膜型メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法
【課題】膜分離手段をメンテナンス等する際であってもメタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の損傷を防止することが可能である膜型メタン発酵処理装置を提供する。
【解決手段】膜分離手段１８を内蔵した膜分離槽１４と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環管１５，１６と、メタン発酵槽１２内のバイオガスを膜分離手段１８の下方から散気する散気手段１９と、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２から上記バイオガスを吐出する吐出手段２３と、上記バイオガスを散気手段１９と吐出手段２３とに供給する共通のブロワ装置２４と、ブロワ装置２４によって供給されたバイオガスを散気手段１９から散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段２３から吐出する吐出状態とに切換える切換手段２５とが設けられている。
【解決手段】膜分離手段１８を内蔵した膜分離槽１４と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環管１５，１６と、メタン発酵槽１２内のバイオガスを膜分離手段１８の下方から散気する散気手段１９と、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２から上記バイオガスを吐出する吐出手段２３と、上記バイオガスを散気手段１９と吐出手段２３とに供給する共通のブロワ装置２４と、ブロワ装置２４によって供給されたバイオガスを散気手段１９から散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段２３から吐出する吐出状態とに切換える切換手段２５とが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、生ごみ、食品系廃棄物等の有機性物質をメタン発酵して処理する膜型メタン発酵処理装置および膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の膜型メタン発酵処理装置としては、図１０に示すように、メタン発酵槽６１に、槽の下部領域と上部領域とに連通する外部循環流路６２が設けられ、外部循環流路６２は、膜分離槽６７と、膜分離槽６７内に備えられた浸漬型の膜分離装置６３と、膜分離槽６７内に備えられて膜分離装置６３の下方から散気を行なう散気装置６４を備えている。また、メタン発酵槽６１内で発生したバイオガスを散気装置６４に供給するガス供給流路６５が設けられ、ガス供給流路６５にはブロア６６が設けられている。
【０００３】
これによると、原料をメタン発酵槽６１に供給し、メタン発酵槽６１内でメタン発酵させる。この際、発酵過程においてバイオガスがメタン発酵槽６１内で生成され、ブロア６６を駆動して、メタン発酵槽６１内のバイオガスをガス供給流路６５から散気装置６４に供給する。これにより、散気装置６４からバイオガスが散気され、エアリフト作用によって上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽６１内の消化汚泥が外部循環流路６２を循環するため、メタン発酵槽６１内の消化汚泥が攪拌される。同時に、上記上向流が掃流として膜分離装置６３の膜間の流路をクロスフローで流れるため、膜分離装置６３の膜面が上記上向流によって洗浄される。
【０００４】
尚、メタン発酵槽６１内から外部循環流路６２内へ流れ込んだ消化汚泥は膜分離装置６３で吸引されて固液分離され、透過液が膜分離装置６３から系外へ取り出される。これにより、メタン発酵槽６１内の消化汚泥を高濃度に維持でき、高効率のメタン発酵処理が可能となる。
【０００５】
このように、散気装置６４からの散気によって、メタン発酵槽６１内の消化汚泥の攪拌と膜分離装置６３の膜面洗浄とを共に行なうことができ、このような構成を有する膜型メタン発酵処理装置については下記特許文献１に記載されている。
【０００６】
また、図１０に示した形式のもの以外では、外部循環流路内に膜分離槽を設け、ポンプ等によって、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を強制的に循環させる形式のものがある。このような形式のものでは、膜分離装置の下方に配置した散気装置からのバイオガスの散気によって発生する上向流は膜面洗浄と膜分離槽内での消化汚泥の循環に寄与する。
【０００７】
尚、下記特許文献２には、メタン発酵槽と膜分離槽との間での消化汚泥の循環をポンプによって行う膜型メタン発酵処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１７０６３１
【特許文献２】特開平１１−１４７０９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記の従来形式では、点検，交換，洗浄等のメンテナンス等の目的で膜分離装置６３による消化汚泥の吸引を停止する場合、散気装置６４およびブロア６６を停止する必要がある。尚、バイオガスは、温度が約３５〜６０℃の範囲で、湿度が飽和状態である。このため、ブロア６６の停止に伴ってブロア６６の温度が低下すると、ブロア６６内で結露が発生し、バイオガス中に含まれる硫化水素等の腐食性ガスとともにブロア６６が損傷し、最悪の場合、ブロア６６の再起動が困難になるという問題がある。
【００１０】
また、膜分離装置６３が大型になると、これに伴ってブロア６６も大型化するため、仮にブロア６６の起動および停止を頻繁に行なうと、ブロア６６が損耗し易く、ブロア６６のメンテナンス等の頻度が増大するといった問題もある。
【００１１】
さらに、膜分離槽６７内の沈降物が沈降して膜分離槽６７の底部に堆積し、沈降物の高さが散気装置６４を超えると、散気が偏って安定せず、膜分離装置６３の膜面洗浄が不均一になるといった問題がある。
【００１２】
本発明は、膜分離手段をメンテナンス等する際であってもメタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の損傷を防止することが可能であり、また、安定した散気を行なうことができる膜型メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本第１発明は、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置であって、
メタン発酵槽内の消化汚泥中に開口する吐出口からバイオガスを吐出する吐出手段と、
バイオガスを散気手段と吐出手段とに供給する共通のガス供給手段と、
ガス供給手段によって供給されたバイオガスを散気手段から膜分離槽内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段からメタン発酵槽内に吐出する吐出状態とに切換え可能な切換手段とが設けられているものである。
【００１４】
これによると、消化汚泥を膜分離手段で固液分離する場合、ガス供給手段を駆動し、切換手段で散気状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気手段から膜分離槽内に散気される。これにより、メタン発酵槽内の消化汚泥がメタン発酵槽と膜分離槽との間で循環流路を介して循環し、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌されるとともに、膜分離手段の膜面が洗浄され、メタン発酵槽内から膜分離槽内へ流れ込んだ消化汚泥が膜分離手段で固液分離される。
【００１５】
また、メンテナンス等の目的で上記膜分離手段による固液分離を停止する場合、ガス供給手段を停止せずに継続して駆動したまま、切換手段で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが吐出手段の吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出される。これにより、散気手段からの散気が停止し、メタン発酵槽内にエアリフト作用による攪拌流が発生し、この攪拌流によりメタン発酵槽内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００１６】
このようにガス供給手段を駆動したままで、散気手段からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽内を攪拌できるため、膜分離手段をメンテナンスする際であっても、ガス供給手段の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の温度低下を防止することができるため、ガス供給手段内で結露が発生してガス供給手段が損傷するのを防止することができる。
【００１７】
また、固液分離停止中は、膜分離槽内に上向流が発生せず、膜分離手段の膜面が上向流にさらされることはない。これにより、メタン発酵槽内の攪拌を維持しながら膜へのダメージを軽減することができ、また、ガス供給手段の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ガス供給手段の損耗を抑制することができる。
【００１８】
本第２発明における膜型メタン発酵処理装置は、散気手段と吐出手段とがガス供給手段から分岐しているものである。
本第３発明における膜型メタン発酵処理装置は、吐出手段は、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する沈降物移送手段を有し、
沈降物移送手段は散気手段よりも下位に配置され、
吐出口は沈降物移送手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が沈降物移送手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されているものである。
【００１９】
これによると、消化汚泥を膜分離手段で固液分離しない場合、継続してガス供給手段を駆動したままで、切換手段で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスは、吐出手段の沈降物移送手段を経由して、吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００２０】
この際、沈降物移送手段は、沈降物移送手段の吸引孔と吐出手段の吐出口との間の水頭圧差およびバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する。これにより、膜分離槽内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、沈降物の高さが散気手段を超えるのを防止することができる。したがって、吐出状態から散気状態に切換えて散気手段から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離手段の膜面洗浄が均一に行なえる。
【００２１】
本第４発明における膜型メタン発酵処理装置は、吐出口は散気手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されているものである。
【００２２】
これによると、消化汚泥を膜分離手段で固液分離する場合、ガス供給手段を駆動し、切換手段で散気状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気手段から膜分離槽内に散気される。
【００２３】
また、消化汚泥を膜分離手段で固液分離しない場合、継続してガス供給手段を駆動したままで、切換手段で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気手段を経由して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出される。
【００２４】
この際、吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気手段から散気されずに、吐出口から吐出される。また、上記吐出口と散気手段との間の水頭圧差および散気手段内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、散気手段に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することも可能となる。
【００２５】
本第５発明における膜型メタン発酵処理装置は、散気状態において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出状態において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生するものである。
【００２６】
これによると、散気状態において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環することにより、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌されるとともに、膜分離手段の膜面が洗浄される。
【００２７】
また、吐出状態において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生するため、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌される。
本第６発明は、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、
ガス供給手段を駆動した状態で、バイオガスを散気手段に供給して散気手段から膜分離槽内に散気する散気運転と、バイオガスを吐出手段に供給して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出する吐出運転とを切換えて行なうものである。
【００２８】
これによると、ガス供給手段を駆動したままで、散気手段からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽内を攪拌できるため、膜分離手段をメンテナンスする際であっても、ガス供給手段の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の温度低下を防止することができるため、ガス供給手段内で結露が発生してガス供給手段が損傷するのを防止することができる。また、ガス供給手段の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ガス供給手段の損耗を抑制することができる。
【００２９】
本第７発明におけるメタン発酵処理方法は、吐出運転において、バイオガスに加えて膜分離槽内の消化汚泥を吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出するものである。
本第８発明におけるメタン発酵処理方法は、吐出運転において、散気手段を経由してバイオガスを吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出し、
この際、散気手段に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出するものである。
【００３０】
本第９発明におけるメタン発酵処理方法は、散気運転において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流を発生させ、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出運転において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流を発生させるものである。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように本発明によると、膜分離手段をメンテナンス等する際であってもメタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の損傷を防止することが可能であり、また、安定した散気を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図であり、散気運転を行なっているときのガスの流れを示す。
【図２】同、膜型メタン発酵処理装置の図であり、第１の吐出運転を行なっているときのガスの流れを示す。
【図３】同、膜型メタン発酵処理装置の図であり、第２の吐出運転を行なっているときのガスの流れを示す。
【図４】本発明の第２の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図１０】従来の膜型メタン発酵処理装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明における第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、１１は有機性物質をメタン発酵して処理する膜型メタン発酵処理装置であり、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽１２と、メタン発酵槽１２内の消化汚泥を循環させることにより消化汚泥中の固形分を濃縮する濃縮流路１３とを有している。
【００３４】
濃縮流路１３は、浸漬型の膜分離手段１８が内部に備えられた膜分離槽１４と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４の上部とに連通し且つ消化汚泥が膜分離槽１４からメタン発酵槽１２へ流入する上部循環管路１５と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４の下部とに連通し且つ消化汚泥がメタン発酵槽１２から膜分離槽１４へ流出する下部循環管路１６とを有している。尚、上部および下部循環管路１５，１６は、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環流路の一例である。
【００３５】
膜分離手段１８は、所定間隔をあけて平行に配列された複数枚の平板状の膜カートリッジを鉛直方向に配置し、各膜カートリッジの相互間に流路を形成したものである。各膜カートリッジは、濾板の両面に濾過膜を配置し、透過液流路を集水部に連通しており、集水部は膜透過液を導出する透過液導出管に連通している。
【００３６】
また、膜分離手段１８は、膜分離槽１４内の水頭圧を駆動圧として膜カートリッジにより重力濾過するものである。尚、重力濾過に限らず、透過液導出管に吸引ポンプを介装して吸引濾過してもよい。
【００３７】
また、膜分離槽１４内には、メタン発酵槽１２内のバイオガスを膜分離手段１８の下方から散気する散気手段１９と、膜分離槽１４内の底部に沈降した沈降物（汚泥等）を膜分離槽１４の外部へ移送する沈降物吸引管２０（沈降物移送手段の一例）とが設けられている。
【００３８】
また、膜型メタン発酵処理装置１１には、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２からメタン発酵槽１２内のバイオガスを吐出する吐出手段２３と、メタン発酵槽１２内のバイオガスを散気手段１９と吐出手段２３とに供給する共通のブロワ装置２４（ガス供給手段の一例）と、ブロワ装置２４によって供給されたバイオガスを散気手段１９から膜分離槽１４内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段２３からメタン発酵槽１２内に吐出する吐出状態とのいずれかの状態に切換える切換手段２５とが設けられている。
【００３９】
ブロワ装置２４の吸入側とメタン発酵槽１２の上部とは吸入側流通路３４を介して連通し、ブロワ装置２４の吐出側には吐出側流通路３５が設けられている。
散気手段１９は、複数の散気孔２７が下部に形成された散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
【００４０】
吐出手段２３は、吐出口２２を備えた下流端（一端）がメタン発酵槽１２内に突入するとともに上流端（他端）が散気管２８の下流側（出口側）に連通する吐出管３０と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して沈降物吸引管２０の上流側（入口側）に連通する流通路３２と、沈降物吸引管２０の下流側（出口側）と吐出管３０とに連通する流通路３３とを有している。尚、吐出口２２はメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口しており、また、上記各流通路２９，３２〜３５は配管で構成されている。
【００４１】
また、沈降物吸引管２０は、その下部に複数の吸引孔３６を有しており、散気管２８よりも下位に配置されている。尚、吐出口２２は、散気管２８を経由した下流側に位置しているとともに、沈降物吸引管２０を経由した下流側に位置している。メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低く、且つ、沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００４２】
また、沈降物吸引管２０の吸引孔３６から吸引された沈降物を膜型メタン発酵処理装置１１の系外へ排出する外部排出管３７が流通路３３から分岐して設けられている。尚、外部排出管３７の開口端３７ａに作用する圧力は沈降物吸引管２０に作用する水頭圧よりも低いか又は大気開放されている。
【００４３】
また、切換手段２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、流通路３２に設けられた第２のバルブ２５ｂと、吐出管３０に設けられた第３および第４のバルブ２５ｃ，２５ｄと、流通路３３に設けられた第５のバルブ２５ｅと、外部排出管３７に設けられた第６のバルブ２５ｆとからなる。尚、流通路３３は第３のバルブ２５ｃと第４のバルブ２５ｄとの間で吐出管３０に接続されている。
【００４４】
また、膜分離槽１４内の上部に溜まったバイオガスをメタン発酵槽１２内の上部の気相部３８へ戻すガス戻り管３９が膜分離槽１４とメタン発酵槽１２とに連通して設けられている。
【００４５】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２〜第６のバルブ２５ｂ〜２５ｆを閉じる。これにより、図１に示すように、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路２９を通り、散気管２８の散気孔２７から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、エアリフト作用によって上向流４１が発生し、この上向流４１を駆動流として、膜分離槽１４内の消化汚泥が上部循環管路１５を通ってメタン発酵槽１２内に流入するとともに、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が下部循環管路１６を通って膜分離槽１４内に流入し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。このため、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が攪拌され、同時に、上記上向流４１が掃流として膜分離手段１８の膜間の流路をクロスフローで流れるため、膜分離手段１８の膜面が上向流４１によって洗浄される。
【００４６】
尚、メタン発酵槽１２内から膜分離槽１４内へ流れ込んだ消化汚泥は膜分離手段１８で吸引されて固液分離され、透過液が膜分離手段１８から系外へ取り出される。
このように、散気運転時においては、散気管２８からの散気によって、メタン発酵槽１２内の消化汚泥の攪拌と膜分離槽１４の膜面洗浄とを共に行なうことができる。
【００４７】
また、メンテナンス等の目的で膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から第１又は第２の吐出運転に切換える。
【００４８】
例えば、第１の吐出運転に切換える場合、第１のバルブ２５ａを開いた状態で、さらに、第３および第４のバルブ２５ｃ，２５ｄを開き、第２および第５および第６のバルブ２５ｂ，２５ｅ，２５ｆを閉じた状態にしておく。これにより、図２に示すように、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路２９を通り、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００４９】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８の散気孔２７からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用（エゼクター効果）により、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気孔２７から散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００５０】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に、消化汚泥による吐出流４０とエアリフト作用による上向流４２とが発生し、これら吐出流４０と上向流４２とによりメタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。尚、上記のように気液混相流とすることで気泡が小さくなるため、攪拌が均一化される。
【００５１】
このようにブロワ装置２４を駆動したままで、散気管２８からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽１２内を攪拌できるため、膜分離手段１８をメンテナンスする際であっても、ブロワ装置２４の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽１２内の攪拌を継続することができるとともに、ブロワ装置２４の温度低下を防止することができるため、ブロワ装置２４内で結露が発生してブロワ装置２４が損傷するのを防止することができる。また、消化汚泥が散気管２８内に吸引されることにより、散気管２８内が洗浄される効果も得られる。
【００５２】
また、膜分離（固液分離）停止中は、膜分離槽１４内に上向流が発生せず、膜分離手段１８の膜面が上向流にさらされることはない。これにより、メタン発酵槽１２内の攪拌を維持しながら膜へのダメージを軽減することができ、また、ブロワ装置２４の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ブロワ装置２４の損耗を抑制することができる。
【００５３】
上記実施の形態では散気運転から第１の吐出運転に切換えた場合を説明したが、散気運転から第２の吐出運転に切換えてもよい。この場合、第１および第３および第６のバルブ２５ａ，２５ｃ，２５ｆを閉じ、第２および第４および第５のバルブ２５ｂ，２５ｄ，２５ｅを開く。これにより、図３に示すように、メタン発酵槽１２内に発生したバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３２を通り、沈降物吸引管２０を経由（通過）して流通路３３から吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００５４】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、沈降物吸引管２０の吸引孔３６からほとんど吹き出さずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と沈降物吸引管２０内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の沈降物（汚泥等）が、吸引孔３６から沈降物吸引管２０内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００５５】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に、沈降物による吐出流４０とエアリフト作用による上向流４２とが発生し、これら吐出流４０と上向流４２とによりメタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。また、沈降物吸引管２０が沈降物を吸引することにより、膜分離槽１４内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、沈降物の高さが散気管２８を超えるのを防止することができる。したがって、第２の吐出運転から散気運転に切換えて散気管２８から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離手段１８の膜面洗浄がほぼ均一に行なえる。
【００５６】
また、第１および第３および第４のバルブ２５ａ，２５ｃ，２５ｄを閉じ、第２および第５および第６のバルブ２５ｂ，２５ｅ，２５ｆを開くことにより、沈降物吸引管２０から吸引された沈降物が外部排出管３７を通って開口端３７ａから系外へ排出される。これにより、汚泥中の比重の大きな物質を開口端３７ａから排出して回収することができる。
【００５７】
尚、バルブ２５ｃ，２５ｄ，２５ｅをまとめて１台の三方切換えバルブに置き換えることも可能である。
次に、本発明における第２の実施の形態を図４を参照して説明する。
【００５８】
散気手段１９は、散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
吐出手段２３は、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐してメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０を有している。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有している。
【００５９】
また、切換手段２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、吐出管３０に設けられた第２のバルブ２５ｂとからなる。
以下、上記構成における作用を説明する。
【００６０】
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２のバルブ２５ｂを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３５を通り、流通路２９を流れて散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
【００６１】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００６２】
すなわち、吐出運転では、第１のバルブ２５ａを閉じ、第２のバルブ２５ｂを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３５を通り、吐出管３０を流れて吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００６３】
これにより、散気管２８からの散気が停止し、バイオガスが吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００６４】
次に、本発明における第３の実施の形態を図５を参照して説明する。
散気手段１９はブロワ装置２４の吐出側流通路３５に接続された散気管２８を有している。吐出手段２３は、上流端（一端）が散気管２８の下流側（出口側）に接続されているとともに下流端（他端）がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０からなる。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有する。また、切換手段２５は、吐出管３０に設けられた第７のバルブ２５ｇからなる。
【００６５】
メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００６６】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第７のバルブ２５ｇを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
【００６７】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００６８】
すなわち、吐出運転では、第７のバルブ２５ｇを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００６９】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８の散気孔２７からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気孔２７から散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００７０】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００７１】
このようにブロワ装置２４を駆動したままで、散気管２８からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽１２内を攪拌できる。
次に、本発明における第４の実施の形態を図６を参照して説明する。
【００７２】
散気手段１９は、散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
吐出手段２３は、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して沈降物吸引管２０の上流側（入口側）に連通する流通路３２と、上流端（一端）が沈降物吸引管２０の下流側（出口側）に連通するとともに下流端（他端）がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０とを有している。尚、吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有している。
【００７３】
また、切換手段２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、流通路３２に設けられた第２のバルブ２５ｂとからなる。メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から沈降物吸引管２０までの深さＤ３よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００７４】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２のバルブ２５ｂを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、流通路２９を流れて散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
【００７５】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００７６】
すなわち、吐出運転では、第２のバルブ２５ｂを開き、第１のバルブ２５ａを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、流通路３２から沈降物吸引管２０を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００７７】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、沈降物吸引管２０の吸引孔３６からほとんど吹き出さずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と沈降物吸引管２０内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の沈降物（汚泥等）が、吸引孔３６から沈降物吸引管２０内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００７８】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００７９】
次に、本発明における第５の実施の形態を図７を参照して説明する。
メタン発酵槽１２の下部と膜分離槽１４の上部との間には、メタン発酵槽１２内の消化汚泥をポンプ５２で強制的に膜分離槽１４内へ送り出す送出用流通路５０が設けられている。また、メタン発酵槽１２の上部と膜分離槽１４の下部との間には、膜分離槽１４内の消化汚泥をポンプ５３で強制的にメタン発酵槽１２内へ戻す返送用流通路５１が設けられている。尚、送出用流通路５０と返送用流通路５１と膜分離槽１４とで濃縮流路１３が形成されており、送出用および返送用流通路５０，５１は、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環流路の一例である。
【００８０】
散気手段１９はブロワ装置２４の吐出側流通路３５に接続された散気管２８を有している。
吐出手段２３は、上流端が散気管２８の下流側（出口側）に接続されているとともに下流端がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０からなる。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有する。また、切換手段２５は、吐出管３０に設けられた第７のバルブ２５ｇからなる。
【００８１】
メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１は膜分離槽１４内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００８２】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ポンプ５２，５３とブロワ装置２４とを駆動した状態で、第７のバルブ２５ｇを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生して膜分離手段１８の膜面が洗浄される。この際、ポンプ５２，５３の駆動により、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が、強制的に送出用流通路５０を通って膜分離槽１４内へ送り出され、膜分離手段１８で固液分離され、膜分離槽１４内の消化汚泥が強制的に返送用流通路５１を通ってメタン発酵槽１２内へ戻される。これにより、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が送出用および返送用流通路５０，５１を介して膜分離槽１４との間で循環し、メタン発酵槽１２内が攪拌される。
【００８３】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、両ポンプ５２，５３を停止し、送出用流通路５０に設けられたバルブ５４を閉じ、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００８４】
すなわち、吐出運転では、第７のバルブ２５ｇを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００８５】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の攪拌が継続される。
【００８６】
また、膜分離槽１４内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、吐出運転から散気運転に切換えて散気管２８から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離手段１８の膜面洗浄がほぼ均一に行なえる。
【００８７】
次に、本発明における第６の実施の形態を図８を参照して説明する。
本第６の実施の形態は、先述した第５の実施の形態の変形例であり、１台の共通のメタン発酵槽１２に対して複数の膜分離槽１４が設けられている。各膜分離槽１４内には複数の膜分離手段１８が設けられている。また、各膜分離槽１４毎にブロワ装置２４と散気手段１９と吐出手段２３と切換手段２５とが設けられている。また、散気手段１９は複数の散気管２８からなる集合管を有し、吐出手段２３は沈降物吸引管２０からなる集合管を有する。尚、散気管２８と沈降物吸引管２０とはそれぞれ、複数の膜分離手段１８の下方にわたって設けられている。また、複数の吐出手段２３の吐出管３０が放射状に配設されてメタン発酵槽１２内に突入している。
【００８８】
尚、上記第６の実施の形態では、図８（ａ）に示すように複数の膜分離槽１４を並列に配置したが、図９に示した第７の実施の形態では、複数の膜分離槽１４をメタン発酵槽１２に対して放射状に配置してもよい。
【００８９】
上記各実施の形態では、膜分離手段１８に平板状の膜カートリッジを用いたが、円筒（円管）状の膜カートリッジ等であってもよく、また、平膜以外の膜、例えば中空糸膜等を用いてもよい。このとき、平板又はシート状の膜支持材の表面に濾過膜を配置し、濾過膜の周縁で膜支持材に接合した平板状の膜カートリッジの場合、濾過を停止した状態での下方からの散気を防ぐことが可能である。このため、散気に伴う上向流による濾過膜の振動や揺動によって濾過膜の接合部が損傷を受けるのを回避することができるので、特に上記のような平板状の膜カートリッジに対して有効である。
【００９０】
上記各実施の形態では、吐出口２２に作用する水頭圧を散気管２８にかかる水頭圧よりも低くしたが、同じであってもよい。
上記各実施の形態では、メタン発酵槽１２内の上部に貯留されたバイオガスをブロワ装置２４に供給しているが、ブロワ装置２４に供給するバイオガスはメタン発酵槽１２にて生成されたものであればよく、例えば、膜分離槽１４内の上部に貯留されたバイオガス又はガスホルダーに貯留されたバイオガス等をブロワ装置２４に供給してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１１ 膜型メタン発酵処理装置
１２ メタン発酵槽
１４ 膜分離槽
１５，１６ 循環管路（循環流路）
１８ 膜分離手段
１９ 散気手段
２０ 沈降物吸引管（沈降物移送手段）
２２ 吐出口
２３ 吐出手段
２４ ブロワ装置（ガス供給手段）
２５ 切換手段
２７ 散気孔
３６ 吸引孔
４１，４２ 上向流
４３ 攪拌流
５０ 送出用流通路（循環流路）
５１ 返送用流通路（循環流路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、生ごみ、食品系廃棄物等の有機性物質をメタン発酵して処理する膜型メタン発酵処理装置および膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の膜型メタン発酵処理装置としては、図１０に示すように、メタン発酵槽６１に、槽の下部領域と上部領域とに連通する外部循環流路６２が設けられ、外部循環流路６２は、膜分離槽６７と、膜分離槽６７内に備えられた浸漬型の膜分離装置６３と、膜分離槽６７内に備えられて膜分離装置６３の下方から散気を行なう散気装置６４を備えている。また、メタン発酵槽６１内で発生したバイオガスを散気装置６４に供給するガス供給流路６５が設けられ、ガス供給流路６５にはブロア６６が設けられている。
【０００３】
これによると、原料をメタン発酵槽６１に供給し、メタン発酵槽６１内でメタン発酵させる。この際、発酵過程においてバイオガスがメタン発酵槽６１内で生成され、ブロア６６を駆動して、メタン発酵槽６１内のバイオガスをガス供給流路６５から散気装置６４に供給する。これにより、散気装置６４からバイオガスが散気され、エアリフト作用によって上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽６１内の消化汚泥が外部循環流路６２を循環するため、メタン発酵槽６１内の消化汚泥が攪拌される。同時に、上記上向流が掃流として膜分離装置６３の膜間の流路をクロスフローで流れるため、膜分離装置６３の膜面が上記上向流によって洗浄される。
【０００４】
尚、メタン発酵槽６１内から外部循環流路６２内へ流れ込んだ消化汚泥は膜分離装置６３で吸引されて固液分離され、透過液が膜分離装置６３から系外へ取り出される。これにより、メタン発酵槽６１内の消化汚泥を高濃度に維持でき、高効率のメタン発酵処理が可能となる。
【０００５】
このように、散気装置６４からの散気によって、メタン発酵槽６１内の消化汚泥の攪拌と膜分離装置６３の膜面洗浄とを共に行なうことができ、このような構成を有する膜型メタン発酵処理装置については下記特許文献１に記載されている。
【０００６】
また、図１０に示した形式のもの以外では、外部循環流路内に膜分離槽を設け、ポンプ等によって、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を強制的に循環させる形式のものがある。このような形式のものでは、膜分離装置の下方に配置した散気装置からのバイオガスの散気によって発生する上向流は膜面洗浄と膜分離槽内での消化汚泥の循環に寄与する。
【０００７】
尚、下記特許文献２には、メタン発酵槽と膜分離槽との間での消化汚泥の循環をポンプによって行う膜型メタン発酵処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１７０６３１
【特許文献２】特開平１１−１４７０９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記の従来形式では、点検，交換，洗浄等のメンテナンス等の目的で膜分離装置６３による消化汚泥の吸引を停止する場合、散気装置６４およびブロア６６を停止する必要がある。尚、バイオガスは、温度が約３５〜６０℃の範囲で、湿度が飽和状態である。このため、ブロア６６の停止に伴ってブロア６６の温度が低下すると、ブロア６６内で結露が発生し、バイオガス中に含まれる硫化水素等の腐食性ガスとともにブロア６６が損傷し、最悪の場合、ブロア６６の再起動が困難になるという問題がある。
【００１０】
また、膜分離装置６３が大型になると、これに伴ってブロア６６も大型化するため、仮にブロア６６の起動および停止を頻繁に行なうと、ブロア６６が損耗し易く、ブロア６６のメンテナンス等の頻度が増大するといった問題もある。
【００１１】
さらに、膜分離槽６７内の沈降物が沈降して膜分離槽６７の底部に堆積し、沈降物の高さが散気装置６４を超えると、散気が偏って安定せず、膜分離装置６３の膜面洗浄が不均一になるといった問題がある。
【００１２】
本発明は、膜分離手段をメンテナンス等する際であってもメタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の損傷を防止することが可能であり、また、安定した散気を行なうことができる膜型メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本第１発明は、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置であって、
メタン発酵槽内の消化汚泥中に開口する吐出口からバイオガスを吐出する吐出手段と、
バイオガスを散気手段と吐出手段とに供給する共通のガス供給手段と、
ガス供給手段によって供給されたバイオガスを散気手段から膜分離槽内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段からメタン発酵槽内に吐出する吐出状態とに切換え可能な切換手段とが設けられているものである。
【００１４】
これによると、消化汚泥を膜分離手段で固液分離する場合、ガス供給手段を駆動し、切換手段で散気状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気手段から膜分離槽内に散気される。これにより、メタン発酵槽内の消化汚泥がメタン発酵槽と膜分離槽との間で循環流路を介して循環し、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌されるとともに、膜分離手段の膜面が洗浄され、メタン発酵槽内から膜分離槽内へ流れ込んだ消化汚泥が膜分離手段で固液分離される。
【００１５】
また、メンテナンス等の目的で上記膜分離手段による固液分離を停止する場合、ガス供給手段を停止せずに継続して駆動したまま、切換手段で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが吐出手段の吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出される。これにより、散気手段からの散気が停止し、メタン発酵槽内にエアリフト作用による攪拌流が発生し、この攪拌流によりメタン発酵槽内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００１６】
このようにガス供給手段を駆動したままで、散気手段からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽内を攪拌できるため、膜分離手段をメンテナンスする際であっても、ガス供給手段の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の温度低下を防止することができるため、ガス供給手段内で結露が発生してガス供給手段が損傷するのを防止することができる。
【００１７】
また、固液分離停止中は、膜分離槽内に上向流が発生せず、膜分離手段の膜面が上向流にさらされることはない。これにより、メタン発酵槽内の攪拌を維持しながら膜へのダメージを軽減することができ、また、ガス供給手段の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ガス供給手段の損耗を抑制することができる。
【００１８】
本第２発明における膜型メタン発酵処理装置は、散気手段と吐出手段とがガス供給手段から分岐しているものである。
本第３発明における膜型メタン発酵処理装置は、吐出手段は、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する沈降物移送手段を有し、
沈降物移送手段は散気手段よりも下位に配置され、
吐出口は沈降物移送手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が沈降物移送手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されているものである。
【００１９】
これによると、消化汚泥を膜分離手段で固液分離しない場合、継続してガス供給手段を駆動したままで、切換手段で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスは、吐出手段の沈降物移送手段を経由して、吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００２０】
この際、沈降物移送手段は、沈降物移送手段の吸引孔と吐出手段の吐出口との間の水頭圧差およびバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する。これにより、膜分離槽内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、沈降物の高さが散気手段を超えるのを防止することができる。したがって、吐出状態から散気状態に切換えて散気手段から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離手段の膜面洗浄が均一に行なえる。
【００２１】
本第４発明における膜型メタン発酵処理装置は、吐出口は散気手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されているものである。
【００２２】
これによると、消化汚泥を膜分離手段で固液分離する場合、ガス供給手段を駆動し、切換手段で散気状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気手段から膜分離槽内に散気される。
【００２３】
また、消化汚泥を膜分離手段で固液分離しない場合、継続してガス供給手段を駆動したままで、切換手段で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気手段を経由して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出される。
【００２４】
この際、吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気手段から散気されずに、吐出口から吐出される。また、上記吐出口と散気手段との間の水頭圧差および散気手段内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、散気手段に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することも可能となる。
【００２５】
本第５発明における膜型メタン発酵処理装置は、散気状態において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出状態において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生するものである。
【００２６】
これによると、散気状態において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環することにより、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌されるとともに、膜分離手段の膜面が洗浄される。
【００２７】
また、吐出状態において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生するため、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌される。
本第６発明は、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、
ガス供給手段を駆動した状態で、バイオガスを散気手段に供給して散気手段から膜分離槽内に散気する散気運転と、バイオガスを吐出手段に供給して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出する吐出運転とを切換えて行なうものである。
【００２８】
これによると、ガス供給手段を駆動したままで、散気手段からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽内を攪拌できるため、膜分離手段をメンテナンスする際であっても、ガス供給手段の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の温度低下を防止することができるため、ガス供給手段内で結露が発生してガス供給手段が損傷するのを防止することができる。また、ガス供給手段の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ガス供給手段の損耗を抑制することができる。
【００２９】
本第７発明におけるメタン発酵処理方法は、吐出運転において、バイオガスに加えて膜分離槽内の消化汚泥を吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出するものである。
本第８発明におけるメタン発酵処理方法は、吐出運転において、散気手段を経由してバイオガスを吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出し、
この際、散気手段に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出するものである。
【００３０】
本第９発明におけるメタン発酵処理方法は、散気運転において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流を発生させ、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出運転において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流を発生させるものである。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように本発明によると、膜分離手段をメンテナンス等する際であってもメタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給手段の損傷を防止することが可能であり、また、安定した散気を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図であり、散気運転を行なっているときのガスの流れを示す。
【図２】同、膜型メタン発酵処理装置の図であり、第１の吐出運転を行なっているときのガスの流れを示す。
【図３】同、膜型メタン発酵処理装置の図であり、第２の吐出運転を行なっているときのガスの流れを示す。
【図４】本発明の第２の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。
【図１０】従来の膜型メタン発酵処理装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明における第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、１１は有機性物質をメタン発酵して処理する膜型メタン発酵処理装置であり、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽１２と、メタン発酵槽１２内の消化汚泥を循環させることにより消化汚泥中の固形分を濃縮する濃縮流路１３とを有している。
【００３４】
濃縮流路１３は、浸漬型の膜分離手段１８が内部に備えられた膜分離槽１４と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４の上部とに連通し且つ消化汚泥が膜分離槽１４からメタン発酵槽１２へ流入する上部循環管路１５と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４の下部とに連通し且つ消化汚泥がメタン発酵槽１２から膜分離槽１４へ流出する下部循環管路１６とを有している。尚、上部および下部循環管路１５，１６は、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環流路の一例である。
【００３５】
膜分離手段１８は、所定間隔をあけて平行に配列された複数枚の平板状の膜カートリッジを鉛直方向に配置し、各膜カートリッジの相互間に流路を形成したものである。各膜カートリッジは、濾板の両面に濾過膜を配置し、透過液流路を集水部に連通しており、集水部は膜透過液を導出する透過液導出管に連通している。
【００３６】
また、膜分離手段１８は、膜分離槽１４内の水頭圧を駆動圧として膜カートリッジにより重力濾過するものである。尚、重力濾過に限らず、透過液導出管に吸引ポンプを介装して吸引濾過してもよい。
【００３７】
また、膜分離槽１４内には、メタン発酵槽１２内のバイオガスを膜分離手段１８の下方から散気する散気手段１９と、膜分離槽１４内の底部に沈降した沈降物（汚泥等）を膜分離槽１４の外部へ移送する沈降物吸引管２０（沈降物移送手段の一例）とが設けられている。
【００３８】
また、膜型メタン発酵処理装置１１には、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２からメタン発酵槽１２内のバイオガスを吐出する吐出手段２３と、メタン発酵槽１２内のバイオガスを散気手段１９と吐出手段２３とに供給する共通のブロワ装置２４（ガス供給手段の一例）と、ブロワ装置２４によって供給されたバイオガスを散気手段１９から膜分離槽１４内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段２３からメタン発酵槽１２内に吐出する吐出状態とのいずれかの状態に切換える切換手段２５とが設けられている。
【００３９】
ブロワ装置２４の吸入側とメタン発酵槽１２の上部とは吸入側流通路３４を介して連通し、ブロワ装置２４の吐出側には吐出側流通路３５が設けられている。
散気手段１９は、複数の散気孔２７が下部に形成された散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
【００４０】
吐出手段２３は、吐出口２２を備えた下流端（一端）がメタン発酵槽１２内に突入するとともに上流端（他端）が散気管２８の下流側（出口側）に連通する吐出管３０と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して沈降物吸引管２０の上流側（入口側）に連通する流通路３２と、沈降物吸引管２０の下流側（出口側）と吐出管３０とに連通する流通路３３とを有している。尚、吐出口２２はメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口しており、また、上記各流通路２９，３２〜３５は配管で構成されている。
【００４１】
また、沈降物吸引管２０は、その下部に複数の吸引孔３６を有しており、散気管２８よりも下位に配置されている。尚、吐出口２２は、散気管２８を経由した下流側に位置しているとともに、沈降物吸引管２０を経由した下流側に位置している。メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低く、且つ、沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００４２】
また、沈降物吸引管２０の吸引孔３６から吸引された沈降物を膜型メタン発酵処理装置１１の系外へ排出する外部排出管３７が流通路３３から分岐して設けられている。尚、外部排出管３７の開口端３７ａに作用する圧力は沈降物吸引管２０に作用する水頭圧よりも低いか又は大気開放されている。
【００４３】
また、切換手段２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、流通路３２に設けられた第２のバルブ２５ｂと、吐出管３０に設けられた第３および第４のバルブ２５ｃ，２５ｄと、流通路３３に設けられた第５のバルブ２５ｅと、外部排出管３７に設けられた第６のバルブ２５ｆとからなる。尚、流通路３３は第３のバルブ２５ｃと第４のバルブ２５ｄとの間で吐出管３０に接続されている。
【００４４】
また、膜分離槽１４内の上部に溜まったバイオガスをメタン発酵槽１２内の上部の気相部３８へ戻すガス戻り管３９が膜分離槽１４とメタン発酵槽１２とに連通して設けられている。
【００４５】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２〜第６のバルブ２５ｂ〜２５ｆを閉じる。これにより、図１に示すように、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路２９を通り、散気管２８の散気孔２７から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、エアリフト作用によって上向流４１が発生し、この上向流４１を駆動流として、膜分離槽１４内の消化汚泥が上部循環管路１５を通ってメタン発酵槽１２内に流入するとともに、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が下部循環管路１６を通って膜分離槽１４内に流入し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。このため、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が攪拌され、同時に、上記上向流４１が掃流として膜分離手段１８の膜間の流路をクロスフローで流れるため、膜分離手段１８の膜面が上向流４１によって洗浄される。
【００４６】
尚、メタン発酵槽１２内から膜分離槽１４内へ流れ込んだ消化汚泥は膜分離手段１８で吸引されて固液分離され、透過液が膜分離手段１８から系外へ取り出される。
このように、散気運転時においては、散気管２８からの散気によって、メタン発酵槽１２内の消化汚泥の攪拌と膜分離槽１４の膜面洗浄とを共に行なうことができる。
【００４７】
また、メンテナンス等の目的で膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から第１又は第２の吐出運転に切換える。
【００４８】
例えば、第１の吐出運転に切換える場合、第１のバルブ２５ａを開いた状態で、さらに、第３および第４のバルブ２５ｃ，２５ｄを開き、第２および第５および第６のバルブ２５ｂ，２５ｅ，２５ｆを閉じた状態にしておく。これにより、図２に示すように、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路２９を通り、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００４９】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８の散気孔２７からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用（エゼクター効果）により、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気孔２７から散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００５０】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に、消化汚泥による吐出流４０とエアリフト作用による上向流４２とが発生し、これら吐出流４０と上向流４２とによりメタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。尚、上記のように気液混相流とすることで気泡が小さくなるため、攪拌が均一化される。
【００５１】
このようにブロワ装置２４を駆動したままで、散気管２８からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽１２内を攪拌できるため、膜分離手段１８をメンテナンスする際であっても、ブロワ装置２４の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽１２内の攪拌を継続することができるとともに、ブロワ装置２４の温度低下を防止することができるため、ブロワ装置２４内で結露が発生してブロワ装置２４が損傷するのを防止することができる。また、消化汚泥が散気管２８内に吸引されることにより、散気管２８内が洗浄される効果も得られる。
【００５２】
また、膜分離（固液分離）停止中は、膜分離槽１４内に上向流が発生せず、膜分離手段１８の膜面が上向流にさらされることはない。これにより、メタン発酵槽１２内の攪拌を維持しながら膜へのダメージを軽減することができ、また、ブロワ装置２４の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ブロワ装置２４の損耗を抑制することができる。
【００５３】
上記実施の形態では散気運転から第１の吐出運転に切換えた場合を説明したが、散気運転から第２の吐出運転に切換えてもよい。この場合、第１および第３および第６のバルブ２５ａ，２５ｃ，２５ｆを閉じ、第２および第４および第５のバルブ２５ｂ，２５ｄ，２５ｅを開く。これにより、図３に示すように、メタン発酵槽１２内に発生したバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３２を通り、沈降物吸引管２０を経由（通過）して流通路３３から吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００５４】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、沈降物吸引管２０の吸引孔３６からほとんど吹き出さずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と沈降物吸引管２０内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の沈降物（汚泥等）が、吸引孔３６から沈降物吸引管２０内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００５５】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に、沈降物による吐出流４０とエアリフト作用による上向流４２とが発生し、これら吐出流４０と上向流４２とによりメタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。また、沈降物吸引管２０が沈降物を吸引することにより、膜分離槽１４内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、沈降物の高さが散気管２８を超えるのを防止することができる。したがって、第２の吐出運転から散気運転に切換えて散気管２８から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離手段１８の膜面洗浄がほぼ均一に行なえる。
【００５６】
また、第１および第３および第４のバルブ２５ａ，２５ｃ，２５ｄを閉じ、第２および第５および第６のバルブ２５ｂ，２５ｅ，２５ｆを開くことにより、沈降物吸引管２０から吸引された沈降物が外部排出管３７を通って開口端３７ａから系外へ排出される。これにより、汚泥中の比重の大きな物質を開口端３７ａから排出して回収することができる。
【００５７】
尚、バルブ２５ｃ，２５ｄ，２５ｅをまとめて１台の三方切換えバルブに置き換えることも可能である。
次に、本発明における第２の実施の形態を図４を参照して説明する。
【００５８】
散気手段１９は、散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
吐出手段２３は、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐してメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０を有している。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有している。
【００５９】
また、切換手段２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、吐出管３０に設けられた第２のバルブ２５ｂとからなる。
以下、上記構成における作用を説明する。
【００６０】
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２のバルブ２５ｂを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３５を通り、流通路２９を流れて散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
【００６１】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００６２】
すなわち、吐出運転では、第１のバルブ２５ａを閉じ、第２のバルブ２５ｂを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３５を通り、吐出管３０を流れて吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００６３】
これにより、散気管２８からの散気が停止し、バイオガスが吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００６４】
次に、本発明における第３の実施の形態を図５を参照して説明する。
散気手段１９はブロワ装置２４の吐出側流通路３５に接続された散気管２８を有している。吐出手段２３は、上流端（一端）が散気管２８の下流側（出口側）に接続されているとともに下流端（他端）がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０からなる。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有する。また、切換手段２５は、吐出管３０に設けられた第７のバルブ２５ｇからなる。
【００６５】
メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００６６】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第７のバルブ２５ｇを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
【００６７】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００６８】
すなわち、吐出運転では、第７のバルブ２５ｇを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００６９】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８の散気孔２７からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気孔２７から散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００７０】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００７１】
このようにブロワ装置２４を駆動したままで、散気管２８からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽１２内を攪拌できる。
次に、本発明における第４の実施の形態を図６を参照して説明する。
【００７２】
散気手段１９は、散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
吐出手段２３は、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して沈降物吸引管２０の上流側（入口側）に連通する流通路３２と、上流端（一端）が沈降物吸引管２０の下流側（出口側）に連通するとともに下流端（他端）がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０とを有している。尚、吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有している。
【００７３】
また、切換手段２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、流通路３２に設けられた第２のバルブ２５ｂとからなる。メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から沈降物吸引管２０までの深さＤ３よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００７４】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２のバルブ２５ｂを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、流通路２９を流れて散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
【００７５】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００７６】
すなわち、吐出運転では、第２のバルブ２５ｂを開き、第１のバルブ２５ａを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、流通路３２から沈降物吸引管２０を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００７７】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、沈降物吸引管２０の吸引孔３６からほとんど吹き出さずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と沈降物吸引管２０内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の沈降物（汚泥等）が、吸引孔３６から沈降物吸引管２０内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００７８】
これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
【００７９】
次に、本発明における第５の実施の形態を図７を参照して説明する。
メタン発酵槽１２の下部と膜分離槽１４の上部との間には、メタン発酵槽１２内の消化汚泥をポンプ５２で強制的に膜分離槽１４内へ送り出す送出用流通路５０が設けられている。また、メタン発酵槽１２の上部と膜分離槽１４の下部との間には、膜分離槽１４内の消化汚泥をポンプ５３で強制的にメタン発酵槽１２内へ戻す返送用流通路５１が設けられている。尚、送出用流通路５０と返送用流通路５１と膜分離槽１４とで濃縮流路１３が形成されており、送出用および返送用流通路５０，５１は、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環流路の一例である。
【００８０】
散気手段１９はブロワ装置２４の吐出側流通路３５に接続された散気管２８を有している。
吐出手段２３は、上流端が散気管２８の下流側（出口側）に接続されているとともに下流端がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０からなる。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有する。また、切換手段２５は、吐出管３０に設けられた第７のバルブ２５ｇからなる。
【００８１】
メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１は膜分離槽１４内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
【００８２】
以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転を行なう場合、ポンプ５２，５３とブロワ装置２４とを駆動した状態で、第７のバルブ２５ｇを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生して膜分離手段１８の膜面が洗浄される。この際、ポンプ５２，５３の駆動により、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が、強制的に送出用流通路５０を通って膜分離槽１４内へ送り出され、膜分離手段１８で固液分離され、膜分離槽１４内の消化汚泥が強制的に返送用流通路５１を通ってメタン発酵槽１２内へ戻される。これにより、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が送出用および返送用流通路５０，５１を介して膜分離槽１４との間で循環し、メタン発酵槽１２内が攪拌される。
【００８３】
また、膜分離手段１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、両ポンプ５２，５３を停止し、送出用流通路５０に設けられたバルブ５４を閉じ、切換手段２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
【００８４】
すなわち、吐出運転では、第７のバルブ２５ｇを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
【００８５】
この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の攪拌が継続される。
【００８６】
また、膜分離槽１４内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、吐出運転から散気運転に切換えて散気管２８から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離手段１８の膜面洗浄がほぼ均一に行なえる。
【００８７】
次に、本発明における第６の実施の形態を図８を参照して説明する。
本第６の実施の形態は、先述した第５の実施の形態の変形例であり、１台の共通のメタン発酵槽１２に対して複数の膜分離槽１４が設けられている。各膜分離槽１４内には複数の膜分離手段１８が設けられている。また、各膜分離槽１４毎にブロワ装置２４と散気手段１９と吐出手段２３と切換手段２５とが設けられている。また、散気手段１９は複数の散気管２８からなる集合管を有し、吐出手段２３は沈降物吸引管２０からなる集合管を有する。尚、散気管２８と沈降物吸引管２０とはそれぞれ、複数の膜分離手段１８の下方にわたって設けられている。また、複数の吐出手段２３の吐出管３０が放射状に配設されてメタン発酵槽１２内に突入している。
【００８８】
尚、上記第６の実施の形態では、図８（ａ）に示すように複数の膜分離槽１４を並列に配置したが、図９に示した第７の実施の形態では、複数の膜分離槽１４をメタン発酵槽１２に対して放射状に配置してもよい。
【００８９】
上記各実施の形態では、膜分離手段１８に平板状の膜カートリッジを用いたが、円筒（円管）状の膜カートリッジ等であってもよく、また、平膜以外の膜、例えば中空糸膜等を用いてもよい。このとき、平板又はシート状の膜支持材の表面に濾過膜を配置し、濾過膜の周縁で膜支持材に接合した平板状の膜カートリッジの場合、濾過を停止した状態での下方からの散気を防ぐことが可能である。このため、散気に伴う上向流による濾過膜の振動や揺動によって濾過膜の接合部が損傷を受けるのを回避することができるので、特に上記のような平板状の膜カートリッジに対して有効である。
【００９０】
上記各実施の形態では、吐出口２２に作用する水頭圧を散気管２８にかかる水頭圧よりも低くしたが、同じであってもよい。
上記各実施の形態では、メタン発酵槽１２内の上部に貯留されたバイオガスをブロワ装置２４に供給しているが、ブロワ装置２４に供給するバイオガスはメタン発酵槽１２にて生成されたものであればよく、例えば、膜分離槽１４内の上部に貯留されたバイオガス又はガスホルダーに貯留されたバイオガス等をブロワ装置２４に供給してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１１ 膜型メタン発酵処理装置
１２ メタン発酵槽
１４ 膜分離槽
１５，１６ 循環管路（循環流路）
１８ 膜分離手段
１９ 散気手段
２０ 沈降物吸引管（沈降物移送手段）
２２ 吐出口
２３ 吐出手段
２４ ブロワ装置（ガス供給手段）
２５ 切換手段
２７ 散気孔
３６ 吸引孔
４１，４２ 上向流
４３ 攪拌流
５０ 送出用流通路（循環流路）
５１ 返送用流通路（循環流路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置であって、
メタン発酵槽内の消化汚泥中に開口する吐出口からバイオガスを吐出する吐出手段と、
バイオガスを散気手段と吐出手段とに供給する共通のガス供給手段と、
ガス供給手段によって供給されたバイオガスを散気手段から膜分離槽内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段からメタン発酵槽内に吐出する吐出状態とに切換え可能な切換手段とが設けられていることを特徴とする膜型メタン発酵処理装置。
【請求項２】
散気手段と吐出手段とがガス供給手段から分岐していることを特徴とする請求項１記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項３】
吐出手段は、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する沈降物移送手段を有し、
沈降物移送手段は散気手段よりも下位に配置され、
吐出口は沈降物移送手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が沈降物移送手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項４】
吐出口は散気手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項５】
散気状態において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出状態において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生することをことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項６】
消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、
ガス供給手段を駆動した状態で、バイオガスを散気手段に供給して散気手段から膜分離槽内に散気する散気運転と、バイオガスを吐出手段に供給して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出する吐出運転とを切換えて行なうことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項７】
吐出運転において、バイオガスに加えて膜分離槽内の消化汚泥を吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することを特徴とする請求項６記載のメタン発酵処理方法。
【請求項８】
吐出運転において、散気手段を経由してバイオガスを吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出し、
この際、散気手段に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することを特徴とする請求項７記載のメタン発酵処理方法。
【請求項９】
散気運転において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流を発生させ、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出運転において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流を発生させることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のメタン発酵処理方法。
【請求項１】
消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置であって、
メタン発酵槽内の消化汚泥中に開口する吐出口からバイオガスを吐出する吐出手段と、
バイオガスを散気手段と吐出手段とに供給する共通のガス供給手段と、
ガス供給手段によって供給されたバイオガスを散気手段から膜分離槽内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出手段からメタン発酵槽内に吐出する吐出状態とに切換え可能な切換手段とが設けられていることを特徴とする膜型メタン発酵処理装置。
【請求項２】
散気手段と吐出手段とがガス供給手段から分岐していることを特徴とする請求項１記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項３】
吐出手段は、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する沈降物移送手段を有し、
沈降物移送手段は散気手段よりも下位に配置され、
吐出口は沈降物移送手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が沈降物移送手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項４】
吐出口は散気手段を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気手段に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項５】
散気状態において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出状態において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生することをことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜型メタン発酵処理装置。
【請求項６】
消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離手段が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離手段の下方から散気する散気手段とを有する膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、
ガス供給手段を駆動した状態で、バイオガスを散気手段に供給して散気手段から膜分離槽内に散気する散気運転と、バイオガスを吐出手段に供給して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出する吐出運転とを切換えて行なうことを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項７】
吐出運転において、バイオガスに加えて膜分離槽内の消化汚泥を吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することを特徴とする請求項６記載のメタン発酵処理方法。
【請求項８】
吐出運転において、散気手段を経由してバイオガスを吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出し、
この際、散気手段に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することを特徴とする請求項７記載のメタン発酵処理方法。
【請求項９】
散気運転において、散気手段から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流を発生させ、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出運転において、吐出手段から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流を発生させることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のメタン発酵処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２０７７６２（Ｐ２０１０−２０７７６２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８８２３（Ｐ２００９−５８８２３）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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