(57)【要約】【課題】簡易でしかも環境に害を与えずに余剰汚泥の生成量を削減することのできる余剰汚泥処理装置とそれを用いた活性汚泥処理システムを提供するものである。【解決手段】活性汚泥処理装置内で生じた余剰汚泥を処理する余剰汚泥処理装置８ａにおいて、活性汚泥処理装置から余剰汚泥を導入する余剰汚泥処理槽９と、この余剰汚泥処理槽９内に設けられ余剰汚泥を磨砕して活性化する磨砕部１２，１３と、余剰汚泥処理槽９内の余剰汚泥１０を抽出し空気を混入させて磨砕部１２，１３に送出する第１の循環部１４と、余剰汚泥処理槽９内の活性化された余剰汚泥１０を抽出し活性汚泥処理装置に送出する第２の循環部１８と、余剰汚泥処理槽９中の活性化された余剰汚泥１０の温度を検出する温度検出部１７と、温度検出部１７の検出信号によって余剰汚泥処理槽９への余剰汚泥の導入量を調節する流量制御部６とを有するものである。【選択図】  図１
2004249213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥処理装置内で生じた余剰汚泥を処理する余剰汚泥処理装置において、前記活性汚泥処理装置から余剰汚泥を導入する余剰汚泥処理槽と、この余剰汚泥処理槽内に設けられ前記余剰汚泥を磨砕して活性化する磨砕部と、前記余剰汚泥処理槽内の前記余剰汚泥を抽出し空気を混入させて前記磨砕部に送出する第１の循環部と、前記余剰汚泥処理槽内の前記余剰汚泥を抽出し前記活性汚泥処理装置に送出する第２の循環部と、前記余剰汚泥処理槽中の前記余剰汚泥の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出信号によって前記余剰汚泥処理槽への前記余剰汚泥の導入量を調節する流量制御部とを有することを特徴とする余剰汚泥処理装置。
【請求項２】
活性汚泥処理装置内で生じた余剰汚泥を処理する余剰汚泥処理装置において、前記活性汚泥処理装置から余剰汚泥を導入する余剰汚泥処理槽と、この余剰汚泥処理槽内に設けられ前記余剰汚泥を磨砕して活性化する磨砕部と、前記余剰汚泥処理槽中の前記余剰汚泥を抽出し前記磨砕部に送出する第１の循環部と、前記磨砕部に空気を供給する給気部と、前記余剰汚泥処理槽中の前記余剰汚泥を前記活性汚泥処理装置に送出する第２の循環部と、前記余剰汚泥処理槽中の前記余剰汚泥の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出信号によって前記余剰汚泥処理装置への前記余剰汚泥の導入量を調節する流量制御部とを有することを特徴とする余剰汚泥処理装置。
【請求項３】
曝気しながら汚水を活性汚泥と反応させる活性汚泥槽と、この活性汚泥槽と接続され前記活性汚泥槽内での生成物を処理水と活性汚泥に分離し余剰の活性汚泥を余剰汚泥として蓄積する余剰汚泥貯留槽とを有する活性汚泥処理装置と、前記余剰汚泥貯留槽内の一部の活性汚泥を前記活性汚泥槽へ送出する循環部と、前記活性汚泥処理装置に接続され前記余剰汚泥を処理する請求項１または請求項２記載の余剰汚泥処理装置とを有することを特徴とする活性汚泥処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性汚泥法によって生じる余剰汚泥の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、有機廃水の処理方法には化学的処理、電気的処理等の物理化学的処理及び生物学的処理があり、環境問題が数多く取り上げられている現在では生物学的処理が好まれている。この生物学的処理には活性汚泥法等の酸素を必要とする好気性処理とメタン発酵法等の酸素を必要としない嫌気性処理、好気性処理と嫌気性処理とを併用する処理の方法がある。このうち、好気性処理の一つである活性汚泥法は主に下水処理に使用される方法で、活性汚泥中の微生物の代謝作用を利用して廃水中の有機物を酸化分解・凝集・吸着・沈殿分離するもので有機物を含んだ廃水を活性汚泥に接触させて曝気攪拌し、廃水を活性汚泥と処理水、最終的には水と二酸化炭素とに変える方法である。また、嫌気性処理の一つであるメタン発酵法は食品排水や生ゴミ、家畜糞尿などの高濃度の有機物を分解するのに適しており、酸素不在下で有機物を含んだ廃水を嫌気性細菌、すなわち、メタン生成細菌と接触させることで分解し、メタンガス及び炭酸ガスへと変換する。また、発生したメタンガスはクリーンガスとして再利用される。
【０００３】しかしながら、好気性処理、嫌気性処理のいずれにおいても汚濁物質を浄化する段階で微生物が増殖するため、処理プロセスのバランスを保つのに不要となる余剰汚泥が発生してしまう。そのため、反応槽中に発生した余剰汚泥はポンプで引き抜き濃縮・脱水後、焼却、埋立あるいはコンポスト（堆肥）や建設資材等として利用することで処理しているが、余剰汚泥を処理するにあたってポンプ引き抜き・濃縮・脱水・焼却等の処理という複数の段階を踏まなければならず、処理作業に多くの手間とコストが必要とされるという課題があった。
また、焼却処理においてはダイオキシン等の有害物質が発生する可能性があるという課題があった。さらに、埋立処理においても広大な埋立地を確保しなければならないとともに、埋立による環境への影響が生じる可能性があるという課題があった。
【０００４】このような課題に対処するため、いくつかの発明及び考案が開示されている。
例えば、特許文献１には、「活性汚泥法で生じた余剰汚泥の減量化方法、同余剰汚泥減量化装置及び汚泥微粉砕用破砕機」という名称で、活性汚泥法処理装置で生じた余剰汚泥を剪断破砕及び磨砕することで削減する方法及びそれに用いる装置に関する発明が開示されている。
【０００５】以下、図６を参照しながら、特許文献１に開示された技術について説明する。
特許文献１に開示された余剰汚泥の減量化装置は、図６（ａ）に示すように汚水を活性汚泥と反応させる活性汚泥法処理装置３２と、これに接続され活性汚泥法処理装置３２内で生じた余剰汚泥を貯留する余剰汚泥貯留槽３３と、余剰汚泥貯留槽３３に一時貯留された汚泥を受け取る汚泥タンク３４と、この汚泥タンク３４から供給された汚泥を剪断破砕及び磨砕する破砕機３１と、これに接続され破砕機３１で微粉砕された汚泥を再び汚泥タンク３４へ送り込むためのホッパー３５及びポンプ３９と、ホッパー３５と汚泥タンク３４の間に設けられ微粉砕された汚泥を冷却する冷却機３６と、破砕機３１から汚泥タンク３４へ返送される汚泥の流量を測定する流量計３７とから構成されている。
【０００６】また、図６（ｂ）は破砕機３１の詳しい構造を示す概要図であり、汚泥タンク３４に貯留された余剰汚泥はポンプ３８によって引き抜かれ外套部４６上部の汚泥導入部４０から破砕機３１へと送り込まれ、上部ディスク４２の開口部から上部ディスク４２と下部ディスク４３の隙間に流れ込む。上部ディスク４２は固定されていて回転していないが、下部ディスク４３は高速回転モーター４５に連結した駆動力伝達部４４に固着されているため、高速回転を行うことができる。このため、上部ディスク４２と下部ディスク４３の隙間に流れ込んだ余剰汚泥はこの２枚のディスク、上部ディスク４２と下部ディスク４３の高速回転によって剪断破砕及び磨砕される。そして、剪断破砕及び磨砕された余剰汚泥は排出部４１を通ってホッパー３５へと送り込まれ、ポンプ３９によって再び汚泥タンク３４へと返送される。余剰汚泥は剪断破砕及び磨砕されることによって微粉砕化されるため、汚泥の塊が潰され死滅微生物から構成される高分子有機物の表面積が増加する。また同時に、汚泥中の微生物も磨り潰されるので磨り潰された微生物の内部から有機物分解酵素が引き出される。これによって、大きな表面積で有機分解酵素と高分子有機物が接触し反応するため、高分子有機物の低分子化、すなわち、余剰汚泥の可溶化を促進することができる。さらに、汚泥タンク３４に貯留された余剰汚泥は破砕機３１、ホッパー３５、冷却機３６、流量計３７、汚泥タンク３４、破砕機３１の順に循環されて繰り返し剪断破砕及び磨砕処理が行われ、汚泥タンク３４内の一部の余剰汚泥は活性汚泥法処理槽３２へと返送されるので、余剰汚泥の生成量を削減することができる。
【０００７】また、特許文献２には、「有機性廃水の活性汚泥処理方法」という名称で余剰汚泥処理方法として特許文献１に開示された磨砕による処理に加えてオゾンや過酸化水素等の酸化性気体、水酸化ナトリウム等のアルカリ薬品、塩酸等の鉱酸、酸醗酵等の嫌気性処理、熱処理、パルス放電処理や超音波処理等を用いる余剰汚泥の処理方法に関する発明が開示されている。
活性汚泥処理において生成する余剰汚泥は活性汚泥よりも活性が劣っている、つまり、高分子有機物が多く含まれているため、余剰汚泥に酸化力の強い酸化性気体を添加したり、パルス波や超音波等のエネルギーを与えることによって汚泥中の微生物の細胞壁、すなわち、高分子有機物を破壊して可溶化することで分解を促し、余剰汚泥の生成量を削減することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−７０９９３号公報
【特許文献２】
特開２００１−９６２９０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術においては、例えば特許文献１に開示された発明においては、余剰汚泥を微粉砕化することで余剰汚泥中の高分子有機物の分解を促し余剰汚泥を削減することができるものの、生物による分解速度は一般に遅いため活性汚泥処理速度に余剰汚泥の処理速度が追いつかないという課題があった。また、破砕機の他にホッパーや冷却機も設けなければならず、汚泥処理システム全体が大掛かりな装置になるという課題があった。
【００１０】また、特許文献２に開示された発明においては、分解能力の高いオゾン処理、薬品処理、熱処理、パルス放電処理や超音波処理等を用いることで余剰汚泥の処理能力を向上させることができるものの、オゾン処理においてはコストがかかるという課題が、薬品処理においては使用後の薬品の処理に手間がかかるとともに環境への配慮とそれに対応する装置等が必要となるという課題が、熱処理においては汚泥中の微生物までも死滅させる可能性があるという課題が、パルス放電処理及び超音波処理においては装置が大型化するという課題があった。
【００１１】本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、簡易でしかも環境に害を与えずに余剰汚泥の生成量を削減することのできる余剰汚泥処理装置とそれを用いた活性汚泥処理システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である余剰汚泥処理装置は、活性汚泥処理装置から余剰汚泥を導入する余剰汚泥処理槽と、この余剰汚泥処理槽内に設けられ余剰汚泥を磨砕して活性化する磨砕部と、余剰汚泥処理槽内の余剰汚泥を抽出し空気を混入させて磨砕部に送出する第１の循環部と、余剰汚泥処理槽内の余剰汚泥を抽出し活性汚泥処理装置に送出する第２の循環部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の検出信号によって余剰汚泥処理槽への余剰汚泥の導入量を調節する流量制御部とを有するものである。
上記構成の余剰汚泥処理装置は、磨砕部において空気と余剰汚泥の混合物を微粉砕化することで余剰汚泥の塊を細かくして余剰汚泥と微生物との接触面積を増加させつつ、しかも好気性の微生物に空気を供給することで余剰汚泥の活性を向上させるという作用を有する。また、第１の循環部は余剰汚泥を余剰汚泥処理槽内で磨砕部に循環させることで余剰汚泥をより活性化するという作用を有する。さらに、流量制御部によって活性汚泥処理装置から余剰汚泥処理槽への余剰汚泥の導入量を制御することで余剰汚泥処理装置内の温度の上昇を制御するという作用を有する。
【００１３】また、請求項２に記載の発明である余剰汚泥処理装置は、活性汚泥処理装置から余剰汚泥を導入する余剰汚泥処理槽と、この余剰汚泥処理槽内に設けられ余剰汚泥を磨砕して活性化する磨砕部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥を抽出し磨砕部に送出する第１の循環部と、磨砕部に空気を供給する給気部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥を活性汚泥処理装置に送出する第２の循環部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の検出信号によって余剰汚泥処理装置への磨砕余剰汚泥の導入量を調節する流量制御部とを有するものである。
上記構成の余剰汚泥処理装置は、請求項１に記載の発明の作用に加えて、空気と余剰汚泥を混合せずに別々に磨砕部に送り込むことで第１の循環部では、空気の混入による余剰汚泥の循環速度の低下を防止するという作用を有し、循環させる余剰汚泥とは別個独立に給気制御を行うことができるという作用を有する。
【００１４】最後に、請求項３記載の発明である活性汚泥処理システムは、曝気しながら汚水を活性汚泥と反応させる活性汚泥槽と、この活性汚泥槽と接続され活性汚泥槽内での生成物を処理水と活性汚泥に分離し余剰の活性汚泥を余剰汚泥として蓄積する余剰汚泥貯留槽とを有する活性汚泥処理装置と、余剰汚泥貯留槽内の一部の活性汚泥を活性汚泥槽へ送出する循環部と、活性汚泥処理装置に接続され余剰汚泥を処理する請求項１または請求項２記載の余剰汚泥処理装置とを有するものである。
上記構成の活性汚泥処理システムにおいては、請求項１または請求項２記載の余剰汚泥処理装置を用いて余剰汚泥を処理し、再び活性汚泥処理装置へと循環させることによって活性汚泥処理によって生じる余剰汚泥の生成量を低下させるという作用を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る余剰汚泥処理装置とそれを用いた活性汚泥処理システムの実施の形態を図１乃至図５に基づき説明する。
【００１６】はじめに、本発明に係る余剰汚泥処理装置とそれを用いた活性汚泥処理システムの実施の形態を図１及び図２に基づき説明する。（請求項１乃至請求項３に対応）
【００１７】図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置とこれを含む活性汚泥処理システムの概念図であり、活性汚泥処理システムは汚水を活性汚泥処理する活性汚泥槽１と、活性汚泥槽１内における生成物を処理水４と活性汚泥５に分離及び蓄積する余剰汚泥貯留槽３とからなる活性汚泥処理装置と、活性汚泥処理によって生じた不要な活性汚泥、すなわち、余剰汚泥を処理する余剰汚泥処理装置８ａとから構成されている。そして、微生物によって分解されにくい余剰汚泥にさらなる処理を施しながら活性汚泥処理システム内を活性汚泥槽１、余剰汚泥貯留槽３、余剰汚泥処理装置８ａ、活性汚泥槽１の順に繰り返し循環及び処理することによって最終的に二酸化炭素と水へと変換し、余剰汚泥の発生を削減する。
【００１８】ここで、図１（ａ）を用いて活性汚泥処理システムを用いた汚水処理方法について説明する。
まずはじめに、家庭や工場などから排出された有機廃水を配管１９から活性汚泥槽１へと送入する。活性汚泥槽１内にはあらかじめ活性汚泥２が入っており、曝気しながら汚水を活性汚泥２と反応させることで汚水中の有機物を二酸化炭素、処理水４及び活性汚泥５へと分解し、さらに、配管２１を介して余剰汚泥貯留槽３へと送り込み、処理水４と活性汚泥５に分離する。曝気用の空気は配管２０から送入する。また、分離された処理水４は配管２２からそのまま外部へと排水されるが、活性汚泥５の一部は配管２３ｂを通って活性汚泥槽１へと返送されて活性汚泥として再度使用され、残りは余剰汚泥として配管２３ａを介して余剰汚泥処理装置８ａへとポンプ６によって引き抜かれ、さらに処理が施されて活性汚泥槽１へと再び返送される。
【００１９】次に、活性汚泥処理システムにおける余剰汚泥処理装置について説明する。
【００２０】図１（ａ）において、ポンプ６によって余剰汚泥貯留槽３から引き抜かれた余剰汚泥は余剰汚泥処理槽９へと送出され、余剰汚泥処理槽９下部に貯留される。
余剰汚泥処理槽９内上部には下部ディスク１３が固定されており、下部ディスク１３とわずかな間隙を形成しながら上部ディスク１２が回転モーター１１によって高速回転している。
余剰汚泥処理槽９下部へ貯留された余剰汚泥１０は、配管２４ａを介してポンプ１４によって抽出され、配管２６から送入される空気と混合しながら上部ディスク１２と下部ディスク１３によって形成される間隙へと供給される。この間隙へ送り込まれた余剰汚泥１０は上部ディスク１２と下部ディスク１３によって磨砕され微細化される。しかも、混合された空気も上部ディスク１２と下部ディスク１３の間で遠心力によって余剰汚泥１０や水と共に微細化される。
このように、余剰汚泥貯留槽３の底部で固化して活性汚泥としての活性が衰えてしまっていた余剰汚泥を磨砕して細かい微粒子とすることで余剰汚泥１０中に存在している微生物と余剰汚泥中の有機物との接触面積を増加させることができる。しかも、空気と混合させて磨砕し空気も微細化することで余剰汚泥と空気の接触面積を拡大し豊富な酸素を供給することができる。すなわち、酸素の溶解速度を上昇させ、余剰汚泥において常に溶存酸素濃度を飽和状態として維持させることも可能である。したがって、微生物による酸化分解を活発にして、余剰汚泥１０をより活性化することができる。
【００２１】図１（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図であり、上部ディスク１２と下部ディスク１３の磨砕によって活性化された余剰汚泥１０は下部ディスク１３と余剰汚泥処理槽９との間に設けられた隙間から余剰汚泥処理槽９の内壁面を流動するなどして余剰汚泥処理槽９内に再び貯留される。
さらに、余剰汚泥処理槽９内に貯留された活性化された余剰汚泥１０の一部は、上部ディスク１２と下部ディスク１３との間隙へ導かれ余剰汚泥処理槽９との間で循環する。
余剰汚泥１０の循環流量及び余剰汚泥１０と空気との混合比はそれぞれバルブ１５，１６で調節可能であり、以上のような循環よって、常に活性化された余剰汚泥１０中の微生物に必要な酸素、すなわち、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を余剰汚泥１０に与えることができる。これにより、余剰汚泥処理槽９では余剰汚泥１０中に含まれる好気性の微生物が溶解した酸素の供給を受けて活発に活動することで二酸化炭素と水への酸化分解を促進するため、単に磨砕した場合よりも余剰汚泥の減量化をより促進することができる。また、活性化された余剰汚泥１０の一部は配管２４ｂを通って活性汚泥槽１へと返送され、再び活性汚泥処理に使用される。したがって、システム全体としては、活性汚泥処理によって生じた余剰汚泥に空気を混合しながら繰り返し磨砕するという処理を施しながら活性汚泥処理システム内を循環させることで、失活した余剰汚泥を活性化して減量化をより促進させることができる。
【００２２】さらに、余剰汚泥処理装置８ａには余剰汚泥処理槽９内の余剰汚泥１０の温度を検出する温度計１７が備えられており、この温度計１７は余剰汚泥処理槽９内への余剰汚泥の導入量を調節するバルブ７と余剰汚泥処理槽９内の活性化された余剰汚泥１０の活性汚泥槽１への返送量を調節するバルブ１８とに接続されている。そのため、磨砕処理で発生した摩擦熱によって余剰汚泥１０の温度が上昇しても、バルブ７によって余剰汚泥処理槽９への余剰汚泥の導入量を増加させることで余剰汚泥１０を冷却し余剰汚泥１０の温度上昇を抑制することができるので、余剰汚泥１０の温度を微生物の死滅しない温度あるいは微生物が活発に活動する温度を保つことができ、余剰汚泥処理槽９内で微生物による有機物の酸化分解、すなわち、余剰汚泥の減量化をより促進させることができるとともに、従来技術のように磨砕装置の他に冷却機を設ける必要がなく、システム全体のコンパクト化を図ることもできる。また、バルブ１８によって活性化された余剰汚泥１０の排出量を調節することもできるため、温度調節のためにバルブ７を開いて余剰汚泥の導入量を増加させた場合にも余剰汚泥処理槽９内の余剰汚泥１０量が増加しすぎないように調節することができる。
なお、図１（ａ）の活性汚泥処理システムにおいては曝気手段及び第１の循環部の酸素供給源として空気を導入したが、酸素を直接導入してもよい。
【００２３】本発明の第２の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置を用いた余剰汚泥の処理方法について図２を用いて説明する。
【００２４】図２は本発明の第２の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置の概念図であり、図１（ａ）の余剰汚泥処理装置８ａでは余剰汚泥処理槽９内の余剰汚泥１０と空気を混合して循環させ磨砕する方法で余剰汚泥の処理を行っていたが、図２の余剰汚泥処理装置８ｂにおいては余剰汚泥１０と空気をそれぞれ別個に上部ディスク１２と下部ディスク１３の間隙へと供給し余剰汚泥を磨砕・循環させる方法で余剰汚泥を処理している。図２において、図１に示された部分と同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
【００２５】図２に示すように、上部ディスク１２と下部ディスク１３で磨砕され活性化された余剰汚泥１０は空気を混入することなくポンプ２８によって引き抜かれ、配管２４ａを経由して上部ディスク１２と下部ディスク１３により磨砕されるとともに、活性化された余剰汚泥１０中の微生物の酸化分解に必要な空気や酸素は配管２９により上部ディスク１２と下部ディスク１３の間に直接送入される。図１（ａ）の余剰汚泥処理装置８ａでは活性化された余剰汚泥１０と空気を一緒に循環させる配管２５中で余剰汚泥１０と空気が分離して二相流となり、余剰汚泥１０の配管２４ａ，２５中での循環速度が低下して余剰汚泥の処理能力を下げてしまう可能性があったが、余剰汚泥処理装置８ｂでは余剰汚泥１０と空気を別々に上部ディスク１２と下部ディスク１３の間に供給することで余剰汚泥１０の循環速度を上げることができ、同時に余剰汚泥の処理能力をより向上させることが可能となる。また、余剰汚泥１０の流量はバルブ２７で調節可能であり、配管２９によって供給される空気や酸素は図示していないがバルブ等によって独立に調節可能である。
なお、本実施の形態あるいは先の第１の実施の形態においては、空気または酸素を配管などによって局所的に供給している。これは、例えば余剰汚泥処理槽９内を酸素雰囲気などにしてもよいが、余剰汚泥に空気や酸素を効率的に供給するという観点から直接余剰汚泥と混合させる方が好適である。
【００２６】最後に、余剰汚泥処理装置やこれを用いた活性汚泥処理システムにおいて空気を導入する場合と空気を導入しない場合との処理能力について実験を実施して検討したので、その結果について説明する。
【００２７】はじめに、活性汚泥処理をはじめとする好気性処理では微生物が汚染物質である有機物の酸化分解を行うためには酸素が必須であり、微生物の処理能力は溶液中の溶存酸素量に関連があると考えられることから余剰汚泥１０中に空気を導入した場合と空気を導入しない場合とで溶存酸素量がどのように異なるのか検討した。
図３はバルブ１６から空気を導入した場合と空気を導入しなかった場合の任意の温度における余剰汚泥１０中の溶存酸素濃度を示したグラフである。液温が低いほど溶液中に溶存酸素が多く溶け込むのは当然のことであるが、空気を導入した場合には空気を導入しなかった場合に比べて各温度において約１ｍｇ／Ｌ多く溶存酸素が活性化された余剰汚泥１０中に溶け込んでいることが図３よりわかる。これは空気を導入した場合では溶存酸素濃度がほぼ飽和状態にあるのに対して、空気を導入しなかった場合には活性化された余剰汚泥１０中の溶存酸素濃度が飽和状態に達しておらず未飽和状態にあるということを示している。すなわち、空気を導入した場合には微生物による分解に必要な酸素は十分に与えられており微生物の処理能力が最大限に引き出されているのに対して、空気を導入しなかった場合には微生物に十分な酸素が与えられておらず微生物の処理能力が低下しているということが言える。したがって、空気を導入する場合としない場合では空気を導入する場合の方が微生物は高い処理能力を発揮することが可能であると考えられる。
【００２８】次に、余剰汚泥１０中に空気を導入した場合と空気を導入しなかった場合とで余剰汚泥処理装置８ａ内の溶存酸素濃度、ＢＯＤ及びＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）量を測定し、余剰汚泥の処理能力について比較検討した。
【００２９】実験では余剰汚泥処理槽９に余剰汚泥５リットルを投入した後、上部ディスク１２と下部ディスク１３で磨砕して余剰汚泥を活性化し、空気を混入しながらあるいは空気を混入せずに余剰汚泥１０をポンプ１４で循環させて上部ディスク１２と下部ディスク１３で磨砕するという操作を繰り返し行い、一定時間における余剰汚泥処理槽９内の溶存酸素濃度、ＢＯＤ、ＭＬＳＳ及び温度の測定を行った。また、このときの上部ディスク１２の回転数は１６００ｒｐｍとし、ポンプ１４の循環量、すなわち、余剰汚泥１０の流速を２４Ｌ／ｍｉｎ、バルブ１６からの空気導入量を２０ｃｃ／ｍｉｎとした。
【００３０】図４（ａ）を用いて余剰汚泥処理槽９内の溶存酸素濃度の測定結果について説明する。図３で示したとおり、空気を導入した場合と導入しなかった場合では空気を導入した場合のほうが溶存酸素濃度が高いことがわかっており、図４（ａ）においても測定１時間後の溶存酸素濃度は空気を導入した場合のほうが約１ｍｇ／Ｌ濃度が高くなっていることが確認できる。また、図４（ａ）より溶存酸素濃度は空気の導入の有無にかかわらず、測定開始後１〜３時間は急激に減少している。これは磨砕によって活性化された余剰汚泥が酸素を急激に消費しているためだと考えられる。そして、相方とも４時間後に再び溶存酸素濃度が増加するものの、４時間以降の溶存酸素濃度は空気を導入した場合には測定１時間後とほぼ同濃度まで増加しているのに対し、空気を導入しなかった場合には測定１時間後の濃度まで達していないことがわかる。これより、測定１時間後のそれぞれの溶存酸素濃度を飽和状態の溶存酸素濃度であるとした場合、空気を導入した場合には余剰汚泥１０中に常に一定量の酸素が供給されて飽和状態を保っているのに対して、酸素を供給しなかった場合には余剰汚泥１０中の溶存酸素濃度が未飽和状態であることがわかる。
【００３１】また、図４（ｂ）は余剰汚泥処理槽９内のＢＯＤの測定結果を示したグラフであり、このＢＯＤは余剰汚泥１０中の微生物が分解に必要とする酸素量を示しているとともに、余剰汚泥１０中の微生物の分解能力に対応している。上述で説明したように、測定１時間後は磨砕によって活性化された余剰汚泥１０が酸素を大量に必要とするため、酸素を導入した場合もしなかった場合もＢＯＤが急激に増加している。そしてその後、空気を導入しなかった場合にはＢＯＤが急激に減少した後に徐々に減少して初期値に近づいているものの、空気を導入した場合にはＢＯＤは６４時間後もほとんど減少していないことがわかる。これより、空気を導入した場合には活性化された余剰汚泥１０中の微生物が消費する酸素量を十分供給できているため、余剰汚泥１０中の微生物の分解能力が最大限に引き出されており、微生物が常に一定量の余剰汚泥を分解していると考えられる。また、空気を導入しなかった場合には活性化された余剰汚泥１０中の微生物が消費する酸素量を十分供給できていないため、余剰汚泥をコンスタントに処理することができず余剰汚泥１０中の微生物の分解能力が徐々に低下していることがわかる。
【００３２】さらに、図４（ｃ）は余剰汚泥処理槽９内のＭＬＳＳの測定結果を示したグラフであり、ここで示したＭＬＳＳとは余剰汚泥処理槽９内の有機物の量、すなわち、分解されていない余剰汚泥の量を示すものである。したがって、余剰汚泥が分解されて減少するとＭＬＳＳもそれに伴って減少するものと考えられる。また、ＭＬＳＳ量は空気を導入した場合には１時間後の９６００ｍｇ／Ｌから６４時間後の８０００ｍｇ／Ｌへとゆっくりとではあるが徐々に減少しており、余剰汚泥が分解されているのがわかる。それに対して、空気を導入しなかった場合には４０時間後まで順調に減少していたものの、再びＭＬＳＳ量が増加し、そして、また減少していることがわかる。これはおそらく、循環によって余剰汚泥処理槽９内のＭＬＳＳが不均一になっているからであると考えられる。
【００３３】図４（ｄ）は反応中の余剰汚泥処理槽９内の温度の測定結果を示したグラフであり、空気を導入した場合と空気を導入しなかった場合のいずれにおいても余剰汚泥を磨砕し始めた１時間後、２時間後は摩擦によって余剰汚泥処理槽９内の温度が上昇するものの、その後は徐々に温度が降下していることがわかる。これは、初めの２時間で余剰汚泥中の大きな塊が潰されて余剰汚泥中の粒子が均一化され、磨砕による摩擦熱がほとんど発生しなくなったためと考えられる。
【００３４】最後に、図４と同様の実験（空気を導入した場合）を時間の単位を時間から日数に変えて行い、余剰汚泥処理槽９内のＭＬＳＳ、ＢＯＤ、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）及び溶存酸素濃度を測定して比較検討を行った。
【００３５】図５（ａ）は余剰汚泥処理槽９内のＭＬＳＳの測定結果を示すグラフであり、図４（ｃ）の測定結果と同様に２日目頃まではＭＬＳＳ量の減少、すなわち、余剰汚泥がほんのわずかしか減少していないものの、２．５日以降は顕著な現象が見られる。このことより、磨砕処理を施すことによって時間はかかるものの確実に余剰汚泥が減少していることがわかる。
図５（ｂ）は余剰汚泥処理槽９内のＢＯＤ及びＣＯＤの測定結果を示すものである。ＢＯＤについては図４（ｂ）とは少しグラフの形が異なっているが、一旦、ＢＯＤが上昇した後に減少し一定値を示すという点においては類似した挙動であると考えられ、これは図４で説明したとおり、磨砕によって活性化された余剰汚泥１０が酸素を大量に必要とすることによって反応直後はＢＯＤが急激に増加し、その後徐々に減少していることを示している。また、余剰汚泥１０中ではＣＯＤもＢＯＤと同じような挙動を示しており、生物化学的分解だけでなく、化学的分解、つまり、酸化剤を用いた酸化も行われていることがわかる。
また、図５（ｃ）は余剰汚泥処理槽９内の溶存酸素の測定結果を示すものであり、測定１２時間以内はグラフ上に記載されていないものの、図４（ａ）より、一度急激に減少した後、再び急激に上昇するという挙動を示すものと考えられる。また、図４（ａ）と同様にその後はほぼ一定値を保っていることがわかる。
なお、実験中の温度は１６〜４８℃の範囲内であった。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１又は２に記載の余剰汚泥処理装置においては、磨砕処理に空気あるいは酸素を導入することで磨砕処理のみのときよりも余剰汚泥の減量化を促進することができる。また、温度検出部の検出信号により余剰汚泥処理槽内の温度を制御することで、余剰汚泥中の微生物が活発に活動できる温度を保つことでき、微生物の分解能力、すなわち、余剰汚泥の処理能力を向上させることができる。
【００３７】特に、請求項２に記載の余剰汚泥処理装置においては、余剰汚泥と空気を別個独立に供給することで余剰汚泥の循環速度を速め、これにより、余剰汚泥の処理能力を向上させることができる。
【００３８】また、本発明の請求項３に活性汚泥処理システムにおいては、請求項１又は２に記載の余剰汚泥処理装置で余剰汚泥を処理しながら繰り返し循環させることで、システム全体の余剰汚泥発生量を削減することができる。さらに、余剰汚泥処理装置内に温度検出部と流量制御部を設けることで、冷却機の必要性を排除し、システム全体のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置を含む活性汚泥処理システムの概念図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置の概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の液温（磨砕余剰汚泥の温度）の変化に対する溶存酸素濃度の変化を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の溶存酸素濃度の時間的変化を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のＢＯＤの時間的変化を示すグラフであり、（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のＭＬＳＳ量の時間的変化を示すグラフであり、（ｄ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の液温の時間的変化を示すグラフである。
【図５】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のＭＬＳＳの時間的変化を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のＢＯＤ及びＣＯＤの時間的変化を示すグラフであり、（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の溶存酸素の時間的変化を示すグラフである。
【図６】（ａ）は従来技術に係る余剰汚泥減量化装置の概要図であり、（ｂ）は汚泥微分砕用破砕機の概要図である。
【符号の説明】
１…活性汚泥槽  ２…活性汚泥  ３…余剰汚泥貯留槽  ４…処理水  ５…活性汚泥  ６…ポンプ  ７…バルブ  ８…余剰汚泥処理槽  ９ａ，９ｂ…余剰汚泥処理装置  １０…余剰汚泥  １１…回転モーター  １２…上部ディスク  １３…下部ディスク  １４…ポンプ  １５…バルブ  １６…バルブ  １７…温度計  １８…バルブ  １９…配管  ２０…配管  ２１…配管  ２２…配管  ２３ａ，２３ｂ…配管  ２４ａ，２４ｂ…配管  ２５…配管  ２６…配管  ２７…バルブ  ２８…ポンプ  ２９…配管  ３０…減量化装置  ３１…破砕機  ３２…活性汚泥法処理装置  ３３…余剰汚泥貯留槽  ３４…汚泥タンク  ３５…ホッパー  ３６…冷却機  ３７…流量計  ３８…ポンプ  ３９…ポンプ  ４０…汚泥導入部  ４１…排出部  ４２…上部ディスク  ４３…下部ディスク  ４４…駆動力伝達部  ４５…高速回転モーター  ４６…外套部
【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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