JP2021090926A

JP2021090926A - 消化槽

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Publication number: JP2021090926A
Application number: JP2019223909A
Authority: JP
Inventors: 好幸野呂; Yoshiyuki Noro; 健介北田; Kensuke Kitada; 新川　隆夫; Takao Shinkawa; 隆夫新川; 間宮　尚; Takashi Mamiya; 尚間宮; 智樹栗波; Tomoki Kurinami; 行教長谷川; Yukinori Hasegawa; 博和坪井; Hirokazu Tsuboi; 好一加藤; Koichi Kato; 孝宏根本; Takahiro Nemoto
Original assignee: Kajima Corp; Metawater Co Ltd; Satake Chemical Equipment Mfg Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Metawater Co Ltd; Satake Chemical Equipment Mfg Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: JP6733928B1

Abstract

【課題】消化槽の内部空間の全体における被消化物の混合の均一性を向上させることができる消化槽を提供する。【解決手段】被消化物Ｗを収容する内部空間２を規定しつつ内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する内側面６ｓを備えた消化槽１Ａにおいて、攪拌機構１０により内部空間２に収容された被消化物Ｗが上下方向に平行な軸周りに攪拌され、内部空間２の下端部２ｂから上方に突出した邪魔板２０Ａにより、被消化物Ｗに内部空間２の下端部２ｂから上方に向う上昇流が形成され、流動不良部が生じ難いため、消化槽１Ａの内部空間２の全体における被消化物Ｗの混合の均一性を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、消化槽に関するものである。

汚泥等の被消化物を収容しつつ、被消化物を消化するための消化槽が提案されている。例えば、特許文献１には、消化槽の内部の中心部に上下方向に平行にドラフトチューブが設置された消化槽が開示されている。消化槽に収容された被消化物がドラフトチューブの上端から吸い込まれ、ドラフトチューブの下端から吐出される。これにより、消化槽に収容された被消化物が攪拌される。

特開平１１‐９０４９２号公報

ところで、上記技術は被消化物の消化については優れた性能を有するが、ドラフトチューブによる被消化物の攪拌に大きなエネルギーを消費する。そのため、例えば、消化槽の内部に上下方向に平行な回転軸周りに回転するインペラが配置され、インペラが回転することにより、消化槽に収容された被消化物が攪拌される消化槽も提案されている。しかし、この技術では、被消化物の攪拌に必要なエネルギーは低減されるものの、攪拌された被消化物の流速が低い部位も生じ、消化槽の内部空間の全体における被消化物の均一混合については改善の余地がある。

そこで本発明は、消化槽の内部空間の全体における被消化物の混合の均一性を向上させることができる消化槽を提供することを目的とする。

本発明は、被消化物を収容する内部空間を規定しつつ内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて内部空間の中心の側に集束する内側面を有する側壁と、内部空間に収容された被消化物を上下方向に平行な軸周りに攪拌する攪拌機構と、内部空間の下端部から上方に突出した邪魔板とを備えた消化槽である。

この構成によれば、被消化物を収容する内部空間を規定しつつ内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて内部空間の中心の側に集束する内側面を有する側壁と、内部空間に収容された被消化物を上下方向に平行な軸周りに攪拌する攪拌機構とを備えた消化槽において、攪拌機構により内部空間に収容された被消化物が上下方向に平行な軸周りに攪拌され、内部空間の下端部から上方に突出した邪魔板により、被消化物に内部空間の下端部から上方に向う上昇流が形成され、流動不良部が生じ難いため、消化槽の内部空間の全体における被消化物の混合の均一性を向上させることができる。

また、本発明は、被消化物を収容する内部空間の下端部を規定する内底面を有する底壁と、内部空間を規定し、内底面の周縁部から延在し、内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて内部空間の中心の側に集束する内側面を有する側壁と、内部空間に収容された被消化物を上下方向に平行な軸周りに攪拌する攪拌機構と、内底面から上方に突出した邪魔板とを備え、内底面は、内部空間の上端部で側壁の上縁部により規定された上面部よりも広い平坦面を有し、邪魔板は、平坦面から上方に突出している消化槽である。

この構成によれば、被消化物を収容する内部空間の下端部を規定する内底面を有する底壁と、内部空間を規定し、内底面の周縁部から延在し、内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて内部空間の中心の側に集束する内側面を有する側壁とを備えた消化槽において、攪拌機構により内部空間に収容された被消化物が上下方向に平行な軸周りに攪拌され、内底面から上方に突出した邪魔板により、被消化物に内部空間の下端部から上方に向う上昇流が形成されることに加えて、内底面は、内部空間の上端部で側壁の上縁部により規定された上面部よりも広い平坦面を有し、邪魔板は平坦面から上方に突出しており、より速い上昇流が形成され、流動不良部がより生じ難いため、消化槽の内部空間の全体における被消化物の混合の均一性をさらに向上させることができる。

本発明の消化槽では、邪魔板は、平面視で内部空間の下端部の中央部に放射状に配置されていることが好適である。

この構成によれば、邪魔板は平面視で内部空間の下端部の中央部に放射状に配置されているおり、より速い上昇流が形成され、流動不良部がより生じ難いため、消化槽の内部空間の全体における被消化物の混合の均一性をさらに向上させることができる。

また、攪拌機構は、上下方向に平行なパドルと、パドルを上下方向に平行な軸周りに回転させる回転軸とを有することが好適である。

この構成によれば、攪拌機構は、上下方向に平行なパドルと、パドルを上下方向に平行な軸周りに回転させる回転軸とを有し、インペラよりも少ないエネルギーにより被消化物を攪拌することができる。

また、内側面は、上下方向に平行な断面による断面視で曲線を含むことが好適であるが、その限りではない。

この構成によれば、内側面は上下方向に平行な断面による断面視で曲線を含むため、死水域が生じ難く、良好な攪拌が行われ、被消化物の質及び温度の均一化、消化ガスのガス分離促進及びスカム発生の防止により有効である。

また、内側面は、上下方向に平行な断面による断面視で、内部空間の上端部と下端部との上下方向の距離とが等しい中間部で、内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて内部空間の中心の側に集束する曲線を含むことが好適である。

この構成によれば、内側面は、上下方向に平行な断面による断面視で、内部空間の上端部と下端部との上下方向の距離とが等しい中間部で、内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて内部空間の中心の側に集束する曲線を含むため、被消化物を収容する内部空間の中間部で死水域が生じ難く、良好な攪拌が行われ、被消化物の質及び温度の均一化、消化ガスのガス分離促進及びスカム発生の防止により有効である。

本発明の消化槽によれば、消化槽の内部空間の全体における被消化物の混合の均一性を向上させることができる。

（Ａ）は第１実施形態に係る消化槽を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のα線による横断面図である。従来の消化槽の内部空間での被消化物の流動を示す図である。従来の消化槽の内部空間での被消化物の流動を示す図である。第１実施形態に係る消化槽の内部空間での被消化物の流動を示す図である。（Ａ）は第２実施形態に係る消化槽を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のβ線による横断面図である。第２実施形態に係る消化槽の内部空間での被消化物の流動を示す図である。実験例におけるパドル又はインペラの動力に対する内部空間の被消化物の平均流速を示すグラフである。実験例におけるパドルの先端の周速度に対する内部空間の被消化物の循環量を示すグラフである。実験例における攪拌機構の動力に対する内部空間の被消化物の循環量を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る消化槽について詳細に説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、本発明の第１実施形態に係る消化槽１Ａは、汚泥等の被消化物Ｗを収容する内部空間２と内部空間２を覆う外殻３とから構成されている。消化槽１Ａは、全体として卵形の形状を有する。消化槽１Ａは、その下部に台座部４を備える。消化槽１Ａが安定して設置されるために、台座部４は地中Ｅに埋設され、不図示の底版の上に載置されている。消化槽１Ａは、例えば、全高が２０〜３０ｍであり、全幅が１０〜２０ｍであり、容量が２０００〜４０００ｍ^３である。

消化槽１Ａは、被消化物Ｗを収容する内部空間２の下端部２ｂを規定する内底面５ｂを有する底壁５Ａを備える。消化槽１Ａは、内部空間２を規定しつつ、内底面５ｂの周縁部５ｐから内部空間２の外側に向って斜め上方に延在し、内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する内側面６ｓを有する側壁６を備える。本実施形態では、内底面５ｂは、内部空間２の上端部２ｕで側壁６の上縁部６ｕにより規定された上面部７よりも狭い。内底面５ｂの直径は、例えば、０．５〜１．５ｍである。なお、本実施形態では、内底面５ｂは省略され、内側面６ｓのみで内部空間２が規定されてもよい。内側面６ｓは、上下方向に平行な断面による断面視で、下部と上部との間に曲線６ｃを含む。より詳細には、内側面６ｓは、上下方向に平行な断面による断面視で、内部空間２の上端部２ｕと下端部２ｂとの上下方向の距離とが等しい中間部２ｍで、内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する曲線６Ｃを含む。内側面６ｓは、上下方向に平行な断面による断面視で、曲線６ｃ，６Ｃを除いた下部及び上部に直線を含む。

本実施形態の消化槽１Ａでは、内部空間２の全高に対する全幅の比率は、例えば、０．６２〜０．７２である。また、内部空間２の全幅に対する内底面５ｂの直径の比率は、例えば、０．０３〜０．０９である。内部空間２の全幅に対する上面部７の直径の比率は、例えば、０．１２〜０．３６である。内部空間２の全幅に対する内側面６ｓの中間部２ｍの曲線６Ｃの曲率半径の比率は、例えば、０．６２〜０．７４である。内側面６ｓの中間部２ｍの曲線６Ｃは、例えば、９０°程度の円弧である。上下方向に平行な断面による断面視で、内側面６ｓの曲線６ｃ及び内側面６ｓの中間部２ｍの曲線６Ｃを除いた下部及び上部の直線の水平からの角度は、例えば、４０°〜５０°である。

消化槽１Ａは、内部空間２に収容された被消化物Ｗを上下方向に平行な軸周りに攪拌する攪拌機構１０を備える。攪拌機構１０は、上下方向に平行なパドル１１と、パドル１１を上下方向に平行な軸周りに回転させる回転軸１２と、回転軸１２を回転させる動力源である駆動部１３を有する。駆動部１３は上面部７に配置された電動機である。駆動部１３から、上下方向に平行な回転軸１２を介してパドル１１が吊下げられている。なお、上下方向に平行な軸周りとは、例えば、攪拌の軸がほぼ垂直であることを意味する。また、上下方向に平行なパドル１１とは、例えば、パドルがほぼ垂直であることを意味する。また、パドル１１を上下方向に平行な軸周りに回転させる回転軸１２とは、例えば、回転軸１２がほぼ垂直であることを意味する。パドル１１の上端部の高さにおける内部空間２の直径である槽径Ｄｈに対して、パドルの直径である翼径ｄは、翼径ｄ／槽径Ｄｈ＝０．１〜０．９５の範囲が好ましく、翼径ｄ／槽径Ｄｈ＝０．２５〜０．８の範囲がより好ましい。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、消化槽１Ａは、内部空間２の下端部２ｂから上方に突出した邪魔板２０Ａを備える。本実施形態では、邪魔板２０Ａは、内底面５ｂ及び内側面６ｓの下部から上方に突出している。図１（Ｂ）に示すように、邪魔板２０Ａは、平面視で内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃに放射状に配置されている。本実施形態では、４枚程度の邪魔板２０Ａが内底面５ｂの中心５ｃを囲繞するように互いに間隔を空けつつ、十字状をなすように放射状に配置されている。内部空間２の槽径Ｄｈに対して、邪魔板２０Ａが内底面５ｂ及び内側面６ｓの下部から上方に突出している範囲の直径である邪魔板径ｄＲＡＤは、邪魔板径ｄＲＡＤ／槽径Ｄｈ＝０．０５〜１．０の範囲が好ましく、邪魔板径ｄＲＡＤ／槽径Ｄｈ＝０．２５〜０．８の範囲がより好ましい。パドル１１の翼径ｄに対して、邪魔板２０Ａの内底面５ｂからの突出長である邪魔板突出長Ｌは、邪魔板突出長Ｌ／翼径ｄ＝０．０５〜０．８の範囲が好ましく、邪魔板突出長Ｌ／翼径ｄ＝０．１〜０．６の範囲がより好ましい。

なお、内部空間２の下端部２ｂから上方に突出した邪魔板２０Ａとは、必ずしも邪魔板２０Ａが内部空間２の下端部２ｂ及び内底面５ｂに接していることを要しない。例えば、内部空間２の下端部２ｂから上方に突出した邪魔板２０Ａとは、邪魔板２０Ａの下端と内底面５ｂとの間に、邪魔板２０Ａの内底面５ｂからの突出長の１／１０〜１／５程度の隙間を有する場合も含まれる。内部空間２の下端部２ｂから上方に突出した邪魔板２０Ａとは、内底面５ｂのみから上方に突出していてもよく、内側面６ｓの下部のみから上方に突出していてもよい。

また、なお、平面視で内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃとは、必ずしも厳密に内部空間２の下端部２ｂの中心であることを要しない。平面視で内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃは、内部空間２の下端部２ｂの中心であることが望ましいが、その限りではない。

また、邪魔板２０Ａが平面視で内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃに放射状に配置されているとは、必ずしも邪魔板２０Ａが内底面５ｂの中心５ｃ及び中心５ｃの上方に存在していることを要しない。例えば、本実施形態のように、複数の邪魔板２０Ａが内底面５ｂの中心５ｃを囲繞するように互いに間隔を空けつつ、内部空間２の外側に延在していてもよい。また、邪魔板２０Ａが平面視で内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃに放射状に配置されているとは、必ずしも邪魔板２０Ａが内底面５ｂの中心５ｃを通る直線及び内底面５ｂの中心５ｃを通る直線の上方に存在していることを要しない。例えば、邪魔板２０Ａが内底面５ｂの中心５ｃを通る直線及び内底面５ｂの中心５ｃを通る直線の上方から離隔した位置に配置され、内部空間２の外側に延在していてもよい。また、放射状に配置されているとは、邪魔板２０Ａが平面視で直線ではなく、曲線をなしていてもよい。

本実施形態によれば、被消化物Ｗを収容する内部空間２を規定しつつ内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する内側面６ｓを備えた消化槽１Ａにおいて、攪拌機構１０により内部空間２に収容された被消化物Ｗが上下方向に平行な軸周りに攪拌され、内部空間２の下端部２ｂから上方に突出した邪魔板２０Ａにより、被消化物Ｗに内部空間２の下端部２ｂから上方に向う上昇流が形成され、流動不良部が生じ難いため、消化槽１Ａの内部空間２の全体における被消化物Ｗの混合の均一性を向上させることができる。

例えば、図２に示すように、消化槽１００では、消化槽１００の内部空間２の中心部に上下方向に平行にドラフトチューブ３１が設置されている。消化槽１００に収容された被消化物Ｗがドラフトチューブ３１の上端から吸い込まれ、ドラフトチューブ３１の下端から吐出される。これにより、消化槽１００に収容された被消化物Ｗが攪拌される。なお、以下の図２、図３、図４及び図６において、内部空間２に矢印で示すフローは、実線、破線及び点線の順に流速が低いことを示す。

このような消化槽１００では、ドラフトチューブ３１から内底面５ｂに強い吐出流が発生するが、内底面５ｂで大きく減衰されてしまい、全体的に非常に緩い攪拌となる。また、内部空間２に破線の矢印及び点線の矢印で示すように、多くの領域で流速が低くなり、被消化物Ｗが汚泥である場合に、濃縮汚泥と消化汚泥との混合が十分ではない。また、フローに偏りがあり、内部空間２の下部でショートパスによる局所的な循環流が生じている。

また、図３に示すように、消化槽２００では、内部空間２に上下方向に平行な回転軸４２の周りに回転するインペラ４１が配置され、インペラ４１が回転することにより、消化槽１００に収容された被消化物Ｗが攪拌される。このような消化槽２００では、内部空間２に実線の矢印で示すように、内部空間２の下部でショートパスしたフローとなり、内部空間２の上部と下部で分割したフローパターンが形成される。

また、消化槽２００では、内部空間２に点線の矢印で示すように、内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃでは、淀み領域が広がるため、汚泥等の被消化物Ｗ中の比重の大きい固形物質等が堆積しやすい。また、消化槽２００では、内部空間２における下端部２ｂの中央部２ｃ付近及び内側面６ｓの近傍で流速の低い領域が見られる。また、消化槽１００では、汚泥等の被消化物Ｗの混合作用が十分ではなく、温度ムラが生じやすく、スカムの発生が懸念される。

一方、図４の内部空間２に実線の矢印で示すように、本実施形態の消化槽１Ａでは、内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃから上昇流が形成され、内部空間２での流動不良部がみられず、良好な流動性が得られる。また、本実施形態の消化槽１Ａでは、内部空間２に被消化物Ｗの大循環流が形成されており、内部空間２の被消化物Ｗの全体を一様に攪拌することができる。また、本実施形態の消化槽１Ａでは、内部空間２のほとんどの領域で、十分な流速を確保でき、堆積やスカム発生の心配が少ない。

また、本実施形態では、邪魔板２０Ａは平面視で内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃに放射状に配置されており、より速い上昇流が形成され、流動不良部がより生じ難いため、消化槽１Ａの内部空間２の全体における被消化物Ｗの混合の均一性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、攪拌機構１０は、上下方向に平行なパドル１１と、パドル１１を上下方向に平行な軸周りに回転させる回転軸１２とを有し、従来の消化槽１００のようなインペラ４１よりも少ないエネルギーにより被消化物Ｗを攪拌することができる。

また、本実施形態では、内側面６ｓは上下方向に平行な断面による断面視で曲線６ｃを含むため、死水域が生じ難く、良好な攪拌が行われ、被消化物Ｗの質及び温度の均一化、消化ガスのガス分離促進及びスカム発生の防止により有効である。

また、本実施形態では、内側面６ｓは、上下方向に平行な断面による断面視で、内部空間２の上端部２ｕと下端部２ｂとの上下方向の距離とが等しい中間部２ｍで、内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する曲線２Ｃを含むため、被消化物Ｗを収容する内部空間２の中間部２ｍで死水域が生じ難く、良好な攪拌が行われ、被消化物の質及び温度の均一化、消化ガスのガス分離促進及びスカム発生の防止により有効である。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、本実施形態では、消化槽１Ｂは、被消化物Ｗを収容する内部空間２の下端部２ｂを規定する内底面５ｂを有する底壁５Ｂを備える。本実施形態では、内底面５ｂは必須の構成である。一方、上記第１実施形態と同様に、側壁６の内側面６ｓは、内部空間２を規定しつつ、内底面５ｂの周縁部５ｐから内部空間２の外側に向って斜め上方に延在し、内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する。内側面６ｓは、上下方向に平行な断面による断面視で曲線６ｃを含む。内側面６ｓは、上下方向に平行な断面による断面視で、内部空間２の上端部２ｕと下端部２ｂとの上下方向の距離とが等しい中間部２ｍで、内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する曲線６Ｃを含む。内側面６ｓは、上下方向に平行な断面による断面視で、曲線６ｃを含む下部を除いた上部に直線を含む。

内底面５ｂは、内部空間２の上端部２ｕで側壁６の上縁部６ｕにより規定された上面部７よりも広い平坦面５ｓを有する。平坦面５ｓを有するとは、例えば、平坦面５ｓの直径に対して３％以下の起伏及び傾斜のいずれかを平坦面５ｓが有している場合を含む。本実施形態では、平坦面５ｓは水平方向に対してほぼ平行な平面である。本実施形態では、内底面５ｂは全て平坦面５ｓである。内底面５ｂは、例えば、上面部７の２〜４倍の直径を有する。内底面５ｂの直径は、例えば、５〜１５ｍである。消化槽１Ｂの全高、全幅及び容量については、上記第１実施形態の消化槽１Ａと同様である。また、攪拌機構１０についても、上記第１実施形態の消化槽１Ａと同様である。また、翼径ｄ／槽径Ｄｈの好ましい範囲についても、上記第１実施形態の消化槽１Ａと同様である。

本実施形態の消化槽１Ｂでは、内部空間２の全高に対する全幅の比率は、例えば、０．８２〜０．９２である。また、内部空間２の全幅に対する内底面５ｂの直径の比率は、例えば、０．５４〜０．６４である。内部空間２の全幅に対する上面部７の直径の比率は、例えば、０．１２〜０．３６である。内部空間２の全幅に対する内側面６ｓの曲線６ｃ，６Ｃの曲率半径の比率は、例えば、０．６２〜０．７４である。内側面６ｓの中間部２ｍの曲線６Ｃは、例えば、９０°程度の円弧である。上下方向に平行な断面による断面視で、内側面６ｓの曲線６ｃ及び内側面６ｓの中間部２ｍの曲線６Ｃを除いた上部の直線の水平からの角度は、例えば、４０°〜５０°である。

消化槽１Ｂは、内底面５ｂから上方に突出した邪魔板２０Ｂを備える。邪魔板２０Ｂは、内底面５ｂの平坦面５ｓから上方に突出している。図５（Ｂ）に示すように、邪魔板２０Ｂは、平面視で内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃに放射状に配置されている。本実施形態では、４枚程度の邪魔板２０Ｂが内底面５ｂの中心５ｃを囲繞するように互いに間隔を空けつつ、十字状をなすように放射状に配置されている。邪魔板径ｄＲＡＤ／槽径Ｄｈ及び邪魔板突出長Ｌ／翼径ｄの好ましい範囲等の他の事項については、上記第１実施形態の消化槽１Ａと同様である。

本実施形態によれば、被消化物Ｗを収容する内部空間２の下端部２ｂを規定する内底面５ｂを有する底壁５Ｂと、内部空間２を規定しつつ、内底面５ｂの周縁部５ｐから延在し、内部空間２の上端部２ｕ及び下端部２ｂに至るにつれて内部空間２の中心の側に集束する内側面６ｓを有する側壁６とを備えた消化槽１Ｂにおいて、攪拌機構１０により内部空間２に収容された被消化物Ｗが上下方向に平行な軸周りに攪拌され、内底面５ｂから上方に突出した邪魔板２０Ｂにより、被消化物Ｗに内部空間２の下端部２ｂから上方に向う上昇流が形成されることに加えて、内底面５ｂは内部空間２の上端部２ｕで側壁６の上縁部６ｕにより規定された上面部７よりも広い平坦面５ｓを有し、邪魔板２０Ｂは平坦面５ｓから上方に突出しており、より速い上昇流が形成され、流動不良部がより生じ難いため、消化槽１Ｂの内部空間２の全体における被消化物Ｗの混合の均一性をさらに向上させることができる。

つまり、図６の内部空間２に実線の矢印で示すように、本実施形態の消化槽１Ｂでは、上記第１実施形態の消化槽１Ａと同様に、内部空間２の下端部２ｂの中央部２ｃから上昇流が形成され、内部空間２での流動不良部がみられず、良好な混合の均一性が得られる。また、本実施形態の消化槽１Ｂでは、内部空間２に被消化物Ｗの大循環流が形成されており、内部空間２の被消化物Ｗの全体を一様に攪拌することができる。また、本実施形態の消化槽１Ｂでは、内部空間２のほとんどの領域で、十分な流速を確保でき、堆積やスカム発生の心配が少ない。

さらに、本実施形態の消化槽１Ｂでは、上記第１実施形態の消化槽１Ａと比較して、内底面５ｂの周縁部５ｐにおいても速い流速を得ることができ、汚泥等の被消化物Ｗ中の比重の大きい固形物質等の堆積をさらに防止することができる。加えて、本実施形態の消化槽１Ｂでは、上記第１実施形態の消化槽１Ａと比較して、被消化物Ｗの大きな循環量を得ることができる。

（実験例）
以下、本発明の実験例について説明する。実験例１として上記第１実施形態の消化槽１Ａ、実験例２として上記第２実施形態の消化槽１Ｂ、比較例１として図２に示した消化槽１００及び比較例２として図３に示した消化槽２００について、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics ：数値流体力学）による流体解析が行われた。ＣＦＤによる流体解析は、ＡＮＳＹＳ社の「ANSYS Fluent 19.0」（商品名）により行われた。消化槽１Ａ、消化槽１Ｂ、消化槽１００及び消化槽２００の容量は、いずれも３０００ｍ^３である。消化槽１Ａの直径は１６．７ｍであり、消化槽１Ｂの直径は１７．０ｍであり、消化槽１００の直径は１６．７ｍである。消化槽１Ａの被消化物Ｗの深さは２３．９５ｍであり、消化槽１Ｂの被消化物Ｗの深さは１９．８５ｍであり、消化槽１００の被消化物Ｗの深さは２３．９ｍであり、消化槽２００の被消化物Ｗの深さは２３．９５ｍである。

消化槽１Ａ、消化槽１Ｂ、消化槽１００及び消化槽２００により被消化物Ｗの攪拌が行われたときの平均流速が測定された。消化槽１Ａ及び消化槽１Ｂについて邪魔板２０Ａ，２０Ｂの直上部における上昇流の流量が循環量として測定された。内底面５ｂから邪魔板２０Ａ，２０Ｂの直径の０．４倍の高さにおける内部空間２の水平な横断面において、上昇流が生じている領域の面積が求められた。当該領域での上昇流の平均流速と当該領域の面積との積から循環量が算出された。なお、消化槽１００については、循環量はドラフトチューブ３１の吐出流量の入力設定値と同じ値とした。また、消化槽２００については、内部空間２の全体での循環流の評価が困難であるため、循環量の測定から除外された。

ＣＦＤによる流体解析結果は、消化槽１Ａのパドル１１の回転数が４．２０ｍｉｎ^−１のときに、内部空間２の被消化物Ｗの平均流速は０．２８２ｍ／ｓであり、最大流速は１．３９ｍ／ｓであり、循環量は４０３２ｍ^３／ｈｒであり、動力は２．４１８ｋＷであり、動力密度は０．８０６Ｗ／ｍ^３であった。

ＣＦＤによる流体解析結果は、消化槽１Ｂのパドル１１の回転数が４．１２ｍｉｎ^−１のときに、内部空間２の被消化物Ｗの平均流速は０．２８７ｍ／ｓであり、最大流速は１．４１ｍ／ｓであり、循環量は５３６４ｍ^３／ｈｒであり、動力は２．４７３ｋＷであり、動力密度は０．８２４Ｗ／ｍ^３であった。

ＣＦＤによる流体解析結果は、消化槽１００のドラフトチューブ３１の吐出流量が１５００ｍ^３／ｈｒのときに、内部空間２の被消化物Ｗの平均流速は０．０３ｍ／ｓであり、最大流速は３．１ｍ／ｓであり、循環量は上記のようにドラフトチューブ３１の吐出流量と同じ１５００ｍ^３／ｈｒであり、動力は１１．０ｋＷであり、動力密度は３．６６７Ｗ／ｍ^３であった。

ＣＦＤによる流体解析結果は、消化槽２００のインペラ４１の回転数が９．６０ｍｉｎ^−１のときに、内部空間２の被消化物Ｗの平均流速は０．１７１ｍ／ｓであり、最大流速は３．０４ｍ／ｓであり、動力は２．７０４ｋＷであり、動力密度は０．９０１Ｗ／ｍ^３であった。

これらのＣＦＤによる流体解析結果より、消化槽１Ａ及び消化槽１Ｂは、最大流速は消化槽１００，２００よりも遅いものの、平均流速は消化槽１００の９倍以上速く、消化槽２００よりも６０％以上速かった。これは、消化槽１Ａ，１Ｂは内部空間２の全体で消化槽１００，２００よりも速い流速が得られたことを意味する。また、消化槽１Ａ及び消化槽１Ｂは、消化槽１００の１／４以下の消費電力であり、消化槽２００よりも消費電力が８％以上低減されていた。消化槽１Ａと消化槽１Ｂとの平均流速は同程度であった。しかし、消化槽１Ｂは、消化槽１Ａに比べて循環量が３０％以上増大されていた。

また、図７に示すように、ＣＦＤによる流体解析結果では、実験例１の消化槽１Ａ及び実験例２の消化槽１Ｂのパドル１１の動力に対する内部空間２の被消化物Ｗの平均流速は、比較例１の消化槽１００のドラフトチューブ３１の動力に対する内部空間２の被消化物Ｗの平均流速及び比較例２の消化槽２００のインペラ４１の動力に対する内部空間２の被消化物Ｗの平均流速よりも速かった。消化槽１Ａと消化槽１Ｂとのパドル１１の動力に対する内部空間２の被消化物Ｗの平均流速は同程度であった。

図８に示すように、ＣＦＤによる流体解析結果では、パドル１１の先端の周速度に対する内部空間２の被消化物Ｗの循環量は、実験例２の消化槽１Ｂが実験例１の消化槽１Ａを上回っていた。図９に示すように、実験例１の消化槽１Ａ及び実験例２の消化槽１Ｂのパドル１１の動力に対する内部空間２の被消化物Ｗの循環量は、比較例１の消化槽１００のドラフトチューブ３１の動力に対する内部空間２の被消化物Ｗの循環量よりも多かった。パドル１１の動力に対する内部空間２の被消化物Ｗの循環量は、実験例２の消化槽１Ｂが実験例１の消化槽１Ａを上回っていた。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。例えば、上記消化槽１Ａ，１Ｂでは、卵形の形状を有し、内側面６ｓは上下方向に平行な断面による断面視で曲線６ｃを含んでいた。しかし、内側面６ｓは、例えば、上下方向に平行な断面による断面視で直線のみから構成されていてもよく、消化槽１Ａ，１Ｂは上下方向に平行な断面による断面視で、上下方向に平行な対辺を有する六角形状の内側面６ｓを有していてもよい。

１Ａ，１Ｂ…消化槽、２…内部空間、２ｕ…上端部、２ｂ…下端部、２ｃ…中央部、２ｍ…中間部、３…外殻、４…台座部、５Ａ，５Ｂ…底壁、５ｂ…内底面、５ｐ…周縁部、５ｓ…平坦面、５ｃ…中心、６…側壁、６ｓ…内側面、６ｕ…上縁部、６ｃ…曲線、６Ｃ…曲線、７…上面部、１０…攪拌機構、１１…パドル、１２…回転軸、１３…駆動部、２０Ａ，２０Ｂ…邪魔板、３１…ドラフトチューブ、４１…インペラ、４２…回転軸、１００，２００…消化槽、Ｅ…地中、Ｗ…被消化物、Ｄｈ…槽径、ｄ…翼径、ｄＲＡＤ…邪魔板径、Ｌ…邪魔板突出長。

Claims

被消化物を収容する内部空間を規定しつつ前記内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて前記内部空間の中心の側に集束する内側面を有する側壁と、
前記内部空間に収容された前記被消化物を上下方向に平行な軸周りに攪拌する攪拌機構と、
前記内部空間の下端部から上方に突出した邪魔板と、を備えた消化槽。
被消化物を収容する内部空間の下端部を規定する内底面を有する底壁と、
前記内部空間を規定し、前記内底面の周縁部から延在し、前記内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて前記内部空間の中心の側に集束する内側面を有する側壁と、
前記内部空間に収容された前記被消化物を上下方向に平行な軸周りに攪拌する攪拌機構と、
前記内底面から上方に突出した邪魔板と、
を備え、
前記内底面は、前記内部空間の上端部で前記側壁の上縁部により規定された上面部よりも広い平坦面を有し、
前記邪魔板は、前記平坦面から上方に突出している、消化槽。
前記邪魔板は、平面視で前記内部空間の下端部の中央部に放射状に配置されている、請求項１又は２に記載の消化槽。
前記攪拌機構は、上下方向に平行なパドルと、前記パドルを上下方向に平行な軸周りに回転させる回転軸とを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の消化槽。
前記内側面は、上下方向に平行な断面による断面視で曲線を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の消化槽。
前記内側面は、上下方向に平行な断面による断面視で、前記内部空間の上端部と下端部との上下方向の距離とが等しい中間部で、前記内部空間の上端部及び下端部に至るにつれて前記内部空間の中心の側に集束する曲線を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の消化槽。