JP2015182002A - 消化槽および消化槽内の汚泥排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌促進部材が設けられた消化槽において、底面に堆積する汚泥を効果的に排出する。
【解決手段】消化槽１００は、汚泥が投入される消化槽本体１と、消化槽本体１内の汚泥に対し旋回流ｆ１を発生させる攪拌機２と、旋回流ｆ１を衝突させて乱流を発生させる攪拌促進部材４１と、を備える。攪拌促進部材４１は、旋回流ｆ１との対向部位に開口４１ａが形成された管状の部材であり、消化槽本体１の底部に配置され、開口４１ａから汚泥を吸い込んで消化槽本体１の外部へ排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥（下水汚泥、食品廃棄物等の有機性廃棄物）を発酵処理するための消化槽および当該消化槽内の汚泥排出方法に関する。

汚泥（下水汚泥、食品廃棄物等の有機性廃棄物）の発酵処理を行う消化槽においては、汚泥の発酵を促進するために、汚泥の攪拌を適切に行うことが重要である。例えば、特許文献１では、邪魔板が支軸を中心に回動可能に設けられており、邪魔板を回動させて汚泥の流れを適正化することで、攪拌の促進が可能となっている。この他にも、攪拌機の回転により生ずる旋回流が衝突する位置に邪魔板を設け、旋回流を邪魔板に衝突させることで積極的に乱流を発生させ、汚泥の攪拌を促進させることもある。このように乱流を発生させて汚泥の攪拌を促進するための部材を、以降、「攪拌促進部材」と呼ぶことにする。

特開２００８−１４９２５６号公報

ところで、汚泥を発酵処理する消化槽においては、消化されずに残留した砂や髪の毛等を含む汚泥が底面に堆積する。このような汚泥は、消化槽の有効容積を減少させ、発酵処理の効率を悪化させる要因となる。そこで、底面に堆積した汚泥を排出するため、消化槽の底部に吸い込み口を有する汚泥引抜管を設け、この汚泥引抜管によって汚泥を槽外へと引き抜くことが行われている。

しかしながら、上述のような攪拌促進部材を設けた場合には、乱流が発生するため、汚泥の堆積状態を的確に予測することが難しい。そのため、汚泥引抜管の吸い込み口を、堆積汚泥の引き抜きのために最適な位置に配置するということが難しく、場合によっては、十分に堆積汚泥を排出できないおそれがあった。また、攪拌促進部材の周辺に汚泥が堆積しやすいという問題もあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、攪拌促進部材が設けられた消化槽において、底面に堆積する汚泥を効果的に排出することを目的とするものである。

本発明にかかる消化槽は、汚泥が投入される消化槽本体と、前記消化槽本体内の汚泥に対し旋回流を発生させる攪拌機と、前記旋回流を衝突させて乱流を発生させる攪拌促進部材と、を備え、前記攪拌促進部材は、前記旋回流との対向部位に開口が形成された管状の部材であり、前記消化槽本体の底部に配置され、前記開口から汚泥を吸い込んで前記消化槽本体の外部へ排出することを特徴とする。

また、本発明にかかる消化槽内の汚泥排出方法は、消化槽本体内の汚泥に生じている旋回流を衝突させて乱流を発生させる攪拌促進部材を、前記消化槽本体の底部に設け、前記攪拌促進部材のうち前記旋回流との対向部位に形成された開口から汚泥を吸い込んで、前記消化槽本体の外部へ排出することを特徴とする。

本発明によれば、消化槽本体の底面に堆積する汚泥を、攪拌促進部材の開口から吸い込んで消化槽本体の外部へ排出することができる。しかも、この開口は、攪拌機により発生させられる旋回流と対向する部位に形成されているので、底面に堆積した汚泥が旋回流とともに流される際に、汚泥を効率よく吸い込むことができる。さらに、攪拌促進部材自身により汚泥を吸い込むことによって、攪拌促進部材の周辺に汚泥が堆積することを抑制可能となっている。以上のように、本発明にかかる消化槽では、底面に堆積する汚泥を効果的に排出することができる。

本発明にかかる消化槽の実施形態を模式的に示す縦断面図である。 攪拌促進部材の詳細を示す斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 攪拌促進部材を径方向から見たときの側面図である。 攪拌促進部材を径方向から見たときの側面図である。 攪拌促進部材を径方向から見たときの側面図である。 攪拌促進部材の変形例を示す斜視図である。 攪拌促進部材の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明にかかる消化槽の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示す消化槽１００は、汚泥（下水汚泥、食品廃棄物等の有機性廃棄物）を嫌気性発酵処理するものであり、主に、汚泥が投入される消化槽本体１と、汚泥を攪拌する攪拌機２と、汚泥を加温する加温装置３と、消化槽本体１の底面に堆積した汚泥を排出するための汚泥排出装置４と、を具備して構成される。

（消化槽本体）
消化槽本体１は、汚泥を嫌気性発酵処理するための槽であり、本実施形態では縦型円筒形状としている。ただし、消化槽本体１の形状はこれに限られるものではない。また、消化槽本体１は、加工が容易な鋼板製となっており、消化槽本体１をコンクリート製とする場合と比べて、製作期間を短縮することができ、且つ製作費用を抑えることができるものとなっている。ただし、消化槽本体１をコンクリート製とすることも可能である。

消化槽本体１に投入された汚泥は、加温装置３により加温されるとともに、攪拌機２により攪拌される。嫌気性発酵により発生した消化ガスは、消化槽本体１の頂部から出ていくようにされている。なお、消化槽本体１への汚泥投入手段、および消化槽本体１からの消化ガス取出手段の図示は省略している。また、消化ガスは、メタンが約６０容量％、二酸化炭素が約４０容量％のガス（バイオガス）である。

（攪拌機）
消化槽本体１に取り付けられた攪拌機２は、消化槽本体１に投入された汚泥を攪拌するためのものである。攪拌機２は、平面視において消化槽本体１の中央に設けられており（図３参照）、シャフト２ａと、シャフト２ａに２段配置されたインペラ２ｂとを有する。シャフト２ａの上端部は、消化槽本体１の外部に設けられたモータ２１に連結されている。なお、攪拌機２を平面視において消化槽本体１の中央から偏心させて設けてもよいし、インペラ２ｂは２段配置に限定されず、１段でも３段以上であってもよい。

攪拌機２を上面視で反時計回りの方向に回転させることで、主に、水平面内を反時計回りに旋回する旋回流ｆ１と、消化槽本体１の中央部では上から下へ流れ、消化槽本体１の周縁部では下から上へ流れる循環流ｆ２が形成される。このような旋回流ｆ１と循環流ｆ２とが混合した流れが生じることにより、汚泥を効果的に攪拌することができる。なお、攪拌機２の回転方向を上面視で時計回りとして、図１に示すものとは逆向きの旋回流を形成してもよい。

なお、本実施形態では、攪拌機２をインペラ２ｂで汚泥を攪拌する機械式攪拌機としているが、旋回流ｆ１を生じさせることができるものであれば、ドラフトチューブ式やスクリュー羽根式等の他の機械式攪拌機であってもよい。

（加温装置）
加温装置３は、消化槽本体１に投入された汚泥を加温するためのものである。加温装置３は、加温器（熱交換器）３１と、加温器３１と消化槽本体１の上下部とを接続する配管３２と、配管３２に配設されるポンプ３３とを有する。加温器３１には、ボイラー（不図示）などの温水源から温水が供給される。消化槽本体１の下部から吸引された汚泥は、加温器３１にて加温された後、消化槽本体１の上部から消化槽本体１内に戻される。なお、加温装置３は、消化槽本体１内の汚泥の攪拌にも寄与する。

（攪拌促進部材）
消化槽本体１の底部には、汚泥の攪拌を促進するための攪拌促進部材４１が設けられている。この攪拌促進部材４１は、開口４１ａが形成された管状の部材となっており、消化槽本体１の底面の中央部から周縁部にわたって、底面に当接した状態で、径方向に沿って配置されている。

より詳細には、図２に示すように、攪拌促進部材４１は、断面形状が半円形状の管状の部材となっており、主に、半円の部分をなす曲面部４１ｂと、平面の部分をなす平面部４１ｃとで構成されている。また、攪拌促進部材４１の両端部のうち、径方向中心側の端部は、管外とは連通しない閉塞部４１ｄとなっている一方、反対側の端部、すなわち周縁側の端部は、汚泥排出装置４の配管４３に接続される接続部４１ｅとなっている。

図３に示すように、攪拌促進部材４１の平面部４１ｃは、旋回流ｆ１と対向するとともに、消化槽本体１の底面に対して垂直な面となっており、同じ大きさの開口４１ａが径方向に沿って等間隔に複数（ここでは５つ）形成されている。このように構成された攪拌促進部材４１は、主に２つの役割を有する。１つ目の役割は、旋回流ｆ１を攪拌促進部材４１に衝突させることで、汚泥に乱流を発生させ、汚泥の攪拌を促進するというものである。２つ目の役割は、開口４１ａを介して消化槽本体１の底面に堆積した汚泥を吸い込むというものであり、この場合には、後述する汚泥排出装置４の一部として機能することになる。

図１に戻って、説明を続ける。本実施形態では、消化槽本体１の底面に沿って配置された攪拌促進部材４１のほかに、消化槽本体１の側面に沿って配置された第２攪拌促進部材４２をさらに設けてある。この第２攪拌促進部材４２は、攪拌促進部材４１と同様の構成となっており、旋回流ｆ１と対向する部位に開口４２ａが等間隔に複数形成され、消化槽本体１の側面に当接した状態で配置されている。また、第２攪拌促進部材４２の上端部が閉塞されるとともに、下端部が汚泥排出装置４の配管４３に接続されている。

このように構成された第２攪拌促進部材４２は、攪拌促進部材４１と同様に、汚泥の攪拌推進および堆積汚泥の吸引という２つの役割を主に有する。なお、第２攪拌促進部材４２を攪拌促進部材４１と一体化して、Ｌ字型の管状の部材としてもよいし、第２攪拌促進部材４２を設けなくてもよい。

（汚泥排出装置）
汚泥排出装置４は、消化槽本体１の底部から汚泥を外部へ排出するための装置であり、汚泥を吸い込む役割を有する攪拌促進部材４１および第２攪拌促進部材４２と、攪拌促進部材４１および第２攪拌促進部材４２に接続される配管４３と、配管４３に設けられるポンプ４４と、を有する。ポンプ４４を作動させて、攪拌促進部材４１（第２攪拌促進部材４２）の管内に負圧を発生させることにより、開口４１ａ（開口４２ａ）から汚泥が吸い込まれ、攪拌促進部材４１（第２攪拌促進部材４２）および配管４３を介して汚泥が外部へ排出される。

（効果）
以上の構成を具備する消化槽１００によれば、消化槽本体１の底面に堆積する汚泥を、攪拌促進部材４１の開口４１ａから吸い込んで消化槽本体１の外部へ排出することができる。図３に示すように、開口４１ａは、攪拌機２により発生させられる旋回流ｆ１と対向する平面部４１ｃに形成されているので、底面に堆積した汚泥が旋回流ｆ１とともに流される際に、汚泥を効率よく吸い込むことができる。さらに、攪拌促進部材４１自身により汚泥を吸い込むことによって、攪拌促進部材４１の周辺に汚泥が堆積することを抑制可能となっている。したがって、消化槽本体１の底面に堆積する汚泥を効果的に排出することができる。

また、攪拌促進部材４１を、開口４１ａを有する管状に構成し、通常の邪魔板の役割（汚泥の攪拌促進）と汚泥引抜管の役割（堆積汚泥の吸引）とを持たせることにより、消化槽１００の部品点数を削減することができるという利点もある。

また、攪拌促進部材４１は、消化槽本体１の底面に当接した状態で配置されているため、旋回流ｆ１とともに流される汚泥が、攪拌促進部材４１と消化槽本体１の底面との間の隙間から逃げてしまうことを防止し、汚泥の効果的な吸い込みが可能となる。

また、攪拌促進部材４１は、消化槽本体１の径方向に沿って配置されているので、旋回流ｆ１が径方向の広い範囲で攪拌促進部材４１と衝突することになり、乱流を広く発生させることができる。

また、開口４１ａが径方向に複数形成されているため、旋回流ｆ１の流れとともに運ばれてくる汚泥を、広い範囲で吸い込むことが可能となる。また、ある開口４１ａに汚泥が詰まるといった不具合が生じたとしても、他の開口４１ａが存在することで、汚泥を吸い込む機能を維持することができる。

ここで、攪拌促進部材４１のうち旋回流ｆ１と対向する部位である平面部４１ｃが、図４Ｃに示すように、消化槽本体１の底面に対して鈍角をなす平面やこれに準ずる曲面となっていると、旋回流ｆ１とともに流れてくる汚泥が、この形状に沿って攪拌促進部材４１を乗り越えやすくなり、汚泥の吸い込み効率が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態では、攪拌促進部材４１のうち旋回流ｆ１と対向する部位である平面部４１ｃを、図４Ａに示すように、消化槽本体１の底面に対して垂直とすることで、汚泥を平面部４１ｃでせき止めやすくし、効果的な吸い込みを可能としている。また、平面部４１ｃを消化槽本体１の底面に対して垂直な面とすることで、主に水平面内で旋回する旋回流ｆ１の衝突の衝撃が大きくなり、乱流を効率よく発生させることができるという効果もある。なお、同様の効果を得るために、図４Ｂに示すように、旋回流ｆ１と対向する部位を、消化槽本体１の底面に対して鋭角をなす平面としてもよいし、これに準ずる曲面としてもよい。

また、本実施形態では、消化槽本体１の底面に沿って配置される攪拌促進部材４１の他に、消化槽本体１の側面に沿って配置される第２攪拌促進部材４２を設けている。このような、第２攪拌促進部材４２を設けることで、乱流をより発生させやすくし、汚泥の攪拌を一層促進することができる。

さらに、この第２攪拌促進部材４２は、攪拌促進部材４１と同様に、開口４２ａから汚泥を吸い込むことができるように構成されているので、より広い範囲で汚泥の吸い込みが可能となる。

（攪拌促進部材の変形例）
次に、攪拌促進部材４１の変形例について説明する。図５に示す攪拌促進部材４１は、複数の開口４１ａの各々の開口面積を、消化槽本体１の中心に近いものほど（径方向中心側のものほど）大きくしたものである。

攪拌機２の直下領域においては一般的に淀みが生じやすいため、消化槽本体１の底面の中央部では流れが弱くなり、汚泥が堆積しやすい傾向がある。そこで、上述のように、開口４１ａの開口面積を消化槽本体１の中心に近いものほど大きくすることで、汚泥が堆積しやすい中央部付近から吸い込みやすくすることができる。

また、攪拌促進部材４１において、ポンプ４４から遠い位置ほど、換言すると消化槽本体１の中心に近い位置ほど、負圧の作用が小さくなり、汚泥を吸い込む力が弱まってしまう。しかしながら、上述のように、消化槽本体１の中心に近いほど開口４１ａの開口面積を大きくしておくことで、汚泥が吸い込みやすくなり、吸い込む力の弱まりを補うことができる。

また、上述の開口面積に関する構成に代えて、あるいはこの構成に加えて、攪拌促進部材４１に複数形成されている開口４１ａの間隔を消化槽本体１の中心に近いほど狭めることによっても、同様の効果を得ることができる。

また、第２攪拌促進部材４２についても、複数の開口４２ａの開口面積を消化槽本体１の底面に近づくほど大きくしたり、開口４２ａの間隔を消化槽本体１の底面に近づくほど狭めたりすることで、底面に堆積した汚泥を効率的に吸い込むことが可能となる。

（その他の変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

上記実施形態では、攪拌促進部材４１（第２攪拌促進部材４２も同様）を半円管状のものとしたが、その形状はこれに限定されない。例えば、攪拌促進部材４１は円管や角管であってもよい。また、攪拌促進部材４１に形成される開口４１ａの形状も円形に限定されず、適当な形状を選択することができる。例えば、図６に示すように、攪拌促進部材４１の平面部４１ｃをなくして、この部分を全て開口４１ａとするようにしてもよい。

また、攪拌促進部材４１や第２攪拌促進部材４２の配置も上記実施形態に示したものに限定されない。例えば、攪拌促進部材４１を消化槽本体１の底面から離間させて配置してもよいし、第２攪拌促進部材４２を消化槽本体１の側面から離間させて配置してもよい。また、攪拌促進部材４１を、消化槽本体１の底面の径方向に対して傾けて配置してもよい。さらに、攪拌促進部材４１や第２攪拌促進部材４２を、間隔を問わずに複数設置してもよい。また、第２攪拌促進部材４２のうち旋回流ｆ１と対向する部位（攪拌促進部材４１の平面部４１ｃに相当する部位）を、消化槽本体１の側面に対して垂直もしくは鋭角な平面としたり、第２攪拌促進部材４２を消化槽本体１の軸方向に対して傾けることで、汚泥を吸い込みやすくすることも可能である。

１：消化槽本体
２：攪拌機
４１：攪拌促進部材
４１ａ：開口
４１ｃ：平面部（対向部位）
４２：第２攪拌促進部材
４２ａ：開口
１００：消化槽
ｆ１：旋回流

Claims (9)

1. 汚泥が投入される消化槽本体と、
   前記消化槽本体内の汚泥に対し旋回流を発生させる攪拌機と、
   前記旋回流を衝突させて乱流を発生させる攪拌促進部材と、
   を備え、
   前記攪拌促進部材は、前記旋回流との対向部位に開口が形成された管状の部材であり、前記消化槽本体の底部に配置され、前記開口から汚泥を吸い込んで前記消化槽本体の外部へ排出することを特徴とする消化槽。
2. 前記攪拌促進部材は、前記消化槽本体の底面に当接した状態で配置される請求項１に記載の消化槽。
3. 前記攪拌促進部材は、前記消化槽本体の径方向に沿って配置される請求項１または２に記載の消化槽。
4. 前記攪拌促進部材の前記対向部位には、前記開口が前記径方向に複数形成されている請求項３に記載の消化槽。
5. 前記複数の開口の各々の開口面積は、前記消化槽本体の中心に近いものほど大きくなっている請求項４に記載の消化槽。
6. 前記攪拌促進部材の前記対向部位は、前記消化槽本体の底面に対して垂直または鋭角をなす平面である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の消化槽。
7. 前記消化槽本体の側面に沿って配置され、前記旋回流を衝突させて乱流を発生させる第２攪拌促進部材がさらに設けられる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の消化槽。
8. 前記第２攪拌促進部材は、前記旋回流との対向部位に開口が形成された管状の部材であり、前記開口から汚泥を吸い込んで前記消化槽本体の外部へ排出する請求項７に記載の消化槽。
9. 消化槽本体内の汚泥に生じている旋回流を衝突させて乱流を発生させる攪拌促進部材を、前記消化槽本体の底部に設け、
   前記攪拌促進部材のうち前記旋回流との対向部位に形成された開口から汚泥を吸い込んで、前記消化槽本体の外部へ排出することを特徴とする消化槽内の汚泥排出方法。