JPS58196898A - 嫌気性消化槽装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、有機質汚水又はそれらの汚泥の処理系に設置
される嫌気性消化槽にあって、機構の異なる複飲の気液
混合攪拌手段の併用又はスクリュ一式等のＪＪ！械的攪
拌手段七気液混合攪拌手段との混用せる関連作動効果に
より、メタン菌の繁殖と分解処理活動とを活発に行なわ
せると共に、発泡及びスカム発生を抑止し汚泥中の砂の
除去を容易にして、処理性能を改善向上させた嫌気性消
化槽に係るものである。

嫌気性直による消化法（以下単に消化法と称する）は下
水処理の１方法として、改善すべき点が指摘されつつも
一応の目的ｋＭするものとして多く用いられてきたが、
下水処理場における省エネルギ一対策並びに維持管理費
の低減対策の一環として消化法が最近特に見直され高く
評価されるようになってきた。

しかし、現在１ｉ１中の在米の７１化、Ｍについては次
のような問題点があり、それらが改善ナベき点として指
摘されている。すなわち、在来の消化槽は、 （イ）嫌気性菌の反応速度が遅いため、一定規模の処理
量を確保するためには大容量の消化槽を建設しなければ
ならず、建設費が高くつくこと（わが国では消化槽容量
の算定が、消化温度３０’Ｃテ３０日消化に処ることが
基準となって（Ｊる０）、（ロ）大容量の消化槽は広い
建設用地を必要とするが建設用地の取得がますまず困難
となっていること、 （ハ）　消化槽が大きくなると槽内の攪拌が悪くなシ、
攪拌が悪いときはスカムが異常に発生する。

このスカムの除去と処分とが困難で維持管理面での大き
な負担となっていること、 等が解決を要する問題点となっている。

そこで上記の各問題点の原因となる事項について検討す
ると、 第１の原因は、わが国の下水処理場で発？する汚泥の質
が嫌気性菌によって比較的分解し難い性質がある。

第２の原因は、設備並びに維持管理面からみると、嫌気
性菌の活動を活発に行なわせることができる条・庁とし
てはｐＨ％温度、汚泥濃度及び槽内混合攪拌を好適な状
態とし、さらにスカム及び砂の除去をすることが肝要で
あるにも拘らず、これらの好適条件を常に保ち得る構造
になされておらず、同時に連伝音理の面からも間＠を生
じ易い傾向がみられる。

木発明者達は上記のごとき問題点を解決するために試験
、研究を行ない、それに基いて、消化槽性能の向上には
次のような事項が必須であることをｉ認した。丁なわち
、 （ａ）　　汚泥の基質を嫌気性発酵がし易いようにする
ことが先決であシ、そうすれば分解率と分解速度とが高
まり、消化省の小型化が可能となる。

汚泥の基質を改善するには特願昭５５−１６１０７４号
、特願昭５５−１８６５２７号及び特願昭５６−１４４
３３１□ 号によりその対ｆＲを公表した。

（ｂ）　　嫌気性１にとって好適な培地、換言すれば活
発に活動するための環境づくりは消化槽設備とその維持
管理に係り、比較的藺単な維持管理で最高の環境づくり
が期待できる消化槽設備となすことである。

設備面から嫌気性菌の代謝を改善する対策で最も効果的
な手段は、消化７福度を最適温度に呆って嫌気性菌を活
幼し易い状急にすることと、消化槽の攪拌を効率よく行
なうことである。特に攪拌はぼ気性菌に汚泥中の有機物
を栄養として均等に供給し、菌と充分に混合接触させ菌
の酵素反応によって、有機物を速やかに分解する効果を
著しく増大させる。

また、攪拌が充分であると４曹内の温度、汚泥濃度及び
ｐＨ等が均一化され嫌気性−にとって生活環境がよくな
る。さらに、健気性菌により有機物を分解する際には、
発生する中間生成物やメタンガス等が嫌気性菌の活動を
阻害するが充　。

分なコλ拌はこれらの代謝生産物の排除にも、更（（は
スカムの発生防止にも卓効がある。

以上の（ａ）及び（ｂ）として指摘した事項を要約する
と、消１ヒ漕の性能はその燻拌＠平に支配され、消化槽
の攪拌効率は消化槽の形状と攪拌装置の型態に左右され
、換言すれば、消化槽の性能は消化槽の形状とそれに付
帯する攪拌装置の選定によって決まるといっても延言で
はない。

本発明は所かる現況に鑑がみなされたのであり、在来の
ソロパン昧形や卵形の消化槽等に適合し、且つ高粘度の
汚泥を効率よく攪拌できる攪拌装置を備え、これＫよ゛
り卓越した性能を発揮する消化槽を提案せんとするもの
で、消化槽の円容槓を１００％有効容積として活用して
嫌気性菌の繁殖を旺盛【シ、活力ある嫌気性菌により汚
泥中の有機物の分解速度及び分解率を向上させ、消化日
故についてはソロパン珠形消化槽では在米のものの約％
の１５日程度に短縮し得ると共に、メタンガスの発生量
を著しく多くシ、併せて建設費並びに維持管理費を大巾
に低減できる高性能で経済的な消化槽の提供を目的とし
ている。

以下本発明の１％施例を具体的に説明する。本発明者達
は、先ず上記の技術的事項を確認しそれに立脚した消化
装置を完成するために次のような実験を行なった。すな
わち、・消化槽の形状と攪拌装置との選定を最適のもの
とする次めに、内容量が６５０１となるよ５にアクリル
樹脂で種種の形状をした消化槽をつくり、槽内には耐水
を満すと共に銀色粉（アルミ粉末を用いた）を一様に懸
濁古せ、ガス攪拌、スクリュ一式遣械撹拌又はポンプ攪
拌等の攪拌装置を取付け、これらにより槽内の流体に旋
回流又は上下垂直流を生起させた。この各種の流動状態
に対し、光源より発する元をスリットを通して光束とな
し観察を要する部位に入射し、牧乱光を発する銀色粉の
流れにより槽内の流動状態を現認し、スグツチ若しくは
連続的な影像として記録した。その結果、消化槽の形状
と攪拌装置の、狙合わせにより、槽内に起る流動状態は
へ攪拌が及び難い死水域（Ｄｅａ改Ｚｏｎｅ　）とよく
攪、拌されている混合域（Ｍ１工ｉｎｇ　Ｚｏｎθ）と
が相関分布しており、その発生部位とその範囲は次のよ
うであった。　　　　　　　　　　　：゛′第１図はソ
ロパン朱形をした消化槽でわが−で広く採用されている
もので、（ａ）はその副面、（ｂ）は（１）のＡ−Ａ視
折面、（Ｃ）は（ａ）のＢ　　Ｂ　Ｑ　ｌｌｙ’ｒ面で
、ガス攪拌及びスタリュ・一式機械潰拌しだときの流動
状態を示している。これによｎば、垂直管１１＋内をゆ
っくり上昇し上部から流出した流体は放射状に槽壁（２
）まで拡がり、周壁沿いに垂直下向きに速い循環流（３
）が生ずる。消化４（４）の中心部における斜線部は死
水域で流動が行なわれていない部分であり、死水域の広
さは全容積の５０〜６０％に及び槽容積が有効に１＃、
１いていないことを示す。

第２図は同じくソロパン朱形の消化槽にポンプ攪拌全適
用した場合の流動状源で、（ａ）は側面、（ｂ）は（ａ
）のＡ−ム視断面、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ視断面を示
している。これによれば、ポンプ循環液の吹込み口附近
のＢ−Ｂ断面では槽壁（２）に沿ってかなり速い旋回流
が起っているが、消化槽（４）の中心部の約３０％程度
と槽の上部及び下部が斜、線で示すような死水Ｊ戊とな
り、やはり全容積の約５０％が有効に機能していない。

第３図＃−ｊ：卵形消化捕で西ドイツで広く採用されて
いるもので、（ａ）　！／′ｉその」り面、（（ロ）は
（→のＡ−Ａ視断面、（Ｃ）は（ａ）のＢ−Ｅｌ視断面
でガス攪拌及びスクリエ一式＠楓撹拌したときの流動状
態を示している。これによれば、垂直＊　ｕｌ上部から
出た流体は槽壁（２）に市ってかなりの速さで下降して
行き（ソロパン未形のものよりも速い流速）、垂直’ｆ
　ｉｌ＋の（ハ）外にＴｉ３って上昇する。そして、垂
直管＋１）の下半部附近に斜線で示すような死水域を生
ずるが死水域は全容積の２５％以下であり、全体の流動
はかなり速く均一に攪拌されている。

第４図は同じく卵形消化槽にポンプ攪拌を適用した場合
の流動状態で、（ａ）は側面、（ｂ）は（ａ）の八−人
視断面、（Ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ視断面を示している。

これによれば、消化槽（４）全体にスムーズな旋回流が
拡がっているが、槽中央部附近には斜線で示すような死
水域が生じていた。し刀λし、他の形状の消化槽に較べ
ると死水域の範囲は狭く全容積の１０％冊後にとどまっ
ており、槽全体の流動は速かった。

以上の実験結果から判然としているのは１わが国で広く
採用されているソロパン未形の消化槽は死水域が太さ過
ぎ、全容積の５０％以上が有効に働いておらず、設備と
しての機能が失なわれている。

また、卵形消化槽は、形状から見ても流体力学的にすぐ
ｔ″ＬｅｔＬｅｔ形状れてきたが、やはり５〜１０％の
死水域が生じていること力・わかった。

従って、現在実用されている消化、・漕と攪拌装置を使
用する限りは、種形状と攪拌状悪との関連において、す
べての消化、槽内に死水域が見出されるのは避けられず
、消化槽の比能を高め、槽容積を小さくするには、死水
域の発生をいかにして抑止するかが課頴となってくる。

そこで、死水域を発生させずに１内全体を完全に混合さ
せることができる消化旧の開発試験を進める！ｆ！Ｌ程
において、ンロパン未形消化漕にあってＶよ第５図に示
すように、又卯形消化壇にあっては第６図に示すように
、それぞれの、溝内に立設した垂直管＋ｌ＋の外周で垂
直管艮の％、呈度の深さとなる位ｉ直にガス吹込み管を
σえ直し１１層囚で発生しｒｃ消化ガスをブロアーによ
り昇圧した後ガス吹込管により槽（ハ）に噴射すると、
噴射口より・１ｇ出するガス気泡が上昇するにつれ、気
°泡の集団が垂直管（１）周辺に発生し気液上昇流が生
起する。液ＩｆｉＶｃ上昇した流体は放射状に拡がり、
槽壁（２）に浴りて下隆流となり、１つの流れは槽底を
通って垂直管（ｌｌ　Ｋ向って流れ、垂直管に吸込まれ
管内を上昇する鍾環流（イ）を形成する。もう１つの流
れはガス吹込管のガス噴出口を中心にして上昇し、再び
槽壁に省って４普中心部の上記ガス噴出口に達する垂直
方向に蓮回する澹４．流（りを形成し、槽全体が充分に
攪拌されたのである。

槽内に生ずる攪拌力、すなわち、流れの速さは■区域が
最も強勢な攪拌で、７区域はＵ区域の流れよりやぐ運い
が、第１図に示したような垂直管１１）内にガスを吹込
ん疋ときく生ずる流れと比較するとはるかに速く攪拌効
率は良好である。垂直管ｉｌｌ内に生ずる上昇流は垂直
管外周で形成される垂直の循環流（ロ）に同伴して形成
されるもので上昇速度は遅い。

ＵＸＶ並ひに底部のＷの各区域ンこ生ずる鑑環流の速さ
くぽガス噴出口を１１氏に近付けると遠く２上りへ液表
面に近付けると遅くなり、いずれの場合にも槽内の攪拌
力は・漕の形状とガス噴出口の位置により調整できるの
である。

本発明に２ける攪拌装置は、在米のソロパン朱形又は卵
形消化宿に攪拌手段として使用されているガス攪拌、ス
クリュ一式機械攪拌及び／又はポンプ攪拌等に付加する
形態でガス吹込Ｖを槽内に＃！含入れ、槽の中央部分の
適当な位置にガス噴出口を設λすることにより省内全体
を完全な攪拌状席となし得たのであり死水域の１い消化
槽が得られるのである。

ま尾、このようにしても垂直管下方の槽底（上記のＷ区
域）での流れが遅く、槽底に濃厚な消化汚泥（嫌気性菌
体群族）が堆積しｔときの拡紋か充分に行なわれない場
合、又は垂直管上方の液面にスカムか発生した場合等に
１′ｉ、ガス攪拌、スクリュ一式機植攪拌による槽内上
・・下部及び榴壁浴いの垂直方向の循環流が強勢である
ことにより摺底に准掠する消化汚泥の浮上と拡敵、並び
に液上面に発生するスカムの破壊を担保し、同時に槽中
央部に発生する死水域の消去をガス噴出てで担保し、互
に協働して口内容積の有効活用域を殆んど全容積に近い
ものとなし博るのは本発明の有利な点である。

消化槽に対する最近の要請は、消化槽の効率の向上と省
エネルギ一対策よシ、汚泥濃度を可能な限り高くシ、処
理する汚泥量を減少せしめる傾向にるり、−力、汚泥濃
度が高くなると益々槽内での攬揺が困瞠となるが、この
二つな矛盾を解決するのに本発明における攪拌機構は効
果抜群である。

次に、上記の基本的な知見例基づく具体的な実施の１例
を図面により洋述する。

本発明の消化槽装置は第７図に示すように、消化槽用本
俸の内部より外部へ専アク・れる引抜管（５）に連結し
て循環ポンプ（６）、混合器（７）及び加温装置（８）
を直列して設け、加温装置出口・身（９）を第８因に示
すように槽本体の下部に導き、１木又は複数本の下部注
入’ｆｉ＋ω番で結ぶ。

さらに外部より送られてくる生汚泥を収受する生汚泥貯
）諸（１１）を設け、こ／’Ｌより生汚泥は汚泥投入ポ
ンプ・國により送泥誉番経て上記混合器（７）り送らΔ れ、槽内よシ引抜かれ九消化汚泥と混合され、加熱され
て循環流となり槽内へ投入され、槽内にて緩やかな旋回
流をもたりしつつ上昇し、引抜管（５）との間に閉流綴
回路を形成し槽内ｒ撰拌する。

また、ガス撹拌装置としては、消化槽（４）本体の中央
部に垂直１彦（１）を立設し、この垂直管Ｈ１）内部で
液面より適宜の深さく消化槽の常用液面と底との中間位
のレベルが好適であった。）位置ＶＣ消化ガス吹込奮’
１４１　ｋ開口させると共に、垂直ｇＩｌ）の外周、賃
いにも垂直廖を包囲するように消化ガス吹込管州四を複
故本記・ぎし、これらの開口端も上記消化ガス吹込ｇｔ
ｉ４の開口端とはソ同じ栗さとする。槽上部からは循環
ガス吸入ライン詞を設けて消化ガス吹込管・ｊ４１．１
５）とｗ、６さぜ、消化ガスによる槽内攪拌を行なうよ
うにするのでろって、循環ガス収入ライン帽にはドレン
セパレータ（１７１１７レームア１／スター＋８１を含
ませてゾロワーｊ９１に連結し、プロワ−四の吐出口に
はガス圧入ライン・ｚｔｒｔ接読し、その先にはそれぞ
れパルプを介して、各消化ガス吹造管１１４１　ｔ＋ｍ
が接続され、各バ・ルプの操作によりプロワ−四を共用
でき同時にガス吹込量を制御できるようにする。な２、
図中のシｌｌけ脱離液取出管、（２）は消化ｉ′Ｆ５泥
収出・青、りは消化ガス取出管、ｒ詞はスカム収出管で
あり、これら各管路の要部にシまそれぞれバルブを配設
することはいうまでもない。

このように構成せられた消化槽装置の実際運転に１祭し
ては、消化槽＋４１木木に生汚泥全投入する前に、先ず
プロワ−四を運転し、同時に消化ガス吹込管１１Ｊｊ５
１のパルプを開いて両ガス吹込管１ｉ４１１１５１より
ガス金噴出させて槽内容物を均−ＫＬ、且つ脱ガス操作
をし之後に、生汚泥投入ポンプ（＋２１、循環ポンプ１
，６）並びに加温装置１．３）を起動し、送泥管（嗜を
ブトして生汚泥を混合器（７）に送込む。

混合器（７）内では、（′＃環ポンプ（８）により消化
槽（４）本体内より引抜管：６）を経て引抜かれた消化
混合液と生汚泥とは充分；て濠触混合し、生汚泥には嫌
気性Ｉｆｉ（消化混合液に含まれる消化汚泥に耐着族生
した嫌気性菌）が種殖でれ、充分混合しｉヒ後、加温装
ｆｉｔ８１（温水７７Ｉ］熱の熱交換方式等が好ましい
）を通過する間に消化好適温度の３５〜３７℃程度に加
温され、出口管（９）を経て下部注入・言・１１より槽
内ｋ・貧村投入され、槽内を均一にゆっくりと攪拌し有
機物を万逼なく拡散させて均質な栄養基質を形収し、嫌
気性菌を繁殖させ、さら２こ活発に、盲動させて汚泥中
の可哉物をメタンガス、脱離液及び消化汚泥に分解する
。なお、生汚泥の投入時にば１温袋ｔｌｉｊ　１Ｂ＋を
運転しつつ行なって、消化槽（４）内に熱勾配χ生ぜし
ろないようにし常に消化・漕（４）内を最適の■ノ！に
保つことは勿論で、Ｐ）る。

また、垂直管′Ｉ）の内外に位置する消（ヒガス吹込・
ぽ、１４＆び傾のガス攪拌装置系は、消化槽の運転開始
当初の約２時間厘度運転し、槽′にに沈殿している嫌気
性菌や汚泥を液中に浮上させ、同時１で４蕾内の流体及
び８濁質を循環攪拌させて均一にし、さらに液中に蓄積
、合冊しているガスを脱気し嫌気性菌の生理作用を活発
にし旺盛な代謝を行なわせるような環境をつくりだすの
である。そして、それ以後はガス攪拌装置系（ｄ連続運
転をａ続する必要はなく、１日に３回程腿、短時間の間
欠４転を行なうのみで槽内流体の均一化と脱ガス処理が
達せられ嫌気性菌の生理作用を・足進ぜしめることがで
きるので、プロワ−の運転音も微かで騒音公害を惹起す
ることなく運転可能となるので環境保全にも貢献できる
。

生汚泥の投入ｌＩ？間を１日につき６時間とするとポン
プ循環攪拌は約９時間程度運蔽し、槽内の嫌気性菌に栄
養・資質となる有機物を一様に分配し、その後は生物反
応が、ポンプ循環攪拌及びガス攪拌の停止中にも充分な
時間をかけて行ない得る状急となるのである。

ガス攪拌装置系の運転を停止すると、槽内の流動が徐々
に緩くなり、スカムが液麦面罰部に集ってくるので、バ
ルブ１四を開いて槽外に取出す。

消化脱離液は、１日に３０分ないし１時間、旦度パルプ
を開いて脱離液取出管２１１より取出し、又、消化汚泥
は１日に３０分以内、消化汚泥収出管圀より槽外に取出
すのである。

他の実施例として第９図に示すものは、垂直管（１）内
部の消化ガス吹込管の代りに、駆動モーク（至）により
駆動されるスクリュ一式機械攪拌装置迩を垂直管ｉｆ）
の頚部に設けたものであり、これにより垂直管丙の流体
上昇を行なうＬＩ）にしたものである。

本発明にあっては、消化軍の形状如何を問わず、高濃度
汚泥が投入された消化槽内を完全に攪拌して嫌気性菌の
生理作用を活発にして生物反応を旺盛にし、きわめて短
時間に消化が完了するので消化槽規模は約％となし得る
と共に動力費を大巾に低減することが可能となり、しか
もスカムの発生が効果的に抑止されるような多゛・様な
効果を具現したもので、高性能の嫌気性消化装置として
の産業上の利用性は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はソロパン禾形消化樗にガス攪拌及びスクリュ一
式機械攪拌を適用し友ときの、４２囚は同じくポンプ攪
拌を適用したときのそれぞれの直切状態の説明図、第３
図は卵形消化槽にガス攪拌及びスクリュ一式機械横ｎ２
週ｆｉｌ　シフｃときの、第４図は同じくポンプ撹拌を
適用し之ときのそれぞ・れの流動状態の説明図、第５図
は本発明における撹拌装置の１実施例でソロ／（ン未形
消化遭に適用した場合の流動状爬図、第６図は本発明に
おける撹拌装置の１実施回で卵形消化槽に適用した場合
の流動状＠図、第７図は本発明装置の１実施例の縦断説
明図、第８図は第７図のＸ−Ｘ視横断説明図、第９図は
本発明装置の他の実施例の要部を示す説明図である。 ｔｌ＋・・・垂直管　　　　　１２）・・・横壁（３）
・・・循環流　　　　　（４）・・・消１′ヒ槽（５）
・・・引抜管　　　　　（６）・・・循環ポンプ（７）
・・・混合器　　　　　（８）・・・７Ａ温装置１１０
１・・・下部注入管　　　ｏｇ・・・生汚泥貯槽Ｇ’４
・・−汚泥投入ポンプ　圓θ順・・消化ガス吹込管（１
四・・・循環ガス吸入ライン　０罎・・−ブロワ−・四
・・・ガス圧入う・ｆン　馨ト・・脱離液収出管（２）
・−・消化汚泥収出管　（ハ）・・・消化ガス取出管（
智−・−スカム収出管 代理人　　　三　本　正　之−二′；］１第７　。 （ａ） 第２図 （′Ｌ）　　　　　　、ｂ） （Ｃ） （Ｃ） （ａ）　　　　　　第３１１１ （ａ）　　　　　第４図 （Ｃ） 第５図　　　　　　第６図 ５４３− 第８１Ｉ 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機質汚水を浄化処理する際に発生する汚泥を、嫌気性
   直の作用により消化汚泥と消化ガスと消化脱離液とに分
   ＃処理する汚泥嫌気性消化槽において、消化槽の中央部
   には垂直管を立役して、この内部の適当な位置に消化ガ
   ス吹込管を設けこの吹込管に槽内より抜取った消化ガス
   を昇圧して吹込むか又は垂直管内にスクリュー若しくは
   インペラ攪拌羽根を取付けることにより、消化槽の上・
   下部と槽壁との間に強勢な垂直方向の循環流を生起させ
   る攪拌装置と、上記垂直管を取巻き適宜深さ位置に開口
   端を有する消化ガス吹込管を配役してそれらの管に消化
   ガスを昇圧して吹込むことにより槽の上・下部と槽壁と
   槽中央部との間に垂直方向の循環流を生起させるガス攪
   拌装置とを組合わせて役直し、槽内全完全な攪拌状態と
   なし役人生汚泥と嫌気性直との接触、混合を良好に保っ
   て消化を足進せしめるａ成としたことを特徴とする嫌気
   性消化装置。