(57)【要約】【課題】  有機性汚水の処理において発生する余剰汚泥を効率的に減量化させるシステムを提供する。  【解決手段】  本発明では、好気性生物処理槽において発生した汚泥を沈殿槽から好気性生物処理槽に延びる配管の途中にキャビテーション発生装置を設け、該キャビテーション発生装置で発生するキャビテーションにより余剰汚泥を可溶化する可溶化装置を設けた汚泥減量化処理装置において、前記キャビテーション発生装置は、移送加圧ポンプと、下流程太くなる漏斗状の衝撃波発生配管と、衝撃波発生配管に接続される微生物破砕用配管と、衝撃波発生配管及び微生物破砕用配管の間に配置される低圧発生促進板とで構成した。【選択図】  図２
2007152268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性生物処理槽において発生した汚泥を沈殿槽から好気性生物処理槽に延びる配管の途中にキャビテーション発生装置を設け、該キャビテーション発生装置で発生するキャビテーションにより余剰汚泥を可溶化する可溶化装置を設けた汚泥減量化処理装置において、前記キャビテーション発生装置は、移送加圧ポンプと、衝撃波発生配管と、衝撃波発生配管に接続される微生物破砕用配管と、衝撃波発生配管及び微生物破砕用配管の間に配置される低圧発生促進板とで構成したことを特徴とする汚泥減量化処理装置
【請求項２】
請求項１記載の汚泥減量化処理装置において、前記移送加圧ポンプはホースポンプとしたことを特徴とする汚泥減量化処理装置
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の汚泥減量化処理装置において、発生させるキャビテーション径を微生物細胞と同程度としたことを特徴とする汚泥減量化処理装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性汚水の処理において発生する余剰汚泥を減量化するための汚泥減量化処理装置並びにその汚泥減量化処理装置を備えた汚水処理システムに係る。
【背景技術】
【０００２】
図４は, 微生物細胞の構造図である。細胞膜は菌体の外側をとりかこむ膜状構造で,内側から細胞質膜, 細胞壁, 粘液層あるいは莢膜になっている。細胞壁は細胞質の外側にあるかたい膜である。何層もの様々な膜に守られながら, 生命現象は安全に進行する。従来の汚泥処理は, 生きた汚泥細胞であれ,斃死した汚泥細胞であれ, 強固な細胞膜につつまれた完全態での汚泥細胞を処理していた。これでは脱水も, 生物処理も不完全なままで終了せざるを得ない。もし, ここで細胞膜が破壊されれば, 細胞内の水分も簡単に脱水できる。のみならず,細胞質も外に出てくるから, 当然に処理の対象となる。図４にある細胞質は, 細胞膜に包まれた複雑なコロイド系である。細胞質内にはリボゾームのような代謝と関係の深い顆粒および貯蔵物質である多糖類, 脂質などの顆粒が含まれる。これらの栄養物質が細胞膜を破って外に飛びだせば,他の微生物の基質となりうるので, 新たな生物処理の展開が期待できる。汚泥の細胞膜破壊, この工程こそ新たな生物処理,すなわち汚泥成分の生分解→消散→消滅という画期的なプロセスの出発点になる。即ち、汚水の生物処理工程は,微生物が汚水中の有機物や無機物を分解しつつ基質として摂取するプロセスであり,この微生物の塊（フロック）が汚泥である。生物処理の最終は, 汚泥の脱水工程と次の汚泥ケーキ製造工程であるが,脱水されたとはいえ脱水ケーキの水分は８０％もある。どんなに優秀な脱水機でも, せいぜい７０％程度の含水率である。これは,細胞外の水分が脱水されただけで, 細胞内には,水分がたっぷりと残存しているからである。これまで、この余剰汚泥の処理方法としては、一般には、脱水後に埋め立、海洋投棄、焼却処分等がされている。しかしながら、これらの方法では多大の経費と設備が必要であるため、新たな余剰汚泥処理方法の提案が要求されていた。
【０００３】
この要求に応える余剰汚泥処理方法として、これまで、オゾン処理法、高温性微生物処理法、機械的処理法、キャビテーション処理法等が提案されている。その中のキャビテーション処理法の一つとして特許文献１に開示されているものがある。このものに開示されている処理方法は、好気性生物処理槽において発生した汚泥を汚泥可溶化処理装置において可溶化処理槽とこの可溶化処理槽内に噴射口が臨むように配設されたノズルと、汚泥を加圧して上記ノズルに供給し、この汚泥をノズルの噴射口から可溶化処理槽内に噴射させることによりキャビテーションによる汚泥の可溶化を行わせる加圧ポンプとを備えている汚泥可溶化処理装置により汚泥の一部を可溶化して生物分解性を高める。そして、この汚泥を再び好気性生物処理槽に戻すことより、余剰汚泥を大幅に削減できるようにしている。
【０００４】
具体的には、沈殿槽から好気性生物処理槽に延びる配管の途中に可溶化処理槽を設置して該可溶化処理槽内ノズルにてキャビテーション（液体の局所的で且つ急激な圧力低下）を発生させ、これによって余剰汚泥を可溶化するようにしている。つまり、可溶化処理槽内に噴射口が臨むように配設されたノズルと、汚泥を加圧して上記ノズルに供給し、この汚泥をノズルの噴射口から可溶化処理槽内に噴射させることにより、キャビテーションを発生させ、これによって余剰汚泥を構成する微生物細胞が破壊され、可溶化が起こるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１０８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記公報に開示されている処理方法において微生物細胞の破壊を十分に行うためには、可溶化処理槽を設け、該可溶化処理槽内ノズルにてキャビテーションを発生させるなど処理装置全体として大型化を避けることができなかった。
【０００６】
また、該可溶化処理装置内で使用する加圧ポンプの圧力は、３ＭＰａ以上に設定されており、省エネ効果には問題があり、更に大きな設備費用負担となるため、限られた市場となっている。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置全体の大型化を回避し且つ汚泥をキャビテーション効果によって確実に可溶化できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、好気性生物処理槽において発生した汚泥を沈殿槽から好気性生物処理槽に延びる配管の途中にキャビテーション発生装置を設け、該キャビテーション発生装置で発生するキャビテーションにより余剰汚泥を、可溶化装置を設けた汚泥減量化処理装置において、前記キャビテーション発生装置は、移送加圧ポンプと、衝撃波発生配管と、衝撃波発生配管に接続される微生物破砕用配管と、衝撃波発生配管及び微生物破砕用配管の間に配置される低圧発生促進板とで構成したことにより、汚泥を効果的に減量化させることを可能とした。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、前記移送加圧ポンプはホースポンプとしたので、シューがホースより離れるときの弾性回復力による真空の発生で流体を吸引するため汚泥を容易に移送加圧することを可能とした。
【００１０】
更に、請求項３記載の発明によれば、発生させるキャビテーション径を微生物細胞と同程度としたので、確実に微生物細胞を破壊することができ、より効率的に汚泥を減量化させることを可能とした。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、汚泥は、移送加圧ポンプによって所定圧力まで昇圧され、水流が漏斗部を通過する際、ジェット水流に変化し、その水流により、低温沸騰によるキャビテーションが発生する。このキャビテーションが破裂する際のエネルギーと、衝突板にぶつかる衝撃の複合作用により汚泥を構成する微生物細胞が破壊され可溶化が起こる。又、微生物破砕用配管により、より強大な衝撃波となり微生物の細胞膜を効果的に破壊する効果を創出する。同時に比較的中圧ポンプの使用が可能とし、装置自体を小型化することが可能となる。
【００１２】
上記移送加圧ポンプとしては具体的には、ホースポンプが採用される。これにより汚泥を比較的容易に中圧域（０．３Ｍｐａ〜１．０Ｍｐａ）にすることが可能となり実用的である。
【００１３】
また、発生させるキャビテーション径を微生物細胞と同程度とすることで、キャビテーションが破裂する際に微生物細胞を確実に破壊することが可能となり、効率的に可溶化を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、汚泥減量化処理装置の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、汚泥減量化処理装置は、汚泥流れ方向の上流側から下流側に亘って、有機性汚水９を、好気性生物処理槽１で処理し、沈殿槽２で固液分離して処理水１０と返送汚泥１１を得る排水処理工程で処理し、返送汚泥１１として可溶化装置３に導入して、返送汚泥を可溶化及び分解処理を行った後、排水処理工程の生物処理槽１に返送して、溶解性有機物及び汚泥分の生物分解を行っている。
【００１６】
可溶化装置３に導入された返送汚泥１１は、移送加圧ポンプとしてのホースポンプ４により衝撃波発生配管５内に導き、返送汚泥１１を増速し、その後配管５を広げ管内圧を下げることでキャビテーションを発生させる。また、衝撃波発生配管５の直後には低圧発生促進板６を配置することでよりその効率を上げる。低圧発生促進板６により微細で均一な気泡流とすることができ、それにより効果的に微生物を破砕することができ、可溶化処理を効率的に行うことができる。なお、図３に示すように衝突板７を設けた場合には、発生したキャビテーションを衝突板７に衝突させることで微生物を破砕させることができる。
【００１７】
移送加圧ポンプ４の吸い込み側に前処理としてフィルターを備えてもよく、その場合には、汚泥中の比較的大きなゴミ、毛などの難可溶物を除去することができる。なお、移送加圧ポンプ４の吸い込み側は、沈殿槽２の層域より吸い込むようにした方が底層の沈殿物を吸い込むことがなく好ましい。
【００１８】
また、移送加圧ポンプ４の吸い込み側に前処理として加熱装置を設けてもよく、その場合には、汚泥を構成する微生物細胞の細胞膜の強度低下が加熱に伴って促進され、可溶化処理器でのキャビテーションによる微生物細胞の破壊が容易に行われることになり、あるいは、汚泥を加熱することにより汚泥の圧力が上昇し、移送加圧ポンプの負荷低減につながる。この加熱手段として、具体的には配管に電気ヒータを用いている。
【００１９】
可溶化装置３の詳細構成を図２に示す。衝撃波発生配管５は、二つの漏斗５ａ、５ｂを相対させ、出口部には低圧発生促進板６を設ける。入口側漏斗５ａで返送汚泥１１を増速し、出口側漏斗５ｂで配管径を急激に広げることで配管内を低圧化されるが、低圧発生促進板６の存在によりより低圧にすることができ、これにより微細なキャビテーションを発生させることができる。このためにキャビテーションと返送汚泥１１との気液二相流の流動様式は、均一に分散した気泡流となる。この気泡流は微生物破砕用配管８内を通過する際、キャビテーションとワムシやイタチ虫等の微生物とが接触し、微生物を破砕する。これにより微生物細胞が微細化されて可溶化される。なお微生物破砕用配管８は二重管として、キャビテーションによる磨耗で配管に穴が空いたとしても、外部に返送汚泥１１が流れ出すのを防ぐよう構成している。
【００２０】
仮に、低圧発生促進板６が無い場合には、キャビテーションの径が大きくなるために、キャビテーションと返送汚泥１１との気液二相流の流動様式は、スラグ流やフロス流や環状噴霧となってしまう。このため、発生したキャビテーションと微生物との接触機会が減り十分に微生物を破砕することができない。
【００２１】
なお、低圧発生促進板６の細口部６ａの直径は出口側漏斗５ｂの直径の１／６〜１／２程度が望ましく、細すぎると返送汚泥１１が詰まりやすく、太すぎるとキャビテーションの径が大きくなり、気泡流を得られなくなるため、微生物との接触機会が減るために、微生物の破砕が十分に行われない。
【００２２】
また、低圧発生促進板６と衝突板７との距離は、細口部６ａの直径の１／２〜２程度が望ましく、近すぎると返送汚泥７が詰まりやすく、長すぎるとキャビテーションの消滅のための増幅配管が長く必要となり装置全体が大型化する。本発明は、キャビテーションと微生物との接触時間を長くし、微細なキャビテーションを発生させ返送汚泥との気液二層流を気泡流の状態として接触機会を増やすことで微生物の細胞膜破壊を効果的に行わせることが主旨であり、その主旨を逸脱しない範囲での変更は可能である。
【００２３】
例えば、安全装置として配管内（例えばポンプ４と衝撃波発生配管５の間）に圧力センサーを設け、該圧力センサーにより異常圧を検知した際にはポンプ４の駆動を停止するように構成することもできる。また、流量センサー（例えば圧力センサーの近傍）及び絞り弁（例えばポンプ４と衝撃波発生配管５の間で、流量センサーの上流）を配管内設けることで、衝撃波発生配管５内へ流入する流量及び流速を最適にコントロールすることができる。また、タイマーを設け、メンテナンス時期にはポンプを停止し、表示灯等を点灯させることで、定期的なメンテナンスを促すように構成することもできる。
【実施例１】
【００２４】
本形態による汚泥の可溶化処理を確認するために行った実験結果について以下に説明する。本実験例では、加圧ポンプの最適圧力に調整（０．９Ｍｐａ）後、可溶化処理装置３を１回又は５回通過した汚泥及び通過しない汚泥それぞれについて遠心分離後、上水に対し溶解性ＣＯＤ（化学的酸素要求量）を計測した。この溶解性ＣＯＤは、その値が高いほど汚泥の可溶化が進んでいることを示す。表１にその実験結果を示す。
【００２５】
【表１】
2007152268.tif 000003
汚泥の上水に対する溶解性ＣＯＤを比較した表である。
【００２６】
これら実験結果により、本形態の可溶化処理器５により、汚泥の可溶化を確実に行うことができることが確認された。又、余剰汚泥を引き抜くこともなく曝気槽内ＭＬＳＳ濃度の上昇もなく、本装置導入前に比べ汚泥減量率は８２％であり、汚泥の減量化が促進されることも確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上に説明したように、本発明によれば、下水、農村集落排水及び各種有機廃水処理施設等への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】汚泥減量化処理装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】可溶化処理装置の概略を示した断面図である。
【図３】可溶化処理装置の別実施例の概略を示した断面図である。
【図４】微生物細胞の構造図である
【符号の説明】
【００２９】
１、好気性生物処理槽  ２、沈殿槽  ３、可溶化装置  ４、移送加圧ポンプ  ５、衝撃波発生配管  ６、低圧発生促進板  ６ａ、細口部  ７、衝突板  ８、微生物破砕用配管
【図１】
2007152268.tif 000004
【図２】
2007152268.tif 000005
【図３】
2007152268.tif 000006
【図４】
2007152268.tif 000007