JPWO2008102478A1

JPWO2008102478A1 - メタン発酵装置およびその運転方法

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Publication number: JPWO2008102478A1
Application number: JP2009500058A
Authority: JP
Inventors: 山本　哲也; 哲也山本; 若原　慎一郎; 慎一郎若原; 正史師
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2010-05-27
Also published as: WO2008102478A1

Abstract

密閉型嫌気槽２の槽体天井部にメンテナンス孔１６を形成する複数の液封部材１５と、メンテナンス液位に保持する液位調整装置とを備え、メンテナンス孔１６の下端開口がメンテナンス時に液面下に没する。

Description

本発明は、メタン発酵装置およびその運転方法に関し、特に大規模なメタン発酵プラントで、バイオエタノール蒸留廃液、生ごみ、食品廃棄物、下水汚泥等をメタン発酵させる技術に係るものである。

従来の膜分離装置を利用したメタン発酵装置には、日本国特許公開公報（特開２０００−８６２１４号公報）に開示するものがある。

これは、嫌気性消化槽とは別途に膜分離槽を設けるものであり、膜分離槽には膜分離装置とガス攪拌装置とを設けている。膜分離装置は管状セラミック膜や平板状有機膜などの外圧型分離膜を有しており、ガス攪拌装置は膜分離装置の下方位置から攪拌ガスを噴出するものである。

このメタン発酵装置は、有機性廃棄物を嫌気性消化槽に導入してメタン発酵させるものであり、有機性廃棄物は、発酵不適物を除去した後のペースト状のものであり、所定濃度に濃度調整したものである。膜分離槽には嫌気性消化槽内で発生した消化汚泥（発酵汚泥）の一部を送り、ガス攪拌装置には嫌気性消化槽で発生したバイオガスの一部を攪拌ガスとして供給する。

膜分離槽に流入する消化汚泥（発酵汚泥）はガス攪拌装置より噴出するバイオガスで攪拌する。このバイオガスによるエアリフト作用で生じる上向流で膜分離装置の分離膜の膜面を洗浄する。この洗浄状態において、膜分離装置が消化汚泥を固液分離し、膜分離槽内の消化汚泥（発酵汚泥）とバイオガスを嫌気性消化槽へ返送する。

ところで、上述したようなメタン発酵装置では、嫌気性消化槽（メタン発酵槽）および膜分離槽においてメンテナンス時にも常時バイオガスが発生しており、メンテナンス時には作業者の酸欠を防止する方策が必要であり、その方策は嫌気性消化槽（メタン発酵槽）が大規模であるほどに十分な設備で行なうことが必要不可欠となる。さらに、開口面積が広いとメタン発酵汚泥が外気（酸素）と接触する機会が増加し、発酵活性の低下が懸念される。

本発明は上記課題を解決するものであり、メンテナンス性に優れたメタン発酵装置およびその運転方法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、本発明のメタン発酵装置は、密閉型嫌気槽と、密閉型嫌気槽の槽体天井部に配設する複数の液封部材と、密閉型嫌気槽内に浸漬し、何れかの液封部材に対応する複数のメンテナンス対象機器とを備え、各液封部材は、メンテナンス対象機器が通過可能なメンテナンス孔と、メンテナンス孔の上端開口を覆う開閉可能な遮蔽部とを有し、かつメンテナンス孔の下端開口がメンテナンス時に液面下に没する形状をなすことを特徴とする。

また、密閉型嫌気槽は、相互に連通する密閉型嫌気槽部と膜分離槽部からなり、膜分離槽部にメンテナンス対象機器をなす膜分離装置を浸漬したことを特徴とする。

また、密閉型嫌気槽の槽内液位をメンテナンス液位に保持する液位調整装置を備えることを特徴とする。

また、液位調整装置は、供給するバイオガス量に応じて槽内液位を上昇させる装置であって、密閉型嫌気槽の槽内液面下においてバイオガスを貯溜するガス貯溜部と、密閉型嫌気槽で生じるバイオガスをガス貯溜部へ供給するガス供給系とを備えることを特徴とする。

また、密閉型嫌気槽の槽体天井部は、その内部空間が上部ほど狭くなる形状をなすことを特徴とする。

また、各液封部材は、メンテナンス孔の下端開口が密閉型嫌気槽内で実質的に同じ高さ位置に開口することを特徴とする。

また、各液封部材は、メンテナンス孔の上端開口が密閉型嫌気槽の槽体天井部上で実質的に同じ高さ位置に開口することを特徴とする。

また、メンテナンス対象機器が、攪拌装置、膜分離装置、水中ポンプ、固定担体、これらの機器を構成する構成要素の一部のうちで少なくとも何れかであることを特徴とする。

また、複数のメンテナンス対象機器を直線状に、あるいは円環状に配列したことを特徴とする。

また、複数のメンテナンス対象機器により機器群を形成し、複数の機器群を密閉型嫌気槽内に配置し、相互に隣合う機器群の間に仕切壁を設け、仕切壁で隔てた双方の領域を連通する開口を仕切壁に形成したことを特徴とする。

また、本発明のメタン発酵装置の運転方法は、密閉型嫌気槽内に浸漬する複数のメンテナンス対象機器のそれぞれを、各メンテナンス対象機器に対応して槽体天井部に設ける複数の液封部材の各メンテナンス孔を通して槽外へ引き出すのに際し、全ての液封部材のメンテナンス孔の下端開口が液面下に没する槽内液位に液位調整することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、密閉型嫌気槽内に浸漬した複数のメンテナンス対象機器をメンテナンスする際に、複数の液封部材のメンテナンス孔の下端開口が液面下に没することで液封される。このとき、一度の液位操作によって複数のメンテナンス孔の下端開口が液面下に没する。

この状態で、メンテナンス対象機に対応する液封部材の遮蔽部を開放してメンテナンスを行なうことで、遮蔽部を開放したメンテナンス孔においてのみ密閉型嫌気槽の液面が外気の空気と接触し、このメンテナンス孔を囲む壁体を隔てた外周囲の密閉型嫌気槽の液面が外気の空気と接触することがない。よって、メンテナンス時の空気の流入によって密閉型嫌気槽内の嫌気性雰囲気が阻害される悪影響を軽減できる。

密閉型嫌気槽の槽体天井部の内部空間が上部側ほど狭くなる空間形状をなすことで、メンテナンス孔の下端開口を液封するメンテナンス液位にまで容易に槽内液位を増加させることが可能となる。

メンテナンス機器の機器群の相互間に設けた仕切壁が双方の槽内領域を連通する開口を有することで、下向流の相互の干渉を防止しながら、槽内全体のメタン発酵液性状の平準化を実現できる。

本発明の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す横断面図同メタン発酵装置を示す縦断面図同メタン発酵装置を示す一部破断平面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平断面図同メタン発酵装置を示す横断面図本発明の他の実施の形態における液位調整装置を示す模式図本発明の他の実施の形態における液位調整装置を示す模式図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す横断面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す横断面図同実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す横断面図同実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平断面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平断面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平断面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平断面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平断面図本発明の他の実施の形態におけるメタン発酵装置を示す平断面図

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〜図３において、メタン発酵装置１は密閉型嫌気槽２と台座部３と膜分離装置４とを備えている。本実施の形態において密閉型嫌気槽２はメタン発酵槽である。本発明においてメンテナンス対象機器には攪拌装置、膜分離装置、水中ポンプ、固定担体、およびこれらの機器を構成する構成要素の一部のうちで少なくとも何れかであるが、ここでは膜分離装置４がメンテナンス対象機器である。なお、上述した各機器を構成する構成要素の一部には、例えば膜分離装置を構成する膜カートリッジのみの構成などが該当する。

密閉型嫌気槽２およびは台座部３はコンクリート製もしくは鋼板製からなる。台座部３は密閉型嫌気槽２の中央部に槽体の一側から他側に向けて直線状に配置したものであり、複数の膜分離装置４が台座部３の上に直線状に配列してある。

台座部３は後述する内部流路５を有し、隣接し合う複数の膜分離装置４と台座部３とで上向流路６をなすドラフトチューブ部７を槽中央部に形成しており、ドラフトチューブ部７で隔てる密閉型嫌気槽２の両側領域に下向流路８を形成している。

台座部３は膜分離装置４の配列方向に沿った両側下部に側部開口９を有し、上端に連通口１０を有している。台座部３の内部流路５はドラフトチューブ部７の下向流路６の一部をなし、台座部３の内部流路５と下向流路８とが側部開口９を通して連通している。

膜分離装置４はケーシング１１と散気装置１２と膜ユニット１３からなり、ケーシング１１は台座部３の連通口１０を囲んで配置し、散気装置１２はケーシング１１の内部に配置してあり、膜ユニット１３はケーシング１１で支持して散気装置１２の上方に着脱自在に配置してある。

膜ユニット１３は複数の浸漬型平膜カートリッジ１３ａを平行に配置してなり、浸漬型平膜カートリッジ１３ａの相互間に流路を形成している。本実施の形態では、浸漬型平膜カートリッジ１３ａを複数の膜ユニット１３の配列方向と直交する方向に配列している。しかし、浸漬型平膜カートリッジ１３ａは複数の膜ユニット１３の配列方向に沿って配列することも可能である。

浸漬型平膜カートリッジ１３ａは平板状の濾板と濾板の表裏を覆って配置した平膜状のろ過膜からなる。浸漬型平膜カートリッジ１３ａに替えて浸漬型チューブラー膜を用いることも可能である。膜ユニット１３には吊り下げ手段をなすチェーン等の索体がヒンジ等を介して連結してあり、密閉型嫌気槽２の上方には天井走行クレーン等からなる自走式の吊り上げ装置（図示省略）が設けてある。

台座部３の上には複数の隔壁１４が設けてあり、隔壁１４は複数の膜ユニット１３毎の膜ユニット１３の相互間に配置してあり、ケーシング１１は台座部３の上端から膜ユニット１３の下端の間を遮蔽している。

密閉型嫌気槽２の槽体天井部２ａには複数の液封部材１５が配置してあり、槽体天井部２ａは槽体側部から液封部材１５に向けてテーパー状に傾斜し、槽体天井部の内部空間２ｂが上部側ほど狭くなる空間形状をなしている。

本実施の形態では複数の液封部材１５を一体のケーシングとして形成しているが、各液封部材１５を個々に独立したケーシングとすることも可能である。各液封部材１５は、メンテナンス孔１６を形成する壁体１７とメンテナンス孔１６の上端開口を覆う蓋１８を有しており、メンテナンス孔１６は液封部材１５のケーシング形状に準じた形状をなす。蓋１８は開閉可能な遮蔽部を形成し、鋼板、樹脂、シート遮蔽材等からなる。

液封部材１５およびメンテナンス孔１６は、水平断面形状が円形、多角形などの種々の形状に形成することができ、メンテナンス対象機器の形状や作業性を考慮して決定する。

本実施の形態では、各液封部材１５のメンテナンス孔１６がメンテナンス対象機器である１つの膜分離装置４に対応している。しかしながら、１つのメンテナンス孔１６が複数のメンテナンス対象機器に対応する構造とすることも可能であり、１つのメンテナンス孔１６が一つのメンテナンス対象機器の構成要素の一部分に対応する構造とすることも可能であり、何れのメンテナンス対象機器にも対応しないメンテナンス孔１６が存在しても良い。

壁体１７はコンクリート製もしくは鋼板製であり、側壁部１７ａと隔壁部１７ｂとからなる。側壁部１７ａは膜分離装置４の配列方向に沿って密閉型嫌気槽２の槽体の一側から他側に向けて直線状に配置してある。隔壁部１７ｂは１つもしくは複数の膜ユニット１３毎に配置するものであり、ここでは３つの膜ユニット１３毎に隔壁１４の上方に配置してある。

液封部材１５はメンテナンス孔１６の下端開口が密閉型嫌気槽２の槽内の発酵汚泥の通常液位において液面上に露出し、メンテナンス時における液位であって通常液位よりも高いメンテナンス液位において液面下に没する形状をなす。

メタン発酵装置１は、密閉型嫌気槽２の槽内液位をメンテナンス液位に保持する液位調整装置を有している。この液位調整装置には種々のものがある。本実施の形態では液位調整装置が傾斜壁１９とガス供給系２０からなる。

傾斜壁１９は、その形状および設置位置が槽内での混合攪拌作用を妨げないものであることが望ましく、ここでは密閉型嫌気槽２の内壁面から中央部へ向けて斜め下方に張り出してガスを貯溜する形状をなし、密閉型嫌気槽２の内壁面との間にガス貯溜部２ｃを形成している。

傾斜壁１９は、本実施の形態に示すような断面形状が直線状のものに限らず種々の形状に形成することが可能であり、例えば断面形状がＬ字型もしくは円弧型をなす形状も適用可能である。

ガス貯溜部２ｃは、密閉型嫌気槽２の液面下で密閉型嫌気槽２の容積の一部を共有し、内部に存在する発酵汚泥を内部に貯溜するガス量の増加に伴って排斥する構造をなす。

ガス供給系２０は密閉型嫌気槽２で生じるバイオガスをガス貯溜部２ｃに供給し、ガス貯溜部２ｃから発酵汚泥を排斥することで密閉型嫌気槽２の槽内液位を上昇させる。このガス貯溜部２ｃの容積は、後述するように、密閉型嫌気槽２の槽内液位を通常液位Ｌ１からメンテナンス液位Ｌ２にまで上昇させるのに必要十分なものである。

本実施の形態においては傾斜壁１９が所定の水深下にある。しかし、傾斜壁１９は密閉型嫌気槽２の水深の浅い上部領域に配置することも可能である（図中に一点鎖線で表示）。この場合にはガス貯溜部２ｃに作用する水頭圧力が小さくなることでガス貯溜部２ｃへのバイオガスの供給が容易となる。

ガス供給系２０は、槽体天井部の内部空間２ｂからガスホルダー（図示省略）に至る第１管路２０ａと、第１管路２０ａの途中からブロア２１を介して散気装置１２に至る第２管路２０ｂと、ガス貯溜部２ｃと第１管路２０ａとを連通する第３管路２０ｃと、密閉型嫌気槽２の槽底部に設けた汚泥排出管２２と第３管路２０ｃとを連通する第４管路２０ｄと、第２管路２０ｂと第３管路２０ｃとを連通する第５管路２０ｅと、第２管路２０ｂを開閉する第１バルブ２０ｆと、第３管路２０ｂを開閉する第２バルブ２０ｇおよび第３バルブ２０ｈと、第４管路２０ｄを開閉する第４バルブ２０ｉと、第５管路２０ｅを開閉する第５バルブ２０ｊからなる。汚泥排出管２２は汚泥排出バルブ２２ａを有しており、第４管路２０ｄに替えて水頭差を利用して洗浄水を供給する管路を接続することも可能である。

膜分離装置４には膜透過液を引き出す透過液管路２３が連通し、透過液管路２３は吸引ポンプ２４を介して貯留槽２５に連通しており、吸引ポンプ２４は膜分離装置４に駆動圧力として吸引圧を与える。膜分離装置４の駆動方式は、吸引ポンプ２４による強制吸引方式に替えて密閉型嫌気槽内の自然水頭圧を駆動圧力とする水頭圧方式を作用することも可能である。

貯留槽２５には放流管路２５ａと戻り管路２５ｂが設けてあり、戻り管路２５ｂが密閉型嫌気槽２に連通し、戻り管路２５ｂにポンプ２５ｃおよびバルブ２５ｄを設けている。しかし、戻り管路２５ｂはポンプ２５ｃを設けずに自然流下方式とすることも可能である。密閉型嫌気槽２の上部には処理対象の有機性廃棄物をペースト状もしくは他の形態で供給する原料供給系２６を設けている。

ところで、上述した液位調整装置は、貯留槽２５、戻り管路２５ｂ、ポンプ２５ｃおよびバルブ２５ｄによって構成することも可能である。この場合には、メンテナンス時に貯留槽２５から膜透過液を必要量だけ密閉型嫌気槽２に戻してメンテナンス液位を実現する。

密閉型嫌気槽２の液位の調整は、原料供給系２６から供給する有機性廃棄物量と、膜分離装置４を通して引き出す膜透過液量と、汚泥排出管２２を通して排出する汚泥量とを調整することでも実現できる。あるいは、汚泥排出管２２から槽内へ排出汚泥を返送することでも実現できる。

図６は他の液位調整装置を示すものであり、密閉型嫌気槽２の内部で、かつ液面下にゴム等の弾性体からなるバルーン５０を配置し、バルーン５０にガス供給系２０を接続して液位調整装置を実現している。

この構成では、通常時はバルーン５０がしぼんだ状態にあり、メンテナンス時はガス供給系２０から供給するバイオガスでバルーン５０を膨張させて膨張したバルーンの体積に相当する発酵汚泥を排斥することで槽内液位を上昇させる。

図７は他の液位調整装置を示すものであり、密閉型嫌気槽２と連通するタンク５１を設け、タンク５１にガス供給系２０を接続して液位調整装置を実現している。

この構成では、通常時はタンク５１に発酵汚泥を貯留し、メンテナンス時はガス供給系２０から供給するバイオガスでタンク５１の内部の発酵汚泥を密閉型嫌気槽２に押し出すことで槽内液位を増加させる。

以下、上記した構成における作用を説明する。
（通常運転時）
通常運転時には密閉型嫌気槽２の槽内液位を通常液位Ｌ１に維持し、この通常液位Ｌ１にてメタン発酵を行いつつ膜分離装置４で発酵汚泥を固液分離する。この通常液位Ｌ１の維持は、原料供給系２６から供給する有機性廃棄物量と、膜分離装置４を通して引き出す膜透過液量と、汚泥排出管２２を通して排出する汚泥量とを調整して行う。

この通常運転時では、第１バルブ２０ｆ、第２バルブ２０ｇ、第３バルブ２０ｈを開き、第４バルブ２０ｉ、第５バルブ２０ｊを閉じる。この状態で、密閉型嫌気槽２で生じるバイオガスが槽体天井部２ａの内部空間２ｂに流入し、バイオガスは槽体天井部２ａのテーパー形状に沿って頂部側へ集まる。このバイオガスは第１管路２０ａを通してガスホルダーに捕集しつつ、バイオガスの一部はブロア２１により第２管路２０ｂを通して散気装置１２に供給し、散気装置１２からドラフトチューブ部７の上向流路６に散気する。

ガス貯溜部２ｃに流入するバイオガスは第３管路２０ｃおよび第１管路２０ａを通してガスホルダーに捕集する。このため、ガス貯溜部２ｃにバイオガスは貯まらない。

膜分離装置４は吸引ポンプ２４の駆動圧力を受けて発酵汚泥を固液分離し、膜分離ユニット１３の浸漬型平膜カートリッジ１３ａを透過した膜透過液は透過液管路２３を通して貯留槽２５に送って貯留する。

ドラフトチューブ部７では散気装置１２から散気するバイオガスのエアリフト作用により上向流が生じる。この上向流が膜分離装置４の膜分離ユニット１３を通過してドラフトチューブ部７から密閉型嫌気槽２の槽上部領域に流出し、その後に下向流路８へ流れる。この間に発酵汚泥の上向流が膜分離ユニット１３の浸漬型平膜カートリッジ１３ａのろ過膜の膜面に沿ってクロスフローで流れ、ろ過膜の膜面を洗浄する。

また、狭い流路をなすドラフトチューブ部７の内部に上向流が生じることでドラフト効果が起きて強い吸引力が発生する。下向流路８において密閉型嫌気槽２の槽底部領域に達した発酵汚泥がドラフト効果に起因する強い吸引力を受けて台座部３の側部開口９を通してドラフトチューブ部７に流入する。

したがって、発酵汚泥が密閉型嫌気槽２の上部領域と槽底部領域とにわたって循環し、密閉型嫌気槽２の内部において発酵汚泥の循環および攪拌が効率的にかつ十分に行なわれる。

このとき、液封部材１５の壁体１７の下端、つまりメンテナンス孔１６の下端開口が密閉型嫌気槽２の槽内の通常液位Ｌ１において液面上に露出している。このため、液封部材１５の壁体１７が発酵汚泥の循環を阻害することがなく、液封部材１５にスカムが溜まることに起因する液封部材１５の閉塞がない。また、傾斜壁１９が下向流を台座部３の下端に向けて案内するので、密閉型嫌気槽２の下端周辺部に沈殿物が滞留することを抑制できる。

したがって、上述した構成、つまり台座部３と複数の膜分離装置４とで槽中央部に上向流路６をなすドラフトチューブ部７を形成するとともに、ドラフトチューブ部７で隔てる密閉型嫌気槽２の両側領域に下向流路８を形成する構成においては、ドラフトチューブ部７のドラフト効果で密閉型嫌気槽２の内部の発酵汚泥が上向流路６と下向流路８とからなる循環流路を淀むことなく循環し、密閉型嫌気槽２の内部で発酵汚泥が十分に攪拌される。

また、複数の膜分離装置４を槽中央部に一列に配列することで、循環する水流が膜分離装置４を境とする左右の領域のそれぞれにおいて一様な方向に循環し、攪拌の効果が最大となる。
（メンテナンス時）
メンテナンス時には、密閉型嫌気槽２の槽内液位を、通常運転時の槽内液位である通常液位Ｌ１よりも高く、かつメンテナンス孔の下端開口が液面下に没するメンテナンス液位Ｌ２に維持し、膜分離装置４の運転を停止してメンテナンスを行なう。このメンテナンス液位Ｌ２は、定期的なメンテナンス時期が定まっている場合には、原料供給系２６から供給する有機性廃棄物量と、膜分離装置４を通して引き出す膜透過液量と、汚泥排出管２２を通して排出する汚泥量とを調整して行うこともできる。

定期的あるいは任意の時期にメンテナンスを行なう場合には、液位調整装置によって密閉型嫌気槽２における液位をメンテナンス液位Ｌ２にまで上昇させる。このため、メンテナンス時には、第２バルブ２０ｇ、第５バルブ２０ｊを開き、第１バルブ２０ｆ、第３バルブ２０ｈ、第４バルブ２０ｉを閉じた状態とする。

槽体天井部２ａの内部空間２ｂに集まるバイオガスの一部をブロア２１により第５管路２０ｅ、第３管路２０ｃを通してガス貯溜部２ｃに供給する。このバイオガスによりガス貯溜部２ｃの内部領域から発酵汚泥を排斥することで密閉型嫌気槽２の槽内液位をメンテナンス液位Ｌ２にまで上昇させる。全てのメンテナンス孔の下端開口の高さ位置は実質的に同一であるので、メンテナンス液位Ｌ２においてメンテナンス孔１６の下端開口は液面下に没して液封される。

このとき、膜分離装置４が密閉型嫌気槽２の槽体の一側から他側に向けて直線状に配置してあることで、槽体天井部２ａおよび液封部材１５の構造が簡略なものとなる。密閉型嫌気槽２の槽体天井部２ａの内部空間２ｂが上部側ほど狭くなるテーパー状の空間形状をなすので、メンテナンス孔１６の下端開口を液封するメンテナンス液位Ｌ２にまで槽内液位を増加させることが容易となる。

この状態で、メンテナンス対象の膜分離装置４に対応するメンテナンス孔１６の蓋１８を開放し、自走式の吊り上げ装置（図示省略）で個々の膜ユニット１３をケーシング１１から引き上げ、密閉型嫌気槽２の外部へ取り出してメンテナンスを行なう。

このとき、蓋１８を開放したメンテナンス孔１６においてのみ密閉型嫌気槽２の液面が外気の空気と接触し、側壁部１７ａおよび隔壁部１７ｂで隔てたメンテナンス孔１６の外周囲の密閉型嫌気槽２の液面が外気の空気と接触することがない。よって、メンテナンス時の空気の流入によって密閉型嫌気槽２の内部の嫌気性雰囲気が阻害される悪影響を軽減できる。しかも、作業者は外部に開放された領域において作業することで酸欠となることがない。

密閉型嫌気槽２における液位をメンテナンス液位Ｌ２にまで上昇させることは、膜透過液を戻すことでも可能である。つまり、戻り管路２５ｂのバルブ２５ｄを開き、ポンプ２５ｃで貯留槽２５の膜透過液を密閉型嫌気槽２へ戻す。膜透過液は自然流下によって貯留槽２５から密閉型嫌気槽２へ戻すことも可能であり、図面に開示していないがバイオガスを貯留槽２５に注入してガス圧で貯留槽２５から密閉型嫌気槽２へ膜透過液を戻すことも可能である。

密閉型嫌気槽２に堆積する高濃度の汚泥堆積物は定期的に排出し、汚泥排出バルブ２２ａを開いて汚泥排出管２２を通して次工程へ排出する。排出後に、汚泥排出管２２にはバイオガスを供給して洗浄する。このため、第４バルブ２０ｉ、第５バルブ２０ｊを開き、第１バルブ２０ｆ、第２バルブ２０ｇ、第３バルブ２０ｈを閉じた状態とする。この状態で、ブロア２１により第５管路２０ｅおよび第４管路２０ｄを通してバイオガスを汚泥排出管２２に供給し、配管内に残留する余剰汚泥を排出する。あるいは別途の方法として水頭差を利用して洗浄水を供給することで管路を洗浄することも可能である。

図４〜図５に示すように、膜分離装置４は密閉型嫌気槽２の槽体の一側から他側に向けて直線状に、かつ複数列に配置することも可能であり、膜分離装置４の各列は相互に所定間隔をあけて平行に配置する。

この場合、相互に隣合う膜分離装置４の列間には仕切壁２７を設けており、仕切壁２７には開口２８を形成している。この開口２８が仕切壁２７で隔てる両側の槽内領域を液面下で連通している。

各液封部材１５は膜分離装置４の各列毎に対応しており、各液封部材１５のそれぞれに槽体天井部２ａを個別に設けている。全ての液封部材１５はメンテナンス孔の下端開口が密閉型嫌気槽２の内部で同じ高さ位置に開口しており、全ての液封部材１５はメンテナンス孔の上端開口が密閉型嫌気槽２の槽体天井部２ａの上で同じ高さ位置に開口している。

この構成では、平行に配置した膜分離装置４の相互間に設けた仕切壁２７が両側の槽内領域における下向流の相互干渉を防止することで、両側の各槽内領域の全体において発酵汚泥が密閉型嫌気槽２の上部領域と槽底部領域とにわたって円滑に循環する。

よって、各槽内領域毎に発酵汚泥の循環および攪拌を効率的にかつ十分に行うことができる。また、発酵汚泥の円滑な循環によって密閉型嫌気槽２の槽内にメタン発酵液が滞留する死角となる領域が存在せず、かつ仕切壁２７の開口２８を通して双方の槽内領域のメタン発酵液が流通することで、槽内全体のメタン発酵液の平準化を実現できる。

仕切壁２７は膜分離装置４の複数列おきに設けても良く、あるいは膜分離装置４の二つの列を相互に隣接して配置し、この二つの列毎に仕切壁２７を設けても良い。

全ての液封部材１５のメンテナンス孔の下端開口が実質的に同じ高さ位置に開口することで、一度の水位操作、つまりメンテナンス液位Ｌ２に保持する操作によって、全ての液封部材１５のメンテナンス孔１６の下端開口が液面下に没して液封される。全ての液封部材１５のメンテナンス孔の上端開口が密閉型嫌気槽２の槽体天井部２ａの上で実質的に同じ高さ位置に開口することで、槽体天井部２ａの上で行うメンテナンスの作業が容易に行える。

図８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要素については同符号を付して説明を省略する。

メタン発酵装置１００は膜分離装置４が密閉型嫌気槽２の槽体の一側から他側に向けて直線状に、かつ複数列に配置してあり、膜分離装置４の各列は相互に所定間隔をあけて平行に配置している。相互に隣合う膜分離装置４の列間には開口２８を有する仕切壁２７を設けている。

膜分離装置４は、複数の膜ユニット１３、ここでは２つの膜ユニット１３、１３をケーシング１１の内部に上下に積層し、下段の膜ユニット１３の下方に散気装置１２を配置している。上段の膜ユニット１３と下段の膜ユニット１３とは所定の間隙を隔てた状態にある。

各液封部材１５は膜分離装置４の各列毎に対応している。全ての液封部材１５はメンテナンス孔の下端開口が密閉型嫌気槽２の内部で実質的に同じ高さ位置に開口しており、全ての液封部材１５を含んで一つの槽体天井部２ａを設けている。

本実施の形態で示した構成、つまり膜分離装置４に複数の膜ユニット１３を多段に積層する構成、あるいは全ての液封部材１５を含んで一つの槽体天井部２ａを設ける構成は、図１で示したメタン発酵装置１にも適用可能である。

図９および図１０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要素については同符号を付して説明を省略する。

メタン発酵装置１１０は複数の攪拌装置６０を備えており、攪拌装置６０がメンテナンス対象機器である。各攪拌装置６０はドラフトチューブ部６１をなすケーシング６２の内部に配置してある。

各液封部材１５は各攪拌装置６０に対応している。全ての液封部材１５はメンテナンス孔の下端開口が密閉型嫌気槽２の内部で同じ高さ位置に開口しており、全ての液封部材１５はメンテナンス孔の上端開口が密閉型嫌気槽２の槽体天井部２ａの上で同じ高さ位置に開口しており、全ての液封部材１５を含んで一つの槽体天井部２ａを設けている。

図１１および図１２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要素については同符号を付して説明を省略する。

メタン発酵装置１２０は膜分離装置４が密閉型嫌気槽２の槽体の一側から他側に向けて所定間隔で一列に、かつ複数列に配置してあり、膜分離装置４の各列は相互に所定間隔をあけて平行に配置している。相互に隣合う膜分離装置４の列間には仕切壁２７を設けている。

各液封部材１５は各膜分離装置４に対応している。全ての液封部材１５を含んで一つの槽体天井部２ａを設けている。

図１３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要素については同符号を付して説明を省略する。

メタン発酵装置１３０は円形状の密閉型嫌気槽２の槽体内に膜分離装置４が配置してある。膜分離装置４は円形状のケーシング１１の内部に複数の膜ユニット１３をケーシング１１の内側面に沿って所定間隔で円環状に配置し、かつケーシング１１の内部に複数の膜ユニット１３を上下に積層してあり、下段の膜ユニット１３の下方に散気装置１２を配置している。

図１４に示すように、膜分離装置４は円形状のケーシング１１の内部に複数の膜ユニット１３をケーシング１１の内側面に沿って連続して円環状に配置することも可能である。

図１５に示すように、膜分離装置４は円形状のケーシング１１の内部に複数の膜ユニット１３をケーシング１１の内側面に沿って所定間隔で円環状に配置し、かつケーシング１１に囲まれた密閉型嫌気槽２の中心位置に膜ユニット１３を配置することも可能である。

図１６に示すように、膜分離装置４は円形状のケーシング１１の内部に複数の膜ユニット１３をケーシング１１の内側面に沿って連続して円環状に配置し、かつケーシング１１に囲まれた密閉型嫌気槽２の中心位置に膜ユニット１３を配置することも可能である。

図１７に示すように、膜分離装置４は第１の円形状のケーシング１１ａの内部に複数の膜ユニット１３をケーシング１１ａの内側面に沿って連続して円環状に配置し、かつ第１のケーシング１１ａに囲まれた密閉型嫌気槽２の中心位置に膜ユニット１３を配置し、さらに第１のケーシング１１ａを囲んで第２の円形状のケーシング１１ｂを配置し、第２の円形状のケーシング１１ｂの内部に複数の膜ユニット１３をケーシング１１ｂの内側面に沿って連続して円環状に配置することも可能である。

図１８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要素には同符号を付して説明を省略する。

この実施の形態では、密閉型嫌気槽２が相互に連通するメタン発酵槽部７１と膜分離槽部７２からなり、膜分離槽部７２にメンテナンス対象機器をなす膜分離装置４を浸漬し、膜分離槽部７２の槽体天井部７２ａに液封部材１５が配置してある。槽体天井部７２ａおよび液封部材１５は先の実施の形態のものと同様である。また、膜分離装置４の配置は、先の実施の形態で示したものと同様に、種々の形に構成できる。

メタン発酵槽部７１と膜分離槽部７２は一体の槽を壁で仕切った構造とすることも可能であるが、ここではメタン発酵槽部７１と膜分離槽部７２はそれぞれ別体の槽からなる。

メタン発酵槽部７１と膜分離槽部７２の間には、第１送液系７３と第２送液系７４を設けている。第１送液系７３はメタン発酵槽部７１から膜分離槽部７２へ送液するものであり、循環ポンプ７５ａおよびバルブ７５ｂを設けている。第２送液系７４は膜分離槽部７２からメタン発酵槽部７１へ送液するものであり、返送ポンプ７６ａおよびバルブ７６ｂを設けている。

ガス供給系８０は、メタン発酵槽部７１の槽体天井部７１ａの内部空間７１ｂからガスホルダー８１に至る第１管路８０ａと、膜分離槽部７２の槽体天井部７２ａの内部空間７２ｂからガスホルダー８１に至る第２管路８０ｂと、膜分離槽部７２の槽体天井部７２ａの内部空間７２ｂからブロア２１を介して散気装置１２に至る第３管路８０ｃとからなる。
（通常運転時）
通常運転時にはバルブ７５ｂ、７６ｂを開いて循環ポンプ７５ａおよび送液ポンプ７６ａを運転し、メタン発酵槽部７１と膜分離槽部７２の槽内液位を通常液位Ｌ１に維持する。発酵汚泥は第１送液系７３および第２送液系７４を通してメタン発酵槽部７１と膜分離槽部７２との間で循環する。この通常液位Ｌ１にてメタン発酵を行いつつ膜分離装置４で発酵汚泥を固液分離する。

この通常液位Ｌ１の維持は、原料供給系２６から供給する有機性廃棄物量と、膜分離装置４を通して引き出す膜透過液量と、汚泥排出管２２を通して排出する汚泥量とを調整して行う。

この通常運転時では、メタン発酵槽部７１および膜分離槽部７２で生じるバイオガスは第１管路８０ａおよび第２管路８０ｂを通してガスホルダー８１に捕集しつつ、バイオガスの一部はブロア２１により第３管路８０ｃを通して散気装置１２に供給し、散気装置１２から散気する。他の作用は先の実施の形態と同様である。

本実施の形態では、循環ポンプ７５ａおよび送液ポンプ７６ａの運転により、発酵汚泥がメタン発酵槽部７１と膜分離槽部７２との間で循環する。しかしながら、送液ポンプ７６ａを設けずに、第２送液系７４を通して膜分離槽部７２からメタン発酵槽部７１へオーバーフローで送液することも可能である。また、循環ポンプ７５ａおよび送液ポンプ７６ａを設けずに、散気装置１２から散気するバイオガスのエアリフト作用を駆動力として、第２送液系７４を通して膜分離槽部７２からメタン発酵槽部７１へオーバーフローで送液することも可能である。
（メンテナンス時）
メンテナンス時には、膜分離槽部７２の槽内液位をメンテナンス液位Ｌ２に維持し、膜分離装置４の運転を停止してメンテナンスを行なう。このため、第１送液系７３のバルブ７５ｂを開いて循環ポンプ７５ａを運転する状態で、第２送液系７４のバルブ７６ｂを閉じて返送ポンプ７６ａを停止し、膜分離槽部７２の槽内液位がメンテナンス液位Ｌ２に達した時点で第１送液系７３のバルブ７５ｂを閉じて循環ポンプ７５ａを停止する。

あるいは、図１に示した構成のガス貯溜部２ｃを膜分離槽部７２に設け、バイオガスによりガス貯溜部２ｃの内部領域から発酵汚泥を排斥することで膜分離槽部７２の槽内液位をメンテナンス液位Ｌ２にまで増加させることも可能である。

さらに、図６に示したように、密閉型嫌気槽２の内部に配置したバルーン５０に、ガス供給系２０からバイオガスを供給し、バルーン５０の膨張によって発酵汚泥を排斥することで槽内液位を増加させることも可能である。

メンテナンス液位Ｌ２においてメンテナンス孔１６の下端開口は液面下に没して液封される。この状態で、メンテナンス対象の膜分離装置４に対応するメンテナンス孔１６の蓋１８を開放してメンテナンスを行なう。

このとき、蓋１８を開放したメンテナンス孔１６においてのみ膜分離槽部７２の液面が外気の空気と接触し、側壁部１７ａおよび隔壁部１７ｂで隔てたメンテナンス孔１６の外周囲の膜分離槽部７２の液面が外気の空気と接触することがない。よって、メンテナンス時の空気の流入によって膜分離槽部７２の内部の嫌気性雰囲気が阻害される悪影響を軽減できる。

Claims

密閉型嫌気槽と、密閉型嫌気槽の槽体天井部に配設する複数の液封部材と、密閉型嫌気槽内に浸漬し、何れかの液封部材に対応する複数のメンテナンス対象機器とを備え、各液封部材は、メンテナンス対象機器が通過可能なメンテナンス孔と、メンテナンス孔の上端開口を覆う開閉可能な遮蔽部とを有し、かつメンテナンス孔の下端開口がメンテナンス時に液面下に没する形状をなすことを特徴とするメタン発酵装置。
密閉型嫌気槽は、相互に連通する密閉型嫌気槽部と膜分離槽部からなり、膜分離槽部にメンテナンス対象機器をなす膜分離装置を浸漬したことを特徴とする請求項１記載のメタン発酵装置。
密閉型嫌気槽の槽内液位をメンテナンス液位に保持する液位調整装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
液位調整装置は、供給するバイオガス量に応じて槽内液位を上昇させる装置であって、密閉型嫌気槽の槽内液面下においてバイオガスを貯溜するガス貯溜部と、密閉型嫌気槽で生じるバイオガスをガス貯溜部へ供給するガス供給系とを備えることを特徴とする請求項３に記載のメタン発酵装置。
密閉型嫌気槽の槽体天井部は、その内部空間が上部ほど狭くなる形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
各液封部材は、メンテナンス孔の下端開口が密閉型嫌気槽内で実質的に同じ高さ位置に開口することを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
各液封部材は、メンテナンス孔の上端開口が密閉型嫌気槽の槽体天井部上で実質的に同じ高さ位置に開口することを特徴とする請求項６に記載のメタン発酵装置。
メンテナンス対象機器が、攪拌装置、膜分離装置、水中ポンプ、固定担体、これらの機器を構成する構成要素の一部のうちで少なくとも何れかであることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
複数のメンテナンス対象機器を直線状に、あるいは円環状に配列したことを特徴とする請求項８に記載のメタン発酵装置。
複数のメンテナンス対象機器により機器群を形成し、複数の機器群を密閉型嫌気槽内に配置し、相互に隣合う機器群の間に仕切壁を設け、仕切壁で隔てた双方の領域を連通する開口を仕切壁に形成したことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
密閉型嫌気槽内に浸漬する複数のメンテナンス対象機器のそれぞれを、各メンテナンス対象機器に対応して槽体天井部に設ける複数の液封部材の各メンテナンス孔を通して槽外へ引き出すのに際し、全ての液封部材のメンテナンス孔の下端開口が液面下に没する槽内液位に液位調整することを特徴とするメタン発酵装置の運転方法。