(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物汚泥含有液を受入れてオゾン処理を行う反応槽と、
この反応槽内の生物汚泥含有液中にオゾン含有ガスを吹込んで気液接触させる液相接触域と、
オゾン含有ガスの吹込みにより、前記液相接触域の上部に泡沫層を形成して気液接触させる泡沫接触域と、
前記反応槽からオゾン処理液を導入して曝気し、かつ泡沫接触域から排出される排オゾンガスを混合液中に放出し、液封して反応槽内を加圧状態に維持するとともに、オゾンを混合液中に吸収して除去する曝気槽と
を備えていることを特徴とする生物汚泥のオゾン処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、生物汚泥をオゾン酸化するための生物汚泥のオゾン処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥処理における余剰汚泥等の減容化などの目的で、余剰汚泥等の生物汚泥（以下、単に汚泥という場合がある）にオゾンを反応させて酸化分解することが行われている。
従来の汚泥のオゾン処理方法では、反応槽中に汚泥含有液を満たし、この汚泥含有液中にオゾン含有ガスを吹込んで気液接触させ、汚泥を分解する装置が用いられているが、このような従来の装置では気液接触面積が小さく、このため汚泥をオゾンと充分に反応させるためには滞留時間を長くする必要があり、また高価なオゾンが無駄に消費されるなど、効率的な処理が行われないという問題点がある。被処理液の機械的攪拌により気液接触面積を大きくし、処理効率を改善することができるが、この場合処理コストが高くなるという問題点がある。
【０００３】
ところで、反応槽内の汚泥含有液にオゾン含有ガスを吹込んでオゾン処理を行うと、汚泥含有液が発泡して、泡沫が槽外に持出されるなどの障害を起こしやすい。このため、従来は消泡剤を添加して消泡したり、あるいは反応槽内上部にスプレーノズルを設け、このノズルから工業用水または最終処理水を液面に散布して消泡し、発泡障害を防止している。
このように従来の汚泥のオゾン処理方法では、発泡は極力抑制してオゾン処理を行っており、発泡を利用したオゾン処理はこれまで行われていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低コストで効率よく生物汚泥をオゾン処理することが可能な生物汚泥のオゾン処理装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生物汚泥含有液を受入れてオゾン処理を行う反応槽と、
この反応槽内の生物汚泥含有液中にオゾン含有ガスを吹込んで気液接触させる液相接触域と、
オゾン含有ガスの吹込みにより、前記液相接触域の上部に泡沫層を形成して気液接触させる泡沫接触域と、
前記反応槽からオゾン処理液を導入して曝気し、かつ泡沫接触域から排出される排オゾンガスを混合液中に放出し、液封して反応槽内を加圧状態に維持するとともに、オゾンを混合液中に吸収して除去する曝気槽と
を備えていることを特徴とする生物汚泥のオゾン処理装置である。
【０００６】
本発明の生物汚泥のオゾン処理装置は次のように構成すると、泡沫層を維持・制御できるので好ましい。
（ａ）生物汚泥含有液の生物汚泥濃度を２，０００〜２０，０００ｍｇ／ｌとすると、泡沫層の維持が容易である。
（ｂ）反応槽の泡沫接触域の泡沫層の高さを１ｍ以上とすると、処理効率が高くなる。
（ｃ）反応槽の泡沫接触域の上部に、液を散布する液散布装置を設置すると、泡沫層の高さの制御が容易である。
（ｄ）液散布装置の散布液の一部に反応槽内の生物汚泥含有液を用い、これを循環散布すると、泡沫層の高さの制御が容易であるとともに、オゾンが有効に利用できる。
【０００７】
本発明で処理の対象となる生物汚泥は、好気性処理、嫌気性処理等において生成する生物汚泥を含む汚泥であり、余剰汚泥のように生物汚泥を主体とするものが好ましいが、凝集汚泥のように若干の無機物を含むものでもよい。生物汚泥含有液中の生物汚泥濃度は２，０００〜２０，０００ｍｇ／ｌ、好ましくは５，０００〜１５，０００ｍｇ／ｌであるのが望ましい。この範囲にある場合、オゾン流量、スプレー流量、泡沫保持部材の有無などの発泡条件を選択することにより、泡沫層の高さを１ｍ以上に保持することができる。
【０００８】
本発明においてオゾン処理に用いる反応槽は、汚泥含有液中の汚泥をオゾン含有ガスと反応させて酸化処理するための槽であり、下部には液相の汚泥含有液にオゾン含有ガスを吹込んで気液接触させる液相接触域が形成され、その上部には発泡した泡沫とオゾン含有ガスとを接触させる泡沫接触域が形成される。液相接触域の高さは０．２〜３ｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍとする。泡沫接触域の高さは液相接触域の汚泥含有液の液面より１ｍ以上、好ましくは１〜１０ｍ、さらに好ましくは２〜５ｍの高さとする。
【０００９】
液相接触域はほぼ一定の高さに維持するのが好ましく、例えば反応槽に圧力制御式の弁を用いた槽内液排出口を設け、槽内液の液面が一定の高さに保たれるようにすることができる。泡沫接触域は液相接触域の液面（槽内液排出口）から上部の空間に形成するのが好ましい。
【００１０】
泡沫接触域には泡沫保持部材を充填することができ、これにより反応槽の内径が大きくて泡が保持されにくい場合、または生物汚泥の濃度が低くて汚泥含有液が発泡しにくい性状である場合などでも、泡沫を効率よく保持することができ、オゾン処理効率を高くすることができる。泡沫保持部材としては、泡沫を保持できる構造のものであればよいが、ハニカム状、格子状などの仕切板構造のものが好ましい。
【００１１】
オゾン含有ガスとしてはオゾン含有空気、オゾン化空気などが使用できる。オゾンの導入量は、導入される生物汚泥のＶＳＳ重量に対して１〜１０％、好ましくは３〜５％とするのが望ましい。またオゾン含有ガスの流量は、反応槽のガス線速度として１〜３０ｍ／ｈｒ、好ましくは５〜２０ｍ／ｈｒとするのが好ましい。
【００１２】
本発明では反応槽内を加圧状態に維持するために、反応槽からオゾン処理液を導入して曝気し、かつ泡沫接触域から排出される排オゾンガスを混合液中に放出し液封する曝気槽を設ける。
【００１３】
曝気槽は槽内の液中に排オゾンガスを放出する散気装置を設けたものが好ましい。散気装置としては、中空パイプに多数の小孔を形成した多孔管、多孔質材料からなる多孔質中空管のほか、可撓性の合成樹脂チューブに多数の切目を設け、ガス吹出時に開口し、ガス停止時に閉じて逆流を防止する形式の散気管などが使用可能である。このような散気装置などのガス吹出口を設ける液深は１〜５０ｍ、好ましくは３〜１０ｍとするのが適当である。
【００１４】
上記の曝気槽によって維持する反応槽の圧力はゲージ圧０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ2、好ましくは０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2とするのが望ましい。このような圧力を維持するためには、オゾン含有ガスをゲージ圧０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ2、好ましくは０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2で供給し、反応槽から処理液を取出す経路に圧力弁を設け、所定圧以下のときに弁を閉じ、所定圧を超えたときに弁を開くように構成するのが好ましいが、反応槽の液面を一定に保ち、圧力に応じてオゾン含有ガスの供給量および／または排出量を制御するように構成してもよい。
【００１５】
【作用】
本発明の生物汚泥のオゾン処理装置においては、反応槽に生物汚泥含有液を導入して液相接触域を形成する。そして液相接触域にオゾン含有ガスを吹込んで生物汚泥含有液と接触させると、汚泥はオゾン処理される。これと同時に発泡により液相接触域の上部に泡沫層が形成され、この泡沫層において生物汚泥とオゾンの接触が起こり、泡沫接触領域が形成される。これにより液相接触域と泡沫接触域の両方において汚泥とオゾンの接触が行われ、汚泥がオゾンにより酸化される。
【００１６】
反応槽においてオゾンガスが液側に移動する際、物質移動の速度は接触面積と濃度差に比例するが、泡沫接触域から放出される排オゾンガスをそのまま大気中に排出すると、反応槽内はほぼ大気圧に等しくなるため、濃度差には限界がある。これに対して排オゾンガスを曝気槽により液封することにより、反応槽内が加圧され、濃度が増加し、物質移動速度が高くなる。これによりオゾン吸収効率が高くなり、汚泥の酸化効果が高くなる。
【００１７】
これと同時に排オゾンガス中のオゾンが液中に吸収されて除去され、無害の状態で排出される。特に液封装置として曝気槽を用いる場合、被酸化性の物質を含む混合液で液封を行うと、オゾン吸収効率が高く、排ガス中へのオゾンの漏出が防止される。この場合でも、反応槽におけるオゾン吸収率が高いため、排オゾンガス中に残留するオゾンの量は通常１ｍｇ／ｌ程度で少なく、曝気槽の活性汚泥中の微生物に対する影響は小さい。また曝気槽において散気装置を用いて排オゾンガスを吹込むと、微細気泡となって放出されるため、オゾンの吸収効率は高くなる。
【００１８】
反応槽内の泡沫接触域の上部に液散布装置を設けて、被処理液、工業用水、最終処理液、反応槽からの引抜液、または引抜液と被処理液との混合液などを泡沫層に向けて散布することができ、これにより過剰な発泡を抑制して、泡沫接触域を所定の高さに維持することができる。この場合、被処理液、引抜液または引抜液と被処理液との混合液を使用すると、槽内液の汚泥濃度が低下しないので好ましい。
【００１９】
生物汚泥の場合を含め、汚泥含有液を引抜いて散布することは、固形物がノズルを閉塞しやすいため、一般的には行われていないが、生物汚泥をオゾン処理する系では、生物汚泥が微細化されるとともに、付着性が減少するため、槽内液をスプレーしてもノズル等の閉塞は起こらないことが本発明者により確認されている。また槽内液と被処理液との混合液でも被処理液が希釈されるのでノズル等の閉塞はほとんど生じないが、オゾン処理していない被処理液を単独で使用するとノズルが閉塞しやすいので、散布には使用しない方が好ましい。
【００２０】
本発明のオゾン処理装置の泡沫接触域は泡沫で満たされるだけなので、反応槽を被処理液で満たす装置に比べて反応槽の強度は小さくてもよくなり、それだけ低コストの装置となる。
本発明のオゾン処理装置は、余剰汚泥をオゾン処理して減容化したり、生物処理槽、例えば好気性処理槽から槽内の混合液を引抜いてオゾン処理する場合に利用できる。
【００２１】
反応槽では汚泥がオゾンと反応して酸化分解され、ＢＯＤ成分に変換される。オゾン処理された汚泥含有液（槽内液）は粘性が増して非常に発泡性に富んだ液体となる。このため、汚泥含有液とオゾン含有ガスとを接触させることにより、容易に発泡して泡沫層が形成される。本発明では泡沫層を形成してオゾン含有ガスと接触させるようにしているので、槽内液中に存在している汚泥は、オゾンと接触した状態で泡沫となり、泡沫の状態でさらにオゾンと接触して分解され、これを繰返す。このため液相接触域のみで接触させる場合に比べてオゾン処理の効率は高くなる。また泡沫接触域のみで接触させると、オゾン含有ガスがチャネリングにより泡沫層を素通りしやすいが、液相接触域に吹込むことによりオゾン含有ガスを微細気泡化して接触効率を高めるとともに泡沫層を形成することができる。
【００２２】
この場合、排オゾンガスを液封装置で液封して反応槽を加圧することによりオゾンガスの物質移動速度が速くなり、特に泡沫接触域のように接触面積の大きい部分では移動速度が大きくなり、オゾン吸収効率が高くなる。
泡沫接触域に泡沫保持部材を充填すると、反応槽の内径が大きくて泡沫が保持されにくい場合、または生物汚泥含有液が発泡しにくい性状である場合などでも泡沫を良好に保持することが可能になるため、適正な高さの泡沫層を形成してオゾン処理を行うことが可能になる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明を図面の実施例により説明する。
図１は実施例の生物汚泥のオゾン処理装置を示す系統図である。図１において、１は反応槽、２は曝気槽であって液封装置として用いられている。３は固液分離槽である。
反応槽１は下部に汚泥含有液が槽内液１１として収容され、液相接触域１２が形成されている。液相接触域１２の液面の上部は泡沫接触域１３とされ、槽内液１１を発泡させて泡沫層１４が形成されている。
【００２４】
反応槽１には下部の液相接触域１２から槽内液１１を引抜いて泡沫接触域１３の上部に循環するように循環路１６が接続し、その中間部には循環ポンプ１７が設けられ、先端部にはスプレーノズル１８が設けられている。循環路１６の途中には、給液ポンプ２０を有する汚泥含有液導入路２１が接続している。反応槽１下部の液相接触域１２から、圧力指示器２２および圧力弁２３を有する槽内液排出路２４が曝気槽２に接続している。
反応槽１底部には、液相接触域１２にオゾン含有ガスを吹込む散気装置２６が設けられ、オゾン発生機２７からオゾン含有ガス導入路２８が接続している。また反応槽１の頂部から排オゾンガスを排出する排オゾンガス路２９が、曝気槽２の底部に設けられた散気装置３１に接続している。
【００２５】
液封装置として曝気槽２が用いられており、封止液としての混合液３２中に散気装置３１の他に、散気装置３３が設けられ、ブロア３４から空気供給路３５が連絡している。曝気槽２には被処理液導入路３６および返送汚泥路３７が連絡し、また移送路３８が固液分離槽３に連絡している。固液分離槽３の上部には分離液取出路３９が連絡し、底部には汚泥取出路４０が連絡し、その先端は汚泥含有液導入路２１および返送汚泥路３７に分岐している。
【００２６】
図１の装置により生物汚泥含有液をオゾン処理するには、給液ポンプ２０を駆動して汚泥含有液導入路２１から汚泥含有液を供給するとともに、循環ポンプ１７を駆動して循環路１６から槽内液１１を引抜いて循環する。こうして循環路１６中で汚泥含有液および引抜液を混合し、この混合液をスプレーノズル１８から泡沫層１４に向けて散布する。これにより汚泥含有液を反応槽１に導入するとともに、泡沫接触域１３が所定の高さを維持するように泡沫層１４の高さを調節する。
【００２７】
一方、オゾン発生機２７からオゾン含有ガス導入路２８を通してオゾン含有ガスを導入し、散気装置２６で散気して槽内液１１中に吹込み、これにより液相接触域１２において槽内液１１とオゾン含有ガスを接触させて汚泥を酸化分解するとともに発泡させ、泡沫接触域１３中に泡沫層１４を形成する。泡沫接触域１３を上昇するオゾン含有ガスは泡沫層１４中の汚泥とも接触し、汚泥を分解する。この場合、液相接触域１２に吹込まれたオゾン含有ガスは、汚泥と反応した状態で発泡し、そのまま泡沫層１４に入ってさらに汚泥と反応し、泡沫層１４を形成する汚泥含有液はオゾン含有ガスの離脱とともに液滴となって液相接触域１２に戻り、これが繰返される。泡沫層１４は表面積が大きくなっており、また反応槽１内は加圧状態となっているため気液接触効率は高く、このため発泡または加圧しない場合に比べて処理効率は高くなる。また泡沫層１４の荷重は小さいため、反応槽１の強度は小さくてもよい。
【００２８】
泡沫接触域１３から離脱したオゾン排ガスはそのまま上昇させて排オゾンガス路２９から曝気槽２に導入し、散気装置３１から混合液３２中に放出する。これにより反応槽１内を加圧状態に保って、反応槽１におけるオゾン吸収効率を高めるとともに、排オゾンガス中に含まれるオゾンを混合液３２に吸収させ、これにより無害化して大気中に放散させる。
【００２９】
反応槽１においてオゾン処理を受け、汚泥が酸化されてＢＯＤ化した槽内液の一部は槽内液排出路２４から圧力弁２３を通して曝気槽２に導入する。このとき圧力指示器２２により所定圧力に達したときに圧力弁２３を開閉することにより反応槽１内を所定圧力に保つ。
【００３０】
曝気槽２では、槽内液排出路２４から導入するオゾン処理液と、被処理液導入路３６から導入する被処理液と、返送汚泥路３７から導入される返送汚泥とを混合し、ブロア３４から空気供給路３５へ供給して散気装置３３から散気して曝気を行い、ＢＯＤを除去する。封止液としての混合液３２は移送路３８から固液分離槽３に導入して固液分離を行い、分離液は分離液取出路３９から処理液として取出す。また分離汚泥は汚泥取出路４０から取出し、一部は返送汚泥として返送汚泥路３７から曝気槽２に返送し、残部は汚泥含有液導入路２１から反応槽１に導入してオゾン処理を行う。
【００３１】
汚泥含有液を反応槽１の上部から導入し、オゾン含有ガスと向流で接触させると、下部から導入して並流で接触させる場合に比べて接触効率がよくなるので、より効率よくオゾン処理することができる。
なお汚泥含有液導入路２１は循環路１６に接続させることなく、反応槽１の上部ないし液相接触域１２の上部の範囲で反応槽１に直接接続させてもよい。
【００３２】
試験例１
図１の装置により、ただし反応槽１の内径を１ｍ、泡沫層１４の高さを３．５ｍ、槽内液１１の深さを１ｍに設定して、次の条件で活性汚泥含有液にオゾン含有ガスを吹込んでオゾン処理した。
汚泥含有液中の活性汚泥濃度：１０．０００ｇ／ｍ3
汚泥含有液の流量：１ｍ3／ｈ
オゾン濃度：２０ｇ／ｍ3
オゾン含有ガス流量：２５ｍ3／ｈ
オゾンガス供給圧：１．０ｋｇｆ／ｃｍ2（ゲージ圧）
【００３３】
上記の処理において、排オゾンガスを、曝気槽２の下部の液深５ｍの位置に設けられた散気装置３１から散気させ、液封を行った。そして圧力弁２３はゲージ圧０．６ｋｇｆ／ｃｍ2で閉、０．７ｋｇｆ／ｃｍ2で開となるように操作した。その結果反応槽１におけるオゾン吸収率は９６重量％となった。
【００３４】
比較例１試験例１において、曝気槽２を使用せず、排オゾンガスを大気中に放出してオゾン処理を行い、槽内液の引抜は反応槽底部から２ｍの高さのオーバフロー管により引抜いた。その結果、オゾンの吸収率は７０重量％であった。試験例１と同じ９６重量％のオゾン吸収率を得るためには、被処理液およびオゾン含有ガスの流量を１／２に低下させる必要があった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の生物汚泥のオゾン処理装置では、反応槽内の液相接触域にオゾン含有ガスを吹込んで発泡させ、液相接触域の上部に泡沫接触域を形成し、排オゾンガスを曝気槽で液封しているので、生物汚泥含有液をオゾン含有ガスと効率よく接触させることができ、かつ反応槽を加圧状態に保ちオゾンの濃度差を大きくして反応槽内のオゾン吸収効率を高くできるとともに、排オゾンガス中に残留するオゾンの量を少なくすることができ、かつ曝気槽における排オゾンガス中のオゾンを高オゾン吸収効率で混合液中に吸収除去して無害化することができ、これにより低コストで効率よく生物汚泥をオゾン処理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の生物汚泥のオゾン処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  反応槽
２  曝気槽
３  固液分離槽
１１  槽内液
１２  液相接触域
１３  泡沫接触域
１４  泡沫層
１６  循環路
１７  循環ポンプ
１８  スプレーノズル
２０  給液ポンプ
２１  汚泥含有液導入路
２２  圧力指示器
２３  圧力弁
２４  槽内液排出路
２６、３１、３３  散気装置
２７  オゾン発生機
２８  オゾン含有ガス導入路
２９  排オゾンガス路
３２  混合液
３４  ブロア
３５  空気供給路
３６  被処理液導入路
３７  返送汚泥路
３８  移送路
３９  分離液取出路
４０  汚泥取出路
【図１】
0003697729.tif 000002