, each of acceptance heating, acid generation, methane fermentation, desulfurization, and gas storage is independent, and there are also combinations of acid generation and methane fermentation, methane fermentation and gas storage, etc. A transfer pump and piping between the processing apparatuses are required, and when each processing apparatus is installed independently, there is a problem that heat loss is large, and it cannot be applied in a place where there is not enough space for installation.

原料の家畜ふん尿は、メタン発酵槽に供給する前処理で発酵に適する温度まで加温する場合、原料加温及び酸生成において好気性発酵となるため、その排気は悪臭発生源となり、設置周辺の環境を悪化させる要因となり、その対策を講ずる必要がある。   When the raw material manure is heated to a temperature suitable for fermentation in the pretreatment supplied to the methane fermenter, it becomes aerobic fermentation in the raw material heating and acid generation, so its exhaust becomes a source of bad odor, It becomes a factor that deteriorates the environment, and it is necessary to take countermeasures.

家畜ふん尿、生ゴミを嫌気性発酵する場合は、家畜糞尿には敷藁など固形分が含まれているため、発酵槽内に固形分残渣が滞溜し、その排出作業は定期的に実施するとしても、発酵槽を大気開放し発酵液を排出して実施するため繁雑なものとなり、また排出後、発酵液を再充填しても、嫌気性発酵のため大気接触から嫌気性雰囲気になるための復旧時間は長時間を要するなどの欠点を有する。また、有機性固形分はメタン発酵槽内では固形分残渣として滞積するため、メタン発酵前に固液分離して、メタン発酵に有効利用されていない場合もあった。   When anaerobic fermentation of livestock manure and garbage, solid waste such as litter is contained in livestock manure, so solid residue remains in the fermenter, and the discharge work is carried out regularly. However, since the fermenter is opened to the atmosphere and the fermentation liquid is discharged and carried out, it becomes complicated, and even if the fermentation liquid is refilled after discharge, it becomes an anaerobic atmosphere from atmospheric contact due to anaerobic fermentation. Has a drawback that it takes a long time to recover. Moreover, since organic solid content accumulates as a solid content residue in a methane fermenter, it may be separated into solid and liquid before methane fermentation, and may not be utilized effectively for methane fermentation.

以上の現状に鑑み、本発明は、同一軸心上に三重円筒を配置し、原料加温、酸生成、メタン発酵、脱硫、ガス貯溜の各機能を一体化構成とし、上部に脱硫部を設けて、原料加温部、酸生成部で生成した好気性バイオガスの悪臭成分とメタン発酵部より生成する嫌気性バイオガスに含まれる硫化水素(HS)を除去し、また残留分についても、メタン発酵装置の系外に排出しないものとして悪臭発生を防止するメタン発酵装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention arranges triple cylinders on the same axis, and integrates the functions of raw material heating, acid generation, methane fermentation, desulfurization, and gas storage, and a desulfurization section is provided at the top. In addition, the malodorous component of the aerobic biogas generated in the raw material heating section and the acid generation section and the hydrogen sulfide (H 2 S) contained in the anaerobic biogas generated from the methane fermentation section are removed, and the residual content is also removed. An object of the present invention is to provide a methane fermentation apparatus that prevents the generation of malodors from being discharged outside the system of the methane fermentation apparatus.

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項1に係るメタン発酵装置は、同心軸上の三重円筒において、中心部より第1の円筒体を有機性廃棄物である原料の原料加温部とし、第1の円筒体と第2の円筒体との間で形成される円環部を酸生成部、第2の円筒体と第3の円筒体との間で形成される円環部をメタン発酵部とし、原料は原料加温部の下部より供給して酸生成及びメタン発酵に適する温度に加温する手段と、原料加温部下部より空気を供給してエアリフトを形成することにより原料加温部内のスラッジ滞積を防止する手段と、加温され上昇した原料が原料加温部を溢流して酸生成部に流入する手段と、酸生成部にて発酵期間n日の(0.2〜0.3)×n日滞留させた原料を酸生成部底部よりメタン発酵部へ流出させる手段と、酸生成部の底部は円錐状の傾斜面を利用して原料中スラッジ滞積を防止する手段と、原料の酸生成部よりメタン発酵部への流入部にメタン発酵を促進するためメタン菌保持体を配置し、原料がメタン発酵部を上昇する過程において嫌気発酵しメタンガスを発生させる手段と、発生したメタンガス、原料加温部に供給した空気及び酸生成部で発生したバイオガスを酸生成部及びメタン発酵部の上部に位置する脱硫部へ導入し硫化水素(HS)除去を行う手段とを有し、脱硫部から流出したメタンを含むバイオガスを脱硫部の上部にあるガス貯溜部に貯溜するためフロートタンクを設置し、フロートタンクはフロートタンクカバー内に収納し、フロートタンク頂部にはフロートタンクガイド部を付したガス貯溜手段を具備して、バイオガス中に含まれる悪臭成分をメタン発酵装置の系外へ排出させることなく、受入加温、酸生成、メタン発酵、脱硫、ガス貯溜の機能を一体化したことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following configurations.
In the methane fermentation apparatus according to claim 1, in the triple cylinder on the concentric axis, the first cylinder is used as the raw material heating part of the raw material that is organic waste from the center, and the first cylinder and the second cylinder The annular part formed between the cylindrical body is an acid generator, the annular part formed between the second cylindrical body and the third cylindrical body is a methane fermentation part, and the raw material is a raw material heating part A means for heating from a lower part of the raw material to heat to a temperature suitable for acid generation and methane fermentation, and a means for preventing sludge accumulation in the raw material heating part by supplying air from the lower part of the raw material heating part to form an air lift And the heated raw material overflows the raw material heating part and flows into the acid production part, and the acid production part retains the fermentation period n days (0.2 to 0.3) × n days. Means to flow the raw material from the bottom of the acid generator to the methane fermentation section and the bottom of the acid generator using a conical inclined surface. A means to prevent sludge accumulation in the material and an anaerobic process in which the raw material rises up the methane fermentation part by placing a methane fungus support in order to promote methane fermentation in the inflow part from the acid generation part to the methane fermentation part Hydrogen sulfide by introducing means for fermenting and generating methane gas, the generated methane gas, the air supplied to the raw material heating section and the biogas generated in the acid generation section into the desulfurization section located above the acid generation section and methane fermentation section (H 2 S) removing means, and a float tank is installed to store biogas containing methane flowing out from the desulfurization section in a gas storage section at the upper part of the desulfurization section. A gas storage means with a float tank guide at the top of the float tank is provided to remove malodorous components contained in biogas out of the methane fermentation system. Without out, receiving warm, acid generation, methane fermentation, desulfurization, characterized in that integrating the functions of the gas reservoir.

請求項2に係るメタン発酵装置は、前記脱硫の手段として、原料加温部よりメタン発酵ガス量の15%(vol)以下の空気を供給し、その空気を原料加温部及び酸生成部より発生する悪臭を有するバイオガスと、メタン発酵部で生成したメタンガスとを脱硫部のガス流入口で直交流させることにより両者の混合性の向上を図り、脱硫部において硫化水素(HS)及びバイオガス中の悪臭成分を除去することを特徴とする。 In the methane fermentation apparatus according to claim 2, as the desulfurization means, air of 15% (vol) or less of the amount of methane fermentation gas is supplied from the raw material heating unit, and the air is supplied from the raw material heating unit and the acid generation unit. The biogas having a bad odor generated and the methane gas generated in the methane fermentation part are cross-flowed at the gas inlet of the desulfurization part to improve the mixing of the two, and in the desulfurization part, hydrogen sulfide (H 2 S) and It is characterized by removing malodorous components in biogas.

請求項3に係るメタン発酵装置は、前記脱硫の手段として、メタン発酵部の上部よりメタン発酵後の残渣液である消化液を抽出し、脱硫液培養タンクに貯溜し、該タンク上部の採光窓より採光して消化液中の硫黄酸化菌及び光合成菌の培養を促進させて脱硫液とし、脱硫液循環ポンプにより脱硫部へ散布し、その脱硫液を循環することを特徴とする。   The methane fermentation apparatus according to claim 3 extracts, as the desulfurization means, a digestive liquid that is a residual liquid after methane fermentation from the upper part of the methane fermentation part, stores the digested liquid in a desulfurization liquid culture tank, and a lighting window at the upper part of the tank. It is characterized in that it is more lit and promotes the cultivation of sulfur-oxidizing bacteria and photosynthetic bacteria in the digested liquid to form a desulfurized liquid, which is sprayed to the desulfurized part by a desulfurized liquid circulation pump, and the desulfurized liquid is circulated.

請求項4に係るメタン発酵装置は、前記メタン発酵部の底部にメタン発酵槽と同心軸上に円環状ダクトを設け、円環状ダクト内に発酵液の循環流を軸流攪拌機または発酵槽外の循環用ポンプにより形成する手段と、円環状ダクトの一部にピット部を設け発酵液中の固形分残渣を沈降滞溜させて、その固形分残渣を間欠的に自動排出させる手段によりメタン発酵槽内に固形分残渣の滞積を防止することにより、バイオ原料として生ゴミなどの有機性固形分をメタン発酵に有効利用し、メタン発酵槽内の底部に滞溜する固形分残渣を自動排出することを特徴とする。   In the methane fermentation apparatus according to claim 4, an annular duct is provided on the bottom of the methane fermentation section on a concentric axis with the methane fermentation tank, and the circulation flow of the fermentation liquid is provided in the annular duct outside the axial flow stirrer or the fermentation tank. A methane fermenter by means of a circulation pump and means for providing a pit part in a part of an annular duct to settling solid residue in the fermentation broth and automatically discharging the solid residue intermittently By preventing the accumulation of solid residue in the interior, organic solids such as garbage are used effectively as bio raw materials for methane fermentation, and the solid residue remaining in the bottom of the methane fermentation tank is automatically discharged. It is characterized by that.

本発明によるメタン発酵装置は、メタンガス貯溜の各機能を一体化構成することにより、各装置間移送のための液移送ポンプ等の配管が全く不要となり、またメタン発酵部の外周部のみ保温対策を要するのみとなるため設置スペースの縮小とローコスト化が可能となり、また一体化構成により悪臭は系外へ排出することはなく、悪臭防止した構造としている。   In the methane fermentation apparatus according to the present invention, by integrating the functions of methane gas storage, piping such as a liquid transfer pump for transferring between the apparatuses is completely unnecessary, and only the outer peripheral part of the methane fermentation section has a heat retention measure. Therefore, the installation space can be reduced and the cost can be reduced, and the odor is not discharged out of the system by the integrated structure, and the structure is made to prevent the odor.

また、メタン発酵槽内に原料中スラッジの自動排出装置を設けることにより、メタン発酵槽内スラッジ除去のため原料の全量排出による内部点検清掃を必要とすることなく長期間運転継続が可能となり、また有機性固形分はメタン発酵槽前に固液分離することなく、メタン発酵に有効利用することによりメタンガス生成量を増加させることができる。   In addition, by installing an automatic discharge device for sludge in the raw material in the methane fermentation tank, it is possible to continue the operation for a long time without the need for internal inspection and cleaning by discharging the entire amount of raw material for removing the sludge in the methane fermentation tank. The organic solid content can increase the amount of methane gas produced by effectively using it for methane fermentation without solid-liquid separation before the methane fermentation tank.

以下、実施例を示した図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
図1は前述の通り、メタン発酵装置の従来例である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings showing examples.
FIG. 1 is a conventional example of a methane fermentation apparatus as described above.

図2はメタンの中温発酵(38℃)において酸生成、メタン発酵の組合せによる家畜ふん尿のメタンガス発酵期間とメタンガス発生量の実測値を示したものである。その結果、酸生成期間4〜5日経過後のメタン発酵は15〜16日によりメタンガス生成量が飽和することを示しており、従来、メタンの中温発酵においては発酵期間は30日程度を要しているが、酸生成及びメタン発酵を含めて発酵期間は20〜22日に短縮することが可能である。   FIG. 2 shows measured values of the methane gas fermentation period and the amount of methane gas generated in livestock manure by a combination of acid generation and methane fermentation in medium temperature fermentation (38 ° C.) of methane. As a result, methane fermentation after 4 to 5 days of acid production period shows that the amount of methane gas produced is saturated after 15 to 16 days. Conventionally, in medium temperature fermentation of methane, the fermentation period requires about 30 days. However, the fermentation period including acid generation and methane fermentation can be shortened to 20-22 days.

バイオ発酵ガスは一般的にメタン(CH)60%、二酸化炭素(CO)40%、硫化水素(HS)2000ppmを含有しており、硫化水素はメタンガス有効利用において、機器、配管系への腐蝕をもたらすため、その除去が必須課題である。脱硫方式として、微生物を利用して硫化水素を除去する生物脱硫はランニングコストが最もローコストであるが、設備費は酸化金属及び活性炭を使用した吸着方式よりコスト高である。そのコストを抑えるため、本発明によるメタン発酵装置は、脱硫部をメタン発酵装置内に収納した構造となっている。 Biofermentation gas generally contains 60% methane (CH 4 ), 40% carbon dioxide (CO 2 ), and 2000 ppm hydrogen sulfide (H 2 S). Hydrogen sulfide is an instrument and piping system for effective use of methane gas. Removal is an essential issue because it causes corrosion. As a desulfurization method, biological desulfurization using microorganisms to remove hydrogen sulfide has the lowest running cost, but the equipment cost is higher than the adsorption method using metal oxide and activated carbon. In order to suppress the cost, the methane fermentation apparatus according to the present invention has a structure in which the desulfurization part is accommodated in the methane fermentation apparatus.

図3は本発明の実施形態に係るメタン発酵装置の断面図で、図4は図3のA−A’断面図であり、図5は図3のB−B’断面図である。
本発明のメタン発酵装置は同一軸心にある円筒体3組において、中心部の第1の円筒体11は、温水ジャケット11aを有していて、受入する原料は原料供給部12より原料加温部10に供給し、酸生成及びメタン発酵に適する温度(中温発酵においては38℃、高温発酵においては55℃が好適である)に加温する。加温された原料は、原料加温部10の上部より第1の円筒体11を溢流して第1の円筒体11と第2の円筒体21により形成される円環状の酸生成部20に流入する。
3 is a cross-sectional view of the methane fermentation apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view along AA ′ in FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view along BB ′ in FIG.
In the methane fermentation apparatus of the present invention, the first cylindrical body 11 at the center of the three sets of cylindrical bodies on the same axis has a hot water jacket 11a. It supplies to the part 10, and it heats to the temperature suitable for acid production | generation and methane fermentation (38 degreeC is suitable in medium temperature fermentation, and 55 degreeC is suitable in high temperature fermentation). The heated raw material overflows from the upper part of the raw material heating unit 10 to the first cylindrical body 11 and forms an annular acid generator 20 formed by the first cylindrical body 11 and the second cylindrical body 21. Inflow.

また、原料加温部10下部に設置された空気供給部13より供給された空気は、気泡上昇流としてエアリフトを形成し、原料中のスラッジ滞積を防止し、脱硫部40に供給される。この空気はメタン発酵ガス量の15%(vol)以下とすることが望ましい。   In addition, the air supplied from the air supply unit 13 installed at the lower part of the raw material heating unit 10 forms an air lift as a bubble rising flow, prevents sludge accumulation in the raw material, and is supplied to the desulfurization unit 40. The air is desirably 15% (vol) or less of the amount of methane fermentation gas.

原料加温部10を溢流した原料は、酸生成部20において有機酸を生成し、酸生成部20を降下し、酸生成部20の底部にある酸生成部流出口22よりメタン発酵部30に流入する。酸生成部20の酸生成部流出口22は、円錐状傾斜部23の傾斜により原料中のスラッジ滞積などを防止する構造となっている。また、酸生成部流出口22には多孔質のメタン菌保持体30aを配置し、原料のメタン発酵を促進させる。   The raw material overflowing the raw material heating unit 10 generates an organic acid in the acid generator 20, descends the acid generator 20, and the methane fermentation unit 30 from the acid generator outlet 22 at the bottom of the acid generator 20. Flow into. The acid generator outlet 22 of the acid generator 20 has a structure that prevents sludge accumulation in the raw material due to the inclination of the conical inclined part 23. In addition, a porous methane bacterium holding body 30a is disposed at the acid generator outlet 22 to promote methane fermentation of the raw material.

第2の円筒体21と第3の円筒体31により形成される円環状のメタン発酵部30の底部には横軸プロペラ式の攪拌機32を設置し、原料を撹拌することにより原料中にスラッジが滞積するのを防止している。メタン発酵部30における原料の滞留期間は15〜17日間としている。メタン発酵期間中、原料は第2の円筒体21が有する温水ジャケット21aにより加温され、メタン発酵が促進される。メタン発酵部30の液面が上昇した場合、規定液面以上は消化液U字型排出管33より溢流排出する。   A horizontal axis propeller type stirrer 32 is installed at the bottom of the annular methane fermentation unit 30 formed by the second cylindrical body 21 and the third cylindrical body 31, and the raw material is stirred so that sludge is contained in the raw material. Preventing accumulation. The residence period of the raw material in the methane fermentation unit 30 is 15 to 17 days. During the methane fermentation period, the raw material is heated by the hot water jacket 21a of the second cylindrical body 21, and methane fermentation is promoted. When the liquid level of the methane fermentation unit 30 rises, the overflow from the specified liquid level overflows from the digested liquid U-shaped discharge pipe 33.

メタン発酵部30で発生するメタンを含むバイオガスは、脱硫部40にガス流入口40bより流入し、また原料加温部10のエアリフトに利用された空気と酸生成部20で発生したCOを主成分とするバイオガスは、脱硫部40にガス流入口40aより流入する。各ガス流入口からのガスの流出は直交流することにより混合し、脱硫気液接触部41に導入される。 The biogas containing methane generated in the methane fermentation unit 30 flows into the desulfurization unit 40 from the gas inlet 40b, and the air used for the air lift of the raw material heating unit 10 and the CO 2 generated in the acid generation unit 20 are used. The biogas as the main component flows into the desulfurization section 40 from the gas inlet 40a. The outflow of gas from each gas inflow port is mixed by flowing perpendicularly and introduced into the desulfurized gas-liquid contact portion 41.

脱硫気液接触部41には、気液接触用の充填材が充填されており、ここでバイオガスは脱硫液と気液接触することにより、硫化水素(HS)が除去される。
脱硫液の循環方法は以下の通りである。まず、メタン発酵部30の上部よりメタン発酵後の残渣液である消化液を抽出して、消化液補給弁44を経て脱硫液培養タンク45に供給する。脱硫液培養タンク45内に移動した消化液は、採光窓45aからの採光により硫黄酸化菌及び光合成菌の培養が促進され、脱硫液となる。さらに、脱硫液は脱硫液循環ポンプ46により脱硫液散布部42に供給されて脱硫気液接触部41に散布され、ここでバイオガスと気液接触することによりバイオガスを脱硫する。バイオガス脱硫後の脱硫液は脱硫部50下部に降下し、脱硫液排出管43を通って脱硫液培養タンク45へ再び戻る。脱硫液はメタン発酵部30より消化液補給弁44を経て補給され、脱硫液培養タンク45の規定液面上昇分は脱硫液U字型排出管47により排液される。
脱硫気液接触部41で気液接触して生物脱硫したメタンガスは、フロートタンク51内のガス貯溜部50に貯溜される。
The desulfurized gas-liquid contact portion 41 is filled with a filler for gas-liquid contact. Here, the biogas is brought into gas-liquid contact with the desulfurized liquid, thereby removing hydrogen sulfide (H 2 S).
The method for circulating the desulfurization liquid is as follows. First, the digestive liquid which is the residual liquid after methane fermentation is extracted from the upper part of the methane fermentation unit 30 and supplied to the desulfurization liquid culture tank 45 through the digestive liquid supply valve 44. The digested liquid that has moved into the desulfurization liquid culture tank 45 is promoted to culture sulfur-oxidizing bacteria and photosynthetic bacteria by light from the lighting window 45a, and becomes a desulfurized liquid. Further, the desulfurization liquid is supplied to the desulfurization liquid spraying section 42 by the desulfurization liquid circulation pump 46 and sprayed to the desulfurization gas-liquid contact section 41, where the biogas is desulfurized by contacting with the biogas. The desulfurization liquid after biogas desulfurization falls to the lower part of the desulfurization section 50 and returns to the desulfurization liquid culture tank 45 through the desulfurization liquid discharge pipe 43. The desulfurization liquid is replenished from the methane fermentation unit 30 via the digestive liquid replenishment valve 44, and the rise in the specified liquid level in the desulfurization liquid culture tank 45 is discharged through the desulfurization liquid U-shaped discharge pipe 47.
The methane gas biodesulfurized by gas-liquid contact at the desulfurization gas-liquid contact unit 41 is stored in the gas storage unit 50 in the float tank 51.

図6は本発明によるメタン発酵装置上部に設置されるフロートタンク部の縦断面図である。フロートタンク51は、フロートタンクカバー52の中心部にあるフロートタンクガイド52aにより保持され、外気とはシール部52bでシールされる。そのため、ガス貯溜部50内のメタンガスが増減に従ってフロートタンク51が昇降しても、メタンガスが外部に排出されることはない。   FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a float tank unit installed in the upper part of the methane fermentation apparatus according to the present invention. The float tank 51 is held by a float tank guide 52a at the center of the float tank cover 52, and is sealed from the outside air by a seal portion 52b. Therefore, even if the float tank 51 moves up and down as the methane gas in the gas reservoir 50 increases or decreases, the methane gas is not discharged to the outside.

本発明の第2実施形態に係るメタン発酵装置を図7及び図8に示す。
図7は本発明の第2実施形態に係るメタン発酵装置の概略縦断面図であり、図8(a)は図7に示すメタン発酵装置に軸流攪拌機を使用した場合のA−A’断面図、図8(b)は同メタン発酵装置に循環ポンプを使用した場合のA−A’断面図である。
図7に示す円筒体3組において、中心部の第1の円筒体11は原料加温部10を形成し、原料加温部10の下部に位置する原料供給部12より原料供給されて温水ジャケット11aにより加温されて原料加温部10の上部より溢流し、第2の円筒体21である酸生成部20に供給される。
A methane fermentation apparatus according to a second embodiment of the present invention is shown in FIGS.
FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view of a methane fermentation apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 (a) is an AA ′ section when an axial flow stirrer is used in the methane fermentation apparatus shown in FIG. Fig. 8 (b) is a cross-sectional view taken along line AA 'when a circulation pump is used in the methane fermentation apparatus.
In the three cylinders shown in FIG. 7, the first cylindrical body 11 at the center portion forms the raw material heating unit 10, and the raw material is supplied from the raw material supply unit 12 located at the lower part of the raw material heating unit 10. Heated by 11 a, overflows from the upper part of the raw material heating unit 10, and is supplied to the acid generation unit 20 that is the second cylindrical body 21.

酸生成部20では空気を供給し、有機酸を生成し、また空気は脱硫部40にて、メタンガスと混合して、硫黄酸化菌により脱硫を促進する。
酸生成部20に供給された原料は酸生成部20を降下する。酸生成部20の底部は傾斜面を形成しているため、酸生成部内の原料はそのまま第3の円筒体31が形成するメタン発酵部30の底部に流下する。メタン発酵部30の底部はV字形の円環状ダクト31aを形成しており、そのダクト内には図8(a)で示す軸流プロペラ型の攪拌機32が設置されており、該攪拌機32によりメタン発酵部30内の発酵液は円環状の流れを形成する。
In the acid production | generation part 20, air is supplied and an organic acid is produced | generated, and air is mixed with methane gas in the desulfurization part 40, and desulfurization is accelerated | stimulated by sulfur oxidation bacteria.
The raw material supplied to the acid generator 20 descends the acid generator 20. Since the bottom part of the acid production | generation part 20 forms the inclined surface, the raw material in an acid production | generation part flows down to the bottom part of the methane fermentation part 30 which the 3rd cylindrical body 31 forms as it is. The bottom of the methane fermentation unit 30 forms a V-shaped annular duct 31a, and an axial flow propeller type stirrer 32 shown in FIG. 8A is installed in the duct. The fermentation liquor in the fermentation unit 30 forms an annular flow.

図8(b)においては、メタン発酵部30の外部に設置した循環ポンプ32aにより、円環状ダクト31aにおいて、発酵液は循環吐出口32bより流出し、循環流を形成する。
以上の攪拌機32、または循環ポンプ32aにより形成される円環状ダクト31a内の循環流により、原料中の固形分やスラッジは滞溜することはないが、円環状ダクト31aの一部にスラッジピット34を設置してあり、スラッジはスラッジピット34内に沈降して滞溜する。滞溜したスラッジはスラッジ排出ポンプ35により定期的に排出し、発酵槽内における固形分残渣の滞積を防止し、また原料は発酵槽への供給前に固液分離することなく、固形分残渣は発酵槽にてガス生成に有効利用する。
In FIG. 8B, the fermentation liquid flows out from the circulation discharge port 32b in the annular duct 31a by the circulation pump 32a installed outside the methane fermentation unit 30 to form a circulation flow.
The circulating flow in the annular duct 31a formed by the agitator 32 or the circulation pump 32a does not cause solids and sludge in the raw material to stay, but a sludge pit 34 is partially formed in the annular duct 31a. The sludge settles in the sludge pit 34 and stays there. The accumulated sludge is periodically discharged by a sludge discharge pump 35 to prevent the accumulation of solid residue in the fermenter, and the raw material is not separated into solid and liquid before being supplied to the fermenter. Is effectively used for gas generation in the fermenter.

以上説明したように、本発明に係るメタン発酵装置によれば、有機性廃棄物をメタン発酵する場合、メタン発酵性能を向上させるため、メタン発酵前に酸生成処理する方法が採用され、また脱硫部、ガス貯溜部はメタン発酵部と一体化して設置されている。
本発明では、有機性廃棄物を加温し酸生成する場合、悪臭発生源となるため、原料加温部、酸生成部をメタン発酵装置内に収納し、さらに脱硫部、ガス貯溜部を当該装置内に収納及び一体化することにより、設置スペースの縮小化、外気との接触面積の縮小による機器放熱量の低減及びローコスト化を図ることができる。また原料加温部及び酸生成部をメタン発酵部内へ収納することによる悪臭発生の防止は、環境改善に効果的である。
As described above, according to the methane fermentation apparatus according to the present invention, when organic waste is subjected to methane fermentation, in order to improve methane fermentation performance, a method of acid generation treatment before methane fermentation is employed, and desulfurization is also performed. The gas storage part is integrated with the methane fermentation part.
In the present invention, when organic waste is heated to generate acid, it becomes a source of bad odor, so the raw material heating section and acid generation section are housed in the methane fermentation apparatus, and the desulfurization section and gas storage section are By storing and integrating in the apparatus, the installation space can be reduced, the heat radiation amount of the equipment can be reduced by reducing the contact area with the outside air, and the cost can be reduced. Moreover, prevention of bad odor generation by storing the raw material heating section and the acid generation section in the methane fermentation section is effective for improving the environment.

また、本発明に係るメタン発酵装置によれば、有機性廃棄物を原料とする場合、その原料として家畜ふん尿などでは、牛舎、豚舎などの敷料の混入は避けられないが、敷料などの固形分にはふん尿中のふん体が付着しており、メタン発酵においてはガス発生に寄与することとなる。その有効利用において、原料中スラッジのメタン発酵槽底部への滞積を防止するため自動排出部を設け、メタン生成量の増加と、保守コストの低減に効果的である。   Further, according to the methane fermentation apparatus according to the present invention, when organic waste is used as a raw material, livestock manure as the raw material cannot be mixed with bedding such as beef barn and pig barn, but solid content such as bedding is not avoided. In the methane fermentation, it contributes to gas generation. In its effective use, an automatic discharge unit is provided to prevent the sludge in the raw material from accumulating on the bottom of the methane fermentation tank, which is effective in increasing the amount of methane produced and reducing maintenance costs.

従来のメタン発酵槽の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional methane fermenter. メタン発酵の前処理に酸生成した場合のメタンガス発酵時間とメタンガス発生量。Methane gas fermentation time and amount of methane gas generated when acid is generated in the pretreatment of methane fermentation. 本発明の実施形態に係るメタン発酵装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the methane fermentation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図3のA−A’断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 3. 図3のB−B’断面図である。FIG. 4 is a B-B ′ sectional view of FIG. 3. 本発明によるメタン発酵装置上部に設置されるフロートタンク部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the float tank part installed in the methane fermentation apparatus upper part by this invention. 本発明の第2実施形態に係るメタン発酵装置の概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the methane fermentation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. (a)は図7におけるメタン発酵装置に軸流攪拌機を使用した場合のA−A’断面図であり、(b)は図7におけるメタン発酵装置に循環ポンプを使用した場合のA−A’断面図である。(A) is AA 'sectional drawing at the time of using an axial-flow stirrer for the methane fermentation apparatus in FIG. 7, (b) is AA' at the time of using a circulation pump for the methane fermentation apparatus in FIG. It is sectional drawing.

符号の説明Explanation of symbols

10 原料加温部
11 第1の円筒体
11a 温水ジャケット
12 原料供給部
13 空気供給部
20 酸生成部
21 第2の円筒体
21a 温水ジャケット
22 酸生成部流出口
23 円錐状傾斜部
30 メタン発酵部
30a メタン菌保持体
31 第3の円筒体
31a 円環状ダクト
32 攪拌機
32a 循環ポンプ
32b 循環吐出口
33 消化液U字型排出管
34 スラッジピット
35 スラッジ排出ポンプ
40 脱硫部
40a ガス流入口
40b ガス流入口
41 脱硫気液接触部
42 脱硫液散布部
43 脱硫液排出管
44 消化液補給弁
45 脱硫液培養タンク
45a 採光窓
46 脱硫液循環ポンプ
47 脱硫液U字型排出管
50 ガス貯溜部
51 フロートタンク
52 フロートタンクカバー
52a フロートタンクガイド
52b シール部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Raw material heating part 11 1st cylinder 11a Hot water jacket 12 Raw material supply part 13 Air supply part 20 Acid production | generation part 21 2nd cylindrical body 21a Hot water jacket 22 Acid production | generation part outlet 23 Conical inclination part 30 Methane fermentation part 30a Methane bacteria support body 31 3rd cylindrical body 31a Toroidal duct 32 Stirrer 32a Circulation pump 32b Circulation discharge port 33 Digested liquid U-shaped discharge pipe 34 Sludge pit 35 Sludge discharge pump 40 Desulfurization part 40a Gas inlet 40b Gas inlet DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 Desulfurization gas-liquid contact part 42 Desulfurization liquid spraying part 43 Desulfurization liquid discharge pipe 44 Digestion liquid supply valve 45 Desulfurization liquid culture tank 45a Daylighting window 46 Desulfurization liquid circulation pump 47 Desulfurization liquid U-shaped discharge pipe 50 Gas storage part 51 Float tank 52 Float tank cover 52a Float tank guide 52b Seal part

Claims (4)

同心軸上の三重円筒において、中心部より第1の円筒体を有機性廃棄物である原料の原料加温部とし、第1の円筒体と第2の円筒体との間で形成される円環部を酸生成部、第2の円筒体と第3の円筒体との間で形成される円環部をメタン発酵部とし、
原料は原料加温部の下部より供給して酸生成及びメタン発酵に適する温度に加温する手段と、原料加温部下部より空気を供給してエアリフトを形成することにより原料加温部内のスラッジ滞積を防止する手段と、加温され上昇した原料が原料加温部を溢流して酸生成部に流入する手段と、酸生成部にて発酵期間n日の(0.2〜0.3)×n日滞留させた原料を酸生成部底部よりメタン発酵部へ流出させる手段と、酸生成部底部は円錐状の傾斜面を利用して原料中スラッジ滞積を防止する手段と、酸生成部よりメタン発酵部への流入部にメタン発酵を促進するためメタン菌保持体を配置し、原料がメタン発酵部を上昇する過程において嫌気発酵しメタンガスを発生させる手段と、発生したメタンガス、原料加温部に供給した空気及び酸生成部で発生したバイオガスを酸生成部及びメタン発酵部の上部に位置する脱硫部へ導入し硫化水素(HS)除去(以下、脱硫という)を行う手段とを有し、
脱硫部から流出したメタンを含むバイオガスを脱硫部の上部にあるガス貯溜部に貯溜するためフロートタンクを設置し、フロートタンクはフロートタンクカバー内に収納し、フロートタンク頂部にはフロートタンクガイド部を付したガス貯溜手段を具備して、バイオガス中に含まれる悪臭成分をメタン発酵装置の系外へ排出させることなく、受入加温、酸生成、メタン発酵、脱硫、ガス貯溜の機能を一体化したことを特徴とするメタン発酵装置。
In the triple cylinder on the concentric axis, a circle formed between the first cylinder and the second cylinder, with the first cylinder from the center serving as the raw material heating part of the raw material that is organic waste The ring part is an acid generator, the annular part formed between the second cylinder and the third cylinder is a methane fermentation part,
The raw material is supplied from the lower part of the raw material heating part and heated to a temperature suitable for acid generation and methane fermentation, and the sludge in the raw material heating part is formed by supplying air from the lower part of the raw material heating part to form an air lift. Means for preventing accumulation, means for the heated and raised raw material to overflow the raw material warming part and flow into the acid production part, and fermentation period n days (0.2 to 0.3 in the acid production part) ) × n means that the raw material retained for n days flows out from the bottom of the acid generator to the methane fermentation section, the bottom of the acid generator uses a conical inclined surface to prevent sludge accumulation in the raw material, and acid generation In order to promote methane fermentation from the methane fermentation section to the methane fermentation section, a methane bacterium holding body is arranged, and the means for anaerobic fermentation and generation of methane gas in the process of the raw material rising up the methane fermentation section, the generated methane gas, Generated by the air and acid generator supplied to the hot section Means for introducing the produced biogas into a desulfurization section located above the acid generation section and the methane fermentation section and removing hydrogen sulfide (H 2 S) (hereinafter referred to as desulfurization);
A float tank is installed to store the biogas containing methane flowing out of the desulfurization unit in the gas storage unit at the top of the desulfurization unit. The float tank is stored in the float tank cover, and the float tank guide is at the top of the float tank. It is equipped with gas storage means with a combined function of receiving heating, acid generation, methane fermentation, desulfurization, and gas storage without discharging malodorous components contained in biogas outside the methane fermentation system. A methane fermentation device characterized in that
前記脱硫の手段として、原料加温部よりメタン発酵ガス量の15%(vol)以下の空気を供給し、その空気を原料加温部及び酸生成部より発生する悪臭を有するバイオガスと、メタン発酵部で生成したメタンガスとを脱硫部のガス流入口で直交流させることにより両者の混合性の向上を図り、脱硫部において硫化水素(HS)及びバイオガス中の悪臭成分を除去することを特徴とする請求項1記載のメタン発酵装置。 As the desulfurization means, air of 15% (vol) or less of the amount of methane fermentation gas is supplied from the raw material heating unit, the biogas having malodor generated from the raw material heating unit and the acid generation unit, and methane To improve the mixing of the methane gas produced in the fermentation section by cross-flowing at the gas inlet of the desulfurization section, and to remove hydrogen sulfide (H 2 S) and malodorous components in the biogas in the desulfurization section The methane fermentation apparatus according to claim 1. 前記脱硫の手段として、メタン発酵部の上部よりメタン発酵後の残渣液である消化液を抽出し、該消化液を脱硫液培養タンクに貯溜し、該タンク上部の採光窓より採光して消化液中の硫黄酸化菌及び光合成菌の培養を促進させて脱硫液とし、該脱硫液は脱硫液循環ポンプにより脱硫部へ散布され、該脱硫部にてバイオガスと気液接触することによりバイオガスを脱硫し、バイオガス脱硫後の脱硫液を脱硫液排出管43に通し脱硫液培養タンク45へ再び戻すことにより脱硫液を循環させることを特徴とする請求項1記載のメタン発酵装置。   As the desulfurization means, the digestive liquid, which is a residual liquid after methane fermentation, is extracted from the upper part of the methane fermentation section, the digestive liquid is stored in a desulfurized liquid culture tank, and is collected from the lighting window at the upper part of the tank. The sulfur-oxidizing bacteria and photosynthetic bacteria in the culture are promoted to form a desulfurization liquid, which is dispersed to the desulfurization section by a desulfurization liquid circulation pump, and biogas is brought into gas-liquid contact with the biogas in the desulfurization section. 2. The methane fermentation apparatus according to claim 1, wherein the desulfurization liquid is circulated by returning the desulfurization liquid after desulfurization and biogas desulfurization to the desulfurization liquid culture tank 45 through the desulfurization liquid discharge pipe 43. 前記メタン発酵部の底部にメタン発酵槽と同心軸上に円環状ダクトを設け、円環状ダクト内に発酵液の循環流を軸流攪拌機または発酵槽外の循環用ポンプにより形成する手段と、
円環状ダクトの一部にピット部を設け発酵液中の固形分残渣を沈降滞溜させて、その固形分残渣を間欠的に自動排出させる手段によりメタン発酵槽内に固形分残渣の滞積を防止することにより、バイオ原料として生ゴミなどの有機性固形分をメタン発酵に有効利用し、メタン発酵槽内の底部に滞溜する固形分残渣を自動排出することを特徴とする請求項1ないし3いずれか一に記載のメタン発酵装置。
A means for forming an annular duct on the concentric shaft with the methane fermentation tank at the bottom of the methane fermentation section, and forming a circulating flow of the fermentation liquid in the annular duct with an axial flow stirrer or a circulation pump outside the fermentation tank;
A pit part is provided in a part of the annular duct, and solid residue in the fermentation liquid is settled and accumulated, and the solid residue is accumulated in the methane fermentation tank by means of intermittent automatic discharge of the solid residue. The organic solid content such as garbage is effectively used for methane fermentation as a bio raw material by preventing the solid content residue accumulated in the bottom of the methane fermentation tank and discharged automatically. The methane fermentation apparatus as described in any one of 3.
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