(57)【要約】【課題】超音波処理によるキャビテーションの効果で十分な汚泥可溶化率を達成できる汚泥可溶化装置を提供する。【解決手段】汚泥可溶化装置は、可溶化を行う汚泥の温度を４０°Ｃ〜５０°Ｃに制御する温度調整部２００と、超音波を照射して汚泥の可溶化を行う超音波処理領域を形成する超音波処理部１００とよりなり、超音波処理部１００は汚泥の流速を制御する手段１０１、１４１、１４２を具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶化を行う汚泥の温度を４０°Ｃ〜５０°Ｃに制御するための温度調整部と、その下流に設けられた超音波を照射して汚泥の可溶化を行う超音波処理領域を形成する手段を含む超音波処理部とよりなり、前記超音波処理領域には前記汚泥の流速を制御する手段を具備することを有することを特徴とする汚泥可溶化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の汚泥可溶化装置において、前記超音波処理領域は、超音波振動面と対向する超音波の反射面との間、あるいは、対向する２つの前記超音波振動面間に形成され、前記超音波振動面と対向する超音波の反射面との距離間隔、あるいは、対向する２つの前記超音波振動面間の距離間隔が、前記汚泥を伝搬する音波の１波長以下又は半波長以下である汚泥可溶化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の汚泥可溶化装置において、前記超音波処理部の前記超音波処理領域の通過前の部位に設けられた第１のバイパス管と、前記超音波処理領域の通過後の部位に設けられた第２のバイパス管と、前記第１のバイパス管及び第２のバイパス管に連結されたポンプとを具備し、前記ポンプは、前記第２のバイパス管から前記第１のバイパス管に汚泥を送る汚泥可溶化装置。
【請求項４】
請求項１に記載の汚泥可溶化装置において、前記超音波処理部は、前記超音波処理領域に流れを形成する攪拌装置を具備している汚泥可溶化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥を可溶化する装置に関し、特に超音波処理を利用した汚泥可溶化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場等の廃水を処理する方法として、現在、活性汚泥法が広く利用されている。しかし、廃水を分解する微生物が増殖することによって、大量の微生物が余剰汚泥として発生し、余剰汚泥を処理するごみ処理場の確保が困難になっている。このため、廃水を処理する工程内において、物理化学的作用によって余剰汚泥を可溶化して、余剰汚泥の発生を抑制する汚泥処理方法が実用化されている。
【０００３】
従来技術の余剰汚泥の可溶化方法として、アルカリ性薬剤等の添加による可溶化方法が知られているが、大量な薬剤の添加によりコストが嵩むため、超音波処理が併用されている（特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
特許文献１には、余剰汚泥に予め超音波による前処理を施した後に、嫌気性消化処理方法を行う余剰汚泥の処理方法が開示されている。これは、超音波処理によって、汚泥粒子のまわりに存在する粘着性物質を除去し、フロックを解体させ、消化反応にあずかる表面積を増大させるものである。
【０００５】
また、特許文献２には、廃水を生物学的に処理する際に発生する余剰汚泥の減容化を効率よく行う減容化方法及び装置が開示されている。これは、アルカリ剤を接触させながら、超音波を間欠的に照射して、汚泥を可溶化することによって、アルカリ反応を促進し、この可溶化した汚泥を好気性微生物により分解消化して、余剰汚泥の減容化を行うものである。
【０００６】
一方、超音波処理効果を効率よく得るための方法として、超音波処理する汚泥に水不溶性無機質微粒子を混入しておく有機性汚泥処理方法が記載されている（特許文献３）。これは、上記微粒子が、超音波照射領域でランダムな運動を起こし、汚泥中の菌体等の固形物と衝突することによって、菌体細胞壁を破壊するものである。
【０００７】
また、超音波処理効果を効率よく得るための別の方法として、超音波振動子の振動面に対向して反射板を設け、その距離間隔を半波長の整数倍にすることで、有機性廃水の処理効率を向上させる有機性廃液の超音波処理装置が開示されている（特許文献４）。これは、少ないエネルギーで超音波処理効果を得るために、定在波音場を利用したものである。
【０００８】
また、無機質微粒子を通過させないスクリーンを装着する装置等が提案されている（特許文献５）。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５８−７６２００号公報
【特許文献２】
特開２００１−３８３９７号公報
【特許文献３】
特開平２−９９１９９号公報
【特許文献４】
特開２００２−１７２３８９号公報
【特許文献５】
特開平２−２８０９００号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の特許文献１、特許文献２に記載の技術においては、基本的に汚泥の可溶化をアルカリ剤等の薬品によって行っており、加えて超音波処理も行うため、薬品のみによる可溶化処理と比較して、コストの低減効果があまりない。また、薬剤の使用は、可溶化装置の機械設備や環境に悪影響を及ぼす。
【００１１】
また、上述の特許文献３に記載の技術では、処理済みの汚泥に微粒子が混在するため、微粒子の分離操作が必要になり、微粒子の分離のために、特許文献５に記載の技術のように、スクリーンを装着すると、装置構成が煩雑となり、メンテナンス上の課題がある。
【００１２】
また、上述の特許文献４に記載されている技術では、処理する廃水の種類によって、音速等の物性値が異なり、キャビテーション気泡や音響流等によって、音場が乱れるため、常に安定した定在波が生じるとは限らない。
【００１３】
本発明は、上記従来技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、超音波処理によって汚泥の可溶化を行う汚泥可溶化装置を提供することにあり、薬剤、無機質微粒子等の添加物を使用せず、簡単な構成で高効率な汚泥の可溶化が可能な汚泥可溶化装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、薬剤、無機質微粒子等の添加物を使用せず、超音波処理の可溶化効率を向上させる方法として、（１）汚泥の温度を４０°Ｃ〜５０°Ｃにすること、（２）超音波処理領域を通過する汚泥の流速を速くすること、（３）超音波振動面と超音波の反射面間との距離を音波の１波長以下、望ましくは半波長以下にすること、を見出した。
【００１５】
本発明の汚泥可溶化装置は、可溶化を行う汚泥の温度を４０°Ｃ〜５０°Ｃに制御する制御手段を具備する温度調整部と、及び／又は、超音波を照射して汚泥の可溶化を行う超音波処理領域を形成する手段と汚泥の流れに加速度を与える加速手段を具備する超音波処理部とから構成される。
【００１６】
超音波処理部の超音波処理領域は、超音波振動面と対向する超音波の反射面との間、あるいは、対向する２つの超音波振動面間に形成され、超音波振動面と対向する超音波の反射面との距離間隔、あるいは、対向する２つの超音波振動面間の距離間隔が、汚泥を伝搬する音波の１波長以下又は半波長以下となるよう構成される。
【００１７】
また、超音波処理部では、超音波処理領域の通過前の部位に設けられた第１のバイパス管と、超音波処理領域の通過後の部位に設けられた第２のバイパス管と、第１のバイパス管及び第２のバイパス管に連結されたポンプとを具備し、ポンプにより、第２のバイパス管から第１のバイパス管に汚泥が送られ、汚泥の流れに加速度が与えられる。
【００１８】
また、超音波処理部では、超音波処理領域に流れを形成する攪拌装置によって、汚泥の流れに加速度が与えられる。
【００１９】
以上の構成によって、キャビテーションによる汚泥の可溶化効率が、薬剤や無機質微粒子等の添加物を使用せずとも向上でき、キャビテーションの効果のみで十分な汚泥可溶化率を達成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に至った、超音波キャビテーションによる汚泥可溶化実験について説明し、続いて、本発明に係る汚泥可溶化装置の実施の形態について説明する。
【００２１】
汚泥可溶化実験では、アルカリ薬剤等の添加剤を用いず、超音波キャビテーションの汚泥可溶化効率を向上する方法を検討した。検討項目として、超音波振動面の変位振幅、キャビテーション領域を通過する汚泥の流速（流量）、及び、汚泥の温度をパラメータとした。
【００２２】
図５は、本発明の実施例の汚泥可溶化実験に用いた装置の断面図である。図５に示すように、実験装置は、ボルト締めランジュバン型振動子１１（共振周波数２０ｋＨｚ）と、アルミニウム材質の固体ホーン１２とを連結し、固体ホーン１２は、治具１３に固定されている。固体ホーン１２の出力端面２１に対向して、容積約１００ｍＬ（ミリリットル）のステンレス製の円筒型の処理容器２を配置し、処理容器２に濃度約３０００ｍｇ／Ｌの汚泥５を入れた。この際、超音波の出力される固体ホーン１２の端面２１と、処理容器２の底面２２との距離２０が、２０ｋＨｚの波長の約３／４である５５ｍｍとなるようにした。即ち、処理容器２の底面２２を反射面として、定在波の音場が形成されるようにした。なお、出力端面２１および底面２２は、それぞれ、直径４５ｍｍおよび直径４７ｍｍの円形である。
【００２３】
ボルト締めランジュバン型振動子１１は、ファンクションジェネレーター２５および電力増幅器２６により駆動した。また、処理容器２の両側面に、チューブ４ａ及びチューブ４ｂを接続し、流量の制御が可能な流量可変ポンプ３に接続して循環路を形成した。処理する汚泥５は処理前に予め、湯煎により所定の温度に調節した。なお、処理時間はいずれも３分間とした。
【００２４】
また、汚泥５の浮遊物固形量（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ、ＳＳ）を処理前と処理後に測定し、その変化量を可溶化率（％）として求めることにより、キャビテーションによる効果を表わした。
【００２５】
次に、実験の結果を図６、図７、図８を用いて説明する。
【００２６】
図６は、本発明の実施例による汚泥可溶化実験の結果例であり、振動面の変位振幅と汚泥の可溶化率との関係を示す特性図である。即ち、固体ホーン１２の出力端面２１における変位振幅と、上述の方法により測定した汚泥５の可溶化率との関係を示した変位振幅特性図である。この実験では、ポンプ３を駆動せず、バッチした状態で行った。また、汚泥の温度は２５℃、超音波による処理時間は３分間である。
【００２７】
図６の結果から、変位振幅の増加に伴い、全体的には可溶化率が向上しているものの、変位振幅１．７μｍ〜２．４μｍ付近では、可溶化率は、約２４％であり、ほとんど変化していないことがわかった。
【００２８】
別の実験として、アルミニウム箔を処理容器２の容器内側面に置き、処理容器２の中に水をいれて、超音波処理後のアルミニウム箔の損傷具合を観察した結果、出力端面２１における変位振幅が増加してくると、アルミニウム箔の損傷は激しくなるものの、損傷部は、出力端面２１付近に集中してくることが確認された。
【００２９】
これは、出力端面２１における変位振幅が増加してくると、定在波の音場が形成されず、出力端面近傍でしかキャビテーション効果が得られないことを示唆している。キャビテーション効果自体は、超音波振動面の変位振幅が大きい方が効果があるので、これらのことから、超音波振動面と反射面との距離が、１波長以内、望ましくは半波長以内とするのがよいことがわかった。これを、ボルト締めランジュバン型振動子１１（共振周波数２０ｋＨｚ）について見ると、汚泥中の音速を１５００ｍ／ｓとすると、超音波振動面と反射面との距離は１波長以内とした場合、７５ｍｍ以内、半波長以内とした場合、３８ｍｍ以内となる。
【００３０】
図７は、本発明の実施例による汚泥可溶化実験の結果例であり、汚泥の流量と汚泥の可溶化率との関係を示す特性図である。この実験では、ポンプ３を駆動して、チューブ４ａ、チューブ４ｂおよび流量可変ポンプ３による循環路で汚泥を循環させた。即ち、汚泥５の流量（流速）と、上述の方法により測定した汚泥５の可溶化率との関係を示した流量特性図である。なお、固体ホーン１２の出力端面２１における変位振幅は一定とした。このときの変位振幅は一定であり、１μｍ、汚泥の温度は２５℃、超音波による処理時間は３分間である。
【００３１】
図７に示すように、流量の増加と共に、汚泥５の可溶化率が増大することがわかった。これは、汚泥５の流動により、キャビテーション気泡が分散される効果と、気泡の周囲の圧力分布に乱れが生じることによって、可溶化の一因となるマイクロジェット流が多く発生されるためと考えられ、キャビテーション発生領域を流動によって乱すことで、汚泥可溶化の効果を向上させることができることがわかった。
【００３２】
図８は、本発明の実施例による汚泥可溶化実験の結果例であり、汚泥の温度と汚泥の可溶化率との関係を示す特性図である。即ち、汚泥５の温度（°Ｃ）と、上述の方法により測定した汚泥５の可溶化率との関係を示した温度特性図である。なお、固体ホーン１２の出力端面２１における変位振幅は一定とした。このときは、ポンプ３を駆動せず、バッチした状態で行った。また、変位振幅は一定であり、超音波による処理時間は３分間である。
【００３３】
図８に示すように、汚泥５の可溶化率は、４０°Ｃ〜５０°Ｃの温度で極大値（約２５％）を持つことが確認できた。これは、（ａ）汚泥に溶解している空気量が温度により変化しており、温度が低いと空気の溶解度が大きく、キャビテーション気泡の崩壊時に、気泡内の空気がクッションになってしまい、気泡崩壊時の衝撃力が減少してしまう、（ｂ）汚泥５の温度が高いと蒸気圧が大きくなるため、蒸気がクッションになってしまい、同様に気泡崩壊時の衝撃力が減少してしまうためと考えられ、汚泥の可溶化をキャビテーションで行う場合には、４０°Ｃ〜５０°Ｃ程度に汚泥の温度を調整すればよいことがわかった。
【００３４】
次に、上述の実験から確認された、超音波キャビテーションによる汚泥可溶化に対する変位振幅、流量及び温度の特性を活用した、本発明による実施の形態を図面を用いて説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施例の汚泥可溶化装置の構成を示す図である。汚泥可溶化装置は、基本的に、温度調整部２００と超音波処理部１００とからなり、温度調整部２００側の配管５１から汚泥が流入し、超音波処理部１００側の配管５４から排出される。
【００３６】
温度調整部２００は、恒温槽２１０と、恒温層２１０内の汚泥の温度を測定する温度センサ２１１と、リード線４１を介して伝送される温度センサ２１１の出力を参照し、リード線４２〜４３を介して、電磁弁３１、３２、３３の開閉制御を行う制御装置４０とから構成される。電磁弁３１は、恒温槽２１０の流入側に連結された配管５１に設けられ、電磁弁３３は、恒温槽２１０の排出側に連結された配管５３に設けられている。配管５１には、配管５２がバイパス管として連結されており、電磁弁３２は配管５２に設けられている。
【００３７】
図示しない汚泥処理槽から引き抜かれた余剰汚泥は、図示しない貯蔵タンク等を介して、配管５１を通って恒温槽２１０に達する。恒温槽２１０内では、サーモスタットにより制御される加熱ヒーター（図示せず）等を用いて、汚泥の温度が４０°Ｃから５０°Ｃになるまで加熱する。汚泥の温度は、温度センサ２１１により随時計測して、制御装置４０に入力されている。制御装置４０は、汚泥の温度が４０°Ｃから５０°Ｃの範囲にある場合は、電磁弁３１及び３３を開き、電磁弁３２を閉じるように制御信号を送信する。この際、配管５３を通過した汚泥は、超音波処理部１００に送られる。また、汚泥の温度が、４０°Ｃから５０°Ｃの範囲内にない場合は、電磁弁３１及び３３を閉じ、電磁弁３２を開くように制御信号を送信する。この際、配管５２を通過した汚泥は、上述の図示しない貯蔵タンク等に返送される。
【００３８】
このような制御を行うことにより、超音波処理部１００に送られる汚泥は、必ず４０°Ｃから５０°Ｃの範囲の温度に維持されるため、図８の実験結果からも明らかなように、キャビテーションによる可溶化効果が効率よく得られ、アルカリ薬剤等の添加物を使用することなく、可溶化効率を向上させることができる。
【００３９】
超音波処理部１００には、キャビテーション発生部１１０と、キャビテーション発生部１１０における汚泥の流量（流速）を、局所的に大きく（速く）する加速手段とが設けられている。この加速手段として、図１では、ポンプ１０１を利用した例を示している。キャビテーション発生部１１０の排出側に連結された配管１４１と、キャビテーション発生部１１０の流入側に連結された配管１４２は、ポンプ１０１に連結されており、ポンプ１０１は、配管１４１から配管１４２に汚泥を送る。
【００４０】
配管１５１から流入した汚泥は、配管１４２からの汚泥とともに、キャビテーション発生部１１０に送られ、キャビテーションによる処理後、その一部は配管１４１及び１４２を通って、キャビテーション発生部の流入側に送られる。
【００４１】
このような構成にすることにより、キャビテーション発生部１１０を通過する汚泥は、全体的な、汚泥の処理流量（流速）よりも、局所的に速く流れることになる。図７の実験結果からも明らかなように、キャビテーションによる可溶化効果は、流量（流速）が増加するほど高い可溶化率が得られるため、アルカリ薬剤等の添加物を使用することなく、キャビテーションによる可溶化効果を向上させることができる。
【００４２】
次に、本発明の実施例の汚泥可溶化装置の超音波処理部１００の構成例について、以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００４３】
（構成例１）
図２は、本発明の実施例の汚泥可溶化装置の超音波処理部の構成例１を示す断面図である。図２に示す超音波処理部１００は、図５に示したと同様の駆動電源に連結された超音波発生素子１１１と、超音波発生素子１１１に連結された固体ホーン１１２と、キャビテーション発生領域が形成される配管１２０と、上記した汚泥の流量（流速）を、局所的に大きく（速く）する加速手段として利用するポンプ１０１とから構成される。配管１２０には、分岐部１２１、１２２、１２３が設けられており、分岐部１２１には、固体ホーン１１２が連結され、分岐部１２２は配管１４１によって、分岐部１２３は配管１４２によって、ポンプ１０１にそれぞれ連結されている。また、配管１２０には、固体ホーン１１２の出力端面１３１に平行な内面１３２が設けてあり、出力端面１３１と内面１３２との距離１３０が、音波の１波長以下、望ましくは半波長以下になるように構成されている。
【００４４】
汚泥の流れは、矢印９１、９２、９３、９４で表わされ、矢印９１のように入ってきた汚泥は、ポンプ１０１の作用によって流量（流速）を増して矢印９５のように流れ、加速によって効率のよいキャビテーションの可溶化作用を受ける。
【００４５】
このとき、図６に示した実験結果や、上述のアルミニウム箔を用いた実験結果等から明らかなように、可溶化効果は出力端面１３１の近傍に限られてしまうが、汚泥の通過領域が音波の１波長以下、あるいは半波長以下であるので、汚泥の通過領域にまんべんなくキャビテーション効果を行き渡らせることができ、効率的な可溶化が行える。
【００４６】
なお、図６に示す実験結果のように、出力端面１３１の変位振幅は大きい方が可溶化率が向上するので、超音波発生素子１１１にはボルト締めランジュバン型振動子を用いるのが望ましい。また、固体ホーン１１２も、図２に示したような一段ではなく、多段にして、出力端面１３１の変位振幅を大きくしてもよいし、大きな変位振幅を維持するために、定振幅制御や周波数追尾制御を行ってもよい。
【００４７】
駆動周波数は、共振によって大振幅が得られる４０ｋＨｚ以下、望ましくは２０ｋＨｚ以下の周波数が望ましい。先にも述べたように、超音波振動面と反射面との距離を１波長以内、望ましくは半波長以内とすると、ボルト締めランジュバン型振動子の共振周波数２０ｋＨｚの場合、汚泥中の音速を１５００ｍ／ｓとすると、超音波振動面と反射面との距離は高々７５ｍｍ以内と言うことになるから、汚泥の流量を確保する意味では、複数の超音波処理部１００を並列に連結することが有用となる。一方、汚泥の流量の面で問題がない場合、複数の超音波処理部１００を直列に連結することで処理時間を大きくすることによって、可溶化率の向上を図ることができる。
【００４８】
（構成例２）
図３は、本発明の実施例の汚泥可溶化装置の超音波処理部の構成例２を示す断面図である。図３に示す超音波処理部１００は、図５に示したと同様の駆動電源に連結された超音波発生素子１１１と、超音波発生素子１１１に連結された固体ホーン１１２と、キャビテーション発生領域が形成される配管１２４と、汚泥の流量（流速）を、局所的に大きく（速く）する加速手段として利用する攪拌装置１０２とから構成される。配管１２４には、分岐部１２５が設けられ、固体ホーン１１２が連結されている。また、配管１２４には、固体ホーン１１２の出力端面１３１に平行な内面１３３が設けてあり、出力端面１３１と内面１３３との距離１３０が、音波の１波長以下、望ましくは半波長以下になるように構成されており、出力端面１３１に対向して攪拌装置１０２が設けられている。
【００４９】
攪拌装置１０２は、プロペラ１０２ａを回転させて、出力端面１３１と内面１３３との間に形成されるキャビテーション発生領域に、矢印９６で示したような渦状の流れ等を誘発して、矢印９１及び９２で示した汚泥の流れの流量（流速）よりも、局所的に速い流れを作り、流入した汚泥は、効率のよいキャビテーションの可溶化作用を受ける。
【００５０】
このとき、図６に示した実験結果や、上述のアルミニウム箔を用いた実験結果等から明らかなように、可溶化効果は出力端面１３１の近傍に限られてしまうが、汚泥の通過領域が音波の１波長以下、あるいは半波長以下であるので、汚泥の通過領域にまんべんなくキャビテーション効果を行き渡らせることができ、効率的な可溶化が行える。
【００５１】
なお、構成例１で述べたように、超音波発生素子１１１にはボルト締めランジュバン型振動子を用いるのが望ましく、固体ホーン１１２を多段にしてもよいし、定振幅制御や周波数追尾制御を行ってもよい。
【００５２】
駆動周波数は、この場合でも、共振によって大振幅が得られる４０ｋＨｚ以下、望ましくは２０ｋＨｚ以下の周波数が望ましい。先にも述べたように、超音波振動面と反射面との距離を１波長以内、望ましくは半波長以内とすると、ボルト締めランジュバン型振動子の共振周波数２０ｋＨｚの場合、汚泥中の音速を１５００ｍ／ｓとすると、超音波振動面と反射面との距離は高々７５ｍｍ以内と言うことになるから、汚泥の流量を確保する意味では、複数の超音波処理部１００を並列に連結することが有用となる。一方、汚泥の流量の面で問題がない場合、複数の超音波処理部１００を直列に連結することで処理時間を大きくすることによって、可溶化率の向上を図ることができる。
【００５３】
（構成例３）
図４は、本発明の実施例の汚泥可溶化装置の超音波処理部の構成例３を示す断面図である。図４に示す超音波処理部１００は、図５に示したと同様の駆動電源に連結された超音波発生素子１１１ａ及び１１１ｂと、超音波発生素子１１１ａに連結された固体ホーン１１２ａと、超音波発生素子１１１ｂに連結された固体ホーン１１２ｂと、キャビテーション発生領域が形成される配管１２６と、上記の汚泥の流量（流速）を、局所的に大きく（速く）する加速手段として利用するポンプ１０１とから構成される。
【００５４】
配管１２０には、分岐部１２７ａ、１２７ｂ、１２８、１２９が設けられており、分岐部１２７ａには固体ホーン１１２ａが連結され、分岐部１２７ｂには固体ホーン１１２ｂが連結され、分岐部１２８は配管１４１によって、分岐部１２９は配管１４２によって、ポンプ１０１にそれぞれ連結されている。
【００５５】
また、固体ホーン１１２ａの出力端面１３１ａと、固体ホーン１１２ｂの出力端面１３１ｂとが対向するように配置されており、出力端面１３１ａと出力端面１３１ｂとの距離１３０が、音波の１波長以下、望ましくは半波長以下になるように構成されている。汚泥の流れは、矢印９１、９７、９２で表わされる。矢印９１のように入ってきた汚泥は、構成例１と同様にして、ポンプ１０１の作用によって流量（流速）を増して矢印９７のように流れ、加速によって効率のよいキャビテーションの可溶化作用を受ける。このとき、超音波発生素子１１１ａと１１１ｂとは、同位相で駆動され、矢印９７のように流れてきた汚泥は、より強力なキャビテーションの可溶化作用を受ける。また、可溶化効果は出力端面１３１ａ及び１３１ｂの近傍に特に及ぶため、汚泥の通過領域にまんべんなくキャビテーション効果を行き渡らせることができ、構成例１に示した超音波処理部１００ａよりも、効率的な可溶化が行える。
【００５６】
なお、構成例１及び構成例２で述べたように、超音波発生素子１１１ａ及び１１１ｂにはボルト締めランジュバン型振動子を用いるのが望ましく、固体ホーン１１２ａや１１２ｂを多段にしてもよいし、定振幅制御や周波数追尾制御を行ってもよい。
【００５７】
駆動周波数は、この場合でも、共振によって大振幅が得られる４０ｋＨｚ以下、望ましくは２０ｋＨｚ以下の周波数が望ましい。先にも述べたように、超音波振動面と反射面との距離を１波長以内、望ましくは半波長以内とすると、ボルト締めランジュバン型振動子の共振周波数２０ｋＨｚの場合、汚泥中の音速を１５００ｍ／ｓとすると、超音波振動面と反射面との距離は高々７５ｍｍ以内と言うことになるから、汚泥の流量を確保する意味では、複数の超音波処理部１００を並列に連結することが有用となる。一方、汚泥の流量の面で問題がない場合、複数の超音波処理部１００を直列に連結することで処理時間を大きくすることによって、可溶化率の向上を図ることができる。
【００５８】
また、本発明の汚泥可溶化装置では、構成例１、構成例２、構成例３の超音波処理部を複数使用して、これらを直列又は並列に連結、あるいは、直列に連結したものを並列に連結して、汚泥の可溶化率あるいは処理量を向上させることができる。
【００５９】
さらに、以上説明した超音波処理部の構成例において、汚泥が流される配管の複数の箇所を、直接、キャビテーション発生領域とする構成としてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、薬剤、無機質微粒子等の添加物を使用せず、簡単な構成で高効率な汚泥の可溶化が可能な汚泥可溶化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の汚泥可溶化装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施例の汚泥可溶化装置の超音波処理部の構成例１を示す断面図。
【図３】本発明の実施例の汚泥可溶化装置の超音波処理部の構成例２を示す断面図。
【図４】本発明の実施例の汚泥可溶化装置の超音波処理部の構成例３を示す断面図。
【図５】本発明の実施例の汚泥可溶化実験に用いた装置の断面図。
【図６】本発明の実施例による汚泥可溶化実験の結果例であり、振動面の変位振幅と汚泥の可溶化率との関係を示す特性図。
【図７】本発明の実施例による汚泥可溶化実験の結果例であり、汚泥の流量と汚泥の可溶化率との関係を示す特性図。
【図８】本発明の実施例による汚泥可溶化実験の結果例であり、汚泥の温度と汚泥の可溶化率との関係を示す特性図。
【符号の説明】
２…処理容器、３…流量可変ポンプ、４ａ，４ｂ…チューブ、５…汚泥、１１…ボルト締めランジュバン型振動子、１２，１１２，１１２ａ，１１２ｂ…固体ホーン、１３…治具、２１，１３１，１３１ａ，１３１ｂ…固体ホーンの出力端面、２２…処理容器の底面、３１〜３３…電磁弁、４０…制御装置、４１〜４４…リード線、５１〜５４，１２０，１２４，１２６，１４１，１４２，１５１，１５２…配管、９１〜９７…汚泥の流れ、１００…超音波処理部、１０１…ポンプ、１０２…攪拌装置、１１０…キャビテーション発生部、１１１，１１１ａ，１１１ｂ…超音波発生素子、１２１〜１２５，１２７ａ，１２７ｂ，１２８，１２９…分岐部、１３０…超音波処理領域を形成する二面の距離、１３２…配管内面、２００…温度調整部、２１０…恒温槽、２１１…温度センサ。
【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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