(57)【要約】液体充填槽（１０）内の有機廃棄物を嫌気的に処理するための方法及び装置であって、廃棄物の嫌気性消化によって発生したガスによって廃棄物の粒子が浮き上がり、液体中に浮遊床を形成するものである。浮遊床は、最も消化されていない最も密度が低い廃棄物からなる上層と、最も消化され最も密度が高い廃棄物からなる下層とに形成される。浮遊床の下からの液体は、一連の放出ポート（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）を通して浮遊床の上面に連続的に噴霧され、下向きに沈むように広がる。各噴霧期間の後には休止期間が設けられ、浮遊床が再形成される。時間とともに、浮遊床は槽（１０）の入口端部から出口端部まで移動し、最も消化された廃棄物が除去される。
2005506903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を生物学的に処理する方法であって、
ａ）密閉式槽内の有機固形分と嫌気性微生物を含有する液体とを接触させるステップであって、前記固形分が、細菌を支持して取り込むための粒子を形成するものであり、かつ前記固形分が、前記微生物によって消化され、そのような消化の最中に発生したガスによって液体に浮かぶことにより浮遊床を形成するものであり、前記浮遊床の上層が、最も消化されていない最も密度の低い物質を含有し、前記浮遊床の下層が、最も消化されて最も密度が高い物質を含有するものである、該ステップ、
ｂ）前記浮遊床の下から前記浮遊床の上面まで液体を循環させ、前記液体を前記浮遊床に下向きに通して浸出させるステップ、
ｃ）前記槽の入口端部からその反対側にある前記槽の出口端部まで前記浮遊床を移動させるステップ、及び
ｄ）前記最も消化されて最も密度の高い物質を、前記槽の出口端部から除去するステップ
を含む方法。
【請求項２】
前記液体を循環させるステップが、
ａ）前記浮遊床の下から液体を引き出し、前記浮遊床の最上面の上方に位置付けられた複数の放出ポートを通して前記浮遊床に前記液体を導入することを含み、
ｂ）前記液体の導入は、放出ポートを通して次々と液体を導入した後に休止期間が設けられ、前記液体の導入中、各放出ポートのすぐ近くにある浮遊床の一部は下向きに膨張し、その後の前記休止期間中、前記浮遊床の一部は浮遊によって上向きに圧縮され、当初のレベルに戻るよう再形成され、
ｃ）前記下向きの膨張及び上向きの圧縮によって、前記液体中の微生物が有機粒子と接触するようになり、その結果、有機物質の生物学的分解と前記浮遊床からのガスの放出が促進される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放出ポートが直列に配置され、１つの放出ポートから別の放出ポートへの流れを順に決定することによって前記液体を連続的に浮遊床に導入し、個々のポートそれぞれが、ある一定の流動期間の後に休止期間となるように、前記放出ポートの１つのポートからの流れを、前記放出ポートの別のポートからの流れを止めて休止時間を開始させる前に開始する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記浮遊床の下から前記浮遊床の上面に循環する液体に廃水の流れを導入することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記浮遊床の下から前記浮遊床の上面に前記液体を循環させることが、
ａ）前記浮遊床の下から液体を引き出し、第１の時間にわたって前記浮遊床の第１の部分の上面に導入すること、及び
ｂ）前記浮遊床の下から液体を引き出し、第２の時間にわたって前記浮遊床の第２の部分の上面に導入すること
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の時間の終わりと前記第２の時間の始まりとを重複させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記浮遊床の前記第１及び第２の部分が、槽の実質的な全長にわたり延在する隣接した部分である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記浮遊床の第１及び第２の部分への液体の導入が、前記第１及び第２の部分に沿って存在する複数の間隔を空けた位置で同時に行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
槽の入口端部からその反対側にある前記槽の出口端部まで前記浮遊床を移動させるステップが、最も消化された最も密度の高い物質を前記槽の出口端部から除去することによって一部実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
最も消化された最も密度の高い物質を前記槽の出口端部から除去することが、前記出口端部にある前記浮遊床の部分を、前記出口端部の下部に隣接する開口を通してフラッシュすることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
フラッシュすることが、
ａ）前記槽の出口端部に隣接する前記浮遊床の部分の下からの液体の循環を停止させること、
ｂ）前記出口端部の下部の通路を開放すること、及び
ｃ）前記出口端部に隣接する浮遊床の表面に第２の液体を導入し、そのように導入された前記第２の液体の量が、前記出口端部に隣接する浮遊床の最も消化され最も密度の高い物質の部分を下向きに膨張させて前記通路を通してフラッシュするのに十分なものであること
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記通路内にフラッシュされた前記浮遊床の部分を収集し、前記フラッシュされた部分の固体画分と液体画分を分離することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の液体が、前記フラッシュされた部分から分離した前記液体画分が入っている貯槽から引き出された液体を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記支持粒子の浮遊床が不活性物質の粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
付着され取り込まれた嫌気性微生物を有する支持粒子の浮遊床を槽の上部ゾーンに含んでいる当該槽の内部で有機廃棄物を生物学的に処理するための方法であって、
ａ）有機廃棄物を含有する未処理の廃水を１００％〜０％含有する液体を、前記層の入口端部から導入するステップ、
ｂ）前記浮遊床の下から前記液体を引き出して、前記浮遊床の最上面の上方に配置された複数の放出ポートの１つを経て前記浮遊床に導入するステップ、
ｃ）前記液体を、最初に１つの放出ポートから放出し、次いで隣接する放出ポートを通して順次放出するステップであって、各放出ポートの下にある浮遊床の部分が、前記浮遊床上に放出される液体の重量に応じて下向きに膨張するものである該ステップ、
ｄ）液体を導入した後にそれぞれ休止時間を設けることによって、前記浮遊床の下向きに膨張した部分を浮遊させることによって圧縮し、その当初のレベルに戻るよう再形成するステップ、
ｅ）前記液体を前記浮遊床に下向きに通過させ、その通過中に、前記嫌気性微生物によって廃水のすべての有機成分を生物学的に分解し消化することによって、前記浮遊床内で前記廃水を処理するステップであって、そのような消化によって発生したガスは、前記浮遊床内を上昇して前記支持粒子を浮き上がらせかつ前記浮遊床の上方にあるヘッドスペースに蓄積させるものであり、前記浮遊床の下向きの膨張作用及び上向きの圧縮作用は、前記微生物が前記浮遊床全体に分布して前記浮遊床からのガスの放出が促進されるように働くものである該ステップ、
ｆ）前記槽の入口端部とは反対側にある出口端部を通して、前記浮遊床の下から処理済みの廃水を除去するステップ、及び
ｇ）発生したガスを、前記浮遊床の上方にあるヘッドスペースから放出するステップ
を含む上記方法。
【請求項１６】
前記支持粒子が有機固形分を含み、前記浮遊床が、最も消化されていない最も密度が低い物質を含有する上層と最も消化され最も密度が高い物質を含有する下層とを有するように、前記微生物が前記有機固形分を消化するよう作用し、前記槽から前記下層部分を定期的に除去する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記槽の入口端部から出口端部まで前記浮遊床を移動させること、及び最も消化され最も密度の高い物質を前記槽の出口端部から除去することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記最も消化され最も密度が高い物質を除去することが、
ａ）前記出口端部の下部に隣接する通路を開放すること、及び
ｂ）前記開口を介して、前記出口端部に隣接する前記浮遊床の部分をフラッシュすること
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
フラッシュすることが、
ａ）前記出口端部に隣接する前記浮遊床の下から液体を引き出すことを停止すること、及び
ｂ）前記出口端部に隣接する前記浮遊床の前記最も消化され最も密度が高い物質部分を下向きに膨張させかつ前記通路を介してフラッシュするのに十分な量の第２の液体を、前記出口端部に隣接する前記浮遊床の表面に導入すること
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の液体を処理済みの廃水の貯蔵供給源から引き出す、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
固体と液体の有機廃棄物を処理するための装置であって、
ａ）有機物の嫌気性消化を行うための微生物に富む液体が入っている密閉式バイオリアクタであって、槽が、消化する有機物を当該槽に導入するための入口端部と消化した有機物を当該槽から除去するための出口端部とを有し、前記有機物が、最も密度の高い最も消化された物質を浮遊床の下層に有しかつ最も軽く最も消化されていない物質を前記浮遊床の上層に有する浮遊床を前記槽内に形成する該バイオリアクタ、
ｂ）前記浮遊床の下から液体を引き出して、当該液体を前記浮遊床の上面に散布するための手段、
ｃ）前記入口端部から前記出口端部まで前記浮遊床を移動させるための手段、及び
ｄ）密度が最も高く最も消化された物質を、前記槽の出口端部から除去するための手段
を含む上記装置。
【請求項２２】
前記浮遊床の下から液体を除去して前記浮遊床の表面に放出するための前記手段が、前記浮遊床の上面の上方に、前記入口端部から前記出口端部に沿ってある間隔を空けて配置された複数の放出ポートを含み、さらに、一連のパルス送出を順次行うやり方で前記放出ポートから選択された１つを通して前記液体の放出を制御するための手段を含み、前記パルス放出のそれぞれの後には休止時間が設けられる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記槽から物質を除去するための前記手段が、
ａ）堰付きチムニと前記出口端部に隣接する前記槽の下部とを連通させるための通路を含む、前記槽の外部にある堰付きチムニと、
ｂ）前記槽から前記通路を通して前記堰付きチムニへと前記浮遊床の一部をフラッシュするのに十分な量の液体を、前記出口端部に隣接して位置付けられた選択された放出ポートに送出するためのポンプと
を含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
フラッシュされた物質を液体画分と固体画分とに分離するための、前記槽からフラッシュされた物質を受け取る液−固分離器と、前記液体画分を受け取るための貯槽とを含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記槽から前記浮遊床の一部をフラッシュするために、前記ポンプが前記貯槽から液体を引き出す、請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、流動性及び非流動性の有機廃棄物の処理に関し、詳細には、浮遊床プロセス及び装置を使用した嫌気性消化によって、両方の廃棄物の効率的な処理を同時に実現することに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体（非流動性）及び流体（流動性）の有機廃棄物は、嫌気的な微生物学的処理プロセスを使用して処理できることがわかっている。有機廃棄物の嫌気性消化を行うために、さまざまな嫌気的システムが開発されてきた。これらのシステムは一般に、流体廃棄物及びスラリに対して作動して、処理細菌を含有するスラッジブランケットを使用するものであり、その内部では、処理する流体廃棄物がスラッジブランケット内を上向きに通過する。これらのシステムでは、最も濃度が高い細菌がスラッジブランケットの底部にあり、最も低い濃度の細菌がスラッジブランケットの最上部近くにある。これらのシステムでは、スラッジブランケット内を上向きに通過する廃棄物の流れの少なくとも一部が流出してスラッジブランケットの下に再び導入され、新たにそのブランケット内を上向きに通過する。これらのシステムはいくつかの理由で非効率的であり、固体の非流動性物質の処理には無効である。
【０００３】
有機非流動性廃棄物の管理は、食品加工業において又は自治体内での特別の関心事になっている。食品加工業では、トウモロコシを缶詰にし又は凍結した後に残る殻や軸、さらにエンドウマメを缶詰にし又は凍結した後に残るエンドウマメの鞘など、食品加工作業によって生じる植物質が大量に蓄積される。都市の固形ごみの有機画分、芝庭廃棄物、動物性肥料、これらの混合物、及びその他のものも、ごみの埋立て容積の大部分を占め、有害な悪臭の問題になっている。さらに、雨水がそのような物質を通して浸出し、水路、飲料水道、及び地下水に流入すると、極端な環境汚染が生じる可能性がある。
【０００４】
埋立て、焼却、化学肥料、土壌改良剤、動物の飼料、及びその他のものとして使用することを含めた管理し処分するいくつかの手段が試みられてきた。しかしこれら代替例には、種々の理由で広く実用化されているものがないことが分かっている。
【０００５】
非流動性有機廃棄物には、一貫して価値のある１つの共通点がある。この廃棄物は生分解性で再生可能である。このような材料に含まれている太陽エネルギーを解放し捕捉することが可能な場合、再生可能なエネルギー源を導き出すことができ、それと同時にコストのかかる環境問題を排除することが可能になる。
【０００６】
また非流動性廃棄物は水よりも軽く、また嫌気性微生物の存在下では極めて小さい二酸化炭素及びメタンガスの泡を生成するので、これら廃棄物が水の存在下で浮く能力がさらに高まる。嫌気性細菌を散在させた液体が入っている槽内に、有機廃棄物の浮遊床を作り上げることが考えられる。液体が浮遊床を通過する場合、浮遊床が浮遊層内の細菌をろ過して取り込む。浮遊床内の固形分は、これらの微生物が付着することができる媒体としても働くことになる。そのような浮遊床は、浮遊床内で非流動性有機物質を消化すると同時に浮遊床を通過する生分解性有機物質を含んだ廃水を処理する能力を有するであろう。したがって浮遊有機床反応器は、流動性と非流動性の廃棄物の流れを両方とも同時に処理して、生分解性有機物質をバイオガスとしてエネルギーに変換し、非流動性廃棄物の体積を減少させ、流動性廃棄物の流れから汚染物質を除去することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の目的は、液体と固体両方の有機廃棄物を処理するためのシステムを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、液体と固体両方の廃棄物の流れを生物学的に処理するためのシステムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、有機性の液体及び固体の廃棄物を嫌気的に処理するためのシステムを提供することである。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、共通の処理槽内で有機性の液体及び固体の廃棄物を嫌気的に処理するためのシステムを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、浮遊床技術を利用して、共通の処理槽内で、有機性で固体の廃棄物を嫌気的に処理するための方法及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、流動性及び非流動性の廃棄物の同時消化からエネルギーを生成することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、非流動性有機廃棄物をエネルギーに変換することによってその廃棄物の体積を減少させ、汚染された廃水を処理してその生分解性有機画分をエネルギーに変換し、処理された廃水を環境に放出させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
簡単に言うと本発明は、密閉式バイオリアクタ槽内で液体（流動性）及び固体（非流動性）の廃棄物を嫌気的生物学的に処理するための、方法及び装置を含む。固体と液体の廃棄物を共にこの槽の入口端に導入し、この槽の長手方向に沿って通過させる。廃棄物は、その通過中かつ槽内にある間、嫌気性微生物に接触する。これらの生物体は有機物を消化し、消化産物は槽の反対側の端部から除去される。水よりも軽い有機物に対する微生物の働きによって、メタンや二酸化炭素などのガスが生成され、これが有機固形分を浮かせる助けをし、固形分の浮遊床を形成させることになる。嫌気性微生物は有機固形分に付着して、浮遊床内に取り込まれるようになる。
【００１５】
消化が進行するにつれ、固体廃棄物の粒度が縮小して材料の密度が増大する。時間とともに、またより多くの固形分を槽に加えるにつれ、浮遊床内には勾配が生じ、浮遊床の上層では、最も消化されていない最も密度が低い材料が位置付けられ、浮遊床の下層に向かうにつれて、最も消化され最も密度が高い材料が位置付けられる。最も浮きやすく消化が最も少ない材料が浮遊床の上面に集まるので、上層の所与の体積の固形分の濃度は、その体積の含水量よりも高くなる。浮遊床の任意の所与の体積における水分のパーセンテージが約７０％を割ると、微生物の活性が阻害される。したがって、浮遊床の上層の含水量を維持すること、及びその上層に、嫌気性微生物に富む液体を分散させることが重要である。
【００１６】
好ましくは適正に水分が加えられた浮遊床の上層は、槽の底部から液体成分を引き出して、引き続きその液体を浮遊床の表面全体に散布することによって維持される。このようにすると、適正に水分が加えられた浮遊床の上層が維持されるだけではなく、浮遊床内を下向きに染み出す液体によって、浮遊床の深さ全体にわたって栄養場が維持される。散布は連続的ではあるが、浮遊床の表面全体にわたって同時には生じない。代わりに散布は、浮遊床の前面から裏面に至る端から端まで、又は浮遊床の幅を横切るように、段階的に進行する。この点に関し、まず液体は、所与の時間だけ槽の前壁に隣接して位置付けられた浮遊床の第１の部分全体に散布されるように導入する。浮遊床の第１の部分全体への散布が終了する前に、その前壁から離れている浮遊床の第２の隣接部分全体への散布を開始する。最初の散布を終了し、しばらくしたら、この前壁からさらに離れた第３の部分全体への液体の導入を開始する。次いで第２の散布を終了し、第３の部分全体のみを散布してしばらくしたら、この前壁からさらに離れている浮遊床の第４の部分全体への液体の導入を開始する。このプロセスを、槽の前部から後部に至る端から端まで継続し、繰り返す。
【００１７】
液体導入期間の後、そのつど休止時間を設け、その後、液体を再び所与の部分に散布する。浮遊床の幅に応じて、一連の手順が槽の後壁に隣接する浮遊床の最後の部分に至る前に、前壁に隣接する浮遊床の第１の部分への液体散布を再開することができる。
【００１８】
定期的に、出口端部に隣接する浮遊床内の最も消化された物質を、多量の液体と共に槽から除去する。消化が進行するにつれ、新たな又は未処理の固体廃棄物を、槽の出口端部の反対側にある入口端部に導入する。最も消化された物質を出口端部から除去して反対側の入口端部に新たな物質を導入するたびに、浮遊床は、槽の出口端部に向かってわずかに移動する。浮遊床全体は時間とともに出口端部に移動し、その移動中に消化される。消化プロセスによって発生したガスは槽の最上部で収集され、同様に除去され収集されて、これをエネルギー源として使用する。
【００１９】
都市廃水や食品加工作業による廃水、野菜貯蔵パイルからの浸出液など未処理の液体も槽の入口端部に導入して、出口端部から除去される液体と置き換える。野菜加工作業では大量の廃水が生じることが理解されよう。たとえば、加工前に野菜を洗浄すると、植物質を含有する廃水が生じ、この廃水を環境に排出する前に処理しなければならない。また、加工待ちの野菜ストックパイルから浸出した水、又は加工の残りかすの蓄えから浸出した水は、高濃度の栄養分を含有しており、排出する前に処理しなければならない。廃水及び浸出液は、しばしば貯水池に収集され、排出前にエアレーションによって処理される。しかしこれら液状廃棄物の流れはどちらも、本発明の方法及び装置により処理可能であり、それによってエアレーションの必要性を低減し又はなくすことが可能である。さらに、これら液状廃棄物の流れを使用して、始動時の密閉槽内に、嫌気性微生物用の栄養に富む貯水池を提供することができる。
【００２０】
本発明によれば、そのような液体を、浮遊床の最上部に散布される液体の流れに導入して混合する。この液体混合物は、浮遊床内を下向きに通過するときに浮遊床内の細菌によって処理され、その結果、液体が槽の出口端部に循環するときまでに、その生物体のすべてではないにしても大部分が消化されるようになる。このように、廃水成分に含まれる有機物質も、槽内を通過するときに処理され消化される。
【００２１】
したがって本発明では、処分が促進されるように、嫌気性消化によってバイオマスの体積を減少させた清浄で効率的な処分作業により、固体と液体両方の廃棄物の処理を行う。本発明ではさらに、このプロセスのエネルギー源として販売し使用することができるメタンガスの形でエネルギーを発生させる。
【００２２】
したがって本発明は、その一態様において、
ａ）槽内の有機固形分と嫌気性微生物を含有する液体とを接触させるステップであって、この固形分が、細菌を支持して取り込むための粒子を形成するものであり、かつこの固形分が、微生物によって消化され、そのような消化の最中に発生したガスによって液体に浮かぶことにより浮遊床を形成するものであり、この浮遊床の上層が、最も消化されていない最も密度が低い物質を含有し、この浮遊床の下層が、最も消化されて最も密度が高い物質を含有するものである該ステップ、
ｂ）浮遊床の下から浮遊床の上面まで液体を循環させ、その液体を浮遊床に下向きに通して浸出させるステップ、
ｃ）槽の入口端部からその反対側にある槽の出口端部まで浮遊床を移動させるステップ、及び
ｄ）最も消化されて最も密度が高い物質を、槽の出口端部から除去するステップ
を含む、液体及び固体の有機廃棄物を生物学的に処理する方法を特徴とすることができる。
【００２３】
さらに別の態様において、本発明は、
ａ）有機物の嫌気性消化を行うための嫌気性微生物に富む液体が入っている密閉槽であって、その一端には、消化する有機物を槽に導入するための入口を有し、その反対側の端部には、消化された有機物をこの槽から除去するための出口を有し、この有機物が、最も密度が高く最も消化された物質を浮遊床の下層に有しかつ最も軽く最も消化されていない物質を浮遊床の上層に有する浮遊床を槽内に形成するものである該槽、
ｂ）浮遊床の下から液体を引き出して、その除去された液体を浮遊床の上面に散布するための手段、
ｃ）入口端部から出口端部まで浮遊床を移動させるための手段、及び
ｄ）密度が最も高く最も消化された物質を、槽の出口端部から除去するための手段
を含む、液体と固体の有機廃棄物を生物学的に処理する装置を特徴とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図面を参照すると、図１は、本発明の方法に従って有機固形分及び液体の有機画分の嫌気性消化を行うための、一般に１０で示されるタンクの概略を示す。処理する有機物質の量を考えると、タンクは比較的大きい地中コンクリート構造であることが好ましい。たとえば長さ２４０フィート、幅６０フィート、深さ２０フィートでよい。
【００２５】
タンクは、底部１２と、前壁１４及び後壁１６と、端壁１８、２０と、最上部２２とを有する密閉式バイオリアクタ槽である。このタンクの底部、側面、端壁、及び最上部は一緒になって密閉式プロセスチャンバ２３を画定し、その内部では、本発明による嫌気性消化プロセスを実行する。図１に見られるように、端壁１８によって表される右側部はチャンバの入口端部であり、一方、端壁２０で表される左側部は出口端部である。
【００２６】
タンクはさらに、槽の出口端部に隣接して配置された堰付きチムニ２４を含む。堰付きチムニは、その最上部２６が開放されており、槽の出口端部の端壁２０の底部に隣接した開口２８を介して密閉式プロセスチャンバ２３に連通している。以下に述べる目的で、ゲート３０を昇降させて通路２８の開閉を行うことができる。チムニ内の液体は、堰２５の最上部から流出して堰付きボックス２７に入る。この液体は、底部ドレイン２９を通して堰付きボックス２７から流出し、メッシュスクリーンフィルタやロータリースクリーンセパレータ、プレス、又は微粉及びその他の微粒子を除去するためのその他の機器のような固−液分離器６０に入る。ろ過した液体は、以下に述べるように、将来使用する目的で貯槽６２に貯められ、一方、除去した固形分は、肥料や動物飼料などに使用する目的で収集する。
【００２７】
貯槽は、タンク１０のサイズに応じて３０００立方フィート以上でよい。貯槽内の液体は処理されて有機物質を比較的含まなくなるので、この貯槽からの溢流をすべてドレインに放出することができる。
【００２８】
タンク１０は、液体がプロセスチャンバ２３内を循環するように配置した複数の循環システムを含む。例示を目的として、図に示す槽１０には、この槽の長さに沿って一般に３２Ａ、３２Ｂ、及び３３Ｃで示される３つの循環システムがある。各循環システムは、図に示されるように、槽の幅に沿って延び又は前から後ろに延びるゾーンを画定する。実際に使用する場合、上記サイズの槽は、より多くの数の循環システムを含むことであろう。
【００２９】
循環システムは、タンクの長さに沿って間隔を空けて配置されており、各システムは、タンク底部１２を貫通する出口３４を含む。各出口３４はポンプ３６の入口に接続され、各出口３４は、槽の所与のゾーンから液体を引き出すための吸込み口を含むようになされている。各ポンプの排出口は、マニホールド３８（図２）に接続される。各マニホールドからは、複数の管が延びている。これらの管は、タンクの外側に沿って延び、タンクの最上部２２に隣接するプロセスチャンバ２３に入ることが好ましい。図２には、各マニホールドから延びる４本の管１、２、３、及び４が示されている。マニホールドも、管１〜４のそれぞれと同様に槽の外側にあることが好ましい。タンクの外側に沿ってマニホールド及び管を走らせることにより、以下に示す目的で、プロセスチャンバ２３は管材を含まない状態で維持される。槽の内部が実質的に管材を含まないような状態で維持されように、槽の内部であって槽の底部及び側壁の近くに沿って管材を走らせる構造は、それほど好ましくない。
【００３０】
マニホールド３８から延びる各管には、管内を通る液体の流れを選択的に制御するために、弁を付ける。各管１〜４は、画定された略円形断面積に循環する液体を散布するよう配置したディストリビュータ４０、４１、４３、及び４５を、それぞれ順に停止させる。任意の所与のゾーンで各ディストリビュータに送出された液体は、そのゾーンの吸込み口３４から引き出される。この配置構成では、ゾーン（各循環システムによって画定された）の１つから除去された液体を、そのゾーンに関連付けられたディストリビュータを介してゾーンに戻す。したがって、浮遊床を通る実質的に垂直な流れが生じ、その流れは略円筒形のボリューム内を通るものである。さらに、実質的にプロセスチャンバの全断面積がしばしばシャワーを浴びることができるように、各ディストリビュータによって覆われた円形領域は、その縁部で重なっている。
【００３１】
システム３２Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれを経た循環、より詳細には弁付きの管１、２、３、及び４を経た循環は、一組のタイマ（図示せず）によって制御される。これらのタイマは、各ゾーン内を循環する液体が順番に流れるようにプログラムされている。このシーケンスは、チャンバの前壁１４に隣接した部分から始まり、槽の後壁１６に向かって進行する。このため、シーケンス開始時には、弁付きの管１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃのみが開く。
【００３２】
図１に示す第１の循環システム３２Ａは、未処理の液体の供給源と、ポンプ３６Ａの入口又は吸込み側との間に延在する管６４を含む。管６４の弁６６は、ポンプ３６Ａの入口側に入るプロセス廃水や浸出液などの未処理の液体の流れを制御する。弁６６を開くことによって、第１の循環システム３２Ａ内を循環する流れに多量の未処理の液体を加えることができる。
【００３３】
最後の循環システム３２Ｃは、貯槽６２への接続を含む。この点について、管４２は、貯槽からポンプ３６Ｃの入口又は吸込み側まで延在する。管４２のポンプ４４によって、貯槽から管４２を経た液体は、通常のポンプ３６Ｃに適合させた流量よりも大きい流量でポンプ３６Ｃの入口側に強制的に送られる。したがってポンプ４４が作動すると、変速駆動装置（図示せず）がポンプ３６Ｃの速度を速め、したがって増大した流れを取り扱うことが可能になる。
【００３４】
プロセスチャンバ２３には、多量の刻まれた又は粉砕されたトウモロコシの穂軸やその他の植物質など、処理される有機固形分である有機廃棄物をプロセスチャンバ２３に送出するための流入スクリューコンベヤ４６が、入口端壁１８を経て入り込んでいる。タンク１０の構造は、チャンバからガスを換気するために、槽の最上部２２を貫通して延びる弁付きの出口４８で完成する。
【００３５】
始動時、プロセスチャンバ２３は、嫌気性細菌を含有する多量の液体で溢れる。好ましくは、嫌気性微生物に必要とされる有機栄養素を含有した廃水及び浸出液を、多量の液体を形成するのに使用する。たとえば廃水は、食品加工作業を含めた都市又は工業的な出所源からのものでよい。浸出液は、野菜のストックパイル又は有機廃棄物の収集物から収集された流出液でよい。この液体を、嫌気性細菌の増殖に適した温度になるように加熱する。加熱は、循環システム３２のヒータを含めた任意の適切な手段（図示せず）によるもの、又はとりわけ個別の水蒸気又は温水ラインによるものでよい。必要なら、嫌気的作用に適した温度を維持するために、液体を冷却してもよい。
【００３６】
刻まれたトウモロコシの穂軸やトウモロコシのほう葉、又はその他の粉砕された植物質など、多量の刻まれた又は粉砕された固体有機廃棄物を、流入スクリューコンベヤ４６を介してプロセスチャンバ２３に送り込む。初めに、１日当たり約１０〜２０トン以上の速度で有機固形分を槽に投入する。ある期間にわたり消化が引き起こされるにつれ、浮遊物が生じるが、これは固形分が浮遊床５０を形成してなるものであり、プロセスチャンバ２３の液面まで上昇し、タンクの底部１２の上方に浮遊する。この点に関し、液体中の細菌が有機固形分を消化すると、有機物が分解されてメタンなどのガスが発生し、これが浮遊床を経て上向きに浸出する。ガスが上向きに浸出することによって、密度の低い未消化の有機物質が浮き上がり、浮遊床のより高いレベルまで浮くことになるが、消化プロセスを経たより密度の高い残留物は、浮遊床のより低いレベルに沈む。したがって、時間とともに浮遊床５０内には勾配が形成され、浮遊床の上層にはそれほど消化されていない物質が存在し、浮遊床の下層にはほとんど消化された物質が存在することになる。さらに、有機物質の粒子が支持粒子としての役目をし、細菌はこれらの粒子に付着するとともにこれらの粒子間に取り込まれるようになる。このように、細菌は有機粒子に密接に接触したままになって、有機固形分の消化を促進させる。
【００３７】
嫌気性細菌は、湿潤環境下で最も効率的に働くことが知られている。しかし、浮遊床５０の上面にはそれほど消化されていない植物質が集中して隣接しているので、浮遊床の上層は、比較的乾燥した有機固形分の塊を含有する。この上層が乾燥していると、嫌気性細菌の働きが阻止される。したがって、浮遊床の上層を湿潤状態に維持することが重要である。これは循環システム３２Ａ〜Ｃによって実現される。
【００３８】
定常状態で運転中、循環システム３２Ａ〜Ｃは、浮遊床の上層にシャワーを浴びせ、嫌気性細菌の増殖により快適な環境が得られるように動作する。上述のように、液体のシャワー操作は、前壁１４の長さに沿って開始する。この点に関し、まず液体を、ポンプ３６Ａ、Ｂ、及びＣにより、吸込み口３４Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれを経て浮遊床５０の下から引き出す。次いでこの液体を、マニホールド３８Ａ、Ｂ、及びＣを介して送出し、各マニホールドから延びている、開放された第１の弁付き管１Ａ〜Ｃに送り込む。このため液体は、ディストリビュータ４０Ａ、Ｂ、及びＣを経てチャンバの最上部に導入される。このように、ディストリビュータ４０Ａ〜Ｃの下にあり前壁に沿った浮遊床の最上部にはシャワーが浴びせられ、細菌の増殖に都合の良い湿潤環境がもたらされる。
【００３９】
ディストリビュータ４０Ａ〜Ｃを経て放出された液体の量及び重量は、液体によって覆われた浮遊床の部分を下向きに膨張させるのに十分である。一般にこの下向きの膨張は、実質的に円筒形のボリュームに限定されるが、この円筒形のボリュームの断面積は、一般にディストリビュータ４０Ａ〜Ｃによって覆われる面積に相当する。図示していないが、ディストリビュータ４０Ａ〜Ｃからの噴霧によって覆われる領域は若干重なることが好ましい。このようにすると、前壁に隣接しかつ槽の長さに延びる浮遊床の第１の切片５０Ａ（図２）が確実に下向きに膨張することになる。
【００４０】
所与の時間が経過した後、第２の弁付き管２Ａ、Ｂ、及びＣを開き、ディストリビュータ４１Ａ〜Ｃを介して流入を開始する。ある時間だけ、管１Ａ〜Ｃと２Ａ〜Ｃのすべてを開放し、したがって液体の流れによって、槽の長さに沿った浮遊床の第２の切片５０Ｂが下向きに膨張する。次いで弁付き管１Ａ〜Ｃを閉じ、ディストリビュータ４０Ａ〜Ｃへの流れを止めて休止時間とする。この休止時間中、下向きに膨張したボリューム５０Ａは浮遊によって圧縮され、その当初のレベルに再形成される。このような浮遊床の一部の下向きの膨張とその後に生ずる上向きの圧縮によって、浮遊床の内部からガスが放出され、その放出されたガスを、浮遊床を介して上向きに浸出させる。このように放出されたガスは、浮遊床上のヘッドスペース５１内に蓄積される。浮遊床の下向きの膨張とその後に生ずる上向きの圧縮によって、浮遊床全体にわたる細菌の分布も促進される。
【００４１】
休止時間中、下向きに膨張したボリュームに隣接する浮遊床の部分は、空になったボリューム内に流入しやすくなる。しかし、弁付き管２Ａ〜Ｃを開放してディストリビュータを経た液体の循環を開始させることにより、浮遊床の隣接部分５０Ｂが強制的に下向きに膨張し、したがって休止時間中は、固形分の隣接領域への流入が妨げられる。弁付き管１Ａ〜Ｃは、弁付き管２Ａ〜Ｃを通る流れを継続させた状態で、最終的には閉じる。
【００４２】
ある時間が過ぎた後、弁付き管３Ａ〜Ｃを開放して、浮遊床の別の切片５０Ｃを下向きに膨張させる。弁付き管２Ａ〜Ｃと３Ａ〜Ｃの両方をある時間だけ開放したままにし、その後、弁付き管２Ａ〜Ｃを閉じる。弁付き管４Ａ〜Ｃに関して上述のプロセスを繰り返し、後壁１６に隣接する浮遊床の最後の切片５０Ｄを下向きに膨張させ、次いでこのシーケンスを弁付き管１Ａ〜Ｃの開放に関して繰り返す。それぞれ下向きに膨張させた後に休止時間を設け、浮遊床の膨張部分を再形成する。
【００４３】
浮遊床の最上部にシャワーされ又は散布された液体は、略円筒形のボリュームを経て浮遊床内を下向きに浸出する。これら各ボリュームの断面積は、ディストリビュータ４０、４１、４３、及び４５によって覆われる領域にほぼ相当する。この流れによって運ばれた嫌気性細菌は、浮遊床に取り込まれるとともに有機物質の粒子に付着するようになる。細菌が有機固形分に近接するよう保つことによって、隣接する植物質の消化が速くなる。
【００４４】
嫌気性消化の残留物は、粒度がより小さいのでその比重が一般により高く、したがってこの物質は、浮遊床の底層に向かって沈む傾向がある。逆に、上述のように、放出されるガスによって浮き上がった浮遊床内の未消化の植物質は、浮遊床の上層まで上昇し、ディストリビュータ４０、４１、５３、及び４５からのシャワーに接触する。
【００４５】
浮遊床の底部に向かう消化残留物は、浮遊床の最上部にある未消化の有機物ほど栄養分がなく、したがって残留物中の嫌気性細菌の増殖は阻止される。また、浮遊床の下のプロセスチャンバ２３の底部から引き出された液体は、初期の廃水及び浸出液よりも著しく少ない量の有機物を含有し、したがってこの液体の処分が容易になる。
【００４６】
槽内の初期滞留時間は、いくつかのファクタに応じてさまざまでよい。しかし、最初の４０〜６０日が過ぎた後、好ましくは約６０日が過ぎた後に、プロセスチャンバ２３からの残留物の除去を開始することができる。以下にさらに詳細に述べるように、浮遊床５０全体は、槽の出口端部の壁面２０に向かって水平に移動するよう促される。したがって浮遊床の比重は、最上部から底部へと増大するだけではなく、入口端部から出口端部に向かっても増大する。このため、ゲート３０に隣接して存在する浮遊床５０内の物質は、浮遊床で最も密度が高く最も消化された物質であるが、槽の入口端部の壁面１８に隣接する浮遊床の最上部にある物質は、密度が最も小さく最も消化されていないものである。
【００４７】
浮遊床を端壁２０に向けて移動させるには、出口端部２０に隣接する循環ゾーン３２Ｃ内の最も消化された物質の部分を、槽から除去する。これは、最初に投入してから約６０日が過ぎた後に開始することができるが、プロセスチャンバ２３への物質の投入は、最初の６０日間にわたり毎日でも行うことができることを理解されたい。最も消化された物質の除去は、まず弁３５Ｃを閉じて吸込みドレイン３４Ｃを閉じ、ゲート３０を開くことによって行われる。次にポンプ４４を作動させ、液体を貯槽６２から送出する。管４２内を通る流れの体積は、ポンプ３６Ｃによって通常行われる場合よりも大きく、したがってポンプ３６Ｃの速度は、追加の流れに順応して速くなる。さらに、弁付き管１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、及び４Ｃのすべてを開放し、したがって循環システム３２Ｃは、この循環システム３２Ｃによって提供される浮遊床部分の最上部に大量の液体を送出する。この大量の液体は、端壁２０に隣接する浮遊床部分を下向きに膨張させ、開口２８に隣接する浮遊床の下方部分を、開口を介して堰付きチムニ２４へとフラッシュさせる。このフラッシュ動作によってプロセスチャンバ２３から除去された浮遊床の物質は、最も消化された最も密度が高い消化残留物を含む。
【００４８】
液体及びフラッシュされた固形分は堰付きチムニ２４内を上昇し、堰の最上部２５から堰付きボックス２７へと流出する。それらは堰付きボックスからドレイン２９を経て分離器（セパレータ）６０へと流れる。ここで固形成分を除去し、液体成分を貯槽６２内に排出する。
【００４９】
スクリューコンベヤ４８を介して定期的に大量の新たな植物質を導入する。たとえば定常状態で運転中、２００トン／日ほどの量の新たな植物質をバッチごとに又は連続的に入口端部から導入することができる。このように新たな植物質を導入することにより、浮遊床は、出口端部２０に向かって横方向に移動する。上述のように、すべての管材は槽１０の外側にあり、したがってプロセスチャンバ２３内には、浮遊床が横方向に移動するのに何の障害もない。
【００５０】
上述のように、野菜加工から生じるような廃水及び浸出液は、嫌気性細菌に栄養を与える。どちらもプロセスチャンバ２３内で処理し、排出する前にこれら廃水の流れの有機含量を低下させることができる。この点に関し、プロセスチャンバの初期フラッディングに廃水及び浸出液の流れを使用して、嫌気性貯水池を形成することができる。廃水及び浸出液は、タンクの入口端部の第１の循環システム３２Ａ内を流れる液体に折に触れて勢いを付けるのに使用することもできる。図１に示すように、ポンプ３６Ａの入口側に接続されている管６４は、新たな廃水及び浸出液を循環システム３２Ａ内に導くように配置する。これは、管６４の弁６６を開き、所望量の新たな廃水及び浸出液と第１の循環システム３２Ａ内の液体とを混合することによって行う。
【００５１】
管６４から受け取った廃水及び浸出液がディストリビュータ４０Ａ〜Ｃから流れて浮遊床内を流下するにつれ、浮遊床内の細菌は、液体によって運ばれた栄養分を消費して、液体の清浄化を開始する。液体が浮遊床の下から引き出され、上述のように次々と循環システム内を流れて浮遊床の最上部まで次々と循環するにつれ、最初に管６４に導入された未処理の廃水及び浸出液は、浮遊床内を通って槽の出口端部へと徐々に移動する。この移動の過程で、廃水及び浸出液そのものは浮遊床内の細菌に接触し、固体廃棄物が槽の入口端部から出口端部に移動する際に処理されるのとまったく同じように処理される。このように、未処理の液体はタンクの入口端部（端壁１８に隣接）に導入され、一方、処理された液体は出口端部の開口２８を経て除去されるので、タンク１０内の液体は固形分と共に処理される。
【００５２】
消化プロセスによって発生したガスは、浮遊床の上方のヘッドスペース５１内に収集され、管４９を介して除去される。この気体を燃焼し又は燃料として使用して、必要に応じて流入水を加熱し、それによって槽内の細菌の増殖に適正な温度環境をもたらすことができる。
【００５３】
本発明を、食品加工作業から生じる固体野菜廃棄物を処理するためのプロセスに関して述べてきたが、本発明の方法及び装置を、その他の有機物質の嫌気性消化に使用できることを理解されたい。また、浮遊床には、低密度プラスチックなどの多量の不活性物質を含めることも可能である。そのような物質は、浮遊床の浮遊を助けることができる。これらはまた固体廃棄物とは対照的に、液体廃棄物の生物学的処理を促進させるため、嫌気性微生物が付着する浮遊部位も提供する。
【００５４】
また、通路２８を通して浮遊床の底部から嫌気性処理の残留物だけを除去するのではなく、出口側端壁２０に隣接して得られる浮遊床の垂直切片全体を除去することも可能である。
【００５５】
したがって本発明を、現時点で好ましい実施形態に関して述べてきたが、当業者なら、添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるものとする本発明の真の本質及び範囲から逸脱することなく、本発明に変更を加えることができることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】廃棄物処理槽の正面図である。
【図２】廃棄物処理槽の平面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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