(57)【要約】【課題】  十分な汚泥の分散を図り、オゾン処理反応効率が高く、かつ汚泥の改質効果の大きい汚泥処理装置を提供する。【解決手段】  本発明の汚泥処理装置は、最終沈殿池2から引き抜かれた有機性の被処理汚泥中にオゾン発生器8から導入したオゾンを注入・溶解するオゾン溶解手段と、溶解したオゾンと処理対象有機物を一定時間反応させ、かつ未溶解オゾンガスを処理汚泥と分離するオゾン反応槽7とを有し、被処理汚泥を改質するもので、オゾン反応槽7の前段に、汚泥を滞留させる滞留槽11と、滞留槽中の汚泥を加圧ポンプにより加圧し、キャビテーション発生器14によりキャビテーションを発生させ、滞留槽に循環させる第１循環ライン12と、オゾン反応槽の後段から分岐された処理汚泥を滞留槽の前段へ循環させる第２循環ライン19とを設けたものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終沈殿池から引き抜かれた有機性の被処理汚泥中にオゾン発生器から導入したオゾンを注入・溶解するオゾン溶解手段と、溶解したオゾンと処理対象有機物を一定時間反応させ、かつ未溶解オゾンガスを処理汚泥と分離するオゾン反応槽とを有し、前記被処理汚泥を改質する汚泥処理装置において、
前記オゾン反応槽の前段に汚泥を滞留させる滞留槽と、前記滞留槽中の汚泥を導入し加圧ポンプとキャビテーション発生器によりキャビテーションを発生させ前記滞留槽に循環させる第１循環ラインと、前記オゾン反応槽の後段から、分岐された処理汚泥を前記滞留槽の前段へ循環させる第２循環ラインとを設けたことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記オゾン溶解手段がエジェクター方式であることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記オゾン反応槽と前記滞留槽とを同一構造物とし、内部仕切りにより区分することを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記オゾン反応槽に、前記オゾン反応槽からの汚泥を加圧する加圧ポンプとオゾンの溶解を行う前記オゾン溶解手段とによる第３循環ラインを設けたことを特徴とする請求項１または３記載の汚泥処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理工程において発生した汚泥をキャビテーション処理とオゾン反応を用いて改質し、廃棄汚泥量の減量を図る汚泥処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水の処理法として、活性汚泥法は処理能力が高いため下水処理等の各分野で広く利用されている。この浄化原理は、微生物が排水中の有機物を餌として分解・除去する作用によるため、処理の結果として余剰汚泥が発生する。発生した汚泥は、全産業廃棄物の中で占める割合が高く、また最終処分場の残余容量が極めて少ないこともあり、多大なコスト負担となっている。このような状況から余剰汚泥をできるだけ少なくすることが望まれており、各種手段を用いた汚泥減量法の導入が検討されつつある。
従来の技術では、余剰汚泥の一部を加圧噴射処理した後、オゾンを利用して改質することにより生物分解性を高め、それを再び生物反応槽へ戻すことで生物酸化し、余剰汚泥量を減量させている。（例えば、特許文献１参照）
この時の汚泥改質処理の装置は、図３のようになっている。図３は従来の汚泥処理を示す説明図である。図において、１は生物反応槽、２は最終沈殿池、３は汚泥処理装置、４は加圧噴射装置、７オゾン反応槽、８はオゾン発生器、９は散気管、１０は循環ポンプである。加圧噴射装置４は、高圧ポンプ５とリアクタ６からなる。
最終沈殿池２から引き抜かれた一部の汚泥は、加圧噴射装置４の高圧ポンプ５によって加圧され、リアクタ６に噴射されて加圧噴射処理される。加圧噴射処理により、活性汚泥フロックが分散するので、オゾン反応効率を上昇させることができ、オゾンの発生量を低減させることができる。加圧噴射処理された汚泥は、オゾン反応槽７に供給される。オゾン発生器８により生成したオゾン化ガスは、オゾン反応槽７の底部に設置された散気管９により槽内に供給され、汚泥と気液混合される。オゾン処理された改質汚泥は、この後、生物反応槽１に戻されるといったものである。この時、活性汚泥中のＭＬＳＳ成分は大部分が生物由来の有機物であることから、加圧噴射による物理的作用により、活性汚泥フロックを分散させる。その後、酸化力の強いオゾンの化学的作用により、生物体を構成する細胞壁や細胞膜が破壊され、細胞中から有機酸や糖などが放出される。こうした作用により汚泥は生物分解性が高くなり、生物反応槽に戻ると無機物にまで分解され汚泥が無くなる。
またこのような装置は余剰汚泥の嫌気性消化プロセスを経てメタンガスを生成し、これをバイオマス資源として有効に利用することを目的とした設備において、メタンガスの生成を促進するための手段としても検討されている。
【特許文献１】特開２００４−２７５９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、従来の汚水処理は、加圧噴射装置を通過した後、オゾン反応槽へ流入する構造となっているため、物理的可溶化性能が不十分であるという問題があった。すなわち、流入した余剰汚泥が物理的に可溶化されるのは、加圧噴射装置を通過する時のみであり、活性汚泥フロックの分散が不十分なままでオゾン処理が行われていると考えられるためである。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、キャビテーション循環処理滞留槽をオゾン反応槽の前段に設置することにより、十分な汚泥の分散を図り、オゾン処理反応効率が高く、かつ汚泥の改質効果の大きい汚泥処理装置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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、最終沈殿池から引き抜かれた有機性の被処理汚泥中にオゾン発生器から導入したオゾンを注入・溶解するオゾン溶解手段と、溶解したオゾンと処理対象有機物を一定時間反応させ、かつ未溶解オゾンガスを処理汚泥と分離するオゾン反応槽とを有し、前記被処理汚泥を改質する汚泥処理装置において、前記オゾン反応槽の前段に汚泥を滞留させる滞留槽と、前記滞留槽中の汚泥を導入し加圧ポンプとキャビテーション発生器によりキャビテーションを発生させ前記滞留槽に循環させる第１循環ラインと、前記オゾン反応槽の後段から、分岐された処理汚泥を前記滞留槽の前段へ循環させる第２循環ラインとを設けたものである。
請求項２に記載の発明は、オゾン溶解手段をエジェクター方式としたものである。
請求項３に記載の発明は、前記オゾン反応槽と前記滞留槽とを同一構造物とし、内部仕切りにより区分したものである。
請求項４に記載の発明は、前記オゾン反応槽に、前記オゾン反応槽からの汚泥を加圧する加圧ポンプとオゾンの溶解を行う前記オゾン溶解手段とによる第３循環ラインを設けたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１記載の発明によると、滞留槽に第１循環ラインを設けたので、キャビテーション発生器の内部において高い真空度が得られ、汚泥を含む液体中に強力な物理的強度を持つキャビテーションが発生する。この時、キャビテーションによって発生する泡の崩壊時の衝撃力によって、その空間を通過する汚泥細胞が破砕されて細かく分解されるとともに、粘性が低下する。キャビテーション処理は、滞留槽を介して循環的に行われ、十分に汚泥細胞が細かく分解される。また、第２循環ラインを設けることで、オゾン処理後の汚泥を再度キャビテーション処理することができ、相乗効果が得られる。
請求項２記載の発明によると、エジェクターを設けることによりオゾンが注入・混合されて、汚泥とオゾンの接触・反応が起こり、オゾンの強力な化学的酸化作用により汚泥が改質される。この時、前段のキャビテーション処理により汚泥が細かく分解されているため、オゾンの接触効率が上昇し、汚泥改質効果が改善される。
請求項３記載の発明によると、オゾン反応槽と滞留槽とを同一構造物とし、内部仕切りにより区分したので、同一槽内で各処理が行われることになり、その相乗効果を得ることができる。
請求項４記載の発明によると、オゾン溶解手段を配置した第３循環ラインを設けたので、
キャビテーション処理、オゾン処理の循環回数を個別に設定することができるので、対象とする汚泥に適した処理条件をきめ細かく設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の実施例を示す汚泥処理装置の概略図である。図において、１１はキャビテーションが注入された汚泥を循環させ滞留させる滞留槽、１２は循環ポンプ１３とキャビテーション発生器１４からなり発生させたキャビテーションを滞留槽１１に供給する第１循環ラインである。１６はエジェクター、７はオゾン反応槽、１９はオゾン反応槽７から分岐された汚泥を滞留槽１に還流する第２循環ラインである。２０は循環ポンプ、１５は加圧ポンプ、１８は排オゾン分解装置である。なお、同じ機能のものは、同じ符号を付しているため、前出のものは説明を省略する。
本発明が特許文献１と異なる部分は、汚泥を滞留させる滞留槽と、加圧ポンプとキャビテーション発生器とからなるキャビテーションの循環処理ラインと、オゾン反応槽の後段から滞留槽の前段へのオゾン・キャビテーション循環ラインとを設けた点である。
【０００８】
次に、本実施例の動作について説明する。
（１）まず、被処理汚泥が滞留槽１１へ引き込まれる。そこで循環ポンプ１３により、加圧された被処理汚泥はキャビテーション発生器１４に導入される。キャビテーション発生器１４の内部は、オリフィス構造となっており、被処理汚泥がその小口径部分を通過する際に真空状態となるためにキャビテーションが発生する。この時、フロック状に結合された汚泥や繊維状構造の成分は、キャビテーションによって発生する泡の崩壊時の衝撃力により細分化され均等化される。同時に汚泥の細胞壁や細胞膜も破壊されて細胞内の酵素が外部に溶出し可溶化され、液の粘度も低下する。この操作を第１循環ライン１２と滞留槽１１とで繰返し行うことにより、後段におけるオゾン注入の被処理汚泥の接触面積が増加し、反応効率が上昇する。ここで、キャビテーション発生器１４の前後の最適な差圧は、被処理汚泥の性状や粘度により異なるため対象とする条件に応じて０．１〜１．５ＭＰａの範囲内とする。
（２）次に、被処理汚泥はエジェクター１６に導入されて、オゾン発生器８から供給されるオゾン化ガスと混合される。ここで、強力な酸化力を持つオゾンと接触し化学的な作用を受けて易生物分解性物質に分解される。エジェクター１６の前後の最適な差圧は、０．０５〜０．２ＭＰａの範囲内に設定することで効率の良い運転ができる。
（３）その後、汚泥はオゾン反応槽７に導入される。ここで、排オゾンガスとの気液分離が行われ、排オゾンガスは排オゾン分解装置１８によって無害化される。
また、加圧ポンプの運転出力を制御することによりキャビテーションの強度を変化させることができる。
【実施例２】
【０００９】
図２は本発明の実施例２を示す汚泥改質装置の説明図である。
図において、１７は複合槽、２１は第３循環ライン、２２は循環ポンプである。
複合槽１７は滞留槽１７aとオゾン反応槽１７bとを同一構造物とし、内部仕切りにより区分したものである。そして、エジェクター１６と循環ポンプ２２により第３循環ライン２１を構成している。複合槽１７の滞留槽１７aとオゾン反応槽１７bの機能は、実施例１の滞留槽１１、オゾン反応槽７と同じであり、その他の構成も実施例１（図１）と同じである。
複合槽１７内の仕切り板の前段の滞留槽１７aにおいて、キャビテーション循環処理が行われ、押出し流れ構造によって押出された後段のオゾン反応槽１７bでエジェクター１６によるオゾン注入処理、排オゾンガスと汚泥の気液分離処理が行われ、排オゾンガスは排オゾン分解装置１８によって無害化される。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明の汚泥処理装置は効率的に有機汚泥を改質し、生物分解性が高まるため、公共下水や、化学工場や食品工場など産業排水等の有機物除去のための微生物を利用した汚水処理全般において、汚泥の嫌気性消化プロセスを経てメタンガスを生成し、これをバイオマス資源として有効に利用することやそれに伴う汚泥の減量化を目的とした設備への導入も適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１を示す汚泥処理装置を用いた汚水処理システムの構成図
【図２】本発明の実施例２を示す汚泥処理装置を用いた汚水処理システムの構成図
【図３】従来の汚泥処理装置を用いた汚水処理システムを示す構成図
【符号の説明】
【００１２】
１  生物反応槽
２  最終沈殿池
３  汚泥処理装置
４  加圧噴射装置
５  高圧ポンプ
６  リアクタ
７  オゾン反応槽
８  オゾン発生器
９  散気管
１０、１３、２０、２２循環ポンプ
１１  滞留槽
１２  第１循環ライン
１４  キャビテーション発生器
１５  加圧ポンプ
１６  エジェクター
１７  複合槽
１７ａ  滞留槽
１７ｂ  オゾン反応槽
１８  排オゾン分解装置
１９  第２循環ライン
２１  第３循環ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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