JP4498188B2

JP4498188B2 - メタン発酵処理の膜分離槽および膜分離槽運転方法

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Publication number: JP4498188B2
Application number: JP2005093353A
Authority: JP
Inventors: 哲也山本; 三男小池; 昌利津田; 剛安部
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006272105A

Description

本発明はメタン発酵処理の膜分離槽および膜分離槽運転方法に関し、生ごみメタン発酵処理施設、汚泥再生処理センター等におけるメタン発酵処理の技術に係るものである。

従来、この種のメタン発酵処理施設としては、特許文献１に記載するものがある。これは、図２に示すようなもので、メタン発酵槽１は側部に外部循環流路２を有し、メタン発酵槽１と外部循環流路２とで密閉した閉鎖領域を形成している。メタン発酵槽１は、底部にピット１ａへ向けて下り勾配の傾斜面１ｂを形成しており、上部に原料汚泥供給系３を接続し、ピット１ａに発酵汚泥を取り出す汚泥排出系４を接続し、槽内の気相に連通する作動気体供給系５を天井部に接続している。作動気体供給系５はブロア５ａを有し、先端側が後述する散気装置６に接続している。

外部循環流路２は、鉛直方向に配置する本体部２ａと、本体部２ａを槽内の上部領域と下部領域とに連通する上部連絡部２ｂ、下部連絡部２ｃからなり、本体部２ａに散気装置６を配置し、散気装置６の上方位置に膜分離装置７を配置している。

膜分離装置７は、平行に配置する複数枚の平板状膜カートリッジを鉛直方向に配置し、各平板状膜カートリッジの相互間に流路を形成したものである。各平板状膜カートリッジは、ＡＢＳ樹脂製の濾板の両表面に濾過膜を配置し、透過液流路を集水管に連通しており、集水管は膜透過液を導出する透過液導出管８に連通している。

膜分離装置７は、槽内での水頭を駆動圧として平板状膜カートリッジにより重力濾過し、あるいは透過液導出管８に吸引ポンプを介装することで吸引濾過するものであり、膜カートリッジの膜面を透過した透過液を処理水として透過液導出管８を通じて槽外へ導出する。

外部循環流路２は、本体部２ａの下端にドレーン９を設けており、上部連絡部２ｂ、下部連絡部２ｃのそれぞれに開閉バルブ１０ａ、１０ｂを設けている。また、上部連絡部２ｂには熱交換器１１を介装している。破線で示すように、メタン発酵槽１の気相部と外部循環流路２の頂部とを連通するガス戻し配管１２を設けることも可能であるとしている。
特開２００１−１７０６３１号公報

上記したようなメタン発酵槽に連通する型式の膜分離槽では、その構造から大型化が困難であり、大型メタン発酵処理施設ではメタン発酵槽とは別体型の膜分離槽が一般的であった。

しかし、厨芥などの原料をメタン発酵処理する場合には、原料中に貝殻、骨などの微少夾雑物が多く含まれ、これらの微少夾雑物が膜分離槽底部に沈殿し、膜分離装置の下部に配置して膜面の洗浄ガスを散気する散気装置の散気口付近に堆積するなどの問題があった。発酵汚泥中の貝殻などの微少夾雑物は比較的比重が重く、沈砂槽を設ければ沈殿除去が容易であるが、メタン発酵は嫌気性処理であるためにメタン発酵槽が密閉構造をなすので、その除去作業を行うことは困難であった。

本発明は上記した課題を解決するものであり、メタン発酵処理において密閉構造の膜分離槽の底部に貝殻、骨などの微少夾雑物を堆積させることなく運転を継続することができるメタン発酵処理の膜分離槽を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のメタン発酵処理の膜分離槽は、越流口を介して連通する上流側の沈降部と下流側の膜分離部を内部に有し、メタン発酵槽に連通して設置する密閉型の槽本体と、膜分離部内に浸漬した膜分離装置と、沈降部の上流側上部に連通し、発酵汚泥がメタン発酵槽から還流する還泥路と、沈降部の下部に連通する排泥路と、膜分離部の下流側下部に連通し、発酵汚泥をメタン発酵槽へ返送する返泥路とを備え、発酵汚泥が還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で循環するものである。

上記した構成により、還泥路を通してメタン発酵槽の発酵汚泥を沈降部の上流側上部に還流させる。十分な水面積負荷を有する沈降部において発酵汚泥に含まれた貝殻、骨等の微少夾雑物が沈降する。越流口を通して沈降部から膜分離部へ流入する発酵汚泥を膜分離装置で膜分離する。返泥路を通して膜分離部の下流側下部から発酵汚泥をメタン発酵槽へ返送し、還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で発酵汚泥を循環し、排泥路を通して沈降物を含む発酵汚泥を沈降部から排出する。沈降部から排出する発酵汚泥はメタン発酵槽へ戻しても良く、汚泥貯留槽へ引き抜いても良い。

したがって、沈降部を経た発酵汚泥が膜分離部に流入することで、膜分離部における発酵汚泥に含まれる微少夾雑物は僅かなものとなり、膜分離装置の散気運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

また、還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で発酵汚泥を循環することで、膜分離部内に沈降部側から返泥路側へ常に発酵汚泥流が生じ、この発酵汚泥流が膜分離部の槽底部領域を浚うことで、膜分離装置の散気運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

また、密閉構造の膜分離槽において排泥路を通して沈降物を含む発酵汚泥を沈降部から排出することで、膜分離槽の運転を停止することなく、還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で発酵汚泥を循環する状態において、密閉型の槽本体から沈降物を排出することができる。

本発明のメタン発酵処理の膜分離槽は、膜分離装置が散気部の下方域に、槽上流側から槽下流側へ向けて流れる槽底流の通過部を有するものである。
上記した構成により、膜分離部内において沈降部側から返泥路側へ向けて生じる発酵汚泥流が、膜分離装置に阻害されることなく、槽底流となって膜分離部の槽底部領域を浚うことができる。

本発明のメタン発酵処理の膜分離槽は、排泥路と返泥路の流量割合を調整する流量調整手段を有し、流量調整手段により還泥路を通して槽本体に流入する汚泥還流量のうちで、膜分離部および返泥路を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を調整するものである。

上記した構成により、槽本体に流入する汚泥還流量のうちで、返泥路を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を少なくすることは、必然的に沈降部から排泥路を通して排出する汚泥排出量が多くなることであり、膜分離部へ流入する微少夾雑物が減少する一方で、膜分離部内に生じる発酵汚泥流が減少する。

逆に、返泥路を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を多くすることは、必然的に沈降部から排泥路を通して排出する汚泥排出量が少なくなることであり、膜分離部へ流入する微少夾雑物が増加する一方で、膜分離部内に生じる発酵汚泥流が増加する。

したがって、還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で発酵汚泥を循環する状態において、還流する汚泥還流量のうちでメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を適宜の値に調整することにより、沈降部における所定の水面積負荷に対する負荷量を調整できるとともに、膜分離部の槽底部領域を浚うのに十分な発酵汚泥流を生じさせて膜分離装置の散気運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

本発明のメタン発酵処理の膜分離槽は、膜分離部内に、メタン発酵槽で生じる消化ガスを駆動流体として槽底部付近に槽上流側から槽下流側へ向けた加勢流を生じさせるノズルを設けたものである。

上記した構成により、ノズルから噴出する消化ガスを駆動流体として生じる加勢流は、膜分離部内に生じる発酵汚泥流の流れを加勢し、槽底部付近に槽上流側から槽下流側へ向けた発酵汚泥流の槽底流を生じさせ、膜分離部の槽底部領域を浚うのに十分な強さを発酵汚泥流に与えて膜分離装置の散気運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

本発明のメタン発酵処理の膜分離槽は、返泥路の途中に越流堰を形成するトラップ部を設け、トラップ部の頂部と槽本体の気相部を連通する連通路を設けたものである。
上記した構成により、槽本体内の発酵汚泥の液位を越流堰の所定高さ位置に維持することができ、トラップ部の頂部と槽本体の気相部を連通路で連通することにより、トラップ部においてサイホンが成立することを防止できる。

本発明のメタン発酵処理の膜分離槽運転方法は、越流口を介して連通する上流側の沈降部と下流側の膜分離部を内部に有し、メタン発酵槽に連通して設置する密閉型の槽本体と、膜分離部内に浸漬した膜分離装置を備えた膜分離槽において、還泥路を通してメタン発酵槽の発酵汚泥を沈降部の上流側上部に還流させ、沈降物を含む発酵汚泥を排泥路を通して沈降部から排出し、沈降部から膜分離部に越流する発酵汚泥を膜分離装置で膜分離し、返泥路を通して膜分離部の下流側下部から発酵汚泥をメタン発酵槽へ返送するものであって、還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で発酵汚泥を循環しつつ、排泥路と返泥路の流量割合を調整して、還泥路を通して槽本体に流入する汚泥還流量のうちで、膜分離部および返泥路を通して槽本体へ返送する汚泥返送量の割合を調整するものである。

以上のように本発明によれば、沈降部を経て発酵汚泥が膜分離部に流入すること、および膜分離部内に沈降部側から返泥路側へ常に発酵汚泥流を生じることにより、膜分離装置の散気運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止でき、膜分離槽の運転を停止することなく、還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で発酵汚泥を循環する状態において、槽本体から沈降物を排出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、膜分離槽は、メタン発酵槽（図示省略）に連通して設置する密閉型の槽本体５１の内部に上流側の沈降部５２と下流側の膜分離部５３を有し、沈降部５２と膜分離部５３を隔てる隔壁５４の上端縁に形成した越流口５５を介して沈降部５２と膜分離部５３が連通している。

膜分離部５３には浸漬型の膜分離装置５６を設置しており、膜分離装置５６はろ過部５７と、ろ過部５７の下部に配置する散気部５８と、散気部５８の下方域に形成する通過部５９を有し、通過部５９は槽上流側から槽下流側へ向けて槽底流６０ａが流れる領域である。

ろ過部５７は複数の平板状の膜カートリッジ６１を平行に配置してなり、各膜カートリッジ６１は導出管６２に連通している。ろ過部５７の駆動圧は槽内の水頭を利用しても良く、吸引ポンプによる吸引圧を利用することも可能である。

各散気部５８は送気管６３およびブロア６４を介してメタン発酵槽の気相部に連通しており、メタン発酵槽で生じる消化ガスを散気部５８から散気し、消化ガスの散気による生じる固気液混相の上昇流６０ｂを膜カートリッジ６１の膜面に掃流として作用させて膜面を洗浄する。また、各膜カートリッジ６１は上昇流６０ｂによってクロスフローで流れる発酵汚泥を膜分離する。

通過部５９および隔壁５４の近傍には、送気管６３に連通するノズル６５を下流側に向けて設けており、ノズル６５は消化ガスを駆動流体として噴出し、槽底部付近に槽上流側から槽下流側へ向けた加勢流を生じさせる。ノズル６５の配置位置およびその数量は本実施の形態に限るものではなく、適宜に配置することが可能である。

沈降部５２は、上流側上部に還泥路６６が連通し、下部に排泥路６７が連通しており、底部に排泥路６７へ向けて下り勾配の傾斜面６８を有している。還泥路６６はメタン発酵槽に連通し、還泥路６６を通してメタン発酵槽から発酵汚泥が沈降部５２へ還流する。排泥路６７は排泥流量調整バルブ６９を介してメタン発酵槽へ連通し、ドレンバルブ７０を介してドレン管へ連通している。排泥路６７の構成は本実施の形態に限るものではなく、排泥流量調整バルブ６９を介して汚泥貯留槽へ連通しても良い。

膜分離部５３は、下流側下部に返泥路７１が連通し、返泥路７１はメタン発酵槽に連通し、返泥路７１を通して膜分離部５３から発酵汚泥をメタン発酵槽へ返送する。返泥路７１は途中に液位設定部としての越流堰７２を形成するトラップ部７３を有しており、トラップ部７３は膜分離部５３の底部から越流堰７２まで立ち上がる上昇管路部７４と、越流堰７２から立ち下がる下降管路部７５からなる。

トラップ部７３は返泥流量調整バルブ７６を介して膜分離部５３に連通し、頂部７７が連通路７８を介して槽本体５１の気相部に連通しており、連通路７８に開閉バルブ７９を設けている。槽本体５１の気相部は通気路８０を介してメタン発酵槽の気相部に連通している。

槽本体５１には還泥路６６および返泥路７１を通してメタン発酵槽との間で発酵汚泥が循環する。還泥路６６および返泥路７１にはポンプ等を設けている。
排泥路６７の第１排泥流量調整バルブ６９、第２排泥流量調整バルブ７０および返泥路７１の返泥流量調整バルブ７６からなる流量調整手段は、排泥路６７と返泥路７１の流量割合を調整する機能を有し、各バルブ６９、７０、７６の開度調整により、還泥路６６を通して槽本体５１に流入する汚泥還流量のうちで、返泥路７１を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を調整する。

以下に上記した構成における作用を説明する。膜分離槽の運転時には、開閉バルブ７９を開栓し、ドレンバルブ７０を閉栓し、排泥流量調整バルブ６９および返泥流量調整バルブ７６を適当な開度に調整して、還泥路６６を通して槽本体５１に流入する汚泥還流量のうちで、膜分離部５３および返泥路７１を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を所定値に調整し、ブロア６４を駆動して消化ガスを散気部５８およびノズル６５に供給する。

この状態で、還泥路６６を通してメタン発酵槽の発酵汚泥が沈降部５２の上流側上部に還流し、十分な水面積負荷を有する沈降部５２において発酵汚泥に含まれた貝殻、骨等の微少夾雑物が沈降する。沈降部５２では沈降した微少夾雑物の沈降物を含む発酵汚泥を排泥路６７を通して沈降部５２から排出する。沈降部５２から排出する微少夾雑物を含む発酵汚泥はメタン発酵槽へ戻すが、ドレンバルブ７０を開栓して排出しても良い。

このように、密閉構造の膜分離槽において排泥路６７を通して沈降物を含む発酵汚泥を沈降部５２から排出することで、膜分離槽の運転を停止することなく、還泥路６６および返泥路７１を通してメタン発酵槽と槽本体５１との間で発酵汚泥を循環する状態において、密閉型の槽本体５１から沈降物を排出することができる。

膜分離部５３では、沈降部５２から越流口５５を通して流入する発酵汚泥を膜分離装置５６で膜分離する。膜分離部５３には沈降部５２を経た発酵汚泥が流入することで、発酵汚泥に含まれる微少夾雑物は僅かなものとなり、膜分離装置５６の散気部５８の運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

膜分離部５３の発酵汚泥は、返泥路７１を通して膜分離部５３の下流側下部からメタン発酵槽へ返送する。このように、還泥路６６および返泥路７１を通してメタン発酵槽と槽本体５１との間で発酵汚泥を循環することで、膜分離部５３に沈降部側から返泥路側へ常に発酵汚泥流が生じ、この発酵汚泥流が膜分離部５３の槽底部領域を浚うことで、膜分離装置５６の散気部５８の運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

また、膜分離部５３では、ノズル６５から噴出する消化ガスを駆動流体として加勢流が生じ、膜分離部５３に生じる発酵汚泥流の流れを加勢し、槽底部付近に槽上流側から槽下流側へ向けた発酵汚泥流の槽底流６０ａを生じさせ、膜分離部５３の槽底部領域を浚うのに十分な強さを発酵汚泥流に与えて膜分離装置５６の散気部５８の運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

また、膜分離装置５６が散気部５８の下方域に通過部５９を有することで、膜分離部内において沈降部側から返泥路側へ向けて生じる発酵汚泥流が、膜分離装置５６に阻害されることなく、槽底流６０ａとなって膜分離部５３の槽底部領域を浚うことができる。

ところで、上述した膜分離槽の運転において、槽本体５１に流入する汚泥還流量のうちで、返泥路７１を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を少なくすることは、必然的に沈降部５２から排泥路６７を通して排出する汚泥排出量が多くなることであり、膜分離部５３へ流入する微少夾雑物が減少する一方で、膜分離部５３に生じる発酵汚泥流が減少する。

逆に、返泥路７１を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を多くすることは、必然的に沈降部５２から排泥路６７を通して排出する汚泥排出量が少なくなることであり、膜分離部５３へ流入する微少夾雑物が増加する一方で、膜分離部５３に生じる発酵汚泥流が増加する。

したがって、排泥流量調整バルブ６９および返泥流量調整バルブ７６の開度を調整して、還泥路６６を通して槽本体５１に流入する汚泥還流量のうちで、膜分離部５３および返泥路７１を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を適宜の値に調整することにより、沈降部５２における所定の水面積負荷に対する負荷量を調整できるとともに、膜分離部５３の槽底部領域を浚うのに十分な発酵汚泥流を生じさせて膜分離装置５６の散気部５８の運転を阻害する微少夾雑物の堆積を防止できる。

また、返泥路７１を通る発酵汚泥がトラップ部７３の越流堰７２を越流することで、槽本体５１の発酵汚泥の液位を液位設定部の越流堰７２の所定高さ位置に維持することができ、膜分離装置５６が液面上に露出することを防止できる。また、トラップ部７３の頂部７７が槽本体５１の気相部に連通路７８を介して連通しているので、トラップ部７３においてサイホンが成立することを防止できる。また、必要に応じて開閉バルブ７９を閉栓してサイホンを成立させ、サイホン効果により返泥路７１に吸引力を与え、膜分離部５３に形成する発酵汚泥流を強めることも可能である。

本発明の実施の形態における膜分離槽を示す模式図従来の膜分離槽を示す模式図

符号の説明

５１槽本体
５２沈降部
５３膜分離部
５４隔壁
５５越流口
５６膜分離装置
５７ろ過部
５８散気部
５９通過部
６０ａ槽底流
６０ｂ上昇流
６１膜カートリッジ
６２導出管
６３送気管
６４ブロア
６５ノズル
６６還泥路
６７排泥路
６８傾斜面
６９排泥流量調整バルブ
７０ドレンバルブ
７１返泥路
７２越流堰
７３トラップ部
７４上昇管路部
７５下降管路部
７６返泥流量調整バルブ
７７頂部
７８連通路
７９開閉バルブ
８０通気路

Claims

越流口を介して連通する上流側の沈降部と下流側の膜分離部を内部に有し、メタン発酵槽に連通して設置する密閉型の槽本体と、膜分離部内に浸漬した膜分離装置と、沈降部の上流側上部に連通し、発酵汚泥がメタン発酵槽から還流する還泥路と、沈降部の下部に連通する排泥路と、膜分離部の下流側下部に連通し、発酵汚泥をメタン発酵槽へ返送する返泥路とを備え、発酵汚泥が還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で循環することを特徴とするメタン発酵処理の膜分離槽。
膜分離装置が散気部の下方域に、槽上流側から槽下流側へ向けて流れる槽底流の通過部を有することを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵処理の膜分離槽。
排泥路と返泥路の流量割合を調整する流量調整手段を有し、流量調整手段により還泥路を通して槽本体に流入する汚泥還流量のうちで、膜分離部および返泥路を通してメタン発酵槽へ返送する汚泥返送量の割合を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のメタン発酵処理の膜分離槽。
膜分離部内に、メタン発酵槽で生じる消化ガスを駆動流体として槽底部付近に槽上流側から槽下流側へ向けた加勢流を生じさせるノズルを設けたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のメタン発酵処理の膜分離槽。
返泥路の途中に越流堰を形成するトラップ部を設け、トラップ部の頂部と槽本体の気相部を連通する連通路を設けたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のメタン発酵処理の膜分離槽。
越流口を介して連通する上流側の沈降部と下流側の膜分離部を内部に有し、メタン発酵槽に連通して設置する密閉型の槽本体と、膜分離部内に浸漬した膜分離装置を備えた膜分離槽において、還泥路を通してメタン発酵槽の発酵汚泥を沈降部の上流側上部に還流させ、沈降物を含む発酵汚泥を排泥路を通して沈降部から排出し、沈降部から膜分離部に越流する発酵汚泥を膜分離装置で膜分離し、返泥路を通して膜分離部の下流側下部から発酵汚泥をメタン発酵槽へ返送するものであって、還泥路および返泥路を通してメタン発酵槽と槽本体との間で発酵汚泥を循環しつつ、排泥路と返泥路の流量割合を調整して、還泥路を通して槽本体に流入する汚泥還流量のうちで、膜分離部および返泥路を通して槽本体へ返送する汚泥返送量の割合を調整することを特徴とするメタン発酵処理の膜分離槽運転方法。