JP2003001084A

JP2003001084A - 嫌気槽の槽内液攪拌システム

Info

Publication number: JP2003001084A
Application number: JP2001181972A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Tomita; 美穂富田; Motoharu Noguchi; 基治野口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2003-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】微生物やその固定化担体を損傷することがな
く、極めて簡便なメンテナンスを可能とする、嫌気槽内
の微生物を用いた液体の撹拌システム。【解決手段】嫌気槽１の嫌気性微生物を培養した槽内
液１１中に底部近くに配置した散気装置２１から散気さ
れたガスが浮上する液面には、下方開口を液内に浸漬し
た中空容器からなるガス捕集チャンバ２２が設けられて
いる。ガス捕集チャンバ２２と前記散気装置２１とは、
槽外でガス循環ライン２３ａ、ブロア装置２４、２３ｂ
によって連結されている。前記ガス捕集チャンバ２２に
捕集されたガスは、ガス循環ライン、ブロア装置を通じ
て、散気装置２１に返送され、再度散気されて、循環使
用され、かつ槽内液を撹拌する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、嫌気・無酸素状態
で微生物を含むバイオリアクタ内部の液体を撹拌するた
めの嫌気槽の槽内液攪拌システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、嫌気・無酸素状態で微生物を含む
バイオリアクタ内部の液体を撹拌する場合、パドル式撹
拌機や水中撹拌機などの機械式撹拌機が専ら用いられて
きた。ところが、これら機械式撹拌機には次のような問
題があった。（１）撹拌翼の剪断力によって液体内の微生物が破壊さ
れ、同様に微生物固定化担体も破壊ないし損傷する。

【０００３】（２）撹拌翼や電動機など駆動部がバイオ
リアクタ内部に配置されるため、例えば、これらの機器
の故障時には、予備機の交換に手間がかかり、迅速な対
応ができないなど、メンテナンスが困難であった。従来
のパドル式撹拌機がトラブルを起こしたときには、軽易
な場合でも、槽内の水を抜いて空にしてから、機械を分
解して補修を行うことになるが、本格的な補修を行う必
要がある場合は、機械を一旦撤去し、予備機を設置し
て、撤去した機械を別途補修することになる。このよう
に、機械の取り外し、取り付けが必要となり、場合によ
ってはクレーンなどの重機が必要になるなど時間と手間
が莫大となった。

【０００４】（３）機械攪拌方式による槽内流動は一般
に大気開放方式で行うため、微生物反応で発生する地球
温暖化ガス（Ｎ₂Ｏ等）や臭気ガス（ＣＨ₄、Ｈ₂Ｓ、メ
チルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル、ＮＨ₃
等）や有毒ガス（ＣＳ₂等）が処理されずに気散するの
で、環境保全上の問題もあった。

【０００５】（４）さらに、従来でも全覆蓋型ガス攪拌
はあるが、設置費用が嵩む、目視による装置運転状態が
確認できない、槽内に人が入る際に換気を充分に行わな
くてはならないなどの問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、嫌気・無酸素
状態で微生物を用いたバイオリアクタ内部の液体を撹拌
する場合、従来のように、微生物やその固定化担体を損
傷することのない撹拌構造を提案するとともに、極めて
簡便なメンテナンスを可能とする嫌気槽の槽内液攪拌シ
ステムを提供する。また、目視による槽内の攪拌流動状
態が可能なシステムを提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、嫌気槽の
槽内液に散気され、液面上に浮上したガスを捕集して、
再びこれを散気ガスとして返送し、散気ガスを循環させ
るとともに、槽内液に散気されたガスの上昇流によって
槽内液を撹拌することを特徴とする撹拌方法からなる本
発明の嫌気槽の槽内液攪拌システムによって、解決する
ことができる。

【０００８】また、上記の問題は、嫌気槽の槽内液中に
配置された散気装置と、浮上したガスを捕集するために
液面上に設けられたガス捕集チャンバと、このガス捕集
チャンバから前記散気装置に散気ガスを搬送して、散気
するためのガス循環ラインとブロア装置とを少なくとも
備えたことを特徴とする撹拌機構からなる、本発明の嫌
気槽の槽内液攪拌システムによっても解決することがで
きる。

【０００９】また、本発明は、散気されたガスによって
生じるガスの上昇流の通路に整流手段として、単数また
は複数のドラフトチューブや、同じく整流板を配置して
槽内液の流動を整え、効率的に撹拌されるようにした形
態に具体化できる。

【００１０】さらに、微生物反応で発生する地球温暖化
ガス（Ｎ₂Ｏ等）や臭気ガス（ＣＨ₄、Ｈ₂Ｓ、メチルメ
ルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル、ＮＨ₃等）や
有毒ガス（ＣＳ₂等）は、ガス循環により嫌気槽でのガ
ス滞留時間が増えるために微生物除去され、それらの発
生量が少なくなる。また、前記ガス循環ラインにこれら
のガスや有害微生物を除去する装置を配設した形態に好
ましく具体化できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の嫌気槽の槽内液攪
拌システムに係る実施形態について、図１、２を参照し
ながら説明する。本発明は、実施形態を示す図１におい
て、嫌気性微生物を培養した槽内液１１、または同微生
物を固定した担体を充填または流動させた槽内液１１を
収容する嫌気槽１を対象とする。この嫌気槽１の槽内液
１１中に底部近くに散気装置２１が配置され、この散気
装置２１から散気されたガスが浮上する液面には、それ
ら浮上ガスを捕集するために、下方開口を液内に浸漬し
た中空容器からなるガス捕集チャンバ２２が設けられて
いる。

【００１２】そして、嫌気槽１の外側において、ガス捕
集チャンバ２２と前記散気装置２１とは、ガス管からな
るガス循環ライン２３ａ、２３ｂによって連結され、そ
の中間にブロア装置２４が配置してある。前記ガス捕集
チャンバ２２に捕集されたガスはガス循環ライン２３ａ
を通じて、ブロア装置２４で加圧され、ガス循環ライン
２３ｂを通じて、散気装置２１に返送され、再度散気ガ
スとして槽内液中に散気放出される。

【００１３】なお、散気ガス中の湿気はブロア装置２４
に入る前に除湿器５１にて除湿することが望ましい。ま
た、圧力調整弁５３を連結することもできる。かくし
て、循環する散気ガスが、槽内液に対して繰り返し散気
するよう機器設定してある。なお、流動化担体を使用す
るときには、この嫌気槽１の処理水は、スクリーン４１
を経て外部に取り出してもよい。

【００１４】この図１の実施形態では、液内で上下に開
口したドラフトチューブ３１が槽内に配設され、散気装
置２１はその下端開口の直下に位置している。かくし
て、散気ガスの気泡は、ドラフトチューブ３１内を浮上
し、これに伴い液の上昇流１１ａが得られる。この上昇
流１１ａは、ドラフトチューブ３１上端で分流し、下降
流となって底部に向かって流れ、再度ドラフトチューブ
３１下端開口に流入して、循環する。槽内液はこの循環
流によって、十分に混合されることになる。また、図１
のスクリーン４１付近は循環流速を得にくいが、整流手
段に邪魔板を付けることにより、装置全体が流動するよ
うにできる。

【００１５】このドラフトチューブ３１によって、水流
に乱れがなく、流れが停滞する個所が少なくなるなど効
率的に液が循環するよう意図したもので、このドラフト
チューブ３１は整流手段として機能するのであるが、必
ずしも必須の部材ではなく、槽内液の混合は、散気ガス
による上昇流１１ａやそれに起因する下降流によって行
われるのである。

【００１６】また、本発明における散気装置２１は、セ
ラミック製の散気板や散気筒など、あるいは、高分子製
のＳＭＡＰやＡＱＵＡストリップなど（いずれも商品
名）が用いられ、嫌気槽底部近傍や、ドラフトチューブ
など整流手段の下部、内部に配設される。散気ガスの気
泡径が０．５〜１０ｍｍの範囲が好ましいので、散気口
径と散気ガス圧を調節する。また、散気ガス量は、槽内
液１ｍ³当たり０．０１〜５ｍ³／ｈの範囲が必要であ
る。また、散気ガスによって得られる槽内液の上昇流速
が５ｃｍ／ｓｅｃ以上になるよう、散気量や前記ドラフ
トチューブ仕様を予め設定することとなる。

【００１７】このような撹拌機構からなる嫌気槽の槽内
液攪拌システムを用いて次の（１）（２）（３）を行う
ことで、請求項１記載の方法システムを実施できる。す
なわち、その本発明の撹拌方法は、（１）嫌気槽１の槽
内液に散気装置２１から散気され、液面上に浮上したガ
スをガス捕集チャンバ２２で捕集して、（２）これを散
気ガスとして、ガス循環ライン２３ａ、２３ｂとブロア
装置２４によって散気装置２１に返送し、散気ガスを循
環させるとともに、（３）槽内液に散気されたガスによ
る上昇流１１ａによって槽内液を撹拌する、からなる撹
拌方法である。

【００１８】ここで、運転開始時の散気ガスについて、
さらに説明する。微生物が絶対嫌気菌の場合には、空気
中の酸素が微生物に悪影響を及ぼすので、運転開示時か
ら酸素を含まない窒素ガス、炭酸ガスなどを散気ガスと
して使用する。これに対して、通性嫌気菌の場合には、
酸素を含む空気を充填して運転開始しても差し支えな
い。これは、通性嫌気菌は、酸素雰囲気でも短時間なら
ある程度耐性があることに加え、微生物反応によって短
時間のうちに空気中の酸素は消費され、無酸素状態のガ
スに変化するからである。このように、本発明では、絶
対嫌気を除き、嫌気槽の撹拌用ガスに空気が使用できる
という利点がある。

【００１９】かくして、本発明によれば次の作用効果が
得られるのである。（ａ）槽内液には、剪断力が働かないので、微生物や微
生物固定化担体が損傷したり破壊されることが全くな
い。（ｂ）機械的駆動部分を槽内の配置する必要がないの
で、メンテナンスが極めて容易となる。液面下には、ド
ラフトチューブ、散気板、ガス配管など長期間メンテナ
ンス不要な機器だけが配置され、機械的駆動部を持つブ
ロア装置は、嫌気槽外の配置できるからトラブル時の補
修や予備機との交換などメンテナンスは簡便にできるの
である。

【００２０】なお、本発明では、散気ガスの上昇流の通
路に配置する整流手段として、図２（Ａ）に示すよう
に、嫌気槽の形状によっては、複数のドラフトチューブ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃを配置してもよい。また、前記
ドラフトチューブに代えて、図２（Ｂ）に示すように、
槽内液流動を上下方向に区画する整流板３２を配置して
もよい。この整流板３２は、上下に液が流通する空間が
設けてあり、先に説明した槽内液の循環が行われるよう
に設定されている。この整流板も、嫌気槽の形状によっ
ては、複数枚数を配置してもよいのは言うまでもない。

【００２１】さらに、前記ガス循環ラインにガス中のＮ
₂Ｏガスを除去するＮ₂Ｏ除去装置（図示せず）を配設す
るのが特に好ましい。下水処理の嫌気工程からは多量の
Ｎ₂Ｏガスが発生しており、このガスは地球温暖化に影
響を及ぼすガスと知られているが、従来、その処理方法
は知られていなかった。本発明の嫌気槽の槽内液攪拌シ
ステムでは、前記Ｎ₂Ｏガスを含む散気ガスを循環使用
するので、嫌気槽内でのＮ₂Ｏガスの滞留時間が長くな
るため、微生物分解が進み、大気にＮ₂Ｏガスが漏洩す
ることが少ない。また、前記Ｎ₂Ｏガスを吸着剤に吸着
させる、オゾンガスや触媒に接触させる、あるいは紫外
線を照射するなどのＮ₂Ｏ除去装置によって、積極的に
Ｎ₂Ｏガスの分解・除去も可能であり、大気への影響を
解消することができる。

【００２２】さらに、微生物反応で発生する臭気ガス
（ＣＨ₄、Ｈ₂Ｓ、メチルメルカプタン、硫化メチル、二
硫化メチル、ＮＨ₃等）や有毒ガス（ＣＳ₂等）や有害微
生物の除去装置５２を前記ガス循環ラインに配設するの
が特に好ましい。本発明の嫌気槽の槽内液攪拌システム
では、前記有害ガスや有害微生物を含む散気ガスを循環
使用するので、大気に有害ガスや有害微生物が漏洩する
ことが少ない。さらに、前記有害ガスや有害微生物をろ
過して除去する、吸着剤（活性炭やゼオライトなど）に
吸着させ除去する、オゾンガスや触媒に接触させ除去す
る、あるいは紫外線を照射して除去するなどの機能を持
った除去装置５２を設けて、大気への影響を解消するこ
とができる。

【００２３】さらに、図１の事例について説明する。従
来の嫌気槽は密閉構造からなり、運転中止したときには
槽内は酸欠状態に置かれるため、作業者が不用意に立ち
入るのは非常に危険であった。ところが、この実施形態
では、槽内液１１表面が大気に通じることができる空間
６１を設けている。従って、何らかの理由で嫌気槽の運
転を中止したとに、液を抜き出して水位を下げれば、槽
内に自然に流通するので、作業者が槽内に立ち入って作
業を行うのに何ら問題がない利点が得られるのである。

【００２４】以上詳述した本発明の嫌気槽の槽内液攪拌
システムは、下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、し
尿、農業排水、畜産排水、養殖排水などの排水処理装置
の嫌気槽および無酸素槽や、食品工業や製薬業におけ
る、嫌気、無酸素下での微生物の馴養槽および微生物反
応槽などに好ましく適用されるものである。

【００２５】

【発明の効果】本発明の嫌気槽の槽内液攪拌システム
は、以上説明したように構成されているので、槽内液中
の微生物やその固定化担体を損傷することがなく、極め
て簡便なメンテナンスで長期間安定して運転することが
可能となり、下水、工場排水、畜産排水、農業排水など
各種排水処理施設の効率化に大いに寄与するという優れ
た効果がある。また、発生する有害ガスを除去すること
もできる。よって本発明は、従来の問題点を解消した嫌
気槽の槽内液攪拌システムとして、技術的な価値はきわ
めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための嫌気槽の要
部断面図。

【図２】他の実施形態を説明するための嫌気槽の要部断
面図（Ａ）（Ｂ）。

【符号の説明】

１嫌気槽、１１槽内液、１１ａ上昇流、２１散
気装置、２２ガス捕集チャンバ、２３ａ、２３ｂガ
ス循環ライン、２４ブロア装置、３１ドラフトチュ
ーブ、４１スクリーン、５１除湿器、５２除去装
置、５３圧力調整弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D002 AA01 AA03 AA04 AA06 AA12 AA13 AB02 AC10 BA04 BA05 BA09 4D040 AA54 4G036 AC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】槽内液に散気され、液面上に浮上したガス
を捕集して、これを再び散気ガスとして返送し、散気ガ
スを循環させるとともに、槽内液に散気されたガスの上
昇流によって槽内液を撹拌することを特徴とする嫌気槽
の槽内液攪拌システム。
【請求項２】嫌気槽の槽内液中に配置された散気装置
と、浮上したガスを捕集するために液面上に設けられた
ガス捕集チャンバと、このガス捕集チャンバから前記散
気装置に散気ガスを搬送して、散気するためのガス循環
ラインとブロア装置とを少なくとも備えた嫌気槽の槽内
液攪拌システム。
【請求項３】散気されたガスによって生じるガスの上昇
流の通路に整流手段を配置した請求項２に記載の嫌気槽
の槽内液攪拌システム。
【請求項４】前記整流手段が単数または複数のドラフト
チューブである請求項３に記載の嫌気槽の槽内液攪拌シ
ステム。
【請求項５】前記整流手段が単数または複数の整流板で
ある請求項３に記載の嫌気槽の槽内液攪拌システム。
【請求項６】前記ガス循環ラインにガス中の有害微生物
や地球温暖化ガス（Ｎ ₂Ｏ等）や臭気ガス（ＣＨ₄、Ｈ₂
Ｓ、メチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル、
ＮＨ₃等）や有毒ガス（ＣＳ₂等）などの有害ガスを除去
する有害物除去装置を配設した請求項２または３に記載
の嫌気槽の槽内液攪拌システム。