CN1490265A - 污泥减容装置、方法及使用它们的排水处理装置和方法 - Google Patents

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稻叶英树
之
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Abstract

在排水处理装置的污泥减容装置3中，作为被处理液W′供给到的污泥处理部，由轴35相连结并且具有多个孔的多孔板组33在筒状的容器31内被设计成同轴状，从气体供给源11供给空气等气体Go。从固液分离槽2抽出的活性污泥S在污泥减容装置3内通过多孔板33的上下运动而被搅拌混合。因此，氧气等的溶解速度提高，菌体的氧化分解反应得到促进。其结果是活性污泥的溶液化得到促进，能够防止剩余污泥的产生。

Description

污泥减容装置、方法及使用它们的排水处理装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对有机性排水等进行生物处理的污泥减容装置、污泥减容方法和使用它们的排水处理装置、排水处理方法。
背景技术
以往，下水、工业废水等有机性排水(废水、污水)的处理方法中，作为代表性方法经常使用活性污泥法。通过这种方法的生物处理中，随着废水中有机物的处理，生成大量的剩余污泥。该剩余污泥通常被脱水处理后便原封不动地被填埋或废弃，或被焚烧处理。但是，近年来废弃物的处理场所不足、燃烧生成的二噁英等有害的有机氯化物等已成为严重问题，减少剩余污泥的排放量或确立剩余污泥的减容技术已成为了当务之急。
为了应对该要求，已经采用或提出了将下述剩余污泥减容方法进行组合的排水处理方法：(1)利用厌氧性微生物使污泥溶液化的所谓厌氧性消化的方法；(2)污泥中添加酸或碱等使其溶液化的方法；(3)通过臭氧氧化而使污泥溶液化的方法；(4)利用好氧性微生物所具有的溶菌作用而使污泥分解、溶液化的方法。
发明内容
但是，这些以往的污泥减容方法，存在以下所示的问题。即，使用所述(1)的厌氧性消化作为污泥减容方法的排水处理方法，在抑制能量消耗及生成沼气等有用副产物方面是有利的，但由于消化反应的反应速度慢，因此剩余污泥的处理效率变得极差。又，在这种情况下，需要使用大型的反应槽延长污泥在反应槽中的滞留时间，装置设备的大型化，有可能带来经济效益性的恶化。使用所述(2)的添加酸或碱等的方法，需要大量药剂及它们的供给系统，经济性也并不理想。
另一方面，使用所述(3)的臭氧氧化的方法虽然不需要大量药剂和热源等，但是，一般的臭氧氧化槽只是将臭氧吹入水槽的简单装置，很难说其臭氧的利用效率高。为了改善臭氧的利用率，考虑使用散气板等供臭氧微细气泡的方法，但是在这种情况下，散气板容易发生网眼堵塞，因此需要频繁地对其进行维修。
另一方面，使用所述(4)的好氧微生物的方法，虽然不需要大量的药剂和臭氧气体，但是需要大型的处理槽，其结果是排水处理装置或设备整体的规模增大。又，如果使用好热性菌体作为微生物，在加热状态(例如50～70℃)下进行处理，由于其溶菌作用，污泥的溶液化效率得以提高，并且由于加热可以期望获得污泥的热变性效果。
但是，随着温度的升高，氧气的溶解效率进一步降低，有可能与所述有用的效果相抵消。另外，为了防止该溶解效率的降低而通入大量的气体(空气)，则不利之处在于向外部的放热量增大，用于加热及保温的热能被损失掉。
本发明针对所述情况，其目的是提供一种污泥减容装置、污泥减容方法及使用它们的排水处理装置、排水处理方法，使得在进行有机性排水处理等时，不仅消除了能源消耗量增大的以往的不利因素，而且减少了剩余污泥的生成或对生成的剩余污泥进行有效的减容化成为可能。
为了实现所述目的，本发明的污泥减容装置包括污泥处理部和气体供给部，其中，污泥处理部含有活性污泥并且液体成分中BOD不足50mg/L的被处理液；使被处理液中产生乱流而对被处理液进行搅拌，致使对于该被处理液的氧气移动效率达到20％以上。供给部与该污泥处理部相连接，且将氧气(O2)、臭氧(O3)、或过氧化氢(H2O2)气体供给到污泥处理部。
另一方面，本发明的污泥减容方法包含气体供给工序和污泥处理工序，其中，气体的供给工序是将氧气(O2)、臭氧(O3)或过氧化氢(H2O2)供给到含有活性污泥且液体成分中BOD不足50mg/L的被处理液中的工序，污泥处理工序是气体供给到被处理液中产生乱流而进行搅拌的工序，其中对被处理液的氧气移动效率达到20％以上，优选为25％以上，特别优选为30％以上。本发明中所说的“氧气移动效率”是指将20℃的空气供给到氧气浓度为0mg/L的清水中时被溶解的氧气量与供给氧气总量间的比率。
在该污泥减容装置、方法中，氧气、臭氧或过氧化氢被供给到被处理液中，与被处理液中的用于有机性排水等的生物处理的活性污泥混合。通常，在有机性排水等的生物处理中，例如在活性污泥槽、生物处理槽、反应槽等主工序中的排水处理中使用的污泥，其营养成分丰富，能够使菌体增殖，液体成分中BOD(生化需氧量)显示出较高的值。对此，本发明以作为剩余污泥排放的被处理液为处理对象，即比用于生物处理的污泥活性低，且液体成分中BOD不足50mg/L。
另外，利用供给氧气等气体后的被处理液中产生的乱流，对被处理液进行搅拌混合，使对被处理液的氧气移动效率达到20％以上。因此，转移到被处理液的具有氧化能的化学种将菌体氧化分解，促进了污泥的溶液化。此时，如果氧气移动效率不足20％，即使对于富营养价低的被处理液，难于以理想的处理效率实现污泥的溶液化，也难于达到所期望的减容化率。
又，如果被处理液中存在嗜热性好氧菌是较好的。如果将添加了嗜热性好氧菌的被处理液在加热或加温状态(例如50～70℃)下进行处理，由于其溶菌作用，污泥的溶液化效率提高，并且即使在加温状态下，可以得到有机物分解能，不仅实现体积减少，而且提高COD(化学需氧量)的减低效果。又，如果升高处理温度，氧气等氧化因子的溶解效率容易降低，以往为了防止该溶解效率的降低，采取了通入大量气体(空气)的方法等，但这会导致热能的浪费。与此相对，本发明由于乱流引起的搅拌，使氧气移动效率维持在高位，因此抑制了曝气量(通气量、充气量)的增大。
具体来讲，优选是通过隔断被处理液中的气泡流或液流，或者，使气泡流或液流改变方向的方法。这样通过隔断气泡流或液流或使其变向，被处理液的液流中至少一部分被搅乱，即被处理液的液流的一致性被搅乱，因此产生乱流。
为了将该被处理液中的气泡流或液流隔断，可以在构成污泥处理部的容器内设置搅拌部，且搅拌部由在厚度方向上有多个通孔的多个多孔板构成。特别地，更优选地，在多个多孔板的至少一个多孔板形成的多个孔中至少一个的第1孔和在与其多孔板相邻的其它多孔板上形成且位于距离第1孔最短距离的第2孔设计为非同轴状。具体地说，在多个多孔板中，在相邻的两个多孔板上形成的多个孔可以配置成交错格子状(交错模样状、交错步履状)。
又，本发明的排水处理装置为使用以上本发明的污泥减容装置的排水处理装置，其构成包含有机性排水的供给部；用活性污泥对该有机性排水进行生物处理的生物处理部；与该生物处理部相连接的，对从生物处理部排放的处理后的水和活性污泥进行分离的固液分离部；其构成可以将在固液分离部中被分离的所述活性污泥的至少一部分返送到所述污泥处理部中。
另一方面，本发明的排水处理方法为使用所述本发明的污泥减容方法的排水处理方法，其包含用活性污泥对有机性排水进行生物处理的生物处理工序和将在该有机性排水的生物处理工序中得到的处理后的水与该活性污泥进行分离的固液分离工序；并且所述供给工序可以是将在该固液分离工序中分离的活性污泥的至少一部分返送到所述污泥处理部中的供给工序。
如上所述的方法，可以抑制在有机性排水的处理中剩余污泥的生成。
附图说明
图1简要表示本发明的排水处理装置的第1实施形态的构成图；
图2表示污泥减容装置3内部构造的简要断面图(局部构成图)；
图3表示其关键部分的斜视图；
图4表示其多孔板组33一部分的简要断面图；
图5～图7分别简要表示本发明的排水处理装置的第2实施形态～第4实施形态的构成图。
图8～图11分别表示其他污泥减容装置300、310、320、330的简要断面图(局构成图)。
图12简要表示本发明的排水处理装置的其他实施形态的构成图。
具体实施方式
以下对本发明的实施形态进行详细地说明。用同一符号表示同一要素，不再重复说明。又，上下左右等位置关系并无特别限定，以图面所示位置关系为基础。且图面的尺寸比例并不限于图示的比例。
图1为简要表示本发明的排水处理装置的第1实施形态的构成图。排水处理装置10包含生物处理槽1(生物处理部)和固液分离槽2(固液分离部)，其中，作为有机性排水的原水W通过配管管线(以下称为管线)L1被供给到生物处理槽1，固液分离槽2通过管线L2与该生物处理槽1连接。该生物处理槽1含有活性污泥，其内部设置有与鼓风机V相连接的散气管等曝气机1a。空气等含有氧气的气体通过曝气机1a从鼓风机V被供给到生物处理槽1内。又，生物处理槽1与固液分离槽2还通过管线L4相连接。
又，本发明的污泥减容装置3(污泥处理部)通过管线L5与固液分离槽2连接。通过空气管线L20气体供给源11(气体供给部)与该污泥减容装置3连接，气体供给源11贮存或产生空气等含有氧气的气体或含有臭氧的气体Go。
图2表示该污泥减容装置3构成的简要断面图。该污泥减容装置3的两端被封闭为近似气密，形成近似圆筒形状的处理槽31(污泥处理槽)，在处理槽31内设置有沿其中心轴延伸的轴35。轴35的上端与设置于处理槽31顶部的驱动部39内的发动机机械相连。另一方面，轴35的下端在处理槽31的内部为自由状态，通过驱动部35的运转，沿图示箭头A方向(即垂直方向)以一定周期及一定行程上下移动。在该轴35中，多个圆盘状多孔板33n(下标n表示任意位置)在近似同轴方向上以所定间隔被固定，从而构成了多孔板组33(搅拌部)。
处理槽31的底部与管线L5的端部相连接，被处理液W′被供给到处理槽31的下部。另一方面，管线L10与处理槽31的上部壁相连接，处理完的液体从处理槽31的上部返回到生物处理槽1中。此外，与气体供给源11相连接的管线L20与处理槽31的底部连接。
这里对污泥减容装置3的搅拌部33的具体构成进行说明。图3表示污泥减容装置3的关键部分(即搅拌部33)的斜视图，其表示了作为搅拌部的多孔板组33的一部分。又，图4表示多孔板组33一部分的简要断面图。如两图所示，在各多孔板33n中沿其厚度方向形成有多个通孔Hn。又，任意位置的多孔板33n被配置成，使得相邻的多孔板33n-1及33n+1和设置于各多孔板33n-1、33n、33n+1的孔Hn-1、Hn、Hn+1的水平方向的位置不一致。
换言之，多孔板组33被配置成使得形成于任意多孔板33n的多个孔Hn(第1孔)和形成于与其相邻的上下多孔板33n-1、33n+1的多个孔Hn-1、Hn+1(第2孔)，其各自的平面位置不同。即，使孔H的中心(轴)位置相互不同，在相邻的多孔板33n上配列成交错格子状(交错模样状、交错足状)。进一步说，在多个多孔板33n中，任意选择的相邻配置的两个多孔板33n中，形成于一个多孔板33n的孔Hn(第1孔)和形成于另外的多孔板33n-1、n+1上的孔Hn-1、n+1中的位于与该第1孔相隔最短距离的孔(第2孔)设计为非同轴状(若通孔为圆形，则是非同心状)。
这些孔的配列间隔(设置间隔)可以为对于所有的孔均使其保持一定的间隔，或根据多孔板33上孔的位置进行适宜且任意地调整。此外，多孔板33的材质、孔径、孔数量、孔配置等并无特别限定。
以下使用这样构成的排水处理装置10的本发明的排水处理方法的一实施形态进行说明。首先，在通过管线L1将有机性排水的原水W供给到生物处理槽1，同时，运转鼓风机V，将空气等供给到生物处理槽1中，对作为原水W和活性污泥混合液的被处理水Wk搅拌曝气同时，进行好氧处理(生物处理工序)。
随后，通过管线L2将被处理水Wk移送到固液分离槽2中，分离成液体态的处理后的水Ws和固态的活性污泥S(固液分离工序)。该处理后的水Ws通过管线L3作为澄清水被取出到外部。另一方面，从固液分离槽2的底部抽出将与处理后的水Ws分离的活性污泥S，其一部分作为返送污泥通过管线L4返送到生物处理槽1中。
另一方面，作为将固液分离槽2中分离的活性污泥S的剩余部分浓缩后的剩余污泥，其通过管线L5供给(导入)到污泥减容装置3的处理槽31的下部。在供给活性污泥S的同时或处理槽31内的污泥量达到一定液量后，从气体供给源11向处理槽31内的下部供给气体Go。又，通过运转驱动装置M，使轴35上下运动，从而使多个多孔板33上下来回运动。此时的驱动周期及驱动行程并无特别限制，例如可以分别为几rpm～几百rpm、几cm及～几十cm。
通过多孔板33这样地上下运动，在多孔板33间连续形成含有气体Go的混相状态的涡流。具体说，如图4所示，含有空气等微细气泡的气液固相的混相流通过多孔板33n的孔Hn向上流动，其流动被位于上方的多孔板33n-1隔断或遮蔽，一部分改变方向向下。因此，该位置的上升流与下降流复杂地混合，其流动被搅乱，连续形成含有涡流等的乱流状态。该状态在各多孔板33n的各孔Hn附近部位产生，使得被处理液W的搅拌和混合充分地进行。
又，当通过设置在多孔板33n的孔Hn时，产生流速极大的喷射流之类的高速流。因此，在处理槽31内，通过激流实现了近似完全搅拌混合状态。从而空气等的气泡变得极其微细。
其结果，从气泡到液相或从液相到活性污泥S的氧气或臭氧的移动速度(效率)急剧增大。举例来说，此时氧气移动容量系数KLa达到400h-1。而且氧气移动效率达到20％以上，有时甚至达到80％以上。与此相对，在以往通常使用的曝气槽中，一般KLa不足10h-1，氧气移动效率不足10％。即，气体Go中的氧气或臭氧在液相的溶解效率与以往相比明显增高，实现了极高的BOD负荷。因此，构成活性污泥S的微生物菌体的氧化分解反应的效率显著提高，可以以高效率实现活性污泥S的溶液化(污泥处理工序)。
又，根据本发明者们的发现，由于在该污泥减容装置3内氧气或臭氧的高移动效率可以在从低温区域到高温区域的宽温度范围内实现，因此不受温度条件的左右，即使气体Go向处理槽31中的供给量(曝气量)少，也可以抑制活性污泥S溶液化率的降低。因此可以减少气体Go的供给量，进而可以减少由于气体Go而向污泥减容装置3的外部放出的热量，即可以减少放热量。其结果，当在污泥减容装置3中设置热源，对处理槽31内的活性污泥S加温或加热时，可以使热能的消耗量降低，实现能量的节约。
又，由于在污泥减容装置3内活性污泥S与气体Go的搅拌和混合进行得十分充分，因此溶解的氧气或臭氧和构成活性污泥S的微生物菌体的接触频率(概率)、接触时间、接触量等显著增大。而且，多孔板33间的强高速流产生的剪切力、在多孔板33间产生的反复压缩及膨胀所引起的气蚀效果使机械破碎微生物菌体细胞得以实现。因此，这样进一步促进了微生物菌体的氧化分解反应，活性污泥S的溶液化也逐渐增进。
又，由于多孔板33的周围被处理槽31内壁所覆盖，因此强制性地抑制了所述气液两相流和固液两相流沿多孔板33的径向(向外周的方向)扩散或散发。因此，混相流的流压值不仅不降低反而升高，活性污泥S与气体Go进一步被强力搅拌混合。因此，优点在于活性污泥S的溶液化进一步增强。
又，如果在处理槽31的被处理液W中，存在例如属于杆菌属细菌之类的好热菌或嗜热性好氧菌等菌体，通过加热被处理液W，利用构成活性污泥的主菌体的热变性效果，可以充分地抑制其增殖，并且利用嗜热性好氧菌的溶菌作用，可以提高该活性污泥的溶液化效率。因此，与以往相比，无机化污泥的比例提高，也可以使COD成分充分降低。在这种情况下，优选将贮存该嗜热性好氧菌的菌体添加部(未图示)与管路L5或处理槽31连接，或在生物处理槽1等中预先添加。
伴随着该污泥减容装置3内活性污泥S的充分溶液化，微生物菌体变为水、二氧化碳、其他低级烃、有机酸等，通过管线L10将含有这些的液体(溶液)移送到生物处理槽1中。这些有机成分，特别是BOD成分在生物处理槽1中的污泥处理中成为营养成分，被循环使用到生物处理中。
这里，在污泥减容装置3内的污泥处理工序中，优选是在满足式(1)所表示关系的前提下对活性污泥S进行处理。
E＝Sinb1+E(1-α)ab2-βX              (1)
其中，E表示污泥减容装置3中活性污泥S的溶液化量，Sin表示供给到生物处理槽1中的原水W中的有机物量，α表示在供给到污泥减容装置3的活性污泥S中被完全氧化的活性污泥S的比例，a表示返送到生物处理槽1的活性污泥S对于有机物的换算系数，b1表示原水W中所含有的有机物对于活性污泥S的转换率，b2表示污泥处理工序中溶液化，在溶液化下被处理液中溶解出的有机物对于活性污泥S的转换率，β表示污泥自身的分解系数，X表示生物处理槽1中的污泥量。其中，β值小时，可以忽略βX项。
对于剩余污泥向体系外的排放量，则极力要求其为少量，理想的状态是零排放量。因此，假定为该理想条件，则活性污泥S中菌体浓度(这里记为MLVSS浓度)满足式(2)中所示的关系。
Vdx/dt＝V(dx/dt)s-βX-E                (2)
其中，V表示生物处理槽1的有效容量，dx/dt表示MLVSS浓度的变化速度，(dx/dt)g表示MLVSS的增殖速度，βX表示污泥减容装置3内污泥自身分解量，E表示污泥减容装置3内活性污泥的溶液化量(单位为例如千克/天)。
又，如果生物处理槽1内进行恒定的生物处理，生物处理槽1内的MLVSS浓度保持在大致固定的状态(恒定状态)，则式(1)左边MLVSS浓度的变化速度dx/dt实际上为0。因此，在这种情况下下式(3)所表示的关系成立。
V(dx/dt)s-βX＝+E                   (3)
即，在实施恒定生物处理的状态下，污泥减容装置3中活性污泥S的溶液化量如果与活性污泥S的生成量相等，则可以使剩余污泥向体系外的排放量小到极限，因而有可能为0。更具体说，活性污泥的削减通过溶液化和无机化(向水、二氧化碳的转换)而实现。
下面叙述一例，将投入到污泥减容装置3中的活性污泥S的量记为SG(千克/天)，如果在污泥减容装置3中的单一循环处理中减容化率为35％，则活性污泥S的溶液化量E为0.35×SG。其中，如果将被氧化、气体化的活性污泥S的比例，即式(1)中的α定为0.2(20％)，则未气体化的剩余的80％(即SG×0.28)便成为了追加到随后处理循环中的有机物(特别是COD成分)。
又，将式(1)中a定为0.6，b1定为0.3，b2定为0.1，认为β非常小，因此可以忽略第3项，则式(1)可以写成
E＝{Sin×0.3+E×(1-0.2)×0.6×0.1}，求得E，
则E＝Sin×(0.3/0.952)
此时，投入到生物处理槽1中主要的COD成分的增量为式(1)右边的第2项，即E·(1-α)·a·b，具体地，为E×(1-0.2)×0.6×0.1(＝0.048·E)。
因此，对应于原水W负荷所使用的活性污泥S的量及对应于其抽出量(即活性污泥S向污泥减容装置3的供给量)，为了满足式(1)所示的关系，构成污泥减容装置3或为了使满足对应于污泥减容装置3的容量或性能式(1)的关系，通过调节活性污泥S向污泥减容装置3的供给量或气体Go的供给量，可以使作为剩余污泥的活性污泥S中所含有的有机物(MLVSS)的表观氧化分解率近于100％。这样可以使剩余污泥向体系外的排放量实际上为0。当在设备设计方面没有必要使剩余污泥的排放量为0时，可以利用(1)式的右边，求解目标削减比率。
又，式(1)所示的系数b1由于处理对象的有机性排水的种类等不同，其值也会发生若干变化，但一般是在0.3附近。与此相对，系数a和系数b2根据溶液化方法的不同而显示不同值，又，系数α是根据污泥减容装置3的构成条件、气体Go的供给量来确定的。因此，对于这些系数，通过试运转时预先取得数据，可以顺利地实施对于所述剩余污泥实质上完全的溶液化处理。
因此，本发明的排水处理装置10及使用其的本发明的排水处理方法，在对有机性排水的原水W进行生物处理时，可以充分抑制剩余污泥的生成。特别地，如果以所述污泥减容装置3中活性污泥S的溶液化量为基础实施控制运转，可以使剩余污泥的排放量几乎为0。又，在污泥减容装置3中实施污泥处理工序时，由于在广阔的温度范围内氧气的移动效率及菌体的氧化分解效率显著提高，即使减少气体Go的供给量，与以往相比，活性污泥S的溶液化量也可以显著增大。进而，与以往相比，可以使无机化污泥的比例提高，使COD成分减低。进而可以充分抑制气体Go导致的热量散逸，其结果可以防止能量消耗量的增大。
又，不仅在活性污泥S的溶液化中不使用药剂，所以可以实现经济效益的提高。又，通过提高活性污泥S的处理效率，可以提高整个工序的效率，有助于实现排水处理的迅速进行。此外，如果使用臭氧作为气体Go，与使用空气等含有氧气的气体相比，菌体的氧化能提高，但在这种情况下，由于与以往相比臭氧的溶解效率显著提高，因此即使减少臭氧的使用量，也可以充分进行活性污泥S的溶液化处理。因此，由于减少了臭氧的消耗量，进而缩小了气体供给源11的规模，因此可以进一步达到经济效益的提高。
在这种情况下，优选地，在线或脱线测定导入污泥减容装置3中的活性污泥S中的MLVSS浓度，以该实测值为基础调节活性污泥向污泥减容装置3中的供给量及/或气体Go的供给量，进行控制运行是有用的。又，在求取活性污泥中有机物浓度时，可以预先实测活性污泥S所含有的MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid)中的MLVSS的比率，用该比率乘以MLSS浓度的实测值。进而，该控制运行可以手动，也可以自动，可以连续地，也可以间歇地进行。
图5简要表示本发明的排水处理装置的第2实施形态的构成图。该排水处理装置100中，在管线L5上由上游侧依次设计有浆料泵61和MLSS计62，在管线20上设计有控制泵63，除了这些与控制部64相连接外，其余与图1所示的排水处理装置10具有相同的构成。
在该排水处理装置100中，用MLSS计62在线测定从固液分离槽2输送到污泥减容装置3的活性污泥S中的MLSS浓度，其值被输出到控制部64。控制部64包含存储器、CPU等功能部分，由MLSS浓度的实测值算出MLVSS浓度。随后，以该浓度值为基础，通过将泵的ON/OFF信号输出给浆料泵61，可以调整管线L5的活性污泥S的输送量。与此同时，从控制部64向控制泵63输出阀的开度调节信号，通过管线L20将与活性污泥S的供应量对应量的气体Go送给污泥减容装置3。通过该控制运转，可以良好且有效地实施与负荷变动等相适应的活性污泥S的处理运转。
图6简要表示本发明的排水处理装置第3实施形态的构成图。该排水处理装置101是使用将污泥减容装置多元化的污泥减容系统4，以替代图1所示的排水处理装置10中的污泥减容装置3。
该污泥减容系统4在液体成分可流通的条件下用隔壁304将污泥处理槽41分隔开来，通过在该分隔区域中配置具有与图1所示污泥减容装置3大致相同构成的污泥减容单元3a，使多个污泥减容单元3a相连设置。各污泥减容单元3a在筒状圆筒部件31a(与图2所示的污泥减容装置3的处理槽31相对应)的内部，沿轴中心延伸有与驱动装置M相结合的轴35，在该轴35上以固定的间隔呈同轴状贯通固定有多个多孔板33。从气体供给源11延伸出来的管线L20产生分支，各分支与各分隔区域相连接。
在按所述构成的排水处理装置101中，作为剩余污泥的活性污泥S从固液分离槽2通过管线L5，另外，气体Go从气体供给源11通过管线L20被供给到污泥减容系统4的各分隔区域。在各分隔区域中，活性污泥S通过污泥减容单元3a的强力搅拌作用，与气体Go充分混合，一边被溶液化，一边从前段的分隔区域中被输送到后段的分隔区域中。被溶液化的活性污泥S通过管线L10被返送到生物处理槽1中。
由于该排水处理装置101包含由多个污泥减容单元3a构成的污泥减容系统4，特别适合于处理大容量的剩余污泥。此外，与图1、图2所示的污泥减容装置3相同，由于在各分隔区域中形成了极高的气体移动效率，因此可以充分并迅速地实施活性污泥S的溶液化。特别地，整个污泥减容系统4如果能按满足所述式(1)所示的关系运转，则易于实现近于完全的溶液化，充分抑制发生处理后的水Ws的水质恶化。
又，在污泥减容系统4中，由于用圆筒31a将多孔板33的周围围住，因此可以防止由于多孔板33的上下运动而产生的强力混相流向圆筒31a的外部散逸，因此具有可以维持气体Go高移动效率的优点。进而，由于使用污泥处理槽41，在各分隔区域内设置多孔板33，与装备多个污泥减容装置3相比，其设备构成简化，并且可以适应大容量处理。进而，由于作为剩余污泥的活性污泥S被供给到了污泥减容系统4的各分隔区域中，因此与只供给到最前段的分隔区域相比，可以减轻其最前段分隔区域中的处理负荷，通过并列处理可以提高系统整体的处理效率。
图7简要表示本发明的排水处理装置的第4实施形态的构成图。排水处理装置102中，在从污泥减容装置3出来的排出管线上设置有固液分离槽6和后处理槽7方面，其与图1所示的排水处理装置10不同。另外，污泥减容装置3和固液分离槽6用管线L6连接，液态从固液分离槽6通过管线L7被送到后处理槽7中，固体从管线L9中取出，一部分通过管线L91被返送到生物处理槽1中，剩余的一部分通过管线L92被返送到污泥减容装置3中，最后的剩余部分通过管线L93被排出。在后处理槽7中处理的处理水通过管线L8进入管线L3并合流。
当原水W中含有难分解性的无机固体成分，或在污泥减容装置3中，在设定的处理条件下无法将活性污泥S全部溶液化时，固液分离槽6为用于将这些固体成分或残留污泥与液体成分分离的装置，作为排水处理装置102中的第2沉淀槽发挥作用。又，作为后处理槽7，优选为用UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)等甲烷菌等的厌氧处理槽。
根据具有该构成的排水处理装置102，与其他实施形态的排水处理装置10、100、101相同，在实现活性污泥S的充分溶液化的同时，当经过污泥减容装置3的溶液中含有固体成分或残留污泥时，可以有效地将其除去。又，由于在后处理槽7中将除去了固体成分的液体成分进一步进行生物处理等，其后送出到管线L3，因此可以良好地维持处理后的水Ws的性状和水质。
本发明的排水处理装置的污泥减容装置并不限于所述构成。以下对该污泥减容装置的其他构成进行说明。
图8表示可以在图1所示的排水处理装置中使用的其他形态的污泥减容装置300的简要断面图(一部分构成图)。在该污泥减容装置300中，与图2所示的污泥减容装置3不同，其包含用于调整污泥减容装置3内部的流动，进行搅拌的流动调整装置301以替代驱动装置39。具体地，在该减容装置300中、多孔板组33固定于沿处理槽31的中心轴延伸的固定轴34上。多孔板组33自身的构成与图2所示的污泥减容装置3相同。处理槽3 1的上部与向生物处理槽延伸的管线L10连接，下部与从固液分离槽2延伸而来的管线L5相连接，这与污泥减容装置3相同。
循环管线L50的各端与处理槽31的上部及底部相连接，在该循环管线L50的中部设置有包含分别并列设置的泵P1、P2的分支管线L51、L52。如图示箭头t1、t2分别所示的那样，泵P1、P2的出料方向彼此相反。这样，循环管线L50、分支管线L51、L52及泵P1、P2就构成了液体循环部301。
又，从气体供给源2延伸的管线L20在途中分支，其一支管线L21与处理槽31的底部连接，另一支管线L22与管线L50连接。在管线L21、L22中分别设置有流量调整阀V21、V22，和液体循环部302一起构成了流动调整装置301。
该污泥减容装置300运转时，在通过管线L5从固液分离槽2供给包含剩余污泥的被处理液W′的同时，通过管线L21从气体供给源11将空气等供给到处理槽31的下部(空气供给工序)。又，在运转泵P1的同时，通过管线L22将空气等曝气供给到管线L50的下端(空气供给工序)。
然后，调整进入污泥减容装置300的被处理液W′的供给流量，例如，使处理槽31内的液面比管线L50的处理槽31上部的连接端略高，即维持这样液量的前提下通过向下部导入空气，并用管线L51进行气液的强制循环，使被处理液W′在处理槽31内强制循环。此时，被处理液W′通过多孔板组33向下流动。然后，将泵P1运转一定时间后，在使泵P1停止的同时，开始运转泵P2。这样便使处理槽31内的循环流向相反，使被处理液W′向上流通。
在该时间内，包含于空气中的氧气移动到被处理液W′中，其氧化能使构成包含于液体中的活性污泥的菌体进行氧化和分解。此时，为了维持被处理液W′处于一定温度，可以在处理槽31内部或外部设计加热器等进行加热或保温。在这种情况下，也可以在预先将被处理液W′在一定温度下加热或加温后供给到处理槽31内。
这里以运转泵P2的情况为例，含有空气等微细气泡的气液固相的混相流，通过多孔板33n的孔Hn向上流动，但其液流被位于上方的多孔板33n-1隔断或遮蔽，一部分改变方向向下流动。因此，在该部位上升流与下降流复杂地混合、被搅乱，连续产生含有涡流等的乱流状态(参照图4)。该状态在各多孔板33n的各孔Hn附近部位产生，被处理液W′得到充分地搅拌和混合。相反，在运转泵P1的状态中，多孔板组33使多孔板33n间产生乱流，进行充分地搅拌混合。
此外，当通过在多孔板15n上设计的孔Hn时，产生流速极大的喷射流之类的高速流。因此，在处理槽31内所实现的近似完全的搅拌混合状态，可以称为激流产生的混合状态。即，即使不使用驱动装置39，用流动调整装置301也可以实现与污泥减容装置3同样的效果。
即，可以使含于空气等中的氧气等在液相中的溶解效率显著提高，使构成活性污泥的微生物菌体的氧化分解反应的效率显著提高，可以促进活性污泥的溶液化(污泥处理工序)，充分实现污泥的减容化。得到的处理后的液体通过管线L10被返送到生物处理槽1中。微生物菌体被转换成水、二氧化碳、其他低级烃、有机酸等，特别是含有这些的液体成分(溶液)中的BOD成分在活性污泥的排水处理中成为营养成分。
这里，氧气向处理槽31中被处理液W′的移动效率可以通过适当调节泵P1、P2的运转功率，进而调节在处理槽31内循环的被处理液W′的流量或流速、来自于气体供给源11的空气的曝气量、多孔板33n的形状、配置等进行控制。
又，切换泵P1、P2的运转，逐次使处理槽31内的被处理液W′和空气等的混相流的流动方向反转，因此可以消除在多孔板33n间不可避免产生的滞留。因此，可以进一步促进被处理液W′和空气等的搅拌混合。因此，用更少的空气等的供给量或液体循环量，可以简便地实现20％以上，优选25％以上，特别优选30％以上理想的氧气移动效率。
在该污泥减容装置300中，由于没有驱动多孔板组33，而是通过交替切换液流方向进行搅拌，因此在使可动部减少，装置的可靠性及维护性提高的同时，可以使动力(例如电力)使用量减少。
又，如果将多孔板组33中各多孔板33n上形成的孔Hn配置为交错格子状，则可以提高乱流的产生效果，与多个孔配置成同轴状、同一位置的搅拌相比，可以用相同的空气供给量或液体循环量实现更高的氧气移动效率。
图9表示其他污泥减容装置310的简要断面图(一部分构成图)。该污泥减容装置310，包含液体循环部分311，以替代了图8所示的污泥减容装置300的液体循环部分302。
该液体循环部311包含从循环管线L50分支、并列的管线L53和将该管线L53与循环管线L50相连的管线L54，在管线L54和循环管线L50、管线L53的连接部分别设计有三向阀V33、V34。又，在管线L54上配置有沿箭头t3方向出料的泵P3。
在该污泥减容装置300中，在运转泵P3的状态下，通过进行三向阀V33、V34的开关操作，切换管线L50中气液的流动方向，由此可以切换处理槽31内被处理液的流动方向。
具体地，为了使处理槽31内产生上升流，可以在管线L50中使气液沿图示箭头X方向流动。另一方面，为了使处理槽31内产生下降流，可以在管线L51中使气液沿图示箭头Y方向流动。这样只用一台泵P3便可以强制地使气液沿管线L50内的正反两方向流动，获得的效果与图8所示的污泥减容装置300相同。
图10表示另一污泥减容装置320的简要断面图(局部构成图)。该污泥减容装置320中，固定多孔板组15的轴321被固定在外部支持体322上，另一方面，处理槽31与驱动部323相连接。这里，处理槽31顶部及底部的轴321的贯通部被密封，但可以转动。在该污泥减容装置320中，多孔板组15自身被固定，驱动部323使处理槽31整体沿图示箭头B方向(即垂直方向)以固定周期及行程上下移动。这样，相对而言，获得的效果与处理槽31内使多孔板组33移动的效果相同。
即，该驱动使多孔板组33与处理槽31内的被处理液W′产生相对流动，其流动方向按驱动部323所产生的处理槽31的驱动周期频繁切换。其结果是产生所述的被处理液W′与空气等混相流的乱流，实现强力搅拌和混合。其结果便获得了与所述其他污泥减容装置相同的效果。
图11表示另一污泥减容装置330的简要断面图(局部构成图)。在该污泥减容装置330中，分别使用两台两向阀V33a、V33b及V34a、V34b来代替图9所示的污泥减容装置310的三向阀V33、V34。通过切换这些两向阀V33a、V33b及V34a、V34b，可以产生与污泥减容装置310中三向阀V33、V34相同运动的效果。因此，其功能、效果也与污泥处理装置310相同。这样代替两个三向阀而使用两组两向阀，在例如使用壁厚规格100左右的配管时，在其经济效益方面是有利的。
又，本发明的排水处理装置及处理方法并不限于以生物处理槽1为必须构成的装置和方法，对于含有活性污泥的排水的处理也适用。图12为简要表示含有该活性污泥的排水的处理装置的构成图。
在图12所示的排水处理装置103中，贮存或产生含有氧气等空气或含有臭氧的气体供给源11(供给部)及利用重力沉淀分离等的固液分离槽6分别通过管线L20、L6与污泥减容装置(污泥处理部)3连接，污泥减容装置被连接到含有活性污泥的被处理液W′的输送管线L5上。又，与污泥处理部3相连接的返送管线L9与固液分离槽6的底部连接，而且其上部设计有处理后的液体Ws的排出管线L7。
这里，被处理液W′是指液分中BOD不足50mg/L的那些，例如，其为将用于有机性排水等的生物处理的活性污泥的一部分作为剩余污泥(即剩余污泥)排出的那些等。该BOD值与生物处理时所用的活性污泥的通常值相比要低，其相当低的营养价值不能充分满足污泥的增殖。
具有该性状的被处理液W′在通过管路L5被供给到污泥处理部3的同时，空气等从气体供给源被曝气供给。在污泥处理部3内，如上所述，对供给了空气等的被处理液W′进行搅拌和混合，菌体被氧化分解，液体中的污泥被溶液化。该被处理液W′被转移输送到固液分离槽6中，被分离的处理后的液体Ws通过管路L7进而被输送到进行净水处理等的处理设备等中。又，没有溶液化的以固体成分残留下来的污泥通过管线L9被返送到污泥处理部3，进行循环处理。
本发明的污泥减容装置并不限于所述各形态，在不脱离本发明的主旨的范围内，其可以为各种各样的其他形态。例如，在处理槽31内，代替多孔板组33，可以设置部分地隔断或遮蔽被处理液W′流动方向的其他部件，例如可驱动的或固定的凸片部件、螺旋桨部件、其他板状体、结状体、网状体等或将它们组合的部件。又，形成于各多孔板33n的孔Hn的形状也不限于图示形状。进而，可以在使多孔板组33和处理槽31相对移动的同时，用泵使处理液循环，进而可以周期性地改变其循环方向。
又，当使用含有臭氧的气体作为供给至污泥减容系统4等的气体Go时，为了防止未反应的臭氧泄露到污泥处理槽41的外部，可以用盖等将污泥处理槽41的上部封闭或密封。但是，由于本发明即使减少臭氧的使用量也可以充分实现活性污泥S的溶液化，并且可以进行控制使其使用量达到最佳值，因此具有可以减少未反应臭氧的优点。又，可以替代气体Go，使用过氧化氢，通过其氧化能可以促进菌体的氧化分解，进而促进活性污泥S的溶液化。
又，在排水处理装置10中，可以将污泥减容装置3中得到的液体成分导入管线L3，与处理后的水Ws一起排到体系外。还可以将排水处理装置101的污泥减容系统4或排水处理装置102的后处理槽7中产生的液体成分返送到生物处理槽1中。此外，污泥减容系统4的区域分隔数也不限于图示的数目，也可以不分区。又，在排水处理装置101中，也可以将被溶液化的活性污泥从污泥减容系统4的污泥处理槽41的各区域中输送到生物处理槽1中。或可以将管线L6只与污泥处理槽41中最前段的区域连接，在这种情况下，也可以将溶液化的活性污泥S从各区域输送到生物处理槽1中。
又，可以在排水处理槽10、101中设置固液分离槽6。又，可以在生物处理槽1的原水W中添加各种凝集剂。这样原水W中所含有的难分离性固体成分等变得容易除去，在这种情况下，如果具有固液分离槽6则更为有用。此外，在排水处理装置100中，可以替代控制阀63而使用质量流调节器(MFC)或其他流量调整阀。又，如果在作为处理对象的活性污泥S中存在例如属于杆菌(Bacillus)属的细菌之类的好热菌或好热性耐热菌等菌体，则也可以获得除去COD的效果。
实施例
以下就本发明所涉及的具体实施例进行说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
准备具有与图1所示排水装置10同等构成的装置。在该排水处理装置的污泥减容装置3中，在有效容量为20L(升；下同)的筒状容器(处理槽)31内设置有多孔板组33，多孔板组33由以6cm的间隔设置的16片多孔板33n(直径13cmφ、孔径8mmφ)构成。然后，以30L/h的流量向该处理槽31内供给被处理液W，其中被处理液含有10000mg/L浓度的活性污泥并且液体成分中BOD为10mg/L。与此同时，使多孔板组33以60、80、100、120rpm不同的驱动周期上下运动，以5、7.5、10L/min(即15、22.5、30VVH)不同的流量向处理槽31内供给空气，实施污泥减容处理。又，在相同条件下向清水中供给空气，氧气移动效率均为20％以上。
其中，单位“VVH”表示{气体供给量(Vol.)}/{处理槽31的有效容量(Vol.)}/h构成的物理量，该单位一般用于水处理技术、发酵技术等领域，相当于用该容器(处理槽)的有效容积对进入污泥减容装置3的空气供给量进行规格化所得到的值。处理时，将处理槽31内的被处理液的温度保持在60℃。
其结果，在任何条件下都实现了对于活性污泥所希望的减容化率(30～50％)，即，例如对应于排水装置10，获得了新污泥生成量(菌体的增殖量)与溶液化所产生的削减量(菌体的分解量)大致相等的减容化率。即，没有发现产生剩余污泥。又，用使用亚硫酸钠的氧气吸收法对溶解于被处理液W′中的氧气量进行测定，以空气的供给流量为基础，计算出氧气的溶解速度。各处理条件下氧气溶解速度的结果示于表1。
表1  氧气溶解速度
     实施例1中的氧气溶解速度(kg-O2/m3/h)
  多孔板驱动周期(rpm)           空气供给流量(VVH)
    15     22.5     30
  60     2.0     2.8     4.5
  80     4.2     4.6     7.3
  100     4.3     6.1     8.2
  120     6.0     8.2     10.7
可以看到，根据本发明，对于含有活性污泥的溶液，即使在60℃左右的加温条件下，也可以获得极高的氧气溶解速度。
实施例2
除了用含有臭氧的气体(臭氧浓度：40g/Nm3)代替空气，以10、12.5、15VVH的流量将其供给到处理槽31内，使多孔板组33的驱动周期为80、100、120rpm及使被处理液W′的处理温度为20～24℃以外，其余与实施例1相同地实施排水处理。其结果是，无论何种条件，以与实施例1同等或比其高的效率获得了对于活性污泥所期望的减容化率(30～50％)，没有发现剩余污泥产生。
又，测定溶解于被处理液中的臭氧量，以含有臭氧气体的供给流量为基础，算出臭氧的溶解速度。各处理条件中臭氧溶解速度的结果示于表2。由此可以看到，得到了极高的臭氧溶解速度。
表2  臭氧溶解速度
      实施例2中的氧气溶解速度(g-O3/m3/h)
  多孔板驱动周期(rpm)     含有臭氧气体供给流量(VVH)
    10     12.5     15
  80     282     313     499
  100     292     414     556
  120     400     500     600
可以看到，根据本发明，对于含有活性污泥的溶液可以得到极高的臭氧溶解速度。
实施例3
除了使处理槽31的有效容积为1.5L，使用与其相对应的形状的多孔板，使处理槽31内的被处理液W′的温度保持在70℃，使供给到处理槽31的空气供给量为0.3L/min(即12VVH)，以及使多孔板组33的驱动周期为25、45、50、100rpm以外，其余与实施例1相同地实施排水处理。各条件下的氧气移动容积系数KLa及活性污泥的减容化率示于表3。
表3  实施例3中的氧气移动容量系数KLa及活性污泥的减容化率
  多孔板驱动周期(rpm)  氧气移动容量系数KLa(h-1)     减容化率(％)
  25  20     20
  50  100     48
  100  400     47
由此可以看到，在本实施例的条件下，得到的氧气移动容量系数KLa在20(h-1)以上，如果KLa至少在100(h-1)以上，则可以得到近于大约50％的高减容化率。
比较例1
除了使用磁力搅拌器替代多孔板组33对被处理液W′进行搅拌外，其余与实施例3相同地实施污泥减容处理。此时的氧气移动效率及活性污泥的减容化率一并示于表4。
表4  实施例3与比较例1中氧气移动效率与减容化率的比较
    多孔板驱动周期(rpm)   氧气移动效率(％)     减容化率(％)
  比较例1     由搅拌器搅拌   5     20
  实施例3     45   22     31
    50   32     48
    100   82     47
由此可以看到，与比较例1相比，实施例3得到了更高的氧气移动效率和减容化率。
实施例4
除了使多孔板组33的驱动周期为100rpm，并且使处理槽31内的被处理液的温度保持在25、60、70℃以外，其余与实施例3相同地进行污泥减容处理。温度为70℃的该实施例与实施例3中温度70℃的实施例为同一条件，但为了说明方便，所以这里重复说明。各条件中被处理液所含污泥的减容化率示于表5。
表5  被处理液W′中所含污泥的减容化率
    多孔板驱动周期(rpm)     被处理液温度(℃)     减容化率(％)
    100     25     10
    60     35
    70     47
如上所述，在以往的方法中，伴随着处理温度的上升，氧气溶解效率降低，由此引起的处理效率(即减容率)的降低尚不确定。与此相反，在本发明中，确认，在相同的空气供给量下，在处理温度上升的同时，减容化率也增加。由此可以有效地将热能利用到减容处理中，并且可以抑制流向外部的放热量的增大。

Claims (13)

1.一种污泥减容装置，包含：
污泥处理部，用于供给包含活性污泥且液体成分中BOD不足50mg/L的被处理液，使该被处理液中产生乱流从而对该被处理液进行搅拌，致使对于被处理液的氧气移动效率达到20％以上；
供给部，其与该污泥处理部相连接，并用于供给氧气(O2)、臭氧(O3)或过氧化氢(H2O2)。
2.根据权利要求1记载的污泥减容装置，其特征在于：所述污泥处理部包含搅拌部，其通过隔断所述被处理液中气泡流或液流，或者使该气泡流或液流改变方向而对该被处理液进行搅拌。
3.根据权利要求2记载的污泥减容装置，其特征在于：所述搅拌部包含多个多孔板，该多个多孔板被设置于构成所述污泥处理部的容器内，且具有沿厚度方向贯通的多个孔。
4.根据权利要求3记载的污泥减容装置，其特征在于：在所述多个多孔板中，至少一个多孔板上形成的所述多个孔中至少一个第1孔和与该多孔板相邻的其他多孔板上形成且位于离该第1孔最短距离的第2孔被设置为非同轴状。
5.根据权利要求4记载的污泥减容装置，其特征在于：所述多个多孔板被设置成，致使该多个多孔板中彼此相邻的两个多孔板上形成的所述多个孔被配置成交错格子状。
6.根据权利要求3～5中任何一项记载的污泥减容装置，其特征在于：所述搅拌部包含使所述多个多孔板及所述容器的至少之一被驱动的驱动部。
7.根据权利要求3～5中任何一项记载的污泥减容装置，其特征在于：所述搅拌部包含与所述容器相连接，使所述被处理液在该容器内循环流通，并且将该被处理液的流通方向切换成彼此不同的多个方向的液体循环部。
8.一种排水处理装置，其特征在于包含：
权利要求1～7中任何一项记载的污泥减容装置；
供给有机性排水，并用活性污泥对该有机性排水进行生物处理的生物处理部；
与该生物处理部相连接，将在该生物处理部得到的处理后的水与所述活性污泥进行分离的固液分理部；
并且将在所述固液分离部分离的所述活性污泥的至少一部分供给到所述污泥处理部。
9.一种污泥减容方法包括：
将氧气(O2)、臭氧(O3)或过氧化氢(H2O2)供给到含有活性污泥且液体成分中BOD不足50mg/L的被处理混合液中的供给工序；
使该被处理液中产生乱流从而进行搅拌致使对于所述被处理液的氧气移动效率达到20％以上的污泥处理工序。
10.根据权利要求9记载的污泥减容方法，其特征在于：在所述污泥处理工序中，将所述被处理液中气泡流或液流隔断，或者使该气泡流或液流的方向变化。
11.使用权利要求8～10中任何一项记载的污泥减容方法的排水处理方法，其特征在于：还包含用活性污泥对有机性排水进行生物处理的生物处理工序；
将该有机性排水生物处理得到的处理后的水和该活性污泥分离的固液分离工序；
并且所述供给工序是将在所述固液分离工序中分离的活性污泥的至少一部分供给的工序。
12.根据权利要求11记载的排水处理方法，其特征在于：在所述污泥处理工序中，至少以该污泥处理工序中所述活性污泥的溶液化量、供给到所述生物处理工序的所述有机性排水中有机物量及该有机性排水中所含有的有机物向活性污泥的转化率为基础，调整供给到该污泥处理工序的所述活性污泥的供给量及/或所述氧气(O2)、臭氧(O3)或过氧化氢(H2O2)的供给量使供给到该污泥处理工序中的活性污泥量与该污泥处理工序中溶液化的活性污泥量实质上相等。
13.根据权利要求11记载的排水处理方法，其特征在于：对所述活性污泥进行溶液化处理使在所述污泥处理工序中，满足下式(1)所表示的关系：
E＝Sinb1+E(1-α)ab2-βX           (1)
E：该污泥处理工序中活性污泥的溶液化量；
Sin：供给到该生物处理工序中的所述有机排水中的有机物量；
α：供给到该污泥处理工序中的活性污泥中被完全氧化的活性污泥的比例；
a：当将所述活性污泥的一部分返送到所述生物处理工序时，该返送的活性污泥对于有机物的换算系数；
b1：所述有机性排水中所含有的有机物对于活性污泥的转换率；
b2：该污泥处理工序中溶液化，在溶液化处理液中溶解出的有机物对于活性污泥的转换率；
β：污泥自身的分解系数；
X：该生物处理工序中的污泥量。
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