(57)【要約】【課題】処理した汚泥に基づくバイオガスの生成効率を向上させ、このバイオガスを有効利用することが可能な、汚泥処理システムの提供。【解決手段】本開示によるバイオガスを生成する汚泥処理システムは、撹拌羽根及び気泡の浮力による上向き帯流、及び該帯流に伴う旋回流によって、排出口から排出される時点の凝集物の粒径が、投入口から投入した時点の凝集物の粒径よりも大きく成長する、加圧汚泥固形化濃縮機；固定ディスク及び回転ディスクを備える、汚泥破砕可溶化装置であって、固定ディスク及び回転ディスクの少なくとも１組は対向して配置されており、固定ディスクの中心部は、該中心部を通る回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、回転ディスクと固定ディスクとの間で発生した剪断力が、加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置から分離されて汚泥破砕可溶化装置内に投入された凝集汚泥の流体に適用される、汚泥破砕可溶化装置；並びにバイオガス発酵槽、を備える。【選択図】図１
2018143979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥の凝集物、遊離水及び気泡を投入する投入口と、該凝集物のフロックを大きく成長させるための撹拌羽根を備える濃縮槽であって、投入口は濃縮槽の下部に位置する、濃縮槽と、大きく成長した凝集物及び遊離水を分離する固液分離装置と、回転駆動する駆動源と、排出口とを備え、
撹拌羽根及び気泡の浮力による上向き帯流、及び該帯流に伴う旋回流によって、排出口から排出される時点の凝集物の粒径が、投入口から投入した時点の凝集物の粒径よりも大きく成長している、加圧汚泥固形化濃縮機；
固定ディスク、回転ディスク、該回転ディスクを駆動するための回転軸、及び筐体を備える、汚泥破砕可溶化装置であって、
前記固定ディスク及び前記回転ディスクの少なくとも１組は対向して配置されており、前記固定ディスクの中心部は、該中心部を通る前記回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、
前記回転ディスクと前記固定ディスクとの間で発生した剪断力が、前記加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置から分離されて前記汚泥破砕可溶化装置内に投入された凝集汚泥の流体に適用される、汚泥破砕可溶化装置；並びに
バイオガス発酵槽、を備える、バイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項２】
前記汚泥破砕可溶化装置が減圧手段によって−０．０８ＭＰａ以下に減圧される、請求項１に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項３】
前記汚泥破砕可溶化装置が、陸上式ポンプ及び／又は水中ポンプの吸引力による減圧手段を備える、請求項１又は２に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項４】
加圧汚泥固形化濃縮機に投入される汚泥の凝集物が、無機凝集剤によって凝集させた一次フロックを、高分子凝集剤でさらに凝集させた二次フロックである、請求項１〜３の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項５】
汚泥破砕可溶化装置とバイオガス発酵槽との間に加圧汚泥固形化濃縮機をさらに備える、請求項１〜４の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項６】
前記加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置が、前記排出口から排出された凝集汚泥を加熱乾燥するための熱風ヒーターをさらに備える、請求項１〜５の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システムから得られたバイオガスを、水素ガスへの改質、発電又は藻類の培養に使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、処理した汚泥に基づくメタン等のバイオガスの生成効率を向上させ、かつ、該バイオガスを有効利用することが可能な、汚泥処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理、し尿処理、有機性産業排水処理等においては、有機性排水に含まれる有機物、栄養塩、窒素、リン等を除去するために微生物の消化作用を利用して、好気条件下又は嫌気条件下、或いはこれらを組み合わせて有機性排水を処理する方法が広く実施されている。このような微生物を利用した有機性産業排水処理においては、排水中の有機物の分解処理に伴う活性汚泥が大量に発生する。これらの活性汚泥は水分を大量に含むため、その大部分は一般的に脱水（濃縮）、乾燥処理等を経て廃棄物として埋め立て処分等されている。また、生物の排泄物、有機質肥料、生分解性物質、汚泥、汚水、ゴミ、バイオエネルギー作物などの発酵、嫌気性消化によりガス、所謂、バイオガスが発生することが知られている。バイオガスは、例えば、サトウキビや下水処理場の活性汚泥などを利用して、気密性の高い発酵槽（タンク）で生産される。発酵槽から得られる一般的なバイオガスの主成分はメタン、二酸化炭素であり、発生したメタンはそのまま利用されたり、燃焼して電力などのエネルギーなどに利用されている。
【０００３】
特許文献１（特開２０１５−０５１４１９号公報）には、有機性排水を固液分離するための初期沈殿池、該初期沈殿池の液体分を嫌気性微生物により処理する嫌気性リアクタ、該嫌気性リアクタの液体分を好気性微生物により処理し、処理水を得る好気性リアクタ、該好気性リアクタの固形分を回収する汚泥回収層、該汚泥回収層の汚泥と、該初期沈殿池の固形分とを嫌気性微生物により処理する汚泥消化槽、該嫌気性リアクタと該汚泥消化槽で発生したバイオガスから硫化水素を除去する脱硫装置、脱硫されたバイオガスを燃焼するボイラー、該ボイラーからの熱エネルギーを該汚泥消化槽に送る第１の加温ライン、及び該第１の加温ラインから分岐され、該熱エネルギーの一部分を該嫌気リアクタに供給する第２の加温ラインを具備する、有機性排水処理システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０５１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バイオガスは非枯渇性の再生可能資源として有望視されており、下水処理場などから発生するメタン、二酸化炭素などの未利用ガス等の有効利用が期待されている。
【０００６】
本開示は、上記課題に鑑みて、従来法に比べて効率よく、汚泥からバイオガスを生成し得る汚泥処理システム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】
【０００７】
本開示の一実施態様によれば、汚泥の凝集物、遊離水及び気泡を投入する投入口と、該凝集物のフロックを大きく成長させるための撹拌羽根を備える濃縮槽であって、投入口は濃縮槽の下部に位置する、濃縮槽と、大きく成長した凝集物及び遊離水を分離する固液分離装置と、回転駆動する駆動源と、排出口とを備え、撹拌羽根及び気泡の浮力による上向き帯流、及び該帯流に伴う旋回流によって、排出口から排出される時点の凝集物の粒径が、投入口から投入した時点の凝集物の粒径よりも大きく成長している、加圧汚泥固形化濃縮機；固定ディスク、回転ディスク、該回転ディスクを駆動するための回転軸、及び筐体を備える、汚泥破砕可溶化装置であって、固定ディスク及び回転ディスクの少なくとも１組は対向して配置されており、固定ディスクの中心部は、該中心部を通る回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、回転ディスクと固定ディスクとの間で発生した剪断力が、加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置から分離されて汚泥破砕可溶化装置内に投入された凝集汚泥の流体に適用される、汚泥破砕可溶化装置；並びにバイオガス発酵槽、を備える、バイオガスを生成する汚泥処理システムが提供される。
【０００８】
本開示の別の実施態様によれば、汚泥処理システムから得られたバイオガスを、発電、水素ガスへの改質、藻類の培養などに使用する方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の汚泥処理システムによれば、従来法に比べて効率よく、汚泥からバイオガスを生成することができる。
【００１０】
本開示の加圧汚泥固形化濃縮機及び汚泥破砕可溶化装置は極めて簡易な構成であるため、従来の装置に比べ、装置の維持管理が容易であるとともに、よりコンパクト化及び低電力化を達成することができる。したがって、Ｄ．Ｂ．Ｏ．Ｔ（設計−建設−運用−移転）等が簡易的となるため、製造コスト、ランニングコストを大幅に削減し得るとともに、従来のシステムの設備全体のフィールドに比べて１／３程度に縮小化することもできる。また、この縮小化に伴い、本開示の加圧汚泥固形化濃縮機及び汚泥破砕可溶化装置を採用するシステムの設備全体における電力も１／３程度まで低減することが可能である。
【００１１】
なお、上述の記載は、本発明の全ての実施態様及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示のバイオガスを生成する汚泥処理システムの一例を示すフローチャートである。
【図２】本開示の加圧汚泥固形化濃縮機に汚泥凝集物等を供給する各種設備を示す概略図である。
【図３】本開示の汚泥破砕可溶化装置の概略断面図である。
【図４Ａ】図３におけるＡ−Ａ’面の断面拡大図である。
【図４Ｂ】図３におけるＡ−Ａ’近傍の回転ディスクの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の第１の実施態様におけるバイオガスを生成する汚泥処理システムは、汚泥の凝集物、遊離水及び気泡を投入する投入口と、該凝集物のフロックを大きく成長させるための撹拌羽根を備える濃縮槽であって、投入口は濃縮槽の下部に位置する、濃縮槽と、大きく成長した凝集物及び遊離水を分離する固液分離装置と、回転駆動する駆動源と、排出口とを備え、撹拌羽根及び気泡の浮力による上向き帯流、及び該帯流に伴う旋回流によって、排出口から排出される時点の凝集物の粒径が、投入口から投入した時点の凝集物の粒径よりも大きく成長している、加圧汚泥固形化濃縮機；固定ディスク、回転ディスク、該回転ディスクを駆動するための回転軸、及び筐体を備える、汚泥破砕可溶化装置であって、固定ディスク及び回転ディスクの少なくとも１組は対向して配置されており、固定ディスクの中心部は、該中心部を通る前記回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、回転ディスクと固定ディスクとの間で発生した剪断力が、加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置から分離されて汚泥破砕可溶化装置内に投入された凝集汚泥の流体に適用される、汚泥破砕可溶化装置；並びにバイオガス発酵槽、を備える。本開示の汚泥処理システムは、従来法に比べて、約３倍以上のスピードでメタン等のバイオガスを生成することができる。
【００１４】
本開示の第１の実施態様におけるバイオガスを生成する汚泥処理システムは、汚泥破砕可溶化装置が減圧手段によって−０．０８ＭＰａ以下に減圧されてもよい。装置内の圧力がこの範囲であると、汚泥に含まれる微生物、植物等の細胞膜、細胞壁（以下、「細胞壁等」という場合がある。）の内外において圧力差が生じるため、細胞壁等が破砕しやすい条件となる。加えて、圧力の低下に伴い、固定ディスク及び回転ディスク間の剪断力が上昇し、細胞壁等が破砕しやすくなるとともに、キャビテーションも同時に発生するため、細胞壁等がより破砕しやすい条件となる。
【００１５】
本開示の第１の実施態様におけるバイオガスを生成する汚泥処理システムは、汚泥破砕可溶化装置が、陸上式ポンプ及び／又は水中ポンプの吸引力による減圧手段を備えてもよい。本開示の汚泥破砕可溶化装置は、減圧ポンプに限らず、陸上式ポンプ、水中ポンプを使用して装置内を減圧することができるため、メンテナンスがしやすく、減圧ポンプを使用する場合に比べて維持費を大幅に削減することができる。
【００１６】
本開示の第１の実施態様におけるバイオガスを生成する汚泥処理システムは、加圧汚泥固形化濃縮機に投入される汚泥の凝集物が、無機凝集剤によって凝集させた一次フロックを、高分子凝集剤でさらに凝集させた二次フロックであってもよい。このような二段階で凝集させたフロック状の汚泥は結合力が強く、強固な凝集汚泥となるため、汚泥の濃縮効率を向上させることができる。
【００１７】
本開示の第１の実施態様におけるバイオガスを生成する汚泥処理システムは、汚泥破砕可溶化装置とバイオガス発酵槽との間に加圧汚泥固形化濃縮機をさらに備えることができる。汚泥破砕可溶化装置の前に配置される加圧汚泥固形化濃縮機は、汚泥破砕可溶化装置に最適な固形分の汚泥を提供するために使用される一方で、汚泥破砕可溶化装置の後に配置される加圧汚泥固形化濃縮機は、高度に濃縮化した破砕汚泥を提供するために使用される。この構成では、加圧汚泥固形化濃縮機に続くバイオガス発酵槽に、高度に濃縮化した破砕汚泥を供給することができるため、バイオガスの発酵効率を大幅に向上させることができる。
【００１８】
本開示の第１の実施態様におけるバイオガスを生成する汚泥処理システムは、加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置が、排出口から排出された凝集汚泥を加熱乾燥するための熱風ヒーターをさらに備えることができる。熱風ヒーターを備えることによって、固液分離された汚泥の含水率をさらに低下させることができる。
【００１９】
本開示の第１の実施態様におけるバイオガスを生成する汚泥処理システムから得られたバイオガスの内、例えばメタンガスは、水素ガスへの改質、発電などに使用することができ、二酸化炭素は藻類の培養などに使用することができる。
【００２０】
以下、本発明の代表的な実施態様を例示する目的で、図面を参照しながらより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されない。図面の参照番号について、異なる図面において類似する番号が付された要素は、類似又は対応する要素であることを示す。
【００２１】
本開示において「汚泥」とは、下水処理場の処理過程、工場の廃液処理過程などで生じる、有機物の最終生成物を固形分として含む、含水率約８５％以上、約９０％以上又は約９５％以上の液状の物質を意味する。「汚泥」は、生汚泥（初沈汚泥）に限らず、活性汚泥法によって発生する「余剰汚泥」も包含する。「余剰汚泥」とは、活性汚泥反応槽で処理した処理液を最終沈殿池などに導入し、そこで沈降分離した活性汚泥のうち、返送汚泥として活性汚泥反応槽に戻される部分を除いた部分である。余剰汚泥は、主として、汚水中の溶存性有機物を基質にして増殖した微生物、及び該微生物を捕食して増殖した原生動物からなっている。また、本開示において「し尿」とは、大便及び小便を合わせた呼び方であり、人間のし尿に限らず、家畜のし尿も包含する。
【００２２】
本開示において「原水」とは、浄化処理前の対象物、例えば、し尿、生汚泥（初沈汚泥）等を意味する。
【００２３】
本開示において「バイオガス」とは、発酵槽で発生したメタン、水素、炭酸ガス（二酸化炭素）等のガス成分を意味することに加え、発酵槽で発生したメタンを改質して得られた水素などのガス成分も意味する。
【００２４】
本開示において、「生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）」とは、水中の好気性微生物によって消費される溶存酸素量を意味する。また、「化学的酸素要求量（ＣＯＤ）」とは、水中の有機物を酸化剤（過マンガン酸カリウム）によって化学的に酸化するときに必要な酸素量を意味する。
【００２５】
本開示では、濁度の指標として「透視度」を採用する。「透視度」とは、試料の透明度の度合いを示すものであり、水層を通して底に置いた標識板の二重線が初めて明らかに見分けられるときの水層の高さ（ｃｍ）を「度」で表わしたものを意味する。
【００２６】
本開示において「キャビテーション」とは、汚泥破砕可溶化装置内を移動する流体中の低圧力部の気化によって気泡（ポケット）が瞬間的に発生し、それがつぶれて消滅する現象であると考えている。キャビテーションにおける気泡が崩壊するときに発生する局部的な衝撃力は１００ＭＰａ〜数ＧＰａ、温度環境は１，２００℃以上といわれている。
【００２７】
本開示のバイオガスを生成する汚泥処理システムの一例を図１にフローチャートで示す。ここで、汚泥貯留槽とは、初沈汚泥、余剰汚泥、その他のバイオマス廃棄物等を含む汚泥を貯留するための槽であり、バイオマス混合調整槽とは、凝集剤やｐＨ調整剤等を添加する定量処理工程に送り出すために、汚泥貯留槽で均一化させた汚泥等の流量を調整する槽である。このバイオマス混合調整槽から必要に応じてスクリーンを介してし渣を適宜除去した混合液を、以下でより詳細に説明する加圧汚泥固形化濃縮機、汚泥破砕可溶化装置、バイオガス発酵槽（消化槽）に供給して、バイオガスを生成する。例えば、メタン菌を使用して生成されるバイオガスの平均的な構成成分としては、メタン：約５０％〜約７５％、二酸化炭素：約２５％〜約５０％、窒素：０％〜約１０％、水素：０％〜約１％、硫化水素：０％〜約０．１％、酸素：０％〜約２％である。生成したバイオガスの内、メタンガスは、例えば、そのまま回収して販売してもよく、また電力用のエネルギーとして使用することができる。得られた電力は、汚泥処理システムなどの場内用の電力として使用してもよく、または売電することもできる。あるいは、メタンガスを改質して水素に変換、回収して販売してもよく、また得られた水素を水素燃料電池などに使用することもできる。生成したバイオガスの内、二酸化炭素は藻類の栄養資源などとして使用することができる。
【００２８】
図２に、本開示の加圧汚泥固形化濃縮機に汚泥凝集物を供給する各種設備を示す概略図を例示する。無機凝集剤タンク１４は、初沈汚泥等の原水に含まれる浮遊物質（例えば、汚泥粒子等）の一次フロックを形成するための無機凝集剤を貯留するための槽である。無機凝集剤としては、次のものに限定されないが、たとえば、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄を使用することができる。中でも、続く二次フロックの形成のし易さなどの観点から、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）が好ましい。
【００２９】
無機凝集剤タンク１４では、原水、無機凝集剤の種類等に応じて、無機凝集剤が所定の濃度、例えば８〜１２％に調整される。また、無機凝集剤は、汚泥乾燥固形分当たり、１〜５％の範囲、好ましくは１〜３％で使用することができる。
【００３０】
ライン１３を通じて移送ポンプ１０で移送された初沈汚泥、し尿等の原水を、ライン１６を通じて、例えばスタティックミキサー１に投入し、ポンプ（Ｐ）を備える無機凝集剤タンク１４からライン１５を通じてスタティックミキサー１に、所定の濃度に調整した無機凝集剤を投入し、原水の調質を行う。この原水の調質工程で、原水、例えば、初沈汚泥に含まれる汚泥粒子は無機凝集剤で荷電中和されて凝集し、強固な一次フロックを形成する。該一次フロックはフロック形成前の浮遊物質の粒子に比べて粒径が、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは４ｍｍ〜６ｍｍ程度に増大し疎水化されている。なお、一次フロックには浮遊物質の粒子に加えて無機凝集剤も含まれている。
【００３１】
さらに、ポンプ（Ｐ）を備える高分子凝集剤タンク２４からライン２５を通じてスタティックミキサー１に、所定の濃度に調整した高分子凝集剤を投入し、原水の調質を行う。この工程により、一次フロックをさらに二次フロックの形態に成長させることができる。添加される高分子凝集剤は、高分子凝集剤タンク２４において、一次フロック、高分子凝集剤の種類等に応じて、所定の濃度、例えば０．１〜２％、好ましくは０．１〜１％に調整したものである。高分子凝集剤は、汚泥乾燥固形分当たり、１〜５％の範囲、好ましくは１〜３％で使用することができる。高分子凝集剤としては、次のものに限定されないが、たとえば、ポリアミン、ＤＡＤＭＡＣ（ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド）、メラミン酸コロイド、ジシアンジアミド等が適しており、これらの高分子凝集剤においてＤＡＤＭＡＣは、上澄み浮遊物質を低減させる効果を有している。また、メラミン酸コロイドはＣＯＤ濃度を低減するという効果を有している。さらに、ジシアンジアミドは、添加対象物を脱色するという効果を有している。なお、これらの高分子凝集剤は、上述のような無機凝集剤に比べて、添加した際に沈殿物等であるスラッジが発生し難いというメリットを有している。高分子凝集剤としては、アニオン系ポリマー、カチオン系ポリマー、アニオン系及びカチオン系の両機能を有する両性ポリマーなどを使用することができるが、中でも、ポリアクリル酸エステル系のカチオン系高分子凝集剤が好ましい。なお、二次フロックには浮遊物質の粒子に加えて無機凝集剤及び高分子凝集剤も含まれている。これらの高分子凝集剤は単独で用いるよりも無機凝集剤と併用することで、原水中の懸濁粒子の高い凝集（凝結）効果（結合力が強く、強固な凝集物となる効果）が期待できる。また、高分子凝集剤は、例えば、肥料化、焼却、埋め立て処分等の処理後汚泥の場外施設における使用において、有害物質を発生するおそれが低いため好ましい。
【００３２】
スタティックミキサー１から排出される、二次フロックは遊離水と共に、ライン５２を通じて投入口６５から加圧汚泥固形化濃縮機６０内に投入される。このとき、必要に応じて、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を添加してもよい。二次フロックにアルカリ剤を添加することで、二次フロック中の微生物、植物等の細胞壁等が破壊され易くなる。なお、アルカリ剤の添加はｐＨ調整を兼ねており、後述の汚泥破砕可溶化装置において濃縮汚泥の可溶化効率を高めることもできる。アルカリ剤は、原水の種類等に応じて、例えば２５〜４８％に調整され得る。
【００３３】
加圧汚泥固形化濃縮機６０は、二次フロックの凝集物、遊離水及び気泡を投入する投入口６５と、凝集物及び遊離水を固液分離させる固液分離装置８１と、濃縮槽内で撹拌する撹拌羽根６７と、撹拌羽根６７を回転駆動する駆動源７０と、排出口６３とを備える。加圧汚泥固形化濃縮機６０を構成する各種部品の大きさ、形状、材質、設置数、設置位置等は、凝集物の種類、設置スペース、分離水及び濃縮物に関する要求性能等に応じて適宜設定すればよいが、材質としては、強度及び防錆効果に優れるため、ステンレス（ＳＵＳ３１６等）及びセラミックスが好ましい。また、投入口６５の設置位置としては、濃縮槽の底辺中央部が好ましい。排出口６３の設置位置に関しては、凝集物及び遊離水を含む混合液の水面以上に設置されていることが好ましい。なお、空気の気泡の浮力を利用するためのコンプレッサー５３は、図２に示されるように、加圧汚泥固形化濃縮機６０とは別に配置してもよく、又は加圧汚泥固形化濃縮機６０と一体化させてもよい。また、回転駆動する駆動源７０に接続された軸には、撹拌羽根６７以外に、必要に応じて、凝集物及び遊離水を排出口６３へ誘導する誘導板を設置してもよい。
【００３４】
撹拌羽根６７は、上向きの帯流を発現させるものであればよく、その形状、大きさ、羽根の角度、材質、設置数、回転速度等は、凝集物の種類、設置スペース、分離水及び濃縮物に関する要求性能等に応じて適宜設定すればよい。撹拌羽根６７によって生じる上向きの帯流は、投入した二次凝集物及び遊離水を上方に移動させ、その際に、隣接する凝集物同士が衝突及び結合を繰り返す。その結果、凝集物の粒径は上方に行くに従い、例えば、投入口６５で５ｍｍ程度の粒径が排出口６３において３０ｍｍ程度まで、即ち、初期粒径の６倍以上にまで大きく成長する。撹拌及びフロック形成を兼ねた撹拌羽根６７と、コンプレッサー５３による空気をスタッティックミキサー３で直径１〜２ｍｍ程度のサイズに微細化して大量に発生させた気泡の浮力とによって、凝集物及び遊離水が浮上して排出口６３を通過し、固液分離装置８１で凝集物が濃縮される。撹拌羽根６７による帯流、旋回流の流れ及び気泡の浮力により、凝集物は隣接する凝集物と衝突、結合を繰り返し、より大きな凝集物へと雪だるま式に成長していく。この凝集物を成長させる帯流工程は、撹拌羽根で撹拌しながら２０分以上、３０分以上又は４０分以上行うことが好ましい。また、濃縮効率等を考慮すると、最終的な凝集物の粒径は、２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以上又は４０ｍｍ以上まで成長させることが好ましい。固液分離装置８１で濃縮された濃縮物は濃縮物排出口８４から排出され、汚泥可溶化装置、発酵槽（消化槽）などへ移送することができる。一方、分離水排水口８３から排出された分離水のＢＯＤは、原水のＢＯＤに比べて１／１０以下、１／３０以下、１／５０以下又は１／１００以下にすることができ、１／１０００程度まで低減させることができる。また、原水の透視度は通常０度程度であるが、分離水の透視度は、３０度以上、３５度以上又は４０度以上にすることができ、５０度程度まで向上させることができる。従来の方法や装置では、原水の透視度をある程度改善することはできたが、原水の透視度とＢＯＤの両方を同時に改善することはできなかった。しかしながら、本開示の加圧汚泥固形化濃縮機を使用すれば、従来の装置に比べて原水の濁度及びＢＯＤ濃度を同時により高度に低減させることができるため、排水処理施設の着水井等の原水に低負荷で分離水を返流して再利用することができる。
【００３５】
排出口６３から排出された遊離水及び凝集物は、固液分離装置８１に投入され、目幅が２〜５ｍｍ程度のスクリーン８２で固液分離される。スクリーン８２のメッシュサイズ、メッシュ間隔、スクリーンの傾斜角等は、要する濃縮性能、分離される分離水の清浄度等に応じて適宜設定すればよい。図２に示されるような、スクリーン８２を介して、上方に濃縮物排出口８４へ通じる通路、及び下方に分離水排水口８３へ通じる通路を備える固液分離装置８１を使用した場合、分離水は自身の自重で分離水排水口８３へ通過することができ、一方、凝集物はスクリーン８２上を通過するにつれて凝集物中の水分もその自重により分離水排水口８３へ通過するため、固液分離装置８１に通過させるだけで凝集物を自然と濃縮させることができる。固液分離された分離水は着水井等へ移送され、凝集物は、スクリーン８２で分離濃縮される際、例えば熱風ヒーター４による熱風でさらに水分を蒸発させて凝集物の含水率を下げることができる。熱風温度は、約７０度以上、約８０度以上又は約９０度以上にすることができる。熱風ヒーター４によって、凝集物の含水率は、約１％以上、約２％以上又は約３％以上低下させることができる。例えば、従来の汚泥濃縮能を備える装置に比べて、脱水ケーキ量を１／２〜１／３程度まで減量化させることができる。このように本開示の加圧汚泥固形化濃縮機の濃縮効率は、従来の装置に比べて極めて優れている。したがって、加圧汚泥固形化濃縮機の濃縮物（濃縮汚泥等）を後段の発酵槽（消化槽）へ投入すると、投入量は、従来の装置を１とした場合に、０．５程度まで低下させることができるため、発酵槽（消化槽）の容積を従来の装置を使用した場合に比べて約１／２に減少させることができる。また、本開示の加圧汚泥固形化濃縮機は、構成がコンパクトであるため、従来の装置に比べて電力消費を大幅に低減させることができる。具体的には、従来の装置では、約５０ｋＷ程度の電力を要していたが、本開示の加圧汚泥固形化濃縮機では、約１．５ｋＷ程度の電力消費ですむことが確認されている。
【００３６】
加圧汚泥固形化濃縮機６０は、排出口６３に直接、又は固液分離装置８１の後段に、図３に示されるような汚泥破砕可溶化装置１００が適用される。本開示の加圧汚泥固形化濃縮機は、汚泥の含水率を自由に調整することができ、該濃縮機に続く、汚泥破砕可溶化装置に投入する汚泥の含水率を最適な条件に調整することができる。したがって、本開示の加圧汚泥固形化濃縮機及び汚泥破砕可溶化装置を組み合わせたシステムは、汚泥処理の効率を従来設備に比べて大幅に向上させることができ、それに伴い、発酵槽（消化槽）におけるバイオガス発生量を大幅に向上させることができる。
【００３７】
一実施態様として例示する汚泥破砕可溶化装置１００の概略断面図を図３に示す。汚泥破砕可溶化装置１００は、筐体１６０と、該筐体１６０の内面に配置される固定ディスク１４０と、回転ディスク１５０と、汚泥破砕可溶化装置１００の中心水平方向に位置し、回転ディスク１５０を固定して駆動させるための回転軸１３０と、投入口１７０と、吐出口１８０と、減圧手段１９０とを備える。汚泥破砕可溶化装置１００は、回転軸１３０を駆動させるためのインバーター１１０及びモーター１２０を備えることができる。インバーター１１０及びモーター１２０は、汚泥破砕可溶化装置１００と一体的に構成されてもよく、汚泥破砕可溶化装置１００の外部に配置してもよい。対象物の種類、量などに応じて、周速を適宜調整し得るため、インバーターの使用が好ましいが、インバーターに換えて、スターデルタ（Ｙ-Δ）方式のモーター等を採用してもよい。
【００３８】
投入口１７０に投入した汚泥は、図３の汚泥の流れ１０５のように、固定ディスク１４０と回転ディスク１５０との間を流れ、吐出口１８０から排出される。投入口１７０と吐出口１８０とは逆に配置されてもよい。固定ディスク１４０と回転ディスク１５０との間及び／又は固定ディスク１４０と固定ディスク１４０との間（以下、「各ディスク間」という場合がある。）、並びに回転ディスク１５０と筐体１６０の内面との間及び固定ディスク１４０と回転軸１３０の外面との間に生じる剪断力等のエネルギーによって、汚泥に含まれる微生物等の細胞壁等が破砕される。
【００３９】
次の理論に制限されるものではないが、各ディスク間には、剪断力に加えて、キャビテーションも発生していると考えられている。例えば、図４Ａ及び図４Ｂは、図３における汚泥破砕可溶化装置１００のＡ−Ａ’面の断面拡大図及びＡ−Ａ’近傍の回転ディスクの拡大図を示す。投入された汚泥は装置内を高速で流れるため、汚泥中に圧力の低い部分が形成される。この低圧力部によって汚泥中の水分等が蒸気化して気泡が生じ、クラウド２９５（液体及び気体の混合部）が汚泥中に形成される。クラウド中の気泡が潰れて消滅する際に、瞬間的に非常に高い圧力（衝撃力）が加わる。この高圧に基づくエネルギーも、細胞壁等の破砕に剪断力として貢献していると考えている。
【００４０】
汚泥破砕可溶化装置１００を構成する各種部材は、用途に応じて種々の材料を使用することができる。これらに限定されないが、例えば、鉄、ステンレス等の金属又は金属合金、セラミックス、ガラス、プラスチック、炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化樹脂、ゴムからなる群から選択される１種以上の材料を使用することができる。中でも、強度及び防錆効果に優れるため、ステンレス（ＳＵＳ３１６等）及びセラミックスが好ましい。
【００４１】
汚泥と接触する各種部材（固定ディスク、回転ディスク、筐体の内壁、回転軸の外壁、投入口、吐出口等）の表面は、フッ素樹脂コーティング等による撥水化処理、酸化チタン、酸化ケイ素コーティング等による親水化処理、滑面（鏡面）処理、粗面化処理を適用してもよい。撥水化処理又は親水化処理を適用することにより、汚泥に基づく汚れ等の付着を防止することができる。滑面（鏡面）処理を適用することにより、汚泥は流動し易くなるため、汚泥の流速を向上させることができる。粗面化処理を適用することにより、摩擦力、表面積が増大するため、剪断力、キャビテーションの発生を向上させることができる。撥水処理、親水処理、滑面（鏡面）処理、粗面化処理は、各々併用してもよい。また、これらの処理は、適用する部材の全面又は一部に適用してもよい。粗面化処理としては、エンボス加工、サンドブラスト加工、切削加工、研磨加工、レーザー加工、エッチング加工等の加工処理、凹凸型を使用する成型加工等を挙げることができる。あるいは、固定ディスク等の表面に、粗面を付与し得る部材を、接着剤、溶接、ボルト等を使用して貼り合わせてもよい。粗面は、ランダムな凹凸形状でもよいし、所定の角度及び／又は間隔等を有する溝のような形状でもよい。粗面の大きさ及び形状は、汚泥の性状、処理量に応じて適宜調整することができる。
【００４２】
固定ディスク１４０の中心部は、該中心部を通る回転軸１３０の外径よりも大きい空洞部を有する。固定ディスク１４０は、汚泥破砕可溶化装置１００に投入される汚泥の性状、処理量、筐体の形状、設計意図等に応じて、外径、内径、形状、厚み、数量を適宜調整することができる。細胞壁等の破砕性、製造コスト等を考慮すると、固定ディスク１４０は略円盤状の形態が好ましく、固定ディスク１４０の空洞部も略円形状であることが好ましい。固定ディスク１４０の空洞部の大きさは、汚泥の種類、量などに応じて適宜調整することができる。固定ディスク１４０の表面は、剪断力、キャビテーションの発生を阻害しない範囲で、凹状、凸状の傾斜を有していてもよく、中心部の空洞部以外に、ディスク内部又は外周部に貫通孔等を有していてもよい。固定ディスク１４０は、筐体１６０の内壁に対し、接着剤、溶接等により一体化されてもよく、或いは、ボルト等を用いて取り外し可能に取り付けられていてもよい。また、固定ディスク１４０及び筐体１６０は、３Ｄプリンター等を利用して一つの材料から構成される一体物とすることもできる。
【００４３】
回転ディスク１５０は、汚泥破砕可溶化装置１００に投入される汚泥の性状、処理量、筐体の形状、設計意図等に応じて、外径、内径、形状、厚み、数量を適宜調整することができる。細胞壁等の破砕性、製造コスト等を考慮すると、回転ディスク１５０は略円盤状の形態が好ましい。回転ディスク１５０の外周と、筐体の内壁との間の距離についても、汚泥の種類、量などに応じて適宜調整することができる。回転ディスク１５０の表面は、剪断力、キャビテーションの発生を阻害しない範囲で、凹状、凸状の傾斜を有していてもよく、ディスク内部又は外周部に貫通孔等を有していてもよい。回転ディスク１５０は、回転軸１３０に対し、接着剤、溶接等により一体化されてもよく、或いは、ボルト等を用いて取り外し可能に取り付けられていてもよい。また、回転ディスク１５０及び回転軸１３０は、３Ｄプリンター等を利用して一つの材料から構成される一体物とすることもできる。
【００４４】
回転ディスク１５０の回転数及び周速は、汚泥の種類、量などに応じて適宜調整することができ、以下の範囲に限定されるものではない。回転ディスク１５０の回転数は、１０００ｍｉｎ−１以上、２０００ｍｉｎ−１以上又は３０００ｍｉｎ−１以上、７０００ｍｉｎ−１以下、６０００ｍｉｎ−１以下又は５０００ｍｉｎ−１以下とすることができる。回転数がこの範囲であると、回転ディスク１５０の周速を所定の範囲に調整することができる。回転ディスク１５０の周速は、２０ｍ／ｓ以上、３０ｍ／ｓ以上又は３５ｍ／ｓ以上、７０ｍ／ｓ以下、６０ｍ／ｓ以下又は５５ｍ／ｓ以下にすることができる。周速がこの範囲であると、汚泥の温度上昇に伴う不具合を発生させることなく、細胞壁等を破砕する剪断力等が効率よく得られる。中でも、剪断力に加えてキャビテーションも発生し易くなるため、周速が３７〜５２ｍ／ｓの範囲が好ましい。
【００４５】
本開示の汚泥破砕可溶化装置１００における固定ディスク１４０は、中心部に空洞部（汚泥吸入口）を有し、回転ディスク１５０に対向するように配置されている。固定ディスク１４０は、回転ディスク１５０の遠心力によって、回転ディスク１５０の外周方向に流動した汚泥が、再び固定ディスク１４０の空洞部を通り、回転ディスク１５０の中心部に流入するような流れを形成する機能を有する。即ち、固定ディスク１４０は、汚泥破砕可溶化装置１００内の汚泥を均一化させるように機能する。
【００４６】
本開示の汚泥破砕可溶化装置１００は、固定ディスク１４０及び回転ディスク１５０を各々１つ以上備えていればよいが、細胞壁等の破砕の効率性の観点から、これらのディスクを２つ以上備えることが好ましい。この場合、固定ディスク及び回転ディスクは交互に配置されてもよく、回転ディスクと回転ディスクとの間に、固定ディスクを２つ以上配置してもよい。配置される回転ディスク及び固定ディスクの大きさ及び形状は、各々、統一されていてもよいし、異なっていてもよい。
【００４７】
固定ディスク及び回転ディスクの間隙、又は固定ディスク間の間隙は、使用する回転ディスク及び固定ディスクの大きさ（内径、外径）、回転ディスクの回転速度、又は汚泥の性状、処理量などによって決定すべきものであって、特に本発明を限定するものではないが、５ｍｍ以上、７ｍｍ以上又は９ｍｍ以上、３０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下又は１５ｍｍ以下であることが好ましい。中でも、剪断力、キャビテーションの発生を考慮し、１０ｍｍ〜１１ｍｍの範囲が好ましい。各ディスク間の間隔は一定であっても異なっていてもよいが、異なる方が好ましい。各ディスク間の間隔は、投入口側から吐出口側に向かって、連続的、段階的又は部分的に大きくすることができる。例えば、投入口から装置中心部付近までは、各ディスクの間隔を１０ｍｍとし、装置中心部付近から吐出口までは、各ディスクの間隔を１１ｍｍと段階的に大きくすることができる。各ディスクの間隔を投入口付近において狭くすると、汚泥の流速が速くなり細胞壁等の破砕性が向上する。一方、各ディスクの間隔を吐出口付近において大きくすると、汚泥の流速が緩やかになるため、装置内における汚泥の目詰まり等を防止することができる。
【００４８】
本開示の汚泥破砕可溶化装置１００は、ディスク間隙を調整するディスク間隙調整手段を更に備えてもよい。ディスク間隙調整手段を採用した場合、処理する汚泥の性状などを考慮し、ディスク間隙を好適に調整することができるので、本開示の汚泥破砕可溶化装置を更に効果的に使用することができる。
【００４９】
回転軸１３０は、汚泥破砕可溶化装置１００の中心水平方向に位置し、回転ディスク１５０を固定及び駆動するためのものである。回転軸１３０は、以下に示す減圧手段１９０が備わっていてもよい。回転軸１３０を通じて減圧することができると、装置内部を均一に減圧することができる。
【００５０】
筐体１６０は、汚泥破砕可溶化装置１００の外周を覆う部材であり、形状、大きさ、材質等は、装置の使用用途等に応じて適宜調整すればよい。剪断力の発生及び製造コスト等を考慮すると、ステンレス（ＳＵＳ３１６等）からなる円筒形状の筐体が好ましい。
【００５１】
減圧手段１９０は、微生物等の細胞の内外に圧力差を発生させ、細胞壁等を破砕し易くする機能を有する。また、減圧手段１９０を採用することによって、細胞壁等を破砕するため、従来から使用されてきた、アルカリ処理、５０℃以上の加温処理等を使用しなくてもよい。したがって、従来の装置及び設備に比べて、設備スペースを簡略化することができることに加え、ランニングコストも大幅に削減することができる。しかしながら、本開示の汚泥破砕可溶化装置１００は、アルカリ処理、５０℃以上の加温処理等の使用を制限するものではない。これらの処理を併用すれば、従来の装置及び設備に比べて、細胞壁等の破砕がより向上することは言うまでもない。
【００５２】
汚泥破砕可溶化装置内の減圧条件は、汚泥の種類、量などに応じて適宜調整することができ、以下の範囲に限定されるものではない。汚泥破砕可溶化装置内の圧力は、減圧手段によって、−０．１ＭＰａ以下、−０．０９ＭＰａ以下又は−０．０８ＭＰａ以下にすることができる。特に、剪断力、キャビテーションの発生を考慮し、圧力は−０．０８０ＭＰａ（−８０ｋＰａ）以下、−０．０６５ＭＰａ（−６５ｋＰａ）以下又は−０．０６０ＭＰａ（−６０ｋＰａ）以下であることが好ましい。圧力の下限値はとくに制限されるものではないが、−０．０１ｋＰａ（−０．００００１ＭＰａ）以上、−０．０５ｋＰａ（−０．００００５ＭＰａ）以上又は−０．１ｋＰａ（−０．０００１ＭＰａ）以上としてもよい。圧力の範囲としては、−０．０１ｋＰａ〜−０．０８０ＭＰａが好ましく、−０．０５ｋＰａ〜−０．０６５ＭＰａがより好ましく、−０．１ｋＰａ〜−０．０６０ＭＰａが最も好ましい。 これらの圧力の値は、大気圧を基準（ゼロ）としたゲージ圧表記である。なお、減圧は負圧を包含する概念を意図している。
【００５３】
減圧手段１９０としては、これらに限定されないが、例えばロータリーポンプ、ドライポンプのような減圧ポンプを使用することができる。減圧手段１９０は、汚泥破砕可溶化装置１００に一体的に備わっていてもよい。この場合、減圧手段１９０は、投入口１７０、筐体１６０、回転軸１３０、及び吐出口１８０の群から選択される１箇所以上に配置することができる。或いは、減圧手段１９０は、汚泥破砕可溶化装置１００とは別に配置されてもよい。この場合、減圧手段１９０は、投入口１７０、筐体１６０、駆動手段１３０、及び吐出口１８０の群から選択される１箇所以上に配管等を介して配置することができる。
【００５４】
陸上式ポンプ及び／又は水中ポンプを採用することで、汚泥破砕可溶化装置の内部を減圧化することもできる。例えば、陸上式ポンプは、汚泥破砕可溶化装置の後段に配置される汚泥を貯留する処理前貯留槽と汚泥破砕可溶化装置との間に設置することができる。陸上式ポンプとしては、例えば一軸ねじ式ポンプを使用することができる。中でも、吸引性等の性能に優れる一軸ねじ式ポンプが好ましい。一軸ねじ式ポンプとしては、兵神装備株式会社製のモーノポンプ（登録商標）などを採用することができる。
【００５５】
汚泥破砕可溶化装置の前段に陸上式ポンプを設置した構成（以下、「前者の構成」という場合がある。）の場合には、陸上式ポンプによって送り出された汚泥は、加圧された状態で汚泥破砕可溶化装置に投入される。したがって、このような設置構成においては、上記のような減圧ポンプを汚泥破砕可溶化装置に適宜適用することが好ましい。一方、汚泥破砕可溶化装置の後段に陸上式ポンプを設置した構成（以下、「後者の構成」という場合がある。）の場合には、汚泥破砕可溶化装置は、陸上式ポンプに基づく吸引力を受けるために装置内部が減圧化される。陸上式ポンプに基づく吸引力を十分に発揮させるために、汚泥破砕可溶化装置を汚泥で充満させた方が好ましい。一般的な陸上式ポンプの場合、吸引力が弱く設置上の制約を受ける場合があるため、吸引力に優れる一軸ねじ式ポンプの様式が望ましい。後者の構成の場合、汚泥を装置の下部より投入して上部より吐き出す構成にすることが好ましい（この場合、図２の汚泥の流れ１０５は逆方向になり、１７０が吐出口、１８０が投入口となる。）。この設置構成の場合、減圧ポンプを使用せずに陸上式ポンプのみで減圧化できるため、前者の構成に比べて設備をより簡略化することができる。しかしながら、後者の構成であっても、上記の減圧ポンプを併用してもよい。なお、陸上式ポンプは、汚泥破砕可溶化装置の吐出口以降に設置されていればよい。陸上式ポンプの後段には、処理後貯留槽に限らず、各種の処理装置などを配置してもよく、又は陸上式ポンプの後段を所定の各種施設などに直接接続してもよい。また、水中ポンプを使用する場合には、該水中ポンプは汚泥破砕可溶化装置内の最終固定ディスク以降の吐出口側の汚泥に浸かる位置に設置されていればよい。
【００５６】
本開示の汚泥破砕可溶化装置１００は、加温手段を更に備えてもよい。加温手段は、従来より使用されている５０℃以上の加温手段も使用することができる。しかしながら、エネルギーコストの増大、汚泥破砕可溶化装置に不具合を生じさせる可能性などがあるため、１７０℃以上、１５０℃以上又は１２０℃以上の加温手段は採用しない方が好ましい。一方で、従来使用されてこなかった３０℃以上５０℃未満の加温手段も使用することができる。従来の５０℃以上の加温手段は、細胞壁等を柔軟にすることを目的に採用されている。一方、３０℃以上５０℃未満の加温手段は、キャビテーションの効率的な発生を目的に採用される。本開示の汚泥破砕可溶化装置１００は減圧手段１９０を備えるため、３０℃以上５０℃未満の加温でもキャビテーションが発生し易くなり、細胞壁等の破砕をより向上させることができる。
【００５７】
加温手段としては、スチーム・ジャケット、各種ヒーター、設備等から排出される排熱、太陽熱、地熱、地中熱等、公知の手段を使用することができる。加温手段は、汚泥破砕可溶化装置に一体的に備わっていてもよく、或いは、装置とは別に配置されてもよい。
【００５８】
本開示の汚泥破砕可溶化装置に投入される汚泥は、含水率が８９％以上、９０％以上又は９１％以上の液状の流体を使用することができる。汚泥の含水率が８９％未満であると粘性の強い粘土状（スラッジ状）の物質となり、特に８０％以下であるとそれ自体を物として持ち運べるレベルとなるため、本開示の汚泥破砕可溶化装置で破砕しづらくなる。
【００５９】
本開示の汚泥破砕可溶化装置で破砕処理された汚泥（以下、「破砕汚泥」という場合がある。）は、汚泥中に含まれる微生物等の細胞の細胞壁等が破砕され、細胞中に含まれる、タンパク質、炭水化物、脂肪、窒素、リン、Ｈ２Ｏ等の成分が溶出して低分子化する。その結果、タンパク質等の成分が低分子化し汚泥中に可溶化されるので、下水処理において使用されるメタン発酵菌等を含む発酵槽（消化槽）の消化効率を、従来の４０％程度から、６０〜８０％まで向上させることができる。したがって、発酵槽から生じる汚泥の量を大幅に減少させることができる。また、低分子化されたこれらの成分は、メタン発酵菌、水素発酵菌等の代謝効率を大幅に向上させるため、メタン、水素等のバイオガスの発酵効率を従来の２倍以上、好ましくは３倍以上に向上させることができる。例えば、メタンガスの発生量は、汚泥破砕可溶化装置によって処理された破砕汚泥及び／又は処理後の分離液を使用した方が、破砕処理をしていな汚泥等に比べて、２倍〜３倍増加する。また、ＣＯ２も比例して増加させることができ、発酵期間も従来のものに比べて短縮することができる。発生したＣＯ２は回収して藻類等の培養、植物工場等に使用することができる。藻類、植物は光合成を行うため、藻類の培養効率、植物の生産効率の向上は、温室効果ガスであるＣＯ２のカーボンオフセットに貢献することができる。
【００６０】
本開示の汚泥破砕可溶化装置から排出される破砕汚泥等を、バイオガス発酵槽（消化槽）にそのまま供給してもよく、または汚泥破砕可溶化装置の後段に上述した加圧汚泥固形化濃縮機を別途配置し、該濃縮機を介してバイオガス発酵槽（消化槽）に供給してもよい。加圧汚泥固形化濃縮機を介した方が、濃縮した破砕汚泥を発酵槽に投入できるため、汚泥の投入量を従来の装置を１とした場合に、０．５程度まで低下させることができる。したがって、発酵槽（消化槽）の容積を従来の装置を使用した場合に比べ、約１／２に減少（コンパクト化）させることができる。また、濃縮した汚泥を発酵槽に投入することができるため、発酵効率も向上させることができる。さらに、加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置で分離された分離液は、上述と同様に、着水井に返流してもよいが、汚泥破砕可溶化装置を経て得られる分離液は、汚泥中の微生物等が、窒素、リン、Ｈ２Ｏ等の成分に効率よく破砕及び低分子化され、従来装置による分離液よりも窒素、リン等の成分を多く含むため、藻類、微生物等の培養液、肥料などとして有効利用することもできる。低分子化されたこれらの成分は、植物、藻類、微生物等に対して効率よく吸収される。
【００６１】
汚泥破砕可溶化装置から排出された破砕汚泥等、又は破砕汚泥等を加圧汚泥固形化濃縮機で濃縮した濃縮汚泥を、メタン発酵菌、水素発酵菌等を含む嫌気性下のバイオガス発酵槽（消化槽）に供給して発酵させることによって、バイオガスを生成することができる。メタン発酵菌等の投入は、例えばこのような発酵菌を含む汚泥（種汚泥）を発酵槽に投入することで実施することができる。バイオガス発酵槽への破砕汚泥や濃縮汚泥等の投入量、並びに発酵槽内の温度、発酵物のｐＨ及び滞留時間等は、バイオガスの発酵期間、バイオガス（特に、メタン、水素）の生成量、加温に伴うエネルギー消費量等を考慮して適宜調整することができる。例えば、汚泥を過剰に発酵槽に投入すると、酸発酵が先行して揮発性有機酸（揮発性脂肪酸：ＶＦＡ）が蓄積し、酸腐敗現象を生じるため、ｐＨがメタン発酵における最適ｐＨの６．８〜７．４よりも酸性側に低下し、メタン発酵を阻害する場合がある。なお、ここで生成される、酢酸、プロピオン酸、酪酸などの揮発性有機酸の種類や濃度を経時的に測定することによって、発酵槽内におけるバイオガスの生成状況を把握することもできる。
【００６２】
生成したバイオガスは、そのまま発電機等に供給して電力等に使用することもできるが、バイオガスを蓄えるガスホルダーなどに供給して保管してもよい。バイオガス発酵槽の発酵工程、例えばメタン発酵の場合には、一般的に、発酵槽の内部を３６℃程度に加温しながら、酸発酵期工程、減退期工程、アルカリ性発酵期工程を経る。本開示の汚泥処理システムによれば、汚泥破砕可溶化装置によって、汚泥に含まれる微生物等の細胞壁等が破砕されて低分子化されていることから、通常７日〜１０日程度かかる一連の発酵工程を大幅に短縮化することができる。具体的には、投入された汚泥は、３倍以上のスピードで消化され、メタン等を含むバイオガスに変換することができる。言い換えると、従来の汚泥処理システムに比べ、同一期間内に、汚泥を３倍以上消化することができ、また、バイオガスを３倍以上生成することができるといえる。したがって、例えばメタン等を含むバイオガス発電の発電量を３倍以上に向上させることができる。
【００６３】
バイオガス発酵槽（消化槽）の後段には、上述した加圧汚泥固形化濃縮機、汚泥脱水機、汚泥乾燥機などをさらに適用することができる。このような構成を採用した場合には、発酵槽（消化槽）から排出される消化汚泥を濃縮、乾燥させ、乾燥肥料などとして有効利用することもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１、３    スタッティックミキサー
４    熱風ヒーター
１０    移送ポンプ
１４    無機凝集剤タンク
１３、１５、１６、２５、５２    ライン
２４    高分子凝集剤タンク
５３    コンプレッサー
５４    エジェクター
６０    加圧汚泥固形化濃縮機
６３    排出口
６５    投入口
６７    撹拌羽根
７０    駆動源
８１    固液分離装置
８２    スクリーン
８３    分離水排水口
８４    濃縮物排出口
１００    汚泥破砕可溶化装置
１０５    汚泥の流れ
１１０    インバーター
１２０    モーター
１３０、２３０    回転軸
１４０    固定ディスク
１５０、２５０    回転ディスク
１６０、２６０    筐体
１７０    投入口
１８０    吐出口
１９０    減圧手段
２９５    クラウド
【図１】
2018143979.tif 000003
【図２】
2018143979.tif 000004
【図３】
2018143979.tif 000005
【図４Ａ】
2018143979.tif 000006
【図４Ｂ】
2018143979.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月14日(2017.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
１、３    スタッティックミキサー
４    熱風ヒーター
１０    移送ポンプ
１４    無機凝集剤タンク
１３、１５、１６、２５、５２    ライン
２４    高分子凝集剤タンク
５３    コンプレッサー
５４    エジェクター
６０    加圧汚泥固形化濃縮機
６３    排出口
６５    投入口
６７    撹拌羽根
７０    駆動源
８１    固液分離装置
８２    スクリーン
８３    分離水排水口
８４    濃縮物排出口
１００    汚泥破砕可溶化装置
１０５    汚泥の流れ
１１０    インバーター
１２０    モーター
１３０、２３０    回転軸
１４０    固定ディスク
１５０、２５０    回転ディスク
１６０、２６０    筐体
１７０    投入口
１８０    吐出口
１９０    減圧手段
２９５    クラウド
本発明の実施態様の一部を以下の項目［１］−［７］に記載する。
［項目１］
汚泥の凝集物、遊離水及び気泡を投入する投入口と、該凝集物のフロックを大きく成長させるための撹拌羽根を備える濃縮槽であって、投入口は濃縮槽の下部に位置する、濃縮槽と、大きく成長した凝集物及び遊離水を分離する固液分離装置と、回転駆動する駆動源と、排出口とを備え、
撹拌羽根及び気泡の浮力による上向き帯流、及び該帯流に伴う旋回流によって、排出口から排出される時点の凝集物の粒径が、投入口から投入した時点の凝集物の粒径よりも大きく成長している、加圧汚泥固形化濃縮機；
固定ディスク、回転ディスク、該回転ディスクを駆動するための回転軸、及び筐体を備える、汚泥破砕可溶化装置であって、
前記固定ディスク及び前記回転ディスクの少なくとも１組は対向して配置されており、前記固定ディスクの中心部は、該中心部を通る前記回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、
前記回転ディスクと前記固定ディスクとの間で発生した剪断力が、前記加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置から分離されて前記汚泥破砕可溶化装置内に投入された凝集汚泥の流体に適用される、汚泥破砕可溶化装置；並びに
バイオガス発酵槽、を備える、バイオガスを生成する汚泥処理システム。
［項目２］
前記汚泥破砕可溶化装置が減圧手段によって−０．０８ＭＰａ以下に減圧される、項目１に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
［項目３］
前記汚泥破砕可溶化装置が、陸上式ポンプ及び／又は水中ポンプの吸引力による減圧手段を備える、項目１又は２に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
［項目４］
加圧汚泥固形化濃縮機に投入される汚泥の凝集物が、無機凝集剤によって凝集させた一次フロックを、高分子凝集剤でさらに凝集させた二次フロックである、項目１〜３の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
［項目５］
汚泥破砕可溶化装置とバイオガス発酵槽との間に加圧汚泥固形化濃縮機をさらに備える、項目１〜４の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
［項目６］
前記加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置が、前記排出口から排出された凝集汚泥を加熱乾燥するための熱風ヒーターをさらに備える、項目１〜５の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
［項目７］
項目１〜６の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システムから得られたバイオガスを、水素ガスへの改質、発電又は藻類の培養に使用する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡を発生させるためのコンプレッサーと、汚泥の凝集物、遊離水及び前記気泡を投入する投入口と、該凝集物のフロックを大きく成長させるための撹拌羽根を備える濃縮槽であって、投入口は濃縮槽の下部に位置する、濃縮槽と、大きく成長した凝集物及び遊離水を分離する固液分離装置と、回転駆動する駆動源と、排出口とを備え、
撹拌羽根及び気泡の浮力による上向き帯流、及び該帯流に伴う旋回流によって、排出口から排出される時点の凝集物の粒径が、投入口から投入した時点の凝集物の粒径よりも大きく成長している、加圧汚泥固形化濃縮機；
固定ディスク、回転ディスク、該回転ディスクを駆動するための回転軸、及び筐体を備える、汚泥破砕可溶化装置であって、
前記固定ディスク及び前記回転ディスクの少なくとも１組は対向して配置されており、前記固定ディスクの中心部は、該中心部を通る前記回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、
前記回転ディスクと前記固定ディスクとの間で発生した剪断力が、前記加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置から分離されて前記汚泥破砕可溶化装置内に投入された凝集汚泥の流体に適用される、汚泥破砕可溶化装置；並びに
バイオガス発酵槽、を備える、バイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項２】
前記汚泥破砕可溶化装置が減圧手段によって、大気圧を基準（ゼロ）としたゲージ圧表記で−０．０８ＭＰａ以下に減圧される、請求項１に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項３】
前記汚泥破砕可溶化装置が、陸上式ポンプ及び／又は水中ポンプの吸引力による減圧手段を備える、請求項１又は２に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項４】
加圧汚泥固形化濃縮機に投入される汚泥の凝集物が、無機凝集剤によって凝集させた一次フロックを、高分子凝集剤でさらに凝集させた二次フロックである、請求項１〜３の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項５】
汚泥破砕可溶化装置とバイオガス発酵槽との間に加圧汚泥固形化濃縮機をさらに備える、請求項１〜４の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項６】
前記加圧汚泥固形化濃縮機の固液分離装置が、前記排出口から排出された凝集汚泥を加熱乾燥するための熱風ヒーターをさらに備える、請求項１〜５の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のバイオガスを生成する汚泥処理システムから得られたバイオガスを、水素ガスへの改質、発電又は藻類の培養に使用する方法。