(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥を機械的に微細化する機械的微細化手段と、
前記機械的微細化手段の後段に設けられ、前記微細化した活性汚泥をオゾン処理するオゾン処理手段と、
前記オゾン処理された活性汚泥を基質の流入しない飢餓状態で空気又は酸素を曝気して前記活性汚泥を自己分解する手段と、を備え前記機械的微細化手段及びオゾン処理手段では活性汚泥を可溶化しないように処理することを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
活性汚泥におけるフロックのメジアン粒径が３０〜５０μｍの範囲になるように機械的に微細化する機械的微細化手段と、
前記機械的微細化手段の後段に設けられ、前記微細化した活性汚泥をオゾン反応率が０．００５g-Ｏ3 /g-SS 以上、 ０．０１５g-Ｏ3 /g-SS 以下の範囲になるようにオゾン処理するオゾン処理手段と、
前記オゾン処理された活性汚泥を基質の流入しない飢餓状態で空気又は酸素を曝気して前記活性汚泥を自己分解する手段と、
を備えたことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項３】
前記機械的微細化手段は、超音波で活性汚泥を破砕する超音波式、圧力で活性汚泥を破砕する圧力式、高速回転翼やジェット気流で活性汚泥を破砕する粉砕機式の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は２の汚泥処理装置。
【請求項４】
有機性廃水を生物処理槽で処理する際に生成される活性汚泥の一部を、請求項１〜３の何れか１の汚泥処理装置で処理した後、前記生物処理槽に戻して酸素と反応させることを特徴とする廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥処理装置及びそれを備えた廃水処理装置に係わり、特に、有機性廃水を生物処理槽で廃水処理して生成される余剰の活性汚泥（以下「汚泥」という）を減容化するための汚泥処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水や産業廃水等の有機性廃水の処理の大半は、汚泥を用いた生物処理槽において生物学的処理を行なうことにより処理されている。その際、生物処理槽から流出した汚泥は、沈澱池で分離した後、返送汚泥として再び生物処理槽に戻される。しかし、生物処理槽内で増殖した微生物などが余剰汚泥となって生成するため、余分な汚泥は廃水処理の系外に引き抜かなくてはならず、引抜かれた余剰汚泥の処分が問題となっている。
【０００３】
このような背景から、余剰汚泥の生成量が少ない、又は余剰汚泥を全く発生させない廃水処理方法の開発が進められている。この種の廃水処理方法の１つとして、生物処理槽に返送される返送汚泥の一部をオゾンにより酸化分解し、生物分解性を高めてから生物処理槽に戻すことによりＣＯ2 化を促進することで、余剰汚泥を減容化する方法がある。或いは、ビーズミルや超音波で汚泥を構成する菌体を破砕・可溶化し、生物分解性を高めてから生物処理槽に戻すようにした方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オゾン処理による減容化の方法は、特開平６−２０６０８８号公報に記載されるように、オゾン反応率は０．０２g-Ｏ3 /g-SS 未満ではオゾン処理効果がなく、好ましくは０．２g-Ｏ3 /g-SS 以上を必要とする。従って、活性汚泥を酸化するために大量のオゾンを必要とし、このためのランニングコストや処理動力が高くなるという欠点がある。また、大量のオゾンを使用すると、オゾン反応により汚泥がＢＯＤ化するときに可溶化し、可溶化により溶出したＣＯＤ成分が生物処理槽で処理された処理水の水質を悪化させるという問題がある。
【０００５】
また、ビーズミルや超音波で汚泥を構成する菌体を破砕・可溶化する場合も同様に生物処理槽からの処理水の水質を悪化させるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、汚泥を可溶化することなく生物活性を高めて、自己分解性を促進することができるので、生物処理槽に戻しても処理水を悪化させることのない汚泥処理装置及びその装置を備えた廃水処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、活性汚泥を機械的に微細化する機械的微細化手段と、前記機械的微細化手段の後段に設けられ、前記微細化した活性汚泥をオゾン処理するオゾン処理手段と、前記オゾン処理された活性汚泥を基質の流入しない飢餓状態で空気又は酸素を曝気して前記活性汚泥を自己分解する手段と、を備え前記機械的微細化手段及びオゾン処理手段では活性汚泥を可溶化しないように処理することを特徴とする。
本発明の請求項２は前記目的を達成するために、活性汚泥におけるフロックのメジアン粒径が３０〜５０μｍの範囲になるように機械的に微細化する機械的微細化手段と、前記機械的微細化手段の後段に設けられ、前記微細化した活性汚泥をオゾン反応率が０．００５g-Ｏ3 /g-SS 以上、 ０．０１５g-Ｏ3 /g-SS 以下の範囲になるようにオゾン処理するオゾン処理手段と、前記オゾン処理された活性汚泥を基質の流入しない飢餓状態で空気又は酸素を曝気して前記活性汚泥を自己分解する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、予め機械的に微細化した汚泥をオゾン処理することにより汚泥の生物活性を高めることができるので、汚泥の自己分解率が向上し、これにより汚泥の減容化を促進させることができる。また、オゾン処理する前に予め機械的に微細化することでオゾン反応率を顕著に減らすことができるので、オゾン処理で汚泥が可溶化することも防止できる。そして、オゾン処理した汚泥を基質の流入しない飢餓状態で空気又は酸素を曝気して前記活性汚泥を自己分解する手段で処理する。
本発明の請求項２は、機械的微細化手段は、汚泥フロックのメジアン粒径が３０〜５０μｍの範囲になるように微細化するようにしたもので、オゾンとの反応効率を高めることができ、且つオゾン反応率が小さくなるので菌体の破砕・可溶化を一層防止できる。また、オゾン処理におけるオゾン反応率が０．００５g-Ｏ3 /g-SS 以上、 ０．０１５g-Ｏ3 /g-SS 以下の範囲になるようにしたもので、この範囲にオゾン反応率を設定することで、菌体の細胞外ポリマーを分解して汚泥の生物活性を高めるが、汚泥が可溶化することは防止できる。
ここで、オゾン反応率とは、一定汚泥量（ＳＳ）に対して反応したＯ3 量を率で表したものをいう。
【０００９】
本発明の請求項３は、請求項１又は２において、機械的微細化手段の好ましい具体例を限定したもので、機械的微細化手段は、超音波で活性汚泥を破砕する超音波式、圧力で活性汚泥を破砕する圧力式、高速回転翼やジェット気流で活性汚泥を破砕する粉砕機式の少なくとも１つを使用する。また、超音波式、圧力式、粉砕機式をくみあわせてもよい。
【００１５】
本発明の請求項４は前記目的を達成するために、有機性廃水を生物処理槽で処理する際に生成される活性汚泥の一部を、請求項１〜３の何れか１の汚泥処理装置で処理した後、前記生物処理槽に戻して酸素と反応させることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項４によれば、余剰汚泥の発生を減少、或いは条件によっては発生しないようにでき、しかも処理水が悪化することもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る汚泥処理装置及びその装置を備えた廃水処理装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の廃水処理装置の全体構成図である。
【００１９】
図１に示すように、廃水処理装置１０は、主として、廃水処理系統１２と汚泥処理系統１４とから構成される。
【００２０】
廃水処理系統１２は、主として、有機性廃水を汚泥により生物処理する生物処理槽１６と、生物処理槽１６から流出される処理水と汚泥の混合液を固液分離する固液分離槽１８とから構成される。生物処理槽１６には、流入管２０から有機性廃水が供給され、生物処理槽１６の底部に設けられた散気管２４を介してブロア２２から空気が曝気される。これにより、生物処理槽１６で好気的な生物学的処理が行なわれ、有機性廃水が浄化される。浄化された処理水と汚泥の混合液は、流出管２６を介して固液分離槽１８に流入し、上澄水と沈降汚泥に固液分離される。処理水は処理水管２８を介して系外に排出される。一方、固液分離槽１８で沈降した沈降汚泥は、汚泥移送ポンプ３０により返送汚泥管３２を介して生物処理槽１６に戻され、残りの汚泥が分配器３４により返送汚泥管３２から分配管３６に分配されて汚泥処理系統１４に送られる。
【００２１】
汚泥処理系統１４は、主として、機械的処理部３７とオゾン処理部４０とから構成される。
【００２２】
機械的処理部３７は、汚泥を機械的に微細化する役目を行い、分配器３４で分配された汚泥を汚泥処理ポンプ４２で機械的微細化装置３８に送って微細化する。汚泥を機械的に微細化するエネルギー源としては超音波、圧力、高速回転翼などを利用することができる。
【００２３】
図２の機械的微細化装置３８は、超音波により汚泥を破砕するもので、超音波配管４４の外周に超音波発振器４６を設け、超音波配管４４内を移送される汚泥に超音波発振器４６から超音波が照射される。これにより、汚泥を超音波を利用して機械的に微細化する。この場合、超音波配管４４の出口側に弁４８を設け、汚泥処理ポンプ４２とにより超音波配管４４内の汚泥に圧力をかけながら超音波を照射するようにしてもよい。
【００２４】
図３の機械的微細化装置３８は、圧力により汚泥を破砕するもので、耐圧容器５０に汚泥の流入配管５２と流出配管５４とが接続されると共に、流入配管５２と流出配管５４のそれぞれに開閉弁５６、５６が設けられる。また、耐圧容器５０にはシリンダ装置５８が設けられ、シリンダ装置５８のピストン６０が耐圧容器５０内でピストン運動を行う。そして、流出配管５４の開閉弁５６を閉じた状態で流入配管５２から汚泥を耐圧容器５０内に流入して満たし、流入配管５２の開閉弁５６を閉じる。この状態で、耐圧容器５０の径よりも一回り小さな径のピストン６０がピストン運動を行うことにより、耐圧容器５０内の汚泥の圧縮を繰り返す。これにより、汚泥を圧力を利用して機械的に微細化する。
【００２５】
図４の機械的微細化装置３８は、圧力により汚泥を破砕する別の態様であり、耐圧容器６２の下部には、汚泥供給ポンプ６５を備えた流入配管６４が接続されると共に、耐圧容器６２の上部には、圧力調整弁６８を備えた流出配管６６が接続される。これにより、耐圧容器６２には、容器下部から汚泥が連続的に供給され、容器上部から排出される。また、耐圧容器６２の下端部には圧縮エアを供給する高圧エア配管６９が接続されると共に、耐圧容器６２の上端部には、上部ヘッドスペース部７０に連通するエア逃がし弁７３付きのエア配管７５が接続される。これにより、高圧エア配管６９から供給された高圧エアにより、耐圧容器６２内が所定の高圧状態に加圧され、所定圧力を越えるとエア逃がし弁７３からエアを逃がすことにより耐圧容器６２内を所定の高圧状態に維持する。このように、耐圧容器６２内にて汚泥を高圧状態に一定時間置くことにより、汚泥を圧力を利用して機械的に微細化する。
【００２６】
高速回転翼やジェット気流で汚泥を破砕する機械的微細化装置３８としては、特に図示しないが、例えばインペラーミルやジェットミルのような粉砕機を好適に使用することができる。
【００２７】
オゾン処理部４０は、図１に示すように、オゾン反応塔７２の底部にオゾン散気管７４が設けられ、オゾン散気管７４はオゾン発生器７６に接続される。このオゾン散気管７４を設けることにより、汚泥に対するオゾンの反応を効率良く行うことができる。機械的微細化装置３８で機械的に微細化された汚泥は、供給管７８によりオゾン反応塔７２の上端部からオゾン反応塔７２内に供給され、オゾン散気管７４から散気されたオゾンと接触してオゾン処理される。また、オゾン反応塔７２の底部から汚泥循環配管８０が延設され供給管７８に接続される。汚泥循環配管８０には汚泥循環ポンプ８２が設けられ、オゾン反応塔７２でオゾン処理された汚泥は汚泥循環配管８０、供給管７８を介して再びオゾン反応塔７２の上端部に循環される。
【００２８】
オゾン処理部４０で処理された汚泥は、処理汚泥移送管８４により、曝気処理装置８６に送られて曝気処理される。曝気処置装置８６は、汚泥が上端部から供給される曝気槽８８の底部に散気管９０が設けられ、散気管９０がブロア９２又は図示しない酸素発生器に接続される。これにより、曝気槽８８内に供給された汚泥に散気管９０から空気又は酸素が曝気される。曝気処理装置８６で処理された汚泥は、廃水処理系統１２の生物処理槽１６に戻される。
【００２９】
次に、以上の如く構成された廃水処理装置１０の作用について説明する。
【００３０】
生物処理槽１６に流入する有機性廃水は、生物処理槽１６内の汚泥及び返送汚泥管３２を介して返送される汚泥と、散気管２４から曝気される空気と接触し、好気的な生物処理が行われる。次に、生物処理槽１６から流出する処理水と汚泥との混合液は、固液分離槽１８で上澄水と沈降汚泥との固液分離され、上澄水は処理水として処理水管２８から系外に排出され、沈降汚泥は分配器３４で分配されて、一部が返送汚泥管３２を介して生物処理槽に戻され、残りが汚泥処理系統１４に送られる。
【００３１】
汚泥処理系統１４では、先ず機械的処理部３７において、機械的微細化装置３８により汚泥が機械的に微細化される。この場合、機械的な破砕力を大きくして汚泥のフロック径を小さすると、汚泥の可溶化が進んで汚泥が減容化され易くなる一方、可溶化による弊害として、汚泥を構成する菌体の破砕によってＣＯＤ成分が溶出するために、生物処理槽１６からの処理水の水質が悪化する。その反面、機械的な微細化を行う前の通常の汚泥のフロック径は６０〜１００μｍの範囲であるが、機械的な微細化を行わずに汚泥のフロック径が大きいままオゾン処理すると、汚泥とオゾンとの反応効率が低下する。従って、機械的微細化装置３８で微細化される汚泥のフロック径は、ＣＯＤ成分が溶出せず且つオゾンとの反応効率が低下しない範囲のフロック径であることが重要である。そこで、汚泥のフロック径とＣＯＤの溶出量との関係を調べたところ、フロック径が３０μｍ未満よりも細かく微細化した汚泥はＣＯＤ成分の溶出量が多くなり、フロック径が５０μｍを越える汚泥はオゾンとの反応効率が低下した。このことから、機械的に微細化された汚泥のフロック径は３０μｍ以上、５０μｍ以下にすることが好適である。
【００３２】
次に、機械的処理部３７で処理された汚泥は、オゾン処理部４０のオゾン反応塔７２内でオゾンによって酸化処理される。これにより、機械的微細化装置３８で微細化された汚泥はオゾン処理により更に微細化される。この汚泥のオゾン処理においても、オゾンの注入率が多すぎると、汚泥を構成する菌体が可溶化されてＣＯＤ成分が溶出すると共に、オゾンにより菌体が死滅する。そこで、機械的微細化装置３８により汚泥のフロック径を３０μｍ以上、５０μｍ以下の範囲に微細化した微細化汚泥を対象に、オゾン反応率と汚泥の生物活性を調べたところ、オゾン反応率が０．００５g-Ｏ3 /g-SS 未満ではオゾン処理の効果が現れないと共に、オゾン反応率が０．０１５g-Ｏ3 /g-SS を越えると、菌体の可溶化が生じて生物活性が低下した。従って、細胞外ポリマを主として分解して、菌体を可溶化しないオゾン反応率としては、０．００５g-Ｏ3 /g-SS 以上、０．０１５g-Ｏ3 /g-SS 以下の範囲が好適である。
【００３３】
機械的処理部３７による汚泥の機械的な微細化に続いてオゾン処理部４０によるオゾン処理で微細化した汚泥は、２０μｍ程度まで微細化されるが、菌体の可溶化は生じない。また、汚泥の生物活性（基質分解活性）はフロック径が小さくなることにより、液との接触効率が向上するため、汚泥の自己分解率が従来の２倍以上になる。
【００３４】
このように、機械的微細化装置３８で汚泥を機械的に微細化することにより、汚泥のフロックは分散・微細化され、この微細化された汚泥をオゾン反応塔７２でオゾン処理することにより、フロックを形成している細胞外ポリマーをオゾンで分解し、汚泥を一層微細化することができる。これにより、微細化した汚泥は液接触効率が高くなり、生物活性が高くなる。
【００３５】
次に、この生物活性の高くなった汚泥を曝気処理装置８６に送り、基質の流入しない曝気槽８８内で飢餓状態で空気又は酸素を曝気することで、自己分解が促進される。これにより、生物処理槽１６で減容化される前段において汚泥の減容化を行うことができるので、生物反応槽１６での減容負荷を低減できる。
【００３６】
次に、曝気槽８８で減容化された汚泥は生物処理槽１６に送られ、散気管２４から曝気される空気又は酸化態窒素と反応することで自己分解し、更に減容化される。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
機械的微細化装置で汚泥を微細化した後のオゾン処理効率を確認するため、オゾン反応率を変化させたときの汚泥減容率を調べた。本発明では、汚泥をジェットミルによりフロック径を３０μｍから５０μｍとし、オゾン反応塔で一定時間オゾンと反応させた。次に、この汚泥をメスシリンダ内で２４時間空気を曝気した後の汚泥量を測定して汚泥減容率を計算すると共に、２４時間曝気後の汚泥ろ過液のＣＯＤ値を測定した。
【００３８】
尚、比較例として、汚泥を機械的な微細化をせずにオゾンのみで単独処理する従来法での汚泥減容率を調べた。また、汚泥減容率は、オゾン単独処理の従来法における最大汚泥減容時を１００としたときの相対値として表した。試験結果を図５に示す。
【００３９】
図５に示すように、本発明の場合には、汚泥をジェットミルにより予め微細化してからオゾン処理することにより、約０．０１g-Ｏ3 /g-SS のオゾン反応率で略１００％の最大減容率が得られた。一方、オゾン単独処理の従来法の場合には、約０．１０g-Ｏ3 /g-SS のオゾン反応率で略１００％の最大減容率が得られ、本発明の１０倍のオゾン反応率が必要であった。最大減容時における汚泥ろ過液のＣＯＤ増加値は、本発明の場合には２ｍｇ／Ｌであり、殆ど増加しなかったのに対し、従来法の場合には１５ｍｇ／Ｌ増加した。この結果から、汚泥をジェットミルにより予め微細化してからオゾン処理することにより、汚泥が可溶化せずにＣＯＤの溶出が殆どないため、水質が悪化しないことが分かる。
【００４０】
また、図５から分かるように、本発明の汚泥処理の場合には、オゾン反応率が０．１５g-Ｏ3 /g-SS のオゾン反応率で完全に１００％の最大減容率が得られ、それ以上オゾン反応率を増加しても無駄になることから、オゾン反応率の上限は０．１５g-Ｏ3 /g-SS が好ましい。また、本発明の場合、オゾン反応率が０．００５g-Ｏ3 /g-SS で、８０％の汚泥減容率が得られ、実用的にも十分であることから、オゾン反応率の下限は０．００５g-Ｏ3 /g-SS が好ましい。
（実施例２）
本発明の汚泥処理の効果を確認するため、ＢＯＤ含量が２００ｍｇ／Ｌの合成廃水について生物処理槽で生物処理したときに発生する汚泥を、ジェットミルにより予め微細化してからオゾン処理から生物処理槽に戻した場合（本発明）、汚泥をオゾンで単独処理してから生物処理槽に戻した場合（従来法１）、汚泥処理を全く行わないで生物処理槽に戻した場合（従来法２）の３通りで比較した。３通りの何れの場合も、ＢＯＤ容積負荷（kg-BOD/m3 ・日) は０．８である。また、本発明と従来法１のオゾン反応率は、０．０１５g-Ｏ3 /g-SS で同じにした。
【００４１】
評価方法は、発生する余剰汚泥量で対比した。尚、余剰汚泥量は、汚泥処理を全く行わない従来法での余剰汚泥量を１００としたときの相対値（％）として示した。試験結果を表１に示す。
【００４２】
表１から分かるように、ジェットミルにより予め微細化してからオゾン処理する本発明の場合には、汚泥処理後の生物活性が高くなることから、生物反応槽での自己分解を促進でき、余剰汚泥を全く発生しない運転を行うことができた。これに対し、オゾン単独処理の従来法１では、汚泥処理を全く行わない従来法２の余剰汚泥量１００％に対して７０であり、３０％しか減容化されなかった。
【００４３】
【表１】
0003724572.tif 000002
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の汚泥処理装置及びそれを備えた廃水処理装置によれば、汚泥を可溶化することなく生物活性を高めて、自己分解性を促進することができるので、生物処理槽に戻しても処理水を悪化させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃水処理装置の全体構成図
【図２】超音波を利用した機械的微細化装置の概要図
【図３】圧力を利用した機械的微細化装置の概要図
【図４】圧力を利用した機械的微細化装置の別の概要図
【図５】本発明の汚泥処理と従来の汚泥処理とにおけるオゾン反応率と汚泥減容率との関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１０…廃水処理装置、１２…廃水処理系統、１４…汚泥処理系統、１６…生物処理槽、１８…固液分離槽、２０…流入管、２２…ブロア、２４…散気管、２６…流出管、２８…処理水管、３０…返送汚泥ポンプ、３２…返送汚泥管、３４…分配器、３６…分配管、３７…機械的処理部、３８…機械的微細化装置、４０…オゾン処理部、４２…汚泥処理ポンプ、４４…超音波配管、４６…超音波発振器、４８…弁、５０…耐圧容器、５２…流入配管、５４…流出配管、５６…開閉弁、５８…シリンダ装置、６０…ピストン、６２…耐圧容器、６４…流入配管、６５…汚泥供給ポンプ、６６…流出配管、６８…圧力調整弁、６９…高圧エア配管、７２…オゾン反応塔、７３…エア逃がし弁、７４…オゾン散気管、７５…エア逃がし配管、７６…オゾン発生器
【図１】
0003724572.tif 000003
【図２】
0003724572.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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