WO2010104054A1 - 膜型メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法 - Google Patents

膜型メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法 Download PDF

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WO2010104054A1
WO2010104054A1 PCT/JP2010/053830 JP2010053830W WO2010104054A1 WO 2010104054 A1 WO2010104054 A1 WO 2010104054A1 JP 2010053830 W JP2010053830 W JP 2010053830W WO 2010104054 A1 WO2010104054 A1 WO 2010104054A1
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methane fermentation
membrane separation
tank
biogas
fermentation tank
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PCT/JP2010/053830
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哲也 山本
敏宏 小松
智子 松▲崎▼
淳司 秋田
慎一郎 若原
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株式会社クボタ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/18—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2853—Anaerobic digestion processes using anaerobic membrane bioreactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2688—Biological processes
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/18—Use of gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a membrane-type methane fermentation treatment apparatus for treating organic substances such as human waste, septic tank sludge, sewage sludge, garbage, and food waste by methane fermentation, and a methane fermentation treatment using the membrane-type methane fermentation treatment apparatus. Regarding the method.
  • an external circulation flow path 62 communicating with a lower region and an upper region of a tank is provided in a methane fermentation tank 61, and an external circulation flow is provided.
  • the channel 62 includes a membrane separation tank 67, a submerged membrane separation device 63 provided in the membrane separation tank 67, and an air diffuser that is provided in the membrane separation tank 67 and diffuses from below the membrane separation apparatus 63.
  • a device 64 is provided.
  • a gas supply channel 65 that supplies biogas generated in the methane fermentation tank 61 to the diffuser 64 is provided, and a blower 66 is provided in the gas supply channel 65.
  • the raw material is supplied to the methane fermentation tank 61 and methane fermentation is performed in the methane fermentation tank 61.
  • biogas is generated in the methane fermentation tank 61 in the fermentation process, the blower 66 is driven, and the biogas in the methane fermentation tank 61 is supplied from the gas supply channel 65 to the aeration device 64.
  • biogas is diffused from the diffuser 64 and an upward flow is generated by the air lift action, and the digested sludge in the methane fermentation tank 61 circulates in the external circulation flow path 62 using this upward flow as a driving flow. Therefore, the digested sludge in the methane fermentation tank 61 is agitated.
  • the upward flow is a sweeping flow and flows in the flow path between the membranes of the membrane separation device 63 in a cross flow, the membrane surface of the membrane separation device 63 is washed by the upward flow.
  • the digested sludge that has flowed from the methane fermentation tank 61 into the external circulation channel 62 is sucked and solid-liquid separated by the membrane separator 63, and the permeate is taken out from the membrane separator 63.
  • the digested sludge in the methane fermentation tank 61 can be maintained at a high concentration, and a highly efficient methane fermentation process is possible.
  • the digested sludge in the methane fermentation tank 61 and the membrane surface cleaning of the membrane separation device 63 can both be performed, and the membrane type methane having such a configuration.
  • the fermentation treatment apparatus is described in Japanese Patent Publication No.
  • a membrane separation tank is provided in the external circulation channel, and digested sludge is forcibly circulated between the methane fermentation tank and the membrane separation tank by a pump or the like.
  • a pump or the like There is a form.
  • the upward flow generated by the diffusion of the biogas from the diffuser disposed below the membrane separator contributes to the membrane surface cleaning and the circulation of the digested sludge in the membrane separator. .
  • Patent Document 2 describes a membrane-type methane fermentation treatment apparatus that uses a pump to circulate digested sludge between a methane fermentation tank and a membrane separation tank.
  • the blower 66 when the membrane separation device 63 becomes large, the blower 66 also becomes large along with this. Therefore, if the blower 66 is frequently started and stopped, the blower 66 is easily worn out, and the frequency of maintenance of the blower 66 and the like. There is also a problem that increases.
  • the aeration device 64 when the sediment in the membrane separation tank 67 settles and accumulates at the bottom of the membrane separation tank 67 and the height of the sediment exceeds the aeration device 64, the aeration is biased and is not stable, and the membrane separation device. There is a problem that the film surface cleaning 63 becomes non-uniform.
  • the present invention can continue stirring in the methane fermenter even when maintaining the membrane separation device, etc., and can prevent damage to the gas supply device.
  • An object of the present invention is to provide a membrane-type methane fermentation treatment apparatus and a methane fermentation treatment method capable of performing the above.
  • the first invention includes a methane fermentation tank for performing methane fermentation of an organic substance in digested sludge, and a submerged membrane separation device for concentrating solids in the digested sludge.
  • Membrane separation tank, a circulation channel for circulating digested sludge between the methane fermentation tank and the membrane separation tank, and a biogas produced in the methane fermentation tank and provided in the membrane separation tank A membrane-type methane fermentation treatment apparatus having an air diffuser that diffuses from below, A discharge device that discharges biogas from a discharge port that opens into the digested sludge in the methane fermentation tank; A common gas supply device for supplying biogas to the diffuser and the discharge device; A switching device capable of switching between a diffused state in which the biogas supplied by the gas supply device is diffused from the diffuser into the membrane separation tank and a discharge state in which the biogas is discharged from the discharge device into the methane fermentation tank; Is provided.
  • the digested sludge when the digested sludge is solid-liquid separated with a membrane separation device, the biogas generated in the methane fermentation tank is removed from the aeration device by driving the gas supply device and switching to the aeration state with the switching device. Aerated in the membrane separation tank.
  • the digested sludge in the methane fermentation tank circulates between the methane fermentation tank and the membrane separation tank via the circulation channel, and the digested sludge in the methane fermentation tank is stirred, and the membrane surface of the membrane separation device
  • the digested sludge flowing into the membrane separation tank from the methane fermentation tank is solid-liquid separated by the membrane separation apparatus.
  • the gas supply device is continuously driven without being stopped, and is switched to the discharge state by the switching device.
  • the produced biogas is discharged from the discharge port of the discharge device into the digested sludge in the methane fermentation tank.
  • the air diffuser from the air diffuser stops and a stirring flow is generated in the methane fermentation tank by the air lift action, and the digested sludge in the methane fermentation tank is continuously stirred by this stirring flow.
  • the gas supply device can be agitated while stopping the aeration from the aeration device and agitating the inside of the methane fermentation tank. There is no need to stop. Therefore, stirring in the methane fermentation tank can be continued and temperature drop of the gas supply device can be prevented, so that condensation is generated in the gas supply device and damage to the gas supply device is prevented. be able to.
  • the membrane-type methane fermentation treatment apparatus is such that an aeration device and a discharge device are branched from a gas supply device.
  • the membrane-type methane fermentation treatment apparatus has a sediment transfer device in which the discharge device sucks the sediment in the membrane separation tank from the suction hole and transfers it to the outside of the membrane separation tank,
  • the sediment transfer device is placed below the diffuser,
  • the discharge port is located downstream via the sediment transfer device,
  • the head pressure in the methane fermentation tank acting on the discharge port is configured to be lower than the head pressure in the membrane separation tank acting on the sediment transfer device.
  • the biogas produced in the methane fermentation tank is changed by switching to the discharge state with the switching device while continuously driving the gas supply device.
  • the discharged sludge is discharged from the discharge port into the digested sludge in the methane fermentation tank, and the digested sludge in the methane fermentation tank is continuously stirred.
  • the sediment transfer device removes the sediment in the membrane separation tank from the suction hole by the suction effect generated by the head pressure difference between the suction hole of the sediment transfer device and the discharge port of the discharge device and the flow of biogas. Suction and transfer out of the membrane separation tank. Thereby, the quantity of the sediment which settles and accumulates in the bottom part in a membrane separation tank can be reduced, and it can prevent that the height of a sediment exceeds an aeration apparatus. Therefore, when air is diffused from the air diffuser by switching from the discharge state to the air diffused state, the air diffused is stabilized and the membrane surface of the membrane separation device can be uniformly cleaned.
  • the discharge port is located on the downstream side via the air diffuser,
  • the head pressure in the methane fermentation tank acting on the discharge port is configured to be lower than the head pressure in the membrane separation tank acting on the diffuser.
  • the biogas generated in the methane fermentation tank is removed from the aeration device by driving the gas supply device and switching to the aeration state with the switching device. Aerated in the membrane separation tank.
  • the biogas generated in the methane fermentation tank is diffused by switching to the discharge state with the switching device while driving the gas supply device continuously. It is discharged into the digested sludge in the methane fermentation tank from the discharge port via the device.
  • the biogas is not diffused from the diffuser, and the discharge port It is discharged from.
  • the digestion sludge in the membrane separation tank is removed from the air holes formed in the air diffuser by the suction effect generated by the water head pressure difference between the discharge port and the air diffuser and the flow of biogas flowing in the air diffuser. It can also be sucked and discharged together with biogas into the digested sludge in the methane fermentation tank from the discharge port.
  • the biogas diffused from the diffuser in the diffused state, the biogas diffused from the diffuser generates an upward flow in the membrane separation tank.
  • Digested sludge in the fermenter circulates between the membrane separation tank and the methane fermenter via a circulation channel,
  • a stirring flow is generated in the methane fermentation tank by the biogas discharged from the discharge device.
  • the stirring flow is generated in the methane fermentation tank by the biogas discharged from the discharge device, the digested sludge in the methane fermentation tank is stirred.
  • the sixth invention includes a methane fermentation tank for performing methane fermentation of organic substances in digested sludge, a membrane separation tank having an immersion type membrane separation device for concentrating solid content in the digested sludge, A circulation channel for circulating digested sludge between the fermenter and the membrane separator, and an aeration that diffuses biogas produced in the membrane separator and generated in the methane fermenter from below the membrane separator
  • the gas diffuser from the air diffuser is stopped and the inside of the methane fermentation tank can be stirred, so even when maintaining the membrane separator, There is no need to stop driving. Therefore, stirring in the methane fermentation tank can be continued and temperature drop of the gas supply device can be prevented, so that condensation is generated in the gas supply device and damage to the gas supply device is prevented. be able to. Moreover, it is not necessary to frequently stop and start the gas supply device, and wear of the gas supply device can be suppressed.
  • the methane fermentation treatment method discharges digested sludge in the membrane separation tank from the discharge port into the digested sludge in the methane fermentation tank in addition to biogas.
  • biogas is discharged from the discharge port into the digested sludge in the methane fermentation tank via the air diffuser, At this time, the digested sludge in the membrane separation tank is sucked from the air holes formed in the diffuser and discharged together with the biogas from the discharge port into the digested sludge in the methane fermentation tank.
  • an upward flow is generated in the membrane separation tank by the biogas diffused from the diffuser, and this upward flow is used as a drive flow to generate the methane fermentation tank.
  • Digested sludge circulates between the membrane separation tank and the methane fermentation tank through a circulation channel,
  • a stirring flow is generated in the methane fermentation tank by the biogas discharged from the discharge device.
  • 11 is a membrane-type methane fermentation treatment apparatus for treating methane by fermenting an organic substance, a methane fermentation tank 12 for performing methane fermentation of an organic substance in digested sludge, and a methane fermentation tank 12. And a concentration channel 13 for concentrating the solid content in the digested sludge by circulating the digested sludge therein.
  • the concentration channel 13 communicates with a membrane separation tank 14 in which an immersion type membrane separation device 18 is provided, a methane fermentation tank 12 and an upper part of the membrane separation tank 14, and digested sludge is methane from the membrane separation tank 14.
  • An upper circulation line 15 that flows into the fermenter 12 a lower circulation line 16 that communicates with the lower part of the methane fermentation tank 12 and the membrane separation tank 14, and through which digested sludge flows out of the methane fermentation tank 12 to the membrane separation tank 14; have.
  • the upper and lower circulation lines 15 and 16 are an example of a circulation channel for circulating the digested sludge between the methane fermentation tank 12 and the membrane separation tank 14.
  • the membrane separation device 18 is a device in which a plurality of flat membrane cartridges arranged in parallel at predetermined intervals are arranged in the vertical direction, and a flow path is formed between the membrane cartridges.
  • filtration membranes are arranged on both sides of the filter plate, and the permeate flow path communicates with the water collection part, and the water collection part communicates with the permeate discharge pipe for extracting the membrane permeate.
  • the membrane separation device 18 performs gravity filtration with a membrane cartridge using the water head pressure in the membrane separation tank 14 as a driving pressure.
  • suction filtration may be performed by inserting a suction pump in the permeate outlet tube.
  • an air diffuser 19 that diffuses the biogas in the methane fermentation tank 12 from below the membrane separator 18, and a sediment (sludge etc.) that settles at the bottom of the membrane separator 14.
  • a sediment transfer device To the outside of the membrane separation tank 14 (an example of a sediment transfer device) is provided.
  • the membrane methane fermentation treatment apparatus 11 includes a discharge device 23 that discharges biogas in the methane fermentation tank 12 from a discharge port 22 that opens into the digested sludge in the methane fermentation tank 12, and a methane fermentation tank 12.
  • a common blower device 24 (an example of a gas supply device) that supplies biogas to the diffuser 19 and the discharge device 23, and biogas supplied by the blower device 24 from the diffuser 19 to the membrane separation tank 14
  • a switching device 25 that switches between a diffused state in which air is diffused and a discharge state in which the biogas is discharged from the discharge device 23 into the methane fermentation tank 12.
  • the diffuser 19 includes a diffuser pipe 28 having a plurality of diffuser holes 27 formed in the lower part thereof, and a flow passage branched from the discharge side flow passage 35 of the blower device 24 and communicating with the upstream side (inlet side) of the diffuser pipe 28. 29.
  • the discharge device 23 includes a discharge pipe 30 having a downstream end (one end) provided with a discharge port 22 entering the methane fermentation tank 12 and an upstream end (the other end) communicating with the downstream side (exit side) of the aeration pipe 28.
  • the flow path 32 branched from the discharge side flow path 35 of the blower device 24 and communicated with the upstream side (inlet side) of the sediment suction pipe 20, the downstream side (outlet side) of the sediment suction pipe 20, and the discharge pipe 30.
  • a flow passage 33 communicating with each other.
  • the discharge port 22 is opened in the digested sludge in the methane fermentation tank 12, and each of the flow passages 29, 32 to 35 is constituted by a pipe.
  • the sediment suction tube 20 has a plurality of suction holes 36 at the lower portion thereof, and is disposed below the air diffusion tube 28.
  • the discharge port 22 is located on the downstream side via the air diffusion pipe 28 and is located on the downstream side via the sediment suction pipe 20.
  • the depth D1 from the liquid level in the methane fermentation tank 12 to the discharge port 22 is formed to be shallower than the depth D2 from the liquid level in the methane fermentation tank 12 to the diffusion tube 28, thereby acting on the discharge port 22.
  • the water head pressure in the methane fermentation tank 12 is lower than the water head pressure in the membrane separation tank 14 acting on the diffuser tube 28 and lower than the water head pressure in the membrane separation tank 14 acting on the sediment suction pipe 20.
  • an external discharge pipe 37 for discharging the sediment sucked from the suction hole 36 of the sediment suction pipe 20 to the outside of the membrane type methane fermentation treatment apparatus 11 is branched from the flow passage 33. Note that the pressure acting on the open end 37a of the external discharge pipe 37 is lower than the hydraulic head pressure acting on the sediment suction pipe 20, or is open to the atmosphere.
  • the switching device 25 includes a first valve 25 a provided in the flow passage 29, a second valve 25 b provided in the flow passage 32, and third and fourth valves 25 c provided in the discharge pipe 30. 25d, a fifth valve 25e provided in the flow passage 33, and a sixth valve 25f provided in the external discharge pipe 37.
  • the flow passage 33 is connected to the discharge pipe 30 between the third valve 25c and the fourth valve 25d.
  • a gas return pipe 39 for returning the biogas accumulated in the upper part of the membrane separation tank 14 to the gas phase section 38 in the upper part of the methane fermentation tank 12 is provided in communication with the membrane separation tank 14 and the methane fermentation tank 12. ing.
  • the first valve 25a is opened while the blower device 24 is driven, and the second to sixth valves 25b to 25f are closed.
  • the biogas in the methane fermentation tank 12 passes through the flow passage 29 through the blower device 24 and blows out into the membrane separation tank 14 from the diffuser holes 27 of the diffuser pipe 28.
  • an upward flow 41 is generated by the air lift action, and the digested sludge in the membrane separation tank 14 flows into the methane fermentation tank 12 through the upper circulation line 15 using the upward flow 41 as a driving flow.
  • the digested sludge in the methane fermentation tank 12 flows into the membrane separation tank 14 through the lower circulation line 16, and the digested sludge in the methane fermentation tank 12 circulates through the concentration channel 13 with the membrane separation tank 14. To do. For this reason, the digested sludge in the methane fermentation tank 12 is agitated, and at the same time, the upward flow 41 flows as a sweep flow through the flow path between the membranes of the membrane separation device 18, so that the membrane surface of the membrane separation device 18 Is washed by the upward flow 41.
  • the digested sludge that has flowed from the methane fermentation tank 12 into the membrane separation tank 14 is solid-liquid separated by suction filtration in the membrane separation apparatus 18, and the permeate is taken out of the system from the membrane separation apparatus 18.
  • the digested sludge in the methane fermentation tank 12 and the membrane surface cleaning of the membrane separation tank 14 can be performed together by the diffused air from the diffuser pipe 28.
  • the switching device 25 is operated while the blower device 24 is continuously driven. Then, switching from the aeration operation to the first or second discharge operation is performed.
  • the third and fourth valves 25c and 25d are further opened while the first valve 25a is opened, and the second, fifth and sixth valves 25b and 25e are opened. 25f are closed.
  • the biogas in the methane fermentation tank 12 flows through the blower device 24, the flow path 29, the diffusing pipe 28, and the discharge pipe 30.
  • the biogas is almost from the diffuser holes 27 of the diffuser tube 28. It is discharged from the discharge port 22 without being diffused.
  • the digested sludge in the membrane separation tank 14 enters the diffuser tube 28 from the diffuser hole 27 by the suction action (ejector effect) generated by the difference between the head pressures and the flow of biogas flowing in the diffuser tube 28. It is sucked and discharged into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 from the discharge port 22 together with the biogas.
  • a gas-liquid mixed phase flow in which biogas and digested sludge are mixed is discharged into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 from the discharge port 22, and the discharge flow 40 and air lift due to the digested sludge are discharged into the methane fermentation tank 12.
  • An upward flow 42 is generated by the action, and the discharge flow 40 and the upward flow 42 generate a stirring flow 43 in the methane fermentation tank 12, and the digested sludge in the methane fermentation tank 12 is continuously stirred.
  • the blower device 24 is driven, the aeration from the diffusion tube 28 is stopped and the inside of the methane fermentation tank 12 can be agitated. Therefore, even when the membrane separation device 18 is maintained, the blower device 24 is maintained. There is no need to stop driving. Therefore, the stirring in the methane fermentation tank 12 can be continued and the temperature drop of the blower device 24 can be prevented, so that condensation is generated in the blower device 24 and the blower device 24 is prevented from being damaged. can do. Further, the digested sludge is sucked into the diffuser tube 28, so that the effect of cleaning the diffuser tube 28 is also obtained.
  • the aeration operation may be switched to the second discharge operation.
  • the first, third, and sixth valves 25a, 25c, and 25f are closed, and the second, fourth, and fifth valves 25b, 25d, and 25e are opened.
  • the biogas generated in the methane fermentation tank 12 passes through the flow passage 32 through the blower device 24, and is discharged from the flow passage 33 through (passes) the sediment suction pipe 20. It flows through the pipe 30 and is discharged from the discharge port 22 into the digested sludge in the methane fermentation tank 12.
  • the biogas is sucked into the sediment suction pipe 20.
  • the liquid is discharged from the discharge port 22 with hardly being blown out from the hole 36.
  • the sediment (sludge and the like) in the membrane separation tank 14 is sucked from the suction hole 36 into the sediment suction pipe by the suction action caused by the difference between the two head pressures and the flow of the biogas flowing in the sediment suction pipe 20. It is sucked into 20 and discharged into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 from the discharge port 22 together with the biogas.
  • a gas-liquid mixed phase flow in which biogas and digested sludge are mixed is discharged into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 from the discharge port 22, and the discharge flow 40 and the air lift due to the sediment are injected into the methane fermentation tank 12.
  • An upward flow 42 is generated by the action, and the discharge flow 40 and the upward flow 42 generate a stirring flow 43 in the methane fermentation tank 12, and the digested sludge in the methane fermentation tank 12 is continuously stirred.
  • the sediment suction pipe 20 sucks the sediment, so that the amount of sediment that settles and accumulates at the bottom of the membrane separation tank 14 can be reduced. It can be prevented from exceeding. Therefore, when the second discharge operation is switched to the aeration operation and the aeration tube 28 performs the aeration, the aeration is stabilized and the membrane surface cleaning of the membrane separation device 18 can be performed almost uniformly.
  • first and third and fourth valves 25a, 25c and 25d are closed, and the second and fifth and sixth valves 25b, 25e and 25f are opened, so that the sediment sucked from the sediment suction pipe 20 is collected.
  • An object passes through the external discharge pipe 37 and is discharged out of the system from the open end 37a. Thereby, the substance with large specific gravity in sludge can be discharged
  • valves 25c, 25d, and 25e can be collectively replaced with a single three-way switching valve.
  • the air diffuser 19 includes an air diffuser 28 and a flow passage 29 that branches from the discharge side flow passage 35 of the blower device 24 and communicates with the upstream side (inlet side) of the air diffuser 28.
  • the discharge device 23 has a discharge pipe 30 that branches from the discharge side flow passage 35 of the blower device 24 and enters the methane fermentation tank 12.
  • the discharge pipe 30 has a discharge port 22 that opens into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 at the downstream end.
  • the switching device 25 includes a first valve 25 a provided in the flow passage 29 and a second valve 25 b provided in the discharge pipe 30.
  • the first valve 25a When performing a diffused operation, the first valve 25a is opened and the second valve 25b is closed while the blower device 24 is driven. Thereby, the biogas in the methane fermentation tank 12 passes through the flow path 35 through the blower device 24, flows through the flow path 29, and is blown out from the diffuser tube 28 into the membrane separation tank 14. As a result, an upward flow 41 is generated, and the digested sludge in the methane fermentation tank 12 circulates through the concentration channel 13 with the membrane separation tank 14.
  • the aeration is performed by operating the switching device 25 while the blower device 24 is continuously driven. Switch from operation to discharge operation.
  • the first valve 25a is closed and the second valve 25b is opened.
  • generated in the methane fermentation tank 12 passes along the flow path 35 through the blower apparatus 24, flows through the discharge pipe 30, and is discharged in the digested sludge in the methane fermentation tank 12 from the discharge port 22. .
  • the air diffuser 19 has an air diffuser 28 connected to the discharge side flow passage 35 of the blower device 24.
  • the discharge device 23 is composed of a discharge pipe 30 whose upstream end (one end) is connected to the downstream side (exit side) of the diffuser pipe 28 and whose downstream end (the other end) enters the methane fermentation tank 12.
  • the discharge pipe 30 has a discharge port 22 that opens into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 at the downstream end.
  • the switching device 25 includes a seventh valve 25g provided in the discharge pipe 30.
  • the depth D1 from the liquid level in the methane fermentation tank 12 to the discharge port 22 is formed to be shallower than the depth D2 from the liquid level in the methane fermentation tank 12 to the diffusion tube 28, thereby acting on the discharge port 22.
  • the water head pressure in the methane fermentation tank 12 is lower than the water head pressure in the membrane separation tank 14 acting on the diffuser tube 28.
  • the seventh valve 25g is closed while the blower device 24 is driven. Thereby, the biogas in the methane fermentation tank 12 passes through the discharge side flow passage 35 through the blower device 24 and blows out from the diffuser pipe 28 into the membrane separation tank 14. As a result, an upward flow 41 is generated, and the digested sludge in the methane fermentation tank 12 circulates through the concentration channel 13 with the membrane separation tank 14.
  • the aeration is performed by operating the switching device 25 while the blower device 24 is continuously driven. Switch from operation to discharge operation.
  • the seventh valve 25g is opened.
  • the biogas generated in the methane fermentation tank 12 flows (passes) through the diffusion pipe 28, flows through the discharge pipe 30, and is discharged from the discharge port 22 into the digested sludge in the methane fermentation tank 12.
  • the biogas is almost from the diffuser holes 27 of the diffuser tube 28. It is discharged from the discharge port 22 without being diffused.
  • the digested sludge in the membrane separation tank 14 is sucked into the diffuser tube 28 from the diffuser holes 27 by the difference between the two head pressures and the suction action caused by the flow of the biogas flowing in the diffuser tube 28. It is discharged into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 from the discharge port 22 together with the biogas.
  • a gas-liquid mixed phase flow in which biogas and digested sludge are mixed is discharged from the discharge port 22 into the digested sludge in the methane fermentation tank 12, and a stirring flow 43 is generated in the methane fermentation tank 12.
  • the digested sludge in the fermenter 12 is continuously stirred.
  • the air diffuser 19 includes an air diffuser 28 and a flow passage 29 that branches from the discharge side flow passage 35 of the blower device 24 and communicates with the upstream side (inlet side) of the air diffuser 28.
  • the discharge device 23 branches from the discharge side flow passage 35 of the blower device 24 and communicates with the upstream side (inlet side) of the sediment suction pipe 20, and the upstream end (one end) of the sediment suction pipe 20. It has a discharge pipe 30 that communicates with the downstream side (exit side) and whose downstream end (the other end) enters the methane fermentation tank 12. In addition, the discharge pipe 30 has the discharge port 22 opened in the digested sludge in the methane fermentation tank 12 in a downstream end.
  • the switching device 25 includes a first valve 25 a provided in the flow passage 29 and a second valve 25 b provided in the flow passage 32.
  • the depth D1 from the liquid level in the methane fermentation tank 12 to the discharge port 22 is formed to be shallower than the depth D3 from the liquid level in the methane fermentation tank 12 to the sediment suction pipe 20.
  • the head pressure in the working methane fermentation tank 12 is lower than the head pressure in the membrane separation tank 14 acting on the sediment suction pipe 20.
  • the first valve 25a When performing a diffused operation, the first valve 25a is opened and the second valve 25b is closed while the blower device 24 is driven. Thereby, the biogas generated in the methane fermentation tank 12 passes through the discharge side flow passage 35 through the blower device 24, flows through the flow passage 29, and is blown out from the diffuser tube 28 into the membrane separation tank 14. As a result, an upward flow 41 is generated, and the digested sludge in the methane fermentation tank 12 circulates through the concentration channel 13 with the membrane separation tank 14.
  • the aeration is performed by operating the switching device 25 while the blower device 24 is continuously driven. Switch from operation to discharge operation.
  • the second valve 25b is opened and the first valve 25a is closed.
  • the biogas generated in the methane fermentation tank 12 passes through the discharge side flow passage 35 via the blower device 24 and flows through the discharge pipe 30 from the flow passage 32 through (passes) the sediment suction pipe 20. And discharged from the discharge port 22 into the digested sludge in the methane fermentation tank 12.
  • the biogas is sucked into the sediment suction pipe 20.
  • the liquid is discharged from the discharge port 22 with hardly being blown out from the hole 36.
  • the sediment (sludge etc.) in the membrane separation tank 14 is sucked into the sediment through the suction hole 36 due to the difference between the two head pressures and the suction action caused by the flow of the biogas flowing in the sediment suction pipe 20. It is sucked into the pipe 20 and discharged into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 from the discharge port 22 together with the biogas.
  • the gas-liquid mixed phase flow in which biogas and digested sludge are mixed is discharged from the discharge port 22 into the digested sludge in the methane fermentation tank 12, and the digested sludge in the methane fermentation tank 12 is continuously stirred. .
  • a delivery flow passage 50 for forcibly sending the digested sludge in the methane fermentation tank 12 into the membrane separation tank 14 by the pump 52.
  • a return flow passage 51 is provided between the upper part of the methane fermentation tank 12 and the lower part of the membrane separation tank 14 to return the digested sludge in the membrane separation tank 14 into the methane fermentation tank 12 with a pump 53. It has been.
  • the concentration flow path 13 is formed by the delivery flow path 50, the return flow path 51, and the membrane separation tank 14, and the delivery and return flow paths 50, 51 are formed by the methane fermentation tank 12 and the membrane separation tank.
  • 14 is an example of a circulation channel that circulates digested sludge between the two.
  • the air diffuser 19 has an air diffuser 28 connected to the discharge side flow passage 35 of the blower device 24.
  • the discharge device 23 is composed of a discharge pipe 30 whose upstream end is connected to the downstream side (exit side) of the diffuser pipe 28 and whose downstream end enters the methane fermentation tank 12.
  • the discharge pipe 30 has a discharge port 22 that opens into the digested sludge in the methane fermentation tank 12 at the downstream end.
  • the switching device 25 includes a seventh valve 25g provided in the discharge pipe 30.
  • the depth D1 from the liquid level in the methane fermentation tank 12 to the discharge port 22 is formed to be shallower than the depth D2 from the liquid level in the membrane separation tank 14 to the diffusion tube 28, thereby acting on the discharge port 22.
  • the water head pressure in the methane fermentation tank 12 is lower than the water head pressure in the membrane separation tank 14 acting on the diffuser tube 28.
  • the seventh valve 25g is closed while the pumps 52 and 53 and the blower device 24 are driven. Thereby, the biogas produced in the methane fermentation tank 12 passes through the discharge side flow passage 35 through the blower device 24 and blows out into the membrane separation tank 14 from the diffuser tube 28. Thereby, the upward flow 41 is generated and the membrane surface of the membrane separation device 18 is washed. At this time, the digested sludge in the methane fermentation tank 12 is forcibly sent into the membrane separation tank 14 through the delivery flow passage 50 by the driving of the pumps 52 and 53, and is solid-liquid separated by the membrane separation apparatus 18.
  • the digested sludge in the membrane separation tank 14 is forcibly returned to the methane fermentation tank 12 through the return flow passage 51. Thereby, the digested sludge in the methane fermentation tank 12 circulates between the membrane separation tank 14 via the flow passages 50 and 51 for sending and returning, and the inside of the methane fermentation tank 12 is stirred.
  • the pumps 52 and 53 are stopped while the blower device 24 is continuously driven.
  • the valve 54 provided in the delivery flow passage 50 is closed, and the switching device 25 is operated to switch from the aeration operation to the discharge operation.
  • the seventh valve 25g is opened.
  • the biogas generated in the methane fermentation tank 12 flows (passes) through the diffusion pipe 28, flows through the discharge pipe 30, and is discharged from the discharge port 22 into the digested sludge in the methane fermentation tank 12.
  • the amount of sediment that settles and accumulates at the bottom of the membrane separation tank 14 can be reduced, and when aeration is performed from the aeration tube 28 by switching from the discharge operation to the aeration operation, the aeration is stabilized.
  • the membrane surface cleaning of the membrane separator 18 can be performed almost uniformly.
  • FIGS. 8A and 8B Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.
  • the sixth embodiment is a modification of the above-described fifth embodiment, and a plurality of membrane separation tanks 14 are provided for one common methane fermentation tank 12.
  • a plurality of membrane separation devices 18 are provided in each membrane separation tank 14.
  • a blower device 24, an air diffuser 19, a discharge device 23, and a switching device 25 are provided for each membrane separation tank 14.
  • the air diffuser 19 has a collecting pipe made up of a plurality of air diffusing pipes 28, and the discharge device 23 has a collecting pipe made up of a sediment suction pipe 20.
  • the aeration tube 28 and the sediment suction tube 20 are respectively provided below the plurality of membrane separation devices 18.
  • the discharge pipes 30 of the plurality of discharge devices 23 are arranged radially and enter the methane fermentation tank 12.
  • a plurality of membrane separation tanks 14 are arranged in parallel as shown in FIG. 8A.
  • a flat membrane cartridge is used for the membrane separation device 18, but a cylindrical (circular tube) membrane cartridge or the like may be used, and a membrane other than a flat membrane, for example, a hollow fiber membrane Etc. may be used.
  • a flat membrane cartridge in which a filtration membrane is disposed on the surface of a flat plate or sheet-like membrane support material and joined to the membrane support material at the periphery of the filtration membrane, It is possible to prevent mind. For this reason, it is possible to avoid damage to the joint portion of the filtration membrane due to the vibration or swinging of the filtration membrane due to the upward flow caused by the aeration. Therefore, particularly for the flat membrane cartridge as described above It is valid.
  • the hydraulic head pressure acting on the discharge port 22 is set lower than the hydraulic head pressure applied to the air diffuser 28, but it may be the same.
  • the biogas stored by the upper part in the methane fermentation tank 12 is supplied to the blower apparatus 24, the biogas supplied to the blower apparatus 24 was produced
  • the biogas stored in the upper part in the membrane separation tank 14 or the biogas stored in the gas holder may be supplied to the blower device 24.

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Abstract

膜分離装置１８を内蔵した膜分離槽１４と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環管１５，１６と、メタン発酵槽１２内のバイオガスを膜分離装置１８の下方から散気する散気装置１９と、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２から上記バイオガスを吐出する吐出装置２３と、上記バイオガスを散気装置１９と吐出装置２３とに供給する共通のブロワ装置２４と、ブロワ装置２４によって供給されたバイオガスを散気装置１９から散気する散気状態と上記バイオガスを吐出装置２３から吐出する吐出状態とに切換える切換装置２５とが設けられている。

Description

膜型メタン発酵処理装置およびメタン発酵処理方法
　本発明は、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、生ごみ、食品系廃棄物等の有機性物質をメタン発酵して処理する膜型メタン発酵処理装置および膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法に関する。
　従来、この種の膜型メタン発酵処理装置としては、図１０に示すように、メタン発酵槽６１に、槽の下部領域と上部領域とに連通する外部循環流路６２が設けられ、外部循環流路６２は、膜分離槽６７と、膜分離槽６７内に備えられた浸漬型の膜分離装置６３と、膜分離槽６７内に備えられて膜分離装置６３の下方から散気を行なう散気装置６４を備えている。また、メタン発酵槽６１内で発生したバイオガスを散気装置６４に供給するガス供給流路６５が設けられ、ガス供給流路６５にはブロア６６が設けられている。
　これによると、原料をメタン発酵槽６１に供給し、メタン発酵槽６１内でメタン発酵させる。この際、発酵過程においてバイオガスがメタン発酵槽６１内で生成され、ブロア６６を駆動して、メタン発酵槽６１内のバイオガスをガス供給流路６５から散気装置６４に供給する。これにより、散気装置６４からバイオガスが散気され、エアリフト作用によって上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽６１内の消化汚泥が外部循環流路６２を循環するため、メタン発酵槽６１内の消化汚泥が攪拌される。同時に、上記上向流が掃流として膜分離装置６３の膜間の流路をクロスフローで流れるため、膜分離装置６３の膜面が上記上向流によって洗浄される。
　尚、メタン発酵槽６１内から外部循環流路６２内へ流れ込んだ消化汚泥は膜分離装置６３で吸引されて固液分離され、透過液が膜分離装置６３から系外へ取り出される。これにより、メタン発酵槽６１内の消化汚泥を高濃度に維持でき、高効率のメタン発酵処理が可能となる。
　このように、散気装置６４からの散気によって、メタン発酵槽６１内の消化汚泥の攪拌と膜分離装置６３の膜面洗浄とを共に行なうことができ、このような構成を有する膜型メタン発酵処理装置については下記特許文献１の日本国公開特許公報に記載されている。
　また、図１０に示した形式のもの以外では、外部循環流路内に膜分離槽が設けられ、ポンプ等によって、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥が強制的に循環される形式のものがある。このような形式のものでは、膜分離装置の下方に配置した散気装置からのバイオガスの散気によって発生する上向流は膜面洗浄と膜分離槽内での消化汚泥の循環に寄与する。
　尚、下記特許文献２の日本国公開特許公報には、メタン発酵槽と膜分離槽との間での消化汚泥の循環をポンプによって行う膜型メタン発酵処理装置が記載されている。
特開２００１－１７０６３１ 特開平１１－１４７０９８
　しかしながら上記の従来形式では、点検または交換あるいは洗浄等のメンテナンス等の目的で膜分離装置６３による消化汚泥の固液分離を停止する場合、散気装置６４およびブロア６６を停止する必要がある。尚、バイオガスは、温度が約３５～６０℃の範囲で、湿度が飽和状態である。このため、ブロア６６の停止に伴ってブロア６６の温度が低下すると、ブロア６６内で結露が発生し、この結露水とバイオガス中に含まれる硫化水素等の腐食性ガスとによりブロア６６が損傷し、最悪の場合、ブロア６６の再起動が困難になるという問題がある。
　また、膜分離装置６３が大型になると、これに伴ってブロア６６も大型化するため、仮にブロア６６の起動および停止を頻繁に行なうと、ブロア６６が損耗し易く、ブロア６６のメンテナンス等の頻度が増大するといった問題もある。
　さらに、膜分離槽６７内の沈降物が沈降して膜分離槽６７の底部に堆積し、沈降物の高さが散気装置６４を超えると、散気が偏って安定せず、膜分離装置６３の膜面洗浄が不均一になるといった問題がある。
　本発明は、膜分離装置をメンテナンス等する際であってもメタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給装置の損傷を防止することが可能であり、また、安定した散気を行なうことができる膜型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。
　上記目的を達成するために、本第１発明は、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離装置が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離装置の下方から散気する散気装置とを有する膜型メタン発酵処理装置であって、
メタン発酵槽内の消化汚泥中に開口する吐出口からバイオガスを吐出する吐出装置と、
バイオガスを散気装置と吐出装置とに供給する共通のガス供給装置と、
ガス供給装置によって供給されたバイオガスを散気装置から膜分離槽内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出装置からメタン発酵槽内に吐出する吐出状態とに切換え可能な切換装置とが設けられているものである。
　これによると、消化汚泥を膜分離装置で固液分離する場合、ガス供給装置を駆動し、切換装置で散気状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気装置から膜分離槽内に散気される。これにより、メタン発酵槽内の消化汚泥がメタン発酵槽と膜分離槽との間で循環流路を介して循環し、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌されるとともに、膜分離装置の膜面が洗浄され、メタン発酵槽内から膜分離槽内へ流れ込んだ消化汚泥が膜分離装置で固液分離される。
　また、メンテナンス等の目的で上記膜分離装置による固液分離を停止する場合、ガス供給装置を停止せずに継続して駆動したまま、切換装置で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが吐出装置の吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出される。これにより、散気装置からの散気が停止し、メタン発酵槽内にエアリフト作用による攪拌流が発生し、この攪拌流によりメタン発酵槽内の消化汚泥が継続して攪拌される。
　このようにガス供給装置を駆動したままで、散気装置からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽内を攪拌できるため、膜分離装置をメンテナンスする際であっても、ガス供給装置の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給装置の温度低下を防止することができるため、ガス供給装置内で結露が発生してガス供給装置が損傷するのを防止することができる。
　また、固液分離停止中は、膜分離槽内に上向流が発生せず、膜分離装置の膜面が上向流にさらされることはない。これにより、メタン発酵槽内の攪拌を維持しながら膜へのダメージを軽減することができ、また、ガス供給装置の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ガス供給装置の損耗を抑制することができる。
　本第２発明における膜型メタン発酵処理装置は、散気装置と吐出装置とがガス供給装置から分岐しているものである。
　本第３発明における膜型メタン発酵処理装置は、吐出装置は、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する沈降物移送装置を有し、
沈降物移送装置は散気装置よりも下位に配置され、
吐出口は沈降物移送装置を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が沈降物移送装置に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されているものである。
　これによると、消化汚泥を膜分離装置で固液分離しない場合、継続してガス供給装置を駆動したままで、切換装置で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスは、吐出装置の沈降物移送装置を経由して、吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽内の消化汚泥が継続して攪拌される。
　この際、沈降物移送装置は、沈降物移送装置の吸引孔と吐出装置の吐出口との間の水頭圧差およびバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する。これにより、膜分離槽内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、沈降物の高さが散気装置を超えるのを防止することができる。したがって、吐出状態から散気状態に切換えて散気装置から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離装置の膜面洗浄が均一に行なえる。
　本第４発明における膜型メタン発酵処理装置は、吐出口は散気装置を経由した下流側に位置しており、
吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気装置に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されているものである。
　これによると、消化汚泥を膜分離装置で固液分離する場合、ガス供給装置を駆動し、切換装置で散気状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気装置から膜分離槽内に散気される。
　また、消化汚泥を膜分離装置で固液分離しない場合、継続してガス供給装置を駆動したままで、切換装置で吐出状態に切換えることにより、メタン発酵槽内で生成されたバイオガスが散気装置を経由して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出される。
　この際、吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気装置に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気装置から散気されずに、吐出口から吐出される。また、上記吐出口と散気装置との間の水頭圧差および散気装置内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、散気装置に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することも可能となる。
　本第５発明における膜型メタン発酵処理装置は、散気状態において、散気装置から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出状態において、吐出装置から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生するものである。
　これによると、散気状態において、散気装置から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環することにより、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌されるとともに、膜分離装置の膜面が洗浄される。
　また、吐出状態において、吐出装置から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生するため、メタン発酵槽内の消化汚泥が攪拌される。
　本第６発明は、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離装置が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離装置の下方から散気する散気装置とを有する膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、
ガス供給装置を駆動した状態で、バイオガスを散気装置に供給して散気装置から膜分離槽内に散気する散気運転と、バイオガスを吐出装置に供給して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出する吐出運転とを切換えて行なうものである。
　これによると、ガス供給装置を駆動したままで、散気装置からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽内を攪拌できるため、膜分離装置をメンテナンスする際であっても、ガス供給装置の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給装置の温度低下を防止することができるため、ガス供給装置内で結露が発生してガス供給装置が損傷するのを防止することができる。また、ガス供給装置の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ガス供給装置の損耗を抑制することができる。
　本第７発明におけるメタン発酵処理方法は、吐出運転において、バイオガスに加えて膜分離槽内の消化汚泥を吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出するものである。
　本第８発明におけるメタン発酵処理方法は、吐出運転において、散気装置を経由してバイオガスを吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出し、
この際、散気装置に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出するものである。
　本第９発明におけるメタン発酵処理方法は、散気運転において、散気装置から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流を発生させ、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
吐出運転において、吐出装置から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流を発生させるものである。
　以上のように本発明によると、膜分離装置をメンテナンス等する際であってもメタン発酵槽内の攪拌を継続することができるとともに、ガス供給装置の損傷を防止することが可能であり、また、安定した散気を行なうことができる。
本発明の第１の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図であり、散気運転を行なっているときのガスの流れを示す。 同、膜型メタン発酵処理装置の図であり、第１の吐出運転を行なっているときのガスの流れを示す。 同、膜型メタン発酵処理装置の図であり、第２の吐出運転を行なっているときのガスの流れを示す。 本発明の第２の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。 本発明の第３の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。 本発明の第４の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。 本発明の第５の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。 本発明の第６の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の平面図である。 同、膜型メタン発酵処理装置の側面図である。 本発明の第７の実施の形態における膜型メタン発酵処理装置の図である。 従来の膜型メタン発酵処理装置の図である。
　以下、本発明における第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
　図１に示すように、１１は有機性物質をメタン発酵して処理する膜型メタン発酵処理装置であり、消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽１２と、メタン発酵槽１２内の消化汚泥を循環させることにより消化汚泥中の固形分を濃縮する濃縮流路１３とを有している。
　濃縮流路１３は、浸漬型の膜分離装置１８が内部に備えられた膜分離槽１４と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４の上部とに連通し且つ消化汚泥が膜分離槽１４からメタン発酵槽１２へ流入する上部循環管路１５と、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４の下部とに連通し且つ消化汚泥がメタン発酵槽１２から膜分離槽１４へ流出する下部循環管路１６とを有している。尚、上部および下部循環管路１５，１６は、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環流路の一例である。
　膜分離装置１８は、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、濾板の両面に濾過膜を配置し、透過液流路を集水部に連通しており、集水部は膜透過液を導出する透過液導出管に連通している。
　また、膜分離装置１８は、膜分離槽１４内の水頭圧を駆動圧として膜カートリッジにより重力濾過するものである。尚、重力濾過に限らず、透過液導出管に吸引ポンプを介装して吸引濾過してもよい。
　また、膜分離槽１４内には、メタン発酵槽１２内のバイオガスを膜分離装置１８の下方から散気する散気装置１９と、膜分離槽１４内の底部に沈降した沈降物（汚泥等）を膜分離槽１４の外部へ移送する沈降物吸引管２０（沈降物移送装置の一例）とが設けられている。
　また、膜型メタン発酵処理装置１１には、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２からメタン発酵槽１２内のバイオガスを吐出する吐出装置２３と、メタン発酵槽１２内のバイオガスを散気装置１９と吐出装置２３とに供給する共通のブロワ装置２４（ガス供給装置の一例）と、ブロワ装置２４によって供給されたバイオガスを散気装置１９から膜分離槽１４内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出装置２３からメタン発酵槽１２内に吐出する吐出状態とのいずれかの状態に切換える切換装置２５とが設けられている。
　ブロワ装置２４の吸入側とメタン発酵槽１２の上部とは吸入側流通路３４を介して連通し、ブロワ装置２４の吐出側には吐出側流通路３５が設けられている。
　散気装置１９は、複数の散気孔２７が下部に形成された散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
　吐出装置２３は、吐出口２２を備えた下流端（一端）がメタン発酵槽１２内に突入するとともに上流端（他端）が散気管２８の下流側（出口側）に連通する吐出管３０と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して沈降物吸引管２０の上流側（入口側）に連通する流通路３２と、沈降物吸引管２０の下流側（出口側）と吐出管３０とに連通する流通路３３とを有している。尚、吐出口２２はメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口しており、また、上記各流通路２９，３２～３５は配管で構成されている。
　また、沈降物吸引管２０は、その下部に複数の吸引孔３６を有しており、散気管２８よりも下位に配置されている。尚、吐出口２２は、散気管２８を経由した下流側に位置しているとともに、沈降物吸引管２０を経由した下流側に位置している。メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低く、且つ、沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
　また、沈降物吸引管２０の吸引孔３６から吸引された沈降物を膜型メタン発酵処理装置１１の系外へ排出する外部排出管３７が流通路３３から分岐して設けられている。尚、外部排出管３７の開口端３７ａに作用する圧力は沈降物吸引管２０に作用する水頭圧よりも低いか又は大気開放されている。
　また、切換装置２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、流通路３２に設けられた第２のバルブ２５ｂと、吐出管３０に設けられた第３および第４のバルブ２５ｃ，２５ｄと、流通路３３に設けられた第５のバルブ２５ｅと、外部排出管３７に設けられた第６のバルブ２５ｆとからなる。尚、流通路３３は第３のバルブ２５ｃと第４のバルブ２５ｄとの間で吐出管３０に接続されている。
　また、膜分離槽１４内の上部に溜まったバイオガスをメタン発酵槽１２内の上部の気相部３８へ戻すガス戻り管３９が膜分離槽１４とメタン発酵槽１２とに連通して設けられている。
　以下、上記構成における作用を説明する。
　散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２～第６のバルブ２５ｂ～２５ｆを閉じる。これにより、図１に示すように、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路２９を通り、散気管２８の散気孔２７から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、エアリフト作用によって上向流４１が発生し、この上向流４１を駆動流として、膜分離槽１４内の消化汚泥が上部循環管路１５を通ってメタン発酵槽１２内に流入するとともに、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が下部循環管路１６を通って膜分離槽１４内に流入し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。このため、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が攪拌され、同時に、上記上向流４１が掃流として膜分離装置１８の膜間の流路をクロスフローで流れるため、膜分離装置１８の膜面が上向流４１によって洗浄される。
　尚、メタン発酵槽１２内から膜分離槽１４内へ流れ込んだ消化汚泥は膜分離装置１８で吸引濾過により固液分離され、透過液が膜分離装置１８から系外へ取り出される。
　このように、散気運転時においては、散気管２８からの散気によって、メタン発酵槽１２内の消化汚泥の攪拌と膜分離槽１４の膜面洗浄とを共に行なうことができる。
　また、メンテナンス等の目的で膜分離装置１８による消化汚泥の吸引を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換装置２５を操作して散気運転から第１又は第２の吐出運転に切換える。
　例えば、第１の吐出運転に切換える場合、第１のバルブ２５ａを開いた状態で、さらに、第３および第４のバルブ２５ｃ，２５ｄを開き、第２および第５および第６のバルブ２５ｂ，２５ｅ，２５ｆを閉じた状態にしておく。これにより、図２に示すように、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路２９を通り、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８の散気孔２７からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用（エゼクター効果）とにより、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気孔２７から散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に、消化汚泥による吐出流４０とエアリフト作用による上向流４２とが発生し、これら吐出流４０と上向流４２とによりメタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。尚、上記のように気液混相流とすることで気泡が小さくなるため、攪拌が均一化される。
　このようにブロワ装置２４を駆動したままで、散気管２８からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽１２内を攪拌できるため、膜分離装置１８をメンテナンスする際であっても、ブロワ装置２４の駆動を停止する必要はない。したがって、メタン発酵槽１２内の攪拌を継続することができるとともに、ブロワ装置２４の温度低下を防止することができるため、ブロワ装置２４内で結露が発生してブロワ装置２４が損傷するのを防止することができる。また、消化汚泥が散気管２８内に吸引されることにより、散気管２８内が洗浄される効果も得られる。
　また、膜分離（固液分離）停止中は、膜分離槽１４内に上向流が発生せず、膜分離装置１８の膜面が上向流にさらされることはない。これにより、メタン発酵槽１２内の攪拌を維持しながら膜へのダメージを軽減することができ、また、ブロワ装置２４の停止および起動を頻繁に行なう必要がなく、ブロワ装置２４の損耗を抑制することができる。
　上記実施の形態では散気運転から第１の吐出運転に切換えた場合を説明したが、散気運転から第２の吐出運転に切換えてもよい。この場合、第１および第３および第６のバルブ２５ａ，２５ｃ，２５ｆを閉じ、第２および第４および第５のバルブ２５ｂ，２５ｄ，２５ｅを開く。これにより、図３に示すように、メタン発酵槽１２内に発生したバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３２を通り、沈降物吸引管２０を経由（通過）して流通路３３から吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、沈降物吸引管２０の吸引孔３６からほとんど吹き出さずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と沈降物吸引管２０内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用により、膜分離槽１４内の沈降物（汚泥等）が、吸引孔３６から沈降物吸引管２０内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に、沈降物による吐出流４０とエアリフト作用による上向流４２とが発生し、これら吐出流４０と上向流４２とによりメタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。また、沈降物吸引管２０が沈降物を吸引することにより、膜分離槽１４内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、沈降物の高さが散気管２８を超えるのを防止することができる。したがって、第２の吐出運転から散気運転に切換えて散気管２８から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離装置１８の膜面洗浄がほぼ均一に行なえる。
　また、第１および第３および第４のバルブ２５ａ，２５ｃ，２５ｄを閉じ、第２および第５および第６のバルブ２５ｂ，２５ｅ，２５ｆを開くことにより、沈降物吸引管２０から吸引された沈降物が外部排出管３７を通って開口端３７ａから系外へ排出される。これにより、汚泥中の比重の大きな物質を開口端３７ａから排出して回収することができる。
　尚、バルブ２５ｃ，２５ｄ，２５ｅをまとめて１台の三方切換えバルブに置き換えることも可能である。
　次に、本発明における第２の実施の形態を図４を参照して説明する。
　散気装置１９は、散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
　吐出装置２３は、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐してメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０を有している。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有している。
　また、切換装置２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、吐出管３０に設けられた第２のバルブ２５ｂとからなる。
　以下、上記構成における作用を説明する。
　散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２のバルブ２５ｂを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３５を通り、流通路２９を流れて散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
　また、膜分離装置１８による消化汚泥の吸引濾過を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換装置２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
　すなわち、吐出運転では、第１のバルブ２５ａを閉じ、第２のバルブ２５ｂを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て流通路３５を通り、吐出管３０を流れて吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　これにより、散気管２８からの散気が停止し、バイオガスが吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
　次に、本発明における第３の実施の形態を図５を参照して説明する。
　散気装置１９はブロワ装置２４の吐出側流通路３５に接続された散気管２８を有している。吐出装置２３は、上流端（一端）が散気管２８の下流側（出口側）に接続されているとともに下流端（他端）がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０からなる。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有する。また、切換装置２５は、吐出管３０に設けられた第７のバルブ２５ｇからなる。
　メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
　以下、上記構成における作用を説明する。
　散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第７のバルブ２５ｇを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内のバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
　また、膜分離装置１８による消化汚泥の吸引濾過を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換装置２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
　すなわち、吐出運転では、第７のバルブ２５ｇを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８の散気孔２７からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用とにより、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気孔２７から散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内に攪拌流４３が発生して、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
　このようにブロワ装置２４を駆動したままで、散気管２８からの散気を停止するとともに、メタン発酵槽１２内を攪拌できる。
　次に、本発明における第４の実施の形態を図６を参照して説明する。
　散気装置１９は、散気管２８と、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して散気管２８の上流側（入口側）に連通する流通路２９とを有している。
　吐出装置２３は、ブロワ装置２４の吐出側流通路３５から分岐して沈降物吸引管２０の上流側（入口側）に連通する流通路３２と、上流端（一端）が沈降物吸引管２０の下流側（出口側）に連通するとともに下流端（他端）がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０とを有している。尚、吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有している。
　また、切換装置２５は、流通路２９に設けられた第１のバルブ２５ａと、流通路３２に設けられた第２のバルブ２５ｂとからなる。メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１はメタン発酵槽１２内の液面から沈降物吸引管２０までの深さＤ３よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
　以下、上記構成における作用を説明する。
　散気運転を行なう場合、ブロワ装置２４を駆動した状態で、第１のバルブ２５ａを開き、第２のバルブ２５ｂを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、流通路２９を流れて散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生し、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が膜分離槽１４との間で濃縮流路１３を循環する。
　また、膜分離装置１８による消化汚泥の吸引濾過を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、切換装置２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
　すなわち、吐出運転では、第２のバルブ２５ｂを開き、第１のバルブ２５ａを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、流通路３２から沈降物吸引管２０を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が沈降物吸引管２０に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、沈降物吸引管２０の吸引孔３６からほとんど吹き出さずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と沈降物吸引管２０内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用とにより、膜分離槽１４内の沈降物（汚泥等）が、吸引孔３６から沈降物吸引管２０内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　これにより、バイオガスと消化汚泥とが混合された気液混相流が吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が継続して攪拌される。
　次に、本発明における第５の実施の形態を図７を参照して説明する。
　メタン発酵槽１２の下部と膜分離槽１４の上部との間には、メタン発酵槽１２内の消化汚泥をポンプ５２で強制的に膜分離槽１４内へ送り出す送出用流通路５０が設けられている。また、メタン発酵槽１２の上部と膜分離槽１４の下部との間には、膜分離槽１４内の消化汚泥をポンプ５３で強制的にメタン発酵槽１２内へ戻す返送用流通路５１が設けられている。尚、送出用流通路５０と返送用流通路５１と膜分離槽１４とで濃縮流路１３が形成されており、送出用および返送用流通路５０，５１は、メタン発酵槽１２と膜分離槽１４との間で消化汚泥を循環させる循環流路の一例である。
　散気装置１９はブロワ装置２４の吐出側流通路３５に接続された散気管２８を有している。
　吐出装置２３は、上流端が散気管２８の下流側（出口側）に接続されているとともに下流端がメタン発酵槽１２内に突入する吐出管３０からなる。吐出管３０は、下流端に、メタン発酵槽１２内の消化汚泥中に開口する吐出口２２を有する。また、切換装置２５は、吐出管３０に設けられた第７のバルブ２５ｇからなる。
　メタン発酵槽１２内の液面から吐出口２２までの深さＤ１は膜分離槽１４内の液面から散気管２８までの深さＤ２よりも浅く形成され、これにより、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧は、散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低い。
　以下、上記構成における作用を説明する。
　散気運転を行なう場合、ポンプ５２，５３とブロワ装置２４とを駆動した状態で、第７のバルブ２５ｇを閉じる。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、ブロワ装置２４を経て吐出側流通路３５を通り、散気管２８から膜分離槽１４内に吹き出す。これにより、上向流４１が発生して膜分離装置１８の膜面が洗浄される。この際、ポンプ５２，５３の駆動により、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が、強制的に送出用流通路５０を通って膜分離槽１４内へ送り出され、膜分離装置１８で固液分離され、膜分離槽１４内の消化汚泥が強制的に返送用流通路５１を通ってメタン発酵槽１２内へ戻される。これにより、メタン発酵槽１２内の消化汚泥が送出用および返送用流通路５０，５１を介して膜分離槽１４との間で循環し、メタン発酵槽１２内が攪拌される。
　また、膜分離装置１８による消化汚泥の吸引濾過を停止して膜分離（固液分離）を停止する場合は、継続してブロワ装置２４を駆動した状態で、両ポンプ５２，５３を停止し、送出用流通路５０に設けられたバルブ５４を閉じ、切換装置２５を操作して散気運転から吐出運転に切換える。
　すなわち、吐出運転では、第７のバルブ２５ｇを開く。これにより、メタン発酵槽１２内で生成されたバイオガスが、散気管２８を経由（通過）して吐出管３０を流れ、吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出される。
　この際、吐出口２２に作用するメタン発酵槽１２内の水頭圧が散気管２８に作用する膜分離槽１４内の水頭圧よりも低いため、バイオガスは、散気管２８からほとんど散気されずに、吐出口２２から吐出される。このとき、上記両水頭圧の差と散気管２８内を流れるバイオガスの流れによって生じる吸引作用とにより、膜分離槽１４内の消化汚泥が、散気管２８内に吸引されて、バイオガスと共に吐出口２２からメタン発酵槽１２内の消化汚泥中に吐出され、メタン発酵槽１２内の攪拌が継続される。
　また、膜分離槽１４内の底部に沈降して堆積する沈降物の量を低減することができ、吐出運転から散気運転に切換えて散気管２８から散気を行なう場合、散気が安定し、膜分離装置１８の膜面洗浄がほぼ均一に行なえる。
　次に、本発明における第６の実施の形態を図８Ａ，図８Ｂを参照して説明する。
　本第６の実施の形態は、先述した第５の実施の形態の変形例であり、１台の共通のメタン発酵槽１２に対して複数の膜分離槽１４が設けられている。各膜分離槽１４内には複数の膜分離装置１８が設けられている。また、各膜分離槽１４毎にブロワ装置２４と散気装置１９と吐出装置２３と切換装置２５とが設けられている。また、散気装置１９は複数の散気管２８からなる集合管を有し、吐出装置２３は沈降物吸引管２０からなる集合管を有する。尚、散気管２８と沈降物吸引管２０とはそれぞれ、複数の膜分離装置１８の下方にわたって設けられている。また、複数の吐出装置２３の吐出管３０が放射状に配設されてメタン発酵槽１２内に突入している。
　尚、上記第６の実施の形態では、図８Ａに示すように複数の膜分離槽１４を並列に配置したが、図９に示した第７の実施の形態では、複数の膜分離槽１４をメタン発酵槽１２に対して放射状に配置してもよい。
　上記各実施の形態では、膜分離装置１８に平板状の膜カートリッジを用いたが、円筒（円管）状の膜カートリッジ等であってもよく、また、平膜以外の膜、例えば中空糸膜等を用いてもよい。このとき、平板又はシート状の膜支持材の表面に濾過膜を配置し、濾過膜の周縁で膜支持材に接合した平板状の膜カートリッジの場合、濾過を停止した状態での下方からの散気を防ぐことが可能である。このため、散気に伴う上向流による濾過膜の振動や揺動によって濾過膜の接合部が損傷を受けるのを回避することができるので、特に上記のような平板状の膜カートリッジに対して有効である。
　上記各実施の形態では、吐出口２２に作用する水頭圧を散気管２８にかかる水頭圧よりも低くしたが、同じであってもよい。
　上記各実施の形態では、メタン発酵槽１２内の上部に貯留されたバイオガスをブロワ装置２４に供給しているが、ブロワ装置２４に供給するバイオガスはメタン発酵槽１２にて生成されたものであればよく、例えば、膜分離槽１４内の上部に貯留されたバイオガス又はガスホルダーに貯留されたバイオガス等をブロワ装置２４に供給してもよい。

Claims (9)

  1. 消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離装置が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離装置の下方から散気する散気装置とを有する膜型メタン発酵処理装置であって、
    メタン発酵槽内の消化汚泥中に開口する吐出口からバイオガスを吐出する吐出装置と、
    バイオガスを散気装置と吐出装置とに供給する共通のガス供給装置と、
    ガス供給装置によって供給されたバイオガスを散気装置から膜分離槽内に散気する散気状態と上記バイオガスを吐出装置からメタン発酵槽内に吐出する吐出状態とに切換え可能な切換装置とが設けられていることを特徴とする膜型メタン発酵処理装置。
  2. 散気装置と吐出装置とがガス供給装置から分岐していることを特徴とする請求項１記載の膜型メタン発酵処理装置。
  3. 吐出装置は、膜分離槽内の沈降物を吸引孔から吸引して膜分離槽外へ移送する沈降物移送装置を有し、
    沈降物移送装置は散気装置よりも下位に配置され、
    吐出口は沈降物移送装置を経由した下流側に位置しており、
    吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が沈降物移送装置に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の膜型メタン発酵処理装置。
  4. 吐出口は散気装置を経由した下流側に位置しており、
    吐出口に作用するメタン発酵槽内の水頭圧が散気装置に作用する膜分離槽内の水頭圧よりも低くなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の膜型メタン発酵処理装置。
  5. 散気状態において、散気装置から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流が発生し、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
    吐出状態において、吐出装置から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流が発生することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜型メタン発酵処理装置。
  6. 消化汚泥中で有機性物質のメタン発酵を行なうメタン発酵槽と、消化汚泥中の固形分を濃縮する浸漬型の膜分離装置が内部に備えられた膜分離槽と、メタン発酵槽と膜分離槽との間で消化汚泥を循環させる循環流路と、膜分離槽内に備えられ且つメタン発酵槽内で生成されるバイオガスを膜分離装置の下方から散気する散気装置とを有する膜型メタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法であって、
    ガス供給装置を駆動した状態で、バイオガスを散気装置に供給して散気装置から膜分離槽内に散気する散気運転と、バイオガスを吐出装置に供給して吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出する吐出運転とを切換えて行なうことを特徴とするメタン発酵処理方法。
  7. 吐出運転において、バイオガスに加えて膜分離槽内の消化汚泥を吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することを特徴とする請求項６記載のメタン発酵処理方法。
  8. 吐出運転において、散気装置を経由してバイオガスを吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出し、
    この際、散気装置に形成された散気孔から膜分離槽内の消化汚泥を吸引してバイオガスと共に吐出口からメタン発酵槽内の消化汚泥中に吐出することを特徴とする請求項７記載のメタン発酵処理方法。
  9. 散気運転において、散気装置から散気されるバイオガスにより膜分離槽内に上向流を発生させ、この上向流を駆動流としてメタン発酵槽の消化汚泥が膜分離槽とメタン発酵槽との間で循環流路を介して循環し、
    吐出運転において、吐出装置から吐出されるバイオガスによりメタン発酵槽内に攪拌流を発生させることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のメタン発酵処理方法。
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