(57)【要約】  本発明は、流入水を浄化するための嫌気性浄化装置であって、反応タンクと、流入水をタンクに導入するための入口手段と、浄化水を回収するための水回収手段と、反応器中に収容された流体から気体を回収するための気体回収システムと、気体−液体分離装置と、気体回収システム中に回収された気体がもたらすガスリフトにより、液体を前記分離装置へ運ぶ上昇管と、液体及び汚泥を、前記分離装置からタンクの底部へと戻すための下降管とを備える装置に関する。本発明によれば、前記装置は、液面の高さにおける下降管内の頭部圧力を少なくとも約１．４水柱ｍ（約０．１４バール）に定めるように構成されている。本発明はまた、流入水を浄化するための嫌気性浄化装置の運転方法に関する。
2008543534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水等の流入水を浄化するための嫌気性浄化装置であって、
・反応タンク（１４）と、
・前記タンク（１４）の下部に位置し、流入水を前記タンク（１４）に導入するための入口手段（１２）と、
・溢流水用の溝等の、浄化水を回収するための水回収手段（１１）であって、前記タンク（１４）の上部に設けられ、前記反応タンク（１４）中の液面（２１）を定める水回収手段と、
・前記反応器（１４）中に収容された流体から気体を回収するための、前記水回収手段（１１）より下の高さに配置されている、少なくとも１つの気体回収システム（４）と、
・前記水回収手段（１１）より上の高さに配置されている気体−液体分離装置（６）と、
・前記分離装置（６）に流出する排出口（１８）を有する少なくとも１つの上昇管（５）であって、少なくとも１つの気体回収システム（４）中に回収された気体がもたらすガスリフト作用により、前記タンク（１４）中に収容された流体を上昇させるための、前記少なくとも１つの気体回収システム（４）に連結されている（２０）上昇管（５）と、
・前記分離装置（６）に始まる入口（１７）と前記タンク（１４）の下部に流出する出口とを有する、前記分離装置において分離された液体を前記タンク下部に戻すための下降管（８）と
を備え、
前記下降管（８）内の液面の高さ（２１）における頭部圧力を、少なくとも約１．４水柱ｍ（約０．１４バール）に定めるように構成されていることを特徴とする浄化装置。
【請求項２】
頭部圧力が、少なくとも約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）、好ましくは約１．６水柱ｍ（約０．１６バール）であることを特徴とする、請求項１記載の嫌気性浄化装置。
【請求項３】
頭部圧力が、少なくとも１．８〜２水柱ｍ（約０．１８〜０．２バール）、例えば２．５〜３水柱ｍ（０．２５〜０．３バール）以上であることを特徴とする、請求項１記載の嫌気性浄化装置。
【請求項４】
少なくとも１つの上昇管（５）が、該上昇管（５）の、液面（２１）から上方に延在する部分と定義される最上部（２６）を有し、該最上部が、前記少なくとも１つの上昇管（５）の全長（Ｈ１）の少なくとも約１０％、例えば少なくとも約１５％の長さ（Ｈ３）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか記載の嫌気性浄化装置。
【請求項５】
少なくとも１つの上昇管（５）が、該上昇管（５）の、液面（２１）から上方に延在する部分と定義される最上部（２６）を有し、該最上部が、前記少なくとも１つの上昇管（５）の全長（Ｈ１）の最大約３０％、例えば最大約２５％の長さ（Ｈ３）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか記載の嫌気性浄化装置。
【請求項６】
少なくとも１つの上昇管（５）が、該上昇管（５）の、液面（２１）から上方に延在する部分と定義される最上部（２６）を有し、該最上部が少なくとも約１．２ｍ、好ましくは少なくとも約１．４ｍ、例えば１．６〜２ｍ以上の長さ（Ｈ３）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか記載の嫌気性浄化装置。
【請求項７】
気体−液体分離装置（６）が、気圧を任意の閾値に維持する手段（２２）が設けられた実質的に閉鎖された容器（１６）を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか記載の嫌気性浄化装置。
【請求項８】
閾値が、少なくとも約０．２５水柱ｍ（約０．０２５バール）、例えば少なくとも約０．５水柱ｍ（約０．０５バール）であることを特徴とする、請求項７記載の嫌気性浄化装置。
【請求項９】
閾値が、最大約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）、例えば最大約１．２水柱ｍ（約０．１２バール）であることを特徴とする、請求項７又は８記載の嫌気性浄化装置。
【請求項１０】
気体−液体分離装置（６）が容器（１６）を備え、下降管（８）の入口（１７）が縦軸に対して円錐形かつ下方向に徐々に細くなっており、前記円錐形の入口（１７）が前記容器（１６）の内側に配置されており、且つ少なくとも１つの上昇管（５）の排出口（１８）が、下降管の円錐形の入口（１７）の周囲で、前記容器（１６）内に接線方向の流動を生じるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか記載の嫌気性浄化装置。
【請求項１１】
装置が、タンク（１４）に収容された流体から気体を回収し除去する上部気体回収手段（１０）をさらに備え、前記上部気体回収手段（１０）が、水回収手段（１１）と少なくとも１つの気体回収システム（４）との間に設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか記載の嫌気性浄化装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか記載の嫌気性浄化装置の使用。
【請求項１３】
廃水等の流入水を浄化するための嫌気性浄化装置の運転方法であって、
・反応タンク（１４）と、
・前記タンク（１４）の下部に位置し、流入水を前記タンク（１４）に導入するための入口手段（１２）と、溢流水用の溝等の、浄化水を回収するための水回収手段（１１）であって、前記タンク（１４）の上部に設けられ、前記反応タンク（１４）中の液面（２１）を定める水回収手段（１１）と、
・前記反応器（１４）中に収容された流体から気体を回収するための、前記水回収手段（１１）より下の高さに配置されている、少なくとも１つの気体回収システム（４）と、
・前記水回収手段（１１）より上の高さに配置されている気体−液体分離装置（６）と、
・前記分離装置（６）に流出する排出口（１８）を有する少なくとも１つの上昇管（５）であって、少なくとも１つの気体回収システム（４）中に回収された気体がもたらすガスリフト作用により、前記タンク（１４）中に収容された流体を上昇させるための、前記少なくとも１つの気体回収システム（４）に連結されている（２０）少なくとも１つの上昇管（５）と、
・前記分離装置（６）に始まる入口（１７）と、前記タンク（１４）の下部に流出する出口とを有する、前記分離装置において分離された液体を前記タンク下部に戻すための下降管（８）と
を備えた嫌気性浄化装置を、
液面（２１）の高さにおける下降管（８）内における頭部圧力が、少なくとも約１．４水柱ｍ（約０．１４バール）で運転することを特徴とする嫌気性浄化装置の運転方法。
【請求項１４】
頭部圧力が、少なくとも約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）、好ましくは少なくとも約１．６水柱ｍ（約０．１６バール）であることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
頭部圧力が、少なくとも１．８〜２水柱ｍ（約０．１８〜０．２バール）、例えば２．５〜３水柱ｍ（０．２５〜０．３バール）以上であることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
気体−液体分離装置（６）が、実質的に閉鎖した容器（１６）を備え、該容器（１６）内における気圧が少なくとも約０．３水柱ｍ（約０．０３バール）、例えば少なくとも約０．５水柱ｍ（約０．０５バール）であることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか記載の方法。
【請求項１７】
容器（１６）内における気圧が、最大約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）、例えば最小約１．２水柱ｍ（約０．１２バール）であることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水等の流入水を浄化するための嫌気性浄化装置であって、
・反応タンクと、
・前記タンクの下部に位置する、流入水をタンクに導入するための入口手段と、
・溢流水用の溝（overflow gutter）等の、浄化水を回収するための水回収手段であって、タンクの上部に設けられ、前記反応タンク中の液面を定める水回収手段と、
・反応器中に収容された流体から気体を回収するための、前記水回収手段より下の高さ（level）に配置されている、少なくとも１つの気体回収システムと、
・前記水回収手段より上の高さに配置されている気体−液体分離装置と、
・前記分離装置に流出する排出口を有する少なくとも１つの上昇管（riser）であって、前記少なくとも１つの気体回収システム中に回収された気体がもたらすガスリフト作用（gas lift action）により、タンク中に収容された流体を上昇させるための、前記少なくとも１つの気体回収システムに連結されている上昇管と、
・前記分離装置に出る入口と前記タンクの下部に流出する出口とを有する、前記分離装置において分離された液体をタンク下部に戻すための下降管（downer）と
を備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は、ＥＰ−Ａ−１７０３３２から公知である。このＥＰ−Ａ−１７０３３２によれば、溶解した有機物質を嫌気性の条件下で分解することにより、有機物質を含む廃水を処理する。メタンを生成する微生物を含むバイオマスとの接触によりメタンが生成され、液体から分離される。処理水（排出水）は、溢流水用の堰を通って除去される。ＥＰ−Ａ−１７０３３２はその発明の出発点として、１頁２１〜３２行目に次のように記載している。「数時間の滞留時間で９０％もの浄化が達成できることを見い出した。そのような浄化効率をどの程度長い期間維持できるかどうかは、汚泥滞留時間に依存する。具体的には平均して、一定期間内に形成可能な量よりも多い汚泥が、反応器から流出しないように注意する。ＣＯＤ濃度の低い流入水を高水圧流（high hydraulic flow）で用いると、内部の沈降器（internal settler）が、大量の汚泥の流出を防止できない危険性が高い。この関連での重要な要素は、水圧による沈降器の表面負荷（hydraulic surface loading of the settler）である」。ＥＰ−Ａ−１７０３３２は、続く一節において次のように説明している。「上昇流水及び上昇する気泡は、バイオマス群（biomass flocks）及び粒子を著しく攪拌する。これらは、気体回収システムが位置する、反応器の最上部に到達し得る。したがって生成された乱流により、過剰な量のバイオマスが反応器から押し流される場合がある。これは、反応器の積載容量（loading capacity）を著しく制限する。
【０００３】
ＥＰ１７０３３２の発明の目的は、上記の欠点を克服し、気体の主要な負荷（load）が、最上部の気体回収システムから除外された反応器を創出することである。このためＥＰ１７０３３２は、気体を回収するための追加的な気体回収システムを、少なくとも１つ備えている。この追加的なシステムは、上部回収システムから少し離れた下方に配置されている。前記追加的なシステムは、少なくとも１つの上昇管と油圧的に連結（hydraulic link）され、ガスリフト作用により液体を上昇させる。前記上昇管は、少なくとも１つの分離装置へと流入し、気体と液体とが分離される。気体が、水面よりもかなり離れた下方で捕捉される（trapped）ということ、及び上昇管を通ってさらに運ばれることを考えると、反応器の上部において、実質的に乱れがない流れが発生し得る。これにより、反応器の積載能力が増大する一方、最上部では、きれいな排出水が得られる。気体とともに上昇管へ運ばれる液体は、分離されて反応器に戻されるということが重要である。反応器の最上部では、渦のない静かな流れが必要であるが、反応器の底部では、汚泥と流体とを非常によく混合することが必要である。このために、底近くの重い汚泥を流体化しなくてはならない。ＥＰ１７０３３２による好適な実施形態では、上昇管中をガスリフトされる液体から得られるエネルギーを用いて、この流体化を反応器の底部で達成することができる。くみ上げられた液体は気体から分離され、水流の重力による圧力（hydraulic gravity pressure）の影響下で、分離装置から下降管を通り、反応室の底部へと戻される。
【０００４】
経済的な理由により、反応柱を可能な限り高くすることがますます関心を集めている。この場合、反応器の容積及びバイオマスは増加するが、土地占有面積（平方メートルで表す反応器が占める表面積(surface area)）は不変である。一方、反応器の高さが高くなるほど、反応器中の柱状のバイオマスは重くなる。柱状のバイオマスが重くなるほど、反応器の底近くでの良好な混合及び流体化の形態（pattern）を維持するのがより困難になる。時によっては有機物質の沈殿により、バイオマスの混合物がより重くなる場合がある。そのような場合もまた、良好な流体化を維持することが困難である。
【０００５】
手法によっては、頭部圧力（head pressure）を増大させられる可能性がある。しかし、反応器の底における良好な混合及び全体的な反応器の機能のためには、下降管の頭部圧力が、反応器の液面の高さにおいて、約０．８〜１水柱ｍ（即ち０．０８〜０．１バール）である必要があることが、先行技術及び経験により教示されている。前記頭部圧力は、汚泥床の底における良好な分配（good distribution）に要求される圧力損失の克服に必要である。頭部圧力が低すぎると、反応器の底における最適な混合が得られず、及び／又は、「反応器において実施される工程」のそれぞれを全体的にみた場合、反応器の性能が低くなる。一方、頭部圧力が高すぎると、バイオマスの粒子上に非常に高いせん断力を生じ、結果的に粒子状物質を破壊する。
【０００６】
実際には使用中、頭部圧力の少なくとも８０％が水圧から得られ、頭部圧力の最大２０％が、気体の負荷状態がもたらす気圧から得られる。しかし特定の事例においてこれは、反応器の底の汚泥の流体化に関する問題、及び／又は、非常に不規則な気体流をもたらした。
【０００７】
このように、経済的な理由から反応柱を可能な限り高くしたいと望んでも、実際には上記の影響及び教示により反応器の高さは限られる。
【０００８】
本発明は、反応器の底における流体化を向上させ、反応器の高さをより高くすることも可能な、廃水等の流入水を浄化するための嫌気性浄化装置の提供を目的とする。
【０００９】
本発明によればこの目的は、廃水等の流入水を浄化するための嫌気性浄化装置であって、
・反応タンクと、
・前記タンクの下部に位置する、流入水をタンクに導入するための入口手段と、
・溢流水用の溝等の、浄化水を回収するための水回収手段であって、タンクの上部に設けられ、前記反応タンク中の液面を定める水回収手段と、
・反応器中に収容された流体から気体を回収するための、前記水回収手段より下の高さに配置されている、少なくとも１つの気体回収システムと、
・前記水回収手段より上の高さに配置されている気体−液体分離装置と、
・前記分離装置に流出する排出口を有する少なくとも１つの上昇管であって、前記少なくとも１つの気体回収システム中に回収された気体がもたらすガスリフト作用により、タンク中に収容された流体を上昇させるための、前記少なくとも１つの気体回収システムに連結されている上昇管と、
・前記分離装置に出る入口と前記タンクの下部に流出する出口とを有する、前記分離装置において分離された液体をタンク下部に戻すための下降管とを備え、
液面の高さにおける下降管内の頭部圧力を少なくとも約１．４水柱ｍ（ｍはメートルを表す）（約０．１４バール）に定めるように構成されていることを特徴とする装置を提供することにより達成される。
【００１０】
この点において頭部圧力は、反応器の液面の高さ（この高さは、溢流水用の溝等の水回収手段によって定められる）における、下降管の内側の地点と、タンク内かつ下降管の外側の地点との間の圧力差と定義される。
【００１１】
本発明の好適な実施形態によれば、頭部圧力は少なくとも約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）、好ましくは少なくとも約１．６水柱ｍ（約０．１６バール）である。
【００１２】
本発明のさらなる好適な実施形態によれば、頭部圧力は少なくとも１．８〜２水柱ｍ（約０．１８〜０．２バール）であり、例えば２．５〜３水柱ｍ（０．２５〜０．３バール）又はそれ以上である。
【００１３】
本発明及び上記した本発明の両方の有利な実施形態、並びに本発明のさらなるいくつかの実施形態について、以下に説明する。
【００１４】
本発明によれば、予測され得る反応器の性能低下がなく、むしろ性能の向上が実現可能な、頭部圧力をより高くするための解決方法が見い出された。本発明によれば、装置自身が少なくとも約１．４水柱ｍの頭部圧力を定めるように、即ち、本装置に存在する構造的な特徴により、使用中の頭部圧力が少なくとも１．４ｍになるように、反応器を設計することができる。本発明によればいくつかの解決方法が存在し、それらは各々、装置自身の構造的特徴を伴う。
【００１５】
第１の解決方法は、水圧をより高くできるように、気体−液体分離装置を反応タンクより上の高さに設置することである。したがって上昇管の、液面の上側に延在する部分だけでなく、水柱を引き上げる気体の駆動力も、気体−液体分離装置まで延長させる必要がある。これは例えば、水面の下側に延在する上昇管の長さを伸ばすこと、及び／又は、例えば管の直径を変えて、上昇管の流動抵抗を低下させることにより為し得る。気体が上昇管に導入される位置を低くすると、分離装置へと水柱を引き上げるための、より大きな駆動力が生成される。上昇管において変位した水の体積により生成された上方への圧力が、水を気体―液体分離装置まで導く駆動力を発生させる。
【００１６】
この第１の解決方法による好適な実施形態は、少なくとも１つの上昇管（５）が、上昇管（５）の、液面（２１）から上方に延在する部分と定義される最上部（２６）を有し、かかる最上部が、少なくとも約１．２ｍ、好ましくは少なくとも約１．４ｍ、例えば１．６〜２ｍ、又はそれ以上の長さ（Ｈ３）を有することを特徴とする。
【００１７】
第２の解決方法は、気体−液体分離装置内の気圧をより高くして運転することである。この第２の解決方法は例えば、気圧を所定の閾値に維持する手段が設けられた実質的に閉鎖された容器において、気体−液体分離プロセスが行われるように構成することにより達成される。このようにして、０．３〜１．０水柱ｍの追加的な頭部圧力が得られ、必要であればさらに高い圧力を得ることができる。この第２の解決方法の好適な実施例によれば、前記閾値は少なくとも約０．２５水柱ｍ（約０．０２５バール）であり、例えば少なくとも約０．５水柱ｍ（約０．０５バール）である。この第２の解決方法の別の好適な実施形態によれば、前記閾値は最大約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）であり、例えば最大約１．２水柱ｍ（約０．１２バール）である。
【００１８】
第３の解決方法は、下降管を流れる流体の流れを改善することである。これは例えば、流体が、連続的かつ容易に下降管に流入できるようにする手段を設けることにより達成することができる。この第３の解決方法の実施形態によれば、気体−液体分離装置は容器を備え、かかる容器において、下降管の入口が縦軸に対して円錐形かつ下方向に徐々に細くなっており、上昇管の少なくとも１つの排出口が、前記容器における下降管の円錐形の入口の周囲で、接線方向の流動（tangential fluid flow）を生じるように配置されている。
【００１９】
第４の解決方法は、前記３つの解決方法の１若しくは複数、又はその他の考えられる解決方法の組合せである。
【００２０】
影響のある重要な要因は、適用されるＣＯＤ負荷及びＣＯＤ変換率の結果として、反応器で生成される気体の量である。反応器の比面積あたり（per specific reactor surface）の気体生成量が高いほど（例えば、ｍ３ｇａｓ／ｍ２．ｈで表される）、ガスリフトがより強くなる。一方、気体の生成量が低いほど、ガスリフトの速度が遅くなり、やがて停止する。柱状の反応器の高さが高くなるほど、理論的にはさらにｍ３ｇａｓ／ｍ２．ｈが追加的に生成され、内部の循環流を増大させるための、又はより高い場所にある気体−液体分離装置に水をくみ上げるための追加的な駆動力が得られる。一般的な先入観とは逆に、この追加的に得られる駆動力は、設計上の単純な対策により、本嫌気性浄化装置において頭部圧力を高めることができる実質的に十分量の力であることを、本出願人は予想外に見い出した。
【００２１】
反応器は通常、５〜３５ｋｇＣＯＤ／ｍ３．ｄという非常に広い範囲の容積負荷率（Volumetric Loading Rates）（ＶＬＲ）で運転可能であるため、最も可能性の高い運転環境を考慮に入れて正確な寸法決定を行わなくてはならない。
【００２２】
経済的な理由から、高さ２０ｍ以上の反応器がしばしば建設されるであろうが、特定の方策を講じることにより、内部循環を維持し、さらには改善もできることが見い出された。バイオマスの汚泥が水よりも高濃度であること、下降管及び入口の分配システムが圧力の損失を招くこと、及び汚泥床が、流体化に対する一定の抵抗を有することを考慮し、２０〜３０水柱ｃｍの「通常」の気圧を作り出すためには、ガスリフトにより、反応器の水位よりも少なくとも１．２ｍ、好ましくは１．４〜１．６ｍ、場合によっては、２．２ｍ上まで水位を上げる必要があることが見い出された。これを、１５〜３０ｋｇＣＯＤ／ｍ３．ｄの平均反応器負荷（average reactor load）に対応させるためには、液面から上方に延在する上昇管の最上部、即ち、溢流水用の溝等の水回収システムよりも上側の長さが上昇管の全長の、最小約１０％、例えば最小約１５％、及び／又は、最大約３０％、例えば最大約２５％の間となるように、上昇管の全長を選択する必要がある。別法として、気圧を上げて、６０〜７０水柱ｃｍ、さらには１．０水柱ｍより高くすることが可能である。さらに、前記２つの対策を組み合わせることも可能であり、例えばガスリフトにより、水柱を１．６ｍまで引き上げること、及び気圧を６０水柱ｃｍに上げることにより、合わせた圧力（combined pressure）即ち頭部圧力を２．２水柱ｍとすることが可能である。これらの対策を考慮すると、高さ２４〜３６ｍの範囲又はそれ以上の反応器を実現することが可能である。
【００２３】
本発明の有利な実施形態によれば、本装置は、タンク（１４）に収容された流体から気体を回収し除去する上部気体回収手段（１０）をさらに備え、かかる上部気体回収手段（１０）は、水回収手段（１１）と少なくとも１つの気体回収システム（４）との間に設けられる。
【００２４】
本発明はまた、本発明による嫌気性浄化装置の使用によって具体化されるものであり、したがって、かかる使用にも関する。
【００２５】
本発明はまた、以下の方法によって具体化されるものであり、したがって、かかる方法にも関する。廃水等の流入水を浄化するための嫌気性浄化装置の運転方法であって、
・反応タンクと、
・前記タンクの下部に位置する、流入水をタンクに導入するための入口手段と、
・溢流水用の溝等の、浄化水を回収するための水回収手段であって、タンクの上部に設けられ、前記反応タンク中の液面を定める水回収手段と、
・反応器中に収容された流体から気体を回収するための、前記水回収手段より下の高さに配置されている、少なくとも１つの気体回収システムと、
・前記水回収手段より上の高さに配置されている気体−液体分離装置と、
・前記分離装置に流出する排出口を有する少なくとも１つの上昇管であって、前記少なくとも１つの気体回収システム中に回収された気体がもたらすガスリフト作用により、タンク中に収容された流体を上昇させるための、前記少なくとも１つの気体回収システムに連結されている上昇管と、
・前記分離装置に出る入口と前記タンクの下部に流出する出口とを有する、前記分離装置において分離された液体をタンク下部に戻すための下降管と
を備えた嫌気性浄化装置を、
液面の高さにおける下降管内における頭部圧力が、少なくとも約１．４水柱ｍ（約０．１４バール）で運転することを特徴とする装置の運転方法に関する。
【００２６】
本発明による使用及び本発明による方法、並びに請求項１４〜１７による好適な実施形態の利点は、本発明による装置に関する上記の説明から明らかである。
【００２７】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２８】
図１に示す嫌気性浄化機器は、反応タンクと呼ばれる背の高い容器１４を備える。
【００２９】
前記反応タンク１４の下端には、供給源１２により導入された流入水のための混合区域２が設けられている。当業者であれば理解するように、このような混合区域２は、いくつかの方法で達成することができる。かかる混合区域を達成するための有利な方法の１つは、ＷＯ９２／０１６３７による入口システム（inlet system）を設けることである。
【００３０】
前記反応タンクの上部において、溢流水用の溝の形態の水回収手段１１又はその他の手段が設置されており、かかる手段は、排水管１５に接続され、浄化された排出水を排出する。前記水回収手段は、反応タンク１４における液面２１の高さを定める。溢流水用の溝１１の場合、この液面２１は、前記溝１１の溢流水の縁（edge）によって決定される。
【００３１】
反応タンク１４内には、気体を回収し除去する２つの気体回収設備４及び１０が設置されている。各々の気体回収設備は、非常に多くの覆い（hood）を有する。気体回収設備１つにつき、覆いは一層、又は図に示すように３層等の複層に構成されていてもよい。特に本件クレームにおいて、番号１０は上部気体回収手段と呼ばれ、番号４は、少なくとも１つの気体回収システムと呼ばれる。図１には気体回収システム４が１つしか示されていないが、本発明の枠組みの範囲内では、２、３、又は４以上の気体回収システムを設けることができる。上部気体回収手段１０は、上昇管５に連結されている必要はなく、タンクのこの高さにおいて流体の気体が乏しい場合には、無くてもよい。或いは気体は、気体−液体分離装置６又はその他の場所に単独で排出されてもよい。
【００３２】
反応器の上方には、気体−液体分離装置６が設けられている。この気体−液体分離装置は、実質的に閉鎖した容器１６を備えている。しかしこの容器は開放していてもよい。かかる容器は、図２を参照すると、バイオガス等の気体を排出する排気口７、液体出口１７、及び分離される気体と液体とを含む流体を供給する入口１８を有する。液体出口１７は、下降管８の上端であるが、言い換えれば、下降管８の入口である。入口１８は、上昇管５の上端であるが、言い換えれば、前記上昇管の排出口である。容器内の気圧を所定の閾値に維持するために、必要に応じ、手段２２には排気口７が設けられる。好ましくは前記閾値の最小値は、約０．２５水柱ｍ（約０．０２５バール）である。必要に応じ、前記閾値の最大値は、約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）にすることができる。
【００３３】
上昇管５は、流体をくみ上げるための入口を備えた下端を有する。この流体は、少なくとも１つの気体回収システム４（下位の分離装置(lower level separators)）が回収する気体により生じるガスリフト作用によってくみ上げられる。このために、少なくとも１つの気体回収システム４の覆い１９は、回収された気体が、上昇管においてガスリフトを生じるように、上昇管に連結される。これらの全ての事柄による上昇管自体は先行技術から公知であり、当業者であれば分かるように、いくつかの方法で実現することができる。
【００３４】
下降管８は、気体−液体分離装置６からタンク１４の底部区域へと延びている。分離装置からの液体は、バイオマスの場所によってはバイオマスも含み得るが、重力の影響下、タンク底部へと戻される。この還元流は、前記タンク底部においてバイオマス床の流体化をもたらす。
【００３５】
図２Ａ及び２Ｂは、本出願において用いられる頭部圧力なる用語を説明するために、本発明による別々の２つの態様を極めて概略的に示した図である。対応する部分については、図１と同じ参照番号が用いられている。
【００３６】
図２Ａ及び２Ｂの両方において、頭部圧力Ｐｈｅａｄは、点ＡとＢとの間の圧力差である。点Ａは、下降管８の内側の、タンク１４内の液面２１の高さにあり、圧力はＰＡである。点Ｂは、下降管の外側、しかし反応器内の、液面と同じ高さにあり、圧力はＰＢである。点Ａの上側の水柱ＨＷにより生じる圧力は、ＰＷと呼ばれる。圧力Ｐ１は、気体−液体分離装置６における液面の真上の気圧である。Ｐ２は、反応タンク内の液面２１の真上の気圧である。圧力はすべて、大気圧との比較で測定された。
【００３７】
図２Ａによる実施形態では、気体−液体分離装置６は、閉鎖した容器１６を備える。この閉鎖した容器１６の中の気圧はＰ１である。反応タンク１４の最上部は、いわば開放（open top）されている。これは、反応器の最上部における気圧Ｐ２が大気圧とほぼ同じになるように前記最上部が周囲環境と連絡し（communicates with the environment）、したがって大気圧に対してほぼゼロになることを意味する。しかし、気圧Ｐ２が大気圧と異なることが可能なように、反応器が閉鎖した最上部を有することもできる。ここで、頭部圧力には以下の式が適用される。
Ｐｈｅａｄ＝ＰＡ−ＰＢ＝ＰＷ＋Ｐ１−Ｐ２
【００３８】
図２Ｂによる実施形態では、気体−液体分離装置６の最上部は開放されており、反応タンク１４の最上部は閉鎖されている。さらに、前記気体−液体分離装置は、反応タンク１４の内側に配置されている。その結果、Ｐ１とＰ２とは同じ圧力である。ここで、頭部圧力には以下の式が適用される。
Ｐｈｅａｄ＝ＰＡ−ＰＢ＝ＰＷ＋Ｐ１−Ｐ１＝ＰＷ
図２において、反応タンク１４が開放タンクである場合も、頭部圧力は同じになる。
【００３９】
運転中、汚泥粒子又はバイオマス群と、脂肪酸等の水溶性の物質とが接触することにより、嫌気性条件下で発酵が行われ、メタンが生成される。反応器の最上部において、静かで乱れのない流れを達成し、且つ排出水と共に流し去られる汚泥が、実質的に全く無いようにするために、任意の高さにおいて、追加の気体回収手段４を設ける。前記高さは、溢流水用の溝１１よりも、かなり下側に離れている。重力により、分離装置６において液体と気体とが分離され、前記液体は分離装置の底部に集まり、上記したように、下降管８を通って反応器の混合区域２へと戻り、混合を助ける。
【００４０】
水が気体によって、反応タンク１４内の流体よりもずっと上側にくみ上げられた結果、下降管８の液柱は、下降管８においてかなり強力な下降流を生じさせる。これにより、反応器の底において追加的な混合がもたらされる。したがって、反応器の最上部が静かであり、乱流により、反応器の底の重い汚泥と流入水とが完全に混合されるという本効果は、簡単な方法で達成される。
【００４１】
図中、番号２０は、追加的な気体回収システムにより回収された気体が上昇管に導入される位置である。Ｈ２は、前記気体導入地点２０と水回収手段１１（排出水用の堰／溝）の高さとの間の垂直距離を示す。前記水回収手段の高さは、実際にはタンク内の液面２１である。Ｈ３は、上昇管５の排出口１８と水回収手段の高さとの間の垂直距離を示す。Ｈ１は、実質的にＨ２とＨ３との合計であり、即ちＨ１＝Ｈ２＋Ｈ３である。Ｈ３の長さは、Ｈ１の１０％〜３０％の範囲であり得る。上昇管（複数可）１８の排出口は、好ましくは気体−液体分離装置の液面の上側に位置し、分離プロセスを最適化するために、気体−液体分離装置６において接線方向の流形（tangential flow pattern）を生じるように設計されている。下降管８への入口である開口部は、気体の取り込みを回避し、均一な下降流を可能とするために、円錐形であることが好ましい。
【００４２】
本発明の範囲内において、種々の変更が可能である。図示及び記載された実施形態は例に過ぎない。全ての実施形態に共通しているのは、発酵中に放出される気体のかなりの部分が、反応器の最上部に到達する前に回収されること、及びこのプロセスにおいて、ガスリフト作用により上方に押し上げられた液体が気体と分離され、再循環する水流により、相対的に重い液柱の位置エネルギー（potential energy）が、反応器の底における完全な混合及び流体化に必要な攪拌を獲得するために用いられることである。反応器の最上部で放出された出力が、底部に伝えられる。最上部の水出口付近が静かであり、底部の水入口付近が乱流であることにより、反応器の負荷容量（load capacity）が大幅に増加する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による嫌気性浄化装置の極めて概略的な図である。
【図２】図２Ａ及び２Ｂは、本発明による浄化装置の部分的な概略図であり、「頭部圧力」なる用語を説明するためのものである。
【図１】
2008543534.tif 000003
【図２ａ】
2008543534.tif 000004
【図２ｂ】
2008543534.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月26日(2007.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
廃水等の流入水を浄化するための嫌気性浄化装置の運転方法であって、
・反応タンク（１４）と、
・前記タンク（１４）の下部に位置し、流入水を前記タンク（１４）に導入するための入口手段（１２）と、
・溢流水用の溝等の、浄化水を回収するための水回収手段（１１）であって、前記タンク（１４）の上部に設けられ、前記反応タンク（１４）中の液面（２１）を定める水回収手段（１１）と、
・前記反応器（１４）中に収容された流体から気体を回収するための、前記水回収手段（１１）より下の高さに配置されている、少なくとも１つの気体回収システム（４）と、
・前記水回収手段（１１）より上の高さに配置されている気体−液体分離装置（６）と、
・前記分離装置（６）に流出する排出口（１８）を有する少なくとも１つの上昇管（５）であって、少なくとも１つの気体回収システム（４）中に回収された気体がもたらすガスリフト作用により、前記タンク（１４）中に収容された流体を上昇させるための、前記少なくとも１つの気体回収システム（４）に連結されている（２０）少なくとも１つの上昇管（５）と、
・前記分離装置（６）に始まる入口（１７）と、前記タンク（１４）の下部に流出する出口とを有する、前記分離装置において分離された液体を前記タンク下部に戻すための下降管（８）と
を備えた嫌気性浄化装置を、
液面（２１）の高さにおける下降管（８）内における頭部圧力が、少なくとも約１．４水柱ｍ（約０．１４バール）で運転することを特徴とする嫌気性浄化装置の運転方法。
【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】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
容器（１６）内における気圧が、最大約１．５水柱ｍ（約０．１５バール）、例えば最大約１．２水柱ｍ（約０．１２バール）であることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【国際調査報告】
2008543534.tif 000006
2008543534.tif 000007