(57)【要約】【課題】排水を処理することで廉価な二酸化炭素を得る。【解決手段】外気から密閉され、隣接する槽とは連通する複数の好気槽からなる処理槽と、前記好気槽のうち、第１の好気槽に排水を投入する排水投入手段と、前記第１の好気槽に酸素を供給する酸素供給手段と、前記好気槽のうち、最後の好気槽内に設けられた処理水排出手段と、前記最後の好気槽からガスを排出するガス排出手段と、前記ガス排出手段に設けられたガス分離手段と、前記好気槽に設けられた酸素計測手段と、前記好気槽に設けられた撹拌手段と、少なくとも前記酸素計測手段と、前記酸素供給手段に接続された制御装置を有する事を特徴とする。【選択図】図１
2014064537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気から密閉され、隣接する槽とは連通する複数の好気槽からなる処理槽と、
前記好気槽のうち、第１の好気槽に排水を投入する排水投入手段と、
前記第１の好気槽に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記好気槽のうち、最後の好気槽内に設けられた処理水排出手段と、
前記最後の好気槽からガスを排出するガス排出手段と、
前記ガス排出手段に設けられたガス分離手段と、
前記好気槽に設けられた酸素計測手段と、
前記好気槽に設けられた撹拌手段と、
少なくとも前記酸素計測手段と、前記酸素供給手段に接続された制御装置を有する事を特徴とする二酸化炭素製造装置。
【請求項２】
前記酸素計測手段はＫｒ計測装置であることを特徴とする請求項１に記載された二酸化炭素製造装置。
【請求項３】
前記処理水排出手段は、膜分離装置であることを特徴とする請求項１または２の何れか１の請求項に記載された二酸化炭素製造装置。
【請求項４】
前記処理槽の周囲は断熱材に覆われていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載された二酸化炭素製造装置。
【請求項５】
前記最後の好気槽から前記第１の好気槽に汚泥を移送する汚泥返送手段を有する事を特徴とする請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載された二酸化炭素製造装置。
【請求項６】
前記第１の好気槽と第２の好気槽の水面は段差があり、前記第１の好気槽から前記第２の好気槽の間にカーテンが配置されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載された二酸化炭素製造装置。
【請求項７】
前記カーテンは板状部材であることを特徴とする請求項６に記載された二酸化炭素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素製造装置に関するものであり、特に排水を原料として二酸化炭素を製造する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素は、地球温暖化の原因物質と言われており、排出量の削減が国際的に謳われている。しかし、二酸化炭素を資源として利用しようという動きもある。これまで二酸化炭素は、溶接、食品冷凍、炭酸飲料用、医療用といった分野で利用されていた。独立行政法人産業技術総合研究所は、ポリカーボネートの原料として使用されているホスゲンの代わりに、二酸化炭素を利用する技術を開発したと２００３年２月１２日に発表した。
【０００３】
ポリカーボネートは透明で、強度に優れ、今後とも利用されるエンジニアリングプラスチックの１つである。しかし、ホスゲンが猛毒であるので従来からその取扱いには注意を要していた。ホスゲンを二酸化炭素に置き換えることができれば、二酸化炭素の資源的な価値は高まる。
【０００４】
また、ボトリオコッカス（Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ）はオイル生産藻類として注目されている。また、クロレラ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）やスピルリナ（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ）などは、健康食品や化粧品の原料となる。これらの藻類は、水と二酸化炭素と太陽光とわずかな無機質によって大量に増殖することができる。したがって、これらの藻類を増殖させる際の原料の１つとして、二酸化炭素源が貴重になってくる。また、今後植物工場などで、植物に光合成を行わせる際にも二酸化炭素は貴重な資源となる。
【０００５】
従来二酸化炭素は、天然ガス中から採取したり、コークスや他の燃料の燃焼ガス中から分離採取して集められていた。これは、地球温暖化に配慮したものである。
【０００６】
特許文献１には、高純度二酸化炭素の製造方法として、炭化水素から二酸化炭素を得る方法が開示されている。
【０００７】
一方、環境問題の１つとして、工場や家庭からの高濃度有機排水の処理があげられている。この有機排水の処理においては、活性汚泥法を用いた処理方法が良く知られている。
【０００８】
たとえば特許文献２には、活性汚泥法による排水処理によって発生する排ガス中の二酸化炭素を利用した微細藻類培養方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２８１３２７号公報
【特許文献２】特開２００１−１７０６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来は、二酸化炭素は、燃焼ガスの副産物として考えられていたが、今後は資源として積極的な利用が見込まれる。その観点から見ると、特許文献１では二酸化炭素の製造に、石化資源を利用しており、効率的であるとはいえない。
【００１１】
特許文献２では、排水処理方法の活性汚泥法より発生する排ガスを、微細藻類培養の際に必要な炭素供給源として用いている。特許文献２のように、排水の生物処理排ガスを直接利用する場合は、生物処理が不調を起こした場合、特に酸素不足による汚泥の腐敗が生じた場合に、悪臭物質やメタンガスが発生する可能性がある。したがって、二酸化炭素を資源と考えると、悪臭物質やメタンガスの混入した二酸化炭素は好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、安全な二酸化炭素を排水処理を利用して大量に製造できる装置を提供するものである。
【００１３】
より具体的に本発明に係る二酸化炭素製造装置は、
外気から密閉され、隣接する槽とは連通する複数の好気槽からなる処理槽と、
前記好気槽のうち、第１の好気槽に排水を投入する排水投入手段と、
前記第１の好気槽に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記好気槽のうち、最後の好気槽内に設けられた処理水排出手段と、
前記最後の好気槽からガスを排出するガス排出手段と、
前記ガス排出手段に設けられたガス分離手段と、
前記好気槽に設けられた酸素計測手段と、
前記好気槽に設けられた撹拌手段と、
少なくとも前記酸素計測手段と、前記酸素供給手段に接続された制御装置を有する事を特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る二酸化炭素製造装置では、
前記酸素計測手段はＫｒ計測装置であることを特徴とする。Ｋｒとは、微生物量あたりの酸素消費速度（ｍｇ−Ｏ２／ｍｇ−ＭＬＳＳ／時，以下Ｋｒと記述する）を指す。Ｋｒ計測装置を用いることで効率よく二酸化炭素ガスを得ることが出来る。
【００１５】
なぜなら、Ｋｒ計測装置のＤＯ測定器とＭＬＳＳ測定器によって、微生物量あたりの酸素消費速度Ｋｒを算出することで、槽内に流入している負荷量を予測することができるからである。なお、ここでいう負荷量というのは、微生物が分解できる有機物の量であり、つまりＢＯＤ成分の量を示す。槽内の負荷量を予測することで、酸素供給量が過不足ないように制御することができる。
【００１６】
また、本発明に係る二酸化炭素製造装置では、
前記処理水排出手段は、膜分離装置であることを特徴とする。処理水排出を膜分離装置で行うことで、沈殿槽を設ける必要がなく、装置を設置するための敷地面積が小さくて済む。
【００１７】
また、本発明に係る二酸化炭素製造装置では、
前記処理槽の周囲は断熱材に覆われていることを特徴とする。外気温が変化しても、処理槽内を微生物の活動に適した温度に維持することができる。
【００１８】
また、本発明に係る二酸化炭素製造装置では、
前記最後の好気槽から前記第１の好気槽に汚泥を移送する汚泥返送手段を有する事を特徴とする。汚泥返送手段によって活性汚泥は、常に循環し、いずれかの好気槽中の微生物が減少することがない。
【００１９】
また、本発明に係る二酸化炭素製造装置では、
前記第１の好気槽と第２の好気槽の水面は段差があり、前記第１の好気槽から前記第２の好気槽の間にカーテンが配置されたことを特徴とする。好気槽間をオーバーフローさせて排水を移送させることで、排水に酸素が溶け込みやすい。またカーテンを設置することで、第１の好気槽から第２の好気槽へ酸素が移動しにくくなり、第１の好気槽の酸素圧があがる。これによって、第１の好気槽中の排水への酸素溶解量を多くすることができる。
【００２０】
また、本発明に係る二酸化炭素製造装置では、前記カーテンは板状部材であることを特徴とする。カーテンを板状部材にすることで、第１の好気槽内の酸素圧力をより高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、排水処理システムを利用した二酸化炭素製造装置であるので、システムとしては排水処理装置として費用負担できるため、二酸化炭素の製造に関しては、廉価な価格で製造することができる。
【００２２】
また、本発明に係る二酸化炭素製造装置は、効率的に二酸化炭素を製造するので、それに伴い排水処理も効率的に行うことができる。したがって、排水処理システムとして見た時の敷地面積を従来よりも狭くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る二酸化炭素製造装置の構成を示す図である。
【図２】酸素計測手段（Ｋｒ計測装置）の拡大図を示す図である。
【図３】二酸化炭素製造装置の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を図面を用いて説明するが、下記の説明は、本発明の一実施形態を例示するものであり、下記の実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、下記の説明は変更することができる。
【００２５】
図１に本発明の二酸化炭素製造装置１の構成を示す。二酸化炭素製造装置１は、処理槽１０と、排水投入手段１２と、酸素供給手段１４と、処理水排出手段１６と、ガス排出手段１８と、ガス分離手段２０と、酸素計測手段２２と、撹拌手段２４と、制御装置２６を含む。また、汚泥返送手段２８を含んでもよい。
【００２６】
処理槽１０は、複数の好気槽が順に並べて配置され、それぞれ隣接する好気槽同士は仕切壁で仕切られ、その仕切壁には隣接する好気槽同士を連通する連通口を有する。図１では、好気槽は３つ（好気槽１０１、好気槽１０２、好気槽１０３）の場合を示すが、３つ以上であってもよいし、２つであってもよい。好気槽１０１と好気槽１０２の間の仕切壁を符号１０１ｗ、好気槽１０２と好気槽１０３の間の仕切壁を符号１０２ｗとする。
【００２７】
連通口は、仕切壁の液中と空気部分の２か所に設けることができる。ここで、仕切壁１０１ｗの液中の連通口を符号１０１ｑ、空気部分の連通口を符号１０１ａとする。同様に仕切壁１０２ｗの液中の連通口を符号１０２ｑ、空気部分の連通口を符号１０２ａとする。
【００２８】
ここで、好気槽１０１を第１の好気槽、好気槽１０２を第２の好気槽、好気槽１０３を最後の好気槽と呼ぶ。好気槽がより多い場合は、第１の好気槽から最も遠い好気槽を最後の好気槽と呼ぶ。
【００２９】
処理槽１０には、後述するように微生物が入れられている。微生物は環境の変換に対して敏感なので、処理槽１０の周囲には、熱交換器が内設された断熱材１０ｈを配置しておくのが望ましい。外気温が下がった時に処理槽１０を暖め、外気温が上がった時に処理槽１０を冷やすためである。なお、断熱材１０ｈの熱交換器は後述する制御装置２６で制御される。
【００３０】
３つの好気槽１０１、１０２、１０３には、活性汚泥が投入される。ここで活性汚泥とは、有機排水の基質（ＢＯＤ成分）を炭素源とする好気性の微生物群である。
【００３１】
排水投入手段１２は、処理槽１０の第１の好気槽１０１に排水を投入する。ここで排水は高濃度有機排水であり、工場や家庭の排水であってよい。排水は微生物の炭素源となる。二酸化炭素製造装置１は、微生物の生活動を利用するため、微生物の活動環境の維持が重要となる。微生物は、常に一定の環境で活動させるのが最も効果的に生活動を行い、排水を分解する。したがって、処理槽１０への排水の投入量はできるだけ一定であるのが望ましい。
【００３２】
しかし、排水は人の生活活動から排出されるものであるので、常に一定量が確保される保証はない。そこで、排水投入手段１２には、調整槽１１が設けられていてもよい。調整槽１１は、移送される排水のバッファ空間である。調整槽１１に排水を貯留しておくことで、供給される排水量に多寡が生じても、一定の排水を処理槽１０に送ることができる。なお、排水投入手段１２には、配管１２ａと移送ポンプ１２ｐが備えられる。
【００３３】
本発明に係る二酸化炭素製造装置１では、酸素供給手段１４として高濃度の酸素ガス（酸素富化ガス）を供給することを特徴とする。高濃度の酸素ガスを利用することにより、通常の標準活性汚泥法と比較して、溶存酸素の供給能力が高くなる。そのため、ＢＯＤ−ＭＬＳＳ負荷（ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／日）を上げること、及びＭＬＳＳ濃度を高く設定して運転することが可能となる。結果、ＢＯＤ−容積負荷（ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日）の高い運転が可能となり、処理槽容積あたりの二酸化炭素発生量が増加する。
【００３４】
酸素供給手段１４は、処理槽１０に酸素富化ガスを送る。酸素富化ガスとは、空気よりも高い酸素濃度を有するガスのことをいい、純酸素ガスを含み得る。酸素富化ガスは、例えば、酸素を２１体積％以上含むガスであり、好ましくは酸素を２２体積％〜９９．９体積％含むガス、より好ましくは酸素を３０体積％〜９３体積％含むガスである。
【００３５】
酸素富化ガスとしては、例えば、窒素製造において副生ガスとして分離される酸素富化ガス、窒素製造において副生ガスとして分離される酸素富化ガスから製造された酸素ガス等が使用できる。窒素製造において副生ガスとして分離される酸素富化ガスを使用することにより、排ガスを有効利用することができる。また、酸素供給手段１４には配管１４ａと送風ファン１４ｆが備えられる。
【００３６】
図１では、酸素供給手段１４にＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）型酸素製造装置１３を例示した。ＰＳＡ型酸素製造装置とは、窒素吸着フィルタに空気中の窒素を吸着させることで高純度の酸素を製造する装置である。また、酸素供給手段１４には、配管１４ａに散気管１４ｖが併設されていてもよい。散気管１４ｖによって酸素富化ガスを液中放出することで、酸素溶存濃度をより速く高めることができるからである。もちろん、酸素供給手段１４はＰＳＡ型酸素製造装置１３に限定されるものではなく、たとえば酸素タンクを用いてもよい。
【００３７】
処理水排出手段１６は、最後の好気槽１０３に設けられる。処理水排出手段１６は、第１の好気槽１０１に投入された排水が、活性汚泥により処理され、最後に流れ着いた最後の好気槽１０３から活性汚泥以外の液成分を取り出す。
【００３８】
処理水排出手段１６には、膜分離装置１５が好適に利用できる。膜分離装置１５は、膜によって活性汚泥を濾すものである。活性汚泥は、微生物であるため、ＭＦ（Ｍｉｃｒｏ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜より細かいＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＮＦ（Ｎａｎｏ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜やＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜を用いることでほぼ全量を回収できる。また、膜分離装置１５からの配管１６ａおよび汲み出し用ポンプ１６ｐも設けられる。
【００３９】
ガス排出手段１８は、最後の好気槽１０３の天井に設けられた排気口１８ｂと排気管１８ａおよび排気ファン１８ｆで構成される。
【００４０】
ガス分離手段２０は、排気管１８ａの途中に設けられる。ガス排出手段１８によって最後の好気槽１０３から排出されたガスから二酸化炭素以外の成分（主として酸素成分）を分離する。具体的には、吸着剤による方法、または膜分離法が好ましい。冷却しドライアイスとして取り出す方法も利用できる。ガス分離手段２０の目的は、不純物（悪臭物質、有害物質）の除去および二酸化炭素の濃縮である。二酸化炭素を資源とするには、これらの物質が混入した状態では資源としての価値が著しく減少するからである。なお、ガス分離手段２０で分離された酸素は、酸素戻し配管２０ｒを介して酸素供給手段１４に戻すことで、効率的な利用が可能となる。 
【００４１】
酸素計測手段２２は、好気槽１０１、１０２、１０３中の活性汚泥中の酸素濃度を計測するものである。すべての好気槽１０１、１０２、１０３に設置してもよいが、少なくとも好気槽１０３には設置する。最後の好気槽では活性汚泥が最も安定し、処理槽１０中の活性汚泥の酸素状態の確認に適していると考えられるからである。
【００４２】
図１では、好気槽１０３に配置した様子を示す。ＤＯ（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）測定器が利用できるが、ここではＫｒ計測装置が好適に利用できる。Ｋｒを算出することにより、好気槽内の負荷量を予測することができる。
【００４３】
ここでＫｒ計測装置について説明する。図２には、Ｋｒ計測装置４０の詳細図を示す。Ｋｒ計測装置４０は、計測槽４１、ＤＯ測定器４２、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ  Ｌｉｑｕｏｒ  Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ）測定器４３、制御器４４、曝気手段４５、汲み入れ配管４０ｉｎ、排出配管４０ｏｕｔ、ポンプ４０ｐで構成される。汲み入れ配管４０ｉｎは、好気槽１０３中に吸い込み口が配置されている。汲み入れ配管４０ｉｎの途中には、ポンプ４０ｐが配置されている。
【００４４】
汲み入れ配管４０ｉｎの放出口は、計測槽４１に向かって開口している。計測槽４１の底には排出配管４０ｏｕｔが設置されている。排出配管４０ｏｕｔの他の開口は、最後の好気槽１０３に配置される。排出配管４０ｏｕｔには排出バルブ４０ｖが設けられている。また、排出配管４０ｏｕｔには、排出用にポンプ（図示せず）を配置してもよい。
【００４５】
曝気手段４５は、計測槽４１中に配置される散気管４５ａと、散気管４５ａに空気を送る、配管４５ｃとブロア４５ｂから構成される。曝気手段４５は、計測槽４１中の液体に空気を吹き込む装置である。
【００４６】
計測槽４１中には、ＤＯ測定器４２とＭＬＳＳ測定器４３の検査端が配置される。ＤＯ測定器４２とＭＬＳＳ測定器４３とポンプ４０ｐと排出バルブ４０ｖおよび曝気手段４５（ブロア４５ｂ）は、制御器４４に接続される。制御器４４は、制御装置２６同様のコンピュータであってよい。制御器４４は、ＤＯ測定器４２とＭＬＳＳ測定器４３とポンプ４０ｐと排出バルブ４０ｖと曝気手段４５に対して、指示Ｃｄｏ、Ｃｍｓ、Ｃ４ｐ、Ｃ４ｖ、Ｃ４ｂを送り、動作を制御できる。
【００４７】
また、ＤＯ測定器４２とＭＬＳＳ測定器４３からは、溶存酸素濃度信号Ｓｄｏと、汚泥濃度信号Ｓｍｓを受信する。また、制御器４４は、制御装置２６とも接続され、制御装置２６からの指示Ｃｍｘによって、Ｋｒ値信号Ｓｋｒ、溶存酸素濃度信号Ｓｄｏ、汚泥濃度信号Ｓｍｓを酸素濃度データ信号Ｓｏｘとして返すこともできる。なお、これら３つの信号を表す符号は、それぞれ濃度自体としても本明細書では使用する。
【００４８】
以上のＫｒ計測装置４０において、Ｋｒ値は以下の測定手順に基づいて測定される。計測槽４１は所定の形状をした容器である。Ｋｒ計測装置４０を使用する前に、純水を用いて係数ＫＬａを求める。係数ＫＬａは、「総括酸素移動容積係数」と呼ばれ、計測槽４１と、曝気手段４５の風量に依存する係数である。つまり、装置毎に変わる値である。また、同じ計測槽４１であっても曝気手段４５の風量によって変わる。
【００４９】
まず、計測槽４１に所定量の純水（蒸留水、精製水でもよい）を一定量入れる。この量は、実際に好気槽１０３中の活性汚泥のＫｒ値を求める際に使用する量である。この純水に亜硫酸ナトリウムなどの還元性物質を投入し、溶存酸素量をゼロにする。この時ＤＯ測定器４２からの溶存酸素濃度信号Ｓｄｏはゼロになる。
【００５０】
次に曝気手段４５を駆動する。この時ＤＯ測定器４２によって溶存酸素濃度Ｃの上昇過程を記録し、（１）式によって総括酸素移動容積係数ＫＬａを求める。
ｄＣ／ｄｔ＝ＫＬａ（Ｃｓ−Ｃ）    ・・・・（１）
【００５１】
ここで、Ｃｓは、純水の飽和溶存酸素濃度で一般に２０℃の純水で８．８４ｍｇ／Ｌである。
【００５２】
上記のようにして係数ＫＬａが求まったら、実際の計測に移る。Ｋｒ計測装置４０の動作を制御するのは制御器４４である。制御器４４は、制御装置２６と接続されており、制御装置２６からの指示Ｃｍｘによって計測を開始する。計測指示Ｃｍｘを受信したら、制御器４４は、計測槽４１中の液体を一度排出する。これは排出バルブ４０ｖに対する指示Ｃ４ｖによって行われる。通常、計測槽４１には、好気槽１０３中の活性汚泥が混じった液が入っているので、液体は好気槽１０３に返せばよい。
【００５３】
次に、好気槽１０３から活性汚泥を含んだ液を計測槽４１に所定量だけ投入する。制御器４４からポンプ４０ｐへの指示Ｃ４ｐによって行われる。この液は、汲み入れ配管４０ｉｎからポンプ４０ｐによって、計測槽４１に汲み入れられる。そして、制御器４４は、指示Ｃ４ｂによって曝気手段４５を作動させる。曝気手段４５の運転は計測槽４１中の液体の溶存酸素濃度が上昇しなくなるまで行う。この間、ＤＯ測定器４２で液中の溶存酸素濃度を測定し続ける。溶存酸素濃度が上昇しなくなるまで曝気手段４５を動作させた時のＤＯ測定器４２の測定値を飽和溶存酸素濃度Ｃ＊とする。
【００５４】
計測槽４１の大きさにもよるが、計測槽４１中の液体の溶存酸素濃度が上昇しなくなるまでの時間は２０分程度が好ましい。言い換えると、計測槽４１と曝気手段４５は、２０分程度の時間で、汲み入れた液体の溶存酸素濃度が上昇しなくなる程度の大きさおよび能力を用意する。
【００５５】
計測槽４１中の液体の溶存酸素濃度が上昇しなくなる状態に達したら、制御器４４は、（２）式からＲｒ値を求める。
Ｒｒ＝ＫＬａ（Ｃｓ−Ｃ＊）        ・・・・（２）
【００５６】
制御器４４は、計測槽４１中の汚泥濃度ＳｍｓをＭＬＳＳ測定器４３で測定しておく。そして、制御器４４は、Ｋｒ値を（３）式によって求める。
Ｋｒ＝Ｒｒ／ＭＬＳＳ              ・・・・（３）
【００５７】
制御器４４は、Ｋｒの値ＳｋｒをＤＯ値ＳｄｏおよびＭＬＳＳ値Ｓｍｓと共に、酸素濃度データ信号Ｓｏｘとして制御装置２６に返す。なお、以上のＫｒ計測装置４０の制御は、制御装置２６が行ってもよい。また、Ｋｒ計測装置４０は、好気槽１０１、１０２、１０３の全てに配置させてもよい。
【００５８】
図１を再び参照して、二酸化炭素製造装置１には、温度計２１も配設されている。好気槽内の水温も微生物にとっては重要な環境要素だからである。温度計２１も全ての好気槽に配置されていてもよい。図１では最後の好気槽１０３に温度計２１が配置されている状態を示している。温度計２１は、処理槽１０中の活性汚泥の温度を制御装置２６に温度信号Ｓｔとして返す。 
【００５９】
撹拌手段２４は、好気槽１０１、１０２、１０３中を撹拌するフィン２３ｆとモータ２３ｍから構成される。各好気槽１０１、１０２、１０３に配置されるモータ２３ｍは、後述する制御装置２６と接続されている。なお、図ではフィン２３ｆとモータ２３ｍの符号は、第１の好気槽１０１にだけ付し、第２の好気槽１０２および最後の好気槽１０３のフィン２３ｆとモータ２３ｍの符号は省略した。
【００６０】
汚泥返送手段２８は、最後の好気槽１０３に貯留した汚泥を第１の好気槽１０１に移送するための手段である。これはパイプ２８ａとポンプ２８ｐから構成されるが、他の構成であってもよい。
【００６１】
制御装置２６は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）とメモリからなるコンピュータである。制御装置２６は、少なくとも、酸素計測手段２２（Ｋｒ計測装置４０）と、酸素供給手段１４と接続されている。また、撹拌手段２４のモータ２３ｍと、排水投入手段１２、処理水排出手段１６と接続されていてもよい。制御装置２６は、酸素計測手段２２へは、測定開始の指示Ｃｍｘを送信することができる。また制御装置２６は、酸素計測手段２２から、計測された好気槽中の酸素濃度を信号Ｓｏｘ（Ｋｒ値Ｓｋｒ、ＤＯ値Ｓｄｏ、ＭＬＳＳ値Ｓｍｓ）によって得ることができる。また制御装置２６は、酸素供給手段１４に対して、酸素供給量を指示Ｃｏｘによって制御することができる。
【００６２】
また、制御装置２６は、排水投入手段１２には指示Ｃｉｎ、撹拌手段２４にはＣｍ、処理水排出手段１６には、Ｃｅｘによって、それぞれの手段を制御することができる。図では、制御装置２６とそれぞれの手段の結線は記載を省略し、矢印だけを示した。なお、排水投入手段１２への指示Ｃｉｎには、移送ポンプ１２ｐへの指示も含まれ、酸素供給手段１４への指示Ｃｏｘには、送風ファン１４ｆへの指示および散気管１４ｖへの酸素富化ガスの送出指示も含まれる。
【００６３】
また、制御装置２６は、ガス排出手段１８の排気ファン１８ｆ、汚泥返送手段２８のポンプ２８ｐ、断熱材１０ｈに内蔵された熱交換器と接続し、それぞれを制御できる。図１および図３では、それぞれに矢印を付し、排気ファン１８ｆ、ポンプ２８ｐが制御装置２６で制御されることを示した。
【００６４】
以上の構成を有する二酸化炭素製造装置１の動作について説明する。処理槽１０には、予め下水や近隣の排水処理システムの汚泥を投入しておく。また排水は工場や住宅地からの排水を集め、定常的に供給できるようにしておく。調整槽１１を使うことで、大きな連休や、排水量が増える季節など、排水の供給の時間的、季節的な多寡を吸収し、常に、一定の排水を処理槽１０の第１の好気槽１０１に供給することができる。
【００６５】
二酸化炭素製造装置１の最初の立ち上げ時には、排水を汚泥の入った処理槽１０中に投入し、酸素供給手段１４で酸素を供給しながら撹拌手段２４で好気槽１０１、１０２、１０３内を撹拌する。
【００６６】
酸素を供給しながら撹拌することで汚泥は活性され、汚泥中の好気性微生物の量が増殖する。この増殖の程度は、Ｋｒ計測装置４０によるＭＬＳＳ測定器４３で把握することができる。
【００６７】
運転は、所定の流量で排水を第１好気槽１０１に投入しながら、同量の処理水を処理水排出手段１６で排水することで行われる。この間、処理槽１０内の温度および酸素量は、温度計２１および酸素計測手段２２によってモニタされ、制御装置２６が断熱材１０ｈに内蔵された熱交換器および酸素供給手段１４を制御することによって、好適な環境に維持する。
【００６８】
例えば、処理槽１０中の液温Ｓｔが微生物に適する温度より高い場合や低い場合は、断熱材１０ｈ中の熱交換器によって、微生物に適する温度範囲（３０℃〜３５℃）に調節する。また、処理槽１０中の液体のＫｒ値が低下している場合は、溶存酸素濃度Ｓｄｏが低下しているか、微生物の数が減っている（汚泥濃度Ｓｍｓが低下している）ので、酸素供給手段１４を制御し、酸素供給量を増加させる若しくは、微生物を追加するようにオペレータに表示するといった措置をとる。このように、酸素計測手段２２にＫｒ計測装置４０を用いると、酸素濃度とともに微生物の量も同時に見積もることができる。処理槽１０中の微生物の全量を見積もることができれば、単位時間あたりの有機物の分解量である負荷量（すなわち、ＢＯＤ成分の量）を予想することができ、この予想値に応じて排水投入手段１２からの排水投入量も調整する。
【００６９】
処理槽１０に投入された排水の有機物は、活性汚泥によって分解される。また、アンモニア成分は、硝化され硝酸性窒素（ＮＯ２、ＮＯ３）に硝化される。この微生物の活動の際に、微生物は酸素呼吸を行い、二酸化炭素を放出する。したがって、運転を続けると処理槽１０内部には二酸化炭素がリッチになる。
【００７０】
最後の好気槽１０３に配されたガス排出手段１８は各好気槽１０１、１０２、１０３から放出されたガスを排出する。排出レートは、酸素供給手段１４で導入される酸素量とほぼおなじ量である。ガス排出手段１８から排出されるガスには、二酸化炭素の割合が多く、微生物に使用されなかった酸素と、窒素もわずかに含まれる。微生物の中には好気性環境でも脱窒を行うものがあり、硝化された硝酸性窒素から脱窒して窒素を出すものもあるからである。
【００７１】
ガス排出手段１８から取り出されたガスはガス分離手段２０を通過することで、酸素が分離され、二酸化炭素がリッチなガスが取り出される。また、取り出された二酸化炭素は、冷却してドライアイス化することでさらに純度を上げる工程を行ってもよい。
【００７２】
図３には、本発明に係る二酸化炭素製造装置１の他の形態について説明する。二酸化炭素製造装置２は、処理槽１０内の好気槽１０１、１０２、１０３間の仕切壁１０１ｗと１０２ｗの形状が異なる以外は、二酸化炭素製造装置１の場合と同じである。
【００７３】
二酸化炭素製造装置２では、各好気槽間の仕切壁１０１ｗと１０２ｗには、液中の連通口１０１ｑ、１０２ｑが設けられていない。また、各好気槽間の仕切壁１０１ｗと１０２ｗは、第１の好気槽１０１から最後の好気槽１０３に向かうに従い、高さが低くなるように設定されている。すなわち、二酸化炭素製造装置２では各好気槽１０１、１０２、１０３は、それぞれオーバーフローしながら順次排水が処理されてゆく。
【００７４】
また、天井から仕切までの間にカーテン１０１ｊ、１０２ｊが設けられる。カーテン１０１ｊ、１０２ｊは、若い番号の好気槽側から後ろの番号の好気槽に向けて設けられる。具体的には、第１の好気槽１０１内の天井から仕切壁１０１ｗより第２の好気槽１０２側に向かって配置され、第２の好気槽１０２内の天井から仕切壁１０２ｗより最後の好気槽１０３側に向かって配置される。
【００７５】
またカーテン１０１ｊ、１０２ｊの下端は、仕切壁１０１ｗ、１０２ｗの上端より下方に下がる。したがって、排水は前の好気槽から後の好気槽に向けて、カーテン１０１ｊ、１０２ｊを押しのけて落ちる。また、前の好気槽中のガスは、カーテンを押しのけて次の好気槽に流れる。
【００７６】
このようにすることで、第１の好気槽１０１に導入された酸素が第１の好気槽１０１中に長く滞在する。したがって、第１の好気槽１０１中の酸素溶存量が増える。さらに、第１の好気槽１０１から第２の好気槽１０２にはガスが流れにくいので、第１の好気槽１０１中の気体圧力が上昇する。酸素は温度が低く、圧力が高い方が水に溶けやすい。したがって、カーテン１０１ｊの配置により、第１の好気槽１０１中の溶存酸素量を高くすることができる。これは、微生物の増殖に効果的である。
【００７７】
カーテン１０１ｊ、１０２ｊは、繊維や薄いビニールといった可撓性があるものでもよいが、板状にすることにより、より第１の好気槽１０１を加圧することができる。また、カーテン１０１ｊ、１０２ｊには、適宜孔をあけ、圧力が抜けるようにしておいてもよい。 
【００７８】
以上のように、本発明の二酸化炭素製造装置２によれば、排水と酸素を原料として二酸化炭素を得ることができる。これは、排水処理システムでもあるので、ニ酸化炭素を製造しながら排水も処理できる。また、酸素を過剰に供給し、酸素の溶解速度が高まるので、有機物の処理速度を上げることができる。結果、比較的短時間で排水を処理する。したがって、装置自体の大型化を抑制することができ、小さな敷地面積に配置することができる。 
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の二酸化炭素製造装置は、工場や生活排水などの有機物を含有した排水から、微生物を利用して二酸化炭素を効率よく産生することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１、２  二酸化炭素製造装置
１０  処理槽
１０ｈ  熱交換器が内設された断熱材
１１  調整槽
１２  排水投入手段
１２ａ  配管
１２ｐ  移送ポンプ
１３  ＰＳＡ型酸素製造装置
１４  酸素供給手段
１４ａ  配管
１４ｆ  送風ファン
１４ｖ  散気管
１５  膜分離装置
１６  処理水排出手段
１６ａ  配管
１６ｐ  汲み出し用ポンプ
１８  ガス排出手段
１８ａ  排気管
１８ｂ  排気口
１８ｆ  排気ファン
２０  ガス分離手段
２０ｒ  酸素戻し配管
２１  温度計
２２  酸素計測手段
２３ｆ  フィン
２３ｍ  モータ
２４  撹拌手段
２６  制御装置
２８  汚泥返送手段
２８ａ  パイプ
２８ｐ  ポンプ
４０  Ｋｒ計測装置
４０ｉｎ  汲み入れ配管
４０ｏｕｔ  排出配管
４０ｖ  排出バルブ
４１  計測槽
４２  ＤＯ測定器
４３  ＭＬＳＳ測定器
４４  制御器
４５  曝気手段
１０１、１０２、１０３  好気槽
１０１ｊ、１０２ｊ  カーテン
１０１ｗ、１０２ｗ  仕切壁
１０１ｑ、１０２ｑ  液中の連通口
１０１ａ、１０２ａ  空気部分の連通口
Ｃｏｘ  酸素供給指示
Ｃｉｎ  排水投入指示
Ｃｍ  撹拌指示
Ｃｅｘ  排水指示
Ｓｏｘ  酸素濃度データ信号
Ｓｔ  温度信号
Ｃｄｏ  ＤＯ測定指示
Ｃｍｓ  ＭＬＳＳ測定指示
Ｃ４ｐ  ポンプ４０ｐ駆動指示
Ｃ４ｖ  バルブ４０ｖ開閉指示
Ｃ４ｂ  ブロア４５ｂ駆動指示
Ｓｄｏ  溶存酸素濃度信号
Ｓｍｓ  汚泥濃度信号
Ｓｋｒ  Ｋｒ値信号
【図１】
2014064537.tif 000003
【図２】
2014064537.tif 000004
【図３】
2014064537.tif 000005