(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
算盤型消化槽の天井部中央に下方へ向けて回転自在に支持されるスクリューシャフトと、該スクリューシャフトを覆いながら前記算盤型消化槽の内部に該算盤型消化槽の底部から離れて配置されるとともに下部が傘状に開口した中空のスクリューシャフト包囲部材とを備え、前記スクリューシャフトの回転により、前記スクリューシャフト包囲部材の下端に形成される開口部へ向かう対流を槽内全域に発生可能であることを特徴とする算盤型消化槽の機械攪拌装置。
【請求項２】
前記スクリューシャフトは、磁性流体シール部材を介して、前記算盤型消化槽の天井部中央に支持される請求項１に記載された算盤型消化槽の機械攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、算盤の珠に類似した外形を有する算盤型消化槽の機械攪拌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、嫌気性消化槽を用いて汚泥の嫌気性消化処理を行うに際しては、投入汚泥と嫌気性微生物との充分な接触を図り、槽内温度を均一化し、消化ガスの固形物粒子からの円滑な放出を図り、さらにはスカム発生による有効容量の減少を防止することを目的として、この消化槽の内部の攪拌が行われる。
【０００３】
この攪拌には、大別すると、（ｉ）  ガスドームから吸引した消化ガスをガスブロワによって加圧し、槽内に設置した吹込み管等からガスを吹込み、ガスリフト効果により槽内汚泥を攪拌するガス攪拌方法と、（ｉｉ）槽内に渦流ミキサー等を設置して攪拌したり、あるいは、ドラフトチューブ内に装着されたインペラで槽底部の汚泥を汚泥表面まで吹き上げて槽内に拡散・循環させる機械攪拌方法と、（ｉｉｉ）  槽外に設置したポンプで汚泥を循環させる循環ポンプ方法とがある。
【０００４】
これらいずれの方法においても、この消化槽内の汚泥は、対流作用と局部的な混合作用とが組み合わされて流動することによって攪拌・混合される。
しかし、このガス攪拌方法や循環ポンプ方法は、得られる攪拌力が弱いために槽内全体を効率的に攪拌できず、消化槽への投入汚泥濃度が高まって槽内の汚泥濃度および粘性がともに高まると攪拌が困難になり、またガスブロワの動力が嵩むことといった問題があった。
【０００５】
さらに、前述した局部的な混合作用は微少領域での混合と均一化の作用であり、一方、対流作用は槽内全体の汚泥の移動と攪拌作用である。ここで、エネルギ的に考えると、局部的な混合作用は強い乱流攪拌のため、渦によるエネルギ損失が大きく、その攪拌力の到達距離が短くなるのに対し、対流作用は局部的な混合作用を抑制し槽流状態を保ち、エネルギの損失が少なくなることでエネルギの到達距離が長くなり槽内全域に循環水流が形成される。このため、エネルギ的および反応工学的に検討すると、消化槽内で汚泥を混合する場合には、対流作用を用いることが最も有利である。このため、これまでにも、対流作用を利用して消化槽内を機械攪拌する発明が提案されている。
【０００６】
例えば特開平８−３３９００号公報には、槽本体の上部に汚泥を流動させるための攪拌機が垂設され、この攪拌機に連結され、攪拌機から送られてきた汚泥を槽本体内に吐出させて汚泥の循環流を形成させるドラフトチューブが設けられた算盤型消化槽が提案されている。ドラフトチューブは、垂設された本管とこの本管から水平方向に分岐された分岐管よりなり、分岐管の吐出口が上向きに形成されている。この分岐管により、槽本体の上部から本管に吸引された汚泥の一部が槽の周辺で吐出するため、槽の周辺から中心部へ戻る循環流が形成され、汚泥の攪拌を槽内の全域で行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者の検討によれば、この特開平８−３３９００号公報により提案された発明によっても、算盤型消化槽の内部における死水域を完全に解消することはできない。すなわち、この提案にかかる算盤型消化槽では、確かに消化槽本体の壁面近傍付近における死水域は略解消されるものの、消化槽の内部に垂設されたドラフトチューブの近傍における死水域が解消されずに残ってしまう。
【０００８】
このため、投入汚泥と嫌気性微生物との充分な接触を図り、槽内温度を均一化し、消化ガスの固形物粒子からの円滑な放出を図り、さらにはスカム発生による有効容量の減少を防止することができない。
【０００９】
本発明の目的は、例えば下水処理場や屎尿処理場等で数多く採用されている算盤型消化槽の内部を充分に攪拌混合することができ、これにより、消化槽の効率向上やランニングコストの低減を図ることができる算盤型消化槽の機械攪拌装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、算盤型消化槽の天井部中央に下方へ向けて回転自在に支持されるスクリューシャフトと、このスクリューシャフトを覆いながら算盤型消化槽の内部にその底部から離れて配置されるとともに下部が傘状に開口した中空のスクリューシャフト包囲部材とを備え、スクリューシャフトの回転により、スクリューシャフト包囲部材の下端に形成される開口部へ向かう対流を槽内全域に発生可能であることを特徴とする算盤型消化槽の機械攪拌装置である。
【００１１】
この本発明にかかる算盤型消化槽の機械攪拌装置では、スクリューシャフトが、磁性流体シール部材を介して、算盤型消化槽の天井部中央に支持されることが、望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる算盤型消化槽の機械攪拌装置の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、算盤型消化槽１の本実施の形態の機械攪拌装置２を、一部破断した状態で示す斜視図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
図１および図２にそれぞれ示すように、本実施の形態で用いる算盤型消化槽１は、本体３と天井部４とを有する。本体３は、算盤の珠に類似した外形を有する汚泥の収容槽であり、その内径は１０〜２０ｍ程度である。また、算盤型消化槽１では、この内径と側深（有効水深）との比は２：１程度である。なお、この本体３はコンクリートにより構築されている。
【００１４】
この本体３の上部には、天井部４が設けられている。天井部４は、本体３と一体構造のコンクリートにより構築されている。この天井部４により、本体３の内部に発生するメタンガスが外部へ漏洩することが防止される。なお、この天井部４の中央部には、後述するスクリューシャフト７が垂設される。
【００１５】
本実施の形態における算盤型消化槽１の本体３および天井部４は、いずれも、周知慣用の部材であるため、本体３および天井部４についてのこれ以上の説明は、省略する。
【００１６】
この算盤型消化槽１の天井部４の中央には、スクリューシャフト７を回転自在に支持する軸受５と、スクリューシャフト７の回転軸と同軸上に接続された駆動モータ６とが設けられている。すなわち、軸受５および駆動モータ６は、天井部４の中央に突起状に形成された支持部８に搭載されて配置される。
【００１７】
この軸受５の近傍には、いわゆる磁性流体シール（図示しない）が装着される。磁性流体シールは、スクリューシャフト７の回転軸と、この回転軸の周囲に配置されたボールピースとの間の隙間に、磁性流体（界面活性剤で被覆された強磁性の金属微粒子がベース溶液中に分散され、重力による沈降も磁気的凝集も起さない安定したコロイド容器）を充填して、磁石による磁力でその隙間に集中・吸着させることにより、本体３の内部に発生するメタンガスの漏れを防止するものである。
【００１８】
すなわち、永久磁石によりボールピースと回転軸との間に磁気回路が構成されるため、その隙間に磁性流体が注入されて、メタンガスのもれが防止される。このため、ボールピースと回転軸とはともに磁性材料からなり、ボールピースと回転軸との間隔は１０〜２００μｍ程度である。磁性流体は、磁束密度が高いボールピースと回転軸の間隙に吸引され、この隙間部分を完全に塞ぎ、リング状の液状パッキングとして作用するため、外圧が作用しても漏れを生じない。
【００１９】
また、この磁性流体シールは、スクリューシャフト７の外周面には非接触で配置されるため、スクリューシャフト７の摩耗や加熱を生じることがなく、耐久性にも優れる。
【００２０】
スクリューシャフト７の外周面には、螺旋状にインペラ９が装着されている。このため、駆動モータ６を起動してスクリューシャフト７を回転軸回りに回転させると、スクリューシャフト７の周囲近傍には、スクリューシャフト７の回転方向に応じて鉛直上方向きまたは鉛直下方向きに、汚泥の流れが発生する。
【００２１】
また、本実施の形態の算盤型消化槽１では、中空のスクリューシャフト包囲部材１０が、本体３の内部に装着される。
このスクリューシャフト包囲部材１０は、本体３の内壁に固定された支持部材１１ａ、１１ｂと、本体３の底部に略円形に配置された多数の支持部材１２とにより、算盤型消化槽１の本体３の内部に固定配置される。これにより、スクリューシャフト包囲部材１０は、算盤型消化槽１の本体３の内部に下方へ向けて配置されたスクリューシャフト７を、一定距離だけ離れて覆っている。
【００２２】
また、このスクリューシャフト包囲部材１０の下部は、図１および図２に示すように、下部１０ａが、ステンレス鋼製の骨１０ｂと、その表面に装着された表皮部材１０ｃとにより構成されており、傘状に開口した状態に構成される。
【００２３】
なお、算盤型消化槽１の容量（ｍ３  ）をＶとし、循環水量（ｍ３  ／分）をＱとし、例えば２時間に１回の割合で循環を行うものとすると、Ｑ＝Ｖ／（２×６０）となる。このため、消化槽の機械攪拌装置２の能力は、この式により算出した循環水量Ｑに基づいて適宜決定すればよい。
【００２４】
また、傘状の下部１０ａの最上部における最小直径をＤ１  とし、最下部における最大直径をＤ２  とし、骨１０ｂおよび表皮部材１０ｃの傾斜角度をθとすると、下部１０ａを除く機械攪拌装置２の高さ（ドラフト高さ）Ｈ１  は下部１０ａの高さＨ２  の２倍程度である。また、下部１０ａの高さＨ２  は、１／２×（Ｄ２  −Ｄ１  ）ｔａｎθで求められ、傾斜角度θは３０〜４０度であることが、後述するように、本体３の全部位における汚泥の流速の均一化を図り、汚泥の流れがよどむ部分、すなわち死水域を略完全に解消し、特にスクリューシャフト７の近傍における死水域を完全に解消するために、望ましく、同様の観点から傾斜角度θは３５度程度であることが最も望ましい。
【００２５】
本実施の形態の算盤型消化槽１は、以上のように構成される。次に、本実施の形態の算盤型消化槽１の作動について説明する。
算盤型消化槽１の本体３の内部に処理すべき汚泥を収容した後に、駆動モータ６を起動してスクリューシャフト７を回転させる。これにより、図２に白抜き矢印で示すように、スクリューシャフト７の近傍、すなわちスクリューシャフト７とスクリューシャフト包囲部材１０との間の空間に存在する汚泥は、鉛直上方へ流れ、スクリューシャフト包囲部材１０の上端部からスクリューシャフト包囲部材１０の外部に排出される。
【００２６】
これに伴って、スクリューシャフト包囲部材１０の内部へ向けて、本体３の全部位に存在する汚泥が流れ、図２に白抜き矢印で例示するような汚泥の対流が本体３の内部で発生する。
【００２７】
なお、スクリューシャフト７の回転方向を反転させることにより、図２に白抜き矢印で例示するような汚泥の対流とは逆向きの対流を発生することも可能である。
【００２８】
この際、本実施の形態では、スクリューシャフト包囲部材１０の下端部１０ａを、傘状に開口した形状としているため、スクリューシャフト包囲部材１０の内部に流れ込む汚泥の流れは、スクリューシャフト包囲部材１０の下端部１０ａと本体３の底部との間により一旦絞られ、これにより、本体３の全部位における汚泥の流速が均一化する。このため、汚泥の流れがよどむ部分、すなわち死水域が略完全に解消され、特にスクリューシャフト７の近傍における死水域が完全に解消される。このため、本体３の全域で汚泥を充分に攪拌および混合することが可能である。
【００２９】
また、本実施の形態では、スクリューシャフト包囲部材１０の下端部１０ａの口径が大きいため、低回転かつ低動力でスクリューシャフト７を駆動しても、充分な攪拌効果を得ることができる。このため、本実施の形態によれば、消化槽の効率向上やランニングコストの低減を図ることができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、スクリューシャフト７を磁性流体シールによりシールするため、本体３の内部で発生するメタンガスの漏洩を確実に防止することができる。また、この磁性流体シールはメンテナンスの必要性が極めて低いため、この点からも、消化槽の効率向上やランニングコストの低減を図ることができる。
【００３１】
このため、本実施の形態の消化槽１の機械攪拌装置２によれば、例えば下水処理場や屎尿処理場等で数多く採用されている消化槽１の内部を、低動力かつ低回転で死水域を生じることなく充分に攪拌混合することができ、これにより、消化槽１の効率向上やランニングコストの低減を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる消化槽の機械攪拌装置によれば、下水処理場や屎尿処理場で数多く採用されている嫌気性消化槽の内部を、低動力かつ低回転で死水域を生じることなく、充分に攪拌混合することができ、消化槽の効率向上やランニングコストの低減を図ることができる。
【００３３】
かかる効果を有する本発明の意義は、極めて著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】算盤型消化槽の本実施の形態の機械攪拌装置を、一部破断した状態で示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  算盤型消化槽
２  機械攪拌装置
４  天井部
７  スクリューシャフト
１０  スクリューシャフト包囲部材
１０ａ  下部
【図１】
0003596481.tif 000002
【図２】
0003596481.tif 000003