JP2002263693A - 消化装置および消化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消化槽内で汚泥が過度に堆積すること無く高
い処理能力を有する消化装置および消化方法を提供す
る。 【解決手段】 底１ａに沈降して堆積しようとする汚泥
を第２循環装置３０により形成する水平旋回流によって
内側に寄せて消化槽１の底１ａの旋回中心付近に集める
とともに、寄せ集めた汚泥を第１循環装置２０によって
その汚泥の直上に形成する上昇流に乗せて上昇させ下降
流に従って下降させて消化槽１内を循環させるので、汚
泥が消化槽１の底１ａに過度に堆積すること無く効率よ
く液中に分散されるとともに液中に汚泥が高濃度に維持
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃棄物等の
有機物質を消化する消化装置および消化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、嫌気性条件下において汚泥含
有液を収容する消化槽中で有機性廃棄物を消化させメタ
ン等のガスを得る消化装置が知られている。このような
消化装置においては、菌体を含む汚泥を消化槽の底に過
度に堆積させずに液中に分散させて消化処理を効率よく
行うことが肝要である。このため従来の消化装置は、ガ
スリフト装置または軸流ポンプ等を備えたドラフトチュ
ーブや、ポンプ等によって消化槽内の液を垂直方向に循
環して攪拌し汚泥の堆積の防止を図っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
ドラフトチューブやポンプ等による攪拌では汚泥の分散
作用が十分ではなく、消化槽の底に汚泥が多量に堆積す
る傾向にある。このため、液中の有機性廃棄物と汚泥中
の菌体との接触効率が充分ではなく、消化処理能力が低
かった。また、消化処理に伴って増える汚泥が徐々に底
に蓄積されていくため、経時的に消化槽の実効体積が減
少し、処理能力がさらに悪化するという問題もあった。

【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、消化槽内における汚泥の堆積を防止し、高い処
理能力を有する消化装置および消化方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る消化装置
は、汚泥含有液中の有機物質を消化してガスを発生させ
る消化装置であって、槽内の液に上昇流および上昇流の
外側を下降する下降流を生じさせて液を循環させる第１
循環手段と、槽内の液に上昇流の部分を軸とする水平旋
回流を生じさせ液を循環させる第２循環手段とを備える
ことを特徴とする。

【０００６】また、本発明に係る消化方法は、汚泥含有
液中の有機物質を消化してガスを発生させる消化方法で
あって、槽内の液に上昇流および上昇流の外側を下降す
る下降流を生じさせて液を循環させる第１循環工程と、
槽内の液に上昇流の部分を軸とする水平旋回流を生じさ
せ液を循環させる第２循環工程とを含むことを特徴とす
る。

【０００７】本発明の消化装置および消化方法によれ
ば、槽の底に沈降する汚泥が水平旋回流によって内側に
寄せられて槽の底の旋回中心付近に集められるととも
に、寄せ集められた汚泥がその直上に形成される上昇流
に乗って上昇し下降流に従って槽内を循環するので、汚
泥が槽の底に過度に堆積すること無く効率よく液中に分
散されるとともに液中に高濃度に維持される。

【０００８】ここで、槽の底は、水平旋回流の軸の部分
が低くされるとともに、当該部分の外周に水平旋回流の
軸から遠ざかるにしたがって高くなる傾斜面が形成され
ることが好ましい。

【０００９】これによって、底の傾斜面に沈降した汚泥
が底の低くされた部分に向かって動き易くされて、汚泥
が旋回中心付近にさらに効率よく寄せ集められる。

【００１０】また、第２循環手段は、槽の壁に設置され
槽内の液の一部を取り出す取出ノズルと、槽外に設置さ
れ取り出された液を吸引して槽に送出するポンプと、槽
の壁に設置されポンプから送出される液を水平旋回流を
形成可能とする方向に吐出させる吐出ノズルとを備える
ことが好ましい。

【００１１】これによって、第２循環手段が槽内に可動
部を有すること無く簡易に構成されるとともに、保守性
が向上される。

【００１２】また、吐出ノズルは、槽の円筒形状の周壁
の最下部に設置されていることが好ましい。これによっ
て、槽の底近傍で効率よく旋回流が形成され、底に沈殿
する汚泥がさらに効果的に底の旋回中心付近に寄せ集め
られる。

【００１３】また、第１循環手段は、槽内に設置される
ドラフトチューブと、槽外に設置され発生したガスを吸
引してドラフトチューブ内に送出する送風機と、送出さ
れたガスを前記ドラフトチューブ内で散気する散気手段
とを含むことが好ましい。

【００１４】これによって、第１循環手段が槽内に可動
部を有することなく簡易に構成されるとともに、保守性
が向上される。

【００１５】また、第２循環手段は、槽内の液を反時計
回りに旋回させることが好ましい。

【００１６】これによって、第２循環手段により形成さ
れる旋回流の回転方向が、地球の自転の影響により槽内
に形成される渦の回転方向と一致するので、旋回流の維
持に必要な動力が節約される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明に係る消化装置および消化方法の好適な実施形態
について詳細に説明する。なお、図面の説明において、
同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説
明は省略する。

【００１８】図１は、本発明にかかる消化装置１００の
実施形態を示す断面模式図である。本実施形態の消化装
置１００は、嫌気性条件下において有機性廃棄物等の有
機物質を汚泥含有液中でメタン発酵させて消化する消化
槽（槽）１と、消化槽１内の液を垂直方向に循環させる
第１循環装置（第１循環手段）２０と、消化槽１内の液
を水平方向に旋回させる第２循環装置（第２循環手段）
３０とを備えている。

【００１９】消化槽１は、中心部が下方に突出しすり鉢
状の斜面部を有する底１ａ、中心部が上方に突出しかさ
状の斜面部を有する天井１ｂ、および、これら底１ａ、
天井１ｂを連結する円筒状の周壁１ｃを備えた、いわゆ
る亀甲型の槽である。この消化槽１の底１ａの中心部に
は石等の夾雑物や蓄積した汚泥等を排出するラインＬ１
が接続され、天井１ｂの中心部には消化槽１内から発生
するメタン等のガスを排出するラインＬ２が接続されて
いる。また、天井１ｂの斜面部には有機物質を内部に導
入するラインＬ０が接続されている。

【００２０】第１循環装置２０は、消化槽１の周壁１ｃ
の中心軸と同軸に底１ａから所定の距離離間して設置さ
れたドラフトチューブ４と、ドラフトチューブ４内に設
置され液中にガスを散気する散気板５とを備えると共
に、消化槽１の外に設置されラインＬ２を経由して排出
されるメタン等のガスの一部をラインＬ６を介して吸引
すると共にラインＬ５を介してガスを散気板５に供給す
る送風機３を備えている。

【００２１】この第１循環装置２０は、消化槽１で発生
したメタン等のガスを再び消化槽１のドラフトチューブ
４内に散気することにより、消化槽１内の嫌気性条件を
維持しつつ、気泡流に基づく上昇流をドラフトチューブ
４内に形成するとともに、ドラフトチューブ４の外側に
この上昇流に対応する下降流を形成し、消化槽１内に垂
直方向の循環流を発生させる。

【００２２】第２循環装置３０は、消化槽１から液を取
り出す取出ノズル２２と、取出ノズル２２からラインＬ
４を介して汚泥含有液を吸引しラインＬ３を介して消化
槽１に対し送出するポンプ２と、ポンプ２より送出され
る液を消化槽１内の所定の方向に吐出する吐出ノズル２
１とを備えている。

【００２３】この吐出ノズル２１および取出ノズル２２
は、互いに周方向に所定の距離離間されて、消化槽１の
周壁１ｃの最下部に各々水平に設置されている。

【００２４】この吐出ノズル２１は、図２に示すよう
に、当該吐出ノズル２１から吐出される液が吐出後すぐ
に周壁１ｃの内壁と衝突することによる速度エネルギー
の損失を抑制すべく、当該吐出ノズル２１が設置される
場所の周壁１ｃの水平方向の接線から角度αだけ消化槽
１側に向けて液を吐出するように設置されている。さら
に、この吐出ノズル２１は、消化槽１内部の汚泥含有液
を消化槽１の中心軸を軸心として上方から見て反時計回
りに旋回させるように、周壁１ｃに対する設置方向が設
定されている。

【００２５】一方、取出ノズル２２は、周壁１ｃの内壁
に対する衝突で速度エネルギーが損失するのを抑制すべ
く当該取出ノズル２２が設置される場所における周壁１
ｃの水平方向の接線から角度βだけ消化槽１側に向いた
方向から汚泥含有液を取り出すように設置されていると
ともに、反時計回りに旋回する消化槽１内の液を円滑に
取り出すように周壁１ｃに対する設置方向が設定されて
いる。

【００２６】ここで、消化槽１内の液の旋回方向を上方
から見て反時計回りにしているのは、日本等の北半球に
おいては、消化槽１から液を抜く際等に形成される渦が
地球の自転の影響により上方から見て反時計回りになる
ため、消化槽１の水平旋回流の旋回方向をこの地球の自
転の影響に基づく渦の回転方向と同じにすることによ
り、旋回流の形成・維持に要する動力が低減されるから
である。なお、南半球において本実施形態の消化装置１
００を用いる際には、地球の自転の影響によって液に上
方から見て時計回りの渦が形成されるため上方から見て
時計回りに消化槽１内の液を旋回させることが好まし
い。

【００２７】そして、このような第１循環装置２０およ
び第２循環装置３０は、消化槽１内部に何ら可動部分を
有さないので、消化装置１００が簡易に構成されると共
に、保守性も向上されている。

【００２８】つぎに、本実施形態の消化装置１００の作
用について説明する。

【００２９】まず、消化槽１内に汚泥含有液を導入して
消化可能とした後、消化槽１内に有機性廃棄物等の有機
物質を投入し、汚泥中の菌体により有機物質を消化させ
る。この時、消化槽１からメタン等のガスが発生し、こ
のガスの一部を第１循環装置２０の送風機３を駆動し吸
引して散気板５から散気し、消化槽１内の液に垂直方向
の循環流を発生させるとともに、第２循環装置３０のポ
ンプ２を駆動して、消化槽１内の液にドラフトチューブ
４を中心軸とする反時計回りの水平旋回流を発生させ
る。

【００３０】これによって、底１ａに沈降して堆積しよ
うとする汚泥が水平旋回流によって内側に寄せられて消
化槽１の底１ａの旋回中心付近に集まるとともに、寄せ
集められた汚泥がその直上に形成される上昇流に乗って
上昇し下降流に従って下降して消化槽１内を循環するの
で、汚泥が消化槽１の底１ａに過度に堆積すること無く
効率よく液中に分散するとともに液中に汚泥が高濃度に
維持される。このため、消化槽１内で汚泥中の菌体と被
処理物質である有機物質とが効率よく接触し、高い処理
能力が発揮される。

【００３１】また、底１ａの傾斜部に沈降した汚泥は、
底１ａの低くされた部分に向かって傾斜により容易に動
かされ、汚泥が旋回中心付近に更に効率よく寄せ集めら
れて、より高い処理能力が発揮されている。

【００３２】さらに、吐出ノズル２１が、消化槽１の周
壁１ｃの最下部に設置されているので、底１ａの近傍に
旋回流が効果的に形成されて底１ａ上に沈殿する汚泥が
さらに好適に旋回中心付近に寄せ集められ、一層高い処
理能力が発揮されている。

【００３３】なお、有機性廃棄物とともに混入する石等
の夾雑物も底１ａの低くされたところに集められるが、
汚泥よりも重いので上昇流によって上昇すること無く堆
積し、定期的にラインＬ１を介して分離除去される。

【００３４】ここで、旋回流の速度は、底１ａでの汚泥
の堆積をさらに効果的に防止すべく汚泥の移動開始速度
である１０ｃｍ／ｓ以上が好ましく、汚泥の浮遊開始速
度である２０ｃｍ／ｓ以上にすることがさらに好まし
い。

【００３５】また、吐出ノズル２１と周壁１ｃとの角度
αは、壁でのエネルギー損失を抑制しつつ効果的に液を
旋回させるには２０〜４５度の角度であることが好まし
い。なお、消化槽１の直径が充分大きい場合等は、壁で
のエネルギー損失がさほど問題とならないので角度αが
２０度未満であっても構わない。

【００３６】また、取出ノズル２２と周壁１ｃとの角度
βは、３０度以下の角度であることが好ましい。

【００３７】なお、本発明に係る消化装置および消化方
法は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の
変形態様をとることが可能である。

【００３８】例えば、上記実施形態では、第２循環装置
３０において、吐出ノズル２１および取出ノズル２２を
各々１つずつ備えているがこれに限られず、例えば、消
化槽１の径が大きい場合等は、これを各々複数備えても
構わない。また、吐出ノズル２１および取出ノズル２２
が消化槽１の周壁１ｃの最下部に水平設置されている
が、これに限られず、例えば、設置高さを変えても構わ
ず、また、底１ａの斜面部の仰角が高いときには、底１
ａでの沈降汚泥の寄せ集めを効果的に行うために底１ａ
の斜面部に沿って下向きに液を吐出するように設置して
も構わない。

【００３９】また、上記実施形態では、垂直循環流を起
こさせる散気板５を備えたドラフトチューブ４を消化槽
１の中心に１つのみ備えているがこれに限られない。例
えば、消化槽１が大きい場合等は、散気板５を備えたド
ラフトチューブ４を所定距離離間して各々並設し、各々
の垂直循環流に対して第２循環装置２０によって旋回流
を形成させても構わない。また、ドラフトチューブ４を
消化槽１の周壁１ｃの軸に対して偏心させても構わな
い。

【００４０】また、上記実施形態では、底１ａに沈降す
る汚泥を旋回中心に効果的に寄せ集めるべく、底１ａが
すり鉢状とされているが、これに限られず、例えば、水
平旋回流の速度が充分高くできる場合等は、底１ａが平
面であってもよい。

【００４１】また、上記実施形態では、第１循環装置２
０としてドラフトチューブ４、送風機３および散気板５
を備えているがこれに限られず、例えば、ドラフトチュ
ーブ４を備えなくてもよいし、送風機３および散気板５
の代わりに消化槽１内に軸流ポンプ等を備えても構わな
い。

【００４２】また、上記実施形態では、第２循環装置３
０として取出ノズル２２、吐出ノズル２１およびポンプ
２を備えているがこれに限られず、例えば、消化槽１の
周壁１ｃに軸流ポンプ等を設置して周壁１ｃの内壁に沿
う旋回流を起こしても構わない。

【００４３】また、上記実施形態では、旋回流の旋回方
向を規定しているが、これに限られず、逆方向に旋回さ
せても高い消化処理能力が達成されることは言うまでも
ない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る消化
装置および消化方法によれば、底に沈降して堆積しよう
とする汚泥を水平旋回流によって内側に寄せて消化槽の
底の旋回中心付近に集めるとともに、寄せ集めた汚泥を
その直上に形成する上昇流に乗せて上昇させ下降流に従
って下降させて消化槽内を循環させるので、汚泥が消化
槽の底に過度に堆積すること無く効率よく液中に分散さ
れるとともに液中に汚泥が高濃度に維持される。このた
め、消化槽内で汚泥中の菌体と被処理物質である有機物
質とが効率よく接触し、高い処理能力を有する消化装置
および消化方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る消化装置を示す断面模
式図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【符号の説明】

１…消化槽（槽）、１ａ…底、１ｃ…周壁、２…ポン
プ、３…送風機、４…ドラフトチューブ、５…散気板、
２０…第１循環装置（第１循環手段）、２１…吐出ノズ
ル、２２…取出ノズル、３０…第２循環装置（第２循環
手段）、１００…消化装置。

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月３０日（２００１．３．３
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥含有液中の有機物質を消化してガス
   を発生させる消化装置であって、 槽内の液に上昇流および前記上昇流の外側を下降する下
   降流を生じさせて前記液を循環させる第１循環手段と、 前記槽内の液に前記上昇流の部分を軸とする水平旋回流
   を生じさせ前記液を循環させる第２循環手段と、 を備えることを特徴とする、消化装置。
2. 【請求項２】 前記槽の底は、前記水平旋回流の軸の部
   分が低くされるとともに、当該部分の外周に前記水平旋
   回流の軸から遠ざかるにしたがって高くなる傾斜面が形
   成されることを特徴とする、請求項１に記載の消化装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２循環手段は、前記槽の壁に設置
   され前記槽内の液の一部を取り出す取出ノズルと、前記
   槽外に設置され前記取り出された液を吸引して前記槽に
   送出するポンプと、前記槽の壁に設置され前記ポンプか
   ら送出される液を前記水平旋回流を形成可能とする方向
   に吐出させる吐出ノズルとを備えることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の消化装置。
4. 【請求項４】 前記吐出ノズルは、前記槽の円筒形状の
   周壁の最下部に設置されていることを特徴とする、請求
   項３に記載の消化装置。
5. 【請求項５】 前記第１循環手段は、前記槽内に設置さ
   れるドラフトチューブと、前記槽外に設置され前記発生
   したガスを吸引して前記ドラフトチューブ内に送出する
   送風機と、前記送出されたガスを前記ドラフトチューブ
   内で散気する散気手段とを含むことを特徴とする、請求
   項１〜４の何れか一項に記載の消化装置。
6. 【請求項６】 前記第２循環手段は、前記槽内の液を反
   時計回りに旋回させることを特徴とする、請求項１〜５
   の何れか一項に記載の消化装置。
7. 【請求項７】 汚泥含有液中の有機物質を消化してガス
   を発生させる消化方法であって、 槽内の液に上昇流および前記上昇流の外側を下降する下
   降流を生じさせて前記液を循環させる第１循環工程と、 前記槽内の液に前記上昇流の部分を軸とする水平旋回流
   を生じさせ前記液を循環させる第２循環工程と、 を含むことを特徴とする、消化方法。