JP4402564B2 - 下水の処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、し尿や家畜の糞尿を含む下水の処理設備、特に下水中の有機物を超微細化し発酵菌で処理する構成のし尿などを含む下水の処理設備に関する。

従来のし尿などを含む下水の処理設備としては、下水、し尿、各種産業廃水などの有機性廃水に含有された窒素酸化物をメタン発酵菌のグラニュール汚泥床を有した嫌気性処理槽内で上向流で流通させつつ、脱窒菌をグラニュール汚泥の周りで繁殖させ、生物学的に還元して脱窒処理する生物学的脱窒方法がある（特許文献１を参照）。これは、菌体自体をグラニュール化して菌体を高い密度で保持でき、高容積負荷での運転ができる。
特開平７−２９００８８号公報

上述のような生物学的脱窒方法では、被処理物の浮遊有機物自体が数ミリメートルから０．１ミリメートル程の粒状物やフレークであり、それに作用する菌もグラニュール状態では、例え高密度接触を図っても作用効果は限定的である。他方、脱窒菌着生のグラニュール汚泥が短期間で形成され、安定したグラニュール汚泥床が維持できる分、汚泥が比較的早く蓄積していき、その汚泥の処置も重要な課題である。

本願発明の目的は、ポンプによって発生される少なくとも８ｍ／秒の高速度旋回水流が複数の筒壁から成る環状流路で起こす少なくとも剪断作用によってし尿を含む下水中の有機物も超微細化し、超微細化によって、単位重量当り極めて大きくなった表面積の浮遊有機物を加えられた発酵菌によって効率的に極めて短時間で処理し、下水の処理能力を大幅に高めることができると共に、超微細化によって汚泥の主構成物である細菌の死骸の細胞膜を破壊して細胞質を発酵菌で処理しつつ増殖させ、悪臭の発生を抑制し、汚泥も大幅に減容させることができ、また構成が比較的簡単で保守が容易なものとできるし尿などを含む下水の処理設備を提供するものである。

本発明は、し尿や家畜の糞尿などを含んだ下水の供給を受けると共に発酵菌の供給を受ける貯留槽と、
該貯留槽から高圧ポンプによって吸引した下水を好ましくは８ｍ／秒以上の高速度で環状流路に供給して、高速水流の少なくとも剪断作用によって含有有機物をミクロンレベルに超微細化して上記貯留槽に戻す第一超微細化装置と、
上記貯留槽から超微細化処理された中間下水が供給されて上澄下水と汚泥とに分離する沈殿槽と、
該沈殿槽から上澄水の供給を受けると共に、凝集剤やｐＨ調整剤が供給されて凝集とｐＨ調整の処理後に処理済み水を放流する後処理部と、
上記沈殿槽から流動汚泥の供給を受けると共に発酵菌の供給を受けて、上澄下水と沈殿汚泥とに分離する汚泥濃縮槽と、
該汚泥濃縮槽から高圧ポンプによって吸引した流動汚泥を好ましくは８ｍ／秒以上の高速度で環状流路に供給して、高速流の少なくとも剪断作用によって少なくとも汚泥をミクロンレベルに超微細化して上記汚泥濃縮槽に戻す第二超微細化装置と、
上記汚泥濃縮槽から上澄水の供給を受ける雑排水槽と、
上記汚泥濃縮槽から沈殿汚泥の供給を受けて生物処理する生物処理部とを有することを特徴とするものである。

上記貯留槽の前に、し尿や家畜の糞尿を含む下水の被処理物を受け入れる受入槽と、被処理物をろ液としさとに分離するドラムスクリーンと、しさを脱水するスクリュープレスとが設けられる。
また上記貯留槽は、上記超微細化装置に接続した上流部と発酵菌が供給される下流部とに仕切られる。
更に、上記貯留槽は、所定時間毎に上記超微細化装置への接続が各々切り替えられる少なくとも二組設置されており、接続が遮断された貯留槽に発酵菌が供給され、接続された貯留槽への発酵菌の供給が止められるように構成される。
上記貯留槽と上記沈殿槽との間には、脱窒素用第一撹拌槽と、硝化用第一曝気槽と、メタノールによる脱窒素用第二撹拌槽と、メタノール除去用第二曝気槽とが遮断／開通可能に設けられており、上記脱窒素用第一撹拌槽には上記沈殿槽から汚泥が一部分返送される。

上記後処理部は、硫酸バンドなどの凝集剤とｐＨ調整剤とが供給される混合槽と、ポリマー凝集剤が供給される凝集槽と、放流上澄水と上記汚泥濃縮槽へ供給される汚泥とに分離する最終沈殿槽とを有することができる。
上記生物処理部は、発酵菌混入オガコ使用の養豚システム、又は発酵菌混入オガコ・チップ連続撹拌装置から構成される。
上記雑排水槽は、曝気槽又は上記後処理部に接続され、収集雑排水をポンプによって曝気槽又は上記後処理部に供給して曝気処理又は凝集処理とｐＨ調整処理後に放流するように構成される。

上記第一又は第二超微細化装置は、そのケーシングの外壁を円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に、又は筒壁同士が接触せずに流路を形成する程度に偏心状に内部円筒壁を隔設し、内部円筒壁をケーシング底壁と結合し且つケーシング天井壁に対して隙間を形成することで、円筒状外壁と内部円筒壁とで形成した環状流路と内部円筒壁の内部とを上記隙間を介して連通しており、また高圧ポンプによって上記貯留槽又は汚泥濃縮槽から上記内部円筒壁の内部に汚泥を含有した第一高速度水流が供給され、次いで該内部円筒壁の内部から高圧ポンプによって吸引されて高速度で吐出されて形成される汚泥を含有した第二高速度水流が第二水導入部において上記環状流路に供給されて、次いで上記内部円筒壁の上端からその内部に急激に落下されてケーシング底壁に激突させるようにしており、上記環状流路と上記内部円筒壁の内部に渡って形成した循環流路において水流中の汚泥の細胞膜を破壊し、汚泥を超微細化した処理水を上記環状流路から一部分抜いて上記貯留槽又は汚泥濃縮槽に供給される構造を有することができる。

上記第一又は第二超微細化装置は、そのケーシングの外壁を円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に、又は筒壁同士が接触せずに流路を形成する程度に偏心状に中間円筒壁と内部円筒壁の二つを隔設し、中間円筒壁をケーシング天井壁とケーシング底壁に結合して外環状流路を形成し、内部円筒壁をケーシング底壁と結合し且つケーシング天井壁に対して隙間を形成することで、中間円筒壁と内部円筒壁とで形成した中間環状流路と内部円筒壁の内部とを上記隙間を介して連通しており、また上記貯留槽又は汚泥濃縮槽から第一水導入部において、高圧ポンプによって発生された汚泥を含有した第一高速度水流が空気導入部に供給されて、そこで空気が第一高速度水流に気泡として導入され、該気泡の導入された第一高速度水流は上記中間環状流路に供給され、次いで上記内部円筒壁の上端からその内部に急激に落下されてケーシング底壁に激突させ、また該内部円筒壁の内部から高圧ポンプによって吸引されて高速度で吐出されて形成される汚泥を含有した第二高速度水流が第二水導入部において上記外環状流路に供給されるようにして、更に該外環状流路を上記高圧ポンプの吸引側に管路を介して接続して形成される循環路を流れるようにされ、この循環路を成す上記中間環状流路及び上記外環状流路での剪断作用と上記ケーシング底壁への激突とによって水中の汚泥の細胞膜を破壊して超微細化し、超微細化された汚泥を含有した処理水が上記外環状流路から一部分抜かれて上記貯留槽又は汚泥濃縮槽に導かれる構造を有することができる。

上記第一又は第二超微細化装置は、立面視で略逆Ｕ字形状に中央上部で互いに連通状態で結合し、湾曲上部と有底の垂直下部とから成り、中央上部に余剰流体を排出する排出管が接続されている略逆Ｊ字形状の複数の外筒体と、各外筒体の垂直下部の内部において間に環状空間を形成するように垂直下部の底に固定された有底の垂直内筒体と、上記複数の外筒体のいずれかの環状空間に固形状の被処理物を含んだ高速流体を供給して８ｍ／秒以上の平面視で時計方向か、又は反時計方向の高速旋回流を発生する第一高圧ポンプ及び配管と、高速流体が供給される外筒体の内筒体の底部から、該内筒体の開放上縁を越えて底に落下し流入してくる流体を吸引して、上記いずれか以外の外筒体の環状空間に被処理物を含んだ高速流体を供給して８ｍ／秒以上の平面視で反時計方向か、又は時計方向の高速旋回流を発生する第二高圧ポンプ及び配管と、上記いずれか以外の外筒体の内筒体の底部から、該内筒体の開放上縁を越えて底に落下し流入してくる流体を排出する配管と、該流体排出配管に設けられた排出量調節手段と、上記第一高圧ポンプからの配管と、上記第二高圧ポンプまでの配管と、上記排出の配管とに各々配置された開閉弁と、上記第一高圧ポンプからの配管に設けられ、高速流体に空気を混入するエゼクターと、から構成されており、上記高速流体が含有している被処理物は、上記環状空間における高速旋回流が発生する剪断作用と上記内筒体の底への流体の落下による衝撃力によってミクロンのレベルまで超微細化される。

本発明の効果として、し尿などを含む下水の処理設備では、し尿や家畜の糞尿などを含んだ下水の供給を受けると共に発酵菌の供給を受ける貯留槽において、高圧ポンプによって吸引した下水を８ｍ／秒以上の高速度で第一超微細化装置の環状流路に供給して、高速水流の少なくとも剪断作用によって含有有機物をミクロンレベルに超微細化して貯留槽に戻されることになり、そこで超微細な浮遊有機物が良く分散し、単位重量当り極めて大きくなった表面積の浮遊有機物を同じく良く分散した添加発酵菌によって効率的に極めて短時間で炭酸ガスと水に発酵分解処理し、下水の処理能力を大幅に高めることができると共に、発酵菌も処理しつつ増殖して悪臭の発生を抑制する。従って、従来の第一撹拌槽、第一曝気槽、第二撹拌槽及び第二曝気槽を省くことができる。次の沈殿槽において、浮遊有機物の発酵菌によって処理された中間下水から上澄水と汚泥とに分離され、上澄水は後処理部で凝集剤やｐＨ調整剤が供給されて凝集とｐＨ調整の処理後に処理済み水として放流される。汚泥については、次の汚泥濃縮槽において供給を受ける流動汚泥を高圧ポンプによって吸引して８ｍ／秒以上の高速度で第二超微細化装置の環状流路に供給して、高速流の少なくとも剪断作用によってミクロンレベルに超微細化して汚泥濃縮槽に戻すことで、そこで汚泥を形成している菌の死骸の細胞膜が超微細化で破壊されて与えられる細胞質を栄養素として付加発酵菌によって発酵分解が促進され、これによって汚泥は大幅に減容され、発酵菌が増殖される。また同時に汚泥濃縮槽において上澄水と沈殿汚泥とに分離して、上澄水は雑排水槽に受けて曝気処理などして放流するか、後処理部に戻され、沈殿汚泥は生物処理部で更にオガコと発酵菌の混合物などを利用した微生物処理で消却され、２段階に渡る汚泥処理によって大幅に減容させ、消滅させることができ。従って、乾燥機や焼却炉が不要で初期投資コストヤや運転コストが節減できる。また主要装置の超微細化装置は、高速旋回流を発生する構成が比較的簡単であり、維持保守が容易である。第一及び第二の超微細化装置によるミクロンレベルへの超微細化によって下水中の様々な有害な菌はほぼ完全に死滅される。

上記貯留槽の前に、し尿や家畜の糞尿を含む下水の被処理物を受け入れる受入槽と、被処理物をろ液としさとに分離するドラムスクリーンと、しさを脱水するスクリュープレスとが設けられ、超微細化装置に高速流体を供給するポンプの作動に障害になる水に溶解しにくい生理用品などを事前にしさとしてドラムスクリーンで捕捉してスクリュープレスで脱水して処理業者に委託処理することができる。

また上記貯留槽は、上記超微細化装置に接続した上流部と発酵菌が供給される下流部とに仕切られ、上流部で超微細化された有機物に対して下流部で発酵菌の添加を行って発酵菌も微細化する超微細化装置による発酵菌の消耗を防ぎ、効果的な発酵菌処理を行う。
更に、上記貯留槽は、所定時間毎に上記超微細化装置への接続が各々切り替えられる少なくとも二組設置されており、接続が遮断された貯留槽に発酵菌が供給され、接続された貯留槽への発酵菌の供給が止められるように構成され、発酵菌も微細化する超微細化装置による発酵菌の消耗を防ぎ、効果的な発酵菌処理を行う。

上記貯留槽と上記沈殿槽との間には、脱窒素用第一撹拌槽と、硝化用第一曝気槽と、メタノールによる脱窒素用第二撹拌槽と、メタノール除去用第二曝気槽とが遮断／開通可能に設けられ、上記脱窒素用第一撹拌槽には上記沈殿槽から汚泥が一部分返送されるように構成されると、脱窒素菌による脱窒素と硝化菌による硝化とメタノールによる脱窒素とによって従来方式で有機物の消却を適宜実行でき、発酵菌による並行処理と、いずれか一方への切り替え処理とを適宜選択できる。

上記後処理部は、硫酸バンドなどの凝集剤とｐＨ調整剤とが供給される混合槽と、ポリマー凝集剤が供給される凝集槽と、放流上澄水と上記汚泥濃縮槽へ供給される汚泥とに分離する最終沈殿槽とを有することができ、放流上澄水を各地域のＢＯＤ（生物学的酸素要求量）やＣＯＤ（化学的酸素要求量）などの規制をクリアした処理水として河川などへ放流することがきる。
上記生物処理部は、発酵菌混入オガコ使用の養豚システム、又は発酵菌混入オガコ・チップ連続撹拌装置から構成され、汚泥濃縮槽からの最終汚泥も焼却すること無しに発酵菌によって生物で消却できる。
上記雑排水槽は、曝気槽又は上記後処理部に接続され、収集雑排水をポンプによって曝気槽又は上記後処理部に供給して曝気処理又は凝集処理とｐＨ調整処理後に、各地域のＢＯＤやＣＯＤなどの規制をクリアして放流することができる。更に、収集雑排水はポンプによって最初の受入槽にも戻される。

上記第一超微細化装置は、そのケーシングの外壁を円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に、又は筒壁同士が接触せずに流路を形成する程度に偏心状に内部円筒壁を隔設すると、壁と内部円筒壁との間に環状流路が形成され、そこに供給される高速度水流は流れ方向が常に変化して強力な遠心力を発生させて、外側壁面に強く当って大きな圧縮力と壁面の層流間に剪断力を生じさせ、同時に内側壁面からの層流剥離によってキャビテーションを生じさせて、汚泥の超微細化、即ち汚泥の細菌死骸の細胞膜の破壊と細胞質の超微細化を促進できる。円形環状流路では水流の流速の維持が比較的容易である。また内部円筒壁をケーシング底壁に結合し且つケーシング天井壁に対して隙間を形成することで、円筒状外壁と内部円筒壁とで形成した環状流路と内部円筒壁の内部とを上記隙間を介して連通し、高速度の水流が環状流路から、また同時に高圧ポンプから供給されてくる水流が内部円筒壁の内部に落下して、ケーシング底壁に激突して衝撃力によって気泡の超微細化を促進する。また高圧ポンプによって内部円筒壁の内部から水を吸引するので、その内部に落下する水流の上記衝撃力をより強いものにできる。高圧ポンプによって吸引されて高速度で吐出されて形成される第二高速度水流が上記環状流路に供給されることで、環状流路と内部円筒壁の内部に渡って循環流路を形成することになり、循環中に繰り返し水流中の汚泥細菌死骸の細胞膜の破壊と内部の細胞質の超微細化を行うことができる。超微細化された汚泥の細菌死骸を含有した処理水は環状流路から一部分抜いて槽に供給される。

第一又は第二の超微細化装置では、そのケーシングの外壁を円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に、又は筒壁同士が接触せずに流路を形成する程度に偏心状に中間と内部の円筒壁を隔設すると、外部と中間と内部の各円筒壁間に外部と中間の環状流路が形成される。これら外部と中間の環状流路に供給される高速度水流は、流れ方向が常に変化して強力な遠心力を発生して外側壁面に強く当って大きな圧縮力と壁面の層流間に剪断力を生じさせ、同時に内側壁面から層流剥離を生じさせてキャビテーション作用を発生させ、汚泥の超微細化、即ち汚泥の細菌死骸の細胞膜の破壊と細胞質の超微細化を促進できる。円形環状流路では水流の流速の維持が比較的容易である。また中間円筒壁をケーシング天井壁とケーシング底壁に結合し、内部円筒壁をケーシング底壁と結合し且つケーシング天井壁に対して隙間を形成すると、中間環状流路に供給される水流は内部円筒壁の上端からその内部に急激に落下して、ケーシング底壁に激突して生じる衝撃力によって汚泥の超微細化を促進する。水流への気泡の導入は、水導入部の内の第一水導入部の空気導入部において、高圧ポンプによって発生された第一高速度水流を利用したエジェクター作用などによって行われる。水に吸収された空気は、上記のキャビテーション作用を強力に発生させる。この気泡の導入された第一高速度水流は中間環状流路に供給され、次いで上述のように内部円筒壁の上端からその内部に急激に落下してケーシング底壁に激突するが、該内部円筒壁の内部から第二高圧ポンプによって吸引されるために、内部に落下する水流の上記衝撃をより強いものにできる。高圧ポンプによって吸引され、高速度で吐出されて形成される第二高速度水流が第二水導入部で外環状流路に供給されるようにして、更に該外環状流路から第一高圧ポンプの吸引側に管路を介して供給されることで循環路が形成される。循環を繰り返すことで汚泥の超微細化を行うことができる。超微細化された汚泥を含有した処理水は、外環状流路から一部分抜かれて槽に戻される。

上記第一又は第二の超微細化装置は、上述のように二連式の逆Ｕ字状態の構造に構成されているために、上記高速流体が含有している被処理物が、たとえ動物性有機物を含んでいても、上記環状空間における高速旋回流が発生する剪断作用と上記内筒体の底への流体の落下による衝撃力によって高速流で搬送されながら連続的に且つ効率的にミクロンのレベルまで超微細化される。例えば半径１ｍｍの球状の被処理物が半径０．１ミクロンに超微細化されると、単位重量当りの表面積（比表面積）はほぼ１万倍にも成り、発酵菌などの処理微生物や薬品によって極めて効率的に処理作用を受けることになる。また、上記いずれか以外の外筒体の内筒体の底部からの流体排出配管に設けられた排出量調節手段によってその流体排出量を絞ると外筒体同士が略逆Ｕ字形状に中央上部で互いに連通状態で結合しているために、上記いずれかの外筒体側に高速旋回しながら旋回方向で干渉しないように旋回方向が反転して流入し、被処理物は所望の粒度まで繰り返し超微細化の作用を受ける。被処理物は、外筒体の内面に付着した流体層とそれに近接した高速旋回流層との間での剪断作用を受けたり、また内筒体の底への落下激突によって超微細化されるために、単純に肉厚を厚くすることで構造が簡単で耐久性の大きな装置にすることができる。第一高圧ポンプからの配管と、第二高圧ポンプまでの配管と、上記排出の配管とには、各々開閉弁が配置され、第一高圧ポンプからの配管の開閉弁によって流体の供給量を調節できると共に、装置の緊急時に流体供給を止めることができる。また第二高圧ポンプまでの配管の開閉弁によって供給流体に対応して上記いずれかの環状空間において最適な高速旋回流が形成されるように上記いずれかの内筒体からの吸引量を調節できる。また排出の配管の開閉弁によって流体排出量を絞ると上記いずれか以外の外筒体から上記いずれかの外筒体へ流体を高速旋回させながら戻すことができ、また上記いずれかの外筒体及び内筒体と上記いずれか以外の外筒体及び内筒体による超微細化作用で所定の超微細化が達成された場合は、第一高圧ポンプからの供給量よりも多く排出できる状態に排出の配管の開閉弁を設定できる。

上記空気導入部は、高速度水流を利用したエジェクターから構成され、空気ポンプを使わずに、エジェクターのノズルから噴出する高速度水流が発生する負圧によって空気を吸引して水流中に混入させることができる。更に、装置ケーシング内部において筒壁で限定された環状流路内に供給される高速度の水流は、該環状流路に接線方向から供給され、環状流路内への水流供給をスムースに行い、速度の激変を防ぎ、経路全体に渡って高速度水流の上記作用の維持に役立つ。筒壁は、平坦部等の曲率変更部を部分的に有すると、それら曲率変更部で若干水流速度が低下するが、水流の方向が変わって水流層間に作用する剪断力を高めることができる。

図１に示すように、本発明の代表の実施形態に係るし尿などを含む下水の処理設備１は、し尿下水や家畜糞尿や汚泥などの被処理物の供給を受ける受入槽１１と、そこからポンプｐ１によって被処理物の供給を受け、ろ液としさとに分離するドラムスクリーン１２Ａと、しさを脱水するスクリュープレス１２Ｂと、ろ液と脱水された水と共に発酵菌の供給を受ける貯留槽１３と、該貯留槽１３から第一高圧ポンプＰ１によって吸引した下水を８ｍ／秒以上の高速度で環状流路に供給して、高速水流の少なくとも剪断作用によって含有有機物をミクロンレベルに超微細化して貯留槽１３に戻す第一超微細化装置２０、３０と、貯留槽１３から超微細化処理された中間下水がポンプｐによって配管４を供給されて上澄下水と汚泥とに分離する沈殿槽１５と、該沈殿槽１５から上澄水の供給を受けると共に、凝集剤やｐＨ調整剤が供給されて凝集とｐＨ調整の処理後に処理済み水を放流する後処理部１６と、沈殿槽１５からポンプｐ２により流動汚泥の供給を受けると共に発酵菌の供給を受けて、上澄下水と沈殿汚泥とに分離する汚泥濃縮槽１７と、該汚泥濃縮槽１７から第二高圧ポンプＰ２によって吸引した流動汚泥を上記第一超微細化装置と同じ構造によって少なくとも汚泥をミクロンレベルに超微細化して汚泥濃縮槽１７に戻す第二超微細化装置２０、３０と、汚泥濃縮槽１７から上澄水の供給を受ける雑排水槽１９と、汚泥濃縮槽１７からポンプｐ４で沈殿汚泥の供給を受ける汚泥貯槽１８と、そこからポンプｐ５により供給される汚泥を微生物処理する生物処理部４０とを有している。発酵菌は、発酵菌培養装置５から供給される。生物処理部４０から出る液体はポンプｐ７により雑排水槽１９に送られる。

下水は、受入槽１１の前後でしさ以外の砂などの固定物を除去する沈砂部に通される。また上記貯留槽１３は、超微細化装置２０、３０に接続した上流部１３Ａと発酵菌が供給される下流部１３Ｂとに仕切られ、超微細化による発酵菌の消耗を防ぐようにしている。発酵菌の消耗を防ぐために、貯留槽１３は、所定時間毎に超微細化装置への接続が各々切り替えられるように少なくとも二組設置されており、接続が遮断された貯留槽に発酵菌が供給され、接続された貯留槽への発酵菌の供給が止められるようにも構成される。貯留槽１３と第一超微細化装置２０、３０とは、下水中の浮遊有機物処理を主眼にした第一超微細化ユニット２を構成している。

貯留槽１３と沈殿槽１５との間には、脱窒素菌によってＮＯ3 をＮ2 に変換する脱窒素用第一撹拌槽１４Ａと、硝化菌によってＮＨ4 をＮＯ3 に変換する硝化用第一曝気槽１４Ｂと、メタノールによりＮＯ3 をＮ2 に変換する脱窒素用第二撹拌槽１４Ｃと、メタノール除去用第二曝気槽１４Ｄとが切替弁ｖによって遮断／開通可能に設けられており、切替弁ｖの操作によって配管４によってバイパスされたり、配管４を遮断して中間下水の全量が通される。第一曝気槽１４Ｂからポンプｐ８によって中間下水の一部分が第一撹拌槽１４Ａに戻され、ＮＯ3 のＮ2 への変換を促進するようにしている。更に沈殿槽１５から第一撹拌槽１４Ａに汚泥の一部分がポンプｐ９によって返送され、汚泥に発酵菌による消却を図るようにしている。配管４には超微細有機物の発酵菌による発酵処理を促進する発酵処理槽を適宜設けることができる。

後処理部１６は、硫酸バンドなどの凝集剤とアルカリなどのｐＨ調整剤とが供給されて沈殿槽１５からの上澄水中の残留汚泥や固形細粒物を混和凝集する混合槽１６Ａと、ポリマー凝集剤が供給され、更に凝集する凝集槽１６Ｂと、放流上澄水とポンプｐ３によって汚泥濃縮槽１７へ供給される汚泥とに分離する最終凝集沈殿槽１６Ｃとを有している。

上述の下水中の浮遊有機物処理を主眼にした第一超微細化ユニット２の他に汚泥処理を主眼にした第二超微細化ユニット３が沈殿槽１５の下流側に設けられている。第二超微細化ユニット３を成す汚泥濃縮槽１７は、貯留槽１３と同様に超微細化による発酵菌の消耗を防ぐために、超微細化装置２０、３０に接続した上流部１７Ａと発酵菌が供給される下流部１７Ｂとに仕切られている。また別に、発酵菌の消耗を防ぐために、汚泥濃縮槽１７は、所定時間毎に超微細化装置への接続が各々切り替えられるように少なくとも二組設置されており、接続が遮断された汚泥濃縮槽に発酵菌が供給され、接続された汚泥濃縮槽への発酵菌の供給が止められるようにも構成される。

汚泥処理を主眼にした第二超微細化ユニット３での汚泥処理中に生じた汚泥は、汚泥濃縮槽１７Ａ、１７Ｂの底からポンプｐ４によって汚泥貯槽１８に一旦収集され、更にポンプｐ５によって生物処理部４０の発酵菌混入オガコ使用の養豚システムのオガコに混入されたり、又は発酵菌混入オガコ・チップ連続撹拌装置内に供給される。生物処理部４０からの排出液は、主に汚泥濃縮槽１７の上澄水が供給される雑排水槽１９にポンプｐ６によって供給される。雑排水槽１９の雑排水は、ポンプｐ７によって最初の受入槽１１にも戻されたり、曝気槽１４Ａや後処理部１６に戻されて、繰り返し処理される。

発酵菌培養装置５は、ラクトバチルス菌などの発酵菌種を収容した種菌タンクと、糖蜜を含む添加物を収容した添加物タンクと、水の供給を受け、高圧ポンプで発生された高速水流の衝撃力と大きな水流速度差による剪断力と気泡破裂の超音波とによって処理する水超微細化装置と、上記種菌タンクから発酵菌種が、上記添加物タンクから添加物が、上記水超微細化装置から処理されたクラスタの水がそれぞれ供給されて発酵菌を大量に培養する発酵菌培養タンクとから構成されている。廃棄有機物を超微細化して処理された水と混合して発酵菌培養タンクからの発酵菌を添加して発酵を促進する発酵促進タンクを更に増やすこともできる。発酵菌培養タンクと発酵促進タンクとに発酵菌と共生関係を取る光合成菌が添加されると、光合成菌はアミノ酸やミネラルやビタミン等の優れた栄養分に富んでいて菌体自身が有機肥料としても有用であり、互いに必要とする物質を供給しあって培養を早めてくれる他、腐敗菌が発生させる悪臭物質を栄養源として摂取するので更に腐敗防止を確実に行うことができる。また発酵菌培養タンクと発酵促進タンクが内部に撹拌手段を備えることで処理された水に更に均一に添加物や有機物を分散することができる。更に発酵促進タンクが内部に撹拌手段と温度制御手段とを備えることで水に更に均一に有機物を分散し、発酵菌に適した温度で培養速度を高めることができる。発酵菌としては、現地で採取したラクトバチルス菌、乳酸菌、酵母菌、酪酸菌、納豆菌等が一般加えられ、更に共生関係を取る光合成菌も添加される。

上記第一と第二の超微細化装置は、同じ構造とすることができるが、別々のもの２０、３０を混在させることもできる。
先ず、２連設式超微細化装置２０について説明すると、図２と図３において、下水Ｗが１３、１７から高圧水中ポンプＰ１によって供給され、立面視で略逆Ｕ字形状に中央上部で互いに連通状態で結合し、湾曲した上部２１と有底２３、２６の垂直下部２２、２５とから成る略逆Ｊ字形状の二つの同直径の外円筒体２０Ａ、２０Ｂと、各外円筒体２０Ａ、２０Ｂの垂直下部２２、２５の内部において間に環状空間２８、２９を形成するように垂直下部の底２３、２６に同心状態で固定された有底２３Ａ、２６の同直径の垂直内円筒体２０Ｃ、２０Ｄと、流体供給側の外円筒体２０Ａの環状空間２８に被処理物を含んだ高速流体Ｌ１をほぼ接線方向から供給して平面視で反時計方向の８ｍ／秒以上の、好ましくは３０から５０ｍ／秒の高速旋回流Ｈ１を発生する高圧水中ポンプから成る第一高圧ポンプＰ１及び配管２２と、流体供給側の外円筒体２０Ａの内円筒体２０Ｃの底部２１Ａから、該内円筒体２０Ｃの開放上縁２１Ｂを越えて底２３Ａに落下し流入してくる中間被処理水Ｗ１を吸引して、流体排出側の外円筒体２０Ｂの環状空間２９に超微細化処理された有機物を含んだ高速流体Ｌ２をほぼ接線方向から供給して平面視で時計方向の８ｍ／秒以上の、好ましくは３０から５０ｍ／秒の高速旋回流Ｈ２を発生する二系列の第二高圧ポンプＰ２、Ｐ２及び配管２２Ａ、２２Ａと、流体排出側の外円筒体２０Ｂの内円筒体２０Ｄの底部２６Ａから、該内円筒体２０Ｄの開放上縁２７を越えて底２６に落下し流入してくる処理水Ｗ２を槽１３、１７へ戻す配管２４と、第一高圧ポンプＰ１からの配管２２と、第二高圧ポンプＰ２までの配管２２Ｂと、排出配管２４とに設けられた開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と、二つの外円筒体２０Ａ、２０Ｂの結合中央上部に接続され、余剰流体を槽１３、１７へ戻す余剰流体排出管２４Ａとから構成されている。

各外円筒体２０Ａ、２０Ｂの湾曲した上部２１は、逆Ｕ字形状の一本の湾曲管で形成されている。流体供給側の内円筒体２０Ｃは、その内部への流入を容易にするために高さを比較的低くし且つ落差を大きくするために底２３Ａを下げているのに対して、流体排出側の内円筒体２０Ｄは、超微細化を繰り返す場合に流体供給側の環状空間２８へ戻すために高速旋回流Ｈ２を上方へ案内するのに都合が良いように、また落差を大きくするために高さを高くしている。流体供給側の内円筒体２０Ｃでは、その底部２１Ａから二台の第二ポンプＰ２、Ｐ２によって中間被処理水Ｗ１が吸引されるので、開放上縁２１Ｂを越えてくる中間被処理水Ｗ１は底２３Ａに激しく衝突し、有機物の超微細化を強める。また、第一ポンプＰ１からの配管２２には、キャビテーション泡を多く発生したり、槽１３、１７での好気性菌の活性化を図るために高速水流を利用して空気Ａを吸引するエジェクターＥが設けられている。更に、流体排出側の外円筒体２０Ｂの内側には、その環状空間２９内に突出量変更可能に突き出た複数の突出部材２９Ａを有しており、第二ポンプＰ２、Ｐ２によって発生された極めて高い高速旋回流Ｈ２を突出部材２９Ａに衝突させることでその背後に生じやすいキャビテーションや衝撃力を中間被処理水中の有機物に作用させることができる。高速旋回流Ｈ２の減速度やキャビテーション作用や衝撃力の調節は、突出部材２９Ａの数や突出量を変えることで行われる。流体排出側の外円筒体２０Ｂと内円筒体２０Ｄとは底２６を共有している。

中間被処理水Ｗ１中の有機物と水の超微細化は、環状空間２８、２９における高速旋回流Ｈ１、Ｈ２が外円筒体２０Ａ、２０Ｂの内面に付着した水層とそれに近接した高速旋回水流層との間で発生する剪断作用とそれに付随したキャビテーション作用と、中間被処理水Ｗ１、Ｗ２が内円筒体２０Ｃ、２０Ｄの底２３Ａ、２６に落下して発生する衝撃力と、高速旋回流Ｈ２が突出部材２８への衝突とによって達成される。被処理水中の有機物の種類や超微細化度に応じて、この２連設式超微細化装置２０の運転モードを選択することができる。即ち、微細化の容易な有機物や緩い超微細化度に対応して繰り返し超微細化を行う必要が無い場合は、供給量と排出量が釣り合った状態で運転すればよいし、繰り返し超微細化を行う場合は、被処理水の供給量よりも排出量が少なくなるように排出配管２４に設けられた開閉弁Ｖ３を絞ることで、流体排出側の環状空間２９における高速旋回流Ｈ２が高速旋回しながら、環状空間２８の高速旋回流Ｈ１と旋回干渉しないように旋回方向が反転して流体供給側の環状空間２８に流入し、被処理物が所望の粒度まで繰り返し超微細化の作用を受けるように運転する。その場合は、供給量は排出配管２４からの排出量と余剰流体用排出管２４Ａからの排出量と均衡される。第一ポンプＰ１からの配管２２の開閉弁Ｖ１は、供給量の調節と危急時の供給停止に使用され、また第二ポンプＰ２までの各配管２２Ｂの各開閉弁Ｖ２は、高速旋回流Ｈ２の速度調節に使用され、また排出配管２４に設けられた開閉弁Ｖ３は、上述のように繰り返し超微細化を行うか、行わないかを制御するために使用される。

二円筒式の汚泥超微細化装置３０は、そのケーシング３３の外壁３３ａを円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に内部円筒壁３４を隔設し、内部円筒壁３４の下端をケーシング底壁３３ｂに結合し且つケーシング天井壁３３ｃに対して隙間Ｃを形成することで、円筒状外壁３３ａと内部円筒壁３４とで形成した環状流路３５と内部円筒壁３４の内部３６とを隙間Ｃを介して連通している。また槽１３、１７の内部の高圧水中ポンプによって供給されてくる有機物を含有した高速水流Ｗ１’を第一水導入部のケーシング天井壁３３ｃの中央部の供給部３１から内部円筒壁３４の内部３６に供給している。次いで、本装置３０は、内部円筒壁内部３６の下部から第二ポンプＰ２’によって吸引され高速度で吐出されて形成される第二高速度水流Ｗ２をケーシング外壁３３ａの下部に設けた第二水導入部３７から環状流路３５にほぼ接線方向から供給し、次いで内部円筒壁３４の上端の隙間Ｃからその内部３６に急激に落下させてケーシング底壁３３ｂに激突させるようにしており、かくして、環状流路３５と内部円筒壁内部３６に渡って形成した循環流路において上述のような作用で水流中の汚泥と有機物を超微細化し、超微細な汚泥と有機物を含有した処理水Ｗ３をケーシング外壁３３ａの上部に設けた水排出部３９において環状流路から一部分抜いて槽１３、１７に戻す。供給部３１には空気Ａを流入させるエゼクターＥを設けることができる。

また水流Ｗ２’を繰り返し循環流路に通す度合いは、隙間Ｃを大きくしたり、水排出部３９における水排出量を減らしたり、汚泥含有した廃水導入量を増やすことで、またそれらを複合的に組み合わせて高めることができ、繰り返し循環する度合いを低下させる場合は、それらの逆の調節を行う。ケーシング３３ａは、底壁３３ｂを２段に分離しているが、底壁を内部円筒壁３４の下端レベルに統合できることは言うまでもない。筒壁同士が接触せずに流通横断面の余り変化の無い流路３５を形成する程度に偏心状に内部円筒壁３４を設けることもできる。更に、ケーシング外壁３３ａや、内部円筒壁３４は、平坦部等の曲率変更部を部分的に有したり、内部円筒壁３４に縦長のスリットを形成することができ、当該部分での衝撃力や剪断力を高めるように構成できる。

図示は省略するが、三円筒式の汚泥超微細化装置を説明すると、ケーシングの外壁を円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に中間円筒壁と内部円筒壁の二つを隔設し、中間円筒壁の上端をケーシング天井壁に、下端をケーシング底壁に結合して外環状流路を形成し、内部円筒壁の下端をケーシング底壁に結合し且つケーシング天井壁に対して隙間を形成することで、中間円筒壁と内部円筒壁とで形成した中間環状流路と内部円筒壁内部とを隙間を介して連通している。また水導入部の内の第一水導入部において、装置の近くに配置した第一高圧ポンプによって槽の内部の有機物や汚泥を含有した下水を吸引して発生した第一高速度水流が空気導入部のエジェクターに供給されて、そこで空気が第一高速度水流に気泡として導入され、該気泡の導入された高速度水流は中間環状流路に接線方向から供給され、次いで内部円筒壁の上端からその内部に急激に落下されてケーシング底壁に激突させ、また該内部円筒壁内部から第二高圧ポンプによって吸引されて高速度で吐出されて形成される第二高速水流が第二導入部で外環状流路に接線方向から供給されるようにしている。本装置は、更に外環状流路を第一ポンプの吸引側に管路を介して接続して形成される循環路に水流が繰り返し流されるようにし、この循環路を成す中間環状流路及び外環状流路での剪断作用ときャビテーション作用と、ケーシング底壁への激突とによって水流中の汚泥及び有機物が超微細化され、超微細な気泡を含有した処理済みの水が水排出部において外環状流路から一部分抜かれて槽に戻されるようにしている。

また水流を繰り返し循環する度合いは、隙間を大きくしたり、水排出部における水排出量を減らしたり、第一水導入部における水導入量を増やしたり、第一ポンプの吸引側の弁を絞ると共に管路の弁を大きく開いて、またそれらを複合的に組み合わせて高めることができ、繰り返し循環する度合いを低下させる場合は、それらの逆の調節を行う。ケーシングは、底壁を２段に分離しているが、底壁を中間と内部の円筒壁の下端レベルに統合できることは言うまでもない。筒壁同士が接触せずに流路を形成する程度に偏心状に中間と内部の円筒壁を設けることもできる。ケーシング外壁や、中間と内部の円筒壁は、平坦部等の曲率変更部を部分的に有したり、中間と内部の円筒壁に縦長のスリットを形成したりでき、当該部分での衝撃力や剪断力を高めるように構成できる。

本発明の代表的な実施形態のし尿などを含んだ下水の処理設備の概略説明フロー図。 同設備の第一形態の超微細化装置の構成を示す部分断面の概略説明立面図。 同超微細化装置の概略説明平面図。 同設備の第二形態の超微細化装置の構成を示す部分断面の概略説明立面図。

符号の説明

１：し尿などを含む下水の処理設備
１１：受入槽
１２Ａ：ドラムスクリーン
１２Ｂ：スクリュープレス
１３：貯留槽
１３Ａ：上流部
１３Ｂ：下流部
１４Ａ：第一撹拌槽
１４Ｂ：第一曝気槽
１４Ｃ：第二撹拌槽
１４Ｄ：第二曝気槽
１５：沈殿槽
１６：後処理部
１６Ａ：混合槽
１６Ｂ：凝集槽
１６Ｃ：最終沈殿槽
１７：汚泥濃縮槽
１９：雑排水槽
２０：第一超微細化装置（第二超微細化装置）
２０Ａ：外円筒体
２０Ｂ：外円筒体
２０Ｃ：垂直内円筒体
２０Ｄ：垂直内円筒体
２１：上部
２１Ｂ：開放上縁
２２：垂直下部
２４：排出配管
２４Ａ：余剰流体排出管
２５：垂直下部
２８：環状空間
２９：環状空間
３０：別の形態の第一超微細化装置（別の形態の第二超微細化装置）
３３ａ：ケーシング底壁
３３ｂ：ケーシング底壁
３４：内部円筒壁
３５：環状流路
３６：内部円筒壁の内部
４０：生物処理部
Ｃ：隙間
Ｅ：エジェクター
Ｐ１：高圧ポンプ

Claims (12)

1. 下水の供給を受けると共に発酵菌の供給を受ける貯留槽と、
   該貯留槽から高圧ポンプによって吸引した下水を高速度で環状流路に供給して、高速水流の少なくとも剪断作用によって含有有機物をミクロンレベルに超微細化して上記貯留槽に戻す第一超微細化装置と、
   上記貯留槽から超微細化処理された中間下水が供給されて上澄下水と汚泥とに分離する沈殿槽と、
   該沈殿槽から上澄水の供給を受けると共に、凝集剤及びｐＨ調整剤が供給されて凝集とｐＨ調整の処理後に処理済み水を放流する後処理部と、
   上記沈殿槽から流動汚泥の供給を受けると共に発酵菌の供給を受けて、上澄下水と沈殿汚泥とに分離する汚泥濃縮槽と、
   該汚泥濃縮槽から高圧ポンプによって吸引した流動汚泥を高速度で環状流路に供給して、高速流の少なくとも剪断作用によって少なくとも汚泥をミクロンレベルに超微細化して上記汚泥濃縮槽に戻す第二超微細化装置と、
   上記汚泥濃縮槽から上澄水の供給を受ける雑排水槽と、
   上記汚泥濃縮槽から沈殿汚泥の供給を受けて生物処理する生物処理部とを有することを特徴とするし尿などを含む下水の処理設備。
2. 上記第一超微細化装置及び第二超微細化装置における超微細化を８ｍ／秒以上の高速度で環状流路に供給を行う請求項１記載の処理設備。
3. 上記貯留槽の前に、下水の被処理物を受け入れる受入槽と、被処理物をろ液としさとに分離するドラムスクリーンと、しさを脱水するスクリュープレスとが設けられている請求項１記載の処理設備。
4. 上記貯留槽は、上記第一超微細化装置に接続した上流部と発酵菌が供給される下流部とに仕切られている請求項１記載の処理設備。
5. 上記貯留槽は、所定時間毎に上記第一超微細化装置への接続が各々切り替えられる少なくとも二組設置されており、接続が遮断された貯留槽に発酵菌が供給され、接続された貯留槽への発酵菌の供給が止められるようにしている請求項１記載の処理設備。
6. 上記貯留槽と上記沈殿槽との間には、脱窒素用第一撹拌槽と、硝化用第一曝気槽と、メタノールによる脱窒素用第二撹拌槽と、メタノール除去用第二曝気槽とが遮断／開通可能に設けられており、上記脱窒素用第一撹拌槽には上記沈殿槽から汚泥が一部分返送される請求項１から４のいずれかに記載の処理設備。
7. 上記後処理部は、凝集剤とｐＨ調整剤とが供給される混合槽と、ポリマー凝集剤が供給される凝集槽と、放流上澄水と上記汚泥濃縮槽へ供給される汚泥とに分離する最終沈殿槽とを有している請求項１記載の処理設備。
8. 上記生物処理部は、発酵菌混入オガコ使用の養豚システム、又は発酵菌混入オガコ・チップ連続撹拌装置から構成される請求項１記載の処理設備。
9. 上記雑排水槽は、曝気槽又は上記後処理部に接続され、収集雑排水をポンプによって曝気槽又は上記後処理部に供給して曝気処理又は凝集処理とｐＨ調整処理後に放流するように構成されている請求項１記載の処理設備。
10. 上記第一又は第二超微細化装置は、そのケーシングの外壁を円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に、又は筒壁同士が接触せずに流路を形成する程度に偏心状に内部円筒壁を隔設し、内部円筒壁をケーシング底壁と結合し且つケーシング天井壁に対して隙間を形成することで、円筒状外壁と内部円筒壁とで形成した環状流路と内部円筒壁の内部とを上記隙間を介して連通しており、また高圧ポンプによって上記貯留槽又は汚泥濃縮槽から上記内部円筒壁の内部に汚泥を含有した第一高速度水流が供給され、次いで該内部円筒壁の内部から高圧ポンプによって吸引されて高速度で吐出されて形成される汚泥を含有した第二高速度水流が第二水導入部において上記環状流路に供給されて、次いで上記内部円筒壁の上端からその内部に急激に落下されてケーシング底壁に激突させるようにしており、上記環状流路と上記内部円筒壁の内部に渡って形成した循環流路において水流中の汚泥の細胞膜を破壊し、汚泥を超微細化した処理水を上記環状流路から一部分抜いて上記貯留槽又は汚泥濃縮槽に供給される構造を有している請求項１記載の処理設備。
11. 上記第一又は第二超微細化装置は、そのケーシングの外壁を円筒状に形成し、そのケーシング内部に同心状に、又は筒壁同士が接触せずに流路を形成する程度に偏心状に中間円筒壁と内部円筒壁の二つを隔設し、中間円筒壁をケーシング天井壁とケーシング底壁に結合して外環状流路を形成し、内部円筒壁をケーシング底壁と結合し且つケーシング天井壁に対して隙間を形成することで、中間円筒壁と内部円筒壁とで形成した中間環状流路と内部円筒壁の内部とを上記隙間を介して連通しており、また上記貯留槽又は汚泥濃縮槽から第一水導入部において、高圧ポンプによって発生された汚泥を含有した第一高速度水流が空気導入部に供給されて、そこで空気が第一高速度水流に気泡として導入され、該気泡の導入された第一高速度水流は上記中間環状流路に供給され、次いで上記内部円筒壁の上端からその内部に急激に落下されてケーシング底壁に激突させ、また該内部円筒壁の内部から高圧ポンプによって吸引されて高速度で吐出されて形成される汚泥を含有した第二高速度水流が第二水導入部において上記外環状流路に供給されるようにして、更に該外環状流路を上記高圧ポンプの吸引側に管路を介して接続して形成される循環路を流れるようにされ、この循環路を成す上記中間環状流路及び上記外環状流路での剪断作用と上記ケーシング底壁への激突とによって水中の汚泥の細胞膜を破壊して超微細化し、超微細化された汚泥を含有した処理水が上記外環状流路から一部分抜かれて上記貯留槽又は汚泥濃縮槽に導かれる構造を有している請求項１記載の処理設備。
12. 上記第一又は第二超微細化装置は、立面視で略逆Ｕ字形状に中央上部で互いに連通状態で結合し、湾曲上部と有底の垂直下部とから成り、中央上部に余剰流体を排出する排出管が接続されている略逆Ｊ字形状の複数の外筒体と、
    各外筒体の垂直下部の内部において間に環状空間を形成するように垂直下部の底に固定された有底の垂直内筒体と、
    上記複数の外筒体のいずれかの環状空間に固形状の被処理物を含んだ高速流体を供給して８ｍ／秒以上の平面視で時計方向か、又は反時計方向の高速旋回流を発生する第一高圧ポンプ及び配管と、
    高速流体が供給される外筒体の内筒体の底部から、該内筒体の開放上縁を越えて底に落下し流入してくる流体を吸引して、上記いずれか以外の外筒体の環状空間に被処理物を含んだ高速流体を供給して８ｍ／秒以上の平面視で反時計方向か、又は時計方向の高速旋回流を発生する第二高圧ポンプ及び配管と、
    上記いずれか以外の外筒体の内筒体の底部から、該内筒体の開放上縁を越えて底に落下し流入してくる流体を排出する配管と、
    該流体排出配管に設けられた排出量調節手段と、
    上記第一高圧ポンプからの配管と、上記第二高圧ポンプまでの配管と、上記排出の配管とに各々配置された開閉弁と、
    上記第一高圧ポンプからの配管に設けられ、高速流体に空気を混入するエゼクターと、から構成されており、
    上記高速流体が含有している被処理物は、上記環状空間における高速旋回流が発生する剪断作用と上記内筒体の底への流体の落下による衝撃力によってミクロンのレベルまで超微細化される請求項１記載の処理設備。

Images