(57)【要約】【課題】  汚泥可溶化処理装置において、超音波発信器近傍での異物の堆積防止と、高効率の汚泥分解の両方を実現する。【解決手段】  汚泥可溶化処理装置１１は、超音波発生器３９が配設された可溶化処理槽２５、可溶化処理槽２５の流出口２７と下流側とを接続する流出管２０Ｂから分岐して可溶化処理槽２５の流入口２６側に接続された循環管４２、及び流出口２７から流出管へ流入する汚水の一部を循環管４２を介して流入口２６側に送る循環ポンプ４０を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水の生物学的処理によって発生する汚泥を分解して可溶化する汚泥可溶化処理装置において、
前記汚泥を含む汚水が流入口から供給され、かつ流出口から排出される可溶化処理槽と、
前記可溶化処理槽中で超音波を発生する超音波発生器と、
前記可溶化処理槽の流出口と下流側とを接続する流出管から分岐し、かつ前記可溶化処理槽の流入口側に接続された循環管と、
前記可溶化処理槽の流出口から前記流出管へ流入する前記汚水の一部を、前記循環管を介して前記可溶化処理槽の流入口側に環流させる循環ポンプと
を備えることを特徴とする、汚泥可溶化処理装置。
【請求項２】
前記循環管が前記流出管から分岐する部分に配設された気液分離槽を備えることを特徴とする、請求項１に記載の汚泥可溶化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理施設で発生する活性汚泥を分解して可溶化する汚泥可溶化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥により汚水を浄化する生物処理槽を備える排水処理施設では、多量の余剰汚泥が発生する。そのため生物処理槽から取り出した汚泥を汚泥可溶化処理装置によって分解して可溶化した後、生物処理槽に再投入することで汚泥の減量化が図られている。
【０００３】
例えば、超音波発振子の発振する超音波でキャビテーションを発生させ、それによって汚泥を分解して可溶化する方式の汚泥可溶化処理装置が知られている（特許文献１，２及び本出願に係る特願２００４−９６号参照）。
【０００４】
図７を参照してこの種の汚泥可溶化処理装置を説明する。可溶化処理槽１内に超音波発生器２が配設されている。可溶化処理槽１の流入口１ａには沈殿槽（図示せず）等の上流側からの流入管３が接続されている。流入管３には給泥ポンプ４が配設されている。一方、可溶化処理槽１の流出口１ｂには生物槽（図示せず）等の下流側への流出管５が接続されている。給泥ポンプ４により流入口１ａから供給された汚泥を含む汚水は、可溶化処理槽１内の流路１ｃを通って流出口１ｂから排出される。超音波発生器２が発生する超音波によりキャビテーションが発生し、このキャビテーションの発生から消滅までに発生するエネルギーによって汚泥が分解し、可溶化される。
【０００５】
しかし、可溶化処理槽１内で汚水に含まれる異物が超音波発生器２の近傍に堆積する場合がある。この異物の堆積があると、超音波発生器２の超音波の発生効率が低下し、汚泥の分解効率が低下する。特に、上流側から供給される汚泥を含む汚水の流量（給泥流量）が少ない場合、可溶化処理槽１内の汚水の流速が遅くなるので、超音波発生器近傍での異物の堆積が生じやすい。
【０００６】
超音波発信器近傍での異物堆積を低減ないしは防止するために改良された汚泥可溶化処理装置を図８に示す。同様の構成が特許文献２の図８に開示されている。なお、図８において図７と同一の要素には同一の符号を付している。
【０００７】
図８の汚泥可溶化処理装置は、可溶化処理槽１で汚泥を循環させるために、循環管６と汚水槽７を設けた点に特徴がある。循環管６は一端が可溶化処理槽１の流出口１ｂに接続され、他端が汚水の水面の上方で汚水槽７内の空間に開放されている。汚水槽７内には水中ポンプである循環ポンプ８が配設されている。この循環ポンプ８の吐出口には吐出管９の他端が接続され、この吐出管９の他端は可溶化処理槽１の流入口１ａに接続されている。汚水槽７には流入管３が接続されている。また、汚水槽７には流出管５が接続されている。
【０００８】
上流側からの汚泥を含む汚水は、給泥ポンプ４によって汚水槽７内に流入した後、循環ポンプ８により吐出管９を介して流入口１ａから可溶化処理槽１内に流入する。可溶化処理槽１の流出口１ｂから排出された汚水は循環管６を介して汚水槽７に放流される。汚水槽７に戻った汚水は、循環ポンプ８により再び可溶化処理槽１に供給される。また、汚水槽７内の汚水が流出管５を介して下流側へ流れる。循環管６と汚水槽７により可溶化処理槽１で汚水を循環させるので、給泥流量が少ない場合であっても可溶化処理槽１内の流量を高速に維持し、それによって超音波発生器１近傍での異物堆積を防止することができる。
【０００９】
しかし、図８の汚泥可溶化処理装置には以下の問題がある。
【００１０】
第１に、循環管６と汚水槽７に存在する汚泥を含む汚水の量（循環汚水量）が多量であるため、効率的に可溶化処理を行うことができない。
【００１１】
第２に、前述のように循環管６から汚水槽７に汚水を放流するので、汚水槽７内で気泡が発生しやすい。この気泡が可溶化処理槽１内に供給される汚水に混入すると、超音波発生器２の超音波発生効率が低下する。
【００１２】
第３に、汚水槽７は密閉構造とすることができない。そのため、前述の気泡の発生等により汚水槽７から汚水の気泡（スカム）が溢れる。
【００１３】
第４に、汚水槽７を設けると装置が大型化する。また、汚水槽７内では汚泥の沈降等により汚泥濃度が不均一化するので、攪拌装置１０が必要である。これらの点で図８の汚泥可溶化処理装置は、大型で高コストである。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−１２８９７５号公報
【特許文献２】特開２００２−２００４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、超音波発信器近傍での異物の堆積を防止ないしは抑制しつつ、高効率で汚泥を分解することができる、小型かつ低コストの汚泥可溶化処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、汚水の生物学的処理によって発生する汚泥を分解して可溶化する汚泥可溶化処理装置において、前記汚泥を含む汚水が流入口から供給され、かつ流出口から排出される可溶化処理槽と、前記可溶化処理槽中で超音波を発生する超音波発生器と前記可溶化処理槽の流出口と下流側とを接続する流出管から分岐し、かつ前記可溶化処理槽の流入口側に接続された循環管と、前記可溶化処理槽の流出口から前記流出管へ流入する前記汚水の一部を、前記循環管を介して前記可溶化処理槽の流入口側に環流させる循環ポンプとを備えることを特徴とする、汚泥可溶化処理装置を提供する。
【００１７】
超音波発生器が発生する超音波によって可溶化処理槽中の汚水にキャビテーションが発生する。このキャビテーションの発生から消滅までに発生するエネルギーによって汚泥が分解する。可溶化処理槽の流出口から流出管に流入する汚泥を含む汚水の一部は、循環ポンプによって循環管を介して可溶化処理槽の流入口に戻される。従って、上流側から可溶化処理槽の流入口に供給される汚泥を含む汚水の流量（給泥流量）が少ない場合でも、可溶化処理槽内の汚水の流速を高速に維持し、それによって超音波発生器近傍での汚水に含まれる異物の堆積を防止することができる。
【００１８】
また、循環用の汚水槽を設けずに、循環管によって可溶化処理槽の流出口と流入口を接続しているので、可溶化処理槽の流出口と流入口に存在する循環に供される汚泥を含む汚水の量（循環汚水量）が比較的小量である。そのため、循環汚水量の汚水がすべて可溶化処理槽を通過するのに要する時間（処理時間間隔）を短縮し、汚泥の可溶化処理の効率を高めることができる。
【００１９】
さらに、循環用の汚水槽を設けておらず、循環管は密閉構造とできるので、汚水の気泡の溢れをなくし、汚水への気泡の混入も大幅に低減できる。可溶化処理槽内に存在する気泡量が少ない程、超音波発生器の発振する超音波によるキャビテーションの発生エネルギーが高くなるので、可溶化処理槽内での汚泥の分解効率が高い。
【００２０】
さらにまた、循環用の汚水槽を設けていないので、装置の小型化とコスト低減を図ることができる。
【００２１】
前記循環管が前記流出管から分岐する部分に配設された気液分離槽（セパレータ）をさらに備え、かつ前記循環ポンプは前記気液分離槽内に配設された水中ポンプであってもよい。
【００２２】
気液分離槽を設けることで循環管を介して可溶化処理槽の流入口に戻される汚泥を含む汚水から気泡を分離することができる。従って、可溶化処理槽内での気泡発生量が多い場合であっても、可溶化処理槽内の気泡量を抑制することができる。可溶化処理槽内に存在する気泡量が少ない程、超音波発生器の発信する超音波によるキャビテーションの発生エネルギーが高くなるので、可溶化処理槽内での汚泥の分解効率が高い。従って、気液分離槽を設けることで、可溶化処理槽内での気泡発生量が多い場合であっても、高効率で汚泥を分解することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の汚泥可溶化処理装置は、流出管から分岐して可溶化処理槽の流入口側に接続された循環管と、この循環管を介して一部の汚水を可溶化処理槽の流入口側に環流させる循環ポンプとを備えるので、給泥流量が少ない場合でも、可溶化処理槽内の汚水の流速を高速に維持し、それによって超音波発生器近傍での汚水に含まれる異物の堆積を防止することができる。また、処理時間間隔を短縮して汚泥の可溶化処理の効率を向上することができる。さらに、汚水への気泡の混入等の不具合が生じない。さらにまた、装置の小型化とコスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、図２に示す本発明の第１実施形態の汚泥可溶化処理装置１１を備える汚水処理設備１２を示す。この汚水処理設備１２は、流量調整槽１３、生物処理槽１４、曝気装置１５、沈殿槽１６、濃縮槽１７、及び貯留槽１８を備える。
【００２６】
処理される有機性の汚水は、流量調整槽１３を介して生物処理槽１４に供給される。曝気装置１５から供給される空気に曝気されることで、生物処理槽１４に供給された汚水に好気性の生物学的処理がなされる。生物学的処理により生じる汚泥を含む汚水は沈殿槽１６に導入され、処理済みの上澄水と沈降する汚泥とに分離される。上澄水は管路１９から設備外に排出される。一方、沈降した汚泥は、その一部が生物処理槽１４に戻され、残部は濃縮槽１７で濃縮された後に貯留槽１８に貯留される。貯留槽１８内の汚泥の一部は貯留槽１８から引き抜かれ、焼却等の処理がなされる。本実施形態では、貯留槽１８から流量調整槽１３に戻る配管が設けられ、この配管に汚泥可溶化処理装置１１が設けられている。具体的には、貯留槽１８と汚泥可溶化処理装置１１を接続する管路である流入管２０Ａと、汚泥可溶化処理装置１１と流量調整槽１３を接続する管路である流出管２０Ｂが設けられている。貯留槽１８内の汚泥の一部は流入管２０Ａを介して汚泥可溶化処理装置１１に供給され、汚泥可溶化処理装置１１で分解され、可溶化された後、流出管２０Ｂ及び流量調整槽１３を介して生物処理槽１４に戻される。
【００２７】
図２を参照すると、汚泥可溶化処理装置１１は、貯留槽１８（上流側）から汚泥を含む汚水が供給されるリアクターないしは可溶化処理槽２５を備えている。この可溶化処理槽２５は下端付近に流入口２６を備え、上端付近に流出口２７を備えている。流入口２６は流入管２０Ａを介して貯留槽１８（上流側）に接続されている。流出口２７は流出管２０Ｂを介して流量調整槽１３（下流側）に接続されている。また、可溶化処理槽２５の底壁には内部の汚水を排出するための排出口２８が設けられ、この排出口２８に通常時は閉弁されている排出弁２９が設けられている。
【００２８】
可溶化処理槽２５の内部には互いに平行な複数の仕切壁３１によって流入口２６から流出口２７まで蛇行する流路が形成されている。詳細には、可溶化処理槽１５の図において左右の側壁３２，３３から交互に仕切壁３１が延びており、底壁３４と仕切壁３１の間、頂部壁３５と仕切壁３１の間、及び隣接する２つの仕切壁３１間にそれぞれ水平方向に延びる複数の流路３７が形成されている。また、鉛直方向に隣接する２つの流路３７はそれらの左右いずれか一方の端部に設けられた連通部３８により互いに連通している。本実施形態では、可溶化処理槽２５内に５個の水平方向に延びる流路３７が形成されている。個々の流路３７には超音波発生器としての発振子３９が設けられている。発振子３９は周知の構造であり、高周波電源４５から一連のパルス電圧が印加されると、パルス波形間の時間間隔に対応した周波数の超音波を連続的に発生する。発振子３９の発生する超音波の周波数は、例えば約２０ｋＨｚから約１ＭＨｚの範囲で設定される。
【００２９】
流入管２０Ａには、給泥ポンプ４０が設けられている。この給泥ポンプ４０により貯留槽１８からの汚泥を含む汚水が可溶化処理槽２５の流入口２６に圧送される。可溶化処理槽２５から流入管２０Ａへの逆流を防止するために、給泥ポンプ４０としてねじ式ポンプ、ロータリポンプ等の容積型のポンプを使用することが好ましい。
【００３０】
流出管２０Ｂには通常時は開弁している流出弁４１が設けられている。
【００３１】
流出管２０Ｂの流出口２７と流出弁４１の間の位置Ｐ１から循環管４２が分岐している。この循環管４２は、給泥ポンプ４０と流入口２６の間の位置Ｐ２において流入管２０Ａに合流している。循環管４２には循環ポンプ４３が設けられている。循環ポンプ４３は吸込口４３ａが流出管２０Ｂ側に接続され、吐出口４３ｂが流入管２０Ａ側に接続されている。従って、可溶化処理槽２５の流出口２７から流出管２０Ｂへ流入する汚泥を含む汚水の一部は、循環ポンプ４３によって循環管４２を介して可溶化処理槽２５の流入口２６に送られる。
【００３２】
制御盤４６は、入力される運転指令に応じて、高周波電源４５、給泥ポンプ４０、循環ポンプ４３、及び排出弁２９の動作を制御する。
【００３３】
次に、本実施形態の汚泥可溶化処理装置１１の動作を説明する。汚泥可溶化処理時ないしは運転時には、給泥ポンプ４０が駆動されると共に、パルス電圧の印加により各発振子３９が超音波を発振する。給泥ポンプ４０により汚泥を含む汚水が流入口１６から可溶化処理槽２５の内部に送られ、図において矢印Ａで示すように流路３７を流出口２７に向けて流れる。流出口２７から流出した汚水は、流出管２０Ｂを通って流量調整槽１３へ流れる。
【００３４】
発振子３９の発振する超音波により、可溶化処理槽２５内の汚泥を含む汚水にキャビテーションが連続的に発生し、これらのキャビテーションの発生から消滅までに発生するエネルギーによって汚泥が分解し、可溶化される。可溶化された汚泥は生物処理槽１４に送られて減量化される。
【００３５】
給泥ポンプ４０と共に、循環ポンプ４３も駆動される。可溶化処理槽２５の流入口２７から流出管２０Ｂに排出された汚水の一部は位置Ｐ１から循環管４２に流入し、循環ポンプ４３を介して位置Ｐ２から流入管２０Ａに流入する（矢印Ｂ参照）。換言すれば、可溶化処理槽２５の流出口２７から、流出管２０Ｂ、位置Ｐ１、循環管４２、循環ポンプ４３、位置Ｐ２、及び流入管２０Ａを経て可溶化処理槽２５の流入口２６に到る循環流路が形成される。従って、給泥ポンプ４０により可溶化処理槽２５の流入口２６に供給される汚泥を含む汚水の流量（給泥流量）が少ない場合でも、可溶化処理槽２５内の汚水の流速を高速に維持し、それによって発信器３９近傍での汚水に含まれる異物の堆積を防止することができる。
【００３６】
本実施形態の汚泥可溶化処理装置の給泥流量は、処理設備の規模に応じて例えば２L/min〜４０L/minに範囲に設定される。また、給泥流量がこの範囲である場合、循環ポンプ４３により可溶化処理槽２５の流出口２７から流入口２６に戻される汚水の流量（循環流量）は、６L/min〜１２０L/minに範囲に設定される。
【００３７】
本実施形態の汚泥可溶化処理装置では、循環管４２によって可溶化処理槽２５の流出口２７と流入口２６を接続している。換言すれば、前述の図８に示す汚泥可溶化処理装置が備える汚水の循環のために汚水槽７は設けていない。従って、本実施形態の汚泥可溶化処理装置は、可溶化処理槽２５の流出口２６と流入口２７に存在する循環に供される汚泥を含む汚水の量（循環汚水量）が、図８に示す汚泥可溶化処理装置と比較して大幅に少ない。そのため、循環汚水量の汚水がすべて可溶化処理槽を通過するのに要する時間（処理時間間隔）を短縮し、汚泥の可溶化処理の効率を高めることができる。
【００３８】
本実施形態の汚泥可溶化処理装置１１で、給泥流量を２L/min、循環流量を８０L/min、可溶化処理槽２５の容量（リアクター容量）を３０L、可溶化処理槽２５の流出口２７から流入口２６に到る配管（循環管４２）の容量（循環配管容量）を１．５Lとすると、循環汚水量は１．５L（循環配管容量）である。また、処理時間間隔は、リアクター容量（３０L）と循環汚水量（１．５L）の和（３１．５L）を循環流量（８０L/min）で除して得られ、約０．４分である。
【００３９】
一方、図８の汚泥可溶化処理装置で給泥流量、循環流量、リアクター容量、循環配管容量を前記の例と同一とし、汚水槽７の容量を２００Lとすると、循環汚水量は２０１．５L（循環配管容量と汚水槽の容量の和）となる。また、処理時間間隔は、リアクター容量（３０L）と循環汚水量（２０１．５L）の和（２３１．５L）を循環流量（８０L/min）で除して得られ、約２．８分である。
【００４０】
両者を比較すると、給泥流量と循環流量が同一であれば、本実施形態の汚泥可溶化処理装置を使用することで、図８に示す汚水槽７を備える汚泥可溶化処理装置と比較して処理時間間隔が約１／７が短縮される。
【００４１】
本実施形態の汚泥可溶化処理装置は、前述のように循環用の汚水槽７を設けておらず、循環管４２は密閉構造とできるので、汚水の気泡（スカム）の溢れ（溢流）をなくし、汚水への気泡の混入も大幅に低減できる。可溶化処理槽２５内に存在する気泡量が少ない程、発振子３９の発生する超音波によるキャビテーションの発生エネルギーが高くなる。よって、汚水への気泡の混入を低減することで、可溶化処理槽２５内での汚泥の分解効率を向上することができる。
【００４２】
また、本実施形態の汚泥可溶化処理装置は、汚水槽７及び撹拌装置１０（いずれも図８参照）を備えていないので、小型で低コストである。
【００４３】
（第２実施形態）
【００４４】
図３は、本発明の第２実施形態の汚泥可溶化処理装置１１を示す。流出管２０Ｂから循環管４２が分岐する位置Ｐ１に気液分離槽ないしはセパレータ６０が設けられている。循環ポンプとしてセパレータ６０内に比較的安価で小型のボルテックス型の水中ポンプ７０が配設されている。詳細には、可溶化処理槽２５の流出口２７とセパレータ６０が流出管２０Ｂの一部で接続され、セパレータ６０と流量調整槽１２が流出管２０Ｂの残りの部分で接続されている。また、水中ポンプ７０の吐出口に循環管４２の一端が接続されており、循環管４２の他端は第１実施形態と同様に位置Ｐ２で流入管２０Ａに接続されている。セパレータ６０の内部には汚水の水面の上方に空間が残されており、流入した汚水に含まれる気泡がこの空間に上昇することで、気液分離がなされる。
【００４５】
可溶化処理槽２５の流出口２７から流出した汚水はセパレータ６０で気泡が分離された後に循環管４２を介して可溶化処理槽２５の流入口２６に戻される。従って、可溶化処理槽２５内での気泡の発生量が多い場合であっても、可溶化処理槽２５内の気泡量を抑制し、高効率で汚泥を分解することができる。
【００４６】
第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図４から図５は、本発明の汚泥可溶化処理装置１１の汚水処理設備１２中での配置箇所の代案を示す。図４に示すように、生物処理槽１４内の汚水を循環させる管路５０を設け、この管路５０に第１又は第２実施形態の汚泥可溶化処理装置１１を設けても良い。また、図５に示すように、貯留槽１８から流量調整槽１３に戻る管路（流入管２０Ａ、流出管２０Ｂ）と、生物処理槽１４内の汚水を循環させる管路５０に、それぞれ第１又は第２実施形態の汚泥可溶化処理装置１１を設けても良い。さらに、図６に示すように、沈殿槽１６から生物処理槽１４に戻る管路からいったん分岐して再度合流する管路５１を設け、この管路５１に汚泥可溶化処理装置１１を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化処理装置を備える汚水処理設備を示すブロック図である
【図２】本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化処理装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る汚泥可溶化処理装置を示す模式図である。
【図４】本発明の汚泥可溶化処理装置を備える汚水処理設備の第１の代案を示すブロック図である。
【図５】本発明の汚泥可溶化処理装置を備える汚水処理設備の第２の代案を示すブロック図である。
【図６】本発明の汚泥可溶化処理装置を備える汚水処理設備の第３の代案を示すブロック図である。
【図７】従来の汚泥可溶化処理装置の一例を示す模式図である。
【図８】従来の汚泥可溶化処理装置の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１  汚泥可溶化処理装置
１２  汚水処理設備
１３  流量調整槽
１４  生物処理槽
１５  曝気装置
１６  沈殿槽
１７  濃縮槽
１８  貯留槽
２０Ａ  流入管
２０Ｂ  流出管
２５  可溶化処理槽
２６  流入口
２７  流出口
２８  排出口
２９  排出弁
３１  仕切壁
３２，３３  側壁
３４  底壁
３５  頂部壁
３７  流路
３８  連通部
３９  発振子
４０  給泥ポンプ
４１  流出弁
４３  循環ポンプ
４５  高周波電源
４６  制御盤
６０  セパレータ
７０  循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006122875.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006122875.tif 000008
【図７】
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【図８】
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