(57)【要約】【課題】側面と底面で構成された円筒形状の粒子微細化処理槽の底部に衝撃部を配し、粒子を含む液状の被処理対象物中を前記衝撃部が回転し、前記被処理対象物と前記衝撃部を衝突させ、前記衝撃部の衝突面との衝撃力によって前記粒子を微細化する粒子微細化処理方法および装置において、粒子に与える衝撃力を大きくし、微細化効率を向上することを目的とする。【解決手段】前記衝撃部である回転ブレード１１が通過する領域において前記被処理対象物の流れの向きを変化させる向き変更手段である変流リブ１２を有することにより、被処理対象物中に含まれた粒子に対する衝撃力を増加させることができ、微細化効率を向上させることができる粒子微細化処理方法および装置を提供できる。【選択図】図１
2009112939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃部が粒子を含んだ液状の被処理対象物中を運動し、前記被処理対象物と前記衝撃部を衝突させ、前記衝撃部の衝突面との衝撃力によって前記粒子を微細化する粒子微細化処理方法において、前記衝撃部の速度と前記被処理対象物の流れがもつ前記衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくするために前記衝撃部の運動によって生じる前記被処理対象物の流れの向きを変化させることを特徴とする粒子微細化処理方法。
【請求項２】
前記被処理対象物の流れがもつ前記衝撃部の運動と同じ向きの速度成分を小さくすることを特徴とする請求項１記載の粒子微細化処理方法。
【請求項３】
前記被処理対象物の流れがもつ前記衝撃部の運動の向きと逆向きの速度成分をもつ流れを付与することを特徴とする請求項１記載の粒子微細化処理方法。
【請求項４】
側面と底面で構成された円筒形状の粒子微細化処理槽の底部に衝撃部を配し、粒子を含む液状の被処理対象物中を前記衝撃部が回転し、前記被処理対象物と衝突させ、前記衝撃部の衝突面との衝撃力によって前記粒子を微細化する粒子微細化処理装置において、前記衝撃部の速度と前記衝撃部の運動によって生じる前記被処理対象物の前記衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくするために前記衝撃部が通過する領域において前記被処理対象物の流れの向きを変化させる向き変更手段を有することを特徴とする粒子微細化処理装置。
【請求項５】
前記向き変更手段は前記粒子微細化処理槽の側面の内壁に配置された複数の変流部である請求項４記載の粒子微細化処理装置。
【請求項６】
前記変流部は前記衝撃部と同等の高さで前記粒子微細化処理槽の側面の内壁から中心方向へ突起している変流リブである請求項５記載の粒子微細化処理装置。
【請求項７】
前記変流部は前記衝撃部と同等の高さで前記粒子微細化処理槽の側面の内壁から遠心方向へ窪んでいる溝である請求項５記載の粒子微細化処理装置。
【請求項８】
前記変流部の高さが前記衝撃部の回転軸と平行に前記粒子微細化処理槽の底面から前記粒子微細化処理槽の上端まで達していることを特徴とする請求項６もしくは７記載の粒子微細化処理装置。
【請求項９】
前記向き変更手段は、前記衝撃部によって生じる被処理対象物の流れの向きに対して逆の流れを発生させる逆流発生部である請求項４記載の粒子微細化処理装置。
【請求項１０】
前記逆流発生部はその回転軸が前記衝撃部の回転軸と同軸線上に配置し、前記衝撃部の回転方向と逆方向で回転する撹拌翼であることを特徴とする請求項９記載の粒子微細化処理槽。
【請求項１１】
前記逆流発生部は前記衝撃部の進行方向と逆向きに前記粒子微細化処理槽の接線方向から被処理対象物を送液する加圧送液装置であることを特徴とする請求項９記載の粒子微細化処理槽。
【請求項１２】
前記被処理対象物は排水処理から生じる有機性の汚泥であることを特徴とする請求項４記載の粒子微細化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状の被処理対象物に含まれる粒子を微細化する粒子微細化処理方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排水処理場から排出される有機性汚泥に含まれるフロックを微細化処理して減容化するために用いられる微細化処理方法には、生物・化学的処理方法と、物理的処理方法がある。
【０００３】
生物・化学的処理方法として、苛性ソーダ、過酸化水素、酵素などを添加して汚泥の細胞を破壊する方法があり、微細化効率が高く処理装置の構成が簡単で、大量処理ができるという利点を有するが、装置の設置スペースが大きく、薬品等でランニングコストがかかり、取り扱いが危険で、補給が面倒であるなどの欠点を有している。
【０００４】
また、物理的処理方法として、ビーズミル法、超音波法、衝撃法などがあり、生物・化学的処理方法と比較して、微細化効率は低いが、酸化剤などを使用する必要がないため、ランニングコストが低く、安全で、装置の小型化が可能というメリットを有している。なかでも衝撃法は、処理効率が高く、その一例として高速噴流法があるが、この方法でも生物、化学的処理効率に比べると、その処理効率は十分ではない。そこで、処理効率をさらに高めるため、高速噴流によって処理した後の汚泥に、オゾンなどの酸化剤を噴霧する方法が提案されており、他の物理的処理方法と比較して高い微細化効率を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、この方法はオゾンを使用するため、オゾンを発生させるために電気を必要とし、ランニングコストがかかるという欠点を含んでおり、安全という物理的処理方法のメリットを活かしていない。
【０００６】
一方、上記高速噴流法と同じ衝撃法において、衝撃のみで高い微細化効率を得る方法として、家庭用で野菜ジュースの作製などに用いられるブレンダーを用いて汚泥を処理する方法がある。ブレンダーは円筒状の容器の底面に高速回転する長板状で金属製のブレードが配置されている構成であり、被処理対象物である汚泥中のフロックはブレードと衝突して高効率に微細化され、酸化剤を添加する必要がないため、ランニングコストが低く、安全で、単純な構造により装置の設置スペースを小さくでき、他の物理的処理方法と比較して高い微細化効率を得ることができる。
【特許文献１】特開２００６−５５７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記ブレードが高速回転する方式の衝撃法においても、生物・化学的処理方法と比較すると微細化効率は十分ではなく、物理的処理方法のメリットを十分に活かす為には更に微細化効率を向上させなければないという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、酸化剤等を使用せずに高い微細化効率を有する粒子微細化処理方法および装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、衝撃部が粒子を含んだ液状の被処理対象物中を運動し、被処理対象物と衝撃部を衝突させ、前記衝撃部の衝突面との衝撃力によって粒子を微細化する粒子微細化処理方法において、衝撃部の速度と被処理対象物の流れがもつ衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくするために衝撃部の運動によって生じる被処理対象物の流れの向きを変化させるものである。
【００１０】
また、側面と底面で構成された円筒形状の粒子微細化処理槽の底部に衝撃部を配し、粒子を含む液状の被処理対象物中を衝撃部が回転し、被処理対象物と衝突させ、衝撃部の衝突面との衝撃力によって粒子を微細化する粒子微細化処理装置において、衝撃部の速度と衝撃部の運動によって生じる被処理対象物の衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくするために、衝撃部が通過する領域において被処理対象物の流れの向きを変化させる向き変更手段を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、衝撃部が液状の被処理対象物中に含まれる粒子に与える衝撃力を増加させることにより、単純な構造で、装置の設置スペースを小さくでき、酸化剤を添加する必要がなく安全で、高い微細化効率を得ることができる粒子微細化処理方法および装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施の形態による粒子微細化処理方法は、衝撃部が粒子を含んだ液状の被処理対象物中を運動し、前記被処理対象物と前記衝撃部を衝突させ、前記衝撃部の衝突面との衝撃力によって前記粒子を微細化する粒子微細化処理方法において、前記衝撃部の運動によって生じる前記被処理対象物の流れの向きを変化させるものである。
【００１３】
本実施の形態によれば、衝撃部の速度と衝撃部の運動によって生じる被処理対象物の衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくし、衝撃部が被処理対象物中に含まれる粒子に与える衝撃力を増加させることにより、微細化効率を向上させることができる。
【００１４】
本発明の第２の実施の形態は、前記被処理対象物の流れがもつ前記衝撃部の運動と同じ向きの速度成分を小さくするものである。
【００１５】
本実施の形態によれば、前記衝撃部の運動と同じ向きの速度成分を小さくすることによって、衝撃部の速度と衝撃部の運動によって生じる被処理対象物の衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくすることできる。
【００１６】
本発明の第３の実施の形態は、前記被処理対象物の流れがもつ前記衝撃部の運動の向きと逆向きの速度成分をもつ流れを付与するものである。
【００１７】
本実施の形態によれば、前記衝撃部の運動の向きと逆向きの速度成分をもつ流れを付与することによって、衝撃部の速度と衝撃部の運動によって生じる被処理対象物の衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくすることできる。
【００１８】
本発明の第４の実施の形態は、側面と底面で構成された円筒形状の粒子微細化処理槽の底部に衝撃部を配し、粒子を含む液状の被処理対象物中を前記衝撃部が回転し、前記被処理対象物と衝突させ、前記衝撃部の衝突面との衝撃力によって前記粒子を微細化する粒子微細化処理装置において、前記衝撃部が通過する領域で前記被処理対象物の流れの向きを変化させる向き変更手段を有するものである。
【００１９】
本実施の形態によれば、向き変更手段によって、衝撃部が通過する領域おいて被処理対象物がもつ衝撃部の運動と同じ向きの速度成分を小さくし、衝撃部の速度と衝撃部の運動によって生じる被処理対象物の衝撃部の運動方向の速度成分との差を大きくし、衝撃部が被処理対象物中に含まれる粒子に与える衝撃力を増加させることにより、微細化効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明の第５の実施の形態は、前記向き変更手段は前記粒子微細化処理槽の側面の内壁に配置された複数の変流部とするものである。
【００２１】
本実施の形態によれば、衝撃部が通過する領域おいて衝撃部の運動によって生じた粒子微細化処理槽の側面の内壁に沿って旋回する被処理対象物に対して、新たな動力を必要とせずに、前記衝撃部によって生じる被処理対象物の流れの向きを変化させ、衝撃部の運動と同じ向きの速度成分を小さくすることができる。
【００２２】
本発明の第６の実施の形態は、前記変流部は前記衝撃部と同等の高さで前記粒子微細化処理槽の側面の内壁から中心方向へ突起している変流リブとしたものである。
【００２３】
本実施の形態によれば、衝撃部が通過する領域おいて衝撃部の運動によって生じた粒子微細化処理槽の側面の内壁に沿って旋回する被処理対象物が、変流リブに衝突することによって、流れの向きを変化させ、衝撃部の運動と同じ向きの速度成分を小さくすることができる。
【００２４】
本発明の第７の実施の形態は、前記変流部は前記衝撃部と同等の高さで前記粒子微細化処理槽の側面の内壁から遠心方向へ窪んでいる溝としたものである。
【００２５】
本実施の形態によれば、衝撃部が通過する領域おいて衝撃部の運動によって生じた粒子微細化処理槽の側面の内壁に沿って旋回する被処理対象物を、溝の形状に沿った流れに変化させ、衝撃部の運動と同じ向きの速度成分を小さくすることができる。
【００２６】
本発明の第８の実施の形態は、前記変流部の高さが前記衝撃部の回転軸と平行に前記粒子微細化処理槽の底面から前記粒子微細化処理槽の上端まで達しているものである。
【００２７】
本実施の形態によれば、粒子微細化槽の上方において撹拌効率を向上させ、微細化効率を向上させることができる。
【００２８】
本発明の第９の実施の形態は、前記向き変更手段は、前記衝撃部によって生じる被処理対象物の流れの向きに対して逆の流れを発生させる逆流発生部としたものである。
【００２９】
本実施の形態によれば、被処理対象物に衝撃部の運動と逆向きの速度成分を与えることによって、衝撃部との速度差を大きくすることができる。
【００３０】
本発明の第１０の実施の形態は、前記逆流発生部はその回転軸が前記衝撃部の回転軸と同軸線上に配置し、前記衝撃部の回転方向と逆方向で回転する撹拌翼としたものである。
【００３１】
本実施の形態によれば、撹拌翼を用いて衝撃部の回転方向と逆向きに被処理対象物を撹拌することによって、被処理対象物に衝撃部の運動方向と逆向きの速度成分を与えることができる。
【００３２】
本発明の第１１の実施の形態は、前記逆流発生部は前記衝撃部の進行方向と逆向きに前記粒子微細化処理槽の接線方向から被処理対象物を送液する加圧送液装置としたものである。
【００３３】
本実施の形態によれば、加圧送液装置を用いて衝撃部の進行方向と逆向きに粒子微細化処理槽の接線方向から被処理対象物を送液することによって、被処理対象物に衝撃部の運動方向と逆向きの速度成分を与えることができる。
【００３４】
本発明の第１２の実施の形態は、被処理対象物は排水処理から生じる有機性の汚泥としたものである。
【００３５】
本実施の形態によれば、排水処理から生じる有機性の汚泥を微細化処理できる。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態における粒子微細化処理装置について、図面を参照して説明する。
【００３８】
ここで、本実施の形態における被処理対象物は、排水処理により発生する有機性の汚泥とする。
【００３９】
汚泥は水と懸濁粒子であるフロックの混合物である。フロックは微生物およびその代謝物の塊であり、直径数百μｍ以下の粒子として、水中に懸濁している。
【００４０】
図１（ａ）は粒子微細化処理装置１の全体構成を示す構成図である。
【００４１】
粒子微細化処理槽２は側面３と底面４と天面５からなる円筒形状で、粒子微細化処理槽２の底面４はモーターハウジング６に固定されている。天面５はなくてもよいが、被処理対象物を処理する際に、越流することを防ぐために設置している。
【００４２】
モーターハウジング６の下方には衝撃モーター７が配置されており、衝撃モーター７の衝撃モーターシャフト８がメカニカルシール９へ接続され、メカニカルシール９からメカシールシャフト１０が粒子微細化処理槽２の底面４の中心部を貫通して粒子微細化処理槽２の内部の底面４近傍の高さまで配置され、メカシールシャフト１０の先端には衝撃部である回転ブレード１１が重心の位置で配置されている。メカニカルシール９は衝撃モーター７の動力を底面４を通って、回転ブレード１１の回転に伝達させる際、底面４とメカシールシャフト１０との空隙から粒子微細化処理槽２内における被処理対象物が漏洩することを防ぐために設置している。
【００４３】
ここで衝撃モーター７、メカニカルシール９以外の各部材の素材は比強度、耐腐食性に優れた素材を用いるのがよく、ここではステンレスを使用している。
【００４４】
なお、粒子微細化処理槽２内の点線は汚泥を投入した場合の液面を示している。
【００４５】
図１（ｂ）は粒子微細化処理装置１のＡ−Ａ断面を上から見た構成図である。
【００４６】
回転ブレード１１は薄板でＳ字形状となっており、衝撃モーター７の動力により、重心を中心に回転する。回転ブレード１１の素材は比強度、硬度、耐摩耗性、耐腐食性に優れた素材を用いるのがよく、ここではステンレスを使用している。
【００４７】
粒子微細化処理槽２の側面３の内壁には変流部である三角柱形状の変流リブ１２がメカシールシャフト１０の回転軸と平行で、粒子微細化処理槽２の底面４から粒子微細化処理槽２の天面５の高さまで設置してある。
【００４８】
変流リブ１２の断面は、三角形状であり、三角形の頂点が衝撃部の回転軸を向くように設置する。また、変流リブ１２は粒子微細化処理槽２の側面３の形状によって形成されたものであってもよいし、別に製作したものを接着し形成したものでもよい。接着する場合の変流リブ１２は、接着することができるなら、特に素材を限定するものではない。例えば、ステンレス、塩化ビニール、ゴムでもよいが、粒子微細化処理槽２と同じ素材が好ましい。
【００４９】
回転ブレード１１は図中の矢印（反時計）方向に回転し、衝突面１３が汚泥に衝突する。
【００５０】
上記構成において、粒子微細化処理装置１の作用について説明する。
【００５１】
まず被処理対象物である汚泥を粒子微細化処理槽２に所定の量まで入れる。次に衝撃モーター７を回転させ、回転ブレード１１は衝撃モーター７の動力により、汚泥中を回転する。
【００５２】
回転ブレード１１が汚泥中を運動することによって、回転ブレード１１の衝突面１３が汚泥に衝突するとき、汚泥中に含まれるフロックが回転ブレード１１の衝突面１３との衝撃力によって微細化する。
【００５３】
このとき、汚泥は回転ブレード１１の衝突面１３による押し出しと、回転ブレード１１の表面との摩擦によって、回転ブレード１１の回転方向と同じ向きで周方向流れを形成する。
【００５４】
同時に、汚泥はその流れによって、遠心方向流れを形成する。
【００５５】
すなわち、上記のように汚泥中を回転ブレード１１が回転すると、汚泥は周方向流れと遠心方向流れを形成し、回転ブレード１１の回転の向きに周方向の円を描きながら粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に向かっていく。
【００５６】
粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流リブ１２を設置していない場合、汚泥が粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に到達すると内壁に沿って周方向の円を描きながら粒子微細化処理槽２の上方へ螺旋状に上昇する。
【００５７】
粒子微細化処理槽２の上方へ上昇した汚泥がもつ運動エネルギーが０になり、位置エネルギーが最大になったところで、重力により粒子微細化処理槽２の下方へ降下する。
【００５８】
粒子微細化処理槽２の下方へ降下した汚泥が、再度回転ブレード１１と衝突してさらに微細化される。汚泥はこうした循環で粒子微細化処理槽２内を流動する。上記のように回転ブレード１１の回転運動にあわせて汚泥が周方向に流動するため、回転ブレード１１の速度と汚泥の流れがもつ回転ブレード１１の回転方向の速度成分との速度差が小さくなり、回転ブレード１１が汚泥中に含まれるフロックに与える衝撃力が小さくなる。
【００５９】
これに対し、本実施の形態では、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に三角柱形状の変流リブ１２を設置しているため、図１中の矢印Ｂのように回転ブレード１１の回転方向で内壁に沿って流動する汚泥の流れの向きが、変流リブ１２の側面に沿って流れることによって、回転軸方向に変更されるため、汚泥の流れがもつ回転ブレード１１の回転方向の速度成分を小さくし、回転ブレード１１の速度との速度差を大きくすることによって、回転ブレード１１が汚泥中に含まれるフロックに与える衝撃力を大きくすることができ、微細化効率を向上させることができる。
【００６０】
ここで、回転ブレード１１は粒子微細化処理槽２の底面４付近に設置しているため、変流リブ１２は、回転ブレード１１の設置位置と同じ高さ近傍にのみ設置しても、回転ブレード１１が通過する領域において、汚泥の流れがもつ回転ブレード１１の運動方向の速度成分を小さくするという目的は達成できる。
【００６１】
しかし、本実施の形態において、変流リブ１２は粒子微細化処理槽２の底面４から天面５まで達している。これは上昇流によって粒子微細化処理槽２の上方にある汚泥に対して、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に沿って流れる周方向の向きを変流リブ１２によって、回転ブレード１１の回転軸方向の向きに変化させることによって、下降流を促進させ、汚泥の撹拌効率を向上させることができ、微細化効率をさらに向上させるためである。
【００６２】
以下に、被処理対象物中に含まれる粒子に対する微細化効率を向上させるためのメカニズムの詳細を記載する。
【００６３】
図２は衝撃部が被処理対象物中に含まれる粒子に衝突する瞬間を示したモデル図である。
【００６４】
本実施の形態では、回転ブレード１１は回転運動しているが、ここではメカニズムの説明を簡略化するために、Ｘ軸方向に伸びた長板状の衝撃部２１が、Ｙ軸に対して平行に運動すると仮定する。また、被処理対象物の流れの速度と被処理対象物中に含まれる粒子２２の速度は等しいと仮定する。
【００６５】
図２（ａ）は粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流部を設置していない場合のモデル図である。
【００６６】
粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流部を設置していない場合、衝撃部２１が速度ＶでＹ軸方向に運動すると、その運動にあわせて被処理対象物が衝撃部２１の運動と同じ向きでＹ軸方向に流動する。このとき被処理対象物中に含まれる粒子２２は被処理対象物の流動によりＹ軸方向の速度ｕaを持つ。この状態で衝撃部２１と粒子２２が衝突するとＹ軸方向の速度差はＶ−ｕaとなる。
【００６７】
図２（ｂ）は粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流部を設置している場合のモデル図である。
【００６８】
本実施の形態のように、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流部を設置している場合、衝撃部２１が速度ＶでＹ軸方向に運動し、その運動にあわせて被処理対象物が衝撃部２１の運動と同じ向きのＹ軸方向に流動するとき、変流部によって被処理対象物の流れの向きをＹ軸から角度θだけ変化させることができる。このとき被処理対象物中に含まれる粒子２２は被処理対象物の流動によりＹ軸方向から角度θの向きの速度ｕbを持つ。ここで、速度ｕbのＹ軸方向の速度成分ｕbyはｕbｃｏｓθとなる。この状態で衝撃部２１と粒子２２が衝突するとＹ軸方向の速度差はＶ−ｕbｃｏｓθとなる。
【００６９】
ｕaとｕbの速さが等しいとき、角度θが０°よりも大きければ、下記不等式（１）が成り立つ。
【００７０】
Ｖ−ｕa  ＜  Ｖ−ｕbｃｏｓθ  ・・・（１）
衝撃部２１が被処理対象物中に含まれる粒子２２に与える衝撃力は衝撃部２１と粒子２２の速度差に比例するため、上記不等式から、変流部によって角度θを０°よりも大きくすることができれば、衝撃力を大きくすることができ、微細化効率を向上させることができる。また、角度θが大きいほど衝撃力が増大し、微細化効率が向上する。この衝撃力の考察が本発明を完成させるに至った基礎となったものである。
【００７１】
ここで、本実施の形態では、被処理対象物の流れに対する角度θは９０°を超えることがないため、衝撃部２１が粒子２２に与える衝撃力を最大化する角度は９０°となる。
【００７２】
上記の構成において、粒子微細化処理装置による汚泥の微細化効率改善の検証実験について以下に説明する。
【００７３】
ここで、比較の為、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に上記変流リブ１２を備えてない場合と粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に上記変流リブ１２を備えた場合の２パターンで実験を行った。
【００７４】
粒子微細化処理槽２の内径は１８０ｍｍ、回転ブレード１１の翼径は１２０ｍｍ、回転ブレード１１の厚みは１．５ｍｍ、変流リブ１２は三角柱形状で径方向の長さは１０ｍｍであり、同心円状に４つ設置してある。
【００７５】
実験条件として、ＭＬＳＳが１５，０００ｍｇ／Ｌの濃度であり、有機性の汚泥を粒子微細化処理槽２へ５Ｌ投入し、ブレード回転数を１０，０００ｒｐｍ、運転時間を３０秒に固定して微細化処理を実施した。
【００７６】
微細化効率を定量的に検討するために変流リブ１２の有無に対する再基質化率を比較する。再基質化率とは、汚泥中に３８μｍ未満のＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ：懸濁物質）が含まれる割合であり、汚泥減容化技術における微細化処理の指標として用いられており、式（１）より算出され、この値が大きいほど汚泥が微細化されていることになる。
【００７７】
ε＝  （Ａ２／Ａ１）×１００  ・・・（１）
ここで、ε：汚泥の再基質化率（％）、Ａ１：汚泥の全ＴＯＣ（ｍｇ／Ｌ）、  Ａ２：汚泥中の３８μｍ未満のＳＳに含まれるＴＯＣ（ｍｇ／Ｌ）である。
【００７８】
３８μｍ未満のＳＳの抽出はステンレス製の篩を用いた分級によっておこなった。また、ＴＯＣの測定は（株）島津製作所製の全有機炭素計ＴＯＣ−ＶＣＳＮ及び固体試料燃焼装置ＳＳＭ−５０００Ａによって行った。
【００７９】
図３は実験の結果である。
【００８０】
処理前の再基質化率１３．５％から微細化処理によって上昇した再基質化率で比較している。
【００８１】
図３の結果により、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流リブ１２を設置していない場合の再基質化率５８．７％に対して、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流リブ１２を設置している場合の再基質化率は７９．３％と大幅に微細化効率が向上したことが確認できた。
【００８２】
なお、ここでは、図４（ａ）にあるような断面が三角形状の変流リブ１２で説明したが、変流リブ１２の断面形状は、角度θを大きくできるならば、さまざまな形状が考えられ、三角形の二辺が内側に円弧状に窪んだ突起形状（ｂ）や、半楕円形（ｃ）であっても同様の効果が得られる。
【００８３】
なお、本実施の形態の粒子微細化処理装置１の構成はブレンダーの構成と酷似しているが、ブレンダーの被処理対象物は食品であり、被処理対象物を切断するための構成となっているが、本実施の形態の粒子微細化処理装置１の被処理対象物は汚泥であり、切断ではなく、被処理対象物に衝撃を与える構成となっている。
【００８４】
このように本発明の実施の形態１の粒子微細化処理装置１によれば、衝撃部が液状の被処理対象物中に含まれる粒子に与える衝撃力を増加させることにより、単純な構造で、装置の設置スペースを小さくでき、酸化剤を添加する必要がないため、ランニングコストが低く、安全で、高い微細化効率を得ることができる粒子微細化処理方法および装置を実現することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態では被処理対象物を汚泥で説明したが、これは汚泥に特化したものではない。液体中に懸濁する固形粒子を微細化処理することや、油と水のように二つの相から構成される液体や液状粒子の乳化・分散処理など、液体中の粒子を微細化する用途に広く適用できる。
【００８６】
（実施の形態２）
本発明における他の実施の形態の粒子微細化処理装置１について、図面を参照して説明する。
【００８７】
本実施の形態の粒子微細化処理装置１は、実施の形態１の変流部である変流リブが変流側溝となっている。
【００８８】
図５（ａ）は本発明における他の本実施の形態の粒子微細化処理装置１の全体構成を示す構成図であり、図５（ｂ）は本実施の形態の粒子微細化処理装置１の水平断面を示す構成図である。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
粒子微細化処理槽２の側面３の内壁を、メカシールシャフト１０の回転軸と平行で、粒子微細化処理槽２の底面４から粒子微細化処理槽２の天面５の高さまで半円形状に溝を形成した変流部である変流側溝５１を設ける。
【００９０】
変流側溝５１は粒子微細化処理槽２の側面３の形状によって形成されたものであってもよいし、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁を削り取り形成したものでもよい。また、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流側溝５１を設ける際、粒子微細化処理槽２の強度を保持するために、その外壁部分に厚みを持たせてもよい。
【００９１】
上記構成において、本実施の形態の粒子微細化処理装置１の作用について説明する。
【００９２】
汚泥中を回転ブレード１１が回転すると、回転ブレード１１の回転方向で内壁に沿って汚泥が流動する。
【００９３】
本実施の形態では、粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流側溝５１を設置しているため、回転ブレード１１の回転方向で内壁に沿って流動する汚泥の流れの向きが、変流側溝５１の側面に沿って流れることによって、回転軸の向きに変更され、汚泥の流れがもつ回転ブレード１１の回転方向の速度成分を小さくし、回転ブレード１１の速度との速度差を大きくすることによって、回転ブレード１１が汚泥中に含まれるフロックに与える衝撃力を大きくすることができ、微細化効率を向上させることができる。
【００９４】
このように本発明の実施の形態２の粒子微細化処理装置１によれば、衝撃部が液状の被処理対象物中に含まれる粒子に与える衝撃力を増加させることにより、単純な構造で、装置の設置スペースを小さくでき、酸化剤を添加する必要がないため、ランニングコストが低く、安全で、高い微細化効率を得ることができる粒子微細化処理方法および装置を実現することができる。
【００９５】
（実施の形態３）
本発明における他の実施の形態の粒子微細化処理装置１について、図面を参照して説明する。
【００９６】
本実施の形態の粒子微細化処理装置１は、実施の形態１の変流部の代わりに、逆流発生部である撹拌翼を備えている。
【００９７】
図６は本発明における他の実施の形態の粒子微細化処理装置１の全体構成を示す構成図である。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
粒子微細化処理槽２の天面５の上部に撹拌モーター６１が配置されており、撹拌モーター６１の撹拌モーターシャフト６２が粒子微細化処理槽２の内部にある回転ブレード１１の回転軸線上に粒子微細化処理槽２の天面５を貫通して、粒子微細化処理槽２の内部のメカシールシャフト１０の高さ近傍に、メカシールシャフト１０に接触しないように配置され、撹拌モーターシャフト６２の先端には逆流発生部である撹拌翼６３が重心の位置で配置されている。
【００９９】
撹拌翼６３の形状は例えば、タービン形状、パドル形状、プロペラ形状、アンカー形状などがあるが、撹拌翼６３は汚泥に対する撹拌する能力を持っていれば、その形状は限定しない。
【０１００】
また、撹拌翼６３の素材は比強度、硬度、耐摩耗性、耐腐食性に優れた素材を用いるのがよく、ここではステンレスを使用している。
【０１０１】
上記構成において、本実施の形態の粒子微細化処理装置１の作用について説明する。
【０１０２】
汚泥中を回転ブレード１１が回転すると、回転ブレード１１の回転方向で内壁に沿って汚泥が流動する。
【０１０３】
このとき、撹拌モーター６１の動力により、撹拌翼６３が回転ブレード１１の回転方向と逆方向に回転すると、汚泥が回転ブレード１１の回転方向と逆方向に流動し、回転ブレード１１の速度との速度差を大きくすることによって、回転ブレード１１が汚泥中に含まれるフロックに与える衝撃力を大きくすることができ、微細化効率を向上させることができる。
【０１０４】
図７は衝撃部が被処理対象物中に含まれる粒子に衝突する瞬間を示したモデル図である。
【０１０５】
本実施の形態では、回転ブレード１１は回転運動しているが、ここではメカニズムの説明を簡略化するために、Ｘ軸方向に伸びた長板上の衝撃部２１が、Ｙ軸に対して平行に運動すると仮定する。また、被処理対象物の流れの速度と被処理対象物中に含まれる粒子２２の速度は等しいものと仮定する。
【０１０６】
図７（ａ）は衝撃部２１による被処理対象物の流動が逆流発生部による流動より大きい場合のモデル図である。
【０１０７】
衝撃部２１の運動によって発生する被処理対象物の流動が、逆流発生部によって発生する流動に合流するとき、被処理対象物中に含まれる粒子がもつ衝撃部２１の運動方向と同じ向きの速度が小さくなり、衝撃部２１と粒子２２とのＹ軸方向の速度差（Ｖ−ｕc）が大きくなるため、粒子２２に与える衝撃力を大きくすることができ、微細化効率を向上させることができる。
【０１０８】
図７（ｂ）は逆流発生部による被処理対象物の流動が衝撃部２１による流動より大きい場合のモデル図である。
【０１０９】
衝撃部２１の運動によって発生する被処理対象物の流動が、逆流発生部によって発生する流動に合流するとき、被処理対象物中に含まれる粒子がもつ衝撃部２１の運動方向と逆向きの速度が大きくなり、衝撃部２１と粒子２２とのＹ軸方向の速度差（Ｖ＋ｕc）がさらに大きくなるため、粒子２２に与える衝撃力をさらに大きくすることができ、微細化効率をさらに向上させることができる。
【０１１０】
本実施の形態では衝撃部が回転するため、以下に被処理対象物中を衝撃部が回転する場合のモデルを説明する。図８は周方向に流動する被処理対象物が逆流発生部によって回転する衝撃部の回転方向と逆方向に流動する際に、衝撃部が被処理対象物中に含まれる粒子に衝突する瞬間を示したモデル図である。
【０１１１】
被処理対象物が周方向に運動しているため、被処理対象物には常に遠心力Ｆがかかっている。
【０１１２】
粒子微細化処理装置１に逆流発生部を設置している場合、回転する衝撃部２１が瞬間的に速度ＶでＹ軸方向に運動し、その運動にあわせて被処理対象物が衝撃部２１の運動と同じ向きのＹ軸方向に流動するとき、遠心力場において、逆流発生部が発生する逆流によって被処理対象物の流れの向きをＹ軸から角度９０°以上変化させることができる。
【０１１３】
このとき被処理対象物中に含まれる粒子２２は被処理対象物の流動によりＹ軸方向から角度９０°以上の向きの速度ｕcを持つ。ここで、速度ｕcのＹ軸方向の速度成分ｕcyは−ｕcｃｏｓ（１８０°−θ）となる。この状態で衝撃部２１と粒子２２が衝突するとＹ軸方向の速度差はＶ＋ｕcｃｏｓ（１８０°−θ）となる。衝撃部の運動方向に対して逆流を発生させるために動力をかけることによって衝撃部２１と粒子２２との速度差をＶ以上にすることができる。
【０１１４】
一方、衝撃部の運動方向に対して逆流を発生させるための動力がない場合の実施の形態１及び２では図２のように汚泥の流れに対する角度θは９０°を超えることがないため、回転ブレード１１が汚泥中のフロックに与える衝撃力を最大化する角度は９０°となり、衝撃部２１と粒子２２との速度差をＶ以上にすることができない。
【０１１５】
つまり、本実施の形態のように、逆流発生部は衝撃部２１によって生じる被処理対象物の流れに対して、逆流を発生させるために装置外部から逆流させるための動力を与え、衝撃部２１によって生じる被処理対象物の流れの向きに対する角度θを９０°以上にすることにより、粒子２２に与える衝撃力をさらに大きくすることができ、微細化効率をさらに向上させることができる。
【０１１６】
このように本発明の実施の形態３の粒子微細化処理装置１によれば、衝撃部が液状の被処理対象物中に含まれる粒子に与える衝撃力を増加させることにより、単純な構造で、装置の設置スペースを小さくでき、酸化剤を添加する必要がないため、ランニングコストが低く、安全で、高い微細化効率を得ることができる粒子微細化処理方法および装置を実現することができる。
【０１１７】
（実施の形態４）
本発明における他の実施の形態の粒子微細化処理装置１について、図面を参照して説明する。
【０１１８】
本実施の形態の粒子微細化処理装置１は、実施の形態３の逆流発生部である撹拌翼に代わり加圧送液装置を備えている。
【０１１９】
図９（ａ）は本発明における他の実施の形態の粒子微細化処理装置１の全体構成を示す構成図であり、図９（ｂ）は本実施の形態の粒子微細化処理装置１のＡ−Ａ断面を上から見た構成図である。なお、実施の形態１および実施の形態３と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２０】
ポンプ９１は粒子微細化処理槽２の外部に設置されており、ポンプ９１の流出側から流入管９２を介して、粒子微細化処理槽２に配置されている流入口９３から粒子微細化処理槽２内に汚泥を送液する。
【０１２１】
流入口９３は粒子微細化処理槽２内に配置されている回転ブレード１１の高さ近傍で、粒子微細化処理槽２の断面形状である円の接線方向から、回転ブレード１１の運動方向と逆向きに汚泥が流入するように配置されている。
【０１２２】
流出口９４は回転ブレード１１の上方にある液面の高さ近傍で、粒子微細化処理槽２の断面形状である円の接線方向から、回転ブレード１１の運動方向と同じ向きに汚泥が流出するように配置されている。流出管９５は流出口９４から、汚泥が循環するようにポンプ９１に接続されている。
【０１２３】
上記構成において、本実施の形態の粒子微細化処理装置１の作用について説明する。
【０１２４】
汚泥中を回転ブレード１１が回転すると、回転ブレード１１の回転方向で内壁に沿って汚泥が流動する。
【０１２５】
このとき、ポンプ９１の動力により、汚泥が回転ブレード１１の回転方向と逆方向に流動し、回転ブレード１１の速度との速度差を大きくすることによって、回転ブレード１１が汚泥中に含まれるフロックに与える衝撃力を大きくすることができ、微細化効率を向上させることができる。
【０１２６】
このように本発明の実施の形態４の粒子微細化処理装置１によれば、衝撃部が液状の被処理対象物中に含まれる粒子に与える衝撃力を増加させることにより、単純な構造で、装置の設置スペースを小さくでき、酸化剤を添加する必要がないため、ランニングコストが低く、安全で、高い微細化効率を得ることができる粒子微細化処理方法および装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明による粒子微細化処理方法および装置は、排水処理から生じる有機性の汚泥の減容化技術における汚泥微細化処理に適用することができる。また、液体中における固形粒子の微細化処理や液状粒子の乳化・分散処理に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の実施の形態１における全体構成を示す構成図（（ａ）同粒子微細化処理装置１の全体構成を示す構成図、（ｂ）同粒子微細化処理槽２の水平断面を示す構成図）
【図２】本発明の実施の形態１におけるモデル図（（ａ）粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流部を設置していない場合のモデル図、（ｂ）同粒子微細化処理槽２の側面３の内壁に変流部を設置している場合のモデル図）
【図３】汚泥の粒子微細化処理実験の結果を表すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１における変流リブを示す図（（ａ）同変流リブの断面図、（ｂ）同変流リブの他の断面図、（ｃ）同変流リブの他の断面図）
【図５】本発明の実施の形態２における粒子微細化処理装置１を示す図（（ａ）同粒子微細化処理装置１を示す構成図、（ｂ）同粒子微細化処理装置１の水平断面を示す構成図）
【図６】本発明の実施の形態３における粒子微細化処理装置１の全体構成を示す構成図
【図７】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態３における粒子微細化処理装置１に逆流発生部を配置している場合のモデル図
【図８】本発明の実施の形態３における粒子微細化処理槽２内を被処理対象物が周方向に修道している場合に逆流発生部を配置している場合のモデル図
【図９】本発明の実施の形態４における粒子微細化処理装置の全体構成を示す図（（ａ）同粒子微細化処理装置の全体構成を示す構成図、（ｂ）同粒子微細化処理槽２の水平断面を示す構成図）
【符号の説明】
【０１２９】
１    粒子微細化処理装置
２    粒子微細化処理槽
３    側面
４    底面
５    天面
６    モーターハウジング
７    衝撃モーター
８    衝撃モーターシャフト
９    メカニカルシール
１０  メカシールシャフト
１１  回転ブレード
１２  変流リブ
１３  衝突面
２１  衝撃部
２２  粒子
５１  変流側溝
６１  撹拌モーター
６２  撹拌モーターシャフト
６３  撹拌翼
９１  ポンプ
９２  流入管
９３  流入口
９４  流出口
９５  流出管
【図１】
2009112939.tif 000003
【図２】
2009112939.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009112939.tif 000006
【図５】
2009112939.tif 000007
【図６】
2009112939.tif 000008
【図７】
2009112939.tif 000009
【図８】
2009112939.tif 000010
【図９】
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