(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物汚泥含有液を受入れて０．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ2（ゲージ圧）の加圧状態でオゾン処理を行う反応槽と、
この反応槽の下部から槽内液を引抜いて頂部に循環する循環ポンプを有し、先端部は反応槽内の下部まで伸びて気液吹出部が設けられている循環路と、
給液ポンプを有し、前記循環路に接続して前記反応槽に生物汚泥含有液を加圧状態で導入する汚泥含有液導入路と、
循環路および汚泥含有液導入路の接続点と気液吹出部との中間部に設けられたエジェクタと、
このエジェクタに接続し、前記反応槽にオゾン含有ガスを加圧状態で導入するオゾン含有ガス導入路と、
前記反応槽内を前記加圧状態に維持するようにオゾン処理液および／または排オゾンガスを排出する圧力調整弁と
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。しかし、このような従来の装置は液深１ｍ程度の反応槽を用いて大気圧下で運転されているため、オゾン濃度が低い状態で反応が行われ、反応速度は低い。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、効率的な処理が行われないほか、装置が大型化するという問題点がある。オゾン濃度の高いオゾン含有ガスを使用すれば反応速度を高くすることはできるが、この場合は高価なオゾンが無駄に消費されやすく、処理コストが高くなる。また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もできるが、この場合も処理コストが高くなるという問題点がある。
【０００３】
【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で、しかも装置を小型化することができる生物汚泥のオゾン処理装置を提供することである。
【０００４】
【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０．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ2（ゲージ圧）の加圧状態でオゾン処理を行う反応槽と、
この反応槽の下部から槽内液を引抜いて頂部に循環する循環ポンプを有し、先端部は反応槽内の下部まで伸びて気液吹出部が設けられている循環路と、
給液ポンプを有し、前記循環路に接続して前記反応槽に生物汚泥含有液を加圧状態で導入する汚泥含有液導入路と、
循環路および汚泥含有液導入路の接続点と気液吹出部との中間部に設けられたエジェクタと、
このエジェクタに接続し、前記反応槽にオゾン含有ガスを加圧状態で導入するオゾン含有ガス導入路と、
前記反応槽内を前記加圧状態に維持するようにオゾン処理液および／または排オゾンガスを排出する圧力調整弁と
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。
【０００５】
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。
【０００６】
本発明においてオゾン処理に用いる反応槽は、生物汚泥含有液中の汚泥を０．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）、好ましくは０．７〜２ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）の加圧状態でオゾンと反応させて酸化処理するための槽である。この際使用する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あげられる。オゾン含有ガスの導入量は、導入される生物汚泥のＶＳＳ重量に対してオゾンとして０．２〜１０重量％、好ましくは３〜５重量％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１〜１００ｍ／ｈｒ、好ましくは５〜２０ｍ／ｈｒとするのが望ましい。
【０００７】
オゾン含有ガスはエジェクタを用いるオゾン導入手段により、前記圧力となるように減圧下で反応槽に導入するが、オゾン発生機を前記圧力範囲で運転し、生成するオゾン含有ガスをそのまま加圧状態で反応槽に導入するように構成するのが好ましい。
【０００８】
本発明では、反応槽内を前記加圧状態に維持するように、オゾン処理液および／または排オゾンガスを排出する圧力調整弁を設ける。圧力調整弁としては、反応槽内の圧力に応じて反応槽から排出するオゾン処理液の量を調整する圧力調整弁、または反応槽内の圧力に応じて反応槽から排出する排オゾンガスの量を調整する圧力調整弁、あるいはこれらを組合せたものなどが使用できる。また圧力調整弁としては、圧力に応じて弁が開閉したり、開度を調整して、反応槽内を所定の圧力に維持する減圧弁や自力式圧力調整弁、ならびに制御器の指令により所定の圧力となるように弁の開度が調整される圧力調整弁などが使用できる。
【０００９】
なお本発明では、反応槽内の液のｐＨを一定値以下、例えばｐＨ５以下に維持するように、酸注入装置を設けるのが好ましい。この場合反応槽に酸を注入してｐＨ調整し、あるいは生物汚泥含有液に酸を注入してｐＨ調整したのち反応槽に導入するように構成してもよい。これにより、さらに効率のよいオゾン処理を行うことができ、装置をさらに小型化できる。また反応槽における生物汚泥とオゾンとの接触効率を高くするために、反応槽に充填材層を形成したり、泡沫層を形成したり、あるいは撹拌機を設けたりすることもできる。
【００１０】
【作用】
本発明の生物汚泥のオゾン処理装置においては、汚泥導入手段により反応槽に生物汚泥含有液を加圧状態で導入し、ここにオゾン導入手段によりオゾン含有ガスを加圧状態で導入して、０．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）、好ましくは０．７〜２ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）に加圧した状態で生物汚泥含有液と接触させると、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。
【００１１】
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、反応槽内を大気圧に維持すると、濃度差には限界がある。これに対して反応槽内を加圧状態に維持すると、圧力に比例して見かけ上高濃度のオゾン含有ガスを利用できるようになるので、物質移動速度が速くなってオゾン吸収効率が高くなり、汚泥の酸化効率が高くなる。例えば、空気からオゾンを発生させるオゾン発生機では、最大で５０ｇ／Ｎｍ３程度、通常２０ｇ／Ｎｍ３程度の濃度でしかオゾンを発生させることができないので、加圧しない場合のオゾン濃度は最大で５０ｇ／Ｎｍ３程度、通常２０ｇ／Ｎｍ３程度になるが、１ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）に加圧した場合の見かけ濃度は最大で１００ｇ／ｍ３程度、通常４０ｇ／ｍ３程度、また２ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）に加圧した場合の見かけ濃度は最大で１５０ｇ／ｍ３程度、通常６０ｇ／ｍ３程度に上昇することになる。この場合、オゾン発生機で発生する加圧されたオゾン含有ガスをそのまま反応槽に導入しても、見かけ上高濃度のオゾン含有ガスを利用できる。
【００１２】
本発明のオゾン処理装置は上記のように効率よくオゾン処理ができ、また加圧しない状態でオゾン処理する場合に比べて装置を小型化できるので、それだけ低コストの装置となる。オゾン濃度が高くなると汚泥との反応速度は指数的に上昇し、その結果として反応槽容積は指数的に小さくすることができる。また酸注入装置を設け、反応槽内をｐＨ５以下に調整してオゾン処理を行うとオゾン処理効率はさらによくなり、装置をさらに小型化できる。
【００１３】
本発明のオゾン処理装置は、生物処理槽、例えば好気性処理槽から生物汚泥含有液として槽内の混合液または余剰汚泥を引抜いてオゾン処理する場合に利用でき、こうしてオゾン処理したオゾン処理液は生物処理槽に導入して生物処理することにより、生物分解が可能となり、汚泥の減容化が行われる。
【００１４】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面により説明する。
図１、図３は参考例、図２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は反応槽で、０．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ2（ゲージ圧）、好ましくは０．７〜２ｋｇｆ／ｃｍ2（ゲージ圧）の加圧状態でオゾン処理するように構成され、底部には給液ポンプ２を有する汚泥含有液導入路３と、酸注入装置４から連絡する酸注入路５とが接続している。また反応槽１内下部にはオゾン含有ガスを吹込む散気装置８が設けられ、オゾン発生機９からオゾン含有ガス導入路１０が接続している。オゾン発生機９にはドライヤ１１およびコンプレッサ１２が連絡路１３、１４により連絡して直列に接続している。
【００１５】
反応槽１内上部には圧力検出装置１７および気液取出部１８が設けられ、気液取出部１８には気液排出路１９が接続している。気液排出路１９には圧力調整弁２０およびｐＨ検出装置２１が設けられ、圧力検出装置１７が圧力調整弁２０、ｐＨ検出装置２１が酸注入装置４を制御するように構成されている。
【００１６】
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２を駆動して汚泥含有液導入路３から生物汚泥含有液を加圧状態で反応槽１に導入するとともに、オゾン発生機９からオゾン含有ガス導入路１０を通してオゾン含有ガスを前記圧力に加圧した状態で導入し、散気装置８で槽内液中に散気する。これにより槽内液とオゾン含有ガスとを接触させて汚泥を酸化分解する。オゾン含有ガスはコンプレッサ１２で加圧した空気をドライヤ１１で乾燥した後、オゾン発生機９で発生させる。オゾン発生機９でのオゾン生成は、通常０．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）、効率面からは０．７〜２ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）で運転されるので、反応槽１の圧力をそれと同等または低い値に設定することにより、オゾン発生機９で発生する加圧状態のオゾン含有ガスをそのまま（さらに加圧することなく）反応槽１に導入して、反応槽１を加圧状態にすることができる。
【００１７】
排オゾンガスおよび槽内液（オゾン処理液）は気液取出部１８を通して、気液排出路１９から排出する。このとき反応槽１内の圧力を圧力検出装置１７で測定し、その信号を圧力調整弁２０に送り、所定の圧力に達したときに圧力調整弁２０を開閉することにより、反応槽１内を前記圧力に維持する。槽内液および排オゾンガスは通常一緒に気液取出部１８から排出するが、槽内液の液面が気液取出部１８の開口部より下になると排オゾンガスだけが排気され、また液面が上になるとオゾン処理液だけが取出され、液面は一定に維持される。オゾン処理液のｐＨはｐＨ検出装置２１で測定し、その信号を酸注入装置４に送り、酸注入路５から酸を注入して槽内液のｐＨを５以下に調整する。注入する酸としては、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸が好ましい。
【００１８】
このように反応槽１内は加圧状態に維持されるので、オゾン吸収効率が高くなり、汚泥の酸化効率が高くなる。また槽内液のｐＨを５以下に制御しているので、さらに効率よくオゾン処理することができる。これにより効率よくオゾン処理を行うことができ、装置は小型化できる。
【００１９】
なお図１の圧力調整弁２０弁としては減圧弁または自力式圧力調整弁などを使用することもでき、この場合は圧力検出装置１７は省略される。また図１の酸注入装置４、ｐＨ検出装置２１および酸注入路５は、場合によっては省略することもできる。さらに排オゾンガスを排出するための排オゾンガス路と、オゾン処理液を取出すための処理液取出路を別々に設けることもできる。この場合排オゾンガス路および処理液取出路にそれぞれ圧力調整弁を設けて所定の圧力を維持する。図１の処理では、汚泥含有液としては、汚泥の好気性生物処理系の曝気槽内の混合液、その固液分離汚泥などが好ましく使用でき、オゾン処理液は好気性生物処理系の曝気槽に返送することができる。
【００２０】
図２では、反応槽１には下部から槽内液を引抜いて頂部に循環するように循環路３１が接続し、その中間部には循環ポンプ３２が設けられ、その先端部は反応槽１内の下部まで伸びて気液吹出部３３が設けられている。循環路３１の途中には給液ポンプ２を有する汚泥含有液導入路３が接続し、この接続点と気液吹出部３３の中間部にエジェクタ３４が設けられ、オゾン発生機９からオゾン含有ガス導入路１０が接続している。また反応槽１上部には圧力制御スイッチ３５および気液取出部１８が設けられ、気液取出部１８には気液排出路１９が接続している。気液排出路１９には圧力制御スイッチ３５により制御される圧力調整弁３６およびｐＨ検出装置２１が設けられている。その他の構成は図１と同様である。
【００２１】
図２の装置により生物汚泥含有液をオゾン処理するには、循環ポンプ３２を駆動して槽内液を循環するとともに、給液ポンプ２を駆動して汚泥含有液導入路３から生物汚泥含有液を反応槽１に導入して加圧する。このときエジェクタ３４からオゾン含有ガスを吸引して液と混合し、気液吹出部３３から槽内液中に吹出す。この場合槽内液は激しく撹拌されるので、オゾンと汚泥とが十分に接触し、オゾン吸収率は高くなる。
【００２２】
排オゾンガスおよび槽内液は気液取出部１８を通して気液排出路１９から排出する。図２の場合、圧力制御スイッチ３５により圧力調整弁３６を開閉することにより反応槽１内を前記圧力に維持する。その他の処理は図１の場合と同様である。
【００２３】
図３では、反応槽１の下部に圧力制御スイッチ３５および処理液取出部４１が設けられ、処理液取出部４１には処理液取出路４２が接続している。処理液取出路４２には圧力制御スイッチ３５により制御される圧力調整弁３６が設けられている。反応槽１上部には汚泥含有液導入装置４３が設けられ、給液ポンプ２を有する汚泥含有液導入路３が接続している。汚泥含有液導入路３にはｐＨ検出装置２１が設けられ、また酸注入装置４から酸注入路５が接続し、ｐＨ調整後の生物汚泥含有液が反応槽１に導入できるように構成されている。また反応槽１上部には減圧弁４４を有する排オゾンガス路４５が接続している。反応槽１内には撹拌装置４６が設けられている。その他の構成は図１の場合と同様である。
【００２４】
図３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２を駆動し、汚泥含有液導入路３を通して汚泥含有液導入装置４３から生物汚泥含有液を加圧状態で反応槽１に導入する。この間液のｐＨをｐＨ検出装置２１で測定し、その信号を酸注入装置４に送り、ｐＨ５以下になるように酸注入装置４から酸を注入する。オゾン含有ガスは図１と同様にして加圧状態で反応槽１に導入し、槽内液と接触させて汚泥を分解する。槽内液は撹拌装置４６により撹拌して気液接触効率をよくする。
【００２５】
排オゾンガスは減圧弁４４を通して排オゾンガス路４５から排出する。オゾン処理液は圧力制御スイッチ３５により制御される圧力調整弁３６を通して処理液取出路４２から取出す。図３の場合、圧力制御スイッチ３５により圧力調整弁３６を制御して反応槽１内を前記圧力に維持する。その他の処理は図１の場合と同様である。なお撹拌装置４６は省略することもできるし、撹拌装置４６の代わりに充填材層を反応槽１内に形成することもできる。
【００２６】
試験例１
図１の装置により、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。その結果、オゾン含有ガスの空間速度が７ｈ−１のとき、ガス吸収率は９５％であった。従って２ｍ３／ｈの汚泥含有液を処理するために必要な反応槽の容積は１０（Ｎｍ３／ｈ）÷７（１／ｈ）＝１．４ｍ３となり、加圧を行わなかった後述の比較例１に比べて反応槽の容積を約１／２にまで小型化できることがわかる。
【００２７】
汚泥含有液中の活性汚泥濃度：１０ｋｇ／ｍ３
汚泥含有液の流量：２ｍ３／ｈ
オゾン濃度：４０ｇ／Ｎｍ３
オゾン含有ガスの流量：１０Ｎｍ３／ｈ
オゾン含有ガスの線速度：１０ｍ／ｈ
オゾン含有ガスの導入圧：１．０ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）
槽内液のｐＨ：３
【００２８】
試験例２
試験例１と同様にして、ただしオゾン含有ガスの導入圧を２．０ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）に変更してオゾン処理を行った。その結果、ガス吸収率９５％を得るためのオゾン含有ガスの空間速度は１１ｈ−１であった。従って２ｍ３／ｈの汚泥含有液を処理するために必要な反応槽の容積は１０（Ｎｍ３／ｈ）÷１１（１／ｈ）＝０．９ｍ３となり、比較例１に比べて反応槽の容積を約１／３にまで小型化できることがわかる。
【００２９】
比較例１
試験例１において、反応槽内を加圧することなく大気開放状態でオゾン処理した。その結果、ガス吸収率９５％を得るために必要なオゾン含有ガスの空間速度は３ｈ−１であった。従って２ｍ３／ｈの汚泥含有液を処理するために必要な反応槽の容積は１０（Ｎｍ３／ｈ）÷３（１／ｈ）＝３．３ｍ３であることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の生物汚泥のオゾン処理装置では、反応槽内を所定の加圧状態に維持してオゾン処理するようにしているので、オゾンの濃度差を大きくしてオゾン吸収効率を高くできるとともに、装置を小型化することができ、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。また循環ポンプを駆動して槽内液を循環するとともに、給液ポンプを駆動して汚泥含有液導入路から生物汚泥含有液を反応槽に導入して加圧し、エジェクタからオゾン含有ガスを吸引して液と混合し、気液吹出部から槽内液中に吹出すことにより、槽内液は激しく撹拌されるので、オゾンと汚泥とが十分に接触し、オゾン吸収率は高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の生物汚泥のオゾン処理装置を示す系統図である。
【図２】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３】別の参考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  給液ポンプ
３  汚泥含有液導入路
４  酸注入装置
５  酸注入路
８  散気装置
９  オゾン発生機
１０  オゾン含有ガス導入路
１１  ドライヤ
１２  コンプレッサ
１３、１４  連絡路
１７  圧力検出装置
１８  気液取出部
１９  気液排出路
２０、３６  圧力調整弁
２１  ｐＨ検出装置
３１  循環路
３２  循環ポンプ
３３  気液吹出部
３４  エジェクタ
３５  圧力制御スイッチ
４１  処理液取出部
４２  処理液取出路
４３  汚泥含有液導入装置
４４  減圧弁
４５  排オゾンガス路
４６  撹拌装置
【図１】
0003591023.tif 000002
【図２】
0003591023.tif 000003
【図３】
0003591023.tif 000004