JP2008173628A - 微生物破砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で簡潔な装置構成で、キャビテーションによる水蒸気泡の微細化によって微生物細胞膜の破砕効率を高からしめるとともに、酸化作用およびフリーラジカルの攻撃によって、微生物の死滅をより確実にするとともに死滅量の増大を図ることができる微生物破砕装置を提供すること。
【解決手段】 原水を吸引するとともにキャビテーション発生圧力に昇圧する移送加圧ポンプと、原水流れ方向に漸次径縮小部、絞り（スロート）部、および漸次径拡大部が順次形成されたキャビテーション発生部と、該キャビテーション発生部の後段に配設される低圧発生部材と、該低圧発生部材の後段に配設される少なくとも１段の流速調整部材とを有してなる微生物破砕装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、船舶のバラスト水中に生存する有毒プランクトンであるクシくらげや甲殻類の幼虫、および微生物、温泉、浴槽、プール等の水中に生存するレジオネラ菌および微生物ならびに有機性汚水の排水処理において発生する余剰汚泥、濃縮汚泥等を構成するゾーグレアラミゲラ細菌および微生物類を対象として、原水中でキャビテーションによる水蒸気泡を発生させ、その消滅に伴う機械的衝撃力によって細菌や微生物の細胞膜を破砕して死滅、殺菌する微生物破砕装置に関する。

近年の国際海事機関（ＩＭＯ）における船舶バラスト水に関する国際会議で、海洋の生態系保護を目的として、海水中の有害なプランクトンおよび菌類は移動の規制および管理を通じて環境等への危険を防止することが義務づけられた。而して、これらプランクトンや菌類、微生物を確実に死滅させる手段が求められている。一方、生け簀用海水にはアニサキス等の寄生虫が生存しており、これら微生物を確実に死滅させる手段が求められてきた。他方、温泉、浴槽、プール等の水中に生存するレジオネラ菌や大腸菌による感染症を予防するために殺菌することが望まれている。

さらに、有機性汚水の活性汚泥による処理の場合、生存している汚泥細胞であれ死滅した汚泥細胞であれ、強固な細胞膜に包まれた状態のまま存在しており、この状態で余剰汚泥或いは濃縮汚泥として汚泥を処理していた。かかる処理では微生物の細胞膜内に水分や体液が残存したままであって脱水処理も生物処理も不完全であり、細胞膜を完全に破壊して可溶化し脱水を完全ならしめる必要がある。

微生物の細胞膜は、図５に示すように、菌体の外側を取り囲む膜状構造であり、内側から核物質Ｅおよび細胞質Ｆ、細胞質膜Ｄ、細胞壁Ｃ、粘液層或いは莢膜Ｂとなっており、微生物は何層もの様々な膜に護られながら生存している。わけても細胞壁Ｃは細胞質Ｆの外側にある硬い膜である。一方、湖沼水や海水中に生息する有毒プランクトンであるクシくらげ類、温泉水やプールの水中に生存するレジオネラ菌といった微生物も、硬い殻やぬめりの中に潜り込む等の保存術を身につけ生存する。これら菌、微生物を確実に死滅させる手段が求められている。

有機性汚水等の活性汚泥による処理において派生する余剰汚泥、濃縮汚泥は、一般に、汚泥を脱水した後に埋め立て、海洋投棄、焼却処分、コンポスト化がなされている。しかしながら、これら従来の方法では余剰汚泥、濃縮汚泥の可溶化、脱水が十分ではなく多大な設備とコストを要する問題がある。

かかる問題を解決すべく、オゾン処理法、高温性微生物処理法、機械的処理法、超音波処理法、キャビテーションによる処理方法等が提案されている。これらのうち、有機性汚水等の活性汚泥による処理において派生する余剰汚泥、濃縮汚泥をキャビテーションの適用によって可溶化する方法が特許文献に開示されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開２００３−０１０８９０号公報 特開２００２−２４８４９３号公報

特許文献１に開示の先行技術は、可溶化処理槽に噴射口が臨むノズルと、汚泥を加圧してノズルに供給する加圧ポンプとからなる汚泥可溶化処理装置である。而して、ノズルからのジェットによるキャビテーションによって生成する水蒸気泡およびその消滅に伴って発生する機械的衝撃力で微生物細胞膜を破壊し、汚泥の可溶化を行う。可溶化した汚泥を再び好気性生物処理槽に戻すことによって、細胞膜破壊によって流出した栄養素が細菌類の餌となり消化されることで余剰汚泥を大幅に削減できる。

特許文献２に開示の先行技術は、ロータの回転によって環状空間の間隙を変化させてキャビテーションを発生させ、汚泥中に含まれる微生物の細胞膜を破砕し、汚泥を可溶化するものである。

処が、特許文献１に開示の先行技術による場合、微生物細胞の破壊を十分に行うためには、貯留部から移送される経路の中間に篩渣やごみ等の難可溶物を除去する手段を設ける必要がある。また、新たに可溶化処理槽を設置し、この可溶化処理槽内にノズルを設け、ノズルからのジェットによるキャビテーションで微生物細胞を破壊し微生物を死滅させるとともに汚泥を可溶化するが、可溶化状況に応じて循環回数を増加させる必要があり、処理能力が低下する。

また、キャビテーションによって生成する水蒸気泡は、それが大きいものであると消滅に伴う機械的衝撃力は大きいけれども、微生物との接触機会は少なくなり微生物の死滅量は少ない。即ち、微生物サイズと同等或いはそれに近いサイズの微細気泡であれば、微生物との接触機会および水蒸気泡表面積総量が増大し、微生物の死滅量は多くなる。然るに、特許文献１に開示の先行技術による場合、設備が大型化するのみならず水蒸気泡の微細化に限界があり、微生物細胞膜の破壊効率が必ずしもよくない。

特許文献２に開示の先行技術による場合も水蒸気泡の微細化に限界があり、微生物細胞膜の破壊効率が必ずしもよくない。

本発明は、小型で簡潔な装置構成で、キャビテーションによる水蒸気泡の微細化によって微生物細胞膜の破砕効率を高からしめるとともに、酸化作用およびフリーラジカルの攻撃によって、微生物の死滅をより確実にするとともに死滅量の増大を図ることができる微生物破砕装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、キャビテーションによる微生物の細胞膜破砕装置であって、原水を吸引するとともにキャビテーション発生圧力に昇圧する移送加圧ポンプと、原水流れ方向に漸次径縮小部、絞り（スロート）部、および漸次径拡大部が順次形成されたキャビテーション発生部と、該キャビテーション発生部の後段に配設される低圧発生部材と、該低圧発生部材の後段に配設される少なくとも１段の流速調整部材とを有してなる微生物破砕装置である。

請求項２に記載の発明は、低圧発生部材が、原水流れ方向に垂直な面の中央部に下流に向けて拡径する孔を穿設した板状部材であり、キャビテーション発生部における絞り（スロート）部孔径に対し１．５倍〜３．０倍の孔径を有するものである請求項１に記載の微生物破砕装置である。

請求項３に記載の発明は、流速調整部材が、原水流れ方向に垂直な面の中央部に下流に向けて拡径する孔を穿設した板状部材である請求項１に記載の微生物破砕装置である。

請求項４に記載の発明は、流速調整部材を原水流れ方向に２段以上設けた請求項１に記載の微生物破砕装置である。

請求項５に記載の発明は、流速調整部材の、原水流れ方向に垂直な面の中央部に穿設された孔の径が、下流側のものが上流側の孔径と等しいか又は大なる孔径である請求項１乃至請求項３何れかに記載の微生物破砕装置である。

請求項６に記載の発明は、移送加圧ポンプがホースポンプであり、その吐出圧力が０．４ＭＰａ〜１．５ＭＰａ又は流速が少なくとも３０ｍ／秒である請求項１に記載の微生物破砕装置である。

請求項７に記載の発明は、キャビテーション発生部が、漸次径拡大部の管壁に吐出口を有する給気路が穿設されたものである請求項１に記載の微生物破砕装置である。

請求項８に記載の発明は、給気路が、漸次径拡大部の管壁における法線に対し所定の角度を有して穿設されたものであり、管壁における吐出口からの給気が原水流中で微細化された気泡の旋回流を形成するものである請求項７に記載の微生物破砕装置である。

請求項９に記載の発明は、キャビテーション発生部における絞り（スロート）部が、超硬合金又はセラミック材料で形成され着脱可能に装着されたものである請求項１に記載の微生物破砕装置である。

本発明によれば、キャビテーション発生部と低圧発生部材による急激な圧力低下によってキャビテーションを生起させて水蒸気泡を発生させ、水蒸気泡の消滅の際、気泡の周囲の水がぶつかり合って局部的に著しい高圧を生じ、その機械的衝撃によって微生物の細胞膜を破砕する。また、流速調整部材を多段階に設けたから、水蒸気泡の発生および消滅を繰り返すとともに、発生水蒸気泡の大きさが変化し、大きさの異なる微生物を効率的に死滅させ、また、その量を増加させることができる。即ち、大きさの異なる細菌、菌、原生動物、後生動物であるワムシ、イタチ虫等を広範に死滅させることができる。

請求項２に記載の発明によるときは、微生物のサイズと等しいかまたはそれに近いサイズの水蒸気泡を生ぜしめ、微生物の細胞膜を効果的に破砕することができる。

請求項５に記載の発明によれば、原水が流通する際の摩擦抵抗の増大を抑えて管内における流速を維持し、低圧を保持して発生するキャビテーションによる気泡径を微生物のサイズと等しいかまたはそれに近いサイズとし、微生物との接触機会および時間を増大させて、微生物細胞膜の破砕、死滅数を増大させるとともに確実ならしめる。

請求項６に記載の発明によるときは、篩渣およびごみ等の難可溶物が原水中に存在していても処理対象とすることができるとともに、０，４ＭＰａ〜１．５ＭＰａといった中圧域でキャビテーションを発生させ得、微生物細胞膜を破砕し、確実に死滅させ得る。また、中圧域のポンプの使用を可能としたため、装置全体を小型化するとともに電力消費等のランニングコストを大きく低下させ得る。

請求項７および請求項８に記載の発明によれば、空気、酸素、オゾンといった気体を、キャビテーション発生部における漸次径拡大部（負圧チャンバ）に送給し、漸次径拡大部管路の周方向成分を有する方向に空気、酸素、オゾンといった気体が吐出されてこれら気体の微細気泡の旋回流を形成して一様に原水中に分散せしめて強力な酸化作用およびフリーラジカルの生成によって微生物の死滅を確実ならしめ、死滅量をより増大させる。

また、キャビテーション発生部における漸次径拡大部（負圧チャンバ）における空気、酸素、オゾンといった気体の旋回流は、直径数十μｍの気泡（マイクロバブル）の均一分散化およびせん断力の増大をもたらし、原水中に浮遊、拡散するマイクロバブルを長時間存在させることに資する。

さらに、溶存酸素量を増加させ、ＢＯＤ、ＣＯＤ_Ｃｒ、ＳＳ等の数値を増大させる。而して排水処理プラントにあっては、好気性生物処理槽に処理水を戻して微生物を活性化させ、微生物の破砕残渣溶解性有機物および金属イオン等を分解させ、また、ねばねばした分泌物をも浄化し水分（７０％含有）の抽出同化で余剰汚泥を減量化し得る。

請求項９に記載の発明によれば、原水の高速流通に伴う絞り（スロート）部の摩耗を能く防止し得る。

本発明は、有機性汚水の排水処理において発生する余剰汚泥、濃縮汚泥の可溶化のための微生物細胞膜破砕のほか、バラスト水における有毒プランクトン、生け簀用海水、温泉水、プールの水におけるレジオネラ菌類や微生物をキャビテーションにより発生する水蒸気泡の消滅に伴う局部的な著しい高圧発生による機械的衝撃によって、微生物細胞膜を破砕し死滅させるものである。

図１に、本発明の微生物破砕装置を有機性汚水の生物処理システムに適用した実施形態を示す。一般の排水処理システムにあっては、有機性汚水２０を好気性生物処理槽１で処理し、最終沈殿槽２において固液分離して上澄み水２１および返送汚泥１５を得る過程を採る。その際、好気性生物処理槽１内の汚泥濃度を一定に保持すべく、最終沈殿槽２からの濃縮汚泥を引き抜き、返送汚泥１５用配管によって一定量好気性生物処理槽１へフィードバックさせる。

本発明のこの実施形態にあっては、図１に示すように、返送汚泥１５用配管から余剰汚泥１７を引き抜き、微生物破砕装置３に導入して余剰汚泥の微生物細胞膜を破砕して可溶化処理を施した後、好気性生物処理槽１に戻し微生物の破砕残渣および溶解性有機物中の金属イオン等を食物連鎖による生物分解によって消化せしめ、ねばねばした分泌物をも浄化し水分の抽出同化を行い、余剰汚泥を減量化する。

本発明においては、キャビテーション発生部における漸次径拡大部（負圧チャンバ）に空気、酸素、オゾンといった気体を給気し、旋回（螺旋）微細気泡（マイクロバブル）流として原水（被処理水）中に分散させ、酸素を溶存させる実施形態を有するから、溶存酸素量を大ならしめこれを好気性生物処理槽１へフィードバックするときは、好気性菌の活性化を増強し前記生物分解を活発ならしめる。

また、本発明の微生物破砕装置においては、キャビテーション発生部に連なる微生物破砕用配管の後段に、流速調整部材を多段に配設している。これによって、微生物破砕用配管および多段に配設される圧力保持用配管内を低圧に保持し、原水（被処理水）が各段の流速調整部材を通過する際、第二段、第三段と多段のキャビテーションを発生させる。而して、原水（被処理水）は微細気泡の発生と消滅を繰り返すから、微細気泡と微生物の接触（遭遇）機会および時間を拡大し、水蒸気泡消滅に伴う機械的衝撃によって微生物の細胞膜破砕、死滅効率を高からしめるとともにその数を増大させる。

さらに、本発明の微生物破砕装置においては、キャビテーション発生部における漸次径拡大部に吐出口を有する給気路が穿設され、好ましくは給気路が、キャビテーション発生部の軸心に向けて所与の角度を有するとともに漸次径拡大部の管壁における法線に対し所定の角度を有して穿設されたものであり、管壁における吐出孔からの給気が原水流中で微細化された気泡の旋回流を形成するものである。この給気路を通して、空気、酸素、オゾンといった気体をキャビテーション発生部における漸次径拡大部に供給し、原水流と相俟って微細気泡（マイクロバブル）の旋回（螺旋）流を形成し、微細気泡（マイクロバブル）を原水流中に一様に分散させ、微生物に対する酸化作用およびフリーラジカルの攻撃によって微生物をより確実に死滅させる。

図２に、本発明の一実施例に係る微生物破砕装置を示す。図２に示すように、多段階のキャビテーションを発生させかつコンパクトな構造とするために、Ｕ字型レイアウトが効率的で装置全体のコストダウンを可能にする。図２において、３１は移送加圧ポンプであって、原水（被処理水）を０．４ＭＰａ〜１．５ＭＰａの圧力又は少なくとも３０ｍ／ｓの流速でキャビテーション発生部３３へ圧送する。移送加圧ポンプ３１として、この実施例においては、図４に示す、株式会社イワキ製のホースポンプＳＰＸシリーズを用いている。このホースポンプは、図４に示すように、ポンプハウジングに内接嵌装されるポンプホース３１１を、ロータ３１２の外周部に配設されるプレッシングシュー３１３で摺動自在に押圧し、ロータ３１２を回転させることによって液またはスラリーを離散的に圧送する。

ホースポンプによる液またはスラリーの移送加圧は離散的になされるから、この実施例においては、これを連続的な移送加圧とすべく、ホースポンプからの液またはスラリーを図示しないアキュムレータ内に送給し、このアキュムレータからキャビテーション発生部３３へ移送加圧するようにしている。即ち、アキュムレータは圧力容器であり、その内容積の７０％以上に空気または不活性ガスを充填し圧力容器底部にホースポンプからの液またはスラリー（原水）が加圧装入される。ホースポンプからの液またはスラリー（原水）の離散的な移送加圧による圧力変動は、前記空気または不活性ガスによって吸収され、ほぼ一定の圧力でアキュムレータ底部から液またはスラリー（原水）がキャビテーション発生部３３へ送給される。

さらに、本発明においては、キャビテーション発生部３３の後段に低圧発生部材ならびに多段に配設される流速調整部材によって原水の圧力が一様化されるから、ホースポンプの離散的な原水の移送加圧による圧力の脈動はアキュムレータと相俟って一様連続化される。

移送加圧ポンプ３１の吐出圧力は０．４ＭＰａ〜１．５ＭＰａであり、キャビテーション発生部３３における流速は少なくとも３０ｍ／秒である。移送加圧ポンプ３１の吐出圧力が０．４ＭＰａに満たないかまたはキャビテーション発生部３３における流速が３０ｍ／秒に満たないときは、菌、微生物の細胞膜を破砕するに足るキャビテーションによる水蒸気泡を発生することができない。また、１．５ＭＰａを超える吐出圧力は本発明の微生物破砕装置においては必要なく、設備コストの増大を招くのみである。

３２はバルブであり、３３はキャビテーション発生部である。３３６は給気路であって、空気、酸素、オゾンといった気体をキャビテーション発生部３３における漸次径拡大部（負圧部）に供給する。３５は低圧発生部材であり、キャビテーション発生部３３の後段に隣接して配設される。低圧発生部材３５は、この実施例においては、原水（被処理水）流れ方向に垂直な面中央部に、下流に向けて拡径する孔を穿設されたオリフィス板様の部材である。

低圧発生部材３５の孔径は、キャビテーション発生部３３の絞り（スロート）部の孔径の１．５倍〜３．０倍である。１．５倍未満では、キャビテーションによる水蒸気泡のサイズが小さ過ぎ十分な微生物細胞膜の破砕ができない。一方、３．０倍超では、キャビテーションによる水蒸気泡のサイズが大き過ぎ、微生物細胞膜の破砕効率、微生物死滅数の低下を招く。

３６は微生物破砕用配管であって、キャビテーション発生部３３および低圧発生部材３５で生じた水蒸気泡がここで原水（被処理水）圧力の回復によって消滅し、気泡の周囲の水がぶつかり合って局部的に著しい高圧を生じ、その機械的衝撃によって微生物の細胞膜が破砕される。

３７、３９、４１、および４３は流速調整部材であり、この実施例においては、原水（被処理水）流の方向に垂直な面中央部に、下流に向けて拡径する孔を穿設されたオリフィス板様の部材である。３８、４０、４２、および４４は圧力保持用配管であって、流速調整部材３７、３９、４１、および４３によって管内を低圧に保持し、流速調整部材３７、３９、４１、および４３を原水（被処理水）が通過する際に、第２次乃至第４次と多段にキャビテーションを発生させる。多段のキャビテーション発生と水蒸気泡の消滅の繰り返しによって、種々のサイズの微生物の細胞膜を破砕しその死滅量を増大させる。

流速調整部材３７、３９、４１、および４３の孔径は、後段になるほど大きくすることが好ましい。そうすることによって、原水（被処理水）流の摩擦抵抗を抑えて流速を維持し、低圧を保持することによってキャビテーションの発生による水蒸気泡のサイズを微生物のサイズに適合させ得る。４５は制御盤である。

図３に、キャビテーション発生部３３の詳細を示す。キャビテーション発生部３３は、原水（被処理水）流（矢印Ｘ）の方向に、漸次径縮小部３３１、絞り（スロート）部３３２、漸次径拡大部３３３からなっている。キャビテーション発生部３３は、漸次径拡大部３３３の内壁面に給気路３３６の開口部を有している。給気路３３６は、空気、酸素、オゾンといった気体をキャビテーション発生部３３における漸次径拡大部（負圧部）に給気すべく機能する。

給気路３３６は、この実施例においては、漸次径拡大部３３３の内壁面の周方向に等間隔に４箇の開口部を有するとともに、漸次径拡大部３３３の内周面の法線とは４５°の角度をもって穿設され、給気用チャンバ３３５に連通している。給気用チャンバ３３５は、キャビテーション発生部３３本体の外周部と二重管３３０間に形成される環状（円筒状）空間であり、給気用バルブ３３４からの空気、酸素、オゾンといった気体が、給気用チャンバ３３５を介してこのキャビテーション発生部３３における漸次径拡大部（負圧部）に供給される。

給気路３３６は、図３に示すように、キャビテーション発生部の軸心に向けて所与の角度、この実施例においては４５°の角度を有するとともに漸次径拡大部３３３の内周面の法線とは所定の角度、この実施例においては、漸次径拡大部３３３の内周面の法線と４５°の角度をもって穿設されているから、開口部から吐出された気体は、原水（被処理水）流と相俟って微細化されるとともに旋回（螺旋）流となって原水（被処理水）中に一様に分散する。

３３２１は着脱型絞り（スロート）部であって、超硬合金、セラミックスといった耐摩耗性に優れた材質の着脱型のものが用いられる。この実施例においては、炭化珪素（ＳｉＣ）製のものが着脱可能に装着されている。この実施例においては、ねじ嵌合で装着されている。

３５は低圧発生部材であり、図３に示すように、原水（被処理水）流下流側に向かって径が拡大する孔を、原水（被処理水）流の方向に垂直な面内中央に有するオリフィス板様の部材である。低圧発生部材３５の孔の径は、キャビテーション発生部３３の絞り（スロート）部の径の１．５倍〜３．０倍である。また、原水（被処理水）流下流側に向かって径が拡大する孔の角度は、原水（被処理水）流の方向とのなす角度で４５°〜６０°が、安定したキャビテーション発生にとって好ましい。若し、低圧発生部材３５がないと、キャビテーションの発生が不安定となるのみならず水蒸気泡の径が大きくなる。

３６は微生物破砕用配管であって、低圧発生部材３５の孔から流出した、水蒸気泡が混合している原水（被処理水）流（矢印Ｙ方向）の圧力がここで回復し水蒸気泡が消滅する。そのとき、気泡の周囲の水がぶつかり合って局所的に著しい高圧を生じその機械的衝撃によって細菌や微生物の細胞膜を破砕する。

３６１は二重管であり、本発明においては、微生物破砕用配管３６及び圧力保持用配管３８、４０、４２、および４４を二重管とし、キャビテーションによる壊食現象によって配管に孔があいたとしても外部に原水や汚泥等が流出しないようにしている。また、騒音対策にもなる。

レジオネラ菌１００万個／１００ｍｇ含む原水を、図２に示す微生物破砕装置（発明者の所有する登録商標：スリムセブンＳＶ−５０）を用い、ホースポンプ吐出流速：４４ｍ／秒、圧力：１．０ＭＰａ〜１．３ＭＰａ、流量：６５Ｌ／分の条件で微生物破砕装置に１回通して菌の細胞膜を破砕し死滅させた。その結果、１０個／１００ｍｇと検出不能レベルにまで殺菌できた。

図２に示す微生物破砕装置（発明者の所有する登録商標：スリムセブンＳＶ−５０）を用い、ホースポンプ吐出流速：４４ｍ／秒、圧力：１．０ＭＰａ〜１．３ＭＰａ、流量：６５Ｌ／分の条件に設定し、容器Ａ、Ｂを用意して容器Ａに濃縮汚泥を装入した後、前記微生物破砕装置を用いて微生物の細胞膜を破砕し容器Ｂに移した。容器Ｂの１回処理後の汚泥を再度微生物破砕装置に通して微生物の細胞膜を破砕し容器Ａに移した。この作業を６回繰り返した。

得られた処理汚泥を原水ままの濃縮汚泥と比較するために水質分析を行い、可溶化処理の評価を行った。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、１）ＢＯＤ測定値が原水との比較において６５％上昇している。これは、微生物細胞膜が破砕され細胞膜内の有機物が流出、増大したことを示しており、微生物死滅量の多さを表している。２）ＣＯＤ_Ｃｒ（可溶化）（全体）重クロム酸カリウムの測定で原水との比較において殆ど変化していない。３）ＣＯＤ_Ｍｎは、原水との比較において４２％上昇している。これは、微生物細胞膜が破砕され死滅したことを示している。４）ＭＬＳＳも同様に原水との比較において６５％上昇している。これは、微生物細胞膜が破砕され死滅した結果、微生物の細分化につながり分析液と反応してＭＬＳＳを上昇せしめたものであり、可溶化が進行したことを示している。５）固形物含有率は、原水との比較において０．２％の上昇であるが、確実に微生物の細胞膜内から出てきている。６）汚泥含水分率は原水との比較において０．２％減少しており、水分が飛んでいることを示している。なお、導電率の変化は変動が大きく、よくわからない処である。実施例３の結果から、本発明の微生物破砕装置が微生物の細胞膜を破砕し死滅させるとともに細分化し、汚泥を可溶化していることが明らかである。

本発明をその好ましい実施例に則して説明したが、本発明はこれに限るものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更ができる。たとえば、重力汚泥、濃縮汚泥、消化汚泥等の場合、移送加圧ポンプの吸い込み側にフィルタ等を備えてもよく、その場合は汚泥中の比較的大きなごみ、髪の毛等の難可溶物を事前に除去することができる。また、生け簀用海水等の殺菌に本発明を適用するときは、入り側に濾過装置が設けられていると、渦巻きポンプを移送加圧ポンプとして用いることができる。

また、移送加圧ポンプの吸い込み側に加熱装置を設けてもよく、その場合は、汚泥を構成する微生物の細胞膜の強度を低下させることができ、キャビテーションによる水蒸気泡消滅に伴う微生物細胞膜破砕が容易に行われ、効果を大ならしめる。また、汚泥を加熱することによって汚泥の圧力および流動性が増し、移送加圧ポンプの負荷を低減させ得る。加熱装置として、配管に電気ヒータを配設する方法を採ることができる。

本発明は、各市町村における下水処理場、農村集落における排水処理場、食品工場、化学工場、水産加工場、ビール工場、畜産場、養鶏場、養豚場および各種排水処理施設への利用が可能である。

また、バラスト水、生け簀用海水、温泉水、浴槽水、プール用水等における有毒プランクトンやレジオネラ菌等を死滅、殺菌に用いることができる。

さらに、本発明の微生物破砕装置は、畜産廃棄物や食品廃棄物の処理システムとして機能させ得る。即ち、堆肥化原料の受け入れ槽に本発明の微生物破砕装置を接続し原料を可溶化して、嫌気性微生物群が資化することが可能な、生分解性の単位分子に改質し加水分解を促進することによって、嫌気性（メタン）の発酵システムにおける繊維分や余剰濃縮汚泥の細胞壁成分（ペプチドグリカン等）などの難分解性成分の分解効率が低いことに起因する問題を解決しバイオガスの回収効率を高め得る。

本発明の微生物破砕装置を、有機性汚水の生物処理システムに適用した実施態様を示すブロック図 本発明の一実施例に係る微生物破砕装置を示す模式図 図２に示す微生物破砕装置におけるキャビテーション発生部および微生物破砕用配管を示す断面図 図２に示す微生物破砕装置における移送加圧ポンプの一例であるホースポンプを示す縦断面図 微生物の構造を示す模式図

符号の説明

１ 好気性生物処理槽
２ 最終沈殿槽
１５ 返送汚泥
１７ 余剰汚泥
３ 微生物破砕装置
２０ 有機性汚水
２１ 上澄み水
３１ 移送加圧ポンプ
３２ バルブ
３３ キャビテーション発生部
３５ 低圧発生部材
３６ 微生物破砕用配管
３７ 流速調整部材
３８ 圧力保持用配管
３９ 流速調整部材
４０ 圧力保持用配管
４１ 流速調整部材
４２ 圧力保持用配管
４３ 流速調整部材
４４ 圧力保持用配管
４５ 制御盤
３１１ ポンプホース
３１２ ロータ
３１３ プレッシングシュー
３３０ 二重管
３３１ 漸次径縮小部
３３２ 絞り（スロート）部
３３２１ 着脱型絞り（スロート）部
３３３ 漸次径拡大部
３３４ 給気バルブ
３３５ 給気用チャンバ
３３６ 給気路
３６１ 外側二重管

Claims (9)

1. キャビテーションによる微生物の細胞膜破砕装置であって、原水を吸引するとともにキャビテーション発生圧力に昇圧する移送加圧ポンプと、原水流れ方向に漸次径縮小部、絞り（スロート）部、および漸次径拡大部が順次形成されたキャビテーション発生部と、該キャビテーション発生部の後段に配設される低圧発生部材と、該低圧発生部材の後段に配設される少なくとも１段の流速調整部材とを有してなる微生物破砕装置。
2. 低圧発生部材が、原水流れ方向に垂直な面の中央部に下流に向けて拡径する孔を穿設した板状部材であり、キャビテーション発生部における絞り（スロート）部孔径に対し１．５倍〜３．０倍の孔径を有するものである請求項１に記載の微生物破砕装置。
3. 流速調整部材が、原水流れ方向に垂直な面の中央部に下流に向けて拡径する孔を穿設した板状部材である請求項１に記載の微生物破砕装置。
4. 流速調整部材を原水流れ方向に２段以上設けた請求項１に記載の微生物破砕装置。
5. 流速調整部材の、原水流れ方向に垂直な面の中央部に穿設された孔の径が、下流側のものが上流側の孔径と等しいか又は大なる孔径である請求項１乃至請求項３何れかに記載の微生物破砕装置。
6. 移送加圧ポンプがホースポンプであり、その吐出圧力が０．４ＭＰａ〜１．５ＭＰａ又は流速が少なくとも３０ｍ／秒である請求項１に記載の微生物破砕装置。
7. キャビテーション発生部が、漸次径拡大部の管壁に吐出口を有する給気路が穿設されたものである請求項１に記載の微生物破砕装置。
8. 給気路が、漸次径拡大部の管壁における法線に対し所定の角度を有して穿設されたものであり、管壁における吐出孔からの給気が原水流中で微細化された気泡の旋回流を形成するものである請求項７に記載の微生物破砕装置。
9. キャビテーション発生部における絞り（スロート）部が、超硬合金又はセラミック材料で形成され着脱可能に装着されたものである請求項１に記載の微生物破砕装置。

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