JP4513460B2

JP4513460B2 - 嫌気性消化装置

Info

Publication number: JP4513460B2
Application number: JP2004242169A
Authority: JP
Inventors: 栄福永; 衛中山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: JP2006055794A

Description

本発明は、汚水や廃棄物をメタン発酵によって処理する嫌気性消化装置に関するものである。

従来、汚水や廃棄物をメタン発酵によって処理する嫌気性消化装置は、嫌気性消化槽本体内に汚水や廃棄物を導入し、これを微生物で分解するものである。

分解を促進するには、嫌気性消化槽本体内に導入した汚水や廃棄物を充分に撹拌することが重要であり、撹拌方式によって、幾つかのタイプに分けられる。

ガス撹拌方式は、発生したバイオガスを槽内に吹き込んで撹拌するもので、機械撹拌方式は、撹拌羽根にて液を撹拌するもので、循環ポンプによる撹拌方式は、槽内の液を抜き出し、循環ポンプで再度槽内に循環して撹拌する、或いは槽内の液中に没して循環ポンプを設置して撹拌するなど種々のタイプがある。

この撹拌方式で、槽内に循環ポンプを設置して直接液を撹拌する方式（特許文献１，２）が、撹拌からみれば優れている。

特開昭６０−１６８５９７号公報特開昭５２−７２８８０号公報

しかしながら、嫌気性消化槽本体内には、微生物が発酵により生産するメタンを主成分とするバイオガスが溜まり、これが爆発性、有害性があるため、槽内に循環ポンプを設置したのでは、そのメンテナンスが困難になるという問題がある。

ガス撹拌方式のように、バイオガスを吹き込むブロアが、槽外にあればメンテナンスは容易であるが、水深のある嫌気性消化槽本体に吹き込むために動力費が大きくなると共に、動力費をかける割には、槽内の撹拌が充分に行えない。

また、槽外に設置した循環ポンプを用いて撹拌する方式では、循環ポンプのメンテナンスは容易であるが、槽内の液を循環させても充分な撹拌が得られない。

さらに、撹拌羽根を用いた機械撹拌方式は、爆発性・有害性を持つバイオガスの層を貫通して撹拌羽根を槽内に設置するので、維持管理やシールなどが面倒になる。

従って、これら動力機器を外部に設置する撹拌方式では、槽底部の撹拌が充分でないため、長期運転時には、汚水や廃棄物中に混在する砂が槽内に沈積する問題が避けられない。実際に、１３．５年の運転でデッドスペースが槽の６８％に達した嫌気性消化槽も報告されている（日本下水道協会編：下水道施設計画・設計指針と解説、ｐ４６０）。

さらに、上記の撹拌方式では、メタン発酵により発生するメタン等のガスと懸濁物や微生物とが密着して嫌気性消化槽本体の水面付近に浮遊してできるスカムの除去が行えない問題がある。

本発明の目的は、槽内にポンプなどの撹拌装置を設置して充分な撹拌が行え、しかもメンテナンスが容易に行える嫌気性消化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、嫌気性消化槽本体内に導入した汚水や廃棄物をメタン発酵によって処理する嫌気性消化装置において、嫌気性消化槽本体の液層に位置した側面に、開口部を形成し、その開口部に上方に延びる出し入れ管、或いはその開口部と嫌気性消化槽本体の上部外周を覆う円筒を接続してガス層と隔離して液層と繋がる水路を形成し、その水路を通して撹拌装置を出し入れ自在に設けた嫌気性消化装置である。

請求項２の発明は、液層の水面下の側壁に開口部が形成され、その開口部に上方に延びる出し入れ管、或いはその開口部と嫌気性消化槽本体の上部外周を覆う円筒を接続して上記水路が形成され、その開口部の下方の嫌気性消化槽本体の内壁に撹拌装置を保持する棚部が設けられ、その水路より、水流を上方に噴出する撹拌装置を挿入して上記棚部に設置し、その設置した撹拌装置の上方の水面に位置した嫌気性消化槽本体の内壁に傾斜板が取り付けられる請求項１記載の嫌気性消化装置である。

請求項３の発明は、嫌気性消化槽本体の下部の側壁に開口部が形成され、その開口部より水面上まで延びるように出し入れ管が接続され、その出し入れ管を通して、水中ポンプが嫌気性消化槽本体の底部に設置される請求項１または２記載の嫌気性消化装置である。

請求項４の発明は、嫌気性消化槽本体の頂部中央よりガス層を貫通して嫌気性消化槽本体の底部に臨むように砂抜き管を設けた請求項１〜３いずれかに記載の嫌気性消化装置である。

本発明は、嫌気性消化槽本体に、ガス層と隔離して水層と繋がる水路を設け、その水路を通して撹拌装置を水層内に設けることで、撹拌が良好となり、しかもメンテナンスの際には水路を通して嫌気性消化槽本体外に引き上げることができるためメンテナンスが容易に行えるという利点がある。

以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。

図１は、本発明の一実施の形態を示し、図において、１０は、竪型円筒の嫌気性消化槽本体である。嫌気性消化槽本体１０の側面中央には、汚水や廃棄物等の流入管１１が接続され、その反対側には、流出管１２が接続される。

流出管１２は、嫌気性消化槽本体１０の水面ｗより低い位置に取り付けられ、途中が、嫌気性消化槽本体１０内の水面ｗより充分に高くなるように立ち上げられ、その立ち上げ管１２ａの上端に上面開放のサイホンブレーカ１３が設けられ、また立ち上げ管１２より分岐して流出口１２ｂが設けられ、流出口１２ｂより、メタン発酵後の排水が、後処理系に供給されるようになっている。

流入管１１より、嫌気性消化槽本体１０内に導入される汚水や廃棄物等は、消化槽本体１０内で、所定高さの液層１４を形成し、ここでメタン発酵処理を受けて、流出管１２から流出する。液層１４の水面ｗの上部の嫌気性消化槽本体１０には、ガス層１５が形成されて密閉形のガスホルダ１６が形成され、槽１０内から発生して浮上していくバイオガス（微生物が発酵により生産するメタンを主成分とするガス）が捕集されるようになっている。

図では嫌気性消化槽本体１０とガスホルダ１６とは一体型であるが、ガスホルダ１６を別個に形成し、これを嫌気性消化槽本体１０の内部にはまり込むように形成してもよい。

ガスホルダ１６には、バイオガスを排出する抜出口１７が設けられる。

嫌気性消化槽本体１０の底部の側壁付近に水中ポンプからなる底部撹拌装置１８ａが設置され、図示の矢印のように液をほぼ水平方向に噴出して流れをつくる。この流れは、嫌気性消化槽本体１０の底部付近に旋回流を起こす。

底部撹拌装置１８ａの設置場所の近くには、ガス層１５と隔離するように底部撹拌装置１８ａの出し入れ用の水路１９ａが形成される。この出し入れ用の水路１９ａは、底部撹拌装置１８ａの設置場所の近くの嫌気性消化槽本体１０の側壁に開口部２０ａが形成され、その開口部２０ａより水面ｗ上まで延びて開口する出し入れ管２１ａが接続されて形成される。

底部撹拌装置１８ａには、引き上げ用具および電源ケーブル２２ａが接続され、引き上げ用具および電源ケーブル２２ａにて、底部撹拌装置１８ａを、出し入れ管２１ａで形成される水路１９ａを通して嫌気性消化槽本体１０の底部に設置したり、また嫌気性消化槽本体１０外に取り出せるようになっている。

底部撹拌装置１８ａの出し入れ管２１ａと反対側の嫌気性消化槽本体１０の側壁には、水面ｗ近くに位置して開口部２０ｂが形成され、その開口部２０ｂに出し入れ管２１ｂが接続されて、水中ポンプからなる水面撹拌装置１８ｂを出し入れする水路１９ｂが形成される。

この開口部２０ｂの下部の嫌気性消化槽本体１０の内壁には、水面撹拌装置１８ｂを設置する棚部２３が形成され、水面撹拌装置１８ｂには、引き上げ用具および電源ケーブル２２ｂが接続される。

水面撹拌装置１８ｂは、図示の矢印に示すように液を上方に噴出するようになっている。水面撹拌装置１８ｂの上方の水面ｗに位置した嫌気性消化槽本体１０内面には、傾斜板２４が設けられ、その傾斜板２４によって、水面撹拌装置１８ｂから上方に吐出された流れは、水平方向に向きを変えられ、旋回流となって水面ｗに浮遊しているスカム層を撹拌する。

嫌気性消化槽本体１０の頂部中央よりガス層１５を貫通して嫌気性消化槽本体１０の底部に臨むように砂抜き管２６が設けられる。

以上において、流入管１１より汚水や廃棄物等が嫌気性消化槽本体１０内に導入され、液層１４を形成し、底部撹拌装置１８ａ、水面撹拌装置１８ｂにより撹拌されながら、メタン発酵処理がなされ、適宜流出管１２から排出される。

これら撹拌装置１８ａ、１８ｂは水中に直接設置されるため、撹拌効率が高くまた、嫌気性消化槽本体１０内の任意の位置に設置できるため、スカムの撹拌や底部に溜まった砂の撹拌も容易である。

嫌気性消化槽本体１０のガスホルダ１６に溜まったメタンガス、炭酸ガスなどからなるバイオガスは、抜出口１７から排気され、ボイラ，ガスエンジン等の燃料ガスとして使用される。

経年使用により、底部撹拌装置１８ａ、水面撹拌装置１８ｂのメンテナンスを行う際には、それぞれ引き上げ用具および電源ケーブル２２ａ、２２ｂを引き上げることで、水路１９ａ，１９ｂを通して撹拌装置１８ａ、１８ｂを引き上げることができる。この際、水路１９ａ，１９ｂは、ガス層１５と隔離されているため、安全に取り出すことができると共に再度設置することができる。

また、嫌気性消化槽本体１０の底部に溜まった砂は、撹拌により中央に堆積するため、砂抜き管２６よりバキュームカーなどで容易に抜き出せる。

なお、メタン発酵処理中、出し入れ管２１ａ、２１ｂ、砂抜き管２６の上部は蓋で閉じておき、使用時に蓋を外し、上部に溜まったバイオガスを排気した後、撹拌装置１８ａ、１８ｂを引き上げたり、バキュームホースを接続乃至挿入して作業を行う。

図２は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

本実施の形態では、底部撹拌装置１８ａの出し入れ用の水路１９ａと水面撹拌装置１９ｂの出し入れ用の水路１９ｂは、嫌気性消化槽本体１０の上部外周に設けた円筒２７と嫌気性消化槽本体１０の側壁とで形成される２重の円筒で形成される。すなわち、円筒２７の下部には円錐部２８が形成され、その円錐部２８が嫌気性消化槽本体１０の側壁に接続され、その円錐部２８に位置した嫌気性消化槽本体１０の側面に開口部２０ａ、２０ｂが形成されて、水路１９ａ、１９ｂが構成される。

開口部２０ａ、２０ｂは、嫌気性消化槽本体１０の一部に形成されるが、全周に形成するようにしてもよい。全周に形成する場合には、円筒２７と嫌気性消化槽本体１０の側壁（ガスホルダ１６の側壁）とを連結しておく。

また水路１９ａ，１９ｂを円筒２３で形成する代わりに断面円弧状或いはコ字状にして嫌気性消化槽本体１０の側面に接続して形成するようにしてもよい。

本例においても、水路１９ａ，１９ｂがガス層１５と隔離されて形成されるため、撹拌装置１８ａ、１８ｂの出し入れが安全に行える。

以上記したように、本発明では、（１）嫌気性消化槽の底部に撹拌装置を設置して旋回流で強く撹拌できるため、メタン発酵微生物と汚水・廃棄物との接触効率が良く、効率よいメタン発酵が可能となる。その際、従来方式では嫌気性消化槽を開放せずに撹拌装置のメンテナンスをすることが困難であったが、本発明では、嫌気性消化槽の側面に設けられた水路から撹拌装置を引き上げられるため容易にメンテナンスができる。また、本発明では、（２）嫌気性消化槽の水面直下に設置した撹拌装置と傾斜板との組み合わせによって、水面付近を旋回流で強く撹拌できるため、従来方式では除去に困難が伴ったスカムを容易に破砕できる。さらに、（１）で述べた旋回流の結果として、嫌気性消化槽の底面の大部分では砂の沈積がない一方、中央部の狭い場所に集中的に砂が沈積する。そこに設置された鉛直の砂抜き管を介して、嫌気性消化槽の開放をせずに砂を効率的に抜き出すことができる。

以上述べたように、本発明によって、従来の嫌気性消化槽の問題のかなりの部分が解決され、効率よく維持管理の容易な嫌気性消化装置を提供できる。

本発明の一実施の形態を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１０嫌気性消化槽本体
１４液層
１５ガス層
１８ａ、１８ｂ撹拌装置
１９ａ，１９ｂ水路

Claims

嫌気性消化槽本体内に導入した汚水や廃棄物をメタン発酵によって処理する嫌気性消化装置において、嫌気性消化槽本体の液層に位置した側面に、開口部を形成し、その開口部に上方に延びる出し入れ管、或いはその開口部と嫌気性消化槽本体の上部外周を覆う円筒を接続してガス層と隔離して液層と繋がる水路を形成し、その水路を通して撹拌装置を出し入れ自在に設けたことを特徴とする嫌気性消化装置。
液層の水面下の側壁に開口部が形成され、その開口部に上方に延びる出し入れ管、或いはその開口部と嫌気性消化槽本体の上部外周を覆う円筒を接続して上記水路が形成され、その開口部の下方の嫌気性消化槽本体の内壁に撹拌装置を保持する棚部が設けられ、その水路より、水流を上方に噴出する撹拌装置を挿入して上記棚部に設置し、その設置した撹拌装置の上方の水面に位置した嫌気性消化槽本体の内壁に傾斜板が取り付けられる請求項１記載の嫌気性消化装置。
嫌気性消化槽本体の下部の側壁に開口部が形成され、その開口部より水面上まで延びるように出し入れ管が接続され、その出し入れ管を通して、水中ポンプが嫌気性消化槽本体の底部に設置される請求項１または２記載の嫌気性消化装置。
嫌気性消化槽本体の頂部中央よりガス層を貫通して嫌気性消化槽本体の底部に臨むように砂抜き管を設けた請求項１〜３いずれかに記載の嫌気性消化装置。