JP2003019497A

JP2003019497A - 汚泥処理方法及びエジェクタ

Info

Publication number: JP2003019497A
Application number: JP2001206591A
Authority: JP
Inventors: Midori Matsumoto; みどり松本; Tateaki Wakita; 健晶脇田; Takeshi Nakatsuka; 豪中塚
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-21
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP4205876B2

Abstract

(57)【要約】【課題】減容化処理すべき汚泥に対し、エジェクタを
用いてオゾンガスを注入する際に、エジェクタにおける
汚泥の流通性を確保しつつ、その汚泥の可溶化を促進す
る。【解決手段】オゾン濃度が１２０〜２５０ｇ／ｍ³Ｎ
のオゾンガスを用いる。エジェクタのスロート部におけ
る液流速が１４〜２０ｍ／ｓとなるように、汚泥の流量
に基づいてスロート部の内径を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾンを用いた汚
泥処理方法、及びその汚泥処理方法に好適に使用される
オゾンガス注入用のエジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種有機性排水の生物処理に伴って発生
する汚泥の減容化処理にオゾンの有効なことが知られて
いる。ここにおける汚泥処理では、処理すべき汚泥にオ
ゾンガスが注入されるが、その注入にエジェクタが有効
とされている（例えば特開２０００−２０２４８５号公
報）。

【０００３】オゾン注入にエジェクタを用いた汚泥処理
では、図１に示すように、処理すべき汚泥がポンプによ
り加圧されて、エジェクタ１０に通される。エジェクタ
１０は入口部が漸次縮径し、出口部が漸次拡径した円筒
体である。汚泥が中間部に形成された小径のスロート部
１１を高速で通過することによって生じる負圧により、
オゾンガスが導入路１２を通ってスロート部１１に導入
される。実際には、オゾンガスは加圧されているので、
この加圧による押し込みと負圧による吸引とにより、ス
ロート部１１に導入され、汚泥に注入される。

【０００４】オゾン注入にエジェクタを用いる利点とし
ては、散気方式と比べて設備が小型化されること、汚泥が小径のスロート部１１を通過するときの機械
的破砕効果により、汚泥が生物処理され易くなること、
即ち汚泥の可溶化が促進されること、小径のスロート部１１で薄層流となった汚泥に、オ
ゾンがスポット的に作用することにより、汚泥の可溶化
が促進されることの３点が挙げられる。

【０００５】即ち、汚泥粒子は硬い細胞壁に囲まれてお
り、これが汚泥の生物処理を困難にしている。このた
め、細胞壁の一部を部分的に破壊して貫通孔をあけるこ
とにより、汚泥粒子の可溶化が達成される。オゾン分子
はこの細胞壁を攻撃し、汚泥粒子を可溶化するのに有効
とされている。しかし、オゾンによる純化学的な作用だ
けでは、汚泥粒子の可溶化が進みにくい。このために、
エジェクタのスロート部内径を小さく絞ることにより、
スロート部における汚泥の流速が２０ｍ／ｓを超える値
に設定され、汚泥がスロート部を通過するときの機械的
破砕効果、及びオゾンガスのスポット的作用が増強され
併用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
スロート部の内径が小径のエジェクタを汚泥処理に使用
すると、スロート部に汚泥が頻繁に詰まる。このため、
汚泥を細かく破砕或いは除去する前処理の負荷が大きく
なり、これによる設備の大型化及び処理コストの増大が
避けられないのが現状である。

【０００７】なお、エジェクタのスロート部内径を大き
くし、スロート部における液流速が２０ｍ／ｓ以下にな
ると、オゾンによる汚泥の可溶化効果が著しく低下する
ことは、前述したとおりである。

【０００８】また、汚泥のなかでも特に、し尿汚泥につ
いては、細胞壁がとりわけ強固なため、スロート部にお
ける液流速が２０ｍ／ｓを超える小径・高流速のエジェ
クタを用いたオゾン処理によっても、可溶化が困難であ
った。

【０００９】本発明の目的は、汚泥の流通性を確保しつ
つ、その汚泥の可溶化を促進できる汚泥処理方法を提供
することにある。本発明の他の目的は、し尿汚泥を可溶
化できる汚泥処理方法を提供することにある。また、本
発明の更に他の目的は、汚泥処理におけるオゾン注入に
適用して、汚泥の流通性に優れるエジェクタを提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】これまでのオゾンによる
汚泥処理では、オゾンガスのオゾン濃度は１２０ｇ／ｍ
³Ｎ未満であった。これは１２０ｇ／ｍ³Ｎ以上の高濃
度オゾンガスを発生できる高性能オゾナイザが少なく、
高価であったこと、そのような高性能オゾナイザは、高
度処理が要求される半導体分野に限定的に使用され、半
導体分野ほどの処理レベルを必要としない汚泥処理には
過剰設備で、不必要と考えられていたことなどによる。

【００１１】このような状況下で、本発明者らは、オゾ
ンによる汚泥処理に対して、１２０ｇ／ｍ³Ｎ以上の高
濃度オゾンガスを発生できる高性能オゾナイザを使用
し、エジェクタ使用下でのオゾン濃度と汚泥処理性との
関係を、広い濃度範囲にわたって詳細に調査した。その
結果、オゾンガスのオゾン濃度によって、汚泥粒子の可
溶化のメカニズムが、下記のように大きく異なることが
判明した。オゾン濃度と汚泥処理性との定量的な調査結
果については後で詳しく述べる。

【００１２】図２はオゾン分子による汚泥粒子の可溶化
のメカニズムを概念的に示す模式図である。汚泥粒子３
０は内容物３１が硬い細胞壁３２に覆われている。汚泥
に対するオゾンガスの注入によりオゾン分子２０が汚泥
粒子３０を攻撃するが、図２（ａ）のように、２個のオ
ゾン分子２０が汚泥粒子３０の同じ箇所を集中的に攻撃
したときは、細胞壁３２に孔が開き、そこから内容物３
１が細胞壁３２の外に流出し、生物処理が可能となる。
する。即ち、汚泥粒子３０が可溶化される。

【００１３】ところが、図２（ｂ）のように、２個のオ
ゾン分子２０による攻撃箇所が分散すると、細胞壁３２
に孔が開き難く、とりわけ細胞壁３２が厚いし尿汚泥に
対しては、可溶化が困難になる。散気方式で汚泥を可溶
化できないのは、オゾン分子２０が分散して汚泥粒子３
０を集中的に攻撃できないことによる。

【００１４】図３は、エジェクタを用いてオゾンガスを
注入する場合にオゾン分子が汚泥粒子を攻撃する機構
を、オゾンガスのオゾン濃度別に示したものである。

【００１５】オゾン濃度が１２０ｇ／ｍ³Ｎ未満の低濃
度乃至中濃度領域では、図３（ａ）に示すように、オゾ
ン分子２０の密度が低いため、エジェクタによるオゾン
注入といえども、２個のオゾン分子２０が汚泥粒子３０
の同じ箇所を集中的に攻撃することが難しい。このた
め、オゾンによる純粋な可溶化率は低く、エジェクタの
設計によってこれを補足する必要がある。

【００１６】具体的には、エジェクタのスロート部内径
が可溶化率に大きな影響を及ぼし、現実的な可溶化率を
得るためにはスロート部内径を小さく絞ることが必要に
なる。即ち、ジェクタのスロート部内径を小さくして液
流速を増し、機械的な破壊作用を増長し、汚泥の薄層化
を推進してオゾンガスをスポット的に作用させることが
必要になる。しかし、その一方では、汚泥の流通性が悪
化することは前述したとおりである。

【００１７】これに対し、オゾン濃度が１２０〜２５０
ｇ／ｍ³Ｎの高濃度領域では、図３（ｂ）に示すよう
に、オゾン分子２０の密度が高くなるため、２個のオゾ
ン分子２０が汚泥粒子３０の同じ箇所を集中的に攻撃す
ることが容易となり、その頻度が上がる。その結果、オ
ゾンによる純粋な可溶化が促進され、細胞壁が硬いし尿
汚泥のオゾンによる可溶化も可能になる。同時に、相対
的にエジェクタの設計が可溶化に与える影響度が低下す
る。即ち、エジェクタのスロート部における液流速が可
溶化率に及ぼす影響度が低下し、その液流速を大きくす
る必要がなくなり、これを小さくしても十分な可溶化率
が図られる。このため、スロート部の内径増大が可能と
なり、汚泥の流通性悪化を回避することが可能となる。

【００１８】オゾン濃度が２５０ｇ／ｍ³Ｎを超える超
高濃度領域では、図３（ｃ）に示すように、オゾン分子
２０が過密状態となり、必要以上に多いオゾン分子２０
が一つの汚泥粒子３０の同じ箇所を攻撃し、汚泥粒子３
０の細胞壁３２を必要以上に破壊し、微細化することに
より、細胞壁３２までを可溶化する。このため、オゾン
分子１０の汚泥粒子の可溶化に対する利用効率が低下
し、結果、可溶化率は低下傾向となる。

【００１９】以上より次のことが分かる。オゾン注入にエジェクタを使用すれば、これまでオ
ゾンによる可溶化が困難であったし尿汚泥の可溶化が可
能になる。オゾン濃度が１２０〜２５０ｇ／ｍ³Ｎの高濃度領
域では、可溶化率の低下を伴わずに、エジェクタのスロ
ート部内径を大きくして、スロート部における液流速を
小さくでき、汚泥の流通性を改善できる。エジェクタとしては、可溶化率の点から使用されて
いなっかったスロート部が大径で、スロート部における
液流速が２０ｍ／ｓ以下の低速型エジェクタの使用が可
能になる。

【００２０】本発明はかかる知見を基礎として完成され
たものであり、その第１の汚泥処理方法は、処理すべき
汚泥に対し、エジェクタを用いて、オゾン濃度が１２０
〜２５０ｇ／ｍ³Ｎであるオゾンガスを注入するもので
ある。これにより、可溶化率の低下を伴わずに、エジェ
クタのスロート部内径を大きくでき、汚泥の流通性を改
善できる。オゾン濃度が１２０ｇ／ｍ³Ｎ未満では、可
溶化率が全体的に低い上に、エジェクタのスロート部内
径が可溶化率に大きな影響を与え、可溶化率の確保のた
めにスロート部内径の縮小を余儀なくされる。オゾン濃
度が２５０ｇ／ｍ³Ｎを超えると逆に可溶化率の低下が
顕著となる。

【００２１】ここにおけるジェクタのスロート部におけ
る液流速としては１４〜２０ｍ／ｓが好ましい。２０ｍ
／ｓを超えると、汚泥の流通性が悪化し、前処理の負荷
が増大する。１４ｍ／ｓ未満であると、破砕効果等が不
十分なため、オゾンガスを高濃度にしても、満足な可溶
化率が得られない。

【００２２】また、本発明の第２の汚泥処理方法は、処
理すべきし尿汚泥に対し、エジェクタを用いてオゾンガ
スを注入するものである。これにより、これまでオゾン
による可溶化が困難であったし尿汚泥の可溶化が可能に
なる。

【００２３】ここにおけるオゾンガスのオゾン濃度とし
ても１２０〜２５０ｇ／ｍ³Ｎが好ましい。オゾン濃度
が１２０ｇ／ｍ³Ｎ未満では、可溶化率が全体的に低い
上に、エジェクタのスロート部内径が可溶化率に大きな
影響を与え、可溶化率の確保のためにスロート部内径の
縮小を余儀なくされる。オゾン濃度が２５０ｇ／ｍ³Ｎ
を超えると逆に可溶化率の低下が顕著となる。

【００２４】エジェクタのスロート部における液流速も
１４〜２０ｍ／ｓが好ましい。２０ｍ／ｓを超えると、
汚泥の流通性が悪化し、前処理の負荷が増大する。１４
ｍ／ｓ未満であると、破砕効果等が不十分なため、オゾ
ンガスを高濃度にしても、満足な可溶化率が得られな
い。

【００２５】また、本発明のエジェクタは、オゾン処理
する流動性被処理物へのオゾンガスの注入に使用される
エジェクタにおいて、スロート部の内径を、前記被処理
物の流量をＡ（Ｌ／分）として１０（０．０１Ａ）^1/2
〜１０（０．０１５Ａ）^1/2ｍｍとしたものである。こ
れにより、流動性被処理物の流通性を改善できる。１０
（０．０１Ａ）^1/2ｍｍ未満であると、スロート部にお
ける液流速が２０ｍ／ｓを超え、結果、汚泥の流通性が
悪化し、前処理の負荷が増大する。１０（０．０１５
Ａ）^1/2ｍｍを超えると、スロート部における液流速が
１４ｍ／ｓ未満となり、結果、オゾンガスを高濃度にし
ても、満足な可溶化率が得られない。

【００２６】ここにおけるオゾンガスのオゾン濃度とし
ても１２０〜２５０ｇ／ｍ³Ｎが好ましい。オゾン濃度
が１２０ｇ／ｍ³Ｎ未満では、処理効率が全体的に低い
上に、エジェクタのスロート部内径が処理効率に大きな
影響を与え、処理効率の確保のためにスロート部内径の
縮小を余儀なくされる。オゾン濃度が２５０ｇ／ｍ³Ｎ
を超えると逆に処理効率の低下が顕著となる。

【００２７】いずれにおいても、特に好ましいオゾン濃
度は、１２０〜２１０ｇ／ｍ³である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図４は本発明の汚泥処理方法の実施
に適した処理設備の構成図である。

【００２９】処理すべき汚泥は、逐次循環処理系に導入
される。循環処理系は、導入された汚泥を加圧する循環
ポンプ１、バッファタンク２、流量計７、オゾンガスを
注入するエジェクタ３、反応塔４及び気液分離塔５から
なる。エジェクタ３には、オゾナイザ６より所定オゾン
濃度のオゾンガスが供給される。汚泥は、この循環処理
系に所定量導入され、ここを所定回循環して気液分離塔
５より循環処理系外へ排出される。これを繰り返すこと
により、汚泥処理が継続される。

【００３０】この循環処理系を用いて実際にし尿汚泥を
処理した結果を次に説明する。エジェクタ３として、ス
ロート部内径が２．８ｍｍのものと、３．５ｍｍのもの
を使用した。ここにおける汚泥の流量は８Ｌ／分である
ので、スロート部における液流速は、それぞれ２０ｍ／
ｓ、１４ｍ／ｓである。エジェクタ３に供給するオゾン
ガスのオゾン濃度を変化させたときの、処理後の汚泥の
可溶化率を調査した。循環処理系おける循環回数は８回
とした。結果を図５及び図６に示す。

【００３１】図５中の横軸はオゾン濃度、縦軸は溶存態
有機炭素量の増加量（ΔＤＯＣ）で、可溶化の度合いを
表す指標である。即ち、図５は可溶化に対するオゾン濃
度の影響度を、スロート部における液流速が２０ｍ／ｓ
の場合と１４ｍ／ｓの場合について示している。

【００３２】図５から分かるようように、オゾン濃度が
１２０ｇ／ｍ³Ｎ未満の低濃度乃至中濃度領域では、可
溶化率は全体として低い。加えて、スロート部における
液流速が２０ｍ／ｓの場合と１４ｍ／ｓの場合とで可溶
化率が大きく異なり、２０ｍ／ｓを超える液流速の採用
が不可欠となる。即ち、オゾンによる化学的な可溶化の
不足を補うために、スロート部内径を小さくすることが
必要となる。

【００３３】オゾン濃度が１２０〜２５０ｇ／ｍ³Ｎの
高濃度領域では、可溶化率が全体として向上する。加え
て、スロート部における液流速が２０ｍ／ｓの場合と１
４ｍ／ｓの場合とで可溶化率の差がなくなり、スロート
部の大径化による２０ｍ／ｓ以下の採用が可能になる。

【００３４】オゾン濃度が２５０ｇ／ｍ³Ｎを超える超
高濃度領域では、スロート部における液流速による影響
は小さいものの、可溶化率の低下が顕著になる。

【００３５】また、図６の横軸はオゾン濃度、縦軸はオ
ゾン処理による固形分の減少量（ΔＳＳ）に対する溶存
態有機炭素量の増加量（ΔＤＯＣ）の比率であり、固形
分の消滅量に対する可溶化の増加量の比率を表してい
る。この比率はＣ₅／Ｃ₅Ｈ₇ＮＯ₂で表され、最大で
約０．５である。またスロート部における液流速は２０
ｍ／ｓである。

【００３６】図６から分かるように、オゾン濃度が２５
０ｇ／ｍ³Ｎまでは、全消滅量に対する可溶化量の比率
は低位に保たれているが、オゾン濃度が２５０ｇ／ｍ³
Ｎを超えると、この比率が最大値近くまで急激に増大す
る。これは、２５０ｇ／ｍ³Ｎを境界として、オゾン分
子による可溶化の機構が変化したことを表している。具
体的には、２５０ｇ／ｍ³Ｎ以下では、可溶化は汚泥粒
子の細胞壁に対して局部的に行われ、ここでは必要最小
限のオゾン分子が使われ、オゾン分子が汚泥粒子の可溶
化に有効利用されるが、２５０ｇ／ｍ³Ｎを超えると、
固形分の消滅量に対する可溶化の増加量の比率が上がっ
て、汚泥粒子の細胞壁まで可溶化が進み、ここでは必要
以上のオゾン分子が使われて非効率的な攻撃を行い、オ
ゾン分子が無効消費されていることを裏付けている。

【００３７】図５及び図６の調査結果は、図２及び図３
で説明した可溶化のメカニズムに正確に符合するもので
ある。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明の汚泥処
理方法は、処理すべき汚泥に対し、エジェクタを用い
て、オゾン濃度が１２０〜２５０ｇ／ｍ³Ｎであるオゾ
ンガスを注入することにより、可溶化率の低下を伴わず
に、エジェクタのスロート部内径を大きくでき、汚泥の
流通性を改善できる。

【００３９】また、処理すべきし尿汚泥に対し、エジェ
クタを用いてオゾンガスを注入することにより、これま
でオゾンによる可溶化が困難であったし尿汚泥の可溶化
を可能にする。

【００４０】また、本発明のエジェクタは、オゾン処理
する流動性被処理物へのオゾンガスの注入に使用される
エジェクタにおいて、スロート部内径を前記被処理物の
流量をＡ（Ｌ／分）として、１０（０．０１Ａ）^1/2〜
１０（０．０１５Ａ）^1/2ｍｍとすることにより、流動
性被処理物の流通性を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エジェクタの構成図である。

【図２】オゾン分子による汚泥粒子の可溶化機構を示す
イメージ図である。

【図３】エジェクタを用いてオゾンガスを注入する場合
にオゾン分子が汚泥粒子を攻撃する機構を、オゾンガス
のオゾン濃度別に示したイメージ図である。

【図４】本発明の汚泥処理方法の実施に適した処理設備
の構成図である。

【図５】可溶化に対するオゾン濃度の影響を、スロート
部における液流速が２０ｍ／ｓの場合と１４ｍ／ｓの場
合について示したグラフである。

【図６】固形分の消滅量に対する可溶化の増加量の比率
に対するオゾン濃度の影響を示したグラフである。

【符号の説明】

１循環ポンプ２バッファタンク３エジェクタ４反応塔５気液分離塔６オゾナイザ７流量計１０エジェクタ１１スロート部１２オゾンガス導入路２０オゾン分子３０汚泥粒子３１内容物３２細胞壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中塚豪兵庫県尼崎市扶桑町１番10号住友精密工業株式会社内Ｆターム(参考） 3H079 AA14 AA23 BB04 CC04 DD02 DD22 4D059 AA01 BK12 CB30 DA43 4G035 AB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理すべき汚泥に対し、エジェクタを用
いて、オゾン濃度が１２０〜２５０ｇ／ｍ³Ｎであるオ
ゾンガスを注入することを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項２】前記エジェクタのスロート部における液
流速が１４〜２０ｍ／ｓである請求項１に記載の汚泥処
理方法。
【請求項３】処理すべきし尿汚泥に対し、エジェクタ
を用いてオゾンガスを注入することを特徴とする汚泥処
理方法。
【請求項４】前記オゾンガスのオゾン濃度が１２０〜
２５０ｇ／ｍ³Ｎである請求項３に記載の汚泥処理方
法。
【請求項５】前記エジェクタのスロート部における液
流速が１４〜２０ｍ／ｓである請求項３に記載の汚泥処
理方法。
【請求項６】オゾン処理する流動性被処理物へのオゾ
ンガスの注入に使用されるエジェクタであって、スロー
ト部の内径が、前記被処理物の流量をＡ（Ｌ／分）とし
て、１０（０．０１Ａ）^1/2〜１０（０．０１５Ａ）
^1/2 ｍｍであるエジェクタ。
【請求項７】前記流動性被処理物が汚泥である請求項
６に記載のエジェクタ。
【請求項８】前記オゾンガスのオゾン濃度が１２０〜
２５０ｇ／ｍ³Ｎである請求項６に記載のエジェクタ。