JP5764183B2 - メタン発酵槽及びメタン発酵槽へのし渣混入防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理汚泥（下水を生物処理する際に発生する初沈汚泥及び余剰汚泥）を処理するメタン発酵槽において、メタン発酵槽へのし渣混入防止方法に関する。また、本発明は、そのようなし渣混入防止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、下水処理汚泥中にこのような発酵不適物等が混入すると、下水処理汚泥を消化処理（メタン発酵する）際に、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下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。そのため、発酵槽の前段に沈澱池を設けて沈澱分離したり、浮上分離したりすることが行われている。

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。

特開平８−２４８３８号公報 特開２００８−２２９４６６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。また、メタン発酵槽に投入する汚泥に対しても、発酵不適物等を除去するためにフィルタのような濾過装置をメタン発酵槽前に設けることもあるが、すぐにフィルタが詰まってしまうという問題がある。さらに、被処理液（発酵液）の加熱のために熱交換器を設置している場合、熱交換器にし渣が絡みついて熱交換効率が低下する問題も生じてくる。

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。

本発明は、簡単な設備によってメタン発酵槽へ供給される下水処理汚泥中のし渣を有効に除去し得るメタン発酵槽へのし渣混入防止方法、及びそのようなし渣混入防止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、メタン発酵槽の上部に設けられる汚泥供給管の出口近傍に回転ブラシを配置することにより、従来は除去しにくかった汚泥中に含有されるし渣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、
上部に汚泥供給管が接続された、下水処理汚泥を発酵液とするメタン発酵槽において、
前記汚泥供給管は、出口側がメタン発酵槽内で水平方向に開口しており、
前記汚泥供給管の出口側であって、前記汚泥供給管からメタン発酵槽内へと供給される汚泥と接触する位置にブラシ部が配置されるように回転ブラシを設け、
前記回転ブラシは、ブラシ部と軸部とから構成され、
前記軸部の向きは、垂直方向であり、
前記回転ブラシのブラシ部を回転させることにより、汚泥中に含有されるし渣を前記回転ブラシで捕捉及び除去し、
前記し渣は、毛髪であることを特徴とする、メタン発酵槽へのし渣混入防止方法に関する。

また、本発明は、
下水処理汚泥を発酵液（被処理液）とするメタン発酵槽であって、
上部に設けられた汚泥供給管と、
汚泥供給管の出口側であって、汚泥供給管からメタン発酵槽内へと供給される汚泥と接触する位置に設けられた回転ブラシとを備え、
前記汚泥供給管は、出口側がメタン発酵槽内で水平方向に開口しており、
前記回転ブラシは、ブラシ部と軸部とから構成され、
前記軸部は、メタン発酵槽の上面に取り付けられたモータに接続されており、
前記軸部の向きは、垂直方向であり、
前記汚泥供給管からメタン発酵槽内に供給される汚泥中に含有されているし渣を回転ブラシによって捕捉及び除去し、
前記し渣は、毛髪であることを特徴とする、メタン発酵槽に関する。

前記軸部の向きは、垂直方向である（すなわち、軸部が縦に向いている）。

回転ブラシの軸部が垂直であることにより、回転ブラシの交換又はブラシ部を清掃する際に、回転ブラシの取り外し及び取り付けがしやすい。

本発明において、回転ブラシで捕捉及び除去する対象となるし渣は、毛髪である。

回転ブラシを使用することにより、従来は捕捉しにくかった毛髪を効率よくブラシ部に絡ませ、汚泥中から除去することが可能である。

前記ブラシ部の水平方向の長さが汚泥供給管の出口部の内径の1.5倍以上3倍以下であり、
前記ブラシ部の垂直方向の長さが汚泥供給管の出口部の内径の2倍以上5倍以下であり、
前記汚泥供給管の出口と前記ブラシ部との間の距離は、前記汚泥供給管内の汚泥が1秒間に移動する距離の1倍以上2倍以下であることが好ましい。

ブラシ部によって毛髪を効率よく絡めとるためには、ブラシ部が所定の大きさを有し、かつ、汚泥供給管出口から供給される汚泥と接触する確率の高い位置にブラシ部を配置することが好ましい。

なお、運転時における回転ブラシの回転数は、し渣が回転ブラシから離れない程度の低回転数である5rpm以上10rpm以下とすることが、実用的には好ましい。

前記回転ブラシは、前記上面に設けられたフランジと、該フランジ下面に設けられた回転軸とを介してモータと接続されており、
前記フランジは、前記上面との間に蝶番を備え、該蝶番を用いて開閉可能であり、
前記回転軸と前記回転ブラシの軸とは、前記フランジを開いたときに前記回転ブラシの軸が垂直になるように自在継手を介して接続されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、回転ブラシの交換又はブラシ部の清掃を容易に行うことが可能となる。

本発明によれば、下水処理汚泥中に含有される毛髪を、汚泥供給管出口付近で効率よく除去し得るため、メタン発酵槽内の撹拌装置への毛髪の絡まりを防止することが可能となる。

本発明を適用し得る一般的なメタン発酵槽を示す。 本発明の実施形態１のメタン発酵槽上部の構造を示す。 実施形態１における回転ブラシの取り外し手順を示す。 本発明の実施形態２のメタン発酵槽上部の構造を示す。 実施形態２における回転ブラシの取り外し手順を示す。

本発明の実施形態について、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。

図１は、本発明を適用し得る一般的なメタン発酵槽を示す。メタン発酵槽１には、撹拌装置２が設けられており、発酵液である汚泥３（下水処理汚泥、被処理液である発酵液）を撹拌するように構成されている。撹拌装置２は、上面４に設けられたモータ５に接続されている。上面４には、汚泥供給管６が接続されている。メタン発酵液となる下水処理汚泥は、上面４側の入口側７からメタン発酵槽１内の出口８へと流れ、槽内に供給される。供給される汚泥は、固形分濃度が2〜3質量％程度に調整されていることが好ましい。汚泥供給管６の出口８は、汚泥３の液面よりも下に位置する。

（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１のメタン発酵槽上部の構造を示す。汚泥供給管６の縦管部分に平行してさや管９が設けられている。図２では、回転ブラシ１２は、さや管９内を通ってメタン発酵槽１内に投入されている。回転ブラシ１２の取り付け及び取り外しを行う際には、さや管９内に汚泥３が存在することによって、メタン発酵槽１内が外気と遮断されていることが必要である。メタン発酵槽１内に存在する消化ガスが外気へと漏れることは好ましくなく、逆にメタン発酵槽1内に外気が入ることは、メタン発酵に好ましくない。

さや管９を設けずにメタン発酵槽１内に回転ブラシ１２を直接投入してもよい。この場合、回転ブラシ１２の取り付け及び取り外しを行う際に、メタン発酵槽１内と外気とが接触しないようにシールする必要がある。回転ブラシ１２は、軸部１０及びブラシ部１１から構成されている。ブラシ部１１は、汚泥供給管６の出口８からメタン発酵槽１内へと供給される汚泥と接触する位置に配置される。回転ブラシ１２は、図２に示されるように、軸部１０の向きが垂直方向となるように配置されることが好ましい。

ブラシ部１１は、水平方向の長さ（図２における符号ａ）が汚泥供給管６の出口部８の内径の1.5倍以上3倍以下であり、垂直方向の長さ（図２における符号ｂ）が汚泥供給管６の出口部８の内径の2倍以上5倍以下となるように調整されることが好ましい。実用的な観点からは、ブラシ部１１の垂直方向の長さは、汚泥供給管６の出口部８の内径の2倍以上3倍以下となるように調整されることがより好ましい。汚泥供給管６の出口部８の内径は、5cｍ以上15cｍ以下であることが好ましい。

汚泥供給管６の出口８とブラシ部１１との間の距離（図２における符号ｃ）は、汚泥供給管６内の汚泥が1秒間に移動する距離の1倍以上2倍以下となるように調整されることが好ましい。例えば、汚泥流速が0.5ｍ／秒の場合、汚泥供給管６の出口８とブラシ部１１との間の距離は0.5ｍ〜1ｍとなる。これ以上距離が離れると、し渣をブラシ部１１に絡みとらせることが困難となる。逆に距離が近すぎると、ブラシ部１１の軸部１０にかかる曲げモーメントが大きくなり、回転ブラシ１２を安定して使用することができなくなる。

軸部１０の長さは、汚泥供給管６の縦方向の長さによって変動するが、汚泥供給管６の出口部８の径中心部とブラシ部１１の垂直方向の長さの中心部とが一致するように設置されることが好ましい。また、ブラシ部１１のブラシは、図２に示されるように、先端部が上向きであってもよく、水平であってもよい。

軸部１０は、自由継手１３を介して回転軸１４と接続されている。自由継手１３は、JIS B1454に規定されるような種類であれば、特に限定されない。さや管９の上端は、上面４に開口しており、その開口部にはフランジ１５が設けられている。フランジ１５の上部には、モータ１８が設置されており、回転軸１４とモータ１８とは、シール機構１６を介して接続されている。フランジ１５とメタン発酵槽１の上面４との間には、蝶番１７が介在している。

モータ１８を回転させることにより、回転ブラシ１２が回転する。ブラシ部１１には汚泥が接触するが、毛髪のようなし渣は、ブラシ部１１のブラシに絡まりやすい。その結果、メタン発酵槽１へ貯留される汚泥には、毛髪のようなし渣が混入しにくく、図１に示される撹拌装置２にし渣が絡まることが防止される。モータ１８の回転数は、5rpm以上10rpm以下に調整されることが好ましい。

一定時間経過すると、ブラシ部１１に多量のし渣が絡め取られ、新たに汚泥供給管６から供給される汚泥中のし渣を回転ブラシ１２によって除去する効果が小さくなる。そのため、一定時間毎に、回転ブラシ１２を交換するか、又はブラシ部１１を清掃し、し渣を取り除く必要がある。

図３は、実施形態１における回転ブラシの取り外し手順を示す。まず、図３(a)に示されるように、蝶番１７を支点としてフランジ１５を立てるように開く。このとき、回転ブラシ１２の軸部１０の向きは垂直方向のままである。

次に、自由継手１３から軸部１０を外し、回転ブラシ１２をさや管９から抜き出す。新しい回転ブラシ１２又はブラシ部１１の清掃後の回転ブラシ１２は、上記と逆の手順によって容易に取り付け可能である。

回転部ブラシ１２は、最初に短い間隔で回転ブラシ１２を取り出して、どの程度の時間メタン発酵槽１を運転すれば交換又は製造が必要になるかを確認し、その後は、一定期間毎に交換又は清掃の作業を行うことにすれば足りる。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２のメタン発酵槽上部の構造を示す。メタン発酵槽１の基本構造は、蝶番１７を有さず、回転軸１４と軸部１０とが自由継手１３を介して接続されていないこと以外、実施形態１と同様であるため、実施形態１との相違点についてのみ、ここで説明する。なお、軸部１０は、回転軸１４にネジ止めされていてもよく、又はボルトのような固定具を用いて固定されていてもよい。

回転ブラシ１２の取り外し手順は、以下の通りである。メタン発酵槽１上面より突出したさや管９に設けられたフランジ１５を開く。開口部より自由継手１３から軸部１０を外し、回転ブラシ１２をさや管９から取り外す。開口部１９は、回転ブラシ１２をスムーズに取り出せるように、メタン発酵槽上面より50cm程度離れた位置に設置されることが好ましい。開口部１９の開口径は、20cm程度は必要である。

図５は、実施形態１における回転ブラシの取り外し手順を示す。まず、図５(a)に示されるように、フランジ１５を持ち上げる。このとき、回転ブラシ１２の軸部１０の向きは垂直方向のままである。

次に、図５(b)に示されるように、回転軸１４と軸部１０とを分離する。その後、図５(c)に示されるように、回転ブラシ１２をさや管９から抜き出す。新しい回転ブラシ１２又はブラシ部１１の清掃後の回転ブラシ１２は、上記と逆の手順によって容易に取り付け可能である。

通常はメタン発酵槽１内の内圧が大気圧よりも高いため、回転ブラシ１２の交換のために上面４の開口部に設けられたフランジ１５を開けると、槽内の汚泥３が噴出する可能性もある。このため、さや管９を長くしておくことが好ましい。

本発明は、廃水処理分野において有用である。

１：メタン発酵槽
２：撹拌装置
３：汚泥（被処理液である発酵液）
４：メタン発酵槽の上面
５：モータ（撹拌装置駆動用）
６：汚泥供給管
７：汚泥供給管の入口側
８：汚泥供給管の出口
９：さや管
１０：軸部
１１：ブラシ部
１２：回転ブラシ
１３：自由継手
１４：回転軸
１５：フランジ
１６：シール機構
１７：蝶番
１８：モータ（回転ブラシ駆動用）
１９：さや管の開口部

Claims (5)

1. 上部に汚泥供給管が接続された、下水処理汚泥を発酵液とするメタン発酵槽において、
   前記汚泥供給管は、出口側がメタン発酵槽内で水平方向に開口しており、
   前記汚泥供給管の出口側であって、前記汚泥供給管からメタン発酵槽内へと供給される汚泥と接触する位置にブラシ部が配置されるように回転ブラシを設け、
   前記回転ブラシは、ブラシ部と軸部とから構成され、
   前記軸部の向きは、垂直方向であり、
   前記回転ブラシのブラシ部を回転させることにより、汚泥中に含有されるし渣を前記回転ブラシで捕捉及び除去し、
   前記し渣は、毛髪であることを特徴とする、メタン発酵槽へのし渣混入防止方法。
2. 前記ブラシ部の水平方向の長さが前記汚泥供給管の出口部の内径の1.5倍以上3倍以下であり、
   前記ブラシ部の垂直方向の長さが前記汚泥供給管の出口部の内径の2倍以上5倍以下であり、
   前記汚泥供給管の出口と前記ブラシ部との間の距離が、前記汚泥供給管内の汚泥が1秒間に移動する距離の1倍以上2倍以下である、請求項１に記載のメタン発酵槽へのし渣混入防止方法。
3. 下水処理汚泥を発酵液とするメタン発酵槽であって、
   上部に設けられた汚泥供給管と、
   汚泥供給管の出口側であって、汚泥供給管からメタン発酵槽内へと供給される汚泥と接触する位置に設けられた回転ブラシとを備え、
   前記汚泥供給管は、出口側がメタン発酵槽内で水平方向に開口しており、
   前記回転ブラシは、ブラシ部と軸部とから構成され、
   前記軸部は、メタン発酵槽の上面に取り付けられたモータに接続されており、
   前記軸部の向きは、垂直方向であり、
   前記汚泥供給管からメタン発酵槽内に供給される汚泥中に含有されているし渣を回転ブラシによって捕捉及び除去し、
   前記し渣は、毛髪であることを特徴とする、メタン発酵槽。
4. 前記ブラシ部の水平方向の長さが前記汚泥供給管の出口部の内径の1.5倍以上3倍以下であり、
   前記ブラシ部の垂直方向の長さが前記汚泥供給管の出口部の内径の2倍以上5倍以下であり、
   前記汚泥供給管の出口部と前記ブラシ部との間の距離が、前記汚泥供給管内の汚泥が1秒間に移動する距離の1倍以上2倍以下である、請求項３に記載のメタン発酵槽。
5. 前記回転ブラシは、前記上面に設けられたフランジと、該フランジ下面に設けられた回転軸とを介してモータと接続されており、
   前記フランジは、前記上面との間に蝶番を備え、該蝶番を用いて開閉可能であり、
   前記回転軸と前記回転ブラシの軸とは、前記フランジを開いたときに前記回転ブラシの軸が垂直になるように自在継手を介して接続されている、
   請求項４に記載のメタン発酵槽。

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