JP2000094000A - 浸漬型膜利用メタン発酵システム - Google Patents
浸漬型膜利用メタン発酵システムInfo
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- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】バイオガスによる攪拌方式の浸漬型膜利用メタ
ン発酵システムを提供する。 【解決手段】メタン発酵菌を有する発酵槽１へ廃水など
を投入して発酵液17とし、その発酵液17中の有機性固形
分をメタン発酵菌で分解処理する。分解処理中の発酵液
17内に精密ろ過膜３を浸漬して、残留固形分及び発酵菌
を分離しながら発酵液17をろ過して処理水とする。メタ
ン発酵菌による分解時に生じるバイオガス19をガスホー
ルダー８に一旦貯える。精密ろ過膜３の下方に散気管４
を配置し、ガスホールダー８からのバイオガス19を散気
管４へ送ることにより発酵液17内へバイオガス19を放散
し、放散したバイオガス19の気泡22の上昇流により精密
ろ過膜３の閉塞を防止する。
ン発酵システムを提供する。 【解決手段】メタン発酵菌を有する発酵槽１へ廃水など
を投入して発酵液17とし、その発酵液17中の有機性固形
分をメタン発酵菌で分解処理する。分解処理中の発酵液
17内に精密ろ過膜３を浸漬して、残留固形分及び発酵菌
を分離しながら発酵液17をろ過して処理水とする。メタ
ン発酵菌による分解時に生じるバイオガス19をガスホー
ルダー８に一旦貯える。精密ろ過膜３の下方に散気管４
を配置し、ガスホールダー８からのバイオガス19を散気
管４へ送ることにより発酵液17内へバイオガス19を放散
し、放散したバイオガス19の気泡22の上昇流により精密
ろ過膜３の閉塞を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は、浸漬型膜利用の
メタン発酵システムに関し、とくに有機性廃棄物や有機
性固形分が含まれる廃水をメタン発酵と精密ろ過膜との
組み合わせにより生物処理するメタン発酵システムに関
する。本発明のメタン発酵システムは、各種製造業、畜
産業、サービス業等の広範囲に亘る種々の産業分野にお
いて排出される有機性廃棄物や廃水の処理に適用でき
る。
メタン発酵システムに関し、とくに有機性廃棄物や有機
性固形分が含まれる廃水をメタン発酵と精密ろ過膜との
組み合わせにより生物処理するメタン発酵システムに関
する。本発明のメタン発酵システムは、各種製造業、畜
産業、サービス業等の広範囲に亘る種々の産業分野にお
いて排出される有機性廃棄物や廃水の処理に適用でき
る。
【０００２】
【従来の技術】廃水中有機性固形分、厨芥、その他の有
機性廃棄物をメタン発酵により分解して処理するメタン
発酵処理は、活性汚泥法等の好気性処理に比べると、曝
気のためのエネルギーが不要であり、余剰汚泥が少な
く、しかも副生物として生じるバイオガスからエネルギ
ーを回収できるため、省エネルギーの点で優れている。
しかし、メタン生成菌又はメタン発酵菌は、増殖量が少
なく、かつ沈降性が悪いので、微生物が処理水とともに
流出し易い。そのため、メタン発酵処理に用いる発酵槽
内の微生物濃度を上げることが困難であった。さらに、
発酵槽も大型となり、コストや敷地等の面で問題点を抱
えていた。
機性廃棄物をメタン発酵により分解して処理するメタン
発酵処理は、活性汚泥法等の好気性処理に比べると、曝
気のためのエネルギーが不要であり、余剰汚泥が少な
く、しかも副生物として生じるバイオガスからエネルギ
ーを回収できるため、省エネルギーの点で優れている。
しかし、メタン生成菌又はメタン発酵菌は、増殖量が少
なく、かつ沈降性が悪いので、微生物が処理水とともに
流出し易い。そのため、メタン発酵処理に用いる発酵槽
内の微生物濃度を上げることが困難であった。さらに、
発酵槽も大型となり、コストや敷地等の面で問題点を抱
えていた。
【０００３】最近、微生物濃度の高い高効率型の発酵槽
が開発されてきている。最も普及している高効率型発酵
槽の構造には２タイプ、即ち発酵槽に微生物の担体を充
填して固定した固定床型と、微生物を流動可能な顆粒
（グラニュール）状にしたＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic
Sludge Blanket）型とがある。また、精密ろ過膜を利
用して発酵槽から微生物が流出するのを防止する方法も
開発されてきている。
が開発されてきている。最も普及している高効率型発酵
槽の構造には２タイプ、即ち発酵槽に微生物の担体を充
填して固定した固定床型と、微生物を流動可能な顆粒
（グラニュール）状にしたＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic
Sludge Blanket）型とがある。また、精密ろ過膜を利
用して発酵槽から微生物が流出するのを防止する方法も
開発されてきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の固定床型メタン
発酵システムは、内部に充填した担体の表面に微生物を
付着させ、微生物濃度を上げるものである。この場合に
は、担体間の空隙等を微生物や廃棄物中の固形分（Ｓ
Ｓ）が不均等に閉塞することが避けられず、発酵液の流
れが未閉塞の空隙や流路に偏る偏流が生じ易く、発酵の
効率が悪くなり易いなどの問題点がある。また、担体の
コストが高く、浄化システム全体の設備費に大きな影響
を与えている。
発酵システムは、内部に充填した担体の表面に微生物を
付着させ、微生物濃度を上げるものである。この場合に
は、担体間の空隙等を微生物や廃棄物中の固形分（Ｓ
Ｓ）が不均等に閉塞することが避けられず、発酵液の流
れが未閉塞の空隙や流路に偏る偏流が生じ易く、発酵の
効率が悪くなり易いなどの問題点がある。また、担体の
コストが高く、浄化システム全体の設備費に大きな影響
を与えている。
【０００５】また、従来のＵＡＳＢ式は、微生物を顆粒
状にして比重を大きくすることにより、処理水とともに
微生物が流出するのを防ぐものである。この方式は、担
体を必要としないが、微生物を顆粒状にするために時間
と特殊な技術を必要とする問題点がある。また、固形分
を含む廃水を処理すると発酵槽内に固形分が堆積し、顆
粒が処理水と共に発酵槽から流出するため、あらかじめ
固形分を分離する必要があり、設備費やランニングコス
トが高くなっていた。
状にして比重を大きくすることにより、処理水とともに
微生物が流出するのを防ぐものである。この方式は、担
体を必要としないが、微生物を顆粒状にするために時間
と特殊な技術を必要とする問題点がある。また、固形分
を含む廃水を処理すると発酵槽内に固形分が堆積し、顆
粒が処理水と共に発酵槽から流出するため、あらかじめ
固形分を分離する必要があり、設備費やランニングコス
トが高くなっていた。
【０００６】図４に従来の膜ろ過法によるシステムの一
例を示す。原廃水を例えば発酵槽１に投入して発酵液と
し、メタン発酵菌と接触させる。発酵液循環ポンプ５に
より、発酵液を、発酵槽１の底部から導き出し、発酵液
ライン11及びろ過膜容器14を介して発酵槽１の上部へ戻
して循環させる。ろ過膜容器14に設けた精密ろ過膜15
が、メタン発酵菌の透過を防ぎながら発酵液をろ過し、
処理水を処理水ライン12へ送り出す。図中符号16は圧力
調整弁を示す。
例を示す。原廃水を例えば発酵槽１に投入して発酵液と
し、メタン発酵菌と接触させる。発酵液循環ポンプ５に
より、発酵液を、発酵槽１の底部から導き出し、発酵液
ライン11及びろ過膜容器14を介して発酵槽１の上部へ戻
して循環させる。ろ過膜容器14に設けた精密ろ過膜15
が、メタン発酵菌の透過を防ぎながら発酵液をろ過し、
処理水を処理水ライン12へ送り出す。図中符号16は圧力
調整弁を示す。
【０００７】この膜ろ過法システムは、発酵槽１の外に
置かれた精密ろ過膜15に発酵液をポンプで送り加圧下で
ろ過するもので、微生物の流出を防ぐことはできるもの
の、精密ろ過膜15が閉塞し易いこと、及び精密ろ過膜15
の圧力損失が大きいこと等の問題点を有する。また、大
きい圧力損失に対処するために発酵液循環ポンプ５とし
て高圧ポンプが必要となり、ランニングコストが嵩むこ
と、固形分・発酵菌分離用の精密ろ過膜15を洗浄するた
めに多くの手間や経費を必要とすること等の問題点もあ
った。
置かれた精密ろ過膜15に発酵液をポンプで送り加圧下で
ろ過するもので、微生物の流出を防ぐことはできるもの
の、精密ろ過膜15が閉塞し易いこと、及び精密ろ過膜15
の圧力損失が大きいこと等の問題点を有する。また、大
きい圧力損失に対処するために発酵液循環ポンプ５とし
て高圧ポンプが必要となり、ランニングコストが嵩むこ
と、固形分・発酵菌分離用の精密ろ過膜15を洗浄するた
めに多くの手間や経費を必要とすること等の問題点もあ
った。
【０００８】従って、本発明の目的は、上記問題点を解
決するため、バイオガスによる攪拌方式の浸漬型膜利用
メタン発酵システムを提供するにある。
決するため、バイオガスによる攪拌方式の浸漬型膜利用
メタン発酵システムを提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】従来技術の問題点を解決
し上記目的を達成するため、本発明者は次の２点に着目
した。
し上記目的を達成するため、本発明者は次の２点に着目
した。
【００１０】（１）発酵液中に浸漬した精密ろ過膜で発
酵液をろ過する際に、問題となるろ過膜の閉塞を、ろ過
膜の下方からのバイオガス放散・曝気（以下、バイオガ
ス曝気という。）によって防止することができる。空気
曝気ではメタン発酵菌を死滅させるが、メタン発酵の副
生物であるバイオガスを曝気に利用すれば、メタン発酵
菌の活性を維持しつつろ過膜の閉塞を防止できる。この
バイオガス曝気によれば、ろ過膜が下方からバイオガス
の気泡の流れに曝され、その気泡流及び気泡流に伴う水
流がろ過膜の表面を常に洗浄して閉塞を防止し、安定し
たろ過速度を長期間確保することができる。また、閉塞
を防ぐので、ろ過膜の圧力損失も小さく、ろ過に必要な
圧力も低い。さらに、ろ過膜の洗浄頻度も少なくて済む
ので、ランニングコストも安くなる。
酵液をろ過する際に、問題となるろ過膜の閉塞を、ろ過
膜の下方からのバイオガス放散・曝気（以下、バイオガ
ス曝気という。）によって防止することができる。空気
曝気ではメタン発酵菌を死滅させるが、メタン発酵の副
生物であるバイオガスを曝気に利用すれば、メタン発酵
菌の活性を維持しつつろ過膜の閉塞を防止できる。この
バイオガス曝気によれば、ろ過膜が下方からバイオガス
の気泡の流れに曝され、その気泡流及び気泡流に伴う水
流がろ過膜の表面を常に洗浄して閉塞を防止し、安定し
たろ過速度を長期間確保することができる。また、閉塞
を防ぐので、ろ過膜の圧力損失も小さく、ろ過に必要な
圧力も低い。さらに、ろ過膜の洗浄頻度も少なくて済む
ので、ランニングコストも安くなる。
【００１１】（２）このバイオガス曝気は、発酵槽内の
発酵液の攪拌をも行って、発酵液の分解処理効率を向上
させ、槽内発酵液の濃度均一化用の攪拌装置を不要とす
る。
発酵液の攪拌をも行って、発酵液の分解処理効率を向上
させ、槽内発酵液の濃度均一化用の攪拌装置を不要とす
る。
【００１２】図１の実施例を参照するに、本発明の浸漬
型膜利用のメタン発酵システムは、発酵液17中の有機性
固形分をメタン発酵菌で分解処理する発酵槽１、前記分
解処理中の発酵液17内に浸漬されて残留固形分及び発酵
菌を分離しながら発酵液をろ過して処理水とする精密ろ
過膜３、分解処理時に生じるバイオガス19を貯えるガス
ホールダー８、並びにガスホールダー８に結合し且つ精
密ろ過膜３の下方に配置されてガスホールダー８からの
バイオガス19を発酵液17内へ放散する散気管４を備え、
散気管４から発酵液17内へ放散したバイオガス19の気泡
22の上昇流により精密ろ過膜３の閉塞を防止してなるも
のである。
型膜利用のメタン発酵システムは、発酵液17中の有機性
固形分をメタン発酵菌で分解処理する発酵槽１、前記分
解処理中の発酵液17内に浸漬されて残留固形分及び発酵
菌を分離しながら発酵液をろ過して処理水とする精密ろ
過膜３、分解処理時に生じるバイオガス19を貯えるガス
ホールダー８、並びにガスホールダー８に結合し且つ精
密ろ過膜３の下方に配置されてガスホールダー８からの
バイオガス19を発酵液17内へ放散する散気管４を備え、
散気管４から発酵液17内へ放散したバイオガス19の気泡
22の上昇流により精密ろ過膜３の閉塞を防止してなるも
のである。
【００１３】精密ろ過膜３及び散気管４は、発酵槽１内
に設けることができる。
に設けることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明による浸
漬型膜利用のメタン発酵システムの作用を説明する。こ
の実施例では、原廃水を原水ライン30により発酵槽１に
投入して発酵液とし、これをメタン発酵菌と接触させて
原廃水中の有機性固形分や有機性成分をメタン発酵によ
り分解処理する。発酵温度としては、中温メタン発酵菌
に適する35〜39℃又は高温メタン発酵菌に適する53〜58
℃が最も効率的である。発酵槽１内には、担体等の充填
物は不要である。メタン発酵の過程で生じる副生物のバ
イオガス19（メタン60〜80％、二酸化炭素20〜40％）は
一旦ガスライン10によりガスホルダー８に貯える。
漬型膜利用のメタン発酵システムの作用を説明する。こ
の実施例では、原廃水を原水ライン30により発酵槽１に
投入して発酵液とし、これをメタン発酵菌と接触させて
原廃水中の有機性固形分や有機性成分をメタン発酵によ
り分解処理する。発酵温度としては、中温メタン発酵菌
に適する35〜39℃又は高温メタン発酵菌に適する53〜58
℃が最も効率的である。発酵槽１内には、担体等の充填
物は不要である。メタン発酵の過程で生じる副生物のバ
イオガス19（メタン60〜80％、二酸化炭素20〜40％）は
一旦ガスライン10によりガスホルダー８に貯える。
【００１５】この実施例では、発酵槽１内の発酵液17が
発酵液ライン11及びろ過膜槽２を介して循環される。ろ
過膜槽２の中に、図２に示すような精密ろ過膜３が発酵
液17に浸漬して設置される。ただし本発明において、ろ
過膜槽２は必須ではなく、処理すべき発酵液17の量が少
ない場合には、精密ろ過膜３を発酵槽１内の発酵液17に
浸漬して設けてもよい。ガスホルダー８に貯えられたバ
イオガス19はガス送風機９により、精密ろ過膜３の下方
に取り付けられた散気管４から発酵液17中へ散気され
る。散気されたバイオガス19は、ろ過膜槽２頂部のガス
ライン10を介して再びガスホルダー８へ戻る。つまりバ
イオガス19は常にガスライン10を介して循環される。
発酵液ライン11及びろ過膜槽２を介して循環される。ろ
過膜槽２の中に、図２に示すような精密ろ過膜３が発酵
液17に浸漬して設置される。ただし本発明において、ろ
過膜槽２は必須ではなく、処理すべき発酵液17の量が少
ない場合には、精密ろ過膜３を発酵槽１内の発酵液17に
浸漬して設けてもよい。ガスホルダー８に貯えられたバ
イオガス19はガス送風機９により、精密ろ過膜３の下方
に取り付けられた散気管４から発酵液17中へ散気され
る。散気されたバイオガス19は、ろ過膜槽２頂部のガス
ライン10を介して再びガスホルダー８へ戻る。つまりバ
イオガス19は常にガスライン10を介して循環される。
【００１６】精密ろ過膜３は、発酵液17のろ過により微
生物や固形分が取り除かれた処理水を処理水ライン12へ
送り出す。図２に示す精密ろ過膜３は、図３の精密ろ過
膜素子20の複数個からなる。各精密ろ過膜素子20は中空
のＵ字形断面を有し、対向平面部が膜素子内スペーサ25
によって隔てられて内部空間を形成している。精密ろ過
膜素子20の外側の発酵液17は、有機性固形分やメタン発
酵菌の透過を阻止されながらろ過膜素子20によりろ過さ
れて前記Ｕ字形断面の内部空間に達して処理水となる。
ただし、精密ろ過膜３の構造は、図２及び３の図示例に
限定されない。
生物や固形分が取り除かれた処理水を処理水ライン12へ
送り出す。図２に示す精密ろ過膜３は、図３の精密ろ過
膜素子20の複数個からなる。各精密ろ過膜素子20は中空
のＵ字形断面を有し、対向平面部が膜素子内スペーサ25
によって隔てられて内部空間を形成している。精密ろ過
膜素子20の外側の発酵液17は、有機性固形分やメタン発
酵菌の透過を阻止されながらろ過膜素子20によりろ過さ
れて前記Ｕ字形断面の内部空間に達して処理水となる。
ただし、精密ろ過膜３の構造は、図２及び３の図示例に
限定されない。
【００１７】各ろ過膜素子20によりろ過された処理水
は、処理水抽出管23によって処理水ライン12へ導かれ
る。処理水ライン12の処理水は、必要に応じ更なる浄化
のために、活性汚泥等の後工程（図示せず）へ送られ
る。このようにして、浸漬型精密ろ過膜３の利用による
メタン発酵、例えば廃水中の有機性固形分の分解処理が
行われる。
は、処理水抽出管23によって処理水ライン12へ導かれ
る。処理水ライン12の処理水は、必要に応じ更なる浄化
のために、活性汚泥等の後工程（図示せず）へ送られ
る。このようにして、浸漬型精密ろ過膜３の利用による
メタン発酵、例えば廃水中の有機性固形分の分解処理が
行われる。
【００１８】図２を参照するに、散気管４からのバイオ
ガス気泡22は、発酵液17内で気泡上昇流となると共にそ
の気泡流に随伴的な発酵液17の上昇流をも生じさせる。
これらの上昇流は、その流路に沿って発酵液17を攪拌す
る。また、バイオガス気泡22の上昇流及びこれに随伴的
な発酵液17の上昇流は、精密ろ過膜３の表面に沿って常
に流れ、発酵液17から有機性固形分やメタン発酵菌等が
その膜３の表面に堆積するのを防止する。さらに、気泡
22と発酵液17との上昇流は、たとえ精密ろ過膜３の表面
に堆積するものがあっても、その堆積したものを剥離す
る働きをも有する。これらの堆積防止と堆積剥離とによ
り、精密ろ過膜３の閉塞が防止される。
ガス気泡22は、発酵液17内で気泡上昇流となると共にそ
の気泡流に随伴的な発酵液17の上昇流をも生じさせる。
これらの上昇流は、その流路に沿って発酵液17を攪拌す
る。また、バイオガス気泡22の上昇流及びこれに随伴的
な発酵液17の上昇流は、精密ろ過膜３の表面に沿って常
に流れ、発酵液17から有機性固形分やメタン発酵菌等が
その膜３の表面に堆積するのを防止する。さらに、気泡
22と発酵液17との上昇流は、たとえ精密ろ過膜３の表面
に堆積するものがあっても、その堆積したものを剥離す
る働きをも有する。これらの堆積防止と堆積剥離とによ
り、精密ろ過膜３の閉塞が防止される。
【００１９】本発明で使うメタン発酵菌による分解作
用、バイオガスによるろ過膜の閉塞防止作用、及び発酵
液拡散作用を確認するため次の実験を行った。
用、バイオガスによるろ過膜の閉塞防止作用、及び発酵
液拡散作用を確認するため次の実験を行った。
【００２０】［実験１］図１の構成のシステムを、容量
200リットルの発酵槽１、及び容量200リットルのろ過膜
槽２、及び小型の浸漬型精密ろ過膜３により形成した。
ろ過膜３には、図２及び３に例示するような合成樹脂製
で孔径0.25μm、膜厚0.14mm、ろ過膜面積0.25m2のろ過
膜素子20を使用した。
200リットルの発酵槽１、及び容量200リットルのろ過膜
槽２、及び小型の浸漬型精密ろ過膜３により形成した。
ろ過膜３には、図２及び３に例示するような合成樹脂製
で孔径0.25μm、膜厚0.14mm、ろ過膜面積0.25m2のろ過
膜素子20を使用した。
【００２１】処理する原廃水は生ごみを粉砕し水で希釈
したスラリーを使用した。スラリーの性状を表１に示す
（いずれも実験期間の平均値を示す）。ここに、Ｔ−Ｃ
ＯＤcrは全化学的酸素要求量、Ｔ−ＢＯＤは全生物学的
酸素要求量、ＳＳは浮遊物質量である。
したスラリーを使用した。スラリーの性状を表１に示す
（いずれも実験期間の平均値を示す）。ここに、Ｔ−Ｃ
ＯＤcrは全化学的酸素要求量、Ｔ−ＢＯＤは全生物学的
酸素要求量、ＳＳは浮遊物質量である。
【００２２】
【表１】 Ｔ−ＣＯＤcr 147,000mg／リットル Ｔ−ＢＯＤ 113,000mg／リットル ＳＳ 52,000mg／リットル
【００２３】発酵槽１に、微生物濃度としてのＳＳが6,
500mg／リットルの種汚泥を200リットル入れてスタート
した。発酵温度は、高温メタン発酵に適する53〜58℃と
した。スタート時におけるメタン発酵システムのＣＯＤ
容積負荷を３kg／m3日としたが、その後４０日という短
期間でＣＯＤ容積負荷として20kg／m3日の高負荷運転が
可能になった。その後もこの状態で定常運転を行い、安
定的に運転することができた。
500mg／リットルの種汚泥を200リットル入れてスタート
した。発酵温度は、高温メタン発酵に適する53〜58℃と
した。スタート時におけるメタン発酵システムのＣＯＤ
容積負荷を３kg／m3日としたが、その後４０日という短
期間でＣＯＤ容積負荷として20kg／m3日の高負荷運転が
可能になった。その後もこの状態で定常運転を行い、安
定的に運転することができた。
【００２４】精密ろ過膜３下方の散気管４への曝気ガス
供給は、バイオガス19が発生し始めてから徐々に流量を
上げ、20リットル／分で一定とした。発酵槽１内の微生
物濃度を、槽内発酵液17のＳＳの測定値として近似的に
求めたところ、前記スタートから40日後に20,000mg／リ
ットルとなった。定常運転に入った後、発酵槽１のパー
ジライン13から約７リットル／日の割合で発酵液17を引
抜き上記測定値による微生物濃度を求めたところ、その
算定結果はほぼ20,000〜25,000mg／リットルの間で安定
していた。
供給は、バイオガス19が発生し始めてから徐々に流量を
上げ、20リットル／分で一定とした。発酵槽１内の微生
物濃度を、槽内発酵液17のＳＳの測定値として近似的に
求めたところ、前記スタートから40日後に20,000mg／リ
ットルとなった。定常運転に入った後、発酵槽１のパー
ジライン13から約７リットル／日の割合で発酵液17を引
抜き上記測定値による微生物濃度を求めたところ、その
算定結果はほぼ20,000〜25,000mg／リットルの間で安定
していた。
【００２５】精密ろ過膜３のろ過水量は、上記定常運転
開始時に1.25リットル／分であった。上記定常運転スタ
ート後180日で、圧力損失が30kPaとなり、ろ過水量が約
10％減少してきたので、ろ過膜３を水で洗浄した。洗浄
後は、もとの流量を確保することができた。洗浄の後、
上記定常運転を再開してから170日後に圧力損失が30kPa
に上昇したので、ろ過膜３の洗浄を再び行った。再洗浄
後に、上記定常運転を再開することができた。これらの
実験結果に基づき、ろ過膜３を１年間に２回程度水で洗
浄するだけで、良好なろ過作用を維持し、メタン発酵シ
ステムの正常な分解処理機能を確保できるものと推定で
きる。
開始時に1.25リットル／分であった。上記定常運転スタ
ート後180日で、圧力損失が30kPaとなり、ろ過水量が約
10％減少してきたので、ろ過膜３を水で洗浄した。洗浄
後は、もとの流量を確保することができた。洗浄の後、
上記定常運転を再開してから170日後に圧力損失が30kPa
に上昇したので、ろ過膜３の洗浄を再び行った。再洗浄
後に、上記定常運転を再開することができた。これらの
実験結果に基づき、ろ過膜３を１年間に２回程度水で洗
浄するだけで、良好なろ過作用を維持し、メタン発酵シ
ステムの正常な分解処理機能を確保できるものと推定で
きる。
【００２６】ろ過後の処理水の水質は表２のようであっ
たので、ＣＯＤ及びＢＯＤの両者とも80〜90％が除去さ
れたものと認められる。ろ過後のＳＳは予想通り０であ
った。
たので、ＣＯＤ及びＢＯＤの両者とも80〜90％が除去さ
れたものと認められる。ろ過後のＳＳは予想通り０であ
った。
【００２７】
【表２】 Ｔ−ＣＯＤcr 22,000mg／リットル Ｔ−ＢＯＤ 15,000mg／リットル ＳＳ 0mg／リットル
【００２８】なお、曝気ガス量は、多いほどろ過膜３の
洗浄効果は良くなるが、ガス送風機９の動力も大きくな
り、ランニングコストも高くなる。最少曝気ガス量とし
て、ろ過膜面積１m2あたり、80〜100リットル／分程度
を想定することができる。
洗浄効果は良くなるが、ガス送風機９の動力も大きくな
り、ランニングコストも高くなる。最少曝気ガス量とし
て、ろ過膜面積１m2あたり、80〜100リットル／分程度
を想定することができる。
【００２９】［実験２］比較のために、バイオガスの散
気をしない図４の従来型メタン発酵システムでろ過実験
を行った。実験１で使用した発酵液を、従来型の孔径0.
25μm、膜厚0.14mm、ろ過膜面積0.25m2のろ過膜３によ
り発酵液循環５のポンプ圧力200kPaのもとでろ過し続け
たところ、約10日後には透過水量が10％落ちた。その
時、ポンプ６の圧力を300kPaにした上でろ過を再開した
ところ、約20日後にろ過水量が10％落ちた。こうして、
バイオガスの散気をしない従来型メタン発酵システムで
は、長期間の安定運転はできなかった。
気をしない図４の従来型メタン発酵システムでろ過実験
を行った。実験１で使用した発酵液を、従来型の孔径0.
25μm、膜厚0.14mm、ろ過膜面積0.25m2のろ過膜３によ
り発酵液循環５のポンプ圧力200kPaのもとでろ過し続け
たところ、約10日後には透過水量が10％落ちた。その
時、ポンプ６の圧力を300kPaにした上でろ過を再開した
ところ、約20日後にろ過水量が10％落ちた。こうして、
バイオガスの散気をしない従来型メタン発酵システムで
は、長期間の安定運転はできなかった。
【００３０】図１の実施例及び上記実験１及び２から明
らかなように、廃水の有機性固形分のメタン発酵による
分解を、バイオガスによるろ過膜閉塞防止及び発酵液攪
拌のもとで実現することができ、本発明の目的である
「バイオガスによる攪拌方式の浸漬型膜利用メタン発酵
システム」の提供が達成された。
らかなように、廃水の有機性固形分のメタン発酵による
分解を、バイオガスによるろ過膜閉塞防止及び発酵液攪
拌のもとで実現することができ、本発明の目的である
「バイオガスによる攪拌方式の浸漬型膜利用メタン発酵
システム」の提供が達成された。
【００３１】さらに本発明によれば、精密ろ過膜３によ
り微生物の流出を防ぐことができるので、発酵槽１内の
微生物濃度を自由に制御して、分解処理効率を大幅に向
上させることができる。また担体へのメタン発酵菌装荷
やグラニュール形成の必要性がなく、簡単な操作によっ
て、広範囲に亘る各種有機性廃棄物を分解処理すること
ができる。しかも、精密ろ過膜３をバイオガス19による
曝気下で使用するため、ろ過膜閉塞を防止し、安定した
ろ過速度を確保することができ、ランニングコストも低
く抑えることができる。
り微生物の流出を防ぐことができるので、発酵槽１内の
微生物濃度を自由に制御して、分解処理効率を大幅に向
上させることができる。また担体へのメタン発酵菌装荷
やグラニュール形成の必要性がなく、簡単な操作によっ
て、広範囲に亘る各種有機性廃棄物を分解処理すること
ができる。しかも、精密ろ過膜３をバイオガス19による
曝気下で使用するため、ろ過膜閉塞を防止し、安定した
ろ過速度を確保することができ、ランニングコストも低
く抑えることができる。
【００３２】
【実施例】図１の実施例では、発酵液循環ポンプ５及び
発酵液ライン11を用いて発酵液17を、発酵槽１の底部か
らろ過膜槽２へ供給し、さらに発酵槽１の上部へ戻して
循環させる。また、発酵槽１の底部には散気管18を設
け、ガス送風機９によりガスホルダー８のバイオガス19
をその散気管18に送り、発酵槽１内の発酵液の攪拌に用
いる。精密ろ過膜３を発酵槽１内に配置してろ過膜槽２
を使わない場合には、底部散気管18も省略することがで
きる。
発酵液ライン11を用いて発酵液17を、発酵槽１の底部か
らろ過膜槽２へ供給し、さらに発酵槽１の上部へ戻して
循環させる。また、発酵槽１の底部には散気管18を設
け、ガス送風機９によりガスホルダー８のバイオガス19
をその散気管18に送り、発酵槽１内の発酵液の攪拌に用
いる。精密ろ過膜３を発酵槽１内に配置してろ過膜槽２
を使わない場合には、底部散気管18も省略することがで
きる。
【００３３】精密ろ過膜３の配置の一例を示す図２にお
いて、発酵槽１又はろ過膜槽２内に設けた架台24上に膜
支持板21を取り付け、図３に例示する精密ろ過膜素子20
の１個以上を膜支持板21に保持させる。ろ過膜素子20の
形状は、図３に示す断面Ｕ字型のものに限定されず、例
えば板状又は管状としてもよい。
いて、発酵槽１又はろ過膜槽２内に設けた架台24上に膜
支持板21を取り付け、図３に例示する精密ろ過膜素子20
の１個以上を膜支持板21に保持させる。ろ過膜素子20の
形状は、図３に示す断面Ｕ字型のものに限定されず、例
えば板状又は管状としてもよい。
【００３４】各精密ろ過膜素子20の内部空間の頂部に
は、処理水抽出管23を接続し、ろ過膜素子20よってろ過
した処理水を抽出する。抽出した処理水は、全てのろ過
膜素子20に共通の処理水ライン12へ送り出される。再び
図２を参照するに、架台24は各精密ろ過膜素子20の下方
部位に散気管４を保持する。バイオガスライン10を介し
てバイオガスホールダー８から送られるバイオガス19
が、発酵液17中へ気泡22として散気管４から放散され
る。気泡22は、発酵液17よりも比重が小さいバイオガス
19からなるものであるから、発酵液17中を上昇し、既に
説明した態様でろ過膜素子20、従って精密ろ過膜３の閉
塞を防止する。
は、処理水抽出管23を接続し、ろ過膜素子20よってろ過
した処理水を抽出する。抽出した処理水は、全てのろ過
膜素子20に共通の処理水ライン12へ送り出される。再び
図２を参照するに、架台24は各精密ろ過膜素子20の下方
部位に散気管４を保持する。バイオガスライン10を介し
てバイオガスホールダー８から送られるバイオガス19
が、発酵液17中へ気泡22として散気管４から放散され
る。気泡22は、発酵液17よりも比重が小さいバイオガス
19からなるものであるから、発酵液17中を上昇し、既に
説明した態様でろ過膜素子20、従って精密ろ過膜３の閉
塞を防止する。
【００３５】発酵液17が精密ろ過膜３を透過するに要す
る圧力損失は、各ろ過膜素子20の内部空間と外側との水
位差によるか、又は処理水ポンプ６の吸引力によって賄
うことができる。
る圧力損失は、各ろ過膜素子20の内部空間と外側との水
位差によるか、又は処理水ポンプ６の吸引力によって賄
うことができる。
【００３６】バイオガス19には硫化水素が微量に含まれ
るので、好ましくは、中毒防止や機器の腐食防止のた
め、脱硫器７で硫化水素を取り除く。また、バイオガス
ライン10には、バイオガス19の逆流を防ぐための逆止弁
31を設ける。バイオガスホールダー８に貯えたバイオガ
ス19は、ろ過膜３の閉塞防止だけでなく、発酵槽１の加
熱、給湯用ボイラー、その他の各種用途に供することが
できる。
るので、好ましくは、中毒防止や機器の腐食防止のた
め、脱硫器７で硫化水素を取り除く。また、バイオガス
ライン10には、バイオガス19の逆流を防ぐための逆止弁
31を設ける。バイオガスホールダー８に貯えたバイオガ
ス19は、ろ過膜３の閉塞防止だけでなく、発酵槽１の加
熱、給湯用ボイラー、その他の各種用途に供することが
できる。
【００３７】図１のパージライン13は、発酵槽１内の微
生物濃度を調整するときや、原廃水に不溶性物質が含ま
れ発酵槽１内にそれが蓄積する可能性があるときに、そ
れらの微生物及び／又は不溶性物質を発酵槽１外へ引き
抜くために用いる。
生物濃度を調整するときや、原廃水に不溶性物質が含ま
れ発酵槽１内にそれが蓄積する可能性があるときに、そ
れらの微生物及び／又は不溶性物質を発酵槽１外へ引き
抜くために用いる。
【００３８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る浸漬型膜利用のメタン発酵システムは、メタン発酵と
精密ろ過膜とバイオガス気泡による攪拌との組み合わせ
を使うので、次の顕著な効果を奏する。
る浸漬型膜利用のメタン発酵システムは、メタン発酵と
精密ろ過膜とバイオガス気泡による攪拌との組み合わせ
を使うので、次の顕著な効果を奏する。
【００３９】（イ）発酵槽からの処理水抽出を、槽内発
酵液に対してバイオガスによる攪拌と精密ろ過膜による
ろ過とを同時に働かせることによって行うため、微生物
の流出を防いで槽内の微生物濃度を高く保ち、有機性固
形分などの有機性廃棄物の分解処理効率を向上させるこ
とができる。
酵液に対してバイオガスによる攪拌と精密ろ過膜による
ろ過とを同時に働かせることによって行うため、微生物
の流出を防いで槽内の微生物濃度を高く保ち、有機性固
形分などの有機性廃棄物の分解処理効率を向上させるこ
とができる。
【００４０】（ロ）槽内の微生物の高濃度化は、発酵槽
のコンパクト化を可能にする。 （ハ）微生物の流出防止は、槽内のメタン発酵菌濃度の
制御を可能にし、またメタン発酵のスタートアップ期間
を短くすることができる。 （ニ）固定床式に比し、発酵槽内に担体を充填する必要
がないため、コストが安くなり、またＳＳによる閉塞も
ないため、広範囲に亘る各種有機性廃棄物や廃水を効率
よく処理することができる。
のコンパクト化を可能にする。 （ハ）微生物の流出防止は、槽内のメタン発酵菌濃度の
制御を可能にし、またメタン発酵のスタートアップ期間
を短くすることができる。 （ニ）固定床式に比し、発酵槽内に担体を充填する必要
がないため、コストが安くなり、またＳＳによる閉塞も
ないため、広範囲に亘る各種有機性廃棄物や廃水を効率
よく処理することができる。
【００４１】（ホ）ＵＡＳＢ式に比し、微生物の顆粒を
つくる特殊技術の必要がなく、操作が容易であり高効率
運転ができる。 （ヘ）バイオガスによる攪拌は、浸漬型の精密ろ過膜の
閉塞を防止し、メタン発酵システムのランニングコスト
を低く抑えることができる。
つくる特殊技術の必要がなく、操作が容易であり高効率
運転ができる。 （ヘ）バイオガスによる攪拌は、浸漬型の精密ろ過膜の
閉塞を防止し、メタン発酵システムのランニングコスト
を低く抑えることができる。
【図１】は、本発明によるメタン発酵システムの実施例
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】は、本発明で使用する浸漬型精密ろ過膜の一例
の斜視図である。
の斜視図である。
【図３】は、図２のろ過膜を構成する精密ろ過膜素子の
断面図である。
断面図である。
【図４】は、ろ過膜を利用した従来のメタン発酵の一例
のブロック図である。
のブロック図である。
１…発酵槽 ２…ろ過膜槽 ３…（浸漬型）精密ろ過膜 ４…散気管 ５…発酵液循環ポンプ ６…処理水ポンプ ７…脱硫器 ８…ガスホールダー ９…ガス送風機 10…バイオガスライン 11…発酵液ライン 12…処理水ライン 13…パージライン 14…ろ過膜容器 15…精密ろ過膜 16…圧力調整弁 17…発酵液 18…底部散気管 19…バイオガス 20…精密ろ過膜素子 21…膜支持板 22…気泡 23…処理水抽出管 24…架台 25…膜素子内スペ−サ 30…原水ライン 31…逆止弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA07 HA26 HA93 JA19Z JA34Z JA57Z KA01 KA12 KA43 KA67 KB24 KC02 KC14 MA02 MB02 MC09X PA02 PB08 PB24 PB70 PC11 4D059 AA07 BA15 BA18 BA60 BJ09 BK30 CB01 CB12 CB17 CB30 CC10
Claims (7)
- 【請求項１】発酵液中の有機性固形分をメタン発酵菌で
分解処理する発酵槽、前記分解処理中の発酵液内に浸漬
されて残留固形分及び発酵菌を分離しながら発酵液をろ
過して処理水とする精密ろ過膜、前記分解時に生じるバ
イオガスを貯えるガスホールダー、並びに前記ガスホー
ルダーに結合し且つ前記精密ろ過膜の下方に配置した散
気管を備え、該散気管から発酵液内へ放散したバイオガ
スの気泡の上昇流により前記精密ろ過膜の閉塞を防止し
てなる浸漬型膜利用メタン発酵システム。 - 【請求項２】請求項１のメタン発酵システムにおいて、
前記精密ろ過膜及び散気管を発酵槽内の発酵液中に浸漬
してなる浸漬型膜利用メタン発酵システム。 - 【請求項３】請求項１のメタン発酵システムにおいて、
発酵液循環ポンプにより発酵液を前記発酵槽との間に循
環させる如く接続したろ過膜槽を設け、前記精密ろ過膜
及び散気管を該ろ過膜槽内に設けてなる浸漬型膜利用メ
タン発酵システム。 - 【請求項４】請求項１から３の何れかのメタン発酵シス
テムにおいて、前記ガスホールダーに接続した底部散気
管を前記発酵槽内の底部に設け、該底部散気管から放散
するバイオガスの気泡で発酵槽内の発酵液を攪拌してな
る浸漬型膜利用メタン発酵システム。 - 【請求項５】請求項１から４の何れかのメタン発酵シス
テムにおいて、前記精密ろ過膜の処理水側に処理水抽出
用の処理水ポンプを設けてなる浸漬型膜利用メタン発酵
システム。 - 【請求項６】請求項１から５の何れかのメタン発酵シス
テムにおいて、前記バイオガスから脱硫する脱硫器を前
記発酵槽とガスホールダーとの間に設け、脱硫後のバイ
オガスを前記ガスホールダーに貯えてなる浸漬型膜利用
メタン発酵システム。 - 【請求項７】請求項１から６の何れかのメタン発酵シス
テムにおいて、前記発酵槽の底部に、メタン発酵菌の濃
度調整及び不溶性物質除去用のパージラインを設けてな
る浸漬型膜利用メタン発酵システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10266297A JP2000094000A (ja) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | 浸漬型膜利用メタン発酵システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10266297A JP2000094000A (ja) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | 浸漬型膜利用メタン発酵システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000094000A true JP2000094000A (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17428996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10266297A Pending JP2000094000A (ja) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | 浸漬型膜利用メタン発酵システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000094000A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005264873A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Japan Sewage Works Agency | 消化ガス利用設備および消化ガス利用方法 |
| WO2007097260A1 (ja) | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Toray Industries, Inc. | 化学品の製造方法、および、連続発酵装置 |
| JP2009050852A (ja) * | 2003-11-21 | 2009-03-12 | Ind Technol Res Inst | 有機化合物を含有する廃水処理の方法及びシステム |
| WO2010104054A1 (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | 株式会社クボタ | 膜型メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法 |
| JP2010234226A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Kubota Corp | メタン発酵処理装置 |
| CN104291515A (zh) * | 2013-07-20 | 2015-01-21 | 王亮 | 沼液外排污水双塔式曝气-生物降解处理方法 |
| KR20150144989A (ko) * | 2014-06-18 | 2015-12-29 | 한국과학기술연구원 | 바이오가스를 이용한 분리막 세정방법 및 장치 |
| JP2017042755A (ja) * | 2015-08-24 | 2017-03-02 | ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド | 往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム |
-
1998
- 1998-09-21 JP JP10266297A patent/JP2000094000A/ja active Pending
Cited By (11)
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| US9833741B2 (en) | 2015-08-24 | 2017-12-05 | Doosan Heavy Industries & Constructions Co., Ltd. | Submerged membrane filtration system using reciprocating membrane |
| US10232316B2 (en) | 2015-08-24 | 2019-03-19 | DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD | Submerged membrane filtration system using reciprocating membrane |
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