JP7702275B2 - Treatment system, monitoring cell, and method for monitoring a treatment system - Google Patents
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Description
本発明は、有機物質を含有する処理対象物の処理に係る処理システム、及び、この処理システムに設けられる監視セルに関するものである。更に詳しくは、本発明は、メタン発酵処理と膜分離処理を組み合わせた膜分離メタン発酵処理に関する処理システム、及び、この処理システムに設けられる監視セルに関するものである。
また、本発明は、有機物質を含有する処理対象物の処理に係る処理システムの監視方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、メタン発酵処理と膜分離処理を組み合わせた膜分離メタン発酵処理に関する処理システムの監視方法に関するものである。
The present invention relates to a treatment system for treating an organic substance-containing treatment target, and a monitoring cell provided in the treatment system. More specifically, the present invention relates to a treatment system for a membrane separation methane fermentation process that combines a methane fermentation process and a membrane separation process, and a monitoring cell provided in the treatment system.
The present invention also relates to a method for monitoring a treatment system for treating an object to be treated that contains organic matter. More specifically, the present invention relates to a method for monitoring a treatment system for a membrane separation methane fermentation process that combines a methane fermentation process and a membrane separation process.
有機性廃液や有機性廃棄物等、有機物質を含有する処理対象物を処理する技術としては、嫌気性微生物を用いた生物処理が広く行われている。特に、メタン発酵処理は、処理対象物の減量とともに、発生するメタンをエネルギーとして利用できることから有用性の高い技術として注目されている。 Biological treatment using anaerobic microorganisms is widely used as a technology for treating organic substances-containing materials such as organic wastewater and organic waste. In particular, methane fermentation treatment is attracting attention as a highly useful technology because it reduces the amount of materials to be treated and the methane produced can be used as energy.
また、生物処理(メタン発酵処理)後の処理液に含まれる嫌気性微生物を、処理液中から分離、回収する固液分離を行い、嫌気性微生物を多く含む固体分(濃縮液)を再度生物処理に供することも行われている。生物処理後の処理液に対する固液分離処理としては、遠心分離装置による遠心分離、沈殿槽による沈降分離、脱水装置による脱水のほか、膜による膜分離(膜濾過)が知られており、特に、膜分離とメタン発酵処理の組み合わせ(膜分離メタン発酵処理)は広く知られている。 In addition, solid-liquid separation is performed to separate and recover anaerobic microorganisms contained in the treated liquid after biological treatment (methane fermentation treatment), and the solids (concentrated liquid) containing a large amount of anaerobic microorganisms are then subjected to biological treatment again. Known solid-liquid separation processes for the treated liquid after biological treatment include centrifugation using a centrifuge, sedimentation using a settling tank, dehydration using a dehydrator, and membrane separation (membrane filtration), and the combination of membrane separation and methane fermentation (membrane separation methane fermentation process) is particularly well known.
例えば、特許文献1には、メタン発酵槽と、メタン発酵槽の被処理液から濾液を分離する膜ろ過槽を備えた膜分離メタン発酵処理装置が記載されており、ろ過膜の目詰まりの抑制のための手段として、膜ろ過槽に供給される被処理液をメタン発酵槽の設定温度よりも高い温度に加温する加温手段や膜ろ過槽に設けられたろ過膜の洗浄手段を備えることが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a membrane separation methane fermentation treatment device equipped with a methane fermentation tank and a membrane filtration tank that separates filtrate from the liquid being treated in the methane fermentation tank, and describes that, as a means for preventing clogging of the filtration membrane, the device is provided with a heating means for heating the liquid being treated that is supplied to the membrane filtration tank to a temperature higher than the set temperature of the methane fermentation tank and a cleaning means for the filtration membrane provided in the membrane filtration tank.
膜分離メタン発酵処理は、特許文献1にも記載されるように、メタン発酵処理後の処理液を膜分離に供するものである。そのため、メタン発酵処理に基づく固体分(メタン発酵汚泥)が膜表面や膜内部に付着して、膜分離における閉塞(ろ過膜の目詰まり)が生じ、膜分離における処理効率の低下が問題となる。 As described in Patent Document 1, the membrane separation methane fermentation process involves subjecting the treated liquid after methane fermentation to membrane separation. As a result, solids resulting from the methane fermentation process (methane fermentation sludge) adhere to the membrane surface or inside the membrane, causing blockages in the membrane separation (clogging of the filtration membrane), which in turn causes problems with reduced efficiency in the membrane separation.
特許文献1には、膜分離における閉塞が生じることを抑制するための手段が記載されているが、処理を継続していく上で、膜分離の閉塞自体を完全に抑制することは困難である。
また、膜分離メタン発酵処理では、メタン発酵処理を経た処理液が膜分離する対象となる。このため、膜分離する対象である処理液に含まれる固体分の性質や量は、常に均一となるものではない。
Patent Document 1 describes a means for suppressing the occurrence of clogging in membrane separation, but it is difficult to completely suppress clogging itself in membrane separation while continuing the treatment.
In addition, in the membrane separation methane fermentation process, the treated liquid that has been subjected to the methane fermentation process is the target of membrane separation, and therefore the properties and amount of solids contained in the treated liquid that is the target of membrane separation are not always uniform.
このことから、膜分離メタン発酵処理における処理システムでは、膜モジュールの閉塞状態について、膜分離処理に供した時間のみで的確に判断することは困難である。このため、膜モジュールに対する洗浄や膜交換を定期的に行うことでは、膜モジュールの閉塞状態を適切に反映した作業とはならず、本来不要であったメンテナンスを行うことにつながってしまう。
また、膜分離メタン発酵処理における処理システムでは、膜モジュールに付着した固体分についてもその性質が均一とは限らない。このため、膜モジュールに対するメンテナンスにおいて、膜交換あるいは洗浄のどちらを行うべきか、また洗浄に係る作業内容はどのようなものにするべきか等、どのようなメンテナンスが適切であるかについての判断を行うことも困難である。
For this reason, in a membrane separation methane fermentation treatment system, it is difficult to accurately determine the clogging state of the membrane module based only on the time spent in membrane separation treatment. Therefore, regular cleaning of the membrane module or membrane replacement does not adequately reflect the clogging state of the membrane module, and leads to unnecessary maintenance.
In addition, in a membrane separation methane fermentation treatment system, the properties of the solid matter adhering to the membrane module are not necessarily uniform, which makes it difficult to determine what type of maintenance is appropriate for the membrane module, such as whether to replace or clean the membrane and what the cleaning work should involve.
したがって、膜分離メタン発酵処理においては、膜分離に用いる膜モジュールに対するメンテナンス作業の頻度や内容を適切に決定するために、処理環境下における膜モジュールの状態(実態)を的確に把握することが求められる。また、このとき、膜モジュールによる膜分離処理への影響を及ぼさない形で、膜モジュールの状態を把握することが望ましい。 Therefore, in membrane separation methane fermentation processing, it is necessary to accurately grasp the state (actual state) of the membrane module in the processing environment in order to appropriately determine the frequency and content of maintenance work for the membrane module used in membrane separation. In addition, it is desirable to grasp the state of the membrane module in a way that does not affect the membrane separation processing by the membrane module.
本発明の課題は、有機物質を含有する処理対象物の処理として、メタン発酵槽によるメタン発酵処理及び膜モジュールによる膜分離を行う処理システムにおいて、処理環境下における膜モジュールの状態について、膜分離処理への影響を与えない形での監視を可能とするとともに、膜モジュールの状態を簡便かつ的確に把握することが可能な処理システム、及び、処理システムに設けられる監視セル、並びに、処理システムの監視方法を提供することである。 The objective of the present invention is to provide a treatment system that performs methane fermentation treatment in a methane fermenter and membrane separation using a membrane module to treat a material containing organic matter, which allows monitoring of the state of the membrane module in the treatment environment without affecting the membrane separation treatment, and which allows the state of the membrane module to be easily and accurately grasped, as well as a monitoring cell provided in the treatment system and a method for monitoring the treatment system.
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、メタン発酵処理と膜分離を行う処理システムに、膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメントを備え、かつ膜エレメントの透過側から監視を行う監視セルを設けることで、処理環境下における膜モジュールの状態について、膜分離処理への影響を与えない形での監視を可能とするとともに、膜モジュールの状態を簡便かつ的確に把握することが可能となることを見出して本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の処理システム、及び、この処理システムに設けられる監視セル、並びに、この処理システムに係る処理システムの監視方法である。
As a result of extensive research into the above-mentioned problems, the present inventors have discovered that by providing a treatment system performing methane fermentation treatment and membrane separation with a membrane element having the same performance as the membrane element forming a membrane module, and by providing a monitoring cell for monitoring from the permeate side of the membrane element, it is possible to monitor the state of the membrane module in the treatment environment without affecting the membrane separation treatment, and to easily and accurately grasp the state of the membrane module, and have completed the present invention.
That is, the present invention relates to the following processing system, a monitoring cell provided in this processing system, and a monitoring method for this processing system.
上記課題を解決するための本発明の処理システムは、有機物質を含有する処理対象物の処理を行う処理システムであって、処理対象物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、メタン発酵槽で生じた処理液を膜分離し、濃縮液と透過液を得る膜モジュールと、膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメントを備え、膜エレメントの状態を透過液側から監視する監視セルと、を備えることを特徴とする。
この処理システムによれば、メタン発酵処理と膜分離を行う処理システムにおいて、膜分離処理に供する膜モジュールとは別に、監視用膜(膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメント)を備える監視セルを設けることで、膜モジュールと監視用膜が同じ処理環境下に置かれた状態とすることができる。これにより、監視用膜に対する監視が、処理環境下における膜モジュールの監視に相当することになるため、膜モジュール自体を直接監視する必要がなくなる。したがって、膜モジュールによる膜分離処理への影響を与えない形での監視が可能となる。
また、監視用膜の透過液側から監視を行うことで、本来、処理液中の固体分と直接接触しない環境下にある膜表面が監視対象となる。これにより、固体分の付着や堆積等の影響を受けることなく、膜の閉塞や劣化に起因する膜表面の変化を捉えることができる。したがって、膜モジュールの状態を簡便かつ的確に把握することが可能となる。
The treatment system of the present invention for solving the above problems is a treatment system for treating a treatment target containing organic substances, and is characterized in comprising a methane fermentation tank for subjecting the treatment target to methane fermentation treatment, a membrane module for subjecting the treatment liquid produced in the methane fermentation tank to membrane separation to obtain a concentrated liquid and a permeate, and a monitoring cell comprising a membrane element having the same performance as the membrane element forming the membrane module and for monitoring the state of the membrane element from the permeate side.
According to this treatment system, in a treatment system performing methane fermentation treatment and membrane separation, a monitoring cell equipped with a monitoring membrane (a membrane element having the same performance as the membrane element forming the membrane module) is provided in addition to the membrane module used in the membrane separation treatment, so that the membrane module and the monitoring membrane can be placed in the same treatment environment. As a result, monitoring of the monitoring membrane corresponds to monitoring of the membrane module in the treatment environment, so there is no need to directly monitor the membrane module itself. Therefore, monitoring can be performed without affecting the membrane separation treatment by the membrane module.
In addition, by monitoring from the permeate side of the monitoring membrane, the membrane surface, which is in an environment that is not in direct contact with the solid matter in the treatment liquid, becomes the object of monitoring. This makes it possible to capture changes in the membrane surface caused by clogging or deterioration of the membrane without being affected by the adhesion or accumulation of solid matter. Therefore, it becomes possible to grasp the condition of the membrane module simply and accurately.
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、監視セルは、膜エレメントの表面の色の変化を監視する監視手段を備えるという特徴を有する。
膜分離メタン発酵処理において、メタン発酵槽で生じた処理液中には微細な固体分(メタン発酵汚泥)が含まれており、この固体分は一般的に有色である。このため、膜の閉塞や劣化に伴い、有色の固体分が膜内部に入り込むことで、透過液側の膜表面の色が変化してくることになる。
したがって、この特徴のように、監視用膜としての膜エレメントの表面の色の変化を監視する監視手段を設けることで、膜エレメントの状態を簡便かつ高精度で把握することが可能となる。
In one embodiment of the treatment system of the present invention, the monitoring cell is characterized by comprising a monitoring means for monitoring a change in color of the surface of the membrane element.
In the membrane separation methane fermentation process, the treated liquid produced in the methane fermentation tank contains fine solid matter (methane fermentation sludge), which is generally colored. Therefore, as the membrane becomes clogged or deteriorates, the colored solid matter penetrates into the membrane, causing a change in the color of the membrane surface on the permeate side.
Therefore, by providing a monitoring means for monitoring the change in color of the surface of the membrane element as a monitoring membrane, as in this characteristic, it becomes possible to grasp the state of the membrane element simply and with high accuracy.
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、監視セルは、監視セル内の透過液を排出する透過液排出部を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、透過液が着色している場合等、透過液自体が監視における外乱となる場合において、監視セル内の透過液を排出し、外乱による影響を抑制した状態で、監視用膜としての膜エレメントを監視することが可能となる。これにより、膜エレメントの状態を簡便かつ高精度で把握することが可能となる。
In one embodiment of the treatment system of the present invention, the monitoring cell is characterized by including a permeate discharge portion for discharging the permeate in the monitoring cell.
According to this feature, in cases where the permeated liquid itself becomes a disturbance in monitoring, such as when the permeated liquid is colored, it is possible to discharge the permeated liquid from the monitoring cell and monitor the membrane element as a monitoring membrane in a state in which the influence of disturbances is suppressed, thereby making it possible to grasp the state of the membrane element easily and with high accuracy.
上記課題を解決するための本発明の監視セルは、有機物質を含有する処理対象物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、メタン発酵槽で生じた処理液を膜分離し、濃縮液と透過液を得る膜モジュールと、を備える処理システムに対して設けられる監視セルであって、処理システムにおける膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメントを備え、膜エレメントの状態を透過液側から監視することを特徴とする。
この監視セルによれば、メタン発酵処理と膜分離を行う処理システムに対し、膜分離処理に供する膜モジュールとは別に、膜モジュールと同じ処理環境下に置かれた状態の監視用膜(膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメント)を設けることができる。これにより、監視用膜に対する監視が、処理環境下における膜モジュールの監視に相当することになるため、膜モジュール自体を直接監視する必要がなくなる。したがって、膜モジュールによる膜分離処理への影響を与えない形での監視が可能となる。
また、監視用膜の透過液側から監視を行うことで、本来、処理液中の固体分と直接接触しない環境下にある膜表面が監視対象となる。これにより、固体分の付着や堆積等の影響を受けることなく、膜の閉塞や劣化に起因する膜表面の変化を捉えることができる。したがって、膜モジュールの状態を簡便かつ的確に把握することが可能となる。
The monitoring cell of the present invention for solving the above problems is a monitoring cell provided for a treatment system including a methane fermentation tank which performs methane fermentation treatment on a treatment target containing organic substances, and a membrane module which performs membrane separation on the treatment liquid produced in the methane fermentation tank to obtain a concentrated liquid and a permeate, and is characterized in that the monitoring cell includes a membrane element having the same performance as the membrane element which forms the membrane module in the treatment system, and monitors the state of the membrane element from the permeate side.
According to this monitoring cell, a monitoring membrane (a membrane element having the same performance as the membrane element forming the membrane module) can be provided in a treatment system performing methane fermentation treatment and membrane separation, in addition to the membrane module used in the membrane separation treatment, and placed in the same treatment environment as the membrane module. As a result, monitoring of the monitoring membrane corresponds to monitoring of the membrane module in the treatment environment, and there is no need to directly monitor the membrane module itself. Therefore, monitoring can be performed without affecting the membrane separation treatment performed by the membrane module.
In addition, by monitoring from the permeate side of the monitoring membrane, the membrane surface, which is in an environment that is not in direct contact with the solid matter in the treatment liquid, becomes the object of monitoring. This makes it possible to capture changes in the membrane surface caused by clogging or deterioration of the membrane without being affected by the adhesion or accumulation of solid matter. Therefore, it becomes possible to grasp the condition of the membrane module simply and accurately.
上記課題を解決するための本発明の処理システムの監視方法は、有機物質を含有する処理対象物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、メタン発酵槽で生じた処理液を膜分離し、濃縮液と透過液を得る膜モジュールと、を備える処理システムの監視方法であって、処理システムにおける前記膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメントを備えた監視セルを設け、監視セルを介して、膜エレメントの状態を透過液側から監視する監視工程を含むことを特徴とする。
この処理システムの監視方法によれば、メタン発酵処理と膜分離を行う処理システムにおいて、膜分離処理に供する膜モジュールとは別に、監視用膜(膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメント)を備える監視セルを設けることで、膜モジュールと監視用膜が同じ処理環境下に置かれた状態とすることができる。これにより、監視用膜に対する監視が、処理環境下における膜モジュールの監視に相当することになるため、膜モジュール自体を直接監視する必要がなくなる。したがって、膜モジュールによる膜分離処理への影響を与えない形での監視が可能となる。
また、監視用膜の透過液側から監視を行うことで、本来、処理液中の固体分と直接接触しない環境下にある膜表面が監視対象となる。これにより、固体分の付着や堆積等の影響を受けることなく、膜の閉塞や劣化に起因する膜表面の変化を捉えることができる。したがって、膜モジュールの状態を簡便かつ的確に把握することが可能となる。
In order to solve the above problems, the method for monitoring a treatment system of the present invention is a method for monitoring a treatment system comprising a methane fermentation tank for subjecting a treatment target containing organic substances to methane fermentation treatment, and a membrane module for performing membrane separation of the treatment liquid produced in the methane fermentation tank to obtain a concentrated liquid and a permeate, and is characterized in that it includes a monitoring step of providing a monitoring cell equipped with a membrane element having the same performance as the membrane element that forms the membrane module in the treatment system, and monitoring the state of the membrane element from the permeate side via the monitoring cell.
According to this method for monitoring a treatment system, in a treatment system performing methane fermentation treatment and membrane separation, a monitoring cell equipped with a monitoring membrane (a membrane element having the same performance as the membrane element forming the membrane module) is provided in addition to the membrane module used in the membrane separation treatment, so that the membrane module and the monitoring membrane can be placed in the same treatment environment. As a result, monitoring of the monitoring membrane corresponds to monitoring of the membrane module in the treatment environment, and there is no need to directly monitor the membrane module itself. Therefore, monitoring can be performed without affecting the membrane separation treatment by the membrane module.
In addition, by monitoring from the permeate side of the monitoring membrane, the membrane surface, which is in an environment that is not in direct contact with the solid matter in the treatment liquid, becomes the object of monitoring. This makes it possible to capture changes in the membrane surface caused by clogging or deterioration of the membrane without being affected by the adhesion or accumulation of solid matter. Therefore, it becomes possible to grasp the condition of the membrane module simply and accurately.
本発明によれば、有機物質を含有する処理対象物の処理として、メタン発酵槽によるメタン発酵処理及び膜モジュールによる膜分離を行う処理システムにおいて、処理環境下における膜モジュールの状態について、膜分離処理への影響を与えない形での監視を可能とするとともに、膜モジュールの状態を簡便かつ的確に把握することが可能な処理システム、及び、処理システムに設けられる監視セル、並びに、処理システムの監視方法を提供することができる。 According to the present invention, in a treatment system that performs methane fermentation treatment in a methane fermenter and membrane separation using a membrane module to treat a material containing organic substances, it is possible to provide a treatment system that allows monitoring of the state of the membrane module in the treatment environment without affecting the membrane separation treatment, and that allows the state of the membrane module to be easily and accurately grasped, a monitoring cell provided in the treatment system, and a monitoring method for the treatment system.
本発明の処理システムは、有機物質を含有する処理対象物の処理を行う処理システムであり、特にメタン発酵処理と膜分離処理を組み合わせた膜分離メタン発酵処理に関する処理システムである。
そして、本発明の処理システムは、膜分離処理に用いる膜モジュールの状態について、処理環境下、かつ膜分離処理への影響を与えない形での監視を行い、膜モジュールの状態を簡便かつ的確に把握することができるものである。
The treatment system of the present invention is a treatment system for treating a treatment target containing organic substances, and in particular, is a treatment system relating to membrane separation methane fermentation treatment, which combines methane fermentation treatment and membrane separation treatment.
Furthermore, the treatment system of the present invention monitors the condition of the membrane module used in the membrane separation process in a treatment environment and in a manner that does not affect the membrane separation process, making it possible to easily and accurately grasp the condition of the membrane module.
また、本発明の監視セル及び処理システムの監視方法は、本発明の処理システムにおける膜モジュールの監視に関するものである。 The monitoring cell and the monitoring method of the treatment system of the present invention also relate to monitoring the membrane module in the treatment system of the present invention.
本発明における処理対象物としては、例えば、生ごみ、食品廃棄物、草木、汚泥等の固体分を含む有機性排水のほか、家畜糞尿、余剰汚泥などの有機性廃液や有機性廃棄物が挙げられる。なお、本発明における処理対象物はこれに限定されるものではなく、嫌気性下でメタン発酵処理が可能な有機物質を含むものであれば、本発明の処理対象物となる。 Examples of the objects to be treated in the present invention include organic wastewater containing solids such as food waste, food waste, vegetation, and sludge, as well as organic waste liquids and organic waste such as livestock manure and excess sludge. Note that the objects to be treated in the present invention are not limited to these, and any object that contains organic matter that can be fermented under anaerobic conditions can be treated in the present invention.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る処理システム、監視セル及び処理システムの監視方法に係る実施態様を詳細に説明する。また、本発明に係る処理システムの監視方法の説明については、本発明に係る処理システム及び監視セルの構成及び動作に係る説明に置き換えるものとする。
なお、実施態様に記載する処理システム及び監視セルについては、本発明に係る処理システム及び監視セルを説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。また、本実施態様の処理システムの監視方法は、以下の処理システムに係る監視方法を説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of a processing system, a monitoring cell, and a method for monitoring a processing system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description of the method for monitoring a processing system according to the present invention shall be replaced with the description of the configuration and operation of the processing system and the monitoring cell according to the present invention.
The processing system and the monitoring cell described in the embodiment are merely examples for explaining the processing system and the monitoring cell according to the present invention, and are not limited thereto. Furthermore, the monitoring method of the processing system in this embodiment is merely an example for explaining the monitoring method related to the following processing system, and is not limited thereto.
〔第1の実施態様〕
[処理システム]
図1は、本発明の第1の実施態様における処理システムの構造を示す概略説明図である。また、図2は、本実施態様の処理システムにおける監視セルの構造に係る概略説明図である。なお、図2は、図1における監視セル近傍の拡大図であり、メタン発酵槽1や、膜モジュール2a及び2bに係る構造は図示を省略している。
[First embodiment]
[Processing System]
Fig. 1 is a schematic diagram showing the structure of a treatment system according to a first embodiment of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing the structure of a monitoring cell in the treatment system according to this embodiment. Fig. 2 is an enlarged view of the vicinity of the monitoring cell in Fig. 1, and the structures related to a methane fermentation tank 1 and membrane modules 2a and 2b are omitted.
本発明の第1の実施態様に係る処理システム100Aは、処理対象物Sに対し、メタン発酵処理及び膜分離処理を行うものであり、図1に示すように、ラインL1を介して供給される処理対象物Sをメタン発酵処理するメタン発酵槽1と、メタン発酵槽1で生じた処理液Wを膜分離し、濃縮液F1と透過液F2を得る膜モジュール2と、処理液Wを膜モジュール2に送液し、かつ濃縮液F1をメタン発酵槽1に返送する循環ポンプ3と、を備えている。
また、本実施態様に係る処理システム100Aは、図1及び図2に示すように、監視セル4Aを備えている。なお、後述するように、監視セル4Aは、膜モジュール2を形成する膜エレメントと同性能の膜エレメント40を備えるものである。
The treatment system 100A according to the first embodiment of the present invention performs methane fermentation treatment and membrane separation treatment on the treatment target S, and as shown in FIG. 1, is equipped with a methane fermentation tank 1 that performs methane fermentation treatment on the treatment target S supplied via a line L1, a membrane module 2 that performs membrane separation on the treatment liquid W produced in the methane fermentation tank 1 to obtain a concentrated liquid F1 and a permeated liquid F2, and a circulation pump 3 that sends the treatment liquid W to the membrane module 2 and returns the concentrated liquid F1 to the methane fermentation tank 1.
1 and 2, the treatment system 100A according to this embodiment includes a monitoring cell 4A. As will be described later, the monitoring cell 4A includes a membrane element 40 having the same performance as the membrane element forming the membrane module 2.
なお、本実施態様に係る処理システム100Aは、図1に示した構成以外の設備を設けるものとしてもよい。例えば、メタン発酵槽1の前段に、処理対象物Sの濃縮を行う濃縮槽、処理対象物Sの可溶化を行う可溶化槽、メタン発酵槽1に供給する処理対象物Sの供給量を調整するための調整槽などを設けるものとしてもよい。また、膜モジュール2の後段に、透過液F2の処理を行う水処理設備を設けるものとしてもよい。また、メタン発酵槽1から発生するバイオガス(メタンガス)を、ラインL2を介して回収し、このバイオガスを利用するための脱硫装置及びガス貯留タンクを含むバイオガス利用設備を設けるものとしてもよい。 The treatment system 100A according to this embodiment may be provided with equipment other than that shown in FIG. 1. For example, a concentration tank for concentrating the treatment target S, a solubilization tank for solubilizing the treatment target S, and an adjustment tank for adjusting the amount of the treatment target S supplied to the methane fermentation tank 1 may be provided upstream of the methane fermentation tank 1. A water treatment facility for treating the permeate F2 may be provided downstream of the membrane module 2. A biogas utilization facility including a desulfurization device and a gas storage tank for recovering the biogas (methane gas) generated from the methane fermentation tank 1 via line L2 and utilizing the biogas may be provided.
図1に基づき、本実施態様における処理システム100Aによる処理対象物の処理について、概要を説明する。
まず、ラインL1を介して、処理対象物Sがメタン発酵槽1に供給される。そして、メタン発酵槽1内で処理対象物Sに対してメタン発酵処理が行われる。そして、メタン発酵槽1で処理された処理対象物Sは、処理液Wとなり、膜モジュール2側へ送液される。このとき、循環ポンプ3及び配管31a~31d、32a~32cを介し、処理液Wは、複数の膜モジュール2を経由して膜分離され、濃縮液F1と透過液F2を得る。透過液F2は系外に排出されるが、濃縮液F1はメタン発酵槽1に返送される。
以上が、本実施態様における処理システム100Aにおける膜分離メタン発酵処理に係る流れとなる。
An outline of the processing of a processing object by a processing system 100A in this embodiment will be described with reference to FIG.
First, the material to be treated S is supplied to the methane fermentation tank 1 via line L1. Then, the material to be treated S is subjected to methane fermentation treatment in the methane fermentation tank 1. Then, the material to be treated S treated in the methane fermentation tank 1 becomes a treated liquid W, which is sent to the membrane module 2 side. At this time, the treated liquid W is subjected to membrane separation via the circulation pump 3 and the pipes 31a to 31d and 32a to 32c through the multiple membrane modules 2, and a concentrated liquid F1 and a permeated liquid F2 are obtained. The permeated liquid F2 is discharged outside the system, but the concentrated liquid F1 is returned to the methane fermentation tank 1.
The above is the flow of the membrane separation methane fermentation treatment in the treatment system 100A in this embodiment.
そして、本実施態様における処理システム100Aでは、膜分離に用いる膜モジュール2の状態を把握するために、監視セル4Aを設けている。この監視セル4Aは、図2に示すように、膜分離処理に用いる膜モジュール2を形成する膜エレメントと同性能の膜エレメント40を備えている。また、監視セル4Aは、図1に示すように、膜モジュール2の一つ(図1では膜モジュール2c)に対し、並列して設けられている。これにより、監視セル4A内の膜エレメント40は、膜モジュール2(膜モジュール2c)と同じ処理環境下に置かれた状態となる。すなわち、監視セル4A内の膜エレメント40に対する監視が、処理環境下における膜モジュール2の監視に相当することになるため、膜モジュール2自体を直接監視する必要がなくなる。したがって、膜モジュール2による膜分離処理への影響を与えない形での監視を行うことが可能となる。 In the treatment system 100A in this embodiment, a monitoring cell 4A is provided to grasp the state of the membrane module 2 used for membrane separation. As shown in FIG. 2, the monitoring cell 4A is provided with a membrane element 40 having the same performance as the membrane element forming the membrane module 2 used for membrane separation treatment. As shown in FIG. 1, the monitoring cell 4A is provided in parallel with one of the membrane modules 2 (membrane module 2c in FIG. 1). As a result, the membrane element 40 in the monitoring cell 4A is placed in the same treatment environment as the membrane module 2 (membrane module 2c). In other words, since monitoring of the membrane element 40 in the monitoring cell 4A corresponds to monitoring of the membrane module 2 in the treatment environment, there is no need to directly monitor the membrane module 2 itself. Therefore, it is possible to perform monitoring without affecting the membrane separation treatment by the membrane module 2.
以下、本実施態様の処理システム100Aにおける各構成について説明する。 The following describes each component of the processing system 100A of this embodiment.
(メタン発酵槽)
メタン発酵槽1は、処理対象物Sを嫌気性微生物(メタン菌)によりメタン発酵処理するための処理槽であり、嫌気性を維持するために密閉容器とすることが望ましく、それ以外の具体的な構造については特に限定されない。
メタン発酵槽1の構造としては、例えば、処理対象物Sに応じて適宜選択することが好ましい。より具体的には、液体成分を多く含む有機性排水や有機性廃液の嫌気性処理に利用される処理槽の構造や、固体成分を多く含む有機性廃棄物の嫌気性処理に利用される処理槽の構造等を適宜選択し、使用することができる。
なお、本実施態様の処理システム100Aは、メタン発酵槽1で生じた処理液Wを膜モジュール2に供給して膜分離を行うものである。このため、メタン発酵槽1でグラニュールを利用したメタン発酵処理を行うと、メタン発酵槽1で生じる処理液Wに、グラニュール等、粒子径の大きな固体分が混入し、メタン発酵槽1の後段に配置された膜モジュール2の閉塞を進行させてしまうおそれがある。したがって、本実施態様におけるメタン発酵槽1は、完全混合型メタン発酵槽として公知の構造からなるものを用い、メタン発酵処理を行うことが好ましい。
(Methane fermentation tank)
The methane fermentation tank 1 is a treatment tank for subjecting the treatment target S to methane fermentation treatment using anaerobic microorganisms (methane bacteria), and is desirably an airtight container in order to maintain anaerobic conditions, but other than that, there are no particular limitations on its specific structure.
The structure of the methane fermentation tank 1 is preferably selected appropriately depending on, for example, the material to be treated S. More specifically, the structure of a treatment tank used for the anaerobic treatment of organic wastewater or organic waste liquid containing a large amount of liquid components, or the structure of a treatment tank used for the anaerobic treatment of organic waste containing a large amount of solid components, etc. can be appropriately selected and used.
In the treatment system 100A of this embodiment, the treated liquid W produced in the methane fermentation tank 1 is supplied to the membrane module 2 for membrane separation. For this reason, when methane fermentation treatment using granules is performed in the methane fermentation tank 1, there is a risk that solid matter with a large particle size, such as granules, may be mixed into the treated liquid W produced in the methane fermentation tank 1, which may cause the clogging of the membrane module 2 arranged downstream of the methane fermentation tank 1 to progress. Therefore, it is preferable to perform the methane fermentation treatment using a methane fermentation tank 1 of a known structure as a complete mixing type methane fermentation tank in this embodiment.
本実施態様におけるメタン発酵槽1は、内部を撹拌するために撹拌手段10を設けるものとすることが好ましい。
撹拌手段10の具体的な構成としては、例えば、図1に示すように回転軸に設置された撹拌羽根11a及び駆動部11bを備える撹拌機11のほか、メタン発酵槽1内の処理液Wを循環させる撹拌ポンプ及び循環用配管からなるものなどが挙げられる。
The methane fermentation tank 1 in this embodiment is preferably provided with stirring means 10 for stirring the inside thereof.
Specific configurations of the stirring means 10 include, for example, a stirrer 11 having stirring blades 11a and a drive unit 11b attached to a rotating shaft as shown in FIG. 1, as well as a stirring pump and circulation piping for circulating the treatment liquid W in the methane fermentation tank 1.
メタン発酵槽1の具体的な構造については、特に限定されず、円柱形、角柱形、亀甲形、そろばん玉形、卵形などが挙げられる。なお、メタン発酵槽1の構造に係る一例としては、メタン発酵槽1の底部に傾斜を有することが好ましい。これにより、固形物残渣の回収を容易とするとともに、メタン発酵槽1底部における撹拌効率も向上する。
また、メタン発酵槽1に係るその他の構造に係る一例としては、例えば、撹拌手段10による撹拌効率を上げるための内部構造等をさらに備えるものなどが挙げられる。
The specific structure of the methane fermenter 1 is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a prismatic shape, a tortoise shell shape, an abacus bead shape, an egg shape, etc. As an example of the structure of the methane fermenter 1, it is preferable that the bottom of the methane fermenter 1 has a slope. This makes it easy to collect the solid residue and also improves the stirring efficiency at the bottom of the methane fermenter 1.
As another example of the other structure of the methane fermentation tank 1, for example, an internal structure for increasing the stirring efficiency of the stirring means 10 may be further provided.
本実施態様におけるメタン発酵槽1で処理された処理対象物Sは、処理液Wとして、膜モジュール2へと送液される。 In this embodiment, the material S treated in the methane fermentation tank 1 is sent to the membrane module 2 as the treated liquid W.
(膜モジュール)
膜モジュール2は、メタン発酵槽1で生じた処理液Wに対し、膜による固液分離(膜分離)を行い、濃縮液F1と透過液F2とを得るものである。
また、本実施態様における膜モジュール2の個数については特に限定されない。例えば、図1に示すように、複数個の膜モジュール2a、2b、2cを直列に配置するものとし、濃縮液F1を順次膜モジュール2に供給することで、処理液W中の固体分(メタン発酵汚泥)の濃縮率を高めるものとすることが挙げられる。なお、膜モジュール2の配置(配列)についても特に限定されない。例えば、複数の膜モジュール2を並列につなぐ配列を形成するものとしてもよく、複数の膜モジュール2を直列につないだものをユニット化し、このユニットを複数並列につなぐ配列を形成するものとしてもよい。
(Membrane module)
The membrane module 2 performs solid-liquid separation (membrane separation) using a membrane on the treated liquid W produced in the methane fermenter 1 to obtain a concentrated liquid F1 and a permeated liquid F2.
In addition, the number of membrane modules 2 in this embodiment is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, a plurality of membrane modules 2a, 2b, and 2c may be arranged in series, and the concentrated liquid F1 may be sequentially supplied to the membrane modules 2 to increase the concentration rate of the solid content (methane fermentation sludge) in the treatment liquid W. The arrangement (arrangement) of the membrane modules 2 is also not particularly limited. For example, a plurality of membrane modules 2 may be connected in parallel to form an arrangement, or a plurality of membrane modules 2 connected in series may be unitized, and a plurality of such units may be connected in parallel to form an arrangement.
また、図1に示すように、濃縮液F1は、循環ポンプ3及び配管31a~31dを介し、メタン発酵槽1に返送される。一方、透過液F2は、配管32a~32cを介し、系外に排出される。なお、上述したように、系外に排出された透過液F2については、他の水処理設備により、さらに処理が行われるものとしてもよい。 As shown in FIG. 1, the concentrated liquid F1 is returned to the methane fermentation tank 1 via the circulation pump 3 and pipes 31a to 31d. Meanwhile, the permeated liquid F2 is discharged outside the system via pipes 32a to 32c. As mentioned above, the permeated liquid F2 discharged outside the system may be further treated by other water treatment equipment.
ここで、膜モジュール2に送液される処理液Wは、メタン発酵槽1における嫌気性微生物(メタン菌)を含んでいる。つまり、メタン発酵槽1から処理液Wを排出させ、膜モジュール2に送液することに伴い、嫌気性微生物(メタン菌)もメタン発酵槽1から排出されてしまう。
一方、図1に示すように、本実施態様における処理システム100Aでは、複数の膜モジュール2a、2b、2cを備え、循環ポンプ3及び配管31a~31dを介し、処理液Wを循環させ、濃縮液F1としてメタン発酵槽1に返送することで、メタン発酵槽1から流出した嫌気性微生物(メタン菌)が、濃縮液F1として回収され、メタン発酵槽1に返送されることになる。これにより、メタン発酵槽1から嫌気性微生物が流出することを抑止し、メタン発酵槽1内の嫌気性微生物濃度を維持することが可能となる。
Here, the treated liquid W sent to the membrane module 2 contains anaerobic microorganisms (methane bacteria) in the methane fermentation tank 1. In other words, when the treated liquid W is discharged from the methane fermentation tank 1 and sent to the membrane module 2, the anaerobic microorganisms (methane bacteria) are also discharged from the methane fermentation tank 1.
1, the treatment system 100A in this embodiment includes a plurality of membrane modules 2a, 2b, and 2c, and circulates the treated liquid W through a circulation pump 3 and pipes 31a to 31d, and returns the treated liquid W to the methane fermentation tank 1 as a concentrated liquid F1, whereby anaerobic microorganisms (methane bacteria) that flow out from the methane fermentation tank 1 are collected as the concentrated liquid F1 and returned to the methane fermentation tank 1. This makes it possible to prevent the anaerobic microorganisms from flowing out from the methane fermentation tank 1, and to maintain the concentration of anaerobic microorganisms in the methane fermentation tank 1.
膜モジュール2としては、処理液Wの膜分離を行い、嫌気性微生物(メタン菌)を多く含む固体分(メタン発酵汚泥)を含有する濃縮液F1と、固体分が除去された透過液F2を得ることができるものであればよい。
膜モジュール2の具体的な例としては、チューブラー型、中空糸型、スパイラル型、浸漬型平膜等が挙げられる。本実施態様における膜モジュール2としては、図1に示すように、メタン発酵槽1外に設けた槽外型と呼ばれるものを用いることが好ましい。
また、膜モジュール2としてはチューブラー型を用いることが特に好ましい。膜面線速を高めて膜面近くに乱流を起こし、可逆的ファウリングを抑制するという、いわゆるクロスフロー方式による膜分離を行うことができる。また、チューブラー型においては、処理液Wを通過させる流路が、中空糸型やスパイラル型と比較して大きいことが知られている。このため、送液する処理液Wの物性としてSS濃度や粘度の高いものであっても、膜モジュール2の閉塞が生じにくいという利点を有する。
The membrane module 2 may be any module capable of performing membrane separation of the treated liquid W to obtain a concentrated liquid F1 containing solids (methane fermentation sludge) rich in anaerobic microorganisms (methane bacteria) and a permeate F2 from which the solids have been removed.
Specific examples of the membrane module 2 include a tubular type, a hollow fiber type, a spiral type, and a submerged flat membrane. As the membrane module 2 in this embodiment, it is preferable to use a so-called external type that is provided outside the methane fermentation tank 1, as shown in FIG.
In addition, it is particularly preferable to use a tubular type as the membrane module 2. This allows for membrane separation by a so-called cross-flow method, in which the membrane surface linear velocity is increased to generate turbulence near the membrane surface and suppress reversible fouling. It is also known that the tubular type has a larger flow path through which the treatment liquid W passes than the hollow fiber type or spiral type. For this reason, it has the advantage that the membrane module 2 is less likely to be clogged even if the treatment liquid W to be fed has physical properties such as a high SS concentration and high viscosity.
本実施態様における膜モジュール2としては、図2に示すように、チューブラー型の膜エレメント20を複数備えるものが挙げられる。ここで、膜エレメント20は、UF膜等の膜を支持体に一体化したものを指し、膜モジュール2は、膜エレメント20の集合体を指すものである。
また、本実施態様における膜エレメント20は、処理液W中の固体分(メタン発酵汚泥)のサイズを鑑み、UF膜、MF膜を備えるものとすることが好ましい。これにより、膜モジュール2として繰り返して使用することが可能となり、メンテナンス作業も容易となる。
As shown in Fig. 2, the membrane module 2 in this embodiment includes a plurality of tubular membrane elements 20. Here, the membrane element 20 refers to a membrane such as a UF membrane integrated with a support, and the membrane module 2 refers to an assembly of the membrane elements 20.
Moreover, in this embodiment, the membrane element 20 is preferably provided with a UF membrane and an MF membrane in consideration of the size of the solid content (methane fermentation sludge) in the treatment liquid W. This allows the membrane module 2 to be used repeatedly and facilitates maintenance work.
なお、膜モジュール2に対しては、逆洗用のラインを別途設けるものとしてもよい(不図示)。また、逆洗における条件(使用する薬剤等)については、後述する監視セル4による監視結果を基に決定するものとしてもよい。 A separate backwash line may be provided for the membrane module 2 (not shown). The backwash conditions (e.g., chemicals to be used) may be determined based on the monitoring results of the monitoring cell 4, which will be described later.
(循環ポンプ)
循環ポンプ3は、メタン発酵槽1で生じた処理液Wを膜モジュール2に送液し、かつ、濃縮液F1をメタン発酵槽1に返送するためのものである。これにより、メタン発酵槽1から排出された処理液W中に含まれる嫌気性微生物(メタン菌)は、濃縮液F1としてメタン発酵槽1に返送されるため、メタン発酵槽1における嫌気性微生物の流出を抑制することが可能となる。
なお、図1では、循環ポンプ3は、メタン発酵槽1で生じた処理液Wを、配管31aを介して膜モジュール2(膜モジュール2a)に送液し、かつ、濃縮液F1を、配管31b~31dを介して膜モジュール2(膜モジュール2b及び2c)を順次通過させ、メタン発酵槽1に返送するものを示している。
(Circulation pump)
The circulation pump 3 is for sending the treated liquid W generated in the methane fermentation tank 1 to the membrane module 2, and for returning the concentrated liquid F1 to the methane fermentation tank 1. As a result, the anaerobic microorganisms (methane bacteria) contained in the treated liquid W discharged from the methane fermentation tank 1 are returned to the methane fermentation tank 1 as the concentrated liquid F1, making it possible to suppress the outflow of anaerobic microorganisms in the methane fermentation tank 1.
In FIG. 1, the circulation pump 3 is shown as sending the treated liquid W produced in the methane fermentation tank 1 to the membrane module 2 (membrane module 2a) via the pipe 31a, and passing the concentrated liquid F1 sequentially through the membrane modules 2 (membrane modules 2b and 2c) via the pipes 31b to 31d, and returning the concentrated liquid F1 to the methane fermentation tank 1.
(監視セル)
監視セル4Aは、膜モジュール2の状態を監視するためのものである。
本実施態様における監視セル4Aは、図1及び図2に示すように、膜モジュール2を直接監視するものではなく、監視セル4A内に、膜モジュール2を形成する膜エレメント20と同性能の膜エレメント40を備え、この膜エレメント40の監視を行うものである。
また、図1に示すように、監視セル4Aは、膜モジュール2(膜モジュール2c)に対して並列となるように設けられており、監視セル4Aと膜モジュール2cには、配管31cを介し、同じ処理液W(膜モジュール2bからの濃縮液F1)が供給されることになる。これにより、監視セル4A内に設けられた膜エレメント40に対する監視が、処理環境下における膜モジュール2の監視に相当することになるため、膜モジュール2自体を直接監視する必要がなくなる。したがって、膜モジュール2による膜分離処理への影響を与えない形での監視が可能となる。
(Monitoring cell)
The monitoring cell 4A is for monitoring the state of the membrane module 2.
As shown in Figures 1 and 2, the monitoring cell 4A in this embodiment does not directly monitor the membrane module 2, but rather includes a membrane element 40 having the same performance as the membrane element 20 that forms the membrane module 2 within the monitoring cell 4A, and monitors this membrane element 40.
1, the monitoring cell 4A is provided in parallel with the membrane module 2 (membrane module 2c), and the same treatment liquid W (concentrated liquid F1 from membrane module 2b) is supplied to the monitoring cell 4A and the membrane module 2c via the pipe 31c. As a result, the monitoring of the membrane element 40 provided in the monitoring cell 4A corresponds to the monitoring of the membrane module 2 under the treatment environment, and therefore there is no need to directly monitor the membrane module 2 itself. Therefore, monitoring can be performed without affecting the membrane separation process by the membrane module 2.
また、監視セル4Aは、図2に示すように、膜エレメント40の透過液側から監視を行うものである。これにより、本来、処理液W中の固体分と直接接触しない環境下にある膜表面を監視対象とすることができる。したがって、固体分の付着や堆積等の影響を受けることなく、膜エレメント40の閉塞や劣化に起因する膜表面の変化を捉えることができ、併せて膜モジュール2の閉塞や劣化等に係る傾向を精度よく把握することが可能となる。 As shown in FIG. 2, the monitoring cell 4A monitors the permeate side of the membrane element 40. This allows the membrane surface, which is in an environment that does not directly contact the solids in the treatment liquid W, to be monitored. This makes it possible to capture changes in the membrane surface caused by clogging or deterioration of the membrane element 40 without being affected by the adhesion or accumulation of solids, and also makes it possible to accurately grasp trends related to clogging or deterioration of the membrane module 2.
監視セル4Aは、膜モジュール2の状態を間接的に監視することができるように配置されるものであればよく、監視セル4Aの配置箇所は特に限定されないが、図1及び図2に示すように、膜モジュール2が複数個の膜モジュール2a、2b、2cを直列に配置するものである場合、最下流に相当する膜モジュール2cに対し、監視セル4Aを並列に設けることが好ましい。これにより、処理液W中の固体分が最も多く、膜モジュール2内で最も負荷の大きい箇所における膜モジュール2cに係る監視を行うことができ、膜モジュール2全体が閉塞・劣化する前に、適切な対応を行うことが可能となる。また、これにより、処理システム100Aへの影響を少なくすることが可能となる。 The monitoring cell 4A may be arranged so as to indirectly monitor the state of the membrane module 2, and the location of the monitoring cell 4A is not particularly limited. However, as shown in Figures 1 and 2, when the membrane module 2 is an arrangement of multiple membrane modules 2a, 2b, and 2c arranged in series, it is preferable to provide the monitoring cell 4A in parallel with the membrane module 2c corresponding to the most downstream position. This makes it possible to monitor the membrane module 2c at the point where the solid content in the treatment liquid W is the highest and where the load is the highest in the membrane module 2, and it becomes possible to take appropriate measures before the entire membrane module 2 becomes clogged or deteriorates. This also makes it possible to reduce the impact on the treatment system 100A.
図2に基づき、監視セル4A及びその近傍に係る構造の一例について詳細に説明する。
図2に示すように、監視セル4A内部には、膜エレメント40を備えており、配管31cから分岐した配管41aを介して、処理液W(膜モジュール2bからの濃縮液F1)が供給され、配管41b及び41cを介して濃縮液F1及び透過液F2が監視セル4A外に排出される。このとき、図2に示すように、監視セル4Aから排出された濃縮液F1及び透過液F2は、それぞれ膜モジュール2cによる膜分離により排出される濃縮液F1のライン(配管31d)と透過液F2のライン(配管32c)に導入されるように、配管41b及び41cを接続することが挙げられるが、これに限定されるものではない。例えば、配管41bをメタン発酵槽1に接続することや、配管41cを直接他の水処理設備に接続することなどが挙げられる。
なお、図2に示すように、配管41a~41cにはそれぞれ開閉弁V1~V3を備え、監視セル4Aを処理システム100Aの処理の流れから切り離すことができるようにするものとしてもよい。
An example of the structure of the monitoring cell 4A and its vicinity will be described in detail with reference to FIG.
As shown in Fig. 2, the monitoring cell 4A is provided with a membrane element 40, and the treated liquid W (concentrated liquid F1 from the membrane module 2b) is supplied through a pipe 41a branched from the pipe 31c, and the concentrated liquid F1 and the permeated liquid F2 are discharged to the outside of the monitoring cell 4A through pipes 41b and 41c. At this time, as shown in Fig. 2, the concentrated liquid F1 and the permeated liquid F2 discharged from the monitoring cell 4A may be connected to the pipes 41b and 41c so that they are introduced into the line (pipe 31d) of the concentrated liquid F1 and the line (pipe 32c) of the permeated liquid F2 discharged by membrane separation by the membrane module 2c, respectively, but this is not limited thereto. For example, the pipe 41b may be connected to the methane fermentation tank 1, or the pipe 41c may be directly connected to another water treatment facility.
As shown in FIG. 2, the pipes 41a to 41c may be provided with on-off valves V1 to V3, respectively, so that the monitoring cell 4A can be separated from the processing flow of the processing system 100A.
監視セル4Aにおいて、膜エレメント40の透過液側から監視を行うための構造及び監視に係る手段については、特に限定されない。
例えば、監視セル4A内に設けられる膜エレメント40としては、膜エレメント40表面を直接監視するために、膜エレメント40を構成する支持体(外装チューブ)として、透明な部材からなるものとすることが挙げられる。
このとき、膜エレメント40としては、膜モジュール2と同様、チューブラー型とし、図2に示すように、配管41aを介して管状の膜エレメント40の内側に処理液Wが供給されて膜分離を行い、膜エレメント40の内側から濃縮液F1が排出され、膜エレメント40の外側に透過液F2が排出される構造とすることが好ましい。これにより、膜エレメント40の透過液側から容易に監視を行うことが可能となる。
また、膜エレメント40を配置する監視セル4A自体も透明な部材とし、監視セル4Aの外側からの監視を可能とする構造とすることが挙げられる。
In the monitoring cell 4A, the structure for monitoring from the permeate side of the membrane element 40 and the monitoring means are not particularly limited.
For example, in order to directly monitor the surface of the membrane element 40 provided in the monitoring cell 4A, the support (outer tube) constituting the membrane element 40 may be made of a transparent material.
In this case, it is preferable that the membrane element 40 is of a tubular type like the membrane module 2, and is structured as shown in Fig. 2 such that the treatment liquid W is supplied to the inside of the tubular membrane element 40 via piping 41a to perform membrane separation, and the concentrated liquid F1 is discharged from the inside of the membrane element 40 and the permeated liquid F2 is discharged to the outside of the membrane element 40. This allows easy monitoring from the permeated liquid side of the membrane element 40.
In addition, the monitoring cell 4A itself in which the membrane element 40 is disposed may be made of a transparent material, so that the monitoring cell 4A can be structured to enable monitoring from the outside.
監視セル4Aに対する監視に係る手段については、膜エレメント40の表面状態を監視できるものであればよく、特に限定されない。
例えば、図2に示すように、膜エレメント40表面の色の変化を監視することができる監視手段42を設けることが好ましい。
The means for monitoring the monitoring cell 4A is not particularly limited as long as it can monitor the surface condition of the membrane element 40.
For example, as shown in FIG. 2, it is preferable to provide a monitoring means 42 capable of monitoring the change in color of the surface of the membrane element 40 .
本実施態様における処理システム100Aでは、メタン発酵槽1で生じた処理液W中には微細な固体分(メタン発酵汚泥)が含まれており、この固体分は一般的に有色である。このため、膜エレメント40の閉塞や劣化に伴い、有色の固体分が膜内部に入り込むことで、透過液側の膜表面の色が変化してくることになる。したがって、監視手段42により、膜エレメント40表面の色の変化を監視することで、膜エレメント40の状態を簡便かつ高精度で把握することが可能となる。 In the treatment system 100A of this embodiment, the treatment liquid W produced in the methane fermentation tank 1 contains fine solids (methane fermentation sludge), which are generally colored. Therefore, as the membrane element 40 becomes clogged or deteriorates, the colored solids penetrate into the membrane, causing a change in the color of the membrane surface on the permeate side. Therefore, by monitoring the color change on the membrane element 40 surface with the monitoring means 42, it is possible to grasp the condition of the membrane element 40 easily and with high accuracy.
監視手段42としては、カメラ、ビデオなどの画像取得装置のほか、色識別センサなどのセンサが挙げられる。これにより、膜エレメント40の表面状態に係る情報をデータとして取得、保存することが可能となり、このデータの蓄積及び比較演算を行うことで、膜エレメント40の状態、すなわち、膜モジュール2の状態の把握及び判断に係る精度をより一層高めることが可能となる。
ここで、データとして蓄積される膜エレメント40の表面状態に係る情報を用いた比較演算の一例としては、ろ過時間の経過による表面の色の変化、新品の膜エレメント40表面の色との変化、処理システム100Aの運転状態から膜分離が正常に行われていると判断される際における色との変化などを求めることが挙げられる。
Examples of the monitoring means 42 include image acquisition devices such as cameras and videos, as well as sensors such as color identification sensors. This makes it possible to acquire and store information related to the surface state of the membrane element 40 as data, and by accumulating and comparing this data, it becomes possible to further improve the accuracy of understanding and judging the state of the membrane element 40, i.e., the state of the membrane module 2.
Here, examples of comparison calculations using information related to the surface condition of the membrane element 40 accumulated as data include determining the change in surface color over the passage of filtration time, the change in color from the surface color of a new membrane element 40, and the change in color from the operating state of the treatment system 100A when it is determined that membrane separation is proceeding normally.
なお、監視セル4Aに係る構成は、本発明に係る監視セルとして独立したものとすることができる。この監視セルは、既設の処理システム、特に、有機物質を含有する処理対象物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、メタン発酵槽で生じた処理液を膜分離し、濃縮液と透過液を得る膜モジュールと、を備える処理システムに適用することができる。これにより、処理システム全体を更新することなく、簡素な取り付け作業によって、本発明の処理システム及び処理システムの監視方法を提供することができる。 The configuration of the monitoring cell 4A can be made independent as a monitoring cell according to the present invention. This monitoring cell can be applied to an existing treatment system, in particular a treatment system that includes a methane fermentation tank that performs methane fermentation treatment on a treatment target containing organic matter, and a membrane module that performs membrane separation of the treatment liquid produced in the methane fermentation tank to obtain a concentrated liquid and a permeate liquid. This makes it possible to provide the treatment system and treatment system monitoring method of the present invention through simple installation work, without updating the entire treatment system.
上述したように、本実施態様における監視セル4A及び監視手段42により、処理システム100A内に組み込まれた膜エレメント40の状態を簡便かつ高精度で把握することができる。すなわち、処理環境下における膜モジュール2の状態を簡便かつ高精度で把握することが可能となる。
そして、監視セル4A及び監視手段42によって把握した膜モジュール2の状態を基に、メンテナンス作業の内容(洗浄あるいは膜交換)や、メンテナンスの頻度及びタイミングを適切に判断し、実行することが可能となる。
As described above, the monitoring cell 4A and the monitoring means 42 in this embodiment make it possible to grasp the state of the membrane element 40 incorporated in the treatment system 100A simply and with high accuracy. That is, it becomes possible to grasp the state of the membrane module 2 in the treatment environment simply and with high accuracy.
Based on the state of the membrane module 2 grasped by the monitoring cell 4A and the monitoring means 42, it is possible to appropriately determine and execute the content of the maintenance work (cleaning or membrane replacement), as well as the frequency and timing of the maintenance.
なお、膜モジュール2に対するメンテナンスとして洗浄を行う場合、監視セル4Aを用いて、効果的な洗浄についての情報を得るものとしてもよい。例えば、図1及び図2に示した処理システム100Aにおいて、開閉弁V1~V3を全て閉じ、処理システム100Aから監視セル4Aを独立させた状態で、監視セル4Aに対してラインL3及びラインL4を介して洗浄用薬液を導入し、一定時間浸漬後、洗浄用薬液を排出し、監視手段42により膜エレメント40表面に係るデータを取得することが挙げられる。これにより、洗浄用薬液による洗浄についての情報を得るとともに、洗浄効果を評価することが可能となる。また、この評価に基づき、膜モジュール2の効果的な洗浄に係る洗浄用薬液の決定や、膜モジュール2の効果的な洗浄に係るその他の条件に関して、有益な情報を得ることが可能となる。 When cleaning is performed as maintenance for the membrane module 2, the monitoring cell 4A may be used to obtain information about effective cleaning. For example, in the treatment system 100A shown in Figures 1 and 2, all of the on-off valves V1 to V3 are closed, and the monitoring cell 4A is separated from the treatment system 100A. A cleaning chemical is introduced into the monitoring cell 4A via lines L3 and L4, and after a certain period of immersion, the cleaning chemical is discharged, and data related to the surface of the membrane element 40 is obtained by the monitoring means 42. This makes it possible to obtain information about cleaning with the cleaning chemical and to evaluate the cleaning effect. Based on this evaluation, it is also possible to obtain useful information about the determination of the cleaning chemical for effective cleaning of the membrane module 2 and other conditions for effective cleaning of the membrane module 2.
〔第2の実施態様〕
図3は、本発明の第2の実施態様に係る処理システムにおける監視セルの構造を示す概略説明図である。
本発明の第2の実施態様における処理システム100Bは、第1の実施態様における監視セル4Aに代えて、透過液を排出する透過液排出部43を有する監視セル4Bとするものである。なお、本実施態様における処理システム100Bの構成のうち、第1の実施態様の処理システム100Aの構成と同じものについては、説明及び図示の一部を省略する。
[Second embodiment]
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing the structure of a monitoring cell in a processing system according to a second embodiment of the present invention.
A processing system 100B in the second embodiment of the present invention has a monitoring cell 4B having a permeate discharge part 43 for discharging the permeate, instead of the monitoring cell 4A in the first embodiment. Note that, among the configurations of the processing system 100B in this embodiment, some of the explanations and illustrations of the same configurations as those of the processing system 100A in the first embodiment will be omitted.
本実施態様における監視セル4Bは、膜エレメント40から排出される透過液F2を、監視セル4Bから排出するための透過液排出部43を有するものである。
処理液Wの種類によっては、膜分離した際の透過液F2が着色したものとなることがある。この場合、透過液F2自体が監視における外乱となって、監視セル4Bの外部から監視手段42等による監視を行うことが困難となる。
このため、本実施態様の監視セル4Bにおいては、透過液排出部43によって透過液F2を排出することで、外乱による影響を抑制した状態で、膜エレメント40を監視することが可能となる。これにより、透過液F2の性質によらず、膜エレメント40の状態を簡便かつ高精度で把握することが可能となる。
The monitoring cell 4B in this embodiment has a permeate discharge section 43 for discharging the permeate F2 discharged from the membrane element 40 from the monitoring cell 4B.
Depending on the type of the treated liquid W, the permeated liquid F2 may become colored when separated through the membrane. In this case, the permeated liquid F2 itself becomes a disturbance in monitoring, making it difficult to monitor the liquid W from outside the monitoring cell 4B using the monitoring means 42 or the like.
Therefore, in the monitoring cell 4B of this embodiment, it is possible to monitor the membrane element 40 in a state in which the influence of disturbances is suppressed by discharging the permeated liquid F2 through the permeated liquid discharge section 43. This makes it possible to grasp the state of the membrane element 40 simply and with high accuracy, regardless of the properties of the permeated liquid F2.
透過液排出部43としては、図3に示すように、監視セル4Bに対し、排水弁V4を備える配管43aと、開放弁V5を備える配管43bを接続することが挙げられる。これにより、排水弁V4及び開放弁V5の両方を開とすることで、監視セル4B内の透過液F2を速やかに排出することができる。なお、透過液排出部43を作動させるタイミングは特に限定されない。例えば、透過液排出部43を定期的に作動させ、監視を行うものとしてもよく、常時作動させて監視を行うものとしてもよい。
また、透過液排出部43としては、監視セル4B内の透過液F2を排出することができるものであればよく、例えば、開放弁V5を備える配管43bについては、配管41cに接続するものとしてもよい。
As shown in Fig. 3, the permeate discharge unit 43 may be configured by connecting a pipe 43a equipped with a drain valve V4 and a pipe 43b equipped with an open valve V5 to the monitoring cell 4B. By doing so, the permeate F2 in the monitoring cell 4B can be quickly discharged by opening both the drain valve V4 and the open valve V5. The timing of operating the permeate discharge unit 43 is not particularly limited. For example, the permeate discharge unit 43 may be operated periodically to perform monitoring, or may be operated constantly to perform monitoring.
Furthermore, the permeate discharge section 43 may be any device capable of discharging the permeate F2 from the monitoring cell 4B. For example, the pipe 43b equipped with the release valve V5 may be connected to the pipe 41c.
透過液排出部43により、監視セル4B内の透過液F2を排出する場合、簡便な手段で膜エレメント40の表面に係る監視を実行することができる。なお、この場合、監視セル4Bに対する処理液Wの供給を停止することが望ましい。 When the permeate discharge section 43 discharges the permeate F2 from the monitoring cell 4B, monitoring of the surface of the membrane element 40 can be performed by a simple means. In this case, it is desirable to stop the supply of the treatment liquid W to the monitoring cell 4B.
一方、本実施態様における監視セル4Bの別の態様としては、透過液排出部43以外に、透過液を水(純水)で置換するための置換水供給部44を設けるものとすることが挙げられる。
図4は、本実施態様における監視セル4Bの別態様を示す概略説明図である。
図4に示すように、置換水供給部44としては、貯水槽44a、配管44b、給水弁V6を備えるものが挙げられる。また、図4に示すように、このとき、透過液排出部43としては、監視セル4Bに対し、排水弁V4を備える配管43aを接続する一方、配管41c上には、開放弁V5を備える配管43bを接続するものが挙げられる。
そして、排水弁V4と開放弁V5の両方を開とすることで、監視セル4B内の透過液F2を速やかに排出し、貯水槽44a、配管44b、給水弁V6を介して、貯水槽44a内の置換水(純水)を監視セル4Bに供給するように操作することが挙げられる。これにより、監視セル4B内が透明な水(純水)に置き換わるため、透過液F2による外乱の影響を受けることなく、かつ、監視セル4Bへの処理液Wの供給を止めることなく、連続した監視を行うことが可能となる。
なお、置換水供給部44は、透過液排出部43の構成と一体化するものであってもよい。例えば、配管44b及び給水弁V6を設ける代わりに、監視セル4Bに接続した開放弁V5を備える配管43bに対し、貯水槽44aを設け、開放弁V5及び排水弁V4を開放することで、透過液の排出と置換水の供給を同時に行うものとしてもよい。
On the other hand, another aspect of the monitoring cell 4B in this embodiment is that, in addition to the permeated liquid discharge section 43, a replacement water supply section 44 for replacing the permeated liquid with water (pure water) is provided.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing another example of a monitoring cell 4B in this embodiment.
As shown in Fig. 4, the replacement water supply unit 44 may include a water tank 44a, a pipe 44b, and a water supply valve V6. As shown in Fig. 4, the permeated liquid discharge unit 43 may include a pipe 43a having a drain valve V4 connected to the monitoring cell 4B, and a pipe 43b having an open valve V5 connected to the pipe 41c.
Then, by opening both the drain valve V4 and the open valve V5, the permeated liquid F2 in the monitoring cell 4B is quickly discharged, and the replacement water (pure water) in the water tank 44a is supplied to the monitoring cell 4B via the water tank 44a, the pipe 44b, and the water supply valve V6. As a result, the water in the monitoring cell 4B is replaced with transparent water (pure water), making it possible to perform continuous monitoring without being affected by disturbances caused by the permeated liquid F2 and without stopping the supply of the treatment liquid W to the monitoring cell 4B.
The replacement water supply unit 44 may be integrated with the configuration of the permeated liquid discharge unit 43. For example, instead of providing the pipe 44b and the water supply valve V6, a water tank 44a may be provided for the pipe 43b having the open valve V5 connected to the monitoring cell 4B, and the open valve V5 and the drain valve V4 may be opened to discharge the permeated liquid and supply the replacement water simultaneously.
〔第3の実施態様〕
図5は、本発明の第3の実施態様に係る処理システムにおける監視セルの構造を示す概略説明図である。
本発明の第3の実施態様における処理システム100Cは、第1の実施態様における監視セル4Aに代えて、膜エレメント40への処理負荷を付与する負荷付与手段45を有する監視セル4Cとするものである。なお、本実施態様における処理システム100Cの構成のうち、第1の実施態様の処理システム100Aの構成と同じものについては、説明及び図示の一部を省略する。
[Third embodiment]
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram showing the structure of a monitoring cell in a processing system according to a third embodiment of the present invention.
A processing system 100C in the third embodiment of the present invention has a monitoring cell 4C having a load applying means 45 for applying a processing load to a membrane element 40, instead of the monitoring cell 4A in the first embodiment. Note that, among the configurations of the processing system 100C in this embodiment, some of the explanations and illustrations will be omitted for those that are the same as the configurations of the processing system 100A in the first embodiment.
本実施態様における監視セル4Cは、負荷付与手段に45より、膜モジュール2(図5では、膜モジュール2c)よりも処理負荷がかかる状態とするものである。これにより、膜モジュール2よりも早く、膜エレメント40での膜の状態変化が起こるようにし、膜モジュール2における閉塞や劣化の兆候を早期に予測し、早期対応を可能とするものである。 In this embodiment, the monitoring cell 4C is placed in a state where a processing load is applied higher than that of the membrane module 2 (membrane module 2c in FIG. 5) by the load application means 45. This allows the membrane state to change in the membrane element 40 earlier than in the membrane module 2, making it possible to predict early signs of clogging or deterioration in the membrane module 2 and to take early action.
負荷付与手段45としては、図5に示すように、監視セル4Cへ処理液Wを供給する配管上に流量調整機構45aを設け、膜エレメント20の1本当たりの流量より小さい流量で供給することが挙げられる。
また、負荷付与手段45としては、流量調整機構45aのように、負荷を付与するための機構を別途設けるものに限定されない。負荷付与手段45の別の例としては、処理液W中の固体分が最も多くなる箇所(図5における最下流の膜モジュール2c)に対して監視セル4Cを配置することや、処理液Wの供給における圧力(水圧)が最も高くなる箇所に対して監視セル4Cを配置することなどが挙げられる。
さらに、負荷付与手段45としては、流量調整機構45aのような負荷付与のための機構を設けることと併せて、監視セル4Cの配置設定を行うものとしてもよい。
As an example of the load applying means 45, as shown in FIG. 5, a flow rate adjusting mechanism 45a is provided on the pipe for supplying the treatment liquid W to the monitoring cell 4C, and the treatment liquid W is supplied at a flow rate smaller than the flow rate per membrane element 20.
In addition, the load applying means 45 is not limited to a means in which a separate mechanism for applying a load is provided, such as a flow rate adjusting mechanism 45a. Other examples of the load applying means 45 include arranging a monitoring cell 4C at a location where the solid content in the treatment liquid W is the highest (the most downstream membrane module 2c in FIG. 5), or arranging a monitoring cell 4C at a location where the pressure (water pressure) in the supply of the treatment liquid W is the highest.
Furthermore, the load applying means 45 may be provided with a mechanism for applying a load, such as a flow rate adjusting mechanism 45a, and may also be configured to set the location of the monitoring cell 4C.
なお、上述した実施態様は処理システム、監視セル及び処理システムの監視方法の一例を示すものである。本発明に係る処理システム、監視セル及び処理システムの監視方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る処理システム、監視セル及び処理システムの監視方法を変形してもよい。 The above-described embodiment shows an example of a processing system, a monitoring cell, and a method for monitoring a processing system. The processing system, the monitoring cell, and the method for monitoring a processing system according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and the processing system, the monitoring cell, and the method for monitoring a processing system according to the above-described embodiment may be modified within the scope of the gist of the claims.
本発明の処理システムは、有機性廃液や有機性廃棄物等、有機物質を含有する処理対象物に対する処理に利用される。特に、メタン発酵処理及び膜分離による膜分離メタン発酵処理に係る処理に好適に利用される。
また、本発明の監視セル及び処理システムの監視方法は、メタン発酵処理及び膜分離による膜分離メタン発酵処理に係る処理システムの監視において、好適に利用される。
The treatment system of the present invention is used for treating objects containing organic substances, such as organic wastewater, organic waste, etc. In particular, the treatment system is suitably used for treatments related to methane fermentation treatment and membrane separation methane fermentation treatment by membrane separation.
Furthermore, the monitoring cell and the monitoring method of the treatment system of the present invention are suitably used in monitoring treatment systems involved in methane fermentation treatment and membrane separation methane fermentation treatment using membrane separation.
100A,100B,100C 処理システム、1 メタン発酵槽、10 撹拌手段、11 撹拌機、11a 撹拌羽根、11b 駆動部、2,2a,2b,2c 膜モジュール、20 膜エレメント、3 循環ポンプ、31a~31d 配管、32a~32c 配管、4A,4B,4C 監視セル、40 膜エレメント、41a~41c 配管、42 監視手段、43 透過液排出部、43a,43b 配管、44 置換水供給部、44a 貯水槽、44b 配管、45 負荷付与手段、45a 流量調整機構、F1 濃縮液、F2 透過液、L1~L4 ライン、S 処理対象物、V1~V6 弁、W 処理液 100A, 100B, 100C treatment system, 1 methane fermentation tank, 10 mixing means, 11 mixer, 11a mixing blade, 11b drive unit, 2, 2a, 2b, 2c membrane module, 20 membrane element, 3 circulation pump, 31a to 31d piping, 32a to 32c piping, 4A, 4B, 4C monitoring cell, 40 membrane element, 41a to 41c piping, 42 monitoring means, 43 permeate discharge unit, 43a, 43b piping, 44 replacement water supply unit, 44a water tank, 44b piping, 45 load applying means, 45a flow rate adjustment mechanism, F1 concentrated liquid, F2 permeate liquid, L1 to L4 lines, S treatment object, V1 to V6 valves, W treatment liquid
Claims (5)
前記処理対象物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽で生じた処理液を膜分離し、濃縮液と透過液を得る膜モジュールと、
前記膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメントを備え、前記膜エレメントの状態を透過液側から監視する監視セルと、
前記監視セルの前記膜エレメントへ処理負荷を付与する負荷付与手段と、を備えることを特徴とする、処理システム。 A treatment system for treating an object to be treated that contains organic matter,
A methane fermentation tank for subjecting the material to methane fermentation;
A membrane module that separates the treated liquid produced in the methane fermentation tank through membrane separation to obtain a concentrated liquid and a permeated liquid;
a monitoring cell including a membrane element having the same performance as the membrane element forming the membrane module, and monitoring the state of the membrane element from the permeate side;
and a load applying means for applying a treatment load to the membrane element of the monitoring cell.
前記メタン発酵槽で生じた処理液を膜分離し、濃縮液と透過液を得る膜モジュールと、を備える処理システムに対して設けられる監視セルであって、
前記処理システムにおける前記膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメントと、
前記膜エレメントへ処理負荷を付与する負荷付与手段と、を備え、
前記膜エレメントの状態を透過液側から監視することを特徴とする、監視セル。 a methane fermentation tank for subjecting a treatment target containing organic matter to methane fermentation treatment;
A monitoring cell provided for a treatment system including a membrane module that separates the treated liquid produced in the methane fermentation tank into a concentrated liquid and a permeated liquid,
A membrane element having the same performance as a membrane element forming the membrane module in the treatment system;
A load applying means for applying a treatment load to the membrane element,
A monitoring cell for monitoring the state of the membrane element from the permeate side.
前記メタン発酵槽で生じた処理液を膜分離し、濃縮液と透過液を得る膜モジュールと、を備える処理システムの監視方法であって、
前記処理システムにおける前記膜モジュールを形成する膜エレメントと同性能の膜エレメントを備えた監視セルを設け、
前記監視セルを介して、前記膜エレメントの状態を透過液側から監視する監視工程と、
前記監視セルの前記膜エレメントへ処理負荷を付与する負荷付与工程と、を含むことを特徴とする、処理システムの監視方法。
a methane fermentation tank for subjecting a treatment target containing organic matter to methane fermentation treatment;
A method for monitoring a treatment system comprising a membrane module for separating the treated liquid produced in the methane fermentation tank into a concentrated liquid and a permeated liquid, comprising:
providing a monitoring cell having a membrane element having the same performance as a membrane element forming the membrane module in the treatment system;
a monitoring step of monitoring the state of the membrane element from the permeate side through the monitoring cell;
and applying a treatment load to the membrane element of the monitoring cell.
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