(57)【要約】【課題】生物汚泥を効率よく減容化でき、且つ、エネルギー消費量の増大を抑制できる汚泥減容化方法及び装置を提供する。【解決手段】汚泥減容化装置は、被処理液Ｗが供給される汚泥処理部として、筒状容器１１内に、シャフトに連結され且つ複数の孔を有する多孔板群１５が同軸状に設けられたものである。また、容器１１には、循環管路Ｌ５０が接続されており、その途中に三方弁Ｖ３３，Ｖ３４を介してポンプＰ３が設置されている。この装置においては、容器１１に被処理液Ｗを供給しながら、ガス供給源２から空気等を曝気し、ポンプＰ３を運転することにより、被処理液Ｗと空気等との混相流を強制循環させる。そして、三方弁Ｖ３３，Ｖ３４の各弁の開閉を調節することにより、その流動方向を図示矢印Ｘ，Ｙ方向に随時切り替える。【選択図】　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物汚泥を含み且つ液分中のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌ未満である被処理混合液に酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、又は過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を供給する供給工程と、
前記被処理液に対する酸素移動効率が２０％以上となるように該被処理液中に乱流を生じせしめて攪拌する汚泥処理工程と、
を備える汚泥減容化方法。
【請求項２】
前記汚泥処理工程においては、前記被処理液中の気泡流若しくは液流を遮断し、又は、該気泡流若しくは液流の向きを変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載の汚泥減容化方法。
【請求項３】
生物汚泥を含み且つ液分中のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌ未満である被処理液が供給され、該被処理液に対する酸素移動効率が２０％以上となるように該被処理液中に乱流が生じて該被処理液が攪拌される汚泥処理部と、
前記汚泥処理部に接続されており、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、又は過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を有する供給部と、
を備える汚泥減容化装置。
【請求項４】
前記汚泥処理部は、前記被処理液中の気泡流若しくは液流を遮断し、又は、該気泡流若しくは液流の向きを変化させて該被処理液を攪拌する攪拌部を有するものである、ことを特徴とする請求項３記載の汚泥減容化装置。
【請求項５】
前記攪拌部が、前記汚泥処理部を構成する容器内に設けられており厚み方向に貫通する複数の孔を有する複数の多孔板を有することを特徴とする請求項４記載の汚泥減容化装置。
【請求項６】
前記複数の多孔板は、該複数の多孔板のうち少なくとも一つの多孔板に形成された前記複数の孔のうち少なくとも一つの第１の孔が、該多孔板に隣接配置された他の多孔板に形成されており且つ該第１の孔から最短距離に位置する第２の孔と非同軸状に設けられたものである、
ことを特徴とする請求項５記載の汚泥減容化装置。
【請求項７】
前記複数の多孔板は、該複数の多孔板のうち互いに隣接配置された二つの多孔板に形成された前記複数の孔が、千鳥格子状に配置されるように設けられたものである、
ことを特徴とする請求項５記載の汚泥減容化装置。
【請求項８】
前記攪拌部は、前記複数の多孔板、及び、前記容器のうち少なくともいずれか一方を駆動させる駆動部を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の汚泥減容化装置。
【請求項９】
前記攪拌部は、前記容器に接続されており、該容器内に前記被処理液を循環流通させ、且つ、該被処理液の流通方向を互いに異なる複数の方向に切り替える液循環部を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の汚泥減容化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水等を生物処理で生じた余剰汚泥を削減するための汚泥減容化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水、産業廃水等の有機性排水（排水、汚水）の処理には、活性汚泥法が代表的な方法として用いられている。このような方法を用いた生物処理においては、排水中の有機物の処理に伴って余剰汚泥が大量に発生する傾向にある。通常、この余剰汚泥は、脱水された後、そのままの状態で投棄・廃棄処分されるか、焼却処分されている。しかし、近年、廃棄物処分場不足、燃焼に伴うダイオキシン等の有害な有機性塩素化合物の発生等が大きな問題となっており、余剰汚泥の排出量の削減、或いは、発生した余剰汚泥の減容技術の確立が急務となっている。
【０００３】
かかる要求に応えるべく、（１）嫌気性微生物によって汚泥を可溶化するいわゆる嫌気性消化を用いた方法、（２）汚泥に酸やアルカリ等を添加して可溶化する方法、（３）汚泥をオゾン酸化によって可溶化する方法、（４）好気性微生物が有する溶菌作用を用いて汚泥を分解・可溶化する方法といった汚泥減容化方法が採用され又は提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の汚泥減容化方法においては、以下に示すような問題点がある。すなわち、上記（１）の嫌気性消化を用いた方法は、エネルギー消費を抑えてメタンガスのような有用な副生物を産出する点で有利ではあるが、消化反応の反応速度が遅いため、汚泥処理効率が極めて悪くなる傾向にある。また、この場合、大型の反応槽を用いて汚泥の滞留時間を非常に長くする必要があり、装置設備の大型化に加え、結局のところ経済性が悪化してしまうおそれがある。また、上記（２）の酸又はアルカリ等を用いる方法では、大量の薬剤及びそれらの供給系が必要であり、経済性が必ずしも十分ではない。
【０００５】
一方、上記（３）のオゾン酸化を用いる方法は、大量の薬剤や熱源等が不要である。しかし、一般的なオゾン酸化槽は、水槽にオゾンを単に吹き込む簡略な装置であり、オゾンの利用効率が高いとは言い難い。これを改善すべく、散気板等を用いてオゾンの微細気泡を供給する手法が考えられるものの、この場合には散気板の目詰まりが生じ易く、よって頻繁な保守（メンテナンス）が必要となる傾向にある。
【０００６】
他方、上記（４）の好気性微生物を用いる方法は、大量の薬剤やオゾンガスを用いない反面、大型の処理槽が必要となる傾向にあり、その結果、排水処理装置又は設備全体が大規模となってしまう。また、微生物として好熱性菌体を使用して加温状態（例えば５０〜７０℃）で処理すれば、その溶菌作用によって汚泥の可溶化効率を高め、且つ、加熱による汚泥の熱変性効果が期待され得る。
【０００７】
しかし、温度の上昇に伴って酸素の溶解効率が更に低下してしまい、上記の有用な効果が相殺されてしまうおそれがある。また、このような溶解効率の低下を防止すべく大量のガス（空気）を曝気すると、外部への放熱量が増大してしまい、加温及び保温のための熱エネルギーを浪費してしまうといった不都合がある。
【０００８】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、有機性排水の処理等に伴って生じ得る余剰汚泥としての生物汚泥を効率よく減容化することができ、しかも、エネルギー消費量の増大といった従来の不都合を解消できる汚泥減容化方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による汚泥減容化方法は、生物汚泥を含有しており且つ液分中のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌ未満である被処理液に酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、又は過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を供給する供給工程と、被処理液に対する酸素移動効率が２０％以上、好ましくは２５％以上、特に好ましくは３０％以上となるように被処理液中に乱流を生じせしめて攪拌する汚泥処理工程とを備える。また、汚泥減容工程は、供給工程の実行中に一部又は全部を同時に実施してもよく、供給工程の実施後に実施してもよい。なお、本発明において「酸素移動効率」とは、酸素濃度０ｍｇ／Ｌの清水中に２０℃の空気を供給したときの供給酸素量に対する溶解酸素量の割合をいう。
【００１０】
このような方法では、供給工程において、有機性排水等の生物処理に用いられた生物汚泥を含む被処理液に酸素ガス、オゾンガス、又は過酸化水素が供給され、それらが混合される。通常、有機性排水等の生物処理において、例えば活性汚泥槽、生物処理槽、反応槽等の主工程での排水処理で使用される汚泥は、栄養分に富み菌体の増殖が行われ、液分中のＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｄｅｍａｎｄ）は比較的高い値を示す。これに対し、本発明は、生物処理に使用すべき汚泥よりも活性が低く余剰汚泥として排出され得る被処理液、すなわち液分中のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌ未満とされた被処理液を処理対象とする。
【００１１】
そして、汚泥処理工程において、酸素等が供給された被処理液に乱流を生じせしめて攪拌・混合し、被処理液に対する酸素移動効率が２０％以上とされる。これにより、被処理液へ移行した酸化能を有する化学種が菌体を酸化分解し、汚泥の可溶化が促進される。このとき、酸素移動効率が２０％未満であると、富栄養価が低い被処理液に対しても、十分な処理効率での汚泥の可溶化を実現し難くなり、所望の減容化率の達成が困難となる傾向にある。
【００１２】
また、被処理液に好気性耐熱菌が存在すると好ましい。好熱性好気性菌が添加された被処理液を加熱又は加温状態（例えば５０〜７０℃）で処理すれば、その溶菌作用によって汚泥の可溶化効率が高められ、しかも、加温状態においても有機物分解能が得られることと相俟って、減容化のみならずＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｄｅｍａｎｄ）の低減効果が高められる。また、処理温度を高めると酸素等の酸化因子の溶解効率が低下してしまう傾向にあり、従来は、かかる溶解効率の低下を防止すべく大量のガス（空気）等を曝気する等していたが、上述の如く、これでは熱エネルギーの浪費を招く。これに対し、本発明は、汚泥処理工程において乱流による攪拌によって酸素移動効率が高く維持されるようにするので、曝気量の増大が抑止される。
【００１３】
具体的には、汚泥処理工程において、被処理液中の気泡流若しくは液流を遮断し、又は、気泡流若しくは液流の向きを変化させると好ましい。こうすれば、気泡流又は液流の遮断又は変向により、被処理液の流れの少なくとも一部が撹乱され、つまり被処理液の流れの一様性が乱されて乱流が生じ易くなる。
【００１４】
また、本発明による汚泥減容化装置は、本発明の汚泥減容化方法を有効に実施するためのものであり、生物汚泥を含有しており且つ液分中のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌ未満である被処理液が供給され、その被処理液に対する酸素移動効率が２０％以上となるように被処理液中に乱流が生じて被処理液が攪拌される汚泥処理部と、この汚泥処理部に接続されており、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、又は過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を有する供給部とを備える。
【００１５】
さらに、被処理液に好気性耐熱菌を添加する菌体添加部を備えても好適である。
【００１６】
またさらに、汚泥処理部が、被処理液中の気泡流若しくは液流を遮断し、又は、気泡流若しくは液流の向きを変化させて被処理液を攪拌する攪拌部を有するとより好ましい。
【００１７】
具体的には、攪拌部が、汚泥処理部を構成する容器内に設けられており厚み方向に貫通する複数の孔を有する複数の多孔板を有すると好適である。このような構成において、汚泥処理部の容器内を被処理液が流動すると、複数の多孔板間を流通する際に、被処理液の流れが乱され、攪拌・混合効果が得られる。
【００１８】
特に、複数の多孔板のうち少なくとも一つの多孔板に形成された前記複数の孔のうち少なくとも一つの第１の孔が、その多孔板に隣接配置された他の多孔板に形成されており且つ第１の孔から最短距離に位置する第２の孔と非同軸状に設けられたものであると一層好適である。
【００１９】
こうすれば、互いに隣り合う多孔板にそれぞれ設けられた第１の孔及び第２の孔が、互いの中心（軸）位置が交互に異なるように配列される。通常、多孔板における孔位置及びその近傍は、孔が設けられていない部位に比して流体流動に対して圧力損失が小さいため、多孔板間を流動する被処理液は、互いに非同軸状に形成された第１の孔から第２の孔の位置を通るように蛇行する。これにより、渦流や乱流が生じ易くなり、攪拌・混合が一層助長される。
【００２０】
より具体的には、複数の多孔板のうち互いに隣接配置された二つの多孔板に形成された複数の孔が、千鳥格子状（千鳥模様状、千鳥足状）に配置されるように設けられたものであると有用である。
【００２１】
すなわち、一方の多孔板に形成された複数の上記第１の孔と、それに隣接する他方の多孔板に形成された複数の上記第２の孔とが、すべて非同軸状に配置されたものであると好ましい。例えば、孔の穿設位置が多孔板毎に異なる場合には、多孔板を同軸状に配置すればよく、或いは、孔の穿設位置が多孔板同士で同じ場合には、多孔板を非同軸状に配置すればよい。また、多孔板内又は多孔板間で全ての孔径が同一であってもよいが、それらの一部又は全部が異なっていても構わない。このようにすれば、多孔板の全体にわたって渦流や乱流が発生し易くなり、攪拌・混合効率が更に向上される。
【００２２】
さらにまた、攪拌部が、前記複数の多孔板、及び、上記の容器のうち少なくともいずれか一方を駆動させる駆動部を有すると好ましい。
【００２３】
このようにすれば、被処理液を、多孔板に対して一方向、好ましくは複数方向、特に好ましくは複数方向に交互に繰り返して流動させ得る。よって、乱流の程度（激しさ）が更に高められ、より強力な攪拌・混合効果が得られる。より具体的には、往復駆動（上下動等）する駆動軸（シャフト）等から成る駆動部に多孔板が接続された構成、多孔板が固定され且つ汚泥処理部の容器が駆動又は揺動（上下動等）するような構成、等を例示できる。
【００２４】
或いは、攪拌部が、上記の容器に接続されており、その容器内に被処理液を循環流通させ、且つ、被処理液の流通方向を互いに異なる複数の方向に切り替える液循環部を有しても好ましい。こうすれば、被処理液を一定方向へ循環させるだけでなく、所望の頻度（間隔）で、その流動方向を随時切り替えることができる。したがって、多孔板又は容器を駆動させることなく、より強力な攪拌・混合効果が得られる。
【００２５】
具体的には、液循環部が、容器に接続された少なくとも一つの循環路（管路、ライン等）と、各循環路に吐出方向が互いに異なるように且つ並列に設けられた少なくとも二台のポンプとを有すると好ましい。この場合、二台のポンプを随時切り替えることにより、循環ラインと容器内を流通する被処理液の流路方向が切り替えられる（例えば、反転される。）。
【００２６】
或いは、液循環部が、容器に接続された少なくとも一つの循環ラインと、各循環ラインに設けられた二つの三方弁と、それら二つの三方弁に接続された一台のポンプとを有しても好適である。この場合、一台のポンプを用いても、各三方弁に備わる各弁の開閉を調節・制御することにより、循環ラインと容器内を流通する被処理液の流路方向が切り替えられる（例えば、反転される。）。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００２８】
図１及び２は、それぞれ、本発明による汚泥減容化装置の第１実施形態及び第２実施形態を模式的に示す構成図である。図１に示す汚泥減容化装置１００は、生物汚泥を含有する被処理液Ｗの移送管路Ｌ１に接続された汚泥処理部１に、それぞれ管路Ｌ２，Ｌ３を介して、空気等の酸素ガスを含むガス又はオゾンを含むガスを貯留又は発生させるガス供給源２（供給部）、及び重力沈降分離等を利用した固液分離槽３が接続されたものである。また、固液分離槽３の底部には、汚泥処理部１に接続された返送管路Ｌ４が接続されており、また、その上部には処理済液Ｗｓの排出管路Ｌ５が設けられている。
【００２９】
ここで、被処理液Ｗは、その液分中のＢＯＤが５０ｍｇ／Ｌ未満とされたものであり、例えば、有機性排水等の生物処理に使用された活性汚泥の一部が余剰分（すなわち余剰汚泥）として排出されたもの等が挙げられる。かかるＢＯＤ値は、生物処理に使用される際の活性汚泥の通常値に比して低い値であり、汚泥が増殖するのに十分とは言い難い程の低栄養価に相当する。
【００３０】
このような性状を有する被処理液Ｗは、管路Ｌ１を通して汚泥処理部１に供給されると共に、ガス供給源２から空気等が曝気供給される。後述するように、汚泥処理部１内では、このように空気等が供給された被処理液Ｗの攪拌・混合が行われ、菌体が酸化分解されて液中の汚泥が可溶化される。この被処理液Ｗは、固液分離槽３へ移送され、分離された処理済液Ｗｓが管路Ｌ５を通して、更なる浄水処理等を行う処理設備等へ送られる。また、可溶化されずに固形分として残った汚泥が管路Ｌ４を通して汚泥処理部１へ返送され、循環処理される。
【００３１】
一方、図２に示す汚泥減容化装置２００は、汚泥処理部１が、生物汚泥による有機性排水等の処理が行われる排水処理装置９に管路Ｌ１，Ｌ３を介して接続されたこと、及び、固液分離槽３を有しないこと以外は、汚泥減容化装置１００と同様に構成されたものである。この汚泥減容化装置２００は、排水処理装置９にオンサイトで装備された構成を有しており、排水処理装置９から供給された被処理液Ｗは、汚泥処理部１で所望量の生物汚泥が可溶化された後、処理済液として排水処理装置９へ返送される。
【００３２】
以下、汚泥処理部１の諸例について説明する。図３は、汚泥処理部１の好適な一例としての反応装置１０を示す摸式断面図（一部構成図）である。反応装置１０では、密閉された略筒状を成す容器１１内に、多数の多孔板１５ｎ（添字ｎは、任意位置を示す。）が所定間隔で棒状の支柱１３に固定配置された多孔板群１５（攪拌部）が略同軸状に設けられている。容器１１の上部及び底部には、循環管路Ｌ５０の各端部が接続されており、この循環管路Ｌ５０の途中には、並列に配設されたポンプＰ１，Ｐ２をそれぞれ有する分岐管路Ｌ５１，Ｌ５２が設置されている。ポンプＰ１，Ｐ２の吐出方向は、それぞれ図示矢印ｔ１，ｔ２で示すように互いに逆方向とされている。このように循環管路Ｌ５０，分岐管路Ｌ５１，Ｌ５２、及びポンプＰ１，Ｐ２から液循環部が構成されている。また、反応装置１０は攪拌部を兼ねるものである。
【００３３】
また、容器１１の底部には、管路Ｌ１が接続され、被処理液Ｗが容器１１の下部に供給されるようになっている。一方、管路Ｌ３が容器１１の上部壁に接続されており、処理済液が容器１１の上部から固液分離槽３又は排水処理装置９へ返送される。さらに、ガス供給源２に接続された管路Ｌ２は、流量調整バルブＶ２１，Ｖ２２を有し且つそれぞれ容器１１の底部及び管路Ｌ５０の双方に接続された分岐管路Ｌ２１，Ｌ２２に分かれている。
【００３４】
ここで、図４は、反応装置１０の要部を示す斜視図であり、多孔板群１５の一部を示す。また、図５は、多孔板群１５の一部を示す模式断面図である。両図に示す如く、各多孔板１５ｎには、その厚み方向に貫通する複数の孔Ｈｎが形成されている。また、任意の位置の多孔板１５ｎは、隣接する多孔板１５ｎ−１及び１５ｎ＋１と、各多孔板１５ｎ−１，ｎ，ｎ＋１に設けられた孔Ｈｎ−１，ｎ，ｎ＋１の水平方向の位置が一致しないように配置されている。
【００３５】
換言すれば、多孔板群１５は、互いに隣接された一方の多孔板１５ｎに形成された複数の孔Ｈｎ（第１の孔）と他方の多孔板１５ｎ−１，ｎ＋１に形成された複数の孔Ｈｎ−１，ｎ＋１（第２の孔）とが、平面位置が互いに異なって配置されるように設けられている。すなわち、隣接された多孔板１５ｎ毎に、孔Ｈの中心（軸）位置が交互に異なるように千鳥格子状（千鳥模様状、千鳥足状）に配列されている。さらに言えば、複数の多孔板１５ｎのうち、任意に選択される隣接配置された二つの多孔板１５ｎのうち一方の多孔板１５ｎに形成された孔Ｈｎ（第１の孔）と、他方の多孔板１５ｎ−１，ｎ＋１に形成された孔Ｈｎ−１，ｎ＋１のうちその第１の孔と最短距離に位置する孔（第２の孔）とが、非同軸状（孔が円形孔であれば、非同心状）に設けられている。
【００３６】
このように構成された反応装置１０を汚泥処理部１として備える汚泥減容化装置１００，２００を運転し、汚泥減容化処理を行う方法の一例について説明する。まず、管路Ｌ１を通して、被処理液Ｗを容器１１の内側且つ下側の位置に導入する。被処理液Ｗの供給と共に或いは一定の液量となった後、ガス供給源２から管路Ｌ２１を通して容器１１の下部に空気等を曝気供給する（供給工程）。また、ポンプＰ１を運転すると共に、管路Ｌ２２を通して管路Ｌ５０の他端側に空気等を曝気供給する（供給工程）。
【００３７】
そして、被処理液Ｗの供給流量を調整し、例えば、管路Ｌ５０の一端が接続された上部の排出口よりも液面がやや高くなるような液量に維持しながら、空気等を供給した状態で被処理液Ｗを容器１１内で強制循環させる。この時、被処理液Ｗは、多孔板群１５を下向きに流通する。そして、一定時間ポンプＰ１の運転を行った後、ポンプＰ１を停止すると共に、ポンプＰ２を運転する。こうして、容器１１内の循環流を逆向きとし、被処理液Ｗを上向きに流通させる。
【００３８】
この間に、空気等に含まれる酸素が被処理液Ｗ中に移行し、その酸化能によって液中に含まれる生物汚泥を構成する菌体の酸化・分解が行われる。また、このとき被処理液Ｗを所定の温度に維持すべく、容器１１内部又は外部にヒーター等を設けて加熱又は保温してもよい。この場合、被処理液Ｗを予め一定温度に加熱又は加温した状態で容器１１内へ供給してもよい。
【００３９】
ここで、ポンプＰ２を運転している場合を例にとると、空気等の微細気泡を含む気液固相の混相流は、多孔板１５ｎの孔Ｈｎを通るように上向きに流動するが、その流れは上方に位置する多孔板１５ｎ−１によって遮断又は遮へいされ、一部が下方に向きを変えられる。よって、その部位では、上昇流と下降流が複雑に混合し撹乱されて渦流等を含む乱流状態が絶え間なく生起される（図５参照）。このような状態は、各多孔板１５ｎの各孔Ｈｎ近傍の部位で引き起こされ、全体として被処理液Ｗの攪拌・混合が十分に行われる。逆に、ポンプＰ１を運転している状態においても、多孔板群１５によって多孔板１５ｎ間に乱流が生起され、十分な攪拌混合が行われる。
【００４０】
また、多孔板１５ｎに設けられた孔Ｈｎを通過する際に、流速が極めて大きなジェット流のような高速流が発生し得る。したがって、容器１１内では、激流による混合状態とも言うべき略完全な攪拌・混合状態が実現される。これにより、空気等の気泡が極めて微細化されると共に、強力な攪拌・混合により、空気等に含まれる酸素等の気相から液相へ、及び、液相から固相（生物汚泥）への酸素等の酸化因子の移動速度（効率）が劇的に増大する。具体例を挙げれば、このときの酸素移動効率は、２０％以上、ときには８０％以上にも達する。これに対し、従来から用いられている通常の曝気槽では、一般に酸素移動効率が１０％に満たない程度である。
【００４１】
すなわち、空気等に含まれる酸素等の液相への溶解効率が、従来に比して格段に高められる。これにより、生物汚泥を構成する微生物菌体の酸化分解反応の効率が飛躍的に向上され、生物汚泥の可溶化が格段に促進され（汚泥処理工程）、汚泥の減容化を十分に達成できる。得られる処理済液は、管路Ｌ３を通して、固液分離槽３又は排水処理装置９へ移送される。微生物菌体は、水、二酸化炭素、その他の低級炭水化物、有機酸等へと変換され、これらを含む液分（溶液）中の特にＢＯＤ成分は、活性汚泥による排水処理における栄養分となり得る。
【００４２】
ここで、容器１１内での被処理液Ｗへの酸素移動効率は、ポンプＰ１，Ｐ２の運転出力ひいては容器１１内を循環する被処理液Ｗの流量又は流速、ガス供給源２からの空気の曝気量、多孔板１５ｎの形状、配置等を適宜調節することにより制御することが可能である。
【００４３】
また、ポンプＰ１，Ｐ２の運転を切り替えて、容器１１内の被処理液Ｗと空気等との混相流の流れの向きを逐次反転するので、多孔板１５ｎ間に不可避的に生じ得る滞留を解消できる。よって、被処理液Ｗと空気等との攪拌・混合を更に促進することができる。したがって、より少ない空気等の供給量又は液循環量によって２０％以上、好ましくは２５％以上、特に好ましくは３０％以上の十分な酸素移動効率を簡易に実現できる。しかも、多孔板群１５を駆動することなく、液流方向の交互切り替えによる攪拌を行うので、可動部を少なくして装置の信頼性及び保守性を向上できると共に、動力使用量の増大を防止できる。
【００４４】
さらに、多孔板群１５における各多孔板１５ｎに形成された孔Ｈｎが千鳥格子状に配置されることにより、乱流の発生効果が高められるので、多数の孔を同軸状に同一位置に配置した場合に比して、同一の空気供給量又は液循環量でより高い酸素移動効率を達成できる。
【００４５】
またさらに、本発明者らの知見によれば、反応装置３０内における酸素等の高移動効率は、低温域から高温域にわたる広い温度領域で発現されるため、温度条件に左右されずに、空気等の容器１１への供給量（曝気量）が少なくても生物汚泥の可溶化率の低下が抑止される。よって、空気等の供給量を低減でき、その結果、反応装置３０の外部への放熱量を軽減できる。したがって、熱エネルギーの消費量を抑えて省力化を図り得る。
【００４６】
さらにまた、生物汚泥と空気等との十分な攪拌・混合が行われるため、溶解した酸素等と汚泥を構成する微生物菌体との接触頻度（確率）、接触時間、接触量等が格別に増大される。しかも、多孔板１５ｎ間の強高速流によるせん断力、多孔板１５ｎ間で生じる圧縮及び膨張の繰返しによるキャビテーション効果によって菌体細胞を機械的に破砕する効果も奏される。したがって、これらにより、菌体の酸化分解反応が更に促進され、生物汚泥の可溶化を一層増進できる。
【００４７】
加えて、容器１１内壁によって多孔板群１５の周囲が覆われているので、混相流が各多孔板１５ｎの径方向（外周へ向かう方向）へ拡散又は放散することが妨げられる。よって、混相流の流圧の低下が抑止され、或いは流圧が高められ、被処理液Ｗが一層強力に攪拌・混合される。よって、生物汚泥の可溶化を更に一層増強できる。
【００４８】
また、被処理液Ｗに、例えばバチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属する細菌のような好熱菌や好熱性耐熱菌といった菌体が存在していれば、被処理液Ｗを加熱することにより、生物汚泥を構成する主菌体の熱変成効果により、その増殖を十分に抑えつつ、また、好熱性耐熱菌の溶菌作用によってかかる生物汚泥の可溶化効率が高められる。よって、無機化された汚泥の割合が従来に比して高められ、ＣＯＤ成分をも十分に低減できる。なお、この場合、かかる好熱性耐熱菌を貯留する菌体添加部（図示せず）を管路Ｌ１又は容器１１に接続すると好ましく、或いは、被処理液Ｗの発生元において予め添加してもよい。
【００４９】
図６は、汚泥処理部１の好適な他の例としての反応装置２０を示す摸式断面図（一部構成図）である。反応装置２０は、ポンプＰ１，Ｐ２が設けられた管路Ｌ５１，Ｌ５２の代わりに、図示矢印ｔ３で示す方向に吐出するポンプＰ３に接続された管路Ｌ５３，Ｌ５４が循環管路Ｌ５０に接続されたこと以外は、図３に示す反応装置１０と同様に構成されたものである。管路Ｌ５３は三方弁Ｖ３３を有する分岐管路であり、管路Ｌ５０における管路Ｌ５３が接続された部位間には三方弁Ｖ３４が設けられている。
【００５０】
管路Ｌ５４は、管路Ｌ５０，Ｌ５３間をバイパスするように、それらの三方弁Ｖ３３，Ｖ３４に接続されている。すなわち、管路Ｌ５０に三方弁Ｖ３３，Ｖ３４を介して１台のポンプＰ３が接続されている。このように循環管路Ｌ５０，分岐管路Ｌ５３，Ｌ５４、三方弁Ｖ３３，Ｖ３４、及びポンプＰ３から液循環部が構成されている。また、反応装置２０は攪拌部を兼ねるものである。
【００５１】
このように構成された反応装置２０を備える汚泥減容化装置１００，２００によれば、ポンプＰ３を運転した状態で、三方弁Ｖ３３，Ｖ３４の各弁の開閉操作により、被処理液Ｗの循環流の方向を切り替えることが可能である。具体的には、容器１１内の上昇流を生起させるには、管路Ｌ５０において被処理液Ｗを図示矢印Ｘ方向に流通させる。一方、容器１１内の下降流を生起させるには、管路Ｌ５０において被処理液Ｗを図示矢印Ｙ方向に流通させる。これにより、一台のポンプＰ３のみで、被処理液Ｗの流路を随時切り替えることができ、２０％以上の高い酸素移動効率が達成される。なお、汚泥減容に関する他の作用効果については、図３に示す反応装置１０と実質的に同等であり、重複説明を避けるため、ここでの詳述は省略する。
【００５２】
図７は、汚泥処理部１の好適な更に他の例としての反応装置３０を示す摸式断面図（一部構成図）である。反応装置３０は、支柱１３の代わりに駆動部３５に上端部が接続されたシャフト３３に多孔板群１５が結合されており、且つ、管路Ｌ５０，Ｌ５１，Ｌ５２等及びポンプＰ１，Ｐ２を有しないこと以外は、反応装置１０と同様に構成されたものである。シャフト３３の下端部は解放状態とされ、駆動部３５の運転により、図示矢印Ａ方向（すなわち、鉛直方向）に一定周期及びストロークで上下移動される。このように、反応装置３０は攪拌部を兼ねるものである。
【００５３】
これにより、多孔板群１５と被処理液Ｗとの相対的な流動が生じ、その流動方向が多孔板群１５の駆動周期で頻繁に切り替わり、上述したような被処理液Ｗと空気等との混相流の乱流が生起され、強力な攪拌・混合が行われる。その結果、被処理液Ｗに対して２０％以上の高い酸素移動効率が達成される。なお、汚泥減容に関する他の作用効果については、図３に示す反応装置１０と実質的に同等であり、重複説明を避けるため、ここでの詳述は省略する。
【００５４】
図８は、汚泥処理部１の好適な更に別の他の例としての反応装置４０を示す摸式断面図（一部構成図）である。反応装置４０は、シャフト３３の代わりに外部の支持体に端部が固定された支柱３４に多孔板群１５が設置されており、且つ、容器１１が駆動部４５に結合されたこと以外は、反応装置３０と同様に構成されたものである。容器１１の上壁及び底壁における支柱３４の貫通部は、摺動可能に密封されている。このような反応装置４０においては、多孔板群１５を駆動する代わりに、駆動部４５の運転によって容器１１全体を図示矢印Ｂ方向（すなわち、鉛直方向）に一定周期及びストロークで上下移動される。このように、反応装置４０は攪拌部を兼ねるものである。
【００５５】
これにより、多孔板群１５と被処理液Ｗとの相対的な流動が生じ、その流動方向が容器１１の駆動周期で頻繁に切り替わり、上述したような被処理液Ｗと空気等との混相流の乱流が生起され、強力な攪拌・混合が行われる。その結果、２０％以上の高い酸素移動効率が達成される。なお、汚泥減容に関する他の作用効果については、図３に示す反応装置１０と実質的に同等であり、重複説明を避けるため、ここでの詳述は省略する。
【００５６】
図９は、汚泥処理部１の好適な更に他の例としての反応装置５０を示す摸式断面図（一部構成図）である。反応装置５０は、三方弁Ｖ３３，Ｖ３４の代わりに、それぞれ２台の二方弁Ｖ３３ａ，Ｖ３３ｂ、及びＶ３４ａ，Ｖ３４ｂを備えること以外は、図６に示す反応装置２０と同様に構成されたものである。これらの二方弁Ｖ３３ａ，Ｖ３３ｂ，Ｖ３４ａ，Ｖ３４ｂの切り替えにより、三方弁Ｖ３３，Ｖ３４による反応装置２０におけるとの同等の循環流を形成させることができる。また、例えばスケジュール１００Ａ程度の配管を用いる場合には、経済性の観点から有利である。なお、汚泥減容に関する他の作用効果については、図３に示す反応装置１０と実質的に同等であり、重複説明を避けるため、ここでの詳述は省略する。
【００５７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、各反応装置１０〜４０における容器１１内には、多孔板群１５の代わりに、被処理液Ｗの流動方向を一部遮断又は遮へいし得る他の部材、例えば、駆動可能な又は駆動しないフィン部材、プロペラ部材、他の板状体、櫛状体、網状体等、或いはそれらを組み合わせたもの等を設置してもよい。また、各多孔板１５ｎに形成された孔Ｈｎの形状は図示のものに限定されない。さらに、反応装置３０，４０の容器１１に、反応装置１０，２０を構成するポンプＰ１，Ｐ２又はポンプＰ３を有する管路Ｌ５０を設置し、多孔板群１５又は容器１１の駆動と、ポンプにより被処理液Ｗの強制循環を組み合わせて実施してもよい。
【００５８】
またさらに、ガス供給源２からオゾン含有ガスを用いる場合には、未反応のオゾンが外部へ漏出することを防止するため、容器１１の閉止又は封止が望ましく、空気の場合には、より緩やかな密閉状態でよい。ただし、本発明によれば、オゾンの使用量を軽減しても生物汚泥の可溶化を十分に達成できので、未反応オゾン自体を低減できる利点がある。さらにまた、空気やオゾン含有ガスの代わりに、過酸化水素を用いてよく、その酸化能により菌体の酸化分解ひいては生物汚泥の可溶化が促進される。
【００５９】
【実施例】
以下、本発明に係る具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６０】
〈実施例１〉
図７に示す反応装置３０を汚泥処理部１として備える汚泥減容化装置２００と同等の構成を有する装置を準備した。この反応装置３０は、有効容積２０Ｌ（リットル；以下同様）の筒状容器１１に、多孔板１５ｎ（直径１３ｃｍφ、孔径は８ｍｍφ）が６ｃｍ間隔で１６枚設けられた多孔板群１５が内設されたものである。そして、この反応装置３０内に、生物汚泥を１００００ｍｇ／Ｌの濃度で含み且つ液分中のＢＯＤが１０ｍｇ／Ｌである被処理液Ｗを、３０Ｌ／ｈの流量で供給した。それと共に、多孔板群１５を６０，８０，１００，１２０ｒｐｍと異なる駆動周期で上下動させつつ、容器１１内に空気を５，７．５，１０Ｌ／ｍｉｎ（すなわち１５，２２．５，３０ＶＶＨ）と異なる流量で供給し、汚泥減容処理を実施した。また、清水に対して同条件で空気を供給したところ、酸素移動効率は何れも２０％以上であった。
【００６１】
ここで、単位「ＶＶＨ」は、ガス供給量（Ｖｏｌ．）／容器１１の有効容積（Ｖｏｌ．）／ｈなる物理量を示し、水処理技術、発酵技術、等の分野で一般に用いられる単位であり、反応装置３０への空気供給量をその容器の有効容積で規格化した値に相当する。なお、処理に際し、容器１１内の被処理液の温度を６０℃に保持した。
【００６２】
その結果、いずれの条件においても、生物汚泥に対する所望の減容化率（３０〜５０％）、すなわち、例えば排水処理装置９に応じて新たな汚泥の生成量（菌体の増殖量）が可溶化による削減量（菌体の分解量）と略等しくなるような減容化率が達成された。また、亜硫酸ソーダによる酸素吸収法を用いて、被処理液Ｗ中に溶解した酸素量を計測し、空気の供給流量に基づいて、酸素の溶解速度を算出した。各処理条件における酸素溶解速度の結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2004089840.tif 000003
【００６４】
〈実施例２〉
空気の代りにオゾン含有ガス（オゾン濃度：４０ｇ／Ｎｍ３）を用い、これを１０，１２．５，１５ＶＶＨの流量で容器１１内に供給し、多孔板群１５の駆動周期を８０，１００，１２０ｒｐｍとしたこと、及び、被処理液Ｗの処理温度を２０〜２４℃としたこと以外は、実施例１と同様にして汚泥減容処理を実施した。その結果、いずれの条件においても、実施例１と同等又はそれ以上の効率で、生物汚泥に対する所望の減容化率（３０〜５０％）が得られた。
【００６５】
また、被処理液中に溶解したオゾン量を計測し、オゾン含有ガスの供給流量に基づいて、オゾンの溶解速度を算出した。各処理条件におけるオゾン溶解速度の結果を表２に示す。これより、極めて高いオゾン溶解速度が得られることが判明した。
【００６６】
【表２】
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【００６７】
〈実施例３〉
反応装置３０の容器１１の有効容積を１．５Ｌとし、それに応じた形状の多孔板を用いたこと、反応装置３０内の被処理液Ｗの温度を７０℃に保持したこと、容器１１内への空気の供給量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（すなわち１２ＶＶＨ）としたこと、及び、多孔板群１５の駆動周期を４５，５０，１００ｒｐｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして汚泥減容処理を実施した。各条件における酸素移動効率及び活性汚泥の減容化率を表３に示す。
【００６８】
〈比較例１〉
多孔板群１５の代りにマグネチックスターラーを用いて被処理液Ｗを攪拌したこと以外は、実施例３と同様にして汚泥減容処理を実施した。このときの酸素移動効率及び活性汚泥の減容化率を表３に併せて示す。
【００６９】
【表３】
2004089840.tif 000005
【００７０】
表３に示す結果からも、本実施例の条件では２０％以上の酸素移動効率が得られ、この場合に、約５０％近い高減容化率を達成できることが確認された。
【００７１】
〈実施例４〉
多孔板群１５の駆動周期を１００ｒｐｍとし、且つ、反応装置３０内の被処理液の温度を６０，７０℃に保持したこと以外は、実施例３と同様にして汚泥減容処理を行った。なお、温度７０℃での実施例は、実施例３における温度７０℃の実施例と同一条件であるが、説明の便宜上、ここで再掲する。各条件における被処理液Ｗに含まれる汚泥の減容化率を表４に示す。これにより、熱エネルギーを汚泥減容処理に有効に活用でき、外部への放熱量の増大を抑止できることが確認された。
【００７２】
【表４】
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【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の汚泥減容化方法及び汚泥減容化装置によれば、有機性排水の生物処理に伴って生じ得る余剰汚泥としての生物汚泥を効率よく減容化することができ、これにより、余剰発生の発生量を削減できる。また、汚泥の減容化に際し、エネルギー消費量の増大を十分に抑え、処理効率及び経済性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による汚泥減容化装置の第１実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明による汚泥減容化装置の第２実施形態を模式的に示す構成図である。
【図３】汚泥処理部１の好適な一例としての反応装置１０を示す摸式断面図（一部構成図）である。
【図４】反応装置１０の要部を示す斜視図である。
【図５】多孔板群１５の一部を示す模式断面図である。
【図６】汚泥処理部１の好適な他の例としての反応装置２０を示す摸式断面図（一部構成図）である。
【図７】汚泥処理部１の好適な更に他の例としての反応装置３０を示す摸式断面図（一部構成図）である。
【図８】汚泥処理部１の好適な更に別の他の例としての反応装置４０を示す摸式断面図（一部構成図）である。
【図９】汚泥処理部１の好適な更に別の他の例としての反応装置５０を示す模式断面図（一部構成図）である。
【符号の説明】
１…汚泥処理部、２…ガス供給源（供給部）、３…固液分離槽、１０，２０，３０，４０…反応装置（汚泥処理部，攪拌部）、１１…容器、１３…支柱、１５…多孔板群、１５ｎ…多孔板、３５，４５…駆動部、１００，２００…汚泥減容化装置、Ｈｎ…孔、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…ポンプ、Ｖ３３，Ｖ３４…三方弁、Ｖ３３ａ，Ｖ３３ｂ，Ｖ３４ａ，Ｖ３４ｂ…二方弁、Ｗ…被処理液、Ｗｓ…処理済液。
【図１】
2004089840.tif 000007
【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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