(57)【要約】【課題】汚泥を十分に分解して汚泥を減容化するとともに、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することが可能なオゾン処理装置を提供すること。【解決手段】オゾン処理装置１００は、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡層２０と水を含む液層４０とに分離する反応槽１０と、泡層２０の内部に汚泥含有液を供給する液供給部と、泡層２０の下側の液層４０の内部にオゾンを含むガスを供給するガス供給部５０を備える。ガス供給部は、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、反応槽のガス空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるようにガスを供給する。【選択図】図１
2018008235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡層と水を含む液層とに分離する反応槽を備えるオゾン処理装置であって、
前記泡層の内部に前記汚泥含有液を供給する液供給部と、
前記泡層の下側の前記液層の内部にオゾンを含むガスを供給するガス供給部と、を備えており、
前記ガス供給部は、前記汚泥含有液の前記汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、前記反応槽のガス空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるように前記ガスを供給する、オゾン処理装置。
【請求項２】
前記液供給部は、前記反応槽の内部全体の高さをＨとし、前記反応槽の内底を基準としたときに、０．２Ｈ〜０．７Ｈの間の位置において前記汚泥含有液を供給する、請求項１に記載のオゾン処理装置。
【請求項３】
前記泡層の圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部で測定された圧力に基づいて、前記液供給部から供給される前記汚泥含有液の供給流量、前記ガス供給部からの前記ガスの供給流量、及び前記反応槽からのドレンの排出流量の少なくとも一つを調節する制御部と、を備える、請求項１又は２に記載のオゾン処理装置。
【請求項４】
前記泡層の圧力を測定する圧力測定部と、
前記反応槽に接続され、前記反応槽から排出される泡を撹拌器で撹拌して破泡する消泡槽と、
前記消泡槽に消泡剤を供給する消泡剤供給部と、を備え、
前記圧力測定部で測定された圧力に基づいて、前記液供給部から供給される前記汚泥含有液の供給流量、前記ガス供給部からの前記ガスの供給流量、前記反応槽からのドレンの排出流量、前記撹拌器の回転数、及び、前記消泡剤供給部からの前記消泡剤の供給流量の少なくとも一つを調節する制御部と、を備える、請求項１又は２に記載のオゾン処理装置。
【請求項５】
前記ガス供給部は、
オゾン及び酸素を含むオゾン含有ガスと、オゾンを含有しないガスとを混合する混合部と、
前記混合部よりも下流側に、多孔質材で構成され、前記液層に前記ガスを供給する散気体と、を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン処理装置。
【請求項６】
反応槽において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡層と水を含む液層とに分離する汚泥処理方法であって、
前記泡層の内部に、前記汚泥含有液を供給する液供給工程と、
前記泡層の下側の前記液層の中に、オゾンを含むガスを、前記汚泥含有液の前記汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、前記ガスの空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるように供給するガス供給工程と、を有する、汚泥処理方法。
【請求項７】
前記液供給工程では、前記反応槽の内部全体の高さをＨとし、前記反応槽の内底を基準としたときに、０．２Ｈ〜０．７Ｈの間の位置において前記汚泥含有液を供給する、請求項６に記載の汚泥処理方法。
【請求項８】
前記泡層の圧力を測定する圧力測定工程と、
前記圧力測定工程で測定された圧力に基づいて、前記汚泥含有液の供給流量、前記ガスの供給流量、及び前記反応槽からのドレンの排出流量の少なくとも一つを調節する調節工程と、を有する、請求項６又は７に記載の汚泥処理方法。
【請求項９】
前記泡層の圧力を測定する圧力測定工程と、
前記反応槽に接続された消泡槽において、前記反応槽から排出される泡を撹拌器で撹拌して破泡する撹拌工程と、
前記消泡槽に消泡剤を供給する消泡剤供給工程と、
前記圧力測定工程で測定された圧力に基づいて、前記汚泥含有液の供給流量、前記ガスの供給流量、前記反応槽からのドレンの排出流量、前記撹拌器の回転数、及び、前記消泡剤の供給流量の少なくとも一つを調節する調節工程と、を有する、請求項７又は８に記載の汚泥処理方法。
【請求項１０】
前記ガス供給工程の前に、前記オゾン及び酸素を含むオゾン含有ガスと、オゾンを含有しないガスとを混合する混合工程を有する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン処理装置及び汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理設備において生ずる有機汚泥としては、下水の一次処理の際に生ずる初沈汚泥、下水の二次処理の際に生ずる余剰汚泥、及び、これらの汚泥が消化処理されて生ずる消化汚泥などがある。特許文献１は、汚泥含有液にオゾン処理とアルカリ処理を施す方法を開示している。これにより、汚泥の分解を促進してリンの回収率を向上するとともに、汚泥の減容化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１９０４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
汚泥を含む汚泥含有液の処理においては、汚泥を十分に分解すること、並びに、汚泥含有液から汚泥及びその分解物を高い精度で効率よく分離することが求められる。しかしながら、特許文献１に記載されるような従来の汚泥処理では、汚泥の分解を十分に進行させることが困難であった。このため、汚泥を十分に分解して、汚泥含有液から汚泥及びその分解物を得ることが可能な技術を確立することが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、一つの側面において、汚泥を十分に分解して汚泥を減容化するとともに、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することが可能なオゾン処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、別の側面において、汚泥を十分に分解して汚泥を減容化するとともに、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することが可能な汚泥処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一つの側面において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡層と水を含む液層とに分離する反応槽を備えるオゾン処理装置であって、泡層の内部に汚泥含有液を供給する液供給部と、泡層の下側の液層の内部にオゾンを含むガスを供給するガス供給部と、を備えており、ガス供給部は、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、反応槽のガス空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるようにガスを供給する、オゾン処理装置を提供する。
【０００７】
上述のオゾン処理装置の反応槽では、液供給部が、汚泥の分解物を含む泡層の内部に汚泥含有液を供給する。泡層の内部に供給された汚泥含有液は泡層の泡の表面を伝って下方に流下する。一方、ガス供給部から液層の内部に供給されるガスに含まれるオゾンの一部は、液層に含まれる汚泥と反応し、オゾンの他部は液層を上昇して泡層に移動する。このとき、泡層に移動したオゾンの大部分は、泡の本体及びその表面に付着する水に溶存している。泡本体及びその表面上において、この溶存オゾンが、汚泥含有液に含まれる汚泥と効率よく反応して分解物を生成する。このように、泡層の泡本体及びその表面上において、汚泥含有液に含まれる汚泥とオゾンとが効率よく接触できることから、汚泥とオゾンとの反応が十分に進行し、汚泥を十分に分解できる。
【０００８】
泡層の中に供給された汚泥含有液に含まれる汚泥、及び汚泥が分解して生成した分解物は、液架橋力等の作用によって汚泥の分解物を含む泡に付着し、泡本体とともに泡層を上昇して反応槽の上部から排出される。一方、汚泥含有液に含まれる水は、比重が大きいうえに泡との付着力も汚泥及びその分解物ほど大きくないことから、下方に流下して液層に入る。
【０００９】
上記ガス供給部は、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、反応槽内の空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるようにガスを供給する。これによって、汚泥を十分に分解して汚泥を減容化するとともに、汚泥及びその分解物と水とを十分に高い精度で分離することができる。
【００１０】
上記液供給部は、反応槽の内部全体の高さをＨとし、反応槽の内底を基準としたときに、反応槽に貯留した汚泥含有液の液面よりも高く、且つ、０．２Ｈ〜０．７Ｈの間の位置において汚泥含有液を供給することが好ましい。これによって、汚泥の分解率と、汚泥及びその分解物と水との分離精度を、十分に高い水準で両立することができる。
【００１１】
上記オゾン処理装置は、泡層の圧力を測定する圧力測定部と、圧力測定部で測定された圧力に基づいて、液供給部から供給される汚泥含有液の供給流量、ガス供給部からのガスの供給流量、及び反応槽からのドレンの排出流量の少なくとも一つを調節する制御部と、を備えていてもよい。
【００１２】
圧力測定部は、泡層の圧力が測定できるように、汚泥含有液の液面よりも高い位置に設置されている。泡層における圧力は、ガス供給部からのオゾンを含むガスの供給圧力、泡層の高さ、及び、汚泥含有液の液面高さ等に依存する。これらの値は、オゾンと汚泥との反応に影響を与える。したがって、制御部が、汚泥含有液の供給流量、ガスの供給流量、及び反応槽からのドレンの排出流量の少なくとも一つを調節することによって、泡層の圧力を所定範囲に調整することができる。これによって、汚泥の分解効率を所定の範囲に維持することができる。
【００１３】
上記オゾン処理装置は、泡層の圧力を測定する圧力測定部と、上記反応槽に接続され、上記反応槽から排出される泡を撹拌器で撹拌して破泡する消泡槽と、消泡槽に消泡剤を供給する消泡剤供給部を備えていてもよい。この場合、上記制御部は、圧力測定部で測定された圧力に基づいて、汚泥含有液の供給流量、ガスの供給流量、反応槽からのドレンの排出流量、撹拌器の回転数、及び、消泡剤供給部からの消泡剤の供給流量の少なくとも一つを調節するように構成されてもよい。
【００１４】
消泡槽を備える場合、泡層における圧力は、ガス供給部からのオゾンを含むガスの供給圧力、泡層の高さ、及び汚泥含有液の液面高さの値に加えて、消泡槽における汚泥と排ガスの分離速度にも依存する。したがって、制御部が、圧力測定部で測定された圧力に基づいて、液供給部から供給される汚泥含有液の供給流量、ガス供給部からのガスの供給流量、反応槽からのドレンの排出流量、撹拌器の回転数、及び、消泡剤供給部からの消泡剤の供給流量の少なくとも一つを調節することによって、泡層の圧力を所定範囲に調整することができる。これによって、消泡槽を備える場合であっても、汚泥の分解率を所定の範囲に維持することができる。
【００１５】
上記ガス供給部は、オゾン及び酸素を含むオゾン含有ガスと、オゾンを含有しないガスとを混合する混合部と、混合部よりも下流側に、多孔質材で構成され、液層にガスを供給する散気体と、を有することが好ましい。これによって、オゾンの供給量と空塔速度を、高い自由度で調節することができる。したがって、汚泥含有液の供給流量、又は汚泥含有液の性状が変化しても、汚泥の分解率と、汚泥及びその分解物と水との分離精度を、高い水準に維持することができる。また、散気体から微細な泡状のガスが供給されることとなるため、液層におけるガスと液体との接触面積を大きくすることができる。さらに、泡層における泡も全体的に小さくなることから、泡全体の表面積が大きくなって、汚泥含有液と溶存オゾンとの接触効率を一層高くすることができる。
【００１６】
本発明は、別の側面において、反応槽において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡層と水を含む液層とに分離する汚泥処理方法であって、泡層の内部に、汚泥含有液を供給する液供給工程と、泡層の下側の前記液層の中に、オゾンを含むガスを、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、前記ガスの空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるように供給するガス供給工程と、を有する、汚泥処理方法を提供する。
【００１７】
上述の汚泥処理方法では、泡層の内部に汚泥含有液を供給する。泡層の内部に供給された汚泥含有液は泡層の泡の表面を伝って下方に流下する。一方、液層の内部に供給されるオゾンを含むガスは、液層を上昇して泡層に移動する。このとき、泡層に移動したオゾンの大部分は、泡の本体及びその表面に付着する水に溶存している。泡本体及びその表面上において、この溶存オゾンが、汚泥含有液に含まれる汚泥と効率よく反応して分解物を生成する。このように、泡層の泡本体及びその表面上において、汚泥含有液と溶存オゾンとが効率よく接触できることから、汚泥とオゾンとの反応が十分に進行し、汚泥を十分に分解できる。
【００１８】
また、泡層の中に供給された汚泥含有液に含まれる汚泥、及び汚泥が分解して生成した分解物は、液架橋力等の作用によって汚泥の分解物を含む泡に付着し、泡本体とともに泡層を上昇して反応槽の上部から排出される。一方、汚泥含有液に含まれる水は、比重が大きいうえに泡本体との付着力も汚泥及びその分解物ほど大きくないことから、下方に流下して液層に入る。このようにして、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することができる。
【００１９】
そして、ガス供給工程では、オゾンを含むガスを、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、反応槽内の空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるように供給している。これによって、汚泥を十分に分解して汚泥を減容化するとともに、汚泥及びその分解物と水とを十分に高い精度で分離することができる。
【００２０】
上記液供給工程では、反応槽の内部全体の高さをＨとし、反応槽の内底を基準としたときに、０．２Ｈ〜０．７Ｈの間の位置において汚泥含有液を供給することが好ましい。これによって、汚泥の分解率と、汚泥及びその分解物と水との分離精度を、十分に高い水準で両立することができる。
【００２１】
上述の汚泥処理方法は、泡層の圧力を測定する圧力測定工程と、圧力測定工程で測定された圧力に基づいて、汚泥含有液の供給流量、ガスの供給流量、及び反応槽からのドレンの排出流量の少なくとも一つを調節する調節工程と、を有していてもよい。泡層における圧力は、ガス供給工程におけるオゾンを含むガスの供給圧力、泡層の高さ、及び、汚泥含有液の液面高さ等に依存する。これらの値は、オゾンと汚泥との反応に影響を与える。したがって、汚泥含有液の供給流量、ガスの供給流量、及び反応槽からのドレンの排出流量の少なくとも一つを調節する調節工程を有することによって、泡層の圧力を所定範囲に調整することができる。これによって、高い精度で汚泥の分解率を所定の範囲に維持することができる。
【００２２】
上述の汚泥処理方法は、泡層の圧力を測定する圧力測定工程と、反応槽に接続された消泡槽において、反応槽から排出される泡を撹拌器で撹拌して破泡する撹拌工程と、消泡槽に消泡剤を供給する消泡剤供給工程と、を有し、圧力測定工程で測定された圧力に基づいて、汚泥含有液の供給流量、ガスの供給流量、反応槽からのドレンの排出流量、撹拌器の回転数、及び、消泡剤の供給流量の少なくとも一つを調節する調節工程を有していてもよい。
【００２３】
消泡槽を備える場合、泡層における圧力は、ガス供給部からのオゾンを含むガスの供給圧力、泡層の高さ、及び汚泥含有液の液面高さの値に加えて、消泡槽における汚泥と排ガスの分離速度にも依存する。したがって、圧力測定工程で測定された圧力に基づいて、汚泥含有液の供給流量、ガスの供給流量、反応槽からのドレンの排出流量、撹拌器の回転数、及び、消泡剤の供給流量の少なくとも一つを調節することによって、泡層の圧力を所定範囲に調整することができる。これによって、消泡槽を備える場合であっても、高い精度で汚泥の分解率を所定の範囲に維持することができる。
【００２４】
上記ガス供給工程の前に、オゾン及び酸素を含むオゾン含有ガスと、オゾンを含有しないガスとを混合する混合工程を有することが好ましい。これによって、オゾンの供給量と空塔速度を、高い自由度で調節することができる。したがって、汚泥含有液の供給流量、又は汚泥含有液の性状が変化しても、汚泥の分解率と、汚泥及びその分解物と水との分離精度を、高い水準に維持することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、一つの側面において、汚泥を十分に分解して汚泥を減容化するとともに、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することが可能なオゾン処理装置を提供することができる。また、本発明は、別の側面において、汚泥を十分に分解して汚泥を減容化するとともに、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することが可能な汚泥処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、オゾン処理装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図２は、ガス供給部の先端に取り付けられている散気体を上面視したときの図である。
【図３】図３は、液供給部を下面視したときの図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、泡層に含まれる泡の断面を拡大して示す模式図である。
【図５】図５は、反応槽の圧力を制御する制御システムの一例を示す図である。
【図６】図６は、オゾン処理装置の別の実施形態に備えられる反応槽の斜視図である。
【図７】オゾン処理装置が適用される汚泥処理システムの一例を示す図である。
【図８】横軸をオゾン原単位、縦軸を全ＶＳＳ分解率として、実施例のデータをプロットしたグラフである。
【図９】横軸をガス空塔速度、縦軸をＳＳ移送率として、実施例のデータをプロットしたグラフである。
【図１０】横軸を計算式（Ｉ）の値、縦軸をＳＳ移送率として、実施例のデータをプロットしたグラフである。
【図１１】横軸を計算式（ＩＩ）の値、縦軸を全ＶＳＳ分解率として、実施例のデータをプロットしたグラフである。
【図１２】横軸をオゾン原単位、縦軸を全ＶＳＳ分解率として、実施例のデータをプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、場合により図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。各図面において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。
【００２８】
図１は、オゾン処理装置の一実施形態を示す図である。オゾン処理装置１００は、反応槽１０と反応槽１０の下流側に設けられる消泡槽３０とを備える。反応槽１０には、汚泥と水とを含有する汚泥含有液を反応槽１０に供給する液供給部１２が接続されている。消泡槽３０には、消泡槽３０に消泡剤を供給する消泡剤供給部３３が接続されている。反応槽１０の下部には水を含有するドレンからなる液層４０が形成されている。反応槽１０の上部には、複数の泡２１を含む泡層２０が形成されている。また、反応槽１０には泡層２０の圧力を測定する圧力測定部１５が設置されている。オゾン処理装置１００の内容、及び、オゾン処理装置１００を用いた汚泥処理方法を以下に説明する。
【００２９】
ガス供給部５０は、反応槽１０の液層４０の内部にオゾンを含むガスを供給する（ガス供給工程）。ガス供給部５０は、オゾン発生部５６と、空気供給部５８と、混合部５５と、配管部５４と、散気体５２とを備える。オゾン発生部５６としては、通常のオゾナイザー等を用いることができる。空気供給部５８は、通常のエアーポンプ等を用いることができる。なお、空気供給部５８を備えることは必須ではなく、空気供給部５８備えていなくてもよいし、空気供給部５８に代えて窒素等の不活性ガスを供給する供給部を備えていてもよい。
【００３０】
混合部５５では、オゾン発生部５６で発生したオゾン含有ガスと、空気供給部５８から供給される空気とを配合して、液層４０の内部に供給されるガス５１が調製される（混合工程）。このような混合部５５を有することによって、反応槽１０のガス空塔速度と反応槽１０へのオゾン供給量（オゾン原単位）とを、それぞれ個別に調節することができる。したがって、汚泥含有液の供給流量、又は汚泥含有液の性状が変化しても、汚泥の分解率と、汚泥及びその分解物と水との分離精度を、十分に高い水準に維持することができる。
【００３１】
混合部５５で調製されたオゾンを含むガス５１は、配管部５４を流通して、配管部５４の先端に取り付けられた散気体５２に供給される。散気体５２は、セラミック等の多孔質材で構成される。汚泥をオゾンで分解して生成する分解物は粘性を有する。このため、ガス供給部５０からガス５１を供給することによって、液層４０の上に泡２１が形成される。散気体５２からオゾンを含むガス５１を供給することによって、液層４０に微細な泡状のガス５１が供給される。これによって、ガスと液層４０の水を含むドレンとの接触面積を大きくすることができる。ガス供給部５０からのガス５１中のオゾンの濃度は、例えば、２０〜１５０ｍｇ−Ｏ３／Ｌであってもよく、５０〜１２０ｍｇ−Ｏ３／Ｌであってもよい。
【００３２】
液層４０にオゾンを含むガス５１を供給することによって、オゾンと液層４０に含まれる汚泥とを効率よく反応させることができる。ガス供給部５０から供給されるガスの泡を微細にすれば、泡層２０における泡２１も小さくすることができる。これによって、泡２１の全体の表面積が大きくなって、汚泥含有液とオゾンとの接触効率を一層高くすることができる。
【００３３】
汚泥含有液は、例えば、下水処理場で発生する汚泥水であり、水と汚泥を含有する。汚泥含有液における水及び汚泥の含有量は、例えば、それぞれ３０〜８０重量％及び２０〜７０質量％である。汚泥には、例えば、浮遊物質（ＳＳ）、及び、液体状である有機物（蒸発残留物：ＴＤＳ）が含まれる。浮遊物質（ＳＳ）は、無機物及び揮発性有機物（ＶＳＳ分）を含有する。
【００３４】
浮遊物質（ＳＳ）の濃度は、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１３の「１４．１  懸濁物質」に準拠して測定することができる。具体的には、汚泥含有液を１μｍメッシュのフィルターでろ過し、残留物を１０５〜１１０℃で乾燥して測定される。蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度は、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１３の「１４．２  全蒸発残留物」に準拠して測定することができる。揮発性有機物（ＶＳＳ）は、浮遊物質（ＳＳ）を６００℃±２５℃で０．５時間加熱したときに消失するもの（消失物）である。揮発性有機物（ＶＳＳ）の濃度は、上述の加熱条件で加熱して得られた試料を用いて、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１３の「１４．懸濁物質及び蒸発残留物」及び「１４．１  懸濁物質」に準拠して測定することができる。
【００３５】
反応槽１０では、汚泥含有液に含まれる揮発性有機物（ＶＳＳ）がオゾンと反応して、汚泥の分解物である蒸発残留物（ＴＤＳ）を生成する。すなわち、揮発性有機物（ＶＳＳ）がオゾンと反応すると、揮発性有機物（ＶＳＳ）である細胞の細胞壁が分解され、蒸発残留物（ＴＤＳ）が生成する。このような反応によって、反応槽１０で、浮遊物質（ＳＳ）を減らして汚泥を減容化することができる。
【００３６】
反応槽１０では、汚泥の分解を十分に進行させることができる。汚泥の分解が進行すると、以下の式（１）及び式（３）で算出される全ＶＳＳ分解率及びＴＤＳ溶出率が高くなる。本実施形態では、全ＶＳＳ分解率を、２０重量％以上、好ましくは２５重量％以上にすることができる。本実施形態では、ＴＤＳ溶出率を、２０重量％以上、好ましくは２５重量％以上にすることができる。
【００３７】
反応槽１０では、汚泥含有液から浮遊物質を効率よく分離することができる。汚泥及びその分解物と、水を含むドレンとの分離精度が良くなると、以下の式（２）で算出されるＳＳ移送率が大きくなる。本実施形態では、ＳＳ移送率を８５重量％以上、好ましくは８７重量％以上にすることができる。
【００３８】
全ＶＳＳ分解率（重量％）＝［TDS16＋TDS18−TDS12］×100／VSS12  …（１）
SS移送率（重量%）＝［SS16＋TDS16−TDS12×泡流量／汚泥含有液の流量］×100／SS12  …（２）
TDS溶出率（重量%）=［TDS16−TDS12×泡流量／汚泥含有液の流量）］×100／VSS12  …（３）
【００３９】
式（１），式（２）及び式（３）中、TDS16は反応槽１０の上部から排出される泡に含まれるＴＤＳの単位時間当たりの流量であり、TDS12は反応槽１０に供給される汚泥含有液に含まれるＴＤＳの単位時間当たりの流量である。TDS18は、反応槽１０の底部から排出されるドレンに含まれるＴＤＳの単位時間当たりの流量である。VSS12は反応槽１０に供給される汚泥含有液に含まれるＶＳＳの単位時間当たりの流量である。SS16は反応槽１０の上部から排出される泡に含まれるＳＳの単位時間当たりの流量であり、SS12は反応槽１０に供給される汚泥含有液に含まれるＳＳの単位時間当たりの流量である。「泡流量」は、反応槽１０の上部から排出される泡の単位時間当たりの流量であり、「汚泥含有液の流量」は、反応槽１０に供給される汚泥含有液の単位時間当たりの流量である。なお、いずれの流量も重量基準の流量である。
【００４０】
ガス供給部５０は、全ＶＳＳ分解率を十分に高くする観点から、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対して３０ｍｇ以上のオゾンを含むガスを供給することが好ましく、４０ｍｇ以上のオゾンを含むガスを供給することがより好ましい。ガス供給部５０は、汚泥処理コストを低減する観点から、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対して２００ｍｇ以下のオゾンを含むガスを供給することが好ましく、１００ｍｇ以下のオゾンを含むガスを供給することがより好ましく、６８ｍｇ以下のオゾンを含むガスを供給することがさらに好ましい。
【００４１】
汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対してガス供給部５０から供給されるガスに含まれるオゾンの量を、本明細書では「オゾン原単位」（ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳ）と称する。全ＶＳＳ分解率の向上と汚泥処理コストを低減とを両立する観点から、オゾン原単位は、好ましくは３０〜２００ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳであり、より好ましくは４０〜１００ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳであり、さらに好ましくは４０〜６８ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳである。
【００４２】
図２は、反応槽１０の内部及び外部において、ガス供給部５０の先端に取り付けられている散気体５２を上面視したときの図である。反応槽１０の内部には、配管部５４の先端が反応槽１０の中央部分を横断するように挿入されている。略円筒形状を有し、配管部５４の側部から反応槽１０の側面に向かって延在する複数の散気体５２は、配管部５４の両側に所定の間隔で並んで設けられている。このように、散気体５２を複数並べて設けることによって、オゾンを含むガスと液層４０に含まれる汚泥とを十分に接触させることができる。
【００４３】
液層４０のドレンは、浮遊物質（ＳＳ）の分解に伴って粘性が増加する。このため、反応槽１０内における流通性も確保する必要がある。液層４０の流通を円滑にするとともに、オゾンと液層４０に含まれる汚泥とを十分に接触させる観点から、図２のように上面視した図面において、反応槽１０に対する散気体５２の面積比率は好ましくは１５〜５０％であり、より好ましくは２０〜４０％であり、さらに好ましくは３０〜４０％である。
【００４４】
図１に戻り、ガス供給部５０は、反応槽１０の内部全体の高さをＨとし、反応槽１０の内底１０ａを基準としたときに、０．２Ｈよりも低い位置においてガスを供給する。すなわち、散気体５２の上端の高さｈ０は、０．２Ｈよりも低くなっている。このように、ガス供給部５０からのオゾンを含むガスを、反応槽１０の低い位置において供給することによって、反応槽１０内における泡層２０と液層４０の界面の高さを十分に低くすることができる。したがって、反応槽１０において、液層４０に対する泡層２０の高さを十分に大きくすることができる。このような観点から、ガス供給部５０は、内底１０ａを基準としたときに、０．１５Ｈよりも低い位置においてガスを供給するように構成されることが好ましく、０．１Ｈよりも低い位置においてガスを供給するように構成されることがより好ましい。
【００４５】
反応槽１０におけるガス空塔速度は、ＳＳ移送率を十分に高くする観点から、好ましくは０．００３５ｍ／秒以上であり、より好ましくは、０．００３７ｍ／秒以上である。一方、全ＶＳＳ分解率を十分に高く維持する観点から、ガス空塔速度は、好ましくは０．００９ｍ／秒以下であり、より好ましくは０．００８ｍ／秒以下である。なお、本明細書におけるガス空塔速度は、ガス供給部５０から供給される供給ガス流量を、反応槽１０の断面積で割って求めることができる。なお、反応槽１０の径が高さ方向に沿って異なる場合、断面積は、反応槽１０の内容積を反応槽の内部全体の高さＨで割って求めることができる。
【００４６】
反応槽１０において、液層４０に対する泡層２０の体積比は、例えば２〜８であってもよく、３〜７であってもよい。この体積割合が小さくなり過ぎると、泡層２０において汚泥の分解及び濃縮が十分に進行せず、消泡槽３０に流出する水分量が増加する傾向にある。一方、この体積割合が大きくなり過ぎると、液層４０において、オゾンと汚泥との反応が十分に進行せず、配管１８から排出されるドレンに同伴する汚泥の量が増加する傾向にある。
【００４７】
液供給部１２は、反応槽１０に形成される泡層２０の内部に汚泥含有液を供給する（液供給工程）。すなわち、液供給部１２は、泡層２０の内部に汚泥含有液が供給可能な構造であればよい。
【００４８】
図３は、反応槽１０の内部及び外部において、液供給部１２を下面視したときの図である。液供給部１２の先端には、複数に分岐されてなる分岐管１２Ａが設けられている。複数の分岐管１２Ａは、互いに平行であり、反応槽１０の一方の側面を貫通し、水平方向に所定間隔で並ぶようにして、反応槽１０の他方の側面に向かって延在している。分岐管１２Ａのそれぞれは、反応槽１０の内部をほぼ横断するように配置されている。分岐管１２Ａは、汚泥含有液を下方に向かって供給する供給口１２ａを有する。図３に示すように、液供給部１２は、汚泥含有液の供給口１２ａを複数有することによって、汚泥含有液に含まれる汚泥と、泡２１に含まれるオゾンとの接触を一層良好にすることができる。
【００４９】
反応槽１０の内部を上から又は下から見たときに、図２に示す散気体５２と図３に示す分岐管１２Ａは、それぞれの延在方向（長手方向）が平行になるように配置されることが好ましい。これによって、反応槽１０内の位置による汚泥の分解のばらつきを十分に抑制することができる。
【００５０】
液供給部１２は、図３の形状のものに限定されない。別の幾つかの実施形態では、液供給部１２は、分岐せずにその先端部が消泡槽３０の径方向中心部に配置されて、先端部に設けられた開口から汚泥含有液を吐出するような構造であってもよい。
【００５１】
液供給部１２の高さｈ２は、反応槽１０の内部全体の高さをＨとし、反応槽１０の内底１０ａを基準としたときに、０．２Ｈ〜０．７Ｈの範囲内であることが好ましく、０．２５Ｈ〜０．６Ｈの範囲内であることがより好ましい。すなわち、液供給部１２から反応槽１０の上端１０ｂまでの高さｈ３は、０．３Ｈ〜０．８Ｈの範囲内であることが好ましく、０．４Ｈ〜０．７５Ｈの範囲内であることが好ましい。これによって、全ＶＳＳ分解率とＳＳ移送率を十分に高い水準で両立することができる。
【００５２】
泡層２０と液層４０との界面の高さｈ１は、反応槽１０の内部全体の高さをＨとし、反応槽１０の内底１０ａを基準としたときに、０．１５Ｈ〜０．４Ｈの範囲内であることが好ましく、好ましくは０．２Ｈ〜０．３Ｈの範囲内であることがより好ましい。このような高さｈ１とすることによって、汚泥の分解率と、汚泥及びその分解物と水との分離精度を高く維持しつつ、オゾンを含むガスの液層４０中への分散性を良好にすることができる。また、液層４０に含まれる汚泥を十分に分解することができる。
【００５３】
泡層２０と液層４０との界面から液供給部１２の下端までの高さｈ４は、反応槽１０の内部全体の高さをＨとしたときに、０．１Ｈ〜０．４Ｈの範囲内であることが好ましく、０．１５〜０．３Ｈの範囲内であることがより好ましい。これによって、全ＶＳＳ分解率とＳＳ移送率を十分に高い水準で両立することができる。
【００５４】
図４は、泡層２０に含まれる泡２１の断面を拡大して示す模式図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すとおり、泡２１は、泡本体２２と、泡本体２２の周囲に付着する汚泥粒子２４と、汚泥粒子２４が分解して生成する分解物２６と、泡本体２２の周囲に付着する水２８とを有する。泡本体２２は、ガス供給部５０から液層４０に供給されたオゾンを含むガスを、汚泥に含まれる液状の有機物及び汚泥の分解物が取り囲んで形成される。汚泥粒子２４は、例えばＳＳであり、分解物２６は例えばＴＤＳである。分解物２６は、オゾンと汚泥粒子２４との反応によって生成するものであり、生成後に泡本体２２と一体化してもよい。
【００５５】
泡本体２２の表面上には、水２８が付着している。水２８は、泡本体２２とともに泡層２０内を上昇する。水２８及び泡本体２２中には、オゾンが溶存している。泡２１の表面を伝って流下する汚泥含有液に含まれる汚泥粒子２４の少なくとも一部は、泡本体２２の表面上に付着する。反応槽１０の泡層２０では、泡本体２２の表面上において、溶存オゾンと汚泥粒子２４とが効率よく接触できるため、汚泥粒子２４の分解反応が十分に進行する。また、泡本体２２の表面上に付着した汚泥粒子２４は、泡層２０を上昇する間にも、溶存オゾンと反応する。これによって、泡層２０の上方に向かって分解物２６の濃度が増加する。
【００５６】
図４（Ａ）は、図４（Ｂ）よりも高い位置における泡層２０の泡２１を示している。泡２１が泡層２０を上昇するにつれて、泡本体２２に付着していた水２８が、重力の作用によって降下する。一方、汚泥粒子２４及び分解物２６は、液架橋力及び表面張力等の作用によって、泡本体２２の表面に付着したまま泡本体２２とともに上昇する。このため、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すとおり、泡層２０の位置が高くなるほど、水２８が減少し、汚泥粒子２４及び分解物２６の濃度が増加する。このようにして泡層２０において、汚泥粒子２４及び分解物２６が濃縮され、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することができる。
【００５７】
図１に示すとおり、反応槽１０の上部と消泡槽３０の上部は、配管１６で連結されている。泡２１は、反応槽１０の上部に接続された配管１６によって、反応槽１０から排出され、消泡槽３０に導入される。消泡槽３０は、撹拌軸と撹拌軸に取り付けられた撹拌翼とを有し、撹拌軸を中心に回転可能に構成される撹拌器３２を備える。
【００５８】
消泡槽３０では、撹拌器３２を作動させるとともに消泡剤供給部３３から消泡剤を供給して泡２１を破泡し、濃縮物２９を得る。このような撹拌器３２及び消泡剤供給部３３を備えることによって、オゾン処理装置１００全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、撹拌によって、泡２１に含まれる汚泥粒子２４と溶存オゾンとの反応を促進することができる。得られた濃縮物２９は図示しない配管等によって外部に排出される。なお、撹拌器３２及び消泡剤供給部３３を備えることは必須ではなく、どちらか一方を備えるものであってもよい。
【００５９】
消泡槽３０には、オゾンを含むガスを供給するガス供給部３４が連結されている。ガス供給部３４は、ガス供給部５０と同様に先端に多孔質材からなる散気体を有していてもよい。ガス供給部３４からオゾンを含むガスを供給しながら、撹拌器３２で泡２１を撹拌することによって、泡２１に含まれる汚泥粒子２４とオゾンとを反応させることができる。
【００６０】
オゾン処理装置１００は、消泡槽３０を備えることによって、反応槽１０における泡層２０の専有体積を小さくすることができる。したがって、反応槽１０の小型化を図ることができる。また、汚泥処理の工程を短縮することができる。ただし、消泡槽３０を設けることは必須ではない。
【００６１】
反応槽１０の底部には、ドレンを排出する配管１８が連結されている。汚泥含有液に含まれる水を含有するドレンは、配管１８によって反応槽１０から排出される。反応槽１０では、汚泥及びその分解物を濃縮して上部の配管１６から排出していることから、ドレンにおける汚泥及びその分解物の濃度を十分に低減することができる。配管１８からのドレンの排出流量を調節することによって、反応槽１０の液層４０と泡層２０の界面の高さｈ１を制御することができる。ドレンは、例えば、下水処理場の水処理装置に送られてもよい。
【００６２】
液層４０は、安定して泡２１を生成する観点から、水に加えて汚泥及びその分解物を含有することが好ましい。ただし、液層４０における汚泥及びその分解物の濃度が高くなり過ぎると、配管１８から排出されるドレンにおける汚泥及びその分解物の濃度が上昇する傾向にある。このため、ドレンにおける汚泥及びその分解物の濃度を低減しつつ、安定して泡層２０を形成する観点から、液層４０の粘度を所定の範囲とすることが好ましい。
【００６３】
液層４０の粘度は、例えば、１〜１０ｃＰであってもよく、１〜５ｃＰであってもよい。液層４０の粘度を上述の範囲に維持することによって、反応槽１０に供給される汚泥含有液の性状が変動しても、反応槽１０を十分に安定的に継続して稼働させることができる。泡層２０の粘度は、液層４０の粘度よりも高いことが好ましく、例えば５〜８０ｃＰであってもよい。
【００６４】
液層４０の粘度は、液供給部１２から供給される汚泥含有液の供給流量を調節することによって制御することができる。例えば、液層４０の粘度が目標範囲を下回りそうな場合には、液供給部１２からの汚泥含有液の供給流量を増加する。これによって、液層４０に流下する汚泥の量が増加して、液層４０の粘度が上昇する。一方、液層４０の粘度が目標範囲を上回りそうな場合には、液供給部１２からの汚泥含有液の供給流量を減少する。これによって、液層４０に流下する汚泥の量が減少して、液層４０の粘度が下降する。
【００６５】
液層４０の粘度の測定結果に基づいて、汚泥含有液の供給流量を制御する制御部を設けてもよい。このような制御部を設けることによって、汚泥含有液の性状が変動しても、反応槽１０を十分に安定的に継続して稼働させることができる。液層４０に粘度を測定するオンライン分析器を設けて、汚泥含有液の供給流量を自動で制御してもよい。また、液層４０のサンプリングを適宜行って、サンプルの粘度測定を行い、測定結果に基づいて、必要に応じて汚泥含有液の供給流量を手動で制御してもよい。
【００６６】
図５は、反応槽１０の圧力を制御する制御システムの構成図である。圧力測定部１５は、反応槽１０において泡層２０が形成されている高さに設置されている。圧力測定部１５はその検出部が泡層２０に挿入されているため、泡層２０における圧力を測定することができる（圧力測定工程）。なお、本実施形態では、反応槽１０に一つの圧力測定部１５が設けられているが、圧力測定部１５は複数設けられていてもよい。これによって、泡層２０の異なる高さにおける圧力を測定し、反応槽１０における汚泥分解処理の状況をより詳細に把握することができる。
【００６７】
圧力測定部１５で測定される泡層２０の圧力は、ガス供給部５０から供給されるガスの圧力のみならず、泡層２０を形成する泡２１に付着している汚泥粒子２４と分解物２６と水２８の量にも依存する。泡２１に付着している汚泥粒子２４と分解物２６と水２８の量が多くなると、これらに働く重力によって泡層２０の圧力が増加する。また、泡層２０の圧力は泡層２０に形成される泡２１の数にも依存する。泡層２０における泡２１の数が多くなると、泡２１に付着する汚泥粒子２４と分解物２６と水２８の量も増加し、泡層２０の圧力も増加する。泡層２０の圧力は、消泡槽３０における泡２１の破泡速度にも依存する。消泡槽３０における泡２１の破泡速度が遅くなると、背圧が反応槽１０にかかるため反応槽１０に生成した泡層２０の圧力が上昇する。
【００６８】
圧力測定部１５で測定される圧力Ｐ１は、泡２１の密度ρbubbleと圧力測定部１５の取り付け位置から配管１６上面までの高さｈ５と消泡槽３０の内部圧力Ｐ２を用いて、Ｐ１＝ρbubble×ｈ５＋Ｐ２と表すことができる。ここで、消泡槽３０の内部圧力Ｐ２は破泡が安定的に行われている場合には、一定の圧力を示す。また、泡２１の密度は泡に付着した汚泥粒子２４の量に依存する。これより、泡２１に付着した汚泥粒子２４の量は、ρbubble＝（Ｐ１−Ｐ２）／ｈ５の式で算出される泡２１の密度ρbubbleを基にして把握することができる。従って、圧力測定部１５で測定される圧力が下がり過ぎると、泡２１への汚泥粒子２４の付着量が減少していることになり、全ＶＳＳ分解率とＳＳ移送率が低下する傾向にある。
【００６９】
このような観点から泡２１の密度ρbubbleは、０．１６ｋｇ／ｍ３以上であることが好ましく、０．２０ｋｇ／ｍ３以上であることがより好ましい。消泡槽３０の内部圧力Ｐ２は消泡槽３０の後段の機器圧力損失等により異なるため、設備運用開始前に適宜測定を行うことが好ましい。消泡槽３０の内部圧力Ｐ２が所定の圧力を超える場合には、撹拌器３２の回転数を上昇させる、又は、消泡剤供給部３３からの消泡剤供給量を増やすことで消泡槽３０の運転状況を安定させることができる。
【００７０】
圧力測定部１５を用いて泡層２０の圧力を測定し、その値をもとに反応槽１０を制御すれば、泡層２０の圧力変動を抑制し安定な汚泥処理が実施できる。図５に示すように圧力測定部１５で測定された圧力の測定は、信号線９２を介して制御部９０に送られる。制御部９０は、入力される圧力の測定値に応じて各調節部を調節する。制御部９０は、圧力の目標範囲と測定値とを比較し、圧力調整の要否を判断するように構成されてもよい。ガス供給部５０においてオゾンを含むガスの流量を調節するガス流量調節部５０Ａ、液供給部１２において汚泥含有液の供給流量を調節する流量調節部１２Ｂ、反応槽１０から排出されるドレンの排出流量を調節するドレン排出流量調節部１８Ａ、消泡槽３０において泡２１を破泡する撹拌器３２の回転数を調節する回転数調節部３２Ａ、及び、消泡剤の注入量を調節する消泡剤流量調節部３３Ａと信号の送受信が可能なように、信号線９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ，９４Ｄ，及び９４Ｅによってそれぞれ接続されている。制御部９０には、これらの信号線を介して、それぞれの調節部から、オゾンを含むガスの流量、ドレンの排出流量、撹拌器３２の回転数、消泡剤の供給流量の値が入力されるように構成されてもよい。
【００７１】
制御部９０が反応槽１０の泡層２０の圧力の調整が必要であると判断した場合、ガス流量調節部５０Ａ、流量調節部１２Ｂ、ドレン排出流量調節部１８Ａ、回転数調節部３２Ａ、及び、消泡剤流量調節部３３Ａの少なくとも一つの調節部に対して制御部９０は制御信号を送信する。制御部９０は、例えば、各調節部における目標設定値と測定値の乖離が最も大きい調節部を選択して制御信号を送信する。なお、制御方法はこのような実施形態に限定されない。
【００７２】
制御信号を受信した調節部は、オゾンを含むガスの流量、汚泥含有液の供給流量、ドレンの排出流量、撹拌器３２の回転数、及び消泡剤の注入量から選ばれる少なくとも一つの運転条件を調節する（調節工程）。運転条件を調節することによって、泡層２０の圧力が調整される。これによって、泡層２０の圧力が所定の範囲に調整される。圧力を所定の範囲に調整することによって、泡層２０における泡２１の上昇速度、泡層２０と液層４０との界面の高さｈ１、配管１８から排出されるドレンの流量等を安定的に維持することができる。これによって、泡２１に付着した汚泥粒子２４の量を推測することが可能になるとともに、反応槽１０における汚泥粒子２４から分解物２６への分解を所定の範囲内で安定的に行うことができる。なお、このような制御部９０及び各調節部を設けることは必須ではない。
【００７３】
図６は、別の実施形態におけるオゾン処理装置に備えられる反応槽１０Ａの斜視図である。反応槽１０Ａの内部は、区画板１４によって複数の部屋に区画されている。このように、反応槽１０Ａの内部を複数の部屋に区画することによって、反応槽１０Ａをスケールアップした場合であっても、泡層２０の形成が円滑に進行し、汚泥の分解、及び、汚泥及びその分解物と水との分離精度を、高い水準で両立することができる。反応槽１０Ａの場合、液供給部１２は、各部屋における泡層２０に汚泥含有液を供給し、ガス供給部５０は、各部屋における液層４０にオゾンを含むガスを供給する。区画板１４は、液層４０のドレン及び／又は泡層２０の泡２１が、隣接する部屋間を流通可能にする開口を有していてもよい。このような流通を可能にするため、区画板１４は、例えばメッシュ状であってもよい。
【００７４】
図７は、オゾン処理装置１００が適用される汚泥処理システムの一例を示す図である。汚泥処理システム１は、例えば下水処理場に適用される。汚泥処理システム１は、下水を処理する水処理装置８０と、水処理装置８０で生じた汚泥含有液を処理して、汚泥を減容化するオゾン処理装置１００及び消化発酵装置７０と、汚泥の脱水及び乾燥を行う汚泥処理装置６０と備える。
【００７５】
オゾン処理装置１００において、汚泥含有液に含まれる汚泥を分解しつつ、汚泥及びその分解物と水とを分離することによって、下水から効率よく固体燃料及びリン肥料を生産することができる。オゾン処理装置１００で得られた濃縮物２９は、消化発酵装置７０に供給して、メタンを製造してもよい。オゾン処理装置１００で得られた水を含むドレンは、水処理装置８０に供給してもよい。なお、オゾン処理装置１００の用途は、図６の汚泥処理システム１に限定されるものではなく、汚泥含有液を処理する種々のシステムに適用することができる。
【００７６】
本実施形態の汚泥処理方法は、反応槽１０において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡層２０と水を含む液層４０とに分離する汚泥処理方法であって、オゾン及び酸素を含むオゾン含有ガスと、オゾンを含有しないガスとを混合する混合工程と、泡層２０の内部に、汚泥含有液を供給する液供給工程と、泡層２０の下側の液層４０の中に、オゾンを含むガスを、汚泥含有液の汚泥に含まれる浮遊物質１ｇに対するオゾンの供給量が３０ｍｇ以上、且つ、ガスの空塔速度が０．００３５ｍ／秒以上になるように供給するガス供給工程と、を有する。各工程は、上述のオゾン処理装置１００についての説明に基づいて行うことができる。各工程の前後、又は同時に、別の任意の工程を行ってもよい。
【００７７】
例えば、図５に示すような制御システムを用いて、泡層２０の圧力を測定する圧力測定工程と、反応槽１０に接続された消泡槽３０において、反応槽１０から排出される泡を撹拌器で撹拌して破泡する撹拌工程と、消泡槽３０に消泡剤供給部３３から消泡剤を供給する消泡剤供給工程と、を有していてもよい。この場合、圧力測定工程で測定された圧力に基づいて、汚泥含有液の供給流量、ガスの供給流量、反応槽１０からのドレンの排出流量、撹拌器３２の回転数、及び、消泡剤の供給流量の少なくとも一つを調節する調節工程を有することが好ましい。これによって、泡層の圧力を所定範囲に調整することが可能となり、高い精度で汚泥の分解率を所定の範囲に維持することができる
【００７８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、本発明のオゾン処理装置は、オゾン含有ガスと、オゾンを含有しないガスとを混合する混合部を備えることは必須ではない。また、本発明の汚泥処理方法は、混合工程を備えることは必須ではなく、混合工程を経ていないオゾン含有ガスを、ガス供給工程で液層４０の内部に供給してもよい。
【実施例】
【００７９】
以下の実施例及び比較例を参照して発明の内容を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００８０】
（実施例１）
図１に示すようなオゾン処理装置に、下水の水処理装置から発生した汚泥含有液を供給してオゾン処理を行った。反応槽１０の仕様は以下のとおりであった。
＜反応槽１０の仕様＞
・反応槽１０の内部全体の高さＨ：２．２ｍ
・ガス供給部５０の高さｈ０（散気体５２の上端高さ）：０．１９ｍ
・図２のように上面視した場合の反応槽１０に対する散気体５２の面積比率：３６％
【００８１】
汚泥含有液は、泡層２０の内部に供給した。ガス供給部５０からは、オゾンを含む酸素ガスと空気の混合ガスを反応槽１０に供給した。反応槽１０の上部に接続された配管１６から泡を、反応槽１０の下部に接続された配管１８からドレンを連続的に排出した。ドレンの排出流量を調節して、反応槽１０の内底１０ａを基準とする、液層４０と泡層２０との界面の高さｈ１を調整した。図１に示す高さｈ２〜ｈ４は、表１に示すとおりであった。
【００８２】
液層４０と泡層２０の界面の高さは、反応槽１０の底部からのドレンの排出流量を調節することによって制御した。汚泥処理時において、反応槽１０に供給される汚泥含有液、反応槽１０の底部から排出されるドレン、及び反応槽１０の上部から排出される泡のサンプリングを行った。
【００８３】
サンプリングした汚泥含有液に含まれる浮遊物質（ＳＳ）の濃度を測定し、測定された濃度と汚泥含有液の供給流量から、単位時間当たりの浮遊物質の供給量を求めた。そして、浮遊物質（ＳＳ）の供給量に対する、オゾンの供給量（ｍｇ）の比、すなわちオゾン原単位［ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳ］を求めた。また、汚泥含有液に含まれる蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度を測定した。
【００８４】
サンプリングしたドレンの蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度、並びに、サンプリングした泡の浮遊物質（ＳＳ）、蒸発残留物（ＴＤＳ）及び揮発性有機物（ＶＳＳ）の濃度を測定した。これらの測定値から、上記式（１）及び式（２）によって、全ＶＳＳ分解率及びＳＳ移送率を算出した。
【００８５】
オゾン原単位、ガス空塔速度及び汚泥含有液の供給流量を変更して汚泥処理を行い、運転が安定化した後、同様のサンプリングを行い、オゾン原単位、ＳＳ移送率及び全ＶＳＳ分解率を算出した。これらの算出結果と、汚泥処理の条件を合わせて表１、表２及び表３に示す。
【００８６】
【表１】
2018008235.tif 000003
【００８７】
【表２】
2018008235.tif 000004
【００８８】
【表３】
2018008235.tif 000005
【００８９】
表１〜表３に示す実施例１−１〜１−１４のいずれの運転条件においても、全ＶＳＳ分解率は２０重量％以上であり、且つ、ＳＳ移送率は６０重量％以上であった。このように、実施例１−１〜１−１４では、汚泥含有液に含まれる汚泥を十分に分解しつつ、汚泥含有液から高い精度で汚泥及びその分解物を分離することができた。
【００９０】
図８は、表１〜表３に示す実施例１−１〜１−１４のうち、汚泥含有液の供給流量が同等であり、且つ汚泥含有液中の浮遊物質の濃度が同等である実施例１−１〜１−４のデータをプロットしたグラフである。図８中、白丸のデータは、夏場に汚泥処理を行った実施例１−４のデータであり、黒丸のデータは冬場に汚泥処理を行ったデータである。気候による変動はみられるものの、オゾン原単位と全ＶＳＳ分解率には良好な相関が認められた。この結果から、オゾン原単位を大きくすることによって、全ＶＳＳ分解率を高くできることが確認された。図８に示す結果から、浮遊物質（ＳＳ）１ｇに対して、オゾンを３０ｍｇ以上供給することによって、全ＶＳＳ分解率を２０重量％以上にすることができることがわかる。
【００９１】
図９は、表１〜表３に示す実施例１−１〜１−１４のうち、ガス空塔速度による影響を調べるために、ガス空塔速度を変更した実施例１−１０〜１−１４のデータをプロットしたグラフである（他の条件はほぼ一定とした）。ガス空塔速度とＳＳ移送率には良好な相関性が認められた。ガス空塔速度を大きくすることによって、ＳＳ移送率を高くできることが確認された。図９に示す結果から、ガス空塔速度を０．０３５ｍ／秒以上にすることによって、ＳＳ移送率を８０重量％以上にできることがわかる。
【００９２】
汚泥含有液の供給流量、オゾン原単位及びガス空塔速度がほぼ同じである、実施例１−７と実施例１−８の対比から、ｈ４を大きくし、ｈ１を小さくすれば、全ＶＳＳ分解率が低くなり、ＳＳ移送率が高くできることが確認された。このように、泡層２０と液層４０の界面の高さｈ１を変えることによって、全ＶＳＳ分解率とＳＳ移送率の値を調整することができる。
【００９３】
（実施例２）
実施例１とはサイズの異なる反応槽を用いて、下水の水処理装置から発生した汚泥含有液を供給して、以下の条件でオゾン処理を行った。
＜オゾン処理の条件＞
・反応槽１０の内部全体の高さＨ：３．４４ｍ
・ガス供給部５０の高さｈ０（散気体５２の上端高さ）：０．１５ｍ
・液層４０の高さｈ１：０．６９ｍ  
・液供給部１２の高さｈ２：１．９ｍ
【００９４】
表４、表５及び表６に示すとおり、異なる条件において、汚泥処理を行った。そして、実施例２と同様にして、各条件における全ＶＳＳ分解率及びＳＳ移送率を算出した。また、各条件において、下記計算式（Ｉ）及び計算式（ＩＩ）の値を算出した。これらの結果を表４、表５及び表６に示す。なお、表４、表５及び表６、並びに式（ＩＩ）における、泡の排出流量は、反応槽１０の上部から流出する泡を液体に換算したときの流量である。
【００９５】
反応槽単位断面積当たりの汚泥含有液の供給流量(L/m2/分)×汚泥含有液中のＳＳ濃度(重量%)／１００／ガス空塔速度(m/秒)／ｈ４(m)  …  （Ｉ）
オゾン原単位(mg−O3／g−SS)×［（ｈ３＋ｈ４）(m)／ガス空塔速度(m/秒)］×［（ｈ３＋ｈ４）(m)／反応槽単位断面積当たりの泡の排出流量(L/m2/分)］  …  （ＩＩ）
【００９６】
【表４】
2018008235.tif 000006
【００９７】
【表５】
2018008235.tif 000007
【００９８】
【表６】
2018008235.tif 000008
【００９９】
表４〜表６に示す実施例２−１〜２−１４のいずれの運転条件においても、全ＶＳＳ分解率は２０重量％以上であり、且つ、ＳＳ移送率は６０重量％以上であった。このように、実施例２−１〜２−１４では、汚泥含有液に含まれる汚泥を十分に分解しつつ、汚泥含有液から効率よく汚泥及びその分解物を分離することができた。
【０１００】
図１０は、横軸を計算式（Ｉ）の値、縦軸をＳＳ移送率として、実施例２−１〜２−１４のデータをプロットしたグラフである。図１０にプロットされている各点の符号は、表４，５，６の「図中の識別番号」に対応している。計算式（Ｉ）とＳＳ移送率は良好な相関があることが確認された。計算式（Ｉ）の分母には、ガス空塔速度が含まれている。したがって、ガス空塔速度を大きくすれば、ＳＳ移送率が高くなる傾向にあることが確認された。
【０１０１】
図１０において、（１），（２），（７）の点は、汚泥含有液の供給流量が約７５００Ｌ／分のときの結果である。（３），（４）の点は、汚泥含有液の供給流量が約６０００Ｌ／分のときの結果である。（５）の点は、汚泥含有液の供給流量が約４５００Ｌ／分のときの結果である。（６）の点は、汚泥含有液の供給流量が約４１００Ｌ／分のときの結果である。これらの結果から、汚泥含有液の供給流量によらず、式（Ｉ）の値を小さくすることによって、ＳＳ移送率を大きくできることが確認された。
【０１０２】
図１１は、横軸を以下の計算式（ＩＩ）の値、縦軸を全ＶＳＳ分解率として、実施例２−１〜２−１４のデータをプロットしたグラフである。これらの結果から、計算式（ＩＩ）を大きくすることによって、全ＶＳＳ分解率が高くなる傾向にあることが確認された。計算式（ＩＩ）には、分母にガス空塔速度が、分子にオゾン原単位が含まれている。このことから、オゾン原単位を大きくすれば全ＶＳＳ分解率が高くなる傾向にあるが、ガス空塔速度も大きくすると全ＶＳＳ分解率が低くなる傾向にあることが分かる。
【０１０３】
図１２は、横軸をオゾン原単位、縦軸を全ＶＳＳ分解率として、実施例２−１〜２−１４のデータをプロットしたグラフである。これらの結果からも、オゾン原単位を大きくすれば全ＶＳＳ分解率が高くなる傾向にあることが分かる。
【０１０４】
図１０、図１１及び図１２の結果から、ＳＳ移送率と全ＶＳＳ分解率の両方を所定の目標値よりも高くするためには、例えば、まず、図１０に基づき、汚泥含有液の供給流量に応じて、ＳＳ移送率の目標値を満足するためのガス空塔速度の下限を設定する。その後、当該下限を満たす範囲で、図１１及び図１２に基づいて、全ＶＳＳ分解率の目標値を満足できるようなガス空塔速度とオゾン原単位を設定する。これによって、汚泥処理においてＳＳ移送率と全ＶＳＳ分解率の両方を所定の目標値よりも高くすることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１…汚泥処理システム、１０，１０Ａ…反応槽、１０ａ…内底、１０ｂ…上端、１２…液供給部、１２Ａ…分岐管、１２Ｂ…流量調節部、１２ａ…供給口、１４…区画板、１５…圧力測定部、１６，１８…配管、１８Ａ…ドレン排出流量調節部、２０…泡層、２１…泡、２２…泡本体、２４…汚泥粒子、２６…分解物、２８…水、２９…濃縮物、３０…消泡槽、３２…撹拌器、３２Ａ…回転数調節部、３３…消泡剤供給部、３３Ａ…消泡剤流量調節部、３４…ガス供給部、４０…液層、５０…ガス供給部、５０Ａ…ガス流量調節部、５１…ガス、５２…散気体、５４…配管部、５５…混合部、５６…オゾン発生部、５８…空気供給部、６０…汚泥処理装置、７０…消化発酵装置、８０…水処理装置、９０…制御部、９２，９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ，９４Ｄ，９４Ｅ…信号線、１００…オゾン処理装置。
【図１】
2018008235.tif 000009
【図２】
2018008235.tif 000010
【図３】
2018008235.tif 000011
【図４】
2018008235.tif 000012
【図５】
2018008235.tif 000013
【図６】
2018008235.tif 000014
【図７】
2018008235.tif 000015
【図８】
2018008235.tif 000016
【図９】
2018008235.tif 000017
【図１０】
2018008235.tif 000018
【図１１】
2018008235.tif 000019
【図１２】
2018008235.tif 000020