(57)【要約】【課題】大型の消化槽ほど設置スペースを必要とせず、効率よく汚泥の消化処理を行う消化装置及び消化設備を提供する。【解決手段】複数多段に形成した管路２と、管路２の内壁に装着した筒状の微生物担体３と、を備え、筒状の微生物担体３の中空部に汚泥を通過させて消化処理を施すことで、汚泥が長い距離の管路を通過し、省スペースでも十分な消化が行える。また、筒状の微生物担体の中空部を汚泥が通過し、汚泥と微生物担体の接触面積が増加するため効率よく消化処理が行える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数多段に形成した管路（２）と、
管路（２）の内壁に装着した筒状の微生物担体（３）と、を備え、
筒状の微生物担体（３）の中空部に汚泥を通過させて消化処理を施す
ことを特徴とする消化装置。
【請求項２】
前記管路（２）は、
汚泥を内部で消化処理するケーシング（４）と、
ケーシング（４）内に複数垂直に設けた仕切板（５）とでつづら折り状に構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の消化装置。
【請求項３】
前記ケーシング（４）の上部には仕切板（５）に対応した蓋（６）を備えることを特徴とする請求項２に記載の消化装置。
【請求項４】
消化槽（８）の外部で未消化汚泥を消化して消化槽（８）へ返送する消化設備において、
消化槽（８）から未消化汚泥を引き抜く引抜管（９）と、
引抜管（９）に備えた循環ポンプ（１０）と、
循環ポンプ（１０）から送られた未消化汚泥を加熱する熱交換器（１１）と、
熱交換器（１１）で加熱した未消化汚泥を消化処理する消化装置（１）と、
消化装置（１）で発生した消化汚泥を消化槽（８）へ返送する返送管（１２）と、を備え、
前記消化装置（１）は、複数多段に形成した管路（２）に微生物担体（３）を装着した
ことを特徴とする消化設備。
【請求項５】
前記管路（２）は、
汚泥を内部で消化処理するケーシング（４）と、
ケーシング（４）内に複数垂直に設けた仕切板（５）とでつづら折り状に構成する
ことを特徴とする請求項４に記載の消化設備。
【請求項６】
前記ケーシング（４）の上部には仕切板（５）に対応した蓋（６）を備えることを特徴とする請求項５に記載の消化設備。
【請求項７】
前記管路（２）の内壁に筒状の微生物担体（３）を着脱自在に装着し、微生物担体（３）の中空部に未消化汚泥の流路を形成したことを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の消化設備。
【請求項８】
前記引抜管（９）は、消化槽（８）の側面底部（１３）近傍に接続して未消化汚泥を引き抜くことを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の消化設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥処理施設内に設ける消化装置と、その消化装置を消化処理の補助として用いた消化設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下水処理場で発生する下水汚泥はバイオマス資源として活用されており、下水汚泥を嫌気性消化して得られる消化ガスを発電等に活用している。
嫌気性消化を行う消化槽では有機物を含む濃縮汚泥を嫌気性細菌と接触させ、発生したメタンを主成分とする消化ガスを回収して利用する。
消化ガスを効率的に回収するために様々な技術が利用されており、例えば有機物を十分に分解するために、直線状の流路を複数回折り返して浄化域の長さを長大とする分解処理装置が、特許文献１に開示されている。
また、消化槽から引き抜いた汚泥を加熱し再び消化槽に返送することで、汚泥の温度を嫌気性細菌の作用に好適な温度に保ち、良好に消化させるものが、特許文献２に開示されている。
消化槽で消化された汚泥を分離槽に送り、分離槽で分離した汚泥から微生物を回収して消化槽に返送することで消化処理速度を向上させるものが、特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７５７５５号公報
【特許文献２】実開昭５４−１５９７５１号公報
【特許文献３】特開昭６０−１４７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、分解処理を行う流路を複数回折り返すことで流路を長大としているが、流路内には、細孔を多数形成されるよう接合した砕石を充填している。そのため、濃度の高い汚泥は流路内を通過できずに閉塞してしまう。
【０００５】
特許文献２のように、消化槽の循環ラインに熱交換室を設けることで、熱交換器部分をコンパクトにできるが、循環ラインに流入する汚泥の量は消化槽内の汚泥と比べ極端に少ない。よって、消化槽に返送されると熱が分散し、消化槽内の汚泥の温度変化は少なく、消化槽内の汚泥を消化処理に効率の良い温度に保つことはできない。
温度を保つために高い温度で加熱することも考えられるが、循環ラインに引き抜いた汚泥中には嫌気性細菌が含まれるため、循環ラインで高温に加熱されると嫌気性細菌が死滅してしまう。消化槽に返送しても嫌気性細菌の総数が減少するため、消化効率が低下してしまう。
【０００６】
また、汚泥の排出管は消化槽の上部に設け、返送管は消化槽下部に設けることで攪拌を行っているが、汚泥の循環による流動だけでは、消化槽の汚泥が滞留し未消化汚泥が発生してしまう。
このように構成した消化槽での消化処理のエネルギー回収率は決して高くなく、より高効率の消化が求められている。
【０００７】
特許文献３では、消化槽の処理効率を向上させるために、消化槽から引き抜いた消化汚泥から微生物を回収して消化槽に返送しているが、消化汚泥から固形物を分離する分離槽を設け、さらに微生物を回収する装置を備えるため、広い機器の設置スペースを必要とする。分離槽では汚泥と液体に分離するだけで、消化処理効率を高める手段を備えていないため、分離槽自体は消化ガスの回収率に寄与するものではなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、濃度の高い汚泥でも容易に高効率の消化処理を施すことができ、消化ガスの回収率を向上させた消化装置及び消化設備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】
【０００９】
複数多段に形成した管路と、管路の内壁に装着した筒状の微生物担体と、を備え、筒状の微生物担体の中空部に汚泥を通過させて消化処理を施すことで、省スペースで長い距離の管路を形成し、筒状の微生物担体の中空部を汚泥が通過し効率よく消化処理が行える。
【００１０】
前記管路は、汚泥を内部で消化処理するケーシングと、ケーシング内に複数垂直に設けた仕切板とでつづら折り状に構成することで、管路の上部から発生した消化ガスを容易に回収できる。
【００１１】
前記ケーシングの上部には仕切板に対応した蓋を備えることで、消化装置の上部から微生物担体を取出すことが可能で、微生物担体を容易に交換できる。
【００１２】
消化槽の外部で未消化汚泥を消化して消化槽へ返送する消化設備において、消化槽から未消化汚泥を引き抜く引抜管と、引抜管に備えた循環ポンプと、循環ポンプから送られた未消化汚泥を加熱する熱交換器と、熱交換器で加熱した未消化汚泥を消化処理する消化装置と、消化装置で発生した消化汚泥を消化槽へ返送する返送管と、を備え、前記消化装置は、複数多段に形成した管路に微生物担体を装着したことで、消化槽の外部で高効率の消化を行い消化槽へ返送するため、消化槽のみの消化効率より高効率の消化処理が行える。
【００１３】
前記管路は、汚泥を内部で消化処理するケーシングと、ケーシング内に複数垂直に設けた仕切板とでつづら折り状に構成することで、消化装置の上部からガスが回収しやすく、省スペースで長い距離の管路を形成し、十分な消化を行うことができる。
【００１４】
前記ケーシングの上部には仕切板に対応した蓋を備えることで、消化装置の上部から微生物担体を取り出すことが可能で、微生物担体を容易に交換できる。
【００１５】
前記管路の内壁に筒状の微生物担体を着脱自在に装着し、微生物担体の中空部に未消化汚泥の流路を形成したことで、中空部を未消化汚泥が通過し効率よく消化処理が行える。
【００１６】
前記引抜管は、消化槽の側面底部近傍に接続して未消化汚泥を引き抜くことで、消化槽に滞留した未消化汚泥を引き抜くことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る消化装置は、複数多段に形成した管路を備えることで、省スペースでムラなく消化処理を行うことができ、垂直の仕切板によりつづら折り状の管路を形成すれば、消化装置上部から全ての管路のガスを容易に回収することができる。また、管路には微生物担体を装着することで、未消化汚泥が微生物担体と接触する時間が増加するため、確実な消化が行える。
【００１８】
微生物担体は管路の内壁に沿って装着し、筒状の微生物担体の中心に未消化汚泥が通過する中空部を形成することで、未消化汚泥と微生物担体の接触面積を増やすことができる。
つづら折り状に形成した管路を未消化汚泥が通過することで消化されるため、別途処理槽を設けるよりスペースを必要とせず、配管の配置をスペースに合わせて適宜設定することもできる。
【００１９】
また、本発明に係る消化装置を備えた消化設備は、従来では消化槽で消化しきれていなかった未消化汚泥を消化槽外に引き抜き、消化処理を施し消化槽へ返送することで、消化槽全体の消化効率を向上させることができる。
【００２０】
消化槽外へ引き抜いた未消化汚泥は、熱交換器で消化に適切な温度まで加熱され、加熱した直後に微生物担体を備えた消化装置に送られるため、消化装置では効率の良い消化が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る消化装置の縦断面図である。
【図２】同じく、消化装置の管路の横断面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る消化装置の管路の概略図である。
【図４】本発明に係る消化設備の概略図である。
【図５】同じく、消化槽の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜消化装置＞
図１は、本発明に係る消化装置の縦断面図である。
消化装置１は、汚泥処理施設に流入してきた汚泥に含まれる有機物を嫌気性細菌によって分解する。汚泥の消化によって上澄み液、消化汚泥、消化ガスなどが形成され、消化ガスなどの可燃性のガスを回収することによって発電などのエネルギー源として利用される。消化効率を高めることで回収できるガスの量を増加させることができる。
本発明の消化装置１は、複数多段に形成した管路２を備え、管路２には微生物担体３を装着して消化処理を行う。
【００２３】
本実施例の消化装置１は、汚泥を内部で消化処理するケーシング４に垂直方向の仕切板５を複数設けて内部を分割し、隣接する区画で仕切板５の上下を交互に連通させることで、つづら折り状の管路２を形成している。
仕切板５で分割した各管路２には、筒状の微生物担体３を装着し、管路２の一方から流入した未消化汚泥が微生物担体３の中空部を通過しつつ、微生物担体３に担持した嫌気性細菌により消化処理が行われる。微生物担体３で消化された消化汚泥は管路２の他方から排出される。
【００２４】
消化装置１上部には仕切板５に対応した蓋６をそれぞれ設け、蓋６を開けることで各管路２に装着された微生物担体３を上部から取出せる構造とする。微生物担体３は管路２に着脱自在で適宜交換可能なものを用いる。
消化装置１上部の蓋６はそれぞれ消化ガスを回収するための集気管７を接続し、消化装置１で発生した消化ガスを回収する。
また、すべての管路２の蓋６を一体に形成し、ひとつの蓋６として消化装置１上部を開閉できる構造としてもよい。
【００２５】
図２は消化装置の管路の横断面図である。
ケーシング４と仕切板５で区画された管路２に微生物担体３を装着する。管路２内壁に微生物担体３を着脱自在に装着し、微生物担体３は筒状とすることで、微生物担体３の中空部に汚泥の流路を形成する。
図２に示すように、縦方向又は横方向に連続して管路２が形成されるように仕切板５を配設してもよい。
【００２６】
微生物担体３は、メタン発酵微生物群が付着しやすく表面に生物膜を生成しやすい材料性とすることが望ましく、例えば炭素繊維不織布製、ポリウレタン製、多孔質プラスチック製又は多孔質無機物性など公知のものを利用できる。
密度や細孔数を最適化した担体であれば効率よくメタン発酵生物が固定化される。
また、微生物担体３は、微生物群と汚泥との接触面積ができるだけ大きくなるように管路２に充填することが望ましい。例えば、管路２の内壁に沿って微生物担体３を筋状に複数装着する、あるいは平板状の微生物担体３で管路２を二分するように装着してもよい。
【００２７】
この消化装置１において、汚泥は管路２内の微生物担体３の中空部を通過しつつ、微生物担体３に付着したメタン発酵微生物の分解作用を受けながら消化処理を受ける。
この消化処理により、汚泥中の有機物は従来の嫌気消化に比べ、より迅速に安定的に分解消化され、消化汚泥と消化ガスを発生させる。
【００２８】
消化装置１内のつづら折り状の管路２に微生物担体３を装着しているため、小さいスペースで長い管路２を形成することができ、汚泥がメタン発酵微生物に接触する時間を増大させることができるので、従来の消化法に比べ汚泥の分解速度及び消化ガス化速度が向上する。
また、つづら折り状の管路２は消化効率に合わせて複数多段に設けることで、十分な消化処理を行うことができる。
【００２９】
消化装置１の上部には仕切板５に対応した蓋６を設けてあり、蓋６を開くことで管路２に装着した微生物担体３を取り外すことができる。従って、微生物担体３は消化装置１上方から引き抜けば容易に取り出せると共に、それぞれ管路２ごとに交換可能である。交換用の微生物担体３も消化装置１の上方から管路２に挿入することで容易に装着できる。
【００３０】
なお、本発明の実施例ではケーシング４と仕切板５で管路２を形成するが、複数の筒状の管をつづら折り状に連結して管路２とし、消化装置１を構成してもよい。
【００３１】
図３は、本発明の他の実施例に係る消化装置の管路の概略図である。
本発明の実施例ではつづら折り状の管路２を形成した消化装置１を用いるが、例えば図３ａに示すような螺旋状に形成した管路２を用いることでも未消化汚泥の消化処理は可能である。
その他、図３ｂに示すように、四角形等の角形螺旋状のものを用いるなど、所定のスペース内で消化に必要な長さの管路２を形成できればよい。
このように、消化装置１が複数多段に形成した管路２を備えていれば、省スペースで未消化汚泥を消化可能な消化装置１を構成することができる。
【００３２】
図４は、本発明に係る消化設備の概略図である。
本発明の消化装置１は、省スペースで高い消化効率を発揮できるため、大容量の消化槽と接続して消化処理の補助を行うこともできる。
以下、消化槽に消化装置１を備えた消化設備に関して詳述する。
本発明の消化設備は、消化槽８と、消化槽８内の汚泥を引き抜く引抜管９と、引抜管９に備えた循環ポンプ１０と、引抜管９に備えた熱交換器１１と、熱交換器１１で加熱した汚泥を消化する消化装置１と、消化装置１から汚泥を消化槽８へ返送する返送管１２と、を備える。
【００３３】
＜消化槽＞
図５は、本発明に係る消化槽の断面図である。
消化槽８は円筒状で、底部１３が逆円錐状となっており、側面上部に接続した汚泥導入路１４から供給した汚泥が攪拌翼１５によって攪拌されながら消化処理される。消化された汚泥は沈降し、底部１３の円錐の頂点に接続した消化汚泥排出管１６から排出され、次工程へ送られる。
消化槽８上部にはガス回収管１７を接続し、消化処理によって発生したガスを回収する。
なお、消化槽８は楕円形のものを利用することが可能で、底部１３は下方に向かって窄まるテーパ状とし、最下部に消化汚泥排出管１６を接続する構成としてもよい。
【００３４】
また、消化槽８の側面、逆円錐状の底部１３の円周部近傍では沈降した汚泥が滞留しやすく、未消化汚泥が蓄積している。
【００３５】
＜引抜管＞
図５に示すように、引抜管９は消化槽８の側面に一端を接続し、他端は消化装置１に接続する。引抜管９の一端は消化槽８から未消化汚泥を引き抜くため、消化効率の悪いポイントに接続する。すなわち、消化槽８の側面、且つ底部１３近傍に接続することで、消化槽８で消化しきれていない汚泥を消化槽８外に取り出す。引抜管９には循環ポンプ１０を設けており、引抜管９で引き抜いた汚泥を消化装置１に送る。
また、引抜管９の接続位置は、消化槽８の形状等により消化効率の悪い箇所に適宜変更してよい。
【００３６】
＜熱交換器＞
図４に示すように、熱交換器１１は熱源からの高温水又は蒸気との熱交換により、引抜管９を介して送られる汚泥を加熱して保温する。
消化槽８での消化を補助するために、汚泥は中温発酵３０〜４０℃の温度に保持することが好ましい。あるいは高温発酵５０〜５５℃の温度に保持することで消化を補助してもよい。
熱交換器１１で加熱された汚泥は消化装置１に送られる。
【００３７】
＜返送管＞
消化装置１で消化処理が行われ、生成された消化汚泥は、返送管１２を介して消化槽８に返送される。
返送管１２は消化槽８の側面上部に連結することで、返送した消化汚泥が消化槽８内の未消化汚泥と混合され、未消化汚泥の消化が促進される。
消化装置１で生成された消化汚泥の一部又は全部を、消化汚泥排出管１６に返送してもよい。
【実施例】
【００３８】
図４を基に本発明の実施例を詳述する。
下水処理場に流入した汚泥は最初沈殿池、重力濃縮槽などの設備で濃縮され、汚泥導入路１４を介して消化槽８へ供給される。
消化槽８に供給された汚泥は嫌気性細菌により消化処理され、消化汚泥と消化ガスを発生させる。
【００３９】
発生した消化汚泥は消化槽８の逆円錐状に形成した底部１３の頂点に接続された消化汚泥排出管１６から取り出し、消化ガスは消化槽８上部に接続したガス回収管１７より回収する。
【００４０】
ここで、消化槽８の逆円錐状の底部１３の側面近傍は汚泥が滞留しやすく、未消化汚泥が蓄積している。
そこで、消化槽全体の消化効率を向上させるため、消化槽８の側面下部に接続した引抜管９によって未消化汚泥を消化槽８外へ引き抜く。未消化汚泥は、引抜管９に設けた循環ポンプ１０を介して引き抜き、別途、消化処理を施す。
【００４１】
引き抜かれた未消化汚泥は熱交換器１１によって加熱され、嫌気性細菌が活発に働く温度３０〜４０℃に保温する。
熱交換器１１で加熱された未消化汚泥は消化装置１に送られる。
【００４２】
消化装置１に送られた未消化汚泥は、消化装置１に備えたつづら折り状の管路２を通過しつつ消化処理が行われる。つづら折り状の管路２には筒状の微生物担体３が装着され、微生物担体３に付着するメタン発酵微生物と未消化汚泥が接触し、消化処理が行われる。
消化装置１の消化処理によって発生した消化汚泥は返送管１２によって消化槽８へ返送され、消化により発生した消化ガスは消化装置１の上部に接続した集気管７より回収する。
【００４３】
ガス回収管１７、集気管７で回収した消化ガスは、ボイラー燃料、消化ガス発電、マイクロガスタービンや水素への改質後、燃料電池の燃料として利用することができる。
【００４４】
消化槽８に返送された消化汚泥は消化槽８内で未消化汚泥と混合され、消化処理を促進する。
【符号の説明】
【００４５】
１  消化装置
２  管路
３  微生物担体
４  ケーシング
５  仕切板
６  蓋
８  消化槽
９  引抜管
１０  循環ポンプ
１１  熱交換器
１２  返送管
１３  底部
【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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