JP4536396B2 - 水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、湖沼や河川の水底や水辺に堆積したヘドロを処理する設備、特に発酵菌を活用して効率的に処理できるように改良した水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備に関する。

近年、河川の浄化が大幅に促進されて水棲生物も多く棲むように成ってきたが、過去の汚染の遺産として、また近隣の酪農家の下水流入などか湖沼や河川の水底や水辺に堆積したヘドロ（有機物や腐敗菌、その死骸）が依然散見されている。湖沼や河川の環境整備の上からヘドロの処理が待望されており、ヘドロを微生物により発酵分解処理するために発酵菌含有の泥団子の投入も試みられている。また、大規模な海底ヘドロ処理については、ヘドロを陸上に引き揚げて発酵堆肥と混合して再発酵させて悪臭を防止し土壌改良材として利用するものがある。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１４５６８６号公報（[発明の詳細な説明]のコラム２の１２行から１５行、[発明の実施例]のコラム１３の４１行から４２行）

上述のヘドロ処理では、発酵菌含有の泥団子の投入でも陸上への引き揚げ後の発酵堆肥との混合による再発酵でも、ヘドロをその元の粒子状態のままで発酵菌を泥団子や発酵堆肥を介して添加するものであり、超微細な発酵菌には大き過ぎて均一な分散も効率的な分解処理もができない欠点があった。
本願発明の目的は、ヘドロを数ミクロンレベルまで微粉砕して単位表面積を大幅に大きくして混合された発酵菌が多数付着して増殖過程で短時間で効率的に摂取消費できるように改善した水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備を提供するものである。

本願発明の水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備は、
水底及び／若しくは水辺のヘドロがポンプによって管路を経て供給され、供給されたヘドロを数ミクロンレベルの粒子を大量に含むまで微粉砕し、微細ヘドロを中間槽へ送り出すヘドロ微粉砕装置と、
上記中間槽内の微細ヘドロを発酵させるために大量の発酵菌を供給する発酵菌供給装置と、
上記中間槽から上記水底及び／若しくは水辺に発酵微細ヘドロを戻す戻し装置と、を有していることを特徴としている。

上記中間槽は、上記管路に接続された沈砂部と該沈砂部に接続された吸入排出部とを有し、上記ヘドロ微粉砕装置は、該中間槽の吸入排出部を経てヘドロが供給されると共に微細ヘドロを該吸入排出部に排出するように構成される。また、上記中間槽は、上記ヘドロ微粉砕装置から微細ヘドロが供給される発酵部を有し、上記発酵菌供給装置は、該発酵部に大量の発酵菌を供給し、上記戻し装置は、該発酵部から発酵微細ヘドロを戻すようにも構成される。

上記発酵菌供給装置は、種菌を収容した種菌槽と、糖蜜栄養と、水クラスタを微粉砕する水微粉砕装置と、該水微粉砕装置から微細クラスタの水が供給されると共に上記種菌槽から発酵種菌が供給されると共に糖蜜栄養槽から糖蜜栄養が供給される培養槽と、該培養槽から発酵菌を微細ヘドロに供給するように上記中間槽に付設された供給部とを有するように構成される。

上記ヘドロ微粉砕装置は、略同心状に２層以上の円筒壁を有し、隣り合う円筒壁間に環状流路を設けた竪形の円筒状容器と、環状流路に接線方向に加圧流体を注入して円周方向の高速流れをつくって円筒壁近傍の流体に対して剪断作用を発生させる噴出部と、上記隣り合ういずれかの円筒壁に配置してヘドロ含有のスラリーを上記高速流れ中に供給する供給部と、高速流れ中でヘドロが剪断作用で数ミクロンレベルの粒子を大量に含むまで微粉砕されて生成された微細ヘドロを含む流体の出口部とを有することができる。

記戻し装置は、上記中間槽からヘッドを利用して静かに発酵微細ヘドロを戻す多孔パイプを有することができる。

更に、本水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備は、濁り水を水中ポンプを介して吸引して、内部の発酵菌の住み着いている木材チップで瀘過して戻すジーラータワーを有することができる。

本発明の効果として、本願の発明の水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備では、湖沼や海や河川の水底／水辺のヘドロが水中ポンプなどによって管路を経てヘドロ微粉砕装置に供給され、そこで例えば高速流による剪断作用や水撃作用や気泡のキャビレーション作用などによってヘドロを数ミクロンレベルの粒子を好ましくは過半数含むまで微粉砕し、微細ヘドロを中間槽へ送り出し、発酵菌供給装置から大量の発酵菌を中間槽内に供給して微細ヘドロを発酵させる。微粉砕によって大幅に単位表面積が大きくなったヘドロ粒子に極めて多数のヘドロが付着して棲息すると共に摂取して増殖し、その発酵過程で大量のヘドロ粒子を炭酸ガスと熱等に効率的に分解消費する。因みに、半径が１ｍｍの球状有機物の比表面積が０．００１２０ｍ² ／ｇにすぎなかったものが、半径が０．０００１ｍｍの球状に微細化されているとすると、比表面積は１２．０ｍ²／ｇと１万倍にも成り、従って１万倍の数の発酵菌が表面に付着することができて、発酵菌を効率的に極めて大量に培養することができる。ヘドロに重金属やヒ素類が含まれていても、微粉砕によって極めて大量の発酵菌の増殖の過程で微量栄養源として発酵菌内に摂取され易くなり、人畜には無害な状態になる。このような効果は、中間槽において発揮されると共に、中間槽から水底及び／若しくは水辺に発酵微細ヘドロを戻し装置によって戻すことで、戻された個所でも棲息している大量の発酵菌の増殖によって発揮される。

中間槽は、管路に接続された沈砂部と該沈砂部に接続された吸入排出部とを有し、上記ヘドロ微粉砕装置は、該中間槽の吸入排出部を経てヘドロが供給されると共に微細ヘドロを該吸入排出部に排出するように構成されることで、ヘドロと共に吸入されることが多い砂を沈砂部で分離してからヘドロのみを吸入排出部からヘドロ微粉砕装置に供給でき、高速流を使用することが多いヘドロ微粉砕装置の内部の摩耗を防ぐことができる。またヘドロ微粉砕装置は、吸入排出部に微細ヘドロを排出するために繰り返し微粉砕を行うこともでき、微粉砕を徹底的に実施できる。また、中間槽は、ヘドロ微粉砕装置から微細ヘドロが供給される発酵部を有し、発酵菌供給装置は、該発酵部に大量の発酵菌を供給し、戻し装置は、該発酵部から発酵微細ヘドロを戻すようにも構成され、徹底的に微粉砕化された微細ヘドロに対して発酵菌供給装置は大量の発酵菌を供給することができ、微細ヘドロの分解消失と発酵菌の更なる増殖を促進することができ、戻し装置は、発酵微細ヘドロを棲息している大量の発酵菌と共に戻すことができ、戻し個所での大量の発酵菌の増殖とヘドロの分解消失を促進できる。

発酵菌供給装置は、種菌を収容した種菌槽と、糖蜜栄養槽と、水クラスタを微粉砕する水微粉砕装置と、該水微粉砕装置から微細クラスタの水が供給されると共に上記種菌槽から発酵種菌が供給されると共に糖蜜栄養槽から糖蜜栄養が供給される培養槽と、該培養槽から発酵菌を微細ヘドロに供給するように上記中間槽に付設された供給部とを有するように構成され、現地の環境で長年生きてきた環境に適応した発酵菌を採取して種菌とし、糖蜜栄養で培養槽で予め培養しておくことで、現地の細菌界に衝撃を与えないように適応し、増殖力の旺盛な発酵菌を大量に供給部から中間槽の発酵部に供給することができ、ヘドロの分解消失に寄与できる。

ヘドロ微粉砕装置は、略同心状に２層以上設けられた隣り合う円筒壁間に環状流路を形成し、この環状流路に噴出部から接線方向に加圧流体を注入して、例えば１０ｍ／秒以上の円周方向の高速流れをつくって円筒壁近傍の流体に対して剪断作用を発生させ、供給部からのヘドロ含有のスラリーをこの高速流れ中でその剪断作用で数ミクロンレベルの粒子を大量に含むまで微粉砕して、連続的に微細ヘドロを含む流体の出口部から排出することで、ヘドロも短時間の効率的な分解消失処理を可能にする。

戻し装置は、中間槽からヘッドを利用して静かに発酵微細ヘドロを戻す多孔パイプを有することで、湖沼、海、河川の水の濁りを極力抑制し、付近の水域や下流水域への濁り被害を防止できる。

更に、本水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備は、濁り水を水中ポンプを介して吸引して、内部の発酵菌の住み着いている木材チップで瀘過して戻すジーラータワーを備えることで、本ヘドロ処理作業で濁した水を瀘過したり、ゴミを濾し取ることができると共に、捕収した濁の原因物やゴミの内の有機物を発酵菌で分解処理もできる。

次に、本発明の代表的な実施形態に係る水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備を図面によって説明する。
図１から図３において、本発明の代表的な実施形態の湖畔の水底のヘドロの処理設備１は、護岸部２の安定した個所に据え付けられ、またヘドロ堆積域３にかけて展開されており、発酵菌培養部Ａとヘドロ処理部Ｂと後処理部Ｃとから構成されている。

発酵菌培養部Ａは、発酵菌供給装置を構成しており、現地で採取されたラクトバチルス菌などの発酵菌種を収容した種菌槽１１と、糖蜜を含む栄養物を収容した糖蜜栄養槽１２と、上水ｗの供給を受け、高圧水中ポンプＰ１で吸引されて水微粉砕装置１４に供給され、水クラスターが微粉砕された処理水が戻されてくる水槽１５と、水微粉砕装置１４から処理水が供給されると共に種菌槽１１から発酵菌種を、糖蜜栄養槽１２から糖蜜栄養分をそれぞれ供給されて発酵菌を大量に培養する培養槽１３と、水槽１５に隣接されて処理水の供給を受けると共に培養槽１３から培養された発酵菌の供給を受けて水増した発酵菌を一時保管しておき、水中ポンプＰ２によってヘドロの発酵処理のために送り出す発酵菌供給槽１６とを有している。後で構造を詳しく説明する水微粉砕装置１４は、水中ポンプＰ１で発生された高速水流が管路１９ａから噴出管４１ａを経て内部に送られ、その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供給管４５からの水のクラスタを微細化するものである。クラスタの微細化された水は、２本の排出管４６からそれぞれ培養槽１３と水槽１５に排出され、水微粉砕装置１４と水槽１５との間で部分循環されるようになっており、クラスタの微細化の徹底を図っている。培養槽１３内に供給されたクラスタの微細化された水は、発酵菌や糖蜜栄養分のキメ細かな分散を促して発酵菌の大量培養を可能にする。ここでは発酵菌供給槽１６は、発酵菌の供給部を構成している。水槽１５と発酵菌供給槽１６は、後述の中間槽２４の統合されている。

発酵菌としては、ラクトバチルス菌などの乳酸菌や酵母菌や酪酸菌や納豆菌が一般的に知られている。ラクトバチルス菌などの発酵菌種は、ヘドロの処理現場や発酵菌の培養現場で採取されたものが、その現場での気候風土で生存してきたもので好ましく、細菌生存圏にできるだけ余計な摩擦をもたらさないようにして存分に効力を発揮できる丈夫な発酵菌を得ることができる。また培養槽１３と発酵菌供給槽１６とには、共生関係を取る光合成菌が添加されると、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ほか、光合成菌は腐敗菌が発生させる悪臭物質を栄養源として摂取してくれ、次に説明するように発酵菌が増殖力を高める。即ち、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るが、腐敗汚泥に会うと硫酸還元菌が発生させる硫化水素を栄養源として積極的に摂取するばかりでなく、有毒アミンであるプトレシンやカタベリン、また発癌催奇性のジメチルニトロサミンも好んで基質として摂取して分解除去する。

ヘドロ処理部Ｂは、水底のヘドロが水中ポンプＰ３によってホース２１を介して中間槽２４を経て供給されるヘドロを、数ミクロンレベルの粒子を大量に含むまで微粉砕して微細ヘドロを中間槽２４へ送り出すヘドロ微粉砕装置２２と、微細ヘドロの供給を受けると共に発酵菌培養部Ａから発酵菌の供給を受けて微細ヘドロを発酵処理する中間槽２４と、該中間槽２４から水底に発酵微細ヘドロを戻す戻し装置２９とを有している。水中ポンプＰ３は、コードＬ３によって給電されている。ヘドロ微粉砕装置２２は、上記水微粉砕装置１４と同じ原理でヘドロを数ミクロンレベルまで微粉砕する。中間槽２４は、ホース２１から送られて来るヘドロに混入している砂を分離するための２連続の沈砂部２５Ａ、２５Ｂ（越えられる低い仕切り壁で仕切られている）と後沈砂部２５Ｂに接続された吸入排出部２６とを有している。ヘドロ微粉砕装置２２は、この吸入排出部２６を経て管路２８、４５を介してヘドロのスラリーが供給されると共に微粉砕した微細ヘドロを２本の排出管４６を介して微細ヘドロを吸入排出部２６に排出して部分循環されると共に、発酵部２７Ａにも排出している。更に中間槽２４は、微細ヘドロが供給される３連続の発酵部２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ（越えられる低い仕切り壁で仕切られている）を有し、上記発酵菌供給装置Ａの発酵菌供給槽１６から発酵部２７Ａ、２７Ｂに大量の発酵菌が供給され、微細ヘドロが発酵部２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを移動中に発酵消失されると共に発酵菌の増殖を行い、発酵部２７Ｃからヘッドを利用してできるだけ水を濁さないように静かに戻し装置２９のホース２９Ａと多孔パイプ２９Ｂを介して水底に戻される。発酵部２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃは、沈砂部２５Ａ、２５Ｂと吸入排出部２６から仕切られている。

後処理部Ｃはジーラータワー３５を有しており、このジーラータワー３１は、ヘドロ処理で濁った水を澄ます為に下流側の濁り水が水中ポンプＰ５（コードＬ５によって給電されている）でホース３１を介して吸引されて供給されると共に、上記の微粉砕装置を応用して空気を高速水流に入れて細かい気泡を水中に供給して泡が水中から運び出したゴミなどが水面から水と共にスカムスキーマー３２とホース３３を介してポンプなどで吸引されて供給され、内部の発酵菌の住み着いている木材チップで瀘過して水を戻すようにしている。水辺の硬いヘドロに対しては、当然水を加えて流動性を高めることができる。

水微粉砕装置１４とヘドロ微粉砕装置２２は、同じ原理で作動し、同じ構造を有することができるのでまとめて説明すると、高圧ポンプＰ１（Ｐ４）が発生する高速流による滝壷作用のような衝撃力と大きな流速度差による剪断力と気泡破裂の超音波によって上水ｗやヘドロのスラリーＳを数ミクロンレベルまで超微粒化する。微細化装置１４、２２は、例えば図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示すように、中空円筒容器４２を天板４２ａと底板４２ｂと周囲壁４２ｃとから形成し、内部に円筒内壁４３ｃを同心状に設けて外側の環状流路４３と内腔室４４とを形成している。周囲壁４２ｃの底板４２ｂの近くに噴出管４１ａの吐出口部４１ｂを接線方向から内部に向けて取り付け、高圧ポンプＰ１（Ｐ４）から供給される流れによって環状流路４３内で循環する、例えば約８ｍ／秒以上の高速流Ｈ１を発生させる。微粒化すべき上水ｗやスラリーＳを高速流Ｈ１に略直角に衝突させるために、円筒内壁４３ｃに縦長のスロット４３ｄを複数形成すると共に上水やスラリーの給管４５を内腔室４４に開口するように天板４２ａに取り付けて、上水ｗやスラリーＳを内腔室４４を経て縦長のスロット４３ｄから環状流路４３へ供給するようにしている。スロット４３ｄから出た処の混合領域Ｍで、上水ｗのクラスタやスラリーＳの粒子を衝撃による圧縮と、高速水流Ｈ１による剪断とキャビテーションとによって、また高速水流Ｈ１と円筒内壁４３ｃの外面や周囲壁４２ｃの内面に沿った付着水との大きな速度差による剪断とによって１〜１０μｍまで微粒化する。水噴出管４１ａからの水流に気泡を混入する気泡発生器を水噴出管４１ａに付設してもよい（水の浄化に応用する）。クラスタが微細化された上水ｗ’や粒子が微粉砕されたスラリーＳ’は、排出管４６（必要に応じて複数個所に設けられる）から排出される。スラリーの流動性が高い場合は、噴出管４１ａから噴出されて高速流Ｈ１を発生させる作動流体としてそのスラリーを使用できるが、スラリーの流動性が低い場合は、高速流Ｈ１を発生させる作動流体として水を使用し、スラリーを供給管４５から供給することができる。

微粉砕された微細ヘドロの場合は、例えば半径が１ｍｍの球状物の比表面積が０．００１２０ｍ2 ／ｇにすぎなかったものが、半径が０．０００１ｍｍの球状に微細化されると、比表面積は１２．０ｍ2 ／ｇと１万倍にも成り、従って１万倍の数の発酵菌が表面に付着することができて、発酵槽５や発酵促進槽１０において発酵菌を効率的に大量に培養することができる。

本発明の代表的な実施形態の水底のヘドロの処理設備を示した平面図。 同設備の作業流れの説明図。 同設備の水微細化装置と超微粒子化装置に使用される微粒化装置を示しており、（Ａ）は一部切り欠き平面図、（Ｂ）は一部切り欠き立面図。

符号の説明

１：水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備
１１：種菌槽
１２：糖蜜栄養槽
１３：培養槽
１４：水微粉砕装置
１６：供給部（発酵菌供給槽）
２１：管路（ホース）
２２：ヘドロ微粉砕装置
２４：中間槽
２５Ａ、２５Ｂ：沈砂部
２６：吸入排出部
２７Ａ〜２７Ｃ：発酵部
２９：戻し装置
２９Ｂ：多孔パイプ
３５：ジーラータワー
４１ａ：噴出部
４２：円筒状容器
４２ｃ：円筒壁
４３ｃ：円筒壁
４３：環状流路
４５：ヘドロ供給部
４６：出口部
Ａ：発酵菌供給装置
Ｐ３：ポンプ
Ｐ５：水中ポンプ

Claims (7)

1. 水底及び／若しくは水辺のヘドロがポンプによって管路を経て供給され、供給されたヘドロを数ミクロンレベルの粒子に微粉砕し、微細ヘドロを中間槽へ送り出すヘドロ微粉砕装置と、
   上記中間槽内の微細ヘドロを発酵させるための発酵菌を供給する発酵菌供給装置と、
   上記中間槽から上記水底及び／若しくは水辺に発酵微細ヘドロを戻す戻し装置と、を有していることを特徴とする水底及び／若しくは水辺のヘドロの処理設備。
2. 数ミクロンレベルの粒子を過半数含むまで微粉砕する請求項１記載の設備。
3. 上記中間槽は、上記管路に接続された沈砂部と該沈砂部に接続された吸入排出部とを有しており、上記ヘドロ微粉砕装置は、該中間槽の吸入排出部を経てヘドロが供給されると共に微細ヘドロを該吸入排出部に排出する請求項１記載の設備。
4. 上記中間槽は、上記ヘドロ微粉砕装置から微細ヘドロが供給される発酵部を有しており、上記発酵菌供給装置は、該発酵部に発酵菌を供給し、上記戻し装置は、該発酵部から発酵微細ヘドロを戻す請求項３記載の設備。
5. 上記ヘドロ微粉砕装置は、略同心状に２層以上の円筒壁を有し、隣り合う円筒壁間に環状流路を設けた竪形の円筒状容器と、環状流路に接線方向に加圧流体を注入して円周方向の高速流れをつくって円筒壁近傍の流体に対して剪断作用を発生させる噴出部と、上記隣り合ういずれかの円筒壁に配置してヘドロ含有のスラリーを上記高速流れ中に供給する供給部と、高速流れ中でヘドロが剪断作用で数ミクロンレベルの粒子を大量に含むまで微粉砕されて生成された微細ヘドロを含む流体の出口部とを有している請求項１記載の設備。
6. 上記戻し装置は、上記中間槽からヘッドを利用して静かに発酵微細ヘドロを戻す多孔パイプを有している請求項１記載の設備。
7. 更に、濁り水を水中ポンプを介して吸引して、内部の発酵菌の住み着いている木材チップで瀘過して戻すジーラータワーを有している請求項１記載の設備。
   

Images