JP2003220397A - 生物汚泥の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥に含まれる微生物の細胞壁を破壊して汚
泥を可溶化するにあたり、その処理効率を簡易な構成で
向上させることが可能なようにする。 【解決手段】 汚泥と撹拌用気体とを静止型混合器４・
７で攪拌して微生物の細胞壁に物理的に損傷を加えて細
胞壁の破壊を促進する。特に、オゾンと汚泥とを接触さ
せる可溶化処理部１の前段に、空気を撹拌用気体として
用いて撹拌処理する前処理部２を設ける。静止型混合器
には、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
構成のものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
る生物汚泥の処理方法において、汚泥と撹拌用気体とを
静止型混合器で攪拌して微生物の細胞壁に物理的に損傷
を加えて細胞壁の破壊を促進するものとした。

【０００６】これによると、簡易な構成で可溶化処理の
効率を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、オゾ
ンなどの細胞破壊作用を有する物質を含む気体を撹拌用
気体に用いると、細胞壁損傷処理と細胞壁破壊処理とが
同時に行われ、極めて簡単な構成で高効率な可溶化処理
が可能となる。

【０００７】前記生物汚泥の処理方法においては、請求
項２に示すとおり、撹拌用気体に空気を用いる構成をと
ることができる。これによると、費用を要しない空気を
用いることで処理を低コストに行うことができる。この
場合、可溶化処理工程の前処理として行われ、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。

【０００８】また、本発明においては、請求項３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。

【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。この場合、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。

【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２
３・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、１
３５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２
１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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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方法であって、 汚泥と撹拌用気体とを静止型混合器で攪拌して微生物の
   細胞壁に物理的に損傷を加えて細胞壁の破壊を促進する
   ことを特徴とする生物汚泥の処理方法。
2. 【請求項２】 前記撹拌用気体に空気を用いることを
   特徴とする請求項１に記載の生物汚泥の処理方法。
3. 【請求項３】 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。