JP5419697B2 - 有機性廃棄物の処理方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は有機性廃棄物の処理方法および装置に関し、リン、マグネシウムなどを多量に含む有機性廃棄物の膜型メタン発酵処理において無機スケール等の生成を抑制する技術に係るものである。
近年においては、バイオマスエタノールが再生可能性やカーボンニュートラル性の観点からエネルギー源として注目されている。バイオマスエタノールは、サトウキビやトウモロコシなどのバイオマスを発酵させ、蒸留して生産されるエタノールであり、発酵エタノールまたは醸造エタノールである。このエタノールの製造工程から生じる副産物には二酸化炭素や発酵滓、蒸留残渣などがあり、これらの処理が問題となる。
バイオエタノールの蒸留残渣には、バイオエタノール原料の成分が濃縮されているために、リン、マグネシウムなどを多量に含むものが多い。リン、マグネシウムなどを多量に含む有機性廃棄物の処理方法としては、例えば日本国特許公報 特開２００３−２７５７２６に記載するものがある。
これは、有機性廃棄物に鉄系凝集剤を添加して嫌気性条件下でメタン発酵処理し、発酵処理液を曝気して発酵処理液中のＦｅ２＋をＦｅ３＋に酸化し、その後に発酵処理液を脱水分離液と脱水汚泥とに分離するものである。
この処理方法では、有機性廃棄物に鉄系凝集剤を添加して嫌気性条件下でメタン発酵処理することによって、メタン発酵処理の阻害要因であるリン酸マグネシウムアンモニウムや硫化水素の生成を抑制している。さらに、嫌気性条件下において鉄系凝集剤の鉄成分を還元し、その一部を有機性廃棄物に含まれるリンや硫黄、並びにメタン発酵処理に伴い生成する塩基性窒素化合物の固定化に消費することで、発酵処理液のアルカリ度を低減する。
上述したバイオエタノールの蒸留残渣のように、一般的な有機性廃棄物に比べてリン、マグネシウム、窒素を多量に含んだ有機性廃棄物をメタン発酵処理すると、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）が無機スケールとして生成し、配管等を閉塞させてしまう。
特に、膜型メタン発酵処理においてリン、マグネシウム、窒素を多量に含む有機性廃棄物をメタン発酵処理する場合には、生成する無機スケールが配管の他に、膜面に固着して分離膜が機能不全となり、消化液の濃縮による高濃度メタン発酵処理が発酵阻害物質の排出が十分に行えず、無機スケールがメタン発酵処理を阻害する要因となる。
また、メタン発酵処理においては、ｐＨが発酵条件として重要であり、最適メタン発酵条件はｐＨ＝８程度である。このため、特許文献１のように、スケールを抑制するためにメタン発酵槽内に鉄系凝集剤等の薬剤を多量に添加する場合にあっては、リン、マグネシウム、窒素が多量であるほどに鉄系凝集剤等の薬剤の添加量が増加するので、最適メタン発酵条件を維持することが困難となる。
本発明は上記した課題を解決するものであり、リン、マグネシウム、窒素を多量に含む有機性廃棄物を膜型メタン発酵処理するのに際し、無機スケール等の生成を抑制する有機性廃棄物の処理方法および装置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、本発明の有機性廃棄物の処理方法は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、メタン発酵槽で発生するバイオガスからＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを分離し、ＣＯ２リッチガスを膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液に吹き込んでＣＯ２を溶解させることにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽から消化液を取り出し、この消化液を加圧型膜分離装置で濃縮して分離液と濃縮汚泥とに分離し、加圧型膜分離装置の分離液を系外へ取り出し、加圧型膜分離装置の濃縮汚泥をメタン発酵槽へ返送し、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、加圧型膜分離装置内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、無機スケール生成物質を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件以下の所定範囲内に調整し、メタン発酵槽から取り出す消化液を濃縮分離手段で濃縮して、無機スケール生成物質を無機系汚泥として含む濃縮汚泥と分離液とに分離し、濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出し、分離液を膜分離槽へ移送することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量をｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、メタン発酵槽で発生するバイオガスからＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを分離し、ＣＯ２リッチガスを膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液に吹き込むＣＯ２濃縮手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ＣＯ２濃縮手段によるＣＯ２リッチガスの吹込量を、ｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるＣＯ２リッチガスの吹込量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽から導く消化液を濃縮して分離液と濃縮汚泥とに分離し、分離液を系外へ取り出し、濃縮汚泥をメタン発酵槽へ返送する加圧型膜分離装置と、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量を、ｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、加圧型膜分離装置内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、メタン発酵槽から導く消化液を濃縮して無機スケール生成物質を無機系汚泥として含む濃縮汚泥と分離液とに分離し、濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出し、分離液を膜分離槽へ移送する濃縮分離手段と、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量をｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件以下の所定範囲内に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、メタン発酵槽で発生するバイオガスからＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを分離し、ＣＯ２リッチガスを膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液に吹き込んでＣＯ２を溶解させることにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽から消化液を取り出し、この消化液を加圧型膜分離装置で濃縮して分離液と濃縮汚泥とに分離し、加圧型膜分離装置の分離液を系外へ取り出し、加圧型膜分離装置の濃縮汚泥をメタン発酵槽へ返送し、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、加圧型膜分離装置内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、無機スケール生成物質を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件以下の所定範囲内に調整し、メタン発酵槽から取り出す消化液を濃縮分離手段で濃縮して、無機スケール生成物質を無機系汚泥として含む濃縮汚泥と分離液とに分離し、濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出し、分離液を膜分離槽へ移送することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量をｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、メタン発酵槽で発生するバイオガスからＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを分離し、ＣＯ２リッチガスを膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液に吹き込むＣＯ２濃縮手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ＣＯ２濃縮手段によるＣＯ２リッチガスの吹込量を、ｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるＣＯ２リッチガスの吹込量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽から導く消化液を濃縮して分離液と濃縮汚泥とに分離し、分離液を系外へ取り出し、濃縮汚泥をメタン発酵槽へ返送する加圧型膜分離装置と、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量を、ｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、加圧型膜分離装置内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする。
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、無機スケール生成物質を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、メタン発酵槽から導く消化液を濃縮して無機スケール生成物質を無機系汚泥として含む濃縮汚泥と分離液とに分離し、濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出し、分離液を膜分離槽へ移送する濃縮分離手段と、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量をｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件以下の所定範囲内に調整することを特徴とする。
上記の構成により、メタン発酵槽と膜分離槽とが別体からなる膜型メタン発酵処理において、メタン発酵槽では、槽内のメタン菌の作用により原料中に含まれる窒素分が嫌気条件下で分解され、バイオガスの発生と併せてアンモニア性窒素が生成する。
このために、通常運転下のメタン発酵槽では槽内の消化液のｐＨが上昇して、メタン発酵が進行中の槽内の消化液はｐＨ＝８程度となり、最適化ｐＨ条件＝８に近似する所定範囲内にメタン発酵槽内のｐＨ条件を維持することがメタン発酵の最適化に求められる。
一方、膜分離槽では、ｐＨの変動が起こらず、膜分離槽内の消化液のｐＨはメタン発酵槽内の消化液のｐＨと同等のｐＨ＝８程度となる。これは、膜分離槽にはメタン発酵槽で十分な発酵を経た消化液、つまり発酵・分解の終期になった消化液が流入してくることに起因する。
しかし、原料中に窒素、リン、マグネシウム、窒素などが多量に含まれる場合は、ｐＨと溶解度積の関係から膜分離槽内のｐＨ条件（消化液のｐＨ）が高くなるほどに、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）等の無機結晶析出が顕著となり、このＭＡＰ等の無機スケールが膜分離装置の膜面を閉塞させてしまう要因となる。
このため、ｐＨ調整剤を用いて膜分離槽内の消化液のｐＨを低く調整し、ＭＡＰ等の溶解度積が高い、すなわち結晶が析出し難い目標ｐＨ条件、例えばｐＨ＜７．８よりも低いｐＨ条件に制御することで、無機スールの生成を抑制し、膜分離装置の膜面を健全に維持することができる。
ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸などの無機酸、クエン酸、酢酸などの有機酸を使用し、またはポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄などの酸であると同時に脱リン、脱硫効果を持つ鉄系凝集剤や、溶液中で酸性を呈する塩化マグネシウムなどを使用する。
あるいは、メタン発酵槽で発生するバイオガスからＣＯ２濃縮機を用いてＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを取り出し、このＣＯ２リッチガスを膜分離槽へ吹き込んで消化液に炭酸ガスを溶解させることで、膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件よりも低く制御し、膜分離槽でのトラブルを未然に回避する。
上述の操作により、ｐＨ＜７．８に調整した膜分離槽内の消化液は、再びメタン発酵槽へ返送される。この消化液の循環液量はメタン発酵槽における槽内液量に比べて非常に流量が少ない。一例を示すと、メタン発酵槽における槽内液量５．０Ｑｍ３に対して、メタン発酵槽と膜分離槽との間で循環する循環液量は５．０Ｑｍ３／ｄであり、これはメタン発酵槽内の消化液が１回／日当り入れ替わる程度である。
従って、膜分離槽からメタン発酵槽へ返送する消化液の循環液量では通常運転時のメタン発酵槽内のｐＨ変動にほとんど影響を与えず、メタン発酵槽の消化液はｐＨ＝８程度に維持される。
この結果として、膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件に制御することでメタン発酵槽のｐＨ条件を最適化ｐＨ条件に維持し、メタン発酵槽でのメタン発酵の最適化と膜分離槽でのＭＡＰ等の生成を抑制することを同時に実現できる。
また、原料中に窒素、リン、マグネシウム、窒素などが多量に含まれる場合にあって、膜分離槽内を目標ｐＨ条件に維持し、かつメタン発酵槽内を最適化ｐＨ条件に維持することが困難となる場合には、メタン発酵槽から膜分離槽へ消化液を移送する途中で消化液を濃縮分離手段で濃縮して、無機スケール生成物質を無機系汚泥として含む濃縮汚泥と分離液とに分離し、濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出することで、膜分離槽へ供給される消化液中の無機スケール生成物質を低減させる。また、膜分離装置を浸漬した膜分離槽に替えて内圧型や外圧型の加圧型膜分離装置を採用することもできる。
以上のように本発明によれば、リン、マグネシウム、アンモニアを多量に含む有機性廃棄物を膜型メタン発酵処理するのに際し、膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件に制御することでメタン発酵槽のｐＨ条件を最適化ｐＨ条件に維持し、メタン発酵槽でのメタン発酵の最適化と膜分離槽での無機スケールの生成を抑制することを同時に実現できる。
このため、膜分離装置の操作性に優れると同時に、少ない薬剤使用量で膜面への無機スケールの付着を抑制することができ、発酵効率を低下させることなく、メタン発酵を最適化できる。
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、本実施の形態に係る有機性廃棄物の処理装置は膜型メタン発酵処理を行うものであり、メタン発酵槽１と膜分離槽２とは別体である。メタン発酵槽１は原料供給系３に接続しており、ポンプ４の駆動により原料の有機性廃棄物が流入する。
膜分離槽２は槽内に膜分離装置５を浸漬しており、膜分離装置５としては中空糸膜、環状膜、平板状膜など種々の形態のものが適用できる。ここでは膜分離装置５が複数枚の平板状膜カートリッジ６と、その下方より膜面洗浄気体としてバイオガスを噴出する散気装置５ａを備えており、膜カートリッジ６は濾板の両表面に濾過膜を配置したものである。膜分離装置５は膜透過液導出系７に連通し、吸引ポンプ８により加える吸引圧を駆動圧として作動する。
メタン発酵槽１は密閉型式のものであり、槽天井部にバイオガス排出系９が接続しており、バイオガス排出系９は分岐管１０がブロア１１を介して膜分離装置５の散気装置５ａに接続している。
本実施の形態では、メタン発酵槽１と膜分離槽２は越流路１２、潜流路１３によって連通しており、メタン発酵槽１と膜分離槽２の間で消化液が循環する。しかしながら、メタン発酵槽１と膜分離槽２を離れた位置に配置し、管路等からなる循環系によって接続することも可能である。膜分離槽２とメタン発酵槽１には槽内における消化液のｐＨを測定するｐＨ計１４、１５をそれぞれ設けているが、膜分離槽２に設けるｐＨ計１４が本発明における必要条件である。
膜分離槽２とメタン発酵槽１にはそれぞれｐＨ調整剤添加手段としてｐＨ調整剤供給系１６、１７が接続しているが、膜分離槽２に接続するｐＨ調整剤供給系１６が本発明における必要条件である。ｐＨ調整剤供給系１６、１７はポンプ、バルブ等の流量調整手段１６ａ、１７ａを備え、槽内の消化液に適量のｐＨ調整剤を添加するものである。
ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸などの無機酸、クエン酸、酢酸などの有機酸や、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄などの酸であると同時に脱リン、脱硫効果を持つ鉄系凝集剤や、溶液中で酸性を呈する塩化マグネシウムなどを使用する。
なお、ｐＨ調整剤供給系１７は、ｐＨ調整剤供給系１６のみでは膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件にできない場合に、またはメタン発酵槽１のｐＨ条件が所定範囲外となった場合にのみ必要であり、酸のみならずＮａＯＨなどのアルカリ物質を供給することもある。
メタン発酵槽１と膜分離槽２を管路等からなる循環系によって接続する場合には、膜分離槽２に設けるｐＨ調整剤供給系１６は、メタン発酵槽１から膜分離槽２へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加するように設けることも可能である。
ｐＨ調整剤供給系１６、１７は手動操作によって添加量を調整することも可能であるが、本実施の形態では制御装置５０によって添加量を調整する。
制御装置５０は、上述したポンプ、ブロア等の各機器を制御するものであり、ｐＨ計１４、１５の測定値を指標としてｐＨ調整剤供給系１６、１７によるｐＨ調整剤の添加量を制御する。メタン発酵槽１の下部には余剰消化汚泥排出系１８が連通しており、排出ポンプ１９の駆動によって取り出す槽内の消化液を余剰消化汚泥として系外へ移送する。
以下、上記した構成における作用を説明する。メタン発酵槽１には原料供給系３からポンプ４の駆動によって原料の有機性廃棄物を定量的に供給する。メタン発酵槽１では槽内のメタン菌の作用により原料が分解され、消化液が膜分離槽２との間で循環する。
膜分離槽２では吸引ポンプ８の駆動により膜分離装置５によって消化液を固液分離し、膜透過液導出系７を通して膜透過液を系外へ取り出し、濃縮液がメタン発酵槽１に循環する。メタン発酵槽１で発生するバイオガスはバイオガス排出系９を通して系外へ排出し、一部をブロア１１の駆動により分岐管１０を通して膜分離装置５の散気装置５ａに供給する。膜分離槽２に散気したバイオガスにより生じる上向流は平板状膜カートリッジ６の膜面に沿って固気液混相流で流れ、膜面を洗浄する。
メタン発酵槽１では、バイオガスの発生と併せてアンモニア性窒素が生成する。このために、通常運転下のメタン発酵槽１では槽内の消化液のｐＨが上昇して、メタン発酵が進行中の槽内の消化液はｐＨ＝８程度となる。メタン発酵を最適化するには最適化ｐＨ条件＝８に近似する所定範囲内にメタン発酵槽内のｐＨ条件を維持することが求められる。
一方、膜分離槽２では、ｐＨの変動が起こらず、膜分離槽内の消化液のｐＨはメタン発酵槽内の消化液のｐＨと同等のｐＨ＝８程度となる。これは、膜分離槽２にはメタン発酵槽１で十分な発酵を経た消化液、つまり発酵・分解の進行が頭打ちとなった消化液が流入してくることに起因する。
しかしながら、原料の有機性廃棄物中に窒素、リン、マグネシウム、窒素などが多量に含まれる場合には、ｐＨと溶解度積の関係から膜分離槽内のｐＨ条件（消化液のｐＨ）が高くなるほどに、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）等の無機結晶析出が顕著となり、このＭＡＰ等の無機スケールが膜分離装置５の平板状膜カートリッジ６の膜面を閉塞させてしまう要因となる。
このため、制御装置５０は膜分離槽２に設けたｐＨ計１４の測定値を指標として適量のｐＨ調整剤を膜分離槽２の消化液に添加し、ｐＨ調整剤の添加量の調整によって膜分離槽内のｐＨ条件を無機スケールが生成しない目標ｐＨ条件、ここではｐＨ＜７．８以下の所定範囲（６．８＜ｐＨ＜７．８）に調整する。目標ｐＨ条件はｐＨ＜８以下の所定範囲（６．６＜ｐＨ＜８）とすることも可能である。この調整においても、メタン発酵槽内のｐＨ条件はメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件（ｐＨ＝８）近似の所定範囲内（この範囲はメタン発酵を良好に保つことを条件とする）に維持される。
すなわち、ｐＨ調整剤を用いて膜分離槽内の消化液のｐＨを低く調整することで、ＭＡＰ等の溶解度積が高い、すなわち結晶が析出し難い目標ｐＨ条件（ｐＨ＜７．８）に制御し、無機スールの生成を抑制して膜分離装置２の膜面を健全に維持することができる。
上述の操作により、ｐＨ＜７．８に調整した膜分離槽内の消化液は、再びメタン発酵槽１へ返送される。この消化液の循環液量はメタン発酵槽における槽内液量に比べて非常に流量が少ない。本実施の形態では、メタン発酵槽１における槽内液量５．０Ｑｍ３に対して、メタン発酵槽１と膜分離槽２との間で循環する循環液量は５．０Ｑｍ３／ｄに設定しており、これはメタン発酵槽内の消化液が１回／日当り入れ替わる程度である。
従って、膜分離槽２からメタン発酵槽１へ返送する消化液の循環液量では通常運転時のメタン発酵槽内のｐＨ変動にほとんど影響を与えず、メタン発酵槽１の消化液は最適化ｐＨ条件（ｐＨ＝８）近似の所定範囲内に維持される。
このように、本実施の形態では、膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件に制御することで、メタン発酵槽１でのメタン発酵の最適化と膜分離槽２でのＭＡＰ等の無機スケールの生成を抑制することを同時に実現できる。
また、制御装置５０はメタン発酵槽１に設けたｐＨ計１５でメタン発酵槽１の消化液のｐＨを監視しており、メタン発酵槽１の消化液のｐＨが最適化ｐＨ条件（ｐＨ＝８）近似の所定範囲を逸脱する場合には、ｐＨ計１５の測定値を指標としてｐＨ調整剤供給系１７から適量のｐＨ調整剤を膜分離槽２の消化液に添加し、メタン発酵の最適化を維持する。このように、双方のｐＨ調整剤供給系１７を使用して膜分離槽２とメタン発酵槽１とのｐＨ条件を個別に制御することも可能である。
図５および図６は、バイオエタノール蒸留残渣を上述の膜型メタン発酵処理した際の膜分離槽内ｐＨ（無調整もしくは塩鉄添加で調整）と、ＭＡＰ結晶生成による膜分離装置の膜透過流束低下の実験データを示すものである。図５に示すように、塩化第二鉄０．６％添加するＲｕｎ１および塩化第二鉄０．３％添加するＲｕｎ２では、膜透過液ｐＨは７．８以下に維持され、ＭＡＰは生成しないが、ｐＨ調整を行わないＲｕｎ３ではｐＨが８以上となる。また、図６に示すように、塩化第二鉄０．６％添加するＲｕｎ１および塩化第二鉄０．３％添加するＲｕｎ２では、膜透過流束はほぼ０．４ｍ／ｄを越えて維持され、ＭＡＰは生成しないが、ｐＨ調整を行わないＲｕｎ３では膜透過流束は０．３ｍ／ｄ以下に低下し、薬品洗浄により一時的に回復するが、直ちに膜透過流束は０．３ｍ／ｄ以下に低下する。
なお、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ３の期間中メタン発酵槽のｐＨ値はメタン発酵槽へのｐＨ調整剤の添加なしでｐＨ＝８近傍で維持された。
図２は本発明の他の実施の形態を示すものである。先の実施の形態と同様の構成部材には同符号を付して説明を省略する。図２に示す構成では、ＣＯ２濃縮手段としてＣＯ２濃縮機２１を設けている。ＣＯ２濃縮機２１は一次側がバイオガス排出系９に連通し、二次側が分岐管１０に連通しており、メタン発酵槽１で発生するバイオガスからＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを分離する。ＣＯ２リッチガスは膜分離装置５の散気装置５ａに供給し、ＣＯ２リッチガスを消化液へ吹き込んで消化液に炭酸ガスを溶解させる。本実施の形態では膜分離槽内の消化液に散気するが、メタン発酵槽１から膜分離槽２へ流入する消化液に吹き込むことも可能である。
制御装置５０は、膜分離槽２のｐＨ計１４の測定値を指標としてブロア１１を制御してＣＯ２濃縮機２１によるＣＯ２リッチガスの吹込量を調整する。この制御装置によるＣＯ２リッチガスの吹込量の調整によって膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件（ｐＨ＜７．８）以下の所定範囲内に調整することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件（ｐＨ＝８）近似の所定範囲内に維持する。
このように、本実施の形態では、ＣＯ２リッチガスを膜分離槽２へ吹き込んで消化液に炭酸ガスを溶解させることで、膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件よりも低く制御し、膜分離槽２でのトラブルを未然に回避する。尚、必要に応じて先の実施の形態と同様に、ｐＨ計１４、１５の測定値に基づいてｐＨ調整剤供給系１６、１７から適量のｐＨ調整剤を補助的に添加することも可能である。
図３は本発明の他の実施の形態を示すものである。先の実施の形態と同様の構成部材には同符号を付して説明を省略する。図３に示す構成は、基本的に先の実施の形態と同様のメタン発酵に係る処理を行うものであるが、原料中にリン、マグネシウム、窒素などが多量に含まれることで、膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件に維持し、かつメタン発酵槽内を最適化ｐＨ条件に維持することが困難となる場合を想定するものである。
このため、濃縮分離手段として濃縮分離槽２２を設けている。本実施の形態では濃縮分離槽２２は凝集沈殿槽からなるが、濃縮分離手段としては機械式の遠心濃縮機、多重円盤式等のものを採用することも可能である。
濃縮分離槽２２は流入側が送液ポンプ２０を介してメタン発酵槽１に接続し、流出側が返送系２３を介して膜分離槽２に連通している。
この構成により、濃縮分離槽２２では、送液ポンプ２０により供給するメタン発酵槽１の消化液に脱リン、脱硫効果を持つ鉄系凝集剤を添加して濃縮汚泥と分離液とに分離する。濃縮汚泥はリン、マグネシウム、アンモニア等の無機スケール生成物質を無機系汚泥として含み、この濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出することで、濃縮分離槽２２に供給された消化液中の無機スケール生成物質は低減される。分離液は無機スケール生成物質が低減された状態でポンプ２４により返送系２３を介して膜分離槽２に移送される。
図４は本発明の他の実施の形態を示すものである。先の実施の形態と同様の構成部材には同符号を付して説明を省略する。図４に示す構成は、基本的に先の実施の形態と同様のメタン発酵に係る処理を行うものであるが、膜分離装置として加圧型膜分離装置２５を使用する。
加圧型膜分離装置２５は、一次側が送液ポンプ２０を介してメタン発酵槽１に連通し、二次側が汚泥返送系２６を介してメタン発酵１に連通している。ｐＨ調整剤供給系１６は、メタン発酵槽１から加圧型膜分離装置２５へ供給する消化液にｐＨ調整剤を添加し、ｐＨ計１４はメタン発酵槽１から加圧型膜分離装置２５へ供給する消化液のｐＨを測定する。
この構成により、メタン発酵槽１から導く消化液を加圧型膜分離装置２５で濃縮して分離液と濃縮汚泥とに分離し、分離液は系外へ取り出し、濃縮汚泥は汚泥返送系２６を通してメタン発酵槽１へ返送する。
制御装置５０は、ｐＨ計１４の測定値を指標としてｐＨ調整剤供給系１６によるｐＨ調整剤の添加量を制御することで、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、加圧型膜分離装置内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件以下の所定範囲内に調整する。
また、原料中に窒素、リン、マグネシウム、窒素などが多量に含まれることで、膜分離槽内のｐＨ条件を目標ｐＨ条件に維持し、かつメタン発酵槽内を最適化ｐＨ条件に維持することが困難となる場合には、先の実施の形態における濃縮分離手段としての濃縮分離槽２２を併設することも可能である。
Claims (8)
- 無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
- 無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、メタン発酵槽で発生するバイオガスからＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを分離し、ＣＯ２リッチガスを膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液に吹き込んでＣＯ２を溶解させることにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
- 無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽から消化液を取り出し、この消化液を加圧型膜分離装置で濃縮して分離液と濃縮汚泥とに分離し、加圧型膜分離装置の分離液を系外へ取り出し、加圧型膜分離装置の濃縮汚泥をメタン発酵槽へ返送し、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、加圧型膜分離装置内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
- 無機スケール生成物質を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、膜分離装置を浸漬した膜分離槽との間で消化液を循環し、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件以下の所定範囲内に調整し、メタン発酵槽から取り出す消化液を濃縮分離手段で濃縮して、無機スケール生成物質を無機系汚泥として含む濃縮汚泥と分離液とに分離し、濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出し、分離液を膜分離槽へ移送することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
- 無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量をｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
- 無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、メタン発酵槽で発生するバイオガスからＣＯ２濃度を高めたＣＯ２リッチガスを分離し、ＣＯ２リッチガスを膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液に吹き込むＣＯ２濃縮手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ＣＯ２濃縮手段によるＣＯ２リッチガスの吹込量を、ｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるＣＯ２リッチガスの吹込量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
- 無機スケール生成物質としてリン、マグネシウム、窒素を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽から導く消化液を濃縮して分離液と濃縮汚泥とに分離し、分離液を系外へ取り出し、濃縮汚泥をメタン発酵槽へ返送する加圧型膜分離装置と、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、メタン発酵槽から加圧型膜分離装置へ供給する消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量を、ｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、加圧型膜分離装置内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件である６．６＜ｐＨ＜８．０に調整することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
- 無機スケール生成物質を含む原料の有機性廃棄物が流入するメタン発酵槽と、メタン発酵槽との間で消化液が循環する膜分離槽と、膜分離槽に浸漬した膜分離装置と、メタン発酵槽から導く消化液を濃縮して無機スケール生成物質を無機系汚泥として含む濃縮汚泥と分離液とに分離し、濃縮汚泥を系外へ余剰消化汚泥として排出し、分離液を膜分離槽へ移送する濃縮分離手段と、膜分離槽内の消化液もしくはメタン発酵槽から膜分離槽へ流入する消化液にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、膜分離槽における消化液のｐＨを測定するｐＨ計と、ｐＨ調整剤添加手段によるｐＨ調整剤の添加量をｐＨ計の測定値を指標として制御する制御装置を備え、制御装置によるｐＨ調整剤の添加量の調整によって、メタン発酵槽内のｐＨ条件をメタン発酵に適した最適化ｐＨ条件近似の所定範囲内に維持しつつ、膜分離槽内のｐＨ条件をスケールが生成しない目標ｐＨ条件以下の所定範囲内に調整することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
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