(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥が供給される処理槽と、
前記処理槽の内部に配置される内筒と、
前記内筒の下方から空気を供給するエアレーション装置と、
前記内筒内に配置され、動力源の駆動で回転する回転軸と、
前記回転軸に接続される第１の円盤と、
前記第１の円盤に対して角度が可変可能に配置される攪拌羽根と、
前記汚泥を加熱する加熱装置と、を備え、
前記攪拌羽根は、攪拌される汚泥の粘度が高くなるにつれて傾斜して、前記攪拌羽根と前記第１の円盤とのなす角度が小さくなるよう可変可能に構成されており、
汚泥が前記内筒の下方から前記内筒内に流入し、前記攪拌羽根で攪拌されつつ、回転しながら上昇し、前記内筒の上方から排出された汚泥が前記処理槽と前記内筒との間を回転しながら下降して、前記内筒の下方から前記内筒内へと再度流入する、
ことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記第１の円盤に前記第１の円盤の径方向に延びる攪拌羽根軸が配置されており、
前記攪拌羽根が前記攪拌羽根軸を支軸に回転可能に設置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記第１の円盤の上方に、前記第１の円盤と所定間隔開けて配置される第２の円盤を備え、
前記第２の円盤に前記攪拌羽根の上部が、前記攪拌羽根軸に対して垂直方向に且つ前記第２の円盤の面に沿って移動可能に接続されており、
前記攪拌羽根の角度が変化した際に、前記第１の円盤と前記第２の円盤との間隔が変化する、
ことを特徴とする請求項２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記第２の円盤には、前記攪拌羽根軸に対して垂直方向に延びるスリットが形成されており、
前記攪拌羽根の上部が前記第２の円盤から脱落しないよう前記スリットに挿入されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
前記内筒の上部に、前記内筒の内部で攪拌され回転しながら上昇した汚泥を、同じ回転方向に前記内筒の内部から外部へ排出する内筒排出口を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
濃縮汚泥を消化し、メタンガスを発生させる消化タンクと、
生成したメタンガスを燃料にして稼働するガスボイラーと、
前記消化タンクから排出される消化汚泥を処理する請求項１乃至５のいずれかの汚泥処理装置と、
前記汚泥処理装置から排出される汚泥を脱水する汚泥脱水装置と、を備え、
前記ガスボイラーで生じる熱を前記汚泥処理装置及び／又は前記消化タンクの加熱に利用する、
ことを特徴とする汚泥処理システム。
【請求項７】
前記汚泥脱水装置から排出される汚泥を乾燥する汚泥乾燥室と、
前記ガスボイラーで発電する発電システムを備え、
前記発電システムで生じる排熱を前記汚泥処理装置及び／又は前記汚泥乾燥室の加熱に利用する、
ことを特徴とする請求項６に記載の汚泥処理システム。
【請求項８】
前記汚泥乾燥室から排出される乾燥された汚泥を溶融する汚泥溶融炉を備え、
前記汚泥溶融炉は前記消化タンクで発生したメタンガスを燃料にして稼働する、
ことを特徴とする請求項７に記載の汚泥処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥処理装置、汚泥処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に下水処理施設では排水を活性汚泥法により浄化している。活性汚泥法では、汚泥が発生し、沈殿池で濃縮させた汚泥（濃縮汚泥）をメタン発酵させることが行われる。メタン発酵を行った際、消化汚泥が排出される。
【０００３】
消化汚泥はこれまで微生物による生分解が難しく、焼却したり埋め立てたりするなど産業廃棄物扱いになっていた。排出される消化汚泥は含水率も高いとともに、容量が大きいため、更なる減容化が望まれている。
【０００４】
近年では、消化汚泥を処理し、減容化をなし得る処理法として、好気性好熱菌を利用した方法がある（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４３６４９号公報
【特許文献２】特開２００７−２１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２では、消化汚泥の処理時間や減容化など効率の点で改良の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、消化汚泥であっても、効率的に処理して減容化が可能な汚泥処理装置、汚泥処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点に係る汚泥処理装置は、
汚泥が供給される処理槽と、
前記処理槽の内部に配置される内筒と、
前記内筒の下方から空気を供給するエアレーション装置と、
前記内筒内に配置され、動力源の駆動で回転する回転軸と、
前記回転軸に接続される第１の円盤と、
前記第１の円盤に対して角度が可変可能に配置される攪拌羽根と、
前記汚泥を加熱する加熱装置と、を備え、
前記攪拌羽根は、攪拌される汚泥の粘度が高くなるにつれて傾斜して、前記攪拌羽根と前記第１の円盤とのなす角度が小さくなるよう可変可能に構成されており、
汚泥が前記内筒の下方から前記内筒内に流入し、前記攪拌羽根で攪拌されつつ、回転しながら上昇し、前記内筒の上方から排出された汚泥が前記処理槽と前記内筒との間を回転しながら下降して、前記内筒の下方から前記内筒内へと再度流入する、
ことを特徴とする。
【０００９】
また、前記第１の円盤に前記第１の円盤の径方向に延びる攪拌羽根軸が配置されており、
前記攪拌羽根が前記攪拌羽根軸を支軸に回転可能に設置されていていることが好ましい。
【００１０】
また、前記第１の円盤の上方に、前記第１の円盤と所定間隔開けて配置される第２の円盤を備え、
前記第２の円盤に前記攪拌羽根の上部が、前記攪拌羽根軸に対して垂直方向に且つ前記第２の円盤の面に沿って移動可能に接続されており、
前記攪拌羽根の角度が変化した際に、前記第１の円盤と前記第２の円盤との間隔が変化することが好ましい。
【００１１】
また、前記第２の円盤には、前記攪拌羽根軸に対して垂直方向に延びるスリットが形成されており、
前記攪拌羽根の上部が前記第２の円盤から脱落しないよう前記スリットに挿入されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記内筒の上部に、前記内筒の内部で攪拌され回転しながら上昇する汚泥を、同じ回転方向に前記内筒の内部から外部へ排出する内筒排出口を有することが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の観点に係る汚泥処理システムは、
濃縮汚泥を消化し、メタンガスを発生させる消化タンクと、
生成したメタンガスを燃料にして稼働するガスボイラーと、
前記消化タンクから排出される消化汚泥を処理する上述したいずれかの汚泥処理装置と、
前記汚泥処理装置から排出される汚泥を脱水する汚泥脱水装置と、を備え、
前記ガスボイラーで生じる熱を前記汚泥処理装置及び／又は前記消化タンクの加熱に利用する、
ことを特徴とする。
【００１４】
また、前記汚泥脱水装置から排出される汚泥を乾燥する汚泥乾燥室と、
前記ガスボイラーで発電する発電システムを備え、
前記発電システムで生じる排熱を前記汚泥処理装置及び／又は前記汚泥乾燥室の加熱に利用することが好ましい。
【００１５】
また、前記汚泥乾燥室から排出される乾燥された汚泥を溶融する汚泥溶融炉を備え、
前記汚泥溶融炉は前記消化タンクで発生したメタンガスを燃料にして稼働することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る汚泥処理装置は、汚泥の粘度に応じて攪拌羽根の角度が変化し、攪拌羽根の回転を一定にさせ得る。汚泥への空気の混合、汚泥の温度を均一化しやすく、消化汚泥であっても短い時間で効率的に処理し、減容化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】汚泥処理装置の構成図である。
【図２】攪拌ユニットの構造を示す斜視図である。
【図３】攪拌ユニットの構造を示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、攪拌羽根の角度が変化する様子を示す図である。
【図５】内筒内における汚泥の動きを示す図である。
【図６】処理槽と内筒内の間における汚泥の動きを示す図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、他の形態に係る攪拌羽根の角度が変化する様子を示す図である。
【図８】汚泥処理システムの構成図である。
【図９】他の形態に係る汚泥処理システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（汚泥処理装置）
本実施の形態に係る汚泥処理装置について、図を参照しつつ説明する。汚泥処理装置１０は図１に示すように、処理槽２０、汚泥導入路２１、汚泥排出路２２、内筒３０、動力源４０、回転軸４１、攪拌羽根軸４２、上側円盤５０、下側円盤６０、攪拌羽根７０ａ，７０ｂ、エアレーション装置８０、加熱装置９０を備える。
【００１９】
処理槽２０は、汚泥が供給されて汚泥が処理される槽であり、有底円管状である。処理槽２０の上部には汚泥導入路２１が接続されており、汚泥導入路２１を通じて汚泥が処理槽２０に供給される。また、処理槽２０の下部には汚泥排出路２２が接続されており、処理された汚泥が汚泥排出路２２を通じて排出される。また、処理槽２０には、排気路２３が設けられており、排気路２３を通じて処理槽２０内部の空気が排気される。
【００２０】
処理槽２０の内部には、内筒３０が設置されている。内筒３０は底面を有しない円管状であり、内筒３０と処理槽２０とは同軸上に配置されている。内筒３０の周面の上部には、内筒排出口３１が設けられており、内筒３０の内部から外部へと、汚泥を内筒３０の周方向に排出するようになっている。
【００２１】
内筒３０の内方に回転軸４１が設置されている。回転軸４１は処理槽２０及び内筒３０、回転軸４１はモーター等の動力源４０により回転する。回転軸４１は、処理槽２０及び内筒３０の中心軸と同軸上に配置されている。
【００２２】
エアレーション装置８０は、エアレーションパイプ８１を通じ、処理槽２０へ、より具体的には内筒３０内に空気を供給する装置である。このため、エアレーションパイプ８１の排気口は、内筒３０の下方に配置されている。また、エアレーションパイプ８１の排気口が下方を向き、下方に向けて空気が排気されるよう構成されていることが好ましい。これにより、処理槽２０の下部に一部の汚泥が滞留することが抑制される。また、マイクロバブル、ナノバブルを発生させて汚泥に供給することが好ましい。この場合、エアレーション装置８０がマイクロバブル等を発生させる機構を備えた形態のほか、エアレーションパイプ８１の排気口にマイクロバブル等を発生させるノズルが設置された形態、エアレーションパイプ８１の途中に空気をマイクロバブル等にする機構が組み込まれた形態でもよい。
【００２３】
加熱装置９０は、処理槽２０内に供給された汚泥を加熱する装置である。加熱装置９０は処理槽２０内の汚泥を加熱可能であればどのような形態であってもよい。例えば、処理槽２０内部に電熱線等が配置された形態、管体が配置されてその内部を蒸気や熱風、温水等を循環させる形態などが挙げられる。また、処理槽２０の外部に電熱線等が配置され、処理槽２０を加熱して処理槽２０内部の汚泥を間接的に加熱する構成であってもよい。
【００２４】
図２、図３に示すように、回転軸４１の下端には攪拌羽根軸４２が連結されている。攪拌羽根軸４２は、回転軸４１に対して垂直に配置されている。攪拌羽根軸４２には、下側円盤６０が連結されている。下側円盤６０は中心がくり抜かれた円形状の板体である。
【００２５】
攪拌羽根軸４２の両側には、攪拌羽根７０ａ、７０ｂが設置されている。攪拌羽根７０ａ、７０ｂはいずれも攪拌羽根軸４２を支軸に回転可能に設置されている。
【００２６】
攪拌羽根７０ａ、７０ｂの上部は、上側円盤５０に接続されている。上側円盤５０は、回転軸４１が貫通するよう中心がくり抜かれた円形上の板体である。上側円盤５０には、攪拌羽根軸４２に対して垂直方向に延びるスリット５１ａ、５１ｂがそれぞれ形成されている。このスリット５１ａ、５１ｂに攪拌羽根７０ａ、７０ｂの接続部材７１ａ、７１ｂがそれぞれ貫通しており、接続部材７１ａ、７１ｂの端部が固定部材７２ａ、７２ｂで固定され、攪拌羽根７０ａ、７０ｂが上側円盤５０から外れないように構成されている。固定部材７２ａ、７２ｂは、球体、円柱体、半球体など、スリット５１ａ、５１ｂに沿った固定部材７２ａ、７２ｂの移動が阻害されない形状であることが好ましい。
【００２７】
また、攪拌羽根７０ａ、７０ｂは、所定の負荷が加わるまで、図４（Ａ）に示すように、下側円盤６０に対して垂直な姿勢を保つよう、付勢部材７３ａ、７３ｂで付勢されている。ここでは、付勢部材７３ａ、７３ｂとしてスプリングが用いられている。
【００２８】
攪拌羽根７０ａ、７０ｂに一定以上の負荷がかかった場合、即ち、付勢部材７３ａ、７３ｂで付勢されている力を超える力が加わった場合、その力に応じて、図４（Ｂ）に示すように、攪拌羽根７０ａ、７０ｂは攪拌羽根軸４２を支軸にして回転する仕組みである。この際、固定部材７２ａ、７２ｂによって攪拌羽根７０ａ、７０ｂが上側円盤５０から外れないよう構成されているので、攪拌羽根７０ａ、７０ｂの角度が変化するに応じて、上側円盤５０が回転軸４１方向に下降し、上側円盤５０と下側円盤６０との間隔が小さくなる。
【００２９】
続いて、汚泥処理について説明する。ここでは、濃縮汚泥がメタン発酵されて生じる消化汚泥の処理を例として説明する。まず、汚泥導入路２１を通じて処理槽２０内に消化汚泥が充填される。その後、動力源４０、エアレーション装置８０、加熱装置９０が駆動される。
【００３０】
加熱装置９０により、消化汚泥が加熱される。加熱装置９０による加熱は、消化汚泥が５５℃〜６５℃となるよう制御される。また、エアレーション装置８０により、エアレーションパイプ８１の先端から空気が消化汚泥に供給される。また、動力源４０の駆動により、回転軸４１が回転する。これにより、回転軸４１を軸にして、攪拌羽根軸４２、下側円盤６０、攪拌羽根７０ａ、７０ｂ、上側円盤５０が回転する。
【００３１】
各装置の稼働により、処理槽２０に充填された消化汚泥が所定温度に加熱されるとともに、空気が混合されつつ攪拌される。これにより、消化汚泥は微生物処理される。消化汚泥を処理する場合、好気性好熱菌によって消化汚泥が処理され、汚泥の減容化がなされる。好気性好熱菌として、バチルス属細菌、ジオバチルス属細菌等の好気性好熱菌が挙げられる。好気性好熱菌を処理槽２０に投入してもよいが、好気性好熱菌は一般的な汚泥には生存しているので、好気性好熱菌を別途準備して処理槽２０に投入しなくてもよい。
【００３２】
処理槽２０内においては、攪拌される消化汚泥の粘度に応じて攪拌羽根７０ａ、７０ｂの角度が変化する。即ち、消化汚泥の粘度が低い状況では、図４（Ａ）に示したように、付勢部材７３ａ、７３ｂによる付勢で攪拌羽根７０ａ、７０ｂは下側円盤６０に対してほぼ垂直な姿勢が維持される。一方、消化汚泥の粘度が高い状況では、付勢部材７３ａ、７３ｂがあらがえなくなってゆく。したがって、消化汚泥の粘度に応じ、図４（Ｂ）に示したように、攪拌羽根７０ａ、７０ｂが傾いてゆく。そして、下側円盤６０と上側円盤５０との間隔が狭まる。
【００３３】
攪拌羽根７０ａ、７０ｂで攪拌された消化汚泥は、図５の矢印にて示すように、消化汚泥は内筒３０内を螺旋状に旋回しながら上昇していく。そして、内筒３０の上部に設けられた内筒排出口３１から、旋回しつつ上昇した汚泥が処理槽２０と内筒３０との間へ排出される。
【００３４】
内筒排出口３１から排出された消化汚泥は、図６の矢印にて示すように、内筒３０と処理槽２０との間を螺旋状に旋回しながら下降していく。そして、下降した消化汚泥は、再度、内筒３０の下部から内筒３０内に流入し、上述した処理が繰り返される。以上のようにして、処理槽２０内にて消化汚泥が処理され、一定時間処理されて減容化された汚泥は汚泥排出路２２を通じて排出される。
【００３５】
本実施の形態に係る汚泥処理装置１０では、処理する消化汚泥の粘度に応じて攪拌羽根７０ａ、７０ｂの角度が変化することにより、攪拌速度を一定に制御しやすい。攪拌速度を一定に維持させることによって、処理槽２０内に充填された消化汚泥への空気の混合、及び、消化汚泥の温度の均一化につながる。これにより、好気性好熱菌の活性が良好であり、消化汚泥の処理が早くなる。
【００３６】
また、消化汚泥の粘度が高くても回転速度の低下が抑えられるので、モーター４０の出力を一定に保つことができる。このため、モーター４０にかかる負荷が小さくなり、省電力での処理が可能になる。また、モーター負荷が小さいことにより、汚泥処理装置１０の長寿命化にもつながる。
【００３７】
上記では、攪拌羽根７０ａ、７０ｂを２つ備えた形態について説明したが、攪拌羽根を３つ以上備えた形態でもよい。例えば、攪拌羽根軸４２を２つ以上備え、それらに攪拌羽根が配置されていてもよい。また、上側円盤５０、攪拌羽根７０ａ、７０ｂ、下側円盤６０のセットが回転軸４１に複数設置されていてもよい。
【００３８】
攪拌羽根軸４２を介して下側円盤６０が回転軸４１に連結された例について説明したが、攪拌羽根軸４２とは別体の連結部材で下側円盤６０と回転軸４１とが連結された形態でもよい。
【００３９】
付勢部材として、スプリングを例にとり説明したが、攪拌羽根７０ａ、７０ｂの角度が可変し得る機能を発揮可能であれば、どのような形態でもよい。例えば、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、伸縮性を有する紐状部材の付勢部材７３ｃ、７３ｄの一端が攪拌羽根７０ａの両側にそれぞれ固定され、多端が下側円盤６０にそれぞれ固定された形態が挙げられる。汚泥の粘度が高い状況では、付勢部材７３ｄが伸び、他方、付勢部材７３ｃが縮むことで、攪拌羽根７０ａの角度が変化する。
【００４０】
また、攪拌羽根７０ａ、７０ｂの上部が攪拌羽根軸４２に対して垂直方向に且つ上側円盤５０の面に沿って移動可能な形態であれば、どのように構成されていてもよい。例えば、上側円盤５０の下面にレールが設置され、攪拌羽根７０ａ、７０ｂの上部に車輪が設置され、車輪がレールに沿って移動可能な形態が挙げられる。
【００４１】
（汚泥処理システム）
本実施の形態に係る汚泥処理システムについて、図を参照しつつ説明する。汚泥処理システムは、図８に示すように、濃縮汚泥貯留槽１１０、消化タンク１２０、脱硫装置１３０、ガスボイラー１４０、消化汚泥貯留槽１５０、消化汚泥処理装置１６０、汚泥脱水装置１７０を備える。
【００４２】
濃縮汚泥貯留槽１１０は、濃縮汚泥が貯留される槽である。濃縮汚泥は、下水処理施設で、廃水が生物処理（活性汚泥処理）された際、生じた汚泥が機械濃縮機等で濃縮されたものである。
【００４３】
濃縮汚泥貯留槽１１０から濃縮汚泥が消化タンク１２０に送られる。消化タンク１２０では、濃縮汚泥を嫌気性消化法（微生物による汚泥分解法）等で消化処理する。これにより、濃縮汚泥が減容化されて消化汚泥になるとともに、メタンガスを主成分とするバイオガスが生成する。消化タンク１２０では、微生物処理がなされるよう３７〜５３℃に加熱される。消化タンク１２０における加熱には、後述するガスボイラーで生じる熱が利用される。
【００４４】
消化タンク１２０で発生したバイオガスは、脱硫装置１３０へと送られる。脱硫装置１３０は、消化タンク１２０で生成したバイオガス中の硫化水素を除去する装置である。脱硫装置１３０では、酸化鉄等の脱硫剤を用いた乾式脱硫や微生物の作用により硫化水素を酸化する生物脱硫など、公知の脱硫方法が利用される。
【００４５】
ガスボイラー１４０は、脱硫装置１３０を経て供給されるメタンガスを燃料にして稼働するボイラーである。ガスボイラー１４０では、メタンガスの燃焼によって、水を蒸気、熱水或いは温水として取り出すことができる。この蒸気等は、消化タンク１２０、消化汚泥処理装置１６０における加温に利用される。
【００４６】
また、消化タンク１２０の消化汚泥は消化汚泥貯留槽１５０へと送られる。そして、消化汚泥貯留槽１５０から消化汚泥処理装置１６０へと送られる。消化汚泥処理装置１６０は、消化汚泥貯留槽１５０に貯留された消化汚泥を処理する装置であり、構成は上述した汚泥処理装置１０と同様であり、消化汚泥処理装置１６０における加熱装置として、ガスボイラー１４０が利用される
【００４７】
消化汚泥処理装置１６０で処理され排出された汚泥は、汚泥脱水装置１７０にて脱水される。汚泥脱水装置１７０では、ろ過や遠心分離等の公知の脱水方法によって汚泥中の水分が除去される。
【００４８】
他の形態に係る汚泥処理システムについて、図９を参照しつつ説明する。汚泥処理システム１０１は、図９に示すように、上記の汚泥処理システム１００に、発電システム１８０、汚泥乾燥室１９０、汚泥溶融炉２００を加えた形態であり、相違点について説明する。
【００４９】
発電システム１８０は、例えば、ガスボイラー１４０で生じる蒸気でタービンを回転させて発電を行うマイクロガスタービン発電等が利用される。
【００５０】
汚泥脱水装置１７０で脱水された汚泥は、汚泥乾燥室１９０へと送られる。汚泥乾燥室１９０では、発電システム１８０における排熱を利用して汚泥が乾燥される。また、発電システム１８０における排熱は消化汚泥処理装置１６０の加熱にも利用される。
【００５１】
また、発電システム１８０で発生した電力は、消化汚泥処理装置１６０のモーターやエアレーション装置等の駆動に利用されるよう構成されていてもよい。
【００５２】
汚泥乾燥室１９０で乾燥された汚泥は汚泥溶融炉２００へ送られる。汚泥溶融炉２００は脱硫装置１３０を経て供給されるメタンガスを利用し、汚泥を溶融する。
【符号の説明】
【００５３】
１０    汚泥処理装置
２０    処理槽
２１    汚泥導入路
２２    汚泥排出路
２３    排気路
３０    内筒
３１    内筒排出口
４０    動力源（モーター）
４１    回転軸
４２    攪拌羽根軸
５０    上側円盤（第２の円盤）
５１ａ，５１ｂ  スリット
６０    下側円盤（第１の円盤）
７０ａ，７０ｂ  攪拌羽根
７１ａ，７１ｂ  接続部材
７２ａ，７２ｂ  固定部材
７３ａ〜７３ｄ  付勢部材
８０    エアレーション装置
８１    エアレーションパイプ
９０    加熱装置
１００    汚泥処理システム
１０１    汚泥処理システム
１１０    濃縮汚泥貯留槽
１２０    消化タンク
１３０    脱硫装置
１４０    ガスボイラー
１５０    消化汚泥貯留槽
１６０    消化汚泥処理装置
１７０    汚泥脱水装置
１８０    発電システム
１９０    汚泥乾燥室
２００    汚泥溶融炉
【図１】
0006402998.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006402998.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0006402998.tif 000008
【図８】
0006402998.tif 000009
【図９】
0006402998.tif 000010