(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を酸生成菌で処理することで酸発酵処理水を生成する酸発酵槽と、
前記酸発酵槽に接続され前記酸発酵処理水を送水する第１流路と、
前記酸発酵槽の下方に位置し且つ前記第１流路に接続され、前記第１流路により送水された前記酸発酵処理水をメタン生成菌で処理することでバイオガス及びメタン発酵処理水を生成するとともに、その上部に前記酸発酵槽に連通された開口部を有するメタン発酵槽と、
前記メタン発酵槽に接続され前記メタン発酵処理水を送水する第２流路と、
前記開口部に設けられ、所定量の前記バイオガスを貯留するとともに前記所定量を超えた前記バイオガスを前記酸発酵槽に排出する空気溜り部を有し、前記空気溜り部に貯留している前記バイオガスで前記開口部を塞ぐ気体式液体仕切弁と、
を備える廃水処理装置。
【請求項２】
前記気体式液体仕切弁は、
前記開口部の上方に前記開口部と対向して配置され、底部が開口され、その内部に前記空気溜り部を画成するケース部材と、
その内部に前記バイオガスを流通させる流路を画成し、下端部が前記開口部に接続され、少なくとも上端部が前記ケース部材の内部に収容された案内部材と、
を有する請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記酸発酵槽は、上下段に区画された内部空間を有する単一の槽における上段部分であり、
前記メタン発酵槽は、前記単一の槽における下段部分である、請求項１又は２に記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理装置及び気体式液体仕切弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、嫌気性処理によって有機性の廃水を処理する廃水処理装置が記載されている。この装置は、原水を酸発酵処理する酸生成槽（酸発酵槽）と、酸発酵処理された廃水を中和剤によりＰＨ調整した上で嫌気性処理する反応槽（メタン発酵槽）とを備えている。メタン発酵槽で生成されたバイオガスが酸発酵槽に供給されることで、バイオガスのストリッピング効果により酸発酵槽中のアンモニア、硫化水素及び水素の濃度を低下させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９２３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の廃水処理装置は、バイオガスを供給するブロワと散気管とが必要となるため、ブロワを運転するために電力を消費するとともに、システム全体が複雑である。
【０００５】
そこで、本発明は、電力を必要とせず、かつ簡易な構成でバイオガスを酸発酵槽へ供給することができる廃水処理装置及び気体式液体仕切弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る廃水処理装置は、原水を酸生成菌で処理することで酸発酵処理水を生成する酸発酵槽と、酸発酵槽に接続され酸発酵処理水を送水する第１流路と、第１流路に接続され、第１流路により送水された酸発酵処理水をメタン生成菌で処理することでバイオガス及びメタン発酵処理水を生成するとともに、その上部に酸発酵槽に連通された開口部を有するメタン発酵槽と、メタン発酵槽に接続されメタン発酵処理水を送水する第２流路と、開口部に設けられ、所定量のバイオガスを貯留するとともに所定量を超えたバイオガスを酸発酵槽に排出する空気溜り部を有し、空気溜り部に貯留しているバイオガスで開口部を塞ぐ気体式液体仕切弁と、を備える。
【０００７】
この廃水処理装置は、メタン発酵槽及び酸発酵槽を備える。そして、メタン発酵槽で生成されたバイオガスは、メタン発酵槽の上部に向けて上昇して酸発酵槽に連通された開口部を通過した後、所定量のバイオガスを貯留することができる空気溜り部に貯留される。空気溜り部に貯留されたバイオガスは、メタン発酵槽の開口部を塞ぎ、酸発酵槽内の原水又は酸発酵処理水が開口部を通過してメタン発酵槽に流入することを防ぐことができる。そして、空気溜り部において所定量を超えたバイオガスは酸発酵槽に排出される。すなわち、メタン発酵槽で生成されたバイオガスは、外部の駆動及び配管を必要とせず、メタン発酵槽の上部にある開口部及び気体式液体仕切弁を通して酸発酵槽へ供給される。このため、この廃水処理装置では、バイオガスを供給するためのブロワ及び配管が不要となり、電力を必要とせず、かつ簡易な構成でバイオガスを酸発酵槽へ供給することができる。また、酸発酵槽へ供給されたバイオガスは、酸発酵槽の上部に向けて上昇する。従って、酸発酵槽内の原水又は酸発酵処理水はこの上昇するバイオガスによって撹拌される。このため、この廃水処理装置では、酸発酵槽の原水又は酸発酵処理水を撹拌するための撹拌部材が不要となり、撹拌部材を駆動するための電力を必要とせず、無動力で酸発酵槽内の原水又は酸発酵処理水を撹拌することができる。
【０００８】
気体式液体仕切弁は、開口部の上方に開口部と対向して配置され、底部が開口され、その内部に空気溜り部を画成するケース部材と、その内部にバイオガスを流通させる流路を画成し、下端部が開口部に接続され、少なくとも上端部がケース部材の内部に収容された案内部材と、を有してもよい。
【０００９】
酸発酵槽は、上下段に区画された内部空間を有する単一の槽における上段部分であり、メタン発酵槽は、単一の槽における下段部分であってもよい。これにより、この廃水処理装置は、一つの槽の内部に酸発酵槽及びメタン発酵槽が形成されるため、より簡易な構成となる。
【００１０】
本発明に係る気体式液体仕切弁は、液体を貯留する第１空間と第１空間の下方に位置する第２空間とを連通する開口部に設けられ、第１空間に貯留された液体が第２空間に流入することを防ぐとともに、第２空間から第１空間へ気体を通過させる気体式液体仕切弁であって、所定量の気体を貯留するとともに所定量を超えた気体を第１空間に排出する空気溜り部を備え、空気溜り部に貯留している気体で開口部を塞ぐ。
【００１１】
この気体式液体仕切弁では、第２空間の気体は、開口部を通過して所定量の気体を貯留することができる空気溜り部に貯留される。空気溜り部に貯留された気体は、開口部を塞ぎ、第１空間に貯留された液体が開口部を通過して第１空間の下方に位置する第２空間に流入することを防ぐことができる。そして、空気溜り部において所定量を超えた気体は第１空間に排出される。すなわち、第２空間の気体は、外部の駆動及び配管を必要とせず、第１空間の下部にある開口部及び気体式液体仕切弁を通して第１空間へ供給される。このため、この気体式液体仕切弁では、気体を供給するためのブロワ及び配管が不要となり、電力を必要とせず、かつ簡易な構成で気体を第１空間へ供給することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力を必要とせず、かつ簡易な構成でバイオガスを酸発酵槽へ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】嫌気性処理の原理を説明する図である。
【図２】本実施形態に係る廃水処理装置の基本構成を説明する斜視図である。
【図３】図２のIII-III線に沿った廃水処理装置の断面図である。
【図４】第１実施形態に係る廃水処理装置の断面図である。
【図５】図４に示されたケース部材の斜視図である。
【図６】図４に示された案内部材の斜視図である。
【図７】第２実施形態に係る廃水処理装置の概略図である。
【図８】図７に示す相分離構造の部分拡大図である。
【図９】第３実施形態に係る廃水処理装置の概略図である。
【図１０】廃水処理装置の変形例を示す図である。
【図１１】廃水処理装置の変形例を示す図である。
【図１２】廃水処理装置の変形例を示す図である。
【図１３】廃水処理装置の変形例を示す図である。
【図１４】実施例及び比較例の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１実施形態）
本実施形態に係る廃水処理装置は、嫌気性処理によって有機性の廃水を処理する装置である。嫌気性処理とは、酸素の存在しない嫌気性環境下で生育する嫌気性菌の代謝作用により、有機物をメタンガスや炭酸ガスなどに分解する生物処理方法である。
【００１６】
図１は、嫌気性処理の原理を説明する図である。図１に示されるように、嫌気性処理では、第１段階として加水分解による可溶化及び低分子化、第２段階として酸発酵による揮発性脂肪酸又はアルコール類の生成、及び、第３段階としてメタンガスの生成といった３段階の分解経路で進行する。
【００１７】
第１段階では、原水に含まれる炭水化物、タンパク質又は脂質などの高分子有機物が加水分解され、糖、アミノ酸又はペプチドなどの低分子有機物に分解される。第２段階では、酸生成菌の作用により、低分子有機物から乳酸、酪酸又はプロピオン酸などの酸が生成されるとともに、水素、二酸化炭素及びアンモニアなどが生成される。さらに、乳酸、酪酸、プロピオン酸などが、酢酸に分解されるとともに、水素及び二酸化炭素などが生成される。また、硫酸還元菌の作用により、硫化水素（硫化物）が生成される。第１段階及び第２段階は、少なくとも酸生成菌が収容された酸発酵槽で行われる。酸生成菌とは、酸を生成することで生育エネルギーを得る嫌気性細菌である。酸発酵槽は、原水を酸生成菌で処理することで、水素、二酸化炭素及び酢酸を含む酸発酵処理水を生成する。酸発酵処理水とは、酸生成菌で処理された液体である。なお、酸発酵槽には、酸発酵環境に適したＰＨとなるようにＰＨ調整剤が混入されてもよい。
【００１８】
第３段階では、メタン生成菌の作用により、酸発酵処理水に含まれる水素、二酸化炭素及び酢酸などからバイオガスが生成される。バイオガスとは、有機性の気体であり、例えばメタン又は二酸化炭素を含む気体である。第３段階は、メタン生成菌が収容されたメタン発酵槽で行われる。メタン生成菌とは、メタンを生成することで生育エネルギーを得る嫌気性細菌である。メタン発酵槽は、酸発酵処理水をメタン生成菌で処理することで、バイオガス及びメタン発酵処理水を生成する。メタン発酵処理水とは、メタン生成菌で処理された液体である。なお、メタン生成槽内の微生物を保持するため、メタン発酵槽内にグラニュール汚泥、分散状汚泥、流動床、固定床などが設けられてもよい。また、メタン発酵槽としては、低温メタン発酵、中温メタン発酵、高温メタン発酵を問わず、いずれの方法によるものでもよい。また、メタン発酵環境に適したＰＨとなるようにメタン発酵槽にＰＨ調整剤が混入されてもよい。
【００１９】
上述した第１段階〜第３段階が一連の処理として行われるために、酸発酵槽とメタン発酵槽とは、酸発酵槽からメタン発酵槽へ酸発酵処理水が流入されるように接続されている。また、上述の酸発酵槽で生成される硫化水素、アンモニア及び水素は、メタン生成菌の作用を阻害する阻害物質である。このような阻害物質は、メタン発酵槽で生成されたバイオガスを用いて酸発酵槽の酸発酵処理水を曝気させることにより除去される（ガスストリッピング効果）。つまり、酸発酵槽とメタン発酵槽とは、メタン発酵槽から酸発酵槽へバイオガスが供給されるように接続されている。
【００２０】
本実施形態に係る廃水処理装置では、メタン発酵槽が酸発酵槽の下方に位置し、メタン発酵槽の上部に気体式液体仕切弁が配置されている。この気体式液体仕切弁は、メタン発酵槽で生成されたバイオガスをその上方にある酸発酵槽に通過させるとともに、酸発酵槽の原水又は酸発酵処理水をその下方に位置するメタン発酵槽に通過させないように作用する。
【００２１】
上述した気体式液体仕切弁の原理について説明する。図２は本実施形態に係る廃水処理装置１の基本構成を説明する斜視図、図３は図２のIII-III線に沿った廃水処理装置１の断面図である。なお、視認性を確保するため、図２では後述の本体上部１６は外されている。図２及び図３に示されるように、廃水処理装置１の本体１０は、上下段に区画された内部空間を有する単一の槽である。酸発酵槽２は本体内部の上段部分であり、メタン発酵槽３は本体内部の下段部分である。
【００２２】
廃水処理装置１の本体１０は、箱状を呈し、前壁１１、後壁１２、右側壁１３、左側壁１４、本体底部１５及び本体上部１６によって内部空間が画成されている。本体１０の内部空間は、右仕切壁２１、左仕切壁２２及び横仕切壁２３によって、上段部分の酸発酵槽２、下段部分のメタン発酵槽３、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３の左右に位置する中間流路（第１流路）５及び排出流路（第２流路）６にそれぞれ区画されている。
【００２３】
右仕切壁２１及び左仕切壁２２のそれぞれは、上下方向（鉛直方向）に延びる仕切壁である。横仕切壁２３は、左右方向（水平方向）に延びる仕切壁であり、左右の端部が右仕切壁２１及び左仕切壁２２のそれぞれに連結されている。本体上部１６は本体１０の内部空間の上方を覆う板状部材である。本体上部１６の右端部は右側壁１３に連結されている。一方、本体上部１６の左端部は左仕切壁２２から本体１０内側へ離間して配置され、下方に突出しており、左仕切壁２２との間に原水３１を流入させる流路を画成する。また、本体上部１６には、ガス排出口１７が形成されている。酸発酵槽２は、前壁１１、後壁１２、右仕切壁２１の上半部２１ａ、左仕切壁２２、横仕切壁２３及び本体上部１６により構成され、その内部に空間（第１空間）を画成する。酸発酵槽２では、原水３１が酸生成菌により処理されることで酸発酵処理水３２が生成される。なお、酸発酵槽２で生成されたガスはガス排出口１７から排出される。
【００２４】
右仕切壁２１は、右側壁１３から本体１０内側へ離間して配置される。右仕切壁２１は、その上端部２１１が左仕切壁２２の上端部２２１よりも低く、その下端部２１２が左仕切壁２２の下端部２２２よりも低く、さらに下端部２１２が本体底部１５と離間している。これにより、酸発酵槽２に接続されるとともに酸発酵槽２で生成された酸発酵処理水３２をメタン発酵槽３に送水する中間流路５が形成される。つまり、中間流路５は、前壁１１、後壁１２、右仕切壁２１及び右側壁１３により構成され、その内部に空間を画成する。酸発酵槽２で生成された酸発酵処理水３２は、中間流路５を通過してメタン発酵槽３に流入する。
【００２５】
メタン発酵槽３は、酸発酵槽２の下方に位置しており、前壁１１、後壁１２、左側壁１４、右仕切壁２１の下半部２１ｂ、横仕切壁２３及び本体底部１５により構成され、その内部に空間を画成する。メタン発酵槽３は、中間流路５に接続され、中間流路５により送水された酸発酵処理水３２をメタン生成菌で処理することでメタン発酵処理水３３及びバイオガス３４を生成する。
【００２６】
左仕切壁２２は、左側壁１４から本体１０内側へ離間して配置される。左仕切壁２２は、その上端部２２１が右仕切壁２１の上端部２１１よりも高く、その下端部２２２が右仕切壁２１の下端部２１２よりも高く、さらに下端部２２２が本体底部１５と離間するように配置されている。これにより、メタン発酵槽３に接続されるとともにメタン発酵槽３で生成されたメタン発酵処理水３３を送水する排出流路６が形成される。つまり、排出流路６は、前壁１１、後壁１２、左仕切壁２２及び左側壁１４により構成され、その内部に空間を画成する。メタン発酵槽３で生成されたメタン発酵処理水３３は排出流路６を通過して外部に送水される。
【００２７】
そして、メタン発酵槽３の上部である横仕切壁２３には、酸発酵槽２に連通された開口部３５が形成されている。横仕切壁２３は、左右に離間した第１部材２３ａ及び第２部材２３ｂによって構成されており、第１部材２３ａと第２部材２３ｂとの間の隙間が開口部３５となる。開口部３５は、メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４を酸発酵槽２に向けて通過させる。開口部３５の上方には気体式液体仕切弁４が配置される。
【００２８】
気体式液体仕切弁４は、ケース部材４１及び案内部材４２を備える。ケース部材４１は、開口部３５の上方に開口部３５と対向して配置され、底部が開口され、その内部に気体を収容可能な空間である空気溜り部４０を画成する。ケース部材４１の前後方向の側面は、前壁１１及び後壁１２で構成されている。案内部材４２は、その内部にバイオガス３４を流通させる流路を画成し、下端部が開口部３５に接続される。案内部材４２の前後方向の側面は、前壁１１及び後壁１２で構成されている。これにより、案内部材４２は、バイオガス３４を開口部３５から上方に誘導する。また、案内部材４２は、その外径がケース部材４１の内径よりも短く、上端部４２１がケース部材４１の下端部４１１より高くなるように配置される。つまり、案内部材４２は、少なくとも上端部４２１がケース部材４１の内部に収容されるように配置される。
【００２９】
開口部３５から上方に向けて流入されたバイオガス３４は、案内部材４２により誘導され、空気溜り部４０に貯留される。空気溜り部４０の内圧は、酸発酵槽２の原水３１又は酸発酵処理水３２による水圧と均衡する。これにより、原水３１又は酸発酵処理水３２が空気溜り部４０及び開口部３５へ流入することが防止される。すなわち、空気溜り部４０に貯留されたバイオガス３４は、開口部３５を塞いでいる。そして、空気溜り部４０に貯留されたバイオガス３４が所定量を超えた場合、バイオガス３４はケース部材４１の内側側面と案内部材４２の外側側面との間の隙間４１２から酸発酵槽２に排出される。このように、気体式液体仕切弁４は、メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４をメタン発酵槽３の上方にある酸発酵槽２に通過させるとともに、酸発酵槽２の原水３１又は酸発酵処理水３２を酸発酵槽２の下方に位置するメタン発酵槽３に通過させないように作用する。
【００３０】
次に、廃水処理装置１の動作について説明する。ここでは、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３が予め水で満たされ、空気溜り部４０に所定量の気体が封入されている状態であるとする。最初に、原水３１が酸発酵槽２に流入される。このとき、空気溜り部４０の内圧は、酸発酵槽２の原水３１又は酸発酵処理水３２による水圧と均衡するため、原水３１は開口部３５からその下部に位置するメタン発酵槽３に流入することはない。このように、気体式液体仕切弁４は、気体で液体を仕切る仕切弁として機能する。
【００３１】
原水３１は、上述した嫌気性処理の第１段階及び第２段階を経て、酸発酵処理水３２となる。そして、酸発酵処理水３２は中間流路５を通過してメタン発酵槽３に流入する。メタン発酵槽３では、中間流路５から流入された酸発酵処理水３２が上述した嫌気性処理の第３段階を経てメタン発酵処理水３３となる。メタン発酵処理水３３は、排出流路６を通過して外部に流出する。このように、原水３１からメタン発酵処理水３３が生成され、原水３１の浄化が完了する。
【００３２】
さらに、メタン発酵槽３では、メタン及び二酸化炭素を含むバイオガス３４が生成される。メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４は、開口部３５に向けて上昇し、空気溜り部４０まで到達する。所定量を超えたバイオガス３４は、酸発酵槽２に排出され、気泡として液面２４に向けて上昇する。このとき、酸発酵槽２内の硫化水素、アンモニア及び水素などの阻害物質は、気体式液体仕切弁４から排出された（曝気された）バイオガス３４のストリッピング効果により、気泡として液面２４から排出される。このように、気体式液体仕切弁４は、液体を仕切りつつ気体を通過させる弁として機能する。
【００３３】
次に、上述した基本構成を備えた廃水処理装置１の具体例を説明する。図４は、第１実施形態に係る廃水処理装置の断面図である。図４に示す廃水処理装置１の本体１０は円筒状である。図４に示されるように、廃水処理装置１は、酸発酵槽２、メタン発酵槽３、気体式液体仕切弁４、中間流路５及び排出流路６を備える。
【００３４】
酸発酵槽２は、気体式液体仕切弁４を酸発酵槽２内に配置可能とするために、酸発酵槽上部２ａ及び酸発酵槽下部２ｂを連結して構成される。酸発酵槽上部２ａ及び酸発酵槽下部２ｂは、両端にフランジ部を有し、一端が開口された有底筒状部材である。酸発酵槽上部２ａの開口された端部のフランジ部と、酸発酵槽下部２ｂの開口された端部のフランジ部とがボルトにより連結されることで酸発酵槽２が構成される。酸発酵槽下部２ｂは、その底部に開口部３５を有し、メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４を気体式液体仕切弁４に向けて通過させる。酸発酵槽２では、原水３１が酸生成菌により処理されることで酸発酵処理水３２が生成される。また、酸発酵槽上部２ａの上端部には、酸発酵槽２で生成されたガスが排出されるガス排出口１７が形成されている。
【００３５】
中間流路５は、管状部材であり、酸発酵槽２に接続され、酸発酵槽２で生成された酸発酵処理水３２をメタン発酵槽３に送水する。すなわち、酸発酵槽２で生成された酸発酵処理水３２は、中間流路５を通過してメタン発酵槽３に流入する。
【００３６】
メタン発酵槽３は、両端にフランジ部を有し、一端が開口された有底筒状部材である。メタン発酵槽３は、メタン発酵槽３の開口された端部のフランジ部と、酸発酵槽下部２ｂの底部のフランジ部とがボルトにより連結されることで構成され、内部に空間を画成する。メタン発酵槽３は、中間流路５に接続され、中間流路５により送水された酸発酵処理水３２をメタン生成菌で処理することでバイオガス３４及びメタン発酵処理水３３を生成する。
【００３７】
排出流路６は、メタン発酵槽３に接続され、メタン発酵槽３で生成されたメタン発酵処理水３３は、排出流路６を通過して外部に送水される。
【００３８】
気体式液体仕切弁４は、酸発酵槽２の底部に配置され、ケース部材４１及び案内部材４２を備える。ケース部材４１は、開口部３５の上部に開口部３５と対向して配置され、底部が開口され、その内部に気体を収容可能な空間である空気溜り部４０を画成する。案内部材４２は、ケース部材４１内に収容され、下端部が開口部３５に接続され、その内部が開口部３５に連通している。
【００３９】
図５は、図４に示すケース部材４１の斜視図である。図５に示されるように、ケース部材４１は、底部が開口された筒状部材である。ケース部材４１の側面下部には、複数の貫通孔４１３が周方向に並んで形成されている。図６は、図４に示された案内部材４２の斜視図である。図６に示されるように、案内部材４２は、上部が開口された筒状部材である。案内部材４２の側面上部には、複数の貫通孔４２２が周方向に並んで形成されている。案内部材４２は、その外径がケース部材４１の内径よりも短く、高さがケース部材４１の内部空間の上下方向の長さと同一である。案内部材４２の上端部は、ケース部材４１の内部空間の上部内面に連結される。このように、案内部材４２は、ケース部材４１の内部に完全に収容されるように配置される。
【００４０】
気体式液体仕切弁４の原理は、上述した基本構成と同一である。具体的には、開口部３５から上方に向けて流入されたバイオガス３４は、案内部材４２の側面上部の貫通孔４２２からケース部材４１の内部に画成された空気溜り部４０へ出力され、貯留される。空気溜り部４０の内圧は、酸発酵槽２の原水３１又は酸発酵処理水３２による水圧と均衡する。これにより、原水３１又は酸発酵処理水３２が空気溜り部４０及び開口部３５へ流入することが防止される。すなわち、空気溜り部４０に貯留されたバイオガス３４は、開口部３５を塞いでいる。そして、開口部３５から流入され、空気溜り部４０に貯留されたバイオガス３４が所定量を超えた場合、バイオガス３４はケース部材４１の側面下部の貫通孔４１３から酸発酵槽２に排出される。このように、気体式液体仕切弁４は、メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４をメタン発酵槽３の上方にある酸発酵槽２に通過させるとともに、酸発酵槽２の原水３１又は酸発酵処理水３２を酸発酵槽２の下方に位置するメタン発酵槽３に通過させないように作用する。
【００４１】
以上、第１実施形態に係る廃水処理装置１では、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３が上下方向に並設されている。そして、メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４は、メタン発酵槽３の上部に向けて上昇して開口部３５を通過した後、空気溜り部４０に貯留される。空気溜り部４０に貯留された所定量のバイオガス３４は、メタン発酵槽３の開口部３５を塞ぎ、酸発酵槽２内の原水３１又は酸発酵処理水３２が開口部３５を通過して酸発酵槽２の下方に位置するメタン発酵槽３に流入することを防ぐことができる。
【００４２】
そして、空気溜り部４０において所定量を超えたバイオガス３４は酸発酵槽２に排出される。すなわち、メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４は、外部の駆動及び配管を必要とせず、メタン発酵槽３の上部にある開口部３５及び気体式液体仕切弁４を通して酸発酵槽２へ供給される。このため、第１実施形態に係る廃水処理装置１では、バイオガス３４を供給するためのブロワ及び配管が不要となり、電力を必要とせず、かつ簡易な構成でバイオガス３４を酸発酵槽２へ供給することができる。また、構成が簡易となるため、廃水処理装置１全体のコストを削減することができる。また、酸発酵槽２へ供給されたバイオガス３４は、酸発酵槽２の上部に向けて上昇する。従って、酸発酵槽２内の原水３１又は酸発酵処理水３２はこの上昇するバイオガス３４によって撹拌される。このため、第１実施形態に係る廃水処理装置１では、酸発酵槽２の原水３１又は酸発酵処理水３２を撹拌するための撹拌部材が不要となり、撹拌部材を駆動するための電力を必要とせず、無動力で酸発酵槽２内の原水３１又は酸発酵処理水３２を撹拌することができる。
【００４３】
また、第１実施形態に係る廃水処理装置１では、一つの槽の内部に酸発酵槽２及びメタン発酵槽３が形成されるため、簡易な構成となる。
【００４４】
また、第１実施形態に係る廃水処理装置１は、酸発酵槽２とメタン発酵槽３とを水平方向に並設する場合と比べて、装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る廃水処理装置１Ａは、第１実施形態に係る廃水処理装置１と比べて、複数の気体式液体仕切弁４を有する相分離構造を備えている点のみが相違する。第２実施形態では、第１実施形態に係る廃水処理装置１との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図７は、第２実施形態に係る廃水処理装置１Ａの概略図である。図７に示されるように、本実施形態に係る廃水処理装置１Ａは、酸発酵槽２、メタン発酵槽３、及び、複数の気体式液体仕切弁４を有する相分離構造５０を備える。図８は、図７の符号Ａで示す領域に相当する相分離構造５０の部分拡大図である。図８に示されるように、相分離構造５０は、複数の開口部３５を有する。そして、相分離構造５０は、それぞれの開口部３５に対応する気体式液体仕切弁４を備えている。なお、開口部３５は、一列に並んで形成されていてもよいし、マトリックス状に形成されていてもよい。その他の構成は第１実施形態に係る廃水処理装置１と同一である。
【００４７】
第２実施形態に係る廃水処理装置１Ａは、メタン発酵槽３の上部に複数の開口部３５および複数の気体式液体仕切弁４を備えるため、第１実施形態に係る廃水処理装置１と同一の効果を奏するとともに、第１実施形態に係る廃水処理装置１と比べて、メタン発酵槽３で生成されたバイオガス３４をより効率良く酸発酵槽２へ供給することができる。
【００４８】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る廃水処理装置１Ｂは、第１実施形態に係る廃水処理装置１と比べて、メタン発酵槽３が酸発酵槽２の直下に配置されていない点のみが相違する。第３実施形態では、第１実施形態に係る廃水処理装置１との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
【００４９】
図９は、第３実施形態に係る廃水処理装置１Ｂの概略図である。図９に示されるように、本実施形態に係る廃水処理装置１Ｂは、酸発酵槽２、メタン発酵槽３及び気体式液体仕切弁４を備える。メタン発酵槽３は、酸発酵槽２の直下に配置されるのではなく、メタン発酵槽３の上部と酸発酵槽２の下部とが一部だけが重なるように配置される。この重なる部分に開口部３５及び気体式液体仕切弁４が配置される。
【００５０】
第３実施形態に係る廃水処理装置１Ｂは、メタン発酵槽３は酸発酵槽２の直下に配置されなくてもよいため、種々の装置レイアウトに適応することができる。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、図１０に示されるように、廃水処理装置１Ｃでは、メタン発酵槽３は酸発酵槽２の直下に配置されるのではなく、メタン発酵槽３の上部と酸発酵槽２の下部とが重ならないように配置されてもよい。なお、この際は図１０のＢに示されるように、ケース部材４１と案内部材４２とは一部が共通化されてもよい。
【００５３】
また、上述した実施形態において、酸発酵槽２の底部がメタン発酵槽３の上部と共通化している例（つまり単一槽を区画した廃水処理装置）を説明したが、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３を別体として形成してもよい。この場合であっても、上述した気体式液体仕切弁４を機能させることができる。例えば、図１１に示されるように、廃水処理装置１Ｄでは、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３は別体として形成されており、気体式液体仕切弁４により接続されている。なお、この際は図１１のＢに示されるように、ケース部材４１と案内部材４２とは一部が共通化されてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態においては、メタン発酵槽３は酸発酵槽２の下方に配置される例、又はメタン発酵槽３と酸発酵槽２とが別体として形成される例を説明したが、例えば、図１２に示されるように、廃水処理装置１Ｅでは、酸発酵槽２はメタン発酵槽の内部に配置されてもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態において、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３の二つの槽を備える例を説明したが、図１３に示されるように、廃水処理装置１Ｆは、酸発酵槽２の上方に更に例えばガス吸収槽２ｃが配置され、三つの槽を備えてもよい。この際、ガス吸収槽２ｃと酸発酵槽２との間にも相分離構造５０が配置される。ガス吸収槽２ｃには、例えば硫化水素を溶解する溶液が貯留されてもよい。相分離構造５０は、酸発酵槽２でバイオガス３４のストリッピング効果により除去された硫化水素を含むバイオガス３６をガス吸収槽２ｃに通過させる。そして、バイオガス３６に含まれる硫化水素及び二酸化炭素は溶液に溶解され、メタンガスだけがガス吸収槽２ｃから排出され再利用される。なお、廃水処理装置１Ｆは、三つ以上の槽を備えてもよい。
【００５６】
また、気体式液体仕切弁４の構造は上述した第１実施形態で説明した構成に限定されない。案内部材４２から空気溜り部４０へ出力される出口の方が、ケース部材４１から酸発酵槽２へ出力される出口よりも高い位置に設けられていれば、第１実施形態に係る気体式液体仕切弁４の機能を発揮することができる。
【００５７】
また、上述した第１実施形態において、気体式液体仕切弁４のケース部材４１が箱状もしくは円筒状を呈する例を示したが、ケース部材４１は、多角形筒状を呈してもよく、開口部３５の上部に空気溜り部４０を画成することができれば形状には限定されない。同様に、気体式液体仕切弁４の案内部材４２の形状は、箱状もしくは円筒状に限定されるものではなく、開口部３５から出力されるバイオガス３４を流通可能な流路が内部に形成されていればよい。
【００５８】
また、上述した第１実施形態において、酸発酵槽２が、気体式液体仕切弁４を酸発酵槽２内に配置可能とするために、酸発酵槽上部２ａ及び酸発酵槽下部２ｂを連結して構成される例を説明したが、酸発酵槽２は分割構造でなくてもよい。例えば、気体式液体仕切弁４を酸発酵槽２に収容した上で酸発酵槽２を封止する場合には、分割構造は不要である。
【００５９】
また、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３の周囲に、それぞれ温度調整装置（例えばウォータージャケット）を設けることにより、酸生成菌及びメタン生成菌にとって最適な温度条件を保つことができるようにしてもよい。
【００６０】
また、上述した実施形態に係る気体式液体仕切弁４は、廃水処理装置以外の用途でも適用することができる。例えば、水を貯留する貯留空間（第１空間）と、貯留空間の下方に位置する下方空間（第２空間）とが存在する場合であって、下方空間の気体を貯留空間に逃がしつつ、貯留空間からの水の浸入を塞ぐことを要求される装置又は環境下で利用することができる。より具体的には、水中住居の天井部などに採用することができる。また、下方空間の排ガスを貯留空間に通過させることにより排ガスを浄化した後、外気に排出する排ガス浄化装置として利用することもできる。
【実施例】
【００６１】
以下、上述した廃水処理装置１の気体式液体仕切弁４の効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
【００６２】
（実施例）
図４に示す廃水処理装置１を用いた。原水３１として一定量の塩分が混入された塩水を用いた。最初に、酸発酵槽２及びメタン発酵槽３を水で満たし、気体式液体仕切弁４の空気溜り部４０に空気を封入した。その後、塩水を酸発酵槽２に供給し、排出流路６において排出された排出水の塩分含有量を測定した。塩分含有量は、塩分含有量に比例する電気伝導率を測定することで測定した。
【００６３】
（比較例）
図４に示す廃水処理装置１の気体式液体仕切弁４を取り除いた。その他の条件は実施例と同一とした。
【００６４】
図１４は、実施例及び比較例の測定結果を示すグラフである。図１４の上のグラフは比較例のグラフ、図１４の下のグラフは実施例のグラフであり、横軸は塩水の供給タイミングからの経過時間[min]、縦軸は排出流路６の下流において測定した排出水の電気伝導率[ms/s]である。図１４に示されるように、比較例では、塩水の供給タイミング直後から排出水の電気伝導率が増加し、約３分後にはピークに達した。これは、気体式液体仕切弁４が配置されていないため、酸発酵槽２に供給された塩水が、開口部３５を通過し、メタン発酵槽３に流入して、排出流路６から排出されたためである。
【００６５】
これに対して、図１４の下のグラフに示されるように、実施例では、塩水の供給タイミング直後において排出水の電気伝導率の増加は確認されず、塩水の供給タイミングから約１０分後に排出水の電気伝導率がピークに達した。これは、酸発酵槽２に供給された塩水が、酸発酵槽２、中間流路５及びメタン発酵槽３を順に通過した後、排出流路６から排出されたためである。このように、気体式液体仕切弁４によって、酸発酵槽２からメタン発酵槽３への液体の流入が防止されていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
廃水処理装置１は、嫌気性処理を行う廃水処理に幅広く利用することができる。具体的には、廃水処理装置１は、硫酸塩又はアンモニア（タンパク質）などを含む廃水を対象とする廃水処理に用いることができる。硫酸塩を含む廃水のより具体的な一例としては、紙パルプ廃水、廃糖蜜廃水、クエン酸工業廃水、発酵工業廃水（アルコール蒸留廃水等）、食用油製造廃水などである。また、アンモニア（タンパク質）を含む廃水のより具体的な一例としては、家畜糞尿（養豚廃水等）、メタン発酵消化液、ポテトスターチ廃水などである。また、廃水処理装置１は、廃水処理だけではなく、余剰汚泥や生ゴミなどの液状廃棄物のメタン発酵処理にも利用することができる。また、廃水処理装置１は、メタン発酵処理だけではなく、好気性処理と嫌気性処理を組合わせた廃水処理にも利用することができる。例えば、好気槽の下方に嫌気槽が配置され、上方の好気槽では藻類の光合成又は人為的に酸素を供給し好気性微生物による処理を行い、下部の嫌気槽では嫌気性処理を行う廃水処理装置として利用することもできる。さらに、廃水処理装置１は、ガスストリッピングだけではなく、ガス吸収によるバイオガスの精製等（硫化水素、炭酸ガス、アンモニアガスなどの除去）にも利用することができる。また、廃水処理装置１は、廃水が貯留されている池や、自然環境中の湖沼、河川、海洋などの水系から発生するガス成分の吸収に利用することができる。そして、吸収したガスを薬品や微生物などを用いて吸収又は分解することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ，１Ｂ…廃水処理装置、２…酸発酵槽、３…メタン発酵槽、４…気体式液体仕切弁、５…中間流路（第１流路）、６…排出流路（第２流路）、３５…開口部、４０…空気溜り部、４１…ケース部材、４２…案内部材。
【要約】
【課題】電力を必要とせず、かつ簡易な構成でバイオガスを酸発酵槽へ供給することができる廃水処理装置及び気体式液体仕切弁を提供する。
【解決手段】廃水処理装置は、酸発酵槽と、酸発酵槽の下方に位置し、バイオガスを生成するとともに、その上部に酸発酵槽に連通された開口部を有するメタン発酵槽と、開口部に設けられ、所定量のバイオガスを貯留するとともに所定量を超えたバイオガスを酸発酵槽に排出する空気溜り部を有し、空気溜り部に貯留しているバイオガスで開口部を塞ぐ気体式液体仕切弁と、を備える。
【選択図】図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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