(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物汚泥を含む有機性汚泥を導入して好気的に生物処理する好気性消化槽と、
好気性消化槽内の汚泥を取り出して好気性消化槽に圧送するポンプを有する循環路と、
加湿された酸素含有ガスを吸入し、循環路から圧送される循環汚泥と混合して気液混相流を形成する液−気エゼクタと、
液−気エゼクタで形成された気液混相流を下向流で通過させるように好気性消化槽の底部に向かって延びる筒状の下向管と、
液−気エゼクタに加湿された酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路と
を備えた汚泥の好気性消化処理装置。
【請求項２】
好気性消化槽内の汚泥の一部を引き抜き、この引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質処理装置と、
改質処理装置で改質処理した改質処理汚泥を好気性消化槽に戻す改質汚泥移送路と
を備えた請求項１記載の装置。
【請求項３】
酸素含有ガスを加湿する加湿装置、または酸素含有ガス供給路に加湿用の液を供給する加湿用液路を備えた請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
加湿用の液が水、有機性汚泥、好気性消化槽内の汚泥、または改質処理装置で改質した改質処理汚泥である請求項３記載の装置。
【請求項５】
生物汚泥を含む有機性汚泥を導入して好気的に生物処理する好気性消化槽と、
好気性消化槽内の汚泥を取り出して好気性消化槽に圧送するポンプを有する循環路と、
加湿された酸素含有ガスを吸入し、循環路から圧送される循環汚泥と混合して気液混相流を形成する液−気エゼクタと、
液−気エゼクタで形成された気液混相流を下向流で通過させるように好気性消化槽の底部に向かって延びる筒状の下向管と、
好気性消化槽内の汚泥の一部を引き抜き、この引抜汚泥をオゾンと接触させて易生物分解性に改質するオゾン処理装置と、
オゾン処理したオゾン含有ガスと汚泥との気液混合流体を加湿された酸素含有ガスとして液−気エゼクタに供給する酸素含有ガス供給路と
を備えた汚泥の好気性消化処理装置。
【請求項６】
好気性消化槽は液温３０〜７０℃の高温で有機性汚泥を生物処理する高温好気性消化槽である請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
液−気エゼクタから吸入される酸素含有ガス中の酸素濃度が３０〜１００ｖｏｌ％であり、その酸素含有ガスの供給量が好気性消化槽１ｍ3あたり０．１〜０．４Ｎｍ3／ｈとなるように制御する請求項２ないし６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
生物汚泥を含む有機性汚泥を好気性消化槽に導入して好気的に生物消化する方法であって、
好気性消化槽内の汚泥を取り出し循環路を通してポンプで好気性消化槽に圧送し、
加湿された酸素含有ガスを液−気エゼクタにより吸入し、循環路から圧送される循環汚泥と混合して気液混相流を形成し、
液−気エゼクタで形成された気液混相流を、筒状の下向管により好気性消化槽の底部に向かって下向流で通過させる
汚泥の好気性消化処理方法。
【請求項９】
好気性消化槽内の汚泥の一部を引き抜き、この引抜汚泥を改質処理装置において易生物分解性に改質し、
改質処理装置で改質処理した改質処理汚泥を好気性消化槽に戻す請求項８記載の方法。
【請求項１０】
加湿された酸素含有ガスが、水、有機性汚泥、好気性消化槽内の汚泥、または改質処理装置で改質した改質処理汚泥で加湿された酸素含有ガスである請求項８または９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性汚泥を好気性消化する汚泥の好気性消化処理装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物汚泥を含む有機性汚泥の好気性消化法の一つとして高温消化法があり、特に欧米において多く実施されている。この高温消化法は、液温３０〜７０℃の高温領域において好適に生育する高温微生物の働きを利用して有機成分を含む汚泥を分解減量する方法であり、３０℃未満の中温域での消化分解よりも短い滞留時間で処理できるという特徴がある。消化温度を高温に保つ手段は、被処理汚泥の分解熱を利用する方法や、外部から熱エネルギーを供給する方法が採用されている。
【０００３】
高温消化法の場合、高温消化槽に保持する汚泥濃度が一般の曝気槽より高い場合が多いので、酸素供給手段として通常の散気管を使用した場合は閉塞しやすく、このため機械的な作用で微細気泡を生成できる自己吸引式水中インペラ方式や、エゼクタ方式が用いられる。しかし、このような方式の酸素供給手段を使用した場合でも、酸素含有ガスを供給する流路、特に汚泥が存在する部分に接続されている近傍においては閉塞しやすい。水中インペラ方式では、空気流路は消化槽外に開放された直管で構成されるのが通常であるから比較的清掃作業は簡単であるが、エゼクタの場合は、空気供給管に曲部を設けざるを得ない場合が通常であり、特に清掃が困難であった。
【０００４】
好気性消化における汚泥の消化率を高くするため、消化槽から汚泥を引き抜いてオゾン処理などの改質処理を行って汚泥を易生物分解性に改質した後、消化槽に戻すことも行われている。
このような改質処理を併用した好気性消化においては、改質汚泥の発泡性が強く、改質汚泥の分解過程で発泡性物質が生産される場合もあり、また改質汚泥を酸化分解するためには改質処理を行わない場合より散気量を増やす必要があるため消化槽における発泡が激しくなる。このため、装置の美観を損ね、清掃の手間が増え、さらに甚だしい場合は生物反応に必要な汚泥が泡とともに消化槽から流出する。
【０００５】
このような発泡は、消化槽の液温が３０〜７０℃となる高温好気性消化槽の場合に特に著しい。発泡を抑制するために消泡剤を添加することも考えられるが、消泡剤の使用は酸素溶解効率を低下させるため効率が悪く、また難分解性の消泡剤成分が消化槽に蓄積して処理性能を悪化させる恐れもあるので望ましくない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、酸素含有ガスを供給する流路の閉塞を防止し、長期間安定して効率よく消化を行うことができる汚泥の好気性消化処理装置および方法を提供することである。
本発明の別の課題は、酸素含有ガスを供給する流路の閉塞を防止し、長期間安定して効率よく消化を行うことができるとともに、汚泥の消化率を向上させて効率よく消化を行うことができる汚泥の好気性消化処理装置および方法を提供することである。
本発明のさらに別の課題は、酸素含有ガスを供給する流路の閉塞を防止し、長期間安定して効率よく消化を行うことができるとともに、汚泥の消化率を向上させ、しかも発泡を抑制して効率よく消化を行うことができる汚泥の好気性消化処理装置および方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者が閉塞の原因を調査した結果、汚泥の飛沫が酸素含有ガスを供給する流路の壁面に付着し、それが好気性消化槽の高温によって強固に固着して次第に流路を閉塞させ、ついには十分な酸素含有ガスを供給できなくなるということを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は次の汚泥の好気性消化処理装置および方法である。
（１）  生物汚泥を含む有機性汚泥を導入して好気的に生物処理する好気性消化槽と、
好気性消化槽内の汚泥を取り出して好気性消化槽に圧送するポンプを有する循環路と、
加湿された酸素含有ガスを吸入し、循環路から圧送される循環汚泥と混合して気液混相流を形成する液−気エゼクタと、
液−気エゼクタで形成された気液混相流を下向流で通過させるように好気性消化槽の底部に向かって延びる筒状の下向管と、
液−気エゼクタに加湿された酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路と
を備えた汚泥の好気性消化処理装置。
（２）  好気性消化槽内の汚泥の一部を引き抜き、この引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質処理装置と、
改質処理装置で改質処理した改質処理汚泥を好気性消化槽に戻す改質汚泥移送路と
を備えた上記（１）記載の装置。
（３）  酸素含有ガスを加湿する加湿装置、または酸素含有ガス供給路に加湿用の液を供給する加湿用液路を備えた上記（１）または（２）記載の装置。
（４）  加湿用の液が水、有機性汚泥、好気性消化槽内の汚泥、または改質処理装置で改質した改質処理汚泥である上記（３）記載の装置。
（５）  生物汚泥を含む有機性汚泥を導入して好気的に生物処理する好気性消化槽と、
好気性消化槽内の汚泥を取り出して好気性消化槽に圧送するポンプを有する循環路と、
加湿された酸素含有ガスを吸入し、循環路から圧送される循環汚泥と混合して気液混相流を形成する液−気エゼクタと、
液−気エゼクタで形成された気液混相流を下向流で通過させるように好気性消化槽の底部に向かって延びる筒状の下向管と、
好気性消化槽内の汚泥の一部を引き抜き、この引抜汚泥をオゾンと接触させて易生物分解性に改質するオゾン処理装置と、
オゾン処理したオゾン含有ガスと汚泥との気液混合流体を加湿された酸素含有ガスとして液−気エゼクタに供給する酸素含有ガス供給路と
を備えた汚泥の好気性消化処理装置。
（６）  好気性消化槽は液温３０〜７０℃の高温で有機性汚泥を生物処理する高温好気性消化槽である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の装置。
（７）  液−気エゼクタから吸入される酸素含有ガス中の酸素濃度が３０〜１００ｖｏｌ％であり、その酸素含有ガスの供給量が好気性消化槽１ｍ3あたり０．１〜０．４Ｎｍ3／ｈとなるように制御する上記（２）ないし（６）のいずれかに記載の装置。
（８）  生物汚泥を含む有機性汚泥を好気性消化槽に導入して好気的に生物消化する方法であって、
好気性消化槽内の汚泥を取り出し循環路を通してポンプで好気性消化槽に圧送し、
加湿された酸素含有ガスを液−気エゼクタにより吸入し、循環路から圧送される循環汚泥と混合して気液混相流を形成し、
液−気エゼクタで形成された気液混相流を、筒状の下向管により好気性消化槽の底部に向かって下向流で通過させる
汚泥の好気性消化処理方法。
（９）  好気性消化槽内の汚泥の一部を引き抜き、この引抜汚泥を改質処理装置において易生物分解性に改質し、
改質処理装置で改質処理した改質処理汚泥を好気性消化槽に戻す上記（８）記載の方法。
（１０） 加湿された酸素含有ガスが、水、有機性汚泥、好気性消化槽内の汚泥、または改質処理装置で改質した改質処理汚泥で加湿された酸素含有ガスである上記（８）または（９）記載の方法。
【０００９】
本発明の好気性消化処理装置および方法において処理の対象となる有機性汚泥は生物汚泥を含む有機性汚泥であり、生物汚泥を主要成分として含む汚泥が好ましく、生物汚泥のほかに他の有機物および／または無機物を含んでいてもよい。生物汚泥としては下水、し尿、産業排水等の有機性排水の生物処理によって生成する汚泥があげられ、活性汚泥、消化汚泥などがこれに含まれる。有機性汚泥はこのような生物汚泥を含む汚泥であり、生物汚泥のほかに下水等の沈澱汚泥などの他の有機または無機物を含む汚泥との混合汚泥でもよい。このような汚泥には水処理等によって発生するスラリー状の汚泥のほかに、これを脱水処理した脱水ケーキも含まれる。
【００１０】
本発明の好気性消化処理装置を構成する好気性消化槽（以下、単に消化槽という場合がある）は、被処理汚泥として上記有機性汚泥を導入するとともに、酸素含有ガスを供給して好気的に生物処理する消化槽であり、酸素含有ガスを効率よく溶解する手段として後述する液−気エゼクタおよび下向管が設けられる。酸素含有ガスとしては、空気、酸素リッチ空気、オゾン含有ガス、排オゾンガス、その他の酸素含有ガスなどが使用できる。
【００１１】
消化槽は液温３０〜７０℃、好ましくは５０〜６０℃の高温で有機性汚泥を生物処理する高温消化槽であるのが好ましく、この場合でも本発明の装置によれば酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路の閉塞を防止して、効率よく好気性処理することができる。
【００１２】
消化槽には汚泥（槽内液）を取り出して消化槽に圧送するポンプを有する循環路が設けられ、この循環路から圧送される循環汚泥と加湿された酸素含有ガスとを混合して気液混相流を形成する液−気エゼクタが設けられる。
液−気エゼクタは、加湿された酸素含有ガスを吸入して気液混相流を形成するように循環路の吐出端に設けられ、かつスロート端部を好気性消化槽内の汚泥中に突入させて気液混相流を汚泥中に噴射するように設けるのが好ましい。この場合、液−気エゼクタから吐出される気液混相流を利用して消化槽内上部の汚泥を吸入し、気液混相流と混合するように水没して設けられ、かつ下向管に連結されて設けられる液−液エゼクタを設けるのが好ましい。液−液エゼクタを設けることにより、酸素含有ガスの溶解率をさらに向上させることができる。
【００１３】
液−気エゼクタは、酸素含有ガス供給路から供給される加湿された酸素含有ガスを吸入して、循環路を循環する汚泥と混合し、汚泥中に微細気泡として分散させるとともに、この液−気エゼクタのスロートを液−液エゼクタのノズルとして用いることにより、液−気エゼクタのスロートから吐出される気液混相流の勢いを利用して大量の消化槽上部の汚泥を吸入して混合することができる。液−気エゼクタを用いて循環汚泥中に酸素含有ガスを吸入すると、循環汚泥の勢いと吸入された酸素含有ガスの勢いが合わさって強大な勢いの気液混相流が形成されるので、その混相流を液−気エゼクタのスロートから、これに直結した液−液エゼクタに直接噴出させると、生成直後の気液混相流の勢いをそのまま利用して汚泥の吸入を行うことができる。
【００１４】
液−液エゼクタを設けた場合、気液混相流の勢いを利用して汚泥を吸入することにより大量の汚泥を吸入できるとともに、吸入される汚泥の勢いを利用して気泡をさらに細分化することができる。このように気泡を細分化した状態でも緩やかな撹拌下におくと気泡が合一しやすいが、筒状の下向管を下向流で通過させると、気液の上昇力に反する方向に汚泥が流れるため気泡が激しく撹拌され、合一を防ぐとともに酸素の溶解性が高くなる。
【００１５】
液−気エゼクタは循環路の末端であって、消化槽の特に曝気部の液面より上部に、スロートの端部が液面下に突入するように設けるのが好ましい。液−気エゼクタは循環路の末端に設けられるノズルと、このノズルを囲むように設けられる吸入室と、吸入室に開口する吸気口と、吸入室の先端に液面に突入するように形成されるスロートとから構成することができる。
液−液エゼクタは液−気エゼクタのスロートをノズルとし、このノズルに対向するように汚泥中に設けられるスロートと、ノズルおよびスロート間に形成される吸液口とから構成することができる。
【００１６】
液−気エゼクタは汚泥を噴射することにより気体を吸入する液−気エゼクタであり、液−液エゼクタは汚泥を噴射することにより汚泥を吸入する液−液エゼクタである。液−気エゼクタのノズルはそのスロートに対向するように上下方向の直線上に設けると、循環汚泥の勢いを減殺しないので好ましい。液−気エゼクタのスロートすなわち液−液エゼクタのノズルも液−液エゼクタのスロートに対向するように、上下方向の直線上に設けると気液混相流の勢いを減殺しないので好ましい。液−気エゼクタのスロートは先端を絞らないで管状の状態で開口させると、気液混相流の勢いを減殺しないので好ましい。液−液エゼクタのスロートは中間部を絞り、吸入側および吐出側を拡管したものが好ましい。吐出側には拡管した口径の下向管が消化槽底部に開口するように接続される。
【００１７】
液−気エゼクタのノズルの口径をＤ１、液−気エゼクタのスロート（液−液エゼクタのノズル）の口径をＤ２、液−液エゼクタのスロート（最狭部）の口径をＤ３とするとき、Ｄ１／Ｄ２＝０．５〜０．８、Ｄ２／Ｄ３＝０．４〜０．７とするとそれぞれの酸素含有ガスおよび汚泥の吸入量が大きくなり好ましい。液−気エゼクタのスロートの長さは直径の４〜１０倍にすると、気液混相流の勢いを保持して酸素含有ガスおよび汚泥の吸入量を大きくできるので好ましい。また液−液エゼクタのスロート部（最狭部）の長さはその直径の５〜１５倍にすると、圧損を小さくして気泡を微細化できるため好ましい。
【００１８】
また液−気エゼクタは、一端が循環路に連結し、他端が下向管に連結するように設けることもできる。この場合、液−気エゼクタで形成した気液混相流を液−液エゼクタを介することなく下向管に噴出する。
【００１９】
本発明の装置では消化槽から汚泥をポンプにより取り出して、循環路を通して圧送するように構成するのが好ましい。消化槽は上記の曝気を行えるように構成されるが、隔壁により曝気部と汚泥取出部とに区画し、循環路は汚泥取出部から曝気部へ汚泥を循環するように構成するのが好ましい。この汚泥取出部には曝気部との水頭差で汚泥を流出させるように、隔壁より低い位置に流出口（処理水路）を設けると、曝気部上面の気泡を処理水とともに排出できるので好ましい。また曝気部および汚泥取出部を含む消化槽の上面を、液−気エゼクタを含めて蓋で覆って実質的に密閉構造にすると、吸入された酸素含有ガスの圧力を利用して気泡を排出できるので好ましい。また処理水路を液面下に設ける場合には、別途排ガス路を設ける必要がある。排ガス路近傍には、消泡装置を設けて排ガス路への気泡の流出を防止することが好ましい。消泡装置としては、タービン羽根を利用した装置などを用いることができる。
消化槽で消化処理された汚泥は処理水路または余剰汚泥排出路から引き抜いて廃棄するか、遠心分離機等で固液分離して上澄水を廃棄し、濃縮された汚泥は消化槽に戻すことができる。固液分離された濃縮汚泥を消化槽に戻すことにより、汚泥の滞留時間を延長し、汚泥の分解率を上昇させることができる。
【００２０】
液−気エゼクタに吸入させる酸素含有ガスは加湿された酸素含有ガスである。酸素含有ガスを加湿するには、水を入れた水槽に酸素含有ガスを導入して加湿する加湿装置などが使用できる。また酸素含有ガス供給路に加湿用液路から加湿用の液を供給し、酸素含有ガスと加湿用の液とを混合することにより加湿することもできる。加湿用の液としては水、有機性汚泥または消化槽内の汚泥などが使用できる。加湿用の液の供給量は、酸素含有ガスの供給量との体積比が液：ガス＝１：１０００から２０：１、好ましくは液：ガス＝１：１０から１０：１の範囲であって、給気を妨げない量とするのが望ましい。
【００２１】
また消化槽内の汚泥の一部を引き抜き、この引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質処理装置を設け、この改質処理装置で改質した改質処理汚泥を加湿用の液として加湿用液路に供給することもできる。加湿用の液を供給する場合、前記供給量であって、給気を妨げない程度の量の液を連続的または間欠的に供給することができる。
【００２２】
上記改質処理装置としては、引抜汚泥に薬剤および／またはエネルギーを加えて易生物分解性に改質する装置であれば任意の装置を採用することができる。例えば、オゾン処理による改質処理装置（オゾン処理装置）、過酸化水素処理による改質処理装置、酸処理による改質処理装置、アルカリ処理による改質処理装置、加熱処理による改質処理装置、高圧パルス放電処理装置、ボールミル、コロイドミル等のミルによる磨砕処理装置、これらを組合せた改質処理装置等を採用することができる。改質処理装置としてはオゾン処理装置が、処理操作が簡単かつ処理効率が高く、しかも排オゾンガスを液−気エゼクタに供給する酸素含有ガスとして利用できるので好ましい。
【００２３】
オゾン処理装置としては、消化槽から引き抜いた引抜汚泥をオゾンと接触させてオゾン処理することができる装置が利用できる。オゾンの酸化作用により汚泥は易生物分解性に改質される。オゾン処理はｐＨ５以下の酸性領域で行うと酸化分解効率が高くなる。このときのｐＨの調整は、硫酸、塩酸または硝酸などの無機酸をｐＨ調整剤として添加するのが好ましい。ｐＨ調整剤を添加する場合、ｐＨは３〜４に調整するのが好ましい。
【００２４】
オゾン処理は、引抜汚泥をそのまま、または必要により遠心分離機などで濃縮した後ｐＨ５以下に調整し、オゾンと接触させることにより行うことができる。接触方法としては、オゾン処理槽に汚泥を導入してオゾンを吹込む方法、機械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。オゾンガスとしてはオゾン化酸素、オゾン化空気などのオゾン含有ガスが使用できる。オゾンの使用は被処理汚泥固形物あたり０．１〜１０重量％、好ましくは１．５〜５重量％とするのが望ましい。オゾン処理により生物汚泥は酸化分解されて、ＢＯＤ成分に変換される。
【００２５】
改質処理としての過酸化水素処理装置としては、引抜汚泥を改質処理槽に導き、過酸化水素を混合して改質処理することができる装置が利用できる。過酸化水素の使用量は０．００１〜０．２ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＳＳとする。このとき引抜汚泥に塩酸などの酸を添加してｐＨ３〜５とすることが好ましく、この場合の過酸化水素の使用量は０．００１〜０．０７ｇ−Ｈ2Ｏ2／ｇ−ＳＳとするのが好ましい。反応を促進するために、加温したり第１鉄イオンなどの触媒を添加してもよい。
【００２６】
改質処理としての酸処理装置としては、引抜汚泥を改質処理槽に導き、塩酸、硫酸などの鉱酸を加え、ｐＨ２．５以下、好ましくはｐＨ１〜２の酸性条件下で所定時間滞留させて改質することができる装置が利用できる。滞留時間としては、例えば５〜２４時間とする。この際汚泥を加熱、例えば５０〜１００℃に加熱すると改質が促進されるので好ましい。
【００２７】
改質処理方法としてのアルカリ処理装置としては、引抜汚泥を改質処理槽に導き、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリを汚泥に対して０．１〜１重量％加え、所定時間滞留させて改質することができる装置が利用できる。滞留時間は０．５〜２時間程度で汚泥は易生物分解性に改質される。この際汚泥を加熱し、例えば５０〜１００℃に加熱すると改質が促進されるので好ましい。
【００２８】
改質処理方法としての加熱処理装置としては、加熱処理単独で行う装置を利用することもできるが、酸処理またはアルカリ処理と組合せて行うことができる装置を利用するのが好ましい。加熱処理を単独で行う場合は、例えば温度７０〜１００℃、滞留時間２〜３時間とすることができる。
【００２９】
高電圧のパルス放電処理装置は、電極間隔３〜１０ｍｍ、好ましくは４〜８ｍｍのタングステン／トリウム合金等の＋極と、ステンレス鋼等の−極間に汚泥を存在させ、印加電気１０〜５０ｋＶ、好ましくは２０〜４０ｋＶ、パルス間隔２０〜８０Ｈｚ、好ましくは４０〜６０Ｈｚでパルス放電を行い、汚泥は順次循環させながら改質することができる装置が利用できる。
【００３０】
このようにして易生物分解性に改質した改質汚泥は、消化槽で好気性生物処理を行い、微生物に同化させて分解する。これにより汚泥の消化率を向上させることができる。改質汚泥は加湿用液路から酸素含有ガス供給路に供給し、酸素含有ガスの加湿に利用した後、一部または全量を液−気エゼクタから消化槽に戻してもよいし、加湿用の液としては利用することなく、そのまま一部または全量を消化槽に戻してもよい。また改質処理としてオゾン処理する場合は、オゾン処理したオゾン含有ガスと汚泥との混合流体を加湿された酸素含有ガスとして酸素含有ガス供給路から液−気エゼクタに供給することもできる。この場合排オゾンガスを酸素含有ガスとして利用することができるので、排オゾンガスの分解装置も不要となり、有利である。オゾン処理汚泥を加湿用の液として使用しないで消化槽に戻す場合、排オゾンガスは気液分離槽などでオゾンガスを分離した汚泥を戻すこともできる。
【００３１】
液−気エゼクタに供給する酸素含有ガスに加湿を行うことで、清掃頻度を延長できる。これは、加湿された酸素含有ガスによって、酸素含有ガス供給管内面に付着した汚泥の飛沫が高温に熱せられて乾燥固化することを防止できるためである。
【００３２】
改質処理汚泥を液−気エゼクタに供給したり、消化槽に戻す場合、特に消化槽が高温消化槽である場合、消化槽における発泡が激しくなる場合がある。この場合は、液−気エゼクタから吸入される酸素含有ガスとして酸素濃度が３０〜１００ｖｏｌ％、好ましくは５０〜１００ｖｏｌ％の酸素含有ガスを使用し、その酸素含有ガスの供給量が消化槽１ｍ3あたり０．１〜０．４Ｎｍ3／ｈ、好ましくは０．２〜０．４Ｎｍ3／ｈとなるように制御することにより、発泡を抑制した状態で、かつ好気性処理に必要な溶存酸素濃度を維持した状態で効率よく好気性処理を行うことができる。
【００３３】
酸素含有ガスの供給量の制御は、酸素含有ガス供給路に設けたバルブの開度を調整する方法、循環路に設けたポンプの圧送圧力または循環流量を調整する方法等の方法により行うことができる。通常上記のような酸素濃度の酸素含有ガスを上記供給量で消化槽に供給しても溶存酸素がゼロとなり微生物による好気性処理は行われなくなるが、本発明では下向管式の液−気エゼクタを使用しているので、効率よく酸素含有ガスを溶解させることができ、これにより供給量を少なくしても好気性処理に必要な溶存酸素濃度を維持した状態で効率よく好気性処理を行うことができる。
【００３４】
本発明の消化処理装置ではポンプを駆動して消化槽の汚泥を、好ましくは汚泥取出部から取り出し、循環路を通して消化槽の好ましくは曝気部に循環すると、循環汚泥は液−気エゼクタのノズルから吸入室を通してスロートに噴射され、この時の吸引力により加湿された酸素含有ガスが吸気口から吸入されて気液混相流が生成し、スロートから吐出される。このとき気液混相流は好ましくは液−液エゼクタのスロートに向けて噴射することより、その勢いを利用して吸液口から消化槽上部の汚泥を吸入し、気液混相流と混合して気泡を細分化し酸素を溶解させる。液−液エゼクタのスロートから吐出される混合流はさらに下向管を下向流で通過することにより、気泡の上昇力を利用して気泡を細分化した状態で消化槽内に放出する。気泡は消化槽内を上昇する間にも汚泥中に溶解し、液面から泡として汚泥取出部に入り、処理水とともに流出部から流出する。泡を含む処理水は次段の低負荷活性汚泥装置における曝気槽の液面上に落下させるか、またはその液面下の浅い位置に送液管を開口し、消化槽内の排ガスの排出を妨げないようにする。上記処理を連続して長時間行っても、酸素含有ガスとして加湿した酸素含有ガスを使用しているので、汚泥の固化による閉塞を抑制することができる。
【００３５】
本発明の消化処理装置では循環路の末端に液−気エゼクタを設けて気液混相流を生成させ、その吐出流を好ましくは直接液−液エゼクタに噴射して消化槽上部の汚泥を吸入して混合するため、圧力損失が少なく、気液混相流の勢いを利用して汚泥を大量に吸入して混合して酸素を溶解することができる。これによりエネルギー消費率が低く、効率よく酸素含有ガスを汚泥中に溶解することができる。従って、改質汚泥による発泡が激しい場合には酸素含有ガスの濃度および供給量を前記範囲とすることにより、酸素含有ガスの供給量を少なくして発泡を抑制し、かつ溶存酸素濃度を維持して効率よく好気性消化処理を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の汚泥の好気性消化処理装置および方法は、液−気エゼクタおよび下向管を備え、液−気エゼクタには加湿された酸素含有ガスが供給されるように構成されているので、酸素含有ガスを供給する流路の閉塞を防止し、長期間安定して効率よく好気性消化を行うことができる。
また本発明の汚泥の好気性消化処理装置および方法は、液−気エゼクタ、下向管および改質処理装置を備え、液−気エゼクタには加湿された酸素含有ガスが供給されるように構成されているので、酸素含有ガスを供給する流路の閉塞を防止し、長期間安定して効率よく好気性消化を行うことができるとともに、汚泥の消化率を向上させ、効率よく好気性消化を行うことができる。
また本発明の汚泥の好気性消化処理装置および方法は、液−気エゼクタ、下向管および改質処理装置を備え、液−気エゼクタには加湿された酸素含有ガスが供給されるように構成され、かつ酸素含有量が特定の酸素含有ガスを特定量供給するように制御しているので、酸素含有ガスを供給する流路の閉塞を防止し、長期間安定して効率よく好気性消化を行うことができるとともに、汚泥の消化率を向上させ、しかも発泡を抑制して効率よく好気性消化を行うことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は実施形態の好気性消化処理装置の系統図であり、引抜汚泥をオゾン処理した気液混合流体を加湿された酸素含有ガスとして利用する場合の例である。
【００３８】
図１において、１は消化槽であって、隔壁２により曝気部３と汚泥取出部４に区画されており、ポンプ５を有する循環路６が汚泥取出部４の底部から曝気部３の上部に連絡している。循環路６の吐出端に液−気エゼクタ７、液−液エゼクタ８および筒状の下向管９が垂直方向下向きに直結するように設けられている。
【００３９】
液−気エゼクタ７は循環路６の末端であって、消化槽１の曝気部３の液面より上方に、スロート１１の先端部が液面下に突入するように設けられる。液−気エゼクタ７は循環路６の末端に設けられるノズル１２と、このノズル１２を囲むように設けられる吸入室１３と、吸入室１３に開口する吸気口１４と、吸入室１３の先端に液面に突出するように形成されるスロート１１とから構成され、吸気口１４には酸素含有ガス供給路１５が連絡している。
液−液エゼクタ８は液−気エゼクタ７のスロート１１をノズルとし、このノズルに対向するように汚泥中に設けられるスロート１６と、ノズルおよびスロート１６間に形成される吸液口１７とから構成されている。
【００４０】
液−気エゼクタ７は循環汚泥を噴射することにより酸素含有ガスを吸入するように構成され、液−液エゼクタ８は気液混相流を噴射することにより消化槽１上部の汚泥を吸入するように構成されている。液−気エゼクタ７のノズル１２はスロート１１に対向するように上下方向の直線上に設けられ、循環汚泥の勢いを減殺しないようにされている。液−気エゼクタ７のスロート（すなわち液−液エゼクタ８のノズル）１１もスロート１６に対向するように、上下方向の直線上に設けられ、気液混相流の勢いを減殺しないようにされている。液−気エゼクタ７のスロート１１は先端を絞らないで管状の状態で開口させ、気液混相流の勢を減殺しないようにされている。液−液エゼクタ８のスロート１６は中間部に最狭部２１、吸入側および吐出側に拡管部２２、２３が形成されている。拡管部２３の吐出側には拡管した口径の下向管９が消化槽１の底部に開口するように接続されている。
【００４１】
曝気部３には汚泥供給路２５が連絡している。また汚泥取出部４の上部には隔壁２の上端より若干低い位置に開口する流出口２６が設けられ処理水路２７に連絡している。消化槽１は上部に蓋２８が設けられて実質的に密閉構造となっている。蓋２８には排ガス路２９が設けられている。
【００４２】
３１はオゾン処理装置であり、オゾンガス供給路３２が連絡するとともに、曝気部３の下部から汚泥引抜路３３が連絡し、気液混合流体路３４が酸素含有ガス供給路１５に連絡している。３５は余剰汚泥排出路、３６、３７、３８はバルブである。
【００４３】
図１の好気性消化処理装置ではポンプ５を駆動して汚泥取出部４から汚泥を取り出し、循環路６を通して消化槽１の曝気部３に循環すると、循環汚泥は液−気エゼクタ７のノズル１２から吸入室１３を通してスロート１１に噴射され、この時の吸引力により加湿された酸素含有ガスが酸素含有ガス供給路１５から吸気口１４を通して吸入されて気液混相流が生成し、スロート１１から吐出される。このとき気液混相流は液−液エゼクタ８のスロート１６に向けて噴射することにより、その勢いを利用して吸液口１７から消化槽１上部の汚泥を吸入し、気液混相流と混合して気泡を細分化して酸素含有ガスを溶解させる。液−液エゼクタ８のスロート１１から吐出される混合流はさらに下向管９を下向流で通過することにより気泡の上昇力を利用して気泡を強く撹拌し、気泡の細分化状態で下向管９の端部から消化槽１内に放出する。気泡は消化槽１内を上昇する間にも汚泥中に溶解し液面から泡として汚泥とともに隔壁２を越えて汚泥取出部４に流れる。汚泥取出部４では液面付近の処理水が泡とともに流出部２６から処理水路２７を通って流出する。曝気部３の汚泥は３０〜７０℃に維持し、高温消化処理するのが好ましい。
【００４４】
処理水路２７は、その出口において、液封部を持たないか、または液封部深さが、消化槽１内のガス（泡）の排出を妨げない範囲に制限されていることが好ましい。この場合消化槽１全体の上部が蓋２８で覆われて実質的に密閉状態になっているので、吸込まれるガスにより加圧状態となり、泡の排出が促進される。
原泥（被処理汚泥）は汚泥供給路２５から曝気部３に導入される。消化槽１内の汚泥は吸入される酸素含有ガスにより曝気を受け、微生物の作用により有機物等の被酸化成分が酸化分解される。
【００４５】
上記曝気処理と並行して汚泥のオゾン処理を行う。すなわち、汚泥引抜路３３から汚泥（槽内液）を引き抜き、この引抜汚泥をオゾンガス供給路３２から供給するオゾンガスと接触させてオゾン処理し、引抜汚泥を易生物分解性に改質する。オゾン処理した気液混合流体、すなわち排オゾンガスと汚泥との気液混合流体は、排オゾンガスを分離することなく混合状態のまま、加湿された酸素含有ガスとして気液混合流体路３４から酸素含有ガス供給路１５に供給し、吸気口１４から液−気エゼクタ７に導入する。気液混合流体だけでは吸入する酸素含有ガスが不足する場合は、バルブ３７の開度を調節して酸素含有ガス供給路１５から空気などの他の酸素含有ガスを追加供給することができる。
【００４６】
従来のように加湿されていない酸素含有ガスを使用した場合、吸入室１３で汚泥が乾燥固化して閉塞しやく、特に３０〜７０℃の高温で消化処理する場合には乾燥固化して閉塞しやすいが、図１の装置では気液混合流体を加湿された酸素含有ガスとして供給しているので、吸入室１３内付近における汚泥の乾燥固化は防止され、これにより流路の閉塞は生じなくなり、また固化物を取り除くための清掃間隔も長くなり、長期間安定して効率よく好気性消化処理を行うことができる。
また図１では、オゾン処理された汚泥が消化槽１に戻されて、再び好気性消化処理されるので汚泥の消化率は向上する。余剰汚泥が生じる場合は、余剰汚泥排出路３５から排出する。
【００４７】
また図１の装置では循環路６の末端に液−気エゼクタ７を設けて気液混相流を生成させ、その吐出流を直接液−液エゼクタ８に噴射して消化槽１上部の汚泥を吸入して混合するため、圧力損失が少なく、気液混相流の勢いを利用して汚泥を大量に吸入して混合できる。さらに混合流は下向管９で気泡の上昇力に反する方向に流れるため気泡は強く撹拌され、効率よく酸素含有ガスを溶解することができる。下向管９を出た混合流は大量の微細な気泡を含んで上昇する間に酸素含有ガスが汚泥中に溶解する。これによりエネルギー消費率が低くて効率よく酸素含有ガスを汚泥中に溶解することができる。
【００４８】
図１の装置において曝気部３での発泡が激しい場合、液−気エゼクタ７から吸入される気液混合流体中の酸素濃度が３０〜１００ｖｏｌ％、好ましくは５０〜１００ｖｏｌ％であり、その酸素含有ガスの供給量が曝気部３の容積１ｍ3あたり０．１〜０．４Ｎｍ3／ｈ、好ましくは０．２〜０．４Ｎｍ3／ｈとなるように制御することにより、発泡を抑制し、かつ効率よく好気性消化処理を行うことができる。
【００４９】
酸素濃度は酸素発生機または液化酸素ボンベ等から供給される酸素と、空気またはその他の酸素以外のガスを含む気体とを適当な比率で混合することにより調整することができる。また供給量は酸素含有ガス供給路１５に設けたバルブ３７の開度を調整したり、循環路６に設けたポンプ５の圧送圧力または循環流量を制御することにより調整することができる。
【００５０】
図１の装置では曝気部３および汚泥取出部４を蓋２８で覆っているが、曝気部３だけを蓋で覆うこともできる。
【００５１】
図２は別の実施形態の好気性消化処理装置の系統図であり、加湿装置により加湿した酸素含有ガスを液−気エゼクタに供給する場合の例である。
図２において、４１は加湿槽であり、槽内には水が満たされ、ガス導入路４２から導入する酸素含有ガスを水中に通して加湿し、この加湿した酸素含有ガスを酸素含有ガス供給路１５に供給するように構成されている。
【００５２】
またオゾン処理装置３１は、反応槽４４内上部に消泡用のスプレー４５を有し、このスプレー４５にポンプ４６を有する槽内液循環路４７が接続し、反応槽４４内の汚泥をポンプ４６により槽内液循環路４７を通してスプレー４５からスプレーし、消泡しながらオゾン処理するように構成されている。反応槽４４の下部にはオゾン処理汚泥移送路４８が接続し、オゾン処理汚泥を汚泥供給路２５を介して曝気部３に戻すように構成されている。また反応槽４４の頂部から、排オゾン処理塔５０に排オゾンガス路５１が接続し、活性炭５２と接触させて残留オゾンを分解し、排ガス路５３から排出するように構成されている。他の構成は図１と同じである。
【００５３】
図２の装置では、加湿槽４１で加湿した酸素含有ガスを吸気口１４から供給して曝気処理を行う。オゾン処理装置３１では、スプレー４５から槽内液をスプレーし、消泡しながらオゾン処理する。オゾン処理汚泥移送路４８から排オゾンガスが分離されたオゾン処理汚泥を取り出し、汚泥供給路２５を介して曝気部３に戻し、排オゾンガスは排オゾン処理塔５０で処理する。その他の処理は図１と同じである。
図２の装置によれば、吸入室１３およびスロート１１に酸性のオゾン処理汚泥が触れないため、吸入室１３およびスロート１１の腐食が起こりにくく、このため防食性の低い、より安価な材質で吸入室１３およびスロート１１を構成できるという利点がある。
【００５４】
図３および図４はさらに別の実施形態の好気性消化処理装置の系統図であり、加湿用の液により加湿した酸素含有ガスを液−気エゼクタに供給する場合の例である。
図３において５５は加湿用液路であり、酸素含有ガス供給路１５に接続し、加湿用の液として水道水を供給するように構成されている。他の構成は図２と同じである。
【００５５】
図３の装置では、加湿用液路５５から水道水を供給し、酸素含有ガス供給路１５を介して供給される酸素含有ガスと混合して、酸素含有ガス供給路１５中で加湿された酸素含有ガスを調製し、この加湿された酸素含有ガスを吸気口１４から供給する。他の処理は図２と同じである。
図３の装置によれば、加湿槽４１を省略できるという利点がある。
【００５６】
図４の装置では、汚泥引抜路３３から加湿用液路５５が分岐し、酸素含有ガス供給路１５に接続している。他の構成は図３と同じである。
図４の装置では、曝気部３から引き抜かれる引抜汚泥を加湿用液路５５から酸素含有ガス供給路１５に供給して酸素含有ガスを加湿する。他の処理は図３と同じである。
図４の装置によれば、加湿用の水道水等による消化槽１液面の上昇を考慮しなくてもよいという利点がある。
【００５７】
【実施例】
次に本発明の実施例について説明する。
【００５８】
実施例１：
図１の装置で有機性汚泥を好気性消化処理した。すなわち槽容積２０００Ｌの高温好気消化槽で、食品工場排水処理場（活性汚泥法）からの余剰汚泥を５０〜６０℃で高温好気性消化処理した。槽内液２００ｍＬ／ｍｉｎをポンプで引き抜き、汚泥ＶＳＳ当たり３重量％に相当するオゾンガス（オゾン濃度４０ｍｇ／Ｎｌ）と接触させて改質処理した。反応後の気液混合流体をそのまま、液−気エゼクタ（下向管の長さ３．５ｍ、下向管直径３６ｍｍ、ノズル直径８ｍｍ）に供給した。全給気量が１．２Ｎｍ3／ｈとなるように液−気エゼクタが生じる陰圧を用いて吸引させ、気液混合流体中の排オゾンガスで不足する分は大気を吸引させた。運転を継続すると徐々に給気路が閉塞し、気液混合流体流量が徐々に低下したが、液−気エゼクタの清掃が必要と考えられる給気量０．８Ｎｍ3／ｈまで低下する時間を測定したところ７日間以上であり、週に一回の清掃で十分であった。この際、消化槽に著しい発泡が生じたのでタービン羽根を利用した消泡装置を用いて気泡を破壊し、消泡を行った。
【００５９】
実施例２〜４：
図２〜図４の装置を用いた以外は実施例１と同じ条件で好気性消化処理を行った。液−気エゼクタには、大気１．２Ｎｍ3／ｈを吸引させ、給気量が０．８Ｎｍ3／ｈまで低下する時間を測定した。結果を表１に示す。
【００６０】
比較例１：
加湿しない空気を供給した以外は実施例２と同じ方法で行った。結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
0003744428.tif 000002
【００６２】
表１からわかるように、実施例２〜４は比較例１に比べて閉塞するまでの時間が長くなっており、加湿された酸素含有ガスを使用する効果は明らかであった。清澄な水道水を用いた実施例３より、汚泥液を用いた実施例４の方が閉塞までの時間が長くなっているが、これは外部から水道水を加える場合水面上昇という制約があるので、その制約を受ける実施例３に比べ、十分な量の消化槽汚泥を循環使用することができる実施例４の方が効果的であることを示している。一方、加湿しない酸素含有ガスを単独で供給した比較例１では、２４時間で酸素含有ガス量が低下し、毎日清掃を行う必要があった。
【００６３】
参考例１：
液−気エゼクタを使用しないで、次の１）〜８）の条件で好気性消化処理を行った。
１）供給汚泥の種類：食品工場排水処理場（活性汚泥法）から排出される余剰汚泥を遠心濃縮したもの
２）供給汚泥濃度：ＭＬＳＳ濃度３５０００〜４２０００ｍｇ／Ｌ
３）供給汚泥量  ：１５０Ｌ／ｄを消化槽に投入
４）消化槽容量  ：２０００Ｌ
【００６４】
５）オゾン処理：消化槽内液２００ｍＬ／ｍｉｎを連続的に引き抜き、硫酸でｐＨ３．０〜３．５に調整後オゾン処理し、消化槽に戻した。オゾンの注入量は３重量％−オゾン／ＶＳＳとした。
６）汚泥の馴養：上記の条件で消化槽１ｍ3あたりの排オゾンガスの流量を０．１８Ｎｍ3／ｈ、酸素濃度９０ｖｏｌ％として、６０日間馴養運転を行った後、条件を変更して比較試験を行った。
７）汚泥の減量性能：一定量の汚泥を引き抜き、遠心濃縮機で遠心分離した上澄液を廃棄し、原泥の投入に伴う水位上昇と相殺させた。この際生じる濃縮汚泥は消化槽に返送した。消化槽に投入された汚泥の積算量と、廃棄した上澄液に含まれるＳＳ分の積算量から計算される汚泥減量率は９５％以上であった。
【００６５】
８）著しい発泡の有無の判定基準：装置のフリーボード高さ（液面から装置上縁までの高さ）をこの種の消化槽の典型値である７００ｍｍとし、発泡を機械的に破壊する装置は特に設けずに、泡が装置上縁を越えて溢流するか否かを、著しい発泡の有無の判定基準とした。
【００６６】
図１に示した装置を使用し、ただし液−気エゼクタを使用せず、代わりに設置した通常の散気管に酸素含有ガスを吹き込むことによって曝気を行った。またオゾン処理した汚泥は別途設けた気液分離槽で排オゾンガスと分離した後、消化槽に戻した。結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
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【００６８】
表２の結果からわかるように、通常の散気管を使用した場合、消化槽１ｍ3あたりの給気量を０．４Ｎｍ3／ｈ以下にした場合に、著しい発泡を回避することができた。ただし、消化槽のＤＯ（溶存酸素濃度）をゼロにしないためには、酸素含有ガスの酸素濃度を９０ｖｏｌ％にする必要があった。
【００６９】
実施例５：
図１に示した装置で消化処理を行い、参考例１と同じ条件で消化処理を行った。ただし、オゾン処理した汚泥は気液分離を行わず、排オゾンガスに含まれる酸素を用いて曝気を行った。排オゾンガスの流量と、酸素濃度を変化させて試験を行った。消化槽に供給される排オゾンガスの流量は、オゾンガスの原料となる酸素含有ガスの流路に設けたバルブを用いて調節した。酸素濃度は酸素発生機から発生する９０％酸素ガスと空気を混合したものをオゾンガスの原料とし、原料ガスに占める空気の割合を変えることにより調節した。結果を表３に示す。
【００７０】
【表３】
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【００７１】
表３の結果からわかるように、液−気エゼクタを使用した場合にも、消化槽１ｍ3あたりの給気量を０．４Ｎｍ3／ｈ以下にした場合に、著しい発泡を回避することができた。ただし、ｒｕｎ２−３の条件では消化槽の溶存酸素濃度がゼロとなり、槽が嫌気状態となって汚泥の分解速度が低下する恐れがあった。ｒｕｎ２−４，ｒｕｎ２−５のように、供給するガスの酸素濃度を３０ｖｏｌ％以上に上げることにより、嫌気状態の発生を防止することができた。なお、参考例１と実施例５との比較により、本発明を実施して発泡を抑制しつつ消化槽を好気的に保つには、酸素溶解効率の優れた液−気エゼクタの使用が有利であり、空気より高い酸素濃度のガスを使用しなくても本発明を実施することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施形態の好気性消化処理装置の系統図である。
【図２】  図２は本発明の別の実施形態の好気性消化処理装置の系統図である。
【図３】  図３は本発明のさらに別の実施形態の好気性消化処理装置の系統図である。
【図４】  図４は本発明のさらに別の実施形態の好気性消化処理装置の系統図である。
【符号の説明】
１  消化槽
２  隔壁
３  曝気部
４  汚泥取出部
５  ポンプ
６  循環路
７  液−気エゼクタ
８  液−液エゼクタ
９  下向管
１１、１６  スロート
１２  ノズル
１３  吸入室
１４  吸気口
１５  酸素含有ガス供給路
１７  吸液口
２１  最狭部
２２、２３  拡管部
２５  汚泥供給路
２６  流出口
２７  処理水路
２８  蓋
２９  排ガス路
３１  オゾン処理装置
３２  オゾンガス供給路
３３  汚泥引抜路
３４  気液混合流体路
３５  余剰汚泥排出路
３６、３７、３８  バルブ
４１  加湿槽
４２  ガス導入路
４４  反応槽
４５  スプレー
４６  ポンプ
４７  槽内液循環路
４８  オゾン処理汚泥移送路
５０  排オゾン処理塔
５１  排オゾンガス路
５２  活性炭
５３  排ガス路
５５  加湿用液路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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