JPS607959B2 - 嫌気性消化槽装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、日本国において多用されているソロバン珠型
消イｑ薄内の鷹梓状態を改良した消イは篭装置に関する
。

本明細書でいう消イｑ管とは有機質の汚水、汚泥の処理
系に設置される嫌気性菌によりメタン含有ガスを発生さ
せるいわゆる消化反応を行うための生物反応槽である。

現在使用されているソロバン珠型消化槽の構造および、
縄梓状態を示すフローパターンは第１図Ａのとおりであ
る。すなわち、関口部の開いたコ状体を、開ロ部先端を
つないだ仮想線を中心鞠として回転させて生ずる中空回
転体をソロバン殊になぞらえており、その中心軸部にェ
ダクター管と称する中空垂直管を立設し、ェダクター管
内にガス吹込管を装入し、ガスを噴出させることにより
ガスリフト作用で液を上昇させ、ェダクター管と槽壁の
間の環状部（以下環状部という。）で液を下降させ、矢
印に示した放射状循環をくり返すことにより、櫨梓・混
合が行われる。ここで櫨拝というのは、機械的エネルギ
ーを液体に加えて、相対位置を変化させる“ずれ”を起
こし、機械エネルギーが液体内摩擦により消失する現象
を言い、混合とは、物質のランダムな分布状態に関する
表現とする。）同図から明らかなように、前記環状部の
中央からェダクター管までの広い範囲にわたり、いわゆ
るデットスベースが生じて、この部分では液の流速がほ
ぼ零である。デットスベースの存在は、例えば、液を入
れた閉口インク瓶を槽内に入れた場合と同じで、槽の有
効容積を減らすので、好ましくない。次に第１図Ｂでは
、槽壁下部に槽壁に切線方向に液を頃させて、槽内に旋
回流を起こさせる旋回流型鷹梓法のフローパターンを示
す。

槽内旋回流は噴出口から遠ざかるにつれて、流体内摩擦
により流速を減じる（その際に櫨梓・混合が起こってい
るのであるが、）ので、高さの大なる消化槽では、槽上
部に達するかなり以前に旋回流が弱くなる。したがって
旋回流による櫨梓効果を全体に及ぼすためには槽の高さ
方向の複数位置で、液を接線方向に吹込むことが望まし
い。

また旋回流式瀦洋方向は糟内に旋回面がほぼ水平の渦を
起こさせることであって、その渦心に相当する槽の中心
軸（回転体として考えた中心軸）にデットスベースが生
ずることは止むを得ないのである。なお、上記ガスリフ
ト型縄梓、旋回流燈梓のほかに、錨型、擢型、タービン
型などの機械磯梓機が股用されているが、、比重が水に
近い生物系の懸濁物の場合、槽内にかかる機械の存在す
ることは好ましくなく、１０日〜２０日の滞留時間の消
化反応に対しては不向きである。

上記ガスリフト型櫨梓と旋回流型蝿梓とを併用すること
により、旋回流型のフローパターンに現われる中心軸部
分のデツトスベースはヱダクター管の設置により防がれ
、ガスリフト型擬伴の場合に生ずる、ェダクター管偏り
の環状部に生ずるデッドスペースは旋回流型燈梓により
除かれるので、この両損洋方向の併用は極めて好ましい
ことである。

なお、ガスリフト型燈梓での液体循環（回転）面旋回流
型縄梓の液体循環（回転）面とが、ほぼ直交しているこ
とに注目したい。上記説明は、ソロバン珠型槽に、例え
ば、水のような純液体を満した場合について論じのであ
るが、現実の消化槽の場合には、菌その他の懸濁物を含
む懸濁液であって、理論上好ましい蝿洋を実施しても、
いわゆるスカムが液上面に生成する。

スカム層は、適当な防除手段を講じないと、１〜２のに
達し、消化槽容積を小さくする。このスカム破砕に対す
る本発明の対策は次のとおりである。

ソロバン珠型消化槽においては、汚泥は通常傾斜天井（
口の開いたコ字型の回転体と考えた場合の上部円錐部、
上部はもち論開□しているので実際には上部切頭円錐部
）の半ば以上の高さまで満されており、オーバーフロー
により排出されているので、スカムは汚泥の自由表面、
および、額斜天井とスカム自由表面との接触部において
形成される。

このカムの集積を防ぐための本発明の対策は次の２方法
である。

先づ、旋回流燈洋装瞳の汚泥噴出口を消化槽上部と下部
に設けて、汚泥の旋回流が、消イり漕上部と下部から同
方向に起こり、消化槽の上下の中間部から汚泥を引抜き
、ポンプにより前記上下の噴射口に送るようにする。

（旋回の同方向というのは、例えば糟上方に視点を置く
と同方向に旋回しているという意味で、上部が仮に右回
転であれば下部は左回転で、ターンバックルのねじの関
係にある。）そして上方の旋回流を起こす噴射口は約４
５０±１００ の仰角で、頃斜天井の、汚泥自由面より
低い壁面に向い投射するのである的すると、汚泥は傾斜
天井に衝突して、方向転換を余儀なくされ、かつ渦流を
生じるのであるが（第２図Ａ参照）、その際の汚泥の慣
性力でスカムの除去と破砕が強力に行われるのである。
第２の方法は、汚泥の自由表面に生じるスカムを破砕す
ることを主目的としており、消化ガス（消化により発生
するメタンを含むガスで、ガスリフト式燈拝に用いるも
のの１部を充当する。

）を汚泥面から３仇以内の比較的浅い位置に噴出させる
のである。これは複数個のガス吹込管を中心軸に対して
対称に、適宜半径位置に設けたもので、本明細書ではス
カムブレーカを呼ぶ。さて、ソロバン珠型消化槽の底部
は逆円錐型になり、最低部から沈殿物を排出する構造に
なっているが、沈殿物中に菌を含む汚泥の含有量が多い
ことは好ましくない。

そこで本発明においては、下方の旋回流縄梓装置のガス
吹込口の角度を水平面から偽角にし、底面を撫でせると
共に続いて起こる旋回しながらの上昇流により沈殿物の
水ひを行い沈殿物から汚泥を浮揚させるのである。すな
わち、本発明は、ソロバン珠型消化槽を対象にして、ガ
スリフト型蝿洋装暦と旋回流型蝿洋装暦を併用して、デ
ッドスペースを減らして、縄梓エネルギーの槽内平均的
消費を図り、かつ旋回流型蝿洋装層を、糟上部に汚泥吹
込口を有する上部旋回流蝿洋装層と下部に汚泥吹込口を
有する下部旋回流雛梓装置とに区分して、消化槽の平均
高さの位置から取出するようにし、上部旋回流縄梓装置
の汚泥吹込口から噴射する汚泥で、消化槽の傾斜壁の汚
泥自由面以下の部分のスカムを除去し、下部旋回流縄杵
装置の汚泥吹込口から噴出する汚泥で、沈殿物に混合す
る汚泥を水ひしさらに汚泥自由面部に生ずる汚泥をガス
吹込管式スカムブレーカで破砕している。

したがって、本発明のソロバン珠型消化槽装置により、
消化槽内各部の汚泥の蝿梓混合が機械的エネルギーの局
部的消費を伴うことなく平均に行われ、しかも広域にわ
たる汚泥の移動を伴ない、消化時間が充分長いことも有
利に働いて、いわゆる完全混合型反応器の諸利点を享受
することができるのみでなく、スカムブレーカ、傾斜天
井部への汚泥の投射、底部での汚泥による水ひ、底面洗
掃により沈殿物として砂その他の異物を濃縮して取出す
ことができる。

なお、旋回流型燈拝の際の汚泥の噴出方向は、理想化し
た表現で切線方向としたが（この形の表現は、例えば、
押し出し流れ、完全混合反応器に類するもので現実には
あり得ない。

）実験結果によると、消化槽の半径Ｒの約１／２の半径
ｒの同心円を想定して、この円に対する切線の方向に汚
泥を噴射させた場合に好結果を得ている。次に、以上の
基本的な理念を集約した凝梓及びスカムによるトラブル
防止のための機構を具備した隣気性消イ○糟装置の一実
施例を第３図乃至第５図に基いて具体的に説明すると、
本発明の消化槽装置は第３図に示すように、消化槽本体
１内部に蓮適する各管よりなる旋回流型魔梓装置系とし
ては、糟内より外部へ導かれる引抜管２３に連接して循
環ポンプ２、混合器３及び加温装置４を直列し、以後を
分岐して、第４図又は第５図に示すような１本又は複数
本の上部注入管８を有する上部分岐管６と、同じく１本
又は複数本の下部注入管７を有する下部分岐管５とに形
成する。さらに外部よりもたらされる生汚泥を収受する
生汚泥貯槽９を配し、生汚泥は生汚泥投入ポンプ１０１
こより送泥管１１を介して上記混合器３に導かれ、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
となって槽内へ投入される。また、ガスリフト型磯洋装
層系としては、消化槽本体１の糟内中央部にェダクター
管１２を立設し、槽上部よりは循環ガス吸入ライン１３
を設けて消化ガスによる槽内燈梓を行なうようにするの
であって、循環ガス吸入ライン１３にはドレンセパレー
タ１４、フレームアレスタ１５を含ませてブロワ１６に
連結し、ブロワ１６吐出口にはガス圧入ライン１７を接
続し該ライン１７の先端はェダクター管１２の管中適宜
深さにて閉口する。そして圧入ライン１７にはバルブを
介在させて、ブロワと該バルフとの中間部よりスカム発
生防止又はスカム破砕用のガス吹込管１８を分岐させ、
これらガス吹込管１８，１８にもそれぞれバルブを介在
させて、ガス圧入ライン１７と適宜振分け又は同時使用
等を行ないブロワ１６を共用できるようにする。なお、
図において１９は脱離液（処理液）取出管、２川ま消化
汚泥取出管、２１は消化ガス取出管、そして２２はスカ
ム取出管をそれぞれ示し、さらに各管路の適宜個所には
バルブを配設して流通するガス又は液体等の制御を自在
とすることはいうまでもない。而して、斯かる消化槽の
実際運転に際しては、消化槽本体１に生汚泥を投入する
前に先づブロワ１６を運転し、糟内容物を均一にし、且
つ脱ガス処理した後、生汚泥投入ポンプ１０、循環ポン
プ２及び加温装置４を起動し、送泥管１１を介して生汚
泥を混合器３に送入する。

この混合器３内にて循環ポンプ２を経て消化槽本体１の
中より引抜管２３を経て引抜かれた消化混合液と混合し
、生汚泥に嫌気性菌（消化混合液に含まれる消化汚泥に
付着した嫌気性菌）を種着けし充分混合した後、加温装
置４（温水加熱の熱交換方式等が好ましい）を薄遇する
間に消化温度の３５〜３が○程度に加溢され、然る後、
上部分岐管６及び下部分岐管５を通って、上部注入管８
及び下部注入管７より槽内に噴射され糟内を均一にゆっ
くりと麓拝し、有機物を方遍なく拡散し均質な栄養基質
を形成し、嫌気性菌を繁殖させ、活発に活動させて汚泥
中の有機物をメタンガス、脱離液、消化汚泥に分離する
。なお、生汚泥投入時は加溢装置４は運転しつつ行なう
ようにし、消化槽内に熱勾配を生ぜしめず常に消化槽内
を最適の温度に保つようにする。また、ガスリフト型櫨
洋装層は、消化槽の運転開始当初、約２時間程度運転し
、檀底に沈殿している嫌気性菌や汚泥を液中に浮上させ
、同時に糟内物を循環燈拝させた均一にし、さらに液中
に蓄積しているガスを脱気し嫌気性菌の生理作用を活発
にするような環境をつくりだすのである。

それ以降はガスリフト式ガス縄洋装層は連続運転を行な
う必要はなく、１印こ３回程度短時間の間歌運転にて、
糟内の均一化と脱ガス処理を行なって嫌気性菌の生理作
用を促進せしめることができるので騒音公害を派生する
ことがないのは本発明の有利な点でもある。第１表は上
記の具体的な一実施例装置に汚泥を投入した場合の操作
手順と消化槽の運転内容を集約したもので下水処理場で
発生した汚泥を、毎日午前８時の運転開始後に消化槽に
投入し、消化処理する場合の処理装置とそれの運転手順
と運転時刻との関係を示している。

すなわち、下水処理で毎日発生し、濃縮した生汚泥は消
化槽に投入する前に、消化槽より引抜いた消化混合液と
混合し嫌気性菌を櫨種し、次に加温装置を通り消化温度
３５〜３６午０程度に加溢した後、旋回流型燈群、ガス
リフト型櫨枠、スカムプレーキング等一連の蝿梓を経て
消化ガス、脱離液、消化汚泥に分解し、最終生成物をそ
れぞれの取出管を介して槽外に取出すのである。これら
の操作は毎日同じ工程を繰返すもので操作の相関性は第
１表にみるとおりである。これによれば、糟に投入され
る生汚泥は槽投入前に消化汚泥と混合しているが、槽内
の嫌気性菌の数と較べればきわめて少ない。

従って投入汚泥を速やかに分散するには糟内に高濃度で
賦存する嫌気性菌と可能な限り速やかに混合し接触させ
る必要がある。そのためにポンプ循環式縄梓とガスリフ
ト式ガス損梓とを併用し、一定周期で同時運転を行なう
ことは殊のほか効果的である。ポンプ循環式櫨梓は、約
９時間程度運転すると（汚泥投入完了後、約４時間経過
したとき）檀内各要素は完全に混合し、嫌気性菌の栄養
である有機物を一様に嫌気性菌に分配し、その後は生物
反応が長時間をかけて行なわれる状態となるので、約９
時間程度、循環ポンプを運転すると後は停止する。

旋回流型又はガスリフト型縄梓装置の運転を停止すると
、槽内の流れが段々遅くなりスカムが液表面のＡ部分に
集ってくるので、ブロワ１６を起動しバルブ操作により
、この部分に位置するスカム解砕用のガス吹込管１８を
経て、多量の消化ガスを液上層部に集中して吹込み、ス
カムを解砕又は破砕する。

このためのブロワ１６の運転は１時間程度で以後は停止
してよく、破砕されたスカムはスカム取出管２２を経て
槽外に取出し処理する。第１表 消化槽の操作手順と運
転内容の一例を示す表以上説明したように、消化槽に投
入された生汚泥の生物反応による分解は、投入直後から
旋回流型燈梓が停止するまでの間に活発に行なわれ、そ
れ以後は時間の経過と共に漸次減少する。

汚泥の消化がこのような傾向で推移することは消化槽の
ガス発生状況と運転時間の関係を測定することにより現
認できる。運転開始後約１幼時間目に、スカム鍵砕を行
なってからブロワの運転を停止すると、糟内液全体に非
常にゆっくりと固液分離離が起り、嫌気性菌を含む消化
汚泥は檀の底に沈殿し、また、処理脱離液は槽の上部に
集まる。

脱離液は脱離液取出管１９を経て、また、消化汚泥は消
化汚泥取出管２０を経て槽外に取出し適宜処分する。

消化ガスは消化ガス取出管２１を経て常時槽外に取出し
、脱硫等の後タンクに貯蔵しガス燃料として使用する。
これらの運転はすべてタイマにより制御され自動的に操
作されるので、運転は監視によるオペレーションのみで
あり維持管理はきわめて容易である。

本発明にあっては、ポンプ循環式櫨枠を主力とした効率
の高い蝿梓のもとに、ガスリフト型澄拝及びスカムブレ
ーキング等気液混合櫨梓の併用により、嫌気性菌の生理
作用が在来手段に較べてきわめて短時間に完了するので
、消化槽規模は約１／２になりさらに動力費が大幅に低
減でき、しかもスカムの発生が抑止されてきわめて多量
の消化ガスが得られるような多様な効果を具有する高性
能の嫌気性消化槽装置となし得たのであって、本発明の
趣旨に従えばその技術的思想は上記の実施例に限定され
るものではなく、それから導かれる応用、転用又は変形
はすべて本発明の技術的範囲に包含されるものであるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａはガスリフト型鷹梓を行った場合のフローパタ
ーンを示したソロバン珠型槽の立断面図、同Ｂは下部か
ら液を噴出させて旋回流を起こさせた場合のフローパタ
ーンを示したソロバン珠型槽の立断面図、同Ｃは、上部
と下部の両方から液を噴出させて、中央で液を引抜く旋
回流を起こさせた場合のフローパターンを示したソロバ
ン珠型槽の立断面図である。 第２図は、第１図Ｃに示した上部の旋回鷹杵流は汚泥を
４？の仰角で頬射天井に噴射し、下部の旋回蝿浮流は、
汚泥を若干俺角で噴射した場合のフローパターンを示し
たソロバン珠型槽の立断面図、同Ｂ図はスカムブレーカ
のガス噴射口を示したソロバン珠型槽の立断面図である
。第３図は本発明装置の一実施例の説明用立断面図、第
４図は第３図のＷ−Ｗ視説明図、第５図は同Ｖ−Ｖ視説
明図である。１…消化槽本体、２…循環ポンプ、３・・
・混合器、４・・・加温装道、５・・・下部分岐管、６
・・・上部分岐管、７・・・下部注入管、８・・・上部
注入管、９・・・生汚泥貯槽、１０・・・生汚泥投入ポ
ンプ、１１・・・送泥管、１２・・・ェダクター管、１
３・・・循環ガス吸入ライン、１６・・・ブロワ、１７
・・・ガス圧入ライン、１８・・・ガス吹込管、１９・
・・脱離液取出管、２０…消化汚泥取出管、２１・・・
消化ガス取出管、２２・・・スカム取出管、２３・・・
引抜管。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被汚泥を嫌気性菌の作用により消化してメタン含有
   ガスを発生させるソロバン珠型消化槽装置において：（
   イ） 消化槽中心部に中空のエダクター管を立設し、そ
   の内部に消化ガスを噴出させて、ガスリフト効果により
   、エダクター管外部の環状部との間に、エダクター管内
   を上昇し、環状部を降下する、汚泥の放射状循環を起こ
   させるガスリフト型撹拌装置と、（ロ） 上部旋回流型
   撹拌装置と下部旋回流型撹拌装置とからなり、 上部旋
   回流型撹拌装置は、汚泥噴出口が、約４５°±１０°の
   仰角で汚泥を噴出させた場合、ソロバン珠型消化槽の傾
   斜天井の汚泥自由表面より深い位置に投射する位置に、
   上記仰角をとるように複数個設けられた汚泥噴出口を含
   み、 下部旋回流型撹拌装置は、個々の汚泥噴出口が俯
   角で、ソロバン珠型消化槽の逆円錐型底面に沿い噴射さ
   れ、沈殿の水ひを行い得るように噴射されるごとく形成
   された複数の噴射口を含む 旋回流型撹拌装置と、 （ハ） 消化ガスを、汚泥自由面から約３ｍより浅い位
   置に消化ガスを噴出させる複数の消化ガス噴出口を含む
   スカムブレーカと、 を兼ね備えてなる嫌気性消化槽装
   置。 ２ 上部旋回流型撹拌装置と下部旋回流型撹拌装置にお
   ける、水平面に投影した汚泥の噴出方向が、ソロバン珠
   型消化槽の半径の約１／２の半径の同心円に対する切線
   の方向である特許請求の範囲第１項記載の嫌気性消化槽
   装置。