JPS603880B2 - 嫌気性消化槽装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、有機質汚水の処理系で生じる汚泥を嫌気性菌
の作用で、消化汚泥と消化ガスと消化脱離液とに分解す
る消化槽装置、特に改良された蝿杵装置を含む消化槽装
置に関するものである。 汚泥の消化に用いられる消化槽は、完全燈洋型反応器に
近似させることにより良好な性能が発揮できる。例えば
、いわゆる中溢消化の場合、約３４〜３６℃で消化速度
が最大になるがこの最適温度を維持するためには、檀内
で充分な混合が行われる必要があり、混合により温度が
一定になるのみならず、糟内各部の組成が一定になり、
したがって反応槽から排出される消化済物質の組成が一
定化し、反応槽内に長期にわたり滞留し、消化槽の有効
容積を阻害する死水域を防ぐことができる。（本明細書
で蝿洋というのは物質の相対的動きを意味し、混合とは
ランダム分布の状態をいうことにする。）消化槽におけ
る汚泥の平均滞留時間は２〜５週間と比較的長く、嫌気
性菌体の比重は、生体の常として水に近いので、望まし
い混合状態を作り出すための蝿拝に要する機械的エネル
ギーは、僅かで、例えば０．２馬力以下で充分であって
いわゆる損洋機を必要としないが、額拝に要する機械エ
ネルギーは流体内摩擦により熱に変わるが、実質的な混
合は液体内摩擦の際に行われるので（分子拡散は無視で
きる）、結局、消化槽について言えば槽内各部分でなる
べく平均した速度のずれが存在し、その結果起こる流体
内摩擦が槽内各部で平均化すること、換言すれば、摩擦
により失われる機械的エネルギーが槽内客部で同じであ
ることが望ましく、速度の大小で損拝・混合を論ずるこ
とはできない。 一方、円管内を層流状態で流れる流体の中心部のように
速度こう配のない部分「鷹拝されている槽内に生ずる死
水域といわれる部分では、速度こう配が存在しないので
、混合が行われず、特に後者では、速度が零であるから
、いわゆるインクボトル効果により糟の有効容積を減じ
ることになるので、消化槽のような弱い縄杵状態の場合
の擬拝効率を向上さすためには、フローパターンを実測
して、速度こう配零の区域、死水域区域を減少させるこ
とは極めて重要で、本発明の完成はこの解析方法に負う
所が多い。 さて、一般に蝿洋・混合の状態は、槽と蝿梓装置の組合
わせに依存するから、消化槽の損梓状態を論ずるために
は、消化槽の形状を決定しておかなければならない。 本発明で対象とする消化槽は、日本国内で用いられてい
るいわゆるソロバン珠型消化槽と、西ドイツで多用され
ているいわゆる卵型消化槽であって、前者は、関口部の
開いたコ字が、後者はだ円の半分が回転して生じた回転
体で近似することができ、中心軸に対して対象である。 ソロバン珠型消化槽は建設費の安価な点と、重心が低く
耐地震性が優れている点で存在価値がある。次に櫨洋装
簿については、前述のように回転式縄梓機を用いるほど
強い濃伴は必要としないので、ソロバン珠型消化槽で用
いられてきたガスリフト型鷹伴装置を主として取上げ、
先づその鰭梓状態の改良を議題として第１発明を完成し
、次に、第１発明の効果をさらに向上させるために、こ
れに施回型蝿洋装層を加えたものを第２発明として完成
した。 さて、ガスリフト式鷹洋装層を、ソロバン珠型槽および
卵型槽に装備した場合の立断面模型図を、それぞれ、第
１図ａおよび第３図ａに示す。 図中矢印で示したのは、透明樹脂を用いて作った内容積
６５０その模型槽に、アルミニウム粉を懸濁させた水を
空気を用いたガスリフト型櫨洋装層で蝿拝した場合のフ
ローパターンである。中心部に固定された中空の垂直管
１のほぼ半分の深さの所に、ガスリフトの空気の噴出口
が設けてあり、ここから吹き出す空気のェアリフト作用
で、アルミニウム懸濁水が垂直管１中を上昇し、次に槽
壁２に沿うて下降し、かつ垂直管に戻る循環流（放射循
環流という）を生じることにより鷹梓が行われるのであ
るが、アルミニウム粉の光反射を用いてフローパターン
の測定を行うと、ソロバン珠型槽については、第ｌａ、
第ｌｂ、第ｌｃ図に、ハッチングにより示したような死
水域、また卵型槽については、第３ａ、第３ｃ図に、ハ
ッ升こより示したような死水域が生ずる。なお第ｌｂ、
第ｌｃ、第３ｂ、第３ｃ図に示したスパイラル線の部分
は水が良好に流動する部分を示している。この実験では
、垂直管１と槽壁２とにより形成される環状部（以下環
状部という。）の死水域はソロバン珠型槽の場合全容量
の約５０％、卵型槽の場合約１０％に及んでいる。上記
モデル実験は、水を用いて実験することにより、レィノ
ズル数については実装層と近似させてあるが、空間的に
相似した形状にする限り、フルード数を相似させること
は不可能で、さらに液中を上昇する気体の速度は装置の
サイズに影響されないこともあって、定量的な結論が得
られる訳でない。 しかしながら上記フローパターンに移動現象論の理論を
加えることにより、（ィ）環状部の混合状態については
、垂直管１の外面および槽壁２の内面では水の流速は零
である。 （ロ）垂直管内に空気を吹込むのみでは環状部、糟内面
２近くで下降流が生ずるが、垂直管Ｉの外面近くは死水
域となる。したがって垂直管１近くの死水域をなくする
必要があるが、その対策として垂直管１を大にすると垂
直管内のェアリフト効果を損うので好ましくない。本発
明者らの検討結果では、最も効果的な方法は、垂直管１
には手を加えず、環状部に、槽中心軸（回転体と考えた
場合の中心軸）から等距離（等半径）の位置に、中心に
対して対称に複数個のガス吹込口を設けることである。
吹込口の数は装置のサイズに応じて増すことが望ましい
。（この縄洋装層を複数のガス吹込量からなる濃洋装贋
という。）第６図、第６Ａ図、第６Ｂ図に、卵型槽につ
いてガス吹込口を半径方向に移動させた場合のフローパ
ターンが示されているが、垂直管１の外面半径と糟壁２
の内面の半径の平均値を半径に持つ円筒面を、仮に環状
部のピッチ円筒と名付けると、上記ガス吹込口は、この
ピッチ円筒より内側に設ける必要があることを示唆して
いる。第６Ｂ図のように、環状部のピッチ円筒より外側
に空気吹込口を設けると、空気吹込口から上昇する空気
により誘起される水上昇の動きが、垂直管１内でのガス
リフト作用により起こる環状部槽２内壁近くの下降する
液と干渉して、この干渉部に不規則渦状摩擦が局部発生
し、混合が局部的に促進され、他方、ハッチングで示す
部分に死水域を生ずる。ガス吹込口１５が、環状部のピ
ッチ円筒より垂直管１偏りであれば、環状部に垂直管１
偏りの部分で上昇し、槽壁２偏りの部分で下降する環状
循環流（環状部のドーナツ型循環流という。）を生じ、
死水域が減る。次にガス吹込口の深かについて実験した
結果では、ガス吹込口が、垂直管の平均深さ（深さ方向
での中点の深さ）を基準にして表現すると、約平均深さ
に設けられた場合最も良くさらにそれより深い場合、好
ましい環状部のドーナツ状循環流が起こるが、平均深さ
より、上部に関口させるにしたがい、循環流が不安定不
完全になる。 また、平均深さより著しく深くすると循環流の形がくず
れるが、ドーナツ型循環流の渦心に存在する死水域が不
鮮明になる効果もある。なお、ガス吹込口１５より垂直
管１偏りの部分では、好ましい流速こう配が観察された
。上記実験結果を基にして、第１発明の要旨は、有機質
汚水を浄化処理する際に発生する汚泥を、嫌気性菌の作
用で、消化反応を起こさせる消イｑ曹であって、

【１｝
消化槽の中央部に中空の垂直管を設け、その内部に消
化ガス吹込管を差入れて消化ガスを吹込み、ガスリフト
作用により垂直管内の汚泥が上昇して、環状部を降下し
、再び垂直管内を上昇する形式のガスリフト型蝿拝装置
と、‘２１ 環状部のピッチ円筒と、垂直管の外壁との
間に位置し、かつ垂直管の平均深さ近辺または、これよ
り深い深さの位置に閉口する、消化槽中心線に対して対
称な複数個のガス吹込管からなる磯洋装層と、の２種類
の蝿枠装置を備えたことを特徴とする消化装置である。 そして、この第１発明の効果は、 ｛ィ｝ 消化槽内各部における縄洋・混合が平均的に行
われ、死水域が減少し、そのため、鷹梓エネルギー消費
量が減る。 ｛ロー 蝿洋混合が平均して行われるので、完全混合型
反応器に近似でき、さらにインキボトル効果を示す死水
域が少ないため、消化反応が良好に進み、メタンガス発
生量が増す。 し一 消化槽内に損梓機が存在せず、また、垂直管以外
に障壁となるものがほとんどないので、スカム、沈殿物
の処理をし易い。 次に第２発明においては、上記第１発明に対して、さら
に施回流型損梓装置を付加する。 本発明で施回流型蝿拝装置というのは、ソロバン珠型槽
の場合第２ａ、第２ｂ、第２ｃ、卵型槽の場合第４ａ、
第４ｂ、第４ｃ図に例示したように、汚泥を、消化槽下
部側壁近くにおいて、切線方向に噴出させてへＩＪック
ス状（コイル状）の施回流を起こさせる蝿洋装暦で、槽
外にポンプを設置するが消化槽内に特別な機器を設置す
る必要はない。 内容量６５０その模型槽により、ガスリフト型蝿梓装置
の場合と同様にしてフローパターンを実測した結果は、
上記諸図に矢印で示したとおりで、ソロバン珠型槽の場
合全容量の約５０％、卵型槽の場合全容量の約１０％が
、糟中に軸に沿って死水域となっている。 したがって、消化槽に、ガスリフト型灘洋装暦と施回流
型鷹洋装層とを併用すれば、直交するガスリフト型蝿拝
による循環流と施回流型縄梓による循着流とが合成され
、槽中心部はガスリフトにより縄拝され、環状部では施
回流により灘拝されて、死水域が激減し〜平均した混合
が行われる。 なお、液と壁との接触部における流速は零で、このこと
により、蝿梓が促進される。ガスリフト型縄洋装層を改
良した上記第１発明に施回流型擬拝を加えると、前記ド
ーナツ型循環の渦心部（台風の眼に相当する部分の軌跡
を連結した糟中心を環状部）に、施回流に基づくずれが
起こり死水域が減少して、蝿浮浪合がさらに平均化する
のである。 施回流燈拝を行わせる「噴出用汚泥として、被処理汚泥
のみを用いても良いが、灘洋効果を良くするために、槽
内の適宜位置（糟上部が好ましい。 ）から、処理中の汚泥を引抜き、被処理汚泥に加えるこ
とが望ましい。かくして、第２発明の要旨は、 第１発明の全構成要件に加えてさらに〜 ｃ消化槽周壁
下部において、周方向に汚泥を噴出させる１以上の汚泥
噴出口を設けた構成の施回流型縄浮袋層をも具えた嫌気
性消化槽装置である。 しかして第２発明の効果は、第１発明に上言己構成要件
を加えることにより「環状部に、糟中心線のまわりに輪
状ないしは筒状に生じる死水域部に、周方向のすべりを
生じさせ、死水域を減少させることである。 次に本発明の実施の１例を図面により説明する。 本発明の消化槽装置は第？図に示すように、消化槽４本
体の内部より外部へ導かれる引抜管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
装置出口管９を第８図に示すように糟本体の下部に導き
、１本又は複数本の下部注入管１川こ結ぶ。 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
槽１１を設け、これより生汚泥は汚泥投入ポンプ１２に
より送泥管１３を経て上記漉合器７へ送られ、槽内より
引抜かれた消化汚泥と混合され、加熱されて循環流とな
り糟内へ投入され、糟内にて緩やかな施回流をもたらし
つつ上昇へ引−抜管５との間に閉流線回路を形成し糟内
を鷹拝する。 また、ガス蝿洋装層としては、消化槽亀本体の中央部に
垂直管１を立設し、この垂直管再内部で液面より適宜の
深さ（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。 ）位置に消化ガス吹込管１４を開〇させると共に、垂直
管１の外周沿いにも垂直管を包囲するように消化ガス吹
込管】５，１５を複数本配管し、これらの開〇端も上記
消化ガス吹込管１４の関口機とはゞ同じ深さとする。槽
上部からは循環ガス吸入ライン１６を設けて消化ガス吹
込管１４，１５と協働させ、消化ガスによる糟内渡洋を
行なうようにするのであって「循環ガス吸入ライン１６
にはドレンセバレータ１７、フレームアレスター１８を
含ませてブロワー１９に連結し、ブロワー１９の吐出口
にはガス圧入ライン２０を接続し、その先にはそれぞれ
バルブを介して、各消化ガス吹込管１４，１５が接続さ
れ、各バルブの操作によりブロワー１９を共用でき同時
にガス吹込量を制御できるようにする。なお「図中の２
１は脱離液取出管、２２は消化汚泥取出管、２３は消化
ガス取出管、２４はスカム取出管であり、これら各管路
の姿部には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
際しては「消化槽４本体に生汚泥を投入する前に、先ず
ブロワー１９を運転し、同時に消化ガス吹込管量４，１
５のバルブを開いて両ガス吹込管１４，貴５よりガスを
噴出させて糟内容物を均一にし、且つ脱ガス操作をした
後に、生汚泥投入ポンプ１２「循環ポンプ６並びに加温
装置８を起動し、送泥管亀３を介して生汚泥を混合器７
に送込む。混合器？内では、循環ポンプ６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
汚泥とは充分に接触混合し、生汚泥には嫌気性菌（消化
混合液に含まれる消化汚泥に附着族生した嫌気性菌）が
種殖され、充分混合した後、加温装置Ｂ（溢水加熱の熱
交換方式等が好ましい）を通過する間に消化好適温度の
３５〜３７０程度に加溢され、出口管９を経て下部注入
管１０より槽内に噴射投入され、槽内を均一にゆっくり
と澄洋し有機物を方遍なく拡散させて均質な栄養基質を
形成し、嫌気性菌を繁殖させ、さらに活発に活動させて
汚泥中の有機物をメタンガス、脱離液及び消化汚泥に分
解する。 なお、生汚泥の投入時には加温菱贋登を運転しつつ行な
って、消化槽４内に熱勾配を生ぜしめないようにし常に
消化槽４内を最適の温度に保つことは勿論である。また
、垂直管１の内外に位置する消化ガス吹込管１４及び１
５のガス鷹洋装層系は、消化槽の運転開始当初の約２時
間程度運転し「槽底に沈殿している嫌気性菌や汚泥を液
中に浮上させ、同時に糟内の流体及び懸濁質を循環鷹拝
させて均一にし、さらに液中に蓄積、含有しているガス
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、それ以後はガス縄浮袋層系は連続運転を継続す
る必要はなく、１日に３回程度、短時間の間欠運転を行
なうのみで槽内流体の均一化と脱ガス処理が蓬せられ嫌
気性菌の生理作用を促進せしめることができるので、ブ
ロワー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
入時間を１日につき６時間とするとポンプ循環蝿杵は約
９時間程度運転し、檀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
凝拝及びガス頚梓の停止中にも充分な時間をかけて行な
い得る状態となるのである。 ガス灘投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、スカムが液表面２７部に集ってくるので、
バルブ２８を開いて糟外に取出す。 消化脱離液は、１印こ３■ごないし１時間程度バルブを
開いて脱離液取出管２１より取出し、又、消化汚泥は１
印こ３０分以内、消化汚泥取出管２２より糟外に取出す
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‘こ、駆動モータ２３により駆動
されるスクリュー式機械灘洋装鷹２６を垂直管１の頭部
に設けたものであり、これにより垂直管内の流体上昇を
行なうようにしたものである。 本発明にあっては、消化槽の形状如何を問わず、高濃度
汚泥が投入された消イ○酒内を完全に額拝して嫌気性菌
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１／２とな
し得ると共に動力費を大中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図はソロバン珠型槽にガスリフト型燈梓装置を装備
した場合に関する図面で、第ｌａ図はその構造を示す立
断面図にフローパターンを示した図、第ｌｂ、第ｌｃ図
はそれぞれ水平断面におけるフローパターンを示す図で
ある。 第２図はソロバン珠型槽に旋回流鷹拝装置を装置した場
合に関する図面で、第２ａ図はその構造を示す立断面図
にフロ−パターンを示した図、第２ｂ、第２ｃ図はそれ
ぞれ水平断面におけるフローパターンを示す図である。
第３図は卵型槽にガスリフト型櫨伴装置を装備した場合
に関する図面で、第３ａ図はその構造を示す立断面図に
フローパターンを示した図、第３ｂ、第３ｃ図はそれぞ
れ水平断面におけるフローパターンを示した図である。
第４図は卵型槽に旋回流型燈洋装贋を装備した場合に関
する図面で「第４ａ図はその構造を示す立断面図にフロ
ーパターンを示した図、第４ｂ、第４ｃ図はそれぞれ水
平断面におけるフローパターンを示した図である。第５
図は、ソロバン珠型槽に、ガスリフト型濃洋装直と、複
数のガス吹込管からなる鷹梓装置とを装置した場合の、
その構造を示す立断面図にフローパターンを示した図で
ある。第６図は卵型槽に、ガスリフト型蝿枠装置と、複
数のガス吹込管からなる蝿浮袋暦を装備した場合の、そ
の構造を示す立断面図に、フローパターンを示した図で
ある。第６Ａ図、第６Ｂ図は、第６図における、複数の
ガス吹込管からなる蝿洋装層の位置を変化させた場合の
フローパターンを示す図である。第７図は本発明の実施
の１例を示す工程図である。第８図は第７図の水平断面
図である。第９図は本発明の実施例の要部を示す図であ
る。１・・・・・・垂直管、２…・・・糟壁、３・・・
・・・循環流、４・・・・・・槽、ＩＱ…・・・汚泥噴
出管、１４，１５…・・・ガス吹込管。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

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
   気性菌の作用により消化汚泥と消化ガスと消化脱離液と
   に分解する消化槽において：（ａ） 消化槽の中央部に
   垂直管を立設し、その内部に、消化ガス吹込管を差入れ
   て消化ガスを吹込み、ガスリフト作用により垂直管内の
   汚泥を上昇させるガスリフト型撹拌装置と、（ｂ） 前
   記垂直管と消化槽壁とで形成される環状部の垂直管偏り
   の位置で、垂直管の軸方向中点付近を含み、これより深
   い位置に開口する複数の消化ガス吹込管からなる撹拌装
   置とを具えた嫌気性消化装置。 ２ 有機質汚水を浄化処理する際に発生する汚泥を、嫌
   気性菌の作用により消化汚泥と消化ガスと消化脱離液と
   に分解する消化槽において：（ａ） 消化槽の中央部に
   垂直管を立設し、その内部に、消化ガス吹込管により消
   化ガスを吹込み、ガスリフト作用により垂直管内汚泥を
   上昇させるガスリフト型撹拌装置と、（ｂ） 前記垂直
   管と消化槽壁とで形成される環状部の垂直管偏りの位置
   で、垂直管の軸方向中央附近を含みこれより深い位置に
   開口する複数の消化ガス吹込管撹拌装置と、（ｃ） 消
   化槽同壁下部において、周方向に汚泥を噴出させる１以
   上の汚泥噴出口を設けた構成の旋回流型撹拌装置と、を
   具えた嫌気性消化槽装置。 ３ 汚泥投入口から噴出する汚泥が、消化槽上部から取
   出した循環汚泥と、未処理汚泥との混合物である特許請
   求の範囲第２項記載の嫌気性消化装置。