(57)【要約】本発明は、有機性廃水の生物処理方法及び装置において余剰汚泥の排出量を削減することのできる技術を提供する。本発明の一態様は、余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法で、有機性廃水を生物処理系によって処理し得られる汚泥を可溶化し該生物処理槽に返送するプロセスにおいて、引き抜いた汚泥を酸発酵槽に導入し、該汚泥貯留槽の汚泥を、ポンプにより超音波処理装置に導入して、該超音波処理装置で微細化して、該酸発酵槽に循環することを特徴とする有機性廃水の処理方法を提供する。
2008519674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発振機を備えた流通型の超音波処理装置によって汚泥を微細化する方法であって、
超音波発振機の出力を検出し、検出された出力が所定の出力よりも低下した場合に超音波発振機を停止し、超音波発振機に洗浄水を流すことにより、超音波発振機の内部を洗浄することを特徴とする方法。
【請求項２】
超音波発振機を備えた流通型の超音波処理装置によって汚泥を微細化する方法であって、
超音波発振機の圧力を検出し、検出された圧力が所定の圧力よりも高くなった場合に超音波発振機を停止し、超音波発振機に洗浄水を流すことにより、超音波発振機の内部を洗浄することを特徴とする方法。
【請求項３】
有機性廃水を生物処理系によって処理し、得られる汚泥を可溶化し該生物処理系に返送することを含む、余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、
汚泥液化量を検出することで汚泥減少量を予測し、予測した汚泥減少量に基づいて液化処理工程に送るべき汚泥量を決定することをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や有機性の産業排水などの有機性廃水の生物処理による余剰汚泥の発生量を削減できる技術に関し、特に汚泥の液化に必要な消費エネルギーを削減することの出来る有機性廃水の処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や有機性の産業排水は、活性汚泥を用いる生物処理法で処理される。有機性廃水の生物処理法は優れた処理方法であるが、その過程で大量の余剰汚泥が発生し、日本全体では年問１０００万ｔ以上となっている。通常、余剰汚泥は脱水後埋め立てや焼却処分されているが、その処理コストは年々増加しており、廃水処理全体のコストを上昇させる原因の一つとなっている。そのため近年、余剰汚泥の発生量を抑制する技術が注目されている。例えば、特公昭５７-１９７１９号公報「余剰汚泥の処理方法」では、汚泥に超音波を照射することにより、汚泥中の微生物の細胞膜を破壊し、汚泥の内容物を液化有機物に変化させた後、液化有機物を生物処理により無機化して、余剰汚泥を減少させることが示されている。超音波処理の他にも、例えば物理的に活性汚泥を微細化する方法や、アルカリや酸を添加して汚泥を液化する方法が提案されている。さらに、汚泥を加温状態に保ち、好熱細菌により汚泥を可溶化（液化）する技術（特開平１１-９０４９３号公報）、オゾンを作用させて汚泥を可溶化する技術（特開平６-２０６０８８号公報）など、様々な汚泥の液化方法が発表されている。これら様々な手段により液化した汚泥は、再び生物処理槽に戻され、生物処理槽内の微生物により無機化されることで、余剰汚泥の発生量が減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、超音波処理等により汚泥を減少させるためには非常に大きなエネルギーが必要であり、超音波処理した汚泥を好気性の生物処理槽に返送するだけでは、処理水水質の悪化や活性汚泥の流出が起きることが分かった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、処理水の水質悪化を招くことなく余剰汚泥を低減する有機性廃水の処理方法及び装置を提供することである。又、本発明の別の目的は、汚泥の液化に必要なエネルギーを削減することの出来る有機性廃水の処理方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
【０００６】
１．有機性廃水を生物処理系によって処理し、得られる汚泥を可溶化し該生物処理系に返送することを含む余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、
生物処理系から引き抜いた汚泥を酸発酵槽に導入し、該酸発酵槽の汚泥を、ポンプにより超音波処理装置に導入して、該超音波処理装置で微細化して、該酸発酵槽に循環することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【０００７】
２．有機性廃水を生物処理系によって処理し、得られる汚泥を可溶化し該生物処理系に返送することを含む余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、
生物処理系から引き抜いた汚泥を酸発酵槽に導入し、該酸発酵槽の汚泥を、ポンプにより流通型の超音波処理装置に導入して、該超音波処理装置で微細化して、該酸発酵槽に循環することを特徴とする上記第１項に記載の有機性廃水の処理方法。
【０００８】
３．有機性廃水を生物処理系によって処理し、得られる汚泥を可溶化し該生物処理系に返送することを含む余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、
酸発酵槽に流入する汚泥と該酸発酵槽から流出する汚泥を熱交換器に導入することを特徴とする方法。
【０００９】
また、本発明は下記の手段にも関する。
【００１０】
Ｂ−１．余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、有機性廃水を生物処理槽内で処理し、生物処理槽から引き抜いた汚泥を酸発酵槽に導入し、該酸発酵槽内の汚泥をポンプにより超音波処理装置に導入して該超音波処理装置で微細化して該酸発酵槽に循環させると共に、該酸発酵槽に貯留された汚泥を該生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【００１１】
Ｂ−２．余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、有機性廃水を生物処理槽内で処理し、生物処理槽から引き抜いた汚泥を酸発酵槽に導入し、該酸発酵槽の汚泥をポンプにより流通型の超音波処理装置に導入して該超音波処理装置で微細化して該酸発酵槽に循環させると共に、該酸発酵槽に貯留された汚泥を該生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【００１２】
Ｂ−３．余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、有機性廃水を生物処理槽内で処理し、生物処理槽から引き抜いた汚泥を酸発酵槽に導入して可溶化し、酸発酵槽で可溶化された汚泥を該生物処理槽に返送することを特徴とし、更に、酸発酵槽に流入する汚泥と該酸発酵槽から流出する汚泥とを熱交換器に導入することを特徴とする方法。
【００１３】
更に、本発明は、下記の手段にも関する。
【００１４】
Ｃ−１．余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、有機性廃水を生物処理系によって処理し、生物処理系から引き抜いた汚泥の全量又は一部を、そのまま若しくは濃縮した後に汚泥貯留槽に導入し、該汚泥貯留槽内の汚泥を汚泥微細化装置に導入して該汚泥微細化装置で微細化して該汚泥貯留槽に循環させて戻すとともに、該汚泥貯留槽に貯留して滞留せしめ、貯留された汚泥を再び生物処理系へ返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【００１５】
Ｃ−２．前記汚泥貯留槽を３０〜７０℃に加温し、汚泥貯留槽での汚泥の滞留時間を０．５〜１０日とすることを特徴とする上記Ｃ−１項記載の有機性廃水の処理方法。
【００１６】
Ｃ−３．生物処理槽において有機性廃水を好気性生物処理法で処理し、該生物処理槽からの流出水を固液分離槽において処理水と分離汚泥に分離し、該固液分離槽からの分離汚泥を汚泥貯留槽に導入して滞留させ、該汚泥貯留槽から汚泥を汚泥微細化装置に導入して微細化して該汚泥貯留槽に循環させて戻し、汚泥貯留槽内の汚泥を前記生物処理槽に戻すことを特徴とする有機性排水の処理方法であって、更に、該汚泥貯留槽を熱の放出を防ぐように保温し、及び／又は、汚泥貯留槽に流入する汚泥と汚泥貯留槽から流出する汚泥を熱交換器に導入して、汚泥貯留槽から流出する汚泥の熱で汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温し、及び／又は、汚泥貯留槽に流入する汚泥と汚泥微細化装置から流出する汚泥を熱交換器に導入して、汚泥微細化装置から流出する汚泥の熱で汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温する、ことを特徴とする方法。
【００１７】
Ｃ−４．該汚泥微細化装置が、超音波処理装置、ホモジナイザー、カッターミル、ボールミル、石臼式粉砕機、爆砕装置の少なくとも一つを用いるものであることを特徴とする上記Ｃ−１項〜Ｃ−３項のいずれか１項に記載の有機性廃水の処理方法。
【００１８】
Ｃ−５．該汚泥微細化装置が超音波処理装置であり、汚泥貯留槽の汚泥を、汚泥破砕機に導入して粗大な粒子を微細化した後、超音波処理装置に導入することを特徴とする上記Ｃ−４項記載の有機性廃水の処理方法。
【００１９】
Ｃ−６．好気性生物処理槽と固液分離装置とを有する生物処理系による有機性廃水の処理装置であって、該固液分離装置から引き抜いた汚泥が導入され、滞留させる汚泥貯留槽、該汚泥貯留槽と循環経路により連結された汚泥微細化装置、及び該汚泥貯留槽から汚泥を生物処理槽へ返送する配管を設けたことを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【００２０】
Ｃ−７．有機性廃水を好気性生物処理法で処理する生物処理槽と、該生物処理槽からの流出水を処理水と分離汚泥に分離する固液分離槽を有し、更に、該固液分離装置から引き抜いた汚泥が導入され、滞留させる汚泥貯留槽、該汚泥貯留槽と循環経路により連結されている汚泥微細化装置、及び汚泥貯留槽の熱の放出を防ぐための汚泥貯留槽保温手段、及び／又は、汚泥貯留槽に流入する汚泥と汚泥貯留槽から流出する汚泥が導入され、汚泥貯留槽から流出する汚泥の熱を利用して汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温する熱交換器、及び／又は、汚泥貯留槽に流入する汚泥と汚泥微細化装置から流出する汚泥が導入され、汚泥微細化装置から流出する汚泥の熱で汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温する熱交換器を具備することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【００２１】
Ｃ−８．汚泥微細化装置が超音波処理装置であり、汚泥貯留槽と汚泥微細化装置との間に汚泥破砕機が配置されて、汚泥貯留槽からの汚泥を汚泥破砕機で破砕した後に汚泥微細化装置で処理するように構成されていることを特徴とする上記Ｃ−６項又はＣ−７項に記載の装置。
【００２２】
本発明の一態様によれば、汚泥貯留槽に流入する汚泥と汚泥貯留槽から流出する汚泥とを熱交換器に導入して汚泥貯留槽から流出する汚泥の熱を利用して汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温し、及び／又は、汚泥貯留槽に流入する汚泥と汚泥微細化装置から流出する汚泥とを熱交換器に導入して汚泥微細化装置から流出する汚泥の熱を利用して汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温することにより、余剰汚泥の発生量を削減することができ、汚泥の液化に必要なエネルギー消費量を削減することができた。また、処理水水質についても、特に窒素除去に顕著な効果があり、良好な水質を得ることができた。
【発明の実施の形態】
【００２３】
本発明を実施するための一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図において、同一機能を有する構成要素は適宜同一の符号を付けて説明する。
図５（実施例２で使用する生物処理装置）は、有機性廃水の生物処理槽（図５では脱窒槽７及び硝化槽８）、生物処理槽からの流出水（「活性汚泥混合液」）を処理水２と分離汚泥４に分離する固液分離装置９、熱交換器１２、汚泥貯留槽１０及び超音波処理装置１１（汚泥微細化装置）等からなる本発明の一実施態様の生物処理装置と汚泥の液化処理フローを示す概略図である。
【００２４】
有機性廃水（原水１）は生物処理槽に供給される。生物処理槽では原水１中の有機物が活性汚泥により無機化される。ここで使用する生物処理槽として、標準活性汚泥法や嫌気好気法、嫌気無酸素好気法、硝化脱窒法、生物膜法など好気部を持つすべての生物処理槽が適用可能である。
【００２５】
生物処理槽からの活性汚泥混合液３は固液分離装置９に供給され、処理水２と分離汚泥４に分離される。分離汚泥４はその一部４ｂ又は全量が熱交換器１２に供給される。熱交換器で加熱された分離汚泥の一部４ｂ又は全量は、汚泥貯留槽１０に送られ、超音波処理装置１１で微細化・液化処理され、汚泥貯留槽１０に戻される。汚泥貯留槽１０で処理された液化処理汚泥５は熱交換器１２を通り、分離汚泥４を加熱した後、生物処理槽に返送される。分離汚泥４その一部４ｂだけを熱交換器１２に送る場合には、分離汚泥４の残り４ａは生物処理槽に直接返送される。
【００２６】
次に、図１を使用して本発明に係る有機性廃水の生物処理方法の特徴について説明する。
【００２７】
生物処理系から引き抜かれた汚泥１３の全量又は一部は、そのままもしくは濃縮された後、汚泥微細化装置１４を含む循環経路を備えた汚泥貯留槽１０に貯留される。汚泥貯留槽１０内の貯留汚泥の一部又は全量は、汚泥微細化装置１４で微細化処理された後、微細化汚泥１５として再び汚泥貯留槽１０へ返送される。そして、該汚泥貯留槽１０内の貯留汚泥は、液化処理汚泥５として再び生物処理系へ返送される。
【００２８】
この構成によると、生物処理系から引き抜かれた汚泥１３は、いったん汚泥貯留槽１０で貯留される。汚泥貯留槽（酸発酵槽）１０では、貯留汚泥に含まれる微生物の働きにより、酸発酵等による有機酸の生成、タンパク質の分解が起こり、汚泥が易分解性の有機物に変換される。以後、この変化を「液化（可溶化）」と称することがある。また、一部の汚泥は二酸化炭素まで分解し、無機化（消化）される。これによって汚泥が減容化する。汚泥貯留槽１０で液化した液化処理汚泥５は、生物処理系に返送され、易分解性の有機物が生物処理槽内で有機性廃水中に含まれる有機物とともに無機化される。
【００２９】
一般的な活性汚泥法の汚泥１３を汚泥貯留槽１０に供給すると、その濃度は多くの場合２％以下で、そのままでも汚泥の液化が進むが、汚泥１３を濃縮してから貯留することで液化量を増やすことが可能となる。また、これにより汚泥貯留槽１０を小型化できるので、汚泥処理設備全体の大きさを小さくすることも期待できる。
【００３０】
汚泥貯留槽内の貯留汚泥の一部又は全量は、汚泥微細化装置１４により微細化・液化される。ここで、汚泥微細化装置１４としては、超音波処理装置やボールミルなど物理的に汚泥を微細化・液化する装置が適用できる。汚泥微細化装置１４では、汚泥に含まれるフロックや夾雑物が微細化、場合によっては液化される。汚泥微細化装置１４では、汚泥が微細化されるが、これは物理的な作用であるため、最終的に汚泥に加えられたエネルギーは熱に転換する。このため、汚泥微細化装置１４で処理された汚泥は、加温され、この加温された微細化汚泥１５が汚泥貯留槽１０に戻されることにより、汚泥貯留槽１０の汚泥も加温されることになる。汚泥貯留槽１０では、汚泥が加温されることで、単に貯留を行うよりも汚泥の可溶化が著しく促進される。
【００３１】
汚泥貯留槽１０内の汚泥は、加温されており、粘度が低下しているので、汚泥微細化装置（超音波処理装置）１４へ汚泥を送るときのポンプの消費エネルギーを低減できる。また、汚泥の粘度が低下しているので、汚泥微細化装置１４を汚泥が通過する際の圧力損失が低下し、ポンプの消費エネルギーの低減や運転の安定化が図れる。
【００３２】
汚泥貯留槽１０から汚泥微細化装置１４にポンプを用いて汚泥を定流量で供給し、再び汚泥貯留槽１０に返送するため、汚泥処理量に関係なく汚泥微細化装置１４での汚泥の流速をコントロールできる。汚泥微細化装置１４に汚泥を供給するポンプは、インバーターなどでポンプ流量を調整できるようにしておくと、季節変動や沈降性の変化による汚泥の濃度や性状の変化に応じて汚泥微細化装置１４での処理条件を制御できるので望ましい。また、汚泥微細化装置１４での流速を速くすると、汚泥微細化装置１４への汚泥の付着が抑制され、洗浄などのメンテナンスの頻度を減らすことができる。
【００３３】
なお、汚泥微細化装置１４に超音波処理装置を用いる場合、超音波処理装置の前段に、カッターミルなどの別の汚泥破砕機を設けることができる。超音波処理装置は、比較的小さい粒子を微細化することができるが、毛髪やトイレットペーパーなどの粗大な粒子は微細化しにくい。また、これらの粗大な粒子が超音波処理装置に供給されると、超音波発振子に粗大粒子が付着し、処理能力が低下する原因となる。粗大な粒子をあらかじめ破砕しておくことで、汚泥の超音波発振機への付着を抑制し、安定した運転が期待できる。
なお、有機性廃水の生物処理方法として硝化脱窒法など窒素除去を行うフローを用いる場合、脱窒を行う槽もしくは部分に液化処理汚泥５を供給すると、液化処理汚泥５に含まれる易分解性の有機物を脱窒反応の水素供与体として利用できるので、脱窒反応の促進や安定化、好気部での有機物負荷を低減できるなどの効果も期待できる。
【００３４】
本発明における汚泥貯留槽１０の運転条件は、汚泥貯留槽１０を３０〜７０℃、好ましくは４０〜５０℃に加温し、汚泥の滞留時間を０．５〜１０日の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
汚泥貯留槽１０の温度は、３０℃より低いと微生物による液化が進みにくく、７０℃より高いと酸発酵が進みにくく、液化の過程で生成したアンモニアがガスとして拡散し処理が必要となるなどの問題が起きるので、３０〜７０℃の範囲がよい。汚泥貯留槽１０での汚泥の滞留時間は、温度にもよるが０．５〜１０日の範囲であればよい。汚泥貯留槽１０の温度が低ければ貯留時間を長くし、温度が高い場合は貯留時間を短くすることで調整することができる。なお、反応時間は、例えば溶解性有機物の濃度を測定することで汚泥液化の度合いを判断し決定すればよい。なお、発明者が行った実験では、好ましい温度範囲は４０〜６０℃、貯留時間は０．５〜３日の範囲であった。
【００３６】
なお、汚泥を加温する場合は汚泥容積が少ないほど必要なエネルギーが少なくてすむため、余剰汚泥１３を濃縮することは、加温の面でも有効な手段となる。
【００３７】
次に、本発明の有機性廃水の処理方法及び装置に係る汚泥１３の液化処理工程について、更に詳しく説明する。
【００３８】
本発明にかかる有機性廃水の処理装置においては、汚泥貯留槽１０と汚泥微細化装置１４とが備えられ、更に好ましくは、汚泥貯留槽１０と汚泥微細化装置１４を循環する経路及び汚泥貯留槽１０における熱の放出を防ぐための保温手段が備えられ、かつ汚泥微細化装置１４で発生する熱によって汚泥貯留槽１０を加温する手段が備えられている。
具体的には、図１に示すように、汚泥貯留槽１０に流入する汚泥１３と汚泥貯留槽１０から流出する液化処理汚泥５とを熱交換器１２に導入し、汚泥貯留槽１０から流出する液化処理汚泥５の熱によって、汚泥貯留槽に流入する汚泥１３を加温することができる。或いは、図２に示すように、汚泥貯留槽１０に流入する汚泥１３と汚泥微細化装置１４から流出する微細化汚泥１５とを熱交換器１２に導入し、汚泥微細化装置１４から流出する微細化汚泥１５の熱によって汚泥貯留槽１０に流入する汚泥１３を加温することができる。
【００３９】
本発明に係る有機性廃水の処理装置においては、すでに説明したように、汚泥貯留槽１０を加温することは液化を促進する有効な手段であるが、加温に必要なエネルギーを節約するため、保温を行うことが好ましい。また、汚泥貯留槽１０からの熱の放出を抑えるため、汚泥貯留槽１０から流出する汚泥によって汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温することが好ましい。また、汚泥微細化装置１４による処理では、処理後の汚泥が熱を持つため、この熱を逃がさずに汚泥貯留槽１０の加温に利用することはエネルギー使用量を抑えることができる有効な手段となる。なお、工場などで廃熱が利用できる場合には、これを汚泥貯留槽１０の加温に用いることで加温に必要なエネルギーを節約することができる。
【００４０】
本発明の有機性廃水の生物処理方法において、汚泥微細化装置１４を使用する汚泥の微細化処理としては、超音波処理装置、ホモジナイザー、カッターミル、ボールミル、石臼式粉砕機、爆砕装置等の少なくともひとつの手段を用いることができるが、超音波発振機を備えた超音波処理装置を用いることが好ましい。
【００４１】
超音波発振機は、装置の構造が単純であり、また装置もコンパクトなため組み込みやすいという特徴がある。また、超音波発振機による処理では、投入エネルギー量を一定にした場合、汚泥濃度が５％以下の範囲では、汚泥濃度にかかわらず汚泥液化率が一定なので、濃縮汚泥を超音波処理することで同じエネルギーでも汚泥液化量を増加させることが可能となる。超音波発振機を用いた場合の投入エネルギーは、汚泥貯留槽１０に供給する汚泥１３の容積に対し、２５〜２００ｋＪ／リットルが最適であり、超音波ホーン断面積あたりの消費エネルギーは３０Ｗ／ｃｍ２以上であることが望ましい。なお、汚泥減容化とは直接関係はないが、超音波処理はバルキングの原因となる糸状菌を不活性化できるので、活性汚泥処理運転中に大きな問題となるバルキングを抑制する効果も期待できる。
【００４２】
なお、汚泥の微細化に超音波発振機を用いた超音波処理装置を使用する場合、超音波発振機は汚泥を処理することにより振動子が汚れるため、出力が低下するという問題がある。また、発振機が汚れることで汚泥が流れにくくなるため、送泥ポンプの圧力が上昇し、安定した運転が困難となる。更に、送泥ポンプの圧力が上昇すると、超音波発振機の出力が増加し、負荷がかかるため、発振機の故障の原因となりうる。これらの問題を防止するため、超音波発振機を定期的に洗浄することが望ましい。具体的な手法としては、例えば、図１８に示すように、超音波発振機３１１に、予め上流側と下流側に電動弁を取り付けておく。超音波発振機３１１には、圧力計を取り付けて圧力を監視する。圧力が所定値より高くなった場合、超音波発振機３１１を停止し、上流側のバルブａと下流側のバルブｂを閉じる。なお、超音波発振機を停止する圧力は、超音波発振機や送泥ポンプの耐圧性能に従い決定できる。なお、圧力を測定する代わりに、超音波発振機３１１の消費電力を測定し、超音波発振機３１１には出力を測定する電力計を設け、消費電力が所定の電力よりも高くなった場合に超音波発振機３１１を停止する方法も用いることが出来る。次にバルブｃとバルブｆを開け、洗浄水３１６を供給する。一定時間洗浄水を通水した後、バルブｃとｆを閉じる。次にバルブｄとｅを開け、洗浄水を通常の汚泥の流れとは逆方向に一定時間通水する。通水後は、バルブｄとｅを閉じ、バルブａとｂを開け、汚泥処理を再開して超音波処理汚泥３０５を得る。なお、洗浄水の通水中に超音波発振機を運転すると、発振子に付着した汚泥が除去されやすいので望ましい。
【００４３】
即ち、本発明の他の態様は以下の通りである。
【００４４】
４．超音波発振機を備えた流通型の超音波処理装置によって汚泥を微細化する方法であって、
超音波発振機の出力を検出し、所定の出力よりも低下した場合に超音波発振機を停止し、超音波発振機に洗浄水を流すことにより、超音波処理装置の内部を洗浄することを特徴とする方法。
【００４５】
５．超音波発振機を備えた流通型の超音波処理装置によって汚泥を微細化する方法であって、
超音波発振機内の圧力を検出し、検出した圧力が所定の圧力よりも高くなった場合に超音波発振機を停止し、超音波発振機に洗浄水を流すことにより、超音波処理装置の内部を洗浄することを特徴とする方法。
【００４６】
また、本発明は、下記の手段も提供する。
【００４７】
Ｃ−９．超音波発振機を備えた超音波処理装置を用いて汚泥を処理することによって汚泥を微細化する方法であって、超音波発振機の出力を検出し、検出した圧力が所定の出力よりも低下した場合に超音波発振機を停止し、汚泥の流れる方向及びその逆方向に交互に洗浄水を流すことにより超音波発振機の内部を洗浄することを特徴とする方法。
【００４８】
Ｃ−１０．汚泥の供給口と処理汚泥の排出口とを有し、超音波発振機を具備する、超音波を用いて汚泥を微細化する超音波処理装置であって、超音波発振機の出力の検出器と、その出力が所定の出力より低下したことを検出して超音波発振機を停止する機能を持つ制御器と、超音波処理装置の汚泥供給口と汚泥排出口からそれぞれ洗浄水を注入できる構造とを備えたことを特徴とする装置。
【００４９】
上記の方法及び装置は、上記に説明した本発明の一態様に係る有機性廃水の処理方法及び装置における汚泥微細化方法及び装置として採用することができる。
【００５０】
また、本発明は、汚泥の液化処理における汚泥の液化量の決定方法、汚泥減少量の制御方法及びそれに使用できる制御装置にも関する。より詳しくは、本発明は、汚泥の低分子化の指標として、液化処理工程後における汚泥混合液、特に液化処理工程後の汚泥混合液をろ過したろ液中のアンモニア性窒素の生成量を測定し、この測定値に基づいて汚泥の液化量を決定する方法も提供する。
【００５１】
上記に説明したような汚泥の微細化処理（液化処理）によって汚泥を減容化する方法においては、液化処理工程後における汚泥混合液を濾過して得られるろ液中のケルダール窒素（Ｋｊ-Ｎ）やＣＯＤＣｒの生成量を測定して、液化量の指標とすることが提案されている（エバラ時報Ｎｏ．１９２（２００１-７）、荒川清美ら、オゾンを用いた活性汚泥法における汚泥減容化の基礎研究））。
【００５２】
しかしながら、汚泥の液化処理においては、上述のような汚泥液化量と実際の汚泥減少量とは必ずしも相関関係はなく、汚泥液化量から汚泥減少量を見積もることは困難であった。特に加温処理のような消化反応が起こり得るような汚泥液化処理では、汚泥液化量から汚泥減少量を見積もることは困難であった。
【００５３】
また、汚泥減容化処理において汚泥減少量を制御しようとする場合には、Ｋｊ-ＮやＣＯＤＣｒの測定は、手分析に頼ったもので、危険な試薬等も使用するために簡便な方法とはいえず、より良い汚泥液化量の決定方法が望まれている。
【００５４】
上述の技術的要求及びそれらの背景技術に鑑み、本発明は、汚泥の液化方法において、より精度の高い汚泥液化量の決定方法を確立することを目的とし、更には、決定された汚泥液化量から汚泥減少量を簡単に予測することのできる方法及びその装置、並びに汚泥減少量の制御方法及びそれに使用できる制御装置を提供する。
【００５５】
本発明者等は、汚泥の液化処理において、汚泥を液化処理した汚泥液をろ過したろ液中のアンモニア性窒素に着目した。そして、汚泥を液化処理した汚泥液をろ過したろ液（汚泥ろ液）のＮＨ４-Ｎ濃度を測定することにより、汚泥液化量を効率的に決定できることを見出した。さらに、汚泥を液化処理した汚泥液をろ過したろ液だけではなく、汚泥を液化処理した汚泥液のＮＨ４-Ｎ濃度を測定することによっても、汚泥液化量を効率的に決定できることも見出した。
【００５６】
すなわち、本発明の他の態様は、以下の通りである。
【００５７】
６．有機性廃水を生物処理系によって処理し得られる汚泥を可溶化し該生物処理系に返送することを含む余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、
汚泥液化量を測定することで汚泥減少量を予測し、予測した汚泥減少量に基づいて液化（可溶化）処理工程に送る汚泥量を決定することを特徴とする方法。
【００５８】
また、本発明は以下の手段も提供する。
【００５９】
Ｂ−６．余剰汚泥の発生を伴う生物処理系による有機性廃水の処理方法であって、有機性廃水を生物処理槽で処理し、生物処理槽から引き抜いた汚泥を可溶化処理して該生物処理槽に返送することを特徴とし、更に、可溶化処理における汚泥液化量を測定することで汚泥減少量を予測し、予測した汚泥減少量に基づいて可溶化処理工程に送る汚泥量を決定することを特徴とする方法。
【００６０】
更に、本発明は、以下の手段も提供する。
【００６１】
Ｃ−１１．汚泥を液化処理する方法において、アンモニア性窒素の生成量を指標として汚泥の液化量を決定することを特徴とする方法。
【００６２】
Ｃ−１２．液化処理した汚泥を濾過して得られるろ液中のアンモニア性窒素の生成量を測定することを特徴とする上記Ｃ−１１項記載の方法。
【００６３】
Ｃ−１３．汚泥の液化処理工程が、汚泥を加温処理する工程を含むことを特徴とする上記Ｃ−１２項記載の方法。
【００６４】
Ｃ−１４．汚泥を液化処理する方法において、汚泥液化量を決定することで汚泥減少量を予測し、予測した汚泥減少量に基づいて液化処理工程に送る汚泥量を決定することにより汚泥減少量を制御することを特徴とする方法。
【００６５】
Ｃ−１５．汚泥の液化処理工程が、汚泥を加温処理する工程又は汚泥を微細化処理する工程を含むことを特徴とする上記Ｃ−１４項記載の汚泥減少量の制御方法。
【００６６】
Ｃ−１６．汚泥を加温状態で貯留する加温処理槽と、該加温処理槽内の汚泥液中のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度測定装置と、該加温処理槽に汚泥を送る送泥ポンプと、測定されたアンモニア性窒素濃度から汚泥減少量を予測して、汚泥を該加温処理槽に送るよう該送泥ポンプに指示を出すコントローラとを有することを特徴とする汚泥処理装置。
【００６７】
Ｃ−１７．上記Ｃ−１６項に記載の汚泥処理装置を備えたことを特徴とする有機性排水の処理装置。
【００６８】
以下に詳しく説明するように、液化処理前の汚泥ろ液のＮＨ４-Ｎ濃度は極めて低いため、これを無視しても何等支障が生じなく、液化処理後の汚泥ろ液のＮＨ４-Ｎ濃度を測定すれば、汚泥液化量の決定を行うことができる。アンモニア性窒素濃度を指標に用いた汚泥液化量△ＬＮＨ４-Ｎ（ｇ／ｄ）は、それと汚泥減少量△Ｘとが△Ｘ／△Ｌ＝１の関係に近く、また△ＬＮＨ４-Ｎと△Ｘが比例関係にあるから（図８参照）、汚泥ろ液のＮＨ４-Ｎ濃度に基づいて汚泥液化量を決定することができる。すなわち、汚泥液中のアンモニア性窒素の濃度（換言すれば生成量）は、汚泥液化量の決定要因や汚泥減少量の予測要因として、極めて有用である。
【００６９】
液化処理した汚泥液のＮＨ４-Ｎ濃度を測定することにより、更に一層好ましくは、液化処理した汚泥液をろ過したろ液中のアンモニア性窒素濃度を測定することにより、汚泥液化量を効率的に決定することができる。また、このようにして決定された汚泥液化量から汚泥減少量を予測することができ、汚泥減少量を効率よく制御することができる。液のＮＨ４-Ｎ濃度を測定する際には、液化処理した汚泥液で直接測定するよりも、液化処理した汚泥液をろ過して得たろ液中で測定した方が、測定計に影響が少なく、精度の高い測定値が得られる。
【００７０】
以下、上記の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００７１】
図８に汚泥液化量と汚泥減少量との関係を示す。アンモニア性窒素を指標に用いた汚泥液化量（「アンモニア性窒素ベース汚泥液化量」と称す；△ＬＮＨ４-Ｎ）は、汚泥減少量△Ｘと△Ｘ／△Ｌ＝１の関係に近く、また△ＬＮＨ４-Ｎと△Ｘとは比例関係にある。一方、ケルダール窒素を指標に用いた汚泥液化量（「ケルダール窒素ベース汚泥液化量」と称す；△ＬＫｊ-Ｎ）では、汚泥液化量が４００ｇ／ｄ以上では汚泥減少量△Ｘがほとんど増加しなくなり、汚泥液化量から汚泥減少量を推定することは困難である。実際には、液化処理前汚泥ろ液のＮＨ４-Ｎ濃度は極めて低いため、液化処理後汚泥ろ液のＮＨ４-Ｎ濃度を測定することにより、汚泥減少量を制御することが可能となる。特に加温処理のようなアンモニアの溶出が多い処理においては、アンモニア性窒素ベース汚泥液化量を指標として用いることが有利である。
【００７２】
また、ＣＯＤＣｒを指標に用いた汚泥液化量（「ＣＯＤＣｒベース汚泥液化量」と称す；△ＬＣＯＤＣｒ）については、図９のようなフローでは、汚泥貯留槽において消化が起こって有機物が減少するため、アンモニア性窒素ベース汚泥液化量やケルダール窒素ベース汚泥液化量に比べて数値が低くなり、指標としては好ましいとはいえない。
アンモニア性窒素ベース汚泥液化量の算出方法を以下に示す。また、参考として、従来のケルダール窒素ベース汚泥液化量とＣＯＤＣｒベース汚泥液化量の算出方法についても示す。汚泥ろ液については、平均孔径１．０μｍのろ紙を用いて作成したが、これに限られない。
【００７３】
【数１】
2008519674.tif 000003
【００７４】
図９に汚泥減容化処理工程を含む有機性廃水の生物処理プロセスのフローを示す。原水１を脱窒槽７に流入させ、次の硝化槽８にて好気処理する。固液分離装置９にて活性汚泥混合液３を固液分離した後、濃縮した汚泥４の一部を返送汚泥４ａとして脱窒槽７に返送する。また、分離汚泥４の一部を液化工程流入汚泥４ｂとして、汚泥貯留槽１０に導入し、加温処理する。汚泥貯留槽１０の温度は、３０〜７０℃の範囲が好ましい。３０℃より低いと微生物による液化が進みにくく、７０℃より高いと酸発酵が進みにくくなる。また、汚泥貯留槽１０での汚泥の滞留時間は、温度にもよるが０．５〜１０日あればよい。本発明者等が行った実験では、好ましい温度範囲は４０〜６０℃、貯留時間は０．５〜３日であった。汚泥貯留槽１０にて加温処理している汚泥を超音波処理装置１１に導入し、超音波処理を行う。超音波処理した汚泥は汚泥貯留槽１０に返送し、循環する。液化処理工程で得られた液化処理汚泥５は脱窒槽７へと返送する。
【００７５】
また、図７に汚泥減少量の制御装置の一例を示す。また、図２１には、汚泥減少量の制御方法の具体的なフローの一例を示す。はじめに、目標とする汚泥減少量を設定する。汚泥貯留槽１０において汚泥を撹拌装置１１６にて撹拌しながら、加温処理する。加温はヒーター１１７にて行う。加温処理された貯留汚泥１１２に、アンモニア性窒素濃度測定装置１１３を浸し、汚泥液中のアンモニア性窒素濃度を測定する。コントローラ１１５では、測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいてアンモニア性窒素ベース汚泥液化量を演算した後、上述した図８の汚泥液化量と汚泥減少量の関係により汚泥減少量を予測する。予測された汚泥減少量が設定された汚泥減少量よりも少ない場合には、汚泥を汚泥貯留槽１０に送るように、送泥ポンプ１１４にコントローラ１１５が指示を出す。一方、予測された汚泥減少量が設定された汚泥減少量よりも多い場合には、そのまま運転を継続するように、コントローラ１１５が指示を出す。なお、本発明者等の実験では、汚泥濃度が高くなるほど、汚泥液化量が増加するという知見が得られている。アンモニア性窒素濃度測定装置１１３は、液化処理した汚泥混合液をろ過したろ液中に浸すとより一層測定精度が高くなる。
【００７６】
上述の態様によれば、液化処理した汚泥液、あるいは液化処理した汚泥液をろ過したろ液（「汚泥ろ液」）中のアンモニア性窒素濃度を測定することにより、汚泥減少量を効率よく制御することができるので、余剰汚泥が大量に生成する汚水処理、特に下水や有機性の産業廃水の処理に有用である。
【００７７】
上述の態様にかかる方法及び装置は、本発明の有機性廃水の処理方法及び装置において、汚泥の液化処理手段、汚泥減少量の制御手段並びに装置として採用することができる。
【００７８】
また、本発明の更に他の態様においては、有機性汚水を好気性生物処理して得られる汚泥などの有機性廃棄物スラリーを、可溶化処理する廃棄物処理装置が提供される。
【００７９】
かかる態様によれば、有機性廃棄物スラリーを可溶化処理する処理装置であって、被処理スラリーを貯留するリアクターと、超音波処理装置を包含する可溶化装置と、該リアクターと可溶化装置の間を該被処理スラリーが循環することができる循環ラインとを有し、該リアクターは、該可溶化装置において被処理スラリーに与えられる余熱を該リアクター内に保持する貯留部分と、該リアクターから排出される処理スラリーが持っている熱を、該リアクターに供給される被処理スラリーに与える熱交換部分とを具備していることを特徴とする有機性廃棄物スラリーの処理装置が提供される。
【００８０】
上記装置においては、超音波処理装置が流通型であるのがよい。また、上記装置は、前記リアクターに被処理スラリーを供給するラインと、該ラインに供給される被処理スラリー中に含まれる固形分を濃縮する濃縮装置を更に具備することができる。更に、上記装置は、前記リアクター内に設置されたリアクター内の温度を検知する温度センサーと、測定されたリアクター内の温度に応じて前記可溶化装置の運転、停止あるいは出力制御を行う手段とを更に具備することができる。
【００８１】
上記の構成により、少ない電力で効率良く余剰汚泥発生量を削減することが可能となる。
【００８２】
上記の態様によれば、好気性生物処理設備から発生する汚泥を一時的にリアクターに貯留し、リアクターに貯留した汚泥を超音波を用いる可溶化装置に供給して可溶化処理し、得られた処理液を再びリアクターに返送するとともに、超音波処理により排出される熱を有効利用して汚泥の可溶化を促進する。本発明の係る態様を適用できる有機性廃棄物スラリーとしては、好気性生物処理設備から発生する汚泥のみならず、嫌気処理設備から発生する汚泥、食品残渣、家畜糞尿など、有機物を含むスラリー状廃棄物全般に適用することができる。
【００８３】
この態様を図面を用いて詳細に説明する。
【００８４】
図１０は、本発明の一態様に係る有機性廃棄物スラリーの処理装置の実施形態の一例を示すフロー構成図である。図１０において、有機性廃水を処理する好気性生物処理プロセスから供給される余剰汚泥は、給泥管２１１を通して、リアクター２０２に供給される。超音波処理の可溶化効果は、被処理スラリーの固形物濃度よりはむしろ容積に依存するので、望ましくは余剰汚泥をリアクター２０２に供給する前に、重力濃縮、遠心濃縮、加圧浮上、常圧浮上、凝集沈殿、膜濃縮などの濃縮装置２３０によって濃縮しておくと良い。リアクター２０２に貯留された余剰汚泥は、循環ポンプ２０３によって可溶化装置２０１に供給されて可溶化処理された後、循環水管２１２を通じてリアクター２０２に返送される。可溶化装置２０１としては、循環汚泥の短絡を排除して循環汚泥全量に対して確実に超音波を照射できる様にする必要があるため、水槽設置型よりも流通型の超音波処理装置を用いるのが適当である。
【００８５】
ここで、流通型超音波装置とは、処理対象物が一定方向に流れる可溶化装置２０１の内部に超音波振動子を配置して、超音波により発生するキャビテーションの影響範囲が流路断面全体に及ぶ形状の超音波処理装置を示す。
【００８６】
リアクター２０２の貯留部分２２２は、その外側を断熱材によって覆うことにより保温されており、可溶化装置２０１にて排出される熱によって温められた可溶化汚泥の熱を貯留部分２２２内に保持する。さらに、リアクター２０２は、排泥管２１３を通じて排出されるべき汚泥と、給泥管２１１を通じて供給される汚泥とを、断熱材質でできた隔壁２２４によって仕切られた熱交換部分２２１にて互いに対向させることによって、熱交換が可能な構造を有していて、可溶化装置２０１での超音波出力が低くても汚泥貯留部分２２２の温度を高く保てるようになっている。熱交換部分２２１においては、蛇管やプレート形の熱交換器を汚泥中に水没させる方法も有効である。貯留部分２２２の温度が過剰に高いと、汚泥中に含有する蛋白質が凝固し、生分解性が悪化するため、貯留部分２２２の温度は、４０℃〜６０℃、好ましくは５０℃〜５５℃にしておくことが望ましい。貯留部分の温度が必要以上に上昇する時は、温度センサー２２６にて貯留部分２２２の温度を検知し、測定された温度に応じて、可溶化装置２０１、循環ポンプ２０３、及び破砕機を備えている場合は破砕機を自動的に停止させるか、あるいは可溶化装置２０１の出力を自動的に抑制させるようにしておくことによって、リアクター２０２の貯留部分２２２内の温度を制御することができる。
【００８７】
可溶化装置２０１に供給される汚泥の性状が変化すると、可溶化装置２０１の可溶化性能に影響を及ぼすため、貯留部分２２２における汚泥滞留時間は長く取っておくことが望ましい。しかしながら、汚泥の滞留時間を過剰に長くすると、リアクター２０２内で発酵が進み、メタンなどの可燃性ガスを発生させる可能性がある。したがって、貯留部分２２２での汚泥滞留時間は、１〜４日程度、望ましくは２日程度に保持するのが良い。さらに、貯留部分２２２からの汚泥の流出部分には、汚泥を重力沈殿できる部分２２３を設けることによって、短絡流を防ぐと共に、粒径の大きな汚泥粒子を貯留部分２２２内に保持して可溶化装置２０１にて確実に分解し、且つ可溶化が進んだ小粒径の汚泥を外部に排出するようにすることができる。
【００８８】
以上の構成によって、超音波によって汚泥を直接的に可溶化するのに加えて、汚泥を貯留することによる自己分解効果、汚泥を加温状態に保持することによる自己分解の促進効果の複合的な効果により、少ない電力で効率良く余剰汚泥を可溶化することが可能になる。
図１１は、図１０に示す装置の熱交換部分２２１においてプレート式熱交換器２２５を使用した例を示す部分構成図であり、図１２は、蛇管２２７を使用した例を示す部分構成図である。
【００８９】
また、余剰汚泥中にし渣や繊維質などの夾雑物が含まれる場合などには、可溶化装置１が閉塞する可能性がある。この場合には、図１３に示すように、可溶化装置２０１の前段に粗破砕機２０５を設置して夾雑物を予め１０ｍｍ前後に粗破砕しておくことができる。
同様に、余剰汚泥中にし渣や繊維質などの夾雑物が含まれる場合には、図１４に示すように、給泥管２１１によって供給される余剰汚泥をスクリーン２０６にて予め夾雑物除去処理することによって、可溶化装置２０１の閉塞を防止することができる。
【００９０】
上記態様は以下の通りである。
【００９１】
Ｃ−１８．有機性廃棄物スラリーを可溶化処理する処理装置であって、被処理スラリーを貯留するリアクターと、超音波処理装置を包含する可溶化装置と、該リアクターと可溶化装置の間で該被処理スラリーを循環させる循環ラインとを有し、該リアクターは、該可溶化装置において被処理スラリーに与えられる余熱を該リアクター内に保持する貯熱部分と、該リアクターから排出される処理スラリーが持っている熱を、該リアクターに供給される被処理スラリーに与える熱交換部分とを具備していることを特徴とする有機性廃棄物スラリーの処理装置。
【００９２】
Ｃ−１９．前記超音波処理装置が、流通型であることを特徴とする上記Ｃ−１８項に記載の装置。
【００９３】
Ｃ−２０．前記リアクターに被処理スラリーを供給するラインと、該ラインに供給される被処理スラリー中に含まれる固形分を濃縮する濃縮装置を更に具備することを特徴とする上記Ｃ−１８又はＣ−１９項に記載の装置。
【００９４】
Ｃ−２１．前記リアクター内に設置されたリアクター内の温度を検知する温度センサーと、測定されたリアクター内の温度に応じて前記可溶化装置の運転、停止あるいは出力制御を行う手段とを更に具備することを特徴とする上記Ｃ−１８、Ｃ−１９又はＣ−２０項に記載の装置。
本発明においては、上記に説明した種々の形態を適宜組み合わせることによって適当な有機性廃水処理システム、或いは汚泥の処理システムを構築することができる。
【実施例】
【００９５】
以下において、本発明の各種形態を実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
図１で説明した汚泥貯留槽１０と、汚泥微細化装置１４として超音波処理装置とを組み合わせて汚泥を液化処理した。結果を図３及び図４に示す。
この試験では、汚泥濃度３．７％の汚泥を、図１に示すように、汚泥貯留槽１０中に貯留すると共に、貯留槽内の汚泥を超音波処理装置１４に循環供給することによって汚泥を液化処理し、貯留時間の経過に伴う汚泥の液化率の変化を調べた。図３には超音波強度１００ｋＪ／リットル、貯留温度５０℃で貯留したときの汚泥の液化率（未処理の汚泥が液化した割合）の経過を示す。液化率は、貯留時間が長いほど高くなるが、２〜３日の範囲ではほとんど増加していないので、貯留温度５０℃では１〜３日間の貯留時間で十分であることが分かった。
【００９６】
次に、汚泥濃度を０．７％、２．０％及び３．６％とし、汚泥濃度と液化率の関係を検討した。その実験結果を図４に示す。汚泥濃度を０．７％、２．０％及び３．６％と変化させても、液化率は２５％以上であった。また、汚泥濃度が高いほど、液化率と汚泥処理量で決まる汚泥液化量は大きくなることが分かった。
［実施例２］
この実施例では図５に示す処理フローによって処理を行った。実施例２では、生物処理槽として脱窒槽７と硝化槽８に分かれた循環式の硝化脱窒槽を設けた。原水１（下水を使用）の流入量；４ｍ３／ｄ、脱窒槽（嫌気槽）７の容積；１ｍ３、好気槽８の容積；２ｍ３とした。生物処理槽の汚泥濃度は３０００ｍｇ-ＳＳ／リットル、返送汚泥４の汚泥濃度は約１００００ｍｇ-ＳＳ／リットルであった。
【００９７】
汚泥液化処理工程には、汚泥貯留槽１０と超音波処理装置１１を設けた。分離汚泥の一部４ｂを汚泥貯留槽１０に供給した。汚泥貯留槽１０での汚泥の滞留時間は約２日とし、汚泥貯留槽内の汚泥は、ヒーターと超音波処理装置１１からの熱により、約５０℃に加温した。汚泥貯留槽１０内の汚泥を超音波処理装置１１に供給し、超音波処理後に再び汚泥貯留槽１０に返送した。超音波処理での超音波強度は、液化処理汚泥５に対して７０ｋＪ／リットルとしたが、５０〜２００ｋＪ／リットル程度が適している。液化処理汚泥５は脱窒槽７に返送した。実施例２の汚泥処理の結果を、比較例１、２における処理の結果とともに表１及び図６に示す。
［比較例１］
汚泥発生量を比較するため、図５の生物処理プロセスから液化処理工程（汚泥貯留槽１０及び超音波処理装置１１）を省略した装置を使用して実施例２と同じ条件で対照系を比較例１として同時に運転した。即ち、分離汚泥４を全量脱室槽７に返送した。
［比較例２］
超音波処理の効果を確認するため、図５の生物処理装置の液化処理工程のうち超音波処理装置１１を省略した装置を使用して実施例２と同じ条件で運転し、比較例１を対照系として汚泥発生量を比較した。累積汚泥発生量（ｋｇ）を図６に示す。
【００９８】
実施例２と比較例１〜２の汚泥処理の結果を比較すると、累積汚泥発生量については、図６に示すように、実施例２では比較例１〜２と比較して余剰汚泥発生量を６割以上削減することができた。また、比較例２と比較例１では余剰汚泥発生量に違いが見られず、汚泥を減容化するためには超音波と加温を併用する必要があることが確認できた。これらの結果から、本発明は、余剰汚泥発生量の削減の目的を大きく果たすことができることが分かる。
【００９９】
また、実施例２と比較例１の汚泥処理の結果のうち、水質については、表１に示すように、有機物の指標である化学的酸素要求量は、実施例２で１０．１ｍｇ／リットルと、比較例１の８．８ｍｇ／リットルよりもやや悪化したものの、生物学的酸素要求量では遜色ない良好な水質が得られた。また、全窒素量を比べると、実施例２で８．２ｍｇ／リットル、比較例１で１１．９ｍｇ／リットルと、実施例２では窒素除去がより進んだことが示された。
【０１００】
【表１】
2008519674.tif 000004
【０１０１】
［実施例３］
図１８に示す装置を用いて超音波発振機３１１の洗浄を行った。最大出力４ｋＷの超音波発振機に、汚泥濃度約４．５％の汚泥を供給し、超音波処理を行った。超音波発振機は、汚泥供給直後は約２ｋＷの出力で運転していたが、約２日で１．５ｋＷの出力まで低下した。超音波発振機１１の出力が１．５ｋＷ以下になった時点で、超音波発振機の洗浄を実施した。洗浄動作は、自動運転で行った。最初に超音波発振機３１１を停止させ、バルブａとｂを閉じた。次にバルブｃとｆを開け、洗浄水１６を４分間通水し、その後、ｃとｄを閉じた。次にバルブｄとｅを開け、洗浄水１６を通常の汚泥処理の流れとは逆に４分間流して逆流洗浄を行った。洗浄終了後は、バルブｄとｅを閉じ、ａとｂを開け、汚泥の供給と超音波発振機の運転を再開した。この操作で、超音波発振機の出力は２ｋＷ以上に回復し、超音波発振機３１１の内部の振動子に付着した汚泥が除去できたことが確認できた。この洗浄を行うことで、約６ヶ月間、超音波発振機を分解してメンテナンスする必要がなく、安定した運転が実施できた。
【０１０２】
なお、超音波発振機３１１に洗浄水１６を供給して洗浄を行う場合、洗浄水１６の供給と連動して超音波発振機３１１を運転すると、振動子の振動により付着した汚泥が除去されやすくなり、洗浄効果がさらに高くなるため有効である。
［実施例４］
図１９に示す装置を用いて有機性廃水の生物処理を行った。生物処理槽３１９としてオキシデーションディッチ方式の生物処理槽を設けた。原水１の流入量；４５０ｍ３／ｄ、生物処理槽３１９の容積；６６０ｍ３であった。生物処理槽３１９内の汚泥濃度は３０００ｍｇ／Ｌ、返送汚泥４の汚泥濃度は約６０００ｍｇ／Ｌであった。
【０１０３】
液化処理工程２０としては、汚泥貯留槽１０、超音波処理装置１１、遠心濃縮機３１８、汚泥破砕機３２１を設けた。返送汚泥の一部４ｂを、遠心濃縮機３１８に供給し、汚泥濃度約４．５％の濃縮汚泥３２０を得た。濃縮汚泥３２０は熱交換器１２を経て、汚泥貯留槽１０に供給した。汚泥貯留槽１０での汚泥の滞留時間は、約１．５日に設定した。汚泥貯留槽１０にはヒーターなどを特別に設けなかったが、槽内の汚泥の温度は、超音波処理装置１１と汚泥破砕機３２１からの熱により約５０℃に上昇した。汚泥貯留槽１０内の汚泥を、汚泥破砕機３２１に供給して、汚泥中の粗大な粒子（毛髪、トイレットペーパーなど）を粉砕した後、さらに超音波処理装置１１に供給して超音波処理した後、再び汚泥貯留槽１０に返送した。超音波処理装置１１に供給した汚泥流量は、汚泥貯留槽１０に供給した濃縮汚泥３２０に対して、３．０〜１０．８倍に調製した。超音波処理での超音波強度は、汚泥容量に対して１１０ｋＪ／Ｌであった。液化処理汚泥５は、熱交換基１２で熱を回収した後に生物処理槽３１９に返送した。
【０１０４】
なお、本実施例では汚泥発生量を比較するため、液化処理工程を省略した対照実験を同時に運転した。即ち、対照実験では、分離汚泥４の全量を生物処理槽３１９に返送した。
このような運転を行ったところ、水質については、表２に示すように、実施例４の処理水は対照実験と比較して遜色ない水質を得ることができた。また、系内の累積汚泥発生量の経時変化を図２０に示す。図２０から分かるように、実施例４では、対照実験と比較して余剰汚泥発生量を約４割削減することができた。
【０１０５】
【表２】
2008519674.tif 000005
【０１０６】
［実施例５］
図１０に示す汚泥処理装置を、生活排水処理設備に増設して排水処理実験を行った。結果を表３に示す。本実施例では、生活排水を処理する槽容積３ｍ３の活性汚泥処理設備に対して、定格出力１ｋＷの流通型超音波処理装置２０１を組み込んだ図１０に示す汚泥処理装置を設置した場合と、汚泥処理装置を設置しない場合とを比較した。汚泥処理装置の処理液２１３は、全量、活性汚泥処理設備の上流に返送した。超音波処理処理２０１においては、汚泥に４４ｋＷ・ｓ／Ｌの超音波照射処理を行った。図１０に示す汚泥処理装置を設置することによって、余剰汚泥固形物の発生量を７８％削減することができた。汚泥処理装置における熱収支は、図１７に示すようになり、熱交換によって超音波照射出力を低く抑えても、良好な効果を得ることができた。
【０１０７】
【表３】
2008519674.tif 000006
【０１０８】
［実施例６］
工場廃水処理汚泥を、固形物濃度が最高で４.１％になるまで数段階に濃縮して超音波を照射した時のＣＯＤｃｒベースの可溶化率を図１５に示す。図１５から、汚泥の可溶化率は、汚泥の固形物濃度に依存せず、超音波出力のみに依存することが分かる。よって、汚泥可溶化処理の前段で汚泥を濃縮し、汚泥の液量を少なくしておくことにより、可溶化処理を行う時間が低減でき電力量を節約する事ができることが分かる。
【０１０９】
例えば、汚泥を超音波照射出力５０ｋＷ・ｓ/Ｌで処理する場合、固形物濃度１％の汚泥を濃縮装置により４％に濃縮することによって、１ｍ３あたりの所要電力量を１３．９ｋＷ・ｈから３．５ｋＷ・ｈに下げることができる。
［実施例７］
図１０に示す汚泥処理装置において、図１３に示す粗破砕機２０５としてカッターミルを設置して運転した場合の効果を、図１６に示す。粗破砕機２０５を使用しない場合は、超音波処理装置の流路に繊維様の夾雑物が引っ掛かり、超音波発振機出力が１ｋＷ前後迄しか上がらず、その値も安定しなかった。これに対して、粗破砕機２０５を使用した場合は、約１．８ｋＷの出力が安定して出た。粗破砕機２０５出口での汚泥中の繊維質の粒径は１０ｍｍ以下であった。固形物質の粒径分布を表４に示す。
【０１１０】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、有機性廃水の処理施設、例えば、下水処理場、し尿処理場等における下水処理、あるいは食品工場排水、化学工場排水などの廃水処理工程から排出される有機性廃水の生物処理に利用でき、余剰汚泥の発生量を削減することができる。
【０１１２】
また、本発明の他の態様によれば、液化処理した汚泥液、あるいは液化処理した汚泥液をろ過したろ液（「汚泥ろ液」）中のアンモニア性窒素濃度を測定することにより、汚泥減少量を効率よく制御することができるので、余剰汚泥が大量に生成する汚水処理、特に下水や有機性の産業廃水の処理に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の汚泥液化（可溶化）処理工程のフローであって、汚泥貯留槽から流出する汚泥で汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温するフローを示す。
【図２】本発明の汚泥液化処理工程のフローであって、汚泥微細化装置から流出した汚泥を利用して汚泥貯留槽に流入する汚泥を加温するフローを示す。
【図３】実施例１において、汚泥貯留槽と超音波処理を組み合わせて液化処理した場合に、貯留温度を５０℃で貯留したときの汚泥の液化率と貯留時間の変化を表す図である。
【図４】実施例１において、汚泥貯留槽と超音波処理を組み合わせて液化処理した場合に、貯留温度を５０℃で貯留したときの汚泥の液化率と汚泥濃度の関係を表す図である。
【図５】実施例２の有機性廃水の処理フローを示す図である。
【図６】実施例２と比較例１〜２の累積汚泥発生量の経過を示す図であり、横軸が運転日数（ｄ）を表し、縦軸は累積汚泥発生量（ｋｇ）を表す。
【図７】本発明の他の態様に係る汚泥減少量の制御装置の一例を示す図である。
【図８】汚泥液化量と汚泥減少量との関係を示すグラフである。
【図９】汚泥減容化処理工程を含む有機性廃水の処理プロセスのフローを示す図である。
【図１０】本発明の他の態様に係る汚泥処理装置の一例を示すフロー構成図である。
【図１１】図１０に示す汚泥処理装置の熱交換部分の別の例を示す部分構成図である。
【図１２】図１０に示す汚泥処理装置の熱交換部分の他の例を示す部分構成図である。
【図１３】図１０に示す汚泥処理装置において、可溶化装置の前段に粗破砕機を設置した例を示す部分構成図である。
【図１４】図１０に示す汚泥処理装置において、給泥管にスクリーンを設置した例を示す部分構成図である。
【図１５】超音波照射量とＣＯＤ液化率の関係を示すグラフである。
【図１６】超音波破砕機の有無による超音波発振機出力の変化を示すグラフである。
【図１７】実施例５での汚泥処理装置における熱収支を示す概略図である。
【図１８】超音波発振機の洗浄手段の概念を示す図である。
【図１９】実施例４で用いた有機性廃水処理プロセスのフローを示す図である。
【図２０】実施例４における系内の累積汚泥発生量の経時変化を示すグラフである。
【図２１】汚泥減少量の制御方法の一例のフローを示す図である。
【符合の説明】
【０１１４】
１  原水
２  処理水
３  活性汚泥混合液
４  分離汚泥
４ａ  返送汚泥
４ｂ  分離汚泥の一部（又は全部）
５  液化処理汚泥
６  循環液
７  脱窒槽（嫌気部）
８  硝化槽（好気部）
９  固液分離装置
１０  汚泥貯留槽（酸発酵槽）
１１  超音波処理装置
１２  熱交換器
１３  汚泥
１４  汚泥微細化装置
１５  微細化汚泥
２０  液化処理工程
１１２  貯留汚泥
１１３  アンモニア性窒素濃度測定装置
１１４  送泥ポンプ
１１５  コントローラ
１１６  撹拌装置
１１７  ヒーター
２０１  可溶化装置
２０２  リアクター
２０３  循環ポンプ
２０４  攪拌機
２０５  粗破砕機
２０６  スクリーン
２１１  給泥管
２１２  循環水管
２１３  排泥管
２１４  濃縮分離液
２２１  熱交換部分
２２２  貯留部分
２２３  重力沈殿部分
２２４  隔壁
２２５  プレート式熱交換器
２２６  温度センサー
２２７  蛇管
２３０  濃縮装置
３０５  超音波処理汚泥
３１１  超音波発振機
３１６  洗浄水
３１７  遠心濃縮機上澄み液
３１８  遠心濃縮機
３１９  生物処理槽
３２０  濃縮汚泥
３２１  汚泥破砕機
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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