JP4402604B2 - 汲み取りし尿などを含んだ下水の処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、汲み取りし尿や浄化槽汚泥など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て発酵菌で処理すると共に汚泥産出をゼロにする構成の汲み取りし尿などを含んだ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水クラスターもし尿を含む下水中の有機物も超微細化し、超微細化によって水クラスター間に良く分散し、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、汚泥を好気性菌による生物分解処理や発酵菌による発酵によって農業資材に転換して汚泥産出をゼロにする汲み取りし尿などを含んだ下水の処理設備を提供するものである。

本発明は、汲み取りし尿や浄化槽汚泥を含んだ下水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超微細化処理下水として上記貯留槽又は撹拌槽に戻す超微細化装置と、
上記貯留槽から上記撹拌槽を経て、又は上記撹拌槽から直接超微細化処理下水と発酵菌の供給を受けて曝気処理する曝気処理槽と、
少なくとも上記撹拌槽に発酵菌を供給する発酵菌供給手段と、
上記曝気処理槽から曝気処理下水が供給されて上澄水と沈殿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て処理済み水を放流する後処理部と、
上記沈殿槽から汚泥の供給を受けて生物処理する生物処理手段と、を有することを特徴とする汲み取りし尿などを含んだ下水の処理設備である。

上記貯留槽の前に、汲み取りし尿や浄化槽汚泥や家畜の糞尿などを含んだ下水を受け入れる受入槽と、
該受入れ槽からカッターポンプによって移送されてくる下水からし渣を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おり、
上記受入れ槽は、上記発酵菌供給手段から発酵菌の供給を受けるように構成される。

上記沈殿槽は、その下部から切替え弁を介して汚泥を上記超微細化装置の上流側に供給し、その後上記生物処理手段に供給するように構成される。

上記後処理部は、上記沈殿槽から上澄水の供給を受けると共に、上澄水を生物浄化を行うろ過装置を通してから、又は凝集剤や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構成を取ることができる。

上記発酵菌供給手段は、水用超微細化装置と、超微細化された培養水のタンクと、該タンクからの培養水と発酵菌種とミネラルなどの栄養素とが供給される培養槽と、分配ポンプと備える分配槽とを有することができる。

上記生物処理手段は、上記沈殿槽からの汚泥を好気性菌の菌床に混合して生物分解処理する汚泥消滅装置と、上記沈殿槽からの汚泥と上記発酵菌供給手段からの発酵菌とを混合する混合槽と、該混合槽からの混合物の供給を受けて発酵させる発酵槽とから成る発酵装置とから構成される。

上記汚泥消滅装置は、該装置から発生する水蒸気などを吸引ファンによって供給され、凝縮水に復水する冷却ユニットと、排気を脱臭する脱臭ユニットと、復水タンクとを有することができる。

上記超微細化装置は、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構成にできる。

本発明の汲み取りし尿などを含んだ下水の処理設備では、汲み取りし尿や浄化槽汚泥などを含んだ下水の供給を受ける貯留槽から高圧ポンプによって吸引した下水を超微細化装置において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下水クラスターと含有有機物をミクロンレベルに超微細化して超微細化処理下水として上記貯留槽又は撹拌槽に戻すことになる。そこでは、水クラスターもし尿を含む下水中の有機物も超微細化し、超微細化によって水クラスター間に良く分散している。特に、８ｍ／秒以上の高速度により好ましい微細化が行われる。曝気処理槽では、貯留槽から撹拌槽を経て、又は撹拌槽から直接供給される超微細化処理下水に含まれ、単位重量当り極めて大きくなった表面積の浮遊有機物は、発酵菌供給手段から供給され、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水分と炭酸ガスなどに発酵処理され、下水の処理能力を大幅に高めることができる。発酵菌も処理しつつ増殖して悪臭の発生を抑制する。曝気処理槽からの曝気処理下水は、沈殿槽に供給され、そこで上澄水と沈殿汚泥とに分離される。一方では上澄水は、沈殿槽から後処理部に供給され、そこで凝集剤やｐＨ調整剤などによる凝集とｐＨ調整の処理後に処理済み水として放流され、他方で沈殿槽からの汚泥は、オガコ菌床などを利用した生物処理手段で好気性菌や嫌気性菌によって炭酸ガスと水に生物分解処理したり、発酵菌によって発酵させて農業資材に転換利用することで、汚泥産出をゼロにすることができる。生物処理手段を生物分解処理部と発酵処理部とで構成すると、農業資材の需要に応じて両部への供給量を加減できる。

貯留槽の前に、汲み取りし尿や浄化槽汚泥や家畜の糞尿などを含んだ下水を受け入れる受入槽と、該受入れ槽からカッターポンプによって移送されてくる下水からし渣を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と、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。受入れ槽に発酵菌供給手段から発酵菌が供給されると、発酵菌の発酵作用によって悪臭の発生を幾分でも抑制することができる。

沈殿槽は、その下部から切替え弁を介して汚泥を超微細化装置の上流側に供給したり、生物処理手段に供給するように構成され、汚泥の発生量に応じて、また汚泥の利用や処理方式に応じて切替え弁によって超微細化装置へ戻す量と生物処理手段へ送る量を調節することができる。

後処理部は、沈殿槽から上澄水の供給を受けると共に、上澄水を生物浄化を行うろ過装置を通してから、又は凝集剤や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構成を取ることで、上澄水は生物浄化後に、又は硫酸バンド凝集剤、ポリマー凝集剤やｐＨ調整剤などによって凝集とｐＨ調整が行われ、処理後に各地域の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される。

発酵菌供給手段は、水用超微細化装置と、水クラスターが超微細化された培養水のタンクと、該タンクからの培養水と発酵菌種とミネラルなどの栄養素とが供給される培養槽と、分配槽と、分配ポンプとを有することができ、大量に培養力の大きな発酵菌を事前に用意して必要個所に分配できる。

生物処理手段は、上記沈殿槽からの汚泥を好気性菌の菌床に混合して生物分解処理する汚泥消滅装置と、上記沈殿槽からの汚泥と上記発酵菌供給手段からの発酵菌とを混合する混合槽と、該混合槽からの混合物の供給を受けて発酵させる発酵槽とから成る発酵装置とから構成され、両装置によって最終的に汚泥産出をゼロにでき、また農業資材として利用する場合、その需要に応じて両装置への供給量を加減できる。

汚泥消滅装置は、該装置から発生する水蒸気などを吸引ファンによって供給され、凝縮水に復水する冷却ユニットと、排気を脱臭する脱臭ユニットと、復水タンクとを有することができ、生物分解処理で生じる臭気や蒸気を吸引ファンで捕捉し、臭気を脱臭ユニットで脱臭すると共に蒸気を冷却ユニットで復水することで外部に漏れるのを防ぎ、本設備の設置条件を緩和できる。復水は工場の雑用水として利用できる。

上記超微細化装置は、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、水クラスターと汚泥の超微細化、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水のクラスターと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のクラスターの超微細化と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。

上記超微細化装置では、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水のクラスターと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ゼ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クラスターの超微細化と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汲み取りし尿、浄化槽汚泥、家畜糞尿などを含む下水の処理設備１は、そのような下水の被処理物の供給を受ける受入槽１１と、そこからカッターポンプ（例えば、５〜８ｍｍに粗砕する）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撹拌槽１４に戻す超微細化装置２０、３０と、貯留槽１３から下水クラスターと含有有機物とが超微細化処理された中間下水がポンプｐによって配管４ａで供給され、含有有機物を曝気処理する曝気槽１５と、そこから配管４ｂを介して供給されて上澄下水と汚泥とに分離する沈殿槽１６と、該沈殿槽１６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１７と、沈殿槽１６からポンプｐ２により流動汚泥の供給を受ける生物処理する生物処理装置１８とを有している。

下水は、まず受入槽１１の前部でしさ以外の砂などの固形物を除去する沈砂部１１Ａに通される。また貯留槽１３は、超微細化装置２０、３０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、超微細化による発酵菌の消耗を防ぐようにも構成される。発酵菌の消耗を防ぐために、貯留槽１３には投入される下水量に応じて複数組の超微細化装置が接続されるようにも構成される。

撹拌槽１４と沈殿槽１６との間には、各々撹拌槽が併置された曝気槽１５Ａ、１５Ｂが設けられており、そこでは、例えば脱窒素菌によってＮＯ3 をＮ2 に変換して脱窒素を行ったり、硝化菌によってＮＨ4 をＮＯ3 に変換したり、メタノールによりＮＯ3 をＮ2 に変換して脱窒素を行うようにしている。また沈殿槽１６では曝気槽１５Ａ、１５Ｂで働いた菌の死骸が汚泥として沈殿し、各種有機物が処理された上澄水は後処理部１７に流入する。沈殿汚泥は、切替弁ｖ１によって超微細化装置２０、３０と、生物処理装置１８とに供給される量が調節される。例えば、通常超微細化装置２０、３０へ戻される割合は、５０％から７５％であり、生物処理装置１８に供給される割合は、５０％から２５％であるが、必要に応じて変えられる。

後処理部１７は、生物膜浄化するろ過装置で構成され、上澄水の放流の前に、沈殿槽１６からの上澄水中の残留汚泥や固形細粒物がろ過される。更に、後処理部１７では、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するために、上澄水の放流の前に、適宜硫酸バンド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１６からの上澄水中の残留汚泥や固形細粒物が混和凝集され、またポリマー凝集剤が供給され、更に凝集されるようにも構成される。

生物処理装置１８は、沈殿槽１６から切替弁ｖ１、ｖ２を介して汚泥の供給を受け、好気性菌の菌床に混合して生物分解処理する汚泥消滅装置１８Ａと、沈殿槽１６からの汚泥と発酵菌供給装置５からの発酵菌とを混合する混合槽１９Ａと、該混合槽からの混合物の供給を受けて発酵させる発酵槽１９Ｂとから成る発酵装置１９とから構成されている。発酵装置１９からは、堆肥や土壌改良に転用可能な農業資材が得られる。他方で、汚泥を消滅させる汚泥消滅装置１８Ａは、プール１８ａに保持され、好気性菌が生息している木質チップの菌床１８ｂと、送気ブロワーから送気され、菌床１８ｂの下部に配管された送気管１８ｃと、前後移動しながら菌床１８ｂの木質チップと供給汚泥を撹拌する撹拌機１８ｄと、飛散物回収装置１８ｅとを有している。飛散物回収装置１６ｅは、該装置から発生する水蒸気などを吸引ファン１８ｆによって供給され、凝縮水に復水する冷却ユニット１８ｇと、排気を脱臭する脱臭ユニット１８ｈと、復水タンク１８ｉとを有している。復水は、工場雑用水として利用される。

発酵菌供給装置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５ａと、糖蜜やミネラルを含む添加物を収容した添加物タンク５ｂと、タンク５ｃから水の供給を受け、高圧ポンプＰ１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水処理する超微細化装置５ｄ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、タンク５ｃから処理された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５ｅと、発酵促進すると共に、分配ポンプを組み込んだ分配槽５ｆとから構成されている。浮遊有機物を超微細化して超微細化されたクラスターの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分配槽５ｆの数を更に増やすこともできる。発酵菌培養タンク５ｅと分配槽５ｆ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分配槽が内部に撹拌手段を備えることで超微粒子化された水クラスター間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超微粒子化された水クラスター間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。

上記超微細化装置５ｄ、２０は、同じ構造とすることができるが、別々のもの５ｄ、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がタンク５ｃや貯留槽１３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５ｃ、１３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を吸引するエゼクター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。

図４の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５ｃ、１３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処理すると共に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５ｃ、１３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も構成できる。

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度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処理されると共に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汲み取り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：汲み取りし尿などを含む下水の処理設備
５：発酵菌供給手段
５ｃ：培養水のタンク
５ｄ：水用超微細化装置
５ｅ：培養槽
５ｆ：分配槽
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
１４：撹拌槽
１５：曝気槽
１５Ａ：第一曝気槽
１５Ｂ：第二曝気槽
１６：沈殿槽
１７：後処理部
１８：生物処理手段
１８Ａ：汚泥消滅装置
１８ｂ：菌床
１８ｆ：吸引ファン
１８ｇ：冷却ユニット
１８ｈ：脱臭ユニット
１８ｉ：復水タンク
１９：発酵装置
１９Ａ：混合槽
１９Ｂ：発酵槽
２０：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
Ｐ１：高圧ポンプ
ｐ１：カッターポンプ

Claims (10)

1. 汲み取りし尿及び浄化槽汚泥を含んだ下水の供給を受ける貯留槽１３と、
   該貯留槽１３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超微細化処理下水として上記貯留槽１３又は撹拌槽１４に戻す超微細化装置２０（３０）と、
   上記貯留槽１３から上記撹拌槽１４を経て、又は上記撹拌槽１４から直接超微細化処理下水と発酵菌の供給を受けて曝気処理する曝気処理槽１５と、
   少なくとも上記撹拌槽１４に発酵菌を供給する発酵菌供給手段５と、
   上記曝気処理槽１５から曝気処理下水が供給されて上澄水と沈殿汚泥とに分離する沈殿槽１６と、
   該沈殿槽１６から上澄水の供給を受けて処理済み水を放流する後処理部１７と、
   上記沈殿槽１６から汚泥の供給を受けて生物処理する生物処理手段１８と、を有することを特徴とする汲み取りし尿などを含んだ下水の処理設備。
2. 上記貯留槽１３の前に、汲み取りし尿及び浄化槽汚泥及び家畜の糞尿を含んだ下水を受け入れる受入槽１１と、
   該受入槽１１からカッターポンプによって移送されてくる下水からし渣を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とが設けられており、
   上記受入槽１１は、上記発酵菌供給手段５から発酵菌の供給を受けるようになっている請求項１記載の処理設備。
3. 上記沈殿槽は、その下部から切替え弁を介して汚泥を上記超微細化装置の上流側に供給し、その後上記生物処理手段に供給するように構成されている請求項１記載の処理設備。
4. 上記後処理部１７は、上記沈殿槽１６から上澄水の供給を受けると共に、上澄水を生物浄化を行うろ過装置を通してから、又は凝集剤及び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請求項１記載の処理設備。
5. 上記発酵菌供給手段５は、水用超微細化装置５ｄと、超微細化された培養水のタンク５ｃと、該タンク５ｃからの培養水と発酵菌種とミネラルなどの栄養素とが供給される培養槽５ｅと、分配ポンプを組み込んだ分配槽５ｆとを有している請求項１記載の処理設備。
6. 上記生物処理手段１８は、上記沈殿槽１６からの汚泥を好気性菌の菌床に混合して生物分解処理する汚泥消滅装置１８Ａと、
   上記沈殿槽からの汚泥と上記発酵菌供給手段からの発酵菌とを混合する混合槽１９Ａと、該混合槽１９Ａからの混合物の供給を受けて発酵させる発酵槽１９Ｂとから成る発酵装置１９とから構成されている請求項１記載の処理設備。
7. 上記汚泥消滅装置１８Ａは、該装置から発生する水蒸気などを吸引ファンによって供給され、凝縮水に復水する冷却ユニット１８ｇと、排気を脱臭する脱臭ユニット１８ｈと、復水タンク１８ｉとを有している請求項６記載の処理設備。
8. 上記超微細化装置は、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。
9. 上記超微細化装置は、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。
10. 上記超微細化装置は、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。
    
    

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