(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥に含まれる微生物の細胞壁を破壊して汚泥を可溶化する生物汚泥の処理装置であって、
汚泥と撹拌用気体とを攪拌して微生物の細胞壁に物理的に損傷を加える静止型混合器を有し、
該静止型混合器が、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設され、該複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたことを特徴とする生物汚泥の処理装置。
【請求項２】
前記撹拌用気体が空気であることを特徴とする請求項１に記載の生物汚泥の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥に含まれる微生物の細胞壁を破壊して汚泥を可溶化する生物汚泥の処理方法及び処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性排水の生物処理方法として多用されている活性汚泥法では、大量の余剰汚泥が発生し、その余剰汚泥は脱水及び焼却などの中間処理の後に埋立処分されるが、その処分量を削減するために汚泥を減容化する技術が種々提案されている。例えば超音波法、酸化還元反応法、水熱法、ミル粉砕法、高速回転ディスク法などがあり、これらの方法では、化学的あるいは物理的なプロセスで汚泥に含まれる微生物の細胞壁を破壊して細胞中の有機物を放出させるようにしており、この汚泥の可溶化により改質された汚泥を生物処理工程に返送して処理することで、最終的に焼却・埋立処分される汚泥量を削減することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような汚泥の可溶化処理はいずれも効率が良いとは言い難く、処理能力を高めるために大規模な設備を必要としたり、設備構成が煩雑化したりするなどして、イニシャルコスト及びランニングコストが嵩む難点を有している。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、汚泥の可溶化処理の効率を簡易な構成で向上させることが可能なように構成された生物汚泥の処理方法及び処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、請求項１に示すとおり、汚泥に含まれる微生物の細胞壁を破壊して汚泥を可溶化する生物汚泥の処理装置において、汚泥と撹拌用気体とを攪拌して微生物の細胞壁に物理的に損傷を加える静止型混合器を有し、この静止型混合器が、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設され、この複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたものとした。特に前記撹拌用気体が空気であると良い。
【０００９】
これによると、所要の圧力及び流速で汚泥と撹拌用気体とを静止型混合器に導入することで、汚泥と撹拌用気体との混合物に激しい乱流を発生させ、これに伴って生じる圧力変動による衝撃作用により物理的に微生物の細胞壁に損傷を加える現象が顕著に生起し、これにより微生物の細胞壁の破壊を促進して、可溶化処理の効率を飛躍的に高めることができる。さらに閉鎖系で連続運転することができるため、臭気を抑制する利点も得られる。この場合、静止型混合器内で適切な攪拌処理が行われるように、所要の流速及び圧力を確保することが必要で、これにはポンプ圧送する構成とすれば良い。また、汚泥を静止型混合器とタンクとの間で循環させながら静止型混合器の上流側で汚泥中に撹拌用気体を注入して撹拌する構成とすると良い。特に撹拌用気体に費用を要しない空気を用るようにすると、処理を低コストに行うことができ、例えば可溶化処理をオゾンで行う場合には、その必要量を大幅に削減することができる。
【００１０】
前記静止型混合器においては特に、一対の抵抗体が概ねハ字形状をなすように筒状体の互いに対向する内周面から舌状に突出され、かつその一方の抵抗体が筒状体の中心線と交差するように他方より長尺に形成された抵抗体エレメントを有し、この抵抗体エレメントは、複数のものが周方向に順次所定角度ずつずらしながら軸線方向に列べて内部に挿設された構成とすると良い。
【００１１】
これによると、抵抗体が舌状をなすことから、抵抗体に衝突した流れは抵抗体の周囲に多方向に分散され、抵抗体の背面側で巻き込みによる渦流（伴流）が生じ、この抵抗体による流通流体の衝突、分散並びに巻き込みが次々と繰り返されることで、強力な乱流が発生して流通流体が激しく撹拌される。さらに、抵抗体エレメントを流れ方向に沿って周方向に所定角度ずつずらしながら配置することで、筒状体の中心線と交差するように長尺に形成された抵抗体が全体として螺旋状に配置され、その作用によって流通流体に筒状体の中心線を中心とした旋回流が発生し、下流部で継続して撹拌が行われる。
【００１２】
その上、抵抗体を流れに逆らわないように下流側に傾斜した状態で筒状体の内周面から突出させた単純な構成であるため、繊維状あるいは粒子状の固形物が引っかかったり堆積したりするところがなく、固形物を大量に含む汚泥でも目詰まりを起こすことなく安定して撹拌処理を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明による生物汚泥の処理装置の概略構成を示す模式図である。この処理装置は、汚泥とオゾンガスとを接触させて汚泥に含まれる微生物の細胞壁を破壊して汚泥を可溶化する可溶化処理部１と、この可溶化処理部１の前段で汚泥と空気とを接触させる前処理部２とを有している。可溶化処理部１ではオゾンガスが撹拌用気体として用いられており、前処理部２では空気が撹拌用気体として用いられている。
【００１５】
前処理部２は、処理すべき汚泥が送り込まれるタンク３と、汚泥と空気とを撹拌する静止型混合器４と、タンク３から汚泥を引き抜いて静止型混合器４に送り込むポンプ５とを有し、静止型混合器４から送り出された汚泥がタンク３に戻され、タンク３と静止型混合器４との間で汚泥を循環させながら、静止型混合器４で所要の時間に渡って連続的に汚泥と空気とが撹拌される。これにより、汚泥中の微生物の細胞壁に物理的に損傷を加えて、可溶化処理部１でのオゾンガスによる化学的な細胞破壊作用を促進する。ここでは、加圧された空気が静止型混合器４の上流側で汚泥中に注入される。
【００１６】
さらにこの前処理部２では、空気中の酸素と汚泥との接触により還元性物質の除去処理が可能である。例えば糞尿系汚泥のように硫化水素などの還元性物質を多く含む汚泥において、オゾンと汚泥との接触処理に先立って、空気曝気で汚泥中の還元性物質を除去することにより、可溶化処理工程で還元性物質によりオゾンが大量に消費されることを避け、高コストなオゾンを細胞破壊に有効に利用して、オゾンの必要量を削減することができる。
【００１７】
可溶化処理部１は、前処理部２のタンク３から引き抜いた汚泥が導入されるタンク６と、汚泥とオゾンガスとを撹拌する静止型混合器７と、タンク６から汚泥を引き抜いて静止型混合器７に送り込むポンプ８とを有し、静止型混合器７から送り出された汚泥がタンク６に戻され、汚泥をタンク６と静止型混合器７との間で循環させながら、静止型混合器７で所要の時間に渡って連続的に汚泥とオゾンガスとが撹拌される。これにより、汚泥中の微生物の細胞壁に物理的に損傷を加えると同時に、オゾンの酸化力により微生物の細胞壁を破壊して生物分解しやすい汚泥に改質する。ここでは、オゾンガス発生器９からのオゾンガスがポンプ８の上流側で汚泥中に注入され、オゾンガスを高圧で供給する必要がない。この場合、ポンプ８に吸い込み気体による流路閉塞を招かない特性のものが使用される。
【００１８】
さらにこの処理装置は、可溶化処理部１の後段に、可溶化処理部１のタンク６から引き抜いた汚泥が導入されるタンク１０と、汚泥とオゾンガスとを撹拌する静止型混合器１１と、タンク１０から汚泥を引き抜いて静止型混合器１１に送り込むポンプ１２とを有している。タンク１０では、所要の時間に渡って汚泥が滞留し、微生物の細胞破壊で放出された有機物を含む改質汚泥が引き抜かれて原水槽または調整槽に返送され、再度生物処理される。他方、微生物の細胞破壊で分離された細胞壁などの沈降性固形物がタンク１０の底部に沈殿し、この沈殿物は前処理部２に返送するか、あるいは脱水機に送って脱水処理された後、焼却処理される。静止型混合器１１でのオゾンガスとの撹拌処理は、前処理部２に返送した後の再処理の効率を高め、また脱水機に送った際の脱水効率を高める。
【００１９】
図２は、図１に示した静止型混合器の要部を示す斜視図である。この静止型混合器は、円筒状のケーシング２０内に多数の抵抗体エレメント２１を挿設してなっている。この抵抗体エレメント２１は、円形断面をなす筒状体２２の互いに対向する内周面から第１・第２の一対の抵抗体２３・２４がそれぞれ中心部に向けて舌状に突出されたものであり、筒状体２２が連続して流路を形成する。
【００２０】
抵抗体２３・２４は、共に下流側に向けて傾斜した状態でハ字形状に配置されており、両抵抗体２３・２４間に所要の間隔が確保されるように軸線方向にずらして設けられている。図３及び図４に併せて示すように、上流側の第１の抵抗体２３は筒状体２２の中心線と交差しないように短尺に、下流側の第２の抵抗体２４は筒状体２２の中心線と交差するように長尺に形成されている。
【００２１】
筒状体２２の軸線方向の端部には、隣接するものに対して４５度ずつずらして結合されるように凹凸が形成されている。また、軸線方向に沿った分割線により一対の抵抗体２３・２４がそれぞれ形成された２つの分割体２２ａ・２２ｂに分割可能になっている。これにより製造を容易にすると共に、表面に付着した障害物を簡単に除去することができる。
【００２２】
このようにしてなる抵抗体エレメント２１は、ケーシング２０内に挿設するにあたり、図５中に想像線で示す直前の抵抗体エレメント２１に対して周方向に４５度ずらして配置される。以下、後続の抵抗体エレメント２１もそれぞれ、直前のものに対して４５度ずつ同一方向にずらして配置され、最初の抵抗体エレメント２１に対してはそれぞれ、周方向に４５度、９０度、１３５度、１８０度といった角度位置となる。したがって、全体として見ると、ハ字形状に対をなす抵抗体２３・２４がそれぞれ、抵抗体エレメント２１のずらし角度に応じたリード角をもって螺旋を描くように配置される。
【００２３】
このため、流体が内部に導入されると、最初の抵抗体エレメント２１の抵抗体２３・２４に相対する流れはこれらの抵抗体２３・２４に衝突して周囲に分散され、これらの抵抗体２３・２４に相対しない流れもショートパスすることなく下流側の抵抗体エレメント２１の抵抗体２３・２４のいずれかに衝突して多方向に分散され、内部に強力な乱流が発生する。
【００２４】
このようにして、静止型混合器に導入されたオゾンガスや空気などの撹拌用気体と汚泥との混合物に激しい乱流が発生し、これに伴って生じる圧力変動による衝撃作用により物理的に微生物の細胞壁に損傷を加える現象が顕著に生起する。
【００２５】
さらに、静止型混合器内では、強力な乱流による撹拌作用でオゾンガスや空気の微細気泡が高密度で生成して接触効率が大幅に高められる。しかもその微細気泡が粗大化することなく持続するため、静止型混合器から送り出された後にタンク内で継続して汚泥の液層中へのオゾンや酸素の溶解が進行し、気液接触反応が促進される。すなわち、可溶化処理部１ではオゾンによる化学的な細胞破壊を促進し、前処理部２では空気中の酸素による汚泥中の還元性物質の除去を促進することができる。特に、可溶化処理部１でのオゾンの利用効率を飛躍的に高めることができるので、オゾンの消費量を大幅に削減することができる。このため、オゾンの供給装置が小容量のもので済み、しかも系内に導入されたオゾンの略全量が細胞破壊などの化学反応に使われることになり、排ガスが殆ど生じないことから排ガス処理装置が不要になる。
【００２６】
なお、以上の説明では、オゾンによる化学的な可溶化処理の例を示したが、本発明による細胞壁損傷処理は、このような構成に限定されるものではなく、種々の可溶化処理、例えば公知の超音波法、酸化還元反応法、水熱法、ミル粉砕法、高速回転ディスク法などと組み合わせて実施することが可能である。また、本発明による処理方法は、活性汚泥法での余剰汚泥の他、浄化槽汚泥など微生物を多量に含む種々の汚泥に適用することができる。
【００２７】
【実施例】
前記構成の処理装置を製作して実際に各種の汚泥の可溶化処理を行ったところ、前処理部２でのタンク３と静止型混合器４との間の循環運転に１時間、可溶化処理部１でのタンク６と静止型混合器７との間の循環運転に３０分、タンク１０での静置に３０分、合計２時間に渡る処理で、タンク１０から沈殿物として回収される最終的な汚泥量から求められる減容率が平均で７０％に達し、極めて高効率な処理が可能であることが実証された。また、可溶化処理部１での汚泥のＣＯＤ値が早期に大幅な上昇を示すことから、前処理部２における空気との撹拌で微生物の細胞壁に大きな損傷が加えられ、オゾンによる化学的な細胞破壊作用とは別に物理的な細胞損傷作用が静止型混合器を用いた撹拌処理で顕著に生起することを確認することができた。
【００２８】
【発明の効果】
このように本発明によれば、所要の圧力及び流速で汚泥と撹拌用気体とを静止型混合器に導入することで、汚泥と撹拌用気体との混合物に激しい乱流を発生させ、これに伴って生じる圧力変動による衝撃作用により物理的・機械的に微生物の細胞壁に損傷を加える現象を顕著に発生させて、可溶化処理の効率を飛躍的に高めることができ、汚泥の減容化処理のイニシャルコスト及びランニングコストを削減する上で大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による生物汚泥の処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した静止型混合器の要部を示す斜視図である。
【図３】図２に示した抵抗体エレメントを示す断面図である。
【図４】図２に示した抵抗体エレメントを上流側から見た正面図である。
【図５】図２に示した抵抗体エレメント相互の配置状況を説明するための図４と同様な正面図である。
【符号の説明】
１  可溶化処理部
２  前処理部
３  タンク
４  静止型混合器
５  ポンプ
６  タンク
７  静止型混合器
８  ポンプ
９  オゾンガス発生器
１０  タンク
１１  静止型混合器
１２  ポンプ
２１  抵抗体エレメント
２２  筒状体
２３・２４  抵抗体
【図１】
0003789096.tif 000002
【図２】
0003789096.tif 000003
【図３】
0003789096.tif 000004
【図４】
0003789096.tif 000005
【図５】
0003789096.tif 000006