(57)【要約】【課題】メタン発酵槽内をメタン発酵に適したｐＨに維持しつつ、膜透過液導出配管内におけるＭＡＰの析出を十分に抑制することが可能な低コストのメタン発酵処理装置を提供する。【解決手段】メタン発酵槽１２内の消化汚泥を固液分離して濃縮する膜分離手段１３と、膜分離手段１３の分離膜１５を透過した膜透過液を生物処理する生物処理槽１６とが備えられ、生物処理槽１６は、脱窒素槽２３と、曝気手段２４を備えた硝化槽２２とを有し、膜透過液を膜分離手段１３から脱窒素槽２３へ移送する膜透過液導出配管２７と、硝化槽２２の槽内液を膜透過液導出配管２７中に注入する注入配管３０とが備えられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵槽内の消化汚泥を膜分離手段で濃縮しながらメタン発酵処理を行なうメタン発酵処理装置であって、
膜分離手段の分離膜を透過した膜透過液を好気状態で生物処理する工程を含む生物処理手段と、膜透過液を膜分離手段から生物処理手段へ移送する膜透過液導出配管と、
生物処理手段からの生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入する注入手段とを有することを特徴とするメタン発酵処理装置。
【請求項２】
生物処理手段は好気状態で生物処理を行なう第１の処理部を有し、
注入手段は第１の処理部の生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入することを特徴とする請求項１記載のメタン発酵処理装置。
【請求項３】
生物処理手段は嫌気状態で生物処理を行なう第２の処理部を有し、
第１の処理部の生物処理工程液を第２の処理部へ移送する移送配管が備えられ、
注入手段は移送配管から分岐して生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入することを特徴とする請求項２記載のメタン発酵処理装置。
【請求項４】
メタン発酵槽内の消化汚泥を膜分離手段で濃縮しながらメタン発酵処理を行なうメタン発酵処理方法であって、
膜分離手段の分離膜を透過した膜透過液を、膜透過液導出配管から生物処理手段に移送して、生物処理手段において好気状態で生物処理しながら、
生物処理手段の生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入することを特徴とするメタン発酵処理方法。
【請求項５】
生物処理手段の第１の処理部において膜透過液を好気状態で生物処理し、
第１の処理部の生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入することを特徴とする請求項４記載のメタン発酵処理方法。
【請求項６】
生物処理手段の第２の処理部において膜透過液を嫌気状態で生物処理し、
第１の処理部の生物処理工程液を第２の処理部へ移送するとともに、その一部を膜透過液導出配管中に注入することを特徴とする請求項５記載のメタン発酵処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸留酒やアルコール製造工程における蒸留廃液、生ごみ、食品工場廃棄物等のリン、マグネシウム、窒素分を多く含んだ有機性物質をメタン発酵処理するメタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のメタン発酵処理装置としては、図２に示すように、メタン発酵槽５１内の消化汚泥を膜分離槽５３との間で循環しながら浸漬型の膜分離手段５２で濃縮してメタン発酵処理を行なうものがある。膜分離手段５２は膜分離槽５３内に設置され、膜分離槽５３はメタン発酵槽５１に連通している。メタン発酵槽５１の前段には可溶化槽５４が設置されている。また、メタン発酵槽５１の後段には、膜分離手段５２の分離膜を透過した膜透過液を生物処理する生物処理槽５５が設置されている。
【０００３】
膜分離槽５３と生物処理槽５５との間には、膜透過液を膜分離手段５２から生物処理槽５５へ移送する膜透過液導出配管５６が設けられている。
これによると、可溶化槽５４において可溶化された有機性物質は、メタン発酵槽５１に投入され、メタン発酵処理される。メタン発酵槽５１内の消化汚泥は膜分離手段５２で固液分離されて濃縮される。この際、膜分離手段５２の分離膜を透過した膜透過液は、吸引ポンプ５７によって吸引され、膜透過液導出配管５６内を流れて生物処理槽５５に送られ、生物処理槽５５において生物処理された後、処理水として河川等に放流される。
【０００４】
リン、マグネシウム等の無機分と窒素の含有率が高い有機性物質をメタン発酵槽５１内でメタン発酵処理すると、ＳＳを含む発酵液中にリン酸マグネシウムアンモニウム（以下、ＭＡＰと略記する）が析出し易くなる。特に、膜透過液は、メタン発酵槽５１内では外気よりも高温であるが、膜透過液導出配管５６では外気により次第に冷却されるため、膜透過液導出配管５６の内周面にＭＡＰの無機結晶が生成し易くなり、この無機結晶が次第に成長して膜透過液導出配管５６が閉塞するといった問題がある。
【０００５】
このような問題の対策として、ＭＡＰの無機結晶の生成を抑制するために、塩鉄等の薬剤を多量にメタン発酵槽５１内に添加して、リンの除去とｐＨ調整を行なっている。
また、下記特許文献１には、メタン発酵槽内の消化汚泥の一部を引き抜き、濃縮機で濃縮し、濃縮機の濃縮分離液を処理水として下水道等へ放流することが記載されており、さらには、濃縮分離液の移送配管中にＭＡＰの結晶が析出する場合、濃縮分離液に水道水、工業用水、下水二次処理水等を導入して濃度を下げ、ＭＡＰの析出を抑制する点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９９２５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記図２に示した従来形式では、薬剤の添加に要するコストが高いといった問題や、或いは、薬剤の添加によってメタン発酵槽５１内のｐＨが変動し、メタン発酵槽５１内をメタン発酵に最適なｐＨに維持することが困難になるといった問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献１に示したものでは、濃縮分離液を薄めて濃縮分離液に含まれるアンモニアやリン等の濃度を下げるだけであるため、ＭＡＰの析出を十分に抑制する効果を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、メタン発酵槽内をメタン発酵に適したｐＨに維持しつつ、膜透過液導出配管内におけるＭＡＰの析出を十分に抑制することが可能な低コストの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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本第１発明は、メタン発酵槽内の消化汚泥を膜分離手段で濃縮しながらメタン発酵処理を行なうメタン発酵処理装置であって、
膜分離手段の分離膜を透過した膜透過液を好気状態で生物処理する工程を含む生物処理手段と、膜透過液を膜分離手段から生物処理手段へ移送する膜透過液導出配管と、
生物処理手段からの生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入する注入手段とを有するものである。
【００１１】
これによると、有機性物質はメタン発酵槽内でメタン発酵処理され、メタン発酵槽内の消化汚泥は膜分離手段で固液分離されて濃縮される。この際、膜分離手段の分離膜を透過した膜透過液は、膜透過液導出配管内を流れて生物処理手段に送られ、生物処理手段において好気状態で生物処理される。このようにして生物処理された生物処理手段の生物処理工程液のｐＨはメタン発酵槽の槽内液のｐＨよりも低下しており、上記生物処理手段の生物処理工程液が注入手段によって膜透過液導出配管中に注入されることにより、膜透過液導出配管中を流れる膜透過液のｐＨがメタン発酵槽の槽内液のｐＨよりも低下する。これにより、膜透過液導出配管の内周面にＭＡＰが析出するのを抑制することができる。
【００１２】
また、生物処理手段の槽内の汚泥成分（ＳＳ）が注入手段によって膜透過液導出配管中に注入されることで、汚泥成分が膜透過液導出配管の内周面に付着し、このため、ＭＡＰが膜透過液導出配管の内周面に析出するのをさらに抑制することができる。
【００１３】
これにより、塩鉄等の薬剤の添加量（使用量）を大幅に削減することができるため、コストを低減することが可能であり、さらに、容易にメタン発酵槽内をメタン発酵に最適なｐＨに維持することができる。
【００１４】
本第２発明におけるメタン発酵処理装置は、生物処理手段は好気状態で生物処理を行なう第１の処理部を有し、
注入手段は第１の処理部の生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入するものである。
【００１５】
これによると、第１の処理部において、汚泥中の微生物が溶解性のリン成分を取り込み、さらにその一部は沈殿するため、注入手段によって第１の処理部から膜透過液導出配管中に注入される生物処理工程液に含まれる溶解性のリン成分の濃度が低下する。これにより、膜透過液導出配管中を流れる膜透過液が上記生物処理工程液によって希釈され、膜透過液導出配管内のリン成分の濃度が下がるため、膜透過液導出配管の内周面にＭＡＰが析出するのをさらに抑制することができる。
【００１６】
本第３発明におけるメタン発酵処理装置は、生物処理手段は嫌気状態で生物処理を行なう第２の処理部を有し、
第１の処理部の生物処理工程液を第２の処理部へ移送する移送配管が備えられ、
注入手段は移送配管から分岐して生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入するものである。
【００１７】
これによると、第２の処理部において窒素が除去されるため、注入手段によって第１の処理部から膜透過液導出配管中に注入される生物処理工程液に含まれる窒素成分の濃度が低下する。これにより、膜透過液導出配管中を流れる膜透過液が上記生物処理工程液によって希釈され、膜透過液導出配管内の窒素成分の濃度が下がるため、膜透過液導出配管の内周面にＭＡＰが析出するのをさらに抑制することができる。
【００１８】
本第４発明は、メタン発酵槽内の消化汚泥を膜分離手段で濃縮しながらメタン発酵処理を行なうメタン発酵処理方法であって、
膜分離手段の分離膜を透過した膜透過液を、膜透過液導出配管から生物処理手段に移送して、生物処理手段において好気状態で生物処理しながら、
生物処理手段の生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入するものである。
【００１９】
本第５発明におけるメタン発酵処理方法は、生物処理手段の第１の処理部において膜透過液を好気状態で生物処理し、
第１の処理部の生物処理工程液を膜透過液導出配管中に注入するものである。
【００２０】
本第６発明におけるメタン発酵処理方法は、生物処理手段の第２の処理部において膜透過液を嫌気状態で生物処理し、
第１の処理部の生物処理工程液を第２の処理部へ移送するとともに、その一部を膜透過液導出配管中に注入するものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように本発明によると、メタン発酵槽内をメタン発酵に適したｐＨに維持しつつ、低コストで、膜透過液導出配管内におけるＭＡＰの析出を十分に抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態におけるメタン発酵処理装置の図である。
【図２】従来の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】
【００２３】
以下、本発明における実施の形態を、図１を参照しながら説明する。
１１は、メタン発酵槽１２内の消化汚泥を膜分離槽１７との間で循環しながら浸漬型の膜分離手段１３で固液分離により濃縮してメタン発酵処理を行なうメタン発酵処理装置である。メタン発酵槽１２の前段には、原料である有機性物質を可溶化する可溶化槽１４が設置され、メタン発酵槽１２の後段には、膜分離手段１３の分離膜１５を透過した膜透過液を生物処理する生物処理槽１６（生物処理手段の一例）が設置されている。
【００２４】
膜分離手段１３は、メタン発酵槽１２に連通する膜分離槽１７内に設けられており、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、濾板の両面に分離膜１５（濾過膜）を配置している。
【００２５】
また、膜分離槽１７内には、メタン発酵槽１２内のバイオガスを膜分離手段１３の下方から散気することにより分離膜１５の表面を洗浄する散気手段１８が設けられている。尚、メタン発酵槽１２内のバイオガスを散気手段１８へ供給するガス供給流路１９には、ブロワ装置２０が設けられている。また、メタン発酵槽１２内の消化汚泥は、膜分離槽１７内の散気手段１８からの散気によるエアリフト効果により、メタン発酵槽１２と膜分離槽１７との間で循環され攪拌される。
【００２６】
生物処理槽１６は、好気状態で生物処理を行なう硝化槽２２（第１の処理部の一例）と、嫌気状態で生物処理を行なう脱窒素槽２３（第２の処理部の一例）とを有している。硝化槽２２内の底部には、空気を吹き出す曝気手段２４が設けられている。また、空気を曝気手段２４へ供給する空気供給流路２５には、ブロワ装置２６が設けられている。
【００２７】
硝化槽２２は脱窒素槽２３の後段に設置され、脱窒素槽２３の槽内液が隣の硝化槽２２へ越流するように構成されている。
膜分離手段１３と生物処理槽１６との間には、膜分離手段１３の分離膜１５を透過した膜透過液を膜分離手段１３から脱窒素槽２３へ移送する膜透過液導出配管２７が設けられている。膜透過液導出配管２７の一端は膜カートリッジの内部に形成された透過液流路に連通し、他端は脱窒素槽２３に連通している。また、膜透過液導出配管２７には吸引ポンプ２８が介装され、膜分離手段１３は、吸引ポンプ２８によって、膜分離槽１７内の消化汚泥を吸引濾過するものである。
【００２８】
メタン発酵処理装置１１には、硝化槽２２の槽内液（生物処理工程液の一例であり、活性汚泥又は余剰汚泥）を脱窒素槽２３へ移送する移送配管３２と、硝化槽２２の槽内液を膜透過液導出配管２７中に注入する注入配管３０（注入手段の一例）とが備えられている。
【００２９】
移送配管３２の一端部は硝化槽２２の底部に連通し、他端部は脱窒素槽２３の上部に連通している。移送配管３２には循環ポンプ３１が設けられている。注入配管３０は、一端部が移送配管３２の途中から分岐しており、他端部が吸引ポンプ２８の吐出側において膜透過液導出配管２７に連通している。
【００３０】
尚、可溶化槽１４内のｐＨとメタン発酵槽１２内のｐＨと膜透過液導出配管２７内のｐＨとはそれぞれｐＨ計３４〜３６で測定される。
以下、上記構成における作用を説明する。
【００３１】
可溶化槽１４において可溶化された有機性物質は、メタン発酵槽１２に投入され、メタン発酵処理される。この際、メタン発酵槽１２内に発生したバイオガスは、脱硫塔３７で脱硫された後に、ガスホルダーにて貯留され、エネルギー源として利用される。
【００３２】
また、メタン発酵槽１２内の消化汚泥は膜分離手段１３で固液分離されて濃縮される。この際、膜分離手段１３の分離膜１５を透過した膜透過液は、吸引ポンプ２８によって吸引され、膜透過液導出配管２７内を流れて生物処理槽１６の脱窒素槽２３へ送られ、脱窒素槽２３において脱窒された後、脱窒素槽２３から硝化槽２２へ越流し、硝化槽２２において曝気されて生物処理により硝化される。そして、循環ポンプ３１を駆動することにより、硝化槽２２の槽内液（生物処理工程液の一例）が移送配管３２を流れて脱窒素槽２３へ移送（返送）され、硝化槽２２と脱窒素槽２３との間で槽内液が循環し、硝化槽２２の槽内液の一部が処理水として硝化槽２２から排出され、河川等に放流される。
【００３３】
この際、硝化槽２２の槽内液（硝化液）のｐＨ（例えば約ｐＨ７）はメタン発酵槽１２の槽内液（消化汚泥）のｐＨ（例えば約ｐＨ８）よりも低下しており、循環ポンプ３１の駆動により、上記硝化槽２２の槽内液が移送配管３２から注入配管３０を通って膜透過液導出配管２７中に注入（例えば膜透過液流量の等倍以上の流量）される。これにより、膜透過液導出配管２７中を流れる膜透過液のｐＨがメタン発酵槽１２の槽内液のｐＨよりも低下し、膜透過液導出配管２７の内周面にＭＡＰが析出するのを抑制することができる。
【００３４】
また、脱窒素槽２３において窒素が除去されるため、後段の硝化槽２２の槽内液に含まれる窒素成分の濃度が低下し、さらに、硝化槽２２内の汚泥中の微生物が溶解性のリン成分を取り込み、さらにその一部が沈殿する。これにより、移送配管３２から注入配管３０を通って硝化槽２２から膜透過液導出配管２７中に注入される槽内液に含まれる窒素成分の濃度と溶解性のリン成分の濃度とが低下する。このように窒素成分の濃度と溶解性のリン成分の濃度とが低下した槽内液を注入配管３０から膜透過液導出配管２７中に注入することにより、膜透過液導出配管２７中を流れる膜透過液が上記槽内液によって希釈され、膜透過液導出配管２７内の窒素成分の濃度と溶解性のリン成分の濃度とが下がるため、膜透過液導出配管２７の内周面にＭＡＰが析出するのをさらに抑制することができる。
【００３５】
また、硝化槽２２内の汚泥成分（ＳＳ）が注入配管３０を通って膜透過液導出配管２７中に注入されることで、汚泥成分が膜透過液導出配管２７の内周面に付着し、このため、ＭＡＰが膜透過液導出配管２７の内周面に析出するのをさらに抑制することができる。尚、膜透過液導出配管２７の内周面に付着した汚泥成分はＭＡＰの結晶のように成長することは無く、また、ある程度の量の汚泥成分が膜透過液導出配管２７の内周面に付着すると、膜透過液導出配管２７内の流れによってそれ以上汚泥成分が付着し難くなる。このようなことから、膜透過液導出配管２７を閉塞するまで汚泥成分が付着することはない。
【００３６】
これにより、従来に比べて塩鉄等の薬剤の添加量（使用量）を大幅に削減することができるため、コストを低減することが可能であり、さらに、容易にメタン発酵槽１２内をメタン発酵に最適なｐＨに維持することができる。
【００３７】
また、１台の循環ポンプ３１を用いて、硝化槽２２の槽内液の一部を脱窒素槽２３へ返送することと膜透過液導出配管２７中に注入することができるため、コスト低減を図ることができる。
【００３８】
上記実施の形態では、注入配管３０の他端部を、吸引ポンプ２８の吐出側において膜透過液導出配管２７に連通させたが、吸引ポンプ２８の吸込側において膜透過液導出配管２７に連通させてもよく、ＭＡＰの析出が問題となる箇所に連通させればよい。
【００３９】
上記実施の形態では、移送配管３２を流れる硝化槽２２の槽内液の一部を注入配管３０から膜透過液導出配管２７に注入し、残りを脱窒素槽２３へ返送しているが、移送配管３２を流れる硝化槽２２の槽内液を、脱窒素槽２３へ返送せず、全て注入配管３０から膜透過液導出配管２７に注入してもよい。また、移送配管３２又は注入配管３０にバルブを設け、注入配管３０から膜透過液導出配管２７に注入する液量と移送配管３２から脱窒素槽２３へ返送する液量とを調節してもよい。
【００４０】
上記実施の形態では、膜分離手段１３として、平膜を用いたが、平膜に限定されるものではなく、平膜以外に例えば中空糸膜やセラミック管状膜等を用いてもよい。また、膜分離槽１７の代わりに、消化汚泥を加圧ポンプで供給して膜分離を行なう加圧型の膜分離手段でもよい。
【００４１】
上記実施の形態では、原料を可溶化槽１４で可溶化した後、メタン発酵処理を行なっているが、初めから液状又はスラリー状の原料や易分解性の原料の場合には、可溶化槽１４による可溶化工程を省略することができる。
【００４２】
上記実施の形態では、メタン発酵槽１２から膜分離槽１７への消化汚泥の移送に、散気手段１８によるエアリフト効果を利用しているが、ポンプを用いて移送してもよい。
上記実施の形態では、生物処理槽１６は硝化槽２２と脱窒素槽２３との２つの槽を備えているが、これに限定されるものではなく、１槽又は３槽以上の複数槽を備えたものでもよく、或いは、曝気工程を含む他の公知の生物処理も当然適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１１      メタン発酵処理装置
１２      メタン発酵槽
１３      膜分離手段
１５      分離膜
１６      生物処理槽（生物処理手段）
２２      硝化槽（第１の処理部）
２３      脱窒素槽（第２の処理部）
２７      膜透過液導出配管
３０      注入配管（注入手段）
３２      移送配管
【図１】
2010207699.tif 000003
【図２】
2010207699.tif 000004