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技術 多段階式微生物細胞破砕装置

出願人 東正貴
発明者 東正貴
出願日 2015年5月18日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2015-100835
公開日 2016年12月22日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2016-215100
状態 未査定
技術分野 汚泥処理 微生物・酵素関連装置
主要キーワード 一回通し ホースポンプ 円周速度 破砕試験 キャビテーション処理 旋回中心軸 高圧脱水 旋回流発生
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

旋回流利用のキャビテーションによって微生物細胞破砕し、直後に左右同一軸上に相対するノズルら旋噴流としてぶつけあう事で発生する衝撃力せん断力によって再び微生物細胞を破砕する、多段階式の微生物細胞破砕装置。低いポンプ圧力でも微生物細胞破砕効率は上げて、さらにコストダウンを同時に実現する。

解決手段

ポンプから送られて来た各種動植物微生物を含む水を、装置に取り入れる取り入れ口1、旋回流に変える円筒部2、漸次内径縮小部3、漸次内径拡大兼噴射部4があり、これら1、2、3、4はそれぞれ左右1組ずつから構成され、さらに左右それぞれの漸次内径拡大兼噴射部4から出た汚泥水を同一軸上に相対するノズルから旋回噴流としてぶつけあう事で再び微生物細胞を破砕する衝突部5によって構成され、1の取り付け位置は4から出た旋回噴流が左右互いに逆回転流となるように取り付けられた、多段階式の微生物細胞破砕装置。

概要

背景

活性汚泥とは硬い細胞壁細胞膜に囲まれた微生物集合体であるために、高圧脱水しても細胞膜内にある水分のせいで、水分率は75%程度を下回ることが難しく、また生物処理の際にも他生物が利用しにくい。

一般的に余剰活性汚泥脱水後に埋却処分、焼却処分、堆肥化処理をされているが、上記理由により処理には大きなコストが必要とされている。

余剰活性汚泥を有効利用または処理コスト下げるためには細胞壁と細胞膜を破砕する必要があり、従来からキャビテーション処理超音波処理高温可溶化処理オゾン処理衝撃処理などの処理方法がある。

概要

旋回流利用のキャビテーションによって微生物細胞を破砕し、直後に左右同一軸上に相対するノズルら旋噴流としてぶつけあう事で発生する衝撃力せん断力によって再び微生物細胞を破砕する、多段階式の微生物細胞破砕装置。低いポンプ圧力でも微生物細胞破砕効率は上げて、さらにコストダウンを同時に実現する。ポンプから送られて来た各種動植物の微生物を含む水を、装置に取り入れる取り入れ口1、旋回流に変える円筒部2、漸次内径縮小部3、漸次内径拡大兼噴射部4があり、これら1、2、3、4はそれぞれ左右1組ずつから構成され、さらに左右それぞれの漸次内径拡大兼噴射部4から出た汚泥水を同一軸上に相対するノズルから旋回噴流としてぶつけあう事で再び微生物細胞を破砕する衝突部5によって構成され、1の取り付け位置は4から出た旋回噴流が左右互いに逆回転流となるように取り付けられた、多段階式の微生物細胞破砕装置。

目的

本発明は旋回流を利用することで、広範囲で発生するキャビテーションで微生物細胞を破砕した後も、その流速を利用して水流同士をぶつけ合うことでさらなる細胞破砕を行い、細胞破砕効率を向上させた多段階式微生物細胞破砕装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

旋回流キャビテーション衝突によって発生する衝撃力せん断力を利用した多段階微生物細胞破砕装置であって、原水吸引し概装置に移送する加圧ポンプと、その加圧原水を装置に取り入れる取り入れ口1と、一端が閉じ他端が開放し、前記取り入れ口1が配される旋回流発生円筒部2と、前記旋回流発生円筒部2の開放端から同一軸上につながり、下流向きに漸次内径縮小する漸次内径縮小部3と、漸次内径が拡大後旋回噴流として吐出する漸次内径拡大兼噴射部4があり、これら1、2、3、4はそれぞれ左右1組によって構成される多段階式の微生物細胞破砕装置。

請求項2

移送用の加圧ポンプはホースポンプであり、吐出圧力が0.2〜0.3MPa又は流速が15m/秒〜25m/秒である請求項1に記載の微生物細胞破砕装置。

技術分野

0001

本発明は、水中に存在する微生物細胞膜破壊して、微生物を死滅させる細胞破壊装置に関する。

背景技術

0002

活性汚泥とは硬い細胞壁と細胞膜に囲まれた微生物の集合体であるために、高圧脱水しても細胞膜内にある水分のせいで、水分率は75%程度を下回ることが難しく、また生物処理の際にも他生物が利用しにくい。

0003

一般的に余剰活性汚泥脱水後に埋却処分、焼却処分、堆肥化処理をされているが、上記理由により処理には大きなコストが必要とされている。

0004

余剰活性汚泥を有効利用または処理コスト下げるためには細胞壁と細胞膜を破砕する必要があり、従来からキャビテーション処理超音波処理高温可溶化処理オゾン処理衝撃処理などの処理方法がある。

先行技術

0005

特開2007−185590号公報
特開2008−173628号公報
特開2009−28673号公報

発明が解決しようとする課題

0006

キャビテーション細胞破砕する技術は、0.4〜0.7MPaと高圧ポンプ圧力を必要としている。

0007

噴流を壁にぶつけて、衝撃力によって細胞を破砕する技術があるが、これも0.2〜0.7MPaと比較的高圧のポンプを必要としている。

0008

キャビテーションと旋回流を利用する技術もあるが、ポンプからの水圧を5kg/cm2(約0.5MPa)と高圧に限定している。

0009

従来の技術ではキャビテーションが発生する位置は低水圧となる絞り(スロート)部の狭い範囲に限られる上、技術的にはキャビテーションによる衝撃力のみを利用して細胞を破砕するものである。

0010

本発明は旋回流を利用することで、広範囲で発生するキャビテーションで微生物細胞を破砕した後も、その流速を利用して水流同士をぶつけ合うことでさらなる細胞破砕を行い、細胞破砕効率を向上させた多段階式微生物細胞破砕装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

上記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、旋回流とキャビテーションと衝突によって発生する衝撃力とせん断力を利用した多段階式微生物細胞破砕装置であって、原水吸引し概装置に移送する加圧ポンプと、その加圧原水を装置に取り入れる取り入れ口1と、一端が閉じ他端が開放し、前記取り入れ口1が配される旋回流発生円筒部2と、前記旋回流発生円筒部2の開放端から同一軸上につながり、下流向きに漸次内径縮小する漸次内径縮小部3と、さらに漸次内径が拡大後旋回噴流として吐出する漸次内径拡大兼噴射部4があり、これら1、2、3、4はそれぞれ左右1組によって構成され、左右の漸次内径拡大兼噴射部4は同一軸上に相対する位置に配される多段階式の微生物細胞破砕装置である。

0012

旋回流を発生させるために、取り入れ口1の取り付け角度は旋回流発生円筒部2の円筒部内面に接する法線を基準に吐出口が下流方向に10度から45度の範囲で取り付けるのが良い。さらに取り付け位置は、左右の噴射部4から吐出される旋回流が、それぞれ逆回転流となる位置に取り付ける。

0013

旋回流を利用してキャビテーションを発生させる方法だと、旋回軸付近がある程度の長さで極低圧になり、キャビテーションが同時発生するので、漸次内径縮小部3に続く絞り(スロート)部は無くても良いが、あればさらなるキャビテーション発生に寄与する。

0014

同一軸上に配置された左右の内径拡大兼噴射部4から吐出されたそれぞれ逆回転の旋回流は、衝突部5において衝突し、衝撃力とせん断力によって微生物細胞が破砕された後、重力によって排水される。

0015

請求項2に記載の発明は、原水移送用の加圧ポンプはホースポンプであり、吐出圧力が0.2〜0.3MPa又は流速が15m/秒〜25m/秒である請求項1に記載の微生物細胞破砕装置である。

発明の効果

0016

本発明によれば、旋回流を利用してキャビテーションを発生させる方法だと、比較的低いポンプ圧でも旋回中心軸付近がある程度の長さで極低圧になり、キャビテーションが同時発生するため、効率よく微生物細胞を破砕する。

0017

旋回中心軸付近の水流は、下流に向かっての速度はあるものの、円周速度はほぼゼロに近い。しかしながら、旋回中心軸から離れると急速に円周速度が増加する為に、その境界部分でせん断力が発生して細胞破砕が行われる。

0018

本発明の装置には従来通りの内径縮小部を有しているので、ここでもさらにキャビテーションを発生させ、次に続く漸次内径拡大兼噴射部でキャビテーション気泡が潰れる時の衝撃波で微生物細胞を破壊する。

0019

さらに左右の漸次内径拡大兼噴射部4を出た旋回噴流は、それぞれが逆回転の旋回噴流であるため、ぶつかり合ったときの衝撃力とせん断力によって、微生物細胞がみたび破砕される。噴流同士をぶつける方法は、左右それぞれの噴流を壁にぶつける方法よりも、2倍の衝撃力とせん断力で効率良く微生物細胞を破壊する。

0020

噴流同士がぶつかり合った後は、装置から重力で排水されるので、適切な位置に設置すれば、ポンプなどの動力を必要としないので、コストダウンにつながる。

0021

請求項2に記載の発明によれば、5mm程度のゴミであっても本発明の装置に移送可能であるとともに、吐出圧力が0.2〜0.3MPaと比較的低圧でもキャビションを発生させ、微生物細胞を破壊する。低圧域のポンプを使用できる為に導入コストランニングコストが削減可能となる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の斜視図である。

0023

本発明は活性汚泥浄化法によって水質浄化を行う下水処理場に設置し、排出される余剰活性汚泥を削減する為に汚泥中の微生物細胞の破砕を行う。効率良く微生物細胞の破砕を行うには、処理場内の沈殿槽内に溜まる活性汚泥を曝気槽へ戻す際に本発明の装置を経由させるのが良い。

0024

活性汚泥を含む原水を加圧ポンプで、本発明の装置の取り入れ口1に移送する。旋回流を発生させうる位置、角度で取り付けられた取り入れ口1から旋回流発生円筒部2へ流れ込み、旋回流が発生し始める。次に下流向きに漸次内径が縮小する漸次内径縮小部3で旋回速度が増加する。旋回中心軸付近の水流は、下流に向かっての速度はあるものの、円周速度はほぼゼロに近い。しかしながら、旋回中心軸から離れると急速に円周速度が増加する為に、その境界部分でせん断力が発生して一回目の細胞破砕が行われる。

0025

次に漸次内径縮小部3の最も内径の小さいところでキャビテーションが発生し、漸次内径拡大兼噴出部4にてキャビテーション気泡が圧壊する際に発生する数GPaにおよぶ衝撃波にて、二回目の微生物細胞が破砕される。

0026

左右の漸次内径拡大兼噴射部4を出た旋回噴流は、それぞれが同一軸上の逆回転の旋回噴流であるため、ぶつかり合ったときの衝撃力とせん断力によって、三回目の微生物細胞が破砕される。旋回噴流同士をぶつける方法は、左右それぞれの噴流を壁にぶつける方法よりも、2倍の衝撃力とせん断力で効率良く微生物細胞を破壊する。

0027

活性汚泥法を使う下水処理場の曝気槽上に本発明による微生物細胞破砕装置を設置し、沈殿槽からポンプにて活性汚泥水を引き抜き、該微生物細胞破砕装置の取り入れ口1に接続し、微生物細胞破砕試験を行った。本試験では加圧ポンプを0.2MPa程度に設定し、原水を該微生物細胞破砕装置に一回通した後のSS(活性汚泥浮遊物)と全窒素量と全リン量計測した。

実施例

0028

該微生物細胞破砕装置通過直後の処理水は処理前の原水と比較してSS(活性汚泥浮遊物)が77%増、全窒素が34%増、全リンが56%増の結果を得た。特に全窒素と全リンは細胞以外から出てくるところは無いので、細胞を破砕出来ていると確認できた。
このように該微生物細胞破砕装置は多段階式の技術利用によって効率良く微生物細胞を破砕出来るので、排出余剰汚泥を削減し結果的に処分コストを削減できる。しかも0.2Mpa程度のポンプ吐出圧力であっても、破砕可能なので電気代等さらなるコストダウンに貢献する。

0029

1、活性汚泥法を利用する下水処理場での余剰活性汚泥の削減
2、富栄養化によって発生する湖沼アオコ赤潮等の削減
3、焼酎ウイスキー蒸留廃液即効性肥料
4、各種液体の殺菌

0030

1、取り入れ口
2、旋回流発生円筒部
3、漸次内径縮小部
4、漸次内径拡大兼噴射部
5、衝突部

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