(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥に対して、濃縮、消化、脱水等の処理を施す汚泥処理システムにおいて、
濃縮前の生汚泥をオゾン処理槽内に導入し、該処理槽内の汚泥にオゾン発生装置からオゾンを注入し、前記処理槽中の汚泥の色を測定し、該測定された色に基づいて汚泥の腐敗を防止できる注入オゾン量を演算し、該演算された注入オゾン量になるように前記オゾン発生装置のオゾン発生量を制御することを特徴とする汚泥処理システムにおけるオゾン注入量制御方法。
【請求項２】
汚泥に対して、濃縮、消化、脱水等の処理を施す汚泥処理システムにおいて、
濃縮前の生汚泥およびオゾン発生装置からのオゾンが投入されるオゾン処理槽と、
前記処理槽内の汚泥にオゾンが注入されたときの汚泥の色を測定する測定装置と、
前記測定装置で測定された色に基づいて、汚泥の腐敗を防止できる注入オゾン量を演算し、該演算された注入オゾン量になるように前記オゾン発生装置のオゾン発生量を制御する制御部とを備えたことを特徴とする汚泥処理システムにおけるオゾン注入量制御装置。
【請求項３】
前記測定装置は、反射率測定装置であることを特徴とする請求項２に記載の汚泥処理システムにおけるオゾン注入量制御装置。
【請求項４】
前記測定装置は、刺激純度測定装置であることを特徴とする請求項２に記載の汚泥処理システムにおけるオゾン注入量制御装置。
【請求項５】
前記測定装置は、色差測定装置であることを特徴とする請求項２に記載の汚泥処理システムにおけるオゾン注入量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥をオゾンで処理する装置を有する汚泥処理システムに係り、特に汚泥処理システムにおけるオゾン注入量制御方法およびオゾン注入量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥処理施設において、汚泥は、濃縮、消化、脱水等の工程を経て最終処分される。この汚泥処理方式には図１１のような方式がある（下水道施設設計指針と解説、１９８４年版、社団法人日本下水道協会、４２３頁）。汚泥濃縮は、消化、脱水に影響を与える。効率的に消化を行うためには、汚泥濃縮で高濃縮の汚泥を得ることが必要である。
【０００３】
汚泥の集約処理では、複数の処理場で発生した汚泥は、汚泥集約処理施設へポンプ圧送輸送され、一括した処理が行われる（「名古屋市におけるポンプ場・処理場施設の維持管理（集約化について）」、名古屋市下水道局施設管理部、後藤崇）。汚泥輸送中の汚泥性状変化が、後段の濃縮、消化、脱水等に影響を与える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、生活水準の向上、下水排除方式の変遷、面整備の進捗等により流入下水中の有機物濃度が増加している。このため、濃縮装置において、腐敗進行により汚泥の性状が変化し、濃縮性の低下を招いている。濃縮性の低下は、後続汚泥処理システムの処理効率の低下及び、返流水による水処理システムへの有機物負荷増大を引き起こしている。
【０００５】
また、下水道の普及にともない、年々下水処理水量は増加しており、汚泥の発生量もほぼ同じ比率で増加している（′９２下水道年鑑、水道産業新聞社発行による）。この汚泥の処理は、処分地に制約の大きな大都市のみならず、処理を新しく開始した中小都市の場合も、少量の汚泥では効率の良い汚泥処理が難しいため、大きな問題となっている。
【０００６】
この汚泥処理問題の解決策の一つとして、汚泥集約処理が注目されている。その長所として、汚泥処理施設のスケールメリット、汚泥処理場の環境対策の集約化、エネルギー回収の効率化、維持管理面のコストの低減、汚泥の資源化の向上等が挙げられる。
【０００７】
この集約処理において、輸送中の汚泥の腐敗が問題となっている。汚泥輸送ラインの圧送中に汚泥の腐敗が進行し、後段の濃縮装置での濃縮性が悪化、脱水装置での脱水性の悪化を引き起こす。また、腐敗により発生する硫化水素が原因で、輸送施設の腐敗を引き起こす等の問題も起きている。
【０００８】
汚泥腐敗は、嫌気性微生物が汚泥中の有機物を分解することにより生じる。汚泥腐敗を防止するためには、汚泥腐敗の主な原因となる、硫酸塩還元菌等の嫌気性微生物を過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム等の薬品を用いて不活性化させる方法がある。しかし、その効果は明確にされておらず、実用化には至っていない（汚泥の腐敗抑制による重力濃縮タンクの機能改善に関する調査、日本下水道事業団技術開発部報  １９８５、送泥に伴う汚泥性状の変化の実態及び腐敗抑制のための調査、東京都下水道局  １９９２）。実際には送泥管を洗浄する等の手段が用いられているにすぎない。
【０００９】
またオゾンを用いて汚泥の腐敗を防止する方法もあるが、この場合には比較的大量のオゾンが必要となる。そのため、腐敗防止のための適量のオゾンで処理することが求められ、オゾン注入の監視・制御はオゾン処理コストの削減につながる。しかし、汚泥腐敗の直接の原因となる嫌気性微生物の変化をオンラインでモニターする方法は現状ではない。従って、嫌気性微生物の変化を含めた、汚泥の性状の変化をオンラインでモニターする方法および測定装置の開発が必要である。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、腐敗防止に必要なオゾン注入量を簡単に求めることができるとともに、嫌気性微生物の変化を含めた汚泥の性状の変化をオンラインでモニターできる汚泥処理システムにおけるオゾン注入量制御方法およびオゾン注入量制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、汚泥に対して、濃縮、消化、脱水等の処理を施す汚泥処理システムにおいて、
（１）濃縮前の生汚泥をオゾン処理槽内に導入し、該処理槽内の汚泥にオゾン発生装置からオゾンを注入し、前記処理槽中の汚泥の色を測定し、該測定された色に基づいて汚泥の腐敗を防止できる注入オゾン量を演算し、該演算された注入オゾン量になるように前記オゾン発生装置のオゾン発生量を制御することを特徴とし、
（２）濃縮前の生汚泥およびオゾン発生装置からのオゾンが投入されるオゾン処理槽と、前記処理槽内の汚泥にオゾンが注入されたときの汚泥の色を測定する測定装置と、前記測定装置で測定された色に基づいて、汚泥の腐敗を防止できる注入オゾン量を演算し、該演算された注入オゾン量になるように前記オゾン発生装置のオゾン発生量を制御する制御部とを備えたことを特徴とし、
（３）前記測定装置は、反射率測定装置であることを特徴とし、
（４）前記測定装置は、刺激純度測定装置であることを特徴とし、
（５）前記測定装置は、色差測定装置であることを特徴としている。
【００１２】
（６）前記（１）〜（５）において、生汚泥に対してオゾン処理を施すことにより、汚泥腐敗の評価指標となる硫酸塩還元菌数および硫化水素の発生は抑えられる。このときオゾン注入により汚泥の色は黒緑色から灰色に変化する。また反射率測定装置であれば、その反射率は増加する。この間、硫酸塩還元菌は不括化されているため、前記色の変化又は反射率の変化を測定することにより、汚泥中の嫌気性微生物の変化を間接的にモニターすることができる。嫌気性微生物の不括化の程度は、汚泥の腐敗防止効果を表すから、測定装置でモニターすることにより、オゾン処理による汚泥腐敗防止効果をモニターできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では、汚泥の腐敗防止のためにオゾン処理を用いる。このオゾン処理のシステム例を図１に示す。汚泥の処理方式は汚泥の最終処分の方法によって、様々な処理方式を取るが、本発明の汚泥処理システムは、いずれの処理方式の場合でも濃縮装置の前段にオゾン処理装置を設け、汚泥の腐敗防止を図るものである。このオゾン処理装置を設けることにより、腐敗の原因となる硫化水素の発生を抑制する、悪臭の発生を抑制する、汚泥の濃縮性が向上する等の効果があり、従来の問題点を解決できる。
【００１５】
汚泥をオゾン処理する場合、オゾンの注入量が問題となる。オゾンを効率的に利用するためには、腐敗の原因となる嫌気性微生物を不括化させるのに必要なオゾン量を注入する必要がある。本発明は、オゾン処理中の汚泥の色の変化を利用し、オゾン注入量を制御するものである。オゾン処理により汚泥の色は黒緑色から灰色に変化する。この汚泥の色変化から、汚泥の性状変化をモニターし、それをもとにオゾン注入量を決定する。
【００１６】
図２は本発明を適用したオゾン処理装置の制御システムの一例を示している。図２において、１はオゾン処理槽、２は散気管、３は撹はん装置、４はオゾン発生装置、５は反射率測定装置、６はコントローラ、７はブロワ（排オゾン用）、８は汚泥供給ポンプ、９は送泥ポンプである。
【００１７】
図２のシステムにおいて、オゾン処理槽１に汚泥を投入するとともに、オゾン発生装置４で発生したオゾンを、処理槽１底部に設置した散気管２を通して汚泥に注入する。オゾン処理槽１の反応槽中の汚泥の色の変化は、反射率の変化として反射率測定装置５で測定され、その値がコントローラ６に送られる。コントローラ６では、反射率をもとに注入オゾン量が計算され、オゾン発生装置４に信号が送られる。オゾン発生装置４では、コントローラ６からの信号により、発生するオゾン量が制御される。
【００１８】
尚図２では、色の変化を反射率測定装置５で測定しているが、オゾン処理による色の変化は、刺激純度、色差等の変化により捉えることができる。従って図２の反射率測定装置５を、刺激純度、色差等の測定装置で置き換えても良い。
【００１９】
【参考例】
また、本発明に関連するオゾン処理装置の制御システムは例えば図３のように構成される。図３において図２と同一部分は同一符号をもって示している。図３において図２と異なる点は、反射率測定装置５の代わりに酸化還元電位計（以下、ＯＲＰ計と称する）１５を用いたことにあり、その他は図２と同一に構成されている。
【００２０】
図３のシステムにおいて、前記と同様に、オゾン処理槽１に汚泥を投入するとともに、オゾン発生装置４で発生したオゾンを、処理槽１底部に設置した散気管２を通して汚泥に注入する。オゾン処理槽１の反応槽中の汚泥のＯＲＰの変化は、ＯＲＰ計１５で測定され、その値がコントローラ６に送られる。コントローラ６ではＯＲＰをもとに注入オゾン量が計算され、オゾン発生装置４に信号が送られる。オゾン発生装置４では、コントローラ６からの信号により、発生するオゾン量が制御される。
【００２１】
次に、オゾンによる汚泥腐敗防止効果と色の変化の実験例を示す。
（１）実験方法
都市下水処理場で得られた汚泥試料について、オゾン処理実験と汚泥放置実験を行い、汚泥腐敗の抑制効果を把握する。汚泥腐敗の評価指標として、硫酸塩還元菌数と硫化水素の発生量、濃縮性の変化を用いた。
【００２２】
（１−１）オゾン処理実験
オゾン処理は半回分式で行った。実験装置を図４に示す。図４において、有効容積５０Ｌの反応槽（直径φ＝２６１ｍｍ、高さＨ＝１，３００ｍｍ）２１に汚泥を入れ、反応槽２１の底部に設置した散気管２２を通して濃度５０ｇ／Ｎｍ３のオゾンガスをオゾン発生機２３から吹き込み、排オゾンガスを反応槽上部から引き抜いた。オゾン処理の間、反応槽２１を恒温槽２４中で２５℃に保った。オゾン処理開始後０，１２．５，２５，５０，７５，１００，１５０，２００分経過毎に汚泥を採取し、硫酸塩還元菌数の測定を行った。また、処理開始後０，５０，１００，２００分にサンプリング管２５を通してサンプリングした汚泥を放置実験、沈降試験の試料とし、オゾンによる汚泥の腐敗防止効果を調べた。
【００２３】
尚図中２６は排オゾン処理装置、２７ａ，２７ｂはオゾン濃度計、２８ａ，２８ｂは流量計、２９は温度計、３０はＯＲＰ計である。
【００２４】
（１−２）汚泥放置実験
汚泥放置実験装置の概要図を図５に示す。前記オゾン処理実験で得られた汚泥３１を、三角フラスコ３２に入れ、発生する気体を導管３３を介してガスホルダー３４にトラップするしくみである。それぞれの注入率でオゾン処理した試料について、汚泥を封入後、０，４，１２，２４，４８時間経過毎にガスホルダー３４中の硫化水素濃度を測定し、同時に汚泥を採取して硫酸塩還元菌濃度を測定した。また４８時間放置させた汚泥を採取し、沈降試験の試料とした。尚図５において、３５は撹拌子、３６は飽和食塩水、３７は恒温槽である。
【００２５】
（２）結果
（２−１）オゾン処理実験における硫酸塩還元菌数の変化
初期ＴＳ（蒸発残留物）濃度１０４００ｍｇ／Ｌの汚泥試料について、オゾン処理実験を行った結果を図６に示す。この図で横軸は単位汚泥あたりに注入したオゾン量の積算値（オゾン注入率）、縦軸は硫酸塩還元菌数を示す。図６において、初めは１０の６乗オーダーであった硫酸塩還元菌数が、オゾン処理によって減少し、オゾン注入率約２００ｍｇ／Ｌで１０の１乗オーダーまで低下している。従ってオゾン処理することにより、硫酸塩還元菌は不活性化されることがわかる。
【００２６】
（２−２）オゾン処理実験における反射率の変化
図７にオゾン処理による汚泥の反射率の変化を示す。図７のようにオゾン処理により反射率は増加した。
【００２７】
（２−３）オゾン処理実験におけるＯＲＰの変化
図８にオゾン処理による汚泥のＯＲＰの変化を示した。図８のようにオゾン処理によりＯＲＰは増加した。
【００２８】
（２−４）放置実験における硫酸塩還元菌数と硫化水素発生量
図９に放置実験における硫酸塩還元菌数の変化を示した。横軸には放置した時間を経過時間として示し、縦軸には硫酸塩還元菌数を示した。また図１０には硫化水素発生量の変化を示した。横軸には経過時間、縦軸には単位汚泥量あたりの硫化水素発生量の積算値を示した。尚図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、オゾン処理実験においてオゾンを０，１００，２００，４７５ｍｇ／Ｌ注入した試料を表している。
【００２９】
図９に示すように、試料Ｃ（オゾン注入率約２００ｍｇ／Ｌ）では、１２時間硫酸塩還元菌の生成を抑制している。試料Ｄ（オゾン注入率約４７５ｍｇ／Ｌ）では、汚泥を４８時間放置しても硫酸塩還元菌は増加せず、ほぼ一定であった。すなわち、オゾン注入率４７５ｍｇ／Ｌで、汚泥の腐敗を４８時間抑制することができる。
【００３０】
図１０でも上記のことが確認できる。すなわち試料Ｄ（オゾン注入率約４７５ｍｇ／Ｌ）では４８時間放置しても、硫化水素は発生しなかった。また試料Ｃでは硫化水素の発生量を測定しなかったが、硫酸塩還元菌の結果及び試料Ｄの結果から類推すると、１２時間硫化水素は発生しない。
【００３１】
これらの結果から、少なくとも汚泥に対してオゾンを２００ｍｇ／Ｌ注入すれば、次工程の濃縮装置で一般的に使用される重力濃縮槽の平均的な滞留時間、すなわち１２時間の間、硫化水素による施設の腐食、悪臭を防止することができる。
【００３２】
（２−５）反射率の変化と硫酸塩還元菌数の変化の関係
オゾン処理により反射率が増加し、オゾン注入率２００ｍｇ／Ｌでは６５％まで、オゾン注入率４００ｍｇ／Ｌでは８０％まで上昇した（図７）。この間、硫酸塩還元菌は不括化されていることから、反射率の変化により汚泥中の嫌気性微生物の変化を間接的にモニターすることができることがわかる。嫌気性微生物の不括化の程度は、汚泥の腐敗防止効果を表すから、反射率をモニターすることによりオゾン処理による汚泥腐敗防止効果をモニターできることになる。
【００３３】
（２−６）ＯＲＰの変化と硫酸塩還元菌数の変化の関係
オゾン処理によりＯＲＰの値が増加し、オゾン注入率２００ｍｇ／Ｌでは２０ｍＶまで、オゾン注入率４００ｍｇ／Ｌでは６０ｍＶまで上昇した（図８）。ＯＲＰの値の上昇は、汚泥中の還元性物質が酸化されたことによると考えられる。硫酸塩還元菌の増殖にはＯＲＰの値が−１００ｍＶ近辺とされており（竹内準一、硫酸塩還元菌の生理状態、用水と排水Ｖｏｌ．３１  Ｎｏ．４）、オゾン処理によるＯＲＰの上昇は、硫酸塩還元菌が増殖できない環境になったことを示す。汚泥腐敗の原因である硫酸塩還元菌の増殖が抑制されたことは、汚泥の腐敗が抑制されたことを意味する。実際、前述したようにオゾン注入率２００ｍｇ／Ｌ、４００ｍｇ／Ｌの汚泥は１２時間以上腐敗を抑制できた。
【００３４】
以上のことから、汚泥のＯＲＰが−１００ｍＶ以上となるまでオゾン処理すれば、硫酸塩還元菌の増殖を抑制でき、汚泥の腐敗を防止できることになる。従って、ＯＲＰをモニターすることにより、オゾン処理による汚泥腐敗防止効果をモニターできることになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、濃縮前の生汚泥をオゾン処理槽内に導入し、該処理槽内の汚泥にオゾン発生装置からオゾンを注入し、前記処理槽中の汚泥の色を測定し、該測定された色に基づいて汚泥の腐敗を防止できる注入オゾン量を演算し、該演算された注入オゾン量になるように前記オゾン発生装置のオゾン発生量を制御するようにしたので、次のような優れた効果が得られる。
【００３６】
（１）オゾン処理による汚泥中の嫌気性微生物の変化を含めた、汚泥の性状変化を、色の測定により簡易的にモニターすることができる。
【００３７】
（２）腐敗防止に必要なオゾンの注入量を簡易的に求めることができる。
【００３８】
（３）腐敗防止を目的としたオゾン処理装置において、過剰なオゾン注入を防止することができ、オゾン処理のコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオゾン処理システムの概略を説明するブロック図。
【図２】本発明を適用したオゾン処理装置の制御システムの一例を示す構成図。
【図３】本発明に関連するオゾン処理装置の制御システムの一例を示す構成図。
【図４】オゾンによる汚泥腐敗防止効果を調べるためのオゾン処理室内実験装置の構成図。
【図５】オゾンによる汚泥腐敗防止効果を調べるための汚泥放置実験装置の構成図。
【図６】オゾン処理実験における硫酸塩還元菌数の変化を示す特性図。
【図７】オゾン処理実験における反射率の変化を示す特性図。
【図８】オゾン処理実験におけるＯＲＰの変化を示す特性図。
【図９】汚泥放置実験における硫酸塩還元菌数の変化を示す特性図。
【図１０】汚泥放置実験における硫化水素発生量の変化を示す特性図。
【図１１】主な汚泥処理方式を示すブロック。
【符号の説明】
１…オゾン処理槽
２…散気管
３…撹拌装置
４…オゾン発生装置
５…反射率測定装置
６…コントローラ
１５，３０…ＯＲＰ計
２３…オゾン発生機
２５…サンプリング管
２６…排オゾン処理装置
３１…汚泥
３２…三角フラスコ
３４…ガスホルダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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