バイオガス発電装置
【課題】生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する割合を制御することができ、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを防止し、発酵効率を向上させるバイオガス発電装置を提供する。
【解決手段】低濃度廃水処理槽５と、第一水位センサ３１と、高濃度廃水処理槽６と、第二水位センサ３２と、酸発酵槽７と、第一ポンプ３３と、第二ポンプ３４と、メタン発酵槽１１と、精製装置１２と、ガスエンジン発電機６１と、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、第一ポンプ３３及び第二ポンプ３４と接続された制御装置１８とを備え、制御装置１８によって、低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上である場合には、第一ポンプ３３を駆動させ、第一ポンプ３３を駆動させている状態で、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上である場合には、第二ポンプ３４を所定時間Ｔ１駆動させる。
【解決手段】低濃度廃水処理槽５と、第一水位センサ３１と、高濃度廃水処理槽６と、第二水位センサ３２と、酸発酵槽７と、第一ポンプ３３と、第二ポンプ３４と、メタン発酵槽１１と、精製装置１２と、ガスエンジン発電機６１と、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、第一ポンプ３３及び第二ポンプ３４と接続された制御装置１８とを備え、制御装置１８によって、低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上である場合には、第一ポンプ３３を駆動させ、第一ポンプ３３を駆動させている状態で、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上である場合には、第二ポンプ３４を所定時間Ｔ１駆動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガス発電装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、有機性廃水、厨芥類等の食品残渣及び糞尿等の廃棄されていた有機廃棄物を、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、該バイオガスを炭化水素系化石燃料ガスの代わりに使用して、発電等に利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）。また、前記バイオガス発電装置の一例として、該バイオガスを炭化水素系化石燃料ガスの代わりに使用して、ガスエンジン発電機を駆動させ、発電するバイオガス発電装置は公知となっている（例えば、特許文献２または特許文献３参照）。
【０００３】
また、前記有機廃棄物を含む有機性廃水をメタン発酵させるメタン発酵槽の一例として、沈降速度の大きい粒子化（グラニュール化）したメタン発酵菌を高濃度に保持し、廃水を高効率にメタン発酵処理するという特徴を持つ菌体グラニュールを使用した廃水処理方法、例えばＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）法を使用した発酵槽が公知となっている。
【０００４】
また、有機性廃棄物を含む有機性廃水は、原料によって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が異なる。例えば、食品工場で使用される処理水等はＢＯＤが比較的低く、食品工場で廃棄される有機ゴミ（残渣）等はＢＯＤが比較的高い。ＢＯＤが比較的高い有機性廃水（以下、高濃度廃水という）はＢＯＤが比較的低い廃水（以下、低濃度廃水という）と比べて、粘度が高く、流動性に乏しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７２１６０号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３４６５号公報
【特許文献３】特開２０００−１５２７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高濃度廃水を利用してＵＡＳＢ法を使用したメタン発酵槽内でメタン発酵を行う際には、低濃度廃水とともにメタン発酵槽に投入する。メタン発酵槽内では、高濃度廃水と低濃度廃水とは混合された有機性廃水（以下、混合廃水という）となりメタン発酵槽内を流動することができる。混合廃水のＢＯＤは変動せず一定であることが望ましい。例えば、混合廃水中の高濃度廃水の割合が適当であれば、メタン発酵槽内のメタン発酵菌の活動が活発になり、低濃度廃水のみをメタン発酵槽に投入した場合と比べて、メタン発酵の効率が向上する。しかし、混合廃水中の高濃度廃水の割合が適当な割合よりも高くなると、混合廃水のＢＯＤが上昇し、メタン発酵槽内を流動しにくくなり、メタン発酵槽内に付着して詰まりの原因になる。また、混合廃水のＢＯＤが高すぎるとメタン発酵菌の活動がにぶくなり、メタン発生量が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑み、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する割合を制御することができ、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを防止し、発酵効率を向上させるバイオガス発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
即ち、請求項１においては、有機物を含む廃水であって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が低い低濃度廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽と、前記低濃度廃水処理槽の水位を計測する第一水位センサと、前記低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽と、前記高濃度廃水処理槽の水位を計測する第二水位センサと、前記低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽と連結する酸発酵槽と、前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第一ポンプと、前記高濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第二ポンプと、前記酸発酵槽と連結する、バイオガスを発生させるためのメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽と連結する精製装置と、前記バイオガスと空気とを燃焼させて、ガスエンジンを駆動して発電機を駆動させるガスエンジン発電機と、前記第一水位センサ、第二水位センサ、第一ポンプ及び第二ポンプと接続された制御装置とを備え、前記制御装置によって、前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上である場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させるものである。
【００１０】
請求項２においては、前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に廃水流量センサを設け、前記廃水流量センサは、前記制御装置と接続され、前記制御装置によって、前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上であり、かつ、前記廃水流量センサによって計測された低濃度廃水の積算流量が所定値以上となった場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１においては、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽内に付着するのを防止することができる。
【００１３】
請求項２においては、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを確実に防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽内に付着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバイオガス発電装置の全体的な構成を示したブロック図。
【図２】制御装置のブロック図。
【図３】低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽からの廃水注水の制御のフローチャート図。
【図４】低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽からの廃水注水の制御のフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかるバイオガス発電装置１について説明する。
図１に示すように、バイオガス発電装置１は、有機物を含む廃水であって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が低い低濃度廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽５と、低濃度廃水処理槽５の水位を計測する第一水位センサ３１と、前記低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽６と、高濃度廃水処理槽６の水位を計測する第二水位センサ３２と、低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６と連結する酸発酵槽７と、低濃度廃水処理槽５と酸発酵槽７との間に設けられた第一ポンプ３３と、高濃度廃水処理槽６と酸発酵槽７との間に設けられた第二ポンプ３４と、低濃度廃水処理槽５と酸発酵槽７との間に設けられた廃水流量センサ３５とを備える。
【００１６】
また、バイオガス発電装置１は、有機廃棄物よりメタンガスを主成分とする混合気体であるバイオガスを発生させるメタン発酵槽１１と、メタン発酵槽１１で発生したバイオガスから有害な気体を分離して除去する精製装置１２と、バイオガスの圧力を検出する圧力検出装置１３と、有害な気体及び酸素の濃度を連続的に確認するために有害な気体及び酸素の濃度の計測を行う連続モニタリング装置１４と、バイオガスを貯蔵するガス貯蔵装置１５と、バイオガスの流量を検出する気体流量センサ１６と、ガス貯蔵装置１５から供給されるバイオガスに含まれるメタンガスを燃焼してガスエンジン４１を駆動して発電機５１を駆動させるガスエンジン発電機６１と、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、第一ポンプ３３、第二ポンプ３４、圧力検出装置１３、及び連続モニタリング装置１４と接続された制御装置１８とを具備する。
【００１７】
＜低濃度廃水処理槽＞
低濃度廃水処理槽５は、低濃度廃水を貯蔵するものである。低濃度廃水は、例えば、食品工場で使用される処理水であり、低濃度廃水のＢＯＤは３０００ｍｇ〜７０００ｍｇ／Ｌである。低濃度廃水処理槽５は、酸発酵槽７と低濃度廃水通路３６を介して連結されており、低濃度廃水通路３６の中途部に第一ポンプ３３が設けられている。
【００１８】
第一ポンプ３３は、低濃度廃水を低濃度廃水処理槽５から酸発酵槽７へ圧送するためのポンプである。第一ポンプ３３は、制御装置１８と接続されており、制御装置１８は第一ポンプ３３の図示せぬ電動弁を開閉量を制御することにより、第一ポンプ３３の吐出量を調節することができる。
【００１９】
また、低濃度廃水通路３６の中途部に廃水流量センサ３５が設けられている。廃水流量センサ３５は、低濃度廃水通路３６内を通過する低濃度廃水の単位時間あたりの流量を計測する装置である。廃水流量センサ３５は、制御装置１８と接続されており、廃水流量センサ３５の計測した計測値は制御装置１８の記憶手段２８（図２参照）に記憶される。
【００２０】
＜高濃度廃水処理槽＞
高濃度廃水処理槽６は、高濃度廃水を貯蔵するものである。高濃度廃水は、例えば、食品工場で廃棄される有機ゴミ（残渣）であり、高濃度廃水のＢＯＤは８００００ｍｇ〜３０００００ｍｇ／Ｌである。高濃度廃水処理槽６は、酸発酵槽７と高濃度廃水通路３７を介して連結されており、高濃度廃水通路３７の中途部に第二ポンプ３４が設けられている。
【００２１】
第二ポンプ３４は、高濃度廃水を高濃度廃水処理槽６から酸発酵槽７へ圧送するためのポンプであり、低濃度廃水より粘度の高い高濃度廃水を圧送するため、第一ポンプ３３よりも高い圧送性能を有する。第二ポンプ３４は、制御装置１８と接続されており、制御装置１８は第二ポンプ３４の図示せぬ電動弁を開閉量を制御することにより、第二ポンプ３４の吐出量を調節することができる。但し、前記第一ポンプ３３及び第二ポンプ３４の吐出量の調節は、回転数を変更することでも調節でき限定するものではない。
【００２２】
＜酸発酵槽＞
酸発酵槽７は、低濃度廃水処理槽５からの低濃度廃水及び高濃度廃水処理槽６からの高濃度廃水を槽内に導入し、図示せぬ撹拌機により撹拌しながら、汚泥中の有機物を酸生成菌により酸発酵させて有機酸を生成する（発酵工程）槽である。酸発酵槽７では、１５〜４０℃で馴養された酸生成菌によって酸発酵反応が行われる。酸発酵槽７はメタン発酵槽１１と連結されており、酸発酵槽７で生成された有機酸廃水は、メタン発酵槽１１へと送られる。
【００２３】
＜メタン発酵槽＞
メタン発酵槽１１は、酸発酵槽７で生成された有機酸廃水を投入し、メタン発酵を行いバイオガスを発生させるものである。メタン発酵槽１１の一例として、沈降速度の大きい粒子化（グラニュール化）したメタン発酵菌を高濃度に保持し、有機酸廃水を高効率にメタン発酵処理するという特徴を持つ菌体グラニュールを使用した廃水処理方法、例えばＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）法を使用した発酵槽がある。メタン発酵槽１１より発生したメタンガスを含む混合気体であるバイオガスは配管２１を通って精製装置１２へと送られる。
【００２４】
配管２１には、手動弁２３が設けられており、ガスエンジン発電機６１が停止している際には、手動弁２３を閉じることによりメタン発酵槽１１からのバイオガスの供給を停止させることが可能となっている。
【００２５】
＜精製装置＞
精製装置１２において、触媒や吸着等の作用によってバイオガスから硫化水素が除去され、シロキサン（ケイ素化合物）が除去される。前記バイオガスからシロキサン及び硫化水素が除去されることにより、ガスエンジン４１内部でシロキサンが固化すること及び腐食することを防止することができる。
【００２６】
＜ガス貯蔵装置＞
精製装置１２と連通する配管２２には蓄圧手段となるガス貯蔵装置１５が連通している。ガス貯蔵装置１５は、例えば、前記バイオガスの圧力が高くなると大きく膨らみ、バイオガスの圧力が低下すると小さく萎むガス不透過物で構成されている。ガス貯蔵装置１５は球状や円筒状に構成されて、二重構造となっており外側の袋と内側の袋との間に一定の圧力で圧力調整気体を充填しておくことにより、前記圧力調整気体の圧力よりもバイオガスの圧力が大きい場合にはガス貯蔵装置１５は膨らみバイオガスが貯蔵され、一方、ガスエンジン発電機６１の駆動により、前記圧力調整気体の圧力よりもバイオガスの圧力が小さくなった場合にはガス貯蔵装置１５は萎んで、ガス貯蔵装置１５から配管２２へと貯蔵されていたバイオガスが供給されることとなる。但し、この構成は限定するものではなく、必要とするガス量を収容できる容器内を弾性体膜で仕切る構成としたりすることもできる。
【００２７】
＜ガスエンジン発電機＞
精製装置１２にガスエンジン発電機６１が配管２２を介して連通されている。ここで本実施形態ではガスエンジン発電機は一台設けている。
なおガスエンジン発電機の数は一台に限定するものではなく、前記バイオガス発電装置１は二台以上のガスエンジン発電機を具備する構成とすることも可能である。
配管２２には、ガス貯蔵装置１５とガスエンジン発電機６１との間に電磁弁７１が介装され、電磁弁７１に設けたソレノイド７１ａは制御装置１８と接続されている。
【００２８】
次にガスエンジン発電機６１の構成について説明する。
ガスエンジン発電機６１は、ガスエンジン４１、発電機５１、及び始動・停止装置８１とを具備している。ガスエンジン４１と発電機５１は直結して配設されており、ガスエンジン４１の出力軸の回転により発電機５１の磁石またはコイルが回転されることによって発電が可能となる。ガスエンジン４１には始動・停止装置８１が設けられて、制御装置１８と接続されている。制御装置１８は圧力検出装置１３による検出値が駆動許可圧力Ｖ１以上であるとソレノイド７１ａに信号を送り電磁弁７１を開き、始動・停止装置８１によりガスエンジン４１を始動する。駆動禁止圧力Ｖ２以下となると電磁弁７１を閉じてガスエンジン４１も停止させる。
【００２９】
また、精製装置１２とガス貯蔵装置１５及びガスエンジン発電機６１と連通する配管２２の中途部には、配管２２内のバイオガスの圧力Ｖを計測する圧力検出装置１３が設けられている。圧力検出装置１３は検出した圧力Ｖを制御装置１８へと入力する。
また、精製装置１２とガス貯蔵装置１５及びガスエンジン発電機６１と連通する配管２２の中途部には、連続モニタリング装置１４が設けられている。連続モニタリング装置１４は精製装置１２によって精製されたバイオガスを連続モニタリングし、有害物質である硫化水素の濃度を計測するものである。また、連続モニタリング装置１４はバイオガスに含まれる酸素の濃度を計測するものである。連続モニタリング装置１４は検出した硫化水素の濃度及び酸素の濃度を制御装置１８へと入力する。硫化水素の濃度及び酸素の濃度が設定値以上となると、制御装置１８はガスエンジン発電機６１を停止させ、設定値以下となると駆動させる。
【００３０】
また、精製装置１２とガス貯蔵装置１５及びガスエンジン発電機６１と連通する配管２２の中途部には、気体流量センサ１６が設けられている。気体流量センサ１６はバイオガスの単位時間あたりの体積である流量を計測して流量を制御装置１８へと入力する。
【００３１】
＜制御装置＞
次に制御装置１８について説明する。
図２に示すように制御装置１８には入力側に圧力検出装置１３、連続モニタリング装置１４、気体流量センサ１６、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、及び廃水流量センサ３５が接続されており、出力側に第一ポンプ３３、第二ポンプ３４、始動・停止装置８１、及びソレノイド７１ａが接続されている。また、制御装置１８は記憶手段２８と入力手段２９とを有している。
記憶手段２８には、第二ポンプ３４の駆動時間である所定時間Ｔ１が記憶されている。所定時間Ｔ１は、出荷時に予め入力されているが、入力手段２９を用いて変更することもできる。また、記憶手段２８には、廃水流量センサ３５から送信された計測値が記憶されており、当該計測値より制御装置１８において積算流量が算出される。
【００３２】
次に、制御装置１８を用いた低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６からの廃水注水の制御方法について説明する。
まず、第一水位センサ３１によって計測された低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ１０）。ここで第一駆動許可水位Ｈ１は、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されている場合の下限水位である。言い換えれば低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であれば、酸発酵槽７において正常に酸発酵が行われる。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１よりも低ければ、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されていないとして、再び、ステップＳ１０の判断を行う。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であれば、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されているとして、第一ポンプ３３を駆動する（ステップＳ２０）。これにより、低濃度廃水処理槽５内の低濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵が開始される。
【００３３】
次に、第二水位センサ３２によって計測された高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上であるか否かについて判断する（ステップＳ３０）。ここで第二駆動許可水位Ｈ２は、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水が高濃度廃水処理槽６内に貯溜されている場合の下限水位である。言い換えれば、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上であれば、酸発酵槽７において低濃度廃水と高濃度廃水とを混合した混合廃水のＢＯＤが適当な値となる。例えば、低濃度廃水のＢＯＤが５０００ｍｇ／Ｌ、高濃度廃水のＢＯＤが１０００００ｍｇ／Ｌであって、混合廃水の適当なＢＯＤが１００００ｍｇ／Ｌである場合に、低濃度廃水の想定量を２００Ｌとした場合には、適当な高濃度廃水の量は約１１Ｌとなる。この場合高濃度廃水処理槽６の中に約１１Ｌの高濃度廃水を貯溜した際の水位が第二駆動許可水位Ｈ２となる。
【００３４】
ステップＳ３０において、水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２よりも低ければ、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水が高濃度廃水処理槽６内に貯溜されていないとして、再び、ステップＳ３０の判断を行う。
ステップＳ３０において、水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上であれば、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水が高濃度廃水処理槽６内に貯溜されているとして、第二ポンプ３４を駆動する（ステップＳ４０）。これにより、高濃度廃水処理槽６内の高濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵槽７内において混合廃水が生成される。
【００３５】
次に、第二ポンプ３４を駆動してから所定時間Ｔ１が経過したか否かについて判断する（ステップＳ５０）。ここで、所定時間Ｔ１とは制御装置１８の記憶手段２８に記憶された値である。所定時間Ｔ１は、第二ポンプ３４の単位時間あたりの送水量と所定時間Ｔ１との積が酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水の量となるような時間である。例えば、前記のとおり、高濃度廃水が約１１Ｌ必要な場合であって、第二ポンプの単位時間あたりの送水量が１００Ｌ／ｈである場合には約６．６分に設定されている。所定時間Ｔ１は、入力手段２９により変更することも可能である。
【００３６】
ステップＳ５０において、所定時間Ｔ１が経過していない場合には、再びステップＳ４０に戻って判断する。
ステップＳ５０において、所定時間Ｔ１が経過した場合には、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水の量が注水されたと判断し、第二ポンプ３４を停止する（ステップＳ６０）。
【００３７】
次に、第一水位センサ３１によって計測された低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３以下であるか否かについて判断する（ステップＳ７０）。ここで第一駆動停止水位Ｈ３は、酸発酵槽７における酸発酵を継続するために必要な低濃度排水が低濃度排水処理槽５内に貯溜されている場合の下限水位である。言い換えれば低濃度排水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３以下であれば、酸発酵槽７において正常に酸発酵が行われない。本実施形態においては、第一駆動停止水位Ｈ３は第一駆動許可水位Ｈ１と同じ値である。なお、第一駆動停止水位Ｈ３と第一駆動許可水位Ｈ１とは異なる値であってもよい。
【００３８】
ステップＳ７０において、水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３よりも高ければ、酸発酵槽７における酸発酵を継続するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されているとして、再び、ステップＳ７０の判断を行う。
ステップＳ７０において、水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３以下であれば、酸発酵槽７における酸発酵を継続するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されていないとして、第一ポンプ３３を停止する（ステップＳ８０）。これにより、低濃度廃水処理槽５内の低濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵が開始される。
【００３９】
また、別の実施形態における制御装置１８を用いた低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６からの廃水注水の制御方法について説明する。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１よりも低ければ、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されていないとして、再び、ステップＳ１０の判断を行う。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であれば、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されているとして、第一ポンプ３３を駆動する（ステップＳ２０）。これにより、低濃度廃水処理槽５内の低濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵が開始される。
次に、ステップＳ２０において第一ポンプ３３を駆動した時点からの低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２５）。ここで、所定値Ｑ１とは、酸発酵槽７における混合廃水の濃度を適当な濃度とするために必要な低濃度廃水の量である。言い換えれば、前述のステップＳ３０において高濃度廃水の流入量を決定するために想定した低濃度廃水の流入量であり、前述の例によれば、所定値Ｑ１は２００Ｌである。積算流量ｑは、廃水流量センサ３５において計測され、記憶手段２８において記憶された値に基づいて制御装置１８によって算出される。
【００４０】
ステップＳ２５において、低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１より少ない場合には、再びステップＳ２５に戻って判断する。
ステップＳ２５において、低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１以上である場合には、ステップＳ３０の処理を行う。ステップＳ３０からステップＳ８０の処理は、前述のステップＳ４０からステップＳ６０の処理と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
このように構成することにより、ステップＳ４０において第二ポンプ３４を駆動する際に確実に低濃度廃水が想定した流入量以上酸発酵槽７内に流入しており、高濃度廃水を低濃度廃水に混合する割合を制御することができ、混合廃水のＢＯＤが高くなるのをより確実に防止することができる。
【００４２】
以上のように、バイオガス発電装置１は、有機物を含む低濃度の廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽５と、低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１を計測する第一水位センサ３１と、低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽６と、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２を計測する第二水位センサ３２と、低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６と連結する酸発酵槽７と、低濃度廃水処理槽５と酸発酵槽７との間に設けられた第一ポンプ３３と、高濃度廃水処理槽６と酸発酵槽７との間に設けられた第二ポンプ３４と、酸発酵槽７と連結する、バイオガスを発生させるためのメタン発酵槽１１と、メタン発酵槽１１と連結する精製装置１２と、バイオガスと空気とを燃焼させて、ガスエンジン４１を駆動して発電機５１を駆動させるガスエンジン発電機６１と、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、第一ポンプ３３及び第二ポンプ３４と接続された制御装置１８とを備え、制御装置１８によって、低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上である場合には、第一ポンプ３３を駆動させ、第一ポンプ３３を駆動させている状態で、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上である場合には、第二ポンプ３４を所定時間Ｔ１駆動させるものである。
このように構成することにより、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽７内に付着するのを防止することができる。
【００４３】
低濃度廃水処理槽５と前記酸発酵槽７との間に廃水流量センサ３５を設け、廃水流量センサ３５は、制御装置１８と接続され、制御装置１８によって、低濃度廃水処理槽５の水位が第一駆動許可水位Ｈ１以上である場合には、第一ポンプ３３を駆動させ、第一ポンプ３３を駆動させている状態で、高濃度廃水処理槽６の水位が第二駆動許可水位Ｈ２以上であり、かつ、廃水流量センサ３５によって計測された低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１以上となった場合には、前記第二ポンプを所定時間Ｔ１駆動させるものである。
このように構成することにより、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを確実に防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽７内に付着するのを防止することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ バイオガス発電装置
５ 低濃度廃水処理槽
６ 高濃度廃水処理槽
７ 酸発酵槽
１１ メタン発酵槽
１２ 精製装置
１８ 制御装置
３１ 第一水位センサ
３２ 第二水位センサ
３３ 第一ポンプ
３４ 第二ポンプ
３５ 廃水流量センサ
４１ ガスエンジン
５１ 発電機
６１ ガスエンジン発電機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガス発電装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、有機性廃水、厨芥類等の食品残渣及び糞尿等の廃棄されていた有機廃棄物を、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、該バイオガスを炭化水素系化石燃料ガスの代わりに使用して、発電等に利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）。また、前記バイオガス発電装置の一例として、該バイオガスを炭化水素系化石燃料ガスの代わりに使用して、ガスエンジン発電機を駆動させ、発電するバイオガス発電装置は公知となっている（例えば、特許文献２または特許文献３参照）。
【０００３】
また、前記有機廃棄物を含む有機性廃水をメタン発酵させるメタン発酵槽の一例として、沈降速度の大きい粒子化（グラニュール化）したメタン発酵菌を高濃度に保持し、廃水を高効率にメタン発酵処理するという特徴を持つ菌体グラニュールを使用した廃水処理方法、例えばＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）法を使用した発酵槽が公知となっている。
【０００４】
また、有機性廃棄物を含む有機性廃水は、原料によって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が異なる。例えば、食品工場で使用される処理水等はＢＯＤが比較的低く、食品工場で廃棄される有機ゴミ（残渣）等はＢＯＤが比較的高い。ＢＯＤが比較的高い有機性廃水（以下、高濃度廃水という）はＢＯＤが比較的低い廃水（以下、低濃度廃水という）と比べて、粘度が高く、流動性に乏しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７２１６０号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３４６５号公報
【特許文献３】特開２０００−１５２７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高濃度廃水を利用してＵＡＳＢ法を使用したメタン発酵槽内でメタン発酵を行う際には、低濃度廃水とともにメタン発酵槽に投入する。メタン発酵槽内では、高濃度廃水と低濃度廃水とは混合された有機性廃水（以下、混合廃水という）となりメタン発酵槽内を流動することができる。混合廃水のＢＯＤは変動せず一定であることが望ましい。例えば、混合廃水中の高濃度廃水の割合が適当であれば、メタン発酵槽内のメタン発酵菌の活動が活発になり、低濃度廃水のみをメタン発酵槽に投入した場合と比べて、メタン発酵の効率が向上する。しかし、混合廃水中の高濃度廃水の割合が適当な割合よりも高くなると、混合廃水のＢＯＤが上昇し、メタン発酵槽内を流動しにくくなり、メタン発酵槽内に付着して詰まりの原因になる。また、混合廃水のＢＯＤが高すぎるとメタン発酵菌の活動がにぶくなり、メタン発生量が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑み、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する割合を制御することができ、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを防止し、発酵効率を向上させるバイオガス発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
即ち、請求項１においては、有機物を含む廃水であって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が低い低濃度廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽と、前記低濃度廃水処理槽の水位を計測する第一水位センサと、前記低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽と、前記高濃度廃水処理槽の水位を計測する第二水位センサと、前記低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽と連結する酸発酵槽と、前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第一ポンプと、前記高濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第二ポンプと、前記酸発酵槽と連結する、バイオガスを発生させるためのメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽と連結する精製装置と、前記バイオガスと空気とを燃焼させて、ガスエンジンを駆動して発電機を駆動させるガスエンジン発電機と、前記第一水位センサ、第二水位センサ、第一ポンプ及び第二ポンプと接続された制御装置とを備え、前記制御装置によって、前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上である場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させるものである。
【００１０】
請求項２においては、前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に廃水流量センサを設け、前記廃水流量センサは、前記制御装置と接続され、前記制御装置によって、前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上であり、かつ、前記廃水流量センサによって計測された低濃度廃水の積算流量が所定値以上となった場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１においては、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽内に付着するのを防止することができる。
【００１３】
請求項２においては、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを確実に防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽内に付着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバイオガス発電装置の全体的な構成を示したブロック図。
【図２】制御装置のブロック図。
【図３】低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽からの廃水注水の制御のフローチャート図。
【図４】低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽からの廃水注水の制御のフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかるバイオガス発電装置１について説明する。
図１に示すように、バイオガス発電装置１は、有機物を含む廃水であって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が低い低濃度廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽５と、低濃度廃水処理槽５の水位を計測する第一水位センサ３１と、前記低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽６と、高濃度廃水処理槽６の水位を計測する第二水位センサ３２と、低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６と連結する酸発酵槽７と、低濃度廃水処理槽５と酸発酵槽７との間に設けられた第一ポンプ３３と、高濃度廃水処理槽６と酸発酵槽７との間に設けられた第二ポンプ３４と、低濃度廃水処理槽５と酸発酵槽７との間に設けられた廃水流量センサ３５とを備える。
【００１６】
また、バイオガス発電装置１は、有機廃棄物よりメタンガスを主成分とする混合気体であるバイオガスを発生させるメタン発酵槽１１と、メタン発酵槽１１で発生したバイオガスから有害な気体を分離して除去する精製装置１２と、バイオガスの圧力を検出する圧力検出装置１３と、有害な気体及び酸素の濃度を連続的に確認するために有害な気体及び酸素の濃度の計測を行う連続モニタリング装置１４と、バイオガスを貯蔵するガス貯蔵装置１５と、バイオガスの流量を検出する気体流量センサ１６と、ガス貯蔵装置１５から供給されるバイオガスに含まれるメタンガスを燃焼してガスエンジン４１を駆動して発電機５１を駆動させるガスエンジン発電機６１と、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、第一ポンプ３３、第二ポンプ３４、圧力検出装置１３、及び連続モニタリング装置１４と接続された制御装置１８とを具備する。
【００１７】
＜低濃度廃水処理槽＞
低濃度廃水処理槽５は、低濃度廃水を貯蔵するものである。低濃度廃水は、例えば、食品工場で使用される処理水であり、低濃度廃水のＢＯＤは３０００ｍｇ〜７０００ｍｇ／Ｌである。低濃度廃水処理槽５は、酸発酵槽７と低濃度廃水通路３６を介して連結されており、低濃度廃水通路３６の中途部に第一ポンプ３３が設けられている。
【００１８】
第一ポンプ３３は、低濃度廃水を低濃度廃水処理槽５から酸発酵槽７へ圧送するためのポンプである。第一ポンプ３３は、制御装置１８と接続されており、制御装置１８は第一ポンプ３３の図示せぬ電動弁を開閉量を制御することにより、第一ポンプ３３の吐出量を調節することができる。
【００１９】
また、低濃度廃水通路３６の中途部に廃水流量センサ３５が設けられている。廃水流量センサ３５は、低濃度廃水通路３６内を通過する低濃度廃水の単位時間あたりの流量を計測する装置である。廃水流量センサ３５は、制御装置１８と接続されており、廃水流量センサ３５の計測した計測値は制御装置１８の記憶手段２８（図２参照）に記憶される。
【００２０】
＜高濃度廃水処理槽＞
高濃度廃水処理槽６は、高濃度廃水を貯蔵するものである。高濃度廃水は、例えば、食品工場で廃棄される有機ゴミ（残渣）であり、高濃度廃水のＢＯＤは８００００ｍｇ〜３０００００ｍｇ／Ｌである。高濃度廃水処理槽６は、酸発酵槽７と高濃度廃水通路３７を介して連結されており、高濃度廃水通路３７の中途部に第二ポンプ３４が設けられている。
【００２１】
第二ポンプ３４は、高濃度廃水を高濃度廃水処理槽６から酸発酵槽７へ圧送するためのポンプであり、低濃度廃水より粘度の高い高濃度廃水を圧送するため、第一ポンプ３３よりも高い圧送性能を有する。第二ポンプ３４は、制御装置１８と接続されており、制御装置１８は第二ポンプ３４の図示せぬ電動弁を開閉量を制御することにより、第二ポンプ３４の吐出量を調節することができる。但し、前記第一ポンプ３３及び第二ポンプ３４の吐出量の調節は、回転数を変更することでも調節でき限定するものではない。
【００２２】
＜酸発酵槽＞
酸発酵槽７は、低濃度廃水処理槽５からの低濃度廃水及び高濃度廃水処理槽６からの高濃度廃水を槽内に導入し、図示せぬ撹拌機により撹拌しながら、汚泥中の有機物を酸生成菌により酸発酵させて有機酸を生成する（発酵工程）槽である。酸発酵槽７では、１５〜４０℃で馴養された酸生成菌によって酸発酵反応が行われる。酸発酵槽７はメタン発酵槽１１と連結されており、酸発酵槽７で生成された有機酸廃水は、メタン発酵槽１１へと送られる。
【００２３】
＜メタン発酵槽＞
メタン発酵槽１１は、酸発酵槽７で生成された有機酸廃水を投入し、メタン発酵を行いバイオガスを発生させるものである。メタン発酵槽１１の一例として、沈降速度の大きい粒子化（グラニュール化）したメタン発酵菌を高濃度に保持し、有機酸廃水を高効率にメタン発酵処理するという特徴を持つ菌体グラニュールを使用した廃水処理方法、例えばＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）法を使用した発酵槽がある。メタン発酵槽１１より発生したメタンガスを含む混合気体であるバイオガスは配管２１を通って精製装置１２へと送られる。
【００２４】
配管２１には、手動弁２３が設けられており、ガスエンジン発電機６１が停止している際には、手動弁２３を閉じることによりメタン発酵槽１１からのバイオガスの供給を停止させることが可能となっている。
【００２５】
＜精製装置＞
精製装置１２において、触媒や吸着等の作用によってバイオガスから硫化水素が除去され、シロキサン（ケイ素化合物）が除去される。前記バイオガスからシロキサン及び硫化水素が除去されることにより、ガスエンジン４１内部でシロキサンが固化すること及び腐食することを防止することができる。
【００２６】
＜ガス貯蔵装置＞
精製装置１２と連通する配管２２には蓄圧手段となるガス貯蔵装置１５が連通している。ガス貯蔵装置１５は、例えば、前記バイオガスの圧力が高くなると大きく膨らみ、バイオガスの圧力が低下すると小さく萎むガス不透過物で構成されている。ガス貯蔵装置１５は球状や円筒状に構成されて、二重構造となっており外側の袋と内側の袋との間に一定の圧力で圧力調整気体を充填しておくことにより、前記圧力調整気体の圧力よりもバイオガスの圧力が大きい場合にはガス貯蔵装置１５は膨らみバイオガスが貯蔵され、一方、ガスエンジン発電機６１の駆動により、前記圧力調整気体の圧力よりもバイオガスの圧力が小さくなった場合にはガス貯蔵装置１５は萎んで、ガス貯蔵装置１５から配管２２へと貯蔵されていたバイオガスが供給されることとなる。但し、この構成は限定するものではなく、必要とするガス量を収容できる容器内を弾性体膜で仕切る構成としたりすることもできる。
【００２７】
＜ガスエンジン発電機＞
精製装置１２にガスエンジン発電機６１が配管２２を介して連通されている。ここで本実施形態ではガスエンジン発電機は一台設けている。
なおガスエンジン発電機の数は一台に限定するものではなく、前記バイオガス発電装置１は二台以上のガスエンジン発電機を具備する構成とすることも可能である。
配管２２には、ガス貯蔵装置１５とガスエンジン発電機６１との間に電磁弁７１が介装され、電磁弁７１に設けたソレノイド７１ａは制御装置１８と接続されている。
【００２８】
次にガスエンジン発電機６１の構成について説明する。
ガスエンジン発電機６１は、ガスエンジン４１、発電機５１、及び始動・停止装置８１とを具備している。ガスエンジン４１と発電機５１は直結して配設されており、ガスエンジン４１の出力軸の回転により発電機５１の磁石またはコイルが回転されることによって発電が可能となる。ガスエンジン４１には始動・停止装置８１が設けられて、制御装置１８と接続されている。制御装置１８は圧力検出装置１３による検出値が駆動許可圧力Ｖ１以上であるとソレノイド７１ａに信号を送り電磁弁７１を開き、始動・停止装置８１によりガスエンジン４１を始動する。駆動禁止圧力Ｖ２以下となると電磁弁７１を閉じてガスエンジン４１も停止させる。
【００２９】
また、精製装置１２とガス貯蔵装置１５及びガスエンジン発電機６１と連通する配管２２の中途部には、配管２２内のバイオガスの圧力Ｖを計測する圧力検出装置１３が設けられている。圧力検出装置１３は検出した圧力Ｖを制御装置１８へと入力する。
また、精製装置１２とガス貯蔵装置１５及びガスエンジン発電機６１と連通する配管２２の中途部には、連続モニタリング装置１４が設けられている。連続モニタリング装置１４は精製装置１２によって精製されたバイオガスを連続モニタリングし、有害物質である硫化水素の濃度を計測するものである。また、連続モニタリング装置１４はバイオガスに含まれる酸素の濃度を計測するものである。連続モニタリング装置１４は検出した硫化水素の濃度及び酸素の濃度を制御装置１８へと入力する。硫化水素の濃度及び酸素の濃度が設定値以上となると、制御装置１８はガスエンジン発電機６１を停止させ、設定値以下となると駆動させる。
【００３０】
また、精製装置１２とガス貯蔵装置１５及びガスエンジン発電機６１と連通する配管２２の中途部には、気体流量センサ１６が設けられている。気体流量センサ１６はバイオガスの単位時間あたりの体積である流量を計測して流量を制御装置１８へと入力する。
【００３１】
＜制御装置＞
次に制御装置１８について説明する。
図２に示すように制御装置１８には入力側に圧力検出装置１３、連続モニタリング装置１４、気体流量センサ１６、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、及び廃水流量センサ３５が接続されており、出力側に第一ポンプ３３、第二ポンプ３４、始動・停止装置８１、及びソレノイド７１ａが接続されている。また、制御装置１８は記憶手段２８と入力手段２９とを有している。
記憶手段２８には、第二ポンプ３４の駆動時間である所定時間Ｔ１が記憶されている。所定時間Ｔ１は、出荷時に予め入力されているが、入力手段２９を用いて変更することもできる。また、記憶手段２８には、廃水流量センサ３５から送信された計測値が記憶されており、当該計測値より制御装置１８において積算流量が算出される。
【００３２】
次に、制御装置１８を用いた低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６からの廃水注水の制御方法について説明する。
まず、第一水位センサ３１によって計測された低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ１０）。ここで第一駆動許可水位Ｈ１は、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されている場合の下限水位である。言い換えれば低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であれば、酸発酵槽７において正常に酸発酵が行われる。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１よりも低ければ、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されていないとして、再び、ステップＳ１０の判断を行う。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であれば、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されているとして、第一ポンプ３３を駆動する（ステップＳ２０）。これにより、低濃度廃水処理槽５内の低濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵が開始される。
【００３３】
次に、第二水位センサ３２によって計測された高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上であるか否かについて判断する（ステップＳ３０）。ここで第二駆動許可水位Ｈ２は、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水が高濃度廃水処理槽６内に貯溜されている場合の下限水位である。言い換えれば、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上であれば、酸発酵槽７において低濃度廃水と高濃度廃水とを混合した混合廃水のＢＯＤが適当な値となる。例えば、低濃度廃水のＢＯＤが５０００ｍｇ／Ｌ、高濃度廃水のＢＯＤが１０００００ｍｇ／Ｌであって、混合廃水の適当なＢＯＤが１００００ｍｇ／Ｌである場合に、低濃度廃水の想定量を２００Ｌとした場合には、適当な高濃度廃水の量は約１１Ｌとなる。この場合高濃度廃水処理槽６の中に約１１Ｌの高濃度廃水を貯溜した際の水位が第二駆動許可水位Ｈ２となる。
【００３４】
ステップＳ３０において、水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２よりも低ければ、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水が高濃度廃水処理槽６内に貯溜されていないとして、再び、ステップＳ３０の判断を行う。
ステップＳ３０において、水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上であれば、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水が高濃度廃水処理槽６内に貯溜されているとして、第二ポンプ３４を駆動する（ステップＳ４０）。これにより、高濃度廃水処理槽６内の高濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵槽７内において混合廃水が生成される。
【００３５】
次に、第二ポンプ３４を駆動してから所定時間Ｔ１が経過したか否かについて判断する（ステップＳ５０）。ここで、所定時間Ｔ１とは制御装置１８の記憶手段２８に記憶された値である。所定時間Ｔ１は、第二ポンプ３４の単位時間あたりの送水量と所定時間Ｔ１との積が酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水の量となるような時間である。例えば、前記のとおり、高濃度廃水が約１１Ｌ必要な場合であって、第二ポンプの単位時間あたりの送水量が１００Ｌ／ｈである場合には約６．６分に設定されている。所定時間Ｔ１は、入力手段２９により変更することも可能である。
【００３６】
ステップＳ５０において、所定時間Ｔ１が経過していない場合には、再びステップＳ４０に戻って判断する。
ステップＳ５０において、所定時間Ｔ１が経過した場合には、酸発酵槽７において低濃度廃水に混合することができる高濃度廃水の量が注水されたと判断し、第二ポンプ３４を停止する（ステップＳ６０）。
【００３７】
次に、第一水位センサ３１によって計測された低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３以下であるか否かについて判断する（ステップＳ７０）。ここで第一駆動停止水位Ｈ３は、酸発酵槽７における酸発酵を継続するために必要な低濃度排水が低濃度排水処理槽５内に貯溜されている場合の下限水位である。言い換えれば低濃度排水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３以下であれば、酸発酵槽７において正常に酸発酵が行われない。本実施形態においては、第一駆動停止水位Ｈ３は第一駆動許可水位Ｈ１と同じ値である。なお、第一駆動停止水位Ｈ３と第一駆動許可水位Ｈ１とは異なる値であってもよい。
【００３８】
ステップＳ７０において、水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３よりも高ければ、酸発酵槽７における酸発酵を継続するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されているとして、再び、ステップＳ７０の判断を行う。
ステップＳ７０において、水位ｈ１が第一駆動停止水位Ｈ３以下であれば、酸発酵槽７における酸発酵を継続するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されていないとして、第一ポンプ３３を停止する（ステップＳ８０）。これにより、低濃度廃水処理槽５内の低濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵が開始される。
【００３９】
また、別の実施形態における制御装置１８を用いた低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６からの廃水注水の制御方法について説明する。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１よりも低ければ、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されていないとして、再び、ステップＳ１０の判断を行う。
ステップＳ１０において、水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上であれば、酸発酵槽７における酸発酵を開始するのに充分な低濃度廃水が低濃度廃水処理槽５内に貯溜されているとして、第一ポンプ３３を駆動する（ステップＳ２０）。これにより、低濃度廃水処理槽５内の低濃度廃水が酸発酵槽７内に注入されて酸発酵が開始される。
次に、ステップＳ２０において第一ポンプ３３を駆動した時点からの低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２５）。ここで、所定値Ｑ１とは、酸発酵槽７における混合廃水の濃度を適当な濃度とするために必要な低濃度廃水の量である。言い換えれば、前述のステップＳ３０において高濃度廃水の流入量を決定するために想定した低濃度廃水の流入量であり、前述の例によれば、所定値Ｑ１は２００Ｌである。積算流量ｑは、廃水流量センサ３５において計測され、記憶手段２８において記憶された値に基づいて制御装置１８によって算出される。
【００４０】
ステップＳ２５において、低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１より少ない場合には、再びステップＳ２５に戻って判断する。
ステップＳ２５において、低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１以上である場合には、ステップＳ３０の処理を行う。ステップＳ３０からステップＳ８０の処理は、前述のステップＳ４０からステップＳ６０の処理と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
このように構成することにより、ステップＳ４０において第二ポンプ３４を駆動する際に確実に低濃度廃水が想定した流入量以上酸発酵槽７内に流入しており、高濃度廃水を低濃度廃水に混合する割合を制御することができ、混合廃水のＢＯＤが高くなるのをより確実に防止することができる。
【００４２】
以上のように、バイオガス発電装置１は、有機物を含む低濃度の廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽５と、低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１を計測する第一水位センサ３１と、低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽６と、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２を計測する第二水位センサ３２と、低濃度廃水処理槽５及び高濃度廃水処理槽６と連結する酸発酵槽７と、低濃度廃水処理槽５と酸発酵槽７との間に設けられた第一ポンプ３３と、高濃度廃水処理槽６と酸発酵槽７との間に設けられた第二ポンプ３４と、酸発酵槽７と連結する、バイオガスを発生させるためのメタン発酵槽１１と、メタン発酵槽１１と連結する精製装置１２と、バイオガスと空気とを燃焼させて、ガスエンジン４１を駆動して発電機５１を駆動させるガスエンジン発電機６１と、第一水位センサ３１、第二水位センサ３２、第一ポンプ３３及び第二ポンプ３４と接続された制御装置１８とを備え、制御装置１８によって、低濃度廃水処理槽５の水位ｈ１が第一駆動許可水位Ｈ１以上である場合には、第一ポンプ３３を駆動させ、第一ポンプ３３を駆動させている状態で、高濃度廃水処理槽６の水位ｈ２が第二駆動許可水位Ｈ２以上である場合には、第二ポンプ３４を所定時間Ｔ１駆動させるものである。
このように構成することにより、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽７内に付着するのを防止することができる。
【００４３】
低濃度廃水処理槽５と前記酸発酵槽７との間に廃水流量センサ３５を設け、廃水流量センサ３５は、制御装置１８と接続され、制御装置１８によって、低濃度廃水処理槽５の水位が第一駆動許可水位Ｈ１以上である場合には、第一ポンプ３３を駆動させ、第一ポンプ３３を駆動させている状態で、高濃度廃水処理槽６の水位が第二駆動許可水位Ｈ２以上であり、かつ、廃水流量センサ３５によって計測された低濃度廃水の積算流量ｑが所定値Ｑ１以上となった場合には、前記第二ポンプを所定時間Ｔ１駆動させるものである。
このように構成することにより、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を低濃度廃水に混合する際に、混合廃水のＢＯＤが高くなるのを確実に防止する。混合廃水のＢＯＤが適当な値になることにより、発酵効率が向上する。また、混合廃水のＢＯＤが高くなり、粘度が高くなって酸発酵槽７内に付着するのを防止することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ バイオガス発電装置
５ 低濃度廃水処理槽
６ 高濃度廃水処理槽
７ 酸発酵槽
１１ メタン発酵槽
１２ 精製装置
１８ 制御装置
３１ 第一水位センサ
３２ 第二水位センサ
３３ 第一ポンプ
３４ 第二ポンプ
３５ 廃水流量センサ
４１ ガスエンジン
５１ 発電機
６１ ガスエンジン発電機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む廃水であって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が低い低濃度廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽と、
前記低濃度廃水処理槽の水位を計測する第一水位センサと、
前記低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽と、
前記高濃度廃水処理槽の水位を計測する第二水位センサと、
前記低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽と連結する酸発酵槽と、
前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第一ポンプと、
前記高濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第二ポンプと、
前記酸発酵槽と連結する、バイオガスを発生させるためのメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽と連結する精製装置と、
前記バイオガスと空気とを燃焼させて、ガスエンジンを駆動して発電機を駆動させるガスエンジン発電機と、
前記第一水位センサ、第二水位センサ、第一ポンプ及び第二ポンプと接続された制御装置とを備え、
前記制御装置によって、
前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、
前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上である場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させるバイオガス発電装置。
【請求項２】
前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に廃水流量センサを設け、
前記廃水流量センサは、前記制御装置と接続され、
前記制御装置によって、
前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、
前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上であり、かつ、前記廃水流量センサによって計測された低濃度廃水の積算流量が所定値以上となった場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させる請求項１に記載のバイオガス発電装置。
【請求項１】
有機物を含む廃水であって生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が低い低濃度廃水を貯溜する低濃度廃水処理槽と、
前記低濃度廃水処理槽の水位を計測する第一水位センサと、
前記低濃度廃水よりも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が高い高濃度廃水を貯溜する高濃度廃水処理槽と、
前記高濃度廃水処理槽の水位を計測する第二水位センサと、
前記低濃度廃水処理槽及び高濃度廃水処理槽と連結する酸発酵槽と、
前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第一ポンプと、
前記高濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に設けられた第二ポンプと、
前記酸発酵槽と連結する、バイオガスを発生させるためのメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽と連結する精製装置と、
前記バイオガスと空気とを燃焼させて、ガスエンジンを駆動して発電機を駆動させるガスエンジン発電機と、
前記第一水位センサ、第二水位センサ、第一ポンプ及び第二ポンプと接続された制御装置とを備え、
前記制御装置によって、
前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、
前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上である場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させるバイオガス発電装置。
【請求項２】
前記低濃度廃水処理槽と前記酸発酵槽との間に廃水流量センサを設け、
前記廃水流量センサは、前記制御装置と接続され、
前記制御装置によって、
前記低濃度廃水処理槽の水位が第一駆動許可水位以上である場合には、前記第一ポンプを駆動させ、
前記第一ポンプを駆動させている状態で、前記高濃度廃水処理槽の水位が第二駆動許可水位以上であり、かつ、前記廃水流量センサによって計測された低濃度廃水の積算流量が所定値以上となった場合には、前記第二ポンプを所定時間駆動させる請求項１に記載のバイオガス発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１７８９６（Ｐ２０１２−２１７８９６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４５１２（Ｐ２０１１−８４５１２）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【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２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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