JP5764182B2 - メタン発酵槽の撹拌装置からし渣を除去する方法、及び撹拌装置からし渣を除去することが容易なメタン発酵槽 - Google Patents

Description

本発明は、下水のような廃水又は下水汚泥を被処理水とするメタン発酵槽において、撹拌装置に絡まったし渣を除去する方法に関する。また、本発明は、そのようなし渣除去方法の実施に適したメタン発酵槽に関する。

下水汚泥のような有機物を含有する廃水の処理方法には、汚泥の安定化及びメタンガスの回収を目的として、嫌気性消化法が一般的に用いられる。嫌気性消化法としては、有機物を含有する廃水をメタン発酵槽（消化槽）に投入し、嫌気性下でメタン菌により発酵処理することで、有機物をメタンガスに転換するメタン発酵法が汎用される。投入原料の性状及び運転条件によって、様々な処理方法及びメタン発酵槽が提案されている。

嫌気性下でメタン菌により有機物が嫌気的に生分解されると、バイオガスと水とに分解される。このような嫌気性消化法は、廃水に含有されている有機物を大幅に減少することができると共に、副産物として生成するメタンガス（バイオガス）をエネルギーとして回収できる利点がある。

廃水中には難分解性で比重の高い固形物又は発酵不適物（砂、毛髪、ビニール片等）も存在することから、メタン発酵槽内にこれらが徐々に堆積する。そのため、定期的にメタン発酵槽底面に堆積した堆積物を除去したり、堆積物の堆積を防止したりする必要がある。堆積物の堆積を防止するためには、メタン発酵槽へと供給される廃水から固形物又は発酵不適物を除去することが効果的である。

下水中のし渣は、一般的には、下水流入口に設置したバースクリーン又はドラムスクリーンによって捕捉及び除去され、汚水と固形物を分離して後工程で個別的に処理される。スクリーンは、細目スクリーンでの目幅が数10mm〜100mm程度、微細目スクリーンにおいてもその目幅は数mm程度であり、微細目スクリーンの目幅より小さな毛髪のようなし渣は、スクリーンでの捕捉除去は困難あり、毛髪のようなし渣は、廃水と共にメタン発酵槽へ供給されやすい。

特許文献１は、下水処理槽の水路内における、沈降しやすい毛髪等のし渣を浮上流出させるに必要な流速を有する位置に、昇降可能としたネットスクリーンを設置することを特徴とする下水処理槽におけるし渣除去装置を開示している。特許文献１の装置によれば、汚泥より比重が大きく沈降しやすい毛髪等もネットスクリーンにて収集捕捉でき、曝気機又は汚泥掻寄機のような水処理機械への巻き付きが未然に防止できるとされている。

特許文献２は、最初沈殿池等の前処理設備を経由したあるいは直接流入する汚水を、流入スクリーンを通さず毛髪類を含んだまま反応槽に流入させ、反応槽で微生物担体を用いた生物処理を行い、生物処理された処理水はスクリーンに付着した毛髪類の通過補助手段を備えた担体分離スクリーンを通し、生物処理担体は分離するが毛髪類は分離することなく槽外へ流出させることを特徴とする毛髪類を含む下水の生物処理方法を開示している。特許文献２の方法によれば、設備コストを引き下げ、及びスクリーン清掃のメンテナンス作業の負担を軽減することができ、しかも従来と同様に微生物担体を用いた生物処理を行うことができるとされる。

一方、下水処理以外の分野においても、撹拌装置に繊維等が絡まることを防止することが好ましい場合がある。特許文献３は、野菜の繊維等が絡みつかないように、処理槽壁面に取り付けられた軸受と、これに支持される撹拌軸との接合部分に、ボルトのような連結部分を覆うようにして、半円状かつ平滑な外周面を有する密封部材を設けた生ゴミ処理装置を開示している。

特開平８−２４８３８号公報 特開２００８−２２９４６６号公報 特開２００２−１２７５号公報

メタン発酵槽は、低温発酵においては温度20℃付近で滞留時間30〜60日、中温発酵においては温度37℃付近で滞留時間20〜30日、高温発酵においては温度55℃付近で滞留時間7〜20日程度で運転される。また、メタン発酵槽には、被処理液を撹拌するための撹拌装置（例えば、インペラ、パドル又はスクリュー）が設けられることが一般的であり、被処理液の液温は、比較的均一に保たれている。

このため、メタン発酵槽に供給される廃水中にし渣が混入した場合、砂のような固形物が混入した場合と異なり、堆積物量が増大することよりも、撹拌装置にし渣が絡みつき、撹拌装置の動力が増大したり、撹拌性能が低下したりすることが大きな問題となる。

特許文献１に開示されるし渣除去装置は、流速が速く、乱流が発生する場所にネットスクリーンを設置することにより、底に沈んだ毛髪をも浮上させて捕集するが、大型のメタン発酵槽には適用できない。また、特許文献２に開示される生物処理方法は、微生物担体を用いた生物処理方法には有効だが、メタン発酵槽におけるし渣除去には適用できない。

さらに、特許文献３に開示されているような生ゴミ処理装置と比較して、メタン発酵槽は大型であり、撹拌装置に絡まったし渣を除去することは容易ではない。そのため、メタン発酵槽の撹拌装置においては、し渣が絡みつかないような構造とすることはもちろん、絡みついてしまったし渣を除去し得る構造又は操作が求められる。

本発明は、メタン発酵槽内の撹拌装置に絡まったし渣を有効に除去し得るし渣除去防止方法、及びそのようなし渣除去方法の実施に適したメタン発酵槽の提供を目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した。その結果、撹拌装置の回転軸と撹拌翼との接続部分を、特許文献３に示されているような密封部材で覆うだけでは、撹拌装置へのし渣、特に毛髪又は獣毛（毛髪類）の絡みつきを完全には防止できないが、密封部材から水、被処理液又は消化ガスを放出させ、撹拌装置を通常運転時の回転方向と逆方向に回転させることにより、毛髪類を効率よく除去し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

具体的に、本発明は、
撹拌翼によって被処理液を撹拌する撹拌装置を備えるメタン発酵槽における、撹拌装置に絡まったし渣を除去する方法であって、
前記方法は、
前記撹拌装置の回転シャフトを中空とし、
前記回転シャフトには、前記撹拌翼との接続部分近傍に開口部を設けると共に、前記回転シャフトと前記撹拌翼との接続部分を覆うように、複数の開口部を有し、かつ、外表面が平坦な被覆部材を取り付け、
一定期間毎に、前記撹拌装置を通常運転時と逆回転させると共に、前記回転シャフトに除去用媒体を供給し、前記回転シャフトの開口部を経由して前記被覆部材の開口部から前記除去用媒体を放出させることにより、前記撹拌装置に絡まったし渣を除去することを特徴とする、方法に関する。

また、本発明は、
撹拌翼によって被処理液を撹拌する撹拌装置を備えるメタン発酵槽であって、
前記撹拌装置の回転シャフトが中空であり、
前記回転シャフトには、前記撹拌翼との接続部分近傍に開口部が設けられており、
前記回転シャフトと前記撹拌翼との接続部分は、複数の開口部を有し、かつ、外表面が平坦な被覆部材で覆われており、
前記回転シャフトには、除去用媒体を供給する供給管が接続されており、
一定期間毎に、前記撹拌装置を通常運転時と逆回転させると共に、前記回転シャフトに前記除去用媒体を供給し、前記回転シャフトの開口部を経由して前記被覆部材の開口部から前記除去用媒体を放出させることにより、前記撹拌装置に絡まったし渣を除去することを特徴とする、メタン発酵槽に関する。

メタン発酵槽内に被処理水と共に混入したし渣は、撹拌装置の回転シャフトと撹拌翼との接続部分に絡みつきやすい。回転シャフトと撹拌翼とは、ボルトのような連結部材によって固定されている場合が多く、このような連結部材が突起していれば、し渣がさらに撹拌装置に絡みつきやすくなる。

連結部材の有無に拘わらず、接続部分を平滑な外周面を有する被覆部材で覆うことにより、撹拌装置へのし渣の絡みつきはある程度防止し得ると考えられる。しかし、そのような被覆部材を設けても、し渣の絡みつきを完全に防止することは不可能である。また、撹拌装置を通常運転時とは逆回転させることにより、絡まったし渣がある程度ほぐれることが予想されるが、毛髪類のようなし渣が絡みついている場合には、撹拌装置の逆回転だけによって、撹拌装置からし渣を除去することは困難である。

ここで、撹拌装置の回転シャフトを中空として、除去用媒体（液体であってもよく、気体であっても良い）を回転シャフト内に供給する。撹拌翼との接続部分付近には開口部が設け、さらに複数の開口部を有する被覆部材で接続部分を覆えば、除去用媒体は、回転シャフトの開口部を経て被覆部材内へと供給され、さらに被覆部材の複数の開口部から外向きに放出される。本発明においては、被覆部材から外側に向けたこうした液体又は気体である除去用媒体の放出と、撹拌装置の逆回転との併用により、従来は困難であった撹拌装置に絡まった毛髪類のようなし渣の除去が達成し得る。

前記除去用媒体は、水、被処理液、消化ガス、窒素又は二酸化炭素であることが好ましい。

前記被覆部材の開口部から放出される前記除去用媒体の初速は、50cm/秒以上100cm/秒以下とすることが好ましい。

前記し渣は、毛髪であることが好ましい。

本発明によれば、撹拌装置に絡まった毛髪類のようなし渣を、効率よく除去することが可能である。

本発明を実施するためのメタン発酵槽の一例を示す。 被覆部材１３ａ付近の拡大図を示す。 図２に示される部分の透視図を示す。 図２のＡ−Ａ’断面図を示す。 本発明を実施するためのメタン発酵槽の別の一例を示す。 本発明を実施するためのメタン発酵槽のさらに別の一例を示す。

本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。

（実施形態１）
図１は、本発明を実施するためのメタン発酵槽の一例を示す。本発明で使用されるメタン発酵槽１は、下水処理場で発生する初沈汚泥及び余剰汚泥を消化処理して消化ガスを取り出すように構成されている。このようなメタン発酵槽の缶体高さは、10m以上30m以下で、直径（水平方向の断面が多角形の場合は、内接円の直径は10m以上30m以下であることが一般的である。

メタン発酵槽１内の被処理液（下水のような被処理水）３は、メタン発酵槽１の下部から配管５を通じてポンプ（図示せず）によって取り出され、加温装置６により、例えば、中温発酵に適した37℃〜40℃に加温される。加温された被処理液３は、配管７を経てメタン発酵槽１へと返送される。メタン発酵槽１には、中央部にモータＭに接続された撹拌装置２が設けられている。

撹拌装置２は、回転シャフト８、回転翼９ａ及び９ｂから構成されている。回転シャフト８は、メタン発酵槽１の上部に設けられたモータＭによって回転するようになっている。回転翼９ａと回転シャフト８との接続部分は、被覆部材１３ａで覆われている。回転翼９ｂと回転シャフト８との接続部分は、被覆部材１３ｂで覆われている。撹拌装置２によって被処理液３が撹拌され、メタン発酵槽１内の被処理液３の温度が均一に保たれている。

メタン発酵槽１の底面付近には、堆積物を抜き出すための引き抜き配管４が設けられており、ポンプＰの動力によって堆積物をメタン発酵槽１から定期的に除去する。

被処理液３の具体例は、下水処理場で発生する汚泥又は食品廃棄物、畜産由来の糞尿等のバイオマスを含む液であるが、有機物を含有し、メタン菌の発育に悪影響を与える物質を含有していない限り、被処理液３としてメタン発酵槽１へと供給してよい。なお、メタン発酵槽に供給される汚泥又は食品廃棄物は、事前に固形分濃度2〜10％に調整されることが好ましい。

回転シャフト８は、中空構造であり、その上端は給水配管１０を経て貯水槽１１に接続されている。通常運転時には、貯水槽１１内に貯水されている水は、給水配管１０へは供給されない。ここでいう水は、水道水、工業用水又は河川水のように塩分を含有せず、有機物のメタン発酵に影響する成分を含有していなければ足りる。一定期間毎に、撹拌装置２に絡まったし渣を除去するために除去運転を行う際には、貯水槽１１内に貯水されている水が、給水配管１０に設けられたポンプＰによって回転シャフト８へ供給される。回転シャフト８には、後述するように開口部１２ａ〜１２ｃが設けられており、給水配管１０を経て回転シャフト８に供給された水は、開口部１２ａ〜１２ｃから放出される。回転シャフト８と、撹拌翼９ａ及び９ｂと接続部分には、被覆部材１３ａ及び１３ｂが取り付けられている。

図２は、被覆部材１３ａ付近の拡大図を示す。被覆部材１３ａ及び１３ｂは、構造及び機能が同じである。被覆部材１３ａは、平滑な外周面を有する部材であり、その上部と中央部と下部には、複数の開口部（１４ａ〜１４ｃ）が円周方向に配置されている。図２では、開口部１４ａ〜１４ｃは、スリット状であるが、円形であってもよい。また、被覆部材１３の形状は、図２に示される形態に限定されず、表面が平滑である限り、球状であってもよく、円柱状であってもよい。回転シャフト８の開口部１２ａ〜１２ｃから放出された水は、さらに被覆部材１３ａの複数の開口部１４ａ〜１４ｃから被処理液３中へと放出される。

図３は、図２に示される部分の透視図を示す。回転シャフト８には、開口部１２ａ〜１２ｃが設けられている。回転翼９ａは、回転シャフト８の一部である翼取付部１５ａとボルト１６ａによって固定されている。同様に、回転翼９ｂは、回転シャフト８の一部である翼取付部１５ｂとボルト１６ｂによって固定されている。図３に示されるように、回転シャフト８と撹拌翼９ａ，９ｂとの接続部分には、翼取付部１５ａ，１５ｂ、ボルト１６ａ，１６ｂのような突起物が存在している。このため、通常運転を継続していると、図３に示される回転シャフト８と撹拌翼９ａ，９ｂとの接続部分には、毛髪類のようなし渣が絡みついてしまう。

被覆部材１３ａによって、翼取付部１５ａ，１５ｂ、ボルト１６ａ，１６ｂを含め、し渣が絡みつきやすい回転シャフト８と撹拌翼９ａ，９ｂとの接続部分を覆うことによって、撹拌装置２を回転させてもし渣は絡みつきにくくはなる。しかし、メタン発酵槽１を連続して運転し、撹拌装置２の回転時間が長くなれば、徐々にし渣が被覆部材１３ａ及び１３ｂ付近に絡みつく。撹拌装置２にし渣が大量に絡まった場合、撹拌抵抗が大きくなり、モータＭの消費電力が増大する。また、撹拌装置２の撹拌効率も低下する。さらに、撹拌装置２をメタン発酵槽１から取り出してし渣を除去するためには、多大な労力を要する。

そこで、本発明においては、一定期間毎にし渣の除去運転を行い、その際には撹拌装置２を通常運転時と逆方向に回転させる。これにより、絡まったし渣は、ある程度ほぐれることになる。モータＭは、通常運転時の回転方向とは逆方向に回転させるが、逆回転の速度は、通常運転時の0.3倍〜0.7倍とすることが好ましく、0.4〜0.6倍とすることがより好ましい。

さらに、本発明においては、回転シャフト８を経て被覆部材１３ａの開口部１４ａ〜ｃから水を放出し、ほぐれたし渣を水流によって撹拌装置２から剥離させることが可能となる。開口部１４ａ〜ｃから放出される水流は、初速50cm/秒以上100cm/秒以下に調整されることが好ましい。剥離されたし渣は、堆積物としてメタン発酵槽１の底面に堆積するが、上述したように、ポンプＰの動力によって他の堆積物と共に、引き抜き配管４から定期的に除去される。

図４は、図２のＡ−Ａ’断面図を示す。開口部１４ｂの外側には、被覆部材１３ａの内側から外側へ向かって放出される水が、被覆部材１３ａの外周面となす角度が10°以上30°以下となるように、突起部１７が形成されていることが好ましい。水を逆回転方向に向かって斜めに放出させることにより、し渣を撹拌装置２からより剥離させやすくなる。開口部１４ａ及び１４ｃについても同様である。開口部１４ａ〜１４ｃの断面寸法は、スリット状の場合には5mm×50mm程度、円形の場合には直径10mm程度とすることが実用的である。開口部１４〜１４ｃの相互の間隔は、10cm程度とすることが実用的である。なお、開口部１４ａ〜１４ｃからの水の放出時間は、5〜10分程度とすることが実用的である。一定時間経過後、通常運転に切り替える。

（実施形態２）
図５は、本発明を実施するためのメタン発酵槽の別の一例を示す。図５に示されるメタン発酵槽１８は、撹拌装置２の上端が被処理液配管１９に接続されている。本実施形態では、一定期間毎に、撹拌装置２に絡まったし渣を除去するために除去運転を行う際に、被処理液３が、被処理液配管１９に設けられたポンプＰによって回転シャフト８へ供給される。これ以外は、すべて実施形態１と同様である。本実施形態は、し渣の除去運転を長時間行っても、被処理液３の成分が変化しない。

（実施形態３）
図６は、本発明を実施するためのメタン発酵槽のさらに別の一例を示す。図６に示されるメタン発酵槽２０は、撹拌装置２の上端が消化ガス配管２１に接続されている。本実施形態では、一定期間毎に、撹拌装置２に絡まったし渣を除去するために除去運転を行う際に、メタン発酵槽２０内の上部空間にある消化ガスが、消化ガス配管２１に設けられたコンプレッサＣによって回転シャフト８へ供給される。これ以外は、すべて実施形態１と同様である。本実施形態は、し渣の除去運転を長時間行っても、メタン発酵槽２０内の消化ガスの成分が変化しない。

被覆部材１３ａ及び１３ｂの開口部から、気体の除去用媒体（消化ガス、窒素又は二酸化炭素）を放出させることによっても、撹拌装置２からし渣を剥離させることが可能である。被覆部材１３ａ及び１３ｂの開口部から窒素又は二酸化炭素を放出させる場合には、撹拌装置２の上端を、窒素ガスボンベ又は炭酸ガスボンベのようなガス供給源に接続する。本実施形態は、被覆部材１３ａ及び１３ｂの開口部から、液体の除去用媒体を放出させる場合と比較して、し渣除去運転に要する消費電力が少なくて済む。

１，１８，２０：メタン発酵槽
２：撹拌装置
３：被処理液
４：引き抜き配管
５，７：配管
６：加温装置
８：回転シャフト
９ａ，９ｂ：撹拌翼
１０：給水配管
１１：貯水槽
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：回転シャフトの開口部
１３ａ，１３ｂ：被覆部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：被覆部材の開口部
１５ａ，１５ｂ：翼取付部
１６ａ，１６ｂ：ボルト
１７：開口部出口の突起部
１９：被処理液配管
２１：消化ガス配管
Ｍ：モータ
Ｐ：ポンプ
Ｃ：コンプレッサ

Claims (5)

1. 撹拌翼によって被処理液を撹拌する撹拌装置を備えるメタン発酵槽における、撹拌装置に絡まったし渣を除去する方法であって、
   前記方法は、
   前記撹拌装置の回転シャフトを中空とし、
   前記回転シャフトには、前記撹拌翼との接続部分近傍に開口部を設けると共に、前記回転シャフトと前記撹拌翼との接続部分を覆うように、複数の開口部を有し、かつ、外表面が平坦な被覆部材を取り付け、
   一定期間毎に、前記撹拌装置を通常運転時と逆回転させると共に、前記回転シャフトに除去用媒体を供給し、前記回転シャフトの開口部を経由して前記被覆部材の開口部から前記除去用媒体を放出させることにより、前記撹拌装置に絡まったし渣を除去することを特徴とする、方法。
2. 前記除去用媒体が水、被処理液、消化ガス、窒素又は二酸化炭素であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記被覆部材の開口部から放出される前記除去用媒体の初速を50cm/秒以上100cm/秒以下とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記し渣が毛髪である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 撹拌翼によって被処理液を撹拌する撹拌装置を備えるメタン発酵槽であって、
   前記撹拌装置の回転シャフトが中空であり、
   前記回転シャフトには、前記撹拌翼との接続部分近傍に開口部が設けられており、
   前記回転シャフトと前記撹拌翼との接続部分は、複数の開口部を有し、かつ、外表面が平坦な被覆部材で覆われており、
   前記回転シャフトには、除去用媒体を供給する供給管が接続されており、
   一定期間毎に、前記撹拌装置を通常運転時と逆回転させると共に、前記回転シャフトに前記除去用媒体を供給し、前記回転シャフトの開口部を経由して前記被覆部材の開口部から水又は消化ガスを放出させることにより、前記撹拌装置に絡まったし渣を除去することを特徴とする、メタン発酵槽。

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