WO2012042581A1 - メタン発酵処理装置 - Google Patents

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fermentation treatment
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water
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吉村敏機
河野和哉
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株式会社エイブル
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Definitions

  • the present invention relates to a methane fermentation treatment apparatus that decomposes industrial wastewater typified by organic wastewater such as food industry or wastewater such as sewage and human waste into methane gas, carbon dioxide gas, etc. by methane fermentation.
  • Methane fermentation treatment In order to treat industrial wastewater such as food industry wastewater, and organic waste such as organic sludge and garbage, methane fermentation treatment has attracted attention and has been put to practical use. Methane fermentation treatment is energy saving compared to activated sludge treatment, and can produce methane gas as biogas as energy.
  • an anaerobic digestion method or a UASB (upward flow type anaerobic sludge bed) method is widely used.
  • UASB methane fermentation treatment organic waste is converted into methane gas, water, and carbon dioxide through a two-stage decomposition process. That is, organic waste is decomposed into lower fatty acids such as acetic acid during the acid fermentation process, and then decomposed into methane gas by the action of methane bacteria.
  • a sludge blanket type methane fermentation treatment apparatus as described in Patent Document 1 is known.
  • a turbulent reaction layer that retains granular granules in a turbulent state is formed by stacking vertically in two or more stages from below in the tank of the reaction tank.
  • a laminar bed sludge blanket is provided which overflows outside the tank and returns water containing granules to the turbulent reaction layer.
  • the turbulent reaction layers in each stage are connected through a narrow flow path formed outside a conical first partition wall provided in a convex shape upward. ing.
  • the 1st penetration cylinder 4 which descends the reaction water near the free water surface of the tank center upper part to the 1st turbulent flow layer 201 of the tank bottom, and the water of the 1st turbulent flow layer 201 near the free water surface of the tank center upper part
  • the second through cylinder 6 By providing the second through cylinder 6 to be raised, the water in the first turbulent layer 201 circulates through the vicinity of the free water surface at the upper center of the tank.
  • an object of the present invention is to provide a methane fermentation treatment apparatus with high reaction efficiency in which the flow state of the water to be treated in the multistage reaction tank is improved.
  • a methane fermentation treatment apparatus comprises a multistage reaction tank in which the inside of the tank is partitioned into a plurality of reaction chambers by partition walls, and water to be treated and granulated in the multistage reaction tank.
  • the partition is provided with an opening through which the treated water passes from the upstream reaction chamber toward the downstream reaction chamber, and the most downstream reaction chamber has An overflow section is provided to discharge the treated water separated from the granular sludge, and guides the gas generated in one reaction chamber below the surface of the water at approximately the same height as the overflow surface of the overflow section.
  • the granular sludge guided below the water surface together with the gas generated in one reaction chamber is returned to the other reaction chamber on the upstream side.
  • a good sludge blanket can be formed by flowing between a plurality of reaction chambers.
  • the sludge water containing granule sludge flows between adjacent reaction chambers, whereby the inside of the multistage reaction tank is stirred and mixed to prevent a single flow of water to be treated, thereby promoting the methane fermentation reaction.
  • the partition wall is formed in a conical surface shape (for example, a conical surface shape or a quadrangular pyramid surface shape) with the top portion facing downward.
  • a conical surface shape for example, a conical surface shape or a quadrangular pyramid surface shape
  • the gas generated in the reaction chamber moves outward in the radial direction of the reaction chamber with the granular sludge floating in the reaction chamber, and is almost the same as the overflow surface. It is discharged into the air from the same free water surface. In this way, the flow state of the granular sludge in the multistage reaction tank is improved.
  • the opening is preferably formed at the top.
  • an opening is formed at the top of the cone of the partition wall having an inverted conical surface shape, and the water to be treated passes through the opening from the upstream reaction chamber toward the downstream reaction chamber. Is formed inside the reaction chamber in the radial direction, so that the laminar flow of the water to be treated and the circulating flow of sludge water accompanying the flow of the generated gas can form a stable flow state without interfering with each other It becomes.
  • the sludge returning means is composed of a downward piping that returns the granular sludge to the other reaction chamber by gravity.
  • Granule sludge guided under the free water surface approximately the same height as the overflow surface can be returned to a desired position in the reaction chamber of the return destination through the sludge return means composed of such downward piping. .
  • the degassing means is an upward pipe that guides the gas below the water surface by buoyancy.
  • the gas generated in one reaction chamber is collected, transferred upward by buoyancy, and guided under the free water surface approximately the same height as the overflow surface, so that gas can be removed without using any special power. It can be carried out.
  • the upward piping is provided on the peripheral side of the one reaction chamber and is arranged so that the generated gas is easily taken in.
  • the methane fermentation treatment apparatus of the present invention is preferably provided with a blower for blowing gas into the upward pipe or / and the reaction chamber.
  • a blower for blowing gas into the upward pipe or / and the reaction chamber.
  • the inside of the multistage reaction tank can be sufficiently agitated to form an appropriate fluid state without blowing gas from the outside.
  • the amount of methane gas generated is small, it is possible to adjust the flow state by blowing methane gas or the like from the outside into the upward piping or the reaction chamber.
  • the plurality of reaction chambers are preferably stacked in the vertical direction.
  • it is easy to form a compact methane fermentation treatment apparatus equipped with the degassing means and sludge return means of the present invention.
  • treated water is intermittently supplied to the multistage reaction tank.
  • the granular sludge is settled by its own weight when the treated water stops flowing, and the granular sludge flows from the upper reaction chamber to the lower reaction chamber through the opening.
  • the granular sludge that has flowed into the lower reaction chamber rides on the gas flow in the lower reaction chamber and is guided to the degassing means, thereby forming a circulating flow of sludge water in the multistage reaction tank. can do.
  • a blocking plate for preventing the gas in the upstream reaction chamber from flowing into the downstream reaction chamber is provided in the vicinity of the upstream side of the opening.
  • a floating gas blocking plate having a cross-sectional area larger than the opening in the reaction chamber slightly upstream from the opening, methane gas generated in the upstream reaction chamber flows into the downstream reaction chamber through the opening. And the gas can be effectively guided to the degassing means.
  • a levitation gas blocking plate can be configured as a conical surface disposed so as to have an apex on the upper side.
  • methane fermentation is effectively performed while preventing a single flow in the reaction chamber by forming a circulation flow in the multistage reaction tank using the gas generated in the reaction chamber. It can be carried out.
  • a gas such as methane gas from the outside through a blower, the flow of sludge water to be lifted up can be promoted.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the multistage reaction tank of FIG. 1 viewed from the LL direction. It is a schematic flowchart of the methane fermentation processing apparatus containing the multistage reaction tank of FIG.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a multistage reaction tank in a methane fermentation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic plan view seen from the LL direction of FIG.
  • the multistage reaction tank 1 In the multistage reaction tank 1, three conical surface partition walls 2 (2 ⁇ / b> A, 2 ⁇ / b> B, 2 ⁇ / b> C) with the top facing downward are installed. It is joined to the surface in a watertight state, and the inside of the multistage reaction tank 1 is partitioned into reaction chambers 10 (10Z, 10A, 10B, 10C). Moreover, the opening part 3 (3A, 3B, 3C) is formed in the top part of each partition 2, and each reaction chamber 10 is connected by each opening part 3.
  • a conical floating gas blocking plate 12 is provided in the vicinity of the lower side of the opening 3 and is fixed to each partition wall 2 by a support means (not shown).
  • An inflow portion 8 of the water to be treated is provided at the lowermost portion of the multistage reaction tank 1, and an overflow basin 4 for overflowing the treated water is provided at the uppermost portion of the multistage reaction tank 1.
  • the treated water that has overflowed flows out of the multistage reaction tank 1 through the outflow pipe 9. Furthermore, one end of a gas discharge pipe 11 that discharges methane gas generated in the multistage reaction tank 1 to the outside of the multistage reaction tank 1 is connected to the top of the multistage reaction tank 1.
  • one end of the upward pipe 5A is attached through the partition wall 2A.
  • the other end of the upward pipe 5A communicates with a degassing tank 7 (7A) formed so that the water surface exists at substantially the same height as the overflow water surface of the multistage reaction tank 1, and in the reaction chamber 10Z.
  • the generated methane gas is guided to the degassing tank 7A by the upward pipe 5A.
  • One end of the downward piping 6A communicates with the degassing tank 7A, and the other end of the downward piping 6A is installed along the upper side of the conical surface of the partition wall 2A.
  • the rising sludge water is returned to the reaction chamber 10A from the other end of the downward piping 6A through the degassing tank 7A.
  • one end of the upward pipe 5B is attached so as to penetrate the partition wall 2B.
  • the other end of the upward pipe 5B communicates with a gas vent tank 7B installed on the same horizontal plane as the gas vent tank 7A so that methane gas generated in the reaction chamber 10A is guided to the gas vent tank 7B by the upward pipe 5B. It has become.
  • One end of the downward piping 6B communicates with the degassing tank 7B, and the other end of the downward piping 6B is installed along the upper side of the conical surface of the partition wall 2B.
  • the rising sludge water is returned to the reaction chamber 10B from the other end of the downward piping 6B through the gas venting tank 7B.
  • each degassing tank 7 (7A, 7B) is installed adjacent to the uppermost peripheral side in the multistage reaction tank 1.
  • the thus configured methane fermentation treatment apparatus of the present invention functions as follows.
  • To-be-processed water flows in intermittently from the inflow part 8 and moves between the reaction chambers 10 (10Z, 10A, 10B, 10C) through the openings 3 (3A, 3B, 3C) while rising.
  • the organic matter in the water to be treated is decomposed.
  • the treated water is finally separated from the granular sludge at the upper part of the reaction chamber 10C and taken out from the outflow pipe 9 to the outside of the multistage reaction tank 1 through the overflow tank 4 as treated water.
  • a part of the methane gas generated in the reaction chamber 10Z is captured by the floating gas blocking plate 12 below the opening 3A and is prevented from flowing into the reaction chamber 10A, and is generated in the reaction chamber 10Z including the blocked methane gas.
  • the methane gas rises along the lower side of the conical surface of the partition wall 2 ⁇ / b> A and stays around the junction between the partition wall 2 ⁇ / b> A and the multistage reaction tank 1. Since one end of the upward pipe 5A is opened in the vicinity of the joint, the methane gas staying around the joint is guided under the water surface of the degassing tank 7A through the upward pipe 5A, and is discharged from the water surface.
  • the methane gas released therein is discharged out of the multistage reaction tank 1 through the gas discharge pipe 11.
  • the granules fall from the reaction chamber 10A and flow into the 10Z against the direction of the water to be treated.
  • circulation and mixing of granular sludge is achieved between the reaction chamber 10Z and the reaction chamber 10A, and the reaction is effectively performed.
  • the methane gas generated in the reaction chamber 10A also rises along the lower side of the conical surface of the partition wall 2B and stays around the joint portion between the partition wall 2B and the multistage reaction tank 1, but the joint portion. Since there is an opening of the upward pipe 5B in the vicinity, the methane gas is guided through the upward pipe 5B under the water surface of the degassing tank 7B, and the methane gas released from the water surface into the air passes through the gas discharge pipe 11. Through the multistage reaction tank 1. When methane gas passes through the upward pipe 5B, sludge water containing granules existing in the reaction chamber 10A rises in the same manner and flows into the degassing tank 7B due to the lift-up effect.
  • the water level m in the degassing tank 7B rises higher than the water level n in the multistage reaction tank 1, and sludge water falls from the downward piping 6B due to the head difference (mn). It flows into the chamber 10B.
  • the conical surface-like partition wall 2 with the top portion facing downward is formed, the opening portion 3 is provided at the top portion, the gas venting means including the upward pipe 5 is provided, and the gas vent tank 7 and the downward pipe 6 are provided.
  • FIG. 3 is a schematic flow diagram of the methane fermentation treatment apparatus of the present invention including the methane gas storage tank 12.
  • the other end of the gas discharge pipe 11 communicated with the uppermost part of the multistage reaction tank 1 is connected to a storage tank 12.
  • one end of a gas blowing pipe 13 communicates with the storage tank 12, and the other end is opened directly below the upward pipe 5 ⁇ / b> A in the reaction chamber 10 ⁇ / b> Z. 13 is installed in the middle.
  • methane gas stored in the storage tank 12 can be blown into the multistage reaction tank 1 through the gas blowing pipe 13.
  • the methane gas rises in the upward pipe 5A at a high flow rate, so that the gas lift-up effect is more prominently generated and the sludge water in the reaction chamber 10Z flows into the gas vent 7A at a high flow rate.
  • the granules having a large particle size are loosened by vibrations generated when bubbles of the methane gas are generated, and dispersed into granules having a smaller particle size.
  • the surface area of the granules can be increased and the effect of the methane fermentation treatment can be further increased.
  • the other end of the gas blowing pipe 13 is opened directly below the upward pipe 5A.
  • the present invention is not limited to this, and the gas blowing pipe 13 may be opened at any place in the reaction chamber 10Z or the upward pipe 5A. .
  • the other end of the gas blowing tube 13 is opened only in the reaction chamber 10Z, but the other end of the gas blowing tube 13 is branched and opened in the reaction chamber 10A, so that the granule The increase in stirring and mixing can be affected more widely.
  • the methane fermentation treatment apparatus according to the present invention can be used for treating various organic industrial wastewater, sewage, human waste and other wastewater.

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Abstract

　槽内部が隔壁により複数の反応室に区画された多段式反応槽からなり、該多段式反応槽内で被処理水とグラニュール汚泥とを接触させるメタン発酵処理装置であって、隔壁には被処理水が上流側反応室から下流側反応室に向けて通過する開口部が設けられ、最下流側の反応室にはグラニュール汚泥から分離された処理水を越流させて排出する越流部が設けられ、一の反応室内において発生したガスを越流部の越流面と略同じ高さの水面下に導いて気中に抜き出すガス抜き手段と、該ガス抜き手段によりガスとともに水面下に導かれたグラニュール汚泥を一の反応室よりも上流側の他の反応室に返送する汚泥返送手段とを備えていることを特徴とするメタン発酵処理装置。多段式反応槽内における被処理水の流動状態が改善された反応効率の高いメタン発酵処理装置が提供される。

Description

メタン発酵処理装置
　本発明は、食品工業等の有機性廃水に代表される産業廃水、又は下水、し尿等の廃水をメタン醗酵処理してメタンガス，炭酸ガスなどに分解するメタン発酵処理装置に関する。
　食品工業廃水等の産業廃水や、有機性汚泥、生ごみ等の有機性廃棄物を処理するために、メタン発酵処理が注目され、実用化されている。メタン発酵処理は、活性汚泥処理に比べて省エネルギーであり、バイオガスとしてのメタンガスをエネルギーとして生み出すことができる。
　メタン醗酵処理の例として、嫌気性消化法やＵＡＳＢ（上向流式嫌気性汚泥床）法によるものが普及している。ＵＡＳＢ法のメタン醗酵処理においては、有機性廃棄物は２段階の分解過程を経て、メタンガス、水および炭酸ガスとなる。すなわち、有機性廃棄物は酸発酵過程で酢酸等の低級脂肪酸に分解され、続いてメタン細菌の働きによりメタンガスに分解される。
　このようなメタン発酵処理において、特許文献１に記載されるようなスラッジブランケット型のメタン醗酵処理装置が知られている。この装置は、顆粒状態のグラニュールを乱流状態で滞留させる乱流反応層を反応槽の槽内に下方から２段以上に縦型に積層して形成したものであり、処理水を上方から槽外部に溢流させると共に、グラニュールを含む水を乱流反応層に戻すようにした層流層（スラッジブランケット）が設けられている。
特開２００５－３４２６９１号公報
　特許文献１に記載されるメタン発酵処理装置においては、各段の乱流反応層は、上方に向かって凸形に設けられた円錐型の第一隔壁の外側に形成される狭い流路を通じてつながっている。そして、槽中央上部の自由水面付近の反応水を槽最下部の第一乱流層２０１に下降させる第一貫通筒４と、第一乱流層２０１の水を槽中央上部の自由水面付近に上昇させる第二貫通筒６が設けられることにより、第一乱流層２０１の水は槽中央上部の自由水面付近を経由して循環する。このような槽内構造のために、下段の乱流反応層から上段の乱流反応層へと被処理水が順次移動するに際し、本来は槽中央上部の自由水面付近を経由して循環しながら径方向に均一に広がって流れるべき被処理水が片流れを生じ、反応効率を低減させる恐れがある。
　そこで本発明の課題は、多段式反応槽内における被処理水の流動状態が改善された反応効率の高いメタン発酵処理装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明に係るメタン発酵処理装置は、槽内部が隔壁により複数の反応室に区画された多段式反応槽からなり、該多段式反応槽内で被処理水とグラニュール汚泥とを接触させるメタン発酵処理装置であって、前記隔壁には被処理水が上流側反応室から下流側反応室に向けて通過する開口部が設けられ、最下流側の反応室にはグラニュール汚泥から分離された処理水を越流させて排出する越流部が設けられ、一の反応室内において発生したガスを前記越流部の越流面と略同じ高さの水面下に導いて気中に抜き出すガス抜き手段と、該ガス抜き手段により前記ガスとともに前記水面下に導かれたグラニュール汚泥を前記一の反応室よりも上流側の他の反応室に返送する汚泥返送手段とを備えていることを特徴とするものからなる。
　このような本発明のメタン発酵処理装置によれば、一の反応室内において発生したガスとともに水面下に導かれたグラニュール汚泥を、上流側の他の反応室に返送するので、グラニュール汚泥が複数の反応室間を流動し、良好なスラッジブランケットが形成可能となる。また、グラニュール汚泥を含む汚泥水が隣り合う反応室間を流動することにより、多段式反応槽内が攪拌混合されて被処理水の片流れが防止され、メタン発酵反応の促進が図られる。
　本発明のメタン発酵処理装置において、前記隔壁が、頂部を下方に向けて配置された錐面状（例えば円錐面状、四角錐面状）に形成されていることが好ましい。隔壁をいわゆる逆錐面形状に形成することにより、反応室内で発生したガスは、反応室内に浮遊するグラニュール汚泥を随伴しながら反応室の径方向外向きに移動して、越流面と略同じ高さの自由水面から気中に排出される。このようにして、多段式反応槽内におけるグラニュール汚泥の流動状態の改善が図られる。
　前記開口部は、前記頂部に形成されていることが好ましい。このように、逆錐面形状をなす隔壁の錐体頂部に開口部が形成され、当該開口部を通じて被処理水が上流側反応室から下流側反応室に向けて通過することにより、被処理水の主流れが反応室の径方向内側に形成されるので、被処理水の層流と、発生ガスの流れに随伴する汚泥水の循環流とが互いに干渉することなく安定した流動状態が形成可能となる。
　本発明のメタン発酵処理装置において、前記汚泥返送手段が、前記グラニュール汚泥を前記他の反応室に重力で返送する下向き配管からなることが好ましい。このような下向き配管からなる汚泥返送手段を介して、越流面と略同じ高さの自由水面下に導かれたグラニュール汚泥を、返送先の反応室内における所望の位置に返送することができる。
　本発明のメタン発酵処理装置において、前記ガス抜き手段が、前記ガスを浮力で前記水面下に導く上向き配管からなることが好ましい。このように、一の反応室内で発生したガスを集めて浮力で上方に移送し、越流面と略同じ高さの自由水面下に導くことにより、特段の動力を使用せずにガス抜きを行うことができる。また、上昇するガスのリフトアップ作用を利用して汚泥水を上昇させることができるので、簡素な機構にて多段式反応槽内を適切な流動状態に保持することが可能である。また、前記上向き配管は、前記一の反応室の周縁側に設けられて、発生したガスが取り込まれやすく配置されていることが好ましい。
　また、本発明のメタン発酵処理装置には、前記上向き配管内または／および反応室内に気体を吹き込むブロワが設けられていることが好ましい。メタン発酵反応が活発に生じているときは、外部から気体を吹き込まなくても多段式反応槽内が十分に攪拌されて適切な流動状態を形成可能である。しかしメタンガスの発生量が少ないときは、外部からメタンガス等を上向き配管や反応室内に吹き込むことで流動状態を調整することが可能である。また、外部から吹き込まれた気体により、上向き配管内を上昇するグラニュール汚泥をほぐして小粒径化することが可能である。このようにして汚泥表面積を高めることで、グラニュール汚泥の持つメタン発酵反応性の向上を図ることも可能である。
　本発明に係るメタン発酵処理装置において、前記複数の反応室が上下方向に積層されていることが好ましい。このようないわゆる縦型の多段式反応槽においては、本発明のガス抜き手段および汚泥返送手段を備えたメタン発酵処理装置をコンパクトに形成することが容易である。
　本発明のメタン発酵処理装置において、前記多段式反応槽に被処理水が断続的に供給されることが好ましい。被処理水が断続的に供給されることにより、被処理水の流入停止時にグラニュール汚泥を自重で沈降させ、開口部を通じて上方の反応室から下方の反応室内へとグラニュール汚泥を流入させることができる。このようにして、下方の反応室に流入したグラニュール汚泥が下方の反応室内のガス流れに乗ってガス抜き手段へと誘導されることにより、多段式反応槽内に汚泥水の循環流を形成することができる。
　本発明のメタン発酵処理装置において、前記開口部の上流側近傍に、前記上流側反応室内のガスが前記下流側反応室内に流入することを阻止する阻止板が設けられていることが好ましい。例えば、開口部からわずかに上流側の反応室内に、開口部よりも大きな断面積を有する浮上ガス阻止板を設けることにより、上流側反応室内で発生したメタンガスが開口部を通じて下流側反応室内に流入することを阻止し、ガスをガス抜き手段へと効果的に誘導することが可能となる。このような浮上ガス阻止板は、上方に頂点を有するように配置された円錐面状に構成することができる。
　本発明に係るメタン発酵処理装置によれば、反応室内で発生するガスを利用して多段式反応槽内に循環流を形成させることにより、反応室内における片流れを防止しつつメタン発酵を効果的に行うことができる。また、ブロワを介して外部からメタンガス等の気体を導入することにより、リフトアップされる汚泥水の流動を促進することができる。
本発明の一実施態様に係るメタン発酵処理装置における多段式反応槽の概略縦断面図である。 図１の多段式反応槽をＬ－Ｌ方向から見た概略平面図である。 図１の多段式反応槽を含むメタン発酵処理装置の概略フロー図である。
　以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
　図１は本発明の一実施態様に係るメタン発酵処理装置における多段式反応槽の概略縦断面図であり、図２は図１のＬ－Ｌ方向から見た概略平面図である。
　多段式反応槽１内には、頂部を下方に向けた円錐面状の三つの隔壁２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）が設置され、各隔壁２の外周縁は多段式反応槽１の円筒内周面と水密状態で接合されており、多段式反応槽１内を反応室１０（１０Ｚ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）に区画している。また各隔壁２の頂部には開口部３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）が形成されており、各開口部３によって各反応室１０は連通している。また、開口部３の下方側近傍には、円錐面状の浮上ガス阻止板１２が設けられ、図示されない支持手段によって各隔壁２に固定されている。多段式反応槽１の最下部には被処理水の流入部８が設けられ、多段式反応槽１の最上部には処理水を越流させる越流樋４が設けられ、越流樋４を越流した処理水は、流出管９を通して多段式反応槽１の外部に流出されるようになっている。さらに多段式反応槽１の最上部には、多段式反応槽１内で発生したメタンガスを多段式反応槽１外に放出するガス放出管１１の一端が接続されている。
　隔壁２Ａの外周縁付近（反応室１０Ｚ周縁側の上部）には、上向き配管５Ａの一端が隔壁２Ａを貫通して取り付けられている。上向き配管５Ａの他端は、多段式反応槽１の越流水面と略同じ高さにその水面が存するように形成されたガス抜き槽７（７Ａ）に連通しており、反応室１０Ｚ内で発生するメタンガスを上向き配管５Ａによってガス抜き槽７Ａに導くようになっている。
　ガス抜き槽７Ａには下向き配管６Ａの一端が連通しており、下向き配管６Ａの他端部は隔壁２Ａの円錐面上側に沿って設置されており、メタンガスの上昇流によるガスリフトアップ効果によってメタンガスとともに上昇する汚泥水をガス抜き槽７Ａを介して下向き配管６Ａの他端から反応室１０Ａに返送するようになっている。
　隔壁２Ｂの外周縁付近（反応室１０Ａ周縁側の上部）には、上向き配管５Ｂの一端が隔壁２Ｂを貫通して取り付けられている。上向き配管５Ｂの他端はガス抜き槽７Ａと同一水平面上に設置されたガス抜き槽７Ｂに連通しており、反応室１０Ａ内で発生するメタンガスを上向き配管５Ｂによってガス抜き槽７Ｂに導くようになっている。
　ガス抜き槽７Ｂにも下向き配管６Ｂの一端が連通しており、下向き配管６Ｂの他端部は隔壁２Ｂの円錐面上側に沿って設置されており、メタンガスの上昇流によるガスリフトアップ効果によってメタンガスとともに上昇する汚泥水をガス抜き槽７Ｂを介して下向き配管６Ｂの他端から反応室１０Ｂに返送するようになっている。
　なお、図２に示すように、各ガス抜き槽７（７Ａ、７Ｂ）は多段式反応槽１内の最上部周縁側に隣合わせになるように設置されている。
　このように構成された本発明のメタン発酵処理装置は、以下のように機能する。
　被処理水は流入部８から断続的に流入し、上昇しながら、各開口部３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を通して各反応室１０（１０Ｚ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）間を移動する。この過程で被処理水が各反応室１０内に存在するグラニュール汚泥と接触することにより、被処理水中の有機物が分解される。被処理水は、最終的に反応室１０Ｃの上部でグラニュール汚泥と分離され、越流樋４を介して流出管９から多段式反応槽１の外部へ処理水として取り出される。
　反応室１０Ｚで発生したメタンガスの一部分は、開口部３Ａの下方にある浮上ガス阻止板１２に捕捉されて反応室１０Ａへの流入が阻止され、阻止されたメタンガスを含めた反応室１０Ｚで発生したメタンガスは隔壁２Ａの円錐面下側に沿って上昇し、隔壁２Ａと多段式反応槽１との接合部の周囲に滞留する。その接合部付近には上向き配管５Ａの一端が開口しているので、当該接合部の周囲に滞留したメタンガスは、上向き配管５Ａを通ってガス抜き槽７Ａの水面下に導かれ、その水面から気中に放出されたメタンガスはガス放出管１１を介して多段式反応槽１外に排出される。
　一方、メタンガスが上向き配管５Ａを通過する際に、そのリフトアップ効果によって反応室１０Ｚ内に存在するグラニュールを含む汚泥水も上昇してガス抜き槽７Ａに流入する。その結果、ガス抜き槽７Ａ内の水面ｍは多段式反応槽１内の水面ｎより高くなるが、そのヘッド差（ｍ－ｎ）によって汚泥水は下向き配管６Ａを通して落下し反応室１０Ａ内に流入する。かくして、反応室１０Ｚ内のグラニュールの一部は反応室１０Ａに移送されることになる。また、被処理水の流入が断続的に停止するタイミングで、被処理水流れの方向に抗して、グラニュールが反応室１０Ａから落下し１０Ｚ内に流入することも並行して行われる。このような運転を続行することにより、反応室１０Ｚと反応室１０Ａとの間でグラニュール汚泥の循環混合が達成され、反応が効果的に行われる。
　一方、反応室１０Ａ内で発生したメタンガスも、同じように隔壁２Ｂの円錐面下側に沿って上昇し、隔壁２Ｂと多段式反応槽１との接合部の周囲に滞留するが、その接合部付近には上向き配管５Ｂの開口部が存在するので、メタンガスは上向き配管５Ｂを通ってガス抜き槽７Ｂの水面下に導かれ、そしてその水面から気中に放出されたメタンガスはガス放出管１１を介して多段式反応槽１外に放出される。メタンガスが上向き配管５Ｂを通過する際には、そのリフトアップ効果によって反応室１０Ａに存在するグラニュールを含む汚泥水も、同じように上昇してガス抜き槽７Ｂ内に流入する。その結果、同じようにガス抜き槽７Ｂ内の水面ｍは多段式反応槽１内の水面ｎよりも高く上昇し、そのヘッド差（ｍ－ｎ）によって、汚泥水が下向き配管６Ｂから落下し反応室１０Ｂ内に流入する。
　このようにして反応室１０Ａ内のグラニュールの一部が反応室１０Ｂに移送されることになる。また、被処理水の流入が断続的に停止するタイミングで、被処理水流れの方向に抗して、グラニュールが反応室１０Ｂから落下し１０Ａ内に流入することも並行して行われる。このような運転を続行することにより、反応室１０Ａと反応室１０Ｂとの間でグラニュール汚泥の循環混合が達成され、反応が効果的に行われる。
　このように、頂部を下方に向けた錐面状の隔壁２を形成し、その頂部に開口部３を設け、上向き配管５からなるガス抜き手段を設け、ガス抜き槽７と下向き配管６からなる汚泥返送手段を設けたことによって、多段式反応槽１内の片流れを防止し、さらに多段式反応槽１内においてグラニュール汚泥を十分に循環混合することができる。従って、従来のメタン発酵処理装置に比較してその処理効果を飛躍的に増加させることができる。すなわち、同一処理容量での比較においては、従来装置より処理装置の設置面積や設置コストを大幅に減少させることができ、また同一の設置面積あるいは装置の大きさでの比較では、処理容量を大幅に増加させるという効果を発揮することが可能となる。
　図３は、メタンガスの貯留タンク１２を含めた本発明のメタン発酵処理装置の概略フロー図である。多段式反応槽１の最上部に連通したガス放出管１１の他端は貯留タンク１２に接続されている。また、貯留タンク１２にはガス吹き込み管１３の一端が連通し、その他端は、反応室１０Ｚ内の上向き配管５Ａ直下に開口され、ガス吹き込み管１３を通してガスを吹き込み可能なブロワ１４がガス吹き込み管１３の中途部分に設置されている。
　貯留タンク１２に、ブロワ１４を有するガス吹き込み管１３を接続することにより、貯留タンク１２内に貯留されたメタンガスを、ガス吹き込み管１３を介して多段式反応槽１内に吹き込むことができる。このようなガスの吹き込みにより、メタンガスが上向き配管５Ａ内を高流速で上昇するので、ガスリフトアップ効果をより顕著に発生させ、反応室１０Ｚ内の汚泥水を高流速でガス抜き槽７Ａ内に流入させることができる。このようにしてグラニュールの攪拌混合を促進し、メタン発酵処理の効果を大幅に増大させることが可能となる。さらに、多段式反応槽１の外部からメタンガスを吹き込むことにより、メタンガスの気泡発生の際に生じる振動によって粒子径の大きなグラニュールがほぐされ、より小粒子径のグラニュールへと分散されるので、グラニュールの表面積を増加させ、メタン発酵処理の効果をさらに増大させることができる。
　なお、図３ではガス吹き込み管１３の他端を上向き配管５Ａの直下に開口させているが、これに限定されず、反応室１０Ｚ内あるいは上向き配管５Ａ内の任意の場所に開口させてもよい。
　また、図３ではガス吹き込み管１３の他端を反応室１０Ｚ内のみに開口させているが、ガス吹き込み管１３の他端を分岐して反応室１０Ａ内にも開口させることにより、グラニュールの攪拌混合の増加をより広範囲に及ぼすことができる。
　本発明に係るメタン発酵処理装置は、各種有機性産業廃水、下水、し尿等の廃水を処理するために利用することができる。
１　多段式反応槽
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ　隔壁
３、３Ａ、３Ｂ、２Ｃ　開口部
４　越流樋
５、５Ａ、５Ｂ　上向き配管
６、６Ａ、６Ｂ　下向き配管
７、７Ａ、７Ｂ　ガス抜き槽
８　流入部
９　流出管
１０、１０Ｚ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ　反応室
１１　ガス放出管
１２　浮上ガス阻止板

Claims (10)

  1. 　槽内部が隔壁により複数の反応室に区画された多段式反応槽からなり、該多段式反応槽内で被処理水とグラニュール汚泥とを接触させるメタン発酵処理装置であって、前記隔壁には被処理水が上流側反応室から下流側反応室に向けて通過する開口部が設けられ、最下流側の反応室にはグラニュール汚泥から分離された処理水を越流させて排出する越流部が設けられ、一の反応室内において発生したガスを前記越流部の越流面と略同じ高さの水面下に導いて気中に抜き出すガス抜き手段と、該ガス抜き手段により前記ガスとともに前記水面下に導かれたグラニュール汚泥を前記一の反応室よりも上流側の他の反応室に返送する汚泥返送手段とを備えていることを特徴とするメタン発酵処理装置。
  2. 　前記隔壁が、頂部を下方に向けて配置された錐面状に形成されている、請求項１に記載のメタン発酵処理装置。
  3. 　前記開口部が、前記頂部に形成されている、請求項２に記載のメタン発酵処理装置。
  4. 　前記汚泥返送手段が、前記グラニュール汚泥を前記他の反応室に重力で返送する下向き配管からなる、請求項１～３のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
  5. 　前記ガス抜き手段が、前記ガスを浮力で前記水面下に導く上向き配管からなる、請求項１～４のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
  6. 　前記上向き配管が、前記一の反応室の周縁側に設けられている、請求項５に記載のメタン発酵処理装置。
  7. 　前記上向き配管内または／および反応室内に気体を吹き込むブロワが設けられている、請求項５または６に記載のメタン発酵処理装置。
  8. 　前記複数の反応室が上下方向に積層されている、請求項１～７のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
  9. 　前記多段式反応槽に被処理水が断続的に供給される、請求項１～８のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
  10. 　前記開口部の上流側近傍に、前記上流側反応室内のガスが前記下流側反応室内に流入することを阻止する阻止板が設けられている、請求項１～９のいずれかに記載のメタン発酵処理装置。
     
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