JP2018094496A - 嫌気性処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】容易にメンテナンスを行う。【解決手段】嫌気性処理装置100は、反応槽110と、反応槽に形成された流入口114と、反応槽における流入口より上方に形成された流出口116と、反応槽内における流入口の上方、かつ、流出口の下方に設けられ、反応槽の内壁110aから中央に向かって延在し、互いに間隙150を維持して配置される複数の仕切板140と、回転軸122と、回転軸から立設した1または複数の攪拌羽根124と、回転軸を回転させる駆動部とを有し、回転軸は、回転軸が所定の回転角度であるときに攪拌羽根が通過可能であり、かつ、回転軸が所定の回転角度にないときに攪拌羽根が通過不可能な形状である間隙を貫通して反応槽内に配され、攪拌羽根は、回転軸が間隙に貫通された状態において仕切板の下方に位置する攪拌部120と、を備える。【選択図】図1

Description

本開示は、嫌気性生物によって被処理物を処理する嫌気性処理装置に関する。
従来、下水処理、し尿処理、飲料や食品の製造過程で生じる産業排水の処理等に嫌気性処理装置が利用されている。嫌気性処理装置は、例えば、嫌気性生物で構成される嫌気性生物層が収容された反応槽で構成されており、嫌気性生物層の下方から被処理液(排水)が導入され、導入された被処理液は嫌気性生物層を通って反応槽の上部から外部へ越流する。被処理液中の被処理物は、嫌気性生物によって分解されるため、被処理液が嫌気性生物層を通過する際に、被処理液から被処理物が除去される。
嫌気性処理装置において、嫌気性生物によって被処理物が分解されると、メタンや窒素、二酸化炭素等のガスが生成されることがある。この場合、嫌気性生物にガスが付着してしまい、ガスとともに嫌気性生物が被処理液の流れに乗って上昇し、反応槽の上部から外部に流出してしまう。
そこで、回転軸および回転軸に設けられた攪拌羽根を有する攪拌装置を備えた嫌気性処理装置が開発されている(例えば、特許文献1)。特許文献1の技術では、反応槽における嫌気性生物層内に攪拌羽根が位置し、嫌気性生物層および攪拌羽根の上方に気固液分離板が設けられており、攪拌羽根の回転によって嫌気性生物から脱離したガスを気固液分離板の下方で回収する。
特開2012−35194号公報
しかし、上記特許文献1の技術では、気固液分離板に遮られて、攪拌装置を反応槽から引き抜くことができない。このため、攪拌羽根や回転軸のメンテナンスが困難となるという問題がある。
本開示は、このような課題に鑑み、容易にメンテナンスを行うことが可能な嫌気性処理装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る嫌気性処理装置は、反応槽と、前記反応槽に形成された流入口と、前記反応槽における前記流入口より上方に形成された流出口と、前記反応槽内における前記流入口の上方、かつ、前記流出口の下方に設けられ、前記反応槽の内壁から中央に向かって延在し、互いに間隙を維持して配置される複数の仕切板と、回転軸と、前記回転軸から立設した1または複数の攪拌羽根と、前記回転軸を回転させる駆動部とを有し、前記回転軸は、前記回転軸が所定の回転角度であるときに前記攪拌羽根が通過可能であり、かつ、前記回転軸が前記所定の回転角度にないときに前記攪拌羽根が通過不可能な形状である前記間隙を貫通して前記反応槽内に配され、前記攪拌羽根は、前記回転軸が前記間隙に貫通された状態において前記仕切板の下方に位置する攪拌部と、を備える。
また、前記間隙の長手方向を区画する前記仕切板の端辺の少なくとも一部から下方に延在した延在板を備えてもよい。
また、前記仕切板の端辺は、一端から前記回転軸に臨む箇所に亘る第1範囲と、他端から前記回転軸に臨む箇所に亘る第2範囲とを含み、前記延在板は、前記仕切板の端辺のうち前記第1範囲に設けられ、1の前記仕切板と、前記1の仕切板と隣り合う仕切板とは、前記第1範囲と前記第2範囲とが対向して配されてもよい。
また、前記延在板は、基端から先端に向かうにしたがって下方に傾斜し、かつ、前記先端が前記基端より前記回転軸側に位置する傾斜部を有してもよい。
また、前記仕切板は、ガス排出口を有してもよい。
容易にメンテナンスを行うことが可能となる。
実施形態にかかる嫌気性処理装置の斜視図である。 図1のII−II線断面図である。 図3(a)は、嫌気性処理装置の第1の上面視図である。図3(b)は、嫌気性処理装置の第2の上面視図である。 図4(a)は、封止部の斜視図である。図4(b)は、封止部の上面視図である。 第1変形例にかかる嫌気性処理装置を説明する図である。 図6(a)は、第2変形例にかかる気固液分離部の上面視図である。図6(b)は、第2変形例にかかる気固液分離部の鉛直断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
(嫌気性処理装置100)
図1は、本実施形態にかかる嫌気性処理装置100の斜視図である。図2は、図1のII−II線断面図である。本実施形態の図1、図2をはじめとする以下の図では、垂直に交わるX軸、Y軸、Z軸(鉛直方向)を図示の通り定義している。また、理解を容易にするために、図1中、蓋部112、駆動部126を省略する。
嫌気性処理装置100は、被処理液に含まれる被処理物(有機物、窒素酸化物(硝酸イオンや亜硝酸イオン))を嫌気性生物によって処理(分解)する装置である。本実施形態において、嫌気性生物は、通性嫌気性生物を含み、例えば、脱窒菌、メタン生成菌である。
図1、図2に示すように、嫌気性処理装置100は、嫌気性生物(または、嫌気性生物のグラニュール(複数の嫌気性生物の集合体を主体とする大きさ0.2mm〜2mm程度の塊状の粒子))と、被処理液(被処理物を含んだ液)とを収容する反応槽110を備えている。嫌気性生物は、被処理液より質量密度が大きいため、反応槽110の下部に沈降している。このため、反応槽110の下部において、嫌気性生物で構成される嫌気性生物層が形成されることとなる。反応槽110は、例えば、円筒形状である。反応槽110の上部開口は、蓋部112によって覆われている。
反応槽110には、流入口114が形成されており、流入口114を通じて、被処理液が反応槽110内に導入される。反応槽110における流入口114の上方、かつ、嫌気性生物層の上方には、流出口116が形成されている。流入口114から導入された被処理液は、嫌気性生物層を通って、最終的に流出口116に到達する。嫌気性生物は、被処理物をガスと低分子炭素化合物とに分解する機能を有する。このため、流入口114から導入された被処理液が嫌気性生物層を通過する過程で、被処理液中の被処理物はガスと低分子炭素化合物に分解されることとなる。
したがって、流出口116には、嫌気性生物層で処理(被処理物をガスと低分子炭素化合物とに分解する処理)された被処理液(以下、単に「処理後液」と称する)が到達することとなり、流出口116を介して処理後液が外部に流出することとなる。つまり、被処理液や処理後液は、上昇流となって反応槽110内を移動する。
上述したように、嫌気性生物は、被処理物をガスと低分子炭素化合物とに分解するため、嫌気性生物による被処理液中の被処理物の分解が進むと、反応槽110に収容された液には、ガスが分散されることとなる。そうすると、ガスが嫌気性生物に付着して、浮上生物(ガスと嫌気性生物の集合体)が反応槽110内で生成されることとなる。なお、嫌気性生物は、被処理液より質量密度が大きいため、通常では沈降して嫌気性生物層を形成するが、浮上生物は、被処理液や処理後液の流れ(上昇流)に乗って上昇し、反応槽110の上部に形成された流出口116から流出してしまうことがある。そうすると、反応槽110内の嫌気性生物が減少し、被処理物の分解効率が低下する事態が生じてしまう。
そこで、嫌気性処理装置100は、攪拌部120と、気固液分離部130とを備える。攪拌部120は、回転軸122と、攪拌羽根124と、駆動部126とを含んで構成される。回転軸122は、鉛直方向に延在して反応槽110内に配されており、駆動部126によって回転される。攪拌羽根124は、回転軸122から立設した部材である。換言すれば、攪拌羽根124は、回転軸122から回転軸122の径方向外方(外側)に向かって延在した部材である。ここで、攪拌羽根124は、回転軸122を中心に対称的に2つ設けられており、攪拌羽根124同士の為す角は、例えば180°である。また、本実施形態において、攪拌羽根124は、複数のワイヤを回転軸方向に配したピケットフェンス型である。
駆動部126は、例えば、モータを含んで構成され、回転軸122を回転させる。駆動部126は、蓋部112上に載置される。本実施形態において、攪拌部120は、攪拌羽根124が嫌気性生物層に位置するように、反応槽110に配される。攪拌部120を備える構成により、嫌気性生物層を攪拌することができ、浮上生物をガスと、嫌気性生物とに分離することが可能となる。
気固液分離部130は、攪拌羽根124の上方であって、流出口116の下方に設けられる。気固液分離部130は、互いに間隙150を維持して配置される2つの分離ユニット132で構成される。2つの分離ユニット132は、反応槽110の内壁110aから突出した円筒形状の枠部134上に載置される。
分離ユニット132は、仕切板140と、第1側壁142と、第2側壁144とを含んで構成される。仕切板140は、反応槽110内における流入口114の上方、かつ、流出口116の下方に設けられ、反応槽110の内壁110aから中央に向かって延在した板である。本実施形態において、仕切板140は、弧と弦とを有する形状(略半円形状)であり、弧が内壁110aに沿って配される。また、本実施形態において、仕切板140は、水平方向に沿って設けられる。
第1側壁142は、仕切板140の弧から鉛直下方に延在した壁である。第1側壁142が枠部134に載置されることで、分離ユニット132が反応槽110内に固定される。第2側壁144は、仕切板140の弦から鉛直下方に延在した壁である。
続いて、気固液分離部130の機能について説明する。攪拌部120によって浮上生物から分離されたガス、および、浮上生物は、処理後液もしくは被処理液の流れ(旋回上昇流)に乗って上方に浮上する。気固液分離部130の仕切板140は、嫌気性生物層から流出口116に向かう処理後液の上昇経路上に配されているため、ガスおよび浮上生物は、上昇過程において、仕切板140に衝突することとなる。
仕切板140との衝突によって、浮上生物は、ガスと、嫌気性生物とに分離される。こうして分離されたガス、および、攪拌部120によって分離され仕切板140に衝突したガスは、仕切板140、第1側壁142、第2側壁144で囲繞された領域に一時的に貯留された後、仕切板140に形成されたガス排出口140aを通って、外部に排出される。これにより、ガスを有効利用することができる。一方、気固液分離部130で分離された嫌気性生物は、自重で沈降し、嫌気性生物層で再利用される。
間隙150は、2つの分離ユニット132間、すなわち、2つの仕切板140の弦の間(第2側壁144間)に形成される。間隙150は、回転軸122が貫通可能に形成されており、また、回転軸122が所定の回転角度であるときに攪拌羽根124が通過可能な形状であり、かつ、回転軸122が所定の回転角度にないときに攪拌羽根124が通過不可能な形状である。
図3は、嫌気性処理装置100の上面視図である。なお、図3中、理解を容易にするために、蓋部112、駆動部126、封止部160を省略する。
図3(a)に示すように、間隙150の水平断面(図3中、XY断面)形状は、攪拌羽根124の水平断面形状と概ね等しく、ここでは、略長方形である。間隙150の水平断面積は、攪拌羽根124の水平断面積より大きい。また、図3(b)に示すように、間隙150は、回転軸122が所定の回転角度であるとき、間隙150の水平断面に、攪拌羽根124の水平断面を投影した場合、間隙150内に攪拌羽根124が収まる形状である。
このような間隙150を備えることにより、反応槽110から攪拌部120(回転軸122、攪拌羽根124)を引き抜くことができる。したがって、例えば、攪拌羽根124が破損する等、攪拌羽根124に不具合が生じた場合に、回転軸122を所定の回転角度に移動させた後、回転軸122を引き抜くことで、回転軸122ごと攪拌羽根124を反応槽110外に取り出すことが可能となる。これにより、回転軸122、攪拌羽根124の補修や交換等のメンテナンスを容易に行うことができる。
図1、図2に戻って説明すると、嫌気性処理装置100の間隙150には、2つの封止部160が設けられている。具体的に説明すると、間隙150(間隙150の長手方向)のうち、回転軸122の両側に封止部160が配される。封止部160は、第1延在板162と、第2延在板164(延在板)と、係止部166とを含んで構成される。
図4は、封止部160を説明する図である。図4(a)は、封止部160の斜視図である。図4(b)は、封止部160の上面視図である。なお、図4(b)中、理解を容易にするために、第1延在板162を黒い塗りつぶしで示し、係止部166を省略する。
図4(a)に示すように、1の封止部160を構成する第1延在板162は、一方の仕切板140における間隙150の長手方向を区画する端辺140b、すなわち、弦から鉛直下方に延在した板である。1の封止部160を構成する第2延在板164は、本体部164aと、傾斜部164bとを含んで構成される。本体部164aは、他方の仕切板140における間隙150の長手方向を区画する端辺140b、すなわち、弦から鉛直下方に延在した板である。傾斜部164bは、本体部164aの下端に連続しており、基端から先端に向かうにしたがって下方に傾斜した板である。また、傾斜部164bは、先端が基端(本体部164aの先端)より、相対(対向)する仕切板140の端辺140b側に位置し、間隙150の中央を通る鉛直方向の線(回転軸122の軸)を越えて延在している(図2参照)。
第2延在板164は、第1延在板162よりも鉛直方向に長い。具体的に説明すると、第2側壁144の下端は、第1延在板162の下端よりも下方に位置する。第2延在板164の本体部164aの下端は、第2側壁144の下端よりも下方に位置する。
係止部166は、第1延在板162の上端と、第2延在板164の上端とを支持するとともに、一方の仕切板140および他方の仕切板140に係止される。係止部166は、1の封止部160において、第1延在板162と、第2延在板164とが対向するように係止する。
また、2つの封止部160における第2延在板164に着目すると、図4(a)に示すように、仕切板140の端辺140bは、一端から回転軸122に臨む箇所に亘る第1範囲140baと、他端から回転軸122に臨む箇所に亘る第2範囲140bbとを含む。図4(a)、図4(b)に示すように、第1延在板162は、仕切板140の端辺140b(弦)のうち、第2範囲140bbに設けられ、第2延在板164は、仕切板140の端辺140b(弦)のうち第1範囲140baに設けられる。また、一方の仕切板140と、他方の仕切板140とは、第1範囲140baと第2範囲140bbとが対向して配される。つまり、傾斜部164bの延在方向と直交する方向(図2中、Y軸方向(水平方向))から見ると、1の封止部160の傾斜部164bと、他の封止部160の傾斜部164bとが交差するように配される。
かかる構成により、攪拌羽根124(回転軸122)の回転によって生じた旋回上昇流のうち、間隙150に進入する旋回上昇流を傾斜部164bに衝突させることができ、間隙150を介して浮上生物が流出してしまう可能性を低減することが可能となる。
また、傾斜部164bが、本体部164aの下端に連続し、基端から先端に向かうにしたがって下方に傾斜し、かつ、先端が基端より回転軸122側に位置する形状となっている。さらに、上記したように、2つの傾斜部164bは交差するように(傾斜方向が逆になるように)設けられる。したがって、傾斜部164bは、攪拌部120の攪拌によって生じる旋回上昇流と衝突し、衝突した流れが下方に移動することになる。これにより、上昇する浮上生物からガスを分離するとともに、ガスが分離された嫌気性生物を嫌気性生物層に戻すことが可能となる。
なお、封止部160は、係止部166によって仕切板140に係止されているだけであるため、容易に取り外すことができる。したがって、回転軸122、攪拌羽根124のメンテナンスを容易に行うことが可能となる。
(第1変形例)
上記実施形態では、嫌気性処理装置100の仕切板140が全面に亘って水平方向に沿って延在する構成を例に挙げて説明した。しかし、仕切板140の形状に限定はない。
図5は、第1変形例にかかる嫌気性処理装置200を説明する図である。なお、上述した嫌気性処理装置100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。
嫌気性処理装置200の仕切板240は、内壁110a側(弧)から間隙150(弦)に向かって水平方向に延在した水平面242と、水平面242に連続し弦に向かって下方に傾斜した傾斜面244とを有する。
かかる構成により、傾斜面244間に処理液の貯留部を形成することができる。したがって、貯留部において、間隙150を通過した浮上生物を沈降分離させることができ、流出口116から流出する嫌気性生物を低減することが可能となる。
(第2変形例)
上記実施形態、第1変形例では、気固液分離部130においてガスを貯留し、ガス排出口140aを介してガスを回収する構成を例に挙げて説明した。しかし、嫌気性生物が脱窒菌である場合等、ガスの回収を必要としない場合、ガスを貯留する必要がない。第2変形例では、ガスを貯留しない気固液分離部330について説明する。
図6(a)は、第2変形例にかかる気固液分離部330の上面視図である。図6(b)は、第2変形例にかかる気固液分離部330の鉛直断面図である。なお、上述した嫌気性処理装置100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。
図6(a)、図6(b)に示すように、気固液分離部330は、フランジ部332と、第1側壁334と、仕切板340と、延在板350とを含んで構成される。第1側壁334は、円筒形状であり、上端にフランジ部332が設けられる。したがって、反応槽110の上端に、フランジ部332を係止するだけで、気固液分離部330を反応槽110内に設置することができる。
仕切板340は、第1側壁334に連続し、基端から先端に向かうにしたがって下方に傾斜し、かつ、先端が中央側に位置する板であり、気固液分離部330に2つ設けられる。気固液分離部330において、仕切板340間に間隙150が形成される。
延在板350は、仕切板340の下端から鉛直下方に延在した板である。延在板350は、上記実施形態の第2延在板164と同様に、仕切板340の端辺(下端)における第1範囲に設けられ、一方の仕切板340と、他方の仕切板340とは、第1範囲と第2範囲とが対向して配される。延在板350を設けることにより、攪拌羽根124(回転軸122)の回転によって生じた旋回上昇流のうち、間隙150に進入する旋回上昇流を延在板350に衝突させることができ、間隙150を介して浮上生物が流出してしまう可能性を低減することが可能となる。
第2変形例にかかる気固液分離部330によれば、回転軸122、攪拌羽根124のメンテナンスを容易に行うことができる。なお、第2変形例にかかる気固液分離部330を用いた場合、ガスは間隙150を介して外部に放出される。
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態において、第1側壁142、第2側壁144を備える構成を例に挙げて説明したが、第1側壁142、第2側壁144は必須の構成ではない。気固液分離部130は、少なくとも仕切板140を有していればよい。
また、上記実施形態において、反応槽110の底面の中央に軸受を設けておき、回転軸122の先端が軸受に当接するように、回転軸122を設置してもよい。
また、上記実施形態において、回転軸122が鉛直方向に延在して設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、回転軸122は鉛直方向と直交する方向に延在してもよい。
また、上記実施形態において、気固液分離部130が枠部134に載置される構成を例に挙げて説明した。しかし、気固液分離部130にフランジ部を設けておき、フランジ部を反応槽110の上端に係止してもよい。
また、上記実施形態において、嫌気性処理装置100が封止部160を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、封止部160は、必須の構成ではない。
また、上記実施形態において、第2延在板164が傾斜部164bを有する構成を例に挙げて説明した。しかし、傾斜部164bは必須の構成ではない。また、第1延在板162も必須の構成ではない。
また、上記実施形態において、攪拌羽根124が2つ設けられた攪拌部120を例に挙げて説明した。しかし、攪拌羽根124の数に限定はなく、1(回転軸から径方向外方に向かって延在する1の攪拌羽根)であってもよいし、3以上(例えば、水平断面が十字形状)であってもよい。いずれにせよ、間隙150が、回転軸122が所定の回転角度であるときに、攪拌羽根124が通過可能な形状であればよい。また、延在板は、仕切板の端辺のうち第1範囲に設けられ、1の仕切板と、1の仕切板と隣り合う仕切板とは、第1範囲と第2範囲とが対向して配されればよい。
本開示は、嫌気性生物によって被処理物を処理する嫌気性処理装置に利用することができる。
100 嫌気性処理装置
110 反応槽
110a 内壁
114 流入口
116 流出口
120 攪拌部
122 回転軸
124 攪拌羽根
126 駆動部
140 仕切板
140a ガス排出口
150 間隙
164 第2延在板(延在板)
164b 傾斜部
200 嫌気性処理装置
240 仕切板
340 仕切板
350 延在板

Claims (5)

  1. 反応槽と、
    前記反応槽に形成された流入口と、
    前記反応槽における前記流入口より上方に形成された流出口と、
    前記反応槽内における前記流入口の上方、かつ、前記流出口の下方に設けられ、前記反応槽の内壁から中央に向かって延在し、互いに間隙を維持して配置される複数の仕切板と、
    回転軸と、前記回転軸から立設した1または複数の攪拌羽根と、前記回転軸を回転させる駆動部とを有し、前記回転軸は、前記回転軸が所定の回転角度であるときに前記攪拌羽根が通過可能であり、かつ、前記回転軸が前記所定の回転角度にないときに前記攪拌羽根が通過不可能な形状である前記間隙を貫通して前記反応槽内に配され、前記攪拌羽根は、前記回転軸が前記間隙に貫通された状態において前記仕切板の下方に位置する攪拌部と、
    を備える嫌気性処理装置。
  2. 前記間隙の長手方向を区画する前記仕切板の端辺の少なくとも一部から下方に延在した延在板を備える請求項1に記載の嫌気性処理装置。
  3. 前記仕切板の端辺は、一端から前記回転軸に臨む箇所に亘る第1範囲と、他端から前記回転軸に臨む箇所に亘る第2範囲とを含み、
    前記延在板は、前記仕切板の端辺のうち前記第1範囲に設けられ、
    1の前記仕切板と、前記1の仕切板と隣り合う仕切板とは、前記第1範囲と前記第2範囲とが対向して配される請求項2に記載の嫌気性処理装置。
  4. 前記延在板は、基端から先端に向かうにしたがって下方に傾斜し、かつ、前記先端が前記基端より前記回転軸側に位置する傾斜部を有する請求項3に記載の嫌気性処理装置。
  5. 前記仕切板は、ガス排出口を有する請求項1から4のいずれか1項に記載の嫌気性処理装置。
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