(57)【要約】【課題】本発明は汚泥処理装置およびそれを用いた汚泥処理システムに関し、汚泥の可溶化の効率を高めつつランニングコストを低減し、省メンテナンス化することを目的とする。【解決手段】流入口６と流出口７と処理水流入口８と電解処理槽１２とアルカリ処理槽１３と超音波処理槽１４で構成する汚泥処理装置であって、電解処理槽１２の陽極１６側と陰極１７側に排水処理系から流出する処理水を通水し、陰極１７側で電解によりアルカリ化した処理水をアルカリ処理槽１３に供給することにより汚泥をアルカリ処理した後、超音波処理する汚泥処理装置。【選択図】図２
2008018304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理を用いた排水処理系から排出される汚泥を削減する為の汚泥処理方法であって、前記汚泥を超音波により破砕する超音波処理手段と隔膜電解処理により生じたアルカリ水を用いて前記汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理手段を有し、前記超音波処理手段と前記アルカリ処理手段の２手段によって汚泥を処理する汚泥処理方法であって、前記隔膜電解処理に前記排水処理系の処理水を通水する汚泥処理方法。
【請求項２】
アルカリ処理手段の後段に、超音波処理手段を配置することを特徴とした請求項１記載の汚泥処理方法。
【請求項３】
超音波処理手段の後段に、アルカリ処理手段を配置することを特徴とした請求項１記載の汚泥処理方法。
【請求項４】
超音波処理と、アルカリ処理を同時に行うことを特徴とした請求項１記載の汚泥処理方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の汚泥処理方法において、汚泥の平均粒径が１００μｍ以上の時は、汚泥処理の前に湿式ミル破砕による汚泥の微細化処理を施すことを特徴とした汚泥処理方法。
【請求項６】
湿式ミル破砕がブレンダー処理であることを特徴とした請求項５記載の汚泥処理方法。
【請求項７】
汚泥を流入する流入口と、処理した前記汚泥を流出する流出口と、生物処理を用いた排水処理系の処理水を流入する処理水流入口と、前記汚泥を超音波処理により破砕する超音波処理槽と、水を電解によりアルカリ化する電解処理槽と前記汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽で構成される汚泥処理装置であって、前記超音波処理槽は超音波発振器に接続した超音波振動子を備え、前記電解処理槽は直流電源のプラス側に接続した陽極と、前記直流電源のマイナス側に接続した陰極と、前記陽極近傍の酸性領域と前記陰極近傍のアルカリ性領域を区分する隔膜を備え、前記電解処理槽の前記陰極側と前記陽極側に前記処理水流入口から流入される前記処理水を通水し、前記陰極側で電解によりアルカリ化した前記処理水を前記アルカリ処理槽に供給し、アルカリ処理槽で前記汚泥流入口から流入する前記汚泥と混合してアルカリ処理した後、前記超音波処理槽に供給して超音波処理する構成とした汚泥処理装置。
【請求項８】
アルカリ化した処理水を超音波反応槽に直接供給してアルカリ処理と超音波処理を同時に行うことを特徴とした請求項７記載の汚泥処理装置。
【請求項９】
汚泥を流入する流入口と、処理した前記汚泥を流出する流出口と、排水処理系の処理水を流入する処理水流入口と、前記汚泥を超音波処理により破砕する超音波処理槽と、水を電解によりアルカリ化する電解処理槽と前記汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽で構成される汚泥処理装置であって、前記超音波処理槽は超音波発振器に接続した超音波振動子を備え、前記電解処理槽は直流電源のプラス側に接続した陽極と、前記直流電源のマイナス側に接続した陰極と、前記陽極近傍の酸性領域と前記陰極近傍のアルカリ性領域を区分する隔膜を備え、前記電解処理槽の前記陰極側と前記陽極側に前記排水処理系から排出される前記処理水を通水し、前記汚泥流入口から供給された前記汚泥を前記超音波処理槽で超音波処理した後アルカリ処理槽へ供給し、前記アルカリ処理槽で前記陰極側で電解によりアルカリ化した前記処理水を前記アルカリ処理槽に供給することにより前記汚泥と混合してアルカリ処理する構成とした汚泥処理装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一つに記載の汚泥処理装置を用いた汚泥処理システムにおいて、前記排水処理系が、排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた重力によって汚泥を縣濁成分と処理水に分離する沈殿部と、この沈殿部に堆積した前記汚泥を貯留する汚泥貯留部とを備え、前記沈殿部または前記汚泥貯留部内の前記汚泥を前記汚泥処理装置に導き、前記汚泥処理装置で処理された前記汚泥を前記調整部又は前記曝気部に戻すことを特徴とする汚泥処理システム。
【請求項１１】
請求項７から９のいずれか一つに記載の汚泥処理装置を用いた汚泥処理システムにおいて、前記排水処理系が、排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた重力によって汚泥を縣濁成分と処理水に分離する沈殿部と、この沈殿部に堆積した汚泥を生物処理するとともに分離膜によって縣濁成分と膜ろ過水に分離する汚泥分解部を備え、前記汚泥分解部内の前記汚泥を前記汚泥処理装置に導き、前記汚泥処理装置で処理された前記汚泥を前記汚泥貯留部に戻すことを特徴とする汚泥処理システム。
【請求項１２】
処理水流入口に汚泥分解部で生じた膜ろ過水を通水することを特徴とした請求項１１記載の汚泥処理システム。
【請求項１３】
前記排水処理系の曝気部および沈殿部が、排水を生物処理するとともに分離膜によって縣濁成分と処理水に分離する膜分離活性汚泥法であることを特徴とする請求項１１または１２記載の汚泥処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理で生じる汚泥の汚泥処理方法及び汚泥処理装置とそれを用いた汚泥処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場や事業場等での有機物排水処理は活性汚泥等の微生物による酸化分解処理によりなされている。この工程において、微生物（細菌、原生動物など）は水中の有機物を生物活動に必要なエネルギー源として消費し、主に二酸化炭素と水に分解するが、一部は微生物の増殖にも利用される。すなわち基本的に水中の有機物は分解されて処理系外へ放出されるが、一部は微生物の増殖分として系内に保持される。排水処理では通常このような過剰に増殖した微生物を余剰汚泥として系外へ引き抜き、処理系内を運転に適正な濃度に維持するわけであるが、引き抜かれた余剰汚泥は濃縮、脱水した後、産業廃棄物として埋め立て処分や焼却処理されている。しかし、近年では埋め立て処分場の受け入れ容量が不足している問題や、焼却の費用の問題、焼却場周辺に与える環境的な問題もあり、余剰汚泥自体の発生量を削減する技術が要望されている。余剰汚泥の発生量を削減するには、生物処理の有機物分解効率を改善して汚泥発生量を低減する方法（例えば膜分離活性汚泥法）や、発生した余剰汚泥を分解、可溶化して再び有機物として生物処理槽に戻して処理する方法が知られており、最近では余剰汚泥を可溶化する様々な技術が開発されてきている。
【０００３】
ここで、余剰汚泥を可溶化する技術としては、物理的方法や化学的方法、生物的方法が知られており、物理的方法としては、超音波処理、高速噴流処理、ミル破砕処理等があり、化学的方法として、オゾン酸化処理、フェントン反応処理、熱アルカリ処理、強酸性電解水処理、水熱処理（高温高圧処理）等が、生物的方法としては好熱細菌処理等があり、この中でも特に超音波処理は他の方法に比較して、小型化、省電力化が可能であり、薬剤や熱源、高温高圧容器等を用いないためメンテナンスが容易でランニングコストが低いという特徴があり、主に小型かつ省メンテナンス性が要求される農業集落排水処理施設等での小規模排水処理施設での応用が進められている。
【０００４】
超音波処理は水中に超音波を照射して水中で発生する圧力の粗密波によりキャビテーションを生じさせ、その衝撃波により余剰汚泥を破砕、可溶化する技術であるが、他の高エネルギーを付加する方式と比較すると破砕、可溶化能力が低い課題がある。このため、超音波処理の特徴を活かしつつ汚泥の破砕、可溶化能力を高める方法として、超音波処理とアルカリ処理を組み合わせた処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この方法は、超音波処理槽とともに汚泥をアルカリ処理するｐＨ調整槽を有し、ｐＨ調整槽には水酸化ナトリウムなどの強アルカリ水を連続的に供給できるようになっており、超音波の破砕、分解作用とアルカリによる加水分解作用の複合作用により、超音波の攪拌、加熱作用とアルカリの加水分解作用が相乗効果により高められ、超音波単独処理と比較して余剰汚泥の分解、可溶化効果を高めることができる。
【０００６】
また、同様の処理方法として、強アルカリ水の供給を食塩水の電気分解により行う方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）この方法では、食塩水を電解処理槽に連続的に供給しながら水の電気分解反応を生じさせ、陰極（カソード）側に発生したアルカリ水を汚泥と接触させてアルカリ処理を行った後、超音波処理を行うものである。
【特許文献１】特開２００１−３８３９７号公報
【特許文献２】特開平１１−１４７１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のような従来の汚泥処理方法においては、アルカリ処理するのに水酸化ナトリウム溶液を汚泥に滴下する方法を用いており、水酸化ナトリウム溶液のような強アルカリは取り扱いに十分注意する必要がありメンテナンス性において大きな課題があった。
【０００８】
同様に、上記特許文献２のような従来の汚泥処理装置においても、電気分解を行うために食塩や清浄水を別途連続的に供給する必要があり、超音波処理の最大の特徴であるメンテナンス性や低ランニングコストを最大限に活かせないという課題があった。
【０００９】
そこで本発明は、このような従来の超音波処理とアルカリ処理を組み合わせた汚泥処理装置の課題を解決するものであり、汚泥処理装置を小型かつ低ランニングコスト化、省メンテナンス化することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の排水処理方法は上記目的を達成するために、生物処理を用いた排水処理系から排出される汚泥を削減する為の汚泥処理方法であって、前記汚泥を超音波により破砕する超音波処理手段と隔膜電解処理により生じたアルカリ水を用いて前記汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理手段を有し、上記２手段によって汚泥を処理する汚泥処理方法であって、前記隔膜電解処理に前記排水処理系の処理水を通水するものである。
【００１１】
また、他の手段は、アルカリ処理手段の後段に、超音波処理手段を配置するものである。
【００１２】
また、超音波処理手段の後段に、アルカリ処理手段を配置するものである。
【００１３】
また、超音波処理と、アルカリ処理を同時に行うものである。
【００１４】
また、汚泥の平均粒径が１００μｍ以上の時は、汚泥処理の前に湿式ミル破砕による汚泥の微細化処理を施すものである。
【００１５】
また、湿式ミル破砕処理がブレンダー処理であるものである。
【００１６】
また、汚泥を流入する流入口と、処理した前記汚泥を流出する流出口と、生物処理を用いた排水処理系の処理水を流入する処理水流入口と、前記汚泥を超音波処理により破砕する超音波処理槽と、水を電解によりアルカリ化する電解処理槽と前記汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽で構成される汚泥処理装置であって、前記超音波処理槽は超音波発振器に接続した超音波振動子を備え、前記電解処理槽は直流電源のプラス側に接続した陽極と、前記直流電源のマイナス側に接続した陰極と、前記陽極近傍の酸性領域と前記陰極近傍のアルカリ性領域を区分する隔膜を備え、前記電解処理槽の前記陰極側と前記陽極側に前記処理水流入口から流入される前記処理水を通水し、前記陰極側で電解によりアルカリ化した前記処理水を前記アルカリ処理槽に供給し、アルカリ処理槽では前記汚泥流入口から流入する前記汚泥と混合してアルカリ処理した後、前記超音波処理槽に供給して超音波処理するものである。
【００１７】
また、アルカリ化した処理水を超音波反応槽に直接供給してアルカリ処理と超音波処理を同時に行うものである。
【００１８】
また、汚泥を流入する流入口と、処理した前記汚泥を流出する流出口と、排水処理系の処理水を流入する処理水流入口と、前記汚泥を超音波処理により破砕する超音波処理槽と、水を電解によりアルカリ化する電解処理槽と前記汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽で構成される汚泥処理装置であって、前記超音波処理槽は超音波発振器に接続した超音波振動子を備え、前記電解処理槽は直流電源のプラス側に接続した陽極と、前記直流電源のマイナス側に接続した陰極と、前記陽極近傍の酸性領域と前記陰極近傍のアルカリ性領域を区分する隔膜を備え、前記電解処理槽の前記陰極側と前記陽極側に前記排水処理系から排出される前記処理水を通水し、前記汚泥流入口から供給された前記汚泥を前記超音波処理槽で超音波処理した後アルカリ処理槽へ供給し、前記アルカリ処理槽で前記陰極側で電解によりアルカリ化した前記処理水を前記アルカリ処理槽に供給することにより前記汚泥と混合してアルカリ処理するものである。
【００１９】
また、前記排水処理系が、排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた重力によって汚泥を縣濁成分と処理水に分離する沈殿部と、この沈殿部に堆積した前記汚泥を貯留する汚泥貯留部とを備え、前記沈殿部または前記汚泥貯留部内の前記汚泥を前記汚泥処理装置に導き、前記汚泥処理装置で処理された前記汚泥を前記調整部又は前記曝気部に戻すものである。
【００２０】
また、前記排水処理系が、排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた重力によって汚泥を縣濁成分と処理水に分離する沈殿部と、この沈殿部に堆積した汚泥を生物処理するとともに分離膜によって縣濁成分と膜ろ過水に分離する汚泥分解部を備え、前記汚泥分解部内の前記汚泥を前記汚泥処理装置に導き、前記汚泥処理装置で処理された前記汚泥を前記汚泥貯留部に戻すものである。
【００２１】
また、処理水流入口に汚泥分解部で生じた膜ろ過水を通水するものである。
【００２２】
さらに、前記排水処理系の曝気部および沈殿部が、排水を生物処理するとともに分離膜によって縣濁成分と処理水に分離する膜分離活性汚泥法であるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、小型かつ低ランニングコスト、省メンテナンス性を両立した汚泥処理装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、汚泥処理システムの構成を示している。本実施の形態の汚泥処理システムは排水を溜める調整部１と、有機物を活性汚泥によって酸化・分解する曝気部２と、曝気部２で処理した排水を重力によって汚泥と処理水とに分離する沈殿部３と、沈殿部３で分離した汚泥を引抜き、貯留する汚泥貯留部４と汚泥貯留部４の汚泥を処理する本発明の汚泥処理装置５から構成されている。汚泥処理装置５は流入口６と流出口７と処理水流入口８を有し、流入口６は汚泥貯留部４の内部に配置した吸引ポンプ９と接続され、流出口７は調整部１又は調整部１と曝気部２の間に接続され、処理水流入口８には沈殿部３から流出する処理水の一部が分岐され供給される。曝気部２の底部には排水中に有酸素気泡を供給する曝気ブロア１０と接続された曝気管１１が設けられている。
【００２６】
次に、汚泥処理装置５について図２を用いて詳細に説明する。汚泥処理装置５は流入口６と流出口７と処理水流入口８と電解処理槽１２とアルカリ処理槽１３と超音波処理槽１４で構成されている。電解処理槽１２は隔膜電解処理が出来るように内部の中央部分に配置した隔膜１５と、隔膜１５を挟み平板状で水が透過できる孔が多数設けられた陽極１６と陰極１７がそれぞれ対向して配置されている。陽極１６、陰極１７はそれぞれ電解処理槽１２の外部に設置した直流電源１８のプラス側、マイナス側に接続されている。処理水流入口８は装置内部でニ分岐され、電解処理槽１２の陽極１６側と陰極１７側にそれぞれ処理水が流入されるようになっている。また、アルカリ処理槽１３は流入口６と接続されると共に、電解処理槽１２の陰極１７側とも接続されており、さらに超音波処理槽１４と接続されている。また、超音波処理槽１４には超音波振動子１９が配置されており、超音波振動子１９は超音波処理槽１４の外に配置した超音波発振機２０に接続されている。超音波処理槽１４は流出口７と接続され、その途中で電解処理槽１２の陽極１６側と接続されている。
【００２７】
まず、図１において有機物を含んだ生活排水などは、調整部１へと供給され、ここで一旦滞留し、一定流量となって曝気部２に流入する。曝気部２の内部は活性汚泥が多量に存在する状態となっており、ここで曝気ブロア１０から曝気管１１を通して有酸素気泡を発生させ水中に酸素を供給するとともに曝気部２内を攪拌し、微生物による有機物の酸化・分解が行われ、その後、活性汚泥を含んだ処理水は沈殿部３へと供給される。沈殿部３では、流れを緩やかにすることにより、処理水の中の活性汚泥を自然沈降により、上方の上澄みと下方の沈殿物とに固液分離し、この上澄みが河川または下水に処理水として排出される。一方、沈殿物の一部は返送汚泥として曝気部２の上流側に戻され、再び生物処理に利用される。また、残りの沈殿物は余剰汚泥として汚泥貯留部４で一時的に貯留される。汚泥貯留部４に貯留された汚泥は吸引ポンプ９により、汚泥処理装置５の流入口６へと供給される。また、処理水の一部は図示しないポンプにより吸引され汚泥処理装置５の処理水流入口８へと供給される。
【００２８】
次に、図２の汚泥処理装置５において、流入口６から流入した汚泥はアルカリ処理槽１３に連続的に供給される。また、処理水流入口８から流入した処理水は電解処理槽１２の陽極１６側および陰極１７側へと連続的に供給される。ここで、電解処理槽１２内に配置された陽極１６と陰極１７には直流電源１８により直流電圧が印加されており、電解処理槽１２の内部では下記の反応により水が電気分解される。
【００２９】
陽極：２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2↑＋４ｅ-
陰極：２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2↑＋２ＯＨ-
ここで、陽極１６近傍は水素イオンにより酸性に、陰極１７近傍では水酸化物イオンによりアルカリ領域となっている。陽極１６と陰極１７は隔膜１５によって隔てられているため水中の陽極１６で発生した酸と陰極１７で発生したアルカリが交じり合うことを防いでいる。また、電気分解により陽極１６表面からは純酸素気泡が、陰極１７表面からは純水素気泡が発生する。また、電気分解反応を連続的に行わせるには、陽極１６から陰極１７へと電解処理槽１２内の電荷が移動する担い手が必要である。通常水中にはＮａ+、Ｃａ2+などの金属陽イオンやＣｌ-、ＮＯ3-、などの陰イオンが溶存しており、これらの溶存イオン成分が隔膜１５を介して自己が持つ電荷と反対の極性の極に引き寄せられる、いわゆる電気泳動によって電荷が電解処理槽１２内を移動し電気分解反応をし続けることができる。水の導電率は高い方がより低い電圧で電気分解することができるが、一般的な排水では様々なイオン成分が溶解しており導電率は数百〜数千μＳ／ｃｍと高く、十分に電気分解可能な値となっている。また、本実施の形態においては、電極の組数は１組で説明したが、より電気分解の効率を高めるため複数の電極対を組み合わせても何ら支障は無い。
【００３０】
また、電解処理槽１２に通水する処理水の性状としては、懸濁成分が出来るだけ少ない清浄なものがよい。懸濁成分が多いと電極に付着して堆積したり、隔膜１５に付着して目詰まりを生じ電解効率が低下する。処理水の懸濁成分が浮遊物質（ＳＳ）として５０ｍｇ／Ｌ以下となるようにするのが望ましい。
【００３１】
ここで、陰極１７側でアルカリ化した処理水はアルカリ処理槽１３へ供給され、アルカリ処理槽に別途供給されている汚泥と接触、混合されることにより汚泥がアルカリ処理され可溶化する。アルカリ処理槽１３で一定時間滞留しながらアルカリ処理された汚泥は、後段に接続された超音波処理槽１４へと供給される。アルカリによる汚泥の可溶化メカニズムは明確になっていないが、水酸化物イオンが汚泥を構成している細菌や有機物中のエステル結合の炭素原子に配位結合してアルコールとカルボキシラートイオンに加水分解する反応などが考えられる。
【００３２】
次に、超音波処理槽１４では超音波振動子１９が超音波発振機２０により２０〜５０ｋＨｚの周波数で駆動されている。超音波振動子１９は主として圧電素子が用いられ、超音波処理槽１４内の処理対象の汚泥に超音波振動による定在波を生じさせる。この時、アルカリ処理槽１３から供給された汚泥は超音波振動により発生する粗密波による微細気泡が圧壊するときの衝撃波により破砕され可溶化する。
【００３３】
さて、アルカリ処理槽１３でアルカリ処理され、超音波処理槽１４で超音波処理され可溶化した汚泥は、超音波処理槽１４から排出された後、電解処理槽１２の陽極１６側から排出される酸性化した処理水と混合され、中和されて流出口７から排出され曝気部２へと戻される。曝気部２へ戻され可溶化処理された汚泥は有機物として生物処理により酸化分解されることになり、全体として処理系内から発生する余剰汚泥を削減することができる。
【００３４】
ところで、電解処理槽１２の各電極に印加する電圧は目標ｐＨにより設定されるものであり、ｐＨはできるだけ高い方がアルカリ処理効果は高いが、水の電気分解による目標ｐＨとしては１０〜１２程度が望ましい。印加する電圧は電解処理槽１２に流入する汚泥の流量、導電率、極板の材質、面積、極板間隔、処理槽内の攪拌状況等に依存して一概に定義できるものではないが、通常１０〜１００Ｖ程度に設定し、あまり低すぎると電流が流れず、高すぎるとグロー放電が生じて電気分解が進行しない。また、極板の材質も、ステンレス、チタン、チタンに白金をコーティングしたものなど様々なものがあり、コストや処理水質、加工性等を考慮して決定すればよく、形状も平板だけでなく、棒状、曲板状等様々なものが使用できる。
【００３５】
以上のように、排水処理系の処理水が電気分解できる状態となっており、電解処理槽１２の陽極１６側と陰極１７側に通水して電気分解することにより、食塩水を用いることなくアルカリ処理することができるため、強アルカリ水や食塩水を別途用意する必要が無く、清浄な水を安定に供給できる為、電解処理用の給水系統を別途用意する必要が無く、これらの管理、備蓄、投入、維持する為のコストを大幅に低減できる。また、汚泥のアルカリ処理、超音波処理を併用して行うことにより可溶化の効果を高め、装置を小型化できる。
【００３６】
有機物を含んだ生活排水が増えると汚泥処理システムから排出される処理水に溶解している様々なイオン成分は増加するので処理水の導電率も増大し、結果として電解効率が排水処理系の負荷に合わせて上昇することになる。その結果、排水の負荷が高く、処理対象汚泥の量が多いとき、電解処理効率も上昇して汚泥の可溶化効果も上昇するという、有用なシステムである。
【００３７】
尚、本実施の形態において生物処理系は曝気部２と沈殿部３を用いた標準活性汚泥法で説明したが、他の方法、例えば沈殿部３を用いず、曝気部２の中に分離膜を沈めて吸引ろ過する膜分離活性汚泥法を用いても同様の効果が期待できる。特に膜分離活性汚泥法は懸濁成分の無い高清浄な処理水が得られるため、陽極１６に通水する水としてはより好ましい。
【００３８】
また、図３は本実施の形態においてアルカリ処理槽１３を用いず、電解処理槽１２の陰極１７側と超音波処理槽１４を直結し、超音波処理とアルカリ処理を超音波処理槽１４内で同時に行う構成とした場合の例を示している。ここで、電解処理槽１２内では超音波処理による汚泥の破砕、攪拌効果とアルカリ処理による汚泥の可溶化効果が同時に生じており、その相乗効果によって、それぞれを単独の処理槽で処理する場合と比較して、汚泥の破砕、可溶化効果を大幅に高めることが出来る。
【００３９】
上記のように本発明によれば、小型かつ低ランニングコスト、省メンテナンス性を両立した汚泥処理装置および汚泥処理システムが実現できる。
【００４０】
（実施の形態２）
図４は本発明の他の実施形態を示している。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態は実施の形態１のうち、アルカリ処理槽１３と超音波処理槽１４の配置を逆にし、超音波処理をしてからアルカリ処理をする構成としたものである。アルカリ処理による可溶化と超音波処理による可溶化はその効果の範囲が異なっており、アルカリ処理による可溶化は汚泥を１μｍ以下の極微細成分として水中に溶出させるが、これに対し、超音波処理の破砕による可溶化は、５０μｍ程度の汚泥フロック（塊）を１０μｍに細粒化する作用が主となる。一般的な下水汚泥の場合、汚泥フロックが５０μｍ程度の大きさであるため、この大きさではアルカリ処理と超音波処理の順序に対し効果の差異は殆どない。しかし、汚泥の粒径が比較的大きく（数十から１００μｍ程度）、アルカリ処理による効果が効きにくい場合には、先に超音波処理を施し、汚泥を微細化した後アルカリ処理を施した方が、全体的な可溶化効果を高めることができる。
【００４２】
さらに汚泥が１００μｍ以上の大粒径化している場合、そのままでは超音波処理の効果が全くない場合がある。そのような場合は図５のように、本実施の形態の汚泥処理装置５の前段に前処理として、湿式ミル破砕装置２１を配置し、汚泥を機械的に粗破砕する処理を施す。湿式ミル破砕装置２１としては様々な方法が知られており、高速回転ディスク法やビーズミル法などがあるが、これらの方法は装置が複雑でありかつ大型化し、超音波処理と同等以上の性能を有する場合があり、超音波処理の前処理には不適切といえる。そこで、コスト、サイズ、処理性能を考慮すると、超音波処理の前処理としての湿式ミル破砕装置２１としては容器内で刃を高速で回転するブレンダー処理が適切である。汚泥にブレンダー処理を施すことにより、構造が簡単でかつ小型、安価な装置で１００μｍ以上の大粒径化した汚泥を超音波処理で可溶化が可能な数十μｍ程度まで微細化することが出来る。
【００４３】
上記のように、本発明によれば、汚泥の粒径が大きい場合においても最適な超音波処理とアルカリ処理による汚泥の可溶化ができる。
【００４４】
（実施の形態３）
図６は、本発明の汚泥処理システムにおける他の実施形態を示している。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
図６において本実施の形態は、汚泥貯留部４の代わりに汚泥処理専用の生物処理槽である汚泥分解部２２を配置し、汚泥処理装置５において可溶化処理され流出口７から排出された汚泥を曝気部２に戻さずに汚泥分解部２２に戻すシステムである。
【００４６】
ここで、汚泥処理装置５の流入口６は汚泥分解部２２の内部に配置した吸引ポンプ９と接続され、流出口７は汚泥分解部２２と接続され、汚泥分解部２２内には分離膜２３と、分離膜２３の下方にはブロア２４に接続した分離膜用散気管２５が設けられている。また、分離膜２３は２枚の平膜を、スペーサーを介して張り合わせた構造となっており、その中空部分がろ過ポンプ２６の吸い込み側と接続されており、ろ過ポンプ２６の吐出側は調整部１又は曝気部２へ接続されている。
【００４７】
まず、汚泥は沈殿部３より引抜かれ、その一部は汚泥分解部２２に溜められる。次に、汚泥は吸引ポンプ９により汚泥処理装置５へ供給され、可溶化処理され再び流出口７より汚泥分解部２２に戻される。一方、分離膜用散気管２５にはブロア２４から空気が供給され、空気は分離膜用散気管２５に複数個設けた開口部から上方の分離膜２３へと勢い良く流出され、この結果として有酸素気泡が分離膜２３の外表面を撫でるように上昇していくとともに分離膜面２３を上昇する水流を生じる。分離膜用散気管２５から流出された有酸素気泡が水面まで上昇する間に水中には酸素が溶解し、活性汚泥内部の微生物に酸素を供給する。汚泥処理装置５で可溶化された汚泥は被生物分解処理の有機物として汚泥分解部２２内を水流に乗って循環しながら活性汚泥により酸化・分解される。汚泥分解部２２内の活性汚泥は分離膜２３により分離されるので、系外への流出が防止されるとともに、汚泥分解部２２内の活性汚泥が高濃度に保持される。このように分離膜２３を用いることにより汚泥分解部２２という限られた空間の中で、高濃度の活性汚泥により高効率に生物処理を行うと同時に汚泥の固液分離も行うことができる。
【００４８】
次に汚泥分解部２２内の水はろ過ポンプ２６により分離膜２３を介して吸引ろ過され、分離膜２３を透過した清浄な処理水として調整部１又は曝気部２へと戻される。この時、分離膜２３の近傍では水とともに浮遊している活性汚泥も吸引され分離膜２３の表面に付着し堆積するが、有酸素気泡と分離膜２３の表面を流れる水流によるせん断力によって剥離される。尚、汚泥処理装置５で可溶化処理される汚泥の量は汚泥分解部２２内の汚泥の一部であるため、生物処理に必要な活性汚泥まで可溶化されることはない。
【００４９】
本実施の形態の汚泥処理システムでは分離膜２３を用いた汚泥処理専用の汚泥分解部２２を配置し、汚泥処理装置５で処理された汚泥を曝気部２に戻さずに汚泥分解部２２に戻して処理することにより、曝気部２の処理性能や余力によらず、より広く汚泥削減技術を適用できる。
【００５０】
尚、本実施の形態では汚泥処理装置５の処理水流入口８に通水する処理水を排水処理系の処理水として説明したが、本実施の形態のように汚泥分解部２２に分離膜２３を配置して処理する場合、図７にあるように汚泥分解部２２の分離膜２３から吐出され曝気部２へと送出される膜ろ過水を分岐し、処理水流入口８へ接続して利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように本発明における汚泥処理装置とそれを用いた汚泥処理システムは低ランニングコストと優れたメンテナンス性を有し、既存の排水処理施設の性能によらず広く適用可能なため、今後の環境事業に大きく貢献するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１の汚泥処理システムを示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の汚泥処理装置の詳細を示す構成図
【図３】本発明の実施の形態１の汚泥処理装置の他の実施形態を示す構成図
【図４】本発明の実施の形態２の汚泥処理装置の実施形態を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態２の汚泥処理装置の他の実施形態を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態３の汚泥処理システムの実施形態を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態３の汚泥処理システムの他の実施形態を示すブロック図
【符号の説明】
【００５３】
１    調整部
２    曝気部
３    沈殿部
４    汚泥貯留部
５    汚泥処理装置
６    流入口
７    流出口
８    処理水流入口
１２  電解処理槽
１３  アルカリ処理槽
１４  超音波処理槽
１５  隔膜
１６  陽極
１７  陰極
１８  直流電源
１９  超音波振動子
２０  超音波発振機
２１  湿式ミル破砕装置
２２  汚泥分解部
２３  分離膜
【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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