JP2003205300A - 膜型メタン発酵槽の運転制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単なセンサーによって膜型メタン発酵槽内
のＴＳ濃度を模擬的にリアルタイムに測定して膜型メタ
ン発酵槽を適切なＴＳ濃度下において運転することがで
きる膜型メタン発酵槽を提供する。 【解決手段】 有機性液状廃棄物が流入するメタン発酵
槽１でメタン発酵により有機物を分解するのに際し、浸
漬型膜分離装置５によって発酵汚泥を固液分離して膜透
過液を系外へ取り出すとともに、オーバーフロー管路１
４によって発酵汚泥を槽外へ排出することで発酵槽内の
液位を一定に維持し、浸漬型膜分離装置５に作用する吸
引負圧を負圧計１０で継続して測定し、吸引負圧の測定
値に基づいて浸漬型膜分離装置５の吸引ポンプ９の運転
を制御装置１１で制御してメタン発酵槽１の内部のＴＳ
濃度をメタン発酵の適値に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膜型メタン発酵槽の
運転制御方法および装置に関し、有機性廃棄物リサイク
ル設備における有機性廃棄物（生ゴミ、畜産系排泄物、
し尿、浄化槽汚泥等）の処理技術に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、生ゴミ、畜産系排泄物、し尿、浄
化槽汚泥等の高濃度有機性廃棄物を処理する方法として
嫌気性消化法がある。この嫌気性消化法であるメタン発
酵法では、発酵槽内に原料となる高濃度有機性廃棄物を
投入し、メタン菌による発酵によって高濃度有機性廃棄
物を処理し、生成する発酵汚泥を槽外へ引き抜く。

【０００３】メタン発酵法の一適用例である膜型メタン
発酵槽では、メタン発酵汚泥を膜で固液分離して分離液
だけを発酵槽外へ取り出すことで、発酵汚泥とともにＳ
Ｓ（メタン菌）が槽外へ過剰に流出することを防止して
メタン発酵槽内のＴＳ（トータルソリッド）濃度を高く
保持している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成におい
て、通常、膜型メタン発酵槽の運転を行う際には、投入
原料の性状の変化により膜型メタン発酵槽内のＴＳ濃度
が一定にはならないので、投入原料もしくは発酵汚泥を
サンプリングして手分析でＴＳ濃度を測定し、測定結果
に基づいて膜分離液の引抜量と発酵汚泥の引抜量との比
率である引抜量比率の設定値を適宜に変更することで、
発酵汚泥を適切なＴＳ濃度に調整している。

【０００５】しかし、ＴＳ濃度の測定作業には数時間を
要しており、測定結果が出た時点ではすでに膜型メタン
発酵槽内のＴＳ濃度が変化しているので、測定結果に基
づいて設定する引抜量比率が必ずしも現在の膜型メタン
発酵槽内のＴＳ濃度に最適なものとはならない。このた
め、今現在の膜型メタン発酵槽内のＴＳ濃度に即してリ
アルタイムに引抜量比率を自動調整して無人運転するこ
とが望まれている。

【０００６】本発明は上記した課題を解決するものであ
り、簡単なセンサーによって膜型メタン発酵槽内のＴＳ
濃度を模擬的にリアルタイムに測定して膜型メタン発酵
槽を適切なＴＳ濃度下において運転することができる膜
型メタン発酵槽を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題解決するための手段】上記した課題を解決するた
めに、請求項１に係る本発明の膜型メタン発酵槽の運転
制御方法は、有機性液状廃棄物が流入する発酵槽でメタ
ン発酵により有機物を分解するのに際し、浸漬型膜分離
装置によって発酵汚泥を固液分離して膜透過液を系外へ
取り出すとともに、発酵汚泥排出手段によって発酵汚泥
を槽外へ排出することで発酵槽内の液位を一定に維持
し、浸漬型膜分離装置に作用する吸引負圧を継続して測
定し、吸引負圧の測定値に基づいて浸漬型膜分離装置の
吸引手段の運転を制御して発酵槽内のＴＳ濃度をメタン
発酵の適値に維持するものである。

【０００８】上記した構成において、膜型メタン発酵槽
では発酵汚泥のＴＳ濃度を高く維持できることが特長で
あり、発酵槽の効率（単位容積当たりの処理量）から見
ると、ＴＳ濃度（微生物濃度）は高い方が望ましいが、
ＴＳ濃度が高くなるほどに発酵汚泥の粘性が高くなる。

【０００９】膜型メタン発酵槽では吸引手段によって浸
漬型膜分離装置の膜の二次側に吸引負圧を与え、膜の一
次側と二次側との間に発生する膜間差圧を駆動圧力とし
ており、発酵汚泥の粘性が高くなると浸漬型膜分離装置
の膜の二次側圧力である吸引負圧（真空度）が大きく
（絶対圧力が小さく）なる。

【００１０】本発明はＴＳ濃度が高くなるほどに発酵汚
泥の粘性が高くなり、粘性が高くなるほどに浸漬型膜分
離装置に作用する吸引負圧（真空度）が大きくなる相関
に着目したものであり、ＴＳ濃度を吸引負圧を指標とし
て制御するものである。

【００１１】このため、浸漬型膜分離装置に作用する吸
引負圧を継続して測定し、吸引負圧（真空度）が上昇し
て設定範囲の上限値を超えた時点で吸引手段の運転状態
を通常運転から低稼働運転へ移行するか、もしくは運転
を停止する。吸引負圧（真空度）の上昇に追従して浸漬
型膜分離装置の吸引手段の運転を漸次に抑制することも
可能である。

【００１２】この操作によって膜分離液の引抜量を減少
させ、膜分離液の引抜量と発酵汚泥の引抜量との比率で
ある引抜量比率の設定変更を行う。発酵槽の液位は、発
酵汚泥排出手段によって発酵汚泥を酵槽からオーバーフ
ローで流出させることで一定に維持でき、液位の増加に
ともなって自動的に発酵汚泥の流出量（引抜量）が増加
する。発酵槽の液位の制御はポンプ等を使用することに
よっても可能である。

【００１３】この状態で、発酵槽へ流入する有機性液状
廃棄物が発酵槽内の発酵汚泥を希釈してＴＳ濃度が低下
する。ＴＳ濃度が低下すると発酵汚泥の粘性が低下し、
膜を透過する膜分離液量が増加して吸引負圧（真空度）
が小さく（絶対圧力が大きく）なる。吸引負圧（真空
度）が設定範囲内に復帰した時点で吸引手段の運転状態
を低稼働運転から通常運転へ移行するか、もしくは停止
していた運転を再開する。吸引負圧（真空度）の低下に
追従して浸漬型膜分離装置の吸引手段の運転を漸次に高
めることも可能である。

【００１４】吸引負圧（真空度）が低下して設定範囲の
下限値を超えた時点で吸引手段の運転状態を通常運転か
ら高稼動運転へ移行する。吸引負圧（真空度）の低下に
追従して浸漬型膜分離装置の吸引手段の運転を漸次に高
めることも可能である。

【００１５】この操作によって膜分離液の引抜量を増加
させ、膜分離液の引抜量と発酵汚泥の引抜量との比率で
ある引抜量比率の設定変更を行う。この状態で液位は一
定に維持されているので、発酵槽内の発酵汚泥のＴＳ濃
度が高まる。ＴＳ濃度が高まると発酵汚泥の粘性が増加
し、膜を透過する膜分離液量が減少して吸引負圧（真空
度）が大きく（絶対圧力が小さく）なる。

【００１６】吸引負圧（真空度）が設定範囲内に復帰し
た時点で吸引手段の運転状態を高稼動運転から通常運転
へ移行する。吸引負圧（真空度）の上昇に追従して浸漬
型膜分離装置の吸引手段の運転を漸次に抑制することも
可能である。

【００１７】このように、吸引負圧を指標として吸引手
段の運転を制御することにより、発酵槽内のＴＳ濃度を
メタン発酵の適値に維持する。吸引負圧（真空度）が設
定範囲の上限値を超えた時に、膜分離液の引抜量を減少
させて流入する有機性液状廃棄物による希釈でＴＳ濃度
を低下させても、吸引負圧（真空度）が設定範囲内に復
帰せずに上限値を超えた値を継続する場合には、膜が目
詰まりしたと判断し、逆洗等のメンテナンスを行う。

【００１８】吸引負圧（真空度）が設定範囲の下限値を
超えた時に、高稼動運転を継続しても吸引負圧（真空
度）が設定範囲内に復帰せずに下限値を超えた値を継続
する場合には、膜の破損等の異常事態と判断し、特に初
期運転時には膜分離液の引抜量と発酵汚泥の引抜量との
引抜量比率の初期設定が低過ぎてＴＳ濃度が所定値に達
しないと判断してメンテナンスを行う。

【００１９】請求項２に係る本発明の膜型メタン発酵槽
の運転制御装置は、有機性液状廃棄物が流入する発酵槽
と、発酵槽でメタン発酵した発酵汚泥を固液分離して膜
透過液を系外へ取り出す浸漬型膜分離と、浸漬型膜分離
へ吸引負圧を与える吸引手段と、発酵槽の発酵汚泥を槽
外へ排出して発酵槽内の液位を一定に維持する発酵汚泥
排出手段と、浸漬型膜分離装置の吸引負圧を測定する圧
力計と、圧力計の測定値に基づいて浸漬型膜分離装置の
吸引手段の運転を制御する制御手段とを備えたものであ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】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、メタン発酵槽１お
よび膜分離槽２は送路３ａと還路３ｂとからなる汚泥循
環系４によって連通しており、汚泥循環系４はメタン発
酵槽１の発酵汚泥を循環するために循環ポンプおよびス
クリーンを設けることも可能であり、後述する散気装置
を動力として循環させることも可能である。膜分離槽２
には浸漬型膜分離装置５を配置しており、メタン発酵槽
１と膜分離槽２は別体であっても良く、一つの槽体を区
分することによって形成することも可能であり、浸漬型
膜分離装置５をメタン発酵槽１に直接に浸漬することも
可能である。

【００２１】浸漬型膜分離装置５は膜ケース６に複数の
膜カートリッジ（図示省略）を収納しており、各膜カー
トリッジは鉛直方向に、かつ相互間に適当間隙をあけて
平行に収納している。各膜カートリッジは平板状の濾板
の表面を覆って有機平膜を配置したものであり、膜カー
トリッジの下方には散気装置７を配置している。

【００２２】浸漬型膜分離装置５には各膜カートリッジ
の有機平膜の二次側（透過液側）に連通して吸引手段を
なす吸引管路８および吸引ポンプ９を接続しており、吸
引管路８には吸引負圧（真空度）を測定する負圧計１０
を設けている。制御装置１１は負圧計１０の測定値に基
づいて吸引ポンプ９の運転を制御する。

【００２３】メタン発酵槽１には前処理工程１２を経た
有機性液状廃棄物を投入する原料投入管路１３を接続し
ている。メタン発酵槽１には発酵汚泥を系外へ取りだす
発酵汚泥排出手段としてオーバーフロー管路１４を設け
ており、オーバーフロー管路１４はメタン発酵槽１の設
定液位に開口している。

【００２４】以下、上記した構成における作用を説明す
る。生ゴミ、畜産系排泄物、し尿、浄化槽汚泥等の有機
性廃棄物は前処理工程１２においてビニール袋や無機物
などの不活性物を除去し、破砕して有機性液状廃棄物と
してメタン発酵槽１に投入する。

【００２５】メタン発酵槽１では、酸発酵（有機酸生
成）、メタン発酵によって有機物を分解、ガス化し、槽
内で発酵する発酵汚泥を汚泥循環系４を通して膜分離槽
２に循環させる。膜分離槽２では散気装置７から散気す
る散気ガス（発生したメタンガス等を供給）により生起
する気液混相流を浸漬型膜分離装置５の各膜カートリッ
ジの膜面に対してクロスフローで供給し、浸漬型膜分離
装置５によって発酵汚泥を固液分離する。気液混相流は
掃流として作用して膜面におけるケーキ層の付着を防止
する。メタン発酵槽１の発酵汚泥はオーバーフロー管路
１４を通して系外へ引き抜く。

【００２６】浸漬型膜分離装置５を通った膜分離液は吸
引管路８および吸引ポンプ９を通して系外へ取り出し、
膜分離液の引抜量を調整することにより、膜分離液の引
抜量と発酵汚泥の引抜量との比率である引抜量比率を制
御し、メタン発酵槽１におけるメタン菌を含むＴＳ濃度
をメタン発酵を維持するに必要な有効値に維持する。

【００２７】ところで、膜型メタン発酵槽では発酵汚泥
のＴＳ濃度（微生物濃度）を高く維持できることが特長
であるが、ＴＳ濃度が高くなるほどに発酵汚泥の粘性が
高くなる。この発酵汚泥の粘性が高くなると浸漬型膜分
離装置５の膜の二次側圧力である吸引負圧（真空度）が
大きく（絶対圧力が小さく）なる。

【００２８】このため、浸漬型膜分離装置５に作用する
吸引負圧を負圧計１０で継続して測定し、制御装置１１
により負圧計１０の測定値に基づいて吸引ポンプ９の運
転を制御する。

【００２９】制御装置１１は、吸引管路８における吸引
負圧（真空度）が上昇して設定範囲の上限値を超えた時
点で吸引ポンプ９の運転状態を通常運転から低稼働運転
へ移行する。他の運転方法として吸引ポンプ９の運転を
停止することも可能であり、吸引負圧（真空度）の上昇
に追従して吸引ポンプ９の運転を漸次に抑制することも
可能である。

【００３０】この操作によって膜分離液の引抜量は減少
し、膜分離液の引抜量と発酵汚泥の引抜量との比率であ
る引抜量比率の設定が変更される。メタン発酵槽１の液
位は発酵汚泥がオーバーフロー管路１４を通して排出さ
れることで一定に維持されており、オーバーフロー管路
１４の開口位置を超える液位の増加にともなって自動的
に発酵汚泥の流出量（引抜量）が増加する。本実施の形
態ではメタン発酵槽１の液位の制御にオーバーフロー管
路１４を使用したが、ポンプ等を使用することによって
も可能である。

【００３１】この状態で、メタン発酵槽１へ有機性液状
廃棄物が流入し、新たに加わる有機性液状廃棄物がメタ
ン発酵槽１の内部の発酵汚泥を希釈してＴＳ濃度が低下
する。ＴＳ濃度が低下すると発酵汚泥の粘性が低下し、
膜カートリッジの膜を透過する膜分離液量が増加するこ
とで吸引負圧（真空度）が小さく（絶対圧力が大きく）
なる。

【００３２】制御装置１１は吸引負圧（真空度）が設定
範囲内に復帰した時点で吸引ポンプ９の運転状態を低稼
働運転から通常運転へ移行する。先に述べた他の運転方
法を採用する場合には、停止していた吸引ポンプ９の運
転を再開するか、吸引負圧（真空度）の低下に追従して
吸引ポンプ９の運転を漸次に高める。

【００３３】制御装置１１は上述したように吸引負圧
（真空度）が設定範囲の上限値を超えた時に、膜分離液
の引抜量を減少させて流入する有機性液状廃棄物による
希釈でＴＳ濃度を低下させても、吸引負圧（真空度）が
設定範囲内に復帰せずに上限値を超えた値を一定時間に
わたって継続する場合には、膜カートリッジの膜が目詰
まりしたと判断し、警報等を発して作業者に通知し、作
業者が逆洗等のメンテナンスを行う。逆洗操作は制御装
置１１によって自動的に行うことも可能である。

【００３４】制御装置１１は、吸引負圧（真空度）が低
下して設定範囲の下限値を超えた時点で吸引ポンプ９の
運転状態を通常運転から高稼動運転へ移行する。他の運
転方法として吸引負圧（真空度）の低下に追従して吸引
ポンプ９の運転を漸次に高めることも可能である。

【００３５】この操作によって膜分離液の引抜量が増加
し、膜分離液の引抜量と発酵汚泥の引抜量との比率であ
る引抜量比率の設定が変更される。この状態でメタン発
酵槽１の液位は一定に維持されているので、膜分離液の
引抜量の増加によってメタン発酵槽１の内部の発酵汚泥
のＴＳ濃度が高まる。ＴＳ濃度が高まると発酵汚泥の粘
性が増加し、膜カートリッジの膜を透過する膜分離液量
が減少して吸引負圧（真空度）が大きく（絶対圧力が小
さく）なる。

【００３６】制御装置１１は吸引負圧（真空度）が設定
範囲内に復帰した時点で吸引ポンプ９の運転状態を高稼
動運転から通常運転へ移行する。他の運転方法を採用し
た場合には、吸引負圧（真空度）の上昇に追従して吸引
ポンプ９の運転を漸次に抑制する。

【００３７】制御装置１１は上述したように吸引負圧
（真空度）が設定範囲の下限値を超えた時に、高稼動運
転を継続しても吸引負圧（真空度）が設定範囲内に復帰
せずに下限値を超えた値を一定時間にわたって継続する
場合には、膜カートリッジの破損等の異常事態と判断
し、特に初期運転時においては膜分離液の引抜量と発酵
汚泥の引抜量との引抜量比率の初期設定が低過ぎてＴＳ
濃度が所定値に達しないと判断し、警報等を発して作業
者に通知し、作業者が初期設定値の変更等のメンテナン
スを行う。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ＴＳ
濃度が高くなるほどに発酵汚泥の粘性が高くなり、粘性
が高くなるほどに浸漬型膜分離装置に作用する吸引負圧
（真空度）が大きくなる相関に着目し、吸引負圧の測定
値を指標として吸引手段の運転を制御することにより、
発酵槽の内部のＴＳ濃度をメタン発酵の適値に維持する
ことができ、吸引負圧を測定する簡単なセンサーによっ
て膜型メタン発酵槽内のＴＳ濃度を模擬的にリアルタイ
ムに測定して膜型メタン発酵槽を適切なＴＳ濃度下にお
いて運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における膜型メタン発酵槽
の構成を示す摸式図である。

【符号の説明】

１ メタン発酵槽 ２ 膜分離槽 ３ａ 送路 ３ｂ 還路 ４ 汚泥循環系 ５ 浸漬型膜分離装置 ６ 膜ケース ７ 散気装置 ８ 吸引管路 ９ 吸引ポンプ １０ 負圧計 １１ 制御装置 １２ 前処理工程 １３ 原料投入管路 １４ オーバーフロー管路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植松 淳 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 加藤 正滋 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 本堀 俊彦 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA03 BA03 CA04 CA13 CA18 CB04 CB43 CB44 DA01 DA02 DA04 DA20 4D006 GA02 HA41 HA93 JA31A JA53A KA01 KB24 KE08P KE21Q KE23Q KE30Q PA01 PB08 PC67 4D059 AA01 AA02 AA07 BA12 BA34 BE14 BE42 BK11 EA20 EB01 EB20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性液状廃棄物が流入する発酵槽でメ
   タン発酵により有機物を分解するのに際し、浸漬型膜分
   離装置によって発酵汚泥を固液分離して膜透過液を系外
   へ取り出すとともに、発酵汚泥排出手段によって発酵汚
   泥を槽外へ排出することで発酵槽内の液位を一定に維持
   し、浸漬型膜分離装置に作用する吸引負圧を継続して測
   定し、吸引負圧の測定値に基づいて浸漬型膜分離装置の
   吸引手段の運転を制御して発酵槽内のＴＳ濃度をメタン
   発酵の適値に維持することを特徴とする膜型メタン発酵
   槽の運転制御方法。
2. 【請求項２】 有機性液状廃棄物が流入する発酵槽と、
   発酵槽でメタン発酵した発酵汚泥を固液分離して膜透過
   液を系外へ取り出す浸漬型膜分離と、浸漬型膜分離へ吸
   引負圧を与える吸引手段と、発酵槽の発酵汚泥を槽外へ
   排出して発酵槽内の液位を一定に維持する発酵汚泥排出
   手段と、浸漬型膜分離装置の吸引負圧を測定する圧力計
   と、圧力計の測定値に基づいて浸漬型膜分離装置の吸引
   手段の運転を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
   する膜型メタン発酵槽の運転制御装置。