(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物及び残留物質である異物がとけ込んだ液体中からその異物を濃縮して分離する固液分離装置において、上記異物がとけ込んだ液体中に電界をかけて異物を沈殿させる電界印加手段を備え、当該電界印加手段が、上記異物のとけ込んだ液体を挟んで底部と上部に配設された一対の電極と、この電極に電圧を印加する電源とを備え、上記一対の電極のうち陽極が底部に、陰極が上部に配設されたことを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側が、平板を陽極側に向けて突出するように湾曲して形成されたことを特徴とする固液分離装置。
【請求項３】
請求項１に記載の固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側の表面積を小さくして電束密度を絞ったことを特徴とする固液分離装置。
【請求項４】
請求項１に記載の固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側を針状にして電束密度を絞ったことを特徴とする固液分離装置。
【請求項５】
請求項１に記載の固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側に複数の針を設けると共にその針の設置密度を、中央部で密に、周囲に行くに従って次第に疎らにしたことを特徴とする固液分離装置。
【請求項６】
反応槽内の水中で微生物を利用して有機廃棄物を分解する水中分解式有機廃棄物処理システムにおいて、微生物及び残留物質を濃縮して分離する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の固液分離装置を備えたことを特徴とする水中分解式有機廃棄物処理システム。
【請求項７】
請求項６に記載の水中分解式有機廃棄物処理システムにおいて、微生物及び残留物質を上記固液分離装置で沈殿させた後の上澄みを、この中のイオン化した物質を除去した後に上記反応槽内に戻して蒸発又は浄化して排水する後処理部を備えたことを特徴とする水中分解式有機廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体中にとけ込んだ異物を濃縮して分離する固液分離装置及びそれを用いた水中分解式有機廃棄物処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体中にとけ込んだ異物を分離除去する固液分離装置としては、濾過や蒸発を利用したものがある。濾過の場合は、液体をフィルターに通して異物を濾し取る。蒸発の場合は、異物のとけ込んだ液体を蒸発させることで水分を除去して、異物のみを取り出す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成の固液分離装置では、液体に溶け込んだ異物が小さい場合フィルターを通り抜けてしまうことがある。蒸発の場合は、水分を蒸発させてしまうまでに膨大な時間とエネルギーが必要となる。また、イオン化した物質を槽に戻すと、イオン化物質が濃縮していくという問題が発生する。
【０００４】
この結果、固液分離処理が非効率的なものになり、ランニングコストが嵩張るという問題点がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、固液分離処理の効率化とランニングコストの低減を図った固液分離装置及びそれを用いた水中分解式有機廃棄物処理システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る固液分離装置は、微生物及び残留物質である異物がとけ込んだ液体中からその異物を濃縮して分離する固液分離装置において、上記異物がとけ込んだ液体中に電界をかけて異物を沈殿させる電界印加手段を備え、当該電界印加手段が、上記異物のとけ込んだ液体を挟んで底部と上部に配設された一対の電極と、この電極に電圧を印加する電源とを備え、上記一対の電極のうち陽極が底部に、陰極が上部に配設されたことを特徴とする。
【０００７】
ここで異物とは、イオン化した物質、帯電した物質、電界を掛けられることでイオン化したり帯電したりする物質等の、電界の影響を受ける物質をいう。
【０００８】
上記構成により、電界印加手段によって液体中に電界がかけられると、帯電した異物が電界によって引かれる。さらに、異物から自由電子が飛び出して活発に動き回る。この活発に動き回る自由電子は周囲の異物（分子）に入り込んだりその異物内の電子をはじき飛ばしたりする。自由電子が飛び出した後のホールも分子内で活発に動く。さらに、イオン化した異物は、陰極同士や陽極同士で反発して離れ、陰極と陽極で互いに引き合って接近する。これらの現象により、異物が活性化される。
【０００９】
活性化した異物は、移動が激しくなって周囲の異物とぶつかることが多くなる。これにより、異物同士で接触する機会が増え、次第に異物同士で結合して大きくなっていく。繊維状に長く成長する場合もある。大きな固まりとなった異物は底部に沈殿する。この状態で上澄みを取り除けば、異物が濃縮された高濃度の液体になり、この液体を乾燥させたり、固化したりして処理する。
貯留槽の底部と上部に配設された一対の電極により、貯留槽内に電場が形成される。このとき、電界は貯留槽内で上下方向に形成されて、液体中の帯電した異物を活性化させる。電源としては、異物の種類に応じて直流電源と交流電源を適宜選択する。直流電源を用いる場合において、異物が正電荷を帯びているものであるときは、陰極を貯留槽の底部に、陽極を上部に配設し、異物を電界で大きく成長させながら、底部に引いて沈殿させる。これにより、固液分離処理の効率化を図ることができる。異物が負電荷を帯びているものであるときは、上記の場合と逆にする。異物を激しく移動させたい場合は交流電源を用いる。直流電源を断続的に供給するようにしてもよい。交流電源を供給する場合や、直流電源を断続的に供給する場合は、一定時間経過して異物が大きく成長した後に、直流電源を連続的に供給して異物を底部に引いて沈殿させるようにしてもよい。これにより、電荷を帯びている異物を効率的に沈殿させることができる。
【００１４】
第２の発明に係る固液分離装置は、第１の発明に係る固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側が、平板を陽極側に向けて突出するように湾曲して形成されたことを特徴とする。
【００１５】
上記構成により、電束線は突出した部分に集中するので、陰極側電極を突出させることで、この陰極側の突出部分と平板状の陽極側との間で膨らんだ円錐に近い形状の電場が形成される。これにより、固液分離処理の効率化を図ることができる。
【００１６】
第３の発明に係る固液分離装置は、第１の発明に係る固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側の表面積を小さくして電束密度を絞ったことを特徴とする。
【００１７】
上記構成により、電極の陰極側の表面積を小さくしたことで、平板状の陽極側との間で膨らんだ円錐に近い形状の電場が形成される。これにより、固液分離処理の効率化を図ることができる。
【００１８】
第４の発明に係る固液分離装置は、第１の発明に係る固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側を針状にして電束密度を絞ったことを特徴とする。
【００１９】
上記構成により、電極の陰極側を針状にしたことで、平板状の陽極側との間で膨らんだ円錐に近い形状の電場が形成される。これにより、固液分離処理の効率化を図ることができる。
【００２０】
第５の発明に係る固液分離装置は、第１の発明に係る固液分離装置において、上記一対の電極のうち陰極側に複数の針を設けると共にその針の設置密度を、中央部で密に、周囲に行くに従って次第に疎らにしたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成により、針の設置密度を調整することで、貯留槽内における電束密度を適宜調整することができる。これにより、電束密度を部分的に高くしたり、全体に均一にしたり、自由に調整することができる。
【００２２】
第６の発明に係る水中分解式有機廃棄物処理システムは、反応槽内の水中で微生物を利用して有機廃棄物を分解する水中分解式有機廃棄物処理システムにおいて、微生物及び残留物質を濃縮して分離する第１ないし第７のいずれかの発明に係る固液分離装置を備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成により、水中の微生物及び残留物質（未分解の有機物、無機物、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の残留物質）は、液体と共に貯留槽に移されて、電界印加手段で電界がかけられる。これにより、微生物及び残留物質に運動エネルギーが与えられ、次第に大きな固まりとなって貯留槽の底部に沈殿する。これにより、固液分離処理の効率化を図ることができる。次いで、上澄みを取り除いて異物が濃縮された高濃度の液体にして、乾燥させたり、固化したりして処理する。
【００２４】
第７の発明に係る水中分解式有機廃棄物処理システムは、第６の発明に係る水中分解式有機廃棄物処理システムにおいて、微生物及び残留物質を上記固液分離装置で沈殿させた後の上澄みを、この中のイオン化した物質を除去した後に上記反応槽内に戻して蒸発又は浄化して排水する後処理部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
上記構成により、上澄み部分は、後処理部によってイオン化した物質を除去した後に反応槽内に戻されたり、浄化された上で排水されたりする。この処理によって残った、沈殿物を含む高濃度の液体は、乾燥や固化等の処理が施される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固液分離装置及びそれを用いた水中分解式有機廃棄物処理システムについて、添付図面を参照しながら説明する。
【００２７】
［第１実施形態］
以下、本実施形態に係る固液分離装置について説明する。この固液分離装置は、異物がとけ込んだ液体中からその異物を濃縮して分離するための装置である。ここで異物とは、上述のように、イオン化した物質、帯電した物質、電界を掛けられることでイオン化したり帯電したりする物質等の、電界の影響を受ける物質をいう。
【００２８】
上記異物が液体中にとけ込んでいる場合、そこに電界をかけると、電界によって異物が活性化され、次第に大きな固まりとなって沈殿する。本実施形態に係る固液分離装置は、この特性を利用したものである。
【００２９】
図１は固液分離装置１を示す構成図である。固液分離装置１は主に、貯留槽２と、電界印加手段３とから構成されている。
【００３０】
貯留槽２は上記異物のとけ込んだ液体を貯留する容器である。貯留槽２は、電界印加手段３により電界を形成しやすいように、合成樹脂等の不導体で構成されている。また、貯留槽２の大きさは、要求される処理能力や用途に応じて適宜設定される。
【００３１】
電界印加手段３は、上記異物を含む液体中に電界をかけて異物を沈殿させるための装置である。この電界印加手段３は、貯留槽２を挟んで底部と上部に配設された一対の電極４，５と、この電極４，５に電圧を印加する電源６とを備えて構成されている。一対の電極４，５のうち陽極４は貯留槽２の底部に、陰極５は貯留槽２の上部にそれぞれ配設されている。陽極４は、平板状に形成され、貯留槽２の底部に張り付けられている。陰極５は、平板を陽極４側に向けて突出するように湾曲して球面状に形成されている。なお、陰極５を上部に設けるのは、異物が負電荷を帯びていることが多いためである。従って、異物が正電荷を帯びている場合は、電極４，５の配設位置を逆にする。
【００３２】
電源６は、直流電源が用いられ、陽極４と陰極５にそれぞれ接続されている。さらに、電源６は電圧の調整ができるようになっており、貯留槽２内に形成される電界の強さを異物の種類や濃度等に合わせて適宜調整できるようになっている。
【００３３】
［作用］
以上のように構成された固液分離装置１は次のように作用する。
【００３４】
電界印加手段３の電源６で各電極４，５に電圧がかけられると、各電極４，５の間、即ち貯留槽２内に電場が形成される。このとき、陰極５は陽極４側に向けて突出するように湾曲して球面状に形成されているため、電束線はこの突出した部分に集中し、この陰極５側の突出部分と平板状の陽極４側との間で膨らんだ円錐に近い形状の電場が形成される。これにより、貯留槽２の外部に漏れる電束線がほとんどなくなり、貯留槽２内の液体に効率的に電界をかけることができる。
【００３５】
液体中に電界がかけられると、帯電した異物が電界によって揺さぶられる。具体的には、電界により異物から自由電子が飛び出して活発に動き回る。この活発に動き回る自由電子は周囲の異物（分子）に入り込んだりその異物内の電子をはじき飛ばしたりする。自由電子が飛び出した後のホールも分子内で活発に動く。さらに、イオン化した異物は、陰極同士や陽極同士で反発して離れ、陰極と陽極で互いに引き合って接近する。これらの現象により、異物が活性化される。
【００３６】
活性化した異物は、移動が激しくなって周囲の異物とぶつかることが多くなる。これにより、異物同士で接触する機会が増え、次第に異物同士で結合して大きくなっていく。繊維状に長く成長する場合もある。大きな固まりとなった異物は底部に沈殿する（図１中のＡの状態）。この現象は、電界をかけない場合に比べて極めて短時間で起きる。実験例では、電界をかけないとき５０時間以上かかった上記現象が、電界をかけると２時間程度で上記現象が起きた。
【００３７】
なお、異物は負電荷を帯びていることが多い。このため、それに合わせて陰極５を貯留槽２の上部に配設している。大きな固まりとなった異物は陽極４に引かれて、貯留槽２の底部に沈殿する。
【００３８】
この状態で上澄みを取り除けば、異物が濃縮された高濃度の液体になり、この液体を乾燥させたり、固化したりして処理する。
【００３９】
［効果］
以上のように、異物のとけ込んだ液体に電界をかけることで、異物を短時間のうちに大きな固まりにして沈殿させることができ、時間をかけずに容易に異物を濃縮された高濃度の液体にしてとりだすことができる。この結果、固液分離処理の大幅な効率化を図ることができる。
【００４０】
［第２実施形態］
次の本発明の第２実施形態について図２を基に説明する。本実施形態の特徴は陰極７にある。他の構成は上記第１実施形態の異固液分離装置１とほぼ同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
上記第１実施形態では、陰極５を湾曲して球面状に形成することで、貯留槽２内での電束密度を絞ったが、陰極側の表面積を小さくして電束密度を絞るようにしてもよい。
【００４２】
図２に示すように、陰極７を平板状に形成し、その中央部に突起７Ａを設ける。
【００４３】
このように、電極の陰極７側の表面積を小さくしたことで、平板状の陽極４側との間で膨らんだ円錐に近い形状の電場が形成される。これにより、上記第１実施形態と同様に、固液分離処理の効率化を図ることができる。
【００４４】
［第３実施形態］
次の本発明の第３実施形態について図３を基に説明する。本実施形態の特徴は陰極８にある。他の構成は上記第１実施形態の異固液分離装置１とほぼ同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
上記第１実施形態では、陰極５を湾曲して球面状に形成することで貯留槽２内での電束密度を絞ったが、陰極側を針状にして電束密度を絞るようにしてもよい。
【００４６】
図３に示すように、陰極８を平板状に形成し、その中央部に針８Ａを設ける。
【００４７】
このように、電極の陰極８側に針８Ａを設けてその表面積を小さくしたことで、平板状の陽極４側との間で膨らんだ円錐に近い形状の電場が形成される。これにより、上記第１実施形態と同様に、固液分離処理の効率化を図ることができる。
【００４８】
［第４実施形態］
次の本発明の第４実施形態について図４を基に説明する。本実施形態の特徴は陰極９にある。他の構成は上記第１実施形態の異固液分離装置１とほぼ同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
上記第１実施形態では、陰極５を湾曲して球面状に形成することで貯留槽２内での電束密度を絞ったが、陰極側に複数の針を設けて電束密度を調整するようにしてもよい。
【００５０】
図４に示すように、陰極９を平板状に形成し、複数本の針９Ａを設ける。各針９Ａの設置密度は、陰極９の中央部で密に、周囲に行くに従って次第に疎らになるように設ける。
【００５１】
このように、電極の陰極９側に、その中央部で密に、周囲に行くに従って次第に疎らになる複数の針９Ａを設けたことで、電束密度を貯留槽２内の中央で密に、周囲で粗にすることができる。
【００５２】
さらに、針９Ａの設置密度を調整することで、貯留槽２内における電束密度を適宜調整することができる。これにより、電束密度を部分的に高くしたり、全体に均一にしたり、自由に調整することができる。
【００５３】
この結果、上記第１実施形態と同様に、固液分離処理の効率化を図ることができる。
【００５４】
［第５実施形態］
次の本発明の第５実施形態について説明する。図５は本実施形態に係る水中分解式有機廃棄物処理システム１１を示す構成図である。
【００５５】
水中分解式有機廃棄物処理システム１１は主に、反応槽１２、固液分離装置１、乾燥装置１３、制御盤（図示せず）等から構成されている。
【００５６】
反応槽１２は、微生物を利用して水中で有機廃棄物を分解するための槽である。反応槽１２には、撹拌装置１５、酸素供給装置１６、排気装置１７等が設けられている。
【００５７】
撹拌装置１５は、反応槽１２内を撹拌するための装置であ。この撹拌装置１５は具体的には、駆動モータ２０と、この駆動モータ２０から反応槽１２内へ垂下して設けられた撹拌翼２１とから構成されている。この撹拌翼２１が回転することにより、反応槽１２内の水が全体に撹拌されるようになっている。
【００５８】
酸素供給装置１６は、反応槽１２内に酸素を供給するための装置である。この酸素供給装置１６は、空気を送り込むエアレーションブロワ２３と、このエアレーションブロワ２３に接続されて反応槽１２内まで配設されたエア供給配管２４と、このエア供給配管２４の先端に接続された散気管２５とから構成されている。散気管２５は、撹拌装置１５の撹拌翼２１の直下の位置に設けられている。
【００５９】
排気装置１７は、微生物の活動によって反応槽１２内で発生したガス及び反応槽１２内に吹き込まれた空気を外部に排出するための装置である。この排気装置１７は、ガス導出管２７、排気ファン２８等から構成されている。
【００６０】
固液分離装置１は、前記第１実施形態で述べた装置である。この固液分離装置１を反応槽１２に接続する。固液分離装置１と反応槽１２との間には、反応槽１２内で微生物による分解後に残る微生物及び残留物質がとけ込んだ液体を固液分離装置１内に取り込むための配管３０と、固液分離装置１内で分離された後の上澄みを反応槽１２内に戻すための配管３１がそれぞれ接続されている。各配管３０，３１にはバルブ３２，３３及びポンプ３４，３５がそれぞれ設けられ、使用に応じてバルブ３２，３３が開閉され、ポンプ３４，３５が作動される。さらに、配管３１にはイオン分離装置３６が設けられ、固液分離装置１で処理された後の液体からイオンが除去されて反応槽１２に戻されるようになっている。また、固液分離装置１と乾燥装置１３との間には、固液分離装置１で濃縮された後の液体を乾燥装置１３内に取り込むための配管３７が設けられている。
【００６１】
乾燥装置１３は、固液分離装置１で濃縮された高濃度の液体を乾燥させるための装置である。熱により液体から水分を蒸発させて乾燥させ、排気ファン（図示せず）で蒸気を外部に排出する。
【００６２】
制御盤は、上記各部を制御すると共に電源を供給する。この制御盤によって水中分解式有機廃棄物処理システム１１全体が制御されている。
【００６３】
［動作］
以上のように構成された水中分解式有機廃棄物処理システム１１は、制御盤に制御されて次のように動作する。
【００６４】
まず、反応槽１２内に水が注入され、有機廃棄物と、この有機廃棄物を分解する微生物が投入される。次いで、撹拌装置１５、酸素供給装置１６、排気装置１７等が作動されて、反応槽１２内で有機廃棄物が微生物によって分解される。分解後に残る微生物及び残留物質を含む液体は、配管３０を介して固液分離装置１内に取り込まれる。固液分離装置１内では、上記第１実施形態と同様の作用により、主に微生物と未分解の有機物、無機物からなる異物が貯留槽２内の底部に沈殿される。この状態で、上澄みの部分がポンプ３５でイオン分離装置３６に送られ、イオンが除去されて反応槽１２に戻される。
【００６５】
残った液体は異物が高濃度に濃縮された液体となり、この液体は配管３７で乾燥装置１３に送られて乾燥される。
【００６６】
［効果］
以上のように、有機廃棄物が分解された後の液体を、乾燥させる前に固液分離装置１で濃縮させるので、短時間で効率的に乾燥させることができる。
【００６７】
この結果、水中分解式有機廃棄物処理システム１１のランニングコストを大幅に低減することができる。
【００６８】
［変形例］
（１）  上記第１〜第４実施形態では、電源として直流電源を用いたが、交流電源を用いてもよい。特に異物を強力に活性化させたい場合は、電界の方向を周期的に反転させた方が効率的に活性化させることができる。このとき、電極は両方とも同じ形状にする。即ち、直流電源では陰極のみを種々の形状にしたが、交流電源では、両極とも湾曲させたり、針等を設けたりする。この場合、一定時間経過後に、直流電源に切り替えて、大きく成長した異物を底部に引くようにしてもよい。
【００６９】
この場合も、上記各実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００７０】
（２）  上記第１〜第４実施形態では、直流電源を連続的に供給したが、断続的に供給するようにしてもよい。これにより、電力消費量を抑えて効率的に異物を活性化させることができる。
【００７１】
この場合も、上記各実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００７２】
（３）  上記第１〜第４実施形態では、貯留槽２は円形に限らず、四角形等の他の形状でもよい。この場合、貯留槽２の形状に合わせて、陰極５、針８Ａ等の形状や針８Ａ等の配置を適宜変更する。
【００７３】
また、陰極５は、平板を陽極４側に向けて突出するように湾曲して球面状に形成したが、球面に限らず、円錐状や角錐状等でもよい。陽極４側へ突出した形状であれば、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００７４】
（４）  上記第１〜第４実施形態では、陽極４を貯留槽２の底部に、陰極５を上部に設けたが、異物が正電荷を帯びるものであるときは、陰極を貯留槽の底部に、陽極を上部に配設する。処理する異物の性質に応じて適宜設定する。
【００７５】
（５）  上記第５実施形態では、固液分離装置１内で分離された後の上澄みを反応槽１２内に戻すための配管３１を設けたが、この上澄みを電解質膜等に通して浄化し、外部に排水するようにしてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、次のような効果を奏する。
【００７７】
（１）  固液分離装置に電界印加手段を備え、この電界印加手段で異物のとけ込んだ液体に電界をかけるようにしたので、異物を短時間のうちに大きな固まりにして沈殿させることができるようになる。この結果、異物がとけ込んだ液体を容易に濃縮することができ、固液分離処理の大幅な効率化を図ることができる。
【００７８】
（２）  微生物及び残留物質を含む液体を、乾燥させる前に固液分離装置で濃縮させるので、微生物及び残留物質を短時間で効率的に乾燥させて取り出すことができる。
【００７９】
この結果、上記固液分離処理の効率化と相まって、水中分解式有機廃棄物処理システムのランニングコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固液分離装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る固液分離装置の陰極を示す正面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る固液分離装置の陰極を示す正面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る固液分離装置の陰極を示す正面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る水中分解式有機廃棄物処理システムを示す全体構成図である。
【符号の説明】
１：固液分離装置、２：貯留槽、３：電界印加手段、４：陽極、５，７，８，９：陰極、６：電源、１１：水中分解式有機廃棄物処理システム、１２：反応槽、１３：乾燥機、１５：撹拌装置、１６：酸素供給装置、１７：排気装置、２０：駆動モータ、２１：撹拌翼、２６：エアレーションブロワ、２３：エア供給配管、２５：散気管。
【図１】
0004125473.tif 000002
【図２】
0004125473.tif 000003
【図３】
0004125473.tif 000004
【図４】
0004125473.tif 000005
【図５】
0004125473.tif 000006