(57)【要約】【課題】  本発明は、高粘性の高濃度有機性汚泥を攪拌できる嫌気性消化槽を得るにある。【解決手段】  ドラフトチューブ内に流路断面を占める気泡を形成し、形成された気泡がドラフトチューブ内を上昇する際、ドラフトチューブ内の汚泥を押し出し、嫌気性消化槽内に汚泥の循環を生じさせ、汚泥を攪拌することができる。【選択図】  図１
2005185886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を処理する嫌気性消化槽と前記嫌気性消化槽内部に設置されたドラフトチューブと前記ドラフトチューブ内にガスを吹き込むガス吹き込み管とを備え、前記嫌気性消化槽内で汚泥を処理する際に発生した消化ガスを前記ガス吹き込み管から吹き込んで汚泥を攪拌する嫌気性消化槽設備において、
前記嫌気性消化槽内部で発生する消化ガスを蓄えるガスフォルダーと、
前記ガスフォルダーの消化ガスを圧縮するガスブロアーまたは圧縮機と、
前記ガスブロアーまたは前記圧縮機により圧縮され送られた消化ガスを蓄えるバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記嫌気性消化槽の間に設けられた弁と、
前記ガスブロアーまたは前記圧縮機の運転を制御するガスブロアー・圧縮機運転制御手段と、
前記弁の開閉を制御する弁開閉制御手段とを備え、
前記ガスブロアー・圧縮機運転制御手段は、前記バッファタンクの圧力を検知して前記バッファタンクの圧力を所定範囲に維持するよう前記ガスブロアーまたは前記圧縮機を運転制御し、前記弁開閉制御手段は、前記バッファタンクの圧力を検知して前記バッファタンクの圧力が所定範囲にないときは前記弁を開かず、所定範囲にあるときは所定時間間隔で前記弁を開閉制御をすることを特徴とする嫌気性消化槽設備。
【請求項２】
請求項１記載の嫌気性消化槽設備において、前記ドラフトチューブと前記ガス吹き込み管が円筒形であって、前記ガス吹き込み管の内径は前記ドラフトチューブの内径の１５分の１以上３分の１以下であることを特徴とする嫌気性消化槽設備。
【請求項３】
請求項１または２記載の嫌気性消化槽設備において、前記バッファタンクの圧力は前記ガス吹き込み管ヘッド圧との差圧が０．５ｋｇｆ／ｃｍ２から２．０ｋｇｆ／ｃｍ２を前記所定範囲とすることを特徴とする嫌気性消化槽設備。
【請求項４】
請求項１ないし３記載の嫌気性消化槽設備において、前記ドラフトチューブは複数本からなり、前記ドラフトチューブ毎にガス吹き込み管からガスを吹き込むことを特徴とする嫌気性消化槽設備。
【請求項５】
請求項１ないし４記載の嫌気性消化槽設備において、前記ガス吹き込み管は複数本からなることを特徴とする嫌気性消化槽設備。
【請求項６】
請求項１ないし５記載の嫌気性消化槽設備において、前記ドラフトチューブの上方、かつ、消化ガスを前記嫌気性消化槽より引き抜く消化ガス引き抜き管の下方に設置した邪魔板を有することを特徴とする嫌気性消化槽設備。
【請求項７】
汚泥を処理する嫌気性消化槽と前記嫌気性消化槽内部に設置されたドラフトチューブと前記ドラフトチューブ内にガスを吹き込むガス吹き込み管とを備え、前記嫌気性消化槽内で汚泥を処理する際に発生した消化ガスを前記ガス吹き込み管から吹き込んで汚泥を攪拌する汚泥の攪拌方法において、
前記ガス吹き込み管から消化ガスが前記ドラフトチューブ内に間欠放出され、前記消化ガスは流路断面を占める気泡となり断続的に前記ドラフトチューブ内を上昇し、前記気泡は汚泥を前記ドラフトチューブから押し出し、前記嫌気性消化槽内部に汚泥の循環を生じる汚泥の攪拌方法。
【請求項８】
請求項７の汚泥の攪拌方法において、前記気泡が汚泥を前記ドラフトチューブから押し出し終えた後、次の消化ガスを吹き込むことを特徴とする汚泥の攪拌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高粘性を有する高濃度汚泥を対象とした嫌気性消化槽の攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥、家畜糞尿、し尿汚泥、浄化槽汚泥、生活系または事業系の生ごみなど有機性汚泥を嫌気性消化槽で処理するとメタンガスをエネルギーとして取り出すことができ、また汚泥を衛生的に処理することができる。有機性汚泥を消化するには、熱を投入しながらよく攪拌・混合する必要がある。従来から嫌気性消化槽の撹拌方式には、ガス撹拌と機械撹拌と、それらとポンプによる液循環の併用が知られている。
【０００３】
ガス撹拌は加圧した消化ガスを嫌気性消化槽１内に吹き込んで汚泥を流動させる方式である。図６に示すディフューザー方式はガス吹き込み管３から吹き込まれたガスの浮上に伴って上昇する汚泥が図６の点線矢印のように循環するものである。図７に示すドラフトチューブ方式は槽内に設置したドラフトチューブ２内にガスを吹き込むことでドラフトチューブ２内に汚泥の上昇流を発生させ、図７の点線矢印のような循環流を得る。（特許文献１参照）
【０００４】
図８に示す機械撹拌方式は撹拌翼２５で機械的に嫌気性消化槽１内を撹拌する。低動力とするためにドラフトチューブ２を併用する。攪拌モーター２６で撹拌翼２５を回転させることで点線矢印のような流動が得られる。
【０００５】
ところが消化槽内の固形物濃度が約３％以上の高濃度汚泥を撹拌する場合、汚泥の粘度が高いため、ディフューザー方式ではガスのみが上昇して汚泥は流動せず、ドラフトチューブ方式でも汚泥はほとんど上昇しないという問題がある。
【０００６】
また、機械攪拌方式でも、高濃度汚泥ではドラフトチューブ２と撹拌翼２５のクリアランスが大きいと汚泥が撹拌翼２５と供回りしてほとんど流動せず、クリアランスが小さくても供回りにより効率が低下する。また高粘性のため従来に比べ撹拌動力が増大する問題がある。
【０００７】
従来技術による汚泥の攪拌方式では十分な混合を得るには動力消費が大きくなる問題があった。
【特許文献１】実開昭６１−１１１６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、高粘性の高濃度汚泥でも攪拌できる嫌気性消化槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
汚泥を処理する嫌気性消化槽と前記嫌気性消化槽内部に設置されたドラフトチューブと前記ドラフトチューブ内にガスを吹き込むガス吹き込み管とを備え、前記嫌気性消化槽内で汚泥を処理する際に発生した消化ガスを前記ガス吹き込み管から吹き込んで汚泥を攪拌する嫌気性消化槽設備において、前記嫌気性消化槽内部で発生する消化ガスを蓄えるガスフォルダーと、前記ガスフォルダーの消化ガスを圧縮するガスブロアーまたは圧縮機と、前記ガスブロアーまたは前記圧縮機により圧縮され送られた消化ガスを蓄えるバッファタンクと、前記バッファタンクと前記嫌気性消化槽の間に設けられた弁と、前記ガスブロアーまたは前記圧縮機の運転を制御するガスブロアー・圧縮機運転制御手段と、前記弁の開閉を制御する弁開閉制御手段とを備え、前記ガスブロアー・圧縮機運転制御手段は、前記バッファタンクの圧力を検知して前記バッファタンクの圧力を所定範囲に維持するよう前記ガスブロアーまたは前記圧縮機を運転制御し、前記弁開閉制御手段は、前記バッファタンクの圧力を検知して前記バッファタンクの圧力が所定範囲にないときは前記弁を開かず、所定範囲にあるときは定時間間隔で前記弁を開閉制御をすることを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の嫌気性消化槽設備において、前記ドラフトチューブと前記ガス吹き込み管が円筒形であって、前記ガス吹き込み管の内径は前記ドラフトチューブの内径の１５分の１以上３分の１以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項１または２記載の嫌気性消化槽設備において、前記バッファタンクの圧力は前記ガス吹き込み管ヘッド圧との差圧が０．５ｋｇｆ／ｃｍ２から２．０ｋｇｆ／ｃｍ２を前記所定範囲とすることを特徴とする。
【００１２】
請求項１ないし３記載の嫌気性消化槽設備において、前記ドラフトチューブは複数本からなり、前記ドラフトチューブ毎にガス吹き込み管からガスを吹き込むことを特徴とする。
【００１３】
請求項１ないし４記載の嫌気性消化槽設備において、前記ガス吹き込み管は複数本からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項１ないし５記載の嫌気性消化槽設備において、前記ドラフトチューブの上方、かつ、消化ガスを前記嫌気性消化槽より引き抜く消化ガス引き抜き管の下方に設置した邪魔板を有することを特徴とする。
【００１５】
汚泥を処理する嫌気性消化槽と前記嫌気性消化槽内部に設置されたドラフトチューブと前記ドラフトチューブ内にガスを吹き込むガス吹き込み管とを備え、前記嫌気性消化槽内で汚泥を処理する際に発生した消化ガスを前記ガス吹き込み管から吹き込んで汚泥を攪拌する汚泥の攪拌方法において、前記ガス吹き込み管から消化ガスが前記ドラフトチューブ内に間欠放出され、前記消化ガスは流路断面を占める気泡となり断続的に前記ドラフトチューブ内を上昇し、前記気泡は汚泥を前記ドラフトチューブから押し出し、前記嫌気性消化槽内部に汚泥の循環を生じる汚泥の攪拌方法である。
【００１６】
請求項７の汚泥の攪拌方法において、前記気泡が汚泥を前記ドラフトチューブから押し出し終えた後、次の消化ガスを吹き込むことを特徴とする汚泥の攪拌方法である。
【発明の効果】
【００１７】
以上の発明の構成から、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
【００１８】
請求項１記載の発明により、ドラフトチューブ内に流路断面を占める気泡を形成することができ、形成された気泡がドラフトチューブ内を上昇する際、ドラフトチューブ内の汚泥を押し出し、嫌気性消化槽内に汚泥の循環を生じさせ、汚泥を攪拌することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明により、ドラフトチューブ内に流路断面を占める気泡を安定して形成することができる。
【００２０】
請求項３記載の発明により、嫌気性消化槽内の汚泥の攪拌効率を高めることができる。また、ガス吹き込み管の汚泥進入を防止できる。
【００２１】
請求項４記載の発明により、嫌気性消化槽内にドラフトチューブを複数本設置することでドラフトチューブを一つ設置した場合に比べて、死水域を減少させることができる。嫌気性消化槽の大型化に伴って拡大するドラフトチューブ径に対応した気泡の形成が困難にならずに済む。また、各ドラフトチューブ内にガス吹き込み管を引き込むことで、ガス吹き込み管の１本あたりのガス吹き込み管径を小さくすることができ、ガス吹き込み管の汚泥による閉塞を防止することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明により、ガス吹き込み管１本あたりのガス吹き込み管径を小さくすることができ、ガス吹き込み管の汚泥による閉塞を防止することができる。嫌気性消化槽の大型化に伴ってドラフトチューブ径が拡大した場合にも、ガス吹き込み管の１本あたりのガス吹き込み管径を小さくすることができる。
【００２３】
請求項６記載の発明により、ドラフトチューブから気泡が抜ける際、汚泥の飛散による消化ガス引き抜き管の閉塞を防止することができる。
【００２４】
請求項７記載の発明により、高粘性の有機性汚泥を攪拌、混合することができる。
【００２５】
請求項８記載の発明により、高粘性の有機性汚泥をさらに効率よく攪拌、混合することができる。汚泥はドラフトチューブを上昇する気泡によりドラフトチューブ内を上昇し、ドラフトチューブの上方の開口部から押し出され、ドラフトチューブ下方の開口部からは汚泥がドラフトチューブ内へ吸い込まれる。汚泥をドラフトチューブから押し出し終えた後、消化ガスを吹き込めば、ドラフトチューブ内への汚泥の吸い込みを阻害しない。このため嫌気性消化槽内の汚泥の循環効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に示す発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
本発明の最良の形態を図１に示す。嫌気性消化槽１は、その内部にドラフトチューブ２が鉛直方向に設置され、ドラフトチューブ内部下方にはガス吹き込み管３の先端が引き込まれている。ガス吹き込み管３は電磁弁６を介してバッファタンク７と接続される。バッファタンク７はガスブロアーまたは圧縮機８と連通し、ガスブロアーまたは圧縮機８は消化ガスタンク９と連通する。消化ガスタンクは消化ガス引き抜き管５と繋がり、消化ガス引き抜き管５は嫌気性消化槽１の上部から嫌気性消化槽内部のガスを引き抜くことができるよう接続されている。消化ガスタンク９は、消化ガス排出管２０と繋がっている。バッファタンク７には、圧力計１７が備え付けられる。圧力制御Ａ３０はバッファタンク７の圧力計１７からの信号を入力とし、ガスブロアーまたは圧縮機８の運転を制御する出力を持つ。圧力制御Ｂ３１はバッファタンク７の圧力計１７からの信号を入力として持ち、電磁弁６の開閉を制御する出力を持つ。
【００２８】
嫌気性消化槽内部には、水平に広い邪魔板４がドラフトチューブ２の上方でありかつ液面より上方に配置される。蒸気吹き込み管１８は嫌気性消化槽外部より内部に汚泥中に蒸気を吹き込むことのできるよう挿入される管である。
【００２９】
嫌気性消化槽上部には、汚泥投入管１１が接続される。汚泥投入管１１は加熱手段１５と接続され、加熱手段１５は汚泥輸送ポンプ１６ｄを介して汚泥混合槽１４と接続される。汚泥混合槽１４には二つの汚泥入力経路があり、一方は投入汚泥槽１３から汚泥輸送ポンプ１６ａを介して汚泥を供給する経路、もう一方は嫌気性消化槽１底部から汚泥引き抜き管１０が接続され、汚泥輸送ポンプ１６ｂを介して嫌気性消化槽底部に溜まった汚泥を再び汚泥混合槽１４に戻す経路である。
【００３０】
汚泥引き抜き管１０は嫌気性消化槽１の底部から汚泥輸送ポンプ１６ｂの間で分岐し、他方は開閉弁１９と汚泥輸送ポンプ１６ｃとを介して消化汚泥排出管１２とつながっている。
【００３１】
嫌気性消化槽１は、汚泥を消化処理する槽である。亀甲型と呼ばれる形をしており、その形状は、すり鉢状の下部と円筒形側壁部があり、さらに上部を切り落とした円錐形の蓋が覆い被さる形をしている。耐腐食性材質からなり断熱性を有する。また汚泥を１０から４０日貯蔵することができる。本発明はその他の卵型、ソロバン型、クラシック型など汎用構造の嫌気性消化槽で適応できる。ソロバン型は、その形状が算盤の玉の形をなしており、クラシック形はソロバン型を上下に引き伸ばした形状をなしている。
【００３２】
ドラフトチューブ２は、中空の円筒である。少なくとも流路断面を占める泡の形成ができ、汚泥の攪拌効果があるものであれば、円筒に限らず中空の筒であればよい。好ましくは、ドラフトチューブの材質が耐腐食性があり、攪拌操作の際に、ドラフトチューブが変形、脱落、磨耗しにくい性質であることが望ましい。流路断面を占める気泡の吹き込みの衝撃に耐えることができるからである。従来のドラフトチューブ方式のガス攪拌の気泡よりも大きな気泡になるため、より大きな衝撃が発生することがある。
【００３３】
高濃度汚泥の嫌気性消化では、発生した消化ガスが高粘性を有する高濃度汚泥に捕捉された上昇しにくい状態となり、ホールドアップの増大（液面の上昇）や発酵阻害などの悪影響を及ぼす。ガス抜けを良くするためには汚泥の表面更新が重要になる。ドラフトチューブは、汚泥を循環させる作用があり、それにより表面更新を促進する効果が得られる。また、ドラフトチューブ下部から汚泥が引き込まれる際、汚泥には強いせん断力が作用するため、混合効果が得られる。
【００３４】
ガス吹き込み管３の先端の開口部は、ドラフトチューブ２の下端より挿入され、消化ガスをドラフトチューブ内に吹き込み、気泡を発生させる。ドラフトチューブ２とガス吹き込み管３が円筒であるとき、ガス吹き込み管３の内径は、ドラフトチューブ内径の１５分の１以上３分の１以下の範囲にあることが望ましい。
【００３５】
邪魔板４は、ドラフトチューブ２から気泡が抜ける際、汚泥の飛散によって消化ガス引き抜き管５が閉塞することを防止している。
【００３６】
消化ガス引き抜き管５は、消化ガスタンク９とつながっており、嫌気性消化槽１の内部で発生した消化ガスを嫌気性消化槽外部に引き抜いて、消化ガスタンク９に送り込むための管である。
【００３７】
バッファタンク７は、ガスブロアーまたは圧縮機８により加圧された消化ガスを蓄える。バッファタンク７の圧力は、最低でも嫌気性消化槽のヘッド圧（液面と吹き込み管の差圧）よりも大きくする必要がある。ヘッド圧より圧力が低いとガス吹き込み管に汚泥が逆流するため、これを防止する。
【００３８】
ガスブロアーまたは圧縮機８は、消化ガスタンク９より消化ガスを取り出し、バッファタンク７に圧縮して送り込む。ガスブロアーまたは圧縮機８の運転は、ガスブロアー・圧縮機運転制御手段により制御される。ガスブロアー・圧縮機運転制御手段は図２の圧力制御Ａからなる。圧力制御Ａ３０によってバッファタンク７は所定圧力範囲内にあるよう制御される。バッファタンク７にはタンクの圧力を計測する圧力計１７が設けられている。圧力制御Ａ３０については後述する。
【００３９】
消化ガスタンク９は、消化ガス引き抜き管５を通り嫌気性消化槽１から流出する消化ガスを一時的に蓄える。消化ガスは、消化ガス排出管２０から排出されるか、再び嫌気性消化槽１に戻される。消化ガス排出管から排出された消化ガス（主成分はメタンガス）は、エネルギーとして利用される。
【００４０】
汚泥引き抜き管１０は、嫌気性消化槽１の底部にある汚泥を嫌気性消化槽外に引き抜く管である。途中二股に分岐し、一方は消化汚泥排出管１２につながる汚泥排出経路である。開閉弁１９、汚泥輸送ポンプ１６ｃを介し処理済の汚泥などを外部に放出する。もう一方は汚泥再循環経路で、引き抜かれた汚泥は、汚泥混合槽１４、熱交換機１５を通り再び汚泥投入管１１から嫌気性消化槽に投入される。汚泥混合槽１４では、投入汚泥槽１３から新たに汚泥を投入して混合することができる。
【００４１】
汚泥輸送ポンプ１６ｂは、汚泥引き抜き管１０からの汚泥を汚泥混合槽１４に運ぶポンプである。
【００４２】
投入汚泥槽１３は、消化したい汚泥が最初に嫌気性消化槽設備外から投入され汚泥を蓄える嫌気性消化槽設備の槽である。
【００４３】
汚泥混合槽１４は、槽内に攪拌手段を有する。汚泥輸送ポンプ１６ａで運ばれる投入汚泥槽１３の汚泥と、汚泥輸送ポンプ１６ｂで運ばれる嫌気性消化槽１から引き抜かれた消化途中の汚泥とを混合することができる。汚泥混合槽１４は、投入汚泥槽１３からの汚泥、嫌気性消化槽１からの消化途中の汚泥の両者を混合することができる。汚泥混合槽１４の汚泥は、汚泥輸送ポンプ１６ｄで加熱手段１５に運ばれる。
【００４４】
加熱手段１５は、通過する汚泥を温水又は蒸気などで加熱する。例えば、加熱手段は熱交換器、蒸気の吹込みによる加熱である。汚泥温度は３５℃から８０℃程度まで加熱する。嫌気性消化槽設備、特に嫌気性消化槽から熱が逃げるため汚泥を加温する必要がある。発酵は汚泥の温度管理が重要で、中温発酵は３５℃±１℃、高温発酵は５５℃±１℃に制御する必要がある。
【００４５】
投入汚泥管１１は、加熱手段１５を通過し温められた汚泥を嫌気性消化槽１に投入する管である。
【００４６】
圧力制御制御Ａ３０について説明する。圧力計１７で計測されたバッファタンクの圧力値を参照して、圧力制御Ａ３０はバッファタンク内の圧力が所定の圧力範囲より低い場合はガスブロアーまたは圧縮機８を作動させ、消化ガスタンク９の消化ガスを圧縮してバッファタンクに送り込む。バッファタンク内の圧力が所定の圧力範囲より高い場合はガスブロアーまたは圧縮機８を停止させる。
【００４７】
電磁弁６は弁開閉制御手段により制御される。弁開閉制御手段は、図２の圧力制御Ｂ３１と動作制御３２からなる。圧力制御Ｂ３１は、圧力計１７で計測されたバッファタンクの圧力値を参照して、バッファタンク内の圧力が所定の圧力範囲内にないとき、電磁弁６の開閉動作を停止させる（閉のままにする）。バッファタンク内の圧力が所定の圧力範囲内にあるとき、電磁弁６の開閉動作を許可する。
【００４８】
電磁弁６の開閉動作は、動作制御３２によって行われ、所定の時間間隔で電磁弁が開閉する。これらの時間間隔は、目的の撹拌効率が得られるよう、状況に応じて調整可能である。電磁弁６の開閉により、ガス吹き込み管３で吹き込む消化ガスの吹き込みを調整することができる。気泡の上昇中はドラフトチューブ内にドラフトチューブ下方開口部から汚泥を引き込んでいるため、気泡の上昇中は、電磁弁を閉にして汚泥の引き込みを阻害しないようにする。
【００４９】
電磁弁を、開から閉へ、次の閉から開への時間間隔、つまり次のガスの吹き込みまでの時間間隔を短くすれば汚泥の循環回数が増え、間隔を長くすれば汚泥の循環回数は減る。電磁弁の開閉制御は、運転状況によって変えることができる。例えば、汚泥の分解率が低い、あるいは消化ガス発生量（回収量）が少なければ、ガス吹き込みの時間間隔を短くし循環回数を増やす。
【００５０】
但し、ガス吹き込みの時間間隔は、少なくとも次の条件を満たすことが望ましい。ドラフトチューブ内の気泡が上昇しドラフトチューブ内の汚泥をドラフトチューブ外へ押し出し終えた後、消化ガスを吹き込む。ドラフトチューブ内を気泡が上昇している最中に消化ガスを吹き込めば、ドラフトチューブ下方に気泡が広がり、ドラフトチューブ下方の開口部から吸い込まれる汚泥の進入を阻害してしまうためである。
【００５１】
蒸気吹き込み管１８は、嫌気性消化槽１内に蒸気を吹き込み汚泥を加熱する。蒸気は槽内の温度が低下したときに加えるものであり、常時吹き込んでいることは必要でない。この蒸気は他に使い道が無い低エネルギーを利用して作られるものであることは経済上望ましく、蒸気温度はおよそ１１０から１５０℃、例えば１２０℃程度である。ドラフトチューブの外側は汚泥が下方に移動するので、その部分の流動を助ける効果がある。
【００５２】
消化済みの汚泥は、開閉弁１９を開き汚泥輸送ポンプ１６ｃを稼動させることで消化汚泥排出管１２を通り、嫌気性消化槽設備外に運び出される。搬出された汚泥は、脱水・焼却処分される。
【００５３】
嫌気性消化槽１に投入された高濃度汚泥は、上述の構成の下、攪拌、混合され消化処理される。
【００５４】
次に気泡による汚泥の循環について説明する。電磁弁６を開閉制御することで嫌気性消化槽１中央に設置したドラフトチューブ２内に加圧した消化ガスを間欠的に放出し、ドラフトチューブ２内を栓流となるような大きな気泡を上昇させる。この際、流路断面を占める気泡の上昇により逃げ場を無くした汚泥は、気泡とともに上昇しドラフトチューブ２上方の開口部より押し出される。ドラフトチューブ２下方開口部より汚泥が引き込まれ、嫌気性消化槽内に循環を生じる。図１において嫌気性消化槽内の汚泥の循環を点線矢印により示した。
【００５５】
ガス吹き込み管３径と気泡生成および嫌気性消化槽内の汚泥流動には下記の関連がある。
【００５６】
ガス吹き込み管３がドラフトチューブ２と比較して細すぎる場合、吹き込まれた消化ガス流速が大きくなり、気泡が十分な大きさに形成される前に、汚泥をドラフトチューブ２から押し出すのに不十分な大きさで上昇する。
【００５７】
ガス吹き込み管３がドラフトチューブ２と比較して太すぎる場合、ドラフトチューブ２とガス吹き込み管３の隙間が小さくなり、ドラフトチューブ２下方開口部からの汚泥の吸い込みの抵抗となる。また、ガス吹き込み管３内径が大きすぎると、ガス吹き込みを行っていないときや異常時にガス吹き込みが停止したときに、嫌気性消化槽内の汚泥がガス吹き込み管３内を逆流する虞がある。
【００５８】
ガス吹き込み管３の内径について検討した結果、ガス吹き込み管の内径はドラフトチューブ２の内径の１５分の１以上で３分の１以下であることが望ましい。この範囲であれば、ドラフトチューブ２内に流路断面を占める気泡が形成される。この範囲外では、汚泥を良好に攪拌できる気泡が形成されない。
【００５９】
適正な汚泥の循環となる条件を得るため模擬試験を行った。試験には固形物濃度１０％の汚泥を消化して得られた消化汚泥と同様の粘性（Ｂ型粘度計Ｎｏ．３ローター６０ｒｐｍで１３８０ｃｐ）を示す模擬液を使用した。模擬液には水酸化ナトリウムにより中和処理したカルボキシビニルポリマー水溶液０．１５ｗｔ．％を用いた。吹込むガスは空気とした。装置は透明塩ビ製の５０Ｌ亀甲型嫌気性消化槽を用い、槽内中央部に槽径に対して１０分の１の内径を持つ長さ３４０ｍｍ、内容積５４０ｍＬの透明塩ビ製ドラフトチューブを設置し、その下部にガス吹き込み管としてドラフトチューブ内径の１０分の１程度の内径を有する１／４インチ銅管を設置した。
【００６０】
ガス吹き込み方法は嫌気性消化槽前段をブロア、減圧弁により０．５ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧し、電磁弁を７．９秒に１回、０．３秒間開放させることで、ドラフトチューブ内を栓流とするような一つの気泡（体積９０ｍＬ）を間欠的に発生させた。
【００６１】
上述の撹拌方法の定量的評価はドラフトチューブから吐出される液流量を液体積で除して得られる液循環回数Ｑ／Ｖ［回／日］で行った。なお吐出液流量の測定はトレーサーとして食紅を用い、ドラフトチューブ内における一回のガス放出あたりの液移動量を計測して行った。
【００６２】
連続的にガスを放出させる従来のガス撹拌方式と比較するため、総ガス量を等しくして試験を実施した結果、連続方式では循環回数は１［回／日］以下であったのに対し、本発明に係わる間欠方式では３０［回／日］となり、同じ動力で３０倍以上の効率が得られた。消化槽内の固形物濃度が３％以上の高濃度汚泥の嫌気性消化において、従来の撹拌方法ではほとんど汚泥を流動させることができなかったが、本発明により従来と同程度の動力で汚泥を良好に循環させることができる。
【００６３】
バッファタンクの圧力は実験により次のように決定される。
【００６４】
バッファタンクの圧力は、最低でもヘッド圧（液面と吹き込み管の差圧）よりも大きくする必要があり、ヘッド圧を基準に設定する。
【００６５】
実験はヘッド圧０．０３［ｋｇｆ／ｃｍ２］の条件で実施し、図９に示した表の結果を得た。これをグラフ化し図３に示した。横軸のガス量［ｍＬ／回］は気泡の体積であり、バッファタンク圧力に比例した。縦軸は汚泥の循環回数であり、値が大きいほど撹拌効率がよい。
【００６６】
図３に示すグラフによれば、ガス吹き込み量は９０［ｍＬ／回］以上で一定の撹拌効率が得られることを示している。９０［ｍＬ／回］に対応するバッファタンク圧力は０．５［ｋｇｆ／ｃｍ２］であった。なお、バッファタンク圧力を０．５［ｋｇｆ／ｃｍ２］以上にしても撹拌効率に大きな変化がないことから、ガスブロアーまたは圧縮機の動力を考慮するとバッファタンク圧力を大きくしすぎてもメリットがない。
【００６７】
本発明により、従来と同程度の動力で高濃度汚泥を攪拌することができるようになる。
【００６８】
図４に示す本発明を実施する第２の形態は、ドラフトチューブ２とガス吹き込み管３が複数配置される。嫌気性消化槽１全体に汚泥の流動を生じさせることができるため、死水域と呼ばれる流動しない領域が少なくなり混合効率が良くなる。高濃度汚泥は高粘性および降伏応力を有しているため、ドラフトチューブ１本では死水域が生じやすい。このような高濃度汚泥を対象とする場合は、中央部とその周辺に複数本のドラフトチューブ２を設置して撹拌を実施することで、死水域を少なくすることができる。嫌気性消化槽１の中心部から等距離に等角度にドラフトチューブ２を配置した。
【００６９】
図５に示す本発明を実施する第３の形態は、ドラフトチューブ２内を複数の区画に仕切り板３６により仕切り、仕切り板３６によって仕切られた各区画にそれぞれガス吹き込み管３を設けることで、ガス吹き込み管の径を小さくすることができる。ガス吹き込み管の径を小さくすることで、汚泥のガス吹き込み管への逆流を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の嫌気性消化槽設備を示す図。
【図２】本発明を実施するための最良の形態の嫌気性消化槽設備におけるフローを示す図。
【図３】バッファタンクの圧力を規定するガス吹き込み量と液循環回数のグラフ。
【図４】本発明を実施するための第２の形態の嫌気性消化槽設備を示す図。
【図５】本発明を実施するための第３の形態の嫌気性消化槽設備を示す図。
【図６】従来技術のディフューザー方式の嫌気性消化槽を示す図。
【図７】従来技術のドラフトチューブ方式の嫌気性消化槽を示す図。
【図８】従来技術の機械攪拌方式の嫌気性消化槽を示す図。
【図９】バッファタンクの圧力を規定するガス吹き込み量と液循環回数の実験結果の表。
【符号の説明】
【００７１】
１  嫌気性消化槽
２  ドラフトチューブ
３  ガス吹き込み管
４  邪魔板
５  消化ガス引き抜き管
６  電磁弁
７  バッファタンク
８  ガスブロアーまたは圧縮機
９  消化ガスタンク
１０  汚泥引抜き管
１１  汚泥投入管
１２  消化汚泥排出管
１３  投入汚泥槽
１４  汚泥混合槽
１５  熱交換器
１６  汚泥輸送ポンプ
１７  圧力計
１８  蒸気吹き込み管
１９  開閉弁
２０  消化ガス排出管
２１  減圧弁
２２  仕切り板
２５  撹拌翼
２６  攪拌モーター
３０  圧力制御Ａ
３１  圧力制御Ｂ
３２  動作制御
３５  減圧弁
３６  仕切り板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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